(57)【要約】【課題】  羽根にある予混合燃料孔の直径を変更することによって、燃料ノズルアセンブリを調整する方法を提供する。【解決手段】ガスタービン用の燃料ノズルアセンブリ（１０）は、上記羽根内部のプレナムから、前記羽根の壁（３０、３１）にある孔を通して燃料を流し空気と予混合するための孔（２４、２６）を備える、円周方向に隔置された複数の羽根（２２）を含んでいる。上記ノズルアセンブリを調整するために、上記孔（２４、２６）を、上記既存の孔を所定の孔のサイズに再形成することによってサイズ変更し、上記孔内にプラグ（５２、５４、５６、５８）を固定し、上記プラグ（５２、５４、５６）の少なくともいくつかを通る孔（６０、６２、６４）を上記既存の孔（２４、２６）の直径より小さい直径に形成する。【選択図】図３
2006112775.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルアセンブリ内部で空気と予混合するために燃料を流すための羽根の壁（３０、３１）を通る孔（２４、２６）を備えた円周方向に隔置された複数の羽根（２２）を有する、ガスタービン用の燃料ノズルアセンブリ（１０）において、前記羽根壁にある予混合燃料孔の既存の面積を変更することによって、燃料ノズルアセンブリを調整する方法であって、
（ａ）既存の孔（２４、２６）を既存の面積とは異なる所定の面積に再形成するステップと、
（ｂ）プラグ（５２、５４、５６、５８）を所定の面積の前記再形成された孔の中に挿入するステップと、
（ｃ）前記プラグ（５２、５４、５６、５８）を前記羽根壁に固定するステップと、
（ｄ）選択された数のプラグ（５２、５４、５６）を通る孔（６０、６２、６４）を、前記プラグの所定の面積より小さく、前記予混合燃料孔の前記既存の面積とは異なる面積に形成するステップとを含む方法。
【請求項２】
再形成する前記ステップが、前記既存の孔を前記燃料孔の前記既存の面積より大きな面積に放電加工するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記再形成された孔を選択された直径にリーマ加工するステップを含む、請求項２記載の方法。
【請求項４】
ステップ（ａ）〜（ｄ）を順次実行するステップと、ステップ（ａ）より前に、前記ノズルアセンブリにアクセスできるようにするために前記ノズルアセンブリの周りから吸気流量調節器（１３）を取り外すステップと、ステップ（ｄ）の後に、前記取り外した、または新しい吸気流量調節器を前記ノズルアセンブリの周りに取り付けるステップとを含む、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記既存の孔が、各羽根の第１の壁（３０）にある孔（３２）と、各羽根の前記第１の壁に対向する第２の壁（３１）にある少なくとも１つの孔（３４）との対を含み、ステップ（ａ）が、前記孔の対の面積を広げ、前記第２の壁（３１）を通る第２の孔（４２、４４）の対を形成することによって、第１の壁（３０）にある孔（３２）を再形成するステップとを含み、前記孔の第２の対のうちの１つ（４４）が、前記第２の壁の前記少なくとも１つの孔（３４）の面積より大きい面積を有し、その孔（３４）の代わりをする、請求項１記載の方法。
【請求項６】
孔（３８、４０、４２、４４）の各対のそれぞれを共通の面積に形成するステップを含む、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記第１の壁（３０）にある１対の前記プラグ（５２、５４）を通る孔（６０、６２）を形成するステップと、前記第２の壁（３１）にある前記プラグ（５６）の１つを通る孔（６４）を形成し、前記第２の壁（３１）にある前記第２のプラグ（５８）は孔なしのままにしておくステップとを含む、請求項５記載の方法。
【請求項８】
ステップ（ｃ）が、前記プラグを前記羽根の壁にろう接するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項９】
ステップ（ｃ）が、前記プラグを前記羽根に２回ろう接するステップと、２回のろう接ステップの間に漏れ試験を実行するステップとを含む、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
ステップ（ｄ）が、放電加工によって実行される、請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンの燃料ノズルアセンブリを調整（ｔｕｎｉｎｇ）するための方法に関し、より詳細には、ノズルアセンブリ内部で空気と予混合するために気体燃料を供給するための予混合燃料流入孔のサイズを変更する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
陸上用ガスタービンでは、燃料ノズルは一般に、拡散燃料ガスを供給するための中心通路を画成する全般的に同心の管からなるサブアセンブリと、予混合燃料ガスを供給するための１対の同心の通路とを備える。上記サブアセンブリによって担持されている円周方向に隔置された複数の羽根を通過したところで流入空気の流れの向きを変え、流れを拘束するための吸気流量調節器が、サブアセンブリから隔置され、それを取り囲んでいる。この羽根は、上記同心の燃料ガス供給通路と連通している。具体的には、この羽根は、流入空気と混合するためにそれぞれの通路からガスを供給するための外側予混合孔および内側予混合孔を含んでいる。ガス燃料混合物は、その後の燃焼のために上記燃料流入孔の下流にある羽根によって渦流にされる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
立地におけるガス燃料組成およびウォッベ指数によって、燃料ガスノズルの出口速度の必要条件が決まり、この必要条件は、燃料ガス供給孔のサイズに依存する。供給孔が大きすぎる場合、所与のガス組成およびウォッベ指数に対するノズルの動力学的挙動が問題になる。例えば、ガス組成が変わるとこれらの問題は現実のものとなり、これらの動力学的問題を排除するようにノズルアセンブリを再調整しなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一例によれば、内部で空気と予混合するために燃料を流すための孔を備えた、円周方向に隔置された複数の羽根を有するガスタービン用の燃料ノズルアセンブリにおいて、羽根にある予混合燃料孔の直径を変更することによって、燃料ノズルアセンブリを調整する方法が提供される。これを達成するために、既存の孔が所定の直径に再形成される。プラグが、再形成された孔内に挿入され、羽根に固定される。孔が、プラグのうちの少なくとも３つを通して既存の孔の直径より小さい直径に形成される。したがって、元の孔はサイズ変更されて、所望の調整効果をもたらすより小さい孔が形成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
ここで図１を参照すると、ガスタービン用の、全体を１０と称す従来の燃料ノズルアセンブリが示されている。一般的に燃料ノズルアセンブリは、サブアセンブリ１１およびそれを取り囲む吸気流量調節器１３を含む。サブアセンブリ１１は、中心の管１２および１対の同心の管１４、１６を含み、管１２と１４の間、管１４と１６の間にそれぞれ別個の環状の燃料通路１８、２０が画成される。中心の管１２は、拡散ガスを燃料ノズルアセンブリ１０から下流の燃焼ゾーン（図示せず）へ供給する。円周方向に互いに隔置された複数の羽根２２が設けられ、外側の管１６の周りに配列され、サブアセンブリ１１の一部分を形成している。羽根２２は、通路２０から気体燃料が供給される外側予混合孔２４と、通路１８から気体燃料が供給される複数の内側予混合ガス供給孔２６とを含む。図２および図３に最もよく示されるように、各羽根２２は、それぞれ羽根の対向する側壁３０と３１の間に局限されている、外側プレナム２８と内側プレナム２９の対を有する。上記孔２４、２６はそれぞれ、外側プレナム２８、内側プレナム２９に連通していることが理解されよう。
【０００６】
図２に示すように、従来の外側予混合ガス供給孔２４は、羽根２２の一方の壁３０を通る半径方向に隔置された１対の孔３２と、羽根の対向する側壁３１を通る単一の孔３４を含む。羽根の下流位置３６は、サブアセンブリ１１と吸気流量調節器１３の間を流れる予混合された空気と気体燃料の流れに渦を加えるようにねじれており、この気体燃料は、それぞれ外側予混合燃料孔２４および内側予混合燃料孔２６を介して空気ストリームに供給される。上述のとおり、動力学的問題があるので、時々ノズル噴射器アセンブリを調整する必要がある。
【０００７】
前述のことを達成するには、特に、羽根にサイズ変更された燃料供給孔を設けるには、例えば、羽根の側壁３０および３１のそれぞれ既存のガス供給孔３２および３４の代わりに、より小さな直径の孔を設けるには、ノズルサブアセンブリの羽根および他の部分を取り囲んでいる吸気流量調節器１３を取り外す。吸気流量調節器を、２つの半円形部分に分け、廃棄することが好ましい。吸気流量調節器１３を取り除くことによって、羽根２２にある外側予混合孔２４が露出する。
【０００８】
露出した外側予混合孔を、最初に放電加工プロセスによって広げて、側壁３０および３１のそれぞれを通る１対の孔を形成する。例えば、各羽根の側壁３０を通る１対の孔３８および４０を形成し、各羽根の側壁３１を通る１対の孔４２および４４を形成する。放電加工プロセスを利用すると、一列に配列した孔３８、４２を１回の通過で形成することができる。同様に、一列に配列した孔４０、４４を１回のパスで形成することができる。その結果、一方の羽根壁３０上の既存の孔３２の対が、放電加工によって広げられ、対向する羽根壁３１にある既存の単一の孔３４も同様に広げられる。上記の１回のパスの際に、第１の壁にある孔３８に放電加工ツールを通すことにより、羽根２２の対向する壁３１にある第２の孔４２が形成される。このようにして、各壁にある１対の孔がそれに対向する壁にある１対の孔と一列に形成され、孔３８、４０、４２および４４は、既存の孔３２および３４より大きくなる。このように形成された孔３８、４０、４２および４４は、次いでプラグを取り付けるために必要な直径を満たすように、超硬リーマおよびリーマガイドを使用して手作業でリーマ加工することが好ましい。したがって、各羽根にある４つの広げられた孔を、図示されている好ましい実施形態では羽根が１０枚であるが、手作業でリーマ加工して、僅かにより大きい直径の孔を設ける。この孔の直径は、同一であることが好ましい。孔をリーマ加工してバリを取り除き、孔を例えばアセトンで掃除した後、例えばＭｅｔａｌ  Ｍｅｄｉｃ（米国登録商標）７７０５またはその等価物の溶液中で、約３０分間７１．１°Ｃ（１６０°Ｆ）で脱脂する。羽根を、例えば温水槽に約１０分間浸し、空気乾燥し、好ましくは圧縮空気を使用して孔から水分を取り除き、次いで、例えば温度１０１０°Ｃ〜１０２４°Ｃ（１８５０°Ｆ〜１８７５°Ｆ）の温度で約３０〜６０分間オーブン乾燥することによって洗浄する。アセトンで掃除した後、孔はプラグを受ける準備ができている。
【０００９】
プラグ５２、５４、５６、５８を、好ましくは羽根の壁にろう接することによって固定する。したがって、各プラグをアセトンで掃除した後、羽根表面と同一表面になるようにリーマ加工済みの孔内に取り付ける。ろう接する合金ペーストの小さなビードを、ろう接プラグの周りに付ける。ろう接プロセスを完了するには、ノズルアセンブリを炉に入れ、次いでその炉を例えば５×１０−４Ｔｏｒｒまたはそれ以下の真空まで排気する。プラグを羽根壁にろう接するには、炉を毎分約１６．７°Ｃ（３０°Ｆ）の速度で約９１３°Ｃ〜９４１°Ｃ（１６７５°Ｆ〜１７２５°Ｆ）まで昇温させ、その状態に２５〜３５分間保持する。次いで、温度を９９６°Ｃ〜１０２４°Ｃ（１８２５°Ｆ〜１８７５°Ｆ）の範囲まで上昇させ、１０〜１５分間保持する。温度が９２７°Ｃ（１７００°Ｆ）を超えた場合は、アルゴン１００〜３００ミクロンを追加することが好ましい。次いで、アセンブリを、炉内でアルゴンで７９．４°Ｃ（１７５°Ｆ）またはそれ以下まで高速冷却し、炉から取り除く。次いで、ノズルアセンブリの漏れ試験を行うことができる。例えば、ノズルアセンブリに圧力試験用治具（ｆｉｘｔｕｒｅ）（図示せず）を取り付け、約３４５ｋＰａ（５０ポンド／インチ２）の圧力を加え、それを５分間保持してもよい。次いで、ろう接接合部に水を塗布する、あるいは水タンク内にアセンブリを浸して、漏れを示す泡が生じるかどうかチェックする。漏れがないとすると、ノズルアセンブリを乾燥し、プラグを再ろう接する。例えば、アセンブリを再度炉内に配設し、次いで５×１０−４Ｔｏｒｒまたはそれ以下の真空まで排気する。炉のろう接を完了するには、炉を毎分約１６．７°Ｃ（３０°Ｆ）の速度で約９１３°Ｃ〜９４１°Ｃ（１６７５°Ｆ〜１７２５°Ｆ）まで昇温させ、その状態を２５〜３５分間保持する。次いで、温度を９９６°Ｃ〜１０２４°Ｃ（１８２５°Ｆ〜１８７５°Ｆ）の範囲まで上昇させ、１０〜１５分間保持する。温度が９２７°Ｃ（１７００°Ｆ）を超えたときは、アルゴン１００〜３００ミクロンを追加し、ノズルアセンブリをアルゴンで７９．４°Ｃ（１７５°Ｆ）またはそれ以下まで高速冷却する。アセンブリを炉から取り出すと、上記と同様にもう１度漏れ試験を行う。
【００１０】
次いで、アセンブリを焼戻しする。例えば、アセンブリを再度炉内に入れ、炉を５×１０−４Ｔｏｒｒまたはそれ以下の真空まで排気する。アセンブリを、約５６６°Ｃ〜６０７°Ｃ（１０５０°Ｆ〜１１２５°Ｆ）まで約４時間加熱する。次いで、アセンブリを炉内で９３．３°Ｃ（２００°Ｆ）以下になるまで冷却し、炉から取り出す。
【００１１】
最後に、ここで、特にろう接されたプラグを通る孔を羽根の壁に形成する。形成されたプラグを通る新しい孔は、既存の孔３２および３４に比べて面積が、例えば直径が、より大きくてもよいことが理解されよう。しかし、一般にこの新しい孔は、既存の孔３２および３４に比べてより小さな面積、例えばより小さな直径を有する。この穴の、元の既存のサイズより小さいサイズ、例えば元の既存の直径より小さい直径の、プラグ５２、５４、５６および５８を通る孔を形成するために放電加工法を使用することが好ましい。したがって、プラグ５２、５４および５６をそれぞれ通る孔６０、６２および６４を形成する。より小さなサイズの直径の、プラグ５８を通る孔は形成されないことに特に留意されたい。したがって、側壁３０にはプラグ５２、５４をそれぞれ通る孔６０、６２を形成し、側壁３１にはプラグ５６を通る孔６４を形成する。ろう接されたプラグ５８は、前にＥＤＭプロセスによって側壁３１に形成した開口４４を封止する。一方の側壁３０を通る開口は、この開口を通る接線に対して約５°の角度をなすことが好ましいことにも留意されたい。対向する側壁３１を通る開口６４はその接線上にあり、それに対して角度をなしていない。
【００１２】
より小さい直径の孔をＥＤＭプロセスによって形成した後、アセンブリを上記と同様に、脱脂し、洗浄し、空気乾燥し、オーブンで乾燥する。次いで、この古い、好ましくは新しい吸気流量調節器１３を掃除し、戻された燃料ノズルアセンブリに取り付けるために溶接の準備をする。例えば、新しい吸気流量調節器の両半体を、水平な対称中心線に沿って、かつ円周方向に溶接する。検査および蛍光浸透検査を含む、典型的な溶接手順に従う。
【００１３】
最も実用的で好ましい実施形態であると現時点で考えられるものに関して本発明を説明したが、本発明は、開示の実施形態に限定されるものではない。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ガスタービン用の典型的な燃料ノズルアセンブリの横断面図である。
【図２】羽根の壁にある既存の予混合燃料ガス供給孔を示す、ガスタービン用の典型的な燃料ノズルアセンブリの図１の線２−２全体に沿った横断面図である。
【図３】本発明の一態様によるサイズ変更された予混合燃料ガス供給孔を示す、図２と同様の図である。
【図４】本発明の一態様による燃料噴射アセンブリを調整する方法の一部をなす、羽根用の拡大された外側予混合孔の拡大横断面図である。
【図５】再形成された孔中に配設されたプラグを示す、図４と同様の図である。
【図６】サイズ変更された燃料供給孔を示す、図５と同様の図である。
【符号の説明】
【００１５】
１０  燃料ノズルアセンブリ
１１  サブアセンブリ
１２  管
１３  吸気流量調節器
１４  管
１６  管
１８  燃料通路
２０  燃料通路
２２  羽根
２４  外側予混合ガス供給孔
２６  内側予混合ガス供給孔
２８  外側プレナム
２９  内側プレナム
３０  側壁
３１  側壁
３２  孔
３４  孔
３６  羽根の下流位置
３８  孔
４０  孔
４２  孔
４４  孔
５２  プラグ
５４  プラグ
５６  プラグ
５８  プラグ
６０  孔
６２  孔
６４  孔
【図１】
2006112775.tif 000003
【図２】
2006112775.tif 000004
【図３】
2006112775.tif 000005
【図４】
2006112775.tif 000006
【図５】
2006112775.tif 000007
【図６】
2006112775.tif 000008