JP2010133699A - 低ｂｔｕ燃料ガスの燃焼用の燃焼器ハウジング並びにこれを実施及び利用する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】超低含量燃料の使用に伴う圧力損失を低減すること
【解決手段】燃焼器ハウジング１０は、高ＢＴＵ含量燃料又は空気の一方の供給を受け取るように構成された中央入口２２と、低ＢＴＵ含量燃料の供給を受け取るように構成された半径方向に離間した周辺燃料入口３０とを有する入口カバープレート１２を含む。燃焼器ハウジングは、半径方向に離間した周辺燃料出口４０を有する出口カバープレート１６を含む。燃焼器ハウジングは、入口カバープレート及び出口カバープレートを接合し且つプレナム３８を密封する周辺側壁２０を含み、周辺燃料入口３０が入口カバープレートを通ってプレナムに開いており、燃料出口がプレナムから出口カバープレートに開いている。中央入口が導管に開き、導管が、中央入口から離れて延びて、燃料出口と軸方向に整列した高ＢＴＵ含量燃料導管又は空気供給導管に開いている。
【選択図】図３

Description

本発明は、高温ガスタービンエンジン用の燃焼器に関し、より詳細には、低ＢＴＵ含量の燃料ガスで使用される燃焼器ハウジングに関する。

石油系燃料及び天然ガスの価格及び可用性が不確定であることで、全ての利用可能な燃料源を使用したい要望と相まって、ガスタービンの作動に超低発熱量のガス燃料を使用することに商業的関心がもたれることになった。様々な設計では、２５００ＢＴＵ／ｌｂｍ程の低い発熱含有量を有するような低発熱量ガスを使用することが提案されているが、一般的には、既存の燃焼器設計の改造からなっている。

一例は、米国特許第４４９８２８８号であり、低ＢＴＵガス燃料の一部が従来型の燃料ノズルを通って１次燃焼ゾーンに注入され、低ＢＴＵガス燃料の残部が、２次パイプを通って主燃焼ゾーンに注入されるような燃焼器設計を記載している。この燃焼器設計は、燃焼の上流側の大きな流れ面積の必要性を考慮又は対処していない。

別の実施例は、欧州特許出願公開第０３１０３２７号であり、低ＢＴＵガス燃料の残部が２次通路を通って注入される点で上記の米国特許第４４９８２８８号で説明されたものと類似した燃焼器を記載している。しかしながら、この事例では、１次及び２次注入通路の両方が単一の燃焼ゾーンに吐出している。この燃焼器設計もまた、燃焼の上流側の大きな流れ面積の必要性を考慮又は対処していない。

更に別の実施例は、米国特許出願公開第２００７／０２７５３３７号であり、螺旋空気のスワーラが旋回空気通路への注入を含むように修正された燃焼器を記載しており、このような注入が低ＢＴＵ合成ガスの燃焼には適切であり、このようなバーナーが予混合又は拡散モードで動作することができ、様々な燃料注入回路で低又は高レベルの燃料発熱量を処理できることを示唆している。半径方向の空気通路は、従来の燃料通路と比較して大きく、この区域が低ＢＴＵガスの注入に利用可能である。この燃焼器設計もまた、燃焼の上流側の大きな流れ面積の必要性を考慮又は対処していない。

ガス燃料の発熱量（ＢＴＵ又はエネルギー含量、又は低発熱量（ＬＨＶ））が少なくなるにつれて、必要とされる流量が大きくなる。これは、本来は高エネルギー含量の燃料用に設計された通路による圧力損失の増大を生じさせる。この圧力損失は、燃料圧縮機がガスタービンにより駆動される場合には、タービンサイクル効率に大きな犠牲が強いられることになる。この問題は、２５００ＢＴＵ／ｌｂｍ未満の発熱量を有するものなど、超低発熱量の燃料ガスにおいて更に悪化する。こうした燃焼に必要なガスの量を提供するために、超低エネルギー含量で使用される別個の入口の数が増大するので、この問題は更に悪化する。燃料流路を通るガス速度も高くなる可能性があり、金属壁から燃料ガスへの熱伝導が増大することになり、その逆もまた同様である。これは燃焼機内の局所的な温度勾配を引き起こす場合があり、周期的な熱応力が増え、種々の燃焼器構成部品の劣化又は故障の可能性の増大につながる。燃焼器又は燃焼室内に複数の燃料流路を生成するのに利用される設計、開発、機械加工、及び他の製造プロセスにより、複数の通路を用いるシステムが複雑になり、コストが増大する。

米国特許第４２５３３０１号明細書 米国特許第４４９８２８８号明細書 米国特許第６２０１０２９号明細書 米国特許出願公開第２００７／０２７５３３７号明細書 欧州特許出願公開第０３１０３２７号明細書

従って、システム効率が改善されるように、超低含量燃料の使用に伴う圧力損失を低減することが望ましい。また、特に燃料ガスがノズルを通って燃焼器から出る場所では、ここが燃焼器の高温部分であるので、ガス速度を低下させて温度勾配及び関連する熱応力を低減することが望ましい。更に、燃焼器の複雑さ及びコストを下げるために、特に複数の燃料ラインを燃焼器に導入することに関連した燃焼器設計を簡略化することが望ましい。

本発明の１つの態様によれば、燃焼器ハウジングは、高ＢＴＵ含量燃料又は空気の一方の供給を受け取るように構成された中央入口と、低ＢＴＵ含量燃料の供給を受け取るように構成された少なくとも１つの半径方向に離間した周辺燃料入口とを有する入口カバープレートを含む。燃焼器ハウジングはまた、少なくとも１つの半径方向に離間した周辺燃料出口を有する出口カバープレートを含む。燃焼器ハウジングはまた、入口カバープレート及び出口カバープレートを接合し且つプレナムを密封する周辺側壁を含み、少なくとも１つの周辺燃料入口が、入口カバープレートを通ってプレナムに開いており、少なくとも１つの燃料出口がプレナムから出口カバープレートに開いている。中央入口が少なくとも１つの導管に開き、該少なくとも１つの導管が、中央入口から離れて延びて、少なくとも１つの燃料出口と軸方向に整列した少なくとも１つの高ＢＴＵ含量燃料導管又は空気供給導管に開いている。

本発明の別の態様によれば、燃焼器ハウジングを製造する方法は、高ＢＴＵ含量燃料又は空気の一方の供給を受け取るように構成された中央入口と、低ＢＴＵ含量燃料の供給を受け取るように構成された少なくとも１つの半径方向に離間した周辺燃料入口とを有する入口カバープレートを提供する段階を含み、入口カバープレートと一体化された周辺側壁とがプレナムを部分的に密封する。少なくとも１つの周辺燃料入口が、入口カバープレートを通ってプレナムに開いている。中央入口が少なくとも１つの導管に開き、該少なくとも１つの導管が、中央入口から離れて延びて、少なくとも１つの高ＢＴＵ含量燃料導管又は空気供給導管に開いている。本方法はまた、プレナムから開いた少なくとも１つの半径方向に離間した周辺燃料出口を有する出口カバープレートを提供する段階を含む。更に、本方法は、出口カバープレートを周辺側壁に取り付けて、プレナムを密封する段階を含み、少なくとも１つの高ＢＴＵ含量燃料導管又は空気供給導管が、少なくとも１つの燃料出口と軸方向に整列される。

本発明の更に別の態様によれば、燃焼器ハウジングを製造する方法は、少なくとも１つの半径方向に離間した周辺燃料出口と、プレナムを部分的に密封する一体化周辺側壁とを有する出口カバープレートを提供する段階を含む。本方法はまた、高ＢＴＵ含量燃料又は空気の一方の供給を受け取るように構成された中央入口と、低ＢＴＵ含量燃料の供給を受け取るように構成された少なくとも１つの半径方向に離間した周辺燃料入口とを有する入口カバープレートを提供する段階を含み、少なくとも１つの周辺燃料入口がプレナムに開いており、中央入口が少なくとも１つの導管に開き、該少なくとも１つの導管が、中央入口から離れて延びて、少なくとも１つの高ＢＴＵ含量燃料導管又は空気供給導管に開いている。本方法はまた、入口カバープレートを周辺側壁に取り付けてプレナムを密封する段階を含み、少なくとも１つの高ＢＴＵ含量燃料導管又は空気供給導管が、少なくとも１つの燃料出口と軸方向に整列され、燃料出口が、プレナムから出口カバープレートに開いている。

本発明の更に別の態様によれば、燃焼器ハウジングを使用する方法は、高ＢＴＵ含量燃料又は空気の一方の供給を受け取るように構成された中央入口及び低ＢＴＵ含量燃料の供給を受け取るように構成された少なくとも１つの半径方向に離間した周辺燃料入口を有する入口カバープレートと、少なくとも１つの半径方向に離間した周辺燃料出口を有する出口カバープレートと、入口カバープレート及び出口カバープレートを接合し且つプレナムを密封する周辺側壁と、を備え、少なくとも１つの周辺燃料入口がプレナムに開いており、少なくとも１つの燃料出口がプレナムから出口カバープレートに開いており、中央入口が少なくとも１つの導管に開き、該少なくとも１つの導管が、中央入口から離れて延びて、少なくとも１つの燃料出口と軸方向に整列した少なくとも１つの高ＢＴＵ含量燃料導管又は空気供給導管に開いている、燃焼器ハウジングを提供する段階を含む。本方法はまた、少なくとも１つの半径方向に離間した周辺燃料入口に対する２５００ＢＴＵ／ｌｂｍ未満のＢＴＵ含量を有するガス燃料の供給を行う段階を含み、該ガス燃料がプレナムに入り、少なくとも１つの半径方向に離間した周辺燃料出口に分配される。

これら並びに他の利点及び特徴は、添付図面を参照しながら以下の説明からより明らかになるであろう。

本明細書で開示される燃焼器ハウジングの例示的な実施形態の拡大斜視図。 図１の組み付けられたハウジングの斜視図。 図２の断面３−３からみた燃焼器ハウジングの断面図。 本明細書で開示される燃焼器ハウジングの第２の例示的な実施形態の断面図。 本明細書で開示される燃焼器ハウジングの第３の例示的な実施形態の断面図。 本明細書で開示される燃焼器ハウジングの第４の例示的な実施形態の断面図。 本明細書で開示される燃焼器部分組立体の例示的な実施形態の斜視断面図。 本明細書で開示される燃焼器組立体の例示的な実施形態の斜視断面図。 本明細書で開示される燃焼器部分組立体の第２の例示的な実施形態の斜視断面図。 本明細書で開示される入口及び関連フランジ並びに配管の例示的な実施形態の斜視断面図。 本明細書で開示される入口及び関連フランジ並びに配管の第２の例示的な実施形態の斜視断面図。

本発明は、本明細書と共に提出した特許請求の範囲に具体的に指摘しかつ明確に特許請求している。本発明の上記及び他の特徴並びに利点は、添付図面を参照しながら以下の詳細な説明から明らかである。

この詳細な説明は、例証として図面を参照し、利点及び特徴と共に本発明の例示的な実施形態を説明している。

最小の圧力損失、燃料ガスの均一な分布、及び材料の耐久性を向上させた、大量の超低ＢＴＵ含量ガス燃料をガスタービン燃焼システムに供給するよう設計された燃焼器が開示される。燃焼器は、複数の燃料供給ラインから複数の入口を通って燃料を受けるように適合された単一の燃料供給プレナムを収容する燃焼ハウジングを含む。プレナムは、下流側の１以上の燃料ノズル、及び上流側の１以上の燃料供給パイプに連結するよう構成された金属本体から形成される。例示的な実施形態では、ガスマニホルド又はプレナムが周辺側壁内に形成される円筒形金属ハウジングを含み、１以上の燃料出口又は燃料入口の何れかのベース部分に含めることができる。このハウジングはまたカバープレートを含み、該プレートは、１以上の燃料入口又は燃料出口をそれぞれ含む。入口は、低ＢＴＵ含量ガス燃料の送給用の１以上の入口供給パイプを受けるように構成され、特に超低ＢＴＵ含量燃料で使用するのに好適である。ハウジングの入口側はまた、空気と、高エネルギー含量の始動燃料とを受けるように構成することができる。超低ＢＴＵ含量ガス燃料は、プレナム内に送給され、これにより燃焼器の出口側で出口全体にわたって配置された１以上のノズルに分配され、燃焼室に送給されて該燃焼室内で燃焼する。空気、始動燃料又はその両方は、ハウジングの中央を通ってノズル内に移行し、ノズルを流れる超低ＢＴＵ含量燃料ガスが点火するようになる。

プレナムは、超低ＢＴＵ含量燃料の低流速を生成し、燃焼器での圧力損失を低減するための大きな流れ面積を提供するよう設計される。プレナムと下流側燃料ノズルとの間の連結は、プレナムから各ノズルまでの環状スペースのような３６０°ペースが設けられるように設計される。ハウジングの上流側又は入口側は、増大した区域が燃料供給パイプの取り付けに利用可能であるように設計される。この燃焼器は、燃料入口、及びガスタービン燃焼システムの燃焼発生源として機能し、超低ＢＴＵ含量ガス燃料の使用に必要とされる超高ガス流量でも、圧力損失及びガス流の不均一性を最小限にしながら、広い範囲の発熱量を持った燃料で作動することができる。本明細書で開示される燃焼器は、低ＢＴＵ含量から約２５００ＢＴＵ／ｌｂｍに至るまでを有する低ＢＴＵ含量燃料を含む、多くのガス燃料で使用するのに好適であるが、詳細には２５００ＢＴＵ／ｌｂｍ未満の超低ＢＴＵ含量を有するガス燃料での使用に好適であり、より詳細には約８００〜１５００ＢＴＵ／ｌｂｍの超低ＢＴＵ含量を有するガス燃料に好適であり、更により詳細には約１０００ＢＴＵ／ｌｂｍの超低ＢＴＵ含量を有するガス燃料に好適である。本明細書で説明されるハウジングの部分は、種々の溶接プロセスのような種々の接合手段、或いは複数のネジ付きボルトのような締結手段によってシール接合することができる。

図１〜３を参照すると、燃焼器ハウジング１０の１以上の例示的な実施形態が示されている。燃焼器ハウジング１０は、入口側１４に入口カバープレート１２と、出口側１８に出口カバープレート１６と、周辺側壁２０とを有する。この実施形態では、入口カバープレート１２及び側壁２０は、一体化された金属プレートから形成される。燃焼器ハウジング１０は、あらゆる好適な形状又はサイズを有することができ、あらゆる好適な高温材料から形成することができる。図１〜３の実施形態では、燃焼器ハウジング１０は、約１．０〜３．０ｆｔの間の直径、より詳細には約１．５ｆｔの直径と、約４〜５インチの厚みを有する円筒形状である。燃焼器ハウジング１０は、ステンレス鋼などの種々のグレードの鋼材、並びに種々のＮｉ基、Ｆｅ基、Ｃｏ基、及び他の高温金属の合金及び材料を含む、最大約６００°Ｃの動作温度で実行するように適合されたあらゆる好適な材料を用いて作ることができる。一体式の入口カバープレート１２と側壁２０の形成は、機械加工、研削などの使用を含む、あらゆる好適な方法を用いて実施することができる。

図３及び図７〜１０に示されるように、入口カバープレート１２は、好ましくは円筒型中心ボアの形態の中央入口２２を有するが、他の入口形状も実施可能である。中央入口２２は、供給パイプ２４を通る比較的高いＢＴＵ含量始動燃料又は空気の１つの供給を受けるように構成される。中央入口２２はまた、供給パイプ２４の取り付けのために配置される取り付けフランジ２６を有することができるが、高ＢＴＵ含量燃料又は空気用の供給パイプ２４を取り付けるための他の好適な取り付け手段を含むこともできる。供給パイプ２４及び取り付けフランジ２６は、図９に示すような溶接２８によって、又は他の好適な取り付け手段によって取り付けることができる。

入口カバープレート１２はまた、少なくとも１つの半径方向に離間した周辺燃料入口３０を含む。周辺燃料入口３０は、あらゆる好適な形状又はサイズを有することができる。より詳細には、燃料入口３０は、非限定的な例証として約３〜５インチである、ボア直径の円筒形入口ボアの形状を有することができる。本明細書で使用される「半径方向に離間した」及び「周辺」とは、この事例では少なくとも１つの燃料入口３０と呼ばれる要素が、一般的にはこれが配置される物体（この事例では入口カバープレート１２）の中心から離れて位置付けられること、並びに、該物体を通って同様に延びることができる他の開口に対して半径方向で間隔を置いて配置されることを示すように広く理解すべきである。中心からの距離、或いは入口の場合は他の入口又は開口、出口の場合は他の出口又は開口に対する半径方向スペースに関して限定されない。１つの燃料入口３０を含むことができるが、入口カバープレート１２は、図１〜３、７及び８に示すように、複数の燃料入口３０を含めるのに特に好適である。燃料入口３０は、図７及び８に示すように、１以上の低ＢＴＵ含量燃料供給パイプ３２を通る低ＢＴＵ含量燃料の供給を受けるように構成される。低ＢＴＵ含量燃料供給パイプ３２及び関連の取り付けフランジ３４は、図９に示すように溶接３６によって、又は他の好適な取り付け手段によって取り付けることができる。燃焼器ハウジング１０の上流側又は入口側は、図９に示すように、複数の燃料供給パイプの取り付けに利用可能な大きな区域を有するように設計され、特に、高炉ガスのような超低ＢＴＵ含量燃料を用いた場合に望ましい。

燃焼器ハウジング１０は更に、入口カバープレート１２と出口カバープレート１６とを接合する周辺側壁２０を含む。周辺側壁２０は、あらゆる好適なサイズ及び形状を有することができる。本明細書で示す実施形態では、周辺側壁２０は、ほぼ円筒形状を有し、本明細書で説明される範囲の直径及び厚みを備える。側壁２０の厚みは、本明細書で説明されるように、燃焼器ハウジング１０内への低ＢＴＵ含量燃料ガスの流れに伴う圧力に対応するように選択されることになるが、一般的には約３〜８インチであろう。図３、７〜１０に示す実施形態では、周辺側壁２０は、入口カバープレート１２と一体的に形成され、上述のように、機械加工又は研削を含む、あらゆる好適な製造プロセスにより形成することができる。

周辺側壁２０は、プレナム３８又はキャビティを密封する。プレナム３８は、あらゆる好適なサイズ又は形状を有することができる。本明細書で図示される実施形態では、プレナム３８は、ほぼ円筒形の又はボウル形のキャビティを含む。周辺燃料入口３０又は複数の入口は、プレナム３８の入口側３７に開口している（図７参照）。

少なくとも１つの半径方向に離間した周辺燃料出口４０は、燃焼室（図示せず）に向かうプレナム３８の燃焼側４１で該プレナム３８から離れて外向きに開口しており、特に燃焼器に対して必要とされるエネルギー出力などの設計要件によっては、複数の周辺燃料出口４０を用いてもよい。プレナム３８は、燃焼室の上流側で拡大流れ面積を設け、低流速の多量の超低ＢＴＵ含量燃料を生成し、燃焼器における圧力損失を低減するよう設計される。図１〜３の実施形態において、プレナム３８は、直径が約２５インチで、プレナムの最も開いた半径方向外向きの部分の深さ又は厚みが約３インチのほぼ円筒形状である。入口カバープレート１２とは対称的に、プレナム３８及び周辺側壁２０は、出口カバープレート１６を受けるように構成された開口３９を定める。開口３９は、ほぼ円筒形状を有し、直径が１５〜２０インチの範囲、より詳細には１８インチである。

図１〜３に示すように、入口カバープレート１２はまた、出口カバープレート１６に向かってプレナム３８内に突出する複数の突出ラグ４２を含む。突出ラグ４２は、図１〜３に示すように、入口カバープレート１２の隆起部４４上に配置することができる。隆起部４４は、入口カバープレート１２の中心に強度及びスチフネスの強化をもたらし、この入口カバープレート１２の中心に半径方向に離間した周辺突出ラグ４２が配置される。図１〜３の実施形態において、隆起部４４は、約２〜５インチの直径を有し、プレナム３８内に約２インチ突出する。突出ラグ４２は、あらゆる好適な幅、高さ、及び形状を有し、あらゆる数の突出ラグを含めることができる。図１〜３の実施形態では、６つの突出ラグ４２がある。該ラグは、テーパー付き円筒形ベース４６と、直径が約１〜２インチで且つ隆起部４４の表面上の高さが約１インチのほぼ円筒形の上部分４８とを有し、ラグがほぼ全体的に隆起部４４を越えて延びるようにする。燃焼器ハウジング１０についての特定の設計要件に応じて、突出ラグ４２のあらゆる好適な数及びパターンを用いることができる。本明細書で例示される実施形態では、合計で６つの突出ラグ４２が存在する。突出ラグ４２は、そのサイズ、形状、又は機能の何れにおいても同一であってもよく、異なっていてもよい。図１〜３の実施形態では、突出ラグ４２とは別の中央突出ラグ５０又は位置決めラグがある。中央突出ラグ５０は、他の突出ラグ４２を上回る高さを有し、出口カバープレート１６内に配置された中央位置決め孔５２と協働することにより、該出口カバープレート１６用の位置決め機能を提供するよう構成される。ラグ５０及び位置決め孔５２は、開口３９内に出口カバープレート１６を位置付け、更に突出ラグ４２と燃料出口４０との半径方向アライメントを位置決めする。例えば、出口カバープレート１６をラグ５０の回りに回転させることによって、円筒形燃料出口４０の中心を突出ラグ４２の中心と整合させることができ、これらが長手方向軸線４３（図３）の回りで同心状に配列されるようになる。中央突出ラグ５０は、出口カバープレート１６の外側表面に近接した中央位置決め孔を通って延びるように構成される。図１〜３の実施形態では、他の突出ラグは、半径方向に離間した周辺突出ラグ４２を含む。これらは、半径方向に離間した周辺燃料出口４０と軸方向で同心状に整列するように半径方向に離間して配置される。突出ラグ４２の数は、燃料出口４０の数に対応するのが好ましい。図１〜３の実施形態では、通路５４は、半径方向に離間した周辺突出ラグ４２、隆起部分４４、及び入口カバープレート１２を通って延びる。通路５４は、燃料出口４０と同心であるように図示された軸方向に整列した円筒形ボアを含む、あらゆる好適な形状及びサイズを有することができる。通路５４は、燃焼器の点火で使用されるディーゼル燃料のような高エネルギー含量燃料源及び低ＢＴＵ含量燃料用の燃料導管５６を受けるように構成される。図８を参照すると、燃料供給導管５６は、高エネルギー含量燃料の制御放出のための燃料インジェクタ５８を受けるように構成することができ、該燃料インジェクタは、高ＢＴＵ含量燃料供給パイプ６２によって供給される燃料ライン６０に連結される。図８を参照すると、ここでは高ＢＴＵ含量燃料がディーゼル燃料であり、通路５４はまた、ディーゼル燃料と組み合わせて点火させるのに必要な燃焼空気を供給するための空気供給導管６４を含むことができる。空気供給導管６４は、中央入口２２から離れて延びる少なくとも１つの半径方向に離間した導管６６から空気を受け取るように構成される。導管６６は、一方端部で中央入口２２に開放され、供給パイプ２４（図７及び８）に取り付けるように構成され、この実施形態では空気供給パイプである。他方の端部では、１以上の導管６６は、通路５４に開放され、空気供給導管６４に流体結合するように構成される。これはまた、複数の空気供給導管６４と、対応する複数の半径方向に離間した燃料導管５６とを任意の数で含むことができ、この数は、燃料出口４０の数と一致するよう選択されるのが好ましい。燃料導管５６は、供給導管６４内部に離間して配置されるのが好ましく、燃料導管５６の外側表面及び空気供給導管６４の内側表面が、空気を導管６６から供給することができるスペースを定めるようにする。好ましい構成では、燃料導管５６は円筒形であり、空気供給導管６４内に同心状に配列され、環状スペースが、該スペースを通って燃焼末端まで空気を通過させるためのこれらの導管の長さに沿って設けられるようにする。記載された空気供給経路及び高エネルギー含量燃料経路は、本明細書で説明される種々の接続部においてシール接合部を含むのが好ましい。通路５４は、ドリル加工を含む、あらゆる好適な製造方法により形成することができる。

或いは、図９の実施形態に示されるように、突出ラグ４２は、プレナム３８から突出ラグ４２の厚みを部分的にのみ通って延びて交差し、半径方向に離間した導管６６を流体結合するようにする通路５５４又は複数の通路５４を含むことができる。この構成における通路５４は、燃料供給導管（図示せず）を受けるように構成される。この構成における燃料供給導管はまた、燃料インジェクタ、或いはガスバルブのような他のガス計量又は弁作動装置（図示せず）を含むことができる。この配置は、例えば、中央入口２２が天然ガスのような高エネルギー含量燃料を受けるように構成され、入口カバープレート１２を通して空気を供給する必要はない場合に使用することができる。

燃焼器ハウジング１０はまた、少なくとも１つの半径方向に離間した周辺燃料出口４０を有する出口カバープレート１６を出口側１８に含む。出口カバープレート１６は、あらゆる好適な形状又はサイズを有することができ、周辺側壁２０及び入口カバープレート１２に使用されるものとは異なる材料を含む、あらゆる好適な高温材料で形成することができる。詳細には、出口カバープレート１６は、燃焼室により近接せいて配置されて、高温に曝されるので、側壁２０及び入口カバープレート１２よりも高温で使用するのに好適な材料で形成することができる。出口カバープレート１６は、ステンレス鋼などの種々のグレードの鋼材、並びに種々のＮｉ基、Ｆｅ基、Ｃｏ基、及び他の高温金属の合金及び材料を含む、最大６００℃の動作温度で機能するように適合されたあらゆる好適な材料を用いて作ることができる。図１〜３の実施形態において、出口カバープレート１６は、約１５〜２５インチの間、より詳細には約２２インチの直径で約０．５インチの厚みを有する円筒形である。出口カバープレート１６の形成は、機械加工、研削などの使用を含む、あらゆる好適な製造法を用いて実施することができる。出口カバープレート１６は、プレナム３８を覆って密封するように側壁２０に固定取り付けするよう構成される。図１〜３を参照すると、出口カバープレート１６は、開口３９内で狭い間隔で係合するようなサイズにされ、開口３９に近接した側壁２０の外側表面２１及び出口カバープレート１６の外側表面が、実質的に互いに同じ高さになる。この位置付けは、位置決めラグ５０及び位置決め孔５２に使用による影響を受ける可能性がある。更に、位置決めラグ５０は、テーパー付きベースを有することができ、テーパーの高さは、プレートをプレナム３８に挿入することができる深さを制限することにより、出口カバープレート１６の垂直位置も同様に位置決めするよう制御することができる。更に、位置決めは、図１及び３に例示するように、側壁フランジ４５及び出口カバーフランジ４７のような対応するフランジを設けることによって達成することができる。出口カバープレート１６は、上述のようにして開口３９内に配置されると、溶接又は別の好適な金属接合プロセスなどによって周辺側壁２０に固定される。

出口４０は、あらゆる好適な形状及びサイズを有することができ、複数の燃料出口４０を含むことができる。より詳細には、出口４０は、非限定的な例証として、約１〜３インチのボア直径を有する円筒形出口ボアの形態を含むことができる。更に、図１〜３の例示的な実施形態では、６つの出口４０が存在する。半径方向に離間した出口４０又は複数の燃料出口４０は、プレナム３８からの低ＢＴＵ含量燃料ガスの供給と、本明細書で更に説明されるような、高ＢＴＵ含量燃料導管からの高ＢＴＵ含量燃料の供給とを受けるように構成される。出口４０又は燃料出口４０はまた、本明細書で更に説明するように、空気導管を通って空気を受けるように適合させることができる。図１〜３を参照すると、突出ラグ４２は、出口４０の入口側に近接し又はその内部に位置付けられ、出口４０から出るガス燃料が通過する必要のあるチャンネル６８又は環状スペースをラグと出口との間に定めることによって、出口４０を通る低ＢＴＵ含量燃料の流れを制限する抑制部を形成するようにする。このスペースは、出口４０を通過する所望の流れ特性（例えば流量）を提供するために、種々の燃料入力の考慮と共に設計することができる。出口４０はまた、本明細書で説明されたノズルを着座させるのに使用することができる外側フランジ４９を含む。

図８を参照すると、燃焼器１００は燃焼器ハウジング１０を含む。燃焼器１００はまた、出口４０に近接した出口カバープレート１６上に配置される少なくとも１つの燃料ノズル７０を含む。出口４０から流出する低ＢＴＵ含量燃料は、ノズル７０を通って燃焼室（図示せず）に流入する。燃料ノズル７０は、ほぼ円筒形であり、燃料がノズル７０から出るときの燃料パターンを含む、燃料の燃焼室への流れを制御するよう適合される。燃料ノズル７０は、入口開口７４を備えたハウジング端部７２を有する。燃料ノズル７０は、出口４０の回りに配置される入口開口７４と同じ高さで出口カバープレート１６の外側表面上に配置することができる。或いは、ハウジング端部７２は、出口４０への挿入に適合するようにされ、ハウジング端部７２が挿入される深さを出口フランジ４９との当接係合によって制御する装着フランジ７６を含むことができる。この構成では、ノズル７０のハウジング端部７２はまた、ハウジング端部７２に近接したノズルの入口開口７４と突出ラグ４２の外側端部との間のチャンネルに影響を及ぼすように機能する。ノズル７０は、円周方向の溶接などを利用した溶接を含むあらゆる好適な取り付け手段により、出口カバープレート１６上に配置することができる。スパークプラグを含む火花点火器などの点火源は、ノズルから出て燃焼室（図示せず）に流入する燃料を点火するために、ノズル７０に近接して位置付けることができる。１以上のノズル７０は、ほぼ円筒形のノズルボア７７と、ノズル端部７８とを有する。ノズル端部７８は、ノズル７０を通る低ＢＴＵ含量燃料の流れを制御するのに使用される抑制部８０を含むことができる。

図８に示すように、高ＢＴＵ含量燃料導管５６及び空気供給導管６４の両方は、燃料インジェクタの形態で、出口カバープレート１６から軸方向に離れてノズル端部７８に向かって延びる。詳細には、燃料インジェクタ５８は、ノズルボア７７内で抑制部８０に近接した位置に延びることができる。抑制部８０と燃料インジェクタ５８との間の半径方向スペース８２は、低ＢＴＵ含量燃料がノズル７０及び燃焼器ハウジング１０から出るために通過しなくてはならない出口スペース又はチャンネル８２を定める。この出口スペース８２は、ノズルからの燃料の流れを制御するノズルオリフィスを定める。スペース８２は、燃焼器からの所望の流れ特性を得るように設計することができ、図８に示すような環状スペース又はチャンネルとすることができる。スペース８２は、遮るものがない３６０°流路又はチャンネルである。このような流路は、ノズルから出る燃料の均一なパターンを維持し、ノズルの長さに沿ってインジェクタとノズルボアとの間のスペースにおいて流路の抑制が排除されるので、望ましいものとなる。

燃焼器ハウジング１０’の第２の例示的な実施形態が図４に示されている。この実施形態は、図３の実施形態に関して上記で検討した同じ要素を幾らか異なる配置で含み、この変更点について以下で詳細に説明する。図４の実施形態では、出口カバープレート１６’は、開口３９’に挿入されるのではなく、側壁２０’の外側表面にわたって少なくとも部分的に、より好ましくは完全に延びるように、大きな直径などの大きなサイズを有する。図３の実施形態と比べて、側壁２０’の厚みは幾分薄肉とすることができ、突出ラグ４２’が本明細書で説明するように燃料出口４０’に対して配置されるようにする。従って、図３の中央ラグ５０は、この実施形態では必要ではなく、中央ラグ５０は省略することができ、これによりプレナム３８’の中央部分が広がり、プレナム３８’内の容積がより使用に適したものになる。或いは、中央ラグ５０は、中央突出ラグ４２’（図示せず）及び対応するノズル７０（図示せず）で置き換えることができ、中央出口（図示せず）もまた出口カバープレート１６’内に組み込むことができるようになる。出口カバープレート１６’は、複数の半径方向に離間したネジ付きボルト、又は円周方向溶接などのあらゆる好適な取り付け手段により周辺側壁２０’に取り付けることができる。同様に、燃焼器ハウジング１０’は、図３の燃焼器ハウジング１０について説明したのと同じ材料から作ることができ、燃焼器を形成するために種々のパイプ、フランジ、ノズル、燃料導管、燃料インジェクタ、及び他のタイプの構成部品を燃焼器ハウジング１０’に関して説明される方法で組み込むことができる。

燃焼器ハウジング１０”の第３の例示的な実施形態が図５に示されている。この実施形態は、図３の実施形態に関して上記で検討した同じ要素を幾らか異なる配置で含み、この変更点については以下で詳細に説明する。図５の実施形態では、出口カバープレート１６”及び燃料出口４０”が側壁２０”と一体的に形成される。この配置は、燃焼器及びタービンの運転中に燃焼器ハウジングの燃焼側に構造上のより大きな剛直性をもたらすことができ、運転中に図３の実施形態において出口カバープレート１６を取り付けるのに使用される溶接のような取り付け手段に伴う運転中の故障又は他の性能上の問題が発生する可能性が排除されると考えられる。同様に、側壁２０”は、図３の開口２９と類似したサイズの開口３９”を設けるように変更されるが、側壁２０”の反対側の端部上に配置されることになる。図５の実施形態では、入口カバープレート１２”は、図示のように別個の構成部品として製造され、側壁２０”に取り付けられる。或いは、入口カバープレート１２”は、突出ラグ４２”隆起部４４”、中央突出ラグ５０”、半径方向に離間した周辺燃料入口３０”、中央入口２２”、並びに本明細書で説明される種々の導管及び通路など、図３の入口カバープレート１２内に含まれる他の特徴部の全てを含むことができる。入口カバープレート１２”は、開口３９”内に挿入されて、図３の出口カバープレート１６に関して説明された方法と類似の方法で取り付けることができる。同様に、燃焼器ハウジング１０’は、燃焼器ハウジング１０について説明したのと同じ材料で作ることができ、種々のパイプ、フランジ、ノズル、燃料導管、燃料インジェクタ、及び他のタイプの構成部品を燃焼器ハウジング１０’に関して説明される方法で組み込むことができる。

燃焼器ハウジング１０'''の第４の例示的な実施形態が図６に示されている。この実施形態は、図５の実施形態に関して上記で検討したのと同じ要素を幾分異なる配置で含み、この変更点については以下で検討する。図６の実施形態では、入口カバープレート１２'''は、開口３９'''内に挿入されるのではなく、側壁２０'''の入口表面２３'''にわたって少なくとも部分的に、より好ましくは完全に延びるように、より大きな直径など大きなサイズを有する。中央ラグ５０”はこの実施形態では必要ではなく、図５の中央ラグ５０”は省略することができ、これによりプレナム３８'''の中央部分が広がり、プレナム３８'''内の容積がより使用に適したものになる。或いは、図５の実施形態の中央ラグ５０”は、中央突出ラグ４２'''（図示せず）で置き換えることができ、中央出口（図示せず）及び関連のノズル（図示せず）もまた出口カバープレート１６'''内に組み込むことができるようになる。入口カバープレート１２'''は、複数の半径方向に離間したネジ付きボルト、又は円周方向溶接などのあらゆる好適な取り付け手段により周辺側壁２０'''に取り付けることができる。

図１０は、プレナム３８に開口している図３の燃料入口３０を示している。プレナム３８によって生成された混合域は、有利には、低ＢＴＵ含量燃料の相当な容積入力を複数の燃料入口３０から高流量で受け取るための大きな容積を利用可能にする。この構成は、個々の燃料入口３０当たり低い圧力低下を提供し、従って、燃料入口３０の全ての合計に伴う総圧力低下が少なくなる点で特に有利である。図１１は、図４に示す入口３０’に関連する入口構成を示している。この実施形態では、出口カバープレート１６’は、側壁２０’の出口表面２１’全体を覆う。中央ラグが存在しないことに起因して、プレナム３８’の中央部分が開いており、これが、例えばプレナム３８と比較して、混合を良好にするためにプレナム３８’の中央部分のより開いた構成及びより大きなプレナム３８’容積を提供するので、この入口構成は有利である。更に、これにより、出口カバープレート１６’を複数のネジ付きボルト又は同様の締結具を用いて周辺側壁にボルト締めすることが可能になる。中央ラグ及びボルト取付が排除されたことにより、この実施形態に別の利点がもたらされ、すなわち、中央ラグに付随する溶接と、外側カバープレートを周辺側壁に取り付けるのに使用される溶接とを含む、２つの溶接が排除され、これによりコスト及び複雑さが低減されることになる。

限られた数の実施形態のみに関して本発明を詳細に説明してきたが、本発明はこのような開示された実施形態に限定されないことは理解されたい。むしろ、本発明は、上記で説明されていない多くの変形、改造、置換、又は均等な構成を組み込むように修正することができるが、これらは、本発明の技術的思想及び範囲に相応する。加えて、本発明の種々の実施形態について説明してきたが、本発明の態様は記載された実施形態の一部のみを含むことができる点を理解されたい。従って、本発明は、上記の説明により限定されるものと見なすべきではなく、添付の請求項の範囲によってのみ限定される。

１０ 燃焼器ハウジング
１０’ 燃焼器ハｎウジング
１２ 入口カバープレート
１２’ 入口カバープレート
１４ 入口側
１６ 出口 カバープレート
１６’ 出口 カバープレート
１８ 出口側
２０ 側壁
２０’ 側壁
２１ 出口表面
２２ 中央入口
２２’ 中央入口
２３’ 入口表面
２４ 供給管
２６ 取り付けフランジ
２８ 溶接部
３０ 燃料入口
３０’ 燃料入口
３２ 燃料供給管
３４ フランジ
３６ 溶接部
３７ 入口側
３８ プレナム
３８’ プレナム
３９ 開口
４０ 燃料出口
４０’ 燃料出口
４１ 燃焼側
４２ 突出ラグ
４２’ 突出ラグ
４３ 長手方向軸線
４４ 隆起部
４４’ 隆起部
４５ 側壁フランジ
４６ テーパー付き円筒形ベース
４７ 出口カバーフランジ
４８ 円筒形上側部分
４９ 出口フランジ
５０ 中央突出ラグ
５０’ 中央ｌｕｇ
５２ 位置決め孔
５４ 通路
５６ 燃料導管
５８ 燃料インジェクタ
６０ 燃料ライン
６２ 燃料供給管
６４ 空気供給導管
６６ 導管
６８ チャンネル
７０ ノズル
７２ ハウジング端部
７４ 入口開口
７６ 装着フランジ
７７ ノズルボア
７８ ノズル端部
８０ 抑制部
８２ スペース
１００ 燃焼器

Claims (10)

1. 高ＢＴＵ含量燃料又は空気の一方の供給を受け取るように構成された中央入口（２２）と、低ＢＴＵ含量燃料の供給を受け取るように構成された少なくとも１つの半径方向に離間した周辺燃料入口（３０）とを有する入口カバープレート（１２）と、
   少なくとも１つの半径方向に離間した周辺燃料出口（４０）を有する出口カバープレート（１６）と、
   入口カバープレート（１２）及び出口カバープレート（１６）を接合し且つプレナム（３８）を密封する周辺側壁（２０）と、
   を備えた燃焼器ハウジング（１０）であって、
   少なくとも１つの周辺燃料入口（３０）が入口カバープレート（１２）を通ってプレナム（３８）に開いており、少なくとも１つの燃料出口（４０）がプレナム（３８）から出口カバープレート（１６）に開いており、
   中央入口が少なくとも１つの導管（６６）に開き、該少なくとも１つの導管（６６）が、中央入口（２２）から離れて延びて、少なくとも１つの燃料出口（４０）と軸方向に整列した少なくとも１つの高ＢＴＵ含量燃料導管（５６）又は空気供給導管（６４）に開いている、
   燃焼器ハウジング（１０）。
2. 入口カバープレート（１２）が複数の半径方向に離間した周辺燃料入口（３０）を含み、出口カバープレート（１６）が複数の半径方向に離間した周辺燃料出口（４０）を含み、中央出口が複数の半径方向に離間した導管（６６）に開き、該複数の半径方向に離間した導管が、中央入口（２２）から離れて延びて、ら硫黄する出口と軸方向に整列した複数の高ＢＴＵ含量燃料導管（５６）又は空気供給導管（６４）のそれぞれに開いている、
   請求項１記載の燃焼器ハウジング（１０）。
3. 入口カバープレート（１２）からプレナム（３８）に延び且つ複数の出口に近接して軸方向に整列した複数の半径方向に離間した突出ラグ（４２）を更に備え、
   複数の高ＢＴＵ含量燃料導管又は空気供給導管（６４）が突出ラグ（４２）内に配置される、
   請求項１記載の燃焼器ハウジング（１０）。
4. 中央入口（２２）が空気を受けるように構成され、複数の半径方向に離間した導管（６６）がそれぞれの複数の空気供給導管（６４）に開いており、それぞれの複数の高ＢＴＵ含量燃料導管（５６）がまた、入口カバープレート（１２）を通って空気供給導管（６４）内で軸方向に延びる突出ラグ（４２）内に配置される、
   請求項３記載の燃焼器ハウジング（１０）。
5. 入口カバープレート（１２）が側壁（２０）及びプレナム（３８）と一体化され、出口カバープレート（１６）が、入口カバープレート（１２）と反対側の側壁（２０）の開口（３９）内に取り付けられる、
   請求項１記載の燃焼器ハウジング（１０）。
6. 入口カバープレート（１２）が側壁（２０）及びプレナム（３８）と一体化され、出口カバープレート（１６）が、側壁（２０）の開口（３９）を覆い、側壁（２０）の入口端部に取り付けられる、
   請求項１記載の燃焼器ハウジング（１０）。
7. 出口カバープレート（１６）が側壁（２０）及びプレナム（３８）と一体化され、入口カバープレート（１２）が、出口カバープレート（１６）と反対側の側壁（２０）の開口（３９）内に取り付けられる、
   請求項１記載の燃焼器ハウジング（１０）。
8. 出口カバープレート（１６）が側壁（２０）及びプレナム（３８）と一体化され、入口カバープレート（１２）が、側壁（２０）の開口（３９）を覆い、側壁（２０）の出口端部に取り付けられる、
   請求項１記載の燃焼器ハウジング（１０）。
9. 燃焼器ハウジング（１０）を製造する方法であって、
   高ＢＴＵ含量燃料又は空気の一方の供給を受け取るように構成された中央入口（２２）と、低ＢＴＵ含量燃料の供給を受け取るように構成された少なくとも１つの半径方向に離間した周辺燃料入口（３０）とを有する入口カバープレート（１２）を提供する段階を含み、
   入口カバープレート（１２）と一体化された周辺側壁（２０）とがプレナム（３８）を部分的に密封し、少なくとも１つの周辺燃料入口（３０）が入口カバープレート（１２）を通ってプレナム（３８）に開いており、
   中央入口（２２）が少なくとも１つの導管（６６）に開き、該少なくとも１つの導管（６６）が、中央入口（２２）から離れて延びて、少なくとも１つの高ＢＴＵ含量燃料導管（５６）又は空気供給導管（６４）に開いており、
   方法が更に、
   プレナム（３８）から開いた少なくとも１つの半径方向に離間した周辺燃料出口（４０）を有する出口カバープレート（１６）を提供する段階と、
   出口カバープレート（１６）を周辺側壁（２０）に取り付けて、プレナム（３８）を密封する段階と、
   を含み、
   少なくとも１つの高ＢＴＵ含量燃料導管（５６）又は空気供給導管（６４）が、少なくとも１つの燃料出口（４０）と軸方向に整列するようにする、
   燃焼器ハウジング（１０）を製造する方法。
10. 燃焼器ハウジング（１０）を製造する方法であって、
    少なくとも１つの半径方向に離間した周辺燃料出口（４０）と、プレナム（３８）を部分的に密封する一体化周辺側壁（２０）とを有する出口カバープレート（１６）を提供する段階と、
    高ＢＴＵ含量燃料又は空気の一方の供給を受け取るように構成された中央入口（２２）と、低ＢＴＵ含量燃料の供給を受け取るように構成された少なくとも１つの半径方向に離間した周辺燃料入口（３０）とを有する入口カバープレート（１２）を提供する段階と、
    を含み、
    少なくとも１つの周辺燃料入口（３０）がプレナム（３８）に開いており、中央入口（２２）が少なくとも１つの導管（６６）に開き、該少なくとも１つの導管（６６）が、中央入口（２２）から離れて延びて、少なくとも１つの高ＢＴＵ含量燃料導管（５６）又は空気供給導管（６４）に開いており、
    方法が更に、
    入口カバープレート（１２）を周辺側壁（２０）に取り付けて、プレナム（３８）を密封する段階を含み、
    少なくとも１つの高ＢＴＵ含量燃料導管（５６）又は空気供給導管（６４）が、少なくとも１つの燃料出口（４０）と軸方向に整列され、燃料出口（４０）が、プレナム（３８）から出口カバープレート（１６）に開いている、
    燃焼器ハウジング（１０）を製造する方法。

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