JP2011208933A

JP2011208933A - 燃焼器用のパイロット・システム

Info

Publication number: JP2011208933A
Application number: JP2011066914A
Authority: JP
Inventors: Karthik Subramanian; カルティク・スブラマニアン; Lucas John Stoia; ルーカス・ジョン・ストイア
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2011-03-25
Publication date: 2011-10-20
Also published as: CN102207287A; EP2375165A1; US20110244410A1

Abstract

【課題】燃焼器用の二次ノズルを提供する。
【解決手段】燃焼器用の二次ノズル（１００）は、燃料チャンネル（２１２）及びパイロット・チャンネル（２０６）によって取り囲まれた中心チャンネル（２１４）を持つ供給ノズルを含む。前記二次ノズル（１００）はまた、前記供給ノズルの少なくとも一部分を取り囲むハウジング（１０６）を含む。前記ハウジング（１０６）は、第１の平面内に燃料入口チャンネル（２０８）を含むと共に、前記第１の平面とは異なる第２の平面内にパイロット入口供給チャンネル（２０２）を含む。前記燃料入口チャンネル（２０８）及び前記パイロット入口供給チャンネル（２０２）は前記ハウジング（１０６）内で互いに接続される。
【選択図】図２

Description

本書で開示される内容は、燃焼器に関し、より具体的には、二次燃料ノズルにパイロット燃料を供給することに関するものである。

発電用のガスタービンエンジンは、二段二重モード燃焼器を含むことができる。これらの燃焼器は、のど領域によって相互接続された第１段燃焼室及び第２段燃焼室を含むことができる。各燃焼室は１つ以上の燃料ノズルを含むことができる。動作モードに依存して、燃焼は第１段燃焼室、第２段燃焼室、又は両方の燃焼室の中で生じることができる。燃焼が第２段燃焼室内で生じるとき、のど領域に又はその近く配置されたノイズから注入された燃料が、第１段燃焼室内の空気と混合し、その後で第２段燃焼室内で着火する。その二次燃焼室近くの領域内に配置された燃料ノズルを、本書では「二次燃料ノズル」と呼ぶ。

二次燃料ノズルの遠位端に点火炎（パイロット・フレーム）を供給することは燃焼器の動作にとって有利であることが判っている。点火炎は、二次燃料ノズルと一体になったパイロット・システムによって発生される。パイロット・システムは通常、燃焼システムの外側にあるジャンパー導管を介して二次燃料供給装置から燃料を受け取る。このような接続には追加の部品をシステムに追加する必要があり、この結果、耐久性が低下し且つコストが増加する。

米国特許第６８５７２７１号

本発明の一態様によれば、燃焼器用の二次ノズルを提供する。この態様の二次ノズルは、燃料チャンネル及びパイロット・チャンネルによって取り囲まれた中心チャンネルを持つ供給ノズルを含む。この態様の二次ノズルはまた、前記供給ノズルの少なくとも一部分を取り囲むハウジングを含む。前記ハウジングは、第１の平面内に燃料入口チャンネルを含むと共に、前記第１の平面とは異なる第２の平面内にパイロット入口供給チャンネルを含む。この態様では、前記燃料入口チャンネル及び前記パイロット入口供給チャンネルは前記ハウジング内で互いに接続される。

本発明の別の態様によれば、ノズルがハウジングを含み、前記ハウジングが、該ハウジングによって部分的に取り囲まれた供給ノズルに結合された燃料入口を持ち、また前記前記ハウジングが、前記燃料入口に結合された燃料チャンネル、及び前記燃料チャンネルとは別のパイロット・チャンネルを持っている場合に、該ノズルのパイロット位置へ燃料を供給する方法を提供する。この実施形態の方法は、前記燃料入口へ燃料を供給する段階と、前記ハウジングを通って、前記燃料の一部分を前記燃料入口から前記パイロット・チャンネルへ分流する段階とを含む。

本発明の更に別の態様によれば、燃焼室と、前記燃焼室に結合されて前記燃焼室内に少なくとも一部分が配置されている二次ノズルとを含む燃焼器を提供する。この態様では、前記二次ノズルは、燃料チャンネル及びパイロット・チャンネルによって取り囲まれた中心チャンネルを持つ供給ノズルと、前記供給ノズルの少なくとも一部分を取り囲むハウジングとを含む。該ハウジングは、第１の平面内に燃料入口チャンネルを含むと共に、前記第１の平面とは異なる第２の平面内にパイロット入口供給チャンネルを含む。前記燃料入口チャンネル及び前記パイロット入口供給チャンネルは前記ハウジング内で互いに接続される。

これらの及び他の利点及び特徴は図面を参照した以下の説明からより明らかになろう。

発明と見なされる技術内容は、「特許請求の範囲」の項に具体的に且つ明確に記載されている。本発明の上記の又は他の特徴及び利点は、添付の図面に関する以下の詳しい説明から明らかであろう。

図１は、本発明の一実施形態に従った二次ノズルの一例の斜視図である。図２は、図１に示された二次ノズルの切断側面図である。図３は、図１の二次ノズルの別の切断側面図である。

以下の記載では、例として図面を参照して本発明の実施形態を、利点及び特徴と共に、詳しく説明する。

図１は、本発明の一実施形態に従った二次ノズル１００の一例を示す。二次ノズル１００は、供給ノズル１０４の遠位端１０２が二段燃焼室ののど領域に又はその近くに位置するように、燃焼室の中へ挿入することができる。ここで、本書の説明は一般に二次ノズルに適用されるが、該説明は任意の燃焼器ノズルにも当てはまることが理解されよう。従って、以後、「ノズル」と云う用語を用い、これは、一次又は二次ノズルのいずれかを含む。

二次ノズル１００はハウジング１０６を含む。二次ノズル１００が燃焼器に結合されたとき、ハウジングは燃焼器の外部に位置することができる。一実施形態では、ハウジング１０６は燃料入口１０８を含む。燃料入口１０８に受け取った燃料は、供給ノズル１０４内の内部接続を介して複数の燃料ペグ１１０へ送給される。勿論、実施形態によっては燃料ペグ１１０を含んでいないことがある。このような一実施形態では、燃料は供給ノズル１０４を通って遠位端１０２へ送給することができる。

動作中に、供給ノズル１０４の遠位端１０２に点火炎を供給することが有益であることが判っている。そのために、従来技術の二次ノズルでは、パイロット供給孔１１２が設けられることがあった。本発明でもこのような供給孔を含むことができるが、一実施形態では、パイロット供給孔は省略するか又は閉塞する。従来技術では、パイロット供給孔１１２は二次燃料供給装置に結合され、また必要とされるとき計量されていた。前に述べたように、このような結合はハウジングの外部に設けられており、追加の経費が掛かり且つ複雑さが増す。

本発明の一実施形態によれば、燃料入口１０８とハウジング１０６内のパイロット燃料伝送チャンネルとの間の接続によって、パイロット燃料が、供給ノズル１０４内のパイロット・チャンネル（図示せず）に供給される。本書での教示内容は、一実施形態では、従来技術のハウジングに適用することができ、或いは、一実施形態では、最初のワークピースとして生成することができる。

図１において、燃料入口１０８はハウジング１０６の第１の表面１１４に設けられ、またパイロット供給孔１１２はハウジング１０６の第２の表面１１６に設けられる。両方の孔はハウジング１０６の中心へ向かって延在していて、燃料を供給ノズル１０４の部分へ供給して、その下流側部分へ送給するようにする。ここで、一実施形態では、パイロット供給孔１１２及び燃料入口１０８が相異なる平面に存在することが理解されよう。

図２は、第２の表面１１６に直角な平面に沿って取った図１の二次ノズル１００の切断側面図を示す。ノズル１００はハウジング１０６及び供給ノズル１０４を含む。一実施形態では、ハウジング１０６は供給ノズル１０４の一部分を取り囲む。図２において、取り囲まれた部分の一例が参照数字２００で示されている。

ハウジング１０６はパイロット供給孔１１２を含むことができる。パイロット供給孔１１２は、従来技術で行われているように、パイロット燃料をパイロット入口供給チャンネル２０２へ導入することができる。パイロット入口供給チャンネル２０２に導入された燃料は、パイロット受入れリング２０４に受け入れられる。パイロット受入れリング２０４に導入された燃料は、供給ノズル１０４のパイロット・チャンネル２０６部分を進行して、パイロット位置（図示せず）へ至る。

ハウジング１０６はまた燃料入口１０８を含むことができ、該燃料入口１０８は燃料入口チャンネル２０８を介して燃料リング２１０へ燃料を供給する。燃料入口チャンネル２０８は、（図２に示されているハウジングに設けられた他のチャンネルと共に）パイロット入口供給チャンネル２０２とは異なる平面にあることを表す破線で示されている。燃料リング２１０に導入された燃料は、供給ノズル１０４の燃料チャンネル２１２部分を通って燃料導入位置（図示せず）へ進み、該燃料導入位置で燃料は動作状態にあるときに燃焼室へ導入される。

燃料チャンネル２１２及びパイロット・チャンネル２０６は、一実施形態では、同心であり、また両方とも中心チャンネル２１４を取り囲む。燃料チャンネル２１２及びパイロット・チャンネル２０６の順序及び位置は変えることができ、図２に示されているものに限定されない。図２に示されているように、燃料チャンネル２１２及びパイロット・チャンネル２０６はリップ・シール(lip seal)２２０によって互いから分離することができる。

一実施形態によれば、パイロット入口供給チャンネル２０２はハウジング１０６内で燃料リング２１０に結合することができる。この態様では、燃料リング２１０に導入された燃料は、パイロット・チャンネル２０６に供給するために使用することができる。この内部での結合により、パイロット入口供給チャンネル２０２に供給するための外部の導管を省略することができる。このために、ハウジング１０６は、燃料リング２１０をパイロット入口供給チャンネル２０２に接続する内部通路を含むことができる。

燃料リング２１０をパイロット入口供給チャンネル２０２に接続する内部通路は、図２に、第１の通路２３０及び第２の通路２３２として示されている。第１の通路２３０は第２の表面１１６から燃料リング２１０まで延在する。一実施形態では、第１の通路２３０は燃料チャンネル２１２とは異なる平面内にある。一実施形態では、第１の通路２３０は、燃料リング２１０に到達するまで第２の表面１１６にドリル加工（穿孔）することによって形成することができる。第２の通路２３２はハウジング１０６の近位端２３４から、パイロット入口供給チャンネル２０２を通って、第１の通路２３０まで延在する。一実施形態では、第２の通路２３２は第１の通路２３０と同じ平面内にある。一実施形態では、第１の通路２３０は第１のプラグ２４０により閉塞され、また第２の通路２３２は第２のプラグ２４２で閉塞される。これらのプラグは、一実施形態ではネジ込みプラグとすることができる。勿論、第１の通路２３０及び第２の通路２３２を閉塞する他の手段を、本発明の範囲内で利用することができる。

動作について説明すると、燃料が燃料入口チャンネル２０８を介して燃料リング２１０に供給される。燃料リング２１０から、燃料の少なくとも一部分が、矢印Ａで示されているように、燃料チャンネル２１２内を流れる。燃料の別の部分が、燃料リング２１０から、矢印Ｂ、Ｃ及びＤで示されている経路に沿って、第１の通路２３０、第２の通路２３２及びパイロット入口供給チャンネル２０２を通って、パイロット受入れリング２０４へ流れる。次いで、パイロット受入れリング２０４から、燃料はパイロット・チャンネル２０６の中を流れる。一実施形態では、パイロット入口供給チャンネル２０２は一端で閉塞することができる。一実施形態では、パイロット入口供給チャンネル２０２は閉止フランジ２４０により閉塞される。

図３は、第２の表面１１６に直角な平面に沿って取った図１の二次ノズル１００の切断側面図を示す。この図において、パイロット入口供給チャンネル２０２の中に流れ制御装置３０２が配置されている。流れ制御装置３０２はＣ形シールを備えたプレオリフィス(pre-orifice) であってよい。このようなプレオリフィスは、流れの変動を低減するために使用することができ、またパイロット受入れリング２０４を何らかの破片から保護するために帽子形スクリーンを含むことができる。動作に際して、流れ制御装置３０２は、主燃料入口チャンネル２１２とパイロット・チャンネル２０６２０４との間での流れの分割を変えるために、取り外して、より小さい又はより大きい内部通路を持つプレオリフィスと交換することができる。

ここで、本書で開示したノズル１００は燃焼器に利用できることが理解されよう。従って、本発明の一実施形態は、本書で開示したノズル１００を含むように組み合わせた燃焼器を含む。一実施形態では、供給ノズル１０４は、動作中である間、燃焼器の中に延在する部分を持つことができる。

以上、本発明を限られた数の実施形態のみに関連して詳しく説明したが、本発明がこのような開示した実施形態に制限されるものではないことを理解されたい。むしろ、本発明は、これまで説明していないが本発明の精神及び範囲に相応する任意の数の変形、変更、置換又は等価な構成を取り入れるように修正することができる。また、本発明の様々な実施形態を説明したが、本発明の様々な面が説明した実施形態の幾つかのみを含み得ることを理解されたい。従って、本発明は上記の説明によって制限されるものと考えるべきではなく、「特許請求の範囲」の項に記載の範囲によって制限される。

１００二次ノズル
１０２遠位端
１０４供給ノズル
１０６ハウジング
１０８燃料入口
１１０燃料ペグ
１１２パイロット供給孔
１１４第１の表面
１１６第２の表面
２００ハウジングによって取り囲まれた供給ノズルの部分
２０２パイロット入口供給チャンネル
２０４受入れリング
２０６パイロット・チャンネル
２０８燃料入口チャンネル
２１０燃料リング
２１２燃料チャンネル
２１４中心チャンネル
２２０リップ・シール
２３０第１の通路
２３２第２の通路
２３４近位端
２４０第１のプラグ
２４２第２のプラグ
３０２流れ制御装置

Claims

燃料チャンネル（２１２）及びパイロット・チャンネル（２０６）によって取り囲まれた中心チャンネル（２１４）を持つ供給ノズルと、
前記供給ノズルの少なくとも一部分を取り囲むハウジング（１０６）であって、第１の平面内に燃料入口チャンネル（２０８）を含むと共に、前記第１の平面とは異なる第２の平面内にパイロット入口供給チャンネル（２０２）を含み、前記燃料入口チャンネル（２０８）及び前記パイロット入口供給チャンネル（２０２）が当該ハウジング（１０６）内で互いに接続されている、ハウジング（１０６）と、
を有している燃焼器用の二次ノズル（１００）。
更に、前記パイロット入口供給チャンネル（２０２）内に配置された流れ制御装置（３０２）を有している請求項１記載の二次ノズル（１００）。
前記流れ制御装置（３０２）はプレオリフィスである、請求項２記載の二次ノズル（１００）。
更に、前記パイロット入口供給チャンネル（２０２）のパイロット供給孔（１１２）を閉塞するプラグを有している請求項１記載の二次ノズル（１００）。
前記ハウジング（１０６）は少なくとも第１の表面（１１４）及び第２の表面（１１６）を含み、前記第１の表面（１１４）は、前記燃料入口チャンネル（２０８）に結合された燃料入口（１０８）を含み、また前記第２の表面（１１６）は、前記パイロット入口供給チャンネル（２０２）に結合されたパイロット供給孔（１１２）を含んでいる、請求項１記載の二次ノズル（１００）。
前記入口供給チャンネル（２０２）の前記パイロット供給孔（１１２）を閉塞するフランジを有している請求項５記載の二次ノズル（１００）。
前記燃料入口チャンネル（２０８）は、前記ノズルの少なくとも一部分を取り囲む燃料リング（２１０）で終端している、請求項１記載の二次ノズル（１００）。
ノズルがハウジング（１０６）を含み、前記ハウジング（１０６）が、該ハウジング（１０６）によって部分的に取り囲まれた供給ノズル（１０４）に結合された燃料入口（１０８）を持ち、また前記前記ハウジング（１０６）が、前記燃料入口（１０８）に結合された燃料チャンネル（２１２）、及び前記燃料チャンネル（２１２）とは別のパイロット・チャンネル（２０６）を持っている場合に、該ノズルのパイロット位置へ燃料を供給する方法であって、
前記燃料入口（１０８）へ燃料を供給する段階と、
前記ハウジング（１０６）を通って、前記燃料の一部分を前記燃料入口（１０８）から前記パイロット・チャンネル（２０６）へ分流する段階と、
を有している方法。
前記方法は更に、前記燃料入口（１０８）から燃料リング（２１０）へ燃料を送給する段階を含んでおり、前記分流する段階が、前記燃料入口（１０８）から燃料の一部分を、前記ハウジング（１０６）内にあって前記パイロット・チャンネル（２０６）に結合されたパイロット入口供給チャンネル（２０２）へ分流する段階を含んでいる、請求項８記載の方法。