JP2014092359A - 燃焼タービン・エンジンの燃料噴射アセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】実効的に作用し、空気供給を効率よく活用しつつ、システム複雑さ、組み立て時間、及び製造費用を抑えた改善された遅延希薄噴射システム及び構成要素を提供する。
【解決手段】燃焼タービン・エンジンの燃焼器の内部の燃料噴射システムに用いられるアセンブリを記載する。このアセンブリは、燃焼器の半径方向外壁を貫通して形成される第一の口と、半径方向内壁を貫通して形成される第二の口とを含み得る。プレナムが、第一の口の周囲に形成され得る。第一の口の内部に配置された第一の端部及び第二の口の内部に配置された第二の端部を有する管が形成され得る。第一の端部においては、管は、当該管の外部の周囲に画定される第一の通路、及び管の内部を通して画定される第二の通路という二つの通路が第一の口を通して画定されるように、第一の口よりも径が小さくてよい。
【選択図】図４

Description

本発明は、燃焼タービン・エンジンに関し、さらに具体的には、燃焼システムの主燃料ノズルの下流に配設された燃料噴射器に関する。

燃焼タービン・エンジンにおける多段型燃焼のための多数の設計が存在しているが、殆どが複数の配管及び境界面から成る複雑な集合体である。燃焼タービン・エンジンに用いられる多段型燃焼の一種に「遅延希薄噴射」としばしば呼ばれるものがある。この形式の多段型燃焼では、遅延希薄燃料噴射器が主燃料ノズルの下流に配置される。当業者には認められるように、この下流位置で燃料／空気混合物を燃焼させることを利用して、ＮＯｘ性能を改善することができる。ＮＯｘすなわち窒素酸化物は、従来の炭化水素燃料を燃焼させる燃焼タービン・エンジンによって発生される主な望ましくない空気汚染放出の一つである。遅延希薄噴射はまた、空気迂回路としても作用することができ、この空気迂回路を利用して「下降（turn down）」運転時又は低負荷運転時の一酸化炭素又はＣＯの放出を改善することができる。遅延希薄噴射システムは、運転について他の利益も与え得ることが認められよう。

従来の遅延希薄噴射アセンブリは、新たなガス・タービン・ユニットでも既存ユニットの後付けでも高価で費用が掛かる。この理由の一つは、従来の遅延希薄噴射システムの複雑さ、特に燃料及び空気輸送に関連するシステムの複雑さである。これらの複雑なシステムに関連する多くの部品が、タービン環境の極端な熱負荷及び機械的負荷に耐えるように設計されなければならず、これにより製造費用及び設置費用が著しく増大する。しかも、従来の遅延希薄噴射アセンブリは圧縮機排出ケーシングへの燃料漏れの危険性が依然高く、自己発火及び安全性の問題を招き得る。

加えて、従来の遅延希薄噴射器は、燃焼室の内部での燃焼のために十分に混合された燃料／空気混合物を与えることに関して性能が低い。さらに、従来の設計は、燃焼器に形成される流動円環の内部から供給される空気を効率よく利用することができない。

結果として、改善された遅延希薄噴射システム及び構成要素が必要とされ、特に実効的に作用し、タービンのこの領域を通って流れる空気供給を効率よく活用しつつ、システム複雑さ、組み立て時間、及び製造費用を抑えたものが必要とされている。加えて、かかる噴射システムは、保炎の発生を限定するように、燃焼器の内部の流動円環を横断する通路の内部での流体逆流を制限するものとする。

このように、本出願は、燃焼タービン・エンジンの燃焼器の内部の燃料噴射システムに用いられるアセンブリを記載する。燃焼器は、主燃料ノズルの下流に主燃焼室を画定する半径方向内壁と、半径方向内壁との間で流動円環を形成するように半径方向内壁を包囲する半径方向外壁とを含み得る。この燃料噴射アセンブリはさらに、半径方向外壁を貫通して形成される第一の口と、半径方向内壁を貫通して形成される第二の口と、第一の口の周囲に形成されて、半径方向外壁の外面の器外に配設された容積を含んでいるプレナムと、第一の口の内部に配置された第一の端部及び第二の口の内部に配置された第二の端部を含む管であって、第一の端部においては、管の外部の周囲に画定される第一の通路、及び管の内部を通して画定される第二の通路という二つの通路が第一の口を通して画定されるように、第一の口よりも径が小さい管と、第一の通路の内部に配設された燃料出口とを含み得る。本出願のこれらの特徴及び他の特徴は、好適実施形態の以下の詳細な説明を図面及び特許請求の範囲と共に参照して吟味すると明らかとなろう。

本発明のこれらの特徴及び他の特徴は、添付図面と共に以下の本発明の実施形態の例の詳細な説明を慎重に検討することによりさらに完全に理解され認められよう。
本発明の各実施形態が用いられ得る燃焼タービン・システムの断面図である。 本発明の各実施形態が用いられ得る従来の燃焼器の断面図である。 従来の設計による燃料噴射器を含む燃焼器の断面図である。 本発明の一実施形態による燃料噴射アセンブリ及び燃料噴射器を含む流動スリーブ及びライナ・アセンブリの断面図である。 本発明の一実施形態による燃料噴射器の遠近図である。 本発明の一実施形態による燃料噴射器の代替的な遠近図である。 本発明の実施形態の一例による燃料噴射器の断面図である。

最初の事項として、本出願の発明の性質を明確に画定するために燃焼タービン・エンジンの内部の幾つかの部品又は機械構成要素を参照し記載する術語を選択する必要があろう。可能な場合には常に一般的な業界術語を用い、これらの術語は術語の受け入れられている意味と整合した態様で用いられる。しかしながら、あらゆるかかる術語は広い意味を与えられ、本書及び特許請求の範囲で意図される意味が不当に制限されるように狭く解釈すべきではないものとする。当業者は、しばしば幾つかの異なる用語を用いて一つの特定の構成要素を参照している場合があることを認められよう。加えて、本書で単一の部材であると記載され得るものが、他の文脈では多数の構成要素を含み多数の構成要素から成るものとして参照される場合もあり、又は本書で多数の構成要素を含むと記載され得るものが、他の箇所では単一の部材として参照される場合もある。このようなものとして、本発明の範囲を理解する際には、本書に掲げられている術語及び記載に注意するのみならず、特に特許請求の範囲に掲げられているような構成要素の構造、構成、作用、及び／又は利用にも注意を払うものとする。

加えて、本書では幾つかの記述的用語を度々用いており、本節の冒頭でこれらの用語を定義しておくことが有用であろう。従って、これらの用語及び各用語の定義は、他の記載のない限り次のようになる。本書で用いられる「下流」及び「上流」とは、タービン・エンジンを通る作動流体、又は例えば燃焼器を通る空気の流れ若しくはタービンの構成要素システムの一つを通る冷却材の流れのような流体の流れに対する方向を示す用語である。このようなものとして、「下流」との用語は流体の流れの方向に対応し、「上流」との用語はこの流れと反対方向を指す。「前方」及び「後方」との用語は、さらなる特記がなければ、エンジンの前端又は圧縮機側端部を指す「前方」、及びエンジンの後端又はタービン側端部を指す「後方」といった方向を指す。燃焼器の場合には、前端はヘッド端であり、後端は尾筒の出口であることが認められよう。また、「半径方向」との用語は、軸に垂直な移動又は位置を指す。中心軸に関して異なる半径方向位置にある部品を記述することがしばしば必要である。このような場合には、第一の構成要素が第二の構成要素よりも軸に近接して位置している場合には、本書では第一の構成要素が第二の構成要素の「半径方向内向き」又は「器内」にあると記述する。一方、第一の構成要素が第二の構成要素よりも軸から離隔して位置している場合には、本書では第一の構成要素が第二の構成要素の「半径方向外向き」又は「器外」にあると記述する場合がある。「軸方向」との用語は、軸に平行な移動又は位置を指す。最後に、「円周方向」との用語は、軸を中心とした移動又は位置を指す。かかる用語は、タービンの中心軸に関連して適用される場合もあるし、燃焼器の内部の構成要素を参照するときには燃焼器の中心軸に関連して適用される場合もあることが認められよう。

図に戻り、図１は、典型的な燃焼タービン・システム１０を示す図である。ガス・タービン・システム１０は、流入する空気を圧縮して圧縮空気の供給を生成する圧縮機１２と、高圧高速の熱ガスを生成するように燃料を燃焼させる燃焼器１４と、熱ガスによって回転されるように、燃焼器１４から当該タービン１６に流入する高圧高速熱ガスからタービン動翼を用いてエネルギを引き出すタービン１６とを含んでいる。タービン１６が回転するのに伴って、タービン１６に接続されているシャフトも回転させられ、この回転を用いて負荷を駆動することができる。最後に、排ガスがタービン１６から出る。
図２は、本発明の各実施形態が用いられ得る従来の燃焼器の断面図である。燃焼器１４は、各々が本発明の様々な実施形態を含むのに適した様々な形態を取り得るが、典型的には、燃焼器１４は典型的にはヘッド端２２を含んでおり、ヘッド端２２は燃料及び空気の流れを周囲のライナ２４によって画定される主燃焼帯２３の内部で共に燃焼させる多数の燃料ノズル２１を含んでいる。ライナ２４は典型的には、ヘッド端２２から尾筒２５まで延在している。ライナ２４は、図示のように、流動スリーブ２６によって包囲されている。尾筒２５は衝突スリーブ２８によって包囲されている。流動スリーブ２６とライナ２４との間、及び尾筒２５と衝突スリーブ２８との間に、本書では「流動円環２７」と呼ばれる円環が形成されていることが認められよう。流動円環２７は、図示のように、燃焼器１４の長さの殆どにわたり延在している。ライナ２４からは、流れがタービン部（不図示）まで下流へ移動するのに伴って、尾筒２５がライナ２４の円形断面からの流れを変化させて円環断面に移行させる。下流端では、尾筒２５は作動流体の流れをタービン１６の初段に配置された翼形へ向けて導く。

流動スリーブ２６及び衝突スリーブ２７は典型的には、これらスリーブを貫通して形成される衝突開口であって、圧縮機１２からの圧縮空気の衝突流を流動スリーブ２６／ライナ２４の間に及び／又は衝突スリーブ２８／尾筒２５の間に形成された流動円環２７に流入させる衝突開口（不図示）を有することが認められよう。衝突開口を通る圧縮空気の流れはライナ２４及び尾筒２５の外面を対流冷却する。流動スリーブ２６及び衝突スリーブ２８を通って燃焼器１４に流入する圧縮空気は、ライナ２４の周囲に形成されている流動円環２７を介して燃焼器１４の前端へ向けて導かれる。次いで、圧縮空気は燃料ノズル２１に流入し、ここで燃料と混合されて燃焼帯２３の内部で燃焼される。上述のように、タービン・エンジン１０は、円周方向に隔設された動翼を有するタービン１６を含んでおり、この内部に燃焼器１４での燃料の燃焼の生成物が導かれる。尾筒２５はライナ２４の燃焼生成物の流れをタービン１６の内部に導き、ここで燃焼生成物は動翼と相互作用してシャフトの周りでの回転を引き起こし、既述のように、次いでこの回転を用いて発電機のような負荷を駆動することができる。このように、尾筒２５は、燃焼器１４及びタービン１６を結合するためのものである。後述のような遅延希薄燃料噴射を含むシステムでは、尾筒２５はまた、供給される付加的な燃料を燃焼させる副燃焼帯を画定する場合があることを認められよう。

図３は、「遅延希薄噴射システム」としばしば呼ばれる従来の設計による燃料噴射システム２８の図を掲げる。図３に示すように、従来の燃料噴射システム２８は、流動スリーブ２６の内部に画定された燃料通路２９を含み得るが、他の形式の燃料輸送も可能である。燃料通路２９は、流動スリーブ２６の前端に配置されている流動スリーブ・フランジ３１の内部に画定された燃料マニホルド３０を起点とし得る。燃料通路２９は燃料マニホルド３０から燃料噴射器３２まで延在し得る。燃料噴射器３２は、流動スリーブ２６の後端に又は後端の近くに配置され得る。幾つかの実施形態によれば、燃料噴射器３２は、ノズル３３と、流動円環２７を横断して延在する移送管３４とを含んでいる。一般的には、ノズル３３及び移送管３４は、流動スリーブ２６の外部から導かれる圧縮空気の供給及びノズル３３に配置された多数の出口を介して輸送される燃料の供給を混合して、この混合物をライナ２４の内部の燃焼帯２３に噴射する。すなわち、移送管３４は燃料／空気混合物を流動円環２７を横断して運搬し、混合物はライナ２４の内部の熱ガスの流れに導かれてここで燃焼する。後にあらためて詳述するように、かかる従来の設計に関連する欠点として圧縮空気の利用効率が低いことが挙げられる。明確に述べると、従来の設計は、図３に示すように燃焼器２０の外部からの圧縮空気を利用するが、この空気は流動円環２７にまだ流入しておらず、従って冷却目的に利用されていない。さらに、従来の設計において噴射の前の燃料／空気混合物が辿る経路（すなわち燃料及び空気が混合される点と燃料及び空気が燃焼帯２３に噴射される点との間の経路）は相対的に短く線形であり、このため十分に混合されていない燃料／空気の組み合わせが生じ、従って燃焼帯２３の内部で最適とは言えない燃焼が生ずる。

図４から図７は、本発明の実施形態の各例による燃料噴射システム又は遅延希薄燃料噴射システム（本書では全体的に「燃料噴射システム４０」と呼ぶ）の様々な図を掲げる。本書で用いられる「遅延希薄燃料噴射システム」とは、主燃料ノズル２１の下流且つタービン１６の上流の点において燃料及び空気の混合物を作動流体の流れに噴射するシステムである。幾つかの実施形態では、「遅延希薄燃料噴射システム」は、燃料／空気混合物をライナ２４によって画定される主燃焼室の後端に噴射するシステムとしてさらに特定的に定義される。一般的には、遅延希薄燃料噴射システムの目的の一つとして、燃料燃焼が主燃焼器／主燃焼帯の下流で生ずることを可能にすることが挙げられる。この形式の動作を用いてＮＯｘ性能を改善することができるが、当業者には認められるように、過度に下流に遠ざかって生ずる燃焼は望ましくない高いＣＯ放出を生じ得る。後にあらためて詳述するように、本発明は、幾つかの望ましくない結果を回避しつつ改善されたＮＯｘ放出を達成する実効的な代替的方法を提供する。本発明はさらに、遅延希薄燃料噴射をガス・タービンの燃焼ライナに一体化する単純なアセンブリを提供する。

本発明の各観点は、燃料／空気混合物が燃焼帯２３及び／又はライナ２４の後方域に噴射され得るときの性能を高める方法を提供する。図示のように、燃料噴射システム４０は、流動スリーブ２６の内部に画定された燃料通路２９を含み得る。一例では、燃料通路２９は、流動スリーブ２６の前端に配置された流動スリーブ・フランジ３１の内部に画定された燃料マニホルド３０を起点とする。燃料通路２９は、燃料マニホルド３０から燃料噴射器４１まで延在し得る。図示のように、燃料噴射器４１は流動スリーブ２６の後端に又は後端の近くに配置され得るが、他の構成も可能である。好適実施形態では、燃料／空気混合物が燃焼帯２３の周囲の多数の点において導入されるように、流動スリーブ２６／ライナ２４のアセンブリの周囲に円周方向に配置された幾つかの燃料噴射器４１が存在し得る。

燃料噴射器４１はまた、様々な図に示すものよりも燃焼器１４のさらに前方又は後方の位置に同様の態様で設置されてもよいし、さらに述べると、ライナ２４／流動スリーブ２６のアセンブリについて上述したものと同じ基本構成を有する流動アセンブリが存在する任意の位置に配置されてもよいことが認められよう。例えば、同じ基本構成要素を用いて、燃料噴射器４１はまた、尾筒２５／衝突スリーブ２８のアセンブリの内部に配置されてもよい。この例では、燃料通路２９は、燃料噴射器４１との接続を形成するように延長されることができ、燃料／空気混合物は、尾筒２５の内部の熱ガス流路に噴射され得る。当業者には認められるように、この構成は、幾つかの規準及び操作者設定が与えられた場合に有利であり得る。幾つかの掲げられた図はライナ２４／流動スリーブ２６のアセンブリの内部での実施形態の一例に関するものであるが、このことは限定を意味するものではないことが認められよう。従って、以下の記載が「半径方向外壁」を参照しているときには、他に記載のない限り流動スリーブ２６、衝突スリーブ２８、又は類似の構成要素を参照し得ることが認められよう。また、以下の記載が「半径方向内壁」を参照しているときには、他に記載のない限りライナ２４、尾筒２５、又は類似の構成要素を参照し得ることが認められよう。

本発明の各実施形態は、半径方向外壁を貫通して形成される第一の口４２と、半径方向内壁を貫通して形成される第二の口４３とを含んでいる。図示のように、半径方向外壁の外面の器外に少なくとも部分的に配設された密閉容積を含むように、プレナム４４が第一の口４２の周囲に形成され得る。代替構成では、プレナムは、半径方向外壁の外面の器外に何れの部分も位置しないように配設されていてもよい。第一の口４２の内部に配置された第一の端部と、第二の口４３の内部に配置された第二の端部とを含む管が含まれ得る。第一の端部では、管４５は当該管４５の外部の周囲（すなわち管４５と第一の口４２のエッジとの間）に画定される第一の通路４８、及び管４５の内部を通して画定される第二の通路４９という二つの通路が第一の口４２を通して画定されるように、第一の口４２よりも小さくてよい。本発明は、第二の通路４９の内部に画定された１又は複数の燃料出口５１を含み得る。

本発明は、第一の通路４８を横断して延在する複数のベーン４７を含み得る。ベーン４７の各々が、第一の口４２のエッジとの接続から管４５の外面との接続まで延在し得る。幾つかの好適実施形態では、ベーン４７は管４５の周囲に等間隔で隔設され、管４５の第一の端部を第一の口４２の内部の固定された中央位置に支持する。燃料出口５１はベーン４７に配置され得る。幾つかの好適実施形態では、燃料プレナム５２が、半径方向外壁の内部に、第一の口４２を包囲するように配置される。各々の燃料出口５１は、ベーン４７の内部に形成されたチャネルを介して燃料プレナム５２と流体連通するように構成され得る。燃料プレナム５２は、燃料通路２９との接続を含むことができ、燃料噴射器４１への燃料供給はこれら所載の通路を介して供給され得る。

図示のように、幾つかの好適実施形態では、ベーン４７の各々がフィンであってもよいし、フィン様形状を有していてもよい。フィンの各々が上流エッジ及び下流エッジを含み得ることが認められよう。燃料出口５１は上流エッジ、下流エッジ、又は両方に配置され得る。図５及び図６に示すように、各々のベーン４７は第一の口４２の中心軸に実質的に平行に整列し得る。幾つかの好適実施形態では、図７に示すように、各々のベーン４７が第一の口４２の中心軸に関して傾斜していてもよい。このことは、流動円環２７からプレナム４４へ移動する空気（すなわち第一の通路４８を通って移動する空気）に渦流を生じ、この渦流を用いて燃料及び空気をさらに実効的に混合し得ることが認められよう。

管４５は、第一の端部の器外エッジが第一の口４２の平面の近似的に同一平面に位置するように構成されることができ、一例を図７に掲げる。他の実施形態では、図５に示すように、管４５の第一の端部のエッジは、第一の口４２の平面の直ぐ器外の位置まで延在するように形成され得る。

管４５の第一の端部の断面形状は、円形であっても楕円であってもよい（以下「略円形」）。第一の口４２の断面形状も略円形であってよい。第一の通路４９及び第二の通路４８の相対的な流面積は、これらの通路を通る流れを強化するように構成され得る。すなわち、管４５の第一の端部及び第一の口４２は、第一の通路４８の断面流面積が第二の通路４９の断面流面積に対して比例について望ましくなるように構成され得る。幾つかの好適実施形態では、第二の通路４９の断面流面積は、第一の通路４８の流断面積の約５倍から８倍である。

プレナム４４は、図示のように、プレナム壁５８によって画定され得る。プレナム壁５８は、半径方向外壁の外面に画定される底面（footprint）から器外に延在し得る。図示のように、プレナム壁５８は、丸天井形状又は茸形状を形成し得る。幾つかの好適実施形態では、図示のように、プレナム壁５８は器外に延在して、プレナム４４の半径方向外側境界を画定するプレナム天井５９まで次第にテーパを形成する。図５に示すように、幾つかの好適実施形態では、プレナム天井５９は、器内に延在する流れガイド６１を含んでいる。流れガイド６１は、管４５の中心軸に近似的に整列した中心軸を有するように構成され得る。流れガイド６１は、プレナム４４を通る圧縮空気の流れを実質的に器外方向から実質的に器内方向に変向するのを支援することが認められよう。流れガイド６１は、末梢端までテーパを形成する円形の断面形状を有し得る。流れガイド６１は、末梢端が第一の口４２の平面の器内又は直ぐ器内に配置されるように構成され得る。

幾つかの好適実施形態では、プレナム壁５８の底面も略円形を有し得る。幾つかの好適実施形態では、プレナム壁５８の底面、管４５の第一の端部、及び第一の口４２は各々、同じ又は類似の略円形を含んでいる。このような場合には、プレナム壁５８の底面、管４５の第一の端部、及び第一の口４２は、図示のように同心状構成を有し得る。

図５に含まれているように、管４５は、第一の端部と第二の端部との間にベンチュリ部６３を含み得る。ベンチュリ部６３は図示のように、器外位置から延在してスロート（すなわち管４５を通る細い点）まで収束する収束部を含み得る。ベンチュリ部６３は、スロートからさらに器内に延在するのに伴って発散部を含む。ベンチュリ部６３は、さらなる空気／燃料混合を誘発し、また燃料噴射器４１を通る逆火の危険性を減少させることが認められよう。図示のように、ベンチュリ部６３は、スロートの平面が第一の口４２の平面に又は平面の近くに配置されるように構成され得るが、他の構成も可能である。

管４５は、第一の端部と第二の端部との間に密閉又は中実の構造を有し得る。すなわち、管４５は、当該管４５を通って移動する流体が流動円環２７を通って移動する流体の交差流から隔離されるように構成され得る。同様に、プレナム壁５８も、やはり閉じた中実構造となるように構成され得る。明確に述べると、プレナム壁５８は、プレナム４４を通って移動する流体が、半径方向外壁の外面に沿って移動する流体からもプレナム壁５８の外面に沿って移動する流体からも隔離されるように構成され得る。

既述のように、好適実施形態では、半径方向内壁は燃焼器アセンブリ２０のライナ２４であり、半径方向外壁は流動スリーブ２６である。代替的な構成では、半径方向内壁は燃焼器アセンブリの尾筒２５であり、半径方向外壁は衝突スリーブ２８である。燃料噴射器４１の数は、燃料供給要件及び燃焼工程の最適化に依存して様々であってよいことが認められよう。

利用においては、本発明の燃料噴射システム４０は次のように動作し得ることが認められよう。燃料の供給は、第一の通路４８（すなわち管４５と第一の口４８のエッジとの間に画定された通路）の内部に配置された燃料出口５１に輸送され、圧縮空気は、第一の通路４８が流動円環２７に対して形成する接続を介して第一の通路４８に輸送される。図示のように、第一の通路４８は、図７の矢印が示すように、空気が管４５の下流側（流動円環２７の内部の空気の流れ方向に対して）からプレナム４４に流入し得るように管４５を包囲している。この構成は、流動円環２７に生ずるこの形式の障害物の背後に存在したかも知れなかった空気力学的損失を軽減することが認められよう。次いで、第一の通路４８の内部で混合された燃料及び圧縮空気はプレナム４４に流入し、ここでさらなる混合が生ずる。次いで、燃料及び空気の混合物は第二の通路４８（すなわち管４５の内部）を通ってプレナム４４を出る。管４５は流動円環２７を横断して延在し、燃料／空気混合物が燃焼される燃焼帯２３に燃料／空気混合物を輸送する。この形式の動作は、従来の設計を凌ぐ幾つかの性能利点を与えることが認められよう。議論されたように、従来の噴射器は典型的には、必要な供給のために流動スリーブ２６の外部からの空気を利用する。かかる空気は、他の場合であれば流動スリーブ２６を通って流動円環２７に流入していた筈であるが、燃焼器アセンブリへの有意義な冷却をまだ提供していないものであることが認められよう。衝突スリーブ２８を通って流動円環２７に既に流入している空気の本発明による利用はこの結果を回避し、これによりエンジンのこの領域を通って移動する圧縮空気についての冷却効率を高める。

加えて、本発明の幾つかの実施形態は、燃焼帯２３の内部に噴射される前に空気及び燃料を混合する実効的な態様を提供する。明確に述べると、空気／燃料混合物のための流路が、流動スリーブ２６の器外に配置されるプレナム４４の内部に混合物を迂回させることにより延長される。本発明の流路は、より高い程度の混合を生じ、より一様な燃料／空気混合物を与え、従って一旦燃焼帯２３の内部に噴射されるとよりよい燃焼特性を帰結する。本発明のプレナム４４構成が存在しなければ、流動円環２７からの圧縮空気の利用は、燃焼帯２３への極めて短く直接的な経路を有し、十分に混合されていない空気／燃料混合物を生じたであろうことが認められよう。

この態様で、追加の燃料及び空気を、ライナ２４の内部を移動する熱燃焼ガスの流れに加えてここで燃焼させると、作動流体の流れがタービン１６を通して膨張する前に作動流体の流れにエネルギを加えることができる。加えて、上述のように、燃料及び空気のこの態様での追加を用いて、ＮＯｘ放出を改善し、また他の動作目的を達成することができる。

最も実用的で好適な実施形態であると現状で考えられるものに関して発明を記載したが、本発明は開示された実施形態に限定されず、反対に、特許請求の要旨及び範囲内に含まれる様々な改変及び均等構成を網羅するものとすることを理解されたい。

１０：ガス・タービン・システム
１２：圧縮機
１４：燃焼器
１６：タービン
２０：燃焼器
２１：燃料ノズル
２２：ヘッド端
２３：燃焼帯
２４：ライナ
２５：尾筒
２６：流動スリーブ
２７：流動円環
２８：衝突スリーブ
２８：補助燃料噴射システム
２９：燃料通路
３０：燃料マニホルド
３１：流動スリーブ・フランジ
３２：燃料噴射器
３３：燃料ノズル
３４：移送管
４０：燃料噴射システム
４１：燃料噴射器
４２：第一の口
４３：第二の口
４４：プレナム
４５：管
４７：ベーン
４８：第一の通路
４９：第二の通路
５１：燃料出口
５２：燃料プレナム
５８：プレナム壁
５９：プレナム天井
６１：流れガイド
６３：ベンチュリ部

Claims (23)

1. 燃焼タービン・エンジンの燃焼器の内部の燃料噴射システムに用いられるアセンブリであって、前記燃焼器は、主燃料ノズルの下流に主燃焼室を画定する半径方向内壁と、該半径方向内壁との間で流動円環を形成するように該半径方向内壁を包囲する半径方向外壁とを含んでおり、
   前記半径方向外壁を貫通して形成される第一の口と、
   前記半径方向内壁を貫通して形成される第二の口と、
   前記第一の口の周囲に形成されて、前記半径方向外壁の外面の器外に配設された容積を含んでいるプレナムと、
   前記第一の口の内部に配置された第一の端部及び前記第二の口の内部に配置された第二の端部を含む管であって、前記第一の端部においては、当該管の外部の周囲に画定される第一の通路、及び当該管の内部を通して画定される第二の通路という二つの通路が前記第一の口を通して画定されるように、前記第一の口よりも径が小さい管と、
   前記第一の通路の内部に配設された燃料出口と
   を備えた燃料噴射アセンブリ。
2. 前記第一の通路を横断して延在するベーンをさらに含んでおり、該ベーンの各々が、前記第一の口のエッジへの接続から前記管の外面への接続まで延在している、請求項１に記載の燃料噴射アセンブリ。
3. 前記ベーンは、前記管の周囲に隔設され、前記管の前記第一の端部を前記第一の口の内部の固定された中央位置に支持する、請求項２に記載の燃料噴射アセンブリ。
4. 前記燃料出口は前記ベーンに配設される、請求項３に記載の燃料噴射アセンブリ。
5. 前記半径方向外壁の内部に配置されて前記第一の口を包囲する燃料プレナムをさらに含んでおり、
   各々の燃料出口は、前記ベーンの内部に形成されたチャネルを介して前記燃料プレナムと流体連通するように構成されており、
   前記燃料プレナムは、燃料源への接続を含んでいる、請求項４に記載の燃料噴射アセンブリ。
6. 前記ベーンの各々がフィンを含んでいる、請求項５に記載の燃料噴射アセンブリ。
7. 前記フィンの各々が上流エッジ及び下流エッジを含んでおり、
   前記ベーンの各々が、前記フィンの前記上流エッジ及び前記下流エッジの一方に配置された少なくとも一つの燃料出口を含んでいる、請求項６に記載の燃料噴射アセンブリ。
8. 各々のフィンが、前記第一の口の中心軸に実質的に平行に整列している、請求項６に記載の燃料噴射アセンブリ。
9. 各々のフィンが、前記第一の通路を通過する流体に渦流を生成するように前記第一の口の中心軸に関して傾斜している、請求項６に記載の燃料噴射アセンブリ。
10. 前記管の前記第一の端部のエッジが、前記第一の口と近似的に同一平面に位置している、請求項３に記載の燃料噴射アセンブリ。
11. 前記管の前記第一の端部のエッジが、前記第一の口の平面の直ぐ器外の位置まで延在している、請求項３に記載の燃料噴射アセンブリ。
12. 前記管の前記第一の端部の断面形状が略円形であり、
    前記第一の口の断面形状が略円形である、請求項３に記載の燃料噴射アセンブリ。
13. 前記プレナムは、前記半径方向外壁の前記外面の底面から器外に延在するプレナム壁により画定される、請求項１２に記載の燃料噴射アセンブリ。
14. 前記プレナム壁は丸天井形状を含んでおり、
    前記管の前記第一の端部及び前記第一の口は、前記第二の通路の流断面積が前記第一の通路の流断面積の約５倍から８倍となるように構成されている、請求項１３に記載の燃料噴射アセンブリ。
15. 前記プレナム壁は器外まで延在して、前記プレナムの器外境界を画定するプレナム天井まで次第にテーパを形成し、
    前記プレナム天井は、前記管の中心軸に近似的に整列した中心軸を有する器内に延在する流れガイドを含んでおり、
    該流れガイドは、末梢端までテーパを形成する円形の断面形状を含んでおり、
    前記流れガイドは、前記末梢端が前記第一の口の平面の器内の位置を含むように構成されている、請求項１４に記載の燃料噴射アセンブリ。
16. 前記プレナム壁の前記底面は略円形を含んでおり、
    前記プレナム壁の前記底面、前記管の前記第一の端部、及び前記第一の口は各々、類似の略円形を含んでおり、
    前記プレナム壁の前記底面、前記管の前記第一の端部、及び前記第一の口は同心状構成を含んでいる、請求項１２に記載の燃料噴射アセンブリ。
17. 前記管は、前記第一の端部と前記第二の端部との間にベンチュリ部を含んでいる、請求項３に記載の燃料噴射アセンブリ。
18. 前記ベンチュリ部は、当該ベンチュリ部が器内に延在するのに伴ってスロートまで収束する収束部を含んでおり、
    当該ベンチュリ部が前記スロートからさらに器内に延在するのに伴って、前記ベンチュリ部は発散部を含んでいる、請求項１７に記載の燃料噴射アセンブリ。
19. 前記ベンチュリ部は、前記スロートの平面が前記第一の口の平面の近くに配置されるように構成されている、請求項１８に記載の燃料噴射アセンブリ。
20. 前記管は、前記第一の端部と前記第二の端部との間に、当該管を通って移動する流体が前記流動円環を通って移動する流体の交差流から隔離されるように構成されている中実構造を含んでおり、
    前記プレナムは、前記半径方向外壁の前記外面の底面から器外に延在するプレナム壁により画定され、該プレナム壁は、前記プレナムを通って移動する流体が前記半径方向外壁の前記外面又は前記プレナム壁の外面に沿って移動する流体から隔離されるように構成されている中実構造を含んでいる、請求項３に記載の燃料噴射アセンブリ。
21. 前記半径方向内壁はライナを含んでおり、前記半径方向外壁は流動スリーブを含んでおり、
    該流動スリーブは、内部に形成される長手方向に延在する燃料通路を含んでおり、該燃料通路は前記燃料プレナムに接続しており、当該燃料噴射アセンブリは、前記ライナにより画定される主燃焼室の後端の内部で燃料及び空気の混合物を噴射するように構成されている遅延希薄噴射システムを含んでおり、
    前記流動円環は、前記燃焼器の前端へ向けて圧縮空気の供給を運搬するように構成されている、請求項３に記載の燃料噴射アセンブリ。
22. 前記半径方向内壁は尾筒を含んでおり、前記半径方向外壁は衝突スリーブを含んでいる、請求項３に記載の燃料噴射アセンブリ。
23. 燃焼タービン・エンジンの燃焼器の内部の燃料噴射システムに用いられるアセンブリであって、前記燃焼器は、主燃料ノズルの下流に主燃焼室を画定する半径方向内壁と、該半径方向内壁との間に流動円環を形成するように前記半径方向内壁を包囲する半径方向外壁とを含んでおり、前記半径方向内壁は噴射口を含んでおり、
    前記流動円環からの空気の流れを受け入れる手段と、
    前記流動円環からの前記空気の流れを燃料と混合する手段と、
    燃料及び空気の前記混合物を前記流動円環の少なくとも一部を横断して前記噴射口へ導く手段と
    を備えたアセンブリ。