(57)【要約】【課題】ガスタービンにおける空気−燃料混合のためのシステム及び方法を提供する。【解決手段】本システムは、一部の実施形態では、タービンエンジン（１０）用の燃料ノズル（１２）を含み、燃料ノズル（１２）は、該燃料ノズル（１２）の内面基部（８２、９０）に設置されたテーパ状中心本体（５２、７６、８４）と、空気スワーラ（５４）と、該空気スワーラ（５４）から離れたテーパ状中心本体（５２、７６、８４）内の燃料ポート（５６、７８、８６）とを含む。【選択図】      図４
2010085089.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ノズル（１２）を備えるシステムであって、該燃料ノズル（１２）が、
外側本体と、
前記外側本体と同軸でありかつ該外側本体との間に環状流れ領域（５３）が配置されたテーパ状中心本体（５２、７６、８４）と、
前記外側本体内に設置された半径方向空気スワーラ（５４）と、
略滑らかな湾曲表面（５１）を有する収束発散形ベンチュリチャンバ（５０）と
を含む、システム。
【請求項２】
前記テーパ状中心本体（５２、７６、８４）が、前記燃料ノズル（１２）の内面基部表面（８２、９０）から突出する、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記テーパ状中心本体（５２、７６、８４）が、前記内面基部表面（８２、９０）からのオフセット位置（８１、８９）に配置された１以上の燃料ポート（５６、７８、８６）を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記テーパ状中心本体（５２、７６、８４）が、略鐘形状外面（５５）を有する、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記半径方向空気スワーラ（５４）が、前記テーパ状中心本体（５２、７６、８４）の周りの円周方向配列の形態で空気スロット（７０）を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記テーパ状中心本体（５２、７６、８４）が、前記燃料ノズル（１２）の長手方向軸線に対して斜めに配向されたそれぞれの軸線を有する燃料ポートを含む、請求項１記載のシステム。
【請求項７】
前記テーパ状中心本体（５２、７６、８４）が、前記燃料ノズル（１２）の長手方向軸線に沿って縦方向に配向されたそれぞれの軸線を有する燃料ポート（５６、７８、８６）を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項８】
前記収束発散形ベンチュリチャンバ（５０）が、約１５度よりも小さい発散角度（６３）及び約３０度よりも小さい収束角度（６１）を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項９】
前記燃料ノズル（１２）を有する燃焼チャンバ（１６）を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項１０】
前記燃焼チャンバ（１６）への吸入経路において該燃焼チャンバ（１６）の上流に配置された圧縮機（２２）と、
前記燃焼チャンバ（１６）からの排出経路において該燃焼チャンバ（１６）の下流に配置されたタービン（１８）と
を含む、請求項９記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的にはガスタービンエンジンに関し、より具体的には、改善した燃料−空気混合特性を有する燃料ノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、タービンを通って流れる加圧ガスを発生させることによって該タービンを回転させる。加圧ガスは、プロパン、天然ガス、ケロシン又はジェット燃料のような燃料を燃焼させることによって生成され、燃料は、燃料ノズルの組によって燃焼器又は燃焼チャンバ内に噴射された後に燃焼される。燃料ノズルによる燃料及びガスの混合は、エンジン性能及びエミッションに大きな影響を及ぼす。具体的には、より厳しいエミッション法及び燃料価格の上昇により、ガス及び液体燃料の希薄予混合がガスタービン性能の向上にとって極めて重要なものとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第５３４５７６８号明細書
【特許文献２】米国特許第６０９４９１６号明細書
【特許文献３】米国特許第４６９３０７４号明細書
【特許文献４】米国特許第５９４１０７５号明細書
【特許文献５】米国特許第７０６５９７２号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一実施形態では、本システムは、タービンエンジン用の燃料ノズルを含み、燃料ノズルは、該燃料ノズルの内面基部に設置されたテーパ状中心本体と、空気スワーラと、該空気スワーラから離れたテーパ状中心本体内の燃料ポートとを含む。別の実施形態では、本方法は、燃料ノズルの基部領域における鐘形状本体から燃料を噴射するステップと、前記燃料と共に直交流方向に空気を旋回させるステップと、略滑らかな湾曲表面を有するベンチュリチャンバを通して前記燃料及び空気を流すステップとを含む。
【０００５】
本発明のこれらの及びその他の特徴、態様並びに利点は、図面全体にわたって同じ参照符号が同様の部分を表している添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むことより一層理解されるようになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明技術の実施形態による、燃焼器に結合された燃料ノズルを有するタービンシステムのブロック図。
【図２】図１に示すタービンシステムの実施形態の断面側面図。
【図３】図１及び図２に示す燃料ノズルを備えた燃焼器の実施形態の断面側面図。
【図４】本発明技術の一部の実施形態による、燃料−空気混合を改善するためのベンチュリ及び燃料分配中心本体を有する燃料ノズルの断面斜視図。
【図５】本発明技術の実施形態による、図４に示す燃料ノズルの断面側面図。
【図６】本発明技術の実施形態による、図４に示す燃料ノズルの断面端面図。
【図７】本発明技術の実施形態による、液体燃料を分配するように構成されたノズル中心本体の側面図。
【図８】本発明技術の別の実施形態による、液体燃料を分配するように構成されたノズル中心本体の側面図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、本発明の１以上の特定の実施形態を説明する。これらの実施形態の簡潔な説明を行うために、本明細書では、実際の実施の全ての特徴については、説明しないことにする。あらゆるそのような実際の実施の開発においては、あらゆる工学又は設計プロジェクトにおいてそうであるように、実施毎において変化する可能性があるシステム関連及びビジネス関連の制約の遵守のようなその開発者の特定の目標を達成するために、数多くの実施特有の決定を行わなくてはならないことを理解されたい。さらに、そのような開発努力は複雑でありかつ時間がかかる可能性があるが、それにも拘わらず、本発明の利点を得る当業者にとっては、設計、製作及び製造に関係した日常的作業であると言えることを理解されたい。
【０００８】
本発明の様々な実施形態の要素を紹介する場合に、数詞のない表現は、要素の１以上が存在することを意味することを意図している。「含む」、「備える」及び「有する」という用語は、包括的なものであり、記載した要素以外のその他の付加的な要素が存在することができることを意味しようとするものである。
【０００９】
下記で詳細に説明するように、タービンエンジンシステムの性能を向上させるために、燃料ノズルシステムの様々な実施形態を用いることができる。具体的には、燃料ノズルの実施形態は、収束発散形ベンチュリチャンバを含み、このベンチュリチャンバは、小さい収束角度（３０度よりも小さい）及び発散角度（１２度よりも小さい）を有する滑らかな内面壁表面を含む。ベンチュリチャンバにおける滑らかな表面は、空気−燃料混合を改善しかつ再循環ゾーン及び／又は混合よどみゾーンを減少させることができる。ベンチュリの滑らかな内表面は一般的に、それが存在した場合にはノズル全体にわたる流れを分裂させる可能性がありかつ流れ剥離を招く恐れがあるシャープな端縁部又は角度を全く有していない。加えて、空気−燃料混合の改善により、タービン性能の向上及びエミッションの低減が得られることになる。タービンシステム内での再循環ゾーンの減少により、ノズル自体における望ましくない保炎の可能性が減少する。例えば、燃料ノズルの基部近くでの保炎は、燃料ノズルの基部に含まれた構成要素に対して望ましくない輻射熱を生じる可能性がある。実施形態はまた、空気スロットを備えた半径方向スワーラを含み、空気スロットは、燃料ノズルの基部における内面ノズル壁に沿って設置することができる。さらに、ノズル基部の中心部に対して本体を取付けることでき、その場合に、本体は、燃料入口孔を有していて、スワーラから流入する空気と該燃料入口孔から流出する燃料との間での直交流混合を可能にする。下記でさらに説明するように、開示した燃料ノズルの実施形態は、空気−燃料混合の改善を可能にしかつ基部近くでの又は燃料ノズル本体内での保炎を排除又は減少させる。
【００１０】
次に図面に移りかつ最初に図１を参照すると、ガスタービンシステム１０の実施形態のブロック図を示している。この図は、燃料ノズル１２、燃料供給源１４及び燃焼器１６を含む。図示するように、燃料供給源１４は、燃料ノズル１２を介して、タービンシステム１０に対する液体燃料又は天然ガスのようなガス燃料を燃焼器１６内に送る。下記で説明するように、燃料ノズル１２は、燃料を噴射しかつ該燃料を加圧空気と混合して燃料−空気混合の改善が得られるように構成される。燃焼器１６は、燃料−空気混合気に点火しかつ燃焼させ、次に高温加圧排出ガスをタービン１８に流す。排出ガスは、タービン１８内のタービンブレードを通って流れ、それによってタービン１８を回転駆動する。次に、図示するように、タービン１８内のブレードとシャフト１９との間の結合は、該シャフト１９の回転を生じさせることになり、シャフト１９はまた、タービンシステム１０全体にわたって幾つかの構成要素に対して結合される。最終的には、燃焼プロセスの排出ガスは、排出口２０を介してタービンシステム１０から流出することができる。
【００１１】
タービンシステム１０の実施形態では、圧縮機２２の構成要素として、圧縮機ベーン又はブレードが含まれる。圧縮機２２内のブレードは、シャフト１９に結合することができ、かつ該シャフト１９がタービン１８によって回転駆動されると回転することになる。圧縮機２２は、空気吸入口２４を介してタービンシステム１０に空気を吸入することができる。さらに、シャフト１９は、負荷２６に結合することができ、負荷２６は、該シャフト１９の回転により駆動することができる。理解されるように、負荷２６は、タービンシステム１０の回転出力により電力を発生させることができる発電プラント又は外部機械負荷のようなあらゆる好適な装置とすることができる。例えば、負荷２６には、発電機、航空機のプロペラ等々を含むことができる。吸入口２４は、低温空気吸入口のような好適な機構を介して空気３０をタービンシステム１０内に吸込み、燃料ノズル１２を介しての燃料供給源１４からの燃料との間での空気の後続の混合を行うようにする。下記で詳細に説明するように、タービンシステム１０によって吸入された空気３０は、圧縮機２２内に供給されかつ該圧縮機２２内の回転ブレードによって加圧空気に加圧することができる。矢印３２で示すように、加圧空気は次に、燃料ノズル１２内に供給することができる。燃料ノズル１２は次に、参照符号３４で示すように加圧空気及び燃料を混合し、燃焼、例えば燃料を無駄にしないように又は過剰なエミッションを生じさせないように燃料をより完全燃焼させる燃焼を行わせるのに最適な混合比を生成することができる。タービンシステム１０の実施形態は、空気−燃料混合を改善し、それによって性能を向上させかつエミッションを低減するような一部の構造体及び構成要素を燃料ノズル１２内に含む。
【００１２】
図２は、タービンシステム１０の実施形態の断面側面図を示している。図示すように、この実施形態は、環状アレイの燃焼器１６に結合された圧縮機２２を含む。例えば、図示したタービンシステム１０では、６つの燃焼器１６が設置される。各燃焼器１６は、該各燃焼器１６内に設置された燃焼ゾーンに対して空気−燃料混合気を供給する１以上の燃料ノズル１２を含む。例えば、各燃焼器１６は、環状又は他の好適な配列の形態で１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０又はそれ以上の燃料ノズル１２を含むことができる。燃焼器１６内での空気−燃料混合気の燃焼は、排出ガスが排出口２０に向かって流れると、タービン１８内のベーン又はブレードを回転させることになる。下記で詳細に説明するように、燃料ノズル１２の一部の実施形態は、空気−燃料混合を改善し、それによって燃焼を向上させ、望ましくない排出エミッションを低減し、かつ燃料消費量を改善する様々な独特の特徴形状部を含む。
【００１３】
図３は、燃焼器１６の実施形態を示す詳細な断面側面図である。図示するように、燃焼器１６は、該燃焼器１６の基部３９におけるエンドカバー３８に取付けられた燃料ノズル１２を含む。一般的な燃焼器１６の構成は、５つ又は６つの燃料ノズル１２を含むことができる。燃焼器１６の他の実施形態は、単一の大型の燃料ノズル１２を使用することができる。燃料ノズル１２の表面及び幾何学形状は、空気及び燃料が下流方向に燃焼器１６内に流れる時に最適な混合を行いかつ該空気及び燃料のための最適な流路を形成し、それによってチャンバ内での燃焼の向上が可能になり、従ってタービンエンジンでより多くの出力を発生するように設計される。燃料混合気は、燃料ノズル１２から下流方向である方向４０に燃焼器ケーシング４４内部の燃焼ゾーン４２に向かって押し出される。燃焼ゾーン４２は、燃焼器１６の内部のうちで空気−燃料混合気の燃焼が最も適切な位置である。例えば、上流でのすなわちエンドカバー３８近くでの燃料の保炎又は自己着火は、燃焼器損傷を引き起こすおそれがあり、場合によっては燃焼器ハードウェア構成要素の溶融をもたらす可能性がある。加えて、一般的に、空気−燃料混合気を基部３９の下流で燃焼させて、燃焼ゾーン４２から燃料ノズル１２への熱伝達を減少させるのが望ましい。この図示した実施形態では、燃焼ゾーン４２は、燃焼器ケーシング４４の内部で、燃料ノズル１２の下流にかつ加圧排出ガスをその出口４７においてタービン１８に向かって導くトランジションピース４６の上流に設置される。トランジションピース４６は、燃焼排出ガスが燃焼器１６から流出する時に圧力上昇を可能にして、タービン１８を回転させるより大きな力を発生する収束セクションを含む。次に、排出ガスは、シャフト１９を回転させて負荷２６を駆動する。実施形態では、燃焼器１６はまた、ケーシング４４の内側に設置されて、燃焼ゾーン４２の周りのケーシング４４を冷却する冷却空気流のための中空環状経路を形成したライナ４８を含む。ライナ４８はまた、燃料ノズル１２から出口４７におけるタービン１８への流れを改善する好適な外形を備えることができる。
【００１４】
図４には、燃料ノズル１２の実施形態を断面斜視図で示している。図示した燃料ノズル１２は、小さい収束角度及び発散角度を備えた滑らかな表面５１を有するベンチュリ５０を含む。ベンチュリ５０により、燃料ノズル１２内での空気及び燃料の混合の改善が可能になる。内面表面からシャープな端縁部及び角度を排除することにより、燃料ノズル１２内での空気及び燃料の改善した流れ及び混合がもたらされる。加えて、中心本体５２は、燃料ノズル１２内に燃料を放出することができる。中心本体５２は、スワーラベーン５４と滑らかな表面５５との間に中空環状領域５３を形成するように構成される。図示するように、中心本体５２は、滑らかな表面５５を有しかつ望ましくない再循環ゾーンを生じさせるおそれがあるシャープな端縁部が全くない状態でのテーパ状かつ略鐘形状とすることができる。中心本体５２のテーパ状鐘形状表面は、ノズル内に突出し、かつ他の設計ではよどみが発生する可能性がある領域を占有することができる。よどみは、該よどみにより流れが下流方向に連続しないような区域を生じる可能性があるような領域においては望ましくない。従って、中心本体５２は、燃料ノズル１２の上流部分内にそれを配置することにより、よどみを排除する。さらに、半径方向スワーラベーン５４は、空気を導入して、中心本体５２の滑らかな表面５５に沿って燃料孔又はポート５６によって射出される燃料と混合させることができる。ベンチュリ５０は、収束セクション６０並びに発散セクション６２を含み、これらのセクションは、空気−燃料混合気が下流方向である方向６４に流れる時に該空気−燃料混合気の流れを加速し（収束セクション６０）、その後に流れを減速する（発散セクション６２）ように設計されている。実施形態では、収束セクション６０の軸線５８に対する角度６１は、３０度よりも小さい、２０度よりも小さい、又は約２０〜３０度とすることができる。発散セクション６２の角度６３は、約１０度、約１５度、又は約１０度よりも小さいものとすることができる。他の実施形態では、収束セクション６０及び発散セクション６２の角度６１及び６３は、ベンチュリ５０の長さ、燃料及び／又は空気の特性、中心本体５２の形状、並びにその他の燃料ノズルパラメータにより変化させることができる。理解されるように、上述した角度は、多くの実施可能な角度の実施例である。さらに、ベンチュリ５０の角度を選定する時の重要な考慮事項は、流れが常時表面に付着した状態になり、それによって剥離が回避されるようにこの角度が決定されることである。ベンチュリ５０、中心本体５２及びベーン８４は、燃料ノズル１２における空気−燃料混合及び圧力低下を改善して、ノズル１２内での再循環ゾーンを減少させ、それによって矢印６６で示す下流でのすなわちノズル１２の端部近くでの望ましい位置に火炎発生を生じさせる。上流でのすなわち環状領域５３近くでの着火の可能性を減少させかつ下流での端部領域６６近くでの火炎発生に移動させることによって、ノズル基部６８近くに設置された構成要素は、火炎及び高い金属温度によって生じる輻射熱が回避される。
【００１５】
理解されるように、ノズル基部６８は、エンドカバー３８に結合され、それによってノズル１２とエンドカバー３８との間のシール及び構造支持を行う。実施形態では、スワーラベーン５４を通る空気７０の半径方向流れは、ガス状燃料の燃料流れ７２と交差しかつ該燃料流れ７２と交わることができる。空気及び燃料７０及び７２の交差流れは、ノズル１２内に最適な混合構成を形成する。さらに、中心本体５２及びベンチュリ５０の設計並びに滑らかな表面５１及び５５は、ノズルスロート部７５近くでの早期火炎発生を減少させ、再循環ゾーンを減少させ、かつノズル１２内での流れを改善する。例えば、中心本体５２及びベンチュリ５０の滑らかな表面５１及び５５は、下流方向６４に流れる空気−燃料混合気流をノズル１２の内面壁に対して付着させる。さらに、ノズル５０の軸線５８方向の長さは、燃焼が発生することになるノズル端部６６に到達する前に移動する距離により、混合の強化を可能にする。加えて、環状領域５３、テーパ状中心本体５２及び空気スワーラ５４により、滑らかな下流方向流れを可能にしながら、空気及び燃料投入を斜めに交差させて混合の改善を促進するのを可能にする滑らかな表面を有する環境が得られる。
【００１６】
図５は、燃料ノズル１２の実施形態の詳細な側面図である。この図示した実施形態では、燃料ノズル１２は、収束セクション６０及び発散セクション６２を含み、これらセクションは、燃料ノズル１２の長さ全体にわたる圧力低下を減少させるのを可能にする。具体的には、セクション６０及び６２の幾何学形状は、ノズル端部６６近くでの圧力損失の減少をもたらす。実施形態では、収束セクション６０は、中心本体５２に沿っての流れ剥離を抑制するように設計され、この流れ剥離の抑制により、ノズルスロート部７５の上流での火炎を安定化させることができる。言い換えれば、収束セクション６０は、中心本体５２及びノズルスロート部７５近くでの空気−燃料混合気の流れ剥離又はよどみによる火炎アロケーション（その位置での火炎発生）を防止するように構成される。加えて、発散セクション６２は、ノズル端部６６の中心部ではなくて、ノズル壁７３近くのノズルスロート部７５の下流での流れ剥離を防止するように設計される。
【００１７】
上述したように、ベンチュリ５０の滑らかな内表面５１は、シャープな端縁部及び角度を排除することによってノズル端部６６に到達する前における火炎アロケーションの可能性を減少させる。燃料は、燃料孔５６から矢印７２で示す軸方向に射出され、この燃料は、矢印７０で示す半径方向にノズル１２に流入する空気と混合する。スワール吸入ベーン５４は、空気が方向７０でノズル１２に流入する時に該ノズル１２の内部で軸線５８周りに旋回作用を発生させるように設計される。言い換えれば、スワールベーン５４の角度配向は、ノズル軸線５８の周りに、最適な空気−燃料混合を可能にする回転空気流れを形成する。例えば、天然ガス燃料は、燃料孔又はポート５６から方向７２で流出し、この燃料は、傾斜スワールベーン５４による方向７０からの吸入空気と交差することができる。斜め交差した空気及び燃料は、その混合気が軸線５８の周りで旋回しながら、方向６４である下流方向に移動して該空気及び燃料をさらに混合させることができる。ベンチュリ５０は、混合した空気及び燃料がノズル端部領域６６内で燃焼する時には、低い圧力低下を生じさせる。燃料は、スワーラベーン５４から半径方向７０に流れる空気によって生じた低圧ゾーンの区域において燃料ポート５６から放出される。
【００１８】
中心本体５２は、ノズル基部６８からの突出部とすることができ、或いは該ノズル基部６８に取付けられた別個の構成要素とすることができる。図示すように、中心本体５２の基部表面７４から表面５５までの緩やかかつ滑らかなスロープは一般的に、流れを下流方向６４に方向付け又は導き、それによって基部表面７４、環状領域５３、中心本体５２及びスロート部７５近くでの望ましくない火炎形成及び保炎の可能性を減少させる。例えば、燃料ノズル１２は、緩やかかつ滑らかなスロープに沿って約９０度（すなわち、垂直方向）から約０度（すなわち、平行方向）まで角度を変化させて、中心本体５２の表面５５が下流方向６４に軸線５８に向かう緩やかな湾曲部として機能するようになる。鐘形状として説明することができる中心本体５２並びにベンチュリ５０の滑らかな収束領域６０及び発散領域６２の設計は、火炎がノズルスロート部領域７５から遠く離れてノズル出口６６近くに位置することになることを保証する。スロート部領域７５ではなくてノズル端部６６近くに火炎を位置させることは、未混合燃料の自己着火を招く可能性がある中心本体５２のようなノズル１２内の金属表面の望ましくない加熱を大幅に減少させるか又は防止する。
【００１９】
図６は、図５の線６−６によって示すようにノズル１２を上流方向に見た断面端面図で示す該ノズル１２の実施形態の図である。実施形態では、ノズル１２は、空気が方向７０でノズル１２に流入する時にノズル軸線５８の周りに旋回作用を生じるように構成されたスワーラベーン５４を含む。図示するように、スワーラベーン５４は、軸線５８に向かってであるが該軸線５８からオフセット７７して半径方向内向きに延びて、環状領域５３内で空気流が燃料孔５６からの燃料流れと共に略斜めに旋回するようになる。ノズル１２の実施形態は、燃料孔５６を有する鐘形状表面５５を備えた中心本体５２を含み、燃料孔５６は、ガス状燃料を空気吸入方向７０に対して略直交する方向である軸方向に放出する。スワーラベーン５４によって生じさせた旋回作用及びガス吸入７２に対する空気吸入７０の略直交構成により、空気−燃料混合の改善がもたらされ、それによって火炎を下流方向６４にノズル端部６６に位置させる。
【００２０】
図７は、鐘形状構成の形態になっておりかつノズル１２内に液体燃料を放出するように構成された中心本体７６の実施形態を示す図である。中心本体７６は、ノズル１２の幾つかの実施形態で使用し、それによって図４〜図６で示す中心本体５２と置き換えることができる。液体燃料は、ノズル１２に供給することができ、また軸方向燃料孔７８を介してノズル１２内に放出することができる。幾つかの実施形態では、１つよりも多い軸方向燃料孔７８を設けることができる。図示すように、中心燃料孔７８は、矢印８０で示す軸方向に液体燃料を放出する。燃料孔又はポート７８は、中心本体基部表面８２から距離８１だけオフセットしている。中心本体基部表面８２は、基部表面７４においてノズル基部６８に取付けるか又はその他の方法で結合して、環状領域５３（図５参照）を形成することができる。他の実施形態では、中心本体７６の形状及び孔７８の位置は、ノズル１２の長さ、燃料及び／又は空気の特性、ベンチュリ５０の形状、並びにその他の燃料ノズルパラメータにより変化させることができる。例えば、中心本体７６は、円錐形状とすることができる。図示するように、液体燃料の方向８０への流れは、旋回空気流７０（図４参照）に対して直交させ、それによって空気−燃料混合のための最適な構成を形成することができる。加えて、燃料は、中心本体７６の後方（すなわち、中心本体の下流）に至るまで空気と混合しない。幾つかの実施形態では、空気−燃料混合気は、方向６４である下流方向に燃料ノズル１２の全長にわたって流れた後に、ノズル端部６６近くの位置において火炎の着火を生じる。
【００２１】
図８は、天然ガスのようなガス状燃料を燃料ノズル１２内に分配するように構成された中心本体８４の実施形態を示す。中心本体８４は、ノズル１２の幾つかの実施形態で使用し、それによって図４〜図６に示す中心本体５２と置き換えることができる。図示するように、ガス状燃料は、ガス孔８６を介して矢印８８で示す軸方向に燃料ノズル１２内に放出することができる。さらに、燃料孔又はポート８６は、中心本体基部表面９０から距離８９だけオフセットしている。理解されるように、旋回空気流７０（図４参照）に対する燃料流８８の直交方向配向により、空気−燃料混合のための最適な構成が生じる。中心本体８４は、基部表面７４においてノズル基部６８に取付けて環状領域５３（図５参照）を形成することができる中心本体基部表面９０を含む。図７及び図８に示す中心本体７６及び８４の滑らかな表面及び形状はそれぞれ、表面に沿った燃料流れを可能にして、ノズル１２のスロート部領域７５における自己着火又は再循環ゾーンの発生可能性を減少させる。燃料は、それぞれ燃料ポート７８及び８６の配向に応じて、中心本体７６及び８４の表面に沿って空気と混合することができる。加えて、中心本体７６及び８４のテーパ状形状はそれぞれ、燃料タイプ及びその他の要因に応じて、基部８２又は９０から離れる方向にさらに尖った状態にすることができ、或いはさらに鈍端化させることができる。
【００２２】
理解されるように、中心本体５２、７６又は８４の設計は、空気−燃料混合気の滑らかな流れを可能にすることになる丸みのある端縁部又はあらゆる好適な滑らかな表面を備えた鐘形状、円錐形状、テーパ状形状、略円筒形形状とすることができる。言い換えれば、ノズル１２内に設置された中心本体５２の設計は、ノズル１２内でのよどみゾーン、再循環ゾーン及び早期火炎アロケーションを減少又は排除するように使用される。さらに、燃料孔５６の位置は、中心本体５２内のあらゆる好適な位置に位置決めして、吸入空気７０との最適な交差を形成し、それによって最適な混合を生じるようにすることができる。例えば、基部表面７４に、表面５５に沿ってオフセットさせて、中心本体５２、７６又は８４の下流端部に、或いはそれらの組合せの位置に、１以上の燃料孔を配置することができる。他の実施形態では、燃料孔５６は、軸方向の代わりに半径方向に又は該軸方向に加えて半径方向にノズル１２内に燃料を噴射させることができる。
【００２３】
本明細書では、本発明の一部の特徴のみを例示しかつ説明してきたが、当業者は多くの改良及び変更に想到するであろう。従って、特許請求の範囲は、全てのそのような改良及び変更を本発明の技術思想の範囲内に属するものとして保護しようとするものであることを理解されたい。
【符号の説明】
【００２４】
１０  ガスタービンシステム
１２  燃料ノズル
１４  燃料供給源
１６  燃焼器
１８  タービン
１９  シャフト
２０  排出口
２２  圧縮機
２４  吸入口
２６  負荷
３０  空気
３２  加圧空気の方向
３４  加圧空気及び燃料の方向
３８  エンドカバー
４０  下流の方向
４２  燃焼ゾーン
４４  燃焼器ケーシング
４６  トランジションピース
４８  ライナ
５０  ベンチュリ
５１  滑らかな表面
５２  中心本体
５３  中空環状領域
５４  スワーラベーン
５５  滑らかな表面
５６  ポート
５８  軸線
６０  収束セクション
６１  収束角度
６２  発散セクション
６３  発散角度
６４  下流方向
６６  ノズル端部
６８  ノズル基部
７０  空気の流れ
７２  燃料の流れ
７３  ノズル壁
７４  基部表面
７５  ノズルスロート部
７６  中心本体
７７  オフセット
７８  軸方向燃料孔
８０  燃料の方向
８１  （オフセット）距離
８２  中心本体基部表面
８４  中心本体
８６  ガス孔
８８  燃料の方向
８９  （オフセット）距離
９０  中心本体基部表面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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