JP6924019B2 - 予混合火炎スタビライザを有する燃料ノズルアセンブリ - Google Patents

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Description

本発明は、一般的には、ガスタービンの燃焼器で使用するための燃料ノズルアセンブリに関する。より具体的には、本発明は、燃料噴射位置の下流側の火炎安定化用予混合プレートを有する燃料ノズルアセンブリに関する。
典型的なガスタービンは、入口部、圧縮機部、燃焼部、タービン部、および排気部を含む。入口部は、作動流体(たとえば空気)を清浄化し調整して、圧縮機部に作動流体を供給する。圧縮機部は、作動流体の圧力を徐々に増加させ、燃焼部に圧縮された作動流体を供給する。圧縮された作動流体および燃料は、燃焼部内で混合され、燃焼室で燃焼されて、高温高圧の燃焼ガスを生成する。燃焼ガスは、高温ガス経路に沿ってタービン部内に送られ、そこで膨張して仕事を発生させる。たとえば、タービン部における燃焼ガスの膨張は、発電機に接続されたシャフトを回転させて電気を発生させることができる。
燃焼部は、一般的に、圧縮機部とタービン部との間に環状に配列され配置された1つまたは複数の燃焼器を含む。各種パラメータは、燃焼器の設計および動作に影響を与える。たとえば、ガスタービン製造業者は、望ましくない空気汚染排出物を生成することなくガスタービン効率を高めるように定期的にタスクが課されている。従来の炭化水素燃料を燃焼させるガスタービンにより通常生成される主な空気汚染排出物は、窒素酸化物(NOx)、一酸化炭素(CO)、および未燃焼炭化水素(UHC)である。ガスタービンなどの空気吸入エンジンにおける分子窒素の酸化、したがってNOxの形成は、温度の指数関数である。燃焼ガスの温度が高いほど、望ましくないNOx排出物の生成速度が高くなる。
燃焼ガスの温度を低下させて、NOxの生成を制御する1つの方法は、予混合型の燃料噴射器またはスワーラもしくはスウォズル型燃料ノズルアセンブリなどの予混合型の燃料ノズルアセンブリを用いて、燃焼室内の燃焼反応ゾーンの上流側で燃料と空気とを予混合することである。このタイプの燃料ノズルアセンブリでは、燃料は、燃料ノズルアセンブリ内に画定された環状流れまたは予混合流路内の圧縮空気の流れに噴射される。燃料および圧縮空気は、環状流路内で混合され、次に燃料ノズルアセンブリの下流側端部から燃焼室内に送られる。燃焼中に、空気の多いすなわち燃料が希薄な可燃混合気内に存在する過剰な空気の熱容量または熱キャパシタンスによって、燃焼室内の熱を吸収して燃焼ガスの温度を低くし、それによりNOx排出物の生成を低減または防止することができる。
保炎の可能性を低減し、所望の排出性能を達成するために、予混合流路内の、および噴射点で燃焼室に入る希薄可燃混合気の流れ場は、均一または対称でなければならない。したがって、現在の燃料ノズルアセンブリ技術における継続的な改良が有用であろう。
本発明の態様および利点は、以下で記述され、または、記述から明らかになり、または本発明の実施を通して学習することができる。
本発明の一実施形態は、ガスタービン用の燃料ノズルアセンブリである。燃料ノズルアセンブリは、円弧状の内壁と、円弧状の外壁と、第1の側壁と、円周方向に対向する第2の側壁と、の間に画定される予混合室を含む。空気流分流器は、内壁と外壁との間で半径方向に延在し、かつ予混合室内で軸方向に延在する。空気流分流器は、内部燃料回路を画定する。複数のガイドベーンは、予混合室内に配置される。少なくとも1つのガイドベーンは、空気流分流器と第1の側壁または第2の側壁の一方との間で円周方向に延在する。ガイドベーンのうちの1つまたは複数は、燃料回路と流体連通する燃料ポートを含む。予混合プレートは、燃料ポートの下流側に、内壁と外壁との間で半径方向に延在し、かつ第1の側壁と第2の側壁との間で円周方向に延在する。予混合プレートは、下流側側面から軸方向に離間した上流側側面および複数の流路を含む。流路は、予混合室から予混合プレートを通る流体の流れを提供する。
本発明の別の実施形態は、ガスタービン用の燃焼器である。燃焼器は、一般的に、燃焼器内に画定された燃焼室と、燃焼室の上流側に配置された燃料ノズルアセンブリと、を含む。燃料ノズルアセンブリは、円弧状の内壁と、円弧状の外壁と、第1の側壁と、円周方向に対向する第2の側壁と、の間に画定される予混合室を含む。空気流分流器は、内壁と外壁との間で半径方向に延在し、かつ予混合室内で軸方向に延在する。空気流分流器は、内部燃料回路を画定する。複数のガイドベーンは、予混合室内に配置される。少なくとも1つのガイドベーンは、空気流分流器と第1の側壁または第2の側壁の一方との間で円周方向に延在する。ガイドベーンのうちの1つまたは複数は、燃料回路と流体連通する燃料ポートを含む。予混合プレートは、燃料ポートの下流側であって、燃焼室の上流側に、内壁と外壁との間で半径方向に延在し、かつ第1の側壁と第2の側壁との間で円周方向に延在する。予混合プレートは、下流側側面から軸方向に離間した上流側側面および複数の流路を含む。流路は、予混合室から予混合プレートを通って燃焼室に流入する流体の流れを提供する。
本発明の別の実施形態は、ガスタービンを含む。ガスタービンは、圧縮機と、圧縮機の下流側に配置された燃焼器と、燃焼器の下流側に配置されたタービンと、を含む。燃焼器は、外側ケーシングに結合された端部カバーと、外側ケーシング内に画定された燃焼室と、を含む。燃料ノズルアセンブリは、端部カバーの下流側に延在し、かつ燃焼室の上流側で終端する。燃料ノズルアセンブリは、円弧状の内壁と、円弧状の外壁と、第1の側壁と、円周方向に対向する第2の側壁と、の間に画定される予混合室を含む。空気流分流器は、内壁と外壁との間で半径方向に延在し、かつ予混合室内で軸方向に延在する。空気流分流器は、内部燃料回路を画定する。複数のガイドベーンは、予混合室内に配置される。少なくとも1つのガイドベーンは、空気流分流器と第1の側壁または第2の側壁の一方との間で円周方向に延在する。ガイドベーンのうちの1つまたは複数は、燃料回路と流体連通する燃料ポートを含む。予混合プレートは、燃料ポートの下流側であって、燃焼室の上流側に、内壁と外壁との間で半径方向に延在し、かつ第1の側壁と第2の側壁との間で円周方向に延在する。予混合プレートは、下流側側面から軸方向に離間した上流側側面および複数の流路を含む。燃料ノズルアセンブリの上流側側面は、同心状に整列した複数の環状壁と、半径方向に隣接する環状壁の間で半径方向に延在する円周方向に離間した複数の半径方向壁と、を含む。環状壁および半径方向壁は、各流路への入口を少なくとも部分的に画定し、流路は、予混合室から予混合プレートを通って燃焼室に流入する流体の流れを提供する。
当業者は、本明細書を精査することにより、このような実施形態の特徴および態様、ならびにその他をよりよく理解するであろう。
本発明の完全で可能にする開示は、当業者にとってその最良の形態を含み、以下の添付の図面を参照して本明細書の残りの部分においてより詳細に説明される。
本発明の範囲内の例示的なガスタービンの機能ブロック図である。 本発明の様々な実施形態を組み込むことができる例示的な燃焼器の簡略化した断面側面図である。 本発明の少なくとも1つの実施形態による例示的な燃料ノズルアセンブリの斜視図である。 本発明の少なくとも1つの実施形態による、図3に示す切断線4−4に沿って切断した例示的な燃料ノズルアセンブリの断面斜視図である。 本発明の少なくとも1つの実施形態による、図3に示す切断線5−5に沿って切断した例示的な燃料ノズルアセンブリの一部の上流側断面斜視図である。 本発明の一実施形態による、図4に示す例示的な燃料ノズルの断面側面図である。 本発明の少なくとも1つの実施形態による、図4に示す燃料ノズルアセンブリの予混合プレートの下流側斜視図である。 本発明の少なくとも1つの実施形態による、図4に示す燃料ノズルアセンブリの下流側斜視図であり、燃料ノズルアセンブリの動作フロー図を提供する。
本発明の実施形態を示すために、ここで詳細に参照を行うが、それの1つまたは複数の実施例を添付の図面に示す。詳細な説明は、図面の特徴を参照するために、数字および文字の符号を用いる。図面および説明の同様のまたは類似の符号は、本発明の同様のまたは類似の部材を指すために用いている。
本明細書において、「第1の」、「第2の」、および「第3の」という用語は、1つの構成要素と別の構成要素とを区別するために交換可能に用いることができ、個々の構成要素の位置または重要性を示すことを意図しない。「上流側」、「下流側」、「半径方向」、および「軸方向」という用語は、流体経路における流体の流れについての相対的方向を示す。たとえば、「上流側」は流体がそこから流れる方向を示し、「下流側」は流体がそこへ流れる方向を示す。同様に、「半径方向」は流体の流れに対して実質的に垂直な相対的方向を示し、「軸方向」は流体の流れに対して実質的に平行な相対的方向を示す。「円周方向」という用語は、特定の構成要素の軸方向中心線CLの周りに延在する相対的方向を示す。
各実施例は本発明の説明のために提供するものであって、本発明を限定するものではない。実際、本発明の範囲または趣旨を逸脱せずに、修正および変更が本発明において可能であることは、当業者にとって明らかであろう。たとえば、一実施形態の一部として図示または記載する特徴は、さらに別の実施形態を与えるために、別の実施形態で用いることができる。したがって、本発明は、添付の請求の範囲およびそれらの等価物の範囲に入るこのような修正および変更を包括することが意図されている。
ここで図面を参照すると、図面全体を通して同一符号は同一要素を示しており、図1は、本発明の様々な実施形態を組み込むことができる例示的なガスタービン10の機能ブロック図である。図示するように、ガスタービン10は、一般に、一連のフィルタ、冷却コイル、水分分離器、および/またはガスタービン10に入る作動流体(たとえば、空気)14を精製または調整するための他の装置を含むことができる入口部12を含む。作動流体14は圧縮機部に流れ、そこでは圧縮機16が作動流体14に徐々に運動エネルギーを与えて、高エネルギー状態に圧縮された作動流体18を生成する。
圧縮された作動流体18は、燃料供給システム22からの燃料20と混合され、1つまたは複数の燃焼器24内で可燃混合気を生成する。可燃混合気は、燃焼されて、高温高圧の燃焼ガス26を生成する。燃焼ガス26は、タービン部のタービン28を通って流れ、仕事を生成する。たとえば、タービン28は、シャフト30に接続され、タービン28の回転が圧縮機16を駆動して、圧縮された作動流体18を生成することができる。あるいはまたはそれに加えて、シャフト30は、タービン28を、電気を発生するための発電機32に接続することができる。タービン28からの排気ガス34は、タービン28をタービン28の下流側の排気スタック38に接続する排気部36を通って流れる。排気部36は、たとえば、環境へ放出する前に排気ガス34からの付加的な熱を洗浄および抽出するための、熱回収蒸気発生器(図示せず)を含むことができる。
燃焼器24は、当技術分野で公知の燃焼器の任意のタイプであってもよく、本発明は、特許請求の範囲に特に記載しない限り、いかなる特定の燃焼器設計にも限定されない。たとえば、燃焼器24は、カン型またはカニュラ型燃焼器とすることができる。図2は、本発明の様々な実施形態を組み込むことができる例示的な燃焼器24の簡略化した断面側面図である。図2に示すように、ケーシング40(圧縮機吐出ケーシングなど)および端部カバー42は、圧縮機16(図1)から燃焼器24に流れる圧縮された作動流体18を収容するように、燃焼器ケーシング44を介して互いに結合することができる。圧縮された作動流体18は、衝突スリーブまたは燃焼流スリーブなどの流れスリーブ48の流れ孔46を通過して、燃焼器24のヘッド端部54に向かって遷移ダクト50および/またはライナ52の外部に沿って流れることができる。
ヘッド端部54は、端部カバー42および/または燃焼器ケーシング44によって少なくとも部分的に画定される。圧縮された作動流体18は、ヘッド端部54に向かって流れる際に、遷移ダクト50および/またはライナ52に対流および/または伝導冷却を提供することができる。ヘッド端部54では、圧縮された作動流体18は、流れ方向を反転して、複数の燃料ノズルアセンブリ56を通って流れる。燃料ノズルアセンブリ56は、中央燃料ノズルアセンブリの周りに環状に配列した扇形の複数の燃料ノズルアセンブリを含むことができる。燃料20は、燃料供給システム22から、端部カバー42内に画定された1つまたは複数の燃料回路(図示せず)を通って、燃料ノズルアセンブリ56の各々またはそのいくつかに流入する。燃料供給システム22は、燃焼器24へ気体および/または液体の燃料を提供することができる。圧縮された作動流体18は、燃料ノズルアセンブリ56を通過する際に燃料20と予混合されて、可燃混合気58を形成する。可燃混合気58は、燃焼するために燃料ノズルアセンブリ56から燃焼室60に流入する。
図3は、本発明の一実施形態による、図2に示す1つまたは複数の燃料ノズルアセンブリ56のうちの例示的な燃料ノズルアセンブリ100の斜視図である。図4は、本発明の一実施形態による、図3に示す切断線4−4に沿って切断した燃料ノズルアセンブリ100の断面斜視側面図である。燃料ノズルアセンブリ100は、5アラウンド1燃料ノズル構成などの、中央燃料ノズルアセンブリの周りに環状または円周方向に配列された外側燃料ノズルとして用いることができる。様々な実施形態では、図3および図4に示すように、燃料ノズルアセンブリ100は、円弧状の内壁またはライナ102、内壁102から半径方向に離間した円弧状の外壁またはライナ104、第2の側壁108(図4)から円周方向に離間した第1の側壁106(図3)、ならびに燃料ノズルアセンブリ100の下流側端部112に配置された予混合プレート110を含む。第1の側壁106および第2の側壁108は、内側ライナ102から外側ライナ104まで半径方向に延在する。予混合プレート110は、内壁102と外壁104との間で中心線CLに対して半径方向に延在し、かつ、第1の側壁106と第2の側壁108との間で円周方向に延在する。
図3および図4に併せて示すように、内壁102、外壁104、第1の側壁106(図3)、および第2の側壁108は、燃料ノズルアセンブリ100内の予混合流路または室114(図4)を画定する。図3および図4に示すように、空気流分流器116は、燃料ノズルアセンブリ100の基部118から予混合室114内まで中心線CLに対して軸方向に延在する。図4に示すように、空気流分流器116は、内壁102および外壁104から、またはそれらの間で半径方向に延在する。様々な実施形態では、図4に示すように、壁は、1つまたは複数の内部燃料回路120(破線で示す)を画定し、または含む。様々な実施形態では、予混合プレート110は、一般に、燃焼室60(図2)の上流側の予混合流室114を横切って鈍頭物体を提供する。
図5は、図3に示す切断線5−5に沿って切断した燃料ノズルアセンブリ100の断面斜視図である。様々な実施形態では、図4および図5に示すように、燃料ノズルアセンブリ100は、複数のガイドベーン122を含む。ガイドベーン122は、空気流分流器116に沿って軸方向にまたは実質的に軸方向に延在し、半径方向厚さを有し、予混合室114内に少なくとも部分的に延在する。特定の実施形態では、図4に示すように、各々のまたは少なくとも1つのガイドベーン122の上流側部分124は、外壁104に向かって半径方向外向きに湾曲することができる(図示するように)。
特定の実施形態では、図4および図5に示すように、燃料ノズルアセンブリ100は、空気流分流器116と第1の側壁106との間に円周方向に延在するガイドベーン122のうちの第1の組122(a)、および壁106と第2の側壁108との間に円周方向に延在するガイドベーン122のうちの第2の組122(b)を含む。ガイドベーン122のうちの第1の組122(a)および第2の組122(b)は、特許請求の範囲に記載がない限り、いかなる特定の数のガイドベーン122にも限定されない。たとえば、特定の実施形態では、図4および図5に示すように、ガイドベーン122のうちの第1の組122(a)および第2の組122(b)は、それぞれ2つのガイドベーン122を含むことができる。
様々な実施形態では、図4に示すように、ガイドベーン122のうちの1つまたは複数は、燃料流路128および1つもしくは複数の燃料ポート130を含む。様々な実施形態では、燃料流路128および燃料ポート130は、空気流分流器116内におよび/またそれにより画定された燃料回路120と流体連通することができる。燃料回路120は、たとえば、端部カバー42(図2)を介して燃料供給システム22(図2)と流体連通することができる。燃料ポート130は、燃料流路128と予混合室114との間の流体連通を提供する。ガイドベーン122の湾曲した上流側部分124は、圧縮空気18(図2)が燃焼器24のヘッド端部54から燃料ポート130の上流側の予混合室114に流入する際に、圧縮空気18の流れ特性または流れプロファイルを操作することができる。
図6は、本発明の少なくとも1つの実施形態による、図4に示す燃料ノズルアセンブリ100の断面側面図である。特定の実施形態では、図6に示すように、ガイドベーン122は、異なる軸方向距離132、134における空気流分流器116に沿って軸方向に延在することができる。特定の実施形態では、燃料ポート130は、軸方向にオフセットすることができる。たとえば、燃料ポート130は、入口126から予混合室または外壁104の上流側端部140まで測定される、あるいはその代わりに予混合プレート110の上流側側面142から測定される、予混合室114内の異なる軸方向距離136、138におけるガイドベーン122に沿って配置することができ、したがって予混合室114内における軸方向燃料ステージング能力および/または利点を提供する。
図7は、本発明の一実施形態による、図4および図6に示す予混合プレート110の拡大した下流側斜視図である。図4および図7に併せて示すように、予混合プレート110は、下流側または火炎側面144から軸方向に離間して配置された上流側側面142を含む。図4および図7に併せて示すように、予混合プレート110は、上流側側面142および下流側側面144を貫通してほぼ軸方向に延在する複数の流路146を画定する、または少なくとも部分的に画定する。
特定の実施形態では、図4および図7に示すように、流路146は、内壁102と外壁104との間に半径方向に積み重ねられた複数の円周方向列148を形成するように配列することができる。各円周方向列148は、隣接する円周方向列148から半径方向に分離されている。流路146は、ほぼ円形の断面形状を有するように示しているが、特許請求の範囲において特に提示されない限り、流路146は、いかなる特定の断面形状にも限定されないことを理解されたい。たとえば、流路146は、円弧状、矩形、三角形、または台形の断面形状を有してもよい。
図4および図7に示すように、各流路146は、上流側側面142に沿って画定される入口150および下流側側面144に沿って画定される出口152(図4)を含む。入口150は、予混合流路114および出口152と流体連通する。流路146のうちの少なくともいくつかは、予混合流路114から予混合プレート110を通って燃焼室60(図2)に流入する流体の流れを提供する。
入口150および出口152は、異なる形状を有することができ、予混合室114から流路146に流入する燃料空気混合気の予混合が入口150において最大になり、別々の燃料空気噴流が出口152で形成される。保炎の可能性を最小にするために、入口150の形状から出口152の形状への遷移は滑らかであり、または荒いものではない。一実施形態では、入口150は出口152よりも大きな面積を有しているので、予混合プレート110を通る燃料空気混合気の流れを加速する。
様々な実施形態では、図6および図7に併せて示すように、予混合プレート110の上流側側面142は、中心線CLに対して軸方向および半径方向に延在し、かつ第1の側壁106と第2の側壁108との間で円周方向に延在する同心状に整列した複数の環状壁154を含み、および/または画定することができる。各環状壁154は、隣接する環状壁154または壁から半径方向に離間して配置される。環状壁154は、半径方向に隣接する流路146の入口150および出口152を半径方向に分離または隔離する。
様々な実施形態では、図7に示すように、予混合プレートは、半径方向に隣接した環状壁154および/または内壁102もしくは外壁104の間で半径方向に延在する円周方向に離間した複数の半径方向壁156を含み、および/または少なくとも部分的に画定する。半径方向壁156は、円周方向に隣接する流路146および/または入口150を隣接した流路146に対して円周方向に分離または隔離する。環状壁154および半径方向壁156は、各流路146への入口150を囲み、および/または少なくとも部分的に画定し、それによって、燃料空気混合気が予混合プレート110に流入する面積を最大化し、そうでなければ、たとえば、円形の形状が入口150から出口152まで連続していたならば隣接する流路間に生じるであろうデッドスペースを最小にする。特定の実施形態では、流路146のうちの1つまたは複数は、対応する環状壁154および/または対応する半径方向壁156の中に、またはそれと混合される。
図8は、本発明の一実施形態による、図4に示す断面燃料ノズルの下流側斜視図であり、燃料ノズルアセンブリ100の動作フロー図も示す。動作中には、図8に示すように、燃焼器24(図2)のヘッド端部54(図2)からの圧縮空気18は、入口126を通って予混合室114に送られ、燃料20は、ガイドベーン122内に画定された種々の燃料ポート130を介して圧縮空気18の流れの中に噴射される。特定の実施形態では、圧縮空気18は、ガイドベーン122を介して複数の燃料ポート130の上流側で予備調整することができ、したがって、圧縮空気18が燃焼器24のヘッド端部54から燃料ポート130の上流側の予混合室114に流入する際に、圧縮空気18の流れ特性または流れプロファイルを操作することができる。
燃料20および圧縮空気18は、予混合室114内で一緒に混合され、入口150の上流側において矢印158で示すように燃料空気混合気を供給する。環状壁154および半径方向壁156および/または混合された入口150などの、予混合プレート110の上流側側面または入口側面142に沿って画定された様々な表面特徴は、流路146に対してほぼ空気力学的に清浄な入口150を提供し、したがって流路146の出口152において、および/またはその下流側において火炎安定化を提供する。加えてまたはそれに代えて、流路146は、燃焼室60の上流側の燃料空気混合気158のさらなるまたはより完全な予混合を促進することができるので、燃焼器24の全体的な排出性能を向上させることができる。燃料空気混合気158は、実質的に軸方向に燃焼室60に入る(すなわち、スワーラまたはスウォズル型予混合燃料ノズルに通常付随する渦流、または接線方向の流れ方向がない)。その結果、火炎前面はより短くなり、火炎安定性を示す。
本明細書は、最良の形態を含み、本発明を開示するために、また、いかなる当業者も本発明を実施することができるように実施例を用いており、任意のデバイスまたはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。本発明の特許され得る範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例が請求項の字義通りの文言と異ならない構造要素を含む場合、または、それらが請求項の字義通りの文言と実質的な差異がない等価な構造要素を含む場合には、このような他の実施例は特許請求の範囲内であることを意図している。
[実施態様1]
燃料ノズルアセンブリ(100)であって、
円弧状の内壁(102)と、円弧状の外壁(104)と、第1の側壁(106)と、円周方向に対向する第2の側壁(108)と、の間に画定される予混合室(114)と、
前記内壁(102)と前記外壁(104)との間で半径方向に延在し、かつ前記予混合室(114)内で軸方向に延在する空気流分流器(116)であって、内部燃料回路(120)を画定する空気流分流器(116)と、
前記予混合室(114)内に配置された複数のガイドベーン(122)であって、少なくとも1つのガイドベーン(122)は、前記空気流分流器(116)と前記第1の側壁(106)または前記第2の側壁(108)の一方との間で円周方向に延在し、前記ガイドベーン(122)のうちの1つまたは複数は前記燃料回路(120)と流体連通する燃料ポート(130)を含む、複数のガイドベーン(122)と、
前記燃料ポート(130)の下流側に、前記内壁(102)と前記外壁(104)との間で半径方向に延在し、かつ前記第1の側壁(106)と前記第2の側壁(108)との間で円周方向に延在する予混合プレート(110)であって、下流側側面(144)から軸方向に離間した上流側側面(142)および複数の流路(146)を含み、前記流路(146)は前記予混合室(114)から前記予混合プレート(110)を通る流体の流れを提供する、予混合プレート(110)と、を含む燃料ノズルアセンブリ(100)。
[実施態様2]
実施態様1に記載の燃料ノズルアセンブリ(100)であって、前記予混合プレート(110)の前記上流側側面(142)は、同心状に整列した複数の環状壁(154)と、半径方向に隣接する前記環状壁(154)の間で半径方向に延在する円周方向に離間した複数の半径方向壁(156)と、を含み、前記環状壁(154)および前記半径方向壁(156)は各流路(146)への入口(150)を少なくとも部分的に画定する、燃料ノズルアセンブリ(100)。
[実施態様3]
実施態様2に記載の燃料ノズルアセンブリ(100)であって、前記流路(146)は、前記環状壁(154)および各流路(146)の前記入口(150)に近接する前記半径方向壁(156)と混合される、燃料ノズルアセンブリ(100)。
[実施態様4]
実施態様1に記載の燃料ノズルアセンブリ(100)であって、前記ガイドベーン(122)のうちの1つまたは複数は、内部に燃料流路(128)を少なくとも部分的に画定する、燃料ノズルアセンブリ(100)。
[実施態様5]
実施態様1に記載の燃料ノズルアセンブリ(100)であって、前記分流器(116)は、前記燃料ノズルアセンブリ(100)の基部(118)に接続される、燃料ノズルアセンブリ(100)。
[実施態様6]
実施態様1に記載の燃料ノズルアセンブリ(100)であって、前記複数のガイドベーン(122)のうちの少なくとも1つのガイドベーン(122)の上流側部分(124)は、前記外壁(104)に向かって半径方向に湾曲している、燃料ノズルアセンブリ(100)。
[実施態様7]
実施態様1に記載の燃料ノズルアセンブリ(100)であって、前記複数のガイドベーン(122)は、前記分流器(116)と前記第1の側壁(106)との間で円周方向に延在する第1の組のガイドベーン(122a)と、前記分流器(116)と前記第2の側壁(108)との間で円周方向に延在する第2の組のガイドベーン(120b)と、を含む、燃料ノズルアセンブリ(100)。
[実施態様8]
実施態様1に記載の燃料ノズルアセンブリ(100)であって、前記複数のガイドベーン(122)は、異なる軸方向距離において前記空気流分流器(116)に沿って軸方向に延在する、燃料ノズルアセンブリ(100)。
[実施態様9]
実施態様1に記載の燃料ノズルアセンブリ(100)であって、前記複数のガイドベーン(122)のうちの2つ以上のガイドベーン(122)の前記燃料ポート(130)は、軸方向にオフセットされている、燃料ノズルアセンブリ(100)。
[実施態様10]
ガスタービン(10)用の燃焼器(24)であって、
前記燃焼器(24)内に画定された燃焼室(60)と、
燃料ノズルアセンブリ(100)と、を含み、前記燃料ノズルアセンブリ(100)は、
円弧状の内壁(102)と、円弧状の外壁(104)と、第1の側壁(106)と、円周方向に対向する第2の側壁(108)と、の間に画定される予混合室(114)と、
前記内壁(102)と前記外壁(104)との間で半径方向に延在し、かつ前記予混合室(114)内で軸方向に延在する空気流分流器(116)であって、内部燃料回路(120)を画定する空気流分流器(116)と、
前記予混合室(114)内に配置された複数のガイドベーン(122)であって、少なくとも1つのガイドベーン(122)は、前記空気流分流器(116)と前記第1の側壁(106)または前記第2の側壁(108)の一方との間で円周方向に延在し、前記ガイドベーン(122)のうちの1つまたは複数は前記燃料回路(120)と流体連通する燃料ポート(130)を含む、複数のガイドベーン(122)と、
前記燃料ポート(130)の下流側であって、前記燃焼室(60)の上流側に、前記内壁(102)と前記外壁(104)との間で半径方向に延在し、かつ前記第1の側壁(106)と前記第2の側壁(108)との間で円周方向に延在する予混合プレート(110)であって、下流側側面(144)から軸方向に離間した上流側側面(142)および複数の流路(146)を含み、前記流路(146)は前記予混合室(114)から前記予混合プレート(110)を通って前記燃焼室(60)に流入する流体の流れを提供する、予混合プレート(110)と、を含む、燃焼器(24)。
[実施態様11]
実施態様10に記載の燃焼器(24)であって、前記予混合プレート(110)の前記上流側側面(142)は、同心状に整列した複数の環状壁(154)と、半径方向に隣接する前記環状壁(154)の間で半径方向に延在する円周方向に離間した複数の半径方向壁(156)と、を含み、前記環状壁(154)および前記半径方向壁(156)は各流路(146)への入口(150)を少なくとも部分的に画定する、燃焼器(24)。
[実施態様12]
実施態様11に記載の燃焼器(24)であって、前記流路(146)は、前記環状壁(154)および各流路(146)の前記入口(150)に近接する前記半径方向壁(156)と混合される、燃焼器(24)。
[実施態様13]
実施態様10に記載の燃焼器(24)であって、前記ガイドベーン(122)のうちの1つまたは複数は、内部に燃料流路(128)を少なくとも部分的に画定する、燃焼器(24)。
[実施態様14]
実施態様10に記載の燃焼器(24)であって、前記分流器(116)は、前記燃料ノズルアセンブリ(100)の基部(118)に接続される、燃焼器(24)。
[実施態様15]
実施態様10に記載の燃焼器(24)であって、前記複数のガイドベーン(122)のうちの少なくとも1つのガイドベーン(122)の上流側部分(124)は、前記外壁(104)に向かって半径方向に湾曲している、燃焼器(24)。
[実施態様16]
実施態様10に記載の燃焼器(24)であって、前記複数のガイドベーン(122)は、前記分流器(116)と前記第1の側壁(106)との間で円周方向に延在する第1の組のガイドベーン(122a)と、前記分流器(116)と前記第2の側壁(108)との間で円周方向に延在する第2の組のガイドベーン(122b)と、を含む、燃焼器(24)。
[実施態様17]
実施態様10に記載の燃焼器(24)であって、前記複数のガイドベーン(122)は、異なる軸方向距離において前記空気流分流器(116)に沿って軸方向に延在する、燃焼器(24)。
[実施態様18]
実施態様10に記載の燃焼器(24)であって、前記複数のガイドベーン(122)のうちの2つ以上のガイドベーン(122)の前記燃料ポート(130)は、軸方向にオフセットされている、燃焼器(24)。
[実施態様19]
ガスタービン(10)であって、
圧縮機(16)と、前記圧縮機(16)の下流側に配置された燃焼器(24)と、前記燃焼器(24)の下流側に配置されたタービン(28)と、を含み、前記燃焼器(24)は、外側燃焼器ケーシング(44)に結合された端部カバー(42)と、前記外側燃焼器ケーシング(44)内に画定された燃焼室(60)と、前記端部カバー(42)の下流側に延在し、かつ前記燃焼室(60)の上流側で終端する燃料ノズルアセンブリ(100)と、を含み、
前記燃料ノズルアセンブリ(100)は、
円弧状の内壁(102)と、円弧状の外壁(104)と、第1の側壁(106)と、円周方向に対向する第2の側壁(108)と、の間に画定される予混合室(114)と、
前記内壁(102)と前記外壁(104)との間で半径方向に延在し、かつ前記予混合室(114)内で軸方向に延在する空気流分流器(116)であって、内部燃料回路(120)を画定する空気流分流器(116)と、
前記予混合室(114)内に配置された複数のガイドベーン(122)であって、少なくとも1つのガイドベーン(122)は、前記空気流分流器(116)と前記第1の側壁(106)または前記第2の側壁(108)の一方との間で円周方向に延在し、前記ガイドベーン(122)のうちの1つまたは複数は前記燃料回路(120)と流体連通する燃料ポート(130)を含む、複数のガイドベーン(122)と、
前記燃料ポート(130)の下流側であって前記燃焼室(60)の上流側に、前記内壁(102)と前記外壁(104)との間で半径方向に延在し、かつ前記第1の側壁(106)と前記第2の側壁(108)との間で円周方向に延在する予混合プレート(110)と、を含み、前記予混合プレート(110)は、下流側側面(144)から軸方向に離間した上流側側面(142)および複数の流路(146)を含み、前記燃料ノズルアセンブリ(100)の前記上流側側面(142)は、同心状に整列した複数の環状壁(154)と、半径方向に隣接する前記環状壁(154)の間で半径方向に延在する円周方向に離間した複数の半径方向壁(156)と、を含み、前記環状壁(154)および前記半径方向壁(156)は、前記流路(146)のうちの1つまたは複数への入口(150)を少なくとも部分的に画定し、前記流路(146)は、前記予混合室(114)から前記予混合プレート(110)を通って前記燃焼室(60)に流入する流体の流れを提供する、ガスタービン(10)。
[実施態様20]
実施態様19に記載のガスタービン(10)であって、前記複数のガイドベーン(122)は、前記分流器(116)と前記第1の側壁(106)との間で円周方向に延在する第1の組のガイドベーン(122(a))と、前記分流器(116)と前記第2の側壁(108)との間で円周方向に延在する第2の組のガイドベーン(122(b))と、を含み、前記第1の組のガイドベーン(122a)または前記第2の組のガイドベーン(122b)のうちの2つ以上のガイドベーン(122)の前記燃料ポート(130)は、軸方向にオフセットされている、ガスタービン(10)。
10 ガスタービン
12 入口部
14 作動流体
16 圧縮機
18 圧縮された作動流体、圧縮空気
20 燃料
22 燃料供給システム
24 燃焼器
26 燃焼ガス
28 タービン
30 シャフト
32 発電機
34 排気ガス
36 排気部
38 排気スタック
40 ケーシング/圧縮機吐出ケーシング
42 端部カバー
44 燃焼器ケーシング
46 流れ孔
48 流れスリーブ
50 遷移ダクト
52 ライナ
54 ヘッド端部
56 燃料ノズルアセンブリ
58 可燃混合気
60 燃焼室
100 燃料ノズルアセンブリ
102 内壁、内側ライナ
104 外壁、外側ライナ
106 第1の側壁
108 第2の側壁
110 予混合プレート
112 下流側端部
114 予混合流路/室
116 空気流分流器
118 基部
120 内部燃料回路
122 ガイドベーン
122(a) 第1の組のガイドベーン
122(b) 第2の組のガイドベーン
124 上流側部分
126 入口
128 燃料流路
130 燃料ポート
132 軸方向距離
134 軸方向距離
136 軸方向距離
138 軸方向距離
140 上流側端部(外壁)
142 上流側側面/入口側面(予混合プレート)
144 下流側/火炎側面(予混合プレート)
146 流路(予混合プレート)
148 円周方向列(流路)
150 入口(流路)
152 出口(流路)
154 環状壁
156 半径方向壁
158 燃料空気混合気
159〜199 使用せず
CL 軸方向中心線

Claims (12)

  1. 燃料ノズルアセンブリ(100)であって、
    円弧状の内壁(102)と、円弧状の外壁(104)と、第1の側壁(106)と、円周方向に対向する第2の側壁(108)と、の間に画定される予混合室(114)と、
    前記内壁(102)と前記外壁(104)との間で半径方向に延在し、かつ前記予混合室(114)内で軸方向に延在する空気流分流器(116)であって、内部燃料回路(120)を画定する空気流分流器(116)と、
    前記予混合室(114)内に配置された複数のガイドベーン(122)であって、少なくとも1つのガイドベーン(122)は、前記空気流分流器(116)と前記第1の側壁(106)または前記第2の側壁(108)の一方との間で円周方向に延在し、前記ガイドベーン(122)のうちの1つまたは複数は前記内部燃料回路(120)と流体連通する燃料ポート(130)を含む、複数のガイドベーン(122)と、
    前記燃料ポート(130)の下流側に、前記内壁(102)と前記外壁(104)との間で半径方向に延在し、かつ前記第1の側壁(106)と前記第2の側壁(108)との間で円周方向に延在する予混合プレート(110)であって、下流側側面(144)から軸方向に離間した上流側側面(142)および複数の流路(146)を含み、前記流路(146)は前記予混合室(114)から前記予混合プレート(110)を通る流体の流れを提供する、予混合プレート(110)と、を含む燃料ノズルアセンブリ(100)。
  2. 請求項1に記載の燃料ノズルアセンブリ(100)であって、前記予混合プレート(110)の前記上流側側面(142)は、同心状に整列した複数の環状壁(154)と、半径方向に隣接する前記環状壁(154)の間で半径方向に延在する円周方向に離間した複数の半径方向壁(156)と、を含み、前記環状壁(154)および前記半径方向壁(156)は各流路(146)への入口(150)を少なくとも部分的に画定する、燃料ノズルアセンブリ(100)。
  3. 請求項1または2に記載の燃料ノズルアセンブリ(100)であって、前記ガイドベーン(122)のうちの1つまたは複数は、内部に燃料流路(128)を少なくとも部分的に画定する、燃料ノズルアセンブリ(100)。
  4. 請求項1乃至3のいずれかに記載の燃料ノズルアセンブリ(100)であって、前記分流器(116)は、前記燃料ノズルアセンブリ(100)の基部(118)に接続される、燃料ノズルアセンブリ(100)。
  5. 請求項1乃至4のいずれかに記載の燃料ノズルアセンブリ(100)であって、前記複数のガイドベーン(122)は、前記分流器(116)と前記第1の側壁(106)との間で円周方向に延在する第1の組のガイドベーン(122a)と、前記分流器(116)と前記第2の側壁(108)との間で円周方向に延在する第2の組のガイドベーン(120b)と、を含む、燃料ノズルアセンブリ(100)。
  6. 請求項1乃至5のいずれかに記載の燃料ノズルアセンブリ(100)であって、前記複数のガイドベーン(122)は、異なる軸方向距離において前記空気流分流器(116)に沿って軸方向に延在する、燃料ノズルアセンブリ(100)。
  7. 請求項1乃至6のいずれかに記載の燃料ノズルアセンブリ(100)であって、前記複数のガイドベーン(122)のうちの2つ以上のガイドベーン(122)の前記燃料ポート(130)は、軸方向にオフセットされている、燃料ノズルアセンブリ(100)。
  8. ガスタービン(10)用の燃焼器(24)であって、
    前記燃焼器(24)内に画定された燃焼室(60)と、
    燃料ノズルアセンブリ(100)と、を含み、前記燃料ノズルアセンブリ(100)は、
    円弧状の内壁(102)と、円弧状の外壁(104)と、第1の側壁(106)と、円周方向に対向する第2の側壁(108)と、の間に画定される予混合室(114)と、
    前記内壁(102)と前記外壁(104)との間で半径方向に延在し、かつ前記予混合室(114)内で軸方向に延在する空気流分流器(116)であって、内部燃料回路(120)を画定する空気流分流器(116)と、
    前記予混合室(114)内に配置された複数のガイドベーン(122)であって、少なくとも1つのガイドベーン(122)は、前記空気流分流器(116)と前記第1の側壁(106)または前記第2の側壁(108)の一方との間で円周方向に延在し、前記ガイドベーン(122)のうちの1つまたは複数は前記内部燃料回路(120)と流体連通する燃料ポート(130)を含む、複数のガイドベーン(122)と、
    前記燃料ポート(130)の下流側であって、前記燃焼室(60)の上流側に、前記内壁(102)と前記外壁(104)との間で半径方向に延在し、かつ前記第1の側壁(106)と前記第2の側壁(108)との間で円周方向に延在する予混合プレート(110)であって、下流側側面(144)から軸方向に離間した上流側側面(142)および複数の流路(146)を含み、前記流路(146)は前記予混合室(114)から前記予混合プレート(110)を通って前記燃焼室(60)に流入する流体の流れを提供する、予混合プレート(110)と、を含む、燃焼器(24)。
  9. 請求項に記載の燃焼器(24)であって、前記予混合プレート(110)の前記上流側側面(142)は、同心状に整列した複数の環状壁(154)と、半径方向に隣接する前記環状壁(154)の間で半径方向に延在する円周方向に離間した複数の半径方向壁(156)と、を含み、前記環状壁(154)および前記半径方向壁(156)は各流路(146)への入口(150)を少なくとも部分的に画定する、燃焼器(24)。
  10. 請求項8または9に記載の燃焼器(24)であって、前記ガイドベーン(122)のうちの1つまたは複数は、内部に燃料流路(128)を少なくとも部分的に画定する、燃焼器(24)。
  11. 請求項8乃至10のいずれかに記載の燃焼器(24)であって、前記分流器(116)は、前記燃料ノズルアセンブリ(100)の基部(118)に接続される、燃焼器(24)。
  12. 請求項8乃至11のいずれかに記載の燃焼器(24)であって、前記複数のガイドベーン(122)のうちの少なくとも1つのガイドベーン(122)の上流側部分(124)は、前記外壁(104)に向かって半径方向に湾曲している、燃焼器(24)。
JP2016241763A 2015-12-28 2016-12-14 予混合火炎スタビライザを有する燃料ノズルアセンブリ Active JP6924019B2 (ja)

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