(57)【要約】【課題】１以上の燃焼器ノズル（１８）を支持するタービン燃焼器用のエンドカバー組立体（２６）を提供する。【解決手段】本エンドカバー組立体（２６）は、使用中に燃焼チャンバに面する１つの側面及び使用中に該燃焼チャンバから離れる方向に面する反対側面を有するほぼ平坦なプレート（２８）を含む。少なくとも１つの燃料通路（３２）が、ほぼ平坦なプレートを貫通して延びる。燃料マニホルドポーティングブロック（３６）が、平坦なプレートの反対側面に固定されかつ少なくとも１つの燃料通路（３２）と整列した少なくとも１つのポート（３８）を備える。複数流れオリフィス（４８）が形成された燃料絞りインサート（４２）が、少なくとも１つの燃料通路及び少なくとも１つのポートと整列状態で平坦なプレート及び燃料マニホルドポーティングブロック間に設置される。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１以上の燃焼器ノズル（１８）を支持するタービン燃焼器（１４）用のエンドカバー組立体（２６）であって、
使用中に燃焼チャンバに面する１つの側面及び使用中に前記燃焼チャンバから離れる方向に面する反対側面を有するほぼ平坦なプレート（２８）と、
前記ほぼ平坦なプレートを貫通して延びる少なくとも１つの燃料通路（３２）と、
前記ほぼ平坦なプレート（２８）の反対側面に固定されかつ前記少なくとも１つの燃料通路（３２）と整列した少なくとも１つのポート（３８）を備えた燃料マニホルドポーティングブロック（３６）と、
複数流れオリフィス（４８）が形成されかつ前記少なくとも１つの燃料通路（３２）及び少なくとも１つのポート（３８）と整列状態で前記ほぼ平坦なプレート（２８）及び燃料マニホルドポーティングブロック（３６）間に設置された燃料絞りインサート（４２）と
を備えるエンドカバー組立体。
【請求項２】
前記少なくとも１つの通路（３２）が少なくとも６つの通路を含む、請求項１記載のエンドカバー組立体。
【請求項３】
各前記通路には、それぞれの通路（３２）を囲んだ浅いカウンタボア（５０）が形成されており、前記燃料絞りインサート（４２）には、前記浅いカウンタボア（５０）内に嵌合した周辺フランジ（４４）及び前記少なくとも１つの通路（３２）の１つ内に嵌合した中心領域（４６）が形成されている、請求項１記載のエンドカバー組立体。
【請求項４】
前記周辺フランジ（４４）が前記反対側面とほぼ同一平面である、請求項３記載のエンドカバー組立体。
【請求項５】
前記複数流れオリフィス（４８）が、前記中心領域（４６）内に形成された少なくとも４つの通路を含む、請求項３記載のエンドカバー組立体。
【請求項６】
前記燃料絞りインサート（１４２）が、前記燃料マニホルドポーティングブロックの少なくとも１つのポート内にネジ込まれる、請求項１記載のエンドカバー組立体。
【請求項７】
シール（６２）が、前記燃料絞りインサート（１４２）を囲んだ前記ほぼ平坦なプレート（１２８）の整列カウンタボア内に嵌合されかつ燃料マニホルドをエンドカバープレートに固定した時に前記ほぼ平坦なプレート（１２８）及び燃料マニホルドポーティングブロック（１３６）間に係合する、請求項６記載のエンドカバー組立体。
【請求項８】
前記燃料絞りインサート（４２）がメッキ金属材料で構成される、請求項１記載のエンドカバー組立体。
【請求項９】
前記燃料絞りインサート（４２）が、金、銀又はアルミニウムでメッキされる、請求項１記載のエンドカバー組立体。
【請求項１０】
１以上の燃焼器ノズルを支持するタービン燃焼器用のエンドカバー組立体（２６）であって、
使用中に燃焼チャンバに面する１つの側面及び使用中に前記燃焼チャンバから離れる方向に面する反対側面を有するほぼ平坦なエンドカバープレート（１２８）と、
前記ほぼ平坦なエンドカバープレートを貫通して延びる複数の予混合燃料通路（１３２、１３４）と、
前記ほぼ平坦なエンドカバープレート（１２８）の反対側面に固定されかつ前記複数の予混合燃料通路の各々と連結されたポート（３８、４０）を備えた燃料マニホルドポーティングブロック（１３６）と、
複数流れオリフィス（１４８）が形成されかつ前記エンドカバープレート内の各予混合燃料通路（１３２、１３４）及び前記燃料マニホルドポーティングブロック（１３６）内の各ポート（３８、４０）間の接合部において該燃料マニホルドポーティングブロック（１３６）に固定された燃料絞りインサート（１４２）と
を備えるエンドカバー組立体。
【請求項１１】
シール（６２）が、前記燃料絞りインサート（１４２）を囲んだ前記ほぼ平坦なエンドカバープレート（１２８）の整列カウンタボア内に嵌合されかつ前記燃料マニホルドポーティングブロック（１３６）を前記ほぼ平坦なエンドカバープレート（１２８）に固定した時に該ほぼ平坦なプレート及び燃料マニホルドポーティングブロック間に係合する、請求項１０記載のエンドカバー組立体。
【請求項１２】
前記燃料絞りインサート（１４２）が、前記燃料マニホルドポーティングブロック（１３６）内にネジ込まれる、請求項１０記載のエンドカバー組立体。
【請求項１３】
前記燃料絞りインサート（４２、１４２）がメッキ金属材料で構成される、請求項１０記載のエンドカバー組立体。
【請求項１４】
前記燃料絞りインサート（４２、１４２）が、金、銀又はアルミニウムでメッキされる、請求項１３記載のエンドカバー組立体。
【請求項１５】
前記燃料マニホルドポーティングブロック（３６、１３６）が、前記ほぼ平坦なエンドカバープレート（２８、１２８）にボルト止めされる、請求項１０記載のエンドカバー組立体。
【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燃焼器に関し、より具体的には、ガスタービン燃焼器の前方又は上流端部用の新規なエンドカバー組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
一部のガスタービンでは、複数の燃焼器が、タービンロータの周りに環状アレイとして配置されて、燃料の燃焼を行ないかつ発生した高エネルギー燃焼生成物をタービンセクション内に案内して該タービンを駆動する。各燃焼器は一般的に、燃焼器の外部境界を形成した外側ケーシングと、圧縮機吐出空気を燃焼システムのヘッドに分配すると同時に燃焼プロセスを包含するライナを冷却する流れスリーブと、燃焼生成物をタービンセクション内に流すトランジションピースとを含む。燃焼器はまた、エンドカバーに結合された複数の燃料ノズルを含む。空気及び燃料が、ライナ内での燃焼のためにエンドカバーを通して燃料ノズルに供給される。従って、エンドカバーは、燃焼器前方端部を閉鎖しかつ空気及び燃料を燃料ノズルに分配するように機能する。
【０００３】
タービン燃焼器システム用のエンドカバー設計は一般的に、各燃料ノズルを個々に取付ける平坦なプレートを含んでいる。このタイプの従来技術のエンドカバー組立体では、空気及び燃料のための内部通路は、エンドカバーとは別個でありかつ該エンドカバーから分離した燃料ノズル内に設置された。エンドカバーの以後の製作により、該エンドカバー内部に空気及び燃料通路が設けられた。これは、従来技術の燃焼器におけるのと同様にエンドカバー当り１つの燃料ノズルとするのではなく、各エンドカバーに対して複数のノズルを収容するために行われた。このような変更は、燃料ノズルを簡略化しかつエンドカバー上に複数の燃料ノズルを取付けるのを可能にするが、空気及び燃料マニホルド並びにそれによって支持された燃料ノズルのためのエンドカバー内部の必要な複数通路を設けるために、該エンドカバーの複雑さが増大した。エンドカバー内における複雑な通路を実施可能にするために、インサートのような追加部品が必要であった。インサートを含むそのような追加部品をエンドカバー内においてシールするために、さらにロウ付け継手が設けられた。タービン燃焼器用のエンドカバーのさらなる製作が、次に行われた。それらでは、エンドカバー及びそれらの様々な部品間でさらに複雑なロウ付け継手が使用された。しかしながら、それらの以後のエンドカバー上にロウ付け継手の割れが観察された。
【０００４】
一部のエンドカバー組立体は、燃焼器エンドカバープレートの「高温側面」（燃焼チャンバ内における燃焼に曝される側面）上の箇所内に圧入されかつ確保されるガス流れオリフィス（本明細書では「流れ絞り」又は「流れ絞りインサート」とも呼ばれる）を必要とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７１３４２８７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
エンドカバー構造及び流れ絞りの挿入を簡略化しかつ同時に流れ絞りインサートを通り抜ける漏洩を防止するシールを含むその他の望ましい特徴を備えたエンドカバー組立体に対する必要性が依然として存在している。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は主として、燃焼器エンドカバー組立体内での燃料絞りインサート及び関連するシールの使用並びにそれらの組立技術に関する。
【０００８】
本発明の第１の例示的な実施形態では、１以上の燃焼器ノズルを支持するタービン燃焼器用のエンドカバー組立体を提供し、本エンドカバー組立体は、使用中に燃焼チャンバに面する１つの側面及び使用中に該燃焼チャンバから離れる方向に面する反対側面を有するほぼ平坦なプレートと、ほぼ平坦なプレートを貫通して延びる少なくとも１つの燃料通路と、ほぼ平坦なプレートの反対側面に固定されかつ少なくとも１つの燃料通路と整列した少なくとも１つのポートを備えた燃料マニホルドポーティングブロックと、複数流れオリフィスが形成されかつ少なくとも１つの燃料通路及び少なくとも１つのポートと整列状態でほぼ平坦なプレート及び燃料マニホルドポーティングブロック間に設置された燃料絞りインサートとを含む。
【０００９】
別の例示的な実施形態では、本発明は、１以上の燃焼器ノズルを支持するタービン燃焼器用のエンドカバー組立体を提供し、本エンドカバー組立体は、使用中に燃焼チャンバに面する１つの側面及び使用中に該燃焼チャンバから離れる方向に面する反対側面を有するほぼ平坦なエンドカバープレートと、ほぼ平坦なエンドカバープレートを貫通して延びる複数の予混合燃料通路と、ほぼ平坦なエンドカバープレートの反対側面に固定されかつ複数の予混合燃料通路の各々と連結されたポートを備えた燃料マニホルドポーティングブロックと、複数流れオリフィスが形成されかつエンドカバープレート内の各予混合燃料通路及び燃料マニホルドポーティングブロック内の各ポート間の接合部において該燃料マニホルドポーティングブロックに固定された燃料絞りインサートとを含む。
【００１０】
さらに別の例示的な実施形態では、本発明は、１以上の燃焼器ノズルを支持するタービン燃焼器のエンドカバーで使用するマニホルドポーティングブロックを提供し、本マニホルドポーティングブロックは、エンドカバープレート内の通路と整列する複数の燃料通路を含み、複数流れオリフィスが形成された燃料絞りインサートが、エンドカバープレートと接合する側面上で燃料マニホルドポーティングブロックに固定される。
【００１１】
次に、下記に特定した図面に関連して、本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来技術の燃焼器エンドカバー組立体を組入れたタービンの概略図。
【図２】本発明の例示的であるが非限定的な実施形態によるエンドカバー組立体の斜視図。
【図３】図２のエンドカバー組立体の一部断面側面図。
【図３Ａ】図３から取出した燃料絞りインサートの側面断面図。
【図４】本発明の別の例示的であるが非限定的な実施形態による燃焼器エンドカバー組立体の一部断面斜視図。
【図４Ａ】図４から取出した燃料絞りインサートの斜視図。
【図５】図４から取った拡大断面詳細図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、例示的な燃焼タービンエンジン１０の概略図である。エンジン１０は、圧縮機１２と燃焼器１４とを含む。燃焼器１４は、燃焼領域１６と燃料ノズル組立体１８とを含む。エンジン１０はまた、タービン２０と、軸線２２で示した共通の圧縮機／タービンシャフト（ロータと呼ぶこともある）とを含む。一部のタービンエンジンでは、タービンロータの周りに環状アレイとして複数の燃焼器１４が設けられ、それら燃焼器１４の全てが、タービン第一段２４に燃焼ガスを供給する。
【００１４】
運転中に、空気が圧縮機１２を通って流れ、かつ加圧空気が燃焼器１４に供給される。具体的には、多量の加圧空気が、燃焼器１４のヘッド端部に固定された燃料ノズル組立体１８に供給される。燃料ノズル組立体１８は、燃料及び空気を燃焼領域１６に送り、燃焼領域１６において、燃料／空気が点火燃焼される。燃焼ガスは、タービン２０に供給され、タービン２０において、ガスストリーム熱エネルギーが機械的回転エネルギーに変換される。
【００１５】
図２、図３及び図３Ａは、本発明の第１の例示的であるが非限定的な実施形態による新規なエンドカバー組立体及び流れ絞り設計を示している。エンドカバー組立体２６は、それによって燃焼器のヘッド端部にプレートが取付けられる一連の孔３０が設けられエンドカバープレート２８を含むものとして図示している。エンドカバープレート２８にはまた、それを通して燃焼器ノズルに予混合燃料が供給される内部通路３２、３４（図３）が形成される。２つのみの内部通路を図示しているが、内部通路の数は用途固有のものであることが分かるであろう。１つの実施例では、５つの半径方向外側ノズル及び単一の中心ノズルに予混合燃料を供給する６つの内部通路が設けられる。燃料マニホルドポーティングブロック３６が、ボルト又はその他のファスナのようなあらゆる好適な手段によってエンドカバープレート２８の低温側面（つまり、燃焼チャンバの外部のかつ該燃焼チャンバから離れる方向に面するその側面）に固定される。ブロック３６には、エンドカバープレート内の通路３２及び３４と整列した複数の通路又はポート（その２つを参照符号３８、４０で示す）が設けられる。パイプ又はその他の導管（図示せず）が、ポート３７ａ、ｂ及びｃにおいて燃料マニホルドポーティングブロック３６に連結されて、エンドカバープレート２８の「高温側面」上に支持されたノズルに予混合燃料を供給する。
【００１６】
燃料マニホルドポーティングブロック３６及びエンドカバープレート２８間の接合部（エンドカバープレートの低温側面上の）には、エンドカバープレート内に嵌合された燃料オリフィス又は流れ絞りインサート４２が設けられる。特に図３Ａを参照すると、各流れ絞りインサート４２には、その中に燃料流れ孔又はオリフィス４８が形成された中心領域４６から外向きに突出したフランジ４４が形成される。燃料孔又はオリフィス４８の数は、当業者には分かるように、変化させることができるが有効燃料面積要件を満たさなければならない。代表的な実施例では、燃料絞り内に、４つ又は５つの燃料オリフィス４８が形成される。中心領域４６は、周囲のフランジ４４よりも大きい厚さを有しかつ通路３２、３４のボア内に比較的緩く嵌合するような寸法になっていて、半径方向フランジ４４がエンドカバープレート２８に形成された浅いカウンタボア内に嵌合されて、該半径方向フランジ４４がエンドカバープレート２８及び燃料マニホルドポーティングブロック３６のほぼ平坦な表面５２間のシール表面と同一平面に位置しかつ該シール表面を構成する状態になる。燃料マニホルドポーティングブロック３６をエンドカバープレート２８にボルト止めした（例えばボルトスロット５４及びボルト孔５６を貫通するボルトにより）時に、ボルトによって加えられたクランプ力により、流れ絞りインサート４２が所定の位置に保持されて、フランジ４４が燃料マニホルドポーティングブロック３６及びエンドカバープレート２８間に有効なシールを形成して、予混合燃料が流れ絞りインサートの周りに全く逸出しないようになることが、分かるであろう。
【００１７】
図４及び図４Ａに移ると、第２の例示的であるが非限定的な実施形態は、ほぼ同様なエンドカバープレート１２８及び燃料マニホルドポーティングブロック１３６を利用して、該エンドカバープレート１２８の低温側面との接合面において該燃料マニホルドポーティングブロック１３６に直接取付けられた流れ絞りインサート１４２を収容するように修正したしている。図４及び図４Ａで使用する参照符号は、図３及び図３Ａにおける対応する要素を示すために使用した参照符号に対応しているが、接頭辞「１」を付加している。
【００１８】
具体的には、燃料マニホルドポーティングブロック１３６は、上述したのと同じ方法で、エンドカバープレート１２８にボルト止めされる。しかしながら、この実施形態では、幾つかの流れ絞りインサート１４２は各々、そこから小さな量だけ半径方向に突出した半径方向フランジ１４４上に設けられた外部ネジを備えた本体部分１４６を含むように形成される。この構成により、マニホルドポーティングブロック１３６内の通路１３２、１３４の相補形ネジ付き端部内に流れ絞りをネジ込むことが可能になる。インサート１４２のヘッド６０は、ポーティングブロックの表面１５２の直ぐ下方に位置して、組立てた後に残部の露出雌形ネジにより、インサート１４２がポーティングブロック１３６から「抜け出る」のを防止するように確保することができる。エンドカバープレート１２８内の整列カウンタボアは、シール６２を受け、シール６２が、上述したがこの図には図示していない組立ボルトによって組立てた時に、エンドカバープレート１２８及びポーティングブロック１３６間をシールする。流れ絞りインサート４２内における燃料孔又はオリフィスの数及び構成は、前述したのと同様に可変である。
【００１９】
燃料絞りインサート４２、１４２は、シール特性を強化する銀、金又はアルミニウムのようなメッキをした状態で或いはそのようなメッキをしていない状態で、黄銅又はステンレス鋼のような好適な金属材料で製作することができる。それに代えて又はそれと組合せて、組成にエラストマー材料を付加して、シール機能をさらに強化することができる。
【００２０】
現時点で最も実用的で好ましいと思料される実施形態を例にとって本発明を説明してきたが、本発明は、開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明は特許請求の範囲に記載された技術的思想及びその技術的範囲に属する様々な修正及び均等な構成を包含する。
【符号の説明】
【００２１】
１０  エンジン
１２  圧縮機
１４  燃焼器
１６  燃焼領域
１８  燃料ノズル組立体
２０  タービン
２２  軸線（ロータ又はシャフト）
２４  タービン第一段
２６  エンドカバー組立体
２８、１２８  エンドカバープレート
３０  孔
３２、３４、１３２、１３４  内部通路
３６、１３６  マニホルドポーティングブロック
３８、４０  複数の通路又はポート
４２、１４２  流れ絞りインサート
４４、１４４  フランジ
４６、１４６  中心又は本体領域
４８  燃料孔又はオリフィス
５０  カウンタボア
５２  平坦な表面
５４  ボルトスロット
５６  ボルト孔
５８  外部ネジ
６０  ヘッド
６２  シール
１４６  本体部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図４】
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【図４Ａ】
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【図５】
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【外国語明細書】
2012149878000001.pdf