JP2017533375A - 燃焼器ドームダンパシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、予混合燃焼システムにおける燃焼ダイナミックスを制御する新規の装置および方法を開示している。この装置は、半球形状のドームアッセンブリを有していて、該ドームアッセンブリは、所定のダンパ体積を有した複数のドームダンパと、燃焼チャンバと流体連通するダンパへの空気供給部とを備えている。ドームダンパは、燃焼チャンバから受けた圧力波を減衰するように、空気体積により加圧される。本発明を使用することにより、１つ以上の燃焼器周波数をターゲットとすることができる。

Description

関連出願とのクロスリファレンス
該当なし

技術分野
本発明は、概して、ガスタービン燃焼システムにおける燃焼ダイナミックス（燃焼動的挙動）を制御する装置および方法に関する。特に、燃焼器ドームと、燃焼システム内の圧力変動を減じる複数のドームダンパ機構とを有した燃焼システムが提供される。

発明の背景
ガス駆動式タービンからの汚染物エミッションの量を低減する努力において、政府省庁は、窒素酸化物（ＮＯｘ）および一酸化炭素（ＣＯ）の量の低減を要求する多くの規則を制定してきた。より少ない燃焼エミッションは、しばしば、特に燃料インジェクタ位置、空気流量および混合効率に関して、より効率的な燃焼プロセスに起因する可能性がある。

早期の燃焼システムは、拡散型ノズルを利用していた。拡散型ノズルでは、燃料は、火炎領域の近くで、拡散によって、燃料ノズルの外部の空気と混合される。拡散型ノズルは、従来、十分な燃焼器安定性および低い燃焼ダイナミックスを維持するために燃料と空気とが、混合することなく、高温において化学量論的に実質的に相互作用時に燃焼することにより、比較的大量のエミッションを発生する。

燃焼技術の向上は、均質な混合物を形成するために燃焼前に燃料と空気を予混合するという概念である。均質な混合物は、拡散型火炎よりも低温で燃焼し、より少ないＮＯｘエミッションを発生する。予混合は、それが燃焼領域の上流である限り、燃料ノズルの内部または外部において行い得る。一例の予混合燃焼器は複数の燃料ノズルを有しており、各燃料ノズルは、燃料を予混合チャンバ内へ噴射する。予混合チャンバにおいて、燃料は、プレナムからの圧縮空気と混合された後、燃焼室へ進入する。燃料と空気とを燃焼前に予混合することにより、燃料と空気はより均質な混合物を形成し、この均質な混合物は点火されたときにより完全に燃焼する結果、エミッションが少なくなる。しかしながら、予混合燃焼器に固有の混合及び燃焼プロセスにより、燃焼システム内の圧力が変動し、変化する圧力変動は、適切に制御されなければ、燃焼ハードウェアに損傷を与える恐れがある。

概要
本発明は、多段式予混合ガスタービン燃焼器における燃焼ダイナミックスを抑制する装置および方法を開示している。特に、本発明の１つの態様では、ガスタービン燃焼器用のドームアッセンブリが設けられており、該ドームアッセンブリは、ほぼ半球形状の横断面を有したドームプレートと、該ドームプレートにおける複数の開口と、これらの開口をそれぞれ取り囲む複数のドームダンパと、を有している。ドームダンパは、キャビティを有したダンパボディと、ダンパの端部に取り付けられた取り外し可能なカバープレートと、前記ダンパボディのまわりに位置する複数の純然たる孔とを有している。

本発明の選択的な態様では、ガスタービン燃焼システムが開示されており、このガスタービン燃焼システムは、流れスリーブ内に半径方向に位置するほぼ円筒状の燃焼ライナと、この燃焼ライナに入る空気と混合する燃料流を方向付けるための、燃焼器の半径方向外側に位置する主燃料インジェクタのセットと、を有している。燃焼器ドームアッセンブリは、燃焼ライナの入口端部を取り囲んでいて、ほぼ半球形状の横断面を有したドームプレートと、該ドームプレートにおける複数の開口と、各開口をそれぞれ取り囲む複数のドームダンパと、を有している。各ダンパは、ダンパボディと、ダンパ体積を形成するようにダンパボディに取り付けられた取り外し可能なカバープレートと、前記ダンパボディに位置するパージ孔とを有している。

本発明のさらに別の態様では、ガスタービン燃焼器における燃焼ダイナミックスを調整する方法が提供される。この方法は、燃焼器ドームを有した燃焼システムを設けるステップを有し、燃焼器ドームには複数の開口が設けられており、各開口はドームダンパによって取り囲まれている。制御すべき１つ以上の所望の周波数が決定され、次いで、この１つ以上の所望の燃焼周波数をターゲットとするために必要な体積が決定される。複数のダンパ内へと流過するパージ空気流の所望の量が決定され、各ドームダンパの端部にカバープレートが固定され、このカバープレートは各ダンパ内に所望の体積を形成することに寄与し、前記所望の体積は、燃焼システム内の圧力変動を適切に減衰するのに十分なサイズである。

本発明の別の態様では、ガスタービン燃焼器用のドームアッセンブリが設けられており、このドームアッセンブリは、ほぼ半球形状の横断面を有したドームプレートと、該ドームプレートに隣接して位置するアダプタプレートと、該アダプタプレートから延在する１つ以上の共振器ボックスと、複数のドームダンパとを有している。

本発明の付加的な利点および特徴は、以下に続く説明において部分的に示され、部分的に以下の説明の検討により当業者に明らかになるか、または本発明の実施によって学ばれ得る。ここで、添付の図面を特に参照して、本発明を説明する。

複数の図面の簡単な説明
添付の図面を参照して、本発明を以下で詳細に説明する。

本発明の１つの態様によるガスタービン燃焼システムの断面図である。 本発明の１つの態様によるガスタービン燃焼器の一部の斜視図である。 本発明の１つの態様による、図２のガスタービン燃焼器の一部を示す別の斜視図である。 本発明の１つの態様による、図２のガスタービン燃焼器の一部の端面図である。 本発明の選択的な態様による、図２のガスタービン燃焼器の反対側の端面図である。 本発明の１つの態様による、図２に示したガスタービン燃焼器の一部の断面図である。 本発明の１つの態様による、図６のガスタービン燃焼器の一部を示す詳細な断面図である。 本発明の１つの態様による、図６のガスタービン燃焼器のダンパ部分を示す詳細な断面図である。 本発明の１つの態様による、図２に示したガスタービン燃焼器の一部を示す別の断面図である。 本発明の選択的な態様によるガスタービン燃焼器の一部の斜視図である。 図１０の本発明の選択的な態様によるガスタービン燃焼器の一部を示す別の斜視図である。 本発明の選択的な態様による、図１０のガスタービン燃焼器の一部の端面図である。 本発明の選択的な態様による、図１０のガスタービン燃焼器の反対側の端面図である。 本発明の選択的な態様による、図１０のガスタービン燃焼器の断面図である。 本発明の選択的な態様による、図１４のガスタービン燃焼器の一部のダンパ部分を示す詳細な断面図である。 さらに別の選択的な態様によるガスタービン燃焼器のダンパ部分を示す詳細な断面図である。 さらに別の選択的な態様による、図１６のガスタービン燃焼器のダンパ部分とドームプレート領域とを示す部分斜視図である。 付加的な態様によるガスタービン燃焼器のダンパ部分を示す詳細な断面図である。 付加的な態様による、図１８のガスタービン燃焼器のダンパ部分とドームプレート領域とを示す部分斜視図である。 本発明の選択的なダンパ支持構造によるガスタービン燃焼器の一部を示す斜視図である。 図２０のガスタービン燃焼器構造の一部を示す斜視図である。 図２１のガスタービン燃焼器のダンパ部分を示す詳細な斜視図である。 図２１のガスタービン燃焼器のダンパ部分を示す断面図である。 本発明の１つの態様によるアダプタプレートの前面を示す斜視図である。 本発明の１つの態様による、図２４のアダプタプレートの後面を示す斜視図である。 本発明のさらに別の態様による燃焼ダイナミックスを調整する方法を概略的に示すフローチャートである。

詳細な説明
本発明は、燃焼ダイナミックスを減じる助けとなるように予混合燃焼システム内で使用するためのガスタービン燃焼システム用のドームアッセンブリを開示しており、図１〜図２６に詳細に示されている。当業者が理解するように、ガスタービンエンジンは通常、複数の燃焼器を有する。概して、議論のために、ガスタービンエンジンは、ここに開示されるような低エミッション燃焼器を有してよく、ガスタービンエンジンの周囲に缶型環状構成で配置されていてよい。ガスタービンエンジンの１つのタイプ（例えばヘビーデューティガスタービンエンジン）には、通常、６〜１８個の個々の燃焼器が設けられていてよいが、このような数に限定されない。各燃焼器は、上に概説した構成部材によって取り付けられている。したがって、ガスタービンエンジンのタイプに基づいて、ガスタービンエンジンを作動させるために利用される複数の異なる燃料回路があり得る。

特に図１を参照すると、本発明の１つの態様によるガスタービン燃焼システム１００が断面図で示されている。このガスタービン燃焼システム１００は、ほぼ円筒状の燃焼ライナ１０２を有している。この燃焼ライナ１０２は、中心軸線Ａ−Ａを有しており、流れスリーブ１０４に対して同心的に位置しており、流れスリーブ１０４内で半径方向に位置している。燃焼ライナ１０２は、入口端部１０６と、反対側の出口端部１０８とを有する。

ガスタービン燃焼システム１００は、燃焼ライナ１０２の半径方向外側で、流れスリーブ１０４の上流端部の近くに位置決めされた複数の主燃料インジェクタ１１０からなるセットも有する。図１に開示された燃焼システム１００は、エンジンの負荷に基づいて４つの燃料噴射段を有する多段式予混合燃焼システムである。しかしながら、特定の燃料回路および関連する制御機構を、より少ないまたは付加的な燃料回路を有するように変更することができると考えられる。

図１に示された本発明の態様の場合、主燃料インジェクタ１１０は、燃焼ライナ１０２の半径方向外側に配置されており、燃焼ライナ１０２の周囲に環状の配列で分配されている。主燃料インジェクタ１１０は、２つの段に分割されており、第１の段は、燃焼ライナ１０２の周囲に約１２０°にわたって延在しており、第２の段は、燃焼ライナ１０２の周囲に、残りの環状部分、もしくは約２４０°にわたって延在している。主燃料インジェクタ１１０の第１の段は、燃焼ライナ１０２内にメイン１火炎を発生させるために使用され、主燃料インジェクタ１１０の第２の段は、燃焼ライナ１０２内にメイン２火炎を発生させるために使用される。

ガスタービン燃焼システムはさらに、燃焼ライナ１０２の入口端部１０６を包囲する燃焼器ドームアセンブリ１１２を有する。燃焼器ドームアッセンブリ１１２は、主燃料インジェクタ１１０のセットの近くからドームプレート１１４まで延在しており、ドームプレート１１４はほぼ半球形状の断面を有しており、このドームプレート１１４は、燃焼ライナ１０２の入口端部１０６の前方に所定の距離を置いて配置されていて、燃焼ライナ１０２内へ所定の距離だけ延びるように方向転換している。燃焼器ドームアッセンブリの形状は図６にも示されている。次に図２〜図９を参照すると、燃焼器ドームアッセンブリ１１２は、ドームプレート１１４に複数の開口１１６を有している。各開口１１６は直径Ｄとネック長さＬを有している。好適には開口１１６は円形横断面を有しているが、別の形状であってもよい。開口１１６は、ドームプレート１１４内で、好適には燃焼システム１００の中心軸線Ａ−Ａに対して平行となるように方向付けられている。ドームプレート１１４から、燃焼ライナとは反対方向に向かって、複数のドームダンパ１１８が延在している。図８を参照すると、各ドームダンパ１１８は、開口１１６のうちの１つを包囲しており、かつダンパボディ１２０を有している。このダンパボディ１２０は、その中に位置する開口を有している。従って、ドームプレート１１４に関して、ドームダンパ１１８は、燃焼システム１００の中心軸線Ａ−Ａを中心とした環状の配列内にあるように方向付けられている。ダンパ体積１２４を形成するために、ダンパボディ１２０の端部には、開口１１６の反対側で取り外し可能なカバープレート１２２が取り付けられている。ダンパボディ１２０は複数のパージ孔１２６も含む。

ドームダンパ１１８は、燃焼ライナ１０２内の圧力変動を減衰するために十分な空気体積を提供するために、空気の所定の体積を形成するように、燃焼ライナ１０２から延在している。ドームダンパ１１８には、パージ孔１２６により圧縮空気が供給される。パージ孔１２６は、本発明の態様では、ダンパボディ１２０の側面に沿って位置していて、直径及び数量の両方に関して、ダンパ体積１２４に提供される十分な体積の圧縮空気を保証する大きさとなっている。パージ孔１２６の正確な位置と間隔とは変更可能である。即ち、パージ孔１２６は、ダンパボディ１２０又はカバープレート１２２のまわりに位置していてよい。

作動時、燃焼器からの圧力波が、上流からドームプレート１１４に向かってきて、ドームプレート１１４の開口１１６を通過し、ダンパボディ１２０とカバープレート１２２とによって形成されたダンパ体積１２４内に到る。ダンパ体積１２４に入ると、圧力波は圧縮空気の体積に対向する。余剰空気体積は、到来波と位相がずれた波を生成する働きをする。これは自動車の動きを打ち消すためにばねおよびショックアブソーバが作動する形式と類似のものである。即ち、ダンパ内の空気体積は、燃焼器を通ってくる圧力波に反作用する。

上述したように、ドームダンパ１１８及び対応するダンパ体積１２４は、燃焼システムの特定の周波数又は圧力振動に反作用するために、つまり圧力振動を緩衝するために、ダンパの特定の共振周波数を特にターゲットとして実現するようなサイズとなっている。当業者には理解されるように、ダンパの共振周波数の基本式は、
ｆ_res＝ｃ／２／π^＊sprt（Ａ_neck/L_neck,eff/V_damper）
である。この場合、ｆ_resはダンパの共振周波数、ｃは音速、Ａ_neckはダンパ体積を燃焼器に接続する開口１１６の横断面積、L_neck,effは開口１１６の有効長さＬ、V_damperはダンパの体積である。従って、開口１１６の断面積、長さＬ、体積１２４を変更することによりそれぞれ、ダンパの共振周波数に影響を与えることができる。例えば、ダンパ体積の減少によりダンパの共振周波数は高くなり、ダンパ体積の増大によりダンパの共振周波数は低くなる。さらに、開口１１６の長さＬ又は開口の「ネック」も変化させることができる。即ち、ネック領域の長さＬが増大すると、ダンパの共振周波数は低下し、ネック領域の長さＬが減少すると、ダンパの共振周波数は高くなる。ダンパの共振周波数を決定する最後の変数は、開口１１６の面積である。より大きな直径Ｄにより開口１１６の面積が増大すると、ダンパの共振周波数は高くなり、より小さな直径Ｄにより開口１１６の面積が減少すると、ダンパの共振周波数は低くなる。従って、減衰しようとする周波数に応じて、ダンパの様々な要素を、１つ以上の特定の周波数に合わせて変更することができる。

図１に示したような予混合形式の燃焼システムにおいて、ドームダンパ構造によりターゲットとされる周波数に関しては、１〜１０ｋＨｚの範囲にある高周波数（スクリーチ）が通常、大きく関わってくる。しかしながら、５０〜５００Ｈｚの範囲にあるより低い周波数もターゲットとされることがある。スクリーチ又は高周波数をターゲットとする場合、通常のダンパ寸法は、約５ｍｍ〜２５ｍｍのネック長さＬと、約５ｍｍ〜１５ｍｍのネック直径Ｄとを含む。より低い周波数をターゲットとする場合、典型的なネック長さＬは約２０ｍｍ〜２００ｍｍのオーダのより長いもので、ネック直径Ｄは、約１０ｍｍ〜１００ｍｍである。従って、このような形状的な必要性を表す１つの方法は、直径Ｄと長さＬとの比によるものであり、この比は本発明の態様では約０．２〜２．０である。

パージ孔１２６に関して、全てのパージ孔１２６の等しい面積は、ダンパを通る総質量流量を、従ってネックにおける速度を規定し、これは減衰特性を規定する。パージ孔１２６の総面積は、通常、開口１１６の面積又はＡneckと比較すると極めて小さく、ダンパ中で生じる減圧の多くは、パージ孔１２６で生じる。例えば、全てのパージ孔１２６の総面積は、Ａneck（又は開口１１６の面積）の約１０％又はそれ以下である。図１〜９に示した態様に関して、特に図７〜図９に示した態様に関して、各ダンパボディ１２０は６つのパージ孔１２６を有している。より高速の流れのためには、より多くのパージ孔１２６が通常、必要とされる。

上述したように、ダンパの共振周波数を調節するために調節することができる３つの主な変数がある。即ち、ネックの面積（よって直径Ｄ）、ネックの長さ（長さＬ）、ダンパの体積である。しかしながら実用においては、ハードウェアがひとたび製作されてしまうと、作動中に、燃焼器の異なる周波数を減衰すべきであることが決定された場合に、これら変数の全てを変更することはできない。例えば、完成した燃焼システムにおいては開口１１６のサイズと開口の長さＬを変更するのは困難である。しかしながら、変更することができるこのような変数の１つは、ダンパの体積である。図２〜図４及び図６〜図８に記載した構成に関して、ダンパ体積１２４は、取り外し可能なカバープレート１２２又はプラグ状のプレートによって変更することができる。取り外し可能なカバープレート１２２は、スナップリング、クリップ、ねじ山付き部材、又はボルトのような取り外し可能な固定部材１２８によりダンパボディ１２０に固定されている。このような固定機構は、カバープレート１２２を取り外し、このカバープレート１２２を異なるサイズのカバープレートと交換する簡単な方法を提供し、結果として異なるダンパ体積１２４が得られる。カバープレート１２２を交換するプロセスを簡単にするために、各カバープレートは通常、凹部ポケット１３０を有しており、この凹部ポケット１３０には、カバープレート１２２を取り外す助けとなる工具を配置することができる。その後、新しいカバープレート１２２が配置され、次いで１つ以上のダンパボディ１２０に固定される。

図１〜図９に示したダンパボディ１２０はほぼ円筒状であって、図２〜図４に示したように中心軸線を中心とした環状の配列内で方向付けられている。しかしながら、ダンパは、円筒状の構造に限定されるものではなく、実際は、必要に応じてほぼ任意の形状及び数量であってよい。本発明の選択的な態様が図１０〜図１５に詳細に示されている。この本発明の選択的な態様では、ドームプレート及び開口２０２の上に１つ以上の共振器ボックス２００が固定されている。開口２０２のサイズ（直径及びネック長さ）は、図１４〜図１５に示したように、ねじ山付き挿入体２０３によって調整される。ネック長さと直径とは、１つのねじ山付き挿入体によって設定することができる。共振器ボックス２００は、図１〜図９に示したようなより小さい円筒状のダンパよりも大きな体積を提供する。図１〜図９の類似の燃焼システムに関しては、２４個の円筒状のダンパの代わりに、６つの共振器ボックスが使用されている。しかしながら、円筒状のダンパ及び共振器ボックスの数を、より少ないまたは付加的なダンパ又はボックスを有するように変更することができると考えられる。円筒状のダンパボディ１２０と同様に、共振器ボックス２００も、共振器ボックス２００内に圧縮空気を供給するパージ孔２０４を有している。上述したように、パージ孔２０４の配置は、共振器２００及び／又はカバープレート２０６のまわりで変更されてもよい。前記構造の円筒状のダンパボディとは異なり、共振器ボックス２００のカバープレート２０６は好適には、ボルト２０８のような手段により共振器ボックス２００に固定される。

円筒状のダンパボディと同様に、共振器ボックス２００の共振器周波数も変更することができる３つのファクタは、ネックの面積（よって直径Ｄ）、ネックの長さ（長さＬ）、共振器ボックスの体積である。しかしながら、ひとたびハードウェアが製作されてしまったら、作動中、異なる周波数を減衰すべきであることが決定された場合、これら変数の全てを変更することはできない。製作後、比較的容易に変更することができる１つの変数は、共振器ボックスの体積である。カバープレート２０６を取り外して、異なるサイズのカバープレートに置き換えることができる。この異なるサイズのカバープレートは、その厚さにより、共振器ボックス２００内の体積を増加又は減少させる。

本発明の選択的な態様では、上述した減衰機構の様々な組み合わせを一緒に利用できる。例えば、共振器ボックス２００内に配置されたドームダンパ１１８を使用することができる。選択的に、ドームにおける単純な開口（即ち、別個のダンパボディではない）を有する共振器ボックス２００を使用することもできる。

上述したダンパボディは、中心軸線Ａ−Ａに対してほぼ同心的に示されている。しかしながら、ドームダンパ１１８及び／又は共振器ボックス２００は、中心軸線Ａ−Ａに対して所定の角度をなすように方向付けられてもよい。このようなダンパボディが角度を有する場合、対応する開口１１６及び２０２も角度を有する。角度を有する開口により、アンカリング炎との間接的な相互作用を提供しながら、ダンパ空気流は燃焼炎との相互作用が可能である。

本発明のさらに別の態様では、１つ以上の臨界周波数に反作用するように構成されたダンパにより燃焼システムにおける複数の臨界周波数をターゲットとすることができる。例えば、１つの燃焼器は、ターゲットとする第１の周波数に向けて方向付けられた第１の開口直径と、面積と、体積と、ネック長さとを有した第１のダンパセットと、第１の周波数とは異なるターゲットとする周波数に向けて方向付けられた第２の開口直径と、面積と、体積と、ネック長さとを有した第２のダンパセットとを有することができる。第１のダンパセットと第２のダンパセットの数量は、必要に応じて変更することができる。

上述した態様では、ダンパの基本ジオメトリは、１つのネック長さを有した単一の体積であり、有効面積が開示されている。しかしながら、ダンパボディのより複雑なジオメトリを本発明で利用できることが想定される。例えば、別の態様では、一連の体積及びネックがマルチ体積ダンパを形成する、軸方向列に配置された複数の体積を有するダンパボディによって、複数の周波数をターゲットとすることができる。

上述したように、図１に開示された予混合燃焼器に配置されたダンパ機構なしでは、予混合燃焼器の運転は制限されている。例えば、図１のものと同様の燃焼システムの場合、０．５psiの変動の通常の燃焼ダイナミックスが、燃焼ハードウェアにより許容される。 ここに開示されたダンパシステムの適用により、約１psiまでの圧力変動を含むより大きな圧力変動（増大された燃焼ダイナミックス）を許容することができる。ダンパシステムは、臨界振動レベルの影響を減じることにより、燃焼ダイナミックスの反対方向の作用を減じるのを助成する。

本発明のさらに別の態様が図１６〜図２５に開示されている。 上述したように、複数のダンパボディ１２０と共振器ボックス２００とが、ドームプレート１１４に取り付けられている。しかしながら、ドームプレート１１４は湾曲面を有しており、この湾曲面は、このハードウェアを取り付ける際に問題となる可能性がある。さらには、このような燃焼器構造は、その複雑なジオメトリにより、製造に極めてコストがかかる恐れがある。

本発明の１つの態様に含まれることができる付加的な特徴は、共振器ボックス２００又はドームダンパ１１８とドームプレート１１４との間に位置するアダプタプレート３００である。アダプタプレート３００は、ダンパを燃焼器のドームプレート１１４に取り付けて固定する改善された方法を提供するために、共振器ボックス又はダンパボディのどちらと共に使用されるかに関わらず、同じ一般的な構造及び機能を有している。

図１６〜図１９には、複数の個々のドームダンパ１１８を特徴とする本発明の態様に関して、アダプタプレート３００が示されている。アダプタプレート３００は、前面３０２と、この前面に対して平行に、かつ間隔をおいて位置する後面３０４とを有している。アダプタプレート３００は、複数の固定部材によりドームプレート１１４に固定される、又は溶接又はろう接によりドームプレート１１４に永久的に固定されてよい。

アダプタプレート３００も第１の複数のプレート開口３０６を有している。これらの開口３０６は、ドームプレート１１４の開口１１６に対応していて、ダンパ体積１２４は、ドームプレート１１４の内側の燃焼器体積に連通するようになっている。アダプタプレート３００の前面３０２からは、複数のドームダンパ１１８が延在している。ドームダンパ１１８は、アダプタプレート３００と一体であってよく、又は別個であって、ろう接又は溶接によってアダプタプレート３００に取り付けられてよい。図１６及び図１７に示したように、ドームダンパ１１８はアダプタプレート３００に対して垂直に取り付けることができ、又は図１８及び図１９に示したように、ドームダンパ１１８はアダプタプレート３００に対して所定の角度をなして取り付けられてよい。

本発明の別の態様では、アダプタプレート３００は、図２４及び図２５に示したように僅かに異なる構成をとることができる。特に、アダプタプレート３００は、前面３１２と、反対側の後面３１４とを有している。後面３１４は、ドームプレート１１４の湾曲した輪郭に嵌合するような大きさ及び形状の対応部分３０８を有している。

図２０〜図２３に示したように、選択的なドームダンパ構造、共振器ボックス２００と共に使用されたアダプタプレート３００の選択的な態様が示されている。図２０〜図２３によれば、共振器ボックス２００と共に使用される燃焼器ドームアッセンブリは、図１０〜図１５に開示されたものと類似のものである。しかしながら、図２０〜図２３に示した態様については、共振器ボックス２００は、図２４及び図２５に示したような上述したアダプタプレート３００を介してドームプレート１１４に取り付けられている。特に、図２４及び図２５に示したアダプタプレート３００は、第１の複数のプレート開口３１０を有していて、これらのプレート開口３１０によりダンパボディ／体積は燃焼器と連通している。アダプタプレート３００はさらに第２の複数のプレート開口３１５を有している。アダプタプレート３００は、アダプタプレート３００の周囲に環状の配列で間隔を置いて配置された第３の複数の開口３１８も有する。第３の複数のプレート開口３１８はそれぞれ、アダプタプレート３００に固定される固定部材３２０を含み、この固定部材３２０は、図２２に示したように、アダプタプレート３００に１つ以上の共振器ボックス２００を固定するために使用される。

ドームダンパ３２４は、アダプタプレート３００に対してほぼ垂直に延在していてよい。選択的に、図２２及び図２３に示したように、ドームダンパ３２４は、アダプタプレート３００に対して所定の角度を成して方向付けられてもよい。共振器ボックス２００又はドームダンパ１１８のどちらが使用されるかに関わらず、アダプタプレート３００は、ドームプレート１１４にダンパ構造を固定し、配置する改善された方法を提供する。

図２６によれば、本発明の選択的な態様により、ガスタービン燃焼器における燃焼ダイナミックスを調整する方法２６００が開示されている。ステップ２６０２では、複数の開口を有したドームプレートを有する燃焼器ドームアッセンブリを有した燃焼システムが提供される。前記開口はそれぞれ所定の直径と所定のネック長さを有している。燃焼システムは、ドームプレートの各開口を取り囲む複数のドームダンパも含む。ステップ２６０４では、制御すべき１つ以上の所望の燃焼周波数を決定する。上述したように、制御すべき周波数は、スクリーチのような高周波数であってよく、またはより低い周波数であってよい。ステップ２６０６では、ステップ２６０４で確認した１つ以上の周波数をターゲットとするために必要なドームダンパ用の所望の体積を決定する。次いで、ステップ２６０８で、ドームダンパ内へ流入する所望のパージ空気量を決定する。ステップ２６１０では、ドームダンパの少なくとも１つの端部にカバープレートが固定され、このカバープレートは、ステップ２６０６で決定されたダンパの所望の体積を形成するための位置に配置される。次いで、ステップ２６１２で、ステップ２６０６で決定された各ダンパの所望の体積が、燃焼周波数を変更するのに十分であるかどうかの決定を行う。このような決定は、通常、燃焼システムの作動の結果として行われる。ダンパ体積が不十分であるとの決定がなされた場合には、ステップ２６１４で、ネック長さ、開口直径、又はダンパ体積のような、ダンパの共振周波数に影響を与える１つ以上の変数を変更することが決定され、プロセスは、所望のダンパ体積を決定するステップ２６０６へと戻る。ステップ２６１２で、所望の燃焼周波数を減衰するために所望のダンパ体積が十分であるとの決定がなされた場合には、プロセスはステップ２６１６で終了する。

現時点で好適な実施の形態として知られるものについて、本発明は説明されているが、本発明は、開示された実施の形態に限定されるのではなく、反対に、以下の請求項の範囲の様々な変更および同等の配列を包含することが意図されている。本発明は、全ての観点から制限的ではなく例示的である特定の実施の形態に関して説明されている。

前記説明から、本発明が、システム及び方法にとって明白でかつ固有である他の利点とともに、全ての目的及び課題を達成するために十分に適応されたものであることが分かる。ある特徴および準組合せは利用でき、他の特徴および準組合せを参照することなく使用されてよいことが理解されるであろう。これは、請求項の範囲によって及び請求項の範囲において考慮される。

Claims (24)

1. ガスタービン燃焼システム用のドームアッセンブリであって、
   ほぼ半球形状の横断面を有するドームプレートを有していて、該ドームプレートは燃焼ライナへの入口を取り囲んでおり、
   前記ドームプレートにおける複数の開口を有していて、各開口は所定の直径と所定のネック長さとを有しており、
   前記ドームプレートから前記燃焼ライナとは反対の方向に延在する複数のドームダンパを有していて、各ドームダンパは、前記ドームプレートに設けられた各開口を取り囲んでおり、各ドームダンパは、
   内部に位置するキャビティを有したダンパボディと、
   ダンパ体積を形成するように前記ダンパボディの少なくとも１つの端部に固定されたカバープレートと、
   前記ダンパボディを取り囲むように配置された複数のパージ孔と、を有している、
   ガスタービン燃焼システム用のドームアッセンブリ。
2. 前記複数の開口は、前記ガスタービン燃焼システムの中心軸線に平行となるように、前記ドームプレートにおいて方向付けられている、請求項１記載のドームアッセンブリ。
3. 前記ドームダンパは、前記中心軸線を取り囲む環状の配列内で方向付けられている、請求項２記載のドームアッセンブリ。
4. 前記ダンパボディは横断面がほぼ円筒状である、請求項１記載のドームアッセンブリ。
5. 前記カバープレートは、スナップリング、クリップ、ねじ山付きボディ又はボルトを含むグループのうちの１つによって前記ダンパボディに取り外し可能に取り付けられている、請求項１記載のドームアッセンブリ。
6. 前記パージ孔は、前記円筒体の周囲を取り囲むように、又は前記カバープレートに位置している、請求項４記載のドームアッセンブリ。
7. 前記ダンパボディは共振器ボックスから成っている、請求項１記載のドームアッセンブリ。
8. 前記共振器ボックスの前記カバープレートは、前記ドームアッセンブリにボルト固定されている、請求項７記載のドームアッセンブリ。
9. 前記直径対ネック長さの比は０．２〜２．０の範囲にある、請求項１記載のドームアッセンブリ。
10. 前記ドームダンパは、高周波数及び低周波数を両方とも調整することができる、請求項１記載のドームアッセンブリ。
11. 前記複数のドームダンパは異なるダンパ体積を有している、請求項１記載のドームアッセンブリ。
12. ガスタービン燃焼システムであって、
    ほぼ円筒状の燃焼ライナを有していて、該燃焼ライナは中心軸線を備え、流れスリーブに対して同心的かつ流れスリーブ内に半径方向で位置しており、前記燃焼ライナは、入口端部と、反対側の出口端部とを有しており、
    前記燃焼ライナの半径方向外側で、前記流れスリーブの上流端部の近くに位置決めされた複数の主燃料インジェクタからなるセットを有していて、
    前記燃焼ライナの入口端部を取り囲む燃焼器ドームアッセンブリを有していて、該燃焼器ドームアッセンブリは、複数の主燃料インジェクタからなる前記セットの近くからドームプレートまで延在しており、該ドームプレートはほぼ半球形状の断面を有しており、前記ドームプレートは、前記燃焼ライナの前記入口端部の前方に所定の距離を置いて配置されていて、前記燃焼ライナ内へ所定の距離だけ延びるように方向転換していて、前記燃焼器ドームアッセンブリは、
    前記ドームプレートにおける複数の開口を有していて、各開口は所定の直径と所定のネック長さとを有しており、
    前記ドームプレートから、前記燃焼ライナとは反対の方向に延在する複数のドームダンパを有していて、各ドームダンパは、前記ドームプレートに設けられた各開口を取り囲んでおり、各ドームダンパは、
    内部に位置するキャビティを有したダンパボディと、
    ダンパ体積を形成するように前記ダンパボディの少なくとも１つの端部に固定されたカバープレートと、
    前記ダンパボディを取り囲むように配置された複数のパージ孔と、を有している、
    ガスタービン燃焼システム。
13. 前記カバープレートは、スナップリング、クリップ、ねじ山付きボディ又はボルトを含むグループから選択された固定部材によって前記ダンパボディに取り外し可能に取り付けられている、請求項１２記載のドームアッセンブリ。
14. 前記ダンパボディは横断面がほぼ円筒状である、請求項１２記載のドームアッセンブリ。
15. 前記ダンパボディは共振器ボックスを有している、請求項１２記載のドームアッセンブリ。
16. 前記ドームダンパは、前記中心軸線を取り囲む環状の配列内に方向付けられている、請求項１２記載のドームアッセンブリ。
17. 前記直径対ネック長さの比は０．２〜２．０の範囲にある、請求項１２記載のドームアッセンブリ。
18. ガスタービン燃焼器において燃焼ダイナミックスを調整する方法であって、
    燃焼器ドームアッセンブリを有した燃焼システムを設けるステップであって、前記燃焼器ドームアッセンブリは、複数の開口を備えたドームプレートを有しており、前記複数の開口は所定の直径と所定のネック長さとを有していて、前記燃焼システムは、前記ドームプレートの各開口を取り囲む複数のドームダンパを有しているステップと、
    制御すべき１つ以上の所望の燃焼周波数を決定するステップと、
    前記１つ以上の所望の燃焼周波数を得るために、複数のドームダンパについて所望の体積を決定するステップと、
    前記複数のドームダンパ内へと流過する所望のパージ空気流を決定するステップと、
    前記各ドームダンパ内の前記所望の体積を形成するように、各ドームダンパの少なくとも１つの端部にカバープレートを固定するステップであって、前記所望の体積は、前記燃焼システム内の圧力変動を適切に減衰するのに十分な体積を提供するステップと、
    を有している、ガスタービン燃焼器内の燃焼ダイナミックスを調整する方法。
19. 前記各ドームダンパの前記所望の体積が十分であるかどうかを決定するステップをさらに有し、前記ドームダンパの体積が不十分であるとの決定に応じて、前記ネック長さ、前記直径、前記所望の体積の１つ以上を変更する、請求項１８記載の方法。
20. 前記複数のドームダンパについての前記所望の体積は、異なるサイズの２つ以上の体積を有しており、これにより、対応する２つ以上の燃焼周波数を制御する、請求項１８記載の方法。
21. ガスタービン燃焼システム用のドームアッセンブリであって、
    ほぼ半球形状の横断面を有するドームプレートを有していて、該ドームプレートは燃焼ライナへの入口を有しており、該ドームプレートに複数の開口を有していて、各開口は第１の直径を有しており、
    前記ドームプレートに隣接して位置するアダプタプレートを有していて、該アダプタプレートは、
    前面と、
    後面と、
    前記アダプタプレートにおける第１の複数のプレート開口と、
    前記アダプタプレートにおける第２の複数のプレート開口と、を有しており、
    前記ドームアッセンブリは、
    前記アダプタプレートから延在し、前記ドームプレートにおける前記第１の複数のプレート開口の１つ以上を取り囲む１つ以上の共振器ボックスを有しており、
    前記アダプタプレートから延在し、前記１つ以上の共振器ボックス内へと延在する複数のドームダンパを有しており、前記各ドームダンパは、前記ドームプレートの前記第１の複数のプレート開口の１つの中に配置されている、ガスタービン燃焼システム用のドームアッセンブリ。
22. 前記ドームダンパは、前記アダプタプレートにおける開口と、前記ドームプレートにおける開口とを貫通して延在している、請求項２１記載のドームアッセンブリ。
23. 前記アダプタプレートは、前記ドームプレートに取り外し可能に取り付けられている、請求項２１記載のドームアッセンブリ。
24. 前記アダプタプレートはさらに、前記アダプタプレートを前記ドームプレートに適合させるために、後面に輪郭部分を有している、請求項２１記載のドームアッセンブリ。

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