JP2010256005A - 燃焼システムのシンブルファン - Google Patents

Abstract

【課題】火炎や熱から、燃焼器ライナの上流側部分が保護する。
【解決手段】燃焼器ライナ１００を開示する。燃焼器ライナ１００は、その上に配置された多数の空気混合穴１１０及び多数のシンブルファン１４０を有する。多数の空気混合穴を有する燃焼器ライナ内で燃料ノズルを動作させる方法は、多数の傾斜スロットを燃焼器ライナ上で空気混合穴の第１列の上流側に配置するステップと、燃料ノズルからの燃料流を燃焼器ライナ内で燃焼させるステップと、燃焼した燃料流を燃焼器ライナ壁から離れさせるために、傾斜スロットを介して空気流を誘導するステップとを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は概して、ガスタービンエンジンに関し、特に燃焼器ライナ及びシステムで使用するシンブルファンであって、高温ガスがライナ壁、混合穴及びルーバーに到達することを防止するように空気流を燃料流の方に誘導できるシンブルファンに関する。

ガスタービン燃焼システムにおいて、燃焼室は一般に、管状又は環状の形状であり、閉鎖端部及び反対側の開放端部を有するライナを備える。燃料は通常、閉鎖端部又はその付近の１つ又は複数の燃料ノズルを介してライナ内へ導入される一方、燃焼空気は、ライナに沿って軸方向及び円周方向に間隔をおいた円形列状の開口又は空気混合穴を通して送り込まれる。これらのガスタービン燃焼器ライナは通常、非常に高温で動作し、冷却効果について、適当なコンプレッサから流入する燃焼空気に大きく依存する。

燃焼器ライナの空気混合穴の周囲の亀裂は、ガスタービン燃焼器ライナに共通の問題である。これに関して、幾つかのガスタービンエンジンは、主燃料源として高反応性の燃料を使用する。高反応性燃料は、火炎をライナ内の前方に引き寄せて、火炎を混合穴列の前（上流側）及び後ろ（下流側）の両方に引き留める傾向がある。この現象は一般的に、第１混合穴列の周り、すなわち燃料ノズルに最も近いライナの端部で最も顕著である。また、低ＢＴＵ燃料、次いでより大量の燃料流及び高反応性燃料は、これらの火炎引き留め効果を増幅する。一般に使用される他の燃料も、火炎を混合穴の後ろ又は下流側に引き留める。しかしながら、混合穴の両側に極高温が存在する場合があることが試験で確認されている。

亀裂の問題において、火炎が通常留まる空気混合穴の下流側の場所については対処されている。空気混合穴の下流側の燃焼器ライナの内面に沿って冷却流膜を設けるために、レフィルマ（ｒｅｆｉｌｍｅｒｓ）と呼ばれる内側空気混合穴のインサートが使用されている。しかしながら、上流列の空気混合穴に沿った亀裂の問題については対処されていない。実際に、冷却膜流は、これらの空気混合穴を通る半径方向の空気流によって妨げられる。

米国特許第７，３７３，７７８Ｂ２号

従って、改良された冷却空気流の構造と技術が望まれる。これらの構造と技術によって、好ましくは、亀裂、酸化、クリープ変形、遮熱コーティング剥離等を含む耐久性の問題を引き起こす火炎や熱から、燃焼器ライナの上流側部分が保護される。

従って、本発明は、燃焼器ライナを提供する。燃焼器ライナは、その上に配置された多数の空気混合穴及び多数のシンブルファンを備える。

本発明は更に、多数の空気混合穴を有する燃焼器ライナ内で燃料ノズルを動作させる方法を提供する。この方法は、多数の傾斜スロットを燃焼器ライナ上で空気混合穴の第１列の上流側に配置するステップと、燃料ノズルからの燃料流を燃焼器ライナ内で燃焼させるステップと、燃焼した燃料流を燃焼器ライナ壁から離れさせるために、傾斜スロットを介して空気流を誘導するステップとを含む。

本発明は更に、燃焼システムを提供する。燃焼システムは、燃焼器ライナと、それと連通した燃料ノズルとを有する。燃焼器ライナは、燃料ノズルの下流側に配置された多数の空気混合穴と、燃料ノズルの下流側且つ空気混合穴の上流側に配置された多数のシンブルファンとを有する。

本発明の上記及び他の特徴は、以下の詳細な説明を図面及び添付の特許請求の範囲と併せて考察すれば、当業者には明らかになろう。

ガスタービン燃焼器ライナの側面図を、ライナキャップハードウェア及び尾筒の一部分とともに示す図である。 本明細書に記載するようにシンブルファンを設置した燃焼器ライナの斜視図である。 図２のシンブルファンの前方斜視図である。 図２のシンブルファンの側部斜視図である。 本明細書に記載するシンブルファンの代替実施形態の平面図である。 本明細書に記載するシンブルファンの代替実施形態の平面図である。 本明細書に記載するシンブルファンの代替実施形態の平面図である。 本明細書に記載するシンブルファンの代替実施形態の平面図である。 本明細書に記載するシンブルファンの代替実施形態の平面図である。 本明細書に記載するシンブルファンの代替実施形態の平面図である。 シンブルファンを上に配置した燃焼キャップの斜視図である。

ここで図面を参照するが、図面全体を通して同じ符号が同じ要素を表しており、図１は、通常のタービン燃焼器ライナ１０を示す。燃焼器ライナ１０は、前端部１２及び後端部１４を有する略円筒形胴部を含む。前端部１２は通常、ライナ１０内の燃焼室に燃料を供給するための１つ又は複数の燃料噴射ノズル１８を設けたライナキャップハードウェア１６によって閉鎖される。本発明では、いずれの種類又はいずれの数の燃料ノズル１８を使用しても良い。ライナ１０の反対側の後端部１４は通常、高温燃焼ガスをタービンの第１段に供給する管状尾筒２０に固定する。

ライナ１０は、ろう付け及び溶接技術の組み合わせを使用することによって形成される多数のスロット２２を有する。スロット２２は、フィルム冷却として知られる冷却空気流の均一な円周方向分布を生じさせるために、多数の冷却空気穴（図１に図示せず）を有する。軸方向に間隔をおいた多数の円周方向列状の空気分布又は空気混合穴２４は、燃焼器ライナ１０の前端部１２の方向、すなわち燃料ノズル１８に近い位置で燃焼器ライナ１０に形成される。第１列の空気分布又は空気混合穴を２６で示し、以下で更に説明する。燃焼ガスの流れ（ライナの内側）は流れ矢印２８で示す方向であり、燃焼／希釈空気が半径方向及び軸方向にライナ１０内へ供給される。ライナ１０及び同様の構造は、冷却空気が必要であるいずれの高温ガス通路部品にも適用できる。

図２は、上述のような燃焼器ライナ１００を示す。上述のライナ１０と同様に、燃焼器ライナ１００は、前端部１２及び後端部１４を有する。同様に、燃焼器ライナ１００は、燃焼器ライナ１００の周りに円周方向に配置された多数の空気混合穴１１０を有する。燃焼器ライナ１００は更に多数のスロット１２０を有し、そこに多数の冷却穴１３０が貫設される。スパークプラグ穴、火炎検出穴等の他の種類の開口を使用しても良い。

燃焼器ライナ１００は、多数の傾斜スロット又はシンブルファン１４０を有する。図３及び図４に示すように、各シンブルファン１４０は、下向きに傾斜した壁１６０を取り囲む略平坦な外側リップ１５０を有する。外側リップ１５０は、傾斜壁１６０の周囲の全体又は一部分に延在する。シンブルファン１４０の外側リップ１５０は、溶接又は他の形式の従来技術によって燃焼器ライナ１００に取り付けられる。傾斜壁１６０は、任意の所望の傾斜角を有する。傾斜壁１６０は、図示のように略平坦で良いが、任意の所望の輪郭及び／又は形状を有しても良い。シンブルファン１４０は、任意の所望の寸法を有する。具体的には、シンブルファン１４０は、空気流を燃焼器ライナ１００内へ斜めに誘導する任意の形状を有する。シンブルファン１４０は、任意の数を使用できる。シンブルファン１４０は、燃焼器ライナ１００に沿った任意の場所に、空気混合穴１１０に対して任意の角度を付けて配置される。

図示のように、シンブルファン１４０は、空気混合穴１１０の第１列２６の上流側に配置される。上述のように、空気混合穴１１０は、冷却穴１３０からの冷却空気流を妨げる。シンブルファン１４０を混合穴１１０の第１列２６の上流側に配置することにより、シンブルファン１４０は、空気流を燃料ジェットと第１列２６との交差部に誘導する。具体的には、シンブルファン１４０によって誘導された空気流は、燃料、ひいては火炎がライナ１００の表面に到達しないようにして、局部的な過熱を回避できる。このような減少により、亀裂、酸化（特にルーバーの酸化）、クリープ変形、遮熱コーティング剥離等についての耐久性を改善するはずである。隣接する冷却穴１３０の耐久性の問題も軽減されるであろう。従って、シンブルファン１４０は、空気混合穴１１０の第１列２６の周辺及びその下流側と上流側の両方の過熱を防止する。その結果、シンブルファン１４０は、燃焼器ライナ１００の寿命を延ばす。

シンブルファン１４０は任意の所望の寸法又は形状を有することを理解されたい。例えば、図５は、延長管２００の形状のシンブルファン１４０を示す。図６は、平坦にした延長管２１０のシンブルファンを示す。図７Ａ及び図７Ｂは、管２２０が傾斜平坦面２３０につながるシンブルファン１４０を示す。図８Ａ及び図８Ｂは、部分的に延在する傾斜平坦面２５０まで管２４０が延長しているシンブルファン１４０を示す。本発明では多くの他の構造も使用できる。

燃焼器ライナ１００に加え、シンブルファン１４０は燃焼器キャップ２６０上にも配置される。図９に示すように、燃焼器キャップ２６０を燃焼器ライナ１００に隣接して配置しても良い。多数のシンブルファン１４０が燃焼器キャップ２６０上に配置される。シンブルファン１４０は、どこか他の場所に配置されても良い。

上記の説明は本発明の幾つかの実施形態に関連するだけであり、以下の特許請求の範囲及びその等価物に規定されるような本発明の一般的な精神及び範囲から逸脱することなく、様々な変化及び修正を本発明に加えられることは、当業者であれば明らかであろう。

１０ 燃焼器ライナ
１２ 前端部
１４ 後端部
１６ ライナキャップハードウェア
１８ 燃料噴射ノズル
２０ 尾筒
２２ スロット
２４ 空気混合穴
２６ 第１列
２８ 矢印
１００ 燃焼器ライナ
１１０ 空気混合穴
１２０ スロット
１３０ 冷却穴
１４０ シンブルファン
１５０ 外側リップ
１６０ 傾斜壁
２００ 延長管
２１０ 平坦にした管
２２０ 管
２３０ 平坦面
２４０ 管
２５０ 平坦面
２６０ 燃焼器キャップ

Claims (10)

1. 燃焼器ライナ（１００）であって、
   その上に配置された複数の空気混合穴（１１０）と、
   その上に配置された複数のシンブルファン（１４０）とを備える、燃焼器ライナ（１００）。
2. 前記複数の空気混合穴（１１０）は、空気混合穴（１１０）の第１列（２６）を有し、前記複数のシンブルファン（１４０）の１つ又は複数が、前記第１列（２６）の上流側の位置にある、請求項１に記載の燃焼器ライナ（１００）。
3. 前記複数のシンブルファン（１４０）は下向き傾斜壁（１６０）を備える、請求項１に記載の燃焼器ライナ（１００）。
4. 前記複数のシンブルファン（１４０）は、前記下向き傾斜壁（１６０）を取り囲む略平坦な外側リップ（１５０）を備える、請求項３に記載の燃焼器ライナ（１００）。
5. 前記略平坦な外側リップ（１５０）は、前記下向き傾斜壁（１６０）を全体的又は部分的に取り囲む、請求項４に記載の燃焼器ライナ（１００）。
6. 複数の冷却穴（１３０）を設けた複数のスロット（１２０）を更に備える、請求項１に記載の燃焼器ライナ（１００）。
7. 前記燃焼器ライナ（１００）と連通した燃料ノズル（１８）を更に備え、前記複数のシンブルファン（１４０）は、前記燃料ノズル（１８）の下流側に配置される、請求項１に記載の燃焼器ライナ（１００）。
8. 前記複数のシンブルファン（１４０）は管（２００）を備える、請求項１に記載の燃焼器ライナ（１００）。
9. 前記複数のシンブルファン（１４０）は、前記管（２００）から延出する平坦面（２３０）を備える、請求項８に記載の燃焼器ライナ（１００）。
10. 多数の空気混合穴（１１０）を有する燃焼器ライナ（１００）内で燃料ノズル（１８）を動作させる方法であって、
    複数の傾斜スロット（１４０）を、前記燃焼器ライナ（１００）上で前記多数の空気混合穴（１１０）の第１列（２６）の上流側に配置するステップと、
    前記燃料ノズル（１８）からの燃料流を、前記燃焼器ライナ（１００）内で燃焼させるステップと、
    燃焼した前記燃料流を前記燃焼器ライナ（１００）から離れさせるために、前記複数の傾斜スロット（１４０）を介して空気流を誘導するステップとを含む、方法。