JP7195775B2 - デュアルフュエル燃料ノズル用のノズルアセンブリ - Google Patents

デュアルフュエル燃料ノズル用のノズルアセンブリ Download PDF

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Description

本明細書に開示される主題は、燃焼システム用の燃料ノズルに関する。より具体的には、本開示は、デュアルフュエル燃料ノズル用のノズルアセンブリに関する。
ガスタービンは、一般に、１つまたは複数の燃焼器で燃料と空気の混合物を燃焼させてタービンを通過する高エネルギーの燃焼ガスを生成し、それによりタービンロータシャフトを回転させることによって動作する。ロータシャフトの回転エネルギーは、ロータシャフトに結合された発電機を介して電気エネルギーに変換することができる。各燃焼器は、一般に、窒素酸化物（ＮＯｘ）放出量を低く保つ手段として燃料と空気の予混合を使用して、燃焼チャンバの上流で燃料および空気の送達を行う燃料ノズルを含む。
天然ガスのような気体燃料は、発電に使用されるガスタービンエンジンの可燃性流体として用いられることが多い。場合によっては、燃焼システムが、蒸留油のような液体燃料を燃焼させることができることが望ましい場合がある。ガス燃料機能と液体燃料機能の両方を有する構成は、「デュアルフュエル」燃焼システムと呼ばれる。ある特定のデュアルフュエル型燃焼システムは、中央燃料ノズルの周りに環状に配置された複数のデュアルフュエル一次燃料ノズルまたは外側燃料ノズルを使用して動作する。外側デュアルフュエル燃料ノズルは、燃焼器のエンドカバーを通して装填され、エンジンを始動させ、負荷を増大させて完全な動作速度にするために使用され得る液体燃料を供給する液体燃料噴射カートリッジを含む。
米国特許第９５４６６００号明細書
態様および利点は、以下の説明に記載されているか、以下の説明から明らかになり得るか、または実践により学び得る。
一実施形態では、本開示は、ノズルアセンブリに関する。ノズルアセンブリは、ヘッダマニホルドと、ヘッダマニホルドから軸方向に間隔を置いて配置されたリングマニホルドとを含む。リングマニホルドは、液体燃料プレナムを画定する。ノズルアセンブリはまた、リングマニホルドの後方側壁に接続された外側スリーブと、外側スリーブの後方端部に接続されたノズル本体とを含む。リングマニホルド、外側スリーブ、およびノズル本体は、流体チャンバを画定する。ノズルアセンブリはさらに、ヘッダマニホルドからノズル本体に軸方向に延びる内側燃料管を含む。内側燃料管の一部は、リングマニホルドの後方側壁とノズル本体との間でノズルアセンブリの軸方向中心線の周りに螺旋状に延びる。加えて、ノズルアセンブリは、内側燃料管の一部の周囲に螺旋状に延びる第１の燃料管を含む。第１の燃料管は、リングマニホルドの液体燃料プレナムをヘッダマニホルドに流体結合する。さらに、ノズルアセンブリは、内側燃料管の一部の周囲に螺旋状に延びる第２の燃料管を含む。第２の燃料管は、リングマニホルドの液体燃料プレナムをヘッダマニホルドに流体結合する。
別の実施形態では、本開示は、デュアルフュエル燃料ノズルアセンブリに関する。デュアルフュエル燃料ノズルアセンブリは、管形状を有する中央本体と、中央本体内に画定されたガス燃料プレナムとを含む。デュアルフュエル燃料ノズルアセンブリはまた、中央本体の端部を通して装填されたノズルアセンブリを含む。ノズルアセンブリは、ヘッダマニホルドと、ヘッダマニホルドから軸方向に間隔を置いて配置されたリングマニホルドとを含む。リングマニホルドは、液体燃料プレナムを画定する。ノズルアセンブリはまた、リングマニホルドの後方側壁に接続された外側スリーブと、外側スリーブの後方端部に接続されたノズル本体とを含む。リングマニホルド、外側スリーブ、およびノズル本体は、流体チャンバを画定する。ノズルアセンブリはさらに、ヘッダマニホルドからノズル本体に軸方向に延びる内側燃料管を含む。内側燃料管の一部は、リングマニホルドの後方側壁とノズル本体との間でノズルアセンブリの軸方向中心線の周りに螺旋状に延びる。加えて、ノズルアセンブリは、内側燃料管の一部の周囲に螺旋状に延びる第１の燃料管を含む。第１の燃料管は、リングマニホルドの液体燃料プレナムをヘッダマニホルドに流体結合する。さらに、ノズルアセンブリは、内側燃料管の一部の周囲に螺旋状に延びる第２の燃料管を含む。第２の燃料管は、リングマニホルドの液体燃料プレナムをヘッダマニホルドに流体結合する。
当業者であれば、本明細書の検討において、このような実施形態の特徴および態様などをよりよく理解するであろう。
様々な実施形態の完全かつ実施可能な開示は、様々な実施形態を実施する最良の形態を含めて、以下の添付の図の参照を含む、本明細書の以降の部分でより詳細に述べられる。
本開示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の機能ブロック図である。 本開示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断面側面図である。 本開示の少なくとも１つの実施形態による、図２に示す燃焼器の一部の上流図である。 本開示の少なくとも１つの実施形態による、プレミックスおよびデュアルフュエル機能を有する例示的なデュアルフュエル燃料ノズルの断面側面図である。 図４に示すデュアルフュエル燃料ノズルの一部の拡大図である。 本開示の少なくとも１つの実施形態による、図４および図５に示すデュアルフュエル燃料ノズルの一部の拡大断面側面図である。 本開示の少なくとも１つの実施形態による、図４、図５、および図６に示すデュアルフュエル燃料ノズルの断面側面図である。 本開示の少なくとも１つの実施形態による、図７に示すデュアルフュエル燃料ノズルのノズルアセンブリの側面図である。 本開示の少なくとも１つの実施形態による、例示的な空気シールドの斜視図である。 本開示の少なくとも１つの実施形態による、図９に示す空気シールドを含む、図７に示すデュアルフュエル燃料ノズルの一部の断面斜視図である。
次に、本開示の実施形態を提示するために詳細に参照し、その１つまたは複数の例を添付の図面に示す。詳細な説明は、図面中の特徴を参照するために、数字および文字による符号を使用する。図面中および説明中の同様または類似の符号は、本開示の同様または類似の部品を参照するために使用されている。
本明細書で使用する場合、「第１の」、「第２の」、および「第３の」という用語は、ある構成要素を別の構成要素から区別するために交換可能に使用することができ、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」および「下流」という用語は、流体の経路における流体の流れに対する相対的な方向を指す。例えば、「上流」は、流体が流れて来る方向を指し、「下流」は、流体が流れて行く方向を指す。「半径方向に」という用語は、特定の構成要素の軸方向中心線に実質的に垂直な相対的な方向を指し、「軸方向に」という用語は、特定の構成要素の軸方向中心線に実質的に平行および／または同軸に整列した相対的な方向を指す。
本明細書で使用される専門用語は、特定の実施形態のみを説明するためのものであり、限定を意図するものではない。本明細書で使用する場合、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」および「前記（ｔｈｅ）」は、文脈がそのようでないことを明らかに示していない限り、複数形も含むように意図される。「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および／または「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、本明細書で使用される場合に、記載した特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素の存在を示すが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはこれらのグループの存在または追加を排除するものではないことがさらに理解されよう。
各例は、限定ではなく、説明のために提供される。実際、本発明の範囲または趣旨から逸脱することなく、修正および変形が可能であることは当業者には明らかであろう。例えば、一実施形態の一部として図示または説明された特徴を別の実施形態で使用し、さらに別の実施形態を得ることができる。このように、本開示は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲に含まれるような修正および変形を包含するように意図される。本開示の例示的な実施形態は、説明のために陸上発電用ガスタービンの燃焼器用の燃料ノズルに関連して一般的に説明されるが、当業者であれば、本開示の実施形態が、任意の型または形態のターボ機械用の燃焼器に適用することができ、特許請求の範囲に具体的に記載されていない限り、陸上発電用ガスタービン用の燃焼器または燃焼システムに限定されないことが容易に理解されよう。
ここで図面を参照すると、図１は、例示的なガスタービン１０の概略図を示す。ガスタービン１０は、一般に、入口セクション１２と、入口セクション１２の下流に配置された圧縮機１４と、圧縮機１４の下流に配置された少なくとも１つの燃焼器１８を含む燃焼システム１６と、燃焼器１８の下流に配置されたタービン２０と、タービン２０の下流に配置された排気セクション２２とを含む。加えて、ガスタービン１０は、圧縮機１４をタービン２０に結合する１つまたは複数のシャフト２４を含んでもよい。
動作中、空気２６は入口セクション１２を通って圧縮機１４に流れ、そこで空気２６が次第に圧縮され、これにより圧縮空気２８が燃焼器１８に供給される。燃料供給源３２からの燃料３０が燃焼器１８に噴射され、圧縮空気２８の一部と混合されて燃焼され、燃焼ガス３４を発生する。燃焼ガス３４は、燃焼器１８からタービン２０に流れ、そこで（運動および／または熱）エネルギーが燃焼ガス３４からロータブレード（図示せず）に伝達され、シャフト２４を回転させる。機械的回転エネルギーは、その後、圧縮機１４への動力の供給、および／または発電などの様々な目的のために使用されてもよい。次いで、タービン２０を出る燃焼ガス３４は、排気セクション２２を介してガスタービン１０から排気されてもよい。
図２は、本開示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１８の断面図を示す。図２に示すように、燃焼器１８は、圧縮機吐出ケーシングなどの外側ケーシング３６によって少なくとも部分的に囲まれてもよい。外側ケーシング３６は、燃焼器１８の様々な構成要素を少なくとも部分的に囲む高圧プレナム３８を少なくとも部分的に画定することができる。高圧プレナム３８は、圧縮機１４（図１）と流体連通し、圧縮空気２８の少なくとも一部をそこから受け取ることができる。
エンドカバー４０は、外側ケーシング３６に結合されてもよい。特定の実施形態では、外側ケーシング３６およびエンドカバー４０は、燃焼器１８のヘッド端部容積またはチャンバ４２を少なくとも部分的に画定することができる。特定の実施形態では、ヘッド端部容積４２は、高圧プレナム３８および／または圧縮機１４と流体連通する。１つまたは複数のライナまたはダクト４４は、燃料空気混合物を燃焼させるための燃焼チャンバまたはゾーン４６を少なくとも部分的に画定することができ、燃焼ガス３４をタービン２０の入口に向けて導くための、燃焼器を通る高温ガス経路４８を少なくとも部分的に画定することができる。
図３は、図２に示す燃焼器１８の一部の上流図を示す。様々な実施形態では、図２および図３にまとめて示すように、燃焼器１８は、上流端部がエンドカバー４０に結合され、燃焼チャンバ４６に向かって延びる複数の燃料ノズル（例えば、１００）を含む。燃料ノズルの下流端部は、燃料ノズルが燃料（または燃料／空気混合物）を燃焼チャンバに送達するように、キャップアセンブリ４１のそれぞれの開口部（図示せず）と位置合わせされる。
燃焼器１８の様々な実施形態は、異なる数および配置の燃料ノズルを含むことができ、本明細書で説明する実施形態は、特許請求の範囲において別段の指定がない限り、特定の数の燃料ノズルに限定されない。例えば、図３に示す構成のような特定の構成では、１つまたは複数の燃料ノズルは、中央燃料ノズル２００の周りに環状に配置された複数のデュアルフュエル燃料ノズル１００を含む。他の実施形態では、燃料ノズル１００は、中央燃料ノズル２００を使用することなく、エンドカバー４０の中心線の周りに環状に配置することができる。燃料ノズル１００はエンドカバー４０の中心線（いくつかの実施形態では、中央燃料ノズル２００）の半径方向外側にあり、燃料ノズル１００は、「外側」燃料ノズルと呼ぶことができる。
特定の実施形態では、各外側燃料ノズル１００は、プレミックスデュアルフュエル型燃料ノズルである。各デュアルフュエル燃料ノズル１００は、気体燃料および／または液体燃料を、燃焼ゾーン４６の上流のヘッド端部容積４２（図２）からの圧縮空気２８の一部の流れに噴射して予混合するように構成される。特定の実施形態では、中央燃料ノズル２００はまた、プレミックスデュアルフュエル（液体燃料およびガス燃料）型燃料ノズルである。必要に応じて、他のタイプの燃料ノズルを中央燃料ノズル２００の代わりに使用してもよい。
図４は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、プレミックスおよびデュアルフュエル機能を有する例示的なデュアルフュエル燃料ノズル１００の断面側面図を示す。図４に示す実施形態のような特定の実施形態では、デュアルフュエル燃料ノズル１００は、環状または管形状を有する中央本体１０２を含む。特定の実施形態では、デュアルフュエル燃料ノズル１００は、中央本体１０２の少なくとも一部の周りに円周方向に延びるバーナ管１０４と、中央本体１０２とバーナ管１０４との間に延びる複数の旋回ベーン１０６を含むことができる。旋回ベーン１０６は、中央本体１０２とバーナ管１０４との間で半径方向に画定される環状または予混合通路１０８内に配置される。特定の実施形態では、旋回ベーン１０６の１つまたは複数は、中央本体１０２内に画定されたガス燃料プレナム１１２と流体連通する１つまたは複数の燃料ポート１１０を含む。ガス燃料プレナム１１２は、ガス燃料供給源５０（図４）に流体結合され、そこからガス燃料５２を受け取る。
図４に示すように、中央本体１０２は、中央本体１０２およびデュアルフュエル燃料ノズル１００によって共有される共通の長手方向軸線または軸方向中心線１１６と同軸に位置合わせされる１つまたは複数のスリーブまたは管１１４から形成されてもよい。中央燃料ノズル２００の軸方向中心線１１６は、エンドカバー４０の軸方向中心線と一致している。デュアルフュエル燃料ノズル１００は、機械的ファスナを介して、または他の接続手段（図示せず）によってエンドカバー４０の内側表面に接続されてもよい。特定の実施形態では、図４に示すように、バーナ管１０４の上流端部部分１１８は、予混合通路１０８への入口１２０を少なくとも部分的に画定することができ、バーナ管１０４の下流端部部分１２２は、予混合通路１０８の出口１２４を少なくとも部分的に画定することができる。少なくとも１つの実施形態では、入口１２０は、燃焼器１８のヘッド端部容積４２（図２）と流体連通する。
図５は、図４に示すデュアルフュエル燃料ノズル１００の一部の拡大図を示す。その例が図４および図５にまとめて示される様々な実施形態では、デュアルフュエル燃料ノズル１００は、リングマニホルド１２６と、軸方向中心線１１６に対してリングマニホルド１２６を通って軸方向および／または同軸に延びる内側燃料管１２８とを含む。図５に示すように、リングマニホルド１２６は、軸方向中心線１１６に対して後方側壁１３２から軸方向に間隔を置いて配置される前方側壁１３０を含む。リングマニホルド１２６は、軸方向中心線１１６に対して外側バンド１３６から半径方向に間隔を置いて配置される内側バンド１３４を備える。液体燃料プレナム１３８は、内側バンド１３４、外側バンド１３６、前方側壁１３０、および後方側壁１３２の間のリングマニホルド１２６内に画定される。
特定の実施形態では、図４および図５にまとめて詳述するように、液体燃料プレナム１３８は、第１の燃料管１４０を介して液体燃料供給源５４に流体結合される。第１の燃料管１４０の少なくとも一部は、リングマニホルド１２６の前方側壁１３０の前方の内側燃料管１２８の周りまたは周囲で中央本体１０２内に螺旋状に延び、ガス燃料プレナム１１２から半径方向内側に配置される。図５を参照すると、第１の燃料管１４０の後方端部１４２は、前方側壁１３０に接続され、リングマニホルド１２６の液体燃料プレナム１３８に流体結合されてもよい。
リングマニホルド１２６の内側バンド１３４は、内側管１２８から取り外される。むしろ、リングマニホルド１２６の外側バンド１３６は、本明細書でさらに説明するように、中央本体１０２および外側スリーブ１５６に取り付けられる。したがって、特定の実施形態では、内側管１２８は、リングマニホルド１２６から熱的に分離され、その結果、内側管１２８の熱成長またはリングマニホルド１２６を通る移動が抑制されない。
図６は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、図４および図５に示す中央本体１０２の一部の拡大断面側面図を示す。図５および図６にまとめて示すような特定の実施形態では、複数の半径方向に配向された燃料噴射器１４４が、外側バンド１３６の周りに／内に円周方向に間隔を置いて配置され、各々が液体燃料プレナム１３８と流体連通する。複数の燃料噴射器１４４の各燃料噴射器１４４は、軸方向中心線１１６に対して半径方向に配向され、旋回ベーン１０６および／または燃料ポート１１０の下流に位置する予混合通路１０８に液体燃料５６の霧化ジェットを噴射する。液体燃料の霧化ジェットは、軸方向中心線１１６に対して、燃料噴射器１４４から概して軸方向に導かれる。
特定の実施形態では、図６に詳述するように、半径方向に配向された燃料噴射器１４４の１つまたは複数は、必要に応じて、リングマニホルド１２６の対応する開口部１４６内に螺合させるか、ねじ込ませるか、または他の方法で取り外し可能に取り付けられ、メンテナンス（例えば、清掃）および／または交換を容易にすることができる。図６に示すように、第１の燃料管１４０は、液体燃料５６を液体燃料供給源５４から液体燃料プレナム１３８に通過させるための第１の流体通路１４８を設けるか、または画定する。
図７は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、図４～図６に示す例示的なデュアルフュエル燃料ノズル１００の断面側面図を示す。図７に示す実施形態のような特定の実施形態では、デュアルフュエル燃料ノズル１００は、液体燃料５６を液体燃料供給源５４から液体燃料プレナム１３８に通過させるための第２の流体通路１５２を画定する第２の燃料管１５０を含む。第２の燃料管１５０の少なくとも一部は、リングマニホルド１２６の前方側壁１３０の上流の内側燃料管１２８の周りおよび／または周囲で中央本体１０２内に螺旋状に延び、ガス燃料プレナム１１２から半径方向内側に配置される。第２の燃料管１５０の後方端部１５４は、前方側壁１３０に接続され、リングマニホルド１２６の液体燃料プレナム１３８に流体結合されてもよい。動作中、内側燃料管１２８は、リングマニホルド１２６を通り、かつ第１の燃料管１４０および第２の燃料管１５０に対する軸方向における熱成長または膨張が抑制されない。
第１の燃料管１４０および第２の燃料管１５０は、ばねのように作用するように巻かれる。図示の実施形態では、管１４０、１５０は、同じ方向（例えば、時計回りまたは反時計回り）に巻かれる。第１および第２の燃料管１４０、１５０の巻き付けは、液体燃料供給源５４、ヘッド端部容積４２からの圧縮空気２８、およびガス供給システム５０の間の熱差に対応する。第１および第２の燃料管１４０、１５０は、デュアルフュエル燃料ノズル１００の軸方向中心線１１６と交差せず、むしろ半径方向外側にある。特定の実施形態では、第１および第２の燃料管１４０、１５０のコイルは、共に巻かれ、同一の間隔および巻数を有する。互いに同一である管１４０、１５０を使用することにより、固有の部品数が減少し、製造および組み立ての複雑さが低減される。
特定の実施形態では、図５および図７に示すように、中央本体１０２は、外側スリーブ１５６をさらに備える。外側バンド１３６に接続することができる外側スリーブ１５６は、リングマニホルド１２６の後方側壁１３２の下流に延びる。図５および図７に示すような特定の実施形態では、ノズル本体またはディスク１５８は、リングマニホルド１２６の後方側壁１３２の下流の外側スリーブ１５６に接続される。ノズル本体１５８は、軸方向中心線１１６に対して外側スリーブ１５６内で半径方向および円周方向に延びる。ノズル本体１５８は、複数の開口１６０を画定する。リングマニホルド１２６の後方側壁１３２、外側スリーブ１５６、およびノズル本体１５８は、外側スリーブ１５６内に流体チャンバ１６２を集合的に画定する。複数の開口１６０は、流体チャンバ１６２と流体連通する。流体チャンバ１６２は、ヘッド端部容積４２および／または高圧プレナム３８（図２）などの圧縮空気または希釈剤供給源と流体連通することができる。
特定の実施形態では、図５および図７に示すように、ノズル本体１５８は、燃料噴射器１６４を含む。燃料噴射器１６４は、軸方向中心線１１６に対して軸方向に配向され、内側燃料管１２８を介して液体燃料供給源５４と流体連通する。動作中、燃料噴射器１６４は、旋回ベーン１０６の下流および複数の半径方向に配向された燃料噴射器１４４の下流に位置する燃焼ゾーン４６に霧化液体燃料５６を噴射する。特定の実施形態では、燃料噴射器１６４は、必要に応じて、ノズル本体１５８の対応する開口部１６６内に螺合させるか、ねじ込ませるか、または他の方法で取り外し可能に取り付けられ、メンテナンス（例えば、清掃）および／または交換を容易にすることができる。
様々な実施形態では、図５および図７に示すように、流体チャンバ１６２内に配置される内側燃料管１２８の一部は、リングマニホルド１２６の後方側壁１３２とノズル本体１５８との間でデュアルフュエル燃料ノズル１００の軸方向中心線１１６の周りに螺旋状に延びる。動作中、内側燃料管の螺旋状部分は、ばねとして作用し、液体燃料供給源５４、ヘッド端部容積４２からの圧縮空気２８、およびガス供給システム５０の間の熱差により内側燃料管が伸縮することを可能にする。
図８は、少なくとも１つの実施形態による、図７に示すデュアルフュエル燃料ノズル１００のノズルアセンブリの側面図を示す。図８に示すように、ノズル本体１５８、外側スリーブ１５６、リングマニホルド１２６、内側燃料管１２８、第１の燃料管１４０、および第２の燃料管１５０は、ノズルアセンブリ３００として設けられてもよい。ノズルアセンブリ３００は、内側燃料管１２８、第１の燃料管１４０および第２の燃料管１５０の１つまたは複数に半径方向の支持を行うバッフルまたは管支持部材３０２をさらに含むことができる。ノズルアセンブリ３００はまた、内側燃料管１２８、第１の燃料管１４０、および第２の燃料管１５０を液体燃料供給源５４に流体結合する燃料マニホルド３０４を含むことができる。図７に示すように、燃料マニホルド３０４は、エンドカバー４０に接続されてもよく、かつ／またはエンドカバー４０を通って軸方向に延びてもよい。ノズルアセンブリ３００は、中央本体１０２の下流端部１７８（図４）を通って装填され、下流端部１７８に接続されてもよい。特定の実施形態では、第１の燃料管１４０も第２の燃料管１５０も、燃料ノズルアセンブリ３００の軸方向中心線３０６と交差しない。
特定の実施形態では、図５に示すように、デュアルフュエル燃料ノズル１００は、内側燃料管１２８および第１の燃料管１４０の周りに円周方向に延びる、または図７に示すように、内側燃料管１２８、第１の燃料管１４０および第２の燃料管１５０の周りに円周方向に延びる空気シールドまたはデフレクタ１６８を含むことができる。図５および図７にまとめて示すように、空気シールド１６８は、リングマニホルド１２６の前方側壁１３０の上流に配置される。
図９は、本開示の少なくとも１つの実施形態による例示的な空気シールド１６８の斜視図を示す。図１０は、空気シールド１６８が設置されたデュアルフュエル燃料ノズル１００の一部の断面斜視図を示す。図９および図１０にまとめて示すように、空気シールド１６８は、空気シールド１６８の外側表面１７２から半径方向外側に延びる複数の突出部またはリブ１７０を含むことができる。
動作時には、図９および図１０にまとめて示すように、ヘッド端部チャンバ４２からの圧縮空気２８は、旋回ベーン１０６（図５）によって画定された複数の開口１７４を介して中央本体１０２に入る。圧縮空気２８が空気シールド１６８の外側表面１７２に衝突すると、圧縮空気２８は停滞する。リブ１７０は、高速かつ高温の旋回する圧縮空気２８を整流し、空気２８を軸方向に導く流路１７６を形成する。圧縮空気流２８の整流は、圧縮空気２８が内側燃料管１２８、第１の燃料管１４０、および／または第２の燃料管１５０に直接衝突しないようにするのに役立つ。加えて、圧縮空気流２８を整流することにより、圧縮空気２８のピーク速度が低下し、これにより圧縮空気２８から液体燃料５６を運んでいる内側燃料管１２８、第１の燃料管１４０、および／または第２の燃料管１５０への熱伝達が低減される。この圧縮空気２８の偏向は、液体燃料で濡れることがある内部表面が充分に高い温度を受けることを防止し、特に液体燃料５６が充分な速度で移動していないときには、燃料の熱破壊およびその後のコークス形成をもたらす。次いで、圧縮空気２８は、流体チャンバ１６２へとリングマニホルド１２６によっておよび／または周囲に画定された様々な開口部を通っておよび／または周囲を流れることができ、それによって冷却および／またはパージ空気がノズル本体１５８に供給される。
本明細書は、最良の形態を含む本発明を開示するために、かつ当業者が、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めて、本発明を実施することができるように実施例を用いている。本発明の特許可能な範囲は、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。そのような他の実施例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を含む場合、あるいは特許請求の範囲の文言との実質的な相違がない同等の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあるものとする。
［実施態様１］
ノズルアセンブリ（３００）であって、
ヘッダマニホルド（３０４）と、
前記ヘッダマニホルド（３０４）から軸方向に間隔を置いて配置され、液体燃料プレナム（１３８）を画定するリングマニホルド（１２６）と、
前記リングマニホルド（１２６）の後方側壁（１３２）に接続された外側スリーブ（１５６）と、
前記外側スリーブ（１５６）の後方端部に接続されたノズル本体（１５８）であって、前記リングマニホルド（１２６）、前記外側スリーブ（１５６）、および前記ノズル本体（１５８）は、流体チャンバ（１６２）を画定するノズル本体（１５８）と、
前記ヘッダマニホルド（３０４）から前記ノズル本体（１５８）に軸方向に延びる内側燃料管（１２８）であって、前記内側燃料管（１２８）の一部は、前記リングマニホルド（１２６）の前記後方側壁（１３２）と前記ノズル本体（１５８）との間で前記ノズルアセンブリ（３００）の軸方向中心線（１１６）の周りに螺旋状に延びる内側燃料管（１２８）と、
前記内側燃料管（１２８）の一部の周囲に螺旋状に延び、前記リングマニホルド（１２６）の前記液体燃料プレナム（１３８）を前記ヘッダマニホルド（３０４）に流体結合する第１の燃料管（１４０）と、
前記内側燃料管（１２８）の一部の周囲に螺旋状に延び、前記リングマニホルド（１２６）の前記液体燃料プレナム（１３８）を前記ヘッダマニホルド（３０４）に流体結合する第２の燃料管（１５０）とを備える、ノズルアセンブリ（３００）。
［実施態様２］
前記ノズル本体（１５８）の開口部（１６６）に装着された軸方向に配向された燃料噴射器（１６４）をさらに備え、前記軸方向に配向された燃料噴射器（１６４）が、前記内側燃料管（１２８）に流体結合される、実施態様１に記載のノズルアセンブリ（３００）。
［実施態様３］
前記軸方向に配向された燃料噴射器（１６４）が、前記ノズル本体（１５８）の前記開口部（１６６）内に取り外し可能に装着される、実施態様２に記載のノズルアセンブリ（３００）。
［実施態様４］
前記リングマニホルド（１２６）の外側バンド（１３６）に沿って円周方向に間隔を置いて配置された複数の半径方向に配向された燃料噴射器（１４４）をさらに備え、前記複数の半径方向に配向された燃料噴射器（１４４）が、前記液体燃料プレナム（１３８）と流体連通する、実施態様１に記載のノズルアセンブリ（３００）。
［実施態様５］
前記複数の半径方向に配向された燃料噴射器（１４４）の前記半径方向に配向された燃料噴射器（１４４）の各々が、前記リングマニホルド（１２６）に画定されたそれぞれの開口部（１４６）に取り外し可能に装着される、実施態様４に記載のノズルアセンブリ（３００）。
［実施態様６］
前記複数の半径方向に配向された燃料噴射器（１４４）の上流に配置された複数の旋回ベーン（１０６）をさらに備える、実施態様４に記載のノズルアセンブリ（３００）。
［実施態様７］
前記内側燃料管（１２８）、前記第１の燃料管（１４０）および前記第２の燃料管（１５０）に結合された管支持部材（３０２）をさらに備える、実施態様１に記載のノズルアセンブリ（３００）。
［実施態様８］
前記第１の燃料管（１４０）の後方端部（１４２）が、前記リングマニホルド（１２６）の前方側壁（１３０）に接続される、実施態様１に記載のノズルアセンブリ（３００）。
［実施態様９］
前記第２の燃料管（１５０）の後方端部（１５４）が、前記リングマニホルド（１２６）の前方側壁（１３０）に接続される、実施態様１に記載のノズルアセンブリ（３００）。
［実施態様１０］
前記内側燃料管（１２８）が、前記リングマニホルド（１２６）によって軸方向に抑制されない、実施態様１に記載のノズルアセンブリ（３００）。
［実施態様１１］
前記第１の燃料管（１４０）および前記第２の燃料管（１５０）が、中央本体（１０２）の前記軸方向中心線（１１６）の半径方向外側にある、実施態様１に記載のノズルアセンブリ（３００）。
［実施態様１２］
前記第１の燃料管（１４０）および前記第２の燃料管（１５０）のコイルが、同一の間隔および巻数で共に巻かれる、実施態様１に記載のノズルアセンブリ（３００）。
［実施態様１３］
デュアルフュエル燃料ノズルアセンブリであって、
管形状を有する中央本体（１０２）と、
前記中央本体（１０２）内に画定されたガス燃料プレナム（１１２）と、
前記中央本体（１０２）の端部（１７８）を通して装填されたノズルアセンブリ（３００）とを備え、前記ノズルアセンブリ（３００）は、
ヘッダマニホルド（３０４）と、
前記ヘッダマニホルド（３０４）から軸方向に間隔を置いて配置され、液体燃料プレナム（１３８）を画定するリングマニホルド（１２６）と、
前記リングマニホルド（１２６）の後方側壁（１３２）に接続された外側スリーブ（１５６）と、
前記外側スリーブ（１５６）の後方端部に接続されたノズル本体（１５８）であって、前記リングマニホルド（１２６）、前記外側スリーブ（１５６）、および前記ノズル本体（１５８）は、流体チャンバ（１６２）を画定するノズル本体（１５８）と、
前記ヘッダマニホルド（３０４）から前記ノズル本体（１５８）に軸方向に延びる内側燃料管（１２８）であって、前記内側燃料管（１２８）の一部は、前記リングマニホルド（１２６）の前記後方側壁（１３２）と前記ノズル本体（１５８）との間で前記ノズルアセンブリ（３００）の軸方向中心線（１１６）の周りに螺旋状に延びる内側燃料管（１２８）と、
前記内側燃料管（１２８）の一部の周囲に螺旋状に延び、前記リングマニホルド（１２６）の前記液体燃料プレナム（１３８）を前記ヘッダマニホルド（３０４）に流体結合する第１の燃料管（１４０）と、
前記内側燃料管（１２８）の一部の周囲に螺旋状に延び、前記リングマニホルド（１２６）の前記液体燃料プレナム（１３８）を前記ヘッダマニホルド（３０４）に流体結合する第２の燃料管（１５０）とを備える、デュアルフュエル燃料ノズルアセンブリ。
［実施態様１４］
前記ノズルアセンブリ（３００）が、前記ノズル本体（１５８）の開口部（１６６）に装着された軸方向に配向された燃料噴射器（１６４）をさらに備え、前記軸方向に配向された燃料噴射器（１６４）が、前記内側燃料管（１２８）に流体結合される、実施態様１３に記載のデュアルフュエル燃料ノズルアセンブリ。
［実施態様１５］
前記軸方向に配向された燃料噴射器（１６４）が、前記ノズル本体（１５８）の前記開口部（１６６）内に取り外し可能に装着される、実施態様１３に記載のデュアルフュエル燃料ノズルアセンブリ。
［実施態様１６］
前記ノズルアセンブリ（３００）が、前記リングマニホルド（１２６）の外側バンド（１３６）に沿って円周方向に間隔を置いて配置された複数の半径方向に配向された燃料噴射器（１４４）をさらに備え、前記複数の半径方向に配向された燃料噴射器（１４４）が、前記液体燃料プレナム（１３８）と流体連通し、前記複数の半径方向に配向された燃料噴射器（１４４）の前記半径方向に配向された燃料噴射器（１４４）の各々が、前記リングマニホルド（１２６）に画定されたそれぞれの開口部（１４６）に取り外し可能に装着される、実施態様１３に記載のデュアルフュエル燃料ノズルアセンブリ。
［実施態様１７］
前記複数の半径方向に配向された燃料噴射器（１４４）の上流に配置された複数の旋回ベーン（１０６）をさらに備える、実施態様１６に記載のデュアルフュエル燃料ノズルアセンブリ。
［実施態様１８］
前記内側燃料管（１２８）が、前記リングマニホルド（１２６）によって軸方向に抑制されない、実施態様１３に記載のデュアルフュエル燃料ノズルアセンブリ。
［実施態様１９］
前記第１の燃料管（１４０）および前記第２の燃料管（１５０）が、前記中央本体（１０２）の前記軸方向中心線（１１６）の半径方向外側にあり、前記第１の燃料管（１４０）の後方端部（１４２）および前記第２の燃料管（１５０）の後方端部（１５４）が、前記リングマニホルド（１２６）の前方側壁（１３０）に接続される、実施態様１３に記載のデュアルフュエル燃料ノズルアセンブリ。
［実施態様２０］
前記第１の燃料管（１４０）および前記第２の燃料管（１５０）のコイルが、同一の間隔および巻数で共に巻かれる、実施態様１３に記載のデュアルフュエル燃料ノズルアセンブリ。
１０ ガスタービン
１２ 入口セクション
１４ 圧縮機
１６ 燃焼システム
１８ 燃焼器
２０ タービン
２２ 排気セクション
２４ シャフト
２６ 空気
２８ 圧縮空気流、圧縮空気
３０ 燃料
３２ 燃料供給源
３４ 燃焼ガス
３６ 外側ケーシング
３８ 高圧プレナム
４０ エンドカバー
４１ キャップアセンブリ
４２ ヘッド端部容積、ヘッド端部チャンバ
４４ ライナ、ダクト
４６ 燃焼ゾーン、燃焼チャンバ
４８ 高温ガス経路
５０ ガス燃料供給源、ガス供給システム
５２ ガス燃料
５４ 液体燃料供給源
５６ 霧化液体燃料
１００ 外側燃料ノズル、デュアルフュエル燃料ノズル
１０２ 中央本体
１０４ バーナ管
１０６ 旋回ベーン
１０８ 予混合通路
１１０ 燃料ポート
１１２ ガス燃料プレナム
１１４ 管
１１６ 長手方向軸線、軸方向中心線
１１８ 上流端部部分
１２０ 入口
１２２ 下流端部部分
１２４ 出口
１２６ リングマニホルド
１２８ 内側管、内側燃料管
１３０ 前方側壁
１３２ 後方側壁
１３４ 内側バンド
１３６ 外側バンド
１３８ 液体燃料プレナム
１４０ 第１の燃料管
１４２ 後方端部
１４４ 燃料噴射器
１４６ 開口部
１４８ 第１の流体通路
１５０ 第２の燃料管
１５２ 第２の流体通路
１５４ 後方端部
１５６ 外側スリーブ
１５８ ノズル本体、ディスク
１６０ 開口
１６２ 流体チャンバ
１６４ 燃料噴射器
１６６ 開口部
１６８ 空気シールド、デフレクタ
１７０ リブ、突出部
１７２ 外側表面
１７４ 開口
１７６ 流路
１７８ 下流端部
２００ 中央燃料ノズル
３００ 燃料ノズルアセンブリ
３０２ バッフル、管支持部材
３０４ 燃料マニホルド
３０６ 軸方向中心線

Claims (11)

  1. ノズルアセンブリ（３００）であって、
    エンドカバー（４０）の下流端の上流に配置された燃料マニホルド（３０４）と、
    前記燃料マニホルド（３０４）から軸方向に間隔を置いて配置され、液体燃料プレナム（１３８）を画定するリングマニホルド（１２６）と、
    前記リングマニホルド（１２６）の後方側壁（１３２）に接続された外側スリーブ（１５６）と、
    前記外側スリーブ（１５６）の後方端部に接続されたノズル本体（１５８）であって、前記リングマニホルド（１２６）、前記外側スリーブ（１５６）、および前記ノズル本体（１５８）は、流体チャンバ（１６２）を画定するノズル本体（１５８）と、
    前記エンドカバー（４０）と前記リングマニホルド（１２６）を通り、前記燃料マニホルド（３０４）から前記ノズル本体（１５８）に軸方向に延びる内側燃料管（１２８）であって、前記リングマニホルド（１２６）と前記内側燃料管（１２８）の間に半径方向のギャップが画定され、前記半径方向のギャップが前記リングマニホルド（１２６）の前方側壁（１３０）から前記リングマニホルド（１２６）の前記後方側壁（１３２）まで軸方向に延び、前記内側燃料管（１２８）の一部は、前記燃料マニホルド（３０４）と前記ノズル本体（１５８）との間で前記ノズルアセンブリ（３００）の軸方向中心線（１１６）の周りに螺旋状に延びる内側燃料管（１２８）と、
    前記燃料マニホルド（３０４）から前記エンドカバー（４０）を通って前記リングマニホルド（１２６）まで軸方向に延び、前記内側燃料管（１２８）の一部の周囲に螺旋状に延び、前記半径方向のギャップの半径方向外側の前記リングマニホルド（１２６）に接続し、前記リングマニホルド（１２６）の前記液体燃料プレナム（１３８）を前記燃料マニホルド（３０４）に流体結合して前記リングマニホルド（１２６）内の少なくとも１つの噴射器（１４４）に液体燃料を供給する第１の燃料管（１４０）とを備える、ノズルアセンブリ（３００）。
  2. 前記燃料マニホルド（３０４）から前記リングマニホルド（１２６）まで軸方向に延びるとともに、前記内側燃料管（１２８）の一部の周囲に螺旋状に延び、前記リングマニホルド（１２６）の前記液体燃料プレナム（１３８）を前記燃料マニホルド（３０４）に流体結合する第２の燃料管（１５０）をさらに備える、請求項１に記載のノズルアセンブリ（３００）。
  3. ノズルアセンブリ（３００）であって、
    エンドカバー（４０）の下流端の上流に配置された燃料マニホルド（３０４）と、
    前記燃料マニホルド（３０４）から軸方向に間隔を置いて配置され、液体燃料プレナム（１３８）を画定するリングマニホルド（１２６）と、
    前記リングマニホルド（１２６）の後方側壁（１３２）に接続された外側スリーブ（１５６）と、
    前記外側スリーブ（１５６）の後方端部に接続されたノズル本体（１５８）であって、前記リングマニホルド（１２６）、前記外側スリーブ（１５６）、および前記ノズル本体（１５８）は、流体チャンバ（１６２）を画定するノズル本体（１５８）と、
    前記エンドカバー（４０）と前記リングマニホルド（１２６）を通り、前記燃料マニホルド（３０４）から前記ノズル本体（１５８）に軸方向に延びる内側燃料管（１２８）であって、前記リングマニホルド（１２６）と前記内側燃料管（１２８）の間に半径方向のギャップが画定され、前記半径方向のギャップが前記リングマニホルド（１２６）の前方側壁（１３０）から前記リングマニホルド（１２６）の前記後方側壁（１３２）まで軸方向に延び、前記内側燃料管（１２８）の一部は、前記リングマニホルド（１２６）の前記後方側壁（１３２）と前記ノズル本体（１５８）との間で前記ノズルアセンブリ（３００）の軸方向中心線（１１６）の周りに螺旋状に延びる内側燃料管（１２８）と、
    前記燃料マニホルド（３０４）から前記エンドカバー（４０）を通って前記リングマニホルド（１２６）まで軸方向に延び、前記内側燃料管（１２８）の一部の周囲に螺旋状に延び、前記半径方向のギャップの半径方向外側の前記リングマニホルド（１２６）に接続し、前記リングマニホルド（１２６）の前記液体燃料プレナム（１３８）を前記燃料マニホルド（３０４）に流体結合して前記リングマニホルド（１２６）内の少なくとも１つの噴射器（１４４）に液体燃料を供給する第１の燃料管（１４０）と、
    前記燃料マニホルド（３０４）から前記リングマニホルド（１２６）まで軸方向に延びるとともに、前記内側燃料管（１２８）の一部の周囲に螺旋状に延び、前記リングマニホルド（１２６）の前記液体燃料プレナム（１３８）を前記燃料マニホルド（３０４）に流体結合する第２の燃料管（１５０）とを備える、ノズルアセンブリ（３００）。
  4. 前記ノズル本体（１５８）の開口部（１６６）に装着された軸方向に配向された燃料噴射器（１６４）をさらに備え、前記軸方向に配向された燃料噴射器（１６４）が、前記内側燃料管（１２８）に流体結合され、
    前記軸方向に配向された燃料噴射器（１６４）が、前記ノズル本体（１５８）の前記開口部（１６６）内に取り外し可能に装着される、請求項２または３に記載のノズルアセンブリ（３００）。
  5. 前記少なくとも１つの噴射器（１４４）は、前記リングマニホルド（１２６）の外側バンド（１３６）に沿って円周方向に間隔を置いて配置された複数の噴射器（１４４）を含み、前記複数の噴射器（１４４）の各々が、前記液体燃料プレナム（１３８）と流体連通し、
    前記複数の噴射器（１４４）の各々が、前記リングマニホルド（１２６）に画定されたそれぞれの開口部（１４６）に取り外し可能に装着される、請求項２乃至４のいずれかに記載のノズルアセンブリ（３００）。
  6. 前記少なくとも１つの噴射器（１４４）の上流に配置された複数の旋回ベーン（１０６）をさらに備え、
    前記複数の旋回ベーン（１０６）の各々は、前記ノズルアセンブリ（３００）の中央本体（１０２）内に画定されたガス燃料プレナム（１１２）と流体連通する１つまたは複数の燃料ポート（１１０）を含む、請求項２乃至５のいずれかに記載のノズルアセンブリ（３００）。
  7. 前記内側燃料管（１２８）、前記第１の燃料管（１４０）および前記第２の燃料管（１５０）に結合された管支持部材（３０２）をさらに備える、請求項２乃至６のいずれかに記載のノズルアセンブリ（３００）。
  8. 前記第１の燃料管（１４０）の後方端部（１４２）が、前記リングマニホルド（１２６）の前記前方側壁（１３０）に接続され、
    前記第２の燃料管（１５０）の後方端部（１５４）が、前記リングマニホルド（１２６）の前記前方側壁（１３０）に接続される、請求項２乃至７のいずれかに記載のノズルアセンブリ（３００）。
  9. 前記第１の燃料管（１４０）および前記第２の燃料管（１５０）が、前記軸方向中心線（１１６）及び前記内側燃料管（１２８）の半径方向外側にある、請求項２乃至８のいずれかに記載のノズルアセンブリ（３００）。
  10. 前記第１の燃料管（１４０）および前記第２の燃料管（１５０）のコイルが、前記エンドカバー（４０）から前記リングマニホルド（１２６）まで直線的に延びる前記内側燃料管（１２８）の周りで同一の間隔および巻数で共に巻かれる、請求項９に記載のノズルアセンブリ（３００）。
  11. デュアルフュエル燃料ノズルアセンブリであって、
    管形状を有する中央本体（１０２）と、
    前記中央本体（１０２）内に画定されたガス燃料プレナム（１１２）と、
    前記中央本体（１０２）の端部（１７８）を通して装填された、請求項１乃至１０のいずれかに記載のノズルアセンブリ（３００）とを備える、デュアルフュエル燃料ノズルアセンブリ。
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