(57)【要約】【課題】ダンパ効率を高める。【解決手段】本発明は、概してガスタービン、特にガスタービンの燃焼室用のダンパアセンブリ１に関する。好適な実施の形態によれば、本解決手段は、ネック４の壁部６に突出部５を有するダンパアセンブリ１を提供する。これらの突出部５は、ネック４における音の有効速度を減じるという効果を有する、音場に対する側壁リアクタンスを生じる。ネック４における音の有効速度の低下は、有効ネック長さの増大に相当する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンの燃焼室（２）用のダンパアセンブリ（１）であって、該ダンパアセンブリ（１）は、共振器キャビティ（３）と、該共振器キャビティ（３；３１，３２）と流体通流可能に接続されたネック（４；４１）とを含み、前記ダンパアセンブリ（１）は、前記ネック（４，４１）の壁部（６）に配置された１つ又は複数の突出部（５）を含むことを特徴とする、ガスタービンの燃焼室（２）用のダンパアセンブリ（１）。
【請求項２】
前記１つ又は複数の突出部（５）は、環状であり、前記ネック（４）の周囲に配置されている、請求項１記載のダンパアセンブリ（１）。
【請求項３】
前記突出部（５）は、前記ネック（４）に沿って等間隔で配置されている、請求項１又は２記載のダンパアセンブリ（１）。
【請求項４】
前記１つ又は複数の突出部（５）は、矩形の横断面を有する、請求項１から３までのいずれか１項記載のダンパアセンブリ（１）。
【請求項５】
前記１つ又は複数の突出部（５）は、湾曲した横断面を有する、請求項１から４までのいずれか１項記載のダンパアセンブリ（１）。
【請求項６】
前記共振器キャビティ（３）は、互いに流体通流可能に接続された２つの体積（３１，３２）を含む、請求項１から５までのいずれか１項記載のダンパアセンブリ（１）。
【請求項７】
前記ネック（４１）は、前記２つの体積（３１，３２）を接続するように配置された中間ネック（４１）である、請求項６記載のダンパアセンブリ（１）。
【請求項８】
前記突出部（５）は、前記ネック（４）から外方へ方向付けられている、請求項１から７までのいずれか１項記載のダンパアセンブリ（１）。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか１項記載のダンパアセンブリ（１）を含むことを特徴とする、燃焼室（２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、概してガスタービン、特にガスタービンの燃焼室用のダンパアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
公知のように、従来のガスタービンでは通常、ガスタービンの燃焼室において音響振動が生じる。室という言葉は、燃焼ダイナミクスが生じるあらゆるガス体積を意味する。このような室において通常、高速のガス（例えば燃料と、空気又は排ガスとの混合物）の流れはノイズを発生する。燃焼室において燃焼する空気及び燃料はさらなるノイズを発生する。この音響振動は、極めて著しい共振へ発展し得る。燃焼室脈動としても知られるこのような振動は、燃焼室自体を過酷な機械的荷重にさらすような振幅及び関連する圧力変動に達する恐れがあり、これは、燃焼室の寿命を決定的に減じ得るとともに、最悪のケースでは、燃焼室の破壊にさえつながり得る。
【０００３】
音響振動ノイズを減じるために、当該技術分野においては、ヘルムホルツ共振器などの音響減衰装置を取り付けることが公知である。
【０００４】
通常、この種のダンパは、しばしば燃焼室の周囲（ライナ、フロントパネル）に位置決めされる物理的な装置である。このダンパは通常、空洞の体積（空気が流れることができる）と、この体積を燃焼室へ接続するネックとを有する。
【０００５】
ヘルムホルツダンパの共振周波数及び減衰能力は、そのジオメトリと、そのネックを通る流れとに依存する。ガスタービンにおいて使用されるヘルムホルツダンパの最大寸法は、ダンパが取り付けられる必要があるセクションによって課される幾何学的制約により、制限される場合がある。特に厳しい制約は、ネックの最大長である。なぜならば、ネックの最大長は、このような装置の減衰能力に影響する重要なパラメータのうちの１つであるからである。ネック長の制限は、目標とすることができる周波数、及び減衰の観点から、ダンパ有効性を制限する。
【０００６】
しかしながら、機械の作動条件に関連した最も適切な周波数を達成するために選択されるネックの所望の長さが、幾何学的に許容されるもの（燃焼室の周囲における利用可能なスペースを考慮した）よりも長い場合、一般的に採用される解決手段は、ネック直径を狭めることである。しかしながら、このような解決手段は、必然的にダンパ効率を低下させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、独立請求項１に実質的に定義されたようなダンパアセンブリを提供することによって前述の技術的問題を解決することである。
【０００８】
さらに、本発明の課題は、独立請求項９に実質的に定義されたようなガスタービン用の燃焼室を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
好適な実施の形態は、対応する従属請求項に定義されている。
【００１０】
典型的かつ非制限的な目的だけのための以下の詳細な説明に説明される好適な実施の形態によれば、本解決手段は、ネックの壁部に突出部を有するダンパアセンブリを提供する。以下の詳細な説明から明らかになるように、これらの突出部は、ネックにおける音の有効速度を減じるという効果を有する、音場に対する側壁リアクタンスを生じる。ネックにおける音の有効速度の低下は、有効ネック長さの増大に相当する。任意の体積のために、より低い周波数を目標とすべきであるならば、従来技術は、ネック長さを増大するか又はネック直径を減じることを提案している。本発明によるダンパは、既存の方法と比較して、明確かつ独特な利点を有する。既に言及したように、既存の解決手段によれば、ダンパのより低い周波数は、体積が与えられ、ネックの最大長さに既に達しているならば、ネック直径を狭めることによって達成される（より長いネックはより低い周波数を意味する）。しかし、この解決手段は、減衰能力を低下させる。
【００１１】
本発明の前記課題及びそれに伴う利点の多くは、さらに容易に認められるであろう。なぜならば、それらは、添付の図面に関連して見た場合に以下の詳細な説明を参照することによってさらに理解されるからである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来技術によるダンパの概略的な側面図である。
【図２】本発明によるダンパアセンブリの概略的な側面図である。
【図３】本発明によるダンパネックの様々な実施の形態を示している。
【図４】本発明によるダンパネックのジオメトリの詳細を示している。
【図５】本発明によるダンパネックのジオメトリの詳細を示している。
【図６】複数の体積を有する、本発明によるダンパの側面図を概略的に示している。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図面の詳細な説明
図１を参照すると、従来技術によるダンパアセンブリ１００の側面図が示されている。公知のように、ダンパアセンブリ１００は、ネック４００を通じて燃焼室５００と流体通流可能に接続された共振器キャビティ３００を有する。通常、ネック４００は、均一な横断面を有しており、この横断面は、例えば円形又は矩形であってよい。ネック４００は、外壁６００を有する。この外壁６００は、流路を形成しており、この流路は、ひいては共振器キャビティ３００と燃焼室５００とを接続している。
【００１４】
ここで次の図２を参照すると、本発明によるダンパアセンブリ１の側面図が概略的に示されている。ダンパアセンブリ１は、共振器キャビティ３と、ネック４を有する。ネック４は、共振器キャビティ３を燃焼室に流体通流可能に接続している。燃焼室は、符号２で概略的に示されている。特に、ネック４は、この場合には、外壁６に配置された突出部５を有する。図示された例では、ネック４は、外壁６に複数の突出部を有するが、外壁６は、あらゆる形状の１つの突出部のみを有してもよいことが認められるであろう。この構成においても、本発明によるダンパアセンブリ１は、ネックがその長手方向延在範囲に沿って均一な横断面を有する公知技術によるダンパアセンブリに関する有利な効果を生じる。突出部は、好適には、環状であり、ダンパアセンブリ１のネック４の周囲に配置されている。さらに、突出部５は、様々な形状を有してもよい。
【００１５】
特に、図３を参照すると、突出部５は、矩形の横断面、又はより一般的な湾曲した横断面を有してよい。好適には、環状の突出部は、ネック４に沿って等間隔で配置されている。非制限的なケースとしてここに開示された好適な実施の形態によれば、ネック４は、波形のネックの典型的な構成を有してよい。さらに、突出部５は、好適には、ネック４の外方へ方向付けられている。上述のように、ダンパアセンブリのネック４に配置された突出部５は、ネックにおける音の有効速度を低下させる、音場に対する側壁リアクタンスを生じる。ネックにおける音の有効速度の低下は、有効ネック長さの増大に相当する。
【００１６】
突出部を備える管における音の有効速度Ｃeffは、カミングス［１］によって分析的に導き出された。カミングスのモデルでは、各キャビティにおける流体の効果は、突出部、又はネックの内部体積から考えるならば“キャビティ”、の圧縮性に限定されており、ネックの内部体積において、圧力は、均一であり、かつ主管における圧力と等しいと仮定される：
【数１】
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Ｃeff＝音の有効速度
Ｖcorr＝波形キャビティ体積
ｌ＝波形ピッチ
Ｓ＝管の表面積
ｃ0＝音の速度
カミングスのモデルの予測は、経験的に、かつトノン他［２，３］による音響ネットワークモデルを用いたシミュレーションによって、確認された。
【００１７】
ダンパアセンブリのネックのために選択された典型的な波形のジオメトリの詳細を示す図４を参照すると、以下の数学的関係は、上に紹介した用語に関して考慮することができる：
【数２】
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【００１８】
【数３】
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【００１９】
長さＬを備えた、従来技術による均一な横断面を備えたネックを考えると、共振周波数は、以下のように表すことができる：
【数４】
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【００２０】
ここで本発明による波形のネックを考えると、共振周波数は同様に以下のように表すことができる：
【数５】
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【００２１】
しかしながら、以下の関係が成り立つ：
【数６】
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【００２２】
したがって：
【数７】
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【００２３】
ひいては有効ネック長さは：
【数８】
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【００２４】
図５を参照すると、非制限的な例として以下のジオメトリを選択すると：
Ｗ＝０．０１（波形の幅）
ｌ＝０．０２（波形のピッチ）
Ｈ＝０．０１（波形の深さ）
Ｄ＝０．０２（管直径）
【数９】
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【００２５】
【数１０】
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となる。
【００２６】
したがって、上記関係は、均一な直線的なネックよりも４０％以上短い、突出部を有するネックによって、同じヘルムホルツダンパを実現することができることを示している。
【００２７】
さらに強調すべきは、有利には、波形のネックは、全体的な柔軟性と結合した局所的な剛性を示すということである。柔軟性は、ネックが取り付けられる燃焼室の壁部に対する共振器キャビティの相対移動を許容するために有利である。このような配列は、ダンパセンブリの一体性の不利な影響を有することなく、燃焼室に作用する熱勾配による燃焼室の移動を許容する。
【００２８】
ここで最後の図６を参照すると、共振器キャビティ３と流体通流可能に接続された波形のネック４を有する、本発明によるダンパアセンブリ１の別の例が示されている。この典型的な実施の形態では、共振器キャビティ３は、互いに流体通流可能に接続された２つの体積３１及び３２を有する。ダンパアセンブリ１はさらに、前記２つの体積３１，３２を接続するように配置された、突出部５を有する中間ネック４１を含む。
【００２９】
複数の体積を有し、かつ本発明による突出部を有する中間ネックによって互いに接続された共振器キャビティのあらゆる組合せによって、ダンパアセンブリのためのあらゆる種類の構成を達成することができることが認められるであろう。
【００３０】
さらに、それぞれが１つ又は複数の体積を有する複数の共振器キャビティを備える本発明によるダンパアセンブリは、突出部を備えるネックと、均一な横断面を備えるネックとの組合せを含んでもよい。
【００３１】
本発明は、好適な実施の形態に関して完全に説明されたが、本発明の範囲に変更が加えられてよく、本出願をこれらの実施の形態によって限定されるものと考えず、しかし以下の請求項の内容による。
【００３２】
引用文献
［１］J.W. Elliot, Corrugated Pipe Flow, in “Lecture notes on the mathematics of acoustics”, M.C.M. Wrigth, Imperial College Press, London, 2005
［２］D. Tonon, B.J.T. Landry, S.P.C. Belfroid, J.F.H. Willems, G.C.J. Hofmans, A. Hirschberg, Whistling of a pipe system with multiple side branches: Comparison with corrugated pipes, Journal of Sound and Vibration 329 (2010) 1007-1024.
［３］D. Tonon, Aeroacoustics of shear layers in internal flows: closed branches and wall perforations, PhD Thesis, Technische Universiteit Eindhoven, 2011.
【符号の説明】
【００３３】
１００  ダンパアセンブリ、  ３００  共振器キャビティ、  ４００  ネック、  ５０  燃焼室、  ６００  外壁、  １  ダンパアセンブリ、  ２  燃焼室、  ３  共振器キャビティ、  ４  ネック、  ５  突出部、  ６  外壁、  ３１，３２  体積、  ４１  中間ネック
【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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【外国語明細書】
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