(57)【要約】      （修正有）【課題】２段燃焼器配列用のダンパを備えた混合セクションに関連する冷却および混合の向上を提供する。【解決手段】第１のバーナ１１２と、第１の燃焼室１０１と、作動中に第１の燃焼室１０１から出てくる高温ガスに希釈ガスを混合する混合器１１７と、第２のバーナ１１３と、第２の燃焼室とを備える２段燃焼器配列に関する。混合器１１７は、希釈ガス１１０を混合するための少なくとも１つの噴射開口１１５を混合器壁部１１９に有する。さらに、混合器１１７内の圧力脈動を変調しかつ減衰させるために、ダンパ体積１１８と、ダンパ体積１１８を混合器１１７に接続するネック１１６とを備えるダンパを有する。ガスタービンおよびこのような２段燃焼器配列を備えるガスタービンを作動させる方法に関する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２段燃焼器配列（１０４）であって、流体流れ接続されて連続して配置された、第１のバーナ（１１２）と、第１の燃焼室（１０１）と、作動中に前記第１の燃焼室（１０１）から出てくる高温ガスに希釈ガスを混合する混合器（１１７）と、第２のバーナ（１１３）と、第２の燃焼室（１０２）とを備え、前記混合器（１１７）は、前記第１の燃焼室（１０１）と前記第２のバーナ（１１３）との間に延びる高温ガス流路において燃焼ガスを案内するように適応されている、２段燃焼器配列（１０４）において、前記混合器（１１７）は、前記第１の燃焼室（１０１）から出てくる高温の煙道ガスを冷却するために希釈ガス（１１０）を混合するための少なくとも１つの噴射開口（１１５，１１５ａ）と、前記混合器（１１７）内の圧力脈動を減衰させるダンパとを有し、該ダンパは、ダンパ体積（１１８）を包囲するダンパ壁部（１２６）と、前記ダンパ体積（１１８）を前記混合器（１１７）に接続するネック（１１６）とを有することを特徴とする、２段燃焼器配列。
【請求項２】
前記噴射開口（１１５，１１５ａ）と、混合器壁部（１１９）における高温ガス流路への前記ネック（１１６）の開口との間の、高温ガス流の流れ方向での距離は、前記ネック（１１６）の開口における前記混合器の水力直径（Ｄ）の３倍よりも小さい、および／または前記噴射開口（１１５，１１５ａ）と、前記混合器壁部（１１９）における高温ガス流路への前記ネック（１１６）の開口との間の距離は、前記ネック（１１６）の前記開口における前記混合器の水力直径（Ｄ）よりも小さい、および／または前記噴射開口（１１５，１１５ａ）と、前記混合器壁部（１１９）における高温ガス流路への前記ネック（１１６）の前記開口との間の前記高温ガス流の流れ方向の距離は、前記混合器（１１７）における支配的な脈動の波長の６分の１よりも小さい、請求項１記載の２段燃焼配列。
【請求項３】
前記混合器（１１７）の前記混合器壁部（１１９）は、前記ダンパ壁部（１２６）によって包囲されており、これにより、前記混合器（１１７）の上流端部と、希釈ガス（１１０）を混合するための第１の噴射開口（１１５，１１５ａ）との間に、前記混合器（１１７）の入口セクションを冷却するための冷却ダクト（１２５）を形成している、請求項２記載の２段燃焼配列。
【請求項４】
前記ネック（１１６）は、前記ダンパ壁部（１２６）から前記冷却ダクト（１２５）を通って前記混合器壁部（１１９）まで延びている、請求項１から３までのいずれか１項記載の２段燃焼配列。
【請求項５】
前記混合器壁部（１１９）をダクト壁部（１２１）が少なくとも部分的に包囲しており、これにより、前記噴射開口（１１５，１１５ａ）に前記希釈ガス（１１０）を供給するための接続ダクト（１１１）を画成している、請求項４記載の２段燃焼配列。
【請求項６】
前記ダンパ体積（１１８）に冷却空気を供給するためのパージガス供給部（１１４）が設けられている、請求項１から５までのいずれか１項記載の２段燃焼配列。
【請求項７】
前記ネック（１１６）は、前記噴射開口（１１５，１１５ａ）の間または高温ガス流方向で前記噴射開口（１１５，１１５ａ）の上流において高温ガス流へ開口している、請求項４から６までのいずれか１項記載の２段燃焼配列。
【請求項８】
前記ネックは、内部にネック体積を規定するネック壁部（１２７）を有しており、前記ネックは、前記ダンパ体積（１１８）と、前記混合器（１１７）における高温ガス流（１０９）との間の流体連通のために前記ダンパ体積（１１８）と関連させられており、前記ダンパは、さらに、前記ネック壁部（１２７）と前記ダンパ壁部（１２６）との間に間隙（１２９）を有する、請求項１から７までのいずれか１項記載の２段燃焼配列。
【請求項９】
前記ネックは、内部にネック体積を規定するネック壁部（１２７）を有しており、前記ネックは、前記ダンパ体積（１１８）と、前記混合器（１１７）における高温ガス流（１０９）との間の流体連通のために前記ダンパ体積（１１８）と関連させられており、前記燃焼器配列は、さらに、前記ネック壁部（１２７）と前記ダンパ壁部（１２６）との間に間隙（１２９）を有する、請求項１から７までのいずれか１項記載の２段燃焼配列。
【請求項１０】
希釈ガス噴射開口（１１５，１１５ａ）の圧力損失係数に対する希釈ガス供給部（１３４）の圧力損失係数の比は、前記ネック（１１６）の圧力損失係数に対するパージガス供給部（１１４）の圧力損失係数の比よりも小さい、請求項１から８までのいずれか１項記載の２段燃焼配列。
【請求項１１】
圧縮機プレナムから前記混合器（１１７）における前記高温ガス流路への希釈ガス流路の流れ容量は、前記圧縮機プレナムから前記混合器（１１７）における前記高温ガス流路へのパージ空気流路の流れ容量よりも少なくとも２倍大きい、請求項１から１０までのいずれか１項記載の２段燃焼配列。
【請求項１２】
少なくとも１つの圧縮機（１０３）と、燃焼器と、少なくとも１つのタービン（１０５）とを備えるガスタービンエンジン（１００）において、該ガスタービンエンジンは、請求項１から１１までのいずれか１項記載の２段燃焼器配列（１０４）を備えることを特徴とする、ガスタービンエンジン（１００）。
【請求項１３】
少なくとも１つの圧縮機（１０３）と、２段燃焼器配列（１０４）とを備えるガスタービン（１００）を作動させる方法であって、前記２段燃焼器配列（１０４）は、流体流れ接続されて連続して配置された、第１のバーナ（１１２）と、第１の燃焼室（１０１）と、作動中に前記第１の燃焼室（１０１）から出てくる高温ガスに希釈ガスを混合する混合器（１１７）と、第２のバーナ（１１３）と、第２の燃焼室（１０２）とを備え、前記混合器（１１７）は、前記第１の燃焼室（１０１）と前記第２のバーナ（１１３）との間に延びる高温ガス流路において燃焼ガスを案内するように適応されており、前記混合器（１１７）は、前記第１の燃焼室（１０１）から出てくる高温の煙道ガスを冷却するために前記希釈ガス（１１０）を混合するための、混合器壁部（１１９）における少なくとも１つの噴射開口（１１５，１１５ａ）と、前記混合器（１１７）内の圧力脈動を減衰させるためのダンパとを有し、該ダンパは、ダンパ体積（１１８）と、該ダンパ体積（１１８）を前記混合器（１１７）に接続するネック（１１６）とを有する、ガスタービンを作動させる方法において、前記混合器（１１７）内の脈動波（１３２）のノードを前記ダンパによって前記噴射開口（１１５，１１５ａ）に向かってシフトさせることを特徴とする、ガスタービン（１００）を作動させる方法。
【請求項１４】
前記噴射開口（１１５，１１５ａ）における前記希釈ガス（１１０）の平均速度は、前記ネック（１１６）における、時間平均された平均流速の少なくとも２倍である、請求項１３記載のガスタービン（１００）を作動させる方法。
【請求項１５】
パージガス供給部（１１４）における圧力降下は、前記ネック（１１６）における圧力降下の少なくとも２倍である、請求項１３または１４記載のガスタービン（１００）を作動させる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼器配列内へ希釈ガスを混合しかつ脈動を減衰させるガスタービンのための２段燃焼器配列に関する。本発明は、加えて、燃焼器配列内へ希釈ガスを混合するガスタービンを運転する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
風または太陽などの不安定な再生可能源による発電が増大していることにより、既存のガスタービンベースの発電プラントは、電力需要のバランスを保ち、電力網を安定させるためにますます利用されている。すなわち、改良された運転柔軟性が要求されている。これは、ガスタービンがしばしばベース負荷設計点よりも低い負荷、すなわちより低い燃焼器入口および燃焼温度で運転されることを意味する。
【０００３】
それと同時に、エミッション制限値および全体的なエミッション許容はより厳しくなっているので、より低いエミッション値で運転し、部分負荷運転時および移行中においても低いエミッションを保つことが要求される。なぜならば、これらは、累積エミッション限界の原因でもあるからである。
【０００４】
従来の燃焼システムは、圧縮機入口質量流量を調節することによってまたは異なるバーナ、燃料段または燃焼器の間における燃料分割を制御することによって、作動条件における可変性に対応するように設計されている。しかしながら、これは新たな要求を満たすには不十分である。
【０００５】
エミッションをさらに減じかつ運転柔軟性を高めるために、２段燃焼がＤＥ１０３１２９７１Ａ１において提案されている。運転条件、特に第１の燃焼室の高温ガス温度に応じて、ガスが第２のバーナ（シーケンシャルバーナとも呼ばれる）へ進入させられる前に高温ガスを冷却することが必要となる場合がある。この冷却は、燃料噴射、および第２のバーナにおける第１の燃焼器の高温煙道ガスとの、噴射された燃料の予混合を許容するために有利である。
【０００６】
従来の冷却方法は、主高温ガス流における大きな圧力降下につながる熱交換器構造を必要とするか、または側壁からの冷却媒体の噴射を提案する。側壁からの冷却媒体の噴射のために、大きな圧力降下が必要とされ、このことは、このような燃焼器配列で作動させられるガスタービンの効率にとって好ましくなく、燃焼安定性および脈動に対して望ましくない影響を与える可能性がある。燃焼器脈動は、ガスタービン燃焼器の性能および寿命に好ましくない効果をもたらすことが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＤＥ１０３１２９７１Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、２段燃焼器配列用のダンパを備えた混合セクションに関連する冷却および混合の向上を提案することである。燃焼脈動に関連する公知の問題に加え、脈動は、燃焼室から出てくる高温ガスに冷却ガスを混合する混合器の作動に影響する可能性がある。特に、大きな圧力振幅を有する低周波脈動は、混合器に進入する希釈ガスの質量流量に影響する可能性がある。特に、定在波は、混合された希釈ガスの流れ変化、ひいては、混合器から出てくる高温ガスの温度レベルおよび温度分布の急速な変化につながる可能性があり、そのこと自体は、２段燃焼配列における脈動を引き起こす可能性がある。開示の課題は、混合器性能に対する脈動の好ましくない効果が減じられるまたは低減されるように、脈動が変調、もしくは減衰される燃焼配列を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
開示による２段燃焼器配列は、流体流れ接続において順に配置された、第１のバーナと、第１の燃焼室と、作動中に第１の燃焼室から出てくる高温ガスに希釈ガスを混合するための混合器と、第２のバーナと、第２の燃焼室とを含む。混合器は、第１の燃焼室と第２のバーナとの間に延びる高温ガス流路において燃焼ガスを案内するように適応されている。燃焼器配列は、さらに、第１の燃焼室から出てくる高温の煙道ガスを冷却するために希釈ガスを混合するための噴射開口を少なくとも有する。低周波脈動の脈動ノードを噴射開口に向かってシフトさせるために、混合器は、混合器内の圧力脈動を減衰させるためのダンパを包囲するダンパ壁部を有する。ダンパは、ダンパ体積と、ダンパ体積を混合器内の高温ガス流に接続するネックとを有する。
【００１０】
噴射開口は、混合器の側壁における単なる穴またはノズルであることができる。噴射開口は、例えば、複数の噴射管（噴射パイプとも呼ばれる）を含むこともでき、複数の噴射管は、希釈ガスを混合して、第１の燃焼室から出てくる高温の煙道ガスを冷却し、第２のバーナへの適切な入口条件を提供するために、混合器の側壁から内方を向いている。噴射開口は、混合器の側壁に沿って周方向に分配されて配置することができる。ダクト壁は、混合器の側壁を少なくとも部分的に包囲しており、これにより、混合器側壁を冷却し、かつ希釈ガスを噴射開口へ供給するための接続ダクトを画定している。
【００１１】
本発明の特徴に関する混合器概念は、希釈および冷却空気を第１の燃焼器からの高温ガス流に混合することによって適切なシーケンシャルバーナ入口分布を生ぜしめるために使用される。概して、混合器壁部は、対流冷却技術および／またはしみ出し冷却技術および／またはインピンジ冷却技術によって冷却される。
【００１２】
補助的なしみ出し冷却技術は、混合器壁部の冷却が良好であるという理由だけでなく、再熱燃焼のための適切な入口高温ガス分布を提供するために主高温ガス流との冷却空気の混合をも提供するので、混合器において適用される。
【００１３】
したがって、本発明の焦点とされる課題は、第１の燃焼室と第２のバーナとの間での希釈ガス混合のための混合セクションを備える耐脈動性２段燃焼器配列を提案することである。第２のバーナのための適切な入口流れ条件を提供するために混合セクションにおいて希釈ガスが混合され、噴射開口における静的な背圧の変化が減じられるまたは低減されるように、脈動波のノードを、希釈ガスを高温ガス流へ進入させるための噴射開口に向かってシフトさせるために、ダンパが配置されている。その結果、希釈ガス流は、時間が経過してもほぼ一定のままであり、これにより、高温ガスを所定の温度分布に冷却することができる。
【００１４】
発明に関する付加的な発見：
高い局所的な入口温度の結果、大量のエミッション（特にＮＯｘ、ＣＯおよび未燃焼炭化水素）および／または第２のバーナにおける逆火が生じ得る。逆火およびＮＯｘは、高い入口ガス温度または高い酸素濃度により、噴射された燃料のための自己点火時間が短縮されることにより誘発され、これは、より早い点火（逆火につながる）または燃料・空気混合のための時間の短縮を生じ、燃焼中に局所的なホットスポットを生じ、結果的にＮＯｘエミッションを増大させる。低温領域は、自己点火時間が長くなることにより、ＣＯエミッションを生じ得る。これは、ＣＯからＣＯ2への燃焼のための時間を短縮し、低下した局所的火炎温度は、さらにＣＯからＣＯ2への燃焼を減速させる。最後に、局所的なホットスポットは、混合器の下流のある部分における過熱につながり得る。
【００１５】
空力的観点からの別の重要な要求は、高温ガス経路および希釈ガス供給部における圧力損失を最小限にとどめることである。両者は、このような２段燃焼器配列により作動するガスタービンの性能に影響を与える可能性がある。希釈ガスの圧力損失は、高温ガス流路における背圧が事実上一定であるならば減じることができる。
【００１６】
通常、しかしながらいかなる制限もなく、噴射開口において脈動が流れを妨害しなければ、混合前の希釈ガス圧力の合計圧力の０．２％〜１％の圧力降下での希釈ガスの混合が可能である。
【００１７】
１つの実施の形態では、ダンパが噴射開口の近くで脈動に対して迅速な有利な効果を有することができることを保証するために、噴射開口と、混合器壁部における高温ガス流路へのネックの開口との間の、高温ガス流の流れ方向の距離は、ネックの開口における混合器の高温ガス流路の水力直径の３倍よりも小さい（水力直径は、濡らされた縁部によって断面積を割ったものの４倍として規定することができる）。好適には、噴射開口と、混合器壁部における高温ガス流路へのネックの開口との間の距離は、ネックの開口における混合器の水力直径よりも小さい。択一的にまたは組み合わせて、噴射開口と、混合器壁部における高温ガス流路へのネックの開口との間の高温ガス流の流れ方向の距離は、混合器における支配的な脈動の波長に関して決定することができる。噴射開口とネックの開口との間の高温ガス流の流れ方向の距離は、例えば、混合器におけるこのような支配的な脈動の波長の６分の１よりも小さくてよい。ダンパが脈動波をダンパのネックに向かって移動させるので、噴射開口とネックの開口との間の高温ガス流の流れ方向の距離は、脈動の波長に対して小さくなければならない。したがって、噴射開口は、ネックにおける小さな圧力振幅の利益を得るために、ダンパネックの近くにある。
【００１８】
脈動のノードをシフトさせることに加え、ダンパは脈動レベルを減じることができる。なぜならば、これはダンパの典型的な機能であるからである。
【００１９】
別の実施の形態によれば、混合器は少なくとも部分的にダンパによって包囲されている。例えば、混合器の壁部は、ダンパ壁部によって包囲することができ、これにより、希釈ガスを混合するために（高温ガスの流れ方向で）混合器の上流端部と第１の噴射開口との間の混合器の入口セクションを冷却するための冷却ダクトを形成している。
【００２０】
別の実施の形態では、ダンパのネックは、ダンパ壁部から冷却ダクトを通って混合器壁部まで延びている。
【００２１】
別の実施の形態によれば、ダクト壁部は、混合器壁部を少なくとも部分的に包囲し、希釈ガスを噴射開口に供給するための接続ダクトを画定している。希釈を供給するためのダクトは、例えば、（高温ガス流れ方向で）混合器の下流端部に向かってダンパに隣接して配置することができる。
【００２２】
別の実施の形態によれば、ダンパ体積に冷却空気を供給するためにパージガス供給部が設けられている。パージガス供給部は、例えば、ダンパ体積をガスタービンの圧縮機プレナムから分離させるダンパ壁部における穴またはノズルであることができる。パージ空気は、高温ガスがネックを通ってダンパ体積へ進入するのを防止する。
【００２３】
さらに別の実施の形態によれば、ダンパのネックは、噴射開口の間または高温ガス流れ方向で噴射開口の上流において高温ガス流へ開口している。ダンパのネックは、噴射開口の下流において高温ガス流へ開口することもできる。
【００２４】
ダンパは、内部にダンパ体積を規定したダンパ壁部と、ネックとを有する。ネックは、内部にネック体積を規定したネック壁部を有し、ネックは、ダンパ体積と、混合器における高温ガス流との間の流体連通のためにダンパ体積と関連させられている。混合器壁部は、高温ガスおよび燃焼脈動による振動に曝され、その結果、混合器壁部の熱膨張および機械的移動を生じる。これらの機械的移動は、ダンパ壁部が曝される移動、熱的および機械的負荷とは異なる可能性がある。この相違は、応力につながる可能性があり、燃焼器配列の寿命を短縮する。
【００２５】
２段燃焼配列の１つの実施の形態によれば、ダンパは、さらに、混合器壁部とネックとの間の境界面における応力を回避するために、ネック壁部とダンパ壁部との間に間隙を有する。この間隙は、ダンパ構造から独立した燃焼室壁部と一緒にダンパネックの独立した熱膨張および移動を可能にする。
【００２６】
間隙およびネックは例えば同軸であることができる。別の実施の形態では、ネックの全周が間隙によって包囲されている。
【００２７】
別の実施の形態では、燃焼器配列は、ネック壁部とダンパ壁部との間に間隙を有する。これは、混合器壁部から独立したダンパ構造と一緒のダンパネックの独立した熱膨張および移動を可能にする。
【００２８】
間隙は、冷却空気によってパージすることができる。例えば、混合器壁部とダンパ壁部との間に延びる冷却ダクトを通流する冷却ガスによって間隙をパージすることができる。
【００２９】
別の実施の形態によれば、希釈ガス噴射開口の圧力損失に対する希釈ガス供給部の圧力損失係数の比は、ネックの圧力損失係数に対するパージガス供給部の圧力損失係数の比よりも小さい。希釈ガス供給部と希釈ガス噴射開口、またはパージガス供給部とネックなどの、直列に配置された２つのエレメントのために、圧力損失は、圧力損失係数に比例する。これにより、噴射開口における圧力損失は、ネックにおける圧力損失よりも大きい。圧力損失係数の比は、例えば、５よりも大きいか、１０よりも大きいか、さらには１００以上であることができる。大きな比は、ネックに対する希釈ガス噴射の硬化（hardening）につながる。ネックにおける小さな圧力損失は、減衰性能を低減させないが、噴射開口におけるより大きな圧力降下は、希釈ガス流に対する高温ガス流における圧力変動の影響を低減する。
【００３０】
さらに別の実施の形態によれば、圧縮機プレナムから混合器における高温ガス流路への希釈ガス流路の流れ容量は、圧縮機プレナムから混合器における高温ガス流路へのパージ空気流路の流れ容量よりも少なくとも２倍大きい。典型的には、混合器から出てくる高温ガスの温度分配に対するダンパの影響を低減するために、希釈ガス流路の流れ容量は、パージ空気流路の流れ容量よりも少なくとも一桁大きい。これにより、ダンパと、噴射開口との機能を分離することができる。
【００３１】
２段燃焼器配列の混合器壁部を少なくとも部分的にしみ出し冷却することができる。さらに、混合器の側壁の内面の少なくとも一部をＴＢＣ（サーマルバリヤコーティング）で被覆することができ、これにより、壁部の冷却要求を低減し、これにより、混合器から出てくる高温ガス流における低温の周辺領域を回避する。
【００３２】
２段燃焼器配列の他に、このような２段燃焼器配列を備えるガスタービンは、本開示の主体である。このようなガスタービンは、少なくとも圧縮機と、２段燃焼器配列とを備え、燃焼器配列は、流体流れ接続されて連続して配置された、第１のバーナと、第１の燃焼室と、作動中に第１の燃焼室から出てくる高温ガスに希釈ガスを混合するための混合装置と、第２のバーナと、第２の燃焼室とを備え、混合器は、第１の燃焼室と第２のバーナとの間に延びる高温ガス流路において燃焼ガスを案内するように適応されており、さらに少なくとも１つのタービンを備える。混合器は、第１の燃焼室から出てくる高温の煙道ガスを冷却するために希釈ガスを混合するための少なくとも１つの噴射開口と、混合器内の圧力脈動を減衰させるためのダンパとを有する。ダンパは、ダンパ体積を包囲するダンパ壁部と、ダンパ体積を混合器に接続するネックとを有する。ダンパは、燃焼器脈動を減衰させ、これにより圧力脈動のノードを希釈ガス噴射開口に向かってシフトさせるために、シフトするように設計されている。
【００３３】
ガスタービンは、上述の２段燃焼器配列のいずれをも含むことができる。
【００３４】
ガスタービンの他に、このようなガスタービンを作動させる方法は、本開示の主体である。高温ガスが冷却されるように、混合器において希釈ガスを高温ガスに混合することができる。燃焼脈動の影響を軽減するために、混合器内の脈動波のノードは、ダンパによって噴射開口に向かってシフトさせられる。ノードは、脈動の周波数に合わせてチューニングされたダンパによって最もよくシフトさせることができる。
【００３５】
ガスタービンを作動させる方法の１つの実施の形態によれば、噴射開口における希釈ガスの平均速度は、ネックにおける時間平均された平均流速の少なくとも２倍である。噴射開口における希釈ガスの平均速度は、ネックにおける時間平均された平均流速よりも一桁または数桁大きくなり得る。時間平均は、少なくとも支配的な脈動周波数の１つの脈動期間の継続時間のオーダにおける時間の長さにわたって得られる。比が大きくなるほど、希釈ガス噴射に対する脈動の影響はより小さくなる。
【００３６】
方法の別の実施の形態によれば、パージガス供給部における圧力降下は、ネックにおける圧力降下の少なくとも２倍である。パージガス供給部における圧力降下に対するネックにおける圧力降下の比は、１：３よりも著しく小さいか、さらには１：５よりも小さくてもよい。作動中、パージガス供給部における圧力降下は、ネックにおける圧力降下よりも一桁大きいかまたはさらに大きくてもよい。
【００３７】
第１の燃焼室および第２の燃焼室は、缶型−缶型燃焼器構造で配置されてよく、すなわち、第１の燃焼室および第２の燃焼室は、缶型燃焼室である。
【００３８】
第１の燃焼室および第２の燃焼室は、缶型−環状燃焼室構造で配置されてよく、すなわち、第１の燃焼室は環状燃焼室として配置されており、第２の燃焼室は缶型燃焼室として配置されている。
【００３９】
第１の燃焼室および第２の燃焼室は、環状−缶型燃焼器構造で配置されてよく、すなわち、第１の燃焼室は缶型燃焼室として配置されており、第２の燃焼室は環状燃焼室として配置されている。
【００４０】
第１の燃焼室および第２の燃焼室は、環状−環状燃焼器構造で配置されてよく、すなわち、第１の燃焼室および第２の燃焼室は、環状燃焼室である。
【００４１】
混合器自体は、燃焼室構造にかかわらず缶型または環状の構造を有することができる。混合器は、例えば、第１の缶型燃焼室の下流に配置されるならば缶型構造を有することができ、または、例えば第１の環状燃焼室の下流に配置されるならば環状構造を有することができる。
【００４２】
開示、その性質およびその利点は、添付の図面を用いて以下でより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】希釈ガスを混合するための減衰される混合器を備える、２段燃焼配列を備える一般的なガスタービンを示している。
【図２】噴射開口およびダンパを備えた混合器を有する２段燃焼器配列を示している。
【図３】ダンパネックの下流において高温ガス流へ噴射管を通じて希釈ガスを供給するための接続ダクトを備える混合器の一例をより詳細に示している。
【図４】ダンパネックの下流において高温ガス流へ噴射ノズルを通じて希釈ガスを供給するための接続ダクトを備える混合器の別の例をより詳細に示している。
【図５】混合器壁部へのダンパ接続の一例の断面の拡大図を示している。
【図６】混合器壁部へのダンパ接続の別の例の断面の拡大図を示している。
【図７】減衰しないときの脈動波の位置と、シフトおよび減衰後の脈動波の位置とを示す混合器を示している。
【００４４】
典型的な実施の形態の詳細な説明
図１は、開示による２段燃焼器配列１０４を備えるガスタービン１００を示している。ガスタービンは、圧縮機１０３と、２段燃焼器配列１０４と、タービン１０５とを有する。２段燃焼器配列１０４は、第１のバーナ１１２と、第１の燃焼室１０１と、作動中に第１の燃焼室１０１から出てくる高温ガスに希釈ガスを混合する混合器１１７とを有する（図２参照）。混合器１１７の下流において、２段燃焼器配列１０４は、さらに、第２のバーナ１１３と、第２の燃焼室１０２とを有する。第１のバーナ１１２、第１の燃焼室１０１、混合器１１７、第２のバーナ１１３および第２の燃焼室１０２は、流体流れ接続されて連続して配置されている。燃料を、第１の燃料噴射部１２３によって第１のバーナ１１２へ導入し、圧縮機１０３において圧縮された圧縮空気１０８と混合し、第１の燃焼室１０１において燃焼させることができる。希釈ガス供給部１２２を通じて圧縮機プレナム１３３から供給された希釈ガスは、後続の混合器１１７において混合される。付加的な燃料を、第２の燃料噴射部１２４によって第２のバーナへ導入し、混合器１１７から出た高温ガスと混合し、第２の燃焼室１０２において燃焼させることができる。第２の燃焼室１０２から出た高温ガスは、後続のタービン１０５において膨張させられ、仕事を行う。タービン１０５および圧縮機１０３はシャフト１０６に配置されている。
【００４５】
タービン１０５から出た排ガス１０７の残りの熱はさらに、排熱回収ボイラまたは蒸気発生用のボイラ（図示せず）において利用することができる。
【００４６】
ここに示された例においては、圧縮機排出ガスは希釈ガスとして混合される。通常、圧縮機排出ガスは、圧縮された周囲空気である。煙道ガス再循環（図示せず）を備えたガスタービンの場合、圧縮機排出ガスは、周囲空気と再循環された煙道ガスとの混合物である。空気は、酸素を含むあらゆるガスを表すものとして使用される。
【００４７】
通常、ガスタービンシステムは、ガスタービン１００のシャフト１０６に連結された発電機（図示せず）を含む。
【００４８】
図２は、図１の拡大されたセクションとして混合器１１７の典型的な実施の形態を示している。この例では、圧縮機プレナム１３３からの圧縮ガス（図１参照、圧縮機１０３の下流の圧縮ガス１０８）は、希釈ガス供給部１２２（図１のみに示されている）を通じて供給され、燃焼器ライナに沿って、接続ダクト１１１内を、希釈ガス１１０として案内される。接続ダクト１１１から、希釈ガス１１０は、噴射管１１５を通じて混合器１１７内へ噴射される。混合器壁部１１９を冷却し、噴射管１１５に希釈ガス１１０を供給するために、ダクト壁部１２１は混合器壁部１１９に対して平行に配置されている。
【００４９】
ダンパは、この例では噴射管１１５として示されている希釈ガス噴射開口１１５，１１５ａの近くに配置されている。ダンパは、ダンパ体積１１８を画定するダンパ壁部１２６と、ダンパネック１１６とを有する。ネック１１６は、ダンパ体積１１８と高温ガス流１０９との間の流体連通のためにダンパ体積１１８と関連させられている。
【００５０】
混合器は、例えば、環状、矩形、台形または円形の横断面を有することができる。円形の横断面を有する円筒状の混合器１１７の例の場合、直径は、水力直径（有効横断面積に対応する直径）Ｄと等しい。
【００５１】
図３は、図２の領域ＩＩＩ，ＩＶの希釈ガス噴射部およびダンパをより詳細に示している。（高温ガス流れ方向で見て）上流において、混合器１１７の側壁１１９は、ダンパ壁部１２６によって包囲されており、これにより、混合器１１７の入口セクションを冷却するための環状冷却ダクト１２５を形成している。これにより、ダンパ体積１１８は、高温ガス流１０９から分離されている。パージ空気が、ダンパ体積１１８内へのパージガス供給部１１４を通じてダンパへ供給され、ネック１１６をパージする。ネック１１６は、希釈噴射部に対して所定の距離ｘだけずらされている。希釈噴射部までの距離ｘは、混合器の直径に対して小さく保たれ、これにより、ダンパが、脈動波のノード（節）を噴射管１１５の出口開口に向かってシフトさせることを可能にしている。
【００５２】
図４は、図３に基づく。噴射管１１５の代わりに、噴射ノズル１１５ａが図４に示されている。
【００５３】
図５は、ダンパ体積１１８を高温ガス流１０９に接続するネック１１６の一例を示している。ネック壁部１２７は、ネック体積を画定している。この例では、ネック１１６は混合器壁部１１９に取り付けられており、冷却ダクト１２５を通ってダンパ体積１１８に向かって延びている。加えて、ダンパは、主ネック壁部１２７とダンパ壁部１２６との間に間隙１２９を有する。選択的に、間隙１２９を画定するために、フランジ１３０がダンパ壁部１２６の開口に設けられている。円筒状ネック１１６は、ネック軸線１２８によって示されている。この場合、環状の間隙１２９がネック壁部１２７を包囲している。間隙は、冷却空気１２５によってパージすることができる。
【００５４】
図６は、図５に基づく。この例では、ネック壁部１２７はダンパ壁部１２６に取り付けられており、ネック壁部１２７と混合器壁部１１９との間に間隙１２９が設けられている。間隙１２９を画定するために、フランジ１３０が混合器壁部１１９の開口に設けられている。間隙は、冷却空気１２５によってパージすることができる。
【００５５】
図７において、混合器１１７における高温ガス流１０９における脈動波１３１の位置が、噴射開口１１５およびネック１１６の位置に関して示されている。点線は、ダンパ体積１１８を有さない場合の初期脈動波１３１を示している。実線は、シフトされた脈動波１３２を示している。シフトされた脈動波１３２は、ダンパの効果により、脈動波ノードのシフトｓによって移動させられている。減衰効果により、シフトされた脈動波１３２の振幅は、初期脈動波１３１に対して減じられている。噴射開口１１５における結果としての脈動は、例えば、ダンパを有さない場合よりも、１桁小さい。
【００５６】
全ての説明した利点は、明記した組合せだけに限定されるのではなく、開示の範囲から逸脱することなく、その他の組合せにおいてまたは単独で使用することもできる。例えば、燃焼器配列の脈動特性を変化させるために個々のバーナまたはバーナのグループを作動停止させるために、その他の可能性が選択的に考えられる。さらに、希釈ガスは、混合器における混合の前に冷却空気クーラにおいて再冷却することができる。さらに、噴射開口１１５，１１５ａの近くに２つ以上のダンパを配置することができる。ダンパは、１つの脈動周波数を減衰しかつシフトさせるように設計することができるか、または複数のダンパの異なるダンパは、異なる脈動周波数を減衰しかつシフトさせるように設計することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１００  ガスタービン
１０１  第１の燃焼器
１０２  第２の燃焼器
１０３  圧縮機
１０４  ２段燃焼器配列
１０５  タービン
１０６  シャフト
１０７  排ガス
１０８  圧縮空気
１０９  高温ガス流
１１０  希釈ガス
１１１  接続ダクト
１１２  第１のバーナ
１１３  第２のバーナ
１１４  パージガス供給部
１１５  噴射管
１１５ａ  噴射ノズル
１１６  ネック
１１７  混合器
１１８  ダンパ体積
１１９  混合器壁部
１２０  冷却ガス
１２１  ダクト壁部
１２２  希釈ガス供給部
１２３  第１の燃料噴射部
１２４  第２の燃料噴射部
１２５  冷却ダクト
１２６  ダンパ壁部
１２７  ネック壁部
１２８  ネック軸線
１２９  間隙
１３０  フランジ
１３１  脈動波
１３２  シフトされた脈動波
１３３  圧縮機プレナム
ｓ  脈動波ノードのシフト
ｘ  希釈噴射部までの距離
Ｄ  混合器の水力直径
【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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【図１】
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【図２】
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【外国語明細書】
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