JP2011012949A - 燃焼器缶流れ調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本出願は、ガスタービンエンジン（１０）用の燃焼器（１００）を提供する。
【解決手段】本燃焼器（１００）は、その中に幾つかのノズル（２３）を備えた燃焼器缶（１１０）と、燃焼器缶（１１０）の周りに配置された流れ調整装置（１２０）とを含むことができる。流れ調整装置（１２０）は、その中に幾つかのアパーチャ（１４０）を含むことができる。
【選択図】 図３

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、燃焼器ノズルに対して一層均一な流入空気速度をもたらす完全燃焼器缶流れ調整装置に関する。

ガスタービンエンジンでは、運転効率は、燃焼ガスストリームの温度が上昇するにつれて増大する。しかしながら、より高いガスストリーム温度は、より高いレベルの窒素酸化物（ＮＯｘ）すなわちエミッションを発生させる可能性があり、このエミッションは、米国において連邦及び州政府の両方の規制を受け、また海外における同種の規制を受ける。従って、ガスタービンを効率的な温度範囲で運転することと同時に、ＮＯｘ及びその他の種類のエミッションの発生を規制レベル以下に維持するのを保証することとの間でバランスさせることになる。

新規な燃焼概念では、燃焼器内で幾つかの非常に小型のノズルを使用することを模索している。これらの小型のノズル又はその他のタイプの燃焼ノズルでは、燃焼器キャップ空間のより多くを利用して、エミッションを低減しかつさらに高反応性タイプの合成ガス及びその他の燃料の使用を可能にするようにすることができる。代替燃料の場合におけるエミッション及び逆火の発生可能性を最小にするためには、可能な限りノズルの周りにおける空気流速度分布を均一にすることが望ましいことになる。しかしながら、現在の燃焼設計では一般的に、燃焼ゾーンの上流に均一でない空気速度プロフィールが生じている。

米国特許第６６３４１７５号明細書

従って、燃焼器及び燃焼器キャップの周りに均一な空気流速度分布をもたらす願望が存在する。好ましくは、そのような均一な空気流は、エミッションの低減と同時にガスタービンエンジンの全体性能の改善との両方を可能にすべきである。

従って、本出願は、ガスタービンエンジン用の燃焼器を提供する。本燃焼器は、その中に幾つかのノズルを備えた燃焼器缶と、燃焼器缶の周りに配置された流れ調整装置とを含むことができる。流れ調整装置は、その中に幾つかのアパーチャを含むことができる。

本出願はさらに、ガスタービンエンジン用の燃焼器を提供する。本燃焼器は、その中に幾つかのミニチューブノズルを備えた燃焼器缶と、燃焼器缶の周りに配置された流れ調整装置とを含むことができる。流れ調整装置は、その中に幾つかのアパーチャを備えたシリンダを含むことができる。

本出願はさらに、ガスタービンエンジン用の燃焼器を提供する。本燃焼器は、その中に幾つかのミニチューブノズルを備えた燃焼器缶と、燃焼器缶の周りに配置された流れ調整装置とを含むことができる。流れ調整装置は、その中に幾つかのアパーチャを備えたプレートを含むことができる。

本出願のこれらの及びその他の特徴及び改良は、幾つかの図面及び特許請求の範囲と関連させてなした以下の詳細な説明を精査することにより、当業者には明らかになるであろう。

本発明に係る流れ調整装置と共に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。 本発明に係る流れ調整装置並びに図１の及びその他のガスタービンエンジンと共に使用することができる幾つかの束ね複数チューブ噴射ノズルを備えた燃焼器缶の側面断面図。 本発明に係る完全缶流れ調整装置の側面断面図。 本発明に係る完全缶流れ調整装置の別の実施形態の側面断面図。 本発明に係る完全缶流れ調整装置の別の実施形態の一部分の平面図。

次に、幾つかの図全体を通して同じ参照符号が同様な要素を表している図面を参照すると、図１は、ガスタービンエンジン１０の側面断面図を示している。公知なように、ガスタービンエンジン１０は、流入空気流れを加圧する圧縮機１２を含むことができる。圧縮機１２は、加圧空気の流れを燃焼器１４に送給する。燃焼器１４は、加圧空気の流れを加圧燃料の流れと混合しかつその混合気を点火燃焼させる。（単一の燃焼器１４のみを示しているが、ガスタービンエンジン１０は、幾つかの燃焼器１４を含むことができる。）次に、高温燃焼ガスが、タービン１６に送給される。高温燃焼ガスは、タービン１６を駆動して、機械的仕事を産生するようにする。タービン１６内で産生された機械的仕事は、圧縮機１２を駆動しかつ発電機などのような外部負荷を駆動する。

ガスタービンエンジン１０は、天然ガス、様々なその他のタイプの合成ガス及びその他のタイプの燃料を使用することができる。ガスタービンエンジンは、ニューヨーク州スケネクタディ所在のＧｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙから市販の９ＦＢＡ型高出力ガスタービンエンジンとすることができる。ガスタービンエンジン１０は、その他の構成を有することができ、またその他のタイプの構成要素を使用することができる。本明細書では、その他のタイプのガスタービンエンジンを使用することができる。本明細書では、複数のガスタービンエンジン１０、その他のタイプのタービン及びその他のタイプの発電装置を共に使用することができる。

図２は、本発明で使用することができる燃焼器１４の実施例の側面断面図である。燃焼器１４は、その第１の端部に配置されたエンドカバー１８からその反対側端部におけるキャップ部材２０まで延在する燃焼器缶１５を含む。キャップ部材２０は、端部カバー１８から間隔を置いて配置されて燃焼器缶１５を通る加圧空気の流れのための内部流路を形成するようにする。キャップ部材２０は、それを貫通する幾つかのミニチューブノズル２３を形成することができる。燃焼器１４はさらに、燃焼器缶１５の上流に配置された燃焼器ライナ２４及び流れスリーブ２６を含む。燃焼器ライナ２４及び流れスリーブ２６は、内部流路２２と逆方向流体連通したそれを貫通する冷却流路２８を形成することができる。

従って、圧縮機１２からの空気は、燃焼器ライナ２４及び流れスリーブ２６間の冷却流路２８を通って流れ、次に逆方向に燃焼器缶１５内に流れる。空気は次に、エンドカバー１８及びキャップ部材２０間に形成された内部流路２２を通って流れる。空気がキャップ部材２０のミニチューブノズル２３を通って流れる時に、空気は、燃料通路３０からの燃料の流れと混合しかつ燃焼チャンバ３２内で点火燃焼される。本明細書に示す燃焼器１４は、単に実施例としてのものである。本明細書では、多くのその他のタイプの燃焼器１４設計及び燃焼方法を使用することができる。

空気流が内部流路２２を通ってキャップ部材２０のノズル２３に達する時に、キャップ部材２０にわたって大きな速度分布変動となっている可能性がある。これらの変動は、幾つかのより大型のノズルを使用する場合と比較して、多数の小型のミニチューブノズル２３を使用する場合に特に問題となる可能性がある。そのような速度変動は、エミッションレベル及びその他の種類の燃焼ダイナミックスに影響を与えるおそれがある。

図３は、本発明に係る燃焼器１００の側面断面図である。燃焼器１００は、上記に記載したものと同様な燃焼器缶１１０を含むことができる。燃焼器缶１１０の周りには、流れ調整装置１２０を配置することができる。流れ調整装置１２０は、穿孔又は多孔シリンダ１３０或いはその他のタイプの構造体とすることができる。シリンダ１３０は、それを貫通して延在する幾つかのアパーチャ１４０を含むことができる。アパーチャ１４０の個数、寸法及び位置は、性能を最適にするように変化させることができる。同様に、本明細書では、あらゆる形状（円形、スロット、楕円、涙滴など）を使用することができる。シリンダ１３０は、複数層を有することができる。ガイドベーン１５０もまた、使用することができる。

流れ調整装置１２０は、内部流路１２の上流で、エンドカバー１８ではない位置、流れスリーブ２６ではない位置或いはその他の位置に取付けることができる。エンドカバー１８を介して取付けることにより、その取付けを容易にすることができ、或いは流れスリーブ２６を介しての取付けにより、その構成を容易にすることができる。冷却流路２８に沿って進む空気は、シリンダ１３０のアパーチャ１４０を通ってかつ内部流路２２内にキャップ部材２０のミニチューブノズル２３に向かって流れることができる。幾つかのアパーチャ１４０を通して空気流を強制的に流すことにより、流れ調整装置１２０を通して一層均一な速度をもたらす。従って、流れ調整装置１２０の使用により、キャップ部材２０のノズル２３に対して一層均一な速度の空気流れを供給することができる。流れ調整装置１２０の形状及びアパーチャ１４０はまた、空気が流れスリーブ２６を流出する時に該空気の圧力回復を高めるディフューザ作用をもたらすように最適にすることができる。

図４は、本発明に係る別の燃焼器２００の側面断面図である。燃焼器２００はまた、上記に記載したものと同様な燃焼器缶２１０を含むことができる。焼器２００は、燃焼器缶２１０の周りに配置された流れ調整装置２２０を含むことができる。このケースでは流れ調整装置２２０は、多孔又は穿孔プレート２３０或いはその他のタイプの構造体の形態とすることができる。プレート２３０は、それを貫通して配置された幾つかのアパーチャ２４０を含むことができる。アパーチャ２４０の個数及び寸法は、それを通る性能を高めるように変化させることができる。同様に、本明細書では、あらゆる形状（円形、スロット、楕円、涙滴など）を使用することができる。プレート２３０は、複数層を有することができる。プレート２３０は、キャップ部材２０の上流で内部流路２２の直ぐ上流に又は該内部流路２２内に配置することができる。プレート２３０は、燃料管路３４に取付けるか、ストラットなどを介してエンドカバー１８に取付けるか、又はその他の方法で固定することができる。冷却流路２８に沿って進む空気は、内部流路２２内にかつプレート２３０のアパーチャ２４０を通ってキャップ部材２０のミニチューブノズル２３に向かって流れることができる。

図５は、燃焼器缶１１０、２１０の周りに配置された別の流れ調整装置３００を示している。このケースでは、流れ調整装置３００はそれを貫通する幾つかのアパーチャ２３０を形成したスクリーン又はメッシュ３１０の形態とすることができる。アパーチャ３２０の個数及び寸法は、それを通る性能を高めるように変化させることができる。同様に、本明細書では、あらゆる形状（円形、スロット、楕円、涙滴など）を使用することができる。流れ調整装置３００は、１以上の層３３０を有することができる。図示するように、スクリーン又はメッシュ３１０はまた、流れ調整装置１２０、２２０全体の一部としてシリンダ１３０又はプレート２３０と全体として又は部分的に積層することができる。冷却流路２８に沿って進む空気は、スクリーン／メッシュ３１０並びに／或いはシリンダ１３０及び／又はプレート２１０の複数層を通ってかつ内部流路２２内にキャップ部材２０のミニチューブノズル２３に向かって流れることができる。

シリンダ１３０、プレート２３０又はスクリーン／メッシュ３１０のような流れ調整装置１２０、２２０、３００の使用は単に実施例としてのものである。空気流がノズル２３に流入する時に、多くのその他の構成を使用して空気流の速度変動を減少させ、またその他の方法で空気流を正規化することができる。同様に、ディフューザ作用により、空気が流れスリーブ２６から流出する時に該空気の圧力回復を高めることができる。

上記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加えることができることを理解されたい。

１０ ガスタービンエンジン
１２ 圧縮機
１４ 燃焼器
１５ 燃焼器缶
１６ タービン
１８ 端部カバー
２０ キャップ部材
２２ 内部流路
２３ ミニチューブノズル
２４ 燃焼ライナ
２６ 流れスリーブ
２８ 冷却流路
３０ 燃料通路
３２ 燃焼チャンバ
３４ 燃料管路
１００ 燃焼器
１１０ 燃焼器缶
１２０ 流れ調整装置
１３０ シリンダ
１４０ アパーチャ
１５０ ガイドベーン
２００ 燃焼器
２１０ 燃焼器缶
２２０ 流れ調整装置
２３０ プレート
２４０ アパーチャ
３００ 流れ調整装置
３１０ スクリーン／メッシュ
３２０ アパーチャ
３３０ 層

Claims (10)

1. ガスタービンエンジン（１０）用の燃焼器（１００）であって、
   その中に複数のノズル（２３）を備えた燃焼器缶（１１０）と、
   前記燃焼器缶（１１０）の周りに配置された流れ調整装置（１２０）と
   を備えており、前記流れ調整装置（１２０）が、その中に複数のアパーチャ（１４０）を含む、燃焼器（１００）。
2. 前記燃焼器缶（１１０）がエンドカバー（１８）及びキャップ部材（２０）を含む、請求項１記載の燃焼器（１００）。
3. 前記エンドカバー（１８）及びキャップ部材（２０）が内部流路（２２）を形成し、前記流れ調整装置（１２０）が前記内部流路（２２）の上流に配置される、請求項２記載の燃焼器（１００）。
4. 前記エンドカバー及びキャップ部材が内部流路（２２）を形成し、前記流れ調整装置（１２０）が前記内部流路（２２）内に配置される、請求項２記載の燃焼器（１００）。
5. 前記流れ調整装置（１２０）が前記エンドカバー（１８）に取付けられる、請求項２記載の燃焼器（１００）。
6. 流れスリーブ（２６）をさらに含み、前記流れ調整装置（１２０）が前記流れスリーブ（２６）に取付けられる、請求項１記載の燃焼器（１００）。
7. 前記流れ調整装置（１２０）がシリンダ（１３０）を含む、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の燃焼器（１００）。
8. 前記流れ調整装置（１２０）がプレート（２３０）を含む、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の燃焼器（１００）。
9. 前記流れ調整装置（１２０）がスクリーン又はメッシュ（３１０）を含む、請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載の燃焼器（１００）。
10. 前記流れ調整装置（１２０）が複数の層（３３０）を含む、請求項１乃至請求項９のいずれか１項記載の燃焼器（１００）。