JP2009192214A

JP2009192214A - ガスタービンエンジン用の燃料ノズル及びその製造方法

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Publication number: JP2009192214A
Application number: JP2009023177A
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: 2008-02-12
Filing date: 2009-02-04
Publication date: 2009-08-27
Also published as: CH698470B1; US7908863B2; CN101509670A; DE102009003450A1; CH698470A2; US20090199561A1; CN101509670B

Abstract

【課題】ガスタービンエンジン用の二次燃料ノズル組立体を提供する。
【解決手段】本二次燃料ノズル組立体（２００）は、ノズル部分（２０４）と、該ノズル部分から半径方向外向きに延びる１以上のペグ（３００）とを含み、該１以上のペグは、燃料の流れをほぼ上流方向に向けるように構成された１以上の開口（３０４）を形成し、本二次燃料ノズル組立体はまた、１以上のペグの上流でノズル部分の周りに配置されたディスク（３１０）を含み、該ディスクは、１以上の開口と流体連通して配置されかつ燃料の流れを妨げて燃料霧化を可能にするように構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、総括的にはガスタービンエンジンで使用するための燃焼システムに関し、より具体的には、ガスタービンエンジンで使用する燃料ノズルに関する。

従来型のガスタービンエンジンは、二次燃料ノズルに沿って燃焼器組立体内を下流方向に移動する燃焼ガスの流れ内に燃料を向ける二次燃料ノズル組立体を含む。幾つかの二次燃料ノズル組立体は、燃焼ガスの流れ内に延びて燃料を燃焼ガス流内に向けるのを可能にする燃料ペグを含む。これらの従来型の二次燃料ノズル組立体では、燃料ペグは、下流方向に配向された開口を形成して、燃焼ガスが該ペグを横切って移動する時に燃料を燃焼ガスの流れと混合するのを可能にする。燃料は燃焼ガスの流れ内に向けられるので、燃料は、燃焼ガスと共に運ばれる。しかしながら、幾つかの従来型のガスタービンエンジンでは、燃料は、燃焼ガス全体に分散されないで、燃焼ガス内で分離したストリームとして流れる。

米国特許第７３１８３１７号明細書米国特許第７１６５４０５号明細書米国特許第６９１５６３６号明細書米国特許第６９１０３３６号明細書米国特許第６７８６０４７号明細書米国特許出願公開第２００７／０１３７２２０号明細書米国特許出願公開第２００５／０２７４８２７号明細書米国特許出願公開第２００４／０００６９８９号明細書

１つの態様では、二次燃料ノズル組立体を製造する方法を提供する。本方法は、燃料を供給するように構成された通路を形成したノズル部分を設けるステップを含む。１以上のペグが、通路と燃料流体連通して作動結合される。１以上のペグは、ノズル部分から半径方向外向きに延びかつ燃料の流れをほぼ上流方向に向けるように構成された１以上の開口を形成する。ディスクが、１以上のペグの上流でノズル部分の周りに配置される。ディスクは、１以上の開口と流体連通して配置されかつ燃料の流れを妨げて燃料霧化を可能にするように構成される。

別の態様では、二次燃料ノズル組立体を提供する。本二次燃料ノズル組立体は、ノズル部分と、ノズル部分から半径方向外向きに延びる１以上のペグとを含む。１以上のペグは、燃料の流れをほぼ上流方向に向けるように構成された１以上の開口を形成する。ディスクが、１以上のペグの上流でノズル部分の周りに配置される。ディスクは、１以上の開口と流体連通して配置されかつ燃料の流れを妨げて燃料霧化を可能にするように構成される。

別の態様では、ガスタービンエンジン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、一次燃焼ゾーン及び二次燃焼ゾーンを形成した燃焼器ライナを含む。燃焼器ライナは、燃焼ガスの流れをほぼ下流方向に向けるように構成される。一次燃料ノズル組立体が、一次燃焼ゾーン内に延び、また二次燃料ノズル組立体が、一次燃焼ゾーンを貫通して二次燃焼ゾーン内に延びる。二次燃料ノズル組立体は、ノズル部分と、該ノズル部分から半径方向外向きに延びる１以上のペグとを含む。１以上のペグは、燃料の流れを下流方向と対向した上流方向に向けるように構成された１以上の開口を形成する。ディスクが、１以上のペグの上流でノズル部分の周りに配置されかつ燃料の流れを妨げて燃料霧化を可能にするように構成される。

例示的なガスタービン燃焼システムの部分断面図。図１に示すガスタービン燃焼システムで使用することができる例示的な燃料ノズル組立体の断面図。図２に示す例示的な燃料ノズル組立体の部分図。

図１は、二次燃料ノズル組立体２００を含む例示的なガスタービンエンジン１００の部分断面図である。ガスタービンエンジン１００は、圧縮機（図示せず）と、燃焼器１０２と、タービン１０４とを含む。図１には、タービン１０４の第１段ノズル１０６のみを示している。この例示的な実施形態では、タービンは、単一の共通シャフト（図示せず）を介して互いに結合されたロータ（図示せず）を備えた圧縮機に対して回転可能に結合される。圧縮機は、吸入空気１０８を加圧した後に燃焼器１０２に吐出し、燃焼器において、空気は該燃焼器１０２を冷却すると共に燃焼プロセスのための空気を構成する。より具体的には、燃焼器１０２に送られた空気１０８は、ガスタービンエンジン１００内を流れる空気の流れとほぼ反対の方向に流れる。この例示的な実施形態では、ガスタービンエンジン１００は、エンジンケーシング（図示せず）の周りで円周方向に間隔を置いて配置された複数の燃焼器１０２を含む。１つの実施形態では、燃焼器１０２は、缶−アニュラ形燃焼器である。

この例示的な実施形態では、ガスタービンエンジン１００は、各燃焼器１０２の出口端部１１２とタービン１０４の入口端部１１４との間で延びて燃焼ガス１１６をタービン１０４内に送る移行ダクト１１０を含む。さらに、この例示的な実施形態では、各燃焼器１０２は、ほぼ円筒形の燃焼器ケーシング１１８を含む。燃焼器ケーシング１１８は、ボルト（図示せず）、機械的ファスナ（図示せず）、溶接、及び／又はガスタービンエンジン１００が本明細書に記載したように機能するのを可能にするあらゆるその他の適当な継手手段を用いてエンジンケーシングに結合される。この例示的な実施形態では、燃焼器ケーシング１１８の前端部１２０は、エンドカバー組立体１２２に結合される。エンドカバー組立体１２２は、気体燃料、液体燃料、空気及び／又は水を燃焼器に送るための供給チューブ、マニフォルド、弁、及び／又はガスタービンエンジン１００が本明細書に記載したように機能するのを可能にするあらゆるその他の構成要素を含む。

この例示的な実施形態では、ほぼ円筒形の流れスリーブ１２４が、該スリーブ１２４が燃焼器ケーシング１１８とほぼ同心に整列するように、燃焼器ケーシング１１８内に結合される。燃焼器ライナ１２６は、流れスリーブ１２４内にほぼ同心に結合される。より具体的には、燃焼器ライナ１２６は、後端部１２８において移行ダクト１１０に結合され、また前端部１３０において燃焼器ライナキャップ組立体１３２に結合される。流れスリーブ１２４は、後端部１３４において燃焼器ライナ１２６の外壁１３６に結合され、また前端部１３８において燃焼器ケーシング１１８に結合される。それに代えて、流れスリーブ１２４は、ガスタービンエンジン１００が本明細書に記載したように機能するのを可能にするあらゆる適当な継手組立体を用いてケーシング１１８及び／又は燃焼器ライナ１２６に結合することができる。この例示的な実施形態では、燃焼器ライナ１２６と流れスリーブ１２４の間に、空気通路１４０が形成される。流れスリーブ１２４は、その中に形成された複数のアパーチャ１４２を含み、これらアパーチャ１４２は、圧縮機からの加圧空気１０８が空気通路１４０に流入するのを可能にする。この例示的な実施形態では、空気１０８は、コア流れ（図示せず）の方向と反対の方向に圧縮機からエンドカバー組立体１２２に向かって流れる。

燃焼器ライナ１２６は、一次燃焼ゾーン１４４、ベンチュリスロート領域１４６及び二次燃焼ゾーン１４８を形成する。より具体的には、一次燃焼ゾーン１４４は、二次燃焼ゾーン１４８の上流に位置する。一次燃焼ゾーン１４４と二次燃焼ゾーン１４８とは、ベンチュリスロート領域１４６によって分離される。ベンチュリスロート領域１４６は、それぞれの燃焼ゾーン１４４及び１４８の直径Ｄ₁及びＤ₂よりも一般的に小さい直径Ｄ_Vを有する。より具体的には、スロート領域１４６は、収束壁１５０と発散壁１５２とを含む。収束壁１５０は、直径Ｄ₁からＤ_Vまで先細になり、また発散壁１５２は、直径Ｄ_VからＤ₂まで先広になる。従って、ベンチュリスロート領域１４６は、二次燃焼ゾーン１４８から一次燃焼ゾーン１４４への逆火を減少させるのを可能にする空気力学的分離器又は隔離器として機能する。この例示的な実施形態では、一次燃焼ゾーン１４４は、これを貫通して形成された複数のアパーチャ１５４を含み、これらアパーチャ１５４は、空気１０８が空気通路１４０から一次燃焼ゾーン１４４に流入するのを可能にする。

さらに、この例示的な実施形態では、燃焼器１０２はまた、複数のスパークプラグ（図示せず）と複数のクロスファイヤ管（図示せず）とを含む。スパークプラグ及びクロスファイヤ管は、一次燃焼ゾーン１４４の範囲内において燃焼器ライナ１２６内に形成されたポート（図示せず）を貫通して延びる。スパークプラグ及びクロスファイヤ管は、各燃焼器１０２内で燃料及び空気に点火して、燃焼ガス１１６を発生させる。

この例示的な実施形態では、１以上の二次燃料ノズル組立体２００が、エンドカバー組立体１２２に結合される。より具体的には、この例示的な実施形態では、燃焼器１０２は、１つの二次燃料ノズル組立体２００と複数の一次燃料ノズル組立体１５６とを含む。より具体的には、この例示的な実施形態では、一次燃料ノズル組立体１５６は、燃焼器１０２の中心線１５８の周りにほぼ円形配列として配置され、また二次燃料ノズル組立体２００の中心線２０１（図２に示す）は、燃焼器中心線１５８とほぼ整列している。それに代えて、一次燃料ノズル組立体１５６は、非円形配列として配置することができる。別の実施形態では、燃焼器１０２は、１つよりも多い又は少ない二次燃料ノズル組立体２００を含むことができる。本明細書では、一次燃料ノズル組立体１５６及び二次燃料ノズル組立体２００のみについて説明しているが、２つよりも多い又は少ないタイプのノズル組立体或いはあらゆるその他のタイプの燃料ノズルもまた、燃焼器１０２内に含むことができる。この例示的な実施形態では、二次燃料ノズル組立体２００は、一次燃焼ゾーン１４４を貫通して延びる二次燃料ノズル組立体２００の一部分を実質的に囲むチューブ組立体１６０を含む。

一次燃料ノズル組立体１５６は、一次燃焼ゾーン１４４内に部分的に延び、また二次燃料ノズル組立体２００は、一次燃焼ゾーンを貫通してスロート領域１４６の後方部分１６２内に延びる。従って、一次燃料ノズル組立体１５６から噴射された燃料（図示せず）は、ほぼ一次燃焼ゾーン１４４内で燃焼し、また二次燃料ノズル組立体２００から噴射された燃料（図示せず）は、ほぼ二次燃焼ゾーン１４８内で燃焼する。

この例示的な実施形態では、燃焼器１０２は、燃料ノズル組立体１５６及び／又は２００を通して燃焼器１０２に燃料を供給するための燃料供給源（図示せず）に結合される。例えば、パイロット燃料（図示せず）及び／又は主燃料（図示せず）は、燃料ノズル組立体１５６及び／又は２００を通して供給することができる。この例示的な実施形態では、パイロット燃料及び主燃料の両方は、以下に一層詳細に説明するように、一次燃料ノズル組立体１５６及び二次燃料ノズル組立体２００への燃料の移送を制御することによって該一次燃料ノズル組立体１５６及び二次燃料ノズル組立体２００の両方を通して供給される。本明細書で使用する場合に、「パイロット燃料」というのは、パイロット火炎として使用される少量の燃料を意味しており、また「主燃料」というは、燃焼ガス１１６の大部分を発生させるために使用される燃料を意味している。燃料は、天然ガス、石油生成物、石炭、バイオマス、並びに／或いはガスタービンエンジン１００が本明細書に記載したように機能するのを可能にする固体、液体及び／又は気体形態のあらゆるその他の燃料とすることができる。燃料ノズル組立体１５６及び／又は２００を通る燃料流を制御することによって、燃焼器１０２内の火炎（図示せず）を燃焼器１０２のエミッション並びに／或いは出力を生じるような所定の形状、長さ及び／又は強さに調整することができる。

作動中に、空気１０８は、吸気口（図示せず）を通してガスタービンエンジン１００に流入する。空気１０８は、圧縮機内で加圧され、加圧空気１０８は、圧縮機から燃焼器１０２に向けて吐出される。空気１０８は、アパーチャ１４２を通して燃焼器１０２に流入し、空気通路１４０を通ってエンドカバー組立体１２２に向けて送られる。空気通路１４０を通って流れる空気１０８は、燃焼器入口端部１６４においてその流れ方向を強制的に反転され、燃焼ゾーン１４４及び／又は１４８内に並びに／或いはスロート領域１４６を通して送られる。燃料は、エンドカバー組立体１２２並びに燃料ノズル組立体１５６及び／又は２００を通して燃焼器１０２内に供給される。制御システム（図示せず）がガスタービンエンジン１００の始動シーケンスを開始した時に、始めに点火を行い、火炎が連続的に確立されたら、一次燃焼ゾーン１４４からスパークプラグを後退させる。燃焼器ライナ１２６の後端部１２８において、高温燃焼ガス１１６は、移行ダクト１１０及びタービンノズル１０６を通してタービン１０４に向けて送られる。

図２は、燃焼器１０２（図１に示す）で使用することができる例示的な二次燃料ノズル組立体２００の断面図である。図３は、二次燃料ノズル組立体２００の一部分の部分断面図である。

この例示的な実施形態では、二次燃料ノズル組立体２００は、以下で一層詳細に説明するヘッド部分２０２とノズル部分２０４とを含む。ヘッド部分２０２は、二次燃料ノズル組立体２００が燃焼器１０２内に結合されるのを可能にする。例えば、１つの実施形態では、ヘッド部分２０２は、エンドカバー組立体１２２（図１に示す）に結合され、かつ該ヘッド部分２０２が燃焼器１０２の外側にありまたノズル部分２０４がエンドカバー組立体１２２を貫通して延びるように複数の機械的ファスナ１６８（図１に示す）を用いてエンドカバー組立体１２２に固定される。この例示的な実施形態では、ヘッド部分２０２は、その各々がそれを貫通して機械的ファスナを受けるような寸法になった複数の円周方向に間隔を置いて配置された開口２０５を含む。ヘッド部分２０２は、二次燃料ノズル組立体２００が燃焼器１０２内に固定されかつ本明細書に記載したように機能するのを可能にするあらゆる適当な数の開口２０５を含むことができる。さらに、各開口２０５の内表面２０６はほぼ滑らかであるように図示しているが、開口２０５は、ネジ付きとすることができる。加えて、各開口２０５は二次燃料ノズル組立体２００の中心線２０１とほぼ平行に延びているように図示しているが、開口２０５は、二次燃料ノズル組立体２００が本明細書に記載したように機能するのを可能にするあらゆる配向を有することができる。それに代えて、ヘッド部分２０２は、機械的ファスナ１６８を使用することのみで燃焼器１０２に結合されることに限定されるものではなく、二次燃料ノズル組立体２００が本明細書に記載したように機能するのを可能にするあらゆる継手手段を用いて燃焼器１０２に結合することができる。

この例示的な実施形態では、ヘッド部分２０２は、ほぼ円筒形であり、第１のほぼ平らな端面２０７と反対側の第２のほぼ平らな端面２０８とそれら端面間で延びるほぼ円筒形の本体２１０とを含む。

この例示的な実施形態では、ヘッド部分２０２は、中心通路２１４と複数の同心に整列したチャネル２１６、２１８及び２２０とを含む。より具体的には、中心通路２１４は、中心線２０１に沿って第１の端面２０７から第２の端面２０８まで延びる。さらに、この例示的な実施形態では、チャネル２１６、２１８及び２２０は各々、以下に一層詳細に説明するように、第２の端面２０８から部分的に第１の端面２０７に向かって延びる。

この例示的な実施形態では、ヘッド部分２０２内の複数の同心に整列したチャネル仕切壁２２２、２２４及び２２６は、中心通路２１４とチャネル２１６、２１８及び２２０とを形成する。より具体的には、この例示的な実施形態では、中心通路２１４は、第１の仕切壁２２２によって形成され、第１のチャネル２１６は、第１の仕切壁２２２と第２の仕切壁２２４との間に形成され、第２のチャネル２１８は、第２の仕切壁２２４と第３の仕切壁２２６との間に形成され、また第３のチャネル２２０は、第３の仕切壁２２６と本体２１０との間に形成される。

この例示的な実施形態では、ヘッド部分２０２はまた、複数の半径方向入口を含む。第１の半径方向入口２２８は、本体２１０を貫通して中心通路２１４まで延び、第２の半径方向入口（図示せず）は、本体２１０を貫通して第１のチャネル２１６まで延び、第３の半径方向入口２３０は、本体２１０を貫通して第２のチャネル２１８まで延び、また第４の半径方向入口（図示せず）は、本体２１０を貫通して第３のチャネル２２０まで延びる。この例示的な実施形態では、１つのみの半径方向入口が、対応する中心通路２１４或いはチャネル２１６、２１８又は２２０と流体連通しているが、別の実施形態では、２以上の半径方向入口が、中心通路２１４或いはチャネル２１６、２１８又は２２０と流体連通していてもよい。

この例示的な実施形態では、第１の半径方向入口２２８及び／又は第３の半径方向入口２３０のような各半径方向入口は、そのそれぞれの入口長さに沿ってほぼ一定の直径を有する。それに代えて、各半径方向入口は、非円形断面形状及び／又は多様な直径を有するように形成することができる。より具体的には、半径方向入口は、燃焼器１０２及び／又は二次燃料ノズル組立体２００が本明細書に記載したように機能するのを可能にするあらゆる適当な形状及び／又は配向として構成することができる。さらに、この例示的な実施形態では、第１の半径方向入口２２８は、対応する半径方向ポート２３２を含み、また第３の半径方向入口２３０は、対応する半径方向ポート２３４を含む。各ポート２３２及び／又は２３４は、テーパポート、ストレートポート又はオフセットポートとすることができる。それに代えて、ポート２３２及び／又は２３４は、燃焼器１０２及び二次燃料ノズル組立体２００が本明細書に記載したように機能するのを可能にするあらゆる適当な形状及び／又は配向として構成することができる。

この例示的な実施形態では、ヘッド部分２０２はまた、複数の軸方向入口２４０、２４２及び２４４を含む。３つのみの軸方向入口２４０、２４２及び２４４について説明しているが、ヘッド部分２０２は、二次燃料ノズル組立体２００が本明細書に記載したように機能するのを可能にするあらゆる数の軸方向入口を含むことができる。この例示的な実施形態では、軸方向入口２４０は、第１の端面２０７から半径方向入口２２８を通って半径方向入口２３０まで延びる。この例示的な実施形態では、軸方向入口２４０は、半径方向入口２２８を貫通して延びるが、軸方向入口２４０は、二次燃料ノズル組立体２００が本明細書に記載したように機能するように、別の半径方向入口を貫通して延びる状態で又は別の半径方向入口を貫通しない状態で、第１の端面２０７から任意の半径方向入口まで延びることができる。

この例示的な実施形態では、軸方向入口２４０、２４２及び／又は２４４は、ほぼ一定の直径を有する。それに代えて、軸方向入口２４０、２４２及び／又は２４４は、非円形断面形状及び／又は可変直径を有することができる。より具体的には、この例示的な実施形態では、軸方向入口２４０、２４２及び／又は２４４は、テーパポートを含む。それに代えて、ポートは、燃焼器１０２及び／又は二次燃料ノズル組立体２００が本明細書に記載したように機能するのを可能にするあらゆる適当な形状を有することができる。

この例示的な実施形態では、ノズル部分２０４は、例えば該ノズル部分２０４をヘッド部分２０２に溶接することによって、該ヘッド部分２０２に結合される。この例示的な実施形態では、ノズル部分２０４は、円筒形であるが、ノズル部分２０４は、二次燃料ノズル組立体２００が本明細書に記載したように機能するのを可能にするあらゆる適当な形状とすることができる。

この例示的な実施形態では、ノズル部分２０４は、複数のほぼ同心に整列したチューブ２５０、２５２、２５４及び２５６を含む。チューブ２５０、２５２、２５４及び２５６は、ノズル部分２０４内に複数のほぼ同心の通路２６０、２６２、２６４及び２６６が形成されるように、互いに対して配向される。より具体的には、この例示的な実施形態では、第１のチューブ２５０内に中心通路２７０が形成され、第１のチューブ２５０と第２のチューブ２５２との間に第１の通路２６０が形成され、第２のチューブ２５２と第３のチューブ２５４との間に第２の通路２６２が形成され、また第３のチューブ２５４と第４のチューブ２５６との間に第３の通路２６４が形成される。この例示的な実施形態は、４つの同心に整列したチューブ２５０、２５２、２５４及び２５６を含むが、ノズル部分２０４は、二次燃料ノズル組立体２００及び／又は燃焼器１０２が本明細書に記載したように機能するのを可能にするあらゆる数のチューブを含むことができる。この例示的な実施形態では、チューブの数は、該チューブによって形成された通路の数がヘッドチャネル及びヘッド中心通路の数に等しくなるようになる。

この例示的な実施形態では、チャネル２１６、２１８及び２２０は、それぞれ通路２６０、２６２及び２６４とほぼ同心に整列している。さらに、ノズル中心通路２７０は、ヘッド中心通路２１４とほぼ同心に整列している。従って、第１のチューブ２５０は、ヘッドの第１の仕切壁２２２とほぼ整列し、第２のチューブ２５２は、ヘッドの第２の仕切壁２２４とほぼ整列し、また第３のチューブ２５４は、ヘッドの第３の仕切壁２２６とほぼ整列している。この例示的な実施形態では、第４のチューブ２５６は、該第４のチューブ２５６の内表面２７２がヘッドチャネル２２０の半径方向外表面２７４とほぼ整列するように、整列している。

この例示的な実施形態では、ノズル部分２０４は、チューブ２５０、２５２、２５４及び／又は２５６に結合された先端部分２８０を含む。より具体的には、この例示的な実施形態では、先端部分２８０は、例えば溶接法を使用してチューブ２５０、２５２、２５４及び／又は２５６に結合される。この例示的な実施形態では、先端部分２８０は、チューブ延長部２８２、外側先端部２８４及び内側先端部２８６を含む。それに代えて、先端部分２８０は、二次燃料ノズル組立体２００が本明細書に記載したように機能するのを可能にするあらゆる適当な構成を有することができる。この例示的な実施形態では、チューブ延長部２８２は、例えば継手リング２８８を用いて第３のチューブ２５４及び第４のチューブ２５６に結合される。継手リング２８８は、第３の通路２６４内を流れる流体（図示せず）が先端部分２８０を通して吐出されないように、第３の通路２６４を密閉するのを可能にする。それに代えて、第３の通路２６４は、先端部分２８０を通して流体連通して結合される。

この例示的な実施形態では、内側先端部２８６は、第１の突起２９０と第２の突起２９２とを含む。内側先端部２８６はさらに、中心開口２９４と複数の出口アパーチャ（図示せず）とを形成する。内側先端部２８６は、それぞれ第１の突起２９０及び第２の突起２９２を用いて第１のチューブ２５０及び第２のチューブ２５２に結合される。従って、この例示的な実施形態では、中心通路２１４及び／又は中心通路２７０内を流れる流体（図示せず）は、中心開口２９４及び／又は出口アパーチャを通して吐出され、また第１の通路２６０内を流れる流体（図示せず）は、出口アパーチャを通して吐出される。さらに、この例示的な実施形態では、外側先端部２８４は、複数の出口アパーチャ（図示せず）を含み、また内側先端部２８６及びチューブ延長部２８２に結合される。従って、第２の通路２６２内を流れる流体（図示せず）は、外側先端部２８４及び／又は内側先端部２８６内に形成された出口アパーチャを通して吐出される。

この例示的な実施形態では、ノズル部分２０４はまた、第４のチューブ２５６から半径方向外向きに延びる１以上のペグ３００（本明細書では、ベーンとも呼ぶ）をも含む。図２に示すように、各ペグ３００は、第４のチューブ２５６を通してノズル部分２０４と燃料流体連通している。それに代えて、ペグ３００は、ノズル部分２０４から斜めに延びることができる。さらに、図２には２つのみのペグ３００を示しているが、ノズル部分２０４は、２つよりも多い又は少ないペグ３００を含むことができる。この例示的な実施形態では、ペグ３００は、継手リング２８８に近接させて第３の通路２６４の下流端部３０２に配置される。それに代えて、あらゆる適当な位置において第３の通路２６４に対して、１以上のペグ３００を配置することができる。

さらに図３を参照すると、この例示的な実施形態では、各ペグ３００には、１以上の出口アパーチャ又は開口３０４が形成されており、この出口アパーチャ又は開口３０４は、該開口３０４を通して第３の通路２６４内を流れる燃料を吐出しかつ下流方向の燃焼ガスの流れと対向するほぼ上流方向に燃料を向けるように構成される。

ペグ３００の上流でノズル部分２０４の周りに、ディスク３１０が配置される。ディスク３１０は、燃料を妨げて燃料霧化を可能にするように構成される。より具体的には、ディスク３１０の内側つまり下流側表面３１２との燃料の衝突は、燃料を霧化させるのを可能にする。霧化した燃料３１４は、分散し、燃焼器ライナ１２６を通ってほぼ下流方向に流れる図３において矢印３１６で示した燃焼ガス及び／又は空気と混合する。

この例示的な実施形態では、ディスク３１０は、図３に示すように、半円環形状を有する。半円環状ディスク３１０は、ノズル部分２０４の周りに円周方向に配置されかつ該ノズル部分２０４に結合される。半円環状ディスク３１０は、連続ディスク３１０とすることができ、或いはノズル部分２０４の周りに円周方向に配置した複数のディスクセグメント（図示せず）を含むことができる。さらに図３を参照すると、この例示的な実施形態では、ディスク３１０の下流側表面３１２の少なくとも一部分は、図３に示すように、該下流側表面３１２と接触した時に燃料を燃焼ガスの流れ方向に向けるのを可能にする半円形又は凹面形断面輪郭のような弓形断面形輪郭を有する。

別の実施形態では、ディスク３１０は、燃料を妨げて燃料霧化を可能にするように構成されたほぼ平らな下流側表面（図示せず）を含む。この別の実施形態では、ほぼ平らな表面は、ペグ３００からの燃料の流れに対して垂直な角度又は傾斜した角度で配置される。

この例示的な実施形態では、ノズル部分２０４は、それに限定されないが溶接法を含む適当な方法を用いてヘッド部分２０２に結合される。より具体的には、各チューブ２５０、２５２、２５４及び／又は２５６は、上で説明したように、ノズル通路２６０、２６２、２６４及び２７０が、協働するヘッドチャネル２１６、２１８、２２０及びヘッド中心通路２１４とほぼ整列するように、ヘッド部分２０２に結合される。この例示的な実施形態では、先端部分２８０は、ノズル部分２０４が上に説明したように構成されるように、チューブ２５０、２５２、２５４及び／又は２５６に溶接される。より具体的には、この例示的な実施形態では、チューブ延長部２８２は、例えば継手リング２８８を用いてチューブ２５４及び２５６に溶接され、内側先端部２８６は、それぞれの突起２９２及び２９０を用いて第２のチューブ２５２及び第１のチューブ２５０に溶接され、また外側先端部２８４は、内側先端部２８６に溶接される。それに代えて、ノズル部分２０４は、二次燃料ノズル組立体２００が本明細書に記載したように機能するのを可能にするあらゆるその他の適当な製造方法を使用して製造することができる。

上記した二次燃料ノズル組立体は、該二次燃料ノズル組立体の半円環状ディスクに接触する燃料の流れ又は噴霧を形成するように上流方向に配向して燃料霧化及び／又は燃料混合を高めるようになった燃料ペグを含む。より具体的には、半円環状ディスクは、上流方向への燃料の流れを妨げて、二次燃料ノズル組立体を通る空気の流れと燃料を混合しかつ混合した燃料を燃焼器組立体を通る燃焼ガスの流れ内に向け直すのを可能にする。混合燃料は、従来型の二次燃料ノズル組立体におけるように燃焼ガスの流れ内に直接投入されるのではなくて、燃焼ガスの流れ内に向け直されるか又は噴霧される。その結果、半円環状ディスクによって生じた反射波を用いて、燃料噴霧パターンが形成されて、燃料の分散及び／又は霧化を可能にする。

以上、二次燃料ノズル組立体及び該二次燃料ノズル組立体を製造する方法の例示的な実施形態について詳細に説明している。本組立体及び方法は、本明細書に記載した特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ組立体の構成要素及び／又は方法のステップは、本明細書に記載した他の構成要素及び／又はステップとは独立してかつ別個に利用することができる。さらに、上記の組立体の構成要素及び／又は方法のステップはまた、他の組立体及び／又は方法において要素とすることができ、或いは他の組立体及び／又は方法と組合せて使用することができ、また本明細書に記載したような組立体及び方法での実施のみに限定されるものではない。

本発明を様々な特定の実施形態に関して説明してきたが、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、当業者には分かるであろう。

１００ガスタービンエンジン
１０２燃焼器
１０４タービン
１０６第１段ノズル
１０８吸入空気
１１０移行ダクト
１１２燃焼器の出口端部
１１４タービンの入口端部
１１６燃焼ガス
１１８燃焼器ケーシング
１２０燃焼器ケーシングの前端部
１２２エンドカバー組立体
１２４流れスリーブ
１２６燃焼器ライナ
１２８燃焼器ライナの後端部
１３０燃焼器ライナの前端部
１３２燃焼器ライナキャップ組立体
１３４流れスリーブの後端部
１３６燃焼器ライナの外壁
１３８流れスリーブの前端部
１４０空気通路
１４２流れスリーブ１２４のアパーチャ
１４４一次燃焼ゾーン
１４６ベンチュリスロート領域
１４８二次燃焼ゾーン
１５０ベンチュリスロート領域の収束壁
１５２ベンチュリスロート領域の発散壁
１５４一次燃焼ゾーンのアパーチャ
１５６一次燃料ノズル組立体
１５８燃焼器の中心線
１６０チューブ組立体
１６２ベンチュリスロート領域の後方部分
１６４燃焼器入口端部
１６８機械的ファスナ
２００二次燃料ノズル組立体
２０１二次燃料ノズル組立体の中心線
２０２二次燃料ノズル組立体のヘッド部分
２０４二次燃料ノズル組立体のノズル部分
２０５ヘッド部分内の開口
２０６開口の内表面
２０７ヘッド部分の第１の端面
２０８ヘッド部分の第２の端面
２１０ヘッド部分の本体
２１４ヘッド部分内の中心通路
２１６ヘッド部分内の第１のチャネル
２１８ヘッド部分内の第２のチャネル
２２０ヘッド部分内の第３のチャネル
２２２第１の仕切壁
２２４第２の仕切壁
２２６第３の仕切壁
２２８第１の半径方向入口
２３０第３の半径方向入口
２３２第１の半径方向入口に対応する半径方向ポート
２３４第３の半径方向入口に対応する半径方向ポート
２４０軸方向入口
２４２軸方向入口
２４４軸方向入口
２５０第１のチューブ
２５２第２のチューブ
２５４第３のチューブ
２５６第４のチューブ
２６０第１の通路
２６２第２の通路
２６４第３の通路
２６６第４の通路
２７０中心通路
２７２第４のチューブの内表面
２７４第３のチャネルの外表面
２８０ノズル部分の先端部分
２８２先端部分のチューブ延長部
２８４先端部分の外側先端部
２８６先端部分の内側先端部
２８８継手リング
２９０第１の突起
２９２第２の突起
２９４内側先端部の中心開口
３００ペグ
３０２第３の通路の下流端部
３０４ペグの開口
３１０ディスク
３１２ディスクの下流側表面
３１４霧化燃料
３１６燃焼ガス及び／又は空気の流れの矢印
Ｄ₁ 一次燃焼ゾーンの直径
Ｄ₂ 二次燃焼ゾーンの直径
Ｄ_V ベンチュリスロート領域の直径

Claims

ノズル部分（２０４）と、
前記ノズル部分から半径方向外向きに延びる１以上のペグ（３００）と、
前記１以上のペグの上流で前記ノズル部分の周りに配置されたディスク（３１０）と、を含み、
前記１以上のペグが、燃料の流れをほぼ上流方向に向けるように構成された１以上の開口（３０４）を形成し、
前記ディスクが、前記１以上の開口と流体連通して配置されかつ燃料の流れを妨げて燃料霧化を可能にするように構成される、
二次燃料ノズル組立体（２００）。
前記ディスク（３１０）が、半円環状ディスクをさらに含む、請求項１記載の二次燃料ノズル組立体（２００）。
前記半円環状ディスク（３１０）が、前記ノズル部分（２０４）の周りで円周方向に配置される、請求項２記載の二次燃料ノズル組立体（２００）。
前記半円環状ディスク（３１０）が、セグメント化される、請求項３記載の二次燃料ノズル組立体（２００）。
前記半円環状ディスク（３１０）の下流側表面（３１２）が、燃料の流れを燃焼ガスの流れの方向に向け直すのを可能にする弓形断面輪郭を有する、請求項２記載の二次燃料ノズル組立体（２００）。
前記ディスク（３１０）が、前記ノズル部分（２０４）の周りで円周方向に配置され、
前記ディスクが、燃料の流れを妨げて燃料霧化を可能にするように構成されたほぼ平らな下流側表面（３１２）を有する、
請求項１記載の二次燃料ノズル組立体（２００）。
前記ほぼ平らな下流側表面（３１２）が、前記１以上のペグ（３００）からの燃料の流れに対して垂直な角度及び傾斜した角度の１つで配置される、請求項６記載の二次燃料ノズル組立体（２００）。
前記ノズル部分（２０４）に結合されたヘッド部分（２０２）をさらに含み、
前記ヘッド部分が、複数の入口（２２８、２３０）を含み、
前記複数の入口の各入口が、複数のノズル通路の１以上のノズル通路（２６０、２６２、２６４、２６６）と流体連通している、
請求項１記載の二次燃料ノズル組立体（２００）。
ガスタービンエンジン（１００）で使用するための燃焼器組立体であって、
一次燃焼ゾーン（１４４）及び二次燃焼ゾーン（１４８）を形成しかつ燃焼ガスの流れをほぼ下流方向に向けるように構成された燃焼器ライナ（１２６）と、
前記一次燃焼ゾーン内に延びる一次燃料ノズル組立体（１５６）と、
前記一次燃焼ゾーンを貫通して前記二次燃焼ゾーン内に延びる二次燃料ノズル組立体（２００）と、
を含み、前記二次燃料ノズル組立体が、
ノズル部分（２０４）と、
前記ノズル部分から半径方向外向きに延びかつ燃料の流れを下流方向と対向した上流方向に向けるように構成された１以上の開口（３０４）を形成した１以上のペグ（３００）と、
前記１以上のペグの上流で前記ノズル部分の周りに配置されかつ燃料の流れを妨げて燃料霧化を可能にするように構成されディスク（３１０）と、を含む、
燃焼器組立体。
前記ディスク（３１０）が、半円環状ディスクを含む、請求項９記載の燃焼器組立体。