JP2011064198A - 燃料ノズルカップシール - Google Patents

Abstract

【課題】本出願は、燃料ノズル組立体（１００）を提供する。
【解決手段】本燃料ノズル組立体（１００）は、端部キャップ組立体（１４０）と、該端部キャップ組立体（１４０）内に配置された幾つかの燃料ノズル（１１０、１２０）と、１以上のカップシール（１６０）とを含むことができる。カップシール（１６０）は、端部キャップ組立体（１４０）と燃料ノズル（１１０、１２０）との間に配置することができる。
【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、タービン燃焼器の端部キャップ組立体内に燃料ノズルを配置するために使用するカップシールに関する。

ガスタービンエンジンは一般的に、様々な構成として端部キャップ組立体の周りに配置された幾つかの燃料ノズルを備えた燃焼器を含む。例えば、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社（米国ニューヨーク州スケネクタディ）によって販売されている幾つかのガスタービン燃焼システムでは、端部キャップ組立体から延びる５つの外側つまり一次燃料ノズルによって囲まれた中心つまり二次燃料ノズルを有する６本式燃料ノズル構成を備えている。そのような燃焼システムでは一般的に、混合流を反応つまり燃焼ゾーン内に流入させる前に、１以上の燃料流を空気流と互いに混合する。そのような燃料／空気予混合は、燃焼温度全体を低下させると同時に、窒素酸化物（ＮＯ_X）などのような望ましくないエミッションを低減する傾向を有する。同様なタイプの燃焼器用燃料ノズル／端部キャップ組立体設計なども公知である。

公知なように、燃料ノズルは一般的に、フランジ上に取付けられた幾つかの燃料及び空気チューブを含む。燃料ノズルは、いくぶん片持ち方式で端部キャップ組立体内に配置することができる。燃料ノズルは、幾つかの浮動カラーにより端部キャップ組立体内に配置することができる。しかしながら、浮動カラーは、運転時に大きな摩耗を受けるおそれがある。具体的には、浮動カラーは、使用時に回転して、該カラーと端部キャップ組立体との間で摩擦を生じかねない。従って、浮動シールの交換及び耐久性は、共通の設計課題である。

GEOFFREY D. MYERS, Title: "Combustion Cap Floating Collar Using E-Seal", USSN 12/078,101, filing date: March 27, 2008, pgs Specification 1-13, Drawings 8 sheets.

従って、燃料ノズルと端部キャップ組立体との間のシールの改善に対する願望が存在する。シールは、低コストであるが高い信頼性がある方法で燃焼器全体の耐久性を向上させるべきである。

従って、本出願は、燃料ノズル組立体を提供する。本燃料ノズル組立体は、端部キャップ組立体と、該端部キャップ組立体内に配置された幾つかの燃料ノズルと、１以上のカップシールとを含むことができる。カップシールは、端部キャップ組立体と燃料ノズルとの間に配置することができる。

本出願はさらに、端部キャップ組立体を提供する。本端部キャップ組立体は、その中に配置された幾つかの燃料ノズルと、該燃料ノズルの周りに配置された１以上のカップシールとを含むことができる。カップシールは、取付けリング及びシートシール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。

ガスタービンエンジンの概略図。 本明細書で説明することができるような燃料ノズル組立体の斜視図。 本明細書で説明することができるような、端部キャップ組立体内に配置された二次ノズル及びカップシールの斜視図。 図３のカップシールの側面断面図。 図３の燃料ノズル、端部キャップ組立体及びカップシールの側面切欠き図。 本明細書で説明するような、端部キャップ組立体内に配置された一次ノズル及びカップシールの斜視図。 図６のカップシールの側面断面図。 図６の燃料ノズル、端部キャップ組立体及びカップシールの側面切欠き図。

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の概略図を示している。公知なように、ガスタービンエンジン１０は、流入空気の流れを加圧する圧縮機２０を含むことができる。圧縮機２０は、加圧空気の流れを燃焼器３０に送給する。燃焼器３０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３０のみを示しているが、ガスタービンエンジンは、あらゆる数の燃焼器３０を含むことができる。）次に、高温燃焼ガスが、タービン４０に送給される。高温燃焼ガスは、タービン４０を駆動して、機械的仕事を産生するようにする。タービン４０で産生された機械的仕事は、圧縮機２０を駆動しかつ発電機などのような外部負荷５０を駆動する。ガスタービンエンジン１０は、天然ガス、様々な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１０は、その他の構成を有することもでき、また本明細書ではその他のタイプの構成要素を使用することもできる。

図２は、本明細書で説明することができるような燃料ノズル組立体１００の斜視図である。上記したように、燃料ノズル組立体１００は、二次ノズル１２０を囲む幾つかの一次ノズル１１０を含むことができる。ノズル１１０、１２０は、端部キャップ組立体１４０内の幾つかのアパーチャ１３０内にかつ該アパーチャ１３０を貫通して配置することができる。アパーチャ１３０の各々は、該アパーチャ１３０を全体的に又は部分的に取囲んだインデント１５０つまり僅かな段下げ部を有することができる。全体としての燃料ノズル組立体１００は、燃焼器３０内に配置される。本明細書では、その他のタイプの燃料ノズル組立体を使用することもできる。

図３〜図５は、本明細書で説明するような、カップシール１６０を使用して端部キャップ組立体１４０内に配置された二次ノズル１２０を示している。カップシール１６０は、二次ノズル１２０に取付けられた取付けリング１７０を含むことができる。取付けリング１７０は、別個の要素とすることができ、或いは燃料ノズル１２０自体の一部として形成することができる。取付けリング１７０は、Ｉｎｃｏｎｅｌ（ウェストバージニア州ハンティントン所在のＨｕｎｔｉｎｇｔｏｎ Ａｌｌｏｙｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって販売されているニッケル−クロム超合金）、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ Ｘ（インディアナ州ココモ所在のＨａｙｎｅｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌによって販売されているニッケル−クロム−鉄モリブデン超合金）、ステンレス鋼、又は燃料ノズル１２０自体に使用している材料と同様のその他のタイプの材料で製造することができる。取付けリング１７０は、燃料ノズル１２０を全体的に又は部分的に囲むことができる。取付けリング１７０は、あらゆる所望の寸法、形状又は構成を有することができる。

カップシール１６０はさらに、シートシール（ｓｈｅｅｔ ｓｅａｌ）１８０を含むことができる。シートシール１８０は、シートメタル又は同様なタイプの材料で製造することができる。シートシール１８０は、取付けリング１７０に取付けることができる。シートシール１８０は、その形状が、大きな直線部分１９０が延長湾曲部分２００に至りかつ僅かなカール部分２１０で終わった状態になった全体的にカップ状の形状とすることができる。本明細書では、その他の形状及び構成を使用することもできる。湾曲部分２００及びカール部分２１０は、取付けリング１７０を越えて延びることができる。シートシール１８０は、溶接、ボルト止め、及びその他のタイプの取付け法により取付けリング１７０に取付けることができる。シートシール１８０は、あらゆる所望の寸法を有することができる。

使用中に、カップシール１６０は、燃料ノズル１２０と端部キャップ組立体１４０との間に配置することができる。上記したように、取付けリング１７０は、シートシール１８０が該取付けリング１７０を越えかつ端部キャップ組立体１４０の中心アパーチャ１３０を囲んだインデント１５０内に延びた状態で、ノズル１２０に取付けることができる。本明細書では、その他の構成を使用することもできる。カップシール１６０は、犠牲部分となってシール作用の改善を可能にする、つまり該カップシール１６０のシール能力を使用と共に改善することができるように設計される。カップシール１６０はまた、ノズル１２０に対するその後の損傷又は大きな負荷作用がない状態で、容易な交換及び再取付けを可能にする。

特に、カップシール１６０は、ノズル１２０、カップシール１６０及び端部キャップ組立体１４０間の相対運動を考慮して摩耗及び耐久性問題を低減するのを可能にすべきである。カップシール１６０は、軸方向シール接触を行なうことによってこの運動を減少させるべきである。既存のシールと比較して、カップシール１６０は、運動の程度を１ランク軽減して、摩耗及び耐久性を改善するようにする。従って、カップシール１６０は、自由な半径方向運動で漏洩の低下を可能になる、つまりカップシール１６０は、シール能力の低下が全くない状態で、拘束のない半径方向運動を可能にする。このシール１６０は、既存のハードウェアに改造を加えることができ、或いは新規設計に組入れることができる。

図６〜図８は、一次ノズル１１０の１つの周りでのカップシール１６０の使用を示している。図示するように、カップシール１６０は、一次ノズル１１０に取付けられた取付けリング１７０を含み、シートシール１８０が、取付けリング１７０から延びかつアパーチャ１３０のインデント１５０と接触する。カップシール１６０は、一次ノズル１１０及び他の場所のアパーチャ１３０の各々内で使用することができる。本明細書では、その他の構成を使用することもできる。

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
２０ 圧縮機
３０ 燃焼器
４０ タービン
５０ 外部負荷
１００ 燃料ノズル組立体
１１０ 一次ノズル
１２０ 二次ノズル
１３０ アパーチャ
１４０ 端部キャップ組立体
１５０ インデント
１６０ カップシール
１７０ 取付けリング
１８０ シートシール
１９０ 直線部分
２００ 湾曲部分
２１０ カール部分

Claims (10)

1. 燃料ノズル組立体（１００）であって、
   端部キャップ組立体（１４０）と、
   前記端部キャップ組立体（１４０）内に配置された複数の燃料ノズル（１１０、１２０）と、
   １以上のカップシール（１６０）と、を含み、
   前記１以上のカップシール（１６０）が、前記端部キャップ組立体（１４０）と前記複数の燃料ノズル（１１０、１２０）の１以上との間に配置される、
   燃料ノズル組立体（１００）。
2. 前記１以上のカップシール（１６０）が、取付けリング（１７０）及びシートシール（１８０）を含む、請求項１記載の燃料ノズル組立体（１００）。
3. 前記取付けリング（１７０）が、前記燃料ノズル（１１０、１２０）を囲む、請求項２記載の燃料ノズル組立体（１００）。
4. 前記端部キャップ組立体（１４０）が、複数のアパーチャ（１３０）を含み、
   前記シートシール（１８０）が、前記取付けリング（１７０）から前記アパーチャ（１３０）内に延びる、
   請求項２記載の燃料ノズル組立体（１００）。
5. 前記複数のアパーチャ（１３０）が、その中にインデント（１５０）を含み、
   前記シートシール（１８０）が、前記インデント（１５０）内に延びる、
   請求項４記載の燃料ノズル組立体（１００）。
6. 前記シートシール（１８０）が、湾曲部分（２００）に至りかつカール部分（２１０）で終わる直線部分（１９０）を含む、請求項２記載の燃料ノズル組立体（１００）。
7. 前記複数の燃料ノズル（１１０、１２０）が、複数の一次ノズル（１１０）を含む、請求項１記載の燃料ノズル組立体（１００）。
8. 前記複数の燃料ノズル（１１０、１２０）が、二次ノズル（１２０）を含む、請求項１記載の燃料ノズル組立体（１００）。
9. 前記１以上のカップシール（１６０）が、犠牲部分を含む、請求項１記載の燃料ノズル組立体（１００）。
10. 前記１以上のカップシール（１６０）が、軸方向シールを含む、請求項１記載の燃料ノズル組立体（１００）。