(57)【要約】      （修正有）【課題】従来のバーナよりも良好な混合性能を有するバーナを提供する。【解決手段】ガスタービンのバーナ１は、ダクト２と、ダクト２内で延在していて、前縁と後縁とを含む渦発生器３とを備える。後縁は、１次ローブ形状６を有する。１次ローブ形状６は、２次ローブ形状７によって形成されている。好適には、燃料噴射用のノズル８が、渦発生器３に接合されており、２次ローブ形状７は、ノズル８だけに設けられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダクト（２）と、
該ダクト（２）内で延在していて、前縁（４）と後縁（５）とを含む渦発生器（３）であって、前記後縁（５）は、１次ローブ形状（６）を有する、渦発生器（３）と、
を備える、ガスタービンのバーナ（１）であって、
前記１次ローブ形状（６）には、２次ローブ形状（７）が重なるように形成されていることを特徴とする、バーナ（１）。
【請求項２】
前記渦発生器は、該渦発生器（３）に接合された、燃料噴射用の少なくとも１つのノズル（８）をさらに含み、前記２次ローブ形状（７）は、前記ノズル（８）付近だけに設けられている、請求項１記載のバーナ（１）。
【請求項３】
前記渦発生器（３）に接合されたローブ形状を有する追加的な壁（１０）をさらに含む、請求項１記載のバーナ（１）。
【請求項４】
前記追加的な壁（１０）は、前記ノズル（８）付近において前記渦発生器（３）に接合されている、請求項３記載のバーナ（１）。
【請求項５】
前記追加的な壁（１０）は、前記ノズル（８）に接続されている、請求項４記載のバーナ（１）。
【請求項６】
前記渦発生器（３）は、前記前縁（４）と前記後縁（５）との間に壁（１１）を有し、該壁（１１）に前記追加的な壁（１０）が接合されている、請求項４記載のバーナ（１）。
【請求項７】
前記追加的な壁（１０）は、前記１次ローブ形状（６）および/または前記２次ローブ形状（７）を有する、請求項３記載のバーナ（１）。
【請求項８】
前記追加的な壁（１０）は、前記１次ローブ形状（６）および／または前記２次ローブ形状（７）の次数のローブ形状とは異なる少なくとも１つの次数のローブ形状を有する、請求項３または７記載のバーナ（１）。
【請求項９】
接合位置（１４）においてまとめて接合された一方の端部と、前記ダクト（２）に接合された他方の端部とを有する少なくとも３つの渦発生器（３）を含む、請求項１記載のバーナ（１）。
【請求項１０】
前記接合位置（１４）においてノズル（８）を含む、請求項９記載のバーナ（１）。
【請求項１１】
前記ノズル（８）は、前記後縁（５）に設けられている、請求項２記載のバーナ（１）。
【請求項１２】
前記渦発生器（３）は、前記前縁（４）と前記後縁（５）との間に壁（１１）を有し、該壁（１１）に前記ノズル（８）が設けられている、請求項２記載のバーナ（１）。
【請求項１３】
前記後縁（５）の前記２次ローブ形状（７）には、それ自体少なくとも３次ローブ形状（９）が少なくとも部分的に重ねて形成されており、前記後縁（５）の前記少なくとも３次ローブ形状は、前記ノズル（８）に設けられている、請求項２記載のバーナ（１）。
【請求項１４】
前記追加的な壁（１０）は、複数の次数のローブ形状を有し、より高い次数のローブ形状が、前記ノズル（８）に設けられている、請求項２記載のバーナ（１）。
【請求項１５】
複数のノズル（８）を備え、該ノズル（８）は、横方向軸線（Ｔ）に沿って見てそれぞれ異なる位置にある、請求項２記載のバーナ（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
本発明は、ガスタービンのバーナに関する。好適には、バーナは、液体または気体の燃料を空気または高温ガスと素早く混合して（通常では冷却空気も同様に混合される）、燃料と空気／高温ガスとの混合物が、予混合された状態で自己着火して、燃焼するように配置されているが、必ずしもそうであるわけではない。
【背景技術】
【０００２】
背景
ガスタービンの燃焼室内で空気と共に燃料を正しく燃焼させるために、燃料および空気／高温ガスが、通常では、１つまたは複数のバーナ内へ供給される。バーナは、燃焼室の上流に配置されており、バーナ内で、空気／高温ガスと燃料とが混合されて、次いで、混合物が、燃焼室内で燃焼させられる。
【０００３】
正しい燃焼（予混合燃焼）のために、混合は、ガスタービンのバーナの空間制限により制約が課せられたとしても、燃料と空気／高温ガスとが均質な混合物を生成するようにしなければならない。
【０００４】
燃料と空気／高温ガスとを素早く混合するために、バーナは、ダクトを有する。ダクトは、乱流を発生させる構造を含む。空気／高温ガスは、これらの構造を通過して乱流となり、燃料は、乱流に噴射され、空気／高温ガスとの素早い混合が達成される。以下において、乱流を発生させる構造を渦発生器と呼ぶ。
【０００５】
欧州特許出願公開第２４９６８８４号明細書は、渦発生器を開示している。この渦発生器は、ほぼ真っ直ぐなまたは湾曲した前縁と、ローブ形状を有する後縁とを備える壁を具備する。
【０００６】
米国特許第８５２８３３７号明細書は、ノズル壁を具備するノズルを開示している。このノズル壁は、それ自体２次ローブ形状により画定される１次ローブ形状を有する後縁を備える。たとえば、米国特許第８５２８３３７号明細書の図８は、その配列を示している。
【０００７】
発明者は、欧州特許出願公開第２４９６８８４号明細書に記載された種類の渦発生器の混合に関する性能を改善する方法を見出している。
【０００８】
加えて、その後縁が２つ以上のローブ形状を有する渦発生器の製造が複雑で高価であるので、特定の実施の形態において、発明者は、渦発生器の利点を１次、２次およびあるいは別の次数のローブ形状と組み合わせる方法を見出しており、その際、製造の複雑性およびコストが削減される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】欧州特許出願公開第２４９６８８４号明細書
【特許文献２】米国特許第８５２８３３７号明細書
【００１０】
概要
本発明の１つの態様は、従来技術のバーナよりも良好な混合性能を提供するバーナを提供することを含む。
【００１１】
これらのおよび別の態様は、添付の特許請求の範囲によるバーナを提供することにより成し遂げられる。
【００１２】
本発明の１つの実施の形態によれば、バーナは、ノズルの付近にだけ２次ローブ形状を有し、この実施の形態は、製造が簡単で安価であり、しかも同時に素早い混合を可能にする。
【００１３】
図面の簡単な説明
別の特徴および利点は、添付の図面において非限定的な例として示された、バーナの好適ではあるが非排他的である実施の形態の説明からより明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】バーナの側面を示す。
【図２】バーナの背面を示す。
【図３】１つの実施の形態における渦発生器の１つのセクションを示す。
【図４】１つの実施の形態における渦発生器の１つのセクションを示す。
【図５】１つの実施の形態における渦発生器の１つのセクションを示す。
【図６】１つの実施の形態における渦発生器の１つのセクションを示す。
【図７】図４の渦発生器セクションの背面図である。
【図８】図４の渦発生器セクションの側面図である。
【図９】１つの実施の形態における追加的な壁を有する渦発生器セクションを示す。
【図１０】１つの実施の形態における追加的な壁を有する渦発生器セクションを示す。
【図１１】１つの実施の形態における追加的な壁を有する渦発生器セクションを示す。
【図１２】１つの実施の形態における追加的な壁を有する渦発生器セクションを示す。
【図１３】後縁が１次、２次および３次ローブ形状を有する、渦発生器の一部を示す。
【図１４】接合位置へ集束している複数のローブ形状渦発生器を有するバーナの１つの実施の形態を示す。
【図１５】１次ローブ形状全体を通って延在している２次ローブ形状を有する壁を備える渦発生器の１つのセクションの背面図である。
【図１６】追加的な壁を有する渦発生器の別の実施の形態を示す。
【００１５】
例示的な実施の形態の詳細な説明
図面において、ダクト２と、ダクト２内で延在している１つまたは複数の渦発生器３とを含むガスタービンのバーナ１が示されている。渦発生器は、１つまたは複数の端部において、ダクト２および／またはダクト内に挿入された中心ボディに接合されていてよい。
【００１６】
バーナ１は、再熱バーナであってよく、つまり、バーナは、別の上流のバーナから依然として酸素を含む高温ガスを受け取る。この場合、ガスタービン構造は、通常、圧縮機、第１のバーナ、第１の燃焼室、高圧タービン、再熱バーナ、第２の燃焼室、低圧タービンであるが、他を排除するものではない。再熱バーナは、別のガスタービンから高温ガスを受け取ることもでき、このとき、この構造は、第１のガスタービンであり、その煙道ガスは、再熱バーナを有する第２のガスタービンに提供される。もちろん、バーナ１に、空気、または酸化剤を含む別のガスが供給されてもよい。
【００１７】
渦発生器３は、長手方向に縦長で（軸線Ｌに沿って）かつ横方向で流線形（軸線Ｔに沿って）の形状を有し、前縁４と後縁５とを備える。これにより、軸線Ｌも軸線Ｔも、必ずしも主流に即して真っ直ぐであるかつ／またはそれぞれ直交している必要はない。後縁５は、１次ローブ形状６を有し、１次ローブ形状６には、２次ローブ形状７（より小さいローブ形状）が重なるように形成されている。判りやすくするために、図７は、後縁の１次ローブ形状と２次ローブ形状とを示しており、加えて、破線が、後縁が２次ローブ形状を有する領域における１次ローブの輪郭を示している。２次ローブ形状は、１次ローブ形状全体にわたって（図１５)またはその一部だけに（図７，９，１１，１２）に延在していてよい。
【００１８】
渦発生器３は、燃料噴射用の少なくとも１つまたは通常では複数のノズル８をさらに有する。
【００１９】
２次ローブ形状７は、ノズル８の付近にだけ設けられていてよい。そうすると、１次および２次ローブ形状７の製造に関する複雑性およびコストは、ノズル８の周りの選択された領域に限定される。混合は、この構造により影響を受けない。というのも、燃料がノズル８から噴射され、ノズル８の周りで空気または高温ガスと混合されるからである。それゆえ、ノズル８の周りの高乱流が混合を促進し、これに対してノズル８から離れた領域における小さい長さスケールの高乱流（２次あるいは別次数のローブ形状を介して得られる）は、燃料に達する前に消散し、したがって限定的にしか混合に関与できない。
【００２０】
加えて、２次ローブ形状７には、３次ローブ形状９を重ねて形成してもよく、別の次数のローブ形状も考えられる。この場合でも、後縁の３次あるいは考えられるさら別の次数のローブ形状が、好適には、ノズル８の付近に設けられている。
【００２１】
同様にローブ形状を有する追加的な壁１０が、渦発生器３に接合されていてよい。
【００２２】
追加的な壁１０は、好適には、ノズル８において、つまりノズル８の傍の位置において、渦発生器３に接合されており、そうすると、追加的な壁１０により発生させられる乱流がノズル８の周りに位置し、燃料と空気／高温ガスとの混合が増大される。
【００２３】
たとえば、追加的な壁１０は、渦発生器３の前縁４と後縁５との間においてノズル８および／または壁１１に接合されていてよい。
【００２４】
たとえば、追加的な壁１０は、１次ローブ形状（図１１）または２次ローブ形状（図９、図１０）を有してよく、もしくは、それ自体は２次ローブ形状により形成された（図１２）１次ローブ形状を有してよい。別の次数のローブ形状も可能であり（図１３）、後縁５の２次、３次あるいは別の次数のローブ形状が、好適には、ノズル８に設けられている。追加的にまたは代替的に、追加的な壁１０は、１次および／または２次および／または別の次数のローブ形状とは異なる次数のローブ形状を有してよい。図１６は、前縁４から延在している、前縁１０ａを有する追加的な壁を備える１つの実施の形態を示している。したがって、追加的な壁１０が、前縁４からまたはその下流の位置から延在している前縁１０ａを有してよいことが明らかである。
【００２５】
図１４は、バーナ１の１つの例の背面図を示している。この例では、バーナ１は、４つの渦発生器３を有し、それぞれが縦長で流線形の形状を有し、前縁４と後縁５とを有する。渦発生器３は、接合位置１４においてまとめて接合される一方の端部と、ダクト２に接合される他方の端部とを有する。もちろん、図面は１つの例しか示していないが、３つまたは５つ以上の渦発生器などのあらゆる数の渦発生器３が可能である。
【００２６】
接合位置１４において接合された渦発生器３は、接合位置１４の周りに高乱流を発生させ、ノズル８は、有利には、接合位置１４に設けられていてよい。追加的にまたは代替例としても、ノズルは、後縁５から距離を置いて壁１１にわたって設けられていてよい。
【００２７】
ノズル８は、後縁５における１つまたは複数のスロット（図３）により、かつ／または壁１１に設けられた１つまたは複数のスロット（図５）により、かつ／または後縁５における１つまたは複数のインジェクタ（円形のインジェクタなど）（図４）により、かつ／または壁１１に設けられた１つまたは複数のインジェクタ（円形のインジェクタなど）（図６）により形成されていてよい。後縁５におけるかつ／または壁１１に設けられたスロットおよび／またはインジェクタのあらゆる組み合わせが可能である。
【００２８】
図３および図４に関して、ノズル８は全てが横方向軸線Ｔに沿って見て同一の位置にあるか、または、ノズル８は、横方向軸線Ｔに沿って見て異なる位置にあってよい。後者の場合、あらゆる組み合わせが可能であり、全てのノズル８が異なる位置にあるか、または、ノズルは、ノズルの群に分けられ、同一の群のノズルは同一の位置にある。
【００２９】
加えて、全体を通じて、本明細書が、特に、縦長で流線形の形状を有する渦発生器に関連して述べられており、これらの渦発生器が直線的な長手方向軸線を有するように図示されているが、渦発生器は、あらゆる形状を有してよく、特に、湾曲した長手方向軸線によって規定された湾曲した形状を有してよいことが明らかである。
【００３０】
ノズル８に、油または他の液体または気体の燃料用の中心通路と、キャリア空気または他の気体用の環状の通路とが設けられている。
【００３１】
バーナの運転は、説明および図示から明確であり、主に以下の通りである。
【００３２】
ダクト２は、入口２ｉｎと出口２ｏｕｔとを有する。
【００３３】
バーナ１に、新鮮空気、または依然として酸素を含有し、バーナ１の上流のガスタービンからもしくはバーナ１の上流の燃焼室（たとえば同様にバーナ１を有するガスタービンの燃焼室）から到来する高温ガスが供給されてよい。
【００３４】
以下に高温ガスについて言及する。
【００３５】
高温ガスＧは、入口２ｉｎに進入し、ダクト２を通って渦発生器の周囲を移動し、渦を形成する。次いで、燃料Ｆが、ノズル８から渦内へ噴射され、高温ガスＧと燃料Ｆとが混合されて、混合物Ｍを生成する。その混合物Ｍは、通常ではバーナの下流の燃焼室内で燃焼される。
【００３６】
渦発生器３に沿って流れる間に、渦発生器３の１次ローブ形状６は、１次渦Ｖ１を高温ガスＧに誘発し、この１次渦Ｖ１は、大きなスケールで混合を発生させる。同様に、渦発生器３の２次（あるいは別の次数の）ローブ形状は、２次（あるいは別の次数の）渦Ｖ２を高温ガスＧに誘発し、これらの２次（あるいは別の次数の）渦Ｖ２は、１次渦Ｖ１よりも小さなスケールで混合を発生させ、その結果、完全な混合を素早く達成することができる。
【００３７】
２次あるいはより高い次数のローブ形状がノズル８の傍に設けられおり、より高い次数の渦（つまり渦Ｖ２のような、後縁５および／または追加的な壁１０のより高い次数のローブ形状によって発生させられるより小さな渦）が、燃料が届く位置（つまりノズル８の傍）で局所的な混合を引き起こすので、素早い混合が達成される。これに対して、２次あるいはより高い次数のローブ形状は、ノズル８から離れた後縁５の部分には設けられていない。というのも、２次あるいはより高い次数のローブ形状によって発生させられる小さな渦（渦２のような）は、高温ガスＧと燃料Ｆとの混合を引き起こさない、または限定的にしか引き起こさないからである。なぜならば、燃料Ｆがノズル８から遠いところに届かない、または限定的にしか届かないからである。他方、ノズル８から離れた後縁５の部分における２次あるいは別の次数のローブ形状を製造するためのコストおよび複雑性が削減される。
【００３８】
追加的な壁１０は、渦の増加あるいは壁１１によって誘発される渦の次数とは異なる次数の渦の誘発（追加的な壁１０が壁１１の次数とは異なる次数のローブ形状を有するとき）により混合を促進し、これは、さらに混合を改善する。
【００３９】
接合位置１４において接合された複数の渦発生器３を有する構造は、有利には、接合位置１４の周りに大きな乱流を得るためだけではなく、材料の熱膨張を補整できる構造をもつようにするためにも利用することができる。
【００４０】
追加的に、後縁５における様々な位置にまたは後縁５の上流の配置された様々なノズル８を、様々な反応性を有する燃料を噴射するために使用してよい。
【００４１】
もちろん、記載された特徴は、互いに独立して設けてよい。
【００４２】
実際に、使用される材料および寸法は、技術の要求および状態に応じて任意に選択してよい。
【符号の説明】
【００４３】
１  バーナ
２  ダクト
２ｉｎ  入口
２ｏｕｔ  出口
３  渦発生器
４  前縁
５  後縁
６  １次渦発生器
７  ２次渦発生器
８  ノズル
９  ３次オーダー渦発生器
１０  追加的な壁
１０ａ  前縁
１１  壁
１４  接合位置
Ｆ  燃料
Ｇ  高温ガス
Ｌ  渦発生器の長手方向軸線
Ｍ  混合物
Ｔ  渦発生器の横方向軸線
Ｖ１  １次渦
Ｖ２  ２次渦
【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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【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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【外国語明細書】
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