JP2011017334A

JP2011017334A - タービン燃焼器燃料ノズル内の保炎及び逆火のアクティブ制御

Info

Publication number: JP2011017334A
Application number: JP2010106070A
Authority: JP
Inventors: Jong Ho Uhm; ジョン・ホー・ウーム; Willy Steve Ziminsky; ウィリー・スティーヴ・ジミンスキー; Christian Xavier Stevenson; クリスチャン・ゼイヴィアー・スティーヴンソン
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2009-07-08
Filing date: 2010-05-06
Publication date: 2011-01-27
Also published as: CH701456A2; US20110005189A1; DE102010016616A1; CN101949540A

Abstract

【課題】ガスタービンエンジン用の燃料ノズルに関し、燃料ノズルに関連した逆火および保炎が発生した場合、燃焼熱に起因する損傷が生じる可能性があるため、逆火および保炎の排除が必要である。
【解決手段】システムは、タービン燃焼器燃料ノズルを含む。タービン燃焼器燃料ノズルは、空気経路６７と、燃料経路６９と、空気経路６７から空気を受け取り、燃料経路６９から燃料を受け取る燃料−空気混合領域と、タービン燃焼器燃料ノズル内の炎の指標となる状態の検出に応答して、燃料−空気混合領域内に流体を噴射するように構成された流体噴射穴８４とを含む。
【選択図】図４

Description

本発明は、ガスタービンエンジン用の燃料ノズルに関する。より具体的には、本発明は、燃料ノズルに関連した逆火及び保炎の排除に関する。

ガスタービンエンジンは、燃料と空気の混合物を燃焼して、高温の燃焼ガスを発生させ、この高温の燃焼ガスが、１つ以上のタービンを駆動する。具体的には、この高温の燃焼ガスがタービン動翼を回転させ、それにより、シャフトを駆動して、１つ以上の負荷、例えば発電機を回転させる。理解されるとおり、燃料と空気の可燃性混合物を有する燃焼域では、炎が発生する。残念なことに、この炎は、潜在的に、上流に向かって燃焼域から燃料ノズル内へ伝播する可能性があり、これにより、燃焼熱に起因する損傷が生じる可能性がある。この現象は一般に逆火と呼ばれている。同様に、この炎は、時に、表面又は表面付近で発生することがあり、これによっても、燃焼熱に起因する損傷が生じる可能性がある。この現象は一般に保炎と呼ばれている。例えば、保炎は、燃料ノズル又は燃料ノズルの近くの低速領域で起こることがある。具体的には、空気流中への燃料流の噴射によって、燃料流の噴射点の近くに低速領域が生じることがあり、これが保炎につながることがある。

米国特許出願公開第２００９／００３１７３１号明細書

本願出願当初の特許請求の範囲に記載された発明の幾つかの実施形態について要約する。これらの実施形態は、特許請求の範囲に記載された発明の技術的範囲を限定するものではなく、本発明の可能な形態を簡単にまとめたものである。実際、本発明は、以下に記載する実施形態と同様のものだけでなく、異なる様々な実施形態を包含する。

第１の実施形態では、本システムは、タービン燃焼器燃料ノズルを含み、このタービン燃焼器燃料ノズルは、旋回羽根と、タービン燃焼器燃料ノズル内の炎の指標となる状態の検出に応答して、旋回羽根の下流領域内に流体を噴射するように構成された噴射穴とを備える。

第２の実施形態では、本システムは、タービン燃焼器燃料ノズルを含み、このタービン燃焼器燃料ノズルは、空気経路と、燃料経路と、空気経路から空気を受け取り、燃料経路から燃料を受け取る燃料−空気混合領域と、タービン燃焼器燃料ノズル内の炎の指標となる状態の検出に応答して、燃料−空気混合領域内に流体を噴射するように構成された流体噴射穴とを備える。

第３の実施形態では、本システムは、タービン燃焼器燃料ノズル内の炎の指標となる状態を検出するように構成された燃料ノズル炎センサと、その状態を示す燃料ノズル炎センサからの信号に応答して、タービン燃焼器燃料ノズル内への流体の噴射を制御するように構成された燃料ノズル炎コントローラとを含む。

本技術の一実施形態に基づくガスタービンシステムの概略ブロック図である。本技術の一実施形態に基づく図１に示したガスタービンエンジンの破断側面図である。本技術の一実施形態に基づく複数の燃料ノズルを示す、図２に示したガスタービンエンジンの燃焼器の破断側面図である。本技術の一実施形態に基づく図３に示した燃料ノズルのブロック図である。本技術の一実施形態に基づく図４に示した燃料ノズルの予混合器の透視破断図である。本技術の一実施形態に基づく図３に示した燃料ノズルの透視破断図である。

本発明の上記その他の特徴、態様及び利点については、図面と併せて以下の詳細な説明を参照することによって理解を深めることができるであろう。図面を通して、同様の部材には同様の符号を付した。

以下、本発明の１以上の特定の実施形態について説明する。これらの実施形態を簡潔に説明するため、現実の実施に際してのあらゆる特徴について本明細書に記載しないこともある。実施化に向けての開発に際して、あらゆるエンジニアリング又は設計プロジェクトの場合と同様に、実施毎に異なる開発者の特定の目標（システム及び業務に関連した制約に従うことなど）を達成すべく、実施に特有の多くの決定を行う必要があることは明らかであろう。さらに、かかる開発努力は複雑で時間を要することもあるが、本明細書の開示内容に接した当業者にとっては日常的な設計、組立及び製造にすぎないことも明らかである。

本発明の様々な実施形態の構成要素について言及する際、単数形で記載したものであっても、その構成要素が１以上存在することを意味する。「含む」、「備える」及び「有する」という用語は内包的なものであり、記載した構成要素以外の追加の要素が存在していてもよいことを意味する。

ある実施形態では、後に詳細に論じるとおり、ガスタービンエンジンが、逆火及び／又は保炎に関連した熱損傷を阻止する流体噴射穴（例えば空気噴射穴）を有する１つ以上の燃料ノズルを含む。具体的には、燃料ノズルはそれぞれ、空気流路内に円周形に配置された複数の旋回羽根を有する燃料−空気予混合器を含むことができる。燃料ノズルはさらに、燃料ノズルの縦軸及び燃料ノズルを通過する主空気流の方向に対して直角の流れ又は角度の付いた流れを生み出す流体噴射穴（例えば空気噴射穴）を含むことができる。例えば、流体（例えば空気）噴射穴は、燃料ノズルの中心ボディ（例えばハブ）及び外壁（例えばシュラウド）上に、縦軸に対して半径方向内側及び半径方向外側へ空気を導くように配置することができる。さらに、噴射穴を、燃料ノズル内のそれぞれの旋回羽根の後縁の直前に配置することができる。噴射穴は、炎が旋回羽根の後縁にあろうと、燃料出口の背後にあろうと、炎を吹き消すことによって、保炎限界を向上させ、逆火の可能性を低下させる。これは、空気を間断なく噴射することによって、又は噴射穴を通過する空気を変調させることによって実行することができる。これらの方法はそれぞれ、羽根の後縁のところで炎を２つ以上の領域に分割することによって、又は炎をはためかせることによって、燃料穴の背後で炎全体が安定することを妨げることができる。したがって、噴射された空気は、炎のエネルギーを弱めることによって炎を引き離すことができ、それによって燃焼室で炎を安定させることができる。さらに、噴射された空気は、保炎領域内の温度を低下させて、保炎領域内の位置における再点火の可能性を排除することができる。この流体の噴射は、低速領域、すなわち炎が発生する可能性がある停滞領域内へ流体を高速で噴射することによって、低速領域を減らすことができる。これによって、炎が発生しにくく、且つ／又は持続しにくい高速領域を生み出すことができる。

次に図面に移る。最初に図１を参照すると、タービンシステム１０の一実施形態のブロック図が示されている。この図は、１つ以上の燃料ノズル１２、燃料供給源１４、空気供給源１６、希釈剤供給源１８及び燃焼器２０を含む。図示のとおり、燃料供給源１４は、天然ガスなどの液体燃料又は気体燃料を、燃料ノズル１２を通して、タービンシステム１０の燃焼器２０内へ送る。矢印２２によって示された加圧空気との混合の後、燃焼器２０内で点火し、生じた排出ガスによって、タービン２４内の動翼が回転する。タービン２４内の動翼とシャフト２６とが結合されていることにより、シャフト２６が回転する。示されているように、シャフト２６はさらに、タービンシステム１０内の幾つかの構成要素に結合されている。例えば、示されたシャフト２６は、圧縮機２８及び負荷３０に駆動可能に結合されている。理解されるとおり、負荷３０は、タービンシステム１０の回転出力によってパワーを生み出すことができる、発電設備、車両などの任意の適切な装置とすることができる。

空気供給源３１は、導管を介して空気取入口３２に空気を送ることができ、空気取入口３２は次いで、この空気を圧縮機２８内へ送る。圧縮機２８は、シャフト２６に駆動可能に結合された複数の動翼を含み、それにより空気取入口３２からの空気を圧縮し、その空気を、空気供給源１６を介して、燃料ノズル１２及び燃焼器２０へ送る。この連結部で、希釈剤源１８から燃料ノズル１２へ、希釈剤を送ることもできる。希釈剤は例えば、空気／燃料混合物の燃焼中の望ましくない放出の低減、又は燃焼器内での燃焼に対する適切な圧力レベルの発生を促進することができる窒素などの不活性ガスとすることができる。或いは、この希釈剤を水又は他の流体とすることもできる。燃料ノズル１２は次いで、加圧空気と燃料（及び必要ならば希釈剤）を混合して、燃焼のために最適な混合比、例えば燃料を浪費したり、又は過大な放出を引き起こしたりしないよう燃料がより完全に燃える燃焼のために最適な混合比を生成することができる。この燃焼の結果、排出ガスが発生し、この排出ガスは、タービン２４を通り、排出口３３からシステム１０を出る。後に詳細に論じるとおり、燃料ノズル１２の一実施形態は、タービン燃焼器燃料ノズル１２内の炎の指標となる状態の検出に応答して、旋回羽根の下流側領域内に流体（例えば空気）を噴射するように構成された１つ以上の流体噴射穴（例えば空気噴射穴）を含む。

このタービン燃焼器燃料ノズル１２内の炎の指標となる状態の検出を、１つ以上のセンサ３６（例えば炎センサ）に接続された炎モニタ３４によって記録することができる。センサ３６は、燃料ノズル１２内の圧力の変化を検出する圧力センサ、燃料ノズル１２内の温度の変化を検出する熱センサ、及び／又は燃料ノズル１２内の光の変化を検出する光センサとすることができる。このようにして、センサ３６は、燃料ノズル１２内の逆火又は保炎の指標となる状態を感知することができる。センサ３６は、この炎状態に応答して、炎モニタ３４に信号を送信することができる。

炎モニタ３４は例えば、センサ３６から信号を受け取り、燃料ノズル１２内で炎が検出されたことを示す指示を生成することができる特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）又は他の検出デバイスとすることができる。この指示を、コントローラ３８に送信することができる。コントローラ３８は、燃料ノズル１２内で炎が検出されたことを示す指示を、炎モニタ３４から受け取ることができる。コントローラ３８は、例えばプロセッサ又はＡＳＩＣとすることができる。一実施形態では、炎モニタ３４及びコントローラ３８を、単一のプロセッサの部分とすることができる。コントローラ３８は例えば、燃料ノズル１２に影響を及ぼす条件を変化させるように動作することができる。例えば、コントローラ３８は、燃料供給源１４を調整することにより、燃料ノズル１２に供給する燃料を増減し、空気供給源１６を調整することにより、燃料ノズル１２に供給する空気を増減し、且つ／又は希釈剤源１８を調整することにより、燃料ノズル１２に供給する希釈剤を増減するように、動作することができる。燃料ノズル内で混合される成分を調整することによって、コントローラ３８は、燃焼器２０内の燃焼条件を変化させ、それによって、１つ以上の燃料ノズル１２内で検出された炎を消すことができる。さらに、コントローラ３８は、逆火又は保炎を誘起する条件、或いは実際の逆火又は保炎事象を減らし、又は排除するような向きに具体的には向けられた１つ以上の流体（例えば空気、燃料、希釈剤など）噴射穴を選択的に制御することができる。例えば、後に論じるとおり、コントローラ３８は、これらの流体噴射穴を通る流体流れを選択的に活動化し、且つ／又は変調させて、低速領域を排除し、直交流を生み出し、又は燃料ノズル１２内の炎を全体的に乱し、吹き消すことができる。

図２は、前述の流体噴射穴を利用することができる、図１に概略的に示したタービンシステム１０の一実施形態の側断面図を示す。タービンシステム１０は、１つ以上の燃焼器２０内に位置する１つ以上の燃料ノズル１２を含む。動作時、空気は、空気取入口３２からタービンシステム１０に入る。この空気を、圧縮機２８で加圧することができる。この圧縮空気を次いで燃料と混合して、燃焼器２０内で燃焼させることができる。例えば、燃料ノズル１２は、最適な燃焼、放出、燃料消費及びパワー出力を生み出すのに適した比で、燃料−空気混合物を燃焼器２０内へ噴射することができる。この燃焼により、加圧された高温の排出ガスが発生し、この排出ガスは次いで、タービン２４内の１つ以上の動翼を駆動して、シャフト２６、したがって圧縮機２８及び負荷３０を回転させる。タービン動翼４０の回転によりシャフト２６が回転し、それにより、圧縮機２８内の動翼４２が、取入口３２が受け取った空気を引き入れ、加圧する。

図３は、複数の燃料ノズル１２を有する燃焼器２０の一実施形態の破断側面図を示し、燃料ノズル１２はそれぞれ、流体噴射穴を利用して、低速領域を排除し、直交流を生み出し、又は燃料ノズル１２内の炎を全体的に乱し、吹き消すことができる。ある種の実施形態では、燃焼器２０のヘッドエンド４４がエンドカバー４６を含む。燃焼器２０のヘッドエンド４４はさらに、燃焼室５０を閉め切り、燃料ノズル１２を収容する燃焼器キャップアセンブリ４８を含むことができる。燃料ノズル１２は、燃料、空気及び他の流体を燃焼器２０に送る。この図では、複数の燃料ノズル１２が、燃焼器２０の基部の近くのエンドカバー４６に取り付けられており、燃焼器キャップアセンブリ４８を貫通している。例えば、燃焼器キャップアセンブリ４８は、１つ以上の燃料ノズル１２を受け取り、燃焼室５０との境界を形成する。それぞれの燃料ノズル１２は、加圧空気と燃料の混合を容易にし、燃焼器キャップアセンブリ４８を通して、燃焼器２０の燃焼室５０内へ混合物を導く。燃料−空気混合物は次いで、燃焼室５０内で燃焼することができ、それによって加圧された高温の排出ガスが発生する。これらの加圧された排出ガスは、タービン２４内の動翼４０の回転を駆動する。燃焼器２０は、燃焼室５０を形成するフロースリーブ５２及び燃焼器ライナ５４を含む。ある種の実施形態では、中空環状空間５６を画定するために、フロースリーブ５２とライナ５４が互いに同軸又は同心であり、中空環状空間５６は、冷却用の空気の通過及び（例えばライナ５４及び／又は燃料ノズル１２の穴を通した）燃焼域５０内への入場を可能にすることができる。ライナ５４の設計は、タービン２４に向かう方向線６０に沿った、トランジションピース５８（例えば収束セクション）への燃料−空気混合物の最適な流れを提供する。例えば、燃料ノズル１２は、加圧された燃料−空気混合物を燃焼室５０内へ分配することができ、そこで混合物が燃焼する。その結果発生した排出ガスは、トランジションピース５８を通過し、方向線６０に沿って、タービン２４へと流れ、それにより、タービン２４の動翼４０が、シャフト２６とともに回転する。

この過程の間に、燃焼室５０内での燃焼によって発生した炎が逆火となる可能性がある（例えば、燃焼室５０から１つ以上の燃料ノズル１２内へ炎が伝播する可能性がある）。燃料ノズルからのこの炎の除去を促進するため、コントローラ３８を、流体（例えば空気、燃料、水、希釈剤など）噴射穴とともに利用して、燃料ノズル１２内の逆火及び保炎を誘起する条件を減らし、又は排除することができる。すなわち、流体噴射穴は、例えば、炎が発生する可能性がある低速領域内に流体を高速で噴射して、炎が持続しにくい高速領域を生み出すことによって、低速領域を減らすことができる。

図４は、図３に示した燃料ノズル１２、並びに圧縮機２８、空気供給源１６、炎モニタ３４、センサ３６及びコントローラ３８のブロック図である。前述のとおり、圧縮機２８は、空気供給源１６に圧縮空気を供給することができ、この圧縮空気を、プレナム６２と、ノズル１２の上流部６６のノズル空気取入口６４の両方に送ることができる。さらに、希釈剤源１８から、ノズル１２の中心ボディ部分６８（例えば環状ボディ）内の方向矢印６７によって示された流体経路に沿って、希釈剤を送ることができる。この流体経路６７は、ノズル１２の中心ボディ６８内に位置する燃料通路７０（例えば環状通路）内の方向矢印６９によって示された燃料経路に沿って、燃料供給源１４から流れる燃料を冷却する働きをすることができる。後に論じるとおり、希釈剤、燃料及び空気は混合して、燃焼室５０内で燃焼する燃焼混合物（例えば燃料−空気混合物）を形成することができる。

示されているとおり、ノズル１２は、１枚以上の旋回羽根７２を含むことができる。それぞれの旋回羽根７２は、燃料ノズル１２内で旋回流を発生させることができる中空ボディ、例えば中空エーロフォイル形ボディとすることができる。したがって、この旋回（ｓｗｉｒｌ）特徴を考慮して、燃料ノズル（ｎｏｚｚｌｅ）１２を、スオズル（ｓｗｏｚｚｌｅ）と記述することができる。燃料ノズル１２の様々な態様を、軸方向又は軸方向軸７３、半径方向又は半径方向軸７４及び円周方向又は円周方向軸７５に関して記述することができることに留意されたい。例えば、軸７３は、縦中心線又は縦方向に対応し、軸７４は、縦中心線に対して直角の方向又は半径方向に対応し、軸７５は、縦中心線の周りの円周方向に対応する。

燃料は、燃料通路７０の壁７６に当たるまで、燃料通路７０を通って軸方向７３に流れることができる。壁７６に当たると、燃料は、半径方向７４に流れて、中空旋回羽根７２の燃料区画７８に入り、燃料穴８０（例えば燃料噴射穴）を通って燃料区画７８を出、旋回羽根７２の周囲の混合領域に流入することができる。この混合領域で、燃料は、方向矢印８１に沿って移動している空気供給源１６から送られた圧縮空気と相互作用する。前述のとおり、この燃料−空気混合物を、旋回羽根７２によって旋回させて、適切に燃焼するように、燃料と空気の混合を促進することができる。

上で指摘したとおり、燃料ノズル１２内、具体的には燃料ノズル１２の下流部８２において、逆火が発生することがある。逆火の発生を減らすため、流体噴射穴８４（例えば空気噴射穴）を利用して、燃料ノズル１２の下流部８２内へ流体（例えば空気）を噴射することができる。これらの噴射穴８４は例えば、燃料穴８０の直径の約８０、７０、６０、５０、４０、３０、２０又は１０パーセント未満の直径を有することができる。流体噴射穴８４は、旋回羽根７２の流体区画８６、プレナム６２、及び／又は燃料ノズル１２の中心ボディ６８に含めることができる。これらの穴８４から噴射する流体（例えば空気）は、方向流れ線８１に対して角度を付けて、又は直角に噴射することができる。穴８４は例えば、燃料ノズル１２内へ空気を噴射することができることに留意されたい。或いは、穴８４を通して空気を噴射する代わりに、又は穴８４を通して空気を噴射するのに加えて、窒素、水及び／又は燃料などの他の流体を利用することもできる。したがって、凹面上の旋回羽根の後縁の直前から噴射された流体、並びに中心ボディ及び外壁から噴射された流体は、方向矢印８１に沿った主空気の方向流れ８１に対して約２０度未満及び３０から９０度の角度で、ノズル１２の下流部８２に流入することができる。一実施形態では、流体は、方向矢印８１に沿った主空気の方向流れ８１に対して約２０度未満又は約３０から９０度の角度で、ノズル１２の下流部８２に流入することができる。図から分かるとおり、中心ボディ６８（例えばハブ）上の穴８４への空気の送達は、羽根７２の流体区画８６を通して実施することができ、プレナム６２は、燃料ノズル１２の外壁８８（例えば環状壁）の穴８４に空気を供給することができる。中心ボディ６８と外壁８８は互いに同軸又は同心とすることができることに留意されたい。中心ボディ６８上の穴８４は、方向線６７に沿って移動する希釈剤を通して流体を受け取ることができる。さらに、中心ボディ６８上の穴８４への空気の送達を、外壁８８の穴８４の空気送達管に接続された送達管に結合することができる。一実施形態では、コントローラ３８が制御することができる調整可能な弁をこれらの送達管間に配置して、燃料ノズル１２内で炎が検出されたことを示す指示を炎モニタ３４から受け取ったときに、それぞれの送達管に対する流体（例えば空気流）の流量を調整することができる。コントローラ３８はさらに、主空気弁９０を操作して、燃料ノズル１２の上流部６６への空気流と、穴８４に送るためにプレナム６２へ渡す空気（又は流体）の両方を制御することができる。

流体（又は空気）は、穴８４を通して連続的に流すことができ、又は、この空気を変調させる（例えばパルス化する）ことができることに留意されたい。或いは、この流体を「オフ」状態にしておき、炎が検出されたとき「オン」状態にしてもよい。流体を穴８４を通して連続的に流す場合には、炎を消すために高速ジェットが必要なときに、流体流れを増大させることができる。例えば、ジェットに通す流れの速度を、方向線８１に沿った主空気流の速度の約１．２５、１．３、１．５、１．７５、２、２．５、３、３．５倍又はそれ以上に増大させることができる。同様に、穴８４を通して流体を流していないときに、流体を穴８４に通して導入する場合には、流体を、方向線８１に沿った主空気流の速度の約１．０５倍又はそれ以上の速度で流すことができる。

穴８４からの流体をパルス化する場合には、流体を、約２０Ｈｚ未満の振動数で変調させることができる。穴８４から出る流体の変調は、約１０Ｈｚ未満とすることができる。他の実施形態では、穴８４から出る流体の変調を、約１、２、３、４、５、６、７、８、９又は１０Ｈｚとすることができる。この変調は、ノズル内の炎の状態を変化させて、燃料ノズルの下流領域８２、例えば羽根７２の下流側から炎を引き離すのに十分なものとすることができる。連続的に又は変調されて穴を出る流体の速度は、主空気流の速度の約１．２５、１．３、１．５、１．７５、２、２．５、３、３．５倍又はそれ以上とすることができることにも留意されたい。さらに、連続的に又は変調されて穴を出る流体の速度は、主空気流の速度の約１．３から３倍とすることができる。

図５は、図４の弧形線５−５の内側を描いた、燃料ノズル１２の予混合器セクション９２の一実施形態の透視破断図である。予混合器９２は、ノズルの中心ボディ６８の周囲に沿って円周方向７５に配置された複数の旋回羽根７２を含み、羽根７２は、ノズルの中心ボディ６８から外壁８８まで、半径方向７４、外側に延びる。示されているように、それぞれの旋回羽根７２は、燃料区画７８、流体区画８６及び区画７８と８６の間の仕切り９４を有する中空ボディ、例えば中空エーロフォイル形ボディである。燃料は、燃料穴８０から燃料区画７８を出る。

コントローラ３８は、ノズル１２内の炎を防ぎ、又は能動的に排除するように動作することができる。例えば、燃料ノズル１２内の逆火又は炎保持が炎モニタ３４によって検出された場合、コントローラ３８は、上で論じた１つ以上の弁によって、噴射穴８４を通って流れる空気を調整することができる。噴射穴８４は、逆火又は保炎を排除する善後策として機能することができる消火力を提供することができる。具体的には、旋回羽根７２の下流端９６（例えば下流側先端）に、熱損傷が生じることがある。したがって、この端部９６の近くに噴射穴８４を配置することによって、旋回羽根７２に対する熱損傷を低減又は排除することができ、燃料ノズル１２（例えばさらに上流側６６）に対するさらなる損傷の可能性も低下させることができる。

示された実施形態では、予混合器９２が、ノズルの中心ボディ６８の周囲７５に沿って、４５度の等間隔で配置された８枚の旋回羽根７２を含む。ある実施形態では、予混合器９２が、ノズルの中心ボディ６８の周囲７５に沿って等間隔又は異なる間隔で配置された任意の数（例えば８又は１０枚）の旋回羽根７２を含むことができる。旋回羽根７２は、流れを旋回させ、したがって燃料−空気混合を誘起するように構成される。示されているように、それぞれの旋回羽根７２は、上流端部９８から下流端部９６に向かって曲がっている、又は湾曲している。具体的には、上流端部９８は一般に、軸７３に沿った軸方向を向き、下流端部９６は一般に、軸７３に沿った軸方向から遠ざかるように角度が付けられ、湾曲し、又は向けられる。例えば、上流端部９８に対して、下流端部９６を、約５から６０度、又は約１０から４５度、傾けることができる。その結果、それぞれの旋回羽根７２の下流端部９６は、流れを、軸７３の周りの回転経路へとバイアス又は誘導する（例えば流れを旋回させる）。この旋回流は、燃焼器２０内へ送達する前の燃料ノズル１２内での燃料−空気混合を促進する。

さらに、羽根７２の下流端部９６並びに中心ボディ６８及び／又は外壁８８に、１つ以上の噴射穴８４を配置することができる。例えば、これらの噴射穴８４の直径は、約４０ミル（例えば直径５０ミルの燃料穴の８０％）、４５ミル又は５０ミルとすることができる。旋回羽根７２はそれぞれ、１つ、２つ、３つ又はそれ以上の噴射穴８４を含むことができ、旋回羽根が１０枚の場合には、羽根の後縁に１０個、或いは中心ボディ６８上及び／又は外壁８８上（例えばプレナム６２の内側及び外壁８８に沿って）にそれよりも多くの噴射穴８４を配置することができる。

さらに、それぞれの噴射穴８４を、軸７３に沿った軸方向、及び／又は軸７４に沿った半径方向に向けることができる。言い換えれば、それぞれの噴射穴８４は、旋回羽根７２並びに／又は中心ボディ６８及び外壁８８の表面に対して単一の角度又は複合角を有することができる。例えば、噴射穴８４は、空気が、主空気８１の方向流れに対して約２０度未満及び３０から９０度の角度で予混合器９２へ流入するようにすることができる。このように噴射穴８４に角度を持たせることによって、予混合器９２内の炎をより完全に消火することができる。したがって、噴射穴８４を通した流体の噴射は、主燃料−空気流に平行であってもよいし、縦軸及び主燃料−空気流に対して斜めにしてもよい。このようにして、穴８４は、空気、水、窒素、燃料又は別の流体をノズル１２内へ噴射することによって、逆火及び保炎（例えば低速領域）を誘起する条件を減らし、又は排除することができる。

図６は、燃料ノズル１２の透視破断図である。図６に示すように、燃料ノズルは、プレナム６２、中心ボディ６８、羽根７２、燃料穴８０及び外壁８８を含むことができる。中心ボディ６８は、燃料区画１０２を流体区画１０４から分離する仕切り１００を含むことができる。燃料区画１０２は、燃料供給源１４から燃料を受け取り、この燃料を、燃料出口１０６を通して羽根７２に送り、次いで、以前に説明した穴８０を通して送出することができる。流体区画１０４は、羽根７２の流体区画８６に結合された入口１０８を通して、プレナム６２から空気を受け取ることができる。このように、流体（例えば空気）は、プレナム６２から、羽根７２を通って、流体区画１０４に流入することができる。この流体は、軸方向７３に沿って流体区画１０４内を移動し、（例えば図４に関して以前に論じた中心ボディ６８の噴射穴８４と同種の穴とすることができる）ハブ側面穴１１０と中心ボディ先端穴１１２の両方を通って流体区画１０４から出て、ノズル１２の燃料−空気混合物との混合を続けることができる。さらに、（例えば図４に関して以前に論じた外壁８８の噴射穴８４と同種の穴とすることができる）シュラウド側面穴１１４を利用して、燃料ノズル１２内へ流体を、連続的に又は変調して噴射し、それによって（前述のとおりに）炎を消すことができる。このようにして、燃料ノズル１２内の炎を消すために燃料ノズル１２内へ噴射する流体の全てを、プレナム６２によって供給することができる。

このように、穴８４は、空気、希釈剤（例えば水、窒素など）及び／又は燃料などの流体を、ノズルを通過する主燃料−空気流の方向に実質的に平行又は斜めに噴射することができる。この噴射は、中心ボディ６８、羽根７２及び／又は外壁８８（例えばプレナム６２内）から実施することができる。流体を例えば、燃料ノズル１２の縦軸に対して半径方向内側、半径方向外側、軸方向、或いは特定の角度に向けることができる。さらに、コントローラ３８は、燃料ノズル１２の特定の領域で炎が検出されたときにだけ噴射をトリガしてもよく、且つ／又は、常に噴射を継続しておき、その特定の領域で炎が検出されたときに、噴射の速度を増大させてもよい。すなわち、コントローラは、穴を通過するベースライン流量の流れを増大させる（例えば穴８４を通して噴射される流体の速度を、約５０％、１００％、１５０％、２００％又はそれ以上増大させる）ことができ、又は、コントローラは、穴８４を通過する流体流れの変調（例えばパルス化）を制御することができる。

本発明をその最良の形態を含めて開示するため、並びに任意の装置又はシステムを製作し、使用すること、及び組み込まれた任意の方法を実行することを含め、当業者が本発明を実施することを可能にするために、本明細書は幾つかの例を使用する。特許を受けられる本発明の範囲は、下記の特許請求の範囲によって定義され、この範囲が、当業者が思いつくその他の例を含むことがある。このようなその他の例は、それらが特許請求の範囲の文字表現と異ならない構造要素を有する場合、又はそれらが特許請求の範囲の文字表現との差異が実質的にない等価の構造要素を含む場合に、特許請求の範囲に含まれる。

１０タービンシステム
１２燃料ノズル
１４燃料供給源
１６空気供給源
１８希釈剤供給源
２０燃焼器
２２矢印
２４タービン
２６シャフト
２８圧縮機
３０負荷
３１空気供給源
３２空気取入口
３３排出口
３４炎モニタ
３６センサ
３８コントローラ
４０タービン動翼
４２動翼
４４ヘッドエンド
４６エンドカバー
４８燃焼器キャップアセンブリ
５０燃焼室
５２フロースリーブ
５４ライナ
５６中空環状空間
５８トランジションピース
６０方向線
６２プレナム
６４ノズル空気取入口
６６上流部
６７流体経路
６８環状ボディ
６９方向矢印
７０環状通路
７２旋回羽根
７３軸方向
７４半径方向
７５円周方向
７６壁
７８燃料区画
８０燃料噴射穴
８１方向流れ線
８２下流部
８４流体噴射穴
８６流体区画
８８環状壁
９０主空気弁
９２予混合器
９４仕切り
９６下流端部
９８上流端部
１００仕切り
１０２燃料区画
１０４流体区画
１０６燃料出口
１０８入口
１１０ハブ側面穴
１１２中心ボディ先端穴
１１４側面穴

Claims

タービン燃焼器燃料ノズル（１２）を備えるシステムであって、上記タービン燃焼器燃料ノズル（１２）が、
空気経路（８１）と、
燃料経路（６９）と、
上記空気経路（８１）から空気（３１）を受け取り、上記燃料経路（６９）から燃料（１４）を受け取る燃料−空気混合領域（９２）と、
タービン燃焼器燃料ノズル（１２）内の炎の指標となる状態の検出に応答して、燃料−空気混合領域（９２）内に流体を噴射するように構成された流体噴射穴（８４）と
を備えている、システム。
燃料−空気混合領域（９２）内に配置された旋回羽根（７２）を備える、請求項１記載のシステム。
前記流体噴射穴（８４）が、タービン燃焼器燃料ノズル（１２）の軸に沿った軸流方向（７３）に対して斜めに向けられている、請求項１又は請求項２記載のシステム。
前記流体噴射穴（８４）が、タービン燃焼器燃料ノズル（１２）の軸に沿った軸流方向（７３）に対して約３０〜９０度の角度に向けられている、請求項３記載のシステム。
前記流体噴射穴（８４）が、タービン燃焼器燃料ノズル（１２）の軸に沿った軸流方向（７３）に対してある角度をなす羽根（７２）の凹面から、少なくとも約２０度未満の角度に向けられている、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のシステム。
炎の指標となる状態を検出するように構成されたセンサ（３６）を備え、該センサ（３６）がタービン燃焼器燃料ノズル（１２）内に配置されている、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載のシステム。
前記センサ（３６）が、圧力センサ、温度センサ、光センサ又はこれらの組合せを含む、請求項６記載のシステム。
前記流体噴射穴（８４）が、燃料−空気混合領域（９２）を通過する燃料−空気流よりも大きな速度又は変調振動数、或いはこれらの組合せを有する流体として、空気（３１）を噴射するように構成された噴射穴（８４）を含む、請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載のシステム。
前記流体噴射穴（８４）が、流体として不燃性流体を噴射するように構成された、請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載のシステム。
前記タービン燃焼器燃料ノズル（１２）を有する燃焼器（２０）、タービン燃焼器燃料ノズル（１２）を有するタービンエンジン（１０）、又はこれらの組合せを備える、請求項１乃至請求項９のいずれか１項記載のシステム。