(57)【要約】【課題】本願は、燃料ノズル（１０５）を提供する。【解決手段】本燃料ノズル（１０５）は、管（１２５）と、管に配置されたガス専用インサートチップ（１００）とを含むことができる。ガス専用インサートチップ（１００）は、チップ開口（１２０）を含むことができる。プラグ（１３０）は、チップ開口（１２０）内に配置することができる。【選択図】      図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ノズル（１０５）であって、
管（１２５）と、
前記管（１２５）に配置されかつチップ開口（１２０）を備えたガス専用インサートチップ（１００）と、
前記チップ開口（１２０）内に配置されるプラグ（１３０）と
を備える燃料ノズル（１０５）。
【請求項２】
前記プラグ（１３０）がブリーザ孔（１４０）を含む、請求項１記載の燃料ノズル（１０５）。
【請求項３】
前記ブリーザ孔（１４０）が、該ブリーザ孔から高温ガスを吸い込まずに、該ブリーザ孔を通して前記管（１２５）の内部ボリュームを通気するのに十分な大きさの直径（１５０）を有する、請求項２記載の燃料ノズル（１０５）。
【請求項４】
前記プラグ（１３０）が鍛造ニッケル基合金を含む、請求項１記載の燃料ノズル（１０５）。
【請求項５】
前記プラグ（１３０）が前記チップ開口（１２０）にロウ付けされる、請求項１記載の燃料ノズル（１０５）。
【請求項６】
前記プラグ（１３０）が前記チップ開口（１２０）と同一平面にある、請求項１記載の燃料ノズル（１０５）。
【請求項７】
前記ガス専用インサートチップ（１００）が、前記管（１２５）及びチップ開口（１２０）間に通路（１１０）を含む、請求項１記載の燃料ノズル（１０５）。
【請求項８】
前記ガス専用インサートチップ（１００）に複数のベーン（１６０）が設けられている、請求項１記載の燃料ノズル（１０５）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、総括的にはガスタービンエンジンに関し、より具体的には、高温ガス吸込みなど及びそれらに起因する損傷を最小にする燃料ノズルで使用するガス専用インサートのチップ設計の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電用のガスタービンは一般的に、「二元燃料」又は「ガス専用」運転のいずれかとして構成された燃料ノズルを使用できる。「ガス専用」構成というのは、例えば天然ガスのみを燃焼させることを意味する。「二元燃料」運転というのは、天然ガス又は液体燃料のいずれかを燃焼させる能力を有することを意味する。「二元燃料」構成は一般的に、天然ガスを入手できない場合にバックアップ燃料としてオイルを使用するような状況において適用される。「ガス専用」構成では、液体燃料運転において使用されるノズル部品及び関連する装置が必要とされないので、コストの低減が得られる。一般的に、燃料ノズルは、「二元燃料」能力を有するように設計される。「ガス専用」バージョンは、二元燃料設計を改良したものであり、この改良したものでは、液体燃料部品（例えば、オイル、霧化空気及び水通路など）がノズルから取外されかつ同様の寸法及び形状の部品と置換えられているが、液体燃料カートリッジの内部特徴形状は存在しない。この置換え部品は一般的に、「ガス専用インサート」として知られている。その他の構成及びその他の部品もまた、使用することができる。
【０００３】
しかしながら、公知のガス専用インサートは、過熱を受けると同時に、ガス専用インサートチップに至る管がバルジ及びその他のタイプの変形を受けていた。この過熱及び変形は、ガス専用インサートチップ内への高温ガス吸込みによるものである可能性がある。具体的には、ガス専用インサートチップ及び後続する管内に戻る熱の伝達を許す条件が存在する可能性がある。高いチップ及び管温度は、一部の燃料供給モードにおける高い燃焼ダイナミックス時及び／又は燃料移行時により発生し易くなる可能性がある。そのような過熱及び変形は、ノズル全体の早期交換並びにそれに関連する付加的な費用及び運転停止時間を必要としかねない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６４６０３２６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、ガス専用インサートチップの設計及び「ガス専用」燃料ノズル全体設計の改良に対する要望が存在する。そのようなガス専用インサートチップ及び燃料ノズル設計は、高温ガス吸込みなどによって引き起こされる過熱及び変形に対する大きな耐性を有しなければならない。さらに、そのようなガス専用インサートチップ及び燃料ノズル設計は、長い寿命にわたって一定の性能をもたらさなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
従って、本願は、燃料ノズルを提供する。本燃料ノズルは、管と管に配置されるガス専用インサートチップとを含むことができる。ガス専用インサートチップは、チップ開口を含むことができる。プラグは、チップ開口内に配置することができる。
【０００７】
本願はさらに、燃料ノズルで使用するガス専用インサートを提供する。本燃料ノズルは、管と管に配置されるチップとを含むことができる。チップは、チップ端部とチップ端部内に配置されたブリーザ孔とを含むことができる。ブリーザ孔は、管内の内部ボリュームが高温ガス吸込みを許さないでそれを通して通気するのを可能にするのに十分な大きさの直径を含むことができる。
【０００８】
本願はさらに、燃焼器を提供する。本燃焼器は、幾つかの燃料ノズルを含むことができる。燃料ノズルの１つ又はそれ以上は、管とガス専用インサートチップとを含むことができる。ガス専用インサートチップは、その中にブリーザ孔を備えたチップ端部を含むことができる。
【０００９】
本願のこれらの及びその他の特徴及び改良は、幾つかの図面及び特許請求の範囲と関連させてなした以下の詳細な説明を精査することにより、当業者には明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本明細書で使用することができる公知のガスタービンエンジンの概略図。
【図２】その中にガス専用インサートを備えた公知の燃料ノズルの斜視図。
【図３】公知のガス専用インサートチップ及び管の側面図。
【図４】公知のガス専用インサートチップ及び管の側面断面図。
【図５】本明細書に記載することができるようなガス専用インサートチップの側面図。
【図６】図５のガス専用インサートチップの前面図。
【図７】管に配置される、図５に示すガス専用インサートチップの側面断面図。
【図８】本明細書に記載することができるようなガス専用インサートチップの別の実施形態の側面断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、幾つかの図全体にわたって同じ参照符号が同様な要素を表している図面を参照すると、図１は、本明細書に記載することができるようなガスタービンエンジン１０の概略図である。ガスタービンエンジン１０は、圧縮機１５を含むことができる。圧縮機１５は、流入する空気の流れ２０を加圧する。圧縮機１５は、加圧空気の流れ２０を燃焼器２５に送給する。燃焼器２５は、加圧空気の流れ２０を加圧燃料の流れ３０と混合しかつその混合気を点火燃焼させて、燃焼ガスの流れ３５を形成する。単一の燃焼器２５のみを示しているが、ガスタービンエンジン１０は、あらゆる数の燃焼器２５を含むことができる。燃焼ガスの流れ３５は次に、タービン４０に送給される。燃焼ガスの流れ３５は、タービン４０を駆動して、機械的仕事を生成する。タービン４０内で生成された機械的仕事は、圧縮機１５及び発電機などのような外部負荷４５を駆動する。
【００１２】
ガスタービンエンジン１０は、天然ガス、様々なタイプの合成ガス、及び／又はその他のタイプの燃料を使用することができる。ガスタービンエンジン１０は、ニューヨーク州スケネクタディ所在のＧｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙによって売り出されている高出力９ＦＡガスタービンエンジンなどのような幾つかの異なるガスタービンエンジンの１つとすることができる。ガスタービンエンジン１０は、その他の構成を有することができまたその他のタイプの部品を使用することができる。本明細書では、その他のタイプのガスタービンエンジンもまた使用することができる。本明細書では、複数のガスタービンエンジン１０、その他のタイプのタービン及びその他のタイプの発電装置を共に使用することができる。
【００１３】
図２は、公知の燃料ノズル５０を示している。燃料ノズル５０は、上記のように燃焼器２５の一部とすることができる。一例として、燃焼器２５は、ニューヨーク州スケネクタディ所在のＧｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙによって売り出されている乾式低ＮＯｘ（ＤＬＮ）燃焼器とすることができる。燃料ノズル５０は、その中に配置されるガス専用インサートチップ５５を有することができる。図３及び図４には、ガス専用インサートチップ５５及び関連する管６０をより明瞭に示している。ガス専用インサートチップ５５は、その外面上に幾つかのベーン６５を含むことができる。通路７０が、管６０からチップ開口７５まで延びる。ガス専用インサートチップ５５を通しての高温ガス吸込みは、チップ５５の過熱及び管６０内のバルジ及びその他のタイプの変形を引き起こす可能性がある。高温ガス吸込みは、チップ開口７５の周りに形成された渦流によって引き起こされる可能性がある。拡散モードでは、ガス漏洩も存在する可能性がある。さらに、ガス専用インサートチップ５５は、ＨＳ−１８８材料などのようなコバルト基超合金で製造することができる。この材料は、反応に必要な活性化エネルギーを低減するような触媒として作用することができる。本明細書では、その他の原因及びそれらの組合せが、影響を有する可能性がある。
【００１４】
図５〜図７は、本明細書に記載することができるような燃料ノズル１０５のガス専用インサートチップ１００を示している。ガス専用インサートチップ１００は、上記のガス専用インサートチップ５５と同様にすることができ、かつその中にチップ開口１２０を備えたチップ端部１１５に至る通路１１０を有することができる。同様に、ガス専用インサートチップ１００は、関連する管１２５上に配置することができる。この実施例では、チップ開口１２０内に、金属プラグ１３０を配置することができる。プラグ１３０は、ガス専用インサートチップ１００の面とほぼ同一平面にすることができる。プラグ１３０は、チップ開口１２０内にロウ付け又はその他の方法で固定取付けすることができる。プラグ１３０は、ＨＳＴ−Ｘ材料又はその他のタイプの大きな耐熱性の材料のような鍛造ニッケル基合金で製造することができる。プラグ１３０は、約０．２５インチ（６．３５ｍｍ）の直径を有するチップ開口１２０内で約０．１２５インチ（約３．１７５ｍｍ）の厚さを有することができる。本明細書では、その他の形状、構成及び材料を使用することができる。
【００１５】
プラグ１３０は、その中央部内に小さい直径のブリーザ孔１４０を含むことができる。ブリーザ孔１４０は、あらゆる形状、長さ又は構成を有することができる。プラグ１３０のブリーザ孔１４０は、ガス専用インサートチップ１００及び関連する管１２５の内部ボリュームが通気されるがそれを通して戻る高温ガス吸込みを防止するのを可能にする寸法とすることができる直径１５０を有することができる。具体的には、この実施例では、ブリーザ孔１４０は、約０．０６インチ（約１．５２４ｍｍ）そこらの直径１５０を有することができる。約０．２５インチ（約６．３５ｍｍ）のチップ開口１２０直径の場合には、ブリーザ孔１４０は、チップ開口１２０の寸法の約４分の１まで小さくすることができる。本明細書では、その他の寸法及び割合を使用することができる。ブリーザ孔１４０は、あらゆる燃料モード及び／又は燃料移行などにおいて有効なものとすることができる。
【００１６】
ガス専用インサートチップ１００は、上記のチップ５５とほぼ同じチップ質量を有していて、その中における機械的固有振動数の変化を回避するようにすることができる。本明細書では、幾つかのベーン１６０も使用することができる。従って、ガス専用インサートチップ１００は、全体機能又は燃焼ダイナミックスに対して悪影響を有しないものとすることができる。プラグ１３０は、鍛造ニッケル基合金材料などで製造して触媒の懸案事項を減少させるようにすることができる。
【００１７】
プラグ１３０は、既存チップ５５内への改造取付け用として使用することができる。本来の装置では、ブリーザ孔１４０は、チップ端部１１５自体又はその他のタイプの構造体内に配置することができる。従って、図８は、単体ガス専用インサートチップ１７０を示している。上記のプラグ１３０を備えたチップ開口１２０の代わりに、そのチップ端部１９０において、その中にブリーザ孔１８０が形成される。従って、そこに到る通路２００は、ほぼ円錐形状２１０を有することができる。本明細書では、上記することができるような直径１５０を備えたその他の構成を使用することができる。
【００１８】
従って、その中にプラグ１３０を備えたガス専用インサートチップ１００及び／又は単体ガス専用チップ１７０は、チップ１００及び管１２５内の内部温度を低下させまたさらにあらゆる燃料モードにおいて管６０内のバルジ又はその他のタイプの変形を減少させかつ／或いは排除する。本明細書に記載したガス専用インサートチップ１００、１７０では、システム性能全体に対して悪影響を与えずにこれらの利点が得られる。
【００１９】
上記の説明は本願の一部の実施形態のみに関するものであること並びに本明細書において当業者は特許請求の範囲及びその均等物によって定まる本発明の一般的技術思想及び技術的範囲から逸脱せずに多くの変更及び修正を加えることができることを理解されたい。
【符号の説明】
【００２０】
１０  ガスタービンエンジン
１５  圧縮機
２０  空気の流れ
２５  燃焼器
３０  燃料の流れ
３５  燃焼ガスの流れ
４０  タービン
４５  負荷
５０  燃料ノズル
５５  ガス専用インサートチップ
６０  管
６５  ベーン
７０  通路
７５  チップ開口
１００  ガス専用インサートチップ
１０５  燃料ノズル
１１０  通路
１１５  チップ端部
１２０  チップ開口
１２５  管
１３０  プラグ
１４０  ブリーザ孔
１５０  直径
１６０  ベーン
１７０  単体ガス専用チップ
１８０  ブリーザ孔
１９０  チップ端部
２００  通路
２１０  円錐形状
【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】
2012117808.tif 000009
【図８】
2012117808.tif 000010
【外国語明細書】
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