(57)【要約】【課題】燃焼器ノズルを修正するための装置及び方法を提供する。【解決手段】燃焼器ノズル（３０）は、空洞（３４）を形成したノズル本体（３２）を含む。ノズル本体（３２）内に配置されたオリフィス（３６）は、空洞（３４）から該ノズル本体（３２）を貫通して流体連通を構成する。オリフィス（３６）に近接して配置された可動バリア（４４）は、そこにおいて該可動バリア（４４）がオリフィス（３６）を少なくとも部分的に閉鎖する第１の位置を有する。燃焼器に燃料を供給する方法は、ノズル（３０）内に配置されたオリフィス（３６）を通して燃料を流すステップと、燃料の反応性を判定するステップと、燃料の反応性に基づいてオリフィス（３６）の有効断面積を調整するステップとを含む。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空洞（３４）を形成したノズル本体（３２）と、
前記ノズル本体（３２）内に配置されかつ前記空洞（３４）から該ノズル本体（３２）を貫通して流体連通したオリフィス（３６）と、
前記オリフィス（３６）に近接して配置された可動バリア（４４）にして、該可動バリア（４４）が前記オリフィス（３６）を少なくとも部分的に閉鎖する第１の位置を有する可動バリア（４４）と
を備える燃焼器ノズル（３０）。
【請求項２】
前記可動バリア（４４）を移動させるための手段をさらに含む、請求項１記載の燃焼器ノズル（３０）。
【請求項３】
前記可動バリア（４４）が、前記空洞（３４）の内部に設けられる、請求項１又は請求項２記載の燃焼器ノズル（３０）。
【請求項４】
前記可動バリア（４４）が、前記第１の位置において前記オリフィス（３６）の有効断面積を減少させる、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の燃焼器ノズル（３０）。
【請求項５】
前記可動バリア（４４）が、該可動バリア（４４）が前記オリフィス（３６）の有効断面積を増大させる第２の位置を有する、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の燃焼器ノズル（３０）。
【請求項６】
前記ノズル本体（３２）内に配置され複数のオリフィス（３６）と、
前記複数のオリフィス（３６）に近接して配置された複数の可動バリア（４４）にして、前記複数のオリフィス（３６）を少なくとも部分的に閉鎖する第１の位置を有する複数の可動バリア（４４）と
をさらに備える、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の燃焼器ノズル（３０）。
【請求項７】
前記空洞（３４）の内部に設けられたハブ（４８）をさらに含み、前記バリア（４４）が、前記ハブ（４８）に連結される、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の燃焼器ノズル（３０）。
【請求項８】
前記可動バリア（４４）が前記ハブ（４８）とねじ係合している、請求項７記載の燃焼器ノズル（３０）。
【請求項９】
燃焼器（１０）に燃料を供給する方法であって、
ノズル（３０）内のオリフィス（３６）を通して燃料を流すステップと、
前記燃料の反応性を判定するステップと、
前記燃料の反応性に基づいて前記オリフィス（３６）の有効断面積を調整するステップと
を含む方法。
【請求項１０】
前記オリフィス（３６）の有効断面積を減少させるステップをさらに含む、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記オリフィス（３６）内にインサート（７４）を据付けるステップをさらに含む、請求項９乃至請求項１０のいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
前記オリフィス（３６）からインサート（７４）を取外すステップをさらに含む、請求項９乃至請求項１１のいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
前記ノズル（３０）内の複数のオリフィス（３６）を通して燃料を流すステップと、
前記燃料の反応性に基づいて前記複数のオリフィス（３６）の有効断面積を調整するステップと、
をさらに含む、請求項９乃至請求項１２のいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的には燃焼器ノズルを修正するための装置及び方法
に関係する。具体的には、本発明の実施形態は、異なる反応性レベルを有する燃料で作動するように調整することができるノズルを含む。
【背景技術】
【０００２】
燃焼器は、商業運転において広く使用される。例えば、一般的なガスタービンは、少なくとも１つの燃焼器に加圧作動流体を供給する圧縮機を含む。燃焼器は、燃料を加圧作動流体と混合しかつこの混合気を点火燃焼させて、高い温度及び圧力を有する燃焼ガスを発生させる。燃焼ガスは、燃焼器から流出しかつタービンに流れ、タービンにおいて、燃焼ガスは膨張して仕事を産生する。
【０００３】
燃焼器には、燃焼のために様々な燃料を供給することができる。例えば、燃焼器は、高炉ガス、コークス炉ガス、天然ガス、気化液化天然ガス（ＬＮＧ）、プロパン、水素、又はそれらの混合物を使用して作動するように設計することができる。各燃料タイプは一般的に、燃焼のための異なる反応性を有する。加えて、反応性は、燃料供給元、純度、温度、希釈剤の付加などのような様々な要因に応じて同じタイプの燃料間でも変化する可能性がある。燃料の変更は、ガスタービン内の様々な構成要素の作動及び／又は性能を変化させる可能性がある。例えば、燃料の反応性の変更は、燃焼器の圧力、温度及び出力を変化させる可能性がある。従って、燃焼器、特に燃焼器内のノズルを調整して異なる反応性レベルを有する燃料に適応させることが望ましい。
【０００４】
異なる反応性燃料を使用する燃焼器を設計しかつ作動させるための様々な努力が行なわれてきた。例えば、燃焼器の作動限界は、燃料の反応性に基づいて調整することができる。しかしながら、この解決方法では、燃焼器における作動限界の低下又はガスタービンに関連するその他の要求が生じる。異なる反応性燃料を使用する燃焼器を作動させる別の解決方法は、燃焼器を作動停止しかつ１以上のノズルを異なる寸法の燃料オリフィスを有する代替ノズルと交換することである。しかしながら、この方法は、ガスタービンにより行なわれている実作業の中断並びに代替ノズルの在庫を必要とする。ガスタービンにより行なわれている実作業の中断は、突然かつ不要の作動停止を引き起こし、また代替ノズルの在庫は、ガスタービンの運転コストを増大させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７５６６２１７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
その結果、異なる反応性レベルを有する燃料で作動するように調整することができる改良型のノズルが、望ましいと言える。
【０００７】
本発明の態様及び利点は、次の説明においてその一部を記載しており、或いはそれら説明から自明なものとして理解することができ、或いは本発明の実施により学ぶことができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの実施形態は、燃焼器ノズルであり、本燃焼器ノズルは、空洞を形成したノズル本体を含む。ノズル本体内に配置されたオリフィスは、空洞から該ノズル本体を貫通して流体連通を構成する。オリフィスに近接して配置された可動バリアは、そこにおいて該可動バリアがオリフィスを少なくとも部分的に閉鎖する第１の位置を有する。
【０００９】
本発明の別の実施形態は、燃焼器ノズルであり、本燃焼器ノズルは、空洞を形成したノズル本体を含む。ノズル本体内に配置されたオリフィスは、空洞から該ノズル本体を貫通して流体連通を構成する。オリフィス内に配置された取外し可能インサートが、該オリフィスの有効断面積を減少させる。
【００１０】
本発明の実施形態はまた、燃焼器に燃料を供給する方法を含む。本方法は、ノズル内に配置されたオリフィスを通して燃料を流すステップと、燃料の反応性を判定するステップと、燃料の反応性に基づいてオリフィスの有効断面積を調整するステップとを含む。
【００１１】
本明細書を精査することにより、当業者には、そのような実施形態の特徴及び態様並びにその他がより良好に理解されるであろう。
【００１２】
添付図面の図を参照することを含む本明細書の以下の残り部分において、当業者に対する本発明の最良の形態を含む本発明の完全かつ有効な開示をより具体的に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】当技術分野で公知の燃焼器の簡略断面図。
【図２】本発明の１つの実施形態によるノズルの簡略断面図。
【図３】本発明の別の実施形態によるノズルの簡略断面図。
【図４】本発明の１つの実施形態による取外し可能インサートの斜視図。
【図５】本発明の第２の実施形態による取外し可能インサートの斜視図。
【図６】本発明の第３の実施形態による取外し可能インサートの斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、その１以上の実施例を添付図面に示している本発明の現在の実施形態を詳細に参照することにする。詳細な説明では、図面における特徴要素を参照して、数字及び文字表示を使用する。図面及び説明における同様又は類似の表示は、本発明の同様の又は類似の部分を説明するのにも使用している。
【００１５】
各実施例は、本発明の限定ではなく、本発明の説明の目的で示している。実際に、その技術的範囲又は技術思想から逸脱せずに、本発明において修正及び変更を行なうことができることは当業者には明らかであろう。例えば、１つの実施形態の一部として図示した又は説明した特徴要素は、別の実施形態で使用してさらに別の実施形態を生み出すことができる。従って、本発明は、そのような修正及び変更を特許請求の範囲及びその均等物の技術的範囲内に属するものとして保護することを意図している。
【００１６】
本発明の様々な実施形態は、異なる反応性燃料で使用することができる燃焼器用のノズルを提供する。ノズルは一般的に、燃焼チャンバ内に燃料を流す１以上のオリフィスを含み、また１以上のオリフィスの断面積は、燃料の反応性に従って増大又は減少させることができる。その結果、ノズルは異なる反応性レベルを有する燃料で使用するように調整することができる。
【００１７】
図１は、本発明の技術的範囲内にある燃焼器１０の簡略断面図を示している。図１に示す燃焼器は、ガスタービンシステムで使用するのに適しているが、本明細書に説明する本発明の実施形態は、特許請求の範囲で特に記載していない限りガスタービンシステムで使用する燃焼器に限定されるものではないことは、当業者には容易に分かるであろう。ケーシング１２は、燃焼器１０を囲んで加圧作動流体を閉じ込めることができる。ノズルは、例えば図１に示すように、一次ノズル１８が二次ノズル２０の周りに半径方向に配置された状態で端部カバー１６内に配置することができる。ノズル１８、２０の下流に配置されたライナ２２は、スロート２８によって分離された上流チャンバ２４及び下流チャンバ２６を形成することができる。加圧作動流体は、ケーシング１２及びライナ２２間を通ってノズル１８、２０に流れることができる。ノズル１８、２０は、燃料を加圧作動流体と混合し、かつその混合気は、ノズル１８、２０からそこで燃焼が行なわれる上流チャンバ２４及び下流チャンバ２６内に流れる。
【００１８】
図２は、本発明の１つの実施形態による、燃焼器１０の端部カバー１６内に据付けられたノズル３０の簡略断面図を示している。図示するように、ノズル３０は一般的に、該ノズル３０の内部に空洞３４を形成したノズル本体３２と、ノズル本体３２内に配置されかつノズル空洞３４から該ノズル本体３２を貫通して流体連通した１以上のオリフィス３６とを含む。ノズル３０はさらに、ノズル本体３２を囲むシュラウド３８を含み、該シュラウド３８及びノズル本体３２間に半径方向に１以上のスワーラベーン４０を配置するようにすることができる。ノズル３０に連結された燃料供給源４２が、空洞３４に燃料を供給する。燃料は次に、１以上のオリフィス３６を通って流れ、また存在する場合には、スワーラベーン４０が、燃焼に先立って上流チャンバ２４に流入する燃料を旋回させる。
【００１９】
図２に示すように、ノズルはさらに、１以上のオリフィス３６に近接して配置された１以上の可動バリア４４を含むことができる。可動バリア４４は一般的に、あらゆるジオメトリ形状を有する遠位端部４６を含む。例えば、遠位端部４６は、円筒形、円形、方形、三角形、又はその他のジオメトリ形状を含むことができる。可動バリア４４は、図２に示すように、空洞３４の内部にすべて設置することができる。別の実施形態では、可動バリア４４は、空洞３４の内部に部分的に設置して、遠位端部４６がオリフィス３６を貫通して延びるようすることができる。
【００２０】
可動バリア４４は、第１の位置及び第２の位置を有することができる。第１の位置では、可動バリア４４の遠位端部４６は、オリフィス３６に近接して、該オリフィス３６を閉鎖し及び／又は該オリフィス３６の有効断面積を減少させる。本明細書で使用する場合に、オリフィス３６の有効断面積というのは、燃料がそれを通って空洞３４から上流チャンバ２４内に流れる全面積のことである。例えば、第１の位置では、可動バリア４４の遠位端部４６は、オリフィス３６に十分に近接して或いはオリフィス３６の内部にさえ位置して、該オリフィス３６の有効断面積を減少させ、それによって空洞３４から該オリフィス３６を通って燃焼チャンバ２４内に流れる燃料の流量を減少させるようにすることができる。第２の位置では、可動バリア４４の遠位端部４６は、オリフィス３６からさらに離れて位置して、該オリフィス３６の有効断面積を増大させるようにすることができる。例えば、第２の位置では、可動バリア４４の遠位端部４６は、オリフィス３６から十分に離れて位置して、該オリフィス３６の有効断面積を最大にし、それによって空洞３４から該オリフィス３６を通って燃焼チャンバ２４内に流れる燃料の流量を増大させるようにすることができる。
【００２１】
可動バリア４４は、空洞３４の内部でハブ４８に連結することができる。例えば、図２に示すように、遠位端部４６は、ロッド５０又はピストンによってハブ４８に連結することができる。各ロッド５０又はピストンは、各ロッド５０及びハブ４８間にねじ係合を構成する内部又は外部ねじ部を含むことができる。このようにして、各ロッド５０及びハブ４８間のねじ係合により、可動バリア４４を移動させるための手段が得られる。それに代えて又はそれに加えて、可動バリア４４を移動させるための手段は、ハブ４８に連結された空圧又は油圧供給源５４を含むことができる。従って、ハブ４８に空気又は別の流体を供給して、該ハブ４８に対して各ロッド５０を空圧により又は油圧により伸長或いは後退させることができる。さらに別の実施形態では、可動バリア４４を移動させるための手段は、当技術分野で公知の往復動のためのあらゆる関節式、ねじ式、ラチェット式、ヒンジ式、その他の機械的構造を含むことができる。
【００２２】
従って、図２に関して図示しかつ説明したノズルの実施形態により、既存の設計に勝る幾つかの利点が得られる。例えば、顧客は、燃料の反応性を判定し、かつ可動バリア４４の位置を調整することによって、ノズル３０を通る燃料の流量を容易に調整することができる。このようにして、顧客は、燃料の反応性に基づいてノズル３０内のオリフィス３６の有効断面積を調整することができる。その結果、顧客は代替ノズルの在庫を維持する必要がなく、かつそれにも拘らずノズルを交換するための突然又は不要の作動停止を必要とせずに燃料タイプ間或いは異なる反応性燃料間で切替えることができる。加えて、可動バリア４４は、顧客が定常運転時に該可動バリア４４の位置を僅かに調整して所望の燃焼器出力を得るのを可能にする。
【００２３】
図３は、本発明の別の実施形態によるノズル６０の簡略断面図である。図示するように、ノズル６０は一般的に、該ノズル６０の内部に空洞６４を形成したノズル本体６２と、ノズル本体６２内に配置されかつノズル空洞６４から該ノズル本体６２を貫通して流体連通した１以上のオリフィス６６とを含む。ノズル６０はさらに、ノズル本体６２を囲むシュラウド６８を含み、該シュラウド６８及びノズル本体６２間に半径方向に１以上のスワーラベーン７０を配置するようにすることができる。ノズル６０に連結された燃料供給源７２が、空洞６４に燃料を供給する。燃料は次に、１以上のオリフィス６６を通って流れ、また存在する場合には、スワーラベーン７０が、燃焼に先立って燃焼チャンバ２４に流入する燃料を旋回させる。
【００２４】
図３に示すように、ノズル６０はさらに、１以上のオリフィス６６内に１以上の取外し可能インサート７４を含むことができる。取外し可能インサート７４は、燃料における様々な反応性レベルに対応した様々な内径を有することができる。特定の実施形態では、取外し可能インサート７４は、個々のオリフィス６６を通る燃料流れを完全に遮断するプラグとして働く中実インサートを含むことができる。このようにして、取外し可能インサート７４は、各オリフィス６６又は該オリフィス６６のサブセット内に据付けて該オリフィス６６の有効断面積を減少させ、それによって空洞６４から該オリフィス６６を通って燃焼チャンバ２４内に流れる燃料の流量を減少させることができる。必要な場合には、オリフィス６６から取外し可能インサート７４を取外して、該オリフィス６６の有効断面積を最大にし、それによって空洞６４から該オリフィス６６を通って燃焼チャンバ２４内に流れる燃料の流量を増大させるようにすることができる。
【００２５】
図４、図５及び図６は、本発明の別の実施形態による取外し可能インサートの斜視図を示している。図４に示す取外し可能インサート７４は、平滑内表面７６と、オリフィス６６内に又は該オリフィス６６から取外し可能インサート７４をねじ部により取付け又は取外すのを可能にするねじ付き外表面７８とを含む。図５に示す取外し可能インサート８０は、平滑外表面８２と溝付き又は螺旋状内表面８４とを含む。図６に示す取外し可能インサート８６は同様に、平滑外表面８２を含み、内表面上にはタービュレータ８８を備えている。このようにして、図５又は図６に示す取外し可能インサート８０、８６は、オリフィス６６内に圧入することができ、溝付き内表面８４又は内表面上のタービュレータ８８は、取外し可能インサート８０、８６を通って流れる燃料の旋回、加速及び／又は混合を強化する。
【００２６】
従って、図３、図４、図５及び図６に関して図示しかつ説明したノズル６０の実施形態により、既存設計に勝る幾つかの利点が得られる。例えば、顧客は、燃料の反応性を判定し、かつ１以上のオリフィス６６に対して１以上の取外し可能インサート７４を据付け或いは取外すことによって、ノズル６０を通る燃料の流量を容易に調整することができる。このようにして、顧客は、燃料の反応性に基づいてノズル６０内のオリフィス６６の有効断面積を調整することができる。その結果、顧客は代替ノズルの在庫を維持する必要がなく、かつそれにも拘らずノズルを交換することを必要とせずに燃料タイプ間或いは異なる反応性レベルを有する燃料間で切替えることができる。
【００２７】
本明細書は最良の形態を含む実施例を使用して、本発明を開示し、また当業者が、あらゆる装置又はシステムを製作しかつ使用しまたあらゆる組込み方法を実行することを含む本発明の実施を行なうことを可能にもする。本発明の特許性がある技術的範囲は、特許請求の範囲により定めており、また当業者が想到するその他の実施例を含むことができる。そのようなその他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言と相違しない構造的要素を含むか又はそれらが特許請求の範囲の文言と本質的でない相違を有する均等な構造的要素を含む場合には、特許請求の範囲の技術的範囲内に属する。
【符号の説明】
【００２８】
１０  燃焼器
１２  ケーシング
１６  端部カバー
１８  一次ノズル
２０  二次ノズル
２２  ライナ
２４  上流チャンバ
２６  下流チャンバ
２８  スロート
３０  ノズル−図２
３２  ノズル本体
３４  空洞
３６  オリフィス
３８  シュラウド
４０  スワーラベーン
４２  燃料供給源
４４  可動バリア
４６  遠位端部
４８  ハブ
５０  ロッド
５２  ねじ部
５４  空圧又は油圧供給源
６０  ノズル−図３
６２  ノズル本体
６４  空洞
６６  ポート
６８  シュラウド
７０  スワーラベーン
７２  燃料供給源
７４  取外し可能インサート−図４
７６  平滑内表面
７８  ねじ付き外表面
８０  取外し可能インサート−図５
８２  平滑外表面
８４  螺旋状内表面
８６  取外し可能インサート−図６
８８  タービュレータ
【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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