JP2017020682A - 燃焼器及びガスタービン - Google Patents

Abstract

【課題】複数の燃焼振動モードを減衰可能な音響装置を備える燃焼器及びガスタービンを提供する。
【解決手段】燃焼器は、少なくとも１つの第１開口が形成された第１領域を有する燃焼筒と、燃料筒内に燃料を噴射するように構成されたノズルと、燃焼筒に取り付けられる第１音響装置とを備える。第１音響装置は、燃焼筒の外側に第１領域と対向して配置されるとともに少なくとも１つの第２開口が形成された少なくとも１つの第１壁を有し、第１領域と第１壁との間に第１開口を通じて燃焼筒の内部と連通する少なくとも１つの第１空間を区画する第１ケーシング部と、第１ケーシング部の外側に第１壁と対向して配置される少なくとも１つの第２壁を有し、第１壁と第２壁との間に第２開口を通じて第１空間と連通する少なくとも１つの第２空間を区画する第２ケーシング部と、を含む。
【選択図】 図４

Description

本開示は燃焼器及びガスタービンに関する。

ガスタービンは燃焼器及びタービンを有し、タービンは、燃焼器が燃料を燃焼させることにより発生させた燃焼ガスを利用して、回転力を発生させる。燃焼器には、音響ライナと称される音響装置（燃焼振動低減装置）が取り付けられ、音響ライナは、音響モードと燃焼系との結合により生じる所定周波数の燃焼振動を減衰させることができる。
例えば特許文献１が開示する音響ライナは、燃焼器の尾筒の内部と通気孔を介して連通するガス空間を規定しており、所定周波数の燃焼振動を減衰可能である。

特開２００９−９７８４１号公報

従来、音響ライナは１つのチューニング周波数を有するように設計され、チューニング周波数及びその近傍の周波数の燃焼振動を減衰させることができる。
しかしながら、燃焼振動においては、燃焼状態等の様々な要因により、周波数が大きく異なる複数のモード（燃焼振動モード）が生じる可能性がある。ガスタービンの運転にあたっては、より多くの燃焼振動モードを減衰可能であることが好ましいが、チューニング周波数と周波数が大きく異なる燃焼振動モードの場合、１つの音響ライナでは減衰させることができない。

このため、周波数が大きく異なる複数の燃焼振動モードを減衰させるためには、複数の音響ライナの設置が必要になるが、設置スペースやコストの制約から、設置可能な音響ライナの数には制限が有る。つまり、より多くの燃焼振動モードを減衰させることが好ましいが、現実には、減衰可能な燃焼振動モードの数は、設置可能な音響ライナの数に応じて制限されてしまうという問題があった。
上記事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、複数の燃焼振動モードを減衰可能な音響装置を備える燃焼器及びガスタービンを提供することにある。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る燃焼器は、
少なくとも１つの第１開口が形成された第１領域を有する燃焼筒と、
前記燃料筒内に燃料を噴射するように構成されたノズルと、
前記燃焼筒に取り付けられる第１音響装置と、
を備え、
前記第１音響装置は、
前記燃焼筒の外側に前記第１領域と対向して配置されるとともに少なくとも１つの第２開口が形成された少なくとも１つの第１壁を有し、前記第１領域と前記少なくとも１つの第１壁との間に前記少なくとも１つの第１開口を通じて前記燃焼筒の内部と連通する少なくとも１つの第１空間を区画する第１ケーシング部と、
前記第１ケーシング部の外側に前記少なくとも１つの第１壁と対向して配置される少なくとも１つの第２壁を有し、前記少なくとも１つの第１壁と前記少なくとも１つの第２壁との間に前記少なくとも１つの第２開口を通じて前記少なくとも１つの第１空間と連通する少なくとも１つの第２空間を区画する第２ケーシング部と、
を含む。

上記構成（１）の燃焼器では、第１音響装置が、第１空間の外側に、第１開口を通じて第１空間と連通する第２空間が存在することにより、複数のチューニング周波数を有する。このため、第１音響装置によって、周波数の異なる複数の燃焼振動モードを減衰させることができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記構成（１）において、
前記少なくとも１つの第１開口と前記少なくとも１つの第２開口は、前記燃焼筒の軸線方向で同一又は相違している位置にある。

（３）幾つかの実施形態では、上記構成（１）又は（２）において、
前記少なくとも１つの第２空間は、隔壁によって相互に分離され且つ前記燃焼筒の径方向での高さが相違する複数の第２空間を含む。
上記構成（３）の燃焼器では、隔壁によって分離された複数の第２空間が異なる高さを有することで、第１音響装置が、より多くのチューニング周波数を有することができる。このため、第１音響装置によって、より多くの燃焼振動モードを減衰させることができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記構成（３）において、
前記複数の第２空間は、前記燃焼筒の周方向に沿って配列されている。
上記構成（４）の燃焼器では、複数の第２空間が燃焼筒の周方向に沿って配列されているので、簡単な構成にて、高さの異なる複数の第２空間を設けることができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記構成（３）又は（４）において、
前記複数の第２空間は、前記燃焼筒の軸線方向に沿って配列されている。
上記構成（５）の燃焼器では、複数の第２空間が燃焼筒の軸線方向に沿って配列されているので、簡単な構成にて、高さの異なる複数の第２空間を設けることができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記構成（５）において、
前記複数の第２空間の高さは、前記燃焼筒の軸線方向にて前記ノズルに近づくに従って段階的に低くなっている
火炎近傍すなわちノズル近傍では、火炎から遠い領域に比べ、周波数の高い燃焼振動モードが発生する傾向がある。この傾向に対応して、上記構成（６）の燃焼器では、第２空間の高さが、燃焼筒の軸線方向にてノズルに近づくに従って段階的に低くなっており、火炎近傍の高周波数の燃焼振動モードを減衰させることができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記構成（１）乃至（６）の何れか１つにおいて、
前記第１音響装置は、前記燃焼筒の軸線方向にて、前記ノズルの先端から前記燃焼筒の内径相当分の範囲内に配置されている。
ノズル先端から燃焼筒の内径相当分の範囲内では、範囲外に比べ、多数の燃焼振動モードが発生する傾向がある。この傾向に対応して、上記構成（７）の燃焼器では、燃焼筒の軸線方向において、第１音響装置を燃焼筒の内径相当分の範囲内に設置することで、多数の燃焼振動モードを効果的に減衰させることができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記構成（１）乃至（７）の何れか１つにおいて、
前記燃焼器に取り付けられる第２音響装置を更に備え、
前記燃焼筒は、少なくとも１つの第３開口が形成された第２領域を更に含み、
前記第２音響装置は、前記燃焼筒の外側に前記第２領域と対向して配置される第３壁を有し、前記第２領域と前記第３壁との間に前記少なくとも１つの第３開口を通じて前記燃焼筒の内部と連通する少なくとも１つの第３空間を区画している。
上記構成（８）の燃焼器では、第１音響装置に加えて第２音響装置を設けることによって、更に多くの燃焼振動モードを減衰させることができる。

（９）幾つかの実施形態では、上記構成（８）において、
前記燃焼筒の径方向での前記第１空間の高さと前記第２空間の高さの合計は、前記第３空間の高さよりも高く、前記第１空間の高さは前記第３空間の高さよりも低い。
上記構成（９）の燃焼器では、第１音響装置が、第１空間の高さに対応したチューニング周波数と、第１空間の高さと第２空間の高さの合計に対応したチューニング周波数とを有する。そして、第２音響装置が、第３空間の高さに対応したチューニング周波数を有し、第２音響装置のチューニング周波数は、第１音響装置の２つの周波数の間に位置する。このため、広い周波数範囲に渡って連続的に燃焼振動モードを減衰させることができる。

（１０）幾つかの実施形態では、上記構成（８）又は（９）において、
前記燃焼筒の軸線方向にて、前記第１音響装置は、前記第２音響装置よりも前記ノズルの近くに配置されている。
ノズルに近いほど、多数の燃焼振動モードが発生する傾向がある。この傾向に対応して、上記構成（１０）の燃焼器では、燃焼筒の軸線方向において、第１音響装置を第２音響装置よりもノズルの近くに配置に設置することで、多数の燃焼振動モードを効果的に減衰させることができる。
（１１）本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービンは、
上記構成（１）乃至（１０）の何れか１つに記載の燃焼器と、
前記燃焼器が前記燃料を燃焼させて発生させた燃焼ガスから回転力を発生させるように構成されたタービンと、
を備える。
上記構成（１１）のガスタービンでは、第１音響装置が、第１空間の外側に、第１開口を通じて第１空間と連通する第２空間が存在することにより、複数のチューニング周波数を有する。このため、第１音響装置によって、周波数の異なる複数の燃焼振動モードを減衰させることができる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、複数の燃焼振動モードを減衰可能な音響装置を備える燃焼器及びガスタービンが提供される。

本発明の一実施形態に係るガスタービンの構成を概略的に示す図である。 ガスタービンの燃焼器周辺の構成を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る第１音響装置を、燃焼器の燃焼筒周辺とともに概略的に示す縦断面図である。 図３中の領域ＩＶを拡大して示す部分断面図である。 図３中のＶ−Ｖ線に沿う概略的な横断面図である。 図３〜図５に示した第１音響装置の吸音特性を示す概略的なグラフである。 本発明の他の実施形態に係る第１音響装置を概略的に示す、図５に相当する横断面図である。 本発明の他の実施形態に係る第１音響装置を概略的に示す、図４に相当する縦断面図である。 本発明の他の実施形態に係る第１音響装置を概略的に示す、図４に相当する縦断面図である。 図７〜図９に示した第１音響装置の吸音特性を示す概略的なグラフである。 本発明の他の実施形態に係る第２音響装置を第１音響装置とともに概略的に示す、図４に相当する縦断面図である。 図１１に示した第１音響装置及び第２音響装置の吸音特性を示す概略的なグラフである。 本発明の他の実施形態に係る第１音響装置を概略的に示す、図５に相当する横断面図である。 本発明の他の実施形態に係る第１音響装置を概略的に示す、図５に相当する横断面図である。 第１音響装置に適用可能な第２開口の形状及び配列の例を説明するための図である。 第１音響装置に適用可能な第２開口の形状及び配列の例を説明するための図である。 第１音響装置に適用可能な第２開口の形状及び配列の例を説明するための図である。 第１音響装置に適用可能な第２開口の形状及び配列の例を説明するための図である。 第１音響装置に適用可能な第２開口の形状及び配列の例を説明するための図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、本発明の一実施形態に係るガスタービン１の構成を概略的に示す図である。図１に示すように、本実施形態に係るガスタービン１は、圧縮機（圧縮部）２、燃焼器（燃焼部）３、及び、タービン（タービン部）４を備えており、例えば発電機６等の外部機器を駆動するものである。
圧縮機２は、外部の空気である大気を吸入して圧縮し、圧縮された空気を１つ以上の燃焼器３に供給するものである。

燃焼器３は、圧縮機２により圧縮された空気を用いて、外部から供給された燃料を燃焼させることにより、高温ガス（燃焼ガス）を生成するものである。
タービン４は、燃焼器３により生成された高温ガスの供給を受けて回転駆動力を発生させ、発生した回転駆動力を圧縮機２及び外部機器に出力するものである。

図２は、ガスタービン１の燃焼器３周辺の構成を説明するための図である。図２に示したように、ガスタービン１のハウジング７内には、燃焼器設置スペース８が設けられ、燃焼器設置スペース８は、圧縮機２の出口とタービン４の入口との間に位置している。燃焼器３は、燃焼器設置スペース８に配置され、圧縮空気が燃焼器３の一端側から燃焼器３内に流入する。一方、燃焼器３には、外部から燃料が供給される。

より詳しくは、燃焼器３は、ノズル部１０、燃焼筒１２、及び、尾筒１４を有している。ノズル部１０は、外部から供給された燃料を燃焼筒１２内に向けて噴射する１つ以上のノズル１６を有する。ノズル１６は、例えば、１つのパイロットノズル１６ａと、パイロットノズル１６ａの周りに同心上に配置された複数のメインノズル１６ｂとを含む。

燃焼筒１２は筒形状を有し、例えば円筒形状を有する。燃焼筒１２の一端側（上流端側）にノズル部１０が結合され、燃焼筒１２の内部には、ノズル１６から噴射された燃料が燃焼する内部空間（燃焼空間）１８が規定されている。なお、内部空間１８には、ノズル１６間の隙間を通じて圧縮空気が供給され、燃料が圧縮空気と反応して燃焼し、燃焼ガスが発生する。

尾筒１４は、筒形状を有し、燃焼筒１２の他端側（下流端側）に結合されている。尾筒１４の断面形状は、燃焼器３の軸線方向、換言すれば、燃焼ガスの流動方向にて徐々に変化し、尾筒１４は、燃焼筒１２とタービン４の入口とを繋いでいる。例えば、燃焼筒１２及び尾筒１４は、内部に複数の冷却流路を有するプレートによってそれぞれ構成されている。
そして、ガスタービン１は、燃焼器３に取り付けられた第１音響装置（第１音響ライナ）２０を有する。

図３は、本発明の一実施形態に係る第１音響装置２０ａを、燃焼器３の燃焼筒１２周辺とともに概略的に示す縦断面図である。図４は、図３中の領域ＩＶを拡大して示す部分断面図である。図５は、図３中のＶ−Ｖ線に沿う概略的な横断面図である。図６は、第１音響装置２０ａの吸音特性を示す概略的なグラフである。
図７は、本発明の他の実施形態に係る第１音響装置２０ｂを概略的に示す、図５に相当する横断面図である。図８及び図９は、本発明の他の実施形態に係る第１音響装置２０ｃ，２０ｄを概略的に示す、図４に相当する縦断面図である。図１０は、第１音響装置２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの吸音特性を示す概略的なグラフである。

図１１は、本発明の他の実施形態に係る第２音響装置５０を第１音響装置２０ａとともに概略的に示す、図４に相当する縦断面図である。図１２は、第１音響装置２０ａ及び第２音響装置５０の吸音特性を示す概略的なグラフである。
図１３及び図１４は、本発明の他の実施形態に係る第１音響装置２０ｅ，２０ｆを概略的に示す、図５に相当する横断面図である。

図３〜図５、図７〜９、図１１、図１３及び図１４に示したように、第１音響装置２０（２０ａ〜２０ｆ）は、第１ケーシング部２２及び第２ケーシング部２４を有する。燃焼筒１２は、第１ケーシング部２２によって覆われる第１領域２６を有し、第１領域２６には、少なくとも１つの第１開口２８が形成されている。例えば、第１領域２６には、複数の第１開口２８が形成され、各第１開口２８は円形の断面形状を有する。例えば、第１開口２８の開口面積は、第１領域２６の面積の５％以下である。

第１ケーシング部２２は、燃焼筒１２の外側に第１領域２６と対向して配置される少なくとも１つの第１壁３０を有する。燃焼筒１２の径方向に離間して相互に対向する第１領域２６と第１壁３０との間には、少なくとも１つの第１空間３２が区画され、第１空間３２は、第１開口２８を通じて内部空間１８と連通している。第１壁３０には、少なくとも１つの第２開口３４が形成されている。例えば、第１ケーシング部２２は、燃焼筒１２の周方向と直交する断面にて、Ｕ字形の断面形状を有しており、燃焼筒１２の軸線方向にて第１壁３０の両側に連なる２つの第１側壁３５を有する。第１ケーシング部２２は、例えば溶接によって燃焼筒１２に固定される。

第２ケーシング部２４は、第１ケーシング部２２の外側に第１壁３０と対向して配置される少なくとも１つの第２壁３６（３６ａ，３６ｂ，３６ｃ）を有する。燃焼筒１２の径方向に離間して相互に対向する第１壁３０と第２壁３６（３６ａ，３６ｂ，３６ｃ）との間には、少なくとも１つの第２空間３８（３８ａ，３８ｂ，３８ｃ）が区画され、第２空間３８（３８ａ，３８ｂ，３８ｃ）は、第２開口３４を通じて第１空間３２と連通している。

上記構成のガスタービン１では、第１空間３２の外側に、第１開口２８を通じて第１空間３２と連通する少なくとも１つの第２空間３８（３８ａ，３８ｂ，３８ｃ）が存在することにより、図６、図１０及び図１２に示したように、第１音響装置２０（２０ａ〜２０ｆ）が、複数のチューニング周波数ν１，ν２（ν２ａ，ν２ｂ，ν２ｃ）を有する。このため、第１音響装置２０によって、周波数の異なる複数の燃焼振動モードを減衰させることができる。

幾つかの実施形態では、図４、図５、図１１、図１３及び図１４に示したように、第１音響装置２０ａ，２０ｅ，２０ｆは、１つの第２空間３８ａを有する。例えば、第２ケーシング部２４は、燃焼筒１２の周方向と直交する断面にて、Ｕ字形の断面形状を有し、燃焼筒１２の軸線方向にて第２壁３６の両側に連なる２つの第２側壁４０を有する。例えば、第２ケーシング部２４は、第１ケーシング部２２に溶接によって固定される。

第１音響装置２０ａは、図６に示したような吸音特性を有し、第１音響装置２０ａは、吸音率がそれぞれ大きくなる２つのチューニング周波数ν１，ν２を有する。このため、第１音響装置２０によって、周波数の異なる複数の燃焼振動モードを減衰させることができる。
なお、第１音響装置２０ａにおいては、図６の２つのチューニング周波数ν１，ν２のうち、低周波数のチューニング周波数ν２は、第１空間３２の高さＨ１と第２空間３８の高さＨ２の合計（Ｈ１＋Ｈ２）によって決定され、高周波数のチューニング周波数ν１は、第１空間３２の高さＨ１によって決定される。

幾つかの実施形態では、第１空間３２の高さＨ１と第２空間３８の高さＨ２は相互に等しい（Ｈ１＝Ｈ２）。
幾つかの実施形態では、第１空間３２高さＨ１は第２空間３８の高さＨ２よりも大きい（Ｈ１＞Ｈ２）。
幾つかの実施形態では、第１空間３２の高さＨ１は第２空間３８の高さＨ２よりも小さい（Ｈ１＜Ｈ２）。

幾つかの実施形態では、図７〜図９に示したように、少なくとも１つの第２空間３８は、複数の第２空間３８（３８ａ，３８ｂ，３８ｃ）を含む。複数の第２空間３８（３８ａ，３８ｂ，３８ｃ）は、隔壁４２によって相互に分離され且つ燃焼筒１２の径方向での高さＨ２ａ，Ｈ２ｂ，Ｈ２ｃが相違する。
上記構成のガスタービン１では、隔壁４２によって分離された複数の第２空間３８（３８ａ，３８ｂ，３８ｃ）が異なる高さＨ２ａ，Ｈ２ｂ，Ｈ２ｃを有することで、第１音響装置２０ｂ，２０ｃ，２０ｄが、より多くのチューニング周波数ν１，ν２（ν２ａ，ν２ｂ，ν２ｃ）を有することができる。このため、第１音響装置２０ｂ，２０ｃ，２０ｄによって、より多くの燃焼振動モードを減衰させることができる。

なお、図７〜図９では、第２空間３８は、３つの高さＨ１〜Ｈ３を有しているが、高さＨ２の設定値は２つであってもよく、又は、４つ以上であってもよい。
また、隔壁４２は、第２壁３６（３６ａ，３６ｂ，３６ｃ）と一体に成形されたものであってもよいし、第２壁３６（３６ａ，３６ｂ，３６ｃ）に溶接等により結合されたものであってもよい。換言すれば、第２ケーシング部２４は、一体に成形されたものであってもよいし、複数の部材からなるものであってもよい。
更に、図３〜５、図１３及び図１４に示したように第２空間３８が一定の高さＨ２を有している場合でも、第２ケーシング部２４の内部に隔壁４２を設けて複数の第２空間３８を区画してもよい。

幾つかの実施形態では、図７に示したように、複数の第２空間３８（３８ａ，３８ｂ，８ｃ）は、燃焼筒１２の周方向に沿って配列されている。この場合、隔壁４２は、燃焼筒１２の軸線方向に沿って延在している。
上記構成のガスタービン１では、複数の第２空間３８（３８ａ，３８ｂ，３８ｃ）が燃焼筒１２の周方向に沿って配列されているので、簡単な構成にて、高さＨ２（Ｈ２ａ，Ｈ２ｂ，Ｈ２ｃ）の異なる複数の第２空間３８（３８ａ，３８ｂ，３８ｃ）を設けることができる。

幾つかの実施形態では、図８及び図９に示したように、複数の第２空間３８（３８ａ，３８ｂ，３８ｃ）は、燃焼筒１２の軸線方向に沿って配列されている。この場合、隔壁４２は、燃焼筒１２の周方向に沿って延在している。
上記構成のガスタービン１では、複数の第２空間３８（３８ａ，３８ｂ，３８ｃ）が燃焼筒１２の軸線方向に沿って配列されているので、簡単な構成にて、高さＨ２（Ｈ２ａ，Ｈ２ｂ，Ｈ２ｃ）の異なる複数の第２空間３８（３８ａ，３８ｂ，３８ｃ）を設けることができる。

幾つかの実施形態では、図９に示したように、複数の第２空間３８（３８ａ，３８ｂ，３８ｃ）の高さＨ２（Ｈ２ａ，Ｈ２ｂ，Ｈ２ｃ）は、燃焼筒１２の軸線方向にてノズル１６に近づくに従って段階的に低くなっている。
火炎近傍すなわちノズル１６近傍では、火炎から遠い領域に比べ、周波数の高い燃焼振動モードが発生する傾向がある。この傾向に対応して、上記構成のガスタービン１では、第２空間３８の高さＨ２（Ｈ２ａ，Ｈ２ｂ，Ｈ２ｃ）が、燃焼筒１２の軸線方向にてノズル１６に近づくに従って段階的に低くなっており、火炎近傍の高周波数の燃焼振動モードを減衰させることができる。

幾つかの実施形態では、図３に示したように、第１音響装置２０（２０ａ〜２０ｆ）は、燃焼筒１２の軸線方向にて、ノズル１６の先端から燃焼筒１２の内径相当分の範囲内に配置されている。
ノズル１６先端から燃焼筒１２の内径相当分の範囲内では、範囲外に比べ、多数の燃焼振動モードが発生する傾向がある。この傾向に対応して、上記構成のガスタービン１では、燃焼筒１２の軸線方向において、第１音響装置２０（２０ａ〜２０ｆ）を燃焼筒１２の内径相当分の範囲内に設置することで、多数の燃焼振動モードを効果的に減衰させることができる。

幾つかの実施形態では、ガスタービン１は、図１１に示したように、第１音響装置２０（２０ａ〜２０ｆ）に加え、燃焼器３に取り付けられる第２音響装置５０を更に備える。
この場合、燃焼筒１２は、少なくとも１つの第３開口５２が形成された第２領域５４を更に含む。第２音響装置５０は、燃焼筒１２の外側に第２領域５４と対向して配置される第３壁５６を有し、第２領域５４と第３壁５６との間に少なくとも１つの第３開口５２を通じて燃焼筒１２の内部と連通する少なくとも１つの第３空間５８を区画する。
第２音響装置５０は、図１２に示したように、第３空間５８の高さＨ３に応じたチューニング周波数ν３を有する。このため、上記構成のガスタービン１では、第１音響装置２０（２０ａ〜２０ｆ）に加えて第２音響装置５０を設けることによって、更に多くの燃焼振動モードを減衰させることができる。

幾つかの実施形態では、図１１に示したように、燃焼筒１２の径方向での第１空間３２の高さＨ１と第２空間３８の高さＨ２の合計（Ｈ１＋Ｈ２）は、第３空間５８の高さＨ３よりも高く、第１空間３２の高さＨ１は第３空間の高さＨ３よりも低い。
上記構成のガスタービン１では、第２音響装置５０のチューニング周波数ν３は、第１音響装置２０ａの２つの周波数ν１，ν２の間に位置する。このため、広い周波数範囲に渡って連続的に燃焼振動モードを減衰させることができる。

幾つかの実施形態では、燃焼筒１２の径方向での第１音響装置２０の第１空間３２の高さＨ１と第２空間３８の高さＨ２の合計（Ｈ１＋Ｈ２）は、第２音響装置５０の第３空間５８の高さＨ３と等しい。この構成では、チューニング周波数ν２とν３が等しくなり、チューニング周波数ν２，ν３近傍での吸音率を高くすることができる。

幾つかの実施形態では、燃焼筒１２の径方向での第１音響装置２０の第１空間３２の高さＨ１と第２空間３８の高さＨ２の合計（Ｈ１＋Ｈ２）は、第２音響装置５０の第３空間５８の高さＨ３よりも低い。この構成では、チューニング周波数ν３がチューニング周波数ν２よりも低くなり、第２音響装置５０によって、相対的に低周波数の燃焼振動モードを抑制しながら、第１音響装置２０によって、相対的に高周波数の燃焼振動モードを抑制することができる。

幾つかの実施形態では、図１１に示したように、燃焼筒１２の軸線方向にて、第１音響装置２０（２０ａ〜２０ｆ）は、第２音響装置５０よりもノズル１６の近くに配置されている。
ノズル１６に近いほど、多数の燃焼振動モードが発生する傾向がある。この傾向に対応して、上記構成のガスタービン１では、燃焼筒１２の軸線方向において、第１音響装置２０を第２音響装置５０よりもノズル１６の近くに配置に設置することで、多数の燃焼振動モードを効果的に減衰させることができる。

幾つかの実施形態では、図１３に示したように、第１壁３０及び第２壁３６は、燃焼筒１２の周方向にて全周に渡って延びておらず、燃焼筒１２を部分的に覆っている。
幾つかの実施形態では、図１４に示したように、第１壁３０は燃焼筒１２の周方向にて全周に渡って延び、第２壁は第１壁３０を部分的に覆っている。
幾つかの実施形態では、図５、図７及び図１３に示したように、燃焼筒１２の軸線周りでの第１壁３０の存在範囲を表す中心角θ１は、第２壁３６の存在範囲を表す中心角θ２と一致している（θ１＝θ２）。
幾つかの実施形態では、図１４に示したように、燃焼筒１２の軸線周りでの第１壁３０の存在範囲を表す中心角θ１は、第２壁３６の存在範囲を表す中心角θ２よりも大きい（θ１＞θ２）。

幾つかの実施形態では、第１壁３０に形成された第２開口３４は、図１５及び図１６に示したように円形形状を有し、あるいは、図１７〜図１９に示したように、スリット形状又は長孔形状を有する。第１壁３０に形成される第２開口３４の形状はこれらに限定されることはなく、楕円形状等であってもよく、複数の形状を組み合わせてもよい。

幾つかの実施形態では第１壁３０の面積に対する第２開口３４の合計面積の比（開口率）は、５％以下に設定される。
幾つかの実施形態では、第２開口３４の直径又は幅は、第２空間３８の高さＨ２よりも小さく設定される。

図１５〜図１９は、第１音響装置２０（２０ａ〜２０ｆ）に適用可能な第２開口３４の形状及び配列の例を説明するための図である。図１５〜図１９は、第１壁３０の一部を平面に展開して概略的に示している。
幾つかの実施形態では、図１５に示したように、第２開口３４は、千鳥状（ジグザグ）に配列され、あるいは、図１６に示したようにグリッド状（格子状）に配列される。
幾つかの実施形態では、図１７に示したように、第２開口３４は、燃焼筒１２の周方向に延び、図１８に示したように、燃焼筒１２の周方向に延び、或いは、図１９に示したように、燃焼筒１２の周方向及び軸線方向に対し斜めに延びている。
なお、第１壁３０に形成される第２開口３４の配置は、図１５〜図１９に示した例に限定されることはない。

幾つかの実施形態では、第１ケーシング部２２又は第２ケーシング部２４には、第１空間３２又は第２空間３８を冷却するために、第１音響装置２０の外面に開口するパージ孔が形成されていてもよい。この場合、パージ孔によって、第１空間３２又は第２空間３８と第１音響装置２０の外部とが連通し、ガスタービン１の運転中、第１音響装置２０の周囲を流れる圧縮空気が第１空間３２又は第２空間３８に流入する。なお、ガスタービン１の運転中、第１音響装置２０の周囲の圧力は、燃焼筒１２内の圧力よりも高いので、燃焼ガスが内部空間１８から第１開口２８を通じて流出することはない。

幾つかの実施形態では、第１空間３２の高さＨ１が燃焼筒１２の軸線方向及び周方向にて一定になり、各第２空間３８の高さＨ２（Ｈ２ａ，Ｈ２ｂ，Ｈ２ｃ）が燃焼筒１２の軸線方向及び周方向にて一定になるように、第１壁３０及び第２壁３６は、燃焼筒１２の軸線方向及び円周方向に沿って延在している。
幾つかの実施形態では、第２空間３８は、燃焼筒１２の周方向と直交する断面にて四角形状を有し、燃焼筒１２の軸線方向と直交する断面にて環形状又はセクタ形状を有する。
幾つかの実施形態では、第１開口２８と第２開口３４は、燃焼筒１２の軸線方向で同一又は相違している位置にある。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変更を加えた形態や、これらの形態を組み合わせた形態も含む。

１ ガスタービン
２ 圧縮機
３ 燃焼器
４ タービン
６ 発電機（外部機器）
７ ハウジング
８ 燃焼器設置スペース
１０ ノズル部
１２ 燃焼筒
１４ 尾筒
１６ ノズル
１６ａ パイロットノズル
１６ｂ メインノズル
１８ 内部空間
２０（２０ａ〜２０ｆ） 第１音響装置
２２ 第１ケーシング部
２４ 第２ケーシング部
２６ 第１領域
２８ 第１開口
３０ 第１壁
３２ 第１空間
３４ 第２開口
３５ 第１側壁
３６（３８ａ〜３８ｃ） 第２壁
３８（３８ａ〜３８ｃ） 第２空間
４０ 第２側壁
４２ 隔壁
５０ 第２音響装置
５２ 第３開口
５４ 第２領域
５６ 第３壁
５８ 第３空間

このため、周波数が大きく異なる複数の燃焼振動モードを減衰させるためには、複数の音響ライナの設置が必要になるが、設置スペースやコストの制約から、設置可能な音響ライナの数には制限が有る。つまり、より多くの燃焼振動モードを減衰させることが好ましいが、現実には、減衰可能な燃焼振動モードの数は、設置可能な音響ライナの数に応じて制限されてしまうという問題があった。
上記事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態の目的は、複数の燃焼振動モードを減衰可能な音響装置を備える燃焼器及びガスタービンを提供することにある。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る燃焼器は、
少なくとも１つの第１開口が形成された第１領域を有する燃焼筒と、
前記燃焼筒内に燃料を噴射するように構成されたノズルと、
前記燃焼筒に取り付けられる第１音響装置と、
を備え、
前記第１音響装置は、
前記燃焼筒の外側に前記第１領域と対向して配置されるとともに少なくとも１つの第２開口が形成された少なくとも１つの第１壁を有し、前記第１領域と前記少なくとも１つの第１壁との間に前記少なくとも１つの第１開口を通じて前記燃焼筒の内部と連通する少なくとも１つの第１空間を区画する第１ケーシング部と、
前記第１ケーシング部の外側に前記少なくとも１つの第１壁と対向して配置される少なくとも１つの第２壁を有し、前記少なくとも１つの第１壁と前記少なくとも１つの第２壁との間に前記少なくとも１つの第２開口を通じて前記少なくとも１つの第１空間と連通する少なくとも１つの第２空間を区画する第２ケーシング部と、
を含む。

なお、図７〜図９では、第２空間３８は、３つの高さＨ２ａ〜Ｈ２ｃを有しているが、高さＨ２の設定値は２つであってもよく、又は、４つ以上であってもよい。
また、隔壁４２は、第２壁３６（３６ａ，３６ｂ，３６ｃ）と一体に成形されたものであってもよいし、第２壁３６（３６ａ，３６ｂ，３６ｃ）に溶接等により結合されたものであってもよい。換言すれば、第２ケーシング部２４は、一体に成形されたものであってもよいし、複数の部材からなるものであってもよい。
更に、図３〜５、図１３及び図１４に示したように第２空間３８が一定の高さＨ２を有している場合でも、第２ケーシング部２４の内部に隔壁４２を設けて複数の第２空間３８を区画してもよい。

Claims (11)

1. 少なくとも１つの第１開口が形成された第１領域を有する燃焼筒と、
   前記燃料筒内に燃料を噴射するように構成されたノズルと、
   前記燃焼筒に取り付けられる第１音響装置と、
   を備え、
   第１音響装置は、
   前記燃焼筒の外側に前記第１領域と対向して配置されるとともに少なくとも１つの第２開口が形成された少なくとも１つの第１壁を有し、前記第１領域と前記少なくとも１つの第１壁との間に前記少なくとも１つの第１開口を通じて前記燃焼筒の内部と連通する少なくとも１つの第１空間を区画する第１ケーシング部と、
   前記第１ケーシング部の外側に前記少なくとも１つの第１壁と対向して配置される少なくとも１つの第２壁を有し、前記少なくとも１つの第１壁と前記少なくとも１つの第２壁との間に前記少なくとも１つの第２開口を通じて前記少なくとも１つの第１空間と連通する少なくとも１つの第２空間を区画する第２ケーシング部と、
   を含む、
   ことを特徴とする燃焼器。
2. 前記少なくとも１つの第１開口と前記少なくとも１つの第２開口は、前記燃焼筒の軸線方向で同一又は相違している位置にあることを特徴とする請求項１に記載の燃焼器。
3. 前記少なくとも１つの第２空間は、隔壁によって相互に分離され且つ前記燃焼筒の径方向での高さが相違する複数の第２空間を含む
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃焼器。
4. 前記複数の第２空間は、前記燃焼筒の周方向に沿って配列されている
   ことを特徴とする請求項３に記載の燃焼器。
5. 前記複数の第２空間は、前記燃焼筒の軸線方向に沿って配列されている
   ことを特徴とする請求項３又は４に記載の燃焼器。
6. 前記複数の第２空間の高さは、前記燃焼筒の軸線方向にて前記ノズルに近づくに従って段階的に低くなっている
   ことを特徴とする請求項５に記載の燃焼器。
7. 前記第１音響装置は、前記燃焼筒の軸線方向にて、前記ノズルの先端から前記燃焼筒の内径相当分の範囲内に配置されている
   ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の燃焼器。
8. 前記燃焼器に取り付けられる第２音響装置を更に備え、
   前記燃焼筒は、少なくとも１つの第３開口が形成された第２領域を更に含み、
   前記第２音響装置は、前記燃焼筒の外側に前記第２領域と対向して配置される第３壁を有し、前記第２領域と前記第３壁との間に前記少なくとも１つの第３開口を通じて前記燃焼筒の内部と連通する少なくとも１つの第３空間を区画している
   ことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の燃焼器。
9. 前記燃焼筒の径方向での前記第１空間の高さと前記第２空間の高さの合計は、前記第３空間の高さよりも高く、前記第１空間の高さは前記第３空間の高さよりも低い
   ことを特徴とする請求項８に記載の燃焼器。
10. 前記燃焼筒の軸線方向にて、前記第１音響装置は、前記第２音響装置よりも前記ノズルの近くに配置されている
    ことを特徴とする請求項８又は９に記載の燃焼器。
11. 請求項１乃至請求項１０の何れか１項に記載の燃焼器と、
    前記燃焼器が前記燃料を燃焼させて発生させた燃焼ガスから回転力を発生させるように構成されたタービンと、
    を備えることを特徴とするガスタービン。
    

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