(57)【要約】【課題】燃焼器に燃料を供給するためのシステムが、燃焼室と、燃焼室の少なくとも一部分を円周方向に囲むライナとを有する。【解決手段】複数の燃料ノズルが、燃焼室内に旋回する燃料流れを供給するために、燃焼室の上流において燃焼器を径方向に横切って配置される。複数の燃料ノズルの下流にある第１の燃料噴射器が、燃料がライナを通って燃焼室内まで流れるようにするための流体連通を形成する。この第１の燃料噴射器は、燃焼室内で旋回する燃料流れを基準として円周方向にクロックされる。【選択図】図１
2014122784.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼器に燃料を供給するためのシステムであって、
ａ．燃焼室と、
ｂ．前記燃焼室の少なくとも一部分を円周方向に囲むライナと、
ｃ．前記燃焼室の上流において前記燃焼器を径方向に横切って配置される複数の燃料ノズルであって、前記複数の燃料ノズルが前記燃焼室内に旋回する燃料流れを供給する、複数の燃料ノズルと、
ｄ．前記複数の燃料ノズルの下流にある第１の燃料噴射器であって、前記第１の燃料噴射器が、燃料が前記ライナを通って前記燃焼室内まで流れるための流体連通を形成する、第１の燃料噴射器と、
を備え、
ｅ．前記第１の燃料噴射器が、前記燃焼室内の前記旋回する燃料流れを基準として円周方向にクロックされる、
システム。
【請求項２】
各燃料ノズルが、中央本体とシュラウドとの間を径方向に延在する複数のスワラ羽根を備える、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記第１の燃料噴射器が複合角度で前記ライナと交差する、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記複数の燃料ノズルの下流にある第２の燃料噴射器をさらに備え、前記第２の燃料噴射器が、流体が前記ライナを通って前記燃焼室内まで流れるための流体連通を形成し、前記第２の燃料噴射器が、前記燃焼室内の前記旋回する燃料流れを基準として円周方向にクロックされる、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記第２の燃料噴射器が軸方向において前記第１の燃料噴射器に実質的に均等に位置合わせされる、請求項４記載のシステム。
【請求項６】
前記第２の燃料噴射器が軸方向において前記第１の燃料噴射器の下流で前記燃焼室内で位置合わせされる、請求項４記載のシステム。
【請求項７】
前記第２の燃料噴射器が複合角度で前記ライナと交差する、請求項４記載のシステム。
【請求項８】
前記ライナの少なくとも一部分を円周方向に囲む流れスリーブと、前記第１の燃料噴射器に流体連通される、前記流れスリーブの内部にある燃料プレナムとをさらに備える、請求項１記載のシステム。
【請求項９】
燃焼器に燃料を供給するためのシステムであって、
ａ．燃焼室と、
ｂ．前記燃焼室の少なくとも一部分を円周方向に囲むライナと、
ｃ．前記燃焼室の上流において前記燃焼器を径方向に横切って配置される複数の燃料ノズルであって、前記複数の燃料ノズルが前記燃焼室内に旋回する燃料流れを供給する、複数の燃料ノズルと、
ｄ．前記複数の燃料ノズルの下流の前記ライナの周りで円周方向に配置される第１の燃料噴射器のセットであって、前記第１の燃料噴射器のセットが、燃料が前記ライナを通って前記燃焼室内まで流れるための流体連通を形成する、第１の燃料噴射器のセットと
を備え、
ｅ．前記第１の燃料噴射器のセットが、前記燃焼室内の前記旋回する燃料流れを基準として円周方向にクロックされる、
システム。
【請求項１０】
各燃料ノズルが、中央本体とシュラウドとの間を径方向に延在する複数のスワラ羽根を備える、請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
前記第１の燃料噴射器のセット内の各燃料噴射器が複合角度で前記ライナと交差する、請求項９記載のシステム。
【請求項１２】
前記第１の燃料噴射器のセットの下流の前記ライナの周りで円周方向に配置される第２の燃料噴射器のセットをさらに備え、前記第２の燃料噴射器のセットが、燃料が前記ライナを通って前記燃焼室内まで流れるための流体連通を形成し、前記第２の燃料噴射器のセットが、前記燃焼室内の前記旋回する燃料流れを基準として円周方向にクロックされる、請求項９記載のシステム。
【請求項１３】
前記第２の燃料噴射器のセットが軸方向において前記第１の燃料噴射器のセットの下流で前記燃焼室内で位置合わせされる、請求項１２記載のシステム。
【請求項１４】
前記第２の燃料噴射器のセット内の各燃料噴射器が複合角度で前記ライナと交差する、請求項１２記載のシステム。
【請求項１５】
前記ライナの少なくとも一部分を円周方向に囲む流れスリーブと、前記第１の燃料噴射器のセットに流体連通される、前記流れスリーブの内部にある燃料プレナムとをさらに備える、請求項９記載のシステム。
【請求項１６】
ａ．圧縮機と、
ｂ．前記圧縮機の下流にある燃焼器と、
ｃ．前記燃焼器の下流にあるタービンと、
ｄ．前記燃焼器内部で径方向に配置される複数の燃料ノズルと、
ｅ．前記複数の燃料ノズルの下流にある燃焼室であって、前記複数の燃料ノズルが前記燃焼室内に旋回する燃料流れを供給する、燃焼室と、
ｆ．前記複数の燃料ノズルの下流で前記燃焼室の周りで円周方向に配置される第１の燃料噴射器のセットであって、前記第１の燃料噴射器のセットが、燃料が前記燃焼室内まで流れるための流体連通を形成する、第１の燃料噴射器のセットと、
を備え、
ｇ．前記第１の燃料噴射器のセットが、前記燃焼室内の前記旋回する燃料流れを基準として円周方向にクロックされる、
ガスタービン。
【請求項１７】
前記第１の燃料噴射器のセット内の各燃料噴射器が複合角度で前記ライナと交差する、請求項１６記載のガスタービン。
【請求項１８】
前記第１の燃料噴射器のセットの下流の前記燃焼室の周りで円周方向に配置される第２の燃料噴射器のセットをさらに備え、前記第２の燃料噴射器のセットが、燃料が前記燃焼室内まで流れるための流体連通を形成し、前記第２の燃料噴射器のセットが、前記燃焼室内の前記旋回する燃料流れを基準として円周方向にクロックされる、請求項１６記載のガスタービン。
【請求項１９】
前記第２の燃料噴射器のセットが軸方向において前記第１の燃料噴射器のセットの下流で前記燃焼室内で位置合わせされる、請求項１８記載のガスタービン。
【請求項２０】
前記第２の燃料噴射器のセット内の各燃料噴射器が複合角度で前記燃焼室と交差する、請求項１８記載のガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、燃焼器に燃料を供給するためのシステムに関する。特定の実施形態では、燃焼器がガスタービンまたは別のターボ機械に組み込まれ得る。
【背景技術】
【０００２】
燃焼器は、産業用の動力発生オペレーションにおいて、燃料を点火して高い温度および高い圧力を有する燃焼ガスを生成するのに広く使用される。例えば、ガスタービンなどのターボ機械は、通常、動力または推力を発生させるために１つまたは複数の燃焼器を含む。典型的なガスタービンは、入口セクションと、圧縮機セクションと、燃焼セクションと、タービンセクションと、排気セクションとを含む。入口セクションが動作流体（例えば、空気）を洗浄して調整し、その動作流体を圧縮機セクションに供給する。圧縮機セクションが動作流体の圧力を増大させ、その圧縮動作流体を燃焼セクションに供給する。燃焼セクションが圧縮動作流体に燃料を混合してその混合物を点火し、高い温度および高い圧力を有する燃焼ガスを生成させる。燃焼ガスがタービンセクションまで流れ、そこで膨張して仕事を生成する。例えば、タービンセクション内で燃焼ガスが膨張することにより、発電機に接続されるシャフトが回転し、それにより電気が生成される。
【０００３】
燃焼セクションは、圧縮機セクションとタービンセクションとの間で環状に構成される１つまたは複数の燃焼器を有することができ、ここでは、燃焼ガスの温度が燃焼器の熱力学的効率、設計マージン、および、発生する排気物質に直接に影響する。例えば、燃焼ガスの温度が高いと、一般に、燃焼器の熱力学的効率が向上する。しかし、燃焼ガスの温度が高いと、ノズルによって供給されている燃料の方に向かうように燃焼炎が移動するという保炎状態が促進されることにもなり、それにより比較的短時間でノズルの損傷が加速する可能性がある。さらに、燃焼ガスの温度が高いと、一般に、二原子窒素の乖離率が増大し、それにより、燃焼器内での同一の滞在時間における窒素酸化物（ＮＯX）の生成量が増加する。逆に、燃料流れが減少することおよび／または部分負荷運転（ターンダウン）になることに付随して燃焼ガスの温度が低下すると、一般に、燃焼ガスの化学反応速度が低下し、それにより、燃焼器内での同一の滞在時間における一酸化炭素の生成量が増加しさらには未燃炭化水素が増加する。
【０００４】
特定の燃焼器デザインでは、燃焼器は、燃焼器の少なくとも一部分を径方向に横切って延在するキャップ組立体を有することができ、また、１つまたは複数の燃料ノズルが、燃焼器に燃料を供給するためにキャップ組立体を横切って径方向に配置され得る。燃料ノズルは、燃焼を行うための希薄な（ｌｅａｎ）燃料−空気の混合物を生成するために燃料と圧縮動作流体との間での混合を強めるためのスワラ羽根（ｓｗｉｒｌｅｒ  ｖａｎｅ）および／または別の流れガイドを有することができる。旋回する燃料−空気の混合物が燃焼室内に流れ、そこで点火されて燃焼ガスを発生させる。燃焼器は、燃焼を行うための追加の燃料を供給するために燃焼室の周りで円周方向に配置される１つまたは複数の燃料噴射器をさらに有することができる。燃料噴射器によって供給される追加の燃料は、燃焼室内での燃焼ガスの滞在時間を相応して増加させることなく、燃焼器の入口温度（ｆｉｒｉｎｇ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）を上昇させる。
【０００５】
運転温度を上昇させることを可能にすることには効果的であるが、燃焼室の周りにおいて軸方向および円周方向に燃料噴射器を配置することにより、望ましくない排出物質が発生することおよび／または構成要素が摩耗することに大きな影響が出る可能性がある。例えば、燃料ノズルから流れてくる燃焼する燃料−空気の混合物内に燃料を直接に噴射する燃料噴射器は、燃焼器内部に望ましくないホットストリークを発生させる可能性があり、それにより、ＮＯX排出量が増加したり、構成要素の低サイクル疲労が軽減されたりする可能性がある。また他には、燃料ノズルから流れてくる燃焼する燃料−空気の混合物から過度に離れたところから燃料を噴射する燃料噴射器の場合、燃料の不完全燃焼を生じる可能性があり、それにより、一酸化炭素および未燃炭化水素の生成量が増加する可能性がある。したがって、燃料ノズルに対して、および／または、燃料ノズルから流れる旋回する燃料−空気の混合物に対して、燃料噴射器をインデックス（ｉｎｄｅｘ）またはクロック（ｃｌｏｃｋ）する、燃焼器に燃料を供給するためのシステムにより、望ましくない排出物質を相応に増加させたりおよび／または構成要素の摩耗を相応に加速させたりすることなく、広範囲の運転状態にわたって燃焼器の温度を上昇させることが可能となり得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第８１１２２１６号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の態様および利点は以下の記述に記載されるか、あるいは、以下の記述により明確とされ得るかまたは本発明を実施することにより理解され得る。
【０００８】
本発明の一実施形態は、燃焼室と、燃焼室の少なくとも一部分を円周方向に囲むライナとを有する、燃焼器に燃料を供給するためのシステムである。複数の燃料ノズルが、燃焼室内に旋回する燃料流れを供給するために、燃焼室の上流において燃焼器を径方向に横切って配置される。複数の燃料ノズルの下流にある第１の燃料噴射器が、燃料がライナを通って燃焼室内まで流れるようにするための流体連通を形成する。この第１の燃料噴射器は、燃焼室内の旋回する燃料流れを基準として円周方向にクロックされる。
【０００９】
本発明の別の一実施形態は、燃焼室と、燃焼室の少なくとも一部分を円周方向に囲むライナとを有する、燃焼器に燃料を供給するためのシステムである。複数の燃料ノズルが、燃焼室内に旋回する燃料流れを供給するために、燃焼室の上流において燃焼器を径方向に横切って配置される。第１の燃料噴射器のセットが、複数の燃料ノズルの下流においてライナの周りで円周方向に配置される。この第１の燃料噴射器のセットは燃料がライナを通って燃焼室内まで流れるようにするための流体連通を形成し、燃焼室内の旋回する燃料流れを基準として円周方向にクロックされる。
【００１０】
本発明はまた、圧縮機と、圧縮機の下流にある燃焼器と、燃焼器の下流にあるタービンと、を有するガスタービンを含むことができる。複数の燃料ノズルが燃焼器内部で径方向に配置され、燃焼室が複数の燃料ノズルの下流にある。複数の燃料ノズルが燃焼室内に旋回する燃料流れを供給する。第１の燃料噴射器のセットが、複数の燃料ノズルの下流において燃焼室の周りで円周方向に配置される。この第１の燃料噴射器のセットは燃料が燃焼室内まで流れるようにするための流体連通を形成し、燃焼室内の旋回する燃料流れを基準として円周方向にクロックされる。
【００１１】
当業者であれば、本明細書を読むことによりこれらの実施形態および別の実施形態の特徴および態様をより良く認識するであろう。
【００１２】
当業者を対象とする、最良の形態を含めた本発明の完全で実施可能な開示が、添付図を参照することを含む本明細書の残りの部分でより詳細に示される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の範囲内にある例示のガスタービンを示す機能ブロック図である。
【図２】本発明の種々の実施形態による例示の燃焼器を示す簡略化された側断面図である。
【図３】図２に示されるキャップ組立体および燃料ノズルを示す部分拡大側断面図である。
【図４】図２に示される例示の燃料噴射器を示す拡大側断面図である。
【図５】本発明の一実施形態による、図２に示される燃焼器の上流側から見た一部分の斜視側断面図である。
【図６】種々の温度の一組の排出量曲線を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、その１つまたは複数の実施例が添付図面に示される本発明の実施形態を詳細に参照する。この詳細な説明は、図面内の特徴を示すために数値的呼称および文字的呼称を使用する。図面および記述内の同様または類似の呼称は、本発明の同様または類似の部分を参照するのに使用される。本明細書で使用される「第１」、「第２」および「第３」という用語は、１つの構成要素を別の構成要素から区別するのに互換可能に使用され得、個別の構成要素の位置または重要度を示すことを意図されない。また、「上流」、「下流」、「径方向」および「軸方向」という用語は流体経路内の流体流れを基準とした相対的方向を示す。例えば、「上流」は流体の流れ元の方向を意味し、「下流」は流体が流れる先の方向を意味する。同様に、「径方向」は流体流れに対して実質的に垂直な相対的方向を意味し、「軸方向」は流体流れに実質的に平行な相対的方向を意味する。
【００１５】
各実施例は本発明を説明することにより提供されるが、本発明を限定するものではない。実際に、本発明の範囲または精神から逸脱することなく本発明において修正形態および変形形態が作られ得ることは当業者には明白であろう。例えば、一実施形態の一部として示されるまたは説明される特徴は、さらに別の実施形態を生み出すために別の実施形態で使用され得る。したがって、本発明は添付の特許請求の範囲の範囲およびその均等物の範囲内にあるそのような修正形態および変形形態を包含することを意図される。
【００１６】
本発明の種々の実施形態は、燃焼器に燃料を供給するためのシステムを含む。燃焼器は、概して、燃焼器の少なくとも一部分を径方向に横切って延在するキャップ組立体を有し、キャップ組立体内に径方向に配置される複数の燃料ノズルが燃焼室内に旋回する燃料流れを供給する。１つまたは複数の燃料噴射器が、燃焼室内に燃料を供給するために燃焼室の周りで円周方向に配置され得、各燃料噴射器が、燃焼室内の旋回する燃料流れを基準として円周方向にインデックスまたはクロックされる。特定の実施形態では、燃料噴射器は軸方向において互いに位置合わせされ得、また、別の特定の実施形態では、燃料噴射器は燃焼室内部で軸方向において互い違いにされ得る。別法としてまたは加えて、燃料噴射器は、燃焼室の接線方向に対して垂直となるように燃焼室と交差してよく、または、特定の実施形態によっては複合角度で燃焼室と交差してもよい。したがって、本発明の種々の実施形態では、燃焼器の運転状態を延長させること、種々の燃焼器構成要素の寿命および／または保全間隔を延長させること、保炎の十分な設計マージンを維持すること、ならびに／あるいは、望ましくない排出物質を減少させること、が可能となり得る。本発明の例示の実施形態は概して、説明を目的としてガスタービンに組み込まれる燃焼器の文脈で説明されるが、当業者であれば、本発明の実施形態が任意のターボ機械に組み込まれる任意の燃焼器に適用され得、特許請求の範囲で具体的に説明されていない限りガスタービンの燃焼器のみに限定されないことを容易に認識するであろう。
【００１７】
次に、複数の図を通して同一の参照符号が同一の要素を示している図面を参照すると、図１が、本発明の種々の実施形態を組み込むことができる例示のガスタービン１０の機能ブロック図を提供している。示されるように、ガスタービン１０が、概して、ガスタービン１０に入る動作流体（例えば、空気）１４を浄化するかまたは別の形で調整するための、連続する、フィルタ、冷却コイル、湿分分離器、および／または別のデバイスを含むことができる入口セクション１２を有する。動作流体１４が圧縮機セクションまで流れ、そこで、圧縮機１６が動作流体１４に連続的に運動エネルギーを加え、それにより、高エネルギー状態の圧縮動作流体１８が生成される。圧縮動作流体１８が燃焼セクションまで流れ、そこで、１つまたは複数の燃焼器２０が圧縮動作流体１８を用いて燃料２２を点火し、それにより高い温度および高い圧力を有する燃焼ガス２４が生成される。燃焼ガス２４がタービンセクションを通って流れ、それにより仕事が生成される。例えば、タービン２６がシャフト２８に接続されていてよく、その場合、タービン２６が回転することにより圧縮機１６が駆動され、それにより圧縮動作流体１８が生成される。別法としてまたは加えて、シャフト２８が、電気を生成するためにタービン２６を発電機３０に接続させることができる。タービン２６からの排気ガス３２が、タービン２６の下流にある排気筒３６にタービン２６を接続させることができる排気セクション３４を通って流れる。排気セクション３４は、例えば、排気ガス３２を環境へと放出する前に排気ガス３２を洗浄しさらには排気ガス３２から追加の熱を抽出するための、熱回収蒸気発生器（図示せず）を有することができる。
【００１８】
燃焼器２０は当技術分野で知られる任意のタイプの燃焼器であってよいが、本発明は特許請求の範囲に特に明記されない限り任意特定の燃焼器のデザインに限定されない。図２は、本発明の種々の実施形態による例示の燃焼器２０の簡略化された側断面図を提供する。図２に示されるように、ケーシング４０およびエンドカバー４２が、燃焼器２０まで流れる圧縮動作流体１８を収容するように組み合され得る。キャップ組立体４４が燃焼器２０の少なくとも一部分を径方向に横切って延在してよく、１つまたは複数の燃料ノズル４６が、キャップ組立体４４の下流にある燃焼室４８に燃料２２を供給するためにキャップ組立体４４を横切って径方向に配置され得る。ライナ５０が燃焼室４８の少なくとも一部分を円周方向に囲んでよく、ライナ５０の下流にある移行ダクト５２が燃焼室４８をタービン２６の入口に接続してよい。流れ孔５６を備える衝突スリーブ５４が移行ダクト５２を円周方向に囲んでよく、流れスリーブ５８がライナ５０を円周方向に囲んでよい。こうすることにより、圧縮動作流体１８が衝突スリーブ５４内の流れ孔５６を通過することができ、したがって、移行ダクト５２およびライナ５０を対流冷却するために移行ダクト５２およびライナ５０の外側の環状通路６０を通って流れることができる。圧縮動作流体１８がエンドカバー４２に到達すると、圧縮動作流体１８は方向を逆転させて燃料ノズル４６およびキャップ組立体４４を通って燃焼室４８内まで流れる。
【００１９】
本発明は特許請求の範囲で特に明記されない限り任意特定のキャップ組立体４４または燃料ノズル４６に限定されないが、図３が、本発明の範囲内にある例示のキャップ組立体４４および燃料ノズル４６の拡大部分側断面図を提供する。図３に示されるように、各燃料ノズル４６が、概して、シュラウド６４によって囲まれる中央本体６２を有することができ、中央本体６２とシュラウド６４との間に環状通路６６が画定される。中央本体６２は、概して、エンドカバー４２からキャップ組立体４４に向かって軸方向に延在し、それにより、燃料２２、希釈剤および／または別の添加剤がエンドカバー４２から中央本体６２を通って燃焼室４８内まで流れるための流体連通が形成される。シュラウド６４は、中央本体６２とシュラウド６４との間の環状通路６６を通って流れる圧縮動作流体１８を放射状に分配するのを促進するためのベルマウス開口部６８を有することができる。さらに、１つまたは複数の羽根７０が中央本体６２とシュラウド６４との間を径方向に延在してよく、それにより、圧縮動作流体１８に接線方向の渦（ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ  ｓｗｉｒｌ）が加えられ、それにより、燃焼する前に圧縮動作流体１８と燃料２２とを混合させることが強められる。
【００２０】
図２を再び参照すると、燃焼器２０が、燃料ノズル４６の下流にある１つまたは複数の燃料噴射器８０をさらに有することができ、これらの１つまたは複数の燃料噴射器８０は、燃焼させるように燃料２２および圧縮動作流体１８を遅延希薄噴射することができる。本発明は特許請求の範囲に特に明記されない限り任意特定の燃料噴射器８０に限定されないが、図４が、本発明の範囲内にある例示の燃料噴射器８０の拡大側断面図を提供する。図４に示されるように、燃料噴射器８０が、流れスリーブ５８およびライナ５０を介する燃焼室４８までの流体連通を形成するチューブ８２または別の通路を有することができる。図４に示される例示の実施形態では、チューブ８２は流れスリーブ５８およびライナ５０に対して実質的に垂直であり、したがって、燃焼室４８に対して横向きに燃料−空気の混合物を噴射する。しかし、別の実施形態では、チューブ８２は、流れスリーブ５８および／またはライナ５０を基準として軸方向および／または円周方向に角度が付けられてもよい。
【００２１】
流れスリーブ５８が内部燃料通路８４を有することができ、各チューブ８２が、チューブ８２の周りで円周方向に配置される１つまたは複数の燃料ポート８６を有することができる。内部燃料通路８４が、燃料ノズル４６に供給される燃料と等しい燃料または異なる燃料２２を燃料ポート８６に供給することができる。したがって、燃料ポート８６が、燃料２２がチューブ８２内まで流れるのを可能にするための流体連通を形成することができ、それにより、チューブ８２を通って燃焼室４８内まで流れる間に燃料２２と圧縮動作流体１８とを混合することが可能となる。こうすることにより、チューブ８２が、燃焼器２０の温度を上昇させさらにそれにより効率を向上させることを目的としてさらなる燃焼を行うための燃料２２と圧縮動作流体１８との希薄な混合物を供給することができるようになる。
【００２２】
図５が、燃料ノズル４６を基準とした燃料噴射器８０の位置を例示するための、図２に示される燃焼器２０の上流側から見た一部分の斜視側断面図を提供する。図５に示されるように、燃料ノズル４６内の羽根７０が、中央本体６２とシュラウド６４との間の環状通路６６を通って流れる燃料２２および圧縮動作流体１８に接線方向の渦を加える。その結果、各燃料ノズル４６が、燃焼するときに燃焼室４８を通って下流方向に低速で螺旋状に動く旋回する個別の燃料流れ９０を供給する。図５に示される特定の実施形態では、第１の燃料噴射器のセット９２が燃料ノズル４６の下流のライナ５０の周りで円周方向に配置され、第２の燃料噴射器のセット９４が第１の燃料噴射器のセット９２の下流のライナ５０の周りで円周方向に配置される。燃料噴射器の各セット９２、９４内の各燃料噴射器８０は、同じセット９２、９４内の別の燃料噴射器８０と等しい軸方向位置を有する。さらに、燃料噴射器の各セット９２、９４内の各燃料噴射器８０は、別の燃料ノズル４６からの旋回する燃料流れ９０を基準として円周方向にインデックスまたはクロックされる。本明細書で使用される「クロックされる」または「クロックする」という用語は、旋回する燃料流れ９０を基準として各燃料噴射器８０を所望される円周方向オフセット９６に配置することを意味する。各燃料噴射器８０と旋回する燃料流れ９０との間の円周方向オフセット９６は、従来の遅延希薄噴射システムおよび方法で起こるような、望ましくないホットストリークを発生させることおよび燃料２２が不完全に燃焼することを回避するかまたはそれらを軽減する。さらに、図５に示される特定の実施形態では、各燃料噴射器８０は軸方向および円周方向に角度が付けられ、したがって、各燃料噴射器８０はライナ５０に対して複合角度で交差し、それにより、旋回する燃料流れ９０を基準として燃料噴射器８０をクロックすることによる恩恵がさらに増大する。
【００２３】
最適なクロック量すなわち各燃料噴射器８０と旋回する燃料流れ９０との間の最適な円周方向オフセット９６は種々のファクタに応じて変化してよく、これらのファクタには、燃料ノズル４６の数、各燃料ノズル４６によって誘起される渦の大きさ、燃料噴射器８０の数、燃料噴射器８０の軸方向および／または円周方向の角度、ならびに、燃焼器２０の予想される運転レベルなどである。例えば、最適なクロックすなわち円周方向オフセット９６は５つ以上の燃料ノズル４６を備える燃焼器２０の場合は約±２度〜１５度であり、４つの燃料ノズル４６を備える燃焼器２０の場合は約±１０度〜２５度であり、３つ以下の燃料ノズル４６を備える燃焼器２０の場合は約±２０度〜４５度である。
【００２４】
各実施形態の固有のクロックすなわち円周方向オフセット９６は計算流体力学モデルおよび／または実験を通して経験的に決定され得る。例えば、図６が、燃料ノズル４６ならびに第１の燃料噴射器のセット９２および第２の燃料噴射器のセット９４の、固有の円周方向オフセット９６の一組の排出量曲線を提供する。予想されるように、一酸化炭素排出量曲線１００が、燃料ノズル４６のみを使用する場合に、燃料流量が減少することおよび／または部分負荷運転（ターンダウン）になることに付随して燃焼温度が低下することにより一酸化炭素排出量が大幅に増加することを示す。ターンダウン運転中に、第１の燃料噴射器のセット９２を介するかまたは第１の燃料噴射器のセット９２と第２の燃料噴射器のセット９４との両方を介して追加の燃料２２を供給することにより、一酸化炭素排出量曲線１００が右側に移動する。逆に、ＮＯX排出量曲線１０２が、燃料ノズル４６のみを使用する場合に、全負荷運転になることに付随して燃焼温度が上昇することによりＮＯX排出量が大幅に増加することと、全負荷運転中に、第１の燃料噴射器のセット９２を介するかまたは第１の燃料噴射器のセット９２と第２の燃料噴射器のセット９４との両方を介して追加の燃料２２を供給することにより、ＮＯX排出量曲線１０２が右側に移動することとを示す。したがって、ＮＯX排出量曲線１０２は、第１の燃料噴射器のセット９２および第２の燃料噴射器のセット９４によって供給される希薄な燃料２２が、ＮＯX排出量が大幅に増加する前に燃焼温度を上昇させることが可能であることを示す。図６に示される追加の排出量曲線１００、１０２は、多様な円周方向オフセット９６でクロックされる第１の燃料噴射器のセット９２および第２の燃料噴射器のセット９４により経験的にまたは実験により得られ、最適な円周方向オフセット９６は、排出量曲線１００、１０２の収集物と、燃焼器２０の予想される運転スケジュールとに基づいて選択され得る。
【００２５】
図１〜５に関連させて説明および例示した種々の実施形態は既存のシステムに対する１つまたは複数の利点を提供することができる。例えば、旋回する燃料流れ９０に対してクロックされる燃料噴射器８０の軸方向位置を種々に組み合わせることにより、ＮＯX排出量が劇的に増加する前に燃焼器温度を上昇させることが可能となり得る。したがって、燃焼器温度が広範囲となることにより、望ましくない排出物質を相応して増加させることなくガスタービン１０の熱力学的効率が向上する。
【００２６】
本記述は、最良の形態を含めた本発明を開示するために、さらには、任意のデバイスまたはシステムを製造および使用することならびに採用される任意の方法を実施することを含めて、当業者が本発明を実施するのを可能にするために、複数の実施例を使用する。特許を受けることができる本発明の範囲は特許請求の範囲によって定義され、当業者には思い付く別の実施例を含むことができる。このような別の実施例は、特許請求の範囲の文言と違わない構造的要素を含む場合、または、特許請求の範囲の文言とほぼ違わない等価の構造的要素を含む場合、特許請求の範囲の範囲内にあることが意図される。
【符号の説明】
【００２７】
１０  ガスタービン
１２  入口セクション
１４  動作流体
１６  圧縮機
１８  圧縮動作流体
２０  燃焼器
２２  燃料
２４  燃焼ガス
２６  タービン
２８  シャフト
３０  発電機
３２  排気ガス
３４  排気セクション
３６  排気筒
４０  ケーシング
４２  エンドカバー
４４  キャップ組立体
４６  燃料ノズル
４８  燃焼室
５０  ライナ
５２  移行ダクト
５４  衝突スリーブ
５６  流れ孔
５８  流れスリーブ
６０  環状通路
６２  中央本体
６４  燃料ノズルシュラウド
６６  環状通路
６８  ベルマウス開口部
７０  羽根
８０  燃料噴射器
８２  チューブ
８４  燃料通路
８６  燃料ポート
９０  旋回する燃料流れ
９２  第１の燃料噴射器のセット
９４  第２の燃料噴射器のセット
９６  円周方向オフセット
１００  ＣＯ排出量曲線
１０２  ＮＯX排出量曲線
【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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