(57)【要約】【課題】中央ボディバーナ冷却概念を提供し、２段燃焼システムにおける第１段燃焼器または単一燃焼バーナシステムに適用可能な予混合バーナを提供する。【解決手段】燃焼ゾーンの上流に配置された中央ボディバーナと、断面積を有する環状ダクトと、中央ボディバーナの周方向および長手方向またはほぼ長手方向に配置された中間ローブとを備え、ローブは、環状ダクトの断面積にアクティブに接続されており、ローブ内の複数の管を通って中央ボディバーナへ冷却空気が案内され、冷却空気は、インピンジメント冷却に基づいて、前もって、中央ボディバーナの少なくとも前側区域を冷却し、その後の流れにおいて、インピンジメント冷却空気は対流冷却および／またはしみ出し冷却に基づいて中央ボディバーナの中間面および後面を冷却し、中央ボディバーナの少なくとも後面は内側において少なくとも１つのダンパを有する。【選択図】図２
2015036554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一燃焼器または缶型燃焼器において使用するためのバーナ配列において、燃焼ゾーンの上流に配置された中央ボディバーナと、断面積を有する環状ダクトと、前記中央ボディバーナの周方向および長手方向またはほぼ長手方向に配置された中間ローブとを備え、該ローブは、前記環状ダクトの断面積にアクティブに接続されており、前記ローブ内の複数の管を通って前記中央ボディバーナへ冷却空気が案内され、該冷却空気は、インピンジメント冷却に基づいて、前もって、前記中央ボディバーナの少なくとも前側区域を冷却し、その後の流れにおいて、インピンジメント冷却空気は、対流冷却および／またはしみ出し冷却に基づいて前記中央ボディバーナの中間面および後面を冷却し、前記中央ボディバーナの少なくとも後面は内側において少なくとも１つのダンパを有することを特徴とする、バーナ配列。
【請求項２】
前記ダンパは、低周波ダンパとして作用的に設計されている、請求項１記載のバーナ配列。
【請求項３】
前記中央ボディバーナの前記前側区域は、前記中央ボディバーナの前記前側区域の後側と、インピンジメント冷却内壁との間に配置されたインピンジメント冷却キャビティを有する、請求項１記載のバーナ配列。
【請求項４】
前記キャビティからの冷却空気は、前記中間面の長手方向、または前記中央ボディバーナの前記後面内の後続の環状チャネルの長手方向で移行ダクトと直接的または間接的に接続されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のバーナ配列。
【請求項５】
前記ローブは、流れ方向で流線形の断面輪郭を有しており、前記ローブは、生じる主流れ方向に対して垂直にまたは傾斜して長手方向に延びており、各ローブの前縁領域は、生じる主流れ方向に向けられた流線形である輪郭を有しており、中心平面に関して，各ローブの後縁には少なくとも１つのフルートが設けられており、全てのローブの長手方向またはほぼ長手方向のフルートは、同じ方向および／または横方向反対向きに互いに関して延びている、請求項１記載のバーナ配列。
【請求項６】
各ローブは、後縁の領域において、少なくとも１つの燃料をバーナ内へ導入するための少なくとも１つの燃料ノズルを有し、該燃料ノズルは前記フルートにアクティブに接続されている、請求項５記載のバーナ配列。
【請求項７】
前記ローブの前縁領域は、前記ローブの少なくとも上流半分における流れ方向の長手方向軸線に対して平行またはほぼ平行な向きに対して、流れ方向の長手方向軸線に対して傾斜した向きから回転している空力的プロフィルを有する、請求項１記載のバーナ配列。
【請求項８】
前記ローブには冷却エレメントが設けられており、好適には、これらの冷却エレメントは、前記ローブの側壁の長手方向またはほぼ長手方向での冷却媒体の内部循環によっておよび／または好適には後縁の近くに配置されたフィルム冷却穴によって提供され、最も好適には、燃料噴射のためにも使用されるキャリヤガス供給から空気が供給される、請求項１から７までのいずれか１項記載のバーナ配列。
【請求項９】
前記燃料ノズルは円形であるおよび／または前記流線形ボディの前記後縁の長手方向またはほぼ長手方向に延びる延在したスロットノズルであるおよび／または液体の噴射のための第１のノズルおよび／または気体燃料の噴射のための第２のノズルおよび前記第１のノズルおよび／または前記第２のノズルを包囲するキャリヤ空気の噴射のための第３のノズルを有する、請求項１から８までのいずれか１項記載のバーナ配列。
【請求項１０】
前記ローブの下流に混合ゾーンが配置されており、前記ローブにおいておよび／または前記ローブの下流において前記混合ゾーンの断面積が減じられており、好適には、この減少は、前記ローブの上流の流過断面積と比較して、少なくとも１０％、より好適には少なくとも２０％、さらにより好適には少なくとも３０％である、請求項１から９までのいずれか１項記載のバーナ配列。
【請求項１１】
前記ローブの下流に混合ゾーンが配置されており、前記ローブにおいておよび／または前記ローブの下流において前記混合ゾーンの断面積が拡大されており、好適には、この拡大は、前記ローブの上流の流過断面積と比較して、少なくとも１０％、より好適には少なくとも２０％、さらにより好適には少なくとも３０％である、請求項１から９までのいずれか１項記載のバーナ配列。
【請求項１２】
前記ローブの下流に混合ゾーンが配置されており、前記ローブにおいておよび／または前記ローブの下流において、前記混合ゾーンの断面積は、ディフューザの形態を有する、請求項１から９までのいずれか１項記載のバーナ配列。
【請求項１３】
請求項１から１２までのいずれか１項記載のバーナ配列を作動させる方法において、少なくとも１つの噴射平面が、ガスタービングループの燃焼器用の少なくとも１つのバーナのために使用され、前記ガスタービングループは、少なくとも１つの圧縮機ユニットと、作動ガスを発生するための第１の燃焼器であって、第１の燃焼器は圧縮機ユニットからの圧縮空気を受け取るように接続されており、第１の燃焼器は、複数の予混合バーナを有する環状燃焼器である、第１の燃焼器と、第１の燃焼器から作動ガスを受け取るように接続された第１のタービンと、第１のタービンから、使用された作動ガスを受け取り、作動ガスを第２のタービンへ供給するように接続された第２の燃焼器と、を含み、前記第２の燃焼器は、前記第１のタービンの出口から前記第２のタービンの入口への流れ方向に延在した燃焼空間を形成する環状ダクトを有しており、前記第２の燃焼器は、燃料の自己点火のために前記第２の燃焼器に燃料を導入するための手段を有することを特徴とする、請求項１から１２までのいずれか１項記載のバーナ配列を作動させる方法。
【請求項１４】
請求項１から１２までのいずれか１項記載のバーナ配列を作動させる方法において、少なくとも１つの噴射平面が、ガスタービングループの燃焼器用の少なくとも１つのバーナのために使用され、前記ガスタービングループは、少なくとも１つの圧縮機ユニットと、作動ガスを発生するための第１の燃焼器であって、第１の燃焼器は圧縮機ユニットからの圧縮空気を受け取るように接続されており、第１の燃焼器は、複数の予混合バーナを有する環状燃焼器である、第１の燃焼器と、第１の燃焼器から作動ガスを受け取るように接続された第１のタービンと、第１のタービンから、使用された作動ガスを受け取り、作動ガスを第２のタービンへ供給するように接続された第２の燃焼器と、を含み、前記第２の燃焼器は、自立型の円筒形またはほぼ円筒形の燃焼器として設計された缶型燃焼器として作動し、該缶型燃焼器は、燃料の自己点火のために前記第２の燃焼器に燃料を導入するための手段を有することを特徴とする、請求項１から１２までのいずれか１項記載のバーナ配列を作動させる方法。
【請求項１５】
前記ガスタービングループの中心軸線の周りに複数の缶型燃焼器が配置されている、請求項１４記載のバーナ配列を作動させる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単一燃焼器または缶型燃焼器において使用するためのバーナ配列であって、燃焼ゾーンの上流に配置された中央ボディバーナと、断面積を有する環状ダクトと、中央ボディバーナの周方向および長手方向に配置された中間ローブと、を備え、ローブは環状ダクトの断面積にアクティブに結合されている、バーナ配列に関する。加えて、本発明は、バーナ配列を作動させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高い効率を達するために、標準的なガスタービンにおいて高いタービン入口温度が使用される。その結果、高いＮＯｘエミッションレベルおよびより高いライフサイクルコストが生じる。これは、２段燃焼サイクルによって軽減させることができ、この２段燃焼サイクルにおいて、圧縮機は、公知の燃焼サイクルの圧力比のほぼ２倍の圧力比を供給する。主流は第１の燃焼器（例えば欧州特許第０３２１８０９号明細書に開示されているような又は米国特許第４９３２８６１号明細書に開示されているような、ＥＶ燃焼器とも称される一般的なタイプのバーナを使用する。ＥＶは「環境的」を意味する）を通過し、第１の燃焼器において、燃料の一部が燃焼させられる。高圧タービン段における膨張の後、残りの燃料が加えられ、燃焼させられる（例えば米国特許第５４３１０１８号明細書、米国特許第５６２６０１７号明細書又は米国特許出願公開第２００２／０１８７４４８号明細書に開示されているようなタイプの、ＳＥＶ燃焼器とも称されるバーナを使用する。“Ｓ”は「連続」を意味する）。両燃料器は予混合バーナを有する。なぜならば、低いＮＯｘエミッションは、燃料及び酸化剤の高い質の混合を必要とするからである。
【０００３】
米国特許出願公開第２０１２／０２９７７７７号明細書は、公知の二次的バーナを開示している。環状燃焼器であるバーナは、両側の壁部によって画成されている。これらの両側の壁部は、酸化媒体の流れのための流れ空間を形成している。この流れは、主流として、高圧タービンから（例えば、第１の燃焼器の下流に配置された高圧タービンの動翼の最終列の背後から）進入してくる。この主流は入口側においてバーナに進入する。まず、この主流は流れ調整エレメントを通過する。流れ調整エレメントは、通常、定置の、流れを適切な向きに配向するタービン出口案内翼である。これらの流れ調整エレメントの下流には、その後の混合ステップの準備のために、渦発生器が配置されている。渦発生器の下流には、噴射装置もしくは燃料ランス７が設けられている。噴射装置もしくは燃料ランス７は、フットと、軸方向シャフトとを有することができる。シャフトの最も下流の部分において燃料噴射が行われる。この場合、燃料噴射はオリフィス／ノズルを通じて行われる。このオリフィス／ノズルは、流れ方向に対して垂直方向に燃料を噴射する（クロスフロー噴射）。燃料ランスの下流には混合ゾーンが設けられており、この混合ゾーンにおいて、２つの壁部によって取り囲まれた空気は燃料と混合され、次いで、出口側において燃焼空間内へ出て、この燃焼空間において自己点火が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】欧州特許第０３２１８０９号明細書
【特許文献２】米国特許第４９３２８６１号明細書
【特許文献３】米国特許第５４３１０１８号明細書
【特許文献４】米国特許第５６２６０１７号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００２／０１８７４４８号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２０１２／０２９７７７７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
中央ボディバーナ冷却概念を提供し、２段燃焼システムにおける第１段燃焼器または単一燃焼バーナシステムに適用可能な予混合バーナを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、第１および第２の燃焼器を有する、特に２段燃焼を行うガスタービンの二次燃焼器用のバーナであって、バーナへの少なくとも１つの気体燃料の導入のための噴射装置を備え、このバーナの噴射装置は、バーナ配列に配置された少なくとも１つの中央ボディを有し、この中央ボディは、少なくとも１つの液体および／または気体燃料をバーナに導入するための少なくとも１つのノズルを有する、バーナを提供することによって達成される。
【０００７】
燃焼システムが缶型燃焼器システムに構成されることが要求される場合、軸対称の設計、例えば円筒形設計が明らかに好ましい。しかしながら、この構成は、フルートの概念を適用する場合に大きな別の問題を発生させる。なぜならば、フルートの増大した分離により、より大きな半径において、増大した周方向混合が必要とされるからである。
【０００８】
本発明の課題は、例えば、本開示の典型的な実施の形態のための中央ボディバーナ冷却概念を提供し、２段燃焼システムにおける第１段燃焼器または単一燃焼バーナシステムに適用可能な予混合バーナを提供することである。典型的な実施の形態は、例えば、許容バーナ圧力降下で、高い反応度の燃料のために達成可能な急速混合を提供することができる。本開示の典型的な実施の形態は、短いバーナ混合長さにおいて生じる急速な燃料・空気混合を提供することができる。バーナは、例えば高反応度条件のために、すなわち高反応度燃料、特にＭＢｔｕ燃料がこのようなバーナにおいて燃焼させられる状況のために使用可能であるが、このような条件に限られるわけではない。
【０００９】
加えて、本開示の典型的な実施の形態は、例えば、バーナへの少なくとも１つの気体および／または液体燃料の導入のための噴射装置を備えたガスタービンの単一燃焼器または第１燃焼器用のバーナに関する。噴射装置は少なくとも１つのボディを有する。ボディは、バーナに配置されており、バーナに少なくとも１つの燃料を導入するための少なくとも１つのノズルを備える。少なくとも１つのボディは、バーナの第１区域に配置されており、バーナにおいて生じる主流れ方向に関して少なくとも１つのボディの前縁において第１の断面積を有する。ボディの下流に、第２の断面積を有する混合ゾーンが配置されている。
【００１０】
さらに、本開示の典型的な実施の形態は、“定圧２段燃焼”（ＣＰＳＣ）のための中央ボディバーナの冷却概念に関する。冷却空気は、ローブ内の管を通じて中央ボディへ案内される。まず、冷却空気は、インピンジメント冷却概念を用いて中央ボディの前面を冷却する。次いで、インピンジメント冷却の後に、同じ冷却空気は、対流冷却（対流熱伝達）および／またはしみ出し冷却によって中央ボディバーナの、前面の上流に配置された中間面を冷却し、次いで、好適にはしみ出し冷却によって後面を冷却する。
【００１１】
基本的に、バーナ配列は、燃焼ゾーンの上流に配置された中央ボディバーナと、断面積を有する環状ダクトと、中央ボディバーナの周方向および長手方向に配置された中間ローブと、を備え、ローブは環状ダクトの断面積にアクティブに結合されている。冷却空気は、ローブ内の複数の管を通じて中央ボディバーナへ案内され、インピンジメント冷却に基づき、前もって、少なくとも中央ボディバーナの前側区域を冷却し、後続の流れにおいて、インピンジメント冷却空気は、対流および／またはしみ出し冷却に基づき、中央ボディバーナの中間面および後面を冷却する。少なくとも中央ボディバーナの後面は、内側に少なくとも１つのダンパを有する。
【００１２】
特に低周波および／または高周波ダンパとして設計された前記ダンパは、中央ボディの内部に組み込まれている。ダンパエレメントと中央ボディの前面との間の組付けは、バヨネットロックによって、また、ねじを用いる固定エレメントによって、必要であれば、ロッキング溶接によって行われる。
【００１３】
ローブの下流には、混合ゾーンが配置されており、前記ローブにおいておよび／または前記ローブの下流において、前記混合ゾーンの断面積が減じられており、好適には、この減少は、前記ローブの上流の流過断面積と比較して、少なくとも１０％、より好適には少なくとも２０％、さらにより好適には少なくとも３０％であるか、または前記混合ゾーンは、拡大されており、好適には、この拡大は、前記ローブの上流の流過断面積と比較して、少なくとも１０％、より好適には少なくとも２０％、さらにより好適には少なくとも３０％である。さらに、前記混合ゾーンは、ディフューザの形状を有する。
【００１４】
したがって、中央ボディバーナの冷却概念は、より多くの特徴によってさらに最適化および改良することができる。
【００１５】
中央ボディバーナの前側区域は、中央ボディバーナの前側区域の後側と、インピンジメント冷却内壁との間に配置されたインピンジメント冷却キャビティを有する。
【００１６】
キャビティからの冷却空気は、中間面の長手方向、または中央ボディバーナの後面内の後続の環状チャネルの長手方向で、移行ダクトと直接的または間接的に接続されている。
【００１７】
前面を冷却するためのインピンジメント孔の直径および数は、前側先端部におけるインピンジメント冷却チャネル下で、均一に分配されたクロスフローを達成するように最適化することができる。
【００１８】
インピンジメント冷却チャネル高さは、冷却クロスフローを最適化するために必ずしも一定の高さを有するわけではない。
【００１９】
流れを案内するためにインピンジメント冷却チャネル内に流れ方向で幾つかのリブを配置することができる。
【００２０】
インピンジメント領域から中央ボディバーナプレナムへの冷却流をバイパスするために、壁部に幾つかのバイパス孔を加えることができ、これらのバイパス孔は、中央ボディバーナプレナム内の圧力レベルを調節し、逆流マージンを増大することを助ける。
【００２１】
中央ボディバーナの内側ライナの下流におけるホットスポットにおいて、しみ出し冷却の代わりにフィルム冷却を行うことができる。
【００２２】
本開示の典型的な中央ボディバーナによれば、ボディにおいておよび／またはボディの下流において断面積が減じられており、第１の断面積が第２の断面積よりも大きくなっている。言い換えれば、少なくとも１つのボディの前縁における燃焼ガスの流れのために利用できる横断面は、混合ゾーンにおける燃焼ガスの流れのために利用できる横断面よりも大きい。横断面のこの減少は、この流路の長手方向での流速の増大につながることができる。
【００２３】
中央ボディバーナは、環状燃焼器に関連しても、個々のバーナ缶がタービン入口ベーンの円弧のそれぞれの個々の部分に高温燃焼ガスを供給する缶型構造に関連しても、適用することができる。例えば米国特許第６０８２１１１号明細書または欧州特許第１４３４００７号明細書に示されているように、各缶型燃焼器は、中央パイロットバーナの周囲のリングに配置された複数の主バーナを有する。
【００２４】
中央ボディバーナは、ガスタービングループの燃焼器用のバーナとして使用され、ガスタービングループは、少なくとも１つの圧縮機ユニットと、作動ガスを発生するための第１の燃焼器であって、第１の燃焼器は圧縮機ユニットからの圧縮空気を受け取るように接続されており、第１の燃焼器は、複数の予混合バーナを有する環状燃焼器である、第１の燃焼器と、第１の燃焼器から作動ガスを受け取るように接続された第１のタービンと、第１のタービンから、使用された作動ガスを受け取り、作動ガスを第２のタービンへ供給するように接続された第２の燃焼器と、を含む。第２の燃焼器は、第１のタービンの出口から第２のタービンの入口まで流れ方向に延びた燃焼空間を形成する環状ダクトと、燃料の自己点火のために第２の燃焼器内へ燃料を導入するための手段を有する第２の燃焼器とを有する。
【００２５】
さらに、中央ボディバーナは、ガスタービングループの燃焼器用のバーナとして使用され、ガスタービングループは、少なくとも１つの圧縮機ユニットと、作動ガスを発生するための第１の燃焼器であって、第１の燃焼器は圧縮機ユニットからの圧縮空気を受け取るように接続されており、第１の燃焼器は、複数の予混合バーナを有する環状燃焼器である、第１の燃焼器と、第１の燃焼器から作動ガスを受け取るように接続された第１のタービンと、第１のタービンから、使用された作動ガスを受け取り、作動ガスを第２のタービンへ供給するように接続された第２の燃焼器と、を含む。第２の燃焼器は、自立型の円筒形またはほぼ円筒形の燃焼器として設計された缶型燃焼器として作動し、缶型燃焼器は、燃料の自己点火のために第２の燃焼器に燃料を導入するための手段を有する。これに関連して、ガスタービングループの中心軸線の周りに複数の缶型燃焼器が配置されている。
【００２６】
本開示の典型的な実施の形態は、サイズの小さな渦発生器および／またはフルートを介して混合が高められた、空力的に促進された軸方向燃料噴射を含むことができる。その結果、予混合バーナは、高いＮＯｘエミッションまたは逆火を生じることなく、より高い燃料柔軟性のために作動することができる。提案されたバーナ構成は、環状燃焼器および缶型環状燃焼器の両方に適用可能である。火炎安定化は、渦崩壊発生をバーナ出口は押しやることによって達成することができる。バーナ速度、軸方向圧力勾配、ボディの寸法および選択的に配置された渦発生器の寸法を、渦崩壊がバーナ出口の近くで生じるように制御するために変化させることができる。
【００２７】
中央ボディの周面に分配されて、半径方向に配置された複数の流線形中央ボディローブが、環状ダクト内に、流れギャップのボンドブリッジとして設けられている。流線形中央ボディローブは、噴射平面の長手方向軸線に対して垂直に、かつこの例において長手方向軸線に対して平行である入口流れ方向に対して垂直に配置された長手方向軸線を有する。良好な混合を保証するために、流路に２つ以上の流線形中央ボディローブを配置することにより、乱流消散を伴う流れ場が流路の横断面全体に亘って誘発される。
【００２８】
流線型中央ボディローブは、基本的に、位相の合ったまたは位相のずれた同じ周期を有しており、すなわち、それぞれの流線型中央ボディローブの後縁におけるフルートの数が好適には同じであり、隣接する流線形中央ボディローブにおけるフルートは好適には位相が合って配置されている。特に、位相は１８０°ずらされており、すなわち両方の流線形中央ボディローブのフルートが、長手方向における同じ位置において中心線と交差しており、長手方向で同じ位置において、各ボディのたわみは、反対方向で同じ絶対値を有する。後縁の長手方向またはほぼ長手方向に少なくとも１つの燃料ノズルおよび／または１つの燃料ノズルが、流線形中央ボディローブの後縁の中心平面に配置されており、好適には、それぞれの隣接するフルートの平面におけるそれぞれの位置において、流線形中央ボディローブの反対側の側面に配置されている。
【００２９】
別の好適な実施の形態は、噴射平面（ローブ）が、中央ボディに対して半径方向またはほぼ半径方向に配置された少なくとも１つの噴射装置から成ることを特徴とする。バーナの環状ダクト内への少なくとも１つの燃料の導入のための噴射装置は、少なくとも１つの流線形ボディを有する。流線形ボディは、バーナの環状空間に配置されており、バーナの環状ダクト内へ少なくとも１つの燃料を導入するための少なくとも１つのノズルを有する。
【００３０】
別の好適な実施の形態は、噴射平面が、中央ボディに対して半径方向またはほぼ半径方向に配置された少なくとも１つの噴射装置からも前もって成ることを特徴とする。流線形ボディは、その下流端部において、複数のローブを有する。ローブは、１つ以上の隣接する流線形ボディに関して、互いに位相が合ってまたは位相がずれて配置されている。この場合、１つまたは複数の燃料ノズルは、ローブに同心状に配置されている。各ノズル配列は、好適には、ローブ付き後縁が中央平面と交差するところに配置されている。燃料ノズルに関して、配列は、液体燃料の噴射用の第１のノズルを提起し、第１のノズルは、気体燃料の噴射用の第２のノズルによって包囲されており、第２のノズル自体は、キャリヤ空気の噴射用の第３のノズル５３によって包囲されている。
【００３１】
中央ボディローブおよび組み込まれた前側フルートエッジは、最適化された冷却技術を有する。
【００３２】
基本的に、ローブは、著しく突出しており、これは、高さｈが、各フルートの幅Ｗと比較して大幅に大きいことを意味する。したがって、この場合、ローブの高さ（Ｈ）は、その上流部分における最大幅の位置において、ボディの最大幅（Ｗ）のほぼ２倍である。所望の混合特性に応じて、ローブの高さは、１つのフルートの後縁の長手方向においても適応させることができ、高さは変化してもよい。
【００３３】
一例として、ここで説明されるように、インジェクタは中央ボディの一部であることができる。主流は、ローブ付きミキサを通過し、速度勾配を生じる。これらは、せん断層の強い発生を生じ、このせん断層に燃料を噴射することができる。ローブ角は、流体はく離を回避するように選択される。流線形ボディは、前縁及び後縁を有する。前縁は、直線を規定しており、形状の前縁部分において、形状は実質的に対称的であり、したがって上流部分において、ボディは丸みづけられた前縁を有し、ローブを有さない。前縁は、フルートの長手方向軸線の方向に延びている。この上流区域の下流において、ローブが次第にかつ滑らかに形成され、後縁に向かって下流にさらに進むに従って成長している。この場合、ローブは、後縁の長手方向に、２つの反対方向に交互に互いに隣接して連続して配置された半円形部分として提供されている。
【００３４】
上記で明らかにされた設計の利点は以下の通りである。
−所定の噴射後混合体積および長さのために、あらゆるバーナ外径を、中央ボディ直径を適切に選択することによって達成することができる。
−下流の構成部材、例えば燃焼器またはタービン構成部材のための適切な寸法を提供するようにバーナハードウェアを設定することができる。
−環状ダクトの高さが小さいことにより、隣接するフルートの半径方向またはほぼ半径方向の拡開が最小限にされる。これは、従前のフルート経験の適用可能性が維持されることを保証する。
−ローブの長手方向での、隣接するフルートの小さな半径方向拡開は、フルートの外側端部における、中央ボディに対する、増大した周方向混合の要求を最小限に減じる。これは、優れた混合特性が維持されることを保証する。
−中央ボディは、減衰エレメントを取り付けるための適切な位置を提供する。
−加えて、再熱燃焼ゾーンの前に空気付加が要求される場合、これは、中央ボディ上で付加することができる。
【００３５】
加えて、その他の利点を以下のように要約することができる：
−高い反応度の燃料に対応するためのより高いバーナ速度。
−現在の設計によって達成される同じ混合レベルのためのより低いバーナ圧力降下。
−ＳＥＶ（２段燃焼器）がより高い入口温度で動作可能である。
−高圧キャリヤ空気を排除するまたはより低圧のキャリヤ空気と置き換えることができる。
【００３６】
合理的な燃料空気混合を行うことに関して、現在のバーナシステムの以下の構成要素に関心が持たれる：
−ＳＥＶ燃焼器の入口において、例えば高圧タービン段によって生ぜしめられる上流妨害とは独立して均一な流入条件を保証するために、主流が調整されなければならない。
−次いで、必要であれば、流れは複数のフルートを通過しなければならない。
−最小限の圧力降下での燃料および燃焼用空気の均質な混合は、効率の高い現代のガスタービンの設計のための前提条件である。高いＮＯｘエミッションにつながる、火炎温度における局所的最大を回避するために、均質な混合が要求される。小さな圧力降下が有利である。なぜならば、燃焼器における圧力降下はガスタービンのパワーおよび効率を直接的に損なうからである。
【００３７】
発明の好適な実施の形態は図面を参照して以下に説明され、図面は、発明の現時点で好適な実施の形態を示すためのものであり、発明を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】中央ボディを有する再熱バーナ配列を示す図である。
【図２】中央ボディバーナのアセンブリを示す断面図である。
【図３】ダンパの三次元の構成を示す図である。
【図４】ローブを有するフルートの後縁への主流に対する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
図１は、中央ボディ１０１を有する再熱バーナ配列１００を示している。図示された中央ボディは、燃料１０３およびキャリヤ空気１０４を中央ボディ１０１内へ噴射する噴射平面１０２（ローブ）の上流から始まり、次いで、中央ボディは下流へバーナ配列１００の出口１０８まで続いている。中央ボディ１０１は、高温ガスの主流１０７にアクティブに接続されている。中央ボディ１０１は、よりよい混合適合バーナおよび燃焼器領域を提供する。本発明による予混合バーナに関して、中央ボディ１０１には燃料供給ライン（図示せず）を設けることができる。中央ボディ１０１はその端部１０８において、主流１０７の流れ方向に、環状ダクト１０５と、後続の燃焼器１０９との間の断面積に関して円筒形またはほぼ円筒形の端部を有している。環状ダクトの断面積に関する中央ボディの表面の全体的、部分的または中間の円錐トポグラフィも、必要に応じて可能である。隣接するエレメントに関する中央ボディ１０１は、様々な寸法を備えて、特に環状ダクトと燃焼器との断面積に関して設計することができる。
【００４０】
したがって、図１における提案された再熱バーナ配列は、燃焼器１０９に関して減じられていない出口断面積１０５を備えて示されている。この場合、バーナ配列の入口側の下流において、中央ボディ１０１が配置されており、中央ボディ１０１の長さの長手方向で中間に、かつ環状ダクト１０５の断面積内に、周方向に燃料噴射平面（ローブ）１０２が配置されており、この燃料噴射平面は、長手方向に延びた流線形ボディとして提供されている。
【００４１】
流線形ボディが配置されている位置において、またはこの位置の下流で、環状ダクト１０５の少なくとも外壁は、必要であれば、先細り部分（図示せず）において先細りになっており、環状ダクトの減じられた断面積まで狭まっている。これは、混合スペース１０５を画成しており、混合スペース１０５は、出口側１０８において終わっており、この出口側１０８において、燃料および空気の混合物が、壁部１１２によって画成された燃焼器または燃焼スペース１０９に進入する。このような先細り部分の下流において、環状ダクトの断面積は、必要であれば、漸進的であってもよく、ディフューザの形状をも形成している。
【００４２】
噴射平面（ローブ）１０２に関して、最小限の圧力降下での燃料１０３および必要であれば燃焼用空気１０４の均質な混合は、効率の高い現代のガスタービンの設計のための前提条件である。均質な混合は、高いＮＯｘエミッションにつながる火炎温度における局所的最大を回避するために必要とされる。小さな圧力降下は有利である。なぜならば、燃焼器における圧力降下は、ガスタービンのパワーおよび効率を直接的に損なうからである。
【００４３】
図２は、中央ボディバーナ１０１のアセンブリを断面図で示している。中央ボディバーナ１０１の前側区域２０１は、主流Ｆ１に関して、インピンジメント冷却２０３によって冷却される、流れに従順な丸みづけられたフロントを有しており、この目的のための冷却空気は、主空気冷却チャネル１０４を通じて供給される。流れ方向への前側区域２０１の延長部２０２は、半径方向で、周方向に配置された複数のローブ１０２の配置を含む。その後、中央ボディバーナ１０１のガス／燃料流れチャネル１０５の長手方向における媒体流Ｆ２は、燃焼器１０９に接続されている。
【００４４】
周方向に配置された主冷却チャネル１０４を通じて供給される冷却空気は、高圧で、冷却体積２０９を流れ、中央ボディバーナ１０１の内壁２１０に衝突する。チャネル１０４を通過する冷却空気は、冷却体積２０９内で、拡散するインピンジメント空気冷却流を形成し、中央ボディバーナの前側区域２０１のより大きな領域に衝突する。
【００４５】
インピンジメント冷却は、以下のような場合に特に有効である。すなわち、好適な提案された実施の形態によれば、インピンジメント冷却内壁２１０が、中央ボディバーナ１０１の前側区域２０１の後側２１１に対して平行に間隔を置いて配置されており、かつインピンジメント冷却孔２０３の分配が、キャビティ２１２内のピン（図示せず）の分布に合致させられていて、インピンジメント冷却孔２０３が、インピンジメント冷却プレートに対して垂直な方向で見て、それぞれピンの間に位置しているような場合である。
【００４６】
冷却の態様は、ピンの密度に相関させられたインピンジメント冷却孔２０３の密度によって増強することができる。特に、インピンジメント冷却孔の密度およびピンの密度は、局所的に同じであることができる。
【００４７】
このために、中央ボディバーナ１０１の前側区域２０１に対して平行に配置されたインピンジメント冷却内壁２１０によってカバーされたキャビティ２１２は、前側区域２０１の上側に形成されている。インピンジメント冷却内壁２１０において、予め明らかにされた分布において、インピンジメント冷却孔２０３が設けられており、このインピンジメント冷却孔２０３を通じて、個々の冷却空気ジェットの形式の圧縮された冷却空気が、キャビティ２１２に進入し、中央ボディバーナ１０１の前側区域２０１の、反対側に配置された後側２１１に衝突する。
【００４８】
中央ボディバーナ１０１の前側区域２０１の後側２１１との衝突、およびその後に続く乱流接触の間、冷却空気は、中央ボディバーナ１０１の前側区域２０１から熱を吸収し、次いで、キャビティ２１２から排出される。
【００４９】
中央ボディバーナ１０１の前側区域２０１と冷却空気１０４との間の熱伝達を改良するために、垂直に突出した円錐形またはピラミッド形のピンが、中央ボディバーナ１０１の前側区域２０１の後側２１１に配置されており、壁部と冷却空気流との接触面積を拡大し、乱流を増強する。インピンジメント冷却孔２０３の密度およびピンの密度は、局所的に異なるが、同時に互いに相関させられており、すなわち、ピンの密度が増大されている領域（集中した領域）において、インピンジメント冷却孔２０３の密度も増大され、逆の場合も同様である。インピンジメント冷却孔２０３は好適には、ピンとともに、必要であるならば“互い違い”の形式で配置されており、すなわち、同じ周期を有する孔２０３は、それぞれ互い違いの形式で位置決めされている。
【００５０】
その結果、中央ボディバーナ１０１の前側区域２０１の領域における熱放散が著しく改良され、その結果、熱負荷の効果を限定することができる。
【００５１】
インピンジメント冷却が、その特定の実施の形態に関して説明されているが、発明の範囲および思想から逸脱することなく特定の実施の形態において様々な変更をなし得ることが当業者によって理解されるだろう。さらに、この説明は、ここで説明された実施の形態に限定されない。
【００５２】
前記インピンジメント冷却プロセスの後、冷却空気は、ローブ１０２（中間面）の領域において、移行ダクト２０４の長手方向に流れ続け、次いで、この冷却空気は、続いて配置された環状チャネル２１３内を中央ボディバーナの後面の長手方向に流れる。この移行ダクト２０４は、軸方向に、ダンパ３００の外周と、中央ボディバーナ１０１の後面のライナ２０２との間に位置決めされている。インピンジメント冷却からの冷却空気は、その後、中間面（移行ダクト）２０４を冷却し、その後、後面２０２（環状チャネル）を対流冷却および／またはしみ出し冷却によって冷却する。中央ボディバーナ１０２の後面２０２は好適にはしみ出し冷却によって冷却されるべきである。
【００５３】
したがって、複数のしみ出し冷却穴２０５は、好適には約１５〜３０度の角度で後面２０２の外側スキン部材に位置決めされており、環状チャネル２１３の少なくとも一部を延長させており、しみ出し冷却穴２０５は混合スペース１０５に接続されている。複数のしみ出し冷却穴２０５の付加的なものが、移行ダクト２０４の長手方向で付加的な列において配置されている。
【００５４】
ローブ１０２もしくは燃料ノズル２０６には、燃料１０３およびさらに冷却空気２０７が供給される。
【００５５】
ダンパ３００は、その作動のために、冷却体積２０９と第１のダンパの体積３０２ａとの間の少なくとも１つの孔２１３と、第１のダンパの体積３０２ａと第２のダンパの体積３０３ａとの間の少なくとも１つのネック３１１と、第２のダンパの体積３０３ａと燃焼器１０９との間の少なくとも１つの通路３０４と、を有する。
【００５６】
中央ボディバーナ１０１は、缶型燃焼器において、自立型の、円筒形またはほぼ円筒形の燃焼器として作動させられる。基本的に、各缶型燃焼器は、自己の燃料インジェクタ、点火器、ライナ、ケーシング、冷却装置等を有している。缶型燃焼器は、自己点火２段燃焼器（ＳＥＶ）として作動することができる。
【００５７】
ほとんどの用途において、複数の缶型燃焼器がエンジンの中心軸線の周囲に配置されており、それらの共通の排気がタービンに供給される。缶型燃焼器は、メンテナンスが容易である。なぜならば、燃焼セクション全体ではなく、１つの缶型燃焼器だけを取り外せばよいからである。
【００５８】
次のタイプの燃焼器は、環状缶型燃焼器である。環状缶型燃焼器構造は、自己の燃料インジェクタを備えた別個のライナに設けられた個別の燃焼ゾーンを有する。缶型燃焼器とは異なり、全ての燃焼ゾーンは、共通のリング（環）ケーシングを共有している。
【００５９】
図３は、ダンパ３００、特に低周波ダンパの三次元の構成を示している。バーナに関する技術的目的の範囲で、この実施の形態の態様は、特にヘルムホルツダンパから形成された従来の減衰配列の帯域幅と比較した場合に、大きな減衰帯域幅で圧力振動の減衰を可能にする、ダンパ配列およびダンパ配列を設計する方法を提供することである。
【００６０】
提案された配列の別の態様は、細かい調整を必要としないか、またはその必要性が限定されている、圧力振動の周波数のシフトに対応することができるダンパ配列を提供することである。提案された配列の別の態様は、特に上述の従来のダンパ配列と比較して、極めて単純なダンパ配列を提供することである。
【００６１】
要するに、技術的な目的、ならびにこれらの態様およびその他の態様は、本発明によれば、添付の請求項に係るダンパ配列およびダンパ配列を設計する方法を提供することによって達成される。
【００６２】
特に、図３のダンパ３００は、内側円筒体３０１と、外側円筒体３１２とから成り、前記内側円筒体は２つのチャンバ３０２，３０３を有する。第１のチャンバ３０２は第１の体積３０２ａを画成しており、第２のチャンバ３０３は第２の体積３０３ａを画成している。すなわち、第１の体積３０２ａは中央ボディ１０１の下流に配置されており、第２の体積は燃焼器１０９の上流に配置されている（図１および図２参照）。さらに、第１の体積３０２ａは、少なくとも１つの孔２１３（図２参照）によって中央ボディ内の冷却空気流に接続されており、第２の体積３０３ａは、通路３０４によって燃焼器の燃焼領域１０９に接続されている（図２参照）。通路は、内側円筒体３０１の中心線３１４に関して偏心的に配置されている。
【００６３】
これに関して、図３は、第１の体積３０２ａが、２つの中間壁３０６，３０７から成る隔壁３０５によって第２の体積３０３ａによって画成されていることを示している。中間壁３０６，３０７は、互いに対してシーリングマット３０８を有する。２つの位置合わせ可能な穴３０９，３１０を有する中間壁、第１の体積３０２ａにおいて、第２のチャンバ３０３は、可変断面積の第２の体積３０３ａを画成しており、隔壁３０５の位置合わせされた穴３１１によって画成する。外側円筒体３１２は、バヨネットロック３１３によって中央ボディ１０１に組み付けられている。
【００６４】
図４は、液体燃料の噴射用の第１のノズル２０６が、気体燃料の噴射用の第２のノズル２０６ａによって包囲されており、第２のノズル自体は、キャリヤ空気の噴射用の第３のノズル２０６ｂによって包囲されている。ノズル２０６，２０６ａ，２０６ｂは、各ローブ１０２の後縁において同心状に配置されている。各ノズル配列は、フルート４０１がローブの後縁４００の中心平面と交差するところに配置されている（図２参照）。
【符号の説明】
【００６５】
１００  再熱バーナ配列、  １０１  中央ボディバーナ、  １０２  噴射平面（ローブ）、  １０３  燃料、  １０４  キャリヤ空気（主空気冷却チャネル）、  １０５  環状ダクト（ガス／燃料流れチャネル）、  １０７  高温ガス主流、  １０８  出口（端部、出口側）、  １０９  燃焼器、  １１２  壁部、  ２０１  前側区域、  ２０２  延長部（後面、環状チャネル）、  ２０３  インピンジメント冷却孔、  ２０４  移行ダクト、  ２０５  しみ出し穴、  ２０６  燃料ノズル、  ２０７  冷却空気、  ２０９  冷却体積、  ２１０  内壁、  ２１１  後側、  ２１３  環状チャネル、  ２１３  孔、  ３００  ダンパ、  ３０１  内側円筒体、  ３０２，３０３  チャンバ、  ３０２ａ  第１のダンパ体積、  ３０３ａ  第２のダンパ体積、  ３０４  通路、  ３０５  隔壁、  ３０６，３０７  中間壁、  ３０８  シーリングマット、  ３１１  穴、  ３１２  外側円筒体、  ３１３  バヨネットロック、  ３１４  中心線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
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