JP2837543B2 - 産業ガスタービンエンジン用圧力容器燃料ノズル支持 - Google Patents

産業ガスタービンエンジン用圧力容器燃料ノズル支持

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JP2837543B2 JP8503220A JP50322095A JP2837543B2 JP 2837543 B2 JP2837543 B2 JP 2837543B2 JP 8503220 A JP8503220 A JP 8503220A JP 50322095 A JP50322095 A JP 50322095A JP 2837543 B2 JP2837543 B2 JP 2837543B2
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 この発明はガスタービンエンジンに係り、特にガスタ
ービンエンジン用の燃料供給システムに関する。
関連出願との関係 この出願は、本出願人により、本願と同日に出願され
たガスタービンエンジン用パイロットインジェクタト題
する特許出願に関する主題を含んでいる。
背景技術 水を使用しないで窒素酸化物（NOx）の低排気を達成
することは、ガスタービン産業においてかなりの量の研
究と発展の主題である。NOxはスモッグの要素であり、
環境規制により、その排気は世界的にかなり制限されて
いる。フレームタイプのガスタービン製造業者は、水を
使用しないで天然ガスを使用することにより、25パーツ
・パー・ミリオン（PPM）NOx又は9PPMより低いNOxを保
証している。このことは、1970年代における産業界の規
定であった100PPMより超過しているNOxレベルと比較さ
れる。米国で最も広く使用されているガスタービン排気
規制では、天然ガス燃料を使用する25PPMのNOxが要求さ
れている。
航空産業ガスタービンエンジンが全く新しい設計より
も現存するもので始動に限られているので、フレームタ
イプのガスタービンに比べて、典型的な航空産業ガスタ
ービンエンジンにおいて低NOxを達成することはより困
難である。NOxは燃焼器の炎領域における高い温度によ
って形成される。航空産業ガスタービンの高い圧力比は
単純なサイクルアプリケーションにおけるフレームタイ
プに勝る効率面での利点を有するが、動作圧力が高けれ
ば高い程、燃焼器入口で空気温度が高くなる。高い炎温
度のために、サイクルはより多くのNOxを発生する傾向
にある。また、航空産業ガスタービンエンジンがコンパ
クトになれば、炎温度を減らすためのハードウェア設計
が難しくなる。
発展途上の乾燥低NOx燃焼器において、全ての製造者
達は燃料に燃焼空気を混合しており、冷えた炎が生じ
る。秘訣は混合システムを設計することであり、その混
合システムによって、全力で仕事をさせるばかりでな
く、部分負荷でも働くとともに、エンジンのフレームア
ウトなくして、例えば急激な負荷の減少の如き過渡現象
を調整することが出来る。一酸化炭素，煙（スモーク）
および不燃焼炭化水素の如き他の汚染物質の排出を少な
くするために、炎をあまり冷しすぎることが出来ず、か
つ燃焼プロセスで不完全燃焼のポケットを残すことは出
来ない。全ての抑制を考慮すると、乾燥低NOx燃焼シス
テムの発展にはかなりの努力が要求される。
これらの要求に適合するプレミックスノズルの発展に
加えて、支持構造物が低NOx燃料ノズルに対して必要と
される。さらに、支持構造物は、高速ターボ機械の変
化，無駄な励起，空気圧力負荷およびコンプレッサ出口
の高い温度（例えば、約850゜F）に耐えるために、充分
に固いものでなければならない。
さらに、支持構造物は、低NOxノズルまでの燃料チュ
ーブを包含しなければならず、かつ高温による液体燃料
のコークス化を防ぐために燃料チューブに充分な絶縁を
施さなければならない。
発明の開示 本発明の目的は、燃料チューブのコークス化を防ぐ、
産業ガスタービン燃料空気混合ノズル用の圧力容器支持
構造物を、提供することである。
本発明の他の目的は、エンジンの燃焼器部の保守を容
易にする圧力容器支持構造物、を提供することである。
本発明によれば、内部空洞を形成するエルボオーバル
容器を有する圧力容器支持構造物は産業ガスタービンエ
ンジンの溝に挿入され、燃料配分マニホールドは、取付
け支持構造物に沿ってエルボオーバル容器の下流端でエ
ルボオーバル容器に取付けられており、燃料空気混合ノ
ズルは取付け支持構造物に取付けられ、燃料チューブは
エルボオーバル容器の上流端に入るとともに内部空洞を
介して走りかつ燃料配分マニホールドに接続されてい
る。したがって、燃料チューブはコンプレッサ出口での
きびしい温度と圧力条件から隔離される。
本発明の他の特色によれば、燃料空気混合ノズルシス
テムは環状の燃焼器を含み、この燃焼器内に複数の燃料
空気混合ノズルからの燃料空気混合物が入り点火され、
各低NOxアッセンブリーは支持構造物とノズルを含み、
圧力容器支持構造物は圧力容器でありその内部は周囲条
件であるとともに、圧力容器の外部はコンプレッサ出口
条件である。本発明では低NOxガスタービンエンジンに
新規な圧力容器支持構造物を使用している。コンプレッ
サ出口の高温度と圧力条件から隔離された圧力容器支持
構造物内を燃料チューブが走るので、圧力容器と、ハウ
ジング内の周囲空気は天然絶縁器として作用し、燃料チ
ューブが過熱されてコークス化されるのが防止される。
また、本発明では、エンジンの燃料空気混合燃料ノズ
ルと環状燃焼器アッセンブリーの保守が容易であるか
ら、エンジンの燃焼器部の保守が容易になる。
本発明のこれらおよび他の目的，特徴および利点は、
添付図面に示されているような、次の好ましい実施例の
詳細な説明に鑑みてより明白になる。
図面の簡単な説明 第１図は産業ガスタービンエンジンを含む複合発電機
を示すものである。
第2A図は従来の産業ガスタービンエンジンの上半部の
一部の断面図である。
第2B図は、低NOx燃料空気混合ノズル用の圧力容器支
持構造物を有する、本発明の改良された低NOx産業ガス
タービンの一部の断面図である。
第３図は圧力容器支持構造物の断面図である。
第４図は、エンジンケーシングに接続されかつ低NOx
燃料ノズルを支持する圧力容器の断面のより詳細な図で
ある。
第５図は、低NOx燃料空気混合ノズルを支持する、本
発明の圧力容器支持構造物を示す図である。
第６図は、圧力容器支持構造物に固定された低NOx燃
料空気混合ノズルを支持する圧力容器支持の、他の例を
示す図である。
発明を実施するための最良な形態 第１図は、発電機14を駆動する産業ガスタービン12を
含む複合発電システム10を示す。発電機14は、地域の電
気需要を満たすために使用でき、電力グリッドに接続さ
れる。しかしながら、産業ガスタービンエンジンは発電
機を駆動するのに限定されるものではなく、他のタイプ
の負荷を駆動するためにも使用できる。
第2A図は従来技術の産業ガスタービンエンジンの部分
断面図を示す。従来のガスタービンは、エンジンを放射
状に囲む複数の燃焼器缶22を含んでいる（１つだけ示さ
れている）。燃料は燃料ノズル24によって燃焼器缶22に
注入され、エネルギーを逃がすために燃焼器缶22内で連
続的に点火される。この従来技術による設計は、航空エ
ンジン技術から流用されたものであって、最近の産業ガ
スタービンエンジンの低NOx仕様に合致することは、一
般的に不可能である。
第2B図は、本発明による、低NOx産業ガスタービンエ
ンジン30の部分断面図を示す。この低NOx産業ガスター
ビンエンジン30はコンプレッサ32,乾燥低NOx燃焼部34お
よびタービン36を含んでいる。乾燥低NOx燃焼部34は圧
力容器支持構造物38および燃料空気混合ノズル40を含
み、燃料空気混合ノズル40は燃料空気混合物を環状の燃
焼器42に供給する。低NOx産業ガスタービンエンジン30
は実際には複数の圧力容器支持構造物と燃料空気混合ノ
ズルを含んでいる。しかしながら、本発明を容易に示す
ために、単一の圧力容器支持構造物と燃料空気混合ノズ
ルのみが示されている。例として、低NOx産業ガスター
ビンエンジン30はこのエンジンのまわりに放射状に配置
された16個の燃料空気混合ノズルを含んでおり、この燃
料空気混合ノズルの各々は燃料空気混合物を環状の燃焼
器42に供給する。低NOx産業ガスタービンエンジン30
は、それぞれ、圧力容器支持構造物38の内部空洞50を通
して走る燃料チューブ44,46を介して、燃料（例えば、
天然ガスおよびジェット燃料）を受ける。各燃料は、エ
ルボオーバル容器48によって形成される内部空洞50を通
して燃料空気混合ノズル40に導びかれる。エルボオーバ
ル容器48は0.100から0.500インチ好ましくは約0.200か
ら0.250インチのオーダの厚さを持っている。エルボオ
ーバル容器48の外部はコンプレッサ出口条件（例えば、
850゜Fおよび300psi）にさらされ、一方エルボオーバル
容器48の内部空洞50は局部的な周囲条件である。圧力に
より圧力容器支持構造物38の末端はエルボオーバル容器
48を介して傾斜している。圧力容器支持構造物38は例え
ばINCO−625又はAMS−5401のようなニッケル合金によっ
て形成される。他の物質の選択として、高強度ステンレ
スチール，コバルトC230,ロシアンEP648又はINCO−718
が含まれる。
圧力容器支持構造物38の利点は、燃料チューブはもは
やコンプレッサ出口の高温にさらされないので、燃料チ
ューブ46が絶縁されなくてもよいことである。それ故
に、燃料チューブは内部空洞50内の温和な周囲条件のみ
にさらされるので、燃料チューブのコークス化が防止さ
れる。
エルボオーバル容器48に加えて、圧力容器支持構造物
は、燃料チューブ44,46に接続する２つの燃料配分マニ
ホールドを含んでいる。各燃料配分マニホールド52,54
は、これらの燃料配分マニホールドの長さ方向に沿って
形成される燃料通路ポート56を含んでおり、この燃料通
路ポート56を通して燃料が流れかつ複数の出口ポート57
を通して部屋58に出る。部屋58では、燃料が圧縮空気と
混合され、環状の燃焼器42において点火される燃料空気
混合物が形成される。圧力容器支持構造物38は、一体型
支持構造物を形成するために、好ましくは単一の構成部
品によって加工される。しかしながら、圧力容器支持構
造物は、もちろん、いくつかの異なる構成部品からなる
ものであってもよい。例として、圧力容器支持構造物は
エルボオーバル容器48,および完全な支持構造物を形成
するために取付けられた燃料配分マニホールド52,54の
ような、別々の構成部品を含んでいる。しかしながら、
このタイプの設計の欠点は、天然ガスがシステムで使用
できるので、全てのガスが燃料チューブを通して巡回
し、燃料配分マニホールドに入るのを確実にするため
に、別々の構成部品をシールされた結合とするので、構
造が複雑になることである。第３図は単一構成部品で形
成された圧力容器支持構造物を示す。
第４図は圧力容器支持構造物38の内部空洞50を通して
走る燃料チューブ44,46の詳細な断面図を示す。圧力容
器支持構造物38は、さらに、ボルト62,64によってノズ
ル中心本体にシールドして接続されている取付け支持構
造物60を含んでいる。低NOx燃料ノズルの例は同出願人
による、プレミックスガスノズルと題する、米国特許第
5,307,634号に開示されている。圧力容器支持構造物
は、また、複数のボルト74によってエンジンケーシング
72に固定されたフランジベース70を含んでいる。
第５図は分解して示されかつ圧力容器支持構造物に取
付けられた燃料空気混合ノズル40を示す。燃料空気混合
ノズルは、部屋58の上流端に向かうベース80と部屋の出
口端に向かう先端82を備えた中心本体コーン78を含んで
いる。本質的に長円形状の部屋58は２つの半長円形状の
壁84,86によって形成され、壁84,86はそれぞれの他のも
のから分枝されかつ燃料配分マニホールドの一つに取付
けられた軸を持っており、圧縮空気流入室を通して溝を
形成する。第６図は、圧力容器支持構造物38に固定され
た燃料空気混合ノズル40を備えた圧力容器支持構造物の
他の例であって、特に圧縮空気が燃料空気混合ノズル40
に入り傾斜した入口溝を示す。発明の好ましい実施例に
ついて開示されているけれども、発明の精神と範囲から
逸脱することなく、種々の他の変形、省略、および追加
を開示された実施例に施すことが出来ることは、当業者
によって理解されるべきものである。
フロントページの続き (72)発明者 ソーダークイスト，ロバート ダブリュ ー. アメリカ合衆国，コネチカット 06095, ウィンザー，ウィンスロップ ロード 31 (72)発明者 サリバン，デニス ジェイ. アメリカ合衆国，コネチカット 06066, ヴァーノン，エコー リッジ ドライブ 95 (56)参考文献 特開 平３−28612（ＪＰ，Ａ) 特表 平７−504265（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F23R 3/28 F23R 3/36 F02C 7/22

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】燃料チューブを介して燃料を受ける低Nox
    産業ガスタービンエンジン用にして、低NOx燃料ノズル
    を支持する、圧力容器支持構造物であって、 ガスタービンエンジンのケーシング（72）に取付けられ
    たフランジ付ベース（70）と、 前記フランジ付きベースに上流端が取付けられ、内部空
    洞（50）を形成するエルボオーバル容器（48）と、 前記エルボオーバル容器の上流端から該エルボオーバル
    容器の下流端まで前記内部空洞内を走る燃料チューブ
    （44,46）と、 前記エルボオーバル容器の下流端に配置され、前記燃料
    チューブに連通する燃料通路ポート（56）を有する燃料
    配分マニホールド（52,54）と、 前記エルボオーバル容器の下流端に配置された取付け支
    持構造物（60）と、 前記取付け支持構造物に取付けられ、前記燃料配分マニ
    ホールドに沿って配置された燃料空気混合ノズル（40）
    と、 前記燃料配分マニホールドに前記燃料通路ポートの長さ
    方向に沿って設けられ、該燃料通路ポートと前記燃料空
    気混合ノズルとを連通させる複数の出口ポート（57）、 によって構成されていることを特徴とする、圧力容器支
    持構造物。
  2. 【請求項２】前記フランジ付きベース（70）、前記エル
    ボオーバル容器（48）および燃料配分マニホールド（5
    2,54）の各々が、ニッケル合金の単一の構成部品によっ
    て形成されていることを特徴とする、特許請求の範囲第
    １項に記載の圧力容器支持構造物。
  3. 【請求項３】前記フランジ付きベース（70）、前記エル
    ボオーバル容器（48）および燃料配分マニホールド（5
    2,54）の各々が、ニッケル合金からなる別々の構成部品
    であることを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載
    の圧力容器支持構造物。
  4. 【請求項４】燃料チューブを介して燃料を受ける低NOx
    産業ガスタービンエンジン用にして、低NOx燃料ノズル
    を支持する、圧力容器支持構造物であって、 ガスタービンエンジンのケーシング（72）に取付けられ
    たフランジ付ベース（70）と、 前記フランジ付きベースに上流端が取付けられ、内部空
    洞（50）を形成するエルボオーバル容器（48）と、 前記エルボオーバル容器の上流端から該エルボオーバル
    容器の下流端まで前記内部空洞内を走る燃料チューブ
    （44,46）と、 前記エルボオーバル容器の下流端に配置され、前記燃料
    チューブに連通する燃料通路ポート（56）を有し、前記
    燃料空気混合ノズルのまわりに各々離間して配設された
    燃料配分マニホールド（52,54）と、 前記エルボオーバル容器の下流端に配置された取付け支
    持構造物（60）と、 前記取付け支持構造物に取付けられ、前記燃料配分マニ
    ホールドに沿って配置された燃料空気混合ノズル（40）
    と、 前記燃料配分マニホールドに前記燃料通路ポートの長さ
    方向に沿って設けられ、該燃料通路ポートと前記燃料空
    気混合ノズルとを連通させる複数の出口ポート（57）、 によって構成されていることを特徴とする、一体型圧力
    容器支持構造物。
  5. 【請求項５】前記燃料配分マニホールド（40）が液体燃
    料を通すための燃料チューブとガス燃料を通すための燃
    料チューブに接続されていることを特徴とする、特許請
    求の範囲第４項に記載の一体型圧力容器支持構造物。
  6. 【請求項６】前記複数の燃料配分マニホールド（52,5
    4）が、本質的に、前記エルボオーバル容器（48）の下
    流端の外周の囲りに等しく離間して設けられていること
    を特徴とする、特許請求の範囲第４項に記載の一体型圧
    力容器支持構造物。
  7. 【請求項７】前記複数の燃料配分マニホールド（52,5
    4）の各々が、液体燃料とガス燃料を供給するための複
    数の燃料通路ポート（56）を含むことを特徴とする、特
    許請求の範囲第６項に記載の一体型圧力容器支持構造
    物。
  8. 【請求項８】前記フランジ付きベース（70）、前記エル
    ボオーバル容器（48）および前記複数の燃料配分マニホ
    ールド（52,54）が、各々、ニッケル合金により作られ
    ていることを特徴とする、特許請求の範囲第７項に記載
    の一体型圧力容器支持構造物。
JP8503220A 1994-06-24 1995-06-13 産業ガスタービンエンジン用圧力容器燃料ノズル支持 Expired - Lifetime JP2837543B2 (ja)

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