(57)【要約】【課題】遅延希薄液体噴射速度を制御するためのパルス幅変調を提供する。【解決手段】遅延希薄噴射方式を利用したガスタービン燃焼器（１００）であって、燃焼器ライナ（１１０）およびトランジションピース（１２０）を含み得るガスタービン燃焼器（１００）が提供され得る。本明細書で説明されている方法は、デューティサイクルおよび随意に、測定された燃焼ガスの温度プロファイルに基づく、遅延希薄噴射方式の動的なインテリジェント調節を可能にし得る。この調節は、結果的に燃料の導入速度に影響を及ぼし得る、デューティサイクルのパルス幅変調を含んでもよい。燃料の導入速度の動的制御は、改善された燃料液滴進入度およびトランジションピースの壁からの放熱領域の離隔を実現し得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン燃焼器（１００）であって、
第１の燃料および空気を混合して燃焼ガスを生成するように構成された燃焼器ライナ（１１０）であって、上流端（１１２）および下流端（１１４）を含む燃焼器ライナ（１１０）と、
前記燃焼器ライナ（１１０）の前記下流端（１１４）に動作可能に連結されたトランジションピース（１２０）であって、前記燃焼ガスをガスタービンに運ぶように構成されているトランジションピース（１２０）と、
前記トランジションピース（１２０）によって構造的に支持された１つ以上の噴射器（１３０）であって、前記トランジションピース（１２０）内に第２の燃料を繰り返し導入するように構成された１つ以上の噴射器（１３０）と、
前記１つ以上の噴射器（１３０）によって前記トランジションピース（１２０）内に導入される前記第２の燃料の速度を制御するように構成されたコントローラ（２５０）と
を備えるガスタービン燃焼器（１００）。
【請求項２】
前記コントローラ（２５０）が、前記第２の燃料の導入の速度を制御するために、固定サイズの噴射オリフィスを有する前記１つ以上の噴射器（１３０）による前記トランジションピース（１２０）内への前記第２の燃料の導入の動作時間を制御するようにさらに構成されている、請求項１に記載のガスタービン燃焼器（１００）。
【請求項３】
前記コントローラ（２５０）が、前記第２の燃料の導入の速度を制御するために、前記１つ以上の噴射器（１３０）に関連する噴射オリフィスのサイズを繰り返し制御するようにさらに構成されている、請求項１に記載のガスタービン燃焼器（１００）。
【請求項４】
前記コントローラ（２５０）が、前記トランジションピース（１１０）内への前記第２の燃料の導入の速度を制御するためにデューティサイクルを選択的に調整するようにさらに構成されている、請求項１に記載のガスタービン燃焼器（１００）。
【請求項５】
前記デューティサイクルの前記選択的調整が、デューティサイクル信号のパルス幅変調（ＰＷＭ）を含む、請求項４に記載のガスタービン燃焼器（１００）。
【請求項６】
前記ＰＷＭが、少なくとも部分的に変調信号情報に基づいており、前記変調信号情報が、燃焼器出口の温度プロファイルと関連付けられている、請求項５に記載のガスタービン燃焼器（１００）。
【請求項７】
前記ＰＷＭが、少なくとも部分的に変調信号情報に基づいており、前記変調信号情報が、現時点の燃焼器出口の温度プロファイルの逸脱および所望の燃焼器出口の温度プロファイルに関係している、請求項５に記載のガスタービン燃焼器（１００）。
【請求項８】
前記１つ以上の噴射器（１３０）のそれぞれが、電子アクチュエータ（２４５）を含み、該電子アクチュエータ（２４５）が、前記コントローラ（２５０）に動作可能に接続されている、請求項１に記載のガスタービン燃焼器（１００）。
【請求項９】
前記１つ以上の噴射器（１３０）のそれぞれが、超音波式液体燃料噴射装置を含み、該超音波式液体燃料噴射装置が、前記コントローラに動作可能に接続されている、請求項１に記載のガスタービン燃焼器（１００）。
【請求項１０】
前記トランジションピース（１２０）の下流端（１２４）に取り付けられた監視装置（２６０）をさらに備え、該監視装置（２６０）が、燃焼器出口の温度プロファイルを動的に測定するように構成されている、請求項１に記載のガスタービン燃焼器（１００）。
【請求項１１】
前記第２の燃料が、燃料−空気混合物を含む、請求項１に記載のガスタービン燃焼器（１００）。
【請求項１２】
燃焼器出口の温度プロファイルを制御するための方法（３００）であって、
ガスタービン燃焼器のトランジションピースに燃焼ガスを流すステップ（３１０）と、
１つ以上の噴射器によって前記トランジションピース内に燃料を繰り返し導入するステップ（３２０）であって、前記トランジションピース内への前記燃料の前記導入が、少なくとも部分的にデューティサイクルに基づくステップ（３２０）と、
所望の燃焼器出口の温度プロファイルを得るためにコントローラによって前記デューティサイクルを動的に調整するステップ（３４０）と
を含む方法。
【請求項１３】
監視装置（２６０）によって前記燃焼器出口の温度プロファイルを周期的に測定するステップ（３３０）をさらに含む、請求項１２に記載の方法（３００）。
【請求項１４】
前記コントローラ（２５０）によって前記燃焼器出口の温度プロファイルと予め設定された所望の燃焼器出口の温度プロファイルとを比較するステップと、
少なくとも部分的に前記比較に基づいて、前記コントローラ（２５０）により前記デューティサイクルを動的に調整するステップと
をさらに含む、請求項１３に記載の方法（３００）。
【請求項１５】
前記デューティサイクルの前記動的な調整ステップが、デューティサイクル信号のパルス幅変調（ＰＷＭ）を含み、前記１つ以上の噴射器からの前記トランジションピース内への燃料導入の速度を変更し、前記燃料導入の前記速度が、固定サイズの噴射オリフィスを有する前記１つ以上の噴射器による前記燃料の導入の時間を調節することによって、または前記１つ以上の噴射器に関連する噴射オリフィスのサイズを調節することによって変更される、請求項１４に記載の方法（３００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、一般にガスタービン燃焼器に関し、より具体的には、遅延希薄噴射速度を制御するためのパルス幅変調（ＰＷＭ：ｐｕｌｓｅ−ｗｉｄｔｈ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガスタービンは、圧縮機、１つ以上の燃焼器、燃料噴射システム、および多段タービン部を含む。動作中、圧縮機は流入空気を加圧し、次に、この流入空気は、燃焼器を冷却するために、さらには燃焼工程に空気を供給するために燃焼器へまたは燃焼器から流れる。一部の多燃焼器タービン（ｍｕｌｔｉ−ｃｏｍｂｕｓｔｏｒ  ｔｕｒｂｉｎｅ）では、１つ以上の燃焼器が、タービンロータの周囲に環状配列で配置されている。トランジションダクトとしても知られているトランジションピースは、燃焼器のそれぞれからタービン部の第１の段に燃焼ガスを供給するために使用され得る。
【０００３】
具体的には、一般的なガスタービン構造において、各燃焼器は、タービンケーシングに固定される略円筒形の燃焼器ケーシングを含む。また、各燃焼器は、流れスリーブおよび流れスリーブ内に略同心円状に配置された燃焼器ライナを含む場合がある。流れスリーブおよび燃焼器ライナの双方は、それぞれの上流端または前方端における燃焼器ライナのキャップアセンブリから、それぞれの下流端または後方端における二重壁のトランジションダクトまで延在する場合がある。トランジションダクトの外壁および流れスリーブの一部は、それぞれの表面のかなりの部分にわたって冷却用空気の供給孔の配列を備える場合がある。これにより、圧縮機の空気が、トランジションピースの内壁と外壁との間および燃焼器ライナと流れスリーブとの間の半径方向隙間に進入し、燃焼器の上流部分に向かって反対方向に流れることが可能になる。なお、燃焼器の上流部分では、空気流が、キャップアセンブリを通って燃焼器ライナ内の燃焼室に流れるように再び反対方向に送られる。乾式低窒素酸化物（ＤＬＮ：ｄｒｙ  ｌｏｗ  ＮＯｘ）  ガスタービンでは、一般的には、液体燃料および気体燃料の双方の供給が可能なデュアル燃料燃焼器が用いられている。一般的に使用される一構成は、燃焼室に燃料および空気を供給するために配置された、中央のデュアル燃料ノズルを取り囲む５つのデュアル燃料ノズルを含む。
【０００４】
しかしながら、様々な動作条件下で、多段タービン部の高い動作効率を達成するために、タービンの第１の段へのガスの導入に関して比較的高い燃焼ガス温度を維持することが望ましい場合がある。さらに、多くの構成において、燃焼ガスがタービンの第１の段に進入するときに燃焼ガスの特定の温度プロファイルを得ることが望ましい場合がある。しかしながら、燃焼ガスの温度を所望のレベルに維持することは、困難な課題であり得る。
【０００５】
温度プロファイルを制御する１つの方法は、燃焼の前に燃料および空気を予混合して、その希薄混合物を生成することを含む。しかしながら、産業用のヘビー・デューティ・ガスタービンの場合、予混合された希薄燃料が使用されたとしても、燃焼生成物の要求温度が非常に高いため、燃焼器は、ＮＯｘの熱的生成の閾値温度を超える反応帯のピークガス温度で動作させなければならならず、この結果、かなりのＮＯｘが生成されることが示されている。
【０００６】
温度プロファイルを制御するための別の既存の解決策は、段階的な燃焼工程の一部としてトランジションピース内に液体燃料を噴射することを含む。しかしながら、この場合、トランジションピースの壁が高温になる可能性があり好ましくなく、さらには、出口の温度プロファイルの様々な不均一性がもたらされる可能性がある。一般的には、トランジションピース内への希釈空気の付加は、出口の温度プロファイルを調節するために使用されるが、この手法は、所望の燃焼器出口の温度プロファイルを得るために正確な調節を常に達成するわけではない。これは、トランジションピースの上流端からの燃焼ガスの高速の直交流に対して液体燃料液滴の進入が不十分である場合があるからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開２００３／００６６８９９号
【発明の概要】
【０００８】
本開示の特定の実施形態は、遅延希薄液体噴射速度のパルス幅変調のためのシステムおよび方法を含んでもよい。
【０００９】
本開示の一実施形態によれば、ガスタービン燃焼器が提供される。ガスタービン燃焼器は、第１の燃料および空気を混合して燃焼ガスを生成するように構成された燃焼器ライナを含んでもよい。燃焼器ライナは、上流端および下流端を含んでもよい。ガスタービン燃焼器は、燃焼器ライナの下流端に動作可能に連結されたトランジションピースであって、燃焼ガスをガスタービンに運ぶように構成されたトランジションピースをさらに含んでもよい。ガスタービン燃焼器は、トランジションピースによって構造的に支持された１つ以上の噴射器であって、トランジションピース内に第２の燃料を繰り返し導入するように構成された１つ以上の噴射器をさらに含んでもよい。また、ガスタービン燃焼器は、１つ以上の噴射器によってトランジションピース内に導入される第２の燃料の速度を動的に制御するように構成されたコントローラを含んでもよい。
【００１０】
本開示の実施形態によれば、燃焼器出口の温度プロファイルを制御するための方法が提供される。本方法は、ガスタービン燃焼器のトランジションピースに燃焼ガスを流すステップと、１つ以上の噴射器によってトランジションピース内に燃料を繰り返し導入するステップであって、トランジションピース内への燃料の導入がデューティサイクルに基づくステップと、所望の燃焼器出口の温度プロファイルを得るためにコントローラによってデューティサイクルを動的に調整するステップとを含んでもよい。
【００１１】
本開示の別の実施形態によれば、燃焼器出口の温度プロファイルを制御するためのシステムが提供される。本システムは、１つ以上の噴射器に動作可能に接続された１つ以上のアクチュエータおよびコントローラを含んでもよい。コントローラは、ガスタービン燃焼器のトランジションピース内に燃料を導入するために１つ以上のアクチュエータを繰り返し動作させるデューティサイクル信号を生成し、測定された燃焼器出口の温度プロファイルと関連付けられた変調情報を受信し、少なくとも部分的に、測定された燃焼器出口の温度プロファイルに基づいてデューティサイクル信号にＰＷＭを適用するように構成されてもよい。変調情報は、測定された燃焼器出口の温度プロファイルの逸脱および予め設定された所望の燃焼器出口の温度プロファイルを含んでもよい。
【００１２】
さらなるシステム、方法、装置、特徴、および態様は、本開示の様々な実施形態の技法によって実現される。本開示の他の実施形態および態様は、本明細書で詳細で説明されており、特許請求されている開示の一部として考えられている。他の実施形態および態様は、説明および図面に関連して理解され得る。
【００１３】
以上のように一般的な観点から本開示について説明してきたが、次に、必ずしも一定の縮尺で描かれていない添付図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本開示の実施形態に係る、例示的なガスタービン燃焼器の概略図を示している。
【図２】本開示の実施形態に係る、例示的なガスタービン燃焼器の概略図を示している。
【図３】本開示の実施形態に係るガスタービン燃焼器の、燃焼器出口の温度プロファイルを制御するための例示的な方法を示すフロー図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本開示の例説的な実施形態について、添付図面を参照しながら以下でより完全に説明する。添付図面には、本開示のすべての実施形態ではなく、一部の実施形態が示されている。実際、本開示は、多くの異なる形態で実施されてもよく、また、本明細書に記載されている実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではない。逆に、これらの実施形態は、本開示が適用可能な法的必要条件を満たすように提供される。同じ参照符号は、全体を通して同じ要素を指示している。
【００１６】
本開示の特定の実施形態は、遅延希薄液体噴射速度のパルス幅変調の方法およびシステムに関する。特定の実施形態において、遅延希薄噴射方式によるトランジションピース内の燃焼ガスの温度プロファイルのインテリジェント制御は、燃焼ガスがガスタービンに流入する前に達成されてもよい。遅延希薄噴射方式は、燃料進入度（ｆｕｅｌ  ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ）および排気温度プロファイルを改善するためにトランジションピース内への液体燃料の導入を含んでもよい。既存のシステムでは、一般的に、燃料液滴進入（ｆｕｅｌ  ｄｒｏｐｌｅｔｓ  ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ）が不十分となり、結果的にトランジションピース壁が過剰加熱するような仕方で、燃料が供給される場合がある一方で、本開示の特定の実施形態は、燃料がシステム内に導入されるときの、燃料の速度のインテリジェント制御を可能にすることができる。特に、本開示の特定の実施形態は、燃料噴射に使用されるデューティサイクル信号のＰＷＭを実現することができ、この結果、特定の燃料流量に燃料噴射速度を変更することが可能になる。さらに、本開示の特定の実施形態は、より速い噴射速度を実現することによって、トランジションピース壁から放熱領域を離すことができ、また、トランジションピース内（特に、トランジションピースの下流端）での燃焼ガスの温度プロファイルの調整を実現することができる。
【００１７】
デューティサイクル信号、したがって、温度プロファイルの調整または調節は、随意に、リアルタイムで動的に実行されてもよく、および／またはリアルタイムフィードバックに基づいてもよい。特定の実施形態において、燃焼ガスの温度または燃焼ガスの温度プロファイルの測定および連続的な監視が行われてもよい。測定データは、フィードバックに含まれてもよく、デューティサイクルを調節するＰＷＭ工程を調整するために使用されてもよい。このように、デューティサイクルのＰＷＭ調整は、燃料噴射の速度に影響を及ぼすことができ、したがって、トランジションピース内の燃料進入状態に影響を及ぼすことができる。
【００１８】
次に、ガスタービンのトランジションピース内で燃焼ガスの温度プロファイルを効率的に制御するための様々なシステム構成部品について、添付図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図１は、本開示の例示的な実施形態に係る、ガスタービン燃焼器１００（部分的に図示されている）の概略図を示している。ガスタービン燃焼器１００は、燃焼器ライナ１１０を含む。燃焼器ライナ１１０は、一般的に言えば、その内部（燃焼領域としても知られている）に様々な空気流および液体（燃料）を導入して、これらを混合し、燃焼工程を実行するように構成されている。燃焼ガスは、燃焼工程の結果として生成されるが、このとき、燃焼器ライナ上流端１１２から燃焼器ライナ下流端１１４に送られて、トランジションピース（ダクト）１２０に排気される。トランジションピース１２０は、燃焼ガスをさらに（すなわち、トランジションピース１２０の上流端１２２から、トランジションピース１２０の下流端１２４に、次いでガスタービンの第１の段（図示せず）に）送るために使用される。
【００２０】
さらに図１を参照すると、トランジションピース１２０は、トランジションピース１２０内に燃料または燃料−空気混合物を導入するための噴射器１３０を含んでもよい。１つの噴射器１３０しか示されていないが、特定の実施形態では、図２に示されているように、複数の噴射器１３０が設けられてもよい。噴射器１３０は、オリフィスであって、該オリフィスを通して燃料または燃料−空気混合物がトランジションピース１２０の内部に供給されるオリフィスを有する噴射ノズルを含んでもよい。このオリフィスのサイズ（直径）は、固定であってもよいし、または変更されてもよい。
【００２１】
オリフィスサイズが固定されていて、さらに燃料流量が一定の場合は、燃料噴射の速度は、噴射器１３０に接続されたアクチュエータが開放されて、燃料が供給され、オリフィスを通過する時間間隔に依存し得る。この時間間隔が短縮されると、燃料は、より速い速度でオリフィスを通過し、逆もまた同様である。
【００２２】
オリフィスサイズを変更する（例えば、油圧ポペットアクチュエータを利用することによって）ことができて、燃料流量が一定の場合は、オリフィスサイズを変更することにより、燃料噴射速度を変更することができる。単にオリフィスサイズを大きくすることによって、燃料噴射率を低下させることができ、逆もまた同様である。
【００２３】
特定の実施形態において、噴射器１３０は、噴射器ノズルへの燃料の供給およびトランジションピース１２０内への燃料の導入を繰り返し行うために電気機械アクチュエータ（図示せず）を含んでもよい。他の実施形態において、噴射器１３０は、トランジションピース１２０内に加圧燃料を噴射するための超音波式液体燃料噴射装置（図示せず）を含んでもよい。適用可能な超音波式液体燃料噴射装置のいくつかの例は、２００２年４月１日に提出された、「Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｆｕｅｌ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ」という名称の米国特許出願第１０／１１３，６１８号明細書に記載されている。
【００２４】
燃料噴射速度は、所定の方式に基づいて（例えば、タービンの動作方法（ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  ｒｅｇｉｍｅ）もしくは燃料−空気の混合条件に基づいて）選択されてもよいし、または随意に、監視装置から得られるフィードバックに依存してもよい。フィードバックは、トランジションピース１２０内に存在する燃焼ガスの測定温度または間接的に求められた温度を参照してもよい。特定の実施形態において、フィードバックは、トランジションピース１２０の下流端１２４で測定される燃焼ガスの温度プロファイルを含んでもよいし、またはこれと関連付けられてもよい。
【００２５】
燃料噴射器１３０は、トランジションピース１２０の内部の内側に所定の距離だけ延在してもよいことにも留意すべきである。特定の実施形態において、トランジションピース１２０の延在距離は、フィードバックまたは他の動作パラメータに基づいて変更されてもよい。さらに、噴射器ノズルの向きおよび角度が、動作方法または所定のパラメータに基づいて変更されてもよい。複数の噴射器１３０が用いられる場合、この複数の噴射器のそれぞれは、単一の長さおよび向きを有してもよい。
【００２６】
図２は、本開示のより詳細な別の例示的な実施形態に係るガスタービン燃焼器２００（部分的に図示されている）の概略図を示している。ガスタービン燃焼器２００は、第１の内部２０５（第１の内部２０５では、燃料回路２１０によって第１の内部２０５に供給される第１の燃料が燃焼可能である）を有する燃焼器ライナ１１０と、流入空気を圧縮して、少なくとも燃焼器ライナ１１０およびトランジションピース１２０に供給する圧縮機２１５と、タービン翼を回転させるために少なくとも第１の燃料の燃焼生成物を受け入れることができる、回転タービン翼を含むガスタービン２２０とを含む。トランジションピース１２０は、燃焼器ライナ１１０とガスタービン２２０とを流体接続するように配置されており、また、第２の内部２２５を含む。第２の内部２２５では、燃料回路２１０によって１つ以上の予混合ノズル２１２を経由して第２の内部２２５に供給される第２の燃料および第１の燃料の燃焼生成物が燃焼可能である。図示のように、燃焼器ライナ１１０およびトランジションピース１２０は、様々な構造をとり得るヘッド端部２３０の形態を全体として有するように互いに連結されている。ヘッド端部２３０の構造のそれぞれに関して、これらの構造の種類は、遅延希薄噴射（ＬＬＩ：ｌａｔｅ  ｌｅａｎ  ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）に適合し得るものであることが理解される。
【００２７】
複数の燃料噴射器１３０のそれぞれは、トランジションピース１２０の外壁またはトランジションピース１２０の周囲のスリーブ２３５の外壁によって構造的に支持されている。例として、複数の燃料噴射器１３０は、様々な深さで第２の内部２２５内に延在している。この構造の場合、燃料噴射器１３０のそれぞれは、ＬＬＩ燃料ステージング能力を実現するように構成されている。すなわち、燃料噴射器１３０のそれぞれは、軸方向単段（ｓｉｎｇｌｅ  ａｘｉａｌ  ｓｔａｇｅ）、軸方向多段（ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ａｘｉａｌ  ｓｔａｇｅ）、軸方向環状単段（ｓｉｎｇｌｅ  ａｘｉａｌ  ｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｓｔａｇｅ）、軸方向環状多段（ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ａｘｉａｌ  ｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｓｔａｇｅ）のいずれかにおいて、例えば、トランジションピース１２０を通る主な流れ方向に対して略横方向の燃料噴射により第２の燃料（すなわち、第１の燃料と異なってもよいＬＬＩ燃料）または特定の燃料−空気混合物を第２の内部２２５に供給するように構成されている。この際、燃焼器ライナ１１０およびトランジションピース１２０内の状態は、局所的な安定燃焼領域を形成するように段階的になる。
【００２８】
本開示の実施形態によれば、軸方向単段は、現時点で動作している単一の燃料噴射器１３０を含んでもよく、軸方向多段は、それぞれがトランジションピース１２０の複数の軸方向位置に配置される現時点で動作している複数の燃料噴射器１３０を含んでもよく、軸方向環状単段は、それぞれがトランジションピース１２０の単一の軸方向位置の外周付近に配置される現時点で動作している複数の燃料噴射器１３０を含んでもよく、軸方向環状多段は、トランジションピース１２０の複数の軸方向位置においてトランジションピース１２０の外周付近に配置される現時点で動作している複数の燃料噴射器１３０を含んでもよい。
【００２９】
さらに、複数の燃料噴射器１３０が、トランジションピース１２０の外周付近に配置される場合、燃料噴射器１３０は、略均等にまたは不均等に互いに離間されてもよい。例として、８または１０個の燃料噴射器１３０が、特定の環状段に用いられてもよく、このとき、２、３、４、または５個の燃料噴射器１３０が、トランジションピース１２０の北半球および南半球に様々に離間されて組み込まれる。また、複数の燃料噴射器１３０が、トランジションピース１２０の軸方向多段に配置される場合、燃料噴射器１３０は、一直線に並んでいてもよく、および／または互いにずらされていてもよい。
【００３０】
ガスタービン燃焼器１００の動作中、燃料噴射器１３０のそれぞれは、軸方向単段、軸方向多段、軸方向環状単段、および軸方向環状多段のうちの現時点で効果的な１つを形成するように一緒にまたは別々に作動または停止されてもよい。この目的のために、燃料噴射器１３０のそれぞれには、対応する燃料噴射器１３０と燃料回路２１０のブランチ２１１または２１２との間に配置された１つ以上のアクチュエータ２４５（例えば、電気機械弁）によって、燃料回路２１０を経由してＬＬＩ燃料が供給されてもよいことが理解される。アクチュエータ２４５は、アクチュエータ２４５を開閉させることによって、対応する燃料噴射器１３０の作動または停止を行う信号をアクチュエータ２４５に送信するコントローラ２５０に動作可能に接続されてもよい。
【００３１】
このように、現時点でそれぞれの燃料噴射器１３０（すなわち、軸方向環状多段）を作動させることが、現時点で望ましい場合、コントローラ２５０は、アクチュエータ２４５のそれぞれに信号を送って、これらを開放することにより、燃料噴射器１３０のそれぞれを作動させる。一方、現時点でトランジションピース１２０の特定の軸方向段の、それぞれの燃料噴射器１３０（すなわち、軸方向環状単段）を作動させることが、現時点で望ましい場合、コントローラ２５０は、軸方向環状単段の燃料噴射器１３０のみに対応するアクチュエータ２４５のそれぞれに信号を送って、これらを開放することにより、燃料噴射器１３０のそれぞれを作動させる。言うまでもなく、この制御システムは例示に過ぎず、燃料噴射器の構成の複数の組合せが可能であり、燃料噴射器１３０の作動および停止の少なくとも一方を制御するための他のシステムおよび方法が利用可能であることが理解される。
【００３２】
アクチュエータ２４５は、燃料−空気混合物が噴射器１３０内または噴射器１３０の近傍で生成され得るように、燃料回路２１０だけではなく、空気ダクトにも噴射器を接続し得ることも理解されるべきである。
【００３３】
さらに図２を参照すると、監視装置２６０が、トランジションピース１２０の下流端（後方端）に配置されてもよい。特定の実施形態において、監視装置２６０は、監視装置２６０を通過する燃焼ガスの温度を測定してもよいし、または監視装置２６０を通過する燃焼ガスの温度プロファイルを測定してもよい。測定は、リアルタイムでまたは繰り返して実行されてもよい。このとき、測定データは、有線または無線の通信リンクを介してコントローラ２５０に伝送されてもよい。本明細書に述べられているように、測定データは、フィードバックに関係してもよい。また、当業者は、監視装置によって、さらに（または代わりに）トランジションピース１２０の壁の温度が測定されてもよいことを理解するべきである。さらなる実施形態において、監視装置２６０は、燃焼ガスまたは燃焼渦流の様々な不均一性の測定または検出を行ってもよい。
【００３４】
本開示の様々な実施形態によれば、コントローラ２５０は、曲がりくねった信号（より具体的には、矩形波形信号）を含み得るデューティサイクル信号を生成してもよい。コントローラ２５０は、噴射器１３０によるトランジションピース１２０内への燃料の噴射を繰り返す目的でアクチュエータ２４５の作動・停止（すなわち、開閉）を繰り返すためにデューティサイクル信号をアクチュエータ２４５に送信する。デューティサイクル信号は、パルス持続時間および矩形波形の周期によって特徴付けられてもよい。
【００３５】
様々な実施形態において、コントローラ２５０は、ＰＷＭを適用することによってデューティサイクル信号の制御および調節を行ってもよい。ＰＷＭは、特定のタービン動作方法に依存して予め決められ得る変調情報に基づいてもよく、またはフィードバックデータ（すなわち、監視装置２６０によって測定されるような燃焼ガスの温度プロファイル）に基づいて動的に変更されてもよい。したがって、ＰＷＭは、上記したパルス持続時間を増加／減少させてもよく、および／または矩形波形の周期を増加／減少させてもよい。特定の実施形態において、このような調整によって、アクチュエータ２４５（すなわち、弁）の動作時間（この間に燃料がトランジションピース１２０内に導入される）が、リアルタイムで動的に長くまたは短くされてもよい。したがって、燃料が、噴射器１３０によって設定された流量で噴射される場合は、燃料噴射の速度も、動作時間を変更することによって増加または減少される。さらに他の実施形態では、前記調整により、噴射器１３０のオリフィスサイズが影響を受ける。ＰＷＭ調整によって、オリフィスサイズが拡大されるか、または縮小されてもよく、これにより、燃料噴射の速度が増加されるか、または減少されてもよい。どちらの場合も、燃料噴射の速度を調節することによって、放熱領域が、トランジションピース１２０内で移動され得る。より具体的には、噴射器１３０（または噴射器の位置）からのこの放熱領域の距離は、デューティサイクルに応じて変化するため、デューティサイクルの調整によって、放熱領域の位置を調節することができる。
【００３６】
図３は、ガスタービン燃焼器１００、２００の燃焼器出口の温度プロファイルを制御するための方法３００を示す例示的なフロー図を示している。方法３００は、図１および図２を参照しながら本明細書で説明したガスタービン燃焼器１００、２００の要素によって実施されてもよい。
【００３７】
方法３００は、ガスタービン燃焼器１００、２００のトランジションピース１２０に燃焼ガスを流す工程３１０から開始されてもよい。燃焼ガスは、燃焼器ライナ１１０において、第１の燃料と空気とを混合して、燃料−空気混合物を燃焼させることによって生成されてもよい。一般的には、燃焼ガスは、トランジションピース１２０の上流端１２２からトランジションピース１２０の下流端１２４へ送られる。
【００３８】
工程３２０において、遅延希薄噴射方式が実施される。より具体的には、噴射器１３０は、対応するアクチュエータ２４５およびコントローラ２５０と協働して、トランジションピース１２０内に燃料（または燃料−空気混合物もしくは任意の他の液体）を繰り返し導入する。コントローラ２５０は、トランジションピース１２０内に燃料を円形に噴射する（例えば、噴霧の形で）目的でアクチュエータ２４５を繰り返しトリガする（すなわち、開閉する）ためにアクチュエータ２４５に供給されるデューティサイクル信号を生成してもよい。上述したように、噴射は、遅延希薄噴射段が実施されるように周期的であってもよい。
【００３９】
工程３３０において、監視装置２６０は、随意に、燃焼器出口の温度プロファイルを周期的に測定してもよい。測定は、直接的または間接的であってもよい。例えば、特定の実施形態では、トランジションピース壁の温度が測定されてもよい。さらなる実施形態において、監視装置２６０は、燃焼ガスの流れの不均一性および／または特定の位置の温度を検出してもよい。どちらの場合も、監視装置２６０は、随意にフィードバックデータを生成してもよい。さらなる実施形態において、フィードバックデータは、測定された燃焼器出口の温度プロファイルと予め設定された所望の燃焼器出口の温度プロファイルとの差に関係してもよい。
【００４０】
工程３４０において、コントローラ２５０は、所望の燃焼器出口の温度プロファイルを得るためにデューティサイクルを動的に調整してもよい。特に、コントローラ２５０は、例えばＰＷＭを利用してデューティサイクル信号を調整してもよい。さらに、ＰＷＭは、フィードバックデータに基づいてもよい。複数の実施形態に関連して本明細書で説明されているように、デューティサイクル信号の動的な調整によって、１つ以上の噴射器１３０からのトランジションピース１２０内への燃料の導入速度が変更される。
【００４１】
以上のように、遅延希薄噴射に関わる様々なガスタービン燃焼器１００、２００および燃焼器出口の温度プロファイルを制御するための対応する方法について説明してきた。本明細書で説明されている実施形態は、燃料液滴進入度を改善し、トランジションピース１２０の壁から放熱領域を離すために遅延希薄噴射（したがって、燃料の導入速度）の動的なインテリジェント調節を可能にする。実施形態について、特定の例示的な実施形態を参照しながら説明してきたが、様々な修正および変更が、本出願のより広範な範囲から逸脱することなくこれらの例示的な実施形態に対してなされてもよいことは明らかである。したがって、本明細書および図面は、限定的な意味でではなく例説的な意味で捉えられるべきである。
【００４２】
本明細書に開示されている実施形態の少なくとも一部の態様は、様々な技術を用いて実施されてもよいことに留意すべきである。この様々な技術は、例えばファームウェアまたはソフトウェアコードを含み、これらのファームウェアまたはソフトウェアコードは、任意の適切な計算システムにおいて、またはマイクロプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、チップ、特別に設計された特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス、もしくはこれらの任意の組合せを用いたハードウェアにおいて実行されてもよい。特に、本明細書で説明されている方法は、ディスクドライブまたはコンピュータ可読媒体などの記憶媒体上に存在する、コンピュータが実行可能な一連の命令によって実施されてもよい。本明細書に開示されている実施形態の少なくとも一部の態様は、コンピュータによって実施されてもよいことに留意すべきである。
【００４３】
本明細書で説明されている情報および信号が、様々な異なる技術および技法のいずれかを用いて表現されてもよいことを理解することができる。例えば、この説明の至るところで参照されているデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、記号、コード、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁界もしくは磁性粒子、またはこれらの任意の組合せによって表現されてもよい。
【００４４】
したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味では行われておらず、範囲は、添付の特許請求の範囲およびこれと均等なものによって規定される。本文書では、「ある（ａ）」および「ある（ａｎ）」という用語は、特許文書に共通する仕方で１つまたは１つより多くのものを含むように使用されている。本文書では、「または」という用語は、非排他的な「または」を意味するように使用されている。すなわち、「ＡまたはＢ」は、別段の指示がない限り「ＢではなくＡ」、「ＡではなくＢ」、ならびに「ＡおよびＢ」を含む。
［実施態様１］
ガスタービン燃焼器であって、
第１の燃料および空気を混合して燃焼ガスを生成するように構成された燃焼器ライナであって、上流端および下流端を含む燃焼器ライナと、
前記燃焼器ライナの前記下流端に動作可能に連結されたトランジションピースであって、前記燃焼ガスをガスタービンに運ぶように構成されたトランジションピースと、
前記トランジションピースによって構造的に支持された１つ以上の噴射器であって、前記トランジションピース内に第２の燃料を繰り返し導入するように構成された１つ以上の噴射器と、
前記１つ以上の噴射器によって前記トランジションピース内に導入される前記第２の燃料の速度を制御するように構成されたコントローラと
を備えるガスタービン燃焼器。
［実施態様２］
前記コントローラが、前記第２の燃料の導入の速度を制御するために、固定サイズの噴射オリフィスを有する前記１つ以上の噴射器による前記トランジションピース内への前記第２の燃料の導入の動作時間を制御するようにさらに構成されている、実施態様１に記載のガスタービン燃焼器。
［実施態様３］
前記コントローラが、前記第２の燃料の導入の速度を制御するために、前記１つ以上の噴射器に関連する噴射オリフィスのサイズを繰り返し制御するようにさらに構成されている、実施態様１に記載のガスタービン燃焼器。
［実施態様４］
前記コントローラが、前記トランジションピース内への前記第２の燃料の導入の速度を制御するためにデューティサイクルを選択的に調整するようにさらに構成されている、実施態様１に記載のガスタービン燃焼器。
［実施態様５］
前記デューティサイクルの前記選択的調整が、デューティサイクル信号のパルス幅変調（ＰＷＭ）を含む、実施態様４に記載のガスタービン燃焼器。
［実施態様６］
前記ＰＷＭが、少なくとも部分的に変調信号情報に基づいており、前記変調信号情報が、前記燃焼器出口の温度プロファイルと関連付けられている、実施態様５に記載のガスタービン燃焼器。
［実施態様７］
前記ＰＷＭが、少なくとも部分的に変調信号情報に基づいており、前記変調信号情報が、現時点の燃焼器出口の温度プロファイルの逸脱および所望の燃焼器出口の温度プロファイルに関係している、実施態様５に記載のガスタービン燃焼器。
［実施態様８］
前記１つ以上の噴射器のそれぞれが、電子アクチュエータを含み、該電子アクチュエータが、前記コントローラに動作可能に接続されている、実施態様１に記載のガスタービン燃焼器。
［実施態様９］
前記１つ以上の噴射器のそれぞれが、超音波式液体燃料噴射装置を含み、該超音波式液体燃料噴射装置が、前記コントローラに動作可能に接続されている、実施態様１に記載のガスタービン燃焼器。
［実施態様１０］
前記トランジションピースの下流端に取り付けられた監視装置をさらに備え、該監視装置が、燃焼器出口の温度プロファイルを動的に測定するように構成されている、実施態様１に記載のガスタービン燃焼器。
［実施態様１１］
前記第２の燃料が、燃料−空気混合物を含む、実施態様１に記載のガスタービン燃焼器。
［実施態様１２］
燃焼器出口の温度プロファイルを制御するための方法であって、
ガスタービン燃焼器のトランジションピースに燃焼ガスを流すステップと、
１つ以上の噴射器によって前記トランジションピース内に燃料を繰り返し導入するステップであって、前記トランジションピース内への前記燃料の前記導入が、少なくとも部分的にデューティサイクルに基づくステップと、
所望の燃焼器出口の温度プロファイルを得るためにコントローラによって前記デューティサイクルを動的に調整するステップと
を含む方法。
［実施態様１３］
監視装置によって燃焼器出口の温度プロファイルを周期的に測定するステップをさらに含む、実施態様１２に記載の方法。
［実施態様１４］
前記コントローラによって前記燃焼器出口の温度プロファイルと予め設定された所望の燃焼器出口の温度プロファイルとを比較するステップと、
少なくとも部分的に前記比較に基づいて、前記コントローラにより前記デューティサイクルを動的に調整するステップと
をさらに含む、実施態様１３に記載の方法。
［実施態様１５］
前記デューティサイクルの前記動的な調整が、デューティサイクル信号のパルス幅変調（ＰＷＭ）を含む、実施態様１４に記載の方法。
［実施態様１６］
前記デューティサイクルの前記動的な調整が、前記１つ以上の噴射器からの前記トランジションピース内への燃料導入の速度を変更する、実施態様１２に記載の方法。
［実施態様１７］
前記燃料導入の前記速度が、固定サイズの噴射オリフィスを有する前記１つ以上の噴射器による前記燃料の導入の時間を調節することによって変更される、実施態様１６に記載の方法。
［実施態様１８］
前記燃料導入の前記速度が、前記１つ以上の噴射器に関連する噴射オリフィスのサイズを調節することによって変更される、実施態様１６に記載の方法。
［実施態様１９］
燃焼器出口の温度プロファイルを制御するためのシステムであって、
１つ以上の噴射器に動作可能に接続された１つ以上のアクチュエータと、
コントローラであって、
ガスタービン燃焼器のトランジションピース内に燃料を導入するように構成された１つ以上のアクチュエータを繰り返し動作させるためにデューティサイクル信号を生成し、
測定された燃焼器出口の温度プロファイルと関連付けられた変調情報を受信し、
少なくとも部分的に、前記測定された燃焼器出口の温度プロファイルに基づいてデューティサイクル信号にパルス幅変調（ＰＷＭ）を適用する
ように構成されたコントローラと
を備えるシステム。
［実施態様２０］
前記変調情報が、測定された燃焼器出口の温度プロファイルの逸脱および予め設定された所望の燃焼器出口の温度プロファイルを含む、実施態様１９に記載のシステム。
【符号の説明】
【００４５】
１００  ガスタービン燃焼器
１１０  燃焼器ライナ
１１２  燃焼器ライナの上流端
１１４  燃焼器ライナの下流端
１２０  トランジションピース
１２２  トランジションピースの上流端
１２４  トランジションピースの下流端
１３０  噴射器
２００  ガスタービン燃焼器
２１０  燃料回路
２１１  ブランチ
２１２  予混合ノズル
２１５  圧縮機
２２０  ガスタービン
２２５  第２の内部
２３０  ヘッド端部
２３５  スリーブの外壁
２４５  アクチュエータ
２５０  コントローラ
２６０  監視装置
３００  方法
３１０  工程
３２０  工程
３３０  工程
３４０  工程
【図１】
2015040695.tif 000003
【図２】
2015040695.tif 000004
【図３】
2015040695.tif 000005
【外国語明細書】
2015040695000001.pdf