JP5468812B2

JP5468812B2 - 燃焼器組立体及び、ガスタービンエンジン用の燃料ノズル

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Filing date: 2009-04-27
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Description

本開示の技術分野は、総括的にはガスタービンエンジンで使用する燃焼システムに関し、より具体的には、ガスタービンエンジンで使用する燃料ノズルに関する。

従来型のガスタービンエンジンは、燃焼器組立体を通して、それに沿って下流方向に移動する燃焼ガスの流れに燃料を導く二次燃料ノズル組立体を含む。幾つかの二次燃料ノズル組立体は、燃焼ガスの流れに延びて該燃焼ガス流内に燃料を導くのを可能にする燃料ペグを含む。これらの従来型の二次燃料ノズル組立体では、燃料ペグは、下流方向に配向されて、燃焼ガスが該燃料ペグを横切って移動する時に燃焼ガスの流れに燃料を混合できるようにする開口を形成する。燃焼ガスの流れに燃料が導かれると、燃料は、燃焼ガスと共に運ばれる。しかしながら、幾つかの従来型のガスタービンエンジンでは、燃料は、燃焼ガス全体に分散されずに、燃焼ガス中で別個のストリームとして流れる。

米国特許第７３１８３１７号明細書米国特許第７１６５４０５号明細書米国特許第６９１５６３６号明細書米国特許第６９１０３３６号明細書米国特許第６７８６０４７号明細書米国特許出願公開第２００５／０２７４８２７号明細書米国特許第７２２２４８８号明細書米国特許第６９８３５９９号明細書米国特許第６８９５７５５号明細書米国特許第６６５１４３９号明細書米国特許第６４３４８２１号明細書米国特許第６３４７５０８号明細書米国特許第５２９７３８５号明細書米国特許第５２５５５０８号明細書

１つの態様では、燃料ノズル組立体を製作する方法を提供する。本方法は、二次燃料ノズル組立体の中心軸線の周りに形成された燃料通路を備えたノズル部分を設けるステップを含む。第１のペグの縦方向軸線は、二次燃料ノズル組立体中心軸線と交差して第１の平面を定めるように配向される。第１のペグは、第１のペグ縦方向軸線と交差する中心線を有しかつ第１の平面に対して斜めに配向された第１の開口を形成する。第１のペグは、該第１のペグがノズル部分から半径方向外向きに延びるようにまた第１の開口が二次燃料ノズル組立体中心軸線に対して斜めの方向に燃料の流れを導いて燃料の混合を可能にするように構成されるように燃料通路と流体連通して結合される。

別の態様では、二次燃料ノズル組立体を提供する。本二次燃料ノズル組立体は、該二次燃料ノズル組立体の中心軸線の周りに形成された燃料通路を備えたノズル部分を含む。少なくとも１つのペグが、ノズル部分から半径方向外向きに延びる。少なくとも１つのペグの第１のペグの縦方向軸線は、二次燃料ノズル組立体中心軸線と交差して第１の平面を定める。第１のペグは、第１のペグ縦方向軸線と交差する中心線を有する第１の開口を形成する。第１の開口は、第１の平面に対して第１の角度で斜めに配向されかつ二次燃料ノズル組立体中心軸線に対して斜めになった方向に該開口から燃料を吐出して燃料の混合を可能にするように構成される。

別の態様では、ガスタービンエンジンで使用する燃焼器組立体を提供する。本燃焼器組立体は、一次燃焼ゾーン及び二次燃焼ゾーンを形成した燃焼器ライナを含む。燃焼器ライナは、燃焼ガスの流れをほぼ下流方向に導くように構成される。一次燃料ノズル組立体が、一次燃焼ゾーン内に延びる。二次燃料ノズル組立体が、一次燃焼ゾーンを貫通しかつ二次燃焼ゾーン内に延びる。二次燃料ノズル組立体は、該二次燃料ノズル組立体の中心軸線の周りに形成された燃料通路を備えたノズル部分を含む。少なくとも１つのペグが、ノズル部分から半径方向外向きに延びる。少なくとも１つのペグの第１のペグの縦方向軸線は、二次燃料ノズル組立体中心軸線と交差して第１の平面を定める。第１のペグは、第１のペグ縦方向軸線と交差する中心線を有する第１の開口を形成する。第１の開口は、第１の平面に対して第１の角度で斜めに配向される。第１の開口は、二次燃料ノズル組立体中心軸線に対して斜めになった方向に燃料を吐出して燃料の混合及び／又は混合気の旋回を可能にするように構成される。

例示的なガスタービン燃焼システムの部分断面図。図１に示すガスタービン燃焼システムで使用することができる例示的な燃料ノズル組立体の断面図。図２に示す例示的な燃料ノズル組立体の部分図。

図１は、二次燃料ノズル組立体２００を備えた例示的なガスタービンエンジン１００の部分断面図である。ガスタービンエンジン１００は、圧縮機（図示せず）、燃焼器１０２及びタービン１０４を含む。図１には、タービン１０４の第１段ノズル１０６のみを示している。この例示的な実施形態では、タービンは、単一の共通シャフト（図示せず）によって互いに結合されたロータ（図示せず）により圧縮機に対して回転可能に結合される。圧縮機は、吸入空気１０８を加圧した後に燃焼器１０２に吐出し、燃焼器１０２内において空気１０８は、該燃焼器１０２を冷却しかつ燃焼プロセスのための空気を形成する。より具体的には、燃焼器１０２に送られた空気１０８は、ガスタービンエンジン１００を通る空気の流れとほぼ対向する方向に流れる。この例示的な実施形態では、ガスタービンエンジン１００は、エンジンケーシング（図示せず）の周りに円周方向に間隔を置いて配置された複数の燃焼器１０２を含む。一実施形態では、燃焼器１０２は、缶−アニュラ形燃焼器である。

この例示的な実施形態では、ガスタービンエンジン１００は、各燃焼器１０２の出口端部１１２とタービン１０４の入口端部１１４との間で延びてタービン１０４内に燃焼ガス１１６を送る移行ダクト１１０を含む。さらに、この例示的な実施形態では、各燃焼器１０２は、ほぼ円筒形の燃焼器ケーシング１１８を含む。燃焼器ケーシング１１８は、ボルト（図示せず）、機械的ファスナ（図示せず）、溶接、及び／又はガスタービンエンジン１００が本明細書に説明したように機能できるようにするその他の適当な継手手段を用いてエンジンケーシングに結合される。この例示的な実施形態では、燃焼器ケーシング１１８の前方端部１２０は、端部カバー組立体１２２に結合される。端部カバー組立体１２２は、気体燃料、液体燃料、空気及び／又は水を、燃焼器及び／又はガスタービンエンジン１００が本明細書に説明したように機能できるようにするその他の構成要素に送るための供給管、マニフォルド、弁を含む。

この例示的な実施形態では、ほぼ円筒形の流れスリーブ１２４が、該流れスリーブ１２４が燃焼器ケーシング１１８とほぼ同心に整列するように、該燃焼器ケーシング１１８内に結合される。燃焼器ライナ１２６が、流れスリーブ１２４内にほぼ同心に結合される。より具体的には、燃焼器ライナ１２６は、その後方端部１２８において移行ダクト１１０に結合され、またその前方端部１３０において燃焼器ライナキャップ組立体１３２に結合される。流れスリーブ１２４は、その後方端部１３４において燃焼器ライナ１２６の外壁１３６に結合され、またその前方端部１３８において燃焼器ケーシング１１８に結合される。それに代えて、流れスリーブ１２４は、ガスタービンエンジン１００が本明細書に説明したように機能できるようにする適当な継手組立体を用いてケーシング１１８及び／又は燃焼器ライナ１２６に結合することができる。この例示的な実施形態では、空気通路１４０が、燃焼器ライナ１２６と流れスリーブ１２４との間に形成される。流れスリーブ１２４は、その中に形成されかつ圧縮機からの加圧空気１０８が空気通路１４０に流入できるようにする複数のアパーチャ１４２を含む。この例示的な実施形態では、空気１０８は、コア流れ（図示せず）の方向と対向した方向に圧縮機から端部カバー組立体１２２に向かって流れる。

燃焼器ライナ１２６は、一次燃焼ゾーン１４４、ベンチュリスロート領域１４６及び二次燃焼ゾーン１４８を形成する。より具体的には、一次燃焼ゾーン１４４は、二次燃焼ゾーン１４８の上流に位置する。一次燃焼ゾーン１４４及び二次燃焼ゾーン１４８は、ベンチュリスロート領域１４６によって分離される。ベンチュリスロート領域１４６は、それぞれの燃焼ゾーン１４４及び１４８の直径Ｄ_１及びＤ_２よりも一般的に小さい直径Ｄ_Ｖを有する。より具体的には、スロート領域１４６は、収束壁１５０と発散壁１５２とを含む。収束壁１５０は、直径Ｄ_１からＤ_Ｖに次第に狭くなり、また発散壁１５２は、Ｄ_ＶからＤ_２に拡がる。従って、ベンチュリスロート領域１４６は、二次燃焼ゾーン１４８から一次燃焼ゾーン１４４への逆火を減少させるのを可能にする空気力学セパレータ又はアイソレータとして機能する。この例示的な実施形態では、一次燃焼ゾーン１４４は、それを貫通して形成されかつ空気１０８が空気通路１４０から一次燃焼ゾーン１４４に流入できるようにする複数のアパーチャ１５４を含む。

さらに、この例示的な実施形態では、燃焼器１０２はまた、複数の点火プラグ（図示せず）及び複数のクロスファイヤ管（図示せず）を含む。点火プラグ及びクロスファイヤ管は、燃焼器ライナ１２６内に形成されたポート（図示せず）を貫通して一次燃焼ゾーン１４４内に延びる。点火プラグ及びクロスファイヤ管は、各燃焼器１０２内で燃料及び空気に点火して燃焼ガス１１６を発生させる。

この例示的な実施形態では、端部カバー組立体１２２に対して、少なくとも１つの二次燃料ノズル組立体２００が結合される。より具体的には、この例示的な実施形態では、燃焼器１０２は、１つの二次燃料ノズル組立体２００及び複数の一次燃料ノズル組立体１５６を含む。より具体的には、この例示的な実施形態では、一次燃料ノズル組立体１５６は、燃焼器１０２の中心線１５８の周りにほぼ円形アレイとして配置され、また二次燃料ノズル組立体２００の中心軸線２０１（図２に示す）は、燃焼器中心線１５８とほぼ整列している。それに代えて、一次燃料ノズル組立体１５６は、非円形アレイとして配置することができる。別の実施形態では、燃焼器１０２は、２以上の又は少ない二次燃料ノズル組立体２００を含むことができる。本明細書では、一次燃料ノズル組立体１５６及び二次燃料ノズル組立体２００のみについて説明しているが、燃焼器１０２内には、２つよりも多い又は少ないタイプのノズル組立体或いはその他のタイプの燃料ノズルを含むことができる。この例示的な実施形態では、二次燃料ノズル組立体２００は、一次燃焼ゾーン１４４を貫通して延びる該二次燃料ノズル組立体２００の一部分をほぼ囲む管組立体１６０を含む。

一次燃料ノズル組立体１５６は、その一部が一次燃焼ゾーン１４４内に延び、また二次燃料ノズル組立体２００は、一次燃焼ゾーンを貫通してスロート領域１４６の後方部分１６２内に延びる。従って、一次燃料ノズル組立体１５６から噴射された燃料（図示せず）は、ほぼ一次燃焼ゾーン１４４内で燃焼し、また二次燃料ノズル組立体２００から噴射された燃料（図示せず）は、ほぼ二次燃焼ゾーン１４８内で燃焼する。

この例示的な実施形態では、燃焼器１０２は、燃料ノズル組立体１５６及び／又は２００を通して燃焼器１０２に燃料を供給するための燃料供給源（図示せず）に結合される。例えば、パイロット燃料（図示せず）及び／又は主燃料（図示せず）は、燃料ノズル組立体１５６及び／又は２００を通して供給することができる。この例示的な実施形態では、パイロット燃料及び主燃料の両方は、以下に一層詳しく説明するように、一次燃料ノズル組立体１５６及び二次燃料ノズル組立体２００への燃料の移送を制御することによって、一次燃料ノズル組立体１５６及び二次燃料ノズル組立体２００の両方を通して供給することができる。本明細書で使用する場合、「パイロット燃料」というのは、パイロット火炎として使用する少量の燃料を指しており、また「主燃料」というのは、燃焼ガス１１６の大部分を発生させるために使用する燃料を指している。燃料は、天然ガス、石油生成物、石炭、バイオ燃料、並びに／或いはガスタービンエンジン１００が本明細書に説明したように機能できるようにする固体、液体及び／又は気体の形態のその他の燃料とすることができる。燃料ノズル組立体１５６及び／又は２００を通る燃料流量を制御することによって、燃焼器１０２内の火炎（図示せず）を所定の形状、長さ及び／又は強さ調整して、燃焼器１０２からのエミッション及び／又は出力を有効なものとすることができる。

作動中に、空気１０８は、入口（図示せず）を通してガスタービンエンジン１００に流入する。空気１０８は、圧縮機内で加圧され、加圧空気１０８は、圧縮機から燃焼器１０２に向けて吐出される。空気１０８は、アパーチャ１４２を通して燃焼器１０２に流入し、空気通路１４０を通して端部カバー組立体１２２に向けて送られる。空気通路１４０を通って流れる空気１０８は、燃焼器入口端部１６４においてその流れ方向を強制的に反転され、燃焼ゾーン１４４内に送られ、また／或いは該燃焼ゾーン１４４及び／又はスロート領域１４６を通して燃焼ゾーン１４８内に送られる。燃料は、端部カバー組立体１２２並びに燃料ノズル組立体１５６及び／又は２００を通して燃焼器１０２内に供給される。点火は、制御システム（図示せず）がガスタービンエンジン１００の始動シーケンスを開始した時に最初に行われ、一実施形態では、点火プラグは、火炎が連続的に確立されると、一次燃焼ゾーン１４４から後退する。さらに別の実施形態では、燃焼ゾーン１４４内の内部圧力が増大して、点火プラグを後退位置に押込む又は付勢する。別の実施形態では、点火プラグは、一次燃焼ゾーン１４４内で固定されており、従って後退しない。燃焼器ライナ１２６の後方端部１２８において、高温燃焼ガス１１６は、移行ダクト１１０及びタービンノズル１０６を通してタービン１０４に向けて送られる。

図２は、燃焼器１０２（図１に示す）で使用することができる例示的な二次燃料ノズル組立体２００の断面図である。図３は、二次燃料ノズル組立体２００の図１に示す一部分Ａの部分断面図である。

この例示的な実施形態では、二次燃料ノズル組立体２００は、以下に一層詳しく説明するヘッド部分２０２及びノズル部分２０４を含む。ヘッド部分２０２は、二次燃料ノズル組立体２００を燃焼器１０２内に結合できるようにする。例えば、一実施形態では、ヘッド部分２０２は、端部カバー組立体１２２（図１に示す）に結合され、また該ヘッド部分２０２が燃焼器１０２の外部に位置しかつノズル部分２０４が端部カバー組立体１２２を貫通して延びるように、複数の機械的ファスナ１６８（図１に示す）を用いて該端部カバー組立体１２２に固定される。この例示的な実施形態では、ヘッド部分２０２は、その各々がそれを通して機械的ファスナを受けるような寸法にされた複数の円周方向に間隔を置いて配置された開口２０５を含む。ヘッド部分２０２は、二次燃料ノズル組立体２００が燃焼器１０２内に固定されかつ本明細書に説明したように機能できるようにする適当な数の開口２０５を含むことができる。さらに、各孔２０５の内表面２０６は、ほぼ滑らかであるように図示しているが、開口２０５にはネジを切ることもできる。加えて、各開口２０５は、二次燃料ノズル組立体２００の中心軸線２０１にほぼ平行に延びるように図示しているが、開口２０５は、二次燃料ノズル組立体２００が本明細書に説明したように機能できるようにする配向を有することができる。それに代えて、ヘッド部分２０２は、機械的ファスナ１６８のみを用いて燃焼器１０２に結合されるものに限定されるわけではなく、二次燃料ノズル組立体２００が本明細書に説明したように機能できるようにする継手手段を用いて燃焼器１０２に結合することができる。

この例示的な実施形態では、ヘッド部分２０２は、ほぼ円筒形であり、第１のほぼ平面の端面２０７、対向する第２のほぼ平面の端面２０８及びそれらの間で延びるほぼ円筒形の本体２１０を含む。

この例示的な実施形態では、ヘッド部分２０２は、中心通路２１４、並びに複数の同心に整列した流路２１６、２１８及び２２０を含む。より具体的には、中心通路２１４は、中心軸線２０１に沿って第１の端面２０７から第２の端面２０８まで延びる。さらに、この例示的な実施形態では、流路２１６、２１８及び２２０は各々、以下に一層詳しく説明するように、第２の端面２０８から第１の端面２０７に向かって部分的に延びる。

この例示的な実施形態では、ヘッド部分２０２内における複数の同心に整列した流路の分割壁２２２、２２４及び２２６は、中心通路２１４、並びに流路２１６、２１８及び２２０を形成する。より具体的には、この例示的な実施形態では、中心通路２１４は、第１の分割壁２２２によって形成され、第１の流路２１６は、第１の分割壁２２２と第２の分割壁２２４との間に形成され、第２の流路２１８は、第２の分割壁２２４と第３の分割壁２２６との間に形成され、また第３の流路２２０は、第３の分割壁２２６と本体２１０との間に形成される。

この例示的な実施形態では、ヘッド部分２０２はまた、複数の半径方向入口を含む。第１の半径方向入口２２８は、本体２１０を貫通して中心通路２１４まで延び、第２の半径方向入口（図示せず）は、本体２１０を貫通して第１の流路２１６まで延び、第３の半径方向入口２３０は、本体２１０を貫通して第２の流路２１８まで延び、また第４の半径方向入口（図示せず）は、本体２１０を貫通して第３の流路２２０まで延びる。この例示的な実施形態では、１つの半径方向入口のみが、対応する中心通路２１４或いは流路２１６、２１８又は２２０と流体連通しているが、別の実施形態では、２以上の半径方向入口を、中心通路２１４或いは対応する流路２１６、２１８又は２２０と流体連通させることができる。

この例示的な実施形態では、第１の半径方向入口２２８及び／又は第３の半径方向入口２３０のような各半径方向入口は、そのそれぞれの入口長さに沿ってほぼ一定の直径を有する。それに代えて、各半径方向入口は、非円形断面形状及び／又は多様な直径を有するように形成することができる。より具体的には、半径方向入口は、燃焼器１０２及び／又は二次燃料ノズル組立体２００が本明細書に説明したように機能できるようにする適当な形状及び／又は配向として構成することができる。さらに、この例示的な実施形態では、第１の半径方向入口２２８は、対応する半径方向ポート２３２を含み、また第３の半径方向入口２３０は、対応する半径方向ポート２３４を含む。各ポート２３２及び／又は２３４は、テーパポート、直線ポート又はオフセットポートとすることができる。それに代えて、ポート２３２及び／又は２３４は、燃焼器１０２及び／又は二次燃料ノズル組立体２００が本明細書に説明したように機能できるようにする適当な形状及び／又は配向として構成することができる。

この例示的な実施形態では、ヘッド部分２０２はまた、複数の軸方向入口２４０、２４２及び２４４を含む。３つの軸方向入口２４０、２４２及び２４４のみについて説明しているが、ヘッド部分２０２は、二次燃料ノズル組立体２００が本明細書に説明したように機能できるようにする数の軸方向入口を含むことができる。この例示的な実施形態では、軸方向入口２４０は、第１の端面２０７から半径方向入口２２８を貫通して半径方向入口２３０まで延びる。この例示的な実施形態では、軸方向入口２４０は、半径方向入口２２８を貫通して延びるが、軸方向入口２４０は、二次燃料ノズル組立体２００が本明細書に説明したように機能するように別の半径方向入口を貫通した状態で又は貫通しない状態で第１の端面２０７から半径方向入口まで延びることができる。

この例示的な実施形態では、軸方向入口２４０、２４２及び／又は２４４は、ほぼ一定の直径を有する。それに代えて、軸方向入口２４０、２４２及び／又は２４４は、非円形断面形状及び／又は可変な直径を有することができる。さらに、この例示的な実施形態では、軸方向入口２４０、２４２及び／又は２４４は、テーパポートを含む。それに代えて、ポートは、燃焼器１０２及び／又は二次燃料ノズル組立体２００が本明細書に説明したように機能できるようにする適当な形状を有することができる。

この例示的な実施形態では、ノズル部分２０４は、例えば該ノズル部分２０４をヘッド部分２０２に溶接することによって、該ヘッド部分２０２に結合される。この例示的な実施形態では、ノズル部分２０４は円筒形であるが、ノズル部分２０４は、二次燃料ノズル組立体２００が本明細書に説明したように機能できるようにする適当な形状とすることができる。

この例示的な実施形態では、ノズル部分２０４は、複数のほぼ同心に整列した管２５０、２５２、２５４及び２５６を含む。管２５０、２５２、２５４及び２５６は、ノズル部分２０４内に複数のほぼ同心の通路２６０、２６２、２６４及び２６６が形成されるように、互いに対して配向される。より具体的には、この例示的な実施形態では、中心通路２７０が、第１の管２５０内に形成され、第１の通路２６０が、第１の管２５０と第２の管２５２との間に形成され、第２の通路２６２が、第２の管２５２と第３の管２５４との間に形成され、また第３の通路２６４が、第３の管２５４と第４の管２５６との間に形成される。この例示的な実施形態は、４つの同心に整列した管２５０、２５２、２５４及び２５６を含むが、ノズル部分２０４は、二次燃料ノズル組立体２００及び／又は燃焼器１０２が本明細書に説明したように機能できるようにする数の管を含むことができる。この例示的な実施形態では、管の数は、該管によって形成された通路の数がヘッド流路及びヘッド中心通路の数と等しくなるようになっている。

この例示的な実施形態では、流路２１６、２１８及び２２０は、それぞれ通路２６０、２６２及び２６４とほぼ同心に整列している。さらに、ノズル中心通路２７０は、ヘッド中心通路２１４とほぼ同心に整列している。従って、第１の管２５０は、ヘッドの第１の分割壁２２２とほぼ整列し、第２の管２５２は、ヘッドの第２の分割壁２２４とほぼ整列し、また第３の管２５４は、ヘッドの第３の分割壁２２６とほぼ整列する。この例示的な実施形態では、第４の管２５６は、該第４の管２５６の内表面２７３がヘッド流路２２０の半径方向外表面２７４とほぼ整列するように配置される。

この例示的な実施形態では、ノズル部分２０４は、管２５０、２５２、２５４及び／又は２５６に結合された先端部分２８０を含む。より具体的には、この例示的な実施形態では、先端部分２８０は、例えば溶接法を用いて管２５０、２５２、２５４及び／又は２５６に結合される。この例示的な実施形態では、先端部分２８０は、管延長部２８２、外側先端２８４及び内側先端２８６を含む。それに代えて、先端部分２８０は、二次燃料ノズル組立体２００が本明細書に説明したように機能できるようにする適当な構成を有することができる。この例示的な実施形態では、管延長部２８２は、例えば継手リング２８８を用いて第３の管２５４及び第４の管２５６に結合される。継手リング２８８は、第３の通路２６４内を流れる流体（図示せず）が先端部分２８０を通して吐出されないように、第３の通路２６４の密封できるようにする。それに代えて、第３の通路２６４は、先端部分２８０を通して流体連通して結合される。

この例示的な実施形態では、内側先端２８６は、第１の突出部２９０と第２の突出部２９２とを含む。内側先端２８６はさらに、中心開口２９４と複数の出口アパーチャ（図示せず）とを形成する。内側先端２８６は、それぞれ第１の突出部２９０及び第２の突出部２９２を用いて第１の管２５０及び第２の管２５２に結合される。従って、この例示的な実施形態では、中心通路２１４及び／又は中心通路２７０内を流れる流体（図示せず）は、中心開口２９４及び／又は出口アパーチャを通して吐出され、また第１の通路２６０内を流れる流体（図示せず）は、出口アパーチャを通して吐出される。さらに、この例示的な実施形態では、外側先端２８４は、複数の出口アパーチャ（図示せず）を含み、かつ内側先端２８６及び管延長部２８２に結合される。従って、第２の通路２６２内を流れる流体（図示せず）は、外側先端２８４及び／又は内側先端２８６内に形成された出口アパーチャを通して吐出される。

この例示的な実施形態では、ノズル部分２０４はまた、第４の管２５６から半径方向外向きに延びる少なくとも１つの燃料ペグ又はポスト３００（本明細書では、「ベーン」とも呼ぶ）を含む。図２に示すように、各ペグ３００は、第４の管２５６を通してノズル部分２０４と燃料流体連通している。それに代えて、ペグ３００は、ノズル部分２０４から斜めに延びることができる。さらに、図２には２つのペグ３００のみを示しているが、ノズル部分２０４は、２つよりも多い又は少ないペグ３００を含むこともできる。この例示的な実施形態では、ペグ３００は、継手リング２８８に近接させて第３の通路２６４の下流端部３０２に配置される。それに代えて、適当な位置において、第３の通路２６４に対して１つ又はそれ以上のペグ３００を配置することができる。

さらに図３を参照すると、この例示的な実施形態では、ペグ３００及び３２０のような各ペグは、第３の通路２６４内を流れる燃料をそれを通して吐出しかつ燃焼ガスの流れに燃料を導いて燃料の混合を可能にするように構成された少なくとも１つの出口アパーチャ又は開口を形成する。図３に示すように、各ペグ３００は、その長さに沿って縦方向軸線３０２を定め、この縦方向軸線３０２は、二次燃料ノズル組立体中心軸線２０１と交差して第１の平面３０４を定める。特定の特定実施形態では、ペグ３００の縦方向軸線３０２は、二次燃料ノズル組立体中心軸線２０１と直交するように配向される。ペグ３００は、該ペグ３００の縦方向軸線３０２と交差する中心線３０８を定めかつ第１の平面３０４に対して第１の角度αで斜めに配向されるようにオフセットした第１の開口３０６を形成する。特定の実施形態では、第１の開口３０６の中心線３０８は、縦方向軸線３０２と直交するように配向される。第１の開口３０６は、中心線３０８が二次燃料ノズル組立体中心軸線２０１に対して約５°〜約１３５°の第１の角度αになるように、或いはより具体的には、二次燃料ノズル組立体中心軸線２０１に対して約５°〜約９０°の第１の角度αになるように、或いは特定の実施形態では、二次燃料ノズル組立体中心軸線２０１に対して約３０°〜約６０°の第１の角度αになるように配向される。第１の開口３０６は、中心軸線２０１に対して斜めに配向されるようなオフセットした状態で図３に矢印３１０で表した方向に、かつ燃焼器ライナ１２６を通って図３に矢印３１２で表したほぼ下流方向に流れる燃焼ガス及び／又は空気の流れに、燃料の流れを導いて燃料の混合を可能にするように構成される。

図３に示すように、ペグ３００は、第１の平面３０４に対して第２の角度βで斜めに配向されるようにオフセットした第２の開口３１４、及び／又は第１の平面３０４に対して第３の角度γで斜めに配向されるようにオフセットした第３の開口３１６のような、１つ又はそれ以上の付加的な開口を形成する。図３に示すように、一実施形態では、第２の角度βは、第１の角度αよりも小さく、また第３の角度γは、第１の角度αよりも大きい。第１の開口３０６は、第１の平面３０４に対して適当な第１の角度αで斜めに配向されるようにオフセットさせることができ、第２の開口３１４は、第１の平面３０４に対して適当な第２の角度βで斜めに配向されるようにオフセットさせることができ、かつ／又は第３の開口３１６は、第１の平面３０４に対して適当な第３の角度γで斜めに配向されるようにオフセットさせることができることは、当技術分野に習熟しかつ提示した本明細書での教示に学んだ当業者には明らかであろう。さらに、一部の実施形態では、第２の角度β及び／又は第３の角度γは、第１の角度αよりも小さく、該第１の角度αよりも大きく、或いは該第１の角度αに等しくすることができる。それに加えて又はそれに代えて、第２の開口３１４及び第３の開口３１６は、第１の開口３０６に対して等しい角度又は異なる角度で斜めに配向されるようにオフセットさせることができる。

一実施形態では、ペグ３００と同様な又は該ペグ３００とは異なる付加的なペグ３２０は、その長さに沿って縦方向軸線３２２を定め、この縦方向軸線３２２は、二次燃料ノズル組立体中心軸線２０１と交差して第２の平面３２４を定める。特定の特定実施形態では、ペグ３２０の縦方向軸線３２２は、二次燃料ノズル組立体中心軸線２０１と直交するように配向される。ペグ３２０は、該ペグ３２０の縦方向軸線３２２と交差する中心線３２８を定めかつかつ第２の平面３２４に対して第１の角度αで斜めに配向されるようにオフセットした第１の開口３２６を形成する。特定の実施形態では、第１の開口３２６の中心線３２８は、縦方向軸線３２２と直交するように配向される。第１の開口３２６は、中心線３２８が二次燃料ノズル組立体中心軸線２０１に対して約５°〜約１３５°の第１の角度αになるように、或いはより具体的には、二次燃料ノズル組立体中心軸線２０１に対して約５°〜約９０°の第１の角度αになるように、或いは特定の実施形態では、二次燃料ノズル組立体中心軸線２０１に対して約３０°〜約６０°の第１の角度αになるように配向される。第１の開口３２６は、中心軸線２０１に対して斜めに配向されるようにオフセットした方向に、かつ燃焼器ライナ１２６を通って図３に矢印３１２で表したほぼ下流方向に流れる燃焼ガス及び／又は空気の流れに、燃料の流れを導いて燃料の混合を可能にするように構成される。

図３に示すように、ペグ３２０は、第２の平面３２４に対して第２の角度βで斜めに配向されるようにオフセットした第２の開口３３４、及び／又は第２の平面３２４に対して第３の角度γで斜めに配向されるようにオフセットした第３の開口３３６のような、１つ又はそれ以上の付加的な開口を形成する。一実施形態では、第２の角度βは、第１の角度αよりも小さく、また第３の角度γは、第１の角度αよりも大きい。第１の開口３２６は、第２の平面３２４に対して適当な第１の角度αで斜めに配向されるようにオフセットさせることができ、第２の開口３３４は、第２の平面３２４に対して適当な第２の角度βで斜めに配向されるようにオフセットさせることができ、かつ／又は第３の開口３３６は、第２の平面３２４に対して適当な第３の角度γで斜めに配向されるようにオフセットさせることができることは、当技術分野に習熟しかつ提示した本明細書での教示に学んだ当業者には明らかであろう。さらに、一部の実施形態では、第２の角度β及び／又は第３の角度γは、第１の角度αよりも小さく、該第１の角度αよりも大きく、或いは該第１の角度αに等しくすることができる。それに加えて又はそれに代えて、第２の開口３３４及び第３の開口３３６は、第１の開口３２６に対して等しい角度又は異なる角度で斜めに配向されるようにオフセットさせることができる。

この例示的な実施形態では、ノズル部分２０４は、それに限定されないが溶接法を含む適当な方法を用いてヘッド部分２０２に結合される。より具体的には、各管２５０、２５２、２５４及び／又は２５６は、上に説明したようにノズル通路２６０、２６２、２６４及び２７０が協働するヘッド流路２１６、２１８、２２０及びヘッド中心通路２１４とほぼ整列するように、ヘッド部分２０２に結合される。この例示的な実施形態では、先端部分２８０は、ノズル部分２０４が上に説明したように構成されるように、管２５０、２５２、２５４及び／又は２５６に溶接される。より具体的には、この例示的な実施形態では、管延長部２８２は、例えば継手リング２８８を用いて管２５４及び２５６に溶接され、内側先端２８６は、それぞれの突出部２９２及び／又は２９０を用いて第２の管２５２及び第１の管２５０に溶接され、また外側先端２８４は、内側先端２８６に溶接される。それに代えて、ノズル部分２０４は、二次燃料ノズル組立体２００が本明細書に説明したように機能できるようにするその他の適当な製作方法を使用して製作することができる。

一実施形態では、二次燃料ノズル組立体を製作する方法を提供する。ノズル部分は、二次燃料ノズル組立体の中心軸線の周りに形成された燃料通路を含む。ノズル部分は、燃料を供給するように構成される。第１のペグの縦方向軸線は、二次燃料ノズル組立体中心軸線と交差して第１の平面を定めるように配向される。一実施形態では、第１のペグの縦方向軸線は、二次燃料ノズル組立体中心軸線と直交するように配向される。第１のペグは、第１のペグ縦方向軸線と交差する中心線を有しかつ第１の平面に対して斜めに配向された第１の開口を形成する。一実施形態では、第１の開口中心線は、第１のペグ縦方向軸線と直交するように配向される。第１の開口は、二次燃料ノズル組立体中心軸線に対して約５°〜約１３５°の第１の角度で、或いはより具体的には、二次燃料ノズル組立体中心軸線に対して約５°〜約９０°の第１の角度で、或いは特定の実施形態では、二次燃料ノズル組立体中心軸線に対して約３０°〜約６０°の第１の角度で配向される。第１のペグは、燃料通路と流体連通して結合される。第１のペグは、ノズル部分から半径方向外向きに延び、第１の開口は、二次燃料ノズル組立体中心軸線に対してオフセットした方向に燃料の流れを導いて燃料の混合を可能にする。ヘッド部分は、ノズル部分に結合される。ヘッド部分は、その各々が複数のノズル通路の少なくとも１つと流体連通した複数の入口を含む。

第１のペグが第２の開口のような付加的な開口を備えた実施形態では、第１のペグ内に形成された第２の開口の中心線は、第１の平面に対して第１の角度とは異なる第２の角度で斜めに配向される。第１のペグ及び該第１のペグと同様な又は該第１のペグとは異なる第２のペグのような２以上のペグを備えた実施形態では、第２のペグの縦方向軸線は、二次燃料ノズル組立体中心軸線と交差して第２の平面を定めるように配向される。第２のペグは、第２のペグ縦方向軸線と交差する中心線を有しかつ第２の平面に対して第２の角度で斜めに配向された第１の開口を形成する。第２のペグ第１の開口は、第１の角度とは異なるか又は該第１の角度に等しい第２の角度で斜めに配向される。

上に説明した二次燃料ノズル組立体は、該二次燃料ノズルからの燃料及び空気の最適な分散及び旋回（スワール）を得るように配向して、燃料の霧化及び／又は燃料の混合を高めるようにした燃料ペグを含む。より具体的には、燃料ペグの配向により、二次燃料ノズル組立体を通して燃料を空気の流れと混合させかつ該混合燃料を燃焼器組立体を通る燃焼ガスの流れに導くことが可能になる。混合燃料は、従来型の二次燃料ノズル組立体におけるように燃焼ガスの流れに直接投入されるのではなく、燃焼ガスの流れに導入されるか又は噴霧される。その結果、本明細書に説明した二次燃料ノズル組立体は、中心本体キャップ内に配置されたスワーラの上流で発生するスワールを強化することによって、一層良好な燃料噴霧旋回パターンを形成できるようにする。さらに、上に説明した二次燃料ノズル組立体は、単純な構造を有し、容易に製作され、かつ従来型の燃焼器組立体に合せて改造することができる。

以上、二次燃料ノズル組立体及びそれを製作する方法の例示的な実施形態について詳しく説明している。本組立体及び方法は、本明細書に記載した特定の実施形態に限定されるものではなく、本組立体の構成要素及び／又は本方法のステップは、本明細書に記載したその他の構成要素及び／又はステップとは独立してかつ別個に利用することができる。さらに、本明細書に記載した組立体構成要素及び／又は方法ステップはまた、その他の組立体及び／又は方法において構成することができかつ該その他の組立体及び／又は方法と組合せて使用することができ、また本明細書に記載した組立体及び方法での実施のみに限定されるものではない。

本明細書は、実施例を使用して、最良の形態を含む本発明を開示し、またさらに装置又はシステムを製作しかつ使用すること及び組込み方法を実行することを含む本発明の実施を当業者が行うのを可能にする。本発明の特許性がある技術的範囲は、特許請求の範囲によって定まり、かつ当業者が想起するその他の実施例を含むことができる。そのようなその他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言と相違しない構造的要素を有するか又はそれらが特許請求の範囲の文言と本質的でない相違を有する均等な構造的要素を含む場合には、特許請求の範囲の技術的範囲内に属することを意図している。

様々な特定の実施形態に関して本発明を説明してきたが、本発明が特許請求範囲の技術思想及び技術的範囲内の変更で実施することができることは、当業者には分かるであろう。

１００ガスタービンエンジン
１０２燃焼器
１０４タービン
１０６タービンノズル
１０８空気
１１０移行ダクト
１１２出口端部
１１４入口端部
１１６燃焼ガス
１１８燃焼器ケーシング
１２０前方端部
１２２端部カバー組立体
１２４流れスリーブ
１２６燃焼器ライナ
１２８後方端部
１３０前方端部
１３２燃焼器ライナキャップ組立体
１３４後方端部
１３６外壁
１３８前方端部
１４０空気通路
１４２アパーチャ
１４４一次燃焼ゾーン
１４６ベンチュリスロート領域
１４８二次燃焼ゾーン
１５０収束壁
１５２発散壁
１５４アパーチャ
１５６一次燃料ノズル組立体
１５８中心線
１６０管組立体
１６２後方部分
１６４燃焼器入口端部
１６８機械的ファスナ
２００二次燃料ノズル組立体
２０１ノズル組立体中心線軸
２０２ヘッド部分
２０４ノズル部分
２０５円周方向に間隔を置いて配置された開口
２０６内表面
２０７第１の端面
２０８第２の端面
２１０本体
２１４ヘッド中心通路
２１６第１の流路
２１８第２の流路
２２０第３の流路
２２２第１の分割壁
２２４第２の分割壁
２２６第３の分割壁
２２８第１の半径方向入口
２３０第３の半径方向入口
２３２半径方向ポート
２３４半径方向ポート
２４０軸方向入口
２４２軸方向入口
２４４軸方向入口
２５０第１の管
２５２第２の管
２５４第３の管
２５６第４の管
２６０第１の通路
２６２第２の通路
２６４第３の通路
２６６通路
２７０ノズル中心通路
２７３内表面
２７４半径方向外表面
２８０先端部分
２８２管延長部
２８４外側先端
２８６内側先端
２８８継手リング
２９０第１の突出部
２９２第２の突出部
２９４中心開口
３００ペグ
３０２縦方向軸線
３０４第１の平面
３０６第１の開口
３０８中心線
３１０矢印
３１２矢印
３１４第２の開口
３１６第３の開口
３２０ペグ
３２２縦方向軸線
３２４第２の平面
３２６第１の開口
３２８中心線
３３４第２の開口
３３６第３の開口

Claims

二次燃料ノズル組立体（２００）であって、
該二次燃料ノズル組立体の中心軸線（２０１）の周りに形成された燃料通路（２６０）を備えたノズル部分（２０４）と、
前記ノズル部分から半径方向外向きに延びる少なくとも１つの第１のペグ（３００）と、を含み、
前記第１のペグの第１の縦方向軸線（３０２）が、前記二次燃料ノズル組立体中心軸線と交差して第１の平面（３０４）を定め、
前記第１のペグが、前記第１のペグの第１の縦方向軸線と交差する中心線（３０８）を有する第１の開口（３０６）及び、第２の開口を形成し、
前記第１の開口が、前記第１の平面に対して第１の角度で斜めに配向されかつ前記二次燃料ノズル組立体中心軸線に対して斜めになった方向に該開口から燃料を吐出するように構成され、
前記第２の開口が、前記第１の平面に対して前記第１の角度と同じ側で前記第１の角度と異なる第２の角度で斜めに配向されかつ前記二次燃料ノズル組立体中心軸線に対して斜めになった方向に該開口から燃料を吐出するように構成される、
二次燃料ノズル組立体（２００）。
前記第１のペグ（３００）の第１の縦方向軸線（３０２）が、前記二次燃料ノズル組立体中心軸線（２０１）と直交するように配向される、請求項１記載の二次燃料ノズル組立体（２００）。
前記第１の開口中心線（３０８）が、前記第１のペグの第１の縦方向軸線（３０２）と直交するように配向される、請求項１または２に記載の二次燃料ノズル組立体（２００）。
前記第１の開口（３０６）が、前記中心線（３０８）が前記二次燃料ノズル組立体中心軸線（２０１）に対して約５°〜約１３５°である前記第１の角度となるように配向される、請求項１乃至３のいずれかに記載の二次燃料ノズル組立体（２００）。
前記第１の開口（３０６）が、前記中心線（３０８）が前記二次燃料ノズル組立体中心軸線（２０１）に対して約３０°〜約６０°である前記第１の角度となるように配向される、請求項１乃至４のいずれかに記載の二次燃料ノズル組立体（２００）。
前記第１のペグ（３００）が第２のペグ（３２０）をさらに含み、
前記第２のペグの第２の縦方向軸線（３２２）が、前記二次燃料ノズル組立体中心軸線と交差して第２の平面（３２４）を定め、
前記第２のペグが、前記第２のペグの第２の縦方向軸線と交差する中心線（３０８）を有する第１の開口（３０６）を形成し、
前記第２のペグの第１の開口が、前記第２の平面に対して第２の角度で斜めに配向される、
請求項１乃至５のいずれかに記載の二次燃料ノズル組立体（２００）。
ガスタービンエンジン（１００）で使用する燃焼器組立体であって、
一次燃焼ゾーン（１４４）及び二次燃焼ゾーン（１４８）を形成しかつ燃焼ガス（１１６）の流れをほぼ下流方向に導くように構成された燃焼器ライナ（１２６）と、
前記一次燃焼ゾーン内に延びる一次燃料ノズル組立体（１５６）と、
前記一次燃焼ゾーンを貫通しかつ前記二次燃焼ゾーン内に延びる二次燃料ノズル組立体（２００）と、
を含み、前記二次燃料ノズル組立体が、
該二次燃料ノズル組立体の中心軸線（２０１）の周りに形成された燃料通路（２６０）を備えたノズル部分（２０４）と、
前記ノズル部分から半径方向外向きに延びる少なくとも１つの第１のペグ（３００）と、を含み、
前記第１のペグの縦方向軸線（３０２）が、前記二次燃料ノズル組立体（２００）中心軸線と交差して第１の平面（３０４）を定め、
前記第１のペグが、前記第１のペグの縦方向軸線（３２２）と交差する中心線（３０８）を有する第１の開口（３０６）及び、第２の開口を形成し、
前記第１の開口が、前記第１の平面に対して第１の角度で斜めに配向され、
前記第１の開口が、前記二次燃料ノズル組立体中心軸線に対して斜めになった方向に燃料を吐出するように構成され、
前記第２の開口が、前記第１の平面に対して前記第１の角度と同じ側で前記第１の角度と異なる第２の角度で斜めに配向されかつ前記二次燃料ノズル組立体中心軸線に対して斜めになった方向に該開口から燃料を吐出するように構成される、
燃焼器組立体。
ガスタービンエンジン（１００）で使用する燃焼器組立体であって、
一次燃焼ゾーン（１４４）及び二次燃焼ゾーン（１４８）を形成しかつ燃焼ガス（１１６）の流れをほぼ下流方向に導くように構成された燃焼器ライナ（１２６）と、
前記一次燃焼ゾーン内に延びる一次燃料ノズル組立体（１５６）と、
前記一次燃焼ゾーンを貫通しかつ前記二次燃焼ゾーン内に延びる請求項１乃至８のいずれかに二次燃料ノズル組立体（２００）と、
を含み、
前記ノズル部分（２０４）が、中心通路（２７０）と、第１乃至第３の通路（２６０−２６４）を備え、
中心通路（２７０）が、第１の管（２５０）内に形成され、第１の通路（２６０）が、第１の管（２５０）と第２の管（２５２）との間に形成され、第２の通路（２６２）が、第２の管（２５２）と第３の管（２５４）との間に形成され、また第３の通路（２６４）が、第３の管（２５４）と第４の管（２５６）との間に形成され、
前記第１のペグは、前記第４の管（２５６）を通して前記ノズル部分（２０４）と燃料流体連通している、
燃焼器組立体。