JP2017122567A - ガスタービンの燃焼システムにおける段階的な燃料および空気噴射 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃焼器は、内側半径方向壁24、外側半径方向壁25、両者間の流れ環26、および外側流れ環87を構成する外側半径方向壁25の周りに形成された第3の半径方向壁86を具備し、段階的噴射器51は、流れ環26と交差することにより、後方環部および前方環部を規定する噴射点を作動流体流路内37に確保している。空気配向構造は、後方環部に対応する後方吸気部および前方環部に対応する前方吸気部を具備しており、また、スイッチバック冷媒流路88を具備することにより、圧縮器排出空洞からの空気を段階的噴射器51に配向する。スイッチバック冷媒流路88は、流れ環26を通る上流部91および外側流れ環87を通る下流部92を具備している。
【選択図】図15
Description
11 圧縮器
12 タービン
13 燃焼器
14 圧縮器動翼列(動翼)
15 圧縮器静翼列(静翼)
16 タービン動翼
17 タービン静翼
18 中心軸
19 ヘッドエンド
20 後方フレーム
21 前方噴射器
22 燃料経路
23 ノズル
24 内側半径方向壁
25 外側半径方向壁
26 流れ環
26a 内部流れ環
26b 外部流れ環
27 エンドカバー
28 前方チャンバ
29 後方チャンバ
30 キャップアセンブリ
31 燃焼器ケーシング
32 ライナ
33 ライナスリーブ
34 遷移要素
35 遷移スリーブ
37 作動流体流路
41 インピンジメントポート
42 開口
43 圧縮器排出ケーシング
44 圧縮器排出空洞
45 キャップ入口
50 段階的噴射システム
51 段階的噴射器
52 燃料通路
53 ノズル
54 外部ポート
55 ポート
56 燃料ポート
57 中心軸
58 噴射基準面
61 噴射ポート
62 混合チャンバ
63 シールド壁
67 前方基準面
68 中間基準面
69 後方基準面
70 上流燃焼帯
71 下流燃焼帯
72 タービン燃焼帯
75 バルブ
81 タービュレータ
82 溝
83 マイクロチャネル
85 軸方向隔壁
86 第3の半径方向壁
87 外側流れ環
88 スイッチバック冷媒流路
91 上流部
92 下流部
93 前方ポート
94 後方ポート
101 冷媒流路
101a 第1の冷媒流路
101b 第2の冷媒流路
103 吸気部
104 冷却回路
105 排気部
108 流路壁
108a 内部流路壁
108b 外部流路壁
109 環壁
109a 内部環壁
109b 外部環壁
111 軸方向隔壁
113 エーロフォイル
114 前縁
115 後縁
117 側壁
118 表面ポート
119 接続チャネル
Claims (21)
- 一体的に作動流体流路(37)を規定するタービン(12)に結合された燃焼器(13)であって、前記作動流体流路(37)が、前記燃焼器(13)の前方噴射器(21)により規定された前端から、前記燃焼器(13)が前記タービン(12)に遷移する接合部分を通った後、前記タービン(12)を通って、内部に規定された後端まで、長手軸に沿って後方に延び、前記燃焼器(13)が、前記作動流体流路(37)を規定する内側半径方向壁(24)、流れ環(26)が間に形成されるように前記内側半径方向壁(24)の外部かつ周りに形成された外側半径方向壁(25)、および外側流れ環(87)が間に形成されるように前記外側半径方向壁(25)の外部かつ周りに形成された第3の半径方向壁(86)を具備した、燃焼器(13)と、
前記燃焼器(13)の周りに形成され、圧縮器(11)により供給された燃焼器給気を受容する圧縮器排出空洞(44)と、
前記前方噴射器(21)および軸方向後方に離隔した段階的噴射器(51)を具備する段階的噴射システム(50)であって、前記段階的噴射器(51)が、前記流れ環(26)と交差することによって、前記作動流体流路(37)上に噴射点を確保する、段階的噴射システム(50)と、
前記前方噴射器(21)と前記段階的噴射器(51)との間で燃焼器燃料供給を分配する燃料配向構造と、
前記前方噴射器(21)と前記段階的噴射器(51)との間で前記燃焼器給気を分配する空気配向構造と、
を備え、
前記空気配向構造が、前記圧縮器排出空洞(44)から供給された空気が前記段階的噴射器(51)に配向されるスイッチバック冷媒流路(88)を備え、
前記スイッチバック冷媒流路(88)が、前記流れ環(26)を備えた上流部(91)および前記外側流れ環(87)を備えた下流部(92)を含む、ガスタービン(10)。 - 前記スイッチバック冷媒流路(88)が、前記外側流れ環(87)を通る後方流に対して、前記流れ環(26)を通る前方流を再配向する構成を備える、請求項1記載のガスタービン(10)。
- 前記スイッチバック冷媒流路(88)が、前記外側半径方向壁(25)を通して形成された前方ポート(93)および後方ポート(94)を備え、
前記前方ポート(93)が、前記スイッチバック冷媒流路(88)の前記上流部(91)を前記下流部(92)に流体接続し、
前記後方ポート(94)が、前記スイッチバック冷媒流路(88)の前記下流部(92)を前記段階的噴射器(51)に流体接続した、請求項2記載のガスタービン(10)。 - 前記第3の半径方向壁(86)が、前端および後端を備え、
前記第3の半径方向壁(86)の前記前端が、前記前方ポート(93)を囲み、
前記第3の半径方向壁(86)の前記後端が、前記後方ポート(94)を囲んだ、請求項3記載のガスタービン(10)。 - 前記第3の半径方向壁(86)の前記後端が、軸方向において前記後方ポート(94)のすぐ後方に位置決めされ、
前記第3の半径方向壁(86)の前記前端が、軸方向において前記前方ポート(93)のすぐ前方に位置決めされ、
前記第3の半径方向壁(86)が、前記外側流れ環(87)を通る流れを前記圧縮器排出空洞(44)中の流れから流体隔離する中実分離構造を備えた、請求項3記載のガスタービン(10)。 - 前記流れ環(26)が、軸方向隔壁(85)を具備し、前記軸方向隔壁(85)が、前記スイッチバック冷媒流路(88)の前記上流部(91)の前方終端点を備える、請求項4記載のガスタービン(10)。
- 前記軸方向隔壁(85)が、前記段階的噴射器(51)から前方に離隔し、
前記作動流体流路(37)における前記噴射点の確保において、前記段階的噴射器(51)が、前記スイッチバック冷媒流路(88)の前記上流部(91)を通して、前記流れ環(26)と交差する、請求項6記載のガスタービン(10)。 - 前記軸方向隔壁(85)の軸方向位置に対して、前記流れ環(26)が、前記軸方向隔壁(85)の後方側に規定された後方環部および前記軸方向隔壁(85)の前方側に規定された前方環部に分離され、
前記空気配向構造が、前記外側半径方向壁(25)を通して形成され、前記圧縮器排出空洞(44)を前記流れ環(26)の対応する軸方向規定部に流体接続する軸方向に規定の吸気部(103)を備え、前記吸気部(103)が、前記後方環部に対応する後方吸気部および前記前方環部に対応する前方吸気部を具備する、請求項6記載のガスタービン(10)。 - 前記軸方向隔壁(85)が、
前記前方環部に流れ込む前記燃焼器給気の前記空気のすべてが、前記前方噴射器(21)に配向され、
前記後方環部に流れ込む前記燃焼器給気の前記空気のすべてが、前記スイッチバック冷媒流路(88)を通して配向され、前記段階的噴射器(51)に供給される、
ように、前記前方環部を前記後方環部に対して流体封止するように構成された、請求項8記載のガスタービン(10)。 - 前記軸方向隔壁(85)が、前記外側半径方向壁(25)と前記内側半径方向壁(24)との間かつ前記流れ環(26)の周囲に延びた壁を備えることにより、前記後方環部と前記前方環部との間の流体連通に対して前記流れ環(26)を封止する、請求項9記載のガスタービン(10)。
- 前記燃焼器(13)が、前方基準面(67)、中間基準面(68)、後方基準面(69)、および軸方向隔壁基準面(58)を含む基準面を備え、それぞれが、前記作動流体流路(37)の長手軸と実質的に垂直に位置合わせされた基準面を備え、
前記前方基準面(67)が、前記作動流体流路(37)の前端と一致し、
前記後方基準面(69)が、前記燃焼器(13)が前記タービン(12)に遷移する前記接合部分と一致し、
前記中間基準面(68)が、前記前方基準面(67)と前記後方基準面(69)との間の前記作動流体流路(37)の軸方向中間点と一致し、
前記隔壁基準面(58)が、前記軸方向隔壁(85)と一致し、
前記後方吸気部が、前記隔壁基準面(58)と前記後方基準面(69)との間に略規定された軸方向範囲を含み、
前記前方吸気部が、前記隔壁基準面(58)と前記前方基準面(67)との間に略規定された軸方向範囲を含む、請求項9記載のガスタービン(10)。 - 前記後方吸気部が、離隔した複数のインピンジメントポート(41)を備え、それぞれが、前記内側半径方向壁(24)の外面に対して制限された空気ジェットを適合させるため、前記外側半径方向壁(25)を通して形成され、
前記前方吸気部が、離隔した複数のインピンジメントポート(41)を備え、それぞれが、前記内側半径方向壁(24)の外面に対して制限された空気ジェットを適合させるため、前記外側半径方向壁(25)を通して形成された、請求項11記載のガスタービン(10)。 - 前記後方吸気部の前記複数のインピンジメントポート(41)が、前記後方基準面(69)のすぐ前方に位置決めされた最後方インピンジメントポートと前記隔壁基準面(58)のすぐ後方に位置決めされた最前方インピンジメントポートとの間で軸方向に離隔し、
前記前方吸気部の前記複数のインピンジメントポート(41)が、前記隔壁基準面(58)のすぐ前方に位置決めされた最後方インピンジメントポートと前記前方基準面(67)のすぐ後方に位置決めされた最前方インピンジメントポートとの間で軸方向に離隔し、
前記後方吸気部および前記前方吸気部それぞれの前記複数のインピンジメントポート(41)が、前記外側半径方向壁(25)の実質的に全周で円周方向に離隔した、請求項12記載のガスタービン(10)。 - 前記段階的噴射器(51)が、前記流れ環(26)と交差して前記作動流体流路(37)上に前記噴射点を確保するノズル(53)を備え、
前記ノズル(53)が、第1の端部における前記スイッチバック冷媒流路(88)の前記後方ポート(94)と第2の端部における前記作動流体流路(37)上の前記噴射点との間に延びたチューブを具備する、請求項11記載のガスタービン(10)。 - 前記軸方向隔壁(85)が、前記段階的噴射器(51)の前方に位置決めされ、
前記段階的噴射器(51)が、前記前方基準面(67)と前記中間基準面(68)との間に位置決めされた、請求項14記載のガスタービン(10)。 - 前記軸方向隔壁(85)が、前記段階的噴射器(51)の前方に位置決めされ、
前記段階的噴射器(51)が、前記中間基準面(68)に略位置決めされた、請求項14記載のガスタービン(10)。 - 前記軸方向隔壁(85)が、前記段階的噴射器(51)の前方に位置決めされ、
前記段階的噴射器(51)が、前記中間基準面(68)と前記後方基準面(69)との間の略中間に位置決めされた、請求項14記載のガスタービン(10)。 - 前記燃料配向構造が、
前記燃焼器(13)のヘッドエンド(19)近くに位置決めされた燃料源から軸方向に延びた燃料通路(52)と、
前記ノズル(23)の前記チューブを通して形成され、前記燃料通路(52)を前記チューブの内部に流体接続する燃料ポート(56)と、
を具備した、請求項14記載のガスタービン(10)。 - 前記燃焼器給気が、前記圧縮器排出空洞(44)に供給される総給気を含み、
前記空気配向構造が、前記前方噴射器(21)と前記段階的噴射器(51)との間の前記燃焼器(13)への前記給気を測定するため、前記後方吸気部、前記前方吸気部、およびヘッドエンド吸気部間の相対的なオリフィスサイズ規定を含み、
前記燃焼器給気の前記測定が、前記燃焼器(13)への前記給気の少なくとも20%を前記段階的噴射器(51)に配向することを含む、請求項14記載のガスタービン(10)。 - 前記燃焼器給気が、前記圧縮器排出空洞(44)に供給される総給気を含み、
前記空気配向構造が、前記前方噴射器(21)と前記段階的噴射器(51)との間の前記燃焼器(13)への前記給気を測定するため、前記後方吸気部、前記前方吸気部、およびヘッドエンド吸気部間の相対的なオリフィスサイズ規定を含み、
前記燃焼器給気の測定が、前記燃焼器(13)への前記給気の少なくとも40%を前記段階的噴射器(51)に配向することを含む、請求項14記載のガスタービン(10)。 - 前記燃焼器(13)が、缶状燃焼器および環状燃焼器の一方として構成された、請求項2記載のガスタービン(10)。
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