(57)【要約】【課題】本出願は、ガスタービンエンジン（１００）で用いられる燃焼器（２６０）を提供する。【解決手段】本燃焼器（２６０）は、キャップ部材（２７０）と、キャップ部材（２７０）を貫通して延びる複数の燃料ノズル（２８０）とを含むことができる。燃料ノズル（２８０）の１以上は、キャップ部材（２７０）に対して非同一面位置（３７０、３８０）に設けることができる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャップ部材（２７０）と、
前記キャップ部材（２７０）を貫通して延びる複数の燃料ノズル（２８０）と
を備える、ガスタービンエンジン（１００）用の燃焼器（２６０）であって、
前記複数の燃料ノズル（２８０）の１以上が、前記キャップ部材（２７０）に対して非同一面位置（３７０、３８０）に設けられている、燃焼器（２６０）。
【請求項２】
前記複数の燃料ノズル（２８０）が各々、その中に複数のミニチューブ（２３０）を含む、請求項１記載の燃焼器（２６０）。
【請求項３】
前記非同一面位置（３７０、３８０）が陥凹位置（３７０）を含む、請求項１記載の燃焼器（２６０）。
【請求項４】
前記非同一面位置（３７０、３８０）が突出位置（３８０）を含む、請求項１記載の燃焼器（２６０）。
【請求項５】
前記複数のノズル（２８０）の１以上が、前記キャップ部材（２７０）に対してほぼ同一面位置（３７０、３８０）にさらに設けられる、請求項１記載の燃焼器（２６０）。
【請求項６】
前記複数のノズル（２８０）の１以上が陥凹位置（３７０）に設けられ、前記複数のノズル（２８０）の１以上が突出位置（３８０）に設けられる、請求項１記載の燃焼器（２６０）。
【請求項７】
前記複数のノズル（２８０）の１以上が陥凹位置（３７０）に設けられ、前記複数のノズル（２８０）の１以上が突出位置（３８０）に設けられ、前記複数のノズル（２８０）の１以上がほぼ同一面位置（３９０）に設けられる、請求項１記載の燃焼器（２６０）。
【請求項８】
前記複数のノズル（２８０）が、中心ノズル（３００）及び複数の外側ノズル（３１０、３２０、３３０、３４０、３５０、３６０）を含む、請求項１記載の燃焼器（２６０）。
【請求項９】
前記複数の外側ノズル（３１０、３２０、３３０、３４０、３５０、３６０）の１以上が、非同一面位置（３７０、３８０）に設けられる、請求項８記載の燃焼器（２６０）。
【請求項１０】
ガスタービンエンジン（１００）の燃焼器（２６０）における燃焼ダイナミックスを緩和する方法であって、
前記燃焼器（２６０）のキャップ部材（２７０）内に複数の燃料ノズル（２８０）を配置するステップと、
前記キャップ部材（２７０）に対する前記燃料ノズル（２８０）の位置（３７０、３８０、３９０）を変化させるステップと、
前記燃焼器（２６０）を作動させて、前記変化する位置（３７０、３８０、３９０）における前記燃料ノズル（２８０）によって発生される燃焼ダイナミックスを判定するステップと
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、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、スクリーチその他のタイプの燃焼ダイナミックスの緩和を行なう可変配置ノズルをその中に備えた燃焼器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ガスタービンエンジンは、燃料−空気混合気を燃焼させて、高温燃焼ガスストリームを形成する。高温燃焼ガスストリームは、高温ガス通路を介してタービンに送られる。タービンは、高温燃焼ガスストリームからの熱エネルギーを機械的エネルギーに変換して、タービンシャフトを回転させる。ガスタービンエンジンは、ポンプ或いは発電機及び同様のものに動力を供給することのような種々の用途で使用することができる。
【０００３】
作動効率は一般的に、燃焼ガスストリームの温度が上昇するにつれて、増大する。しかしながら、より高いガスストリーム温度は、より高いレベルの窒素酸化物（ＮＯｘ）、つまりエミッションを発生させ、このエミッションは、米国において連邦及び州規制を受け、海外でも同様の規制を受ける。従って、ガスタービンを効率的温度範囲で作動させることと同時にエミッションのＮＯｘその他のタイプの発生量を規制レベル以下に維持するのを保証することとの間には、バランスが存在する。
【０００４】
燃料−空気混合気は、多数のミニチューブ束ノズルを通して燃焼器内で燃焼させることができる。これらのミニチューブ束ノズル又は他のタイプの燃焼ノズルを利用して、エミッションを低減しかつ同時に高反応性タイプの合成ガスその他の燃料の使用を可能にするようにすることができる。
【０００５】
しかしながら、高水素燃料燃焼は、ミニチューブ束ノズル又は他のタイプの燃焼ノズルを備えるように構成した燃焼器内に約１キロヘルツ又はそれ以上よりも高い振動数をかつさらに縦方向音響モードで励起させるおそれがある。スクリーチその他のタイプの燃焼ダイナミックスは、隣接するノズル間の燃焼相互作用並びに燃焼プロセス及びジオメトリの組合せにより発生する可能性がある。燃焼ダイナミックスは、たとえ低振幅においてさえ機械的疲労を引き起こすおそれがありかつより高振幅ではハードウェア損傷に至るおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７６３１４９９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、重度の燃焼ダイナミックスを回避するか又は少なくとも緩和する改良型の燃焼器に対する要望が存在する。そのような燃焼器は、そのような燃焼ダイナミックスを回避すると同時に、最少のエミッションを伴う高効率の作動を維持すべきである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
従って、本出願は、ガスタービンエンジンで用いられる燃焼器を提供する。本燃焼器は、キャップ部材と、キャップ部材を貫通して延びる複数の燃料ノズルとを含むことができる。燃料ノズルの１以上は、キャップ部材に対して非同一面位置に設けることができる。
【０００９】
本出願はさらに、ガスタービンエンジンの燃焼器における燃焼ダイナミックスを緩和する方法を提供する。本方法は、燃焼器のキャップ部材内に複数の燃料ノズルを配置するステップと、キャップ部材に対する燃料ノズルの位置を変化させるステップと、燃焼器を作動させて、変化する位置における燃料ノズルによって発生される燃焼ダイナミックスを判定するステップとを含む。
【００１０】
本出願はさらに、ガスタービンエンジンで用いられる燃焼器を提供する。本燃焼器は、キャップ部材と、キャップ部材を貫通して延びる複数の燃料ノズルとを含むことができる。燃料ノズルの１以上は、キャップ部材に対して陥凹位置又は突出位置に設けることができる。
【００１１】
本出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】
【００１２】
【図１】本明細書に説明する燃焼器と共に使用することができるガスタービンエンジンの概略図。
【図２】複数のミニチューブ燃料噴射ノズルを備えた燃焼器の側面断面図
【図３】図２の燃焼器の前面図。
【図４】本明細書で説明することができるような、キャップ部材を備えた燃焼器の部分斜視図。
【図５】図４のキャップ部材を備えた燃焼器の別の部分斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、幾つかの図を通し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、ガスタービンエンジン１００の概略図を示している。上述したように、ガスタービンエンジン１００は、流入する空気の流れを加圧する圧縮機１１０を含むことができる。圧縮機１１０は、加圧した空気の流れを燃焼器１２０に送給する。燃焼器１２０は、加圧した空気の流れを加圧した燃料の流れと混合しかつその混合気を点火燃焼させる。単一の燃焼器１２０のみを示しているが、ガスタービンエンジン１００は、あらゆる数の燃焼器１２０を含むことができる。高温燃焼ガスが次に、タービン１３０に送給される。高温燃焼ガスは、タービン１３０を駆動して、機械的仕事を生成する。タービン１３０内で生成された機械的仕事は、圧縮機１１０並びに発電機及び同様のもののような外部負荷１３５を駆動する。
【００１４】
ガスタービンエンジン１００は、天然ガス、様々なタイプの合成ガス、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１００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９ＦＢＡ型高出力ガスタービンエンジンとすることができる。ガスタービンエンジン１００は、その他の構成を有することができ、その他のタイプの構成要素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１００、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も、共に使用することができる。
【００１５】
図２及び図３は、燃焼器１２０の実施例を示している。燃焼器１２０は、その第１の端部に配置されたエンドカバー１５０からその反対側端部におけるキャップ部材１６０まで延びるキャップバレル１４０を含むことができる。キャップ部材１６０は、端部カバー１５０から間隔を置いて配置して、キャップバレル１４０及びキャップ部材１６０を通る加圧空気の流れのための内部流路１７０を形成することができる。燃焼器１２０はさらに、の上流に配置された燃焼器ライナ１８０及び流れスリーブ１９０を含むことができる。燃焼器ライナ１８０及び流れスリーブ１９０は、それらを通り内部流路１７０と逆流れ連通した冷却流路２００を形成することができる。
【００１６】
キャップ部材１６０内には、複数の燃料ノズル２１０を配置することができる。燃料ノズル２１０は、キャップ部材１６０を貫通する複数の開口部２２０内に着脱可能に取付けることができる。この実施例では、各燃料ノズル２１０は、ミニチューブ２３０の束を含むことができる。各ミニチューブ２３０は、燃料通路２４０及び中心燃料プレナム２５０を介して燃料の流れと連通状態にすることができる。本明細書では、あらゆる数のミニチューブ２３０を使用することができる。本明細書では、他のタイプのノズル及びノズル構成も使用することができる。
【００１７】
従って、圧縮機１１０からの空気は、燃焼器ライナ１８０及び流れスリーブ１９０間の冷却流路を通って流れ、かつ次にキャップバレル１４０内に逆流する。空気は次に、エンドカバー１５０及びキャップ部材１６０間に形成された内部流路１７０を通って流れる。空気は、各燃料ノズル２１０のミニチューブ２３０の周りを流れて、各ミニチューブ２３０からの燃料の流れと混合される。燃料の流れ及び空気の流れは次に、キャップ部材１６０の下流で燃焼ゾーン２５５内において点火燃焼させることができる。本明細書における燃焼器１２０は、単なる実施例として図示している。本明細書では、多くの他のタイプの燃焼器設計及び燃焼方法を使用することができる。
【００１８】
図４及び図５は、本明細書で説明することができるような燃焼器２６０の部分を示している。上述した燃焼器１２０と同様に、燃焼器２６０は、それを貫通して配置された複数の燃料ノズル２８０を備えたキャップ部材２７０を含む。燃料ノズル２８０の各々は、その中にミニチューブ２３０の束を有することができる。本明細書では、他のタイプのノズル２８０及びノズル構成も使用することができる。この実施例では、中心ノズル３００は、６つの外側ノズル３１０、３２０、３３０、３４０、３５０、３６０によって囲むことができる。本明細書では、あらゆる位置及び／又は配向で、あらゆる数の燃料ノズル２８０及びミニチューブ２３０を使用することができる。
【００１９】
図４の実施例では、第１の外側ノズル３１０、第３の外側ノズル３３０及び第５の外側ノズル３５０は、キャップ部材２７０の前面に比較して陥凹位置３７０を含む。図５の実施例では、第１の外側ノズル３１０、第３の外側ノズル３３０及び第５の外側ノズル３５０は、キャップ部材２７０の前面に比較して突出位置３８０を含む。残りの燃料ノズル２８０は、上述したのと同様な状態でキャップ部材２７０に対してほぼ同一面位置３９０を含むことができる。燃料ノズル２８０のいずれかは、陥凹位置３７０、突出位置３８０又は同一面位置３９０を含むことができる。同様に、所望に応じて陥凹位置３７０、突出位置３８０及び／又は同一面位置３９０において、燃料ノズル２８０のあらゆる組合せを使用することができる。陥凹位置３７０及び突出位置３８０の両方は、「非同一面位置」と呼ぶことができる。
【００２０】
燃料ノズル２８０はキャップ部材２７０に対して配置されるものとして説明してきたが、キャップ部材を使用することは必要でない可能性がある。むしろ、燃料ノズル２８０は、同一面位置３９０及び同様のものにわたる仮想平面の周りに配置することができる。言い換えると、同一面位置３９０は、それに従って構成した陥凹位置３７０及び突出位置３８０を有する平面と同等なものとすることができる。
【００２１】
従って、各個々の燃焼器２６０のスクリーチその他のタイプの燃焼ダイナミックスは、複数の構造変数、作動変数その他の変数に従って変化させることができて、各燃焼器２６０が陥凹位置３７０、突出位置３８０及び／又は同一面位置３９０における燃料ノズル２８０の異なる組合せを使用することができる。これらの異なる燃料ノズル位置は、個々に及びガスタービンエンジン１００内における燃焼器の組合せ全体としての両方で、燃焼ダイナミックスを減少させかつ全体燃焼器性能を向上させるように組合せることができる。
【００２２】
従って、キャップ部材２７０に対して及び／又は互いに対して陥凹位置３７０、突出位置３８０及び／又は同一面位置３９０にある燃料ノズル２８０を使用することは、少なくとも隣接燃料ノズル２８０間の相互作用を切離すことによって燃焼ダイナミックスを減少させるか或いは回避させることができる。従って、このように配置することは、燃料ノズル２８０及び全燃焼器２６０の作動性、耐久性及び信頼性全体を向上させる筈である。従って、音響ダイナミックスは、燃料ノズル２８０の周りに放出される圧力及び熱の相互作用並びにそれにより生じる燃焼ダイナミックスを変更するように、大幅に修正することができる。
【００２３】
上記の説明は本出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】
【００２４】
１００  ガスタービンエンジン
１１０  圧縮機
１２０  燃焼器
１３０  タービン
１３５  負荷
１４０  キャップバレル
１５０  エンドカバー
１６０  キャップ部材
１７０  流路
１８０  燃焼器ライナ
１９０  流れスリーブ
２００  冷却流路
２１０  燃料ノズル
２２０  開口部
２３０  ミニチューブ
２４０  燃料通路
２５０  燃料プレナム
２５５  燃焼ゾーン
２６０  燃焼器
２７０  キャップ部材
２８０  燃料ノズル
３００  中心ノズル
３１０  第１のノズル
３２０  第２のノズル
３３０  第３のノズル
３４０  第４のノズル
３５０  第５のノズル
３６０  第６のノズル
３７０  陥凹位置
３８０  突出位置
３９０  同一面位置
【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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【外国語明細書】
2012017972000001.pdf