(57)【要約】【課題】燃料ノズルを提供する。【解決手段】本燃料ノズル（１２２）は、半径方向内表面（１６０）及び半径方向外表面（１６２）を含むスワーラアセンブリ（１５１）と、スワーラアセンブリの半径方向外表面に結合された複数のベーン（１５２）とを含む。各ベーンは、第１の側壁（２００）及び第２の側壁（２０２）を含み、第１及び第２の側壁は、前縁（２０４）及び軸方向に離隔した後縁（２０６）において接合され、また各々のベーンを貫通して形成された複数の開口（２７０）を含む。各開口は、前縁から通路まで延びて、該通路から該前縁まで延びる流路を形成する。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半径方向内表面（１６０）及び半径方向外表面（１６２）を含むスワーラアセンブリ（１５１）と、
前記スワーラアセンブリの半径方向外表面に結合され、かつその各々が前縁（２０４）及び該前縁（２０４）から軸方向に離隔した後縁（２０６）でつながる第１の側壁（２００）及び第２の側壁（２０２）を含む複数のベーン（１５２）と、
各々のベーンを貫通して形成された複数の開口（２７０）であって  各開口が、前記前縁から通路まで延びて該通路から該前縁まで延びる流路を形成する複数の開口と
を備える燃料ノズル（１２２）。
【請求項２】
各前記ベーン（１５２）が、根元（２１２）及び先端（２１４）を含み、前記前縁（２０４）が、前記根元から前記先端までテーパしている、請求項１記載の燃料ノズル（１２２）。
【請求項３】
前記前縁（２０４）が、約９０°〜約１５０°である角度（θ）だけ中心軸線（１４６）からオフセットしている、請求項２記載の燃料ノズル（１２２）。
【請求項４】
前記ベーン先端（２１４）が、前記ベーン根元（２１２）の軸方向下流に配置される、請求項２記載の燃料ノズル（１２２）。
【請求項５】
前記複数の開口（２７０）が、少なくとも第１の開口及び第ｎの開口を含み、前記第１〜第ｎの開口の各々が、角度αだけ該燃料ノズルの中心軸線（１４６）からオフセットしている、請求項１記載の燃料ノズル（１２２）。
【請求項６】
前記複数の開口（２７０）が、少なくとも第１の開口及び第２の開口を含み、前記第２の開口が、前記第１の開口の下流に形成される、請求項１記載の燃料ノズル（１２２）。
【請求項７】
前記第１の開口が、前記第２の開口と略平行である、請求項６記載の燃料ノズル（１２２）。
【請求項８】
各前記ベーン（１５２）が、根元（２１２）及び先端（２１４）を含み、前記前縁（２０４）が、前記根元及び先端間で延びる複数の段部（２４０）を含み、前記段部が、前記根元から前記先端まで昇順に形成されて、前記ベーン根元に近接して形成された第１の段部が、前記ベーン先端に近接して形成された第ｎの段部の上流に配置される、請求項１記載の燃料ノズル（１２２）。
【請求項９】
前記複数の開口（２７０）が、少なくとも第１の開口及び第２の開口を含み、前記第１及び第２の開口の各々が、該燃料ノズルの中心軸線（１４６）に対して略垂直である、
請求項８記載の燃料ノズル（１２２）。
【請求項１０】
圧縮機（１０２）と、
前記圧縮機と流れ連通状態になっており、かつ少なくとも１つの燃料ノズルアセンブリ（１２２）を備えた燃焼器（１０４）と、
を含み、前記燃料ノズルアセンブリが、
半径方向内表面（１６０）及び半径方向外表面（１６２）を含むスワーラアセンブリ（１５１）と、
前記スワーラアセンブリの半径方向外表面に結合され、かつその各々が前縁（２０４）及び該前縁（２０４）から軸方向に離隔した後縁（２０６）でつながる第１の側壁（２００）及び第２の側壁（２０２）を含む複数のベーン（１５２）と、
各々のベーンを貫通して形成された複数の開口であって、各々が前記前縁から通路まで延びて該通路から該前縁まで延びる流路を形成する複数の開口（２７０）と、
を備えるガスタービンエンジン（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的にはガスタービンエンジンに関し、より具体的には、ガスタービンエンジン用の燃料ノズル及び燃料ノズルの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくとも幾つかのガスタービンエンジンは、燃焼器内で燃料−空気混合気に点火して燃焼ガスストリームを発生させ、この燃焼ガスストリームは、高温ガス通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。燃焼器アセンブリは一般的に、燃焼器の燃焼領域への燃料及び空気の送給を可能にする燃料ノズルを有する。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回転させる機械エネルギーに変換する。タービンの出力は、例えば発電機又はポンプなどの機械に動力を供給するために使用することができる。
【０００３】
少なくとも幾つかの公知の燃料ノズルは、スワーラアセンブリと該スワーラアセンブリに結合された複数のベーンとを含む。製作時に、カバーが製作され、かつ該カバーがベーンを実質的に囲むように燃料ノズルアセンブリに取り付けられる。従って、カバーの内表面とスワーラアセンブリの外表面とは、燃料ノズルを通して送られる空気流を受けるための流路を形成する。
【０００４】
作動時に、燃料は一般的に、スワーラアセンブリ内に形成された複数の通路を通してまた各々のベーンの少なくとも１つの側面内に形成された複数の開口を通して送られる。公知のベーンはまた、鋳造又は組立法を用いてベーン内に形成された空洞を含み、スワーラアセンブリ通路を通して送られる燃料がこのベーン空洞内に吐出される。さらに、各ベーンは、一般にガス噴射孔と呼ばれる複数の開口を含み、これらの開口は、該開口がベーン側壁の表面に対して垂直な方向になるようにベーン側壁を貫通して導入されて、ベーン空洞内に送られた燃料がベーン側壁を通してベーン空洞から吐出されかつ下流方向に移動する空気ストリームと混合されるのを可能にする。
【０００５】
公知の燃料ノズルを製作するのに、一般的に空洞を形成するために中子が利用され、従って鋳造工程の複雑さを増大させると共に燃料ノズルを鋳造するのに要する時間が増大する。加えて、公知の鋳造体内の中子は、ベーン内で移動する可能性があり、その結果壁厚さに変化が生じ、またガス噴射孔の長さ／直径（Ｌ／Ｄ）比に変化が生じる。この変化は、燃焼動作性にとって有害であるガス流量の変動を引き起こす。
【０００６】
さらに、燃料ノズルベーンは、燃料ノズル本体を囲んでいるので、隣り合うベーン間の空間は限定される。従って、ベーンの側面を貫通してベーン空洞内への孔を導入することは、ベーンの側面表面に対して直角に孔を導入するように構成された特別に設計した治具の使用を必要とする。さらに、この治具は、作業を行うために隣り合うベーン間にそれを挿入できるような寸法にしなくてはならない。製作時に、この狭い空間内に嵌合する必要がある治具は、ベーンの側面内に転動して、導入されつつある孔の直径を一層変化させ、これもまた燃焼動作性にとって望ましくない特徴形状となる可能性がある。その結果、空洞を含むように公知のベーンを製作し、次にベーンの側面を貫通して空洞内への開口を導入することは、比較的困難かつ時間のかかる作業であり、従って燃料ノズルの全コストを増大させる。
【特許文献１】米国特許第５，３４１，８４８号公報
【特許文献２】米国特許第５，４９５，８７２号公報
【特許文献３】米国特許第６，１４５，５４４号公報
【特許文献４】米国特許第６，３６３，７２４号公報
【特許文献５】米国特許第６，４３８，９６１号公報
【特許文献６】米国特許第６，４５３，６７３号公報
【特許文献７】米国特許第６，４６０，３２６号公報
【特許文献８】米国特許第６，９９３，９１６号公報
【特許文献９】米国特許第７，００７，４７７号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
１つの態様では、燃料ノズルアセンブリを製作する方法を提供する。本方法は、半径方向内表面、半径方向外表面、半径方向内表面によって少なくとも部分的に形成された第１の流路、及びその半径方向外表面から半径方向外向きに延びる複数の実質的に無孔のベーンを含み、各ベーンが、前縁及び軸方向に離隔した後縁において互いに連結された第１の側面及び第２の側面を含むスワーラアセンブリを製作するステップと、その各々がベーン前縁から第１の流路まで延びる第２の流路を形成した複数の開口を各々のベーン内に形成するステップとを含む。
【０００８】
別の態様では、燃料ノズルアセンブリを提供する。本燃料ノズルアセンブリは、半径方向内表面及び半径方向外表面を含むスワーラアセンブリと、スワーラアセンブリの半径方向外表面に結合された複数のベーンとを含む。各ベーンは、第１の側壁及び第２の側壁を含み、第１及び第２の側壁は、前縁及び軸方向に離隔した後縁において接合され、また各々のベーンを貫通して形成された複数の開口を含む。各開口は、前縁から通路まで延びて、該通路から該前縁まで延びる流路を形成する。
【０００９】
さらに別の態様では、ガスタービンエンジンを提供する。本エンジンは、圧縮機と、該圧縮機と流れ連通状態になった燃焼器とを含む。燃焼器は、燃料ノズルアセンブリを含み、燃料ノズルアセンブリは、半径方向内表面及び半径方向外表面を含むスワーラアセンブリと、スワーラアセンブリの半径方向外表面に結合された複数のベーンとを含む。各ベーンは、第１の側壁及び第２の側壁を含み、第１及び第２の側壁は、前縁及び軸方向に離隔した後縁において接合され、複数の開口が、各々のベーンを貫通して形成される。各開口は、前縁から第１の流れ通路まで延びて該通路から該前縁まで延びる流路を形成する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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。エンジン１００は、圧縮機１０２と複数の燃焼器１０４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と呼ばれることもある）とを含む。
【００１１】
作動中に、空気は、圧縮機１０２を通って流れ、加圧空気が燃焼器１０４に供給される。燃料が燃焼器１０４内の燃焼領域に送られ、燃焼領域において空気と混合されかつ点火される。燃焼ガスが生成されてタービン１０８に送られ、タービン１０８において、ガスストリームの熱エネルギーが機械的回転エネルギーに変換される。タービン１０８は、シャフト１１０に対して回転可能に結合され、かつ該シャフト１１０を駆動する。
【００１２】
図２は、燃焼器１０４の概略断面図である。燃焼器アセンブリ１０４は、タービンアセンブリ１０８及び圧縮機アセンブリ１０２と流れ連通状態で結合される。圧縮機アセンブリ１０２は、ディフューザ１１２と互いに流れ連通状態で結合された圧縮機吐出プレナム１１４とを含む。
【００１３】
この例示的な実施形態では、燃焼器アセンブリ１０４は、複数の燃料ノズル１２２に対して構造的支持を与える端部カバー１２０を含む。端部カバー１２０は、保持金具（図２には図示せず）により燃焼器ケーシング１２４に結合される。燃焼器ライナ１２６が、該燃焼器ライナ１２６が燃焼室１２８を形成するように、ケーシング１２４内に配置されかつ該ケーシング１２４に結合される。環状燃焼室冷却通路１２９が、燃焼器ケーシング１２４と燃焼器ライナ１２６との間で延びる。
【００１４】
燃焼室１２８に対して移行部分又は部品１３０を結合して、燃焼室１２８内で発生した燃焼ガスをタービンノズル１３２に向けて送るのを可能にする。この例示的な実施形態では、移行部品１３０は、外壁１３６内に形成された複数の開口１３４を含む。部品１３０はまた、内壁１４０及び外壁１３６間に形成された環状通路１３８を含む。内壁１４０は、案内空洞１４２を形成する。
【００１５】
作動中に、タービンアセンブリ１０８は、シャフト１１０（図１に示す）を介して圧縮機アセンブリ１０２を駆動する。圧縮機アセンブリ１０２が回転すると、加圧空気が関連する矢印で示すようにディフューザ１１２内に吐出される。この例示的な実施形態では、圧縮機アセンブリ１０２から吐出された空気の大部分は、圧縮機吐出プレナム１１４を通して燃焼器アセンブリ１０４に向けて送られ、また加圧空気のより小さな部分は、エンジン１００の構成要素を冷却するのに使用するために送ることができる。より具体的には、プレナム１１４内の加圧圧縮空気は、外壁開口１３４を介して移行部品１３０内にまた通路１３８内に送られる。空気は次に、移行部品環状通路１３８から燃焼室冷却通路１２９内に送られる。空気は、通路１２９から吐出され、燃料ノズル１２２内に送られる。
【００１６】
燃料と空気とは、燃焼室１２８内で混合されかつ点火される。ケーシング１２４は、燃焼室１２８及びその関連する燃焼プロセスを、例えばタービン構成要を囲むような外部環境から隔離するのを可能にする。発生した燃焼ガスは、燃焼室１２８から移行部品案内空洞１４２を通してタービンノズル１３２に向けて送られる。この例示的な実施形態では、燃料ノズルアセンブリ１２２は、燃料ノズルフランジ１４４を介して端部カバー１２０に結合される。
【００１７】
図３は、燃料ノズルアセンブリ１２２の断面図である。図４は、シュラウドを除去した状態の、図３に示す燃料ノズルアセンブリ１２２の一部分の斜視図である。この例示的な実施形態では、燃料ノズルアセンブリ１２２は、中心軸線１４６を有し、ハブ１５０、該ハブ１５０に結合された複数のベーン１５２、及び該ハブ１５０の下流端部１５６に結合された中心本体チューブ１５４を備えたスワーラアセンブリ１５１を含む。より具体的には、ハブ１５０は、半径方向内表面１６０及び半径方向外表面１６２と、スワーラアセンブリの半径方向外表面１６２から半径方向外向きに延びる複数のベーン１５２とを含む。この例示的な実施形態では、ハブ１５０、ベーン１５２及びフランジ１４４は、図４に示すように、単体構造構成要素として鋳造又は組立てられる。任意選択的に、ベーン１５２及びフランジ１４４は、例えば溶接又はろう付け法を使用してハブ１５０に結合することができる。燃料ノズルアセンブリ１２２はまた、該燃料ノズルアセンブリ１２２に結合されかつ該燃料ノズルアセンブリ１２２の外周部を形成したカバー又はシュラウド１６６を含む。
【００１８】
さらに、シュラウド１６６はまた、空気通路１６８を形成する。具体的には、空気通路１６８は、シュラウド１６６の半径方向内表面１６９とハブ１５０の半径方向外表面１６２との間に形成される。
【００１９】
燃料ノズルアセンブリ１２２はまた、予混合燃料通路１７１を形成した環状予混合チューブ１７０を含み、予混合燃料通路１７１については後述する。予混合チューブ１７０は、フランジ１４４、ハブ１５０及び中心本体チューブ１５４内に配置される。より具体的には、予混合チューブ１７０は、フランジ１４４に結合された第１の端部１７２と、ガス噴射孔２１０の下流で終端する第２の端部１７４とを有する。予混合チューブ１７０は、略円形の断面輪郭を有し、またハブ１５０及び中心本体チューブ１５４の両方の内径１８０よりも小さい外径１７８を有する。この例示的な実施形態では、燃料ノズルアセンブリ１２２はまた、予混合チューブ１７０の半径方向内側に配置された噴霧化液体燃料カートリッジ１９６を含むことができる。図３に示すように、液体燃料カートリッジ１９６の半径方向外表面１８４及び中心本体チューブ１５４の半径方向内表面１９２は、別の通路１９４を形成し、この通路１９４は、燃料ノズル先端１９８から燃料又は空気を吐出するように燃料ノズルアセンブリを通して燃料又は空気を送るために利用される。任意選択的に、燃料ノズルアセンブリ１２２は、液体燃料カートリッジ１９６を含まない。予混合チューブ１７０はまた、ハブ１５０と該予混合チューブ１７０との間の熱膨張率の変化を吸収するのを可能にするベローズアセンブリ１８６を含むことができる。
【００２０】
再び図４を参照すると、各ベーン１５２は、第１の側壁２００及び第２の側壁２０２を含む。第１及び第２の側壁２００及び２０２は、前縁２０４及び軸方向に離隔した後縁２０６において接合される。各ベーン１５２はまた、本明細書ではガス噴射孔２１０と呼ぶ複数の開口２１０を含み、これらの開口２１０は、ベーン前縁２０４から予混合通路１７１まで延びて、該予混合通路１７１を通して送られた燃料が次に、各々の開口２１０を通して送られかつ各々のベーン１５２の前縁２０４から吐出されるようにする。図４に示すように、各ベーン１５２の後縁は、該後縁が中心本体チューブ１５４の周りで空気ストリーム１６８内にスワールを生じさせるように捩れている。
【００２１】
図５は、例示的なベーン１５２の断面図である。この実施形態では、ベーン１５２は、該ベーン１５２をハブ１５０に結合するベーン根元２１２から軸方向下流のベーン先端２１４まで前縁２０４がテーパするように、機械加工又は鋳造されている。この例示的な実施形態では、ベーン１５２は、ベーン前縁２０４がハブ１５０に対して約９０°〜約１５０°の角度θを成すように製作又は機械加工される。さらに、燃料ノズルアセンブリ１２２はまた、ベーン前縁２０４からベーン１５２を貫通しかつハブ１５０を貫通して延びる複数のガス噴射孔２１０を含み、予混合チューブ通路１７１及びベーン１５２を通して送られた燃料が次に、ベーン前縁２０４においてそれぞれのガス噴射孔を介してベーン１５２から吐出される。
【００２２】
例示的なベーン１５２が３つのガス噴射孔２１０を含む図５に示す１つの例示的な実施形態では、各ベーン１５２は、単一のガス噴射孔２１０、２つのガス噴射孔２１０、又はｎ個（ｎ≧３）のガス噴射孔２１０を含むことができることを理解されたい。例えば、この実施形態では、ベーン１５２は、少なくとも第１の開口つまりガス噴射孔２２０、第２のガス噴射孔２２２、及び第３のガス噴射孔２２４を含む。この実施形態では、図５は、第１のガス噴射孔２２０が第２のガス噴射孔２２２と略平行であり、第２のガス噴射孔２２２が第３のガス噴射孔２２４と略平行であることを示している。しかしながら、これらの孔は平行である必要はない。さらに、第１、第２、及び第３のガス噴射孔２２０、２２２及び２２４の各々は、燃料ノズルアセンブリ１２２の中心軸線１４６から角度αだけオフセットしている。１つの実施形態では、αは、約４５°〜約１１０°であるか、又は垂直方向を越える。この例示的な実施形態では、αは、約６０°で示している。
【００２３】
第１の開口つまりガス噴射孔２２０は、第２のガス噴射孔２２２の上流に配置され、第２のガス噴射孔２２２は、第３のガス噴射孔２２４の上流に配置される。より具体的には、第１のガス噴射孔２２０は、入口２３０を有し、第２のガス噴射孔２２２は、入口２３０の軸方向下流に配置された入口２３２を有し、また第３のガス噴射孔２２４は、入口２３２の軸方向下流に配置された入口２３４を有する。図５に示すように、各々の入口は、予混合チューブ通路１７１を通して送られた燃料が各々の入口２３０、２３２及び２３４を通して各々のガス噴射孔２２０、２２２及び２２４内に送られかつベーン１５２の前縁２０４において吐出されることを可能にする。
【００２４】
図６は、別の例示的なベーン１５２の断面図である。この実施形態では、ベーン１５２は、前縁２０４がベーン根元２１２とベーン先端２１４との間で延びる複数の段部２４０を含むように機械加工又は鋳造されている。この実施形態では、段部２４０は、ベーン根元２１２からベーン先端２１４まで昇順に形成されて、第１の段部２４２が、ベーン根元２１２に近接して形成され、またベーン先端２１４に近接して形成されかつベーン先端２１４を形成するようになった第ｎの段部の軸方向上流に配置される。
【００２５】
さらに、ベーン１５２はまた、ベーンの上面２８２からベーン１５２を貫通しかつハブ１５０を貫通して延びる複数のガス噴射孔２５０を含み、予混合チューブ通路１７１を通して送られる燃料が、ベーン１５２を通して送られかつ上面２８２においてベーン１５２から吐出される。
【００２６】
図６は、４つの段部２４０と３つのガス噴射孔２５０とを含む例示的なベーン１５２を示しているが、各ベーン１５２は、ｎ個（ｎ≧２）の段部２４０とｎ−１個のガス噴射孔２５０とを含むことができることを理解されたい。例えば、この実施形態では、ベーン１５２は、少なくとも第１の段部２４２、第２の段部２５２、第３の段部２５４及び第４の段部２５６を含む。ベーン１５２はまた、第１の段部２４２を貫通して延びる第１の開口つまりガス噴射孔２６０、第２の段部２５２を貫通して延びる第２のガス噴射孔２６２、及び第３の段部２５４を貫通して延びる第３のガス噴射孔２６４を含む。図６に示すように、第１のガス噴射孔２６０は、第２のガス噴射孔２６２と略平行であり、第２のガス噴射孔２６２は、第３のガス噴射孔２６４と略平行である。さらに、第１、第２及び第３のガス噴射孔２６０、２６２及び２６４の各々は、各ガス噴射孔２６０、２６２及び２６４が燃料ノズルアセンブリ１２２を通って延びる中心軸線１４６に対して略垂直になるように、それぞれの段部を貫通して形成される。
【００２７】
さらに、第１の開口つまりガス噴射孔２６０は、第２のガス噴射孔２６２の上流に配置され、第２のガス噴射孔２６２は、第３のガス噴射孔２６４の上流に配置される。より具体的には、第１のガス噴射孔２６０は、入口２７０を有し、第２のガス噴射孔２６２は、入口２７０の軸方向下流に配置された入口２７２を有し、また第３のガス噴射孔２６４は、入口２７２の軸方向下流に配置された入口２７４を有する。図６に示すように、各々の入口は、予混合チューブ通路１７１を通して送られた燃料が各々の開口２７０、２７２及び２７４を通して各々のガス噴射孔２６０、２６２及び２６４内に送られかつベーン１５２の上面２８２において吐出されることを可能にする。
【００２８】
各段部２４０は、前縁表面２８０と上面２８２とを含み、これら両面は、組合さって各個々の段部２４０を形成する。この例示的な実施形態では、上面２８２は、前縁表面２８０に対して垂直つまり該前縁表面２８０から直角に形成される。任意選択的に、上面２８２は、直角以外の角度で形成することができる。図６に示すように、前縁表面２８０及び上面２８２の全ての組合せにより、ベーン前縁２０４が形成される。
【００２９】
製作時に、フランジ１４４、ハブ１５０及び複数のベーン１５２は、単体構造体として鋳造されてスワーラアセンブリ１５１を形成する。さらに、上述したように、鋳造後における複数のベーン１５２は、実質的に中実（無孔）である。つまり、ベーン１５２には、燃料を収容するために意図的に鋳造した空隙つまり空洞は存在しない。シュラウド１６６は、該シュラウド１６６が次に図に示すようにベーン１５２の周りに配置されるように、スワーラアセンブリ１５１に結合される。
【００３０】
複数のガス噴射孔２５０は、図５又は図６に示すように、ベーン１５２の上面２８２を貫通して導入される。ガス噴射孔２５０は、シュラウド１６６が取り付けられるのに先立って、上面２８２内に導入されることになる。加えて、ガス噴射孔２５０は、ベーン１５２内に鋳造することもできる。
【００３１】
作動中に、燃料ノズルアセンブリ１２２は、該アセンブリ１２２を囲むプレナム１３１（図２に示す）を介して冷却通路１２９（図２に示す）から加圧空気を受ける。燃焼に使用する空気の大部分は、通路１６８を介してアセンブリ１２２に流入し、予混合構成要素に送られる。プレナム１３１に流入する高圧空気の一部分はまた、空気噴霧化液体燃料カートリッジ１９６内に送ることができる。
【００３２】
燃料ノズルアセンブリ１２２は、燃料供給通路１７１及び１９４を介して燃料源（図３には図示せず）から燃料を受ける。燃料は、上述したように、予混合燃料供給通路１７１から複数のベーン１５２に送られる。加えて、通路１６８内に送られた空気は、燃料と混合され、燃料／空気混合気は、旋回ベーン１５２によりスワールを与えられ、下流に送られ、かつ燃料ノズルアセンブリ１２２から吐出される。同様に、幾つかの運転モードの間に、燃料は、燃料供給通路１９４を通して送られ、かつ燃料ノズル先端１９８を通して吐出される。
【００３３】
本明細書に記載しているのは、ガスタービンエンジン内で使用することができる例示的な燃料ノズルアセンブリである。本燃料ノズルアセンブリは、例えば天然ガスのような燃料を直交流空気ストリーム内に噴射する複数のガス噴射孔を含む。例えば、公知のベーンは、複数の半径方向高さにおいてベーンの表面に対して垂直に配向された供給孔を含む。これらのベーン表面は、隣り合うベーン間の軸方向流と略平行である。しかしながら、本明細書に記載した燃料ノズルは、スワーラベーンの前縁を貫通して設置されたガス噴射孔を含む。さらに、この好ましい実施形態では、ベーンの前縁は、中心線１４６から垂直つまり９０°オフセットした前縁を有する公知のベーンとは異なり、該前縁が燃料ノズルの中心線に対して傾斜するように製作される。任意選択的に、燃料ノズルアセンブリは、ベーンの前縁を段部構成にすることによって、ガス噴射孔が半径方向内向きに配向されるように製作される。
【００３４】
製作時に、ガス噴射孔は次に、所望の燃空プロフィールを達成するために必要とされるものであるが該ガス噴射孔が所望の半径方向位置においてガスを放出するように、前縁に沿って配置される。本明細書に記載した燃料ノズルは、ベーン前縁に配置されたガス噴射孔を含むので、作動時に、ガス噴射孔から吐出される燃料は、ベーンすなわち負圧側面及び正圧側面側の周りで２つのストリームに分割され、それにより、燃料と空気との円周方向における混合を助ける。加えて、燃料は、混合気が燃焼器内で燃焼する地点に対して所定の軸方向距離にわたってベーンから放出される。この軸方向分散式噴射は、燃料の輸送時定数に関連する燃焼ダイナミック周波数が今や分散されるので、希薄予混合燃焼システムに対しては良好な特性となると考えられる。これは、より小さなエネルギーを有する何らかの所定の固有システム周波数を生じさせて、燃焼ダイナミックスを一層の低下もたらす。
【００３５】
本明細書に記載した燃料ノズルの１つの利点は、鋳造工程中に形成される空洞をベーンが必要とせず、従って良好な混合特性を得ながら燃料ノズルの製作コストを低減させることである。さらに、ガス噴射孔は、半径方向内向きに導入又は鋳造され、従って鋳造中子の必要性及び複雑でかつ時間がかかるツーリングの必要性の両方が排除される。さらに、ガス噴射孔をドリル加工するのが容易になることにより、作動条件（燃料組成）が変化した時に燃料ノズルを「サイズ変更する」ためのより容易なオリフィス孔サイズ変更を可能にする。例えば、より小さな孔は、単にドリル加工することによって大きくして、より大きな孔を形成することができ、またより大きな孔は、挿入体を使用することによってより小さくすることができる。
【００３６】
従って、作動中に、この軸方向分散式ガス噴射孔は、エネルギーを固有周波数の範囲全体にわたって分散させることによって、燃焼システムが高い動力学的（ダイナミックス）不安定性をもつ傾向を低減する。さらに、ガス噴射孔の位置及び直径の許容差により、主としてその孔の配向に起因して、基本設計に対して正確な状態で形成することが容易になる。
【００３７】
従って、本明細書に記載した燃料ノズルは、燃焼システムにおける最も大きなコストである燃料ノズルのコストを大きく低減するのを可能にし、現在の希薄予混合ガスタービン燃焼システムにおける第１の問題である燃焼ダイナミックスを除去及び／又は低減するのを可能にし、また均等な燃料ノズル分割により近い状態にしてエミッションをより低下させることを可能にする。
【００３８】
また、本明細書に記載するのは、燃料ノズルアセンブリを製作する例示的な方法である。本方法は、半径方向内表面、半径方向外表面、半径方向内表面によって少なくとも部分的に形成された第１の流路、及びその半径方向外表面から半径方向外向きに延びる複数の実質的に無孔のベーンを含み、各ベーンが、前縁及び軸方向に離隔した後縁において互いに連結された第１の側面及び第２の側面を含むスワーラアセンブリを製作するステップと、その各々がベーン前縁から第１の流路まで延びる第２の流路を形成した複数の開口を各々のベーン内に形成するステップとを含む。
【００３９】
様々な特定の実施形態に関して本発明を説明してきたが、本発明が特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内の変更で実施することができることは、当業者には分かるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】例示的なガスタービンエンジンの概略図。
【図２】図１に示すガスタービンエンジンで使用することができる例示的な燃焼器の概略断面図。
【図３】図２に示す燃焼器で使用することができる例示的な燃料ノズルアセンブリの概略断面図。
【図４】外側シュラウドを除去した状態の、図３に示す燃料ノズルアセンブリの一部分の斜視図。
【図５】図３及び図４に示す燃料ノズルで使用することができる例示的なスワーラベーンの断面図。
【図６】図３及び図４に示す燃料ノズルで使用することができる別の例示的なスワーラベーンの断面図。
【符号の説明】
【００４１】
１００  ガスタービンエンジン
１０２  圧縮機アセンブリ
１０４  燃焼器
１０８  タービン
１１０  シャフト
１１２  ディフューザ
１１４  プレナム
１２０  端部カバー
１２２  燃料ノズルアセンブリ
１２４  ケーシング
１２６  燃焼器ライナ
１２８  燃焼室
１２９  冷却通路
１３０  移行部品
１３１  プレナム
１３２  タービンノズル
１３４  外壁孔
１３６  外壁
１３８  環状通路
１４０  内壁
１４２  案内空洞
１４４  燃料ノズルフランジ
１４６  中心軸線
１５０  ハブ
１５１  スワーラアセンブリ
１５２  ベーン
１５４  中心本体チューブ
１５６  下流端部
１６０  半径方向内表面
１６２  半径方向外表面
１６６  カバー又はシュラウド
１６８  通路
１６９  半径方向内表面
１７０  予混合チューブ
１７１  予混合チューブ通路
１７２  第１の端部
１７４  第２の端部
１７８  外径
１８０  内径
１８４  半径方向外表面
１８６  ベローズアセンブリ
１９２  半径方向内表面
１９４  燃料供給通路
１９６  液体燃料カートリッジ
１９８  燃料ノズル先端
２００  第１の側壁
２０２  第２の側壁
２０４  前縁
２０６  後縁
２１０  ガス噴射孔
２１２  ベーン根元
２１４  ベーン先端
２２０  ガス噴射孔
２２２  ガス噴射孔
２２４  ガス噴射孔
２３０  入口
２３２  入口
２３４  入口
２４０  段部
２４２  第１の段部
２５０  ガス噴射孔
２５２  第２の段部
２５４  第３の段部
２５６  第４の段部
２６０  ガス噴射孔
２６２  ガス噴射孔
２６４  ガス噴射孔
２７０  孔
２７２  入口
２７４  入口
２８０  前縁表面
２８２  上面
【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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