JP2010008038A - タービン燃料ノズル用の可変オリフィスプラグ - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼器（１１０）のエンドキャップ（１８０）の周りで使用するための燃料ノズル（１５０）を提供する。
【解決手段】本燃料ノズル（１５０）は、エンドキャップ（１８０）に取付けられたフランジ（１６０）と、フランジ（１６０）を貫通して延びる開口（２４０）と、開口（２４０）内に配置されたプラグ（２３０）と、プラグ（２３０）内部に配置されたオリフィス（２５０）とを含むことができる。
【選択図】 図２

Description

本出願は、総括的にはガスタービンエンジンに関し、より具体的には、燃焼器燃料ノズルのフランジの周りで使用される可変オリフィスプラグに関する。

概説すると、ガスタービンは、燃焼器内で燃料／空気混合気に点火し、燃焼ガス流を発生する。ガス流は、高温ガス路を通ってタービンを流れる。加圧空気は、圧縮機によって燃焼器に送られる。燃焼器は一般に、燃焼領域に燃料及び空気を送給するための燃料ノズルを有する。タービンは、燃焼ガス流の熱エネルギーを機械エネルギーに変換する。機械エネルギーによってタービンシャフトを回転させ、発電機その他のタイプの負荷に動力を供給するのに使われる。

燃料は、燃料挿入体を介して燃料ノズルに供給することができる。燃料挿入体は、エンドキャップに取付けかつ燃料ノズルの上流に配置し得る。燃料挿入体は、その中に穿孔された複数の開口を有することができる。これらの開口には、１以上のオリフィスを形成したプラグを充填できる。オリフィスは、ノズルに流れる燃料を調量することができる。

これらのインサートについての１つの欠点は、それを通る流量をテストするには完成エンドキャップ／燃料ノズル組立体を流通させて、所定のガスタービンに対して流量の整合した組の完成エンドキャップ組立体ができるようにする必要があることである。このテストは、エンドキャップに取付けられた燃料ノズルの異なる組合せについて何回か反復が必要となることがある。そのようなテストは、多大な時間を要するおそれがある。

エンドキャップが用いられない場合には、燃料ノズルの底に孔を開ければよい。孔の寸法は、特定の燃料ノズル群の寸法に応じて決められる。そのため、製造供給元は、種々異なる寸法のノズル群を製作する必要に迫られることがある。

従って、簡単な燃料ノズルオリフィス設計に対する要望が存在する。そのような設計は、好ましくは、テストが容易であるべきであり、またそれを通る流量を選択する際の多用途性を備えるべきである。

従って、本出願は、燃焼器のエンドキャップの周りで使用するための燃料ノズルを提供する。本燃料ノズルは、エンドキャップに取付けられたフランジと、フランジを貫通して延びる開口と、開口内に配置されたプラグと、プラグ内部に配置されたオリフィスとを含むことができる。

本出願はさらに、ガスタービン用の燃焼器を提供する。本燃焼器は、エンドキャップと、その各々がエンドキャップに取付けられた状態で該エンドキャップの周りに配置されたフランジを備えた複数の燃料ノズルと、フランジ内部に配置された複数の可変オリフィスプラグとを含む。

本出願はさらに、燃焼器を作動させる方法を提供する。本方法は、燃焼器のエンドキャップの周りに複数の燃料ノズルを配置するステップと、燃料ノズルを通して燃料を流すステップと、燃料ノズルのすべてを取り外すことなく該燃料ノズルの１以上を交換するステップとを含む。

本出願のこれらの及びその他の特徴は、幾つかの図面及び特許請求の範囲に関連させて以下の詳細な説明を精査する時、当業者には明らかになるであろう。

本明細書で使用することができるガスタービンエンジンの側面断面図。 図１のガスタービンエンジンのエンドキャップ／燃料ノズル組立体の側面断面図。 本明細書に記載したようなオリフィスプラグを備えた燃料ノズルの側面断面図。 本明細書に記載したようなフランジ内部に配置された、図３のオリフィスプラグの側面断面図。

次に幾つかの図を通して同じ参照符号が同様な要素を指している図面を参照すると、図１は、ガスタービン燃焼セクション１００の実施例を示している。燃焼器１００は、燃焼器ヘッド端部構成１１０を含むことができる。燃焼器ヘッド端部構成１１０については、以下に一層詳細に説明する。一般に記述すると、燃焼器１００はまた、燃焼ライナ１２０と、トランジションピース組立体１３０と、タービン連結部１４０とを含むことができる。本明細書では、燃焼器１００のその他の構成も使用することができる。

図２は、燃焼器ヘッド端部構成１１０を詳細に示している。燃焼器ヘッド端部構成１１０は、燃料ノズル１５０を含むことができる。図示するような燃料ノズル１５０は、ニューヨーク州スケネクタディ所在のＧｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙによって販売されている５２Ｅ燃料ノズルである。本明細書では、その他のタイプの燃料ノズル１５０も使用することができる。燃料ノズル１５０は、フランジ１６０と、管セクション１７０とを含むことができる。燃料ノズル１５０は、エンドキャップ１８０の周りに配置しかつ該エンドキャップ１８０に取付けることができる。燃料ノズル１５０は、１以上の燃料供給フィード１９０と連通状態にすることができる。燃料供給フィード１９０は、燃料ノズル１５０のフランジ１６０に周りに配置された燃料環状空間２００に燃料を供給する。複数の空気供給管２１０は、内側霧化空気管２２０を介して燃料ノズル１５０により空気を供給することができる。本明細書では、その他の燃焼器構成も使用することができる。

図３は、燃料ノズル１５０の側面断面図である。図示するように、フランジ１６０の開口２４０内部には、オリフィスプラグ２３０を配置することができる。この実施例では、１０個のオリフィスプラグ２３０及び開口２４０を使用しているが、本明細書では、あらゆる数又は配向を使用することができる。オリフィスプラグ２３０は、管セクション１７０に通じる。オリフィスプラグ２３０は、圧入（press fit）又はねじ込み（screw-in）により開口２４０内部に据付けることができる。本明細書では、その他の取付け手段も使用することができる。オリフィスプラグ２３０は、該オリフィスプラグ２３０がフランジ１６０内に保持された状態を保つように圧力荷重を加えることができる。

図４は、フランジ１６０の開口２４０内部に位置するオリフィスプラグ２３０を示している。図示するように、オリフィスプラグ２３０は、その中に形成されたオリフィス２５０を有する。オリフィス２５０の位置は、プラグ２３０に沿って変化させることができる。同様に、オリフィス２５０及び全体としてのオリフィスプラグ２３０の寸法並びに構成は、変更することができる。

オリフィスプラグ２３０を燃料ノズル１５０のフランジ１６０内部に直接配置することによって、より有意な流れテストに対応することができる。具体的には、個々の燃料ノズル１５０は次に、流通させることができる。個々のノズル１５０は、エンドキャップ組立体１１０全体を再流通させることを必要とせずに、交換することができる。さらに、オリフィス２５０の位置及び寸法は、様々な燃料作動条件又はシナリオに適合するように変更することができる。ボリューム比は、燃焼器作動ダイナミックスと関連させて、オリフィス２５０の位置を変化させることにより付加的な調整能力を可能にすることができるようにすべきであることを示した。可変オリフィス２５０により、オリフィス寸法設計調整が得られるだけでなく、プラグ２３０内部でのオリフィス２５０の位置決めにより、該オリフィス２５０の上流側及び下流側の両方の流れチャンバボリュームの調整を可能にすることができる。

さらに、複数の異なる寸法のノズル１５０を有することを、必ずしも必要でないものとすることができる。むしろ、複数の標準的開口２４０を、オリフィスプラグ２３０の設計を変化させながら使用して、流量の補正を行うことができる。流量制御の改善により、エミッション及び燃焼ダイナミックスの変動を低減すべきである。

以上の説明は本出願の一部の実施形態のみに関するものであること、並びに本明細書において当業者は、特許請求の範囲及びその均等物によって定まる本発明の一般的技術思想及び技術的範囲から逸脱せずに、多くの変更及び修正を行うことができることを理解されたい。

１００ ガスタービン燃焼セクション、燃焼器
１１０ 燃焼器ヘッド端部構成
１２０ 燃焼ライナ
１３０ トランジションピース組立体
１４０ タービン連結部
１５０ 燃料ノズル
１６０ フランジ
１７０ 管セクション
１８０ エンドキャップ
１９０ 燃料供給フィード
２００ 燃料環状空間
２１０ 空気供給管
２２０ 内側霧化空気管
２３０ オリフィスプラグ
２４０ 開口
２５０ オリフィス

Claims (10)

1. 燃焼器（１１０）のエンドキャップ（１８０）の周りで使用するための燃料ノズル（１５０）であって、
   前記エンドキャップ（１８０）に取付けられたフランジ（１６０）と、
   前記フランジ（１６０）を貫通して延びる開口（２４０）と、
   前記開口（２４０）内に配置されたプラグ（２３０）と、
   前記プラグ（２３０）内部に配置されたオリフィス（２５０）と
   を含む燃料ノズル（１５０）。
2. 複数の開口（２４０）と複数のプラグ（２３０）をさらに含む、請求項１記載の燃料ノズル（１５０）。
3. 前記プラグ（２３０）が交換可能プラグ（２３０）を含む、請求項１記載の燃料ノズル（１５０）。
4. 異なる構成のオリフィス（２５０）を備える複数のプラグ（２３０）をさらに含む、請求項１記載の燃料ノズル（１５０）。
5. 前記プラグ（２３０）が、前記開口（２４０）内への圧入を含む、請求項１記載の燃料ノズル（１５０）。
6. 前記プラグ（２３０）が、前記開口（２４０）内へのねじ込まれるねじ部を含む、請求項１記載の燃料ノズル（１５０）。
7. 複数の可変オリフィスプラグ（２３０）をさらに含む、請求項１記載の燃料ノズル（１５０）。
8. ガスタービン（１００）用の燃焼器（１１０）であって、
   エンドキャップ（１８０）と、
   前記エンドキャップ（１８０）の周りに配置されかつその各々が該エンドキャップ（１８０）に取付けられたフランジ（１６０）を備える複数の燃料ノズル（１５０）と、
   前記フランジ（１６０）内部に配置された複数の可変オリフィスプラグと
   を含む燃焼器（１１０）。
9. 燃焼器（１１０）を作動させる方法であって、
   前記燃焼器（１１０）のエンドキャップ（１８０）の周りに複数の燃料ノズル（１５０）を配置するステップと、
   前記複数の燃料ノズル（１５０）を通して燃料を流すステップと、
   前記複数の燃料ノズル（１５０）のすべてを取り外すことなく該複数の燃料ノズル（１５０）の１以上を交換するステップと
   を含む方法。
10. 前記複数の燃料ノズル（１５０）が複数の可変オリフィスプラグ（２３０）を含んでおり、当該方法が、前記複数の可変オリフィスプラグ（２３０）の１以上を交換するステップをさらに含む、請求項９記載の方法。

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