JPH10196952A - 燃料ノズルアセンブリ - Google Patents
燃料ノズルアセンブリInfo
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- JPH10196952A JPH10196952A JP9365231A JP36523197A JPH10196952A JP H10196952 A JPH10196952 A JP H10196952A JP 9365231 A JP9365231 A JP 9365231A JP 36523197 A JP36523197 A JP 36523197A JP H10196952 A JPH10196952 A JP H10196952A
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- fuel nozzle
- longitudinal axis
- fuel
- nozzle assembly
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D17/00—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel
- F23D17/002—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel gaseous or liquid fuel
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C7/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
- F23C7/002—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply the air being submitted to a rotary or spinning motion
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2250/00—Geometry
- F05B2250/30—Arrangement of components
- F05B2250/32—Arrangement of components according to their shape
- F05B2250/322—Arrangement of components according to their shape tangential
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
- F23C2900/07002—Premix burners with air inlet slots obtained between offset curved wall surfaces, e.g. double cone burners
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Spray-Type Burners (AREA)
- Combustion Of Fluid Fuel (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 燃焼火炎が燃料ノズル内に安定する傾向を減
少せしめ、また燃料ノズルの混合区域に移動してくる火
炎を追い出すようにすること。 【解決手段】 タンジェンシャル空気入口燃料ノズル１
０の２つのオフセットしている円筒孤形スクロール部材
２２、２４の重なり端は、それらの間に、空気入口スロ
ット３６、３８を形成する。端板１８は燃焼器入口ポー
ト２０を有し、他の端板１６がノズルの流れ区域を封鎖
する。スクロール部材２２、２４はこれら端板間に固定
されている。中央本体１２は、長手方向軸線２６と同軸
にしてスクロール部材間に設けられている。この中央本
体は、基部５８と内部通路６４とを有し、基部５８はこ
の基部を貫通して延びる少なくともひとつの空気供給穴
を包含する。中央本体１２は、また、切頭円錐形部分８
６と空気力学的形状のランプとを包含し、これらは端板
間における逆流及び火炎安定を防止する。
少せしめ、また燃料ノズルの混合区域に移動してくる火
炎を追い出すようにすること。 【解決手段】 タンジェンシャル空気入口燃料ノズル１
０の２つのオフセットしている円筒孤形スクロール部材
２２、２４の重なり端は、それらの間に、空気入口スロ
ット３６、３８を形成する。端板１８は燃焼器入口ポー
ト２０を有し、他の端板１６がノズルの流れ区域を封鎖
する。スクロール部材２２、２４はこれら端板間に固定
されている。中央本体１２は、長手方向軸線２６と同軸
にしてスクロール部材間に設けられている。この中央本
体は、基部５８と内部通路６４とを有し、基部５８はこ
の基部を貫通して延びる少なくともひとつの空気供給穴
を包含する。中央本体１２は、また、切頭円錐形部分８
６と空気力学的形状のランプとを包含し、これらは端板
間における逆流及び火炎安定を防止する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、低ＮＯX予混合燃
料ノズル、特にガスタービンエンジンに用いるこの種の
ノズルに関する。
料ノズル、特にガスタービンエンジンに用いるこの種の
ノズルに関する。
【０００２】
【発明の背景】窒素酸化物（以下“ＮＯX”という）の
生成は、高温での燃焼の結果として生じる。ＮＯXはよ
く知られている汚染物質であり、このため、ＮＯXを生
成せしめる燃焼装置はこのような汚染物質の放出に対し
ての非常に厳格な規則に服従させられる。したがって、
多くの努力が燃焼装置におけるＮＯXの生成を減少する
ためになされている。
生成は、高温での燃焼の結果として生じる。ＮＯXはよ
く知られている汚染物質であり、このため、ＮＯXを生
成せしめる燃焼装置はこのような汚染物質の放出に対し
ての非常に厳格な規則に服従させられる。したがって、
多くの努力が燃焼装置におけるＮＯXの生成を減少する
ためになされている。
【０００３】そのひとつの解決として、燃料を過剰空気
と予混合し、これにより燃焼を局部的に高い過剰空気で
もって生じさせ、その結果燃焼温度を比較的低くし、こ
れによりＮＯXの生成を最少にすることがなされてい
る。このように作用する燃料ノズルは米国特許第５，３
０７，６３４号明細書に示されており、この米国特許は
円錐形の中央本体を具備するスクロールスワラを開示し
ている。このスクロールスワラは２つのオフセットして
いる円筒孤形のスクロールを包含し、これらのスクロー
ルは２つの端板に接続されている。燃焼用空気は、２つ
のオフセットスクロールにより形成されている２つの矩
形状のスロットを通してスワラに入り、それから、一方
の端板の燃焼器入口を通して出て、燃焼器内に流れる。
そして、内方後縁と対向して外方スクロールに設けられ
ている直線配列のオリフィスが、燃料をマニホルドから
各入口スリットで空気流れ中に注入し、これにより燃焼
器内へ出る前に均一な燃料／空気混合体を作る。
と予混合し、これにより燃焼を局部的に高い過剰空気で
もって生じさせ、その結果燃焼温度を比較的低くし、こ
れによりＮＯXの生成を最少にすることがなされてい
る。このように作用する燃料ノズルは米国特許第５，３
０７，６３４号明細書に示されており、この米国特許は
円錐形の中央本体を具備するスクロールスワラを開示し
ている。このスクロールスワラは２つのオフセットして
いる円筒孤形のスクロールを包含し、これらのスクロー
ルは２つの端板に接続されている。燃焼用空気は、２つ
のオフセットスクロールにより形成されている２つの矩
形状のスロットを通してスワラに入り、それから、一方
の端板の燃焼器入口を通して出て、燃焼器内に流れる。
そして、内方後縁と対向して外方スクロールに設けられ
ている直線配列のオリフィスが、燃料をマニホルドから
各入口スリットで空気流れ中に注入し、これにより燃焼
器内へ出る前に均一な燃料／空気混合体を作る。
【０００４】この型式の予混合燃料ノズルは、従来技術
の燃料ノズルと比較してＮＯXの低放出を実現するもの
である。しかしながら、あいにく、この型式の予混合燃
料ノズルは、火炎がノズルの予混合容積内に安定する結
果として中央本体が激しく劣化することに関連して耐久
性の問題が生じているものである。その結果、このよう
なノズルがガスタービンエンジンに用いられたときに
は、ノズルの運転寿命が制限されている。
の燃料ノズルと比較してＮＯXの低放出を実現するもの
である。しかしながら、あいにく、この型式の予混合燃
料ノズルは、火炎がノズルの予混合容積内に安定する結
果として中央本体が激しく劣化することに関連して耐久
性の問題が生じているものである。その結果、このよう
なノズルがガスタービンエンジンに用いられたときに
は、ノズルの運転寿命が制限されている。
【０００５】以上述べたことから、燃焼火炎が燃料ノズ
ル内に安定する傾向をかなり減少せしめ、また燃料ノズ
ルの混合区域に移動してくる火炎を追い出すようにする
タンジェンシャル入口ノズルが要望されている。
ル内に安定する傾向をかなり減少せしめ、また燃料ノズ
ルの混合区域に移動してくる火炎を追い出すようにする
タンジェンシャル入口ノズルが要望されている。
【０００６】
【発明の概要】本発明は、このような要望に応じてなさ
れたものである。したがって、本発明の目的は、燃焼火
炎が燃料ノズル内に安定する傾向をかなり減少せしめる
タンジェンシャル入口燃料ノズルを提供することにあ
る。
れたものである。したがって、本発明の目的は、燃焼火
炎が燃料ノズル内に安定する傾向をかなり減少せしめる
タンジェンシャル入口燃料ノズルを提供することにあ
る。
【０００７】本発明の他の目的は、ガスタービンエンジ
ンに用いられたときにおける運転寿命が従来技術のタン
ジェンシャル入口ノズルよりもかなり長いタンジェンシ
ャル入口ノズルを提供することにある。
ンに用いられたときにおける運転寿命が従来技術のタン
ジェンシャル入口ノズルよりもかなり長いタンジェンシ
ャル入口ノズルを提供することにある。
【０００８】以上述べた目的を達成するために、本発明
のタンジェンシャル空気入口燃料ノズルは、長手方向軸
線と、各々が互いからオフセットしている中心線を持つ
２つの円筒孤形スクロールとを有する。これらスクロー
ルの重なり端は、それらの間に、空気／燃料混合体を燃
料ノズル内に導入するための空気入口スロットを形成す
る。燃焼器側の端板は空気及び燃料が燃焼器内へ出るの
を許す中央開口を有し、一方、反対側の端で、他の端板
がノズルの流れ区域を封鎖する。スクロールは、これら
の端板間に固定されている。中央本体は、長手方向軸線
と同軸にしてスクロール間に設けられている。この中央
本体は、切頭円錐形部分と、基部と、第１及び第２の円
筒形部材とを有し、基部はこの基部を貫通して延びる少
なくともひとつの空気供給穴を包含し、また第１及び第
２の円筒形部材は内部通路を有する。切頭円錐形部分
は、第１の円筒形部材の通路の放出オリフィスに向って
テーパして、この放出オリフィスで終っている。第２の
円筒形部材の通路は、切頭円錐形部分内に設けられてい
ると共に、放出オリフィスよりも大きい直径を有する。
好適には、燃料ランスが、長手方向軸線と同軸であると
共に、基部を通して延びて第２の円筒形部材の通路内で
終っており、これにより中央本体内で燃料を空気に与え
る。
のタンジェンシャル空気入口燃料ノズルは、長手方向軸
線と、各々が互いからオフセットしている中心線を持つ
２つの円筒孤形スクロールとを有する。これらスクロー
ルの重なり端は、それらの間に、空気／燃料混合体を燃
料ノズル内に導入するための空気入口スロットを形成す
る。燃焼器側の端板は空気及び燃料が燃焼器内へ出るの
を許す中央開口を有し、一方、反対側の端で、他の端板
がノズルの流れ区域を封鎖する。スクロールは、これら
の端板間に固定されている。中央本体は、長手方向軸線
と同軸にしてスクロール間に設けられている。この中央
本体は、切頭円錐形部分と、基部と、第１及び第２の円
筒形部材とを有し、基部はこの基部を貫通して延びる少
なくともひとつの空気供給穴を包含し、また第１及び第
２の円筒形部材は内部通路を有する。切頭円錐形部分
は、第１の円筒形部材の通路の放出オリフィスに向って
テーパして、この放出オリフィスで終っている。第２の
円筒形部材の通路は、切頭円錐形部分内に設けられてい
ると共に、放出オリフィスよりも大きい直径を有する。
好適には、燃料ランスが、長手方向軸線と同軸であると
共に、基部を通して延びて第２の円筒形部材の通路内で
終っており、これにより中央本体内で燃料を空気に与え
る。
【０００９】
【好適な実施例の説明】図１を参照するに、本発明の低
ＮＯX予混合燃料ノズル１０は、スクロールスワラ１４
内の中央本体１２を包含する。スクロールスワラ１４
は、第１の端板１６と第２の端板１８とを包含し、第１
の端板１６は中央本体１２に接続されていると共に第２
の端板１８に関して間隔を置いており、また第２の端板
１８はこの第２の端板を貫通して延びる燃焼器入口ポー
ト２０を有する。そして、複数の、好適には２つの円筒
孤形のスクロール部材２２、２４が第１の端板１６から
第２の端板１８に延びている。
ＮＯX予混合燃料ノズル１０は、スクロールスワラ１４
内の中央本体１２を包含する。スクロールスワラ１４
は、第１の端板１６と第２の端板１８とを包含し、第１
の端板１６は中央本体１２に接続されていると共に第２
の端板１８に関して間隔を置いており、また第２の端板
１８はこの第２の端板を貫通して延びる燃焼器入口ポー
ト２０を有する。そして、複数の、好適には２つの円筒
孤形のスクロール部材２２、２４が第１の端板１６から
第２の端板１８に延びている。
【００１０】これらのスクロール部材２２、２４は、図
２に示されるように、ノズル１０の長手方向軸線２６の
まわりに均一に間隔を置き、これによりそれらの間に混
合区域２８を画成している。各スクロール部材２２、２
４は、長手方向軸線２６に面すると共に中心線３２、３
４のまわりに部分回転面を限定する半径方向内部表面を
有する。ここにおいて、用語“部分回転面”とは、中心
線３２、３４の各々のまわりを完全に回転する一回転よ
りも少ない範囲を回転することにより形成される面を意
味するものとして用いられている。
２に示されるように、ノズル１０の長手方向軸線２６の
まわりに均一に間隔を置き、これによりそれらの間に混
合区域２８を画成している。各スクロール部材２２、２
４は、長手方向軸線２６に面すると共に中心線３２、３
４のまわりに部分回転面を限定する半径方向内部表面を
有する。ここにおいて、用語“部分回転面”とは、中心
線３２、３４の各々のまわりを完全に回転する一回転よ
りも少ない範囲を回転することにより形成される面を意
味するものとして用いられている。
【００１１】図２に示されるように、各スクロール部材
２２、２４は他方のスクロール部材２４、２２に間隔を
置いており、またスクロール部材２２、２４の各々の中
心線３２、３４は混合区域２８内に位置されている。ま
た、図２及び図３を参照するに、中心線３２、３４の各
々は長手方向軸線２６に平行であると共に間隔を置いた
関係であり、かつ中心線３２、３４のすべては長手方向
軸線２６から等しい距離で位置されており、これにより
各対の隣接するスクロール部材２２、２４間に長手方向
軸線２６と平行に延びる入口スロット３６、３８を画成
し、これらの入口スロット３６、３８は燃焼用空気４０
を混合区域２８に導入するためのスロットである。圧縮
機（図示せず）からの燃焼支持用空気は、オフセットし
ている中心線３２、３４を持つスクロール部材２２、２
４の重なり端４４、５０；４６、４８により形成されて
いる入口スロット３６、３８を通過する。
２２、２４は他方のスクロール部材２４、２２に間隔を
置いており、またスクロール部材２２、２４の各々の中
心線３２、３４は混合区域２８内に位置されている。ま
た、図２及び図３を参照するに、中心線３２、３４の各
々は長手方向軸線２６に平行であると共に間隔を置いた
関係であり、かつ中心線３２、３４のすべては長手方向
軸線２６から等しい距離で位置されており、これにより
各対の隣接するスクロール部材２２、２４間に長手方向
軸線２６と平行に延びる入口スロット３６、３８を画成
し、これらの入口スロット３６、３８は燃焼用空気４０
を混合区域２８に導入するためのスロットである。圧縮
機（図示せず）からの燃焼支持用空気は、オフセットし
ている中心線３２、３４を持つスクロール部材２２、２
４の重なり端４４、５０；４６、４８により形成されて
いる入口スロット３６、３８を通過する。
【００１２】スクロール部材２２、２４の各々は、更
に、燃焼用空気４０が入口スロット３６、３８の各々を
通して導入されているときに燃料をこの燃焼用空気４０
中に導入する燃料導管５２、５４を包含する。そして、
液体又はガス燃料、好適にはガスを供給する第１の燃料
供給ライン（図示せず）が、燃料導管５２、５４の各々
に接続されている。長手方向軸線２６と同軸である燃焼
器入口ポート２０は、燃焼器５６のすぐ近くに隣接して
設けられ、燃料及び燃焼用空気を本発明のノズル１０か
ら燃焼器５６内に放出し、これにより燃焼器５６で燃料
と空気との燃焼が生じる。
に、燃焼用空気４０が入口スロット３６、３８の各々を
通して導入されているときに燃料をこの燃焼用空気４０
中に導入する燃料導管５２、５４を包含する。そして、
液体又はガス燃料、好適にはガスを供給する第１の燃料
供給ライン（図示せず）が、燃料導管５２、５４の各々
に接続されている。長手方向軸線２６と同軸である燃焼
器入口ポート２０は、燃焼器５６のすぐ近くに隣接して
設けられ、燃料及び燃焼用空気を本発明のノズル１０か
ら燃焼器５６内に放出し、これにより燃焼器５６で燃料
と空気との燃焼が生じる。
【００１３】再び図１を参照するに、中央本体１２は少
なくともひとつ、好適には複数の空気供給穴６０、６２
を有する基部５８を有し、これらの空気供給穴６０、６
２は基部５８を貫通して延びている。基部５８は、この
基部を通過して延びる長手方向軸線２６に垂直である。
中央本体１２は、好適には、長手方向軸線２６と同軸で
ある内部通路６４を有する。本発明の好適な実施例で
は、内部通路６４は、第１の端６８及び第２の端７０を
有する第１の円筒形通路６６と、この第１の円筒形通路
６６よりも大きな直径であって、かつ同様に第１の端７
４及び第２の端７６を有する第２の円筒形通路７２とを
包含する。第２の円筒形通路７２は、テーパ通路７８を
通して第１の円筒形通路６６と連通する。テーパ通路７
８は、第１の円筒形通路６６の直径と等しい直径を有す
る第１の端８０と、第２の円筒形通路７２の直径と等し
い直径を有する第２の端８２とを有する。通路６６、７
２、７８の各々は長手方向軸線２６と同軸であり、また
テーパ通路７８の第１の端８０は第１の円筒形通路６６
の第２の端７０と一体であり、更にテーパ通路７８の第
２の端８２は第２の円筒形通路７２の第１の端７４と一
体である。第１の円筒形通路６６は放出オリフィス６８
を包含し、この放出オリフィス６８は円形であると共に
長手方向軸線２６と同軸であり、かつ第１の円筒形通路
６６の第１の端６８に設けられている（便宜上、符号６
８はこの第１の端と放出オリフィスとの両方を示すもの
として用いられている）。本発明の好適な実施例では、
燃料及び燃焼用空気の両方が中央本体１２を通して流れ
るけれども、本発明は燃料及び燃焼用空気のどちらかを
流す、又は燃料も空気も流さない中央本体１２を用いる
こともできるものである。
なくともひとつ、好適には複数の空気供給穴６０、６２
を有する基部５８を有し、これらの空気供給穴６０、６
２は基部５８を貫通して延びている。基部５８は、この
基部を通過して延びる長手方向軸線２６に垂直である。
中央本体１２は、好適には、長手方向軸線２６と同軸で
ある内部通路６４を有する。本発明の好適な実施例で
は、内部通路６４は、第１の端６８及び第２の端７０を
有する第１の円筒形通路６６と、この第１の円筒形通路
６６よりも大きな直径であって、かつ同様に第１の端７
４及び第２の端７６を有する第２の円筒形通路７２とを
包含する。第２の円筒形通路７２は、テーパ通路７８を
通して第１の円筒形通路６６と連通する。テーパ通路７
８は、第１の円筒形通路６６の直径と等しい直径を有す
る第１の端８０と、第２の円筒形通路７２の直径と等し
い直径を有する第２の端８２とを有する。通路６６、７
２、７８の各々は長手方向軸線２６と同軸であり、また
テーパ通路７８の第１の端８０は第１の円筒形通路６６
の第２の端７０と一体であり、更にテーパ通路７８の第
２の端８２は第２の円筒形通路７２の第１の端７４と一
体である。第１の円筒形通路６６は放出オリフィス６８
を包含し、この放出オリフィス６８は円形であると共に
長手方向軸線２６と同軸であり、かつ第１の円筒形通路
６６の第１の端６８に設けられている（便宜上、符号６
８はこの第１の端と放出オリフィスとの両方を示すもの
として用いられている）。本発明の好適な実施例では、
燃料及び燃焼用空気の両方が中央本体１２を通して流れ
るけれども、本発明は燃料及び燃焼用空気のどちらかを
流す、又は燃料も空気も流さない中央本体１２を用いる
こともできるものである。
【００１４】図３を参照するに、中央本体１２の半径方
向外側表面８４は切頭円錐形部分８６と曲り部分８８と
を包含する。切頭円錐形部分８６は、長手方向軸線２６
と同軸である切頭円錐体の外側表面を限定すると共に、
基部５８に向って広がっている。曲り部分８８は、切頭
円錐形部分８６と一体であり、また、好適には、切頭円
錐形部分８６と接すると共に切頭円錐形部分８６の半径
方向外側に位置する中心を有する円を、長手方向軸線２
６のまわりに回転することにより形成される面の一部分
を限定する。好適な実施例では、切頭円錐形部分８６は
放出オリフィス６８が設けられている面で終っており、
また、切頭円錐形部分８６の基部（中央本体の基部５８
とは区別される）の直径は、切頭円錐形部分８６の頂部
の直径よりも大きくて、その２．６５倍であり、更に、
切頭円錐形部分８６の高さ（切頭円錐形部分８６の基部
が設けられている面と、切頭円錐形部分８６の頂部が設
けられている面との間の距離）９０は、切頭円錐形部分
８６の基部の直径のほぼ１．９０倍である。後で一層詳
細に述べるように、中央本体１２の基部５８と切頭円錐
形部分８６との間に設けられている曲り部分８８は、基
部５８に隣接してタンジェンシャル入口ノズル１０に入
る燃焼用空気４０を軸方向に曲げる滑らかな移行表面を
提供する。図３に示されるように、内部通路６４は中央
本体１２の半径方向外側表面８４から半径方向内側に位
置され、また、切頭円錐形部分８６は長手方向軸線２６
と同軸であり、更に、中央本体１２は切頭円錐形部分８
６が第１の円筒形通路６６の放出オリフィス６８に向っ
てテーパしてこの放出オリフィス６８で終るように基部
５８に接続されている。
向外側表面８４は切頭円錐形部分８６と曲り部分８８と
を包含する。切頭円錐形部分８６は、長手方向軸線２６
と同軸である切頭円錐体の外側表面を限定すると共に、
基部５８に向って広がっている。曲り部分８８は、切頭
円錐形部分８６と一体であり、また、好適には、切頭円
錐形部分８６と接すると共に切頭円錐形部分８６の半径
方向外側に位置する中心を有する円を、長手方向軸線２
６のまわりに回転することにより形成される面の一部分
を限定する。好適な実施例では、切頭円錐形部分８６は
放出オリフィス６８が設けられている面で終っており、
また、切頭円錐形部分８６の基部（中央本体の基部５８
とは区別される）の直径は、切頭円錐形部分８６の頂部
の直径よりも大きくて、その２．６５倍であり、更に、
切頭円錐形部分８６の高さ（切頭円錐形部分８６の基部
が設けられている面と、切頭円錐形部分８６の頂部が設
けられている面との間の距離）９０は、切頭円錐形部分
８６の基部の直径のほぼ１．９０倍である。後で一層詳
細に述べるように、中央本体１２の基部５８と切頭円錐
形部分８６との間に設けられている曲り部分８８は、基
部５８に隣接してタンジェンシャル入口ノズル１０に入
る燃焼用空気４０を軸方向に曲げる滑らかな移行表面を
提供する。図３に示されるように、内部通路６４は中央
本体１２の半径方向外側表面８４から半径方向内側に位
置され、また、切頭円錐形部分８６は長手方向軸線２６
と同軸であり、更に、中央本体１２は切頭円錐形部分８
６が第１の円筒形通路６６の放出オリフィス６８に向っ
てテーパしてこの放出オリフィス６８で終るように基部
５８に接続されている。
【００１５】図２に示されるように、切頭円錐形部分８
６の基部は円９２と一致し、この円９２は混合区域２８
に内接すると共に長手方向軸線２６上の中心９４を有す
る。当業者であれば容易に認識されるように、混合区域
２８は断面において円形ではないので、曲り部分８８は
混合区域２８に適合するように切断しなければならな
い。傾斜部分、すなわちランプ９６、９８が曲り部分８
８に残されており、この部分で曲り部分８８は各入口ス
ロット３６、３８内へ延びており、この部分は空気力学
的形状のランプ９６、９８を形成するように機械加工さ
れ、この空気力学的形状のランプ９６、９８は入口スロ
ット３６、３８に入る空気を基部５８から離れるように
して混合区域２８内の曲り部分８８上へ指向する。
６の基部は円９２と一致し、この円９２は混合区域２８
に内接すると共に長手方向軸線２６上の中心９４を有す
る。当業者であれば容易に認識されるように、混合区域
２８は断面において円形ではないので、曲り部分８８は
混合区域２８に適合するように切断しなければならな
い。傾斜部分、すなわちランプ９６、９８が曲り部分８
８に残されており、この部分で曲り部分８８は各入口ス
ロット３６、３８内へ延びており、この部分は空気力学
的形状のランプ９６、９８を形成するように機械加工さ
れ、この空気力学的形状のランプ９６、９８は入口スロ
ット３６、３８に入る空気を基部５８から離れるように
して混合区域２８内の曲り部分８８上へ指向する。
【００１６】図１を参照するに、好適な実施例は基部５
８と第２の円筒形通路７２の第２の端７６との間で中央
本体１２内に設けられている内部室１００を包含し、第
２の円筒形通路７２はこの内部室１００で終っている。
そして、空気１０２が、内部室１００に連通する基部５
８の空気供給穴６０、６２を通して内部室１００に供給
され、それから、内部室１００が第２の円筒形通路７２
の第２の端７６を通して空気を内部通路６４に供給す
る。第１の端板１６は開口１０４、１０６を有し、これ
らの開口１０４、１０６はガスタービンエンジンの圧縮
機からの燃焼用空気１０２の流れを妨げないようにする
ために基部５８の空気供給穴６０、６２と整列されてい
る。スワラ、好適には当分野で知られている半径流型式
のスワラ１０８は、長手方向軸線２６と同軸であると共
に、第２の円筒形通路７２の第２の端７６のすぐ近くに
隣接して内部室１００内に設けられ、その結果内部室１
００から内部通路６４に入る空気のすべてがスワラ１０
８を通過しなければならない。
８と第２の円筒形通路７２の第２の端７６との間で中央
本体１２内に設けられている内部室１００を包含し、第
２の円筒形通路７２はこの内部室１００で終っている。
そして、空気１０２が、内部室１００に連通する基部５
８の空気供給穴６０、６２を通して内部室１００に供給
され、それから、内部室１００が第２の円筒形通路７２
の第２の端７６を通して空気を内部通路６４に供給す
る。第１の端板１６は開口１０４、１０６を有し、これ
らの開口１０４、１０６はガスタービンエンジンの圧縮
機からの燃焼用空気１０２の流れを妨げないようにする
ために基部５８の空気供給穴６０、６２と整列されてい
る。スワラ、好適には当分野で知られている半径流型式
のスワラ１０８は、長手方向軸線２６と同軸であると共
に、第２の円筒形通路７２の第２の端７６のすぐ近くに
隣接して内部室１００内に設けられ、その結果内部室１
００から内部通路６４に入る空気のすべてがスワラ１０
８を通過しなければならない。
【００１７】好適な実施例は更に燃料ランス１１０を包
含し、この燃料ランス１１０も長手方向軸線２６と同軸
であり、また、基部５８、内部室１００及びスワラ１０
８を通して内部通路６４の第２の円筒形通路７２内に延
びている。大径の第２の円筒形通路７２は燃料ランス１
１０の断面を収容し、その結果第２の円筒形通路７２の
流れ面積は第１の円筒形通路６６の流れ面積と本質的に
等しい。そして、液体又はガス燃料を供給する第２の燃
料供給ライン（図示せず）が、燃料ランス１１０に接続
されて、燃料を燃料ランス１１０の内部通路１１２に供
給する。また、複数の燃料噴射口１１４が燃料ランス１
１０に設けられ、燃料を燃料ランス１１０から内部通路
６４内へ退出せしめる複数の通路を提供する。
含し、この燃料ランス１１０も長手方向軸線２６と同軸
であり、また、基部５８、内部室１００及びスワラ１０
８を通して内部通路６４の第２の円筒形通路７２内に延
びている。大径の第２の円筒形通路７２は燃料ランス１
１０の断面を収容し、その結果第２の円筒形通路７２の
流れ面積は第１の円筒形通路６６の流れ面積と本質的に
等しい。そして、液体又はガス燃料を供給する第２の燃
料供給ライン（図示せず）が、燃料ランス１１０に接続
されて、燃料を燃料ランス１１０の内部通路１１２に供
給する。また、複数の燃料噴射口１１４が燃料ランス１
１０に設けられ、燃料を燃料ランス１１０から内部通路
６４内へ退出せしめる複数の通路を提供する。
【００１８】図３を参照するに、燃焼器入口ポート２０
は長手方向軸線２６と同軸であり、また、先細面１１６
と放出面１１８とを包含し、放出面１１８は燃料ノズル
１０の出口面１２４にまで延びている。この放出面１１
８は、円筒形、先細又は末広状とすることができる。先
細面１１６及び放出面１１８も長手方向軸線２６と同軸
であり、先細面１１６は第１の端板１６と放出面１１８
との間に設けられている。先細面１１６は、実質的に円
錐形の形状であって、放出面１１８に向ってテーパして
いる。放出面１１８は、スロート面１２０と燃焼器入口
ポート２０の燃焼器面１２２との間に延び、この燃焼器
面１２２は長手方向軸線２６に垂直であると共に、本発
明の燃料ノズル１０の出口面１２４を限定する。
は長手方向軸線２６と同軸であり、また、先細面１１６
と放出面１１８とを包含し、放出面１１８は燃料ノズル
１０の出口面１２４にまで延びている。この放出面１１
８は、円筒形、先細又は末広状とすることができる。先
細面１１６及び放出面１１８も長手方向軸線２６と同軸
であり、先細面１１６は第１の端板１６と放出面１１８
との間に設けられている。先細面１１６は、実質的に円
錐形の形状であって、放出面１１８に向ってテーパして
いる。放出面１１８は、スロート面１２０と燃焼器入口
ポート２０の燃焼器面１２２との間に延び、この燃焼器
面１２２は長手方向軸線２６に垂直であると共に、本発
明の燃料ノズル１０の出口面１２４を限定する。
【００１９】また、先細面１１６はスロート面１２０で
終り、この部分で先細面１１６の直径は放出面１１８の
直径と等しい。図３に示されるように、スロート面１２
０は出口面１２４と内部通路６４の放出オリフィス６８
との間に設けられ、また、先細面１１６は放出面１１８
と第１の端板１６との間に設けられている。
終り、この部分で先細面１１６の直径は放出面１１８の
直径と等しい。図３に示されるように、スロート面１２
０は出口面１２４と内部通路６４の放出オリフィス６８
との間に設けられ、また、先細面１１６は放出面１１８
と第１の端板１６との間に設けられている。
【００２０】作用において、ガスタービンエンジンの圧
縮機からの燃焼用空気１０２は、開口１０４、１０６及
び基部５８の空気供給穴６０、６２を通して中央本体１
２の内部室１００内に流れる。それから、燃焼用空気は
半径流スワラ１０８を通して内部室１００を出て、長手
方向軸線２６に関してかなりの接線速度でもって、すな
わち旋回して内部通路６４に入る。この燃焼用旋回空気
が燃料ランス１１０上を通過するときに、燃料、好適に
はガス状の燃料が燃料ランス１１０から内部通路６４内
に噴霧されて、燃焼用旋回空気と混合する。燃料と燃焼
用空気との混合体は、それから、テーパ通路７８を通し
て第２の円筒形通路７２から第１の円筒形通路６６内に
流れる。混合体は、それから、第１の円筒形通路６６の
長さに沿って進み、燃焼器入口ポート２０のスロート面
１２０のすぐ手前のところで又はこのスロート面１０２
で第１の円筒形通路６６を出て、燃料／空気混合体の中
央流れを生成する。
縮機からの燃焼用空気１０２は、開口１０４、１０６及
び基部５８の空気供給穴６０、６２を通して中央本体１
２の内部室１００内に流れる。それから、燃焼用空気は
半径流スワラ１０８を通して内部室１００を出て、長手
方向軸線２６に関してかなりの接線速度でもって、すな
わち旋回して内部通路６４に入る。この燃焼用旋回空気
が燃料ランス１１０上を通過するときに、燃料、好適に
はガス状の燃料が燃料ランス１１０から内部通路６４内
に噴霧されて、燃焼用旋回空気と混合する。燃料と燃焼
用空気との混合体は、それから、テーパ通路７８を通し
て第２の円筒形通路７２から第１の円筒形通路６６内に
流れる。混合体は、それから、第１の円筒形通路６６の
長さに沿って進み、燃焼器入口ポート２０のスロート面
１２０のすぐ手前のところで又はこのスロート面１０２
で第１の円筒形通路６６を出て、燃料／空気混合体の中
央流れを生成する。
【００２１】また、ガスタービンエンジンの圧縮機から
の追加の燃焼用空気が、入口スロット３６、３８の各々
を通して混合区域２８に入る。基部５８のすぐ近くに隣
接して入口スロット３６、３８に入る空気は、スクロー
ルスワラ１４の混合区域２８内の曲り部分８８上にラン
プ９６、９８によって向けられる。燃料導管５２、５４
に供給された燃料、好適にはガス状の燃料は、入口スロ
ット３６、３８を通過する燃焼用空気中に噴霧され、燃
焼用空気との混合を始める。スクロール部材２２、２４
の形状のために、この燃料／空気混合体は中央本体１２
のまわりを旋回する環状流れを確立し、燃料／空気混合
体は中央本体１２のまわりを旋回するにしたがって混合
を続けると共に燃焼器入口ポート２０に向って長手方向
軸線２６に沿って進む。
の追加の燃焼用空気が、入口スロット３６、３８の各々
を通して混合区域２８に入る。基部５８のすぐ近くに隣
接して入口スロット３６、３８に入る空気は、スクロー
ルスワラ１４の混合区域２８内の曲り部分８８上にラン
プ９６、９８によって向けられる。燃料導管５２、５４
に供給された燃料、好適にはガス状の燃料は、入口スロ
ット３６、３８を通過する燃焼用空気中に噴霧され、燃
焼用空気との混合を始める。スクロール部材２２、２４
の形状のために、この燃料／空気混合体は中央本体１２
のまわりを旋回する環状流れを確立し、燃料／空気混合
体は中央本体１２のまわりを旋回するにしたがって混合
を続けると共に燃焼器入口ポート２０に向って長手方向
軸線２６に沿って進む。
【００２２】スクロールスワラ１４によって、生じさせ
られる環状流れの旋回は、好適には第１の円筒形通路６
６内の燃料／空気混合体の旋回と同一方向に回転し（し
かし、これに限定されるものではない）、また、好適に
は第１の円筒形通路６６内の燃料／空気混合体の角速度
よりも少なくとも大きい角速度を有する。中央本体１２
の形状のために、環状流れの軸方向速度は、燃焼器火炎
がスクロールスワラ１４内に移動するのを防止して混合
区域２８内に安定せしめる速度に維持される。中央流れ
の旋回燃料／空気混合体（又は燃料を混合しない空気流
れ）は、第１の円筒形通路６６を出ることにより、スク
ロールスワラ１４の環状流れにより囲まれ、これら２つ
の流れが燃焼器入口ポート２０のスロート面１２０に入
る。
られる環状流れの旋回は、好適には第１の円筒形通路６
６内の燃料／空気混合体の旋回と同一方向に回転し（し
かし、これに限定されるものではない）、また、好適に
は第１の円筒形通路６６内の燃料／空気混合体の角速度
よりも少なくとも大きい角速度を有する。中央本体１２
の形状のために、環状流れの軸方向速度は、燃焼器火炎
がスクロールスワラ１４内に移動するのを防止して混合
区域２８内に安定せしめる速度に維持される。中央流れ
の旋回燃料／空気混合体（又は燃料を混合しない空気流
れ）は、第１の円筒形通路６６を出ることにより、スク
ロールスワラ１４の環状流れにより囲まれ、これら２つ
の流れが燃焼器入口ポート２０のスロート面１２０に入
る。
【００２３】本発明は、中央本体１２のまわりを旋回す
る燃料／空気混合体の軸方向速度をかなり増大せしめる
ことにより、中央本体１２の耐用寿命をかなり増大せし
めるものである。すなわち、この軸方向速度の増大は曲
り部分８８と切頭円錐形部分８６とから生じ、曲り部分
８８は基部５８のすぐ近くに隣接して入口スロット３
６、３８を通して混合区域２８に入る空気が小さい軸方
向速度で又は軸方向速度なしで再循環するのを防止し、
また切頭円錐形部分８６は環状流れの軸方向速度を火炎
が中央本体１２に付着するのを防止する速度に維持し、
又はもし火炎が中央本体１２に付着するときには火炎を
追い出すものである。
る燃料／空気混合体の軸方向速度をかなり増大せしめる
ことにより、中央本体１２の耐用寿命をかなり増大せし
めるものである。すなわち、この軸方向速度の増大は曲
り部分８８と切頭円錐形部分８６とから生じ、曲り部分
８８は基部５８のすぐ近くに隣接して入口スロット３
６、３８を通して混合区域２８に入る空気が小さい軸方
向速度で又は軸方向速度なしで再循環するのを防止し、
また切頭円錐形部分８６は環状流れの軸方向速度を火炎
が中央本体１２に付着するのを防止する速度に維持し、
又はもし火炎が中央本体１２に付着するときには火炎を
追い出すものである。
【００２４】なお、図３において、符号１２６は先細面
１１６が長手方向軸線２６に沿って延びる第１の距離を
示すと共に、符号１２８は放出面１１８が長手方向軸線
２６に沿って延びる第２の距離を示し、この第２の距離
１２８は第１の距離１２６の少なくても３０％とされて
いる。また、符号２００は中央の再循環区域を示すと共
に、符号３００は外側の再循環区域を示す。
１１６が長手方向軸線２６に沿って延びる第１の距離を
示すと共に、符号１２８は放出面１１８が長手方向軸線
２６に沿って延びる第２の距離を示し、この第２の距離
１２８は第１の距離１２６の少なくても３０％とされて
いる。また、符号２００は中央の再循環区域を示すと共
に、符号３００は外側の再循環区域を示す。
【００２５】以上本発明をその実施例に関して図示し詳
述してきたけれども、本発明の精神及び範囲を逸脱する
ことなく、その形態及び詳部においてさまざまな変更が
できることは当業者にとって理解されるであろう。
述してきたけれども、本発明の精神及び範囲を逸脱する
ことなく、その形態及び詳部においてさまざまな変更が
できることは当業者にとって理解されるであろう。
【図１】図２の線１−１に沿う本発明の燃料ノズルの断
面図である。
面図である。
【図２】図１の線２−２に沿う本発明の燃料ノズルの断
面図である。
面図である。
【図３】図２の線３−３に沿う本発明の燃料ノズルの断
面図である。
面図である。
１０ 燃料ノズル １２ 中央本体 １４ スクロールスワラ １６ 第１の端板 １８ 第２の端板 ２０ 燃焼器入口ポート ２２，２４ スクロール部材 ２６ 長手方向軸線 ２８ 混合区域 ３２，３４ 中心線 ３６，３８ 入口スロット ４０ 燃焼用空気 ４４，４６，４８，５０ 重なり端 ５２，５４ 燃料導管 ５６ 燃焼器 ５８ 基部 ６０，６２ 空気供給穴 ６４ 内部通路 ６６ 第１の円筒形通路 ６８ 第１の端又は放出オリフィス ７０ 第２の端 ７２ 第２の円筒形通路 ７４ 第１の端 ７６ 第２の端 ７８ テーパ通路 ８０ 第１の端 ８２ 第２の端 ８４ 半径方向外側表面 ８６ 切頭円錐形部分 ８８ 曲り部分 ９０ 切頭円錐形部分の高さ ９２ 円 ９４ 中心 ９６，９８ ランプ １００ 内部室 １０２ 空気 １０４，１０６ 開口 １０８ スワラ １１０ 燃料ランス １１２ 内部通路 １１４ 燃料噴射口 １１６ 先細面 １１８ 放出面 １２０ スロート面 １２２ 燃焼器面 １２４ 出口面 １２６ 第１の距離 １２８ 第２の距離 ２００ 中央再循環区域 ３００ 外側再循環区域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ２３Ｒ 3/12 Ｆ２３Ｒ 3/12 3/30 3/30 3/34 3/34 (72)発明者 ウィリアム・エー・ソーワ アメリカ合衆国コネチカット州 06070 シムスバリー市ウインドハム・ドライブ 34 (72)発明者 ステフェン・ケー・クラマー アメリカ合衆国フロリダ州 34997 スチ ュアート市サウスウエスト・エイティーン ス・アベニュー 8438
Claims (6)
- 【請求項１】ガスタービンエンジンに用いる燃料ノズル
アセンブリにおいて、 中央本体と、スクロールスワラとを包含し、 前記中央本体が、長手方向軸線と、基部と、半径方向外
側表面とを包含し、 前記半径方向外側表面が、前記長手方向軸線と同軸であ
ると共に前記基部に向って広がる切頭円錐体の外側表面
を限定する切頭円錐形部分を包含し、 前記スクロールスワラが、第１の端板と、第２の端板
と、少なくとも２つの円筒孤形のスクロール部材とを有
し、 前記第１の端板が前記第２の端板に関して間隔を置いた
関係であると共に、前記第２の端板がこの第２の端板を
貫通して延びる燃焼器入口ポートを有し、この燃焼器入
口ポートが前記長手方向軸線と同軸であると共に、先細
面と、放出面と、これら先細及び放出面間のスロートと
を包含し、 前記スクロール部材の各々が中心線まわりの部分回転の
面を限定し、またこれらスクロール部材の各々が前記第
１の端板から前記第２の端板に延びていると共に前記長
手方向軸線のまわりに均一に間隔を置いて、これらスク
ロール部材間に混合区域を画成し、前記中心線の各々が
前記混合区域内に位置され、またこれら中心線の各々が
前記長手方向軸線に関して間隔を置いた関係であって、
かつ前記長手方向軸線から等しい距離であると共に前記
長手方向軸線と平行であって、これにより各対の隣接す
る前記スクロール部材間に前記長手方向軸線と平行に延
びて燃焼用空気を前記混合区域内に導入する入口スロッ
トを画成し、更に前記スクロール部材の各々が前記入口
スロットのひとつを通して導入された燃焼用空気に燃料
を導入する燃料導管を包含し、 前記基部が前記第１の端板に接続されていると共に、前
記切頭円錐形部分が前記燃焼器入口ポート内に延びてい
る、 ことを特徴とする燃料ノズルアセンブリ。 - 【請求項２】請求項１記載の燃料ノズルアセンブリにお
いて、前記中央本体が前記切頭円錐形部分と一体である
曲り部分を有し、この曲り部分が、好適には、前記切頭
円錐形部分に接していると共に前記切頭円錐形部分の半
径方向外側に位置する中心を有する円を、前記長手方向
軸線のまわりに回転させることにより形成される面の一
部分を限定している燃料ノズルアセンブリ。 - 【請求項３】請求項２記載の燃料ノズルアセンブリにお
いて、前記基部がこの基部を貫通して延びる少なくとも
ひとつの空気供給穴を包含し、また前記中央本体が更に
前記長手方向軸線と同軸であると共に前記空気供給穴と
連通する内部通路を包含し、この内部通路が円形であっ
て前記長手方向軸線と同軸であると共に前記燃焼器入口
ポート内に位置されている放出オリフィスを包含してな
る燃料ノズルアセンブリ。 - 【請求項４】請求項３記載の燃料ノズルアセンブリにお
いて、前記中央本体が更に前記基部と前記内部通路との
間に設けた内部室を包含し、前記空気供給穴が前記内部
室を通して前記内部通路と連通している燃料ノズルアセ
ンブリ。 - 【請求項５】請求項４記載の燃料ノズルアセンブリにお
いて、前記内部通路が第１の円筒形通路と、第２の円筒
形通路と、テーパ通路とを包含すると共に、これらの各
通路が第１の端と第２の端とを有し、前記第２の円筒形
通路が前記第１の円筒形通路よりも大きな直径を有し、
また第２の円筒形通路が前記テーパ通路を通して前記第
１の円筒形通路と連通し、前記テーパ通路の前記第１の
端が前記第１の円筒形通路の前記第１の端と一体である
と共に、前記テーパ通路の前記第２の端が前記第２の円
筒形通路の前記第１の端と一体であり、前記テーパ通路
の前記第２の端が前記第２の円筒形通路の直径と等しい
直径を有し、前記第１及び第２の円筒形通路及びテーパ
通路の各々が前記長手方向軸線と同軸であると共に、前
記第１の円筒形通路がこの第１の円筒形通路の第１の端
に設けた前記放出オリフィスを包含している燃料ノズル
アセンブリ。 - 【請求項６】請求項５記載の燃料ノズルアセンブリにお
いて、前記中央本体が更にスワラと燃料ランスとを包含
し、前記スワラが前記長手方向軸線と同軸であると共
に、前記第２の円筒形通路の第２の端のすぐ近くに隣接
して前記内部室内に設けられ、また前記燃料ランスが前
記長手方向軸線と同軸であると共に、前記基部、前記内
部室及び前記スワラを通して延びて、前記第２の円筒形
通路内で終っている燃料ノズルアセンブリ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/771,408 US5899076A (en) | 1996-12-20 | 1996-12-20 | Flame disgorging two stream tangential entry nozzle |
| US08/771,408 | 1996-12-20 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10196952A true JPH10196952A (ja) | 1998-07-31 |
Family
ID=25091715
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9365231A Pending JPH10196952A (ja) | 1996-12-20 | 1997-12-19 | 燃料ノズルアセンブリ |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5899076A (ja) |
| JP (1) | JPH10196952A (ja) |
| CN (1) | CN1115514C (ja) |
| CA (1) | CA2225319A1 (ja) |
| RU (1) | RU2193686C2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010060281A (ja) * | 2009-12-14 | 2010-03-18 | Hitachi Ltd | 燃焼器とガスタービン燃焼器、及び空気を燃焼器に供給する方法 |
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|---|---|---|---|---|
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| US6176087B1 (en) * | 1997-12-15 | 2001-01-23 | United Technologies Corporation | Bluff body premixing fuel injector and method for premixing fuel and air |
| US6178752B1 (en) * | 1998-03-24 | 2001-01-30 | United Technologies Corporation | Durability flame stabilizing fuel injector with impingement and transpiration cooled tip |
| US6141954A (en) * | 1998-05-18 | 2000-11-07 | United Technologies Corporation | Premixing fuel injector with improved flame disgorgement capacity |
| US6098407A (en) * | 1998-06-08 | 2000-08-08 | United Technologies Corporation | Premixing fuel injector with improved secondary fuel-air injection |
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| DE10104695B4 (de) * | 2001-02-02 | 2014-11-20 | Alstom Technology Ltd. | Vormischbrenner für eine Gasturbine |
| US8528337B2 (en) * | 2008-01-22 | 2013-09-10 | General Electric Company | Lobe nozzles for fuel and air injection |
| US20100024425A1 (en) * | 2008-07-31 | 2010-02-04 | General Electric Company | Turbine engine fuel nozzle |
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