JP2008267799A

JP2008267799A - 燃焼器圧力降下の低減を促進する方法及び装置

Info

Publication number: JP2008267799A
Application number: JP2008105209A
Authority: JP
Inventors: Madhavan Narasimhan Poyyapakkam; マドハヴァン・ナラシマン・ポヤパッカム
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2007-04-17
Filing date: 2008-04-15
Publication date: 2008-11-06
Also published as: EP1983266A2; US20080256956A1; US7878002B2; EP1983266A3

Abstract

【課題】燃焼器システム（１６）を提供する。
【解決手段】本燃焼器システム（１６）は、第１の端部（３０）と第２の端部とそれらの間に延びる中心線を有するケース（２６）と、ケースの第１の端部に結合したエンドカバー（２８）と、ケースと略同軸に整列するようにケース内に設けられた燃焼器ライナ（３６）と、ケースと燃焼器ライナの間に設けられた流線形フローコンディショナ（６６）とを備える。流線形フローコンディショナは、半径方向外面（６０）と、外面に対向する半径方向内面（９２）、エンドカバーに隣接する第１の端部と、前記ケースの第２の端部に隣接する第２の端部（４０）とを有する本体と、半径方向外面と外面に対向する半径方向内面を有しているとともに本体の第２の端部から延びる偏向プレート（６８）とを備えており、プレートの内面は、中心線に対して半径方向外側に延びるか及び／又はプレートの内面に複数の開口を画成する。
【選択図】図４

Description

本発明は、広義には燃焼器に関し、具体的には、ガスタービン燃焼器における圧力降下の低減を促進するとともに、効率の向上並びに排出量削減及び熱音響振動の減衰を促進する方法及びシステムに関する。

少なくとも幾つかの公知のガスタービンエンジンは、吸入空気を高い圧力及び温度に加圧する多段圧縮機を備える。圧縮空気は燃焼器に送られ、燃焼器で、圧縮空気と燃料を混合して燃焼ガスを発生させ、燃焼ガスをタービンへと導く。タービンは、圧縮機、及び／又はその他特に限定されないが発電機及び機械駆動用途のような負荷を駆動する。公知の燃焼器は概して外側ケースと該外側ケースから半径方向内側に設けられた燃焼ライナとで形成される。

少なくとも幾つかの公知の燃焼器は、ケーシング内の燃焼ライナの周囲に、通常はフロースリーブと呼ばれる第２のライナを備える。公知のフロースリーブは、燃焼ライナの半径方向外面に沿って導かれる圧縮空気の一部が流れ込む入口端部を備える。かかるフロースリーブは一般に、燃焼ライナの冷却向上に用いられるが、公知のフロースリーブの構成は、該フロースリーブを流れる空気の圧力降下を不都合なほど増大させるおそれがある。
米国特許第７０９３４１９号明細書米国特許第７０１０９２１号明細書米国特許第６８９２５４３号明細書米国特許第６８５１２６３号明細書米国特許第６８４４５２０号明細書米国特許第６７２５６６７号明細書米国特許第６５４３２３３号明細書米国特許第６４４２９２９号明細書米国特許第６４０５５３６号明細書米国特許第６２５００６２号明細書

本発明は、タービンに用いられるガスタービン燃焼器の組立方法を提供する。本方法は、第１の端部と第２の端部とそれらの間に延びる中心線を有する燃焼器ケースを準備する段階を含む。本方法は、ケースの第１の端部にエンドカバーを結合する段階、及びケースと略同軸に整列するようにケース内部に燃焼器ライナを設ける段階も含む。本方法は、半径方向外面と半径方向内面とを有する本体と該本体から延びる偏向プレートとを備える流線形フローコンディショナを準備する段階も含む。偏向プレートは、半径方向外面と、上記中心線に対して半径方向外側に延びる半径方向内面とを含む。プレートの内面は、中心線に対して半径方向外側に延びるか及び／又は該プレートの内面に複数の開口を画成する。本方法は、流線形フローコンディショナが半径方向にケースと燃焼器ライナとの間に設けて、偏向プレートがケースの第２の端部に隣接するように流線形フローコンディショナをケースの第２の端部に結合する段階をさらに含む。

本発明は、ガスタービン燃焼器システムを提供する。本システムは、第１の端部と第２の端部とそれらの間に延びる中心線を有するケースを備える。本システムは、ケースの第１の端部に結合したエンドカバーと、ケースと略同軸に整列するように該ケース内に設けられた燃焼器ライナと、ケースと燃焼器ライナの間に設けられた流線形フローコンディショナとを備える。流線形フローコンディショナは、半径方向外面と該外面に対向する半径方向内面と第１の端部及び第２の端部とを有する本体を備える。本体の第１の端部は、エンドカバーに隣接する。本体の第２の端部はケースの第２の端部に隣接する。本システムは、半径方向外面と該外面に対向する半径方向内面とを有する偏向プレートも備える。偏向プレートは、本体の第２の端部から延びる。プレートの内面は、中心線に対して半径方向外側に延びるか及び／又は該プレートの内面に複数の開口を画成する。

本発明は、燃焼器用の流線形フローコンディショナを提供する。本流線形フローコンディショナは、半径方向外面と、該外面に対向する半径方向内面と、第１の端部と、第２の端部と、該第２の端部に画成された複数の開口とを有する本体を備える。本流線形フローコンディショナは、半径方向外面と該外面に対向する半径方向内面とを有する偏向プレートも備える。偏向プレートは本体の第２の端部から延びる。プレートの内面は、中心線に対して半径方向外側に延びるか及び／又は該プレートの内面に複数の開口を画成する。

本明細書で説明する例示的な方法及びシステムは、入口領域に隣接する流線形フローコンディショナの一部を再構成することによって公知のフロースリーブの構造上の欠点を克服するものである。本明細書では、ガスタービンシステムに関する例示的な流線形フローコンディショナの設計について説明するが、例示的な流線形フローコンディショナは、その他天然ガス及びガス化コンバインドサイクル（ＩＧＣＣ）発電システムのような燃焼システムにも適用できる。本願を通して「軸方向」という用語は、タービンエンジンの中心線と略平行な方向及び配向を表すのに用いる。本願を通して「半径方向」という用語は、タービンエンジンの中心線に対して略垂直な方向及び配向を表すのに用いる。

図１は、例示的なガスタービンシステム１０の概略図であり、ガスタービンシステム１０は、吸気セクション１２、吸気セクション１２の下流に設けられた圧縮機セクション１４、圧縮機セクション１４の下流に設けられた燃焼器セクション１６、燃焼器セクション１６の下流に設けられたタービンセクション１８及び排気セクション２０を備える。タービンセクション１８は、圧縮機セクション１４、並びに特に限定されないが発電機及び機械駆動用途のような負荷２２を駆動する。

作動時に、吸気セクション１２は圧縮機セクション１４に吸入空気を送る。吸入空気は高い圧力及び温度に加圧され、圧縮空気は燃焼器セクション１６に送られる。燃焼器セクション１６は、圧縮空気と燃料を混合して燃焼させて燃焼ガスを発生させ、燃焼ガスはタービンセクション１８へと吐出されて圧縮機セクション１４及び／又は負荷２２を駆動する。タービンセクション１８から流出する排出ガスは、排気セクション２０を通して周囲大気中に流れる。

図２は、ガスタービンシステム１０（図１に示す）で使用し得る公知の燃焼器２４の断面図である。この例示的な実施形態では、燃焼器２４は、中心軸線Ａ−Ａ、環状ケース２６、及びケース２６の第１の端部３０に結合したエンドカバー２８を備える。エンドカバー２８には、複数の燃料ノズル３２及び追加の燃料ノズル３４が結合している。

燃焼器２４は、ケース２６内に同軸に設けられた燃焼ライナ３６及び流線形フローコンディショナ３８も備える。この例示的な実施形態では、流線形フローコンディショナ３８は、ケース２６の第２の端部４０に結合するとともに半径方向にケース２６と燃焼ライナ３６との間に設けられる。具体的には、流線形フローコンディショナ３８は、燃焼ライナ３６との間に空気通路４２が形成されるように燃焼ライナ３６から半径方向距離だけ離隔して配置される。流線形フローコンディショナ３８は、第１の端部４６とその反対側の第２の端部４８とを有する本体４４を備える。トランジションピース５０は、第２の端部４８近傍で燃焼ライナ３６の端部に結合してタービンノズル（図示せず）に向かって燃焼ガスを送る。燃焼ライナ３６、流線形フローコンディショナの第２の端部４８及び／又はトランジションピース５０の組合せによって、流線形フローコンディショナの入口５２が画成される。

作動時に、圧縮空気流５４の一部は、流線形フローコンディショナ入口５２周囲の大きい及び／又は高圧プレナム（図示せず）から通路４２に流入し得る。その結果、燃焼器２４では、流線形フローコンディショナ入口５２近傍で圧力損失を生じるおそれがある。さらに、流線形フローコンディショナ入口５２近傍のその他の構造上の特徴形状部は、通路４２を流れる圧縮空気の不都合な圧力損失の一因となりかねない。

図３は、燃焼器２４の流線形フローコンディショナ３８の領域３の部分の拡大断面図である。この例示的な実施形態では、トランジションピース５０及び流線形フローコンディショナ本体の第２の端部４８は、燃焼器２４を流れる空気の不都合な圧力損失の一因となりかねないし、圧力損失を起こしかねない。具体的には、トランジションピース５０は環状ベルマウス５６及び環状支持リング５８を備えているが、これらは、トランジションピースを燃焼ライナ３６に結合したときに流線形フローコンディショナ入口５２から通路４２に流入する圧縮空気を部分的に妨げる。

この例示的な実施形態では、流線形フローコンディショナ本体４４は各々中心軸線Ａ−Ａ（図２に示す）に略平行な半径方向外面６０と半径方向内面６２とを有する。第２の端部４８は、中心軸線Ａ−Ａに対して略垂直方向に延びるシャープな端縁部６４も有する。一実施形態では、本体端縁部６４は、トランジションピース５０の端縁部５６ａから軸方向距離Ｘだけ軸方向に離隔して配置される。端縁部６４は、作動時に流線形フローコンディショナ入口５２から通路４２に流入する圧縮空気を部分的に妨げる。別の実施形態では、端縁部６４は、内面６２から半径方向内側に延びる有孔入口偏向プレート（図示せず）へと延在することが知られている。

かかる妨害の結果、流線形フローコンディショナ３８に流入する圧縮空気は、不都合な圧力損失を生じかねない。例えば、端縁部６４は、流線形フローコンディショナ入口５２近傍で大きな圧力損失を生じることが知られている。一般に、燃焼器２４のような公知の燃焼器は、特に限定されないが約４．５％の圧力降下のように圧縮空気の所定の圧力降下を伴って作動するように構成されている。残りの３．５％の圧力降下は、燃焼器２４の他のセクションに委ねられる。換言すれば、端縁部６４で生じる圧力損失は、燃焼ライナ３６の冷却及び／又は流線形フローコンディショナ３８の第１の端部４６に隣接して結合したノズル３２から導入される燃料との混合に利用できる空気の量を減少させてしまう。流線形フローコンディショナ入口近傍での圧力降下の結果、特に限定されないが一酸化炭素（ＣＯ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）排出物のような汚染物質の発生量が不都合なほど増大しかねない。さらに、ハードウェアの耐久性及び効率が、悪影響を受けるおそれがある。

図４は、燃焼器２４（図２に示す）で使用し得る例示的な流線形フローコンディショナ６６の拡大断面図である。流線形フローコンディショナ６６は、図２及び図３に示す流線形フローコンディショナ３８と実質的に同様であり、図２及び図３の部品と同じ部品については、図４では図２及び図３で用いたものと同じ符号を用いる。

この例示的な実施形態では、流線形フローコンディショナ６６は、第２の端縁部６４から延びる偏向プレート６８を備える。偏向プレート６８は、燃焼器２４の中心軸線Ａ−Ａ（図２に示す）に略平行に配向した外面７０を有する。偏向プレート６８は、外面７０の半径方向内側に位置し外面７０に対向するアーチ形フィレット７２も有する。フィレット７２は、曲率半径Ｒで形成され、本体内面６２から半径方向外側に偏向プレートの外面７０まで延びる。一実施形態では、フィレットは非円形断面を有していてもよい。一実施形態では、偏向プレート６８は、流線形フローコンディショナ本体４４に結合していてもよい。偏向プレート６８は、特に限定されないが、本明細書に記載の流線形フローコンディショナ入口５２での圧力降下の低減を促進する湾曲形状のようなあらゆる形状に形成し得る。さらに、半径Ｒは、本明細書に記載の流線形フローコンディショナ入口５２での圧力降下の低減を促進する半径であればよい。

内側フィレット７２は内面６２から半径方向外側に延びるので、偏向プレート６８は、公知の流線形フローコンディショナに比べて、通路４２へと導かれる圧縮空気流５４に対して滑らかな移行部を与える。内側フィレット７２は内面６２から半径方向外側に延びるので、偏向プレート６８は、公知の流線形フローコンディショナよりも大きな入口開口を画成する。その結果、流線形フローコンディショナ６６は、公知の流線形フローコンディショナに比べて、流線形フローコンディショナ入口５２近傍での圧力降下量を低減させる。その結果、公知の流線形フローコンディショナを備える公知の燃焼器に比べて、他の燃焼器部品に委ねることができる全圧力降下量が増す。内側フィレット７２は、内面６２から半径方向外側に延びるので、偏向プレート６８は、公知の流線形フローコンディショナよりも、流線形フローコンディショナ通路４２を流れる空気流量が増す。その結果、公知の流線形フローコンディショナよりも多量の圧縮空気を燃料と混合・燃焼させることができる。従って、流線形フローコンディショナ６６は、特に限定されないがＣＯ及びＮＯｘのような汚染排出物の発生量の低減に役立つ。さらに、燃焼器ヘッドエンドに向かう過剰空気は、燃焼器熱音響振動の減衰に役立てることができる。

図５は、燃焼器２４（図２に示す）で使用し得る例示的な流線形フローコンディショナ７４の拡大断面図である。流線形フローコンディショナ７４は、それぞれ図２〜図４に示す流線形フローコンディショナ３８及び６６と実質的に同様であり、図２〜図４の部品と同じ部品については、図５では図２〜図４で用いたものと同じ符号を用いる。

この例示的な実施形態では、流線形フローコンディショナ７４は、第２の端縁部６４から延びる円錐形偏向プレート７６を備える。偏向プレート７６は、外面７８を含み、外面７８は外面７８に対向する半径方向内面８０と略平行に配向している。偏向プレート７６は、外面７８と内面８０とをつなぐ自由端縁部７６ａを備える。偏向プレート７６は、曲率半径Ｒで形成され、本体内面６２から半径方向外側に端縁部７６ａまで延びる。一実施形態では、偏向プレート７６は、流線形フローコンディショナ本体４４に結合していてもよい。偏向プレート７６は、本明細書に記載の流線形フローコンディショナ入口５２での圧力降下の低減を促進するあらゆる形状で形成することができる。さらに、半径Ｒは、本明細書に記載の流線形フローコンディショナ入口５２での圧力降下の低減を促進する半径であればよい。

内面８０は内面６２から半径方向外側に延びるので、偏向プレート７６は、公知の流線形フローコンディショナに比べて、通路４２へと導かれる圧縮空気流５４に対して滑らかな移行部を与える。内面８０は内面６２から半径方向外側に延びるので、偏向プレート７６は、公知の流線形フローコンディショナよりも大きな入口開口を画成する。その結果、流線形フローコンディショナ７４は、公知の流線形フローコンディショナに比べて、流線形フローコンディショナ入口５２近傍での圧力降下量を低減させる。その結果、公知の流線形フローコンディショナを備える公知の燃焼器に比べて、他の燃焼器部品に委ねることができる全圧力降下量が増す。内面８０は、内面６２から半径方向外側に延びるので、偏向プレート７６はさらに、公知の流線形フローコンディショナよりも、流線形フローコンディショナ通路４２を流れる空気流量が増す。その結果、公知の流線形フローコンディショナよりも多量の圧縮空気を燃料と混合・燃焼させることができる。従って、流線形フローコンディショナ７４は、特に限定されないが窒素酸化物（「ＮＯｘ」）のような汚染排出物の発生量の低減に役立つ。

図６は、燃焼器２４（図２に示す）で使用し得る例示的な流線形フローコンディショナ８２の拡大断面図である。流線形フローコンディショナ８２は、それぞれ図２〜図５に示す流線形フローコンディショナ３８、６６及び７４と実質的に同様であり、図２〜図５の部品と同じ部品については、図６では図２〜図５で用いたものと同じ符号を用いる。

この例示的な実施形態では、流線形フローコンディショナ８２は、第２の端縁部６４から延びる円錐形偏向プレート７６を備える。偏向プレート７６は、外面７８と半径方向内面８０を有する。流線形フローコンディショナ８２は、流線形フローコンディショナ本体４４の外面６０と内面６２とを貫通する複数の開口８４を有する。

内面８０は内面６２から半径方向外側に延びるので、偏向プレート７６は、公知の流線形フローコンディショナに比べて、通路４２へと導かれる圧縮空気流５４に対して滑らかな移行部を与える。第２の端部４８は開口８４を有しているので、流線形フローコンディショナ８２は、公知の流線形フローコンディショナに比べて、通路４２への圧縮空気流の追加の入口を与える。内面８０は内面６２から半径方向外側に延びるので、偏向プレート７６は、公知の流線形フローコンディショナよりも大きな入口開口を画成する。その結果、流線形フローコンディショナ８２は、公知の流線形フローコンディショナに比べて、流線形フローコンディショナ入口５２近傍での圧力降下量を低減させる。その結果、公知の流線形フローコンディショナを備える公知の燃焼器に比べて、他の燃焼器部品に委ねることができる全圧力降下量が増す。内面８０は、内面６２から半径方向外側に延びるので、偏向プレート７６はさらに、公知の流線形フローコンディショナよりも、流線形フローコンディショナ通路４２を流れる空気流量が増す。その結果、公知の流線形フローコンディショナよりも多量の圧縮空気を燃料と混合・燃焼させることができる。従って、流線形フローコンディショナ８２は、特に限定されないがＮＯｘのような汚染排出物の発生量の低減に役立つ。

図７は、燃焼器２４（図２に示す）で使用し得る例示的な流線形フローコンディショナ８６の拡大断面図である。流線形フローコンディショナ８６は、それぞれ図２〜図６に示す流線形フローコンディショナ３８、６６、７４及び８２と実質的に同様であり、図２〜図６の部品と同じ部品については、図７では図２〜図６で用いたものと同じ符号を用いる。

この例示的な実施形態では、流線形フローコンディショナ８６は、第２の端縁部６４から延びる偏向プレート８８を備える。偏向プレート８８は、外面９０と、外面９０に対向する半径方向内面９２と、外面９０と内面９２とをつなぐ端部９４を有する。内面９２は曲率半径Ｒを有しており、本体内面６２から半径方向外側に端部９４まで延びる。端部９４は略円形断面を有する。一実施形態では、端部は非円形断面を有していてもよい。一実施形態では、偏向プレート８８は、流線形フローコンディショナ本体４４に結合していてもよい。偏向プレート８８は、本明細書に記載の流線形フローコンディショナ入口５２での圧力降下の低減を促進するあらゆる形状で形成することができる。さらに、半径Ｒは、本明細書に記載の流線形フローコンディショナ入口５２での圧力降下の低減を促進する半径であればよい。

内面９２は内面６２から半径方向外側に延びるので、偏向プレート８８は、公知の流線形フローコンディショナに比べて、通路４２へと導かれる圧縮空気流５４に対して滑らかな移行部を与える。偏向プレート８８は端部９４も有しているので、偏向プレート８８は、公知の流線形フローコンディショナに比べて、通路４２へと導かれる圧縮空気流５４に対して滑らかな移行部を与える。内面９２は内面６２から半径方向外側に延びるので、偏向プレート８８は、公知の流線形フローコンディショナよりも大きな入口開口を画成する。その結果、流線形フローコンディショナ８６は、公知の流線形フローコンディショナに比べて、流線形フローコンディショナ入口５２近傍での圧力降下量を低減させる。その結果、公知の流線形フローコンディショナを備える公知の燃焼器に比べて、他の燃焼器部品に委ねることができる全圧力降下量が増す。内面９２は内面６２から半径方向外側に延びるので、偏向プレート８８はさらに、公知の流線形フローコンディショナよりも、流線形フローコンディショナ通路４２を流れる空気流量が増す。その結果、公知の流線形フローコンディショナよりも多量の圧縮空気を燃料と混合・燃焼させることができる。従って、流線形フローコンディショナ８６は、特に限定されないがＮＯｘのような汚染排出物の発生量の低減に役立つ。

図８は、燃焼器２４（図２に示す）で使用し得る例示的な流線形フローコンディショナ９６の拡大断面図である。流線形フローコンディショナ９６は、それぞれ図２〜図７に示す流線形フローコンディショナ３８、６６、７４、８２及び８６と実質的に同様であり、図２〜図７の部品と同じ部品については、図８では図２〜図７で用いたものと同じ符号を用いる。

この例示的な実施形態では、流線形フローコンディショナ９６は、第２の端縁部６４から延びる円錐形偏向プレート９８を備える。偏向プレート９８は、本体内面６２から半径方向外側に端縁部１００まで延びる。偏向プレート９８は、トランジションピース５０の支持リング５８から軸方向距離Ｘ１だけ延在してトランジションピース５０の支持リング５８及び追加部分の上に張り出している。さらに、偏向プレート９８は、複数の開口１０２を有する。一実施形態では、偏向プレート９８は、流線形フローコンディショナ本体４４に結合していてもよい。偏向プレート９８は、本明細書に記載の流線形フローコンディショナ入口５２での圧力降下の低減を促進するあらゆる形状で形成することができる。さらに、軸方向距離Ｘ１は、本明細書に記載の流線形フローコンディショナ入口５２での圧力降下の低減を促進するあらゆる軸方向距離とすることができる。

偏向プレート９８は内面６２から半径方向外側に延びるので、偏向プレート９８は、公知の流線形フローコンディショナに比べて、通路４２へと導かれる圧縮空気流５４に対して滑らかな移行部を与える。偏向プレート９８は開口１０２を有しているので、流線形フローコンディショナ９６は、公知の流線形フローコンディショナに比べて、通路４２への圧縮空気流の追加の入口を与える。偏向プレート９８は、内面６２から半径方向外側に延びるので、偏向プレート９８は、公知の流線形フローコンディショナよりも大きな入口開口を画成する。偏向プレート９８は、トランジションピース５０の支持リング５８から軸方向に延びてトランジションピース５０の支持リング５８及び追加部分の上に張り出しているので、入口５２は、公知の流線形フローコンディショナに比べて、一段と拡張及び／又は拡大される。偏向プレート９８は、トランジションピース５０の支持リング５８から軸方向に延びてトランジションピース５０の支持リング５８及び追加部分の上に張り出しているので、入口５２は、公知の流線形フローコンディショナよりもさらに拡大され、流れ面積の増大に役立つ。

その結果、流線形フローコンディショナ９６は、通路４２内の空気流全体に対してベルマウス５６及び／又は支持リング５８が惹起しかねない空気流撹乱作用を低減する。その結果、流線形フローコンディショナ９６は、公知の流線形フローコンディショナに比べて、流線形フローコンディショナ入口５２近傍での圧力降下量を低減させる。その結果、公知の流線形フローコンディショナを備える公知の燃焼器に比べて、他の燃焼器部品に委ねることができる全圧力降下量が増す。偏向プレート９８は内面６２から半径方向外側に延びるので、偏向プレート９８はさらに、公知の流線形フローコンディショナよりも、流線形フローコンディショナ通路４２を流れる空気流量が増す。その結果、公知の流線形フローコンディショナよりも多量の圧縮空気を燃料と混合・燃焼させることができる。従って、流線形フローコンディショナ９６は、特に限定されないがＮＯｘのような汚染排出物の発生量の低減に役立つ。

図９は、燃焼器２４（図２に示す）で使用し得る例示的な流線形フローコンディショナ１０４の拡大断面図である。流線形フローコンディショナ１０４は、それぞれ図２〜図８に示す流線形フローコンディショナ３８、６６、７４、８２、８６及び９６と実質的に同様であり、図２〜図８の部品と同じ部品については、図９では図２〜図８で用いたものと同じ符号を用いる。

この例示的な実施形態では、流線形フローコンディショナ１０４は、第２の端縁部６４から延びる偏向プレート１０６を備える。偏向プレート１０６は、丸味のある内面１１０及び略円形断面の端部１０８を有する。一実施形態では、端部内面１１０は、本体内面６２から半径方向外側に延び、トランジションピース５０の支持リング５８から軸方向距離Ｘ１だけ延びてトランジションピース５０の支持リング５８及び追加部分並びに／或いはトランジションピース５０を燃焼ライナに結合するトランジションピースシール５６’ の上に張り出している。さらに、端部１０８は、１以上の開口１１２を有する。一実施形態では、偏向プレート１０６は、流線形フローコンディショナ本体４４に結合していてもよい。偏向プレート１０６は、本明細書に記載の流線形フローコンディショナ入口５２での圧力降下の低減を促進するあらゆる形状で形成することができる。さらに、軸方向距離Ｘ１は、本明細書に記載の流線形フローコンディショナ入口５２での圧力降下の低減を促進するあらゆる軸方向距離とすることができる。

端部内面１１０は内面６２から半径方向外側に延びるので、偏向プレート１０６は、公知の流線形フローコンディショナに比べて、通路４２へと導かれる圧縮空気流５４に対して滑らかな移行部を与える。偏向プレート１０６は開口１１２を有しているので、流線形フローコンディショナ１０４は、公知の流線形フローコンディショナに比べて、通路４２への圧縮空気流の追加の入口を与える。内面１１０は内面６２から半径方向外側に延びるので、偏向プレート１０６は、公知の流線形フローコンディショナよりも大きな入口開口を画成する。偏向プレート１０６は、トランジションピース５０の支持リング５８から軸方向に延びてトランジションピース５０の支持リング５８及び追加部分の上に張り出しているので、入口５２は、公知の流線形フローコンディショナに比べて、一段と拡張及び／又は拡大される。偏向プレート１０６は、トランジションピース５０の支持リング５８から軸方向に延びてトランジションピース５０の支持リング５８及び追加部分の上に張り出しているので、入口５２は、公知の流線形フローコンディショナよりもさらに拡大され、流れ面積の増大に役立つ。

その結果、流線形フローコンディショナ１０４は、通路４２内における全空気流に対してベルマウス５６、トランジションピースシール５６’及び／又は支持リング５８によって引き起こされる可能性がある空気流撹乱作用を低減する。その結果、流線形フローコンディショナ１０４は、公知の流線形フローコンディショナに比べて、流線形フローコンディショナ入口５２近傍での圧力降下量を低減させる。その結果、公知の流線形フローコンディショナを備える公知の燃焼器に比べて、他の燃焼器部品に委ねることができる全圧力降下量が増す。内面１１０は内面６２から半径方向外側に延びるので、偏向プレート１０６はさらに、公知の流線形フローコンディショナよりも、流線形フローコンディショナ通路４２を流れる空気流量が増す。その結果、公知の流線形フローコンディショナよりも多量の圧縮空気を燃料と混合・燃焼させることができる。従って、流線形フローコンディショナ１０４は、特に限定されないがＮＯｘのような汚染排出物の発生量の低減に役立つ。

図１０は、燃焼器２４（図２に示す）で使用し得る例示的な流線形フローコンディショナ１１４の拡大断面図である。流線形フローコンディショナ１１４は、それぞれ図２〜図９に示す流線形フローコンディショナ３８、６６、７４、８２、８６、９６及び１０４と実質的に同様であり、図２〜図９の部品と同じ部品については、図１０では図２〜図９で用いたものと同じ符号を用いる。

この例示的な実施形態では、流線形フローコンディショナ１１４は、第２の端縁部６４から延びる円錐形偏向プレート１１６を備える。偏向プレート１１６は、それぞれ本体内面６２から端縁部１２２まで半径方向内向き及び外側に延びる収束部分１１８及び発散部分１２０を有する。偏向プレート１１６は、トランジションピース５０の支持リング５８から軸方向距離Ｘ１だけ延びてトランジションピース５０の支持リング５８及び追加部分の上に張り出している。一実施形態では、偏向プレート１１６は、流線形フローコンディショナ本体４４に結合していてもよい。偏向プレート１１６は、本明細書に記載の流線形フローコンディショナ入口５２での圧力降下の低減を促進するあらゆる形状で形成することができる。さらに、軸方向距離Ｘ１は、本明細書に記載の流線形フローコンディショナ入口５２での圧力降下の低減を促進するあらゆる軸方向距離とすることができる。

偏向プレート１１６は収束部分１１８を含むので、通路４２内部の空気流の制御を可能にすることができる。偏向プレート発散部分１２０は内面６２から半径方向外側に延びるので、偏向プレート１１６は、公知の流線形フローコンディショナに比べて、通路４２へと導かれる圧縮空気流５４に対して滑らかな移行部を与える。偏向プレート１１６は内面６２から半径方向外側に延びるので、偏向プレート１１６は、公知の流線形フローコンディショナよりも大きな入口開口を画成する。偏向プレート１１６は、トランジションピース５０の支持リング５８から軸方向に延びてトランジションピース５０の支持リング５８及び追加部分の上に張り出しているので、入口５２は、公知の流線形フローコンディショナに比べて、一段と拡張及び／又は拡大される。偏向プレート１１６は、トランジションピース５０の支持リング５８から軸方向に延びてトランジションピース５０の支持リング５８及び追加部分の上に張り出しているので、入口５２は、公知の流線形フローコンディショナよりもさらに拡大され、流れ面積の増大に役立つ。

その結果、流線形フローコンディショナ１１４は、通路４２内の空気流全体に対してベルマウス５６及び／又は支持リング５８が惹起しかねない空気流撹乱作用を低減する。その結果、流線形フローコンディショナ１１４は、公知の流線形フローコンディショナに比べて、流線形フローコンディショナ入口５２近傍での圧力降下量を低減させる。その結果、公知の流線形フローコンディショナを備える公知の燃焼器に比べて、他の燃焼器部品に委ねることができる全圧力降下量が増す。偏向プレート１１６は内面６２から半径方向外側に延びるので、偏向プレート１１６はさらに、公知の流線形フローコンディショナよりも、流線形フローコンディショナ通路４２を流れる空気流量が増す。その結果、公知の流線形フローコンディショナよりも多量の圧縮空気を燃料と混合・燃焼させることができる。従って、流線形フローコンディショナ１１４は、特に限定されないがＮＯｘのような汚染排出物の発生量の低減に役立つ。

図１１は、燃焼器２４（図２に示す）で使用し得る例示的な流線形フローコンディショナ１２４の拡大断面図である。流線形フローコンディショナ１２４は、それぞれ図２〜図１０に示す流線形フローコンディショナ３８、６６、７４、８２、８６、９６、１０４及び１１４と実質的に同様であり、図２〜図１０の部品と同じ部品については、図１１では図２〜図１０で用いたものと同じ符号を用いる。

この例示的な実施形態では、流線形フローコンディショナ１２４は、第２の端縁部６４から延びる偏向プレート１２６を備える。偏向プレート１２６は、トランジションピース５０の支持リング５８から軸方向距離Ｘ１だけ延びてトランジションピース５０の支持リング５８及び追加部分の上に張り出している端縁部１２８を有する。さらに、偏向プレート１２６は、１以上の開口１３０を有する。一実施形態では、偏向プレート１２６は、流線形フローコンディショナ本体４４に結合していてもよい。偏向プレート１２６は、本明細書に記載の流線形フローコンディショナ入口５２での圧力降下の低減を促進するあらゆる形状で形成することができる。さらに、軸方向距離Ｘ１は、本明細書に記載の流線形フローコンディショナ入口５２での圧力降下の低減を促進するあらゆる軸方向距離とすることができる。

偏向プレート１２６は開口１３０を有しているので、流線形フローコンディショナ１２４は、公知の流線形フローコンディショナに比べて、通路４２への圧縮空気流の追加の入口を与える。偏向プレート１２６は、トランジションピース５０の支持リング５８から軸方向に延びてトランジションピース５０の支持リング５８及び追加部分の上に張り出しているので、入口５２は、公知の流線形フローコンディショナよりもさらに拡大され、流れ面積の増大に役立つ。その結果、流線形フローコンディショナ１２４は、通路４２内の空気流全体に対してベルマウス５６及び／又は支持リング５８が惹起しかねない空気流撹乱作用を低減する。その結果、流線形フローコンディショナ１２４は、公知の流線形フローコンディショナに比べて、流線形フローコンディショナ入口５２近傍での圧力降下量を低減させる。その結果、公知の流線形フローコンディショナを備える公知の燃焼器に比べて、他の燃焼器部品に委ねることができる全圧力降下量が増す。その結果、公知の流線形フローコンディショナよりも多量の圧縮空気を燃料と混合・燃焼させることができる。従って、流線形フローコンディショナ１２４は、特に限定されないがＮＯｘのような汚染排出物の発生量の低減に役立つ。

燃焼器２４の組立方法を提供する。本方法は、第１の端部３０と第２の端部４０とそれらの間に延びる中心線Ａ−Ａを有する燃焼器ケース２６を準備する段階を含む。本方法は、ケースの第１の端部３０にエンドカバー２８を結合する段階と、ケース２６と略同軸に整列するようにケース２６内部に燃焼器ライナ３６を結合する段階とを含む。本方法は、半径方向外面６０と半径方向内面６２とを有する本体４４と本体４４から延びる偏向プレート６８、７６又は８８とを備える流線形フローコンディショナ６６、７４、８２又は８６を準備する段階を含む。偏向プレート６８、７６又は８８は、半径方向外面７０、７８又は９０、及び中心線Ａ−Ａに対して半径方向外側に延びる半径方向内面７２、８０又は９２を有する。本方法はさらに、流線形フローコンディショナ６６、７４、８２又は８６が半径方向にケース２６と燃焼器ライナ３６との間に位置して偏向プレート６８、７６又は８８がケースの第２の端部４０に隣接するように、流線形フローコンディショナ６６、７４、８２又は８６をケースの第２の端部４０に結合する段階を含む。さらに、上記の例示的な流線形フローコンディショナは、燃焼検査インターバル中に組込むことができる。

上記の実施形態では、トランジションピースからの偏向プレートの半径Ｒ及び／又は軸方向距離Ｘは、流線形フローコンディショナ入口近傍での圧力降下の低減を促進するように変更することができる。例えば、半径Ｒ及び軸方向距離が大きくすると、小さな半径Ｒ及び軸方向距離に比べて、流線形フローコンディショナ入口での圧力降下の低減に役立つ。さらに、上記で例示した偏向プレートはいずれも、例示した流線形フローコンディショナ本体のいずれにも結合させることができるし、或いは例示した流線形フローコンディショナ本体と一体に形成することもできる。

本明細書に記載した通り、各流線形フローコンディショナは、流線形フローコンディショナ本体の内面に対して半径方向外側に延びる偏向プレートを備える。その結果、公知の流線形フローコンディショナに比べ、滑らかな入口領域が形成される。この例示的な流線形フローコンディショナ設計は流線形フローコンディショナ入口近傍での圧力損失を低減し、流線形フローコンディショナを備える公知の燃焼器に比べて、他の燃焼器部品に委ねることができる全圧力降下量が増す。その結果、この例示的な流線形フローコンディショナ設計は、公知の流線形フローコンディショナで生じていた流線形フローコンディショナ入口近傍での圧力損失の低減を促進する。さらに、この例示的な流線形フローコンディショナによって、多量の圧縮空気量を燃料と混合させることができる。従って、本流線形フローコンディショナは、公知の流線形フローコンディショナに比べて、排出物を低下させることができる。

以上、流線形フローコンディショナの例示的な実施形態について詳細に説明してきた。本流線形フローコンディショナは、本明細書に記載したシステムを備える特定の燃焼器及びタービンでの使用に限定されるものではなく、本明細書に記載したシステム部品を備える他の燃焼器及び／又はタービンとは独立に別個に利用することができる。さらに、本発明は、上述の燃焼器の実施形態に限定されるものではない。流線形フローコンディショナの実施形態のその他の変形も特許請求の範囲に記載された技術思想及び技術的範囲内で利用できる。

様々な特定の実施形態に関して本発明を説明してきたが、本発明が特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内の変更で実施することができることは、当業者には明らかであろう。

燃焼セクションを備える例示的なガスタービンシステムの概略図。図１に示すガスタービンシステムで使用し得る公知の燃焼器の概略断面図。図２に示す公知の燃焼器のフロースリーブの領域３の部分の拡大断面図。図２に示す燃焼器で使用し得る例示的な流線形フローコンディショナ偏向プレートの拡大断面図。図２に示す燃焼器で使用し得る別の流線形フローコンディショナ偏向プレートの拡大断面図。図２に示す燃焼器で使用し得るさらに別の流線形フローコンディショナ偏向プレートの拡大断面図。図２示す燃焼器で使用し得るさらに別の流線形フローコンディショナ偏向プレートの拡大断面図。図２に示す燃焼器で使用し得るさらに別の流線形フローコンディショナ偏向プレートの拡大断面図。図２に示す燃焼器で使用し得るさらに別の流線形フローコンディショナ偏向プレートの拡大断面図。図２に示す燃焼器で使用し得るさらに別の流線形フローコンディショナ偏向プレートの拡大断面図。図２に示す燃焼器で使用し得るさらに別の流線形フローコンディショナ偏向プレートの拡大断面図。

符号の説明

１０ガスタービンシステム
１２吸気セクション
１４圧縮機セクション
１６燃焼器セクション
１８タービンセクション
２０排気セクション
２２負荷
２４燃焼器
２６ケース
２８エンドカバー
３０第１の端部
３２ノズル
３４燃料ノズル
３６燃焼ライナ
３８フローコンディショナ
４０ケースの第２の端部
４２フローコンディショナ通路
４４フローコンディショナ本体
４６第１の端部
４８第２の端部
５０トランジションピース
５２フローコンディショナ入口
５４圧縮空気流
５６ベルマウス
５８支持リング
６０半径方向外面
６２本体内面
６４端縁部
６６流線形フローコンディショナ
６８偏向プレート
７０半径方向外面
７２フィレット
７４流線形フローコンディショナ
７６偏向プレート
７８外面
８０内面
８２流線形フローコンディショナ
８４開口
８６流線形フローコンディショナ
８８偏向プレート
９０対向する外面
９２半径方向内面
９４端部
９６流線形フローコンディショナ
９８偏向プレート
１００端縁部
１０２開口
１０４流線形フローコンディショナ
１０６偏向プレート
１０８端部
１１０内面
１１２１以上の開口
１１４流線形フローコンディショナ
１１６偏向プレート
１１８収束部分
１２０発散部分
１２２端縁部
１２４流線形フローコンディショナ
１２６偏向プレート
１２８端縁部
１３０開口

Claims

第１の端部（３０）と第２の端部とそれらの間に延びる中心線を有するケース（２６）と、
上記ケースの第１の端部に結合したエンドカバー（２８）と、
上記ケースと略同軸に整列するように該ケース内に設けられた燃焼器ライナ（３６）と、
上記ケースと燃焼器ライナの間に設けられた流線形フローコンディショナ（６６）と
を備える燃焼器システム（１６）であって、上記流線形フローコンディショナが、
半径方向外面（６０）と、該外面に対向する半径方向内面（６２）と、上記エンドカバーに隣接する第１の端部と、上記ケースの第２の端部に隣接する第２の端部（４０）とを有する本体と、
半径方向外面と該外面に対向する半径方向内面とを有するとともに本体の第２の端部から延びる偏向プレート（６８）と
を備えていて、上記プレートの内面が、上記中心線に対して半径方向外側に延びるか及び／又は該プレートの内面に複数の開口を画成している、燃焼器システム（１６）。
前記プレートの外面（７８）が本体の内面（８０）に略平行である、請求項１記載の燃焼器システム（１６）。
前記プレートの内面（８０）がアーチ形である、請求項１記載の燃焼器システム（１６）。
前記プレートの外面（７８）が前記本体外面から半径方向外側に延びる、請求項１記載の燃焼器システム（１６）。
前記プレートが略円形断面の端部（９４）を含む、請求項１記載の燃焼器システム（１６）。
前記本体の第２の端部（４０）が、本体内面（８０）と本体外面（７８）を貫通する複数の開口（１１２）を含む、請求項１記載の燃焼器システム（１６）。
前記偏向プレートが略円錐形である、請求項１記載の燃焼器システム（１６）。
前記第１の部分が略円筒形である、請求項１記載の燃焼器システム（１６）。
燃焼器（２４）用の流線形フローコンディショナ（６６）であって、当該流線形フローコンディショナ（６６）が、
半径方向外面（７８）と、該外面に対向する半径方向内面（８０）と、第１の端部（４６）と、第２の端部（４８）と第２の端部に画成された複数の開口（１１２）とを有する本体と、
半径方向外面（７８）と該外面に対向する半径方向内面（８０）とを有するとともに本体の第２の端部（９４）から延びる偏向プレート（６８）と
を備えており、上記プレートの内面が、上記中心線から半径方向外側に延びるか及び／又は該プレートの内面に複数の開口を画成している、流線形フローコンディショナ（６６）。
前記プレートの外面（７８）が前記本体内面（８０）に略平行である、請求項９記載の流線形フローコンディショナ（６６）。