JP2000240944A - 燃焼器のチューニングを行う予混合器集成体及びそれを有する工業用タービンエンジン - Google Patents
燃焼器のチューニングを行う予混合器集成体及びそれを有する工業用タービンエンジンInfo
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- JP2000240944A JP2000240944A JP2000036604A JP2000036604A JP2000240944A JP 2000240944 A JP2000240944 A JP 2000240944A JP 2000036604 A JP2000036604 A JP 2000036604A JP 2000036604 A JP2000036604 A JP 2000036604A JP 2000240944 A JP2000240944 A JP 2000240944A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
- F23R3/286—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply having fuel-air premixing devices
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
- F23R3/04—Air inlet arrangements
- F23R3/10—Air inlet arrangements for primary air
- F23R3/12—Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex
- F23R3/14—Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex by using swirl vanes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
- F23R2900/00013—Reducing thermo-acoustic vibrations by active means
Abstract
(57)【要約】
【課題】不適当に高い振幅での共振を防ぐ低ＮＯｘ燃焼
器を有する可変長予混合器集成体及び該集成体を有する
タービンエンジンを提供する。 【解決手段】可変長の予混合器集成体は、圧縮機から圧
縮空気を受ける上流端と、燃焼器と流れが連通する様に
配列された下流端を有する。予混合器集成体は上流前部
クランプ、及び上流端に近接して配置された円周方向に
間隔を置いた複数の羽根を有するスワラ集成体を有し、
該スワラ集成体を通って流れる圧縮空気に旋回を与え
る。下流の燃料ノズル・シュラウドは燃焼器と流れが連
通する出口を有する。スワラ集成体の相対的な位置を変
化させ、予混合器集成体の音響共振特性を変える為に、
移動できるように配置された少なくとも一個の燃料ノズ
ル・スペーサが、上流前部クランプとスワラ集成体との
間の第一の位置と、スワラ集成体と下流の燃料ノズルと
の間の第二の位置との間に交互に配置される。
器を有する可変長予混合器集成体及び該集成体を有する
タービンエンジンを提供する。 【解決手段】可変長の予混合器集成体は、圧縮機から圧
縮空気を受ける上流端と、燃焼器と流れが連通する様に
配列された下流端を有する。予混合器集成体は上流前部
クランプ、及び上流端に近接して配置された円周方向に
間隔を置いた複数の羽根を有するスワラ集成体を有し、
該スワラ集成体を通って流れる圧縮空気に旋回を与え
る。下流の燃料ノズル・シュラウドは燃焼器と流れが連
通する出口を有する。スワラ集成体の相対的な位置を変
化させ、予混合器集成体の音響共振特性を変える為に、
移動できるように配置された少なくとも一個の燃料ノズ
ル・スペーサが、上流前部クランプとスワラ集成体との
間の第一の位置と、スワラ集成体と下流の燃料ノズルと
の間の第二の位置との間に交互に配置される。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】この発明は、一般に工業用タービンエンジ
ン、特にその燃焼器に関する。
ン、特にその燃焼器に関する。
【０００２】
【背景技術】工業用発電ガスタービンエンジンは空気を
圧縮する圧縮機を有し、圧縮空気を燃焼器で燃料と混合
し、点火して燃焼ガスを生成する。燃焼ガスはタービン
に流れ、タービンは、圧縮機に動力供給するシャフトを
駆動するためのエネルギーを抽出し、且つ、例えば発電
機に動力供給するための出力パワーを生成する。タービ
ンは、例えば発電機に動力を供給して送電線路網に電力
を発生するために、比較的大きなベース負荷で長期間運
転されるのが典型的である。従って、燃焼ガスからの排
出物が懸念され、規制された限界に従わなければならな
い。
圧縮する圧縮機を有し、圧縮空気を燃焼器で燃料と混合
し、点火して燃焼ガスを生成する。燃焼ガスはタービン
に流れ、タービンは、圧縮機に動力供給するシャフトを
駆動するためのエネルギーを抽出し、且つ、例えば発電
機に動力供給するための出力パワーを生成する。タービ
ンは、例えば発電機に動力を供給して送電線路網に電力
を発生するために、比較的大きなベース負荷で長期間運
転されるのが典型的である。従って、燃焼ガスからの排
出物が懸念され、規制された限界に従わなければならな
い。
【０００３】具体的には、工業用ガスタービンエンジン
は、典型的には、低排出量で動作する燃焼器、更に具体
的には、低ＮＯｘで動作する燃焼器のデザインを有して
いる。低ＮＯｘ燃焼器は、典型的には、エンジンの周り
に互いに隣接している複数の燃焼缶の形状であり、それ
ぞれの缶は上流端に結合された複数の予混合器を有して
いる。更に、燃焼器は環状の構成とすることもできる。
は、典型的には、低排出量で動作する燃焼器、更に具体
的には、低ＮＯｘで動作する燃焼器のデザインを有して
いる。低ＮＯｘ燃焼器は、典型的には、エンジンの周り
に互いに隣接している複数の燃焼缶の形状であり、それ
ぞれの缶は上流端に結合された複数の予混合器を有して
いる。更に、燃焼器は環状の構成とすることもできる。
【０００４】希薄予混合低ＮＯｘ燃焼器は、燃焼室での
動圧力振動で表されるように燃焼の不安定性に影響され
やすい。圧力振動が励起されると望ましくない大きな音
響雑音及び燃焼器に加速された高サイクル疲労破損を生
ずる事がある。圧力振動は各種の基本或いは主共振周波
数及びその他高調波で生じる。
動圧力振動で表されるように燃焼の不安定性に影響され
やすい。圧力振動が励起されると望ましくない大きな音
響雑音及び燃焼器に加速された高サイクル疲労破損を生
ずる事がある。圧力振動は各種の基本或いは主共振周波
数及びその他高調波で生じる。
【０００５】そのような燃焼の不安定性は熱放出に非対
称性を導入することにより減少することができ、例え
ば、熱放出を軸方向に分布させたり、或いは拡散するこ
とにより減少することができる。燃焼振動を減少するた
めに非対称性を導入するのに普通用いられている現在の
方法は、一個或いは複数個のバーナーへの燃料を偏らせ
てより局所に熱放出を生じさせることである。この燃料
を偏らせる方法は燃焼の不安定性を減少させることを示
したが、発生する更に高い温度によりＮＯｘ放出はかな
り増加する。火炎を軸方向に分布させることは、燃焼器
室内で一つ或いはそれ以上の燃料噴射器を物理的にずら
すことにより行われた。しかし、このずらすことによる
欠点は、下流の噴射器に関連して広がった表面を、上流
の火炎から保護するために積極的に冷却しなければなら
ないことである。付加的な冷却空気は対応したＮＯｘ放
出という不利益を装置に対して有することになる。
称性を導入することにより減少することができ、例え
ば、熱放出を軸方向に分布させたり、或いは拡散するこ
とにより減少することができる。燃焼振動を減少するた
めに非対称性を導入するのに普通用いられている現在の
方法は、一個或いは複数個のバーナーへの燃料を偏らせ
てより局所に熱放出を生じさせることである。この燃料
を偏らせる方法は燃焼の不安定性を減少させることを示
したが、発生する更に高い温度によりＮＯｘ放出はかな
り増加する。火炎を軸方向に分布させることは、燃焼器
室内で一つ或いはそれ以上の燃料噴射器を物理的にずら
すことにより行われた。しかし、このずらすことによる
欠点は、下流の噴射器に関連して広がった表面を、上流
の火炎から保護するために積極的に冷却しなければなら
ないことである。付加的な冷却空気は対応したＮＯｘ放
出という不利益を装置に対して有することになる。
【０００６】従って、前述のことから明らかなように、
燃焼器の動力学を改良する技術が必要とされている。
燃焼器の動力学を改良する技術が必要とされている。
【０００７】
【発明の概要】可変長の予混合器集成体は、圧縮機から
圧縮空気を受ける上流端と、燃焼器と流れが連通する様
に配列された下流端を有する。予混合器集成体は上流前
部クランプ、及び上流端に近接して配置された円周方向
に間隔を置いた複数の羽根を有するスワラ集成体を有
し、該スワラ集成体を通って流れる圧縮空気に旋回を与
える。延伸する中心体は、スワラに結合された第一端を
有し且つスワラを貫通して延在し、それから下流に配置
された第二端を有する。下流の燃料ノズル・シュラウド
は燃焼器と流れが連通する出口を有する。更に、スワラ
集成体の相対的な位置を変化させ、予混合器集成体の音
響共振特性を変える為に、移動できるように配置された
少なくとも一個の燃料ノズル・スペーサが、上流前部ク
ランプとスワラ集成体との間の第一の位置と、スワラ集
成体と下流の燃料ノズルとの間の第二の位置との間に交
互に配置される。
圧縮空気を受ける上流端と、燃焼器と流れが連通する様
に配列された下流端を有する。予混合器集成体は上流前
部クランプ、及び上流端に近接して配置された円周方向
に間隔を置いた複数の羽根を有するスワラ集成体を有
し、該スワラ集成体を通って流れる圧縮空気に旋回を与
える。延伸する中心体は、スワラに結合された第一端を
有し且つスワラを貫通して延在し、それから下流に配置
された第二端を有する。下流の燃料ノズル・シュラウド
は燃焼器と流れが連通する出口を有する。更に、スワラ
集成体の相対的な位置を変化させ、予混合器集成体の音
響共振特性を変える為に、移動できるように配置された
少なくとも一個の燃料ノズル・スペーサが、上流前部ク
ランプとスワラ集成体との間の第一の位置と、スワラ集
成体と下流の燃料ノズルとの間の第二の位置との間に交
互に配置される。
【０００８】
【好適な実施態様の説明】図１に、低ＮＯｘ燃焼器１４
と、一段又は多段タービン１６と流れが直列連通関係に
配置された多段軸流圧縮機１２とを有する工業用ガスタ
ービンエンジン１０を線図的に示す。タービン１６が圧
縮機１２に駆動シャフト１８で連結され、駆動シャフト
１８の一部は後方に延在して、例えば電力を発生する発
電機（図示せず）に動力をを供給する。圧縮機１２が圧
縮空気２０を燃焼器１４に排出し、そこで圧縮空気２０
は燃料２２と混合され、点火され、燃焼ガス又は火炎２
４を発生し、それからタービン１６によりエネルギーが
抽出され、シャフト１８を回転して圧縮機１２に動力を
供給するとともに、発電機または他の外部負荷を駆動す
るための出力パワーを生成する。動作中、燃焼器１４の
適切な動的安定性を維持するために、圧力振動の各種の
周波数は、比較的低い圧力振幅に維持して、高レベルの
音響ノイズ或いは高サイクル疲労破損、或いはその両方
で表される燃焼器不安定性に到る、不適当に高い振幅で
の共振を防がなければならない。燃焼器安定性は、通常
は、音響エネルギーを吸収する為に開孔燃焼器ライナー
を用いるダンピングを付加することにより行われる。こ
の方法は、しかし、低放出燃焼器には望ましくない、そ
れは開孔は冷却膜空気を通して、燃焼ガスを局所的に消
炎し、これによりCOレベルを増加するからである。更
に、ＮＯｘ放出の減少の為に予混合器に達する空気の量
を最大にするのが好ましい。
と、一段又は多段タービン１６と流れが直列連通関係に
配置された多段軸流圧縮機１２とを有する工業用ガスタ
ービンエンジン１０を線図的に示す。タービン１６が圧
縮機１２に駆動シャフト１８で連結され、駆動シャフト
１８の一部は後方に延在して、例えば電力を発生する発
電機（図示せず）に動力をを供給する。圧縮機１２が圧
縮空気２０を燃焼器１４に排出し、そこで圧縮空気２０
は燃料２２と混合され、点火され、燃焼ガス又は火炎２
４を発生し、それからタービン１６によりエネルギーが
抽出され、シャフト１８を回転して圧縮機１２に動力を
供給するとともに、発電機または他の外部負荷を駆動す
るための出力パワーを生成する。動作中、燃焼器１４の
適切な動的安定性を維持するために、圧力振動の各種の
周波数は、比較的低い圧力振幅に維持して、高レベルの
音響ノイズ或いは高サイクル疲労破損、或いはその両方
で表される燃焼器不安定性に到る、不適当に高い振幅で
の共振を防がなければならない。燃焼器安定性は、通常
は、音響エネルギーを吸収する為に開孔燃焼器ライナー
を用いるダンピングを付加することにより行われる。こ
の方法は、しかし、低放出燃焼器には望ましくない、そ
れは開孔は冷却膜空気を通して、燃焼ガスを局所的に消
炎し、これによりCOレベルを増加するからである。更
に、ＮＯｘ放出の減少の為に予混合器に達する空気の量
を最大にするのが好ましい。
【０００９】軸方向多段による燃料供給による動的な不
結合は、１９９７年３月１０日出願の、米国特許出願番
号０８／８１２，８９４（日本国特許出願平成１０年特
開第３１８５４１号）に記載の燃焼器動力学の動作理論
を理解することにより一層の理解が得られる。
結合は、１９９７年３月１０日出願の、米国特許出願番
号０８／８１２，８９４（日本国特許出願平成１０年特
開第３１８５４１号）に記載の燃焼器動力学の動作理論
を理解することにより一層の理解が得られる。
【００１０】予混合燃焼装置で強力な振動が成長するた
めにはラレイ（Ralleigh）の判定基準が満たされなけれ
ばならないことが示された。この基準によれば、熱放出
の変動が、変動する音響圧力と同相になると不安定性が
成長していくことを示している。従って、音響圧力に関
して熱放出を制御することにより燃焼の不安定性を減少
できることを示している。
めにはラレイ（Ralleigh）の判定基準が満たされなけれ
ばならないことが示された。この基準によれば、熱放出
の変動が、変動する音響圧力と同相になると不安定性が
成長していくことを示している。従って、音響圧力に関
して熱放出を制御することにより燃焼の不安定性を減少
できることを示している。
【００１１】燃焼器２６の端にある閉塞したタービン・
ノズルと結合して予混合器の狭いダクト出口は音響室を
近似する。この音響室は多くの音響周波数を有してい
る。最低次の高調波モードは最も容易に励起されるが、
共振を生じるモードはシステムの利得によって決まる。
システム内の利得の強力な原因は燃料−空気波で、この
波は燃料の質量流と空気との間の位相変移によって形成
される。燃料−空気波がシステム内で支配的な利得であ
ると、システムの動力学は燃料−空気波の対流時間によ
って制御される。対流時間は燃料が燃料噴射点から火炎
内での平均熱放出域まで移動する時間で、図２に簡略に
示されている。
ノズルと結合して予混合器の狭いダクト出口は音響室を
近似する。この音響室は多くの音響周波数を有してい
る。最低次の高調波モードは最も容易に励起されるが、
共振を生じるモードはシステムの利得によって決まる。
システム内の利得の強力な原因は燃料−空気波で、この
波は燃料の質量流と空気との間の位相変移によって形成
される。燃料−空気波がシステム内で支配的な利得であ
ると、システムの動力学は燃料−空気波の対流時間によ
って制御される。対流時間は燃料が燃料噴射点から火炎
内での平均熱放出域まで移動する時間で、図２に簡略に
示されている。
【００１２】予混合器の固有周波数は対流時間の逆数で
ある。予混合器の固有周波数ｆpmを定義する式は下記の
式１で与えられる。ここで、Ｌ1は予混合器の長さ、Ｌ2
は火炎２４までの距離である。
ある。予混合器の固有周波数ｆpmを定義する式は下記の
式１で与えられる。ここで、Ｌ1は予混合器の長さ、Ｌ2
は火炎２４までの距離である。
【００１３】
【式１】
【００１４】この式を用いて、幾つかの希薄予混合燃焼
器で観察される燃焼動力学の周波数と予混合器の固有周
波数の比較をすることができる。
器で観察される燃焼動力学の周波数と予混合器の固有周
波数の比較をすることができる。
【００１５】
【表１】
【００１６】表１に示すように、計算した対流周波数と
観察された周波数との間には強い相関がある。
観察された周波数との間には強い相関がある。
【００１７】希薄予混合システムでは、動的振動の振幅
は空洞の共振周波数に対流周波数が近接することに或程
度依存する。図３に示されるように、燃料−空気波の最
大利得が空洞の共振周波数と重なると、強い圧力振動が
生じる。図４に示されるように、燃料−空気波の最小利
得が空洞の共振周波数と重なると、圧力振動が僅かに生
じるだけである。重要な点は、燃焼動力学の周波数が、
空洞モードの周波数の近くではなく、予混合器の固有周
波数の近くで生じることである。
は空洞の共振周波数に対流周波数が近接することに或程
度依存する。図３に示されるように、燃料−空気波の最
大利得が空洞の共振周波数と重なると、強い圧力振動が
生じる。図４に示されるように、燃料−空気波の最小利
得が空洞の共振周波数と重なると、圧力振動が僅かに生
じるだけである。重要な点は、燃焼動力学の周波数が、
空洞モードの周波数の近くではなく、予混合器の固有周
波数の近くで生じることである。
【００１８】本発明の一実施例による可変長予混合器集
成体１００を図５に示す。可変長予混合器集成体１００
は、圧縮機１２（図１）から圧縮空気を受ける上流端１
０２と、燃焼器１４（図１）と流れを連通するように配
置された下流端１０４（図５）とを有する。
成体１００を図５に示す。可変長予混合器集成体１００
は、圧縮機１２（図１）から圧縮空気を受ける上流端１
０２と、燃焼器１４（図１）と流れを連通するように配
置された下流端１０４（図５）とを有する。
【００１９】可変長予混合器集成体１００は上流前部ク
ランプ１０６と、スワラ集成体１０８と、下流の燃料ノ
ズル・シュラウド１１０と、少なくとも一個の移動可能
な燃料ノズル・スペーサ１１２とを有する。
ランプ１０６と、スワラ集成体１０８と、下流の燃料ノ
ズル・シュラウド１１０と、少なくとも一個の移動可能
な燃料ノズル・スペーサ１１２とを有する。
【００２０】スワラ集成体１０８は、該スワラ集成体を
通って流れる圧縮空気に旋回を与える為に上流端１０２
の近くに配置された円周方向に間隔を置いた複数の羽根
１１４と、第一端１１８がスワラ集成体１０８に結合さ
れ、該スワラ集成体を通して延在し、その下流に配置さ
れた第二端１２０を有する細長い中心体１１６とを有す
る。下流の燃料ノズル・シュラウド１１０は燃焼器（図
１）と流れが連通する出口１２２を有する。
通って流れる圧縮空気に旋回を与える為に上流端１０２
の近くに配置された円周方向に間隔を置いた複数の羽根
１１４と、第一端１１８がスワラ集成体１０８に結合さ
れ、該スワラ集成体を通して延在し、その下流に配置さ
れた第二端１２０を有する細長い中心体１１６とを有す
る。下流の燃料ノズル・シュラウド１１０は燃焼器（図
１）と流れが連通する出口１２２を有する。
【００２１】本発明の一実施例では、燃料ノズル・スペ
ーサ１１２が、上流前部クランプ１０６とスワラ集成体
１０８との間の第一の位置と、スワラ集成体１０８と下
流の燃料ノズル・シュラウド１１０との間の第二の位置
との間に交互に移動され、これによりスワラ集成体１０
８の相対位置を変更し、予混合器集成体１００の音響共
振特性を変える。
ーサ１１２が、上流前部クランプ１０６とスワラ集成体
１０８との間の第一の位置と、スワラ集成体１０８と下
流の燃料ノズル・シュラウド１１０との間の第二の位置
との間に交互に移動され、これによりスワラ集成体１０
８の相対位置を変更し、予混合器集成体１００の音響共
振特性を変える。
【００２２】本発明の別の実施例では、少なくとも一個
の移動可能な燃料ノズル・スペーサ１１２は図５に示す
ように２個の燃料ノズル・スペーサを有する。対の燃料
ノズル・スペーサ１１２が、３個の異なる位置を交互に
移動できる。一集成体では、両方の燃料ノズル・スペー
サ１１２は上流前部クランプ１０６とスワラ集成体１０
８との間に配置される。第二の集成体では、両方の燃料
ノズル・スペーサ１１２はスワラ集成体１０８と下流の
燃料ノズル・シュラウド１１０との間に配置される。第
三の集成体では、一つのスペーサ１１２が上流前部クラ
ンプ１０６とスワラ集成体１０８との間に配置され、且
つ、一つのスペーサがスワラ集成体１０８と下流の燃料
ノズル・シュラウド１１０との間に配置される。複数の
組み合わせがスワラ集成体１０８の相対位置を変更し、
予混合器集成体１００の音響共振特性を変える。
の移動可能な燃料ノズル・スペーサ１１２は図５に示す
ように２個の燃料ノズル・スペーサを有する。対の燃料
ノズル・スペーサ１１２が、３個の異なる位置を交互に
移動できる。一集成体では、両方の燃料ノズル・スペー
サ１１２は上流前部クランプ１０６とスワラ集成体１０
８との間に配置される。第二の集成体では、両方の燃料
ノズル・スペーサ１１２はスワラ集成体１０８と下流の
燃料ノズル・シュラウド１１０との間に配置される。第
三の集成体では、一つのスペーサ１１２が上流前部クラ
ンプ１０６とスワラ集成体１０８との間に配置され、且
つ、一つのスペーサがスワラ集成体１０８と下流の燃料
ノズル・シュラウド１１０との間に配置される。複数の
組み合わせがスワラ集成体１０８の相対位置を変更し、
予混合器集成体１００の音響共振特性を変える。
【００２３】図６に、本発明の別な実施例の能動的に制
御される可変長予混合器集成体２００を示す。能動制御
される可変長予混合器集成体２００は圧縮機１２（図
１）から圧縮空気を受ける上流端２０２と、燃焼器１４
（図１）と流れを連通するように配置された下流端２０
４（図６）とを有する。
御される可変長予混合器集成体２００を示す。能動制御
される可変長予混合器集成体２００は圧縮機１２（図
１）から圧縮空気を受ける上流端２０２と、燃焼器１４
（図１）と流れを連通するように配置された下流端２０
４（図６）とを有する。
【００２４】予混合器集成体２００は、スワラ集成体２
０８を通って流れる圧縮空気に旋回を与える為に上流端
２０２の近くに配置された円周方向に間隔を置いた複数
の羽根２１４を有する該スワラ集成体２０８と、第一端
２１８がスワラ集成体２０８に結合され、該スワラ集成
体を通して延在し、その下流に配置された第二端２２０
を有する細長い中心体２１６とを有する。
０８を通って流れる圧縮空気に旋回を与える為に上流端
２０２の近くに配置された円周方向に間隔を置いた複数
の羽根２１４を有する該スワラ集成体２０８と、第一端
２１８がスワラ集成体２０８に結合され、該スワラ集成
体を通して延在し、その下流に配置された第二端２２０
を有する細長い中心体２１６とを有する。
【００２５】駆動部２２２は予混合器集成体２００に結
合され、予混合器集成体２００を、参照符号Aで示す最
大後部位置と参照符号Bで示す最大前部位置との間を、
全体を矢印路２２４で示すように移動させる。予混合器
集成体２００のA位置とB位置との間の移動は予混合器集
成体２００の相対位置を変更し、予混合器集成体２００
の音響共振特性を変える。
合され、予混合器集成体２００を、参照符号Aで示す最
大後部位置と参照符号Bで示す最大前部位置との間を、
全体を矢印路２２４で示すように移動させる。予混合器
集成体２００のA位置とB位置との間の移動は予混合器集
成体２００の相対位置を変更し、予混合器集成体２００
の音響共振特性を変える。
【００２６】制御装置２２６はセンサー２２８及び駆動
部２２２に接続され、予混合器集成体２００を能動制御
して、圧力振動を最小にする。この能動制御はセンサー
２２８によって生じる信号に基づいて燃焼器を「チュー
ニング（同調）」するのに似ている。
部２２２に接続され、予混合器集成体２００を能動制御
して、圧力振動を最小にする。この能動制御はセンサー
２２８によって生じる信号に基づいて燃焼器を「チュー
ニング（同調）」するのに似ている。
【００２７】以上、この発明の特徴だけを説明し、図示
したが、当業者には種々の変更や変形が明らかである。
このような変更や変形も本発明の要旨の範囲内に包含さ
れるように、特許請求の範囲に含まれるものである。
したが、当業者には種々の変更や変形が明らかである。
このような変更や変形も本発明の要旨の範囲内に包含さ
れるように、特許請求の範囲に含まれるものである。
【図１】圧縮機及びタービンと流れ連通関係に連結した
燃焼器を有する工業用ガスタービンエンジンを例示的に
示す略図である。
燃焼器を有する工業用ガスタービンエンジンを例示的に
示す略図である。
【図２】固有周波数を定義するための、予混合器及び燃
焼器の略図である。
焼器の略図である。
【図３】空洞音響モードと予混合器固有周波数との相互
作用を表すグラフである。
作用を表すグラフである。
【図４】空洞音響モードと予混合器固有周波数との相互
作用を表す別のグラフである。
作用を表す別のグラフである。
【図５】本発明の一実施例による可変長予混合器集成体
の簡略断面側面図である。
の簡略断面側面図である。
【図６】本発明の一実施例による能動制御される可変長
予混合器集成体の簡略断面側面図である。
予混合器集成体の簡略断面側面図である。
１２ 圧縮機、１０２ 上流端、１４ 燃焼器、１００
可変長予混合器集成体、１０４ 下流端、１０６ 上
流前部クランプ、１０８ スワーラー集成体、１１４ 羽
根、１１６ 中心体、１１８ 中心体の第一端、 １２０
中心体の第二端、１２２ 出口、１１０ 燃料ノズル
・シュラウド、１１２ 燃料ノズル・スペーサ
可変長予混合器集成体、１０４ 下流端、１０６ 上
流前部クランプ、１０８ スワーラー集成体、１１４ 羽
根、１１６ 中心体、１１８ 中心体の第一端、 １２０
中心体の第二端、１２２ 出口、１１０ 燃料ノズル
・シュラウド、１１２ 燃料ノズル・スペーサ
Claims (4)
- 【請求項１】圧縮機（１２）から圧縮空気を受ける上流
端（１０２）と、燃焼器（１４）と流れを連通するよう
に配置された下流端（１０４）とを有する可変長予混合
器集成体（１００）であって、前記可変長予混合器集成
体（１００）は、 上流前部クランプ（１０６）と、 スワラ集成体（１０８）とを有し、該スワラ集成体（１
０８）は、該スワラ集成体を通って流れる圧縮空気に旋
回を与える為に上流端（１０２）の近くに配置された円
周方向に間隔を置いた複数の羽根（１１４）と、第一端
（１１８）がスワラ集成体（１０８）に結合され、該ス
ワラ集成体を通して延在し、その下流に配置された第二
端（１２０）を有する細長い中心体（１１６）とを有
し、更に、前記可変長予混合器集成体（１００）は、 前記燃焼器（１４）と流れが連通する出口（１２２）を
有する下流の燃料ノズル・シュラウド（１１０）と、 少なくとも一個の移動可能な燃料ノズル・スペーサ（１
１２）とを有し、 前記燃料ノズル・スペーサ（１１２）が、前記上流前部
クランプ（１０６）と前記スワラ集成体（１０８）との
間の第一の位置と、前記スワラ集成体（１０８）と前記
下流の燃料ノズル・シュラウド（１１０）との間の第二
の位置との間に交互に移動可能であり、これにより前記
スワラ集成体（１０８）の相対位置を変更し、前記予混
合器集成体（１００）の音響共振特性を変えるようにし
た、可変長予混合器集成体（１００）。 - 【請求項２】圧縮機（１２）から圧縮空気を受ける上流
端（２０２）と、燃焼器（１４）と流れを連通するよう
に配置された下流端（２０４）とを有する能動制御され
る可変長予混合器集成体（２００）であって、該可変長
予混合器集成体（２００）が、 スワラ集成体（２０８）を有し、該スワラ集成体（２０
８）はそれを通って流れる圧縮空気に旋回を与える為に
上流端（２０２）の近くに配置された円周方向に間隔を
置いた複数の羽根（２１４）と、第一端（２１８）が前
記スワラ集成体（２０８）に結合され、該スワラ集成体
（２０８）を通して延在し、その下流に配置された第二
端（２２０）を有する細長い中心体（２１６）とを有
し、更に、該可変長予混合器集成体（２００）が、 前記スワラ集成体（２０８）を最大後部位置と最大前部
位置との間で移動するように前記スワラ集成体（２０
８）に結合され駆動部（２２２）と、 センサー（２２８）と、 前記センサー（２２８）及び前記駆動部（２２２）に接
続され、前記スワラ集成体（２０８）の位置決めを能動
制御して、前記スワラ集成体（２０８）の音響共振特性
を変えてこれにより圧力振動を最小にする制御装置（２
２６）とを有する予混合器集成体（２００）。 - 【請求項３】圧縮機（１２）から圧縮空気を受ける上流
端（１０２）と、燃焼器（１４）と流れを連通するよう
に配置された下流端（１０４）とを有する可変長予混合
器集成体（１００）を有する工業用タービンエンジン
（１０）であって、前記可変長予混合器集成体（１０
０）は、 上流前部クランプ（１０６）と、 スワラ集成体（１０８）とを有し、該スワラ集成体（１
０８）は、該スワラ集成体を通って流れる圧縮空気に旋
回を与える為に上流端（１０２）の近くに配置された円
周方向に間隔を置いた複数の羽根（１１４）と、第一端
（１１８）がスワラ集成体（１０８）に結合され、該ス
ワラ集成体を通して延在し、その下流に配置された第二
端（１２０）を有する細長い中心体（１１６）とを有
し、更に、前記可変長予混合器集成体（１００）は、 前記燃焼器（１４）と流れが連通する出口（１２２）を
有する下流の燃料ノズル・シュラウド（１１０）と、 少なくとも一個の移動可能な燃料ノズル・スペーサ（１
１２）とを有し、 前記燃料ノズル・スペーサ（１１２）が、前記上流前部
クランプ（１０６）と前記スワラ集成体（１０８）との
間の第一の位置と、前記スワラ集成体（１０８）と前記
下流の燃料ノズル・シュラウド（１１０）との間の第二
の位置との間に交互に移動可能であり、これにより前記
スワラ集成体（１０８）の相対位置を変更し、前記予混
合器集成体（１００）の音響共振特性を変えるようにし
た、工業用タービンエンジン。 - 【請求項４】圧縮機（１２）から圧縮空気を受ける上流
端（２０２）と、燃焼器（１４）と流れを連通するよう
に配置された下流端（２０４）とを有する能動制御され
る可変長予混合器集成体（２００）を有する工業用ター
ビンエンジン（１０）であって、該可変長予混合器集成
体（２００）が、 スワラ集成体（２０８）を有し、該スワラ集成体（２０
８）はそれを通って流れる圧縮空気に旋回を与える為に
上流端（２０２）の近くに配置された円周方向に間隔を
置いた複数の羽根（２１４）と、第一端（２１８）が前
記スワラ集成体（２０８）に結合され、該スワラ集成体
（２０８）を通して延在し、その下流に配置された第二
端（２２０）を有する細長い中心体（２１６）とを有
し、更に、該可変長予混合器集成体（２００）が、 前記スワラ集成体（２０８）を最大後部位置と最大前部
位置との間で移動させるように前記スワラ集成体（２０
８）に結合され駆動部（２２２）と、 センサー（２２８）と、 前記センサー（２２８）及び前記駆動部（２２２）に接
続され、前記スワラ集成体（２０８）の位置決めを能動
制御して、前記スワラ集成体（２０８）の音響共振特性
を変えてこれにより圧力振動を最小にする制御装置（２
２６）とを有する、工業用タービンエンジン。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/250,912 US6272842B1 (en) | 1999-02-16 | 1999-02-16 | Combustor tuning |
| US09/250912 | 1999-02-16 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000240944A true JP2000240944A (ja) | 2000-09-08 |
| JP2000240944A5 JP2000240944A5 (ja) | 2007-03-29 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000036604A Pending JP2000240944A (ja) | 1999-02-16 | 2000-02-15 | 燃焼器のチューニングを行う予混合器集成体及びそれを有する工業用タービンエンジン |
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|---|---|
| US (1) | US6272842B1 (ja) |
| EP (1) | EP1030112B1 (ja) |
| JP (1) | JP2000240944A (ja) |
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| JP2011094953A (ja) * | 2009-11-02 | 2011-05-12 | General Electric Co <Ge> | 燃料ノズル振動数調整のための装置及び方法 |
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| WO2022079523A1 (en) * | 2020-10-14 | 2022-04-21 | King Abdullah University Of Science And Technology | Adjustable fuel injector for flame dynamics control |
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| DE4228816C2 (de) | 1992-08-29 | 1998-08-06 | Mtu Muenchen Gmbh | Brenner für Gasturbinentriebwerke |
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-
1999
- 1999-02-16 US US09/250,912 patent/US6272842B1/en not_active Expired - Fee Related
-
2000
- 2000-02-15 JP JP2000036604A patent/JP2000240944A/ja active Pending
- 2000-02-16 EP EP00301198A patent/EP1030112B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2000-02-16 DE DE60021296T patent/DE60021296T2/de not_active Expired - Fee Related
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| DE60021296D1 (de) | 2005-08-25 |
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