(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料ノズルに使用する拡散チップの冷却を容易にする方法および装置を提供する。【解決手段】拡散チップ３０６は、外面４０１及びその反対側の内面４０３を含むほぼ円形の本体を有する。拡散チップ本体３０６は、吐出端部４０７から入口端部４０５まで延在する。拡散チップ３０６は更に、吐出端部に隣接して本体内に画定された入口面４０２を本体内部に含む。入口面の反対側には、吐出面４００が画定されている。吐出面４００と入口面４０２との間には、複数の拡散孔４０４がそれぞれ延在しており、各拡散孔４０４は本体３０６に対して、Ｘ−Ｚ平面上で拡散孔４０４の中心線と外面に対して接線方向に延在するＸ軸との間に角度γ（ガンマ）をなして、且つ、Ｙ−Ｚ平面上で孔の中心線とこの中心線から半径方向外方に延在するＹ軸との間に角度θ（シータ）をなして、拡散流を外向きに吐出するよう配向されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ノズル（２２２）に使用する拡散チップ（３０６）であって、
外面（４０１）及び該外面の反対側の内面（４０３）を有し、吐出端部（４０７）から入口端部（４０５）まで延在するほぼ円形の本体と、
該吐出端部に隣接して前記本体内に画定された入口面（４０２）と、
該入口面の反対側の吐出面（４００）と、
該吐出面及び該入口面間に各々延在する複数の拡散孔（４０４）であって、各々が前記本体に対して、Ｘ−Ｚ平面上で該孔の中心線（５０２）と前記外面に対して接線方向に延在するＸ軸との間に角度γ（ガンマ）をなして、且つ、Ｙ−Ｚ平面上で該孔の中心線と前記中心線から半径方向外方に延在するＹ軸との間に角度θ（シータ）をなして、拡散流を外方へ吐出するよう配向された複数の拡散孔（４０４）とを備える、拡散チップ。
【請求項２】
前記複数の拡散孔（４０４）の各々が、可変の半径方向間隔及び円周方向間隔（５０５）の少なくとも一方をおいて配置される、請求項１に記載の拡散チップ（３０６）。
【請求項３】
前記複数の拡散孔（４０４）の各々に、テーパ状の孔が含まれる、請求項１に記載の拡散チップ（３０６）。
【請求項４】
前記複数の拡散孔（４０４）の各々に、収束形のテーパ状孔（６００）及び発散形のテーパ状孔（７００）の少なくとも一方が含まれており、
該収束形のテーパ状孔及び該発散形のテーパ状孔により、内部表面積が増加して熱伝達効率が増加する、請求項３に記載の拡散チップ（３０６）。
【請求項５】
前記吐出面（４００）がほぼ凹面形である、請求項１に記載の拡散チップ（３０６）。
【請求項６】
前記複数の拡散孔（４０４）が、一群の内側アレイ（５０１）及び一群の外側アレイ（５００）を画定しており、
該内側アレイは、第１半径方向範囲内に位置し、且つ、第１半径及び孔長軸に対して角度β（ベータ）をなして傾斜した少なくとも１つの拡散孔を含み、
該外側アレイは、第２半径方向範囲内に位置し、且つ、第２半径及び孔長軸に対して角度α（アルファ）をなして傾斜した少なくとも１つの拡散孔を含み、
該第１半径方向範囲は該第２半径方向範囲よりも小さい、請求項１に記載の拡散チップ（３０６）。
【請求項７】
前記外側アレイが更に、交互に角度α（アルファ）及びβ（ベータ）をなして傾斜した複数の拡散孔（４０４）を有する、請求項６に記載の拡散チップ（３０６）。
【請求項８】
燃焼器と、
該燃焼器内へ燃料を吐出するよう構成された、拡散チップ（３０６）を有する燃料ノズル（２２２）と
を有する、ガスタービンエンジン（１００）に使用する燃焼器アセンブリ（１０４）であって、
該拡散チップは、
外面（４０１）及び該外面の反対側の内面（４０３）を有して、入口端部（４０５）から吐出端部（４０７）まで延在するほぼ円形の本体、
該吐出端部に隣接して前記本体内に画定された入口面（４０２）、
該入口面の反対側の吐出面（４００）、並びに、
各々が前記吐出面から前記入口面間まで延在する複数の拡散孔（４０４）であって、該孔の各々が前記本体に対して、Ｘ−Ｚ平面上において該孔の中心線（５０２）と前記外面に対して接線方向に延在するＸ軸との間に角度γ（ガンマ）をなして、且つ、Ｙ−Ｚ平面上において前記中心線と前記中心線から半径方向外方に延在するＹ軸との間に角度θ（シータ）をなして、拡散流を吐出するよう配向された複数の拡散孔（４０４）を備える、
燃焼器アセンブリ。
【請求項９】
前記複数の拡散孔（４０４）の各々が、可変の半径方向間隔及び円周方向間隔（５０５）の少なくとも一方をおいて配置される、請求項８に記載の燃焼器アセンブリ（１０４）。
【請求項１０】
前記吐出面（４００）がほぼ凹面形である、請求項８に記載の燃焼器アセンブリ（１０４）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概してガスタービンエンジンに関し、特に、ガスタービンエンジンに使用する燃料ノズルの拡散チップに関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくとも一部の既知のガスタービンエンジンでは、燃焼器内で燃料混合気を点火することにより、高温ガス流路を介して下流方向に流れてタービンに至る燃焼ガス流を生じる。圧縮空気は、コンプレッサから燃焼器へ流れる。既知の燃焼器アセンブリには、燃焼器内に画定された燃焼帯へ燃料と空気を導入し易くするための燃料ノズルが設けられている。タービンでは、燃焼ガス流の熱エネルギーが、タービン軸を回転させる機械エネルギーに変換される。タービンの出力により、例えば発電機やポンプなどの機械に動力を供給することができる。
【０００３】
少なくとも一部の既知の燃料ノズルには、拡散チップが設けられている。拡散チップは、燃料、空気、又は、その両方を組み合わせたものが通り、燃料ノズルの主予混合回路と共に機能する通路である。燃料及び／又は空気は混合された後、チップから吐出されて点火し、燃焼帯へと運搬される。
【０００４】
動作中、燃料及び／又は空気が、既知の拡散チップに形成された複数の通路を通って流れ、拡散チップを出た後に燃焼することが一般的である。その場合、拡散チップの外面が高温の燃焼ガスにさらされることになる。継続的に高温にさらされた拡散チップには、熱応力が生じる。そのような熱応力により、時間が経つにつれて、拡散チップには亀裂及び／又は機械的破壊が生じる。少なくとも一部の既知の拡散チップには、拡散チップの温度低下を促すよう、様々な冷却回路が設けられている。しかし、そのような冷却回路では、燃料濃度が高くなり、拡散チップにすすが付着し易くなり、不都合である。すすが付着すると、燃料ノズルの流れ特性に悪影響が及んだり、燃焼温度が上昇したりする。流れ特性が変化し、更に燃焼温度が上昇すると、燃料ノズル構成部品の動作に悪影響が及ぶ。例えば、金属合金が熱劣化したり焼鈍されたりすると、構成部品の構造的な一体性が劣化することになる。
【０００５】
また、拡散チップの動作温度が上昇すると、例えば燃焼器ライナー及び／又はトランジションピースアセンブリなどの火炎に近い燃焼器の機械設備の摩耗が早まる。その結果、燃焼温度が低温に維持したときに比して、このような燃焼器の機械設備を頻繁に交換する必要が生じたり、修理コストが増大することになる。少なくとも一部の既知の燃焼器では、高温動作に対応するよう、熱摩耗に対して高い耐性を有する特殊な合金製の構成部品が用いられている。しかし、高い熱耐性を有する特殊な合金製の構成部品を用いたエンジンは、このような構成部品を燃焼器に用いていないエンジンに比べて、エンジンのコストが高く、重量が重くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７，０２４，８６１Ｂ２号
【特許文献２】米国特許第６，６９８，２０７Ｂ１号
【特許文献３】米国特許第６，４５３，６７３Ｂ１号
【特許文献４】米国特許第６，４６０，３４０Ｂ１号
【特許文献５】米国特許出願公開第２００７／０２１４７９０Ａ１号
【特許文献６】米国特許出願公開第２００７／０１１９１７７Ａ１号
【特許文献７】米国特許出願公開第２００７／００４４４７７Ａ１号
【特許文献８】米国特許出願公開第２００６／０１９１２６８Ａ１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、ガスタービンエンジンの拡散チップの冷却を容易にする方法及び装置が提供されることが求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態において、ガスタービンエンジンを組み立てる方法を開示する。本方法は、ほぼ円形の断面領域を有する本体を含む拡散チップを有する燃料ノズルを設けることを含む。拡散チップ本体は、外面と、外面の反対側の内面と、本体の端部に隣接した入口面とを有する。入口面は、本体内面から半径方向内側に位置する。拡散チップ本体は更に、入口面の反対側にある吐出面を有する。本方法は更に、吐出面から入口面まで延在する複数の拡散孔の各々が拡散流を燃料ノズルから吐出する向きになるよう、燃料ノズルを燃焼器アセンブリ内に連結することを含む。拡散流は、Ｘ−Ｚ平面上に延在する角度であって、孔の中心線と外面に対して接線方向に延在するＸ軸との間に角度γ（ガンマ）をなして、また、Ｙ−Ｚ平面上に延在する角度であって、中心線と中心線から半径方向外方に延在するＹ軸との間を測定した角度θ（シータ）をなして吐出される。
【０００９】
本発明の別の実施形態において、燃料ノズルに使用する拡散チップを開示する。拡散チップは、外面及びその反対側の内面を含むほぼ円形の本体を有する。拡散チップ本体は、吐出端部から入口端部まで延在する。拡散チップは、吐出端部に隣接して本体内に画定された入口面を含む。入口面の反対側には、吐出面が画定されている。複数の拡散孔が、それぞれ吐出面及び入口面間に延在しており、各孔は本体に対して、Ｘ−Ｚ平面上で孔の中心線と外面に対して接線方向に延在するＸ軸との間に角度γ（ガンマ）をなして、且つ、Ｙ−Ｚ平面上で孔の中心線と中心線から半径方向外方に延在するＹ軸との間に角度θ（シータ）をなして、拡散流を外向きに吐出するよう配向されている。
【００１０】
本発明の更に別の実施形態において、ガスタービンエンジンに使用する燃焼器アセンブリを開示する。燃焼器アセンブリは、燃焼器及び燃料ノズルを備える。燃料ノズルは、燃料を燃焼器内へ吐出するよう構成されている。燃料ノズルは、入口端部から吐出端部まで延在するほぼ円形の本体を有する拡散チップを有し、吐出端部に隣接して入口面が本体内に画定されている。本体は、入口面の反対の吐出面と、それぞれ吐出面から入口面まで延在する複数の拡散孔とを有する。各孔は、本体に対して、Ｘ−Ｚ平面上で孔の中心線と外面に対して接線方向に延在するＸ軸との間に角度γ（ガンマ）をなして、また、Ｙ−Ｚ平面上で中心線と中心線から半径方向外方に延在するＹ軸との間に角度θ（シータ）をなして、拡散流を吐出するよう配向されている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ガスタービンエンジンの一例の概略図である。
【図２】図１に示すガスタービンエンジンに適用可能な燃焼器の一例の概略断面図である。
【図３】図２に示す燃焼器に適用可能な燃料ノズルアセンブリの一例の断面斜視図である。
【図４】図３に示す燃料ノズルに適用可能な拡散チップの一例の断面斜視図である。
【図５】図３に示す燃料ノズルに適用可能な拡散チップの一例の平面図である。
【図６】図４に示す拡散チップの一例の拡大断面図である。
【図７】図４に示す拡散チップの代替実施形態の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、例示的なガスタービンエンジン１００の概略図である。エンジン１００は、コンプレッサアセンブリ１０２と燃焼器アセンブリ１０４とを備える。エンジン１００はまた、タービン１０８と、コンプレッサ／タービン共通軸１１０（ロータ１１０と称することもある）とを備える。
【００１３】
動作中、空気はコンプレッサアセンブリ１０２を通り、そこから圧縮空気が燃焼器アセンブリ１０４に供給される。燃料は、燃焼器アセンブリ１０４内に画定された燃焼領域及び／又は燃焼帯へと流れ、この燃料と空気とが混合されて点火する。発生した燃焼ガスがタービン１０８へと流れ、このガス流の熱エネルギーが、機械的な回転エネルギーに変換される。タービン１０８は、軸１１０に対して回転可能に連結されている。本明細書において「流体」という用語は、例えばガス及び空気をはじめとする流動性の任意の媒体又は材料を指すが、これらに限定されるわけではない。
【００１４】
図２は、燃焼器アセンブリ１０４の概略断面図である。燃焼器アセンブリ１０４は、タービンアセンブリ１０８及びコンプレッサアセンブリ１０２に流体連通するよう連結されている。例示の実施形態では、コンプレッサアセンブリ１０２は、互いに流体連通するよう連結されたディフューザ１１２及びコンプレッサ吐出プレナム１１４を備える。
【００１５】
例示の実施形態において、燃焼器アセンブリ１０４は、タービンハウジング（図示せず）を中心に環状に配列された複数の燃料ノズル２２２を構造的に支持する、エンドカバー２２０を有する。エンドカバー２２０は、保持金具（図２に示さず）を用いて燃焼器ケーシング２２４に連結されている。燃焼器ライナー２２６が、燃焼室２２８を画定してケーシング２２４内に連結されている。燃焼器ケーシング２２４と燃焼器ライナー２２６との間には、燃焼室環状冷却通路２２９が画定されている。
【００１６】
燃焼室２２８には、トランジション部すなわちトランジションピース２３０が、連結され、これにより、燃焼室２２８内で発生した燃焼ガスが下流のタービンノズル２３２の方に向かって流れる。例示の実施形態では、トランジションピース２３０は、外壁２３６に複数の開口部２３４を有する。トランジションピース２３０はまた、内壁２４０と外壁２３６との間に環状通路２３８を有する。
【００１７】
動作中、タービンアセンブリ１０８は、軸１１０（図１に示す）を介してコンプレッサアセンブリ１０２を駆動させる。コンプレッサアセンブリ１０２が回転すると、アセンブリ１０２から出ている矢印で示すように、圧縮空気がディフューザ１１２内へ吐出される。例示の実施形態では、コンプレッサアセンブリ１０２から吐出された空気の大部分は、コンプレッサ吐出プレナム１１４を通って燃焼器アセンブリ１０４の方へ流れ、圧縮空気の残りの部分が、エンジン１００の構成部品の方へ流れてこれらの部品を冷却する。より詳細には、プレナム１１４内の加圧された圧縮空気は、外壁開口部２３４を介してトランジションピース２３０通路２３８へと流れる。空気は次に、トランジションピース２３０の環状通路２３８から燃焼室冷却通路２２９へ流れる。通路２２９から吐出された空気は、燃料ノズル２２２へと流れる。
【００１８】
燃焼室２２８では、燃料と空気が混合され、点火する。ケーシング２２４により、燃焼室２２８を、例えば周囲のタービン構成部品などの外部環境から隔離し易くなる。発生した燃焼ガスは、燃焼室２２８からトランジションピースの案内溝２４２を通ってタービンノズル２３２の方へ流れる。例示の実施形態では、燃料ノズルアセンブリ２２２は、燃料ノズルフランジ２４４を介してエンドカバー２２０に連結されている。
【００１９】
図３は、燃料ノズルアセンブリ２２２の断面図である。燃料ノズルアセンブリ２２２は、入口流量コンディショナ（ＩＦＣ）３００、燃料噴射付き旋回翼アセンブリ３０２、環状の燃料／流体混合通路又は予混合回路３０４及び中央拡散火炎燃料ノズルアセンブリすなわち拡散チップ３０６を備える。燃料ノズルアセンブリ２２２はまた、入口端部３１０及び吐出端部３１２を有する高圧プレナム３０８を備える。プレナム３０８は、ノズルアセンブリ２２２に外接する。吐出端部３１２は、ノズルアセンブリ２２２に外接している必要はなく、燃焼器反応帯３１４内へ延出していてもよい。ＩＦＣ３００は、円筒壁３１８により画定された環状流通路３１６を含む。壁３１８は、通路３１６の内径３２０を画定し、多孔円筒形外壁３２２が外径３２４を画定する。多孔エンドキャップ３２６が、燃料ノズルアセンブリ２２２の上流端部に連結されている。例示の実施形態では、流路３１６は、流路３１６上に少なくとも１つの環状案内羽根３２８を有する。なお、例示の実施形態では、ノズルアセンブリ２２２は更に、燃料と圧縮流体とが燃焼前に混合される予混合ガス燃料回路を画定している。
【００２０】
図４は、拡散チップ３０６の斜視図である。図５は、拡散チップ３０６の平面図である。例示の実施形態では、拡散チップ３０６は、外側面４００及びその反対側の内側面４０２を有する。例示の実施形態では、外側面４００は吐出面として構成され、内側面４０２は入口面として構成されている。拡散チップ３０６の本体は、断面がほぼ円形であって、外面４０１、その反対側の内面４０３、入口端部４０５及び吐出端部４０７を有する。拡散チップ３０６はまた、拡散燃料及び／又は空気を燃焼帯に供給するための複数の拡散孔４０４を有する。例示の実施形態では、表面４００はほぼ平坦である。表面４００の形状は、代替的に、凹面形、凸面形、又は、本明細書に記載する拡散チップ３０６による流体流特性及び炎保持特性を含めて拡散チップ３０６が本明細書に記載したように機能する任意のものであってよい。
【００２１】
例示の実施形態では、拡散孔４０４はそれぞれ、前開口部４０６と、その反対側の後開口部４０８を有しており、それぞれの拡散孔４０４が前開口部４０６と後開口部４０８との間に延在している。前開口部４０６は吐出面４００に沿って画定され、後開口部４０８は入口面４０２に沿って画定されている。例示の実施形態では、前開口部４０６の各々は、拡散チップ３０６の軸方向中心線４１０の半径Ｒの位置に画定される。代替的に、開口部４０６を、拡散チップ３０６が本明細書に記載したように動作するような任意の向きに配置してもよい。例示の実施形態では、拡散チップ３０６は、複数列の拡散孔４０４を有する。拡散孔４０４は、列毎に、円周方向に間隔５０５をおいて円形に配列された任意数の孔４０４から成っていてよい。
【００２２】
例示の実施形態では、前開口部４０６はそれぞれ、半径方向内壁４１２内に直径Ｄを有して画定されている。冷却孔すなわち拡散孔４０４の直径は、次式：
Ｄ＝ｄ０＋ｄ１×（（Ｒ０−ｒ）／Ｒ０）０．２×（１／Ｎ）０．４
により表される。ここで、Ｎは冷却孔の列数であり、ｄ０及びｄ１は経験的な実験係数であり、Ｒ０は冷却孔の平均半径であり、ｒは列の半径である。一実施形態において、直径Ｄは、約０．０３０〜約０．０６０インチである。拡散孔４０４はそれぞれ、様々な角度で配向されていてよく（後に詳細を説明する）、その断面形状は、円形、楕円形、又は、拡散チップ３０６が本明細書に記載するように機能するその他任意のものでよい。
【００２３】
前開口部４０６はそれぞれ、前開口部４０６のＸ軸が半径Ｒの円に対してほぼ接線方向に並び、Ｙ軸がＸ軸に対して半径方向にほぼ垂直に並び、Ｚ軸が中心線４１０にほぼ平行に並ぶ座標位置に画定される。Ｘ−Ｚ平面上においてＸ軸からの角度をγ（ガンマ）とし、Ｙ−Ｚ平面においてＹ軸からの角度をθ（シータ）とする。例示の実施形態では、拡散孔４０４はそれぞれ、各々に対応する前開口部４０６から角度γ及び角度θをなして延出する線Ｆに沿って設けられる。従って、拡散孔４０４は、拡散チップ３０６を中心とした螺旋状に配列される。
【００２４】
角度γは、次式：
γ＝ａ＋ｂ×（（Ｒｅ,ｓｗｉｒｌｅｒ−ｒ）／Ｒｅ,ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）０．７４
により表される。ここで、ａ及びｂは経験的な実験係数であり、Ｒｅ,ｓｗｉｒｌｅｒは旋回翼アセンブリ３０２のレイノルズ数であり、Ｒｅ,ｄｉｆｆｕｓｉｏｎは拡散チップ３０６の冷却に関するレイノルズ数である。一実施形態において、角度γは、約１５°〜約６０°である。
【００２５】
図５に、拡散チップ３０６と複数の円形拡散孔アレイ５００とを示す。拡散孔アレイ５００はそれぞれ、中心線４１０からそれぞれのアレイに対応する孔の中心５０２の間である半径上に位置する。例えば、第１拡散孔アレイ５００は半径Ｒ１上に位置し、第２拡散孔アレイ５０１は半径Ｒ２上に位置する。各孔の中心５０２は、前開口部４０６の長軸５０４の中点に画定される。例示の実施形態では、拡散孔４０４及び対応のアレイ５００及び５０１は、中心線４１０の方に向いた少なくとも１つの孔４０４を含む。更に、例示の実施形態では、最内アレイ５０１は、半径Ｒ２及び孔長軸５０４間に角度β（ベータ）をなす内向の拡散孔４０４を含む。角度βは、次式：
β＝ｃ＋ｄ×（Ｔｆｉｒｉｎｇ／Ｔｃｏｏｌｉｎｇ）１．１６
により表される。ここで、ｃは経験的な実験係数であり、ｄは直径Ｄについて上記した式により定まり、Ｔｆｉｒｉｎｇは火炎温度であり、Ｔｃｏｏｌｉｎｇは冷却空気温度である。例示の実施形態では、角度β（ベータ）は約０°〜約９０°である。代替的に、最外アレイ５００は、内方向に角度β（ベータ）をなす、且つ／又は、外方向に半径Ｒ１及び軸５０４間の角度α（アルファ）なす拡散孔４０４を有してもよい。角度αは、上記した角度βと同じ式により定まる。一実施形態において、角度α（アルファ）は約９０°〜約１８０°である。一実施形態において、最外円形アレイ５００は、少なくとも一部が角度α（アルファ）をなし、少なくとも一部が角度β（ベータ）をなして配向された複数の拡散孔４０４を、交互の向きに有している。
【００２６】
例示の実施形態では、角度γ（ガンマ）及びθ（シータ）を、拡散チップ３０６の吐出面４００を効率的に冷却するよう、様々に選択することができる。より詳細には、角度γ（ガンマ）を、拡散孔４０４の後に小さい剥離泡が確実に発生するよう選択する。剥離泡により、吐出面４００全体にわたる冷却空気膜層を形成することができる。拡散面４００全体にわたってほぼ均一な冷却空気膜層が分布するよう、角度θ（シータ）を様々に選択することができる。更に、例示の実施形態では、拡散チップを最大限まで冷却できる、角度γ（ガンマ）とθ（シータ）の角度の組み合わせを選択する。加えて、拡散チップ３０６の熱勾配やその他の燃焼特性を最適化するよう、拡散孔４０４の半径Ｒ１及び／又はＲ２と円周方向間隔５０５とを選択する。また、拡散チップ３０６の応力集中を効果的に軽減するよう、孔間隔を選択することもできる。
【００２７】
図６及び図７に、拡散チップ３０６の代替実施形態を示す。より詳細には、拡散チップ３０６が、図６では収束チップ６００として、図７では発散チップ７００として構成されている。収束チップは、開口部４０６よりも断面積が大きい開口部４０８を備えて形成された複数の孔を含む。図６に示すように、開口部４０８が開口部４０６よりも大きいので、開口部４０８と開口部４０６との間には、収束通路が形成される。図７では、逆に、開口部４０８の断面積は開口部４０６よりも小さいので、開口部４０８と開口部４０６との間には、発散孔７００が画定される。拡散孔４０４の向き、表面４００と表面４０２との間である拡散チップ３０６の厚さ、拡散チップ３０６の前後における圧力降下、並びに、チップ３０６の必要な熱伝達係数に応じて、燃料ノズル２２２に収束形の拡散チップ６００を用いたり、発散形の拡散チップ７００を用いたりできる。代替実施形態では、収束形の孔と発散形の孔の両方を組み合わせて用い、拡散チップを更に効果的に冷却力することもできる。
【００２８】
動作中、拡散孔４０４から気流を吐出することによって、拡散チップ３０６が効果的に冷却力される。孔４０４からの拡散流は、拡散回路の流れとなって予混合回路の流れと混合され、共旋回する。その結果、拡散チップ３０６に隣接して形成される燃焼再循環帯が安定する。拡散孔４０４の角度方向を様々に選択することにより、予混合回路の流れと拡散孔４０４から吐出された拡散流とを最適に混合及び／又は共旋回させ、吐出流の接線速度及び軸方向速度を制御することができる。拡散回路の流れと予混合回路の流れを共旋回させることにより、燃焼による炎と拡散チップ面４００との接触を防止し易くなるので、拡散チップ面全体の過熱を抑えること及び／又はカーボンブラックの形成を減少させることができる。予混合回路の流れと拡散流を層化することにより、冷却膜効果が増し、拡散チップの温度勾配を抑制し、すすの付着を低減することができる。拡散孔４０４の向きを様々に異ならせることにより、拡散チップ３０６の内部表面積が増加するので、拡散チップが冷却し易くなると共に、冷却拡散流の滞留時間が増加し、拡散チップ３０６の熱伝達率が増加する。更に、動作中、予混合回路の流れと拡散流が共旋回することにより、全体的な流れの旋回が促される。その結果、燃焼室内で混合及び／又は燃焼を効果的に行うことができ、旋回軸が安定するので、燃焼熱音響効果及び火炎振動が低減する。
【００２９】
既知の拡散チップ構造に勝る、本発明による利点を幾つか挙げる。例えば、本明細書に記載した拡散チップの利点の１つは、拡散孔を傾斜させることにより、拡散チップの吐出面全体にわたり冷却流を効果的に生じることである。本明細書に記載した拡散孔の別の利点は、燃料や拡散チップに、例えば蓄積したすすなどの可燃物が接触しにくくすることにより、拡散チップに加わる熱応力を低減することである。本明細書に記載した拡散孔の更に別の利点は、拡散チップの熱伝達効率と冷却効率を増大させることである。明細書に記載した拡散孔の更なる利点は、拡散チップ内に生じる温度勾配を低減することにより、拡散チップをより廉価な材料で作製し、製造コストを削減できることである。
【００３０】
以上、ガスタービンエンジンに使用する拡散チップを均等に冷却する方法及び装置の実施形態を例示し、詳細に説明した。本発明の実施形態は、本明細書に記載した特定の実施形態だけではなく、本発明によるシステムに用いる構成要素を本明細書に記載したその他の構成要素と別個独立に用いた形態や、本発明による方法のステップを本明細書に記載したその他のステップと別個独立に実行した形態も、本発明の実施形態に含まれる。例えば、本発明による燃料供給システム及び方法の実施形態を、本明細書に記載の形態だけでなく、その他の燃料供給システム及び方法と組み合わせて実施することができる。また、本明細書に例示した形態を、その他様々なガスタービンエンジンに適用し、実施することもできる。
【００３１】
本発明に係る種々の実施形態の一部の特徴が、説明の便宜上、図面によって示されていないことがある。或る図面に示した特徴とその他の図面に示した特徴とを如何様にも兼ね備えることができ、かかる実施形態も本発明の特許請求の範囲が本質的に含むものとする。
【００３２】
本明細書では、最良の態様を含めた様々な例を用いて本発明を説明してきた。これにより、当業者は、本発明に係るあらゆる装置又はシステムを作製したり、本発明に係る方法を実行することができる。本発明の特許可能な範囲は、添付の特許請求の範囲に記載されているが、当業者に想起可能なその他の実施形態も含む。かかるその他の実施形態は、特許請求の範囲に記載の文言と相違ない構成要素を有する限り、或いは、特許請求の範囲に記載の文言と本質的に同様な等価の構成要素を有する限り、本発明の特許請求の範囲に含まれるものとする。
【００３３】
本発明を、種々の実施形態に関して説明してきたが、当業者には明らかなように、これらに修正を加えたものも本発明の特許請求の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３４】
１００  ガスタービンエンジン
１０２  コンプレッサアセンブリ
１０４  燃焼器アセンブリ
１０８  タービンアセンブリ
１１０  コンプレッサ／タービンシャフト
１１２  ディフューザ
１１４  コンプレッサ吐出プレナム
２２０  エンドカバー
２２２  燃料ノズルアセンブリ
２２４  燃焼器ケーシング
２２６  燃焼器ライナー
２２８  燃焼室
２２９  燃焼室冷却通路
２３０  トランジションピース
２３２  タービンノズル
２３４  外壁開口部
２３６  外壁
２３８  トランジションピースの環状通路
２４０  内壁
２４２  トランジションピースの案内溝
２４４  燃料ノズルフランジ
３００  入口流量コンディショナ（ＩＦＣ）
３０２  旋回翼アセンブリ
３０４  通路／予混合回路
３０６  拡散チップ
３０８  高圧プレナム
３１０  入口端部
３１２  吐出端部
３１４  燃焼器反応帯
３１６  環状流通路
３１８  円筒壁
３２０  内径
３２２  多孔円筒形外壁
３２４  外径
３２６  多孔エンドキャップ
３２８  環状案内羽根
４００  外側面／拡散チップ表面／吐出面
４０１  外面
４０２  反対側の内側面／入口面
４０３  反対側の内面
４０４  拡散孔
４０５  入口端部
４０６  前開口部
４０７  吐出端部
４０８  後開口部
４１０  軸方向中心線
４１２  半径方向内壁
５００  第１拡散孔アレイ／最外円形アレイ
５０１  第２拡散孔アレイ／最内アレイ
５０２  中心
５０４  孔長軸
５０５  円周方向間隔
６００  収束チップ
７００  発散孔／発散チップ
【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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