(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼器キャップと、
該燃焼器キャップ上に装着された複数の燃料ノズルと
を備えるタービンエンジン用の燃焼器キャップ及び燃料ノズル組立体であって、前記複数の燃料ノズルが、燃料ノズルの下流側端部の中央部分のみから燃料を送給する第１の燃料回路と、燃料ノズルの外側環状部分の下流側端部だけから燃料を送給する第２の燃料回路とを含んでいて、前記第１及び第２の燃料回路を通る燃料の流れが独立制御可能であり、前記第１の燃料回路及び第２の燃料回路を備えた前記複数の燃料ノズルの第１のノズルが前記燃焼器キャップの中央に位置付けられた中央燃料ノズルであり、残りの前記燃料ノズルの第１のサブセットが第１及び第２の燃料回路を含んでいて、前記第１のサブセットが前記中央燃料ノズルの周りに円周方向に配列され、残りの前記燃料ノズルの第２のサブセットが単一の燃料回路を有し、前記第２のサブセットがまた前記中央燃料ノズルの周りに円周方向に配列されており、
前記中央燃料ノズルの前記第１の燃料回路と前記第２のサブセットの前記燃料回路とが、異なる圧力差で同時に作動されてノイズの生成を低減又は排除を可能にする、
燃焼器キャップ及び燃料ノズル組立体。
【請求項２】
前記複数の燃料ノズルが、前記中央燃料ノズルの第１の燃料回路だけが燃料を送給する第１の運転条件で作動することができる、請求項１記載の燃焼器キャップ及び燃料ノズル組立体。
【請求項３】
前記複数の燃料ノズルがまた、前記中央燃料ノズルの第１の燃料回路及び燃料ノズルの前記第２のサブセットのみが燃料を送給する第２の運転条件で作動することができる、請求項１または２記載の燃焼器キャップ及び燃料ノズル組立体。
【請求項４】
前記複数の燃料ノズルがまた、前記中央燃料ノズルの第１の燃料回路、前記ノズルの第１のサブセットの第１の燃料回路、及び前記ノズルの第２のサブセットのみが燃料を送給する第３の運転条件で作動することができる、請求項１乃至３のいずれかに記載の燃焼器キャップ及び燃料ノズル組立体。
【請求項５】
前記複数の燃料ノズルがまた、前記中央燃料ノズルの第１及び第２の燃料回路、前記ノズルの第１のサブセットの第１の燃料回路、前記ノズルの第２のサブセットのみが燃料を送給する第４の運転条件で作動することができる、請求項１乃至４のいずれかに記載の燃焼器キャップ及び燃料ノズル組立体。
【請求項６】
前記複数の燃料ノズルがまた、前記中央燃料ノズルの第１及び第２の燃料回路、前記ノズルの第１のサブセットの第１及び第２の燃料回路、前記ノズルの第２のサブセットが燃料を送給する第５の運転条件で作動することができる、請求項１乃至５のいずれかに記載の燃焼器キャップ及び燃料ノズル組立体。
【請求項７】
前記複数の燃料ノズルの全てが円形の断面形状を有する、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の燃焼器キャップ及び燃料ノズル組立体。
【請求項８】
前記第１の燃料ノズルが前記燃焼器キャップの中央に位置付けられ、残りの燃料ノズルが前記中央燃料ノズルの周囲に対称に配置されており、前記中央燃料ノズルが円形の断面形状を有し、前記中央燃料ノズルの周囲に対称に配置された燃料ノズルが、切頭パイスライスの断面形状を有する、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の燃焼器キャップ及び燃料ノズル組立体。
【請求項９】
前記第１の燃料ノズルが前記燃焼器キャップの中央に位置付けられ、残りの燃料ノズルが前記中央燃料ノズルの周囲に対称に配置されており、前記中央燃料ノズルが円形の断面形状を有し、前記中央燃料ノズルの周囲に対称に配置された燃料ノズルが、台形の断面形状を有する、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の燃焼器キャップ及び燃料ノズル組立体。
【請求項１０】
前記燃焼器キャップ及び燃料ノズル組立体が、第１の運転条件と、該第１の運転条件よりも出力量が増大した第２の運転条件と、該第２の運転条件よりも出力量が増大した第３の運転条件と、該第３の運転条件よりも出力量が増大した第４の運転条件と、該第４の運転条件よりも出力量が増大した第５の運転条件で運転可能であり、
前記第２の運転条件乃至前記４の運転条件で、異なる圧力差で同時に作動される燃料ノズルが隣接して配置される、請求項１乃至請求項９のいずれか１項記載の燃焼器キャップ及び燃料ノズル組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内側及び外側燃料回路を有する燃料ノズルを備えたタービン燃焼器に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電産業で使用されるタービンは通常、タービンの圧縮機セクションの外部の周りに円周方向に配列された複数の燃焼器を含む。各燃焼器内では通常、複数の燃料ノズルが燃焼器の上流側端部付近に位置付けられた燃焼器キャップ上に装着される。加圧空気がノズルを流れて通過し、燃焼器内の燃焼ゾーンに到達する。空気が燃料ノズルを移動して通過すると燃料が空気流に噴射され、次いで、空気及び燃料が共に混合して燃料空気混合気を生成し、該混合機が燃焼器の燃焼ゾーンにて点火される。
【０００３】
多くの燃焼器において１つの燃料ノズルが燃焼器キャップの中心に位置付けられ、複数のノズルが中央ノズルの外部の周りに配列されることになる。
【０００４】
一部の運転条件の間、利用可能な燃料ノズルの全てのうちのサブセットだけが空気流に燃料を送給している。例えば、一部の運転条件において、燃料は、中央燃料ノズルのみを通って送給されることになる。他の場合、燃料は、中央燃料ノズルと、中央燃料ノズルを囲む燃料ノズルのサブセットとを通って送給することができる。
【０００５】
一部の燃焼器において、直接隣接した燃料ノズルが共に燃料を空気流に送給しているときには、燃料及び空気の燃焼流が相互作用して可聴ノイズを生成する。可聴ノイズの生成自体は望ましいものではない。しかしながら、ノイズを発生する振動はまた、長期間にわたって燃焼器に物理的な損傷を与える可能性がある。従って、このような可聴ノイズの生成は望ましいものではない。
【０００６】
このようなノイズ発生は、例えば、ノズルが高水素含有燃料を燃焼しているときに生じる可能性がある。高水素の燃焼は、１ｋＨｚを超える燃焼ダイナミックトーンをもたらす可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第５４７９７８２号明細書
【発明の概要】
【０００８】
第１の態様では、本発明は、燃焼器キャップと、該燃焼器キャップ上に装着された複数の燃料ノズルとを含むタービンエンジン用の燃焼器キャップ組立体で具現化される。複数の燃料ノズルの少なくとも１つが、燃料ノズルの下流側端部の中央部分のみから燃料を送給する第１の燃料回路を含む。加えて、第２の燃料回路が、燃料ノズルの外側環状部分の下流側端部だけから燃料を送給する。第１及び第２の燃料回路を通る燃料の流れが独立制御可能である。
【０００９】
別の態様では、本発明は、燃焼器キャップ、燃焼器キャップの中央に装着された中央燃料ノズル、該中央燃料ノズルの周りで円周方向に装着される燃料ノズルの第１のサブセット、及び中央燃料ノズルの周りで円周方向に装着される燃料ノズルの第２のサブセットを含むタービンエンジン用燃焼器キャップ組立体で具現化することができる。中央燃料ノズル及び燃料ノズルの第１のサブセットが全て、燃料ノズルの下流側端部の中央部分からのみ燃料を送給する第１の燃料回路を有する。これらの燃料ノズルはまた、燃料ノズルの下流側端部の外側環状部分のみから燃料を送給する第２の燃料回路を含む。第１及び第２の燃料回路を通る燃料の流れが独立制御可能である。
【００１０】
本発明はまた、燃焼器が燃焼器キャップ上に装着された複数の燃料ノズルを含む、タービンエンジンの燃焼器の作動方法で具現化することができる。中央燃料ノズルが燃焼器キャップの中央に装着され、残りの燃料ノズルの第１のサブセットが、中央燃料ノズルの周りで円周方向に燃焼器キャップ上に装着される。残りの燃料ノズルの第２のサブセットもまた、中央燃料ノズルの周りで円周方向に燃焼器キャップ上に装着される。中央燃料ノズルは、燃料ノズルの下流側端部の中央部分からのみ燃料を送給する第１の燃料回路を含む。中央燃料ノズルの第２の燃料回路は、燃料ノズルの外側環状部分の下流側端部のみから燃料を送給する。これら第１及び第２の燃料回路を通る燃料流は独立制御可能である。本方法は、燃料が中央燃料ノズルの第１の燃料回路からのみ送給される第１の運転条件で燃焼器を作動させる段階と、中央燃料ノズルの第１の燃料回路から及び燃料ノズルの第２のサブセットからのみ燃料が送給される第２の運転条件で燃焼器を作動させる段階とを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】複数の燃料ノズルを含む燃焼器キャップ組立体を示す概略図。
【図２】図１の燃焼器キャップ組立体が３つの異なる運転条件でどのように作動できるかを示す概略図。
【図３】第１及び第２の燃料回路を有する幾つかの燃料ノズルを含む別の燃焼器キャップ組立体の例証図。
【図４】図３の燃焼器キャップが少なくとも５つの異なる運転条件でどのように作動できるかを示す概略図。
【図５】燃料ノズルの各々が第１及び第２の燃料回路を含む概略図。
【図６】図５の燃焼器キャップ組立体を１０通りの異なる運転条件でどのように作動できるかを示す概略図。
【図７】燃焼器キャップ組立体で使用できる燃料ノズル組立体の概略図。
【図８】第１及び第２の燃料回路を含む燃料ノズルの第１の実施形態の概略図。
【図９】第１及び第２の燃料回路を有する燃料ノズルの第２の実施形態を示す概略図。
【図１０】第１及び第２の燃料回路を有する幾つかの燃料ノズルを含む別の燃焼器キャップ組立体の例証図。
【図１１】燃料ノズルの各々が第１及び第２の燃料回路を含む燃焼器キャップ組立体の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
上記で説明したように、燃焼器キャップ組立体が燃焼器キャップ上に装着される複数の燃料ノズルを含む場合、並びに直接隣接する燃料ノズルが共に燃焼器内の空気流に燃料を送給している場合、２つの隣接する燃料ノズル間の火炎の相互作用は、特に、高濃度の水素が天然ガス、窒素、一酸化炭素、及び他の同様の燃料などの他の燃料と燃焼しているときに、望ましくない可聴ノイズの発生を引き起こす可能性がある。特定の措置を取ることにより、２つの隣接燃料ノズルの相互作用により発生するノイズを低減又は排除することが可能である。
【００１３】
例えば、燃料ノズルの全てのうちのサブセットのみを利用することが可能である。また、非隣接の燃料ノズルだけが空気流に燃料を送給している場合、望ましくないノイズの生成を低減又は排除することができる。残念ながら、多くの場合、非隣接の燃料ノズルだけが燃料を送給するよう燃焼器を作動させることはできない。
【００１４】
２つの隣接する燃料ノズルが共に燃料を空気流に送給している場合、異なる圧力差で隣接燃料ノズルを作動させることにより、望ましくないノイズの発生を低減又は排除することができる。各ノズルにおいて、圧力差とは、ノズルの上流側の圧力とノズルの下流側の圧力との間の差違である。また、ノズルの全ての下流側圧力はほぼ同じであるので、ノズルのうちの１つの上流側圧力を他のノズルに対して変えることによって、一般に、隣接ノズル間の圧力差をのみ変えることができる。
【００１５】
異なる圧力比で２つの隣接する燃料ノズルを作動させることは、一般に、第１の燃料ノズルに送給される燃料の圧力が第２の隣接ノズルに送給される燃料の圧力よりも高いことを意味することになる。また、これが生じたときには、高い燃圧を有する燃料ノズルは、より多くの量の燃料を空気流に送給する傾向となる。燃焼器に送給される燃料が不均衡であることで、不完全燃焼が生じる可能性があり、これはまた、望ましくない燃焼副生成物をもたらすことになる。従って、必ずしも異なる圧力比で２つの隣接燃料ノズルを作動させることが可能である訳ではない。
【００１６】
同様にして、２つの隣接する燃料ノズルを同時に作動させる必要がある場合、２つの隣接する燃料ノズルのうちの一方に第１の流量で燃料を送給させ、２つの隣接する燃料ノズルのうちの他方に第２の流量で燃料を送給させることにより、望ましくないノイズを低減又は排除することができる。２つのノズルの流量差が、望ましくないノイズの発生を低減又は排除すると考えられる。しかしながら、この場合も同様に、これは燃焼器内の不均衡な流動条件をもたらす可能性があり、不完全燃焼及び望ましくないエミッションの生成をもたらすことになる。
【００１７】
図１は、典型的な燃焼器キャップ組立体１００を示し、燃焼器キャップ１０２と複数の燃料ノズルとを含む。燃料ノズルは、中央燃料ノズル１１０と、該中央燃料ノズル１１０の周りに対称的に配列された残りの燃料ノズルの第１のサブセット１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃと、中央燃料ノズル１１０の周りに対称的に同様に配列された残りの燃料ノズルの第２のサブセット１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃとを含む。
【００１８】
多くの場合、様々な負荷条件でタービンエンジンを作動させることが望ましい。ノズルを通って燃焼器に送給される燃料の量又は流量を制御することによって、タービンエンジンによる出力の量を変えることができる。これは、どのようなときでも利用可能な燃料ノズルの全てのうちのサブセットを作動させることによってのみ達成することができる。
【００１９】
図２は、３つの異なる運転条件下で作動する燃焼器キャップ組立体１００を示し、これら運転条件の各々が、タービンの異なる出力量を生成する結果となる。図２において、及び他の多くの図では、一部の燃料ノズルは、ノズルから流出する燃料がないことを示すノズル内部の白色区域を備えて図示されている。他のノズルは、これらのノズルから燃料が流出していることを示す陰影をノズルの中心に付けて図示される。従って、ノズルの陰影付き部分は何れも燃料が陰影付き部分から流出していることを示している。
【００２０】
図２の左側に見える運転条件１（ＯＣ１）では、中央燃料ノズル１１０だけが燃焼器の燃焼ゾーンに燃料を出力している。運転条件１は、最低出力設定に相当することになる。
【００２１】
タービンエンジンによる出力量を増大させることが望ましい場合、オペレータは、運転条件１から、図２の中央に示す運転条件２（ＯＣ２）に切り替えることになる。運転条件２では、中央燃料ノズル１１０と残りの燃料ノズルの第１のサブセット１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃが燃料を燃焼器に送給している。運転条件２は、中間出力設定に相当する。
【００２２】
タービンが更に大きな出力量を生成することが望ましい場合、オペレータは、運転条件２から、図２の右側に示す運転条件３（ＯＣ３）に切り替えることになる。運転条件３では、燃料ノズルの全てが燃焼器に燃料を出力している。
【００２３】
全ての運転条件において、燃料は、本質的に対称的な方法で燃焼器に送給されている。例えば、運転条件１において、燃料の全ては、燃焼器の中央に供給される。運転条件２において、燃料は、燃焼器の中央と周辺セクションとに送給され、ノズルの第２のサブセット１１２ａ、１１２ｂ、及び１１２ｃにより、燃焼器の周辺部分に送給される燃料が確実に対称的に送給されるようになる。更に、運転条件３では、全てのノズルが燃焼器に送給されているので、燃料は対称的に送給されている。燃料が対称的に燃焼器に送給されない場合、結果として不完全燃焼及び望ましくない又は有害なエミッションの生成を生じる可能性が高い。加えて、このことはまた、１から１０ｋＨｚの範囲の極めて高周波のノイズを励起する可能性がある。
【００２４】
図３は、タービンエンジン用の別の燃焼器キャップ組立体を示す。図３に示す燃焼器キャップ組立体は、燃焼器を流れる空気への燃料の対称的な噴射を可能にし、この実施形態はまた、望ましくないノイズの発生を低減又は排除することができる。
【００２５】
図３に示す実施形態では、中央燃料ノズル１１０は、２つの異なる燃料回路を含む。第１の又は内側燃料回路１１０（ｉ）は、中央燃料ノズル１１０の下流側端部の中心に燃料を送給する。加えて、第２の又は外側燃料回路１１０（ｏ）は、燃料ノズルの下流側端部で外側環状リングを通じて燃料を送給する。第１及び第２の燃料回路は、燃料を内側燃料回路１１０（ｉ）のみ、又は外側燃料回路１１０（ｏ）のみ、或いは、内側燃料回路１１０（ｉ）と外側燃料回路１１０（ｏ）の両方を同時に通して配送することができるように独立して制御可能である。
【００２６】
図７は、本発明を具現化する燃焼器キャップ組立体の１つにおいて用いることができる燃料ノズルを示す。図７に示すように、燃料ノズル２００は、複数の個々の燃料配管２２０に通じる燃料送給通路２１０を含む。燃料入口２２２は、個々の燃料配管２２０の各々に沿って位置付けられる。
【００２７】
燃料は、燃料通路２１０を通ってノズル２００に流入する。次いで、燃料は、個々の燃料配管２２０の各々の入口２２２に進む。次に、燃料は、配管入口２２０から流れる空気と混合され、空気燃料混合気が燃料配管２２０を通って個々の燃料配管２２０の下流側端部２２４に進む。燃料空気混合気は次に、燃料配管２２０から出て燃焼器（図示せず）の燃焼室に流入する。この燃料の流れは、参照符号２５０で確認される矢印で示される。
【００２８】
図８は、どのようにして図７に示すような燃料ノズルが第１及び第２の個々に制御可能な燃料回路を含めるよう修正できるかに関する１つの実施形態を示している。第１の燃料回路は、ノズルの下流側端部の中央位置から燃料を送給可能な内側燃料回路である。第２の燃料回路は、ノズルの下流側端部の外側環状部分からのみ燃料を送給可能な外側燃料回路である。
【００２９】
図８に示すように、ノズルは、第１の障壁部分２３０を有する障壁構造を含み、該障壁部分は、ほぼ円筒形で、ノズルの燃料供給通路を通って下方向に延びる。第１の障壁部分２３０は、半径方向に延びる部分２３２につながっており、該半径方向に延びる部分は、燃料配管が位置付けられた区域を通って外部に延びる。第３の障壁部分２３４は、半径方向に延びる部分２３２から後方に延びている。障壁要素２３０、２３２、２３４は、燃料ノズルを通過する燃料を第１の燃料回路及び第２の燃料回路に分離する。
【００３０】
第１の燃料回路を流れる燃料は、第１の障壁部分２３０の外面と燃料ノズルの外部の内面との間に位置付けられた環状通路２３１に沿って進む。この燃料は、燃料ノズルの中央に位置付けられた燃料配管２２８に配向される。参照符号２５２で確認される矢印は、どのようにして燃料が第１の燃料回路を流れて燃料ノズルの中央に位置付けられた燃料配管２２８に流入するかを示している。
【００３１】
第２の燃料回路を流れる燃料は、最初に、第１の障壁部分２３０の中央を通過する。次いで、この燃料は、燃料ノズルの端面に向かって流れ、半径方向に延びる障壁２３２の端部の周りで外部に半径方向に移動する。次に、燃料は、燃料ノズルの外側環状部分に位置付けられた燃料配管２２６に流入することになる。第２の燃料回路を通る燃料流は、参照符号２５４で確認される矢印により示される。
【００３２】
上述のように、第１及び第２の燃料回路を通る燃料流は、独立して制御可能である。結果として、オペレータは、第１の燃料回路２３１にだけ燃料を送るよう選択することができ、燃料ノズルの下流側端部の中央に位置付けられた燃料配管２２８を通ってのみ燃料が送給されることになる。或いは、オペレータは、第２の燃料回路にのみ燃料を流すようにすることができ、その結果、燃料は、燃料ノズルの外側環状部分に位置付けられた燃料配管２２６を通ってのみ送給されるようになる。オペレータはまた、第１及び第２の燃料回路の両方に燃料を移動させることができ、その結果、燃料は、燃料ノズルの下流側端部において燃料配管の全てを通じて送給されるようになる。
【００３３】
図９は、第１及び第２の燃料回路を同様に含む燃料ノズルの第２の実施形態を示している。この実施形態では、障壁構造は更に、燃料ノズルの全長よりも下方に延びる第１の円筒形障壁部分２３０を含む。しかしながら、この障壁部分は、異なって構成された半径方向に延びる部分２３２と、燃料ノズルの下流側端部につながる前方に延びる部分２３５とに接合される。
【００３４】
図９に示す実施形態では、第１の障壁部分２３０の中央を流れる燃料は、参照符号２５８で確認される矢印で示されるような、燃料ノズルの下流側端部の中央部分に位置付けられた燃料配管２２８に配向される。第１の障壁部分２３０の外側を通過して流れる燃料は、参照符号２５６で確認される矢印で示されるような、燃料ノズルの外側環状部分に位置付けられた外側燃料配管２２６に配向される。
【００３５】
図７、８及び９に示す燃料ノズルは、例証を意図しているに過ぎない。第１及び第２の燃料回路を有する個々の燃料ノズルは、様々な異なる方法で構成することができる。
【００３６】
更に、図８及び９に示す燃料ノズルは、ノズルの中央に向かって位置付けられた第１の燃料回路と、ノズルの外側環状部分に向かって位置付けられた第２の燃料回路とを通って燃料を送給するよう構成されているが、代替の実施形態では、第１及び第２の燃料回路は、燃料ノズルの他の代替部分を通って燃料を送給するよう構成することができる。例えば、燃料ノズルは、４つのパイ状部分に分割することができる。第１の燃料回路は、燃料ノズルの中央の斜め向いの側部上のパイ状部分に燃料を送給することができ、第２の燃料回路は、燃料ノズルの他の２つのパイ状部分に燃料を送給するよう構成することができる。
【００３７】
その上、図８及び９に示す実施形態では、燃料は、第１及び第２の燃料回路に分離される。代替の実施形態では、燃料ノズルは、２つよりも多い異なる燃料回路を含むことができる。
【００３８】
次に、図３に示す燃焼器組立体の検討に戻り、この燃焼器組立体をどのように用いて様々な量の燃料を燃焼器に送給すると同時に、望ましくないノイズの発生を低減又は排除することができるかに関する説明を行う。
【００３９】
図３に示すように、燃焼器組立体は、内側燃料回路１１０（ｉ）及び外側燃料回路１１０（ｏ）を有する中央ノズル１１０を含む。加えて、残りの燃料ノズルの第１のサブセット１１４ａ、１１４ｂ及び１１４ｃはまた、内側燃料回路及び外側燃料回路を含む。ノズルの第２のサブセット１１２ａ、１１２ｂ及び１１２ｃは、単一の燃料送給回路のみを含む。
【００４０】
図４は、図３に示す燃焼器キャップ組立体が燃焼器に様々な量の燃料を提供するために少なくとも５つの異なる運転条件でどのように作動できるかを示している。５つの異なる運転条件で燃焼器に送給される燃料の様々な量は、燃焼器についての５つの異なる出力設定に相当する。
【００４１】
図４の最も左側に見える運転条件１（ＯＣ１）において、中央燃料ノズル１１０の内側燃料回路１１０（ｉ）だけが燃焼器に燃料を送給している。これは最低出力設定に相当することになる。
【００４２】
オペレータは、運転条件１から、該運転条件１の右側に示される運転条件２（ＯＣ２）に切り替えることができる。運転条件２において、燃料は、中央燃料ノズル１１０の内側燃料回路１１０（ｉ）を通って、また、燃料ノズルの第２のサブセット１１２ａ、１１２ｂ及び１１２ｃに相当する３つのノズルを通って燃焼器に送給される。これは高出力設定に相当することになる。
【００４３】
運転条件２において、燃料は、対称的な方法で燃焼器に送給されており、これは、空気燃料混合気の均一で完全な燃焼を促進することができる。加えて、中央燃料ノズル１１０の内側燃料回路１１０（ｉ）のみが燃料を送給しているので、ノズルから出る燃料流間の物理的分離が存在する。 燃料流の物理的分離により、望ましくないノイズの発生の低減又は排除が可能になる。
【００４４】
また、中央ノズル１１０から出る燃料の流量は、ノズルの第２のサブセット１１２ａ、１１２ｂ及び１１２ｃの各々から出る燃料の流量にほぼ等しいことが望ましい。各ノズルが空気流に送給される全燃料の２５％を占めるように運転することで、隣接ノズル間の火炎の相互作用の解除をもたらす燃料圧力比を中央ノズルとノズルの第２のサブセット１１２ａ、１１２ｂ及び１１２ｃの各々との間で維持できるようになる。
【００４５】
中央燃料ノズル１１０の内側燃料回路１１０（ｉ）から出る燃料の流量が、他のノズルから出る燃料の流量にほぼ等しくなるのを確保するためには、より高い燃圧で中央ノズル１１０の内側燃料回路１１０（ｉ）に燃料を提供する必要がある。また、上述のように、隣接する燃料ノズル１１２ａ、１１２ｂ及び１１２ｃとは異なる（この場合はより高い）圧力差で中央燃料ノズルを作動させることにより、望ましくないノイズの発生を低減又は排除することが可能になる。従って、隣接ノズルの流れの間の物理的分離、並びに隣接ノズルが異なる圧力差で作動していることの両方に起因して、望ましくないノイズの軽減が生じる。
【００４６】
図４の中央に見える運転条件３（ＯＣ３）において、燃料は、中央燃料ノズル１１０の内側燃料回路１１０（ｉ）を通って、及び第２のサブセット１１２ａ、１１２ｂ及び１１２ｃにおける燃料ノズルの各々を通って、更にノズルの第１のサブセット１１４ａ、１１４ｂ及び１１４ｃの内側燃料回路を通って燃焼器内に送給されている。これは中間出力設定に相当することになる。
【００４７】
この場合も同様に、燃料は、中央ノズル１１０の内側燃料回路１１０（ｉ）から、及びノズルの第１のサブセットの内側燃料回路からのみ流れるので、ノズルの各々から出る燃料流間の物理的分離が存在する。これにより望ましくないノイズの発生が低減又は排除される。
【００４８】
更に、ノズルの各々からの燃料の流量がほぼ等しく、これにより燃焼器内の燃料の均等な分布が維持されることが望ましい。このことは、燃料は、ノズルの第２のサブセット１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃに供給される燃料よりも高圧で中央燃料回路１１０（ｉ）、１１４ａ（ｉ）、１１４ｂ（ｉ）、１１４ｃ（ｉ）に供給されなければならないことを意味する。更に、隣接する燃料ノズル間の様々な圧力差により、望ましくないノイズの発生が低減又は排除される。
【００４９】
運転条件４（ＯＣ４）において、燃料は、運転条件３と同様に同じノズル及び燃料回路の全てを通って、及び燃料ノズルの外側燃料回路１１０（ｏ）を通って燃焼器内に送給されている。これはまた、ノズルの第１のサブセットの内側燃料回路s １１４ａ（ｉ）、１１４ｂ（ｉ）及び１１４ｃ（ｉ）から出る燃料と、残りのノズルを通って送給される燃料との間に物理的分離をもたらす。これにより、様々な圧力差が隣接する燃料ノズルのうちの多くを介して加わる結果となる。
【００５０】
図４の右側に見える運転条件５（ＯＣ５）では、燃料は、ノズルの全ての燃料回路の全てを通って送給される。これは最大出力設定に相当することになる。
【００５１】
図３及び４に示すような燃焼器キャップ組立体は、タービンの出力設定をより微細な制御をすることができる。加えて、特定の燃料ノズルの内側及び外側燃料回路の選択的使用により、望ましくないノイズの発生が低減又は排除される。
【００５２】
図５は、燃焼器キャップ組立体の別の実施形態を示す。図５に示す実施形態では、７つの燃料ノズル全ては、内側燃料回路及び外側燃料回路を含む。７つの燃料ノズル全てが個々に制御可能な第１及び第２の燃料回路を含む燃焼器キャップ組立体を設けることにより、出力設定に対して更に微細な制御を提供することができる。
【００５３】
図６は、図５の燃焼器キャップ組立体を１０通りの異なる運転条件でどのように作動させることができるかを示しており、この運転条件の各々は、タービンエンジンの異なる出力設定を提供できる。内側及び外側燃料ノズルの陰影付き部分は、内側又は外側燃料回路だけを選択的に用いて、或いは両方の燃料回路を用いてどのように燃料ストリームの物理的分離を設けることができるかを示している。これはまた、隣接燃料ノズル間の異なる圧力差の維持を可能にすることができる。運転条件１から運転条件１０まで進捗するにつれて、益々大量の燃料が空気流に送給されて、次第に大きな出力量を提供することになる。
【００５４】
上述の実施形態では、７つの燃料ノズルが燃焼器キャップ上に装着されている。代替の実施形態では、異なる数の燃料ノズルは、燃焼器キャップ組立体上に装着される。例えば、燃焼器キャップ組立体は、４つのノズルを含むことができ、ここでは１つのノズルが中央に位置付けられ、残りの３つのノズルが中央ノズルの周りに対称的に配列される。加えて、燃料ノズルは、中央に燃料ノズルが位置付けられないようにされるが、依然として燃焼器キャップの周りに対称的方法で配列されるように異なって位置付けることができる。本発明を具現化する燃焼器キャップ組立体において、上記で図示し説明したものよりも少ない数又は多い数の燃料ノズルを用いることができる。
【００５５】
同様に、本発明を具現化する燃焼器キャップ組立体の個々の燃料ノズルは、２つの独立制御可能な燃料回路を含むことができ、或いは、より多くの数の独立制御可能な燃料回路を含むことができる。また、図３及び４を参照して説明されたように、燃焼器キャップ組立体の個々の燃料ノズルの一部は、単一の燃料回路だけを含むことができ、同じ燃焼器キャップ組立体内の他のノズルは、２つ又はそれ以上の個々に制御可能な燃料回路を含むことができる。
【００５６】
図９及び１０は、中央燃料ノズルが円形であり、中央燃料ノズルを囲む燃料ノズルが切頭パイスライスのような形状の燃焼器キャップ組立体を示す。
【００５７】
図１０に示す実施形態では、中央燃料ノズル１１０は、内側燃料回路１１０（ｉ）及び外側燃料回路１１０（ｏ）を含む。内側及び外側燃料回路は独立制御可能である。
【００５８】
加えて、残りの燃料ノズルの第１のサブセット１１４ａ、１１４ｂ及び１１４ｃはまた、内側燃料回路及び外側燃料回路を含む。ノズルの第２のサブセット１１２ａ、１１２ｂ及び１１２ｃは、単一の燃料送給回路のみを含む。図１０に示すように、燃料ノズルの第１のサブセット及び第２のサブセットの両方は、配管形状を有し、パイの尖端部が中央燃料ノズル１０を収容するために切り取られている。この実施形態は、中央燃料ノズルを囲む燃料ノズルが異なる形状を有することを除いて、図３に示すものとかなり似ている。
【００５９】
図１１は、図１０に示す実施形態に類似した別の実施形態である。しかしながら、この実施形態では、中央燃料ノズルを囲む燃料ノズルの全ては独立制御可能な内側及び外側燃料回路を両方とも有している。従って、この実施形態は、中央燃料ノズルを囲む燃料ノズルが異なる形状を有することを除いて、図５に示すものと類似している。
【００６０】
図１０及び１１に示す実施形態の作動は、図３及び５にそれぞれ示す実施形態について上記で説明したものと本質的に同じものである。
【００６１】
現時点で最も実用的且つ好ましい実施形態であると考えられるものに関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、逆に添付の請求項の技術的思想及び範囲内に含まれる様々な修正形態及び均等な構成を保護するものであることを理解されたい。
【符号の説明】
【００６２】
１００  燃焼器キャップ組立体
１０２  燃焼器キャップ
１１０  中央燃料ノズル
１１０（ｉ）  内側燃料回路
１１０（ｏ）  外側燃料回路
１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ
１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ  燃料ノズルの第２のサブセット
１１４ａ（ｉ），１１４ａ（ｏ）  内側及び外側燃料回路
１１４ｂ（ｉ），１１４ｂ（ｏ）  内側及び外側燃料回路
１１４ｃ（ｉ），１１４ｃ（ｏ）  内側及び外側燃料回路
２００  ノズル
２１０  燃料通路
２２０，２２６，２２８  燃料配管
２２２  入口
２３０  第１の障壁部分
２３１  環状通路
２３２  半径方向に延びる部分
２３４  第３の障壁部分
２３５  前方に延びる部分
２５０，２５２，２５４，２５６，２５８  燃料流を示す矢印
【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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