JP5998041B2 - ターボ機械構成要素の流れスリーブ - Google Patents

Description

本発明は、ターボ機械構成要素の流れスリーブに関する。

ガスタービンエンジン等のターボ機械は、圧縮機、燃焼器、及びタービンを含むことができる。圧縮機は、吸入空気を圧縮し、燃焼器は、圧縮された吸入空気を燃料と一緒に燃焼させて高温流体の流体流を生成するようになっている。この高温流体は、タービンに案内され、タービンでは、高温流体のエネルギが動力及び／又は電力を発生させるために利用できる機械エネルギに変換される。タービンは、高温流体が通過する環状通路を定めるように形成される。

燃焼器内で生じる燃焼は、タービンから大気に排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）等の汚染物質及び他の望ましくない生成物を生成する場合が多い。しかしながら、近年、このような汚染物質の生成を低減するための試みがなされている。このような試みとしては、燃焼器内の軸方向ステージング燃料噴射及び／又は他の形式の遅延希薄噴射（ＬＬＩ）システムの導入を挙げることができる。

米国特許第７，７５７，４９１号明細書

タービンから大気に排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）等の汚染物質及び他の望ましくない生成物の生成を低減する。

本発明の１つの態様において、ターボ機械構成要素の流れスリーブが提供される。 流れスリーブは、上流ケーシング及び下流ケーシングを含む環状部を備える。上流ケーシングは燃料供給部を形成し、下流ケーシングは連通口及び予混合通路を形成する。予混合通路は、燃料供給部及び連通口と流体結合し、燃料及び空気のそれぞれを燃料供給部及び連通口から受け取って、燃料及び空気の混合気を生成するために合体させることができる通路内部領域を有する。

本発明の他の態様において、ターボ機械構成要素が提供され、このターボ機械構成要素は、燃焼が起こる第１の内部領域を定める上流端部と、燃焼生成物が流れる第２の内部領域を定める下流端部とを有する第１のベッセルと、第１のベッセルの下流端部の周りに配置されるように構成され、燃料供給部と、連通口と、燃料供給部及び連通口に流体結合し、燃料及び空気のそれぞれを燃料供給部及び連通口から受け取って、燃料及び空気の混合気を生成するために合体させることができる通路内部領域を有する予混合通路とを形成する第２のベッセルと、予混合通路に結合され、燃料及び空気の混合気を第２の内部領域に移送するように構成される噴射装置と、を備える。

本発明の更に他の態様において、ターボ機械構成要素が提供され、このターボ機械構成要素は、燃焼が起こる第１の内部領域を定める上流端部と、燃焼生成物が流れる第２の内部領域を定める下流端部とを有する第１のベッセルと、第１のベッセルの下流端部の周りに配置されるように構成され、複数の円周位置を定める第２のベッセルと、燃料供給部と、連通口と、燃料供給部及び連通口に流体結合し、燃料及び空気のそれぞれを燃料供給部及び連通口から受け取って、燃料及び空気の混合気を生成するために合体させることができる通路内部領域を有する予混合通路と、予混合通路の下流端部のプレナムと、各々がプレナムに結合して燃料及び空気の混合気を第２の内部領域に移送する複数の噴射装置と、を備える。

これら及び他の利点並びに特徴は、図面を参照しながら以下の説明から明らかになるであろう。

本発明と見なされる主題は、本明細書と共に提出した特許請求の範囲に具体的に指摘し且つ明確に特許請求している。本発明の上記及び他の特徴並びに利点は、添付図面を参照しながら以下の詳細な説明から明らかである。

ターボ機械構成要素の側面図。 ターボ機械構成要素の半径方向の図。

詳細な説明は、図面を参照して例示的に本発明の実施形態並びに利点及び特徴を説明する。

各態様において、流れスリーブは、微細混合噴射技術と組み合わされた軸方向ステージング又は遅延希薄噴射（ＬＬＩ）システムに対して設けられ、部分的に又は完全に予混合された燃料及び空気の混合気を流れスリーブに取り付けられた噴射装置に供給するようになっている。この目的のために、燃料及び空気通路の組み合わせが、流れスリーブの壁に機械加工、穴あけ、及び／又は切削され、流れスリーブの軸方向全長で圧縮機の吐出（ＣＤＣ）空気を流れスリーブの外側から内側に通気口を通って引き込むようになっている。次に、このＣＤＣ空気は、燃料と共に噴射装置に供給されるが、燃料及び空気は、流れスリーブの長さに沿って混合されている。この構成は、最終的に窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出を全般的に低減することができる。

図１及び２を参照すると、ターボ機械構成要素１０は、例えば、ガスタービンエンジンの燃焼器の下流セクションに設けられる。ターボ機械構成要素１０は、燃焼器ライナ等の第１のベッセル２０、燃焼器の流れスリーブ等の第２のベッセル３０、及び第２のベッセル３０に取り付けられた軸方向ステージング又は遅延希薄噴射（ＬＬＩ）システムの１つ又は複数の噴射装置４０を含む。

第１のベッセル２０は、上流端部２１及び下流端部２２を有する。上流端部２１は、燃料及び空気等の可燃物質の燃焼が起こる第１の内部領域２１０を形成するように構成される。下流端部２２は、第１の内部領域２１０の下流で第２の内部領域２２０を形成するように構成され、燃焼生成物は、第２の内部領域２２０を通って主流として移行部品及び／又はタービンセクションへ流れる。第２のベッセル３０は、第１のベッセル２０の少なくとも下流端部２２０の周りに配置されるように構成され、第１のベッセル２０の外面と第２のベッセル３０の内面との間にアニュラス３１を形成するようになっている。アニュラス３１は、衝突又は冷却流として移行部品５０から第１のベッセル２０の上流端部２１へ流れる流体の流路を形成するように構成できる。追加の流体／空気は、他の方法で同様にアニュラス３１に流入することができる。

第２のベッセル３０は、均等間隔又は不均等間隔で配置される１つ又は複数の円周位置６１で１つ又は複数のマイクロ混合噴射システム６０を形成する。１つ又は複数の円周位置６１のそれぞれの１つ又は複数のマイクロ混合噴射システム６０のそれぞれは、少なくとも１つの燃料供給部７０、少なくとも１つの連通口８０、少なくとも１つの予混合通路９０、及び少なくとも１つのプレナム１００を含むように形成される。各マイクロ混合噴射システム６０に関して、少なくとも１つの予混合通路９０は、少なくとも１つの燃料供給部７０及び少なくとも１つの連通口８０と流体連通しており、少なくとも１つの燃料供給部７０及び少なくとも１つの連通口８０からそれぞれ受け取ることができる、燃料及び圧縮機吐出（ＣＤＣ）空気等の空気が合体して燃料及び空気の混合気を生成できる、通路内部領域９１を有する。少なくとも１つのプレナム１００は、少なくとも１つの予混合通路９０の下流端部に又はその近傍に形成される。

１つ又は複数の噴射装置４０の各々は、それぞれ対応する１つ又は複数の円周位置６１に配置される。この構成により、複数の噴射装置４０の各々は、対応するプレナム１００の１つの結合すること、及び第２のベッセル３０から半径方向内側に延び、アニュラス３１を横切って第２のベッセル３０から第１のベッセル２０の第２の内部領域２２０へ燃料及び空気の混合気を移送することができ、燃料及び空気の混合気は、移行部品及び／又はタービンセクションに流れる燃焼生成物の主流に噴射して混合させることができる。

実施形態によれば、第２のベッセル３０は、環状部３２を含むことができる。環状部３２は、一緒に溶接又は締結される上流ケーシング３２１及び下流ケーシング３２２を含むことができる。上流ケーシング３２１は、１つ又は複数の円周位置６１の各々に、３つ又はそれ以上の燃料供給部７０の１つを形成するように構成される。同様に、下流ケーシング３２２は、１つ又は複数の円周位置６１の各々に一対の連通口８０、一対の予混合通路９０、及びプレナム１００を形成するように構成される。第２のベッセル３０は、上流ケーシング３２１の周りに配置され、燃料入口３３０及び燃料供給部を設けることができる内部領域を形成するように構成される、マニホールド３３を更に含む。

図２に示すように、一対の予混合通路９０は、複数の噴射装置４０の中の対応する１つの直径に等しい円周方向距離でもって、互いに円周方向に近接して配置することができる。一対の予混合通路９０の各々は、略平行に延びると共に下流ケーシング３２２の全長に沿って軸方向で下流方向に延びる。一対の連通口８０の各々は、対応する予混合通路９０の１つの上流端部に又はその近傍に形成され、例えば、関連する予混合通路９０の幅に略等しい長さを有する細長い形状である。燃料供給部７０の主たる１つは、ほぼ予混合通路９０の間の円周位置において、マニホールド３３から軸方向で下流方向に上流ケーシング３２１の全長に沿って延びることができる。流体結合部７１は、燃料供給部７０の下流端部から連通口８０下流の予混合通路９０に横方向に延びる。追加の燃料供給部７０は、追加の流体結合部７１と一緒に燃料供給部７０の主たる１つの近くに配置することができる。このようにして、３つの燃料供給部７０の少なくとも１つは、複数の噴射装置４０のそれぞれ１つに設けることができる。

ターボ機械構成要素１０の作動において、燃料は、マニホールド３３の燃料入口３３０を経由して燃料供給部７０に供給することができる。次に、燃料は、燃料供給部７０によって軸方向で下流方向に予混合通路９０まで移送される。予混合通路９０内で、燃料は、連通口８０を経由して予混合通路９０に入るＣＤＣ空気と混合される。結果として得られた燃料及び空気の混合気は、次に、予混合通路９０に沿って軸方向で下流方向にプレナム１００まで移送され、ここで燃料及び空気の混合気は、複数の噴射装置４０に通じる。次に、複数の噴射装置４０は、燃料及び空気の混合気を第２の内部領域２２０及び燃焼生成物の主流に噴射する。

限られた数の実施形態のみに関して本発明を詳細に説明してきたが、本発明はこのような開示された実施形態に限定されないことは理解されたい。むしろ、本発明は、上記で説明されていない多くの変形、改造、置換、又は均等な構成を組み込むように修正することができるが、これらは、本発明の技術的思想及び範囲に相応する。加えて、本発明の種々の実施形態について説明してきたが、本発明の態様は記載された実施形態の一部のみを含むことができる点を理解されたい。従って、本発明は、上述の説明によって限定されると見なすべきではなく、添付の請求項の範囲によってのみ限定される。

１０ ターボ機械構成要素
２０ 第１のベッセル
３０ 第２のベッセル
３２ 環状部
３２１ 上流ケーシング
３２２ 下流ケーシング
４０ 噴射装置
７０ 燃料供給部
８０ 連通口
９０ 予混合通路
９１ 通路内部領域

Claims (11)

1. 上流ケーシング及び下流ケーシングを含む環状部を備えるガスタービン燃焼器の流れスリーブであって、
   前記上流ケーシングは、第１乃至第３の燃料供給部を形成し、
   前記下流ケーシングは、第１及び第２の連通口及び第１及び第２の予混合通路を形成し、
   前記第１の連通口は、前記第１の予混合通路を形成する壁に配置され、
   前記第２の連通口は、前記第２の予混合通路を形成する壁に配置され、
   前記第１の燃料供給部は、前記第１の予混合通路に結合する第１の燃料連結部を有し、
   前記第２の燃料供給部は、前記第２の予混合通路に結合する第２の燃料連結部を有し、
   前記第３の燃料供給部は、前記第１の予混合通路に結合する第３の燃料連結部と、前記第２の予混合通路に結合する第４の燃料連結部を有し、
   前記第１及び第２の予混合通路は、燃料及び空気を対応する前記第１乃至第３の燃料供給部及び前記第１及び第２の連通口からそれぞれ受け取って、燃料及び空気の混合気を生成する、流れスリーブ。
2. 前記上流ケーシング及び前記下流ケーシングは、複数の円周位置において、これに対応して、前記第１乃至第３の燃料供給部、前記第１及び第２の連通口、及び前記第１及び第２の予混合通路をそれぞれ形成する、請求項１に記載の流れスリーブ。
3. 前記第１乃至第３の燃料供給部は、複数の円周位置の各々において形成される、請求項２に記載の流れスリーブ。
4. 前記第１及び第２の連通口及び前記第１及び第２の予混合通路は、それぞれ複数の円周位置の各々において、それぞれの対として形成される、請求項２に記載の流れスリーブ。
5. 前記第１及び第２の連通口から供給される前記空気は、圧縮機吐出空気から成る、請求項１乃至４のいずれかに記載の流れスリーブ。
6. 前記下流ケーシングは、細長い形状の前記連通口を形成し、前記予混合通路の幅は、前記第１及び第２の連通口の長さと実質的に同じである、請求項１乃至５のいずれかに記載の流れスリーブ。
7. 前記下流ケーシングは、前記第１及び第２の予混合通路の下流端部においてプレナムを更に形成する、請求項１乃至６のいずれかに記載の流れスリーブ。
8. 前記上流ケーシングの周りに配置され、前記第１乃至第３の燃料供給部に結合される燃料入口を形成するマニホールドを更に備える、請求項１乃至７のいずれかに記載の流れスリーブ。
9. 前記下流ケーシングは、 前記上流ケーシングに溶接される、請求項１乃至８のいずれかに記載の流れスリーブ。
10. 燃焼が起こる第１の内部領域を定める上流端部と、燃焼生成物が流れる第２の内部領域を定める下流端部とを有する第１のベッセルと、
    前記第１のベッセルの下流端部の周りに配置されるように構成され、請求項１乃至９のいずれかに記載の流れスリーブを形成する第２のベッセルと、
    前記予混合通路に結合され、前記燃料及び空気の混合気を前記第２の内部領域に移送するように構成される噴射装置と、
    を備える、ガスタービン燃焼器。
11. ガスタービン燃焼器であって、
    燃焼が起こる第１の内部領域を定める上流端部と、燃焼生成物が流れる第２の内部領域を定める下流端部とを有する第１のベッセルと、
    前記第１のベッセルの下流端部の周りに配置されるように構成され、複数の円周位置を定める第２のベッセルと、
    第１乃至第３の燃料供給部と、
    第１及び第２の連通口と、
    第１及び第２の予混合通路と、
    を備え、
    前記第１の連通口は、前記第１の予混合通路を形成する壁に配置され、
    前記第２の連通口は、前記第２の予混合通路を形成する壁に配置され、
    前記第１の燃料供給部は、前記第１の予混合通路に結合する第１の燃料連結部を有し、
    前記第２の燃料供給部は、前記第２の予混合通路に結合する第２の燃料連結部を有し、
    前記第３の燃料供給部は、前記第１の予混合通路に結合する第３の燃料連結部と、前記第２の予混合通路に結合する第４の燃料連結部を有し、
    前記第１乃至第４の燃料連結部が、前記第１及び第２の連通口の下流に配置され、
    前記第１及び第２の予混合通路の各々が、燃料及び空気のそれぞれを前記第１乃至第３の燃料供給部から受け取って、前記燃料及び空気の混合気を生成するために合体させることができる通路内部領域を有し、
    ガスタービン燃焼器がさらに、
    前記予混合通路の下流端部のプレナムと、
    各々が前記プレナムに結合して前記燃料及び空気の混合気を前記第２の内部領域に移送する複数の噴射装置と、
    を備える、ガスタービン燃焼器。