(57)【要約】【課題】燃料ノズル振動数調整のための装置及び方法を提供する。【解決手段】本燃焼ライナキャップ組立体（３０）の各支持ロッドは、円筒形スリーブによって支持された第１の端部（３４）及び片持ち燃料ノズルに接触する第２の端部（３６）を有する。各支持ロッドは、片持ち燃料ノズルに対して調整可能な押圧力を与えるようにその有効長さが調整可能である。円筒形スリーブ内に取付けられた片持ち燃料ノズルの共振振動数が調整される。複数の支持ロッドが、円筒形スリーブ及び片持ち燃料ノズル間で延びる。関連するガスタービンが、少なくとも幾つかの関心がある燃焼及びロータ音調を有する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼ライナキャップ組立体（３０）であって、
その中に取付けられた片持ち燃料ノズル（２）を有する円筒形スリーブ（２８）と、
その各々が前記円筒形スリーブによって支持された第１の端部（３４）及び前記片持ち燃料ノズルに接触するように構成された第２の端部（３６）を有する複数の支持ロッド（２０）と、を含み、
前記支持ロッド（２０）の各々が、前記片持ち燃料ノズルに対して調整可能な押圧力を与えるようにその有効長さが調整可能である、
燃焼ライナキャップ組立体。
【請求項２】
前記燃料ノズルが、旋回ベーン（１８）を含み、また
前記支持ロッドが、前記旋回ベーンにほぼ隣接した区域において前記片持ち燃料ノズルに接触するように構成される、
請求項１記載の燃焼ライナキャップ組立体。
【請求項３】
前記片持ち燃料ノズル（２）が、前記円筒形スリーブ（２８）内で中心に配置される、請求項１記載の燃焼ライナキャップ組立体。
【請求項４】
前記支持ロッド（２０）が、前記片持ち燃料ノズル（２）の周りに円周方向に間隔を置いて配置される、請求項１記載の燃焼ライナキャップ組立体。
【請求項５】
前記支持ロッドの第２の端部（３６）が、地金、ワイヤメッシュ又は摩耗皮膜の少なくとも１つを含む、請求項１記載の燃焼ライナキャップ組立体。
【請求項６】
燃焼ライナキャップ組立体（３０）であって、
その中に取付けられた片持ち燃料ノズル（２）を有する円筒形スリーブ（２８）と、
前記片持ち燃料ノズルに対して調整可能な押圧力を与える手段（２０）と、を含む、
燃焼ライナキャップ組立体。
【請求項７】
前記燃料ノズルが、旋回ベーン（１８）を含み、また
前記調整可能な押圧力を与える手段（２０）が、前記旋回ベーンにほぼ隣接した区域において前記片持ち燃料ノズル（２）に接触するように構成される、
請求項６記載の燃焼ライナキャップ組立体。
【請求項８】
前記片持ち燃料ノズル（２）が、前記円筒形スリーブ（２８）内で中心に配置される、請求項６記載の燃焼ライナキャップ組立体。
【請求項９】
前記調整可能な押圧力を与える手段（２０）が、前記片持ち燃料ノズル（２）の周りに円周方向に間隔を置いて配置される、請求項６記載の燃焼ライナキャップ組立体。
【請求項１０】
前記調整可能な押圧力を与える手段（２０）が、地金、ワイヤメッシュ又は摩耗皮膜の少なくとも１つを介して前記片持ち燃料ノズル（２）に接触する、請求項６記載の燃焼ライナキャップ組立体。
【請求項１１】
ガスタービン用の燃焼器であって、
請求項１〜請求項１０のいずれか１項記載の燃焼ライナキャップ組立体（３０）と、
前記片持ち燃料ノズルの周りに設けられた複数の外側燃料ノズルと、
前記円筒形スリーブを囲みかつ支持した取付けフランジ組立体（２２）と、を含む、
燃焼器。
【請求項１２】
ガスタービンの燃焼ライナキャップ組立体（３０）内に配置された燃料ノズル（２）の共振振動数を調整する方法であって、
前記燃焼ライナキャップ組立体が、円筒形スリーブ（２８）及び該スリーブ内に取付けられた片持ち燃料ノズル（２）間で延びる複数の支持ロッド（２０）を備えており、また関連するガスタービンが少なくとも幾つかの関心がある燃焼及びロータ音調を有しており、該方法が、
前記支持ロッド（２０）の有効長さを調整して前記片持ち燃料ノズル（２）に対して作用させる押圧力を調整し、それによって該燃料ノズルの共振振動数を高めて前記関心がある燃焼及びロータ音調よりも大きくなるようにするステップ、を含む、
方法。
【請求項１３】
前記共振振動数が、前記関心がある燃焼及びロータ音調の最高振動数の少なくとも２倍になるように調整される、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記燃料ノズルが、旋回ベーンを含み、また
前記支持ロッドが、前記旋回ベーンにほぼ隣接した区域において前記片持ち燃料ノズルに接触するように構成される、
請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
前記支持ロッドが、前記片持ち燃料ノズルの周りに円周方向に間隔を置いて配置される、請求項１２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ノズル振動数調整のための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
乾式低ＮＯｘ（ＤＬＮ）燃焼システム内での過度の動的圧力（ダイナミックス）は、許容可能なシステム耐久性及び信頼性を保証するためには回避しなければならない。ＤＬＮ燃焼システムは、エミッション及びガスタービンサイクルに関してより積極的な状態になった時に、燃焼器は、それらの燃焼器動的圧力変動（ダイナミックス）に対してよりロバストでない状態になり、また過度のダイナミックスにより引き起こされるシステム損傷が生じる可能性がある。過度のダイナミックスの瞬時の警報を得るために、燃焼器ダイナミックスの連続的な監視を行なうことができる。
【０００３】
燃焼器ダイナミックスを監視するために、例えば燃焼チャンバ内部の動的圧力センサによって或いは燃焼器ケーシング上に外部から取付けた加速度計によって、燃焼チャンバ内部で発生する音響モードの１つの周波数（振動数）音が検出される。音響モードは、燃焼器の１つ又はそれ以上の固有或いは共振振動数で発生する定常波でありかつ燃焼ライナの軸線と直角な方向に移動する。音響モードの振動数（周波数）は、燃焼器寸法及び燃焼チャンバ内部での音の速度に応じて決まり、この燃焼チャンバ内部での音の速度はまた、燃焼チャンバ内部のガスに応じて決まる。ガス内での音の速度は、ガスの温度及び性質から求めることができる。
【０００４】
燃料ノズルの固有振動数又は複数振動数は、燃焼システムにおける振動問題である。ノズルの作動時に発生する可能性がある全ての関心がある燃焼及びロータ音調以上に固有振動数又は複数振動数を調整することは、燃焼器及び／又はロータ音調振動数がノズルの固有振動数にほぼ等しくなった場合に発生する可能性がある該ノズルへの損傷を防止するために望ましい。しかしながら、この領域内における利用可能なスペースに制限があるため、これ迄の設計では、ハードウェアを十分に振動減衰させることが可能でなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７，２８４，３７８号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実例としての実施形態によると、燃焼ライナキャップ組立体は、その中に取付けられた片持ち燃料ノズルを有する円筒形スリーブと、その各々が円筒形スリーブによって支持された第１の端部及び片持ち燃料ノズルに接触するように構成された第２の端部を有する複数の支持ロッドとを含み、支持ロッドの各々は、片持ち燃料ノズルに対して調整可能な押圧力を与えるようにその有効長さが調整可能である。
【０００７】
別の実例としての実施形態によると、燃焼ライナキャップ組立体は、その中に取付けられた片持ち燃料ノズルを有する円筒形スリーブと、片持ち燃料ノズルに対して調整可能な押圧力を与える手段とを含む。
【０００８】
さらに別の実例としての実施形態によると、ガスタービンの燃焼ライナキャップ組立体内に配置された燃料ノズルの共振振動数を調整する方法を提供する。燃焼ライナキャップ組立体は、円筒形スリーブ及び該スリーブ内に取付けられた片持ち燃料ノズル間で延びる複数の支持ロッドを含む。関連するガスタービンは、少なくとも幾つかの関心がある燃焼及びロータ音調を有する。本方法は、支持ロッドの有効長さを調整して片持ち燃料ノズルに対して作用させる押圧力を調整し、それによって該燃料ノズルの共振振動数を高めて関心がある燃焼及びロータ音調よりも大きくなるようにするステップを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態による燃料ノズル支持体を概略的に示す図。
【図２】本発明の実施形態による燃焼ライナキャップ組立体を概略的に示す図。
【図３】支持ロッドを含む、図２の燃焼ライナキャップ組立体の一部分を概略的に示す図。
【図４】支持ロッドを含む、図１の燃料ノズル支持体の一部分を概略的に示す図。
【図５】支持ロッドを含む、図２の燃焼ライナキャップ組立体の一部分を概略的に示す図。
【図６】支持ロッド及びスリーブを含む、図２の燃焼ライナキャップ組立体の一部分を概略的に示す図。
【図７】実例としての実施形態による燃焼ライナキャップ組立体のスリーブを概略的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１を参照すると、燃焼器は、中心燃料ノズル２を含む。中心燃料ノズル２は、フランジ組立体４によってその一端で支持された同心チューブ組立体６を含む。中心燃料ノズル２はさらに、例えば金属薄板スクリーンのような吸気流調整装置８を含む。同心チューブ組立体６の周りには、シュラウド１０が設けられる。図１に示すように、中心燃料ノズル２は、フランジ組立体４によって片持ち方式で支持される。
【００１１】
同心チューブ組立体６は、燃料ノズル後方チップ１６に拡散調量孔１４を有するハブ１２を含む。同心チューブ組立体６の周りのシュラウド１０内に、１つ又は複数の旋回ベーン１８（つまり、スウォズル）を設けることができる。図１に示すように、支持ロッド２０は、スウォズル１８の下流のポイント、例えば同心チューブ組立体６及びスウォズル１８のほぼ全体上にわたって延びる第１のシュラウドセクション４４とハブ１２及び燃料ノズル後方チップ１６のほぼ全体上にわたって延びる第２のシュラウドセクション４６との間のポイント４８において中心燃料ノズル２のシュラウド１０に接触することができる。
【００１２】
中心燃料ノズル２の同心チューブ組立体６は、円筒形外側スリーブ２８とシュラウド１０の外表面との間に設けられた複数の支持ロッド２０によってシュラウド１０内に支持される。図６を参照すると、支持ロッド２０は、中心燃料ノズル２のシュラウド１０の外表面に接触する。例えば図４〜図６には、支持ロッド２０がほぼ矩形断面を有するものとして図示しているが、支持ロッド２０は、あらゆる断面を有することができることを理解されたい。
【００１３】
図２及び図３を参照すると、燃焼器の燃焼ライナキャップ組立体３０は、円筒形外側スリーブ２８を同心に囲んだ取付けフランジ組立体２２を含む。複数のストラット２４が、円筒形外側スリーブ２８の周りに取付けフランジ組立体２２を支持する。円筒形外側スリーブ２８は、中心燃料ノズル２の周りに同心に間隔を置いて配置された複数の外側燃料ノズル開口部２６を囲む。
【００１４】
円筒形外側スリーブ２８は、複数のネジ付きボス３２を含む。各ネジ付きボス３２は、それぞれの支持ロッド２０の第１の端部３４を受ける。支持ロッド２０の第１の端部３４は、ネジ付きボス３２と螺合するようにネジ係合される。各支持ロッド２０の第１の端部３４はまた、レンチ又はその他の工具を係合させてネジ付きボス３２に対して該支持ロッド２０の位置を調整することができる例えば六角形又は八角形のような成形端部を含む。
【００１５】
図４〜図７を参照すると、支持ロッド２０は、中心燃料ノズル２のシュラウド１０に接触した第２の端部３６を含む。第２の端部３６は、中心燃料ノズルのシュラウド１０と接触状態になっているが、この実例としての実施形態では、該中心燃料ノズルのシュラウド１０に対して連結又は締結されていない。図４〜図６に示すように、燃焼器はさらに、円筒形外側スリーブ２８を支持した支持プレート３８を含む。シュラウド１０の周りにはスリーブ４０が設けられ、スリーブ４０は、それを通して支持ロッド２０の第２の端部３６が該シュラウド１０に接触するように延びる複数の支持ロッドアパーチャ４２を含む。中心燃料ノズル２のシュラウド１０に接触した支持ロッド２０の第２の端部３６には、作動条件、つまり地金、ワイヤメッシュ又は摩耗皮膜などに応じて決まる多数の設計を備えることができる。
【００１６】
中心燃料ノズル２の片持ち支持に対して付加的剛性を与えるために、支持ロッド２０は、燃焼ライナキャップ組立体３０に対して付加され、かつキャップ組立体３０のネジ付きボス３２との該支持ロッドの第１の端部３４のネジ係合を調整することによって中心燃料ノズル２のシュラウド１０に対して押圧される。ネジ付きボス３２内で第１の端部３４を調整して、シュラウド１０と燃焼ライナキャップ組立体３０の円筒形外側スリーブ２８上のネジ付きボス３２との間で支持ロッド２０を圧縮する（押圧させる）ようにする。そのそれぞれのネジ付きボス３２との各支持ロッド２０の第１の端部３４のネジ係合を調整することによって、各支持ロッドは、等しい量だけ押圧（圧縮）させることができ、或いは各支持ロッドは、異なる量で押圧（圧縮）させることができる。
【００１７】
燃焼器の燃焼ダイナミックス及びタービンの運転を監視するために、燃焼器内及びタービン内にセンサが設けられる。センサは、例えば燃焼動的圧力センサ、火炎センサ及び／又は加速度計とすることができる。センサからの信号を処理して、関心がある音調又は振動数を特定することができる。例えば、信号は、米国特許第７，２７８，２６６号に開示されているように処理することができるが、その他の信号処理法も使用することができることを理解されたい。
【００１８】
支持ロッド２０は、中心燃料ノズル２のシュラウド１０と接触状態になった剛性スプリングとして作用する。支持ロッド２０の圧縮（押圧）により、中心燃料ノズル２の固有振動数を燃焼器の作動時に発生する可能性がある関心がある燃焼又はロータ音調以上に高めるのに十分な振動減衰が得られる。支持ロッド２０の圧縮はまた、その大きな振動減衰により中心燃料ノズル２の振幅応答つまり振動を減少させる。
【００１９】
支持ロッド２０はまた、中心燃料ノズルの固有振動数を特定の作動条件下で燃焼器が受ける可能性がある燃焼及び／又はロータ音調以上に高めるように圧縮することができる。複数支持ロッドの又は各支持ロッドの圧縮量は、作動条件に応じて変化させることができる。異なる作動条件では、異なる圧縮量を必要として、中心燃料ノズルの固有振動数を特定の作動条件において発生する可能性がある燃焼及びロータ音調以上に高めることができる。
【００２０】
設ける支持ロッドの数は、燃焼器内で利用可能な空間の大きさ、例えば燃焼ライナキャップ組立体の外側スリーブとシュラウドとの間で利用可能な空間に応じて決まる。一般的に、設ける支持ロッドが多ければ多いほど、より多くの振動減衰が発生することになる。
【００２１】
支持ロッド２０は、中心燃料ノズルの固有振動数を関心がある燃焼及びロータ音調以上に高めるのに十分な剛性を与えかつその大きな振動減衰により振幅応答を減少させる。支持ロッド２０は、２〜３倍ほど中心燃料ノズルの固有振動数を高めることができる。この剛性の増大により、現在のハードウェア性能を越えることができる一層ロバストかつ耐久性がある燃料設計が可能になる。
【００２２】
支持ロッド２０は、中心燃料ノズルに殆ど設計変更を加えずに又は行なう場合には必要な設計変更を加えて既存の燃焼システムに対して改造取付けすることができる。改造には、アパーチャを備えたスリーブ４０を設けること、又は既存のスリーブ内にアパーチャを形成することを含むことができる。燃焼ライナキャップ組立体は、既存の円筒形外側スリーブにネジ付きボスを付加すること、又はネジ付きボスを備えた新しい円筒形外側スリーブを設けることによって改造することができる。これにより、実使用中のハードウェアの再生利用が可能になる。既存のハードウェアの使用は、部品寿命が消滅するまで、顧客がその作動を継続させるのを可能にする。
【００２３】
現時点で最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えられるものに関して本発明を説明してきたが、本発明は開示した実施形態に限定されるべきものではなく、逆に、特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内に含まれる様々な変更及び均等な構成を保護しようとするものであることを理解されたい。
【符号の説明】
【００２４】
２  中心燃料ノズル
４  フランジ組立体
６  同心チューブ組立体
８  吸気流調整装置（金属薄板スクリーン）
１０  シュラウド
１２  ハブ
１４  拡散調量孔
１６  燃料ノズル後方チップ
１８  旋回ベーン（スウォズル）
２０  支持ロッド
２２  取付けフランジ組立体
２４  ストラット
２６  外側燃料ノズル開口部
２８  円筒形外側スリーブ
３０  燃焼ライナキャップ組立体
３２  ネジ付きボス
３４  支持ロッド第１の端部
３６  支持ロッド第２の端部
３８  支持プレート
４０  スリーブ
４２  支持ロッドアパーチャ
４４  第１のシュラウドセクション
４６  第２のシュラウドセクション
４８  接合部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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