JP2014088874A - 燃焼器キャップアセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】キャップアセンブリの冷却を行い、燃焼のための圧縮作動流体と燃料との予混合を向上させる燃焼器を提供する。
【解決手段】 燃焼器は、概して、燃焼器の内部に円周方向に延び、少なくとも１つの吸入路を規定するシュラウドを含む。第１のプレートは、吸入路の下流のシュラウドの内部に半径方向に延びる。第１のプレートは、少なくとも１つの吸入口及び少なくとも１つの排出口を規定し、少なくとも１つの燃料ノズル通路を少なくとも部分的に規定する。シュラウドは、燃料ノズル通路の周りに延びるスリーブを少なくとも部分的に囲む。スリーブによって少なくとも部分的に囲まれるチューブは、燃料ノズル通路を通って延びる。チューブ、スリーブ、及び第１のプレートは、排出路を少なくとも部分的に規定する。第１の流体流路は、概して、吸入路から吸入口まで延び、第２の流体流路は、概して、排出口から排出路まで延びる。
【選択図】図２

Description

本発明は、概して、燃焼器及び燃焼器を冷却する方法に関する。

ガスタービンは、多くの場合、圧縮機、多数の燃焼器、及びタービンを含む。一般的に、圧縮機とタービンは共通軸に沿って整列配置され、燃焼器は、圧縮機とタービンの間で、共通軸の周りに円形配列で配置される。運転中、圧縮機は、燃焼器に供給される圧縮作動流体（例えば、圧縮空気）を生成する。燃料が１つ以上の燃料ノズルを介して燃焼器に供給され、圧縮作動流体の少なくとも一部と燃料が混合されて可燃性燃料−空気混合気を形成する。燃料−空気混合気は、一般に燃料ノズルの下流にある燃焼帯の中で点火されることで、急速に膨張する高温ガスを生成する。高温ガスは、燃焼器からタービンへと流れる。高温ガスは、タービン内でタービン軸に連結される多段の回転翼に運動エネルギーを与えることで、タービン軸を回転させて、仕事を生成する。

タービン効率を高めるために、現代の燃焼器は高温で作動されるが、この温度によって、燃焼器内に配置された様々な構成要素上に高い熱応力が発生する。そのため、燃焼器に供給される圧縮作動流体の少なくとも一部を使用して様々な構成要素を冷却することができる。例えば、多くの現代の燃焼器には、１つ以上の燃料ノズルを少なくとも部分的に囲む略環状キャップアセンブリが含まれる。キャップアセンブリは、一般に１つ以上の燃料ノズルに構造的支持を提供することができ、燃焼帯に入る直前に燃料−空気混合気が辿る流路を少なくとも部分的に規定することができる。特定のキャップアセンブリ設計には、キャップアセンブリの下流端部に配置され、燃焼帯と隣接している略環状キャッププレートが含まれる。その結果、キャッププレートは一般に極めて高温にさらされるため、キャッププレート上に高い熱応力が生じる。

米国特許第６９２３００２号公報

現在のキャップアセンブリ設計は、圧縮作動流体の一部をキャップアセンブリへと、キャッププレート表面を通って延びる複数の冷却孔を介して導くことによって、高い熱応力を緩和しようとしている。この方法は、しみ出し冷却として産業界において知られている。しかしながら、複数の冷却孔を通って流れる圧縮作動流体は、一般に燃料と混合せずに燃焼帯に入ることになる。そのため、ＮＯｘ及び／又はＣＯ₂の発生が悪化することがあり、タービン効率が低下することがある。従って、キャップアセンブリの冷却を行い、燃焼のための圧縮作動流体と燃料との予混合を向上させる燃焼器が有用となるであろう。

本発明の態様及び利点は、以下の説明において後述するが、その説明から自明なものとすることができ、或いは本発明の実施により学ぶことができる。

本発明の一実施形態は、内部に円周方向に延びるシュラウドを有する燃焼器である。シュラウドは、少なくとも１つの吸入路を規定する。第１のプレートは、少なくとも１つの吸入路の下流のシュラウドの内部に半径方向に延びるものであり、第１のプレートは、少なくとも１つの吸入口及び少なくとも１つの排出口を規定し、少なくとも１つの燃料ノズル通路を少なくとも部分的に規定する。スリーブは、シュラウドによって少なくとも部分的に囲まれ、少なくとも１つの燃料ノズル通路の周りに円周方向に延びる。スリーブは、概して、少なくとも１つの燃料ノズル通路から半径方向外側で第１のプレートから延びる。チューブは、スリーブによって少なくとも部分的に囲まれ、少なくとも１つの燃料ノズル通路を通って延びる。チューブ、スリーブ、及び第１のプレートは、排出路を少なくとも部分的に規定する。燃焼器は、少なくとも１つの吸入路から少なくとも１つの吸入口まで延びる第１の流体流路と、少なくとも１つの排出口から少なくとも１つの排出路まで延びる第２の流体流路とを更に含む。

本発明の別の実施形態は、内部に円周方向に延び、少なくとも１つの吸入路を規定するシュラウドを有する燃焼器である。第１のプレートは、少なくとも１つの吸入路の下流のシュラウドの内部に半径方向に延びる。第１のプレートは、少なくとも１つの吸入口、少なくとも１つの排出口、及び少なくとも１つの燃料ノズル通路を規定する。第２のプレートは、少なくとも１つの吸入口の下流且つ少なくとも１つの排出口の上流の第１のプレートの周りに半径方向に延びる。スリーブは、シュラウドによって少なくとも部分的に囲まれ、少なくとも１つの燃料ノズル通路の周りに半径方向に延びる。スリーブは、概して、少なくとも１つの燃料ノズル通路から半径方向外側で第１のプレートから延びる。チューブは、少なくとも１つの燃料ノズル通路を通って延びる。チューブ、スリーブ、及び第１のプレートは、排出路を少なくとも部分的に規定する。入口プレナムは、シュラウド、第１のプレート、及びスリーブによって少なくとも部分的に規定される。出口プレナムは、入口プレナムの下流に配置され、スリーブ、第１のプレート、及びチューブによって少なくとも部分的に規定される。

本発明はまた、内部に円周方向に延びるシュラウドを有する燃焼器を含む。シュラウドは、少なくとも１つの吸入路を規定する。第１のプレートは、概して、少なくとも１つの吸入路の下流のシュラウドの内部に半径方向に延びる。第１のプレートは、少なくとも１つの吸入口、少なくとも１つの排出口、及び少なくとも１つの燃料ノズル通路を規定する。第２のプレートは、少なくとも１つの吸入口の下流且つ少なくとも１つの排出口の上流の第１のプレートの周りに半径方向に延びる。スリーブは、シュラウドによって少なくとも部分的に囲まれ、少なくとも１つの燃料ノズル通路の周りに略半径方向に延びる。スリーブは、少なくとも１つの燃料ノズル通路から半径方向外側で第１のプレートから延びる。第１の流体流路は、少なくとも１つの吸入路、シュラウド、スリーブ、及び少なくとも１つの吸入口によって少なくとも部分的に規定される。スリーブによって少なくとも部分的に囲まれるチューブは、少なくとも１つの燃料ノズル通路を通って延びる。第２の流体流路は、少なくとも１つの排出口、スリーブ、及びチューブによって少なくとも部分的に規定される。第２の流体流路は、概して、第１の流体流路と反対且つ略平行方向に流れる。

本明細書を精査することにより、当業者には、そのような実施形態の特徴及び態様並びにその他がより良好に理解されるであろう。

添付図面を参照することを含む本明細書の残り部分において、当業者に対する本発明の最良の形態を含む本発明の完全且つ有効な開示をより具体的に説明する。
本発明の様々な実施形態を組み込むことができる例示的な燃焼器の簡略断面図である。 本発明の少なくとも１つの実施形態に従った、図１に示す燃焼器の一部の拡大断面側面図である。 本発明の少なくとも１つの実施形態に従った、図２に示す燃焼器の一部の拡大断面側面図である。 本発明の少なくとも１つの実施形態に従った、図２に示す燃焼器の一部の拡大断面側面図である。 本発明の少なくとも１つの実施形態に従った、図２に示す燃焼器の拡大断面側面図である。 本発明の少なくとも１つの実施形態に従った、図２に示す燃焼器の拡大断面側面図である。

次に、その１つ又はそれ以上の実施例を添付図面に示している本発明の現在の実施形態を詳細に参照することにする。詳細な説明では、図面における特徴を指すために数字表示及び文字表示を使用する。図面及び説明における同様又は類似の表示は、本発明の同様又は類似の部品を参照するのにも使用している。ここで使用しているように、「第１の」、「第２の」、及び「第３の」という用語は１つの構成要素と別の構成要素を区別するために互換性を持って使用することができ、個々の構成要素の位置又は重要性を意味することを意図していない。更に、「上流」及び「下流」という用語は、流体経路における構成要素の相対位置を指す。例えば、流体が構成要素Ａから構成要素Ｂへと流れる場合、構成要素Ａは構成要素Ｂの上流にある。反対に、構成要素Ｂが構成要素Ａからの流体流を受ける場合、構成要素Ｂは構成要素Ａの下流にある。

各々の実施例は、本発明を説明するために提示されるものであり、本発明を限定するものではない。実際に、本発明の技術的範囲又は技術的思想を逸脱することなく、本発明に修正及び変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。例えば、一実施形態の一部として例示又は説明された特徴を、別の実施形態で使用し、更なる実施形態を得ることができる。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲及びそれらの同等物の技術的範囲にあるような、上述の修正及び変更を含むことを意図している。

本発明の様々な実施形態は、燃焼器及び燃焼器を冷却する方法を含む。特定の実施形態では、燃焼器は、概して、燃焼器の少なくとも一部の内部に円周方向に延びるシュラウドを含む。シュラウドは、概して、少なくとも１つの吸入路を規定する。第１のプレートは、吸入路の略下流の第２のシュラウドの内部に略半径方向に延びる。第１のプレートは、概して、少なくとも１つの吸入口、少なくとも１つの排出口、及び少なくとも１つの燃料ノズル通路を規定する。第２のプレートは、少なくとも１つの吸入口の下流且つ少なくとも１つの排出口の上流の第１のプレートの周りに略半径方向及び／又は円周方向に延びる。スリーブは、少なくとも１つの燃料ノズル通路を囲む。スリーブは、第１のプレートからシュラウドと略平行に延びる。チューブは、スリーブによって少なくとも部分的に囲まれた少なくとも１つの燃料ノズル通路を通って延びる。第１の流体流路は、概して、第１のシュラウドの少なくとも１つの吸入路と第１のプレートの少なくとも１つの吸入口とから規定される。第２の流体流路は、概して、少なくとも１つの排出口から、チューブ、第１のプレート、及びスリーブによって少なくとも部分的に規定された排出路まで規定される。特定の実施形態では、第２の流体流路は、第１の流体流路と略反対且つ平行の方向に冷却媒体を導く。更に、スリーブは、概して、第１及び第２の流体流路を分離する。

運転中、冷却媒体は、吸入路を通って第１の流体流路へと流れる。冷却媒体は、少なくとも１つの吸入口を通過して第２のプレートに接触することによって、第２のプレートを冷却することができる。冷却媒体はその後、少なくとも１つの排出口を通って第２の流体流路へと流れる。特定の実施形態では、冷却媒体は、チューブに沿って燃焼器のヘッド端部の方へ流れて、流れている圧縮作動流体の一次流と混合する。このように、冷却媒体と圧縮作動流体の一次部分が燃料と混合して、燃焼器の燃焼帯の中で燃焼する。そのため、混合していない作動流体が燃焼帯に入ることが少なくなり、それによってＮＯｘ及び／又はＣＯ₂の発生を減らし、且つ／又はタービン全体効率を高めることができる。

図１は、例示的な燃焼器１０の簡略断面図を提供する。図示するように、燃焼器１０は、概して、燃焼器１０の周りに圧縮機吐出プレナム１４を少なくとも部分的に規定する１つ以上のケーシング１２を含む。圧縮機吐出プレナム１４は、燃焼器１０の略上流に配置された圧縮機１６（部分的に示す）と流体連通している。端部カバー１８は、燃焼器１０の一端部に配置される。１つ以上の燃料ノズル２０は、端部カバー１８から、少なくとも部分的に燃焼器１０を通って延びる。端部カバー１８及び／又は１つ以上の燃料ノズル２０は、燃料供給部２１と流体連通している。キャップアセンブリ２２は、燃焼器１０の少なくとも一部の内部に略半径方向及び軸方向に延び、１つ以上の燃料ノズル２０の少なくとも一部を少なくとも部分的に囲む。

略環状の燃焼ライナ２４は、キャップアセンブリ２２の下流端部２６を囲む。燃焼ライナ２４は、燃焼器１０の少なくとも一部を通って略軸方向に延びる。燃焼帯２８は、キャップアセンブリ２２の下流端部２６の略下流の燃焼ライナ２４の内部に少なくとも部分的に規定される。移行ダクト３０は、燃焼ライナ２４の少なくとも一部を少なくとも部分的に囲む。移行ダクト３０は、燃焼器１０を通って略軸方向に延び、１つ以上の固定ノズル３２に隣接した地点で終わる。燃焼ライナ２４及び／又は移行ダクト３０は、燃焼器１０を通って略軸方向に延びる高温ガス経路３４を少なくとも部分的に規定する。燃焼ライナ２４が図示及び説明されているが、代替燃焼器１０の構成では、移行ダクト３０は、キャップアセンブリ２２の下流端部２６を囲み、燃焼器１０を通って軸方向に延び、複数の固定ノズル３２に隣接した地点で終わってもよく、それによって燃焼ライナ２４の必要がなくなることを、当業者には理解されたい。

特定の実施形態では、図１に示すように、１つ以上の流れスリーブ３６が、キャップアセンブリ２２、移行ダクト３０、及び／又は燃焼ライナ２４を少なくとも部分的に囲んで、それらの間に環状通路３８を少なくとも部分的に規定するようになっている。更に又は選択的に、環状通路３８は、燃焼ライナ２４及び／又は移行ダクト３０と、キャップアセンブリ２２と、燃焼器１０を囲む１つ以上のケーシング１２のうちの少なくとも１つの間に少なくとも部分的に規定される。燃焼器１０のヘッド端部４０は、端部カバー１８、１つ以上のケーシング１２のうちの少なくとも１つ、及びキャップアセンブリ２２の一部の間に少なくとも部分的に規定される。環状通路３８は、圧縮機吐出プレナム１４とヘッド端部４０の間に流体連通を提供する。

運転中、空気等の圧縮作動流体４２は、圧縮機１６から圧縮機吐出プレナム１４へと流れる。一般的に、圧縮作動流体４２の一次部分は、移行ダクト３０及び／又は燃焼ライナ２４を横断して、環状通路３８を通って燃焼器１０のヘッド端部４０へと流れる。圧縮作動流体４２の一次部分が環状通路３８を通って流れるとき、移行ダクト３０、燃焼ライナ２４、又は１つ以上のスリーブ３６のうちの少なくとも１つとの摩擦、及び／又はその他の流れ障害により、一般に、圧縮作動流体４２の一次部分が環状通路を通ってキャップアセンブリ２２を横断して燃焼器１０のヘッド端部４０の方へ流れるにつれて大幅な圧力降下が生じる場合がある。

圧縮作動流体４２の一次部分の少なくとも一部は、端部カバー１８で逆方向になり、キャップアセンブリ２２の少なくとも一部を通って、及び／又は１つ以上の燃料ノズル２０を通って又は囲んで流れる。圧縮作動流体４２の一次部分が１つ以上の燃料ノズル２０を通って流れている燃料と混合することによって、燃焼器１０内で燃焼する燃料−空気混合気が形成される。燃料−空気混合気は燃焼帯２８へと流れて、そこで燃焼して急速に膨張する高温ガスを生成する。高温ガスは、燃焼器１０から出るとき、高温ガス経路３４に沿って１つ以上の固定ノズル３２を横断して流れる。燃料−空気混合気が燃焼帯２８の中で燃焼するとき、炎及び／又は高温ガスの一部がキャップアセンブリ２２の下流端部２６の近くにあることによって、キャップアセンブリ２２の下流端部２６に極めて高い熱応力が生じる場合がある。

図２は、本発明の少なくとも１つの実施形態に従った燃焼器１０の一部の拡大断面側面図を提供し、図３は、図２に示すキャップアセンブリ２２の下流部分の拡大断面側面図を提供する。図２及び３に示すように、キャップアセンブリ２２は、概して、燃焼器１０の少なくとも一部の内部に円周方向に、且つ燃焼器１０の少なくとも一部を通って軸方向に延びる少なくとも１つのシュラウド４６を含む。少なくとも１つの吸入路４８は、少なくとも１つのシュラウド４６のうちの少なくとも１つによって少なくとも部分的に規定される。図３に示すように第２の側面５４から軸方向に離間された第１の側面５２を有する第１のプレート５０は、少なくとも１つの吸入路４８の下流の少なくとも１つのシュラウド４６のうちの少なくとも１つの内部に略半径方向に延びる。図３に示すように、第１のプレート５０は、概して、少なくとも１つの吸入口５６及び少なくとも１つの排出口５８を規定する。第２のプレート６０は、第１のプレート５０の、少なくとも１つの吸入口５６の下流且つ少なくとも１つの排出口５８の上流の、第１のプレート５０の第２の側面５４に略隣接して配置される。特定の実施形態では、図２に示すように、キャップアセンブリ２２は、端部カバー１８に略隣接したガイドプレート６２を更に含む。ガイドプレート６２は、少なくとも１つのシュラウド４６のうちの少なくとも１つの上流端部の周りに半径方向及び／又は円周方向に延びる。

特定の実施形態では、図３に示すように、少なくとも１つのシュラウド４６は、第１のシュラウド６４及び第２のシュラウド６６からなっている。第１及び第２のシュラウド６４，６６は、略同軸である。ある実施形態では、第１のシュラウド６４は、第１の端部６８において、燃焼器１０の内部に略半径方向及び／又は円周方向に延びる支持リング７０に連結される。更に又は選択的に、第１のシュラウド６４は、少なくとも１つのシュラウド４６の他方及び／又は１つ以上のケーシング１２のうちの少なくとも１つに連結される。図示するように、第１のシュラウド６４の第２の端部７２は、第２のシュラウド６６の第１の端部７４に接合されるように構成される。例えば、１つ以上のピンスロット７６は、第１及び第２のシュラウド６４，６６を通って略半径方向に延びており、第１のシュラウド６４の１つ以上のピンスロット７６の各々は、第２のシュラウド６６の１つ以上のピンスロット７６の各々と略整列配置されている。このように、保持ピン７８をピンスロット７６に挿入して、第１のシュラウド６４と第２のシュラウド６６を連結することができる。選択的に、第２のシュラウド６６は、第１のシュラウド６４に溶接又はろう付けしてもよい。更なる実施形態では、第２のシュラウド６６及び第１のシュラウド６４は、単一構成要素として鋳造及び／又は機械加工される。

特定の実施形態では、図３に示すように、第１のプレート５０の第１の側面５２は、概して、第１のプレート５０の第１の側面５２の周りに略円周方向に延びる第１の周辺縁部８０を含む。第２の周辺縁部８２は、第１のプレート５０の第２の側面５４の周りに略円周方向に延びる。特定の実施形態では、第１の周辺縁部８０は、第１のプレート５０の第１の側面５２から離れて略軸方向に延びる。更に又は選択的に、第２の周辺縁部８２は、第１のプレート５０の第２の側面５４から離れて略軸方向に延びる。

図３に示すように、少なくとも１つの吸入口５６は、少なくとも１つのシュラウド４６から半径方向内側で第１のプレート５０を通って略軸方向に延びる。少なくとも１つの吸入口５６は、略円筒形、円錐形、楕円形、或いは、第１のプレート５０を通る流体流を促進する任意の形状、又は任意の形状の組み合わせ、又は任意の寸法であってもよい。特定の実施形態では、少なくとも１つの吸入口５６のうちの少なくとも１つは、第１のプレート５０の第２の側面５４と略垂直な角度で第２の側面５４と交わる。更に又は選択的に、少なくとも１つの吸入口５６のうちの少なくとも１つは、第１のプレート５０の第２の側面５４に対して鋭角で第２の側面５４と交わる。図示するように、少なくとも１つの排出口５８は、第１のプレート５０を通って第２の側面５４から第１の側面５２まで、且つ少なくとも１つの吸入口５６から半径方向内側で、略軸方向に延びる。少なくとも１つの排出口５８は、略円筒形、円錐形、楕円形、或いは、第２の側面５４から第１の側面５２まで第１のプレート５０を通る流体流を促進する任意の形状、又は任意の形状の組み合わせ、又は任意の寸法であってもよい。

特定の実施形態では、図３に示すように、第２のプレート６０が、第１のプレート５０の第２の側面５４及び／又は第１のプレート５０の第２の周辺縁部８２に接続される。代替的実施形態では、第２のプレート６０は、少なくとも１つのシュラウド４６のうちの少なくとも１つによって少なくとも部分的に囲まれる。代替的実施形態では、第２のプレート６０は、少なくとも１つのシュラウド４６と隣接させてもよい。略円筒形の第２のプレート６０が開示されているが、第２のプレート６０が第１のプレート５０と略相補的な任意の形状であってもよいことは、当業者には明らかなはずである。例えば、限定ではないが、第２のプレート６０は、楔形、楕円形、又は任意の非円形であってもよい。

図３に示すように、第２のプレート６０は、概して、低温側面８４及び高温側面８６を含む。第２のプレート６０は、低温側面８４から高温側面８６まで略軸方向に延びる複数の冷却通路８８を更に規定して、第２のプレート６０を通る流体連通を提供するようになっている。様々な実施形態において、第２のプレート６０の高温側面８６の少なくとも一部は、燃焼器１０の運転中の第２のプレート６０上の熱応力を低下させるために、熱遮蔽コーティング等の耐熱材料９０で被覆される。

図２及び３に示すように、少なくとも１つの燃料ノズル通路９２は、第１及び第２のプレート５０，６０を通って略軸方向に延びる。更に、図２に示すように、少なくとも１つの燃料ノズル通路９２は、ガイドプレート６２を通って略軸方向に延びる。第１のプレート５０及び／又は第２のプレート６０は、少なくとも１つの燃料ノズル通路９２を少なくとも部分的に規定する。少なくとも１つの燃料ノズル通路９２は、少なくとも１つのシュラウド４６によって少なくとも部分的に囲まれる。図３に示すように、第１のプレート５０は、少なくとも１つのシールスロット９４を更に規定する。シールスロット９４は、少なくとも１つの燃料ノズル通路９２の内面９５の周りに略円周方向及び／又は半径方向に延びる。特定の実施形態では、ピストンシール等の半径方向シール９６が少なくとも１つのシールスロット９４内に配置される。

図２及び３に示すように、少なくとも１つの略環状スリーブ９８は、少なくとも１つの燃料ノズル通路９２の周りに円周方向に、且つ少なくとも１つの燃料ノズル通路９２から半径方向外側に延びる。少なくとも１つのスリーブ９８は、第１のプレート５０の第１の側面５２から燃焼器１０のヘッド端部４０の方へ略軸方向に延びる。特定の実施形態では、図２に示すように、少なくとも１つのスリーブ９８は、第１のプレート５０の第１の側面５２からガイドプレート６２まで延びる。少なくとも１つのスリーブ９８は、従来技術において知られている任意の手段によって第１のプレート５０の第１の側面５２に連結される。例えば、限定ではないが、少なくとも１つのスリーブ９８は、第１のプレート５０の第１の側面５２に溶接又はろう付けされる。選択的に、少なくとも１つのスリーブ９８は、第１のプレート５０の一体部品として鋳造及び／又は機械加工してもよい。

特定の実施形態では、図２及び３に示すように、チューブ１０２が、少なくとも１つの燃料ノズル通路９２の１つ又は全部を少なくとも部分的に通って延びる。チューブ１０２は、少なくとも１つのスリーブ９８によって少なくとも部分的に囲まれる。特定の実施形態では、図２に示すように、チューブ１０２は、少なくとも１つの燃料ノズル通路９２を通って、第１のプレート５０及び／又は第２のプレート６０から、ガイドプレート６２まで及び／又は燃焼器１０のヘッド端部４０に略隣接した地点まで延びる。図示するように、チューブ１０２は、少なくとも１つのスリーブ９８と略平行に延びる。図２及び３に示すように、チューブ１０２は、キャップアセンブリ２２を通って燃焼器１０の燃焼帯２８へと燃料及び／又は空気を導く予混合流路１０４を少なくとも部分的に規定する。特定の実施形態では、チューブ１０２は、第１のプレート５０の排出口５８の略下流の少なくとも１つの噴射口１０６を規定する。少なくとも１つの噴射口１０６は、チューブ１０２に沿った任意の場所に配置することができる。例えば、キャップアセンブリ２２及び／又はガイドプレート６２の上流端部と、第１のプレート５０の第１の側面５２の間であってもよい。少なくとも１つの噴射口１０６は、チューブ１０２を通って予混合流路１０４への流体連通を提供する。

チューブ１０２は、１つ以上の燃料ノズル２０のうちの１つを少なくとも部分的に囲む。選択的に、チューブ１０２は、１つ以上の燃料ノズル２０のうちの１つに連結してもよい。特定の実施形態では、図２及び３に示すように、１つ以上の燃料ノズル２０のうちの少なくとも１つは、端部カバー１８に連結された略軸方向に延びる流体導管１０８からなっている。流体導管１０８は、燃料供給部２１と流体連通している。複数の旋回羽根１１０は、流体導管１０８から半径方向外側に延びる。複数の旋回羽根１１０の１つ又は一部は、流体導管１０８と流体連通している。複数の旋回羽根１１０は、流体導管１０８とチューブ１０２の間に延びる。特定の実施形態では、図３に示すように、チューブ１０２の少なくとも１つの噴射口１０６は、第１のプレート５０の排出口５８の下流且つ複数の旋回羽根１１０の上流に配置される。更に又は選択的に、少なくとも１つの噴射口１０６のうちの少なくとも１つは、第１のプレート５０の少なくとも１つの排出口５８の下流且つ複数の旋回羽根１１０の下流に配置される。複数の旋回羽根１１０のうちの少なくとも一部は、旋回羽根１１０と流体導管１０８とを通って略半径方向に延びる１つ以上の流体通路１１１を少なくとも部分的に規定する。通路１１１は、少なくとも１つの噴射口１０６のうちの少なくとも１つと流体連通している。

特定の実施形態では、図２及び３に示すように、燃焼器１０は、１つ以上の流れスリーブ３６と１つ以上のケーシング１２のうちの少なくとも１つの間に少なくとも部分的に規定される外側環状通路１１２を更に含む。外側環状通路１１２は、図１に示す圧縮機吐出プレナム１４、圧縮機１６、及び／又は図２及び３に示す外部冷却媒体供給部１１４と流体連通している。図２及び３に示すように、燃焼器１０は、外側環状通路１１２と少なくとも１つのシュラウド４６の間に略半径方向に延びる少なくとも１つのストラット１１６を更に含む。少なくとも１つのストラット１１６は、キャップアセンブリ２２と１つ以上のケーシング１２の間に少なくとも部分的に規定される環状通路３８を通って略軸方向及び／又は半径方向に延びる。少なくとも１つのストラット１１６は、それを通って略半径方向に延びる冷却流路１１８を少なくとも部分的に規定する。冷却流路１１８は、外側環状通路１１２と流体連通している。更に又は選択的に、冷却流路１１８は、外部冷却媒体供給部１１４に流動的に接続される。特定の実施形態では、図２及び３に示すように、少なくとも１つのシュラウド４６の少なくとも１つの吸入路４８は、冷却流路１１８と略整列配置される。

特定の実施形態では、図２及び３に示すように、入口プレナム１２０が、少なくとも１つのシュラウド４６、スリーブ９８、及び第１のプレート５０によって少なくとも部分的に規定される。更に、入口プレナム１２０は、ガイドプレート６２によって更に規定される。少なくとも１つの吸入路４８は、外側環状通路１１２、環状通路３８、及び／又は外部冷却媒体供給部１１４から入口プレナム１２０への流体連通を提供する。図３に示すように、第１の流体流路１２２が、少なくとも１つの吸入路４８の間で、入口プレナム１２０を通って第１のプレート５０の少なくとも１つの吸入口５６へと少なくとも部分的に規定される。

図３に示すように、中間プレナム１２４が、入口プレナム１２０及び第１の流体流路１２２の下流の第１のプレート５０と第２のプレート６０の間に少なくとも部分的に規定される。更に、中間プレナム１２４は、少なくとも１つの燃料ノズル通路９２によって更に規定される。少なくとも１つの吸入口５６は、入口プレナム１２０と中間プレナム１２４の間に流体連通を提供する。図３に示すように、第１の流体流路１２２の下流の中間流体流路１２６が、少なくとも１つの吸入口５６から、中間プレナム１２４を通って第１のプレート５０の少なくとも１つの排出口５８へと少なくとも部分的に規定される。

図２及び３に示すように、中間プレナム１２４の下流の排出路１２８が、スリーブ９８、第１のプレート５０、及びチューブ１０２の間に少なくとも部分的に規定される。図２に示すように、排出路１２８は、ガイドプレート６２によって更に規定される。図２及び３に示すように、少なくとも１つの排出口５８は、中間プレナム１２４と排出路１２８の間に流体連通を提供する。図３に示すように、中間流体流路１２６の下流の第２の流体流路１３０が、少なくとも１つの排出口５８から、排出路１２８を通って燃焼器１０の図２に示すヘッド端部４０へと少なくとも部分的に規定される。更に又は選択的に、図２及び３に示すように、第２の流体流路１３０は、チューブ１０２を通って、チューブ１０２内に規定される予混合流体通路１０４へと伸びる少なくとも１つの噴射口１０６によって少なくとも部分的に規定される。

一実施形態では、図４に示すように、圧縮作動流体の二次部分等の加圧冷却媒体１３２が、外側環状通路１１２を通って、且つ／又は、外部冷却媒体供給部１１４から、１つ以上のストラット１１６の冷却通路１１８及び／又は少なくとも１つのシュラウド４６の少なくとも１つの吸入路４８を通って入口プレナム１２０へと流れる。冷却媒体は、第１の圧力Ｐ１及び第１の温度Ｔ１で、第１の流体流路１２２に沿って入口プレナム１２０を通って流れる。冷却媒体１３２はその後、少なくとも１つの吸入口５６を通って中間プレナム１２４へと流れる。冷却媒体１３２が入口プレナム１２０から中間プレナム１２４に流れるとき、圧力降下が生じる場合がある。そのため、中間プレナム１２４内の冷却媒体は、第１の圧力Ｐ１よりも低い第２の圧力Ｐ２となる。少なくとも１つの吸入口５６は、第２のプレート６０の低温側面８４と略垂直な角度で冷却媒体１３２を導き、それによって第２のプレート６０に対する衝突冷却が行われる。更に又は選択的に、少なくとも１つの吸入口５６は、第１のプレート５０の第２の側面５４に対して鋭角で第２のプレート６０の低温側面８４に向けて冷却媒体を導き、それによって第２のプレート６０に対する衝突冷却、対流冷却、又は伝導冷却の少なくとも１つが行われる。

冷却媒体１３２が中間プレナム１２４を通って流れるとき、熱エネルギーが第２のプレート６０から冷却媒体１３２に伝達される。そのため、冷却媒体１３２の温度は、第２の温度Ｔ２まで上昇する。冷却媒体１３２は、中間流体流路１２６に沿って少なくとも１つの排出口５８へと導かれる。冷却媒体１３２が少なくとも１つの排出口５８を通って排出路１２８へと流れるとき、冷却媒体１３２の更なる圧力降下が生じる場合があり、それによって排出路１２８内に第３の圧力Ｐ３が生じることになる。冷却媒体１３２が第２の流体流路１３０に沿って流れるとき、冷却媒体１３２は燃焼器１０のヘッド端部４０に導かれ、そこで圧縮作動流体４２の一次部分と結合してからチューブ１０２内の予混合流路１０４に入る。そのため、冷却媒体１３２が第２のプレート６０を効果的に冷却し、それによってキャップアセンブリ２２及び／又は燃焼器１０の全機械寿命を向上させることで、運転費及び修理費の削減を可能にすることができる。更に又は選択的に、冷却媒体１３２を圧縮作動流体４２の一次部分の流れへと循環させることによって、燃料、圧縮作動流体４２の一次部分、及び／又は冷却媒体１３２のより完全な混合が生じることになる。そのため、燃焼器１０は、亜酸化窒素（ＮＯｘ）及び／又は二酸化炭素（ＣＯ₂）等の望ましくない排出物を低減することができる。更に又は選択的に、冷却媒体１３２が複数の旋回羽根１１０の上流及び／又は下流の少なくとも１つの噴射口１０６を通って導かれることによって、燃料、圧縮作動流体４２の一次部分、及び／又は冷却媒体１３２のより完全な混合が生じる。

図５及び６は、本発明の代替的実施形態を示す。図５に示すように、既に開示したような、キャップアセンブリ２２を通って延びる複数の燃料ノズル２０を有する一実施形態が示されている。更に、図５及び６は、第１のプレートが第２のプレートと少なくとも１つのシュラウドの間の軸方向分離を提供する、少なくとも１つの実施形態を示す。例えば、少なくとも１つのシュラウドは第１のプレート５０の第１の周辺縁部８０に接続され、第２のプレート６０は第１のプレート５０の第２の周辺縁部８２に接続される。図６はまた、単一の燃料ノズル２０を有する少なくとも１つの実施形態を提供する。

当業者には、図２〜６に関して図示及び説明した様々な実施形態が燃焼器１０を冷却する方法もまた提供することが、本発明の教示から容易に理解されるであろう。本方法は、概して、冷却媒体１３２を第１の圧力Ｐ１で入口プレナム１２０へと第１の流体流路１２２を通って流すステップを含む。冷却媒体１３２はその後、少なくとも１つの吸入口５６を介して、第１のプレート５０を通って中間プレナム１２４へと流れる。冷却媒体１３２は、第２のプレート６０と略垂直な角度で第２のプレート６０に向けて導かれる。選択的に、冷却媒体１３２は、第２のプレート６０に対して鋭角な角度で第２のプレート６０と交わってもよい。冷却媒体１３２は、第３の圧力Ｐ３で、少なくとも１つの排出口５８を通って排出路１２８へと、中間流体流路１２６に沿って流れる。冷却媒体１３２はその後、第２の流体流路１３０を通って燃焼器１０のヘッド端部４０へと流れ、そこで圧縮作動流体４２の一次部分と混合する。選択的に、冷却媒体１３２は、複数の旋回羽根１１０の上流及び／又は下流のチューブ１０２の少なくとも１つの噴射口１０６のうちの少なくとも１つを通って導かれる。更に又は選択的に、冷却媒体は、複数の旋回羽根１１０の少なくとも１つを通って延びる１つ以上の流体通路１１１を通って流れる。圧縮作動流体４２の一次部分と冷却媒体１３２は、チューブ１０２内の燃料と混合されてから燃焼帯２８へと流れる。

本明細書は、実施例を使用して、最良の形態を含む本発明を開示し、更にあらゆる装置又は燃焼器を製作且つ使用すること及びあらゆる組み込まれた方法を実行することを含む本発明の実施を当業者が行うのを可能にする。本発明の特許性がある技術的範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者が想到するその他の実施例を含むことができる。そのようなその他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言と相違しない構造的要素を含む場合、又はそれらが特許請求の範囲の文言と本質的でない相違を有する同等な構造的要素を含む場合には、特許請求の範囲の技術的範囲内に属することになるものとする。

１０ 燃焼器
１２ ケーシング
１４ 圧縮機吐出プレナム
１６ 圧縮機
１８ 端部カバー
２０ 燃料ノズル
２１ 燃料供給部
２２ キャップアセンブリ
２４ 燃焼ライナ
２６ キャップアセンブリ下流端部
２８ 燃焼帯
３０ 移行ダクト
３２ 固定ノズル
３４ 高温ガス経路
３６ スリーブ
３８ 環状通路
４０ ヘッド端部
４２ 圧縮作動流体
４６ シュラウド
４８ 吸入路
５０ 第１のプレート
５２ 第１の側面
５４ 第２の側面
５６ 吸入口
５８ 排出口
６０ 第２のプレート
６２ ガイドプレート
６４ 第１のシュラウド
６６ 第２のシュラウド
６８ 第１の端部
７０ 支持リング
７２ 第２の端部
７４ 第１の端部
７６ ピンスロット
７８ 保持ピン
８０ 第１の周辺縁部
８２ 第２の周辺縁部
８４ 低温側面
８６ 高温側面
８８ 冷却通路
９０ 熱遮蔽コーティング
９２ 燃料ノズル通路
９４ シールスロット
９６ 半径方向シール
９８ スリーブ
１００ 周辺縁部
１０２ チューブ
１０４ 予混合流路
１０６ 噴射口
１０８ 流体導管
１１０ 旋回羽根
１１２ 外側環状通路
１１４ 外部冷却媒体供給部
１１６ ストラット
１１８ 冷却流路
１２０ 入口プレナム
１２２ 第１の流体流路
１２４ 中間プレナム
１２６ 中間流体流路
１２８ 排出路
１３０ 第２の流体流路
１３２ 冷却媒体

Claims (20)

1. 燃焼器であって、
   ａ． 前記燃焼器の内部に円周方向に延びており、少なくとも１つの吸入路を規定するシュラウドと、
   ｂ． 前記少なくとも１つの吸入路の下流の前記シュラウドの内部に半径方向に延びており、少なくとも１つの吸入口、少なくとも１つの排出口、及び少なくとも１つの燃料ノズル通路を規定する第１のプレートと、
   ｃ． 前記シュラウドによって少なくとも部分的に囲まれ、前記少なくとも１つの燃料ノズル通路の周りに半径方向に延びており、前記少なくとも１つの燃料ノズル通路から半径方向外側で前記第１のプレートから延びるスリーブと、
   ｄ． 前記スリーブによって少なくとも部分的に囲まれ、前記少なくとも１つの燃料ノズル通路を通って延びるチューブであって、前記チューブ、前記スリーブ、及び前記第１のプレートは、排出路を少なくとも部分的に規定する前記チューブと、
   ｅ． 前記少なくとも１つの吸入路から前記少なくとも１つの吸入口までの第１の流体流路と、
   ｆ． 前記少なくとも１つの排出口から前記少なくとも１つの排出路までの第２の流体流路とを備えている、
   燃焼器。
2. 前記チューブと前記燃料ノズル通路の間に半径方向に延びており、前記排出路を更に規定するシールを更に備えている、請求項１に記載の燃焼器。
3. 前記少なくとも１つの吸入口は前記シュラウドと前記スリーブの間に配置され、前記少なくとも１つの排出口は前記少なくとも１つの燃料ノズル通路と前記スリーブの間に配置される、請求項１に記載の燃焼器。
4. 前記シュラウド、前記スリーブ、及び前記第１のプレートは、前記シュラウドの内部に入口プレナムを少なくとも部分的に規定する、請求項１に記載の燃焼器。
5. 前記第１のプレートと前記チューブは、前記入口プレナムの下流の出口プレナムを少なくとも部分的に規定する、請求項４に記載の燃焼器。
6. 前記チューブは、前記第１のプレートの前記少なくとも１つの排出口の上流の１つ以上の流体通路を少なくとも部分的に規定する、請求項５に記載の燃焼器。
7. 前記少なくとも１つの吸入口の下流且つ前記少なくとも１つの排出口の上流の前記第１のプレートの周りに半径方向に延びる第２のプレートを更に備えている、請求項５に記載の燃焼器。
8. 前記第１のプレート及び前記第２のプレートは、前記入口プレナムの下流且つ前記出口プレナムの上流の中間プレナムを少なくとも部分的に規定する、請求項７に記載の燃焼器。
9. 前記シュラウドの前記少なくとも１つの吸入路と流体連通している冷却媒体供給部を更に備えている、請求項１に記載の燃焼器。
10. 燃焼器であって、
    ａ． 前記燃焼器の内部に円周方向に延びており、少なくとも１つの吸入路を規定するシュラウドと、
    ｂ． 前記少なくとも１つの吸入路の下流の前記シュラウドの内部に半径方向に延びており、少なくとも１つの吸入口、少なくとも１つの排出口、及び少なくとも１つの燃料ノズル通路を規定する第１のプレートと、
    ｃ． 前記少なくとも１つの吸入口の下流且つ前記少なくとも１つの排出口の上流の前記第１のプレートの周りに半径方向に延びる第２のプレートと、
    ｄ． 前記シュラウドによって少なくとも部分的に囲まれ、前記少なくとも１つの燃料ノズル通路の周りに半径方向に延びており、前記少なくとも１つの燃料ノズル通路から半径方向外側で前記第１のプレートから延びるスリーブと、
    ｅ． 前記少なくとも１つの燃料ノズル通路を通って延びるチューブであって、前記チューブ、前記スリーブ、及び前記第１のプレートは、排出路を少なくとも部分的に規定する前記チューブと、
    ｆ． 前記シュラウドの内部に、前記シュラウド、前記第１のプレート、及び前記スリーブによって少なくとも部分的に規定される入口プレナムと、
    ｇ． 前記入口プレナムの下流に、前記スリーブ、前記第１のプレート、及び前記チューブによって少なくとも部分的に規定される出口プレナムとを備えている、
    燃焼器。
11. 前記チューブと前記燃料ノズル通路の間に半径方向に延びており、前記出口プレナムを更に規定するシールを更に備えている、請求項１０に記載の燃焼器。
12. 前記少なくとも１つの吸入口は前記シュラウドと前記スリーブの間に配置され、前記少なくとも１つの排出口は前記少なくとも１つの燃料ノズル通路と前記スリーブの間に配置される、請求項１０に記載の燃焼器。
13. 前記チューブは、前記第１のプレートの前記少なくとも１つの排出口の上流の少なくとも１つの流体通路を少なくとも部分的に規定する、請求項１０に記載の燃焼器。
14. 前記チューブによって少なくとも部分的に囲まれた複数の旋回羽根を有する燃料ノズルを更に備えており、前記チューブの前記少なくとも１つの流体通路のうちの少なくとも１つは前記複数の旋回羽根の上流にある、請求項１３に記載の燃焼器。
15. 前記第１のプレート及び前記第２のプレートは、前記入口プレナムの下流且つ前記出口プレナムの上流の中間プレナムを少なくとも部分的に規定する、請求項１０に記載の燃焼器。
16. 前記少なくとも１つの吸入路は、冷却媒体供給部と前記入口プレナムの間に流体連通を提供する、請求項１０に記載の燃焼器。
17. 燃焼器であって、
    ａ． 前記燃焼器の内部に円周方向に延びており、少なくとも１つの吸入路を規定するシュラウドと、
    ｂ． 前記少なくとも１つの吸入路の下流の前記シュラウドの内部に半径方向に延びており、少なくとも１つの吸入口、少なくとも１つの排出口、及び少なくとも１つの燃料ノズル通路を規定する第１のプレートと、
    ｃ． 前記少なくとも１つの吸入口の下流且つ前記少なくとも１つの排出口の上流の前記第１のプレートの周りに半径方向に延びる第２のプレートと、
    ｄ． 前記シュラウドによって少なくとも部分的に囲まれ、前記少なくとも１つの燃料ノズル通路の周りに半径方向に延びており、前記少なくとも１つの燃料ノズル通路から半径方向外側で前記第１のプレートから延びるスリーブと、
    ｅ． 前記少なくとも１つの吸入路、前記シュラウド、前記スリーブ、及び前記少なくとも１つの吸入口によって少なくとも部分的に規定される第１の流体流路と、
    ｆ． 前記スリーブによって少なくとも部分的に囲まれ、前記少なくとも１つの燃料ノズル通路を通って延びるチューブと、
    ｇ． 前記少なくとも１つの排出口、前記スリーブ、及び前記チューブによって少なくとも部分的に規定されており、前記第１の流体流路と反対且つ略平行方向に流れる第２の流体流路とを備えている、
    燃焼器。
18. 前記少なくとも１つの吸入口は前記シュラウドと前記スリーブの間に配置され、前記少なくとも１つの排出口は前記少なくとも１つの燃料ノズル通路と前記スリーブの間に配置される、請求項１７に記載の燃焼器。
19. 前記チューブは、前記第１のプレートの前記少なくとも１つの排出口の上流で、前記第２の流体流路と流体連通している、少なくとも１つの流体通路を少なくとも部分的に規定する、請求項１７に記載の燃焼器。
20. 前記シュラウドの前記少なくとも１つの吸入路と流体連通している冷却媒体供給部を更に備えている、請求項１７に記載の燃焼器。