JP2012145325A

JP2012145325A - ガスタービンエンジンにおいて振動を減衰させるためのシステム

Info

Publication number: JP2012145325A
Application number: JP2012000861A
Authority: JP
Inventors: Martin Dicintio Richard; リチャード・マーティン・ディシンティオ
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2011-01-13
Filing date: 2012-01-06
Publication date: 2012-08-02
Also published as: CN102588503A; FR2970557A1; DE102012100270A1; US20120180500A1

Abstract

【課題】ガスタービンエンジンにおいて振動を減衰させるためのシステムを提供すること。
【解決手段】タービン燃焼器（３０）を備えたシステムであって、該タービン燃焼器が、高温燃焼ガスの流路（５０）の周りに配置された第１の壁部（５２）と、第１の壁部の周りに配置された第２の壁部（５６）と、第１及び第２の壁部（５２、５６）間に配置された減衰システム（７０、１４０、１７０、１９０、２１０、２８、４３８）と、を備え、減衰システム（７０、１４０、１７０、１９０、２１０、２８、４３８）が振動を減衰するよう構成され、該減衰システム（７０、１４０、１７０、１９０、２１０、２８、４３８）がタービン燃焼器（３０）内の動的駆動体に合わせて調整される。
【選択図】図２

Description

本明細書で開示される主題は、ガスタービンエンジンに関し、より具体的には、インピンジメントスリーブ減衰システムに関する。

一般に、ガスタービンは、加圧空気と燃料との混合気を燃焼させ、高温の燃焼ガスを生成する。残念ながら、ガスタービンエンジン内の燃焼ダイナミックス及び高速ガス流により振動が生じる場合があり、タービン構成要素に損傷をもたらす可能性がある。例えば、振動は、インピンジメントスリーブなどの燃焼器圧縮機に損傷をもたらす可能性がある。

本願出願当初の特許請求の範囲に記載された発明の幾つかの実施形態について要約する。これらの実施形態は、特許請求の範囲に記載された発明の技術的範囲を限定するものではなく、本発明の可能な形態を簡単にまとめたものである。実際、本発明は、以下に記載する実施形態と同様のものだけでなく、異なる様々な実施形態を包含する。

第１の実施形態では、システムはタービン燃焼器を備え、該タービン燃焼器が、高温燃焼ガスの流路の周りに配置された第１の壁部と、第１の壁部の周りに配置された第２の壁部と、第１及び第２の壁部間に配置された減衰システムと、を含み、減衰システムが振動を減衰するよう構成され、該減衰システムがタービン燃焼器内の動的駆動体に合わせて調整される。

第２の実施形態では、システムは、高温燃焼ガスの流路の周りに配置された第１及び第２の壁部間に取り付けるよう構成されたタービン燃焼器ダンパーを含み、該タービン燃焼器ダンパーが振動を減衰させるよう構成され、該タービン燃焼器ダンパーが燃焼ダイナミックスを含む動的駆動体に合わせて調整されるようにする。

第３の実施形態では、方法は、タービンエンジンにおける振動に関連するデータを取得する段階と、振動に合わせて調整されたタービン燃焼器ダンパーを設計する段階とを含み、該タービン燃焼器ダンパーは、タービン燃焼器の第１及び第２の壁部間に取り付けるよう構成される。

本発明の上記その他の特徴、態様及び利点については、図面と併せて以下の詳細な説明を参照することによって理解を深めることができるであろう。図面を通して、同様の部材には同様の符号を付した。

インピンジメントスリーブ減衰システムを利用できるガスタービンエンジンの一実施形態の概略流れ図。インピンジメントスリーブ減衰システムを有する燃焼器の一実施形態の部分断面図。図１及び２の線３−３で囲まれた減衰システムを有する結合領域の一実施形態の断面図。図３の線４−４で囲まれた減衰システムを有する結合領域の一実施形態の断面図。減衰システムの一実施形態の正面図。複数の減衰フィンガーを有する減衰システムの一実施形態の正面図。減衰システムの一実施形態の正面図。１８０度セクションを示す、図５の減衰システムの一実施形態の部分斜視図。線９−９で囲まれた図８の減衰システムの一実施形態の部分斜視図。減衰フィンガーの一実施形態の斜視図。図６に示すような減衰フィンガーの一実施形態の斜視図。複数の層を備えた減衰フィンガーの一実施形態の側面図。異なる長さの複数の層を備えた減衰フィンガーの一実施形態の側面図。サイズが変化しているアパーチャを備えた減衰フィンガーの一実施形態の側面図。図１４の減衰フィンガーの一実施形態の上面図。厚みが変化している減衰フィンガーの一実施形態の側面図。図１６の減衰フィンガーの一実施形態の上面図。トランジションピースとインピンジメントスリーブとの間の減衰システムの一実施形態の側面図。トランジションピースとインピンジメントスリーブとの間の減衰システムの一実施形態の側面図。トランジションピースとインピンジメントスリーブとの間の減衰システムの一実施形態の側面図。トランジションピースとインピンジメントスリーブとの間の減衰システムの一実施形態の側面図。タービンエンジンにおける減衰システムを設計及び取り付けるステップを示す一実施形態のフローチャート。

以下、本発明の１以上の特定の実施形態について説明する。これらの実施形態を簡潔に説明するため、現実の実施に際してのあらゆる特徴について本明細書に記載しないこともある。実施化に向けての開発に際して、あらゆるエンジニアリング又は設計プロジェクトの場合と同様に、実施毎に異なる開発者の特定の目標（システム及び業務に関連した制約に従うことなど）を達成すべく、実施に特有の多くの決定を行う必要があることは明らかであろう。さらに、かかる開発努力は複雑で時間を要することもあるが、本明細書の開示内容に接した当業者にとっては日常的な設計、組立及び製造にすぎないことも明らかである。

本発明の様々な実施形態の構成要素について紹介する際、単数形で記載したものは、その構成要素が１以上存在することを意味する。「含む」、「備える」及び「有する」という用語は内包的なものであり、記載した構成要素以外の追加の要素が存在していてもよいことを意味する。

本開示の実施形態は、燃焼ダイナミックス、流体ダイナミックスなどの動的駆動体によって引き起こされるガスタービンの振動を減衰する。詳細には、本開示の実施形態は、ガスタービンの燃焼器内の振動を減衰するよう構成された減衰システムを含む（例えば、インピンジメントスリーブ）。減衰システムは、インピンジメントスリーブに沿って配置された複数の減衰フィンガー又は多フィンガー減衰構造体を含むことができる。幾つかの実施形態では、減衰フィンガーは、種々のパラメータに基づいて振動を減衰させるために、異なる形状、異なる厚み、多層、異なる材料及び他の形態を含むことができる。従って、減衰システム（例えば、減衰フィンガー）の開示された実施形態は、各燃焼器及びガスタービンにおいて燃焼ダイナミックス、流体ダイナミックス及び他の駆動体に合わせるよう調整することができる。

図を参照すると、図１は、インピンジメントスリーブ減衰システムを含むことができるガスタービンエンジン１２を備えた例示的なシステム１０のブロック図である。特定の実施形態では、システム１０は、航空機、船舶、機関車、発電システム又はこれらの組み合わせを含むことができる。図示のガスタービンエンジン１２は、吸気セクション１６、圧縮機１８、燃焼器セクション２０、タービン２２及び排気セクション２４を含む。タービン２２は、シャフト２６を介して圧縮機１８に結合される。

矢印で示すように、空気は、吸気セクション１６を通ってガスタービンエンジン１２に流入して圧縮機１８に流れ、該圧縮機により加圧された後、燃焼器セクション２０に流入する。図示の燃焼器セクション２０は、圧縮機１８とタービン２２との間でシャフト２６の周りに同心状又は環状に配置される燃焼器ハウジング２８を含む。圧縮機１８からの加圧空気は、燃焼器２９に流入し、ここで加圧空気が燃料と混合して燃焼器２９内で燃焼し、タービン２２を駆動することができる。燃焼器セクション２０から、高温燃焼ガスは、タービン２２を通って流れて、シャフト２６を介して圧縮機１８を駆動する。例えば、燃焼ガスは、タービン２２内のタービンロータブレードに駆動力を与えてシャフト２６を回転させることができる。タービン２２を通って流れた後、高温燃焼ガスは、排気セクション２４を通してガスタービンエンジン１２から流出することができる。

図２は、タービンシステム１０の一実施形態の側断面図を示す。図示のように、本実施形態は、燃焼器３０の環状アレイ（例えば、６、８、１０、１２又はそれ以上の燃焼器３０）を含む。各燃焼器３０は、少なくとも１つのノズル４０（例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０又はそれ以上）、燃焼器ライナ４２及び該燃焼器ライナ４２を囲む流れスリーブ４４を含む。図２に示すようなライナ４２及び流れスリーブ４４の配列は、ほぼ同心状であり、環状通路４６を定めることができる。ライナ４２の内部は、実質的に円筒形の燃焼室４８を定めることができる。流れスリーブ４４は、複数の入口を含むことができ、これらは、圧縮機１８から環状通路４６への空気の少なくとも一部のための流路を提供する。換言すると、流れスリーブ４４は、開口パターンで穿孔され、有孔の環状壁を定めることができる。

燃焼室４８内部では、燃料及び空気が混合して燃焼して高温燃焼ガスを生成し、該高温燃焼ガスは、燃料ノズル４０から離れて下流側方向５０に流れる。本明細書で使用される用語「下流側」及び「上流側」は、ガスタービンエンジン１２における燃焼ガスの流れに関連する点は理解されたい。燃焼ガスが下流側方向５０に流れると、燃焼ガスはタービン２２に向かってトランジションピース５２を通過する。トランジションピース５２の内部キャビティ５４は、一般に、燃焼室４８からの燃焼ガスを通過させてタービン２２に配向できる経路を提供する。トランジションピース５２の周囲にはインピンジメントスリーブ５６が存在することができる。インピンジメントスリーブ５６は、環状通路５７においてトランジションピース５２の周りに冷却流を配向するアパーチャ６０を定める。図示の実施形態では、ライナ４２、流れスリーブ４４、トランジションピース５２及びインピンジメントスリーブ５６は全て結合領域５８において接続することができる。以下で検討するように、結合領域５８は、燃焼ダイナミックス、流体ダイナミックス及び他の駆動体によって引き起こされる振動に起因する損傷からインピンジメントスリーブ５６を保護するよう構成された減衰システム７０を含むことができる。例えば、減衰システム７０は、振動を減衰して、その固有周波数でインピンジメントスリーブ５６が振動する可能性を低減することができる。上記で検討したように、作動中、タービンシステム１０は、吸気口１６を通じて空気を吸い込むことができる。シャフト２６により駆動される圧縮機１８は、回転して空気を加圧する。次いで、加圧空気はインピンジメントスリーブ５６と接触し、そのアパーチャ６０を通過する。加圧空気がアパーチャ６０を通過すると、該加圧空気は、トランジションピースを冷却しながら上流側（例えば、燃料ノズル４０の方向）に送られ、空気がトランジションピース５２を越えて流れる。その結果、空気流は、引き続き上流側に環状通路４６内を通り燃料ノズル４０に向かって流れ、ここで空気が燃料１４と混合して燃焼室４８内で点火される。結果として生じる燃焼ガスは、燃焼室４８からトランジションピースキャビティ５２内及びタービン２２に送られる。

図３は、図１及び２の線３−３で囲まれた減衰システム７０を有する結合領域５８の一実施形態の断面図である。上述のように、結合領域５８は、ライナ４２、トランジションピース５２、流れスリーブ４４及びインピンジメントスリーブ５６が接続される場所である。より具体的には、ライナ４２、流れスリーブ４４及びインピンジメントスリーブ５６全てがトランジションピースの前方フレーム７２に接続される。前方フレーム７２は、トランジションピース端部７４、スペーサ７６、アーム７８及びスペーサ８０を含む。

本発明の実施形態では、トランジションピース端部７４は、内側表面８２及び外側表面８４を含む。アーム７８は同様に、内側表面８６及び外側表面８８、並びに第１の端部９０及び第２の端部９２を含む。スペーサ７６は、トランジションピース前方端７４の外側表面８４とアーム７８の内側表面８６とを結合する。上記で説明されたように、ライナ４２、流れスリーブ４４及びインピンジメントスリーブ５６は全てトランジションピースの前方フレーム７２に接続される。具体的には、ライナ４２は、スペーサ９６を備えた端部９４を定める。図示のように、スペーサ９６は、トランジションピース端部７４の内側表面８２に接続され、従って、ライナ４２をトランジションピース５２に接続する。更に、アーム７８は、その外側表面８８上で流れスリーブ４４及びインピンジメントスリーブ５６に接続される。より具体的には、アーム７８の第１の端部９０は、流れスリーブ４４の端部９８に接続される。アーム７８の第２の端部９２は、減衰システム７０を介してインピンジメントスリーブ５６に接続される。上記で説明されたように、減衰システム７０は、インピンジメントスリーブ５６が例えば固有周波数で振動することによって引き起こされる、該インピンジメントスリーブ５６への損傷を防ぐことができる。換言すると、減衰システム７０は、燃焼ダイナミックス又は流体ダイナミックスなどの動的駆動体によって生じる振動を減衰させることができる。従って、減衰システム７０は、インピンジメントスリーブ５６の寿命を延ばし、ガスタービンエンジン１２のダウンタイムを短縮することができる。

図４は、図３の線４−４で囲まれた減衰システム７０を有する結合領域５８の一実施形態の断面図である。図４に示すように、減衰システム７０は減衰フィンガー１２０を含む。減衰フィンガー１２０は、インピンジメントスリーブ端部１２４及びアーム７８の底面８８の両方と接触する。この減衰フィンガー１２０の剛性は、インピンジメントスリーブ５６の固有周波数が動的駆動体から外れて調整されるように変えることができる。これによりインピンジメントスリーブ５６並びに場合によってはタービンエンジン１２内の他の構成要素への損傷の可能性が低減される。

図５は、結合領域５８内に配置することができる減衰システム１４０の一実施形態の正面図である。減衰システム１４０は、バンド１４２（例えば、環状バンド）と、該バンド１４２に取り付けられた減衰フィンガー１４４とを含む。従って、バンド１４２は、図４に示すように、インピンジメントスリーブ５６の内側表面１２２の周りに完全に巻き付けることができる。図示の実施形態では、フィンガー１４４は、バンド１４２の周りで互いに同じものである。他の実施形態では、フィンガー１４４は、バンド１４２の周りで寸法、形状、材料、間隔及び他の特性を変えることができる。例えば、一部の減衰フィンガー１４４は、より可撓性の材料から形成することができ、他の減衰フィンガー１４４は、より剛性のある材料から形成することができる。従って、減衰フィンガー１４４は、バンド１４２付近の様々な位置で及びひいては燃焼器３０付近の様々な位置で予想される振動に合わせて特別に調整することができる。図示のように、減衰フィンガー１４４は、距離１４６で互いに等間隔に配置することができる。別の実施形態では、減衰フィンガー１４６間の間隔１４６は変えることができる。従って、減衰フィンガー１４４は、剛性を付加する必要のある位置もしくはより大きな支持を必要とする位置では互いに近接させ、或いは、減衰又は剛性をあまり必要としない位置ではより大きな間隔を置いて配置させることができる。最後に、図５は、２４個の減衰フィンガー１４４を備えた減衰システム１４０を図示しているが、システム１４０は、あらゆる数（例えば、１〜１００又はそれ以上）の減衰フィンガー１４４を含むことができる。

図６は、複数の離散的減衰フィンガー１７２を有する減衰システム１７０の一実施形態の正面図である。図５の減衰システム１４０とは対照的に、減衰システム１７０は、フィンガー１７２を互いに接続するバンド１４２を含まない。むしろ、フィンガー１７２は独立しており、図４に示すような、インピンジメントスリーブ５６の内側表面１２２上に又はアーム７８の外側表面８８上に個々に取り付けることができる。図示の実施形態では、フィンガー１７２の各々は、他のフィンガー１７２と同じものである。幾つかの実施形態では、フィンガー１７２は、他のフィンガー１７２に対して寸法、形状、材料、間隔又は他の特性を変えることができる。例えば、一部の減衰フィンガー１７２は、より可撓性の材料から形成することができ、他の減衰フィンガー１７２は、より剛性のある材料から形成することができる。従って、減衰フィンガー１７２は、燃焼器３０付近の様々な位置での特定の振動周波数に合わせて調整することができる。更に、本開示の実施形態では、減衰フィンガー１７２は、距離１７４で互いに等間隔に配置することができる。別の実施形態では、減衰フィンガー１７４間の間隔１４６は変えることができる。従って、減衰フィンガー１７２は、剛性を付加する必要のある位置もしくはより大きな支持を必要とする位置では互いに近接させ、或いは、減衰又は剛性をあまり必要としない位置ではより大きな間隔を置いて配置させることができる。最後に、図６は、２４個の減衰フィンガー１７２を備えた減衰システム１７０を図示しているが、システム１７０は、あらゆる数（例えば、１〜１００又はそれ以上）の減衰フィンガー１７２を含むことができる。

図７は、減衰システム１９０の一実施形態の正面図である。図示のように、減衰システム１９０は、突出部１９４と凹部１９６とが交互したバンド１９２を含む。凹部１９６は、図４に示すように、アーム７８の外側表面８８に接触し、突出部１９４は、内側表面１２２に接触する。図示の実施形態では、突出部１９４は、距離１９８で互いに等間隔に配置することができる。別の実施形態では、突出部１９４間の間隔１９８は変えることができる。従って、突出部１９４は、剛性を付加する必要のある位置もしくはより大きな支持を必要とする位置では互いに近接させ、或いは、減衰又は剛性をあまり必要としない位置ではより大きな間隔を置いて配置させることができる。更に、図７は、２４個の減衰突出部１９４を備えた減衰システム１９０を図示しているが、システム１９０は、あらゆる数（例えば、１〜１００又はそれ以上）の減衰突出部１９４及び対応する凹部１９６を含むことができる。最後に、バンド１９２は、３６０度の単一の単体構造体でなくともよく、複数のセクションを含むことができる。例えば、バンド１９２は、１〜２０、１〜１０、２〜４又は他のあらゆる数のセクションを含むことができる。セクションの各々は、他のセクションと等しいか又は異なる特定のアーク長を示すことができる。例えば、セクションは、１５、３０、４５、６０、９０又は１８０度のアーク長を含むことができる。別の実施例として、バンド１９２は、各々が３６度のアーク長を有する、１０個のセクションを含むことができる。更に、これらのセクションの各々は、あらゆる数の突出部及び凹部を含むことができ、これらのセクションの各々は、同一の構造又は異なる構造（例えば、材料、形状、厚み、その他）を有することができる。

図８は、図５の減衰システム１４０のような、減衰システム２１０の一実施形態の部分斜視図である。詳細には、図８は、１８０度セクション２１２を示しており、別の１８０度セクション２１２と組み合わせて、燃焼器３０（例えば、インピンジメントスリーブ５６）の周りで減衰フィンガー２１６の完全な３６０度のバンドを定めることができる。セクション２１２は、バンド部分２１４、減衰フィンガー２１６及び取付アパーチャ２１８を含む。図示のように、減衰フィンガー２１６の各々は、互いに等距離２２０で間隔を置いて配置することができる。幾つかの実施形態では、間隔２２０は、例えば、より大きな減衰の必要性がある領域では間隔２２０を小さくし及び／又は減衰の必要性が少ない領域では間隔２２０を大きくすることによって、減衰フィンガー２１６の量を調整するよう変える（例えば、均一に又は不均一に）ことができる。更に、減衰システム２１０は、種々のアーク長からなるあらゆる数のセクション２１２を含むことができる。例えば、減衰システム２１０は、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０又は１８０度の特定のアーク長を示す複数のセクションを様々な組み合わせで含むことができる。例えば、減衰システム２１０は、３６度のアーク長を有する１０個のセクション２１２、１８度の度のアーク長を有する２０個のセクション２１２、９０度のアーク長を有する４個のセクション２１２又は４５度のアーク長を有する８個のセクション２１２を含むことができる。セクション２１０は、減衰フィンガー２１６の数及び間隔、材料、幾何形状及び／又は剛性など、種々の形態で互いに同じ又は異なるようにすることができる。例えば、セクション２１２及び／又は減衰フィンガー２１６は、特定の振動周波数又は振幅を減衰するよう調整することができる。

図９は、線９−９で囲まれた図８の減衰システムの一実施形態の部分斜視断面図である。図示のように、バンド２１４はアパーチャ２１８を含む。アパーチャ２１８は、図４のアーム７８とインピンジメントスリーブ５６との間の減衰システム２１０の取り付け及び／又は整列を可能にする。減衰システム２１０は、設計に応じて、あらゆる数のアパーチャ２１８（例えば、１〜１００又はそれ以上のアパーチャ２１８）を含むことができる。幾つかの実施形態では、アパーチャ２１８は、溶接継手などの他の取付ハードウェア又はファスナーと置き換えることができる。図示の実施形態では、減衰フィンガー２１６は、バンド部分２１４（すなわち、共通取付部）に対して曲率２２２を定める。減衰フィンガー２１６の曲率２２２（例えば、曲率半径）は、アーム７８とインピンジメントスリーブ１２４との間の距離に依存することができる。すなわち、アーム７８とインピンジメントスリーブ１２４との間の距離が大きくなるほど、減衰フィンガー２１６の曲率２２２が増大することができる。曲率２２２は、フィンガー２１６の材料、厚み及び連続性（例えば、小孔）又は無孔などの他のパラメータと共に、減衰フィンガー２１６の剛性を制御するよう選択することができる。減衰フィンガー２１６の曲率２２２は、インピンジメントスリーブ５６にその固有周波数での振動を引き起こし、損傷を与える可能性がある駆動体の減衰を可能にする。最後に、減衰システム２１０は、バンド部分２１４と減衰フィンガー２１６との間に溝２２４を含むことができる。溝２２４は、減衰フィンガー２１６内の応力を低減することができる。

図１０は、減衰フィンガー２４０の一実施形態の斜視図である。減衰フィンガー２４０は、プラットフォーム部２４２（すなわち、独立取付部）とフィンガー部２４４とを含む。図示のように、プラットフォーム２４２は、矩形形状であり、アパーチャ２４６及びフィンガーアパーチャ２４８を備える。アパーチャ２４６は、アーム７８又はインピンジメントスリーブ端部１２４の何れかへの取り付けを可能にし、アパーチャ２４８は、フィンガー２４４が拡大及び縮小するためのスペースを提供することができる。アパーチャ２４８は、第１の端部２５０及び第２の端部２５２を定める。本発明の実施形態では、フィンガー２４４は、第２の端部２５２に取り付けられ、一般に、端部２５０の方向でアパーチャ２４８を通って延びるときに湾曲形状を形成する。例えば、フィンガー２４４は、第１の角度付き部分２５６と第２の角度付き部分２５８と共に、平坦部２５４を含むことができる。第１及び第２の角度付き部分２５６、２５８は、平坦部２５４に接続され且つ該平坦部２５４に対して角度を形成する。例えば、第１の部分２５６は、平坦部２５４に対して角度２６０を形成し、第２の部分は、平坦部２５４に対して角度２６２を形成することができる。幾つかの実施形態では、角度２６０、２６２は同じとすることができ、他の実施形態では、異なることができる。更に、フィンガー２４４の一部の実施形態は、平坦部ではなく湾曲又は丸みのある部分２５４、２５６、２５８を含むことができる。その形状に関係なく、フィンガー２４４は、アパーチャ２４８内で圧縮及び拡大するＵ字形状を有する。フィンガー２４４が圧縮されると、インピンジメントスリーブ５６の固有周波数を増大させ、従って、スリーブ５６への損傷が防止される。減衰システム２４０は、応力集中を低減するための溝２６４を含むことができる。溝２６４は、鋭いコーナ（すなわち、応力集中部）を排除し、ここで第１の部分２５６がプラットフォーム２４２に接続される。図１１は、図６の減衰フィンガー１７２のような、減衰フィンガー２８０の一実施形態の斜視図である。減衰フィンガー２８０は、第１の端部２８２及び第２の端部２８４を定めることができる。図示のように、減衰フィンガー２８０は、端部２８２及び２８４間に波形形状を有する。例えば、減衰フィンガー２８０は、第１の端部２８２に隣接してＳ字形部分２８１を有する。Ｓ字形部分２８１は、下向きの湾曲部分２８５に隣接して上向きの湾曲部分２８３を含む。上向きの湾曲部分２８３は、拡大及び収縮時にフィンガー２８０の枢動を可能にする缶表面２８２を定めることができる。例えば、第１の端部２８２は、自由端部とすることができ、第２の端部２８４は固定端部とすることができる。他の実施形態では、減衰フィンガー２８０は、１以上の湾曲部（例えば、１〜１０の交互する湾曲部）を備えた他の形状を定めることができる。以下で更に詳細に検討するように、減衰フィンガー２８０は、様々な材料から形成され、様々な厚みを定め、様々な幾何形状を形成することができる。これにより、有利には、動的駆動体に対して減衰フィンガー２８０を調整することが可能になる。例えば、フィンガー２８０は、ステンレス鋼から形成され、所望の剛性に応じて、約１〜２０、１〜１０又は２〜５ｍｍの範囲の厚みを有することができる。

図１２は、複数の層を有する減衰フィンガー２９０の一実施形態の側面図である。図示のように、減衰フィンガー２９０は、層２９２、２９４、２９６及び２９８を含む。他の実施形態では、フィンガー２９０は、あらゆる数の層（例えば、１〜２０又はそれ以上）を含むことができる。これらの層の各々は、互いに異なることができる。例えば、各層は、材料及び／又は厚みのタイプが互いに異なることができ、これにより剛性の増大又は減少をもたらすことができる。例えば、最下層２９２は剛性を最も高くすることができ、これに続く各層は可撓性が増大する。他の実施形態では、最上層が剛性を最も高くすることができ、最下層を最も可撓性にすることができる。更に別の実施形態では、剛性は、一部の層が同じ剛性を有し、他の層が異なる剛性を有するように変えることができる。図示の実施形態では、層２９２、２９４及び／又は２９６は、全長に沿って又は全長の一部だけ、或いは１以上の離散的箇所にて互いに固定することができる。例えば、層２９２、２９４及び／又は２９６は、第１の端部３００において互いに結合されておらず、第２の端部３０２において互いに結合することができる。更に、フィンガー２９０は、第２の端部３０２において固定され、第１の端部３００において自由にすることができる。加えて、フィンガー２９０は、上向き湾曲部分３０６及び下向き湾曲部分３０８（例えば、交互する湾曲部）によって定められる波形形状３０４を有する。波形形状３０４は、層の数、厚み及び材料構成と組み合わせてフィンガー２９０の剛性を少なくとも部分的に制御することができる。

図１３は、異なる長さの複数の層を備えた減衰フィンガー３１０の一実施形態の側面図である。図示のように、減衰フィンガー３１０は、波形形状を形成することができる層３１２、３１４、３１６及び３１８を含む。他の実施形態では、フィンガー３１０は、あらゆる数（例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１５、２５、５０又はそれ以上）の層（すなわち、可変の多層）を含むことができる。これらの層の各々は、全長に沿って又は全長の一部だけ、或いは離散的箇所（例えば、端部の一方又は両方）にて互いに固定することができる。更に、これらの層の各々は、他の層に対して異なることができ、例えば、最下層３１２が最も長く、最上層３１８が最も短い。例えば、層の各々は、隣接する層と比べてある割合だけ長さが異なることができる。例えば、層３１２は、層３１４よりも５〜５０％長くすることができ、層３１４は、層３１６よりも５〜５０％長くすることができ、以下同様である。他の実施形態では、層の長さは、互いに固定距離だけ異なることができる。従って、減衰フィンガー３１０は、板バネのように機能することができる。更に別の実施形態では、層の各々は、材料及び／又は厚みのタイプが互いに異なることができる。例えば、最下層３１２は、最も厚みがあり及び／又は最も剛性のある材料とすることができ、これに続く各層は厚みが減少し又は可撓性が増大する。他の実施形態では、最上層３１８を最も剛性を高くすることができ、最下層を最も可撓性にすることができる。更に別の実施形態では、厚み及び材料は層毎に変えることができ、すなわち、一部の層が同じ剛性を有し、他の層が異なる剛性を有する。

図１４は、減衰フィンガー３３０の一実施形態の側面図である。減衰フィンガー３３０は、第１の端部３３２、第２の端部３３４及びアパーチャ３３６、３３８、３４０及び３４２を定める。図示のように、減衰フィンガー３３０は波形形状を形成する。アパーチャ３３６、３３８、３４０及び３４２は、減衰フィンガー３３０の材料の量を低減し、フィンガー３３０の剛性を低下させる。従って、アパーチャのサイズを変えることにより、フィンガー３３０の剛性を変化させ、フィンガー３３０がタービン１０内の振動を減衰する方法が変化する。図示のように、これらのアパーチャ３３６、３３８、３４０及び３４２の各々は、他のアパーチャに対してサイズが変化している。更に、これらのアパーチャ３３６、３３８、３４０及び３４２の各々は、第１の端部３３２から第２の端部３３４に向かってサイズが変化している（例えば、サイズが減少している）。他の実施形態では、アパーチャが第１の端部３３２に向かって小さくなる逆の場合も当てはまる。更に別の実施形態では、アパーチャ３３６、３３８、３４０及び３４２は変化しなくてもよく、或いは、漸次的にサイズが増大／減少しなくてもよい。図示のように、アパーチャ３３６、３３８、３４０及び３４２は、第１の端部３３２付近でより大きな可撓性（バネ力が小さい）を提供し、第２の端部３３４付近でより大きな剛性（バネ力が大きい）を提供することができる。このようにして、フィンガー３３０は、該フィンガー３３０の初期圧縮中により大きな可撓性を有すると共に、フィンガーが矢印３４３の方向で次第に圧縮されるにつれてフィンガー３３０の剛性を増大させることができる。更に、端部３３２及び３３４の一方は固定され、他方の端部は自由にすることができ、従って、圧縮下でフィンガー３３０を伸長させることが可能になる。

図１５は、図１４の減衰フィンガー３３０の一実施形態の上面図である。図示のように、アパーチャ３３６、３３８、３４０及び３４２は、第１の端部３３２から離れるほど漸次的に小さくなっている。更に、アパーチャ３３６、３３８、３４０及び３４２は全て、列３４４、３４６、３４８及び３５０で並んで配列される。他の実施形態では、アパーチャ３３６、３３８、３４０及び３４２は、全て列で配列されなくてもよく、縦列、グループ、パターン又はランダムで配列することができる。図示のように、列の各々は、３つのアパーチャを含むが、他の実施形態は、１つの列により多くのアパーチャ（例えば、１つの列当たりに１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、５０、１００又はそれ以上のアパーチャ）を含むことができる（すなわち、可変穿孔量）。更に、アパーチャは、列間のアパーチャのサイズを変えるのではなく同じままであり、一部の列は他の列よりも多くのアパーチャを含むようにすることができる。例えば、列３４４は、列３５０よりも多くのアパーチャを含むことができる。従って、アパーチャのサイズは変えずにアパーチャの数を変えるようにして、剛性を列３４４から列３５０まで漸次的に増大させることができる。最後に、アパーチャ３３６、３３８、３４０及び３４２は、互いに対して又は列ごとに形状を変えることができる。例えば、アパーチャは、円形、楕円、三角形、方形、矩形又は他の形状とすることができる。

図１６は、厚みが変化する波形形状の減衰フィンガー３６０の一実施形態の側面図である。可変の厚み及び幅の減衰フィンガー３６０は、第１の端部３６２及び第２の端部２６４を定める。図示のように、第１の端部３６２は厚み３６６を定めることができ、第２の端部３６４は厚み３６６を定めることができる。本発明の実施形態では、第２の端部の厚み３６８は、第１の端部の厚み３６６よりもかなり厚くなっている。例えば、厚みは、第１の端部３６２から第２の端部２６４に長さ方向で約１．１〜５０、１．１〜２５、１．１〜１０又は２〜５倍まで漸次的に変化させることができる。従って、フィンガー３６０は、第１の端部３６２から第２の端部２６４に漸次的に増大する可変の断面を示している。変化する断面により、フィンガー３６０の剛性を変えることができる。例えば、フィンガー３６０は、端部３６２付近で最も可撓性にし、反対側の端部（すなわち、第２の端部３６４）にて最も剛性を高くすることができる。図１４に関して検討したのと同様に、この構成により、有利には、フィンガー３３０の初期圧縮でより大きな可撓性を可能にすると共に、第１の端部３６３から離れるにつれて厚みが大きくなることにより、フィンガーが矢印３７０の方向で次第に圧縮されるにつれてフィンガー３６０の剛性を増大させることができ、例えば、減衰力を非線形的に増大させることができる。更に、減衰フィンガー３６０の何れかの端部は固定され、反対の端部は自由にすることができ、このようにして圧縮下でフィンガー３６０を伸長させることが可能になる。

図１７は、図１６の減衰フィンガー３６０の一実施形態の上面図である。フィンガー３６０は、第１の側部３７２（例えば、湾曲側部）と第２の側部３７４（例えば、湾曲側部）とを含む。幾つかの実施形態では、これらの側部３７２及び３７４間の距離は、第１の端部３６２から第２の端部３６４まで変化することができる。例えば、側部３７２及び３７４は、第１の端部３６２において距離３７６で離隔することができ、第２の端部３６４において距離３７８で離隔することができる。従って、フィンガー３６０の厚み及び幅は、端部３６４におけるよりも端部３６２において遙かに小さくすることができる。上記で説明したように、これにより、初期圧縮において可撓性が増大し、フィンガー３６０は、圧縮が増大するにつれて次第に大きな剛性をもたらすことができる（例えば、非線形的に）。従って、フィンガー３６０は、低振動下では容易に撓むことができ、より大きな振動に対しては大きな耐性をもたらすことができる（例えば、インピンジメントスリーブがその固有周波数の１つに近づいた場合）。

図１８は、アーム７８とインピンジメントスリーブ５６との間にある減衰フィンガー３９０の一実施形態の側面図である。減衰フィンガー３９０は、第１の端部３９２と第２の端部３９４との間に波形形状のバネ３９１を定める。図示の実施形態では、端部３９２及び３９４は、インピンジメントスリーブ５６に接触している。波形形状のバネ３９１は、上下に湾曲（又は前後に曲がりくねり）し、複数の上向き湾曲部分３９５と複数の下向き湾曲部分３９６とを定める。例えば、図示の波形形状バネ３９１は、２つの上向き湾曲部分３９５と２つの下向き湾曲部分３９６とを含む。他の実施形態では、減衰フィンガー３９０は、あらゆる数の湾曲部分（例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、それ以上）を含むことができる。幾つかの実施形態では、波形形状バネ３９１は、Ｍ形、Ｗ形又は複数のＵ字形を定めることができる。更に、フィンガー３９０の何れかの端部３９２又は３９４は固定され、反対の端部は自由にすることができ、従って、フィンガー３９０を圧縮下で伸長させることが可能になる。

図１９は、アーム７８とインピンジメントスリーブ５６との間の減衰フィンガー４１０の一実施形態の側面図である。減衰フィンガー４１０は、第１の端部４１２と第２の端部４１４との間にＳ字形バネ４１１を定める。図示のように、第１の端部４１２はアーム７８と接触し、第２の端部４１４はインピンジメントスリーブ５６と接触している。Ｓ字形バネ４１１は、湾曲部分４１６及び４１８（例えば、対向するＣ字形部分）を含む。端部４１２、４１４と、湾曲部４１６、４１８の組み合わせによりＳ字形バネ４１１のＳ字形状が定められる。他の実施形態では、フィンガー４１０は、第１の端部４１２と第２の端部４１４との間にあらゆる数（例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０又はそれ以上）の湾曲部分（例えば、交互するＣ字形部分）を含むことができる。更に、端部４１２及び４１４の一方又は両方を固定し、タービン１０の振動時に減衰フィンガー４１０を所定位置に保持することができる。

図２０は、アーム７８とインピンジメントスリーブ５６との間にコイルバネ４３０を有する減衰フィンガー４２８の一実施形態の側面図である。バネ４３０は、振動を減衰するのに好適なバネ力を定めるような材料及び巻き数で構成することができる。幾つかの実施形態では、減衰システム４２８は、アーム７８とインピンジメントスリーブ５６との間に環状配列で配置された複数のコイルバネ４３０を含むことができる。複数のバネ４３０を備えた実施形態では、バネ４３０の各々は、異なるバネ定数を有し、燃焼器３０周囲の異なる振動周波数を減衰させることができる。

図２１は、アーム７８とインピンジメントスリーブ５６との間に減衰材料４４０を備えた減衰システム４３８の一実施形態の側面図である。減衰材料４４０は、圧縮及び膨張して、アーム７８とインピンジメントスリーブ５６との間で発生する振動エネルギーを吸収することができる。減衰材料４４０は、例えば、金属内包布地、ポリマー、エラストマー又は流体など、１種以上の材料から作ることができる。減衰材料４４０は、単一の環状構造又は複数の離散的要素とすることができ、燃焼器３０のインピンジメントスリーブ５６の周りに円周方向に延びる。

図２２は、タービンエンジン１０において減衰システムを設計及び取り付ける方法の一実施形態のフローチャートである。方法４５０は、タービンエンジンにおける振動（又は動的駆動体）を示すデータを取得することから始まる（ブロック４５２）。振動データの取得後、方法４５０は、発見した動的駆動体と固有周波数が一致するハードウェア又はハードウェアのシステムを識別する（ブロック４５４）。次に、方法４５０は、エンジンの振動に合わせて調整されたタービン燃焼器ダンパーを設計する（ブロック４５６）。例えば、ダンパーの設計は、前述の図３〜２１で図示し説明したような形態をとることができる。ダンパーの設計後、プロセス４５０は、トランジションピースとインピンジメントスリーブとの間のタービン燃焼器ダンパーを取り付ける段階に進む（ブロック４５８）。ダンパーがトランジションピースとインピンジメントスリーブとの間に取り付けられると、ダンパーは、タービンエンジン１２における振動エネルギーを低減することによりインピンジメントスリーブを保護することができる。

本発明の技術的作用は、燃焼器３０内の動的駆動体（例えば、インピンジメントスリーブ５６）を減衰させる能力を含む。例えば、開示された実施形態は、様々な減衰フィンガー又は減衰装置を用いて、インピンジメントスリーブの振動を減衰させることができる。減衰フィンガーは、層状にされ、異なる形状を形成し及び様々な材料から形成することができる。インピンジメントスリーブにおける振動を減衰する能力は、燃焼ダイナミックス及び流体ダイナミックスに関連する損傷を防ぎ、インピンジメントスリーブ５６の寿命を延ばすことができる。

本明細書では、本発明を最良の形態を含めて開示するとともに、装置又はシステムの製造・使用及び方法の実施を始め、本発明を当業者が実施できるようにするため、例を用いて説明してきた。本発明の特許性を有する範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者に自明な他の例も包含する。かかる他の例は、特許請求の範囲の文言上の差のない構成要素を有しているか、或いは特許請求の範囲の文言と実質的な差のない均等な構成要素を有していれば、特許請求の範囲に記載された技術的範囲に属する。

１０システム
１２ガスタービンエンジン
１６吸気セクション
１８圧縮機
２０燃焼器セクション
２２タービン
２４排気セクション
２６シャフト
２８燃焼器ハウジング
３０燃焼器
４０燃料ノズル
４２燃焼器ライナ
４４流れスリーブ
４６環状通路
４８燃焼室
５０下流側方向
５２トランジションピース
５４内部キャビティ
５６インピンジメントスリーブ
５７環状通路
５８結合領域
６０アパーチャ
７０減衰システム
７２前方フレーム
７４トランジションピース端部
７６スペーサ
７８アーム
８０スペーサ
８２内側表面
８４外側表面
８６内側表面
８８外側表面
９０第１の端部
９２第２の端部
９４端部
９６スペーサ
９８端部
１２０減衰フィンガー
１２２内側表面
１２４インピンジメントスリーブ端部
１４０減衰システム
１４２バンド
１４４減衰フィンガー
１４６距離
１７０減衰システム
１７２減衰フィンガー
１７４距離
１９０減衰システム
１９１突出部
１９２バンド
１９４突出部
１９６凹部
１９８距離
２１０減衰システム
２１２１８０度セクション
２１４バンド部分
２１６減衰フィンガー
２１８アパーチャ
２２０間隔
２２２湾曲部
２２４溝
２４０減衰フィンガー
２４２プラットフォーム部分
２４４フィンガー部分
２４６アパーチャ
２４８フィンガーアパーチャ
２５０第１の端部
２５２第２の端部
２５４平坦部分
２５６第１の角度付き部分
２５８第２の角度付き部分
２６０角度
２６２角度
２６４溝
２８０減衰フィンガー
２８１Ｓ字形部分
２８２第１の端部
２８３上向きの湾曲部分
２８４第２の端部
２８５下向きの湾曲部分
２９０減衰フィンガー
２９２層
２９４層
２９６層
２９８層
３００第１の端部
３０２第２の端部
３０４波形状
３０６上向きの湾曲部分
３０８下向きの湾曲部分
３１０減衰フィンガー
３１２層
３１４層
３１６層
３１８層
３３０減衰フィンガー
３３２第１の端部
３３４第２の端部
３３６アパーチャ
３３８アパーチャ
３４０アパーチャ
３４２アパーチャ
３４３矢印
３４４列
３４６列
３４８列
３５０列
３６０波形形状の減衰フィンガー
３６２第１の端部
３６４第２の端部
３６６第１の端部厚み
３６８第２の端部厚み
３７０矢印
３７２側部
３７４側部
３７６距離
３７８距離
３９０減衰フィンガー
３９１波形形状のバネ
３９２第１の端部
３９４第２の端部
３９５上向きの湾曲部分
３９６下向きの湾曲部分
４１０減衰フィンガー
４１１Ｓ字形バネ
４１２第１の端部部分
４１４第２の端部部分
４１６湾曲部分
４１８湾曲部分
４２８減衰システム
４３０コイルバネ
４３８減衰システム
４４０減衰材料
４５０方法
４５２ブロック
４５４ブロック
４５６ブロック
４５８ブロック

Claims

タービン燃焼器（３０）を備えたシステムであって、該タービン燃焼器が、
高温燃焼ガスの流路（５０）の周りに配置された第１の壁部（５２）と、
前記第１の壁部の周りに配置された第２の壁部（５６）と、
前記第１及び第２の壁部（５２、５６）間に配置された減衰システム（７０、１４０、１７０、１９０、２１０、２８、４３８）と
を備え、前記減衰システム（７０、１４０、１７０、１９０、２１０、２８、４３８）が振動を減衰するよう構成され、該減衰システム（７０、１４０、１７０、１９０、２１０、２８、４３８）が前記タービン燃焼器（３０）内の動的駆動体に合わせて調整される、システム。
前記減衰システム（７０、１４０、１７０、１９０、２１０、２８、４３８）が、前記タービン燃焼器（３０）における動的駆動体に合わせて調整された剛性、幾何形状又は材料のうちの少なくとも１つを有しする減衰要素（１２０、１４４、１７２、１９２、２１６、２４０、２８０、２９０、３１０、３３０、３６０、３９０、４１０、４３０、４４０）を含み、前記動的駆動体が燃焼ダイナミックスを含む、請求項１記載のシステム。
前記減衰システム（７０、１４０、１７０、１９０、２１０、２８、４３８）が、前記第１及び第２の壁部（５２、５６）間に第１の湾曲形状（２２２、２８１、３０４、３９１、４１１）を有する第１の減衰フィンガー（１２０、１４４、１７２、２１６、２４０、２８０、２９０、３１０、３３０、３６０、３９０、４１０）を含む、請求項１記載のシステム。
前記減衰システム（７０、１４０、１７０、１９０、２１０、２８、４３８）が、前記第１及び第２の壁部（５２、５６）間に第２の湾曲形状（２２２、２８１、３０４、３９１、４１１）を有する第２の減衰フィンガー（１２０、１４４、１７２、２１６、２４０、２８０、２９０、３１０、３３０、３６０、３９０、４１０）を含む、請求項１記載のシステム。
前記第１の減衰フィンガー（１２０、１４４、１７２、２１６、２４０、２８０、２９０、３１０、３３０、３６０、３９０、４１０）が第１の取付部（２４２）を含み、前記第２の減衰フィンガー（１２０、１４４、１７２、２１６、２４０、２８０、２９０、３１０、３３０、３６０、３９０、４１０）が第２の取付部（２４２）を含み、該第１及び第２の取付部が互いに分離されている、請求項４記載のシステム。
前記減衰システム（７０、１４０、１７０、１９０、２１０、２８、４３８）が、共通の取付部（１４２、２１４）に沿って配置された第１及び第２の減衰フィンガー（１２０、１４４、１７２、２１６、２４０、２８０、２９０、３１０、３３０、３６０、３９０、４１０）を有する複数フィンガーの減衰構造（１４０、２１０）を含む、請求項１記載のシステム。
前記第１の減衰フィンガー（１２０、１４４、１７２、２１６、２４０、２８０、２９０、３１０、３３０、３６０、３９０、４１０）が、該第１の減衰フィンガー（１２０、１４４、１７２、２１６、２４０、２８０、２９０、３１０、３３０、３６０、３９０、４１０）に沿って長さ方向で変化する可変断面（３１２、３１４、３１６、３１８、３３６、３３８、３４０、３４２、３４４、３４６、３４８、３５０、３６６、３６８、３７６、３７８）を含む、請求項３記載のシステム。
前記可変断面（３１２、３１４、３１６、３１８、３３６、３３８、３４０、３４２、３４４、３４６、３４８、３５０、３６６、３６８、３７６、３７８）が、前記第１の減衰フィンガー（１２０、１４４、１７２、２１６、２４０、２８０、２９０、３１０、３３０、３６０、３９０、４１０）に沿って長さ方向で、可変の幅（３７６、３７８）、可変の厚み（３６６、３６８）、可変量の穿孔（３３６、３３８、３４０、３４２、３４４、３４６、３４８、３５０）又は可変の多層（３１２、３１４、３１６、３１８）によって定められる、請求項７記載のシステム。
前記減衰システム（７０、１４０、１７０、１９０、２１０、２８、４３８）が、減衰材料（４４０）又はバネ（４３０）を含む、請求項１記載のシステム。
前記減衰システム（７０、１４０、１７０、１９０、２１０、２８、４３８）が、複数の層（２９２、２９４、２９６、２９８、３１２、３１４、３１６、３１８）を含む、請求項１記載のシステム。
前記減衰システム（７０、１４０、１７０、１９０、２１０、２８、４３８）が、前記第１及び第２の壁部（５２、５６）の互いに向かう移動に応答して非線形的に減衰力を増大するよう構成された減衰要素（１２０、１４４、１７２、１９２、２１６、２４０、２８０、２９０、３１０、３３０、３６０、３９０、４１０、４３０、４４０）を含む、請求項１記載のシステム。
高温燃焼ガスの流路（５０）の周りに配置された第１及び第２の壁部（５２、５６）間に取り付けるよう構成されたタービン燃焼器ダンパー（７０、１４０、１７０、１９０、２１０、２８、４３８）を備えるシステムであって、該タービン燃焼器ダンパー（７０、１４０、１７０、１９０、２１０、２８、４３８）が振動を減衰させるよう構成され、該タービン燃焼器ダンパー（７０、１４０、１７０、１９０、２１０、２８、４３８）が燃焼ダイナミックスを含む動的駆動体に合わせて調整されるようにする、システム。
前記タービン燃焼器ダンパー（７０、１４０、１７０、１９０、２１０、２８、４３８）が、前記動的駆動体に合わせて調整された剛性、幾何形状又は材料を有する減衰要素（１２０、１４４、１７２、１９２、２１６、２４０、２８０、２９０、３１０、３３０、３６０、３９０、４１０、４３０、４４０）を含む、請求項１２記載のシステム。
前記タービン燃焼器ダンパー（７０、１４０、１７０、１９０、２１０、２８、４３８）が、独立した取付部（２４２）を有する複数の減衰フィンガー（１２０、１４４、１７２、２１６、２４０、２８０、２９０、３１０、３３０、３６０、３９０、４１０）を含む、請求項１２記載のシステム。
前記タービン燃焼器ダンパー（７０、１４０、１７０、１９０、２１０、２８、４３８）が、前記減衰フィンガー（１２０、１４４、１７２、２１６、２４０、２８０、２９０、３１０、３３０、３６０、３９０、４１０）に沿って長手方向で変化する可変断面（３１２、３１４、３１６、３１８、３３６、３３８、３４０、３４２、３４４、３４６、３４８、３５０、３６６、３６８、３７６、３７８）を有する減衰フィンガー（１２０、１４４、１７２、２１６、２４０、２８０、２９０、３１０、３３０、３６０、３９０、４１０）を含む、請求項１２記載のシステム。