JP6169920B2 - 燃焼ダイナミクスを低減するためのシステムおよび方法 - Google Patents

燃焼ダイナミクスを低減するためのシステムおよび方法 Download PDF

Info

Publication number
JP6169920B2
JP6169920B2 JP2013168413A JP2013168413A JP6169920B2 JP 6169920 B2 JP6169920 B2 JP 6169920B2 JP 2013168413 A JP2013168413 A JP 2013168413A JP 2013168413 A JP2013168413 A JP 2013168413A JP 6169920 B2 JP6169920 B2 JP 6169920B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
combustor
axial distance
cap assembly
different
axial
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2013168413A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2014040999A5 (ja
JP2014040999A (ja
Inventor
サラー・ロリ・クロサーズ
ギルバート・オットー・クレイマー
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of JP2014040999A publication Critical patent/JP2014040999A/ja
Publication of JP2014040999A5 publication Critical patent/JP2014040999A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6169920B2 publication Critical patent/JP6169920B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/16Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration with devices inside the flame tube or the combustion chamber to influence the air or gas flow
    • F23R3/18Flame stabilising means, e.g. flame holders for after-burners of jet-propulsion plants
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/286Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply having fuel-air premixing devices
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/42Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the arrangement or form of the flame tubes or combustion chambers
    • F23R3/46Combustion chambers comprising an annular arrangement of several essentially tubular flame tubes within a common annular casing or within individual casings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R2900/00Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/00014Reducing thermo-acoustic vibrations by passive means, e.g. by Helmholtz resonators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R2900/00Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/03343Pilot burners operating in premixed mode

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)

Description

本発明は、全体的に、燃焼ダイナミクスを低減するためのシステムおよび方法を含む。特定の実施形態では、本発明をガスタービンまたは他のターボ機械内部に組み込むことができる。
燃焼器は、通常、燃料に点火して、高温高圧を有する燃焼ガスを生成する産業用運転、および商用運転で使用される。例えば、ガスタービン、および他のターボ機械は、典型的には、動力または推力を生成するための1つまたは複数の燃焼器を含む。電力を生成するために使用される典型的なガスタービンは、前方に軸方向の圧縮機、中間部近傍に複数の燃焼器、および後方にタービンを含む。周囲空気が作動流体として圧縮機に入り、圧縮機は漸次、作動流体に運動エネルギーを与えて、非常に高いエネルギーレベルの状態の圧縮された作動流体を生成する。圧縮された作動流体は、圧縮機を出て、燃焼器内の1つまたは複数の燃料ノズル、および/またはチューブを通って流れ、燃焼器内で圧縮された作動流体は点火の前に燃料と混合して、高温高圧を有する燃焼ガスを生成する。燃焼ガスはタービンに流れ、タービンで燃焼ガスは膨張して、仕事を生成する。例えば、タービン内での燃焼ガスの膨張によって、発電機に結合されているシャフトを回転させて、電気を生成することができる。
様々な要因が、燃焼器の設計および作動に影響を与える。例えば、より高い燃焼ガス温度によって、一般に、燃焼器の熱力学的効率を向上させる。しかしながら、より高い燃焼ガス温度によって、また、燃焼火炎が燃料ノズルによって供給される燃料の方へ移動する保炎状態を促進するが、相対的に短期間に燃料ノズルの摩耗を加速させる原因になる可能性がある。加えて、より高い燃焼ガス温度は、一般に、二原子窒素の分離速度を増加させ、窒素酸化物(NOx)の生成が増加する。反対に、低減された燃料流、および/または部分負荷運転(減量運転)に関連するより低い燃焼ガス温度は、一般に、燃焼ガスの化学反応速度を減少させ、一酸化窒素および未燃炭化水素の生成を増加させる。
保炎を防ぎ、望ましくない排出物を制御すると同時に、有効なより高い作動温度で効果的でありながら、特定の作動状態で、いくつかの燃焼器は、燃焼工程の相互作用または結合、あるいは燃焼器の1つまたは複数の音響共鳴周波数を伴う火炎ダイナミクスから生じる燃焼不安定性を生成する場合がある。例えば、燃焼不安定性の1つの機構が、音響圧力振動が燃料ポートでの流量変動の原因になり、次いで、それによって火炎区域内の燃料空気比率の変動につながる場合に起こり得る。結果として生じる燃料/空気比率変動および音響圧力振動が特定の相挙動(例えば、概ね同位相で)を有する場合、自励のフィードバックループが結果として生じる。この機構、および結果として生じる燃焼ダイナミクスの大きさは、燃料噴射と、燃料が火炎区域に到達する時間との間の遅延時間、当技術分野で対流時間(タウ)として周知である時間に依存する。対流時間が増加するにつれて、燃焼不安定性の周波数が減少し、対流時間が減少するとき、燃焼不安定性の周波数が増加する。その結果は、1つまたは複数の燃焼器、および/または下流の構成要素の有効な寿命を低減する可能性がある燃焼ダイナミクスである。例えば、燃焼ダイナミクスは、燃料ノズル、および/または燃焼室内の圧力振動を生成する場合があり、それがこれらの構成要素の高サイクル疲れ寿命、燃焼火炎の安定性、保炎のための設計余裕、および/または望ましくない排出物に悪影響を及ぼす可能性がある。別法として、または追加的に、同位相およびコヒーレントな特定の周波数で、十分な振幅を有する燃焼ダイナミクスは、タービンおよび/または他の下流の構成要素に望ましくない共振を生成する場合がある。他の燃焼器から離れた1つまたは複数の燃焼器内の燃焼不安定性の周波数を変更することによって、燃焼システム全体のコヒーレンスが低減されることになり、燃焼器対燃焼器の結合が減少するであろう。このことによって、下流の構成要素の振動応答の原因となる燃焼器音調の能力を減少させ、また、燃焼器対燃焼器の相殺的干渉を促進し、燃焼ダイナミクス振幅を低減する。したがって、各燃焼器によって発生する燃焼ダイナミクスの位相、および/またはコヒーレンスを調節するシステムおよび方法が、燃焼器の熱力学的効率を高め、加速される摩耗を防ぎ、火炎安定性を促進し、および/または広範囲の作動水準に亘って望ましくない排出物を低減することに有益であろう。
米国特許第7578130号明細書
本発明の態様および利点は、以下の説明の中で記載され、またはその説明から明らかになることが可能であり、または本発明を実施することによって習得可能である。
本発明の一実施形態は、燃焼ダイナミクスを低減するためのシステムであって、そのシステムは、軸の周りに配置されている第1の燃焼器および第2の燃焼器を含み、各燃焼器が、燃焼器の少なくとも部分を横切って半径方向に延在するキャップ組立体と、キャップ組立体から下流にある燃焼室とを備える。各キャップ組立体が、キャップ組立体を通って軸方向に延在して、キャップ組立体を通って燃焼室に流体連通をもたらす複数のチューブと、各チューブを通って延在して、各チューブ内に流体連通をもたらす燃料噴射装置とを備える。各キャップ組立体が軸方向の長さを有し、第1の燃焼器内のキャップ組立体の軸方向の長さが、第2の燃焼器内のキャップ組立体の軸方向の長さと異なる。
本発明の別の実施形態では、燃焼ダイナミクスを低減するためのシステムが、軸の周りに配置されている第1の燃焼器および第2の燃焼器を含み、各燃焼器が、燃焼器の少なくとも部分を横切って半径方向に延在するキャップ組立体と、キャップ組立体から下流にある燃焼室とを備える。各キャップ組立体が、キャップ組立体を通って軸方向に延在して、キャップ組立体を通って燃焼室に流体連通をもたらす燃料ノズルを備える。各燃料ノズルが、軸方向に延在する中央本体と、軸方向に延在する中央本体の少なくとも部分を円周方向に取り囲むシュラウドと、中央本体とシュラウドとの間に半径方向に延在する複数の静翼と、複数の静翼の少なくとも1つを通る、燃焼室から第1の軸方向の距離にある第1の燃料ポートと、中央本体を通る、燃焼室から第2の軸方向の距離にある第2の燃料ポートとを備え、複数の静翼が、燃焼室から第3の軸方向の距離にある。各キャップ組立体が軸方向の長さを有し、第1の燃焼器内のキャップ組立体の軸方向の長さが、第2の燃焼器内のキャップ組立体の軸方向の長さと異なる。
さらに別の実施形態では、燃焼ダイナミクスを低減するためのシステムが、軸の周りに配置されている第1の燃焼器および第2の燃焼器を含み、各燃焼器が、燃焼器の少なくとも部分を横切って半径方向に延在するキャップ組立体と、キャップ組立体から下流にある燃焼室とを備える。各キャップ組立体が、キャップ組立体を通って軸方向に延在して、キャップ組立体を通って燃焼室に流体連通をもたらす燃料ノズルを備える。各燃料ノズルが、軸方向に延在する中央本体と、軸方向に延在する中央本体の少なくとも部分を円周方向に取り囲むシュラウドと、中央本体とシュラウドとの間に半径方向に延在する複数の静翼と、複数の静翼の少なくとも1つを通る、燃焼室から第1の軸方向の距離にある第1の燃料ポートと、中央本体を通る、燃焼室から第2の軸方向の距離にある第2の燃料ポートとを備え、複数の静翼が、燃焼室から第3の軸方向の距離にある。そのシステムは、第2の燃焼器内の燃焼不安定性周波数と異なる、第1の燃焼器内の燃焼不安定性周波数を生成するための構造をさらに含む。
当業者は、本明細書を再考すれば、そのような実施形態、および他の実施形態の特徴および態様をさらによく理解するであろう。
当業者にとって最良の形態を含む、本発明の完全で、可能な開示を添付の図面への参照を含む、本明細書の残りの部分でより具体的に説明する。
本発明の様々な実施形態による、例示的ガスタービンの簡略な側面横断面図である。 本発明の様々な実施形態による、例示的燃焼器の簡略な側面横断面図である。 本発明の実施形態による、図2に示すキャップ組立体の上流平面図である。 本発明の代替実施形態による、図2に示すキャップ組立体の上流平面図である。 本発明の代替実施形態による、図2に示すキャップ組立体の上流平面図である。 本発明の実施形態による、線A−Aに沿って取られた、図3に示す燃焼器の頭部端の側面横断面図である。 本発明の第1の実施形態による、燃焼ダイナミクスを低減するためのシステムの図である。 本発明の第2の実施形態による、燃焼ダイナミクスを低減するためのシステムの図である。 本発明の実施形態による、線B−Bに沿って取られた、図5に示す燃焼器の頭部端の側面横断面図である。 本発明の第3の実施形態による、燃焼ダイナミクスを低減するためのシステムの図である。 本発明の第4の実施形態による、燃焼ダイナミクスを低減するためのシステムの図である。 本発明の様々な実施形態による、燃焼ダイナミクスの例示的グラフである。
次に、本発明の本実施形態に対して詳しく参照することになるが、本発明の1つまたは複数の実施例が、添付の図面に図示されている。詳細な説明では、図面の中の特徴を呼ぶために数字および文字符号を使用する。図面および説明の中の同じ、または類似の符号は、本発明の同じ、または類似の部品を呼ぶために使用した。本明細書で使用するように、「第1の」、「第2の」および「第3の」という用語は、1つの構成要素を他の構成要素から区別するために交換可能に使用可能であり、個々の構成要素の位置、または重要性を意味する意図はない。加えて、「上流」および「下流」という用語は、流体通路内の構成要素の相対的な位置を示す。例えば、流体が構成要素Aから構成要素Bに流れる場合、構成要素Aは、構成要素Bの上流にある。逆に、構成要素Bが構成要素Aから流体流を受け取る場合、構成要素Bは、構成要素Aの下流にある。
各実施例は本発明の説明として提供され、本発明を限定するものではない。実際に、当業者にとって、本発明の範囲または精神から逸脱せずに、本発明の中で修正形態および変形形態が作製可能であることは明らかである。例えば、一実施形態の部分として図示し、説明する特徴は、別の実施形態に使用されて、さらに別の実施形態を生み出すことができる。したがって、本発明は、そのような修正形態および変形形態を添付の特許請求の範囲、およびその均等物の範囲内にあるものとして含むように意図するものである。
本発明の様々な実施形態は、熱力学的効率を高め、火炎安定性を促進し、および/または広範囲の作動水準に亘って望ましくない排出物を低減するために、燃焼ダイナミクスを低減するためのシステムおよび方法を含む。そのシステムおよび方法は、一般に、複数の燃焼器を備え、各燃焼器は、1つまたは複数の燃料ノズル、および/またはチューブ、ならびに燃料ノズル、および/またはチューブから下流にある燃焼室を備える。各燃料ノズルは、1つまたは複数の燃料ポート、および/または半径方向に延在する静翼を備え、各チューブは、1つまたは複数の燃料噴射装置を備える。システムおよび方法は、第2の燃焼器内の燃焼不安定性周波数と異なる、第1の燃焼器内の燃焼不安定性周波数を生成するための様々な手段を含む。その結果、本発明の様々な実施形態が、作動条件の拡張、寿命の延長、および/または整備間隔の延長、保炎の設計余裕の改善、および/または望ましくない排出物の低減をもたらすことができる。本発明の例示的実施形態は、説明の目的のために、ガスタービン内の燃焼ダイナミクスの文脈で全体的に説明することになるが、当業者なら、本発明の実施形態が任意の燃焼ダイナミクスに応用可能であり、特許請求の範囲で具体的に記載しない限りガスタービンに限定するのではないということをすぐに理解するであろう。
図1は、本発明の様々な実施形態を組み込むことができる例示的ガスタービン10の簡略な側面横断面図を提供する。図示のように、ガスタービン10は、一般に、前方に圧縮機区域12、中間部近傍の燃焼区域に半径方向に配置されている複数の燃焼器14、および後方にタービン区域16を備えることができる。圧縮機区域12およびタービン区域16は、共通の回転子18を共有することができ、回転子18は、発電機20に結合されて電気を生成する。周囲空気などの作動流体22が、圧縮機区域12に入り、静翼24および動翼26の交番の段を通過することができる。圧縮機ケーシング28は、静翼24および動翼26が作動流体22を加速し、方向を変えて、圧縮された作動流体22の連続流を生成するとき、作動流体22を含む。圧縮された作動流体22の大部分が、圧縮機排出プレナム30を通って、燃焼器14に流れる。燃焼器ケーシング32が、各燃焼器14のいくつかの、またはすべてを円周方向に取り囲んで、圧縮機区域12から流れる圧縮された作動流体22を含むことができる。燃料が、1つまたは複数の燃料ノズル34、および/またはチューブ36内の圧縮された作動流体22と混合され得る。可能な燃料には、例えば、溶鉱炉ガス、コークス炉ガス、天然ガス、気化した液化天然ガス(LNG)、水素、プロパンガスの1つまたは複数が含まれる。次いで、燃料と圧縮された作動流体22の混合物が、燃焼室38内に流れ込むことができ、燃焼室38内で混合物は発火して、高温高圧を有する燃焼ガスを生成する。移行ダクト40が、燃焼室38の少なくとも部分を円周方向に取り囲み、燃焼ガスが、移行ダクト40を通ってタービン区域16に流れる。
タービン区域16は、固定ノズル42およびタービン動翼44の交番の段を含むことができる。固定ノズル42は、燃焼ガスをタービン動翼44の次の段に向け直し、燃焼ガスは、タービン動翼44の上を通過するにつれて膨張し、タービン動翼44および回転子18を回転させる。次いで、燃焼ガスは固定ノズル42の次の段に流れ、固定ノズル42は、燃焼ガスをタービン動翼44の次の段へ向け直し、その工程は続きの段に対して繰り返される。
燃焼器14は、当技術分野で周知の任意の型であってよく、本発明は、特許請求の範囲で具体的に記載しない限り、任意の特定の燃焼器設計に限定されない。図2は、本発明の様々な実施形態による、例示的燃焼器14の簡略な側面横断面図を提供する。燃焼器ケーシング32は、燃焼器14の少なくとも部分を円周方向に取り囲んで、圧縮機12から流れる圧縮された作動流体22を含む。図2に示すように、燃焼器ケーシング32は、端部カバー46に結合され、または端部カバー46を含むことができ、端部カバー46は、各燃焼器14の少なくとも部分を横切って半径方向に延在して、燃料、希釈剤、および/または添加剤を各燃焼器14に供給するための境界面を提供する。加えて、燃焼器ケーシング32、および端部カバー46は、結合して、各燃焼器14内に頭部端48を少なくとも部分的に画定することができる。燃料ノズル34、および/またはチューブ36は、キャップ組立体50内に半径方向に配置可能であり、キャップ組立体50は、各燃焼器14の少なくとも部分を横切って半径方向に、頭部端48から下流に延在する。ライナ52は、キャップ組立体50に結合されて、キャップ組立体50から下流にある燃焼室38を少なくとも部分的に画定することができる。このようにして、作動流体22は、例えば、衝突スリーブ56の流入孔54を通って、移行ダクト40およびライナ52の外側に沿って流れて、移行ダクト40およびライナ52に対流冷却をもたらすことができる。作動流体22が頭部端48に到達すると、作動流体22は逆方向になり、燃料ノズル34、および/またはチューブ36は作動流体22のために流体連通を提供して、作動流体22はキャップ組立体50を通って燃焼室38内に流れる。
一般的に円柱形で示されているが、燃料ノズル34、および/またはチューブ36の半径方向の断面は、任意の幾何学的形状であってよく、本発明は、特許請求の範囲で具体的に記載しない限り、任意の特定の半径方向の断面に限定されない。加えて、燃焼器14の様々な実施形態は、キャップ組立体50内の異なる数、および異なる配置の燃料ノズル34、および/またはチューブ36を含むことができ、図3から図5は、本発明の範囲内にあるキャップ組立体50内の燃料ノズル34、および/またはチューブ36の例示的配置の上流平面図を提供する。例えば、図3に示すように、複数の燃料ノズル34が単一の燃料ノズル34の周りに放射状に配置され得る。別法として、図4に示すように、チューブ36がキャップ組立体50全体に亘って半径方向に配置可能であり、チューブ36は、様々なグループに区分されて、燃焼器14の作動範囲全体に複数の燃料状態を促進することができる。例えば、図4に示すように、チューブ36は、中央のチューブ束60を円周方向に取り囲む複数の円形チューブ束58の中に集められることが可能である。別法として、図5に示すように、複数のパイ形状のチューブ束62が、単一の燃料ノズル34を円周方向に取り囲むことができる。基底負荷作動中、燃料は、各燃料ノズル34、および図3から図5に示すチューブ束58、60、62に供給可能でありながら、一方、操業短縮または減量運転中に、燃料流は、中央燃料ノズル34、または中央チューブ束60、および/または1つまたは複数の円周方向に配置されている燃料ノズル34、あるいは円形、またはパイ形状チューブ束58、62から低減され、または完全に取り除かれ得る。当業者なら、本明細書の教示から燃料ノズル34、チューブ36、およびチューブ束58、60、62に対する他の形状および配置、ならびに燃料ノズル34、チューブ36、およびチューブ束58、60、62に対する特定の形状および配置が、特許請求の範囲で具体的に記載しない限り、本発明を限定するものではないとすぐに理解するであろう。
図6は、本発明の実施形態による、線A−Aに沿って取られた、図3に示す燃焼器14の頭部端48の側面横断面図を提供する。図3および図6に示すように、燃焼器14は、中央燃料ノズル34の周りに半径方向に配置されている複数の燃料ノズル34を含むことができ、中央燃料ノズル34は燃焼器14の軸方向中心線64と実質的に整列している。各燃料ノズル34は、端部カバー46から下流に軸方向に延在する中央本体66、および中央本体66の少なくとも部分を円周方向に取り囲んで、中央本体66とシュラウド68との間の環状通路70を画定するシュラウド68を備えることができる。1つまたは複数の静翼72が中央本体66とシュラウド68との間に半径方向に延在することができ、静翼72は、中央本体66とシュラウド68との間の環状通路70を通って流れる作動流体22に渦流を与えるために曲がり、または湾曲することができる。静翼72、および/または中央本体66は、1つまたは複数の燃料ポート74を含むことができる。このようにして、燃料は、中央本体66、および/または静翼72を通って供給可能であり、燃料ポート74は、燃料が環状通路70内に流れ込み、混合物が燃焼室38に到達する前に、作動流体22と混合するように流体連通を提供する。
図2に示す例示的燃焼器14のように、燃料ノズル34が燃焼器14に組み込まれている場合、結果として生じる燃焼室38内の燃焼工程は、放熱変動を発生する可能性があり、次に放熱変動は、燃焼器14の1つまたは複数の音響形波動に結合して、燃焼不安定性を生成する場合がある。放熱変動によって引き起こされる音響振動が、燃料ポート74を通る流量変動の原因になる場合、燃焼不安定性を生成することがある1つの特定の仕組みが発生する。例えば、燃焼火炎に関連する圧脈波が、燃焼室38から上流に各環状通路70内に伝播する場合がある。圧脈波が、燃料ポート74、および/または静翼72に到達するとすぐに、圧脈波は、燃料ポート74、および/または静翼72を通る流体流に干渉する場合があり、燃焼火炎の方へ下流に流れる燃料/空気混合物濃度に変動を生成する。次いで、この燃料/空気比率の変動は下流へ火炎領域まで移動し、火炎領域では、放熱変動を引き起こす。結果として生じる放熱変動が、概ね、圧力変動と同位相であると仮定すると、それによって、さらに放熱変動が促進されて、連続的フィードバックループを生成することになろう。逆に、結果として生じる放熱変動、および圧力変動が位相を異にすると仮定すると、相殺的干渉が、特定の燃料ノズル34に関連する燃焼不安定性周波数の大きさを減少させることになる。今度は、燃料ノズル34に関連する燃焼不安定性周波数は、強め合うように、または相殺的に互いに干渉して、特定の燃焼器14に関連する燃焼ダイナミクスの振幅を増加させ、または減少させることができる。
結果として生じる燃焼不安定性周波数は、音響圧力振動が燃料ポートに到達し、次いで、結果として生じる燃料/空気比率変動が火炎領域に到達するのにかかる時間の関数となるであろう。この時間は、当技術分野で対流時間、または時定数(タウ)として周知である。したがって、燃料/空気比率変動、および音響圧力振動の相互作用によって生成される燃焼不安定性周波数は、燃料ポート74および/または静翼72と、燃焼室38(すなわち、燃料ノズル34の端部またはシュラウド68の端部)との間の軸方向の距離に反比例する。特定の実施形態では、これらの燃焼不安定性周波数は、1つまたは複数の燃料ノズル34の中で調節され、および/または調整されて、個別の燃焼器14に関連する燃焼ダイナミクスに影響を及ぼすことができる。図3および図6に示す特定の実施形態では、例えば、燃焼器14は、各燃料ノズル34に対して、燃料ポート74および/または静翼72と、燃焼室38との間の異なる軸方向の距離76を有する複数の燃料ノズル34を含むことができる。その結果、各燃料ノズル34に対して生成される燃焼不安定性周波数はわずかに異なり、燃料ノズル34間の強め合う干渉が特定の燃焼器14に関連する燃焼ダイナミクスの振幅を増加することを低減し、または防止する。当業者なら、本明細書の教示から、燃料ポート74および/または静翼72と、燃焼室38との間の軸方向の距離76の変化の複数の組合せによって、各燃料ノズル34に対する所望の燃焼不安定性周波数、および/または特定の燃焼器14に対する所望の燃焼ダイナミクスを達成することができるということを容易に理解するであろう。例えば、特定の実施形態では、燃料ポート74および/または静翼72と、燃焼室38との間の軸方向の距離76は、特定の燃焼器14内でいくつかのまたはすべての燃料ノズル34に対して同じ、または異なることがあり、本発明は、特許請求の範囲で具体的に記載しない限り、任意の特定の軸方向の距離76の組合せに限定されない。
ガスタービン10内に組み込まれている複数の燃焼器14に関連する燃焼ダイナミクスは、今度は、強め合うように、または相殺的に互いに干渉して、ガスタービン10に関連する燃焼ダイナミクスの振幅、および/またはコヒーレンスを増加または減少させることができる。特定の実施形態では、1つまたは複数の燃焼器14に関連する燃焼不安定性周波数、および/または燃焼ダイナミクスは、調節され、および/または調整されて、他の燃焼器14の燃焼ダイナミクス、および、したがって、ガスタービン10に関連する燃焼ダイナミクスとの相互作用に影響を及ぼすことができる。例えば、図7は、本発明の第1の実施形態による、燃焼ダイナミクス、および/または燃焼ダイナミクスのコヒーレンスを低減するためのシステムを提供する。図7に示す特定の実施形態では、図3および図6に示す複数の燃焼器14が、軸78の周りに配置されている。軸78は、例えば、圧縮機区域12をタービン区域16に結合するガスタービン10内の回転子18に一致することができるが、本発明は、軸78の特定の配向、または軸78の周りの燃焼器14の特定の配置に限定されるのではない。
図7に示すように、各燃焼器14は、図2、図3および図6に関連して上記に説明するように、燃料ノズル34から下流にある燃焼室38と共に、複数の燃料ノズル34を含む。加えて、システムはさらに、他方の燃焼器14内の燃焼不安定性周波数と異なる、一方の燃焼器14内の燃焼不安定性周波数を生成する手段を含む。他方の燃焼器14内の燃焼不安定性周波数と異なる、一方の燃焼器14内の燃焼不安定性周波数を生成する機能によって、燃焼ダイナミクスの振幅を増加させ、または2つ以上の燃焼器14の燃焼ダイナミクスのコヒーレンスを増加させかねない燃焼不安定性周波数間のコヒーレント干渉、または強め合う干渉を低減し、または防止する。その手段の構造は、2つの燃焼器14間で、燃料ポート74と燃焼室38との間、および/または静翼72と燃焼室38との間の1つまたは複数の軸方向の距離の相違を含むことができる。例えば、図7に示す特定の実施形態では、燃料ポート74と燃焼室38との間、および静翼72と燃焼室38との間の各軸方向の距離76は、2つの燃焼器14間で異なる。その結果、その手段は、2つの燃焼器14内で異なる燃焼不安定性周波数を生成する。当業者なら、本明細書の教示から、燃料ポート74と燃焼室38との間、および/または静翼72と燃焼室38との間の軸方向の距離76の変化の複数の組合せによって、他方の燃焼器14内の燃焼不安定性周波数と異なる、一方の燃焼器14内の燃焼不安定性周波数を生成することができることを容易に理解するであろう。例えば、特定の実施形態では、燃料ポート74と燃焼室38との間、および/または静翼72と燃焼室38との間の1つまたは複数の軸方向の距離76が、軸方向の距離76がすべての両燃焼器14間で同じではない限り、他方の燃焼器14に比較して特定の燃焼器14内の1つまたは複数の燃料ノズル34に対して同じ、または異なることが可能であるが、本発明は、特許請求の範囲で具体的に記載しない限り、軸方向の距離76の任意の特定の組合せに限定されない。
図8は、本発明の第2の実施形態による燃焼ダイナミクスを低減するためのシステムを提供する。図8に示すように、各燃焼器14は、図2、図3、図6および図7に関連して上記に説明するように、燃料ノズル34から下流にある燃焼室38と共に、再び、複数の燃料ノズル34を含む。加えて、燃料ポート74、および/または静翼72の軸方向の位置は各燃焼器14内で同じ、または異なることができる。図8に示す特定の実施形態では、例えば、燃料ポート74、および静翼72の軸方向の位置は同じ燃焼器14内で異なるが、しかし、燃料ポート74、および静翼72の軸方向の位置は、両燃焼器14内で繰り返される。
図8に示す実施形態は、他方の燃焼器14内の燃焼不安定性周波数または共振周波数と異なる、一方の燃焼器14内の燃焼不安定性周波数または共振周波数を生成するための手段を再び含む。この特定の実施形態では、手段のための構造が、他方の燃焼器14内のキャップ組立体の軸方向の長さ80と比較して、一方の燃焼器14内のキャップ組立体50の軸方向の長さ80の相違を含むことができる。燃料ポート74および静翼72の軸方向の位置が両燃焼器14内で繰り返されるので、2つの燃焼器14間の軸方向の長さ80の相違が、2つの燃焼器14間での、燃料ポート74と燃焼室38との間、および静翼72と燃焼室38との間の軸方向の距離76の対応する相違を生成する。2つの燃焼器14間の軸方向の距離76の相違が、2つの燃焼器14間の燃焼不安定性周波数または共振周波数の対応する相違を生成する。当業者なら、本明細書の教示から、燃料ポート74と燃焼室38との間、および/または静翼72と燃焼室38との間の軸方向の距離76の変化の複数の組合せによって、他方の燃焼器14内の燃焼不安定性周波数または共振周波数と異なる、一方の燃焼器14内の燃焼不安定性周波数または共振周波数を生成することができることを容易に理解するであろう。例えば、特定の実施形態では、燃料ポート74と燃焼室38との間、および/または静翼72と燃焼室38との間の1つまたは複数の軸方向の距離76が、他方の燃焼器14に比較して特定の燃焼器14内の1つまたは複数の燃料ノズル34に対して同じ、または異なることが可能であるが、本発明は、特許請求の範囲で具体的に記載しない限り、軸方向の距離76の任意の特定の組合せに限定されない。
図9は、本発明の実施形態による、線B−Bに沿って取られた、図5に示す燃焼器14の頭部端48の側面横断面図を提供する。図示のように、キャップ組立体50は、燃焼器14の少なくとも部分を横切って半径方向に延在し、下流面84から軸方向に分離された上流面82を含む。上流面82および下流面84は、全体的に平坦、またはまっすぐであり、キャップ組立体50を通る作動流体22の全体の流れに対して垂直に配向されている。図9に示す特定の実施形態では、燃料ノズル34は再びキャップ組立体50の軸方向中心線64に実質的に整列し、キャップ組立体50を通って延在して、キャップ組立体50を通って燃焼室38に流体連通をもたらす。燃料ノズル34は、燃焼室38に入る前に、燃料を作動流体22と混合するために、当業者なら周知の任意の適切な構造を含むことができるが、本発明は、特許請求の範囲で具体的に記載しない限り、任意の特定の構造または設計に限定されない。例えば、図9に示すように、燃料ノズル34は、図6に示す実施形態に関連して上記に説明するように、中央本体66、シュラウド68、環状通路70、静翼72および燃料ポート74を含むことができる。
図5および図9に示すように、チューブ36は、パイ形状チューブ束62内に燃料ノズル34の周りに円周方向に配置可能であり、キャップ組立体50の上流面82から下流面84を通って延在することができる。各チューブ36は、全体的に上流面82近傍の入口86、および下流面84近傍の出口88を含んで、キャップ組立体50を通って、チューブ36から下流の燃焼室38内に流体連通をもたらす。
図9に示すように、上流面82および下流面84は、キャップ組立体50内に燃料プレナム90を少なくとも部分的に画定することができる。燃料導管92が、ケーシング32、および/または端部カバー46から上流面82を通って延在して、燃料が燃料プレナム90内に流れ込むように流体連通をもたらすことができる。1つまたは複数のチューブ36が、燃料噴射装置94を含むことができ、燃料噴射装置94は、チューブ36を通って延在して、燃料プレナム90からチューブ36内に流体連通をもたらす。燃料噴射装置94は、半径方向に、軸方向に、および/または方位角的に曲がって、燃料噴射装置94を通ってチューブ36内に入って流れる燃料に渦流を発射し、および/または与えることができる。したがって、作動流体22はチューブ入口86内に流れ、燃料導管92からの燃料はチューブ36の周りを燃料プレナム90内に流れて、燃料噴射装置94を通ってチューブ36内に流れて作動流体22と混合する前に、チューブ36に対流冷却をもたらすことができる。次いで、燃料と作動流体の混合物は、チューブ36を通って燃焼室38内に流れることができる。
図6の実施形態に関連して上記に説明するように、図2に示す例示的燃焼器14のように、チューブ36が燃焼器14内に組み込まれている場合、結果として生じる燃焼室38内の燃焼工程が、放熱変動を生成し、その放熱変動が今度は燃焼器14の1つまたは複数の音響形波動と結合して、燃焼不安定性を生成する場合がある。放熱変動によって引き起こされる音響振動が燃料噴射装置94の上流に移動する場合、燃焼不安定性を生成することがある1つの特定の仕組みが発生し、その場合、音響振動が燃料噴射装置94を通る燃料流に干渉し、燃焼火炎に向かって下流に流れる燃料空気混合物の濃度の変動を生成する可能性がある。次いで、この燃料/空気比率変動は下流へ火炎領域にまで移動し、火炎領域では、放熱変動を引き起こす可能性がある。結果として生じる放熱変動が、概ね、圧力変動と同位相であると仮定すると、それによって、さらに放熱変動が促進されて、連続的フィードバックループを完成することになろう。逆に、結果として生じる放熱変動、および圧力変動が位相を異にすると仮定すると、相殺的干渉が、チューブ36、チューブ束62、および/またはキャップ組立体50に関連する燃焼不安定性周波数の大きさを減少させることになる。今度は、チューブ36、および/またはチューブ束62に関連する燃焼不安定性周波数は、強め合うように、または相殺的に互いに干渉して、特定の燃焼器14に関連する燃焼ダイナミクスの振幅を増加させ、または減少させることができる。
結果として生じる燃焼不安定性周波数は、音響圧力振動が燃料噴射装置94に到達し、次いで、結果として生じる燃料/空気比率変動が火炎領域に到達するのにかかる時間の関数となるであろう。この時間は、当技術分野で対流時間、または時定数(Tau)として周知である。したがって、燃料/空気比率変動、および音響圧力振動の相互作用によって生成される燃焼不安定性周波数は、燃料噴射装置94と、燃焼室38(すなわち、チューブ出口88)との間の軸方向の距離に反比例する。特定の実施形態では、これらの燃焼不安定性周波数は、1つまたは複数のチューブ36、および/またはチューブ束62の中で調節され、および/または調整されて、個別の燃焼器14に関連する燃焼ダイナミクスに影響を及ぼすことができる。図5および図9に示す特定の実施形態では、例えば、チューブ36は、各チューブ束62に対して燃料噴射装置94と燃焼室38との間の異なる軸方向の距離96を有することができる。その結果、各チューブ束62に対する燃焼不安定性周波数はわずかに異なることになり、チューブ束62間の強め合う干渉が特定の燃焼器14に関連する燃焼ダイナミクスの振幅を増加することを低減し、防止する。当業者なら、本明細書の教示から、燃料噴射装置94と燃焼室38との間の軸方向の距離96の変化の複数の組合せによって、各チューブ36および/またはチューブ束62に対する所望の燃焼不安定性周波数、および/または特定の燃焼器14に対する、所望の燃焼ダイナミクスを達成することができるということを容易に理解するであろう。例えば、特定の実施形態では、燃料噴射装置94と燃焼室38との間の軸方向の距離96は、特定の燃焼器14内でいくつかのまたはすべてのチューブ36、および/またはチューブ束62に対して同じ、または異なることがあり、本発明は、特許請求の範囲で具体的に記載しない限り、任意の特定の軸方向の距離96の組合せに限定されない。
ガスタービン10内に組み込まれている複数の燃焼器14に関連する燃焼ダイナミクスは、今度は、強め合うように、または相殺的に互いに干渉して、ガスタービン10に関連する燃焼ダイナミクスの振幅、および/またはコヒーレンスを増加または減少させることができる。特定の実施形態では、1つまたは複数の燃焼器14に関連する燃焼不安定性周波数、および/または燃焼ダイナミクスは、調節され、および/または調整されて、他の燃焼器14の燃焼ダイナミクス、および、したがって、ガスタービン10に関連する燃焼ダイナミクスとの相互作用に影響を及ぼすことができる。例えば、図10は、本発明の第3の実施形態による、燃焼ダイナミクスを低減するためのシステムを提供する。図10に示す特定の実施形態では、図5および図9に示す複数の燃焼器14が、軸100の周りに配置されている。軸100は、例えば、圧縮機区域12をタービン区域16に結合するガスタービン10内の回転子18に一致することができるが、本発明は、軸100の特定の配向、または軸100の周りの燃焼器14の特定の配置に限定されるのではない。
図10に示すように、各燃焼器14は、燃料ノズル34を円周方向に取り囲むパイ形状チューブ束62に配置されている複数のチューブ36を含み、燃焼室38は、図2、図5および図9に関連して上記に説明するように、チューブ36、チューブ束62、および燃料ノズル34から下流にある。加えて、システムはさらに、他方の燃焼器14内の燃焼不安定性周波数と異なる、一方の燃焼器14内の燃焼不安定性周波数を生成する手段を含む。その手段の構造は、2つの燃焼器14間で、燃料噴射装置94と燃焼室38との間の1つまたは複数の軸方向の距離96の相違を含むことができる。例えば、図10に示す特定の実施形態では、各チューブ束62に対する燃料噴射装置94と燃焼室38との間の軸方向の距離96は、2つの燃焼器14間で異なる。その結果、その手段は、2つの燃焼器14内で異なる燃焼不安定性周波数を生成する。当業者なら、本明細書の教示から、燃料噴射装置94と燃焼室38との間の軸方向の距離96の変化の複数の組合せによって、他方の燃焼器14内の燃焼不安定性周波数と異なる、一方の燃焼器14内の燃焼不安定性周波数を生成することができることを容易に理解するであろう。例えば、特定の実施形態では、燃料噴射装置94と燃焼室38との間の1つまたは複数の軸方向の距離96が、他方の燃焼器14に比較して特定の燃焼器14内の1つまたは複数のチューブ36、および/またはチューブ束62に対して同じ、または異なることが可能であるが、軸方向の距離96が両燃焼器14間で同じではない限り、本発明は、特許請求の範囲で具体的に記載しない限り、軸方向の距離96の任意の特定の組合せに限定されない。
図11は、本発明の第4の実施形態による燃焼ダイナミクスを低減するためのシステムを提供する。図11に示すように、各燃焼器14は、図2、図5、図9および図10に関連して上記に説明するように、燃料ノズル34を円周方向に取り囲むパイ形状のチューブ束62内に配置されている複数のチューブ36を再び含み、燃焼室38は、チューブ36、チューブ束62、および燃料ノズル34から下流にある。加えて、燃料噴射装置94の軸方向の位置は各燃焼器14内で同じ、または異なることができる。図11に示す特定の実施形態では、例えば、燃料噴射装置94の軸方向の位置は同じ燃焼器14内の各チューブ束62に対して異なるが、しかし、各チューブ束62に対する燃料噴射装置94の軸方向の位置は、両燃焼器14内で繰り返される。
図11に示す実施形態は、他方の燃焼器14内の燃焼不安定性周波数または共振周波数と異なる、一方の燃焼器14内の燃焼不安定性周波数または共振周波数を生成するための手段を再び含む。図8に説明し、図示する上記の実施形態のように、手段のための構造が、他方の燃焼器14内のキャップ組立体の軸方向の長さ80と比較して、一方の燃焼器14内のキャップ組立体50の軸方向の長さ80の相違を含むことができる。燃料噴射装置94の軸方向の位置が両燃焼器14内で繰り返されるので、2つの燃焼器14間の軸方向の長さ80の相違が、2つの燃焼器14間での、燃料噴射装置94と燃焼室38との間の軸方向の距離96の対応する相違を生成する。2つの燃焼器14間の軸方向の距離96の相違が、2つの燃焼器14間の燃焼不安定性周波数または共振周波数の対応する相違を生成する。当業者なら、本明細書の教示から、燃料噴射装置94と燃焼室38との間の軸方向の距離96の変化の複数の組合せによって、他方の燃焼器14内の燃焼不安定性周波数または共振周波数と異なる、一方の燃焼器14内の燃焼不安定周波数または共振周波数を生成することができることを容易に理解するであろう。例えば、特定の実施形態では、燃料噴射装置94と燃焼室38との間の1つまたは複数の軸方向の距離96が、他方の燃焼器14に比較して特定の燃焼器14内の1つまたは複数のチューブ36、および/またはチューブ束62に対して同じ、または異なることが可能であるが、本発明は、特許請求の範囲で具体的に記載しない限り、軸方向の距離96の任意の特定の組合せに限定されない。
図12は、本発明の様々な実施形態による、燃焼ダイナミクスの例示的なグラフを提供する。水平軸は、燃焼不安定性周波数または共振周波数の範囲を示し、垂直軸は、振幅の範囲を示す。図12に示すシステムは、ガスタービン10または他のターボ機械に組み込まれている3つ以上の燃焼器14を含むことができる。他方の燃焼器14内の燃焼不安定性周波数と異なる、一方の燃焼器14内の燃焼不安定周波数を生成する手段を使用して、各燃焼器14は、所望の燃焼不安定性周波数または燃焼ダイナミクスを達成するために調節、および/または調整され得る。図12に示すように、例えば、燃焼器14の第1のグループは、調節および/または調整されて、第1の燃焼不安定性周波数102を達成することができ、燃焼器14の第2のグループは、調節および/または調整されて、第2の燃焼不安定性周波数104を達成することができ、燃焼器14の第3のグループは、調節および/または調整されて、第3の燃焼不安定性周波数106を達成することができる。第1の燃焼不安定性周波数102、第2の燃焼不安定性周波数104、および第3の燃焼不安定性周波数106は、互いにわずかに異なり、したがって、互いとわずかに位相を異にする。その結果、燃焼器14に関連する、第1の燃焼不安定性周波数102、第2の燃焼不安定性周波数104、および第3の燃焼不安定性周波数106は、コヒーレントに、または強め合うように互いに干渉することができず、燃焼ダイナミクスの増加を減少させ、または防止し、および/または燃焼システムが、タービン区域16の下流で共振を発生させる能力を低減する。
当業者なら、本明細書の教示から、図1から図11に関連して説明し、図示する様々な構造が、燃焼ダイナミクスを低減し、および/または2つ以上の燃焼器14に対する燃焼ダイナミクスのコヒーレンスを低減する1つまたは複数の方法を提供することができることを容易に理解するであろう。例えば、その方法は、作動流体22および燃料を1つまたは複数の燃料ノズル34、チューブ36、および/またはチューブ束62を通って、複数の燃焼器14の燃焼室38内に流すステップを含む。特定の実施形態では、その方法は、燃料ポート74と燃焼室38との間、および/または静翼72と燃焼室38との間の1つまたは複数の軸方向の距離76を変えるステップを含むことができ、軸方向の距離76がすべての燃焼器14間で同じではない限り、他方の燃焼器14内の燃焼不安定性周波数と異なる、一方の燃焼器14内の燃焼不安定性周波数を生成することができる。別の実施形態では、その方法は、燃料噴射装置94と燃焼室38との間の1つまたは複数の軸方向の距離96を変えるステップを含むことができ、軸方向の距離96がすべての燃焼器14間で同じではない限り、他方の燃焼器14内の燃焼不安定性周波数と異なる、一方の燃焼器14内の燃焼不安定性周波数を生成することができる。さらに別の実施形態では、その方法は、キャップ組立体50の1つまたは複数の軸方向の長さ80を変えるステップを含むことができ、軸方向の長さ80がすべての燃焼器14間で同じではない限り、他方の燃焼器14内の燃焼不安定性周波数と異なる、一方の燃焼器14内の燃焼不安定性周波数を生成することができる。
図1から図12に関連して説明し、図示する様々な実施形態は、既存の燃焼器14にまさる1つまたは複数の以下の利点を提供することができる。具体的には、異なる軸方向の距離76、96、および/または軸方向の長さ80が、単一で、または様々な組合せで、燃焼ダイナミクスの燃焼不安定性周波数を分断することができる。その結果、本明細書に記載する様々な実施形態が、熱力学的効率を高め、火炎安定性を促進し、および/または広範囲の作動水準に亘って望ましくない排出物を低減することができる。
ここに記載する説明は、本発明を開示するために最良の型を含む例を使用し、すべての当業者が、任意の装置またはシステムを作製し、使用し、任意の組み込まれている方法を実施することを含めて本発明を実施することができるための例を使用する。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者に思い当たる他の例を含むことができる。そのような他の例は、それらが特許請求の範囲の文言と異ならない構造的要素を含むならば、またはそれらが特許請求の範囲の文言と実質的ではない相違を有する均等な構造的要素を含むならば、特許請求の範囲内にあると意図するものである。
10 ガスタービン
12 圧縮機区域
14 燃焼器
16 タービン区域
18 回転子
20 発電機
22 作動流体
24 静翼
26 動翼
28 圧縮機ケーシング
30 圧縮機排出プレナム
32 燃焼器ケーシング
34 燃料ノズル
36 チューブ
38 燃焼室
40 移行ダクト
42 固定ノズル
44 タービン動翼
46 端部カバー
48 頭部端
50 キャップ組立体
52 ライナ
54 流入孔
56 衝突スリーブ
58 円形チューブ束
60 中央チューブ束
62 パイ形状チューブ束
64 軸方向中心線
66 中央本体
68 シュラウド
70 環状通路
72 静翼
74 燃料ポート
76 軸方向の距離
78 軸
80 キャップ組立体の軸方向の長さ
82 上流面
84 下流面
86 チューブ入口
88 チューブ出口
90 燃料プレナム
92 燃料導管
94 燃料噴射装置
96 軸方向の距離
100 軸
102 第1の共振周波数
104 第2の共振周波数
106 第3の共振周波数

Claims (20)

  1. a.軸の周りに配置されている第1の燃焼器および第2の燃焼器であって、前記各燃焼器が、前記燃焼器の少なくとも部分を横切って半径方向に延在するキャップ組立体と、前記キャップ組立体から下流にある燃焼室とを備える第1の燃焼器および第2の燃焼器を備える、燃焼ダイナミクスを低減するためのシステムであって、
    b.前記各キャップ組立体が、前記キャップ組立体を通って軸方向に延在して、前記キャップ組立体を通って前記燃焼室に流体連通をもたらす複数のチューブを備え、各チューブが、前記各チューブを通って延在して、前記各チューブ内に流体連通をもたらす燃料噴射装置とを備え、
    c.前記各キャップ組立体が、対応するキャップ組立体のそれぞれの上流面および下流面の間を画定する軸方向の長さを有し、前記第1の燃焼器内の前記キャップ組立体の前記軸方向の長さが、前記第2の燃焼器内の前記キャップ組立体の前記軸方向の長さと異なる、
    システム。
  2. 前記各キャップ組立体内の前記複数のチューブが、前記各キャップ組立体を横切って半径方向に配置されている複数のチューブ束の中に配置され、前記各チューブを通る前記燃料噴射装置が前記燃焼室から軸方向の距離に位置決めされ、前記軸方向の距離が、前記第1の燃焼器内の少なくとも2つの前記チューブ束に対して異なる、請求項1に記載のシステム。
  3. 前記各キャップ組立体が、前記キャップ組立体を通って軸方向に延在して前記キャップ組立体を通って前記燃焼室に流体連通をもたらす燃料ノズルをさらに備え、前記各燃料ノズルが、軸方向に延在する中央本体と、前記軸方向に延在する中央本体の少なくとも部分を円周方向に取り囲むシュラウドと、前記中央本体と前記シュラウドとの間に半径方向に延在する複数の静翼と、前記複数の静翼の少なくとも1つを通る、前記燃焼室から第1の軸方向の距離にある第1の燃料ポートと、前記中央本体を通る、前記燃焼室から第2の軸方向の距離にある第2の燃料ポートとを備え、前記複数の静翼が、前記燃焼室から第3の軸方向の距離にある、請求項1に記載のシステム。
  4. 前記第1の燃焼器の前記第1の軸方向の距離が、前記第2の燃焼器内の前記第1の軸方向の距離と異なる、
    前記第1の燃焼器内の前記第2の軸方向の距離が、前記第2の燃焼器内の前記第2の軸方向の距離と異なる、または、
    前記第1の燃焼器内の前記第3の軸方向の距離が、前記第2の燃焼器内の前記第3の軸方向の距離と異なる、
    請求項3に記載のシステム。
  5. 前記第1の燃焼器内の少なくとも2つの前記第1の軸方向の距離が、前記第2の燃焼器内の前記第1の軸方向の距離と異なること、
    前記第1の燃焼器内の前記第2の軸方向の距離が、前記第2の燃焼器内の前記第2の軸方向の距離と異なること、および、
    前記第1の燃焼器内の前記第3の軸方向の距離が、前記第2の燃焼器内の前記第3の軸方向の距離と異なること、
    のうちの少なくとも2つを満たす、請求項3に記載のシステム。
  6. 前記第1の燃焼器内の前記第1の軸方向の距離が、前記第2の燃焼器内の前記第1の軸方向の距離と異なり、前記第1の燃焼器内の前記第2の軸方向の距離が、前記第2の燃焼器内の前記第2の軸方向の距離と異なり、前記第1の燃焼器内の前記第3の軸方向の距離が、前記第2の燃焼器内の前記第3の軸方向の距離と異なる、
    請求項3に記載のシステム。
  7. 前記各燃焼器が複数の燃料ノズルを備え、前記第1の軸方向の距離、前記第2の軸方向の距離、または前記第3の軸方向の距離の少なくとも1つが、前記第1の燃焼器内の少なくとも2つの燃料ノズルに対して異なる、請求項3に記載のシステム。
  8. 前記各燃焼器が複数の燃料ノズルを備え、前記第1の軸方向の距離、前記第2の軸方向の距離、または前記第3の軸方向の距離の少なくとも2つが、前記第1の燃焼器内の少なくとも2つの燃料ノズルに対して異なる、請求項3に記載のシステム。
  9. 前記各燃焼器が複数の燃料ノズルを備え、前記第1の軸方向の距離、前記第2の軸方向の距離、および前記第3の軸方向の距離が、前記第1の燃焼器内の少なくとも2つの燃料ノズルに対して異なる、請求項3に記載のシステム。
  10. a.軸の周りに配置されている第1の燃焼器および第2の燃焼器であって、前記各燃焼器が、前記燃焼器の少なくとも部分を横切って半径方向に延在するキャップ組立体と、前記キャップ組立体から下流にある燃焼室とを備える第1の燃焼器および第2の燃焼器を備える、燃焼ダイナミクスを低減するためのシステムであって、
    b.前記各キャップ組立体が、前記キャップ組立体を通って軸方向に延在して、前記キャップ組立体を通って前記燃焼室に流体連通をもたらす燃料ノズルを備え、前記各燃料ノズルが、軸方向に延在する中央本体と、前記軸方向に延在する中央本体の少なくとも部分を円周方向に取り囲むシュラウドと、前記中央本体と前記シュラウドとの間に半径方向に延在する複数の静翼と、前記複数の静翼の少なくとも1つを通る、前記燃焼室から第1の軸方向の距離にある第1の燃料ポートと、前記中央本体を通る、前記燃焼室から第2の軸方向の距離にある第2の燃料ポートとを備え、前記複数の静翼が、前記燃焼室から第3の軸方向の距離にあり、
    c.前記各キャップ組立体が、対応するキャップ組立体のそれぞれの上流面および下流面の間を画定する軸方向の長さを含み、前記第1の燃焼器内の前記キャップ組立体の前記軸方向の長さが、前記第2の燃焼器内の前記キャップ組立体の前記軸方向の長さと異なる、システム。
  11. 前記第1の燃焼器内の前記第1の軸方向の距離が、前記第2の燃焼器内の前記第1の軸方向の距離と異なり、
    前記第1の燃焼器内の前記第2の軸方向の距離が、前記第2の燃焼器内の前記第2の軸方向の距離と異なり、または
    前記第1の燃焼器内の前記第3の軸方向の距離が、前記第2の燃焼器内の前記第3の軸方向の距離と異なる、
    請求項10に記載のシステム。
  12. 前記第1の燃焼器内の少なくとも2つの前記第1の軸方向の距離が、前記第2の燃焼器内の前記第1の軸方向の距離と異なり、前記第1の燃焼器内の前記第2の軸方向の距離が、前記第2の燃焼器内の前記第2の軸方向の距離と異なり、または前記第1の燃焼器内の前記第3の軸方向の距離が、前記第2の燃焼器内の前記第3の軸方向の距離と異なる、請求項10に記載のシステム。
  13. 前記第1の燃焼器内の前記第1の軸方向の距離が、前記第2の燃焼器内の前記第1の軸方向の距離と異なり、前記第1の燃焼器内の前記第2の軸方向の距離が、前記第2の燃焼器内の前記第2の軸方向の距離と異なり、前記第1の燃焼器内の前記第3の軸方向の距離が、前記第2の燃焼器内の前記第3の軸方向の距離と異なる、請求項10に記載のシステム。
  14. 前記各燃焼器が複数の燃料ノズルを備え、前記第1の軸方向の距離、前記第2の軸方向の距離、または前記第3の軸方向の距離の少なくとも1つが、前記第1の燃焼器内の少なくとも2つの燃料ノズルに対して異なる、請求項10に記載のシステム。
  15. 前記各燃焼器が複数の燃料ノズルを備え、前記第1の軸方向の距離、前記第2の軸方向の距離、または前記第3の軸方向の距離の少なくとも2つが、前記第1の燃焼器内の少なくとも2つの燃料ノズルに対して異なる、請求項10に記載のシステム。
  16. 前記各燃焼器が複数の燃料ノズルを備え、前記第1の軸方向の距離、前記第2の軸方向の距離、および前記第3の軸方向の距離が、前記第1の燃焼器内の少なくとも2つの燃料ノズルに対して異なる、請求項10に記載のシステム。
  17. a.軸の周りに配置されている第1の燃焼器および第2の燃焼器であって、前記各燃焼器が、前記燃焼器の少なくとも部分を横切って半径方向に延在するキャップ組立体と、前記キャップ組立体から下流にある燃焼室とを備える第1の燃焼器および第2の燃焼器を備える、燃焼ダイナミクスを低減するためのシステムにおいて、
    b.前記各キャップ組立体が、前記キャップ組立体を通って軸方向に延在して、前記キャップ組立体を通って前記燃焼室に流体連通をもたらす燃料ノズルを備え、前記各燃料ノズルが、軸方向に延在する中央本体と、前記軸方向に延在する中央本体の少なくとも部分を円周方向に取り囲むシュラウドと、前記中央本体と前記シュラウドとの間に半径方向に延在する複数の静翼と、前記複数の静翼の少なくとも1つを通る、前記燃焼室から第1の軸方向の距離にある第1の燃料ポートと、前記中央本体を通る、前記燃焼室から第2の軸方向の距離にある第2の燃料ポートとを備え、前記複数の静翼が、前記燃焼室から第3の軸方向の距離にあり、
    c.前記各キャップ組立体が、対応するキャップ組立体のそれぞれの上流面および下流面の間を画定する軸方向の長さを有し、前記第1の燃焼器内の前記キャップ組立体の前記軸方向の長さが、前記第2の燃焼器内の前記キャップ組立体の前記軸方向の長さと異なる、
    燃焼ダイナミクスを低減するためのシステム。
  18. 前記各キャップ組立体が、前記キャップ組立体を通って軸方向に延在して、前記キャップ組立体を通って前記燃焼室に流体連通をもたらす複数のチューブと、前記各チューブを通って延在して、前記燃焼室から軸方向の距離にある前記各チューブ内に流体連通をもたらす燃料噴射装置とを備え、前記第1の燃焼器内の前記軸方向の距離が、前記第2の燃焼器内の前記軸方向の距離と異なる、請求項17に記載のシステム。
  19. 前記各キャップ組立体内の前記複数のチューブが、前記各キャップ組立体を横切って半径方向に配置されている複数のチューブ束の中に配置され、前記軸方向の距離が、前記第1の燃焼器内の少なくとも2つの前記チューブ束に対して異なる、請求項18に記載のシステム。
  20. 前記第1の燃焼器内の前記第1の軸方向の距離が、前記第2の燃焼器内の前記第1の軸方向の距離と異なり、かつ、
    前記第1の燃焼器内の前記第2の軸方向の距離が、前記第2の燃焼器内の前記第2の軸方向の距離と異なり、かつ、
    前記第1の燃焼器内の前記第3の軸方向の距離が、前記第2の燃焼器内の前記第3の軸方向の距離と異なる、
    請求項17に記載のシステム。
JP2013168413A 2012-08-21 2013-08-14 燃焼ダイナミクスを低減するためのシステムおよび方法 Active JP6169920B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/590,309 US9032704B2 (en) 2012-08-21 2012-08-21 System for reducing combustion dynamics
US13/590,309 2012-08-21

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2014040999A JP2014040999A (ja) 2014-03-06
JP2014040999A5 JP2014040999A5 (ja) 2016-09-29
JP6169920B2 true JP6169920B2 (ja) 2017-07-26

Family

ID=50069702

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013168413A Active JP6169920B2 (ja) 2012-08-21 2013-08-14 燃焼ダイナミクスを低減するためのシステムおよび方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9032704B2 (ja)
JP (1) JP6169920B2 (ja)
CN (1) CN103629670A (ja)
CH (1) CH706861B1 (ja)
DE (1) DE102013108725A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11680710B2 (en) 2021-01-06 2023-06-20 Doosan Enerbility Co., Ltd. Fuel nozzle, fuel nozzle module having the same, and combustor

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9151502B2 (en) * 2012-08-21 2015-10-06 General Electric Company System and method for reducing modal coupling of combustion dynamics
US8966909B2 (en) * 2012-08-21 2015-03-03 General Electric Company System for reducing combustion dynamics
US10088165B2 (en) 2015-04-07 2018-10-02 General Electric Company System and method for tuning resonators
US9528444B2 (en) 2013-03-12 2016-12-27 General Electric Company System having multi-tube fuel nozzle with floating arrangement of mixing tubes
US9651259B2 (en) 2013-03-12 2017-05-16 General Electric Company Multi-injector micromixing system
US9366439B2 (en) 2013-03-12 2016-06-14 General Electric Company Combustor end cover with fuel plenums
US9347668B2 (en) 2013-03-12 2016-05-24 General Electric Company End cover configuration and assembly
US9671112B2 (en) 2013-03-12 2017-06-06 General Electric Company Air diffuser for a head end of a combustor
US9759425B2 (en) 2013-03-12 2017-09-12 General Electric Company System and method having multi-tube fuel nozzle with multiple fuel injectors
US9650959B2 (en) * 2013-03-12 2017-05-16 General Electric Company Fuel-air mixing system with mixing chambers of various lengths for gas turbine system
US9534787B2 (en) 2013-03-12 2017-01-03 General Electric Company Micromixing cap assembly
US9765973B2 (en) 2013-03-12 2017-09-19 General Electric Company System and method for tube level air flow conditioning
JP5984770B2 (ja) * 2013-09-27 2016-09-06 三菱日立パワーシステムズ株式会社 ガスタービン燃焼器およびこれを備えたガスタービン機関
US9964045B2 (en) 2014-02-03 2018-05-08 General Electric Company Methods and systems for detecting lean blowout in gas turbine systems
US9709279B2 (en) * 2014-02-27 2017-07-18 General Electric Company System and method for control of combustion dynamics in combustion system
US9709278B2 (en) 2014-03-12 2017-07-18 General Electric Company System and method for control of combustion dynamics in combustion system
US9644846B2 (en) 2014-04-08 2017-05-09 General Electric Company Systems and methods for control of combustion dynamics and modal coupling in gas turbine engine
US9845956B2 (en) * 2014-04-09 2017-12-19 General Electric Company System and method for control of combustion dynamics in combustion system
US9845732B2 (en) 2014-05-28 2017-12-19 General Electric Company Systems and methods for variation of injectors for coherence reduction in combustion system
US9551283B2 (en) 2014-06-26 2017-01-24 General Electric Company Systems and methods for a fuel pressure oscillation device for reduction of coherence
US10094568B2 (en) * 2014-08-28 2018-10-09 General Electric Company Combustor dynamics mitigation
EP3204694B1 (en) 2014-10-06 2019-02-27 Siemens Aktiengesellschaft Combustor and method for damping vibrational modes under high-frequency combustion dynamics
US10113747B2 (en) * 2015-04-15 2018-10-30 General Electric Company Systems and methods for control of combustion dynamics in combustion system
US10344982B2 (en) 2016-12-30 2019-07-09 General Electric Company Compact multi-residence time bundled tube fuel nozzle having transition portions of different lengths
DE102021110616A1 (de) * 2021-04-26 2022-10-27 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Kraftstoffdüse mit unterschiedlichen ersten und zweiten Ausströmöffnungen für die Bereitstellung eines Wasserstoff-Luft-Gemisches

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5943866A (en) * 1994-10-03 1999-08-31 General Electric Company Dynamically uncoupled low NOx combustor having multiple premixers with axial staging
JP2003090535A (ja) * 2001-09-17 2003-03-28 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd ガスタービンの燃焼器
US7578130B1 (en) * 2008-05-20 2009-08-25 General Electric Company Methods and systems for combustion dynamics reduction
US8408004B2 (en) 2009-06-16 2013-04-02 General Electric Company Resonator assembly for mitigating dynamics in gas turbines
US20120180487A1 (en) * 2011-01-19 2012-07-19 General Electric Company System for flow control in multi-tube fuel nozzle
US8875516B2 (en) * 2011-02-04 2014-11-04 General Electric Company Turbine combustor configured for high-frequency dynamics mitigation and related method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11680710B2 (en) 2021-01-06 2023-06-20 Doosan Enerbility Co., Ltd. Fuel nozzle, fuel nozzle module having the same, and combustor

Also Published As

Publication number Publication date
CH706861A8 (de) 2014-07-31
DE102013108725A1 (de) 2014-02-27
JP2014040999A (ja) 2014-03-06
US20140053528A1 (en) 2014-02-27
CH706861B1 (en) 2017-03-31
CN103629670A (zh) 2014-03-12
CH706861A2 (de) 2014-02-28
US9032704B2 (en) 2015-05-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6169920B2 (ja) 燃焼ダイナミクスを低減するためのシステムおよび方法
JP6240433B2 (ja) 燃焼ダイナミックスを低減するためのシステム及び方法
US9151502B2 (en) System and method for reducing modal coupling of combustion dynamics
US9217373B2 (en) Fuel nozzle for reducing modal coupling of combustion dynamics
US9353950B2 (en) System for reducing combustion dynamics and NOx in a combustor
US8904798B2 (en) Combustor
JP6025254B2 (ja) 作動流体を燃焼器に供給するためのシステムおよび方法
EP2657611B1 (en) System for supplying fuel to a combustor
JP6134559B2 (ja) 燃焼器および燃焼器に燃料を供給する方法
US8984887B2 (en) Combustor and method for supplying fuel to a combustor
US10094568B2 (en) Combustor dynamics mitigation
US20150219336A1 (en) Systems and methods for reducing modal coupling of combustion dynamics
US8550809B2 (en) Combustor and method for conditioning flow through a combustor
EP3037728B1 (en) Axially staged mixer with dilution air injection
US9249734B2 (en) Combustor
JP2013181745A (ja) 燃焼器内の燃焼ダイナミックスを小さくするためのシステムおよび方法
JP6050675B2 (ja) 燃焼器内の燃焼ダイナミックスを小さくするためのシステムおよび方法
JP2014122784A (ja) 燃焼器に燃料を供給するためのシステム
US20130283802A1 (en) Combustor
JP7071028B2 (ja) 燃焼器ライナの冷却
US9644845B2 (en) System and method for reducing modal coupling of combustion dynamics
JP2022013796A (ja) 燃焼器の空気流路

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160808

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160808

TRDD Decision of grant or rejection written
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20170531

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170606

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170629

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6169920

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350