JP2007155326A

JP2007155326A - 穿孔型かつ統合型二次燃料ノズル及びその製造方法

Info

Publication number: JP2007155326A
Application number: JP2006331692A
Authority: JP
Inventors: William Kirk Hessler; ウィリアム・カーク・ヘスラー
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2005-12-08
Filing date: 2006-12-08
Publication date: 2007-06-21
Also published as: US20100175257A1; US7941923B2; US7677472B2; US20070131796A1; CN101004263A; EP1795808A2

Abstract

【課題】穿孔型かつ統合型二次燃料ノズル及びその製造方法を提供する。
【解決手段】二次燃料ノズル（１１０）は、中心コア（５０）と、円筒形本体（６６）と、単体構造二次燃料ノズル部分（６８）とをろう付け及び溶接することによって形成される。中心コアは、液体燃料カートリッジ（３２）を受けるようになった中心ボア（５２）と、該中心ボアと同心の少なくとも２つの通路（５４、５８）とを有する。二次燃料ノズル部分は、基部フランジ（７０）と、コアの中心ボアに整列しかつ液体燃料カートリッジを受けるようになった中心ボア（７８）及び該中心ボアの周りで間隔を置いた位置に配置されてコアの同心通路と流れ連通するようになった複数の周辺ボア（８０、８４）を有するメインシャフトとを含む。コアは、基部フランジにろう付けされ、円筒形本体は、コアの周りに配置されかつ基部フランジに溶接されて、一体形二次燃料ノズル組立体を形成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、穿孔型かつ統合型二次燃料ノズル及びその製造方法に関する。

従来型の二次燃料ノズル構造は、多溶接かつ多部品の複雑な組立体である。その結果として、それら従来型の二次燃料ノズル構造は、故障部位及び漏洩通路になる可能性がある多数のシール部及び多数の溶接部を含む。
米国特許第６，４４６，４３９号公報米国特許出願公開第２００４／０００６９８９号公報米国特許出願公開第２００４／０２６５１３６号公報

本発明は、適当な位置に二次、パイロット及び第３の通路を形成するように穿孔した統合型の一体形二次燃料ノズルを提供する。提案した統合型の一体形構造体は、従来型の組立体よりもはるかに少ない数の部品を使用し、また独特の設計は、より少ない数の溶接領域を有し、製造するのをより容易にすると共に組み立てるのをより安価かつより容易にする。

従って、本発明は、二次燃料ノズル組立体として具現化することができ、本二次燃料ノズル組立体は、近位及び遠位長手方向端部と液体燃料カートリッジを受けるようになった中心ボアと該中心ボアと同心でありかつその長さの少なくとも一部に沿って遠位端部まで延びる少なくとも２つの通路とを有するコア部分と、基部フランジとコア部分の中心ボアに整列しかつ液体燃料カートリッジを受けるようになった中心ボア及び該中心ボアの周りで間隔を置いた位置に配置されてコア部分の同心通路のうちの少なくとも１つと流れ連通するようになった複数の周辺ボアを有するメインシャフトとを含む単体構造二次燃料ノズル部分とを含み、コア部分及び単体構造二次燃料ノル部分は、互いにろう付けすること及び溶接することのうちの少なくとも１つを行うことによって一体形組立体に統合される。

本発明はまた、二次燃料ノズルを製造する方法として具現化することができ、本方法は、近位及び遠位長手方向端部と液体燃料カートリッジを受けるようになった中心ボアと該中心ボアと同心でありかつその長さの少なくとも一部に沿って遠位端部まで延びる少なくとも２つの通路とを有するコア部分を形成する段階と、基部フランジとコア部分の中心ボアに整列しかつ液体カートリッジを受けるようになった中心ボアを有するメインシャフトとを含む単体構造二次燃料ノズル部分を形成する段階と、中心ボアの周りで間隔を置いた位置に複数の周辺ボアをガン穿孔する段階と、コア部分を単体構造二次燃料ノル部分の基部フランジに対してろう付けすること及び溶接することのうちの少なくとも１つを行い、それによってコア部分及びノズル部分を統合して一体形二次燃料ノズル組立体を形成する段階とを含む。

図１及び図２は共に、従来型の二次燃料ノズル１０を概略的に示す。これらの図に示すように、従来型のノズルは、近位端部から始めて、水リップシール空洞１２、水通路同心形状部１４、拡散リップシール空洞１６、パイロット通路同心形状部１８、本体対スリーブの燃料空洞２０、二次通路同心形状部２２、マニフォルドにおける水通路支持体２４、及びオイル先端部スワーラシュラウド対水先端部の接合部２６を含む。また、オイル先端部対水先端部の空隙２８及び第３の先端部対二次先端部の空隙３０が図示されている。二次燃料ノズルの中心にはオイルカートリッジ３２が位置する。

水リップシール空洞１２及び拡散リップシール空洞１６は各々、２つのピストンリングシール及び１つのリップシールを有する。水通路同心形状部１４もまた、２つのピストンリングシールを有し、本体対スリーブの燃料空洞２０は、１つのリングシールを有する。従って、図示した従来型の設計内には破損部位及びガス漏洩通路になる可能性がある全体で９つのシールが存在する。リップシールは、金メッキされた極めて高価なシールである。他のより小さいピストンリング型シールもまた、高価なシールである。さらに、その構造は、製造するのがまた組み立てるのが容易ではない。従来型の設計では、多数のシールに加えて最少でも、パイプを取り付けるのに必要な１２箇所の円形溶接部に加えて基部マニフォルドに溶接された６個の燃料ペグが存在する。これらは全て、破損部位及び漏洩通路になる可能性がある。

図３〜図５を参照すると、本発明の実施例の実施形態では、二次燃料ノズル組立体１１０は、コア部分と単体構造二次燃料ノズル部分とをろう付け及び溶接することによって形成された統合型の一体形組立体として提供される。この図示した実施例の実施形態では、コア部分は、単体構造コア部材５０と該コア部材に対して囲繞関係で配置された円筒形本体セクション６６とを含む。従って、図示するように、現行の従来型の液体燃料カートリッジ３２及び先端部（明瞭にするために先端部の細部は図４では省略している）を受けるようになった中心通路５２と、それぞれの流入アクセスポート５６、６０を有する複数の同心通路５４、５８とを備えたコア５０が形成される。この図示した実施例の実施形態では、第１及び第２の同心通路は、一例として示している。同心通路は、旋盤タイプの機械加工作業により二次燃料ノズルの本体内に機械加工することができる。液体燃料カートリッジが取り付けられると、カートリッジの周りで水又は空気を循環させることができ、液体燃料は、従来型の組立体においてそうであったのと全く同様に中心部を通って流れることができる。必要に応じて、より多い数の又はより少ない数の通路を形成することができる。この点に関して、幾つかのガス専用の二次燃料ノズルは、２つだけの通路を必要とする。

図示するように、２つの図示した同心通路のうちの半径方向内側通路５４は、穴を簡単に穿孔して二元燃料運転用のアクセスポート５６を形成するのを可能にするようにより長くなっている。中心通路５２へのアクセス６２のための、より具体的には上述のように液体燃料カートリッジ３２の周りの空間へのアクセスのための穴もまた、穿孔される。燃焼端部カバー（図示せず）に対して二次燃料ノズル組立体１１０を取り付けることができるようにするために、それぞれのボルトを受けるようになったスロット又はボアが、コア部分の周辺部に又は該周辺部に隣接して形成される。この図示した実施例では、スロット６４が、ボルトアクセスのためにコア部材５０の外周面に形成される。

二次燃料ノズル組立体はさらに、単体構造二次燃料ノズル部分６８を含む。二次燃料ノズル部分は、それぞれコアのボルトスロットと整列するようにその中に形成された複数のボア７２を有する基部フランジ７０を含む。完成した場合には、ポート７４が含まれる。ポート７４は、火焔検出カメラのための観察ポートであり、大抵の燃焼器には標準的に含まれており、火焔が発火しかつ発火した状態を維持するのを保証する。

この図示した実施例の実施形態では、二次燃料ノズル部分はさらに、コア５０の中心ボア５２に整列しかつ液体燃料カートリッジ３２を受けるようになった中心ボア７８と該中心ボア７８の周りで間隔を置いた位置に配置された複数の周辺ボア８０とを有するメインシャフト７６を含む。周辺ボア８０は、組立済みユニットではコア５０の半径方向内側マニフォルド／通路５４と流れ連通するように配置される。

単体構造二次燃料ノズル部分はさらに、メインシャフト７６から突出した複数のフィン８２を含み、各フィンは、メインシャフト７６の複数のボア８０の半径方向外側で該フィンを貫通して軸方向に形成されかつ組立済みユニットではコア５０の半径方向外側マニフォルド／通路５８と流れ連通するように配置された少なくとも１つのボア８４を有する。この実施例の実施形態では、メインシャフトのボア及びフィンのボアを含む二次燃料ノズル部分のボア８０、８４は、剛体構成部品を貫通してガン穿孔される。

実施例の実動では、液体燃料は中心パイプ３２内を流れる。パイプ３２の外側のアクセス６２、中心通路５２及び中心ボア７８は、ノズル先端部を冷却するようになった水又は空気噴射のためのものである。この冷却用の水又は空気は、燃料と共に燃焼室内に噴射されることになる。パイプ３２の先端部は、先端部の構成はそれ自体本発明に含まれないので、便宜的に剛体棒材として示している。使用する先端部は、従来型の先端部設計とすることができる。完成した場合、通路５８及び整列した穴８４はガス燃料のためのものであり、通路５４及びそれに整列した穴８０は、移動ガス燃料のためのものである。

二次燃料ノズルを組み立てるために、コア５０の遠位端面とノズル部分６８の基部フランジ７０との間に、ろう付けプレート８６が挿置され、次に組立体は、コア５０及び基部フランジ７０を互いに溶着させるように加熱される。より具体的には、この図示した実施例の実施形態では、ろう付けプレート８６の３つの同心部分が、剛体円筒形端部部分５０に当てられ、次に基部フランジ７０が、３つの同心部分を使用してコア５０に炉内ろう付けされる。その後、円筒形本体セクション６６が、コア５０上に差し込まれ、かつ円筒形本体セクション６６の周りを円形溶接することによって基部フランジ７０に固定される。その結果、コア５０、円筒形本体セクション６６及び単体構造二次燃料ノズル部分６８は、統合されて一体形二次燃料ノズル１１０を形成する。

別の実施例の実施形態によると、一体形二次燃料ノズル１１０は、従来型の二次燃料ノズルと置き換えるように改造することができる。この点に関して、現行の二次燃料ノズルは、簡単にボルトを外すことができ、その代わりとしてこの新規の統合型二次燃料ノズルをボルト止めすることができる。この点に関して、例えばガン穿孔型のような新規の二次燃料ノズルは、現行の二次燃料ノズルと同じ基本輪郭を占めるが、製造するのにより少ない数の部品を使用するように構成される利点がある。さらに、上記に示すように、製造する場合には、従来通りの方法で新規のガン穿孔型二次燃料ノズルの端部上に溶接又はろう付けすることによって、例えば現行の先端部端部部品が取り付けられることになる。

現在最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えられるものに関して本発明を説明してきたが、本発明は、開示した実施形態に限定されるべきものではなく、逆に、本発明は、提出した特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内に含まれる様々な変更及び均等な構成を保護しようとするものであることを理解されたい。

従来型の二次燃料ノズルの概略図。従来型の二次燃料ノズルの概略図。本発明の実施例の実施形態による二次燃料ノズル組立体の分解斜視図。内部の細部を明らかにした、図３に示す組立体の分解部分断面図。この実施例の実施形態による組立済み二次燃料ノズルの斜視図。

符号の説明

１０従来型の二次燃料ノズル
１２水リップシール空洞
１４水通路同心形状部
１６拡散リップシール空洞
１８パイロット通路同心形状部
２０本体対スリーブの燃料空洞
２２二次通路同心形状部
２４マニフォルドにおける水通路支持体
２６オイル先端部スワーラシュラウド対水先端部の接合部
２８オイル先端部対水先端部の空隙
３０第３の先端部対二次先端部の空隙
３２オイルカートリッジ／中心パイプ
１１０二次燃料ノズル組立体
５０単体構造コア部材
５２中心通路
５４、５８同心通路
５６、６０流入アクセスポート
６２アクセス穴
６４スロット
６６円筒形本体セクション
６８二次燃料ノズル部分
７０基部フランジ
７２ボア
７４ポート
７６メインシャフト
７８中心ボア
８０周辺ボア
８２フィン
８４ボア
８６ろう付けプレート

Claims

近位及び遠位長手方向端部と、液体燃料カートリッジ（３２）を受けるようになった中心ボア（５２）と、前記中心ボアと同心でありかつその長さの少なくとも一部に沿って前記遠位端部まで延びる少なくとも２つの通路（５４、５８）とを有するコア部分（５０、６６）と、
基部フランジ（７０と、前記コア部分の中心ボア（５２）に整列しかつ前記液体燃料カートリッジ（３２）を受けるようになった中心ボア（７８）及び前記中心ボア（７８）の周りで間隔を置いた位置に配置されて前記コア部分の同心通路（５４、５８）のうちの少なくとも１つと流れ連通するようになった複数の周辺ボア（８０、８４）を有するメインシャフトとを含む単体構造二次燃料ノズル部分（６８）と、を含み、
前記コア部分（５０、６６）及び単体構造二次燃料ノル部分（６８）が、互いにろう付けすること及び溶接することのうちの少なくとも１つを行うことによって一体形組立体に統合される、
二次燃料ノズル組立体（１１０）。
前記コア部分が、前記中心ボア（５２）及び同心通路（５４、５８）を有する単体構造コア部材（５０）と、前記コア部材に対して囲繞関係になった円筒形本体セクション（６６）とを含む、請求項１記載の二次燃料ノズル組立体。
２つの隣接した前記同心通路のうちの半径方向内側通路（５４）が、前記コアの近位端部に向かって他方の通路（５８）よりもさらに延びるように該他方の通路よりも長くなっており、アクセス穴（５６）が、前記半径方向内側同心通路の延長部分まで半径方向に形成される、請求項１記載の二次燃料ノズル組立体。
ボア及びスロット（６４）のうちの少なくとも１つが、燃焼端部カバーに対する取り付けへのボルトアクセスのために前記コア部分（５０、６６）の外周面に隣接して又は該外周面に形成され、前記基部フランジ（７０）が、それぞれ前記コア部分のボルトボア又はスロットに整列するようにその中に形成された複数の穴（７２）を有する、請求項１記載の二次燃料ノズル組立体。
前記二次燃料ノズル部分（６８）が、それぞれ前記同心通路のうちの第１及び第２の通路と流れ連通するようになった第１及び第２の組の周辺ボア（８０、８４）を含み、
前記第１の組の周辺ボア（８０）が、その中の前記中心ボアを囲むように前記メインシャフト内に形成され、
前記メインシャフトから突出しかつ該メインシャフトの長さの少なくとも一部分に沿って延びる複数のフィン（８２）が設けられ、
各前記フィンが、該フィンを貫通して軸方向に形成された前記第２の組の少なくとも１つの周辺ボア（８４）を有する、
請求項１記載の二次燃料ノズル組立体。
近位及び遠位長手方向端部と、液体燃料カートリッジ（３２）を受けるようになった中心ボア（５２）と、前記中心ボアと同心でありかつその長さの少なくとも一部に沿って前記遠位端部まで延びる少なくとも２つの通路（５４、５８）とを有するコア部分（５０、６６）を形成する段階と、
基部フランジ（７０）と、前記コア部分の中心ボア（５２）に整列しかつ前記液体カートリッジ（３２）を受けるようになった中心ボア（７８）を有するメインシャフトとを含む単体構造二次燃料ノズル部分（６８）を形成する段階と、
前記中心ボア（７８）の周りで間隔を置いた位置に複数の周辺ボア（８０、８４）をガン穿孔する段階と、
前記コア部分（５０、６６）を前記単体構造二次燃料ノル部分（６８）の基部フランジ（７０に対してろう付けすること及び溶接することのうちの少なくとも１つを行い、それによって前記コア部分及びノズル部分を統合して一体形二次燃料ノズル組立体を形成する段階と、
を含む、二次燃料ノズルを製造する方法。
前記コア部分を形成する段階が、前記中心ボア（５２）と同心通路（５４、５８）とを有する単体構造コア部材（５０）を形成する段階と、前記コア部材に対して囲繞関係になった円筒形本体セクション（６６）を形成する段階とを含み、前記コア部分を前記基部フランジに対してろう付けすること及び溶接することのうちの少なくとも１つを行う段階が、前記コア部材（５０）の遠位端面と前記ノズル部分（６８）の基部フランジ（７０との間にろう付けプレート（８６）を挿置する段階と、前記コア部材及び基部フランジを互いに融着させるように加熱する段階と、前記円筒形本体セクション（６６）を前記基部フランジ（７０）に対して円形溶接する段階とを含む、請求項６記載の方法。
アクセス穴（６２）が、前記コア部分の外周面から該コア部分の中心ボア（５２）まで延びるように穿孔される、請求項６記載の方法。
燃焼端部カバーに対する取り付けへのボルトアクセスのために前記コア部分の外周面に隣接して又は該外周面にボア及びスロット（６４）のうちの少なくとも１つを形成する段階と、それぞれ前記コア部分のボルトスロットに整列するように前記基部フランジ（７０）内に複数の穴（７２）を形成する段階とをさらに含む、請求項６記載の方法。
複数のフィン（８２）が、前記メインシャフトから突出しかつ該メインシャフトの長さの少なくとも一部分に沿って延び、前記ガン穿孔する段階が、前記メインシャフト（７６）の中心ボアを囲むように該メインシャフト内に前記第１の組の周辺ボア（８０）をガン穿孔する段階と、その少なくとも１つが各前記フィン（８２）を軸方向に貫通して延びるように前記第２の組の周辺ボア（８４）をガン穿孔する段階とを含む、請求項６記載の方法。