(57)【要約】【課題】ガスタービンエンジンにおいて発生する振動（又は変動）を低減すること。【解決手段】システムは共振器コントローラを含む。共振器コントローラは、共振器内への第１の流体及び第１の流体とは異なる第２の流体の比率を調節することができる。加えて、共振器コントローラは、比率に基づいて振動を減衰するよう共振器の共振周波数を制御することができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動を減衰するよう構成された共振器と、
ある比率の第１の流体及び前記第１の流体とは異なる第２の流体を前記共振器に提供して前記共振器の共振特性を制御するよう構成された共振制御システムと、
を備えたシステム。
【請求項２】
前記共振特性が前記共振器の共振周波数を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記共振器が、前記第１の流体を受けるよう構成された第１の流体入口と、前記第２の流体を受けるよう構成された第２の流体と、振動を有するチャンバに結合された少なくとも１つの出口とを含む、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記チャンバが燃焼室を含む、請求項３記載のシステム。
【請求項５】
前記共振制御システムが、前記振動を示すフィードバックを提供するよう構成されたセンサと、前記フィードバックに応答して前記第１及び第２の流体の比率を調節するよう構成されたコントローラと、を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記共振制御システムが、前記コントローラに結合された第１の流れコントローラを含み、前記コントローラは、前記第１の流れコントローラを制御して前記共振器への第１の流体の第１の流量を調節するように構成されている、請求項５記載のシステム。
【請求項７】
前記共振制御システムが、前記コントローラに結合された第２の流れコントローラを含み、前記コントローラは、前記第２の流れコントローラを制御して前記共振器への第２の流体の第２の流量を調節するように構成されている、請求項６記載のシステム。
【請求項８】
前記共振制御システムが、前記第１の流体の第１の流量及び前記第２の流体の第２の流量を設定する、請求項１記載のシステム。
【請求項９】
第１の流体及び前記第１の流体とは異なる第２の流体の比率を調節するよう構成され、前記比率に基づいて前記共振器の共振周波数を制御して振動を減衰するよう構成された共振器コントローラを備えるシステム。
【請求項１０】
振動を示すフィードバックを提供するよう構成されたセンサを備え、前記共振器コントローラが、前記フィードバックに応答して前記第１の流体及び第２の流体の比率を調節するよう構成されている、請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
前記共振器コントローラに結合された第１の流れコントローラを備え、前記共振器コントローラが、前記第１の流れコントローラを制御して前記共振器への第１の流体の第１の流量を調節するように構成されている、請求項１０記載のシステム。
【請求項１２】
前記共振器コントローラに結合された第２の流れコントローラを含み、前記コントローラが、前記第２の流れコントローラを制御して前記共振器への第２の流体の第２の流量を調節するように構成されている、請求項１１記載のシステム。
【請求項１３】
前記共振器コントローラが、前記第１の流体のみを含む第１の比率と、前記第２の流体のみを含む第２の比率との間で前記比率を調節するよう構成されている、請求項９記載のシステム。
【請求項１４】
前記第１の流体の分子量又は比熱比が、前記第２の流体よりも少なくとも１０％より大きく異なる、請求項９記載のシステム。
【請求項１５】
前記第１の流体の分子量は、前記第２の流体よりも少なくとも５０％より大きく異なる、請求項９記載のシステム。
【請求項１６】
前記第１の流体が蒸気を含み、前記第２の流体がガスを含む、請求項９記載のシステム。
【請求項１７】
燃焼室を含むエンジンと、
前記燃焼室に結合され、該燃焼室内の振動を減衰するよう構成された共振器と、
を備え、前記共振器が、第１の流体と、該第１の流体とは異なる第２の流体とをある比率で受け取り、前記共振器の共振周波数を制御するよう構成されている、システム。
【請求項１８】
前記共振器が、前記燃焼室を囲むよう構成された環状チャンバを含む、請求項１７記載のシステム。
【請求項１９】
前記共振器が、Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ共振器又は４分の１波長共振器を含む、請求項１７記載のシステム。
【請求項２０】
前記共振器が、少なくとも１つの流体入口を通って前記第１の流体及び前記第２の流体を受け取り、前記燃焼室内の圧力振動に応答して、前記第１の流体及び前記第２の流体を少なくとも１つの流体出口を通って前記燃焼室内に送出するよう構成されている、請求項１７記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される主題は、燃料ノズルにおける音響振動の減衰に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、燃料と空気の混合気を燃焼させて高温の燃焼ガスを発生し、この燃焼ガスが１以上のタービン段を駆動する。詳細には、高温燃焼ガスは、タービンブレードを回転させ、これによりシャフトを駆動して１以上の負荷（例えば、発電機）を回転させる。残念ながら、特定のパラメータは、燃焼プロセスにおいて圧力振動を誘起し又は増大させ、これによりガスタービンエンジンの部品寿命、性能、及び効率が低下する場合がある。例えば、圧力振動は、燃焼器内に配向された燃料圧力又は空気圧力の変動に少なくとも部分的に起因することが多い。これらの変動は、種々の周波数で燃焼器圧力振動を引き起こす場合があり、特にガスタービンエンジンの性能及び寿命に好ましくない影響を及ぼす可能性がある。例えば、高圧変動は、ガスタービンエンジンにおける１以上の部品の疲労につながり、１以上の部品は、これらの変動が存在しなかった場合よりも早期に故障する可能性がある。従って、ガスタービンエンジンにおいて発生する振動（又は変動）を低減することが有利とすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許公開出願第２００８／０１７３２７１号明細書
【発明の概要】
【０００４】
本願出願当初の特許請求の範囲に記載された発明の幾つかの実施形態について要約する。これらの実施形態は、特許請求の範囲に記載された発明の技術的範囲を限定するものではなく、本発明の可能な形態を簡単にまとめたものである。実際、本発明は、以下に記載する実施形態と同様のものだけでなく、異なる様々な実施形態を包含する。
【０００５】
第１の実施形態では、システムは、振動を減衰するよう構成された共振器と、ある比率の第１の流体及び第１の流体とは異なる第２の流体を共振器に提供して共振器の共振特性を制御するよう構成された共振制御システムと、を含む。
【０００６】
第２の実施形態では、システムは、第１の流体及び第１の流体とは異なる第２の流体の比率を調節するよう構成され、比率に基づいて記共振器の共振周波数を制御して振動を減衰するよう構成された共振器コントローラを含む。
【０００７】
第３の実施形態では、システムは、燃焼室を含むエンジンと、燃焼室に結合されて該燃焼室内の振動を減衰するよう構成された共振器と、を含み、共振器は、第１の流体と、該第１の流体とは異なる第２の流体とをある比率で受け取り、共振器の共振周波数を制御するよう構成されている。
【０００８】
本発明の上記その他の特徴、態様及び利点については、図面と併せて以下の詳細な説明を参照することによって理解を深めることができるであろう。図面を通して、同様の部材には同様の符号を付した。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態による燃焼器に結合された制御システムを有するタービンシステムのブロック図。
【図２】本発明の一実施形態による、図１に示された制御システムと連動した共振器の側断面図。
【図３】本発明の一実施形態による、複数の作動流体を用いた共振器能力を示すグラフ。
【図４】本発明の一実施形態による、燃焼器に結合された第２の制御システムの側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の１以上の特定の実施形態について説明する。これらの実施形態を簡潔に説明するため、現実の実施に際してのあらゆる特徴について本明細書に記載しないこともある。実施化に向けての開発に際して、あらゆるエンジニアリング又は設計プロジェクトの場合と同様に、実施毎に異なる開発者の特定の目標（システム及び業務に関連した制約に従うことなど）を達成すべく、実施に特有の多くの決定を行う必要があることは明らかであろう。さらに、かかる開発努力は複雑で時間を要することもあるが、本明細書の開示内容に接した当業者にとっては日常的な設計、組立及び製造にすぎないことも明らかである。
【００１１】
本発明の様々な実施形態の構成要素について紹介する際、単数形で記載したものは、その構成要素が１以上存在することを意味する。「含む」、「備える」及び「有する」という用語は内包的なものであり、記載した構成要素以外の追加の要素が存在していてもよいことを意味する。
【００１２】
本開示の実施形態は、燃料供給源（例えば、液体及び／又はガスライン）内の圧力変動を減衰させることにより燃焼駆動振動を低減し、及び／又は１以上の共振器を介して燃焼により発生する音響振動を減衰させることができる。特定の実施形態では、１以上の共振器は、減衰作用を最大にするために振動に近接して位置付けることができる。例えば、共振器は、燃料ノズルの本体（例えば、燃料ノズルの中間及び／又は先端）に直接、燃料ノズルの上流側のマニホルド内に、及び／又は燃料ノズルの下流側に配置することができる。
【００１３】
加えて、共振器は、一定の周波数の振動を減衰するように調整することができ、或いは、広帯域周波数減衰器として作動するよう調整することができる。特定の実施形態では、各共振器は、共振器内の流体を変更し、これにより共振器の音響速度及び共振周波数を変更することにより調整することができる。例えば、各共振器は、共振器に提供される２以上の流体の量（例えば、比率）を変えることによって調整することができる。流体のあらゆる好適な数及びタイプを用いて共振器を調整することができる。一実施形態では、各共振器は、共振器に提供される蒸気及び二酸化炭素（ＣＯ２）の量（例えば、比率）を変えることにより調整することができる。共振器に送出される流体の制御は、コントローラを介して管理することができる。コントローラは、１以上のセンサから燃焼器の振動周波数に関する情報を受け取ることができ、更に、共振器に提供される第１の流体と第２の流体の比率を調節することによって、発生している現在の振動を減衰させるように共振器を調整することができる。すなわち、コントローラは、共振器に通信可能に結合することができ、共振器を少なくとも１つのセンサによって検出される周波数に同調させることができる。共振器は、とりわけ、Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ共振器及び／又は４分の１波長共振器を含むことができる。
【００１４】
次に、各図面に移り、最初に図１を参照すると、タービンシステム１０の一実施形態は、１以上の燃料ノズル１２を含むことができる。音響振動は、燃料の燃焼中に燃料ノズル１２から発生する可能性があるが、燃料ノズル１２の開示された実施形態は、発生した音響振動を減衰させるために燃料ノズル１２に一体化された共振器１４を含むことができる。加えて、及び／又は代替として、少なくとも１つの共振器１４は、燃料ノズル１２の上流側及び／又は下流側に位置付けられ、燃料の燃焼中に燃料ノズル１２から発生した音響振動の減衰を助けることができる。
【００１５】
タービンシステム（例えば、ガスタービンエンジン）１０は、天然ガス及び／又は水素富化合成ガスなどの液体又はガス燃料を用いて、タービンシステム１０を稼働することができる。図示のように、燃料ノズル１２は、燃料供給源１８を介して燃料ストリーム１６を吸入し、該燃料を燃焼器２０に噴射する。この燃料ストリーム１６は、例えば、マニホルド２２を通過することができる。一実施形態では、マニホルド２２は、燃焼器２０の内部にあるか、又は燃焼器２０に結合することができ、複数の流体を燃焼器２０に送出することを可能にするジャンクションとして動作することができる。
【００１６】
加えて、例えばマニホルド２２を通じて空気を燃焼器２０に噴射して、燃料ノズル１２によって燃焼器２０に噴射された燃料と混合し、燃料−空気混合気を生成することができる。燃料−空気混合気は、燃焼器２０内で点火することができる。この燃料−空気混合気の燃焼器２０内での燃焼は、高温の加圧排出ガスを生成する。燃焼器２０は、高温加圧排出ガスをタービン２４に送ることができる。すなわち、燃焼器２０は、排出ガスをタービン２４を通って排出出口２６に配向する。排出ガスは、タービン２４における少なくとも１つのタービン段（例えば、タービンブレード）を通過し、これによりタービン２４を回転駆動させる。その結果、タービン２４内のブレードとシャフト２８との間のカップリングによって、シャフト２８の回転が生じることになり、該シャフトはまた、タービンシステム１０全体にわたって複数の構成要素に結合される。
【００１７】
図示のように、シャフト２８は、圧縮機３０を含む、タービンシステム１０の種々の構成要素に接続することができる。圧縮機３０はまた、シャフト２８に結合できるブレードを含む。シャフト２８が回転すると、圧縮機３０内のブレードもまた回転し、これにより吸気口３４から圧縮機３０を通って燃料ノズル１２及び／又は燃焼器２０に入るよう空気３２を加圧することができる。シャフト２８はまた、負荷３６に接続することができ、該負荷には、シャフト２８の回転によって動力を供給することができる。理解されるように、負荷３６は、発電プラント又は外部の機械的負荷のような、タービンシステム１０の回転出力により出力を発生できるあらゆる好適な装置とすることができる。例えば、負荷３０は、発電機、航空機のプロペラ、その他を含むことができる。
【００１８】
タービンシステム１０の共振器１４は、以下の式によって定義される共振周波数（Ｆ）を有することができる。
Ｆ＝（ｃ／２π）√（Ｓ／ＶＬ）
ここで、ｃは音響速度、Ｓは共振器１４の孔の面積、Ｖは共振器１４の容積、Ｌは共振器１４の孔のネック長である。一実施形態では、共振器１４の音響速度ｃは、共振器１４の全体応答（例えば、音響減衰）を修正するよう変更することができる。例えば、ガス媒質においては、音響速度ｃは、ガス媒質の温度、分子構造、及び分子量に依存する。従って、異なる分子構造及び分子量が共振器１４に送出されるように、ある量の少なくとも２以上のガス媒質を導入し変えることによって、共振器１４により幅広い周波数を減衰させることができる。
【００１９】
タービンシステム１０は、共振器１４への流体流を制御するための電気装置又は電子装置とすることができるコントローラ３８を含む。本発明の実施形態では、コントローラ３８は、各共振器１４及び少なくとも１つのセンサ４０に通信可能に結合することができ、これらは、燃焼器２０と流体連通することができる。一実施形態では、センサ４０は圧力センサとすることができる。しかしながら、センサ４０は、圧力振動及び／又は燃焼ダイナミックスを示すフィードバックが得られるあらゆる好適なセンサを含むことができる。例えば、センサ４０は、温度センサ、火炎センサ、又は振動センサを含むことができる。コントローラ３８は、例えば燃焼器２０内の圧力振動の検出した周波数に関する情報をセンサ４０から受け取ることができる。加えて、１以上のセンサ４０は、マニホルド２２又は燃料ノズル１２に近接して配置され、これらの内部の圧力振動を検出することができる。
【００２０】
センサ４０から受け取ったこの情報に基づいて、コントローラ３８は、共振器１４から提供される流体の比率を調節することによって、検出周波数に一致するよう共振器１４を調整することができる。これらの流体は、第１の流体４２、第２の流体４、及びその他、Ｎ番目の流体４６までを含むことができる。流体４２、４４、及び４６として使用する流体の実施例は、限定ではないが、水（例えば、蒸気の形態で）、二酸化炭素、窒素、空気、及び／又は他の流体を含むことができる。流体４２、４４、及び４６は各々、異なる分子量を有することができ、単原子及び多原子流体を含むことができ、及び／又は互いに異なる比熱比を有することができる。例えば、第１の流体４２の分子量又は比熱比は、第２の流体４４よりも少なくとも約５％、１０％、１５％、２０％、３０％、４０％、５０％よりも大きく異なり、又はそれ以上異なることができる。
【００２１】
共振器１４に提供される第１の流体４２及び第２の流体４４などの流体の比率を調節することにより、共振器１４によって減衰できる全体の周波数は、より幅広い周波数を含むように拡大することができる。更に、共振器１４のより具体的な調整は、検出した振動周波数を音響的に減衰するよう調整される流体４２、４４の組合せを選ぶことによる、共振器１４に提供される流体（例えば、第１の流体４２と第２の流体４４）の制御を通じて達成することができる。これは、燃焼器２０内の特定の圧力振動の大きさの低減をもたらすことができる。
【００２２】
図２は、図１の燃料ノズル１２の軸方向下流側に配置できる共振器１４の一実施形態の概略図である。図示の実施形態では、共振器１４は、燃焼器２０の燃焼室４７の軸方向上流側に配置される。共振器１４の動作の種々の態様は、円周方向又は軸線５０、半径方向又は軸線５１、及び軸方向又は軸線５２を基準として説明できる点に留意されたい。例えば、軸線５０は、燃焼器２０の長手方向中心線の周りの円周方向に対応し、軸線５１は、長手方向中心線の周りの横方向又は半径方向に対応し、軸線５２は、燃焼器２０に沿った長手方向中心線又は縦方向に対応する。従って、図示の実施形態では、共振器１４は、円周方向５０で燃焼器２０の燃焼室４７を囲む環状チャンバとすることができる。すなわち、共振器１４は、燃焼室４７を囲む燃焼器２０の外側壁部に結合され且つこれを囲むことができる。別の実施形態では、共振器１４は、燃焼器２０の内部に配置することができ、その結果、共振器の上流側プレート５４は、燃焼室４７から軸方向上流側の燃焼器２０の内部にわたる外側壁部４８から半径方向に延びるようになる。例えば、共振器１４は、燃料ノズル１２の下流側端部に沿って配置することができる。何れかの実施形態では、共振器１４は、例えば、燃焼器２０における燃焼ダイナミックスにより生じる圧力振動を減衰させるよう構成される。
【００２３】
共振器１４は、燃焼プロセスにより引き起こされる音響振動を減衰するよう動作することができ、この音響振動は、ノズル１２に伝達される空気及び燃料の圧力変動の影響を受ける可能性がある。このようにして、他の場合にはタービンシステム１０内の部品又はサブシステムの１以上の固有周波数の振動によってタービンシステム１０の性能が低下し寿命が短くなるはずの特定の周波数における変動を軽減又は排除することさえできる。音響振動は、ノズル１２の直ぐ下流側で最大となる可能性が高い。従って、音響共振器１４は、燃焼室４７の圧力振動の位置と近接させるように、燃料ノズル１２の下流側部分に隣接して配置することが有利とすることができる。
【００２４】
共振器１４は、上流側プレート５４と少なくとも１つのサイドプレート５６とを含むことができ、該サイドプレート５６は、上流側プレート５４及び外側壁部４８と合わせて共振キャビティ５８を形成することができる。上流側プレート５４は、外側壁部４８と平行に半径方向５２に延びることができ、例えば、約０．２、０．４、０．６、０．８、１．０、１．２、１．４、１．６、１．８、又は２．０インチ幅とすることができる。サイドプレート５６は、外側壁部４８から上流側プレート５４まで、例えば、約０．５、１、１．５、２、２．５、又は３インチの距離で軸方向５１に延びることができる。従って、外側壁部４８と上流側プレート５４は平行にすることができ、サイドプレート５６は、キャビティ５８の周辺周りで横方向に延びる。更に、特定の実施形態では、上流側プレート５４はディスク形とすることができ、サイドプレート５６は環状形とすることができ、及び／又はキャビティ５８は円筒形とすることができる。
【００２５】
第１の流体４２及び第２の流体４４などの流体は、１以上の流体入口６０を介して共振キャビティ５８に流入することができ、該流体入口６０は、共振器１４の上流側プレート５４を通って軸方向５１に配置することができる。流体入口６０は、例えば、直径が約０．０１、０．０３、０．０５、０．１、０．１５、又は０．２０インチとすることができる。流体入口６０は、流体が方向線６２及び６４に沿って共振器キャビティ５８内に軸方向５１に通過するのを可能にすることができる。流体（例えば、第１の流体４２及び第２の流体４４）は更に、方向線６８で示すように、流体出口ポート６６を通って燃焼室４７内に軸方向５１に通ることができる。すなわち、流体出口ポート６６は、燃焼室４７の燃焼ゾーンに直接流体を放出することができる。流体出口ポート６６は、例えば、直径が約０．０５、０．１、０．１５、０．２、０．２５、又は０．３インチとすることができる。
【００２６】
従って、共振器１４は、圧力振動（例えば、空気、燃料、燃焼、その他）を減衰すると共に、例えば、燃料ノズル１２の下流側端部に隣接する流体出口ポート６６を介して燃焼室４７に１以上の流体（例えば、流体４２及び４４）を直接流す共振器キャビティ５８を含む。例えば、空気３２及び燃料１８の圧力変動（例えば、振動）に起因して、不均一な燃料／空気混合気が燃焼器２０に送出される可能性がある。この燃料／空気混合気が燃焼すると、排出ガスなどの流体は、燃料出口ポート６６を介してキャビティ５８内に強制的に送り込まれ、従って、キャビティ５８の内部の圧力を高めると同時に、燃焼室４７における振動を低減することができる。このようにして、圧力振動は、音響圧力波を形成することはできない。圧力振動がもはや生成されていない（例えば、燃料／空気混合気変動が減少する）場合、キャビティ５８内の高圧力は、排出ガスを流体４２及び４４と共に燃料出口ポート６６を通じて強制的に送り戻し、キャビティ５８内の圧力を燃焼ゾーン４７の圧力と等しくすることができる。このプロセスは、減衰によって圧力振動を減少させ、発生する音響振動がより少なく又は全くなくなるように、繰り返すことができる。このようにして、共振器１４は、変動する燃料／空気混合気の燃焼によって生じる圧力振動のエネルギーを消散させることができる。
【００２７】
更に、このプロセスは、共振器１４の調整によって、すなわち、共振器１４の共振周波数を燃焼室４７において生じる振動に一致させることによって最適化することができる。これらの振動は、１以上のセンサ４０を介して測定することができ、該センサは、燃焼室４７と流体連通した圧力センサとすることができる。燃焼室４７内で圧力振動の検出された周波数に関するこれらの測定値は、経路７０及び７２に沿ってコントローラ３８に伝送することができる。センサ４０から受け取った測定値に基づいて、コントローラ３８は、共振器１４に提供される流体（例えば、流体４２及び４４）の比率を調節することによって検出された周波数に一致するよう共振器１４を調整することができる。流体４４に対する流体４２の比率の調節は、コントローラ３８が１以上の制御信号を経路７４及び７６に沿ってバルブ７８及び８０に伝送することにより調節することができる。経路７４及び７６に沿って伝送されるこれらの制御信号は、バルブ７８及び８０の開閉を制御することができる。バルブ７８及び８０の開閉を調節することにより、方向線６２に沿って共振器キャビティ５８内に送出される第１の流体４２の量、及び方向線６４に沿って送出される第２の流体４４の量を制御することができる。
【００２８】
更に、流体（例えば、第１の流体４２及び第２の流体４４）の制御を通じて共振器１４の調整をより正確に行うことに加えて、共振器１４に提供される流体（第１の流体４２及び第２の流体４４など）の比率を調節することにより、共振器１４によって減衰させることができる周波数全体が幅広い範囲の周波数を含めるように拡大することができる。すなわち、キャビティ５８に提供される流体４２及び４４の比率を変えることにより、燃料出口ポート６６を介してキャビティ５８に流入してキャビティ５８の内部の圧力を増大させることができる排出ガスのような流体の量が変化する。すなわち、所与の時間にて共振器キャビティ５８に流入できる排出ガスの量は、当該時間における共振器キャビティ５８内の第１の流体４２と第２の流体４４の比率に関係することができる。更に、共振器１４によって減衰される周波数は、流体出口ポート６６を出入りしてキャビティ５８内の圧力を燃焼ゾーン４７の圧力と等しくすることができる排出ガスの量に関連して変化することができるので、あらゆる所与の時間にて共振器キャビティ５８に流入する排出ガスの量が、共振器１４により減衰される周波数を制御する。
【００２９】
上記で検討したように、共振器１４の調整は、燃焼室４７において発生する圧力振動に応答することができる。これらの圧力振動は、燃焼されることになる燃料（合成天然ガス、代替天然ガス、天然ガス、水素、その他）、燃料ノズル１２の数、燃焼ゾーンのサイズ、燃料／空気混合気が燃焼ゾーン４７に流入する速度、並びに他の要因など、幾つかの要因に応じて変化することができる。これらの要因に基づいて、所与の燃焼ゾーン４７内に発生した振動を相殺するために、共振器キャビティ５８内に導入された流体（例えば、第１の流体４２及び第２の流体４４）はコントローラ３８によってアクティブに制御することができる。
【００３０】
図３は、第１の流体４２及び第２の流体４４の調整可能な量を受け取ることができる共振器１４の吸収係数と周波数を示すグラフ８２（共振器１４応答）である。グラフ８２に示すように、より高いレベルでの共振器１４による振動の吸収が燃焼室４７における振動を十分に低減するような、最小吸収係数レベル８４が存在することができる。反対に、最小吸収係数レベル８４よりも低いレベルでの振動の吸収は、燃焼室４７における振動を十分には低減することができず、例えば、燃焼器の構成部品の全体の部品寿命に大きな影響を及ぼす可能性がある。従って、コントローラ３８は、共振器キャビティ５８への第１の流体４２及び第２の流体４４の流れを加減するようバルブ７８及び８０と連動して動作し、共振器１４が少なくとも最小吸収係数レベル８４で確実に動作するようにすることができる。
【００３１】
例えば、グラフ８２は、３つの曲線８６、８８、及び９０を示し、ここで曲線８６は、第１の流体４２だけが共振器１４に送出された場合の共振器１４の吸収に相当する。同様に、曲線８８は、第２の流体４４だけが共振器１４に送出された場合の共振器１４の吸収に相当する。最後に、曲線９０は、第１の流体４２及び第２の流体４４の混合流体が共振器１４に送出された場合の共振器１４の吸収に相当する。図示のように、曲線８６は、第１の流体４２だけが共振器１４に送出されて、共振器１４が燃焼室４７内の振動を十分に減衰する（例えば、最小吸収係数レベル８４を上回る）のを確保することができる周波数範囲９２を示している。同様に、曲線９０は、流体混合気９２が共振器１４に送出されて、共振器１４が燃焼室４７内の振動を十分に減衰するのを確保することができる周波数範囲９４を示している。最後に、曲線８８は、第２の流体４４だけが共振器１４に送出されて、共振器１４が燃焼室４７内の振動を十分に減衰するのを確保することができる周波数範囲９６を示している。
【００３２】
従って、共振器１４が燃焼室４７内の振動を十分に減衰する（例えば、最小吸収係数レベル８４を上回る）ことができる全体の周波数範囲９８は、第１の流体４２のみ又は第２の流体４４のみの利用と比べて拡張することができる。一実施形態では、共振器１４が燃焼室４７内の振動を十分に減衰することができる全体の周波数範囲９８は、例えば、約２０００Ｈｚ、２１００Ｈｚ、２２００Ｈｚ、２３００Ｈｚ、２４００Ｈｚ、２５００Ｈｚ、２６００Ｈｚ、２７００Ｈｚ、２８００Ｈｚ、２９００Ｈｚ、３０００Ｈｚ、又はそれよりも大きいものとすることができる。更に、上述のような、第１の流体４２及び第２の流体４４の組み合わせが図３に示されているが、２つよりも多い流体を共振器１４内で組み合わせて、共振器１４の全体の吸収特性を変えることも企図される。例えば、開示された共振器１４は、１から５、１から１０、又は１から２０の流体のあらゆる組み合わせを受け取り、共振器１４の周波数応答を拡張することができる。
【００３３】
図４は、本発明の実施形態と併用した燃焼器２０の側面図を示す。燃焼器２０は、燃料ノズル１２と、該ノズル１２の下流側の燃焼室４７とを含むことができる。燃焼器２０はまた、マニホルド２２及び共振器１４に結合することができる。一実施形態では、マニホルドは、水を利用してマニホルド２２を通過する流体を冷却する熱交換器として機能することができる。この水は、マニホルド２２を通過する流体から熱を吸収することができ、以下で詳細に検討するように蒸気になることができ、例えば、第２の流体４４のような流体として共振器１４と共に利用することができる。
【００３４】
上述のように、燃焼器２０は、共振器１４に結合することができる。共振器１４は、燃焼室４７を囲む環状チャンバとすることができる。センサ４０はまた、燃焼室４７に流体接続することができる。その上、コントローラ３８は、燃焼器２０に隣接することができ、経路７０を介してセンサ４０に結合させ、燃焼室４７内の圧力振動の検出された周波数に関する情報を受け取ることができる。
【００３５】
コントローラ３８はまた、経路１００に沿って共振器１４に送出される二酸化炭素の量（約４４グラム／モルの分子量を有する）を加減するバルブ７８と、経路１０２に沿って共振器に送出される水の量（例えば、約１８グラム／モルの分子量を有する蒸気）を加減するバルブ８０とに結合することができる。従って、コントローラ３８は、混合されることになる流体として燃焼器２０の作動において既に存在している流体（例えば、蒸気及び二酸化炭素）を利用し、共振器１４中で最小吸収係数レベル８４が維持されるのを適応的に確保することができる。すなわち、燃焼室４７内の圧力振動の検出周波数に関する測定値は、経路７０に沿ってコントローラ３８に伝送することができ、次いで、コントローラ３８は、センサ４０から受け取った測定値に基づき、共振器１４に提供される蒸気と二酸化炭素の比率を調節することにより検出周波数に一致するよう共振器１４を調整することができ、或いは、共振器１４内の最小吸収係数レベルが確実に維持されるよう共振器１４を調整することができる。二酸化炭素に対する蒸気の比率の調節は、１以上の制御信号を経路７４に沿って伝送し、バルブ７８及び８０の開閉を制御することにより達成することができる。バルブ７８及び８０の開閉を調節することによって、経路１００に沿って共振器１４に送出される二酸化炭素の量及び共振器１４に送出される蒸気の量を制御することができる。
【００３６】
共振器１４に提供される第１の流体４２及び第２の流体４４などの流体の比率を調節することにより、共振器１４によって減衰できる全体の周波数は、幅広い周波数を含めるよう拡張することができる。加えて、共振器１４に提供される第１の流体４２及び第２の流体４４などの流体の比率の調節は、特定の周波数を減衰させるような共振器１４の調整を可能にすることができる。一実施形態では、これらの調節は、自動的に行うことができる。例えば、共振器１４に提供される流体（例えば、第１の流体４２及び第２の流体４４）に対するこれらの調節は、スケジュールに応答して自動的に行うことができる。すなわち、例えば、１時間毎、６時間毎、毎日、毎週、毎月、その他で調節を行うことができる。加えて、又は代替として、調節はユーザの要求によって行うことができる。すなわち、ユーザは、所与の時間において、コントローラ３８がセンサから測定値を読み取りってこれに応じてバルブ７８及び８０を調節するよう要求することができる。このようにして、燃焼器２０における全体の振動は、リアルタイムで、すなわち振動発生事象に応答して低減することができる。
【００３７】
本明細書では、本発明を最良の形態を含めて開示するとともに、装置又はシステムの製造・使用及び方法の実施を始め、本発明を当業者が実施できるようにするため、例を用いて説明してきた。本発明の特許性を有する範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者に自明な他の例も包含する。かかる他の例は、特許請求の範囲の文言上の差のない構成要素を有しているか、或いは特許請求の範囲の文言と実質的な差のない均等な構成要素を有していれば、特許請求の範囲に記載された技術的範囲に属する。
【符号の説明】
【００３８】
１０  タービンシステム
１２  燃料ノズル
１４  共振器
１６  燃料ストリーム
１８  燃料供給源
２０  燃焼器
２２  マニホルド
２４  タービン
２６  排出出口
２８  シャフト
３０  圧縮機
３２  空気
３４  吸気口
３６  負荷
３８  コントローラ
４０  センサ
【図１】
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【図２】
2012117807.tif 000004
【図３】
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【図４】
2012117807.tif 000006
【外国語明細書】
2012117807000001.pdf