(57)【要約】【課題】多目的ガスタービン燃焼器二次燃料ノズルフランジを提供する。【解決手段】  本燃料ノズルフランジ（４４）の１つの例示的な実施形態は、その後方端部に半径方向取付けフランジ（５０）をまたその前方端部に正面表面を備えた細長いフランジ本体（４６）を含む。フランジ本体（４６）は、前方端部において第１の燃料供給パイプ（７０）を受ける第１の軸方向配向貫通ボア（５４）と、第１の軸方向配向貫通ボアと交差しかつ第２の燃料供給パイプ（７２）を受ける第２の半径方向配向ボア（６０）と、前方端部において火炎検出装置（６４）の一端部を受ける第３の軸方向配向貫通ボア（６２）とを有する。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
後方端部に半径方向取付けフランジ（５０）を有しているとともに前方端部に正面表面（５１）を有している細長いフランジ本体（４６）
を備える燃料ノズルフランジ（４４）であって、前記フランジ本体が、
前記前方端部において第１の燃料供給パイプ（７０）を受ける第１の軸方向配向貫通ボア（５４）と、
前記第１の軸方向配向貫通ボア（５４）と交差しかつ第２の燃料供給パイプ（７２）を受ける第２の半径方向配向ボア（６０）と、
前記前方端部において火炎検出装置（６４）の一端部を受ける第３の軸方向配向貫通ボア（６２）と
を有する、ノズルフランジ。
【請求項２】
前記フランジ本体（４６）が、その形状がほぼ円筒形であるが該フランジ本体の弦セグメントに沿って軸方向に延在する平坦部（４８）を有し、前記第２の半径方向配向ボア（６０）への入口が、前記平坦部上に設置される、請求項１記載のノズルフランジ。
【請求項３】
前記第１の軸方向配向貫通ボア（５４）が、前記フランジ本体（４６）の前方端部の正面表面（５１）上に入口をまた前記取付けフランジ（５０）内における該フランジ本体（４６）の後方端部に出口を有し、カウンタボアが、前記出口から、前記入口に隣接しかつ前記第２の半径方向配向ボアの軸方向前方である部位まで延在する、請求項１記載のノズルフランジ。
【請求項４】
前記第１の軸方向配向貫通ボア（５４）が、前記フランジ本体（４６）の前方端部の正面表面（５１）上に入口をまた前記取付けフランジ（５０）内における該フランジ本体（４６）の後方端部に出口を有し、カウンタボア（５６）が、前記出口から、前記入口に隣接してかつ前記第２の半径方向配向ボアの軸方向前方に設置された半径方向ショルダ部（５８）まで延在する、請求項２記載のノズルフランジ。
【請求項５】
前記第３の軸方向配向貫通ボア（６２）が前記前方端部にネジを切られている、請求項１記載のノズルフランジ。
【請求項６】
前記第１の軸方向配向貫通ボア（５４）が前記フランジ本体（４６）の長手方向中心軸線に沿って延在する、請求項１記載のノズルフランジ。
【請求項７】
前記第３の軸方向配向貫通ボア（６２）が前記第１の軸方向配向貫通ボア（５４）にほぼ平行に延在する、請求項６記載のノズルフランジ。
【請求項８】
前記半径方向取付けフランジ（５０）が、複数の円周方向に間隔を置いて配置されたファスナ孔（５２）を備える、請求項１記載のノズルフランジ。
【請求項９】
後方端部に半径方向取付けフランジ（５０）を有するとともに前方端部に正面表面（５１）を有する細長いフランジ本体（４６）
を備える燃料ノズルフランジであって、前記フランジ本体（４６）が、前記前方端部において第１の燃料供給パイプ（７０）を受ける第１の軸方向配向貫通ボア（５４）と、前記第１の軸方向配向貫通ボア（５４）と交差しかつ第２の燃料供給パイプ（７２）を受ける第２の半径方向配向ボア（６０）と、前記前方端部において火炎検出装置（６４）の一端部を受ける第３の軸方向配向貫通ボア（６２）とを有し、前記フランジ本体（４６）が、その形状がほぼ円筒形であるが該フランジ本体の弦セグメントに沿って軸方向に延在する平坦部（４８）を有し、前記第２の半径方向配向ボア（６０）への入口が、前記平坦部（４８）上に設置され、前記第１の軸方向配向貫通ボア（５４）が、前記フランジ本体の前方端部に入口をまた前記取付けフランジ内における該フランジ本体の後方端部に出口を有し、カウンタボア（５６）が、前記出口から、前記入口に隣接しかつ前記第２の半径方向配向ボア（６０）の軸方向前方である部位まで延在する、ノズルフランジ。
【請求項１０】
前記第１の軸方向配向貫通ボア（５４）が、前記フランジ本体（４６）の前方端部に入口をまた前記取付けフランジ（５０）内における該フランジ本体の後方端部に出口を有し、前記部位が半径方向ショルダ部（５８）を含む、請求項９記載のノズルフランジ。
【請求項１１】
前記第１の軸方向配向貫通ボア（５４）が前記フランジ本体（４６）の長手方向中心軸線に沿って延在し、前記第３の軸方向配向貫通ボア（６２）が、前記第１の軸方向配向貫通ボア（５４）にほぼ平行に延在する、請求項９記載のノズルフランジ。
【請求項１２】
後方端部に半径方向取付けフランジ（５０）を有するとともに前方端部に正面表面（５１）を有する細長いフランジ本体（４６）
を備える燃料ノズルフランジであって、前記フランジ本体が、
該フランジ本体の後方端部において開口しかつ前記前方端部に隣接して閉鎖された第１の軸方向配向ボア（８６）と、
前記第１の軸方向配向ボア（８６）と交差しかつ第１の燃料供給パイプ（８４）を受ける第２の半径方向配向ボア（９０）と、
前記第１の軸方向配向ボア（８６）と交差した第３の半径方向に延在するボア（９２）と
を有する、ノズルフランジ。
【請求項１３】
前記フランジ本体（７６）が、該フランジ本体の前方端部において火炎検出装置（１０６）の一端部を受ける第４の軸方向配向貫通ボア（１０４）をさらに含む、請求項１２記載のノズルフランジ。
【請求項１４】
前記フランジ本体（７６）の形状がほぼ円筒形であり、一対の平坦部（７８、８０）が前記フランジ本体の隣合う弦セグメントに沿って軸方向に延在し、前記第２及び第３の半径方向配向ボア（９０、９２）への入口が、前記一対の平坦部のそれぞれの平坦部内に設置される、請求項１２記載のノズルフランジ。
【請求項１５】
前記一対の平坦部（７８、８０）が互いにほぼ垂直である、請求項１４記載のノズルフランジ。
【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、ノズル、火炎検出器、並びに該ノズルに燃料及び空気を供給するパイプ又はマニホルドを支持する燃料ノズルフランジ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の二次燃料ノズルフランジ設計は、燃料流れに関連する問題に基因して様々な技術領域問題及び構成要素不適合を生じていた。それらの問題の多くは、二次燃料ノズルフランジの複雑な設計に基因するものであり、そのことが次に、それらの全てが問題点となる可能性があるのは明らかである、直線状及び屈曲状の両方の同心燃料供給配管及び溶接、傾斜孔ドリル加工、並びに製作に関連する緩やかな公差を必要としてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６８５７２７４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来型のフランジ構造に関連して今日まで経験してきた問題点を排除又は最少にするだけでなく、移行型（transfer）及び無移行型（transferless）燃焼構成間での切替え能力並びに火炎検出器を支持するのに利用する取付け形式に対する自由度に関して更なる利点をもたらすより複雑でない二次燃料ノズルフランジ構造の要望が依然として存在している。
【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、フランジを提供し、本フランジは、その後方端部に半径方向取付けフランジをまたその前方端部に正面表面を備えた細長いフランジ本体を含み、フランジ本体は、前方端部において第１の燃料供給パイプを受ける第１の軸方向配向貫通ボアと、第１の軸方向配向貫通ボアと交差しかつ第２の燃料供給パイプを受ける第２の半径方向配向ボアと、前方端部において火炎検出装置の一端部を受ける第３の軸方向配向貫通ボアとを有する。
【０００６】
別の例示的であるが非限定的な実施形態によると、燃料ノズルフランジは、その後方端部に半径方向取付けフランジをまたその前方端部に正面表面を備えた細長いフランジ本体を含み、フランジ本体は、前方端部において第１の燃料供給パイプを受ける第１の軸方向配向貫通ボアと、第１の軸方向配向貫通ボアと交差しかつ第２の燃料供給パイプを受ける第２の半径方向配向ボアと、前方端部において火炎検出装置の一端部を受ける第３の軸方向配向貫通ボアとを有し、フランジ本体は、その形状がほぼ円筒形であるが該フランジ本体の弦セグメントに沿って軸方向に延在する平坦部を有し、第２の半径方向配向ボアへの入口が、前記平坦部上に設置され、第１の軸方向配向貫通ボアは、フランジ本体の前方端部に入口をまた取付けフランジ内における該フランジ本体の後方端部に出口を有し、カウンタボアが、出口から、入口に隣接しかつ第２の半径方向配向ボアの軸方向前方である部位まで延在する。
【０００７】
さらに別の例示的であるが非限定的な実施形態によると、本発明は、ノズルフランジを提供し、本ノズルフランジは、その後方端部に半径方向取付けフランジをまたその前方端部に正面表面を備えた細長いフランジ本体を含み、フランジ本体は、該フランジ本体の後方端部において開口しかつ前方端部に隣接して閉鎖された第１の軸方向配向ボアと、第１の軸方向配向ボアと交差しかつ第１の燃料供給パイプを受ける第２の半径方向配向ボアと、第１の軸方向配向ボアと交差した第３の半径方向に延在するボアとを有する。
【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】従来型の二次燃料ノズル及び関連する燃料ノズルフランジ構造を示す図。
【図２】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二次燃料ノズルフランジの斜視図。
【図３】図２に示す二次燃料ノズルフランジの別の斜視図。
【図４】図２及び図３に示しているが、さらに二次燃料ノズル及び関連する燃料供給配管／マニホルドへの連結を示している二次燃料ノズルフランジの斜視図。
【図５】図４に示す二次燃料ノズルフランジ及びノズル構造の部分断面斜視図。
【図６】図４と同様であるが、火炎検出器用の従来型のフランジ形式マウントを示す斜視図。
【図７】本発明の第２の例示的であるが非限定的な実施形態による二次燃料ノズルフランジの斜視図。
【図８】図７に示す二次燃料ノズルフランジの別の斜視図。
【図９】図７及び図８に示しているが、さらにそれに直接ネジ連結された火炎検出器と共に二次燃料ノズル及び関連する燃料供給配管／マニホルドへの連結を示している二次燃料ノズルフランジの斜視図。
【図１０】図９と同様であるが、火炎検出器用の従来型のフランジ形式マウントを示す斜視図。
【図１１】図４に示しているが、火炎検出器を省略した状態の二次燃料ノズルフランジ及びノズル構造の部分断面斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
最初に図１を参照すると、公知の構造による二段（予混合／拡散）ガス専用二次燃料ノズル組立体１０は一般的に、燃焼器中心本体（図示せず）内に設置され、燃焼器中心本体はまた、中心設置二次ノズルを囲む一次ノズルの環状配列を収容する。
【００１１】
二段（又は移行型）燃焼プロセス内に二次燃料ノズル（参照符号１０で示すような）を組入れた燃焼器では、燃料が、二次燃料ノズル組立体１０において互いに同心に配置された拡散パイプＰ１によって火炎を持続させるようにまたパイプＰ２によって予混合火炎を持続させるように供給される。
【００１２】
二次燃料ノズル組立体１０は、外側スリーブ１２と、予混合燃料通路１６を形成した中心ボアを備えた内側同心配置中空コア１４とを含む。コア１４及びスリーブ１２間の半径方向ギャップは、それらの間に拡散燃料通路１８を構成する。複数の軸方向空気通路２０が、予混合通路１６と包囲関係状態で形成される。同じ数の半径方向壁部分（例えば、４つ）が、スリーブ部分１２の端部の周りに配置され、かつその各々が、ライナ内の空気が対応する空気通路２０に流入するのを可能にする傾斜半径方向アパーチャ２２を含む。
【００１３】
ノズル１０の前方端部は、燃料ノズル取付けフランジ（又は単に、「燃料ノズルフランジ」）２８内にそれぞれ燃料パイプＰ１、Ｐ２を受ける拡大外側端部２４及び内側端部２６を含み、燃料ノズル取付けフランジ２８にはまた、火炎検出器３０が取付けられる。
【００１４】
燃料ノズル組立体１０の前方部分の外周の周りに複数の半径方向孔を設けて、同じ数の半径方向ガス噴射チューブ３２を該半径方向孔内に受け、それにより予混合燃料通路１６と連通状態を確立するのを可能にする。各チューブ３２には、複数のオリフィス３４を設けて、予混合燃料通路１６からの燃料をノズル組立体及びライナ間の領域内に吐出させて、該ライナ内で燃焼空気と混合するようにすることができる。ガス噴射器３２は、特にライナ内部での燃料及び空気の良好な混合がＮＯｘエミッションを最少にするのに必要であるので、空気流れ内に燃料を均一に分布させるように設計される。
【００１５】
簡単に言うと、燃焼空気は、孔２２を介して二次ノズル組立体１０に流入し、通路２０及び空間３６を通って流れてスワーラスロット３８を通して吐出される。さらに、予混合パイプＰ２からの燃料は、予混合通路１６、パイロットボア４０及びパイロットオリフィス４２を通って流れることが分かる。この燃料は、スワーラスロット３８からの空気と共に拡散火炎サブパイロットを構成する。同時に、予混合燃料通路１６に供給された燃料の大部分は、ガス噴射器３２内に流れて、それぞれのオリフィス３４からそこで燃料が空気と混合されるライナ内に吐出される。上記のノズル構造は、拡散火炎により予混合作動モードへの移行の改善をもたらし、一旦予混合モードに移行すると拡散火炎を消滅させかつ予混合火炎を開始させ、従って長期間にわたってガスタービンをその設計ポイントで作動させることを可能にする。二次燃料ノズル自体のより詳細な説明は、本出願と同一出願人の米国特許第５１９９２６５号に見ることができる。
【００１６】
以上の背景の下で、次に、図１におけるフランジ２８に比較して改良した設計に相当する二次燃料ノズルフランジ４４の第１の例示的であるが非限定的な実施形態を示している図２及び図３を参照する。燃料ノズルフランジ４４は、軸方向に延在する平坦表面（又は単に「平坦部」）４８を有するように形成されたほぼ円形又は円筒形の細長いフランジ本体４６を含む。平坦部４８は、フランジ本体４６の弦セグメントに沿って延在しかつ該フランジ本体の外周の約９０°を切取ったものとして形成することができる。フランジ本体４６の一端部には、タービン燃焼器の後壁に対して燃料ノズルフランジ４４を取付けるためのボルト（又はその他の好適なファスナ）孔５２の配列を備えた半径方向取付けプレート又はフランジ５０が配置される。
【００１７】
中心ボア（又は第１の軸方向貫通ボア）５４が、フランジ４４の長手方向軸線Ａ（図２）と整列した状態でフランジ本体４６を貫通して延在する。図５に最も良く示すように、フランジ本体４６にはまた、半径方向ショルダ部５８におけるフランジ本体の後方端部において閉鎖された状態で同心のブラインドカウンタボア５６が形成される。
【００１８】
半径方向配向ボア６０が、平坦部４８からフランジ本体４６の半径方向内側に延在しかつブラインドカウンタボア５６（図３及び図５に最も良く示す）と交差する。
【００１９】
第３の軸方向貫通ボア６２が、中心ボア５４に平行であるがフランジ本体４６の長手方向軸線からオフセットして延在する。第３の軸方向貫通ボア６２は、第５図に示す直接ネジ連結（継手）によって又は任意選択的に図６に示す従来型のフランジ形式マウントによって火炎検出器６４を取付けられ（図４〜図６）、図６の場合には、フランジブロック５５が、ボア６２と整列した状態でフランジ本体４６に取付けられかつ火炎検出器を取付ける。
【００２０】
図４〜図５はまた、フランジ４４に取付けられた二次燃料ノズル６８を示しており、二次燃料ノズルの外側燃料通路がブラインドカウンタボア５６と整列しまた二次燃料ノズルの中心通路が中心ボア５４と整列する。燃料マニホルド７０、７２がそれぞれ中心ボア５４及び半径方向ポート６０に連結されて、上述したような半径方向内側及び外側燃料通路に燃料を供給する。第１及び第２の軸方向貫通ボア５４、６２の前方端部並びに半径方向ボア６０への入口には、参照符号５５、６３及び６１で示す位置においてカウンタボア（座ぐり）を設けて燃料マニホルド及び火炎検出器の取付け（例えば、ネジ山による）を容易にすることができることに注目されたい。
【００２１】
両方のマニホルド７０、７２は、拡散／予混合（移行型ともいう。）二次燃料ノズルに利用されることことが分かる。無移行型燃焼プロセスの場合には、マニホルド７０は簡単に取外すことができ、また中心ボア５４はプラグ閉塞することができる。
【００２２】
図７〜図１１は、二次燃料フランジ７４の別の例示的な実施形態を示している。この実施形態では、細長いフランジ本体７６が、フランジ４４とほぼ同じ形状であるが、好ましくは互いに９０°の角度で配置された第１及び第２の平坦部７８、８０を有するものとして形成される。これにより、本体方向配向平坦部に対して燃料供給チューブ又はマニホルド８２、８４（図９〜図１１）を連結することができる。
【００２３】
より具体的にはまた図１１に最も良く示すように、単一のブラインド中心ボア８６が、燃料ノズルフランジの前方端部を前方端部面８８によって閉鎖された状態で、燃料ノズルフランジ本体７４の長手方向中心軸線に沿って設置される。半径方向配向ボア９０、９２が、平坦部７８、８０における入口９４、９６から中心ボア８６まで延在する。供給パイプ又はマニホルド８４は、燃料ノズルフランジボア９６に固定されて、二次燃料ノズル１００の中心チューブ９８（図１におけるコア４４に相当する）だけと連通する。ボア９４は、中心ボア８６に開口しかつ二次燃料ノズル１００内の半径方向外側通路１０２と連通する。オフセットボア１０４（図７、図８及び図１０）が、ここでも同様に直接ネジ継手又は従来型のフランジタ形式マウント（図１０）のいずれかで、フランジブロック６６を利用して火炎検出器１０６を取付けるために依然として残留している。そうではない場合にも、別の二次燃料ノズルフランジを取付けかつ使用する方法は、図２〜図６に示す第１の構成に関して本明細書で上述したのと本質的に同じである。無移行型燃焼の場合には、マニホルド８４は取外すことができ、またボア９６はプラグ閉塞するか又はマニホルド８４はその反対側端部においてプラグ閉塞することができる。第１の例示的な実施形態におけるのと同様に、ボア９４、９６は、それらのそれぞれの入口において座ぐりを設けてマニホルド８２、８４の取付けを容易にすることができ、またボア１０４には、座ぐりを設けて火炎検出器７６の取付けを容易にすることができる。
【００２４】
両方の例示的な実施形態の場合に、比較的簡単なフランジ本体設計によって、滑らかな燃料流れが保証され、またそれら両方の実施形態は移行型並びに無移行型構成に利用することができる。両方の実施形態はまた、別の火炎検出器取付け構成を支持する。燃料入口に、同一の直径及びネジ山を設けることによって、更なる簡略化を達成することができる。
【００２５】
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】
【００２６】
１０、１００  二次燃料ノズル
１２  外側スリーブ
１４  中空コア
１６  予混合燃料通路
１８  拡散燃料通路
２０  空気通路
２２  半径方向アパーチャ
２４  外側端部
２６  内側端部
２８  取付けフランジ
３０、６４、１０６  火炎検出器
３２  噴射チューブ
３６  空間
３８  スワーラスロット
４０  パイロットボア
４２  パイロットオリフィス
４４、７４  ノズルフランジ
４６  フランジ本体
４８  平坦表面又は平坦部
５０  取付けプレート又はフランジ
５２  孔
５４  中心ボア
５６、６３、６１  カウンタボア
５８  半径方向ショルダ部
６０、９０、９２  半径方向配向ボア
６２、８６、９４、９６  軸方向ボア
５５、６６  フランジブロック
７０、７２、８２、８４  マニホルド又は供給パイプ
７６  フランジ本体
７８、８０  平坦部
８８  端部面
９８  中心チューブ
１０２  外側通路
１０４  オフセットボア
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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