JP2017003257A - パイロット燃料噴射装置を囲む環状スプリッタを有するプレフィルミングエアブラスト(pab)パイロット - Google Patents

パイロット燃料噴射装置を囲む環状スプリッタを有するプレフィルミングエアブラスト(pab)パイロット Download PDF

Info

Publication number
JP2017003257A
JP2017003257A JP2016111393A JP2016111393A JP2017003257A JP 2017003257 A JP2017003257 A JP 2017003257A JP 2016111393 A JP2016111393 A JP 2016111393A JP 2016111393 A JP2016111393 A JP 2016111393A JP 2017003257 A JP2017003257 A JP 2017003257A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pilot
fuel
annular
downstream
fuel nozzle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
JP2016111393A
Other languages
English (en)
Inventor
マイケル・アンソニー・ベンジャミン
Michael Anthony Benjamin
アルフレッド・アルバート・マンシーニ
Alfred Albert Mancini
ラメシュクマール・ムスヴェル・チャンドラセカラン
Muthuvel Chandrasekaran Rameshkumar
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of JP2017003257A publication Critical patent/JP2017003257A/ja
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/04Air inlet arrangements
    • F23R3/10Air inlet arrangements for primary air
    • F23R3/12Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex
    • F23R3/14Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex by using swirl vanes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/286Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply having fuel-air premixing devices
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/22Fuel supply systems
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D11/00Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/10Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour
    • F23D11/106Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour medium and fuel meeting at the burner outlet
    • F23D11/107Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour medium and fuel meeting at the burner outlet at least one of both being subjected to a swirling motion
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D2900/00Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/11101Pulverising gas flow impinging on fuel from pre-filming surface, e.g. lip atomizers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)
  • Nozzles For Spraying Of Liquid Fuel (AREA)

Abstract

【課題】二重環状プリスワール型燃焼器を備えたガスタービンエンジン用の燃料ノズルを提供する。【解決手段】ガスタービンエンジン用の燃料ノズル10は軸方向に細長の内側パイロット中心本体壁40と外側パイロット中心本体壁41とを有するパイロット燃料噴射装置18を含み、本体壁40が上流側端部から下流側端部を定める環状燃料通路25まで延びる。燃料通路はパイロット燃料調量オリフィス21において内側パイロット中心本体壁40と交差している。燃料ノズル10は、環状燃料通路25から下流側にパイロット燃料膜面23と、パイロット燃料噴射装置18を囲む環状スプリッタ28と、を含む。環状スプリッタ28は、軸方向で順次的に、上流側セクションと、パイロット燃料膜面によって定められる下流側直径よりも大きい直径を有するスプリッタスロート56と、中心軸線26に対して約24度〜約40度の平均発散角を有する下流側発散面58と、を含む。【選択図】図1

Description

本発明の主題は、全体的に、ガスタービンエンジンの燃料ノズルに関する。より詳細には、本発明の主題は、一般的な商用航空機用途のTAPS(twin annular pre−swirled;二重環状プリスワール型)燃焼器を備えたガスタービンエンジン用の燃料ノズルに関する。
航空機ガスタービンエンジンは、燃料が燃焼してエンジンサイクルに熱を入力する燃焼器を含む。典型的な燃焼器は、1又はそれ以上の燃料噴射装置を組み込んでおり、これらは、微粒化し燃焼できるように液体燃料を空気流ストリームに取り込む機能を果たす。
低汚染、高効率、低コスト、高エンジン出力、及び良好なエンジン作動性で動作するよう、多段燃焼器が開発されている。多段燃焼器において、燃焼器の燃料ノズルは、2又はそれ以上の個別段を通じて燃料を選択的に噴射するよう作動し、各段は、燃料ノズル内の個々の燃料流路により定められる。例えば、燃料ノズルは、連続的に作動するパイロット段と、より高次のエンジン出力レベルでのみ作動する主段とを含むことができる。かかる燃料ノズルの実施例は、Twin Annular Premixing Swirler(TAPS:二重環状プリスワーラ)燃料ノズルである。燃料の流量はまた、各段内で可変とすることができる。
TAPS燃料ノズルは、低エミッションを得るために噴射装置内で2つの噴射/混合段を必要とする。最大パイロット段先端フロー数、及びひいては流量能力は、低流量状態(例えば、始動時及びアイドリング)での微粒化性能によって制限される。従って、特にTAPS型燃料ノズルに関して、パイロット段における高い流量能力に対する要求がある。
米国特許第3,980,233号明細書
本発明の態様及び利点は、その一部を以下の説明に記載しており、又はこの説明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り理解することができる。
ガスタービンエンジン用の燃料ノズルが提供される。1つの実施形態において、燃料ノズルは、軸方向に細長の内側パイロット中心本体壁と、外側パイロット中心本体壁とを有するパイロット燃料噴射装置を含み、軸方向に細長の内側パイロット中心本体壁は、上流側端部から、パイロット燃料噴射装置の下流側端部を定める環状燃料通路まで延びる。燃料通路は、パイロット燃料調量オリフィスにおいて内側パイロット中心本体壁と交差している。燃料ノズルはまた、環状燃料通路から下流側にパイロット燃料膜面と、パイロット燃料噴射装置を囲む環状スプリッタと、を含む。環状スプリッタは、軸方向で順次的に、上流側セクションと、パイロット燃料膜面によって定められる下流側直径よりも大きい直径を有する、パイロット燃料膜面の下流側にあるスプリッタスロートと、中心軸線に対して約24度〜約40度の平均発散角を有する下流側発散面と、を含む。
本発明のこれら及び他の特徴、態様、並びに利点は、以下の説明及び添付の請求項を参照するとより理解できるであろう。本明細書に組み込まれ且つその一部を構成する添付図面は、本発明の実施形態を例証しており、本明細書と共に本発明の原理を説明する役割を果たす。
添付図を参照した本明細書において、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説明する。
本発明の1つの態様に従って構成されたガスタービンエンジン燃料ノズルの概略断面図。 図1のガスタービンエンジン燃料ノズルの概略的な分解組み立て断面図。 図1の燃料エンジン燃料ノズルのパイロット部分の概略的な分解組み立て断面図。
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の要素を示すために、図面及び説明において同様の又は類似の記号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。
図1は、ガスタービンエンジン燃焼器(図示せず)の空気流ストリーム内に液体炭化水素燃料を噴射するよう構成あれたタイプの例示的な燃料ノズル10を示す。燃料ノズル10は、「多段」型であり、これは、2又はそれ以上の個別の段を通じて燃料を選択的に噴射するよう作動し、各段が燃料ノズル10内の個々の燃料流路により定められることを意味する。燃料の流量はまた、各段内で可変とすることができる。
燃料ノズル10は、既知のタイプの燃料システム12に接続され、作動要求に応じて可変の流量で液体燃料の流れを供給するよう作動可能である。燃料システムは、パイロット燃料導管16に結合されたパイロット制御バルブ14に燃料を供給し、該パイロット燃料導管16は、燃料ノズル10の内部のパイロット供給ライン19に燃料を供給する。燃料システム12はまた、主燃料導管22に結合された主バルブ20に燃料を供給し、該主燃料導管22は、燃料ノズル10の主噴射リング24に燃料を供給する。
説明の目的で、燃料ノズル10が使用されるエンジン(図示せず)の中心軸線に略平行な燃料ノズル10の中心軸線10について説明する。例示の燃料ノズル10の主要な構成要素は、中心軸線26に並行に延び且つ一連の同心状リングとして中心軸線26を囲んで配置される。この主要な構成要素には、中心軸線26から開始して半径方向外向きに先行するものから、パイロット燃料噴射装置18、スプリッタ28、ベンチュリ30、内側本体32、主リング支持体34、主噴射リング24、及び外側本体36がある。これらの構造体の各々について詳細に説明する。
パイロット燃料噴射装置18は、中心軸線26と整列して、燃料ノズル10の上流側端部に配置される。図示のように、パイロット燃料噴射装置18は、中空管体を形成する軸方向に細長の内側パイロット中心本体壁40と、外側パイロット中心本体壁41とを含む。環状燃料通路25は、パイロット燃料噴射装置18の中空管体の下流側端部を定め、燃料通路25がパイロット燃料調量オリフィス21において中心本体壁40と交差している。パイロット燃料膜面23は、環状燃料通路25から下流側にあり、パイロット燃料調量オリフィス21によって上流側端部が定められるようになる。パイロット燃料膜面23は、内側空気回路52において下流側端部にて終端する。
中心本体壁40は、パイロット燃料調量オリフィス21から下流側に発散−縮小の配向を有して、中央スワーラ51とパイロット燃料調量オリフィス21との間にスロート43を定めるようにする。1つの実施形態において、スロート43は、中心軸線26に沿ってスロート43からパイロット燃料膜面23の下流側端部まで測定したスロート−プレフィルマ距離の約0.75〜約1,25倍のスロート直径を有する。例えば、スロート43は、スロート−プレフィルマ距離の約0.9〜約1.1倍のスロート直径を有することができる。
スロート43は、中心本体壁40によって定められるパイロット燃料噴射装置18内の他の何れかの領域の直径よりも小さい内径を有する。1つの実施形態において、中心本体壁40は、約4度〜約6度など、スロート43とパイロット燃料調量オリフィス21との間の下流側位置において中心軸線26に対して約3度〜約7度の平均発散角を定める。1つの実施形態において、中心本体壁40は、約5度〜約10度など、中央スワーラ51とスロート43との間の上流側位置において中心軸線26に対して約1度〜約15度の平均収縮角を定める。
パイロット燃料膜面23の長さと直径の比は、パイロット燃料調量オリフィス21から内側空気回路52までのパイロット燃料膜面23の距離を、パイロット燃料膜面23によって定められる最小直径で除算することにより測定され、特定の実施形態においては、約0.3〜約0.75である。1つの実施形態において、パイロット燃料膜面23は、パイロット燃料調量オリフィス21から内側空気回路52まで一定の直径を有する。パイロット燃料膜面23の一定の直径は、1つの特定の実施形態において、軸方向に細長の内側パイロット中心本体壁の下流側直径よりも大きい。
中央空気回路50は、中央スワーラ51により定められ、該中央スワーラ51は、中央スワーラ51を流れる空気に及びパイロット燃料噴射装置18内にスワールを誘起するような形状及び向きにされた中央スワールベーン48を有する。1つの実施形態において、中央スワールベーン48は、中心軸線26に対して約40度〜約50度の角度を有する後縁を定める。
パイロット燃料カートリッジ17は、内側パイロット中心本体壁40と外側パイロット中心本体壁41との間に位置付けられ、パイロット供給ライン19のスワール経路を提供する。以下で検討するように、パイロット燃料回路は、主回路の半径方向外部にあり主中央本体に最も近接してリング上に位置付けられた通路を通って配向されることにより、主燃料回路と熱的に結合されるよう設計される。パイロット燃料がリングの周りを流れると、通路は、全ての主噴射ポストの周りで流れを分割して再結合するよう設計される。パイロット流れが主リングを超えてパイロット中央本体まで流れ続けると、パイロット燃料がパイロット燃料カートリッジ17に流入し、中央ラインの周りで2つの螺旋ループを進み、その後、螺旋流れ及び調量オリフィスを有する環状構造体であるパイロット燃料調量オリフィス21に遭遇する。
パイロット燃料噴射装置18は、比較的小さな安定したパイロット火炎ゾーンを定め、ここには、エアブラストパイロット燃料噴射装置18によって燃料供給され、また、中央空気回路50及び内側空気回路52によって供給される空気が提供される。このパイロット燃焼ゾーンは、半径方向で環状燃焼器流れ場内で中心に配置され、中央空気回路50及び内側空気回路52によって空気が供給される。
図2及び3により詳細に示されるように、パイロット燃料噴射装置18は、内側パイロット中心本体壁40とパイロット燃料カートリッジ17との間に定められる内側パージ空気キャビティ39から延びる内側パージ空気入口ポート38を定める。パイロット燃料噴射装置18はまた、パイロット燃料カートリッジ17と外側パイロット中心本体壁41との間に定められる外側パージ空気キャビティ45から延びる外側パージ空気入口ポート44を定める。内側及び外側パージ空気入口ポート38,44は、燃料のキャビティ39,45それぞれへの逆流に抗するマージンを維持するため常に外部パージギャップを通る僅かに正の流れを提供しながら、内部速度を最小に維持することによって、高温ガスの吸入及び内部対流加熱を管理するよう制御された出口ギャップ寸法を有するようなサイズにされ及び連続的に配置される。パージ流を最小に維持することはまた、噴射位置での局所的対流加熱を最小に維持することになる。
内側及び外側パージ空気入口キャビティ39,45は、パイロット燃料カートリッジ17の両側に位置付けられ、それぞれの内部の圧力ポテンシャルを均一にするのを助け、従って、中心本体クロスオーバ管体を通じた一方から他方への内部空気流が最小限になるようにする。この均一化により、この通路内での中心本体間を通るパイロット管の対流加熱が低減され、クロスオーバの局所性での燃料支持通路の表面に対する空気衝突によって生じる加熱が確実に最小になる。
図3に示すように、内側パージ空気キャビティ39は、内側パイロット中心本体壁40とパイロット燃料カートリッジ17との間の距離が増大している拡張領域100を有する。また、内側パージ空気キャビティ39は、内側パイロット中心本体壁40とパイロット燃料カートリッジ17との間の距離が減少している収縮領域102を有する。拡張領域100と収縮領域102の間に拡張リング区域104が定められる。内側パージ空気ポート38は、最小距離にて収縮領域102(すなわち、拡張リング区域104の反対側)から延びる。
同様に、外側ガイド空気キャビティ45は、外側パイロット中心本体壁41とパイロット燃料カートリッジ17との間の距離が増大している拡張領域200を有する。また、外側ガイド空気キャビティ45は、外側パイロット中心本体壁41とパイロット燃料カートリッジ17との間の距離が減少している収縮領域202を有する。拡張領域200と収縮領域202の間に拡張リング区域204が定められる。
再度図1を参照すると、環状スプリッタ28は、パイロット燃料噴射装置18を囲む。環状スプリッタ28は、軸方向で順次的に、略円筒形の上流側セクション54と、最小直径のスプリッタスロート56と、下流側発散面58と、を含む。図示のように、スプリッタスロート56は、パイロット燃料膜面23の下流側にあり、該パイロット燃料膜面23によって定められる下流側直径よりも大きな直径を有する。下流側発散セクション58は、中心軸線26に対して約24度〜約40度の平均発散角を有する。1つの実施形態において、下流側発散セクション58は、実質的に一定の発散角(例えば、中心軸線26に対して約24度〜約40度の発散角で)を有する。
内側空気回路52内では、内側空気スワーラ60は、パイロット中心本体40とスプリッタ28の上流側セクション54との間に延びる内側スワールベーン61の半径方向アレイを含む。内側スワールベーン61は、内側空気スワーラ60を通過する空気流にスワールを誘起するような形状及び向きにされる。1つの実施形態において、内側スワールベーン61は、中心軸線に対して約10度〜約35度の角度の後縁を定める。1つの特定の実施形態において、内側空気スワーラ60からフィルムパイロット燃料膜面23との交差部まで定められる内側空気回路52は、外側パイロット中心本体壁41と環状スプリッタ28の上流側セクション54との間に実質的に一定の環状通路間隔を有する。何らかの特定の理論によって制限することを意図するものではないが、この実質的に一定の間隔により、より高速の空気が内側表面上に留まり、燃料膜面23から出る燃料の良好な微粒化を提供できるようになる。
環状ベンチュリ30は、スプリッタ28を囲む。環状ベンチュリ30は、軸方向で順次的に、略円筒形の上流側セクション62と、最小直径のスロート64と、下流側発散セクション66と、を含む。1つの実施形態において、下流側発散セクション66は、中心軸線に対して約28度〜約44度の平均発散角を有する。1つの特定の実施形態において、下流側発散セクション66は、中心軸線に対して約28度〜約44度の実質的に一定の発散角を有する。
外側空気回路69は、スプリッタ28とベンチュリ30との間に延びる外側空気スワーラ67を定める外側スワールベーン68の半径方向アレイを含む。外側スワールベーン68、スプリッタ28、及び内側スワールベーン60は、パイロット燃料噴射装置18を物理的に支持する。外側スワールベーン68は、外側空気スワーラ67を通過する空気流にスワールを誘起するような形状及び向きにされる。1つの実施形態において、外側スワールベーンは、約40度〜約55度のような、中心軸線に対して約40度〜約60度の角度の後縁を定める。
ベンチュリ30のボアは、パイロット空気流のための燃料ノズル10を通る流路を定める。環状の半径方向に延びるプレートの形態の熱シールド70は、発散セクション66の後端に配置することができる。既知のタイプの熱障壁コーティング(TBC)(図示せず)は、熱シールド70及び/又は発散セクション66の表面上に施工することができる。
燃料をベンチュリ壁31から離しておき、パイロット安定性の維持を促進するために、2つの燃焼ゾーンがある程度独立して作動している間、空気のバッファゾーンが、外側スワールベーン68から形成される外側空気回路69を通ってベンチュリ壁31に沿って加えられる。外側空気回路69は、スプリッタ28に直近してベンチュリ壁31の半径方向内向きに位置する環状通路であり、スプリッタ28は、内側空気回路52と外側空気回路69を分離し、それぞれの空気回路に対して完全に独立した設計パラメータ(すなわち、ベーン転回角度、出口フォーカス、運動量分割及び有効範囲)を可能にする。1つの実施形態において、外側空気回路69は、外側空気スワーラ67から環状スプリッタ28の下流側端部まで定められ、環状ベンチュリ30と環状スプリッタ28との間に実質的に一定の通路間隔を有する。
内側本体32は、ベンチュリ30を囲み、放射状熱シールドとして機能を果たすと同時に、以下で説明する他の機能を果たす。環状の主リング支持体34は、内側本体32を囲む。主リング支持体34は、主噴射リング24と燃料ノズルステム72のような固定装着構造との間の機械的接続部として機能する。
主噴射リング24は、環状の形態であり、ベンチュリ30を囲む。主噴射リング24は、1又はそれ以上の主支持アーム(図示せず)によって主リング支持体34に接続することができる。主噴射リング24は、円周方向に延びる主燃料ギャラリー76を含み、主燃料導管22に結合されて燃料が供給される。主噴射リング24に形成された主燃料オリフィス78の半径方向アレイは、主燃料ギャラリー76と連通している。エンジン作動時には、燃料は、主燃料オリフィス78を通って放出される。1又はそれ以上のパイロット燃料ギャラリー80は、主燃料ギャラリー76に近接近して主噴射リング24を通って延びる。エンジン作動時には、燃料は、パイロット燃料ギャラリー80を通って常に循環して、主噴射リング24を冷却し、主燃料ギャラリー76及び主燃料オリフィス78の閉塞を阻止する。
環状外側本体36は、主噴射リング24、ベンチュリ30、及びパイロット燃料噴射装置18を囲み、燃料ノズル10の外側範囲を定める。外側本体36の前方端部82は、ステム72に接合される。外側本体36の後方端部は、熱シールド70に向けられる冷却孔86を組み込んだ環状の半径方向に延びるバッフル84を含むことができる。前端及び後端の間には、作動時に混合気空気流に晒される略円筒形の外面88が延びる。外側本体36は、ベンチュリ30及び内側本体32と協働して二次流路90を定める。この二次流路90を通過する空気は、冷却孔86を通って放出される。
外側本体36は、スプレーウェル92と呼ばれる凹部の環状アレイを含む。スプレーウェル92の各々は、主噴射リング24と協働して、外側本体36における開口94によって定められる。主燃料オリフィス78の各々は、スプレーウェル92の1つと整列している。
外側本体36及び内側本体32は、周囲の外部空気流から保護された環状の三次スペース又は空隙96を定めるよう協働する。主噴射リング24は、この空隙内に収容される。燃料ノズル10内には、先端空気ストリームが空隙96と連通して、スプレーウェル92付近の位置にて外部圧力を上回る僅かな圧力マージンを維持するのに必要とされる最小流量を空隙96に供給するようにする流路が設けられる。例示の実施例において、この流量は、ベンチュリ30及び内側本体32それぞれに配置された小さな供給スロット(図示せず)及び供給スロット(図示せず)によって提供される。
燃料ノズル10及びその構成要素は、1又はそれ以上の金属合金から構成することができる。好適な合金の非限定的な実施例は、ニッケル及びコバルト基合金を含む。燃料ノズル10及びその一部の全て又は部分は、単体構造、単一構成、又はモノリシック構成要素の部品とすることができ、層状構造を含む製造プロセス又は付加製造(従来の機械加工プロセスのような材料除去とは違って)を用いて製造することができる。このようなプロセスは、「ラピッドマニュファクチャリングプロセス」及び/又は「付加製造プロセス」と呼ばれる場合があり、用語「付加製造プロセス」は、本明細書では一般にかかるプロセスを意味する用語である。付加製造プロセスには、限定ではないが、直接金属レーザ溶融(DMLM)、レーザネットシェイプ製造(LNSM)、電子ビーム焼結、選択的レーザ焼結(SLS)、インクジェット又はレーザジェットのような3Dプリンティング、ステロリソグラフィー(SLS:Sterolithography)、電子ビーム溶融(EBM)、レーザ技術によるネットシェイプ(LENS)、及び直接金属堆積(DMD)が挙げられる。
上記では、ガスタービンエンジンの燃料ノズルの主噴射構造について説明した。本明細書(何れかの添付の特許請求の範囲、要約書、及び図面を含む)で開示される特徴の全て、及び/又はそのように開示された何れかの方法又はプロセスのステップの全ては、このような特徴及び/又はステップの少なくとも一部が互いに排他的である組み合わせを除いて、あらゆる組み合わせで結合することができる。
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。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。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 燃料ノズル
12 燃料システム
14 パイロット制御バルブ
16 パイロット燃料導管
17 パイロット燃料カートリッジ
18 パイロット燃料噴射装置
19 パイロット供給ライン
20 主バルブ
21 パイロット燃料調量オリフィス
22 主燃料導管
23 パイロット燃料膜面
24 主噴射リング
25 環状燃料通路
26 中心軸線
28 スプリッタ
30 ベンチュリ
31 ベンチュリ壁
32 内側本体
34 主リング支持体
36 外側本体
38 内側パージ空気ポート
39 内側パージ空気キャビティ
40 内側パイロット中心本体壁
41 外側パイロット中心本体壁
42 吐出オリフィス
43 スロート
44 外側パージ空気入口ポート
45 外側ガイド空気キャビティ
48 中央スワールベーン
50 中央空気回路
51 中央スワーラ
52 内側空気回路
54 上流側セクション
56 スロート
58 発散セクション
60 内側空気スワーラ
61 内側スワーラベーン
62 上流側セクション
64 スロート
66 発散セクション
67 外側空気スワーラ
68 外側スワールベーン
69 外側空気回路
70 熱シールド
72 燃料ノズルステム
76 主燃料ギャラリー
78 主燃料オリフィス
80 パイロット燃料ギャラリー
82 前端
84 バッフル
86 孔
88 外面
90 流路
92 スプレーウェル
94 開口
96 空隙
100 拡張領域
102 収縮領域
104 拡張リング区域
200 拡張領域
202 収縮領域
204 拡張リング区域

Claims (10)

  1. 燃料ノズル(10)であって、
    軸方向に細長の内側パイロット中心本体壁(40)と、外側パイロット中心本体壁(41)とを含むパイロット燃料噴射装置(18)を備え、
    前記軸方向に細長の内側パイロット中心本体壁(40)が、上流側端部から、前記パイロット燃料噴射装置(18)の下流側端部を定める環状燃料通路(25)まで延びて、該環状燃料通路(25)がパイロット燃料調量オリフィス(21)において前記内側パイロット中心本体壁(40)と交差しており、
    前記燃料ノズル(10)が更に、
    前記環状燃料通路(25)から下流側にパイロット燃料膜面(23)と、
    前記パイロット燃料噴射装置(18)を囲む環状スプリッタ(28)と、
    を備え、
    前記環状スプリッタ(28)が、軸方向で順次的に、
    略円筒形の上流側セクション(54)と、
    前記パイロット燃料膜面の下流側にあり、該パイロット燃料膜面によって定められる下流側直径よりも大きい直径を有するスプリッタスロート(56)と、
    中心軸線(26)に対して約24度〜約40度の平均発散角を有する下流側発散面(58)と、
    を含む、燃料ノズル(10)。
  2. 前記環状スプリッタ(28)の下流側発散面(58)が、中心軸線(26)に対して約24度〜約40度の実質的に一定の発散角を有する、請求項1に記載の燃料ノズル(10)。
  3. 前記外側パイロット中心本体壁(41)と前記環状スプリッタ(28)の上流側セクション(54)との間に延びる内側スワールベーン(61)の半径方向アレイを含む内側スワーラ(60)を更に備え、前記内側スワールベーン(61)が、中心軸線(26)に対して約10度〜約35度の角度で後縁を定める、請求項1に記載の燃料ノズル(10)。
  4. 前記外側パイロット中心本体壁(41)と前記環状スプリッタ(28)の上流側セクション(54)との間に実質的に一定の通路間隔を有して、内側空気スワーラ(60)から前記フィルムパイロット燃料膜面(23)との交差部まで内側空気回路(52)が定められる、請求項3に記載の燃料ノズル(10)。
  5. 前記パイロット燃料噴射装置(18)及び前記スプリッタ(28)を囲む環状ベンチュリ(30)を更に備え、前記環状ベンチュリ(30)が、一次燃料噴射装置及び環状スプリッタ(28)の軸方向下流側に位置付けられる出口を有する、請求項1に記載の燃料ノズル(10)。
  6. 前記環状ベンチュリ(30)が、軸方向で順次的に、略円筒形の上流側セクション(62)と、最小直径のベンチュリスロート(64)と、下流側発散セクション(66)と、を含み、前記環状ベンチュリ(30)の下流側発散セクション(66)が、中心軸線(26)に対して約28度〜約44度の平均発散角を有する、請求項5に記載の燃料ノズル(10)。
  7. 前記環状スプリッタ(28)と前記環状ベンチュリ(30)との間に延びる外側スワールベーン(68)の半径方向アレイを含む外側空気スワーラ(69)を更に備える、請求項6に記載の燃料ノズル(10)。
  8. 前記外側スワールベーン(68)、前記環状スプリッタ(28)、及び内側スワールベーン(61)が、前記パイロット燃料噴射装置(18)を物理的に支持する、請求項7に記載の燃料ノズル(10)。
  9. 前記内側パイロット中心本体壁(40)が、中心軸線(26)に対して発散−縮小の配向を有して、上流側直径、スロート(43)及び下流側直径を有する中空管体を定め、前記スロート(43)が、前記上流側直径及び前記下流側直径の両方よりも小さい内径を有する、請求項1に記載の燃料ノズル(10)。
  10. 前記パイロット燃料噴射装置(18)が更に、前記中空管体の上流側端部に位置付けられた中央空気回路(50)を含み、前記中央空気回路(50)が中央スワールベーン(51)を有し、該中央スワールベーン(51)が、前記中心軸線(26)に対して約40度〜約50度の角度を有する後縁を定める、請求項15に記載の燃料ノズル(10)。
JP2016111393A 2015-06-10 2016-06-03 パイロット燃料噴射装置を囲む環状スプリッタを有するプレフィルミングエアブラスト(pab)パイロット Ceased JP2017003257A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/735,732 US10184665B2 (en) 2015-06-10 2015-06-10 Prefilming air blast (PAB) pilot having annular splitter surrounding a pilot fuel injector
US14/735,732 2015-06-10

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2017003257A true JP2017003257A (ja) 2017-01-05

Family

ID=56097008

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016111393A Ceased JP2017003257A (ja) 2015-06-10 2016-06-03 パイロット燃料噴射装置を囲む環状スプリッタを有するプレフィルミングエアブラスト(pab)パイロット

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10184665B2 (ja)
EP (1) EP3104080A1 (ja)
JP (1) JP2017003257A (ja)
CN (1) CN106247404B (ja)
BR (1) BR102016013255A2 (ja)
CA (1) CA2931213A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11649963B2 (en) 2018-06-01 2023-05-16 Ihi Corporation Liquid fuel injector

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018169507A1 (en) * 2017-03-13 2018-09-20 Siemens Aktiengesellschaft Fuel injector nozzle for combustion turbine engines including thermal stress-relief vanes
US10775048B2 (en) * 2017-03-15 2020-09-15 General Electric Company Fuel nozzle for a gas turbine engine
DE102017217329A1 (de) * 2017-09-28 2019-03-28 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Düse mit axial überstehendem Luftleitelement für eine Brennkammer eines Triebwerks
GB201803650D0 (en) 2018-03-07 2018-04-25 Rolls Royce Plc A lean burn fuel injector
CN108204604B (zh) * 2018-03-13 2023-05-23 中国航空发动机研究院 带有周期变化出口结构的燃烧室多级旋流喷嘴
EP4094019A4 (en) * 2020-01-22 2023-07-05 Turbogen Ltd. ATOMIZER FOR GAS TURBINE ENGINE
CN115127119B (zh) * 2021-03-26 2023-11-24 中国航发商用航空发动机有限责任公司 抑制环形燃烧室振荡燃烧的方法
US11592177B2 (en) * 2021-04-16 2023-02-28 General Electric Company Purging configuration for combustor mixing assembly
US11639795B2 (en) 2021-05-14 2023-05-02 Pratt & Whitney Canada Corp. Tapered fuel gallery for a fuel nozzle
CN113310071B (zh) * 2021-06-16 2022-11-15 哈尔滨工程大学 一种用于气体燃料燃气轮机低污染燃烧室的同轴分级燃烧器
US11725819B2 (en) * 2021-12-21 2023-08-15 General Electric Company Gas turbine fuel nozzle having a fuel passage within a swirler
CN114754378B (zh) * 2022-06-13 2022-08-19 成都中科翼能科技有限公司 一种燃气轮机燃烧器结构

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5164116A (ja) * 1974-10-07 1976-06-03 Parker Hannifin Corp Nenryofunshanozuru
US20020011064A1 (en) * 2000-01-13 2002-01-31 Crocker David S. Fuel injector with bifurcated recirculation zone
JP2006313064A (ja) * 2005-05-04 2006-11-16 Delavan Inc ガスタービン・エンジン用希薄直接噴射噴霧器
US20070137207A1 (en) * 2005-12-20 2007-06-21 Mancini Alfred A Pilot fuel injector for mixer assembly of a high pressure gas turbine engine
CA2597846A1 (en) * 2007-08-16 2009-02-16 General Electric Company Pilot fuel injector for mixer assembly of a high pressure gas turbine engine
JP2010281483A (ja) * 2009-06-03 2010-12-16 Japan Aerospace Exploration Agency ステージング型燃料ノズル
WO2012165614A1 (ja) * 2011-06-02 2012-12-06 川崎重工業株式会社 ガスタービン燃焼器
JP2012251741A (ja) * 2011-06-03 2012-12-20 Kawasaki Heavy Ind Ltd 燃料噴射装置
JP2013140008A (ja) * 2012-01-03 2013-07-18 General Electric Co <Ge> 可変スワラを有するガスタービン燃焼器のための空気−燃料予混合器

Family Cites Families (52)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3980233A (en) 1974-10-07 1976-09-14 Parker-Hannifin Corporation Air-atomizing fuel nozzle
JPS6317958U (ja) 1986-07-21 1988-02-05
US5044559A (en) 1988-11-02 1991-09-03 United Technologies Corporation Gas assisted liquid atomizer
US4941617A (en) 1988-12-14 1990-07-17 United Technologies Corporation Airblast fuel nozzle
US6101814A (en) 1999-04-15 2000-08-15 United Technologies Corporation Low emissions can combustor with dilution hole arrangement for a turbine engine
US6367262B1 (en) 2000-09-29 2002-04-09 General Electric Company Multiple annular swirler
GB0025765D0 (en) 2000-10-20 2000-12-06 Aero & Ind Technology Ltd Fuel injector
JP3584289B2 (ja) 2002-01-21 2004-11-04 独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 液体微粒化ノズル
JP4096056B2 (ja) 2003-06-02 2008-06-04 独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 ガスタービン用燃料ノズル
JP4065947B2 (ja) 2003-08-05 2008-03-26 独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 ガスタービン燃焼器用燃料・空気プレミキサー
US20050229600A1 (en) 2004-04-16 2005-10-20 Kastrup David A Methods and apparatus for fabricating gas turbine engine combustors
FR2875585B1 (fr) 2004-09-23 2006-12-08 Snecma Moteurs Sa Systeme aerodynamique a effervescence d'injection air/carburant dans une chambre de combustion de turbomachine
GB0516208D0 (en) 2005-08-05 2005-09-14 Rolls Royce Plc Fuel injector
GB0625016D0 (en) * 2006-12-15 2007-01-24 Rolls Royce Plc Fuel injector
US8286433B2 (en) 2007-10-26 2012-10-16 Solar Turbines Inc. Gas turbine fuel injector with removable pilot liquid tube
GB2456147B (en) 2008-01-03 2010-07-14 Rolls Royce Plc Fuel Injector Assembly for Gas Turbine Engines
US8057220B2 (en) 2008-02-01 2011-11-15 Delavan Inc Air assisted simplex fuel nozzle
US7926744B2 (en) 2008-02-21 2011-04-19 Delavan Inc Radially outward flowing air-blast fuel injector for gas turbine engine
US8200410B2 (en) 2008-03-12 2012-06-12 Delavan Inc Active pattern factor control for gas turbine engines
US8806871B2 (en) * 2008-04-11 2014-08-19 General Electric Company Fuel nozzle
US20090255258A1 (en) 2008-04-11 2009-10-15 Delavan Inc Pre-filming air-blast fuel injector having a reduced hydraulic spray angle
US9046039B2 (en) 2008-05-06 2015-06-02 Rolls-Royce Plc Staged pilots in pure airblast injectors for gas turbine engines
US8607571B2 (en) 2009-09-18 2013-12-17 Delavan Inc Lean burn injectors having a main fuel circuit and one of multiple pilot fuel circuits with prefiliming air-blast atomizers
US8096135B2 (en) 2008-05-06 2012-01-17 Dela Van Inc Pure air blast fuel injector
GB0815761D0 (en) 2008-09-01 2008-10-08 Rolls Royce Plc Swirler for a fuel injector
US8215116B2 (en) 2008-10-02 2012-07-10 General Electric Company System and method for air-fuel mixing in gas turbines
US8141368B2 (en) 2008-11-11 2012-03-27 Delavan Inc Thermal management for fuel injectors
GB0820560D0 (en) 2008-11-11 2008-12-17 Rolls Royce Plc Fuel injector
US8661824B2 (en) 2009-05-26 2014-03-04 Parker-Hannifin Corporation Airblast fuel nozzle assembly
US8313046B2 (en) 2009-08-04 2012-11-20 Delavan Inc Multi-point injector ring
US8365532B2 (en) * 2009-09-30 2013-02-05 General Electric Company Apparatus and method for a gas turbine nozzle
US20110143043A1 (en) 2009-12-15 2011-06-16 United Technologies Corporation Plasma application of thermal barrier coatings with reduced thermal conductivity on combustor hardware
JP4785973B2 (ja) 2010-02-02 2011-10-05 川崎重工業株式会社 ガスタービンエンジンの燃料供給装置
JP4846037B2 (ja) 2010-03-26 2011-12-28 川崎重工業株式会社 ガスタービンエンジンの燃料供給装置
JP4815537B1 (ja) 2010-04-23 2011-11-16 川崎重工業株式会社 ガスタービンエンジンの燃料供給装置
US8967852B2 (en) 2010-09-17 2015-03-03 Delavan Inc Mixers for immiscible fluids
US10317081B2 (en) 2011-01-26 2019-06-11 United Technologies Corporation Fuel injector assembly
US8925325B2 (en) 2011-03-18 2015-01-06 Delavan Inc. Recirculating product injection nozzle
GB201106116D0 (en) 2011-04-12 2011-05-25 Rolls Royce Plc Fuel supply arrangement
US8616471B2 (en) 2011-05-18 2013-12-31 Delavan Inc Multipoint injectors with standard envelope characteristics
JP5044034B2 (ja) 2011-07-26 2012-10-10 川崎重工業株式会社 ガスタービンエンジンの燃料噴霧装置
GB201113421D0 (en) 2011-08-04 2011-09-21 Rolls Royce Plc Fuel injector
US9188063B2 (en) 2011-11-03 2015-11-17 Delavan Inc. Injectors for multipoint injection
EP2592351B1 (en) 2011-11-09 2017-04-12 Rolls-Royce plc Staged pilots in pure airblast injectors for gas turbine engines
US9423137B2 (en) 2011-12-29 2016-08-23 Rolls-Royce Corporation Fuel injector with first and second converging fuel-air passages
US9182123B2 (en) 2012-01-05 2015-11-10 General Electric Company Combustor fuel nozzle and method for supplying fuel to a combustor
US9366432B2 (en) 2012-05-17 2016-06-14 Capstone Turbine Corporation Multistaged lean prevaporizing premixing fuel injector
US9488108B2 (en) 2012-10-17 2016-11-08 Delavan Inc. Radial vane inner air swirlers
US9400110B2 (en) 2012-10-19 2016-07-26 Honeywell International Inc. Reverse-flow annular combustor for reduced emissions
EP2743588A1 (en) 2012-12-11 2014-06-18 Siemens Aktiengesellschaft Recessed fuel injector positioning
EP2743581A1 (en) 2012-12-11 2014-06-18 Siemens Aktiengesellschaft Air directed fuel injection
US9927126B2 (en) 2015-06-10 2018-03-27 General Electric Company Prefilming air blast (PAB) pilot for low emissions combustors

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5164116A (ja) * 1974-10-07 1976-06-03 Parker Hannifin Corp Nenryofunshanozuru
US20020011064A1 (en) * 2000-01-13 2002-01-31 Crocker David S. Fuel injector with bifurcated recirculation zone
JP2006313064A (ja) * 2005-05-04 2006-11-16 Delavan Inc ガスタービン・エンジン用希薄直接噴射噴霧器
US20070137207A1 (en) * 2005-12-20 2007-06-21 Mancini Alfred A Pilot fuel injector for mixer assembly of a high pressure gas turbine engine
CA2597846A1 (en) * 2007-08-16 2009-02-16 General Electric Company Pilot fuel injector for mixer assembly of a high pressure gas turbine engine
JP2010281483A (ja) * 2009-06-03 2010-12-16 Japan Aerospace Exploration Agency ステージング型燃料ノズル
WO2012165614A1 (ja) * 2011-06-02 2012-12-06 川崎重工業株式会社 ガスタービン燃焼器
JP2012251741A (ja) * 2011-06-03 2012-12-20 Kawasaki Heavy Ind Ltd 燃料噴射装置
JP2013140008A (ja) * 2012-01-03 2013-07-18 General Electric Co <Ge> 可変スワラを有するガスタービン燃焼器のための空気−燃料予混合器

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11649963B2 (en) 2018-06-01 2023-05-16 Ihi Corporation Liquid fuel injector

Also Published As

Publication number Publication date
EP3104080A1 (en) 2016-12-14
BR102016013255A2 (pt) 2016-12-27
CA2931213A1 (en) 2016-12-10
CN106247404B (zh) 2019-09-03
US10184665B2 (en) 2019-01-22
CN106247404A (zh) 2016-12-21
US20160363320A1 (en) 2016-12-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2017003257A (ja) パイロット燃料噴射装置を囲む環状スプリッタを有するプレフィルミングエアブラスト(pab)パイロット
JP2017003256A (ja) 低エミッション燃焼器用のプレフィルミングエアブラスト(pab)パイロット
US20220186930A1 (en) Fuel nozzle structure for air assist injection
JP6401463B2 (ja) 管体レベルの空気流調整のためのシステム及び方法
JP7098283B2 (ja) パイロット予混合ノズルおよび燃料ノズル組立体
JP6047222B2 (ja) 燃料ノズル構造
JP6240327B2 (ja) 流体ロックとパージ装置とを有する燃料ノズル
US20170074519A1 (en) Gas Turbine Combustor
RU2665199C2 (ru) Горелочное устройство и способ работы горелочного устройства
JP2011196681A (ja) 予混合一次燃料ノズルアセンブリを有する燃焼器
US20170363294A1 (en) Pilot premix nozzle and fuel nozzle assembly
JP2008128631A (ja) 空気と燃料の混合物を噴射する装置と、このような装置を備える燃焼チャンバ及びターボ機械
JP6650694B2 (ja) ガスタービン燃焼器に関連するシステム及び装置
JP2005106411A (ja) プレフィルマー式エアブラスト微粒化ノズル
JP6092007B2 (ja) ガスタービン燃焼器
JP2006029677A (ja) 複数のバーナを備えた燃焼器

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170523

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20170525

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170817

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20171107

A045 Written measure of dismissal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A045

Effective date: 20180327