(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ノズル組立体（１００）であって、当該燃料ノズル組立体（１００）が、
前記燃料ノズル組立体（１００）の中心線に沿って軸方向に延び、パイロット空気通路（１４２）及びパイロット燃料通路（１４４）が定められた中心本体（１０２）であって、前記パイロット燃料通路（１４４）の少なくとも一部が、内側管体（１５２）と中間管体（１４６）との間に定められている、中心本体（１０２）と、
前記中心本体（１０２）の下流側端部分（１０８）内に配置されたパイロットノズル（１０６）であって、該パイロットノズル（１０６）と前記中心本体（１０２）との間で軸方向の熱膨張又は収縮が可能となるように、該パイロットノズル（１０６）の外壁（１３２）が前記中心本体（１０２）の内面（１２２）と滑動可能に係合され、該パイロットノズル（１０６）が複数の予混合通路（１３４）を含んでいて、各々の予混合通路（１３４）が、前記パイロット空気通路（１４２）と流体連通した入口（１３６）と、該入口（１３６）の下流側にある出口（１３８）と、前記パイロット燃料通路（１４４）と流体連通した燃料ポート（１４０）とを有しており、内側管体（１５２）の下流側端部（１５４）が、パイロットノズル（１０６）の下流側端部分（１２８）の内面（１５６）に接してシールを形成している、パイロットノズル（１０６）と、
前記中心本体（１０２）と同軸方向に整列され且つ前記中心本体（１０２）から半径方向に離間して配置されて間に環状通路（１１２）を定めるようにした外側スリーブ（１１０）と、
前記中心本体（１０２）から前記外側スリーブ（１１０）まで半径方向外向きに延びるストラット（１１４）と、
前記パイロット空気通路（１４２）と流体連通し、前記外側スリーブ（１１０）、前記ストラット（１１４）及び前記中心本体（１０２）を貫通して延びた入口通路（１６２）と
を備える、燃料ノズル組立体（１００）。
【請求項２】
前記ストラット（１１４）が、スワーラベーン（１１４）である、請求項１に記載の燃料ノズル組立体（１００）。
【請求項３】
前記複数の予混合通路（１３４）が、前記パイロットノズル（１０６）の内壁（１３０）と外壁（１３２）との間で前記燃料ノズル組立体（１００）の軸方向中心線の周りに環状に配列される、請求項１又は請求項２に記載の燃料ノズル組立体（１００）。
【請求項４】
前記中間管体（１４６）の下流側端部（１５０）が、前記予混合通路（１３４）の入口（１３６）から半径方向内向きで前記パイロットノズル（１０６）の上流側部分（１２６）にシールされる、請求項３に記載の燃料ノズル組立体（１００）。
【請求項５】
前記パイロット空気通路（１４２）が、前記中心本体（１０２）内に同軸方向に延びる中間管体（１４６）と、前記中心本体（１０２）の内面（１２２）との間に定められる、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の燃料ノズル組立体（１００）。
【請求項６】
前記内側管体（１５２）及び中間管体（１４６）が前記中心本体（１０２）内に同軸方向に延びる、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の燃料ノズル組立体（１００）。
【請求項７】
前記パイロット燃料通路（１４４）の一部が、前記内側管体（１５２）の外面（１５８）と前記パイロットノズル（１０６）の内壁（１３０）との間に少なくとも部分的に定められる、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の燃料ノズル組立体（１００）。
【請求項８】
前記内側管体（１５２）が、前記パイロットノズル（１０６）を貫通して少なくとも部分的に延びる、請求項７に記載の燃料ノズル組立体（１００）。
【請求項９】
ガスタービン（１０）用の燃焼器（２４）であって、当該燃焼器（２４）が、
外側ケーシング（４０）に結合された端部カバー（４４）であって、前記端部カバー（４４）及び前記外側ケーシング（４０）が、当該燃焼器（２４）のヘッド端部分（４６）を形成しており、前記ヘッド端部分（４６）が、ガスタービン（１０）の圧縮機（１６）と流体連通している、端部カバー（４４）と、
前記端部カバー（４４）に接続されて当該燃焼器（２４）のヘッド端部分（４６）内に軸方向に延びる、請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の燃料ノズル組立体（１００）と
を含む燃焼器（２４）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体的に、ガスタービンの燃焼器用の燃料ノズル組立体に関する。より詳細には、本発明は、予混合パイロットノズルを有する燃料ノズル組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、一般に、入口セクション、圧縮機セクション、燃焼セクション、タービンセクション、及び排気セクションを含む。入口セクションは、作動流体（例えば、空気）を清浄化し調和して、圧縮機セクションに供給する。圧縮機セクションは、作動流体の圧力を漸次的に増大させ、圧縮作動流体を燃焼セクションに供給する。圧縮作動流体と燃料は、燃焼セクション内で混合され、燃焼室にて燃焼して高温高圧の燃焼ガスを発生する。燃焼ガスは、高温ガス経路を通ってタービンセクションに送られ、ここで燃焼ガスが膨張して仕事を産出する。例えば、タービンセクションにおける燃焼ガスの膨張により、発電機に接続されたシャフトが回転して電力を生成する。
【０００３】
燃焼セクションは、一般に、外側ケーシングの周りに環状に配列された複数の燃焼器を含む。希薄予混合式燃焼システムにおいて、各燃焼器は、１又はそれ以上の予混合型燃焼ノズルを含む。典型的な予混合型燃焼ノズルは、外側管体又はスリーブにより少なくとも部分的に囲まれる中心本体を含む。予混合流路は、外側スリーブと中心本体との間に定められる。複数のベーン又はストラットは、予混合流路内で中心本体と外側スリーブとの間に延びる。
【０００４】
作動時には、燃料は、予混合流路を通って流れる圧縮空気内に噴射される。ベーンは、圧縮空気に角度スワール（旋回）を与え、燃焼器の燃焼ゾーンから上流側での燃料との混合を促進させる。予混合燃料−空気は一般に、燃料希薄混合気である。燃料希薄混合気は、より効率的に燃焼し、従って、拡散火炎技術よりもＣＯエミッションを低減し、より低いＮＯｘエミッションを生成する。
【０００５】
予混合燃料型燃料ノズルのうちの少なくとも１つは、パイロットノズルを含む。パイロットノズルは、燃焼ゾーンから上流側で対応する燃料ノズルの中心本体と同軸方向に整列されて該中心本体内に配置することができる。特定の燃焼動作モードの間、パイロットノズルは、予混合された燃料及び空気混合気を燃焼ゾーンに供給して、予混合パイロット火炎を生成することができる。予混合パイロット火炎は、一般に、燃焼器が特定のモードで動作しているとき、及び／又は燃焼器が種々の動作モード間を移行しているときの火炎安定性を確保するのに使用される。
【０００６】
パイロットノズルが機能するためには、パイロット又は圧縮空気とパイロット燃料が、中心本体を通ってパイロットノズルに供給される必要がある。しかしながら、中心本体内のスペース上の制約により、パイロット空気及び燃料をパイロットノズルに送る可能性が制限され、従って、場合によってはパイロットノズルの効率全体が制限される可能性がある。従って、パイロットノズルを有する改善された燃料ノズル組立体が当該技術において有用となる。
【発明の概要】
【０００７】
本発明の態様及び利点は、以下の説明において記載され、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。
【０００８】
本発明の１つの実施形態は、燃料ノズル組立体である。燃料ノズル組立体は、該燃料ノズル組立体の中心線に沿って軸方向に延びる中心本体を含む。中心本体には、パイロット空気通路及びパイロット燃料通路が定められている。パイロットノズルは、中心本体の下流側端部分内に配置される。パイロットノズルは、複数の予混合通路を含む及び／又は定める。各予混合通路は、パイロット空気通路と流体連通した入口と、該入口から軸方向下流側に位置付けられる出口と、パイロット燃料通路と流体連通した燃料ポートと、を含む。外側スリーブは、中心本体と同軸方向に整列され且つ中心本体から半径方向に離間して配置されて、間に環状通路を定める。ストラットは、中心本体から外側スリーブまで半径方向外向きに延びる。燃料ノズル組立体は更に、パイロット空気通路と流体連通した入口通路を含む。入口通路は、外側スリーブ、ストラット、及び中心本体を貫通して延びる。
【０００９】
本発明の別の実施形態は、ガスタービン用の燃焼器である。燃焼器は一般に、外側ケーシングに結合された端部カバーを含む。端部カバー及び外側ケーシングは、燃焼器のヘッド端部分を少なくとも部分的に定め又は形成する。ヘッド端部分は、ガスタービンの圧縮機と流体連通している。燃焼器はまた、端部カバーに接続されて燃焼器のヘッド端部分内に軸方向に延びる燃料ノズル組立体を含む。燃料ノズルは、燃料ノズル組立体の中心線に沿って軸方向に延びる中心本体を含む。中心本体には、パイロット空気通路及びパイロット燃料通路が定められている。パイロットノズルは、中心本体の下流側端部分内に配置され、複数の予混合通路を含む。各予混合通路は、パイロット空気通路と流体連通した入口と、該入口の下流側にある出口と、パイロット燃料通路と流体連通した燃料ポートとを有する。燃料ノズルは更に、中心本体と同軸方向に整列され且つ中心本体から半径方向に離間して配置されて間に環状通路を定めるようにした外側スリーブを含む。ストラットは、中心本体から外側スリーブまで半径方向外向きに延びる。燃料ノズル組立体は更に、パイロット空気通路及び燃焼器のヘッド端部分と流体連通した入口通路を含む。入口通路は、外側スリーブ、ストラット及び中心本体を貫通して延びる。
【００１０】
本発明の別の実施形態は、燃料ノズル組立体である。燃料ノズル組立体は、該燃料ノズル組立体の中心線に沿って軸方向に延びた中心本体を含む。中心本体には、環状パイロット空気通路及び環状パイロット燃料通路が定められる。パイロット空気通路は、パイロット燃料通路から半径方向外向きに定められる。燃料ノズル組立体は更に、パイロット空気通路と流体連通したベース部を含み、該ベース部が燃焼器の端部カバーからパイロット空気を受けるように構成されている。パイロットノズルは、中心本体の下流側端部分内に配置される。パイロットノズルは、複数の予混合通路を含み、及び／又は定める。各予混合通路は、パイロット空気通路と流体連通した入口と、入口の下流側に配置された出口と、パイロット燃料通路と流体連通した燃料ポートとを含む。
【００１１】
本発明の別の実施形態は燃焼器を含む。燃焼器は、外側ケーシングに結合された端部カバーを含む。端部カバー及び外側ケーシングは、燃焼器のヘッド端部分を形成する。燃焼器はまた、端部カバーに接続されて燃焼器のヘッド端部分内に軸方向に延びる燃料ノズル組立体を含む。燃料ノズルは、燃料ノズル組立体の中心線に沿って軸方向に延びる中心本体を含む。中心本体には、環状パイロット空気通路と、環状パイロット燃料通路とが中心本体内に定められる。パイロット空気通路は、パイロット燃料通路から半径方向外向きに定められる。燃料ノズル組立体は更に、パイロット空気通路と流体連通したベース部を備え、該ベース部が端部カバーからパイロット空気を受けるように構成される。燃料ノズル組立体は更に、中心本体の下流側端部分内に配置されたパイロットノズルを含む。パイロットノズルは、複数の予混合通路を含み又は定める。各予混合通路は、パイロット空気通路と流体連通した入口と、入口の下流側に配置された出口と、パイロット燃料通路と流体連通した燃料ポートとを含む。
【００１２】
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。
【００１３】
添付図を参照した本明細書において、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説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の範囲内にある例示的なガスタービンの機能ブロック図。
【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の簡易側断面図。
【図３】本発明の１つの実施形態による、例示的な燃料ノズル組立体の斜視断面図。
【図４】本発明の１つの実施形態による、図３に示す燃料ノズル組立体の一部の斜視側断面図。
【図５】本発明の１つの実施形態による、例示的な燃料ノズル組立体の斜視断面図。
【図６】本発明の種々の実施形態による、図５に示す燃料ノズル組立体の一部の拡大速断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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の要素を示すために、図面及び説明において同様の又は類似の記号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。
【００１６】
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、別の実施形態と共に使用して更に別の実施形態を得ることができる。従って、本発明は、そのような修正及び変形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。本発明の例示的な実施形態は、例示の目的で、定置発電用のガスタービン燃焼器の予混合燃料ノズル組立体に関して全体に説明しているが、ターボ機械用の何れかの形式又はタイプの燃焼器にも適用することができ、請求項に特に記載のない限り、定置発電用のガスタービンの燃焼器又は燃焼システムに限定されないことは、当業者には容易に理解されるであろう。
【００１７】
次に、幾つかの図全体を通して様々な参照符号が同様の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、ガスタービン１０に流入する空気１４又は他の作動流体を精製及び他の方法で調和するため、一連のフィルタ、冷却コイル、湿分分離器、及び／又は他の装置を含むことができる入口セクション１２を有する。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に運動エネルギーを漸次的に与えて、圧縮空気１８を生成する。
【００１８】
圧縮空気１８は、燃料供給システム２２からの燃料２０と混合されて、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。可燃性混合気は、燃焼して、高温高圧高速の燃焼ガス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を通って流れて仕事を産出する。例えば、タービン２８は、シャフト３０に接続されて、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を生成することができる。代替として又はこれに加えて、シャフト３０は、電力を生成するためにタービン２８を発電機３２に接続することができる。タービン２８からの排気ガス３４は、タービン２８をタービン２８から下流側の排気スタック３８に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を清浄化して該排気ガスから追加の熱を取り出すための熱回収蒸気発生器（図示せず）を含むことができる。
【００１９】
燃焼器２４は、当該技術分野で公知の何れかのタイプの燃焼器とすることができ、本発明は、請求項に別段の記載のない限り何れかの特定の燃焼器設計に限定されない。例えば、燃焼器２４は、缶アニュラ型又はアニュラ型燃焼器とすることができる。図２は、図１に示すガスタービン１０に組み込むことができ且つ本発明の１又はそれ以上の実施形態を組み込むことができる例示的な燃焼器２４の一部の斜視側面図を示す。例示的な実施形態において、図２に示すように、燃焼器２４は、圧縮機吐出ケーシングのような外側ケーシング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、燃焼器２４を少なくとも部分的に囲む高圧プレナム４２を少なくとも部分的に定めることができる。高圧プレナム４２は、圧縮機１６（図１）と流体連通し、そこから圧縮空気１８を受け取るようにする。端部カバー４４は、外側ケーシング４０に結合することができる。外側ケーシング４０及び端部カバー４４は、燃焼器２４のヘッド端部分４６を少なくとも部分的に定めることができる。
【００２０】
１又はそれ以上の燃料ノズル組立体４８は、端部カバー４４から下流側でヘッド端部４６内を及び／又はヘッド端部４６を通って軸方向に延びる。燃料ノズル組立体の少なくとも一部は、端部カバー４４を介して燃料供給システム２２と流体連通することができる。特定の実施形態において、燃料ノズル組立体４８の少なくとも１つは、例えば、端部カバー４４を介して抽出空気供給源５０と流体連通することができる。
【００２１】
燃焼器２４はまた、燃焼ライナなどの１又はそれ以上のライナ５２及び／又は外側ケーシング４０内に燃焼室５４を少なくとも部分的に定める移行ダクトを含むことができる。１又は複数のライナ５２はまた、燃焼ガス２６をタービン２８に配向するための高温ガス経路５６を少なくとも部分的に定めることができる。特定の構成において、１又はそれ以上の流れ又はインピンジメントスリーブ５８は、１又は複数のライナ５２を少なくとも部分的に囲むことができる。１又は複数の流れスリーブ５８は、１又は複数のライナ５２から半径方向に離間して配置され、圧縮空気１８の一部を燃焼器２４のヘッド端部分４６に向かって配向する環状流路６０を定めるようにすることができる。
【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２４内に組み込むことができる例示的な予混合型燃料ノズル組立体１００の側断面図を示す。燃料ノズル組立体１００は、図２に示す燃料ノズル組立体４８のうちの１つ、何れか、又は全てを表すことができ、請求項に別途記載のない限り端部カバー４４に沿った又は燃焼器２４内の何れかの特定の場所又は位置に限定されない。特定の実施形態において、燃料ノズル組立体１００は、「２系統燃料」型燃料ノズル組立体として構成することができ、結果として、本明細書で提供される燃料ノズル組立体１００は、気体燃料又は液体燃料の何れでも燃焼又は作動するよう構成又は修正することができる。
【００２３】
特定の実施形態において、図３に示すように、燃料ノズル組立体１００は、該燃料ノズル組立体１００の中心線１０４に沿って軸方向に延びる中心本体１０２と、該中心本体１０２の下流側端部分１０８内に配置されるパイロットノズル１０６と、中心本体１０２と同軸方向に整列され且つ中心本体１０２から半径方向に離間して配置されて間に環状通路１１２を定めるようにする外側スリーブ１１０と、中心本体１０２から外側スリーブ１１０まで半径方向外向きに延びる少なくとも１つのストラット又はスワーラベーン１１４と、を含む。ストラット１１４は、環状通路１１２を通って流れる圧縮空気１８の一部に角度スワールを与えるよう構成することができる。
【００２４】
中心本体１０２は、略環状であり、単一の管体１１６、又は共に接合されて単一の又は連続した中心本体１０２を形成する複数の管体１１６から構成することができる。中心本体１０２は、一般に、下流側端部分１０８から軸方向に離間して配置された上流側端部分１１８を含む。中心本体１０２はまた、外面１２４から半径方向に離間して配置された内面１２２を含むことができる。
【００２５】
種々の実施形態において、パイロットノズル１０６は、略環状であり、下流側端部分１２８から軸方向に離間して配置された上流側端部分１２６を含む。パイロットノズル１０６は更に、外壁１３２から半径方向に離間して配置された内壁１３０を含む。特定の実施形態において、パイロットノズル１０６の外壁１３２は、中心本体１０２の内面１２２と滑動可能に係合され、従って、燃焼器２４の作動中の本体１０２に対するパイロットノズル１０６の軸方向の熱膨張又は収縮を可能にする。
【００２６】
種々の実施形態において、パイロットノズル１０６は、パイロットノズル１０６を通って実質的に軸方向に延びる複数の予混合通路１３４を含む。各予混合通路１３４は、パイロットノズル１０６の上流側端部分１２６に沿って定められ及び／又は配置された入口１３６と、パイロットノズル１０６の下流側端部分１２８に沿って定められ及び／又は配置された出口１３８と、を含む。出口１３８は、入口１３６から下流側に形成される。特定の実施形態において、複数の予混合通路１３４は、パイロットノズル１０６の内壁１３０と外壁１３２との間で燃料ノズル組立体１００の中心線１０４の周りに環状に配列される。各予混合通路１３４は、対応する入口１３６と出口１３８との間に定められる少なくとも１つの燃料ポート１４０を含む。
【００２７】
種々の実施形態において、燃料ノズル組立体１００は、パイロット空気通路１４２と、中心本体１０２内に同心円状に定められるパイロット燃料通路１４４とを含む。特定の実施形態において、パイロット空気通路１４２は、パイロット燃料通路１４４から半径方向外向きに配置され又は形成される。予混合通路１３４の入口１３６の１又はそれ以上は、パイロット空気通路１４２と流体連通している。特定の実施形態において、パイロット空気通路１４２は、中間管体１４６と中心本体１０２との間に定められる。中間管体１４６は、中心本体１０２内に同軸方向に延びる。例えば、パイロット空気通路１４２は、中間管体１４６の外面１４８と、中心本体１０２の内面１２２との間に定めることができる。特定の実施形態において、中間管体１４６の下流側端部１５０は、パイロットノズル１０６の上流側端部分１２６にシールされ及び／又は固定接続される。１つの実施形態において、中間管体１４６の下流側端部１５０は、予混合通路１３４の入口１３６から半径方向内向きでパイロットノズル１０６の上流側端部分１２６にシールされ及び／又は固定接続される。
【００２８】
種々の実施形態において、図３に示すように、パイロット燃料通路１４４は、内側管体１５２と中間管体１４６との間で中心本体１０２内に定められる。パイロット燃料通路１４４は、燃料ポート１４０を介して予混合通路１３４と流体連通している。図３に示すように、内側管体１５２及び中間管体１４６は、中心本体１０２内で同軸方向に延びることができる。特定の実施形態において、内側管体１５２の一部は、パイロットノズル１０６を通って少なくとも部分的に延びる。
【００２９】
１つの実施形態において、内側管体１５２の下流側端部１５４は、パイロットノズル１０６の下流側端部分１２８の内面に接してシールを形成する。この構成において、パイロット燃料通路１４４の一部は、内側管体１５２の外面１５８とパイロットノズル１０６の内壁１３０との間に少なくとも部分的に定められる。特定の実施形態において、内側管体は、燃料ノズル組立体１００のベース部１６０から軸方向に延びる。ベース部１６０は、端部カバー４４に接続するよう構成することができる。１つの実施形態において、パイロット燃料通路１４４は、端部カバー４４（図２）と流体連通している。
【００３０】
図４は、本発明の種々の実施形態による、図３に示すような燃料ノズル組立体１００の一部の斜視断面図を示す。種々の実施形態において、図４に示すように、燃料ノズル組立体１００は、パイロット空気通路１４２と流体連通した入口通路１６２を含む。特定の実施形態において、入口通路１６２は、外側スリーブ１１０、ストラット１１４及び中心本体１０２を通って延びる。
【００３１】
作動時には、図３及び４において全体的に示されるように、高圧プレナム４２（図２）からの圧縮空気１８の一部は、入口通路１６２を通って流れて、矢印１６４で示されるパイロット空気の流れをパイロット空気通路１４２内に提供する。パイロット空気１６４は、入口１３６を介して予混合通路１３４内に流入する。矢印１６６で示されるパイロット燃料は、端部カバー４４（図２）を介してパイロット燃料通路１４４に提供される。パイロット燃料１６６は、パイロットノズル１０６に向かって流れ、燃料ポート１４０を介して予混合通路１３４内に噴射される。パイロット空気とパイロット燃料が予混合通路１３４内で混合される。矢印１６８で示される予混合パイロット燃料−空気混合気は、予混合通路１３４の出口１３８から流出する。予混合パイロット燃料−空気混合気１６８は、出口１３８から流出するときに点火され燃焼することができる。
【００３２】
図５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２４内に組み込むことができる例示的な予混合型燃料ノズル組立体２００の側断面図を示す。燃料ノズル組立体２００は、図２に示す燃料ノズル組立体４８のうちの１つ、何れか、又は全てを表すことができ、請求項に別途記載のない限り端部カバー４４に沿った又は燃焼器２４内の何れかの特定の場所又は位置に限定されない。特定の実施形態において、燃料ノズル組立体２００は、「２系統燃料」型燃料ノズル組立体として構成することができ、結果として、本明細書で提供される燃料ノズル組立体２００は、気体燃料又は液体燃料の何れでも燃焼又は作動するよう構成又は修正することができる。
【００３３】
特定の実施形態において、図５に示すように、燃料ノズル組立体２００は、該燃料ノズル組立体２００の中心線２０４に沿って軸方向に延びる中心本体２０２と、該中心本体２０２の下流側端部分２０８内に配置されるパイロットノズル２０６と、中心本体２０２と同軸方向に整列され且つ中心本体２０２から半径方向に離間して配置されて間に環状通路２１２を定めるようにする外側スリーブ２１０と、中心本体２０２から外側スリーブ２１０まで半径方向外向きに延びる少なくとも１つのストラット又はスワーラベーン２１４と、を含む。ストラット２１４は、環状通路２１２を通って流れる圧縮空気１８の一部に角度スワールを与えるよう構成することができる。
【００３４】
中心本体２０２は、略環状であり、単一の管体２１６、又は共に接合されて単一の又は連続した中心本体２０２を形成する複数の管体２１６から構成することができる。中心本体２０２は、一般に、下流側端部分２０８から軸方向に離間して配置された上流側端部分２１８を含む。中心本体２０２はまた、外面２２４から半径方向に離間して配置された内面２２２を含むことができる。
【００３５】
図６は、本発明の少なくとも１つの実施形態による、図５に示す燃料ノズル組立体２００の一部の拡大速断面図である。種々の実施形態において、図６に示すように、パイロットノズル２０６は、略環状であり、下流側端部分２２８から軸方向に離間して配置された上流側端部分２２６を含む。パイロットノズル２０６は更に、外壁２３２から半径方向に離間して配置された内壁２３０を含む。特定の実施形態において、パイロットノズル２０６は、中心本体２０２に固定接続される。例えば、パイロットノズル２０６は、中心本体２０２に溶接又はろう付けすることができる。
【００３６】
種々の実施形態において、パイロットノズル２０６は、パイロットノズル２０６を通って実質的に軸方向に延びる複数の予混合通路２３４を含む。各予混合通路２３４は、パイロットノズル２０６の上流側端部分２２６に沿って定められ及び／又は配置された入口２３６と、パイロットノズル２０６の下流側端部分２２８に沿って定められ及び／又は配置された出口２３８と、を含む。出口２３８は、入口２３６から下流側に形成される。特定の実施形態において、複数の予混合通路２３４は、パイロットノズル２０６の内壁２３０と外壁２３２との間で燃料ノズル組立体２００の中心線２０４の周りに環状に配列される。各予混合通路２３４は、対応する予混合通路２３４の入口２３６と出口２３８との間に定められる少なくとも１つの燃料ポート２４０を含む。
【００３７】
種々の実施形態において、図５及び６に示すように、燃料ノズル組立体２００は、パイロット空気通路２４２と、中心本体２０２内に同心円状に定められるパイロット燃料通路２４４とを含む。特定の実施形態において、パイロット空気通路２４２は、パイロット燃料通路２４４から半径方向外向きに配置され又は形成される。予混合通路１３４の入口１２６の１又はそれ以上は、パイロット空気通路２４２と流体連通している。特定の実施形態において、パイロット空気通路２４２は、中間管体２４６と中心本体２０２との間に定められる。中間管体２４６は、中心本体２０２内に同軸方向に延びる。
【００３８】
パイロット空気通路２４２は、中間管体２４６の外面２４８と、中心本体２０２の内面２２２との間に定めることができる。特定の実施形態において、中間管体２４６の下流側端部２５０は、パイロットノズル２０６の上流側端部分２２６にシールされ及び／又は固定接続される。１つの実施形態において、中間管体２４６の下流側端部２５０は、予混合通路２３４の入口２３６から半径方向内向きでパイロットノズル２０６の上流側端部分２２６にシールされ及び／又は固定接続される。種々の実施形態において、図５及び６に示すように、パイロット燃料通路２４４は、内側管体２５２と中間管体２４６との間で中心本体２０２内に定められる。
【００３９】
図５に示すような特定の実施形態において、内側管体２５２は、中心本体２０２内にブリーチ装荷されるカートリッジである。例えば、カートリッジは、パージ空気又は２系統燃料型カートリッジとすることができる。パイロット燃料通路２４４は、燃料ポート２４０を介して予混合通路２３４と流体連通している。図５に示すように、内側管体２５２及び中間管体２４６は、中心本体２０２内で同軸方向に延びることができる。内側管体２５２は、燃料ノズル組立体２００のベース部２５４からパイロットノズル２０６に向かって及び／又はパイロットノズル２０６に軸方向に延びる。ベース部２５４は、端部カバー４４に接続するよう構成することができる。１つの実施形態において、パイロット燃料通路２４４及びパイロット空気通路２４２は、端部カバー４４と流体連通している。
【００４０】
特定の実施形態において、図６に示すように、内側管体２５２の一部は、パイロットノズル２０６を通って少なくとも部分的に延びる。特定の実施形態において、環状又は半径方向シール２５６は、内側管体２５２の内面２５８とパイロットノズル２０６の内壁２３０との間に延びることができる。シール２５６は、ピストンシール、リップシール、又はその意図する用途に好適な何らかのシールとすることができる。シール２５６は、一般に、内側管体２５２の外面２５８の周りに円周方向に延び、パイロットノズル２０６の内壁２３０に接してシールする。特定の実施形態において、パイロット燃料通路２４４は、ノズル先端２０６の内壁２３０、内側管体２５２の外面及びシール２５６の間に少なくとも部分的に定められる。
【００４１】
特定の実施形態において、図６に示すように、燃料ノズル組立体２００は、一方の端部にて中間管体２４６の下流側端部２６２に結合され、軸方向に対向する端部にてパイロットノズル２０６の上流側端部分１２６に結合されるベローズバネのような環状形状の伸張部材２６０を含む。伸張部材２６０は、予混合通路２３４の入口２３６から半径方向内向きに配置することができる。伸張部材２６０は、燃料ノズル組立体２００の作動中にパイロットノズル２０６に対して中心線２０４に沿った中間管体２４６の熱膨張を可能にする。
【００４２】
作動時には、図５及び６において全体的に示されるように、矢印２６４で示されるパイロット空気は、抽出空気供給源５０から端部カバー４４（図２）を通ってパイロット空気通路２４２内に送られる。図６に示すように、パイロット空気２６４は、パイロットノズル２０６の入口２３６を介して予混合通路２３４内に流入する。図５に示すように、矢印２６６で示されるパイロット燃料は、端部カバー４４（図２）を介してパイロット燃料通路２４４に提供される。図６に戻って参照すると、パイロット燃料２６６は、パイロットノズル２０６に向かって流れ、燃料ポート２４０を介して予混合通路２３４内に噴射される。パイロット空気２６４とパイロット燃料２６６が予混合通路２３４内で混合される。図６に示すように、矢印２６８で示される予混合パイロット燃料−空気混合気は、予混合通路２３４の出口２３８から流出する。予混合パイロット燃料−空気混合気２６８は、出口２３８から流出するときに点火され燃焼することができる。
【００４３】
本明細書で提供される燃料ノズル組立体１００，２００は、パイロットノズルを組み込んだ既存の燃料ノズル組立体に優る様々な技術上の利点をもたらす。例えば、内側管体又はカートリッジ１５２，２５２及び中間管体１４６，２４６は、パイロット空気１６４，２６４及びパイロット燃料１６６，２６６をパイロットノズル１０６，２０６に提供するのに必要な通路を生成する。燃料ノズル組立体２００における伸張部材２６０は、パイロット空気２６４とパイロット燃料２６６の温度差に起因した熱膨張に対処する。燃料ノズル組立体１００に関して、パイロットノズル１０６の外壁１３２は、パイロット空気２６４とパイロット燃料２６６の温度差に起因した熱膨張に対処するため、中心本体１０２に対して滑動又は移動することができる。加えて、パイロットノズル１０６，２０６は、パイロットノズル１０６，２０６の補修及び／又は交換を可能にするため中心本体１０２，２０２から取り外すことができる。
【００４４】
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。
【００４５】
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
燃料ノズル組立体であって、上記燃料ノズル組立体の中心線に沿って軸方向に延び、パイロット空気通路及びパイロット燃料通路が定められた中心本体と、上記中心本体の下流側端部分内に配置され、上記パイロット空気通路と流体連通した入口と、該入口の下流側にある出口と、上記パイロット燃料通路と流体連通した燃料ポートとを各々が有する複数の予混合通路を含むパイロットノズルと、上記中心本体と同軸方向に整列され且つ上記中心本体から半径方向に離間して配置されて間に環状通路を定めるようにした外側スリーブと、上記中心本体から上記外側スリーブまで半径方向外向きに延びるストラットと、上記パイロット空気通路と流体連通し、上記外側スリーブ、上記ストラット及び上記中心本体を貫通して延びた入口通路と、を備える、燃料ノズル組立体。
［実施態様２］
上記パイロットノズルの外壁は、上記中心本体の内面と滑動可能に係合される、実施態様１に記載の燃料ノズル組立体。
［実施態様３］
上記ストラットは、スワーラベーンである、実施態様１に記載の燃料ノズル組立体。
［実施態様４］
上記複数の予混合通路は、上記パイロットノズルの内壁と外壁との間で上記燃料ノズル組立体の軸方向中心線の周りに環状に配列される、実施態様１に記載の燃料ノズル組立体。
［実施態様５］
上記パイロット空気通路は、上記中心本体内に同軸方向に延びる中間管体と、上記中心本体の内面との間に定められる、実施態様１に記載の燃料ノズル組立体。
［実施態様６］
上記中間管体の下流側端部は、上記予混合通路の入口から半径方向内向きで上記パイロットノズルの上流側部分にシールされる、実施態様４に記載の燃料ノズル組立体。
［実施態様７］
上記パイロット燃料通路は、内側管体と中間管体との間に定められ、上記内側管体及び中間管体が上記中心本体内に同軸方向に延びる、実施態様１に記載の燃料ノズル組立体。
［実施態様８］
上記パイロット燃料通路の一部は、上記内側管体の外面と上記パイロットノズルの内壁との間に少なくとも部分的に定められる、実施態様１に記載の燃料ノズル組立体。
［実施態様９］
上記内側管体は、上記パイロットノズルを貫通して少なくとも部分的に延びる、実施態様８に記載の燃料ノズル組立体。
［実施態様１０］
ガスタービンの燃焼器であって、外側ケーシングに結合されて該外側ケーシングと共に上記燃焼器のヘッド端部分を形成し、該ヘッド端部分が上記ガスタービンの圧縮機と流体連通した端部カバーと、上記端部カバーに接続されて上記燃焼器のヘッド端部分内に軸方向に延びる燃料ノズル組立体と、を備え、上記燃料ノズル組立体が、上記燃料ノズル組立体の中心線に沿って軸方向に延び、パイロット空気通路及びパイロット燃料通路が定められた中心本体と、上記中心本体の下流側端部分内に配置され、上記パイロット空気通路と流体連通した入口と、該入口の下流側にある出口と、上記パイロット燃料通路と流体連通した燃料ポートとを各々が有する複数の予混合通路を含むパイロットノズルと、上記中心本体と同軸方向に整列され且つ上記中心本体から半径方向に離間して配置されて間に環状通路を定めるようにした外側スリーブと、上記中心本体から上記外側スリーブまで半径方向外向きに延びるストラットと、上記パイロット空気通路及び上記燃焼器のヘッド端部分と流体連通し、上記外側スリーブ、上記ストラット及び上記中心本体を貫通して延びた入口通路と、を備える、燃焼器。
［実施態様１１］
上記パイロットノズルの外壁は、上記中心本体の内面と滑動可能に係合される、実施態様１０に記載の燃焼器。
［実施態様１２］
上記ストラットは、スワーラベーンである、実施態様１０に記載の燃焼器。
［実施態様１３］
上記複数の予混合通路は、上記パイロットノズルの内壁と外壁との間で上記燃料ノズル組立体の軸方向中心線の周りに環状に配列される、実施態様１０に記載の燃焼器。
［実施態様１４］
上記パイロット空気通路は、上記中心本体内に同軸方向に延びる中間管体と、上記中心本体の内面との間に定められる、実施態様１０に記載の燃焼器。
［実施態様１５］
上記中間管体の下流側端部は、上記予混合通路の入口から半径方向内向きで上記パイロットノズルの上流側部分にシールされる、実施態様１４に記載の燃焼器。
［実施態様１６］
上記パイロット燃料通路は、内側管体と中間管体との間に定められ、上記内側管体及び中間管体が上記中心本体内に同軸方向に延びる、実施態様１０に記載の燃焼器。
［実施態様１７］
上記パイロット燃料通路の一部は、上記内側管体の外面と上記パイロットノズルの内壁との間に少なくとも部分的に定められる、実施態様１０に記載の燃焼器。
［実施態様１８］
上記内側管体は、上記パイロットノズルを貫通して少なくとも部分的に延びる、実施態様１７に記載の燃焼器。
［実施態様１９］
燃料ノズル組立体であって、上記燃料ノズル組立体の中心線に沿って軸方向に延び、環状パイロット空気通路及び環状パイロット燃料通路が定められた中心本体を備え、上記パイロット空気通路が上記パイロット燃料通路から半径方向外向きに定められ、上記燃料ノズル組立体が更に、上記パイロット空気通路と流体連通したベース部を含み、該ベース部が燃焼器の端部カバーからパイロット空気を受けるように構成され、上記燃料ノズル組立体が更に、上記中心本体の下流側端部分内に配置されたパイロットノズルを備え、上記パイロットノズルは、上記パイロット空気通路と流体連通した入口と、該入口の下流側にある出口と、上記パイロット燃料通路と流体連通した燃料ポートとを各々が有する複数の予混合通路を含む、燃料ノズル組立体。
［実施態様２０］
上記複数の予混合通路は、上記パイロットノズルの内壁と外壁との間で上記燃料ノズル組立体の軸方向中心線の周りに環状に配列される、実施態様１９に記載の燃料ノズル組立体。
［実施態様２１］
上記パイロット空気通路は、中間管体と上記中心本体の内面との間に定められ、上記中間管体が、上記ベース部から上記パイロットノズルまで上記中心本体内で同軸方向に延びる、実施態様１９に記載の燃料ノズル組立体。
［実施態様２２］
上記中間管体の下流側端部は、予混合通路の入口から半径方向内向きで上記パイロットノズルの上流側部分にシールされる、実施態様２１に記載の燃料ノズル組立体。
［実施態様２３］
伸張部材を更に備え、上記中間管体の下流側端部は、上記予混合通路の入口から半径方向内向きで上記伸張部材を介して上記パイロットノズルの上流側部分に結合される、実施態様２１に記載の燃料ノズル組立体。
［実施態様２４］
上記パイロット燃料通路は、内側管体と中間管体との間に定められ、上記内側管体及び中間管体が、上記ベース部から上記パイロットノズルまで上記中心本体内に同軸方向に延びる、実施態様１９に記載の燃料ノズル組立体。
［実施態様２５］
上記パイロット燃料通路の一部は、上記内側管体の外面と上記パイロットノズルの内壁との間に少なくとも部分的に定められる、実施態様１９に記載の燃料ノズル組立体。
［実施態様２６］
上記内側管体は、上記パイロットノズルを貫通して少なくとも部分的に延びる、実施態様２５に記載の燃料ノズル組立体。
［実施態様２７］
上記内側管体は、ブリーチ装荷カートリッジである、実施態様２５に記載の燃料ノズル組立体。
［実施態様２８］
上記内側管体の周りに円周方向に延び且つパイロットノズルの内壁に接してシールする環状シールを更に備える、実施態様２５に記載の燃料ノズル組立体。
［実施態様２９］
上記中心本体と同軸方向に整列され且つ上記中心本体から半径方向に離間して配置されて間に環状通路を定めるようにした外側スリーブと、上記中心本体から上記外側スリーブまで半径方向外向きに延びる複数のスワーラベーンとを更に備える、実施態様１９に記載の燃料ノズル組立体。
［実施態様３０］
ガスタービンの燃焼器であって、外側ケーシングに結合されて該外側ケーシングと共に上記燃焼器のヘッド端部分を形成する端部カバーと、上記端部カバーに接続されて上記燃焼器のヘッド端部分内に軸方向に延びる燃料ノズル組立体と、を備え、上記燃料ノズル組立体が、上記燃料ノズル組立体の中心線に沿って軸方向に延び、パイロット空気通路及びパイロット燃料通路が定められた中心本体を備え、上記パイロット空気通路が、パイロット燃料通路から半径方向外向きに定められ、上記燃料ノズル組立体が更に、上記パイロット空気通路と流体連通したベース部を備え、該ベース部が上記端部カバーからパイロット空気を受けるように構成され、上記燃料ノズル組立体が更に、上記中心本体の下流側端部分内に配置され、上記パイロット空気通路と流体連通した入口と、該入口の下流側にある出口と、上記パイロット燃料通路と流体連通した燃料ポートとを各々が有する複数の予混合通路を含むパイロットノズルを備える、燃焼器。
［実施態様３１］
上記複数の予混合通路は、上記パイロットノズルの内壁と外壁との間で上記燃料ノズル組立体の軸方向中心線の周りに環状に配列される、実施態様３０に記載の燃焼器。
［実施態様３２］
上記パイロット空気通路は、中間管体と、上記中心本体の内面との間に定められ、上記中間管体は、上記ベース部から上記パイロットノズルまで上記中心本体内で同軸方向に延びる、実施態様３０に記載の燃焼器。
［実施態様３３］
上記中間管体の下流側端部は、予混合通路の入口から半径方向内向きで上記パイロットノズルの上流側部分にシールされる、実施態様３２に記載の燃焼器。
［実施態様３４］
伸張部材を更に備え、上記中間管体の下流側端部は、上記予混合通路の入口から半径方向内向きで上記伸張部材を介して上記パイロットノズルの上流側部分に結合される、実施態様３２に記載の燃焼器。
［実施態様３５］
上記パイロット燃料通路は、内側管体と中間管体との間に定められ、上記内側管体及び中間管体が、上記ベース部から上記パイロットノズルまで上記中心本体内に同軸方向に延びる、実施態様３０に記載の燃焼器。
［実施態様３６］
上記パイロット燃料通路の一部は、上記内側管体の外面と上記パイロットノズルの内壁との間に少なくとも部分的に定められる、実施態様３０に記載の燃焼器。
［実施態様３７］
上記内側管体は、上記パイロットノズルを貫通して少なくとも部分的に延びる、実施態様３６に記載の燃焼器。
［実施態様３８］
上記内側管体は、ブリーチ装荷カートリッジである、実施態様３６に記載の燃焼器。
［実施態様３９］
上記内側管体の周りに円周方向に延び且つパイロットノズルの内壁に接してシールする環状シールを更に備える、実施態様３０に記載の燃焼器。
［実施態様４０］
上記中心本体と同軸方向に整列され且つ上記中心本体から半径方向に離間して配置されて間に環状通路を定めるようにした外側スリーブと、上記中心本体から上記外側スリーブまで半径方向外向きに延びる複数のスワーラベーンとを更に備える、実施態様３０に記載の燃焼器。
【符号の説明】
【００４６】
１０  ガスタービン
１２  入口セクション
１４  作動流体
１６  圧縮機
１８  圧縮作動流体
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  ケーシング
４２  高圧プレナム
４４  端部カバー
４６  ヘッド端部
４８  燃料ノズル組立体
５０  抽出空気供給源
５２  ライナ
５４  燃焼室
５６  高温ガス経路
５８  流れ／インピンジメントスリーブ
６０  環状流路
１００  燃料ノズル組立体
１０２  中心本体
１０４  中心線
１０６  パイロットノズル
１０８  下流側端部分−中心本体
１１０  外側スリーブ
１１２  環状通路
１１４  ストラット／スワーラベーン
１１６  管体
１１８  上流側端部分−中心本体
１２２  内面−中心本体
１２４  外面−中心本体
１２６  上流側端部分−パイロットノズル
１２８  下流側端部分−パイロットノズル
１３０  内壁−パイロットノズル
１３２  外壁−パイロットノズル
１３４  予混合通路
１３６  Inlet
１３８  Outlet
１４０  燃料ポート
１４２  パイロット空気通路
１４４  パイロット燃料通路
１４６  中間管体
１４８  外面−中間管体
１５０  下流側端部−中間管体
１５２  内側管体
１５４  下流側端部−内側管体
１５６  内面−下流側端部−パイロットノズル
１５８  外面−内側管体
１６０  ベース部−燃料ノズル組立体
１６２  入口通路
１６４  パイロット空気
１６６  パイロット燃料
１６８  予混合パイロット燃料−空気混合気
２００  燃料ノズル組立体
２０２  中心本体
２０４  中心線
２０６  パイロットノズル
２０８  下流側端部分−中心本体
２１０  外側スリーブ
２１２  環状通路
２１４  ストラット／スワーラベーン
２１６  管体
２１８  上流側端部分−中心本体
２２２  内面−中心本体
２２４  外面−中心本体
２２６  上流側端部分−パイロットノズル
２２８  下流側端部分−パイロットノズル
２３０  内壁−パイロットノズル
２３２  外壁−パイロットノズル
２３４  予混合通路
２３６  入口
２３８  出口
２４０  燃料ポート
２４２  パイロット空気通路
２４４  パイロット燃料通路
２４６  中間管体
２５０  外面−中間管体
２５２  内側管体
２５４  ベース部−燃料ノズル組立体
２５６  シール
２５８  外面−内側管体
２６０  ベローズ／伸張部材
２６２  下流側端部−中間管体
２６４  パイロット空気
２６６  パイロット燃料
２６８  予混合パイロット燃料−空気混合気
【図１】
0006746356.tif 000002
【図２】
0006746356.tif 000003
【図３】
0006746356.tif 000004
【図４】
0006746356.tif 000005
【図５】
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【図６】
0006746356.tif 000007