(57)【要約】  方法は、環状アレイに配列された複数の燃焼器カン（１００）を有する産業用ガスタービンエンジンを動作させるステップであって、カンそれぞれが、バーナ段（１２２、１２４、１３２）と、予混合点火用バーナ（１０８）及び拡散点火用バーナ（１０６）を有する点火用バーナ配置（１０４）と、を有する、ステップと、非対称燃焼で動作させるステップであって、少なくとも１つのカンが、バーナ段それぞれが停止している温暖カンであり、残りのカンが、バーナ段それぞれが動作している高温カンとして動作している、ステップと、温暖カンの点火用バーナ配置への燃料流量を一定に維持しながら、温暖カンの点火用バーナ配置内の燃料比率を変更するステップと、を備える。
2019515243.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状アレイに配列された複数の燃焼器カン（１００）を備える産業用ガスタービンエンジンを動作させるステップであって、前記燃焼器カン（１００）それぞれが、複数のバーナ段と、予混合点火用バーナ（１０８）及び拡散点火用バーナ（１０６）を備える点火用バーナ配置（１０４）と、を備える、ステップと、
非対称燃焼で動作させるステップであって、少なくとも１つの前記燃焼器カンが、前記バーナ段（１２２、１２４、１３２）それぞれが停止している温暖カンであり、残りの前記燃焼器カンが、前記バーナ段（１２２、１２４、１３２）それぞれが動作している高温カンである、ステップと、
前記温暖カンの前記点火用バーナ配置への燃料流量を一定に維持しながら、前記温暖カンの前記点火用バーナ配置内の燃料比率を変更するステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
燃料比率を変更するステップが、前記温暖カンの前記拡散点火用バーナ（１０６）へのバーナ当たり燃料流量を増やす一方で、前記高温カンの前記拡散点火用バーナ（１０６）へのバーナ当たり燃料流量を減らすステップを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記高温カンの前記点火用バーナ配置（１０４）への点火用バーナ配置当たりの燃料流量を変更するステップをさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
環状アレイに配列された複数の燃焼器カン（１００）を備える産業用ガスタービンエンジンを動作させるステップであって、前記燃焼器カン（１００）それぞれが、複数のバーナ段（１２２、１２４、１４２）と、予混合点火用バーナ（１０８）及び拡散点火用バーナ（１０６）を備える点火用バーナ配置（１０４）と、を備える、ステップと、
非対称燃焼で動作させるステップであって、少なくとも１つの前記燃焼器カン（１００）が、前記バーナ段（１２２、１２４、１３２）それぞれが停止している温暖カンであり、残りの前記燃焼器カンが、前記バーナ段（１２２、１２４、１３２）それぞれが動作している高温カンである、ステップと、
前記温暖カンの前記点火用バーナ配置（１０４）へカン当たり流量で燃料を送達するステップであって、前記カン当たり流量が、燃料を前記高温カンの前記点火用バーナ配置（１０４）に送達するカン当たり流量とは異なる、ステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項５】
燃料を前記温暖カンの前記点火用バーナ配置（１０４）に送達する前記カン当たり流量が、燃料を前記高温カンの前記点火用バーナ配置（１０４）に送達する前記カン当たり流量よりも大きいことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記高温カンの前記拡散点火用バーナ（１０６）へカン当たり流量で燃料を送達するステップであって、前記カン当たり流量が、燃料を前記温暖カンの前記拡散点火用バーナ（１０６）に送達するカン当たり流量未満である、ステップをさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記温暖カンの前記予混合点火用バーナ（１０８）へカン当たり流量で燃料を送達するステップであって、前記カン当たり流量が、前記高温カンの前記予混合点火用バーナ（１０８）に送達するカン当たり流量より大きい、ステップをさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記温暖カンの前記点火用バーナ配置（１０４）内における燃料分割を変更するステップをさらに備えることを特徴する請求項４に記載の方法。
【請求項９】
前記点火用バーナ配置（１０４）への一定の燃料流量を維持しながら、前記燃料分割を変更するステップをさらに備えることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
複数の前記燃焼器カンへの全燃料であって、均一燃焼中に同じ負荷で動作している複数の前記燃焼器カンに送達される全燃料と同じである、全燃料を維持するステップをさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項１１】
環状アレイに配列された複数の燃焼器カン（１００）を備える産業用ガスタービンエンジンを動作させるステップであって、前記燃焼器カンそれぞれが、複数のバーナ段（１２２、１２４、１３２）と、予混合点火用バーナ（１０８）及び拡散点火用バーナ（１０６）を備える点火用バーナ配置（１０４）と、を備える、ステップと、
所定負荷で均一燃焼と高温／温暖燃焼との間の移行中である移行モードで動作させるステップであって、前記高温／温暖燃焼において、少なくとも１つの前記燃焼器カンが、前記バーナ段（１２２、１２４、１３２）それぞれが停止している温暖燃焼で動作し、残りの前記燃焼器カンが、前記バーナ段（１２２、１２４、１３２）それぞれが動作している高温燃焼で動作している、ステップと、
を備え、
前記移行するステップが、
温暖カンにおける前記拡散点火用バーナ（１０６）への燃料流量を初期的に増やすステップと、
その後、前記温暖カンにおける前記拡散点火用バーナ（１０６）への燃料流量を減らすステップと、
前記温暖カンにおける前記予混合点火用バーナ（１０８）への燃料流量を変更し、前記燃料流量を増減させることができるようにするステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記移行が、均一燃焼から高温／温暖燃焼であり、
前記温暖カンにおける前記拡散点火用バーナ（１０６）への燃料流量を、均一燃焼において生じる前記拡散点火用バーナ（１０６）への燃料流量から初期的に増やすステップと、
前記予混合点火用バーナ（１０８）への燃料流量を増やすことによって前記拡散点火用バーナ（１０６）への燃料流量をその後減らしたときに、前記温暖カンにおける前記点火用バーナ配置（１０４）への全燃料流量を同じになるように維持するステップと、
をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
高温カンにおける前記拡散点火用バーナ（１０６）それぞれへの燃料流量を、均一燃焼中に生じる燃料流量から、高温燃焼中に前記高温カンにおいて生じる前記拡散点火用バーナ（１０６）それぞれへの減少燃料流量まで、減らすステップをさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記温暖カンの前記点火用バーナ配置（１０４）それぞれへの燃料流量を、均一燃焼中に生じる流量から、温暖燃焼中に前記温暖カンにおいて生じる前記点火用バーナ配置（１０４）それぞれへの増加流量まで、増やすステップをさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記高温カンの前記点火用バーナ配置（１０４）それぞれへの燃料流量を、均一燃焼中に生じる流量から、高温燃焼中に前記高温カンで生じる前記点火用バーナ配置（１０４）それぞれへの減少流量まで、減らすステップをさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記移行が、高温／温暖燃焼から均一燃焼であり、
前記温暖カンにおける前記拡散点火用バーナ（１０６）への燃料流量を温暖動作中に生じる前記拡散点火用バーナ（１０６）への燃料流量から初期的に増やすステップと、
前記予混合点火用バーナ（１０８）への燃料流量を減らすことによって、前記拡散点火用バーナ（１０６）への燃料流量を初期的に増やしたときの前記温暖カンにおける前記点火用バーナ配置（１０４）への全燃料流量を同じになるように維持するステップと、
をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記高温カンにおける前記拡散点火用バーナ（１０６）それぞれへの燃料流量を、高温燃焼中に生じる燃料流量から、均一燃焼中に生じる前記拡散点火用バーナ（１０６）それぞれへの増加燃料流量まで、増やすステップをさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記温暖カンの前記点火用バーナ配置（１０４）それぞれへの燃料流量を、温暖燃焼中に生じる燃料流量から、均一燃焼中に生じる前記点火用バーナ配置（１０４）それぞれへの減少流量まで、減らすステップをさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記高温カンにおける前記点火用バーナ配置（１０４）それぞれへの燃料流量を、高温燃焼中に生じる流量から、均一燃焼中に高温カンにおいて生じる前記点火用バーナ配置（１０４）それぞれへの増加流量まで、増やすステップをさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
複数の前記燃焼器カンへの全燃料流量を、同じ負荷で均一燃焼中に生じる全燃料流量と同じになるように維持するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カン型環状産業用ガスタービンにおける燃焼器カンの配置における非対称燃焼に関し、基礎負荷未満での動作中における排気を制御する。
【背景技術】
【０００２】
産業用ガスタービンエンジンの動作は、とりわけ一酸化炭素（ＣＯ）レベルを制限する排気規制を受ける。従来のガスタービンエンジンは、一般的に、所定閾値に減るまでの部分負荷動作中にこれら規制を満たすことができ、この所定閾値は、機械に応じて変化し得る。閾値未満において、不可能ではなくても、排気規制を満たすことが困難である。さらに、排気制限は、過去に引き下げられており、将来引き下げられる。
【０００３】
部分負荷動作中の排気を減らすための一方法は、Littleに付与された特許文献１に記載されている。特許文献１に記載されたカン型環状産業用ガスタービンエンジンは、環状アレイで配列された複数の燃焼器カンを有しており、燃焼器カンそれぞれは、１以上の燃焼段と、単一の点火用バーナと、を有し得る。排気を減らすため、１以上の燃焼器カンは、部分負荷中で動作されており、それにより、点火用バーナへの燃料は、流動する一方で、他の１以上の段への燃料は、ほぼ制限される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７，１０７,７７３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
常に引き下げられている窒化酸素（ＮＯｘ）の排気制限は、燃焼器技術に変化を推進しており、その結果、燃焼器カンの設計は、２つの点火用バーナを有し、一方の点火用バーナは、特許文献１に示されたような拡散点火用バーナであり、他方は、予混合点火用バーナである。これらバーナのような燃焼器での燃焼を実現して維持することは、特許文献１の教示が追加の制御ステップなく直接適用すると不可能であり得る範囲で、困難である。したがって、従来技術には、部分負荷燃焼中において予混合点火用バーナが備えられた燃焼システムでのＣＯ排気を減らすことに関して改善する余地が残っている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、図面を考慮して以下の説明において説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】従来のカン型環状産業用ガスタービンエンジンの燃焼器カンを示す部分断面図である。
【図２】様々な動作モードにおける燃料パラメータを示す表である。
【図３】例示的な実施形態における流量論理を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明者らは、部分負荷において均一燃焼中に可能であるものよりもＣＯ排気を減らすことができるカン型環状産業用ガスタービンエンジンを動作させる方法を発明した。エンジンは、回転シャフトの周りにある環状アレイで配列された複数の燃焼器カンを有する燃焼配置を有する。燃焼器それぞれは、拡散点火用バーナ及び予混合点火用バーナを有する点火用配置と、少なくとも１つの他のバーナ段と、を有し得る。方法は、非対称燃焼モードで動作するステップを有しており、このステップにおいて、１以上の選択した燃焼器カンは、温暖モードで動作され、残りの燃焼器カンは、高温モード動作される。
【０００９】
本願で使用されるように、均一な燃料（例えば、対称的な燃焼）は、燃焼器カンそれぞれが他のカンと同じ動作状況の下で動作している燃焼配置を称する。動作状況は、特定のカンにおける火炎特性（温度、サイズ、圧力降下など）及び関連する燃料特性（例えば、燃料分割、燃料流量）を参照する。均一動作状況の下で、拡散点火用バーナ、予混合点火用バーナ及び少なくとも１つの他の段は、燃料を受け取り、それらの中にある燃焼炎に寄与する。例示的な実施形態において、他の段は、Ａ段、Ｂ段及びＣ段を有する。
【００１０】
主として、均一動作状況の下で、Ａ、Ｂ及びＣ段は、基礎負荷から基礎負荷の第１割合まで低下して動作している。約第１割合から第２割合まで低下して、Ａ及びＢ段は、動作し得る一方で、Ｃ段は、休止する。第２割合から低下して第３割合まで、Ａ段は、動作し得る一方で、Ｂ及びＣ段は、休止する。これら割合は、エンジンごとに変化し、他の要因に基づいたエンジン内にある。
【００１１】
非対称燃焼は、１以上のカンが残りのカンとは異なる状況の下で動作している燃焼配置を称する。用語「高温及び温暖」は、同じ負荷で不均一燃焼中にカンから出る燃焼ガスの温度と比較した際のカンそれぞれから出る燃焼ガスの相対的な温度を称する。したがって、高温／温暖燃焼は、複数のカンのうちの一部が高温カンとして動作している（例えば、高温モードにおいて）一方で残りのカンが温暖カンとして動作する（例えば、温暖モードにおいて）モードを称する。高温カンは、同じ負荷で均一燃焼の下で動作しているカンにおいて存在する動作状況と比較したときに、高温燃焼状況（すなわち、高温モード）の下でしばしば動作するカンを称する一方で、温暖カンは、同じ負荷で均一燃焼の下で動作しているカンにおいて存在する動作モードと比較したときに、温暖燃焼状況（すなわち、温暖モード）の下でしばしば動作するカンを称する。例えば、既知の負荷でかつ均一燃焼の下で、カンから出る燃焼ガスは、均一温度を示す。同じ負荷で非対称燃焼にあるときに、高温ガスから出る燃焼ガスは、均一温度よりも高温を示す一方で、温暖カンから出る燃焼ガスは、均一温度よりも低い温度を示す。高温動作状況にあるときに（高温モードにあるときに）、拡散点火用バーナと予混合点火用バーナと高温カンのうちの少なくとも１つの他の段とは、燃料を受け取り、燃焼炎を形成している。温暖動作状態にあるときに（温暖モードにあるときに）、拡散点火用バーナと予混合点火用バーナとは、燃料を受け取り、燃焼炎を形成する一方で、全ての他の段は、燃料を受け取っておらず、したがって、燃焼炎を形成していない。
【００１２】
燃焼器カンは、燃焼炎を発生させる複数の組立体それぞれを称し、複数の主バーナと点火用バーナ配置とが内側に存在する筐体を有する。注目することは、燃焼器カンが同様に当業者によってバーナを称することがあることであるが、本明細書ではそうではない。本明細書で使用されるように、主バーナは、旋回翼及び噴射器を有する予混合主バーナである。主バーナは、当業者によってノズルを称されることがある。予混合バーナ配置それぞれは、予混合点火用バーナ及び拡散点火用バーナを有する。予混合点火用バーナは、旋回翼及び噴射器を有する。予混合点火用バーナは、当業者によって点火用バーナと称されることがある。拡散点火用バーナは、燃料を炎に注入する噴射器を有する。
【００１３】
均一燃焼で動作していると、カンそれぞれは、排気を発生させ、この排気は、特有の割合でＣＯ排気及びＮＯｘ排気を有する。ＣＯ排気の割合は、均一燃焼中のカンレベルＣＯ排気と称され、ＮＯｘ排気の割合は、均一燃焼中のカンレベルＮＯｘ排気と称される。本明細書での議論は、初期的にＣＯ排気に注目している一方、ＮＯｘ排気にも関心があり、これら制御は、燃料制御の調整に影響を与え得る。足し合わせると、複数の燃焼器カンは、関連する比率（均一燃焼中の全ＣＯ排気比率）で全排気（特にＣＯ排気）を生成する。非対称燃焼で動作していると、高温カンは、均一燃焼中のカンレベルのＣＯ排気よりも低いカン当たり比率で排気（特にＣＯ排気）を生成する。温暖カンは、均一燃焼中のカンレベルのＣＯ排気よりも高いカン当たり比率で排気（特にＣＯ排気）を生成する。しかしながら、高温カン及び温暖カンの排気を足し合わせると、非対称燃焼中の全排気は、均一燃焼中の全排気以下である。規定した別の方法において、温暖カンによって発生した増加排気は、高温カンによって発生した排気の減少によって、上回らなければ、少なくともオフセットされる。
【００１４】
ＣＯ排気は、負荷が減るにしたがって増えることが知られている。したがって、ＣＯ排気は、エンジンが動作し得る下端を制限する。このように、動作中において、エンジン負荷は、ＣＯ排気が最大許容限界になるまでのみ減り得る。従来のシステムにおいて、負荷のさらなる低減は、可能ではない、または、所望レベルよりも大きい排気で生じる。本明細書で開示したように、均一燃焼から非対称燃焼へ切り替えることにより、排気を減らし得る。したがって、均一燃焼中に従来の手法を用いて、いったん排気限度に達すると、燃焼配置は、非対称燃焼に切り替えられ得る。これにより、同じ負荷で排気を減らし、そのため、その負荷で排気を減らすことができる。減少排気は、エンジンの負荷をさらに減らせるようにしつつ、排気コンプライアンスを維持する。
【００１５】
その結果、本明細書で開示した材料の結果、エンジンは、より低い負荷レベルで動作し得る一方で、排気コンプライアンスを維持する。
【００１６】
したがって、例示的な実施形態において、方法は、全排気を減らすために高温カンの点火用配置に送達される燃料流量とは異なる流量で温暖カンの点火用バーナ配置に燃料を送達するステップを有する。例示的な実施形態において、高温カンにおける点火用バーナ配置へのカン当たりの燃料流量は、温暖カンにおける点火用バーナ配置へのカン当たりの燃料流量未満である。これにより、高温カンにおける排気を減らすことができ、これは、温暖カンにおいて増加排気をオフセットする。
【００１７】
さらに理解されることは、拡散バーナが炎に安定性を提供するが、公知の点火用バーナ配置の予混合バーナよりも比較的多い排気を発生させ、燃焼配置におけるのと同様にカン当たりの一次排気発生器であること、である。逆に、予混合点火用バーナは、形成する排気が比較的少ないが、比較的安定していない。点火用配置に両タイプの点火用バーナを具備させることにより、両タイプの点火用バーナを有していない点火用配置では可能ではない安定性対排気の最適化ができる。
【００１８】
したがって、他の例示的な実施形態において、点火用配置内における燃料分配（燃料分割）は、点火用バーナのうちの１つから他の点火用バーナに移り得る。例えば、点火用バーナ配置に送達される所定量の燃料に関して、２つのモードが存在し得る。第１モードにおいて、炎の安定性は、一次的に考慮され得る。第２モードにおいて、排気の減少は、一次的に考慮され得る。これらモードそれぞれにおいて、２つの点火用バーナ間での燃料分割は、異なり得る。炎安定モードでは、減少排気モードにおいて拡散点火用バーナに送達され得る燃料よりも多くの燃料が拡散点火用バーナに送達され得る。このようにして点火用バーナ配置において燃料分割を調整することにより、炎安定性と排気レベルとの間のバランスを達成し得る。例示的な実施形態において、複数の燃焼器カンへの全流量は、炎安定モードと減少排気モードとの間の移行中に同じままであり、移行中に同じエンジン負荷を維持できる。
【００１９】
本発明者らは、均一燃焼から非対称燃焼へのまたはその逆を開始することが移行中の温暖燃焼器に不安定性をもたらし得ること、を発見した。ある場合において、誘導された不安定性を減らすまたは消滅させることが望ましいことがある。本発明者らは、拡散点火用バーナ及び予混合点火用バーナを別個に制御してそのことを十分に利用し得ること、を理解した。これにより、温暖モードへの移行が滑らかであるスキームを創出でき、この場合において、スキームは、まず、炎安定性などの拡散点火用バーナの一次的な利益に依存し、その後、予混合点火用バーナの一次的な利益に依存し、温暖動作ではない安定状態に好ましい排気の減少を達成する。移行モードにおいて、炎安定性は、主要な懸念事項であり、燃料分割は、誘導される不安定性を克服するかつ／または防止するのに十分な燃料を拡散点火用バーナに供給する。いったん炎が安定すると、点火用バーナ配置内での燃料分割を変更して、拡散燃料バーナへ送達される燃料量を減らすことによって減少排気を助ける。例示的な実施形態において、燃料分割のこの変更は、点火用バーナ配置への燃料流量が同じままで発生する。同様のことは、安定状態の高温／温暖燃焼から均一燃焼へ移行するときにも適用される。
【００２０】
理解されることは、炎安定化モード中において、排気が温暖燃焼中よりもいくらか多いが、高温／温暖モードで動作しているときに発生する全排気における減少によって、これがいずれは補償されること、である。したがって、非対称燃焼は、定常状態高温／温暖モードでの、並びに、定常状態高温／温暖燃焼へのまたは定常状態高温／温暖燃焼からの任意の移行モードであってＡ、Ｂ及びＣ段が停止している移行モードでの、動作を有する。定常状態高温／温暖燃焼は、限定されないが、全燃焼が同じ負荷での均一燃焼の全燃焼未満である状態を含む。移行モードは、全排気が同じ負荷での均一燃焼での全排気より多い状態を含み得る。
【００２１】
例示的な実施形態において、複数の燃焼器カンへの全流量は、調整中の均一燃焼における全流量と、移行モード及び非対称燃焼の定常状態において同じままである。これにより、移行中において及び定常状態高温／温暖燃焼中において、均一燃焼中における負荷と同じ負荷のままとすることができる。
【００２２】
図１は、従来のカン型環状産業用ガスタービンエンジンの燃焼器カン１００を示す部分断面図である。燃焼配置は、エンジンの回転シャフト周りにある環状アレイで配列された複数の燃焼器カンを有する。
【００２３】
複数の燃焼器カンは、任意数のカンを有し得る。例示的な実施形態は、６つの燃焼器カンから２４の燃焼器カンの範囲にある。燃焼器カン１００それぞれは、移行ダクト１０２それぞれへ燃焼ガスを排気し、この移行ダクトは、タービンセクションの入口に至る。燃焼器カン１００それぞれは、拡散点火用バーナ１０６及び予混合点火用バーナ１０８を有する予混合点火用配置１０４を有する。予混合主バーナ１２０は、点火用バーナ配置１０４の周りに環状アレイで配設されており、Ａ段１２２とＢ段１２４とに分割される。例示的な実施形態において、Ａ段の予混合主バーナ１２６は、Ｂ段の予混合主バーナ１２８と交互配置されている。Ｃ段１３２を示す燃焼リング１３０は、燃焼器カン１００の入口１３６内へ流入する圧縮空気１３４の流れに対して上流側に配設されている。
【００２４】
図２は、負荷を減らした例において様々な動作モードで例示的な実施形態における燃料パラメータを示す表である。図２の列を１〜７とラベル付けし、行をＡ〜Ｅとラベル付けしており、これらラベルは、別個のセルを特定するために以下で使用される。図３は、例示的な実施形態における流量論理を示す表である。図３の列を１〜７とラベル付けし、行をＡＡ〜ＥＥとラベル付けしおり、これらラベルは、別個のセルを特定するために以下で使用される。以下の説明は、図２及び図３双方を参照する。
【００２５】
均一状態と高温／温暖状態との間の移行は、出力を増減する際に使用され得る。出力を下げる際、いったん所定負荷を均一燃焼状態まで下げると、複数の燃焼器カンは、所定負荷で均一燃焼から定常状態高温／温暖燃焼まで移行し得る。所定負荷は、任意の部分負荷であり得る。限定することを意味していない一例において、所定負荷は、基礎負荷の５０％を越えない。所定負荷は、排気、例えばＣＯ排気が最大許容レベルに達する負荷となるように選択され得る。いったん高温／温暖モードへ移行すると、排気、例えばＣＯ排気は、減り、出力のさらなる低減を許容する。反対に、移行後、負荷は、高温／温暖燃焼中に、さらに減り得る。
【００２６】
同様に、出力を上げる際、いったん所定負荷が高温／温暖燃焼に達すると、複数の燃焼器カンは、定常状態高温／温暖燃焼から均一燃焼に移行し得、この移行後、出力をさらに上げる。
【００２７】
例示的な実施形態において、複数の燃焼器カンへの全燃料流量は、移行中そして少なくとも定常状態高温／温暖燃焼に達するまで、均一燃焼及び非対称燃焼において同じのままである。温暖カンにおいてＡ、Ｂ及びＣ段への燃料は、停止され、高温カンへ再分配される。この例示的な実施形態において、均一燃焼から高温／温暖燃焼へ移行しているときに、移行モードは、温暖カンに関して使用される。移行モードは、Ａ、Ｂ及びＣ段への燃料における変化によって誘導され得る不安定性を克服する。図２のセルＡ７そしてセルＣ７を参照して示すように、均一燃焼から高温／温暖燃焼への移行中において、温暖カンの拡散点火用バーナへの燃料流量は、増え得る。その後、セルＣ７そしてセルＥ７を参照して示されるように、燃料流量は、減る。この処理は、図３のセルＢＢ４からＢＢ７に示される。
【００２８】
図２のこの例示的な実施形態において、温暖カンの拡散点火用バーナへの燃料流量は、初期的に増やした後に減り得るが、均一燃焼中において温暖カンに存在する所定レベルよりは依然として上のままである。しかしながら、図３のセルＢＢ１及びＢＢ７においてわかるように、高温／温暖運転中の温暖カンにおける拡散点火用バーナへの燃料流量は、同じ負荷における、均一燃焼中の温暖カンにおける拡散点火用バーナへの燃料流量よりも小さいくなり得る、等しくなり得る、または、大きくなり得る。例えば、非常に低い負荷（例えば５％〜１５％）において、温暖カンの拡散点火用バーナへの燃料流量は、これら関係を変え得る／逆転させ得る様々な他の要因に起因して、同じ負荷において、均一燃焼中よりも高温／温暖燃焼中において低くなり得る。それにもかかわらず、移行機能中において、温暖カンの拡散点火用バーナへの燃料流量は、増え、その後、いくらかの量だけ減り得る。同じ処理は、定常状態高温／温暖燃焼から均一燃焼への移行時に、反転して生じる。すなわち、温暖カンの拡散点火用バーナへの燃料流量は、均一燃焼において、移行中に増え（セルＥ７からＣ７）、その後減る（セルＣ７からＡ７）。この処理を図３のセルＢＢ１からＢＢ４に示す。
【００２９】
移行中の温暖カンの拡散点火用バーナへの増加燃料流量は、高温／温暖モードへの移行時に温暖カンのＡ、Ｂ及びＣ段への燃料流量を中断することによって誘導される不安定性を解消するまたは克服する炎安定モードである。いったん状況が落ち着くと、移行モードは、温暖カンの拡散点火用バーナから予混合主バーナへ燃料を移し、これにより、定常状態高温／温暖燃焼中の温暖カンに発生する減少排気モードに入る。同様に、高温／温暖燃焼から均一燃焼に行くと、移行モードは、温暖カンのＡ、Ｂ及びＣ段への燃料流量を開始することによって引き起こされ誘導された不安定性を解消するまたは克服する。
【００３０】
温暖カンのＡ、Ｂ及びＣ段は、均一燃焼から非対称燃焼へ行くとすぐに閉じられ得、非対称燃焼から均一燃焼へ行くとすぐに開かれ得、燃焼不安定性（例えば高周波数動力）を最小化する。移行モードにおいて温暖カンの拡散点火用バーナへの燃料流量を増やすことは、Ａ、Ｂ及びＣ段への流動を中断するまたは開始する前に発生し得、それにより、不安定性を誘導する作用を開始する前により大きな安定性を確立する。あるいは、移行モードにおいて温暖カンの拡散点火用バーナへの燃料流量を増やすことは、Ａ、Ｂ及びＣ段への流動を中断するまたは開始するのと同時に発生し得、それにより、不安定性を誘導する作用を開始する際により大きな安定性を確立する。
【００３１】
この例示的な実施形態において、温暖カンの点火用バーナ配置への流量は、均一燃焼から高温／温暖燃焼への移行中に増え得、温暖カンの拡散点火用バーナへの流量における増加に適合する。これは、セルＡ９とセルＣ９及びＥ９との間の差に見られ得、これらセルＣ９及びＥ９は、より大きい。この処理を図３のセルＡＡ５及びＢＢ５に示す。例示的な実施形態において、温暖カンの点火用バーナ配置内の燃料分割を変更すると、温暖カンの拡散点火用バーナ配置への燃料流量は、その後、一定のままである。これは、図２のセルＣ９及びＥ９に示され、これらセルＣ９及びＥ９は同じであり、一方、セルＣ７及びＣ８は、セルＥ７およびＥ８とは異なる。これは、セルＣ４及びＣ５とセルＥ４及びＥ５にも示され、これらセルは、定常状態の高温／温暖燃焼に対する移行モードにおいて、異なる分割を示す。この処理を図３のセルＡＡ６及びＢＢ６に示す。
【００３２】
図２のこの例示的な実施形態において、温暖カンの予混合バーナへの流量は、初期的に減り、その後、均一燃焼から高温／温暖燃焼への移行中に増え得る。これは、図２のセルＡ８とセルＣ８及びＥ８との間の差に示される。しかしながら、図３のセルＣＣ７に示すように、高温／温暖燃焼で動作している温暖カンの予混合点火用バーナへの燃料流量は、均一燃焼における温暖カンの予混合点火用バーナの燃料流量よりも大きくなり得る、小さくなり得るまたは等しくなり得る。非常に低い負荷（例えば５％から１５％）は、様々な他の要因に起因して、これら関係を変更し得る／逆転させ得る。それにもかかわらず、移行機能中において、温暖カンの予混合点火用バーナへの燃料流量は、高温／温暖燃焼への移行中に拡散点火用バーナから予混合点火用バーナへ燃料を移送しているときに、増える。これを図３のセルＣＣ６に示す。同様に、移行機能中において、温暖カンの予混合点火用バーナへの燃料流量は、高温／温暖燃焼から均一燃焼への移行中に予混合点火用バーナから拡散点火用バーナへ燃料を移送しているときに、減る。これを図３のセルＣＣ２に示す。
【００３３】
高温カンに流入する燃料は、同様に、均一燃焼と高温／温暖燃焼との間の移行時に変化する。高温／温暖燃焼中に温暖カンで使用されないＡ、Ｂ及びＣ段の燃料は、高温／温暖燃焼中に高温カンへ転向される。高温カンの拡散点火用バーナへの燃料流量は、図２のセルＡ７からセルＢ７及びＤ７への値における減少から示されるように、均一燃焼から高温／温暖モードへ移行しているときに減り、セルＢ７及びＤ７の値は、より小さい。この処理を図３のセルＥＥ５／６に示す。高温／温暖燃焼から均一燃焼への移行時において、この逆も正当であり、これを図３のセルＥＥ２／３に示す。高温カンの点火用バーナ配置への燃料流量は、同様に、減り、高温／温暖燃焼中の高温カンの拡散点火用バーナへ流動の減少に適合する。これをセルＡ９とセルＢ９及びＤ９との間の差で示しており、セルＢ９及びＤ９の値は、より小さい。この処理を図３のセルＤＤ５／６に示す。高温／温暖燃焼から均一燃焼への移行時において、この逆も正当であり、これを図３のセルＤＤ２／３に示す。
【００３４】
一般的な規則として、高温／温暖燃焼中の高温カンの点火用バーナ配置への流量は、均一燃焼中の高温カンの点火用バーナ配置への流量よりも低い。順に、すでに詳述したように、高温／温暖燃焼中の温暖カンの点火用バーナ配置への流量が移行モードにおいて及び高温／温暖燃焼中において増えるので、これは、全体として、高温／温暖燃焼中の高温カンの点火用バーナ配置への流量が高温／温暖燃焼中の温暖カンの点火用バーナ配置への流量未満であること、を意味する。点火用バーナ配置は、排気の実質的な部分に関与する。高温／温暖燃焼で動作している高温カンは、高温モードにおける燃料流量を減らしたことに起因して、所定量の排気を減らす一方、高温／温暖燃焼における温暖カンは、温暖モードにおける燃料流量が増えることに起因して、別の所定量の排気を増やす。高温カンの排気における総計の減少が温暖カンの排気における総計の増加を越えることを保証することによって、複数の燃焼器カンの総排気を減らす。
【００３５】
例示的な方法は：環状アレイで配列された複数の燃焼器カンを備える産業用ガスタービンエンジンを動作させるステップであって、カンそれぞれが、複数のバーナ段と、予混合点火用バーナ及び拡散点火用バーナを備える点火用バーナ配置と、を備える、ステップと；複数の燃焼器カンの中の均一燃焼モードから所定負荷において高温／温暖燃焼へ移行させるステップであって、少なくとも１つのカンが温暖燃焼において温暖カンとして動作し、残りのカンが高温燃焼において高温カンとして動作する、ステップと；を有する。移行するステップは：複数の燃焼器カンへの全燃料流量を均一燃焼中に生じる全燃料流量と同じになるように維持するステップと；温暖カンのバーナ段への燃料流量を中断するステップと；温暖カンの拡散点火用バーナへの燃料流量を増やすことを規定するステップと；拡散点火用バーナへの燃料流量の増加に基づいて点火用バーナ配置への燃料流量を増やすことを規定するステップと；温暖カンの点火用バーナ配置への燃料流量の増加を維持しつつ、温暖燃焼中に使用される燃料比率に達するように温暖カンの点火用バーナ配置内の燃料比率を変更するステップと、を備える。
【００３６】
例示的な方法は、拡散点火用バーナの燃料比率を減らすステップを備える燃料比率を変更するステップをさらに備え得る。
【００３７】
例示的な方法は、温暖カンそれぞれの点火用バーナ配置それぞれへの燃料流量を、均一燃焼中に生じる流量から、温暖燃焼中に生じる温暖カンにおける点火用バーナ配置それぞれへの増加流量まで、増やすステップをさらに備え得る。
【００３８】
例示的な方法は、高温カンそれぞれの拡散バーナそれぞれへの燃料流量を、均一燃焼中に生じる燃料流量から、高温燃焼中に高温カンに生じる拡散点火用バーナそれぞれへの減少燃料流量まで、減らすステップをさらに備え得る。
【００３９】
例示的な方法は、高温カンそれぞれの点火用バーナ配置それぞれへの燃料流量を、均一燃焼中に生じる燃料流量から、高温燃焼中に高温カンにおいて生じる点火用バーナ配置それぞれへの減少燃料流量まで、減らすステップをさらに備え得る。
【００４０】
例示的な方法は、移行中に規定した増加流量で温暖燃焼中の温暖カンの点火用バーナ配置へ燃料流量を送達させるステップをさらに備え得る。
【００４１】
例示的な方法は、均一燃焼中に生じるカン当たりのＣＯ排気よりも、温暖燃焼中の温暖カン当たりのＣＯ排気を増やして発生するステップと、均一燃焼中に生じるカン当たりのＣＯ排気よりも、高温燃焼中の高温カン当たりのＣＯ排気を減らして発生するステップと、高温／温暖燃焼中の全ＣＯ排気が均一燃焼中に生じるカン当たりの全ＣＯ排気以下であることを保証するステップと、をさらに備え得る。
【００４２】
例示的な方法は、均一燃焼中にカン当たりに生じるＣＯ排気よりも温暖燃焼中の温暖カン当たりの増加ＣＯ排気を発生するステップと、移行中に、均一燃焼中よりも多い全ＣＯ排気を生成するステップと、をさらに備え得る。
【００４３】
高温／温暖燃焼では、任意の数の高温カン及び任意の数の温暖カンが存在し得る。一実施形態において、数は、高温／温暖モードにおける全排気が同じ負荷で均一燃焼中の全排気未満であるように選択される。例示的な実施形態において、１つ、２つまたは３つの温暖カンが存在し得、残りのカンは、高温カンである。例示的な実施形態において、１つ、そして２つ、そして３つの温暖カンが存在し得る。このようにして、複数の高温／温暖モードが存在し得、一の高温／温暖モードは、別の高温／温暖モードに至り得る。これら高温／温暖モードは、エンジン負荷を減らす際に連続的に生じ得る、もしくは、これらモードは、所定負荷で生じて排気を減らし得る、または、これらの組み合わせである。例示的な実施形態において、温暖カンそれぞれの拡散点火用バーナ配置への流量は、温暖カンの数にかかわらず、同じのままである。例えば、図２のセルＥ９に示すように、２つの温暖カンの温暖カンそれぞれへの流量は、０．３である。３番目のカンが高温／温暖モードに入ると、３つの温暖カン全ては、それぞれ同じ流量０．３を有する。
【００４４】
非対称燃焼において、温暖カンの場所は、２つの温暖カンが存在する場合にこれら温暖カンが隣接するまたは少なくとも１つの高温カンによって互いに離間しているように、選択され得る。あるいは、温暖カンは、燃焼器の環において互いに反対側に位置し得る（例えば１８０度離れている）、または、これら温暖カンは、これら間の任意の場所に位置し得る。３つ以上の温暖カンが存在する場合、これら温暖カンは、環回りに均等に分布され得るが、これは必須ではない。
【００４５】
対称燃焼は、取り組まれ得る様々な他の作用を生じる。例えば、均一燃焼の下、タービンロータブレードがその円運動をする際に、ブレードは、燃焼器のすぐ下流にあり得る最も高温な場所から隣接する燃焼器間にあり得る最も低温な場所までブレードが移動するにしたがって、緩やか温度変化を受ける。しかしながら、高温／温暖燃焼中において、高温カンから出る燃焼ガスは、均一燃焼中における燃焼ガスよりも高温である一方、温暖カンから出る燃焼ガスは、均一燃焼中における燃焼ガスよりお低温である。その結果、均一燃焼中におけるよりも、最も高い温度は、より高く、最も低い温度は、より低くなり、より大きな温度範囲を形成する。これは、観測される値であり、高温／温暖動作において存在するより広い範囲は、警告設定点を変更することまたは警告それぞれを作動停止させることを必要とし得る。２つの温暖カンが互いに隣接して配置されている場合、ブレードは、その円運動の関連する部分においてより大きな冷却を受ける可能性がある。したがって、有益であることは、温暖カンを離間させて高温／温暖動作中の温度範囲における増加を最小化すること、である。
【００４６】
さらに、圧縮空気は、通常、均一燃焼中に燃焼器間で均等に圧縮空気を分配する。しかしながら、非対称燃焼中において、高温及び温暖カンに存在する静圧を異ならせることにより、到来する圧縮空気がカンへ非対称に流動させられ得る。例えば、温暖カンへ流動する圧縮空気は、より多くなり得る。これは、温暖カンの流量を乏しくさせ、これにより、温暖カンから出る燃焼ガスの温度を下げる。同様に、これは、高温カンの流量を高め、これにより、高温カンから出る燃焼ガスの温度を上げる。この作用は、上述した温度範囲をさらに増やし得、この作用は、温暖カンの数を増やすにしたがって大きくなる。特定の状況の下で、高温カンから出る燃焼ガスの温度は、最大許容温度に近付くまたは最大許容温度を越えることがある。この場合において、エンジン材料が許容可能な限度内で動作することを保証するために、平均排気温度を下げる必要がある。平均燃焼温度を下げる１つの方法は、入口ガイド羽根を開放することを含む。
【００４７】
従来の燃焼配置は、Ａ、Ｂ及びＣ段それぞれのための１つの燃料供給マニフォルド（リング）と、拡散点火用バーナのためのマニフォルドと、予混合点火用バーナのためのマニフォルドと、を有し得る。上記制御を実行するために必要な段及び点火用バーナを個別に制御できるようにするため、さらなる配管を設置し得る。これは、段それぞれ及びカンそれぞれの点火用バーナそれぞれとのための制御可能な弁を有することに及び得、これにより、燃料分配の態様ごとの完全な制御をできるようになる。あるいは、ライン及び制御弁は、目的のスキームをできるようにするのに必要な制御量のみを提供するように最適化され得る。例えば、３つの温暖カンのみを想定する場合、Ａ、Ｂ及びＣ段への流動を中断させるのに必要なライン及び弁は、３つの温暖カンのために設置され得る。
【００４８】
本発明の様々な実施形態を示して説明したが、明らかなことは、このような実施形態が例としてのみ提供されていること、である。様々な改変、変更及び置換は、本明細書の発明から逸脱することなくなし得る。したがって、意図することは、本発明が添付の特許請求の範囲の精神及び範囲によってのみ制限されること、である。
【符号の説明】
【００４９】
１００  燃焼器カン、１０４  点火用バーナ配置、１０６  拡散点火用バーナ、１０８  予混合点火用バーナ、１２２，１２４，１３２  バーナ段
【図１】
2019515243.tif 000003
【図２】
2019515243.tif 000004
【図３】
2019515243.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成31年1月10日(2019.1.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状アレイに配列された複数の燃焼器カン（１００）を備える産業用ガスタービンエンジンを動作させるステップであって、前記燃焼器カン（１００）それぞれが、複数のバーナ段と、予混合点火用バーナ（１０８）及び拡散点火用バーナ（１０６）を備える点火用バーナ配置（１０４）と、を備える、ステップと、
非対称燃焼で動作させるステップであって、少なくとも１つの前記燃焼器カンが、前記バーナ段（１２２、１２４、１３２）それぞれが停止している温暖カンであり、残りの前記燃焼器カンが、前記バーナ段（１２２、１２４、１３２）それぞれが動作している高温カンである、ステップと、
前記温暖カンの前記点火用バーナ配置への燃料流量を一定に維持しながら、前記温暖カンの前記点火用バーナ配置内の燃料比率を変更するステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
燃料比率を変更するステップが、前記温暖カンの前記拡散点火用バーナ（１０６）へのバーナ当たり燃料流量を増やす一方で、前記高温カンの前記拡散点火用バーナ（１０６）へのバーナ当たり燃料流量を減らすステップを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記高温カンの前記点火用バーナ配置（１０４）への点火用バーナ配置当たりの燃料流量を変更するステップをさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【国際調査報告】
2019515243.tif 000006
2019515243.tif 000007
2019515243.tif 000008
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