(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料および空気のフローの良好な混合を促進し、より高い温度および効率で作動するが、より低い全体的な排出物およびより低いダイナミクスで作動するようになっていることが可能なマイクロミキサー燃焼器を提供する。【解決手段】燃焼器２５は、いくつかのマイクロミキサー燃料ノズルと、燃料のフローをマイクロミキサー燃料ノズルに提供するための燃料噴射システムとを含むことが可能である。燃料噴射システムは、いくつかの支持支柱を含み、いくつかの支持支柱が、燃料ノズルを支持し、その中を通して燃料のフローを提供することが可能である。支持支柱は、空気力学的に輪郭付けされた形状を含み、空気のフローをマイクロミキサー燃料ノズルに均等に分配するようになっていることが可能である。【選択図】図１
2014153050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジンとともに使用する燃焼器であって、
複数のマイクロミキサー燃料ノズルと、
燃料のフローを前記複数のマイクロミキサー燃料ノズルに提供するための燃料噴射システムと
を含み、
前記燃料噴射システムが、複数の支持支柱を含み、前記複数の支持支柱が、前記複数の燃料ノズルを支持し、その中を通して前記燃料のフローを提供し、
前記複数の支持支柱が、空気力学的に輪郭付けされた形状を含み、空気のフローを前記複数のマイクロミキサー燃料ノズルに均等に分配するようになっている、燃焼器。
【請求項２】
前記複数のマイクロミキサー燃料ノズルが、複数のマイクロミキサー燃料チューブおよび燃料プレートを含む、請求項１記載の燃焼器。
【請求項３】
前記複数の支持支柱が、エーロフォイル本体部を含む、請求項１記載の燃焼器。
【請求項４】
前記複数の支持支柱が、空気力学的な装着セクションを含む、請求項１記載の燃焼器。
【請求項５】
前記空気力学的な装着セクションが、第１の側壁部の上の第１の増強領域と、第２の側壁部の上の第２の増強領域とを含む、請求項４記載の燃焼器。
【請求項６】
前記第１の増強領域および前記第２の増強領域が、実質的に半割円錐状の形状を含む、請求項５記載の燃焼器。
【請求項７】
前記第１の増強領域および前記第２の増強領域が、上流端部から下流端部へ増加する深さを含む、請求項５記載の燃焼器。
【請求項８】
前記空気力学的な装着セクションが、その中に１つまたは複数の燃料ポートを含む、請求項４記載の燃焼器。
【請求項９】
前記複数の支持支柱が、前記１つまたは複数の燃料ポートに連通する１つまたは複数の燃料コアを含む、請求項８記載の燃焼器。
【請求項１０】
前記空気力学的な装着セクションが、その中に１つまたは複数のボルト孔を含む、請求項４記載の燃焼器。
【請求項１１】
前記空気力学的な装着セクションが、頂部切断型端部を含む、請求項４記載の燃焼器。
【請求項１２】
前記複数のマイクロミキサー燃料ノズルと前記複数の支持支柱を接続する複数の空気力学的燃料フランジをさらに含む、請求項１記載の燃焼器。
【請求項１３】
前記複数の空気力学的燃料フランジが、輪郭付けされた形状を含む、請求項１２記載の燃焼器。
【請求項１４】
前記複数のマイクロミキサー燃料ノズルを操縦するためのリニアアクチュエーターをさらに含む、請求項１記載の燃焼器。
【請求項１５】
マイクロミキサー燃料ノズルとともに使用する支持支柱であって、
エーロフォイル本体部と、
前記エーロフォイル本体部の上に位置付けられた空気力学的な装着セクションと
を含み、
前記空気力学的な装着セクションが、第１の側壁部の上の第１の増強領域と、第２の側壁部の上の第２の増強領域とを含み、
前記空気力学的な装着セクションが、その中に１つまたは複数の燃料ポートを含む、支持支柱。
【請求項１６】
前記第１の増強領域および前記第２の増強領域が、実質的に半割円錐状の形状を含む、請求項１５記載の支持支柱。
【請求項１７】
前記第１の増強領域および前記第２の増強領域が、上流端部から下流端部へ増加する深さを含む、請求項１５記載の支持支柱。
【請求項１８】
前記エーロフォイル本体部が、１つまたは複数の燃料ポートに連通する１つまたは複数の燃料コアを含む、請求項１５記載の支持支柱。
【請求項１９】
前記エーロフォイル本体部が、その中に１つまたは複数のボルト孔を含む、請求項１５記載の支持支柱。
【請求項２０】
ガスタービンエンジンの中の燃料のフローを提供する燃料マニホールドであって、
複数のマイクロミキサー燃料ノズルと、
前記複数の燃料ノズルを支持し、その中を通して前記燃料のフローを提供する、複数の支持支柱と
を含み、
前記複数の支持支柱が、その上に空気力学的な装着セクションを備えた空気力学的に輪郭付けされた形状を含む、燃料マニホールド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願および結果として生じる特許は、概して、ガスタービンエンジンに関し、より詳細には、いくつかの空気力学的に形状付けされた支持支柱を使用して空気フローの破壊を限定する燃料噴射システムを備えた可変容積式燃焼器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンの運転効率および全体的な出力は、一般的に、高温燃焼ガスストリームの温度が上昇するにつれて増加する。しかし、高い燃焼ガスストリーム温度は、より高いレベルの窒素酸化物および他のタイプの規制排出物を生成させる可能性がある。したがって、効率的な高温範囲でガスタービンエンジンを運転する利益と、一方で、窒素酸化物および他のタイプの規制排出物の排出量を、義務付けられたレベルの下に維持することも確実にする利益との間で、バランスを取ることが存在する。そのうえ、変化する負荷レベル、変化する周囲条件、および、多くの他のタイプの運転パラメーターも、全体的なガスタービン効率および排出物に重大な影響を及ぼす可能性がある。
【０００３】
窒素酸化物などをより低い排出レベルにすることが、燃焼の前に燃料ストリームと空気ストリームの良好な混合を提供することによって、促進されることが可能である。そのような事前混合は、燃焼温度勾配および窒素酸化物の排出量を減少させる傾向がある。そのような良好な混合を提供する１つの方法は、いくつかのマイクロミキサー燃料ノズルを備えた燃焼器の使用によるものである。一般的に述べられるように、マイクロミキサー燃料ノズルは、燃焼の前に、プレナム内のいくつかのマイクロミキサーチューブの中で、少量の燃料と空気を混合する。
【０００４】
現在のマイクロミキサー燃焼器およびマイクロミキサー燃料ノズルの設計は、改善された燃焼性能を提供するが、特定のタイプの運転条件でのマイクロミキサー燃料ノズルのための操作性ウィンドウ（ｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ  ｗｉｎｄｏｗ）は、少なくとも部分的にダイナミクスおよび排出物との関係によって画定されることが可能である。具体的には、特定の内部コンポーネントの運転周波数が結合し、高周波数または低周波数のダイナミクスフィールド（ｄｙｎａｍｉｃｓ  ｆｉｅｌｄ）を作り出すようになっていることが可能である。そのようなダイナミクスフィールドは、燃焼器コンポーネントおよび下流のタービンコンポーネントの物理的特性に悪影響を及ぼす可能性がある。そういったことを考えれば、現在の燃焼器設計は、燃料または空気のフローをステージングし、ダイナミクスフィールドの形成を防止することによって、そのような運転条件を回避しようと試みることが可能である。大部分の条件が、排出物、燃焼性などの観点から、典型的な運転制限の範囲外に設計を置くことが可能であるとしても、ステージングは、安定した燃焼の局所ゾーンを作り出そうとする。しかし、そのようなステージングは、時間集約的なキャリブレーションを必要とする可能性があり、また、最適なレベルよりも低い運転を必要とする可能性がある。
【０００５】
したがって、改善されたマイクロミキサー燃焼器設計に対する要求が存在する。そのような改善されたマイクロミキサー燃焼器設計は、その中での燃料および空気のフローの良好な混合を促進し、より高い温度および効率で作動するが、より低い全体的な排出物およびより低いダイナミクスで作動するようになっていることが可能である。そのうえ、そのような改善されたマイクロミキサー燃焼器設計は、全体的なシステムの複雑さおよびコストを大幅に増加させることなく、これらの目的を達成することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１２／０１９８８５６号明細書
【発明の概要】
【０００７】
本出願および結果として生じる特許は、ガスタービンエンジンとともに使用する燃焼器を提供する。燃焼器は、いくつかのマイクロミキサー燃料ノズルと、燃料のフローをマイクロミキサー燃料ノズルに提供するための燃料噴射システムとを含むことが可能である。燃料噴射システムは、いくつかの支持支柱を含み、いくつかの支持支柱が、燃料ノズルを支持し、その中を通して燃料のフローを提供することが可能である。支持支柱は、空気力学的に輪郭付けされた形状を含み、空気のフローをマイクロミキサー燃料ノズルに均等に分配するようになっていることが可能である。
【０００８】
本出願および結果として生じる特許は、マイクロミキサー燃料ノズルとともに使用する支持支柱をさらに提供する。支持支柱が、エーロフォイル本体部と、エーロフォイル本体部の上に位置付けられた空気力学的な装着セクションとを含むことが可能である。空気力学的な装着セクションが、第１の側壁部の上の第１の増強領域と、第２の側壁部の上の第２の増強領域とを含むことが可能であり、１つまたは複数の燃料ポートが、その中に延在している。
【０００９】
本出願および結果として生じる特許は、ガスタービンエンジンの中の燃料のフローを提供する燃料マニホールドをさらに提供する。燃料マニホールドが、いくつかのマイクロミキサー燃料ノズルと、燃料ノズルを支持し、その中を通して燃料のフローを提供する、いくつかの支持支柱とを含むことが可能である。支持支柱が、その上に位置付けられた空気力学的な装着セクションを備えた空気力学的に輪郭付けされた形状を含むことが可能である。
【００１０】
これらの特徴および他の特徴、ならびに、本出願および結果として生じる特許の改善例が、いくつかの図面および添付の特許請求の範囲を併用して以下の詳細な説明を検討すると、当業者に明らかになることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】圧縮機、燃焼器、およびタービンを示す、ガスタービンエンジンの概略図である。
【図２】図１のガスタービンエンジンとともに使用されることが可能な燃焼器の概略図である。
【図３】図２の燃焼器とともに使用されることが可能なマイクロミキサー燃料ノズルの一部分の概略図である。
【図４】本明細書で説明される可能性があるマイクロミキサー燃焼器の概略図である。
【図５】図４のマイクロミキサー燃焼器の例の斜視図である。
【図６】図５のマイクロミキサー燃焼器の側断面図である。
【図７】いくつかの空気力学的支持支柱を備えた、図５のマイクロミキサー燃焼器の燃料噴射システムの一部分の斜視図である。
【図８】空気力学的支持支柱を備えた、図５のマイクロミキサー燃焼器の燃料噴射システムのさらなる側断面図である。
【図９】空気力学的支持支柱のうちの１つの、上流からの平面図である。
【図１０】頂部が切断される前の空気力学的支持支柱の側方平面図である。
【図１１】頂部が切断された後の空気力学的支持支柱の側方平面図である。
【図１２】材料増強の後の空気力学的支持支柱の側方平面図である。
【図１３】空気力学的支持支柱の斜視図である。
【図１４】空気力学的支持支柱の側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
ここで図面を参照すると、図面において、同様の数字は、いくつかの図面を通して同様のエレメントを参照しており、図１は、本明細書で使用される可能性があるガスタービンエンジン１０の概略図を示している。ガスタービンエンジン１０は、圧縮機１５を含むことが可能である。圧縮機１５は、空気２０の流入フローを圧縮する。圧縮機１５は、空気２０の圧縮フローを燃焼器２５に送達する。燃焼器２５は、空気２０の圧縮フローを燃料３０の加圧フローと混合し、混合物を点火し、燃焼ガス３５のフローを作り出す。単一の燃焼器２５だけが示されているが、ガスタービンエンジン１０は、任意の数の燃焼器２５を含むことが可能である。次いで、燃焼ガス３５のフローは、タービン４０に送達される。燃焼ガス３５のフローは、タービン４０を駆動し、機械的仕事を生成させるようになっている。タービン４０の中で生成された機械的仕事が、シャフト４５を介して圧縮機１５を駆動し、発電機などのような外部負荷５０を駆動する。
【００１３】
ガスタービンエンジン１０は、天然ガス、液体燃料、様々なタイプの合成ガス、および／または、他のタイプの燃料、ならびに、それらの組み合わせを使用することが可能である。ガスタービンエンジン１０は、それに限定されないが、７シリーズまたは９シリーズの高負荷ガスタービンエンジンなどのようなものを含む、Ｓｃｈｅｎｅｃｔａｄｙ、Ｎｅｗ  ＹｏｒｋのＧｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙによって提供されるいくつかの異なるガスタービンエンジンのうちの任意の１つであることが可能である。ガスタービンエンジン１０は、様々な構成を有することが可能であり、他のタイプのコンポーネントを使用することが可能である。また、他のタイプのガスタービンエンジンも、本明細書で使用されることが可能である。また、複数のガスタービンエンジン、他のタイプのタービン、および、他のタイプの発電機器も、本明細書で一緒に使用されることが可能である。
【００１４】
図２は、上述されているガスタービンエンジン１０などとともに使用され得るような燃焼器２５の例の概略図を示している。燃焼器２５は、ヘッドエンドにおける端部カバー５２から、タービン４０の周りの後方端部におけるトランジションピース５４へ、延在することが可能である。いくつかの燃料ノズル５６が、端部カバー５２の周りに位置付けられることが可能である。ライナー５８が、燃料ノズル５６からトランジションピース５４に向かって延在することが可能であり、その中に燃焼ゾーン６０を画定することが可能である。ライナー５８が、フロースリーブ６２によって取り囲まれていることが可能である。ライナー５８およびフロースリーブ６２は、それらの間に、圧縮機１５またはその他からの空気２０のフローのための流路６４を画定することが可能である。任意の数の燃焼器２５が、カニュラー型（ｃａｎ−ａｎｎｕｌａｒ）の配列などで、本明細書で使用されることが可能である。本明細書で説明されている燃焼器２５は、単に、例示の目的のためのものである。他のコンポーネントおよび他の構成を備えた燃焼器が、本明細書で使用されることが可能である。
【００１５】
図３は、燃焼器２５などとともに使用されることが可能なマイクロミキサー燃料ノズル６６の一部分を示している。マイクロミキサー燃料ノズル６６は、燃料チューブ７０の周りに位置付けられたいくつかのマイクロミキサーチューブ６８を含むことが可能である。マイクロミキサーチューブ６８は、一般的に、実質的に均一な直径を有することが可能であり、環状の同心円状の列に配置されることが可能である。任意の数のマイクロミキサーチューブ６８が、任意のサイズ、形状、または構成で、本明細書で使用されることが可能である。マイクロミキサーチューブ６８は、燃料プレート７２を介した燃料チューブ７０からの燃料３０のフローと、流路６４を介した圧縮機１５からの空気２０のフローとに連通することが可能である。少量の燃料３０のフローと、少量の空気２０のフローとが、それぞれのマイクロミキサーチューブ６８内で混合することが可能である。混合させられた燃料−空気ストリームが、燃焼ゾーン６０での燃焼のために下流に流れることが可能であり、かつ、上述のようにタービン４０の中で使用される。他のコンポーネントおよび他の構成が、本明細書で使用されることが可能である。
【００１６】
図４は、本明細書で説明されうるとおりの燃焼器１００の例を示している。燃焼器１００は、任意の数のマイクロミキサー燃料ノズル１２０などがその中に位置付けられたマイクロミキサー燃焼器１１０であることが可能である。マイクロミキサー燃料ノズル１２０は、上述のものと同様であることが可能である。マイクロミキサー燃料ノズル１２０は、扇形形状、円形形状であることが可能であり、かつ／または、任意のサイズ、形状、もしくは構成を有することが可能である。同様に、マイクロミキサーノズル１２０は、その中に任意の数のマイクロミキサーチューブを任意の構成で含むことが可能である。マイクロミキサー燃料ノズル１２０は、共通の燃料チューブ１２５に連通していることが可能である。共通の燃料チューブ１２５は、その中に１つまたは複数の燃料回路を担持することが可能である。したがって、複数の燃料回路が、マイクロミキサー燃料ノズル１２０のステージングを可能にすることができる。マイクロミキサー燃料ノズル１２０は、キャップアッセンブリ１３０内に、または、同様の構造体内に装着されることが可能である。キャップアッセンブリ１３０は、任意のサイズ、形状、または構成を有することが可能である。キャップアッセンブリ１３０は、従来型のシール１３５などによって取り囲まれていることが可能である。
【００１７】
上述されているものと同様に、燃焼器１００は、そのヘッドエンド１５０における端部カバー１４０から延在することが可能である。ライナー１６０が、マイクロミキサー燃料ノズル１２０をその中に備えたキャップアッセンブリ１３０およびシール１３５を取り囲むことが可能である。ライナー１６０は、キャップアッセンブリ１３０の下流に燃焼ゾーン１７０を画定することが可能である。ライナー１６０は、ケース１８０によって取り囲まれていることが可能である。ライナー１６０、ケース１８０、およびフロースリーブ（図示せず）が、それらの間に、圧縮機１５またはその他からの空気２０のフローのための流路１９０を画定することが可能である。ライナー１６０、燃焼ゾーン１７０、ケース１８０、および流路１９０は、任意のサイズ、形状、または構成を有することが可能である。任意の数の燃焼器１００が、カニュラー型の配列などで、本明細書で使用されることが可能である。また、他のコンポーネントおよび他の構成も、本明細書で使用されることが可能である。
【００１８】
また、燃焼器１００は、可変容積式燃焼器１９５であることが可能である。したがって、可変容積式燃焼器１９５は、リニアアクチュエーター２００を含むことが可能である。リニアアクチュエーター２００は、端部カバー１４０の周りに、および、その外側に位置付けられることが可能である。リニアアクチュエーター２００は、従来型の設計のものであることが可能であり、かつ、線形運動または軸線方向運動を提供することが可能である。リニアアクチュエーター２００は、機械式に、電気機械式に、圧電式に、空気圧式に、流体圧式に、および／または、それらの組み合わせで作動させられることが可能である。例として、リニアアクチュエーター２００は、油圧シリンダー、ラックアンドピニオン式のシステム、ボールねじ、手動クランク、または、制御された軸線方向運動を提供することが可能な任意のタイプのデバイスを含むことが可能である。リニアアクチュエーター２００は、システムフィードバックなどに基づく動的動作のために、全体的なガスタービン制御装置に連通していることが可能である。
【００１９】
リニアアクチュエーター２００は、駆動ロッド２１０などを介して、共通の燃料チューブ１２５に連通していることが可能である。駆動ロッド２１０は、任意のサイズ、形状、または構成を有することが可能である。共通の燃料チューブ１２５は、駆動ロッド２１０の周りに位置付けられることが可能であり、それとともに移動するようになっている。したがって、リニアアクチュエーター２００、駆動ロッド２１０、および、共通の燃料チューブ１２５は、その中にマイクロミキサーノズル１２０を備えたキャップアッセンブリ１３０を軸線方向に操縦し、ライナー１６０の長さに沿って、任意の適切な位置にすることが可能である。共通の燃料チューブ１２５内の複数の燃料回路が、燃料ノズルステージングを可能にすることができる。また、他のコンポーネントおよび他の構成も、本明細書で使用されることが可能である。
【００２０】
使用時に、リニアアクチュエーター２００は、キャップアッセンブリ１３０を操縦して、ライナー１６０の容積に対して、ヘッドエンド１５０の容積を変化させるようになっていることが可能である。したがって、マイクロミキサー燃料ノズル１２０をライナー１６０に沿って伸張または後退させることによって、ライナー容積（および燃焼ゾーン１７０の容積）は、減少または増加させられることが可能である。そのうえ、キャップアッセンブリ１３０は、全体的なシステムの圧力降下を変化させることなく、操縦されることが可能である。典型的な燃焼器システムは、全体的な圧力降下を変化させることが可能である。しかし、そのような圧力降下は、一般的に、その中のコンポーネントの冷却に対して影響を及ぼす。そのうえ、圧力降下の変動が、燃焼ダイナミックスを制御することに困難を生じさせる可能性がある。
【００２１】
上流および下流の容積を変化させることは、結果として、全体的な反応滞留時間を変化させることをもたらし、したがって、窒素酸化物、一酸化炭素、および他のタイプの排出物の全体的な排出レベルを変化させることをもたらすことが可能である。一般的に述べられるように、反応滞留時間は、ライナー容積に直接的に相関があり、したがって、本明細書では、所与の運転モードに関する排出要求を満たすように調節されることが可能である。そのうえ、ヘッドエンドおよびライナー容積が変化すると、全体的な音響挙動が変化することが可能であるという点で、滞留時間を変化させることは、ターンダウンおよび燃焼器ダイナミクスに影響を及ぼすことも可能である。
【００２２】
例えば、一般的に、ベース負荷において低い窒素酸化物レベルを確実にするために、短い滞留時間が要求される可能性がある。反対に、低負荷条件において一酸化炭素レベルを低減させるために、より長い滞留時間が要求される可能性がある。したがって、本明細書で説明されている燃焼器１００は、全体的なシステム圧力降下の変動のない調整可能な燃焼器として、最適化された排出物およびダイナミクス軽減を提供する。具体的には、本明細書では、燃焼器１００は、容積を能動的に変化させる能力を提供し、燃料ステージングに影響を及ぼすことなく最小の動的応答を提供するように燃焼器１００を調整するようになっている。
【００２３】
本明細書で説明されているリニアアクチュエーター２００は、キャップアッセンブリ１３０の中のマイクロミキサー燃料ノズル１２０をグループとして操縦するように示されているが、複数のリニアアクチュエーター２００が使用され、マイクロミキサー燃料ノズル１２０を個別に操縦し、ノズルステージングを提供するようになっていることも可能である。この例では、個別のマイクロミキサー燃料ノズル１２０は、それら同士の間に、および、キャップアッセンブリ１３０に対して、追加的なシーリングを提供することが可能である。また、回転移動も、本明細書で使用されることが可能である。そのうえ、マイクロミキサーでない燃料ノズルも、本明細書で使用されることが可能であり、かつ／または、マイクロミキサーでない燃料ノズル、および、マイクロミキサー燃料ノズルが、本明細書で一緒に使用されることも可能である。他のタイプの軸線方向移動デバイスも、本明細書で使用されることが可能である。他のコンポーネントおよび他の構成が、本明細書で使用されることが可能である。
【００２４】
図５および図６は、燃焼器１００などとともに使用されることが可能なプレノズル燃料噴射システム２２０の例を示している。燃料ノズル１２０のそれぞれが、プレノズル燃料噴射システム２２０の上に装着されることが可能である。プレノズル燃料噴射システム２２０は、燃料ノズルマニホールド２３０を含むことが可能である。燃料ノズルマニホールド２３０は、共通の燃料チューブ１２５に連通していることが可能であり、かつ、上述のように駆動ロッド２１０を介して操縦可能であり得る。燃料ノズルマニホールド２３０は、任意のサイズ、形状、または構成を有することが可能である。
【００２５】
プレノズル燃料噴射システム２２０の燃料ノズルマニホールド２３０は、中央ハブ２４０を含むことが可能である。中央ハブ２４０は、任意のサイズ、形状、または構成を有することが可能である。中央ハブ２４０は、その中にいくつかの異なるフローを収容することが可能である。プレノズル燃料噴射システム２２０の燃料ノズルマニホールド２３０は、中央ハブ２４０から延在するいくつかの支持支柱２５０を含むことが可能である。任意の数の支持支柱２５０が、使用されることが可能である。支持支柱２５０は、任意のサイズ、形状、または構成が、本明細書で使用されることが可能であるが、実質的に空気力学的に輪郭付けされた形状２５５を有することが可能である。具体的には、支持支柱２５０のそれぞれは、上流端部２６０、下流端部２７０、第１の側壁部２８０、および、第２の側壁部２９０を含むことが可能である。支持支柱２５０は、中央ハブ２４０からキャップアッセンブリ１３０へ半径方向に延在することが可能である。それぞれの支持支柱２５０は、燃料ノズル１２０のうちの１つまたは複数に連通しており、そこに燃料３０のフローを提供するようになっていることが可能である。燃料ノズル１２０が、支持支柱２５０のそれぞれの下流端部２７０から軸線方向に延在することが可能である。他のコンポーネントおよび他の構成が、本明細書で使用されることが可能である。
【００２６】
使用時に、プレノズル燃料噴射システム２２０の支持支柱２５０は、燃料ノズル１２０を構造的に支持し、一方、そこへ燃料３０のフローを送達する。支持支柱２５０が、空気２０の均一なフローを、燃料ノズル１２０の混合チューブ６８に提供する。また、支持支柱２５０が、プレノズルフローを提供することが可能である。プレノズルフローが、空気２０のヘッドエンドフローと混合し、希薄な十分に混合した燃料／空気混合物を提供するようになっている。したがって、プレノズル燃料噴射システム２２０は、良好な燃料／空気の混合を促進し、全体的な排出性能を向上させるようになっている。そのうえ、プレノズルフローは、燃料ステージングのための追加的な回路も提供する。この回路は、燃焼ダイナミックスの振幅および／または周波数を低減させるように調節されることが可能である。したがって、プレノズル燃料噴射システム２２０は、大幅なハードウェアのコストを追加することなく、全体的な燃焼性能を向上させる。
【００２７】
図７〜図９に示されているように、支持支柱２５０のそれぞれが、空気力学的燃料フランジ４８０を介して、燃料ノズル１２０のうちの１つに連通していることが可能である。また、空気力学的燃料フランジ４８０は、空気力学的に輪郭付けされた形状４９０を有することが可能である。輪郭付けされた形状４９０は、支持支柱２５０の下流で直径が減少することが可能である。空気力学的燃料フランジ４８０の輪郭付けされた形状４９０は、支持支柱２５０の輪郭付けされた形状２５５を補完することが可能である。空気力学的燃料フランジ４８０は、他のサイズ、形状、および構成を有することが可能である。
【００２８】
上述のように、支持支柱２５０は、空気力学的に輪郭付けされた形状２５５を有することが可能である。示されているように、この空気力学的に輪郭付けされた形状２５５は、エーロフォイル状の本体部６５０を含むことが可能である。エーロフォイル本体部６５０は、中央ハブ２４０からキャップアッセンブリ１３０へ延在することが可能である。また、支持支柱２５０の空気力学的に輪郭付けされた形状２５５は、空気力学的な装着セクション６６０を含むことが可能である。空気力学的な装着セクション６６０は、空気力学的燃料フランジ５００および燃料ノズル１２０を収容することが可能である。空気力学的な装着セクション６６０は、第１の側壁部２８０の上の第１の増強領域６７０と、第２の側壁部２９０の上の第２の増強領域６８０とを含むことが可能である。増強領域６７０、６８０は、実質的に滑らかな曲線を備えた実質的に半割円錐状の形状６９０を有することが可能である。増強領域６７０、６８０は、上流端部２６０から下流端部２７０へ深さが増加する。空気力学的な装着セクション６６０は、他のサイズ、形状、および構成を有することが可能である。
【００２９】
エーロフォイル本体部６５０の下流端部２７０の周りの空気力学的な装着セクション６６０は、それを通って延在する１つまたは複数の燃料ポート７００を有することが可能である。同様に、下流端部２７０は、いくつかのボルト孔７１０も有することが可能である。ボルト孔７１０によって、空気力学的燃料フランジ５００および燃料ノズル１２０をその上に装着することが可能になる。したがって、支持支柱２５０の空気力学的な装着セクション６６０が、支持支柱２５０から空気力学的燃料フランジ４８０へ、そして燃料ノズル１２０へ滑らかで空気力学的な移行部を提供する。
【００３０】
図１０〜図１３は、その上に空気力学的な装着セクション６６０を備えた支持支柱２５０の創作物の例を示している。図１０に示されているように、支持支柱２５０は、均一なエーロフォイル形状７２０で始まることが可能である。次いで、図１１に示されているように、下流端部２７０は、頂部が切断され、結果として頂部切断型端部７２５を生じさせるようになっていることが可能である。具体的には、下流端部２７０は、空気フローのウェイクを最小化しながら、その上に空気力学的燃料フランジ４８０をボルト留めするのに十分な付けランドエリアを結果として生じさせる値において、頂部が切断されていることが可能である。図１２に示されているように、所定の量の追加的な材料７３０が、空気力学的な装着セクション６６０の増強領域６７０、６８０を作り出すために追加されることが可能である。増強領域６７０、６８０は、実質的に半割円錐状の形状６９０を提供する。空気力学的な装着セクション６６０、燃料ポート７００、およびボルト孔７１０を備えた、完成した支持支柱２５０の例が、図１３に示されている。また、他のコンポーネントおよび他の構成も、本明細書で使用されることが可能である。
【００３１】
図１４に示されているように、支持支柱２５０は、その中を通って延在するいくつかの燃料コア７４０を有することが可能である。それぞれの燃料コア７４０は、燃料ポート７００に連通していることが可能である。複数の燃料コア７４０は、例えば、主流、プレノズルフローなどとともに使用されることが可能である。したがって、燃料３０のフローが、中央ハブ２４０から、支持支柱２５０の燃料コア７４０を通って、および、燃料ノズル１２０を通って流れる。また、複数のボルト孔７１０が、使用されることも可能である。他のコンポーネントおよび他の構成が、本明細書で使用されることが可能である。
【００３２】
燃料ノズル１２０の上流の流路の中にある任意の構造体が、燃料ノズル１２０への空気２０のフローの中に不均衡配分を生じさせる可能性がある。このことは、マイクロミキサー燃料ノズル１２０の使用に関して、とりわけ当てはまる。何故なら、それぞれの混合チューブ６８が、最適性能のために、同じ量の燃料および空気を必要とするからである。空気２０のフローの任意の不均衡配分は、チューブ６８のうちのいくつかの中の混合物をより希薄にし、一方、他のチューブ６８の中の混合物は、より濃くなる可能性がある。したがって、空気力学的燃料フランジ４８０および支持支柱２５０の使用は、フローの方向において支持支柱およびフランジの断面積を減少させるようにそれらのプロファイルを輪郭付けすることによって、そのような上流構造体の影響を最小化することを助ける。フランジ４８０の輪郭付けされた形状４９０は、支持支柱２５０の輪郭付けされた形状２５５を補完する。また、輪郭付けされた形状は、それを通過するときにフローを真っ直ぐにすることを助け、再循環ゾーンの創作物を最小限にするようになっている。
【００３３】
したがって、空気力学的燃料フランジ４８０および支持支柱２５０は、ノズル１２０への空気分配の変動を最小化することによって、全体的な排出物を最小化することが可能である。また、空気力学的燃料フランジ４８０および支持支柱２５０は、燃料漏れに起因するノズル保炎の機会を最小化することによって、ロバスト設計も提供する。同様に、支持支柱２５０は、燃料ノズル１２０への装着および燃料送達のために、必要な支持構造体を提供する。支持支柱２５０は、空気力学的な装着セクション６６０とともに、輪郭付けされた空気力学的形状２５５を使用し、空気２０のフローが外側表面に付着したままでいることを確実にし、均一な空気入口プロファイルを燃料ノズル１２０に提供するようになっている。支持支柱２５０は、鋳造の代わりに機械加工されるか、または、直接的な金属レーザー焼結によって製作されることが可能である。他のタイプの建設技術が、本明細書で使用されることが可能である。燃料ノズル１２０は、同様の態様で、支持支柱２５０から除去されることが可能である。
【００３４】
前述のものは、単に、本出願および結果として生じる特許の特定の実施形態に関するということが明らかであろう。本明細書で、いくつかの変形例および修正例が、以下の特許請求の範囲およびその均等物によって規定されているような本発明の全体的な精神および範囲から逸脱することなく、当業者によって作られることが可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１０  ガスタービンエンジン
１５  圧縮機
２０  空気
２５  燃焼器
３０  燃料
３５  燃焼ガス
４０  タービン
４５  シャフト
５０  負荷
５２  端部カバー
５４  トランジションピース
５６  燃料ノズル
５８  ライナー
６０  燃焼ゾーン
６２  フロースリーブ
６４  流路
６６  マイクロミキサー燃料ノズル
６８  混合チューブ
７０  燃料チューブ
７２  燃料プレート
１００  燃焼器
１１０  マイクロミキサー燃焼器
１２０  燃料ノズル
１２５  燃料チューブ
１３０  キャップアッセンブリ
１３５  シール
１４０  端部カバー
１５０  ヘッドエンド
１６０  ライナー
１７０  燃焼ゾーン
１８０  ケース
１９０  流路
１９５  可変容積式燃焼器
２００  リニアアクチュエーター
２１０  駆動ロッド
２２０  プレノズル燃料噴射システム
２３０  燃料マニホールド
２４０  中央ハブ
２５０  支持支柱
２５５  輪郭付けされた形状
２６０  上流端部
２７０  下流端部
２８０  第１の側壁部
２９０  第２の側壁部
３００  燃料噴射孔
３１０  プレノズルフロー
３２０  入れ子になった燃料マニホールドシステム
３３０  入れ子になった燃料マニホールド
３４０  燃料回路接続部
３５０  入れ子になった燃料供給回路
３６０  第１の入れ子になった燃料供給回路
３７０  第２の入れ子になった燃料供給回路
３８０  第３の入れ子になった燃料供給回路
３９０  燃料供給シール
４００  フレキシブルホース
４１０  進入ポート
４２０  支持構造体
４３０  片持ち梁式の形状
４４０  シーリングフランジ
４５０  ロッド開口部
４６０  シール
４８０  空気力学的燃料フランジ
４９０  輪郭付けされた形状
５００  空気力学的燃料フランジ
５１０  平坦な形状
５２０  円錐状ライナーサポート
５３０  フロースリーブ
５４０  流路
５５０  円錐状本体部
５６０  ライナーフランジ
５７０  円周方向溝部
５８０  フロースリーブフランジ
５９０  半径方向リップ
６００  保持ピン開口部
６１０  保持ピン
６２０  窓部
６３０  フィルタースクリーン
６５０  エーロフォイル本体部
６６０  空気力学的な装着セクション
６７０  第１の増強領域
６８０  第２の増強領域
６９０  半割円錐状の形状
７００  燃料ポート
７１０  ボルト孔
７２０  均一なエーロフォイル形状
７２５  頂部が切断されている部分
７３０  追加的な材料
７４０  燃料コア
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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