(57)【要約】【課題】ガスターボ機械用のオリフィスプラグが一体化されたノズルを提供すること。【解決手段】ガスターボ機械（２）のノズル（６２）は、第１の流体入口（９０）及び第２の流体入口（９２）を含むベース部（７０）と、１又はそれ以上の出口（９９）を有する出口部（７４）と、を含む。接続セクション（７８）は、ベース部（７０）及び出口部（７４）を流体接続する。オリフィスプラグ（１１０）は、第２の流体入口（９２）においてベース部（７０）内に配列される。オリフィスプラグ（１１０）は、第２の流体入口（９２）及び接続セクション（７８）を流体接続する１又はそれ以上の開口（１１７）を含む。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスターボ機械（２）のノズル（６２）であって、
第１の流体入口（９０）及び第２の流体入口（９２）を含むベース部（７０）と、
１又はそれ以上の出口（９９）を有する出口部（７４）と、
前記ベース部（７０）及び前記出口部（７４）を流体接続する接続セクション（７８）と、
前記第２の流体入口（９２）において前記ベース部（７０）内に配列され、前記第２の流体入口（９２）及び前記接続セクション（７８）を流体接続する１又はそれ以上の開口（１１７）を含むオリフィスプラグ（１１０）と、
を備える、ガスターボ機械（２）のノズル（６２）。
【請求項２】
前記オリフィスプラグ（１１０）がベースセクション（１２４）を含み、１又はそれ以上の開口（１１７）が該ベースセクション（１２４）内に形成される、請求項１に記載のガスターボ機械（２）のノズル（６２）。
【請求項３】
前記ベース部（７０）が、環状の外側縁部（８４）によって定められるベース面（８２）を含み、前記第１及び第２の流体入口（９０，９２）が前記ベース面（８２）内に形成される、請求項１に記載のガスターボ機械（２）のノズル（６２）。
【請求項４】
前記環状の外側縁部（８４）内に形成された開口（１１７）を有するオリフィスプラグ受け入れゾーン（１１４）を更に備える、請求項３に記載のガスターボ機械（２）のノズル（６２）。
【請求項５】
前記オリフィスプラグ（１１０）が、中間セクション（１３０）によって接合されるベースセクション（１２４）とプラグセクション（１２８）とを含み、前記プラグセクション（１２８）が、前記開口（１１７）内に延びてこれを閉鎖する、請求項４に記載のガスターボ機械（２）のノズル（６２）。
【請求項６】
前記ベースセクション（１２４）及び前記プラグセクション（１２８）が第１の直径を含み、前記中間セクション（１３０）が、該第１の直径よりも小さい第２の直径を含む、請求項５に記載のガスターボ機械（２）のノズル（６２）。
【請求項７】
前記ベース部（７０）から前記接続セクション（７８）を通って前記出口部分（７４）まで延びて前記第１の流体入口（９０）に流体接続された第１の通路（９４）と、
前記ベース部（７０）から前記接続セクション（７８）を通って前記出口部分（７４）まで延びて前記第２の流体入口（９２）に流体接続された第２の通路（９６）と、
を更に備える、請求項１に記載のガスターボ機械（２）のノズル（６２）。
【請求項８】
前記第２の通路（９６）が、前記第１の通路（９４）の半径方向外向きに配列される、請求項７に記載のガスターボ機械（２）のノズル（６２）。
【請求項９】
ターボ機械（２）であって、
圧縮機部分（４）と、
前記圧縮機部分（４）に動作可能に連結されたタービン部分（６）と、
前記圧縮機部分（４）及び前記タービン部分（６）に流体接続され、少なくとも１つのノズル（６２）を有する少なくとも１つの燃焼器（９）を含む燃焼器組立体（８）と、
を備え、前記少なくとも１つのノズル（６２）が、
第１の流体入口（９０）及び第２の流体入口（９２）を有するベース部（７０）と、
１又はそれ以上の出口（９９）を有する出口部（７４）と、
前記ベース部（７０）及び前記出口部（７４）を流体接続する接続セクション（７８）と、
前記第２の流体入口（９２）において前記ベース部（７０）内に配列され、前記第２の流体入口（９２）及び前記接続セクション（７８）を流体接続する１又はそれ以上の開口（１１７）を有するオリフィスプラグ（１１０）と、
を含む、ターボ機械（２）。
【請求項１０】
前記オリフィスプラグ（１１０）がベースセクション（１２４）を含み、１又はそれ以上の開口（１１７）が該ベースセクション（１２４）内に形成される、請求項９に記載のターボ機械（２）。
【請求項１１】
前記ベース部（７０）が、環状の外側縁部（８４）によって定められるベース面（８２）を含み、前記第１及び第２の流体入口（９０，９２）が前記ベース面（８２）内に形成され、前記少なくとも１つのノズル（６２）が更に、前記環状の外側縁部（８４）内に形成された開口（１１７）を有するオリフィスプラグ受け入れゾーン（１１４）を含む、請求項９に記載のターボ機械（２）。
【請求項１２】
前記オリフィスプラグ（１１０）が、中間セクション（１３０）によって接合されるベースセクション（１２４）とプラグセクション（１２８）とを含み、前記プラグセクション（１２８）が、前記開口（１１７）内に延びてこれを閉鎖する、請求項１１に記載のターボ機械（２）。
【請求項１３】
前記ベース部（７０）から前記接続セクション（７８）を通って前記出口部分（７４）まで延びて前記第１の流体入口（９０）に流体接続された第１の通路（９４）と、
前記ベース部（７０）から前記接続セクション（７８）を通って前記出口部分（７４）まで延びて前記第２の流体入口（９２）に流体接続された第２の通路（９６）と、
を更に備える、請求項９に記載のターボ機械（２）。
【請求項１４】
前記第２の通路（９６）が、前記第１の通路（９４）の半径方向外向きに配列される、請求項１３に記載のターボ機械（２）。
【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、ターボ機械の技術分野に関し、より詳細には、ガスターボ機械用のオリフィスプラグを有するノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ機械は通常、圧縮機部分及びタービン部分を含む。圧縮機部分は、タービン内に導入される圧縮空気ストリームを形成する。ガスターボ機械において、圧縮空気ストリームの一部は、燃焼生成物と混合されて高温ガスストリームを形成し、この高温ガスストリームは、移行部品を通じてタービン部分に導入される。燃焼生成物は、燃焼器の燃焼室において生じる。燃焼器において、燃料及び空気がノズルを通過して可燃性混合気を形成する。可燃性混合気が燃焼して、燃焼生成物を形成する。
【０００３】
高温ガスストリームは、高温ガス経路に沿って連続した段で配列されたターボ機械翼形部に衝突する。翼形部は、一般に、ホイールに接続され、該ホイールは、ロータに接続することができる。典型的には、ロータは、負荷に動作可能に接続される。高温ガスストリームは、翼形部に力を加えて回転を引き起こす。この回転は、ロータに伝達される。従って、タービン部分は、高温ガスストリームからの熱エネルギーを機械／回転エネルギーに変換し、このエネルギーは、負荷を駆動するのに使用される。負荷は、発電機、ポンプ、航空機、機関車、又は同様のものを含む、様々な形態をとることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５，２１１，００４号明細書
【発明の概要】
【０００５】
例示的な実施形態の１つの態様によれば、ガスターボ機械のノズルは、第１の流体入口及び第２の流体入口を有するベース部と、１又はそれ以上の出口を有する出口部と、を含む。接続セクションは、ベース部及び出口部を流体接続する。オリフィスプラグは、第２の流体入口においてベース部内に配列される。オリフィスプラグは、第２の流体入口及び接続セクションを流体接続する１又はそれ以上の開口を含む。
【０００６】
例示的な実施形態の別の態様によれば、ターボ機械は、圧縮機部分と、圧縮機部分に動作可能に連結されたタービン部分と、圧縮機部分及びタービン部分に流体接続された燃焼器組立体と、を含む。燃焼器組立体は、少なくとも１つのノズルを有する少なくとも１つの燃焼器を含む。少なくとも１つのノズルは、第１の流体入口及び第２の流体入口を有するベース部と、１又はそれ以上の出口を有する出口部と、ベース部及び出口部を流体接続する接続セクションと、第２の流体入口においてベース部内に配列されるオリフィスプラグと、を含む。オリフィスプラグは、第２の流体入口及び接続セクションを流体接続する１又はそれ以上の開口を含む。
【０００７】
例示的な実施形態の更に別の態様によれば、ターボ機械システムは、圧縮機部分と、圧縮機部分に動作可能に連結されたタービン部分と、圧縮機部分に流体接続された入口システムと、圧縮機部分及びタービン部分の一方に動作可能に接続された負荷と、圧縮機部分及びタービン部分に流体接続された燃焼器組立体と、を含む。燃焼器組立体は、少なくとも１つのノズルを有する少なくとも１つの燃焼器を含む。少なくとも１つのノズルは、第１の流体入口及び第２の流体入口を有するベース部と、１又はそれ以上の出口を有する出口部と、ベース部及び出口部を流体接続する接続セクションと、第２の流体入口においてベース部内に配列されるオリフィスプラグと、を含む。オリフィスプラグは、第２の流体入口及び接続セクションを流体接続する１又はそれ以上の開口を含む。
【０００８】
これら及び他の利点並びに特徴は、図面を参照しながら以下の説明から明らかになるであろう。
【０００９】
本発明とみなされる主題は、本明細書と共に提出した特許請求の範囲に具体的に指摘し且つ明確に特許請求している。本発明の上記及び他の特徴並びに利点は、添付図面を参照しながら以下の詳細な説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】例示的な実施形態による、オリフィスプラグを備えたノズルを有する燃焼器を含むターボ機械システムの概略図。
【図２】図１の燃焼器及びノズルの部分断面図。
【図３】図２のノズルの部分断面図。
【図４】図３のノズルの軸方向端部の部分斜視断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
この詳細な説明は、例証として図面を参照しながら、本発明の利点及び特徴と共に例示的な実施形態を説明している。
【００１２】
最初に図１及び２を参照すると、ターボ機械システムが全体的に符号１で示されている。ターボ機械システム１は、少なくとも１つの燃焼器９を含む燃焼器組立体８を介してタービン部分６に接続された圧縮機部分４を有するターボ機械２を含む。圧縮機部分４はまた、共通の圧縮機／タービンシャフト１０を介してタービン部分６に接続される。空気入口システム１２は、圧縮機部分４の入口（別個の参照符号は表記されていない）に流体接続される。全体的に符号１４で示された負荷は、タービン部分６に動作可能に接続される。負荷１４は、発電機、ポンプ、機関車システム、及び他の駆動負荷を含む、様々な形態をとることができる。タービン部分６はまた、排気システム（図示せず）に接続することができる。
【００１３】
圧縮機部分４は、ディフューザ２２と、圧縮機吐出プレナム２４とを含み、これらは、互いに及び燃焼器組立体８と流体連通して結合される。この構成では、圧縮空気は、ディフューザ２２及び圧縮機吐出プレナム２４を通って燃焼器組立体８に入る。圧縮空気は、燃料と混合されて燃焼し、高温ガスを形成する。高温ガスは、タービン部分６に送られる。タービン部分６は、高温ガスからの熱エネルギーを機械／回転エネルギーに変換する。
【００１４】
燃焼器９は、燃焼器キャップ３３及び燃焼器ライナ３６を有する燃焼器本体３０を含む。図示のように、燃焼器ライナ３６は、燃焼室３８を定めるように燃焼器本体３０から半径方向内向きに位置付けられる。燃焼室３８は、ヘッド端部３９から圧縮機吐出部４０に延びる。燃焼器ライナ３６は、燃焼器本体３０から離間して配置され、圧縮機吐出ケーシング（ＣＤＣ）空気流通路４３を形成する。移行部品４５は、燃焼器組立体８をタービン部分６に接続する。移行部品４５は、燃焼室３８において発生した燃焼ガスを下流側のタービン部分６の第１段４６に向けて送る。移行部品４５は、内壁４８と外壁４９とを含むことができ、これらは、ＣＤＣ空気流通路４３と流体接続した環状通路５４を定める。内壁４８はまた、燃焼器３８とタービン部分６との間に延びるガイドキャビティ５６を定めることができる。ノズル組立体６０は、燃焼器ライナ３６のヘッド端部３９において配列される。ノズル組立体６０は、符号６２で示されるような１又はそれ以上のノズルを含む。
【００１５】
図３に示すように、ノズル６２は、ベース部７０及び出口部７４を含み、これらは接続セクション７８により接合される。例示的な実施形態の１つの態様によれば、ベース部７０は、外側環状縁部８４により定められるベース面８２を含む。ベース面８２は、第１の流体入口９０及び第２の流体入口９２を含む。第１の流体入口９０は、ベース部７０から接続セクション７８を通って出口部７４に中央に延びる第１の通路９４に流体接続される。第２の流体入口９２は、ベース部７０から接続セクション７８を通って出口部７４に延びる第２の通路９６に流体接続される。第２の通路９６は、第１の通路９４から半径方向外向きに配列される。第１及び第２の通路９４，９６は、出口部７４に形成された１又はそれ以上の出口９９（図２）に通じている。図ではフランジとして示されているが、ベース部７０は、第２の流体入口９２を支持し且つ第２の通路９６にアクセスできるようにするノズル６２に沿ったあらゆる場所に定めることができる点は理解されたい。
【００１６】
例示的な実施形態によれば、ノズル６２は、ベース部７０に形成されたオリフィスプラグ受け入れゾーン１１４に設けられるオリフィスプラグ１１０を含む。オリフィスプラグ１１０は、ろう付け、溶接、かしめ、圧入、及び同様のものを含む様々な方法によってオリフィスプラグ受け入れゾーン１１４に固定することができる。オリフィスプラグ１１０は、外側環状縁部８４に形成された開口１１７内に挿入される。オリフィスプラグ１１０は、ベースセクション１２４及びプラグセクション１２８を含み、これらは中間セクション１３０により接合される。ベースセクション１２４及びプラグセクション１２８は、第１の寸法を含むことができ、中間セクション１３０は、第２の寸法を含む。オリフィスプラグ１１０が砂時計形外形を含むような、第２の寸法は第１の寸法よりも小さい。ベースセクション１２４は、第２の流体入口９２から第２の通路９６内に流体を送給する複数の調量開口１３４を含む。この流体は、出口部７４において第１の通路９４を通過する流体と混合し、燃焼室３８に排出されて燃焼することができる。
【００１７】
ここで、例示的な実施形態は、ターボ機械ノズル用の第２のオリフィスを形成するオリフィスプラグを記載している点に留意されたい。例示的な実施形態のオリフィスプラグは、端部カバーに組み込まれるのではなく、ノズルに直接一体化される。より具体的には、オリフィスプラグは、ノズルのベース部に一体化される。このようにして、オリフィスプラグは、端部カバー装着のオリフィスプラグと比べて、燃料の流れを制限せず、又は追加の障害物を提供しない。更に、オリフィスプラグをノズルに一体化することにより、端部カバー組立体とノズル組立体の別々の流れ試験の必要性が排除される。加えて、ベース部の環状側壁に形成された開口を通って装着されるように図示されているが、オリフィスプラグは、様々な機構を介してベース部に装着することができる。更に、砂時計形状を有するように図示されているが、オリフィスプラグは、設置及び作動要件に応じて、様々な幾何外形を含むことができる点は理解されたい。更にまた、オリフィスプラグは、円筒、長円、涙形、又は他の形状を有するように形成することができる点を理解されたい。
【００１８】
限られた数の実施形態のみに関して本発明を詳細に説明してきたが、本発明はこのような開示された実施形態に限定されないことは理解されたい。むしろ、本発明は、上記で説明されていない多くの変形、改造、置換、又は均等な構成を組み込むように修正することができるが、これらは、本発明の技術的思想及び範囲に相応する。加えて、本発明の種々の実施形態について説明してきたが、本発明の態様は記載された実施形態の一部のみを含むことができる点を理解されたい。従って、本発明は、上述の説明によって限定されるとみなすべきではなく、添付の請求項の範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００１９】
１  ターボ機械システム
２  ターボ機械
４  圧縮機部分
６  タービン部分
８  燃焼器組立体
９  燃焼器
１０  共通の圧縮機／タービンシャフト
１２  空気入口システム
１４  負荷
２２  ディフューザ
２４  圧縮機吐出プレナム
３０  燃焼器本体
３３  燃焼器キャップ
３６  燃焼器ライナ
３８  燃焼室
３９  ヘッド端部
４０  圧縮機吐出部
４３  圧縮機吐出ケーシング（ＣＤＣ）空気流通路
４５  移行部品
４６  第１段
４８  内壁
４９  外壁
５４  環状通路
５６  ガイドキャビティ
６０  ノズル組立体
６２  ノズル
７０  ベース部
７４  出口部
７８  接続セクション
８２  ベース面
８４  外側環状縁部
９０  第１の流体入口
９２  第２の流体入口
９４  第１の通路
９６  第２の通路
９９  出口
１１０  オリフィスプラグ
１１４  オリフィスプラグ受け入れゾーン
１１７  開口
１２４  ベースセクション
１２８  プラグセクション
１３０  中間セクション
１３４  複数の調量開口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
2016040510000001.pdf