(57)【要約】【課題】マルチプレミキサ燃料ノズル支持システムを提供すること。【解決手段】燃焼ノズル（７８）を含むシステム。燃焼ノズル（７８）は、装着基部（８０）と、該装着基部（８０）から下流側方向（７５）で直接延在する吸気流コンディショナ（８２）とを含む。更に、吸気流コンディショナ（８２）は、吸気流コンディショナ（８２）内の装着基部（８０）から中心支持部材が直接延在することなく、燃焼ノズル（７８）を構造的に支持する。【選択図】      図５
2010271032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンエンジン（１０）を備えるシステムであって、タービンエンジン（１０）が、
ヘッド端部（３４）を有する燃焼器（１６）と、
ヘッド端部（３４）に結合された装着基部（８０）を有する燃料ノズル（７８）と
を備えており、上記燃料ノズル（７８）が、装着基部（８０）に延在する吸気流コンディショナ（８２）を含んでいて、該吸気流コンディショナ（８２）が複数の空気入口（１０２）を含み、吸気流コンディショナ（８２）が装着基部（８０）で燃料ノズル（７８）を構造的に支持する、システム。
【請求項２】
燃料ノズル（７８）が、吸気流コンディショナ（８２）及び装着基部（８０）を共有する複数の燃料ノズル（７８）を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
燃料ノズル（７８）が、吸気流コンディショナ（８２）内で燃料ノズル（７８）の長手方向軸線（４６）に対して横方向に延在する側方支持体（９８）を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
側方支持体（９８）が、クローバリーフ形プレートを含む、請求項３記載のシステム。
【請求項５】
複数の空気入口（１０２）が、側方支持体（９８）の上流側（７１）に配置された第１の空気入口（１０２）を含む、請求項３記載のシステム。
【請求項６】
複数の空気入口（１０２）が、側方支持体（９８）の下流側（７５）に配置された第２の空気入口（１０２）を含む、請求項５記載のシステム。
【請求項７】
燃料ノズル（７８）を囲む外側壁（８８）の上流側（７１）及び下流側（７５）移動を可能にするよう構成された摺動ジョイント（８９）を備える、請求項１記載のシステム。
【請求項８】
ヘッド端部（３４）に結合された装着基部（８０）と、装着基部（８０）に延在する第２の吸気流コンディショナ（８２）とを有する第２の燃料ノズル（７８）を備える、請求項１記載のシステム。
【請求項９】
装着基部（８０）から下流側方向（７５）に延在する非耐荷重燃料通路（１０８）を備える、請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
吸気流コンディショナ（８２）内で装着基部（８０）から中心支持部材が直接延在することなく、燃料ノズル（７８）が構造的に支持される、請求項８記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広義にはタービンエンジンに関し、具体的には、燃料ノズル支持システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料空気混合は、タービンエンジンなどの様々なエンジンのエンジン性能及び排出物に影響を及ぼす。例えば、ガスタービンエンジンは、１以上の燃料ノズルを利用して空気及び燃料を吸入し、燃焼器内の燃料−空気混合を促進することができる。ノズルは、タービンのヘッド端部分に配置することができ、空気流を吸入して燃料入力と混合するよう構成することができる。通常、ノズルは、ノズル内の中心本体により内部支持することができる。しかしながら、特定の実施形態において、中心本体を介した支持は、ノズルの全体コスト及び複雑さを増大させる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６４３８９６１号明細書
【発明の概要】
【０００４】
本願出願当初の特許請求の範囲に記載された発明の幾つかの実施形態について要約する。これらの実施形態は、特許請求の範囲に記載された発明の技術的範囲を限定するものではなく、本発明の可能な形態を簡単にまとめたものである。実際、本発明は、以下に記載する実施形態と同様のものだけでなく、異なる様々な実施形態を包含する。
【０００５】
第１の実施形態において、システムは、ヘッド端部を有する燃焼器と、ヘッド端部に結合された装着基部を有する燃料ノズルとを備えるタービンエンジンを含み、燃料ノズルが、装着基部に延在する吸気流コンディショナを含み、該吸気流コンディショナが複数の空気入口を含み、吸気流コンディショナは、装着基部において燃料ノズルを構造的に支持する。
【０００６】
第２の実施形態において、装置は、装着基部と、該装着基部から下流側方向で直接延在する吸気流コンディショナと、吸気流コンディショナ内に配置された側方支持体とを備えた燃料ノズルを含み、側方支持体は、燃料ノズルの長手方向軸線に対して横方向に延在する。
【０００７】
第３の実施形態において、システムは、装着基部と、該装着基部から下流側方向で直接延在する吸気流コンディショナとを備えた燃料ノズルを含み、吸気流コンディショナは、吸気流コンディショナ内の装着基部から中心支持部材が直接延在することなく、燃焼ノズルを構造的に支持する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る、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】本発明の一実施形態に係る、図１に示すタービンシステムの一実施形態の側断面図。
【図３】本発明の一実施形態に係る、図２に示す１以上の燃料ノズルを有する燃焼器の一実施形態の側断面図。
【図４】本発明の一実施形態に係る、図２に示す単一燃料ノズルの側断面図。
【図５】本発明の一実施形態に係る、図３に示す燃焼器と共に利用することができる３連ノズルの斜視図。
【図６】本発明の一実施形態に係る、図５に示す３連ノズルを利用した燃焼器の正面図。
【図７】本発明の一実施形態に係る、図５に示す３連ノズルの側断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の上記その他の特徴、態様及び利点については、図面と併せて以下の詳細な説明を参照することによって理解を深めることができるであろう。図面を通して、同様の部材には同様の符号を付した。
【００１０】
以下、本発明の１以上の特定の実施形態について説明する。これらの実施形態を簡潔に説明するため、現実の実施に際してのあらゆる特徴について本明細書に記載しないこともある。実施化に向けての開発に際して、あらゆるエンジニアリング又は設計プロジェクトの場合と同様に、実施毎に異なる開発者の特定の目標（システム及び業務に関連した制約に従うことなど）を達成すべく、実施に特有の多くの決定を行う必要があることは明らかであろう。さらに、かかる開発努力は複雑で時間を要することもあるが、本明細書の開示内容に接した当業者にとっては日常的な設計、組立及び製造にすぎないことも明らかである。
【００１１】
本発明の様々な実施形態の構成要素について紹介する際、単数形で記載したものは、その構成要素が１以上存在することを意味する。「含む」、「備える」及び「有する」という用語は内包的なものであり、記載した構成要素以外の追加の要素が存在していてもよいことを意味する。
【００１２】
以下で検討するように、燃料ノズルの特定の実施形態は、内部支持構造及び別個の外部吸気流コンディショナ（ＩＦＣ）ではなく、ＩＦＣを備えた外部支持構造を利用する。支持構造は、燃料ノズルの耐荷重部分として説明することができる。すなわち、以下で検討するように、開示される実施形態は、耐荷重内部流体通路に依存するのではなく、内部流体通路から別個の外部構造支持体に依存する。例えば、構造支持体は、内部燃料及び空気通路を支持する外壁（例えば、管状壁）に延在した装着基部を含むことができる。更に、開示の実施形態では、外壁は、ＩＦＣ（例えば、穿孔）を含むことができる。ＩＦＣは、例えば、空気のより均一な分布及び流れを形成することによって、燃料ノズルに入る空気を調節するよう構成される。理解されるように、ＩＦＣと支持構造体を統合することによって、燃料ノズルの製造に伴う複雑さ、材料使用量及びコストが低減される。特定の実施形態において、ＩＦＣ（例えば、穿孔）は、装着基部に軸方向に隣接する外壁内に配置することができる。
【００１３】
開示される実施形態はまた、共に統合された外部支持構造体及びＩＦＣを有する複数ノズル組立体を含む。例えば、複数ノズル組立体は、外部構造支持体（例えば、装着基部及び外壁）により支持される複数の燃料ノズルを含むことができ、ここで外壁及び／又は内部横方向支持体は、複数の燃料ノズルへの空気流を調整するよう構成されたＩＦＣ（例えば、穿孔）を含む。外壁及び／又は内部支持体は、燃料ノズルの全てについて共通のＩＦＣを、或いは、各燃料ノズルに対して独立したＩＦＣを定めることができる。１つの特定の実施形態は、単一の支持構造体（例えば、装着基部及び外壁）と一体化された３連ノズル（例えば、３つの燃料ノズル）を含み、ここで外壁及び／又は内部横方向支持体は、３つの燃料ノズル全てにＩＦＣ（例えば、穿孔）を含む。同様に、構造支持体は、燃料ノズルに対して内部ではなく、少なくとも実質的に外部にあり（例えば、耐荷重流体通路ではない）、これにより燃料ノズル内の内部流体通路が簡素化される。例えば、開示の実施形態は、耐荷重内部流体通路ではなく、非耐荷重内部流体通路（例えば、空気、燃料、水、希釈剤、その他）を利用する。これらの非耐荷重内部流体通路は、可撓性又は弾性のある、例えばベローズ管とすることができる。加えて、外部支持構造体は、複数ノズル組立体の剛性を向上させる。特定の実施形態において、一体型ＩＦＣを有する外壁の材料厚みを増大することによって、固有周波数又は剛性を調整もしくは同調することができる。更に、有孔プレートを用いて、複数ノズル組立体を更に強固にし、燃料ノズルに入る空気流を調整することができる。
【００１４】
次に、図面に移り、最初に図１を参照すると、タービンシステム１０の一実施形態は、一体型吸気流コンディショナ（ＩＦＣ）有する外部支持構造体を備えた、１以上の燃料ノズル１２を含むことができる。燃料ノズル１２は、単一のブロックで示されているが、図示の各燃料ノズル１２は、グループとして共に一体化された複数の燃料ノズル及び／又はスタンドアロンの燃料ノズルを含むことができ、ここで図示の各燃料ノズル１２は、内部構造支持体（例えば、耐荷重流体通路）ではなく、外部構造支持体（例えば、一体型ＩＦＣを備えた耐荷重壁）に少なくとも実質的に又は全体的に依存する。しかしながら、各燃料ノズル１２は、外部構造支持体を補完するよう内部横方向支持体を含むことができ、更に耐荷重流体通路を利用しない。
【００１５】
タービンシステム１０は、タービンシステム１０を稼働させるために、天然ガス及び／又は水素リッチ合成ガスなどの液体又はガス燃料を利用する。図示のように、複数のノズル１２は、供給燃料１４を吸入し、燃料を空気と混合して、空気燃料混合気を燃焼器１６内に分配させる。空気燃料混合気は、燃焼器１６内の燃焼室で燃焼し、これにより高温の加圧排出ガスを生成する。燃焼器１６は、タービン１８を介して排出出口２０に向けて排出ガスを配向する。排出ガスがタービン１８を通過すると、ガスは、１以上のタービンブレードを強制的に動かし、システム１０の軸線に沿ってシャフト２２を回転させる。図示のように、シャフト２２は、圧縮機２４を含む、タービンシステム１０の種々の構成部品に接続することができる。圧縮機２４はまた、シャフト２２に結合することができるブレードを含む。シャフト２２が回転すると、圧縮機２４内のブレードもまた回転し、これにより吸気口２６からの空気が圧縮機２４を通って加圧されて、燃料ノズル１２及び／又は燃焼器１６に入る。シャフト２２はまた、負荷２８に接続することができ、該負荷は、例えば、車両又は発電プラント内の発電機などの静止負荷、或いは航空機のプロペラとすることができる。理解されるように、負荷２８は、タービンシステム１０の回転出力により駆動することができるあらゆる好適なデバイスを含むことができる。
【００１６】
図２は、図１に概略的に示すタービンシステム１０の一実施形態の側断面図を示す。タービンシステム１０は、１以上の燃焼器１６内に配置された１以上の燃料ノズル１２を含む。同様に、以下で詳細に検討するように、図示の各燃料ノズル１２は、グループとして共に一体化された複数の燃料ノズル及び／又はスタンドアロン燃料ノゾルを含むことができ、図示の各燃料ノズル１２は、内部構造支持体（例えば、耐荷重流体通路）ではなく、外部構造支持体（例えば、一体型ＩＦＣを備えた耐荷重壁）に少なくとも実質的に又は全体的に依存する。作動時には、空気が吸気口２６を介してタービンシステム１０に入り、圧縮機２４において加圧することができる。次いで、加圧空気がガスと混合され、燃焼器１６内で燃焼することができる。例えば、燃料ノズル１２は、燃料空気混合気を最適な燃焼、排出物、燃料消費量及び出力に好適な比率で燃焼器１６内に噴射することができる。この燃焼は高温の加圧排出ガスを生成し、タービン１８内の１以上のブレード３０を駆動してシャフト２２を回転させ、従って、圧縮機２４及び負荷２８を駆動する。タービンブレード３０の回転によりシャフト２２の回転が生じ、これにより圧縮機２４内のブレード３２が、吸気口２６により受け取られた空気を吸い込み、加圧するようになる。
【００１７】
図３は、１以上の燃料ノズル１２を有する燃焼器１６の一実施形態の側断面図であり、ノズルは、ヘッド端部領域３４から加圧空気を取り出すように位置付けることができる。同様に、以下でより詳細に検討するように、図示の各燃料ノズル１２は、グループとして共に一体化された複数の燃料ノズル及び／又はスタンドアロン燃料ノゾルを含むことができ、図示の各燃料ノズル１２は、内部構造支持体（例えば、耐荷重流体通路）ではなく、外部構造支持体（例えば、一体型ＩＦＣを備えた耐荷重壁）に少なくとも実質的に又は全体的に依存する。端部カバー３６は、燃料及び／又は加圧空気を燃料ノズル１２に配送する導管又はチャンネルを含むことができる。圧縮機２４からの加圧空気３８は、燃焼器流れスリーブ４２と燃焼器ライナ４４との間に形成された環状通路４０を通って燃焼器１６に流れる。加圧空気３８は、複数の燃料ノズルを収容するヘッド端部領域３４に流れる。詳細には、特定の実施形態において、ヘッド端部領域３４は、該ヘッド端部領域３４の中心長手方向軸線４６を通って延在する中心燃料ノズル１２と、中心長手方向軸線４６の回りに配置された複数の外側燃料ノズル１２とを含むことができる。しかしながら、他の実施形態では、ヘッド端部領域３４は、中心長手方向軸線４６を通って延在する１つの燃料ノズル１２だけを含むこともできる。ヘッド端部領域３４内の燃料ノズル１２の特定の構成は、特定の設計間で異なる場合がある。
【００１８】
しかしながら、一般に、ヘッド端部領域３４内に流れる加圧空気３８は、入口穿孔５０を有するノズル吸気流コンディショナ（ＩＦＣ）４８を通って燃料ノズル１２に流れることができ、該穿孔は、燃料ノズル１２の外側円筒壁内に配置することができる。加えて、ヘッド端部領域３４は、各燃料ノズル１２のＩＦＣ４８内に入る前に空気を調整するよう構成された流れコンディショナ５１を含むことができる。流れコンディショナ５１は、加圧空気３８がヘッド端部領域３４内に配向されたときに、加圧空気３８の大規模な流れ構造（例えば、渦流）を小規模の流れ構造に細分化するよう構成される。加えて、流れコンディショナ５１は、様々な燃料ノズル１２間でより均一な空気流分布をもたらすように空気流を案内又は配向し、これにより各個々の燃料ノズル１２に入る空気流の均一性も改善される。従って、加圧空気３８は、ヘッド端部領域３４内の燃料ノズル１２間の吸気が平衡になるようにより均等に分配させることができる。ＩＦＣ４８は、各個々の燃料ノズル１２で空気流を調整し、これにより各燃料ノズル１２を通る空気流の均一性が改善される。ＩＦＣ４８を介して（例えば、入口穿孔を通って）燃料ノズル１２に入る加圧空気３８は、燃料と混合し、矢印５４で示すように、燃焼器ライナ４４の内部容積５２を通って流れる。空気及び燃料混合気は、燃焼ゾーンとして機能することができる燃焼キャビティ５６内に流入する。燃焼キャビティ５６からの加熱燃焼ガスは、矢印６０で示されるようにタービンノズル５８に流入し、更に下流側のタービン１８に流れる。
【００１９】
図４は、燃料ノズル１２の概略断面図である。燃料ノズル１２は、装着基部又はフランジ６２、中央本体組立体６４、１以上のスワールベーン６６、燃料供給組立体６８及び外壁７０（例えば、環状外側壁）を含む。図示のように、外壁７０は、フランジ６２から軸方向にオフセットしている。特定の実施形態において、フランジ６２は、破線７２で示すように、外壁７０に直接結合することができる。換言すると、図示の燃料ノズル１２の１つの例示的な実施形態は、外壁７０をフランジ６２と一体化し、これにより、燃料ノズル１２の軸方向長さに沿って外部構造支持体（例えば、耐荷重支持体）を形成することができる。例えば、外壁７０は、フランジ６２から破線７２に沿って直接延在することができ、これにより燃料ノズル１２の剛性及び耐荷重容量が実質的に高められる。更に、外壁７０をフランジ６２と一体化することによって、外部構造支持体はまた、穿孔５０を備えた吸気流コンディショナ（ＩＦＣ）４８を含む。
【００２０】
特定の実施形態において、中心本体組立体６４は、燃料ノズル１２用の構造支持体を含むことができ又は含まない場合もある。換言すると、中心本体組立体６４は、負荷を担うためにより多くの材料で設計することができ、或いは、負荷を担わないためより少ない材料で設計してもよい。何れの構成においても、外壁７０の延長部７２は、燃料ノズル１２に何らかの負荷を実質的に担うことができ、これにより中心本体組立体６４を介して燃料ノズル１２内に内部構造支持体を設ける必要性が低減される。従って、開示される実施形態は、コスト低減のために中心本体組立体６４の複雑さ及び構造上の剛直性を実質的に低減し、これにより中心本体組立体６４を非耐荷重構造にすることができる。或いは、中心本体組立体６４は、例えば、燃料、空気、水、希釈剤、その他など、特定の流体の通過に関する設計配慮に合わせて設計することができる。
【００２１】
図４に示すように、フランジ６２は、ボルト又は他の締結具により端部カバー３６に装着するよう構成される。ＩＦＣ４８は、外壁７０と中心本体組立体６４との間の環状通路７３内への空気流を調整するための穿孔５０を含む。ＩＦＣ４８は、環状通路７３内への外壁７０の円周付近の空気流のより均一な分布を可能にしながら、更に、空気流のあらゆる大規模な構造（例えば、渦流）を細分化するよう構成される。図示の実施形態では、燃料ノズル１２は、穿孔４８に隣接するディスク状空気流れコンディショナ７４を含むことができる。更に、穿孔４８は、延長部７２に沿って延在することができ、穿孔４８が、流れコンディショナ７４から上流側方向７１及び下流側方向７５にあることができるようになる。ＩＦＣ４８から下流側７５では、スワールベーン６６が、空気流のスワール運動を誘起するよう構成される。加えて、燃料供給組立体６８は、燃料空気混合のために、例えばスワールベーン６６にて燃料噴射領域に向けて下流側方向７５で燃料（例えば、液体又はガス燃料）を中心本体組立体６４に通すように構成される。また、燃料供給組立体６８は、中心本体組立体６４の内側の空気通路６９により囲むことができる点も留意されたい。
【００２２】
一実施形態において、延長部７２は、例えば熱入力に応答して、上流側方向７１又は下流側方向７５で拡張することができる。従って、延長部７２は、例えば、フランジ６２に沿って摺動し、中心本体組立体６４に対して上流側７１及び下流側方向７５で移動することができる。延長部７２は、例えば、拡張可能及び圧縮可能材料から作ることができ、これにより、上述の上流側７１及び下流側方向７５の移動が可能になる。或いは、延長部は、上流側７１及び下流側方向７５の移動を可能にするピンを介してフランジ６２に固定することができる。更に、延長部７２は静止しており、例えば、中心本体組立体６４が上流側７１及び下流側方向７５に移動することが想起される。
【００２３】
図５は、一体化された耐荷重及び空気流調整特徴部を有する、例えば３連ノズル７６である複数ノズル組立体の斜視図を示している。３連ノズル７６は、ＩＦＣ８２を介して単一の装着基部８０に一体的に装着される３つの個々の燃料ノズル７８を含むことができる。燃料ノズル７８は、上述の燃料ノズル１２に動作上類似している場合があるが、燃料ノズル７８は、ノズル７８に対する内部構造支持の提供源として中心本体組立体６４を含まなくてもよい。代わりに、ノズル７８は、ＩＦＣ８２が外部から構造的に支持することができる。理解されるように、ＩＦＣ８２は、大規模構造（例えば、渦流）の細分化、空気流のより均一な分布及びその他によって空気流を調整するよう動作することができる。次いで、ＩＦＣ８２は、スワールベーン組立体８４に空気流を配向し、該スワールベーン組立体は、３連ノズル７６の各燃料ノズル７８に関連する１以上の燃料ベーンを含むことができる。
【００２４】
図示のように、ＩＦＣ８２は、例えば溶接、拡散結合、ボルト、ネジ及び同様のものにより装着基部８０に直接固定することができる。特定の実施形態では、装着基部８０及びＩＦＣ８２は、鋳造、機械加工及びその他によって単一構造として一体的に形成することができる。装着基部８０は、燃焼器１６のヘッド端部３４に３連ノズル７６を装着するよう構成される。更に、ＩＦＣ８２は、３つのノズル７８全ての外周わたる単一の支柱とすることができる。例えば、ＩＦＣ８２は、３つのノズル７８全てを囲み、３つのノズル７８全てに沿って装着基部８０から３つのノズル７８のバーナ管８６に軸方向に延在する外部構造又は外側壁８８を含むことができる。特定の実施形態では、ＩＦＣ８２は、外側壁８８を定める単一構造又は複数セグメントを含むことができる。例えば、３連ノズル７６は、ノズル７８当たりに１つのＩＦＣ８２を含むことができると共に、各燃料ノズル７８に対する外部構造支持を提供する。ＩＦＣ８２は更に、図４に関して上述したのと類似の方式で、ＩＦＣ８２を通って下流側方向に流れることができる空気を受け取るため空気源として使用可能な空気入口８３を含むことができる。空気入口８３は、上述の入口穿孔５０と共に又は代替として利用することができる。
【００２５】
外側壁８８の寸法（例えば、厚み）は、３連ノズル７６の構造耐荷重能力を変えるために修正（すなわち、増大又は減少）することができる。同様に、外側壁８８の寸法（例えば、長さ、幅、厚み）は、３連ノズル７６を特定の固有周波数に同調させるよう修正することができる。例えば、外側壁８８の厚みは、約０．０２〜１．５インチとすることができる。別の実施形態では、外側壁８８の厚みは、約０．０４、０．０６５、０．０９、０．１２５又は０．２５インチとすることができる。従って、３連ノズル７６の固有周波数は、例えば、燃焼室１６における高調波不具合を低減するために、燃焼器１６のロータ周波数を上回る周波数に調整することができる。このように、ＩＦＣ８２は、タービンエンジン、燃料（例えば、液体又はガス燃料）及び他の設計配慮に応じて修正することができる。他の修正は、３連ノズル７６の全長８７の調整を含むことができる。例えば、３連ノズル７６の長さ８７は、約２０〜２５インチとすることができる。別の実施形態では、３連ノズル７６の長さ８９は、約１５〜３０インチとすることができる。加えて、３連ノズル７６を製造するのに利用される材料は、例えば、鋼材、もしくはコバルト及び／又はクロムを包含する合金とすることができる。ＩＦＣ８２を通過するときの空気は、例えば、５０〜１３００°Ｆとすることができ、バーナ管８６は、約３０００°Ｆ又はそれ以上の温度に曝される可能性がある点に留意されたい。
【００２６】
更に、ノズル７６は、スワールベーン組立体８４から外側壁８８の上流側７１及び下流側方向７５で拡張可能な摺動ジョイント８９を含むことができる。この拡張は、例えば、熱応力により引き起こされる場合がある。この拡張によって、３連ノズル７６の外側壁がスワールベーン組立体８４に対して上流側７１及び下流側方向７５に移動するか、燃料ノズル又はスワールベーン組立体８４が外側壁８８に対して上流側７１及び下流側方向７５に移動することが可能になる。
【００２７】
図６は、図５の３連ノズル７６を有する燃焼器１６の正面図を示す。上述のように、各３連ノズル７６は、ＩＦＣ８２に直接結合される装着基部８０を含み、これにより各３連ノズル７６における３つの燃料ノズル７８全てに対する外部構造支持及び空気流調整を可能にする。各３連ノズル７６において、各燃料ノズル７８は、それぞれのバーナ管８６内にスワールベーン領域９０を含む。図示のように、３連ノズル７６は、燃焼器１６の中心燃料ノズル１２を中心として円周方向に環状構成にすることができる。更に、３連ノズル７６の燃料ノズル７８の各々は、三角形パターンで互いから側方にオフセットすることができる。例えば、ノズル７８は、直角二等辺三角形を形成することができる。或いは、ノズル７８は、正三角形構成、二等辺三角形構成又は他の何れかの三角形構成を形成することができる。実際には、３連ノズル７６のノズル７８の厳密な構成は、例えば、燃焼器１６の使用中に受ける可能性のある熱応力及び歪みに基づいて決定することができる。
【００２８】
図７は、本発明の一実施形態に係る、図５に示す３連ノズル７６の側断面図である。３連ノズル７６の種々の態様は、軸方向すなわち軸９２、半径方向すなわち軸線９４及び円周方向すなわち軸線９４を基準として説明することができる点に留意されたい。例えば、軸線９２は、長手方向中心線又は縦方向に対応し、軸線９４は、長手方向中心線に対して横方向又は半径方向に対応し、軸線９６は、長手方向中心線の回りで円周方向に対応する。
【００２９】
３連ノズル７６は、装着基部８０、ＩＦＣ８２、３つのバーナ管８６、ＩＦＣ８２の外側壁及び３つのスワールベーン領域９０を含むことができ、これらは、図５に関して上述したように動作することができる。更に、３連ノズル７６は、図７に図示され、本明細書で説明されるが、以下の検討は、２連ノズル（２つのプレミキサを備える）、４連ノズル（４つのプレミキサを備える）、その他に適用できる点は理解されたい。すなわち、以下の説明では、１つよりも多いあらゆる数のノズルを包含することができる。
【００３０】
３連ノズル７６は、ＩＦＣ８２に空気を提供するのに利用できる空気入口８３を含むことができる。上述のように、空気入口８３は、上述の入口穿孔５０と共に又は代替として利用することができる。空気入口８３は、ＩＦＣ８２の外側壁８８内の長手方向軸線９２を中心として円周方向９６に配置することができる。空気入口８３は、外側壁８８の内径の約２０〜８０％、３０〜７０％又は４０〜６０％とすることができる。空気入口は、外側壁８８の内径の約３５％、４０％、４５％、５０％、５５％又は６０％とすることができる。従って、３連ノズル７６は、例えば、軸方向９２から装着基部を通るのではなく、空気入口を介して外側壁８８を通って半径方向９４で空気を受けることができる。別の実施形態では、空気はまた、装着基部８０を通って軸方向９２で受けることができる。特定の実施形態において、３連ノズル７６は、ＩＦＣ８２の外側壁８８内の穿孔（例えば、複数の小開口）を含むことができ、これにより空気が外側壁８８を通って３連ノズル７６の内部に流入することが可能になる。穿孔（含まれる場合）は、各バーナ管８６の内径の少なくとも約１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０又は１５％未満とすることができる。
【００３１】
空気は、空気入口８３を介してＩＦＣ８２に流入することができ、吸気流コンディショナ８２における３連ノズル７６の長手方向軸線９２に対して横方向（すなわち、半径方向９４）延在することができる側方支持体９８に衝突することができる。一実施形態において、側方支持体９８は、クローバリーフ形プレートとすることができる。側方支持体９８の形状及び位置決めは、少なくとも２つの目的にかなうことができる。最初に、側方支持体９８は、３連ノズル７６におけるＩＦＣ８２と共に追加の内部支持部材として機能することができる。加えて、側方支持体９８は、燃料ノズル７８の間でより均一な空気流分布をもたらすようにして空気流を配向するのに役立たせることができ、これにより各個々の燃料ノズル７８に入る空気流の均一性も改善される。図示のように、側方支持体９８は、各空気入口８３に１つずつ、３つの中心開口１００を含む。例えば、中心開口１００は、各バーナ管８６の内径の約１０〜７０％、２０〜６０％又は３０〜５０％とすることができる。或いは、中心開口１００は、側方支持体９８内に配置することができず、むしろ、側方支持体９８は、例えば、燃料ノズル７８当たりに１０、２０、３０、４０、５０、１００、２００又はそれ以上の開口など、複数の小開口で穿孔することができる。別の実施例によれば、穿孔（含まれる場合）は、各バーナ管８６の内径の少なくとも約０．０５〜５０％とすることができる。穿孔付き側方支持体９８はまた、中心開口１００と共に用いることができる点に留意されたい。
【００３２】
特定の実施形態において、３連ノズル７６は、長手方向軸線９２に沿った異なる軸方向位置で複数の側方支持体９８を含むことができる。例えば、３連ノズル７６は、長手方向軸線９２に沿って等間隔に又は非等間隔に配置された１、２、３又はそれよりも多くの側方支持体９８を含むことができ、各側方支持体９８は、同一又は異なる構成の開口及び／又は穿孔を含むことができる。
【００３３】
図示のように、空気入口８３は、側方支持体９８の軸方向上流側に配置される。加えて、３連ノズル７６は、側方支持体９８に対して軸方向上流側及び／又は下流側の外側壁８８に１以上の空気入口１０２を含むことができる。例えば、外側壁８８は、長手方向軸線９２を中心としてほぼ円周方向９６で空気入口８３の円形アレイを含むことができる。特定の実施形態において、これらの空気入口１０２は、例えば、各バーナ管８６の内径の少なくとも１５、２０又は２５％よりも大きい、比較的大きな開口を含むことができる。これらの比較的大きな開口の代替として、或いはこれらに加えて、これらの空気入口１０２は、例えば、各バーナ管８６の内径の少なくとも１〜２０％未満の比較的小さな開口を含むことができる。例えば、これらの空気入口１０２は、外側壁８８に軸方向に沿って円周方向に開口又は穿孔のパターンを含むことができる。
【００３４】
３連ノズル７６は、追加として、個々の燃料通路１０８を含むことができる燃料通路組立体１０６を含むことができ、個々の燃料通路は各々、燃料ノズル７８の１つに対応することができる。燃料通路１０８は各々、熱的膨張に対応する可撓性通路（例えば、下流側７５燃料流れの調整に役立つことができる燃料ベローズ）を含むことができる。従って、個別には燃料通路１０８及び集合的には燃料通路組立体１０６は、３連ノズル７６に対する構造的支持にほとんど又は全く寄与しない（例えば、燃料通路１０８は、装着基部８０から下流方向７５に延在する非耐荷重燃料通路１０８である）。すなわち、ＩＦＣ８２は、装着基部８０から直接下流方向７５に延在する外側壁８８を含み、該外側壁８８は耐荷重性であり、３連ノズル７６は耐荷重燃料ライン６８を含まない。或いは、燃料通路１０８は、単に、スワールベーン領域９０の各々を円周方向９６で囲むことができる燃料プレナム１１０に燃料を供給するための供給デバイスとして機能する。燃料プレナム１１０は、一実施形態では、バーナ管８６への噴射のためにスワールベーン領域９０のスワールベーン１１２に燃料を直接供給することができる。
【００３５】
従って、３連ノズル７６は、中心本体組立体からどのような構造的支持も受けずに、ＩＦＣ８２、装着基部８０及び側方支持体９８から構造的支持を受ける。すなわち、ＩＦＣ８２は、中心本体部材６４がＩＦＣ８２内の装着基部８０から直接延在することなく、３連ノズル７６を構造的に支持することができる。更に、３連ノズルに構造的支持を与えることに加えて、ＩＦＣ８２は、燃料ノズル７８の各々に対してより均一で均等な分布を求めて空気を調整するよう設計され、より効率的な燃料及び空気混合をもたらすようにする。これは、より清浄な燃焼燃料／空気混合気につながり、その結果、排気汚染物を少なくすることができる。
【００３６】
本明細書では、本発明を最良の形態を含めて開示するとともに、装置又はシステムの製造・使用及び方法の実施を始め、本発明を当業者が実施できるようにするため、例を用いて説明してきた。本発明の特許性を有する範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者に自明な他の例も包含する。かかる他の例は、特許請求の範囲の文言上の差のない構成要素を有しているか、或いは特許請求の範囲の文言と実質的な差のない均等な構成要素を有していれば、特許請求の範囲に記載された技術的範囲に属する。
【符号の説明】
【００３７】
１０  タービンシステム
１２  燃料ノズル
１４  供給燃料
１６  燃焼器
１８  タービン
２０  排気出口
２２  シャフト
２４  圧縮機
２６  吸気口
２８  負荷
３０  タービンブレード
３２  ブレード
３４  ヘッド端部領域
３６  端部カバー
３８  加圧空気
４０  環状通路
４２  燃焼器流れスリーブ
４４  燃焼器ライナ
４６  中心長手方向軸線
４８  吸気流コンディショナ（ＩＦＣ）
５０  入口穿孔
５１  流れコンディショナ
５２  内部容積
５４  方向矢印
５６  燃焼室
５８  タービンノズル
６０  方向矢印
６２  フランジ
６４  中心本体組立体
６６  スワールベーン
６８  供給燃料組立体
７０  外壁
７１  上流方向
７２  延長部
７３  環状通路
７４  ディスク状空気流コンディショナ
７５  下流側方向
７６  ３連ノズル
７８  燃料ノズル
８０  装着基部
８２  吸気流コンディショナ（ＩＦＣ）
８４  スワールベーン組立体
８６  バーナ管
８７  長さ
８８  外側壁
８９  摺動ジョイント
９０  スワールベーン領域
９２  軸方向
９４  半径方向
９６  円周方向
９８  側方支持体
１００  中心開口
１０２  空気入口
１０６  燃料通路組立体
１０８  燃料通路
１１０  燃料プレナム
１１２  スワールベーン
【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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