JP2012032144A

JP2012032144A - 燃料ノズル及びこれを含む組立体並びにガスタービン

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Publication number: JP2012032144A
Application number: JP2011166337A
Authority: JP
Inventors: Christian L Vandervort; クリスチャン・リー・ヴァンダーヴォート; Joel Meier Haynes; ジョエル・マイアー・へインズ
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2010-07-30
Filing date: 2011-07-29
Publication date: 2012-02-16
Anticipated expiration: 2031-07-29
Also published as: CN102345879A; US20120023952A1; DE102011052159A1; JP5925442B2; CH703230B1; CH703230A2; US9557050B2

Abstract

【課題】より低温のピーク燃料温度が得られるような燃料システム構成を有し及び／又は燃料をステージングする方法を利用する新しいガスタービンを提供すること。
【解決手段】組立体及びガスタービン用のノズルが提供される。ノズルは、不安定化された保炎特性を示し、すなわち、最大で約０．６５の等量比まで火炎を安定化することができない。結果として、火炎熱放出が遅延され、より低いピーク火炎温度及び対応する低ＮＯｘレベルをもたらす。高い等量比において火炎安定化能力が保持され、負荷範囲の他の領域における燃焼器の作動をサポートする。
【選択図】図４

Description

開示される実施形態は、全体的に、缶アニュラ型又はアニュラ燃焼システム、並びにこのような燃焼システムを作動させる方法の両方を含む、ガス及び液体燃料タービンに関する。

燃料及び空気の予混合の利用による缶アニュラ型燃焼システムを備えた産業用ガスタービンでのガス燃料燃焼のエミッション制御には、通常は乾式低ＮＯｘ技術が適用される。予混合の主な利点は、均一な燃焼速度を提供することであり、比較的一定の反応ゾーン温度をもたらす。空気管理を注意深くすることによって、窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び未燃炭化水素（ＵＨＣ）のエミッションが極めて低くなるようにこれらの温度を最適にすることができる。中央予混合燃料ノズルの調整は、タービンに入力される燃料を変化させながら、燃空比及び対応する外側ノズルの反応速度を比較的一定に維持できるようにすることによって作動範囲を拡大することができる。

放熱を均一にしてより高いタービン入口温度を達成する手段として、燃料ステージングが当業者にはよく知られている。軸方向多段システムは、燃焼器流路に沿った燃料噴射の複数平面を利用する。軸方向燃料ステージングを利用するには、高温の燃焼生成物に燃料を噴射するよう特別な設計考慮事項を必要とする。軸方向多段燃焼器の後段の高温及び圧力環境は、商業的応用に好適な堅牢な設計の開発を妨げてきた。

従って、より低温のピーク燃料温度が得られるような燃料システム構成を有し及び／又は燃料をステージングする方法を利用する新しいガスタービンを開発することが望ましいことになる。このようなガスタービンは、これに対応して低いＮＯｘ及びＣＯエミッションを有することが期待される。このような「エミッション適合」形態内での大きな範囲の作動性を示す新規のガスタービンの能力は、更なる利点を提供することになる。

ガスタービン燃料ノズルが提供される。燃料ノズルは、最大で約０．６５の等量比まで火炎を安定化することができないような物理的構成を有する。

別の態様において、単一段のガスタービン燃焼器の組立体が提供される。本組立体は、中心軸線の周りに配列された外側ノズルのアレイと、中心軸線上に位置づけられる中央ノズルとを備え、中央ノズルが、最大で約０．６５の等量比まで火炎を安定化することができないような物理的構成を有する。

別の態様において、複数の燃焼器を備えるガスタービンが提供される。各燃焼器は、燃焼器の長手方向軸線の周りに配列された複数の外側燃料ノズルと、実質的に長手方向軸線に沿って配置される中央ノズルと、単一の燃焼ゾーンとを有する。中央ノズルは、最大で約０．６５の等量比まで火炎を安定化することができない。

本発明のこれら及び他の特徴、態様、並びに利点は、図面全体を通じて同様の参照符号が同様の要素を示す添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むと更に理解できるであろう。

ガスタービン燃焼システムの燃焼器作動性又は火炎安定性を表す図。遅延希薄燃焼の利点を示す、燃料空気理論混合比（ｘ軸）と２１５％Ｏ₂のＮＯｘレベルとのグラフ。領域「１」が、従来の燃料ノズルが火炎を安定化することができない（従来の希薄ブローアウト）範囲、領域「２」が、改善された燃料ノズルが火炎を安定化することができない（拡張希薄ブローアウト）範囲、領域「３」が、全ての燃料ノズルが火炎を安定することができる領域である、予混合燃焼システムの火炎安定性の領域を示す図。１つの実施形態によるタービンの缶アニュラ型燃焼器の概略断面図。１つの実施形態による、端部カバー及び燃料ノズル組立体の概略正面図。幾つかの実施形態による、外側燃料ノズルの概略断面図。１つの実施形態による、中央燃料ノズルの概略断面図。１つの実施形態による、中央燃料ノズルの概略断面図。１つの実施形態による、中央燃料ノズルの概略断面図。１つの実施形態による、中央燃料ノズルの概略断面図。１つの実施形態による、中央燃料ノズルの概略断面図。１つの実施形態による、中央燃料ノズルの概略断面図。１つの実施形態による、中央燃料ノズルの概略断面図。従来の缶アニュラ型燃焼器の火炎形状を示す図。１つの実施形態による、缶アニュラ型燃焼器の火炎形状を示す図。１つの実施形態による、缶アニュラ型燃焼器の火炎形状を示す図。

上記の簡単な説明は、以下の詳細な説明をより深く理解することを目的とし、更に当該技術分野に対する本発明の寄与をより評価できるようにするために、本発明の種々の実施形態の特徴を記載している。勿論、以下で説明され、添付の請求項の主題をとなる本発明の他の特徴も存在する。

この点において、本発明の幾つかの実施形態を詳細に説明する前に、本発明の種々の実施形態は、以下の説明で記載され又は図面中に例示される構成の詳細及び構成部品の配列に適用することに限定されない点は理解される。本発明は、他の実施形態が可能であり、及び種々の方法で実行及び実施することができる。また、本明細書で利用された用語及び表現は、説明の目的のものであり、限定としてみなすべきではない。

本明細書における用語「第１の」、「第２の」などは、どのような順序、数量、又は重要度を意味するものではなく、むしろ、１つの要素を別の要素と区別するために用いている。本明細書において数詞のない表現は、数量の限定を意味するものではなく、むしろ参照する要素の少なくとも１つが存在することを意味する。数量に関して使用する「約」という修飾語は、記載の数値を包含しており、前後関係によって決まる意味を有する（例えば、特定の数量の測定値に付随するある程度の誤差を含む）。本明細書で使用する場合の「数詞のない表現」の用語は、その用語が意味するものの単数及び複数の両方を含むことを意図しており、従って当該用語が意味するものの１つ又はそれ以上を含む。

本明細書を通して「一実施形態」又は「実施形態」として言及することは、実施形態に関連して説明される具体的な特徴、構造、又は特性が本発明の少なくとも一つの実施形態に含まれることを意味する。従って、本明細書全体を通じて様々な箇所で表現「１つの実施形態では」又は「ある実施形態では」が出現するが、必ずしも同じ実施形態について言及している訳ではない。更に、具体的な特徴、構造、又は特性は、１つ又はそれ以上の実施形態においてあらゆる好適な様態で組み合わせてもよい。

本明細書で説明されるのは、燃料ステージングを利用してガス燃料で超低エミッションを達成する、燃料ノズル、及び該ノズルを含む組立体及びガスタービンである。ノズル、組立体、及び燃焼器は、下流燃料噴射を利用することなく火炎安定化が排除されるような物理的構成を組み込む。従って、所望の低エミッションが提供される。

図１は、従来のガスタービン燃焼システムの火炎安定性を示すグラフである。図示のように、火炎安定性は、燃料／空気比及び空気流の関数である。安定燃焼領域が存在し、その大きさは、潜在的に、燃料タイプを含む複数の変数による影響を受ける。本明細書で提供されるノズル、組立体、及び燃焼器は、安定燃焼領域が減少し火炎安定領域が増大するように物理的に構成される。

火炎安定化が排除される結果、未燃燃料は、隣接燃料ノズルの１次反応ゾーンを越えて下流側に伝播することができる。すなわち、本発明のノズルによりサポートされる火炎は、直ぐには燃焼せず、組立体及び／又は燃焼器の燃焼ゾーン内で燃焼するようになる。この結果は、下流燃料噴射の従来の要件なしで軸方向燃料ステージングにより提供されるものと同様である。

予混合火炎からのＮＯｘエミッションに関する軸方向ステージング又は遅延希薄噴射の利点が、図２に図式的に描かれている。従来のＮＯｘと燃料／空気との関係は実線で示され、一方、軸方向燃料ステージングを利用したノズル、組立体、及び燃焼器において生じるＮＯｘと燃料／空気との関係は、破線で示される（場合によっては、当業者により遅延希薄燃料噴射とも呼ばれる）。図示のように、所望のＮＯｘエミッションの範囲内で作動できる、作動燃料／空気比の増強領域が提供される。燃料の一部を遅延導入することにより全体の火炎ゾーンの拡大が可能になり、結果としてピーク温度の低下及びＮＯｘエミッションの低減が生じる。しかしながら、高温燃焼ガス経路に遅延又は下流燃料ノズルを配置する実用的手段を立証することは未だ可能ではない。本発明のノズル、組立体及び燃焼器において、この増強した作動領域は、遅延希薄噴射を避けることができると同時にその影響を確認できるように、ノズルの物理的構成によって提供される。本発明のノズルは、このような構成を必要とすることなく、遅延希薄噴射の利点を提供できるが、ノズルはまた、高い燃料／空気比、すなわち低出力モードの作動の０．６５よりも高い燃料／空気比を用いることもできる。

図３は、ＮＯｘエミッションと燃空比とのグラフを示す。グラフの右側領域は、予混合燃料ノズルにおける希薄ブローアウトの正常範囲を示す。中央領域は、本発明の中央燃料ノズルの実施形態を用いて達成できる拡大希薄ブローアウトの範囲を示す。左側領域は、不十分な燃料流量又は過度に低い燃空比に起因して、中央燃料ノズルにおいて火炎安定化が生じることができない区域を示している。

そのため、本明細書で提供されるのは、望ましくは産業用ガスタービン上でアニュラ又は缶アニュラ構成で配列された燃焼器組立体の一部とすることができるノズルである。本発明のノズル、組立体、及び燃焼器は、有利には、低・中程度の燃料／空気比、例えば、高出力モードで通常利用可能な０．６５未満の燃料／空気比で利用される。

図４は、缶アニュラ型燃焼器構成を含むタービンの燃焼器の１つによる概略断面図である。ガスタービン１０は、圧縮機１２（部分的に図示される）、複数の燃焼器１４（１つが図示されている）、及び単一ブレード１６によってここで表現されたタービンを含む。具体的には図示していないが、タービンは、共通軸に沿って圧縮機１２に駆動可能に接続される。圧縮機１２は吸入空気を加圧して、これが燃焼器１４への反転流となり、ここで燃焼器１４を冷却し且つ燃焼プロセスに空気を提供するのに使用される。

上述のように、ガスタービンは、該ガスタービンの外周部の周りに位置付けられた複数の燃焼器１４を含む。二重壁移行ダクト１８は、各燃焼器の外側端部をタービンの入口端部と接続し、高温燃焼生成物をタービンに供給する。点火は、通常の方式でクロスファイア管２２と連動してスパークプラグ２０を用いて種々の燃焼器１４において達成される。

各燃焼器１４は、開放前方端においてボルト２８を用いてタービンケーシング２６に固定される実質的に円筒型の燃焼器ケーシング２４を含む。燃焼器ケーシングの後方又は近位端は、端部カバー組立体３０により閉鎖され、該端部カバー組立体３０は、以下でより詳細に説明するように、ガス燃料、液体燃料、空気及び水を燃焼器１４に送給するための供給管、マニホルド、並びに関連バルブを含む。端部カバー組立体３０は、燃焼器１４の長手方向軸線の周りに円形アレイで配列された複数の（例えば、３つから６つの）「外側」燃料ノズル組立体３２（１つが図示されている）と、１つの中央ノズル３３とを受ける。

燃焼器ケーシング２４内には、実質的に同心状の関係で、その前方端にて二重壁移動ダクト１８の外側壁３６に接続される実質的に円筒形の流れスリーブ３４が装着される。流れスリーブ３４は、その後端において半径フランジ３５によって当接ジョイント３７で燃焼ケーシング２４に接続され、該当接ジョイント３７において燃焼器ケーシング２４の前方及び後方セクションが接合される。

流れスリーブ３４内には同心状に配列された燃焼器ライナ３８があり、該燃焼器ライナ３８は、その前端において移行ダクト１８の内側壁４０と接続される。燃焼器ライナ３８の後端は、燃焼ライナキャップ組立体４２により支持され、該組立体は、複数のストラット３９及び関連する取り付け組立体におり燃焼器ケーシング内で支持される。移行ダクト１８の外側壁３６、並びに燃焼器ケーシング２４がタービンケースにボルト締めされる場所の前方に延びる流れスリーブ３４の当該部分は、それぞれの外周面上のアパーチャ４４のアレイを備えて形成され、空気が圧縮機１２からアパーチャ４４を通って流れスリーブ３４とライナ３８との間の環状スペース内に入り、燃焼器の上流又は後端に向かって逆流できるようになる（図１の流れ矢印で示されるように）。

燃焼器ライナキャップ組立体４２は、複数の予混合管４６、「外側」燃料ノズル組立体３２の各々の１つ、及び中央ノズル３３を支持する。より具体的には、各予混合管４６は、前プレート４７及び後プレート４９それぞれにより前端及び後端において燃焼器ライナキャップ組立体４２内に支持され、各々が開口リミックス管４６と整列した開口を備える。前プレート４７（冷却アパーチャのアレイを備える衝突プレート）は、シールドプレート（図示せず）により燃焼器火炎の熱放射からシールドすることができる。

後プレート４９は、複数の後方に延びる浮遊カラー４８（各予混合管４６につき１つずつ、後プレート内の開口と実質的に整列して配列される）上に取り付けられ、その各々は、それぞれのノズル組立体の半径方向最外壁に取り囲む位置関係で空気スワーラ５０を支持する。本配置は、ライナ３８と流れスリーブ３４との間の環状スペースに流れる空気が、燃焼器の後端（端部カバー組立体３０とスリーブアパーチャ４４との間）において再度反転方向に強制され、スワーラ５０と予混合管４６を通って流れるようにするものである。燃焼器ライナキャップ組立体４２の構成の詳細事項、ライナキャップ組立体が燃焼ケーシング内で支持される方法、及び予混合管４６がライナキャップ組立体で支持される方法は、米国特許第５，２５９，１８４号の主題であり、当該特許は引用により全体が本明細書に組み込まれる。

図５は、図４に示す缶アニュラ型燃焼器の端部カバー構成の１つの実施形態の前端図及び燃料ノズル組立体を概略的に示す。上述のように、外側燃料組立体３２及び１つの中央燃料ノズル３３は、端部カバー３０に取り付けられる。端部カバー３０は、ガス及び液体燃料、水、並びに噴霧空気を以下で説明するようにノズルに供給する内部通路を含む。種々の流体の供給用配管及び管体は、端部カバー組立体の外側表面に接続される。

外側燃料組立体３２及び中央ノズル３３は、従来通りに、予混合ガス燃料、液体燃料、水噴射、噴霧空気、及び／又は拡散燃料を供給するよう構成することができる。幾つかの実施形態において、外側燃料ノズル組立体３２及び中央ノズル３３は、予混合ガス燃料を提供するよう構成される。

図６を参照すると、各外側燃料ノズル組立体３２は、近位端又は後方供給セクション７２を含み、該セクションは、液体燃料、水噴射、噴霧空気、及び予混合ガス燃料を受けるための入口と、上述の流体の各々を供給するのに好適な接続通路とを備える。上述のように、外側燃料組立体３２は各々、予混合ガス燃料を受けるよう構成され、更に、これを燃料ノズル組立体の前方又は遠位供給セクション７４におけるそれぞれの通路に供給するよう構成される。外側ノズル組立体は、中央燃料ノズル組立体３３の長手方向軸線に実質的に平行（同心軸線）であるように構成することができ、或いは、この軸線に対して外向きに傾斜し、火炎がライナの壁に向かって角度が付けられるようにすることができる。このような構成により、中央ノズルの燃料は、点火前に更に下流側に進むことが可能になる。上述の目的が達成される限りは特定の角度は重要ではないが、傾斜角度は、ライナの壁によって制限される場合がある。中央燃料ノズル３３の長手方向軸線に対して有用な傾斜角は、約１度から約７度の範囲であると見込まれる。

図示の実施形態において、外側燃料組立体３２の前方供給セクションは、一連の同心管から構成される。管体７６及び７８は、後方供給セクション７２において予混合ガス燃料入口８２から導管８４を介して予混合ガス燃料を受ける予混合ガス通路８０を定める。予混合ガス通路８０は、複数の半径方向燃料噴射装置８６と連通し、その各々は、複数の燃料噴射ポート又は孔８８を備え、予混合管４６内に位置付けられる予混合ゾーンにガス燃料を吐出する。噴射された予混合燃料は、圧縮機１２から逆流した空気と混合する。

第２の通路９０は、同心管体７８及び９２間に定められ、噴霧空気入口９２からオリフィス９６を介して燃焼器１４の燃焼ゾーン７０に噴霧空気を供給するのに使用される。第３の通路９８は、同心管体９２及び１００間に定められ、水入口１０２から燃焼ゾーン７０に水を供給し、当業者には理解されるような方法でＮＯｘ低減を行うのに使用される。

外側ノズル３２を形成する一連の同心管体の最も内側の管体１００自体が、液体燃料入口１０６を介して中央通路を形成する。液体燃料は、外側ノズル組立体３２の中央において吐出オリフィス１０８によりノズルから流出する。従って、全ての外側ノズル３２及び中央ガスノズル３３は、予混合ガス燃料を提供する。外側ノズル３２ではなく中央ノズル３３は受動的空気パージをもたらし、中央ノズル３３ではなく外側ノズル３２の各々が、液体燃料、エミッション低減用水、及び噴霧空気を供給するよう構成される。幾つかの４次ペグ（図示せず）が、前方燃焼ケーシングの周りに円周方向に位置付けられ、１つのペグ当たりに８つの孔を通じて燃料を分配する。

中央燃料ノズル３３は、火炎安定性が不十分であるように乱流及び流れ再循環を最小限にする物理的構成を備える。すなわち、中央ノズル３３は、約０．６５未満の等量比でこのような火炎不安定性をもたらすことができる。中央ノズル３３にこのような機能を提供する物理的構成の非限定的な実施例は、例えば、流線型ノズル先端、ノズル先端空気パージ、流線型スワーラ、二重スワーラ、二重反転スワーラ、複合スワーラ及びノズル、吸気流コンディショナ、バーナ管出口のベル型口、及び／又は拡大バーナ管壁など、１つ又はそれ以上の空気力学的特徴を含む。

例えば、幾つかの実施形態において、中央燃料ノズル３３は、流線型先端を単独で、或いは、ノズルの後方領域を冷却し且つ残りの再循環ゾーンをクエンチするノズル先端空気パージと組み合わせて設けることができる。結果として、この領域で火炎が付着することは困難であり、すなわち、中央燃料ノズル３３は、従来の中央燃料ノズルと比較して火炎安定性の低下を示す。そこで、中央燃料ノズル３３から分配された予混合燃料は、点火の前に下流側に移動又は対流することになる。この結果は、軸方向燃料ステージングの影響と同様であるが、有利には、下流側の燃料噴射を必要としない。

幾つかの実施形態において、中央燃料ノズル３３は、あらゆる構成で幾つかのスワーラを含むことができる。例えば、中央ノズル３３は、流線型スワーラ、二重スワーラ、二重反転スワーラ、ノズル又は燃料ペグと組み合わされたスワーラ、その他を備えることができる。このような何れかのスワーラは、分配される流体の回転又は反転流をもたらすことができ、中央燃料ノズル３３の先端で提供される火炎を不安定化するよう機能することができる。或いは、中央燃料ノズル３３は、「ベル型」出口を有するバーナ管体内に配置することができる。また、吸気流コンディショナを利用して、所望の火炎不安定性を達成することができ、或いは、異なる外側ノズル構成により提供してもよい。これらの何れも単独又はあらゆる組み合わせで用いることができる。中央燃料ノズル３３のこのような構成の複数の実施形態は、図７〜１３に示される。

中央燃料ノズル３３の１つの実施形態が図７に示される。図示のように、中央燃料ノズル組立体３３は、該中央燃料ノズル組立体３３を通って延び、受動的空気パージを受ける通路５６を備えた近位端又は後方供給セクション５２を含む。入口５４は、圧縮機吐出領域１１４から抽出ポート１１２を介して空気を受けるよう作動可能に配置され、その両方が図３に示される。中央通路５６は、中央燃料ノズル組立体３３の最前端６０にて定められるノズル先端空気パージオリフィス５８を介して燃焼器１４（図３）の燃焼ゾーン７０に空気を受動的に供給する。タービン１０の関連において、中央燃料ノズル組立体３３の遠位又は前方吐出端６０は、予混合管４６内でその遠位又は前方端に近接して位置付けられる。

入口６２はまた、予混合ガス燃料のノズルの後方供給セクション５２に定められる。予混合ガス通路６４は、複数の半径方向燃料噴射装置６６と連通し、その各々は、複数の燃料噴射ポート又は孔６８を備え、予混合管４６内に位置付けられる予混合ゾーンに予混合ガス燃料を吐出する。

図８及び９は、中央燃料ノズル３３の２つの追加の実施形態を示している。より具体的には、図８及び９に示す実施形態において、中央燃料ノズル３３は、流線型ノズル先端１１６並びにノズル先端空気パージポート１１４を備え、中央燃料ノズル３３の先端を冷却し、ここへの火炎の付着を阻止するようにする。図８及び９に示す実施形態はまた、火炎を不安定化するためにスワーラを利用し、図８の実施形態は単一の流線型アニュラスワーラ１１８を示し、図９の実施形態は、二重アニュラスワーラ１１８を利用している。

図１０は、中央燃料ノズル３３の別の実施形態を示しており、バーナ管１２０がベル口型出口１２２を備える。理論によって制限することを意図するものではないが、このような出口を有するバーナ管１２０を設けることで、火炎安定性を向上させ得る乱流及び流れ制限を低減することができると考えられる。図１１は、スワーラ１１８及び燃料噴射ペグ１２４が組み合わされて「スウォズル」１２６を形成する中央燃料ノズル３３の１つの実施形態を示す。従って、この実施形態は、有利には、より良好な空力的構成を提供し、乱流、渦発生、又は再循環が生じる可能性が低い。図１１はまた、バーナ管１２０上のベル口型出口１２２を示しており、上述と同様であるが、これは必須ではなく、中央燃料ノズル３３が０．６５未満の不安定な燃料／空気比を提供できる何らかの単一の構成は、単独で、或いは他の何れかのこうした構成の１つ又はそれ以上と組み合わせて利用することができる。

図１２は、中央燃料ノズル３３の別の実施形態を示しており、吸気流コンディショナ１２８が、スワーラ１１８及び燃料ペグ１２４の組み合わせ、すなわち「スウォズル」１２６に近接して設けられる。吸気流コンディショナ１２８は、整流器と類似していると考えられ、均一で一方向の吸気流をスワーラ又はスウォズルに提供する役割を果たすことができる。この利点は、乱流、渦発生、又は再循環があまり生じないことである。図１３は、バーナ管１２０がベル口１２２を備え、ベル口１２２が中央燃料ノズル３３の長手方向軸線に平行な平面から末広になっている、中央燃料ノズル３３の１つの実施形態を示す。

本発明の燃焼システムと比べた従来のノズル燃焼システムの火炎形状が、図１４Ａ〜１４Ｃに示される。より具体的には、従来の受動的遅延希薄燃焼システムが図１４Ａに示され、全ての燃料噴射装置に対して安定化された火炎を示している。対照的に、本発明の中央ノズルの実施形態を含む燃焼システムが図１４Ｂに示され、中央ノズルから更に下流側でのみ点火する、中央ノズル上の不安定化された火炎を示している。図１４Ｃは、外側燃料ノズルが外向きに傾斜した別の実施形態を示しており、点火の前に更に下流側で未燃燃料の対流をもたらす。

タービンは、幾つかのモードのガス燃料で動作する。第１のモードは、タービンを加速させるため、予混合ガス燃料を外側ノズル３２のうちの２つ及び中央ノズル３３に供給する。クロスファイアの点火及び完了から約９５％の速度まで、中央ノズル３３への予混合燃料の流れが遮断され、この割合の燃料が外側燃料ノズル３２のうちの２つに再配向される。約９５％速度及び超低負荷動作から、外側燃料ノズル３２への予混合燃料の流れが遮断され、予混合ガス燃料のこの割合の燃料が、中央ノズル３３に供給される。単位負荷が更に高くなると、予混合ガス燃料は、外側燃料ノズル３２のうちの２つ及び中央燃料ノズル３３に供給される。約２０％負荷では、外側燃料ノズル３２のうちの２つからの流れは外側燃料ノズル３２のうちの３つに分流し、中央燃料ノズル３３を通る流れは維持される。約３０％負荷では、中央燃料ノズル３３を通る予混合ガス燃料の流れが遮断され、この割合の予混合ガス燃料は、外側燃料ノズル３２のうちの２つを通って分流され、全ての外側燃料ノズル３２が予混合ガス燃料に供給されるようになる。短い時間期間において、燃料は、外側予混合及び４次ノズルに排他的に供給される。約３０％負荷では、中央ノズル３３は再度オンにされ、予混合ガス燃料通路６４を通って予混合ガス燃料を供給する。このモードは、定格負荷の最大１００％まで予混合ガスノズルへの制御された燃料パーセンテージで適用される。モード１、３、及び４で作動するために、中央燃料ノズルは一般に、０．６５よりも大きな等量比で火炎を安定化できなければならない。

開示事項のベースとなる概念は、本発明の幾つかの目的を実行する他の構造、方法、及び／又はシステムを設計するための根拠として容易に利用することができることは、当業者であれば理解されるであろう。従って、本発明の請求項は、本発明の技術的思想及び範囲から逸脱しない範囲においてこのような均等な構成を含むものとみなすことが重要である。

本明細書に記載される主題の開示された実施形態は、幾つかの例示的な実施形態と関連して特異性及び詳細事項に関して図面において示され、且つ上記で十分に説明されたが、新規の教示事項、本明細書で記載された原理及び概念、並びに添付の請求項に記載の主題の利点から実質的に逸脱することなく、多くの修正、変更、及び省略が可能であることは理解されるであろう、及び省略が可能である。従って、開示された発明の適正な範囲は、全てのこのような修正、変更、及び省略が含まれるように、添付の請求項を最も広く解釈することによってのみ決定すべきである。加えて、あらゆるプロセス又は方法ステップの順序又は配列は、代替の実施形態に応じて変更され、又は再配列することができる。

１０ガスタービン
１２圧縮機
１４燃焼器
１６ブレード
１８移行ダクト
２０スパークプラグ
２２クロスファイア管
２４燃焼器ケーシング
２６タービンケーシング
２８ボルト
３０端部カバー組立体
３２外側燃料ノズル組立体
３３中央ノズル
３４流れスリーブ
３５フランジジョイント
３６外側壁
３７当接ジョイント
３８燃焼器ライナ
３９ストラット
４０内側壁
４２燃焼器ライナキャップ組立体
４４アパーチャ
４６予混合管
４７前プレート
４８浮遊カラー
４９後プレート
５０スワーラ
５２後方供給セクション
５４受動的空気パージ入口
５６通路
６０最前方端
６２入口
６４予混合ガス通路
６８燃料噴射ポート
７０燃焼ゾーン
７２後方供給セクション
７４遠位供給セクション
７６管体
７８管体
８０予混合ガス通路
８２予混合ガス燃料入口
８４導管
８６半径方向燃料噴射装置
８８燃料噴射ポート
９０通路
９２管体
９４噴霧空気入口
９６オリフィス
９８通路
１００管体
１０２水入口
１０６液体燃料入口
１０８吐出オリフィス
１１２抽出ポート
１１４圧縮機吐出領域
１１６ノズル先端
１１８スワーラ
１２０バーナ管体
１２２ベル口型出口
１２４燃料噴射ペグ
１２６スウォズル
１２８吸気流コンディショナ

Claims

最大で約０．６５の等量比まで火炎を安定化することができないような物理的構成を有するガスタービン燃料ノズル（３３）。
前記ノズルが、空気力学的特徴部の導入によって火炎安定性の低減を示す、請求項１に記載の燃料ノズル。
前記空気力学的特徴部が、流線型ノズル先端、ノズル先端空気パージ、流線型スワーラ、二重スワーラ、二重反転スワーラ、複合スワーラ及びノズル、吸気流コンディショナ、バーナ管出口のベル型口、及び／又は拡大バーナ管壁のうちの少なくとも１つを含む、請求項２に記載の燃料ノズル。
中心軸線の周りに配列された外側ノズル（３２）のアレイと、前記中心軸線上に位置づけられる中央ノズル（３３）とを備えた単一のガスタービン燃焼器の組立体であって、前記中央ノズル（３３）は、最大で約０．６５の等量比まで安定化された保炎特性を示すような物理的構成を有する、組立体。
前記中央燃料ノズルが、空気力学的特徴部を導入することによって火炎安定性を低減するよう特に設計される、請求項４に記載の組立体。
前記空気力学的特徴部が、流線型ノズル先端、ノズル先端空気パージ、流線型スワーラ、二重スワーラ、二重反転スワーラ、複合スワーラ及びノズル、吸気流コンディショナ、バーナ管出口のベル型口、及び／又は拡大バーナ管壁のうちの少なくとも１つを含む、請求項５に記載の組立体。
各々が、長手方向軸線の周りに配列された複数の外側燃料ノズルと、実質的に前記長手方向軸線に沿って配置される中央ノズルと、単一の燃焼ゾーンとを有する複数の燃焼器とを備えたガスタービンであって、前記中央ノズルが、最大で約０．６５の等量比まで火炎を安定化することができないような物理的構成を有する、ガスタービン。
前記中央ノズルが、空気力学的特徴部を導入することによって火炎安定性を低減するよう特に設計される、請求項７に記載のガスタービン。
前記空気力学的特徴部が、流線型ノズル先端、ノズル先端空気パージ、流線型スワーラ、二重スワーラ、二重反転スワーラ、複合スワーラ及びノズル、吸気流コンディショナ、バーナ管出口のベル型口、及び／又は拡大バーナ管壁のうちの少なくとも１つを含む、請求項８に記載のガスタービン。