JP2016118377A - ガスタービン用ダンパ - Google Patents

Abstract

【課題】構造的な応力を生ずることなくこれらの構成部材において独立した熱移動を可能にするガスタービン燃焼室用のダンパを提供する。【解決手段】ガスタービン燃焼室用のダンパ１は、ダンパ体積壁部３と、主ネックとを有する。ダンパ体積壁部３は、ダンパ体積壁部３内にダンパ体積２を規定している。主ネックは、主ネック壁部４内に主ネック体積５を規定する主ネック壁部４を有する。主ネックは、ダンパ体積２とガスタービン燃焼室６との間の流体接続のためにダンパ体積２に関連している。さらに、ダンパは、主ネック壁部４とダンパ体積壁部３との間の間隙７の第２のネックを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、ガスタービン用ダンパ、特に主ネックとダンパ体積壁部とが接続されていないガスタービン用ダンパに関する。

既存のガスタービンでは、ガスタービン燃焼室内の脈動及び振動を低減するために通常ダンパ（又はヘルムホルツダンパ）が設けられている。これらのダンパは、ダンパネックによって燃焼室に取り付けられたダンパ体積を提供している。しかしながら、この配列は、ネックと、ダンパを所定の位置に保持する機械的接続部とが、熱膨張及び熱負荷に耐えるように設計される必要があるという欠点を有する。これは、ダンパ設計及び製造において余分な複雑さ及び費用を必要とする。したがって、われわれは改良されたダンパ設計を提供することが望ましいことを認識した。

発明の概要
本発明は、ここで参照すべき添付の独立請求項に規定されている。発明の有利な特徴は従属請求項に示されている。

発明の第１の態様は、ガスタービン燃焼室用のダンパにおいて、ダンパ体積壁部であって、ダンパ体積壁部内にダンパ体積を規定しているダンパ体積壁部と、主ネックであって、主ネックは主ネック壁部を有し、主ネック壁部は、主ネック壁部内に主ネック体積を規定しており、主ネックは、ダンパ体積とガスタービン燃焼室との間の流体接続のためにダンパ体積に関連している、主ネックとを備え、ダンパは、さらに、主ネック壁部とダンパ体積壁部との間に間隙を有する、ガスタービン燃焼室用のダンパを提供する。その結果、ダンパネック（燃焼室に接続された主ネック）は、ダンパ構造の他の部分から機械的に切断される。これは、ダンパ構造から独立して、燃焼室壁部と一緒にダンパネックの独立した熱膨張及び移動を可能にする。ダンパネック及び燃焼室は、高温に曝される領域にあり、ダンパ体積は、比較的低い温度に曝される領域にあるので、これは、構造的な応力を生ずることなくこれらの構成部材において独立した熱移動を可能にする。

１つの実施の形態では、ダンパは、さらに、主ネック壁部の外側に配置された第２のダンパ体積を規定する第２のダンパ体積壁部と、第１のダンパ体積と第２のダンパ体積との間の流体接続のための第２のネックとを有する。これは、従来の設計よりもスペースの利用が効率的である。なぜならば、ネックが互いの周りに配置されるからである。

別の実施の形態では、間隙と主ネックは同軸である。別の実施の形態では、間隙は主ネックに隣接して配置されている。別の実施の形態では、主ネックの全周が間隙によって包囲されている。

別の実施の形態では、第２のダンパ体積に流体を提供するためにパージ空気孔が設けられている。これにより、ダンパの減衰性能が高まり、ダンパが冷却される。

別の実施の形態では、間隙は部分的にフランジによって規定されている。

別の実施の形態では、上述のダンパを備える燃焼室が提供される。好適には、主ネックは、燃焼室の壁部に接続されている。好適には、第１の体積壁部は燃焼室に接続されている。好適には、第１の体積壁部は、主ネックから遠位の箇所において燃焼室に接続されている。

別の実施の形態では、上述のダンパ又は上述の燃焼室を備えるガスタービンが提供される。

発明の第２の態様は、上述の装置のうちのいずれかによるガスタービンを作動させる方法であって、主ネック壁部とダンパ体積壁部との間の間隙を通ってパージング流体を供給するステップを含む方法を含む。１つの実施の形態では、方法は、さらに、主ネックを通ってダンパ体積から燃焼室内へパージング流体を供給することを含む。別の実施の形態では、方法は、パージング流体を、パージ孔を通って第２のダンパ体積内へ供給する付加的なステップを含む。別の実施の形態では、パージング流体は空気などの冷却流体である。

図面の簡単な説明
ここで発明の実施の形態を、添付の図面に関して例としてのみ説明する。

本発明によるダンパの側方から見た断面図を示している。 発明の１つの実施の形態によるダンパの側方から見た断面図を示している。 図２のダンパの上方から見た断面図を示している。 発明の第２の実施の形態によるダンパの側方から見た断面図を示している。

好適な実施の形態の詳細な説明
図１に示したガスタービン燃焼室用のダンパ１は、ダンパ体積壁部３と、主ネックとを有する。ダンパ体積壁部３は、ダンパ体積壁部３内にダンパ体積２を画定している。主ネックは主ネック壁部４を有する。主ネック壁部４は、主ネック壁部４内に主ネック体積５を画定している。主ネックは、ダンパ体積２とガスタービン燃焼室６との間の流体接続のためにダンパ体積２に関連している。さらに、ダンパは、主ネック壁部４とダンパ体積壁部３との間に間隙７を有する。選択的に、フランジ９は間隙７を画定するように設けられている。主ネックは、主ネック軸線８を規定している。好適には、間隙７は第２のネックである。

図２に示したダンパ１０は、ダンパ体積１２（第１の体積）と、第２のダンパ体積１４とから成り、これらのダンパ体積は、ダンパ体積と第２のダンパ体積との間の流体接続のために第２のネック１６（又は中間ネック）によって接続されている。主ネック１８は、ダンパ体積１２を燃焼室２０に接続している。主ネック１８は、主ネック軸線２２を規定している。第２のネック１６は、第２のネック１６の少なくとも一部が主ネック軸線２２に関して主ネック１８の半径方向外側に配置されるように主ネックの周囲に配置されている。選択的に、フランジ２４は第２のネック１６を画定するように設けられる。選択的に、パージ孔２６が設けられ、このパージ孔２６を通って空気などの流体が循環することができる。

図２に示した実施の形態では、ダンパ体積１２は実質的に外側ダンパ壁部３０によって包囲されている。二次壁部３２はダンパ体積１２を第２のダンパ体積１４から分離しており、これにより、ダンパ体積１２の部分を画定している。この例における第２のダンパ体積は、二次壁部３２と、主ネック壁部３３と、二次外側ダンパ壁部３４と、燃焼室壁部３６とによって画定されている。これらの構造エレメントは単に例示的であり、様々なその他の構造的可能性が利用可能であり、そのうちの幾つかは以下でより詳細に説明される。

図３は、図２と同じ特徴を、ただし上方から見た図で示している。これは単に一例として示されており、図示された様々な特徴のために多くの異なる形状が可能である。代替的な形状の幾つかの例を以下で言及する。

図４は、図２の特徴のほとんどを含む代替的な実施の形態を示している。この代替的な実施の形態では、第３のダンパ体積４０と、三次壁部４１と、第４のダンパ体積４２と、四次壁部４３とが、選択的なフランジ２４と共に設けられている。

図１及び図２において、ダンパ体積及び第２のダンパ体積を限定する壁部の特定のセットが説明されている。これは単に例示的な配列であり、様々な異なる構造的配列が考えられる。例えば、外側ダンパ壁部３，３０の一部は、これらの前記ダンパ部分によってではなく、ガスタービンの他の特徴によって提供されてもよい。

ダンパ１，１０及びダンパ体積２，１２は、図示された実質的に立方体の構造、実質的に半長球形状、又はあらゆるその他の適切な規則的又は不規則な形状などの、様々な形状及びサイズであってもよい。ほとんどの場合、設計は、ガスタービン内の燃焼室の周囲の利用可能な空間内へ取り付けるという要求によって決定され、したがって、ガスタービン内の燃焼室及び／又はその他の特徴の輪郭に従う。設計は、どの減衰モードが減衰を必要とするかにも依存し得る。同様の様々な形状は、ダンパ内に設けられるその他の体積についても可能である。

２つのダンパ体積１２及び１４が図２に示されており、４つのダンパ体積１２，１４，４０，４２が図４に示されているが、３つ又は５つ以上のダンパ体積を有することもできる。その結果、主ネックの周囲に複数の中間ネック（第２のネック、第３のネック、第４のネックなど）が形成される。

第２のダンパ体積１４を画定するために、特徴の様々な異なる配列が可能である。例えば、図２に示された場合、第２のダンパ体積１４を部分的に規定する二次外側ダンパ壁部（又は第２のダンパ体積壁部）３４が設けられているが、（図４の実施の形態などの）幾つかの場合、外側ダンパ壁部３０及び／又は三次壁部４１が、第２のダンパ体積をも包囲するように延びている。中間ネックを画定するフランジは、他の構造的特徴のように、第２のダンパ体積の範囲を規定することを助けてもよい。第３、第４及びそれ以降のダンパ体積についても同様の様々な画定構造が可能である。

主ネック１８は、ダンパ体積と燃焼室との間の流体接続を提供し、ダンパの他の特徴には直接接続されていない。主ネックは、通常、一方の端部における燃焼室への出口と、他方の端部におけるダンパ体積への出口とを有する。主ネックは、図面では、円筒状で、燃焼室壁部に対して垂直となるように示されているが、立方体又は不規則形状などの別の形状であってもよい。概して、主ネックの軸線は、実質的に燃焼室壁部に対して垂直である。主ネックは、また、必ずしも完全に直線的ではなく、その場合、主ネック軸線は、好適には、主ネックが燃焼室につながる箇所において主ネックを横切る横断面に対して垂直であるように規定される。

第２のネック若しくは中間ネック７，１６は、第２のネックが主ネックの外側に位置するように主ネックの周囲に配置されている。中間ネックは、図面では円筒形であるように示されているが、立方体又は不規則形状などの別の形状であってもよい。好適には、各中間ネックは主ネックを完全に包囲しており、全周に延びている。図示の例は、主ネックに隣接した中間ネックを示しているが、これは必須ではなく、例えば中間ネック部分を図２及び図４の二次壁部３２に沿って途中に配置することによって、中間ネックを主ネックから分離させることができる。二次壁部全体を中間ネックと主ネックとの間に配置することができる。複数の中間ネック（第２のネック、第３のネック、第４のネック）が設けられている場合、ネックは、異なる幅であることができ（この幅は、主ネック壁部と二次壁部又はフランジとの間の距離である）、主ネックからそれぞれ異なる距離にあることもできる。ダンパ共振周波数は（中でも特に）ネック幅に依存するので、ネック幅を変更することによって減衰性能を変更することができる。

好適には、あらゆる任意の半径方向において、中間ネック（又は間隙）は、主ネックよりも主ネック軸線からさらに離れて配置されている。好適には、ダンパの横断面で見たときに、中間ネックと主ネックとが、主ネック軸線に対して垂直な同じ平面に位置する。言い換えれば、この平面は、中間ネック及び主ネックの両方の横断面全体を含んでいる。

主ネック及び中間ネックは、選択的に、同軸及び／又は同心である。幾つかの実施の形態では、主ネックと中間ネックとは、平行な軸線を有する。

図面における中間ネックは、主ネックに隣接して示されているが、上述のようにこれは必ずしもそうであるわけではない。主な要求は、中間ネックが通常、主ネックと同じように燃焼室の近くにあるべきであるということである。少なくとも、燃焼室に最も近い中間ネックの部分は、燃焼室から最も遠い主ネックの部分よりも燃焼室の近くにあるべきである。

ネックは、ヘルムホルツダンパにおいて典型的な横断面積及び長さを有する。面積及び長さは、体積と組み合わされたときに減衰周波数を規定する。本発明によるダンパ又は従来のダンパのいずれかである余分なダンパを、本発明のダンパに積層することができる。これらのダンパは、燃焼室の遠位に取り付けられる。

ダンパは、燃焼室６，２０のあらゆる部分に関連させることができる。

中間ネックを画定するように好適にはフランジ２４が設けられる。これは、ネック長さ、ひいては減衰周波数を規定するための選択肢を提供する。

図１における間隙７は、主ネックとダンパ体積壁部とが接触しないように主ネックとダンパ体積壁部とを分離させている。間隙は、ダンパ内にパージ空気を循環させるために利用することができる。図２及び図４に示した間隙２６（又はパージ孔）は、空気などの流体を、通常は１つ又は複数の中間ネック及び主ネックを通って燃焼室へ循環させるために設けられている。この流体は冷却流体であってもよい。幾つかの実施の形態では、ダンパ体積部分（主ネックを含まないダンパの部分）は、燃焼室から完全に分離されており、ダンパ体積部分は、ガスタービンの別の部分に取り付けられている。他の実施の形態では、ダンパ体積部分は燃焼室に接続されており、１つ又は複数の間隙をパージ空気のために、好適には主ネックから離れた箇所に設けることができる。好適には、間隙及び中間ネックは、空気などの流体が燃焼室壁部を通って循環するように配置されている。好適には、間隙及び中間ネックは、空気などの流体が主ネック壁部を通って、最も好適には燃焼室の近くの主ネック壁部の部分を通って循環するように配置されている。間隙は、好適には、流体を、燃焼室に最も近い又は燃焼室に隣接した体積へ進入させるように設けられている。

上述の装置を備えるガスタービンを作動させる方法において、パージング流体は、主ネック壁部４とダンパ体積壁部３との間の間隙７を通って供給される。パージング流体は、その後、主ネックを通ってダンパ体積２から燃焼室６内へ供給されてもよい。第２のダンパ体積を有する実施の形態では、方法は、パージング流体を、パージ孔２６を通って第２のダンパ体積内へ供給する付加的なステップを含む。

以下の請求項によって規定される発明から逸脱することなく前記実施の形態に対する様々な変更が可能であり、当業者に想起されるであろう。

１ ダンパ
２ ダンパ体積
３ ダンパ体積壁部
４ 主ネック壁部
５ 主ネック体積
６ 燃焼室
７ 間隙又は第２のネック（中間ネック）
８ 主ネック軸線
９ フランジ
１０ ダンパ
１２ ダンパ体積
１４ 第２のダンパ体積
１６ 第２のネック（中間ネック）
１８ 主ネック
２０ 燃焼室
２２ 主ネック軸線
２４ フランジ
２６ パージ孔
３０ 外側ダンパ壁部
３２ 二次壁部
３３ 主ネック壁部
３４ 二次外側ダンパ壁部
３６ 燃焼室壁部
４０ 第３のダンパ体積
４１ 三次壁部
４２ 第４のダンパ体積
４３ 四次壁部

Claims (15)

1. ガスタービン燃焼室用のダンパ（１）において、
   ダンパ体積壁部（３）であって、該ダンパ体積壁部（３）内にダンパ体積（２）を画定しているダンパ体積壁部（３）と、
   主ネックであって、該主ネックは主ネック壁部（４）を有し、該主ネック壁部（４）は、該主ネック壁部（４）内に主ネック体積（５）を画定しており、前記主ネックは、前記ダンパ体積（２）と前記ガスタービン燃焼室（６）との間の流体接続のために前記ダンパ体積（２）に関連している、主ネックとを備え、
   前記ダンパは、さらに、前記主ネック壁部（４）と前記ダンパ体積壁部（３）との間に間隙（７）を有することを特徴とする、ガスタービン燃焼室用のダンパ（１）。
2. 前記ダンパ（１０）は、さらに、前記主ネック壁部（３３）の外側に配置された第２のダンパ体積（１４）を画定する第２のダンパ体積壁部（３４）と、
   前記第１のダンパ体積（１２）と前記第２のダンパ体積（１４）との間の流体接続のための第２のネック（１６）とを有する、請求項１記載のダンパ。
3. 前記間隙（７）と、前記主ネック（１８）とは、同軸である、請求項１又は２記載のダンパ（１，１０）。
4. 前記間隙（７）は、前記主ネック（１８）に隣接して配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のダンパ（１，１０）。
5. 前記主ネック（１８）の全周が前記間隙（７）によって包囲されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のダンパ（１，１０）。
6. さらに、前記第２のダンパ体積（１４）に流体を提供するパージ孔（２６）を有する、請求項１から５までのいずれか１項記載のダンパ（１，１０）。
7. 前記間隙（７）は、部分的にフランジ（２４）によって画定されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のダンパ（１，１０）。
8. 請求項１から７までのいずれか１項記載のダンパ（１，１０）を備える燃焼室（６，２０）。
9. 前記主ネック（１８）は、前記燃焼室（６，２０）の壁部（３６）に接続されている、請求項８記載の燃焼室（６，２０）。
10. 前記第１の体積の壁部は、前記燃焼室（６，２０）に接続されている、請求項８記載の燃焼室（６，２０）。
11. 前記第１の体積の壁部は、前記主ネック（１８）から遠位の箇所において前記燃焼室（６，２０）に接続されている、請求項１０記載の燃焼室（６，２０）。
12. 請求項１から７までのいずれか１項記載のダンパ（１，１０）又は請求項８から１１までのいずれか１項記載の燃焼室（６，２０）を備えるガスタービン。
13. ガスタービンを作動させる方法において、前記ガスタービンはダンパ（１）を備え、該ダンパは、
    ダンパ体積壁部（３）であって、該ダンパ体積壁部（３）内にダンパ体積（２）を画定しているダンパ体積壁部（３）と、
    主ネックであって、該主ネックは主ネック壁部（４）を有し、該主ネック壁部（４）は、該主ネック壁部（４）内に主ネック体積（５）を画定しており、前記主ネックは、前記ダンパ体積（２）と前記ガスタービン燃焼室（６）との間の流体接続のために前記ダンパ体積（２）に関連している、主ネックとを備え、
    前記ダンパは、さらに、前記主ネック壁部（４）と前記ダンパ体積壁部（３）との間に間隙（７）を有する、方法において、
    前記主ネック壁部（４）と前記ダンパ体積壁部（３）との間の間隙（７）を通ってパージング流体を供給するステップを含むことを特徴とする、ガスタービンを作動させる方法。
14. さらに、前記主ネックを通って前記ダンパ体積（２）から前記燃焼室（６）内へ前記パージング流体を供給することを含む、請求項１３記載の方法。
15. 前記ダンパ（１０）は、さらに、前記主ネック壁部（３３）の外側に配置された第２のダンパ体積（１４）を画定する第２のダンパ体積壁部（３４）と、
    前記第１のダンパ体積（１２）と前記第２のダンパ体積（１４）との間の流体接続のための第２のネック（１６）とを有し、
    前記方法は、パージ孔（２６）を通って前記第２のダンパ体積内へパージング流体を供給する付加的なステップを含む、請求項１３又は１４記載の方法。

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