JP2022159047A - 後流エナジャイザを備えた燃焼器 - Google Patents

Abstract

【課題】環状部内に望ましくない後流を発生させることなく１つまたは複数の流れの閉塞部を含む改良された燃焼器を提供する。【解決手段】ターボ機械用の燃焼器１７が、軸方向中心線５２と、エンドカバーと、燃焼室を画定する燃焼ライナ４０と、エンドカバーから延び、燃焼ライナによって少なくとも部分的に囲まれた少なくとも１つの燃料ノズルとを備える。少なくとも１つの開口部７４を画定する外側スリーブが、燃焼ライナから間隔を空けて配置されて、燃焼ライナを囲んで環状部６０を画定する。外側スリーブに取り付けられた後流エナジャイザ１００が、軸方向中心線に対して角度を付けられた少なくとも１つの通路１０２を画定する。少なくとも１つの通路は、外側スリーブの少なくとも１つの開口部と整列して流体連通して、環状部内の気流閉塞部６６によって引き起こされる後流を分断する。【選択図】図６

Description

本開示は、一般に、ターボ機械の燃焼器に関する。詳細には、本開示は、環状部内の後流を低減する構造を備えた燃焼器に関する。

ターボ機械は、エネルギー伝達の目的で、様々な産業および用途において利用されている。例えば、ガスタービンエンジンは、一般に、圧縮機セクションと、燃焼セクションと、タービンセクションと、排気セクションとを備える。圧縮機セクションは、ガスタービンエンジンに入る作動流体の圧力を徐々に上昇させ、この圧縮された作動流体を燃焼セクションに供給する。圧縮された作動流体および燃料（例えば、天然ガス）は、燃焼セクション内で混合され、燃焼室内で燃焼して高圧および高温の燃焼ガスを生成する。燃焼ガスは、燃焼セクションからタービンセクションに流れ、そこで膨張して仕事を発生する。例えば、タービンセクションにおける燃焼ガスの膨張は、例えば、発電機に接続されたロータシャフトを回転させ、電気を発生することができる。次いで、燃焼ガスは、排気セクションを介してガスタービンから出る。

通常、燃焼セクションは、周方向に間隔を空けて配置された複数の燃焼器を備え、複数の燃焼器が、燃焼ガスをタービンセクションに別々に搬送する。各燃焼器は、一般に、１つまたは複数の燃焼ゾーンを画定する燃焼ライナと、燃焼ライナから間隔を空けて配置された外側スリーブとを備える。圧縮セクションからの加圧空気を回収して燃焼器内の１つまたは複数の燃料ノズルに搬送するための環状部が、燃焼ライナと外側スリーブとの間に画定され得る。

環状部内の空気は、燃焼前に燃料と空気とを均質に混合するために１つまたは複数の燃料ノズル内に均等に分配され得るように、可能な限り均一に分配されることが望ましい。しかしながら、多くの燃焼器は、火炎検出センサ、火炎伝播管、および／または軸方向燃料多段化燃料インジェクタなどの流れの閉塞部を含み、これらはそれぞれ環状部を通って延び、後流を発生させ得る。

したがって、当該技術分野では、環状部内に望ましくない後流を発生させることなく１つまたは複数の流れの閉塞部を含む改良された燃焼器が望まれている。

本開示による燃焼器およびターボ機械の態様および利点は、以下の説明に部分的に記載されている、または説明から明らかとなり得る、または本技術の実施を通して学ぶことができる。

一実施形態によれば、燃焼器が提供される。燃焼器は、軸方向中心線とエンドカバーとを備える。燃焼器は、エンドカバーから延び、燃焼ライナによって少なくとも部分的に囲まれた少なくとも１つの燃料ノズルをさらに備える。燃焼ライナは、少なくとも１つの燃料ノズルと後方フレームとの間に延び、燃焼室を画定する。外側スリーブは、環状部が間に画定されるように、燃焼ライナから間隔を空けて配置され、燃焼ライナを囲む。外側スリーブは、少なくとも１つの開口部を画定する。後流エナジャイザが外側スリーブに取り付けられる。後流エナジャイザは、燃焼器の軸方向中心線に対して角度を付けられた少なくとも１つの通路を画定する。少なくとも１つの通路は、外側スリーブの少なくとも１つの開口部と整列して流体連通する。

別の実施形態によれば、ターボ機械が提供される。ターボ機械は、圧縮機セクションと、タービンセクションと、圧縮機セクションの下流かつタービンセクションの上流に配置された燃焼器とを備える。燃焼器は、軸方向中心線とエンドカバーとを備える。燃焼器は、エンドカバーから延び、燃焼ライナによって少なくとも部分的に囲まれた少なくとも１つの燃料ノズルをさらに備える。燃焼ライナは、少なくとも１つの燃料ノズルと後方フレームとの間に延び、燃焼室を画定する。外側スリーブは、環状部が間に画定されるように、燃焼ライナから間隔を空けて配置され、燃焼ライナを囲む。外側スリーブは、少なくとも１つの開口部を画定する。後流エナジャイザが外側スリーブに取り付けられる。後流エナジャイザは、燃焼器の軸方向中心線に対して角度を付けられた少なくとも１つの通路を画定する。少なくとも１つの通路は、外側スリーブの少なくとも１つの開口部と整列して流体連通する。

本燃焼器およびターボ機械のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の説明および添付の特許請求の範囲を参照すれば、よりよく理解されるはずである。添付の図面は、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成するものであるが、本技術の実施形態を例示し、明細書における説明と併せて本技術の原理を説明するのに役立つ。

当業者に向けられた本システムおよび方法の作製および使用の最良の態様を含む、本燃焼器およびターボ機械の十分かつ実施可能な開示が、添付の図を参照する本明細書に記載される。

本開示の実施形態によるターボ機械の概略図である。 本開示の実施形態による燃焼器の概略断面図である。 本開示の実施形態による、燃焼器の外側スリーブのフロースリーブの斜視図である。 本開示の実施形態による燃焼器の拡大断面斜視図である。 本開示の実施形態による燃焼器の拡大断面斜視図である。 本開示の実施形態による燃焼器の拡大断面図である。

ここで、本燃焼器およびターボ機械の実施形態を詳細に参照するが、その１つまたは複数の例が図面に示されている。各例は、本技術を説明するために提示され、本技術を限定するものではない。実際、特許請求される技術の範囲または趣旨を逸脱せずに、修正および変更が本技術において可能であることは、当業者にとって明らかであろう。例えば、ある実施形態の一部として図示または記載された特徴は、またさらなる実施形態をもたらすために、別の実施形態において使用することができる。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲内にあるそのような修正および変更を包含することを意図している。

詳細な説明は、図面中の特徴を参照するために、数字および文字の符号を使用する。図面および説明における類似または同様の符号は、本発明の類似または同様の部分を指すために使用されている。本明細書で使用する場合、「第１の」、「第２の」、および「第３の」という用語は、ある構成要素を別の構成要素から区別するために交換可能に使用することができ、個々の構成要素の位置または重要性を示すことを意図するものではない。

本明細書で使用する場合、「上流」（または「前方」）、および「下流」（または「後方」）という用語は、流体経路における流体の流れに関する相対的な方向を指す。例えば、「上流」は、流体が流れてくる方向を指し、「下流」は、流体が流れていく方向を指す。「半径方向に」という用語は、特定の構成要素の軸方向中心線に略垂直な相対的な方向を指し、「軸方向に」という用語は、特定の構成要素の軸方向中心線に略平行および／または同軸に整列する相対的な方向を指し、「周方向に」という用語は、特定の構成要素の軸方向中心線の周りに延びる相対的な方向を指す。「ほぼ」、または「約」などの近似の用語は、記載された値のプラスマイナス１０パーセントの範囲内の値を含む。角度または方向の文脈で使用されるとき、そのような用語は、記載された角度または方向のプラスマイナス１０度の範囲を含む。例えば、「略垂直」は、任意の方向、例えば、時計回りまたは反時計回りの垂直から１０度の範囲内の方向を含む。

ここで図面を参照すると、図１は、ターボ機械の一実施形態の概略図を示しており、これは、図示の実施形態ではガスタービン１０である。産業用または陸上用のガスタービンが本明細書に示されて説明されているが、本開示は、特許請求の範囲に特に明記されない限り、陸上用および／または産業用ガスタービンに限定されない。例えば、本明細書に記載の本発明は、限定はしないが、蒸気タービン、航空機用ガスタービン、または船舶用ガスタービンを含む任意のタイプのターボ機械に使用することが可能である。

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と、入口セクション１２の下流に配置された圧縮機セクション１４と、圧縮機セクション１４の下流に配置された燃焼器セクション１６内の複数の燃焼器１７と、燃焼器セクション１６の下流に配置されたタービンセクション１８と、タービンセクション１８の下流に配置された排気セクション２０とを備える。加えて、ガスタービン１０は、圧縮機セクション１４とタービンセクション１８との間に結合された１つまたは複数のシャフト２２を備えることができる。

圧縮機セクション１４は、一般に、複数のロータディスク２４（そのうちの１つが図示されている）と、各ロータディスク２４に接続され、各ロータディスク２４から半径方向外側に延びる複数のロータブレード２６とを備えることができる。そして、各ロータディスク２４は、圧縮機セクション１４を通って延びるシャフト２２の一部分に結合されてもよいし、シャフト２２の一部分を形成してもよい。

タービンセクション１８は、一般に、複数のロータディスク２８（そのうちの１つが図示されている）と、各ロータディスク２８から半径方向外側に延び、各ロータディスク２８に相互接続される複数のロータブレード３０とを備えることができる。そして、各ロータディスク２８は、タービンセクション１８を通って延びるシャフト２２の一部分に結合されてもよいし、シャフト２２の一部分を形成してもよい。タービンセクション１８は、シャフト２２の一部分およびロータブレード３０を周方向に囲む外側ケーシング３１をさらに備え、それによってタービンセクション１８を通る高温ガス経路３２を少なくとも部分的に画定する。

動作時に、空気などの作動流体が入口セクション１２を通って圧縮機セクション１４に流入し、圧縮機セクション１４において空気が徐々に圧縮され、これにより、加圧空気または圧縮空気１５が燃焼器セクション１６の燃焼器に供給される。圧縮空気１５は燃料と混合され、各燃焼器内で燃焼して燃焼ガス３４を発生させる。燃焼ガス３４は、高温ガス経路３２を通って燃焼器セクション１６からタービンセクション１８に流入し、ここで、エネルギー（運動エネルギーおよび／または熱エネルギー）が燃焼ガス３４からロータブレード３０に伝達されることにより、シャフト２２が回転する。機械的回転エネルギーは、その後、圧縮機セクション１４への動力供給および／または発電に使用することができる。タービンセクション１８から出た燃焼ガス３４は次に、排気セクション２０を介してガスタービン１０から排気され得る。

図２は、ガスタービン１０用のカニュラ（ｃａｎ ａｎｎｕｌａｒ）型燃焼システムに含まれ得る燃焼器１７の概略図である。カニュラ型燃焼システムにおいては、複数（例えば、８個、１０個、１２個、１４個、１６個、またはそれ以上）の燃焼器１７が、圧縮機セクション１４をタービンセクション１８に接続するシャフト２２を中心とする環状のアレイに配置される。

図２に示すように、燃焼器１７は、軸方向中心線５２に沿って延びる軸方向Ａを規定することができる。燃焼器はまた、軸方向Ａおよび軸方向中心線５２の周りに延びる周方向Ｃを規定することができる。燃焼器１７は、軸方向Ａおよび軸方向中心線５２に垂直な半径方向Ｒをさらに規定することができる。

燃焼器１７は、圧縮機吐出ケーシングなどの外側ケーシング３３によって少なくとも部分的に囲まれていてもよい。外側ケーシング３３は、燃焼器１７の様々な構成要素を少なくとも部分的に囲む高圧プレナム３５を少なくとも部分的に画定することができる。高圧プレナム３５は、圧縮空気１５を圧縮機セクション１４（図１）から受け取るために、圧縮機セクション１４と流体連通することができる。エンドカバー３６が、外側ケーシング３３に結合されてもよい。特定の実施形態では、外側ケーシング３３およびエンドカバー３６は、燃焼器１７のヘッドエンド容積部またはヘッドエンド部分３８を少なくとも部分的に画定することができる。

特定の実施形態では、ヘッドエンド部分３８は、環状部６０を介して高圧プレナム３５および／または圧縮機セクション１４と流体連通する。燃焼ライナ４０は、燃料空気混合物を燃焼させるための燃焼室またはゾーン４２を少なくとも部分的に画定することができ、かつ／または燃焼ガス３４をタービンセクション１８の入口に向けて導くための、燃焼器１７を通る高温ガス経路を少なくとも部分的に画定することができる。

様々な実施形態において、燃焼器１７は、少なくとも１つの燃料ノズルアセンブリ５４を備える。図２に示すように、燃料ノズルアセンブリ５４は、燃焼器１７の軸方向中心線５２に対してエンドカバー３６の下流にある、および／またはエンドカバー３６から軸方向に間隔を空けて配置され、かつ燃焼室４２の上流にあるヘッドエンド部分３８内に配置される。特定の実施形態では、燃料ノズルアセンブリ５４は、１つまたは複数の流体導管５０を介して燃料供給部４８と流体連通する。特定の実施形態では、流体導管（複数可）５０は、一端でエンドカバー３６に流体的に結合かつ／または接続されてもよい。燃料ノズルアセンブリ５４および／または流体導管（複数可）は、エンドカバー３６以外の構造（例えば、外側ケーシング３３）に取り付けられてもよいことを理解されたい。

燃焼器１７は、燃焼ガス３４を封じ込めてタービンに運ぶ燃焼ライナ４０を備えることができる。燃焼ライナ４０は、燃焼が起こる燃焼室４２を画定する。図２に示すように、燃焼ライナは、燃料ノズルアセンブリ５４と後方フレーム５６との間に延びることができる。燃焼ライナ４０は、多くの従来の燃焼システムと同様に、円筒状のライナ部分と、円筒状のライナ部分とは別のテーパ状の移行部分とを有することができる。あるいは、燃焼ライナ４０は、円筒状の部分とテーパ状の部分とが互いに一体化された一体型本体（または、「ユニボディ」）の構成を有してもよい。したがって、本明細書における燃焼ライナ４０の説明は、別個のライナおよび移行ピースを有する従来の燃焼システム、ならびにユニボディのライナを有する燃焼システムの両方を包含するように意図される。さらに、本開示は、移行ピースおよびタービンの第１段ノズルが、「移行ノズル」または「一体化出口ピース」と呼ばれることもある、単一のユニットに一体化された燃焼システムにも同様に適用可能である。

燃焼ライナ４０は、外側スリーブ５８によって囲まれてよく、外側スリーブ５８は、燃焼ライナ４０と外側スリーブ５８との間に環状部６０を画定するように、燃焼ライナ４０から半径方向外側に間隔を空けて配置される。環状部６０は、高圧プレナム３５とヘッドエンド部分３８との間に流体連通を提供することができる。例えば、圧縮空気１５は、外側スリーブ５８に画定された開口部を介して、高圧プレナム３５から環状部６０に流れる。具体的には、圧縮空気１５は、燃焼器１７の後方フレーム５６からヘッドエンド部分３８まで上流に移動し、そこで圧縮空気１５は方向を反転させて燃料ノズルアセンブリ５４に入る。

例示的な実施形態では、外側スリーブ５８は、前端部にフロースリーブ６２を、後端部にインピンジメントスリーブ６４を備えることができる。フロースリーブ６２およびインピンジメントスリーブ６４は、互いに結合されてもよい。例えば、フロースリーブ６２は、エンドカバー３６に結合された第１の端部または前端部と、インピンジメントスリーブ６４とフロースリーブ６２との間に締まり嵌めが形成されるようにインピンジメントスリーブ６４の前端部内に延び、前端部と軸方向に重なる第２の端部または後端部とを備えることができる。多くの実施形態では、フロースリーブ６２は、エンドカバー３６とインピンジメントスリーブ６４との間に延びる。図示のように、インピンジメントスリーブは、フロースリーブ６２と燃焼器１７の後方フレーム５６との間に延びることができる。あるいは、外側スリーブ５８は、フロースリーブ６２とインピンジメントスリーブ６４とが軸方向において互いに一体化された一体型本体（または、「ユニスリーブ」）の構成を有してもよい。前述のように、本明細書における外側スリーブ５８の説明は、別個のフロースリーブ６２およびインピンジメントスリーブ６４を有する従来の燃焼システムと、ユニスリーブの外側スリーブを有する燃焼システムとの両方を含むことが意図されている。しかしながら、本開示の例示的な実施形態では、燃焼器１７は、互いに結合された別個の構成要素としてフロースリーブ６２とインピンジメントスリーブ６４とを備える。

図２に示すように、１つまたは複数の気流閉塞部６６が、少なくとも部分的に環状部６０を通って延びることができる。気流閉塞部６６は、火炎伝播管、火炎検出器、軸方向燃料多段化インジェクタ、点火器、圧力センサ、温度センサ（熱電対など）、または少なくとも部分的に環状部６０内に延びる他の構造のいずれか１つとすることができる。動作中、気流閉塞部６６は、環状部６０内に後流を発生させ得る。例えば、圧縮空気１５は、環状部６０に入り、気流閉塞部６６を通過して流れることができ、その間、圧縮空気１５は、気流閉塞部６６との境界層を形成し、その結果、環状部６０内に不均一な気流をもたらし得る。理解されるように、境界層は、粘度の影響が顕著である境界面のすぐ近くの流体の層である。

例示的な実施形態では、燃焼器１７は、環状部６０内の後流を拡散させるように構成された後流エナジャイザ１００をさらに備えることができる。図示のように、後流エナジャイザ１００は、気流閉塞部６６によって引き起こされる環状部６０内の気流への影響を低減または排除するように後流エナジャイザ１００が動作可能であるように、気流閉塞部６６の前方に配置されてもよい。後流エナジャイザ１００は、様々な異なる仕方で外側スリーブ５８に取り付けることができる。例えば、いくつかの実施形態では、後流エナジャイザ１００は、外側スリーブ５８に（例えば、溶接および／またはろう付けを介して）固定して結合されてもよい。他の実施形態では、後流エナジャイザ１００は、外側スリーブ５８に（例えば、１つまたは複数のねじ付きボルトおよび締結具を介して）取り外し可能に結合されてもよい。

以下でより詳細に説明するように、後流エナジャイザ１００は、燃焼器１７の軸方向中心線５２に対して角度を付けられた少なくとも１つの通路１０２を画定することができる。少なくとも１つの通路１０２は、高圧プレナム３５と環状部６０との間を流体連通させることができる。例えば、少なくとも１つの通路１０２は、追加の圧縮空気１５の流れを、気流閉塞部６６の前方の任意の後流を好都合にも拡散させる角度で環状部に導入することができる。

様々な実施形態において、後流エナジャイザの少なくとも１つの通路１０２は、外側スリーブ５８に画定された少なくとも１つの開口部７４と整列して流体連通することができる。例示的な実施形態では、少なくとも１つの開口部７４は、フロースリーブ６２に画定されてもよい。しかしながら、追加的または代替的な実施形態では、少なくとも１つの開口部７４は、（例えば、後流エナジャイザ１００の取り付け位置に応じて）インピンジメントスリーブ６４に画定されてもよい。特に、外側スリーブ５８は、外側スリーブ５８に取り付けられた１つまたは複数の後流エナジャイザ１００において画定された通路１０２の数と対応する数の開口部７４を画定することができる。多くの実施形態では、各通路１０２は、後流エナジャイザ１００が複数の通路１０２を備える実施形態において、対応する数の別個の気流が環状部６０内に導入され得るように、外側スリーブ５８のそれぞれの開口部７４に流体的に結合することができる。

図３は、本開示の実施形態による、燃焼器１７の様々な他の構成要素から分離された外側スリーブ５８のフロースリーブ６２の斜視図を示している。図示のように、フロースリーブ６２は、フロースリーブ６２から半径方向外側に延びる導管７０を備えることができる。導管７０は、燃焼器１７の設置中に１つまたは複数の気流閉塞部６６を環状部６０に挿入することを可能にする開口部７２を画定することができる。いくつかの実施形態では、導管７０は、フロースリーブ６２から半径方向内側に、また少なくとも部分的に環状部６０内に導管７０が延びることができるように、気流閉塞部６６の少なくとも一部分を画定することができる。

図３に示すように、フロースリーブ６２は、互いに間隔を空けて配置され、それぞれがフロースリーブ６２に取り付けられた複数の後流エナジャイザ１００を有することができる。例えば、後流エナジャイザ１００は、互いに周方向および／または軸方向に間隔を空けて配置され、フロースリーブ６２に取り付けられてもよい。特に、後流エナジャイザ１００は、環状部６０内の気流閉塞部６６の位置の前方に配置されてもよい。例えば、図３に示すように、後流エナジャイザ１００のそれぞれは、それぞれの気流閉塞部６６および／または導管７０の軸方向前方に配置されてもよい。具体的には、後流エナジャイザ１００は、それぞれの気流閉塞部６６と同じ周方向位置に配置されてもよいが、後流エナジャイザ１００が環状部６０内の気流閉塞部６６によって発生した後流を無効にするように動作可能であるように、気流閉塞部６６の軸方向前方にあってもよい。

加えて、図３に示すように、フロースリーブ６２は、それぞれの対応する後流エナジャイザ１００の取り付け位置に開口部７４を画定することができる。各開口部７４は、後流エナジャイザ１００と環状部６０との間を流体連通させるために、後流エナジャイザ１００のそれぞれの中において画定されたそれぞれの通路１０２の出口と整列することができる。

様々な実施形態において、フロースリーブ６２は、燃焼器１７の周方向にインピンジメント開口部７８の複数の列７６をさらに画定することができる。図３に示すように、インピンジメント開口部７８の複数の列７６は、互いに軸方向に間隔を空けて配置されてもよい。例示的な実施形態では、インピンジメント開口部７８の複数の列７６は、高圧プレナム３５を環状部６０に流体的に結合することができる。図３に示すように、列７６の各インピンジメント開口部７８は、列７６の各インピンジメント開口部７８が共通の周方向に延びる線上に配置されるように、周方向に間隔を空けて配置され、同様の軸方向位置にあってもよい。フロースリーブ６２内に画定されたインピンジメント開口部７８の列７６は、様々な軸方向位置で周方向に均一な圧縮空気の流れを導入することによって、環状部６０内の圧縮空気１５の流れの均一性を高めることができ、それによって燃焼器１７の効率を高めることができる。

図３に示すように、後流エナジャイザ１００は、インピンジメント開口部７８の複数の列７６に対して様々な位置でフロースリーブ６２に取り付けることができる。例えば、インピンジメント開口部の複数の列７６のうちの２つの列７６の間に、１つまたは複数の後流エナジャイザ１００が配置されてもよい。追加的または代替的に、１つまたは複数の後流エナジャイザ１００は、インピンジメント開口部のすべての列７６の軸方向前方に配置されてもよい。さらに別の実施形態（図示せず）では、１つまたは複数の後流エナジャイザ１００は、インピンジメント開口部７８のすべての列７６の軸方向前方に配置されてもよい。

図４および図５は、本開示の実施形態による、後流エナジャイザ１００を取り付けられた燃焼器１７の拡大断面斜視図を示している。後流エナジャイザ１００は、フロースリーブ６２から半径方向外側に延びることができ、様々な形態をとることができる。例えば、図示のように、後流エナジャイザ１００は、一般に、矩形底面の角柱の形状にされてもよい。より具体的には、後流エナジャイザ１００は、フロースリーブ６２の半径方向外面と同一平面に取り付けるために、フロースリーブ６２の湾曲に対応するように輪郭付けられた単一の側面を有する、矩形底面の角柱の形状にされてもよい。例えば、後流エナジャイザ１００は、６つの側面を画定することができ、そのうちの５つの側面が略平坦であり、１つの側面がフロースリーブ６２の湾曲に対応するように湾曲または輪郭が付けられている。他の実施形態（図示せず）では、後流エナジャイザ１００は、フロースリーブ６２の外面から半径方向外側に延びる任意の適切な形状を有することができる。

特に、後流エナジャイザ１００は、半径方向外面１０４、半径方向内面１０６、前面１０８、後面１１０、および側面１１２を画定することができる。半径方向外面１０４および半径方向内面１０６は、互いに半径方向に間隔を空けて配置されてもよい。さらに、半径方向内面１０６は、外側スリーブ５８に対応するように概して湾曲していてもよい。具体的には、半径方向内面は、（それが取り付けられる）フロースリーブ６２の半径方向外面に対応するように輪郭付けられてもよい。前面１０８および後面１１０はそれぞれ、燃焼器１７の軸方向Ａに互いに間隔を空けて配置された略平坦な表面であってもよい。加えて、前面１０８および後面１１０は、概して半径方向Ｒに沿って延びてもよく、互いに略平行であってもよい。側面１１２はそれぞれ、周方向Ｃに沿って互いに間隔を空けて配置された略平坦な表面であってもよい。多くの実施形態において、側面１１２は、前面１０８、後面１１０、半径方向内面１０６、および半径方向外面１０４の間に延びてもよい。

半径方向内面１０６は、燃焼器１７と接触する後流エナジャイザ１００の唯一の表面であってもよい。例えば、後流エナジャイザ１００の他のすべての表面は、ガスタービン１０の動作中には圧縮空気１５によって囲まれるように、高圧プレナム３５内に配置されてもよい。

多くの実施形態において、本明細書で説明される後流エナジャイザ１００は、単一の構成要素として一体的に形成されてもよい。つまり、下位構成要素のそれぞれが、単一体として一緒に製造されてもよい。例示的な実施形態では、このことは、直接金属レーザ焼結（ＤＭＬＳ）、直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）、または他の適切な付加製造技法などの付加製造システムおよび方法を利用することによって行うことができる。他の実施形態では、鋳造または他の適切な技法などの他の製造技法が使用されてもよい。この点に関して、付加製造方法を利用することによって、後流エナジャイザ１００を連続的な金属の単一片として形成することができ、したがって含まれる下位構成要素および／または接合部の数を、これまでの設計と比べて少なくすることができる。付加製造による後流エナジャイザ１００の一体的形成は、全体としての組み立てプロセスを好都合にも改善することができる。例えば、一体形成は、組み立てなければならない別個の部品の数を減らすことにより、関連する時間および全体としての組み立てコストを低減する。加えて、例えば、漏れ、別個の部品間の接合品質、および全体の性能に関する既存の問題を好都合にも低減することができる。さらに、後流エナジャイザ１００を一体的に形成することにより、他の製造方法と比較して、後流エナジャイザ１００の全重量を好都合なことに低減することができる。

図６は、本開示の実施形態による、後流エナジャイザ１００を取り付けられた燃焼器１７の拡大断面図を示している。図示のように、後流エナジャイザ１００は、高圧プレナム３５および環状部６０の両方と流体連通する少なくとも１つの通路１０２を画定することができる。例えば、図６に示す実施形態では、後流エナジャイザ１００は、２つの通路１０２を画定することができる。しかしながら、他の実施形態では、後流エナジャイザ１００は、最大５つ以上の通路１０２を画定することができる（例えば、図３に示す後流エナジャイザ１００は、５つの通路１０２を備える）。

図６に示す実施形態のようないくつかの実施形態では、後流エナジャイザ１００の通路１０２はそれぞれ、それぞれの入口と出口との間に均一な（すなわち、一定または不変である）直径を有することができる。しかしながら、他の実施形態では、各通路１０２の直径は、入口と出口との間で変化してもよい。例えば、１つの非限定的な例では、通路は、通路が略円錐形である（または１つまたは複数の円錐形部分を含む）ように、出口よりも大きな直径の入口を有することができる。このような実施形態では、通路は、通路を通る圧縮空気の流れを加速するノズルとして作用することができ、このことは有利であり得る。

例示的な実施形態では、通路１０２のそれぞれが、燃焼器１７の軸方向中心線５２に対して角度を付けられてもよい。例えば、通路１０２のそれぞれは、通路１０２の内面と燃焼器１７の軸方向中心線５２との間に角度１１４を画定することができる。追加的または代替的に、角度１１４は、通路１０２の軸方向中心線と燃焼器１７の軸方向中心線５２との間に画定されてもよい。多くの実施形態において、角度１１４は、約０°～約９０°とすることができ、例えば、約１０°～約８０°、約２０°～約７０°、または約３０°～約６０°などとすることができる。このようにして、通路１０２のそれぞれが、好都合なことに、燃焼器１７の半径方向Ｒおよび軸方向Ａの両方に対して有利に傾斜（ｓｌａｎｔｅｄ）または傾斜（ｓｌｏｐｅｄ）することができ、このことにより、気流閉塞部６６によって発生した後流を拡散させるために、通路１０２が圧縮空気１５の流れをある角度で環状部に注入することが好都合にも可能になる。

多くの実施形態において、少なくとも１つの通路１０２は、入口１１６と出口１１８との間に延びることができる。図６に示す実施形態など、後流エナジャイザ１００内に画定された複数の通路１０２を有する実施形態では、通路１０２のそれぞれが、それぞれの入口１１６とそれぞれの出口１１８との間に延びてもよい。このようにして、各通路１０２は、環状部６０内に別個の空気流を供給することができる。様々な実施形態では、通路１０２のそれぞれが、略円筒形状であってもよく、それぞれの入口１１６とそれぞれの出口１１８との間に延びてもよい。各出口１１８は、通路１０２を環状部６０に流体的に結合するために、フロースリーブ６２内に画定されたそれぞれの開口部７４と整列することができる。

図６に示すように、各通路１０２の入口１１６は、後面１１０または半径方向外面１０４の一方に画定することができる。各通路１０２の出口１１８は、半径方向内面１０６に画定され、それぞれの開口部７４と整列してもよい。多くの実施形態において、後流エナジャイザ１００は、後面１１０に画定された入口１１６と半径方向内面１０６に画定された出口１１８との間に延びる通路１０２の第１のグループ１２０を備えることができる。加えて、後流エナジャイザ１００は、半径方向外面１０４に画定された入口１１６と半径方向内面１０６に画定された出口１１８との間に延びる通路１０２の第２のグループ１２２を備えることができる。例えば、このような実施形態では、通路１０２の第１のグループ１２０における各通路１０２は、後面１１０に画定されたそれぞれの入口１１６から出口まで延びて、半径方向内面に到達することができる。同様に、通路１０２の第２のグループ１２２における各通路１０２は、半径方向外面１０４に画定された入口１１６から半径方向内面に画定された出口まで延びることができる。通路１０２の第２のグループ１２２における各通路１０２の入口１１６は、前面１０８よりも後流エナジャイザ１００の後面１１０の近くに配置されてもよい。

再び図３を参照すると、後流エナジャイザの通路１０２は、千鳥配列であってもよい。例えば、通路１０２の第２のグループ１２２における各通路１０２は、通路１０２の第１のグループ１２０における２つの通路１０２の間に周方向に配置されてもよい。この構成によって、好都合なことに、環状部６０内により均一に空気を注入することができる。

動作中、後流エナジャイザ１００は、環状部６０を少なくとも部分的に通って延びる任意の気流閉塞部６６の直接軸方向前方で環状部６０と流体連通して配置されてもよい。気流閉塞部６６を通過して流れる圧縮空気は、燃料ノズル内で使用される前に空気の均一性を低下させる可能性がある後流または望ましくない流れの分離を引き起こす可能性がある。後流エナジャイザ１００は、好都合なことに、環状部６０内の任意の気流後流を拡散させる気流閉塞部のすぐ前方で、ある角度で圧縮空気の流れを注入する。このことは、周方向Ｃ全体に環状部６０内の均一な流れを提供し、これにより、燃料ノズル内での燃料に対する空気の混合をより良好にし、燃焼器の効率を高める。

最良の態様を含む本発明を開示するため、およびどのような当業者も、任意のデバイスまたはシステムの作製および使用ならびに任意の組み込まれた方法の実施を含む本発明の実践を可能にするために、本明細書は例を用いる。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者であれば想到できる他の例を含むことができる。そのような他の例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を含む場合、あるいは特許請求の範囲の文言との実質的な相違がない均等な構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあるものとする。

本発明のさらなる態様は、以下の条項の主題によって提供される。

軸方向中心線を規定する燃焼器であって、燃焼器が、エンドカバーと、後方フレームと、エンドカバーと後方フレームとの間に延び、燃焼室を画定する燃焼ライナと、エンドカバーから延び、燃焼室と流体連通する少なくとも１つの燃料ノズルと、環状部が間に画定されるように、燃焼ライナから間隔を空けて配置され、燃焼ライナを囲む外側スリーブであって、外側スリーブが少なくとも１つの開口部を画定する、外側スリーブと、外側スリーブに取り付けられ、外側スリーブから半径方向外側に延びる後流エナジャイザであって、後流エナジャイザが、燃焼器の軸方向中心線に対して角度を付けられた少なくとも１つの通路を画定し、少なくとも１つの通路が、外側スリーブの少なくとも１つの開口部と整列して流体連通する、後流エナジャイザとを備える、燃焼器。

少なくとも部分的に環状部を通って延びる気流閉塞部であって、後流エナジャイザが気流閉塞部の前方に配置される、気流閉塞部をさらに備える、これらの条項のうちの１つまたは複数の条項に記載の燃焼器。

気流閉塞部が、火炎伝播管、火炎検出器、点火器、圧力センサ、温度センサ、または軸方向燃料多段化インジェクタのうちの１つである、これらの条項のうちの１つまたは複数の条項に記載の燃焼器。

気流閉塞部が、環状部内に後流を発生させ、後流エナジャイザの少なくとも１つの通路が、気流閉塞部の前方に空気流を注入して環状部内の後流を拡散させるように構成される、これらの条項のうちの１つまたは複数の条項に記載の燃焼器。

後流エナジャイザが、半径方向外面、半径方向内面、前面、後面、および側面を画定する、これらの条項のうちの１つまたは複数の条項に記載の燃焼器。

半径方向内面が、外側スリーブに対応するように輪郭付けられる、これらの条項のうちの１つまたは複数の条項に記載の燃焼器。

少なくとも１つの通路が入口と出口との間に延び、出口が半径方向内面に配置され、外側スリーブの少なくとも１つの開口部と整列する、これらの条項のうちの１つまたは複数の条項に記載の燃焼器。

入口が、後面および半径方向外面の少なくとも一方に配置される、これらの条項のうちの１つまたは複数の条項に記載の燃焼器。

外側スリーブが、互いに結合されたフロースリーブおよびインピンジメントスリーブを備え、フロースリーブが、エンドカバーとインピンジメントスリーブとの間に延び、インピンジメントスリーブが、フロースリーブと燃焼器の後方フレームとの間に延びる、これらの条項のうちの１つまたは複数の条項に記載の燃焼器。

後流エナジャイザおよび気流閉塞部の両方が、フロースリーブに取り付けられる、これらの条項のうちの１つまたは複数の条項に記載の燃焼器。

圧縮機セクションと、タービンセクションと、圧縮機セクションの下流かつタービンセクションの上流に配置された燃焼器であって、燃焼器が軸方向中心線を規定し、燃焼器が、エンドカバーと、後方フレームと、エンドカバーと後方フレームとの間に延び、燃焼室を画定する燃焼ライナと、エンドカバーから延び、燃焼室と流体連通する少なくとも１つの燃料ノズルと、環状部が間に画定されるように、燃焼ライナから間隔を空けて配置され、燃焼ライナを囲む外側スリーブであって、外側スリーブが少なくとも１つの開口部を画定する、外側スリーブと、外側スリーブに取り付けられ、外側スリーブから半径方向外側に延びる後流エナジャイザであって、後流エナジャイザが、燃焼器の軸方向中心線に対して角度を付けられた少なくとも１つの通路を画定し、少なくとも１つの通路が、外側スリーブの少なくとも１つの開口部と整列して流体連通する、後流エナジャイザとを備える、燃焼器とを備える、ターボ機械。

少なくとも部分的に環状部を通って延びる気流閉塞部であって、後流エナジャイザが気流閉塞部の前方に配置される、気流閉塞部をさらに備える、これらの条項のうちの１つまたは複数の条項に記載のターボ機械。

気流閉塞部が、火炎伝播管、火炎検出器、点火器、圧力センサ、温度センサ、または軸方向燃料多段化インジェクタのうちの１つである、これらの条項のうちの１つまたは複数の条項に記載のターボ機械。

気流閉塞部が、環状部内に後流を発生させ、後流エナジャイザの少なくとも１つの通路が、気流閉塞部の前方に空気流を注入して環状部内の後流を拡散させるように構成される、これらの条項のうちの１つまたは複数の条項に記載のターボ機械。

後流エナジャイザが、半径方向外面、半径方向内面、前面、後面、および側面を画定する、これらの条項のうちの１つまたは複数の条項に記載のターボ機械。

半径方向内面が、外側スリーブに対応するように輪郭付けられる、これらの条項のうちの１つまたは複数の条項に記載のターボ機械。

少なくとも１つの通路が入口と出口との間に延び、出口が半径方向内面に配置され、外側スリーブの少なくとも１つの開口部と整列する、これらの条項のうちの１つまたは複数の条項に記載のターボ機械。

入口が、後面および半径方向外面の少なくとも一方に配置される、これらの条項のうちの１つまたは複数の条項に記載のターボ機械。

外側スリーブが、互いに結合されたフロースリーブおよびインピンジメントスリーブを備え、フロースリーブが、エンドカバーとインピンジメントスリーブとの間に延び、インピンジメントスリーブが、フロースリーブと燃焼器の後方フレームとの間に延びる、これらの条項のうちの１つまたは複数の条項に記載のターボ機械。

後流エナジャイザおよび気流閉塞部の両方が、フロースリーブに取り付けられる、これらの条項のうちの１つまたは複数の条項に記載のターボ機械。

１０ ターボ機械
１２ 入口セクション
１４ 圧縮機セクション
１５ 圧縮空気
１６ 燃焼器セクション
１７ 燃焼器
１８ タービンセクション
２０ 排気セクション
２２ シャフト
２４ ロータディスク
２６ ロータブレード
２８ ロータディスク
３０ ロータブレード
３１ 外側ケーシング
３２ 高温ガス経路
３３ 外側ケーシング
３４ 燃焼ガス
３５ 高圧プレナム
３６ エンドカバー
３８ ヘッドエンド部分
４０ 燃焼ライナ
４２ 燃焼室、ゾーン
４８ 燃料供給部
５０ 流体導管
５２ 軸方向中心線
５４ 燃料ノズルアセンブリ
５６ 後方フレーム
５８ 外側スリーブ
６０ 環状部
６２ フロースリーブ
６４ インピンジメントスリーブ
６６ 気流閉塞部
７０ 導管
７２ 開口部
７４ 開口部
７６ 列
７８ インピンジメント開口部
１００ 後流エナジャイザ
１０２ 通路
１０４ 半径方向外面
１０６ 半径方向内面
１０８ 前面
１１０ 後面
１１２ 側面
１１４ 角度
１１６ 入口
１１８ 出口
１２０ 第１のグループ
１２２ 第２のグループ
Ａ 軸方向
Ｃ 周方向
Ｒ 半径方向

Claims (10)

1. 軸方向中心線（５２）を規定する燃焼器（１７）であって、前記燃焼器（１７）が、
   エンドカバー（３６）と、
   後方フレーム（５６）と、
   前記エンドカバー（３６）と前記後方フレーム（５６）との間に延び、燃焼室（４２）を画定する燃焼ライナ（４０）と、
   前記エンドカバー（３６）から延び、前記燃焼室（４２）と流体連通する少なくとも１つの燃料ノズル（５４）と、
   環状部（６０）が間に画定されるように、前記燃焼ライナ（４０）から間隔を空けて配置され、前記燃焼ライナ（４０）を囲む外側スリーブ（５８）であって、前記外側スリーブ（５８）が少なくとも１つの開口部（７４）を画定する、外側スリーブ（５８）と、
   前記外側スリーブ（５８）に取り付けられ、前記外側スリーブ（５８）から半径方向外側に延びる後流エナジャイザ（１００）であって、前記後流エナジャイザ（１００）が、前記燃焼器（１７）の前記軸方向中心線（５２）に対して角度を付けられた前記少なくとも１つの通路（１０２）を画定し、前記少なくとも１つの通路（１０２）が、前記外側スリーブ（５８）の少なくとも１つの開口部（７４）と整列して流体連通する、後流エナジャイザ（１００）と
   を備える、燃焼器（１７）。
2. 少なくとも部分的に前記環状部（６０）を通って延びる気流閉塞部（６６）であって、前記気流閉塞部（６６）が、火炎伝播管、火炎検出器、点火器、圧力センサ、温度センサ、または軸方向燃料多段化インジェクタのうちの１つであり、
   前記後流エナジャイザ（１００）が前記気流閉塞部（６６）の前方に配置される、気流閉塞部（６６）をさらに備える、請求項１に記載の燃焼器（１７）。
3. 前記気流閉塞部（６６）が、前記環状部（６０）内に後流を発生させ、前記後流エナジャイザ（１００）の前記少なくとも１つの通路（１０２）が、前記気流閉塞部（６６）の前方に空気流（１５）を注入して前記環状部（６０）内の前記後流を拡散させるように構成される、請求項２に記載の燃焼器（１７）。
4. 前記後流エナジャイザ（１００）が、半径方向外面（１０４）、半径方向内面（１０６）、前面（１０８）、後面（１１０）、および側面（１１２）を画定する、請求項１に記載の燃焼器（１７）。
5. 前記半径方向内面（１０６）が、前記外側スリーブ（５８）に対応するように輪郭付けられる、請求項４に記載の燃焼器（１７）。
6. 前記少なくとも１つの通路（１０２）が入口（１１６）と出口（１１８）との間に延び、前記出口（１１８）が前記半径方向内面（１０６）に配置され、前記外側スリーブ（５８）の前記少なくとも１つの開口部（７４）と整列する、請求項４に記載の燃焼器（１７）。
7. 前記入口（１１６）が、前記後面（１１０）および前記半径方向外面（１０４）の少なくとも一方に配置される、請求項６に記載の燃焼器（１７）。
8. 前記外側スリーブ（５８）が、互いに結合されたフロースリーブ（６２）およびインピンジメントスリーブ（６４）を備え、前記フロースリーブ（６２）が、前記エンドカバー（３６）と前記インピンジメントスリーブ（６４）との間に延び、前記インピンジメントスリーブ（６４）が、前記フロースリーブ（６２）と前記燃焼器（１７）の前記後方フレーム（５６）との間に延びる、請求項１に記載の燃焼器（１７）。
9. 前記後流エナジャイザ（１００）および前記気流閉塞部（６６）の両方が、前記フロースリーブ（６２）に取り付けられる、請求項８に記載の燃焼器（１７）。
10. 圧縮機セクション（１４）と、
    タービンセクション（１８）と、
    前記圧縮機セクション（１４）の下流かつ前記タービンセクション（１８）の上流に配置された燃焼器セクション（１６）であって、前記燃焼器セクション（１６）が、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の燃焼器（１７）を有する、燃焼器セクション（１６）と
    を備える、ターボ機械（１０）。
    後流エナジャイザを備えた燃焼器

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