KR102537730B1 - 공진기를 조정하는 시스템 및 방법 - Google Patents

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제네럴 일렉트릭 컴퍼니
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Abstract

시스템은, 연소 챔버와, 연소 챔버 내로 유체 유동을 공급하도록 구성되는 연소기 공급 통로를 갖는 연소기를 포함한다. 시스템은 또한 유체 유동의 적어도 일부를 받아들이도록 구성되는 공진기를 포함한다. 공진기는 공진기의 감쇠 주파수를 변화시키도록 구성되는 주파수 조절기를 포함한다.

Description

공진기를 조정하는 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR TUNING RESONATORS}
본 명세서에 개시된 주제는 가스 터빈 시스템, 및 보다 상세하게는 공진을 감쇠시키는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
가스 터빈 시스템은 일반적으로 압축기 섹션, 연소기 섹션, 및 터빈 섹션을 갖는 가스 터빈 엔진을 포함한다. 연소기 섹션은, 각각의 연소기의 연소 챔버 내에 산화제(예컨대, 공기)와 함께 연료를 받아들여 연소시키는 하나 이상의 연소기(예컨대, 연소 캔)를 포함할 수 있다. 각 연소기 내에서 연소가 발생할 때에, 고온의 연소 가스가 터빈 섹션 내에 유입되어 하나 이상의 터빈 단을 구동시킨다. 불행하게도, 가스 터빈 시스템은 연소기에 공급되는 산화제, 연료, 또는 기타 유체의 공진 주파수와 같은 다양한 요인으로 인한 공진 거동에 민감할 수 있다. 시간이 흐름에 따라, 가스 터빈 시스템의 공진 주파수는 변화할 수 있다.
범위 면에서 원 청구된 발명과 부합하는 특정 실시예가 이하에 요약되어 있다. 이들 실시예는 청구되는 발명의 범위를 한정하려는 의도가 아니며, 오히려 이들 실시예는 단지 본 발명의 가능한 형태에 대한 간략한 요약을 제시하려는 의도이다. 실제로, 본 발명은, 이하에 기술되는 실시예와 유사할 수도 있고 상이할 수도 있는 다양한 형태를 포괄할 수 있다.
제1 실시예에서, 시스템은, 연소 챔버와, 연소 챔버 내로 유체 유동을 공급하도록 구성되는 연소기 공급 통로를 갖는 연소기를 포함한다. 시스템은 또한 유체 유동의 적어도 일부를 받아들이도록 구성되는 공진기를 포함한다. 공진기는 공진기의 감쇠 주파수(attenuation frequency)를 변화시키도록 구성되는 주파수 조절기를 포함한다.
제2 실시예에서, 시스템은, 연소기의 연소 챔버로 공급되는 유체 유동의 적어도 일부를 받아들이도록 구성되는 공진기를 포함한다. 공진기는 공진기의 감쇠 주파수를 변화시키도록 구성되는 주파수 조절기를 포함한다. 시스템은 또한 데이터와 명령을 저장하도록 구성되는 프로세서에 작동적으로 연결되는 메모리를 포함하는 제어기를 포함한다. 제어기는 주파수 조절기에게 공진기의 감쇠 주파수를 변화시키라는 명령을 전달하도록 구성된다.
제3 실시예에서, 방법은, 유체 유동을 연소기의 연소 챔버 내로 공급하도록 구성되는 연소기 공급 통로에 연결되는 공진기의 감쇠 주파수를 조절하는 것을 포함한다. 공진기는 유체 유동의 적어도 일부를 받아들이도록 구성된다.
본 발명의 이러한 특징, 양태 및 장점 그리고 다른 특징, 양태 및 장점은, 도면 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호가 동일한 부분을 나타내는 것인 첨부 도면을 참고하여 후술하는 상세한 설명을 읽을 때 더욱 양호하게 이해될 것이다.
도 1은 복수 개의 공진기(예컨대, 조절 가능한 공진기)를 갖는 공진 감쇠 시스템을 구비하는 가스 터빈 시스템의 실시예의 개략도이다;
도 2는 복수 개의 공진기(예컨대, 조절 가능한 공진기)를 갖는 공진 감쇠 시스템을 구비하는 연소기의 실시예의 반경 방향 단면 개략도이다;
도 3은 조절 기구를 갖는 조절 가능한 공진기의 실시예의 축방향 단면도이다;
도 4는 조절 기구를 갖는 조절 가능한 공진기의 실시예의 축방향 단면도이다;
도 5는 조절 기구를 갖는 조절 가능한 공진기의 실시예의 축방향 단면도이다;
도 6은 조절 기구를 갖는 조절 가능한 공진기의 실시예의 축방향 단면도이다;
도 7은 조절 가능한 공진기의 감쇠 길이를 조절하기 위한 방법의 실시예의 흐름도이다.
본 발명의 하나 이상의 구체적인 실시예가 이하에서 설명될 것이다. 이들 실시예에 대해 축약된 설명을 제시하려는 노력의 일환으로, 실제 실시의 모든 특징이 본 명세서에서 설명되지는 않을 수도 있다. 임의의 공학 프로젝트 또는 설계 프로젝트와 같은, 이러한 임의의 실제적인 실시의 개발에 있어서, 시스템 관련 제약 및 사업 관련 제약에 순응하는 것과 같이 개발자의 특정한 목표를 달성하기 위해 실시에 맞춘 다수의 결정이 이루어져야만 한다는 것을 이해할 것이며, 상기 제약은 각각의 실시에 따라 서로 상이할 수 있다. 더욱이, 이러한 개발 노력은 복잡하고 시간 소모적일 수 있지만, 그럼에도 불구하고 본 개시내용의 이익을 얻고자 하는 당업자에게는 설계, 제작 및 제조에서 이루어지는 통상적인 업무일 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본 발명의 다양한 실시예의 요소들을 도입할 때, 단수 표현 및 "상기"는 이러한 요소가 하나 이상 존재한다는 것을 의미하려는 의도이다. 용어 "구성하는", "포함하는", 및 "구비하는"은 일체를 포함함을 나타내려는 의도이며, 나열된 요소들 이외에도 추가적인 요소가 존재할 수 있음을 의미하려는 의도이다.
본 개시의 실시예는 유동하는 유체(예컨대, 연료, 공기 등의 산화제, 증기, 질소 등의 불활성 가스, 연소 가스, 또는 이들의 임의의 조합)의 공진을 조절 가능하게 감쇠시켜, 가연성을 증대시키고, 화염의 안정성을 향상시키며, 배출물을 저감시키고, 연소 동특성을 제어하는 데에 일조함으로써 연소 조건을 조절하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 예컨대, 가스 터빈 시스템은 환형 연소기 또는 회전 축선 둘레에서 원주 방향으로 이격된 복수 개의 캔-환형 연소기들과 같은 하나 이상의 연소기와 관련된 공진 감쇠 시스템을 포함할 수 있다. 공진 감쇠 시스템은 각각의 연소기와 관련된 하나 이상의 공진기(예컨대, 조절 가능한 공진기)를 포함할 수 있다. 예컨대, 공진기는 연소기로부터 상류측에서의, 연소기 내측의, 또는 연소기로부터 하류측에서의 유체 유동과 같은 하나 이상의 유체 유동(예컨대, 가스 및/또는 액체 유동)과 관련된 공진 주파수를 감쇠하거나 경감시키도록 구성될 수 있다. 유체 유동은 연료(예컨대, 액체 및/또는 가스 연료), 산화제(예컨대, 산소, 공기, 산호-농후 공기, 산소-희박 공기, 또는 임의의 다른 산소-함유 혼합물), 증기, 불활성 가스(예컨대, 질소), 재순환 배기 가스, 또는 이들의 임의의 조합의 공급을 포함할 수 있다. 유체 유동은 또한 연소 가스를 포함할 수 있다. 그러나, 아래의 논의 및 예시된 실시예에서, 공진기는 연소기 상류측의, 연소기에서의, 또는 연소기 내의 산화제 유동(예컨대, 공기 유동)과 관련하여 표현된다. 예컨대, 공진기는 연소기의 라이너와 유동 슬리브 사이의 유동(예컨대, 산화제 유동)과 유체 연통하게, 연소기의 헤드 단부 챔버를 통해, 또는 이들의 임의의 조합으로 장착될 수 있다. 공진기는 공진 주파수를 감쇠시키고 경감을 유도하도록 공진기의 감쇠 길이를 따라 유체 유동의 적어도 일부를 재지향시킨다. 특정 실시예에서, 감쇠 길이는 특별히 선택된 주파수에 대응한다.
공진기는 가스 터빈 시스템의 작동 전에, 중에, 및/또는 후에 공진기의 하나 이상의 파라미터를 조절함으로써, 가스 터빈 시스템의 사용 및 시간에 따라 변화할 수 있는 공진 주파수에 공진기를 맞추도록 구성되는 조절 기구(예컨대, 주파수 조절기)를 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 공진기는 조절 가능한 길이를 갖는 1/4 파장관(QWT; quarter wavelength tube) 공진기를 포함한다. 다른 실시예에서, 공진기는 공진기의 감쇠 주파수를 변경시키는 조절부를 갖는 다른 타입의 공진기를 포함할 수 있다. 예컨대, 조절 기구는, 제조 중에, 작동 시험 및 조정 중에, 정상 작동 중에, 정지 시간 중에, 정비 또는 유지 보수 중에, 또는 임의의 다른 적절한 시간에 용적(예컨대, 길이), 및 이에 따라 공진기의 감쇠 주파수에 대한 조절을 가능하게 할 수 있다. 예컨대, 조절 기구는 수동 조절기 및/또는 자동 또는 반자동 조절기 등의 전동 조절기를 포함할 수 있다. 전동 조절기는 또한 제어 시스템 및 모니터링 시스템에 연결됨으로써, 가스 터빈 시스템에서 공진 주파수의 변화에 응답하여 자동 조절을 가능하게 하는 데에 일조할 수 있다. 예컨대, 조절 기구는 연소기의 다양한 작동 조건을 모니터링하는 센서들로부터 수신된 신호를 기초로 하여 감쇠 길이를 조절할 수 있다. 그 결과, 공진기의 조절은 배출물을 안정화시키고, 연소 동특성을 감소시키며, 및/또는 연소 조건을 안정화시킬 수 있다.
전술한 내용과 관련하여, 도 1은 연소기 섹션의 하나 이상의 연소기(12)와 관련된 공진 감쇠 시스템(11; 예컨대, 조절 가능한 공진 감쇠 시스템)을 갖는 가스 터빈 시스템(10)의 실시예의 개략도이다. 후술되는 바와 같이, 공진 감쇠 시스템(11)은 연소기(12), 연소기(12)에 이르는 공급 통로, 또는 임의의 적절한 지점에 직접 연결되는 복수 개의 공진기(13; 예컨대, 주파수 조절 가능한 공진기)를 포함할 수 있다. 예컨대, 공진 감쇠 시스템(11)은, 예컨대 헤드 단부 섹션(14) 및/또는 연소 섹션(15)을 따른 산화제(예컨대, 공기) 유동로를 따라 각각의 연소기(12)의 헤드 단부 섹션(14) 및/또는 연소 섹션(15)에 연결되는 공진기(13)를 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 하나 이상의 공진기(13)는 연소기(12)의 헤드 단부 섹션(14)에 장착되는 연료 노즐(16)의 상류측 산화제 유동로에 연결될 수 있다. 그러나, 특정 실시예에서, 하나 이상의 공진기(13)가 연소기(12)의 헤드 단부 섹션(14)에 있는 연료 노즐에 연결될 수 있거나, 연료 노즐(16) 하류측의 연소 섹션(15) 내측의 연소 챔버(17)에 유동적으로 연결될 수 있거나, 이들의 임의의 조합으로 연결될 수 있다.
연소기(12)는 터빈 시스템(10)의 회전 축선 둘레에서 원주 방향으로 연장되는 단일의 환형 연소기를 나타낼 수 있다. 다른 예에 의해, 연소기(12)는 터빈 시스템(10)의 회전 축선 둘레에서 원주 방향으로 이격된 복수 개의 연소기(예컨대, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10개 또는 그 이상)를 나타낼 수 있다. 특정 실시예에서, 임의의 갯수의 연소기(12; 예컨대, 1 내지 20개 또는 그 이상)가 터빈 시스템(10)에 마련될 수 있다. 공진 감쇠 시스템(11)의 공진기(13)는 균일한 배열 또는 불균일한 배열로 각 연소기(12)에 연결될 수 있고, 공진기(13)의 배열은 연소기(12) 별로 균일하거나 불균일할 수 있다. 예컨대, 공진기(13)의 갯수, 간격, 및 감쇠 주파수는 연소기(12) 별로 동일하거나 상이할 수 있다.
터빈 시스템(10)은 터빈 시스템(10)을 구동시키도록 액체 또는 기체 연료, 예컨대 천연 가스 및/또는 합성 가스를 이용할 수 있다. 예시된 실시예에서, 하나 이상의 연료 노즐(16; 예컨대, 주 연료 노즐, 하나 이상의 제4기 인젝터 또는 페그, 및/또는 하나 이상의 레이트 희박 인젝터)은 연료(18)의 공급(예컨대, 액체 연료 공급, 기체 연료 공급, 액체/기체 혼합물 연료 공급)을 흡입한다. 복수 개의 연소기(12) 각각은 하나 이상의 연료 노즐(16; 예컨대, 1, 2, 3, 4, 5, 6개 또는 그 이상)을 포함한다. 연료(18)의 예는, 제한하지 않지만, 디젤 연료, 제트 연료, 가솔린, 나프타, 연료 오일, 액화 석유 가스 등과 같은 탄화수소 기반 액체 연료를 포함한다. 더욱이, 연료(18)는 천연 가스, 합성 가스 등과 같은 탄화수소 기반 기체 연료를 포함할 수 있다. 예시된 실시예에서, 터빈 시스템(10)은 연료(18)를 연료 노즐(16)의 상류측 연료 경로(20)를 따라 보낼 수 있다. 특정 실시예에서, 연료 노즐(16)은 예혼합 연료 노즐 및/또는 확산 화염 연료 노즐을 포함할 수 있다. 예컨대, 연료 노즐(16)은 연료(18)를 산화제(예컨대, 공기)와 예혼합하여 예혼합 화염을 발생시키고 및/또는 연료(18)와 산화제를 연소기(12)로 개별적으로 유동시켜 확산 화염을 발생시킬 수 있다.
연료(18)는 각각의 연소기(12) 내의 연소 챔버(17)에서 산화제(예컨대, 공기)와 연소함으로써, 고온의 압축 배기 가스를 생성한다. 연소기(12)는 배기 가스를 터빈 또는 터빈 섹션(22)을 통해 배기 출구(24)를 향해 지향시킨다. 터빈 섹션(22)은 터빈 로터 및 샤프트(26)에 연결되는 복수 개의 터빈 블레이드를 각각 갖는 하나 이상의 터빈 단(예컨대, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10개 또는 그 이상)을 포함할 수 있다. 배기 가스가 터빈(22)을 통과할 때에, 가스는 터빈 블레이드가 터빈 시스템(10)의 회전 축선을 따라 샤프트(26)를 회전시키게 한다. 예시된 바와 같이, 샤프트(26)는 압축기 또는 압축기 섹션(28)을 비롯하여 터빈 시스템(10)의 다양한 구성요소들에 결합된다. 압축기 섹션(28)은 압축기 로터 및 샤프트, 예컨대 샤프트(26)에 연결되는 복수 개의 압축기 블레이드를 각각 갖는 하나 이상의 압축기 단(예컨대, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10개 또는 그 이상)을 포함할 수 있다. 샤프트(26)가 회전함에 따라, 압축기(28) 내의 블레이드가 또한 회전함으로써, 산화제 흡입구[예컨대, 공기 흡입구(30)]로부터의 산화제(예컨대, 공기)를 압축기(28)를 통해 연료 노즐(16) 및/또는 연소기(12) 내로 압축시킨다. 샤프트(26)는 또한, 예컨대 발전소의 발전기 또는 항공기의 프로펠러와 같은 차량 또는 고정 부하일 수 있는 부하(31)에 결합될 수 있다. 부하(31)는 터빈 시스템(10)의 회전 출력에 의해 동력을 받을 수 있는 임의의 적절한 디바이스를 포함할 수 있다.
아래의 논의에서, 연소기(12)의 축방향 또는 축선(42; 예컨대, 종방향 축선), 연소기(12)의 축선(42)에 대해 반경 방향으로 연장되는 반경 방향 또는 축선(44), 및 연소기(12)의 축선(42)을 중심으로 원주 방향으로 연장되는 원주 방향 또는 축선(46)을 참조할 수 있다. 아래에서 상세하게 설명되는 바와 같이, 특정 실시예에서, 터빈 시스템(10)은 공진기(13A, 13B, 13C, 13D)에 의해 나타낸 바와 같이 다양한 지점에서 연소기(12) 상에 위치 설정되는 조절 가능한 공진기(13; 예컨대, 1/4 파장관 공진기)를 포함한다. 예컨대, 공진기(13)는 [예컨대, 연소 챔버(17) 외측의] 연소기(12)를 따른 유동로(32), 헤드 단부 섹션(14)의 헤드 단부 챔버(33), 또는 이들의 조합과 유체 연통하도록 각 연소기(12)에 연결될 수 있다. 예컨대, 유동로(32)는 헤드 단부 챔버(33) 및 압축기(28)로부터의 압축기 방출 챔버와 유체 연통함으로써, 압축 가스 유동(예컨대, 공기 등의 압축 산화제)을 (예컨대, 냉각 목적을 위해) 연소기를 따라 유동로(32)를 통해, 헤드 단부 챔버(33)를 통해, 그리고 연소 목적을 위해 [예컨대, 연료 노즐(16)을 통해] 연소 챔버(17) 내로 보낼 수 있다. 특정 실시예에서, 유동로(32)와 헤드 단부 챔버(33)를 통한 [예컨대, 연료 노즐(16) 상류측의] 유체 유동은 산화제(예컨대, 공기, 산소, 산소-농후 공기, 산소-희박 공기 등), 배기 가스 재순환(EGR) 가스, 증기, 불활성 가스(예컨대, 질소), 및/또는 소정량의 연료[예컨대, 연료 노즐(16) 상류측의 2차 연료 분사] 중 임의의 하나 이상을 포함하거나 배제할 수 있다. 특정 실시예에서, 유동로(32)는 연소 챔버(17)를 중심으로 원주 방향으로 배치되는 제1 벽(34; 예컨대, 연소 라이너) 및/또는 헤드 단부 챔버(33)의 적어도 일부와 같은 연소기(12)의 경계를 획정하는 적어도 하나의 벽을 중심으로 원주 방향으로 배치될 수 있다. 유동로(32)는 또한 제1 벽(34)을 중심으로 원주 방향으로 배치되는 제2 벽(35; 예컨대, 유동 슬리브)에 의해 경계가 획정될 수 있다. 제2 벽(35)은 또한 헤드 단부 섹션(14)의 헤드 단부 챔버(33)을 중심으로 원주 방향으로 배치될 수 있다.
예시된 실시예에서, 공진기(예컨대, 13A, 13B, 13C, 및 13D)는 연소기(12)의 경계를 획정하는 벽들 중 적어도 하나에 연결된다. 예컨대, 공진기(13A)는 헤드 단부 챔버(33)을 중심으로 배치되는 벽(35)에 연결되고, 공진기(13B)는 연소기 섹션(15)과 헤드 단부 섹션(14) 사이의 천이 영역에서 헤드 단부 챔버(33) 및/또는 유동로(35)를 중심으로 배치되는 벽(35)에 연결되고, 공진기(13C, 13D)는 유동로(35)에 배치된 벽(35), 제1 벽(34), 및 연소기 섹션(15)의 연소 챔버(17)에 연결된다. 더욱이, 도 1에 도시된 바와 같이, 공진기(13)는, 제1(예컨대, 상류측) 축방향 단부(38), 제2(예컨대, 하류측) 축방향 단부(40), 또는 제1 및 제2 축방향 단부(38, 40) 사이의 다양한 중간 위치 근처와 같이 연소기(12)의 축방향 길이(36)를 따른 여러 축방향 위치들에 배치된다. 그러나, 다른 실시예에서, 공진기(13)는 연소기(12)의 축방향 길이(36)를 따라 배치될 수 없다. 예컨대, 공진기(13)는 연료 노즐(16) 및 연소기(12)의 연소 챔버(17) 내로의 연료와 산화제의 입구에 근접한(예컨대, 바로 상류측의) 공진 주파수를 감쇠시키도록 제1 축방향 단부(38) 및/또는 헤드 단부 섹션(14) 근처에만 위치 설정될 수 있다. 예컨대, 특정 실시예에서, 공진기(13)[예컨대, 공진기(13A)]는 연료 노즐(16)의 근처에, 연료 노즐의 축방향으로 상류측에, 및/또는 연료 노즐과 축방향으로 오버랩하게 위치 설정될 수 있다. 공진기(13)는 또한 상이한 반경 방향 위치, 상이한 원주 방향 위치, 상이한 축방향 위치, 또는 이들의 임의의 조합의 위치에서 서로 떨어져 있을 수 있다. 예시된 실시예에서, 공진기(13)는 공기 흡입구(30)로부터의, 예컨대 연소기(28)를 통과한 후에, 유체 유동의 공진을 감쇠시키도록 구성된다.
터빈 시스템(10)은 또한 공진 감쇠 시스템(11)의 공진기(13)와 관련된 다양한 모니터링 및 제어 장비를 가질 수 있다. 예시된 실시예에서, 터빈 시스템(10)은 연소 프로세스, 산화제 유동, 연료 유동, 터빈 속도, 압축기 급송물, 연소기 온도, 연소 동특성, 음향 노이즈, 또는 터빈 시스템의 다양한 다른 작동 파라미터를 모니터링하도록 하나 이상의 센서(48)를 포함할 수 있다. 예컨대, 하나 이상의 진동 센서(50)는 하나 이상의 공진기(13)들 사이에서 연소기(12) 상에 위치 설정될 수 있다. 진동 센서(50)는 연소기(12) 내의 진동을 검출할 수 있다. 예컨대, 설정값 레벨 위의 진동은, 공진기(13)의 조정이 개선된 연소 특성을 제공할 수 있다는 표시를 제공할 수 있다. 아래에 설명되는 바와 같이, 특정 실시예에서, 공진기(13)는 가스 터빈 시스템(10)의 작동 전, 중, 및/또는 후에(예컨대, 유지 보수 중에) 조정을 가능하게 하도록 조절 가능할 수 있다.
센서(48, 50)는 제어기(52; 예컨대, 전자 제어기)에 신호를 전송하도록 구성될 수 있다. 예시된 실시예에서, 제어기(52)는 메모리(54) 및 프로세서(56)를 포함한다. 메모리(54)는 대용량 저장 디바이스, FLASH 메모리 디바이스, 제거 가능한 메모리, 또는 임의의 다른 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체(예컨대, 신호 뿐만 아니라)일 수 있다. 추가적으로 및/또는 대안적으로, 명령어가 전술한 메모리(54)와 유사한 방식으로 명령어 또는 루틴을 적어도 총괄하여 저장하는 적어도 하나의 유형(有形)의 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함하는 추가적인 적절한 제조 물품에 저장될 수 있다. 제어기(52)는 가스 터빈 시스템(10)의 작동 파라미터(예컨대, 온도, 압력, 연료/공기비, 음향, 진동)를 나타내는 센서(48, 50)로부터의 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 신호는 메모리(54)에 저장된 명령어를 이용하는 프로세서(56)에 의해 평가될 수 있다. 추가적으로, 제어기(52)는 가스 터빈 시스템(10)의 다양한 구성요소들[예컨대, 공진기(13), 공기 흡입구(30), 연소기(12) 등]에 신호를 전송하고 센서(48, 50)로부터 수신된 신호를 기초로 하여 [공진기(13)에 대한 조절을 비롯하여] 가스 터빈 시스템(10)의 작동 상태를 조절할 수 있다.
도 2는 연소기(12)의 벽(35)을 중심으로 원주 방향으로 배치되는 공진기(13)를 갖는 연소기(12)의 실시예의 개략적인 반경 방향 단면도이다. 예시된 실시예에서, 8개의 공진기(13)가 연소기(12)의 원주(58)를 따라 (예컨대, 대략 ±15도 내에서) 실질적으로 대칭적으로 위치 설정된다. 그러나, 다른 실시예에서, 더 많거나 적은 공진기(13)가 벽(35)을 중심으로 원주 방향으로 포함될 수 있다. 예컨대, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 10, 15, 20, 30, 40, 50개 또는 임의의 적절한 갯수의 공진기(13)(예컨대, 1 내지 100개)가 연소기(12) 상에 위치 설정될 수 있다. 더욱이, 공진기(13)는 연소기(12)의 원주(58)를 따라 상이한 지점에 위치 설정될 수 있다. 예컨대, 특정한 작동 조건은 연소기(12)의 일측에서 진동을 증가시킬 수 있다. 그 결과, 더 많은 공진기(13)가 공기 유동을 감쇠하도록 진동이 증가된 쪽에 배치될 수 있다. 전술한 바와 같이, 진동 센서(50)는 연소기(12)의 작동을 나타내는 신호를 전송하도록 제어기(52)에 통신 연결될 수 있다. 더욱이, 예시된 실시예에서, 공진기(13)는 제어기(52)에 통신 연결된다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 제어기(52)는 연소기(12)를 조정하는 작동 전, 중, 및/또는 후에 공진기(13)를 조절하도록 명령할 수 있다.
작동 중에, 공진기(13)는 공기 흡입구(30)로부터의 공기 유동 중 일부를 수신하고 공기 유동 중 일부를 공진기(13)의 본체로 지향시키도록 구성된다. 예컨대, 예시된 실시예에서, 각각의 공진기(13)는 공진기 튜브(60)와, 공진기 튜브(60) 내의 공진기 챔버(64)를 변경시켜 공진기(13)의 감쇠 주파수를 조절하는 조절 기구(62; 예컨대, 주파수 조절기)를 포함한다. 조절 기구(62)는 튜브(60) 내에 배치된 플런저 또는 피스톤(66), 피스톤(66)에 연결된 구동 샤프트 또는 봉(68), 및 봉(68)에 연결되는 액추에이터(70)를 포함할 수 있다. 각각의 액추에이터(70)는 다시 제어기(52)에 연결되고 이 제어기에 의해 제어된다. 튜브(60)는 실린더를 획정하는 중공의 원통형 튜브일 수 있고, 피스톤(66)은 원통형 피스톤일 수 있다. 그러나, 튜브(60)와 피스톤(66)은 다른 형상을 가질 수 있다. 피스톤(66)은 또한 튜브(60)의 내벽에 대해 밀봉하도록 하나 이상의 시일(예컨대, 환형 시일 링)을 포함할 수 있다. 액추에이터(70)는 봉(68)의 운동을 구동시키도록 구성되고, 봉은 다시 튜브(60) 내에서 피스톤(66)의 운동을 구동시킨다. 액추에이터(70)는 핸드 휠, 크랭크 레버, 툴 인터페이스(예컨대, 렌치와 접속하는 볼트 헤드), 또는 임의의 다른 적절한 수동 구동 피쳐 등의 수동 액추에이터를 포함할 수 있다. 액추에이터(70)는 또한 전기 구동 장치 또는 모터, 공압 구동 장치, 유압 구동 장치, 또는 이들의 임의의 조합과 같은 전동식 액추에이터를 포함할 수 있다. 액추에이터(70; 예컨대, 수동, 전동 또는 양자)는 봉(68)의 회전 및/또는 축방향 운동을 유발할 수 있고, 이는 다시 피스톤(66)의 축방향 운동이 연소기(12)의 벽(35)을 따라 피스톤(66)과 개방된 내단부 사이에서 튜브(60) 내에 공진기 챔버(64)의 감쇠 길이(71)를 변경되게 한다.
예시된 바와 같이, 공진기 챔버(64)의 감쇠 길이(71)는 연소기(12)의 벽(35)의 원주(58)를 중심으로 공진기(13) 별로 서로 다르다. 각각의 공진기(13)의 공진기 챔버(64)의 감쇠 길이(71)는 공기 흡입구(30)로부터의 공기 유동의 일부의 특별한 주파수 또는 주파수 범위를 감쇠(예컨대, 조정)하도록 특별히 선택된다. 따라서, 예시된 실시예에 도시된 바와 같이, 공진기(13)는 상이한 주파수를 감쇠하도록 상이한 감쇠 길이를 가질 수 있다. 그러나, 예시된 실시예에서, 각 튜브(60)의 전체 길이 및 직경은 모든 공진기(13) 간에 일정(또는 균일)할 수 있고, 이에 의해 공진기(13)의 간소화된 구성을 가능하게 하는 한편, 또한 연소기(12)의 상이한 주파수의 감쇠를 가능하게 한다. 그 결과, 유사한 부품들이 공진기(13)를 제조하고 정비하는 데에 이용될 수 있다. 더욱이, 공진기(13)는 그 조절성으로 인해 더욱 큰 범위의 주파수에 걸쳐 이용됨으로써, 가스 터빈 시스템(10)에서 조건 및 공진 주파수 변화로서 그 유용성을 증가시킬 수 있다.
도 3은 조절 기구(62)를 갖는 공진기(13)의 실시예의 축방향 단면도이다. 예시된 실시예에서, 공진기(13)의 튜브(60)는 대체로 원통형 벽(72)에 의해 획정되는 실린더를 포함한다. 그러나, 다른 실시예에서, 벽(72)은 타원형, 다각형 등일 수 있다. 벽(72)은 도 1 및 도 2에 예시된 벽(35)과 같은 연소기(12)의 측벽(74)에 연결하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 벽(72)은 측벽(74)의 상대 나사부와 맞물리는 나사부를 포함하여 공진기(13)를 연소기(12)에 연결할 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 벽(72)은 제거식 연결 또는 고정식 연결에 의해 측벽(74)에 용접, 볼트 체결, 클램핑, 또는 달리 연결될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 튜브(60)의 벽(72)은 연소기(12)의 측벽(74)과 원피스(one-piece)로서 일체형으로 형성될 수 있다.
예시된 실시예에서, 공진기(13)는 본체 길이(76), 예컨대 공진기 종방향 축선(82)을 따라 제1 축방향 단부(78; 단부 개구 또는 면)로부터 제2 축방향 단부(80; 예컨대, 단부 개구, 밀봉된 단부, 또는 면)까지 연장되는 튜브(60)의 총 길이를 갖는다. 예시된 실시예에서, 공진기 종방향 축선(82)은 연소기(12)의 종방향 축선(42)에 대해 수직이거나 실질적으로 수직(예컨대, 90도±1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 또는 10도)이다. 그러나, 다른 실시예에서, 공진기 축방향 축선(82)은 종방향 축선(42)에 대해 소정 각도(예컨대, 10 내지 80, 20 내지 70, 30 내지 60, 또는 40 내지 50도)로 비스듬하게 위치 설정될 수 있다. 작동시에, 튜브(60)의 제1 축방향 단부(78; 예컨대, 단부 개구)는 연소기(12)로 지향되는 유체 공급으로부터 가스 유동(84; 예컨대, 공기 등의 산화제, EGR 가스, 증기, 질소 등의 불활성 가스, 가스상 유체, 연료/공기 혼합물 등)을 받아들이고 가스 유동(84)을 공진기(13) 내로 지향시킨다. 특정 실시예에서, 가스 유동(84)은 연소 챔버(17)로부터 바로 나오는 연소 가스를 배제하지만, 헤드 단부 섹션(14) 등을 통해 연소 챔버(17) 내로 지향되는 임의의 유체 유동을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 가스 유동(84)은 연소 챔버(17)로부터 바로 나오는 연소 가스를 포함할 수 있다. 그러나, 예시된 실시예에서, 가스 유동(84)은, 예컨대 압축기(28)에 의한 압축 후에 공기 흡입구(30)로부터 적어도 상당량(예컨대, 50, 60, 70, 80, 90, 또는 95 용적% 초과)의 산화제 유동을 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 공진기(13)는 가스 유동(84)의 임의의 공진 주파수를 감쇠함으로써 연소 시스템에서의 공진을 감소시키도록 구성된다. 예시된 실시예에서, 공진기(13)가 가스 유동(84)에서 감쇠시키는 주파수는 공진기(13)의 감쇠 길이(71)와 직접적으로 관련된다. 감쇠 길이(71)는 가스 유동(84)이 연소기(12)를 향해 다시 반향되기 전에 공진기(13)를 통해 이동할 수 있는 거리를 나타낸다. 바꿔 말해서, 감쇠 길이(86)는 공진기(13)의 튜브(60) 내의 피스톤(66)과 제1 축방향 단부 사이의 거리이다. 특정 실시예에서, 감쇠 길이(71)는 본체 길이(76)의 0 내지 100, 5 내지 95, 10 내지 90, 5 내지 85, 및 20 내지 80% 만큼 연속적으로 및/또는 증분식으로(예컨대, 증분 단계로) 변경될 수 있다. 예컨대, 감쇠 길이(71)는 튜브(60)의 총 본체 길이(76)의 대략 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 또는 10%의 증분 단계로 변경될 수 있다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 공진기(13)의 감쇠 길이(71)는 주파수 범위에 걸쳐 감쇠를 가능하게 하도록 조절될 수 있다.
연소기(12)에서 주파수의 범위를 감쇠하는 것이 바람직할 수 있기 때문에, 조절 기구(62)[예컨대, 피스톤(66), 봉(68), 및 액추에이터(70)]는 공진기(13)의 감쇠 길이(71)를 조절하도록 구성된다. 예시된 실시예에서, 조절 기구(62)는 피스톤(66), 봉(68), 및 액추에이터(70)를 포함한다. 예컨대, 액추에이터(70)는 공진기 종방향 축선(82)을 따라 피스톤(66)의 축방향 위치를 변화시키도록 봉(68)을 구동시키는 구동 장치 또는 모터(예컨대, 전기, 공압, 및/또는 유압)를 포함할 수 있다. 그 결과, 공진기(13)의 튜브(60) 내의 피스톤(66)은 상이한 축방향 위치를 가짐으로써, 감쇠 길이(71)를 조절한다. 예시된 실시예에서, 피스톤(66)은 활성 섹션(96)[예컨대, 공진기 챔버(64)]을 비활성 섹션(98)[예컨대, 대향 챔버(99)]으로부터 유동적으로 격리시키도록 구성되는 시일(94; 예컨대, 환형 시일 링)을 포함한다. 활성 섹션(96)은 가스 유동(84)을 받아들이고, 비활성 섹션(98)은 피스톤(66)에 의해 제공되는 봉쇄와 시일(94)에 의해 제공되는 밀봉으로 인해 가스 유동(84)을 받아들이지 않을 수 있다.
조절 기구(62)는 공진기 종방향 축선(82)을 따라 피스톤(66)의 축방향 운동을 구동시키는 액추에이터(70)를 통해 감쇠 길이(71), 및 이에 따라 활성 섹션(96)와 비활성 섹션(98)의 각각의 용적을 조절할 수 있다. 즉, 조절 기구(62)는 연소기(12)의 종방향 축선(42)을 향해 반경 방향 내측을 향하는 제1 방향(100)에서 또는 연소기(12)의 종방향 축선(42)으로부터 멀어지게 반경 방향 외측을 향하는 제2 방향(102)에서 피스톤(66)의 운동을 구동시킬 수 있다. 예컨대, 액추에이터(70)는 봉(68)의 축방향 병진(즉, 회전 없는 축방향 운동)을 유발시킴으로써, 튜브(60) 내에서 피스톤(66)의 축방향 병진을 구동시킬 수 있다. 다른 예에 의해, 액추에이터는 봉(68)의 회전(축방향 운동이 있거나 없는)을 유발시킴으로써, [예컨대, 피스톤(66)이 축방향 안내 피쳐를 통한 회전이 봉쇄된 상태에서 피스톤(66) 내의 나사식 리셉터클을 통해 봉(68)을 나사 체결함으로써] 튜브(60) 내에서 피스톤(66)의 축방향 운동을 구동시킬 수 있다. 다른 예에 의해, 액추에이터(70)는 벽(72)의 내부면 상의 대응하는 나사부, 릿지, 또는 기어이와 맞물리도록 피스톤(66)의 회전을 구동시킴으로써, 피스톤(66)이 나사식으로 회전되어 벽(72)을 따라 축방향으로 이동되게 하여 그 축방향 위치를 변화시킬 수 있다. 구동 기구(62)의 특정한 구성에 관계없이, 피스톤(66)은 감쇠 길이(71)를 변경시키도록 튜브(60) 내에 이동함으로써, 공진기(13)를 조절하여 공진기(13)를 교체하는 일 없이 여러 주파수를 감쇠한다. 더욱이, 조절 기구(62)는 가스 터빈 시스템(10)의 작동 중에 [수동 조절 및/또는 제어기(52)에 의한 제어를 통해] 감쇠 길이(71)를 조절함으로써, 시스템 정지 시간을 감소시키고 가스 터빈 시스템(10)의 실시간 또는 거의 실시간 조정을 가능하게 할 수 있다.
예시된 실시예에서, 공진기(13)는 제1 축방향 단부(78)에 플레이트(106)를 포함한다. 플레이트(106)는 공진기(13)의 활성 섹션(96)에 진입하는 가스 유동(84)을 제한 및/또는 스로틀링하는 천공부(108; 예컨대, 오리피스, 개구, 슬롯 등)를 포함할 수 있다. 예컨대, 플레이트(106)와 천공부(108)는 제1 축방향 단부(78)를 통한 개구의 단면적을 감소시킴으로써, 활성 섹션(96)에 진입하는 가스 유동(84)을 감소시킬 수 있다. 더욱이, 플레이트(106)의 천공부(108)는 공진기(13)에 진입하기 전에 가스 유동(84)이 천공부(108)를 통과하게 함으로써 가스 유동(84)의 점성 감쇠를 가능하게 하여, 가스 유동(84)에 대해 에너지의 손실을 초래한다. 예컨대, 가스 유동(84)의 압력은 플레이트(106)에 걸쳐서 압력 강하로 인해 가스 유동(84)이 공진기(13)에 진입할 때에 감소할 수 있다.
도 4는 공진기(13) 상에 위치 설정되는 조절 기구의 실시예의 축방향 단면도이다. 예시된 실시예에서, 조절 기구(62)는 액추에이터(70)의 공압 시스템(110)을 통해 공진기 종방향 축선(82)을 따라 제1 방향(100) 및 제2 방향(102)으로 축방향으로 이동하도록 구동되는 피스톤(66)을 포함한다. 공압 시스템(110)은 공기 공급 시스템(116)[예컨대, 계기 공기 시스템, 공기 흡입구(30) 등]으로부터 비활성 섹션(98)[예컨대, 챔버(99)]으로 공급 공기(114)(또는 임의의 다른 적절한 가스)를 지향시키도록 구성되는 제어 밸브(112)를 포함한다. 비활성 섹션(98) 내에서 공급 공기(114)의 압력은 피스톤(66)을 제1 방향(100)으로 구동시킴으로써, 감쇠 길이(71)를 감소시키고 활성 섹션(96)의 용적을 감소시킬 수 있다. 게다가, 릴리스 밸브(118)가 비활성 섹션(98)[예컨대, 챔버(99)]로부터 공급 공기(114)를 선택적으로 방출하고, 예컨대 공진기 챔버(64)에 진입하는 가스 유동(84)의 압력이 챔버(99) 내에 가스(예컨대, 공기)의 압력을 극복할 수 있게 함으로써 제2 방향(102)으로 피스톤(66)의 운동을 가능하게 하도록 구성될 수 있다. 예시된 실시예에서, 제어기(52)는 제어 밸브(112)에게 개방하라고 명령하는 신호를 제어 밸브(112)에 전송하여 공급 공기(1140가 비활성 섹션(98)에 진입 가능하게 할 수 있다. 더욱이, 제어기(52)는 릴리스 밸브(118)에게 개방하라고 명령하는 신호를 릴리스 밸브(118)에게 전송하여 비활성 섹션(98) 내의 압력을 감소시키고 제2 방향(102)으로 피스톤(66)의 운동을 가능하게 할 수 있다. 따라서, 제어기(52)는 제어 밸브(112)와 릴리스 밸브(118)에게 피스톤(66)의 축방향을 위치를 조절하라는 신호를 전송할 수 있다. 그 결과, 공진기(13)는 작동 조건(예컨대, 연료 조성, 주위 온도 등)의 변화, 가스 터빈 시스템(10)의 점진적인 열화 및 마모, 그리고 가스 터빈 시스템(10)에서 진공 주파수의 다양한 변화를 조절하도록 가스 터빈 시스템(10)의 작동 전, 중, 및/또는 후에(예컨대, 유지 보수 중에) 조정 가능할 수 있다.
도 5는 공진기(13) 상에 위치 설정되는 조절 기구(62)의 실시예의 축방향 단면도이다. 예시된 실시예에서, 조절 기구(62)는 제2 기어(124; 예컨대, 원형 기어)와 맞물리는 제1 기어[122; 예컨대, 세장형 기어 또는 기어식 샤프트(68)]를 갖는 기어 세트(120)를 포함한다. 액추에이터(70)[예컨대, 모터 또는 구동 장치(130)]가 제2 기어(124)의 회전을 구동시킴에 따라, 제2 기어(124)의 기어이(126)가 제1 기어(122)의 기어이(128)와 맞물려서 제2 기어(124)의 회전 운동을 제1 기어(122)의 운동으로 전환시킴으로써, 튜브(60)를 따라 이동하도록 피스톤(66)을 구동시키고 감쇠 길이(71)를 변경시킨다.
예컨대, 기어 세트(120)는 랙 앤드 피니언 기어 세트일 수 있고, 제1 기어(122)는 선형 기어 바 또는 랙이고 제2 기어(124)는 원형 기어 또는 피스톤이다. 따라서, 액추에이터(70)[예컨대, 모터 또는 구동 장치(130)]가 피니언(124)의 회전을 구동함에 따라, 피니언(124)의 기어이(126)는 랙(122)의 기어이(또는 나사부)(128)와 맞물려서 피니언(124)의 회전 운동을 랙(122) 및 이에 따라 피스톤(66)의 축방향 운동으로 전환시킨다.
다른 예에 의해, 기어 세트(120)는 웜 기어 세트일 수 있고, 제1 기어(122)는 웜[예컨대, 세장형의 나사식 웜 샤프트(68)]이고 제2 기어(124)는 웜 기어이다. 따라서, 액추에이터(70)[예컨대, 모터 또는 구동 장치(130)]가 웜 기어(124)의 회전을 구동함에 따라, 웜 기어(124)의 기어이(126)는 웜(122)의 기어이(또는 나사부)(128)와 맞물려서 웜 기어(124)의 회전 운동을 웜(122) 및 이에 따라 피스톤(66)의 운동으로 전환시킨다. 예컨대, 웜 기어(124)는 웜(122)의 회전을 구동시킬 수 있고, 이 웜의 회전은 이어서 피스톤(66)의 나사식 보어 내의 나사부를 회전시켜 피스톤(66)의 축방향 운동을 유발하거나, 피스톤(66)을 내부면(104), 또는 다른 적절한 장치를 따른 나사식 계면을 따라 회전시킨다. 다른 예에 의해, 웜 기어(124)는 웜(122)의 축방향 운동을 구동시킴으로써, 피스톤(66)의 축방향 운동을 구동시킬 수 있다.
그 결과, 피스톤(66)은 액추에이터(70)[예컨대, 구동 장치(130)]에 의한 기어 세트(120)의 구동에 응답하여 제1 및 제2 방향(100, 102)으로 이동될 수 있다. 상기 설명과 유사하게, 구동 장치(130)는 전기, 공압, 및/또는 유압 구동 장치 또는 모터를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 기어(124)는 공진기(13)의 벽(72)에 연결될 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 기어(124)는 연소기(12)의 측벽(74)에 연결되는 별개의 하우징을 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 제어기(52)는 조절 기구(62)에게 감쇠 길이(71)를 변화시키도록 명령하는 신호를 조절 기구(62)에게 전송할 수 있다.
도 6은 공진기(13) 상에 위치 설정되는 조절 기구(62)의 실시예의 축방향 단면도이다. 예시된 실시예에서, 조절 기구는 편향 부재(132; 예컨대, 기계적 스프링, 서로 자기적으로 반발하는 대향 자석들, 압축성 유체, 또는 이들의 임의의 조합)와 압축 부재(134; 예컨대, 2차 피스톤)을 포함한다. 편향 부재(132)는 연소기(12)의 종방향 축선(42)을 향해 반경 방향 내측으로 향하는 제1 방향(100)에서 피스톤(66)을 구동시키도록 구성된다. 예시된 실시예에서, 편향 부재(132)는 대항력으로부터 생기는 스프링의 길이 변화에 실질적으로 비례하는 힘을 복귀시키도록 구성되는 스프링 상수를 갖는 스프링을 포함한다. 예컨대, 스프링 상수는 특히 스프링(132)의 압축, 및 이에 따라 제2 방향(102)으로 피스톤(66)의 운동을 가능하게 하도록 선택되어, 연소기(12)의 예상되는 작동 압력을 기초로 하여 특히 선택된 감쇠 길이(71)를 형성할 수 있다. 게다가, 액추에이터(70)는 압축 부재(134)를 이동시켜 편향 부재(132)를 예인장시키도록 제어되어(예컨대, 상이한 축방향 위치로 이동되어), 제2 방향(102)에서 피스톤(66)(예컨대, 부동 피스톤 또는 스프링 편향식 피스톤)의 총 운동을 제한할 수 있다. 예컨대, 액추에이터(70)는 압축 부재(134)를 제1 방향(100) 및/또는 제2 방향(102)으로 이동시켜 비활성 섹션(98)의 용적을 수정하도록 제어될 수 있다. 그 결과, 감쇠 길이(71)는 압축 부재(134)의 위치, 편향 부재(132)의 스프링 상수, 및/또는 연소기(12)의 작동 압력에 의해 제어될 수 있다. 특정 실시예에서, 제어기(52)는 압축 부재(134)의 운동을 제어하도록 액추에이터(70)에 통신 연결될 수 있고, 제어기(52)는 압축 부재(134), 피스톤(66), 또는 이들 양자와 관련된 하나 이상의 센서(136)에 연결될 수 있다. 예컨대, 센서(136)는 챔버(64 및/또는 99) 내의 압력, 압축 부재(134) 및/또는 피스톤(66)의 위치, 또는 이들의 임의의 조합을 모니터링할 수 있다. 위치 및/또는 압력 피드백은 제어기(52)가 액추에이터(70)를 통해 압축 부재(134) 및/또는 피스톤(66)의 위치를 더욱 정확하게 제어 가능하게 할 수 있다.
도 7은 공진기(13)의 감쇠 길이(71)를 제어하기 위한 방법(140)의 실시예의 흐름도이다. 전술한 바와 같이, 공진기(13)의 감쇠 길이(71)는 공진기(13)에 의해 감쇠되는 주파수를 조절하도록 변화될 수 있다. 그 결과, 제1 축방향 단부(78; 예컨대, 개방 단부)를 통해 공진기(13) 내로 유입되는 가스 유동(84)의 여러 주파수가 가스 터빈 시스템(10)의 작동 전, 중, 및/또는 후에 감쇠될 수 있다. 초기 감쇠 길이(71)가 블럭(142)에서 결정된다. 예컨대, 초기 감쇠 길이(71)는 특히 예상되는 작동 조건 및/또는 연소기(12)를 통과하는 가스 유동(84)의 주파수를 기초로 하여 선택될 수 있다. 블럭(144)에서 제1 제어 신호가 제어기(52)로부터 조절 기구(62)로 전달된다. 예컨대, 조작자가 가스 터빈 시스템(10)의 이전 작동 사이클을 기초로 하여 사전 설정된 초기 감쇠 길이(71)를 입력할 수 있다. 제어기(52)는 조절 기구(62)에게 피스톤(66)의 운동을 구동시키도록 명령하여 공진기(13) 내에 초기 감쇠 길이(71)를 달성하기 위하여 제1 제어 신호를 조절 기구(62)에게 전달할 수 있다. 제1 제어 신호는 블럭(146)에서 조절 기구(62)에 의해 수신된다. 전술한 바와 같이, 조절 기구(62)는 제어기(52)에 통신 연결되어 조절 기구(62)가 제어기(52)로부터 수신된 명령을 개시하게 할 수 있다. 예컨대, 피스톤(66)을 초기 감쇠 길이(71)로 설정하라는 명령의 수신시에, 조절 기구(62)의 액추에이터(70)는 피스톤(66)을 제1 방향(100)으로 구동시킬 수 있다. 제어기(52)는 블럭(148)에서 센서(48, 50)로부터 작동 입력값을 수신할 수 있다. 예컨대, 진동 센서(50)는 연소기(12)에서 바람직하지 않은 진동[예컨대, 연료 노즐(16)에서의 진동, 연소기(12)의 축방향 길이(36)를 따른 진동 등]을 나타내는 신호를 제어기(52)에게 전달할 수 있다. 제어기(52)는 블럭(150)에서 제2 제어 신호를 조절 기구(62)에게 전달할 수 있다. 예컨대, 제2 제어 신호는 센서(48, 50)로부터 수신된 신호를 기초로 하여 감쇠 길이(71)를 변화시키라는 명령어일 수 있다. 조절 기구(62)는 블럭(152)에서 제2 제어 신호를 수신할 수 있다. 예컨대, 조절 기구(62)의 액추에이터(70)는 피스톤(66)의 운동을 제2 방향(102)으로 구동시켜 감쇠 길이(71)를 작동 길이로 조절함으로써, 감쇠될 수 있는 주파수를 조절할 수 있다. 그 결과, 공진기(13)는 가스 터빈 시스템(10)의 작동 전 및/또는 중에 조정될 수 있다.
위에서 상세하게 설명한 바와 같이, 가스 터빈 시스템(10)은 연소기(12)를 통해 이동하는 가스 유동(84)의 주파수를 감쇠하도록 연소기(12) 상에 위치 설정되는 공진기(13)를 포함할 수 있다. 예컨대, 공진기(13)는 연소기(12)의 원주 방향 축선(46)을 따라 원주 방향으로 및/또는 연소기(12)의 축방향 길이(36)를 따라 축방향으로 위치 설정될 수 있다. 특정 실시예에서, 공진기(13)는 공진기(13)의 감쇠 길이(71)와 관련된 가스 유동(84)의 주파수를 감쇠시키도록 구성될 수 있다. 예컨대, 특정 실시예에서, 공진기(13)는 공진기(13)를 활성 섹션(96)과 비활성 섹션(98)으로 분리시키도록 구성되는 피스톤(66)을 포함할 수 있다. 활성 섹션(96)은 가스 유동(84)을 받아들이고, 비활성 섹션(98)은 가스 유동을 받아들이지 않는다. 더욱이, 피스톤(66)은 연소기(12)의 작동 전, 중, 및/또는 후에 감쇠 길이(71)의 조절을 가능하게 하도록 공진기 종방향 축선(82)을 따라 이동될 수 있다. 예컨대, 공진기(13)는 공진기(13) 내에서 피스톤(66)의 운동을 구동시킴으로써, 감쇠 길이(71)를 조절하도록 구성되는 조절 기구(70)를 포함할 수 있다. 더욱이, 조절 기구(70)는 원하는 감쇠 길이를 설정하도록 제어기(52)로부터 명령을 수신할 수 있다. 게다가, 감쇠 길이(71)는 가스 터빈 시스템(10) 전체에 걸쳐 분포되는 센서(48, 50)로부터 수신되는 작동 파라미터를 기초로 하여 조절될 수 있다. 따라서, 연소기(12)는 배출물을 안정화시키고, 연소 동특성을 감소시키며, 연소 조건을 안정화시키는 등을 위해 작동 전, 중, 및/또는 후에 조정될 수 있다.
이상 기술된 설명은, 예를 이용하여 최선의 방식을 비롯한 본 발명을 개시하고 있으며, 또한 당업자가, 임의의 장치 또는 시스템을 제조 및 이용하도록 하는 것 그리고 임의의 통합된 방법을 수행하도록 하는 것을 비롯하여 본 발명을 실시할 수 있도록 한다. 본 발명의 특허 가능한 범위는 청구범위에 의해 한정되며, 당업자가 착안 가능한 다른 예를 포함할 수 있다. 이러한 다른 예는, 이들 예에서 본원 청구범위의 문어적 어구와 상이하지 않은 구조 요소가 마련된다면, 또는 이들 예에서 청구범위의 문어적 어구와 미미한 차이를 갖는 등가의 구조 요소가 마련된다면, 본원의 청구범위에 속하도록 의도된다.
10: 터빈 시스템
11: 공진 감쇠 시스템
12: 연소기
13: 공진기
14: 헤드 단부 섹션
15: 연소 섹션
16: 연료 노즐
17: 연소 챔버
18: 연료
20: 연료 경로
22: 터빈 섹션
24: 배구 출구
26: 샤프트
28: 압축기 섹션
30: 공기 흡입구
32: 유동로
34: 제1 벽
36: 연소기의 축방향 길이
48: 센서
50: 진동 센서
52: 제어기
54: 메모리
56: 프로세서
60: 공진기 튜브
62: 조절 기구
64: 공진기 챔버
66: 피스톤
68: 봉 또는 구동 샤프트
70: 액추에이터

Claims (21)

  1. 시스템으로서,
    연소 챔버와, 상기 연소 챔버 내로 유체 유동을 공급하도록 구성되는 연소기 공급 통로를 갖는 연소기; 및
    상기 유체 유동의 적어도 일부를 받아들이도록 구성되는 복수의 공진기로서, 상기 복수의 공진기의 각각의 공진기는 상기 공진기의 감쇠 주파수(attenuation frequency)를 변화시키도록 구성되는 각각의 주파수 조절기를 포함하는 것인 복수의 공진기
    를 포함하고,
    상기 복수의 공진기는,
    피스톤;
    공진기 챔버를 획정하는 튜브로서, 상기 공진기 챔버는 상기 피스톤을 수용하도록 구성되고, 상기 튜브의 최대 폭은 연소기 측벽까지 연장되는 것인 튜브;
    복수의 액추에이터로서, 상기 공진기 챔버 내의 피스톤의 위치를 조정하여 상기 공진기 챔버의 크기를 변경시키도록, 각각의 피스톤이 상기 복수의 액추에이터의 각각의 액추에이터에 연결되는 것인 복수의 액추에이터;
    상기 연소기 내의 진동을 검출하도록 구성되는 복수의 진동 센서; 및
    상기 액추에이터에 통신 연결되는 제어기로서, 상기 복수의 진동 센서로 부터의 신호를 수신하고 이에 응답하여 상기 복수의 액추에이터 중의 하나 이상을 제어하여 상기 복수의 공진기 중의 하나 이상을 제어하도록 구성되는 제어기
    를 포함하고,
    상기 복수의 공진기는 상기 연소기의 둘레에서 원주 방향으로 이격되어 있는 것인 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연소기는 가스 터빈 연소기를 포함하는 것인 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 가스 터빈 연소기를 갖는 가스 터빈 엔진을 포함하는 시스템.
  4. 제2항에 있어서, 상기 연소기 공급 통로는 가스 터빈 연소기의 헤드 단부 챔버, 연소 라이너와 유동 슬리브 사이의 통로, 또는 이들의 조합을 포함하는 것인 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 유체 유동은 산화제를 포함하는 것인 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 복수의 액추에이터는 전기 구동 장치, 공압 구동 장치, 유압 구동 장치, 또는 이들의 조합을 포함하는 것인 시스템.
  7. 시스템으로서,
    연소기의 연소 챔버로 공급되는 유체 유동의 적어도 일부를 받아들이도록 구성되는 복수의 공진기로서, 상기 복수의 공진기의 각각의 공진기는 상기 공진기의 감쇠 주파수를 변화시키도록 구성되는 각각의 주파수 조절기를 포함하고, 하나 이상의 주파수 조절기는 튜브 내에 배치되는 피스톤, 및 공진기 챔버의 크기를 변경시키기 위해 상기 튜브 내의 상기 피스톤의 위치를 조정하도록 구성되는 액추에이터를 포함하고, 상기 복수의 공진기는 상기 연소기의 둘레에서 원주 방향으로 이격되어 있는 것인 복수의 공진기;
    상기 연소기 내의 진동을 검출하도록 구성되는 복수의 진동 센서; 및
    데이터와 명령을 저장하도록 구성되는 프로세서에 작동적으로 연결되는 메모리를 포함하는 제어기
    를 포함하고,
    상기 제어기는 상기 복수의 진동 센서로부터의 신호를 수신하고 이에 응답하여 하나 이상의 주파수 조절기에게 상기 복수의 공진기 중의 하나 이상의 감쇠 주파수를 변화시키라는 명령을 전송하도록 구성되고, 상기 제어기는 상기 액추에이터에 통신 연결되는 것인 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제어기에 통신 연결되는 센서를 포함하고, 상기 센서는 연소기와 복수의 공진기를 갖는 가스 터빈 시스템의 작동 파라미터를 나타내는 신호를 제어기에게 전송하며, 상기 제어기는 하나 이상의 주파수 조절기에게 상기 작동 파라미터를 기초로 하여 상기 복수의 공진기 중의 하나 이상의 감쇠 주파수를 변화시키라고 명령하도록 구성되는 것인 시스템.
  9. 방법으로서,
    하나 이상의 진동 센서로부터 하나 이상의 신호를 수신하는 수신 단계; 및
    유체 유동을 연소기의 연소 챔버 내로 공급하도록 구성되는 연소기 공급 통로에 연결되는 복수의 공진기 중의 하나 이상의 공진기의 감쇠 주파수를 조절하는 조절 단계
    를 포함하고,
    상기 복수의 공진기는 상기 연소기의 둘레에서 원주 방향으로 이격되어 있고, 상기 복수의 공진기의 각각의 공진기는 유체 유동의 적어도 일부를 받아들이도록 구성되고,
    상기 조절 단계는 제어기에 통신 연결되는 액추에이터로 상기 복수의 공진기 중의 하나 이상의 튜브 내에 배치되는 피스톤을 구동시키는 것을 포함하는 것인 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 조절 단계는 상기 연소기와 상기 복수의 공진기를 갖는 가스 터빈 시스템의 적어도 하나의 작동 파라미터를 나타내는 센서 피드백에 응답하는 것을 포함하는 것인 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 유체 유동은 상기 연소기의 연소 챔버에 공급되는 산화제 유동을 포함하는 것인 방법.
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