(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンエンジン（１２）用の燃料システム（１０）であって、
燃焼器（３２）に位置する少なくとも１つの噴射器（３０）を有する第１の一次噴射器アッセンブリ段（２０）を備え、該第１の一次噴射器アッセンブリ段（２０）は第１のメイン噴射器システムであり、
前記燃焼器（３２）に位置する少なくとも１つの噴射器（３４）を有する第２の一次噴射器アッセンブリ段（２２）をさらに備え、該第２の一次噴射器アッセンブリ段（２２）は第２のメイン噴射器システムであり、
前記燃焼器（３２）に位置する少なくとも１つの噴射器を有する第１の予混合噴射器アッセンブリ段（２４）をさらに備え、該第１の予混合噴射器アッセンブリ段（２４）は、少なくとも前記第２の一次噴射器アッセンブリ段（２２）にも燃料を供給する燃料源に流体連通されており、前記第１の予混合噴射器アッセンブリ段（２４）は二次噴射器システムであり、
前記第１の予混合噴射器アッセンブリ段（２４）と前記第２の一次噴射器アッセンブリ段（２２）とは、前記燃料システム（１０）が、前記第１の予混合噴射器アッセンブリ段（２４）と前記第２の一次噴射器アッセンブリ段（２２）とを介して同時に前記タービンエンジンの前記燃焼器（３２）内に燃料を放出できるように互いに連結されており、
前記第１の予混合噴射器アッセンブリ段（２４）は、燃料供給マニホルド（２８）を内に含む支持ハウジングから前記燃焼器（３２）内の燃焼室（２６）内へと延在しかつ該燃料供給マニホルド（２８）に流体連通している、少なくとも６つの燃料噴射器ペグ（３８）であり、
前記燃料噴射器ペグ（３８）は、前記支持ハウジング（４０）から下流に延在する周方向の１つの列内に位置し、かつ前記第２の一次噴射器アッセンブリ段（２２）を形成する噴射器（３４）によって互いに隔てられていることを特徴とする、タービンエンジン（１２）用の燃料システム（１０）。
【請求項２】
前記第２の一次噴射器アッセンブリ段（２２）は燃料供給マニホルド（２８）に流体連通しており、前記第１の予混合噴射器アッセンブリ段（２４）は前記燃料供給マニホルド（２８）に流体連通している、請求項１記載の燃料システム（１０）。
【請求項３】
前記燃料供給マニホルド（２８）は、前記第２の一次噴射器アッセンブリ段（２２）よりも少ない燃料を前記第１の予混合噴射器アッセンブリ段（２４）に供給するように構成されている、請求項２記載の燃料システム（１０）。
【請求項４】
前記第１の予混合噴射器アッセンブリ段（２４）の前記少なくとも１つの噴射器（３６）は、燃料スワーラ（４２）の上流に位置している、請求項１から３までのいずれか１項記載の燃料システム（１０）。
【請求項５】
前記第１の予混合噴射器アッセンブリ段（２４）の前記少なくとも１つの噴射器（３６）の下流端部（４４）は、前記第２の一次噴射器アッセンブリ段（２２）の前記少なくとも１つの噴射器（３４）の下流端部（４６）の上流で終端している、請求項１から４までのいずれか１項記載の燃料システム（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にタービンエンジンに関し、より詳細にはタービンエンジン用の燃料システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、ガスタービンエンジンは、火炎ゾーンの上流の空気と混合させるように燃焼器内に燃料を噴射するための複数の噴射器を有している。従来のタービンエンジンの燃料噴射器は、少なくとも３つの異なる機構のうちの１つに配置することができる。燃料噴射器は希薄予混合火炎システムに設けられていてよく、この希薄予混合火炎システムでは、火炎ゾーンでの燃焼時に空気と燃料が完全に混合されるように、空気・燃料混合物が点火される場所の十分上流の空気流に燃料が噴射される。また、燃料噴射器は、燃料と空気が混合されると同時に燃焼されるような拡散火炎システム内に構成されていてもよい。しばしば部分予混合システムと呼ばれるさらに別の構成では、燃料噴射器は、火炎ゾーンの上流に、空気の一部が燃料と混合するのに十分な距離をおいて、燃料を噴射することができる。部分予混合システムは、希薄予混合火炎システムと拡散火炎システムとの組み合わせである。
【０００３】
運転中、燃料は燃焼室内に噴射器により、（トップハット噴射又はパイロット予混合特徴を有する構造のための）パイロットノズル、Ａ段、Ｂ段、Ｃ段のような３つ又は４つの段内へと噴射される。パイロットノズルは、予混合及び拡散段から成っていてもよい。パイロットノズルは、小拡散火炎噴射器を形成するように燃焼する燃料を提供し、かつ、予混合されたＡ段、Ｂ段、Ｃ段における安定性を提供する。しばしばタービンエンジンは、高レベルの空気流を使用して運転されるので、その結果、大量のＮＯｘ形成を阻止するのに十分低い火炎温度を有する希薄燃料混合物が生じる。しかしながら、希薄火炎は火炎温度が低いので、希薄火炎はＣＯの生成量が高くなりやすい。過剰なＣＯの生成量は有害であるので、ＣＯエミッションを制限する必要性がある。
【０００４】
タービンエンジンはしばしば、全負荷時よりも部分負荷時においてより高い空燃比で運転される。しかしながら、タービンエンジンは全負荷に合わせて設計されている。従って、全負荷で運転されるように設計されたノズルは、部分負荷の際には極めて希薄に運転される。部分負荷時にエンジンを通過する空気流を減じるために入口ガイドベーン（ＩＧＶ）を使用することができ、これにより空燃比をあげ、より広い範囲の負荷にわたってより効率よくエンジンを運転することができる。しかしながら、ＩＧＶは、限られた量の空気流を制限するためにしか使用することができない。
【０００５】
ＩＧＶを効果的に使用することができる負荷よりも高い負荷の際に、燃料噴射を制御するために燃料ステージングが使用される。燃料ステージングは、燃料システム内の全ての噴射器よりも少ない噴射器から燃料を放出する方法である。燃料を放出する噴射器の数を減らすことにより、部分負荷でのタービンエンジンの運転中噴射器を通過する燃料の量は増大し、従って、焼損は改善される。しかしながら、燃料ステージングを使用することにより、補助配管、オリフィス燃料流メータ、圧力センサ、温度センサ、差圧を検出するセンサが重複して必要となる。さらに、従来のＣ段燃料噴射は目下、Ｃ段燃料マニホルドと共に燃焼器内に設置された成形溶接リングを介して達成される。従来のＣ段燃料噴射システムは通常、組み立て中に特別に嵌め込まれるいくつかの溶接された構成要素から成る複雑なアッセンブリを含む。この設計のための困難な組み立て及び分解手順は、これら構成要素の故障をもたらすいくつかの重要な現場問題に寄与する要因であると考えられている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ガスタービンエンジン用の燃料システムが開示される。この燃料システムは、共通の燃料源を介してメイン段と二次段とに燃料を供給することにより効率を改善している。この燃料システムは、第１及び第２の一次噴射器アッセンブリ段と、燃焼室の上流に位置する第１の予混合噴射器アッセンブリ段とから成っていてよい。第１の予混合噴射器アッセンブリ段は二次噴射器システムである。第２の一次噴射器アッセンブリ段と第１の予混合噴射器アッセンブリ段とは、第２の一次噴射器アッセンブリ段と第１の予混合噴射器アッセンブリ段とに個別に燃料が供給されるシステム内で生じる構成要素の重複を解消するために、同じ燃料源に流体連通することができる。燃料システムはさらに、第１の予混合噴射アッセンブリ段が、エンジン組み立て中に挿入される特注の嵌め込みパーツにより形成される必要がないように、構成することができる。むしろ、燃料システムは、このような構成要素なしに形成することができる。少なくとも１つの実施形態では、第２の一次噴射器アッセンブリ段と第１の予混合噴射器アッセンブリ段とはそれぞれ、第１の予混合噴射器アッセンブリ段よりも第２の一次噴射器アッセンブリ段により多くの燃料を供給するように構成された１つの燃料マニホルドに連通していてよい。
【０００７】
燃料システムは、燃焼器に位置する少なくとも１つの噴射器を有する第１の一次噴射器アッセンブリ段を備えていてよく、この第１の一次噴射器アッセンブリ段は第１のメイン噴射器システムである。燃料システムはさらに、燃焼器に位置する少なくとも１つの噴射器を有する第２の一次噴射器アッセンブリ段を備えていてよく、この第２の一次噴射器アッセンブリ段は第２のメイン噴射器システムである。燃料システムは、燃焼器に位置する１つ以上の噴射器から成る第１の予混合噴射器アッセンブリ段を備えていてよく、この第１の予混合噴射アッセンブリ段は、少なくとも第２の一次噴射アッセンブリ段にも燃料を供給する燃料源に流体連通している。第１の予混合噴射器アッセンブリ段は二次噴射器システムであってよい。第１の予混合噴射器アッセンブリ段と第２の一次噴射器アッセンブリ段とは、燃料システムが、第１の予混合噴射器アッセンブリ段と第２の一次噴射器アッセンブリ段とを介して同時にタービンエンジンの燃焼器内に燃料を放出できるように互いに連結されていてよい。少なくとも１つの実施形態では、第２の一次噴射器アッセンブリ段は燃料供給マニホルドに流体連通していてよく、第１の予混合噴射器アッセンブリ段は前記燃料供給マニホルドに流体連通していてよい。燃料供給マニホルドは、第２の一次噴射器アッセンブリ段よりも少ない燃料を第１の予混合噴射器アッセンブリ段に供給するように構成されていてよい。
【０００８】
第１の予混合噴射器アッセンブリ段は、燃焼器内の燃焼室内へと延在する１つ以上の燃料噴射器を備えていてよい。少なくとも１つの実施形態では、燃料噴射器は、燃料供給マニホルドに流体連通している燃料噴射器ペグであってよい。燃料噴射器ペグは、燃料供給マニホルドを内に含む支持ハウジングから延在していてよい。少なくとも１つの実施形態では、燃料噴射器ペグは少なくとも６つの燃料噴射器ペグを有していてよく、これらの燃料噴射器ペグは、燃料供給マニホルドを内に含む支持ハウジングから燃焼室内へと延在している。これらの燃料噴射器ペグは、支持ハウジングから下流に延在する周方向の１つの列に位置していてよい。これらの燃料噴射器ペグは、第２の一次噴射アッセンブリ段を形成する噴射器によって隔てられていてよい。
【０００９】
第１の予混合噴射器アッセンブリ段の１つ以上の噴射器は、燃料スワーラの上流に位置していてよい。第１の予混合噴射アッセンブリ段の１つ以上の噴射器の下流端部は、第２の一次噴射アッセンブリ段の噴射器の下流端部の上流で終端していてよい。
【００１０】
この燃料システムの利点は、この燃料システムが、許容可能なエンジン動力学とＮＯｘエミッションを維持しつつ、一次燃料噴射器アッセンブリ段と二次燃料噴射器アッセンブリ段とを結合することができ、これにより重複する補助配管、オリフィス燃料流メータ、圧力センサ、温度センサ、差圧を検出するセンサの必要性を省くことができることにある。
【００１１】
この燃料システムの別の利点は、二次燃料噴射器アッセンブリ段を形成する第１の予混合噴射器アッセンブリ段を支持ハウジングに容易に組み込むことができることにある。この組み込みの際に、二次燃料噴射器システムのための従来の燃料供給システムのための構成要素、マニホルド等のために特注の嵌め込み部を形成する必要はない。
【００１２】
これらの実施の形態及びその他の実施の形態を以下により詳細に説明する。
【００１３】
本明細書に組み込まれ明細書の一部を成す添付の図面は、本発明の実施態様を示しており、詳細な説明と共に、本発明の原理を開示している。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】燃料システムを備えたタービンエンジンの一部を示す断面図である。
【図２】一次燃料段と二次燃料段とを備えた支持ハウジングを示す斜視図である。
【図３】燃焼器から取り外された燃料システムを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１〜図３に示すように、ガスタービンエンジン１２用の燃料システム１０が開示されている。この燃料システム１０は、共通の燃料源１８を介してメイン段１４と二次段１６とに燃料を供給することにより効率を改善している。この燃料システム１０は、第１及び第２の一次噴射器アッセンブリ段２０，２２と、燃焼室２６の上流に位置する第１の予混合噴射器アッセンブリ段２４とから成っていてよい。第１の予混合噴射器アッセンブリ段２４は二次噴射器システムである。第２の一次噴射器アッセンブリ段２２と第１の予混合噴射器アッセンブリ段２４とは、第２の一次噴射器アッセンブリ段２２と第１の予混合噴射器アッセンブリ段２４とに個別に燃料が供給されるシステム内で生じる構成要素の重複を解消するために、同じ燃料源１８に流体連通することができる。燃料システム１０は、第１の予混合噴射器アッセンブリ段２４が、エンジン組み立て中に挿入される特注の嵌め込みパーツにより形成される必要がないように、構成することもできる。むしろ、燃料システム１０は、このような構成要素なしに形成することができる。少なくとも１つの実施形態では、第２の一次噴射器アッセンブリ段２２と第１の予混合噴射器アッセンブリ段２４とはそれぞれ、第１の予混合噴射器アッセンブリ段２４よりも第２の一次噴射器アッセンブリ段２２により多くの燃料を供給するように構成された１つの燃料マニホルド２８に連通していてよい。
【００１６】
少なくとも１つの実施形態では、燃料システム１０は、第１の一次噴射器アッセンブリ段２０から形成されていてよい。この第１の一次噴射器アッセンブリ段２０は、燃焼器３２内に位置する１つ以上の噴射器３０を備えている。第１の一次噴射器アッセンブリ段２０は第１のメイン噴射器システムであってよい。第１の一次噴射器アッセンブリ段２０は、１〜１６個の噴射器３０のような任意の適切な数の噴射器３０を有していてよいが、この数に限定されるものではない。燃料システム１０は、第２の一次噴射器アッセンブリ段２２を有していてよい。この第２の一次噴射器アッセンブリ段２２は、燃焼器３２内に位置する１つ以上の噴射器３４から形成されている。第２の一次噴射器アッセンブリ段２２は第２のメイン噴射器システムであってよい。第２の一次噴射器アッセンブリ段２２は、１〜１６個の噴射器３４のような任意の適切な数の噴射器３４を有していてよいが、この数に限定されるものではない。第１及び第２の一次噴射器アッセンブリ段２０，２２は、異なる燃料源に連結されてよい。
【００１７】
燃料システム１０はさらに、１つ以上の第１の予混合噴射器アッセンブリ段２４を有していてよい。この第１の予混合噴射器アッセンブリ段２４は、燃焼器３２内に位置する１つ以上の噴射器３６から成っており、第２の一次噴射器アッセンブリ段２２にも燃料を供給する燃料源１８に流体連通している。第１の予混合噴射器アッセンブリ段２４は二次噴射器システムであってよい。第１の予混合噴射器アッセンブリ段２４は、燃焼器３２内の燃焼室２６内に延在する１つ以上の燃料噴射器３６を備えていてよい。燃料噴射器３６は、燃料供給マニホルド２８に流体連通している燃料噴射器ペグ３８であってよい。燃料噴射器ペグ３８は、燃料供給マニホルド２８を内に含む支持ハウジング４０から延在していてよい。燃料噴射器ペグ３８は、円筒状又は別の形状であってもよい。燃料噴射器ペグ３８は、図３に示すように、直線状、曲線状であってもよく、又は任意の構成を有していてもよい。少なくとも１つの実施形態では、支持ハウジング４０は、燃焼器３２の上流端部に位置するほぼ円筒状のハウジングであってよい。少なくとも１つの実施形態では、第１の予混合噴射器アッセンブリ段２４は少なくとも６つの燃料噴射器ペグ３８を有していてよい。これらの燃料噴射器ペグ３８は、燃料供給マニホルド２８を内に含む支持ハウジング４０から燃焼室２６内へと延在している。別の実施形態では、より多い又はより少ない、別の数の燃料噴射器ペグ３８が使用されてよい。これらの燃料噴射器ペグ３８は、支持ハウジング４０から下流に延在する周方向の１つの列に位置していてよい。これらの燃料噴射器ペグ３８は、第２の一次噴射器アッセンブリ段２２を形成する噴射器３４によって隔てられていてよい。少なくとも１つの実施形態では、第１の予混合噴射器アッセンブリ段２４の噴射器３６の下流端部４４は、第２の一次噴射器アッセンブリ段２２の噴射器３４の下流端部４６の上流で終端していてよい。第１の予混合噴射器アッセンブリ段２４の燃料噴射器３６は、燃料スワーラ４２の上流に位置していてよい。燃料スワーラ４２は、燃焼室２６内に位置していてよく、任意の適切な構成から成っていてよい。
【００１８】
第１の予混合噴射器アッセンブリ段２４と第２の一次噴射器アッセンブリ段２２とは、燃料システム１０が、第１の予混合噴射器アッセンブリ段２４と第２の一次噴射器アッセンブリ段２２とを介して同時にタービンエンジン１２の燃焼器３２内に燃料を放出できるように互いに連結されていてよい。少なくとも１つの実施形態では、第２の一次噴射器アッセンブリ段２２は燃料供給マニホルド２８に流体連通していてよく、第１の予混合噴射器アッセンブリ段２４は燃料供給マニホルド２８に流体連通していてよい。少なくとも１つの実施形態では、第１の一次噴射器アッセンブリ段２０は燃料供給マニホルド２８に連結されなくてもよい。燃料供給マニホルド２８は、第２の一次噴射器アッセンブリ段２２よりも少ない燃料を第１の予混合噴射器アッセンブリ段２４に供給するように構成されていてよい。
【００１９】
運転中、第１の予混合噴射器アッセンブリ段２４と第２の一次噴射器アッセンブリ段２２のような連結された一次燃料噴射器アッセンブリ段１４と二次燃料噴射器アッセンブリ段１６とは、同時に作動させることができ、エンジン負荷により運転されてよい。燃料は、燃料供給マニホルド２８から第１の予混合噴射器アッセンブリ段２４と第２の一次噴射器アッセンブリ段２２とに同時に供給されてよい。第１の予混合噴射器アッセンブリ段２４への燃料は、第１の予混合噴射器アッセンブリ段２４へと供給される燃料が、燃料供給マニホルド２８から第２の一次噴射器アッセンブリ段２２へと供給される燃料よりも少なくなるように、燃料供給マニホルド２８を介して絞ることができる。第１の一次噴射器アッセンブリ段２０は、第２の一次噴射器アッセンブリ段２２及び第１の予混合噴射器アッセンブリ段２４と同時に点火されてもよいし、又は点火されなくてもよい。第１の一次噴射器アッセンブリ段２０は、燃料供給マニホルド２８とは異なる燃料源から燃料を供給されてよい。パイロット段４８を含む実施形態では、パイロット段４８は、燃料供給マニホルド２８とは異なる燃料源から燃料を供給されてもよい。
【００２０】
上記説明は、本発明を例示、説明及び記述するという目的で提供されている。これらの実施の形態に対する変更及び適応は、当業者に明らかになるであろうし、本発明の範囲又は思想から逸脱することなく成し得るものである。
【図１】
0006415722.tif 000002
【図２】
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【図３】
0006415722.tif 000004