(57)【要約】  本願は、ガスタービンエンジンのためのダイナミクスの減衰を伴う出力増大システムを提供する。出力増大システムは、燃焼器のトランジションピースと、トランジションピースの周囲に配置されている蒸気マニホールドとを含んでいてもよい。トランジションピースは、貫通するいくつかのトランジションピース通路を含んでいてもよく、蒸気マニホールドは、貫通するいくつかのマニホールド通路を含んでいてもよい。マニホールド通路は、トランジションピース通路と整合していてもよい。【選択図】図４
2014509707.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼器のトランジションピースと、
前記トランジションピースの周囲に配置されている蒸気マニホールドと
を含み、
前記トランジションピースは、貫通する複数のトランジションピース通路を含み、
前記蒸気マニホールドは、貫通する複数のマニホールド通路を含み、
前記複数のマニホールド通路は、前記複数のトランジションピース通路と整合している、
ガスタービンエンジンのためのダイナミクスの減衰を伴う出力増大システム。
【請求項２】
前記複数のトランジションピース通路は、貫通する複数の開口部を含む、請求項１記載の出力増大システム。
【請求項３】
前記複数の開口部は複数の角度付開口部を含む、請求項２記載の出力増大システム。
【請求項４】
前記蒸気マニホールドは空洞部を含む、請求項１記載の出力増大システム。
【請求項５】
前記複数のマニホールド通路は複数の管を含む、請求項１記載の出力増大システム。
【請求項６】
前記複数の管は複数の角度付管を含む、請求項５記載の出力増大システム。
【請求項７】
前記蒸気マニホールドは複数のパージ孔を含む、請求項１記載の出力増大システム。
【請求項８】
前記トランジションピースはフレームを含み、前記蒸気マニホールドは、前記フレーム上に配置されている蒸気道を含む、請求項１記載の出力増大システム。
【請求項９】
前記複数のマニホールド通路は、前記燃焼器の周波数に基づく所定の大きさを含む、請求項１記載の出力増大システム。
【請求項１０】
燃焼器のトランジションピースと、
前記トランジションピースの周囲に配置されている蒸気マニホールドと
を含み、
前記トランジションピースは、貫通して延在している複数の開口部を含み、
前記蒸気マニホールドは、貫通して延在している複数の管を含み、
前記複数の管は、前記燃焼器の周波数に基づく所定の大きさを含み、
前記複数の開口部は前記複数の管と整合している、
ガスタービンエンジンのためのダイナミクスの減衰を伴う出力増大システム。
【請求項１１】
前記複数の開口部は複数の角度付開口部を含む、請求項１０記載の出力増大システム。
【請求項１２】
前記蒸気マニホールドは空洞部を含む、請求項１０記載の出力増大システム。
【請求項１３】
前記複数の管は複数の角度付管を含む、請求項１０記載の出力増大システム。
【請求項１４】
前記蒸気マニホールドは複数のパージ孔を含む、請求項１０記載の出力増大システム。
【請求項１５】
前記トランジションピースはフレームを含み、前記蒸気マニホールドは、前記フレーム上に配置されている蒸気道を含む、請求項１０記載の出力増大システム。
【請求項１６】
燃焼器と、
前記燃焼器の周辺に配置されている蒸気マニホールドと
を含み、
前記燃焼器は、貫通して延在している複数の開口部を含み、
前記蒸気マニホールドは、貫通して延在している複数の管を含み、
前記複数の管は、前記燃焼器の周波数に基づく所定の大きさを含む、
ガスタービンエンジンのためのダイナミクスの減衰を伴う出力増大システム。
【請求項１７】
前記燃焼器はトランジションピースを含み、前記蒸気マニホールドは前記トランジションピースの周囲に配置されている、請求項１６記載の出力増大システム。
【請求項１８】
前記複数の開口部は前記複数の管と整合している、請求項１６記載の出力増大システム。
【請求項１９】
前記複数の開口部は複数の角度付開口部を含む、請求項１６記載の出力増大システム。
【請求項２０】
前記複数の管は複数の角度付管を含む、請求項１６記載の出力増大システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、全般的にガスタービンエンジンに関し、より詳細には、出力増大およびダイナミクスの減衰をもたらすために、燃焼器のトランジションピースの周囲に配置されている蒸気マニホールドに関する。
【背景技術】
【０００２】
希薄混合気を使用することは、ＮＯｘ排出量を減少させる既知の方法であり、現在、ガスタービン燃焼システムの複数の設計において使用されている。希薄混合気は、大量の過剰空気と予混合されたある量の燃料を含む。そのような希薄混合気はＮＯｘ排出量を減少させるが、高周波燃焼不安定性が生じる可能性がある。そのような不安定性は燃焼ダイナミクスと呼ばれることがある。これらの不安定性は燃焼率の変動に起因する可能性があり、ガスタービンの耐久性に影響を及ぼす可能性がある有害な圧力振動を発生させる可能性がある。これらの不安定性の結果として、減衰装置または共鳴装置が燃焼器と共に使用されることがある。
【０００３】
ガスタービン内に付加的な質量流量を供給することは、全体的なガスタービンエンジンの出力および効率性を高める既知の方法である。この目的のために、蒸気注入がよく用いられる。例えば、ガスタービン複合サイクルシテムへの約５パーセント（５％）の蒸気の付加が、結果として約１０パーセント（１０％）の出力増大をもたらす可能性がある。しかし、蒸気は火炎安定性に影響を及ぼしかつ燃焼器内のＣＯ酸化を凍結させる可能性があるので、問題が生じる可能性がある。したがって、蒸気注入を用いることは、ガスタービンの全体的な排出量およびターンダウン能力を制限する可能性がある。
【０００４】
したがって、燃焼ダイナミクスの減衰および出力増大システムおよび出力増大方法の改善が所望されている。そのようなシステムおよび方法は、燃焼ダイナミクスを軽減すると同時に、全体的なシステム性能およびシステム効率性を高める可能性があることが好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５２３９８１６号明細書
【発明の概要】
【０００６】
したがって、本願は、ガスタービンエンジンのための出力増大システムを提供する。出力増大システムは、燃焼器のトランジションピースと、トランジションピースの周囲に配置されている蒸気マニホールドとを含んでいてもよい。トランジションピースは、貫通するいくつかのトランジションピース通路を含んでいてもよく、蒸気マニホールドは、貫通するいくつかのマニホールド通路を含んでいてもよい。マニホールド通路は、トランジションピース通路と整合していてもよい。
【０００７】
本願は、ガスタービンエンジンのための出力増大システムをさらに提供する。出力増大システムは、燃焼器のトランジションピースと、トランジションピースの周囲に配置されている蒸気マニホールドとを含んでいてもよい。トランジションピースは、貫通して延在しているいくつかの開口部を含んでいてもよく、蒸気マニホールドは、開口部が管と整合しているように貫通して延在しているいくつかの管を含んでいてもよい。管は、燃焼器の周波数に基づく所定の大きさを含んでいてもよい。
【０００８】
本願は、ガスタービンエンジンのための出力増大システムをさらに提供する。出力増大システムは、燃焼器と、燃焼器の周囲に配置されている蒸気マニホールドとを含んでいてもよい。燃焼器は、貫通して延在しているいくつかの開口部を含んでいてもよく、蒸気マニホールドは、貫通して延在しているいくつかの管を含んでいてもよい。管は、燃焼器の周波数に基づく所定の大きさを含んでいてもよい。
【０００９】
本願のこれらのかつ他の特徴および改良点は、いくつかの図面および添付の特許請求の範囲と併せて以下の詳細な説明を精査すると、当業者に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ガスタービンエンジンの概略図である。
【図２】本明細書に記載されている蒸気マニホールドシステムの斜視図である。
【図３】図２の蒸気マニホールドシステムの側面横断面図である。
【図４】図２の蒸気マニホールドシステムのさらなる側面横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
ここで、いくつかの図を通じて同様の参照番号が同様の要素を指す図面を参照すると、図１は、ガスタービンエンジン１０の概略図を示す。既知の通り、ガスタービンエンジン１０は、流入空気流を圧縮する圧縮機２０を含んでいてもよい。圧縮機２０は圧縮空気流を燃焼器３０に送達する。燃焼器３０は、圧縮空気流を圧縮燃料流と混合し、該混合物を点火する。（単一の燃焼器３０のみが示されているが、ガスタービンエンジン１０はいくつかの燃焼器３０を含んでいてもよい。）高温燃焼ガスが次々にタービン４０に送達される。高温燃焼ガスが、機械的作用を生じさせるためにタービン４０を駆動する。タービン４０内で生じた機械的作用は、圧縮機２０、および発電機等の外部負荷５０を駆動する。ガスタービンエンジン１０は、天然ガス、種々の合成ガス、および他種の燃料を使用してもよい。ガスタービンエンジン１０は、多くの他の構造を有していてもよく、多種の構成要素を使用していてもよい。複数のガスタービンエンジン１０、多種のタービン、および多種の発電機器が、本明細書において共に使用されていてもよい。
【００１２】
図２〜図４は、ダイナミクスの減衰を伴う出力増大システムまたは本明細書に記載されている蒸気マニホールドシステム１００を示す。蒸気マニホールドシステム１００は、燃焼器３０のトランジションピース１２０の端部１１０に配置されていてもよい。トランジションピース１２０は、前述の通り、高温排ガス流１２５を燃焼器３０からタービン４０へ方向付ける。トランジションピース１２０は、その端部１１０の周辺に配置されているいくつかの開口部１３０を有していてもよい。任意の数の開口部１３０が使用されていてもよい。開口部１３０のいくつかは、燃焼器３０を通る高温排ガス流１２５の方向に対してある角度で配置されていてもよい。本明細書では任意の所望の角度が使用されている可能性があるが、該角度は約３０度から約６０度までとしてもよい。開口部１３０は、以下により詳細に記載されている任意の所望の大きさまたは形状を有していてもよい。
【００１３】
蒸気マニホールドシステム１００は、開口部１３０の近傍に、トランジションピース１２０の端部１１０の周囲に配置されている蒸気マニホールド１４０を含んでいてもよい。蒸気マニホールド１４０は任意の所望の大きさまたは形状を有していてもよい。蒸気マニホールド１４０は内部空洞部１５０を含んでいてもよい。空洞部１５０は、トランジションピース１２０の端部１１０を取り囲んでいてもよい。蒸気マニホールド１４０は、その一端にいくつかの管１６０を有していてもよい。管１６０は、トランジションピース１２０の開口部１３０と連通していてもよい。管１６０の任意の数が使用されていてもよい。管１６０はまた、高温排ガス流１２５に対してある角度で配置されていてもよい。上記の通り、任意の角度が使用されている可能性があるが、該角度は約３０度から約６０度までとしてもよい。管１６０は、以下により詳細に記載されている任意の所望の大きさまたは形状を有していてもよい。蒸気マニホールド１４０はまた、配置されているいくつかのパージ孔１７０を有していてもよい。本明細書では、パージ孔１７０の任意の数が使用されている可能性がある。パージ孔１７０は、任意の所望の大きさまたは形状を有していてもよい。
【００１４】
蒸気マニホールドシステム１００は蒸気道１８０を有していてもよい。蒸気道１８０は、蒸気マニホールド１４０の空洞部１５０と連通していてもよい。蒸気道１８０は、取り付けられている弁１９０を有していてもよい。蒸気道１８０は、トランジションピース１２０の後部フレーム２００上に取り付けられていてもよい。本明細書では、他の位置が使用されている可能性がある。蒸気道１８０は、ある量の蒸気２１０を蒸気マニホールド１４０の空洞部１５０に供給してもよい。蒸気２１０の質および特性は変化する可能性がある。
【００１５】
使用中、蒸気道１８０からの蒸気２１０は、蒸気マニホールド１４０の空洞部１５０内に入ってもよい。蒸気２１０の大部分は、蒸気マニホールド１４０の管１６０を通過し、トランジションピース１２０の開口部１３０を通り、タービン４０に向かって高温排ガス流１２５中に入る。蒸気２１０の少量が、パージ孔１７０を通過し、圧縮機の排出域に入り、圧縮機空気流と混合し、次いで燃焼器内に入り、したがって、ＮＯｘ排出量を減少させる可能性がある。
【００１６】
二次的動作モードでは、蒸気道１８０の弁１９０は閉じていていもよい。圧縮機の排出域からの空気が、蒸気マニホールド１４０のパージ孔１７０、空洞部１５０および管１６０、ならびにトランジションピース１２０の開口部１３０を通過してもよい。
【００１７】
蒸気マニホールドシステム１００は、Ｓｃｈｅｎｅｃｔａｄｙ、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ所在のＧｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙにより提供されているＭＳ６００１Ｖ燃焼器において使用されてもよい。蒸気マニホールドシステム１００は、カン型、アニュラ型、もしくはカニュラ型のいずれかの型の燃焼システムにおいてトランジションピース１２０の後端部に、または他の方法で設置されてもよい。
【００１８】
したがって、タービン４０のほんの上流での蒸気２１０の注入により、出力および効率性の向上がもたらされる。トランジションピース１２０の端部１１０の周囲に蒸気マニホールド１４０を配置することにより、蒸気２１０が燃焼器３０の反応域の下流およびタービン４０のほんの上流に注入されることが確実になる。したがって、蒸気２１０の注入は燃焼器３０の反応温度に影響を及ぼさず、ＣＯ排出量が増大しないはずである。また、火炎安定性への影響も小さくなる。
【００１９】
また、蒸気マニホールドシステム１００は、ヘルムホルツ（Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ）共鳴器の一種としての機能を果たしてもよい。ヘルムホルツ共鳴器が、貫通する開口部を備えた側壁を有する空洞部をもたらす。開口部１３０および管１６０のパターン内のガスの流体慣性は、通り抜ける蒸気２１０の流動の速度で共鳴を引き起こすために、閉じた空洞部１５０の体積剛性で反応する可能性がある。開口部１３０および管１６０の数、長さ、直径、形状、位置、ならびに空洞部１５０の容積は、減衰周波数範囲に関して変化する。具体的に、設計基準には、開口部１３０および管１６０の大きさと、開口部１３０および管１６０の直径と、開口部１３０および管１６０の数と、空洞部１５０を通る質量流量と、空洞部１５０の容積とが含まれていてもよい。
【００２０】
燃焼器３０の動的脈動スペクトル（ｄｙｎａｍｉｃ  ｐｕｌｓａｔｉｏｎ  ｓｐｅｃｔｒｕｍ）は、既知の試験方法から判定されてもよい。開口部１３０および管１６０は、低速蒸気が燃焼器３０内に流れ込むことを可能にする大きさで作製されている。したがって、任意の周波数での動的圧力脈動（ｄｙｎａｍｉｃ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｐｕｌｓａｔｉｏｎ）は、蒸気マニホールドシステム１００により減衰されてもよい。さらに、周波数は、別個の共鳴器を使用することなく減衰されてもよい。いくつかの異なる周波数を減衰することができるように、本明細書では、任意の数の蒸気マニホールド１４０が使用されている可能性がある。
【００２１】
したがって、蒸気マニホールドシステム１００は、ＣＯ排出量の増大または火炎安定性への影響を最小限に、ガスタービンエンジン１０に出力増大をもたらす。同様に、蒸気マニホールドシステム１００は、操作性を向上させかつ耐久性リスクを低下させるために、燃焼器３０の動的脈動を効果的に減衰する可能性がある。したがって、蒸気マニホールドシステム１００は、一般に、出力を増大させ、同時にまた、強制停止および燃焼の点検期間を減少させる。したがって、蒸気マニホールドシステム１００は、修繕費および管理費を低減する可能性がある。
【００２２】
上述が本願のある実施形態にのみ関すること、および以下の特許請求の範囲およびその等価物により定められる本発明の一般的な精神および範囲から逸脱することなく、本明細書において多数の変更および修正が当業者により施されてもよいことが明らかであるはずである。
【符号の説明】
【００２３】
１０  ガスタービンエンジン
２０  圧縮機
３０  燃焼器
４０  タービン
５０  外部負荷
１００  蒸気マニホールドシステム
１１０  端部
１２０  トランジションピース
１２５  排ガス流
１３０  開口部
１４０  蒸気マニホールド
１５０  内部空洞部
１６０  管
１７０  パージ孔
１８０  蒸気道
１９０  弁
２００  後部フレーム
２１０  蒸気
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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