(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼器ライナ（１１８）と、
それらの間に第１の環状流れ空間（３０）を備えた状態で前記燃焼器ライナを囲み、かつその外周部の周りに形成されて冷却空気として圧縮機吐出空気を該第１の環状流れ空間内に導く少なくとも１つの冷却開口（２８）を有する第１の流れスリーブ（１２０、１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄ、１２０Ｅ）と、
それらの間に第２の環状流れ空間（１３４、１３４Ｃ、１３４Ｄ、１３４Ｅ）を備えた状態で、その外周部の周りに形成されて抽出空気として圧縮機吐出空気を前記第１の環状流れ空間から該第２の環状流れ空間内に導く少なくとも１つの空気抽出開口（１２８、１２８Ｂ）を有する前記第１の流れスリーブを囲むケーシング（１２４、１２４Ｅ）と、
前記ケーシングに作動結合されて前記第２の環状流れ空間から前記抽出空気を抽出する抽出ポート（１２６）と、
を含むタービン用の燃焼器。
【請求項２】
前記抽出ポートが、前記第２の環状流れ空間から抽出した空気が空気分離装置用の吸入空気として該空気分離装置に送給されるように、該空気分離装置に作動結合される、請求項１に記載の燃焼器。
【請求項３】
前記第１の流れスリーブが、前記ケーシングと共に前記第２の環状流れ空間を形成する円周方向溝（１３２、１３２Ａ、１３２Ｂ、１３２Ｃ）を含む、請求項１に記載の燃焼器。
【請求項４】
前記円周方向溝が、該円周方向溝の一方の軸方向端部における第１の傾斜壁（１３６）、該円周方向溝の他方の軸方向端部における第２の傾斜壁（１３８）、及び底壁（１４０、１４０Ａ）を含み、
前記少なくとも１つの空気抽出開口が、前記第１の流れスリーブの外周部の周りで前記傾斜壁の１つを貫通して形成された複数の空気抽出開口（１２８、１２８Ｂ）を含む、
請求項３に記載の燃焼器。
【請求項５】
前記溝の底壁（１４０、１４０Ａ）が、前記燃焼器ライナにほぼ平行である、請求項４に記載の燃焼器。
【請求項６】
バッフル部材（１４２、１４２Ｂ）が、前記溝の底壁から延び、
前記バッフル部材の壁が、前記燃焼器ライナを通る燃焼ガス流の方向に対して軸方向上流方向に延びる、
請求項５に記載の燃焼器。
【請求項７】
前記少なくとも１つの空気抽出開口が、前記第１の流れスリーブの外周部の周りに形成された複数の空気抽出開口（１２８）を含む、請求項１に記載の燃焼器。
【請求項８】
前記第１の流れスリーブが、前記抽出ポートの近傍において段付きになって、前記第２の環状流れ空間を形成する、請求項１に記載の燃焼器。
【請求項９】
段付きの前記第１の流れスリーブが、前記ケーシング及び燃焼器ライナと間隔を置いて配置された状態で、前記燃焼ライナを通る燃焼ガスの方向に対して該第１の流れスリーブの上流端部で終端して、前記第２の環状流れ空間（１３４Ｃ）が、前記第１の流れスリーブの上流端部で前記第１の環状流れ空間と開放連通状態になっており、それによって圧縮機吐出空気が、該第１の環状流れ空間から該第２の環状流れ空間及び前記抽出ポートに流れることができるようになる、請求項８に記載の燃焼器。
【請求項１０】
燃焼器ライナ（１１８）と、それらの間に第１の環状流れ空間（３０）を備えた状態で前記燃焼器ライナを囲んだ第１の流れスリーブ（１２０、１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄ、１２０Ｅ）と、その外周部の周りに形成されて冷却空気として圧縮機吐出空気を前記第１の環状流れ空間内に導く少なくとも１つの冷却開口（２８）を有する前記第１の流れスリーブを囲むケーシング（１２４、１２４Ｅ）とを含む燃焼セクションから空気を抽出する方法であって、
前記ケーシングと前記第１の流れスリーブとの間に第２の環状流れ空間（１３４、１３４Ｃ、１３４Ｄ、１３４Ｅ）を形成するステップと、
前記第１の流れスリーブの外周部の周りに少なくとも１つの空気抽出開口（１２８、１２８Ｂ）を形成して、抽出空気として圧縮機吐出空気を前記第１の環状流れ空間から前記第２の環状流れ空間内に導くようにするステップと、
前記ケーシング（１２４、１２４Ｅ）に対して抽出ポート（１２６）を作動結合して、前記第２の環状流れ空間から前記抽出空気を抽出するようにするステップと、
前記少なくとも１つの冷却開口（２８）を通して前記第１の環状流れ空間（３０）内に圧縮機吐出空気を供給するステップと、
前記第１の環状流れ空間（３０）から前記少なくとも１つの空気抽出開口（１２８、１２８Ｂ）を通して前記第２の環状流れ空間（１３４、１３４Ｃ、１３４Ｄ、１３４Ｅ）内に抽出空気を流すステップと、
前記第２の環状流れ空間から前記抽出ポートを通して空気を抽出するステップと、を含む、
方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
通常、ガスタービンは、圧縮機、燃焼器及びタービンを含む。タービンは、圧縮機に結合されて、該圧縮機を駆動する。燃焼器の燃焼チャンバは、燃焼ガスのような燃料及び一定量の窒素を受けて該燃焼チャンバ内の火炎温度を低下させ、それによって大気への窒素酸化物の放出を最少にすることを可能にする。燃焼ガスは、石炭のような炭素生成物のガス化すなわち酸化によって得ることができる。この部分酸化は、ガス化装置と呼ばれる独立装置内で実行される。通常、ガスタービンは、空気分離装置と組合される。空気分離装置は、殆どの場合に空気、特に酸素又は窒素のガスの１つから成る少なくとも１つのガスストリームが流入空気により供給されることを可能にする。空気分離装置をガスタービンと組合せるために、空気分離装置で生成された酸素及び窒素は、ガス化装置及び燃焼器の燃焼チャンバ内にそれぞれ導入される。
【特許文献１】米国特許第６９４８３１８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
本発明は、ガスタービン及び空気分離装置の組合せを提案し、空気分離装置に送給される吸入空気は、少なくともその一部がガスタービンによって供給される。
【課題を解決するための手段】
【０００３】
従って、本発明は、タービン用の燃焼器として具現化することができ、本燃焼器は、燃焼器ライナと、それらの間に第１の環状流れ空間を備えた状態で燃焼器ライナを囲み、かつその外周部の周りに形成されて冷却空気として圧縮機吐出空気を該第１の環状流れ空間内に導く少なくとも１つの冷却開口を有する第１の流れスリーブと、それらの間に第２の環状流れ空間を備えた状態で、その外周部の周りに形成されて抽出空気として圧縮機吐出空気を第１の環状流れ空間から該第２の環状流れ空間内に導く少なくとも１つの空気抽出開口を有する該第１の流れスリーブを囲むケーシングと、ケーシングに作動結合されて第２の環状流れ空間から抽出空気を抽出する抽出ポートとを含む。
【０００４】
本発明はまた、タービンエンジンとして具現化することができ、本タービンエンジンは、燃焼セクションと、燃焼セクションの下流の空気吐出セクションと、燃焼及び空気吐出セクション間の移行領域と、燃焼セクション及び移行領域の一部分を形成した燃焼器ライナと、それらの間に第１の環状流れ空間を備えた状態で燃焼器ライナを囲み、かつその外周部の周りに形成されて冷却空気として圧縮機吐出空気を該第１の環状流れ空間内に導く少なくとも１つの冷却開口を有する第１の流れスリーブと、それらの間に第２の環状流れ空間を備えた状態で、その外周部の周りに形成されて抽出空気として圧縮機吐出空気を第１の環状流れ空間から該第２の環状流れ空間内に導く少なくとも１つの空気抽出開口を有する該第１の流れスリーブを囲むケーシングと、ケーシングに作動結合されて第２の環状流れ空間から抽出空気を抽出する抽出ポートとを含む。
【０００５】
本発明はまた、燃焼器ライナと、それらの間に第１の環状流れ空間を備えた状態で燃焼器ライナを囲んだ第１の流れスリーブと、その外周部の周りに形成されて冷却空気として圧縮機吐出空気を第１の環状流れ空間内に導く少なくとも１つの冷却開口を有する該第１の流れスリーブを囲むケーシングとを含む燃焼セクションから空気を抽出する方法として具現化することができ、本方法は、ケーシングと第１の流れスリーブとの間に第２の環状流れ空間を形成するステップと、第１の流れスリーブの外周部の周りに少なくとも１つの空気抽出開口を形成して、抽出空気として圧縮機吐出空気を第１の環状流れ空間から第２の環状流れ空間内に導くようにするステップと、ケーシングに対して抽出ポートを作動結合して、第２の環状流れ空間から抽出空気を抽出するようにするステップと、少なくとも１つの冷却開口を通して第１の環状流れ空間内に圧縮機吐出空気を供給するステップと、第１の環状流れ空間から少なくとも１つの空気抽出開口を通して第２の環状流れ空間内に抽出空気を流すステップと、第２の環状流れ空間から抽出ポートを通して空気を抽出するステップとを含む。
【０００６】
本発明のこれらの及びその他の目的及び利点は、添付の図面と関連させて本発明の現時点で好ましい例示的な実施形態の以下のより詳細な説明を注意深く精査することによって、より完全に理解されかつ評価されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
従来型のガスタービン燃焼器は、燃料及び空気が燃焼チャンバに別々に流入する拡散（すなわち、非予混合）燃焼を用いている。混合及び燃焼のプロセスにより、３９００°Ｆを超える火炎温度が生じる。ライナを有する通常の燃焼器及び／又は移行部品は一般的に、約１００００時間（ｈｒ）の間にわたっては僅か約１５００°Ｆのオーダの最大温度に耐えることができるのみであるので、燃焼器及び／又は移行部品を保護する処置を取る必要がある。その処置は一般的に、フィルム冷却によって行われ、フィルム冷却は、燃焼器の外側を囲む燃焼器ライナによって形成したプレナム内に比較的低温の圧縮機空気を導入するステップを含む。この構成では、プレナムからの空気は、燃焼器ライナ内のルーバを通って流れ、次にライナの内面上のフィルムとして流れ、それによって燃焼器ライナの健全性を維持する。
【０００８】
図１は、燃焼器の後端部を概略的に断面で示している。図から分かるように、この実施例では、移行部品１２は、半径方向内側移行部品本体１４と、該移行部品本体１４から間隔を置いて配置された半径方向外側移行部品衝突スリーブ１６とを含む。それらの上流には、燃焼チャンバ内に空気を流すためのポートを有する燃焼ライナ１８と、燃焼ライナ１８を囲むような関係で形成された燃焼器流れスリーブ２０とが設けられる。円で囲んだ領域は、移行部品前方スリーブ組立体２２である。
【０００９】
ガスタービン圧縮機装置（図示せず）からの流れは、ケース２４内に流入する。圧縮機吐出空気の少なくとも一部分は、上流の燃焼器流れスリーブ２０の冷却開口２８を通って、該流れスリーブ２０とライナ１８との間の第１の環状流れ空間３０内に流入する。空気は、最終的には燃焼チャンバ内でガスタービン燃料と混合する。
【００１０】
ＩＧＣＣ参照プラントに関連する費用を削減する１つの方法は、複合プロセス及びパワーブロックについてのより高い正味プラント出力を達成することである。従って、ガスタービン圧縮機空気の使用は、空気分離装置（「ＡＳＵ」）に必要な主空気圧縮機（「ＭＡＣ」）負荷を減少させるための実行可能な選択肢になる。さらに、上述のように、ＡＳＵからの利用可能な窒素供給は、ＮＯｘ低減用の希釈剤として用いることができる。加えて、空気抽出は、運転範囲全体にわたってガスタービンを制御するための手段を提供する。第１段ノズルは一般的にチョーク傾向であるので、空気抽出は、天然ガスの発熱量よりもおよそ一桁小さい発熱量を有する低ＢＴＵ燃料における重要な設計配慮事項になる。しかしながら、上記の利点を実現するためには、ガスタービンは、必要な空気抽出を可能にする修正を必要とする。課題は、既存の組立体の制約条件内でかつ燃焼器耐久性及び性能に悪影響を与えないで付加的抽出ポートを確保することである。本発明は、最小の空気力学的かつ機械的危険性で、空気分離装置に供給するための燃焼器ケースからのガスタービン空気抽出能力を備えることができる。
【００１１】
これを達成するために、本発明は、ケーシングと流れスリーブ外径との間に形成されてガス化プロセス用の空気を抽出する環状流れ空間又はマニホルドを燃焼ケーシングの内部に設ける。
【００１２】
より具体的には、図３〜図５を参照すると、本発明は、流れスリーブ１２０の周りを包む第２の環状流れ空間を使用して、上死点（ＴＤＣ）においてケーシング１２４に取付けた単一の抽出ポート１２６内に空気を供給するようにする。これは、流れスリーブ１２０とケーシング１２４との間に内部マニホルドを収納することによって達成される。さらに、流れスリーブ内に１つ又は複数の空気抽出開口を設置して、ライナの周りでの均一な抽出を可能にする。図３〜図５に示す例示的な実施形態では、複数の空気抽出孔１２８が設けられる。孔は、この例示的な実施形態では２４個の孔を設けた状態で、等しい間隔を置いて配置される。本発明の概念によると、流れスリーブ１２０上のこれらの選択的な寸法の孔は、抽出システム設計の中核を成す。連続する孔間のマッハ数が、底面から上面に次第に高くなるので、抽出孔は、徐々に小さくなる。
【００１３】
ライナ、エンドカバー、キャップ及び燃料ノズル組立体を含む環状燃焼システムの対称性によって、燃焼器空気流は、ライナの周りで均一に維持される。その結果、ルーバ式冷却ライナ１１８、混合噴流、及び６つのほぼゼロノズル間の空気分割のバランスが、燃焼器設計には極めて重要である。従って、燃焼器からの単一点半径方向抽出の導入は、ライナと流れスリーブとの間の主燃焼器空気流に対して何らの望ましくない二次流れ場を生じることがないように注意深く考慮しなければならない。そうでなければ、前述のような重要なバランスの喪失により、燃焼器ダイナミックス、エミッション、圧力低下及び構成要素寿命が悪影響を受ける可能性がある。さらに、空気抽出システムは、バランスオブプラント（ＢＯＰ）に必要な圧力低下配分を満たさなくてはならない。同様に、抽出キャビティ圧力は、クロスファイア管ポート１４３を通る高温ガスの逆流を防止するのに十分なほど高くなければならない。
【００１４】
この図示した例示的な実施形態では、円周方向凹部又は溝１３２は、流れスリーブ１２０内に形成されて、該スリーブ１２０とケーシング１２４との間にキャビティ又は環状流れ空間１３４を形成する。抽出ポート１２６は、燃焼器の周辺部の周りの１点で空気を抽出するようにケーシング１２４に結合される。図３〜図５の実施形態では、円周方向溝１３２は、該円周方向溝１３２の一方の軸方向端部における第１の傾斜壁１３６、該円周方向溝１３２の他方の軸方向端部における第２の傾斜壁１３８、及び底壁１４０を含む。この実施形態では、いわゆる少なくとも１つの空気抽出開口は、第１の流れスリーブ１２０の外周部の周りで下流の傾斜壁１３８を貫通して形成された複数の空気抽出開口１２８を含む。
【００１５】
図６〜図１０は、図１の実施形態に対して流れスリーブ及びケーシングの別の構成を示している。
【００１６】
具体的には、図６はさらに、流れスリーブ１２０Ａの溝１３２Ａの底壁１４０Ａのバッフル延長部１４２を示しており、このバッフル延長部１４２は、燃焼チャンバへの最も下流の入口ポート（第１の環状空間を通る冷却空気流の方向に対して）の上方に位置してこれらの入口ポートの上方に一定のプレナム直径が設けられるようにする。
【００１７】
図７は、図６の実施形態と同様であるが、流れスリーブ１２０Ｂの周辺部の周りにおける複数の均一な間隔を置いて配置された抽出開口又はポート１２８Ｂが、円周方向凹部又は溝１３２Ｂの上流側に配置され、かつバッフル延長部１４２Ｂによってライナ内の入口から遮蔽される。
【００１８】
図８は、図７の実施形態と同様であるが、第２の環状流れ空間１３４Ｃが、流れスリーブ１２０Ｃの上流端部で第１の環状流れ空間に対して開放して、冷却空気が、第１の環状流れ空間から第２の環状流れ空間に流れかつ抽出ポートに流れ続ける連続通路を形成するように溝１３２Ｃの上流壁を省略している。
【００１９】
図９は、抽出ポートの軸方向近傍におけるケーシング１２４から流れスリーブ１２０Ｄをオフセットすることによって形成した浅いプレナム１３４Ｄを示している。
【００２０】
最後に、図１０は、ライナ及び流れスリーブ１２０Ｅに対して傾斜又は広がって、プレナム又は第２の環状流れ空間１３４Ｅが流れスリーブによって形成されるケーシング１２４Ｅを示している。
【００２１】
現在最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えられるものに関連して本発明を説明してきたが、本発明は、開示した実施形態に限定されるものではなく、逆に提出の特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内に含まれる様々な変更及び均等な構成を保護しようとするものであることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】ガスタービン燃焼器セクションの部分概略図。
【図２】移行部品に接合されたより通常の燃焼器ライナ及び流れスリーブの部分的であるがより詳細な斜視図。
【図３】本発明の例示的な実施形態として空気抽出用の内部マニホルドを示す一部断面かつ一部切り欠き概略図。
【図４】本発明の例示的な実施形態による流れスリーブの概略側面図。
【図５】図３に示す燃焼器セクションの概略断面図。
【図６】別の流れスリーブ構成を示す、図５と同様の概略断面図。
【図７】さらに別の流れスリーブ構成を示す、図６と同様の断面図。
【図８】さらに別の流れスリーブ構成を示す、図７と同様の断面図。
【図９】さらに別の流れスリーブ構成を示す、概略断面図。
【図１０】別のケーシング構成を示す、図９と同様の概略断面図。
【符号の説明】
【００２３】
１２  移行部品
１４  移行部品本体
１６  衝突スリーブ
１８、１１８  燃焼ライナ
２０、１２０、１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄ、１２０Ｅ  流れスリーブ
２２  移行部品前方スリーブ組立体
２４、１２４、１２４Ｅ  ケース
１２６  抽出ポート
１２８、１２８Ｂ  空気抽出開口
１３２、１３２Ａ、１３２Ｂ、１３２Ｃ  凹部／溝
１３４、１３４Ｃ、１３４Ｄ、１３４Ｅ  環状空間
１３６  傾斜壁
１３８  傾斜壁
１４０、１４０Ａ  底壁
１４２、１４２Ｂ  延長部
１４３  管ポート
【図１】
0005421575.tif 000002
【図２】
0005421575.tif 000003
【図３】
0005421575.tif 000004
【図４】
0005421575.tif 000005
【図５】
0005421575.tif 000006
【図６】
0005421575.tif 000007
【図７】
0005421575.tif 000008
【図８】
0005421575.tif 000009
【図９】
0005421575.tif 000010
【図１０】
0005421575.tif 000011