(57)【要約】      （修正有）【課題】燃焼器のヘッド端部に高圧空気を供給する。【解決手段】燃焼器６００は第１の流路と第２の流路とを有する。第１の流路によって、ディフューザ６９０が中間の下側燃焼器環状通路６８８を経由して燃焼器キャップアセンブリ６５０と間接的に流体連通する。第２の流路によって、ディフューザ６９０が燃焼器キャップアセンブリ６５０と直接的に流体連通する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中間の下側燃焼器環状通路（６８８）を経由して燃焼器キャップアセンブリ（６５０）と間接的に流体連通するディフューザ（６９０）を有する第１の流路と、
前記燃焼器キャップアセンブリ（６５０）と直接的に流体連通する前記ディフューザ（６９０）を有する第２の流路とを有する、燃焼器（６００）。
【請求項２】
前記第２の流路は、前記第１の流路への漏出を制限するために少なくとも部分的に密封されている、請求項１に記載の燃焼器（６００）。
【請求項３】
前記燃焼器キャップアセンブリ（６５０）は、
外側壁部（６６２）と、
前記外側壁部（６６２）から内方へ離間して内側キャップ環状通路（６８４）を画定する内側壁部（６６４）と、
前記外側壁部（６６２）と前記内側壁部（６６４）との間に延在する複数の交差管（６９６）であって、前記内側キャップ環状通路（６８４）を通る流路を提供する複数の交差管（６９６）とを有する、請求項１に記載の燃焼器（６００）。
【請求項４】
前記外側及び内側壁部（６６２、６６４）は、前記交差管（６９６）に位置合わせされた開口を除いて、実質的に連続状且つ無穴である、請求項３に記載の燃焼器（６００）。
【請求項５】
前記内側キャップ環状通路（６８４）は、前記下側燃焼器環状通路（６８８）に接続しており、前記第１の流路の少なくとも一部分を画定する、請求項３に記載の燃焼器（６００）。
【請求項６】
前記外側壁部（６６２）とケーシングの一部分との間に形成された外側キャップ環状通路（６８２）を更に有する、請求項５に記載の燃焼器（６００）。
【請求項７】
前記外側キャップ環状通路（６８２）は、前記ディフューザ（６９０）からの開口と直接的に流体連通する、請求項６に記載の燃焼器（６００）。
【請求項８】
前記燃焼器キャップアセンブリ（６５０）はキャップチャンバ（６８０）を更に含み、
前記交差管（６９６）は前記外側キャップ環状通路（６８２）を前記キャップチャンバ（６８０）と流体連通させる、請求項６に記載の燃焼器（６００）。
【請求項９】
圧縮機吐出ケース（６５４）と、
環状壁部（６５６）を含む前部ケース（６５２）とを更に有する、請求項１に記載の燃焼器（６００）。
【請求項１０】
前記燃焼器キャップアセンブリ（６５０）の前記外側壁部（６６２）が前記前部ケース（６５２）の前記環状壁部（６５６）から内方へ離間して外側キャップ環状通路（６８２）を画定するように、前記燃焼器キャップアセンブリ（６５０）が前記燃焼器（６００）に取り付けられた、請求項９に記載の燃焼器（６００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して燃焼器のヘッド端部に高圧空気を供給するシステム及び方法に関し、特に燃焼器キャップアセンブリを冷却するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、圧縮機と複数の燃焼器とタービンを有することが多い。大抵の場合、圧縮機とタービンとが共通の軸に沿って並んでおり、燃焼器が圧縮機とタービンとの間で、この共通の軸の周りに円形アレイ状に配置されている。運転時、圧縮機は、燃焼器に供給される圧縮空気を生成する。燃焼器は、この圧縮空気を燃料と一緒に燃焼させて、タービンに供給される高温燃焼生成物を生成する。タービンは、この高温燃焼生成物からエネルギーを取り出して負荷を駆動させる。
【０００３】
効率を高めるにあたり、現代の燃焼器は、燃焼器構造を損傷し窒素酸化物（ＮＯｘ）等の汚染物質が生じるような高温で動作する。こうしたリスクは、燃焼器の外側全体に圧縮空気を導き、この圧縮空気で燃焼器を冷却した後、空気と燃料を予混合して空気−燃料混合物を形成することで、燃焼時に生成されるＮＯｘのレベルを低減することによって緩和される。
【０００４】
こうした理由から、燃焼器は、大抵、燃焼器の周りに環状通路を画定するフロースリーブを有する。環状通路は、燃焼器に隣接配置されるディフューザを介して圧縮機からの空気を受け取る。この空気は、トランジションダクトと内筒（ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ  ｌｉｎｅｒ）に突き当たり、冷却を行う。その後、空気は、環状通路を逆方向に移動し、燃料ノズルを収容する燃焼キャップアセンブリの方へと移動する。また、この空気の一部分は、環状通路から分流して、キャップアセンブリを冷却する。
【０００５】
例えば、キャップアセンブリの端面は、燃焼室の高温にさらされる。そのため、この端面を、通常、環状通路から分流してキャップアセンブリ壁部の開口を通る空気を用いて冷却する。分流した空気は、端面に突き当たり、この端面を通って燃焼室に流入する。そのため、分流した空気が燃料と予混合されることがないので、ＮＯｘ生成が増幅する。
【０００６】
環状通路を通る空気は圧力損失を生じる。こうした圧力損失が原因となり、更に大量の空気がキャップアセンブリの冷却に必要となり、その結果、燃焼器内の予混合空気の割合が低くなる。また、端面を通る空気流の圧力では、火炎の不安定性が原因で、燃焼室内に存在する動圧力波を十分に克服できないことがある。この動圧力波によって端面に圧力がかかり、この圧力によって冷却流が妨害又は阻止され、端面の加熱と潜在的な故障が生じることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６９２３００２Ｂ２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
より高圧の空気をキャップアセンブリに供給することにより、冷却に必要な空気の量が減少して、比較的高い割合の燃焼空気が燃料と予混合されるようになるので、ＮＯｘの生成が減少する。更に、より高圧の空気を供給することにより、ダイナミクス障壁を改善できる。したがって、キャップアセンブリ等の燃焼器のヘッド端部には、より高圧の空気を供給することが必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
燃焼器は、第１の流路と第２の流路を有する。第１の流路によって、ディフューザが、中間の下側燃焼器環状通路を経由して燃焼器キャップアセンブリと間接的に流体連通する。第２の流路によって、ディフューザが、燃焼器キャップアセンブリと直接的に流体連通する。
【００１０】
当業者にはその他のシステム、装置、方法、特徴、及び利点が明らかであるか、或いは、以下の図面及び詳細な説明を検討することによって明らかになるであろう。こうした付随的なシステム、装置、方法、特徴、及び利点も、本明細書は包含しており、添付の特許請求の範囲によって保護されるものとする。
【００１１】
添付図面の参照により、本開示の理解が深まるであろう。全図面を通じて、適合する参照符号は対応するパーツを示しており、図中の部品は必ずしも縮尺通りではない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】燃焼器を通る空気流路を示す、先行技術の燃焼器の実施形態の断面図である。
【図２】先行技術の燃焼器キャップアセンブリの平面図である。
【図３】図２に示す先行技術の燃焼器キャップアセンブリの、線３−３に沿った部分断面図である。
【図４】本発明の実施形態に従った内筒キャップアセンブリの実施形態の斜視図である。
【図５】図４に示すキャップアセンブリの一部分を別の角度から示す斜視図である。
【図６】本発明の実施形態に従った燃焼器の実施形態の断面図である。
【図７】図６に示す燃焼器のキャップアセンブリの一部分を示す断面図である。
【図８】燃焼器キャップアセンブリを冷却する方法の実施形態を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、先行技術の燃焼器１００の実施形態の断面図である。燃焼器１００は、燃焼室１０４を画定する内筒１０２を含む。内筒１０２は、内筒キャップアセンブリ１０６とトランジションダクト１０８との間に延在する。内筒キャップアセンブリ１０６は、空気と燃料とを予混合し、その結果得られる空気−燃料混合物を燃焼室１０４内へと導く燃料ノズルを収容する。トランジションダクト１０８は、燃焼生成物を燃焼室１０４から隣接するタービン内へと導く。
【００１４】
環状フロースリーブ１１２が燃焼器１００の周りに配置される。環状フロースリーブ１１２は、空気がトランジションダクト１０８からキャップアセンブリ１０６の方へと移動する環状通路１１０又は流路を画定する。環状通路１１０は、燃焼器１００に隣接して配置されたディフューザを介して圧縮機から空気を受け取る。この空気は、約２５０〜約３００ｐｓｉａの圧縮機吐出圧力（ＰＣＤ）等の比較的高い圧力を有する。こうした空気は、一般的に、圧縮機吐出空気又はＰＣＤ空気とよばれる。ＰＣＤ空気は、空気をトランジションダクト１０８及び内筒１０２に衝突させるインピンジメントスリーブを介して燃焼器１００内に流入する。空気は、その後、燃焼室１０４の長さに沿って逆方向に移動する。こうして、空気は燃焼器１００を冷却した後、キャップアセンブリ１０６に到達する。この環状通路１１０を通る流路を図１に矢印で示す。ＰＣＤ空気は、燃焼器１００に沿って移動する際、概して燃焼器圧力降下又は「デルタＰ」とよばれる圧力降下を生じる。デルタＰは、約１５ｐｓｉｄのように比較的高くなることがある。
【００１５】
キャップアセンブリ１０６において、空気が燃料と予混合されて空気−燃料混合物が形成される。詳細には、複数の燃料ノズル１１４が端部カバー１１６からキャップアセンブリ１０６内へと延在する。燃料ノズル１１４は、端部カバー１１６を介して燃料を受け取り、環状通路１１０からの空気を受け取る。燃料ノズル１１４は、空気と燃料を混合して、その結果得られる空気−燃料混合物を、この混合物が燃焼する燃焼室１０４内に噴射する。
【００１６】
燃焼器１００は、更に、前部ケース１１８、後部ケース１２０、及び圧縮機吐出ケース１２２を含む。前部ケース１１８は、燃焼器１００の前端部に配置され、端部カバー１１６を支持する。後部ケース１２０は、ディフューザを収容する圧縮機吐出ケース１２２に取り付けられる。前部及び後部ケース１１８、１２０が一緒になって、燃焼器の外側周りに圧力容器が形成され、この圧力容器の内側には、キャップアセンブリ１０６が配置される。
【００１７】
キャップアセンブリ１０６の実施形態を図２〜３に示す。キャップアセンブリ１０６は、外壁１２４、内壁１２６、及び端面１２８、場合によっては前面１３０を含む。外壁１２４は、後部ケース１２０に着座したフランジであって、キャップアセンブリ１０６を燃焼器１００に取り付けるためのフランジを形成する。このように取り付けられた場合、外壁１２４は、フランジから前部ケース１１８の方へと前方に向かって延在する。外壁１２４は、環状通路１１０の一部分の外側境界面を画定する。
【００１８】
キャップアセンブリ１０６の内壁１２６は、外壁１２４の内方に離間しており、環状通路１１０を通って延在する複数のブラケット１３６により、この外壁上に支持されている。内壁１２６はキャップチャンバ１３２を画定し、このキャップチャンバを通って燃料ノズル１１４が延在している。内壁１２６は、更に、空気を環状通路１１０からキャップチャンバ１３２内へと分流させて冷却を行うための複数の開口１３４を画定する。分流した空気は、端面１２８の複数の小開口を通過し、燃焼室１０４の前端部を外囲していることから高温にさらされる端面１２８を対流冷却する。図１の矢印は、キャップチャンバ１３２に流入する分流した空気を示す。
【００１９】
図１において、矢印の長さは、環状通路１１０とキャップアセンブリ１０６とを通って移動する空気の圧力を図解的に示す。図示のように、空気が環状通路１１０とキャップアセンブリ１０６とを通って移動する際、圧力損失を生じる。例えば、一実施形態では、環状通路１１０に流入する空気がインピンジメントスリーブを通過する際に約５ｐｓｉの損失が生じ、その結果、環状通路１１０内の圧力は約２４５ｐｓｉａとなる。空気が環状通路１１０に沿って移動してキャップアセンブリ１０６に流入して端部カバー１１６付近で方向転換すると、更に約２〜３ｐｓｉの損失が生じる。このため、空気がキャップチャンバ１３２に到達する時に冷却用に残っているのは、約３〜６ｐｓｉの圧力降下しかないこともある。システムの圧力損失が原因となり、キャップアセンブリ１０６の冷却には、比較的大量の低圧空気が必要である。
【００２０】
以下に、燃焼器のヘッド端部に高圧空気を供給するシステム及び方法の実施形態を説明する。実施形態において、高圧空気は、ディフューザからのＰＣＤ空気である。また、実施形態においては、高圧空気が内筒キャップアセンブリに供給される。キャップアセンブリを冷却するため又はダイナミクス障壁を改善するために、高圧空気がキャップアセンブリに供給される。高圧空気は、その他の目的にも利用可能である。
【００２１】
実施形態において、これらのシステム及び方法では、ＰＣＤ空気源と燃焼器のヘッド端部との間に直接的な流路を設ける。例えば、これらのシステム及び方法では、ディフューザをキャップアセンブリに直接接続する。一部の実施形態において、この直接接続は、ディフューザからキャップアセンブリ又はヘッド端部のその他の部分にＰＣＤ空気を導く単純な管である。その他の実施形態において、この直接接続は、キャップアセンブリ内の追加の外側環状通路を経由して行われる。この外側環状通路は、キャップアセンブリ内の内側環状通路から少なくとも部分的に遮断されていてもよい。内側環状通路は従来の環状通路と同様に燃焼器の長さ沿いから空気を受け、外側環状通路は高圧空気をキャップアセンブリへと導く。例えば、外側環状通路が高圧空気を直接ディフューザから受け取り、より高圧の空気を直接キャップアセンブリに導く。これにより、より高圧の空気がトランジションダクト及び内筒に衝突して燃焼室の長さに沿ってキャップアセンブリへと向かって移動することに伴う圧力損失が生じなくなる。
【００２２】
実施形態において、外側環状通路は燃焼器の周りの圧力容器の一部分とキャップアセンブリの一部分との間に形成される。詳細には、外側環状通路は、端部カバー付近において前部ケースからディフューザに隣接する圧縮機吐出ケースまで延在する前部ケース壁部と、前部ケースから燃焼器フロースリーブまで延在するキャップアセンブリの外側キャップフロースリーブとの間に形成される。外側環状通路は、直接ディフューザからキャップチャンバへと空気を送り、冷却を行う。そのため、空気の圧力損失は、空気が燃焼器に沿って内側環状通路を通って移動する場合よりも小さくなる。
【００２３】
図４は、内筒キャップアセンブリ４００の実施形態の斜視図であり、図５は、図４に示すキャップアセンブリ４００の一部分を別の角度から示す斜視図である。内筒キャップアセンブリ４００は、外側壁部又は外側フロースリーブ４４０、内側壁部又は内側フロースリーブ４４２、端面４４４、及び前面４４６を含む。
【００２４】
外側及び内側壁部４４０、４４２は、内側壁部４４２が外側壁部４４０の内方に離間した状態で互いに同心的に配置される。外側及び内側壁部４４０、４４２間の空間は、環状間隙を画定し、内側壁部４４２の内部の空間は、燃焼器キャップチャンバの環状境界面を画定する。端面及び前面４４４、４４６は実質的に平面状であるが、端面を、以下に説明する端面アセンブリに置き換えてもよい。前面４４６は、図示の便宜上、図５には示されていないことに注意されたい。
【００２５】
内側壁部４４２は、燃焼キャップチャンバを前側及び後側において外囲する端面及び前面４４４、４４６を支持する。外側壁部４４０は、例えば環状間隙に取り付けられた複数の交差管４５０を介して内側壁部４４２を支持する。交差管４５０は、外側壁部４４０の外側をキャップチャンバと連通させる。しかし、その他の実施形態において、交差管４５０をブラケット又はその他の取り付け構造と置き換えてもよい。
【００２６】
外側及び内側壁部４４０、４４２は、交差管４５０に位置合わせされた開口４５２を有する。実施形態において、外側及び内側壁部４４０、４４２は、開口４５２以外の全ての点で実質的に連続状又は無穴である。壁部４４０、４４２のこの連続性により、環状間隙は、環状チャンバ及び外側壁部４４０の外側から分離又は隔離される。外側壁部４４０は、また、例えば端部カバー付近での前部ケースへの取り付けに適した前部フランジ４５４を有してよい。端面及び前面４４４、４４６は、燃料ノズルアセンブリを受け入れる開口を有する。
【００２７】
図６は、燃焼器６００に取り付けられた内筒キャップアセンブリ６５０の実施形態を示す、燃焼器６００の断面図であり、図７は、キャップアセンブリ６５０の一部分を更に詳細に示す、燃焼器６００の部分断面図である。キャップアセンブリ６５０は、図４及び５を参照して図示及び上述した実施形態のキャップアセンブリであってよいが、その他の構成も可能である。
【００２８】
燃焼器６００には、後部ケースがない。その代わりに、前部ケース６５２が圧縮機吐出ケース６５４まで延在しており、キャップアセンブリ６５０が前部ケース６５２に取り付けられている。キャップアセンブリ６５０は、このように取り付けられると、前部ケース６５２内に完全に封入される。しかし、その他の構成も可能である。
【００２９】
図６に示すように、前部ケース６５２は、前部ケース６５２から圧縮機吐出ケース６５４の方へと延在する環状壁部６５６を画定する。環状壁部６５６は、前部ケース６５２と圧縮機吐出ケース６５４の間の距離に亘る長さを有する。圧縮機吐出ケース６５４付近で、環状壁部６５６は後部フランジ６５８を形成し、後部フランジ／ＣＤＣ界面６５３で圧縮機吐出ケース６５４に接続される。
【００３０】
この場合もキャップアセンブリ６５０は、外側壁部６６２、内側壁部６６４、端面６６６、及び前面６６８を含む。キャップアセンブリ６５０は、端部カバー６７０付近で外側壁部６６２上のフランジ６６０を対応する溝内に配置すること等により、前部ケース６５２に取り付けられる。このように取り付けると、端面６６６が内筒６７２の周方向縁部に位置合わせされて燃焼室６７４を外囲し、前面６６８が端面６６６と端部カバー６７０の間に配置される。キャップアセンブリ６５０の内側壁部６６４は、内筒６７２の長手縁部に位置合わせされ、前部ケース６５２の方へと延在して端部カバー６７０の手前で終端する。外側壁部６６２は、キャップアセンブリ６５０の内側壁部６６４と前部ケース６５２の環状壁部６５６との間に配置される。外側壁部６６２は、内側壁部６６４の直径を上回るが環状壁部６５６の直径を下回る直径を有しており、これによって、内側環状間隙が内側及び外側壁部６６２、６６４間に画定され、外側環状間隙が外側及び環状壁部６６２、６５６間に画定されるようになっている。外側壁部６６２は、前部ケース６５２から内筒６７２の周りのフロースリーブ６８６まで延在する長さを有する。接続点６７８において、外側壁部６６２とフロースリーブ６８６とは互いに重なり合い、密封される。
【００３１】
このように、キャップアセンブリ６５０を燃焼器６６０に取り付けると、キャップアセンブリ６５０は、前部ケース６５２内に完全に封入される。キャップチャンバ６８０は、内側壁部６６４により横方向に外囲され、端面及び前面６６６、６６８により軸方向に外囲される。内側キャップ環状通路６８４がキャップアセンブリ６５０の内側壁部６６４と外側壁部６６２との間に形成され、外側キャップ環状通路６８２がキャップアセンブリ６５０の外側壁部６６２と前部ケース６５２の環状壁部６５６との間に形成される。
【００３２】
燃焼器６００は、また、内筒６７２の周りに環状に配置された燃焼器フロースリーブ６８６を含む。この燃焼器フロースリーブ６８６と内筒６７２が燃焼室６７４の周りに下側燃焼器環状通路６８８を画定する。下側燃焼器環状通路６８８は、一方の端部において、内側キャップ環状通路６８４に位置合わせされる。下側燃焼器環状通路６８８は、他方の端部において、ディフューザ６９０と連通している。詳細には、燃焼器フロースリーブ６８６は、フロースリーブ穴６８７を含むインピンジメント部６９２を含む。ディフューザ６９０は、圧縮機吐出ケース６５４内でインピンジメント部６９２に隣接配置される。ディフューザ６９０は、ＰＣＤ空気を圧縮機から受け取り、この空気を、インピンジメント部６９２内のフロースリーブ穴６８７を介して下側燃焼器環状通路６８８内へと送る。
【００３３】
下側燃焼器環状通路６８８と内側キャップ環状通路６８４は一緒になって、ディフューザ６９０からキャップアセンブリ６５０へと至る内側流路を画定する。この内側流路は、ディフューザ６９０からインピンジメント部６９２を通って燃焼室６７４の長さに沿ってキャップアセンブリ６５０内へ、そして燃料ノズルを介して燃焼室６７４内へと延在する。このように、ＰＣＤ空気は、ディフューザ６９０から間接的な経路を辿ってキャップアセンブリ６５０に到達する。具体的には、ＰＣＤ空気は、トランジションダクト６９４又は内筒６７２に衝突して燃焼室６７４に沿って移動して冷却を行った後、キャップアセンブリ６５０に流入し、この空気が燃料ノズル内で混合されて燃焼室６７４内に噴射され、燃焼が行われる。この間接的な経路により、ＰＣＤ空気は、キャップアセンブリ６５０に到達する前に圧力損失を生じる。
【００３４】
外側キャップ環状通路６８２は、ディフューザ６９０からキャップアセンブリ６５０へと至る外側流路を画定する。外側キャップ環状通路６８２は、圧縮機吐出ケース６５４の開口を介してディフューザ６９０と直接的に流体連通している。外側キャップ環状通路６８２は、交差管６９６を介してキャップチャンバ６８０とも直接的に流体連通している。外側流路は、ディフューザからキャップアセンブリ６５０内へ、そして交差管６９６を通ってキャップチャンバ６８０内へと延在する。このように、外側流路に沿って移動するＰＣＤ空気は、ディフューザ６９０から直接的な経路を辿ってキャップアセンブリ６５０に到達する。この直接的な経路により、キャップアセンブリ６５０まで外側流路に沿って移動する空気に生じる圧力損失は、内側流路に沿って移動する空気に比べてかなり小さくなる。例えば、ディフューザ６９０が約２５０ｐｓｉａの空気を供給する場合、外側流路に沿って移動する空気は約２４９ｐｓｉａでキャップアセンブリ６５０に到達する一方で、内側流路に沿って移動する空気は約２４０〜２４７ｐｓｉａでキャップアセンブリに到達する。
【００３５】
実施形態において、外側流路に沿って移動する空気は、キャップアセンブリ６５０の各部を冷却する。例えば、空気は、キャップチャンバ６８０に流入してキャップチャンバ６８０の各部を冷却する。一部の実施形態において、この空気は、端面６６６の冷却に用いられる。端面６６６が冷却されると、空気は、燃焼室６７４内へと進んで燃焼プロセスに関与する。端面６６６の構成は、冷却モードに影響を与える。例えば、端面６６６は、インピンジメント冷却により冷却されるインピンジメント板である。端面６６６は、また、噴流冷却により冷却される噴流板であってもよい。端面６６６は、燃焼室６７４内で端面６６６の表面上に空気の膜を形成するフィルム冷却用に構成されてもよい。これらの冷却モードの組み合せも可能である。例えば、端面６６６には、間隙により分離されるインピンジメント板及び噴流板が含まれる。この噴流板は、燃焼室６７４に露出しており、燃焼室６７４内で空気の膜が形成されるように角度付けされた噴流穴を有する。こうした実施形態において、端面６６６を、インピンジメント冷却、噴流冷却、及びフィルム冷却の組み合わせによって冷却してもよい。キャップアセンブリ６５０内へと送られる空気で、交差管６９６、前面６６８、外側及び内側壁部６６２、６６４等の、キャップアセンブリ６５０のその他の部分も冷却できる。
【００３６】
外側流路は、比較的高圧の空気をキャップアセンブリ６５０に供給して冷却を行うので、キャップアセンブリ６５０がより効率的に冷却される。冷却が促進されることにより、キャップアセンブリ６５０の耐久性が向上して、その運用寿命が長くなる。また、燃焼器６００をより高温で運転できる。また、キャップアセンブリ６５０の冷却に必要な空気の量が減少する。このため、燃料ノズルを介して端面６６６を通過する空気とは対照的に、燃焼室６７４内で比較的小さい割合の空気が、端面６６６を通過して冷却を行う空気になる。よって、燃焼室６７４内では、比較的大きい割合の空気が燃料と予混合されるので、ＮＯｘの生成が減少する。また、端面６６６を介してより高圧の空気を供給することにより、ダイナミクス障壁を改善できる。具体的には、火炎の不安定性により燃焼室６７４内で動圧力波が発生した際に、この動圧力波が端面６６６を介した冷却用空気の通過を妨害又は阻止する可能性が比較的低くなる。冷却用空気の高圧化により、空気が端面６６６を通り続けるので、熱応力又は熱的破損が防止される。
【００３７】
なお、外側流路に沿ってキャップアセンブリ６５０内へと移動する比較的高圧の空気を、その他の目的にも利用できる。この空気を、冷却又はその他の目的のために、その他の構造へと導くことができる。この空気をキャップチャンバ６８０内に導かない実施形態では、交差管６９６を従来のブラケットに置き換えてもよい。しかし、交差管６９６を含めることにより、ブラケットに付随する製造上及び修理上の問題は軽減される。
【００３８】
実施形態において、高圧空気を用いて燃料ノズル内への空気流の均一性を高めることができる。例えば、前面６６８は、空気をキャップチャンバ６８０から燃料ノズルの方へと導く空気分配穴６９８を有する。空気分配穴６９８は、供給不足の燃料ノズルに空気が供給されて燃料ノズル内への空気流がより均一になるように、寸法決め及び位置決めされる。図示の便宜上、１つの空気分配穴６９８のみを示すが、いかなる個数又は配置を用いてもよい。
【００３９】
実施形態において、交差管６９６は１つ以上の通路穴６９９を有する。通路穴６９９は、交差管６９６の壁部を貫通して形成されている。通路穴６９９によって、高圧空気が交差管６９６の内部通路から通路穴６９９を介して内側キャップ環状通路６８４内へと漏出する。漏出した空気は、交差管６９６背後の後流領域を満たすので、圧力損失が小さくなり、流れの均一性が高まる。
【００４０】
実施形態において、ＰＣＤ空気の圧力を維持するために、外側流路を少なくとも部分的に密封する。例えば、環状壁部及び外側壁部６５６、６６２を接続点６５３、６７８で密封して、内側環状通路６８４への接合部での空気損失を制限又は防止する。外側及び内側壁部６６２、６６４を交差管６９６において密封して、壁部の開口を介した漏出を制限又は防止する。外側及び内側壁部６６２、６６４を実質的に連続状又は無穴として、外側及び内側環状通路６８２、６８４間での漏出を制限又は防止する。キャップチャンバ６８０も、端面及び前面と内側壁部６６４との界面又は燃料ノズルを受け入れる開口の周り等において、密封される。これらの密封のいずれの組み合わせを用いても、外側流路内の高圧空気の圧力損失を低減できる。
【００４１】
なお、上述の実施形態は、燃焼器のヘッド端部に高圧空気又はＰＣＤ空気を供給するシステムの一例にすぎない。その他の実施形態も本開示の範囲内に含まれるものとする。例えば、このシステムを、図１に示す燃焼器１００のような、従来式のキャップアセンブリを有する燃焼器用に設計できる。このような実施形態において、キャップアセンブリは、内側及び外側壁部間にブラケットの代わりに交差管を有してもよい。また、キャップ及びフロースリーブフランジは、交差管をディフューザと直接的に流体連通させる穴を有してもよい。このシステムを、外側壁部を密封すること等により密封してもよい。キャップアセンブリの内側壁部は、環状通路からキャップチャンバ内に空気を分流させる、別法における開口を有さなくてもよい。一部の実施形態では、燃焼器１００に、この燃焼器のヘッド端部に高圧空気又はＰＣＤ空気を供給するためのシステムを後付けする。
【００４２】
また別の実施形態においては、ディフューザからキャップチャンバまで、管又は導管を延在させる。この管は、ＰＣＤ空気を直接、ディフューザからキャップチャンバに送給する。こうした実施形態において、キャップアセンブリの内側壁部を、ＰＣＤ空気が環状通路内へと後方に漏出しないように、実質的に連続状又は無穴としてもよい。
【００４３】
図８は、燃焼器キャップアセンブリを冷却する方法６００の実施形態を示すブロック図である。ブロック８０２において、直接的な流路をＰＣＤ空気源と燃焼器キャップアセンブリとの間に画定する。ブロック８０４において、この直接的な流路を少なくとも部分的に密封する。
【００４４】
本明細書では、最適な態様を含めた例を用いて本発明を開示しており、これによって、当業者は、あらゆる装置又はシステムの作製及び使用、並びにあらゆる付随の方法の実行も含めて、本発明を実施することができる。本発明の特許請求の範囲は請求項に明示されており、特許請求の範囲には当業者に想到可能なその他の例も含まれる。このようなその他の例は、請求項の文言と相違ない構成要素を含む場合、又は、請求項の文言と実質的に変わらない等価の構成要素を含む場合、特許請求の範囲に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００４５】
１００  燃焼器
１０２  内筒
１０４  燃焼室
１０６  内筒キャップアセンブリ
１０８  トランジションダクト
１１０  環状通路
１１２  環状フロースリーブ
１１４  燃料ノズル
１１６  端部カバー
１１８  前部ケース
１２０  後部ケース
１２２  圧縮機吐出ケース
１２４  外側壁部
１２６  内側壁部
１２８  端面
１３２  キャップチャンバ
１３４  開口
１３６  ブラケット
４００  内筒キャップアセンブリ
４４０  外側壁部又は外側フロースリーブ
４４２  内側壁部又は内側フロースリーブ
４４４  端面
４４６  前面
４５０  交差管
４５２  開口
４６６  端面
６００  燃焼器
６５０  内筒キャップアセンブリ
６５２  前部ケース
６５３  後部フランジ／ＣＤＣ界面
６５４  圧縮機吐出ケース
６５６  環状壁部
６６０  フランジ
６６２  外側壁部
６６４  内側壁部
６６６  端面
６６８  前面
６７０  端部カバー
６７２  内筒
６７４  燃焼室
６７８  接続点
６８０  キャップチャンバ
６８２  環状通路
６８４  内側キャップ環状通路
６８６  燃焼器フロースリーブ
６８８  下側燃焼器環状通路
６９０  ディフューザ
６９２  インピンジメント部
６９６  交差管
６９８  分配穴
６９９  通路穴
【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】
2011163752.tif 000010
【外国語明細書】
2011163752000001.pdf