(57)【要約】【課題】ガスタービンエンジンと共に使用される中央燃料ノズルを提供すること。【解決手段】燃焼器（１０４）を含むガスタービンエンジン（１００）用の燃料ノズル組立体（１０６）が提供される。ガスタービンエンジンは、固有動作周波数を有し、燃料ノズル組立体は、第１の端部及び第２の端部を有し、該フランジの第１の端部が燃焼器に結合され、ガスタービンエンジンの固有動作周波数とは異なる第１の周波数を示すように構成されるよう第１の合金から製作されたフランジ（３０６）と、フランジの第２の端部に結合された第１の端部を有し、ガスタービンエンジンの固有動作周波数とは異なる第２の周波数を示すように構成されるよう第２の合金から製作された予混合管（３０８）と、を含む。【選択図】      図３
2011106804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼器（１０４）を含み、固有周波数を有するガスタービンエンジン（１００）の燃料ノズル組立体（１０６）であって、
前記燃焼器に結合された第１の端部と第２の端部とを有し、前記ガスタービンエンジンの固有動作周波数とは異なる第１の周波数を示すように構成されるよう第１の合金から製作されたフランジ（３０６）と、
前記フランジの第２の端部に結合された第１の端部を有し、前記ガスタービンエンジンの固有動作周波数とは異なる第２の周波数を示すように構成されるよう第２の合金から製作された予混合管（３０８）と、
を備える燃料ノズル組立体（１０６）。
【請求項２】
前記第１及び第２の合金の少なくとも１つが、ステンレス鋼を含む、
請求項１に記載の燃料ノズル組立体（１０６）。
【請求項３】
前記第１の周波数の倍数が、前記ガスタービンエンジン（１００）の固有動作周波数の倍数と異なり、前記第２の周波数の倍数が、前記ガスタービンエンジン（１００）の固有動作周波数の倍数と異なる、
請求項１に記載の燃料ノズル組立体（１０６）。
【請求項４】
前記予混合管（３０８）の下流側端部（３９４）に結合されたスウォズル組立体（３４０）を更に備える、
請求項１に記載の燃料ノズル組立体（１０６）。
【請求項５】
前記スウォズル組立体（３４０）が、ステンレス鋼（３４７）から製作される、
請求項１に記載の燃料ノズル組立体（１０６）。
【請求項６】
前記予混合管（３０８）及び前記フランジ（３０６）が、溶接接合面を定める、
請求項１に記載の燃料ノズル組立体（１０６）。
【請求項７】
固有動作周波数を有するガスタービンエンジン（１００）であって、
燃焼器（１０４）と、
燃料ノズル組立体（１０６）と、
を備え、
該燃料ノズル組立体（１０６）が、
第１の端部と第２の端部とを有し、該第１の端部にて前記燃焼器に結合されており、前記ガスタービンエンジンの固有動作周波数とは異なる第１の周波数を示すように構成されるよう第１の合金から製作されたフランジ（３０６）と、
前記フランジの第２の端部に結合された第１の端部を有し、前記ガスタービンエンジンの固有動作周波数とは異なる第２の周波数を示すように構成されるよう第２の合金から製作された予混合管（３０８）と、
を含むガスタービンエンジン（１００）。
【請求項８】
前記第１及び第２の合金の少なくとも１つがステンレス鋼を含む、
請求項７に記載のガスタービンエンジン（１００）。
【請求項９】
前記第１の周波数の倍数が、前記ガスタービンエンジンの固有動作周波数の倍数と異なり、前記第２の周波数の倍数が、前記ガスタービンエンジンの固有動作周波数の倍数と異なる、
請求項７に記載のガスタービンエンジン（１００）。
【請求項１０】
前記予混合管（３０８）の下流側端部（３９４）に結合されたスウォズル組立体（３４０）を更に備える、
請求項７に記載のガスタービンエンジン（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の範囲は、全体的に、ガスタービンエンジンに関し、より詳細にはガスタービンエンジンと共に使用される中央燃料ノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくとも一部の公知のガスタービンエンジンは、燃焼器内で燃料空気混合気を点火して、燃焼ガスストリームを生成し、これが高温ガス経路を介してタービンに送られる。加圧空気は、圧縮機によって燃焼器に送られる。燃焼器組立体は通常、燃料ノズルを使用して、燃焼器の燃焼領域への燃料及び空気の送給を促進する。タービンは、燃焼ガスストリームの熱エネルギーを、タービンシャフトを駆動する機械エネルギーに変換する。タービンの出力を用いて、例えば、発電機又はポンプなどの機械を作動させることができる。
【０００３】
公知の燃料ノズル組立体は、燃料ノズルの構造的基礎としての役割を果たす端部カバーから延びるフランジを含む。予混合管は、フランジから延びてスワーラに結合される。燃料ノズル組立体の固有周波数は、一般に、フランジ及び予混合管の組み合わせの形状及び長さの両方の関数である。更に、公知の燃料ノズル組立体において、ガスタービンエンジンの動作周波数は、例えば、フランジ、予混合管、及び／又はスワーラ、及び／又は構成要素間に定められる継手など、燃料ノズル構成部品及び継手において低サイクル及び／又は高サイクル疲労をもたらす可能性がある。その上、公知の燃料ノズル組立体において、固有周波数が、ガスタービンエンジンの作動ロータ周波数（１から４倍のロータ周波数）、燃焼トーン、及びサイレントーンと類似した、又は実質的に同じである場合に、ノズル組立体周辺への応力集中、及び／又は燃料ノズル組立体の結果として燃料孔への構造ブレークアウトの増大が生じる可能性がある。
【０００４】
多くの公知の燃料ノズル組立体は様々な構成部品を用いており、該構成部品は、様々な材料から作られ、フランジ、予混合管及び／又はスワーラ間に定められる継手に沿ってなど、溶接及びろう付け継手と共に結合される。材料特性が異なることに起因して、異なる構成部品は、熱成長率及び／又は熱膨張及び収縮の大きさが異なる場合がある。加えて、時間の経過と共に、溶接及びろう付け継手は、ガスタービンエンジンによってもたらされる動作周波数に曝される作動中に疲労、亀裂、又は初期故障を生じやすい可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６，９２６，４９６号公報
【発明の概要】
【０００６】
１つの態様において、固有周波数を有するガスタービンエンジンの燃料ノズルを組み立てる方法が提供される。本方法は、フランジ及び予混合管を設ける段階を含む。フランジは、ガスタービンエンジンの固有動作周波数とは異なる第１の周波数を示すように構成されるよう第１の合金から製作される。予混合管は、ガスタービンエンジンの固有動作周波数とは異なる第２の周波数を示すように構成されるよう第２の合金から製作される。予混合管はフランジに結合される。
【０００７】
別の態様において、燃焼器を含むガスタービンエンジン用の燃料ノズル組立体が提供される。ガスタービンエンジンは、固有動作周波数を有する。燃料ノズル組立体は、フランジ及び予混合管を含む。フランジは、第１の端部及び第２の端部を含む。フランジの第１の端部は、燃焼器に結合される。フランジは、ガスタービンエンジンの固有動作周波数とは異なる第１の周波数を示すように構成されるよう第１の合金から製作される。予混合管は、フランジの第２の端部に結合される第１の端部を含む。予混合管は、ガスタービンエンジンの固有動作周波数とは異なる第２の周波数を示すように構成されるよう第２の合金から製作される。
【０００８】
更に別の態様において、ガスタービンエンジンが提供される。ガスタービンエンジンは、固有動作周波数を有する。ガスタービンエンジンは、燃焼器及び燃料ノズル組立体を含む。燃料ノズル組立体は、フランジ及び予混合管を含む。フランジは、第１の端部及び第２の端部を含む。フランジは、ガスタービンエンジンの固有動作周波数とは異なる第１の周波数を示すように構成されるよう第１の合金から製作される。フランジは、フランジの第１の端部において燃焼器に結合される。予混合管は、フランジの第２の端部に結合された第１の端部を含む。予混合管は、ガスタービンエンジンの固有動作周波数とは異なる第２の周波数を示すように構成されるよう第２の合金から製作される。
【０００９】
本発明の上記の態様に関して示された特徴の種々の改良点が存在する。また、本発明の上記の態様に追加の特徴を更に組み込むこともできる。これらの改良及び追加の特徴は、個別に、或いは何れかの組み合わせで存在することができる。例えば、本発明の例証の実施形態の何れかに関して以下で検討する種々の特徴は、本発明の上記の態様の何れかに単独で、もしくは組み合わせて組み込むことができる。
【００１０】
添付図面を参照しながら非限定的且つ非網羅的な実施形態を説明する。添付図面は、特に規定がない限り、種々の図全体を通して同じ参照符号は同じ要素を示している。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】例示的な燃焼タービンエンジンの概略図。
【図２】図１の燃焼タービンエンジンと共に使用できる例示的な燃料供給システムの部分図。
【図３】図１に示す燃焼器と共に使用できる例示的な燃料ノズル組立体の概略断面図。
【図４】図３に示す燃料ノズル組立体と共に使用される例示的なフランジの概略断面図。
【図５】図３に示す燃料ノズル組立体と共に使用される例示的な予混合管の概略断面図。
【図６】図３に示す燃料ノズル組立体を製作する例示的な方法のフロー図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、例示的なガスタービンエンジン１００の概略図である。例示的な実施形態において、エンジン１００は、圧縮機１０２及び燃焼器１０４を含む。燃焼器１０４は、燃料領域１０５と、燃料ノズル組立体１０６とを含む。エンジン１００はまた、タービン１０８と、共通の圧縮機／タービンシャフト１１０（ロータ１１０と呼ばれる場合もある）とを含む。圧縮機１０２はまた、ロータ１１０に回転可能に結合される。例示的な実施形態において、複数の燃焼器１０４及び燃料ノズル組立体１０６がある。以下の検討では、別途指示されていない限り、各構成部品の１つについてのみ検討する。１つの実施形態において、ガスタービンエンジン１００は、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ州Ｓｃｈｅｎｅｃｔａｄｙ所在のＧｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙから商業的に入手可能なＰＧ９３７１  ９ＦＢＡ高出力ガスタービンエンジンである。但し、本発明は、何れかの特定のエンジンに限定されず、例えば、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ州Ｓｃｈｅｎｅｃｔａｄｙ所在のＧｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙから商業的に入手可能なＭＳ７００１ＦＡ  （７ＦＡ），  ＭＳ９００１ＦＡ  （９ＦＡ），  ＭＳ７００１ＦＢ  （７ＦＢ）  ａｎｄ  ＭＳ９００１ＦＢ  （９ＦＢ）エンジンモデルなど、他のガスタービンエンジンと共に使用することができる点に留意されたい。
【００１３】
作動中、空気は圧縮機１０２を通って流れ、加圧された空気は燃焼器１０４に供給される。具体的には、加圧空気のかなりの量が、燃焼器１０４と一体化された燃料ノズル組立体１０６に供給される。一部の燃焼器は、圧縮機１０２からの空気流の少なくとも一部を希釈空気サブシステム（図１には示していない）に分配させており、ほとんどの燃焼器は、少なくとも幾らかのシール漏出を有する。燃料ノズル組立体１０６は、燃焼領域１０５と流れ連通している。燃料ノズル組立体１０６はまた、燃料源（図１には示していない）と流れ連通しており、燃料及び空気を燃焼領域１０５に送る。燃焼器１０４は、燃料（例えば、天然ガス及び／又は燃料油）を点火して燃焼させ、高温の燃焼ガスストリームを生成する。燃焼器１０４は、タービン１０８と流れ連通して結合され、該タービン１０８が、燃焼器１０４により吐出される燃焼ガスからの熱エネルギーを機械回転エネルギーに変換する。タービン１０８は、ロータ１１０に回転可能に結合される。
【００１４】
図２は、燃焼器１０４（図１に示す）の構成部品としてタービンエンジン１００（図１に示す）と共に使用できる例示的な燃料供給組立体２００の部分図である。例示的な実施形態において、燃料供給組立体２００は、少なくとも１つの燃料供給フィード２０２と、噴霧空気カートリッジ部分組立体２０３とを含む。部分組立体２０３は、複数の内側噴霧空気管２０５に結合された複数の空気供給管２０４を含む。燃料ノズル組立体２００はまた、燃焼器端部カバー部分組立体２０６を含む。カバー部分組立体２０６は、空気及び燃料を送るための複数の予混合燃料供給通路２１８（以下でより詳細に検討する）と、端部カバープレート本体２０８と、複数の端部カバー＆燃焼器ケーシング締結具２１０とを含む。例示的な実施形態において、本体２０８は、機械加工プロセスにより形成され、ここでは複数のチャンネル２１１が、受け入れだけに限定されるものではないが、予混合燃料供給通路２１８、拡散燃料供給通路２２０、複数の噴霧空気供給管２０４、燃料ノズルインサート部分組立体２１２、複数の端部カバー＆燃焼器ケーシング締結具２１０、複数のインサート＆端部カバー締結具２１４、及び複数のキャップ＆端部カバー締結具２１７を受け入れるような大きさにされた本体２０８内に形成される。或いは、既存の本体２０８は、本明細書で記載される教示に従って改造することができる。例示的な実施形態では、カバー部分組立体２０６は、締結具２１０により燃焼器１０４（図１に示す）ケーシングに結合され、噴霧空気カートリッジ部分組立体２０３は、端部カバープレート本体２０８に結合される。
【００１５】
燃料供給組立体２００はまた、燃料ノズルインサート部分組立体２１２及び燃料ノズル部分組立体２２５を含む。燃料ノズル部分組立体２２５は、複数のノズル半径方向外側管２１６、複数の中間管２２３、キャップ装着フランジ２２２、並びに複数の半径方向内側管２２１、環状拡散燃料通路２１９、及び燃料ノズルキャップ２２４を含む。例示的な実施形態では、燃料ノズルインサート部分組立体２１２は、締結具２１４により端部カバープレート本体２０８に結合され、キャップ２２４は、締結具２１７及びキャップ装着フランジ２２２により端部カバープレート本体２０８に結合される。
【００１６】
作動中、燃料は、燃料源（図２には図示していない）から少なくとも１つの供給フィード２０２を介して燃料ノズル組立体２００に送られる。予混合燃料は、矢印で示すように通路２１８及び燃料ノズルインサート部分組立体２１２を介して管２１６に送られる。拡散燃料は、矢印で示すように管２２０を介して通路２１９に送られる。燃焼空気は、圧縮機１０２（図１に示す）から空気供給管２０４に送られた後、矢印に示すように管２０５に送られる。一般に、複数の燃料ノズル組立体２００は、ロータ１１０（図１に示す）の周りを円周方向に離間して配置され、実質的に均一な温度を有する燃焼ガスの円周方向ストリームが燃焼器１０４内で生成されて、タービン１０８（図１に示す）送られるのを確保する。破線内で示される、部分組立体２１２を含む燃料ノズル組立体２００の一部が図３で示され、以下でより詳細に説明する。
【００１７】
図３は、例示的な燃料ノズル組立体３００の拡大断面概略図である。例示的な実施形態では、燃料ノズル組立体３００は、中心軸線３０２を有し、燃料ノズルフランジ３０６を介して端部カバー３０４に結合される。第１の継手３１０にてフランジ３０６に結合される予混合管３０８は、半径方向外側表面３１２を含む。例示的な実施形態において、予混合管３０８は、限定ではないが、電子ビーム溶接などの溶接によりフランジ３０６に結合される。或いは、予混合管３０８は、例えば、ろう付け、ネジ、ボルト、及び／又は本明細書で記載されるように燃料ノズル組立体３００を機能させることができる何らかの締結具のような、何れかの結合装置を用いてフランジ３０６に結合することができる。予混合管３０８は、継手３１０から燃焼室３１１に向けて可変長Ｌ１を延びる。例示的な実施形態において、長さＬ１は、燃料ノズル組立体３００の固有周波数を適正に調整するよう操作され、フランジ３０６及び予混合管組立体は、作動ロータ周波数（１から４倍のロータ周波数）、燃焼トーン、及びガスタービンエンジン１００（図１に示す）のサイレントーンとは異なる固有周波数で動作する。
【００１８】
燃料ノズル組立体３００は、第２の継手３１５に沿ったフランジ３０６に結合される半径方向内側管３１４を含む。管３０８及び３１４は、実質的に環状の第１の予混合燃料供給通路３１６を定める。加えて、内側管３１４は、拡散燃料通路３１８を定める。例示的な実施形態では、通路３１６及び３１８は、複数の燃料源（図３には示していない）に流れ連通して結合される。
【００１９】
燃料ノズル組立体３００は、実質的に環状の吸入流コンディショナ（ＩＦＣ）３２０を含む。例示的な実施形態において、ＩＦＣ３２０は、複数の小孔３２４を有する半径方向外側壁部３２２と、ＩＦＣ３２０の後方端部上に位置付けられて、壁部３２２と表面３１２との間に延びる端壁部３２６とを含む。壁部３２２及び３２６、並びに表面３１２は、これらの間に実質的に環状のＩＦＣチャンバ３２８を定める。チャンバ３２８は、小孔３２４を介して冷却通路（図３には図示していない）と流れ連通している。燃料ノズル組立体３００はまた、壁部３２２に結合された管状移行部材３３０を含む。移行部材３３０は、実質的に環状の移行チャンバ３３２を定め、該チャンバは、第１の予混合燃料供給通路３１６に対して実質的に同心状に整列し、ＩＦＣ出口通路３３４がチャンバ３２８及び３３２間を延びるように位置付けられる。
【００２０】
例示的な実施形態において、燃料ノズル組立体３００はまた、ガス状燃料噴射と共に使用するための空気スワーラ組立体又はスウォズル組立体３４０を含む。スウォズル３４０は、移行部材３３０に結合される実質的に管状のシュラウド３４２と、継手３４６に沿って管体３０８に結合される実質的に管状のハブ３４４とを含む。例示的な実施形態において、ハブ３４４は、電子ビーム溶接を介して管３０８に結合される。或いは、ハブ３４４は、例えば、ろう付け、ネジ、ボルト、及び／又は本明細書で記載されるように燃料ノズル組立体３００を機能させることができる何らかの締結具のような、何れかの結合装置を用いて管３０８に結合することができる。シュラウド３４２及びハブ３４４は、これらの間に環状チャンバ３４８を定め、複数の中空調整ベーン３５０がシュラウド３４２とハブ３４４との間に延びている。チャンバ３４８は、チャンバ３３２と流れ連通して結合され、ハブ３４４は、予混合燃料供給通路３１６と流れ連通した複数の調整ベーン通路（図３には示していない）を含む。複数の予混合ガス噴射ポート（図３には示していない）が、中空調整ベーン３５０内に定められる。
【００２１】
燃料ノズル組立体３００は、管状シュラウド延長部３５６及び管状ハブ延長部３５８により定められる実質的に管状の燃料空気混合通路３５４を含む。通路３５４は、チャンバ３５２と流れ連通して結合され、延長部３５６及び３５８は各々、シュラウド３４２及びハブ３４４にそれぞれ結合される。
【００２２】
管状拡散火炎ノズル組立体３６０は、管状拡散燃料通路３１８が少なくとも部分的に定められるようにハブ３４４に結合される。組立体３６０はまた、ハブ延長部３５８と協働した管状空気通路３６２を定める。燃料ノズル組立体３００はまた、ハブ延長部３５８及び組立体３６０に結合されるスロット付きガス先端３６３を含む。先端３６３は、複数のガス噴射装置３６４及び空気噴射装置３６６を含み、燃焼室３１１と慣れ連通して結合され、燃焼室３１１における燃料及び空気の混合を促進する。
【００２３】
作動中、燃料ノズル組立体３００は、該燃料ノズル組立体３００を囲むプレナム（図３には示していない）を介して空気供給管２０４（図２に示す）から加圧空気を受け取る。燃焼に使用される空気の大部分はＩＦＣ３２０を介して組立体３００に流入し、予混合構成部品に送られる。具体的には、空気は小孔３２４を介してＩＦＣ３２０に流入してＩＦＣチャンバ３２８内で混合され、更に空気は、通路３３４を介してＩＦＣ３２０から流出し、移行部品チャンバ３３２を介してスウォズル入口チャンバ３４８に流入する。空気供給管２０４に流入する高圧空気の一部はまた、拡散燃料通路３１８内に挿入される空気噴霧液体燃料カートリッジ（図３には示していない）に送られる。
【００２４】
燃料ノズル組立体３００は、予混合燃料供給通路３１６を介して燃料源（図３には示していない）から燃料を受け取る。燃料は、予混合燃料供給通路３１６から、調整ベーン３５０内に定められる複数の１次ガス噴射ポートに送られる。
【００２５】
移行部品チャンバ３３２からスウォズル入口チャンバ３４８に送られる空気は、調整ベーン３５０を介して旋回された後、燃料と混合され、燃料／空気混合気は次に、スウォズル出口チャンバ３５２に送られて更に混合される。次いで、燃料／空気混合気は、混合通路３５４に送られた後、組立体３００から燃焼室３１１に吐出される。加えて、拡散燃料通路３１８を通じて送られる拡散燃料は、ガス噴射装置３６４を通じて燃焼室３１１に吐出され、ここで拡散燃料は、噴射装置３６６から吐出される空気と混合されて燃焼する。
【００２６】
図４は、燃料ノズル組立体３００と共に使用されるフランジ３０６の概略断面図である。例示的な実施形態において、フランジ３０６は、ガスタービンエンジン１００の動作周波数の整数倍の間で動作するよう製作される。より具体的には、例示的な実施形態において、ガスタービンエンジン１００は、およそ５０Ｈｚの周波数で動作する。フランジ３０６は、例えば、１００ヘルツ、１５０ヘルツ、２００ヘルツ、その他など、５０Ｈｚ又はその倍数を実質的に回避された固有周波数で動作するよう製作される。より具体的には、例示的な実施形態において、フランジ３０６は、約１７５Ｈｚから約１８０Ｈｚの固有周波数で動作するよう製作される。例示的な実施形態は、Ｃｌａｓｓ９ガスタービンに適合するが、１２０Ｈｚ、１８０Ｈｚ、及び２４０Ｈｚの倍数ロータトーンを有する６０ＨｚロータトーンのＣｌａｓｓ７など、複数のエンジンクラスにも適用することができる。
【００２７】
燃料ノズル組立体３００が所望の固有周波数で動作するのを確保するために、フランジ３０６は、中心軸線３０２に対して製作され、装着部分３８０と、実質的に円錐台形の本体３８２とを含み、これらは、所望の固有周波数を制御するための外側長さＬ２を協働して定める。例示的な実施形態において、本体３８２は、収束されて約１０°の角度Ａ１で製作され、燃料ノズル組立体３００が約１７５Ｈｚから約１８０Ｈｚの間の周波数で動作できるようにする。例示的な実施形態において、長さＬ２は、ほぼ３．７５インチ（９５．２５ｍｍ）であり、燃料ノズル組立体３００が約１７５Ｈｚから約１８０Ｈｚの間の周波数で動作することができる。或いは、本体３８２は、角度Ａ１で製作することができ、長さＬ２は、本明細書で記載されるように燃料ノズル組立体３００を機能させることができるあらゆる長さとすることができる。
【００２８】
図５は、予混合管３０８の概略断面図である。例示的な実施形態において、予混合管３０８は、中心軸線３０２を有し、ガスタービンエンジン１００の動作周波数とは異なる周波数で動作するよう製作される。より具体的には、例示的な実施形態において、予混合管３０８は、約１４インチ（ｉｎ）（３５７ミリメートル（ｍｍ））の長さＬ１を有し、予混合管３０８は、ガスタービンエンジン１００（図１に示す）の動作周波数（すなわち、５０Ｈｚ又はその倍数）とは異なる周波数で動作する。或いは、Ｌ１は、燃料ノズル組立体３００本明細書で記載されるように機能することができるあらゆる長さとすることができる。
【００２９】
例示的な実施形態において、予混合管３０８は、テーパ部分３９０を含み、燃料ノズル組立体３００、より具体的にはスウォズル組立体３４０（図３に示す）を通ってより多くの空気を流すことを可能にする。例示的な実施形態において、テーパ部分３９０は、約５°の角度Ａ２で形成される。或いは、テーパ部分３９０は、燃料ノズル組立体３００が本明細書で記載されるように機能することができるあらゆる角度Ａ２で収束することができる。更に、例示的な実施形態において、予混合管３０８は、およそ０．１９（ｉｎ）（４．７６（ｍｍ））の厚みＴを有する外側壁部３９２を含む。或いは、外側壁部３９２は、燃料ノズル組立体３００が本明細書で記載されるように機能することができるあらゆる厚みＴで形成することができる。
【００３０】
図６は、燃料ノズル組立体３００（図３に示す）を製作するのに使用する例示的な方法４００のフロー図である。例示的な実施形態において、方法４００は、ステンレス鋼４１０からフランジ３０６を製作する段階４０２と、ステンレス鋼４１０から予混合管３０８を製作する段階４０４と、継手３１０において電子ビーム溶接を用いて予混合管３０８をフランジ３０６に結合する段階４０６とを含む。次に、フランジ３０６は、複数の締結具（図示せず）を用いて端部カバー３０４に結合される。ステンレス鋼４１０を用いることにより、本明細書でより詳細に記載されるように、ガスタービンエンジン１００の固有動作周波数と異なる周波数で動作できるようになる。加えて、ステンレス鋼４１０を用いることにより、公知の燃料ノズル組立体で使用される材料と比べて、各構成部品が受けることができる圧縮及び膨張サイクル数が増大する。結果として、各構成部品の寿命の延長が促進される。或いは、フランジ３０６及び予混合管３０８は、燃料ノズル組立体３００が本明細書で記載されるように機能することができるあらゆる他の材料から製作することができる。電子ビーム溶接された継手を用いてフランジ３０６を予混合管３０８に結合することにより、燃料ノズル組立体の構造的強度及び弾性の増大が促進され、エンジン動作中の燃料ノズル組立体の耐久性及び耐用年数の増大が促進される。
【００３１】
方法４００は、ステンレス鋼３４７からスウォズル組立体３４０を製作する段階４１０と、継手３４６において電子ビーム溶接を用いて予混合管３０８の下流側端部３９４にスウォズル組立体３４０を結合する段階４１２とを含む。ステンレス鋼３４７を用いることにより、スウォズル組立体３４０は、本明細書で記載されるように予混合管３０８に結合されたときに、本明細書で記載されるようにガスタービンエンジン１００の動作周波数と異なる周波数で動作できるようになる。加えて、ステンレス鋼３４７を用いることにより、公知の燃料ノズル組立体と比べて、スウォズル組立体３４０が受けることができる圧縮及び膨張サイクル数の増大が促進され、従って、構成部品の有効寿命の延長が促進される。或いは、スウォズル組立体３４０は、燃料ノズル組立体３００が本明細書で記載されるように機能することができるあらゆる他の材料から製作することができる。電子ビーム溶接された継手を用いてスウォズル組立体３４０を予混合管３０８に結合することにより、燃料ノズル組立体の構造的強度及び弾性の増大が促進され、エンジン動作中の燃料ノズル組立体の耐久性及び耐用年数の増大が促進される。
【００３２】
燃料ノズル組立体の例示的な実施形態を上記で詳細に説明した。上述のシステムは、燃料及び空気の混合気をエンジンの燃焼室に送給するのに使用され、燃焼室の直ぐ上流側により堅牢で弾性のある設計を提供しながら、エンジン内の周波数マージンを実質的に均衡にするよう製作される。より具体的には、各燃料ノズル組立体内のフランジ及び予混合管は、構造設計及び固有周波数調整の両方を統合して設計の最適化を可能にし、周波数マージン、低サイクル疲労（ＬＣＦ）、高サイクル疲労（ＨＦＣ）機能、及び空力的影響を均衡にする。このような燃料ノズル組立体は、応力集中を低減し、燃料孔へのブレークアウトを最小限にし、固有周波数を調整して、最小の空力干渉でロータ速度及び燃焼トーンに対する十分な周波数マージンを提供する。
【００３３】
更に、本明細書で記載されるシステム及び方法により、電子ビーム溶接された継手を利用することで、フランジ及び予混合管間のろう付け継手が排除され、より高剛性又は弾性のある燃料ノズル組立体を提供し、エンジン動作中の燃料ノズル組立体の耐久性が向上する。フランジ及び予混合管形状の外形及び壁厚は、固有周波数マージンを制御及び改善するよう操作され、ＬＣＦ及びＨＣＦが堅牢な耐久性のある設計を提供し製品寿命を向上させるよう最適化される。
【００３４】
加えて、本明細書で記載される燃料ノズル組立体を製作するのに使用される材料を選択することにより、このような燃料ノズルの生産に伴うコストが低減される。使用される材料はまた、各構成部品が受ける可能性があるサイクル数を増大させ、これにより各構成部品の寿命が有意に増大する。
【００３５】
本明細書で記載される装置及び方法は、ガスタービンエンジンの燃料ノズル組立体の関連で説明されているが、本装置及び方法はこのような用途に限定されない点は理解される。同様に、例示のシステム構成部品は、本明細書で記載された特定の実施形態に限定されず、システム構成部品は、本明細書で記載される他の構成部品とは独立して別個に利用することができる。
【００３６】
本明細書で使用する場合に、前に数詞のない要素又はステップの表現は、そうではないことを明確に述べていない限り複数のそのような要素又はステップの存在を排除するものではないと理解されたい。更に、本開示の「１つの実施形態」に対する言及は、同様に記載の特徴部を組み込んだ追加的な実施形態の存在を排除するものとして解釈されることを意図するものではない。
【００３７】
本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、更に、あらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること並びにあらゆる包含の方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００３８】
１００  ガスタービンエンジン
１０２  圧縮機
１０４  燃焼器
１０５  燃焼領域
１０６  燃料ノズル組立体
１０８  タービン
１１０  ロータ
２００  燃料供給組立体
２０２  燃料供給フィード
２０３  カートリッジ部分組立体
２０４  空気供給管
２０５  内側噴霧空気管
２０６  カバー部分組立体
２０８  端部カバープレート本体
２１０  締結具
２１１  複数のチャンネル
２１２  インサート部分組立体
２１４  インサート＆端部カバー締結具
２１６  管
２１７  キャップ＆端部カバー締結具
２１８  予混合燃料供給通路
２１９  環状拡散燃料通路
２２０  拡散燃料供給通路
２２１  半径方向内側管
２２２  キャップ装着フランジ
２２３  複数の中間管
２２４  燃料ノズルキャップ
２２５  ノズル部分組立体
３００  燃料ノズル組立体
３０２  中心軸線
３０４  端部カバー
３０６  フランジ
３０８  予混合管
３１０  第１の継手
３１１  燃焼室
３１２  半径方向外側表面
３１４  内側管
３１５  第２の継手
３１６  予混合燃料供給通路
３１８  拡散燃料通路
３２０  吸入流コンディショナ（ＩＦＣ）
３２２  半径方向外側壁部
３２４  複数の小孔
３２６  端壁部
３２８  環状ＩＦＣチャンバ
３３０  移行部材
３３２  チャンバ
３３２  移行部品チャンバ
３３４  ＩＦＣ出口通路
３４０  スウォズル組立体
３４２  管状シュラウド
３４４  管状ハブ
３４６  継手
３４７  ステンレス鋼
３４８  スウォズル入口チャンバ
３５０  中空調整ベーン
３５２  スウォズル出口チャンバ
３５４  混合通路
３５６  管状シュラウド延長部
３５８  管状ハブ延長部
３６０  拡散火炎ノズル組立体
３６２  環状空気通路
３６３  スロット付きガス先端
３６４  複数のガス噴射装置
３６６  空気噴射装置
３８０  装着部分
３８２  本体
３９０  テーパ部分
３９２  外側壁部
３９４  下流側端部
４００  例示的な方法
４０２  第１の合金からフランジを製作する段階
４０４  第２の合金から予混合管を製作する段階
４０６  フランジに予混合管を結合する段階
４０８  端部カバーにフランジを結合する段階
４１０  第３の合金からスウォズル組立体を製作する段階
４１２  予混合管にスウォズル組立体を結合する段階
【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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