JP6212555B2

JP6212555B2 - 燃焼器キャップアセンブリ

Info

Publication number: JP6212555B2
Application number: JP2015525581A
Authority: JP
Inventors: パングル，アンスリー・ミシェル; ウィルソン，マシュー・バナード; ポッシェル，ウィリアム・マイケル
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2012-08-03
Filing date: 2013-08-01
Publication date: 2017-10-11
Anticipated expiration: 2033-08-01
Also published as: US9003803B2; DE112013003847T5; WO2014022627A1; CH708653B1; JP2015524911A; US20140033717A1

Description

本発明は、ガスタービン燃焼技術に関し、より具体的には、燃焼器キャップアセンブリのための簡略化された構造に関する。

陸上発電ガスタービンにおける特定の缶環状燃焼器構成では、燃焼器の前端部または上流側端部に燃焼器キャップアセンブリが設けられ、この燃焼器キャップアセンブリは、燃焼室内へ突出する燃料ノズルを支持する役目を果たす。一般に、燃焼器キャップアセンブリは、ノズルの前端部およびノズルの後端部を含む２つの位置で複数の燃料ノズルを支持するとともに、ノズルを取り囲むバーナーチューブを支持する。幾つかの形態では、中心燃料ノズルだけがバーナーチューブによって取り囲まれ、一方、他の形態では、全ての燃焼器ノズルがそれぞれのバーナーチューブによって取り囲まれる。

特定の既知の構成において、燃焼器キャップアセンブリには、該キャップアセンブリが燃料ノズルおよび／またはバーナーチューブの後端部と接続する後端（すなわち、燃焼室に最も近い端部）に、複数の開口を備える噴出プレートがあり、それぞれの開口は、バーナーチューブの後端部を嵌合状態で受けるピストンリングスリーブによって取り囲まれる。一般に、ピストンリングスリーブは、キャップアセンブリの一部として噴出プレートに対して突き合わせ溶接され、また、バーナーチューブがピストンスリーブ上にわたって受けられ、その場合、バーナーチューブとピストンスリーブとの間には径方向にフラシールを伴う。複数のスポークまたは支柱により接続される内側リングおよび外側リングを有する支持構造体が、噴出プレートに隣接してピストンリングスリーブの端部の周囲に位置付けられて所定位置に溶接される。バーナーチューブスリーブは、キャップアセンブリの反対側の端部または上流側端部でバッキングプレートに対して隅肉溶接される。

現在の構造は、複雑であるとともに、組み立てや修理などにおいて効率の悪さをもたらし得る複数の部品を必要とする。したがって、部品数を減らして組み立て／分解を容易にするが、構造的完全性の低下を何ら伴わない、簡略化された燃焼器キャップアセンブリ構造の必要性が依然として存在したままである。

米国特許出願公開第２０１０／１０１２３２号

典型的であるが非限定的な実施形態によれば、ガスタービン燃焼器用の燃焼器キャップアセンブリにおけるバーナーチューブのための支持構造体であって、外側環状リングと、内側環状ハブと、外側環状リングと内側ハブとの間で径方向に延びる複数の支柱とを備え、内側ハブには、ピストンリング溝と、バーナーチューブの内端部を受けてシールするようになっているピストンリングとが設けられる、支持構造体が提供される。

他の態様では、中心ノズルおよび中心バーナーチューブを含めて複数の燃料ノズルおよび周囲バーナーチューブを支持するためにその前端および後端に支持構造体キャップアセンブリを備え、後端の支持構造体が、前端と対向するスリーブによって部分的に画定される中心開口を有する拡散プレートと、外側環状リングを有するワゴンホイール構造体とを含み、外側環状リングと内側ハブとの間で径方向に延びる複数の支柱を備え、内側ハブには、ピストンリング溝と、バーナーチューブの内端部を受けてシールするようになっているピストンリングとが設けられる、燃焼器キャップアセンブリが提供される。

更なる他の態様では、中心ノズルおよび中心バーナーチューブを含めて複数の燃料ノズルおよび周囲バーナーチューブを支持するためにその前端および後端に支持構造体キャップアセンブリを備え、後端の支持構造体が、前端と対向するスリーブによって部分的に画定される中心開口を有する拡散プレートと、外側環状リングを有するワゴンホイール構造体とを含み、外側環状リングと内側ハブとの間で径方向に延びる複数の支柱を備え、内側ハブには、ピストンリング溝と、バーナーチューブの内端部を受けてシールするようになっているピストンリングとが設けられ、直立テーパ縁部によって画定される円形中心開口を有する噴出プレートを備え、前記内側ハブの前記後端部が前記直立縁部に取り付けられる、燃焼器キャップアセンブリが提供される。

ここで、以下に特定される図面に関連して本発明を詳しく説明する。

既知の形態に係る燃焼器キャップアセンブリの断面である。図１のキャップアセンブリから取り出したノズルバーナーチューブ支持構造体である。図２に示される支持構造体の部分切断図である。本発明の典型的であるが非限定的な実施形態に係るノズルバーナー支持構造体である。本発明に係るノズルバーナーチューブ支持構造体の部分断面であり、ノズルを取り囲むための更なる支持体を示す。図４のノズルバーナーチューブ支持構造体を組み込む燃焼器キャップアセンブリの部分断面である。図６と同様の図であるが、ノズルバーナーチューブ内に取り付けられる中心ノズルも示す。

図１は、５つの外側ノズルが中心ノズルを取り囲む配置を成して複数の燃料ノズル（図示せず）を支持するための既知の燃焼器キャップアセンブリ１０を示す。この特定の例において、全てのノズルには、燃焼器キャップアセンブリの後端に支持される周囲バーナーチューブまたは外側バーナーチューブが設けられる。図１には、２つの外側ノズルバーナーチューブ１２、１４が中心バーナーチューブ１６と共に示される。本発明は、ここでは、特に、キャップアセンブリ１０の内端または後端１８での中心バーナーチューブ１６のための支持に関連する。したがって、図１に示される既知の構成を説明する際には、中心バーナーチューブ１６と、燃焼器キャップアセンブリの内端または後端１８と中心バーナーチューブとの相互作用とに焦点が合わされる。

様々なバーナーチューブは、それらの内端部または前端部（燃焼室と対向する或いは隣接する端部）で、拡散プレート２２に溶接されるスリーブ２０によって支持される。中心スリーブ（本明細書中では「ピストンスリーブ」とも称される）２０は、径方向に延びる複数（図示の例では５つ）のスポークまたは支柱３０により接続される外側リング２６と内側リングまたは内側ハブ２８とによって形成される「ワゴンホイール」構造体２４（図２および図３に最も良く見える）によって側方からも支持される。この構成により、５つの周囲ノズル／バーナーチューブがそれぞれ一対の隣り合う支柱３０によって画定される空間内に位置付けられるのが分かる。

図２および図３を引き続いて参照すると、内側ハブ２８がピストンスリーブ２０上に被嵌し、また、中心バーナーチューブ１６がピストンスリーブ上に嵌め込まれ、その場合、バーナーチューブ１６の内端部３２は、内側ハブ２８の外縁３４に近接して、該外縁３４との間に軸方向の隙間を伴って位置付けられるようになっている。また、内側ハブ２８の内縁３６とピストンスリーブ２０のフランジ状ベース３８との間にも同様の軸方向隙間が存在することに留意されたい。これらの隙間は、動作中の熱成長を許容する。この既知の構成では、拡散プレートを横切る空気漏れを最小限に抑えるために、環状の従来のスプリングまたは「フラシール」４０がバーナーチューブ１６の内端部とピストンスリーブ２０との間に径方向に位置付けられる。

図４および図５は、本発明の典型的であるが非限定的な実施形態にしたがって燃料ノズルアセンブリ（図７参照）上に中心バーナーチューブ６６の内端部を支持するための簡略化された構成を示す。中心バーナーの内側ワゴンホイール構造体４２が外側環状リング４４と内側リングまたは内側ハブ４６とによって形成され、これらのリング間に複数の径方向に延びるスポークまたは支柱４８を伴う。しかしながら、この場合、内側ハブ４６は、別個のピストンスリーブおよびフラシールの必要性を排除するように構成される。また、中心バーナーチューブ６６は、ノズルアセンブリの前端で支持される（図７）とともに、ワゴンホイール構造体４２でのみシールされる。具体的には、内側ハブ４６は、テーパ状の前端部および後端部５０、５２のそれぞれと、これらの端部５０、５２間に軸方向で環状のピストンリング溝５４が形成された内径とを有する。図５および図６に最も良く見られるように、テーパ状の後端部５２の従属環状スカート部５３が拡散プレート５８の相補的な縁部５６に対して突き合わせ溶接されてもよい。テーパ状の前端部５０は、内側ハブ４６内への中心燃料ノズルバーナーチューブ６６の嵌め込みを容易にし、また、溝５４内に位置付けられるピストンリング６０は、燃料ノズルバーナーチューブ６６と内側ハブ４６との間の界面をシールする。

図５は、図１に示される形態とは異なる形態の周囲バーナーチューブ支持スリーブ６１も示すが、前述したバーナーチューブ支持構造体を何ら限定しようとするものではない。

図６および図７は、燃焼器キャップアセンブリ６２に組み込まれるワゴンホイール支持構造体４２を示し、また、図７は、中心ノズル６４が組み込まれて中心燃料ノズルバーナーチューブ６６内へと延びる状態で同じキャップアセンブリ６２を示す。

燃料ノズルバーナーチューブの後端部は、ピストンリング６０でシールされるが、それ以外では、バーナーチューブが噴出プレート５８により係合される場所で固定されない。この構成により、燃料ノズルバーナーチューブは、ピストンリング６０でのシールが維持される間、内側ハブ４６および噴出プレートに対して少なくとも軸方向で熱的に成長できる。

この構成は、より少ない部品で簡単な構造により、構造的完全性を犠牲にせずに、中心バーナーチューブの内端部を効果的に支持する。本発明は、本明細書では中心ノズルバーナーチューブに関連して記載されるが、「ワゴンホイール」支持構造体を伴わなくても、任意のノズルバーナーチューブにおいて適用可能性を有する。言い換えると、ノズルバーナーチューブが支持されるべき任意の位置で内側リングまたは内側ハブ４６と同様な支持体を拡散プレートに溶接することができる。

現在最も実用的で好ましい実施形態であると考えられるものに関連して本発明を説明してきたが、言うまでもなく、本発明は、開示された実施形態に限定されるべきでなく、それどころか、添付の特許請求項の思想および範囲内に含まれる様々な変更および等価な構成を網羅するべく意図される。

１０燃焼器キャップアセンブリ、キャップアセンブリ
１２、１４外側ノズルバーナーチューブ
１６中心バーナーチューブ、バーナーチューブ
１８内端または後端
２０スリーブ、ピストンスリーブ
２２拡散プレート
２４ワゴンホイール構造体
２６外側リング
２８内側リング、内側ハブ
３０スポークまたは支柱
３２内端部
３４外縁
３６内縁
４０フランジ状ベース
４２内側ワゴンホイール構造体、ワゴンホイール構造体、ワゴンホイール支持構造体
４４外側環状リング
４６内側リング、内側ハブ
４８スポークまたは支柱
５０前端部
５２後端部
５３従属環状スカート部
５４ピストンリング溝、溝
５６縁部
５８拡散プレート、噴出プレート
６０ピストンリング
６１周囲バーナーチューブ支持スリーブ
６２燃焼器キャップアセンブリ、キャップアセンブリ
６４中心ノズル
６６中心バーナーチューブ、中心燃料ノズルバーナーチューブ、燃料ノズルバーナーチューブ

Claims

ガスタービン燃焼器用の燃焼器キャップアセンブリ（６２）におけるバーナーチューブ（６６）のための支持構造体であって、
外側環状リング（４４）と、
内側環状ハブ（４６）と、
前記外側環状リング（４４）と前記内側環状ハブ（４６）との間で径方向に延びる複数の支柱（４８）と、
を備え、
前記複数の支柱（４８）の各々の一端は前記内側環状ハブ（４６）の外面に直接取り付けられ、
前記内側環状ハブ（４６）の内面は、前記バーナーチューブ（６６）を受けるように構成され、
前記内側環状ハブ（４６）の前記内面に、環状のピストンリング溝（５４）が形成され、
前記ピストンリング溝（５４）内にピストンリング（６０）がシールされており、該ピストンリング（６０）が、前記バーナーチューブ（６６）の内端部を受けてシールするようになっており、
前記ピストンリング（６０）が、径方向で前記内側環状ハブ（４６）と前記バーナーチューブ（６６）の間に設けられ、
前記バーナーチューブ（６６）が、燃料ノズルの径方向外側に配置され、前記燃料ノズルを囲む、
支持構造体。
前記内側環状ハブ（４６）の前端部（５０）および後端部（５２）にテーパ部が形成され、該テーパ部が、前記内側環状ハブ（４６）の中心に向かって先細りになっている、請求項１に記載の支持構造体。
前記ピストンリング溝（５４）は、前記前端部（５０）と前記後端部（５２）との間に軸方向で形成される、請求項２に記載の支持構造体。
噴出プレート（５８）と組み合わせて、前記噴出プレート（５８）は、前面テーパ縁部（５６）によって画定される円形開口を有し、前記内側環状ハブ（４６）の前記後端部（５２）が前記噴出プレート（５８）の前記前面テーパ縁部（５６）に溶接される、請求項２に記載の支持構造体。
前記複数の支柱（４８）が５つの支柱（４８）を成し、前記バーナーチューブ（６６）
が中心ノズルバーナーチューブ（６６）を成す、請求項１に記載の支持構造体。
前記噴出プレート（５８）の前記円形開口が前記噴出プレート（５８）の中心部に形成され、前記噴出プレート（５８）内の複数の開口が前記円形開口を取り囲み、
前記複数の開口のそれぞれには、周辺バーナーチューブを受けるようになっている直立リング支持体（６１）が形成され、前記直立リング支持体（６１）のそれぞれは、前記周辺バーナーチューブと係合するようになっているピストンリングと嵌合される内側ピストンリング溝を有する、
請求項４に記載の支持構造体。
燃焼器キャップアセンブリ（６２）であって、
中心ノズル（６４）および中心バーナーチューブ（６６）を含めて複数の燃料ノズルおよび周囲バーナーチューブを支持するためにその前端および後端に前記燃焼器キャップアセンブリ（６２）の支持構造体を備え、
前記後端の前記支持構造体は、前記前端と対向するスリーブによって部分的に画定される円形の開口を有する噴出プレート（５８）と、外側環状リング（４４）と内側環状ハブ（４６）とを有するワゴンホイール構造体（４２）とを含み、
前記外側環状リング（４４）と前記内側環状ハブ（４６）との間で径方向に延びる複数の支柱（４８）を備え、
前記複数の支柱（４８）が前記内側環状ハブ（４６）に直接取り付けられ、
前記内側環状ハブ（４６）の径方向内側の面にピストンリング溝（５４）が形成され、
前記ピストンリング溝（５４）内にピストンリング（６０）がシールされており、該ピストンリング（６０）が、前記バーナーチューブ（６６）の内端部を受けてシールするようになっている、
燃焼器キャップアセンブリ（６２）。
燃焼器キャップアセンブリ（６２）であって、
中心ノズル（６４）および中心バーナーチューブ（６６）を含めて複数の燃料ノズルおよび周囲バーナーチューブを支持するためにその前端および後端に前記燃焼器キャップアセンブリ（６２）の支持構造体を備え、
前記後端の前記支持構造体は、前記前端と対向するスリーブによって部分的に画定される円形の開口を有する噴出プレート（５８）と、外側環状リング（４４）と内側環状ハブ（４６）とを有するワゴンホイール構造体（４２）とを含み、
前記外側環状リング（４４）と前記内側環状ハブ（４６）との間で径方向に延びる複数の支柱（４８）を備え、
前記内側環状ハブ（４６）の径方向内側の面にピストンリング溝（５４）が形成され、
記ピストンリング溝（５４）内にピストンリング（６０）がシールされており、該ピ
ストンリング（６０）が、前記バーナーチューブ（６６）の内端部を受けてシールするようになっており、
前記ピストンリング（６０）が、径方向で前記内側環状ハブ（４６）と前記バーナーチューブ（６６）の間に設けられ、
前記円形の開口が、前記スリーブの前面テーパ縁部（５６）によって画定される円形開口を有し、
前記内側環状ハブ（４６）の前記後端部（５２）が前記前面テーパ縁部（５６）に取り付けられる、
燃焼器キャップアセンブリ（６２）。
前記内側環状ハブ（４６）の前端部（５０）および後端部（５２）にテーパ部が形成され、該テーパ部が、前記内側環状ハブ（４６）の中心に向かって先細りになっている、請求項７または８に記載の燃焼器キャップアセンブリ（６２）。
前記ピストンリング溝（５４）は、前記前端部（５０）と前記後端部（５２）との間に軸方向で形成される、請求項９に記載の燃焼器キャップアセンブリ（６２）。
前記噴出プレート（５８）の前記円形の開口は、前面テーパ縁部（５６）によって画定され、前記内側環状ハブ（４６）の前記後端部（５２）が前記噴出プレート（５８）の前記前面テーパ縁部（５６）に溶接される、請求項７乃至１０のいずれかに記載の燃焼器キャップアセンブリ（６２）。
前記複数の支柱（４８）が５つの支柱（４８）を成し、前記バーナーチューブ（６６）が中心ノズルバーナーチューブ（６６）を成す、請求項７乃至１１のいずれかに記載の燃焼器キャップアセンブリ（６２）。
前記噴出プレート（５８）の前記円形の開口が前記噴出プレート（５８）の中心部に形成され、複数の開口が前記円形の開口を取り囲む、請求項１１に記載の燃焼器キャップアセンブリ（６２）。
前記バーナーチューブ（６６）の内端部が拘束されず、それにより、軸方向で熱成長が許容される、請求項７乃至１３のいずれかに記載の燃焼器キャップアセンブリ（６２）。