(57)【要約】  本開示は、燃焼器ライナ（１４）と流れスリーブ（１２）とを有する燃焼構造（１０）を備えるガスタービン燃焼器を提供する。燃焼器ライナ（１４）は、内面（３１）と外面（３０）とを有しており、燃焼ゾーン（１５）を画成する。ガスタービン燃焼器はさらに、燃焼器ライナ（１４）に取り付けられた複数の中空の翼形状の構造体（２２）を有しており、構造体は、半径方向で流れスリーブ（１２）と燃焼器ライナ（１４）との間に画成された空気流スペース（１８）内へと半径方向外側に向かって延在している。各中空構造体（２２）は少なくとも１つの調量管（２６）を有しており、調量管は、燃焼ゾーン（１５）と中空構造体（２２）との間に音響的な伝達を提供する。調量管（２６）は、燃焼器ライナ（１４）に取り外し可能に連結されており、これにより、調量管（２６）を、中空構造体（２２）の音響特性の変化を生じさせるように少なくとも１つの異なる寸法を有する少なくとも１つの付加的な調量管に交換することができる。
2018501458.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン燃焼器であって、
中心軸線を規定し、燃焼器ライナと流れスリーブとを有する燃焼構造を備え、前記燃焼器ライナは内面と外面とを有しており、半径方向で前記燃焼器ライナの前記外面と前記流れスリーブとの間に空気流スペースが画成され、前記燃焼器ライナ内に燃焼ゾーンが画成されており、
前記燃焼器ライナの前記外面の各部分に取り付けられ前記各部分を取り囲む複数の中空構造体を備え、該中空構造体は、前記空気流スペース内へと半径方向外側に向かって延在しており、各中空構造体は翼形状を有しており、各中空構造体は、前記燃焼ゾーンと前記中空構造体の内部容積との間に音響的な伝達を提供する少なくとも１つの調量管を有しており、該調量管を、各中空構造体の音響特性の変化を生じさせるように少なくとも１つの異なる寸法を有する少なくとも１つの付加的な調量管と交換可能にするために、前記調量管が前記燃焼器ライナに取り外し可能に連結されている、ガスタービン燃焼器。
【請求項２】
各中空構造体の半径方向外側面はさらに、前記中空構造体の前記内部容積内へのアクセスを可能にする取り外し可能なキャップを有している、請求項１記載のガスタービン燃焼器。
【請求項３】
前記取り外し可能なキャップは、前記各中空構造体の前記半径方向外側面に、複数のタブを介して取り外し可能に連結されており、前記取り外し可能なキャップの回転により、前記タブは、前記中空構造体の面に係合し、前記中空構造体と共にシールを形成する、請求項２記載のガスタービン燃焼器。
【請求項４】
前記タブに係合する前記中空構造体の前記面は、半径方向内側に向かって傾斜している、請求項３記載のガスタービン燃焼器。
【請求項５】
前記燃焼器ライナはさらに、該燃焼器ライナの前記外面に取り付けられ半径方向外側に向かって前記各中空構造体の前記内部容積内へと延在する複数の中空ボスを有しており、該中空ボスは、前記調量管を受容するように構成されている、請求項１記載のガスタービン燃焼器。
【請求項６】
各調量管の外側管面はさらに、該外側管面のまわりに周方向で配置された雄ねじ山付き部分と肩部とを有しており、各中空ボスの開口は雌ねじ山付き面を画成しており、前記中空ボスの前記雌ねじ山付き面と、前記調量管の雄ねじ山付き部分とは相補的であり、これにより、各調量管の前記肩部は、前記調量管が前記中空ボス内へ挿入されたときに、前記各中空ボスの半径方向外側リムに係合する、請求項５記載のガスタービン燃焼器。
【請求項７】
各調量管はさらに、前記調量管の前記肩部と、対応する前記中空ボスの前記半径方向外側リムとの間に配置されたウェッジロックワッシャ構造を有しており、該ウェッジロックワッシャ構造は、作動中、前記調量管が、対応する前記中空ボスから後退して外れるのを阻止するために前記調量管を定置にロックする、請求項６記載のガスタービン燃焼器。
【請求項８】
前記中空構造体は、周方向で互いに間隔を空けて配置されており、前記空気流スペースを通って通過するガスのスワールを減じる作用を有している、請求項１記載のガスタービン燃焼器。
【請求項９】
タービンエンジン構成要素を整備する方法であって、
燃焼器ライナの外面の部分に取り付けられ前記部分を取り囲む中空構造体の内部容積にアクセスするステップであって、前記中空構造体は、前記燃焼器ライナの前記外面と、前記燃焼器ライナの半径方向外側に位置する流れスリーブと、の間に画成された空気流スペース内へと半径方向外側に向かって延在しており、前記中空構造体は、前記中空構造体の前記内部容積と、前記燃焼器ライナによって画成された燃焼ゾーンとの間に音響的な伝達を提供する第１の調量管を有している、ステップと、
前記第１の調量管を取り外すステップと、
前記第１の調量管が取り外された場所に、前記第１の調量管と比較して少なくとも１つの異なる寸法を有している第２の調量管を挿入するステップと、
を含む、タービンエンジン構成要素を整備する方法。
【請求項１０】
前記中空構造体は翼形状を有している、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記中空構造体の内部容積にアクセスするステップは、前記中空構造体の半径方向外側面に取り外し可能に連結されたキャップを取り外すステップを含む、請求項９記載の方法。
【請求項１２】
前記中空構造体に前記第２の調量管を挿入した後、前記中空構造体の半径方向外側面に前記キャップを再び取り付けるステップをさらに含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記各第１の調量管および第２の調量管の外側管面は、該外側管面のまわりに周方向に配置された雄ねじ山付き部分と肩部とを有しており、前記中空構造体によって取り囲まれた前記燃焼器ライナの前記部分は、前記第１の調量管および第２の調量管を受容するように構成された中空ボスを有しており、該中空ボスは、前記各中空構造体の前記内部容積内へと半径方向外側に向かって延在している、請求項９記載の方法。
【請求項１４】
前記中空ボスの開口は、前記第１の調量管および第２の調量管の前記雄ねじ山付き部分と相補的な雌ねじ山付き面を画成しており、これにより、各調量管の前記肩部は、前記調量管が前記中空ボス内へと挿入されたときに、前記中空ボスの半径方向外側リムに係合する、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の調量管を取り外すステップは、前記中空ボスから前記第１の調量管のねじ固定を解除するステップを含み、
前記第２の調量管を挿入するステップは、前記第２の調量管を前記中空ボス内へとねじ込むステップを含み、これにより、前記第２の調量管の前記肩部は、前記中空ボスの前記半径方向外側リムに係合する、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の調量管は、前記中空構造体内の第１の共鳴周波数を減衰するように構成されており、前記第２の調量管は、前記中空構造体内の第２の共鳴周波数を減衰するように構成されており、前記第２の共鳴周波数は前記第１の共鳴周波数とは異なる、請求項９記載の方法。
【請求項１７】
ガスタービンエンジン内の複数の共鳴周波数を減衰する方法であって、前記ガスタービンエンジンは、燃焼ゾーンを画成する燃焼器ライナと、該燃焼器ライナの半径方向外側に位置する流れスリーブとを有する燃焼構造を備え、前記流れスリーブは前記燃焼器ライナと協働して、これらの間に空気流スペースを画成しており、当該方法は、
前記空気流スペース内へと半径方向外側に向かって延在する複数の中空構造体を設けるステップであって、前記中空構造体は、前記燃焼器ライナの外面の各部分に取り付けられ前記各部分を取り囲む、ステップと、
前記中空構造体のうちの少なくとも１つに、少なくとも１つの交換可能な調量管を挿入するステップであって、各交換可能な調量管は、前記対応する中空構造体内の選択された共鳴周波数を減衰するように構成されており、前記交換可能な調量管はそれぞれ、前記燃焼器ライナに取り外し可能に連結されており、前記燃焼ゾーンと前記対応する中空構造体の内部容積との間に音響的な伝達を提供する、ステップと、
交換可能な調量管を含む前記中空構造体のうちの少なくとも１つにおいて異なる共鳴周波数を減衰すべきであることを決定するステップと、
異なる共鳴周波数が減衰されるべきである前記少なくとも１つの中空構造体から、少なくとも１つの交換可能な調量管を取り外すステップと、
異なる共鳴周波数が減衰されるべきである前記少なくとも１つの中空構造体内へ、付加的な交換可能な調量管を、前記交換可能な調量管が位置していた前記燃焼器ライナ内へ挿入するステップであって、前記付加的な交換可能な調量管は、前記異なる共鳴周波数を減衰するように構成されている、ステップと、
を含む、ガスタービンエンジン内の複数の共鳴周波数を減衰する方法。
【請求項１８】
前記交換可能な調量管と、前記付加的な交換可能な調量管のそれぞれの外側管面は、該外側管面のまわりに周方向に配置された雄ねじ山付き部分と肩部とを有しており、
異なる共鳴周波数が減衰されるべきである前記中空構造体によって取り囲まれた前記燃焼器ライナの前記部分は、前記交換可能な調量管と前記付加的な交換可能な調量管とを受容するように構成された中空ボスを有しており、該中空ボスはさらに、前記交換可能な調量管と前記付加的な交換可能な調量管の前記雄ねじ山付き部分に相補的な雌ねじ山付き部分を有しており、
前記交換可能な調量管を取り外すステップは、前記中空ボスから前記交換可能な調量管のねじ固定を解除するステップを含み、
前記付加的な交換可能な調量管を挿入するステップは、前記付加的な交換可能な調量管を前記中空ボス内へとねじ込むステップを含み、これにより、前記付加的な交換可能な調量管の前記肩部は、前記対応する中空ボスの半径方向外側リムに係合する、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記中空構造体は翼形状を有している、請求項１７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にガスタービンエンジンに関し、より詳細には、ガスタービンエンジンの燃焼器ライナに位置する交換可能な音響調量管を備えた共鳴器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンでは、圧縮機セクションから放出された圧縮空気と、燃料源から導入された燃料とが燃焼セクションで混合されて燃焼され、高温の燃焼ガスを形成する燃焼生成物を生成する。燃焼ガスは、タービンセクション内の高温ガス路により方向付けられて、タービンセクションにおいて膨張してタービンロータを回転させる。タービンロータは、圧縮機セクションに動力を供給するために軸に連結され、電気を生成するために発電機に連結されていてよい。
【０００３】
燃焼により、燃焼セクション内で圧力振動が発生し、この圧力振動は、音波の形態で燃焼ダイナミクスを引き起こす。これらの音波は火炎を不安定にさせる恐れがあり、１つ以上のエンジン構成要素の固有共鳴周波数に一致する振動は、燃焼器構成要素に疲労または摩耗故障を生じさせる恐れがある。共鳴器ボックスなどの減衰装置を使用して、エンジン作動中に発生する音響エネルギを抑制または吸収して、音響振動を許容範囲内に保つことができる。冷却の必要性および空間的制限はしばしば、燃焼ダイナミクス、特に低周波数および中間周波数のダイナミクスを減衰する能力を制限するので、燃焼ダイナミクスを緩和するために燃料ステージングがしばしば使用され、このために、混合物においてある程度の非均質性が必要となることが多い。しかしながら、このような方法は、しばしば望ましくない汚染物質の排出をもたらし、燃焼器の性能を制限する場合がある。さらに、１つの構成要素が複数の固有周波数を有している場合があり、エンジン構成要素の共鳴周波数が時間によって変化する場合があるという事実により、燃焼ダイナミクスの緩和はさらに複雑になる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の１つの態様によれば、本開示は、中心軸線を規定し、燃焼器ライナと流れスリーブとを有する燃焼構造を備える、ガスタービン燃焼器を提供する。燃焼器ライナは、内面と外面とを有しており、燃焼ゾーンを画成する。半径方向で燃焼器ライナの外面と流れスリーブとの間に空気流スペースが画成されている。ガスタービン燃焼器はさらに、複数の中空構造体を有しており、これらの中空構造体は、燃焼器ライナの外面の各部分に取り付けられこの各部分を取り囲んでおり、半径方向外側に向かって空気流スペース内へと延在している。各中空構造体は翼形状を有している。各中空構造体は少なくとも１つの調量管を有しており、この調量管は、燃焼ゾーンと中空構造体の内部容積との間に音響的な伝達を提供する。調量管を、各中空構造体の音響特性の変化を生じさせるように少なくとも１つの異なる寸法を有する少なくとも１つの付加的な調量管と交換可能にするために、調量管は、燃焼器ライナに取り外し可能に連結されている。
【０００５】
いくつかの態様によれば、各中空構造体の半径方向外側面はさらに、中空構造体の内部容積内へのアクセスを可能にする取り外し可能なキャップを有していてよい。特定の態様では、この取り外し可能なキャップは、各中空構造体の半径方向外側面に、複数のタブを介して取り外し可能に連結されていてよい。取り外し可能なキャップの回転により、タブは、中空構造体の面に係合させられ、中空構造体と共にシールを形成する。さらなる特定の態様では、タブに係合する中空構造体の面は、半径方向内側に向かって傾斜していてよい。
【０００６】
本発明の別の態様によれば、燃焼器ライナはさらに、燃焼器ライナの外面に取り付けられ半径方向外側に向かって各中空構造体の内部容積内へと延在する複数の中空ボスを有していてよい。中空ボスは、各中空構造体の内部容積内で調量管を受容するように構成されている。特定の態様では、各調量管の外側管面はさらに、外側管面のまわりに周方向で配置された雄ねじ山付き部分と肩部とを有していてよい。各中空ボスの開口は、調量管の雄ねじ山付き部分と相補的な雌ねじ山付き面を画成しており、これにより各調量管の肩部は、調量管がねじ山付き開口内へ挿入されたときに、各中空ボスの半径方向外側リムに係合する。別の特定の態様では、各調量管はさらに、調量管の肩部と、対応する中空ボスの半径方向外側リムとの間に配置されたウェッジロックワッシャ構造を有していてよい。ウェッジロックワッシャ構造は、作動中、調量管が、対応する中空ボスから後退して外れるのを阻止するために調量管を定置にロックする。
【０００７】
別の態様によれば、中空構造体は翼形状を有していてよい。特定の態様では、これら翼形状の中空構造体は、周方向で互いに間隔を空けて配置されていてよく、空気流スペースを通って通過するガスのスワールを減じる作用を有している。
【０００８】
本発明の別の態様によれば、本開示は、タービンエンジン構成要素を整備する方法を提供する。１つの態様では、この方法は、燃焼器ライナの外面に取り付けられた中空構造体の内部容積にアクセスするステップであって、この中空構造体は、燃焼器ライナの外面と、燃焼器ライナの半径方向外側に位置する流れスリーブとの間に画成された空気流スペース内へと半径方向外側に向かって延在しており、この中空構造体は、燃焼器ライナの外面の部分を取り囲んでいて、中空構造体の内部容積と、燃焼器ライナによって画成された燃焼ゾーンとの間に音響的な伝達を提供する第１の調量管を有している、ステップと、第１の調量管を取り外すステップと、第１の調量管が取り外された場所に、第１の調量管と比較して少なくとも１つの異なる寸法を有している第２の調量管を挿入するステップと、を含む。
【０００９】
この方法の１つの態様によれば、中空構造体は翼形状を有している。この方法の別の態様によれば、中空構造体の内部容積にアクセスするステップは、中空構造体の半径方向外側面に取り外し可能に連結されたキャップを取り外すステップを含んでよい。特定の態様では、この方法は、中空構造体に第２の調量管を挿入した後、中空構造体の半径方向外側面にキャップを再び取り付けるステップをさらに含んでよい。
【００１０】
この方法の別の態様によれば、第１の調量管および第２の調量管のそれぞれの外側管面は、外側管面のまわりに周方向に配置された雄ねじ山付き部分と肩部とを有していてよく、中空構造体によって取り囲まれた燃焼器ライナの部分は、第１の調量管および第２の調量管を受容するように構成された中空ボスを有していてよい。この中空ボスは、各中空構造体の内部容積内へと半径方向外側に向かって延在している。この方法の特定の態様によれば、中空ボスの開口は、第１の調量管および第２の調量管の雄ねじ山付き部分に相補的な雌ねじ山付き面を画成しており、これにより各調量管の肩部は、調量管が中空ボス内へと挿入されたときに、中空ボスの半径方向外側リムに係合する。この方法のこのような特定の態様では、第１の調量管を取り外すステップは、中空ボスから第１の調量管のねじ固定を解除するステップを含んでよく、第２の調量管を挿入するステップは、第２の調量管を中空ボス内へとねじ込むステップを含んでよく、これにより第２の調量管の肩部は、中空ボスの半径方向外側リムに係合する。
【００１１】
この方法の別の態様によれば、第１の調量管は、中空構造体内の第１の共鳴周波数を減衰するように構成されていてよく、第２の調量管は、中空構造体内の第２の共鳴周波数を減衰するように構成されていてよく、第２の共鳴周波数は第１の共鳴周波数とは異なる。
【００１２】
本発明の別の態様によれば、本開示は、ガスタービンエンジン内の複数の共鳴周波数を減衰する方法を提供する。ガスタービンエンジンは、燃焼ゾーンを画成する燃焼器ライナと、燃焼器ライナの半径方向外側に配置された流れスリーブとを有する燃焼構造を備える。流れスリーブは燃焼器ライナと協働して、流れスリーブと燃焼器ライナとの間に空気流スペースを画成している。１つの態様では、この方法は、空気流スペース内へと半径方向外側に向かって延在する複数の中空構造体を設けるステップであって、これらの中空構造体は、燃焼器ライナの外面の各部分に取り付けられてこの各部分を取り囲むステップと、中空構造体のうちの少なくとも１つに、少なくとも１つの交換可能な調量管を挿入するステップであって、各交換可能な調量管は、対応する中空構造体内の選択された共鳴周波数を減衰するように構成されているステップと、交換可能な調量管を含む中空構造体のうちの少なくとも１つにおいて異なる共鳴周波数を減衰すべきであることを決定するステップと、異なる共鳴周波数が減衰されるべきである少なくとも１つの中空構造体から、交換可能な調量管を取り外すステップと、異なる共鳴周波数が減衰されるべきである少なくとも１つの中空構造体内へ、付加的な交換可能な調量管を、交換可能な調量管が位置していた燃焼器ライナ内へ挿入するステップと、を含む。交換可能な各調量管は、燃焼器ライナに取り外し可能に連結されており、燃焼ゾーンと、対応する中空構造体の内部容積との間を音響的に連通させる。付加的な交換可能な調量管は、異なる共鳴周波数を減衰するように構成されている。
【００１３】
この方法のいくつかの態様によれば、各交換可能な調量管の外側管面は、この外側管面のまわりに周方向で配置された雄ねじ山付き部分と肩部とを有しており、異なる共鳴周波数が減衰されるべきである中空構造体によって取り囲まれた燃焼器ライナの部分は、交換可能な各調量管を受容するように構成された中空ボスを有している。中空ボスはさらに、交換可能な各調量管の雄ねじ山付き部分に相補的な雌ねじ山付き部分を有している。この方法のこの特定の態様では、交換可能な調量管を取り外すステップは、中空ボスから交換可能な調量管のねじ固定を解除するステップを含み、付加的な交換可能な調量管を挿入するステップは、付加的な交換可能な調量管を中空ボス内へとねじ込むステップを含み、これにより付加的な交換可能な調量管の肩部は、対応する中空ボスの半径方向外側リムに係合する。この方法の別の態様によれば、中空構造体は翼形状を有している。
【００１４】
本明細書は、本発明を特に指摘しかつ本発明を明瞭に請求する請求項によって終了するが、本発明は、同じ参照符号が同じ要素を表している添付の図面に関連した以下の説明からよりよく理解されると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の態様による、複数の共鳴器構造が組み込まれたガスタービンエンジンの燃焼器セクションの側面を示す部分断面図であって、燃焼器ライナの一部は省かれている。
【図２】図１の２−２線に沿って切り取って示した燃焼器セクションの部分的に断面された拡大斜視図である。
【図３】図２の３−３で示した部分の交換可能な音響調量管を拡大して示す断面図である。
【図４】本発明の態様による翼形状の中空構造体の分解図である。
【図５Ａ】本発明の別の態様による別の翼形状の中空構造体の分解図である。
【図５Ｂ】図５Ａの５−５線に沿って切り取って示した翼形状の中空構造体の部分的に断面された拡大斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
好適な実施形態の以下の詳細な説明では、その一部を形成する添付の図面が参照され、図面には、例として、限定としてではなく、本発明を実施することができる特定の好適な実施形態が示されている。本発明の思想および範囲から逸脱することなく、その他の実施形態が使用可能であり、変更が可能であることが理解されるべきである。
【００１７】
図１および図２には、ガスタービンエンジン（別個には符号を付与しない）の燃焼器セクションまたは燃焼器構造１０が示されており、この燃焼器構造は、流れスリーブ１２と、燃焼ゾーン１５を画成する燃焼器ライナ１４とを含む。本明細書で説明する燃焼器構造１０内の選択的な内部構造を示すために、図１では、燃焼器ライナ１４の一部が除去されていることを補足して述べる。燃焼器構造１０は、中心軸線ＣＡを規定している。ガスタービンエンジンの圧縮機セクション（図示せず）は、周囲空気を圧縮し、圧縮された空気の一部は最終的に、入口１６から、燃焼器ライナ１４と流れスリーブ１２との間に半径方向で画成された空気流スペース１８内へと進入する。燃焼器構造１０は、圧縮空気を燃料と混合させ、この混合物に点火して、燃焼ゾーン１５を貫流する高温燃焼ガスＣＧを含む燃焼生成物を形成する。燃焼器ライナ１４の内面３１（図２参照）は、高温燃焼ガスＣＧに接触し、次いで、ガスタービンエンジンのタービンセクション（同じく図示せず）へと移動する。燃焼器ライナ１４は、図１および図２に示したような略円形の横断面形状、および例えば楕円または長方形などの任意の適切な横断面形状を有していてよい。さらに、燃焼器ライナ１４は、異なる形状の間で移行してもよく、例えば略円形の横断面形状から、略長方形の横断面形状へと移行してもよい。
【００１８】
全体を通して使用されているように、それ以外の但し書きがない限りは、「周方向」、「軸方向」、「内側／半径方向内側」、「外側／半径方向外側」の用語、およびそれらの派生語は、燃焼器ライナ１４の中心軸線ＣＡを基準として使用されており、「上流」および「下流」の用語は、燃焼ゾーン１５を通ってタービンセクションに向かう高温燃焼ガスＣＧの流れを基準として使用されている。
【００１９】
図１〜図３を参照すると、共鳴器構造２０が、燃焼器ライナ１４のまわりに周方向で分布しており、燃焼器ライナ１４に取り付けられている。この共鳴器構造２０は、本明細書では共鳴器ボックス２２とも呼ばれる複数の中空構造体を有している。各共鳴器ボックス２２は、燃焼ライナ１４の外面３０の一部を取り囲み、この一部に直接取り付けられている。翼形状の共鳴器ボックス２２の環状の列は、燃焼器構造１０の上流端部に向かって配置されており、半径方向外側方向で、燃焼器ライナ１４と流れスリーブ１２との間に画成された空気流スペース１８内へと、この空気流スペース１８を通るように延在している。翼形状の共鳴器ボックス２２は、１つ以上の音響調量管（acoustic metering tube）２６を有している。この音響調量管２６は、燃焼器ライナ１４に取り外し可能に取り付けられているか、または連結されている。燃焼器ライナ１４は、音響調量管２６を受容するように構成された複数の開口３２を有している。開口３２は、燃焼器ライナ１４の厚さを貫通して、燃焼器ライナ１４の内面３１から、翼形状の共鳴器ボックス２２の中空内部容積２２Ａ内へと延在している。
【００２０】
翼形状の共鳴器ボックス２２を備えた燃焼器ライナ１４は、加えて、翼形状の共鳴器ボックス２２の下流に位置する１つ以上の付加的な共鳴器構造２０を有していてよい。これらの付加的な共鳴器２４は、長方形または台形などの任意の公知の形状を有していてよく、さらに燃焼器ライナ１４の厚さを貫通して延在する複数の調量孔を有していてよい。
【００２１】
次に図３を参照すると、図示した実施形態による音響調量管２６は、燃焼器ライナ１４の外面３０に取り外し可能に連結されており、燃焼器ライナ１４から半径方向外側に向かって、翼形状の共鳴器ボックス２２の内部容積２２Ａ内へと延在している。開口３２は、翼形状の共鳴器ボックス２２の内部容積２２Ａと燃焼ゾーン１５とが音響的に連通するように、燃焼器ライナ１４の厚さを貫通して延在している。開口３２に受容されている音響調量管２６は、以下でより詳しく説明するように、燃焼ゾーン１５で生じる燃焼周波数ダイナミクスを減衰するヘルムホルツ共鳴器ネックとして機能する。
【００２２】
本発明による音響調量管２６は取り外し可能であり、少なくとも１つの次元で異なる１つ以上の付加的な音響調量管と交換可能である。例えば、様々な長さ、内径、および／または内部幾何形状を有する音響調量管を、各中空構造体の音響特性における変化を生じさせるために所望のように交換することができる。図３に示した実施形態では、音響調量管２６は、肩部３４と、音響調量管２６の軸線ＴＡに対して音響調量管２６のまわりに周方向で配置された雄ねじ山付き部分３６とを有している。
【００２３】
燃焼器ライナ１４の外面３０に取り付けられ、この外面３０から半径方向外側に向かって、翼形状の共鳴器ボックス２２の内部容積２２Ａ内へと延在している中空ボス３８が、音響調量管２６を取り囲んでいる。中空ボス３８は、例えば燃焼器ライナ１４に溶接されていてよい。中空ボス３８の開口３９は、音響調量管２６を受容するように構成されており、燃焼器ライナ１４を貫通して延在する開口３２に整列している。中空ボス３８の半径方向外側リム４０は、音響調量管２６の肩部３４に係合しており、中空ボス３８の開口３９は、雌ねじ山付き面４２を画成している。雌ねじ山付き面４２は、音響調量管２６の雄ねじ山付き部分３６と相補的である。音響調量管２６と中空ボス３８との間の接合部内における選択的な構造を示すために、図３では、ねじ山の一部が省かれていることを補足して述べておく。例えば音響調量管２６を中空ボス３８内にねじ込むかまたはねじ締結することにより、音響調量管２６を、中空ボス３８の開口３９内に挿入することができ、これにより、中空ボス３８の雌ねじ山付き面４２が、音響調量管２６の雄ねじ山付き部分３６に螺合し、音響調量管を所望の位置で燃焼器ライナ１４に固定する。音響調量管２６は、次いで、音響調量管２６のねじ固定を解除することにより、中空ボス３８から取り外すことができ、同じまたは異なる寸法の別の音響調量管と交換することができる。本明細書でより詳しく説明するように、本発明による音響調量管２６は、翼形状の共鳴器ボックス２２の内部容積２２Ａにアクセスすることにより交換可能であり、燃焼器ライナ１４の内面３１および／または燃焼ゾーン１５にアクセスする必要はない。
【００２４】
図３にさらに示されているように、軸線ＴＡを中心として音響調量管２６のまわりに周方向でウェッジロックワッシャ構造４４を配置することができる。音響調量管２６では、ウェッジロックワッシャ構造４４は、音響調量管２６の肩部３４と、中空ボス３８の半径方向外側リム４０との間に挟まれている。例えば、中空ボス３８との係合により、音響調量管２６が燃焼器ライナ１４に固定されている場合、ウェッジロックワッシャ構造４４は、音響調量管２６を定置にロックする。例えば、ウェッジロックワッシャ構造４４は、ＮＯＲＤ−ＬＯＣＫ（Ｒ）タイプのウェッジロックワッシャであってよく（ＮＯＲＤ−ＬＯＣＫはスウェーデンのNord-Lock International AB社の登録商標である）、このウェッジロックワッシャは、音響調量管２６が、中空ボス３８の開口３９から後退して外れるのを阻止する半径方向に延在する複数の溝を有している。半径方向外側リム４０と肩部３４との間でウェッジロックワッシャ構造４４を押し付けるために、音響調量管２６にトルクを加えることができる。
【００２５】
さらに、本発明による交換可能な音響調量管２６は、空気流スペース１８内へ半径方向外側に向かって延在する、翼形状の共鳴器ボックス２２との関連で示されているが、交換可能な音響調量管２６は、任意の適切な形状および／または燃焼器構造１０内の任意の適切な位置を有する共鳴器ボックスと共に使用されてよいことを補足して述べておく。本発明による交換可能な音響調量管２６は、さらに、従来のように固定された調量管も含む共鳴器構造内で使用することができる。さらに、いくつかの例では、１つ以上の共鳴器構造の共鳴器ボックスは、複数の共鳴周波数を減衰する作用を得るために、共鳴器ボックスの他のものと比較して異なる寸法の音響調量管を含んでいてよい。
【００２６】
図２を参照して、本明細書で記載した交換可能な音響調量管２６は、１つ以上の共鳴器ボックス２２内の摩耗したまたは破損した調量管と効果的に交換するために使用することができる。加えて、音響調量管２６は、ガスタービンエンジン内における所望の共鳴周波数を減衰するために、異なる寸法の音響調量管２６と交換することができ、その際、従来の共鳴器ボックス、燃焼ライナ１４、および／またはその他のエンジン構成要素のコストのかかる整備を必要としない。例えば、通常、１００〜１０００Ｈｚの範囲内にある中間周波数ダイナミクス（ＩＦＤ）を減衰するために、交換可能な音響調量管２６を使用することができる。ＩＦＤは従来の構成で対処することが特に困難であることがわかっており、現在多くの燃焼システムの性能を制限している。本明細書に開示された構造および方法を利用して行われるＩＦＤの低減または消去により、１つ以上の燃料段をなくすことができ、これによりシステムの複雑性が減じられ、点火温度の上昇および汚染レベルの低下により改善された性能特性を促進することができる。
【００２７】
次に図４および図５を参照する。共鳴器ボックス２２の一部は取り外すことができ、これにより、１つ以上の音響調量管２６を置き換えるまたは交換するために、共鳴器ボックスの内部容積２２Ａにアクセスすることができる。図４には、翼形状の共鳴器ボックス２２が示されており、この共鳴器ボックス２２は、翼形状の共鳴器ボックス２２の本体４８に取り外し可能に連結された半径方向外側面４６を有している。半径方向外側面４６は、図４に示したように、１つ以上のねじ５０などの１つ以上の適切な固定手段を介して本体４８に連結することができるが、別の形式の適切な固定手段を使用することもできる。固定手段は好適には、半径方向外側面４６よりも半径方向内側へと凹まされて設けられているので、固定手段は、半径方向外側面４６から空気流路（符号を付与せず）内へと半径方向外側に向かって延在することはなく、半径方向外側面４６上方の流入空気流ＡＦは、殆ど影響を受けない。
【００２８】
図５Ａおよび図５Ｂに示す別の実施形態では、翼形状の共鳴器ボックス２２の半径方向外側面４６はさらに、除去可能または取り外し可能なキャップ４９を有していてよく、このキャップにより、翼形状の共鳴器ボックス２２の内部容積２２Ａへとアクセスすることができる。この実施形態では、半径方向外側面４６は、翼形状の共鳴器ボックス２２の本体４８に、例えば溶接により取り付けられてよい。この実施形態による半径方向外側面４６は、取り外し可能なキャップ４９を受容する相補的な開口５１を有している。保持プレート５２は、取り外し可能なキャップ４９を受容し、固定するために半径方向外側面４６の内側に位置していてよい。例えば、取り外し可能なキャップ４９はさらに、複数のタブ５４を有していてよく、この場合、取り外し可能なキャップ４９を回転させることにより、タブ５４は、保持プレート５２と半径方向外側面４６との間に位置しこれらによって画成された袋孔５６に係合し、取り外し可能なキャップ４９を図５Ｂに示した場所にロックする捕捉シールが形成される。いくつかの実施形態では、袋孔５６の一部は、半径方向内側に向かって傾斜していてよく、取り外し可能なキャップ４９を定置にロックするのを補助する。図５Ａおよび図５Ｂに示したように、取り外し可能なキャップ４９は、取り外し可能なキャップ４９が半径方向で、音響調量管２６を燃焼器ライナ１４に固定する中空ボス３８の位置に整列しているように、半径方向外側面４６に連結されていてよく、これにより、音響調量管２６に容易にアクセスすることができる。
【００２９】
図５Ａおよび図５Ｂを参照すると、各翼形状の共鳴器ボックス２２は前縁５８と後縁６０とを有しており、前縁５８は、流入空気流ＡＦに面している。翼形状の共鳴器ボックス２２の本体４８は付加的に、１つ以上の穴６２を有していてよい。穴６２は、本体４８に沿った１つ以上の適切な場所に配置されていてよく、燃焼プロセスからの動的な反応を低減し、翼形状の共鳴器ボックス２２の内部容積２２Ａ、音響調量管２６、および／または翼形状の共鳴器ボックス２２によって取り囲まれた燃焼器ライナの外面３０の部分に対して冷却空気流を提供する。図５Ｂに示した実施形態では、翼形状の共鳴器ボックス２２は、前縁５８に沿って位置する複数の穴６２を有している。
【００３０】
本発明による交換可能な音響調量管の使用により、共鳴周波数を、燃焼周波数ダイナミクスの変更に対応して必要であるように効果的に適合させることができる。本発明の１つの例示的な態様では、図２および図３を参照して、音響調量管２６の共鳴周波数を、減衰させたい周波数に適合させるために、以下の簡略化した方程式を使用することができる。ここで、Ｖは共鳴器容積、（即ち、２２Ａ）、Ｌは図３に示したように調量管２６の長さ、Ａは共鳴器ネック開口の横断面積（図３において、Ｄは共鳴器ネックの直径、Ａはπ×Ｄ２／４）である：
【数１】
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【００３１】
加えて、図１、図２、図４および図５Ｂからわかるように、半径方向外側に向かって空気流スペース１８内へと延在する翼形状の共鳴器ボックス２２は、（交換可能な音響調量管２６を有していても有していなくても）燃焼器ヘッドの上流で流入空気流ＡＦの調整を可能にする。共鳴器ボックス２２の翼形状は、空気流スペース１８に入る圧縮空気のスワールを除去または低減し、許容できない大きな圧力降下を招くことなく流れをまっすぐにする。翼形状の共鳴器ボックス２２の形状および周方向の間隔を、スワールのこのような所望の低減を得るためにも利用することができる。本発明の１つの例示的な態様では、翼形状の共鳴器ボックス２２は、翼弦長さに対する翼幅方向の幅の比として約０．２４を有していてよい。別の例示的な態様では、翼弦長さに対する近接する共鳴器までの周方向距離の比は約０．１〜０．５であってよい。これらの比のうちの１つ以上を使用することは、スワールを減じ、流れをまっすぐにし、かつ／または圧力降下を最小にするために効果的であると考えられる。共鳴器容積、流入空気流に対する翼の角度、翼の翼弦方向または半径方向のテーパおよび／またはねじれ等の、共鳴器ボックスおよび翼形状のその他の態様も、所望の減衰特性および／または流れ調整の利点を得るために変更し最適化することができる。
【００３２】
本発明はさらに、ガスタービンエンジン構成要素を整備し、ガスタービンエンジンにおける複数の共鳴周波数を減衰するために、本明細書で開示したような交換可能な調量管を使用する方法を含む。説明の目的で、図１〜図５の構成要素を本明細書では参照するが、本明細書に開示される方法は、本発明の範囲および思想から逸脱することなく、別の適切な構成要素および構造とともに実行することができる。ガスタービンエンジンは燃焼構造１０を有しており、燃焼構造１０は、燃焼ゾーン１５を画成する燃焼器ライナ１４と、燃焼器ライナ１４の半径方向外側に配置された流れスリーブ１２とを有している。流れスリーブ１２は、燃焼器ライナ１４と協働して、これらの間には空気流スペース１８が画成されている。共鳴器ボックス２２などの複数の中空構造体が、燃焼器ライナ１４の外面３０の各部分に直接取り付けられており、燃焼器ライナ１４の外面３０の各部分を取り囲み、半径方向外側に向かって空気流スペース１８内へと延在している。方法のいくつかの実施形態では、共鳴器ボックス２２は、翼形状の共鳴器ボックス２２を有している。１つ以上の中空構造体２２が、音響調量管２６などの１つ以上の交換可能な調量管を有しており、この調量管は、対応する中空構造体２２内の選択的な共鳴周波数を減衰するように構成されている。交換可能な各音響調量管２６は、燃焼器ライナ１４に取り外し可能に連結されており、燃焼ゾーン１５と、対応する中空構造体２２の内部容積２２Ａとの間を音響的に連通させる。
【００３３】
この方法は、１つ以上の中空構造体の内部容積にアクセスするステップを含み、これにより、少なくとも１つの調量管を取り外して、第２の調量管を、第１の調量管が取り外された場所に挿入することができる。場合によっては、第１の調量管は損傷し破損しているかもしれず、同じまたは異なる寸法を有する新しい調量管と取り替える必要がある。別の例では、燃焼器構造内の異なる共鳴周波数を減衰すべきことが決定され、この場合、第１の調量管を、第１の調量管と比較して少なくとも１つの次元で異なっている第２の調量管と交換することができる。本発明の１つの態様によれば、中空構造体の内部容積にアクセスするステップは、中空構造体からキャップを取り外すステップを含んでいてよい。キャップは、例えば図５Ａに示したような取り外し可能なキャップ４９を含んでよく、このキャップは、中空構造体２２の半径方向外側面４６に取り外し可能に連結されている。本発明のこの態様による方法はさらに、中空構造体の第２の調量管の挿入に続いて、半径方向外側面にキャップを再び取り付けるステップを含む。
【００３４】
この方法の全ての態様において、中空構造体の内部容積にアクセスするステップは、中空構造体の半径方向外側面の全てまたは一部を取り外すことにより行われるので、調量管を、燃焼ゾーンまたは燃焼器ライナの内面にアクセスせずに取り外すまたは挿入することができることに注目されたい。したがって、調量管を交換するために、燃焼器ライナから中空構造体を取り外す必要はなく、または中空構造体および／またはガスタービン燃焼器のその他いかなる構成要素も分解する必要はない。
【００３５】
さらに、本発明によれば、図３に示したように、第１および第２の調量管２６のそれぞれの外面は、音響調量管２６の外側管面のまわりに周方向に配置された雄ねじ山付き部分３６と肩部３４とを有していてよい。中空構造体２２によって取り囲まれた燃焼器ライナ１４の部分は、音響調量管２６を受容するように構成された開口３２を有している。本発明のいくつかの態様では、この開口は、半径方向外側リム４０と、各調量管２６の雄ねじ山付き部分３６と相補的でありこれに係合する雌ねじ山付き面４２と、を含む中空ボス３８を有していてよい。第１の調量管を取り外すステップは、中空ボスから第１の調量管のねじ固定を解除するステップを含んでよく、第２の調量管を挿入するステップは、第２の調量管を中空ボス内にねじ込むステップを含み、これにより、第２の調量管の肩部は、中空ボスを取り囲む半径方向外側リムに係合する。本発明による交換可能な調量管は、ガスタービン燃焼器内の構造的な目的、即ち、燃焼器構造への燃焼器ライナの取り付け、および／または共鳴器ボックスの燃焼器ライナへの取り付けを提供せず、したがって、整備中、有害な影響なしに、燃焼器ライナから完全に取り外すことができることを補足して述べる。
【００３６】
本発明の特定の実施の形態について例示および説明してきたが、本発明の思想および範囲から逸脱することなく様々なその他の変更および改変をなし得ることは当業者に明らかであろう。したがって、本発明の範囲内にある全てのこのような変更および改変を添付の請求項に包含することが意図されている。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【国際調査報告】
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