(57)【要約】【課題】ノズル中心本体を提供する。【解決手段】本ノズル中心本体（３８）は、単体構造一体形の細長い管状部材（４０）を含み、管状部材は、半径方向外向きに延びる取付けフランジ（４２）が形成された前方端部と、複数の半径方向外向きに延びるスワーラベーン（４６）が形成された後方端部と、前方及び後方端部の軸方向間に位置しかつその中に複数の円周方向に間隔を置いて配置された流れ開口部（５６）が設けられた環状プレートを備えた吸気流れ調整装置（４４）が形成された中間領域とを有する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル中心本体（３８）であって、
単体構造一体形の細長い管状部材（４０）、
を含み、前記管状部材が、
半径方向外向きに延びる取付けフランジ（４２）が形成された前方端部と、
複数の半径方向外向きに延びるスワーラベーン（４６）が形成された後方端部と、
前記前方及び後方端部の軸方向間に位置しかつその中に複数の円周方向に間隔を置いて配置された流れ開口部（５６）が設けられた環状プレートを備えた吸気流れ調整装置（４４）が形成された中間領域と、を有する、
ノズル中心本体。
【請求項２】
前記環状プレートが、複数の半径方向に延びかつ円周方向に間隔を置いて配置されたストラット（５４）によって連結されて前記複数の円周方向に間隔を置いて配置された流れ開口部（５６）を形成した半径方向内側及び半径方向外側リング（５０、５２）を含む、請求項１記載のノズル中心本体。
【請求項３】
前記半径方向内側及び半径方向外側リング（５０、５２）が、ほぼ同一平面内にある、請求項２記載のノズル中心本体。
【請求項４】
前記半径方向内側及び半径方向外側リング（６２、６４）が、互いに軸方向にオフセットしている、請求項２記載のノズル中心本体。
【請求項５】
前記内側及び外側リング（６２、６４）間の半径方向に間隔を置いた位置にほぼ同心の中間リング（６８、７０、７２）を含み、それによって付加的な円周方向に間隔を置いて配置された流れ開口部を形成する、請求項２記載のノズル中心本体。
【請求項６】
前記ほぼ同心の中間リング（７８、８０、８２）の少なくとも前方端部が、互いに軸方向にオフセットしている、請求項５記載のノズル中心本体。
【請求項７】
前記ほぼ同心の中間リング（７８、８０、８２）の前方端部が、半径方向外向き方向に湾曲している、請求項６記載のノズル中心本体。
【請求項８】
前記前方端部が、前記円周方向に間隔を置いて配置されたストラット（８８、９２）の端縁部を超えて軸方向上流に延びる、請求項２記載のノズル中心本体。
【請求項９】
ガスタービンノズル用の吸気流れ調整装置であって、
ノズル本体を受ける中心開口部を有する環状プレート（４４）を含み、
前記環状プレートが、複数の半径方向に延びるストラット（５４）によって連結された半径方向内側及び半径方向外側リング（５０、５２）を含み、
前記半径方向内側及び半径方向外側リング並びに半径方向に延びるストラットが、その各々が所定の空気流れ特性をもたらす形状の周辺端縁部を有する複数の空気流れ開口部（５６）を形成する、
吸気流れ調整装置。
【請求項１０】
前記半径方向内側及び半径方向外側リング（５０、５２）が、ほぼ同一平面内にある、請求項９記載の吸気流れ調整装置。
【請求項１１】
前記半径方向内側及び半径方向外側リング（６２、６４）が、互いに軸方向にオフセットしている、請求項９記載の吸気流れ調整装置。
【請求項１２】
前記ほぼ同心の中間リング（７８、８０、８２）の前方端部が、半径方向外向き方向に湾曲している、請求項９記載の吸気流れ調整装置。
【請求項１３】
前記前方端部が、前記円周方向に間隔を置いて配置されたストラット（８８）の端縁部を超えて軸方向上流に延びる、請求項９記載の吸気流れ調整装置。
【請求項１４】
ノズル本体を形成する方法であって、
半径方向外向きに延びる取付けフランジ（４２）が形成された前方端部と複数の半径方向外向きに延びるベーン（４６）を備えたスワーラが形成された後方端部と前記前方及び後方端部の軸方向間に位置しかつその中に複数の円周方向に間隔を置いて配置された流れ開口部（５６）が設けられた環状プレートを備えた吸気流れ調整装置（４４）が形成された中間領域とを有する細長い管状部材を備えた一体形単体構造のノズル中心本体（４０）を鋳造するステップ、を含む、
ノズル本体を形成する方法。
【請求項１５】
前記複数の円周方向に間隔を置いて配置された流れ開口部（５６）が各々、使用中に前記吸気流れ調整装置を通って流れる空気に対して所望の流れ特性をもたらす形状の周辺端縁部を備えるように形成される、請求項１４記載のノズル本体を形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービン燃焼器技術に関し、より具体的には、ガスタービン燃焼器燃料ノズルと統合した吸気流れ調整装置の製作に関する。
【背景技術】
【０００２】
吸気流れ調整装置は、燃料ノズル内に流れる空気の半径方向及び円周方向の両方向の変動を除去するために使用される。より具体的には、吸気流れ調整装置は、燃料ノズルに流入する大きな速度及び圧力勾配を減少させて、空気及び気体燃料が均一かつ予測可能な状態で混合されるようにする。燃料ノズルに流入する空気が大きな円周方向及び半径方向流れ変動を有する場合には、必要かつ正確な燃料及び空気比を達成することが課題となる。
【０００３】
全ての燃焼器燃料ノズルが、吸気流れ調整装置を利用しているとは限らない。多くのノズルが、単に入口ベルマウス構成を使用しているが燃焼ノズルが密に配置された燃焼器構成内で非常に均一な吸気ストリームを達成しようとする場合には、より多くの複雑な吸気流れ調整装置の構成が必要となる。典型的な吸気流れ調整装置は、多くの小さい円形又は長円形孔及び幾つかのベルマウス形状流れ誘導装置を含む円筒形チューブからなる。これらの非常に高価である厳しい精度の金属薄板構成要素は、ノズルへの空気流れ内に大きな変動量を引起こす可能性がある。下流スワーラ内への均一な空気の流れを得るために、小さな孔にわたって圧力降下が設定される。しかしながら、小さな孔に対して寸法公差を特定した場合には、大きな孔に対して同じ公差を適用した場合に比較して面積変動の割合が大きくなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、燃料ノズルの吸気流れ調整装置のためのより簡単かつより安価な製作技術であって、さらに該吸気流れ調整装置を通る空気の流れ内に生じる振動がより少なくなるように構成された技術を利用することが望ましいと言える。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
例示的であるが非限定的な実施形態によると、本発明は、ノズル中心本体を提供し、本ノズル中心本体は、単体構造一体形の細長い管状部材を含み、管状部材は、半径方向外向きに延びる取付けフランジが形成された前方端部と、複数の半径方向外向きに延びるスワーラベーンが形成された後方端部と、前方及び後方端部の軸方向間に位置しかつその中に複数の円周方向に間隔を置いて配置された流れ開口部が設けられた環状プレートを備えた吸気流れ調整装置が形成された中間領域とを有する。
【０００６】
別の例示的であるが非限定的な実施形態では、ガスタービンノズル用の吸気流れ調整装置を提供し、本吸気流れ調整装置は、ノズル本体を受ける中心開口部を有する環状プレートを含み、環状プレートは、複数の半径方向に延びるストラットによって連結された半径方向内側及び半径方向外側リングを含み、半径方向内側及び半径方向外側リング並びに半径方向に延びるストラットは、その各々が所定の空気流れ特性をもたらす形状の周辺端縁部を有する複数の空気流れ開口部を形成する。
【０００７】
さらに別の例示的であるが非限定的な実施形態では、ノズル本体を形成する方法を提供し、本ノズル本体を形成する方法は、半径方向外向きに延びる取付けフランジが形成された前方端部と複数の半径方向外向きに延びるベーンを備えたスワーラが形成された後方端部と前方及び後方端部の軸方向間に位置しかつその中に複数の円周方向に間隔を置いて配置された流れ開口部が設けられた環状プレートを備えた吸気流れ調整装置が形成された中間領域とを有する細長い管状部材を備えた一体形単体構造のノズル中心本体を鋳造するステップを含む。
【０００８】
次に、下記に特定する図面の図に関して本発明を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】吸気流れ調整装置が取付けられた燃料ノズルの部分概略図。
【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燃料ノズルと統合された吸気流れ調整装置の斜視図。
【図３】外側支持チューブを付加した状態での図２に示す燃料ノズルの断面図。
【図４】本発明の例示的な態様による吸気流れ調整装置内の例示的な流れ開口部を示す部分端面図。
【図５】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吸気流れ調整装置の斜視図。
【図６】図５の線６−６に沿って取った部分断面図。
【図７】本発明の別の例示的な実施形態による吸気流れ調整装置の部分断面図。
【図８】本発明のさらに別の例示的な実施形態による吸気流れ調整装置の部分断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、半径方向内側中心本体１２及び半径方向外側支持チューブ１４を備えたガスタービン燃焼器ノズル１０を示している。取付けフランジ（図示せず）が、ノズルの前方端部に（つまり、図１の左側に）設置されかつ燃焼器に対してノズルを取付けるのを可能にする。燃料及び空気が中心本体内のその全体を参照符号１６で示した複数の通路を通して燃焼チャンバに供給されて、中心本体後方又は出口端部１７に（つまり、図１の右側に）排出される。吸気流れ調整装置１８がスワーラ２０の上流の位置において外側ノズル支持チューブ１４に固定され、スワーラ２０において、該調整装置１８を通って流れた空気内に、燃料が該スワーラの中空ベーン２４内のアパーチャ２２を通して噴射される。空気及び燃料は、外側支持チューブ１４及び中心本体１２によって形成された環状空間内で混合され、かつ次にそれら空気及び燃料が燃焼チャンバに流入すると当業者に良く知られた方法で燃焼する。
【００１１】
吸気流れ調整装置１８は、その外周の周りに複数のアパーチャ２８が設けられた外側金属薄板チューブ又はスリーブ２６とまたアパーチャ３２のアレイが設けられた前方壁３０とから成る。チューブ又はスリーブ２６内には、ノズルに流入する空気のためのＰ１、Ｐ２及びＰ３で示した３つの別個の通路を形成した２つの同心に配置したベルマウス形状本体３４が設けられる。様々な孔又はアパーチャの寸法及びパターンは、スワーラ２０を通る空気の均一な流れを形成するように設定することができるが、流れ調整装置１８の形成及び組立てに関連する製作上の課題により流れの均一性が問題になる。この得られた組立て流れ調整装置は、数百の孔の穿孔加工、幾つかの形成及び調整作業、複雑なスプリッティング加工、溶接作業並びにそれらのステップに関連した検査を含むその労働集約的プロセスのために非常に高価である。
【００１２】
図２及び図３は、本発明の例示的であるが非限定的な実施形態による統合型吸気流れ調整装置を備えた燃料ノズルを示している。具体的には、ノズル３８は一般的に、その前方端部に燃料供給／取付けフランジ４２が設けられた燃料ノズル本体４０を含む。フランジ４２の下流には、吸気流れ調整装置４４が設けられ、また流れ調整装置の下流には、ノズル本体（図３においてのみ見られる）に溶接された後方又は出口端部部分４７に隣接して又は近接してスワーラ４６が設けられる。外側支持チューブ又はスリーブ４８（図３参照）が、ノズル本体４０を囲み、かつ外側支持チューブ又はスリーブ４８には、スワーラ４６の半径方向外側表面及びの半径方向外側環状リング５０が係合する。本発明はここでは流れ調整装置構成にまた流れ調整装置を形成する方法に関連するものであるので、ノズル本体／ノズル構造の残りの細部に関する更なる説明は全く必要ないことが分かるであろう。
【００１３】
図２及び図３には、吸気流れ調整装置４４を示しており、ここでは吸気流れ調整装置４４は、既に説明した外側環状リング５０と、一連の半径方向に延びかつ円周方向に間隔を置いて配置されたスポーク又はストラット５４によって連結されて流れ調整装置の外周の周りに開口部５６のアレイを形成した内側環状リング５２（図２）とから成るほぼ平面の環状プレートとして示している。
【００１４】
本発明による、吸気流れ調整装置４４を製作する新規な方法は、該吸気流れ調整装置４４の下流に設置されたスワーラ４６がインベストメント鋳造法を使用して製作されるという利点を有する。本明細書に開示した例示的であるが非限定的な実施形態によると、吸気流れ調整装置４４は、各形状部をワックス状態として形成しかつ次にそれらを互いに接合して（例えばワックス溶接又は接着によって）単一のワックス中子を形成することによって、例えばスワーラ４６のようなその他のノズル形状部と共に製作することができる。このようにして、中心本体４０、取付けフランジ４２、吸気流れ調整装置４４及びスワーラ４６を備えた全体構成要素は、単一の単体構造（一体形）構成要素として鋳造することができる。ワックス状態でその他のノズル形状部と同時に吸気流れ調整装置形状部を製作することは、依然として高い反復性がある非常に安価なプロセスであり、このプロセスにより、高度に不変でありかつ反復性がある空気流れの結果が得られる。好ましいものではあるがインベストメント鋳造法を必要としない場合には、個々の構成要素４２、４４及び４６は、例えば機械加工によって形成し、かつ次に溶接又はロウ付け作業を使用してノズル本体４０に接合することができる。機械加工をする場合には、内側環状リング５２は、ノズル本体４０を受けるための中心開口部が形成される。
【００１５】
インベストメント鋳造法（又は機械加工）の場合には、吸気流れ調整装置４４の周囲の周りにおける開口部５６の寸法及び形状を変化させることもまた、実施可能である。例えば、図４を参照すると、内側及び外側リング５０、５２並びに半径方向ストラット５４によって形成された開口部５６は、所望の空気流れ特性をもたらす形状の端縁部を有することができる。図４は、アパーチャ周辺端縁部５８によって形成されたような可なり複雑な輪郭を相対的に僅かに高い費用で所定の位置に鋳造して、例えば半径方向及び円周方向の両方向において流れ特性差をもたらすことができることを、単に示しているだけである。
【００１６】
図５及び図６は、別の例示的であるが非限定的な実施形態による非平面の吸気流れ調整装置６０を示している。ここでは、内側及び外側リング６２、６４は軸方向にオフセットして、半径方向ストラット６６がノズル本体の軸線Ａに対して鋭角で延びる。ストラット６６によって支持された一連の同心配置の軸方向オフセットリング６８、７０及び７２は、同一平面内にないことに加えてその寸法がそれらの半径方向内側端部からそれらの半径方向外側端部まで増大した流れ開口部７４のアレイを形成し、従ってスワーラの上流に固有の空気流れパターンを形成する。
【００１７】
図７は、ほぼ同様の吸気流れ調整装置７６を示しているが、この変形形態では、一連の同心リング７８、８０及び８２が、空気の流入に一致するように湾曲しかつ半径方向内側及び外側リング８４、８６を超えてまた半径方向ストラット８８を超えて上流方向に延びている。
【００１８】
図８は、流れ調整装置９０のさらに別の例示的な実施形態を示しており、この流れ調整装置９０では、半径方向ストラット９２は、より直立状態になっているが、依然として僅かに傾斜しており、また同心リング９４、９６及び９８が、上流方向により短い長さを有しかつ異なる湾曲度を有している。
【００１９】
従って、本明細書に説明した吸気流れ調整装置は、簡略な製作プロセスに従ったものとなり、また調整装置内の開口部を調整して、次にノズル内における燃料／空気混合気の所望の均一性を生じる空気流れ特性を達成するのを可能にする幾つかの好適な構成のいずれかを採用することができる。
【００２０】
現時点で最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えられるものに関して本発明を説明してきたが、本発明は開示した実施形態に限定されるべきものではなく、逆に、特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内に含まれる様々な変更及び均等な構成を保護しようとするものであることを理解されたい。
【符号の説明】
【００２１】
１０、３８  ノズル
１２  中心本体
１４  支持チューブ
１６  燃料通路
１７  出口端部
１８、４４、６０、７６、９０  流れ調整装置
２０、４６  スワーラ
２２、２８、３２  アパーチャ
２４  中空ベーン
２６  スリーブ
３０  前方壁
３４、３６  ベルマウス形状本体
４０  ノズル本体
４２  フランジ
４７  端部部分
４８  支持スリーブ
５０  外側環状リング
５２  内側環状リング
５４、６６、８８、９２  半径方向ストラット
５６  開口部
５８  周辺端縁部
６２  内側リング
６４  外側リング
６８、７０、７２  オフセットリング
７４  流れ開口部
７８、８０、８２、９４、９６、９８  同心リング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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