(57)【要約】  ガスタービン燃焼器の２種燃料運転のためのシステムおよび方法が提供される。１つの実施例のガスタービン燃焼器は、円筒型燃焼ライナ、流れスリーブ、主混合器、半径方向流入スワーラ、燃焼器ドーム、および燃料カートリッジアッセンブリ、のような１つ以上の構成要素を有していてよく、前記構成要素のうちの１つ以上は、燃焼器の気体燃料運転または液体燃料運転のどちらが所望されているかに応じて、気体燃料または液体燃料を燃焼ライナに供給するように構成されてよい。
2018524545.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン用の燃焼システムであって、
中心軸線を有する円筒型燃焼ライナと、
前記円筒型燃焼ライナに連結されていて、前記中心軸線に関して前記円筒型燃焼ライナの半径方向外側に位置する流れスリーブと、
前記流れスリーブに連結されていて、前記中心軸線に関して前記円筒型燃焼ライナの半径方向外側に位置する主混合器であって、気体燃料および液体燃料のうちの少なくとも一方を前記流れスリーブ内に噴射するように構成された主混合器と、
前記円筒型燃焼ライナに連結されていて、前記円筒型燃焼ライナの外側から前記円筒型燃焼ライナの内側へと空気を方向付けるように構成された半径方向流入スワーラであって、気体燃料および液体燃料のうちの少なくとも一方を前記円筒型燃焼ライナ内に噴射するために構成された半径方向流入スワーラと、
前記円筒型燃焼ライナに連結されていて、前記中心軸線に沿って少なくとも部分的に前記半径方向流入スワーラを通って延在している燃料カートリッジアッセンブリであって、液体燃料を前記燃焼ライナ内に噴射するように構成されている燃料カートリッジアッセンブリと、
を有している、ガスタービン用の燃焼システム。
【請求項２】
前記流れスリーブおよび前記主混合器のうちの少なくとも一方は、気体燃料または液体燃料を前記円筒型燃焼ライナ内に噴射するように構成可能である、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記燃料カートリッジアッセンブリに液体燃料を供給するために、前記燃料カートリッジアッセンブリに連結された複数の液体燃料回路をさらに有する、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
液体燃料を、前記燃料カートリッジアッセンブリ内に、および前記円筒型燃焼ライナ内に噴射するために、前記複数の液体燃料回路と前記燃料カートリッジアッセンブリとに連結された１つ以上の燃料インジェクタをさらに有する、請求項３記載のシステム。
【請求項５】
前記燃料カートリッジアッセンブリに連結され、前記複数の液体燃料回路と流体連通された複数の燃料インジェクタチップをさらに有し、前記複数の燃料インジェクタチップは、前記複数の液体燃料回路から供給された液体燃料を前記円筒型燃焼ライナ内に噴射するように構成されている、請求項４記載のシステム。
【請求項６】
前記主混合器は液体燃料回路に連結されており、前記主混合器は、液体燃料を前記流れスリーブ内に噴射するように構成されている、請求項１記載のシステム。
【請求項７】
前記半径方向流入スワーラはさらに複数のスワーラベーンを有しており、前記半径方向流入スワーラは液体燃料回路に連結されており、前記半径方向流入スワーラは、前記液体燃料回路からの液体燃料を前記複数のスワーラベーン内に噴射するために構成されている、請求項１記載のシステム。
【請求項８】
前記円筒型燃焼ライナはさらに、前記円筒型燃焼ライナの入口端部に燃焼器ドームを有しており、前記燃焼器ドームは液体燃料回路に連結されていて、前記液体燃料回路からの液体燃料を前記円筒型燃焼ライナ内に供給するように構成されている、請求項１記載のシステム。
【請求項９】
前記主混合器、前記半径方向流入スワーラ、および前記燃焼器ドームのドームダンパアッセンブリのうちの少なくとも１つは、それぞれ液体燃料または気体燃料を前記円筒型燃焼ライナへと供給するために、液体燃料回路または気体燃料回路に連結されるように構成されている、請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
ガスタービン用の燃焼システムであって、
中心軸線を有する円筒型燃焼ライナと、
前記円筒型燃焼ライナに連結されていて、前記中心軸線に関して前記円筒型燃焼ライナの半径方向外側に位置する流れスリーブと、
前記流れスリーブに連結された主混合器と、
前記円筒型燃焼ライナに連結されていて、前記円筒型燃焼ライナの内側と外側との間の流体連通を提供する半径方向流入スワーラと、
前記円筒型燃焼ライナの端部に位置する燃焼器ドームと、
前記円筒型燃焼ライナに連結されていて、少なくとも部分的に前記半径方向流入スワーラを通って延在している燃料カートリッジアッセンブリと、
前記燃料カートリッジアッセンブリに連結された少なくとも１つの液体燃料回路であって、前記燃料カートリッジアッセンブリは、前記液体燃料回路からの液体燃料を前記円筒型燃焼ライナへ提供するように構成されている、液体燃料回路と、を有しており、
前記主混合器、前記半径方向流入スワーラ、および前記燃焼器ドームのうちの少なくとも１つは、気体燃料または液体燃料を前記円筒型燃焼ライナへと供給するように構成されることができる、ガスタービン用の燃焼システム。
【請求項１１】
前記主混合器、前記半径方向流入スワーラ、および前記燃焼器ドームのうちの少なくとも１つに連結された少なくとも１つの別の液体燃料回路をさらに有し、前記別の液体燃料回路は、前記別の液体燃料回路が連結されている、前記主混合器、前記半径方向流入スワーラ、および前記燃焼器ドームのうちの前記少なくとも１つを介して前記液体燃料を前記円筒型燃焼ライナに供給するためのものである、請求項１０記載のシステム。
【請求項１２】
前記主混合器、前記半径方向流入スワーラ、および前記燃焼器ドームのうちの少なくとも１つは、気体燃料を前記円筒型燃焼ライナ内に噴射するように構成可能である、請求項１０記載のシステム。
【請求項１３】
前記半径方向流入スワーラはさらに複数のスワーラベーンを有しており、少なくとも１つの別の液体燃料回路が前記別の液体燃料回路からの液体燃料を前記円筒型燃焼ライナに供給するために前記複数のスワーラベーンに連結されている、請求項１０記載のシステム。
【請求項１４】
前記燃焼器ドームに連結されたドーム延長部をさらに有し、前記ドーム延長部は少なくとも１つの別の液体燃料回路に連結されていて、前記別の液体燃料回路からの前記液体燃料を前記円筒型燃焼ライナへと供給するように構成されている、請求項１０記載のシステム。
【請求項１５】
前記燃焼器ドームは、少なくとも１つの別の液体燃料回路に連結されていて、前記中心軸線に関して半径方向または軸方向で燃料を前記円筒型燃焼ライナ内に供給するように構成されている、請求項１０記載のシステム。
【請求項１６】
前記燃料カートリッジアッセンブリはさらに、チッププレートと、前記チッププレートを少なくとも部分的に通って延在する、前記液体燃料を前記円筒型燃焼ライナ内に噴射するための複数の燃料インジェクタチップとを有している、請求項１０記載のシステム。
【請求項１７】
燃焼器流路における燃料噴射位置を提供する方法であって、
燃焼システムを設けるステップであって、前記燃焼システムは、
中心軸線を有する円筒型燃焼ライナと、
前記円筒型燃焼ライナに連結されていて、前記中心軸線に関して前記円筒型燃焼ライナの半径方向外側に位置する流れスリーブと、
前記流れスリーブに連結された主混合器と、
前記円筒型燃焼ライナに連結されていて、前記円筒型燃焼ライナの内側と外側との間の流体連通を提供する半径方向流入スワーラと、
前記円筒型燃焼ライナの端部に位置する燃焼器ドームと、
前記円筒型燃焼ライナに連結されていて、前記中心軸線に沿って少なくとも部分的に前記半径方向流入スワーラを通って延在している燃料カートリッジアッセンブリと、
を有しているステップと、
第１の燃料回路を、前記燃料カートリッジアッセンブリ、前記主混合器、および前記半径方向流入スワーラのうちの少なくとも１つに連結するステップと、を有しており、
前記第１の燃料回路は、気体燃料または液体燃料を、前記燃料カートリッジアッセンブリ、前記主混合器、および前記半径方向流入スワーラのうちの前記少なくとも１つに供給するように構成されることができる、
燃焼器流路における燃料噴射位置を提供する方法。
【請求項１８】
前記第１の燃料回路を介して気体燃料を、前記燃料カートリッジアッセンブリ、前記主混合器、および前記半径方向流入スワーラのうちの前記少なくとも１つに供給するステップと、
前記第１の燃料回路を、前記燃料カートリッジアッセンブリ、前記主混合器、および前記半径方向流入スワーラのうちの前記少なくとも１つから分離するステップと、
第２の燃料回路を、前記燃料カートリッジアッセンブリ、前記主混合器、および前記半径方向流入スワーラのうちの少なくとも１つに連結するステップと、
前記第２の燃料回路を介して液体燃料を、前記燃料カートリッジアッセンブリ、前記主混合器、および前記半径方向流入スワーラのうちの前記少なくとも１つに供給するステップと、
をさらに有している、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の燃料回路は前記気体燃料を、前記燃料カートリッジアッセンブリ、前記主混合器、および前記半径方向流入スワーラのうちの前記少なくとも１つに供給する、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記第２の燃料回路は前記液体燃料を、前記燃料カートリッジアッセンブリ、前記主混合器、および前記半径方向流入スワーラのうちの前記少なくとも１つに供給する、請求項１９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願とのクロスリファレンス
本出願は、「燃焼器流路への特別な燃料噴射位置」の名称で２０１５年６月３０日に出願された米国特許仮出願第６２／１８６９０７号明細書（U.S. Provisional Application No. 62/186,907）の優先権を請求し、上記仮出願の全ての内容は、参照により本明細書に記載されたものとする。この出願はさらに、「ガスタービン燃料構成要素」の名称で出願された、代理人整理番号ＰＳＳＦ．２５６９２４を有する同時係属中の案件である米国特許出願第１５／１９４２０９号明細書（U.S. Patent Application No. 15/194,209）、および「ガスタービン制御システム」の名称で出願された、代理人整理番号ＰＳＳＦ．２５６９２５を有する同時係属中の案件である米国特許出願第１５／１９４２１３号明細書（U.S. Patent Application No. 15/194,213）に関する。これら関連出願もそれぞれ、米国特許仮出願第６２／１８６９０７号明細書（U.S. Provisional Application No. 62/186,907）の優先権を請求し、上記関連出願の全ての内容は、参照により本明細書に記載されたものとする。
【０００２】
技術分野
本技術は、概して、ガスタービン燃焼器および燃料システムに関する。
【０００３】
発明の背景
ガスタービンエンジンは使用中、エミッションを生成するが、このエミッションはしばしば制御されて、結果としてガスタービン燃焼システムはしばしば、エミッションが許容可能なレベルに維持されることを保証するように調整される。ガスタービン燃焼器からのエミッションは、他の要因の中でも特に、燃料インジェクタの位置、空気流量、空気・燃料の混合、および燃料の種類（例えば、気体燃料または液体燃料）の変更によって調整することができる。気体燃料は通常、燃料と空気の予混合と、その結果として生じる燃焼の完全性のために、ガスタービン燃焼器においては液体燃料よりも低いエミッションを生成することができる。しかしながらガスタービン運転のいくつかは、比較的高いエミッションにもかかわらず、気体燃料ではなく液体燃料（例えば、ディーゼル燃料、燃料・水エマルジョン、油等）の使用に依然として適している。燃料の利用可能性およびエミッション規制といった要因により、このような燃料の使用が決定される場合がある。したがって、他の利点の中でも、利用可能な燃料の種類のより大きな多様性を許容するガスタービン燃焼器が必要とされる。
【０００４】
概要
本開示の詳細な説明の部分で以下にさらに詳しく説明する選択された概念を紹介するために、この部分では本技術の様々な実施形態の大まかな概観が提供される。この概要は、特許請求される対象の重要な、または本質的な特徴を特定することを意図するものではなく、特許請求される対象の範囲を規定するために単独に補助として使用されることを意図するものでもない。
【０００５】
要するに大まかに言うと、本開示はとりわけ、ガスタービン燃焼器用の２種燃料燃焼システムを説明しており、この燃焼システムにより、構成要素およびシステムの最小限の移行で燃焼器のための運転上の柔軟性を提供するために、気体燃料または液体燃料を別個の運転または組み合わせた運転で使用して、燃焼器の運転を可能にすることができる。この燃焼システムは、円筒型燃焼ライナ、主混合器、半径方向流入スワーラ、および燃料カートリッジアッセンブリのような様々な構成要素を含んでいてよい。これら構成要素はそれぞれさらに、燃焼のための所望の燃料源を提供するように、液体燃料または気体燃料を燃焼器内に導入するように構成された様々な燃料噴射位置を含むことができる。さらに、燃料噴射位置の少なくともいくつかは、所望の燃料運転に応じて、取り付けられた燃料回路からの液体燃料または気体燃料を供給するように調整可能であってよい。付加的に、典型的には気体燃料運転用に構成された燃焼器に、燃料カートリッジアッセンブリを設けることができ、この燃料カートリッジアッセンブリを、１つ以上の燃料マニホルドを介して液体燃料を提供するように構成することができ、これにより、少なくとも部分的に燃料カートリッジアッセンブリからの燃料を供給することにより燃焼器のステージングおよびエミッション制御が可能となる。さらに、ガスタービン燃焼器および／または協働する燃料カートリッジアッセンブリの運転は、とりわけ燃焼器プロフィールおよび火炎分散を制御するために、異なる燃料回路への、またはとりわけパイロット燃料インジェクタへの水流、燃料流、または燃料・水混合物の流れを制御することを含むことができる。
【０００６】
１つの実施形態では、ガスタービン用の燃焼システムが提供される。このシステムは、中心軸線を有する円筒型燃焼ライナと、前記円筒型燃焼ライナに連結されていて、前記中心軸線に関して前記円筒型燃焼ライナの半径方向外側に位置する流れスリーブと、前記流れスリーブに連結されていて、前記中心軸線に関して前記円筒型燃焼ライナの半径方向外側に位置する主混合器と、を有している。前記主混合器は、気体燃料および液体燃料のうちの少なくとも一方を前記流れスリーブ内に噴射するように構成されている。前記システムはさらに、前記円筒型燃焼ライナに連結されていて、前記円筒型燃焼ライナの外側から前記円筒型燃焼ライナの内側へと空気を方向付けるように構成された半径方向流入スワーラを有している。前記半径方向流入スワーラは、気体燃料および液体燃料のうちの少なくとも一方を前記円筒型燃焼ライナ内に噴射するように構成されている。前記システムはさらに、前記円筒型燃焼ライナに連結されていて、前記中心軸線に沿って少なくとも部分的に前記半径方向流入スワーラを通って延在している燃料カートリッジアッセンブリであって、液体燃料を前記燃焼ライナ内に噴射するように構成されている燃料カートリッジアッセンブリを有している。
【０００７】
別の実施形態で、ガスタービン用の燃焼システムが提供される。この燃焼システムは、中心軸線を有する円筒型燃焼ライナと、前記円筒型燃焼ライナに連結されていて、前記中心軸線に関して前記円筒型燃焼ライナの半径方向外側に位置する流れスリーブと、前記流れスリーブに連結された主混合器と、前記円筒型燃焼ライナに連結されていて、前記円筒型燃焼ライナの内側と外側との間の流体連通を提供する半径方向流入スワーラと、前記円筒型燃焼ライナの端部に位置する燃焼器ドームと、前記円筒型燃焼ライナに連結されていて、少なくとも部分的に前記半径方向流入スワーラを通って延在している燃料カートリッジアッセンブリと、前記燃料カートリッジアッセンブリに連結された少なくとも１つの液体燃料回路と、を有している。前記燃料カートリッジアッセンブリは、前記液体燃料回路からの液体燃料を前記円筒型燃焼ライナへ提供するように構成されている。前記主混合器、前記半径方向流入スワーラ、および前記燃焼器ドームのうちの少なくとも１つは、気体燃料または液体燃料を前記円筒型燃焼ライナへと供給するように構成されていてよい。
【０００８】
別の実施形態で、燃焼器流路における燃料噴射位置を提供する方法が提供される。この方法は、燃焼システムを提供するステップを有しており、前記燃焼システムは、中心軸線を有する円筒型燃焼ライナと、前記円筒型燃焼ライナに連結されていて、前記中心軸線に関して前記円筒型燃焼ライナの半径方向外側に位置する流れスリーブと、前記流れスリーブに連結された主混合器と、前記円筒型燃焼ライナに連結されていて、前記円筒型燃焼ライナの内側と外側との間の流体連通を提供する半径方向流入スワーラと、前記円筒型燃焼ライナの端部に位置する燃焼器ドームと、前記円筒型燃焼ライナに連結されていて、前記中心軸線に沿って少なくとも部分的に前記半径方向流入スワーラを通って延在している燃料カートリッジアッセンブリと、を有している。この方法はさらに、第１の燃料回路を、前記燃料カートリッジアッセンブリ、前記主混合器、および前記半径方向流入スワーラのうちの少なくとも１つに連結するステップを有しており、前記第１の燃料回路は、気体燃料または液体燃料を、前記燃料カートリッジアッセンブリ、前記主混合器、および前記半径方向流入スワーラのうちの前記少なくとも１つに供給するように構成されていてよい。
【０００９】
複数の図面の簡単な説明
例示的であり、本質的に非限定的な図を参照しながら、本技術を詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本技術の１つの実施形態によるガスタービン燃焼システムを示す断面図である。
【図２】本技術の１つの実施形態による、図１のガスタービン燃焼システムと共に使用することができる燃料カートリッジアッセンブリを示す側面図である。
【図３】本技術の１つの実施形態による第１のメイン燃料回路を断面した、図２の燃料カートリッジアッセンブリを示す断面図である。
【図４】本技術の１つの実施形態による、図２の燃料カートリッジアッセンブリのチッププレートの端面を示す図である。
【図５】本技術の１つの実施形態による第２のメイン燃料回路を断面した、図２の燃料カートリッジアッセンブリを示す選択的な断面図である。
【図６】本技術の１つの実施形態による、図２の燃料カートリッジアッセンブリを示す分解図である。
【図７】本技術の１つの実施形態による、図２の燃料カートリッジアッセンブリの一部を示す断面図である。
【図８】本技術の１つの実施形態による、図２の燃料カートリッジアッセンブリの一部を示す斜視図、部分図、断面図である。
【図９】図９Ａ〜図９Ｆは、本技術の１つの実施形態による、いかにして燃料カートリッジアッセンブリのセンタボディを外側スリーブに取り外し可能に固定することができるかを説明した一連の図である。
【図１０Ａ】本技術の１つの実施形態による、燃料カートリッジアッセンブリと共に使用することができる圧力スワール噴霧ノズルを示す図である。
【図１０Ｂ】本技術の１つの実施形態による、燃料カートリッジアッセンブリと共に使用することができる圧力スワール噴霧ノズルを示す図である。
【図１１Ａ】本技術の１つの実施形態による、燃料カートリッジアッセンブリと共に使用することができるフラットファンノズルを示す図である。
【図１１Ｂ】本技術の１つの実施形態による、燃料カートリッジアッセンブリと共に使用することができるフラットファンノズルを示す図である。
【図１１Ｃ】本技術の１つの実施形態による、燃料カートリッジアッセンブリと共に使用するための燃料インジェクタチップの位置の例を示す図である。
【図１１Ｄ】本技術の１つの実施形態による、燃料カートリッジアッセンブリと共に使用するための燃料インジェクタチップの位置の例を示す図である。
【図１２】本技術の１つの実施形態による燃焼システムにおける液体燃料および水回路のステージングプロセスを示す図である。
【図１３】本技術の１つの実施形態による燃焼システムにおけるパイロット燃料および水回路のステージングプロセスを示す図である。
【図１４】本技術の１つの実施形態による燃焼システムにおける第１のメイン燃料および水回路と、パイロット燃料および水回路とのステージングプロセスを示す図である。
【図１５】本技術の１つの実施形態による燃焼システムの第２のメイン燃料および水回路と、第１のメイン燃料および水回路と、パイロット燃料および水回路とのステージングプロセスを示す図である。
【図１６】本技術の１つの実施形態による、液体燃料噴射可能な燃焼システムを示す部分断面図である。
【図１７】本技術の１つの実施形態による、様々な燃料噴射位置を有した図１６の燃焼システムを示す図である。
【図１８】本技術の１つの実施形態による、様々な燃料噴射位置を有した図１６〜図１７の燃焼システムを示す図である。
【図１９】本技術の１つの実施形態による、様々な燃料噴射位置を有した図１６〜図１８の燃焼システムを示す図である。
【図２０】本技術の１つの実施形態による、液体燃料噴射可能かつ減衰可能な燃焼システムを示す部分断面図である。
【図２１】本技術の１つの実施形態による、様々な燃料噴射向きを有する図２０の燃焼システムを示す別の部分断面図である。
【図２２】本技術の１つの実施形態による、燃焼器ドームアッセンブリの例を示す図である。
【図２３】本技術の１つの実施形態による、燃料カートリッジアッセンブリのセンタボディの第１の構造を示す図である。
【図２４】本技術の１つの実施形態による、燃料カートリッジアッセンブリのセンタボディの第２の構造を示す図である。
【図２５】本技術の１つの実施形態による、ガスタービン燃焼器を運転する第１の方法例を示すブロック図である。
【図２６】本技術の１つの実施形態による、ガスタービン燃焼器を運転する第２の方法例を示すブロック図である。
【図２７】本技術の１つの実施形態による、燃焼器流路における燃料噴射位置を提供する方法例を示すブロック図である。
【図２８】本技術の１つの実施形態による、ガスタービン燃焼器をステージングする方法例を示すブロック図である。
【図２９】本技術の１つの実施形態による、ガスタービン燃焼器を運転する方法例を示すブロック図である。
【００１１】
詳細な説明
大まかに述べると、本技術は概して、発電用のタービンに高温燃焼ガスを提供するために、液体燃料および／または気体燃料で作動させることができるガスタービン燃焼システムに関する。ガスタービンエンジンの形式、燃料の利用可能性、エミッション規制に基づき、異なる燃料を、高温燃焼ガスを生成するために供給することができる。これに関して、ガスタービンエンジンの各燃焼器は、選択された燃料を燃焼器に供給するための１つ以上の燃料回路およびアッセンブリを有していてよい。さらに燃焼器は、複数の燃料噴射位置のうちの１つから、液体燃料または気体燃料を、組み合わせた運転または別個の運転で供給するように構成されてもよい。付加的に、以下でさらに詳しく説明するように、燃料カートリッジアッセンブリは１つ以上の燃料マニホルドを有していてよく、燃焼用の燃料を供給するために燃焼器に連結されていてよい。
【００１２】
本技術の出願は、ガスタービン燃焼器に関して開発された技術を有し、この技術は以下の特許文献を含む：発明の名称「FlameSheet Combustor（火炎シート燃焼器）」の米国特許第６９３５１１６号明細書（U.S. Patent No. 6,935,116）、発明の名称「Method of Operating a FlameSheet Combustor（火炎シート燃焼器を運転する方法）」の米国特許第６９８６２５４号明細書（U.S. Patent No. 6,986,254）、発明の名称「FlameSheet Combustor Dome（火炎シート燃焼器ドーム）」の米国特許出願公開第２０１４００９０３９０号明細書（U.S. Patent Application Publication No. 20140090390）、発明の名称「FlameSheet Combustor Contoured Liner（火炎シート燃焼器コンタードライナ）」の米国特許出願公開第２０１５００７５１７２号明細書（U.S. Patent Application Publication No. 20150075172）、発明の名称「Combustor with Radially Staged Premixed Pilot（半径方向で段階的に予混合されるパイロットを有した燃焼器）」の米国特許出願公開第２０１４００９０３９６号明細書（U.S. Patent Application Publication No. 20140090396）、発明の名称「Variable Length Combustor Dome Extension for Improved Operability（改善された運転性のための様々な長さの燃焼器ドーム延長部）」の米国特許出願公開第２０１４００９０３８９号明細書（U.S. Patent Application Publication No. 20140090389）。これらの引用した各出願、公開、および特許は、引用したことによりその全体が本明細書に組み込まれる。
【００１３】
最初に図１を参照する。気体燃料または液体燃料で運転することができる燃焼システム１００が設けられている。燃焼システム１００は主として液体燃料運転に関して述べられるが、気体燃料運転のために同様に構成することができる。これに関して、燃焼システム１００における様々な燃料噴射位置が、円筒型燃焼ライナ１１０へと燃料を供給するように構成されてよい。燃料は、接続される燃料回路に応じて液体燃料または気体燃料であってよい。これに関して、燃料噴射位置の少なくともいくつか、または全ては、構成要素の限られた移行、または限られた移行プロセスの必要性で、燃焼器の使用においてより広い汎用性を提供するように、液体燃料と気体燃料との間で構成されてよい。
【００１４】
燃焼システム１００は、中心軸線Ａ−Ａを有する円筒型燃焼ライナ１１０と、円筒型燃焼ライナ１１０に連結され、円筒型燃焼ライナ１１０の半径方向外側に位置する流れスリーブ１２０とを有している。流れスリーブ１２０は、流れ通路１２２を形成するように円筒型燃焼ライナ１１０を少なくとも部分的に取り囲んでいて、この流れ通路１２２を通って圧縮空気は、円筒型燃焼ライナの内側へと移動しながら円筒型燃焼ライナ１１０の外面を冷却するように流れることができる。圧縮空気は、円筒型燃焼ライナ１１０の後端部１１２から円筒型燃焼ライナ１１０の入口端部１１４に向かって流れ、この入口端部で、圧縮空気は燃料と混合されて、燃焼ライナ１１０の燃焼室１１１内に点火のために噴射される。
【００１５】
燃焼システム１００はさらに、円筒型燃焼ライナ１１０と連結され、流れスリーブ１２０に隣接して位置する主混合器１３０を有している。図１に示した主混合器１３０は、中心軸線Ａ−Ａに関して円筒型燃焼ライナ１１０の半径方向外側に位置していて、流れスリーブ１２０を通って移動する圧縮空気の通過流内に気体燃料および／または液体燃料を噴射するように構成されていてよい。これに関して、主混合器１３０は、所望の燃料の運転に応じて、気体燃料または液体燃料を供給する燃料回路に連結されていてよい。主混合器１３０はさらに、流れスリーブ１２０内の通過空気流内にスワールを付与するために、主混合器に連結された、または主混合器に組み込まれた１つ以上のスワーラを有していてもよい。スワーラは、燃料と空気の混合を向上させるために通過空気流内に比較的大きな乱流を提供することができる。１つ以上の燃料インジェクタが、主混合器１３０に連結されていてよく、かつ主混合器１３０から流れスリーブ１２０内へ燃料を噴射するための協働する任意の燃料回路に連結されていてよい。
【００１６】
燃焼システム１００はさらに半径方向流入スワーラ１４０を有していて、このスワーラ１４０は、流れスリーブ１２０を通過する圧縮空気とは異なる圧縮空気のような、または流れスリーブ１２０を通過する圧縮空気と同じ圧縮空気のような圧縮空気の流れを、半径方向に向けられた複数のスワーラベーン１１３を通って、円筒型燃焼ライナ１１０へと向かうように方向付けるために使用されてよい。これに関して、半径方向流入スワーラ１４０は、円筒型燃焼ライナ１１０の内側と外側との間の流体連通を提供する。１つ以上の各燃料回路に連結された１つ以上の燃料インジェクタ１１５は、円筒型燃焼ライナ１１０内への流通のためにスワーラベーン１１３内に気体燃料および／または液体燃料を噴射するために、スワーラベーン１１３に取り付けられてよく、または半径方向流入スワーラ１４０の別の部分に取り付けられてよい。燃料は、中心軸線Ａ−Ａに対して半径方向の向きに沿って、または中心軸線Ａ−Ａに対して軸方向に沿って、または前記半径方向の向きと軸方向の組合わせで、噴射されてよい。図１に示したように、スワーラベーン１１３を通過する燃料と空気の流れは、円筒型燃焼ライナ１１０へと移動するとき、中心軸線Ａ−Ａに関して半径方向から軸方向へと変化することができる。燃料インジェクタ１１５はそれぞれ、少なくとも１つの連結された燃料ラインと噴射弁とを有していてよい。
【００１７】
図１に示した燃焼システム１００では、燃料カートリッジアッセンブリ１５０が、円筒型燃焼ライナ１１０に連結されていて、燃焼システム１００のほぼ中心軸線Ａ−Ａに沿って位置している。燃料カートリッジアッセンブリ１５０は、少なくとも部分的に半径方向流入スワーラ１４０を通って延在しており、燃焼室１１１内に液体燃料を噴射するように構成されていてよい。これに関して、図１および図１６〜図１９に示したように、対応する燃料回路から供給された液体燃料または気体燃料は、主混合器１３０、半径方向流入スワーラ１４０、図２２に示したような燃焼器ドーム２１２を通って、かつ／または燃料カートリッジアッセンブリ１５０に沿っているような選択的な位置を通って噴射されてよい。これら様々な燃料噴射位置は、第１のメイン燃料回路の火炎フロントによって誘発されるその後の点火および燃焼の前に、空気と燃料の予混合を可能にすることができる。予混合は、火炎内の局所的な最高到達温度を減じることにより、エミッションを制御するために必要な水を減じるために役立つことができる。
【００１８】
図２〜図１１Ｂを参照して、燃料カートリッジアッセンブリ１５０の詳細を示し、より詳しく説明する。図２には、燃料カートリッジアッセンブリ１５０の外側ハウジングが示されている。この外側ハウジングは、燃料カートリッジアッセンブリ１５０の後方部分１５４から延在する第１の外側スリーブ１７４と第２の外側スリーブ１７６とを有している。さらに図３に示したように、燃料カートリッジアッセンブリ１５０は、後方部分１５４とメインボディ１５６とを含むセンタボディ１５２を有している。後方部分１５４は、メインボディ１５６よりも大きな直径まで半径方向で延在していて、第１の燃料マニホルド１５８と第２の燃料マニホルド１６０とを有している。第２の燃料マニホルド１６０は、第１の燃料マニホルド１５８の半径方向内側に位置している。選択的な実施形態では、第２の燃料マニホルド１６０は、第１の燃料マニホルド１５８の半径方向外側に位置していてもよい。第１の燃料マニホルド１５８と第２の燃料マニホルド１６０とは、燃料カートリッジアッセンブリ１５０に連結された１つ以上の燃料および／または水回路から燃料カートリッジアッセンブリ１５０を通して、燃料および／または燃料・水エマルジョンの供給部を提供することができる。これに関して、燃料および／または燃料・水エマルジョンは、燃料カートリッジアッセンブリ１５０を通って、チッププレート１６４における複数の燃料インジェクタチップ１９６まで延在している軸方向に延びる燃料通路１７２を通って供給されてよい。図３に示したように、燃料インジェクタチップ１９６は、燃料通路１７２に流体連通していてよく、燃料通路１７２はそれぞれ第１の燃料マニホルド１５８または第２の燃料マニホルド１６０に流体連通していて、（例えば、システム１００のための各燃料回路の少なくとも一部を形成する）燃料通路１７２を通して燃料を供給する。燃料回路は、燃料源（例えば、燃料および／または水を提供する燃料供給ライン）、燃料インジェクタ、燃料マニホルド１５８，１６０のうちの１つのような各燃料マニホルド、およびこれらに関連する燃料通路１７２、および燃料インジェクタチップ１９６を有していてよい。燃料回路はさらに、弁、燃料貯蔵容器、別の燃料マニホルド、または燃焼器への燃料供給部用の流体連通を提供するカップリング、のような別の構成要素を含んでいてもよい。
【００１９】
チッププレート１６４上の燃料インジェクタチップ１９６の数および配置は、燃料カートリッジアッセンブリ１５０からの可変的燃料分配を可能にするために変化させることができることに注意されたい。例えば、第１および第２の燃料マニホルド１５８，１６０に連結された燃料通路１７２は、交互の半径方向の構造、または別の一様な構造、または一様でない構造で配置されてよい。特別なタービン運転に合わせて調整された実施形態では、一様でない構造を、ダイナミクス低減手段として利用することができ、またはインジェクタのグループ分けを利用してリッチ／リーン燃焼区域を形成するために利用することができる。さらに、各燃料インジェクタチップ１９６は、コークス化を減じる、または制限するために、シールド空気用の燃料インジェクタチップ１９６を取り囲む通路を含んでいてよい。（例えば、第１および第２の燃料マニホルド１５８，１６０により供給される）各燃料回路内の水対燃料比は、所望の燃料・水混合物に応じて水０％〜水１００％まで変動してよい。コークス化を減じるまたは制限するために、かつ／または所望の噴射圧を減じる、または制限するために、パージが所望されるならば、このことは、燃料または燃料・水混合物が噴射される協働する燃焼器内における燃料噴霧に影響を与える。これに関して、蒸発を遅らせ、協働する燃焼器内への燃料浸透を増加させるために、より高い燃料対水の比を使用することができる。同時または別個の運転で燃焼器内の燃料、水および空気の異なる混合を生成するために、異なる燃料回路を使用することもできる。
【００２０】
燃料カートリッジアッセンブリ１５０は、様々な形式のパイロット燃料インジェクタと主燃料インジェクタとを有していてよく、利用してよい。付加的に、燃料インジェクタチップ１９６は、燃料を協働する燃焼室内へと噴射するために、単式、複式、プレーンジェット式、かつ／またはフラットファン式燃料噴霧器の組合わせを有していてよい。これに関して、様々な燃焼器負荷状態のために、各燃料回路とそのインジェクタとを、所望の燃料燃焼および燃焼器運転のために利用することができる。燃料カートリッジアッセンブリ１５０における燃料インジェクタチップ１９６は、半径方向でチッププレート１６４の内側に向かって、またはチッププレート１６４の外縁に向かって相対的にさらに外側に、またはこれらの組合わせで、位置していてよい。パイロット燃料インジェクタまたは主燃料インジェクタは、燃料カートリッジアッセンブリ１５０のチッププレート１６４の中心と周囲との間に位置している単式インジェクタまたは複式インジェクタを有していてよい。
【００２１】
図３に示したように、燃料カートリッジアッセンブリ１５０のメインボディ１５６は、後方部分１５４からチッププレート１６４へと軸方向に延在するセンタボディ１５２を有している。メインボディ１５６は、その内部に含まれる第１通路１６２を有していて、この通路は圧縮空気で加圧されてよい。第１通路１６２は、チッププレート１６４から出された燃料を点火するためにチッププレート１６４へと延在する１つ以上の点火システムも含んでいてよい。図４に示したように、例としての点火システムは、チッププレート１６４に連結された、またはチッププレート１６４に隣接して位置しているトーチ点火装置１６６と火花点火装置１６８とを有していてよい。図４に示されていないものを含む付加的な、または選択的な燃料点火システムも同様に使用されてよい。トーチ点火装置１６６は、第１通路１６２を通って延在している天然ガス燃料供給ライン１７０に連結されていてよい。燃料カートリッジアッセンブリ１５０から、または燃料カートリッジアッセンブリ１５０と協働する任意の別のパイロット点火システムから供給される燃料の点火のために必要な場合は、チッププレート１６４における点火開口に、１つ以上の点火システム、および火炎点が設けられてよい。
【００２２】
図３および図５に示したように、軸方向に延在する複数の燃料通路１７２が、第１の燃料マニホルド１５８および第２の燃料マニホルド１６０に流体連通している（例えば、いくつかは第１の燃料マニホルド１５８と連通していて、いくつかは第２の燃料マニホルド１６０と連通している）。第１の燃料マニホルド１５８または第２の燃料マニホルド１６０に流体連通している燃料通路１７２の数は、各燃料回路から供給されるべき燃料の量に応じて、またはチッププレート１６４における所望の半径方向燃料分散に応じて変化させることができる。１つの実施形態では、第２の燃料マニホルド１６０は、燃焼器運転の様々なステージングを可能にするために、燃焼システム１００の別の領域上（例えば燃焼ライナ１１０上）のような、メインボディ１５６の外側に位置している。
【００２３】
図３に示したように、第１の外側スリーブ１７４は後方部分１５４から延在していて、少なくとも部分的にセンタボディ１５２を取り囲んでいる。燃料カートリッジアッセンブリ１５０は、メインボディ１５６と同心的な第２の外側スリーブ１７６も有している。第２の外側スリーブ１７６はチッププレート１６４に固定されていて、第２の外側スリーブ１７６が、第１の外側スリーブ１７４に対して軸方向で移動できるように第１の外側スリーブ１７４に対して間隔を置いている。第２の外側スリーブ１７６と第１の外側スリーブ１７４との間の間隔は、第１の外側スリーブ１７４と第２の外側スリーブ１７６との間の熱勾配を許容するように設けられてよい。換言すると、間隔を置くことにより、協働する燃焼器の運転中、燃料カートリッジアッセンブリ１５０における相対的な熱膨張による熱応力を減じるために、３６０°の熱自由摺動接合を提供することができる。第２の外側スリーブ１７６の熱膨張および／または移動の量は、所望の燃料カートリッジ噴霧噴射プロフィールに適応する所望のクリアランスを維持しながら、生じるかもしれない構造的故障を減じるために３６０°の熱自由摺動接合を利用して制御することができる。付加的に、第１および第２の外側スリーブ１７４，１７６の分離、または望ましくない程度の相対運動を阻止するためのフェールセーフ機構が設けられてもよい。この機構は、第２の外側スリーブ１７６の後端部１７９に隣接して燃料カートリッジアッセンブリ１５０に連結された保持Ｃ字形クリップ１７７であってよい。この保持Ｃ字形クリップ１７７は、図３、図５、および図７に示したように、第１の外側スリーブ１７４の後端部１８１に係合することができる。
【００２４】
図６には、本技術の実施形態による、燃料カートリッジアッセンブリ１５０の分解図が示されている。図６には、後方部分１５４、センタボディ１５２、燃料インジェクタチップ１９６、第１の外側スリーブ１７４、第２の外側スリーブ１７６、およびチッププレート１６４が示されている。図７にはさらに、熱自由摺動接合を形成し、Ｃ字形クリップ１７７によって保持された第１および第２の外側スリーブ１７４，１７６を備えた燃料カートリッジアッセンブリ１５０の部分断面図が示されている。
【００２５】
図３および図５を再び参照すると、図３には、燃料カートリッジアッセンブリ１５０の第１のメイン燃料回路を断面した断面図が示されていて、燃料が第１の燃料マニホルド１５８から燃料通路１７２へと、チッププレート１６４における協働する燃料インジェクタチップ１９６に向かって流れるように構成されている様子が示されている。図３では、第２の燃料マニホルド１６０内の燃料は、第１の燃料マニホルド１５８に連結された燃料通路１７２への進入を少なくとも部分的に遮断または制限されている。これに関して、第２の燃料マニホルド１６０からの燃料は、図５に示したように、燃料噴射カップリング１６１に、またはその近くに配置することができる一連のプラグ溶接またはろう付け接合を利用して、第１の燃料マニホルド１５８に流体連通された燃料通路１７２への進入を制限、または阻止されている。
【００２６】
図５を参照すると、燃料カートリッジアッセンブリ１５０の断面図が、第２のメイン燃料回路を通って示されている。図５には、第２の燃料マニホルド１６０から、連結された燃料通路１７２および、チッププレート１６４における協働する燃料インジェクタチップ１９６へと燃料が流れる様子が示されている。図５では、第１の燃料マニホルド１５８内の燃料は、第２の燃料マニホルド１６０に流体連通された燃料通路１７２への進入を少なくとも部分的に遮断または制限されている。燃料は、図５に示したように、燃料噴射カップリング１６３に、またはその近くに配置することができる一連のプラグ溶接またはろう付け接合を利用して、第２の燃料マニホルド１６０に流体連通された燃料通路１７２への進入を制限、または阻止されている。燃料カートリッジアッセンブリ１５０の周りに周方向のパターンで、かつ／または交互のパターンで配置された燃料通路１７２への燃料を選択的に遮断することにより、段階的、かつ選択された燃料噴霧パターンを、所望の燃焼運転目標を達成するために調整することができる。
【００２７】
図８〜図９Ｆには、第２の外側スリーブ１７６をいかにして燃料カートリッジアッセンブリ１５０のメインボディ１５６に固定することができるかを詳しく示す図が示されている。図８には、図３および図５の燃料カートリッジアッセンブリ１５０の斜視部分断面図が、第２の外側スリーブ１７６をメインボディ１５６に連結するための取り外し可能な複数の固定システム１８０と共に示されている。取り外し可能な複数の固定システム１８０のそれぞれは、メインボディ１５６に設けられた各開口１８４内に嵌まるようなサイズの少なくとも１つのロッキングインサート１８２と、セットスクリュー１８６とを有していてよい。図８〜図９Ｆに示された実施形態では、メインボディ１５６に第２の外側スリーブ１７６を固定するために、取り外し可能な４つの固定システム１８０が使用されているが、選択的な固定システムに加えて、異なる場所も含むより多数またはより少数の固定システム１８０を使用することもできる。
【００２８】
第２の外側スリーブ１７６をメインボディ１５６に固定するプロセスが、図９Ａ〜図９Ｆにより詳しく示されている。第２の外側スリーブ１７６をメインボディ１５６に固定するために、まずはロッキングインサート１８２を、メインボディ１５６に設けられた開口１８４内に配置することができる。次いで、第２の外側スリーブ１７６の開口１８５がメインボディ１５６の開口１８４に整列するように、第２の外側スリーブ１７６をメインボディ１５６に沿ってスライドさせることができる。次いで、セットスクリュー１８６をロッキングインサート１８２内に挿入することができ、次いで、セットスクリュー１８６を締め付けて、ロッキングインサート１８２がセットスクリュー１８６のねじ山に沿って上昇し、第２の外側スリーブ１７６に係合できるようにする（すなわち、座ぐりによる力の付与）。結果として、図９Ｅに示したように、第２の外側スリーブ１７６をメインボディ１５６に取り外し可能な形式で固定する連結力が提供される。最終的に、セットスクリュー１８６の望ましくない回転運動を阻止する、または制限するために、セットスクリュー１８６のねじ山を図９Ｆに示したように固定することができる。付加的に、ロッキングインサート１８２とセットスクリュー１８６とは、第２の外側スリーブ１７６を横断する滑らかな表面輪郭を提供するように機械加工されてもよい（例えば、プラグ溶接および同一平面研削）。任意の数の取り外し可能な固定システム１８０にタック溶接を適用することもでき、付加的に、取り外し可能な固定システム１８０のいくつかを、タック溶接なしで設けることもできる。これにより、燃焼システム１００の各回の、または各シリーズの運転により、取り外し可能な固定システム１８０の摩耗と劣化を、タック溶接されていない固定を検査することにより、耐用期間検査目的で分析することができる。
【００２９】
図３および図４に戻って参照するが、燃料カートリッジアッセンブリ１５０の初期点火のためには、パイロット燃料インジェクタ１９０を利用することができる。図３〜図４に示したように、パイロット燃料インジェクタ１９０は、軸方向でメインボディ１５６の第１通路１６２を通ってチッププレート１６４へと到る。パイロット燃料インジェクタ１９０は、図４に示したように、トーチ点火装置１６６および／または火花点火装置１６８により火炎を形成するための専用の燃料源を提供するために使用することができる。パイロット燃料インジェクタ１９０への燃料流は、安定した火炎の存在の維持を支援するように、維持または制御されてよい。
【００３０】
図４に示したように、パイロット燃料インジェクタ１９０、トーチ点火装置１６６、および／または火花点火装置１６８は、チッププレート１６４で露出されている。チッププレート１６４は、第２の外側スリーブ１７６に、例えば溶接またはろう付けプロセスにより、固定されてよい。図４では、チッププレート１６４は、燃焼システム１００の中心軸線Ａ−Ａの近くに位置する３つの開口を有していて、それぞれ１つが、トーチ点火装置１６６、火花点火装置１６８、パイロット燃料インジェクタ１９０のためのものである。チッププレート１６４には、作動中にチッププレート１６４の温度維持を補助するために、チッププレート１６４を通る圧縮空気を方向付けるための複数の空気孔１９２が設けられている。空気噴出孔１９２は軸方向に向けられていてよく（すなわち、第１通路１６２に対して平行）、またはチッププレート１６４を通過する空気にスワールを付与するために、チッププレート１６４の表面に対して角度付けられていてよい。図４に示されたチッププレート１６４は、軸方向に延在する複数の燃料通路１７２に対応する複数の開口１９４も有している。複数の開口１９４のそれぞれの中には、それぞれ燃料通路１７２に連結されている燃料インジェクタチップ１９６が位置している。これら燃料インジェクタチップのうちの１つは、図３、図１０Ａ〜図１０Ｂ、および／または図１１Ａ〜図１１Ｂに示されている。
【００３１】
図１０Ａ〜図１１Ｄを参照すると、燃料カートリッジアッセンブリと共に使用するための例としての様々な燃料インジェクタチップが設けられている。図３および図５に示した燃料カートリッジアッセンブリ１５０の各燃料インジェクタチップ１９６は、図１０Ａおよび図１０Ｂに示したような圧力スワール噴霧（ＰＳＡ）ノズル１９５、または図１１Ａ〜図１１Ｂに示したようなフラットファンノズル１９７のように、様々な燃料分散を提供する複数のチップのうちの１つを有していてよい。燃料カートリッジアッセンブリ１５０と共に使用されるノズルの形式を変化させることにより（例えば、ＰＳＡノズル１９５、またはフラットファンノズル１９７、またはその他のノズルを選択することにより）、燃料の分散を変化させることができる。燃料インジェクタチップ１９６は、混合、液滴分散、および燃焼室内の熱損傷を改善するために、燃焼器軸線に対して半径方向にかつ／または接線方向に傾けられていてよい。このことは、図１１Ｃ〜図１１Ｄに示した燃料インジェクタチップ１９６の例としての配置に示されている。図１１Ｃでは、燃料インジェクタチップ１９６が、チッププレート１６４の向きに対して直交するように、またはむしろ垂直に、チッププレート１６４の開口１９４内に位置している。図１１Ｃ〜図１１Ｄでは、燃料インジェクタチップ１９６はチッププレート１６４に対して角度付けられていて、扇形タイプのノズルは燃料インジェクタチップ１９６から、チッププレート１６４の向きに対して燃料の４５°の分散を提供する。協働する燃焼器内における最適な分散を得るために、様々な分散パターンを備えた様々な燃料チップ形式を使用することができ、チッププレート１６４において様々な出口角度を備えた様々な構造内に配置することができる。
【００３２】
付加的に、図１１Ｃ〜図１１Ｄに示したチッププレート１６４におけるインジェクタチップ１９６のような、チッププレートにおける燃料インジェクタチップの配置または向きは確定されなくてもよい。むしろ、インジェクタチップ１９６をチッププレート１６４に固定的に連結する代わりに、インジェクタチップ１９６を、チッププレート１６４における開口１９４内に少なくとも部分的に挿入してよい、または前記開口１９４を少なくとも部分的に通るように延在させてよい。これによりインジェクタチップ１９６に対して相対的なチッププレート１６４の動きが許容される。これに関して、インジェクタチップ１９６に対して相対的なチッププレート１６４の動きにより、インジェクタチップからの燃料分散が、協働する燃焼器の運転中のチッププレート１６４の熱膨張および熱収縮の影響を受けにくくすることができる。チッププレート１６４における燃料インジェクタチップ１９６のルーズな、または自由浮動式の配置を設けることにより、開口１９４内における、または開口１９４付近におけるインジェクタチップ１９６からの安定した燃料分散パターンを提供することができる。
【００３３】
燃料カートリッジアッセンブリ１５０からの所望の噴霧パターンに応じて、チッププレート１６４における複数の開口１９４は、フラットファンノズル２２２だけを、またはＰＳＡノズル２２３だけを、または図２４に示したように、フラットファンノズルとＰＳＡノズルの組合わせを、および／または選択的な構造の１つ以上のノズルを、有していてよい。燃料インジェクタチップ１９６ならびに利用される噴霧パターンは、所望の段階噴霧パターンプロフィール、または区分に基づく段階噴霧パターンプロフィールを形成するために、チッププレート１６４の周りで周方向で、または半径方向で変化させることができる。付加的に、図３および図４に示したように、各燃料インジェクタチップ１９６は、第１通路１６２によって供給されるシールド空気の連続流が、各燃料インジェクタチップ１９６を取り囲むことができるように、チッププレート１６４内の専用開口１９４によって少なくとも部分的に取り囲まれてよい。このシールド空気は、ノズルから残留するオイル残留物を除去するために利用されてよく、運転中および運転停止中のノズルのコークス化または目詰まりを防止、または低減するために利用されてよい。
【００３４】
図２３および図２４を参照すると、本技術の実施形態による、センタボディ１５２の後方部分１５４における燃料カートリッジアッセンブリ１５０の内部の図が示されている。燃焼システム１００の異なる段階で供給されるべき液体燃料の量に応じて、第２の燃料マニホルド１６０に連通している燃料通路１７２の数と比較して、第１の燃料マニホルド１５８に連通している燃料通路１７２の数は、負荷中の火炎安定性、出口温度分布、ライナのコークス化、燃焼ダイナミクス、および／またはエミッション制御を最適にするために変化させることができる。例えば１つの実施形態では、第１の燃料マニホルド１５８に接続された燃料通路１７２の数と第２の燃料マニホルド１６０に接続された燃料通路１７２の数とは、図２３のメイン１燃料ステージ２２０およびメイン２燃料ステージ２２１により示したように同じであってよい（メイン１燃料ステージ２２０は第１の燃料マニホルド１５８と協働してよく、メイン２燃料ステージ２２１は第２の燃料マニホルド１６０と協働してよい）。選択的に、第１の燃料マニホルド１５８または第２の燃料マニホルド１６０に接続されるより多数の燃料通路１７２があってもよい。第１および第２の燃料マニホルド１５８，１６０と協働することができるこれらの燃料通路１７２は、運転状況の必要に応じて液滴分布および燃焼ダイナミクス制御をさらに改善するために周方向および／または半径方向で変化させて配置させることができる。
【００３５】
次に図１２〜図１５を参照すると、エンジン負荷増大時の、燃焼システムの各ステージに関する液体燃料および水の各流れを識別するために、一連の制御曲線１０１，１０２，１０３，１０４が示されている。例えば図１２には、２つの燃料回路（例えばメイン１燃料回路およびメイン２燃料回路）の制御曲線が、エンジン負荷の増大に関して示されていて、図１３には、パイロットインジェクタの燃料の流れおよび水の流れがエンジン負荷に関して示されている。パイロットインジェクタは、図３および図５に示した燃料カートリッジアッセンブリ１５０のような燃料カートリッジアッセンブリの第１および／または第２のメイン燃料回路からの燃料噴射のための点火回路および火炎安定源として利用されてよい。
【００３６】
図１３では、存在しているかもしれない全ての残留燃料を除去するために、パイロットインジェクタを最初にパージするために、最初に水が流される。パイロットインジェクタへの水流が減じられると、パイロットインジェクタへの液体燃料流を増加させることができ、その結果、点火システム（例えば、トーチ点火装置、火花点火装置）の１つによってパイロット点火が行われる。点火装置により、燃料または燃料・水エマルジョンにおける燃料の点火により、点火が達成され得る。次いで、ガスタービンエンジンの立ち上げ時および低負荷時に添加される水とのエマルジョンを形成するために、燃料流に水を加えることができる。燃料および水は、次いで、安定状態の態様へと横ばいにされてよく、ガスタービンの負荷増大時に安定を維持することができる。
【００３７】
次いで図１４を参照すると、図１２〜図１３におけるパイロット燃料流およびパイロット水流に重ねて、第１のメイン燃料回路（すなわち、図３に示した第１の燃料マニホルド１５８により提供され得るメイン１燃料回路）における燃料と水の流れが示されている。第１のメイン燃料回路に関して、パイロットインジェクタにより点火が行われると、第１のメイン燃料回路をパージするために、第１のメイン燃料回路に対して最初に水が流される。次いで、負荷が増大するにつれ、より均衡化されながら燃料と水のエマルジョンを形成するように液体燃料の供給が増加する。結果として、燃焼器出口温度プロフィールおよびパイロットシステムの必要圧力を、より一様な出口温度プロフィールを形成し、かつコークス化を減少させるように制御することができる。燃料回路に供給される燃料および水の量は、第２のメイン燃料回路の点火点まで概して上昇してよく、その点火点後は、第１のメイン燃料回路への燃料流および水流の量は横ばいになってよい。特別な燃料流および水流の比は、ガスタービンエンジン運転特性の多様性に応じて変化させることができ、一般的に、本明細書で説明するものに本質的に限定されるものではない。
【００３８】
次いで図１５を参照すると、図１２〜図１３におけるパイロット燃料流曲線およびパイロット水流曲線と、図１４の第１のメイン燃料回路曲線とに重ねて、第２のメイン燃料回路（すなわち、図５に示した第２の燃料マニホルド１６０により提供され得るメイン２燃料回路）における燃料曲線と水曲線のセットが示されている。第２のメイン燃料回路は、必要なオイルシステム圧を減じるために、かつ／または燃焼のためにより多くの燃料を供給するために、かつ／またはその他の理由で、エンジン負荷中に導入されてよい。この第２のメイン燃料回路ステージは、第１のメイン燃料回路火炎フロントによって安定化させられ、より高い負荷の際に燃焼器の出口温度プロフィールを最適化し、コークス化を減じるために、第１のメイン燃料回路ステージに関する燃料比を変化させることができる。最初に、第２のメイン燃料回路に関連する通路をパージするために、第２のメイン燃料回路に水流が供給される。次いで、第２の燃料回路により点火される燃料の点火を支援するために燃料流が増加する間、水流は減じられる。次いで、第２のメイン燃料回路への燃料流と水流とは、協働するガスタービンにおける負荷が運転レベルに達するまで、増加させられてよい。図１２〜図１５に示した燃料流曲線および水流曲線は例としての実施形態であって、他の流れプロセス、比、または点火のシーケンスも考えられることに留意されたい。
【００３９】
次いで、図１６〜図１９を参照すると、本技術の実施形態による、様々な位置で燃料噴射を行う燃焼システム２００が示されている。図１６〜図１９には、パイロット吸気口２０６、主吸気口２０８、様々な燃料分散個所２０２で燃焼器２０１内に分散された噴射燃料混合物２０４を含む燃焼器２０１が示されている。噴射燃料混合物２０４は、例えば水のみ、燃料・水混合物、または燃料のみ、のように任意の組成であってよい。燃焼システム２００における噴射燃料混合物２０４の位置と角度とは、燃焼器２０１内で様々な燃料混合および燃焼作用を提供するために変化させることができる。
【００４０】
１つの例として、噴射燃料混合物２０４は、図１６に示したように、燃焼器２０１の中央に向かって位置する燃料カートリッジアッセンブリ２５０から、パイロット吸気口２０６を通って供給されてよい。選択的に、噴射燃料混合物２０４は、図１７に示したように、パイロット吸気口２０６として機能することができる半径方向流入スワーラ１４０の部分２０５を通って提供されてよい。噴射燃料混合物２０４は、図１７に示したように、燃焼器２０１の燃焼器ドーム２１２のドーム延長部２１０を通って噴射されてもよい。選択的に、噴射燃料混合物２０４は、図１６に示したように、主混合器１３０を通って主吸気口２０８内、および燃焼器２０１内に供給されてよい。燃焼器２０１内への噴射燃料混合物２０４の分散は、異なる燃料インジェクタの使用、異なる燃料インジェクタ位置の使用、および／または異なる燃料ノズル（例えば、フラット、円形、等）の使用により変化させることができる。
【００４１】
図１６〜図１９および図２２に示した各分散個所２０２は、燃焼利益および調整された燃焼特性を提供することができる。図１６および図２２に示したような主吸気口２０８または燃料カートリッジアッセンブリ２５０からの噴射はそれぞれ、水の消費を減じることができ、火炎の安定化を向上させ、燃焼器２０１内の温度の分散を改善することができる。図１７に示したような半径方向流入スワーラ１４０およびパイロット吸気口２０６からの噴射、または図１８に示したようなドーム延長部２１０に沿った噴射は、音響振幅を減じ、コークス化を減じ、火炎の逆流を減じることができ、さらに温度の分散も改善することができる。図１９に示したような、円筒型燃焼ライナ１１０から燃焼器２０１内への噴射は、コークス化を減じ、火炎の逆流の可能性を制限することができ、外側の温度プロフィールを最適にすることができる。図２２に示したような、燃焼器ドーム２１２のドームダンパアッセンブリ２０７からの噴射は、水の消費を減じ、外側の温度分散を改善し、空気と燃料の予混合のための通路を提供することができる。
【００４２】
図３および図５に戻って参照すると、燃料カートリッジアッセンブリ１５０によって燃焼システム（例えば、燃焼システム１００または２００）の異なるステージに供給されるべき液体燃料の量に応じて、第１の燃料マニホルド１５８に連通している燃料通路１７２は、燃料カートリッジアッセンブリ１５０内に含まれてよく、第２の燃料マニホルド１６０は、図１６〜図２２に示した分散個所２０２のような選択的な噴射位置における燃料供給のために、第１の燃料マニホルド１５８の半径方向外側に位置していてよく、かつ／または燃料カートリッジアッセンブリ１５０とは分離されていてよい。選択的な分散個所２０２で供給される噴射燃料混合物２０４は、カートリッジアッセンブリ１５０の外側に位置する第２の燃料マニホルド１６０から供給されてよい。これらの分散個所２０２からの噴射により形成される液滴分布プロフィールを、負荷中の火炎安定性、出口温度分布、ライナのコークス化、燃焼ダイナミクス、およびエミッション制御に関して最適化することができる。
【００４３】
燃焼器において、空気通路または燃焼室内への燃料噴射、燃料・水噴射、および／または水噴射は、半径方向または軸方向に、またはむしろ燃焼室内への空気流に対して平行または垂直に行うことができ、かつ／または特別な音響振幅を最小化させる噴射パターンを形成するように、半径方向と軸方向とを組み合わせて行うことができることに留意されたい。これに関して、様々な燃焼器負荷状態において、選択されたインジェクタタイプを備えた各燃料回路を、必要に応じて操作し調整することができる。
【００４４】
図２０〜図２１を参照すると、本技術の実施形態による、燃焼器ドーム２１２に取り付けられた１つ以上のドームダンパアッセンブリ２０７を備えたガスタービン燃焼器が設けられている。 図２０〜図２１におけるドームダンパアッセンブリ２０７は、燃焼器内における圧力振動を減衰させる支援をすることができ、さらに、ドームダンパアッセンブリ２０７に連結された燃料インジェクタ１６５から提供される噴射燃料混合物２０４のための噴射点を提供することができる。噴射燃料混合物２０４は、図２０に示したように、燃焼器の中心軸線に関して、軸方向でドームダンパアッセンブリ２０７を通って噴射されてよく、または図２１に示したように、燃焼器の中心軸線に関して、半径方向でドームダンパアッセンブリ２０７を通って噴射されてよい。
【００４５】
図２２を参照すると、本技術の実施形態による燃焼システム２００が再度示されている。図２２では、少なくとも部分的に半径方向流入スワーラ１４０を通って延在する燃料カートリッジアッセンブリ２５０の端部における燃料分散個所２０２から、噴射燃料混合物２０４が提供されるように、燃焼システム２００が構成されている。付加的に、噴射燃料混合物２０４のような燃料２１４は、燃焼器ドーム２１２の周りに位置する分散ノズル２１６から燃焼器２０１内へと分散される。燃料２１４は、取り付けられた燃料回路および燃料インジェクタによって提供されてもよく、液体燃料または気体燃料および／または燃料・水エマルジョンであってよい。
【００４６】
図２３〜図２４を参照すると、本技術の実施形態による、図３および図５に示した燃料カートリッジアッセンブリ１５０のような燃料カートリッジアッセンブリの第１および第２の構成が示されている。図２３〜図２４には、燃料カートリッジアッセンブリ１５０の後方部分１５４の後面図が示されている。燃料通路１７２は、センタボディ１５２の周りの円形構造２１８において整列されている。図２３に示したように、円形構造２１８は、燃焼器（例えば、燃焼器２０１）に対して第１の燃料導入方向を提供するように、燃料カートリッジアッセンブリ１５０の中心線からずらされていてもよい。図２４では、円形構造２１８は、燃焼器（例えば、燃焼器２０１）に対して第２の燃料導入方向を提供するように、燃料カートリッジアッセンブリ１５０の中心線にほぼ整列されている。協働する燃焼器内への様々な燃料分散を可能にするために、燃料通路１７２の円形構造２１８の様々な向き、配置、位置が可能であり、考えられる。付加的に、図２３に示したように、メイン１燃料ステージ２２０とメイン２燃料ステージ２２１とを交互に配置する、または変更することにより、かつ／または図２４に示したようにチッププレート１６４近くの燃料通路１７２の反対側端部においてフラットファンノズル２２２とＰＳＡノズル２２３とを交互に配置することにより、噴霧プロフィールを制御する、かつ／または最適化することができる。
【００４７】
図２５を参照すると、本技術の実施形態による、ガスタービン燃焼器をステージングする方法例のブロック図２５００が示されている。ブロック２５１０では、図３および図５で示した燃料カートリッジアッセンブリ１５０のような燃料カートリッジアッセンブリ内の、図３および図５に示した燃料通路１７２のような複数の燃料通路が水でパージされる。ブロック２５２０では、燃料リッチ混合物が、燃料カートリッジアッセンブリのパイロットインジェクタへと流される。ブロック２５３０では、パイロットインジェクタが点火される。ブロック２５４０では、燃料カートリッジアッセンブリにおける燃料インジェクタの第１のメインセットが水でパージされる。ブロック２５５０では、液体燃料が、燃料インジェクタの第１のメインセットを通って流される。ブロック２５６０では、燃料カートリッジアッセンブリにおける燃料インジェクタの第２のメインセットが水でパージされる。ブロック２５７０では、液体燃料が、燃料インジェクタの第２のメインセットを通って流される。液体燃料は、燃料インジェクタの第１および第２のメインセットを通って流れる前に、エマルジョンを形成するために水と混合させることができる。パイロットインジェクタが点火されて、パイロット火炎が形成されると、所定量の水を、パイロットインジェクタを通して流すことができる。１つの実施形態では、燃料インジェクタの第１および第２のメインセットはそれぞれ、６〜１２の燃料インジェクタと、協働する燃料インジェクタチップとを有していてよい。
【００４８】
図２６を参照すると、本技術の実施形態による、ガスタービン燃焼器を運転する方法例のブロック図２６００が示されている。図２６において、ブロック２６１０では、燃料リッチ混合物が、図３〜図５に示した燃料カートリッジアッセンブリ１５０のような燃料カートリッジアッセンブリのパイロットインジェクタへと流される。ブロック２６２０では、液体燃料が、燃料カートリッジアッセンブリの燃料インジェクタの第１のメインセットを通って流される。ブロック２６３０では、液体燃料が、液体燃料カートリッジアッセンブリの燃料インジェクタの第２のメインセットを通って流される。パイロットインジェクタと、燃料インジェクタの第１のメインセットと、燃料インジェクタの第２のメインセットとの間の流量比は、一様の、または設定された燃焼器出口温度プロフィールを形成するように調整可能であってよい。
【００４９】
図２７を参照すると、本技術の実施形態による、燃焼器流路における燃料噴射位置を提供する方法例のブロック図２７００が示されている。ブロック２７１０では、燃焼システム１００のような燃焼システムが設けられている。この燃焼システムは、図１に示した中心軸線Ａ−Ａのような中心軸線を有する、図１に示した円筒型燃焼ライナ１１０のような円筒型燃焼ライナと、円筒型燃焼ライナに連結されていて、中心軸線に関して円筒型燃焼ライナの半径方向外側に位置する、図１に示した流れスリーブ１２０のような流れスリーブと、を有していてよい。この燃焼システムはさらに、流れスリーブに連結された、図１に示した主混合器１３０のような主混合器と、円筒型燃焼ライナに連結されていて、円筒型燃焼ライナの内側と外側との間の流体連通を提供する、図１に示した半径方向流入スワーラ１４０のような半径方向流入スワーラと、円筒型燃焼ライナの、図１に示した入口端部１１４のような端部に位置する、図２０〜図２２に示した燃焼器ドーム２１２のような燃焼器ドームと、円筒型燃焼ライナに連結されていて、中心軸線に沿って少なくとも部分的に半径方向流入スワーラを通って延在する、図３および図５に示した燃料カートリッジアッセンブリ１５０のような燃料カートリッジアッセンブリと、を有していてよい。
【００５０】
図２８を参照すると、本技術の実施形態による、ガスタービン燃焼器をステージングする方法例のブロック図２８００が示されている。ブロック２８１０では、図３に示した燃料通路１７２のような複数の燃料通路と、図３に示したパイロット燃料インジェクタ１９０のようなパイロットインジェクタと、図３および図５に示した第１の燃料マニホルド１５８のような第１の燃料回路と、図３および図５に示した第２の燃料マニホルド１６０のような第２の燃料回路と、を有した燃料カートリッジアッセンブリが設けられる。ブロック２８２０では、複数の燃料通路が水でパージされる。ブロック２８３０では、燃料リッチ混合物がパイロットインジェクタへと流される。ブロック２８４０では、パイロットインジェクタが点火される。ブロック２８５０では、第１の燃料回路が水でパージされる。ブロック２８６０では、液体燃料が、第１の燃料回路を通って流される。ブロック２８７０では、第２の燃料回路が水でパージされる。ブロック２８８０では、液体燃料が、第２の燃料回路を通って流される。
【００５１】
例としての実施形態では、第１の燃料回路は、第１の燃料供給部と、第１の数の複数の燃料通路に流体連通している第１の燃料マニホルドとに連結された燃料インジェクタを有していてよく、第２の燃料回路は、第２の燃料供給部と、第２の数の複数の燃料通路に流体連通している第２の燃料マニホルドとに連結された第２の燃料インジェクタを有していてよい。液体燃料は、第１および第２の燃料回路を通って流れる前に水と混合されて燃料・水エマルジョンを形成してよい。パイロットインジェクタが点火され、パイロット火炎が形成されると水がパイロットインジェクタを通して流されてよい。燃料カートリッジアッセンブリはさらに、火花点火装置またはトーチ点火装置のような点火システムを有していてよい。燃料インジェクタの第１のメインセットおよび／または燃料インジェクタの第２のメインセットを通って流れる液体燃料はさらに、点火システムを利用して点火されてよい。
【００５２】
付加的に、パイロットインジェクタを通して燃料リッチ混合物を流す前に、パイロットインジェクタをパージするために、パイロットインジェクタへの水流が提供されてよい。付加的に、点火を開始しながら燃料をパイロットインジェクタへと供給することができ、パイロット燃料ノズルが圧力制限を示す場合には、第１の燃料回路によってタービンの無負荷定格速度状態により燃料を補うことができる。パイロット後、第１の燃料回路と第２の燃料回路とが運転開始され、第１の燃料回路または第２の燃料回路を流れる噴射燃料混合物（例えば、水・燃料エマルジョン、または液体燃料）は主として水へと移行してよく、このとき他方の燃料回路は、主として燃料（例えば、液体燃料）に移行する。燃料と水を専用の回路へと分けることは、運転特性を制御するためにタービンの水消費を監視している状況で有効であり得る。
【００５３】
図２９を参照すると、本技術の実施形態による、ガスタービン燃焼器を運転する方法例のブロック図２９００が示されている。ブロック２９１０では、図３および図５に示した燃料通路１７２のような複数の燃料通路と、図４に示したパイロット燃料インジェクタ１９０のようなパイロットインジェクタと、図３および図５に示した第１の燃料マニホルド１５８のような第１の燃料回路と、図３および図５に示した第２の燃料マニホルド１６０のような第２の燃料回路と、を有した燃料カートリッジアッセンブリが設けられる。ブロック２９２０では、燃料リッチ混合物がパイロットインジェクタへと流される。ブロック２９３０では、液体燃料が、第１の燃料回路を通って流される。ブロック２９４０では、液体燃料が、第２の燃料回路を通って流される。ブロック２９５０では、パイロットインジェクタ、第１の燃料回路、第２の燃料回路へと提供される燃料流量の比が、ガスタービン燃焼器のための一様の燃焼器出口温度プロフィールを提供するために変更される。
【００５４】
付加的な実施形態では、第１の燃料回路は、第１の燃料供給部と、第１の数の複数の燃料通路に流体連通している第１の燃料マニホルドとに連結された燃料インジェクタを有していてよく、第２の燃料回路は、第２の燃料供給部と、第２の数の複数の燃料通路に流体連通している第２の燃料マニホルドとに連結された第２の燃料インジェクタを有していてよい。燃料通路の第１の数または第２の数は、より多数の燃料通路を有することができ、または燃料通路の第１の数および第２の数は同じであってもよい。第２の燃料回路への液体燃料の流れが増加されている間、第１の燃料回路に提供される液体燃料と共に、第１の燃料回路によって水の一定の流れが維持されてよい。付加的に、液体燃料が第２の液体燃料回路へと流れるとき、第２の燃料回路への水の流れは増大または減少されてよい。液体燃料が第１の燃料回路および第２の燃料回路へと流れるとき、パイロットインジェクタの流れと燃料対水の流量比とは維持されてよい。
【００５５】
別の例としての実施形態では、ガスタービン燃焼器をステージングするシステムが設けられている。このシステムは、図１６〜図１９に示した燃焼器２０１のようなガスタービン燃焼器を有していて、このガスタービン燃焼器は、図３および図５に示した燃料カートリッジアッセンブリ１５０のような少なくとも１つの燃料カートリッジアッセンブリを有していて、この燃料カートリッジアッセンブリは、図３および図５に示した第１の燃料マニホルド１５８のような第１の燃料マニホルドを燃料カートリッジアッセンブリ内に含む第１の燃料回路と、図３および図５に示した第２の燃料マニホルド１６０のような第２の燃料マニホルドを燃料カートリッジアッセンブリ内に、または燃料カートリッジアッセンブリの外側に含む第２の燃料回路と、図４に示したパイロット燃料インジェクタ１９０のようなパイロット燃料インジェクタと、を有している。第１の液体燃料供給部と第１の水供給部とは第１の燃料回路に連結されてよく、第２の液体燃料供給部と第２の水供給部とは第２の燃料回路に連結されてよく、第３の燃料供給部と第３の水供給部とはパイロット燃料インジェクタに連結されてよい。第１の燃料回路、第２の燃料回路、パイロット燃料インジェクタのそれぞれにおける燃料対水の比率は、同時運転中または燃料器の運転中に調整可能であってよい。
【００５６】
本明細書で説明した燃焼器および燃焼システムは、燃料カートリッジアッセンブリ、半径方向流入スワーラ、主混合器、または円筒型燃焼ライナにおける１つ以上の燃料噴射位置を有していてよい。前記噴射位置のいずれかまたは全ては、液体燃料、気体燃料、または燃料・水エマルジョンの任意のものを供給するための燃料回路に連結されるように構成されていてよく、協働する燃焼器に液体燃料または気体燃料での運転を可能にさせる。いくつかの燃料噴射位置と燃料のタイプを本明細書で特に説明したが、例えば複合燃料燃焼器内へ噴射される燃料のタイプおよび位置を、所望のように変更させてよい。
【００５７】
上記のことから、本明細書で説明した技術は、上記の全ての目的および上述した対象を達成するために、良好に適合されることがわかる。ある特徴および準組合せは利用でき、他の特徴および準組合せを参照することなく使用されてよいことが理解されるであろう。択一的な実施形態は、本技術の範囲から逸脱することなく、本技術が属する技術分野の当業者に明らかになるであろう。構成要素の様々な組合わせ、および図示されていない構成要素の使用が可能であり、意図されている。
【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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図９Ｆ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【国際調査報告】
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