(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼器キャップ組立体（１００）であって、
内側バンド部（１５２）と、外側バンド部（１５４）と、前記内側バンド部（１５２）と前記外側バンド部（１５４）の間に配置された複数の流れ調整通路（１６２）とを含む流れ調整プレート（１０２）と、
前記流れ調整プレート（１０２）の前記内側バンド部（１５２）に結合された前方端部分（１１４）と、前記前方端部分（１１４）から軸線方向に離間した後方端部分（１１６）とを備えたシュラウド（１０４）と、
前記シュラウド（１０４）の前記後方端部分（１１６）に結合され、複数の衝突冷却孔（１３０）と冷却流リターン通路（１３２）とを定める衝突プレート（１２０）であって、前記衝突プレート（１２０）の第１の側面部（１２４）と前記シュラウド（１０４）が、少なくとも部分的に冷却空気プレナム（１１０）を定める、前記衝突プレート（１２０）と、
前記衝突プレート（１２０）に結合されたキャッププレート（１４０）と、
前記冷却流リターン通路（１３２）と前記内側バンド部（１５２）との間に延びる流体導管（１４８）と、
を備え、
前記衝突プレート（１２０）の第２の側面部（１２６）と前記キャッププレート（１４０）が、これらの間に衝突空気プレナム（１４６）を定め、
前記複数の衝突冷却孔（１３０）が前記冷却空気プレナム（１１０）と前記衝突空気プレナム（１４６）との間の流体連通を提供し、
冷却流の流れ方向が前記冷却流が戻される燃焼流の方向と逆方向であり、
前記流体導管（１４８）が、前記衝突空気プレナム（１４６）から前記流れ調整プレート（１０２）により定められる排気出口（１６８）への流体連通を提供する、燃焼器キャップ組立体（１００）。
【請求項２】
燃焼器キャップ組立体（１００）であって、
環状シュラウド（１０４）に結合された衝突プレート（１２０）と、
前記衝突プレート（１２０）に結合され、該前記衝突プレート（１２０）との間に衝突空気プレナム（１４６）を定めるキャッププレート（１４０）と、
前記シュラウド（１０４）の前方端部分（１１２）に結合される流れ調整プレート（１０２）と、
を備え、
流れ調整プレート（１０２）は、内側バンド部（１５２）と、外側バンド部（１５４）と、該内側バンド部（１５２）及び該外側バンド部（１５４）の間で半径方向に延びる環状部（１５６）とを有し、該環状部（１５６）は、複数の流れ調整通路（１６２）を定め、該内側バンド部（１５２）は、前記燃焼器キャップ組立体（１００）の内部に少なくとも部分的に冷却空気プレナム（１１０）を定め、
前記流れ調整プレート（１０２）の前記内側バンド部（１５２）は、前記衝突空気プレナム（１４６）及び排気出口（１６８）と流体連通する排気チャネル（１６６）を少なくとも部分的に定め、
前記流れ調整プレート（１０２）は、冷却空気流が前記冷却空気プレナム（１１０）に入るのを可能にする冷却空気通路（１７６）を定め、
前記冷却空気通路（１７６）は、前記流れ調整通路（１６２）の各々から流体的に隔離され、
前記冷却空気通路は、前記流れ調整プレートの内部で角度付けされて、前記冷却空気プレナムの内部で前記冷却空気流に角度のあるスワールを引き起こすようになっている、燃焼器キャップ組立体（１００）。
【請求項３】
燃焼器キャップ組立体（１００）であって、
環状シュラウド（１０４）に結合された衝突プレート（１２０）と、
前記衝突プレート（１２０）に結合され、該前記衝突プレート（１２０）との間に衝突空気プレナム（１４６）を定めるキャッププレート（１４０）と、
前記シュラウド（１０４）の前方端部分（１１２）に結合される流れ調整プレート（１０２）と、
を備え、
流れ調整プレート（１０２）は、内側バンド部（１５２）と、外側バンド部（１５４）と、該内側バンド部（１５２）及び該外側バンド部（１５４）の間で半径方向に延びる環状部（１５６）とを有し、該環状部（１５６）は、複数の流れ調整通路（１６２）を定め、該内側バンド部（１５２）は、前記燃焼器キャップ組立体（１００）の内部に少なくとも部分的に冷却空気プレナム（１１０）を定め、
前記流れ調整プレート（１０２）の前記内側バンド部（１５２）は、前記衝突空気プレナム（１４６）及び排気出口（１６８）と流体連通する排気チャネル（１６６）を少なくとも部分的に定め、
前記流れ調整プレート（１０２）は、冷却空気流が前記冷却空気プレナム（１１０）に入るのを可能にする冷却空気通路（１７６）を定め、
前記衝突プレート（１２０）と、前記流れ調整プレート（１０２）の前記内側バンド部（１５２）との間で、前記シュラウド（１０４）の内部に延びる流体導管（１４８）をさらに備え、前記流体導管（１４８）は、前記衝突空気プレナム（１４６）と前記排気チャネル（１６６）との間の流体連通を可能にし、
前記排気出口（１６８）は、前記複数の流れ調整通路（１６２）から上流で前記内側バンド部の半径方向外側表面を通って延びる、燃焼器キャップ組立体（１００）。
【請求項４】
燃焼器キャップ組立体（１００）であって、
環状シュラウド（１０４）に結合された衝突プレート（１２０）と、
前記衝突プレート（１２０）に結合され、該前記衝突プレート（１２０）との間に衝突空気プレナム（１４６）を定めるキャッププレート（１４０）と、
前記シュラウド（１０４）の前方端部分（１１２）に結合される流れ調整プレート（１０２）と、
を備え、
流れ調整プレート（１０２）は、内側バンド部（１５２）と、外側バンド部（１５４）と、該内側バンド部（１５２）及び該外側バンド部（１５４）の間で半径方向に延びる環状部（１５６）とを有し、該環状部（１５６）は、複数の流れ調整通路（１６２）を定め、該内側バンド部（１５２）は、前記燃焼器キャップ組立体（１００）の内部に少なくとも部分的に冷却空気プレナム（１１０）を定め、
前記流れ調整プレート（１０２）の前記内側バンド部（１５２）は、前記衝突空気プレナム（１４６）及び排気出口（１６８）と流体連通する排気チャネル（１６６）を少なくとも部分的に定め、
前記流れ調整プレート（１０２）は、冷却空気流が前記冷却空気プレナム（１１０）に入るのを可能にする冷却空気通路（１７６）を定め、
前記衝突プレート（１２０）と、前記流れ調整プレート（１０２）の前記内側バンド部（１５２）との間で、前記シュラウド（１０４）の内部に延びる流体導管（１４８）をさらに備え、前記流体導管（１４８）は、前記衝突空気プレナム（１４６）と前記排気チャネル（１６６）との間の流体連通を可能にし、
前記排気出口（１６８）は、前記複数の流れ調整通路（１６２）から下流の前記内側バンド部（１５２）の半径方向外側表面（１７０）を通って延びる、燃焼器キャップ組立体（１００）。
【請求項５】
燃焼器キャップ組立体（１００）であって、
環状シュラウド（１０４）に結合された衝突プレート（１２０）と、
前記衝突プレート（１２０）に結合され、該前記衝突プレート（１２０）との間に衝突空気プレナム（１４６）を定めるキャッププレート（１４０）と、
前記シュラウド（１０４）の前方端部分（１１２）に結合される流れ調整プレート（１０２）と、
を備え、
流れ調整プレート（１０２）は、内側バンド部（１５２）と、外側バンド部（１５４）と、該内側バンド部（１５２）及び該外側バンド部（１５４）の間で半径方向に延びる環状部（１５６）とを有し、該環状部（１５６）は、複数の流れ調整通路（１６２）を定め、該内側バンド部（１５２）は、前記燃焼器キャップ組立体（１００）の内部に少なくとも部分的に冷却空気プレナム（１１０）を定め、
前記流れ調整プレート（１０２）の前記内側バンド部（１５２）は、前記衝突空気プレナム（１４６）及び排気出口（１６８）と流体連通する排気チャネル（１６６）を少なくとも部分的に定め、
前記流れ調整プレート（１０２）は、冷却空気流が前記冷却空気プレナム（１１０）に入るのを可能にする冷却空気通路（１７６）を定め、
前記衝突プレート（１２０）と、前記流れ調整プレート（１０２）の前記内側バンド部（１５２）との間で、前記シュラウド（１０４）の内部に延びる流体導管（１４８）をさらに備え、前記流体導管（１４８）は、前記衝突空気プレナム（１４６）と前記排気チャネル（１６６）との間の流体連通を可能にし、
前記排気出口（１６８）は、前記複数の流れ調整通路（１６２）のうちの１つ又はそれ以上の流れ調整通路（１６２）の内部に配置される、燃焼器キャップ組立体（１００）。
【請求項６】
前記複数の流れ調整通路（１６２）は、環状に配置され、前記内側バンド部（１５２）と前記外側バンド部（１５４）の間で互いに周方向に感覚を置いて配置される、請求項１乃至５のいずれかに記載の燃焼器キャップ組立体（１００）。
【請求項７】
前記複数の流れ調整通路（１６２）の各々は、入口（１６４）を備え、前記排気出口（１６８）は、前記複数の流れ調整通路（１６２）の前記入口（１６４）の上流で、前記流れ調整プレート（１０２）により定められる、請求項１乃至４のいずれかに記載の燃焼器キャップ組立体（１００）。
【請求項８】
前記排気出口（１６８）は、前記複数の流れ調整通路（１６２）のうちの１つ又はそれ以上の流れ調整通路（１６２）の内部に配置される、請求項１に記載の燃焼器キャップ組立体（１００）。
【請求項９】
前記衝突プレート（１２０）は、外側バンド部（１２８）を含み、前記衝突プレート（１２０）の前記外側バンド部（１２８）は、複数の冷却通路（１３８）を定め、前記複数の冷却通路（１３８）は、少なくとも部分的に前記衝突プレート（１２０）の前記外側バンド部（１２８）を通って実質的に半径方向に延びる、請求項１乃至８のいずれかに記載の燃焼器キャップ組立体（１００）。
【請求項１０】
前記衝突プレート（１２０）の前記第２の側面部（１２６）は、前記冷却流リターン通路（１３２）への入口の周りを囲む隆起部（１３６）を定める、請求項１に記載の燃焼器キャップ組立体（１００）。
【請求項１１】
ガスタービン燃焼器（２４）であって、
前記燃焼器（２４）の内部に高圧プレナム（４４）を定める外側ケーシング（４０）の内部で軸線方向に延びる燃料ノズル（４８）と、
請求項１乃至１０のいずれかに記載の燃焼器キャップ組立体（１００）と、
を備える、燃焼器（２４）。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は、全体的に、燃焼器キャップ組立体に関する。より詳細には、本発明は、燃焼器キャップ組立体のキャッププレートを冷却するために使用した冷却空気を燃焼用途で再循環させることに関する。
【技術分野】
【０００２】
空気吸い込みターボ機械（例えば、ガスタービン）において、空気は圧縮機に流入し、燃焼器に向かって送られる際に漸次的に加圧される。圧縮された空気は、燃料と予混合され、燃焼器内で定められた燃焼室内で点火され、結果として高温燃焼ガスを生成する。次いで、燃焼ガスは、燃焼室からライナ及び／又は移行部品を介してターボ機械のタービンセクションに送られ、ここで燃焼ガスは、固定ベーンと、ロータシャフトに固定されたロータブレードとの交互する列にわたって流れる。燃焼ガスがロータブレードにわたって流れると、運動及び／又は熱エネルギがロータブレードに伝達され、その結果、ロータシャフトが回転するようになる。
【０００３】
タービン効率を高めるために、現行の燃焼器は高温で作動し、これにより燃焼器内に配置された種々の機械的構成要素に作用する高い熱応力が発生する。結果として、燃焼器に供給される圧縮空気の少なくとも一部は、これらの構成要素を冷却するのに使用される。例えば、特定の燃焼器は、燃焼器内で１又はそれ以上の燃料ノズルを少なくとも部分的に囲む略環状のキャップ組立体を含む。幾つかのキャップ組立体設計は、該キャップ組立体の下流側端部に配置されたキャッププレートを含む。燃料ノズルは、通常は燃焼室に実質的に隣接して配置されるキャッププレートを少なくとも部分的に貫通して延びる。その結果、キャッププレートは一般に、極めて高い温度に曝される。
【０００４】
キャッププレートを冷却する方法の１つは、圧縮空気の一部をキャップ組立体内に及びキャッププレートの上流側面上に送ることである。次いで、圧縮空気は、キャッププレートを貫通して延びる複数の冷却孔を通って送られる。この方法は、エフュージョン冷却として本産業分野では公知である。しかしながら、複数の冷却孔を通って流れる圧縮空気は、燃料とほぼ未混合の状態で燃焼室に流入する。その結果、窒素酸化物（ＮＯｘ）などのエミッションが悪化する場合、及びタービン効率が低下する場合がある。従って、キャッププレートを冷却するのに用いた圧縮空気を再循環させて燃焼前に燃料と予混合できるようになった、キャッププレートを冷却するためのシステムの改善が有用である。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の態様及び利点は、以下の説明において部分的に記載され、又は、本説明から明らかになることができ、或いは、本発明を実施することによって理解することができる。
【０００６】
本発明の１つの実施形態は、環状シュラウドに結合された衝突プレートを含む燃焼器キャップ組立体である。キャッププレートは衝突プレートに結合され、キャッププレート及び衝突プレートは、これらの間に衝突空気プレナムを定める。流れ調整プレートは、シュラウドの前方端部分に結合される。流れ調整プレートは、内側バンド部、外側バンド部、及びこれらの間で半径方向に延びる環状部を含む。環状部は、これを通る軸線方向に延びる複数の流れ調整通路を定める。内側バンド部は、少なくとも部分的に燃焼器キャップ組立体の内部の冷却空気プレナムを定める。内側バンド部は、衝突空気プレナム及び排気出口と流体連通する排気チャネルを少なくとも部分的に定める。流れ調整プレートは、冷却空気通路をさらに定める。冷却空気通路は、冷却空気流が流れ調整プレートを通って冷却空気プレナムに入るのを可能にする。
【０００７】
本発明の別の実施形態は、燃焼器である。燃焼器は、燃焼器の内部に高圧プレナムを定める外側ケーシングの内部で実質的に軸線方向に延びる燃料ノズルを含む。また、燃焼器は、燃焼器キャップ組立体を含む。燃焼器キャップ組立体は、環状シュラウドの後端部に結合された衝突プレートと、衝突プレートに結合されたキャッププレートとを含む。キャッププレート及び衝突プレートは、これらの間に衝突空気プレナムを定める。流れ調整プレートは、シュラウドの前方端部分に結合される。流れ調整プレートは、内側バンド部、外側バンド部、及びこれらの間で半径方向に延びる環状部を含む。環状部は、該環状部を通る流体流を可能にする複数の流れ調整通路を定める。内側バンド部及び外側シュラウドは、少なくとも部分的に冷却空気プレナムを定める。内側バンド部は、衝突空気プレナム及び排気出口と流体連通する排気チャネルを少なくとも部分的に定める。流れ調整プレートは、冷却空気流が流れ調整プレートを通って冷却空気プレナムに入るのを可能にする冷却空気通路を定める。
【０００８】
本発明の別の実施形態は、ガスタービンである。ガスタービンは、圧縮機セクションと、燃焼器セクションから下流に配置された圧縮セクションとを含む。燃焼セクションは、少なくとも部分的に燃焼器を取り囲む外側ケーシングを含み、外側ケーシングは、燃焼器の周囲に高圧プレナムを形成し、外側ケーシングは、圧縮機セクションと流体連通する。タービンセクションは、圧縮セクションから下流に配置される。燃焼器は、外側ケーシングの内部で軸線方向に延びる燃料ノズルと、燃料ノズルの少なくとも一部を円周方向に取り囲む燃焼器キャップ組立体とを含む。燃焼器キャップ組立体は、環状シュラウドの後端部に結合された衝突プレートと、衝突プレートに結合されたキャッププレートと、シュラウドの前方端部分に結合された流れ調整プレートとを含む。キャッププレート及び衝突プレートは、これらの間に衝突空気プレナムを定める。流れ調整プレートは、内側バンド部、外側バンド部、及びこれらの間で半径方向に延びる環状部を含む。環状部は、ほぼ軸線方向に環状部を通る流体流を可能にする複数の流れ調整通路を定める。内側バンド部及び外側シュラウドは、少なくとも部分的に燃焼器キャップ組立体の内部に冷却空気プレナムを定める。内側バンド部は、衝突空気プレナム及び排気出口と流体連通する排気チャネルを少なくとも部分的に定める。流れ調整プレートは、冷却空気流が、高圧プレナムから流れ調整プレートを通って冷却空気プレナムに入るのを可能にする冷却空気通路をさらに定める。
【０００９】
当業者であれば、本明細書を精査するとこのような実施形態の特徴及び態様、並びにその他がより理解されるであろう。
【００１０】
添付図面の参照を含む本明細書の残りの部分において、当業者に対してなしたその最良の形態を含む本発明の完全且つ有効な開示をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の少なくとも１つの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図。
【図２】本発明の種々の実施形態を組み込むことができる例示的な燃焼器を含む例示的な燃焼セクションの一部の断面側面図。
【図３】本発明の１又はそれ以上の実施形態による例示的な燃焼器キャップ組立体の一部の断面斜視図。
【図４】本発明の１又はそれ以上の実施形態による図３に示す燃焼器キャップ組立体の後面斜視図又は背面斜視図。
【図５】本発明の１又はそれ以上の実施形態による図３に示す燃焼器キャップ組立体の一部の正面斜視図。
【図６】１又はそれ以上の実施形態による燃焼器キャップ組立体の正面図。
【図７】本発明の少なくとも１つの実施形態による例示的な燃焼器キャップ組立体の一部の断面側面図。
【図８】本発明の少なくとも１つの実施形態による例示的な燃焼器キャップ組立体の一部の断面側面図。
【図９】本発明の少なくとも１つの実施形態による例示的な燃焼器キャップ組立体の一部の断面側面図。
【図１０】本発明の少なくとも１つの実施形態による例示的な燃焼器キャップ組立体の一部の断面側面図。
【図１１】本発明の少なくとも１つの実施形態による燃焼器キャップ組立体の一部の断面下側又は正面斜視図。
【図１２】図１１に示す燃焼器キャップ組立体の断面正面図。
【図１３】本発明の少なくとも１つの実施形態による例示的な燃焼器キャップ組立体の一部の断面側面図。
【図１４】本発明の少なくとも１つの実施形態による作動時の例示的な燃焼器キャップ組立体の流れ略図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
ここで、その１つ又はそれ以上の実施例が添付図面に例示されている本発明の実施形態について詳細に説明する。詳細な説明では、図面中の特徴部を示すために参照符号及び文字表示を使用している。本発明の同様の又は類似した要素を示すために、図面及び説明において同様の又は類似した表示を使用している。本明細書で使用される用語「第１」、「第２」、及び「第３」は、ある構成要素を別の構成要素と区別するために同義的に用いることができ、個々の構成要素の位置又は重要性を意味することを意図したものではない。用語「上流」及び「下流」は、流体通路における流体流れに対する相対的方向を指す。例えば、「上流」は、流体がそこから流れる方向を指し、「下流」は流体がそこに向けて流れ込む方向を指す。用語「半径方向」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、用語「軸方向」は、特定の構成要素の軸方向中心線に実質的に平行な及び／又は同軸に整列された相対方向を指す。
【００１３】
各実施例は、本発明の限定ではなく、例証として提供される。実際に、本発明の範囲又は技術的思想から逸脱することなく、修正形態及び変形形態を本発明において実施できることは、当業者であれば理解されるであろう。例えば、１つの実施形態の一部として例示され又は説明される特徴は、別の実施形態で使用してさらに別の実施形態を得ることができる。従って、本発明は、このような修正形態及び変形形態を特許請求の範囲及びその均等物の技術的範囲内に属するものとして保護することを意図している。本明細書では産業用又は地上設置型のガスタービンが図示され説明されたが、本明細書で図示され説明される本発明は、請求項において特に指定のない限り、産業用又は地上設置型のガスタービンに限定されない。例えば、本明細書に記載される本発明は、航空機ガスタービン又は船舶用ガスタービンで用いることができる。
【００１４】
次に、幾つかの図を通して同じ参照符号が同じ要素を表す図面を参照すると、図１は、本発明の種々の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１０の機能ブロック図を示す。図示のように、ガスタービン１０は、一般に、入口セクション１２を含み、該入口セクションは、一連のフィルタ、冷却コイル、湿分分離器、及び／又はガスタービン１０に流入する空気等の作動流体１４を精製又は調整する他の装置を含むことができる。空気１４は、圧縮機セクションに流れ、ここで圧縮機１６は、空気１４に漸次的に運動エネルギを与え、圧縮又は加圧空気１８を生成する。
【００１５】
圧縮空気１８は、燃料スキッドのような燃料源２２からの燃料２０と混合され、１又はそれ以上の燃焼器２４内で可燃性混合気を形成する。可燃性混合気が燃焼して、高温高圧及び高速の燃焼ガス２６を生成する。燃焼ガス２６は、タービンセクションのタービン２８を通って流れ、仕事を生成する。例えば、タービン２８は、シャフト３０に結合することができ、その結果、タービン２８の回転により圧縮機１６を駆動して圧縮空気１８を生成するようになっている。代替的に又は追加的に、シャフト３０は、タービン２８を発電機３２に接続して電気を生成することができる。タービン２８からの排気ガス３４は、タービン２８の下流側の排気スタック３８にタービン２８を接続する排気セクション３６を通って流れる。排気セクション３６は、例えば、環境に放出する前に排気ガス３４を浄化してそこからさらに熱を抽出する熱回収蒸気発生器（図示せず）を含むことができる。
【００１６】
図２は、本発明の１又はそれ以上の実施形態による例示的な燃焼器２４の一部の断面側面図である。図２に示すように、燃焼器２４は、圧縮機吐出ケーシングなどの少なくとも１つの外側ケーシング４０によって少なくとも部分的に囲まれる。外側ケーシング４０は、圧縮機１６（図１）と流体連通し、圧縮機１６からの圧縮空気１８の少なくとも一部を受けるようになっている。
【００１７】
図２に示すように、端部カバー４２は、外側ケーシング４０に結合され、外側ケーシング４０内に定められた開口の周りにシールを設けるようにする。開口は、一般に、燃焼器２４を受けるようなサイズにされる。外側ケーシング４０及び端部カバー４２は、燃焼器２４を少なくとも部分的に囲む高圧プレナム４４を少なくとも部分的に定める。燃焼器２４のヘッドエンド部４６は、少なくとも部分的にエンドカバー４２及び外側ケーシング４０によって定められる。ヘッドエンド部４６は、燃焼器２４の内部の領域を定め、ここでは高圧プレナム４４からの圧縮空気１８の一部の流れ方向が反転する。
【００１８】
少なくとも１つの燃料ノズル４８は、燃焼器２４の軸線方向中心線及び／又はエンドカバー４２の軸線方向中心線に対して、外側ケーシング４０内で実質的に軸線方向に延びる。図２に示すように、燃焼器２４は、外側ケーシング４０内で軸線方向に延びる複数の燃料ノズル４８を含むことができる。燃料ノズル４８は、第１の端部でエンドカバー４２に結合することができる。燃料の４８の第２の端部又は下流端は、燃料ノズル４８から下流に延びる燃焼ライナ５２内に定められた燃焼室又は領域５０の近くで終端する。
【００１９】
燃焼ライナ５２は、少なくとも部分的に外側ケーシング４０内で環状流れ通路５４を定めることができる。特定の実施形態において、環状流れ通路５４は、燃焼ライナ５２を取り囲む衝突スリーブ又はライナ５６のうちの１又はそれ以上によって定められ又はさらに定めることができる。特定の実施形態において、環状流れ通路５４は、外側ケーシング４０、エンドカバー４２及び／又は外側ケーシング４０内に設けられた内壁のような他のライナ又は特徴部のうちの１又はそれ以上によって定めること又は追加的に定めることができる。環状流れ通路５４は、燃焼器２４の高圧プレナム４４とヘッドエンド部４６との間に流体連通を提供する。
【００２０】
種々の実施形態において、燃料ノズル４８の少なくとも一部は、燃焼器キャップ組立体１００を貫通して軸線方向に延びる。燃焼器キャップ組立体１００は、外側ケーシング４０内で半径方向、円周方向、及び軸線方向に延びる。１つの実施形態において、燃焼器キャップ組立体１００は、環状形流れ調整プレート１０２及び環状形シュラウド１０４を含む。特定の実施形態において、燃焼器キャップ組立体１００は、エンドカバー４２に向かって流れ調整プレート１０２の前方端部分１０８から延びる環状形の第２のシュラウド１０６を含むことができる。シュラウド１０４及び／又は第２のシュラウド１０６は、流れ調整プレート１０２と同軸に位置合わせすることができる。
【００２１】
図２に示すように、流れ調整プレート１０２、シュラウド１０４、及び／又は第２のシュラウド１０６は、燃料ノズル４８の少なくとも一部を円周方向に取り囲む。１つの実施形態において、図２に示すように、流れ調整プレート１０２及びシュラウド１０４は、少なくとも部分的に燃焼器キャップ組立体１００内の燃料ノズル４８の周りで冷却空気プレナム１１０を定める。１つの実施形態において、冷却空気プレナム１１０は、第２のシュラウド１０６によってさらに定めることができる。冷却空気プレナム１１０は、燃焼器２４のヘッドエンド部４６と流体連通する。
【００２２】
図３は、本発明の１又はそれ以上の実施形態による、図２に示すような燃焼器キャップ組立体１００の一部の断面斜視図を提示する。図４は、１又はそれ以上の実施形態による、燃焼器キャップ組立体１００の一部の斜視後面図又は背面図である。図５は、１又はそれ以上の実施形態による、燃焼器キャップ組立体１００の一部の前面図又は正面図を提示する。図６は、１又はそれ以上の実施形態による、燃焼器キャップ組立体１００の正面図を提示する。
【００２３】
１つの実施形態において、図３に示すように、シュラウド１０４は、流れ調整プレート１０２の後端部１１２から離れて軸線方向に延びる。シュラウド１０４は、第２の端部又は後端部１１６から軸線方向に離間した第１の端部又は前方端部分１１４を含む。１つの実施形態において、図３及び４に示すように、フランジ１１８は、シュラウド１０４の軸線方向中心線に向かってシュラウド１０４から半径方向内向きに延びる。１つの実施形態において、フランジ１１８は、第１の端部１１４の近くに配置される。フランジ１１８は、流れ調整プレート１０２の取付け特徴部（図示せず）にシュラウド１０４を結合又は連結するために使用することができる。例えば、１又はそれ以上のボルト又は他の好適なファスナ（図示せず）は、２つの構成要素を固定又は結合するようにフランジ１１８を貫通して延びることができる。
【００２４】
図３及び４に示すように、燃焼器キャップ組立体１００は、衝突プレート１２０をさらに含む。１つの実施形態において、衝突プレート１２０は、第２の端部１１６の近くでシュラウド１０４に結合される。衝突プレート１２０は、少なくとも部分的にシュラウド１０４の第２の端部１１６を横切って半径方向及び円周方向に延びる。衝突プレート１２０は、燃料ノズル４８（図２）を収容するために略軸線方向に貫通して延びる少なくとも１つの燃料ノズル通路１２２を定める。
【００２５】
図３及び４に示すように、衝突プレート１２０は、第１の側面部又は上流側面部１２４を含む。図３及び５に示すように、衝突プレート１２０はまた、第２の側面部又は下流側面部１２６を含む。図３に示すように、衝突プレート１２０は、外側バンド部１２８をさらに含む。外側バンド部１２８は、少なくとも部分的に衝突プレート１２０の半径方向外周を定める。種々の実施形態において、図３及び４に示すように、衝突プレート１２０は、少なくとも部分的に複数の衝突冷却孔１３０を定める。衝突冷却孔１３０は、第１の側面部１２４及び第２の側面部１２６を貫通して延び（図３及び５）、冷却空気プレナム１１０から衝突プレート１２０を通る流体連通を可能にする。
【００２６】
１つの実施形態において、図３に示すように、衝突プレート１２０は、少なくとも１つの冷却流リターン通路１３２をさらに定める。図示のように、冷却流リターン通路１３２は、第１の側面部１２４及び第２の側面部１２６を貫通して延び、衝突プレート１２０を通る流体連通を可能にする。１つの実施形態において、冷却流リターン通路１３２は、衝突プレート１２０を通って実質的に軸線方向に延びる。
【００２７】
図５に示すように、冷却流リターン通路１３２への入口１３４は、衝突プレート１２０の第２の側面部１２６に沿って定められる。１つの実施形態において、第２の側面部１２６の隆起部又は領域１３６は、入口１３４を取り囲む。隆起部１３６は、周囲の第２の側面部１２６に対して軸線方向外向きに隆起している。
【００２８】
特定の実施形態において、図３及び５に示すように、外側バンド部１２８は、複数の冷却通路１３８を定め、この冷却通路１３８は、少なくとも部分的に衝突プレート１２０の外側バンド部１２８を通って実質的に半径方向に延びる。１つの実施形態において、図５に示すように、大多数の冷却通路１３８は、冷却流リターン通路１３２に近接しない外側バンド部１２８の領域に沿うのではなく、冷却流リターン通路１３２の入口１３４の近くに形成又は集中することができる。
【００２９】
図２、３及び６に示すように、燃焼器キャップ組立体１００は、衝突プレート１２０に結合したキャッププレート１４０をさらに含む。キャッププレート１４０は、衝突プレート１２０の外側バンド部１２８に結合することができる。図６に示すように、キャッププレート１４０は、衝突プレート１２０を横切って円周方向及び半径方向に延びる。図３に示すように、キャッププレート１４０は、衝突プレート１２０の第２の側面部１２６に対向する衝突側１４２を含む。キャッププレート１４０の反対側又は高温側１４４は、燃焼器２４に組み込まれると燃焼ゾーン又はチャンバ５０（図２）の方を向く。
【００３０】
図３に示すように、衝突側１４０は、第２の側面部１２６から軸線方向に離間してその間に衝突空気プレナム１４６を定める。衝突冷却孔１３０は、冷却空気プレナム１１０から衝突空気プレナム１４６への流体連通を可能にする。衝突冷却孔１３０は、一般的に、燃焼器２４の作動時にキャッププレート１４０の衝突側１４２の上に直接圧縮空気１８の噴流が集中するように位置合わせされるので、噴流又は衝突冷却が可能になる。冷却流リターン通路１３２は、衝突空気プレナム１４６から外への流体連通を可能にする。１つの実施形態において、冷却通路１３８は、同様に衝突空気プレナム１４６から外への流体連通を可能にする。１つの実施形態において、図３に示すように、キャッププレート１４０は、燃料ノズル通路１２２をさらに定める。
【００３１】
種々の実施形態において、図３に示すように、燃焼器キャップ組立体１００は、冷却流リターン通路１３２を介して衝突空気プレナム１４６と流体連通する少なくとも１つの流体導管１４８をさらに含む。１つの実施形態において、流体導管１４８は、冷却流リターン通路１３２と同軸に位置合わせされる。流体導管１４８は、シュラウド１０４の第１の端部１１４に向かって衝突プレート１２０の第１の側面部１２４から実質的に軸線方向に延びる。種々の実施形態において、燃焼器キャップ組立体１００は、複数の流体導管１４８を含むことができる。略円管として示すが、流体導管は、任意の断面形状を有することができる。
【００３２】
１つの実施形態において、図３及び４に示すように、流体導管１４８の出口端部１５０は、少なくとも部分的にフランジ１１８を通って延びる。流体導管１４８は、衝突プレート１４６及び／又は冷却流リターン通路１３２から延び、冷却空気プレナム１１０を通る排気路を定め、これは冷却空気プレナム１１０から流体的に隔離される。
【００３３】
種々の実施形態において、図３に示すように、流れ調整プレート１０２は、シュラウド１０４の前方端部分１１４及び／又はフランジ１１８に結合される。流れ調整プレート１０２は、ボルト等の機械的ファスナ（図示せず）によって及び／又は溶接又は他の好適な連結手段によってシュラウド１０４の前方端部分１１４及び／又はフランジ１１８に結合することができる。
【００３４】
特定の実施形態において、図３に示すように、流れ調整プレート１０２は、内側バンド部１５２、外側バンド部１５４、及び環状部１５６を含む。環状部１５６は、内側及び外側バンド部１５２、１５４の間で軸線方向及び半径方向に延びる。燃焼器２４の中に組み込まれると、図２に示すように、環状部１５６は、環状流れ通路５４内で半径方向及び軸線方向に延びる。特定の実施形態において、環状部１５６は、高圧プレナム４４をヘッドエンド部４６から流体的に隔離する。図３に示すように、環状部１５６は、上流側１５８及び下流側１６０を含む。複数の流れ調整通路１６２は、環状部１５６、特に上流及び下流側１５８、１６０を通る流体連通を可能にする。
【００３５】
図３に示すように、環状部１５６は、比較的大きな軸線方向厚さを有し、流れ調整通路１６２は、環状部１５６の上流側１５８に形成された入口１６４と下流側１６０に形成された出口１６５との間で伸長する細長い管体になる。他の形状も可能であるが、流れ調整通路１６２は、円筒形状とすることができる。流れ調整通路１６２は、互いに平行とすること、並びに燃焼器２４の中心軸に平行とすることができる。図示のように、環状部１５６の上流側１５８は、環状通路５４を通って流れ方向にほぼ垂直に配置された平面を含むことができる。流れ調整通路１６２の入口１６４は、上流側１５８を貫通して形成することができる。
【００３６】
また、環状部１５６の下流端１６０は、環状通路５４を通る流れ方向にほぼ垂直な平面を含むことができる。流れ調整通路１６２の出口１６５は、この下流側１６０を貫通して形成することができる。流れ調整プレート１０２の環状部１５６に包含される流れ調整通路１６２の数は、用途に応じて様々とすることができる。例示的な実施形態において、流れ調整通路１６２の数は、１００から２００の間とすることができる。
【００３７】
図６に示すように、流れ調整通路１６２は、環状部１５６の中に設定することができ、円周方向に配列された流れ調整通路１６２の列が形成される。図示のように、各列は、内側の半径方向列及び外側の半径方向列を含むことができ、内側半径方向列は、内側バンド部１５２に近接して配置される。同様に図示のように、内側半径方向列及び外側半径方向列の流れ調整通路１６２は、角度オフセットするようにクロックすること又は構成することができる。流れ調整通路１６２を半径方向列の状態で内側半径方向列及び外側半径方向列を形成するように配置する場合、各列は、５０から１００の間の流れ調整通路１６２を含むことができるが、他の構成も可能である。
【００３８】
図３に示すように、流れ調整通路１６２の少なくとも一部は、上流側１５８と下流側１６０との間で可変の断面直径Ｄを有することができる。例えば、流れ調整通路１６２は、流れ調整通路１６２の入口１６４の近くで第１の断面直径Ｄ1を、第１の断面直径Ｄ1の下流で第２の断面直径Ｄ2を有することができる。１つの実施形態において、第１の断面直径Ｄ1は、第２の断面直径Ｄ2未満である。可変の断面直径は、圧縮空気１８が高圧プレナム４４から流れ調整プレート１０２を通ってヘッド端部４６に向かって流れる際に、圧縮空気１８の流れ調整を可能にする。例えば、流れ調整通路１６２は、高圧プレナム４４とヘッド端部４６との間の流れ乱流を低減すること及び／又は流れ圧力を低減することができるので、燃焼前の燃料との混合を促進することができる。
【００３９】
種々の実施形態において、図３に示すように、流れ調整プレート１０２の内側バンド部１５２は、少なくとも部分的に排気チャネル１６６を定める。排気チャネル１６６は、衝突空気プレナム１４６及び排気出口１６８と流体連通する。種々の実施形態において、流体導管１４８は、衝突プレート１２０と流れ調整プレート１０２の内側バンド部１５２との間のシュラウド１０４の内部、及び／又は冷却空気プレナム１１０を延びる。このように、流体導管１４８は、衝突空気プレナム１４６と排気チャネル１６６との間の流体連通を可能にする。
【００４０】
１つの実施形態において、図３に示すように、排気出口１６８は、流れ調整通路１６２の入口１６４から下流の内側バンド部１５２の半径方向外側表面１７０に沿って配置され、及び／又はこれを貫通して延びる。１つの実施形態において、図７に示すように、排気出口１６８は、環状部１５６の流れ調整通路１６２及び／又は下流側１６０の出口１６５から下流に内側バンド部１５２の半径方向外側表面１７２に沿って配置される。１つの実施形態において、図７に示すように、内側バンド部１５２は、該内側バンド部１５２内で略円周方向に延びる冷却排気プレナム１７４を少なくとも部分的に定める。冷却排気プレナム１７４は、排気チャネル１６６及び排気出口１６８と流体連通する。冷却排気プレナム１７４は、複数の排気チャネル１６６及び／又は複数の排気出口１６８と流体連通することができる。
【００４１】
特定の実施形態において、図８に示すように、排気チャネル１６６は、流れ調整プレート１０２の環状部１５６内に少なくとも部分的に定められる。１つの実施形態において、図８に示すように、排気出口１６８は、複数の流れ調整通路１６２のうちの１つの流れ調整通路１６２の中に配置される。１つの実施形態において、排気出口１６８は、可変の断面直径を有する流れ調整通路１６２の中に配置される。例えば、第１の断面直径Ｄ1は、第２の断面直径Ｄ2未満であるか又はこれよりも小さい。
【００４２】
特定の実施形態において、図９に示すように、排気チャネル１６６は、流れ調整プレート１０２の環状部１５６の中に少なくとも部分的に定められ、排気出口１６８は、環状部１５６の下流側１６０に沿って配置される。このようにして、排気チャネル１６６は、環状部１５６の一部を貫通して延び、流れ調整通路１６２（図示せず）から流体的に隔離される。１つの実施形態において、図９に示すように、排気チャネル１６６及び／又は排気プレナム１７４は、環状部１５６の下流側１６０に沿って配置された複数の排気出口１６８と流体連通することができる。
【００４３】
図１０は、本発明の少なくとも１つの実施形態による、燃焼器キャップ組立体１００の一部の断面側面図を提示し、図１１は、本発明の少なくとも１つの実施形態による、シュラウド１０４、衝突プレート１２０、及びキャッププレート１４０を切り欠いた燃焼器キャップ組立体１００の一部の断面の下流側又は正面側の斜視図を提示し、図１２は、図１１に示すような燃焼器キャップ組立体の断面の正面図を提示し、図１３は、本発明の少なくとも１つの実施形態による、燃焼器キャップ組立体１００の一部の断面側面図を提示する。種々の実施形態において、図３、１０、１１、１２及び１３に示すように、流れ調整プレート１０２は、高圧プレナム４４（図２）から冷却空気プレナム１１０の中に冷却空気流を供給する冷却空気通路１７６を定める。他の実施形態において、図１１及び図１２に示すように、流れ調整プレート１０２は、該流れ調整プレート１０２の内部で環状に離間した複数の冷却空気通路１７６を定める。
【００４４】
特定の実施形態において、図３、１０、１１、１２及び１３に示すように、冷却空気通路１７６は、外側バンド部１５４、環状部１５６、及び内側バンド部１５２を貫通して延びる。特定の実施形態において、冷却空気通路１７６への入口１７８は、外側バンド部１５４の半径方向外側表面１８０に沿って定められる。冷却空気通路１７６への出口１８２は、内側バンド部１５２の半径方向内側表面１８４に沿って定められる。
【００４５】
特定の実施形態において、冷却空気通路１７６は、流れ調整通路１６２の各々から流体的に隔離される。１つの実施形態において、図３、１１、及び１２に示すように、冷却空気通路１７６は、流れ調整プレート１０２の内部でキャップ組立体１０２の軸線方向中心線に対して所定の角度で延びるか又は角度付けされ、冷却空気プレナム１１０の内部で冷却空気流に角度のあるスワールを引き起こすようになっている。
【００４６】
１つの実施形態において、図１２及び１３に示すように、流れ調整プレート１０２は、少なくとも１つのブリード空気通路１８６を定める。特定の実施形態において、流れ調整プレート１０２は、冷却空気通路１７６と流体連通する複数のブリード空気通路１８６を定める。ブリード空気通路１８６は、環状部１５６内に形成され、冷却空気通路１７６と流体連通する。図１３に示すように、ブリード空気通路１８６は、環状部１５６の下流側１６０を通って冷却空気通路１７６からの流体連通を可能にする。
【００４７】
作動時、圧縮空気１８は、環状流れ通路５４に沿って高圧プレナム４４から流れ調整プレート１０２の流れ調整通路１６２を通って燃焼器２４のヘッドエンド部４６の中に流れ込む。流れ調整通路１６２は、ヘッドエンド部４６の上流で一様でない流れ特性又は分布を調整し、それによって圧縮空気の流れを燃焼器キャップ組立体１００及び／又は燃料ノズル４８に流入する前により均一にすることができる。圧縮空気１８の第１の部分は、点火前に圧縮空気１８を燃焼室５０から上流で燃料と予混合する燃料ノズル４８又は各ノズルを通って流れる。
【００４８】
図１４は、本発明の少なくとも１つの実施形態による、作動時の燃焼器キャップ組立体１００の一部の流れ略図を提示する。図１４に示すように、圧縮機空気１８の第２の部分は、高圧プレナム４４（図２）から冷却流れ通路１７６を経由して冷却空気プレナム１１０の中に送られる。１つの実施形態において、圧縮機空気１８の少なくとも一部は、ブリード空気通路１８６（図１２及び１３）を経由して冷却流通路１７６から抽気され、流れ調整プレート１０２から燃焼器２４のヘッドエンド部４６に向かって下流に流れる。図１２に示すように、冷却空気通路１７６が流れ調整プレート１０２の内部で角度が付けられている１つの実施形態において、圧縮機空気１８は、冷却空気プレナム１１０内で旋回する。
【００４９】
図１４に示すように、圧縮空気１８の第２の部分は、冷却空気プレナム１１０から衝突冷却孔１３０を経由して衝突空気プレナム１４６の中に流れ込む。衝突冷却孔１３０は、圧縮空気の噴流をキャッププレート１４０の衝突側１４２上に向ける。その結果、キャッププレート１４０からの熱エネルギは、圧縮空気１８に伝達されるので、キャッププレート１４０に対する衝突又は対流冷却が可能になり、それによって衝突空気プレナム１４６内で冷却排気１８８がもたらされる。次に、冷却排気１８８は、冷却流リターン通路１３２を経由して衝突空気プレナム１４６から流出し、流体導管１４８を経由して冷却空気プレナム１１０を通って流れる。流体導管１４８は、冷却空気プレナム１１０内を流れる圧縮空気１８から冷却排気１８８を流体的に隔離する。次に、冷却排気１８８は、流体導管１４８から流出して排気チャネル１６６に流入する。
【００５０】
種々の実施形態において、冷却排気１８８は、排気チャネル１６６から排気出口１６８を通って環状流れ通路５４に流れ込み、ここで、高圧プレナム４４からの圧縮空気１８と混合して、燃焼前に燃料と予混合するようになっている。１つの実施形態において、図１４に示すように、冷却排気１８８は、入口１６４の上流の排気出口１６８を通って環状部１５６の流れ調整通路１６２に送られる。１つの実施形態において、図７に示すように、冷却排気１８８は、環状部１５６の流れ調整通路１６２の下流の排気出口１６８を通って送られる。別の実施形態において、図８に示すように、冷却排気１８８は、流れ調整通路１６２のうちの少なくとも１つの内部に配置された排気出口１６８を通って送られる。別の実施形態において、図９に示すように、冷却排気１８８は、環状部１５６の下流側１６０に沿って配置された排気出口１６８を通って送られる。
【００５１】
本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、また、あらゆる当業者が、あらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること並びにあらゆる組み込み方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００５２】
１０  ガスタービン
１２  入口セクション
１４  作動流体／空気
１６  圧縮機
１８  圧縮空気
２０  燃料
２２  燃料供給源
２４  燃焼器
２６  燃焼ガス
２８  タービン
３０  シャフト
３２  発電機／モータ
３４  排気ガス
３６  排気セクション
３８  排気スタック
４０  外側ケーシング
４２  エンドカバー
４４  高圧プレナム
４６  ヘッドエンド部
４８  燃料ノズル
５０  燃焼室
５２  燃焼ライナ
５４  環状流れ通路
５６  衝突スリーブ／ライナ
１００  燃焼器キャップ組立体
１０２  流れ調整プレート
１０４  シュラウド
１０６  第２のシュラウド
１０８  後方端部分
１１０  冷却空気プレナム
１１２  前方端部分
１１４  第１の端部又は前方端部分
１１６  第２の端部又は後端部
１１８  フランジ
１２０  衝突プレート
１２２  燃料ノズル通路
１２４  第１の側面部又は上流側面部
１２６  第２の側面部又は下流側面部
１２８  外側バンド部
１３０  衝突冷却孔
１３２  冷却流リターン通路
１３４  入口
１３６  隆起部
１３８  冷却通路
１４０  キャッププレート
１４２  衝突側
１４４  反対側／高温側
１４６  衝突空気プレナム
１４８  流体導管
１５０  出口端部
１５２  内側バンド部
１５４  外側バンド部
１５６  環状部
１５８  上流側
１６０  下流側
１６２  流体通路
１６４  入口
１６５  出口
１６６  排気チャンネル
１６８  排気出口
１７０  半径方向外側表面
１７２  半径方向内側表面
１７４  冷却空気排気プレナム
１７６  冷却空気通路
１７８  入口
１８０  半径方向外側表面
１８２  出口
１８４  半径方向内側表面
１８６  ブリード空気通路
１８８  冷却排気
【図１】
0006659269.tif 000002
【図２】
0006659269.tif 000003
【図３】
0006659269.tif 000004
【図４】
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【図５】
0006659269.tif 000006
【図６】
0006659269.tif 000007
【図７】
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【図８】
0006659269.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0006659269.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0006659269.tif 000013
【図１３】
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【図１４】
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