JPH08284690A - ガスタービンエンジン燃焼器における動的圧力パルスを能動制御する装置および方法 - Google Patents
ガスタービンエンジン燃焼器における動的圧力パルスを能動制御する装置および方法Info
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- JPH08284690A JPH08284690A JP7305295A JP30529595A JPH08284690A JP H08284690 A JPH08284690 A JP H08284690A JP 7305295 A JP7305295 A JP 7305295A JP 30529595 A JP30529595 A JP 30529595A JP H08284690 A JPH08284690 A JP H08284690A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
- F23R3/26—Controlling the air flow
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2260/00—Function
- F05B2260/96—Preventing, counteracting or reducing vibration or noise
- F05B2260/962—Preventing, counteracting or reducing vibration or noise by means creating "anti-noise"
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- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
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- F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
- F23R2900/00013—Reducing thermo-acoustic vibrations by active means
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- F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
- F23R2900/00014—Reducing thermo-acoustic vibrations by passive means, e.g. by Helmholtz resonators
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ガスタービンエンジン燃焼器における圧力パ
ルスを能動制御して、顕著な圧力パルスを相殺する。 【解決手段】 燃焼器（２５）内の圧力パルス（８０）
を感知する手段（６３）と、感知した圧力パルスの内の
顕著な圧力パルスの振幅および周波数を求める第１処理
手段（９５）と、顕著な圧力パルスを相殺するための相
殺パルスの振幅、周波数および位相角シフトを計算する
第２処理手段（９５）と、第２処理手段により制御され
て、計量された体積の空気を燃焼器から周期的に抽出し
て相殺パルスを生成する空気抽出手段とを設ける。空気
抽出手段は、燃焼器と流れ連通している抽気マニホール
ド（８７）と、前記抽気マニホールドと流れ連通して、
相殺パルスの振幅を制御する第１弁（８９）と、前記第
１弁と間欠的に流れ連通して、相殺パルスの周波数およ
び位相角シフトを制御する第２弁（９１）と含む。
ルスを能動制御して、顕著な圧力パルスを相殺する。 【解決手段】 燃焼器（２５）内の圧力パルス（８０）
を感知する手段（６３）と、感知した圧力パルスの内の
顕著な圧力パルスの振幅および周波数を求める第１処理
手段（９５）と、顕著な圧力パルスを相殺するための相
殺パルスの振幅、周波数および位相角シフトを計算する
第２処理手段（９５）と、第２処理手段により制御され
て、計量された体積の空気を燃焼器から周期的に抽出し
て相殺パルスを生成する空気抽出手段とを設ける。空気
抽出手段は、燃焼器と流れ連通している抽気マニホール
ド（８７）と、前記抽気マニホールドと流れ連通して、
相殺パルスの振幅を制御する第１弁（８９）と、前記第
１弁と間欠的に流れ連通して、相殺パルスの周波数およ
び位相角シフトを制御する第２弁（９１）と含む。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ガスタービンエンジン
の燃焼器に関し、特にガスタービンエンジンの燃焼器に
おける動的圧力パルスを能動制御するため、燃焼器から
空気を周期的に抽出することにより相殺パルスを生成し
て顕著な圧力パルスを相殺する方法および装置に関す
る。
の燃焼器に関し、特にガスタービンエンジンの燃焼器に
おける動的圧力パルスを能動制御するため、燃焼器から
空気を周期的に抽出することにより相殺パルスを生成し
て顕著な圧力パルスを相殺する方法および装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンエンジンの燃焼器におい
て、正常機能の結果として圧力パルスが発生することが
当業界で周知であり、かかる圧力パルスは燃料と空気の
化学量論比、全質量流れなどの因子に依存する。圧力パ
ルスは、燃焼器ハードウェアへの機械的疲労や熱的疲労
などの悪影響をエンジンに与える。圧力パルスの問題
は、低排ガス量燃焼器においては一層重要な関心事であ
る。このような設計では燃料空気混合器にはるかに高レ
ベルの空気を導入するからである。
て、正常機能の結果として圧力パルスが発生することが
当業界で周知であり、かかる圧力パルスは燃料と空気の
化学量論比、全質量流れなどの因子に依存する。圧力パ
ルスは、燃焼器ハードウェアへの機械的疲労や熱的疲労
などの悪影響をエンジンに与える。圧力パルスの問題
は、低排ガス量燃焼器においては一層重要な関心事であ
る。このような設計では燃料空気混合器にはるかに高レ
ベルの空気を導入するからである。
【０００３】ガスタービンエンジン燃焼器におけるこの
ような動的圧力パルスにより生成される音響圧力をなく
すか、防止するか、或いは軽減するために、種々の提案
がなされている。このような方法の一つに、火炎温度を
上げる方法があり、この方法はある程度の成功を収めて
いる。しかし、現代の燃焼器における排ガス量の低減と
いう目標には比較的低い温度帯域が好ましいので、火炎
温度を上げることは明らかにこの目標に相反する。さら
に、燃焼器における火炎温度を上げることは、燃焼器の
ライナに望ましくない作用を及ぼすことも確かめた。
ような動的圧力パルスにより生成される音響圧力をなく
すか、防止するか、或いは軽減するために、種々の提案
がなされている。このような方法の一つに、火炎温度を
上げる方法があり、この方法はある程度の成功を収めて
いる。しかし、現代の燃焼器における排ガス量の低減と
いう目標には比較的低い温度帯域が好ましいので、火炎
温度を上げることは明らかにこの目標に相反する。さら
に、燃焼器における火炎温度を上げることは、燃焼器の
ライナに望ましくない作用を及ぼすことも確かめた。
【０００４】別の方式として、非対称な圧縮機吐出し圧
力抽気を用いることが提案されている。この方式では、
燃焼器における圧力パルスが、燃焼室に隣接して位置す
る円周方向パルスの形態をとると考えられている。しか
し、燃焼器内の圧力パルスは円周方向に移動するだけで
なく、軸線方向にも移動することを確かめた。具体的に
言うと、燃焼室内で発生したパルスは燃焼室内を移動
し、次いで反射されて燃料空気混合器を通って燃焼器の
低温区域に達する。したがって、非対称な圧縮機吐出し
圧力抽気は、燃焼器における圧力パルスを効果的に打ち
消すには有効でないことを確かめた。
力抽気を用いることが提案されている。この方式では、
燃焼器における圧力パルスが、燃焼室に隣接して位置す
る円周方向パルスの形態をとると考えられている。しか
し、燃焼器内の圧力パルスは円周方向に移動するだけで
なく、軸線方向にも移動することを確かめた。具体的に
言うと、燃焼室内で発生したパルスは燃焼室内を移動
し、次いで反射されて燃料空気混合器を通って燃焼器の
低温区域に達する。したがって、非対称な圧縮機吐出し
圧力抽気は、燃焼器における圧力パルスを効果的に打ち
消すには有効でないことを確かめた。
【０００５】ガスタービンエンジン燃焼器内の圧力パル
スを抑制するためのさらに他の方法では、複数の離調用
管を燃焼器の上流側に配置している。これらの離調用管
は燃焼器の中に所定の量だけ延在し、一定の振幅および
周波数の圧力パルスを抑制するのに有効である。しかし
ながら、燃焼器内の圧力パルスは動的で、振幅も周波数
も変動する。したがって、上述した離調用管はある程度
の成功を収めることしかできなかった。
スを抑制するためのさらに他の方法では、複数の離調用
管を燃焼器の上流側に配置している。これらの離調用管
は燃焼器の中に所定の量だけ延在し、一定の振幅および
周波数の圧力パルスを抑制するのに有効である。しかし
ながら、燃焼器内の圧力パルスは動的で、振幅も周波数
も変動する。したがって、上述した離調用管はある程度
の成功を収めることしかできなかった。
【０００６】したがって、ガスタービンエンジン燃焼器
における動的圧力パルスを効果的に相殺する能動装置で
あって、振幅および周波数の変動する圧力パルスに対処
できるだけでなく、燃焼器の排出ガスに悪影響を与えな
い能動装置を開発することが望まれている。
における動的圧力パルスを効果的に相殺する能動装置で
あって、振幅および周波数の変動する圧力パルスに対処
できるだけでなく、燃焼器の排出ガスに悪影響を与えな
い能動装置を開発することが望まれている。
【０００７】
【発明の概要】本発明では、ガスタービンエンジン燃焼
器における圧力パルスを能動制御するための能動制御装
置を提供する。この装置は、燃焼器内の圧力パルスを感
知する手段と、感知した圧力パルスの内の顕著な圧力パ
ルスの振幅および周波数を求める第１処理手段と、顕著
な圧力パルスを相殺するための相殺パルスの振幅、周波
数および位相角シフトを計算する第２処理手段と、計量
された体積の空気を燃焼器から周期的に抽出して相殺パ
ルスを生成する空気抽出手段とを備える。空気抽出手段
は第２処理手段により制御される。空気抽出手段は、燃
焼器と流れ連通している抽気マニホールドと、抽気マニ
ホールドと流れ連通していて、相殺パルスの振幅を制御
する第１弁と、第１弁と間欠的に流れ連通して、相殺パ
ルスの周波数および位相角シフトを制御する第２弁とを
含む。
器における圧力パルスを能動制御するための能動制御装
置を提供する。この装置は、燃焼器内の圧力パルスを感
知する手段と、感知した圧力パルスの内の顕著な圧力パ
ルスの振幅および周波数を求める第１処理手段と、顕著
な圧力パルスを相殺するための相殺パルスの振幅、周波
数および位相角シフトを計算する第２処理手段と、計量
された体積の空気を燃焼器から周期的に抽出して相殺パ
ルスを生成する空気抽出手段とを備える。空気抽出手段
は第２処理手段により制御される。空気抽出手段は、燃
焼器と流れ連通している抽気マニホールドと、抽気マニ
ホールドと流れ連通していて、相殺パルスの振幅を制御
する第１弁と、第１弁と間欠的に流れ連通して、相殺パ
ルスの周波数および位相角シフトを制御する第２弁とを
含む。
【０００８】また本発明では、ガスタービンエンジン燃
焼器における動的圧力パルスを能動制御する方法を提供
する。この方法は、燃焼器内の圧力パルスを感知する工
程と、感知した圧力パルスの内の顕著な圧力パルスの振
幅および周波数を求める工程と、顕著な圧力パルスを相
殺するための相殺パルスの振幅、周波数および位相角シ
フトを計算する工程と、計量された体積の空気を燃焼器
から周期的に抽出して相殺パルスを生成する工程とを備
える。この方法はさらに、第１弁の位置を可変として相
殺パルスの振幅を制御する工程と、第２弁を第１弁と流
れ連通状態に入れたり出したりする間隔を制御して、相
殺パルスの周波数および位相シフト角を制御する工程を
含む。
焼器における動的圧力パルスを能動制御する方法を提供
する。この方法は、燃焼器内の圧力パルスを感知する工
程と、感知した圧力パルスの内の顕著な圧力パルスの振
幅および周波数を求める工程と、顕著な圧力パルスを相
殺するための相殺パルスの振幅、周波数および位相角シ
フトを計算する工程と、計量された体積の空気を燃焼器
から周期的に抽出して相殺パルスを生成する工程とを備
える。この方法はさらに、第１弁の位置を可変として相
殺パルスの振幅を制御する工程と、第２弁を第１弁と流
れ連通状態に入れたり出したりする間隔を制御して、相
殺パルスの周波数および位相シフト角を制御する工程を
含む。
【０００９】
【具体的な構成】本発明の具体的な構成を、図面を参照
しながら説明する。図面中の同一符号は同じ部材を示
す。図１に、ガスタービンエンジンに用いるのに適した
形式の燃焼器２５が示されており、この燃焼器２５は、
米国特許第５，３２３，６０４号に詳細に記載されてい
るような、排ガスの排出量を低減する設計の３重環状燃
焼器である。燃焼器２５は、内部に燃焼室２９を画定す
る中空本体２７を含む。中空本体２７はだいたい環状
で、外側ライナ３１、内側ライナ３３およびドームまた
はドーム端３５からなる。しかし、本発明はこのような
環状の構成に限定されず、周知の円筒缶または管状型燃
焼器に適用しても同等の効果が得られる。さらに、本発
明を３重環状燃焼器に利用するものとして説明するが、
単一または２重環状型の設計にも利用することができ
る。
しながら説明する。図面中の同一符号は同じ部材を示
す。図１に、ガスタービンエンジンに用いるのに適した
形式の燃焼器２５が示されており、この燃焼器２５は、
米国特許第５，３２３，６０４号に詳細に記載されてい
るような、排ガスの排出量を低減する設計の３重環状燃
焼器である。燃焼器２５は、内部に燃焼室２９を画定す
る中空本体２７を含む。中空本体２７はだいたい環状
で、外側ライナ３１、内側ライナ３３およびドームまた
はドーム端３５からなる。しかし、本発明はこのような
環状の構成に限定されず、周知の円筒缶または管状型燃
焼器に適用しても同等の効果が得られる。さらに、本発
明を３重環状燃焼器に利用するものとして説明するが、
単一または２重環状型の設計にも利用することができ
る。
【００１０】具体的に説明すると、米国特許第５，３２
３，６０４号に記載されているように、３重環状燃焼器
２５は外側ドーム３７、中間ドーム３９および内側ドー
ム４１を含む。中間ドーム３９、外側ドーム３７および
内側ドーム４１の開口４３に燃料空気混合器４８、５０
および５２がそれぞれ設けられている。熱シールド６
６、６７、６８も設けられ、個別の一次燃焼ゾーン６
１、６３、６５を区分している。熱シールド６６は環状
中心体６９を含み、外側ライナ３１を一次燃焼ゾーン６
１中の火炎から適切に絶縁する。熱シールド６７は環状
中心体７０および７１を有し、それぞれが一次燃焼ゾー
ン６３を一次燃焼ゾーン６１および６５から区分する。
熱シールド６８は環状中心体７２を含み、内側ライナ３
３を一次燃焼ゾーン６５中の火炎から適切に絶縁する。
３，６０４号に記載されているように、３重環状燃焼器
２５は外側ドーム３７、中間ドーム３９および内側ドー
ム４１を含む。中間ドーム３９、外側ドーム３７および
内側ドーム４１の開口４３に燃料空気混合器４８、５０
および５２がそれぞれ設けられている。熱シールド６
６、６７、６８も設けられ、個別の一次燃焼ゾーン６
１、６３、６５を区分している。熱シールド６６は環状
中心体６９を含み、外側ライナ３１を一次燃焼ゾーン６
１中の火炎から適切に絶縁する。熱シールド６７は環状
中心体７０および７１を有し、それぞれが一次燃焼ゾー
ン６３を一次燃焼ゾーン６１および６５から区分する。
熱シールド６８は環状中心体７２を含み、内側ライナ３
３を一次燃焼ゾーン６５中の火炎から適切に絶縁する。
【００１１】燃焼器２５の動作に伴う動的圧力パルスに
より、ガスタービンエンジンに過剰な機械的応力が加わ
ることが理解されよう。たとえば、符号８０で示す圧力
パルスが燃焼室２９で発生し、次いで混合器４８、５
０、５２を通るように反射される。これは、熱シールド
６６、６７、６８に亀裂を生じさせるという悪影響を生
じる。
より、ガスタービンエンジンに過剰な機械的応力が加わ
ることが理解されよう。たとえば、符号８０で示す圧力
パルスが燃焼室２９で発生し、次いで混合器４８、５
０、５２を通るように反射される。これは、熱シールド
６６、６７、６８に亀裂を生じさせるという悪影響を生
じる。
【００１２】燃焼器２５内の圧力パルス８０を相殺また
は補償するために、本発明者は全体的に符号８５で示す
能動制御装置を開発した（図３参照）。この能動制御装
置装置８５は原理的には、燃焼器２５から計量された量
の空気を抽出し、それを大気へ排出する。装置８５は電
気機械的装置であり、その機械的観点からは、燃焼器２
５と流れ連通している燃焼器抽気マニホールド８７と、
燃焼器抽気マニホールド８７と流れ連通している燃焼器
抽気弁８９と、燃焼器抽気弁８９と間欠的に流れ連通す
る燃焼器回転弁９１とを含む。電気的観点からは、装置
８５は、圧力センサまたはトランスジューサ９３と、制
御ユニット９５とを含む。圧力センサ９３は燃焼器２５
内の圧力パルス８０を感知する。制御ユニット９５は、
燃焼器２５内の複数の圧力パルス８０の中から顕著な圧
力パルスを決定し、その顕著な圧力パルスを相殺するた
めの相殺パルスを計算し、そして燃焼器抽気弁８９およ
び燃焼器回転弁９１を制御して、燃焼器２５から空気を
適切に抽出し、所望の相殺パルスを生成するようにす
る。
は補償するために、本発明者は全体的に符号８５で示す
能動制御装置を開発した（図３参照）。この能動制御装
置装置８５は原理的には、燃焼器２５から計量された量
の空気を抽出し、それを大気へ排出する。装置８５は電
気機械的装置であり、その機械的観点からは、燃焼器２
５と流れ連通している燃焼器抽気マニホールド８７と、
燃焼器抽気マニホールド８７と流れ連通している燃焼器
抽気弁８９と、燃焼器抽気弁８９と間欠的に流れ連通す
る燃焼器回転弁９１とを含む。電気的観点からは、装置
８５は、圧力センサまたはトランスジューサ９３と、制
御ユニット９５とを含む。圧力センサ９３は燃焼器２５
内の圧力パルス８０を感知する。制御ユニット９５は、
燃焼器２５内の複数の圧力パルス８０の中から顕著な圧
力パルスを決定し、その顕著な圧力パルスを相殺するた
めの相殺パルスを計算し、そして燃焼器抽気弁８９およ
び燃焼器回転弁９１を制御して、燃焼器２５から空気を
適切に抽出し、所望の相殺パルスを生成するようにす
る。
【００１３】さらに詳しく説明すると、図５のブロック
図に示すように、装置８５は、まず、燃焼室２９内の圧
力パルス８０を感知する。他の圧力感知装置を用いるこ
ともできるが、圧力センサ９３は、圧電式圧力トランス
ジューサ、たとえばヴィブロメータ（Ｖｉｂｒｏｍｅｔ
ｅｒ、スイス国フリブルグ所在）から市販されている動
的圧力感知装置とするのが好ましい。図１および２から
明らかなように、圧力センサ９３は、燃焼器２５の円周
に沿って設けられたボアスコープ（ｂｏｒｅｓｃｏｐ
ｅ）孔９７内に設置するのが好ましい。その意図は既存
のボアスコープ孔９７を利用しようというものである
が、圧力センサ９３をほぼ１８０°離して、燃焼器２５
の両側で圧力パルス８０を測定できるようにするのが好
ましい。つぎに、図３および図５に示すように、圧力パ
ルス８０の振幅と周波数を示す信号１００を圧力センサ
９３から制御ユニット９５に送る。
図に示すように、装置８５は、まず、燃焼室２９内の圧
力パルス８０を感知する。他の圧力感知装置を用いるこ
ともできるが、圧力センサ９３は、圧電式圧力トランス
ジューサ、たとえばヴィブロメータ（Ｖｉｂｒｏｍｅｔ
ｅｒ、スイス国フリブルグ所在）から市販されている動
的圧力感知装置とするのが好ましい。図１および２から
明らかなように、圧力センサ９３は、燃焼器２５の円周
に沿って設けられたボアスコープ（ｂｏｒｅｓｃｏｐ
ｅ）孔９７内に設置するのが好ましい。その意図は既存
のボアスコープ孔９７を利用しようというものである
が、圧力センサ９３をほぼ１８０°離して、燃焼器２５
の両側で圧力パルス８０を測定できるようにするのが好
ましい。つぎに、図３および図５に示すように、圧力パ
ルス８０の振幅と周波数を示す信号１００を圧力センサ
９３から制御ユニット９５に送る。
【００１４】制御ユニット９５は高速フーリエ変換器を
含んでいて、圧力センサ９３からの信号１００に対して
ここで問題となる所定の周波数帯域を走査して、顕著な
圧力パルスの振幅および周波数を求める。１００乃至７
００Ｈｚの範囲の周波数を有する圧力パルスが燃焼器２
５にとって周知の問題領域であるが、この範囲は燃焼器
の設計に応じて変わることを確かめた。本明細書で用い
る「顕著な圧力パルス」とは、ここでは最大振幅を有す
る圧力パルスと定義するが、顕著な圧力パルスを決定す
る際に他の因子を考慮するように制御ユニット９５をプ
ログラムすることもできる。
含んでいて、圧力センサ９３からの信号１００に対して
ここで問題となる所定の周波数帯域を走査して、顕著な
圧力パルスの振幅および周波数を求める。１００乃至７
００Ｈｚの範囲の周波数を有する圧力パルスが燃焼器２
５にとって周知の問題領域であるが、この範囲は燃焼器
の設計に応じて変わることを確かめた。本明細書で用い
る「顕著な圧力パルス」とは、ここでは最大振幅を有す
る圧力パルスと定義するが、顕著な圧力パルスを決定す
る際に他の因子を考慮するように制御ユニット９５をプ
ログラムすることもできる。
【００１５】制御ユニット９５は次に、顕著な圧力パル
スの振幅および関連する周波数を求めて、その顕著な圧
力パルスを相殺するための相殺パルスを計算する。相殺
パルスは、代表的には、顕著な圧力パルスの振幅および
周波数とほぼ同様の振幅および周波数を有する。しか
し、相殺パルスの位相が顕著な圧力パルスに対してほぼ
１８０°ずれるように、相殺パルス用の位相角シフトが
計算される。燃焼器２５内の顕著な圧力パルスのみを相
殺する相殺パルスを生成すると、燃焼器２５内の他の圧
力パルスにも影響を与えて、圧力パルス８０の全体的振
幅を許容範囲（たとえばΔ２．５ｐｓｉａ）内に抑える
ことを見出した。したがって、２つ以上の顕著な圧力パ
ルスについて追加の相殺パルスを生成することができる
が、そのようなことは不要であり、重複することを確か
めた。
スの振幅および関連する周波数を求めて、その顕著な圧
力パルスを相殺するための相殺パルスを計算する。相殺
パルスは、代表的には、顕著な圧力パルスの振幅および
周波数とほぼ同様の振幅および周波数を有する。しか
し、相殺パルスの位相が顕著な圧力パルスに対してほぼ
１８０°ずれるように、相殺パルス用の位相角シフトが
計算される。燃焼器２５内の顕著な圧力パルスのみを相
殺する相殺パルスを生成すると、燃焼器２５内の他の圧
力パルスにも影響を与えて、圧力パルス８０の全体的振
幅を許容範囲（たとえばΔ２．５ｐｓｉａ）内に抑える
ことを見出した。したがって、２つ以上の顕著な圧力パ
ルスについて追加の相殺パルスを生成することができる
が、そのようなことは不要であり、重複することを確か
めた。
【００１６】制御ユニット９５は、相殺パルスを計算し
終ると、相殺パルスの振幅を制御するための信号１０２
を燃焼器抽気弁８９に送る。同様に、制御ユニット９５
は、相殺パルスの周波数および位相角シフトを制御する
ための信号１０４を燃焼器回転弁９１に送る。装置８５
の機械的部分に関して説明すると、燃焼器抽気マニホー
ルド８７が燃料空気混合器４８、５０、５２および燃焼
室２９の上流に位置するものとして示してあるが（図１
参照）、燃焼器抽気マニホールド８７は燃料空気混合器
４８、５０、５２の下流に燃焼室２９に隣接して配置し
てもよい。燃焼器抽気マニホールド８７は、現在のとこ
ろ、燃焼器２５に燃料を導入する現行の構造をうまく利
用するために、燃焼器２５の上流端に配置している。し
かしながら、もし可能なら、燃焼器抽気マニホールド８
７を燃焼器２５の高熱側に設けるのが一層望ましい。燃
焼室２９内で発生する圧力パルス８０を相殺するのに、
その方が有利と考えられるからである。
終ると、相殺パルスの振幅を制御するための信号１０２
を燃焼器抽気弁８９に送る。同様に、制御ユニット９５
は、相殺パルスの周波数および位相角シフトを制御する
ための信号１０４を燃焼器回転弁９１に送る。装置８５
の機械的部分に関して説明すると、燃焼器抽気マニホー
ルド８７が燃料空気混合器４８、５０、５２および燃焼
室２９の上流に位置するものとして示してあるが（図１
参照）、燃焼器抽気マニホールド８７は燃料空気混合器
４８、５０、５２の下流に燃焼室２９に隣接して配置し
てもよい。燃焼器抽気マニホールド８７は、現在のとこ
ろ、燃焼器２５に燃料を導入する現行の構造をうまく利
用するために、燃焼器２５の上流端に配置している。し
かしながら、もし可能なら、燃焼器抽気マニホールド８
７を燃焼器２５の高熱側に設けるのが一層望ましい。燃
焼室２９内で発生する圧力パルス８０を相殺するのに、
その方が有利と考えられるからである。
【００１７】図２からわかるように、燃焼器抽気マニホ
ールド８７はリング形状とするのが好ましく、複数の抽
出管１０６の一端が燃焼器抽気マニホールド８７に連結
されると共に、その他端が燃焼器２５に入る圧縮空気と
流れ連通している。現行構造をうまく利用するために、
抽出管１０６の数を、燃焼器２５に燃料を噴射するため
に用いられるステージング（ｓｔａｇｉｎｇ）弁の数と
関連させるのが好ましい。ほぼ一定の圧力（約１００乃
至４５０ｐｓｉａ）を有する圧縮空気が抽出管１０６を
通して燃焼器抽気マニホールド８７に流れることが理解
できるはずである。
ールド８７はリング形状とするのが好ましく、複数の抽
出管１０６の一端が燃焼器抽気マニホールド８７に連結
されると共に、その他端が燃焼器２５に入る圧縮空気と
流れ連通している。現行構造をうまく利用するために、
抽出管１０６の数を、燃焼器２５に燃料を噴射するため
に用いられるステージング（ｓｔａｇｉｎｇ）弁の数と
関連させるのが好ましい。ほぼ一定の圧力（約１００乃
至４５０ｐｓｉａ）を有する圧縮空気が抽出管１０６を
通して燃焼器抽気マニホールド８７に流れることが理解
できるはずである。
【００１８】燃焼器抽気弁８９は、空気管路１０８によ
り燃焼器抽気マニホールド８７と常に流れ連通してい
る。前述したように、燃焼器抽気弁８９を用いて、燃焼
器２５から抽出される空気の量（体積）したがって相殺
パルスの振幅を制御する。これを達成するには、燃焼器
抽気弁８９の位置を可変とし、好ましくは、ガスタービ
ンエンジン技術で周知のように燃焼器抽気弁８９と制御
ユニット９５と間のインターフェースとして作用する電
気−油圧サーボ弁によって弁位置を変える。したがっ
て、制御ユニット９５からの信号１０２をサーボ弁に入
力して、サーボ弁により燃焼器抽気弁８９を特定の量だ
け開閉し、所望の体積の空気を抽出できるようにする。
燃焼器抽気弁８９の位置決めに関する信号を制御ユニッ
ト９５に送り返すために、燃焼器抽気弁８９と組み合わ
せて直線または回転式可変変位トランスフォーマを用い
るのが好ましい。次いで、空気管路１０８の延長部分１
１０を燃焼器抽気弁８９と燃焼器回転弁９１間に延在さ
せる。
り燃焼器抽気マニホールド８７と常に流れ連通してい
る。前述したように、燃焼器抽気弁８９を用いて、燃焼
器２５から抽出される空気の量（体積）したがって相殺
パルスの振幅を制御する。これを達成するには、燃焼器
抽気弁８９の位置を可変とし、好ましくは、ガスタービ
ンエンジン技術で周知のように燃焼器抽気弁８９と制御
ユニット９５と間のインターフェースとして作用する電
気−油圧サーボ弁によって弁位置を変える。したがっ
て、制御ユニット９５からの信号１０２をサーボ弁に入
力して、サーボ弁により燃焼器抽気弁８９を特定の量だ
け開閉し、所望の体積の空気を抽出できるようにする。
燃焼器抽気弁８９の位置決めに関する信号を制御ユニッ
ト９５に送り返すために、燃焼器抽気弁８９と組み合わ
せて直線または回転式可変変位トランスフォーマを用い
るのが好ましい。次いで、空気管路１０８の延長部分１
１０を燃焼器抽気弁８９と燃焼器回転弁９１間に延在さ
せる。
【００１９】燃焼器回転弁９１の目的は、相殺パルスの
周波数と位相角シフトを制御することである。好ましく
は、燃焼器回転弁９１は、複数の抽気口（ポート）１１
４が貫通した回転ディスク１１２を含む（図４Ａ参
照）。抽気口１１４を空気管路１０８の寸法に近い寸法
とするのが好ましい。さらに、シール１１１（図３参
照）を設けて、燃焼器回転弁９１に入る空気が回転ディ
スク１１２のまわりに漏れ出るのを防ぎ、その空気が抽
気口１１４だけを通って流れるようにする。したがっ
て、抽気口１１４が空気管路延長部分１１０と合致した
とき、燃焼器抽気弁８９を通って輸送された加圧空気が
大気に排出される。燃焼器回転弁９１は、どの抽気口１
１４も空気管路延長部分１１０と合致しない期間または
間隔があり、したがって燃焼器抽気弁８９と間欠的に流
れ連通するという構造のものである。
周波数と位相角シフトを制御することである。好ましく
は、燃焼器回転弁９１は、複数の抽気口（ポート）１１
４が貫通した回転ディスク１１２を含む（図４Ａ参
照）。抽気口１１４を空気管路１０８の寸法に近い寸法
とするのが好ましい。さらに、シール１１１（図３参
照）を設けて、燃焼器回転弁９１に入る空気が回転ディ
スク１１２のまわりに漏れ出るのを防ぎ、その空気が抽
気口１１４だけを通って流れるようにする。したがっ
て、抽気口１１４が空気管路延長部分１１０と合致した
とき、燃焼器抽気弁８９を通って輸送された加圧空気が
大気に排出される。燃焼器回転弁９１は、どの抽気口１
１４も空気管路延長部分１１０と合致しない期間または
間隔があり、したがって燃焼器抽気弁８９と間欠的に流
れ連通するという構造のものである。
【００２０】燃焼器回転弁９１はさらに、好ましくは回
転ディスク１１２の中心に係合したシャフト１１６を含
む。シャフト１１６は、電気モータ１１８、好ましくは
ステップモータにより駆動される。上述したように、制
御ユニット９５は制御信号１０４を燃焼器回転弁９１
に、具体的には電気モータ１１８に送る。制御信号１０
４は、電気モータ１１８が回転ディスク１１２を所定の
速度で回転させるようにする形態の信号である。この所
定の回転速度は、次の関係により相殺パルスの所望の周
波数に変換される。
転ディスク１１２の中心に係合したシャフト１１６を含
む。シャフト１１６は、電気モータ１１８、好ましくは
ステップモータにより駆動される。上述したように、制
御ユニット９５は制御信号１０４を燃焼器回転弁９１
に、具体的には電気モータ１１８に送る。制御信号１０
４は、電気モータ１１８が回転ディスク１１２を所定の
速度で回転させるようにする形態の信号である。この所
定の回転速度は、次の関係により相殺パルスの所望の周
波数に変換される。
【００２１】 ディスクの回転速度（ｒｐｍ） ＝（（相殺パルスの所望の周波数）ｘ６０）／（抽気口の数） なお、空気管路１０８は、抽出された空気がエンジンに
沿って大気へ排出されるように燃焼器回転弁９１を通り
過ぎて延長されていることに留意されたい。回転ディス
ク１１２は、空気管路延長部分１１０と間欠的に流れ連
通できるものであれば、上記とは異なる形状とすること
ができる。図４Ｂに示すように、回転ディスク１１２Ａ
の円周に沿ってノッチ１２０を設けたものでもよい。回
転ディスク１１２の抽気口１１４と同様、回転ディスク
１１２Ａのノッチ１２０は空気管路延長部分１１０と間
欠的に合致して、空気が周期的に燃焼器回転弁９１を通
過できるようにする。
沿って大気へ排出されるように燃焼器回転弁９１を通り
過ぎて延長されていることに留意されたい。回転ディス
ク１１２は、空気管路延長部分１１０と間欠的に流れ連
通できるものであれば、上記とは異なる形状とすること
ができる。図４Ｂに示すように、回転ディスク１１２Ａ
の円周に沿ってノッチ１２０を設けたものでもよい。回
転ディスク１１２の抽気口１１４と同様、回転ディスク
１１２Ａのノッチ１２０は空気管路延長部分１１０と間
欠的に合致して、空気が周期的に燃焼器回転弁９１を通
過できるようにする。
【００２２】燃焼器２５内の圧力パルス８０は、周囲温
度および燃焼器２５内の空気流変動に応じて、そして外
側ドーム３７、中間ドーム３９および内側ドーム４１内
での種々の燃料空気混合器の点火を始めとする遷移状態
に応じて変化する。したがって、圧力パルス８０は条件
や因子の違いに従って変化しやすいので、装置８５は、
閉ループの態様で連続的に動作して（図５参照）、顕著
な圧力パルスの振幅と周波数を更新する。これに応じ
て、制御ユニット９５は、顕著な圧力パルスの変化によ
り必要となれば、相殺パルスを連続的に更新し変更す
る。
度および燃焼器２５内の空気流変動に応じて、そして外
側ドーム３７、中間ドーム３９および内側ドーム４１内
での種々の燃料空気混合器の点火を始めとする遷移状態
に応じて変化する。したがって、圧力パルス８０は条件
や因子の違いに従って変化しやすいので、装置８５は、
閉ループの態様で連続的に動作して（図５参照）、顕著
な圧力パルスの振幅と周波数を更新する。これに応じ
て、制御ユニット９５は、顕著な圧力パルスの変化によ
り必要となれば、相殺パルスを連続的に更新し変更す
る。
【００２３】以上、本発明の好適な実施例を説明した
が、ガスタービンエンジンの燃焼器における動的圧力パ
ルスを制御する装置および方法は、当業者であれば、本
発明の要旨から逸脱しない範囲内で、適当な変更を加え
ることで、上述した以外の改作が可能である。
が、ガスタービンエンジンの燃焼器における動的圧力パ
ルスを制御する装置および方法は、当業者であれば、本
発明の要旨から逸脱しない範囲内で、適当な変更を加え
ることで、上述した以外の改作が可能である。
【図１】本発明の装置を含む燃焼器構造の長さ方向断面
図である。
図である。
【図２】図１に示した燃焼器の正面図である。
【図３】本発明の装置の側面図である。
【図４】図３に示した回転弁ディスクの平面図で、
（Ａ）は第１例を示し、（Ｂ）は別の例を示す。
（Ａ）は第１例を示し、（Ｂ）は別の例を示す。
【図５】本発明の装置のブロック図である。
２５ 燃焼器 ２９ 燃焼室 ４８、５０、５２ 燃料空気混合器 ８０ 圧力パルス ８５ 能動制御装置 ８７ 燃焼器抽気マニホールド ８９ 燃焼器抽気弁 ９１ 燃焼器回転弁 ９３ 圧力センサ ９５ 制御ユニット
Claims (16)
- 【請求項１】 （ａ）ガスタービンエンジンの燃焼器内
の動的圧力パルスを感知する圧力感知手段と、（ｂ）感
知した圧力パルスの内の顕著な圧力パルスを決定し、そ
の顕著な圧力パルスの振幅および周波数を求める第１処
理手段と、（ｃ）前記顕著な圧力パルスを相殺するため
の相殺パルスの振幅、周波数および位相角シフトを計算
する第２処理手段と、（ｄ）前記燃焼器と流れ連通して
いて、前記第２処理手段によって制御されて、計量され
た体積の空気を前記燃焼器から周期的に抽出して前記相
殺パルスを生成する空気抽出手段とを備えることを特徴
とする、ガスタービンエンジンの燃焼器における動的圧
力パルスを能動制御するための能動制御装置。 - 【請求項２】 前記空気抽出手段が、前記燃焼器と流れ
連通している抽気マニホールドと、前記抽気マニホール
ドと流れ連通している第１弁と、前記第１弁と間欠的に
流れ連通する第２弁とを有する請求項１に記載の能動制
御装置。 - 【請求項３】 前記抽気マニホールドが、前記燃焼器の
燃焼室の上流に配置されている請求項２に記載の能動制
御装置。 - 【請求項４】 前記抽気マニホールドが、前記燃焼室に
隣接して配置されている請求項２に記載の能動制御装
置。 - 【請求項５】 前記第１弁が、前記抽気マニホールドを
通して抽出される空気の体積を調整するように可変位置
をとることができ、これにより前記相殺パルスの振幅を
制御する請求項２に記載の能動制御装置。 - 【請求項６】 前記第２弁は、前記第１弁を通して空気
が抽出される頻度を調整するように可変間隔で前記第１
弁と流れ連通させることができ、これにより前記相殺パ
ルスの周波数および位相角シフトを制御する請求項２に
記載の能動制御装置。 - 【請求項７】 前記第１処理手段が１００乃至７００Ｈ
ｚの周波数範囲の前記圧力パルスを監視する請求項１に
記載の能動制御装置。 - 【請求項８】 前記顕著な圧力パルスおよび前記相殺パ
ルスの振幅および周波数が可変である請求項１に記載の
能動制御装置。 - 【請求項９】 前記圧力感知手段が、前記燃焼器の燃焼
室に隣接して配置された少なくとも１つの圧力トランス
ジューサを有する請求項１に記載の能動制御装置。 - 【請求項１０】 前記顕著な圧力パルスが連続的に決定
され、前記相殺パルスが閉ループ回路にて連続的に計算
されて生成される請求項１に記載の能動制御装置。 - 【請求項１１】 前記第２弁が、（イ）円周に沿って間
隔をおいて設けられた複数の抽気口を有するディスクで
あって、当該ディスクの回転するにつれて前記抽気口が
前記第１弁と流れ連通状態になったり流れ連通状態から
外れたりするディスクと、（ロ）前記第２処理手段から
の制御信号に応じて前記ディスクを可変速度で回転させ
る手段とを有する請求項２に記載の能動制御装置。 - 【請求項１２】 ガスタービンエンジンの燃焼器におけ
る動的圧力パルスを能動制御する方法であって、 （ａ）ガスタービンエンジンの燃焼器内の圧力パルスを
感知する工程と、（ｂ）感知した圧力パルスの内の顕著
な圧力パルスの振幅および周波数を求める工程と、
（ｃ）前記顕著な圧力パルスを相殺するための相殺パル
スの振幅、周波数および位相角シフトを計算する工程
と、（ｄ）計量された体積の空気を前記燃焼器から周期
的に抽出して前記相殺パルスを生成する工程とを有する
ことを特徴とする方法。 - 【請求項１３】 さらに、前記相殺パルスの振幅を制御
するために第１弁の位置を変える工程を含む請求項１２
に記載の方法。 - 【請求項１４】 さらに、前記相殺パルスの周波数およ
び位相シフト角を制御するために第２弁を回転して可変
間隔で前記第１弁と流れ連通状態に入れたり出したりす
る工程を含む請求項１３に記載の方法。 - 【請求項１５】 さらに、特定の周波数範囲内の圧力パ
ルスを監視する工程を含む請求項１１に記載の方法。 - 【請求項１６】 前記の工程を閉ループモードで連続的
に行う請求項１２に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/345081 | 1994-11-28 | ||
| US08/345,081 US5575144A (en) | 1994-11-28 | 1994-11-28 | System and method for actively controlling pressure pulses in a gas turbine engine combustor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08284690A true JPH08284690A (ja) | 1996-10-29 |
Family
ID=23353424
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7305295A Withdrawn JPH08284690A (ja) | 1994-11-28 | 1995-11-24 | ガスタービンエンジン燃焼器における動的圧力パルスを能動制御する装置および方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5575144A (ja) |
| EP (1) | EP0715124B1 (ja) |
| JP (1) | JPH08284690A (ja) |
| DE (1) | DE69527254T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009079588A (ja) * | 2007-08-24 | 2009-04-16 | Delavan Inc | アクティブ燃焼制御のための可変容量２連式弁装置 |
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