JP2016044966A

JP2016044966A - 燃焼器キャップ組立体

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Publication number: JP2016044966A
Application number: JP2015159282A
Authority: JP
Inventors: ウィリアム・フランシス・カーネル，ジュニア; Jr William Francis Carnell; キャロライン・アシュリー・アントニオーノ; Ashley Antoniono Carolyn; ジョナサン・ヘイル・ケグリー; Jonathan Hale Kegley; ヨン・ハン・チョン; Yon Han Chong
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2014-08-19
Filing date: 2015-08-12
Publication date: 2016-04-04
Anticipated expiration: 2035-08-12
Also published as: JP6599167B2; DE102015113009A1; CH710049A2; US9890954B2; CN105371277B; US20160054003A1; CN105371277A

Abstract

【課題】キャップ組立体のキャッププレートを冷却するのに使用される冷却空気を燃焼器内に定められた環状流れ通路に再循環して戻す。
【解決手段】燃焼器キャップ組立体は、シュラウドの前方端部部分に結合された流れ調整プレートを含む。流れ調整プレートは、内側バンド部分、外側バンド部分、及びこれらの間に半径方向に延びる環状部分を含む。環状部分は、上流側面と、下流側面と、該上流側面及び下流側面を通じて流体連通を提供する複数の流れ調整通路とを含む。流れ調整プレートの内側バンド部分は、排気チャネルを定める。排気チャネルは、インピンジメント空気プレナム及び排気出口と流体連通している。排気出口は、冷却空気をインピンジメント空気プレナムから、燃焼器内に定められた環状流れ通路に送るよう位置付けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、全体的に、燃焼器キャップ組立体に関する。より詳細には、本発明は、キャップ組立体のキャッププレートを冷却するのに使用される冷却空気を燃焼器内に定められた環状流れ通路に再循環するように構成された燃焼器に関する。

空気吸込みターボ機械（例えば、ガスタービン）において、空気は、圧縮機に流入し、燃焼器に向かって送られるにつれて漸次的に加圧される。圧縮された空気は、燃料と予混合されて、燃焼器内に定められた燃焼室内で点火され、その結果として高温の燃焼ガスを生成する。次いで、燃焼ガスは、燃焼室からライナ及び／又は移行部品を介してターボ機械のタービンセクションに送られ、ここで固定ベーンとロータシャフトに固定されたロータブレードとの交互する列にわたって流れる。燃焼ガスがロータブレードにわたって流れると、運動及び／又は熱エネルギーがロータブレードに伝達され、その結果、ロータシャフトの回転が生じるようになる。

タービン効率を高めるために現行の燃焼器は高温で作動し、これにより燃焼器内に配置された種々の機械的構成要素に作用する高い熱応力が発生する。結果として、燃焼器に供給される圧縮空気の少なくとも一部が、これらの構成要素を冷却するのに使用される。例えば、特定の燃焼器は、燃焼器内で１又はそれ以上の燃料ノズルを少なくとも部分的に囲む略環状のキャップ組立体を含む。幾つかのキャップ組立体設計は、キャップ組立体の下流側端部に配置されたキャッププレートを含む。燃料ノズルは、通常は燃焼室に実質的に隣接して配置されるキャッププレートを少なくとも部分的に貫通して延びる。結果として、キャッププレートは一般に、極めて高い温度に曝される。

キャッププレートを冷却する方法の１つは、圧縮空気の一部をキャップ組立体内に、及びキャッププレートの上流側面上に送ることである。そのため、圧縮空気は、キャッププレートを貫通して延びる複数の冷却孔を通じて送られる。この方法は、エフュージョン冷却として当該産業分野において公知である。しかしながら、複数の冷却孔を通って流れる圧縮空気は、燃料とほぼ未混合の状態で燃焼室に流入する。その結果、窒素酸化物（ＮＯｘ）のようなエミッションが悪化し、タービン効率を低下させる可能性がある。従って、キャッププレートを冷却するのに使用される圧縮空気を再循環させるキャッププレート冷却システムを改善して、燃焼の前に燃料と予混合できるようにすることが有効となる。

米国特許第６，９２３，００２号明細書

本発明の態様及び利点は、以下の説明において以下に記載されており、又は、本明細書から明らかにすることができ、或いは、本発明を実施することによって理解することができる。

本発明の１つの実施形態は、燃焼器キャップ組立体である。燃焼器キャップ組立体は、シュラウドの後方端部部分に結合されたインピンジメントプレートを含む。キャッププレートは、インピンジメントプレートに結合され、インピンジメント空気プレナムがこれらの間に定められる。流れ調整プレートは、シュラウドの前方端部部分に結合される。流れ調整プレートは、内側バンド部分と、外側バンド部分と、内側バンド部分と外側バンド部分の間に半径方向に延びる環状部分と、を含む。環状部分は、上流側面と、下流側面と、該上流側面及び下流側面を通じて流体連通を提供する複数の流れ調整通路とを含む。流れ調整プレートの内側バンド部分は、インピンジメント空気プレナムと及び排気出口と流体連通した排気チャネルを少なくとも部分的に定める。

本発明の別の実施形態は、燃焼器である。燃焼器は、外側ケーシング内に軸方向に延びた少なくとも１つの燃料ノズルを含む。外側ケーシングは、燃焼器内に高圧プレナムを少なくとも部分的に定める。燃焼器は更に、外側ケーシング内で燃料ノズルの少なくとも一部を囲む燃焼器キャップ組立体を含む。燃焼器キャップ組立体は、環状シュラウドの前方端部部分に結合されたインピンジメントプレートと、該インピンジメントプレートの反対側の端部に結合されたキャッププレートとを含む。インピンジメントプレート及びシュラウドは、これらの間に冷却空気プレナムを少なくとも部分的に定める。キャッププレート及びインピンジメントプレートは、冷却空気プレナムと流体連通したインピンジメント空気プレナムを定める。燃焼器は更に、シュラウドの前方端部部分に結合された流れ調整プレートを含む。流れ調整プレートは、内側バンド部分、外側バンド部分、及びこれらの間に半径方向に延びる環状部分を含む。環状部分は、外側ケーシング内に定められた環状流れ通路内に配置される。環状流れ通路は、高圧プレナムと燃焼器のヘッド端部部分との間で流体連通を提供する。環状部分は、上流側面と、下流側面と、高圧プレナムから環状部分を通ってヘッド端部部分まで流体連通を提供する複数の流れ調整通路と、を含む。内側バンド部分は、インピンジメント空気プレナムと流体連通した排気チャネルを少なくとも部分的に定める。排気チャネルは、排気出口と流体連通し、ここで排気出口は、環状流れ通路と流体連通している。

本発明の別の実施形態は、ガスタービンである。ガスタービンは、圧縮機セクションと、圧縮機セクションから下流側の燃焼セクションと、燃焼セクションから下流側に配置されたタービンセクションと、を含む。燃焼セクションは、外側ケーシングによって少なくとも部分的に囲まれた少なくとも１つの燃焼器を含む。外側ケーシングは、圧縮機セクションと流体連通した高圧プレナムを少なくとも部分的に定める。燃焼器は、外側ケーシング内で軸方向に延びる少なくとも１つの燃料ノズルと、燃料ノズルの少なくとも一部を円周方向に囲む燃焼器キャップ組立体とを含む。燃焼器キャップ組立体は、環状形状のシュラウドの後方端部部分に結合されたインピンジメントプレートと、該インピンジメントプレートの反対側の端部に結合されたキャッププレートと、を備える。インピンジメントプレート及びシュラウドは、冷却空気プレナムを少なくとも部分的に定める。キャッププレート及びインピンジメントプレートは、冷却空気プレナムと流体連通したインピンジメント空気プレナムを少なくとも部分的に定める。流れ調整プレートは、シュラウドの前方端部部分に結合される。流れ調整プレートは、内側バンド部分と、外側バンド部分と、内側バンド部分と外側バンド部分との間で半径方向に延びる環状部分とを含む。環状部分は、環状流れ通路内に配置され、該環状流れ通路が、高圧プレナムと燃焼器のヘッド端部部分との間で流体連通を提供する。環状部分は、上流側面と、下流側面と、高圧プレナムから環状部分を通ってヘッド端部部分まで流体連通を提供する複数の流れ調整通路と、を含む。内側バンド部分は、インピンジメント空気プレナムと流体連通した排気チャネルを少なくとも部分的に定める。排気チャネルは、排気出口と流体連通し、該排気出口が環状流れ通路と流体連通している。

当業者であれば、本明細書を精査するとこのような実施形態の特徴及び態様、並びにその他がより理解されるであろう。

添付図の参照を含む本明細書の残りの部分において、当業者に対してなしたそ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詳細に説明する。

本発明の少なくとも１つの実施形態を組み込むことができる例示的なガスタービンの機能ブロック図。本発明の種々の実施形態を組み込むことができる例示的な燃焼器を含む例示的な燃焼セクションの一部の側面図。本発明の１又はそれ以上の実施形態による、例示的な燃焼器キャップ組立体の一部の斜視断面図。本発明の１又はそれ以上の実施形態による、図３に示す燃焼器キャップ組立体の一部の後方又は後面斜視図。本発明の１又はそれ以上の実施形態による、図３に示す燃焼器キャップ組立体の一部の前方図。本発明の１又はそれ以上の実施形態による、燃焼器キャップ組立体の前面図。本発明の少なくとも１つの実施形態による、例示的な燃焼器キャップ組立体の一部の側断面図。本発明の少なくとも１つの実施形態による、例示的な燃焼器キャップ組立体の一部の側断面図。本発明の少なくとも１つの実施形態による、例示的な燃焼器キャップ組立体の一部の側断面図。

ここで、その１つ又はそれ以上の実施例が添付図面に例示されている本発明の実施形態について詳細に説明する。詳細な説明では、図面中の特徴部を示すために参照符号及び文字表示を使用している。本発明の同様の又は類似した要素を示すために、図面及び説明において同様の又は類似した表示を使用している。本明細書で使用される用語「第１」、「第２」、及び「第３」は、ある構成要素を別の構成要素と区別するために同義的に用いることができ、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たものではない。用語「上流」及び「下流」は、流体通路における流体流れに対する相対的方向を指す。例えば、「上流」は、流体がそこから流れる方向を指し、「下流」は流体がそこに向けて流れ込む方向を指す。用語「半径方向」は、特定の構成要素の軸方向中心線に実質的に垂直な相対方向を指し、用語「軸方向」は、特定の構成要素の軸方向中心線に実質的に平行な及び／又は同軸に整列された相対方向を指す。

各実施例は、本発明の限定ではなく、例証として提供される。実際に、本発明の範囲又は技術的思想から逸脱することなく、修正形態及び変形形態を本発明において実施できることは、当業者であれば理解されるであろう。例えば、１つの実施形態の一部として例示され又は説明される特徴は、別の実施形態で使用して更に別の実施形態を得ることができる。従って、本発明は、このような修正形態及び変形形態を特許請求の範囲及びその均等物の技術的範囲内に属するものとして保護することを意図している。本明細書では産業用又は地上設置型のガスタービンが図示され説明されたが、本明細書で図示され説明される本発明は、請求項において特に指定のない限り、産業用又は地上設置型のガスタービンに限定されない。例えば、本明細書に記載される本発明は、航空機ガスタービン又は船舶用ガスタービンで用いることができる。

次に、幾つかの図を通して同じ参照符号が同じ要素を表す図面を参照すると、図１は、本発明の種々の実施形態を組み込むことができる例示的なガスタービン１０の機能ブロック図を示す。図示のように、ガスタービン１０は、一般に、入口セクション１２を含み、該入口セクションは、一連のフィルタ、冷却コイル、湿分分離器、及び／又はガスタービン１０に流入する空気１４などの作動流体を精製又は調整する他の装置を含むことができる。空気１４は、圧縮機セクションに流れ、ここで圧縮機１６は、空気１４に漸次的に運動エネルギーを与え、圧縮又は加圧空気１８を生成する。

圧縮空気１８は、燃料スキッドのような燃料源２２からの燃料２０と混合され、１又はそれ以上の燃焼器２４内で可燃性混合気を形成する。可燃性混合気が燃焼して、高温高圧及び高速の燃焼ガス２６を生成する。燃焼ガス２６は、タービンセクションのタービン２８を通って流れ、仕事を生成する。例えば、タービン２８は、シャフト３０に結合することができ、その結果、タービン２８の回転により圧縮機１６を駆動して圧縮空気１８を生成するようになっている。代替的に又は追加的に、シャフト３０は、タービン２８を発電機３２に接続して電気を生成することができる。タービン２８からの排気ガス３４は、タービン２８の下流側の排気スタック３８にタービン２８を接続する排気セクション３６を通って流れる。排気セクション３６は、例えば、環境に放出する前に排気ガス３４を浄化してそこから更に熱を抽出する熱回収蒸気発生器（図示せず）を含むことができる。

図２は、本発明の１又はそれ以上の実施形態による例示的な燃焼器２４を含む、例示的な燃焼セクション１６の一部の側断面図である。図２に示すように、燃焼器２４は、圧縮機吐出ケーシングなどの少なくとも１つの外側ケーシング４０によって少なくとも部分的に囲まれる。外側ケーシング４０は、圧縮機１６（図１）と流体連通し、圧縮機１６からの圧縮空気１８の少なくとも一部を受けるようになっている。

１つの構成において、図２に示すように、端部カバー４２は、外側ケーシング４０に結合され、外側ケーシング４０内に定められた開口の周りにシールを提供する。開口は、一般に、燃焼器２４を受けるようなサイズにされる。外側ケーシング４０及び／又は端部カバー４２は、燃焼器２４を少なくとも部分的に囲む高圧プレナム４４を少なくとも部分的に定める。燃焼器２４のヘッド端部部分４６は、外側ケーシング内の端部カバー４２によって少なくとも部分的に定められる。ヘッド端部部分４６は、燃焼器２４内に、高圧プレナム４４からの圧縮空気１８の一部が流れ方向を反転させる区域を定める。

少なくとも１つの燃料ノズル４８は、燃焼器２４の軸方向中心及び／又は端部カバー４２の軸方向中心に対して外側ケーシング４０内で実質的に軸方向に延びる。図２に示すように、燃焼器２４は、外側ケーシング４０内に軸方向に延びる複数の燃料ノズル４８を含むことができる。燃料ノズル４８は、第１の端部にて端部カバー４２に結合することができる。燃料ノズル４８の第２の又は下流側端部は、燃料ノズル４８から下流側に延びる燃焼ライナ５２内に定められる燃焼室又は燃焼ゾーン５０に近接して終端する。

特定の実施形態において、燃焼ライナ５２は、外側ケーシング４０内で環状流れ通路５４を少なくとも部分的に定めることができる。特定の実施形態において、環状流れ通路５４は、燃焼ライナ５２を囲むインピンジメントスリーブ又はライナ５６の１又はそれ以上によって定められ又は更に定めることができる。特定の実施形態において、環状流れ通路５４は、外側ケーシング４０の１又はそれ以上によって定められ又は更に定めることができる。特定の実施形態において、環状流れ通路５４は、外側ケーシング４０、端部カバー４２及び／又は外側ケーシング４０内に設けられた内壁のような他のライナ又は特徴部のうちの１又はそれ以上によって定められ又は更に定めることができる。環状通路５４は、高圧プレナム４４と燃焼器２４のヘッド端部部分４６との間の流体連通を提供する。

種々の実施形態において、１又は複数の燃料ノズル４８の少なくとも一部は、燃焼器キャップ組立体１００内で軸方向に延びる。燃焼器キャップ組立体１００は、外側ケーシング４０内で半径方向、円周方向、及び軸方向に延びる。１つの実施形態において、燃焼器キャップ組立体１００は、環状の流れ調整プレート及び環状のシュラウド１０４を含む。

シュラウド１０４は、流れ調整プレート１０２の後方末端部分１０６から離れて軸方向に延びる。特定の実施形態において、燃焼器キャップ組立体１００は、流れ調整プレート１０２の前方端部部分１１０から端部カバー４２に向かって軸方向に延びる環状の２次シュラウド１０８を含むことができる。シュラウド１０４及び／又は２次シュラウド１０８は、流れ調整プレート１０２と同時に整列することができる。流れ調整プレート１０２、シュラウド１０４及び／又は２次シュラウド１０８は、１又は複数の燃料ノズル４８の少なくとも一部を円周方向に囲む。１つの実施形態において、流れ調整プレート１０２及びシュラウド１０４は、燃焼器キャップ組立体１００内で燃料ノズル４８の周りに冷却空気プレナム１１２を少なくとも部分的に定める。他の実施形態において、冷却空気プレナム１１２は更に、２次シュラウド１０８によって定めることができる。冷却空気プレナム１１２は、燃焼器２４のヘッド端部部分４６と流体連通している。

図３は、本発明の１又はそれ以上の実施形態による、図２に示すような燃焼器キャップ組立体１００の一部の斜視断面図を示す。図４は、１又はそれ以上の実施形態による、燃焼器キャップ組立体１００の一部の後方斜視図を示す。図５は、１又はそれ以上の実施形態による、燃焼器キャップ組立体１００の一部の前方又は前面斜視図を示す。図６は、１又はそれ以上の実施形態による、燃焼器キャップ組立体１００の正面図を示す。

図３に示すように、シュラウド１０４は、第２の又は後方端部部分１１６から軸方向に分離された第１の又は前方端部部分１１４を含む。１つの実施形態において、図３及び４に示すように、フランジ１１８は、シュラウド１０４から該シュラウド１０４の軸方向中心線に向けて半径方向内向きに延びる。フランジ１１８は、第１の端部部分１１４に近接して配置することができる。フランジ１１８は、シュラウド１０４を流れ調整プレート１０２の装着特徴部（図示せず）に結合又は接続するのに用いることができる。例えば、１又はそれ以上のボルト又は他の好適なファスナー（図示せず）がフランジ１１８を貫通して延びて、この２つの構成要素を固定又は結合するようにすることができる。図２及び３に示すように、燃焼器キャップ組立体１００は更に、インピンジメントプレート１２０を含む。１つの実施形態において、図３に示すように、インピンジメントプレート１２０は、第２の端部部分１１６に近接してシュラウド１０４に結合される。インピンジメントプレート１２０は、シュラウド１０４の第２の端部部分１１６にわたって半径方向及び円周方向に少なくとも部分的に延びる。インピンジメントプレート１２０は、燃料ノズル４６（図２）を受けるよう略軸方向に貫通して延びる少なくとも１つの燃料ノズル通路１２２を少なくとも部分的に定めることができる。

図３及び４に示すように、インピンジメントプレート１２０は、第１の又は上流側側面部１２４を含む。図３及び５に示すように、インピンジメントプレート１２０はまた、第２の又は下流側側面部１２６を含む。図３に示すように、インピンジメントプレート１２０は更に、外側バンド部分１２８を含む。外側バンド部分１２８は、インピンジメントプレート１２０の半径方向外周を少なくとも部分的に定める。種々の実施形態において、図３及び４に示すように、インピンジメントプレート１２０は、複数のインピンジメント冷却孔１３０を少なくとも部分的に定める。インピンジメント冷却孔１３０は、第１の側面部１２４及び第２の側面部１２６を貫通して延びて、冷却空気プレナム１１２からインピンジメントプレート１２０を通る流体連通を提供する。

１つの実施形態において、図３に示すように、インピンジメントプレート１２０は更に、少なくとも１つの冷却流戻り通路１３２を定める。図示のように、冷却流戻り通路１３２は、第１の側面部１２４及び第２の側面部１２６を貫通して延びて、インピンジメントプレート１２０を通る流体連通を提供する。１つの実施形態において、冷却流戻り通路１３２は、インピンジメントプレート１２０を貫通して実質的に軸方向に延びる。図５に示すように、冷却流戻り通路１３２への入口１３４は、インピンジメントプレート１２０の第２の側面部１２６に沿って定められる。１つの実施形態において、第２の側面部１２６の隆起部１３６は入口１３４を囲む。隆起部１３６は、取り囲む第２の側面部１２６に対して軸方向外向きに隆起している。

特定の実施形態において、図３及び５に示すように、外側バンド部分１２８は、インピンジメントプレート１２０の外側バンド部分１２８を通って実質的に半径方向に延びる複数の冷却通路１３８を少なくとも部分的に定める。１つの実施形態において、図５に示すように、冷却流戻り通路１３２に近接していない外側バンド部分１２８の領域に沿ったよりも、冷却流戻り通路１３２の入口１３４に近接してより多数の冷却通路１３８を形成又は集中させることができる。

図２、３及び６に示すように、燃焼器キャップ組立体１００は更に、インピンジメントプレート１２０に結合されたキャッププレート１４０を含む。１つの実施形態において、図３に示すように、キャッププレート１４０は、インピンジメントプレート１２０の外側バンド部分１２８に結合される。図６に示すように、キャッププレート１４０は、インピンジメントプレート１２０の周りに円周方向及び半径方向に延びる。図３に示すように、キャッププレート１４０は、インピンジメントプレート１２０の第２の側面部１２６に面するインピンジメント側面１４２を含む。キャッププレート１４０の反対側面又は高温側面１４４は、燃焼器２４に設置されたときに燃焼ゾーン又は燃焼室５０（図１）に面している。

インピンジメント側面１４２は、第２の側面部１２６から軸方向に離間して、これらの間にインピンジメント空気プレナム１４６を定める。インピンジメント冷却孔１３０は、冷却空気プレナム１１２からインピンジメント空気プレナム１４６への流体連通を提供する。インピンジメント冷却孔１３０は、一般に、燃焼器２４の作動中に圧縮空気１８のジェットをキャッププレート１４０のインピンジメント側面１４２上に直接集中させるように整列することができる。冷却流戻り通路１３２は、インピンジメント空気プレナム１４６からの流体連通を提供する。１つの実施形態において、冷却通路１３８はまた、インピンジメント空気プレナム１４６からの流体連通を提供する。１つの実施形態において、図３に示すように、キャッププレート１４０は更に、燃料ノズル通路１２２を定める。

種々の実施形態において、図３に示すように、燃焼器キャップ組立体１００は更に、冷却流戻り通路１３２を介してインピンジメント空気プレナム１４６と流体連通した少なくとも１つの流体導管１４８を含む。１つの実施形態において、流体導管１４８は、冷却流戻り通路１３２と同軸整列される。流体導管１４８は、インピンジメントプレート１２０の第１の側面部１２４からシュラウド１０４の第１の末端部１１４に向けて実質的に軸方向に延びる。略円形の管体として図示されているが、流体導管１４８は、あらゆる断面形状を有することができる。１つの実施形態において、図３に示すように、流体導管１４８の出口端部１５０は、フランジ１１８を通って少なくとも部分的に延びる。流体導管１４８は、インピンジメントプレナム１４６及び／又は冷却流戻り通路１３２から冷却空気プレナム１１２を通って延び、且つ冷却空気プレナム１１２から流体分離された排気通路を定める。

種々の実施形態において、図３に示すように、流れ調整プレート１０２は、シュラウド１０４の前方端部部分１１４に結合される。例えば、１つの実施形態において、流れ調整プレート１０２の後方端部部分１０６は、シュラウド１０４の前方端部部分１１４及び／又はフランジ１１８に結合される。流れ調整プレート１０２は、ボルト又は同様のものなどの機械的ファスナーを介して及び／又は溶接又は他の好適な接続手段によってシュラウド１０４の前方端部部分１１４及び／又はフランジ１１８に結合することができる。

特定の実施形態において、図３に示すように、流れ調整プレート１０２は、内側バンド部分１５２、外側バンド部分１５４、及び環状部分１５６を含む。環状部分１５６は、内側バンド部分１５２と外側バンド部分１５４との間に軸方向及び半径方向に延びる。燃焼器２４に設置されると、図２に示すように、環状部分１５６は、環状流れ通路５４内で半径方向及び軸方向に延びる。特定の実施形態において、環状部分１５６は、高圧プレナム４４をヘッド端部部分４６から流体分離する。図３に示すように、環状部分１５６は、環状部分１５６は、上流側面１５８と下流側面１６０とを含む。複数の流れ調整通路１６２は、環状部分１５６、詳細には上流側面１５８及び下流側面１６０を通じて流体連通を提供する。

図３に示すように、環状部分１５６は、比較的幅広の軸方向厚さを有し、流れ調整通路１６２が、環状部分１５６の上流側面１５８上に形成された入口１６４と、下流側面１６０上に形成された出口１６５との間で延びる細長管体となる。他の形状もまた実施可能であるが、流れ調整通路１６２は、円筒形状を有することができる。流れ調整通路１６２は、互いに平行で且つ燃焼器２４の中心軸線に平行とすることができる。図示のように、環状部分１５６の上流側面１５８は、環状通路５４を通る流れ方向にほぼ垂直に配列された平面を含むことができる。流れ調整通路１６２の入口１６４は、上流側面１５８を通って形成することができる。

環状部分１５６の下流側面１６０はまた、環状通路５４を通る流れ方向にほぼ垂直な平面を含むことができる。流れ調整通路１６２の出口１６５は、この下流側面１６０を通って形成することができる。流れ調整プレート１０２の環状部分１５６内に含まれる流れ調整通路１６２の数は、用途に応じて変わることができる。例示の実施形態において、流れ調整通路１６２は、１００〜２００の間とすることができる。

図６に示すように、流れ調整通路１６２は、環状部分１５６内に流れ調整通路１６２の円周方向に配列した列が形成されるように構成することができる。図示のように、列は、内側半径方向列と外側半径方向列とを含むことができ、内側半径方向列が内側バンド部分１５２により近接して位置する。同様に図示するように、内側半径方向列及び外側半径方向列の流れ調整通路１６２は、クロック配置、すなわち、環状オフセットを含むように構成することができる。流れ調整通路１６２が、内側半径方向列及び外側半径方向列を半径方向列状に形成するように位置付けられた場合には、各列は、５０〜１００個の流れ調整通路１６２を含むことができるが、他の構成も実施可能である。

特定の実施形態において、図３に示すように、流れ調整通路１６２の少なくとも一部は、上流側面１５８と下流側面１６０との間で変化する断面直径Ｄを有することができる。例えば、１つの実施形態において、流れ調整通路１６２は、流れ調整通路１６２の入口１６４に近接して第１の断面直径Ｄ_１と、第１の断面直径Ｄ_１から下流側に第２の断面直径Ｄ_２とを有することができる。１つの実施形態において、第１の断面直径Ｄ_１は、第２の断面直径Ｄ_２よりも小さい。可変断面直径は一般に、圧縮空気１８が高圧プレナム４４から流れ調整プレート１０２を通ってヘッド端部４６に向けて流れるときに、圧縮空気１８の流れの調整を可能にする。例えば、流れ調整通路１６２は、流れの乱流を低減し、及び／又は高圧プレナム４４とヘッド端部１６２との間の流れ圧力を低減し、従って、燃焼前の燃料との混合を促進することができる。

種々の実施形態において、図３、７、８及び９に図示するように、流れ調整プレート１０２の内側バンド部分１５２は、排気チャネル１６６を少なくとも部分的に定める。排気チャネル１６６は、インピンジメント空気プレナム１４６及び排気出口１６８と流体連通している。種々の実施形態において、流体導管１４８は、シュラウド１０４及び／又は冷却空気プレナム１１２内でインピンジメントプレート１２０と流れ調整プレート１０２の内側バンド部分１５２との間を延びる。このようにして、流体導管１４８は、インピンジメント空気プレナム１４６と排気チャネル１６６との間の流体連通を提供する。

１つの実施形態において、図３に示すように、排気出口１６８は、流れ調整通路１６２の入口１６４から上流側で内側バンド部分１５２の半径方向外側面１７０に沿って配置され及び／又は半径方向外側面１７０を通って延びる。１つの実施形態において、図７に示すように、排気出口１６８は、流れ調整通路１６２の出口１６５から下流側及び／又は環状部分１６２の下流側面１６０で内側バンド部分１５２の半径方向外側面１７２に沿って配置される。１つの実施形態において、図７に示すように、内側バンド部分１５２は、該内側バンド部分１５２内でほぼ円周方向に延びる冷却空気排気プレナム１７４を少なくとも部分的に定める。冷却空気排気プレナム１７４は、排気チャネル１６６及び排気出口１６８と流体連通している。冷却空気排気プレナム１７４は、複数の排気チャネル１６６及び／又は複数の排気出口１６８と流体連通することができる。

特定の実施形態において、図８に示すように、排気チャネル１６６は、流れ調整プレート１０２の環状部分１５６内に少なくとも部分的に定められる。１つの実施形態において、図８に示すように、排気出口１６８は、複数の流れ調整通路１６２のうちの１つの流れ調整通路１６２内に配置される。例えば、第１の断面直径Ｄ１は、第２の断面直径Ｄ２よりも小さい又は狭い。特定の実施形態において、図９に示すように、排気チャネル１６６は、流れ調整プレート１０２の環状部分１５６内に少なくとも部分的に定められ、排気出口１６８は、環状部分１５６の下流側面１６０に沿って配置される。１つの実施形態において、図９に示すように、排気チャネル１６６及び／又は排気プレナム１７４は、環状部分１５６の下流側面１６０に沿って配置された複数の排気出口１６８と流体連通することができる。

作動時には、図２に示すように、圧縮空気１８は、環状流れ通路５４に沿って高圧プレナム４４から流れ調整プレート１０２の流れ調整通路１６２を通って燃焼器２４のヘッド端部部分４６内に流れる。流れ調整通路１６２は、ヘッド端部部分４６の上流側の不均等な流れ特性又は分布を調整し、これにより圧縮空気の流れを燃焼器キャップ組立体１００及び／又は燃料ノズル４８に流入する前により均一にすることができる。圧縮空気１８の第２の部分は、冷却空気プレナム１１２に送られる。次いで、冷却排気１７６は、冷却流戻り通路１３２を介してインピンジメント空気プレナムから流出して、流体導管１４８を介して冷却空気プレナム１１２を通って流れる。流体導管１４８は、冷却空気プレナム１１２内に流れる圧縮空気１８から冷却排気１７６を流体分離する。次いで、冷却排気１７６は、流体導管１４８から出て、排気チャネル１６６に流入する。

種々の実施形態において、冷却排気１７６は、排気チャネル１６６から排気出口１６８を通って環状流れ通路５４に流入し、ここで高圧プレナム４４からの圧縮空気１８と混合して燃料と予混合する。１つの実施形態において、図３に示すように、冷却排気１７６は、環状部分１５６の流れ調整通路１６２への入口１６４の上流側で排気出口１６８を通って送られる。図７に示す１つの実施形態において、冷却排気１７６は、環状部分１５６の流れ調整通路１６２の下流側で排気出口１６８を通って送られる。別の実施形態において、図９に示すように、冷却排気１７６は、環状部分１５６の下流側面１６０に沿って配置された排気出口１６８を通って送られる。

本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、また、あらゆる当業者が、あらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること並びにあらゆる組み込み方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。

１０ガスタービン
１２入口セクション
１４作動流体
１６圧縮機
１８圧縮空気
２０燃料
２２燃料源
２４燃焼器
２６燃焼ガス
２８タービン
３０シャフト
３２発電機／モータ
３４排気ガス
３６排気セクション
３８排気スタック
４０外側ケーシング
４２端部カバー
４４高圧プレナム
４６ヘッド端部部分
４８燃料ノズル
５０燃焼室
５２燃焼ライナ
５４環状流れ通路
５６インピンジメントスリーブ又はライナ
１００燃焼器キャップ組立体
１０２流れ調整プレート
１０４シュラウド
１０６後方端部部分
１０８２次シュラウド
１１０前方端部部分
１１２冷却空気プレナム
１１４第１の／前方端部部分
１１６第２の／後方端部部分
１１８フランジ
１２０インピンジメントプレート
１２２燃料ノズル通路
１２４第１の／上流側側面部
１２６第２の／下流側側面部
１２８外側バンド部分
１３０インピンジメント冷却孔
１３２冷却流戻り通路
１３４入口
１３６隆起部
１３８冷却通路
１４０キャッププレート
１４２インピンジメント側面
１４４反対側面又は高温側面
１４６インピンジメント空気プレナム
１４８流体導管
１５０出口端部
１５２内側バンド部分
１５４外側バンド部分
１５６環状部分
１５８上流側面
１６０下流側面
１６２流れ調整通路
１６４入口
１６５出口
１６６排気チャネル
１６８排気出口
１７０半径方向外側面
１７２半径方向外側面
１７４冷却空気排気プレナム
１７６冷却排気

Claims

燃焼器キャップ組立体（１００）であって、
環状シュラウド（１０４）の後方端部部分（１０６）に結合されたインピンジメントプレート（１２０）と、
前記インピンジメントプレート（１２０）に結合され、前記インピンジメントプレート（１２０）と共に間にインピンジメント空気プレナム（１４６）を定めるキャッププレート（１４０）と、
前記シュラウドの前方端部部分（１１４）に結合された流れ調整プレート（１０２）と、
を備え、前記流れ調整プレートが、内側バンド部分（１５２）と、外側バンド部分（１５４）と、前記内側バンド部分と外側バンド部分との間で半径方向に延びる環状部分（１５６）と、を有し、前記環状部分が、上流側面（１５８）と下流側面（１６０）とを有し、前記環状部分が、前記上流側面及び下流側面を通じて流体連通を提供する複数の流れ調整通路（１６２）を定め、前記流れ調整プレートの内側バンド部分が、前記インピンジメント空気プレナム及び排気出口（１６８）と流体連通した排気チャネル（１６６）を少なくとも部分的に定める、燃焼器キャップ組立体。
前記インピンジメントプレートと前記流れ調整プレートの内側バンド部分との間で前記シュラウド内に延びる流体導管（１４８）を更に備え、前記流体導管が、前記インピンジメント空気プレナムと前記排気チャネルとの間の流体連通を提供する、請求項１に記載の燃焼器キャップ組立体。
前記排気出口が、前記複数の流れ調整通路から上流側で前記内側バンド部分の半径方向外側面（１７０）を通って延びる、請求項１に記載の燃焼器キャップ組立体。
前記排気出口が、前記複数の流れ調整通路から下流側で前記内側バンド部分の半径方向外側面（１７２）を通って延びる、請求項１に記載の燃焼器キャップ組立体。
前記内側バンド部分が、該内側バンド部分内に冷却空気排気プレナム（１７４）を少なくとも部分的に定め、前記冷却空気排気プレナムが、前記排気チャネル及び前記排気出口と流体連通している、請求項１に記載の燃焼器キャップ組立体。
前記排気チャネルが更に、前記流れ調整プレートの環状部分内に定められる、請求項１に記載の燃焼器キャップ組立体。
前記排気出口が、前記複数の流れ調整通路のうちの１又はそれ以上の流れ調整通路内に配置される、請求項６に記載の燃焼器キャップ組立体。
前記排気出口が、前記流れ調整プレートの環状部分の下流側部に沿って配置される、請求項６に記載の燃焼器キャップ組立体。
燃焼器（２４）であって、
外側ケーシング（４０）内に軸方向に延び、該外側ケーシングが前記燃焼器内に高圧プレナム（４４）を定める燃料ノズル（４８）と、
前記外側ケーシング内で前記燃料ノズルの少なくとも一部を囲む燃焼器キャップ組立体（１００）と、
を備え、前記燃焼器キャップ組立体が、
環状シュラウド（１０４）の後方端部部分（１０６）に結合されたインピンジメントプレート（１２０）と、
前記インピンジメントプレートの反対側の端部に結合されたキャッププレート（１４０）と、
を含み、
前記インピンジメントプレート及び前記シュラウドが冷却空気プレナム（１１２）を少なくとも部分的に定め、前記キャッププレート及び前記インピンジメントプレートが、前記冷却空気プレナムと流体連通してインピンジメント空気プレナム（１４６）を定め、
前記燃焼器キャップ組立体が更に、
前記シュラウドの前方端部部分（１１４）に結合され、内側バンド部分（１５２）と、外側バンド部分（１５４）と、前記内側バンド部分と外側バンド部分との間で半径方向に延びる環状部分（１５６）と、を有し、該環状部分が環状流れ通路（５４）内に配置され、前記環状流れ通路が前記高圧プレナムと前記燃焼器のヘッド端部部分（４６）との間で流体連通を提供する、流れ調整プレート（１０２）と、
を含み、前記環状部分が、上流側面（１５８）と、下流側面（１６０）と、前記高圧プレナムから前記環状部分を通って前記ヘッド端部部分まで流体連通を提供する複数の流れ調整通路（１６２）と、を含み、前記内側バンド部分が、前記インピンジメント空気プレナムと流体連通した排気チャネル（１６６）を少なくとも部分的に定め、前記排気チャネルが排気出口（１６８）と流体連通し、該排気出口が前記環状流れ通路と流体連通している、燃焼器（２４）。
前記インピンジメントプレートと前記流れ調整プレートの内側バンド部分との間で前記シュラウド内に延びる流体導管（１４８）を更に備え、前記流体導管が、前記インピンジメント空気プレナムと前記排気チャネルとの間の流体連通を提供する、請求項９に記載の燃焼器。
前記排気出口が、前記複数の流れ調整通路から上流側で前記内側バンド部分の半径方向外側面（１７０）を通って延びる、請求項９に記載の燃焼器。
前記排気出口が、前記複数の流れ調整通路から下流側で前記内側バンド部分の半径方向外側面（１７２）を通って延びる、請求項９に記載の燃焼器。
前記内側バンド部分が、該内側バンド部分内に冷却空気排気プレナム（１７４）を少なくとも部分的に定め、前記冷却空気排気プレナムが、前記排気チャネル及び前記排気出口と流体連通している、請求項９に記載の燃焼器。
前記排気チャネルが更に、前記流れ調整プレートの環状部分内に定められる、請求項９に記載の燃焼器。
前記排気出口が、前記複数の流れ調整通路のうちの１又はそれ以上の流れ調整通路内に配置される、請求項１４に記載の燃焼器。
前記排気出口が、前記流れ調整プレートの環状部分の下流側部に沿って配置される、請求項１４に記載の燃焼器。
ガスタービン（１０）であって、
圧縮機セクションと、
前記圧縮機セクションから下流側の燃焼セクション（１６）と、
前記燃焼セクションから下流側に配置されたタービンセクションと、
を備え、前記燃焼セクションが、前記圧縮機セクションと流体連通した高圧プレナム（４４）を定める外側ケーシング（４０）によって少なくとも部分的に囲まれた燃焼器（２４）を含み、前記燃焼器が、前記外側ケーシング内で軸方向に延びる燃料ノズル（４８）と、前記燃料ノズルの少なくとも一部を円周方向に囲む燃焼器キャップ組立体（１００）とを含み、
前記燃焼器キャップ組立体が、
環状シュラウド（１０４）の後方端部部分（１０６）に結合されたインピンジメントプレート（１２０）と、
前記インピンジメントプレートの反対側の端部に結合されたキャッププレート（１４０）と、
を含み、前記インピンジメントプレート及び前記シュラウドが冷却空気プレナム（１１２）を少なくとも部分的に定め、前記キャッププレート及び前記インピンジメントプレートが、前記冷却空気プレナムと流体連通してインピンジメント空気プレナム（１４６）を定め、
前記燃焼器キャップ組立体が更に、
前記シュラウドの前方端部部分（１１４）に結合され、内側バンド部分（１５２）と、外側バンド部分（１５４）と、前記内側バンド部分と外側バンド部分との間で半径方向に延びる環状部分（１５６）と、を有し、該環状部分が環状流れ通路（５４）内に配置され、前記環状流れ通路が前記高圧プレナムと前記燃焼器のヘッド端部部分（４６）との間で流体連通を提供する、流れ調整プレート（１０２）と、
を含み、前記環状部分が、上流側面（１５８）と、下流側面（１６０）と、前記高圧プレナムから前記環状部分を通って前記ヘッド端部部分まで流体連通を提供する複数の流れ調整通路（１６２）と、を含み、前記内側バンド部分が、前記インピンジメント空気プレナムと流体連通した排気チャネル（１６６）を少なくとも部分的に定め、前記排気チャネルが排気出口（１６８）と流体連通し、該排気出口が前記環状流れ通路と流体連通している、燃焼器（２４）。
前記排気出口が、前記複数の流れ調整通路から上流側で前記内側バンド部分の半径方向外側面に沿って配置される、請求項１７に記載のガスタービン。
前記排気出口が、前記複数の流れ調整通路から下流側で前記内側バンド部分の半径方向外側面に沿って配置される、請求項１７に記載のガスタービン。
前記排気チャネルが更に、前記流れ調整プレートの環状部分内に定められ、前記排気出口が、前記流れ調整プレートの環状部分の下流側面に沿って配置され、又は前記複数の流れ調整通路のうちの少なくとも１つの流れ調整通路内に配置される、請求項１７に記載のガスタービン。