JP2013156005A - ガスタービンエンジンのための燃料ノズルおよびその動作方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の燃料供給に関して、関連する燃料システムの設置コストおよび運転コストを増大させずに、燃料を切り替えることに対応するシステムを提供する。
【解決手段】タービンエンジンと共に使用するための燃料ノズル組立体が、少なくとも１つの燃料供給源に連結される少なくとも１つの燃料導管を含む。この燃料ノズル組立体はまた、多孔性部分２３４／２３６を有する少なくとも１つの壁２３０を含む少なくとも１つのスワラ２２４を含む。この少なくとも１つの壁２３０は少なくとも１つの燃料導管に連結される。多孔性部分２３４／２３６は、燃料流れがそこを通るのを促進するような多孔性を有する材料から形成される、少なくとも１つの壁の多孔性部分２３４／２３６を通る少なくとも１つの燃料流れ経路が画定される。多孔性部分２３４／２３６の多孔性値は、多孔性材料の拡散性の性質により、異なる燃料に対して燃料の流量を変化させることを促進する。
【選択図】図３

Description

本発明の分野は概して回転機械に関し、より詳細にはタービンエンジン燃料ノズル組立体に関する。

少なくとも一部の既知のタービンエンジンは、燃焼器内で燃料と空気との混合物を点火して燃焼ガスを発生させ、この燃焼ガスは高温ガス経路を介してタービンに向かうように運ばれる。既知の燃焼器組立体は、燃料を燃焼器の燃焼領域まで運ぶ燃料ノズルを含む。タービンは燃焼ガスストリームの熱エネルギーを、タービンシャフトを回転させるのに使用される機械的エネルギーに変換する。タービンの出力は、例えば発電機、圧縮機またはポンプなどの、機械に動力供給するのに使用され得る。

このような既知の燃料ノズルは、既存の噴射開口部と燃料ノズル内に画定される噴射口とを通る所定の流量を発生させるように、特定の燃料ブレンドを噴射して分配するように構成される。このような既知の燃料ノズルは固定されて構成されることから、例えば、燃料の熱含量が多様であること、燃料の粘度が多様であること、および、体積流量が多様であることなどの、動的条件に反応するような特徴を含まない。所有者／操作者が燃料を切り替えることを望む場合、所有者／操作者は、タービンエンジンの運転を停止し、ノズルを、長時間の燃料切り替えに対応できる代替のノズルに取り替える。一部のガスタービン燃料システムでは、例えば調節可能な燃料流量スロットルバルブなどの、燃料流量調節デバイスが燃料ノズルの上流側に配置される。一部の他のガスタービン燃料システムでは、複数の燃料供給回路が設置される。これらの解決策は共にフライホイール上で燃料を切り替えることに対応するのを促進するためものである。しかし、これらの２つの解決策は、関連する燃料システムの設置コストおよび運転コストも増大させる。

米国特許出願公開第２００８／０２７６６１８号明細書

一態様では、タービンエンジンと共に使用するための燃料ノズル組立体が提供される。この燃料ノズル組立体は、少なくとも１つの燃料供給源に連結される少なくとも１つの燃料導管を含む。この燃料ノズル組立体はまた、多孔性部分を有する少なくとも１つの壁を含む少なくとも１つのスワラを含む。この少なくとも１つの壁は少なくとも１つの燃料導管に連結される。多孔性部分は、燃料流れがそこを通ることを促進するような多孔性を有する材料から形成される。それにより、この少なくとも１つの壁の多孔性部分を通る少なくとも１つの燃料流れ経路が画定される。

別の態様では、タービンエンジンを動作させる方法が提供される。このタービンエンジンは、少なくとも１つの多孔性部分を有する少なくとも１つのスワラを含む少なくとも１つの燃料ノズルに連結される少なくとも１つの燃料導管を含む。この多孔性部分は少なくとも１つの燃料導管の開口部の少なくとも一部分を覆う。この多孔性部分は、燃料流れがそこを通ることを促進するような多孔性を有する材料から形成される。この方法は、少なくとも１つの燃料供給源から少なくとも１つの燃料導管まで燃料を運ぶことを含む。この方法はまた、少なくとも１つの多孔性部分を介して燃焼器まで燃料を運ぶことを含む。

別の態様では、ガスタービンエンジンが提供される。このガスタービンエンジンは、少なくとも１つの燃焼器と、少なくとも１つの燃焼器に連結される少なくとも１つの燃料ノズル組立体とを含む。この少なくとも１つの燃料ノズル組立体は、少なくとも１つの燃料供給源に連結される少なくとも１つの燃料導管を含む。この少なくとも１つの燃料ノズル組立体はまた、多孔性部分を有する少なくとも１つの壁を含む少なくとも１つのスワラを含む。この多孔性部分は、燃料流れがそこを通ることを促進するような多孔性を有する材料から形成される。この少なくとも１つの燃料導管に少なくとも１つの壁が連結され、それにより、この少なくとも１つの壁の多孔性部分を介して少なくとも１つの燃料流れ経路が画定される。

図面を通して同様の参照符号が同様の部品を示している添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むことにより、本発明のこれらのおよび他の特徴、態様および利点がより良く理解される。

例示のガスタービンエンジンを示す概略図である。 図１に示されるガスタービンエンジンと共に使用され得る燃料ノズル組立体を示す断面図である。 図２に示される燃料ノズル組立体と共に使用され得るスワラベーンを示す、線３−３に沿った拡大断面図である。 図２に示される燃料ノズル組立体と共に使用され得る例示の多孔性材料の一部分と共に、図３に示されるスワラベーンを示す拡大平面図である。 図１に示されるガスタービンエンジンを動作させる例示の方法を示すフローチャートである。

特に明記しない限り、本明細書で提示される図面は本発明の発明性のある重要な特徴を説明することを意味する。これらの発明性のある重要な特徴は、本発明の１つまたは複数の実施形態を含む多様なシステムで適用可能であると考えられる。したがって、これらの図面は、本発明を実施するのに必要である、当業者に知られている従来のすべての特徴を含むことを意味しない。

本明細書の以下の部分および特許請求の範囲では、以下の意味を有するように定義される多数の用語を参照する。

単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈により明確に示されない限り、複数形も含む。

「適宜（ＯｐｔｉｏｎａｌまたはＯｐｔｉｏｎａｌｌｙ）」は、その後に記載される事象または状況が起こっても起こらなくてもよいこと、および、その事象が起こる例とその事象が起こらない例とがその説明に含まれることを意味する。

本明細書および特許請求の範囲を通して使用される概略的な表現は、関連する基本的な機能を変更することなく許容される程度で変化し得る任意の量的表現を修飾するのに適用され得る。したがって、「約」および「実質的に」などの１つまたは複数の語により修飾される値は明記される正確な値のみに限定されない。少なくとも一部の例では、概略的な表現は値を測定するための機器の精度に対応していてよい。ここでは、本明細書および特許請求の範囲を通して、範囲限界（ｒａｎｇｅ ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ）は組み合わされたりおよび／または取り替えられたりされ得、また、文脈または表現により明記されない限り、これらの範囲は特定され、その範囲に包含されるすべての部分範囲を含む。

図１は、回転機械１００、すなわち、ターボ機械、より具体的にはガスタービンエンジンの概略図である。この例示の実施形態では、ガスタービンエンジン１００は、空気取入区間１０２と、空気取入区間１０２の下流側に連結されて流体連通される圧縮機区間１０４とを含む。燃焼器区間１０６が圧縮機区間１０４の下流側に連結されて流体連通され、タービン区間１０８が燃焼器区間１０６の下流側に連結されて流体連通される。タービンエンジン１００はタービン１０８の下流側に排気区間１１０を含む。さらに、この例示の実施形態では、タービン区間１０８はロータ組立体１１２を介して圧縮機区間１０４に連結され、ロータ組立体１１２には、限定しないが、圧縮機ロータまたは駆動シャフト１１４およびタービンロータまたは駆動シャフト１１５が含まれる。

この例示の実施形態では、燃焼器区間１０６は複数の燃焼器組立体すなわち燃焼器１１６を含み、これらは各々が圧縮機区間１０４に流体連通されるように連結される。燃焼器区間１０６はまた、少なくとも１つの燃料ノズル組立体１１８を含む。各燃焼器１１６は少なくとも１つの燃料ノズル組立体１１８に流体連通される。さらに、この例示の実施形態では、タービン区間１０８および圧縮機区間１０４は駆動シャフト１１４を介して負荷１２０に回転可能に連結される。例えば、負荷１２０には、限定しないが、発電機、および／または、例えばポンプなどの機械的駆動手段が含まれてよい。別法として、ガスタービンエンジン１００は航空機エンジンであってもよい。この例示の実施形態では、圧縮機区間１０４は少なくとも１つの圧縮機ブレード組立体１２２を含む。また、この例示の実施形態では、タービン区間１０８も少なくとも１つのタービンブレードすなわちバケット１２４を含む。各圧縮機ブレード組立体１２２および各タービンバケット１２４は、ロータ組立体１１２、すなわちより具体的には、圧縮機駆動シャフト１１４およびタービン駆動シャフト１１５に連結される。

運転中、空気取入区間１０２が圧縮機区間１０４に向けて空気１５０を運ぶ。圧縮機区間１０４が入口空気１５０を圧縮して高圧および高温にし、圧縮空気１５２が燃焼器区間１０６に向けて排出される。圧縮空気１５２は燃料ノズル組立体１１８まで運ばれ、燃料（図示せず）と混合され、各燃焼器１１６内で燃焼され、それにより燃焼ガス１５４が発生し、この燃焼ガス１５４は下流側のタービン区間１０８に向かうように運ばれることになる。燃焼器１１６内に発生する燃焼ガス１５４は下流側のタービン区間１０８に向かうように運ばれる。タービンバケット１２４に衝突することにより、熱エネルギーが、ロータ組立体１１２を駆動するのに使用される機械的回転エネルギーに変換される。タービン区間１０８が駆動シャフト１１４および１１５を介して圧縮機区間１０４および／または負荷１２０を駆動させ、排ガス１５６が排気区間１１０を通して外界雰囲気まで排出される。

図２は、ガスタービンエンジン１００（図１に示される）と共に使用され得る燃料ノズル組立体１１８の断面図である。燃料ノズル組立体１１８は、燃料ノズル組立体１１８を通って延びる軸方向の中心線２０２を画定する。この例示の実施形態では、燃料ノズル組立体１１８はセンターボディ２０４を含む。空気カートリッジ２０６が径方向において軸方向の中心線２０２の周りに配置され、また、この空気カートリッジ２０６は軸方向において冷却／パージ空気接続部２０８からセンターボディ２０４の先端部まで延在する。空気カートリッジ２０６は拡散燃料ポート（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｆｕｅｌ ｐｏｒｔ）２１０および拡散燃料導管（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｆｕｅｌ ｃｏｎｄｕｉｔ）２１２を少なくとも部分的に画定する。燃料ノズル組立体１１８はまた、少なくとも１つの主予備混合燃料ポート２１４および少なくとも１つの主予備混合燃料導管２１６を画定する。燃料ノズル組立体１１８はまた、少なくとも１つの主空気ポート２１８および少なくとも１つの主空気導管２２０を画定する。拡散燃料導管２１２は空気カートリッジ２０６の周りを環状に延在し、空気カートリッジ２０６の径方向外側にある。主予備混合燃料導管２１６は組立体１１８内に配置され、ここでは、主予備混合燃料導管２１６は拡散燃料導管２１２の周りを環状に延在し、拡散燃料導管２１２の径方向外側にある。主空気導管２２０は組立体１１８内に配置され、ここでは、主空気導管２２０は主予備混合燃料導管２１６の周りを環状に延在し、主予備混合燃料導管２１６の径方向外側にある。

また、この例示の実施形態では、燃料ノズル組立体１１８はスワラ２２２を含む。スワラ２２２は主空気導管２２０内に配置される複数のベーン２２４を含む。スワラベーン２２４は主予備混合燃料導管２１６に流体連通されるように連結される。

さらに、この例示の実施形態では、拡散燃料ポート２１０、拡散燃料導管２１２、主予備混合燃料ポート２１４および主予備混合燃料導管２１６は複数の気体燃料供給源（図示せず）に流体連通されるように連結され、したがって、１つまたは複数の気体燃料を燃料ノズル組立体に選択的に運ぶことが可能である。この例示の実施形態では、燃料は炭素ガスであり、限定しないが、天然ガスおよび合成ガスなどである。別法として、燃料ノズル組立体１１８に供給される燃料は、本明細書で説明される燃料ノズル組立体１１８およびガスタービンエンジン１００を運転することを可能にする任意の気体燃料であってもよい。

さらに、この例示の実施形態では、燃料ノズル組立体１１８は、冷却／パージ空気接続部２０８を介して冷却／パージ空気供給源（図示せず）に流体連通されるように連結される。冷却／パージ空気供給源は、圧縮機区間１０４（図１に示される）から運ばれる、ならびに／あるいは、限定しないが噴霧用空気タンクおよび／または補助産業用空気システムなどの独立した供給源から運ばれる加圧空気１５２の一部を含むことができる。燃料ノズル組立体１１８はまた、圧縮機区間１０４に流体連通され、加圧空気１５２の大部分を受け取る。

図３は、線３−３（図２に示される）に沿った、燃料ノズル組立体１１８（図２に示される）と共に使用され得るスワラベーン２２４の拡大断面図である。この例示の実施形態では、スワラベーン２２４は、ベーン空洞２３２を画定するように互いに連結される複数のベーン壁２３０を含み、ベーン空洞２３２は主予備混合燃料導管２１６（図２に示される）に流体連通されるように連結され、主予備混合燃料導管２１６から径方向に延在する。

また、この例示の実施形態では、ベーン壁２３０の少なくとも一部分、すなわち、ベーン壁２３０の部分２３４および２３６のうちの少なくとも一方は多孔性材料から形成される。この例示の実施形態では、部分２３４および２３６は共に多孔性である。具体的には、ベーン壁２３０の部分２３４および２３６は、燃料流れがそこを通るのを促進するような、すなわち、主空気導管２２０へ燃料が噴出されるのを促進するような所定の多孔性を有する材料から形成される。別法としては部分２３４および２３６の一方のみが多孔性である。また、別法として、ベーン壁２３０の他の所定の部分が多孔性材料から形成され、これには多孔性部分２３４および２３６が含まれても含まれなくてもよい。

さらに、この例示の実施形態では、多孔性部分２３４および２３６の各々が、径方向および軸方向において実質的に一定である所定の多孔性値を有する。別法として、多孔性部分２３４および２３６の各々は、径方向および軸方向において異なる所定の多孔性値、さらには互いに異なる所定の多孔性値を有してもよい。

さらに、この例示の実施形態では、多孔性部分２３４および２３６は、軸方向の中心線２０２（参照用に図３に示される）に平行な向きにおいて互いに直接に面する。多孔性部分２３４および２３６は主予備混合燃料導管２１６からスワラ２２２のケーシング部分２３８まで径方向外向きに延在する（すべて図２に示される）。

図４は、燃料ノズル組立体１１８のスワラベーン２２４（図２に示される）と共に使用され得る例示の多孔性材料３００の一部分と併せた、スワラベーン２２４（図３に示される）の拡大平面図である。多孔性材料３００は、限定しないが例えば酸化アルミニウム（ＡＬ₂Ｏ₃）および炭化ケイ素（ＳｉＣ）などの、多孔性の焼結セラミック、または、限定しないが例えば、マルテンサイト系ステンレス鋼、チタニウム、ニッケル、Ｍｏｎｅｌ（登録商標）、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ（登録商標）およびＩｎｃｏｎｅｌ（登録商標）などの、焼結金属、のうちの少なくとも１つである。

多孔性材料３００は、所定の多孔性を画定するように、または、材料３００内の空隙空間の測定値すなわち全体積に対する空隙体積の０から１の間の比すなわち０％から１００％の間の割合としての空隙率を画定するように形成される。この例示の実施形態では、空隙率は約２０％から約７０％の範囲内である。別法として、空隙率は、本明細書で説明される燃料ノズル組立体１１８およびガスタービンエンジン１００（図１に示される）を運転するのを可能にする任意の値である。また、この例示の実施形態では、多孔性材料３００内の平均の孔径は約２５０ミクロンから約１０００ミクロンの範囲である。したがって、多孔性材料３００の透過率は、所定の燃料に対して所定の圧力における所定の流量を定めるために、多孔性部分２３４および２３６（共に図３に示される）の各々に対して予め定められる。さらに、多孔性に関して上で考察したように、多孔性部分２３４および２３６の各々は、径方向および軸方向において実質的に一定の所定の透過率値を有する。別法として、多孔性部分２３４および２３６の各々は、径方向および軸方向において異なる所定の透過率値、さらには互いに異なる所定の透過率値を有してもよい。

図２を参照すると、運転中、気体燃料２４０が軸方向において少なくとも１つの外部のガス燃料供給源から主予備混合燃料ポート２１４を介して主予備混合燃料導管２１６内まで運ばれる。燃料２４０は軸方向において主予備混合燃料導管２１６を介してスワラ２２２まで運ばれ、さらに、燃料２４０はスワラ２２２を介して径方向外側に運ばれて主空気導管２２０内に噴射される。空気１５２が主空気ポート２１８を介して主空気導管２２０内に運ばれ、空気ストリーム２４２が形成される。空気ストリーム２４２はスワラ２２２に向かうように運ばれ、空気ストリーム２４２と燃料２４０とが混合されて燃料／空気ストリーム２４４が形成され、この燃料／空気ストリーム２４４が燃焼器１１６まで運ばれる。

図３を参照すると、運転中、気体燃料２４０（図３では小さい正方形で示される）が主燃料導管２１６からスワラ２２２のケーシング部分２３８に向かうように径方向外向きに運ばれ（すべて図２に示される）、ここではベーン空洞２３２を介する。燃料２４０は対向する多孔性部分２３４および２３６から噴出されて主空気導管２２０内に入り、所定の燃料に対して所定の燃料ストリーム２４６および２４８を形成する。燃料ストリーム２４６および２４８ならびに空気ストリーム２４２は混合されて燃料／空気ストリーム２４４を形成し、燃料／空気ストリーム２４４が燃焼器１１６（図２に示される）まで運ばれる。

この例示の実施形態では、対向する多孔性部分２３４および２３６の所定の多孔性値により、主空気導管２２０内に噴射される異なるＢＴＵ値を有する燃料において集中した噴射が形成されるのを軽減することが促進される。さらに、燃焼器１１６（図１および２に示される）内に燃料を運ぶ前の、燃料ノズル組立体１１８（図１および２に示される）の直交流中噴流による混合（ｊｅｔ−ｉｎ−ｃｒｏｓｓｆｌｏｗ ｍｉｘｉｎｇ）に対する依存度が低下する。異なる燃料ブレンドではガスタービンエンジン１００（図１に示される）での必要となる流量が異なることから、多孔性部分２３４および２３６の多孔性値は、多孔性材料３００の拡散性の性質により、異なる燃料に対して燃料の流量を変化させることを促進する。したがって、燃料ノズル組立体１１８ならびに多孔性部分２３４および２３６は、多様な燃料を効果的に燃焼することを促進し、ここでは、燃料ノズル組立体１１８および上流側の燃料導管（図示せず）を修正するためにメンテナンスのために運転を停止する必要がない。

少なくとも一部の燃料においては、ガスタービンエンジン１００内への燃焼噴射の特性がより安定し、それにより、圧力差が多様であること、粘度が多様であること、および、燃料流れ経路内で圧力が低下することによる影響が軽減される。また、多孔性材料３００の固有の流量制限フィーチャにより、所定の許容差内で予め定められた通りに燃料が主空気導管２２０内に分配されることが促進され、これには、限定しないが、実質的に均等に分配することが含まれる。ガスタービンエンジン１００の上流側の外部にある燃料制御デバイスを使用して流量を制御することにより、各燃料に対して燃料の背圧を所定の範囲内に維持することが促進される。さらに、燃料の流量が制御されることに加えて、複数の燃料ノズル１１８（図１に示される）の間で燃料流れが不均衡になること、規定を超えるような特性で燃料が燃焼されること、および、スワラベーン２２４のところでの分配プロファイルが許容範囲を外れることなど、の望ましくない状態による影響が軽減される。

図５は、ガスタービンエンジン１００（図１に示される）を動作させる例示の方法５００のフローチャートである。少なくとも１つの燃料供給源からの燃料２４０（図２に示される）が、少なくとも１つの燃料導管すなわち主予備混合燃料導管（図２に示される）まで運ばれる（５０２）。燃料２４０は少なくとも１つの燃料ノズル２１６（図２に示される）のスワラ２２２（図２に示される）の多孔性部分２３４および２３６（共に図２に示される）を介して燃焼器１１６（図２に示される）内に運ばれる（５０４）。多孔性部分２３４および２３６は、燃料流れ２４０がそこを通ることを促進するような所定の多孔性を有する材料３００（図４に示される）から形成される。

方法５００はまた、第１の燃料から第２の燃料へ移行することを含む（５０６）。第１の燃料が第１の燃料供給源から送られ（５０８）、ここでは、第１の燃料は第１の組み合わせの特性を有する。第２の燃料が第２の燃料供給源から送られ（５１０）、ここでは、第２の燃料は第２の組み合わせの特性を有する。第１の燃料供給源からの燃料流れを減少させる（５１２）。第２の燃料供給源からの燃料流れを増加させる（５１４）。第１の組み合わせの燃料特性と、第２の組み合わせの燃料特性と、多孔性部分２３４および２３６の多孔性との関数としての燃料噴射量を少なくとも部分的に変更することにより（５１８）、ガスタービンエンジン１００のパワー出力が実質的に一定に維持される（５１６）。

スワラベーン２２４の多孔性部分２３４および２３６を介して燃焼器１１６内に運ばれる第１および第２の燃料の割合は０％から１００％の間に及ぶ範囲内で変化する。また、燃焼器１１６内で燃焼される燃料ブレンドは２つの異なる燃料のみに限定されない。

上述の燃料ノズル組立体は、ガスタービンエンジンの運転の信頼性を向上させてディスラプションを軽減するためのコスト効率の高い方法を可能にする。具体的には、本明細書で説明されるデバイス、システムおよび方法は、燃料を切り替えてフライホイール上の燃料ブレンドの成分を調整することを促進するような所定の多孔性値を有する、燃料ノズル組立体のスワラベーン壁を提供する。本明細書で説明されるデバイス、システムおよび方法は、使用する燃料が異なるＢＴＵ値を有する場合に、燃料噴射が変動することを軽減しさらに離散的に噴射が集中する問題を軽減する。さらに、本明細書で説明されるデバイス、システムおよび方法は、燃料を関連する燃焼器内に運ぶ前の、燃料ノズル組立体の直交流中噴流による混合に対する依存度を低下させる。さらに、本明細書で説明されるデバイス、システムおよび方法は、スワラベーン壁が所定の多孔性値を有することおよび多孔性材料の拡散性の性質を有することにより、異なる燃料ブレンドでは異なる流量が必要となることに関係なく、異なる燃料に対して燃料の流量を変化させることを促進する。

さらに、本明細書で説明されるデバイス、システムおよび方法は多様な燃料を効果的に燃焼することを促進し、ここでは、燃料ノズル組立体および上流側の燃料導管を修正するためにメンテナンスのために運転を停止する必要がない。本明細書で説明されるデバイス、システムおよび方法は、少なくとも一部の燃料に対して、ガスタービンエンジン内への燃料噴射の特性が多様であることの影響を制御すること促進し、すなわち、圧力差が多様であること、粘度が多様であること、および、燃料流れ経路内で圧力が低下することによる影響を軽減するために、燃料噴射の特性をより安定させることを促進する。また、本明細書で説明されるデバイス、システムおよび方法は、予め定められた通りに燃料が分配されるようにするために、多孔性材料の固有の流量制限フィーチャを使用することを促進する。さらに、本明細書で説明されるデバイス、システムおよび方法は、各燃料に対して燃料の背圧を所定の範囲内に維持することを促進するために、ガスタービンエンジンの上流側の外部にある燃料制御デバイスを使用することにより燃料の流量を制御することを促進する。さらに、燃料の流量が制御されることに加えて、燃料の流れが不均衡になること、規定を超えるような特性で燃料が燃焼されること、および、分配プロファイルが許容範囲を外れることなど、の望ましくない状態による影響が軽減される。

本明細書で説明される方法、システムおよび装置の例示の技術的効果は以下のうちの少なくとも１つを含む。（ａ）フライホイール上の燃料を切り替えて燃料ブレンドの成分を調整しながら、ガスタービンエンジンの運転の信頼性を向上させてディスラプションを軽減すること、（ｂ）使用する燃料が異なるＢＴＵ値を有する場合に、燃料噴射が変動するのを軽減させることを促進しさらに離散的に噴射が集中する問題を軽減することを促進するような所定の多孔性値を有する、燃料ノズル組立体のスワラベーン壁を提供すること、（ｃ）燃料を関連する燃焼器内に運ぶ前の、燃料ノズル組立体の直交流中噴流による混合に対する依存度を低下させることを促進するような所定の多孔性値を有する、燃料ノズル組立体のスワラベーン壁を提供すること、（ｄ）異なる流量を必要とするような異なる燃料においてガスタービンエンジンを運転することを促進するような所定の多孔性値を有する、燃料ノズル組立体のスワラベーン壁を提供すること、（ｅ）燃料ノズル組立体および上流側の導管を修正するためにメンテナンスのために運転を停止することなく、多様な燃料および燃料ブレンドを効果的に燃焼することを促進するような所定の多孔性値を有する、燃料ノズル組立体のスワラベーン壁を提供すること、（ｆ）ガスタービンエンジン内への燃料噴射の特性が多様であることの影響を制御することを促進するような、すなわち、圧力差が多様であること、粘度が多様であること、および、燃料流れ経路内で圧力が低下することによる影響を軽減するために、燃料噴射の特性をより安定させることを促進するような、所定の多孔性値を有する、燃料ノズル組立体のスワラベーン壁を提供すること、（ｇ）各燃料に対して燃料の背圧を所定の範囲内に維持するためにガスタービンエンジンの上流側の外部にある燃料制御デバイスを使用することにより、燃料の流量を制御するために多孔性材料の固有の流量制限フィーチャを使用することを促進するような所定の多孔性値を有する、燃料ノズル組立体のスワラベーン壁を提供すること、ならびに、（ｈ）燃料の流れが不均衡になること、規定を超えて燃料が流れること、および、分配プロファイルが許容範囲を外れることなどの影響を軽減するのを促進するような所定の多孔性値を有する、燃料ノズル組立体のスワラベーン壁を提供すること。

上では、ガスタービンエンジンのための燃料ノズル組立体および運転方法の例示の実施形態を詳細に説明してきた。これらの燃料ノズル組立体およびその組立体の運転方法は本明細書で説明される特定の実施形態のみに限定されず、むしろ、システムの構成要素および／または方法のステップは、本明細書で説明される他の構成要素および／またはステップから分離されて独立して利用されてもよい。例えば、これらの方法は他の燃焼システムおよび方法と組み合わされて使用されてもよく、本明細書で説明されるガスタービンシステムおよび燃料ノズル組立体ならびに方法を実施することのみに限定されない。むしろ、例示の実施形態は他の多くの燃焼用途と組み合わせて実施および利用され得る。

本発明の種々の実施形態の特定の特徴は一部の図面で示され他の図面では示されないが、これは単に簡略化のためである。本発明の原理に従い、図面のあらゆる特徴が任意の他の図面の任意の特徴と組み合わされて参照および／または請求され得る。

ここに記載される説明は、最良の形態を含めた本発明を開示するために、さらには、任意のデバイスまたはシステムを製造および使用することならびに採用される任意の方法を実施することを含めて、任意の当業者が本発明を実施するのを可能にするために、例を使用する。特許を受けることができる本発明の範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者には思い付く他の例を含むことができる。このような他の例は、特許請求の範囲の文字通りの表現と違わない構造的要素を有する場合には、または、特許請求の範囲の文字通りの表現とほぼ違わない等価の構造的要素を含む場合には、特許請求の範囲内にあることが意図される。

１００ ガスタービンエンジン（ターボ機械）
１０２ 空気取込区間
１０４ 圧縮機区間
１０６ 燃焼器区間
１０８ タービン区間
１１０ 排気区間
１１２ ロータ組立体
１１４ 圧縮機（ロータ）駆動シャフト
１１５ タービン（ロータ）駆動シャフト
１１６ 燃焼器
１１８ 燃料ノズル組立体
１２０ 負荷
１２２ 圧縮機ブレード機構
１２４ タービンバケット機構
１５０ 入口空気
１５２ 圧縮空気
１５４ 燃焼ガス
１５６ 排ガス
２０２ 軸方向の中心線
２０４ センターボディ
２０６ 空気カートリッジ
２０８ 冷却／パージ空気接続部
２１０ 拡散燃料ポート
２１２ 拡散燃料導管
２１４ 主予備混合燃料ポート
２１６ 主予備混合燃料導管
２１８ 主空気ポート
２２０ 主空気導管
２２２ スワラ
２２４ ベーン
２３０ ベーン壁
２３２ ベーン空洞
２３４ 壁の多孔性部分
２３６ 壁の多孔性部分
２３８ ケーシング部分
２４０ 気体燃料流れの矢印
２４２ 空気ストリーム
２４４ 燃料／空気ストリーム
２４６ 燃料ストリーム
２４８ 燃料ストリーム
３００ 多孔性材料
５００ 方法
５０２ 燃料を少なくとも１つの燃料供給源から少なくとも１つの燃料導管まで運ぶステップ
５０４ 少なくとも１つの燃料ノズル組立体のスワラの多孔性部分を介して燃焼器内に燃料を運ぶステップ
５０６ 第１の燃料から第２の燃料へ移行するステップ
５０８ 第１の燃料供給源から第１の燃料を送るステップであり、ここでは、第１の燃料が第１の組み合わせの特性を有する
５１０ 第２の燃料供給源から第２の燃料を送るステップであり、ここでは、第２の燃料が第２の組み合わせの特性を有する
５１２ 第１の燃料供給源からの燃料流れを減少させるステップ
５１４ 第２の燃料供給源からの燃料流れを増加させるステップ
５１６ ガスタービンエンジンのパワー出力を実質的に一定に維持するステップ
５１８ 第１の組み合わせの燃料特性と、第２の組み合わせの燃料特性と、スワラの多孔性部分の多孔性との関数としての燃料噴射量を少なくとも部分的に変更するステップ

Claims (10)

1. タービンエンジン（１００）と共に使用するための燃料ノズル組立体（１１８）であって、
   少なくとも１つの燃料供給源に連結される少なくとも１つの燃料導管（２１２／２１６）と、
   多孔性部分（２３４／２３６）を有する少なくとも１つの壁（２３０）を含む少なくとも１つのスワラ（２２２）であって、前記少なくとも１つの壁が前記少なくとも１つの燃料導管に連結され、前記多孔性部分が、燃料流れ（２４６／２４８）がそこを通ることを促進するような多孔性を有する材料（３００）から形成され、それにより、前記少なくとも１つの壁の前記多孔性部分を通る少なくとも１つの燃料流れ経路が画定される、少なくとも１つのスワラ（２２２）と
   を含む、
   燃料ノズル組立体（１１８）。
2. 前記多孔性部分（２３４／２３６）の前記多孔性が軸方向において変化する、請求項１記載の燃料ノズル組立体（１１８）。
3. 前記多孔性部分（２３４／２３６）の前記多孔性が径方向において変化する、請求項１記載の燃料ノズル組立体（１１８）。
4. 前記スワラ（２２２）が複数のベーン（２２４）をさらに含み、前記複数のベーンの各ベーンが前記多孔性部分（２３４／２３６）を含む、請求項１記載の燃料ノズル組立体（１１８）。
5. 前記複数のベーンの各ベーン（２２４）がベーン空洞（２３２）を中に画定する複数の壁（２３０）を含み、前記空洞の各々が前記少なくとも１つの燃料導管（２１６）に連結される、請求項４記載の燃料ノズル組立体（１１８）。
6. 前記複数の壁（２３０）が一対の対向する前記多孔性部分（２３４／２３６）を含む、請求項５記載の燃料ノズル組立体（１１８）。
7. 前記対向する多孔性部分（２３４／２３６）の前記多孔性が互いに実質的に類似する、請求項６記載の燃料ノズル組立体（１１８）。
8. 前記対向する多孔性部分（２３４／２３６）が、複数の燃料ストリーム（２４６／２４８）を対応する空気流れストリーム（２４２）内に噴射するように構成される、請求項６記載の燃料ノズル組立体（１１８）。
9. 前記多孔性部分（２３４／２３６）が、
   焼結セラミック、および
   焼結金属
   のうちの少なくとも１つである、
   請求項１記載の燃料ノズル組立体（１１８）。
10. ガスタービンエンジン（１００）であって、
    少なくとも１つの燃焼器（１１６）と、
    前記少なくとも１つの燃焼器に連結される少なくとも１つの燃料ノズル組立体（１１８）であって、前記少なくとも１つの燃料ノズル組立体が、
    少なくとも１つの燃料供給源に連結される少なくとも１つの燃料導管（２１２／２１６）、および、
    多孔性部分（２３４／２３６）を有する少なくとも１つの壁（２３０）を含む少なくとも１つのスワラ（２２２）であって、前記少なくとも１つの壁が前記少なくとも１つの燃料導管に連結され、前記多孔性部分が、燃料流れ（２４６／２４８）がそこを通ることを促進するような多孔性を有する材料（３００）から形成され、それにより、前記少なくとも１つの壁の前記多孔性部分を通る少なくとも１つの燃料流れ経路が画定される、少なくとも１つのスワラ（２２２）
    を含む、少なくとも１つの燃料ノズル組立体（１１８）と
    を含むガスタービンエンジン（１００）。

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