(57)【要約】【課題】ターボ機械の燃焼器を改善する。【解決手段】本発明によれば、燃焼器は、内部区域を画成するアセンブリを含み、該アセンブリは、空気が前記内部区域の周りを第１の方向に環状区域に沿って流れ、次いで前記第１の方向とは実質的に反対の第２の方向に前記内部区域へ向かって流れるように、該空気を導く構成を持つ。燃焼器はまた、燃料が供給されるように構成されたマニホルドと、前記第１及び第２の方向に対して横断する方向である第３の方向に、前記環状区域から前記内部区域へ空気を伝送できる通路を画成する管状体とを含む。前記管状体は、マニホルドを通って延在できる側壁を含む。前記側壁は前記マニホルド内に注入孔を画成し、これによって、伝送された空気を燃料と混合することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部区域を画成するアセンブリであって、空気が前記内部区域の周りを第１の方向に環状区域に沿って流れ、次いで前記第１の方向とは実質的に反対の第２の方向に前記内部区域へ向かって流れるように、該空気を導く構成を持つアセンブリと、
燃料が供給されるように構成されたマニホルドと、
前記第１及び第２の方向に対して横断する方向である第３の方向に、前記環状区域から前記内部区域へ空気を伝送できる通路を画成する管状体であって、当該管状体が、前記マニホルドを通って延在できる側壁を含み、前記側壁が、前記マニホルド内に、伝送された空気を燃料と混合させることのできる注入孔を画成している、管状体と、
を有するターボ機械の燃焼器。
【請求項２】
前記管状体の配向は軸方向成分を持っている、請求項１記載の燃焼器。
【請求項３】
前記管状体の配向は接線方向成分を持っている、請求項１記載の燃焼器。
【請求項４】
前記管状体は複数の管状体を有している、請求項１記載の燃焼器。
【請求項５】
前記複数の管状体は、複数の軸方向段を成すように配列されている、請求項４記載の燃焼器。
【請求項６】
前記複数の管状体は、複数の軸方向段の内の１つ以上の段で複数の円周方向位置に配置されている、請求項４記載の燃焼器。
【請求項７】
内部区域を画成するセンターボディと、
前記センターボディの周りに配置された第１の容器であって、第１の流体が供給されるように構成されたマニホルドを含んでいる第１の容器と、
前記第１の容器の周りに配置されて、第２の流体の流れのための環状区域を画成する第２の容器と、
第２の流体を前記環状区域から前記センターボディの前記内部区域へ伝送することのできる半径方向通路を画成する管状体であって、当該管状体が、前記マニホルドを通って延在できる側壁を含み、前記側壁が、伝送された第２の流体に第１の流体を混合させることのできる注入孔を、前記マニホルド内に画成している、管状体と、
を有するターボ機械の燃焼器。
【請求項８】
前記第１の流体は燃料を有し、また前記第２の流体は空気を有する、請求項７記載の燃焼器。
【請求項９】
更に、前記第１の流体を前記マニホルドへ供給するための前記マニホルドに流体結合された供給回路を有している請求項７記載の燃焼器。
【請求項１０】
更に、前記環状区域から前記センターボディへ前記第２の流体を導くように構成された端蓋を有している請求項７記載の燃焼器。
【請求項１１】
前記センターボディは、
それを通って前記管状体が延在することのできる後側部分と、
前記後側部分の前側端部に配置され、且つ端蓋から前記センターボディの前記内部区域へ前記第２の流体を流すための中央通路を画成する前側部分と、
を有する、請求項１０記載の燃焼器。
【請求項１２】
前記端蓋は更に、前記環状区域から前記後側部分へ向かって前記第２の流体を導くように構成されている、請求項１１記載の燃焼器。
【請求項１３】
前記後側部分は断熱被覆（ＴＢＣ）及び乱流器の内の１つ以上を有している、請求項１１記載の燃焼器。
【請求項１４】
前記後側部分は滲出孔を画成するように構成されている、請求項１１記載の燃焼器。
【請求項１５】
更に、前記第１の流体を受け取る前記前側部分内に配置された旋回器を有している、請求項１１記載の燃焼器。
【請求項１６】
前記管状体の配向が軸方向成分及び接線方向成分の内の少なくとも１つを持っている、請求項７記載の燃焼器。
【請求項１７】
前記管状体は複数の管状体を有している、請求項７記載の燃焼器。
【請求項１８】
前記複数の管状体は、複数の軸方向段を成すように配列されている、請求項１７記載の燃焼器。
【請求項１９】
前記複数の管状体は、複数の軸方向段の内の１つ以上の段で複数の円周方向位置に配置されている、請求項４記載の燃焼器。
【請求項２０】
端蓋と、
前記端蓋に近接して配置され且つ内部区域を画成するセンターボディと、
前記センターボディの周りに配置された第１の容器であって、第１の流体が供給されるように構成されたマニホルドを含んでいる第１の容器と、
前記端蓋に結合され且つ前記第１の容器の周りに配置されて、前記端蓋へ次いで前記センターボディへ向けて第２の流体を流れさせるための環状区域を画成する第２の容器と、
第２の流体を前記環状区域から前記センターボディの前記内部区域へ伝送することのできる半径方向通路を画成する管状体であって、当該管状体が、前記マニホルドを通って延在できる側壁を含み、前記側壁が、伝送された第２の流体に第１の流体を混合させることのできる注入孔を、前記マニホルド内に画成している、管状体と、
を有するターボ機械の燃焼器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本書に開示する内容は、ターボ機械の燃焼器に関し、より詳しくは、半径方向通路を画成する管状体を含むターボ機械の燃焼器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ターボ機械は、一般的に、圧縮機、燃焼器及びタービンを含む。圧縮機は吸入空気を圧縮して、出力として圧縮空気を生成するように構成されている。燃焼器は圧縮空気を受け取って、圧縮空気を燃料と共に燃焼して高温の流体の流れを生成する。タービンは動力発生及び／又は電力発生のために高温流体を受け取る。燃焼器のヘッドエンドにおいて、圧縮空気は通常、中心ノズルの周りに束にして軸方向に積み重ねられたマイクロミキサ管を介して、燃焼器の中へ伝送される。
【０００３】
現在の設計での問題は、マイクロミキサ管への空気の不均衡分配である。入来する空気が、典型的には、マイクロミキサ管に入る前に１８０°旋回するように導かれ、これによって半径方向の非一様性及び不均衡分配を生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第８０１５８１４号
【発明の概要】
【０００５】
本発明の一面によれば、ターボ機械の燃焼器が提供される。当該燃焼器は、内部区域を画成するアセンブリを含み、該アセンブリは、空気が前記内部区域の周りを第１の方向に環状区域(annulus) に沿って流れ、次いで前記第１の方向とは実質的に反対の第２の方向に前記内部区域へ向かって流れるように、該空気を導く構成を持つ。当該燃焼器はまた、燃料が供給されるように構成されたマニホルドと、前記第１及び第２の方向に対して横断する方向である第３の方向に、前記環状区域から前記内部区域へ空気を伝送できる通路を画成する管状体とを含む。前記管状体は、マニホルドを通って延在できる側壁を含む。前記側壁は前記マニホルド内に注入孔を画成し、これによって、伝送された空気を燃料と混合することができる。
【０００６】
本発明の別の面によれば、ターボ機械の燃焼器が提供される。当該燃焼器は、内部区域を画成するセンターボディと、前記センターボディの周りに配置された第１の容器であって、第１の流体が供給されるように構成されたマニホルドを含んでいる第１の容器と、前記第１の容器の周りに配置されて、第２の流体の流れのための環状区域を画成する第２の容器と、第２の流体を前記環状区域から前記センターボディの前記内部区域へ伝送することのできる半径方向通路を画成する管状体とを含む。前記管状体は、前記マニホルドを通って延在できる側壁を含む。前記側壁は、前記マニホルド内に注入孔を画成し、これによって、第１の流体を、伝送された第２の流体と混合することができる。
【０００７】
本発明の更に別の面によれば、ターボ機械の燃焼器が提供される。当該燃焼器は、端蓋と、前記端蓋に近接して配置され且つ内部区域を画成するセンターボディと、前記センターボディの周りに配置された第１の容器であって、第１の流体が供給されるように構成されたマニホルドを含んでいる第１の容器と、前記端蓋に結合され且つ前記第１の容器の周りに配置されて、前記端蓋へ次いで前記センターボディへ向けて第２の流体を流れさせるための環状区域を画成する第２の容器と、第２の流体を前記環状区域から前記センターボディの前記内部区域へ伝送することのできる半径方向通路を画成する管状体とを含む。前記管状体は、前記マニホルドを通って延在できる側壁を含む。前記側壁は、前記マニホルド内に注入孔を画成し、これによって、第１の流体を、伝送された第２の流体と混合することができる。
【０００８】
これらの及びその他の利点及び特徴は、図面を参照した以下の説明から一層明らかになろう。
【０００９】
発明と見なされる内容は「特許請求の範囲」に具体的に指摘して明瞭に記載している。本発明の前述の及び他の特徴及び利点は、添付の図面を参照した以下の詳しい説明から明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、ターボ機械の燃焼器の概略側面図である。
【図２】図２は、図１のターボ機械の燃焼器の一部分の側面の概略拡大図である。
【図３】図３は、図１のターボ機械の燃焼器の一部分の軸方向に見た概略拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下の記載では、本発明の様々な実施形態について、例として図面を参照して、利点及び特徴と共に詳しく説明する。
【００１２】
ターボ機械１０は、例えば、ガスタービン・エンジンとして構成することができる。ターボ機械１０は、一般的に、圧縮機、燃焼器１１及びタービンを含む。圧縮機は吸入空気を圧縮して、圧縮空気を出力として生成するように構成されている。燃焼器１１は圧縮空気を受け取るようになっていて、第１及び第２の内部区域を画成するように形成される。圧縮空気は第１の内部区域内で燃料と混合されて混合物を形成し、該混合物は第２の内部区域内で燃焼して高温の流体の流れを生成する。タービンは動力発生及び／又は電力発生のために高温流体を受け取る。
【００１３】
図１及び図２を参照して説明すると、ターボ機械１０の燃焼器１１のヘッドエンドが、ヘッドエンド・アセンブリ２０、マニホルド４０及び管状体６０を含む。ヘッドエンド・アセンブリ２０は、一般的に平坦である端蓋２１と、端蓋２１に近接して配置され且つ内部区域２２０を画成するように形成されたセンターボディ２２と、第１の容器２３と、第２の容器２４とを含む。第１の容器２３はセンターボディ２２の周りに配置されており、また第１の容器２３は、燃料のような第１の流体が供給されるように構成されたマニホルド４０を含む。第２の容器２４は端蓋２１に結合され且つ端蓋２１から後方へ延在して、第１の容器２３の周りに配置される。これにより、第２の容器２４は、圧縮機からの空気又は圧縮空気のような第２の流体を、順次に端蓋２１及びセンターボディ２２へ向かって流すための環状区域３０を画成する。明瞭に且つ簡潔にするために、第１の流体はこれから燃料と呼び、また第２の流体はこれから圧縮空気と呼ぶが、この使い方は単なる模範例に過ぎないことを理解されたい。
【００１４】
従って、ヘッドエンド・アセンブリ２０は内部区域２２０を画成するように形成され、また圧縮空気の流れが端蓋２１に突き当たるまで、圧縮空気が内部区域２２０の周りに半径方向に画成された領域で第１の方向Ｄ１に環状区域３０に沿って流れるように圧縮空気を導く構成を持つ。ヘッドエンド・アセンブリ２０はまた、圧縮空気の流れが端蓋に突き当たったとき、圧縮空気が端蓋２１の平面に沿って半径方向内向きにセンターボディ２２へ向かって流れるように圧縮空気を導き、次いで圧縮空気の方向を変えるように構成される。その後、圧縮空気は端蓋２１から内部区域２２０へ向けて第２の方向Ｄ２にセンターボディ２２を通って流れる。
【００１５】
実施形態によれば、第１の方向Ｄ１及び第２の方向Ｄ２は互いに対して実質的に反対である。このように、ヘッドエンド・アセンブリ２０は圧縮空気について逆流の場を提供する。
【００１６】
センターボディ２２は、それを通って管状体６０が延在することのできる後側部分２２１と、前側部分２２２とを含む。後側部分２２１はヘッドエンド・アセンブリ２０内に配置され、また後側部分２２１は、その中で生じる燃焼を制御することができ且つ燃焼によって生じる高温流体をタービンへ向けて導くことができる形状を持つように内部区域２２０を画成する。実施形態によっては、後側部分２２１は円錐台形状を持つことができ、これにより、対応する円錐台形状を持つように内部区域２２０を画成する。前側部分２２２は後側部分２２１の前側端部に配置され、且つ端蓋２１から内部区域２２０へ圧縮空気を流すための中央通路２２３を画成する。後側部分２２１が円錐台形である実施形態では、前側部分２２２は後側部分２２１の狭い方の端に配置することができる。更に別の実施形態では、前側部分２２２は管状の形状にして、中央通路２２３が対応する管状の形状を持つようにすることができる。
【００１７】
図１に示されているように、第１の容器２３及び／又はマニホルド４０の内面が、センターボディ２２の後側部分２２１及び前側部分２２２のそれぞれの外面７１及び７２と環状領域７０を形成する。端蓋２１はまた、環状区域３０からそれぞれの外面７１及び７２へ向けて圧縮空気を導くように構成することができる。これによって、圧縮空気はセンターボディ２２の後側部分２２１及び前側部分２２２に対して衝突冷却剤として作用することができる。別の実施形態では、後側部分２２１は更に、断熱被覆（ＴＢＣ）２２１１、複数の乱流器２２１２及び／又は追加の冷却用成形部を含むことができる。更に、後側部分２２１は、圧縮空気を通すことのできる複数の浸出冷却孔２２１３を画成するように形成することができる。
【００１８】
第２の容器２４は燃焼器１１の流れスリーブであってよく、また周囲の環状壁として設けることができる。第１の容器２３は燃焼器１１のライナーであってよく、また第２の容器２４の内側に配置された環状壁として設けることができる。マニホルド４０は第１の容器２３の前側端部に配置することができ、また第１の容器２３の内側に配置された追加の環状壁４１と、追加の環状壁４１を第１の容器２３に接続する前側及び後側側壁４２及び４３とを持つものとして設けることができる。従って、マニホルド４０は、環状内部区域４００を画成するように形成することができる。更に、ターボ機械１０は供給回路８０を含むことができる。供給回路８０はマニホルド４０に流体結合されて、マニホルド４０の環状内部区域４００に燃料を供給するように構成される。
【００１９】
マニホルド４０はまた複数の仕切り４１０を含むことができる。これらの仕切り４１０は燃料の軸方向段形成を行うことができ、各段は隣の段から仕切り４１０によって隔離され且つ供給回路８０の対応する枝路から供給される。このような燃料の軸方向段形成は、少なくともターボ機械１０のターンダウン運転に役立ち、また熱放出の軸方向分布を規定し、またダイナミクス軽減を取り扱うように導くことができる。
【００２０】
前側部分２２２内には旋回器９０を配置することができる。このような場合、旋回器９０は、中央通路２２３に沿って流れている圧縮空気に旋回作用を与えるように構成することができる。更に、前側部分２２２は供給回路８０に結合することができ、また、このような場合、前側部分２２２は所与の量の燃料を受け取ることができる。この場合、前側部分２２２によって受け取った燃料と旋回させた圧縮空気とは前側部分２２２で混合されて、燃焼のための燃料−空気混合物として内部区域２２０の中へ噴射することができる。
【００２１】
管状体６０は、圧縮空気を環状区域３０から内部区域２２０へ第３の方向Ｄ３に伝送できる半径方向通路６０１を画成するように形成される。第３の方向Ｄ３は燃焼器１１の半径方向寸法に沿って延在していて、燃焼器１１の軸方向寸法に沿って延在する第１及び第２の方向Ｄ１及びＤ２に対して横断するように配向される。管状体６０は、マニホルド４０を通って延在できる側壁６１を含む。側壁６１は、マニホルド４０の環状内部区域４００内に半径方向に配置される注入孔６１０を画成するように形成される。注入孔６１０に起因して、圧縮空気が通路６０１に沿って伝送されるにつれて、圧縮空気は燃料を取り込み、燃料は管状体６０に入って、伝送された圧縮空気と混合して、内部区域２２０に注入することのできる混合物を生じる。
【００２２】
管状体６０は半径方向寸法に沿って配向することができる。更に、管状体６０は軸方向及び接線方向配向成分を持つことができる。管状体６０の配向が軸方向成分を持つ場合、管状体６０は前向きに又は逆向きに角度を付けて、内部区域への混合物の注入がそれに対応して前向きに又は逆向きに角度を成すことができるようにすることができる。同様に、管状体６０の配向が接線方向成分を持つ場合、管状体６０は燃焼器１１の中心線に対して角度を付けて、内部区域２２０への混合物の注入が角度方向成分及び／又は旋回作用を持つことができるようにすることができる。
【００２３】
図１及び図２に示されているように、管状体６０は複数の管状体６０を含むことができる。複数の管状体６０は複数の軸方向段６２０を構成するように配列することができる。更に、図３を参照して説明すると、複数の管状体６０は、複数の軸方向段６２０の内の１つ以上の軸方向段で複数の円周方向位置６３０に配置することができる。
【００２４】
前に述べたように、圧縮空気は端蓋２１に到達する前に環状区域３０から管状体６０の中に引き込まれる。環状区域３０の中の圧縮空気の流れは一般にほぼ一様であるので、各管状体６０はほぼ等しい量の圧縮空気を受け取ることができる（実施形態によっては、様々な軸方向段６２０における管状体６０は、それぞれの長さが異なるので様々な量の圧縮空気を受け取ることができる）。また、液体燃料は通常、中心カートリッジを介して注入され、スキッド(skid)からの噴霧化空気によって霧化され、その後、液体燃料はターボ機械１０の拡散モードで燃焼する。実施形態によれば、ターボ機械１０の液体燃料運転の際、外側ガス・マニホルドをパージすることができ、また圧縮空気のみのジェットを管状体６０から内部区域２２０へ噴射させることができる。従って、管状体６０は、燃焼の前に霧化された液体燃料を予混合するために用いることができる。
【００２５】
以上、本発明を限られた数の実施形態のみに関連して詳しく説明したが、本発明がこのような開示した実施形態に制限されるものではないことを理解されたい。むしろ、本発明は、これまで説明していないが本発明の精神及び範囲に相応する任意の数の変形、変更、置換又は等価な構成を取り入れるように修正することができる。更に、本発明の様々な実施形態を説明したが、本発明の様々な面が説明した実施形態の幾つかのみを含み得ることを理解されたい。従って、本発明は、上記の説明によって制限されるものと考えるべきではなく、「特許請求の範囲」に記載の範囲によって制限される。
【符号の説明】
【００２６】
１０  ターボ機械
１１  燃焼器
２０  ヘッドエンド・アセンブリ
２１  端蓋
２２  センターボディ
２３  第１の容器
２４  第２の容器
３０  環状区域
４０  マニホルド
４１  追加の環状壁
４２  前側側壁
４３  後側側壁
６０  管状体
６１  側壁
７０  環状領域
７１  外面
７２  外面
８０  供給回路
９０  旋回器
２２０  内部区域
２２１  後側部分
２２２  前側部分
２２３  中央通路
４００  環状内部区域
４１０  仕切り
６０１  半径方向通路
６１０  注入孔
６２０  複数の軸方向段
６３０  複数の円周方向位置
２２１１  断熱被覆
２２１２  乱流器
２２１３  浸出冷却孔
【図１】
2013140005.tif 000003
【図２】
2013140005.tif 000004
【図３】
2013140005.tif 000005
【外国語明細書】
2013140005000001.pdf