(57)【要約】      （修正有）【課題】ガスタービンの燃焼器内に取付けられた噴射ノズル組立体の先端のスワーラハブ部を冷却する。【解決手段】噴射ノズル組立体３８は、内部表面１２１を有するハブ部分１２０を備えたスワーラ部材１１７を含む。噴射ノズル組立体３８はまた、ノズルセクション８５と、該ノズルセクション８５及びスワーラ部材１１７に流体結合されたノズル先端部材１２４とを含む。ノズル先端部材１２４は、ノズルセクション８５から、スワーラ部材１１７のハブ部分１２０内に配置された第２の端部セクションまで延びる第１の端部セクションを有する本体を含む。ノズル先端部材は、外部表面及び吐出ポートを含む。ノズル先端部材１２４の外部表面及びスワーラ部材１１７ハブ部分１２０の内部表面１２１の少なくとも１つは、複数のグルーブを備える。【選択図】図３
2011141111.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ機械（２）であって、
圧縮機（４）と、
タービン（１０）と、
前記圧縮機（４）及びタービン（１０）に作動結合された燃焼器（６）と、
前記燃焼器（６）内に取付けられた噴射ノズル組立体（３８、３９）と、
を含み、前記噴射ノズル組立体（３８、３９）が、
内部表面（１２１）を有するハブ部分（１２０）を備えたスワーラ部材（１１７）と、
第２の端部（９６）まで延びる第１の端部（９５）を備えたノズルセクション（８５）と、
前記ノズルセクション（８５）の第２の端部（９６）及び前記スワーラ部材（１１７）に流体結合されたノズル先端部材（１２４）と、を含み、
前記ノズル先端部材（１２４）が、前記ノズルセクション（８５）から、前記スワーラ部材（１１７）のハブ部分（１２０）内に配置された第２の端部セクション（１３４）まで延びる第１の端部セクション（１３３）を有する本体（１３０）を含み、
前記ノズル先端部材（１２４）が、外部表面（１４２）及び吐出ポート（１３８）を含み、
前記ノズル先端部材（１２４）の外部表面（１４２）及び前記スワーラ部材ハブ部分（１２０）の内部表面（１２１）の少なくとも１つが、複数のグルーブ（１４７）を備え、
前記複数のグルーブ（１４７）が、前記ノズル先端部材（１２４）を冷却するように構成されかつ配置される、
ターボ機械（２）。
【請求項２】
前記噴射ノズル組立体（３８、３９）が、内部空洞（８３）を形成したライナ（８２）と、前記ライナ（８２）から間隔を置いた状態で前記内部空洞（８３）内に配置された三次先端部分（８７）とを含み、
前記ノズルセクション（８５）が、前記三次先端部分（８７）内に配置される、
請求項１記載のターボ機械（２）。
【請求項３】
前記スワーラ部材（１１７）が、前記三次先端部分（８７）の下流に配置される、請求項２記載のターボ機械（２）。
【請求項４】
外部表面（１１１）を有する第２の端部部分（１０９）まで延びる第１の端部部分（１０８）を備えたパイロット先端部材（１０６）をさらに含み、
前記第１の端部部分（１０８）が、前記ノズルセクション（８５）内に配置」される、
請求項２記載のターボ機械（２）。
【請求項５】
前記パイロット先端部材（１０６）が、前記ノズル先端部材（１２４）及びノズルセクション（８５）を接合する、請求項４記載のターボ機械（２）。
【請求項６】
前記パイロット先端部材（１０６）が、前記外部表面上に配置された複数のグルーブ（１１４）を含み、
前記複数のグルーブ（１１４）が、前記ノズル先端部材（１２４）の外部表面（１４２）及び前記スワーラ部材ハブ部分（１２０）の内部表面（１２１）の少なくとも１つ上に配置された前記複数のグルーブ（１４７）に対応する、
請求項５記載のターボ機械（２）。
【請求項７】
前記複数のグルーブ（１４７）が、前記ノズル先端部材（１２４）の外部表面（１４２）上に配置される、請求項１記載のターボ機械（２）。
【請求項８】
前記複数のグルーブ（１４７）が、ほぼ円形断面を備える、請求項１記載のターボ機械（２）。
【請求項９】
前記複数のグルーブ（１４７）が、非円形断面を備える、請求項１記載のターボ機械（２）。
【請求項１０】
前記非円形断面が、矩形断面を含む、請求項８記載のターボ機械（２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示した主題は、ターボ機械の技術に関し、より具体的には、ターボ機械ノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ガスターボ機械エンジンは、熱エネルギーを放出する燃料／空気混合気を燃焼させて、高温ガスストリームを形成する。高温ガスストリームは、高温ガス通路を介してタービンに送られる。タービンは、高温ガスストリームによる熱エネルギーを機械エネルギーに変換し、この機械エネルギーにより、タービンシャフトを回転させる。タービンは、ポンプ又は発電機に動力を供給するような様々な用途で使用することができる。
【０００３】
最近は、ターボ機械エミッションを低減させる必要性が存在する。エミッションを低減させる１つの方式は、供給燃料を減少させかつターボ機械をより希薄な燃料／空気混合気で運転することにある。希薄燃料／空気混合気はより低いエミッションを生じるが、燃料ノズル温度がより高くなる。つまり、供給燃料を減少させることによって、火炎が、ノズルにより近接して位置することになる。従って、ノズルの端部部分におけるかつスワーラハブに隣接する温度が、増大する。スワーラハブにおける高い温度により、割れ及び破損が生じる。割れ／破損は一般的に、ノズルのスリーブ部分及びスワーラ部分間の境界部に生じる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の１つの態様によると、ターボ機械は、圧縮機と、タービンと、圧縮機及びタービンに作動結合された燃焼器と、燃焼器内に取付けられた噴射ノズル組立体とを含む。噴射ノズル組立体は、内部表面を有するハブ部分を備えたスワーラ部材を含む。噴射ノズル組立体はまた、第２の端部まで延びる第１の端部を備えたノズルセクションと、該ノズルセクションの第２の端部及びスワーラ部材に流体結合されたノズル先端部材とを含む。ノズル先端部材は、ノズルセクションから、スワーラ部材のハブ部分内に配置された第２の端部セクションまで延びる第１の端部セクションを有する本体を含む。ノズル先端部材は、外部表面及び吐出ポートを含む。ノズル先端部材の外部表面及びスワーラ部材ハブ部分の内部表面の少なくとも１つは、複数のグルーブを備える。複数のグルーブは、ノズル先端部材を冷却するように構成されかつ配置される。
【０００５】
本発明の別の態様によると、ターボ機械用の噴射ノズル組立体は、内部表面を有するハブ部分を備えたスワーラ部材と、第２の端部まで延びる第１の端部を備えたノズルセクションと、該ノズルセクションの第２の端部及びスワーラ部材に流体結合されたノズル先端部材とを含む。ノズル先端部材は、ノズルセクションから、スワーラ部材のハブ部分内に配置された第２の端部セクションまで延びる第１の端部セクションを有する本体を含む。ノズル先端部材は、外部表面及び吐出ポートを含む。ノズル先端部材の外部表面及びスワーラ部材ハブ部分の内部表面の少なくとも１つは、複数のグルーブを備える。複数のグルーブは、ノズル先端部材を冷却するように構成されかつ配置される。
【０００６】
これらの及びその他の利点並びに特徴は、図面と関連させて行った以下の説明から一層明らかになるであろう。
【０００７】
本発明と見なされる主題は、本明細書と共に提出した特許請求の範囲において具体的に指摘しかつ明確に特許請求している。本発明の前述の及びその他の特徴並びに利点は、添付図面と関連させて行った以下の詳細な説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の例示的な実施形態により形成したノズルを備えたターボ機械の断面側面図。
【図２】図１のターボ機械の燃焼器部分の断面図。
【図３】例示的な実施形態によるターボ機械ノズルの部分断面側面図。
【図４】例示的な実施形態による複数のグルーブを備えたノズル先端部分の斜視図。
【図５】図４の複数のグルーブの詳細図。
【図６】別の例示的な実施形態による複数のグルーブを備えたノズル先端部分の斜視図。
【図７】図６の複数のグルーブの詳細図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
詳細な説明は、図面を参照しながら実施例によって、本発明の実施形態をその利点及び特徴と共に説明する。
【００１０】
図１を参照すると、例示的な実施形態により構成したターボ機械は、その全体を参照符号２で示している。ターボ機械２は、圧縮機４と燃焼器組立体５とを含み、燃焼器組立体５は、燃料ノズル又は噴射器組立体ハウジング８を備えた少なくとも１つの燃焼器６を有する。ターボ機械エンジン２はまた、タービン１０と共通の圧縮機／タービンシャフト１２とを含む。本明細書に説明する開示した例示的な実施形態は、多様なターボ機械に組入れることができる。本明細書に図示しかつ説明したターボ機械２は、まさにその１つの例示的な構成である。
【００１１】
図２に最も良く示すように、燃焼器６は、圧縮機４及びタービン６と流れ連通状態で結合される。圧縮機４は、互いに流れ連通状態で結合されたディフューザ２２及び圧縮機吐出プレナム２４を含む。燃焼器６は、その第１の端部に配置された端部カバー３０とキャップ部材３４とを含む。キャップ部材３４は、第１の表面３５及び対向する第２の表面３６を含む。以下で一層完全に説明するように、キャップ部材３４、より具体的には第１の表面３５は、複数の燃料又は噴射ノズル組立体３８及び３９に対して構造的支持を与える。燃焼器６はまた、燃焼器ケーシング４４及び燃焼器ライナ４６を含む。
【００１２】
図示するように、燃焼器ライナ４６は、燃焼器ケーシング４４の半径方向内側に配置されて、燃焼チャンバ４８を形成する。環状燃焼チャンバ冷却通路４９が、燃焼器ケーシング４４及び燃焼器ライナ４６間に形成される。移行部品５５が燃焼器６をタービン１０に結合する。移行部品５５は、燃焼チャンバ４８内で発生した燃焼ガスを下流方向に第一段タービンノズル６２向けて送る。その目的のために、移行部品５５は、内側壁６４及び外側壁６５を含む。外側壁６５は、内側壁６４及び該外側壁６５間に形成された環状通路６８に至る複数の開口部６６を含む。内側壁６４は、燃焼チャンバ４８及びタービン１０間で延びる案内空洞７２を形成する。
【００１３】
運転時に、空気が圧縮機４を通って加圧され、加圧空気が、燃焼器６に、より具体的には噴射器組立体３８及び３９に供給される。同時に燃料が、噴射器組立体３８及び３９に流されて、空気と混合されかつ可燃性混合気を形成する。可燃性混合気は、燃焼チャンバ４８に送られかつ点火されて燃焼ガスを形成する。燃焼ガスは次に、タービン１０に送られる。燃焼ガスによる熱エネルギーは、シャフト１２を駆動するのに使用する機械的回転エネルギーに変換される。
【００１４】
より具体的には、タービン１０は、シャフト１２を介して圧縮機４を駆動する（図１に示す）。圧縮機４が回転すると加圧空気が、関連する矢印で示すようにディフューザ２２内に吐出される。この例示的な実施形態では、圧縮機４から吐出された空気の大部分は、圧縮機吐出プレナム２４を通して燃焼器６に送られ、また残りの加圧空気はエンジン構成要素を冷却するのに使用するために送られる。吐出プレナム２４内の加圧空気は、外側壁開口部６６を介して移行部品５５内にまた環状通路６８内に送られる。空気は次に、環状通路６８から環状燃焼チャンバ冷却通路４９を通して噴射ノズル組立体３８及び３９に送られる。燃料及び空気は混合されて可燃性混合気を形成し、この可燃性混合気は、燃焼チャンバ４８内で点火されて燃焼ガスを形成する。燃焼器ケーシング４４は、例えば周囲のタービン構成要素のような外側環境から燃焼チャンバ４８及びその関連する燃焼過程を遮蔽するのを可能にする。燃焼ガスは、燃焼チャンバ４８から案内空洞７２を通してタービンノズル６２に向けて送られる。第一段タービンノズル６２に衝突する高温ガスは、回転力を形成し、この回転力が、最終的にはタービン２からの仕事を産生する。
【００１５】
ここで、上記の構成は、噴射ノズル組立体３８及び３９についての例示的な実施形態をより完全に理解するために提示したものであることを理解されたい。しかしながら、各噴射ノズル組立体３８、３９は同様に形成されるので、噴射ノズル組立体３９が同様に形成されるとの理解の下で、噴射ノズル組立体３８に関して以下に詳細な説明を行なう。
【００１６】
図３に最も良く示すように、ノズル組立体３８は内部空洞８３を形成したライナ８２を含む。ノズル組立体３８はさらに、内部空洞８３を貫通して延びるノズルセクション８５を含む。ノズルセクション８５は、出口９０を有する通路８９を形成した移送／三次先端部分８７を含む。ノズルセクション８５はさらに、三次先端部分８７の内部に配置された内側スリーブ部分９４を含む。内側スリーブ部分９４は、第２の端部９６まで延びる第１の端部９５を含む。ノズルセクション８５はまた、内側スリーブ部分９４の内部に配置されたパイロット先端部材１０６を含む。パイロット先端部材１０６は、第２の端部部分１０９まで延びる第１の端部部分１０８を含む。図示するように第２の端部部分１０９は、その１つを参照符号１１４で示した複数のグループを有する外部表面１１１を含む。ノズル組立体３８はまた、ノズルセクション８５の下流に配置されたスワーラ部材１１７を含むように示している。スワーラ部材１１７は、中心ハブ部分１２０から延びる複数のベーンを含み、その１つを参照符号１１８で示している。中心ハブ部分１２０は、以下で一層完全に説明するように、ノズルセクション８５に流体連結された内部表面１２１を含む。
【００１７】
ノズルセクション８５は、ノズル先端部材１２４を含む。図４に最も良く示すように、ノズル先端部材１２４は、中間セクション１３６を通して第２の端部セクション１３４まで延びる第１の端部セクション１３３を有する本体１３０を含む。第２の端部セクション１３４は、パイロット先端部材１０６の第２の端部部分１０９に流体連結された吐出ポート１３８を含む。中間セクション１３６は、複数のグルーブ１４７がその上に形成された外部表面１４２を含む。グルーブ１４７は、パイロット先端部材１０６上の複数のグルーブ１１４に対応する。図示したこの例示的な実施形態では、グルーブ１４７は、非円形断面を備える。より具体的には、また図５に最も良く示すように、複数のグルーブ１４７の各々は、ほぼ矩形断面を備える。さらに、図示したこの例示的な実施形態によると、複数のグルーブ１４７の各々は、収束プロフィールを備える。つまり、複数のグルーブの各々は、第１の端部セクション１３３から第２の端部セクション１３４に向けて徐々に狭くなっている。
【００１８】
この構成の場合には、ノズル先端部材１２４は、スワーラ部材１１７の中心ハブ部分１２０内に配置される。複数のグルーブ１１４及び複数のグルーブ１４７は、ノズルセクション８５と中心ハブ部分１２０の内部表面１２１との間で延びる複数の通路を形成する。複数の通路は、それを通して流体流が流れることができる導管又はチャネルを構成する。流体流は、ハブ部分１２０の温度を低下させてスワーラ部材１１７に対するあらゆる熱応力を低減する。より具体的には、ターボ機械２が希薄モードで運転している時に、熱応力は、ハブ部分１２０に生じる傾向がある。ハブ部分１２０及びノズルセクション８５間に通路を設けることによって、流体が、パイロット先端部材１０６の内部表面１１１及びノズル先端部材１２４の外部表面１４２に沿って流れて冷却作用を行なう。ここで、ノズル先端部材１２４について図示してきたが、複数のグルーブはまた、スワーラ部材１１７の内部表面（別個には符号付けせず）上に形成することができることを理解されたい。
【００１９】
次に、図６及び図７を参照して、別の例示的な実施形態により構成したノズル先端部材１６１を説明する。ノズル先端部材１６１は、中間セクション１６９を通して第２の端部セクション１６７まで延びる第１の端部セクション１６６を有する本体１６４を含む。第２の端部セクション１６７は、パイロット先端部材１０６に流体連結された吐出ポート１７４を含む。上記したのと同様に、中間セクション１６９は、複数のグルーブ１８０がその上に形成された外部表面１７６を含む。図示したこの例示的な実施形態によると、グルーブ１８０は、ほぼ円形断面を備える。より具体的には、グルーブ１８０は半円形断面を備える。半円形断面は、外部表面１７６に沿った流体流を強化しかつノズル先端部材１６１内に過度な幾何学的応力集中が導入されるのを防止する。ここで、この例示的な実施形態は、ターボ機械ノズル組立体の内部部分を冷却するためのシステムを構成することを理解されたい。より具体的には、この例示的な実施形態は、ノズル先端部分とスワーラ部材の内側ハブ部分との間に冷却通路を構成して熱応力を低減する。当然ながら、複数のグルーブは、ほぼ矩形及びほぼ円形断面を備えるものとして図示しているが、特許請求した実施形態の技術的範囲から逸脱せずにその他の幾何学的形状もまた使用することができる。
【００２０】
限られた数の実施形態に関してのみ本発明を詳細に説明してきたが、本発明がそのような開示した実施形態に限定されるものではないことは、容易に理解される筈である。むしろ、本発明は、これまで説明していないが本発明の技術思想及び技術的範囲に相応するあらゆる数の変形、変更、置換え又は均等な構成を組込むように改良することができる。さらに、本発明の様々な実施形態について説明してきたが、本発明の態様は説明した実施形態の一部のみを含むことができることを理解されたい。従って、本発明は、上記の説明によって限定されるものと見なすべきではなく、本発明は、特許請求の範囲の技術的範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００２１】
２  ターボ機械
４  圧縮機
５  燃焼器組立体
６  燃焼器
８  燃料ノズル／噴射器ハウジング
１０  タービン
１２  圧縮機／タービンシャフト
２２  ディフューザ
２４  圧縮機吐出プレナム
３０  端部カバー
３４  キャップ部材
３５  第１の表面
３６  第２の表面
３８、３９  噴射ノズル組立体
４４  燃焼器ケーシング
４６  燃焼器ライナ
４８  燃焼チャンバ
４９  冷却通路
５５  移行部品
６２  第一段タービンノズル
６４  内側壁
６５  外側壁
６６  開口部
６８  環状通路
７２  案内空洞
８２  ライナ
８３  内部空洞
８５  ノズルセクション
８７  移送／三次先端部分
８９  通路
９０  出口
９４  内側スリーブ部分
９５  第１の端部
９６  第２の端部
１０６  パイロット先端部材
１０８  第１の端部部分
１０９  第２の端部部分
１１１  外部表面
１１４、１４７、１８０  グルーブ
１１７  スワーラ部材
１１８  ベーン
１２０  ハブ部分
１２１  内部表面
１２４、１６１  ノズル先端部材
１３０、１６４  本体
１３３、１６６  第１の端部セクション
１３４、１６７  第２の端部セクション
１３６、１６９  中間セクション
１３８、１７４  吐出ポート
１４２、１７６  外部表面
【図１】
2011141111.tif 000003
【図２】
2011141111.tif 000004
【図３】
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【図４】
2011141111.tif 000006
【図５】
2011141111.tif 000007
【図６】
2011141111.tif 000008
【図７】
2011141111.tif 000009
【外国語明細書】
2011141111000001.pdf