JP6924113B2 - タービンエンジン用燃料供給システムおよびそれを組み立てる方法 - Google Patents

タービンエンジン用燃料供給システムおよびそれを組み立てる方法 Download PDF

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Description

本開示は、一般に燃料供給システムに関し、より詳細には、燃焼タービンエンジン燃料を使用する燃焼器アセンブリ内の水霧化のためのシステムおよび方法に関する。
少なくともいくつかの公知の燃焼タービンエンジンは、直列の流れの関係で共に結合された圧縮機、少なくとも１つの燃焼器、およびタービンを含む。より具体的には、圧縮機およびタービンは、シャフトを介して結合され、高圧ロータアセンブリを形成する。タービンエンジンに入る空気は、燃料供給システムからの燃料流と混合され、その後に燃焼室で点火されて高エネルギーガス流を形成する。高エネルギーガス流は、タービンを通って流れ、タービンを回転可能に駆動して、シャフトが圧縮機を回転可能に駆動する。
燃焼タービンエンジンは、例えば燃料供給システムから燃焼室に供給される液体燃料または気体燃料を含むいくつかのタイプの燃料のいずれかで動作することができる。少なくともいくつかの公知の液体燃料の燃焼中に、液体燃料流は霧化空気圧縮機によって供給される高圧空気の流れで霧化される。さらに、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出を低減するのを容易にするために、液体燃料流と共に燃焼室に水を噴射することもできる。通常、燃焼室に噴射された水もまた、霧化空気圧縮機によって供給される高圧空気の流れで霧化される。少なくともいくつかの公知の気体燃料の燃焼中には、気体燃料流を霧化する必要がないので、霧化空気圧縮機は不要である。しかしながら、気体燃料流で燃焼室に霧化した水を噴射すると、ＮＯｘ排出を低減することが容易になる。しかしながら、気体燃料のみで動作する少なくともいくつかのタービンエンジンでは、別個の霧化空気圧縮機を追加することにより、燃焼タービンエンジンの全体コストが増加する。
米国特許出願公開第２０１０／０１４６９８４号明細書
一態様では、燃料供給システムが提供される。燃料供給システムは、少なくとも１つの第１の燃料ノズルと流体連通して結合され、第１の燃料の流れを少なくとも１つの第１の燃料ノズルに導くように構成された第１の燃料供給ラインを含む。第２の燃料供給ラインは、少なくとも１つの第２の燃料ノズルと流体連通して結合され、第２の燃料の流れを少なくとも１つの第２の燃料ノズルに導くように構成される。水供給ラインは、少なくとも１つの水噴射ノズルと流体連通して結合され、少なくとも１つの水噴射ノズルに水の流れを導くように構成される。燃料供給システムは、第１および第２の燃料供給ラインと流体連通して結合された霧化流体供給回路をさらに含む。霧化流体供給回路は、霧化流体の流れを少なくとも１つの霧化ノズルに導き、水流と霧化接触させるように構成されている。霧化流体は、第１の燃料流および第２の燃料流の少なくとも一方の少なくとも一部を含む。
さらなる態様では、タービンアセンブリが提供される。燃焼タービンアセンブリは、燃焼器と、燃焼器に燃料の流れを供給するように構成された燃料供給システムと、を含む。燃料供給システムは、少なくとも１つの第１の燃料ノズルと流体連通して結合され、第１の燃料の流れを少なくとも１つの第１の燃料ノズルに導くように構成された第１の燃料供給ラインを含む。第２の燃料供給ラインは、少なくとも１つの第２の燃料ノズルと流体連通して結合され、第２の燃料の流れを少なくとも１つの第２の燃料ノズルに導くように構成される。水供給ラインは、少なくとも１つの水噴射ノズルと流体連通して結合され、少なくとも１つの水噴射ノズルに水の流れを導くように構成される。燃料供給システムは、第１および第２の燃料供給ラインと流体連通して結合された霧化流体供給回路をさらに含む。霧化流体供給回路は、霧化流体の流れを少なくとも１つの霧化ノズルに導き、水流と霧化接触させるように構成されている。霧化流体は、第１の燃料流および第２の燃料流の少なくとも一方の少なくとも一部を含む。
別の態様では、タービンアセンブリに使用するための燃料供給システムを組み立てる方法が提供される。本方法は、第１の燃料供給ラインを少なくとも１つの第１の燃料ノズルと流体連通して結合するステップを含み、第１の燃料供給ラインは、少なくとも１つの第１の燃料ノズルに第１の燃料の流れを導くように構成される。第２の燃料供給ラインを少なくとも１つの第２の燃料ノズルと流体連通して結合するステップであって、第２の燃料供給ラインは、少なくとも１つの第２の燃料ノズルに第２の燃料の流れを導くように構成される。水供給ラインを少なくとも１つの水噴射ノズルと流体連通して結合するステップであって、水供給ラインは、少なくとも１つの水噴射ノズルに水の流れを導くように構成される。本方法は、霧化流体供給回路を第１および第２の燃料供給ラインに流体連通して結合するステップをさらに含む。霧化流体供給回路は、霧化流体の流れを少なくとも１つの霧化ノズルに導き、水流と霧化接触させるように構成される。霧化流体は、第１の燃料流および第２の燃料流の少なくとも一方の少なくとも一部を含む。
例示的なタービンアセンブリの概略図である。 図１に示すタービンアセンブリと共に使用することができる例示的な燃料供給システムの概略図である。 図２に示す燃料供給システムと共に使用することができる例示的なノズルアセンブリの断面図である。 図２および図３に示す燃料供給システムなどの燃料供給システムを組み立てる例示的な方法の流れ図である。
特に明記しない限り、本明細書で使用する「ほぼ」、「実質的に」、および「約」などの近似する文言は、当業者には理解されるように、そのように修飾された用語は絶対的なまたは完全な程度ではなく、近似的な程度にのみ適用できることを示している。近似する文言は、それが関連する基本的機能の変更をもたらすことなく許容範囲で変化することができる定量的表現を修飾するために適用することができる。したがって、「およそ」、「約」、および「実質的に」などの用語で修飾された値は、明記された厳密な値に限定されるものではない。少なくともいくつかの例では、近似する文言は、値を測定するための機器の精度に対応することができる。ここで、ならびに明細書および特許請求の範囲の全体を通じて、範囲限界を特定することができる。このような範囲は、組み合わせおよび／または置き換えが可能であり、文脈または文言が特に指示しない限り、本明細書に含まれるすべての部分範囲を含む。
さらに、特に明記しない限り、「第１の」、「第２の」などの用語は、本明細書では単にラベルとして用いており、これらの用語が言及する項目について順序的、位置的、または階層的な要件を課すことを意図するものではない。さらに、例えば、「第２の」項目への言及は、例えば、「第１の」またはより小さい番号の項目、あるいは「第３の」またはより大きい番号の項目の存在を要求するものではなく、また排除するものでもない。
本開示の実施形態は、燃焼タービンエンジン内の水噴射中に燃料流で水を霧化するためのシステムおよび方法に関する。例示的な実施形態では、燃料供給システムは、少なくとも１つの燃料源、例えば天然ガスまたは合成ガスから燃焼器アセンブリに配置されたノズルアセンブリに燃料の流れを選択的に導く。燃料流は圧縮空気と混合され、燃焼室内で燃焼ガスを生成する。いくつかの実施形態では、燃料流の一部はまた、燃焼排出物の低減を容易にするために燃焼室に噴射される水と混合される。さらに、水が燃焼室に噴射されない動作シナリオでは、燃料流は、燃焼ガスの逆流を低減するために水供給導管用のパージ流体として使用されてもよい。燃焼室に噴射された水を燃焼に使用される燃料流の一部で霧化することにより、霧化空気圧縮機などの追加の霧化流体源が燃焼タービンエンジンから除去され、設備およびメンテナンス費用が削減される。
図１は、例示的な燃焼タービンアセンブリ１００の概略図である。例示的な実施形態では、燃焼タービンアセンブリ１００は、圧縮機１０４と、圧縮機１０４の下流の燃焼器アセンブリ１０６と、を含むタービンエンジン１０２を含む。タービンエンジン１０２はまた、燃焼器アセンブリ１０６の下流にタービン１０８を含む。
動作中に、吸気１１０の流れは圧縮機１０４を通って導かれ、圧縮空気１１２の流れは圧縮機１０４から排出され、燃焼器アセンブリ１０６の方に導かれる。燃焼器アセンブリ１０６において、圧縮空気１１２は、燃料供給システム１１６から導かれた燃料流１１４と混合され、混合物は燃焼されて、タービン１０８に向かって排出される燃焼ガス１１８の流れを形成する。燃焼ガス１１８は、タービン１０８を通って導かれ、熱エネルギーを、燃焼タービンエンジン１０２の中心線１２０の周りでタービン１０８を駆動するために使用される機械的回転エネルギーに変換する。次いで、燃焼ガス１１８は、排気ガス１２２の流れの形態で燃焼タービンエンジン１０２から排出される。
図２は、タービンアセンブリ１００（図１に示す）と共に使用することができる例示的な燃料供給システム１１６の概略図である。例示的な実施形態では、燃料供給システム１１６は、第１の燃料マニホールド２０２と、第１の燃料供給ライン２０６を介して燃焼器アセンブリ１０６（図１に示す）の少なくとも１つの第１の燃料ノズル２０４と、に流体連通して結合される第１の燃料供給源２００を含む。第１の燃料供給ライン２０６は、例えば停止／速度比バルブ２０８および第１の制御バルブ２１０などの、第１の燃料供給ライン２０６に沿って流体連通して結合された複数の操作バルブを含む。第２の制御バルブ２１２は、第１の燃料供給ライン２０６とタップオフライン２３０との間で流体連通して結合される。燃料供給システム１１６はまた、第２の燃料供給ライン２１８を介して第２の燃料マニホールド２１６および少なくとも１つの第２の燃料ノズル２１７に流体連通して結合された第２の燃料供給源２１４を含む。第２の燃料供給ライン２１８は、例えば停止／速度比バルブ２２０、第１の制御バルブ２２２、および第２の制御バルブ２２４などの、第２の燃料供給ライン２１８に沿って流体連通して結合された複数の操作バルブを含む。
各燃料供給源２００、２１４は、タップオフライン２３０を介して霧化流体供給回路２２６およびパージ流体供給回路２２８と流体連通して結合される。タップオフライン２３０は、ドレイン２３２と流体連通して結合され、フィルタ２３４と、例えば制御バルブ２３６およびドレインバルブ２３８などの、タップオフライン２３０に沿って流体連通して結合された複数の操作バルブと、を含む。霧化流体供給回路２２６は、霧化流体供給ライン２４０を介して少なくとも１つの霧化ノズル２２７に流体連通して結合される。霧化流体供給ライン２４０は、例えば制御バルブ２４２などの少なくとも１つの操作バルブを含む。パージ流体供給回路２２８はまた、パージ流体供給ライン２４４を介して、少なくとも１つの水噴射ノズル２２９に流体連通して結合される。パージ流体供給ライン２４４は、例えば制御バルブ２４６および／または２４８などの少なくとも１つの操作バルブを含む。
さらに、燃料供給システム１１６は、水供給ライン２５４を介して水マニホールド２５２および水噴射ノズル２２９に流体連通して結合された水供給源２５０を含む。水供給ライン２５４は、ドレイン２３２と流体連通して結合され、例えば停止／速度比バルブ２５６、制御バルブ２５８および／または２６０、ならびにドレインバルブ２６２などの、水供給ライン２５４に沿って流体連通して結合された複数の操作バルブを含む。燃料供給システム１１６はまた、第１の燃料供給ライン２０６および第２の燃料供給ライン２１８、ならびにタップオフライン２３０に結合され、かつそれらの間に延在するバイパス供給ライン２６４を含む。バイパス供給ライン２６４は、例えば制御バルブ２６６および／または２６８などの少なくとも１つの操作バルブを含む。さらに、燃料ノズル２０４、２１７、霧化ノズル２２７、および水噴射ノズル２２９は、ノズルアセンブリ２６９、例えば図３に示す複数の同軸ノズルアセンブリを少なくとも部分的に画定する。
例示的な実施形態では、燃料供給システム１１６は、２つのタイプの燃料流１１４（図１に示す）のうちの一方を燃料ノズル２０４、２１７および燃焼タービンアセンブリ１００に選択的に供給するデュアル燃料システムである。代替的な実施形態では、燃料供給システム１１６は、燃料供給システム１１６が本明細書で説明するように機能することを可能にする任意の他の部品構成を含んでもよい。例えば、第１の燃料供給源２００は、合成ガスの流れ２７０を燃料ノズル２０４に向かって導き、第２の燃料供給源２１４は、天然ガスの流れ２７２を燃料ノズル２１７に向かって導く。代替的な実施形態では、燃料供給システム１１６は、燃焼タービンアセンブリ１００が本明細書で説明するように機能することを可能にする任意の他の燃料流１１４を導いてもよい。
動作中に、燃料供給システム１１６が、合成ガス流２７０または天然ガス流２７２のいずれかを燃料ノズル２０４または２１７に向かって選択的に導いて、燃料流２７４が燃焼室３００（図３に示す）に噴射され、圧縮空気１１２（図１に示す）と混合され、燃焼のために点火され、燃焼ガス１１８（図１に示す）を生成する。さらに、いくつかの実施形態では、水供給源２５０が、水噴射ノズル２２９に向かう水の流れ２７６を選択的に導き、水の流れ２７６が燃料流２７４と混合されて窒素酸化物（ＮＯｘ）排出を低減するのを容易にする。水流２７６は、一般的には、燃料流２７４に直接噴射されるのではなく、むしろ、水流２７６は、燃焼室３００で燃料流２７４と混合される前に、霧化流体供給回路２２６を通って霧化ノズル２２７に導かれる霧化流体流２７８によって水滴に霧化される例示的な実施形態では、霧化流体流２７８は、合成ガス流２７０または天然ガス流２７２のいずれかの燃料流２７４の一部２８０を使用する。いくつかの実施形態では、水流２７６が燃料流２７４で霧化されるので、別個の霧化空気圧縮機は燃料供給システム１１６に必要とされず、したがって燃焼タービンアセンブリ１００の効率を改善しながらコストを低減する。
例示的な実施形態では、燃料供給システム１１６は、第１の動作モードで動作可能である。第１の動作モードでは、燃料供給システム１１６は、燃焼室３００内の燃焼のために天然ガス流２７２を燃料ノズル２１７に導く。より具体的には、天然ガス流２７２は、第２の燃料供給源２１４から第２の燃料供給ライン２１８を介して導かれ、バルブ２２０、２２２、２２４によって制御される。さらに、水２７６は、水供給源２５０から水供給ライン２５４を介して水噴射ノズル２２９に導かれる。水流２７６は、ＮＯｘ排出物の低減を容易にするために、バルブ２５６、２５８、２６０によって制御される。天然ガス流２７２の一部２８０は、タップオフライン２３０を介して第２の燃料供給ライン２１８から抽出され、フィルタ２３４を通って霧化流体供給回路２２６に導かれ、霧化流体流２７８として使用される。霧化流体流２７８、すなわちこの実施形態における天然ガスは、霧化流体供給ライン２４０を通って導かれ、バルブ２３６、２４２によって制御される。流れ２７８は、霧化ノズル２２７からの水流２７６との霧化接触に導かれる。例示的な実施形態では、タップオフライン２３０および水供給ライン２５４内の余分な流体は、それぞれ重力によってバルブ２３８、２６２を介してドレイン２３２に導かれる。
いくつかの実施形態では、水流２７６は、燃焼室３００において天然ガス流２７２中に噴射されない。より具体的には、そのような実施形態では、水流２７６は水噴射ノズル２２９に導かれるのではなく、むしろパージ流体流２８２を使用して、燃焼室３００から水供給導管への燃焼ガス１１８の逆流を低減するのを容易にする。このような実施形態では、天然ガス流の一部２８０は、パージ流体流２８２として使用するためにパージ流体供給回路２２８に導かれる。パージ流体流２８２は、バルブ２４６、２４８を介して、パージ流体供給ライン２４４を通って水噴射ノズル２２９に導かれ、水供給ライン２５４をパージすることを容易にし、燃焼ガス１１８の逆流を低減する。
例示的な実施形態では、燃料供給システム１１６はまた、第２の動作モードでも動作可能である。第２の動作モードでは、燃料供給システム１１６は、燃焼室３００内の燃焼のために合成ガス流２７０を燃料ノズル２０４に導く。より具体的には、合成ガス流２７０は、第１の燃料供給源２００から第１の燃料供給ライン２０６を介して導かれ、バルブ２０８、２１０によって制御される。さらに、水２７６は、水供給源２５０から水供給ライン２５４を介して水噴射ノズル２２９に導かれる。水流２７６は、ＮＯｘ排出物の低減を容易にするために、バルブ２５６、２５８、２６０によって制御される。合成ガス流２７０の一部２８０は、タップオフライン２３０を介して第１の燃料供給ライン２０６から抽出され、フィルタ２３４を通って霧化流体供給回路２２６に導かれ、霧化流体流２７８として使用される。霧化流体流２７８、すなわちこの実施形態における合成ガスは、霧化流体供給ライン２４０を通って導かれ、バルブ２３６、２４２によって制御される。流れ２７８は、霧化ノズル２２７からの水流２７６との霧化接触に導かれる。例示的な実施形態では、タップオフライン２３０および水供給ライン２５４内の余分な流体は、それぞれ重力によってバルブ２３８、２６２を介してドレイン２３２に導かれる。
いくつかの実施形態では、水２７６は、燃焼室３００において合成ガス流２７０中に噴射されない。より具体的には、そのような実施形態では、水流２７６は水噴射ノズル２２９に導かれるのではなく、むしろパージ流体流２８２を使用して、燃焼室３００から水供給導管への燃焼ガス１１８の逆流を低減するのを容易にする。このような実施形態では、合成ガス流の一部２８０は、パージ流体流２８２として使用するためにパージ流体供給回路２２８に導かれる。パージ流体流２８２は、バルブ２４６、２４８を介して、パージ流体供給ライン２４４を通って水噴射ノズル２２９に導かれ、水供給ライン２５４をパージすることを容易にし、燃焼ガス１１８の逆流を低減する。
特定の実施形態では、合成ガス流２７０または天然ガス流２７２のいずれかの燃料流２７４の一部２８４が、停止／速度比バルブ２０８、２２０の上流でそれぞれ抽出される。燃料流の一部２８４は、バイパス供給ライン２６４を通り、バルブ２６６、２６８によって制御されて、霧化流体供給回路２２６および／またはパージ流体供給回路２２８に導かれる。停止／速度比バルブ２０８、２２０の上流の燃料流の一部２８４を抽出することによって、霧化流体供給回路２２６における燃料流２７４の圧力が増加する。燃料流２７４の圧力を増加させることによって、水流２７６の霧化が増加するが、それは、バルブ２０８、２２０などの操作バルブおよび／または他の任意のバルブを通過した後に燃料流２７４の圧力が減少し得るからである。
図３は、燃料供給システム１１６（図２に示す）と共に使用することができる例示的なノズルアセンブリ２６９の断面図である。例示的な実施形態では、ノズルアセンブリ２６９は、少なくとも部分的に燃焼室３００内に配置される。ノズルアセンブリ２６９は、水ノズル先端部３０２を有する水噴射ノズル２２９を含み、水ノズル先端部３０２から水２７９が燃焼室３００内に排出される。水噴射ノズルはまた、先端部３０２まで延在し、水供給源２５０（図２に示す）と流体連通して結合された水供給導管３０４を含む。水供給導管３０４はまた、パージ流体供給回路２２８（図２に示す）と流体連通して結合される。例示的な実施形態では、水供給導管３０４は、ノズルアセンブリ２６９が同軸ノズルアセンブリとなるように、ノズルアセンブリ２６９内に実質的にセンタリングされる。
例示的な実施形態では、ノズルアセンブリ２６９内で、霧化ノズル２２７の霧化流体供給導管３０６は、少なくとも部分的に水供給導管３０４を取り囲んでいる。霧化流体供給導管３０６は、霧化流体供給回路２２６（図２に示す）と流体連通して結合される。第２の燃料ノズル２１７の第２の燃料供給導管３０８は、第２の燃料供給源２１４（図２に示す）と流体連通して結合され、霧化流体供給導管３０６の周りに少なくとも部分的に延在する。さらに、例示的な実施形態では、第１の燃料供給源２００（図２に示す）と流体連通して結合された第１の燃料ノズル２０４の第１の燃料供給導管３１０は、第２の燃料供給導管３０８の周りに少なくとも部分的に延在する。代替的な実施形態では、霧化流体供給導管３０６、第２の燃料供給導管３０８、および／または第１の燃料供給導管３１０は、燃料供給システム１１６が本明細書に記載するように機能することを可能にする、ノズルアセンブリ２６９内の任意の他の向きに配置することができる。
動作中に、燃料供給システム１１６は、第１の燃料供給導管３１０を通る合成ガス流２７０、または第２の燃料供給導管３０８を通る天然ガス流２７２のいずれかを選択的に導いて、燃料流２７０または２７２が燃焼室３００内に噴射される。さらに、いくつかの実施形態では、水供給源２５０は、水供給導管３０４を通って燃焼室３００内に水流２７６を導く。例示的な実施形態では、水流２７６は、霧化流体流２７８との接触を介してノズル先端部３０２に隣接して霧化される。例示的な実施形態における流れ２７８は、霧化流体供給導管３０６を通って流れる合成ガス流２７０または天然ガス流２７２であってもよい。代替的な実施形態では、水流２７６は、燃料供給システム１１６が本明細書で説明するように機能することを可能にする任意の他の位置で霧化されてもよい。水流２７６と混合された後の燃料流２７０または２７２は、ノズルアセンブリ２６９から噴射され、圧縮空気１１２と混合され、燃焼のために点火される。
いくつかの実施形態では、水流２７６は、燃焼室３００において合成ガス流２７０または天然ガス流２７２のいずれかと共に噴射されない。このような実施形態では、パージ流体流２８２はパージ流体供給回路２２８から水供給導管３０４に導かれ、燃焼室３００から水供給導管３０４への燃焼ガス１１８の逆流を低減するのを容易にする。さらに、代替的な実施形態では、ノズルアセンブリ２６９は、燃焼室３００内の異なる別々の位置に配置されたノズル、例えば燃料ノズル２０４、２１７、霧化ノズル２２７、および／または水噴射ノズル２２９を含むことができる。
図４は、燃焼タービンアセンブリ１００などの燃焼タービンアセンブリに使用する、燃料供給システム１１６などの燃料供給システムを組み立てる例示的な方法４００を示す。図１〜図３も参照すると、例示的な方法４００では、第１の燃料供給ライン２０６などの第１の燃料供給ラインは、第１の燃料ノズル２０４などの少なくとも１つの第１の燃料ノズルと流体連通して結合される（ステップ４０２）。第１の燃料供給ラインは、合成ガス流２７０などの第１の燃料の流れを少なくとも１つの第１の燃料ノズルに導くことを容易にする。第２の燃料供給ライン２１８などの第２の燃料供給ラインは、第２の燃料ノズル２１７などの少なくとも１つの第２の燃料ノズルと流体連通して結合される（ステップ４０４）。第２の燃料供給ラインは、天然ガス流２７２などの第２の燃料の流れを少なくとも１つの第２の燃料ノズルに導くことを容易にする。水供給ライン２５４などの水供給ラインはまた、水噴射ノズル２２９などの少なくとも１つの水噴射ノズルと流体連通して結合される（ステップ４０６）。水供給ラインは、水流２７６などの水の流れを少なくとも１つの水噴射ノズルに導くことを容易にする。霧化流体供給回路２２６などの霧化流体供給回路は、第１の燃料供給ラインおよび第２の燃料供給ラインと流体連通して結合されて（ステップ４０８）、霧化流体流２７８などの霧化流体の流れを、霧化ノズル２２７などの少なくとも１つの霧化ノズルに導いて、水流と霧化接触させることを容易にする。
例示的な実施形態では、パージ流体供給回路２２８などのパージ流体供給回路は、第１の燃料供給ラインおよび第２の燃料供給ラインと流体連通して結合される（ステップ４１０）。パージ流体供給回路は、パージ流体流２８２などのパージ流体の流れを少なくとも１つの水噴射ノズルに導いて、水供給ラインをパージするのを容易にする。パージ流体の流れは、第１の燃料供給ラインから導かれる第１の燃料流および第２の燃料供給ラインから導かれる第２の燃料流の少なくとも一方の少なくとも一部を含む。さらに、バイパス供給ライン２６４などのバイパス供給ラインは、バルブ２０８または２２０などの停止／速度比バルブの上流で、霧化流体供給回路と、第１の燃料供給ラインおよび第２の燃料供給ラインの少なくとも一方との間に結合される（ステップ４１２）。
上述のシステムおよび方法は、燃焼タービンエンジン内の水噴射中に燃料流で水を霧化するための費用効果の高い方法を提供する。具体的には、タービンエンジン内の燃焼のために使用される燃料流の一部が迂回され、霧化流体のために使用される。霧化流体として燃料流を使用することにより、別個の霧化空気圧縮機が必要とされず、それによって、関連する設置および保守コストが低減されると共に、タービンエンジンの全体コストが低減される。さらに、霧化された水を燃焼室内に噴射することにより、燃焼排出物を低減することが容易になる。さらに、水が燃焼室に噴射されない動作シナリオにおいて、システムは、迂回された燃料流を水供給導管用のパージ流体として使用して、燃焼ガスの逆流を低減することを提供する。パージ流体として燃料流を使用することにより、別個のパージシステムが必要とされず、それによって、関連する設置および保守コストがさらに低減されると共に、タービンの全体コストが低減される。
本明細書に記載の方法、システムおよび装置の例示的な技術的効果は、以下の少なくとも１つを含む。（ａ）燃焼のために供給されたガス燃料流の一部で燃焼室内に噴射された水を霧化すること、（ｂ）燃焼排出物を低減すること、（ｃ）水供給導管用のパージ流体を提供すること、（ｄ）霧化空気圧縮機を除去すること、（ｅ）設備コストを削減すること、（ｆ）設置コストを削減すること、（ｇ）保守コストを削減すること。
本明細書に記載したシステムおよび方法は、本明細書に記載した特定の実施形態に限定されない。例えば、各システムの構成要素および／または各方法のステップは、本明細書に記載した他の構成要素および／またはステップから独立してかつ別個に使用および／または実施することができる。さらに、各構成要素および／またはステップはまた、他のアセンブリおよび方法で使用および／または実施することができる。
様々な特定の実施形態によって本開示を説明してきたが、当業者であれば、本開示は特許請求の範囲の趣旨および範囲内で変更して実施することができることを認識するであろう。本開示の様々な実施形態の具体的な特徴をいくつかの図面には示してあって、他の図面には示していないが、これは単に便宜上のためである。さらに、上記の説明における「一実施形態」への言及は、記載した特徴も組み込んだ付加的な実施形態の存在を除外するものと解釈されることを意図しない。本開示の原理によれば、図面の任意の特徴は、他の任意の図面の任意の特徴と組み合わせて参照および／または請求することができる。
［実施態様１］
燃料供給システム（１１６）であって、
少なくとも１つの第１の燃料ノズル（２０４）と流体連通して結合され、第１の燃料の流れ（２７０）を前記少なくとも１つの第１の燃料ノズル（２０４）に導くように構成された第１の燃料供給ライン（２０６）と、
少なくとも１つの第２の燃料ノズル（２１７）と流体連通して結合され、第２の燃料の流れ（２７２）を前記少なくとも１つの第２の燃料ノズル（２１７）に導くように構成された第２の燃料供給ライン（２１８）と、
少なくとも１つの水噴射ノズル（２２９）と流体連通して結合され、前記少なくとも１つの水噴射ノズル（２２９）に水の流れ（２７６）を導くように構成された水供給ライン（２５４）と、
前記第１および第２の燃料供給ライン（２０６、２１８）に流体連通して結合された霧化流体供給回路（２２６）であって、前記霧化流体供給回路（２２６）は、霧化流体の流れ（２７８）を少なくとも１つの霧化ノズル（２２７）に導き、前記水流（２７６）と霧化接触させるように構成され、前記霧化流体は、前記第１の燃料流（２７０）および前記第２の燃料流（２７２）の少なくとも一方の少なくとも一部（２８０、２８４）を含む、霧化流体供給回路（２２６）と
を含む、燃料供給システム（１１６）。
［実施態様２］
前記第１および第２の燃料供給ライン（２０６、２１８）に流体連通して結合されたパージ流体供給回路（２２８）をさらに含み、前記パージ流体供給回路（２２８）は、パージ流体の流れ（２８２）を前記少なくとも１つの水噴射ノズル（２２９）に導き、前記水供給ライン（２５４）をパージするように構成される、実施態様１に記載の燃料供給システム（１１６）。
［実施態様３］
前記パージ流体供給回路（２２８）は、前記第１の燃料流（２７０）および前記第２の燃料流（２７２）のうちの少なくとも一方の一部（２８０、２８４）を含む前記パージ流体流（２８２）を導くようにさらに構成される、実施態様２に記載の燃料供給システム（１１６）。
［実施態様４］
前記霧化流体供給回路（２２６）は、前記少なくとも１つの水噴射ノズルの先端部（３０２）で前記水流（２７６）を霧化するようにさらに構成される、実施態様１に記載の燃料供給システム（１１６）。
［実施態様５］
前記第１の燃料供給ライン（２０６）と前記霧化流体供給回路（２２６）との間に結合されたバイパス供給ライン（２６４）をさらに含み、前記バイパス供給ライン（２６４）は、前記第１の燃料供給ライン（２０６）と流体連通して結合された停止／速度比バルブ（２０８、２２０、２５６）の上流にあり、前記バイパス供給ライン（２６４）は、前記第１の燃料流（２７０）を前記霧化流体供給回路（２２６）に導くように構成される、実施態様１に記載の燃料供給システム（１１６）。
［実施態様６］
前記第２の燃料供給ライン（２１８）と前記霧化流体供給回路（２２６）との間に結合されたバイパス供給ライン（２６４）をさらに含み、前記バイパス供給ライン（２６４）は、前記第２の燃料供給ライン（２１８）と流体連通して結合された停止／速度比バルブ（２０８、２２０、２５６）の上流にあり、前記バイパス供給ライン（２６４）は、前記第２の燃料流（２７２）を前記霧化流体供給回路（２２６）に導くように構成される、実施態様１に記載の燃料供給システム（１１６）。
［実施態様７］
前記第１の燃料供給ライン（２０６）は、合成ガスの流れ（２７０）を導くように構成される、実施態様１に記載の燃料供給システム（１１６）。
［実施態様８］
前記第２の燃料供給ライン（２１８）は、天然ガスの流れ（２７２）を導くように構成される、実施態様１に記載の燃料供給システム（１１６）。
［実施態様９］
タービンアセンブリ（１００）であって、
燃焼器（１０６）と、
前記燃焼器（１０６）に燃料の流れ（２７４）を供給するように構成された燃料供給システム（１１６）とを含み、前記燃料供給システム（１１６）は、
少なくとも１つの第１の燃料ノズル（２０４）と流体連通して結合され、第１の燃料の流れ（２７０）を前記少なくとも１つの第１の燃料ノズル（２０４）に導くように構成された第１の燃料供給ライン（２０６）と、
少なくとも１つの第２の燃料ノズル（２１７）と流体連通して結合され、第２の燃料の流れ（２７２）を前記少なくとも１つの第２の燃料ノズル（２１７）に導くように構成された第２の燃料供給ライン（２１８）と、
少なくとも１つの水噴射ノズル（２２９）と流体連通して結合され、前記少なくとも１つの水噴射ノズル（２２９）に水の流れ（２７６）を導くように構成された水供給ライン（２５４）と、
前記第１および第２の燃料供給ライン（２０６、２１８）に流体連通して結合された霧化流体供給回路（２２６）であって、前記霧化流体供給回路（２２６）は、霧化流体の流れ（２７８）を少なくとも１つの霧化ノズル（２２７）に導き、前記水流（２７６）と霧化接触させるように構成され、前記霧化流体は、前記第１の燃料流（２７０）および前記第２の燃料流（２７２）の少なくとも一方の少なくとも一部（２８０、２８４）を含む、霧化流体供給回路（２２６）と
を含む、タービンアセンブリ（１００）。
［実施態様１０］
前記第１および第２の燃料供給ライン（２０６、２１８）に流体連通して結合されたパージ流体供給回路（２２８）をさらに含み、前記パージ流体供給回路（２２８）は、パージ流体の流れ（２８２）を前記少なくとも１つの水噴射ノズル（２２９）に導き、前記水供給ライン（２５４）をパージするように構成される、実施態様９に記載のタービンアセンブリ（１００）。
［実施態様１１］
前記パージ流体供給回路（２２８）は、前記第１の燃料流（２７０）および前記第２の燃料流（２７２）のうちの少なくとも一方の一部（２８０、２８４）を含む前記パージ流体流（２８２）を導くようにさらに構成される、実施態様１０に記載のタービンアセンブリ（１００）。
［実施態様１２］
前記霧化流体供給回路（２２６）は、前記少なくとも１つの水噴射ノズルの先端部（３０２）で前記水流（２７６）を霧化するようにさらに構成される、実施態様９に記載のタービンアセンブリ（１００）。
［実施態様１３］
前記第１の燃料供給ライン（２０６）と前記霧化流体供給回路（２２６）との間に結合されたバイパス供給ライン（２６４）をさらに含み、前記バイパス供給ライン（２６４）は、前記第１の燃料供給ライン（２０６）と流体連通して結合された停止／速度比バルブ（２０８、２２０、２５６）の上流にあり、前記バイパス供給ライン（２６４）は、前記第１の燃料流（２７０）を前記霧化流体供給回路（２２６）に導くように構成される、実施態様９に記載のタービンアセンブリ（１００）。
［実施態様１４］
前記第２の燃料供給ライン（２１８）と前記霧化流体供給回路（２２６）との間に結合されたバイパス供給ライン（２６４）をさらに含み、前記バイパス供給ライン（２６４）は、前記第２の燃料供給ライン（２１８）と流体連通して結合された停止／速度比バルブ（２０８、２２０、２５６）の上流にあり、前記バイパス供給ライン（２６４）は、前記第２の燃料流（２７２）を前記霧化流体供給回路（２２６）に導くように構成される、実施態様９に記載のタービンアセンブリ（１００）。
［実施態様１５］
前記第１の燃料供給ライン（２０６）は、合成ガスの流れ（２７０）を導くように構成される、実施態様９に記載のタービンアセンブリ（１００）。
［実施態様１６］
前記第２の燃料供給ライン（２１８）は、天然ガスの流れ（２７２）を導くように構成される、実施態様９に記載のタービンアセンブリ（１００）。
［実施態様１７］
タービンアセンブリ（１００）に使用するための燃料供給システム（１１６）を組み立てる方法（４００）であって、
第１の燃料供給ライン（２０６）を少なくとも１つの第１の燃料ノズル（２０４）と流体連通して結合するステップであって、前記第１の燃料供給ライン（２０６）は、前記少なくとも１つの第１の燃料ノズル（２０４）に第１の燃料の流れ（２７０）を導くように構成される、ステップと、
第２の燃料供給ライン（２１８）を少なくとも１つの第２の燃料ノズル（２１７）と流体連通して結合するステップであって、前記第２の燃料供給ライン（２１８）は、前記少なくとも１つの第２の燃料ノズル（２１７）に第２の燃料の流れ（２７２）を導くように構成される、ステップと、
水供給ライン（２５４）を少なくとも１つの水噴射ノズル（２２９）と流体連通して結合するステップであって、前記水供給ライン（２５４）は、前記少なくとも１つの水噴射ノズル（２２９）に水の流れ（２７６）を導くように構成される、ステップと、
霧化流体供給回路（２２６）を前記第１および第２の燃料供給ライン（２０６、２１８）に流体連通して結合するステップであって、前記霧化流体供給回路（２２６）は、霧化流体の流れ（２７８）を少なくとも１つの霧化ノズル（２２７）に導き、前記水流（２７６）と霧化接触させるように構成され、前記霧化流体は、前記第１の燃料流（２７０）および前記第２の燃料流（２７２）の少なくとも一方の少なくとも一部（２８０、２８４）を含む、ステップと
を含む、方法（４００）。
［実施態様１８］

パージ流体供給回路（２２８）を前記第１および第２の燃料供給ライン（２０６、２１８）に流体連通して結合するステップをさらに含み、前記パージ流体供給回路（２２８）は、パージ流体の流れ（２８２）を前記少なくとも１つの水噴射ノズル（２２９）に導き、前記水供給ライン（２５４）をパージするように構成される、実施態様１７に記載の方法（４００）。
［実施態様１９］
前記パージ流体供給回路（２２８）は、前記第１の燃料流（２７０）および前記第２の燃料流（２７２）のうちの少なくとも一方の一部（２８０、２８４）を含む前記パージ流体流（２８２）を導くようにさらに構成される、実施態様１８に記載の方法（４００）。
［実施態様２０］
前記霧化流体供給回路（２２６）と、停止／速度比バルブ（２０８、２２０、２５６）の上流の前記第１の燃料供給ライン（２０６）および前記第２の燃料供給ライン（２１８）の少なくとも一方との間に、バイパス供給ライン（２６４）を結合するステップをさらに含む、実施態様１７に記載の方法（４００）。
１００ 燃焼タービンアセンブリ
１０２ 燃焼タービンエンジン
１０４ 圧縮機
１０６ 燃焼器アセンブリ
１０８ タービン
１１０ 吸気
１１２ 圧縮空気
１１４ 燃料流
１１６ 燃料供給システム
１１８ 燃焼ガス
１２０ 中心線
１２２ 排気ガス
２００ 第１の燃料供給源
２０２ 第１の燃料マニホールド
２０４ 第１の燃料ノズル
２０６ 第１の燃料供給ライン
２０８ 停止／速度比バルブ
２１０ 第１の制御バルブ
２１２ 第２の制御バルブ
２１４ 第２の燃料供給源
２１６ 第２の燃料マニホールド
２１７ 第２の燃料ノズル
２１８ 第２の燃料供給ライン
２２０ 停止／速度比バルブ
２２２ 第１の制御バルブ
２２４ 第２の制御バルブ
２２６ 霧化流体供給回路
２２７ 霧化ノズル
２２８ パージ流体供給回路
２２９ 水噴射ノズル
２３０ タップオフライン
２３２ ドレイン
２３４ フィルタ
２３６ 制御バルブ
２３８ ドレインバルブ
２４０ 霧化流体供給ライン
２４２ 制御バルブ
２４４ パージ流体供給ライン
２４６ 制御バルブ
２４８ 制御バルブ
２５０ 水供給源
２５２ 水マニホールド
２５４ 水供給ライン
２５６ 停止／速度比バルブ
２５８ 制御バルブ
２６０ 制御バルブ
２６２ ドレインバルブ
２６４ バイパス供給ライン
２６６ 制御バルブ
２６８ 制御バルブ
２６９ ノズルアセンブリ
２７０ 合成ガス流、燃料流
２７２ 天然ガス流、燃料流
２７４ 燃料流
２７６ 水、水流、水の流れ
２７８ 霧化流体流
２８０ 一部
２８２ パージ流体流
２８４ 一部
３００ 燃焼室
３０２ 水ノズル先端部
３０４ 水供給導管
３０６ 霧化流体供給導管
３０８ 第２の燃料供給導管
３１０ 第１の燃料供給導管
４００ 方法

Claims (15)

  1. 燃料供給システム（１１６）であって、
    少なくとも１つの第１の燃料ノズル（２０４）と流体連通して結合され、第１の燃料の流れ（２７０）を前記少なくとも１つの第１の燃料ノズル（２０４）に導くように構成された第１の燃料供給ライン（２０６）と、
    少なくとも１つの第２の燃料ノズル（２１７）と流体連通して結合され、第２の燃料の流れ（２７２）を前記少なくとも１つの第２の燃料ノズル（２１７）に導くように構成された第２の燃料供給ライン（２１８）と、
    少なくとも１つの水噴射ノズル（２２９）と流体連通して結合され、前記少なくとも１つの水噴射ノズル（２２９）に水の流れ（２７６）を導くように構成された水供給ライン（２５４）と、
    前記第１および第２の燃料供給ライン（２０６、２１８）に流体連通して結合された霧化流体供給回路（２２６）であって、前記霧化流体供給回路（２２６）は、霧化流体の流れ（２７８）を少なくとも１つの霧化ノズル（２２７）に導き、前記水流（２７６）と霧化接触させるように構成され、前記霧化流体は、前記第１の燃料流（２７０）および前記第２の燃料流（２７２）の少なくとも一方の少なくとも一部（２８０、２８４）を含む、霧化流体供給回路（２２６）と
    を含む、燃料供給システム（１１６）。
  2. 前記第１および第２の燃料供給ライン（２０６、２１８）に流体連通して結合されたパージ流体供給回路（２２８）をさらに含み、前記パージ流体供給回路（２２８）は、パージ流体の流れ（２８２）を前記少なくとも１つの水噴射ノズル（２２９）に導き、前記水供給ライン（２５４）をパージするように構成される、請求項１に記載の燃料供給システム（１１６）。
  3. 前記パージ流体供給回路（２２８）は、前記第１の燃料流（２７０）および前記第２の燃料流（２７２）のうちの少なくとも一方の一部（２８０、２８４）を含む前記パージ流体流（２８２）を導くようにさらに構成される、請求項２に記載の燃料供給システム（１１６）。
  4. 前記霧化流体供給回路（２２６）は、前記少なくとも１つの水噴射ノズルの先端部（３０２）で前記水流（２７６）を霧化するようにさらに構成される、請求項１に記載の燃料供給システム（１１６）。
  5. 前記第１の燃料供給ライン（２０６）と前記霧化流体供給回路（２２６）との間に結合されたバイパス供給ライン（２６４）をさらに含み、前記バイパス供給ライン（２６４）は、前記第１の燃料供給ライン（２０６）と流体連通して結合された停止／速度比バルブ（２０８、２２０、２５６）の上流にあり、前記バイパス供給ライン（２６４）は、前記第１の燃料流（２７０）を前記霧化流体供給回路（２２６）に導くように構成される、請求項１に記載の燃料供給システム（１１６）。
  6. 前記第２の燃料供給ライン（２１８）と前記霧化流体供給回路（２２６）との間に結合されたバイパス供給ライン（２６４）をさらに含み、前記バイパス供給ライン（２６４）は、前記第２の燃料供給ライン（２１８）と流体連通して結合された停止／速度比バルブ（２０８、２２０、２５６）の上流にあり、前記バイパス供給ライン（２６４）は、前記第２の燃料流（２７２）を前記霧化流体供給回路（２２６）に導くように構成される、請求項１に記載の燃料供給システム（１１６）。
  7. 前記第１の燃料供給ライン（２０６）は、合成ガスの流れ（２７０）を導くように構成される、請求項１に記載の燃料供給システム（１１６）。
  8. 前記第２の燃料供給ライン（２１８）は、天然ガスの流れ（２７２）を導くように構成される、請求項１に記載の燃料供給システム（１１６）。
  9. タービンアセンブリ（１００）であって、
    燃焼器（１０６）と、
    前記燃焼器（１０６）に燃料の流れ（２７４）を供給するように構成された燃料供給システムと（１１６）を含み、前記燃料供給システム（１１６）は、
    少なくとも１つの第１の燃料ノズル（２０４）と流体連通して結合され、第１の燃料の流れ（２７０）を前記少なくとも１つの第１の燃料ノズル（２０４）に導くように構成された第１の燃料供給ライン（２０６）と、
    少なくとも１つの第２の燃料ノズル（２１７）と流体連通して結合され、第２の燃料の流れ（２７２）を前記少なくとも１つの第２の燃料ノズル（２１７）に導くように構成された第２の燃料供給ライン（２１８）と、
    少なくとも１つの水噴射ノズル（２２９）と流体連通して結合され、前記少なくとも１つの水噴射ノズル（２２９）に水の流れ（２７６）を導くように構成された水供給ライン（２５４）と、
    前記第１および第２の燃料供給ライン（２０６、２１８）に流体連通して結合された霧化流体供給回路（２２６）であって、前記霧化流体供給回路（２２６）は、霧化流体の流れ（２７８）を少なくとも１つの霧化ノズル（２２７）に導き、前記水流（２７６）と霧化接触させるように構成され、前記霧化流体は、前記第１の燃料流（２７０）および前記第２の燃料流（２７２）の少なくとも一方の少なくとも一部（２８０、２８４）を含む、霧化流体供給回路（２２６）と
    を含む、タービンアセンブリ（１００）。
  10. 前記第１および第２の燃料供給ライン（２０６、２１８）に流体連通して結合されたパージ流体供給回路（２２８）をさらに含み、前記パージ流体供給回路（２２８）は、パージ流体の流れ（２８２）を前記少なくとも１つの水噴射ノズル（２２９）に導き、前記水供給ライン（２５４）をパージするように構成される、請求項９に記載のタービンアセンブリ（１００）。
  11. 前記パージ流体供給回路（２２８）は、前記第１の燃料流（２７０）および前記第２の燃料流（２７２）のうちの少なくとも一方の一部（２８０、２８４）を含む前記パージ流体流（２８２）を導くようにさらに構成される、請求項１０に記載のタービンアセンブリ（１００）。
  12. 前記霧化流体供給回路（２２６）は、前記少なくとも１つの水噴射ノズルの先端部（３０２）で前記水流（２７６）を霧化するようにさらに構成される、請求項９に記載のタービンアセンブリ（１００）。
  13. 前記第１の燃料供給ライン（２０６）と前記霧化流体供給回路（２２６）との間に結合されたバイパス供給ライン（２６４）をさらに含み、前記バイパス供給ライン（２６４）は、前記第１の燃料供給ライン（２０６）と流体連通して結合された停止／速度比バルブ（２０８、２２０、２５６）の上流にあり、前記バイパス供給ライン（２６４）は、前記第１の燃料流（２７０）を前記霧化流体供給回路（２２６）に導くように構成される、請求項９に記載のタービンアセンブリ（１００）。
  14. 前記第２の燃料供給ライン（２１８）と前記霧化流体供給回路（２２６）との間に結合されたバイパス供給ライン（２６４）をさらに含み、前記バイパス供給ライン（２６４）は、前記第２の燃料供給ライン（２１８）と流体連通して結合された停止／速度比バルブ（２０８、２２０、２５６）の上流にあり、前記バイパス供給ライン（２６４）は、前記第２の燃料流（２７２）を前記霧化流体供給回路（２２６）に導くように構成される、請求項９に記載のタービンアセンブリ（１００）。
  15. 前記第１の燃料供給ライン（２０６）は、合成ガスの流れ（２７０）を導くように構成される、請求項９に記載のタービンアセンブリ（１００）。
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