(57)【要約】      （修正有）【課題】ターボ機械において燃料を分配するためのシステム及び方法を提供すること。【解決手段】ターボ機械２の燃焼器組立体６は、複数の燃料回路を含む端部カバー８と、複数の燃料回路の少なくとも１つに流体接続された第１の燃料分配フランジ５５、５６と、複数の燃料回路の少なくとも１つに流体連結されたノズル組立体１４、１６と、燃料分配フランジ５５、５６に燃料を供給するように構成及び配置される燃料分配システム１４４と、を含む。燃料分配システム１４４は、ノズル組立体１４、１６にて追加の霧化空気流を必要とすることなく霧化を達成するのに十分な圧力で複数の燃料回路の少なくとも１つに多段燃料供給し、その後、追加の霧化空気流を必要とすることなく霧化を達成するための圧力で複数の燃料回路の別のものに燃料を供給するように、選択的に作動される。【選択図】図１
2011080470.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機（４）と、
該圧縮機（４）に動作可能に接続されるタービン（２４）と、
前記圧縮機（４）と前記タービン（２４）との間に流体接続された燃焼器組立体（６）と、
を備えたターボ機械（２）であって、
前記燃焼器組立体（６）が、
複数の燃料回路（８６、８９、１０５、１０８、１１１）を含む端部カバー（８）と、
前記複数の燃料回路（８６、８９、１０５、１０８、１１１）の少なくとも１つに流体接続された第１の燃料分配フランジ（５５、５６）と、
前記複数の燃料回路（８６、８９、１０５、１０８、１１１）の少なくとも１つに流体連結されたノズル組立体（１４、１６）と、
前記燃料分配フランジ（５５、５６）に燃料を供給するように構成及び配置される燃料分配システム（１４４）と
を含んでおり、
前記燃料分配システム（１４４）が、ノズル組立体（１４、１６）にて追加の霧化空気流を必要とすることなく霧化を達成するのに十分な圧力で前記複数の燃料回路（８６、８９、１０５、１０８、１１１）の少なくとも１つに多段燃料供給し、その後、ノズルにて追加の霧化空気流を必要とすることなく霧化を達成するのに十分な圧力で複数の燃料回路（８６、８９、１０５、１０８、１１１）の別のものに燃料を供給するように、選択的に作動される、
ターボ機械。
【請求項２】
前記燃焼器組立体（６）が更に、
前記複数の燃料回路（８６、８９、１０５、１０８、１１１）の少なくとも１つの別のものに流体接続された別の燃料分配フランジ（５５、５６）と、
前記複数の燃料回路（８６、８９、１０５、１０８、１１１）の少なくとも１つの別のものに流体接続された別のノズル組立体（１４、１６）と
を含んでおり、
前記燃料分配システム（１４４）が、追加の霧化空気流を必要とすることなく別のノズルにて霧化を達成するのに燃料圧力が十分であるときにだけ、前記複数の燃料回路（８６、８９、１０５、１０８、１１１）の少なくとも１つの別のものに燃料を配向する、請求項１記載のターボ機械（２）。
【請求項３】
前記端部カバー（８）が少なくとも５つの燃料回路を含み、前記少なくとも５つの燃料回路の各々が関連するノズル組立体（１４、１６）に流体接続される、請求項２記載のターボ機械（２）。
【請求項４】
前記燃料分配フランジ（５５、５６）が、前記少なくとも５つの燃料回路の１つに接続される、請求項３記載のターボ機械（２）。
【請求項５】
前記燃料分配フランジ（５５、５６）が、前記複数の燃料回路（８６、８９、１０５、１０８、１１１）の２つだけに接続される、請求項２記載のターボ機械（２）。
【請求項６】
前記燃料供給システムが、前記燃料分配フランジ（５５、５６）及び前記別の燃料分配フランジ（５５、５６）の各々に液体燃料を多段供給するように構成され配置される、請求項２記載のターボ機械（２）。
【請求項７】
前記燃料供給システムが、前記燃料分配フランジ（５５、５６）での燃料流が少なくとも１Ｌｂｓ／ｓｅｃ（０．４５ｋｇ／ｓｅｃ）を上回るときだけ、前記別の燃料分配フランジ（５５、５６）に燃料を送る、請求項６記載のターボ機械（２）。
【請求項８】
前記燃料供給システムが、前記燃料分配フランジ（５５、５６）での燃料流が少なくとも１Ｌｂｓ／ｓｅｃ（０．４５ｋｇ／ｓｅｃ）と約２Ｌｂｓ／ｓｅｃ（０．９０７ｋｇ／ｓｅｃ）の間にあるときだけ、前記別の燃料分配フランジ（５５、５６）に燃料を送る、請求項６記載のターボ機械（２）。
【請求項９】
ターボ機械（２）燃焼器組立体（６）の端部カバー（８）内に設けられる複数の燃料回路（８６、８９、１０５、１０８、１１１）に燃料を分配する方法であって、
前記複数の燃料回路（８６、８９、１０５、１０８、１１１）の少なくとも１つに流体接続された燃料分配フランジ（５５、５６）に燃料を供給する段階と、
前記複数の燃料回路（８６、８９、１０５、１０８、１１１）の少なくとも１つからノズル組立体（１４、１６）に燃料を誘導する段階と、
追加の霧化空気流を利用することなく前記ノズル組立体（１４、１６）にて燃料を霧化する段階と
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ機械の分野に関し、より詳細には、ターボ機械において燃料を分配するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ機械は通常、それぞれの燃焼室に燃料を供給する複数の燃焼器組立体を含む。燃料は、複数の燃料回路を含む端部カバーに供給され、該燃料回路の各々は燃料ノズルで終端する。液体燃料の場合、端部カバーは、複数の燃料回路の各々を燃料源と連結するフランジを含む。フランジは、各ノズルに液体燃料を送給する。燃料に加えて、別のフランジを通じて各ノズルに水を供給することができ、追加の霧化供給空気を圧縮機から各ノズルに提供することができる。
【０００３】
最初に、燃料及び水がフランジに供給され、特定の端部カバー上の燃料回路の全てに分配する。始動時などの一定期間中、燃料は低圧で各燃料回路に送られる。従って、加圧空気の形態の追加の霧化空気は、各ノズルで燃料の適正な霧化を確保するために付加されなければならない。燃料が適正に霧化されない場合、燃焼は生じることができない。加圧空気は通常、関連圧縮機の中間段から抽出される。より具体的には、加圧空気は、作動流体経路から引き出され、圧力を更に高める追加の圧縮機に送られ、端部カバーに供給されて燃料を霧化する。作動流体経路から空気が引き出されると、タービン作動効率が低下する。タービン効率の低下に加え、加圧空気を端部カバーに供給するための追加の圧縮機及び関連配管が必要となることにより、投資コスト及びメンテナンス並びに作動コストが高くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５４０８８２５号明細書
【発明の概要】
【０００５】
本発明の１つの態様によれば、ターボ機械は、圧縮機と、該圧縮機に動作可能に接続されるタービンと、圧縮機とタービンとの間に流体接続された燃焼器組立体と、を含む。燃焼器組立体は、複数の燃料回路を含む端部カバーと、複数の燃料回路の少なくとも１つに流体接続された第１の燃料分配フランジと、複数の燃料回路の少なくとも１つに流体連結されたノズル組立体と、燃料分配フランジに燃料を供給するように構成及び配置される燃料分配システムと、を含む。燃料分配システムは、ノズル組立体にて追加の霧化空気流を必要とすることなく霧化を達成するのに十分な圧力で複数の燃料回路の少なくとも１つに多段燃料供給し、その後、ノズルにて追加の霧化空気流を必要とすることなく霧化を達成するのに十分な圧力で複数の燃料回路の別のものに燃料を供給するように、選択的に作動される。
【０００６】
本発明の別の態様によれば、ターボ機械燃焼器組立体の端部カバー内に設けられる複数の燃料回路に燃料を分配する方法は、複数の燃料回路の少なくとも１つに流体接続された燃料分配フランジに燃料を供給する段階と、複数の燃料回路の少なくとも１つからノズル組立体に燃料を誘導する段階と、追加の霧化空気流を利用することなくノズル組立体にて燃料を霧化する段階と、を含む。
【０００７】
例示的な実施形態の更に別の態様によれば、ターボ機械は、圧縮機と、該圧縮機に動作可能に接続されるタービンと、圧縮機とタービンとの間に流体接続された燃焼器組立体と、を含む。燃焼器組立体は、複数の燃料回路を含む端部カバーと、複数の燃料回路の少なくとも１つに流体接続された第１の燃料分配フランジと、複数の燃料回路の少なくとも１つに流体連結されたノズル組立体と、燃料分配フランジに燃料を供給するように構成及び配置される燃料分配システムと、を含む。燃料分配システムは、複数の燃料回路の少なくとも１つに多段燃料供給した後、複数の燃料回路の別のものに燃料を供給するように選択的に作動される。
【０００８】
これら及び他の利点並びに特徴は、図面を参照しながら以下の説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】例示的な実施形態による燃料分配システムを含むターボ機械の部分断面側面図。
【図２】図１のターボ機械の端部カバーの斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、本明細書と共に提出した特許請求の範囲に具体的に指摘し且つ明確に特許請求している。本発明の上記及び他の特徴並びに利点は、添付図面を参照しながら以下の詳細な説明から明らかである。
【００１１】
この詳細な説明は、例証として図面を参照し、利点及び特徴と共に本発明の例示的な実施形態を説明している。
【００１２】
図１を参照すると、例示的な実施形態に従って構成されたターボ機械が、参照符号２で全体的に示されている。ターボ機械２は、圧縮機４と、複数の円周方向に離間して配置される燃焼器組立体とを含み、燃焼器組立体の１つが参照符号６で示される。燃焼器組立体６は、複数の燃焼ノズル組立体を支持する端部カバー８を含み、該ノズル組立体の２つが参照符号１４及び１６で示される。以下で詳細に検討するように、ノズル組立体１４及び１６は、燃料を燃焼室２０に誘導する。燃料は、燃焼室２０において点火されて高温ガスを形成し、これがタービン２４に送られる。図示のように、タービン２４は、共通の圧縮機／タービンシャフト又はロータ２６に動作可能に連結される。
【００１３】
作動時には、空気は圧縮機４に流入して加圧される。次いで、加圧空気の一部が燃焼器組立体６に供給される。燃料は、燃焼室２０に送られて、空気と混合され点火される。燃焼ガスが生成されてタービン２４に送られ、ここで高温ガス中の熱エネルギーが機械回転エネルギーに変換され、この機械回転エネルギーがシャフト２６を駆動する。本明細書で使用される用語「燃料」は、流動するあらゆる媒体又は材料が含まれ、１つのタイプの燃料に限定されない点を理解されたい。燃料はまた、燃料と水又は他の流体との混合物、或いは種々の燃料の混合物を含む点を理解されたい。
【００１４】
次に、図２を参照して、例示的な実施形態による端部カバー８を説明する。図示のように、端部カバー８は、第１の又は外側表面４３と、対向する第２の又は内側表面４４とを有する本体部材４０を含む。端部カバー８は、燃焼器組立体６への入口としての役割を果たす複数のフランジを含む。より具体的には、端部カバー８は、以下でより詳細に説明するように、液体燃料を燃焼器組立体６に供給する第１及び第２の燃料分配フランジ５５及び５６を含む。加えて、端部カバー８は、燃焼器組立体６に水を供給する第３のフランジ５８と、並びにガス燃料及びパージ空気などの他の材料を供給する種々の追加のフランジ６０〜６３とを含む。端部カバー８は更に、複数の入口部材７１〜７５を含むように図示されており、該部材は、燃焼器組立体６と関連付けられるノズル組立体に流体連結される。より具体的には、入口部材７１は、ノズル組立体１４に流体接続され、入口部材７５はノズル１６に流体接続される。入口部材７１〜７５の別のものは、追加のノズル組立体（図示せず）に接続される。
【００１５】
図２に更に示すように、第１の燃料分配フランジ５５は、第１の燃料回路（単独で表記されていない）を定める第１の導管８５を介して入口部材７２に流体的に接続される。第１の燃料分配フランジ５５はまた、第２の燃料回路（単独で表記されていない）を定める第２の導管８８を介して入口部材７２に流体接続される。図示のように、第１の導管８５は、第１の燃料分配フランジ５５から第２の端部９２に延びる第１の端部９１を含み、該第２の端部は、入口部材７２の頂部に接続される。同様に、第２の導管８８は、燃料分配フランジ５５から第２の端部９６に延びる第１の端部（図示せず）を含み、該第２の端部は、入口部材７５の頂部に接続される。図２に更に図示されるように、第２の燃料分配フランジ５６は、第３の燃料回路を定める第３の導管１０４を介して流体部材７１に流体接続され、第４の燃料回路を定める第４の導管１０７を介して入口部材７３に、更に第５の燃料回路を定める第５の導管１１０を介して入口部材７４に接続される。
【００１６】
上述のものと同様にして、第３の導管１０４は、第２の燃料分配フランジ５から第２の端部１１４に延びる第１の端部１１３を含み、該第２の端部は、入口部材７１の上部分に接続される。第４の導管１０７は、第２の燃料分配フランジ５６から第２の端部１１８に延びる第１の端部１１７を含み、該第２の端部は、入口部材７３の上部分と接続され、第５の導管１１０は、第２の燃料分配フランジ５６から第２の端部１２２に延びる第１の端部１２１を含み、該第２の端部は、入口部材７４の上部分に接続される。第５の燃料回路に加えて、端部カバー８は、第３のフランジ５８を複数の入口部材７１〜７５の各々の側部と流体接続する５つの水回路１３０〜１３４を含む。水回路１３０〜１３４は、端部カバー８により支持される複数のノズル組立体の各々に水を誘導する。
【００１７】
例示的な実施形態によれば、ターボ機械２は、燃料源１４８を第１及び第２の燃料分配フランジ５５及び５６と流体接続する燃料分配システム１４４を含む。燃料分配システム１４４は、端部カバー８に関連する５つの燃料回路の各々に燃料の多段分配を行うことができる。より具体的には、例えば始動中、燃料が第１の燃料分配フランジ５５に供給され、入口部材７２及び７５に供給される。燃料を入口部材７２及び７５にだけ供給することにより、第１及び第２の導管８５及び８８内の圧力は、５つの燃料回路の各々に燃料が供給される場合よりも高くなる。このようにして、第１及び第２の入口部材７２及び７５に関連するノズル組立体から通る燃料は、追加の霧化空気流を必要としない。すなわち、例示的な実施形態によれば、第１及び第２の導管を通って流れる燃料は、少なくとも１Ｌｂ／ｓｅｃ（０．４５ｋｇ／ｓｅｃ）を上回る速度で流れる。第１及び第２の燃料回路を通過する燃料が点火され、タービン２が加速し始めた後、第１の燃料供給フランジ５５への流量は、約１Ｌｂ／ｓｅｃから約２Ｌｂ／ｓｅｃの間のレベルまで増大する。
【００１８】
燃料の流量が十分に大きくなると、追加の燃料が第２の燃料分配フランジ５６に供給され、残りの燃料回路に供給される。このようにして、残りの回路を通過する燃料は、追加の補足霧化空気流を必要とすることなく、ノズル組立体からの霧化を生じさせるのに十分な流量がある。追加の霧化の必要性を排除することにより、タービン効率が向上する。すなわち、例示的な実施形態は、追加の霧化空気流を確立するために、タービン２４の下流側から燃焼器組立体６に戻す抽出を誘導する必要はない。抽出の必要がないことにより、より多くのエネルギーがタービン２４に送られ、ターボ機械の全体効率が向上する。加えて、例示的な実施形態によるターボ機械は、追加の霧化空気流を更に加圧するための補助圧縮機を必要とせず、これにより投資コストが低減されると共に、種々のメンテナンス問題が排除される。
【００１９】
限られた数の実施形態のみに関して本発明を詳細に説明してきたが、本発明はこのような開示された実施形態に限定されないことは理解されたい。むしろ、本発明は、上記で説明されていない多くの変形、改造、置換、又は均等な構成を組み込むように修正することができるが、これらは、本発明の技術的思想及び範囲に相応する。加えて、本発明の種々の実施形態について説明してきたが、本発明の態様は記載された実施形態の一部のみを含むことができる点を理解されたい。従って、本発明は、上述の説明によって限定されると見なすべきではなく、添付の請求項の範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００２０】
２  ターボ機械
４  圧縮機
６  燃焼器組立体
８  端部カバー
１４  燃焼器ノズル組立体
１６  燃焼器ノズル組立体
２０  燃焼室
２４  タービン
２６  圧縮機／タービンシャフト又はロータ
４０  本体部材
４３  第１／外側表面
４４  第２／内側表面
５１  複数のフランジ
５５，５６  燃料分配フランジ
５７  燃料分配
５８  第３のフランジ（水）
６０，６１，６２，６３  追加のフランジ
７１，７２，７３，７４，７５  入口部材
８５  第１の導管
８６  第１の燃料回路
８８  第２の導管
８９  第２の燃料導管
９１  第１の端部（８５）
９２  第２の端部（８５）
９６  第２の端部（８８）
１０４  第３の導管
１０５  第３の燃料回路
１０７  第４の導管
１０８  第４の燃料回路
１１０  第５の導管
１１１  第５の燃料回路
１１３  第１の端部（１０４）
１１４  第２の端部（１０４）
１１７  第１の端部（１０７）
１１８  第２の端部（１０７）
１２１  第１の端部（１１０）
１２２  第２の端部（１１０）
１３０，１３１，１３２，１３３，１３４  水回路
１４４  燃料分配システム
１４８  燃料源
【図１】
2011080470.tif 000003
【図２】
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