(57)【要約】      （修正有）【課題】管状の中心体と、中心体内に画定された気体燃料プレナムと、を含む二重燃料燃料ノズルを提供する。【解決手段】二重燃料燃料ノズルはまた、中心体内に配置された液体燃料プレナムを画定するリングマニホールド（１２６）を含む。二重燃料燃料ノズルは、液体燃料プレナムと流体連通する半径方向に配向された複数の燃料噴射器をさらに含む。さらに、二重燃料燃料ノズルは、中心体内に軸方向に延在する内側燃料管（１２８）を含む。内側燃料管の一部は、中心体の軸方向中心線（１１６）の周りに螺旋状に延在する。内側燃料管は、軸方向に配向された燃料噴射器と流体連通する。さらに、二重燃料燃料ノズルは、中心体内の内側燃料管の一部の周りに螺旋状に延在する第１の燃料管を含む。第１の燃料管は、液体燃料プレナムに流体結合される。【選択図】図４
2019049407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二重燃料燃料ノズル（１００）であって、
管状の中心体（１０２）と、
中心体（１０２）内に画定された気体燃料プレナム（１１２）と、
前記中心体（１０２）内に配置され、液体燃料プレナム（１３８）を画定するリングマニホールド（１２６）と、
前記液体燃料プレナム（１３８）と流体連通する半径方向に配向された複数の燃料噴射器（１４４）と、
前記中心体（１０２）内に軸方向に延在する内側燃料管（１２８）であって、前記内側燃料管（１２８）の一部が前記中心体（１０２）の軸方向中心線（１１６）の周りに螺旋状に延在し、前記内側燃料管（１２８）は軸方向に配向された燃料噴射器（１６４）と流体連通する、内側燃料管（１２８）と、
前記中心体（１０２）内の前記内側燃料管（１２８）の一部の周りに螺旋状に延在する第１の燃料管（１４０）であって、前記液体燃料プレナム（１３８）に流体結合された第１の燃料管（１４０）と、
を含む二重燃料燃料ノズル（１００）。
【請求項２】
前記第１の燃料管（１４０）の後端部（１４２）は、前記リングマニホールド（１２６）の前方側壁（１３０）に接続される、請求項１に記載の二重燃料燃料ノズル（１００）。
【請求項３】
前記半径方向に配向された複数の燃料噴射器（１４４）の前記半径方向に配向された燃料噴射器（１４４）の各々は、前記リングマニホールド（１２６）内に画定されたそれぞれの開口（１４６）に取り外し可能に取り付けられる、請求項１に記載の二重燃料燃料ノズル（１００）。
【請求項４】
前記リングマニホールド（１２６）の後方側壁（１３２）に接続された外側スリーブ（１５６）と、前記外側スリーブ（１５６）の後端部に接続されたノズル本体（１５８）と、をさらに含み、前記リングマニホールド（１２６）、前記外側スリーブ（１５６）、および前記ノズル本体（１５８）は、流体チャンバ（１６２）を画定する、請求項１に記載の二重燃料燃料ノズル（１００）。
【請求項５】
前記軸方向に配向された燃料噴射器（１６４）は、前記ノズル本体（１５８）によって画定された開口（１６６）に取り外し可能に取り付けられる、請求項４に記載の二重燃料燃料ノズル（１００）。
【請求項６】
前記内側燃料管（１２８）は、前記リングマニホールド（１２６）を通って前記流体チャンバ（１６２）内に延在し、前記内側燃料管（１２８）は、前記リングマニホールド（１２６）によって軸方向に拘束されない、請求項１に記載の二重燃料燃料ノズル（１００）。
【請求項７】
前記中心体（１０２）内の前記内側燃料管（１２８）の一部の周りに螺旋状に延在する第２の燃料管（１５０）をさらに含み、前記第２の燃料管（１５０）は、前記リングマニホールド（１２６）の前記液体燃料プレナム（１３８）を液体燃料供給源（５４）に流体結合する、請求項１に記載の二重燃料燃料ノズル（１００）。
【請求項８】
前記第２の燃料管（１５０）の後端部（１５４）は、前記リングマニホールド（１２６）の前方側壁（１３０）に接続される、請求項７に記載の二重燃料燃料ノズル（１００）。
【請求項９】
前記第１の燃料管（１４０）、前記第２の燃料管（１５０）、および前記内側燃料管（１２８）は、前記気体燃料プレナム（１１２）から半径方向内側に配置される、請求項７に記載の二重燃料燃料ノズル（１００）。
【請求項１０】
前記第１の燃料管（１４０）および前記第２の燃料管（１５０）は、前記中心体（１０２）の前記軸方向中心線（１１６）の半径方向外側にある、請求項７に記載の二重燃料燃料ノズル（１００）。
【請求項１１】
前記第１の燃料管（１４０）と前記第２の燃料管（１５０）のコイルは、同一の間隔および巻数で共に巻かれている、請求項７に記載の二重燃料燃料ノズル（１００）。
【請求項１２】
前記中心体（１０２）から半径方向外側に延在する複数のターニングベーン（１０６）をさらに含み、各ターニングベーン（１０６）は少なくとも１つの燃料ポート（１１０）を含み、各燃料ポート（１１０）は前記気体燃料プレナム（１１２）と流体連通する、請求項１に記載の二重燃料燃料ノズル（１００）。
【請求項１３】
前記中心体（１０２）の一部を円周方向に取り囲むバーナー管（１０４）をさらに含み、前記バーナー管（１０４）および前記中心体（１０２）は、間に予混合通路（１０８）を画定し、前記複数のターニングベーン（１０６）は、前記中心体（１０２）と前記予混合通路（１０８）内の前記バーナー管（１０４）との間に半径方向に延在する、請求項１２に記載の二重燃料燃料ノズル（１００）。
【請求項１４】
前記半径方向に配向された複数の燃料噴射器（１４４）は、前記二重燃料燃料ノズル（１００）の予混合通路（１０８）内の前記複数のターニングベーン（１０６）の下流に配置される、請求項１２に記載の二重燃料燃料ノズル（１００）。
【請求項１５】
燃焼器（１８）であって、
エンドカバー（４０）と、
前記エンドカバー（４０）に接続され、前記エンドカバー（４０）の中心線の周りに環状に配置された複数の二重燃料燃料ノズル（１００）と、を含み、各二重燃料燃料ノズル（１００）は、
管状の中心体（１０２）と、
中心体（１０２）内に画定された気体燃料プレナム（１１２）と、
前記中心体（１０２）内に配置され、液体燃料プレナム（１３８）を画定するリングマニホールド（１２６）と、
前記液体燃料プレナム（１３８）と流体連通する半径方向に配向された複数の燃料噴射器（１４４）と、
前記中心体（１０２）内に軸方向に延在する内側燃料管（１２８）であって、前記内側燃料管（１２８）の一部が前記中心体（１０２）の軸方向中心線（１１６）の周りに螺旋状に延在し、前記内側燃料管（１２８）は軸方向に配向された燃料噴射器（１６４）と流体連通する、内側燃料管（１２８）と、
前記中心体（１０２）内の前記内側燃料管（１２８）の一部の周りに螺旋状に延在する第１の燃料管（１４０）であって、前記液体燃料プレナム（１３８）に流体結合された第１の燃料管（１４０）と、
を含む、燃焼器（１８）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示する主題は、燃焼システム用の燃料ノズルに関する。より詳細には、本開示は、二重燃料燃料ノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、一般に、１つまたは複数の燃焼器で燃料と空気の混合物を燃焼させてタービンを通過する高エネルギーの燃焼ガスを生成することによって動作し、それによりタービンロータシャフトを回転させる。ロータシャフトの回転エネルギーは、ロータシャフトに連結された発電機を介して電気エネルギーに変換することができる。各燃焼器は、一般に、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出を低く保つ手段として燃料と空気の予混合を使用して、燃焼室の上流で燃料と空気の供給を行う燃料ノズルを含む。
【０００３】
天然ガスなどの気体燃料は、発電に使用されるガスタービンエンジンでは可燃性流体として使用されることが多い。場合によっては、燃焼システムが、留出油などの液体燃料を燃焼させることができることが望ましい場合がある。気体燃料と液体燃料の両方の機能を有する構成は、「二重燃料」燃焼システムと呼ばれる。特定の二重燃料タイプ燃焼システムは、中心燃料ノズルの周りに環状に配置された複数の二重燃料の一次燃料ノズルまたは外側燃料ノズルを使用して動作する。外側の二重燃料燃料ノズルは、エンジンを始動させ、負荷を増大させ、完全な動作速度にするために使用することができる液体燃料を提供する、ブリーチ負荷の液体燃料噴射カートリッジを含む。液体燃料は、燃料ノズルの端部から燃焼室内に主に軸方向に噴射される。
【０００４】
このタイプのシステムは、通常、水を使用して、ガスタービンが動作している地域の規制に適合するように温度および排出物を低減する。しかしながら、外側二重燃料燃料ノズルによる水の噴射は、燃焼器のハードウェアの耐久性に悪影響を及ぼし得る望ましくない温度勾配を生じさせるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第９５４６６００号明細書
【発明の概要】
【０００６】
態様および利点は、以下の説明に記載されているか、以下の説明から明らかになり得るか、または実践により学ぶことができる。
【０００７】
一実施形態では、本開示は、二重燃料燃料ノズルに関する。二重燃料燃料ノズルは、管状の中心体と、中心体内に画定された気体燃料プレナムと、を含む。二重燃料燃料ノズルはまた、中心体内に配置されたリングマニホールドを含む。リングマニホールドは液体燃料プレナムを画定する。二重燃料燃料ノズルは、液体燃料プレナムと流体連通する半径方向に配向された複数の燃料噴射器をさらに含む。さらに、二重燃料燃料ノズルは、中心体内に軸方向に延在する内側燃料管を含む。内側燃料管の一部は、中心体の軸方向中心線の周りを螺旋状に延在する。内側燃料管は、軸方向に配向された燃料噴射器と流体連通する。さらに、二重燃料燃料ノズルは、中心体内の内側燃料管の一部の周りに螺旋状に延在する第１の燃料管を含む。第１の燃料管は、燃料プレナムに流体結合される。
【０００８】
別の実施形態では、本開示は、エンドカバーを含む燃焼器に関する。燃焼器はまた、エンドカバーに接続され、エンドカバーの中心線の周りに環状に配置された複数の二重燃料燃料ノズルを含む。各二重燃料燃料ノズルは、管状の中心体と、中心体内に画定された気体燃料プレナムと、を含む。二重燃料燃料ノズルはまた、中心体内に配置されたリングマニホールドを含む。リングマニホールドは液体燃料プレナムを画定する。二重燃料燃料ノズルは、液体燃料プレナムと流体連通する半径方向に配向された複数の燃料噴射器をさらに含む。さらに、二重燃料燃料ノズルは、中心体内に軸方向に延在する内側燃料管を含む。内側燃料管の一部は、中心体の軸方向中心線の周りを螺旋状に延在する。内側燃料管は、軸方向に配向された燃料噴射器と流体連通する。さらに、二重燃料燃料ノズルは、中心体内の内側燃料管の一部の周りに螺旋状に延在する第１の燃料管を含む。第１の燃料管は、燃料プレナムに流体結合される。
【０００９】
当業者であれば、本明細書を検討することで、このような実施形態の特徴および態様などを、よりよく理解できるであろう。
【００１０】
様々な実施形態の完全かつ実施可能な開示は、様々な実施形態を実施する最良の形態を含めて、以下の添付の図面の参照を含む、本明細書の以降の部分でより詳細に述べられる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の様々な実施形態を組み込むことができる例示的なガスタービンの機能ブロック図である。
【図２】本開示の様々な実施形態を組み込むことができる例示的な燃焼器の簡略化した断面側面図である。
【図３】本開示の少なくとも１つの実施形態による、図２に示す燃焼器の一部の上流側の図である。
【図４】本開示の少なくとも１つの実施形態による予混合および二重燃料機能を有する例示的な二重燃料燃料ノズルの断面側面図である。
【図５】図４に示す二重燃料燃料ノズルの一部の拡大図である。
【図６】本開示の少なくとも１つの実施形態による、図４および図５に示す二重燃料燃料ノズルの一部の拡大した断面側面図である。
【図７】本開示の少なくとも１つの実施形態による、図４、図５、および図６に示す二重燃料燃料ノズルの断面側面図である。
【図８】本開示の少なくとも１つの実施形態による、図７に示す二重燃料燃料ノズルのノズルアセンブリの側面図である。
【図９】本開示の少なくとも１つの実施形態による、例示的な空気シールドの斜視図である。
【図１０】本開示の少なくとも１つの実施形態による、図９に示す空気シールドを含む、図７に示す二重燃料燃料ノズルの一部の断面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本開示の実施形態を提示するために詳細に参照し、その１つまたは複数の例を添付の図面に示す。詳細な説明は、図面中の特徴を参照するために、数字および文字による符号を用いる。図面中および説明中の同様または類似の符号は、本開示の同様または類似の部品を参照するために使用されている。
【００１３】
本明細書において、「第１の」、「第２の」、および「第３の」という用語は、１つの構成要素と別の構成要素とを区別するために交換可能に用いることができ、個々の構成要素の位置または重要性を示すことを意図しない。「上流」および「下流」という用語は、流体経路における流体の流れに対する相対的な方向を指す。例えば、「上流側」は流体が流れてくる方向を指し、「下流側」は流体が流れていく方向を指す。「半径方向に」という用語は、特定の構成要素の軸方向中心線に実質的に垂直な相対方向を指し、「軸方向に」という用語は、特定の構成要素の軸方向中心線に実質的に平行および／または同軸に整列した相対方向を指す。
【００１４】
本明細書で使用される専門用語は、特定の実施形態のみを説明するためのものであり、限定を意図するものではない。本明細書で使用する場合、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」および「この（ｔｈｅ）」は、特に明示しない限り、複数形も含むことが意図される。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および／または「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、本明細書で使用される場合、記載した特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素が存在することを明示するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはそれらの組が存在することまたは追加することを除外しないことがさらに理解されよう。
【００１５】
各例は、限定ではなく、説明のために提供される。実際、本発明の範囲または趣旨から逸脱することなく、修正および変形が可能であることは当業者には明らかであろう。例えば、一実施形態の一部として図示または説明された特徴を別の実施形態で使用し、さらに別の実施形態を得ることができる。このように、本開示は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲に含まれるような修正および変形を包含するように意図される。本開示の例示的実施形態は、説明のために概して陸上発電用ガスタービン燃焼器の燃料ノズルとの関連で説明されるが、当業者であれば、本開示の実施形態がターボ機械用の任意のスタイルまたはタイプの燃焼器に適用可能であり、請求項に具体的に記載されていない限り、陸上発電用ガスタービンの燃焼器または燃焼システムに限定されないことは容易に理解するであろう。
【００１６】
ここで図面を参照すると、図１は、例示的なガスタービン１０の概略図を示す。ガスタービン１０は、一般的に、吸気部１２、吸気部１２の下流に配置された圧縮機１４、圧縮機１４の下流に配置された少なくとも１つの燃焼器１８を含む燃焼システム１６、燃焼器１８の下流に配置されたタービン２０、およびタービン２０の下流に配置された排気部２２を含む。さらに、ガスタービン１０は、圧縮機１４をタービン２０に結合する１つまたは複数のシャフト２４を含んでもよい。
【００１７】
動作中に、空気２６は吸気部１２を通って圧縮機１４に流れ、そこで空気２６が次第に圧縮され、これにより圧縮空気２８が燃焼器１８に供給される。燃料供給源３２からの燃料３０が燃焼器１８内に噴射され、圧縮空気２８の一部と混合されて、燃焼して燃焼ガス３４を生成する。燃焼ガス３４は、燃焼器１８からタービン２０内に流れ、そこで（運動および／または熱）エネルギーが燃焼ガス３４からロータブレード（図示せず）に伝達されて、シャフト２４が回転する。機械的回転エネルギーは、その後に、圧縮機１４への動力の供給、および／または発電などの様々な目的のために使用されてもよい。次いで、タービン２０を出る燃焼ガス３４は、排気部２２を介してガスタービン１０から排気されてもよい。
【００１８】
図２は、本開示の様々な実施形態を組み込むことができる例示的な燃焼器１８の断面概略図である。図２に示すように、燃焼器１８は、圧縮機吐出ケーシングなどの外側ケーシング３６によって少なくとも部分的に囲まれてもよい。外側ケーシング３６は、燃焼器１８の様々な構成要素を少なくとも部分的に囲む高圧プレナム３８を少なくとも部分的に画定することができる。高圧プレナム３８は、圧縮機１４（図１）と流体連通し、圧縮空気２８の少なくとも一部をそこから受け取ることができる。
【００１９】
エンドカバー４０は、外側ケーシング３６に連結されてもよい。特定の実施形態では、外側ケーシング３６およびエンドカバー４０は、燃焼器１８のヘッドエンド容積部またはチャンバ４２を少なくとも部分的に画定することができる。特定の実施形態では、ヘッドエンド容積部４２は、高圧プレナム３８および／または圧縮機１４と流体連通している。１つまたは複数のライナーまたはダクト４４は、燃料空気混合気を燃焼させるための燃焼室または燃焼ゾーン４６を少なくとも部分的に画定することができ、燃焼ガス３４をタービン２０の入口に向けて導くための、燃焼器を通る高温ガス経路４８を少なくとも部分的に画定することができる。
【００２０】
図３は、図２に示す燃焼器１８の一部の上流側を示す図である。様々な実施形態では、図２および図３にまとめて示すように、燃焼器１８は、上流端がエンドカバー４０に結合され、燃焼室４６に向かって延在する複数の燃料ノズル（例えば、符号１００）を含む。燃料ノズルの下流端は、燃料ノズルが燃焼室４６に燃料（または燃料／空気混合物）を供給するように、キャップアセンブリ４１内のそれぞれの開口（図示せず）と位置合わせされている。
【００２１】
燃焼器１８の様々な実施形態は、異なる数および配置の燃料ノズルを含むことができ、本明細書で説明する実施形態は、特許請求の範囲において別段の指定がない限り、特定の数の燃料ノズルに限定されない。例えば、図３に示す特定の構成では、１つまたは複数の燃料ノズルは、中心燃料ノズル２００の周りに環状に配置された複数の二重燃料燃料ノズル１００を含む。他の実施形態では、燃料ノズル１００は、中心燃料ノズル２００を使用することなく、エンドカバー４０の中心線の周りに環状に配置されてもよい。燃料ノズル１００はエンドカバー４０の中心線（いくつかの実施形態では中心燃料ノズル２００）の半径方向外側にあるので、燃料ノズル１００は「外側」燃料ノズルと呼ぶことができる。
【００２２】
特定の実施形態では、各外側燃料ノズル１００は、予混合の二重燃料タイプの燃料ノズルである。各二重燃料燃料ノズル１００は、気体燃料および／または液体燃料を、燃焼ゾーン４６の上流のヘッドエンド容積部４２（図２）からの圧縮空気２８の一部分の流れに噴射して予混合するように構成される。特定の実施形態では、中心燃料ノズル２００はまた、予混合の二重燃料（液体燃料および気体燃料）タイプの燃料ノズルである。必要に応じて、中心燃料ノズル２００の代わりに他のタイプの燃料ノズルを使用することができる。
【００２３】
図４は、本開示の少なくとも１つの実施形態による予混合および二重燃料機能を有する例示的な二重燃料燃料ノズル１００の断面側面図である。図４に示す特定の実施形態では、二重燃料燃料ノズル１００は、環状または管状の中心体１０２を含む。特定の実施形態では、二重燃料燃料ノズル１００は、中心体１０２の少なくとも一部の周りに円周方向に延在するバーナー管１０４と、中心体１０２とバーナー管１０４との間に延在する複数のターニングベーン１０６を含むことができる。ターニングベーン１０６は、中心体１０２とバーナー管１０４との間に半径方向に画定される環状通路または予混合通路１０８内に配置される。特定の実施形態では、１つまたは複数のターニングベーン１０６は、中心体１０２内に画定された気体燃料プレナム１１２と流体連通する１つまたは複数の燃料ポート１１０を含む。気体燃料プレナム１１２は、気体燃料供給源５０（図４）に流体結合されて、そこから気体燃料５２を受け取る。
【００２４】
図４に示すように、中心体１０２は、中心体１０２または二重燃料燃料ノズル１００の長手方向軸線または軸方向中心線１１６と同軸に整列された１つまたは複数のスリーブまたは管１１４から形成することができる。中心燃料ノズル２００の軸方向中心線１１６は、エンドカバー４０の軸方向中心線と一致している。二重燃料燃料ノズル１００は、機械的締結具または他の接続手段（図示せず）を介してエンドカバー４０の内面に接続されてもよい。特定の実施形態では、図４に示すように、バーナー管１０４の上流端部分１１８は、予混合通路１０８への入口１２０を少なくとも部分的に画定することができ、バーナー管１０４の下流端部分１２２は、予混合通路１０８の出口１２４を少なくとも部分的に画定することができる。少なくとも１つの実施形態では、入口１２０は、燃焼器１８のヘッドエンド容積部４２（図２）と流体連通している。
【００２５】
図５は、図４に示す二重燃料燃料ノズル１００の一部の拡大図である。様々な実施形態では、その例が図４および図５にまとめて示してあるが、二重燃料燃料ノズル１００は、リングマニホールド１２６と、軸方向中心線１１６に対してリングマニホールド１２６を軸方向および／または同軸に貫通して延在する内側燃料管１２８と、を含む。
【００２６】
図５および図６に示すように、リングマニホールド１２６は、軸方向中心線１１６に対して後方側壁１３２から軸方向に離間した前方側壁１３０を含む。リングマニホールド１２６は、軸方向中心線１１６に対して外側バンド１３６から半径方向に離間した内側バンド１３４を含む。液体燃料プレナム１３８は、内側バンド１３４と、外側バンド１３６と、前方側壁１３０と、後方側壁１３２との間のリングマニホールド１２６内に画定される。
【００２７】
特定の実施形態では、図４および図５にまとめて示すように、液体燃料プレナム１３８は、第１の燃料管１４０を介して液体燃料供給源５４に流体結合される。第１の燃料管１４０の少なくとも一部は、リングマニホールド１２６の前方側壁１３０の上流の内側燃料管１２８の周りまたはその周囲の中心体１０２内に螺旋状に延在し、気体燃料プレナム１１２から半径方向内側に配置される。図５を参照すると、第１の燃料管１４０の後端部１４２は、前方側壁１３０に接続され、リングマニホールド１２６の液体燃料プレナム１３８に流体結合されてもよい。
【００２８】
リングマニホールド１２６の内側バンド１３４は、内側管１２８から取り外されている。むしろ、リングマニホールド１２６の外側バンド１３６は、本明細書でさらに説明するように、中心体１０２および外側スリーブ１５６に取り付けられる。したがって、特定の実施形態では、内側管１２８は、リングマニホールド１２６から熱的に分離されるので、内側管１２８の熱膨張またはリングマニホールド１２６を通る移動が制限されない。
【００２９】
図６は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、図４および図５に示す中心体１０２の一部の拡大した断面側面図である。図５および図６にまとめて示すような特定の実施形態では、複数の燃料噴射器１４４が、外側バンド１３６の周りに／内部に円周方向に離間して配置され、その各々は、液体燃料プレナム１３８と流体連通している。半径方向に配向された複数の燃料噴射器１４４の各燃料噴射器１４４は、軸方向中心線１１６に対して半径方向に配向され、ターニングベーン１０６および／または燃料ポート１１０の下流の位置で予混合通路１０８内に液体燃料５６の霧化されたジェットを噴射する。液体燃料の霧化されたジェットは、軸方向中心線１１６に対して、燃料噴射器１４４からほぼ半径方向に導かれる。
【００３０】
特定の実施形態では、図６に詳述するように、半径方向に配向された燃料噴射器１４４の１つまたは複数を、リングマニホールド１２６の対応する開口１４６内に回してはめ込むか、ねじ込むか、別の方法で取り外し可能に取り付けて、必要に応じて、メンテナンス（例えば、清掃）または交換を容易にすることができる。図６に示すように、第１の燃料管１４０は、液体燃料５６を液体燃料供給源５４から液体燃料プレナム１３８へ通過させるための第１の流体通路１４８を提供するか、または画定する。
【００３１】
図７は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、図４〜図６に示す例示的な二重燃料燃料ノズル１００の断面側面図である。図７に示すような特定の実施形態では、二重燃料燃料ノズル１００は、液体燃料５６を液体燃料供給源５４から液体燃料プレナム１３８へ通過させるための第２の流体通路１５２を画定する第２の燃料管１５０を含む。第２の燃料管１５０の少なくとも一部は、リングマニホールド１２６の前方側壁１３０の前方の内側燃料管１２８の周りおよび／または周囲で中心体１０２内で螺旋状に延在し、気体燃料プレナム１１２から半径方向内側に配置される。第２の燃料管１５０の後端部１５４は、前方側壁１３０に接続され、リングマニホールド１２６の液体燃料プレナム１３８に流体結合されてもよい。動作中に、内側燃料管１２８は、リングマニホールド１２６を通って、および第１の燃料管１４０および第２の燃料管１５０に対して、熱成長または膨張が制限されない。
【００３２】
第１の燃料管１４０および第２の燃料管１５０は、ばねのように作用するように巻かれている。図示した実施形態では、管１４０、１５０は同じ方向（例えば、時計回りまたは反時計回り）に巻かれている。第１および第２の燃料管１４０、１５０の巻き付けは、液体燃料供給源５４と、ヘッドエンド容積部４２からの圧縮空気２８と、気体供給システム５０との間の温度差に適応する。第１および第２の燃料管１４０、１５０は、二重燃料燃料ノズル１００の軸方向中心線１１６と交差せず、むしろそれの半径方向外側にある。特定の実施形態では、第１および第２の燃料管１４０、１５０のコイルは共に巻かれ、等しい間隔および巻数を有する。互いに同一である管１４０、１５０を使用することにより、独自の部品数が減少し、製造およびアセンブリの複雑さが低減される。
【００３３】
特定の実施形態では、図５および図７に示すように、中心体１０２は、外側スリーブ１５６をさらに含む。外側バンド１３６に接続することができる外側スリーブ１５６は、リングマニホールド１２６の後方側壁１３２の後方に延在する。特定の実施形態では、図５および図７に示すように、ノズル本体またはディスク１５８は、リングマニホールド１２６の後方側壁１３２の下流の外側スリーブ１５６に接続される。ノズル本体１５８は、軸方向中心線１１６に対して外側スリーブ１５６内で半径方向および円周方向に延在する。ノズル本体１５８は、複数の開口部１６０を画定する。リングマニホールド１２６の後方側壁１３２、外側スリーブ１５６、およびノズル本体１５８は、外側スリーブ１５６内に流体チャンバ１６２を集合的に画定する。複数の開口部１６０は、流体チャンバ１６２と流体連通している。流体チャンバ１６２は、ヘッドエンド容積部４２および／または高圧プレナム３８（図２）などの、圧縮空気または希釈剤供給源と流体連通することができる。
【００３４】
特定の実施形態では、図５および図７に示すように、ノズル本体１５８は、燃料噴射器１６４を含む。燃料噴射器１６４は、軸方向中心線１１６に対して軸方向に配向され、内側燃料管１２８を介して液体燃料供給源５４と流体連通している。動作時には、燃料噴射器１６４は、ターニングベーン１０６の下流で、かつ半径方向に配向された複数の燃料噴射器１４４の下流にある位置で、霧化された液体燃料５６を燃焼ゾーン４６内に噴射する。特定の実施形態では、燃料噴射器１６４は、ノズル本体１５８の対応する開口１６６内に回してはめ込むか、ねじ込むか、あるいは別の方法で取り外し可能に取り付けることができる。
【００３５】
様々な実施形態では、図５および図７に示すように、流体チャンバ１６２内に配置された内側燃料管１２８の一部は、リングマニホールド１２６の後方側壁１３２とノズル本体１５８との間の二重燃料燃料ノズル１００の軸方向中心線１１６の周りに螺旋状に延在する。動作時には、内側燃料管の螺旋状部分はばねとして作用して、内側燃料管が、液体燃料供給源５４と、ヘッドエンド容積部４２からの圧縮空気２８と、気体供給システム５０との間の温度差により膨張および収縮することを可能にする。
【００３６】
図８は、少なくとも１つの実施形態による、図７に示す二重燃料燃料ノズル１００のノズルアセンブリの側面図である。図８に示すように、ノズル本体１５８、外側スリーブ１５６、リングマニホールド１２６、内側燃料管１２８、第１の燃料管１４０、および第２の燃料管１５０は、ノズルアセンブリ３００として提供されてもよい。ノズルアセンブリ３００は、内側燃料管１２８、第１の燃料管１４０、および第２の燃料管１５０のうちの１つまたは複数に半径方向の支持を提供するバッフルまたは管支持部材３０２をさらに含むことができる。ノズルアセンブリ３００はまた、内側燃料管１２８、第１の燃料管１４０、および第２の燃料管１５０を液体燃料供給源５４に流体結合する燃料マニホールド３０４を含むことができる。図７に示すように、燃料マニホールド３０４は、エンドカバー４０に接続されてもよく、および／またはエンドカバー４０を貫通して軸方向に延在してもよい。
【００３７】
特定の実施形態では、図５に示すように、二重燃料燃料ノズル１００は、内側燃料管１２８および第１の燃料管１４０の周りに円周方向に延在する、あるいは図７に示すように、内側燃料管１２８、第１の燃料管１４０および第２の燃料管１５０の周りに円周方向に延在する空気シールドまたは偏向器１６８を含むことができる。図５および図７にまとめて示すように、空気シールド１６８は、リングマニホールド１２６の前方側壁１３０の上流に配置される。
【００３８】
図９は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、例示的な空気シールド１６８の斜視図である。図１０は、空気シールド１６８が設けられた二重燃料燃料ノズル１００の一部の断面斜視図である。図９および図１０にまとめて示すように、空気シールドは、空気シールド１６８の外面１７２から半径方向外側に延在する複数の突起またはリブ１７０を含むことができる。
【００３９】
動作時には、図９および図１０にまとめて示すように、ヘッドエンドチャンバ４２からの圧縮空気２８は、ターニングベーン１０６（図５）によって画定される複数の開口部１７４を介して中心体１０２に入る。圧縮空気２８が空気シールド１６８の外面１７２に衝突すると、圧縮空気２８は停滞する。リブ１７０は、高速で高温の渦巻く圧縮空気２８を直線にし、空気２８を軸方向に導く流路１７６を形成する。圧縮空気２８の流れを直線にすることは、圧縮空気２８が内側燃料管１２８、第１の燃料管１４０、および／または第２の燃料管１５０に直接衝突しないようにするのに役立つ。さらに、圧縮空気２８の流れを直線にすることにより、圧縮空気２８のピーク速度が低下し、圧縮空気２８から、液体燃料５６を運ぶ内側燃料管１２８、第１の燃料管１４０、および／または第２の燃料管１５０への熱伝達を減少させる。この圧縮空気２８の偏向により、特に、液体燃料５６が十分な速度で移動していない場合に、液体燃料で濡れることがある内面が、燃料の熱分解およびその後のコークス形成をもたらすのに十分な高い温度を経験しないように保持される。次いで、圧縮空気２８は、リングマニホールド１２６によって、および／またはその周りに画定された様々な開口を通って、および／またはその周りを流れて流体チャンバ１６２内に流れることができ、それによって冷却および／またはパージ空気をノズル本体１５８に供給することができる。
【００４０】
本明細書は、最良の形態を含む本発明を開示するために、かつ当業者が、任意の装置またはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含めて、本発明を実施することができるように実施例を用いている。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。そのような他の実施例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を含む場合、あるいは特許請求の範囲の文言との実質的な相違がない同等の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあるものとする。
［実施態様１］
二重燃料燃料ノズル（１００）であって、
管状の中心体（１０２）と、
中心体（１０２）内に画定された気体燃料プレナム（１１２）と、
前記中心体（１０２）内に配置され、液体燃料プレナム（１３８）を画定するリングマニホールド（１２６）と、
前記液体燃料プレナム（１３８）と流体連通する半径方向に配向された複数の燃料噴射器（１４４）と、
前記中心体（１０２）内に軸方向に延在する内側燃料管（１２８）であって、前記内側燃料管（１２８）の一部が前記中心体（１０２）の軸方向中心線（１１６）の周りに螺旋状に延在し、前記内側燃料管（１２８）は軸方向に配向された燃料噴射器（１６４）と流体連通する、内側燃料管（１２８）と、
前記中心体（１０２）内の前記内側燃料管（１２８）の一部の周りに螺旋状に延在する第１の燃料管（１４０）であって、前記燃料プレナム（１３８）に流体結合された第１の燃料管（１４０）と、
を含む二重燃料燃料ノズル（１００）。
［実施態様２］
前記第１の燃料管（１４０）の後端部（１４２）は、前記リングマニホールド（１２６）の前方側壁（１３０）に接続される、実施態様１に記載の二重燃料燃料ノズル（１００）。
［実施態様３］
前記半径方向に配向された複数の燃料噴射器（１４４）の前記半径方向に配向された燃料噴射器（１４４）の各々は、前記リングマニホールド（１２６）内に画定されたそれぞれの開口（１４６）に取り外し可能に取り付けられる、実施態様１に記載の二重燃料燃料ノズル（１００）。
［実施態様４］
前記リングマニホールド（１２６）の後方側壁（１３２）に接続された外側スリーブ（１５６）と、前記外側スリーブ（１５６）の後端部に接続されたノズル本体（１５８）と、をさらに含み、前記リングマニホールド（１２６）、前記外側スリーブ（１５６）、および前記ノズル本体（１５８）は、流体チャンバ（１６２）を画定する、実施態様１に記載の二重燃料燃料ノズル（１００）。
［実施態様５］
前記軸方向に配向された燃料噴射器（１６４）は、前記ノズル本体（１５８）によって画定された開口（１６６）に取り外し可能に取り付けられる、実施態様４に記載の二重燃料燃料ノズル（１００）。
［実施態様６］
前記内側燃料管（１２８）は、前記リングマニホールド（１２６）を通って前記流体チャンバ（１６２）内に延在し、前記内側燃料管（１２８）は、前記リングマニホールド（１２６）によって軸方向に拘束されない、実施態様１に記載の二重燃料燃料ノズル（１００）。
［実施態様７］
前記中心体（１０２）内の前記内側燃料管（１２８）の一部の周りに螺旋状に延在する第２の燃料管（１５０）をさらに含み、前記第２の燃料管（１５０）は、前記リングマニホールド（１２６）の前記液体燃料プレナム（１３８）を液体燃料供給源（５４）に流体結合する、実施態様１に記載の二重燃料燃料ノズル（１００）。
［実施態様８］
前記第２の燃料管（１５０）の後端部（１５４）は、前記リングマニホールド（１２６）の前方側壁（１３０）に接続される、実施態様７に記載の二重燃料燃料ノズル（１００）。
［実施態様９］
前記第１の燃料管（１４０）、前記第２の燃料管（１５０）、および前記内側燃料管（１２８）は、前記気体燃料プレナム（１１２）から半径方向内側に配置される、実施態様７に記載の二重燃料燃料ノズル（１００）。
［実施態様１０］
前記第１の燃料管（１４０）および前記第２の燃料管（１５０）は、前記中心体（１０２）の前記軸方向中心線（１１６）の半径方向外側にある、実施態様７に記載の二重燃料燃料ノズル（１００）。
［実施態様１１］
前記第１の燃料管（１４０）と前記第２の燃料管（１５０）のコイルは、同一の間隔および巻数で共に巻かれている、実施態様７に記載の二重燃料燃料ノズル（１００）。
［実施態様１２］
前記中心体（１０２）から半径方向外側に延在する複数のターニングベーン（１０６）をさらに含み、各ターニングベーン（１０６）は少なくとも１つの燃料ポート（１１０）を含み、各燃料ポート（１１０）は前記気体燃料プレナム（１１２）と流体連通する、実施態様１に記載の二重燃料燃料ノズル（１００）。
［実施態様１３］
前記中心体（１０２）の一部を円周方向に取り囲むバーナー管（１０４）をさらに含み、前記バーナー管（１０４）および前記中心体（１０２）は、間に予混合通路（１０８）を画定し、前記複数のターニングベーン（１０６）は、前記中心体（１０２）と前記予混合通路（１０８）内の前記バーナー管（１０４）との間に半径方向に延在する、実施態様１２に記載の二重燃料燃料ノズル（１００）。
［実施態様１４］
前記半径方向に配向された複数の燃料噴射器（１４４）は、前記二重燃料燃料ノズル（１００）の予混合通路（１０８）内の前記複数のターニングベーン（１０６）の下流に配置される、実施態様１２に記載の二重燃料燃料ノズル（１００）。
［実施態様１５］
燃焼器（１８）であって、
エンドカバー（４０）と、
前記エンドカバー（４０）に接続され、前記エンドカバー（４０）の中心線の周りに環状に配置された複数の二重燃料燃料ノズル（１００）と、を含み、各二重燃料燃料ノズル（１００）は、
管状の中心体（１０２）と、
中心体（１０２）内に画定された気体燃料プレナム（１１２）と、
前記中心体（１０２）内に配置され、液体燃料プレナム（１３８）を画定するリングマニホールド（１２６）と、
前記液体燃料プレナム（１３８）と流体連通する半径方向に配向された複数の燃料噴射器（１４４）と、
前記中心体（１０２）内に軸方向に延在する内側燃料管（１２８）であって、前記内側燃料管（１２８）の一部が前記中心体（１０２）の軸方向中心線（１１６）の周りに螺旋状に延在し、前記内側燃料管（１２８）は軸方向に配向された燃料噴射器（１６４）と流体連通する、内側燃料管（１２８）と、
前記中心体（１０２）内の前記内側燃料管（１２８）の一部の周りに螺旋状に延在する第１の燃料管（１４０）であって、前記液体燃料プレナム（１３８）に流体結合された第１の燃料管（１４０）と、
を含む、燃焼器（１８）。
［実施態様１６］
前記二重燃料燃料ノズル（１００）は、前記中心体（１０２）内の前記内側燃料管（１２８）の一部の周りに螺旋状に延在する第２の燃料管（１５０）をさらに含み、前記第２の燃料管（１５０）は、前記リングマニホールド（１２６）の前記液体燃料プレナム（１３８）を液体燃料供給源（５４）に流体結合し、前記第１の燃料管（１４０）および前記第２の燃料管（１５０）は、前記中心体（１０２）の前記軸方向中心線（１１６）の半径方向外側にある、実施態様１５に記載の燃焼器（１８）。
［実施態様１７］
前記第１の燃料管（１４０）および前記第２の燃料管（１５０）は、前記中心体（１０２）内の前記リングマニホールド（１２６）の前記前方側壁（１３０）の前方に配置され、前記第１の燃料管（１４０）、前記第２の燃料管（１５０）、および前記内側燃料管（１２８）は、前記気体燃料プレナム（１１２）から半径方向内側に配置される、実施態様１６に記載の燃焼器（１８）。
［実施態様１８］
前記第１の燃料管（１４０）と前記第２の燃料管（１５０）のコイルは、同一の間隔および巻数で共に巻かれている、実施態様１６に記載の燃焼器（１８）。
［実施態様１９］
前記二重燃料燃料ノズル（１００）は、バーナー管（１０４）と、前記中心体（１０２）から前記バーナー管（１０４）まで半径方向外側に延在する複数のターニングベーン（１０６）と、をさらに含み、前記バーナー管（１０４）および前記中心体（１０２）は、間に予混合通路（１０８）を画定し、各ターニングベーン（１０６）は少なくとも１つの燃料ポート（１１０）を含み、各燃料ポート（１１０）は前記気体燃料プレナム（１１２）と流体連通する、実施態様１５に記載の燃焼器（１８）。
［実施態様２０］
前記半径方向に配向された複数の燃料噴射器（１４４）は、前記二重燃料燃料ノズル（１００）の前記予混合通路（１０８）内の前記複数のターニングベーン（１０６）の下流に配置される、実施態様１９に記載の燃焼器（１８）。
【符号の説明】
【００４１】
１０  ガスタービン
１２  吸気部
１４  圧縮機
１６  燃焼システム
１８  燃焼器
２０  タービン
２２  排気部
２４  シャフト
２６  空気
２８  圧縮空気
３０  燃料
３２  燃料供給源
３４  燃焼ガス
３６  外側ケーシング
３８  高圧プレナム
４０  エンドカバー
４１  キャップアセンブリ
４２  ヘッドエンド容積部／ヘッドエンドチャンバ
４４  ライナー／ダクト
４６  燃焼ゾーン／燃焼室
４８  高温ガス経路
５０  気体燃料供給源／気体供給システム
５２  気体燃料
５４  液体燃料供給源
５６  液体燃料
５８  空気／希釈剤
１００  外側燃料ノズル／二重燃料燃料ノズル
１０２  中心体
１０４  バーナー管
１０６  ターニングベーン
１０８  予混合通路
１１０  燃料ポート
１１２  気体燃料プレナム
１１４  管
１１６  長手方向軸線／軸方向中心線
１１８  上流端部分
１２０  入口
１２２  下流端部分
１２４  出口
１２６  リングマニホールド
１２８  内側燃料管／内側管
１３０  前方側壁
１３２  後方側壁
１３４  内側バンド
１３６  外側バンド
１３８  液体燃料プレナム
１４０  第１の燃料管
１４２  後端部
１４４  燃料噴射器
１４６  開口
１４８  第１の流体通路
１５０  第２の燃料管
１５２  第２の流体通路
１５４  後端部
１５６  外側スリーブ
１５８  ノズル本体／ディスク
１６０  開口部
１６２  流体チャンバ
１６４  燃料噴射器
１６６  開口
１６８  空気シールド／偏向器
１７０  リブ／突起
１７２  外面
１７４  開口部
１７６  流路
２００  中心燃料ノズル
３００  ノズルアセンブリ
３０２  バッフル／管支持部材
３０４  燃料マニホールド
【図１】
2019049407.tif 000003
【図２】
2019049407.tif 000004
【図３】
2019049407.tif 000005
【図４】
2019049407.tif 000006
【図５】
2019049407.tif 000007
【図６】
2019049407.tif 000008
【図７】
2019049407.tif 000009
【図８】
2019049407.tif 000010
【図９】
2019049407.tif 000011
【図１０】
2019049407.tif 000012
【外国語明細書】
2019049407000001.pdf