JP6186132B2 - Annular premix pilot for fuel nozzle - Google Patents

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Description

本発明は、全体として、タービンブレードを駆動してブレードに取り付けられた軸を回転させる高温ガス流を生成するため、空気と混合した炭化水素燃料を燃焼させるガスタービンエンジンに関し、より具体的には、燃料および空気を予混合すると同時に窒素酸化物を減少させるパイロットノズルを有するエンジンの燃料ノズルに関する。   The present invention relates generally to a gas turbine engine that burns hydrocarbon fuel mixed with air to drive a turbine blade to produce a hot gas stream that rotates a shaft attached to the blade, and more specifically. The invention relates to an engine fuel nozzle having a pilot nozzle that premixes fuel and air while reducing nitrogen oxides.

ガスタービンエンジンは、多くの用途向けに動力を生成するのに広く使用されている。従来のガスタービンエンジンは、圧縮機、燃焼器、およびタービンを含む。一般的なガスタービンエンジンでは、圧縮機は燃焼器に圧縮空気を供給する。燃焼器に入る空気は燃料と混合され燃焼される。燃焼の熱ガスは、燃焼器から排気され、タービンのブレードに流入して、ブレードに接続されたタービンの軸を回転させる。回転軸のその機械的エネルギーの一部が、圧縮機および/または他の機械系を駆動する。   Gas turbine engines are widely used to generate power for many applications. A conventional gas turbine engine includes a compressor, a combustor, and a turbine. In a typical gas turbine engine, the compressor supplies compressed air to the combustor. The air entering the combustor is mixed with fuel and burned. The combustion hot gas is exhausted from the combustor and flows into the blades of the turbine to rotate the shaft of the turbine connected to the blades. Part of that mechanical energy of the rotating shaft drives the compressor and / or other mechanical systems.

政府規制は、窒素酸化物が大気に放出されることを容認せず、ガスタービンエンジンの動作の副産物としての窒素酸化物の産生を許容基準以下に維持することが求められている。かかる規制を満たすための1つの方策は、拡散炎燃焼器から、例えば、窒素酸化物(一般にNOxと表示される)および一酸化炭素(CO)の排出を低減するため、完全予混合動作モードを使用して希薄燃料および空気混合物を用いる燃焼器へと移行するというものである。これらの燃焼器は、乾式低NOx(DLN)、乾式低排出(DLE)、または希薄予混合(LPM)燃焼システムとして、当該分野において周知である。   Government regulations do not allow nitrogen oxides to be released into the atmosphere and require that nitrogen oxide production as a by-product of gas turbine engine operation be maintained below acceptable standards. One strategy to meet such regulations is to use a fully premixed mode of operation to reduce, for example, nitrogen oxides (generally labeled NOx) and carbon monoxide (CO) emissions from diffusion flame combustors. It is used to move to a combustor with lean fuel and air mixture. These combustors are well known in the art as dry low NOx (DLN), dry low emission (DLE), or lean premixed (LPM) combustion systems.

燃料/空気混合は、ガスタービンエンジンの燃焼の熱ガスで生成される窒素酸化物量と、エンジンの性能の両方に影響する。ガスタービンエンジンは、燃焼器中の燃料/空気混合を促進するため、空気および燃料を取り込む1つまたは複数の燃料ノズルを使用することがある。燃料ノズルは、燃焼器のヘッド側端部に位置してもよく、気流を取り込んで燃料入力と混合するように構成されてもよい。一般的には、各燃料ノズルは、燃料ノズル内部に位置する中心体によって内部で支持されてもよく、中心体の下流側端部にパイロットを取り付けることができる。例えば、全目的のために参照としてその全体を本明細書に組み込む米国特許第6,438,961号に記載されているように、いわゆるスウォズルを中心体の外部に取り付け、パイロットの上流側に位置させることができる。スウォズルは、環状流路を横切って中心体から半径方向に延在する湾曲した静翼を有し、その静翼から燃料が環状流路に導入され、スウォズルの静翼によって渦流を成す空気フローに混入される。   Fuel / air mixing affects both the amount of nitrogen oxides produced in the hot gas of combustion in a gas turbine engine and the performance of the engine. Gas turbine engines may use one or more fuel nozzles that take in air and fuel to facilitate fuel / air mixing in the combustor. The fuel nozzle may be located at the head end of the combustor and may be configured to capture airflow and mix with fuel input. In general, each fuel nozzle may be supported internally by a central body located within the fuel nozzle, and a pilot may be attached to the downstream end of the central body. For example, as described in US Pat. No. 6,438,961, which is incorporated herein by reference in its entirety for all purposes, a so-called swozzle is attached to the exterior of the central body and positioned upstream of the pilot. Can be made. The swozzle has a curved stationary blade that extends radially from the central body across the annular flow path, and fuel is introduced into the annular flow path from the stationary blade, and an air flow that forms a vortex by the stationary blade of the swozzle. It is mixed.

米国特許出願公開第2011/0252803号公報US Patent Application Publication No. 2011/0252803

ガスタービンエンジンの燃焼プロセスを説明する様々なパラメータは、窒素酸化物の生成と相関する。例えば、燃焼反応域のガス温度が高いほど、窒素酸化物の生成量が増加する。これらの温度を低下させる1つのやり方は、混合気を予混合し、燃焼させる燃料と空気の比を低減することによるものである。燃焼させる燃料と空気の比が低下するにつれて、窒素酸化物の量も低下する。しかし、ガスタービンエンジンの性能が犠牲になる。それは、燃焼させる燃料と空気の比が低下するにつれて、燃料ノズルの炎が消える傾向が高まり、その結果、ガスタービンエンジンの動作が不安定になるからである。燃焼器内の炎の安定性をより良好にするため、拡散炎型のパイロットが使用されてきたが、それによってNOxが増加する。   Various parameters describing the combustion process of a gas turbine engine correlate with the production of nitrogen oxides. For example, the higher the gas temperature in the combustion reaction zone, the more nitrogen oxide is produced. One way to reduce these temperatures is by premixing the mixture and reducing the ratio of fuel to air to burn. As the ratio of burned fuel to air decreases, the amount of nitrogen oxides also decreases. However, the performance of the gas turbine engine is sacrificed. This is because as the ratio of fuel to air to be burned decreases, the tendency of the fuel nozzle flame to disappear increases, resulting in unstable operation of the gas turbine engine. Diffusion flame type pilots have been used to provide better flame stability in the combustor, which increases NOx.

本発明の態様および利点を以下の説明に記載するが、あるいは説明から明白であってもよく、あるいは本発明を実施することによって学習されてもよい。   Aspects and advantages of the invention are described in the following description, or may be obvious from the description, or may be learned by practicing the invention.

理論上、燃焼室のあらゆる地点において、所与の燃焼温度で燃焼する燃料と空気との間の化学量論的関係を得ていくにしたがって、燃焼の副産物としての窒素酸化物の生成を最小限に抑えることに至る。後述するように構成された燃焼ノズルによって、外側ノズルの中心体先端の面全体にわたってより均一な当量比を達成することが可能になり、その結果、ガスタービンエンジンの燃焼室において、所与の燃焼温度で燃焼する燃料と空気との間の所望の化学量論的関係におけるかかる理論的条件をより近似的に達成することが可能になる。さらに、拡散炎型のパイロットの欠点の1つを克服するため、予混合パイロット(premix pilot)を、低い空燃比であってもNOxの増加を防ぐため、パイロット火炎を安定させるパイロットとしても使用することができる。   Theoretically, at any point in the combustion chamber, as the stoichiometric relationship between fuel and air combusting at a given combustion temperature is obtained, the production of nitrogen oxides as a by-product of combustion is minimized. It leads to restraining to. A combustion nozzle configured as described below allows a more uniform equivalence ratio to be achieved across the entire surface of the outer nozzle central body tip, resulting in a given combustion in the combustion chamber of the gas turbine engine. Such a theoretical condition in the desired stoichiometric relationship between fuel burning at temperature and air can be achieved more approximately. In addition, to overcome one of the disadvantages of diffusion flame type pilots, the premix pilot is also used as a pilot to stabilize the pilot flame to prevent NOx increase even at low air-fuel ratios. be able to.

混合気を予混合パイロットノズルから軸線方向に導くため、バーナーチューブ軸線に平行な同心軸線を備えて構成された予混合導管を含む燃料ノズルの一実施形態では、予混合導管それぞれの横に少なくとも1つの空気ジェットが存在し、空気ジェットはそれぞれ予混合導管から半径方向外向きに導かれ、それによって、空気ジェットがそれぞれ混合気の一部分を混入して、混合気を予混合導管から半径方向外向きに導いてノズルの燃焼出口面(burn exit plane)でより均一な混合気を形成するとともに、ガスタービンの燃焼室内に導くことができる。空気ジェットは、望ましくは、予混合導管の半径方向外側に配置される環状チャネルの下流側端部に配置される。   In one embodiment of the fuel nozzle including a premixing conduit configured with a concentric axis parallel to the burner tube axis to guide the air-fuel mixture axially from the premixing pilot nozzle, at least one beside each premixing conduit. There are two air jets, each of which is directed radially outward from the premixing conduit so that each air jet entrains a portion of the mixture and causes the mixture to exit radially outward from the premixing conduit. To form a more uniform mixture at the burn exit plane of the nozzle and to the combustion chamber of the gas turbine. The air jet is desirably disposed at the downstream end of an annular channel disposed radially outward of the premixing conduit.

本発明の別の実施形態では、予混合導管自体はそれぞれ、バーナーチューブの軸線に対して鋭角で配置された中心長手方向軸線を中心にして同心で構成されて、混合気をバーナーチューブの軸線を中心にして半径方向外向きに導いてノズルの燃焼出口面でより均一な混合気を形成するとともに、ガスタービンの燃焼室内に導く。   In another embodiment of the invention, each premixing conduit itself is constructed concentrically about a central longitudinal axis disposed at an acute angle with respect to the axis of the burner tube to allow the mixture to pass through the axis of the burner tube. The air is guided radially outward from the center to form a more uniform air-fuel mixture at the combustion outlet surface of the nozzle, and is led into the combustion chamber of the gas turbine.

本発明の別の実施形態では、予混合導管自体はそれぞれ、バーナーチューブの軸線に平行に配置された第1の脚部と、バーナーチューブの軸線に対して鋭角で配置された第2の脚部とを有する二方向の中心長手方向軸線を中心にして同心で構成されて、混合気をバーナーチューブの軸線を中心にして半径方向外向きに導いてノズルの燃焼出口面でより均一な混合気を形成するとともに、ガスタービンの燃焼室内に導く。   In another embodiment of the invention, the premixing conduits themselves each have a first leg arranged parallel to the axis of the burner tube and a second leg arranged at an acute angle with respect to the axis of the burner tube. Concentric with respect to the central longitudinal axis of the two directions, and the air-fuel mixture is guided radially outwardly about the axis of the burner tube to provide a more uniform air-fuel mixture at the combustion outlet surface of the nozzle. It is formed and guided into the combustion chamber of the gas turbine.

予混合導管自体がそれぞれ、バーナーチューブの軸線に対して鋭角で配置された中心長手方向軸線を中心にして同心で構成されて、混合気をバーナーチューブの軸線を中心にして半径方向外向きに導く、さらなる実施形態では、予混合導管それぞれの横に少なくとも1つの空気ジェットが存在し、それによって、空気ジェットがそれぞれ混合気の一部分を混入して、混合気を予混合導管から半径方向外向きにさらに導いてノズルの燃焼出口面でより均一な混合気を形成するとともに、ガスタービンの燃焼器内に導くことができる。さらに、空気ジェットの1つまたは複数は、望ましくは、予混合導管から半径方向外向きに導かれて、混合気の一部分を混入して、混合気を予混合導管から半径方向外向きにさらに導いてノズルの燃焼出口面でより均一な混合気を形成するとともに、ガスタービンの燃焼室内に導く。   Each premixing conduit itself is concentric about a central longitudinal axis arranged at an acute angle with respect to the axis of the burner tube to guide the mixture radially outwardly about the axis of the burner tube In a further embodiment, there is at least one air jet next to each premixing conduit so that each air jet entrains a portion of the mixture and diverts the mixture radially outward from the premixing conduit. Further, the gas can be guided to form a more uniform air-fuel mixture at the combustion outlet surface of the nozzle, and can be guided into the combustor of the gas turbine. In addition, one or more of the air jets are desirably directed radially outward from the premixing conduit to entrain a portion of the mixture and further guide the mixture radially outward from the premixing conduit. As a result, a more uniform air-fuel mixture is formed at the combustion outlet surface of the nozzle and introduced into the combustion chamber of the gas turbine.

当業者であれば、本明細書を精査することにより、かかる実施形態の特徴および態様などをより十分に理解するであろう。   Those skilled in the art will appreciate more fully the features and aspects of such embodiments upon review of the specification.

当業者にとっての最良な形態を含む、本発明の十分な、かつ権利を付与する開示を、添付図面に対する参照を含めて明細書の以下の部分でより具体的に記載する。   The full and privileged disclosure of the present invention, including the best mode for those skilled in the art, is more specifically described in the following portion of the specification, including references to the accompanying drawings.

本発明の技術の一実施形態による、燃料ノズルが燃焼器に連結されたタービンシステムを示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating a turbine system with a fuel nozzle coupled to a combustor, in accordance with an embodiment of the present technology. 本開示のガスタービンシステムにおける燃焼器のいくつかの部分を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating several portions of a combustor in a gas turbine system of the present disclosure. 本発明の構成要素の例示的な実施形態を一部は斜視図で、一部は断面図で示す図である。FIG. 2 is a partial perspective view and a cross-sectional view of an exemplary embodiment of a component of the present invention. 本発明の構成要素の別の例示的な実施形態を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating another exemplary embodiment of a component of the present invention. 図4の5−5で指定される見通し線に沿った断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view along the line of sight designated by 5-5 in FIG. 4. 本発明の構成要素のさらなる例示的な実施形態を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a further exemplary embodiment of a component of the present invention. 本発明の構成要素のさらに別の例示的な実施形態を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating yet another exemplary embodiment of a component of the present invention. 図6の符号8で指定される破線で囲まれた区画の例示的な代替実施形態を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating an exemplary alternative embodiment of a section surrounded by a broken line designated by reference numeral 8 in FIG. 6. 図4で示される図に類似した、本発明の構成要素の別の例示的な実施形態を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating another exemplary embodiment of components of the present invention, similar to the view shown in FIG. ガスタービンエンジンの燃料/空気ノズルを操作する本発明の方法の実施形態を示す概略図である。1 is a schematic diagram illustrating an embodiment of the method of the present invention for operating a fuel / air nozzle of a gas turbine engine. FIG. ガスタービンエンジンの燃料/空気ノズルを操作する本発明の方法の代替実施形態を示す概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an alternative embodiment of the method of the present invention for operating a fuel / air nozzle of a gas turbine engine.

本発明の実施形態を提示するのに以下に詳細に言及するが、その1つまたは複数の実施例を添付図面に例証する。詳細な説明は、数字および文字の符号を使用して図面の特徴を参照する。図面および説明における同様のまたは類似の符号は、本発明の実施形態における同様のまたは類似の部分を指すのに使用している。   Reference will now be made in detail to present embodiments of the invention, one or more examples of which are illustrated in the accompanying drawings. The detailed description uses numerical and letter designations to refer to features of the drawings. Like or similar symbols in the drawings and description are used to refer to like or similar parts in the embodiments of the present invention.

各実施例は、本発明の限定ではなく本発明の説明の一例として提供する。実際には、本発明の範囲または趣旨から逸脱することなく本発明を修正および変形できることが、当業者には明白になるであろう。例えば、一実施形態の一部として例証または記載される特徴を別の実施形態で使用して、さらに別の実施形態を生じさせてもよい。したがって、本発明は、かかる修正および変形を、添付の請求項およびそれらの等価物の範囲に入るものとして包含するものとする。   Each example is provided by way of illustration of the invention, not limitation of the invention. In fact, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention can be modified and modified without departing from the scope or spirit of the invention. For example, features illustrated or described as part of one embodiment may be used in another embodiment to yield a still further embodiment. Accordingly, the present invention is intended to embrace all such modifications and variations as fall within the scope of the appended claims and their equivalents.

本明細書で言及する範囲および限界は、特段の指定がない限り、それらの限界自体を含めて規定の限界内にある全ての部分範囲を含むことを理解されたい。例えば、100〜200の範囲は、100〜150、170〜190、153〜162、145.3〜149.6、および187〜200を例として、全ての可能な部分範囲も含む。さらに、7以下という限界は、5以下、3以下、および4.5以下という限界も含み、また約0〜5などの限界内の全ての部分範囲も含み、それには0や5が含まれ、かつ5.2および7を含む5.2〜7が含まれる。   It should be understood that the ranges and limits referred to herein include all subranges that are within the specified limits, including the limits themselves, unless otherwise specified. For example, the range of 100-200 includes all possible subranges, for example 100-150, 170-190, 153-162, 145.3-149.6, and 187-200. Further, the limit of 7 or less includes the limits of 5 or less, 3 or less, and 4.5 or less, and includes all subranges within the limits such as about 0 to 5, including 0 and 5; And 5.2-7, including 5.2 and 7.

図1を参照すると、ガスタービンシステム10のいくつかの部分の簡略図が示される。タービンシステム10は、タービンシステム10を稼働するのに、天然ガスおよび/または水素富化合成ガスなど、液体または気体燃料を使用してもよい。図示されるように、より詳細に後述するタイプの複数の燃料ノズル12は、燃料供給14を取り込み、燃料を空気と混合し、混合気を燃焼器16内に分配する。混合気は燃焼器16内のチャンバで燃焼し、それによって高温加圧排気ガスを作り出す。燃焼器16は、タービン18を通して排気ガスを排気出口20に向かって導く。排気ガスがタービン18を通過するにつれて、ガスは1つまたは複数のタービンブレードによって、システム10の軸線に沿って軸22を回転させる。図示されるように、軸22は、圧縮機24を含むタービンシステム10の様々な構成要素に接続されてもよい。圧縮機24も、軸22に連結されてもよいブレードを含む。軸22が回転するにつれて圧縮機24内のブレードも回転し、それによって空気取入口26からの空気が圧縮機24を通して圧縮され、燃料ノズル12および/または燃焼器16に入る。軸22はまた、荷重28に接続されてもよく、その荷重は、自動車、または発電所の発電機もしくは航空機のプロペラなどの常時荷重であってもよい。理解されるように、荷重28は、タービンシステム10の回転出力によって動力供給することができる任意の適切なデバイスを含んでもよい。   Referring to FIG. 1, a simplified diagram of several portions of a gas turbine system 10 is shown. The turbine system 10 may use liquid or gaseous fuel, such as natural gas and / or hydrogen enriched synthesis gas, to operate the turbine system 10. As shown, a plurality of fuel nozzles 12 of the type described in more detail below takes a fuel supply 14, mixes the fuel with air, and distributes the mixture into the combustor 16. The air-fuel mixture burns in a chamber within the combustor 16 thereby creating hot pressurized exhaust gas. The combustor 16 guides the exhaust gas through the turbine 18 toward the exhaust outlet 20. As the exhaust gas passes through the turbine 18, the gas rotates the shaft 22 along the axis of the system 10 by one or more turbine blades. As shown, the shaft 22 may be connected to various components of the turbine system 10 including the compressor 24. The compressor 24 also includes a blade that may be coupled to the shaft 22. As the shaft 22 rotates, the blades in the compressor 24 also rotate so that air from the air intake 26 is compressed through the compressor 24 and enters the fuel nozzle 12 and / or the combustor 16. The shaft 22 may also be connected to a load 28, which may be a permanent load such as a car or a power plant generator or aircraft propeller. As will be appreciated, the load 28 may include any suitable device that can be powered by the rotational output of the turbine system 10.

図2は、図1に概略図を示したガスタービンシステム10のいくつかの部分を示す断面図の簡略図である。図2に概略的に示すように、タービンシステム10は、ガスタービンエンジンの1つまたは複数の燃焼器16のヘッド側端部27に位置する1つまたは複数の燃料/空気ノズル12を含む。図示される燃料ノズル12はそれぞれ、複数を互いに統合させた燃料ノズル群および/または独立型の燃料ノズルを含んでもよく、図示される燃料ノズル12はそれぞれ、少なくとも大部分または完全に内部構造支持体(例えば、耐荷流体流路(load bearing fluid passages))に依存している。図2を参照すると、システム10は、空気取込口26を介してシステム10に流入する、空気などのガスを加圧する圧縮機区画24を含む。動作の際、空気は空気取込口26を介してタービンシステム10に入り、圧縮機24内で加圧されてもよい。ガスは、本明細書では空気と呼ばれることがあるが、ガスはガスタービンシステム10で使用するのに適した任意のガスであってもよいことを理解されたい。圧縮機区画24から放出された加圧空気は、システム10の軸線を中心にした環状アレイの形で配置される複数の燃焼器16(そのうち1つのみが図1および2に示される)によって一般に特徴付けられる、燃焼器区画16に流入する。燃焼器区画16に入る空気は、燃料と混合され、燃焼器16の燃焼室32内で燃焼される。例えば、燃料ノズル12は、最適な燃焼、排気、燃料消費量、および出力に適した空燃比で混合気を燃焼器16に注入してもよい。燃焼によって高温加圧排気ガスが生成され、それが次に、各燃焼器16からタービン区画18(図1)へと流れて、システム10を駆動するとともに出力を生成する。熱ガスは、タービン18内の1つまたは複数のブレード(図示せず)を駆動して軸22を回転させ、その結果、圧縮機24および荷重28を回転させる。軸22の回転によって、圧縮機24内のブレード30が回転するとともに、取込口26によって受け入れられた空気が引き込まれ、加圧される。しかし、燃焼器16は必ずしも上述し本明細書に例証するように構成されなくてもよく、一般に、加圧空気と燃料とを混合し、燃焼し、システム10のタービン区画18へと移送するのを可能にする任意の構成を有してもよいことが容易に認識されるはずである。   FIG. 2 is a simplified cross-sectional view of several portions of the gas turbine system 10 shown schematically in FIG. As shown schematically in FIG. 2, the turbine system 10 includes one or more fuel / air nozzles 12 located at the head end 27 of one or more combustors 16 of a gas turbine engine. Each of the illustrated fuel nozzles 12 may include a plurality of integrated fuel nozzle groups and / or stand-alone fuel nozzles, each of the illustrated fuel nozzles 12 being at least largely or completely internal structural support. (E.g., load bearing fluid passages). With reference to FIG. 2, the system 10 includes a compressor section 24 that pressurizes a gas, such as air, that enters the system 10 via an air intake 26. In operation, air may enter the turbine system 10 via the air intake 26 and be pressurized in the compressor 24. Although the gas may be referred to herein as air, it should be understood that the gas may be any gas suitable for use in the gas turbine system 10. Pressurized air discharged from the compressor compartment 24 is typically delivered by a plurality of combustors 16 (only one of which is shown in FIGS. 1 and 2) arranged in an annular array centered on the axis of the system 10. It flows into the combustor section 16, which is characterized. Air entering the combustor section 16 is mixed with fuel and burned in the combustion chamber 32 of the combustor 16. For example, the fuel nozzle 12 may inject the air-fuel mixture into the combustor 16 at an air / fuel ratio suitable for optimal combustion, exhaust, fuel consumption, and power. Combustion produces hot pressurized exhaust gas that then flows from each combustor 16 to the turbine section 18 (FIG. 1) to drive the system 10 and produce an output. The hot gas drives one or more blades (not shown) in the turbine 18 to rotate the shaft 22 and consequently rotate the compressor 24 and the load 28. As the shaft 22 rotates, the blade 30 in the compressor 24 rotates, and the air received by the intake 26 is drawn in and pressurized. However, the combustor 16 does not necessarily have to be configured as described above and illustrated herein, and generally mixes and burns compressed air and fuel and transfers them to the turbine section 18 of the system 10. It should be readily appreciated that any configuration that allows for

図3〜9は、本発明の例示的な実施形態による燃料/空気ノズル12の様々な実施形態を概略的に示す。例えば、図4、8、9それぞれにおいて、各予混合導管41の少なくとも各上流側端部は、各予混合導管41の入口開口部66aに入る流体フローが、中心体52の中心軸線36と平行に導かれるように構成され配置される、中心軸線41dを規定する。例えば、図6および7それぞれにおいて、各予混合導管41の少なくとも各上流側端部は、各予混合導管41の入口開口部66aに入る流体フローが、中心体52の中心軸線36から0.1°〜20°の範囲の鋭角で導かれるように構成され配置される、中心軸線41dを規定する。例えば、図3に概略的に示すように、燃料/空気ノズル12の一実施形態は、混合気を予混合パイロットノズル40から軸線方向に導くため、バーナーチューブ軸線36に平行な同心軸線で構成された予混合導管41を含む。図4、5、および9に概略的に示される実施形態では、予混合導管41それぞれの横に少なくとも1つの空気ジェット42が存在し、空気ジェット42はそれぞれ、混合気の一部分を混入して、混合気を予混合導管41から半径方向外向きに導いてノズル12の燃焼出口面44でより均一な混合気を形成するとともに、燃焼器16の燃焼室32(図1および2)内に導くことができる。図4および5に示される実施形態では、空気ジェット42はそれぞれ、望ましくは予混合導管41から半径方向外向きに導かれるので、空気ジェット42はそれぞれ、より容易により多量の混合気を混入して、混合気を予混合導管41から半径方向外向きに導いてノズル12の燃焼出口面44でより均一な混合気を形成するとともに、燃焼器16の燃焼室32(図1および2)内に導くことができる。   3-9 schematically illustrate various embodiments of a fuel / air nozzle 12 according to an exemplary embodiment of the present invention. For example, in each of FIGS. 4, 8, and 9, at least each upstream end of each premixing conduit 41 has a fluid flow entering the inlet opening 66 a of each premixing conduit 41 parallel to the central axis 36 of the central body 52. A central axis 41d is defined and arranged to be guided by For example, in each of FIGS. 6 and 7, at least each upstream end of each premixing conduit 41 has a fluid flow entering the inlet opening 66a of each premixing conduit 41 from the central axis 36 of the central body 52 to 0.1. A central axis 41d is defined and arranged to be guided at an acute angle in the range of 20 ° to 20 °. For example, as schematically shown in FIG. 3, one embodiment of the fuel / air nozzle 12 is configured with a concentric axis parallel to the burner tube axis 36 to guide the mixture from the premix pilot nozzle 40 in the axial direction. A premixing conduit 41. In the embodiment schematically shown in FIGS. 4, 5, and 9, there is at least one air jet 42 next to each premix conduit 41, each air jet 42 entraining a portion of the mixture, Leading the air-fuel mixture radially outward from the premixing conduit 41 to form a more uniform air-fuel mixture at the combustion outlet face 44 of the nozzle 12 and leading it into the combustion chamber 32 (FIGS. 1 and 2) of the combustor 16 Can do. In the embodiment shown in FIGS. 4 and 5, each air jet 42 is preferably directed radially outward from the premixing conduit 41, so that each air jet 42 more easily entrains a larger amount of air-fuel mixture. The air-fuel mixture is directed radially outward from the premixing conduit 41 to form a more uniform air-fuel mixture at the combustion outlet face 44 of the nozzle 12 and into the combustion chamber 32 (FIGS. 1 and 2) of the combustor 16. be able to.

例えば、図3に概略的に示すように、ガスタービンエンジンの燃料/空気ノズル12は、望ましくは、ノズル12の外側エンベロープを規定する軸線方向に細長い周壁50を含む。燃料/空気ノズル12の周壁50は、外表面50aと、外表面50aに対向して面するとともに軸線方向に細長い内部キャビティ50cを規定する内表面50bとを有する。   For example, as schematically illustrated in FIG. 3, the fuel / air nozzle 12 of a gas turbine engine desirably includes an axially elongated peripheral wall 50 that defines an outer envelope of the nozzle 12. The peripheral wall 50 of the fuel / air nozzle 12 has an outer surface 50a and an inner surface 50b facing the outer surface 50a and defining an inner cavity 50c that is elongated in the axial direction.

例えば、図3に概略的に示すように、ガスタービンエンジンの燃料/空気ノズル12は、望ましくは、燃料/空気ノズル12の内部キャビティ50c内に配置され、バーナーチューブの中心軸線と同じ中心軸線36を規定する、中空で軸線方向に細長い中心体52を含む。中心体52は、上流側端部52bと、上流側端部52bの軸線方向反対側に配置される下流側端部52cとを規定する中心体壁52aによって規定される。中心体壁52aは、外表面52dと、外表面52dに対向して面する内表面52eとによって規定される。中心体壁52aの内表面52dは、中心体52の中心軸線36に対して同心で配置される、軸線方向に細長い内部流路53を規定する。一次空気フローチャネル51は、周壁50の内表面50bと中心体壁52aの外表面52dとの間の環状空間内に規定される。   For example, as schematically shown in FIG. 3, the fuel / air nozzle 12 of the gas turbine engine is desirably disposed within the internal cavity 50c of the fuel / air nozzle 12 and has a central axis 36 that is the same as the central axis of the burner tube. A hollow, axially elongated central body 52 that defines The central body 52 is defined by a central body wall 52a that defines an upstream end 52b and a downstream end 52c disposed on the opposite side of the upstream end 52b in the axial direction. The central body wall 52a is defined by an outer surface 52d and an inner surface 52e facing the outer surface 52d. The inner surface 52 d of the central body wall 52 a defines an axially elongated internal flow path 53 that is disposed concentrically with the central axis 36 of the central body 52. The primary air flow channel 51 is defined in an annular space between the inner surface 50b of the peripheral wall 50 and the outer surface 52d of the central body wall 52a.

例えば、図3に概略的に示すように、ガスタービンエンジンの燃料/空気ノズル12は、望ましくは、中心体52の内部流路53を通って軸線方向に延在する、軸線方向に細長い中空の燃料供給路54を含む。燃料供給路54は、中心体52の上流側端部52bに配置され、燃料源(図示せず)に接続するように構成された、上流側端部54aを有する。燃料供給路54は、中心体52の下流側端部52cに配置される下流側端部54bを有する。二次空気フローチャネルは、中心体52の内表面52eと燃料供給路54の外表面との間の環状空間によって規定され、その環状空間は、図3に概略的に示す軸線方向に細長い内部流路53を規定する。   For example, as schematically shown in FIG. 3, the fuel / air nozzle 12 of a gas turbine engine desirably has an axially elongated hollow that extends axially through an internal flow path 53 of a central body 52. A fuel supply path 54 is included. The fuel supply path 54 has an upstream end 54a that is disposed at the upstream end 52b of the center body 52 and is configured to connect to a fuel source (not shown). The fuel supply path 54 has a downstream end portion 54 b disposed at the downstream end portion 52 c of the center body 52. The secondary air flow channel is defined by an annular space between the inner surface 52e of the central body 52 and the outer surface of the fuel supply passage 54, which annular space is an elongated internal flow in the axial direction schematically shown in FIG. A path 53 is defined.

図3に概略的に示すように、一次燃料は、一次空気フローチャネル51の流路に固定され、そこを横切って延在する複数の空気旋回器静翼(air swirler vanes)56を通して、燃焼器16の燃焼室32(図2)に供給されてもよい。これらの空気旋回器静翼56は、中心体壁52aの外表面から半径方向に延在する、いわゆるスウォズルを規定する。図3に概略的に示すように、スウォズルの空気旋回器静翼56はそれぞれ、望ましくは、燃料噴射口または穴58で終端する内部燃料導管57を備え、その燃料噴射口または穴から、導管57から流れる一次燃料(符号57aによって指定される矢印で示される)を、空気旋回器静翼56の燃料噴射口58を流れる一次空気(符号51aによって指定される矢印で示される)に注入することができる。一次空気フロー51aは空気旋回器静翼56に対して導かれ、旋回パターンが一次空気フロー51aに付与され、それによって一次空気フロー51aと、通過する一次空気フロー51aの中に空気旋回器静翼56の穴58から噴出する一次燃料との混合が容易になる。次に、一次燃料と混合された一次空気フロー51aは、周壁50と内側の中心体52との間に規定される予混合環状部(pre-mixing annulus)に流入してもよく、そこで、一次空気フロー51aおよび一次燃料は、燃焼室32に入る前に互いに混合され続ける。   As schematically shown in FIG. 3, the primary fuel passes through a plurality of air swirler vanes 56 secured to and extending across the flow path of the primary air flow channel 51. Sixteen combustion chambers 32 (FIG. 2) may be supplied. These air swirler vanes 56 define a so-called swozzle that extends radially from the outer surface of the central body wall 52a. As shown schematically in FIG. 3, each swozzle air swirler vane 56 preferably includes an internal fuel conduit 57 that terminates in a fuel injection port or hole 58 from which the conduit 57 Is injected into the primary air (indicated by the arrow designated by 51a) flowing through the fuel injection port 58 of the air swirler vane 56. it can. The primary air flow 51a is directed to the air swirler vane 56 and a swirl pattern is imparted to the primary air flow 51a, thereby causing the air swirler vane into the primary air flow 51a and the passing primary air flow 51a. Mixing with the primary fuel ejected from the 56 holes 58 is facilitated. The primary air flow 51a mixed with the primary fuel may then flow into a pre-mixing annulus defined between the peripheral wall 50 and the inner central body 52, where the primary air flow 51a The air flow 51 a and the primary fuel continue to be mixed with each other before entering the combustion chamber 32.

例えば、図3に概略的に示すように、ガスタービンエンジンの燃料/空気ノズル12は、望ましくは、上流側端部40aが中心体52の下流側端部52cに接続された、予混合パイロットノズル40を含む。図3に示される実施形態では、中心体52の下流側端部52cおよび予混合パイロットノズル40の上流側端部40aは、部分的には、中心体52を形成する金属筒の異なる区画と、予混合パイロットノズル40を規定する最外壁とによって規定される。予混合パイロットノズル40は、予混合パイロットノズル40の上流側端部40aとは軸線方向反対側に配置される下流側端部40bを有する。   For example, as schematically shown in FIG. 3, the fuel / air nozzle 12 of a gas turbine engine is preferably a premixed pilot nozzle with an upstream end 40a connected to a downstream end 52c of the central body 52. 40 is included. In the embodiment shown in FIG. 3, the downstream end 52 c of the central body 52 and the upstream end 40 a of the premix pilot nozzle 40 are partially divided by different sections of the metal tube forming the central body 52, Defined by the outermost wall defining the premix pilot nozzle 40. The premix pilot nozzle 40 has a downstream end 40b disposed on the opposite side in the axial direction from the upstream end 40a of the premix pilot nozzle 40.

例えば、図3、4、および9に概略的に示すように、予混合パイロットノズル40は、上流側端部60aおよび下流側端部60bを規定する、パイロット燃料ノズル60を規定する。例えば、図4および9に概略的に示すように、パイロット燃料ノズル60の上流側端部60aは、燃料供給路54の下流側端部54bと流体連通して接続される。パイロット燃料ノズル60の下流側端部60bは、パイロット燃料ノズル60の上流側端部60aと流体連通して構成される少なくとも1つの燃料ジェット61を規定する。例えば、図4および9に62で指定される矢印によって概略的に示すように、燃料供給路54の下流側端部54bを介してパイロット燃料ノズル60に入る燃料62は、複数の燃料ジェット61(図5に破線で示される)を介してパイロット燃料ノズル60を出る。   For example, as schematically shown in FIGS. 3, 4, and 9, the premix pilot nozzle 40 defines a pilot fuel nozzle 60 that defines an upstream end 60a and a downstream end 60b. For example, as shown schematically in FIGS. 4 and 9, the upstream end 60 a of the pilot fuel nozzle 60 is connected in fluid communication with the downstream end 54 b of the fuel supply path 54. The downstream end 60 b of the pilot fuel nozzle 60 defines at least one fuel jet 61 configured in fluid communication with the upstream end 60 a of the pilot fuel nozzle 60. For example, as schematically shown by the arrow designated 62 in FIGS. 4 and 9, the fuel 62 entering the pilot fuel nozzle 60 via the downstream end 54b of the fuel supply passage 54 is a plurality of fuel jets 61 ( The pilot fuel nozzle 60 is exited via (shown in phantom in FIG. 5).

例えば、図3、4、および9に概略的に示すように、予混合パイロットノズル40はさらに、パイロット燃料ノズル60から半径方向外向きに、かつ望ましくは図3に示されるバーナーチューブ軸線36に対して同心で配置される、環状の燃料プレナム壁63を規定する。例えば、図3、4、および9に概略的に示すように、燃料プレナム壁63は、パイロット燃料ノズル60と燃料プレナム壁63との間に燃料プレナム64を規定する。例えば、図4および9に概略的に示すように、燃料プレナム壁63はさらに、燃料がそこを通して燃料プレナム64から放出される複数の燃料穴63aを規定する。例えば、図4および9に概略的に示すように、燃料穴63aの少なくとも1つは、燃料プレナム64を介して燃料ジェット61の少なくとも1つと流体連通して接続される。望ましくは、燃料穴63aはそれぞれ、燃料プレナム64を介して燃料ジェット61それぞれと流体連通して接続される。   For example, as schematically shown in FIGS. 3, 4, and 9, the premix pilot nozzle 40 is further radially outward from the pilot fuel nozzle 60 and preferably relative to the burner tube axis 36 shown in FIG. And defining an annular fuel plenum wall 63 arranged concentrically. For example, as schematically illustrated in FIGS. 3, 4, and 9, the fuel plenum wall 63 defines a fuel plenum 64 between the pilot fuel nozzle 60 and the fuel plenum wall 63. For example, as schematically shown in FIGS. 4 and 9, the fuel plenum wall 63 further defines a plurality of fuel holes 63a through which fuel is discharged from the fuel plenum 64. For example, as schematically shown in FIGS. 4 and 9, at least one of the fuel holes 63 a is connected in fluid communication with at least one of the fuel jets 61 via a fuel plenum 64. Desirably, each of the fuel holes 63a is connected in fluid communication with each of the fuel jets 61 via a fuel plenum 64.

例えば、図3、4、および9に概略的に示すように、予混合パイロットノズル40はさらに、燃料プレナム壁63から半径方向外向きに配置される、複数の軸線方向に細長い中空の予混合導管41を規定する。例えば、図4および9に示される実施形態に概略的に示すように、予混合導管41はそれぞれ、望ましくは、部分的にはプレナム壁63によって規定される。例えば、図3に概略的に示すように、予混合導管41はそれぞれ、中心体52の下流側端部52c付近に配置される上流側端部41aを有する。例えば、図4および9に概略的に示すように、予混合導管41はそれぞれ、その上流側端部41aに、中心体52の内部流路53と流体連通する入口開口部66aを規定する。図4および9に53aで指定される矢印は、中心体52の内部流路53から各予混合導管41の入口開口部66aに入る空気フロー53aを概略的に示す。   For example, as schematically shown in FIGS. 3, 4, and 9, the premix pilot nozzle 40 further includes a plurality of axially elongated hollow premix conduits disposed radially outward from the fuel plenum wall 63. 41 is specified. For example, as schematically shown in the embodiment shown in FIGS. 4 and 9, each premix conduit 41 is desirably defined in part by a plenum wall 63. For example, as schematically shown in FIG. 3, each premixing conduit 41 has an upstream end 41 a that is disposed near the downstream end 52 c of the central body 52. For example, as schematically shown in FIGS. 4 and 9, each premix conduit 41 defines an inlet opening 66a in fluid communication with the internal flow path 53 of the central body 52 at its upstream end 41a. The arrows designated 53a in FIGS. 4 and 9 schematically show the air flow 53a entering the inlet opening 66a of each premixing conduit 41 from the internal flow path 53 of the central body 52.

例えば、図4および9に概略的に示すように、予混合導管41はそれぞれ、燃料プレナム64の燃料プレナム壁63に規定される燃料穴63aの少なくとも1つと流体連通して接続される。図4および9に62aで指定される矢印は、燃料プレナム壁63に規定された燃料穴63aを通って燃料プレナム64から出て、各予混合導管41に入る燃料フロー62aを概略的に示す。図4および9に62bで指定される矢印は、予混合パイロットノズル40の予混合導管41内で下流側に移動する混合気フロー62bを概略的に示す。   For example, as schematically shown in FIGS. 4 and 9, each premix conduit 41 is connected in fluid communication with at least one of the fuel holes 63 a defined in the fuel plenum wall 63 of the fuel plenum 64. The arrows designated 62 a in FIGS. 4 and 9 schematically show the fuel flow 62 a that exits the fuel plenum 64 through the fuel holes 63 a defined in the fuel plenum wall 63 and enters each premixing conduit 41. The arrows designated 62b in FIGS. 4 and 9 schematically show the mixture flow 62b moving downstream in the premix conduit 41 of the premix pilot nozzle 40.

例えば、図4および9に概略的に示すように、予混合導管41はそれぞれ、予混合導管41の上流側端部41aの軸線方向反対側に配置され、予混合パイロットノズル40の下流側端部40b付近に配置される下流側端部41bを有する。例えば、図4および9に概略的に示すように、各予混合導管41の下流側端部41bはそれぞれ、流体を、すなわち混合気62bを中空の予混合導管41から放出できるようにする、出口開口部66bを規定する。例えば、図4および9に概略的に示すように、各予混合導管41の下流側端部41bはそれぞれ中心軸線41cを規定し、各予混合導管41を規定する壁は、この中心軸線41cを中心にして同心で配置される。さらに、例えば、図4および9に示される予混合パイロットノズル40の実施形態に概略的に示すように、中心軸線41cはそれぞれ、各予混合導管41の出口開口部66bから放出する混合気である流体フローが、中心体52の中心軸線36に平行に導かれるように配置される直線である。   For example, as schematically shown in FIGS. 4 and 9, each premixing conduit 41 is disposed axially opposite the upstream end 41 a of the premixing conduit 41, and the downstream end of the premixing pilot nozzle 40. It has a downstream end 41b disposed in the vicinity of 40b. For example, as schematically shown in FIGS. 4 and 9, the downstream end 41b of each premix conduit 41 each has an outlet that allows fluid, ie, the mixture 62b, to be discharged from the hollow premix conduit 41. An opening 66b is defined. For example, as schematically shown in FIGS. 4 and 9, the downstream end 41b of each premixing conduit 41 defines a central axis 41c, and the wall defining each premixing conduit 41 defines this central axis 41c. Centered and concentric. Further, for example, as schematically shown in the embodiment of the premix pilot nozzle 40 shown in FIGS. 4 and 9, each central axis 41c is a mixture that discharges from the outlet opening 66b of each premix conduit 41. The fluid flow is a straight line arranged so as to be guided parallel to the central axis 36 of the central body 52.

混合気62bは、混合気62bが各予混合導管41の出口開口部66bを離れれば、各中心軸線41cから半径方向に拡散する傾向があるが、本出願人らは、半径方向の拡散が特に顕著ではないことを示している。実際には、本出願人らの研究では、各予混合導管41の出口開口部66bの直ぐ下流側に位置する燃焼出口面44(図4および9)の区画における当量比は、中心体52の中心軸線36の直ぐ下流側に位置する燃焼出口面44(図4および9)の区画に存在する当量比のほぼ2倍であり得ることが示されている。各予混合導管41の出口開口部66bの直ぐ下流側の位置における高い当量比は、軸線方向に細長い内部キャビティ50c(図3)を通る混合気に連続的かつ効果的に点火することができ、火炎が希薄吹消(lean-blow-out)(LBO)条件にあったとしても火炎を安定させることができる。これは、予混合パイロットの重要な役割の1つであり、予混合パイロット60はNOxを増加させることなくこの役割を果たす。   The air-fuel mixture 62b tends to diffuse radially from each central axis 41c as the air-fuel mixture 62b leaves the outlet opening 66b of each premixing conduit 41. It is not noticeable. In fact, Applicants' study shows that the equivalence ratio in the section of the combustion outlet face 44 (FIGS. 4 and 9) located immediately downstream of the outlet opening 66b of each premixing conduit 41 is that of the central body 52. It has been shown that it can be approximately twice the equivalence ratio present in the section of the combustion exit face 44 (FIGS. 4 and 9) located immediately downstream of the central axis 36. A high equivalence ratio at a position immediately downstream of the outlet opening 66b of each premix conduit 41 can ignite the mixture through the axially elongated internal cavity 50c (FIG. 3) continuously and effectively, Even if the flame is in a lean-blow-out (LBO) condition, the flame can be stabilized. This is one of the important roles of the premix pilot, and the premix pilot 60 plays this role without increasing NOx.

本発明の様々な実施形態は、各予混合導管41の出口開口部66bの直ぐ下流側に位置する燃焼出口面44(図4および9)の区画に存在する、このはるかに高い当量比を相殺する特徴を含む。例えば、図3、4、5、および9に示される予混合パイロットノズル40の実施形態に概略的に示すように、予混合パイロットノズル40はさらに、予混合導管41から半径方向外向きに配置される環状チャネル70を規定する。例えば、図3、4、5、および9に示される実施形態では、環状チャネル70の内壁43は、予混合導管41の外壁43を規定する役割も果たす。例えば、図3、4、5、および9に示される実施形態では、中心体壁52aは、環状チャネル70の外壁52aを規定する役割も果たす。   Various embodiments of the present invention offset this much higher equivalence ratio present in the section of the combustion outlet face 44 (FIGS. 4 and 9) located immediately downstream of the outlet opening 66b of each premix conduit 41. Including features. For example, as shown schematically in the embodiment of the premix pilot nozzle 40 shown in FIGS. 3, 4, 5, and 9, the premix pilot nozzle 40 is further disposed radially outward from the premix conduit 41. An annular channel 70 is defined. For example, in the embodiment shown in FIGS. 3, 4, 5, and 9, the inner wall 43 of the annular channel 70 also serves to define the outer wall 43 of the premixing conduit 41. For example, in the embodiments shown in FIGS. 3, 4, 5, and 9, the central body wall 52a also serves to define the outer wall 52a of the annular channel 70.

例えば、図3、4、および9に示される予混合パイロットノズル40の実施形態に概略的に示すように、環状チャネル70の上流側端部は、中心体52の内部流路53と流体連通して構成され、したがって、中心体52の内部流路53から空気フローを受け入れる。環状チャネル70の下流側端部には、複数の空気ジェット42は規定される。空気ジェット42の少なくとも1つは、予混合導管41の少なくとも1つの出口開口部66bの少なくとも1つ付近に配置される。望ましくは、例えば、図4、5、および9に示すように、空気ジェット42の少なくとも1つは、各予混合導管41の各出口開口部66b付近に配置される。   For example, as shown schematically in the embodiment of the premix pilot nozzle 40 shown in FIGS. 3, 4, and 9, the upstream end of the annular channel 70 is in fluid communication with the internal flow path 53 of the central body 52. Therefore, the air flow is received from the internal flow path 53 of the central body 52. A plurality of air jets 42 are defined at the downstream end of the annular channel 70. At least one of the air jets 42 is disposed near at least one of the at least one outlet opening 66b of the premix conduit 41. Desirably, for example, as shown in FIGS. 4, 5, and 9, at least one of the air jets 42 is disposed near each outlet opening 66 b of each premix conduit 41.

例えば、図9に概略的に示すように、空気ジェット42の1つを規定する各流路は、付近の予混合導管41の下流側端部41bの中心軸線41cに平行に配置される中心軸線42aを中心にして同心で規定される。その際、各空気ジェット42を離れるより高速の空気が、予混合導管41を離れる混合気の一部を混入し、各予混合導管41の出口開口部66bの直ぐ下流側に位置する燃焼出口面44(図9)の区画に存在する混合気を導く役割を果たす。全体的な結果として、燃料/空気ノズル12の燃焼出口面44(図9)における当量比がより均一になり、これを点火源によってパイロットとして使用することもできる。   For example, as schematically shown in FIG. 9, each flow path defining one of the air jets 42 has a central axis disposed parallel to the central axis 41 c of the downstream end 41 b of the nearby premixing conduit 41. It is defined concentrically around 42a. At that time, the higher-speed air leaving each air jet 42 mixes a part of the air-fuel mixture leaving the premixing conduit 41, and the combustion outlet surface located immediately downstream of the outlet opening 66 b of each premixing conduit 41. It serves to guide the air-fuel mixture present in the compartment 44 (FIG. 9). The overall result is that the equivalence ratio at the combustion exit face 44 (FIG. 9) of the fuel / air nozzle 12 is more uniform and can also be used as a pilot by the ignition source.

例えば、図4に概略的に示すように、空気ジェット42の1つを規定する各流路は、付近の予混合導管41の下流側端部41bの中心軸線41cに対して鋭角で配置される中心軸線42aを中心にして同心で規定される。この鋭角の大きさは、望ましくは、0.1°〜20°の範囲である。さらに、図4の実施形態の空気ジェット42は、望ましくは、個々の空気ジェット42が、空気ジェット42を出る空気フローを予混合導管41の出口開口部66bの1つの付近から離れる方向で導くようにして、構成され配置される。したがって、例えば、図4に概略的に示される実施形態では、各空気ジェット42は、空気ジェット42を離れる空気が、下流側の方向、かつ中心体52の中心軸線36から半径方向に離れる方向で、ならびに付近の個々の予混合導管41の下流側端部41bの中心軸線41cから半径方向に離れる方向の両方で移動するように向けられる。その際、各空気ジェット42を離れる空気が、予混合導管41を離れる混合気の一部を混入し、各予混合導管41の出口開口部66bの直ぐ下流側に位置する燃焼出口面44(図9)の区画に存在する混合気を、周壁50(図3)に向かって半径方向外向きに導く役割を果たす。全体的な結果として、燃料/空気ノズル12の燃焼出口面44(図4)における当量比がより均一になり、これを点火源によってパイロットとして使用することもできる。   For example, as schematically shown in FIG. 4, each flow path defining one of the air jets 42 is disposed at an acute angle with respect to the central axis 41c of the downstream end 41b of the nearby premix conduit 41. It is defined concentrically about the central axis 42a. The magnitude of this acute angle is desirably in the range of 0.1 ° to 20 °. Furthermore, the air jets 42 in the embodiment of FIG. 4 desirably cause individual air jets 42 to direct the air flow exiting the air jets 42 away from the vicinity of one of the outlet openings 66b of the premix conduit 41. Thus, it is configured and arranged. Thus, for example, in the embodiment schematically illustrated in FIG. 4, each air jet 42 is configured such that the air leaving the air jet 42 is in a downstream direction and radially away from the central axis 36 of the central body 52. , As well as in a direction radially away from the central axis 41c of the downstream end 41b of the adjacent individual premixing conduit 41. At that time, the air leaving each air jet 42 mixes a part of the air-fuel mixture leaving the premixing conduit 41, and the combustion outlet face 44 (see FIG. 5) located immediately downstream of the outlet opening 66 b of each premixing conduit 41. 9) plays a role of guiding the air-fuel mixture existing in the section radially outward toward the peripheral wall 50 (FIG. 3). The overall result is that the equivalence ratio at the combustion outlet face 44 (FIG. 4) of the fuel / air nozzle 12 is more uniform and can also be used as a pilot by the ignition source.

例えば、図6に概略的に示す本発明の別の実施形態では、図6に概略的に示す予混合パイロットノズル40の実施形態を除いて、図6の実施形態は、図3、4、5、および9の実施形態と同様である。図6に概略的に示すように、予混合導管41自体はそれぞれ、中心体52の中心軸線36に対して鋭角で配置される中心長手方向軸線41cを中心にして同心で構成される。この鋭角の大きさは、望ましくは、0.1°〜20°の範囲である。したがって、図6に概略的に示す予混合パイロットノズル40では、予混合導管41はそれぞれ、各予混合導管41の出口開口部66bから出る混合気を、中心体52の中心軸線36から半径方向外向きに離れるように導いて、燃料/空気ノズル12の燃焼出口面44においてより均一な混合気を形成し、ガスタービン10の燃焼室内に導くとともに、燃料/空気ノズル12の軸線方向に細長い内部キャビティ50c(図3)を通して供給される混合気に連続的かつ効果的に点火するようにして、構成され配置される。例えば、図6では具体的に例証しないが、予混合導管41の1つまたは複数の軸線方向長さは、予混合導管41の下流側端部41bの中心軸線41cを中心にして同心であるようにして、予混合パイロットノズル40の下流側端部40bを超えて延在することができる。   For example, in another embodiment of the invention schematically illustrated in FIG. 6, except for the premixed pilot nozzle 40 embodiment schematically illustrated in FIG. 6, the embodiment of FIG. , And the same as the ninth embodiment. As shown schematically in FIG. 6, each premixing conduit 41 itself is concentric about a central longitudinal axis 41c disposed at an acute angle with respect to the central axis 36 of the central body 52. The magnitude of this acute angle is desirably in the range of 0.1 ° to 20 °. Thus, in the premix pilot nozzle 40 shown schematically in FIG. 6, each premix conduit 41 causes the air mixture exiting the exit opening 66 b of each premix conduit 41 to move radially outward from the central axis 36 of the central body 52. Directed away to form a more uniform mixture at the combustion exit face 44 of the fuel / air nozzle 12 and lead it into the combustion chamber of the gas turbine 10 and an internal cavity elongated in the axial direction of the fuel / air nozzle 12 It is constructed and arranged to ignite the mixture supplied through 50c (FIG. 3) continuously and effectively. For example, although not specifically illustrated in FIG. 6, the one or more axial lengths of the premix conduit 41 appear to be concentric about the central axis 41 c of the downstream end 41 b of the premix conduit 41. Thus, it can extend beyond the downstream end 40 b of the premix pilot nozzle 40.

例えば、図8に概略的に示す本発明の別の実施形態では、図6に概略的に示す予混合パイロットノズル40の予混合導管41の実施形態を除いて、図8の実施形態は、図3、4、5、6、および9の実施形態と同様である。図8に概略的に示す実施形態では、予混合導管41自体はそれぞれ、第1の脚部41dおよび第2の脚部41cを有する二方向の中心長手方向軸線を中心にして同心で構成される。図8に概略的に示すように、二方向の中心長手方向軸線の第1の脚部41dは、中心体52の中心軸線36に平行に配置され、各予混合導管41の上流側端部41aと下流側端部41bとの間に延在する。二方向の中心長手方向軸線の第2の脚部41cは、中心体52の中心軸線36に対して鋭角で配置され、各予混合導管41の下流側端部41bを通って延在する。この鋭角の大きさは、望ましくは、0.1°〜20°の範囲である。したがって、図8に概略的に示す予混合導管41は、出口開口部66bから出る混合気を、中心体52の中心軸線36から半径方向外向きに離れるように導いて、燃料/空気ノズル12の燃焼出口面44においてより均一な混合気を形成し、ガスタービン10の燃焼室内に導くとともに、燃料/空気ノズル12の軸線方向に細長い内部キャビティ50c(図3)を通して供給される混合気に連続的かつ効果的に点火するようにして、構成され配置される。   For example, in another embodiment of the present invention schematically illustrated in FIG. 8, the embodiment of FIG. 8 is a diagram, except for the embodiment of the premixing conduit 41 of the premixing pilot nozzle 40 schematically illustrated in FIG. Similar to the 3, 4, 5, 6, and 9 embodiments. In the embodiment schematically shown in FIG. 8, the premixing conduits 41 themselves are each concentric about a two-way central longitudinal axis having a first leg 41d and a second leg 41c. . As schematically shown in FIG. 8, the first leg 41 d of the two central longitudinal axes is arranged parallel to the central axis 36 of the central body 52, and the upstream end 41 a of each premixing conduit 41. And the downstream end 41b. The second leg 41 c of the two central longitudinal axes is arranged at an acute angle with respect to the central axis 36 of the central body 52 and extends through the downstream end 41 b of each premixing conduit 41. The magnitude of this acute angle is desirably in the range of 0.1 ° to 20 °. Accordingly, the premixing conduit 41 shown schematically in FIG. 8 guides the air-fuel mixture exiting from the outlet opening 66b away radially outward from the central axis 36 of the central body 52 so that the fuel / air nozzle 12 A more uniform air-fuel mixture is formed at the combustion outlet surface 44 and is introduced into the combustion chamber of the gas turbine 10 and is continuous with the air-fuel mixture supplied through the internal cavity 50c (FIG. 3) elongated in the axial direction of the fuel / air nozzle 12. And is arranged and arranged to ignite effectively.

例えば、図7に概略的に示す本発明の別の実施形態では、図3、4、5、および9に概略的に示す予混合パイロットノズル40の予混合導管41および環状チャネル70の実施形態を除いて、図7の実施形態は、図3、4、5、および9の実施形態と同様である。図7に概略的に示すように、予混合導管41自体はそれぞれ、中心体52の中心軸線36に対して鋭角で配置される中心長手方向軸線41cを中心にして同心で構成される。この鋭角の大きさは、望ましくは、0.1°〜20°の範囲である。したがって、図7に概略的に示す予混合パイロットノズル40では、予混合導管41はそれぞれ、各予混合導管41の出口開口部66bから出る混合気を、中心体52の中心軸線36から半径方向外向きに離れるように導いて、燃料/空気ノズル12の燃焼出口面44においてより均一な混合気を形成し、ガスタービン10の燃焼室内に導くとともに、燃料/空気ノズル12の軸線方向に細長い内部キャビティ50c(図3)を通して供給される混合気に連続的かつ効果的に点火するようにして、構成され配置される。   For example, in another embodiment of the invention schematically illustrated in FIG. 7, an embodiment of the premixing conduit 41 and annular channel 70 of the premixing pilot nozzle 40 schematically illustrated in FIGS. Except for this, the embodiment of FIG. 7 is similar to the embodiments of FIGS. As shown schematically in FIG. 7, each premixing conduit 41 itself is concentric about a central longitudinal axis 41 c that is disposed at an acute angle with respect to the central axis 36 of the central body 52. The magnitude of this acute angle is desirably in the range of 0.1 ° to 20 °. Thus, in the premix pilot nozzle 40 schematically shown in FIG. 7, each premix conduit 41 causes the air-fuel mixture exiting from the outlet opening 66b of each premix conduit 41 to move radially outward from the central axis 36 of the central body 52. Directed away to form a more uniform mixture at the combustion exit face 44 of the fuel / air nozzle 12 and lead it into the combustion chamber of the gas turbine 10 and an internal cavity elongated in the axial direction of the fuel / air nozzle 12 It is constructed and arranged to ignite the mixture supplied through 50c (FIG. 3) continuously and effectively.

例えば、図7に示される予混合パイロットノズル40の実施形態に概略的に示すように、環状チャネル70の上流側端部は、予混合導管41の各出口開口部の横に配置される空気ジェット42に向かって下流方向に進むにしたがって先細になるように構成される。図3、4、および5の実施形態に関して上述したように、空気ジェット42はそれぞれ、予混合導管41から半径方向外向きに導かれ、それによって、空気ジェット42がそれぞれ混合気の一部分を混入して、混合気を予混合導管41から半径方向外向きにさらに導いて燃料/空気ノズル12の燃焼出口面44においてより均一な混合気を形成するとともに、燃焼器16の燃焼室32(図1および2)内に導き、燃料/空気ノズル12の軸線方向に細長い内部キャビティ50c(図3)を通して供給される混合気に連続的かつ効果的に点火することができる。   For example, as schematically shown in the embodiment of the premix pilot nozzle 40 shown in FIG. 7, the upstream end of the annular channel 70 is an air jet disposed next to each outlet opening of the premix conduit 41. It is comprised so that it may taper as it goes downstream toward 42. As described above with respect to the embodiment of FIGS. 3, 4, and 5, each air jet 42 is directed radially outwardly from the premixing conduit 41 so that each air jet 42 entrains a portion of the mixture. Thus, the air-fuel mixture is further guided radially outward from the premixing conduit 41 to form a more uniform air-fuel mixture at the combustion outlet face 44 of the fuel / air nozzle 12 and the combustion chamber 32 (FIG. 1 and FIG. 1). 2) The air / fuel mixture supplied through the internal cavity 50c (FIG. 3) elongated in the axial direction of the fuel / air nozzle 12 can be ignited continuously and effectively.

予混合パイロットノズル40の各実施形態は、燃料/空気ノズル12の基部付近で小さく良好に固定された予混合火炎(small well anchored premixed flame)を提供し、その結果、燃料/空気ノズル12を出る旋回混合気が固定される。火炎安定性が改善されることによって低下混合気動作が可能になり、その結果、LBOおよび排出の操作性ウィンドウが拡張される。   Each embodiment of the premix pilot nozzle 40 provides a small well anchored premixed flame near the base of the fuel / air nozzle 12 so that it exits the fuel / air nozzle 12. The swirling mixture is fixed. Improved flame stability enables reduced air-mix operation, resulting in an extended LBO and exhaust operability window.

上述した実施形態のような燃料/空気ノズル12によって、ガスタービンエンジン10の燃料/空気ノズル12を動作させる有利な方法を実施することが実現可能になる。ガスタービンエンジン10の燃料/空気ノズル12を動作させるかかる方法の一実施形態は、望ましくは、図10に概略的に示す、次の、一次空気フロー51a(例えば、図3)をスウォズルよりも下流側に送達して、一次空気フローの渦流を成すステップ81と、一次燃料フロー57a(例えば、図3)をスウォズルに通して送達して、スウォズルの下流側の渦流を成している一次空気フロー51aと混合するステップ82と、パイロット燃料フロー62(例えば、図4)を中空の燃料供給路54に通して予混合パイロットノズル40に送達するステップ83と、二次空気フロー53a(例えば、図4)を中心体52(例えば、図3)を通して予混合パイロットノズル40まで下流側に送達するステップ84と、混合気62b(例えば、図4および9)を予混合パイロットノズル40の下流側端部41bから放出する複数の軸線方向に細長い中空の予混合導管41(例えば、図4)内で、パイロット燃料62を二次空気フロー53aと混合するステップ85と、中心体52の中心軸線36(例えば、図3、4、および6〜9)から離れる方向で、予混合パイロットノズル40の予混合導管41から混合気62bを噴出するステップ86とを含む。   The fuel / air nozzle 12 as in the embodiment described above makes it possible to implement an advantageous method of operating the fuel / air nozzle 12 of the gas turbine engine 10. One embodiment of such a method of operating the fuel / air nozzle 12 of the gas turbine engine 10 desirably downstream of the next primary air flow 51a (eg, FIG. 3), shown schematically in FIG. 10, from the swozzle. The primary air flow vortex, and the primary fuel flow 57a (eg, FIG. 3) is delivered through the swozzle to form a vortex downstream of the swozzle. Step 82 for mixing with 51a; Step 83 for delivering pilot fuel flow 62 (eg, FIG. 4) through the hollow fuel supply path 54 to the premix pilot nozzle 40; and Secondary air flow 53a (eg, FIG. 4). ) Through the central body 52 (eg, FIG. 3) downstream to the premix pilot nozzle 40, and the mixture 62b (eg, FIG. 3). And 9) mix pilot fuel 62 with secondary air flow 53a in a plurality of axially elongated hollow premix conduits 41 (eg, FIG. 4) that discharge from downstream end 41b of premix pilot nozzle 40. Step 85, and step 86 of ejecting the air-fuel mixture 62b from the premixing conduit 41 of the premixing pilot nozzle 40 in a direction away from the central axis 36 (eg, FIGS. 3, 4, and 6-9) of the central body 52; including.

ガスタービンエンジン10の燃料/空気ノズル12を動作させるかかる方法の別の実施形態は、望ましくは、図11に概略的に示す、次の、一次空気フロー51a(例えば、図3)をスウォズルよりも下流側に送達して、一次空気フローの渦流を成すステップ81と、一次燃料フロー57a(例えば、図3)をスウォズルに通して送達して、スウォズルの下流側の渦流を成している一次空気フロー51aと混合するステップ82と、パイロット燃料フロー62(例えば、図4)を中空の燃料供給路54に通して予混合パイロットノズル40に送達するステップ83と、二次空気フロー53a(例えば、図4)を中心体52(例えば、図3)を通して予混合パイロットノズル40まで下流側に送達するステップ84と、混合気62b(例えば、図4および9)を予混合パイロットノズル40の下流側端部41bから放出する複数の軸線方向に細長い中空の予混合導管41(例えば、図4)内で、パイロット燃料62を二次空気フロー53aと混合するステップ85と、二次空気フロー53a(例えば、図4、7、および9)の一部を、予混合パイロットノズル40の予混合導管41から半径方向外向きに配置される環状チャネル70に送達するステップ87と、予混合パイロットノズル40(例えば、図4、7、および9)から離れる方向で、環状チャネル70から空気を噴出するステップ88とを含む。望ましくは、環状チャネル70から噴出する空気の圧力は、環状チャネル70に入る空気の圧力を上回る。望ましくは、例えば、図7に概略的に示すように、環状チャネル70は、下流方向に進むにしたがって先細になるように構成された上流側端部を含む。望ましくは、例えば、図7に概略的に示すように、方法のさらなる実施形態は、中心体52の中心軸線36から離れる方向で、予混合パイロットノズル40の予混合導管41から混合気を噴出するステップを含む。望ましくは、例えば、図4に概略的に示すように、方法のさらなる実施形態は、中心体52の中心軸線36に平行な方向で、予混合パイロットノズル40の予混合導管41から混合気62bを噴出するステップを含む。望ましくは、例えば、図4および7に概略的に示すように、方法のさらなる実施形態は、中心体52の中心軸線36から半径方向に離れる方向で、環状チャネル70から混合気62bを噴出するステップを含む。   Another embodiment of such a method of operating the fuel / air nozzle 12 of the gas turbine engine 10 desirably provides a subsequent primary air flow 51a (eg, FIG. 3), as schematically illustrated in FIG. Deliver downstream to create a vortex of primary air flow 81 and deliver primary fuel flow 57a (eg, FIG. 3) through the swozzle to form a vortex downstream of the swozzle. Step 82 for mixing with the flow 51a, Step 83 for delivering the pilot fuel flow 62 (eg, FIG. 4) through the hollow fuel supply path 54 to the premix pilot nozzle 40, and a secondary air flow 53a (eg, FIG. 4) delivering 84 downstream through the central body 52 (eg, FIG. 3) to the premix pilot nozzle 40, and the mixture 62b (eg, 4 and 9) in a plurality of axially elongated hollow premix conduits 41 (eg, FIG. 4) that discharge from the downstream end 41b of the premix pilot nozzle 40, pilot fuel 62 and secondary air flow 53a. Mixing step 85 and a portion of the secondary air flow 53a (eg, FIGS. 4, 7, and 9) to an annular channel 70 disposed radially outward from the premixing conduit 41 of the premixing pilot nozzle 40. Delivering 87 and ejecting air 88 from the annular channel 70 in a direction away from the premix pilot nozzle 40 (eg, FIGS. 4, 7 and 9). Desirably, the pressure of the air ejected from the annular channel 70 exceeds the pressure of the air entering the annular channel 70. Desirably, for example, as shown schematically in FIG. 7, the annular channel 70 includes an upstream end configured to taper as it proceeds in the downstream direction. Desirably, for example, as schematically illustrated in FIG. 7, a further embodiment of the method ejects the mixture from the premix conduit 41 of the premix pilot nozzle 40 in a direction away from the central axis 36 of the central body 52. Includes steps. Desirably, for example, as schematically illustrated in FIG. 4, a further embodiment of the method removes the mixture 62b from the premix conduit 41 of the premix pilot nozzle 40 in a direction parallel to the central axis 36 of the central body 52. Including a step of ejecting. Desirably, a further embodiment of the method, for example, schematically shown in FIGS. 4 and 7, squirts the air-fuel mixture 62b from the annular channel 70 in a direction radially away from the central axis 36 of the central body 52. including.

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するとともに、あらゆるデバイスまたはシステムの作成および使用ならびにあらゆる統合された方法の実施を含めて、当業者が本発明を実施することを可能にする。本発明の特許の範囲は請求項によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含んでもよい。かかる他の実施例は、請求項の文言と異ならない構造的要素を含む場合、または請求項の文言と実質的に異ならない等価の構造的要素を含む場合、請求項の範囲内にあるものとする。   This written description uses examples to disclose the invention, including the best mode, and to enable any person skilled in the art to make and use the invention, including the creation and use of any device or system and the practice of any integrated method. Make it possible to implement. The patentable scope of the invention is defined by the claims, and may include other examples that occur to those skilled in the art. Such other embodiments are intended to be within the scope of the claims if they contain structural elements that do not differ from the claim language, or equivalent structural elements that do not substantially differ from the claim language. To do.

10 タービンシステム
12 燃料/空気ノズル
14 燃料供給
16 燃焼器
18 タービン
20 排気出口
22 軸
24 圧縮機
26 空気取込口
27 ヘッド側端部
28 荷重
30 ブレード
32 燃焼室
36 中心軸線
40 予混合パイロットノズル
41 予混合導管
41a 上流側端部
41b 下流側端部
41c 中心軸線
41c 第2の脚部
41d 中心軸線
41d 第1の脚部
42 空気ジェット
43 内壁外壁
44 燃焼出口面
50 周壁
50a 外表面
50b 内表面
50c 内部キャビティ
51 一次空気フローチャネル
51a 一次空気フロー
52 中心体
52a 中心体壁
52b 上流側端部
52c 下流側端部
52d 外表面
53 内部流路
53a 空気フロー
54a 上流側端部
54b 下流側端部
56 空気旋回器静翼
57 導管
57a 一次燃料フロー
58 燃料噴射口
60 燃料ノズル
60a 上流側端部
60b 下流側端部
61 燃料ジェット
62 燃料
62a 燃料フロー
62b 混合気フロー
63 燃料プレナム壁
64 燃料プレナム
66a 入口開口部
66b 出口開口部
70 環状チャネル
81 ステップ
82 ステップ
83 ステップ
84 ステップ
85 ステップ
86 ステップ
87 ステップ
88 ステップ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Turbine system 12 Fuel / air nozzle 14 Fuel supply 16 Combustor 18 Turbine 20 Exhaust outlet 22 Shaft 24 Compressor 26 Air intake 27 Head side edge 28 Load 30 Blade 32 Combustion chamber 36 Center axis 40 Premix pilot nozzle 41 Premix conduit 41a Upstream end 41b Downstream end 41c Central axis 41c Second leg 41d Central axis 41d First leg 42 Air jet 43 Inner wall outer wall 44 Combustion exit surface 50 Peripheral wall 50a Outer surface 50b Inner surface 50c Internal cavity 51 Primary air flow channel 51a Primary air flow 52 Central body 52a Central body wall 52b Upstream end 52c Downstream end 52d Outer surface 53 Internal flow path 53a Air flow 54a Upstream end 54b Downstream end 56 Air Swivel vane 57 conduit 57a primary Fuel flow 58 Fuel injection port 60 Fuel nozzle 60a Upstream end 60b Downstream end 61 Fuel jet 62 Fuel 62a Fuel flow 62b Mixture flow 63 Fuel plenum wall 64 Fuel plenum 66a Inlet opening 66b Outlet opening 70 Annular channel 81 Step 82 Step 83 Step 84 Step 85 Step 86 Step 87 Step 88 Step

Claims (29)

燃料/空気ノズルの外側エンベロープを規定する軸線方向に細長い周壁であって、外表面および前記外表面に対向して面する内表面を有するとともに、軸線方向に細長い内部キャビティを規定する周壁と、
前記燃料/空気ノズルの前記内部キャビティ内に配置され、中心軸線を規定する中空の軸線方向に細長い中心体であって、上流側端部および前記上流側端部の軸線方向反対側に配置される下流側端部を規定する中心体壁によって規定され、前記中心体壁が、外表面および前記外表面に対向して面する内表面によって規定され、前記中心体壁の前記内表面が、前記中心体の前記中心軸線を中心にして同心で配置される軸線方向に細長い内部流路を規定する、中心体と、
前記中心体の前記内部流路を通って軸線方向に延在する細長い中空の燃料供給路であって、前記中心体の前記上流側端部に配置され、燃料源に接続するように構成された上流側端部を有し、前記中心体の前記下流側端部に配置される下流側端部を有する燃料供給路と、
前記中心体の前記外表面と前記周壁の前記内表面との間の環状空間によって規定される一次空気フローチャネルと、
前記中心体の前記下流側端部に接続される上流側端部を有する予混合パイロットノズルであって、予混合パイロットノズルの前記上流側端部の軸線方向反対側に配置される下流側端部を有する予混合パイロットノズルとを備え、
前記予混合パイロットノズルが、複数の軸線方向に細長い中空の予混合導管をさらに規定し、前記予混合導管がそれぞれ、前記中心体の前記下流側端部付近に配置されるとともに、前記中心体の前記内部流路と流体連通している入口開口部を規定する上流側端部を有し、前記予混合導管がそれぞれ、前記燃料供給路の前記下流側端部と流体連通して接続される少なくとも1つの燃料穴を有し、前記予混合導管がそれぞれ、前記中空の予混合導管から流体を放出できるようにする出口開口部を規定する下流側端部を有し、前記予混合導管それぞれの前記下流側端部がそれぞれ、前記中心体の前記中心軸線に対して半径方向外向きに傾斜した中心軸線を規定する、ガスタービンエンジンの燃料/空気ノズル。
An axially elongated peripheral wall defining an outer envelope of the fuel / air nozzle, having an outer surface and an inner surface facing the outer surface, and defining an axially elongated inner cavity;
A hollow axially elongated central body disposed within the internal cavity of the fuel / air nozzle and defining a central axis, the axial end opposite the upstream end and the upstream end A central body wall defining a downstream end, wherein the central body wall is defined by an outer surface and an inner surface facing the outer surface, the inner surface of the central body wall being the center A central body defining an internal flow path elongated in an axial direction concentrically disposed about the central axis of the body; and
An elongate hollow fuel supply passage that extends in the axial direction through the internal flow path of the central body, and is disposed at the upstream end of the central body and configured to connect to a fuel source A fuel supply path having an upstream end and a downstream end disposed at the downstream end of the central body;
A primary air flow channel defined by an annular space between the outer surface of the central body and the inner surface of the peripheral wall;
A premix pilot nozzle having an upstream end connected to the downstream end of the central body, the downstream end disposed on the opposite side in the axial direction of the upstream end of the premix pilot nozzle A premixed pilot nozzle having
The premix pilot nozzle further defines a plurality of axially elongated hollow premix conduits, each of the premix conduits being disposed near the downstream end of the central body, At least an upstream end defining an inlet opening in fluid communication with the internal flow path, and each of the premix conduits is connected in fluid communication with the downstream end of the fuel supply path Each of the premix conduits has a downstream end defining an outlet opening that allows fluid to be discharged from the hollow premix conduit. downstream end, respectively, defining a central axis which is inclined radially outwardly against the central axis of the central body, the fuel / air nozzle of a gas turbine engine.
少なくとも1つの予混合導管の前記中心軸線がそれぞれ、前記中心体の前記中心軸線に対して鋭角で配置される、請求項1記載の燃料/空気ノズル。   The fuel / air nozzle of claim 1, wherein each of the central axes of at least one premixing conduit is disposed at an acute angle with respect to the central axis of the central body. 前記予混合パイロットノズルが、前記予混合導管から半径方向外向きに配置される環状チャネルをさらに規定し、前記環状チャネルが前記中心体の前記内部流路と流体連通して構成され、前記環状チャネルが複数の空気ジェットを規定し、前記空気ジェットの少なくとも1つが、前記予混合導管の少なくとも1つの前記出口開口部の1つの付近に配置されるとともに、中心軸線を有する、請求項1又は請求項2記載の燃料/空気ノズル。 The premix pilot nozzle further defines an annular channel disposed radially outward from the premix conduit, wherein the annular channel is configured in fluid communication with the internal flow path of the central body; There defining a plurality of air jets, wherein at least one of the air jets, while being disposed one near at least one of the outlet opening of the premixing duct, having a central axis, claim 1 or claim 2. The fuel / air nozzle according to 2. 前記少なくとも1つの予混合導管の前記上流側端部の前記中心軸線が、前記中心体の前記中心軸線に平行な方向で延在するように構成され配置される、請求項3記載の燃料/空気ノズル。   The fuel / air of claim 3, wherein the central axis of the upstream end of the at least one premixing conduit is constructed and arranged to extend in a direction parallel to the central axis of the central body. nozzle. 前記空気ジェットの少なくとも1つの前記中心軸線が、前記中心体の前記中心軸線と鋭角を形成する、請求項3又は請求項4記載の燃料/空気ノズル。 The fuel / air nozzle according to claim 3 or 4 , wherein at least one central axis of the air jet forms an acute angle with the central axis of the central body. 前記環状チャネルが、前記空気ジェットに向かって下流方向に進むにしたがって先細になるように構成される、請求項3乃至請求項5のいずれか1項記載の燃料/空気ノズル。 The fuel / air nozzle according to any one of claims 3 to 5, wherein the annular channel is configured to taper as it travels downstream toward the air jet. 前記一次空気フローチャネルを半径方向に横切って延在する複数の旋回ブレードを含むスウォズルをさらに備え、前記旋回ブレードの少なくとも1つが、その一端に入口と、その反対端に前記一次空気フローチャネルと流体連通している出口とを有する燃料導管を規定する、請求項1乃至請求項6のいずれか1項記載の燃料/空気ノズル。 A swozzle including a plurality of swirling blades extending radially across the primary air flow channel, wherein at least one of the swirling blades has an inlet at one end and the primary air flow channel and fluid at the opposite end; 7. A fuel / air nozzle as claimed in any one of the preceding claims , defining a fuel conduit having an outlet in communication therewith. 前記予混合パイロットノズルがパイロット燃料ノズルを規定し、前記パイロット燃料ノズルが上流側端部および下流側端部を規定し、前記パイロット燃料ノズルの前記上流側端部が前記燃料供給路の前記下流側端部と流体連通して接続され、前記パイロット燃料ノズルの前記下流側端部が、前記パイロット燃料ノズルの前記上流側端部と流体連通して構成される少なくとも1つの燃料ジェットを規定し、
前記予混合パイロットノズルが、前記パイロット燃料ノズルから半径方向外向きに配置されるとともに、前記パイロット燃料ノズルと燃料プレナム壁との間に燃料プレナムを規定する燃料プレナム壁をさらに規定し、前記燃料プレナム壁が複数の燃料穴をさらに規定し、前記燃料穴の少なくとも1つが、前記燃料プレナムを介して前記燃料ジェットの少なくとも1つと流体連通して接続され、前記予混合導管がそれぞれ、前記燃料プレナム壁から半径方向外向きに、かつ前記燃料穴の少なくとも1つと流体連通して配置される、請求項1乃至請求項7のいずれか1項記載の燃料/空気ノズル。
The premix pilot nozzle defines a pilot fuel nozzle, the pilot fuel nozzle defines an upstream end and a downstream end, and the upstream end of the pilot fuel nozzle is the downstream side of the fuel supply path Defining at least one fuel jet connected in fluid communication with an end, wherein the downstream end of the pilot fuel nozzle is configured in fluid communication with the upstream end of the pilot fuel nozzle;
The premix pilot nozzle is disposed radially outward from the pilot fuel nozzle and further defines a fuel plenum wall defining a fuel plenum between the pilot fuel nozzle and a fuel plenum wall; A wall further defines a plurality of fuel holes, wherein at least one of the fuel holes is connected in fluid communication with at least one of the fuel jets through the fuel plenum, and the premixing conduits are each connected to the fuel plenum wall. 8. A fuel / air nozzle according to any one of the preceding claims , disposed radially outward from and in fluid communication with at least one of the fuel holes.
ヘッド側端部と、
前記ヘッド側端部に支持される請求項1乃至請求項8のいずれか1項記載の少なくとも1つの燃料/空気ノズルと
を備える、ガスタービンエンジンの燃焼器。
The head side end,
A combustor for a gas turbine engine, comprising: at least one fuel / air nozzle according to any one of claims 1 to 8 supported by the head side end .
ガスタービンエンジンの火炎安定性およびNOxを改善するための燃料/空気ノズルの操作方法であって、前記燃料/空気ノズルが、周壁と、前記周壁内に配置されるとともに中心軸線を規定する中空の中心体と、前記中心体の上流側端部の外部から、かつ前記周壁に向かって半径方向に延在するスウォズルと、前記中心体の下流側端部にある、出口開口部を有する複数の予混合導管を含む予混合パイロットノズルとによって規定される、操作方法において、
一次空気フローを前記スウォズルよりも下流側に送達して、前記一次空気フローの渦流を成すステップと、
一次燃料フローを前記スウォズルに通して送達して、前記スウォズルの下流側の渦流を成している前記一次空気フローと混合するステップと、
パイロット燃料フローを中空の燃料供給路に通して前記予混合パイロットノズルに送達するステップと、
二次空気フローを前記中心体を通して前記予混合パイロットノズルまで下流側に送達するステップと、
前記中心体の前記中心軸線に対して半径方向外向きに傾斜した中心軸線を前記下流側端部でそれぞれ規定するとともに、前記予混合パイロットノズルの前記下流側端部から合気を放出する、複数の軸線方向に細長い中空の予混合導管内で、前記パイロット燃料を前記二次空気フローと混合するステップと、
前記予混合パイロットノズルの前記予混合導管の前記出口開口部から前記混合気を噴出するステップと
を含む、方法。
A method of operating a fuel / air nozzle for improving flame stability and NOx of a gas turbine engine, wherein the fuel / air nozzle is disposed within the peripheral wall, the hollow wall defining the central axis and within the peripheral wall A central body, a swozzle extending radially from the outside of the upstream end of the central body and radially toward the peripheral wall, and a plurality of preliminary openings having an outlet opening at the downstream end of the central body. In a method of operation defined by a premix pilot nozzle including a mixing conduit,
Delivering a primary air flow downstream of the swozzle to create a swirl of the primary air flow;
Delivering a primary fuel flow through the swozzle to mix with the primary air flow forming a swirl downstream of the swozzle;
Delivering a pilot fuel flow to the premix pilot nozzle through a hollow fuel supply path;
Delivering secondary air flow downstream through the central body to the premix pilot nozzle;
With respectively define a central axis that is inclined radially outwardly against the central axis of the central body at the downstream end, to release the mixing Aiki from the downstream end of the premix pilot nozzle, Mixing the pilot fuel with the secondary air flow in a plurality of axially elongated hollow premix conduits;
Ejecting the air-fuel mixture from the outlet opening of the premixing conduit of the premixing pilot nozzle.
前記中心体の前記中心軸線から半径方向に離れる方向で、前記予混合パイロットノズルの前記予混合導管から前記混合気を噴出するステップをさらに含む、請求項10記載の方法。 The method of claim 10 , further comprising ejecting the air-fuel mixture from the premixing conduit of the premixing pilot nozzle in a direction radially away from the central axis of the central body. 前記予混合パイロットノズルの前記予混合導管から半径方向外向きに配置される環状チャネルに、前記二次空気フローの一部を分流するステップをさらに含む、請求項10又は請求項11記載の方法。 12. The method of claim 10 or claim 11 , further comprising diverting a portion of the secondary air flow into an annular channel disposed radially outward from the premixing conduit of the premixing pilot nozzle. 前記環状チャネルから噴出する空気の圧力が、前記環状チャネルに入る空気の圧力を上回る、請求項12記載の方法。 The pressure of air ejected from the annular channel, exceeds the pressure of the air entering the said annular channel, The method of claim 12, wherein. 前記環状チャネルが下流方向に進むにしたがって先細になる、請求項12又は請求項13記載の方法。 14. A method according to claim 12 or claim 13 , wherein the annular channel tapers as it travels in the downstream direction. 前記予混合導管の前記出口開口部から離れる方向で、前記予混合パイロットノズルの前記環状チャネルから空気を噴出するステップをさらに含む、請求項12乃至請求項14のいずれか1項記載の方法。 15. A method according to any one of claims 12 to 14 , further comprising injecting air from the annular channel of the premix pilot nozzle in a direction away from the outlet opening of the premix conduit. 前記環状チャネルから噴出する前記空気が前記中心体の前記中心軸線から離れる方向に導かれる、請求項15記載の方法。 The method of claim 15 , wherein the air ejected from the annular channel is directed in a direction away from the central axis of the central body. 燃料/空気ノズルの外側エンベロープを規定する軸線方向に細長い周壁であって、外表面および前記外表面に対向して面する内表面を有するとともに、軸線方向に細長い内部キャビティを規定する周壁と、
前記燃料/空気ノズルの前記内部キャビティ内に配置され、中心軸線を規定する中空の軸線方向に細長い中心体であって、上流側端部と、前記上流側端部の軸線方向反対側に配置される下流側端部とを規定する中心体壁によって規定され、前記中心体壁が、外表面および前記外表面に対向して面する内表面によって規定され、前記中心体壁の前記内表面が、前記中心体の前記中心軸線を中心にして同心で配置される軸線方向に細長い内部流路を規定する、中心体と、
前記中心体の前記内部流路を通って軸線方向に延在する細長い中空の燃料供給路であって、前記中心体の前記上流側端部に配置され、燃料源に接続するように構成された上流側端部を有し、前記中心体の前記下流側端部に配置される下流側端部を有する燃料供給路と、
前記中心体の前記外表面と前記周壁の前記内表面との間の環状空間によって規定される一次空気フローチャネルと、
前記中心体の前記下流側端部に接続される上流側端部を有する予混合パイロットノズルであって、前記予混合パイロットノズルの前記上流側端部の軸線方向反対側に配置される下流側端部を有する予混合パイロットノズルとを備え、
前記予混合パイロットノズルが、複数の軸線方向に細長い中空の予混合導管をさらに規定し、前記予混合導管がそれぞれ、前記中心体の前記下流側端部付近に配置されるとともに、前記中心体の前記内部流路と流体連通している入口開口部を規定する上流側端部を有し、前記予混合導管がそれぞれ、前記燃料供給路の前記下流側端部と流体連通して接続される少なくとも1つの燃料穴を規定し、前記予混合導管がそれぞれ、前記中空の予混合導管から流体を放出できるようにする出口開口部を規定する下流側端部を有し、前記予混合導管の前記上流側端部が少なくともそれぞれ、前記予混合導管それぞれの前記入口開口部に入る流体フローが前記中心体の前記中心軸線に平行に導かれるように構成され配置される中心軸線を規定し、
さらに、前記予混合導管から半径方向外向きに配置される環状チャネルであって、前記中心体の前記内部流路と流体連通して構成される環状チャネルを備える、ガスタービンエンジンの燃料/空気ノズル。
An axially elongated peripheral wall defining an outer envelope of the fuel / air nozzle, having an outer surface and an inner surface facing the outer surface, and defining an axially elongated inner cavity;
A hollow axially elongated central body that is disposed within the internal cavity of the fuel / air nozzle and defines a central axis, the upstream end and the axially opposite side of the upstream end. A central body wall defining a downstream end, wherein the central body wall is defined by an outer surface and an inner surface facing the outer surface, and the inner surface of the central body wall is A central body defining an elongated internal flow path in an axial direction arranged concentrically about the central axis of the central body;
An elongate hollow fuel supply passage that extends in the axial direction through the internal flow path of the central body, and is disposed at the upstream end of the central body and configured to connect to a fuel source A fuel supply path having an upstream end and a downstream end disposed at the downstream end of the central body;
A primary air flow channel defined by an annular space between the outer surface of the central body and the inner surface of the peripheral wall;
A premix pilot nozzle having an upstream end connected to the downstream end of the central body, the downstream end being disposed on an axially opposite side of the upstream end of the premix pilot nozzle A premix pilot nozzle having a portion,
The premix pilot nozzle further defines a plurality of axially elongated hollow premix conduits, each of the premix conduits being disposed near the downstream end of the central body, At least an upstream end defining an inlet opening in fluid communication with the internal flow path, and each of the premix conduits is connected in fluid communication with the downstream end of the fuel supply path Defining a fuel hole, each of the premix conduits having a downstream end defining an outlet opening that allows fluid to be discharged from the hollow premix conduit, the upstream of the premix conduit each side edge is at least defining a central axis, wherein the premix conduit entrance Ru Fluid flow to the inlet opening of each of which is constructed and arranged to be directed parallel to the central axis of the central body,
The fuel / air nozzle of a gas turbine engine further comprising an annular channel disposed radially outward from the premixing conduit, the annular channel configured in fluid communication with the internal flow path of the central body. .
少なくとも1つの予混合導管の前記上流側端部が、少なくとも1つの予混合導管の前記下流側端部の前記中心軸線に平行でない中心軸線を規定する、請求項17記載の燃料/空気ノズル。 The fuel / air nozzle of claim 17 , wherein the upstream end of at least one premixing conduit defines a central axis that is not parallel to the central axis of the downstream end of at least one premixing conduit. 前記環状チャネルがその下流側端部で複数の空気ジェットを規定する、請求項17又は請求項18記載の燃料/空気ノズル。 19. A fuel / air nozzle as claimed in claim 17 or claim 18, wherein the annular channel defines a plurality of air jets at its downstream end. 前記空気ジェットの少なくとも1つが、前記予混合導管の少なくとも1つの前記出口開口部の1つの付近に配置されるとともに、前記中心体の前記中心軸線と鋭角を形成する中心軸線を有する、請求項19記載の燃料/空気ノズル。 At least one of the air jets, while being disposed one near at least one of the outlet opening of the premixing duct, having a central axis that forms the central axis an acute angle of the central body, according to claim 19 The fuel / air nozzle as described. 前記空気ジェットの少なくとも1つの前記中心軸線が、前記空気ジェットを出る空気フローを前記中心体の前記中心軸線から離れる方向に導く、請求項20記載の燃料/空気ノズル。 21. The fuel / air nozzle of claim 20 , wherein at least one central axis of the air jet directs air flow exiting the air jet away from the central axis of the central body. 前記環状チャネルが、前記空気ジェットに向かって下流方向に進むにしたがって先細になるように構成される、請求項19乃至請求項21のいずれか1項記載の燃料/空気ノズル。 The fuel / air nozzle according to any one of claims 19 to 21, wherein the annular channel is configured to taper as it proceeds downstream toward the air jet. ヘッド側端部と、
前記ヘッド側端部に支持される請求項17乃至請求項22のいずれか1項記載の少なくとも1つの燃料/空気ノズルと
を備える、ガスタービンエンジンの燃焼器。
The head side end,
23. A combustor for a gas turbine engine, comprising: at least one fuel / air nozzle according to any one of claims 17 to 22 supported by the head side end .
ガスタービンエンジンの燃料/空気ノズルの操作方法であって、前記燃料/空気ノズルが、周壁と、前記周壁内に配置されるとともに中心軸線を規定する中空の中心体と、前記中心体の上流側端部の外部から、かつ前記周壁に向かって半径方向に延在するスウォズルと、前記中心体の下流側端部にある、出口開口部を有する複数の予混合導管を含む予混合パイロットノズルとによって規定される、操作方法において、
一次空気フローを前記スウォズルよりも下流側に送達して、前記一次空気フローの渦流を成すステップと、
一次燃料フローを前記スウォズルに通して送達して、前記スウォズルの下流側の渦流を成している前記一次空気フローと混合するステップと、
パイロット燃料フローを中空の燃料供給路に通して前記予混合パイロットノズルに送達するステップと、
二次空気フローを前記中心体を通して前記予混合パイロットノズルまで下流側に送達するステップと、
混合気を前記予混合パイロットノズルの下流側端部から放出する複数の軸線方向に細長い中空の予混合導管内で、前記パイロット燃料を前記二次空気フローと混合するステップと、
前記予混合パイロットノズルの前記予混合導管から半径方向外向きに配置される環状チャネルに、前記二次空気フローの一部を分流するステップと、
前記予混合パイロットノズルの前記予混合導管の前記出口開口部から前記混合気を噴出するステップと
を含む、方法。
A method of operating a fuel / air nozzle of a gas turbine engine, the fuel / air nozzle, the peripheral wall and a hollow central body defining a central axis while being disposed in said peripheral wall, the upper flow of the central body from the outside of the side end portion, and a swozzle extending radially toward the peripheral wall, the underlying stream side end portion of the central body, premixed pilot nozzle including a plurality of premix conduit having an outlet opening In the operation method defined by
Delivering a primary air flow downstream of the swozzle to create a swirl of the primary air flow;
Delivering a primary fuel flow through the swozzle to mix with the primary air flow forming a swirl downstream of the swozzle;
Delivering a pilot fuel flow to the premix pilot nozzle through a hollow fuel supply path;
Delivering secondary air flow downstream through the central body to the premix pilot nozzle;
The mixture plurality of axially within elongated hollow premix conduits emanating from the lower stream side end portion of the premixed pilot nozzle, comprising the steps of mixing the pilot fuel and the secondary air flow,
Diverting a portion of the secondary air flow into an annular channel disposed radially outward from the premix conduit of the premix pilot nozzle;
Ejecting the air-fuel mixture from the outlet opening of the premixing conduit of the premixing pilot nozzle.
前記中心体の前記中心軸線に平行な方向で、前記予混合パイロットノズルの前記予混合導管から前記混合気を噴出するステップをさらに含む、請求項24記載の方法。 25. The method of claim 24 , further comprising ejecting the air-fuel mixture from the premixing conduit of the premixing pilot nozzle in a direction parallel to the central axis of the central body. 前記中心体の前記中心軸線から半径方向に離れる方向で、前記予混合パイロットノズルの前記予混合導管から前記混合気を噴出するステップをさらに含む、請求項24又は請求項25記載の方法。 26. A method according to claim 24 or claim 25 , further comprising the step of ejecting the air-fuel mixture from the premixing conduit of the premixing pilot nozzle in a direction radially away from the central axis of the central body. 前記環状チャネルから噴出する空気の圧力が、前記環状チャネルに入る前記空気の圧力を上回る、請求項24乃至請求項26のいずれか1項記載の方法。 The pressure of air ejected from the annular channel, exceeds the pressure of the air entering the annular channel, any one method according to claim 24 or claim 26. 前記環状チャネルが下流方向に進むにしたがって先細になる、請求項24乃至請求項27のいずれか1項記載の方法。 28. A method according to any one of claims 24 to 27, wherein the annular channel tapers as it progresses in the downstream direction. 前記予混合導管の前記出口開口部から離れる方向で、前記予混合パイロットノズルの前記環状チャネルから空気を噴出するステップをさらに含む、請求項24乃至請求項28のいずれか1項記載の方法。
29. A method according to any one of claims 24 to 28 , further comprising injecting air from the annular channel of the premix pilot nozzle in a direction away from the outlet opening of the premix conduit.
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