JP2006145194A - ガスタービンエンジン用の閉込め渦式燃焼器空洞マニホールド - Google Patents

Abstract

【課題】 本技術は、ガスタービン装置で使用するための燃焼器組立体を提供する。
【解決手段】 本燃焼器組立体（３４）は、第１の燃焼ゾーン（６６）と第２の燃焼ゾーン（４６）とを含む。本燃焼器組立体（３４）はさらに、燃料（２４）及び空気（５８）を受けて第１の燃空比を有する第１の燃料空気混合気（６２）を可能にするように構成された第１の予混合室（３８）を含み、第１の予混合室（３８）は、第１の燃焼ゾーン（６６）において燃焼室（４２）に流体的に結合される。本燃焼器組立体はまた、燃料（２４）及び空気（６０）を受けて第２の燃空比を有する第２の燃料空気混合気（７２）を可能にするように構成された第２の予混合室（４０）を含み、第２の予混合室（４０）は、第１の燃焼ゾーン（６６）の半径方向外側寄りに位置する第２の燃焼ゾーン（４６）において燃焼室（４２）に流体的に結合される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、総括的にはガスタービン装置のような燃焼装置に係る燃料の空気混和及び燃焼に関する。

従来型のガスタービン装置では、空気は、環境から引込まれ、燃料と混合され、その後点火されて燃焼ガスを生成し、この燃焼ガスを使用して、例えば機械要素を駆動し或いは発電することができる。従来型のガスタービン装置は一般的に、３つの主要システム、すなわち圧縮機、燃焼器及びタービンを含む。圧縮機は、空気を加圧し、この空気を燃焼器に向けて送る。燃焼器は、タービンと直接流体連通した多数の缶型燃焼器又はアニュラ型燃焼器として構成することができる。加圧空気及び燃料は、燃焼器内で混合されかつ燃焼して、発生した燃焼ガスによりタービンを作動させて、例えば発電するか或いは機械要素を駆動する。つまり、燃焼ガスは、タービンを横切って流れかつタービンを作動させ、次にタービンが圧縮機に動力を与えるシャフトを駆動し、またほんの少しの例を挙げると発電機に動力を与えるか或いは航空機に動力を与えるために出力を発生する。

ガスタービンエンジンは通常、長期間運転され、燃焼ガスによるエミッションは、しばしば規制限界の制約を受ける関心事である。例えば燃焼中に、窒素は酸素と化合して窒素酸化物（ＮＯｘ）を生成し、これらのＮＯｘ排出（エミッション）は、しばしば規制限界の制約を受け、通常は望ましくないものである。従来からガスタービン装置は、燃空比を低下させることによってＮＯｘエミッションの量を減少させており、これらの装置は、しばしばリーン（希薄）装置と呼ばれる。希薄装置は、燃焼室内での燃焼温度を低下させて、結果的に燃焼時に生成されるＮＯｘエミッションの量を減少させる。残念なことには、従来型の希薄燃焼装置は、燃料空気混合気の変動を惹き起こす燃焼不安定性を生じ易く、さらに例えば一酸化炭素（ＣＯ）エミッションを増加させる不良燃焼を生じ易い。

最高温度を低下させてそれによってＮＯｘエミッションを低減するのに通常使用される別の方法は、燃焼器内に水又は蒸気を噴射することである。しかしながら、水又は蒸気の噴射は、比較的高価な技術であり、この技術は、一酸化炭素（ＣＯ）のバーンアウト反応を消炎するという望ましくない副作用を生じる可能性がある。加えて、水又は蒸気を噴射する方法は、多くの地域で必要とされる極度に低い汚染物質水準に到達するその能力に限界がある。

ＮＯｘエミッションを低減するのに使用される別の方法は、燃焼器への燃料の導入を段階的にすることである。この方法は、最高温度にある時間を減少させ、かつ燃焼器のヘッドエンドをより希薄にする。この場合もやはり、非常に希薄な予混合に関連する課題により、限界が生じることになる。燃料を段階的にしてリッチ（濃厚）燃焼させる遣り方にもまた限界がある。

従って、ＮＯｘエミッションを低減する燃焼技術を提供することに対する必要性が存在する。

簡潔に言えば、１つの実施形態によると、本技術は、ガスタービン装置で使用するための燃焼器組立体を提供する。本燃焼器組立体は、第１の燃焼ゾーンと第２の燃焼ゾーンとを含む。本燃焼器組立体はさらに、燃料及び空気を受けて第１の燃空比を有する第１の燃料空気混合気を可能にするように構成された第１の予混合室を含み、第１の予混合室は、第１の燃焼ゾーンにおいて燃焼室に流体的に結合される。本燃焼器組立体はまた、燃料及び空気を受けて第２の燃空比を有する第２の燃料空気混合気を可能にするように構成された第２の予混合室を含み、第２の予混合室は、第１の燃焼ゾーンの半径方向外側寄りに位置する第２の燃焼ゾーンにおいて燃焼室に流体的に結合される。

別の様態によると、本技術は、ガスタービン装置のための燃焼ガスを供給する例示的な方法を提供する。本方法は、燃焼器組立体の第１の予混合室に燃料及び加圧空気を供給して第１の燃空比を有する第１の燃料空気混合気を生成する段階を含む。本方法は、燃焼器組立体の燃焼室の第１の燃焼ゾーンに第１の燃料空気混合気を送る段階を含む。本方法はまた、燃焼器組立体の第２の予混合室に燃料及び加圧空気を供給して第２の燃空比を有する第２の燃料空気混合気を生成する段階を含む。本方法はさらに、第１の燃焼ゾーンの半径方向外側寄りに配置された、燃焼器組立体の燃焼室の第２の燃焼ゾーンに第２の燃料空気混合気を送って第２の燃焼ゾーン内に第２の燃料空気混合気の渦流を発生させる段階を含む。

本発明のこれらの及び他の特徴、様態及び利点は、図面全体を通して同一の参照符号が同じ部品を表わしている添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読む時、より良好に理解されるようになるであろう。

予備的事項として、以下の説明及び特許請求の範囲のための「又は」という用語の定義は、包括的な「又は」であることを意図している。つまり、「又は」という用語は、２つの互いに排他的な代替物間を差別化することを意図するものではない。むしろ、２つの要素間の接続詞として使用する場合における「又は」という用語は、１つの要素単独、他の要素単独並びにそれら要素の組合せ及び置換を含むものとして定義される。例えば、技術用語「Ａ」又は「Ｂ」を使用する説明又は詳述は、「Ａ」単独、「Ｂ」単独並びに「ＡＢ」及び／又は「ＢＡ」のような任意のそれらの組合せを含む。

本技術は一般的に、ガスタービン装置における燃焼に関する。その例示的な実施形態を以下でさらに説明するガスタービン装置は、ほんの少しの例を挙げると商用航空機及び発電プラントのような多くの用途で使用される。通常、ガスタービン装置は、ほんの少しの例を挙げるとプロパン、天然ガス、合成ガス又はケロシンのような液体又はガス燃料が、燃焼ゾーン内で点火されて燃焼ガスを生成し、これらの燃焼ガスを使用してタービンを作動させるという原理に則って機能する。

次に図面に転じると、また図１を参照すると、本技術によるガスタービン装置１０の例示的な実施形態を概略的に示している。例示的な実施形態に関連する以下の説明及び特許請求の範囲が本明細書で説明する実施形態に限定されるものではないことは、注目に値する。ガスタービン装置１０は、該ガスタービン装置１０の様々な内部構成要素を保護しかつそれらを固定する外側ケーシング１２を含む。加えて、以下でさらに説明するように、外側ケーシング１２は、ガスタービン装置１０に対して空気流を導く構造体を形成する。

空気流を発生させるために、この例示的なガスタービン装置１０は、圧縮機１４を含む。作動中、圧縮機１４は、ガスタービン装置１０を囲む大気から空気１６を吸込み、次に空気１６を装置の下流方向に強制的に流す。その結果、圧縮機は、空気の圧力を増大させる。換言すれば、圧縮機１４は、環境内の空気１６を加圧し、従ってその圧力を増大させて加圧空気１８及び空気流を生成する。圧縮機１４は、以下でさらに説明するように、装置、具体的には燃焼器を通過する加圧空気の供給源として作用する。実例を挙げれば、圧縮機１４は、３０倍及びそれ以上ほど空気１６の圧力を増大させることができる。

加圧空気１８は、下流方向に装置内に及びガスタービン装置１０の長手方向軸線２２の周りで同軸に配置された複数の燃焼器組立体２０（すなわち、缶型燃焼器）内に導かれる。図示するように、燃焼器組立体２０は、他の形状も考えられるが、ほぼ円筒形状を有する。以下でさらに説明するように、燃焼器組立体２０は、加圧空気１８及び燃料２４を受け、燃料空気混合気の形成を可能にする。次に、燃焼器組立体２０は、燃料空気混合気に点火して、排出ガス又は燃焼ガス２６を形成し、この排出ガス又は燃焼ガス２６がタービン２８を駆動する。この例示的な装置では、複数の燃焼器組立体２０のための燃料２４は、燃料源３０によって供給される。実例として挙げれば、燃料源３０は、様々な燃焼器組立体に燃料を導く燃料マニホールドである。燃料源３０（すなわち、燃料マニホールド）は、燃料制御装置３２の制御下にある。この例示的な実施形態では、燃焼器組立体２０の様々な構成要素への燃料２４の供給は、例えばバルブシステムを使用して個別に制御される。従って、所望の量の燃料を、所望の時間にかつ互いに独立した方法で燃焼器組立体２０の様々な構成要素に供給することができる。

複数の燃焼器組立体２０内で形成された後に、燃焼ガス２６は、タービン２８を通って流れ、この流れによりタービン２８を駆動する。タービン２８の回転は、例えば発電機のロータを回転させそれによって発電するために利用するのに好都合である。これに代えて、タービン２８の回転は、機械要素を駆動するために利用することもできる。

図２は、本技術の例示的な実施形態による単段閉込め渦式燃焼器組立体３４の部分概略断面図である。より具体的には、図２は、上に図１で説明した燃焼器組立体２０の１つに類似した燃焼器缶又は燃焼器組立体３４の一部分の詳細を示す。上記の説明を続けると、燃料源３０及び燃料制御装置３２は、燃焼器組立体の様々な分配機構及び空気混和室内に燃料２４を導く。燃料２４は、プロパン、天然ガス、水素又は合成ガスのような幾つかの可能な燃料源の１つとすることができ、窒素、蒸気又は二酸化炭素（ＣＯ_２)のような希釈剤を含むことができる。当然、他の種類の燃料もまた考えられる。この例示的な実施形態では、燃料２４は、燃焼器組立体３４の拡散室３６、主予混合室（すなわち、第１の予混合室３８）及び二次予混合室（すなわち、第２の予混合室４０）に供給される。次に、これらの領域は、以下でさらに説明するように、燃焼室４２に適切な燃料又は燃料空気混合気を供給する。

燃料２４は、他の通路の中で特に、拡散室３６を通して燃焼室４２に供給される。拡散室３６の複数の入口管４４からの燃料２４は、複数の開口４８を介して燃焼室４２の二次燃焼ゾーン又は第２の燃焼ゾーン４６内に導入される。複数の開口４８を通しての拡散燃料２４の供給は、燃焼室４２を形成する表面に対しての温度勾配を最小にする利点があると思われる。以下でさらに説明するように、拡散室３６からの燃料２４は、燃焼室４２内における燃料空気混合気の濃厚度を、そのような濃厚度が望ましい場合及び／又はそのような状態が許される場合に増大させるのを可能にする。

この例示的な燃焼器組立体３４では、導入燃料２４の幾らかの部分は、燃焼室４２内に加えられる前に、空気混和される。例えば、燃料２４は、主予混合室３８の複数の入口管５０を通って流れる。この空気混和は、第１の予混合装置５２内で少なくとも部分的に起こる。以下でさらに説明するように、予混合装置５２は、空気及び燃料２４を混合して、燃料空気混合気を生成する。燃料２４を空気混和させるために、圧縮機１４（図１を参照）に源を発した加圧空気は、空気流室５６を通って流れ、次いで２つの部分、すなわち第１の空気流部分５８及び第２の空気流部分６０に分流される。加圧空気の第１の空気流部分５８は、主予混合室３８に流入する。予混合装置５２は、燃料２４の空気混和を可能にし、換言すれば、予混合装置５２は、燃料２４及び第１の空気流部分５８を混合して、第１の燃空比を有する主燃料空気混合気又は第１の燃料空気混合気６２を生成するのを可能にする。一旦混合されると、第１の空気流部分５８の流れは、主燃料空気混合気６２を複数の開口６４に向かって押流し、次に燃焼室４２内に押流す。具体的には、複数の開口６４は、燃焼室４２の中心に向けて設置されており、これもまた燃焼室４２の中心に向けて設置された該燃焼室４２の主燃焼ゾーン又は第１の燃焼ゾーン６６内に燃料供給する。この例示的な実施形態では、主予混合室３８からの燃料空気混合気は、比較的希薄な混合気である。

この例示的な燃焼器組立体３４はまた、二次空気混和領域、すなわち第２の予混合室４０を含む。燃料２４は、複数の燃料管６８によって二次予混合室４０に供給される。上に説明したように、加圧空気は、空気流室５６を通って流れ、加圧空気の第２の空気流部分６０は次に、二次予混合室４０に流入する。主予混合装置５２と同様な方法で、第２の予混合装置７０は、燃料２４及び第２の空気流部分６０を混合して、第２の燃空比を有する二次燃料空気混合気又は第２の燃料空気混合気７２を生成するのを可能にする。この例示的な実施形態では、第２の燃料空気混合気７２は、主予混合室３８内で生成された第１の燃料空気混合気６２よりも高い燃空比を有する。つまり、二次予混合室４０内で生成された燃料空気混合気７２は、主予混合室３８内で生成された燃料空気混合気よりも濃厚である。加圧空気６０は、空気流を押進め、この空気流は、複数の開口７４を通して燃料空気混合気７２を燃焼室４２の二次燃焼ゾーン４６内に押込む。具体的には、第２の燃料空気混合気７２は、主燃焼ゾーン６６の半径方向外側寄りに位置する二次燃焼ゾーン４６内に導入される。二次燃料空気混合気の流れと二次予混合ゾーンの設計により、逆火を防止することが可能になる。逆火は、それによって火炎が所望の方向とは反対の方向に移動する、つまり火炎が燃焼室から予混合室に向かって移動することになるプロセスである。

第２の燃料空気混合気７２が、燃焼室内に、具体的には二次燃焼ゾーン４６内に導入された時に、第２の燃料空気混合気７２は渦状の状態で移動し始める。この例示的な燃焼器組立体では、導入混合気（すなわち、第２の燃料空気混合気７２）は、Ｕ字形状二次燃焼ゾーン４６内部に閉込められ、このＵ字形状により、渦流７６が発生する。例えば、入口７４から導入された燃料空気混合気７２は、二次燃焼ゾーン４６を横切って軸方向に移動し、対向する側壁に衝突して、第２の燃料空気混合気７２が入口７４に向かって戻るように移動する。より多くの燃料空気混合気７２が入口７４から導入されるにつれて、このプロセスは繰り返され、渦流７６が持続する。この例示的な組立体は、二次燃焼ゾーン４６内での渦流の発生を可能にする開口７８を含む利点がある。その上、以下でさらに説明するように、渦流を受ける燃料空気混合気の燃空比は、拡散室３６及びその対応する入口４４を通して燃料２４を導入することによって増大させることができる。

この例示的な燃焼器組立体３４では、予混合室３８、４０及び拡散室３６は、エンドプレート組立体８０によって燃焼室４２から分離される。エンドプレート組立体８０は、燃焼室４２と主予混合室３８、拡散室３６及び二次予混合室４０との間に配置された第１のディスク８２と、第１のディスク８２を囲む第２のディスク８４とを含む。この例示的な実施形態では、第１及び第２のディスクの材料は互いに異なるもとして、以下でさらに説明するように、異なる作動環境に最も適した材料となるようにする。例えば、この例示的な燃焼器では、第１のディスク８２の構造は、燃焼室におけるより高い燃焼温度に適応するように、より堅牢である。

作動中、特にガスタービン装置の始動時には、拡散室３６を通る燃料２４は、燃焼室４２の二次燃焼ゾーン４６内に導入され、燃焼室壁８８の上方に取付けられた第１の点火装置８６によって点火される。これに代えて、いくつかの実施形態では、燃焼器組立体は、各燃焼器組立体内に点火装置の代わりにクロスファイヤ管を含むことができる。クロスファイヤ管は、燃料の点火による火炎を１つの燃焼器組立体から別の燃焼器組立体に伝える管である。いずれにしても、燃料は点火源によって点火される。次に、二次燃料空気混合気７２は、二次燃焼ゾーン４６内に導入される。上で説明したように、二次燃焼ゾーン４６のＵ字形状は、二次燃焼ゾーン４６内部に燃料空気混合気の渦流７６を形成する。この渦流は、拡散室３６からの燃料２４及び二次燃料空気混合気７２を混合して未燃焼燃料及び燃料空気混合気を含むことができる火炎及び燃焼生成物を生成するのを可能にする利点がある。しかしながら、拡散室３６から燃料２４を加えることは任意選択的であることは、注目に値する。いずれにしても、点火装置８６（又は、点火源）は、上で説明のように、二次燃焼ゾーン４６内で渦流を受ける燃料に点火する。燃焼室４２では、点火した燃料空気混合気は、主燃焼ゾーン６６内に伝播し、より希薄な混合気である主燃料空気混合気６２に点火する火炎及び燃焼生成物９０を生成すると思われる。火炎９０は、主燃焼ゾーン６６内における燃料空気混合気に対するパイロットとして作用する。この火炎は、主燃料空気混合気のより安定した燃焼をもたらすものと考えられ、従って、火炎は、燃焼組立体の希薄かつ安定した作動を可能にし、それによって例えば燃焼中に発生するＮＯｘエミッションを低減するのを可能にする。さらに、混合生成物９０は、主燃焼ゾーンに流入して、主燃焼ゾーン内の燃料空気混合気に影響を与える。

拡散室３６、主予混合マニホールド３８及び二次予混合マニホールド４０への燃料２４の流量は、燃料空気混合気の質及び量が特定の用途に対して望ましい状態に変更されるように制御する利点がある。例えば、ガスタービン装置の始動の間には、拡散室３６を通る燃料２４は、燃焼室４２に供給されかつ点火される。その後徐々に二次予混合室４０からの二次燃料空気混合気７２が、燃焼室に導入されて該燃焼室内部の燃料２４と混合される。拡散室３６を通る燃料２４の点火による火炎は、二次予混合室４０を通って流入する濃厚な燃料空気混合気７２に点火する。安定化すると、拡散室３６を通る燃料２４の供給を徐々に減少させ、二次予混合室４０を通る二次燃料空気混合気７２の流量を徐々に増大させる。

同様に、希薄な燃料空気混合気は、ＮＯｘエミッションを低減する利点がある。従って、主予混合室３８の希薄な燃料空気混合気６２は、燃焼室４２内に導入され、二次燃焼ゾーン４６により発生した火炎を使用して点火される。燃料の量を制御することによって、ガスタービン装置を有効に作動させるための様々な基準を達成することができる。燃焼室４２における（二次及び主燃焼ゾーン両方内での）燃焼は、タービンに向かって流れる第１の燃焼ガス９２をもたらす。燃焼室壁９６上の複数の開口９４及びディスク１００は、燃焼室４２内への空気流を可能にし、そのことが次に、ＮＯｘのエミッションを低減するのを可能にする。加えて、燃焼室壁８８及び９６は、衝突層１０２を含む。衝突層１０２は、燃焼室外部壁に対して加圧空気を流すのを可能にし、それによって次に燃焼室壁を冷却するのを可能にする複数の孔を有する。

図３は、本技術の例示的な実施形態による２段閉込め渦式燃焼器組立体１０４の部分概略断面図である。２段閉込め渦式燃焼器組立体１０４は、第２段閉込め渦式燃焼器組立体１０６に結合された図２の第１段閉込め渦式燃焼器組立体３４を含む。第２段閉込め渦式燃焼器組立体１０６は、燃焼ガス室１０８、第３の予混合室１１０及び下流燃焼室１１２を含む。第２段閉込め渦式燃焼器組立体は、タービン入口に比較的近接して設置されてＮＯｘエミッションの低減を向上させるのを可能にする利点がある。

第１段閉込め渦式燃焼器組立体３４からの第１の燃焼ガス９２は、第２段閉込め渦式燃焼器組立体１０６に向かって流れる。これらの燃焼ガス９２は、エンドプレート１１６内の開口１１４を通って下流燃焼室１１２内に流入する。

上で説明したように、第２段燃焼器組立体１０６はまた、第３の予混合室１１０を含む。燃料源３０及び燃料制御装置３２は、第３の予混合室１１０の入口管１２０に燃料２４を供給する。加圧空気１２２は、空気室１２４を通って流れ、第３の予混合室１１０に流入する。上で説明したように、第３の予混合装置１２８は、燃料２４及び加圧空気１２２を混合して第３の燃空比を有する第３の燃料空気混合気１３０を生成するのを可能にする。この燃料空気混合気１３０は次に、複数の開口１３４を通して燃焼室１１２の第３の燃焼ゾーン１３２内に強制的に流される。

作動中、第１段燃焼器組立体と同様に、燃料空気混合気１３０は、第３の燃焼ゾーン１３２内に流れる。燃焼室壁１３７に結合された第２の点火装置１３６（すなわち、点火源）は、第２段燃焼室１１２の燃焼ゾーン１３２内において燃料空気混合気１３０に点火する。上で説明したように、点火源は、点火装置又はクロスファイヤ管を含むことができる。燃料空気混合気１３０の点火は、燃焼ガス１３８をもたらす。上に図２で説明したように、この燃焼ゾーン１３２のＵ字形状は、燃焼ガス１３８の渦流１４０を可能にする。この渦流は、結果的に第２段燃焼器組立体の燃焼室１１２内部で燃焼ガス１３８を第１の燃焼ガス９２と混合して第２の燃焼ガス１４２を生成するのを可能にする。上で説明したように、燃焼室壁１４６内に設けられた複数の開口１４４とディスク１５０とは、結果としてＮＯｘのエミッションを低減する空気流を可能にする。燃焼室壁１３７及び１４６にはまた、衝突層１５２が設けられる。上で説明したように、衝突層１５２は、燃焼室壁の外面に沿った空気の流れを可能にして、そのことが次に、燃焼室壁を冷却することを可能にする。燃焼器組立体内の段数は、２つに限定されるものではない。いくつかの実施形態では、燃焼器組立体は、所望なだけの多くの段数を含むことができる。

図４は、図３の第２段閉込め渦式燃焼室のエンドプレート１１６の正面図である。エンドプレート１１６は、第２段燃焼器組立体１０６の燃焼室１１２に向かって第１の燃焼ガス混合気９２が自由に流れるのを可能にする開口１１４を含む。当業者には明らかなように、第１段燃焼室４２からの燃焼ガス９２の温度は比較的高く、エンドプレート１１６は、これらの燃焼ガス９２に適応して損傷の可能性を軽減させるようにする必要がある。従って、開口１１４は、該開口１１４が第２段燃焼器組立体１０６の燃焼室１１２に向かって燃焼ガス９２が自由に流れるのを可能にしながら、同時に燃料空気混合気１３０の点火による火炎及び燃焼ガス１３８と第１の燃焼ガス９２との混合にも有利になるような方法で、設計される。実際には、この例示的なエンドプレートは、燃焼室１１２内での火炎及び燃焼生成物１３８と燃焼ガス９２との混合を部分的に可能にするフィンガ１１７を含む。図示するように、これらのフィンガ１１７は、エンドプレート１１６の渦巻き形の内面によって少なくともその一部が形成される。

図２を念頭に置いて、図５は、本技術の様態による、ガスタービンの単段燃焼器組立体内における希薄かつ安定した燃焼用燃料空気混合気を確立するための例示的なプロセスを示すフローチャートである。本プロセスは、ステップ１５４で表わすように、ガスタービン装置を始動するために拡散室３６を通して燃焼室４２に燃料２４を送る段階を含む。ステップ１５６で表わすように、点火装置８６は、燃料２４に点火して、燃焼生成物９２を生成する。次に、燃料空気混合気７２は、該燃料空気混合気７２が燃焼室４２内部で渦流７６を形成するような方法で、燃焼室４２内に送られる。ステップ１５８で表わすように、この渦流７６は、燃料空気混合気７２を拡散室３６を通る燃料２４と混合して、火炎及び燃焼生成物９０を生成するのを可能にする。ステップ１６０で表わすように、二次予混合室からの燃料空気混合気７２の流量を徐々に増加させ、拡散室３６からの燃料２４の流量を徐々に減少させる。本プロセスはさらに、ステップ１６２で表わすように、主予混合室３８を通して燃焼室４２に主燃料空気混合気６２を導入する段階を含む。上で説明したように、二次燃焼ゾーン内における火炎及び燃焼生成物９０の渦流７６はまた、ステップ１６４で表わすように、主燃焼ゾーン６６内で主燃料空気混合気６２に点火して燃焼ガス９２を生成するのを可能にする。

図３を念頭に置いて、図６は、本技術の様態による、ガスタービンの２段燃焼器組立体内における希薄かつ安定した燃焼用燃料空気混合気を確立するための例示的プロセスを示すフローチャートである。本プロセスは、第１段燃焼器組立体３４の燃焼室４２内で希薄な燃料空気混合気６２に点火して第１の燃焼ガス９２を発生させる段階を含む。本プロセスはさらに、ステップ１６６で表わすように、第１段燃焼器組立体３４の燃焼室から第２段燃焼器組立体１０６の燃焼室１１２に燃焼ガス９２を送る段階を含む。さらに、ステップ１６８で表わすように、第２段燃焼器組立体１０６の予混合室１１０内で生成された燃料空気混合気１３０は、該燃料空気混合気１３０が燃焼室１１２の内部で渦流１４０を形成するような方法で、燃焼室１１２に送られる。ステップ１７０で表わすように、第２の点火装置１３６は、燃焼室１１２内部で燃料空気混合気１３０に点火して、火炎及び燃焼ガス１３８を生成する。ステップ１７２で表わすように、渦流１４０は、燃焼ガス１３８を第１の燃焼ガス９２と混合して第２の燃焼ガス１４２を生成するのを可能にする。ステップ１７４で表わすように、第２段燃焼器組立体１０６の燃焼室１１２からの燃焼ガス１４２は次に、タービンに送られてタービンを作動させる。

本明細書では本発明の一部の特徴のみを図示かつ説明してきたが、当業者は多くの修正及び変更に想到するであろう。特許請求の範囲に記載した参照符号は、本発明の技術的範囲を狭めるためのものではなく、それらを容易に理解するためのものである。

本技術の例示的な実施形態によるガスタービン装置の概略図。 本技術の例示的な実施形態による単段閉込め渦式燃焼器組立体の部分概略断面図。 本技術の例示的な実施形態による２段閉込め渦式燃焼器組立体の部分概略断面図。 線分４−４に沿った、図３の第２段の閉込め渦式燃焼室のエンドプレートの正面図。 本技術の様態による、ガスタービンの単段燃焼器組立体において希薄かつ安定した燃焼用燃料を確立するための例示的なプロセスを示すフローチャート。 本技術の様態による、ガスタービンの２段燃焼器組立体において希薄かつ安定した燃焼用燃料を確立するための例示的なプロセスを示すフローチャート。

符号の説明

２４ 燃料
３４ 燃焼器組立体
３６ 拡散室
３８ 第１の予混合室
４０ 第２の予混合室
４２ 燃焼室
４６ 第２の燃焼ゾーン
５８、６０ 空気
６２ 第１の燃料空気混合気
６６ 第１の燃焼ゾーン
７２ 第２の燃料空気混合気
７６ 渦流
８０ エンドプレート組立体
８６ 点火源
９０ 火炎及び燃焼ガス
９２ 第１の燃焼ガス
９６ 燃焼室の壁
１０２ 衝突層

Claims (10)

1. ガスタービン装置で使用するための燃焼器組立体（３４）であって、
   第１の燃焼ゾーン（６６）と第２の燃焼ゾーン（４６）とを有する燃焼室（４２）と、
   燃料（２４）及び空気（５８）を受けて第１の燃空比を有する第１の燃料空気混合気（６２）を可能にするように構成されかつ前記第１の燃焼ゾーン（６６）において前記燃焼室（４２）に流体的に結合された第１の予混合室（３８）と、
   燃料（２４）及び空気（６０）を受けて第２の燃空比を有する第２の燃料空気混合気（７２）を可能にするように構成されかつ前記第１の燃焼ゾーン（６６）の半径方向外側寄りに位置する第２の燃焼ゾーン（４６）において前記燃焼室（４２）に流体的に結合された第２の予混合室（４０）と、
   を含む燃焼器組立体。
2. 前記第２の燃焼ゾーン（４６）が、前記第２の燃料空気混合気（７２）の渦流（７６）を生成するように構成されている、請求項１記載の燃焼器組立体。
3. 燃料（２４）を受けて、該燃料（２４）を前記第２の燃焼ゾーン（４６）に供給するように構成された拡散室（３６）をさらに含む、請求項１記載の燃焼器組立体。
4. 前記第２の燃焼ゾーン（４６）に隣接して配置されかつ前記第２の燃料空気混合気（７２）に点火するように構成された点火源（８６）を含む、請求項１記載の燃焼器組立体。
5. 前記燃焼室の壁（９６）が、前記燃焼室（４２）に向けての空気流を可能にする複数の開口（９４）を含む、請求項１記載の燃焼器組立体。
6. 前記燃焼室（４２）の外面に沿って加圧空気を導くように構成された衝突層（１０２）をさらに含む、請求項１記載の燃焼器組立体。
7. ガスタービン装置のための燃焼ガス（９２）を供給する方法であって、
   燃焼器組立体（３４）の第１の予混合室（３８）に燃料（２４）及び加圧空気（５８）を供給する段階と、
   前記第１の予混合室（３８）内において前記供給燃料（２４）及び加圧空気（５８）によって第１の燃空比を有する第１の燃料空気混合気（６２）を生成する段階と、
   前記燃焼器組立体（３４）の燃焼室（４２）の第１の燃焼ゾーン（６６）に前記第１の燃料空気混合気（６２）を送る段階と、
   前記燃焼器組立体（３４）の第２の予混合室（４０）に燃料（２４）及び加圧空気（６０）を供給する段階と、
   前記第２の予混合室（４０）内において前記供給燃料（２４）及び加圧空気（６０）によって第２の燃空比を有する第２の燃料空気混合気（７２）を生成する段階と、
   前記第１の燃焼ゾーン（６６）の半径方向外側寄りに配置された、前記燃焼器組立体（３４）の燃焼室（４２）の第２の燃焼ゾーン（４６）に前記第２の燃料空気混合気（７２）を送る段階と、
   前記第２の燃焼ゾーン（４６）内に前記第２の燃料空気混合気（７２）の渦流（７６）を発生させる段階と、
   を含む方法。
8. 前記燃焼器組立体（３４）の拡散室（３６）に燃料（２４）を供給する段階と、前記燃焼器組立体（３４）の燃焼室（４２）の第２の燃焼ゾーン（４６）に前記燃料（２４）を送る段階とをさらに含む、請求項７記載の方法。
9. 前記燃料（２４）及び第２の燃料空気混合気（７２）に点火して火炎及び燃焼ガス（９０）を生成する段階をさらに含む、請求項８記載の方法。
10. 前記火炎（９０）を使用して前記第１の燃料空気混合気（６２）に点火して第１の燃焼ガス（９２）を生成する段階をさらに含む、請求項８記載の方法。

Images