JP6125651B2

JP6125651B2 - ガスタービンエンジンの燃焼器のための音響減衰システム

Info

Publication number: JP6125651B2
Application number: JP2015540754A
Authority: JP
Inventors: ジュアン・イー・ポーティロ・ビルバオ; ラジェシュ・ラジャラム; ダンニン・ユウ
Original assignee: シーメンスアクティエンゲゼルシャフト
Priority date: 2012-11-07
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2017-05-10
Anticipated expiration: 2033-10-30
Also published as: JP2015534037A; US20140123649A1; WO2014074369A1; CN104769361A; EP2917643A1; RU2015117261A

Description

本発明は一般にガスタービンエンジンに関し、より詳細にはガスタービンエンジンにおける燃焼器バスケットにおける縦モードの動力学作用を減衰させるための音響減衰システムに関する。

ガスタービンエンジンは典型的には、圧縮器から下流に、かつタービン組立体から上流に位置決めされた複数の燃焼器バスケットを含む。運転中、図1〜図3に示されるように縦モードの動力学作用が燃焼器バスケット内に生じることが多い。縦モードの動力学作用は通常、燃焼器バスケット内の空気流路の入口において発生し、タービン入口へと下流方向に進む。この動力学作用は、より低い排気で作動するためのガスタービンエンジンの調整作業の柔軟性を制限するため、これはより新しいガスタービンに関して絶えず拡張し続ける必要要件である。

以下に記載するのは、上記の問題を解決し、本明細書において具現化されそこに広範に記載される本発明の目的に従って恩恵および利点を提供する本発明の簡潔な概略である。本発明は、音響減衰システムを備えた燃焼器を有する改良されたガスタービンエンジンを対象とする。音響減衰システムは、縦モードの動力学作用を軽減することによってエンジンの作動エンベロープを拡大し、間接的に排気を減少させるのを助けることができる。音響減衰システムは、燃焼器ノズル組立体を収容するように構成された少なくとも1つのオリフィスを有する音響減衰本体から形成されてよい。音響減衰本体は、燃焼器バスケットのヘッド領域に位置決めされてよく、1つまたは複数のオリフィスを音響減衰本体内に含む場合がある。

音響減衰システムは、燃焼器ノズル組立体を収容するように構成された少なくとも1つのオリフィスを有する音響減衰本体から形成されてよい。一実施形態において、燃焼器ノズル組立体音響減衰システムを収容するように構成された少なくとも1つのオリフィスは、燃焼器ノズル組立体を収容するように構成された少なくとも1つの中心オリフィスから形成されてよい。音響減衰本体は、それらの間に延在する内側縁部と外側縁部とを有する上流側と下流側とを有する平坦な面内に形成された材料から形成されてよい。内側および外側縁部は、例えばこれに限定するものではないが略円筒形などの任意の適切な構成を有する場合がある。

音響減衰本体は、音響減衰本体内に、かつ中心オリフィスを画定する内側縁部と音響減衰本体の外側縁部の間に位置決めされた少なくとも1つのオリフィスを含んでよい。少なくとも1つの実施形態において、音響減衰本体におけるオリフィスは実際には、音響減衰本体内の複数のオリフィスである。音響減衰本体内の複数のオリフィスは、オリフィスの内側リングとオリフィスの外側リングから形成されてよい。オリフィスの内側リングとオリフィスの外側リングは同心であってよい。オリフィスの内側リングとオリフィスの外側リングは中心オリフィスと同心であってよい。少なくとも1つの実施形態において、音響減衰本体内の複数のオリフィスは、単一のサイズを有するオリフィスから全て形成することができる。少なくとも別の実施形態において、音響減衰本体内の複数のオリフィスの一部は、第1のサイズを有するオリフィスから形成され、音響減衰本体内の複数のオリフィスの一部は、第1のサイズより大きな第2のサイズを有するオリフィスから形成される場合がある。1つまたは複数のオリフィスは、円筒形の形状であってよい。

別の実施形態において、音響減衰本体は、音響減衰本体の外側縁部から内側縁部における上流側まで延在する下流側を含む場合があり、長手方向軸に対して鋭角で位置決めされてよい。音響減衰本体は概ね線形であってよい。音響減衰本体は下流側に、音響減衰本体を完全に貫通するようには延在しない複数のオリフィスを含む場合がある。

さらに別の実施形態において、音響減衰本体は、音響減衰本体の外側縁部から内側縁部における上流側まで延在する下流側を含む場合があり、長手方向軸に対して鋭角に位置決めされてよい。音響減衰本体は全体が湾曲する場合がある。音響減衰本体は下流側に、音響減衰本体を完全に貫通するようには延在しない複数のオリフィスを含む場合がある。

使用中、音響減衰システムは、縦モードの燃焼器の動力学作用を減衰することで、ガスタービンエンジンの作動エンベロープを拡大することを可能にすることができる。音響減衰システムは、ヘッド端部においてより均一な流れを形成し、かつより優れた混合下流を形成することによって流量調整器として機能することができる。

これらのおよび他の利点および目的は、以下に記載される本発明の詳細な記載を再考することで明らかになるであろう。

添付の図面は、明細書の一部に組み込まれその一部を形成するものであり、記載と併せて目下開示される発明の実施形態を例示し、本発明の原理を開示している。

ガスタービンエンジンの従来の燃焼器バスケットの側部断面図である。動圧対周波数の縦モードの動力学作用の従来技術のグラフである。燃焼器バスケットにおける動圧対場所の縦モード形の従来技術のグラフである。ガスタービンエンジンの燃焼器バスケットの側部断面図である。図4における詳細5で切り取った燃焼器バスケット内に位置決めされた音響減衰システムの部分的な側部断面図である。図5の音響減衰システムの端面図である。図4における詳細7で切り取った燃焼器バスケット内に位置決めされた音響減衰システムの別の実施形態の部分的な側部断面図である。図7の音響減衰システムの端面図である。図4における詳細9で切り取った燃焼器バスケット内に位置決めされた音響減衰システムのさらに別の実施形態の部分的な側部断面図である。図9における詳細11で切り取った音響減衰システムの詳細な側面図である。図9における詳細11で切り取った音響減衰システムの詳細な側面図である。

図4から図11に示されるように、本発明は、音響減衰システム14を備えた燃焼器12を有する音響的に減衰されたガスタービンエンジン10を対象としている。音響減衰システム14は、燃焼器ノズル組立体20を収容するように構成された少なくとも1つのオリフィス18を有する音響減衰本体16から形成されてよい。音響減衰本体16は、燃焼器バスケット24のヘッド領域22内に位置決めされてよく、音響減衰本体16内に1つまたは複数のオリフィス26を含むことができる。音響減衰システム14は、縦モードの動力学作用を軽減することによって、エンジンの作動エンベロープを拡大し、間接的に排気を減少させるのを助けることができる。

音響減衰システム14は、ガスタービンエンジン10の燃焼器バスケット12内のヘッド領域22内に嵌合するように構成されてよい。音響減衰システム14は、1つまたは複数のオリフィス18を備えた音響減衰本体16を含むことができる。オリフィス18は、音響減衰本体16内の適切な位置に位置決めされてよい。少なくとも1つの実施形態において、音響減衰本体16内に位置決めされるオリフィス18は、中心オリフィス18である。中心オリフィス18は略円筒形である場合、あるいは燃焼器ノズル組立体20の半径方向外側にかつそれを囲むように適合するように構成された別の適切な形状を有する場合もある。一実施形態において、図5に示されるように、中央オリフィス18は、燃焼器入口48の周りに適合するようにサイズが決められる場合がある。別の実施形態において、図7に示されるように、中央オリフィス18は、燃料ノズル50の周りに適合するようにサイズが決められる場合もある。別の実施形態において、図9に示されるように、中央オリフィス18は、燃焼器入口48の周りに適合するようにサイズが決められる場合もある。

音響減衰本体16は、それらの間に延在する内側縁部32と外側縁部34とを有する上流側30と下流側28とを有する平坦な面内に形成された材料から形成される場合がある。内側縁部32は中央オリフィス18を画定し、上記に記載したように構成することができる。外側縁部34は、任意の適切な構成を有することができ、少なくとも1つの実施形態では略円筒形であってよい。図5に示される実施形態の外側縁部34は、燃焼器ケース56の内面54に当接するようにサイズが決められてよい。図7に示される実施形態の外側縁部34は、燃焼器入口48内に嵌合するようにサイズが決められてよく、燃焼器入口48の内面58に当接することができる。図9に示される実施形態の外側縁部34は、燃焼器入口48と、燃焼器ケース56の内面54の間のヘッド壁60にもたれるように適合するようにサイズが決められてよい。

音響減衰本体16はまた、中心オリフィス18を画定する内側縁部32と外側縁部34の間に位置決めされ得る1つまたは複数のオリフィス26を含む場合がある。オリフィス26は、例えばこれに限定するものではないが円筒形などの任意の適切な形状を有することができる。図6および図8に示されるように音響減衰本体16は、音響減衰本体16内に複数のオリフィス26を含むことができる。オリフィス26は各々同一に構成される、各々異なって構成される、または多様な異なる構成によって構成される場合がある。一実施形態において、音響減衰本体16内の複数のオリフィス26は、オリフィス26の内側リング36と、オリフィス26の外側リング38とから形成されてよい。オリフィス26の内側リング36と、オリフィス26の外側リング38は、互いに同心であってよい。加えて、オリフィス26の内側リング36と、オリフィス26の外側リング38は、中心オリフィス18と同心であってよい。音響減衰本体16内のオリフィス26は、図6に示されるように、単一のサイズを有するオリフィスから全て形成されてよい。別の実施形態において、図8に示されるように、音響減衰本体16内の複数のオリフィス26の第1の部分40は、第1のサイズを有するオリフィス26から形成されてよく、音響減衰本体16内の複数のオリフィス26の第2の部分42は、第1のサイズより大きい第2のサイズを有するオリフィス26から形成される場合もある。

別の実施形態において、図9〜図10に示されるように、音響減衰本体16は、空気動力学的に決められた上流側30、例えば円錐形状にされた上流側30を含む場合がある。断面図に示されるように、上流側30は、音響減衰本体16の外側縁部34から内側縁部32における下流側28まで延在してよく、長手方向軸46に対して鋭角に位置決めされてよい。音響減衰本体16はまた、本体16の中に延在するが本体16を貫通しない、あるいは流路へと突き出ることができる複数のオリフィス26を含む場合もある。

さらに別の実施形態において、図11に示されるように、音響減衰本体16は、空気動力学的に決められた上流側30、例えば円錐形状にされた上流側30を含む場合がある。断面図に示されるように、上流側30は、音響減衰本体16の外側縁部34から内側縁部32における下流側28まで延在してよく、長手方向軸46に対して鋭角に位置決めされてよい。音響減衰本体16は、全体が湾曲する場合がある。音響減衰本体16はまた、本体16の中に延在するが本体16を貫通しない、あるいは流路へと突き出ることができる複数のオリフィス26を含む場合もある。

使用中、音響減衰システム14は、縦モードの燃焼動力学作用を減衰させることにより、タービンエンジンの作動エンベロープを拡大させることができる。音響減衰システム14は、燃焼器入口48においてより均一な流れを形成し、かつより優れた混合特性の下流を形成することによって流量調整器として機能することができる。

上記は、本発明の実施形態を例示、説明および記載する目的で提供されている。これらの実施形態に対する修正形態および適合形態は、当業者に明らかであり、本発明または以下の特許請求の範囲の範囲または趣旨から逸脱することなく行うことができる。

10 ガスタービンエンジン
12 燃焼器
14 音響減衰システム
16 音響減衰本体
18 オリフィス
20 ノズル組立体
22 ヘッド領域
24 燃焼器バスケット
26 オリフィス
28 下流側
30 上流側
32 内側縁部
34 外側縁部
36 内側リング
38 外側リング
40 オリフィスの第1の部分
42 オリフィスの第2の部分
46 長手方向軸
48 燃焼器入口
50 燃料ノズル
54 燃焼器ケースの内面
56 燃焼器ケース
58 燃焼器入口の内面
60 ヘッド壁

Claims

燃焼器ノズル組立体を収容するように構成された少なくとも1つのオリフィスを有する音響減衰本体と、
前記音響減衰本体内にあり、少なくとも1つのオリフィスを画定する内側縁部と、前記音響減衰本体の円筒形の外側縁部との間に位置決めされた少なくとも1つのオリフィスとを備える、ガスタービンエンジンの燃焼器のための音響減衰システムであって、
前記音響減衰システムは、前記燃焼器ノズル組立体を囲む燃焼器バスケットのヘッド端部領域に位置決めされる、音響減衰システム。
前記音響減衰本体が、それらの間に延在する前記内側縁部と前記外側縁部とを有する上流側と下流側とを有する平坦な面内に形成された材料から形成される、請求項1に記載の音響減衰システム。
前記音響減衰本体内の前記少なくとも1つのオリフィスが、前記音響減衰本体内の複数のオリフィスを含む、請求項1に記載の音響減衰システム。
前記音響減衰本体内の前記複数のオリフィスが、オリフィスの内側リングと、オリフィスの外側リングから形成される、請求項3に記載の音響減衰システム。
オリフィスの前記内側リングとオリフィスの前記外側リングが同心である、請求項4に記載の音響減衰システム。
燃焼器ノズル組立体を収容するように構成された少なくとも1つのオリフィスを有する前記音響減衰本体が、燃焼器ノズル組立体を収容するように構成された少なくとも1つの中心オリフィスを備える、請求項4に記載の音響減衰システム。
オリフィスの前記内側リングと、オリフィスの前記外側リングが前記少なくとも1つの中心オリフィスと同心である、請求項6に記載の音響減衰システム。
前記音響減衰本体内の前記複数のオリフィスが、単一のサイズを有するオリフィスから全て形成される、請求項3に記載の音響減衰システム。
前記音響減衰本体内の前記複数のオリフィスの一部が、第1のサイズを有するオリフィスから形成され、前記音響減衰本体内の前記複数のオリフィスの一部が、前記第1のサイズより大きな第2のサイズを有するオリフィスから形成される、請求項3に記載の音響減衰システム。
前記複数のオリフィスの少なくとも1つのオリフィスが円筒形の形状である、請求項3に記載の音響減衰システム。
前記音響減衰本体の外側縁部から内側縁部にある下流側まで延在する上流側が、長手方向に対して鋭角に位置決めされる、請求項1に記載の音響減衰システム。
前記音響減衰本体が湾曲する、請求項11に記載の音響減衰システム。
前記上流側に前記音響減衰本体内を完全に貫通するようには延在しない複数のオリフィスをさらに備える、請求項11に記載の音響減衰システム。
燃焼器ノズル組立体を収容するように構成された少なくとも1つのオリフィスを有する音響減衰本体と、
前記音響減衰本体内にあり、前記少なくとも1つのオリフィスを画定する内側縁部と、前記音響減衰本体の円筒形の外側縁部との間に位置決めされた複数のオリフィスとを備える、ガスタービンエンジンの燃焼器のための音響減衰システムであって、
前記音響減衰本体が、それらの間に延在する前記内側縁部と前記外側縁部とを有する上流側と下流側とを有する平坦な面内に形成された材料から形成され、
前記音響減衰システムは、前記燃焼器ノズル組立体を囲む燃焼器バスケットのヘッド端部領域に位置決めされる、音響減衰システム。
燃焼器ノズル組立体を収容するように構成された前記少なくとも1つのオリフィスが、燃焼器ノズル組立体を収容するように構成された少なくとも1つの中心オリフィスを含み、前記音響減衰本体内の前記複数のオリフィスが、オリフィスの内側リングと、オリフィスの外側リングから形成され、前記複数のオリフィスの少なくとも1つのオリフィスが円筒形の形状である、請求項14に記載の音響減衰システム。
前記オリフィスの前記内側リングと、オリフィスの前記外側リングが互いに同心であり、前記少なくとも1つの中心オリフィスと同心である、請求項15に記載の音響減衰システム。
前記音響減衰本体内の前記複数のオリフィスが、単一のサイズを有するオリフィスから全て形成される、請求項14に記載の音響減衰システム。
前記音響減衰本体内の前記複数のオリフィスの一部が、第1のサイズを有するオリフィスから形成され、前記音響減衰本体内の前記複数のオリフィスの一部が、前記第1のサイズより大きな第2のサイズを有するオリフィスから形成される、請求項14に記載の音響減衰システム。
少なくとも1つのノズル組立体と、前記ノズル組立体を囲む燃焼器バスケットのヘッド端部領域に位置決めされた音響減衰システムとを有する燃焼器バスケットを備え、
前記音響減衰システムが、
燃焼器ノズル組立体を収容するように構成された少なくとも1つのオリフィスを有する音響減衰本体と、
前記音響減衰本体内にあり、少なくとも1つの中心オリフィスを画定する内側縁部と、前記音響減衰本体の円筒形の外側縁部の間に位置決めされた少なくとも1つのオリフィスとを備える、
音響的に減衰されたガスタービンエンジン。