(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
火炎がノズルハードウェアに極度に近接して形成されかつ持続する場合に発生する保炎事故により生じる過度の損傷を回避するノズル（１）であって、
外壁（１１）及び内壁（１２）によって形成され、かつそれを通して空気がその中の燃料混合ゾーン（１６）及び燃焼ゾーン（５０）に流れる空気入口（８０）を備えた外側アニュラス（１０）と、
前記外側アニュラス（１０）の内壁（１２）内に配置された内側アニュラス（２０）と、
を含み、前記内側アニュラス（２０）が、
前記燃焼ゾーン（５０）に隣接しかつ該燃焼ゾーン（５０）から隔離され、またその中にその遠位端部（２３）に向けて燃料が送給される燃料ボリュームＤと、
前記燃料ボリュームＤと前記内壁（１２）との間に配置され、かつそれと共に前記燃焼ゾーン（５０）が該燃料ボリュームＤから隔離された状態でそれを通して空気が該燃焼ゾーン（５０）に流れる空気流管路（４０）と、
を含み、該ノズル（１）が、
前記外側アニュラス（１０）の内壁（１２）上に配置され、また保炎事故時に溶融しかつそれによってそれを通して燃料が前記燃料ボリュームＤの遠位端部（２３）から前記外側アニュラス（１０）内に位置しかつ前記燃料混合ゾーン（１６）の下流に位置する燃料燃焼ゾーン（１７）に流れるブリーチを形成するように構成されたヒューズ（１００）を、さらに含む、
ノズル（１）。
【請求項２】
前記空気流管路（４０）から前記燃料ボリュームＤを協働して隔離するように構成された第１の壁（４１）及び第１のバルクヘッド（１２０）と、
前記燃焼ゾーン（５０）から前記燃料ボリュームＤを隔離するように構成された第２のバルクヘッド（１３０）と、
をさらに含む、請求項１記載のノズル（１）。
【請求項３】
前記第１のバルクヘッド（１２０）から前記第２のバルクヘッド（１３０）まで延びかつそれによって前記空気流管路（４０）から前記燃焼ゾーン（５０）に空気を供給するのを可能にする管（１１０）の組をさらに含む、請求項２記載のノズル（１）。
【請求項４】
前記ヒューズ（１００）が、前記管（１１０）の位置に対応する位置において前記外側アニュラスの内壁（１２）内に配置される、請求項３記載のノズル（１）。
【請求項５】
前記ヒューズ（１００）の溶融及び前記ブリーチの存在の少なくとも１つを検知しかつ検知したことを示す信号を発生するように構成されたセンサ（１５０）をさらに含む、請求項１記載のノズル（１）。
【請求項６】
火炎がノズルハードウェアに極度に近接して形成されかつ持続する場合に発生する保炎事故により生じる過度の損傷を回避するノズル（１）であって、
外壁（１１）及び内壁（１２）によって形成され、かつそれを通して空気がその中の燃料混合ゾーン（１６）及び燃焼ゾーン（５０）に流れる空気入口（８０）を備えた外側アニュラス（１０）と、
前記外側アニュラス（１０）の内壁（１２）内に配置された内側アニュラス（２０）と、
を含み、前記内側アニュラス（２０）が、
前記燃焼ゾーン（５０）に隣接しかつ該燃焼ゾーン（５０）から隔離され、またその中にその遠位端部（２３）に向けて燃料が送給される燃料ボリュームＤと、
前記燃料ボリュームＤと前記内壁（１２）との間に配置され、かつそれと共に前記燃焼ゾーン（５０）が該燃料ボリュームＤから隔離された状態でそれを通して空気が該燃焼ゾーン（５０）に流れる空気流管路（４０）と、
を含み、該ノズル（１）が、
それを通して空気が前記空気流管路（４０）から前記燃焼ゾーン（５０）に供給される第１の通路（３３０）及び第２の通路（３２０）を含み、かつ前記燃料ボリュームＤから前記空気流管路（４０）及び燃焼ゾーン（５０）を隔離するように構成されたバルクヘッド（３００）と、
前記外側アニュラス（１０）の内壁（１２）上に配置され、また保炎事故時に溶融しかつそれによってそれを通して燃料が前記燃料ボリュームＤの遠位端部（２３）から前記バルクヘッド（３００）の第２の通路（３２０）を介して前記外側アニュラス（１０）内に位置しかつ前記燃料混合ゾーン（１６）の下流に位置する燃料燃焼ゾーン（１７）に流れるブリーチを形成するように構成されたヒューズ（１００）を、さらに含む、
ノズル（１）。
【請求項７】
前記ヒューズ（１００）が、前記バルクヘッド（３００）の位置に対応する位置において前記外側アニュラス（１０）の内壁（１２）内に配置される、請求項６記載のノズル（１）。
【請求項８】
前記ヒューズ（１００）が、該ヒューズが保炎事故時に前記外側アニュラス（１０）の内壁（１２）がその溶融温度に達するのに必要な時間よりも十分に短い時間内に溶融するように十分に薄くなった該外側アニュラスの内壁の一部分を含む、請求項６記載のノズル（１）。
【請求項９】
前記ヒューズ（１００）の溶融及び前記ブリーチの存在の少なくとも１つを検知しかつ検知したことを示す信号を発生するように構成されたセンサ（１５０）をさらに含む、請求項６記載のノズル（１）。
【請求項１０】
火炎がノズルハードウェアに極度に近接して形成されかつ持続する場合に発生する保炎事故により生じる過度の損傷を回避するノズル（１）であって、
該ノズル（１）の燃焼ゾーン（５０）に隣接しかつ該燃焼ゾーン（５０）から隔離され、該ノズル（１）のアニュラス（２０）の壁によって形成され、またその中にその遠位端部（２３）に向けて燃料が送給される燃料ボリュームＤと、
前記燃料ボリュームＤの外部に配置され、かつそれと共に前記燃焼ゾーン（５０）が該燃料ボリュームＤから隔離された状態でそれを通して空気が該燃焼ゾーン（５０）に流れる空気流管路（４０）と、
前記燃料ボリュームＤの壁内に配置され、また保炎事故時に溶融しかつそれによってそれを通して燃料が前記燃料ボリュームＤの遠位端部（２３）から該ノズル（１）の燃料混合ゾーン（１６）の下流に設置された該ノズル（１）の燃料燃焼ゾーン（１７）に流れるブリーチを形成するように構成されたヒューズ（１００）と、
を含むノズル（１）。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明の態様は、予混合燃焼システムに関し、より具体的には、予混合燃焼システムを使用するガスタービン燃焼器並びに他の場合における予混合燃焼システムに関する。
【技術分野】
【０００２】
一般的に、ガスタービン燃焼器は、燃焼に先立って空気及び燃料を完全に混合するように設計された予混合燃焼システムを使用する。このようにして、ガスタービン燃焼器は、燃料及び空気が燃焼する時にそれらが混合さる拡散燃焼システムと比較してより低いエミッションを達成することができる。
【０００３】
しかしながら、ガスタービン燃焼器の予混合燃焼システムは、保炎と呼ばれる不具合モードを受ける。保炎では、燃焼がない状態で燃料混合するように意図した燃焼器のゾーン内で、火炎が発生開始しかつその後持続する。詳細には、火炎は、正常作動時にはノズルの吐出又は燃焼ゾーン（図１の領域Ａを参照）で持続するが、保炎事故のような異常作動時には、火炎は、予混合アニュラス（図１の領域Ｂを参照）内で持続し、そこでは火炎が、燃料ノズルの損傷及び該燃料ノズルの低エミッション機能の不具合を引き起こす可能性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の態様によると、火炎がノズルハードウェアに極度に近接して形成されかつ持続する場合に発生する保炎事故により生じる過度の損傷を回避するノズルを提供し、本ノズルは、外壁及び内壁によって形成されかつそれを通して空気がその中の燃料混合ゾーン及び燃焼ゾーンに流れる空気入口を備えた外側アニュラスと、外側アニュラスの内壁内に配置された内側アニュラスとを含み、内側アニュラスは、燃焼ゾーンに隣接しかつ該燃焼ゾーンから隔離され、またその中にその遠位端部に向けて燃料が送給される燃料ボリュームと、燃料ボリュームと内壁との間に配置されかつそれと共に燃焼ゾーンが該燃料ボリュームから隔離された状態でそれを通して空気が該燃焼ゾーンに流れる空気流管路とを含み、本ノズルはさらに、ヒューズを含む。ヒューズは、外側アニュラスの内壁上に配置され、また保炎事故時に溶融しかつそれによってそれを通して燃料が燃料ボリュームの遠位端部から外側アニュラス内に位置しかつ燃料混合ゾーンの下流に位置する燃料燃焼ゾーンに流れるブリーチを形成するように構成される。
【０００５】
本発明の別の態様によると、火炎がノズルハードウェアに極度に近接して形成されかつ持続する場合に発生する保炎事故により生じる過度の損傷を回避するノズルを提供し、本ノズルは、外壁及び内壁によって形成されかつそれを通して空気がその中の燃料混合ゾーン及び燃焼ゾーンに流れる空気入口を備えた外側アニュラスと、外側アニュラスの内壁内に配置された内側アニュラスとを含み、内側アニュラスは、燃焼ゾーンに隣接しかつ該燃焼ゾーンから隔離され、またその中にその遠位端部に向けて燃料が送給される燃料ボリュームと、燃料ボリュームと内壁との間に配置されかつそれと共に燃焼ゾーンが該燃料ボリュームから隔離された状態でそれを通して空気が該燃焼ゾーンに流れる空気流管路とを含み、本ノズルはさらに、それを通して空気が空気流管路から燃焼ゾーンに供給される第１の通路及び第２の通路を含みかつ燃料ボリュームから空気流管路及び燃焼ゾーンを隔離するように構成されたバルクヘッドと、ヒューズとを含む。ヒューズは、外側アニュラスの内壁上に配置され、また保炎事故時に溶融しかつそれによってそれを通して燃料が燃料ボリュームの遠位端部からバルクヘッドの第２の通路を介して外側アニュラス内に位置しかつ燃料混合ゾーンの下流に位置する燃料燃焼ゾーンに流れるブリーチを形成するように構成される。
【０００６】
本発明の別の態様によると、火炎がノズルハードウェアに極度に近接して形成されかつ持続する場合に発生する保炎事故により生じる過度の損傷を回避するノズルを提供し、本ノズルは、該ノズルの燃焼ゾーンに隣接しかつ該燃焼ゾーンから隔離され、該ノズルのアニュラスの壁によって形成され、またその中にその遠位端部に向けて燃料が送給される燃料ボリュームと、燃料ボリュームの外部に配置され、かつそれと共に燃焼ゾーンが該燃料ボリュームから隔離された状態でそれを通して空気が該燃焼ゾーンに流れる空気流管路と、燃料ボリュームの壁内に配置され、また保炎事故時に溶融しかつそれによってそれを通して燃料が燃料ボリュームの遠位端部から該ノズルの燃料混合ゾーンの下流に設置された該ノズルの燃料燃焼ゾーンに流れるブリーチを形成するように構成されたヒューズとを含む。
【０００７】
発明と見なされる主題は、本明細書と共に提出した特許請求の範囲において具体的に指摘しかつ明確に特許請求している。本発明の前述の及びその他の目的、特徴及び利点は、添付図面に関連させてなした以下の詳細な説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の例示的な実施形態によるノズルの断面図。
【図２】図１のノズルの拡大断面図。
【図３】本発明の例示的な実施形態によるノズルの一部分の斜視図。
【図４】本発明の例示的な実施形態によるノズルを形成する方法の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１及び図２を参照すると、火炎がノズル１ハードウェアに極度に近接して形成される保炎事故に耐えるか又別の方法で保炎事故を阻止することができるノズル１を示している。
上述のように、火炎は、正常作動時にはノズル１の吐出又は燃焼ゾーン（図１の領域Ａを参照）で持続するが、保炎事故のような異常作動時には、火炎は、図１の領域Ｂ内で持続し、そこでは火炎が、ノズル１の損傷及び該ノズル１の低エミッション機能の不具合を引き起こす可能性がある。
【００１０】
ノズル１は、全体として円筒形外壁１１及び円筒形内壁１２（以下「外壁１１」及び「内壁１２」と呼ぶ）で形成された形状を有する外側アニュラス１０を含む。外側アニュラス１０は、それを通して空気が、外側アニュラス１０内に形成された燃料混合ゾーン１６に流れ、かつ次に燃焼ゾーンＡに流れる空気入口８０の組を含む。
【００１１】
ノズル１はさらに、全体として外側アニュラス１０の内壁１２と内側アニュラスの内側壁３０との間に配置された内側アニュラス２０を含む。内側アニュラス２０は、ノズル１の遠位端部２３まで延びる燃料ボリュームＤ内に燃料を含む。燃料ボリュームＤ内の燃料は通常、スワールベーンＥ内の予混合燃料供給ポート６０内に流れまたスワールベーンＥの側面内の燃料噴射孔Ｆを通って流れて、それによって外側アニュラス１０内の空気流と混合する。
【００１２】
内側アニュラス２０はさらに、内側壁３０と外側アニュラス１０の内壁１２との間に配置されかつそれを通して空気が拡散燃焼ゾーン５０に流れる空気流管路４０を含む。ここで、空気流管路４０及び燃焼ゾーン５０は各々、燃料ボリュームＤから隔離されている。空気流管路４０は、略円筒形壁４１によって燃料ボリュームＤから分離される。ベローズ２５は、円筒形壁４１に沿って配置されて、該円筒形壁４１と内側壁３０との間での熱成長差を可能にする。空気は、加圧空気によって囲まれた外壁１１の外側からスワールベーンＥを貫通したポート７０介して空気流管路４０に流入する。
【００１３】
内側アニュラス２０の内側壁３０内には、ノズルの中心線の位置に円筒形ボリューム２１が設けられ、この円筒形ボリューム２１は、本発明とは直接的には関係がなくまた図１には示していない様々な装置を収容することができる。そのような装置には、拡散燃焼ゾーン５０に燃料を供給する付加的な燃料噴射機器を含むことができる。
【００１４】
外側アニュラス１０はさらに、第１の端部１３及び第２の端部１４を含む。第１の端部１３の空気入口部分１５内に、空気入口８０が配置される。燃料混合ゾーン１６内に乱流空気流を発生するように構成されたスワールベーンＥもまた、第１の端部１３内に配置される。燃料燃焼ゾーン１７は、第２の端部１４内に配置される。正常作動の下では、火炎は、燃料燃焼ゾーン１７内に存在すべきではない。
【００１５】
図２を参照すると、外側アニュラス１０の内壁１２上に、ヒューズ１００が配置される。ヒューズ１００は、保炎事故時に溶融し、またそれによってそれを通して燃料が次に燃料ボリュームＤの遠位端部２３から外側アニュラス１０内に位置しかつ燃料混合ゾーン１６の下流に位置する燃料燃焼ゾーン１７に流れることができるブリーチ（裂け目）を内壁１２内に形成するように構成される。
【００１６】
本発明の実施形態によると、円筒形壁４１及び第１のバルクヘッド１２０は、空気流管路４０から燃料ボリュームＤを協働して隔離するように構成される。同様に、第２のバルクヘッド１３０は、拡散燃焼ゾーン５０から燃料ボリュームＤを隔離するように構成される。管１１０の組が、第１のバルクヘッド１２０から第２のバルクヘッド１３０まで延びて、空気流管路４０から拡散燃焼ゾーン５０に空気を供給するのを可能にする。ヒューズ１００は、管１１０の軸方向位置に対応する位置において外側アニュラス１０の内壁１２内に配置され、かつ厚さＴ２を有する内壁１２の別の部分よりも薄い厚さＴ１を有する該内壁１２の一部分を含む。すなわち、ヒューズ１００の厚さは、ヒューズ１００が、保炎事故時に厚さＴ２の内壁１２がその溶融温度に達するのに必要な時間よりも著しく短い時間内に溶融するように決定される。
【００１７】
ヒューズ１００が溶融すると、ブリーチが形成され、燃料が燃料ボリュームＤから散逸しかつそれによって燃料噴射孔Ｆを迂回するのを可能にする。燃料が燃料噴射孔Ｆを迂回すると、混合ゾーン内の燃料−空気混合気は、もはや燃焼するほど濃厚でなく、火炎は消炎し、それによって更なるハードウェア損傷が生じるのを防止する。燃料ノズルは、ヒューズのブリーチにおいて軽度の損傷を受けている可能性があるが、内壁１２溶融により生じるような大きな損傷は、回避される。
【００１８】
本発明の実施形態では、４つのヒューズ１００の組が、互いに等しい間隔を置いて、内壁１２の円周部の周りに配置される。ここで、各ヒューズ１００は、内壁１２の円周方向長さの約３０度を占める。さらに、各ヒューズ１００の厚さＴ１は、約０．０４３〜０．０５８ｃｍの厚さとすることができ、一方、ヒューズ１００端縁部の外側の内壁１２のピラーの厚さＴ２は、少なくとも約１．８７〜１．９４ｃｍの厚さとすることができる。
【００１９】
本発明の実施形態では、約２０個の管１１０組を使用して、空気流管路４０から燃焼ゾーン５０に空気を供給するのを可能にすることができる。この場合では、管１１０は、約１８度だけ互いに円周方向に分離することができる。
【００２０】
勿論、ヒューズ１００は、内壁１２のものとは異なるその他の方法及び材料で形成することができることが、理解される。例えば、ヒューズ１００は、内壁１２と比較して同じ又はより大きい厚さを有することができるが、保炎事故時により低温で溶融するように設計した材料で形成することができる。ここで、この材料は、それとは別に内壁１２の健全性を依然として維持することができなければならない。
【００２１】
図３を参照すると、本発明の別の実施形態では、バルクヘッド３００は、内側アニュラス２０内に据え付け、かつ溶接又はろう付けとすることができる継手３０１において該内側アニュラス２０に取付けることができる。バルクヘッド３００は、それを貫通して第１の通路３３０及び第２の通路３２０が形成された本体３１０を含む。この実施形態では、空気は、第１の通路３３０を介して空気流管路４０から燃焼ゾーン５０に供給され、またヒューズ１００は、上述したのと同様に作動する。従って、ヒューズ１００が溶融しかつブリーチを形成すると、燃料は、バルクヘッド３００の第２の通路３２０を介して燃料ボリュームＤの遠位端部２３から外側アニュラス１０内の燃料燃焼ゾーン１７に流れる。
【００２２】
ここで、約８つの第１の通路３３０及び第２の通路３２０の組を使用することができる。第１の通路３３０は、約４５度だけ互いに円周方向に分離することができ、一方、第２の通路３２０もまた、約４５度だけ互いに円周方向に分離することができる。
【００２３】
本発明の実施形態では、センサ１５０（図２を参照）は、ヒューズ１００に対して作動可能に結合して、ヒューズの溶融又はブリーチの存在のいずれかを検知することができる。ここで、センサ１５０は、保炎事故が発生した信号を発生することができる。この信号は次に、オペレータに出力することでき、オペレータは次に、対応するノズル１の停止が必要であるかどうかを判断することができる。それに代えて、信号は、コントローラ（図示せず）に直接出力することができ、コントローラは次に、対応するノズル１を自動的に停止させる。
【００２４】
図４を参照すると、保炎に耐えるノズルを形成する方法は、ノズル１の内側アニュラス２０内に、各々が該内側アニュラス２０の形状を形成した内壁１２と当接するように２つのバルクヘッド１２０及び１３０を形成するステップを含む。バルクヘッドを形成するステップは、それによって内側アニュラス２０内で空気流管路４０、燃料ボリュームＤ及び燃焼ゾーン５０を互いに隔離する。次に、２つのバルクヘッド１２０及び１３０間に定めた位置において内壁１２の内部表面から、材料を除去する。この位置において、内壁１２は、燃料ボリュームと連通状態になる。材料が除去されると、空気流管路４０からの及び拡散燃焼ゾーン５０への空気の伝達が行われるようになる。
【００２５】
本発明の実施形態によると、壁の内部表面からの材料の除去は、例えば前方側から内側アニュラス２０内に挿入された「Ｔ」カッター５００で壁の内部表面を機械加工するステップを含む。さらに、空気流管路と燃焼ゾーンとの間を連通させるステップは、２つのバルクヘッドを貫通してアパーチャをドリル加工するステップと、該アパーチャを通して空気流管路４０から拡散燃焼ゾーン５０まで管１１０を据え付けるステップとを含む。
【００２６】
限られた数の実施形態のみに関連して本発明を詳細に説明してきたが、本発明がそのような開示した実施形態に限定されるものではないことは、容易に理解される筈である。むしろ、本発明は、これまで説明していないが、本発明の技術思想及び技術的範囲に相応した幾つもの変形、変更、置換え又は均等な構成を組み込むように修正することができる。これまで説明した寸法及び面積は、限られた数の実施形態に対して特有であって本発明の技術的範囲を限定するものではない。さらに、本発明の様々な実施形態を説明してきたが、本発明の態様は、説明した実施形態の幾つかのみを含むことができることを理解されたい。従って、本発明は、以上の説明によって限定されると見なされるべきではなく、提出した特許請求の範囲の技術的範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００２７】
１  ノズル
Ａ  燃焼ゾーン
Ｂ  火炎が持続する領域
１０  外側アニュラス
１１  円筒形外壁
１２  円筒形内壁
１３  第１の端部
１４  第２の端部
１５  空気入口部分
１６  燃料混合ゾーン
１７  燃料燃焼ゾーン
２０  内側アニュラス
２１  円筒形ボリューム
２３  遠位端部
２５  ベローズ
３０  内側壁
Ｄ  燃料ボリューム
Ｅ  スワールベーン
Ｆ  燃料噴射孔
４０  空気流管路
４１  円筒形壁
５０  拡散燃焼ゾーン
６０  供給ポート
７０  ポート
８０  空気入口
１００  ヒューズ
Ｔ１  厚さ
Ｔ２  厚さ
１１０  管
１２０  第１のバルクヘッド
１３０  第２のバルクヘッド
１５０  センサ
３００  バルクヘッド
３０１  継手
３１０  本体
３３０  第１の通路
３２０  第２の通路
５００  Ｔカッター
【図１】
0005284839.tif 000002
【図２】
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【図３】
0005284839.tif 000004
【図４】
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