(57)【要約】【課題】  添加剤噴射システムを提供する。【解決手段】  本添加剤噴射システム（２００）は、アトマイジング空気連結部（１４４）と、アトマイジング空気連結部と流体連通して結合した添加剤供給源（２０６／２５６）とを備える。本システムは、（ａ）アトマイジング空気マニホルド（１４３）に結合した添加剤−水混合物マニホルド（２１０）及び（ｂ）アトマイジング空気連結部（１４４）に結合した添加剤−水混合物マニホルド（２１０）の少なくとも１つをさらに備えていてもよい。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
添加剤噴射システム（２００）であって、
アトマイジング空気連結部（１４４）と、
前記アトマイジング空気連結部と流体連通して結合した添加剤供給源（２０６／２５６）と
を備える添加剤噴射システム（２００）。
【請求項２】
前記添加剤供給源（２０６）が、水溶性添加剤（２０６／２５６）を受けるように構成される、請求項１記載の添加剤噴射システム（２００）。
【請求項３】
前記アトマイジング空気マニホルド（１４３）に結合した添加剤−水混合物マニホルド（２１０）、及び
前記アトマイジング空気連結部（１４４）に結合した添加剤−水混合物マニホルド（２１０）
の少なくとも１つをさらに備える、請求項１記載の添加剤噴射システム（２００）。
【請求項４】
添加剤−水混合物供給源（２０２）に結合した水供給源（２０４）をさらに備えていて、前記添加剤供給源（２０６）が該添加剤−水混合物供給源に結合している、請求項３記載の添加剤噴射システム（２００）。
【請求項５】
前記添加剤−水混合物供給源（２０２）が、前記前記添加剤−水混合物マニホルド（２１０）を介して前記アトマイジング空気連結部（１４４）に結合している、請求項４記載の添加剤噴射システム（２００）。
【請求項６】
前記添加剤−水混合物マニホルド（２１０）が、圧力制御装置及び流量制御装置の少なくとも１つを含む、請求項５記載の添加剤噴射システム（２００）。
【請求項７】
前記アトマイジング空気連結部（１４４）と流体連通して結合した添加剤供給源（２０６／２５６）が、該アトマイジング空気連結部と流体連通して結合した油溶性添加剤供給源（２５６）を含む、請求項１記載の添加剤噴射システム（２００）。
【請求項８】
１以上の燃焼器（１０６／１１６）と、
前記１以上の燃焼器と流体連通して結合した１以上の燃料ノズル組立体（１１８）と、
前記１以上の燃料ノズル組立体に結合したアトマイジング空気連結部（１４４）と、
前記アトマイジング空気連結部と流体連通して結合した添加剤供給源（２０６／２５６）と
を備えるタービンエンジン（１００）。
【請求項９】
アトマイジング空気マニホルド（１４３）に結合した添加剤−水混合物マニホルド（２１０）、及び
前記アトマイジング空気連結部（１４４）に結合した添加剤−水混合物マニホルド（２１０）
の少なくとも１つをさらに備える、請求項８記載のタービンエンジン（１００）。
【請求項１０】
添加剤−水混合物供給源（２０２）に結合した水供給源（２０４）をさらに備えていて、前記添加剤供給源（２０６）が該添加剤−水混合物供給源に結合している、請求項９記載のタービンエンジン（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載した実施形態は、総括的には回転機械に関し、より具体的には、タービンエンジン燃料噴射組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくとも一部の公知のタービンエンジンは、燃焼器内で燃料−空気混合気を点火燃焼させて燃焼ガスを発生し、この燃焼ガスは、高温ガス通路を介してタービンに向けて送られる。公知の燃焼器組立体は、燃焼器の燃焼領域に燃料を送る燃料ノズルを含む。タービンは、燃焼ガス流の熱エネルギーをタービンシャフトを回転させるのに使用する機械的エネルギーに変換する。タービンの出力を使用して、例えば発電機、圧縮機又はポンプなどの機械を駆動することができる。
【０００３】
少なくとも一部の公知のタービンエンジンでは、作動時に、燃料及び空気の燃焼により燃焼ガス流内に不純物が生じ、この不純物は、燃焼器の部分にまた燃焼領域の下流のタービンエンジンの部分に付着するおそれがある。時の経過と共に、そのような不純物は、それらの部分に腐食作用を生じさせるおそれがある。また、そのような燃焼は、望ましくない燃焼生成物の形成を促進するおそれがある。その結果、少なくとも一部の公知のタービンエンジンでは、燃焼ガス流内に抑制剤を噴射して、不純物誘発腐食及び／又は望ましくない燃焼副生成物の形成を減少させることができる。しかしながら、抑制剤濃度を制御しかつ該抑制剤を噴射するのに必要な付加的ハードウェアは、そのコストによってそのような噴射による実現可能な利点を低下させかねないポイントまで、タービンエンジンのコストを上昇させる。さらに、多くの公知のタービンエンジンでは、物理的空間の制約により、そのような付加的ハードウェアへのアクセス及び該付加的ハードウェアの据付けが制限され、また付加的壁及びケーシング孔の設置が制限される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６６３２２５７号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
１つの態様では、タービンエンジンで使用するための添加剤噴射システムを組立てる方法は、燃料ノズル本体にアトマイジング空気連結部を結合するステップと、アトマイジング空気連結部に添加剤供給源を結合するステップとを含む。
【０００６】
別の態様では、添加剤噴射システムは、アトマイジング空気連結部と、アトマイジング空気連結部と流体連通して結合した添加剤供給源とを含む。
【０００７】
さらに別の態様では、タービンエンジンは、１以上の燃焼器を含む。本エンジンはまた、１以上の燃焼器と流体連通して結合した１以上の燃料ノズル組立体を含む。本エンジンはさらに、１以上の燃料ノズル組立体に結合したアトマイジング空気連結部を含む。本エンジンはまた、アトマイジング空気連結部と流体連通して結合した添加剤供給源を含む。
【０００８】
本明細書に記載した実施形態は、添付図面と関連させた以下の説明を参照することによって一層良好に理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】例示的なタービンエンジンの概略図。
【図２】図１に示すタービンエンジンで使用することができる例示的な添加剤噴射システムの概略図。
【図３】図２に示す添加剤噴射システムを組立てる例示的な方法を示すフロー図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、例示的なタービンエンジン、つまりガスタービンエンジン１００の概略図である。この例示的な実施形態では、ガスタービンエンジン１００は、吸気セクション１０２を含む。ガスタービンエンジン１００はまた、吸気セクション１０２の下流にかつ該吸気セクション１０２と流体連通して結合した圧縮機セクション１０４を含む。燃焼器セクション１０６は、圧縮機セクション１０４の下流にかつ該圧縮機セクション１０４と流体連通して結合し、またタービンセクション１０８は、燃焼器セクション１０６の下流にかつ該燃焼器セクション１０６と流体連通して結合する。ガスタービンエンジン１００はさらに、タービンセクション１０８の下流にかつ該タービンセクション１０８と流体連通して結合した排気セクション１１０を含む。さらに、この例示的な実施形態では、タービンセクション１０８は、駆動シャフト１１４を含むロータ組立体１１２を介して圧縮機セクション１０４に結合する。
【００１１】
さらに、この例示的な実施形態では、燃焼器セクション１０６は、１以上の燃焼器１１６（図１には、１つのみを示す）を含む。より具体的には、燃焼器セクション１０６は、該燃焼器１１６が圧縮機セクション１０４と流体連通して結合するように該圧縮機セクション１０４に結合する。それに代えて、燃焼器セクション１０６は、複数の燃焼器１１６を含む。燃焼器セクション１０６はまた、１以上の燃料ノズル組立体１１８を含み、ここでもまた、各燃焼器１１６が該１以上の燃料ノズル組立体１１８と流体連通して結合する。さらに、この例示的な実施形態では、タービンセクション１０８及び圧縮機セクション１０４は、駆動シャフト１１４を介して負荷１２０に回転可能に結合する。例えば、負荷１２０には、その１つのみを含むことに限定されないが、発電機及び／又は機械的駆動用途、例えばポンプを含むことができる。さらに、負荷１２０は、タービンエンジン１００の圧縮機側に配置される。それに代えて、負荷１２０は、タービンエンジン１００のタービン側に配置される。この例示的な実施形態では、圧縮機セクション１０４は、１以上の圧縮機ブレード１２２を含む。また、この例示的な実施形態では、タービンセクション１０８は、１以上のタービンブレード又はバケット１２４を含む。各圧縮機ブレード１２２及び各タービンバケット１２４は、ロータ組立体１１２に結合する。
【００１２】
作動中に、吸気セクション１０２は、圧縮機セクション１０４に向けて空気を送る。圧縮機セクション１０４は、圧縮機ブレード１２２により吸入空気をより高い圧力及び温度に加圧した後に、加圧空気を燃焼器セクション１０６に向けて吐出する。加圧空気は、燃料と混合されかつ点火されて燃焼ガスを発生し、この燃焼ガスは、タービンセクション１０８に向けて送られる。具体的には、燃料が燃料ノズル組立体１１８に送られ、燃料ノズル組立体１１８内において加圧空気と混合されかつ燃焼器１１６内で点火燃焼される。また、具体的には、加圧空気の大部分が燃焼器に向けて送られて、燃料の燃焼を可能にする。さらに、具体的には、この例示的な実施形態では、加圧空気の少なくとも一部分が、アトマイジングの目的で燃料ノズル組立体１１８に送られる。それに代えて、圧縮機セクション１０４から吐出されたほぼ全ての空気が燃焼器１１６に向けて送られ、また燃料ノズル組立体１１８に向けて送られる空気はほぼゼロである。
【００１３】
また、作動中に、燃焼器１１６内で発生した燃焼ガスは、タービンセクション１０８に向けて送られる。タービンバケット１２４に衝突すると、燃焼ガス内の熱エネルギーが、ロータ組立体１１２を回転可能に駆動するのに使用する機械的回転エネルギーに変換される。タービンセクション１０８は、駆動シャフト１１４を介して圧縮機セクション１０４及び／又は負荷１２０を駆動し、また排気ガスが排気セクション１１０を通して周囲大気に放出される。それに代えて、排気ガスの少なくとも一部分は、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）、並びに排気ガス及び該排気ガス中の熱エネルギーを使用するのに適したその他のエネルギー回収装置及び工業用プロセスの少なくとも１つに送られる。
【００１４】
図２は、ガスタービンエンジン１００（図１に示す）で使用することができる例示的な添加剤噴射システム２００の概略図である。この例示的な実施形態では、噴射システム２００は、燃料ノズル組立体１１８と流体連通して結合する。さらに、この例示的な実施形態では、液体燃料連結部１３０が、１以上の液体燃料供給源１３１と流体連通して結合して、図２に流れ矢印１３２によって示すように液体燃料を組立体１１８に選択的に送るのを可能にする。さらに、この例示的な実施形態では、液体燃料供給源１３１は、該燃料供給源１３１に流体連通して結合した関連する液体燃料連結部１３０（１つのみを示す）及び複数の液体燃料ヘッダ１３３を介して複数の燃料ノズル組立体１１８（１つのみを示す）に結合する。それに代えて、連結部１３０は、本明細書に説明するようにガスタービンエンジン１００を作動させることのできる燃料導管構成及び配向を介して燃料ヘッダ１３３に結合し、燃料導管構成及び配向には、それに限定されないがリングマニホルド（図示せず）が含まれる。
【００１５】
この例示的な実施形態では、供給源１３１から供給される燃料は、それに限定されないが第２番燃料油のような炭素質液体燃料である。それに代えて、燃料は、本明細書に説明するように添加剤噴射システム２００及びガスタービンエンジン１００を作動させることのできる液体燃料とすることができ、それら液体燃料には、それに限定されないが蒸留及び／又は残留油が含まれる。また、それに代えて、燃料連結部１３０は、気体燃料を送るように構成することができ、その場合に燃料は、本明細書に説明するように添加剤噴射システム２００及びガスタービンエンジン１００を作動させることのできる気体燃料とすることができ、それら気体燃料には、それに限定されないが天然ガス及び合成ガスが含まれる。
【００１６】
さらに、この例示的な実施形態では、１以上の水噴射連結部１３４が、１以上の加圧水供給源（図示せず）と流体連通して結合して、図２に流れ矢印１３５によって示すように加圧流体を組立体１１８に選択的に送るのを可能にする。この例示的な実施形態では、水供給源から送られる水は、例えば窒素酸化物（ＮＯｘ）の制御のようなエミッション制御のために使用する脱塩水である。それに代えて、本明細書に説明するようにガスタービンエンジン１００を作動させることのできる液体を使用することができる。また、それに代えて、燃料ノズル組立体１１８は、水噴射連結部１３６を有しない。
【００１７】
さらに、この例示的な実施形態では、気体燃料連結部１３６が、１以上の気体燃料供給源（図示せず）と流体連通して結合して、図２に気体燃料流れ矢印１３７によって示すように気体燃料を組立体１１８に選択的に送るのを可能にする。この例示的な実施形態では、燃料は、それに限定されないが天然ガスのような炭素質気体燃料である。それに代えて、組立体１１８に供給される燃料は、本明細書に説明するようにガスタービンエンジン１００を作動させることのできる気体燃料とすることができ、それら気体燃料には、それに限定されないが合成ガスが含まれる。また、それに代えて、燃料ノズル組立体１１８は、気体燃料連結部１３６を含まずかつ気体燃料が全く使用されない。
【００１８】
さらに、この例示的な実施形態では、燃料ノズル組立体１１８は、図２に加圧空気流れ矢印１４２によって示すように圧縮機セクション１０４から加圧空気を受けるアトマイジング空気供給源１４０に流体連通して結合する。それに代えて、供給源１４０は、それに限定されないがアトマイジング空気タンク及び／又は補助工業空気システムのような１以上の独立した供給源から加圧空気を受ける。この例示的な実施形態では、燃料ノズル組立体１１８は、アトマイジング空気マニホルド１４３を介してかつアトマイジング空気連結部１４４を介してアトマイジング空気供給源１４０に結合する。アトマイジング空気マニホルド１４３は、それに限定されないが流量制御バルブ、チェックバルブ、遮断バルブ及び電子制御システムインタフェース（いずれも図示せず）のような複数の圧力及び流量制御装置１４５を含む。
【００１９】
さらに、この例示的な実施形態では、燃料ノズル組立体１１８は、アトマイジング空気チャネル組立体１４８を備えた燃料ノズル本体１４６を含む。それに代えて、アトマイジング空気チャネル組立体１４８は、各燃焼器１１６内に配置される。チャネル組立体１４８は、それを通して送られる混合気をアトマイジングして、燃焼器１１６内で燃料及び空気を混合するのを可能にする。
【００２０】
この例示的な実施形態では、添加剤噴射システム２００は、水供給源（図示せず）から水２０４を受けかつ水溶性添加剤供給源２０６から水溶性添加剤２０８を受ける添加剤−水混合物供給源２０２を含む。この例示的な実施形態では、それに限定されないがスモーク低減添加剤及び／又はバナジウム抑制添加剤のような水溶性添加剤を使用することができる。添加剤噴射システム２００はまた、アトマイジング空気マニホルド１４３を介してかつアトマイジング空気連結部１４４を介して燃料ノズル組立体１１８と流体連通して結合した添加剤−水混合物マニホルド２１０を含む。それに代えて、添加剤−水混合物マニホルド２１０は、アトマイジング空気連結部１４４と流体連通して直接連結される。添加剤−水混合物マニホルド２１０は、それに限定されないが流量制御バルブ、チェックバルブ、遮断バルブ及び／又は電子制御システムインタフェース（いずれも図示せず）のような複数の圧力及び流量制御装置２１１を含む。幾つかの実施形態では、マニホルド２１０はまた、アトマイジング空気マニホルド１４３により圧力及び流量制御装置２１１／１４５に結合する。添加剤−水混合物流２１２は、マニホルド２１０からアトマイジング空気チャネル組立体１４８を通して燃焼器１１６内に流れる。
【００２１】
作動中に、アトマイジング空気（図２には図示せず）が、空気供給源１４０から燃料ノズル組立体１１８に送られて、点火燃焼作用の間に燃料をアトマイジングするのに使用されかつ／或いは燃焼器１１６及び燃料ノズル組立体１１８をブローダウンしてその中に堆積した物質及び／又はデブリの除去を可能にするのに使用される。この例示的な実施形態では、ガスタービン１００の正常運転時には、アトマイジング空気を遮断しかつ燃料ノズル組立体１１８に水溶性添加剤を送って、燃焼器１１６内で空気と混合することができる。具体的には、水２０４及び添加剤２０８は、所定の添加剤濃度を得ることができる所定の流量値で添加剤−水供給源２０２内に送られる。さらに、供給源２０２からの所定の添加剤−水混合物２１２の圧力及び流量は、所定の圧力及び流量値が燃料ノズル組立体１１８内に送られるのを可能にするように選択される。この例示的な実施形態では、添加剤−水混合物マニホルド２１０は、圧力及び流量制御装置２１１を使用して圧力及び流量を制御するのを可能にする。
【００２２】
また、この例示的な実施形態では、作動中に、添加剤−水混合物流２１２が、混合物をアトマイジングするようにアトマイジング空気チャネル組立体１４８を通して送られて、燃焼器１１６内に送られる燃料及び空気間の混合を可能にする。混合の間に、添加剤−水混合物内の水が蒸発し、また残りの添加剤は、燃焼器１１６からタービンセクション１０８に向けて送られる。アトマイジング空気が必要であるとオペレータが判定した場合には、システム２００からの流れが一時停止されかつアトマイジング空気流が回復される。それに代えて、アトマイジング空気マニホルド１４３及び添加剤−水混合物マニホルド２１０を同時に作動させて、アトマイジング空気により、燃料ノズル組立体１１８及び燃焼器１１６を通してタービンセクション１０８（図１に示す）内に添加剤−水混合物２１２が送給されるのを可能になる。
【００２３】
それに代えて、水２０４及び水溶性添加剤２０８ではなくて、添加剤噴射システム２００は、水溶性添加剤供給源２０６の場合と同様に油溶性添加剤供給源２５６と流体連通して結合する。また、それに代えて、システム２００は、添加剤流２０８の場合と同様に添加剤流２５８を形成する。さらに、それに代えて、そのような油溶性添加剤は、液体溶質の溶質流２５４と混合され、この溶質流２５４により、本明細書に説明するようなシステム２００の作動を可能にするそのような油溶性添加剤の所望の溶解性及び／又は濃度を得ることが可能になる。そのような混合は、添加剤−水混合物供給源２０２と同様である油溶性添加剤−溶質混合物供給源２５２内において、該添加剤−水混合物供給源２０２内での水２０４の添加剤流２０８との混合と同様に実行される。また、それに代えて、システム２００は、溶質２５４と混合された油溶性添加剤２５８を圧力及び流量制御装置２１１を通して噴射して、アトマイジング空気マニホルド１４３からの空気と混合しかつその後燃焼器１１６内に送る。さらに、それに代えて、システム２００は、溶質内に添加剤を噴射し、それにより本明細書に説明するようなシステム２００の作動を可能にする。
【００２４】
さらに、他の実施形態では、添加剤噴射システム２００は、それに限定されないが産業用及び家庭用ボイラ並びに加熱炉内に油燃焼及びガス燃焼バーナを備えた燃焼プロセスを可能にする噴射物質を使用した燃焼システム内に組込むことができる。
【００２５】
図３は、添加剤噴射システム２００（図２に示す）を組立てる例示的な方法３００を示すフロー図である。この例示的な実施形態では、アトマイジング空気連結部１４４（図２に示す）は、燃料ノズル組立体１１８（図１及び図２に示す）に結合する３０２。添加剤供給源２０２／２０６（両方を図２に示す）は、水供給源２０４を添加剤−水混合物供給源２００に結合する（両方を図２に示す）ステップ３０６、水溶性添加剤供給源２０６（図２に示す）を添加剤−水混合物供給源２０２に結合するステップ３０８、添加剤−水混合物マニホルド２１０（図２に示す）を介して添加剤−水混合物供給源２０２をアトマイジング空気連結部１４４に結合するステップ３１０、及び添加剤−水混合物マニホルド２１０をアトマイジング空気マニホルド１４３（図２に示す）に結合するステップ３１２によってアトマイジング空気連結部１４４に結合する３０４。さらに、圧力及び流量制御装置２１１（図２に示す）は、添加剤−水混合物マニホルド２１０に結合し３１４、またアトマイジング空気チャネル組立体１４８は、燃料ノズル組立体１１８内に挿入される３１６。
【００２６】
本明細書に示した実施形態は、適度な限り多くの既存の基盤構造を使用してガスタービンエンジンに添加剤を噴射するのを可能にする。そのような添加剤には、燃焼ガス流中に噴射して堆積物誘発腐食及び／又は燃焼副生成物形成を抑制することができる抑制剤を含むことができる。既存の基盤構造を使用して添加剤を噴射することにより、抑制剤濃度を制御しかつ該抑制剤を噴射するための付加的ハードウェアの使用を減少させ、それによって特に空間が制限された既存のユニットにおいて冗長配管システムが排除されかつ建設及び改造投資コストが低減される。また、既存の基盤構造を使用して添加剤を噴射することにより、冗長配管システムを保守整備することに関連する運用コストが低減される。
【００２７】
本明細書に記載しているのは、ガスタービンエンジン内への添加剤の噴射を可能にする方法及び装置の例示的な実施形態である。具体的には、燃料ノズル組立体に結合した既存のアトマイジング空気チャネル組立体に対して添加剤噴射システムを結合することにより、建設投資コストが低減される。より具体的には、既存の流量及び圧力制御装置の共用を含む既存の部品の使用により、材料及び据付け労力の投資コストが低減される。また、既存の送給基盤構造を補完する添加剤濃度を選択することにより、冗長配管システムを排除した状態での添加剤噴射動作が可能になる。さらに、既存の送給基盤構造を使用することにより、既存のガスタービンエンジンの改造コスト及び冗長配管システムを保守整備する運用コストを低減することが可能になる。
【００２８】
本明細書に説明した方法及びシステムは、本明細書に記載した特定の実施形態に限定されるものではない。例えば、各システムの部品及び／又は各方法のステップは、本明細書に記載したその他の部品及び／又はステップとは独立してかつ別個に使用しかつ／或いは実施することができる。加えて、各部品及び／又はステップはまた、その他の組立てパッケージ及び方法と共に使用しかつ／或いは実施することができる。
【００２９】
様々な特定の実施形態に関して本発明を説明してきたが、本発明が特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内の変更で実施することができることは、当業者には分かるであろう。
【符号の説明】
【００３０】
１００  ガスタービンエンジン
１０２  吸気セクション
１０４  圧縮機セクション
１０６  燃焼器セクション
１０８  タービンセクション
１１０  排気セクション
１１２  ロータ組立体
１１４  駆動シャフト
１１６  燃焼器
１１８  燃料ノズル組立体
１２０  負荷
１２２  圧縮機ブレード
１２４  タービンバケット
１３０  液体燃料連結部
１３１  液体燃料供給源
１３２  液体燃料流
１３３  液体燃料ヘッダ
１３４  水噴射連結部
１３５  水噴射流
１３６  気体燃料連結部
１３７  気体燃料流
１４０  アトマイジング空気供給源
１４２  加圧空気流
１４３  アトマイジング空気マニホルド
１４４  アトマイジング空気連結部
１４５  圧力及び流量制御装置
１４６  燃料ノズル本体
１４８  アトマイジング空気チャネル組立体
２００  添加剤噴射システム
２０２  添加剤−水混合物供給源
２０４  水流れ
２０６  水溶性添加剤供給源
２０８  添加剤流れ
２１０  添加剤−水混合物マニホルド
２１１  圧力及び流量制御装置
２１２  添加剤−水混合物流れ
２５２  油溶性添加剤−溶質混合物供給源
２５４  溶質流れ
２５８  添加剤流れ
【図１】
2012013077.tif 000003
【図２】
2012013077.tif 000004
【図３】
2012013077.tif 000005