(57)【要約】【課題】遅延希薄噴射システムトランジションピースを提供する。【解決手段】遅延希薄噴射システムトランジションピースは、トランジション内部の周りに円周方向に延在するフロースリーブ界面を含む。トランジション内部の周りに円周方向に延在するインピンジメントスリーブ搭載表面が同様に含まれる。トランジションピース内に実質的に統合され、かつ、フロースリーブ界面とインピンジメントスリーブ搭載表面との間に実質的に配設された複数の燃料噴射器がさらに含まれる。トランジション内部の周りに円周方向に延在する内部表面であって、フロースリーブ界面およびインピンジメントスリーブ搭載表面の半径方向に内向きに離間している、内部表面がなおさらに含まれる。【選択図】図１
2013142533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遅延希薄噴射システムトランジションピースであって、
トランジション内部の周りに円周方向に延在するフロースリーブ界面と、
前記トランジション内部の周りに円周方向に延在するインピンジメントスリーブ搭載（ｍｏｕｎｔｉｎｇ）表面と、
前記トランジションピース内に実質的に統合され、かつ、前記フロースリーブ界面と前記インピンジメントスリーブ搭載表面との間に実質的に配設された複数の燃料噴射器と、
前記トランジション内部の周りに円周方向に延在する内部表面（ｉｎｎｅｒ  ｓｕｒｆａｃｅ）であって、前記フロースリーブ界面および前記インピンジメントスリーブ搭載表面の半径方向に内向き（ｉｎｗａｒｄ）に離間している、内部表面とを備える遅延希薄噴射システムトランジションピース。
【請求項２】
前記トランジション内部は、前記内部表面の内壁に動作可能に係合されるライナによって画定される請求項１記載の遅延希薄噴射システムトランジションピース。
【請求項３】
シール界面は、前記ライナと前記内壁との間に配設される請求項２記載の遅延希薄噴射システムトランジションピース。
【請求項４】
前記シール界面はフラシール（ｈｕｌａ  ｓｅａｌ）である請求項３記載の遅延希薄噴射システムトランジションピース。
【請求項５】
燃料マニフォルドは、前記トランジションピースに動作可能に接続され、前記燃料マニフォルドは、前記複数の燃料噴射器に燃料を供給するように構成される請求項１記載の遅延希薄噴射システムトランジションピース。
【請求項６】
前記燃料マニフォルドは、前記トランジションピースに対する前記燃料マニフォルドの動作可能な接続を少なくとも部分的に容易にする少なくとも１つのボスを備える請求項５記載の遅延希薄噴射システムトランジションピース。
【請求項７】
前記フロースリーブ界面は、前記複数の燃料噴射器のそれぞれの前方面（ｆｏｒｗａｒｄ  ｓｉｄｅ）に位置（ｌｏｃａｔｅ）する請求項１記載の遅延希薄噴射システムトランジションピース。
【請求項８】
前記インピンジメントスリーブ搭載表面は、前記複数の燃料噴射器のそれぞれの後方面（ａｆｔ  ｓｉｄｅ）に位置する請求項７記載の遅延希薄噴射システムトランジションピース。
【請求項９】
遅延希薄噴射システムトランジションピースであって、
前方面および後方面を有する外部（ｏｕｔｅｒ）表面と、
前記外部表面の前記前方面に相対的に配設されたフロースリーブ界面と、
前記外部表面の前記後方面に相対的に配設されたインピンジメントスリーブ搭載表面と、
前記外部表面の半径方向に内向きに離間した内部表面であって、ライナの周りに円周方向に延在する、内部表面と、
前記トランジションピース内に実質的に統合される複数の燃料噴射器であって、複数の燃料噴射器はそれぞれ、前記外部表面の近位から前記内部表面まで延在する、複数の燃料噴射器とを備える遅延希薄噴射システムトランジションピース。
【請求項１０】
前記ライナはトランジション内部を画定する請求項９記載の遅延希薄噴射システムトランジションピース。
【請求項１１】
前記ライナは、前記内部表面に動作可能に係合される請求項１０記載の遅延希薄噴射システムトランジションピース。
【請求項１２】
シール界面は、前記ライナと前記内部表面の内壁との間に配設される請求項１１記載の遅延希薄噴射システムトランジションピース。
【請求項１３】
前記シール界面はフラシールである請求項１２記載の遅延希薄噴射システムトランジションピース。
【請求項１４】
燃料マニフォルドは、前記トランジションピースに動作可能に接続され、前記燃料マニフォルドは、前記複数の燃料噴射器に燃料を供給するように構成される請求項９記載の遅延希薄噴射システムトランジションピース。
【請求項１５】
前記燃料マニフォルドは、前記トランジションピースに対する前記燃料マニフォルドの動作可能な接続を少なくとも部分的に容易にする少なくとも１つのボスを備える請求項１４記載の遅延希薄噴射システムトランジションピース。
【請求項１６】
ガスタービエンジンであって、
燃焼器内部を有する遅延希薄噴射互換（ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ）燃焼器と、
タービンと、
トランジション内部を囲むトランジションピースとを備え、前記トランジションピースは、前記燃焼器と前記タービンを動作可能に結合し、前記トランジションピースは、
トランジション内部の周りに円周方向に延在するフロースリーブ界面、
前記トランジション内部の周りに円周方向に延在するインピンジメントスリーブ搭載表面、および、
前記トランジションピース内に実質的に統合され、かつ、前記フロースリーブ界面と前記インピンジメントスリーブ搭載表面との間に実質的に配設された複数の燃料噴射器
を備えるガスタービエンジン。
【請求項１７】
前記複数の燃料噴射器はそれぞれ、トランジションピース外部表面の近位からトランジションピース内部表面まで延在する請求項１６記載のガスタービエンジン。
【請求項１８】
ライナは、トランジション内部を画定し、前記トランジションピース内部表面に動作可能に係合される請求項１７記載のガスタービエンジン。
【請求項１９】
燃料マニフォルドは、前記トランジションピースに動作可能に接続され、前記燃料マニフォルドは、前記複数の燃料噴射器に燃料を供給するように構成される請求項１８記載のガスタービエンジン。
【請求項２０】
前記燃料マニフォルドは、前記トランジションピースに対する前記燃料マニフォルドの動作可能な接続を少なくとも部分的に容易にする少なくとも１つのボスを備える請求項１９記載のガスタービエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される主題は、タービンに関し、特に、ガスおよび蒸気タービンに関連する遅延希薄噴射システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、一部のガスタービンエンジンは、高い効率で動作することができず、望ましくない空気汚染排出物を生成する。従来の炭化水素燃料を燃焼させるタービンによって生成される主要な空気汚染排出物は、通常、窒素の酸化物、一酸化炭素、および未燃炭化水素である。たとえばガスタービンエンジン中の分枝状窒素（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｎｉｔｒｏｇｅｎ）の酸化は、燃焼器内の高温および燃焼器内の高温における反応物（ｒｅａｃｔａｎｔ）についての滞留時間（ｒｅｓｉｄｅｎｃｅ  ｔｉｍｅ）に依存するため、熱的ＮＯｘ形成のレベルは、燃焼器温度をＮＯｘが形成されるレベル未満に維持することによってか、または、ＮＯｘ形成反応が進行する時間が不十分となるように反応物が高温にある滞留時間を制限することによって低減される。
【０００３】
１つの温度制御方法は、燃料および空気を予混合して、燃焼の前に燃料と空気の希薄（ｌｅａｎ）混合物を形成することを伴う。しかし、ヘビーデューティの工業用ガスタービンの場合、予混合された希薄燃料を用いても、燃焼生成物の要求温度が非常に高いため、燃焼器は、熱的ＮＯｘ形成閾値温度を超える反応ゾーン内のピークガス温度で動作しなければならず、かなりのＮＯｘ形成をもたらす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６８６８６７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
遅延希薄噴射システムトランジションピースを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、遅延希薄噴射システムトランジションピースは、トランジション内部の周りに円周方向に延在するフロースリーブ界面を含む。トランジション内部の周りに円周方向に延在するインピンジメントスリーブ搭載表面が同様に含まれる。トランジションピース内に実質的に統合され、かつ、フロースリーブ界面とインピンジメントスリーブ搭載表面との間に実質的に配設された複数の燃料噴射器がさらに含まれる。トランジション内部の周りに円周方向に延在する内部表面であって、フロースリーブ界面およびインピンジメントスリーブ搭載表面の半径方向に内向きに離間している、内部表面がなおさらに含まれる。
【０００７】
本発明の別の態様によれば、遅延希薄噴射システムトランジションピースは、前方面および後方面を有する外部（ｏｕｔｅｒ）表面を含む。外部表面の前方面に相対的に配設されたフロースリーブ界面が同様に含まれる。外部表面の後方面に相対的に配設されたインピンジメントスリーブ搭載表面がさらに含まれる。外部表面の半径方向に内向きに離間した内部表面であって、ライナの周りに円周方向に延在する、内部表面がなおさらに含まれる。遅延希薄噴射システムトランジションピースはまた、トランジションピース内に実質的に統合される複数の燃料噴射器であって、複数の燃料噴射器はそれぞれ、外部表面の近位から内部表面まで延在する、複数の燃料噴射器を含む。
【０００８】
本発明のなお別の態様によれば、ガスタービエンジンは、燃焼器内部を有する遅延希薄噴射互換（ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ）燃焼器を含む。ガスタービエンジンはまた、タービンと、トランジション内部を囲むトランジションピースとを含み、トランジションピースは、燃焼器とタービンを動作可能に結合する。トランジションピースは、トランジション内部の周りに円周方向に延在するフロースリーブ界面を含む。トランジションピースはまた、トランジション内部の周りに円周方向に延在するインピンジメントスリーブ搭載表面を含む。トランジションピースはさらに、トランジションピース内に実質的に統合され、かつ、フロースリーブ界面とインピンジメントスリーブ搭載表面との間に実質的に配設された複数の燃料噴射器を含む。
【０００９】
これらまた他の利点および特徴は、図面に関連して考えられる以下の説明から明らかになるであろう。
【００１０】
本発明と見なされる主題は、本明細書の終りの特許請求の範囲において特に指摘され、別個に特許請求される。本発明の先のまた他の特徴および利点は、添付図面に関連して考えられる以下の詳細な説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】トランジションピースが配設された、遅延希薄噴射システムを有するタービンエンジンの側断面図である。
【図２】トランジションピースが配設された、トランジション内部の側断面図である。
【図３】タービンエンジンのトランジションピースの側立面図である。
【図４】トランジションピースの正面図である。
【図５】図４のラインＶ−Ｖに沿って切り取ったトランジションピースの部分側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
この詳細な説明は、図面を参照して例として、利点および特徴と共に本発明の実施形態を説明する。
【００１３】
図１を参照すると、ガスタービンエンジン１０が示され、燃料回路によってそこに供給される第１の燃料がそこで燃焼可能（ｃｏｍｂｕｓｔｉｂｌｅ）である第１の内部１６を有するヘッドエンド１１と、入口空気がそれによって圧縮され、少なくともヘッドエンド１１に提供される圧縮器（図示せず）と、トランジションピース１２と、回転タービンブレードを含むタービン５０であって、タービン５０内で、タービンブレードの回転に動力供給するために第１の燃料の少なくとも燃焼の生成物が受取り可能である、タービン５０とを含む。トランジションピース１２は、ヘッドエンド１１とタービン５０を少なくとも部分的に動作可能に結合させるように構成される。ガスタービンエンジン１０はまた、トランジション内部１８を含み、トランジション内部１８内で、燃料回路によってトランジション内部１８に供給される第２の燃料および第１の燃料の燃焼の生成物が燃焼可能である。図示するように、ヘッドエンド１１およびトランジションピース１２は、全体が燃焼器１４を形成するために互いに結合し、その燃焼器１４は種々の構成を有することができる。
【００１４】
ヘッドエンド１１の構成によらず、構成のバージョンは遅延希薄噴射（Ｌａｔｅ  Ｌｅａｎ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）（ＬＬＩ）互換とすることができることが理解される。ＬＬＩ互換燃焼器は、出口温度が２５００°Ｆを超えるか、またはメタンよりも反応性が高い成分を伴う燃料を取り扱う任意の燃焼器である。
【００１５】
図２を参照すると、第１の内部１６およびトランジション内部１８は、ヘッドエンド１１から実質的にタービン５０に向かう方向に延在するライナ２０によって囲まれるように画定される。ライナ２０は、ヘッドエンド１１の近位に位置（ｌｏｃａｔｅ）する第１の端部２２およびタービン５０の近位に位置する第２の端部２４を含み、第１の端部２２から第２の端部２４まで延在するため、多数の長手方向輪郭を持つことができる。ライナ２０は、第１の端部２２から第２の端部２４まで連続してわずかに湾曲することができ、第１の端部２２と第２の端部２４との間の所定部分だけについてわずかに湾曲することができ、実質的に真っすぐな方向に延在することができ、または、セグメント化部分を備えることができ、ライナ２０の長手方向全体は、上述した曲線（ｃｕｒｖｉｌｉｎｅａｒ）経路の任意の組合せを含む。トランジションピース１２は、ライナ２０の第１の端部２２に比べて、通常、ライナ２０の第２の端部２４に非常に近い（ｃｌｏｓｅｒ  ｉｎ  ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ）軸方向場所においてライナ２０の周縁の近位に位置（ｓｉｔｕａｔｅ）する。
【００１６】
図３〜５を参照すると、トランジションピース１２は、トランジションピース１２の内径を形成する内壁２６を有する内部表面２５を含む。ライナ２０は、内部表面２５の内壁２６に嵌合（ｆｉｔ  ｗｉｔｈｉｎ）するように構成され、ライナとトランジションピース１２の内壁２６との間の係合および／またはシールを容易にするために界面が使用されることができる。こうしたシール界面の１つの例は、フラシールであるが、他の界面が、特定の用途のために使用されることができる。上述したフラシールの場合、フラシールは、軸方向滑動および内壁２６とライナ２０との間での半径方向と角度方向の両方におけるコンプライアンス（ｃｏｍｐｌｉａｎｃｅ）を可能にする屈曲したばね板（ｂｏｗｅｄ  ｓｐｒｉｎｇ  ｌｅａｖｅｓ）のアレイを備える。ライナ２０を少なくとも部分的に囲むことによって、内部表面２５は、ライナ２０によって画定されるトランジション内部１８の周りに円周方向に延在する。
【００１７】
トランジションピース１２はまた、内部表面２５の半径方向に外向きに離間する外部表面２８を含む。内部表面２５および外部表面２８は、中実構成要素を構成し、内部表面２５と外部表面２８との間に空間がほとんどないかまたは存在しない。この場合、外部表面２８は、内部表面２５およびライナ２０に向かって半径方向に内向きに延在するアパーチャ３２を含む。あるいは、内部表面２５および外部表面２８は、互いから半径方向に離間する実質的に別個の構成要素とすることができる。この構成では、内部表面２５および外部表面２８は、アパーチャ３２を含む複数のハウジング３０によって実質的に接続されることができる。
【００１８】
外部表面２８はまた、タービン５０よりヘッドエンド１１に非常に近い前方面３４およびヘッドエンド１１よりタービン５０に非常に近い後方面３６と呼ばれる対向面を含む。外部表面２８の前方面３４に位置するかまたは前方面３４によって部分的に画定されるのは、フランジなどのフロースリーブ界面３８である。フロースリーブ界面３８の長さは、用途要件に応じて変わる可能性がある。フロースリーブ４０は、外部表面２８の前方面３４に近位の領域でライナ２０を少なくとも部分的に円周方向に囲むために含まれる。フロースリーブ界面３８は、フロースリーブ４０とトランジションピース１２との間の動作可能な接続を容易にする。こうした動作可能な接続は、たとえばピストンリングによる機械的接続の形態とすることができる。しかし、溶接または他の機械的締結技法などの、多数の他の技法が、フロースリーブ４０をトランジションピース１２に適切に接続するために使用されることができることが考えられる。外部表面２８の後方面３６に位置するかまたは後方面３６によって部分的に画定されるのは、フランジなどのインピンジメントスリーブ搭載表面５２である。インピンジメントスリーブ５４は、外部表面２８の後方面３６に近位の領域でライナ２０を少なくとも部分的に円周方向に囲むために含まれる。インピンジメントスリーブ搭載表面５２は、インピンジメントスリーブ５４とトランジションピース１２との間の動作可能な接続を容易にする。こうした動作可能な接続は、上述したトランジションピース１２に対するフロースリーブ４０の動作可能な接続の場合と同様に、種々の機械的または化学的締結具または方法によって行われることができる。フロースリーブ界面３８およびインピンジメントスリーブ搭載表面５２は共に、それぞれいろいろな寸法を有する可能性がある。具体的には、フロースリーブ界面３８および／またはインピンジメントスリーブ搭載表面５２は、燃焼器１４に対して軸方向に延在して、フロースリーブ４０およびインピンジメントスリーブ５４のための適した搭載エリアをそれぞれ提供することができる。
【００１９】
複数の燃料噴射器６０はそれぞれ、実質的に外部表面２８からトランジションピース１２の内部表面２５までトランジションピース１２内に半径方向に延在する複数のハウジング３０と一体化されるかまたは複数のハウジング３０によって構造的に支持される。複数の燃料噴射器６０は、いろいろな深さまでトランジション内部１８に延在する。すなわち、燃料噴射器６０はそれぞれ、たとえばトランジション内部１８を通る支配的な流れ方向を全体が横切る方向への燃料噴射によって、第２の燃料（すなわち、ＬＬＩ燃料）をトランジション内部１８へ供給するように構成されている。通常、示すように、複数の燃料噴射器６０は、軸方向円周単段で配設されることになり、軸方向円周単段は、トランジションピース１２の単一軸方向場所の円周の周りにそれぞれ配設された、複数の目下動作中の燃料噴射器６０を含む。複数の燃料噴射器６０が、軸方向単段、軸方向多段、または軸方向円周多段で位置することができることも考えられる。軸方向単段は、目下動作中の単一燃料噴射器６０を含む。軸方向多段は、複数の軸方向場所にそれぞれ配設される目下動作中の複数の燃料噴射器６０を含む。軸方向円周多段は、複数の軸方向場所でトランジションピース１２の円周の周りに配設される目下動作中の複数の燃料噴射器６０を含む。そうするときに、燃焼器１４およびトランジション内部１８内の条件は、燃焼の局所ゾーンを形成するために多段化される。
【００２０】
複数の燃料噴射器６０および／またはハウジング３０はそれぞれ、燃料マニフォルド６２に動作可能に結合されることができ、燃料マニフォルド６２は、燃料を、燃料噴射器６０を通して半径方向に内向きに流れる空気と混合するように、それぞれの燃料噴射器６０に燃料を噴射するように構成される。燃料は、１つまたは複数の燃料アパーチャ６８を通して燃料噴射器６０および／またはハウジング３０内に噴射されることができる。燃料マニフォルド６２は、燃料噴射の所望の場所で燃料マニフォルド６２からトランジションピース１２まで接続する１つまたは複数のボス６４を含む。代替の燃料および空気混合幾何形状および構成が、複数の燃料噴射器６０で使用されることができ、また、示されるものに限定されるものと見なされるべきでないことが認識されるべきである。
【００２１】
有利には、遅延希薄噴射システムトランジションピース１２は、全体の燃焼器１４に対して柔軟性を提供しながら、燃焼プロセス中に生成される望ましくない排出物を低減する能力を提供する。遅延希薄噴射（ＬＬＩ）はまた、非ＬＬＩ燃焼器が一般に取り扱うことができない精製ガス（ｒｅｆｉｎｅｒｙ  ｇａｓ）などの代替のガスを含む、複数のガスストリームのトランジション内部１８への噴射を可能にしうる。精製ガスなどの反応性がかなり高いガスは、予混合器における望ましくない保炎（ｆｒａｍｅｈｏｌｄｉｎｇ）に対する懸念があるため予混合式燃焼器によって、通常、取り扱われることがでない。他方で、天然ガスとブレンドしてもしなくてもよい精製ガスは、いくつかの場合、特に燃料噴射器６０が保炎の耐性を持つ場合、こうした問題を伴うことなく、トランジション内部１８内に直接噴射されうる。さらに、精製ガスがトランジション内部１８内に噴射される場合、保炎に敏感な予混合器がヘッドエンド１１で使用されて、保炎事象の可能性を防止できるかまたは実質的に減少させることが理解される。
【００２２】
限られた数の実施形態のみに関して本発明が詳細に説明されたが、本発明はこうした開示された実施形態に限定されないことが容易に理解されるべきである。むしろ、本発明は、ここまでで述べられるのではなく、本発明の趣旨および範囲に相応する任意の数の変形、変更、置換、または等価な配置構成を組み込むように修正されうる。さらに、本発明の種々の実施形態が述べられたが、本発明の態様は、述べた実施形態の一部のみを含むことが理解される。したがって、本発明は、先の説明によって限定されると見なされるのではなく、添付請求項の範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００２３】
１０  ガスタービン
１１  ヘッドエンド
１２  トランジションピース
１４  燃焼器
１６  第１の内部
１８  トランジション内部
２０  ライナ
２２  第１の端部
２４  第２の端部
２５  内部表面
２６  内壁
２８  外部表面
３０  複数のハウジング
３２  アパーチャ
３４  前方面
３６  後方面
３８  フロースリーブ界面
４０  フロースリーブ
５０  タービン
５２  スリーブ搭載表面
５４  インピンジメントスリーブ
６０  燃料噴射器
６２  燃料マニフォルド
６４  ボス
６８  燃料アパーチャ
【図１】
2013142533.tif 000003
【図２】
2013142533.tif 000004
【図３】
2013142533.tif 000005
【図４】
2013142533.tif 000006
【図５】
2013142533.tif 000007