(57)【要約】【課題】燃焼システムの燃焼ダイナミックスを制御するシステム及び方法を提供する。【解決手段】システムは、第１の燃焼器及び第２の燃焼器を有するガスタービンエンジンを含む。各燃焼器は、主燃料供給部及びパイロット燃料供給部を介して、液体燃料と水との混合物を受け取り、かつ混合物及び酸化剤を燃焼チャンバ内に注入する、少なくとも１つの燃料ノズルを有する。バイアスシステムが、水／主燃料もしくは水／パイロット燃料の比、又はこのような混合物の流量を変動させるために、第２の燃焼器の燃料ノズルの上流における燃料通路に配置されている。バイアスシステムは、燃焼ダイナミックスの振幅、又は第１の燃焼器と第２の燃焼器との間のモード結合を減少させるのに役立つように構成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の燃焼器（１３）の第１のヘッドエンドチャンバ（７４）に配置された第１の燃料ノズル（１６）を備える前記第１の燃焼器（１３）であって、前記第１の燃料ノズル（１６）が、第１の燃料混合物（１０６）及び酸化剤を、前記第１の燃焼器（１３）の第１の燃焼チャンバ（７６）内に注入するように構成されており、前記第１の燃料混合物（１０６）が、第１の比の液体燃料（１８）及び水（２１）を有する燃焼器（１３）と、
第２の燃焼器（１４）の第２のヘッドエンドチャンバ（７４）に配置された第２の燃料ノズル（１６）を備える前記第２の燃焼器（１４）であって、前記第２の燃料ノズル（１６）が、第２の燃料混合物（１０８）を、前記第２の燃焼器（１４）の第２の燃焼チャンバ（７６）内に注入するように構成されており、前記第２の燃料混合物（１０８）が、第２の比の前記液体燃料（１８）及び前記水（２１）を有する燃焼器（１４）と、
前記第１の燃料ノズル（１６）及び前記第２の燃料ノズル（１６）の上流の燃料通路（２３）に沿って配置されたバイアスシステム（５０）であって、燃焼ダイナミックスの振幅、又は前記第１の燃焼器（１３）と前記第２の燃焼器（１４）との間のモード結合を減少させるのに役立つように構成されているバイアスシステム（５０）と
を含むガスタービンエンジンを備えるシステム（１０）。
【請求項２】
前記バイアスシステム（５０）が、前記第１の燃料混合物（１０６）の第１の燃料流量を調節するように構成された前記燃料通路（２３）に沿って、第１のオリフィスプレート（７０）（１１０）を備える、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項３】
前記バイアスシステム（５０）が、前記第２の燃料混合物（１０８）の第２の燃料流量を調節するように構成された前記燃料通路（２３）に沿って、第２のオリフィスプレート（７１）（１１２）を備え、前記第１の燃料流量が、前記第２の燃料流量とは異なる、請求項２に記載のシステム（１０）。
【請求項４】
前記第１のオリフィスプレート（７０）（１１０）が、前記第２のオリフィスプレート（７１）（１１２）に対して少なくとも１つの違いを有し、前記少なくとも１つの違いには、少なくとも１つの異なるオリフィス直径、異なるオリフィス形状、異なる数のオリフィス、オリフィスの異なる幾何学的配置、隣接するオリフィス間の異なる距離、異なる弁のタイプ、異なる弁の形状、異なる数の弁、異なる弁の大きさ、又はこれらのいかなる組み合わせも含まれる、請求項３に記載のシステム（１０）。
【請求項５】
前記バイアスシステム（５０）が、前記燃料通路（２３）に沿って、前記第１の燃料混合物（１０６）の前記水（２１）に対する前記液体燃料（１８）の前記第１の比を制御するように構成された第１の混合システム（５１）を備え、前記第１の燃料ノズル（１６）が、前記第１の燃料混合物（１０６）及び酸化剤が注入される主燃料部分を有する一次燃料ノズル（１６）である、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項６】
前記バイアスシステム（５０）が、前記燃料通路（２３）に沿って、前記第２の燃料混合物（１０８）の前記水（２１）に対する前記液体燃料（１８）の前記第２の比を制御するように構成された第２の混合システム（５１）を備え、前記第１の比は、前記第２の比とは異なり、前記第２の燃料ノズル（１６）が、前記第２の燃料混合物（１０８）及び酸化剤が注入される主燃料部分を有する一次燃料ノズル（１６）である、請求項５に記載のシステム（１０）。
【請求項７】
前記第２の混合システム（５１）が、前記第１の比を、前記第２の比とは異ならせるように構成されている、請求項６に記載のシステム（１０）。
【請求項８】
前記バイアスシステム（５０）が、前記燃料通路（２３）に沿って、前記第１の燃料混合物（１０６）の前記水（２１）に対する前記液体燃料（１８）の第３の比を制御するように構成された第１の混合システム（５１）を備え、前記第１の燃料ノズル（１６）が、前記第３の燃料混合物及び酸化剤が注入されるパイロット燃料部分を有する一次燃料ノズル（１６）である、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項９】
前記バイアスシステム（５０）が、前記燃料通路（２３）に沿って、前記第２の燃料混合物（１０８）の前記水（２１）に対する前記液体燃料（１８）の第４の比を制御するように構成された第２の混合システム（５１）を備え、前記第３の比が、前記第４の比とは異なり、前記第２の燃料ノズル（１６）が、前記第４の燃料混合物及び酸化剤が注入されるパイロット燃料部分を有する一次燃料ノズル（１６）である、請求項８に記載のシステム（１０）。
【請求項１０】
前記バイアスシステム（５０）が、前記燃料通路（２３）に沿って、前記第１の燃料混合物（１０６）の前記水（２１）に対する前記液体燃料（１８）の第１の比と、前記第２の燃料混合物（１０８）の前記水（２１）に対する前記液体燃料（１８）の第２の比とを制御するように構成された第１の混合システム（５１）を備え、前記液体燃料（１８）が、主燃料（１９）であり、前記第１の燃料ノズル（１６）及び前記第２の燃料ノズル（１６）が、主燃料部分を有する一次燃料ノズル（１６）であり、それぞれの部分を通して、前記第１の燃料混合物（１０６）及び前記第２の燃料混合物（１０８）が、酸化剤と共に注入される、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項１１】
前記バイアスシステム（５０）が、前記燃料通路（２３）に沿って、第３の燃料混合物の前記水（２１）に対する前記液体燃料（１８）の第３の比と、第４の燃料混合物の前記水（２１）に対する前記液体燃料（１８）の第４の比とを制御するように構成された第２の混合システム（５１）を備え、前記液体燃料（１８）が、パイロット燃料（２０）であり、前記第１の燃料ノズル（１６）及び前記第２の燃料ノズル（１６）が、パイロット燃料部分を有する一次燃料ノズル（１６）であり、それぞれの部分を通して、前記第３の燃料混合物及び前記第４の燃料混合物が、酸化剤と共に注入される、請求項１０に記載のシステム（１０）。
【請求項１２】
前記第１の混合システム（５１）及び前記第２の混合システム（５１）が、前記第２の比とは異なる前記第１の比、及び前記第４の比とは異なる前記第３の比のうち少なくとも１つを引き起こすように構成されている、請求項１１に記載のシステム（１０）。
【請求項１３】
第１の複数の第１の燃焼器（１３）と、
第２の複数の第２の燃焼器（１４）とを備え、前記第１の燃焼器（１３）及び第２の燃焼器（１４）が、前記燃焼ダイナミックスの振幅、又は前記第１の複数の第１の燃焼器（１３）と、前記第２の複数の第２の燃焼器（１４）との間のモード結合を減少させるのを助けるパターンで配置されている、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項１４】
前記燃焼器（１３）（１４）のヘッドエンドチャンバ（７４）に配置された第１の燃料ノズル（１６）及び第２の燃料ノズル（１６）を備える燃焼器（１３）（１４）であって、前記燃料ノズル（１６）が、主燃料部分及び一次燃料部分を有する一次燃料ノズル（１６）であり、前記燃料ノズル（１６）が、燃料混合物（１００）及び酸化剤を、前記燃焼器（１３）（１４）の燃焼チャンバ（７６）内に注入するように構成されており、前記燃料混合物（１００）が、液体燃料（１８）及び水（２１）を有する燃焼器（１３）（１４）と、
前記燃焼器（１３）（１４）の上流の燃料通路（２３）に配置されたバイアスシステム（５０）であって、前記燃焼器（１３）（１４）における燃焼ダイナミックスの振幅を、少なくとも部分的に制御するように構成されているバイアスシステム（５０）と
を含むガスタービンエンジンを備えるシステム（１０）。
【請求項１５】
前記バイアスシステム（５０）が、前記燃料通路（２３）に沿って配置された少なくとも１つのオリフィスプレート（６８）を備え、前記バイアスシステム（５０）が、前記第１の燃料ノズル（１６）に対する前記燃料混合物（１００）の前記流量が、前記第２の燃料ノズル（１６）に対する前記燃料混合物（１００）の流量とは異なるように、前記燃料通路（２３）に沿って少なくとも前記第１の燃料ノズル（１６）に向かう前記燃料混合物（１００）の流量を、少なくとも部分的に制御するように構成されている、請求項１４に記載のシステム（１０）。
【請求項１６】
前記燃料混合物（１００）及び酸化剤が、前記第１の燃料ノズル（１６）及び前記第２の燃料ノズル（１６）の前記主燃料部分を通して注入される、請求項１５に記載のシステム（１０）。
【請求項１７】
前記燃料混合物（１００）及び酸化剤が、前記第１の燃料ノズル（１６）及び前記第２の燃料ノズル（１６）の前記パイロット燃料部分を通して注入される、請求項１５に記載のシステム（１０）。
【請求項１８】
前記バイアスシステム（５０）が、前記第１の燃料ノズル（１６）に向かう前記燃料混合物（１００）の前記比が、前記第２の燃料ノズル（１６）に向かう前記燃料混合物（１００）の前記比とは異なるように、少なくとも前記第１の燃料ノズル（１６）に向かう前記燃料混合物（１００）における前記水（２１）に対する前記液体燃料（１８）の比を制御するように構成された混合システム（５１）を備える請求項１４に記載のシステム（１０）。
【請求項１９】
第１の燃料混合物（１０６）及び酸化剤を、第１の燃焼器（１３）の第１の燃焼チャンバ（７６）内に、前記第１の燃焼器（１３）の第１のヘッドエンドチャンバ（７４）に配置された第１の燃料ノズル（１６）を使用して注入することであって、前記第１の燃料混合物（１０６）が、第１の比の液体燃料（１８）及び水（２１）を有し、前記第１の燃料ノズル（１６）が、主燃料部分を有する一次燃料ノズル（１６）を備え、主燃料部分を通して、前記第１の燃料混合物（１０６）及び酸化剤が注入されることと、
第２の燃料混合物（１０８）及び前記酸化剤を、第２の燃焼器（１４）の第２の燃焼チャンバ（７６）内に、前記第２の燃焼器（１４）の第２のヘッドエンドチャンバ（７４）に配置された第２の燃料ノズル（１６）を使用して注入することであって、前記第２の燃料混合物（１０８）が、第２の比の前記液体燃料（１８）及び前記水（２１）を有し、前記第２の燃料ノズル（１６）が、主燃料部分を有する一次燃料ノズル（１６）を備え、主燃料部分を通して、前記第２の燃料混合物（１０８）及び酸化剤が注入されることと、
前記第１の燃料ノズル（１６）及び前記第２の燃料ノズル（１６）の上流における前記燃料通路（２３）に配置されたバイアスシステム（５０）で、前記第１の燃焼器（１３）における第１の燃焼ダイナミックスの振幅を制御することであって、前記バイアスシステム（５０）が、燃焼ダイナミックスの振幅、又は前記第１の燃焼器（１３）と前記第２の燃焼器（１４）との間のモード結合を減少させるのに役立つように構成されていることと
を含む方法。
【請求項２０】
前記第１の燃焼ダイナミックスの振幅及び前記第２の燃焼ダイナミックスの振幅を制御することが、前記第１の燃料混合物（１０６）の前記第１の比を、前記第２の燃料混合物（１０８）の前記第２の比とは異なるように変化させることを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１の燃焼ダイナミックスの振幅及び前記第２の燃焼ダイナミックスの振幅を制御することが、前記第１の燃料混合物（１０６）の第１の流量を、前記第２の燃料混合物（１０８）の第２の流量とは異なるように変化させることを含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示される主題は、ガスタービンシステムに関し、より詳細には、燃焼ダイナミックスを制御するシステム及び方法に関する。特に、このシステム及び方法は、ガスタービンシステム内で、燃焼ダイナミックスの振幅を減少させ、かつ／又は燃焼ダイナミックスのモード結合を減少させるように構成され得る。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンシステムは一般に、圧縮機セクション、燃焼器セクション、及びタービンセクションを有するガスタービンエンジンを含む。燃焼器セクションは、１つ以上の燃焼器（例えば燃焼カン）を含んでもよく、燃焼器は、各燃焼器の燃焼チャンバ内で、酸化剤（例えば空気）と併せた燃料を受け取り、これを燃焼させる。燃焼が各燃焼器内で起こると、高温の燃焼ガスが、タービンセクションの１つ以上のタービン段に流れ、これらのタービン段を駆動する。各燃焼器は、燃焼ダイナミックスを引き起こす可能性がある。燃焼ダイナミックスは、燃焼器の音響振動が、（放熱に関する振動部品としても知られている）火炎ダイナミックスと相互作用する場合に起こり、特定の振幅での燃焼器内の自律圧力振動につながる。
【０００３】
燃焼ダイナミックスは、複数の別個の周波数で、又はある範囲の周波数にわたって、それぞれ特定の振幅で起こる可能性がある。これらの燃焼ダイナミックスは、それぞれの燃焼器の上流と下流との両方に伝わる可能性がある。例えば、圧力及び／又は音波は、例えば１つ以上のタービン段を通じて下流のタービンセクションに伝わる場合があり、又は上流の燃料システム内に伝わる場合もある。タービンシステムの特定の部品は、特に、個々の燃焼器によって引き起こされた燃焼ダイナミックスが、互いに対して同相及びコヒーレントな関係を示し、かつ周波数が、部品の固有振動数又は共振周波数であるか、又はこれらに近いものであり、高振幅である場合、燃焼ダイナミックスに潜在的に応答する可能性がある。本明細書に説明される場合、「コヒーレンス」とは、２つのダイナミック信号間の線形関係の強度を指す場合があり、これらのダイナミック信号間の周波数の重複の程度により強く影響される場合がある。燃焼ダイナミックスの文脈では、「コヒーレンス」は、燃焼システムによって示されるモード結合、又は燃焼器毎の音響相互作用の尺度である。
【０００４】
したがって、タービンシステム内の部品におけるいかなる望ましくない共鳴振動応答（例えば共振挙動）の可能性も減少させるために、燃焼ダイナミックスの振幅、及び／又は燃焼ダイナミックスのモード結合を制御する必要性が存在する。
【発明の概要】
【０００５】
最初にクレームされた発明の範囲に相応する特定の実施形態を、以下に要約する。これらの実施形態は、クレームされた発明の範囲を限定することを意図するものではなく、むしろこれらの実施形態は、本発明の実施される可能性のある形態の簡単な概要を提供することのみを意図している。実際、本発明は、以下に説明される実施形態と同様の場合もあり又は異なる場合もある、様々な形態を包含することができる。
【０００６】
第１の実施形態では、システムは、ガスタービンエンジンを備える。ガスタービンエンジンは、第１の燃焼器及び第２の燃焼器を含む。第１の燃焼器は、第１の燃焼器の第１のヘッドエンドチャンバに配置された第１の燃料ノズルを備える。第１の燃料ノズルが、第１の燃料混合物及び酸化剤を、第１の燃焼器の第１の燃焼チャンバ内に注入するように構成されている。第２の燃焼器は、第２の燃焼器の第２のヘッドエンドチャンバに配置された第２の燃料ノズルを備える。第２の燃料ノズルが、第２の燃料混合物を、第２の燃焼器の第２の燃焼チャンバ内に注入するように構成されている。ガスタービンエンジンはまた、第１の燃料ノズル及び第２の燃料ノズルの上流の燃料通路に配置されたバイアスシステムを含む。バイアスシステムは、燃焼ダイナミックスの振幅、又は第１の燃焼器と第２の燃焼器との間のモード結合を減少させるのに役立つように構成されている。
【０００７】
第２の実施形態では、燃焼器及びバイアスシステムを有するガスタービンエンジンが提供される。燃焼器は、燃焼器のヘッドエンドチャンバに配置された燃料ノズルを含む。燃料ノズルは、燃料混合物及び酸化剤を、燃焼器の燃焼チャンバ内に注入するように構成されている。バイアスシステムは、燃焼器の上流の燃料通路に配置されている。バイアスシステムは、燃焼器における燃焼ダイナミックスの振幅を、少なくとも部分的に制御するように構成されている。
【０００８】
第３の実施形態では、方法は、第１の燃料混合物及び酸化剤を、第１の燃焼器の第１の燃焼チャンバ内に、第１の燃焼器の第１のヘッドエンドチャンバに配置された第１の燃料ノズルを使用して注入することを含む。この方法はまた、第２の燃料混合物及び酸化剤を、第２の燃焼器の第２の燃焼チャンバ内に、第２の燃焼器の第２のヘッドエンドチャンバに配置された第２の燃料ノズルを使用して注入することを含む。この方法はまた、第１の燃料噴射器の上流における第１の燃料通路に配置された第１のバイアスシステムで、第１の燃焼器における第１の燃焼ダイナミックスの振幅を制御することを含む。第１のバイアスシステムは、燃焼ダイナミックスの振幅、又は第１の燃焼器と第２の燃焼器との間のモード結合を減少させるのに役立つように構成されている。
【０００９】
本発明のこれら及び他の特徴、態様、及び利点は、以下の詳細な説明が、添付の図面を参照して読まれた場合に、よりよく理解されるであろう。添付の図面においては、同様の符号が、図面全体を通して同様の部分を表す。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】複数の燃焼器を有するガスタービンシステムの実施形態の概略図である。
【図２】異なる比及び流量の液体燃料と水との混合物を、複数の燃焼器の各燃焼器に送るように構成されたバイアスシステムを含む、図１のガスタービンシステムにおける実施形態の概略図である。
【図３】異なる比及び流量の液体燃料と水との混合物を、複数の燃焼器の各燃焼器に送るように構成されたバイアスシステムを含む、図１のガスタービンシステムにおける実施形態の概略図である。
【図４】異なる流量及び異なる比の液体燃料と水との混合物を、複数の燃焼器の１つ以上の燃焼器に送るように構成された１つ以上の混合システムを含む、図１の燃焼器を複数有するガスタービンシステムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の１つ以上の特定の実施形態を以下に説明する。これらの実施形態を簡潔に説明するために、本明細書では、実際の実施態様におけるすべての特徴を説明しない場合がある。いかなる工学プロジェクト、又は設計プロジェクトにおける場合のような、任意のこのような実際の実施態様の開発において、実施態様に固有の多数の決定が、開発者の特定の目標を達成するためになされなければならないことを理解されたい。開発者の特定の目標とは、システムに関連した制約の遵守、及びビジネスに関連した制約の遵守等であり、実施態様毎に異なり得る。その上、このような開発努力は、複雑で時間がかかる可能性があるが、それにもかかわらず、本開示の利益を有する当業者にとっては、設計、作製、及び製造に関する日常的な取り組みであろうことを理解されたい。
【００１２】
本発明の様々な実施形態の要素を説明する際、「１つの（ａ）（ａｎ）」、「この（ｔｈｅ）」、及び「前記（ｓａｉｄ）」という項目は、その要素が１つ以上存在することを意味することが意図されている。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、及び「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という用語は、包括的であることと、列記された要素以外のさらなる要素が存在し得ることを意味することとが意図されている。
【００１３】
開示された実施形態は、例えば１つ以上のバイアスシステムを、燃焼器の１つ以上の燃料ノズルの上流における燃料通路に配置することによって、１つ以上のタービンの燃焼器の形状を変化させることにより、ガスタービンシステムの下流の部品における望ましくない振動応答を減少させるために、燃焼ダイナミックスの振幅及び／又は燃焼ダイナミックスのモード結合を減少させることを対象とする。バイアスシステムは、偏った又は不均一な分布の、燃料（例えば液体燃料）、水、又は他の希釈剤を、１つ以上の燃料ノズル、燃焼器、又はこれらの組み合わせに提供し、これにより燃焼ダイナミックスの振幅及び／又は燃焼ダイナミックスのモード結合を減少させるのに役立つように構成され得る。
【００１４】
言い換えれば、バイアスシステムは、異なる流量、異なる比（例えば水／燃料比）の燃料混合物、又はこれらの組み合わせを、個々の燃焼器のそれぞれの中で、又は１つの燃焼器から別の燃焼器にかけて、異なる燃料ノズル又は幾何学的場所に提供することができる。特に、特定の実施形態では、バイアスシステムは、燃料通路に沿って配置され、かつ各燃焼器の燃料ノズルに提供される主燃料及び／又はパイロット燃料の流量を制御するように構成された、様々な流量制御装置（例えばオリフィスプレート、弁、トリムプレート、又はこれらの任意の組み合わせ）を含んでもよい。また、特定の実施形態では、バイアスシステムは、液体燃料と水との混合物の比（例えば水／燃料比）を予め混合するように構成された１つ以上の混合システムを含んでもよく、オリフィスプレート及び／又は弁等の様々な流量制御装置を通して混合物を導くこともできる。
【００１５】
本明細書で使用される場合、「オリフィスプレート」は、貫通する１つ以上の孔、即ちオリフィスを有するプレートを含んでもよく、これによりオリフィスは、オリフィスプレートを通る流体流を限定する。また、「弁」は、通路に沿った流体流を制御し、かつ／又は限定するように構成されたいかなる装置も含んでもよい。例えば、弁は、ボール弁、ゲート弁、又はいかなる他の調整可能な弁を含んでもよく、これらの弁は、手動又は電動のアクチュエータ（例えば、制御装置に結合させた電気アクチュエータ、空気圧アクチュエータ、又は油圧アクチュエータ）を含んでもよい。様々な実施形態では、混合システムが、１つ以上の比の混合物を生産するために、主液体燃料及び／又はパイロット液体燃料と水とを予め混合し、（異なる）水／燃料比を有する液体燃料と水との混合物のそれぞれを、単一の燃焼器内の異なる燃焼器及び／又は異なる燃料ノズルに送ることができ、これにより、燃焼ダイナミックスの振幅及び／又は燃焼ダイナミックスのモード結合を減少させるのに役立つことに留意されたい。
【００１６】
ガスタービンの燃焼器（即ち燃焼器組立体）は、燃焼工程、燃焼器内に入る吸入流体流（例えば燃料、酸化剤、希釈剤等）の特性、及び様々な他の要因により、燃焼ダイナミックスを引き起こす場合がある。燃焼ダイナミックスは、圧力変動、脈動、振動、及び／又は特定の周波数及び特定の振幅の波として特徴付けられ得る。吸入流体流の特性には、速度、圧力、速度及び／もしくは圧力の変動、流路の変形（例えば、折り返し、形状、中断等）、又はこれらのいかなる組み合わせも含まれる場合がある。集合的に、燃焼ダイナミックスは、燃焼器の下流の様々な部品に、振動応答及び／又は共振挙動を潜在的に引き起こす可能性がある。例えば、（例えば特定の周波数、周波数の範囲、振幅等での）燃焼ダイナミックスは、ガスタービンシステムの下流に伝わる可能性がある。下流の部品が、これらの圧力変動（例えば燃焼ダイナミックス）によって駆動される固有振動数又は共振周波数を有する場合、圧力変動は、振動、応力、疲労等を潜在的に引き起こす。これらの部品には、タービンノズル、タービン翼、タービンシュラウド、タービンホイール、軸受、又はこれらのいかなる組み合わせも含まれる場合がある。下流の部品は、同相、コヒーレント、及び高振幅の燃焼トーンに対してより敏感であるため、特に対象になる。したがって、開示された実施形態は、燃焼ダイナミックスの振幅及び／又はコヒーレンスを減少させるのに役立つように構成されている。図１〜図４に関して以下にさらに説明されるように、開示された実施形態では、下流の部品に振動応答を引き起こす燃焼ダイナミックスの能力を減少させることができる。
【００１７】
前述を念頭に置いて、図１は、複数の燃焼器１２を有するガスタービンシステム１０の実施形態の概略図である。図示された実施形態では、第１の燃焼器１３及び第２の燃焼器１４が示されている。しかしながら、他の実施形態では、いかなる数の燃焼器１２（例えば、１個、３個、４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個、又はそれより多い）が、タービンシステム１０に設けられてもよいことに留意されたい。タービンシステム１０は、タービンシステム１０を駆動するために、天然ガス及び／又は合成ガス等の液体燃料又はガス燃料を使用してもよい。
【００１８】
図示された実施形態では、１つ以上の燃料ノズル１６（例えば一次燃料ノズル）が、液体燃料１８の供給（即ち液体燃料供給）を受ける。液体燃料１８の例には、ディーゼル燃料、ジェット燃料、ガソリン、ナフサ、燃料油、液化石油ガス等の炭化水素系液体燃料が含まれるが、これらに限定されるものではない。特に、１つ以上の燃料ノズル１６に提供される液体燃料１８は、燃料ノズル１６の主燃料ノズル部分に送られる主燃料１９、及び／又は燃料ノズル１６のパイロット燃料ノズル部分に送られるパイロット燃料２０を含んでもよい。また、燃料ノズル１６は、例えばタービンシステム１０が液体燃料１８を使用する場合、水２１の供給（即ち水供給）を受けてもよい。水２１の例には、ボイラ給水、脱気水、復水、純水等が含まれるが、これらに限定されるものではない。特定の実施形態では、水２１は、液体の水、蒸気、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。水２１は、システム１０を有する工場又は設備のどこでも容易に入手可能であり得る。
【００１９】
図２〜図４に関して詳細に説明されるように、開示されるタービンシステム１０は、液体燃料１８及び水２１を、燃料ノズル１６の上流の燃料通路２３に沿って送ることができる。特定の実施形態では、液体燃料１８は、主燃料１９及びパイロット燃料２０の個別の流れとして送られ得る。液体燃料１８を水２１と混合することにより、副産物（例えば、ＮＯx、ＳＯx、ＣＯ、又は微粒子状物質）抑制の効率を向上させることができ、これにより、システム１０からの副産物の生成及び排出が減少する。その後、燃料ノズル１６は、燃料、又は燃料と水との混合物を、酸化剤（例えば空気）とさらに混合し、燃料、（使用される場合は）水、及び酸化剤混合物を、複数の燃焼器１２内に分散させる。燃焼器１２は、システム１０内で、円周方向に配置され得る。
【００２０】
液体燃料１８（例えば主燃料１９又はパイロット燃料２０）、（使用される場合は）水２１、及び酸化剤（例えば空気）の混合物が、燃焼器１２のそれぞれのチャンバで燃焼し、これにより、高温高圧の排ガスが発生する。燃焼器１２は、タービン２２を通って排気出口２４に向かうように排ガスを導く。排ガスがタービン２２を通る際、ガスがタービン翼を押し、タービンシステム１０の軸線に沿ってシャフト２６を回転させる。説明されるように、シャフト２６は、圧縮機２８を含むタービンシステム１０の様々な部品に接続されている。圧縮機２８はまた、シャフト２６に結合された翼を含む。シャフト２６が回転すると、圧縮機２８内の翼も回転し、これにより、圧縮機２８を通る空気取り入れ部３０からの空気が圧縮され、燃料ノズル１６及び／又は燃焼器１２に入る。シャフト２６はまた、負荷３２に接続されていてもよく、負荷３２は、例えば発電所の電気発電機、又は航空機のプロペラ等の、車両又は静止した負荷であってもよい。負荷３２は、タービンシステム１０の回転出力によって給電することができるいかなる適切な装置を含んでもよい。
【００２１】
以下に詳細に説明されるように、タービンシステム１０の特定の実施形態は、水２１と液体燃料１８との混合物等の異なる比及び／又は流量の燃料混合物を、１つ以上の燃焼器１２に送るように構成されており、これにより、燃焼ダイナミックスの振幅及びコヒーレンスを減少させるのに役立つ。以下の説明では、燃焼器１２の軸方向の方向又は軸線４２（例えば長手方向軸線）、燃焼器１２の半径方向の方向又は軸線４４、及び燃焼器１２の円周方向の方法又は軸線４６に対して、参照がなされ得る。
【００２２】
図２は、１つ以上の燃焼器１２の上流における１つ以上の燃料通路２３に沿って配置されたバイアスシステム５０を含む、図１のガスタービンシステム１０の実施形態の概略図である。特に特定の実施形態では、バイアスシステム５０は、水２１と液体燃料１８（例えば、パイロット燃料２０、主燃料１９）との混合物等の異なる比及び／又は流量の燃料混合物を、１つ以上の燃焼器１２に送るように構成されており、これにより、燃焼ダイナミックスの振幅及びコヒーレンスを減少させるのに役立つ。
【００２３】
例えば、特定の実施形態では、バイアスシステム５０は、燃料通路２３に沿って配置され、かつ水２１に対する液体燃料１８の特定の比（例えば水／燃料比）を有する燃料混合物を混合するように構成された、１つ以上の混合ブロック５１を含んでもよい。各混合ブロック５１は、燃料混合物を、１つ以上の燃焼器１２の燃料ノズル１６に送るように構成され得る。特定の実施形態では、１つ以上の混合ブロック５１は、各燃料ノズル１６、燃料ノズル１６のサブグループ、燃焼器１２、又は燃焼器１２のサブグループに対して専用であってもよい。特定の実施形態では、混合システム５１は、以下に詳細にさらに説明されるように、各燃焼器１２に提供され、かつ／又は特定の燃焼器１２内の各燃料回路に提供される燃料混合物の比を調整するように構成され得る。また、特定の実施形態では、バイアスシステム５０は、１つ以上の燃焼器１２に対する燃料通路２３に沿った、燃料混合物の流れを制御するか、又は偏らせる（例えば、不均一な分布の流れを作り出す）ように構成された、１つ以上の流量制御装置５６を含んでもよい。例えば、特定の実施形態では、流量制御装置５６は、以下にさらに説明されるように、燃料通路２３に沿って、様々な幾何学的構成及び／又は配置を有してもよく、各燃焼器１２に提供され、かつ／又は特定の燃焼器１２内の各燃料回路に提供される燃料混合物の流量を、調整又は調節するように構成されていてもよい。
【００２４】
特に、バイアスシステム５０は、燃焼ダイナミックスの振幅及び／又はコヒーレンスを減少させるために、１つ以上の燃焼器１２に提供され、かつ／又は特定の燃焼器１２内の１つ以上の回路に提供される燃料混合物の量（例えば流量）及び／又は組成（例えば、水２１に対する液体燃料１８の比）を変動させることができ、これにより、下流の部品における望ましくない振動の可能性が減少することに留意されたい。例えば、単一の燃焼器１２の異なる燃料ノズル１６に送られる燃料混合物の流量及び／又は組成を変動させると、燃焼器１２の燃料ノズル１６間における燃料ノズルの圧力比及び／又は当量比の違いにつながる場合があり、これにより、燃焼器内の燃焼不安定性の周波数及び／又は振幅が、直接的に影響を受ける。１つ以上の燃料ノズル１６における燃焼ダイナミックスの周波数が、燃焼器１２内の他の燃料ノズル１６によって打ち消される場合、燃焼ダイナミックスのコヒーレンス、したがってモード結合が減少する。結果として、開示された実施形態では、下流の部品に振動応答を引き起こす燃焼器の振幅の能力を減少させることができる。
【００２５】
同様に、２つ以上の燃焼器１２の燃料ノズル１６間に送られる燃料混合物の流量及び／又は組成を変動させると、複数のガスタービンの燃焼器１２内で、燃焼ダイナミックスの振幅、及び／又は燃焼ダイナミックスのモード結合を減少させるように、燃焼器毎の燃焼ダイナミックスが変動する場合がある。例えば、異なる燃焼器１２の燃料ノズル１６に送られる燃料混合物の流量及び／又は組成を変動させると、燃焼器毎の変動（例えば、燃焼器毎の燃焼ダイナミックスの周波数の変動）につながる場合があり、これにより、燃焼器１２のモード結合の可能性が減少し、したがって、特にガスタービンシステム１０の部品の共振周波数と並ぶ周波数で、下流のタービンセクション２２に伝わる振幅が減少する。周波数は、燃焼器毎に変化する場合があり、モード結合を妨げる。したがって、開示された実施形態は、１つ以上の燃焼器１２間の周波数の類似性を減少させることができ、これにより、システム１０内のコヒーレンス振幅が減少する。
【００２６】
前述を念頭に置いて、図示された実施形態では、バイアスシステム５０は、第１の燃焼器１３の燃料ノズル１６に送られる燃料混合物の流量及び／又は組成を、第２の燃焼器１４の燃料ノズルに送られる燃料混合物の流量及び／又は組成から変動させるように構成されている。特に、図示された実施形態では、バイアスシステム５０は、パイロット混合ブロック５２及び主燃料混合ブロック５４を含む。パイロット混合ブロック５２は、パイロット燃料２０を水２１と予め混合し、パイロット燃料混合物５３を、１つ以上の燃焼器１２内の燃料ノズル１６のパイロット燃料ノズル部分に送るように構成され得る。同様に、主燃料混合ブロック５４は、主燃料１９を水２１と予め混合し、主燃料混合物５５を、１つ以上の燃焼器１２内の燃料ノズル１６の主燃料ノズル部分に送るように構成され得る。
【００２７】
パイロット燃料混合物５３は、燃焼器１２の開始工程又はモード中に使用され得る。開始後（例えば、安定状態の工程又はモード中）、主燃料混合物５５は、通常の流量又は規則的な流量の燃料混合物を燃焼器１２に供給するために利用され得る。パイロット燃料混合物５３はまた、図３に関連して詳細にさらに説明されるように、主燃料混合物５５と共に使用され得る。パイロット混合ブロック５２は、１つ以上の比（例えば、水／燃料比）のパイロット燃料混合物５３を混合するように構成されていてもよく、異なる比のパイロット燃料混合物５３を、１つ以上の燃焼器１２に送ることができる。同様に、主燃料混合ブロック５４は、１つ以上の比（例えば、水／燃料比）の主燃料混合物５５を混合するように構成されていてもよく、主燃料混合物５５を、１つ以上の燃焼器１２に送ることができる。
【００２８】
特定の実施形態では、制御装置５８（例えば電子制御装置）は、１つ以上の流量弁６０を開閉するように構成された１つ以上の制御信号で、混合ブロック５１を制御及び／又は調節するように構成され得る。例えば、制御装置５８は、混合ブロック５１のそれぞれに入るパイロット燃料２０、主燃料１９、及び／又は水２１の流れを制御及び／又は制限するために、流量弁６０を調節することができ、これにより、燃料混合物の比（例えば、液体燃料１８と水２１との比）が制御される。また、制御装置５８は、混合ブロック５１、燃料ノズル１６、燃焼器１２、タービンセクション２２、又はこれらのいかなる組み合わせ内に配置された１つ以上のセンサ６２からのセンサフィードバックにより、各混合ブロック５１を調節及び／又は監視するように構成され得る。例えば、センサ６２は、いかなるタイプの圧力センサ、温度センサ、流量センサ、組成センサ、振動センサ、音響センサ、火炎センサ、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。特定の実施形態では、制御装置５８は、センサ６２から受信したセンサフィードバックに基づき、水２１に対する液体燃料１８の比を調整することができる。特定の実施形態では、制御装置５８は、システム１０を調節及び／又は監視するようにさらに構成されていてもよく、特定の比（例えば水／燃料比）の燃料混合物（例えば、パイロット燃料混合物５３及び／又は主燃料混合物５５）を、システム１０内の特定の燃焼器１２、特定の燃料ノズル１６、特定のグループの燃焼器１２、及び／又は特定のグループ（例えば回路）の燃料ノズル１６に提供することができる。
【００２９】
特定の実施形態では、制御装置５８は、システム１０の燃料ノズル１６及び燃焼器１２に提供される燃料混合物の比（例えば、水／燃料比）を制御するために、様々な部品を含む場合がある。例えば、制御装置５８は、プロセッサ６４及びメモリ６６を含んでもよい。また、特定の実施形態では、制御装置５８は、システム１０のセンサ６２、流量弁６０、混合システム５１、及び／又は様々な他の部品と相互作用するためのハードウェアインタフェースを含んでもよい。図示されているように、プロセッサ６４及び／又は他のデータ処理回路は、システム１０を監視し制御するための指示を検索し実行するために、メモリ６６に動作可能に結合され得る。例えば、これらの指示は、メモリ６６に記憶されるプログラム又はソフトウェアでエンコードされる場合がある。メモリ６６は、有形の非一時的なコンピュータ可読媒体の例であり得る。そしてこれらの指示は、実施されるべき現在開示されている技法を可能にするために、プロセッサ６４によってアクセスされ、実行される。メモリ６６は、大容量記憶装置、フラッシュメモリ装置、取り外し可能なメモリ、又はいかなる他の非一時的なコンピュータ可読媒体であってもよい。追加的及び／又は代替的に、指示を、少なくとも１つの有形の非一時的なコンピュータ可読媒体を含むさらなる適切な製品に記憶することができる。この媒体は、上述のメモリ６６と同様に、これらの指示又はルーチンを少なくとも集合的に格納する。
【００３０】
また、図示された実施形態では、バイアスシステム５０は、パイロット燃料混合物５３及び／又は主燃料混合物５５を、混合ブロック（例えば、パイロット混合ブロック５２及び／又は主燃料混合ブロック５４）から、１つ以上の燃焼器１２のそれぞれに送るように構成された燃料通路に沿ってといったように、燃料通路２３に沿って配置された１つ以上の流量制御装置５６を含む。特定の実施形態では、流量制御装置５６は、燃料通路２３に沿った燃料混合物の流れを調節するか、又は偏らせる（例えば、不均一な分布の流れを作り出す）ように構成された、オリフィスプレート、弁、トリムプレート、又はいかなる他の装置をも含む可能性がある。例えば、図示された実施形態では、１つ以上のオリフィスプレート６８が、混合ブロック５１から第１の燃焼器１３及び第２の燃焼器１４へのパイロット燃料混合物５３及び／又は主燃料混合物５５の流れを偏らせる（例えば、例えば、不均一な分布の流れを作り出す）ために、燃料通路２３に沿って配置され得る。特に、オリフィスプレート６８の構成及び／又は形状は、燃料通路２３に沿った燃料混合物の流れを調整するために変更される場合がある。
【００３１】
例えば、図示された実施形態では、パイロット混合ブロック５２から第１の燃焼器１３までの燃料通路２３に沿って配置された第１のオリフィスプレート７０は、パイロット混合ブロック５２から第２の燃焼器１４までの燃料通路２３に沿って配置された第２のオリフィスプレート７１とは、構成及び／又は形状が異なる場合がある。オリフィスプレート７０、オリフィスプレート７１の構成及び／又は形状を変動させることにより、燃料通路２３に沿った燃料混合物の流れ（例えば、水２１に対する液体燃料１８の比）を調整又は変更することができ、これにより最終的に、上述のように所与の燃焼器１２によって引き起こされる燃焼ダイナミックスの振幅及び周波数が変更される。主燃料混合ブロック５４と、燃焼器１３、燃焼器１４との間の燃料ライン２３に配置されたオリフィスプレート６８は、同じ参照数字で表されているが、これらのオリフィスプレート６８は、構成及び／又は形状が互いに異なっていてもよいことを理解されたい。
【００３２】
いかなる数のオリフィスプレート６８（例えば、１個、２個、３個、４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個、又はそれより多い）が、バイアスシステム５０から１つ以上の燃焼器１２への燃料通路２３に沿って配置されてもよいことに留意されたい。また、特定の実施形態では、いかなる数のオリフィスプレート６８が、バイアスシステム５０から、単一の燃焼器内の個々の燃料ノズル１６及び／又は燃料ノズル１６のグループに燃料混合物を送る燃料通路２３に配置されていてもよいことに留意されたい。この方式では、オリフィスプレート６８は、単一の燃焼器１２内の特定の燃料ノズル１６、及び／又は燃料ノズル１６の特定のグループ（例えば回路）に提供される燃料混合物の流れを偏らせる（例えば、例えば、不均一な分布の流れを作り出す）ために利用され得る。
【００３３】
特定の実施形態では、流量制御装置５６（例えばオリフィスプレート６８）の構成及び／又は形状は、バイアスシステム５０から、各燃焼器１２、各燃料ノズル１６、燃焼器１２の１つ以上のグループ、及び／又は燃料ノズル１６の１つ以上のグループ（例えば回路）への燃料混合物の所望の流れ（例えば、不均一な分布の流れ）を提供するために、変更される場合がある。例えば、開示された実施形態では、燃料通路２３に沿ったオリフィスプレート６８の幾何学的形状（例えば、角有り、湾曲、階段状、凹形、凸形、又は平坦）、幾何学的特性（例えば、高さ、幅、深さ、長さ、角度の大きさ、角度の特性、曲率半径、オリフィス間の距離）、幾何学的配置（例えば、規則的、不規則等）、構成（例えば、直列、並列、無作為等）、又はこれらのいかなる組み合わせが変動する場合がある。
【００３４】
各オリフィスプレート６８は、１つ以上の孔、即ちオリフィスを含んでもよく、オリフィスは、オリフィスプレート６８が取り付けられている流路２３に沿った流体流を限定する。例えば、オリフィスプレート６８は、燃料ノズル１６の上流の燃料通路２３に沿った、パイロット燃料混合物５３及び／又は主燃料混合物５５の流れを制御又は制限するように構成され得る。例えば、第１のオリフィスプレート７０は、第２のオリフィスプレート７１を通って第２の燃焼器１４に送られるパイロット燃料混合物５３の流量と比較した場合、第１の燃焼器１３に提供されるパイロット燃料混合物５３の流量を低下させるように構成され得る。特定の実施形態では、オリフィスプレート６８は、燃料通路２３に沿った燃料混合物の通常の流量又は規則的な流量の、概ね５パーセントから５０パーセントの間、１０パーセントから３５パーセントの間、又は１５パーセントから２５パーセントの間に、流量を低下させるように構成され得る。
【００３５】
特定の実施形態では、各オリフィスプレート６８の孔が、オリフィスプレート６８にわたる所与の差圧のために、オリフィスプレート６８の効果的なオリフィス面積を集合的に定める。この面積が、オリフィスプレート６８を通る流体の質量流量を決定する。オリフィスプレート６８の効果的なオリフィス面積は、燃料混合物が通る組み合わされた面積であり、流量係数又は排出係数を乗じたオリフィスプレート６８の孔の総断面積として計算することができる。流量係数により、オリフィスプレート６８を通る実際の最大流量と理論的な最大流量との比を表すことができる。また、オリフィスプレート６８では、オリフィスプレート６８に配置されたオリフィスの数、配置、直径、形状、効果的な総面積、効果的な総オリフィス面積、又はこれらのいかなる組み合わせが変化する可能性がある。
【００３６】
特定の実施形態では、流量制御装置５６が、燃料通路２３に沿って配置された流量制御装置５６を有する他の燃焼器１２及び／又は燃料ノズル１６の変形形態を提供するために、特定の燃焼器１２、特定の燃料ノズル１６、燃焼器１２の特定のグループ、及び／又は燃料ノズル１６の特定のグループ用の燃料通路２３に沿って選択的に配置された得る（又はここから選択的に排除され得る）。実際、１サブセット又は１グループが、１つ以上の燃焼器１２を含んでもよく、ガスタービンシステム１０に含まれる燃焼器１２の最大数までの、燃焼器１２のいかなる数のグループ又はサブセット（例えば、２個、３個、４個、５個、６個、又はそれより多い）が存在し得る。特定の実施形態では、あるグループの燃焼器１２が、実質的に同様の組成、及び／又はバイアスシステム５０を介する燃料混合物の流量で設けられる場合もあるが、他の燃焼器１２及び／又は別のグループの燃焼器１２が、バイアスシステム５０から独立して動作する場合もある。したがって、燃焼器１２は、１つ以上の燃焼器１２のグループにおいて修正され得る。それぞれ独自の燃焼周波数を発生させる複数のグループの燃焼器１２が、グループの燃焼器１２における任意の所望の空間的配置（例えば、隣接している、又は交互になっている）で用いられる可能性がある。特定の例又は例示的な実施形態を、燃焼器１２間の変形形態の観点から説明しているが、同じ例又は例示的な実施形態が、同じ燃焼器１２及び／又は異なる燃焼器１２の燃料ノズル１６間の変形形態に対して適用可能な場合があることに留意されたい。
【００３７】
特定の実施形態では、バイアスシステム５０は、１つ以上の燃焼器１２に送られる燃料混合物（例えば、液体燃料１８及び水２１）の流量及び／又は組成を変動させるために、様々な組み合わせ及び構成で、混合システム５１と流量制御装置６８との両方を利用することができる。また、制御装置５８は、システム１０の動作中に、さらなるダイナミックスの変形形態を提供するために構成され得る。例えば、特定の実施形態では、制御装置５８は、センサ６２からのフィードバック、及び流量弁６０の制御により、システム１０の動作中、第１の燃焼器１３に提供される主燃料混合物５５の比（例えば、水２１に対する主燃料１９の比）を、第２の燃焼器１４に提供される主燃料混合物５５の比とは変化させることができる。さらなる例として、特定の実施形態では、制御装置５８は、センサ６２からのフィードバック、及び流量弁６０の制御により、システム１０の動作中、第１の燃焼器１３の１つ以上の燃料ノズル１６に提供されるパイロット燃料混合物５３の比（例えば、水２１に対するパイロット燃料２０の比）を、第１の燃焼器１３の他の燃料ノズル１６に提供されるパイロット燃料混合物５３の比とは変化させることができる。特定の実施形態では、同じ比の燃料混合物が、燃料ノズル１６間の流量の変形形態が、燃料通路２３に沿って配置された流量制御装置５６によって提供される状態で、燃焼器１２のすべての燃料ノズル１６に提供されてもよいことに留意されたい。これらの実施形態のそれぞれは、ガスタービン部品のいかなる望ましくない振動応答をも減少させるのに役立つ。
【００３８】
図示された実施形態では、各燃焼器１２が、ヘッドエンド７３、エンドカバー７２、燃焼器キャップ組立体７４、及び燃焼チャンバ７６を含む。燃焼器１２のヘッドエンド７３は一般に、キャップ組立体７４と、エンドカバー７２と燃焼チャンバ７６との間で軸方向４２に配置されたヘッドエンドチャンバ内の燃料ノズル１６とを含む。燃焼器キャップ組立体７４は一般に、燃料ノズル１６を含む。燃料ノズル１６は、燃料混合物（例えば、パイロット燃料混合物５３及び／又は主燃料混合物５５）、酸化剤、及び時には他の流体を、燃焼チャンバ７６に送ることができる。燃焼器１２は、燃焼器１２の燃焼チャンバ７６及び長手方向軸線の周りを円周方向４６に延びる１つ以上の壁を有し、ガスタービンシステム１０の回転軸線（例えばシャフト２６）を中心に円周方向に間隔を置いて配置された、複数の燃焼器１２のうちの１つを一般に表す。
【００３９】
上述のように、図示された実施形態では、バイアスシステム５０は、第１の燃焼器１３の燃料ノズル１６に送られる燃料混合物の流量及び／又は組成を、第２の燃焼器１４の燃料ノズル１６に送られる燃料混合物の流量及び／又は組成から変動させるように構成されている。また、上述のように、様々な構成の混合システム５１及び／又は流量制御装置５６が、これらの変形形態を達成するために利用され得る。特に、混合システム５１によって引き起こされる燃料混合物の比の変動は、特定の燃焼器１２に送られる水２１に対する液体燃料１８の量及び／又は比を変動させるのに役立ち、これにより、複数の燃焼器１２の燃焼ダイナミックスが、１つ以上の燃焼器１２の燃焼ダイナミックスの周波数、及び場合によっては振幅が、ガスタービンシステム１０内の少なくとも１つの他の燃焼器１２又は燃焼器の１２のグループとは異なるように変動する。また、流量制御装置５６は、各燃焼器１２に送られる水２１に対する液体燃料１８の比を変動させるように制御される場合があり、これにより、複数の燃焼器１２の燃焼ダイナミックスが、１つ以上の燃焼器１２の燃焼ダイナミックスの周波数、及び場合によっては振幅が、ガスタービンシステム１０内の少なくとも１つの他の燃焼器１２又は燃焼器の１２のグループとは異なるように変動する。この方式では、バイアスシステム５０は、ガスタービンシステム１０の望ましくない振動応答を減少させるのに役立ち、したがって、ガスタービンシステム１０の振動応力、摩耗、及び／又は性能低下が最小化する。
【００４０】
図示された実施形態では、１つ以上の燃料ノズル１６が、エンドカバー７２に取り付けられており、燃焼器キャップ組立体７４を通って燃焼チャンバ７６に向かう。例えば、燃焼器キャップ組立体７４は、１つ以上の燃料ノズル１６（例えば、１個、２個、３個、４個、５個、６個、又はそれより多い）を含み、各燃料ノズル１６を支持することができる。燃焼器キャップ組立体７４は、燃料ノズル１６の長さの部分に沿って配置されており、燃料ノズル１６を燃焼器１２内に収容する。各燃料ノズル１６は、加圧酸化剤及び燃料混合物を混合しやすくし、燃焼器キャップ組立体７４を通じて燃焼チャンバ７６内に混合物を導く。その後、酸化剤と燃料との混合物が、チャンバ７６の一次燃焼ゾーン７８で燃焼する場合があり、これにより、高温高圧の排ガスが発生する。これらの高圧排ガスが、タービン２２内の翼を回転駆動する。
【００４１】
特定の実施形態では、バイアスシステム５０は、燃焼器１２の燃料ノズル１６間の燃料混合物の比及び／又は流量（例えば、水２１に対する液体燃料１８の比）を変動させるように構成される場合があり、これにより、別の燃料ノズルに対して少なくとも１つの燃料ノズル１６の燃焼ダイナミックスにおける周波数、及び場合によっては振幅が変動する。例えば、バイアスシステム５０は、特定の周波数、又は特定の周波数範囲内で動作させるために所望の燃料ノズル１６を調整する方式で、所望の燃料ノズル１６が修正され得るように、燃料通路２３に沿って各燃料ノズル１６に向かう燃料混合物を変動させるように構成され得る。このようにして、１つ以上の燃料ノズル１６は、１つ以上の残りの燃料ノズル１６と比較した場合、異なる周波数で動作するように調整され得るが、一方で各燃焼器１２に対する同様の燃料流量を維持する。このような配置により、燃料ノズルのモード結合が減少し、したがって燃焼ダイナミックスの振幅が、下流の部品におけるいかなる望ましくない振動応答と共に減少する。特定の実施形態では、燃焼器１２は、１つ以上の燃焼器１２のグループにおいて修正され得る。
【００４２】
各燃焼器１２は、内壁（例えば燃焼器ライナ８２）の周りに円周方向４６に配置された外壁（例えば流れスリーブ８０）を含み、中間の流路即ち空間８４を定める。一方で、燃焼器ライナ８２は、燃焼チャンバ７６の周りに円周方向４６に延びる。内壁８２はまた、トランジションピース８８を含んでもよく、トランジションピースは一般に、タービン２２の第１の段に向かって収束する。インピンジメントスリーブ８６は、トランジションピース８８の周りに円周方向４６に配置されている。ライナ８２は、燃焼器１２の内面を定め、燃焼チャンバ７６の方を直接的に向いており、燃焼チャンバ７６にさらされている。流れスリーブ８０及び／又はインピンジメントスリーブ８６は、複数の穿孔９０を有してもよく、穿孔９０は、圧縮機排出部９４から流路８４内に酸化剤流９２（例えば空気流）を導き、また、衝突冷却をもたらすために、ライナ８２及び／又はトランジションピース８８に空気を衝突させる。その後、流路８４は、酸化剤流９２が、ヘッドエンドチャンバ７４、燃料ノズル１６を通り、燃焼チャンバ７６内に流れる前に、ライナ８２をさらに冷却するように、（例えば、高温燃焼ガスの下流の方向９４に対して）ヘッドエンド７３に向かう上流の方向に酸化剤流９２を導く。この説明は例として提供されており、特許請求の範囲で指定されるものより他のいかなる特定の部品又は特徴を有する燃焼器に、本発明を限定するものとして解釈されるべきではないことを理解されたい。
【００４３】
図３は、異なる比及び流量の液体燃料と水との混合物を、各燃焼器１２に送るように構成されたバイアスシステム５０を含む、図１のガスタービンシステム１０における実施形態の概略図である。上述のように、バイアスシステム５０は、水２１と液体燃料１８（例えば、パイロット燃料２０、主燃料１９）との混合物等の、異なる比及び／又は流量の燃料混合物を、１つ以上の燃焼器１２又は燃料ノズル１６に送るように構成されている。
【００４４】
図示された実施形態では、１つ以上の混合ブロック５１が、単一の混合ブロック５１において、パイロット燃料２０及び／又は主燃料１９を、水２１と混合するように構成され得る。また、各混合ブロック５１は、燃焼ダイナミックスを減少させる方式（例えば、燃料１８及び水２１における不均一な分布の流量及び／又は比）で、１つ以上の比及び流量（例えば、１個、２個、３個、４個、５個、６個、７個、８個、９個、又は１０個の異なる比及び／又は流量）の液体燃料混合物１００を、１つ以上の燃焼器１２の燃料ノズル１６に送るように構成され得る。上述のように、制御装置５８は、混合ブロック５１のそれぞれに入るパイロット燃料２０、主燃料１９、及び／又は水２１の流れを制御及び／又は制限するために、流量弁６０を調節することができ、センサフィードバックにより混合された液体燃料混合物１００の比（例えば、水／燃料比）を制御することができる。
【００４５】
特定の実施形態では、各燃焼器１２は、各燃焼器１２が特定の比の液体燃料混合物１００を受け取るように、特定の混合ブロック５１と関連付けられてもよい。他の実施形態では、１つ以上の燃焼器１２及び／又は燃焼器１２のグループが、特定の混合ブロック５１とすべて関連付けられてもよく、これにより、すべてが、例えば、実質的に同じ比（例えば、主燃料１９に対する水２１の比、又はパイロット燃料２０に対する水２１の比）の液体燃料混合物１００を受け取る。また、特定の実施形態では、各燃料ノズル１６は、各燃料ノズル１６が特定の比（例えば、燃料１８に対する水２１の比）の液体燃料混合物１００を受け取るように、特定の混合ブロック５１と関連付けられてもよい。他の実施形態では、１つ以上の燃料ノズル１６及び／又は燃料ノズル１６のグループ（例えば回路）は、１つ以上の燃料ノズル１６のそれぞれが特定の比（例えば、燃料１８に対する水２１の比）の液体燃料混合物１００を受け取るように、特定の混合ブロック５１とすべて関連付けられてもよい。
【００４６】
例えば、図示された実施形態では、第１の混合ブロック１０２は、水２１に対する液体燃料１８の第１の比を有する第１の液体燃料混合物１０６を、第１の燃焼器１３の１つ以上の燃料ノズル１６に送ることができる。また、第１の混合ブロック１０２は、水２１に対する液体燃料１８の第２の比を有する第２の液体燃料混合物１０８を、第１の燃焼器１３の１つ以上の別の燃料ノズル１６に送ることができる。この方式では、第１の混合ブロック１０２は、単一の燃焼器１２の複数の燃料ノズル１６に送られる液体燃料混合物１００の比を変動させるように構成されていてもよく、これにより、周波数を変動させ、振幅を減少させ、かつ／又は燃焼ダイナミックスのモード結合を減少させるのに役立つ。
【００４７】
特定の実施形態では、１つ以上の燃焼器１２及び／又は１つ以上の燃料ノズル１６に対する液体燃料混合物１００の比を変動させるよりむしろ、又はこれに加えて（例えば、不均一な分布の水／燃料比）、液体燃料混合物１００の流量が、燃焼器１２間、及び／又は１つ以上の燃料ノズル１６間で変動し得る（例えば、不均一な分布の流量）。例えば、図示された実施形態では、第２の混合ブロック１０４は、同じ比の液体燃料混合物１００を、第２の燃焼器１４のすべての燃料ノズル１６に提供するように構成され得る。また、第２の混合ブロック１０４は、液体燃料混合物１００の流量を調整するか又は変動させる、燃料通路２３に沿って配置された１つ以上の流量制御装置５６（例えばオリフィスプレート）を含んでもよい。
【００４８】
例えば、第１のオリフィスプレート１１０は、燃料ノズル１６のセットに送られる液体燃料混合物１００の流量を、第２のオリフィスプレート１１２を通って、異なるセットの燃料ノズル１６に送られる液体燃料混合物１００の流量から変動させるように構成され得る。第１のオリフィスプレート１１０と第２のオリフィスプレート１１２との間の構成及び／又は形状の変化は、図２に関して以上に説明されるように、液体燃料混合物１００の流量の変化につながる場合がある。したがって、バイアスシステム５０は、１つ以上の燃焼器１２に（例えば、不均一な分布で）送られる液体燃料混合物１００の流量及び／又は組成を変動させるために、混合システム５１及び流量制御装置６８を、様々な組み合わせ及び構成で利用することができ、これにより、周波数を変動させ、振幅を減少させ、かつ／又は燃焼ダイナミックスのモード結合を減少させるのに役立つ。
【００４９】
図４は、異なる流量及び異なる比の液体燃料混合物１００を１つ以上の燃焼器１２に送るように構成された１つ以上の混合システム５１を含む、図１の燃焼器１２を複数有するガスタービンシステム１０の概略図である。図示された実施形態では、ガスタービンシステム１０は、３つの燃焼器１２を含む。しかしながら、他の実施形態では、ガスタービンシステム１０は、いかなる数の燃焼器１２（例えば、１個、２個、３個、４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個、１１個、１２個、１３個、１４個、１５個、１６個、又はこれより多くの燃焼器）をも含む。また、図示された実施形態では、システム１０は、１つ以上の燃焼器１２の上流の１つ以上の燃料通路２３に沿って配置されたバイアスシステム５０を含む。特に、図示された実施形態では、各燃焼器１２は、主燃料混合物５５を燃料ノズル１６に送るように構成された主燃料通路１２０と、パイロット燃料混合物５３を燃料ノズル１６に送るように構成されたパイロット燃料通路１２２とを含んでもよい。
【００５０】
図示された実施形態では、第１の混合ブロック１０２は、実質的に同じ比（例えば、燃料１８に対する水２１の比）の主燃料混合物５５及び／又はパイロット燃料混合物５３を、第１の燃焼器１３及び第２の燃焼器１４のそれぞれに提供するように構成されていてもよく、一方で、第２の混合ブロック１０４は、異なる比の主燃料混合物５５及び／又はパイロット燃料混合物５３を、第３の燃焼器１２４の燃料ノズル１６に提供するように構成されている。特定の実施形態では、第１の混合ブロック１０２は、第１の燃焼器１３及び第２の燃焼器１４の燃料ノズル１６間で、及び／又は単一の燃焼器１２内で、主燃料混合物５５及び／又はパイロット燃料混合物５３の比（例えば、燃料１８に対する水２１の比）を変動させるように構成され得る。
【００５１】
図示された実施形態では、第３の燃焼器１２４は、第１の燃料回路１２６、第２の燃料回路１２８、及び第３の燃料回路１３０を含んでもよい。第１の燃料回路１２６は、中心燃料ノズル１６を含んでもよい。第２の燃料回路１２８は、中心燃料ノズル１６の周りに半径方向に配置された１つ以上の外側燃料ノズル１６を含んでもよい。同様に、第３の燃料回路１３０は、中心燃料ノズル１６の周りに半径方向に配置された１つ以上の外側燃料ノズル１６を含んでもよい。いくつかの実施形態では、中心燃料ノズル１６を提供する第１の回路１２６を、第２の燃料回路１２８と組み合わせてもよい。回路のそれぞれは、主燃料通路１２０から水／主燃料混合物５５を、パイロット燃料通路１２２から水／パイロット燃料混合物５３を供給される。また、燃料ノズル１６のそれぞれは、円形の断面形状を有してもよいが、特定の実施形態では、先端を切り取ったパイのような形状等の他の形状が用いられる場合もある。特定の実施形態では、燃料ノズル１６の数、形状、及び配置は、図４に示されたものとは異なる可能性があり、所望の燃焼効率又は性能を達成するために選択することができる。
【００５２】
図示された実施形態では、第２の混合ブロック１０４は、実質的に同じ比（例えば、燃料１８に対する水２１の比）の主燃料混合物５５及び／又はパイロット燃料混合物５３を、第３の燃焼器１２４の燃料ノズル１６のそれぞれに送るように構成され得る。また、図示された実施形態では、１つ以上の燃料回路（例えば、第１の燃料回路１２６、第２の燃料回路１２８、及び第３の燃料回路１３０）間の変形形態が、主燃料通路１２０及び／又はパイロット燃料通路１２２に沿って配置された流量制御装置５６の構成及び／又は形状を変化させることによって達成され得る。他の実施形態では、第２の混合ブロック１０４が、１つ以上の燃料回路（例えば、第１の燃料回路１２６、第２の燃料回路１２８、及び第３の燃料回路１３０）間で、主燃料混合物５５及び／又はパイロット燃料混合物５３の比及び／又は流量の両方を変動させるように構成され得ることに留意されたい。
【００５３】
本発明の技術的な効果には、燃焼器１２における燃焼ダイナミックスの振幅を減少させることと、特定の燃焼器１２内、又は複数の燃焼器１２間の燃焼ダイナミックスの振幅及び／又は燃焼ダイナミックスのモード結合を減少させることと、（例えば、部品の固有振動数と一致する周波数による）ガスタービンシステム１０における潜在的な望ましくない振動応答を減少させることとが含まれる。特に、このことは、システム１０の１つ以上の燃料ノズル１６の上流に配置された１つ以上のバイアスシステム５０によって達成され得る。バイアスシステム５０は、１つ以上の混合システム５１、及び１つ以上の流量制御装置５６を含んでもよい。混合システム５１は、１つ以上の燃焼器１２に提供され、かつ／又は特定の燃焼器１２内の１つ以上の燃料ノズル１６に提供される燃料混合物の組成（例えば、水２１に対する液体燃料１８の比）を変動させることができる。１つ以上の流量制御装置５６（例えば、オリフィスプレート６８）は、１つ以上の燃焼器１２に提供され、かつ／又は特定の燃焼器１２内の１つ以上の燃料ノズル１６に提供される燃料混合物の量（例えば流量）を変動させることができる。オリフィスプレート６８は、数、配置、直径、形状、効果的なオリフィスの総面積、又はこれらのいかなる組み合わせにおいて変化する可能性がある。オリフィスプレート６８の幾何学的配置、形状、及び／又は特性は、燃焼器１２内及び／又は燃焼器１２間で構成され、かつ変動する可能性があり、これにより、振幅、燃焼器のモード結合、したがって、下流の部品におけるいかなる望ましくない振動応答が減少する。また、制御装置５８は、１つ以上の流量弁６０を開閉するように構成された１つ以上の制御信号で、システム１０の燃料ノズル１６及び／又は燃焼器１２に提供される燃料混合物の比を動的に制御するように構成され得る。
【００５４】
本明細書は、最良の態様を含めて本発明を開示するため、かつ任意の装置又はシステムの製造及び使用、並びに任意の組み込まれた方法の実行を含めて、当業者ならば本発明を実施できるようにするために例を用いる。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義されており、当業者に想起される他の例を含むことができる。このような他の例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有する場合、又は特許請求の範囲の文言と実質的な差異のない均等の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることが意図されている。
【符号の説明】
【００５５】
１０  システム
１２  燃焼器
１３  第１の燃焼器
１４  第２の燃焼器
１６  燃料ノズル
１８  燃料
１９  主燃料
２０  パイロット燃料
２１  水
２２  タービン、タービンセクション
２３  燃料通路、燃料ライン、流路
２４  排気出口
２６  シャフト
２８  圧縮機
３０  空気取り入れ部
３２  負荷
４２  軸方向の方向又は軸線
４４  半径方向の方向又は軸線４４
４６  円周方向の方法又は軸線
５０  バイアスシステム
５１  混合ブロック、混合システム
５２  パイロット混合ブロック
５３  パイロット燃料混合物
５４  主燃料混合ブロック
５５  主燃料混合物
５６  流量制御装置
５８  制御装置
６０  流量弁
６２  センサ
６４  プロセッサ
６６  メモリ
６８  オリフィスプレート、流量制御装置
７０  第１のオリフィスプレート
７１  第２のオリフィスプレート
７２  エンドカバー
７３  ヘッドエンド
７４  燃焼器キャップ組立体、ヘッドエンドチャンバ
７６  燃焼チャンバ
７８  一次燃焼ゾーン
８０  スリーブ
８２  燃焼器ライナ、内壁
８４  空間、流路
８６  インピンジメントスリーブ
８８  トランジションピース
９０  穿孔
９２  酸化剤流
９４  圧縮機排出部
１００  液体燃料混合物
１０２  第１の混合ブロック
１０４  第２の混合ブロック
１０６  第１の液体燃料混合物
１０８  第２の液体燃料混合物
１１０  第１のオリフィスプレート
１１２  第２のオリフィスプレート
１２０  主燃料通路
１２２  パイロット燃料通路
１２４  第３の燃焼器
１２６  第１の燃料回路
１２８  第２の燃料回路
１３０  第３の燃料回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
2016173226000001.pdf