JP2000146182A - バ―ナのために音波の振動増幅をダンピングするためのダンピング装置 - Google Patents

バ―ナのために音波の振動増幅をダンピングするためのダンピング装置

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Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 空気流と燃料流とが互いに混合されて燃
料空気混合物を形成する混合領域と、燃料空気混合物の
流れ方向で混合領域の後方に配置された燃焼器とを備え
ていて、燃焼器内で燃料空気混合物が点火される形式
の、内燃機関の運転のための、有利にはガスターボ装置
団の駆動のためのバーナのために、音波の振動増幅を削
減するためのダンピング装置が提案される。本発明によ
れば、バーナ内で形成された音波がヘルムホルツ共鳴器
内で抑制されて、バーナ内へ逆反射しないようにヘルム
ホルツ共鳴器４がバーナの混合領域２に直接的に結合さ
れている。 【効果】 燃料空気混合物が点火される領域、しかもエ
ネルギ変換のために極めて重要なこの領域内へ、発生し
た音波が不所望に音響帰還することが完全に回避され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は空気流と燃料流とが
互いに混合されて燃料空気混合物を形成する混合領域
（２）と、燃料空気混合物の流れ方向で混合領域（２）
の後方に配置された燃焼器（１）とを備えていて、燃焼
器内で燃料空気混合物が点火される形式の、内燃機関の
運転のための、有利にはガスターボ装置団の駆動のため
のバーナのために、音波の振動増幅を削減するためのダ
ンピング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば航空エンジン内で使用される、ま
たは火力発電所の運転のためのバーナ内で使用される、
有利にはガスタービンプラントで使用される燃焼器内で
燃料を燃焼させる際に、音波の形態で形成されるいわゆ
る燃焼器脈動が生じることは周知のことであり、かつ適
当な構造的な手段によりこの脈動を所期のとおり抑制す
ることが試みられている。例えば航空エンジンの後バー
ナ機構ではいわゆる後方掃気形有孔板が、仕切壁の冷却
と不所望に発生した音波のダンピングとのために役立つ
壁として使用されている。
【０００３】この種の後方掃気形有孔板は、基本的にこ
の同じ課題、要するに燃焼器壁の冷却と燃焼器の内部に
発生する音響振動の抑制とを満足せしめる対流式のガス
タービン燃焼器でも使用される。有害物質排出の削減に
関連する燃焼器の最適な設計においては、有害物質の少
ない燃焼のためにすべての空気が必要とされるために、
燃焼器自体はますます燃焼器内への冷却空気の供給なし
で設計されるようになりつつある。しかし、この構成に
よれば反射する壁により音響のダンピングが極めてわず
かとなり、その結果、この種の燃焼器にはしばしば付加
的なダンピングエレメントが備えられる。
【０００４】ダンピングエレメントは一般的にはいわゆ
るヘルムホルツ共鳴器の原理で作動する。ヘルムホルツ
共鳴器は基本的に、ヘルムホルツ共鳴器を通過する所定
周波数の機械的な波動もしくは音波が所期のとおりダン
ピングされるようにその共鳴のふるまいを調整すること
のできる容積エレメントである。
【０００５】ヘルムホルツ共鳴器を使用して燃焼器内の
音波を抑制する試みがすでに公知である。この場合、ヘ
ルムホルツ共鳴器はいわゆる燃焼器ドーム内で本来のバ
ーナと並んで配置されており、このことにより、一面に
おいては音波の増幅を弱めることはできるが、しかしこ
の形式で音波の発生へのバーナの直接的な影響を完全に
削減することは不可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、一般
的には、空気流と燃料流とが互いに混合されて燃料空気
混合物を形成する混合領域と、燃料空気混合物の流れ方
向で混合領域の後方に配置された燃焼器とを備えてい
て、燃焼器内で燃料空気混合物が点火される形式の、内
燃機関の運転のための、有利にはガスターボ装置団の駆
動のためのバーナのために、音波の振動増幅を削減する
ためのダンピング装置を改良して、バーナの内部にそれ
ぞれ発生する音響振動をほぼ完全に抑制することができ
るようにすることにある。本発明によるダンピング装置
はすでに存在する内燃機関での後からの組込みの可能性
を提供し、かつそれぞれのバーナへの共鳴のふるまいの
容易な同調性を可能にするべきものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この課題は本発明によれ
ば請求項１に記載したように、空気流と燃料流とが互い
に混合されて燃料空気混合物を形成する混合領域と、燃
料空気混合物の流れ方向で混合領域の後方に配置された
燃焼器とを備えていて、燃焼器内で燃料空気混合物が点
火される形式の、内燃機関の運転のための、有利にはガ
スターボ装置団の駆動のためのバーナのために、音波の
振動増幅を削減するためのダンピング装置において、バ
ーナ内に形成された音波がヘルムホルツ共鳴器内で抑制
されてバーナ内へ逆反射されないようにこのヘルムホル
ツ共鳴器が直接的にバーナの混合領域に結合されている
ことにより解決される。
【０００８】本発明の別の構成が他の請求項に記載され
ている。
【０００９】
【発明の効果】本発明の基本的なアイデアは、ホルムヘ
ルツ共鳴器をバーナ自体内に直接的に組み込むことにあ
り、これにより、バーナの内部に発生する音波を、混合
領域を介して直接的に燃焼器自体と結合されたヘルムホ
ルツ共鳴器により完全にダンピングさせることができ
る。このようにすれば、バーナの内部に発生する音波は
もはや反射しない。その理由はバーナ内に組み込まれた
ヘルムホルツ共鳴器容積にもとづき、音波をもはや反射
させることのない適合した音響的な背壁をバーナが有す
るからである。この適合は以下にさらに詳しく説明する
ようにラムダ／４‐容積によっても得ることができる。
【００１０】直接的にバーナ内に設けられたヘルムホル
ツ共鳴器によって所期のとおり音響帰還が回避され、こ
れにより、例えば燃料空気混合物が点火される領域、し
かもエネルギ変換のために極めて重要なこの領域内へ、
発生した音波が不所望に音響帰還することが完全に回避
される。まさにこの種の音響帰還が、対流式に形成され
た燃焼器機構では不所望な燃焼器脈動を生ぜしめる原因
にほかならず、この脈動が燃焼効率全体の著しい悪化を
招く。
【００１１】ガスタービンプラントの点火のためには、
内部で燃料空気混合物の点火が行われる燃焼器に直接的
に接続された円錐形の混合領域を備えたバーナが設けら
れる。この種のバーナは例えばヨーロッパ特許第０３２
１８０９号明細書に開示されており、かつガスタービン
プラントの点火のために使用されて大きな成果を得てい
る。その場合、この文献は本発明の記載の欠くことので
きない構成部分を形成している。有利には、ヘルムホル
ツ共鳴器の形状のダンピングエレメントが直接的に円錐
形のバーナの尖端部に配置される。ヘルムホルツ共鳴器
は片側で閉じられることができるか、または供給空気及
びまたは燃料が通過できるように形成されることもでき
る。
【００１２】すべてのバーナの音響的な振動のふるまい
への、バーナ機構内への付加的な燃料供給導管もしくは
供給空気導管によってもたらされる可能な障害的な影響
を考慮するために、この種の供給導管は有利にはヘルム
ホルツ共鳴器とバーナもしくは混合領域との間に配置さ
れる。
【００１３】例えば特にバーナの始動状態のために設け
られかつ一般的にパイロット導管として記載される燃料
供給導管が、バーナとヘルムホルツ共鳴器との間に設け
られる。ヘルムホルツ共鳴器と、バーナ自体の空気流も
しくは燃料流内へのパイロットガス供給部との間が著し
く近いことにより、ヘルムホルツ共鳴器のダンピングの
ふるまいが付加的なパイロットガス供給の成果へ直接的
に作用する。
【００１４】ヘルムホルツ共鳴器の共鳴のふるまいをバ
ーナに個別的に同調させることができるように、ヘルム
ホルツ共鳴器はバーナに対して縦方向に摺動可能である
ことができる。このことは例えばバーナへの結合導管を
テレスコープ状に形成することにより、または最も簡単
にはねじ山により行われ、このことにより、ヘルムホル
ツ共鳴器とバーナ入口との間の間隔を個別的に変化させ
ることが可能である。
【００１５】適当形式でヘルムホルツ共鳴器自体はその
容積を変化させる調整エレメントを備えることができ、
これにより、同様にヘルムホルツ共鳴器の共鳴のふるま
いが個別的に適合されることができる。
【００１６】有利にはヘルムホルツ共鳴器はできるだけ
バーナの近くに、もしくはむしろバーナ自体内に設けら
れる。バーナの混合領域内での燃焼供給空気に関する流
れの若干の悪化を回避するために、ヘルムホルツ共鳴器
はバーナを囲むバーナフードの外部に設けられる。同様
に、ヘルムホルツ共鳴器が燃焼空気供給流を損なうこと
なしにバーナケーシングの内部に組み込まれた構造で設
けられるような措置がほどこされてもよい。
【００１７】基本的には、バーナの内部の音響振動のダ
ンピングのためのヘルムホルツ共鳴器の配置は、上述形
式で形成された混合領域を備えた形式のバーナに制約さ
れない。スワールを発生する中央体をバーナの内部に備
えておらず本発明によるダンピングエレメントを備えた
形式のバーナを装備することもできる。
【００１８】これに関連して、課題にもとづきすでに上
述したようにラムダ／４‐波動ダンパーを組み込むこと
もできる。その場合このダンパーは１次元的な定常波に
合わせて構成される。
【００１９】
【発明の実施の形態】次に、本発明の普遍的な思想の制
約なしに図面を参照して例示的に本発明を説明する。
【００２０】図１は例えばヨーロッパ特許第０３２１８
０９号明細書に詳細に示されているバーナの著しく簡略
化した横断面を示す。
【００２１】燃焼器１には円錐形に形成された混合領域
２が直接的に続いている。その内部構造及び作用形式に
ついてはここでは立ち入らず、それ以上の詳細について
は前述の印刷物を参照されたい。円錐形に形成された混
合領域２の尖端部のところには供給導管３を介して直接
的にヘルムホルツ共鳴器４が設けられており、このヘル
ムホルツ共鳴器は開かれた容積を介して混合領域２と燃
焼器１とに結合されている。燃焼器１もしくは混合領域
２の内部で発生した音波はバーナの共鳴のふるまいを適
当に平衡せしめるヘルムホルツ共鳴器を介して所期のと
おりダンピングされる。図１に示すバーナ形状では左か
ら右へヘルムホルツ共鳴器４内へ進入する音波の反射は
このところで所期のとおりダンピングされ、再びバーナ
の内部へは逆反射されない。
【００２２】図１の図示の例ではヘルムホルツ共鳴器４
は互いに反対側に位置する２つの開口を備えており、そ
の結果、このヘルムホルツ共鳴器は質量流れ例えば空気
流または燃料流により貫流されることができる。
【００２３】選択的にバーナは補助的にパイロットガス
供給導管５を備えることができ、その場合、このパイロ
ットガス供給導管は有利にはヘルムホルツ共鳴器４と混
合領域２との間に配置される。
【００２４】図１によるバーナ形状と相違して、図２に
示されたバーナはＶ字形に形成された中央体６を有して
おり、この中央体は円錐形の混合領域２と同様に燃焼空
気８と燃料との所期どおりの混合に役立つ。図２に示す
バーナの場合でも、音波の所期のダンピングのために中
央体６のすぐ手前に供給導管３を介してホルムヘルツ共
鳴器４が設けられている。選択的に、この場合も補助的
なパイロットガス供給導管５を設けることができる。
【００２５】バーナに対するヘルムホルツ共鳴器４の共
鳴のふるまいの平衡のために、図３による実施例では供
給導管３の内部で混合領域２に対して相対的に縦方向に
摺動可能な中空室共鳴器（ヘルムホルツ共鳴器）４が設
けられている。この形式で、大きな付加的な費用なしに
所期の共鳴平衡が実施される。互いに内外に滑動し合う
２つの管により、もしくは最も簡単にはねじ山を介して
実現されることのできる縦方向摺動性に対して付加的
に、ヘルムホルツ共鳴器４は詳細には図示しない調整エ
レメントを有しており、この調整エレメントにより、ヘ
ルムホルツ共鳴器４の共鳴器容積が変化させられる。
【００２６】図１及び図２による上述の実施例ではすべ
てのバーナを囲むケーシングの内部にホルムヘルツ共鳴
器４が配置されているのに対して、図３に示す実施例で
はヘルムホルツ共鳴器４がケーシング７の外部に配置さ
れている。ヘルムホルツ共鳴器４のこのようなケーシン
グ外部の配置は、音響的なダンピングのふるまいが大体
においてホルムヘルツ共鳴器４により規定されるにせ
よ、特にケーシング７の内部の混合領域２内の妨げのな
い燃焼空気供給流を得るのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【図１】円錐形に形成された混合領域を備えたバーナと
ヘルムホルツ共鳴器との組合せを示す図である。
【図２】円錐形に形成された中央体を備えたバーナとヘ
ルムホルツ共鳴器との組合せを示す図である。
【図３】バーナと、混合領域に対して縦方向摺動可能に
配置されたヘルムホルツ共鳴器との組合せを示す図であ
る。
【符号の説明】
１ 燃焼器、 ２ 円錐形に形成された混合領域、 ３
供給導管、 ４ ヘルムホルツ共鳴器、 ５ パイロ
ット供給導管、 ６ 二重円錐形に形成された中央体、
７ バーナケーシング、 ８ 燃焼空気
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フランツ ヨース ドイツ連邦共和国 ヴァイルハイム ツム フェルンブリック ５

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 空気流と燃料流とが互いに混合されて燃
    料空気混合物を形成する混合領域（２）と、燃料空気混
    合物の流れ方向で混合領域（２）の後方に配置された燃
    焼器（１）とを備えていて、燃焼器内で燃料空気混合物
    が点火される形式の、内燃機関の運転のための、有利に
    はガスターボ装置団の駆動のためのバーナのために、音
    波の振動増幅を削減するためのダンピング装置におい
    て、バーナ内で形成された音波がヘルムホルツ共鳴器
    （４）内で抑制されてバーナ内へ逆反射されないように
    このヘルムホルツ共鳴器が直接的にバーナの混合領域
    （２）に結合されていることを特徴とするバーナのため
    の音波の振動増幅をダンピングするためのダンピング装
    置。
  2. 【請求項２】 ヘルムホルツ共鳴器（４）が燃料空気混
    合物の流れ方向で混合領域（２）の手前に配置されてい
    る請求項１記載のダンピング装置。
  3. 【請求項３】 バーナが円錐形に形成された混合領域
    （２）を備えており、混合領域がその大きい方の直径の
    ところで燃焼器（１）に接続されており、かつその尖端
    部でホルムヘルツ共鳴器（４）に取付けられている請求
    項１または２記載のダンピング装置。
  4. 【請求項４】 ヘルムホルツ共鳴器（４）と混合領域
    （２）との間に燃料供給導管（５）およびまたはオイル
    ノズルが設けられている請求項３記載のダンピング装
    置。
  5. 【請求項５】 燃料導管（５）がパイロットガスの供給
    のために設けられている請求項４記載のダンピング装
    置。
  6. 【請求項６】 ヘルムホルツ共鳴器（４）の閉じられた
    容積での周波数同調を可能ならしめるために、ヘルムホ
    ルツ共鳴器（４）が混合領域（２）に対して摺動可能に
    配置されている請求項１から５までのいずれか１項記載
    のダンピング装置。
  7. 【請求項７】 バーナをケーシング（７）が囲んでいる
    請求項１から６までのいずれか１項記載のダンピング装
    置。
  8. 【請求項８】 ヘルムホルツ共鳴器（４）がケーシング
    （７）の内部または外部に配置されている請求項７記載
    のダンピング装置。
  9. 【請求項９】 混合領域（２）がスワール発生器として
    形成されており、その内部で１軸線を中心として渦巻く
    燃料空気混合物が形成される請求項１から８までのいず
    れか１項記載のダンピング装置。
  10. 【請求項１０】 空気流と燃料流とが互いに混合されて
    燃料空気混合物を形する混合領域（２）と、燃料空気混
    合物の流れ方向で混合領域（２）の後方に配置された燃
    焼器（１）とを備えていて、燃焼器内で燃料空気混合物
    が点火される形式の、内燃機関の運転のための、有利に
    はガスターボ装置団の駆動のためのバーナのために、音
    波の振動増幅を削減するためのダンピング装置におい
    て、音波の振動増幅の削減のためにラムダ／４‐ウエー
    ブチューブが使用されていることを特徴とするバーナの
    ために音波の振動増幅をダンピングするためのダンピン
    グ装置。
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