JP6631999B2 - 燃焼器ドームダンパシステム - Google Patents
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Description
該当なし
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。
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。
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。
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。
fres=c/2/π*sprt(Aneck/Lneck,eff/Vdamper)
である。この場合、fresはダンパの共振周波数、cは音速、Aneckはダンパ体積を燃焼器に接続する開口116の横断面積、Lneck,effは開口116の有効長さL、Vdamper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。
Claims (20)
- 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、
ほぼ半円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つの端部に取り外し可能に取り付けられているカバープレートと、
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。 - 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。
- 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。
- 前記ダンパボディはほぼ円筒状である、請求項1から3までのいずれか1項記載のドームアッセンブリ。
- 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から4までのいずれか1項記載のドームアッセンブリ。
- 前記パージ孔は、前記ダンパボディ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。
- 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から6までのいずれか1項記載のドームアッセンブリ。
- 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。
- 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から8までのいずれか1項記載のドームアッセンブリ。
- 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から9までのいずれか1項記載のドームアッセンブリ。
- 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から10までのいずれか1項記載のドームアッセンブリ。
- 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円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つの端部に取り外し可能に取り付けられているカバープレートと、
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。 - 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記載のガスタービン燃焼システム。
- 前記ダンパボディはほぼ円筒状である、請求項12または13記載のガスタービン燃焼システム。
- 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から14までのいずれか1項記載のガスタービン燃焼システム。
- 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から15までのいずれか1項記載のガスタービン燃焼システム。
- 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から16までのいずれか1項記載のガスタービン燃焼システム。
- 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取り外し可能に取り付け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。 - 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。
- 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または19記載の方法。
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