(57)【要約】      （修正有）【課題】予混合パイロットノズル及び／又はガス専用カートリッジの出口面に冷却を提供しながら、火炎の不安定性を低減する改善された燃料ノズルを提供する。【解決手段】燃料ノズル組立体１００は、中心本体１０２と、該中心本体１０２を通って軸方向に延びるカートリッジ２００と、を含む。カートリッジ２００が、中心本体１０２内でパージ空気通路２０４を定める。カートリッジ２００が、先端本体によって定められた先端部分２０２を含む。先端本体が、スロート部分と、該スロート部分から下流側に定められる開口部とを定める。先端本体が更に、スロート部分の周りに円周方向に離間して配置された複数の注入ポートを定める。注入ポートが、パージ空気通路２０４と先端本体のスロート部分との間の流体連通を提供する。【選択図】図３
2017072361.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ノズル組立体（１００）であって、
中心本体（１０２）と、
前記中心本体（１０２）を通って軸方向に延びるカートリッジ（２００）と、
を備え、前記カートリッジ（２００）が、前記中心本体（１０２）内でパージ空気通路（２０４）を定め、前記カートリッジ（２００）が、先端本体（２０６）によって定められた先端部分（２０２）を有し、前記先端本体（２０６）が、スロート部分（２０８）と、該スロート部分（２０８）から下流側に定められる開口部（２１０）とを定め、前記先端本体（２０６）が更に、前記スロート部分（２０８）の周りに円周方向に離間して配置された複数の注入ポート（２１８）を定め、前記注入ポート（２１８）が、前記パージ空気通路（２０４）と前記スロート部分（２０８）との間の流体連通を提供し、前記注入ポート（２１８）が、前記先端本体（２０６）を通って延びる中心線（１０４）に対して、前記パージ空気通路（２０４）から前記スロート部分（２０８）に流入する圧縮空気に角度旋回を与えるように配向される、燃料ノズル組立体（１００）。
【請求項２】
前記スロート部分（２０８）及び前記開口部（２１０）が、前記先端本体（２０６）内で旋回チャンバ（２１６）を定める、請求項１に記載の燃料ノズル組立体（１００）。
【請求項３】
前記スロート部分（２０８）が円筒形状である、請求項１に記載の燃料ノズル組立体（１００）。
【請求項４】
前記開口部（２１０）の少なくとも一部が、双曲線又は指数関数的形状を有する、請求項１に記載の燃料ノズル組立体（１００）。
【請求項５】
前記開口部（２１０）の少なくとも一部が、前記先端本体（２０６）を通って延びる中心線（１０４）に対して、半径方向外向きに発散している、請求項１に記載の燃料ノズル組立体（１００）。
【請求項６】
前記中心本体（１０２）の下流側端部に配置され、前記中心本体（１０２）を通って軸方向に延びる予混合パイロットノズル（１２４）を更に備え、前記先端本体（２０６）の出口面（２１４）が、前記予混合パイロットノズル（１２４）の出口面（１４０）に対して平坦である、請求項１に記載の燃料ノズル組立体（１００）。
【請求項７】
前記カートリッジ（２００）が、ガス専用型カートリッジ（２００）である、請求項１に記載の燃料ノズル組立体（１００）。
【請求項８】
前記中心本体（１０２）の下流側端部に配置され、前記中心本体（１０２）を通って軸方向に延びる予混合パイロットノズル（１２４）を更に備え、前記予混合パイロットノズル（１２４）が、複数の円周方向に離間した予混合管体（１３０）を更に備え、前記各予混合管体（１３０）が、上流側壁（１３８）に沿って定められた入口（１４６）と、前記予混合パイロットノズル（１２４）の出口面（１４０）に沿って定められる出口（１４８）と、前記入口と前記出口との間に定められる予混合通路（１４２）と、を有し、前記各予混合管体（１３０）が更に、前記中心本体（１０２）内に定められる予混合燃料回路と流体連通した燃料ポート（１４４）を更に備え、前記入口（１４６）が、前記中心本体（１０２）内に定められる予混合通路（１５２）と流体連通している、請求項１に記載の燃料ノズル組立体（１００）。
【請求項９】
燃料ノズル組立体（１００）であって、
中心本体（１０２）と、
前記中心本体（１０２）と同時に整列され且つ前記中心本体（１０２）を少なくとも部分的に囲み、前記中心本体（１０２）から半径方向に離間して配置されて間に環状通路（１１０）を形成する外側管体（１０８）と、
前記環状通路（１１０）内で前記中心本体（１０２）と前記外側管体（１０８）との間に半径方向に延びる複数のストラット（１１４）と、
前記中心本体（１０２）の下流側端部に配置された予混合パイロットノズル（１２４）と、
前記中心本体（１０２）を通り且つ前記予混合パイロットノズル（１２４）によって定められるカートリッジ開口（１５０）を少なくとも部分的に通って軸方向に延びるカートリッジ（２００）と、
を備え、前記カートリッジ（２００）が、前記中心本体（１０２）内でパージ空気通路（２０４）を定め、前記カートリッジ（２００）が、先端本体（２０６）によって定められた先端部分（２０２）を有し、前記先端本体（２０６）が、スロート部分（２０８）と、該スロート部分（２０８）から下流側に定められる開口部（２１０）とを定め、前記先端本体（２０６）が更に、前記スロート部分（２０８）の周りに円周方向に離間して配置された複数の注入ポート（２１８）を定め、前記注入ポート（２１８）が、前記パージ空気通路（２０４）と前記スロート部分（２０８）との間の流体連通を提供する、燃料ノズル組立体（１００）。
【請求項１０】
前記複数の注入ポート（２１８）が、前記先端本体（２０６）を通って延びる中心線（１０４）に対して、前記パージ空気通路（２０４）から前記スロート部分（２０８）に流入する圧縮空気に角度旋回を与えるように配向される、請求項９に記載の燃料ノズル組立体（１００）。
【請求項１１】
前記スロート部分（２０８）及び前記開口部（２１０）が、前記先端本体（２０６）内で旋回チャンバ（２１６）を定める、請求項９に記載の燃料ノズル組立体（１００）。
【請求項１２】
前記スロート部分（２０８）が円筒形状である、請求項９に記載の燃料ノズル組立体（１００）。
【請求項１３】
前記開口部（２１０）の少なくとも一部が、双曲線又は指数関数的形状を有する、請求項９に記載の燃料ノズル組立体（１００）。
【請求項１４】
前記開口部（２１０）の少なくとも一部が、前記先端本体（２０６）を通って延びる中心線（１０４）に対して、半径方向外向きに発散している、請求項９に記載の燃料ノズル組立体（１００）。
【請求項１５】
前記先端本体（２０６）の出口面（２１４）が、前記予混合パイロットノズル（１２４）の出口面（１４０）に対して平坦である、請求項９に記載の燃料ノズル組立体（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体的に、ガスタービン燃焼器のための燃料ノズル組立体に関する。より具体的には、本発明は、予混合燃料ノズル組立体のためのカートリッジに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、産業工程及び発電運転で広く使用されている。ガスタービンは、一般に、直列流れ順に、圧縮機、燃焼セクション、及びタービンを含む。燃焼セクションは、外側ケーシングの周りに環状に配列された複数の燃焼器を含むことができる。作動時には、周囲空気のような作動流体は、圧縮機を通って流れるときに漸次的に圧縮される。圧縮された作動流体の一部は、圧縮機から燃焼器の各々に送られ、ここで燃料と混合され、燃焼ゾーンにて燃焼して燃焼ガスを生成する。燃焼ガスは、高温ガス経路に沿ってタービンを通って送られ、ここでロータシャフトに結合されたタービンロータブレードを介して燃焼ガスから熱及び／又は運動エネルギーが取り出され、従って、ロータシャフトが回転を生じ、仕事及び／又は推力を生成するようになる。
【０００３】
一部の燃焼システムは、複数の二系統燃料予混合型燃料ノズルを利用している。二系統燃料型燃料ノズルは、液体燃料のみ又はガス燃料のみを提供するよう構成することができ、或いは、液体燃料及びガス燃料の両方を提供するよう構成することができる。この融通性は通常、燃料ノズルの中心本体部分を通じて適切なカートリッジタイプを装着又は挿入することによって達成される。例えば、カートリッジは、液体燃料又はガス燃料を提供するよう構成することができ、或いは、圧縮空気のようなパージ媒体を中心本体を通じて提供するよう構成することができる。液体燃料の稼働を行わず、「ガス専用」であるようなガスタービンでは、燃料ノズルの中心本体にガス専用カートリッジが配置される。ガス専用カートリッジは、高温燃焼ガスがカートリッジ内に侵入できないように、冷却並びにパージが必要となる。
【０００４】
特定の燃焼器において、燃料ノズルのうちの少なくとも１つは、予混合パイロット先端又はノズルを含むことができる。特定の燃焼運転モードの間、予混合パイロットノズルは、予混合された燃料及び空気を燃焼ゾーンに供給し、パイロット火炎を生成することができる。パイロット火炎は、一般に、燃焼器が特定のモードで運転されているとき及び／又は燃焼器が種々の運転モードの間を移行するときの火炎の安定性を確保するのに使用される。不安定な火炎は、望ましくない放熱の変動を生じる可能性が高い。パイロット火炎の基部は通常、予混合パイロットノズルの出口面に隣接して、又は直ぐ下流側に存在する。結果として、出口面は、極めて高い温度に曝される。
【０００５】
予混合パイロットノズルは通常、燃焼ゾーンから上流側にある中心本体の遠位端に配置されている。特定の構成において、ガス専用カートリッジの一部は、予混合パイロットノズルを通って延びる。ガス専用カートリッジの先端部分及び予混合パイロットノズルの先端部分は、これらの出口面に沿って実質的に平坦とすることができる。結果として、カートリッジから流れるパージ空気は、パイロット火炎安定性に悪影響を及ぼす可能性がある。
【０００６】
既知のカートリッジは、その出口面において強い空気噴流を生成し、これがパイロット火炎の不安定性を引き起こす恐れがある。加えて、予混合パイロットノズルは、カートリッジ及び予混合パイロットノズルの平坦面にて高温環境を生成する可能性がある。従って、予混合パイロットノズル及び／又はガス専用カートリッジの出口面に冷却を提供しながら、火炎の不安定性を低減する改善された燃料ノズルが、当該技術分野において有用となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第８，３４７，６３１号明細書
【発明の概要】
【０００８】
本発明の態様及び利点は、以下の説明において記載され、又は当該説明から明らかになることができ、或いは、本発明を実施することによって理解することができる。
【０００９】
本発明の１つの実施形態は、燃料ノズル組立体である。燃料ノズル組立体は、中心本体と、中心本体を通って軸方向に延びるカートリッジと、を含む。カートリッジは、中心本体内でパージ空気通路を定める。カートリッジは、先端本体によって定められた先端部分を含む。先端本体は、スロート部分と、該スロート部分から下流側に定められる開口部とを定める。先端本体が更に、スロート部分の周りに円周方向に離間して配置された複数の注入ポートを定める。注入ポートは、パージ空気通路と先端本体のスロート部分との間の流体連通を提供する。注入ポートは、先端本体を通って延びる中心線に対して、パージ空気通路からスロート部分に流入する圧縮空気に角度旋回を与えるように配向される。
【００１０】
本開示の別の実施形態は、燃料ノズル組立体である。燃料ノズル組立体は、中心本体と、該中心本体と同時に整列され且つ中心本体を少なくとも部分的に囲む外側管体と、を含む。中心本体及び外側管体が半径方向に離間して配置されて、これらの間に環状通路を形成する。複数のストラットが、環状通路内で中心本体と外側管体との間に半径方向に延びる。燃料ノズル組立体は更に、中心本体の下流側端部に配置された予混合パイロットノズルと、中心本体を通り且つ予混合パイロットノズルによって定められるカートリッジ開口を少なくとも部分的に通って軸方向に延びるカートリッジと、を含む。カートリッジは、中心本体内でパージ空気通路を定める。カートリッジは、先端本体によって定められた先端部分を含む。先端本体は、スロート部分と、該スロート部分から下流側に定められる開口部とを定める。先端本体が更に、スロート部分の周りに円周方向に離間して配置された複数の注入ポートを定める。注入ポートは、パージ空気通路とスロート部分との間の流体連通を提供する。
【００１１】
本開示の別の実施形態は、燃焼器である。燃焼器は、端部カバーと、該端部カバーの内表面から下流側に延びる複数の燃料ノズル組立体と、を含む。少なくとも１つの燃料ノズル組立体は、中心本体と、中心本体を通って軸方向に延びるカートリッジと、を含む。カートリッジは、中心本体内にパージ空気通路を定める。カートリッジは、先端本体により定められる先端部分を含む。先端本体は、スロート部分と、該スロート部分から下流側に定められる開口部と、を定める。先端本体は更に、スロート部分の周りで円周方向に離間して配置された複数の注入ポートを定める。注入ポートは、パージ空気通路とスロート部分との間の流体連通を提供し、先端本体を通って延びる中心線に対して、パージ空気通路からスロート部分に流入する圧縮空気に角度旋回を与えるように配向される。
【００１２】
当業者であれば、本明細書を精査するとこのような実施形態の特徴及び態様、並びにその他がより理解されるであろう。
【００１３】
添付図面を参照することを含めて、本明細書の残りの部分において、当業者にとって最良の形態を含む本発明の完全且つ有効な開示が記載される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の種々の実施形態を包含することができる例示的なガスタービンの機能ブロック図。
【図２】本発明の種々の実施形態を包含することができる例示的な燃焼器の側面図。
【図３】本発明の種々の実施形態を包含することができる例示的な燃料ノズル組立体の斜視側断面図。
【図４】本発明の少なくとも１つの実施形態による、図３に示す切断線４−４に沿って見た燃料ノズル組立体の一部の拡大側断面図。
【図５】本発明の少なくとも１つの実施形態による、図３に示す燃料ノズル組立体の中心本体の一部の拡大側断面図。
【図６】本発明の少なくとも１つの実施形態による、図３に示す燃料ノズル組立体の中心本体の一部の拡大側面図。
【図７】本発明の１つの実施形態による、図６に示す中心本体の一部の側面図。
【図８】本発明の少なくとも１つの実施形態による、図３及び４に示す燃料ノズル組立体のカートリッジ部分の一部の拡大側断面図。
【図９】本発明の少なくとも１つの実施形態による、図８に示す切断線９−９に沿って見たカートリッジの下流側拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
ここで、その１つ又はそれ以上の実施例が添付図面に例示されている本発明の実施形態について詳細に説明する。詳細な説明では、図面中の特徴部を示すために参照符号及び文字表示を使用している。本発明の同様の又は類似の要素を示すために、図面及び説明において同様の又は類似の記号表示を使用している。
【００１６】
本明細書で使用される用語「第１」、「第２」、及び「第３」は、ある構成要素を別の構成要素と区別するために同義的に用いることができ、個々の構成要素の位置又は重要性を意味することを意図したものではない。用語「上流」及び「下流」は、流体通路における流体流れに対する相対的方向を指す。例えば、「上流」は、流体がそこから流れる方向を指し、「下流」は流体がそこに向けて流れ込む方向を指す。用語「半径方向」は、特定の構成要素の軸方向中心線に実質的に垂直な相対方向を指し、用語「軸方向」は、特定の構成要素の軸方向中心線に実質的に平行な及び／又は同軸に整列された相対方向を指す。
【００１７】
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明するためのものに過ぎず、本発明を限定するものではない。本明細書で使用される単数形態は、前後関係から明らかに別の意味を示さない限り複数形態も含む。更に、本明細書内で使用する場合に、用語「備える」及び／又は「備えている」という用語は、そこに述べた特徴部、完全体、ステップ、動作、要素及び／又は構成部品の存在を明示しているが、１つ又はそれ以上の他の特徴部、完全体、ステップ、動作、要素、構成部品及び／又はそれらの群の存在又は付加を排除するものではないことは理解されるであろう。
【００１８】
各実施例は、本発明の限定ではなく、例証として提供される。実際に、本発明の範囲又は技術的思想から逸脱することなく、修正形態及び変形形態を本発明において実施できることは、当業者であれば理解されるであろう。例えば、１つの実施形態の一部として例示され又は説明される特徴は、別の実施形態と共に使用して更に別の実施形態を得ることができる。従って、本発明は、そのような修正及び変形を特許請求の範囲及びその均等物の技術的範囲内に属するものとして保護することを意図している。
【００１９】
本発明の例示的な実施形態は、例示の目的で陸上発電ガスタービン用の燃料ノズル組立体に関して全体に説明しているが、請求項に別途規定のない限り、本発明の実施形態は、陸上発電ガスタービン用の燃焼器又は燃焼システムに限定されず、ターボ機械用の何れかの形式又はタイプの燃焼器に適用できることは、当業者であれば容易に理解されるであろう。
【００２０】
次に、幾つかの図全体を通して様々な参照符号が同様の要素を表す図面を参照すると、図１は、本発明の種々の実施形態を組み込むことができる例示的なガスタービン１０の機能ブロック図を示す。図示のように、ガスタービン１０は、一般に、吸入セクション１２を含み、該吸入セクションは、一連のフィルタ、冷却コイル、湿分分離器、及び／又はガスタービン１０に流入する空気１４又は他の作動流体を精製及び他の方法で調和する他の装置を含むことができる。空気１４は、圧縮機セクションに流れ、ここで圧縮機１６は、空気１４に漸次的に運動エネルギーを与えて、圧縮空気１８を生成する。
【００２１】
圧縮空気１８は、燃料供給システム２２からの燃料２０と混合され、１又はそれ以上の燃焼器２４内で可燃性混合気を形成する。可燃性混合気が燃焼して、高温高圧及び高速の燃焼ガス２６を生成する。燃焼ガス２６は、タービンセクションのタービン２８を通って流れ、仕事を生成する。例えば、タービン２８は、シャフト３０に連結されて、その結果、タービン２８の回転により圧縮機１６を駆動して圧縮空気１８を生成することができる。代替的に又は追加的に、シャフト３０は、タービン２８を発電機３２に接続して電気を生成することができる。タービン２８からの排気ガス３４は、タービン２８から下流側の排気スタック３８にタービン２８を接続する排気セクション３６を通って流れる。排気セクション３６は、例えば、環境に放出する前に排気ガス３４を浄化してそこから追加の熱を抽出する熱回収蒸気発生器（図示せず）を含むことができる。
【００２２】
燃焼器２４は、当該技術分野で公知のあらゆるタイプの燃焼器とすることができ、本発明は、請求項に別途記載のない限り、どのような特定の燃焼器設計にも限定されない。例えば、燃焼器２４は、缶アニュラ型か、又はアニュラ型燃焼器とすることができる。図２は、図１に示されたガスタービン１０に組み込むことができ、本発明の１又はそれ以上の実施形態を包含することができる例示的な燃焼器２４の一部の斜視図を示す。
【００２３】
例示的な実施形態において、図２に示すように、燃焼器２４は、圧縮機吐出ケーシングのような外側ケーシング４０によって少なくとも部分的に囲まれる。外側ケーシング４０は、燃焼器２４を少なくとも部分的に囲む高圧プレナム４２を少なくとも部分的に定める。高圧プレナム４２は、圧縮機１６（図１）と流体連通し、そこから圧縮空気１８を受けとるようにする。端部カバー４４は、外側ケーシング４０に結合することができる。外側ケーシング４０及び端部カバー４４は、燃焼器２４のヘッド端部分４６を少なくとも部分的に定めることができる。
【００２４】
１又はそれ以上の燃料ノズル４８は、ヘッド端部分４６内で及び／又はヘッド端部分４６を通って端部カバー４４から下流側軸方向に延びる。燃料ノズル４８の少なくとも一部は、端部カバー４４を介して燃料供給システム２２と流体連通することができる。特定の実施形態において、燃料ノズル４８の少なくとも一部は、例えば、端部カバー４４を介してパージ又は冷却空気供給源５０と流体連通することができる。
【００２５】
燃焼器２４はまた、外側ケーシング内に燃焼室又は反応ゾーン５４を少なくとも部分的に定める燃焼ライナ及び／又は移行ダクトのような１又はそれ以上のライナ５２を含むことができる。１又は複数のライナ５２はまた、燃焼ガス２６をタービン２８に配向するための高温ガス経路５６を少なくとも部分的に定めることができる。特定の構成において、１又はそれ以上の流れ又はインピンジメントスリーブ５８は、１又は複数のライナ５２を少なくとも部分的に囲むことができる。１又は複数の流れスリーブ５８は、１又は複数のライナ５２から半径方向に離間して配置され、圧縮空気１８の一部を燃焼器２４のヘッド端部分４６に向かって配向する環状流路６０を定めるようにすることができる。
【００２６】
図３は、本発明の１又はそれ以上の実施形態による、図２に示すような燃焼器２４内に組み込むことができる例示的な二系統予混合型燃料ノズル組立体１００の斜視側断面図を示す。燃料ノズル組立体１００は、図２に示す燃料ノズル４８のうちの１つ、幾つか、又は全てを表すことができ、別途請求項に記載のない限り、端部カバー４４に沿った又は燃焼器２４内の何れかの場所又は位置に限定されない。特定の実施形態において、燃料ノズル組立体１００は、ガス燃料又は液体燃料の何れでも、もしくは両方で燃焼又は作動するよう構成又は変更することができる。
【００２７】
図３に示すように、燃料ノズル組立体１００は、一般に、中心線１０４に沿って軸方向に延びる管状の中心本体１０２を含む。中心本体１０２は、１又はそれ以上の同軸に整列したスリーブ又は管体１０６から形成することができる。特定の実施形態において、中心本体１０２は、外側管体又はスリーブ１０８内に軸方向に延びる。外側管体１０８は、中心本体１０２から半径方向に離間して配置され、間に環状通路１１０を定めるようにする。外側管体１０８は、１又はそれ以上の同軸に整列した管体又はスリーブ１１２から形成することができる。
【００２８】
複数の転回ベーン又はストラット１１４は、流路１１０内で中心本体１０２と外側管体１０８との間に半径方向及び軸方向に延びることができる。転回ベーン１１４は、燃料を予混合流路１１０に注入するための１又はそれ以上の燃料ポート１１６を含むことができる。特定の動作モードにおいて、高圧プレナム４２からの圧縮空気１８の一部は、燃料ノズル組立体１００の環状通路１１０に流入し、ここで、圧縮空気１８が環状通路１１０を通って流れるときに、スワーラベーン１１４は、圧縮空気１８に角度スワール（旋回）を与える。天然ガスなどのガス燃料は、圧縮空気１８の流れに噴射される。ガス燃料は、反応ゾーン５４（図２）から上流側で環状通路１１０内で圧縮空気１８と混合する。予混合された燃料及び空気は、環状通路１１０から流出し、反応ゾーン５４に流入して燃焼し、燃焼ガス２６を提供する。
【００２９】
特定の実施形態において、図３に例示されるように、内側管体又はスリーブ１１８は、中心線１０４に対して中心本体１０２内で軸方向に延びることができる。内側管体１１８は、中心本体１０２から半径方向に離間して配置され、該中心本体１０２内で間にパイロット燃料回路１２０を定めるようにする。内側管体１１８は、１又はそれ以上の同軸に整列された管体又はスリーブ１２２から形成することができる。特定の実施形態において、燃料ノズル組立体１００は、予混合パイロットノズル又は先端１２４を含む。予混合パイロットノズル１２４は、中心本体１０２の下流側端部分１２６に配置される。
【００３０】
図４は、少なくとも１つの実施形態による、図３において切断線４−４に沿って見た中心本体１０２の一部の拡大側断面図を示す。図５は、少なくとも１つの実施形態による、予混合パイロットノズル１２４を含む中心本体１０２の一部の斜視図を示す。
【００３１】
特定の実施形態において、図４に示すように、予混合パイロットノズル１２４は、環状又は実質的に環状とすることができ、内側管体１１８の下流側端部１２８から軸方向下流側に延びることができる。種々の実施形態において、予混合パイロットノズル１２４は、中心線１０４付近又はその周りに環状に配列される複数の予混合管体１３０を含む。予混合管体１３０は、予混合パイロットノズル１２４の内壁１３２と外壁１３４の間に半径方向に定められ又は配置することができる。外壁１３４及び中心本体１０２の内壁１３６は、パイロット燃料回路１２０を少なくとも部分的に定め、及び／又はパイロット燃料回路１２０と流体連通している。各予混合管体１３０は、予混合パイロットノズル１２４の前方又は上流側半径方向壁１３８と下流側半径方向壁又は出口面１４０との間で且つこれらを通って延びる。各予混合管体１３０は、予混合パイロットノズル１２４を通って予混合流路１４２を定める。予混合管体１３０の各々又はその少なくとも一部は、パイロット燃料回路１２０と対応する予混合流路１４２との間の流体連通を提供する１又はそれ以上の燃料ポート１４４を含むことができる。
【００３２】
図４に示すように、各予混合管体１３０は、予混合パイロットノズル１２４の上流側半径方向壁１３８に沿って少なくとも部分的に定められる入口１４６を含む。図４及び５に示すように、各予混合管体１３０はまた、出口面１４０に沿って定められる出口１４８を含む。図５に示すように、出口１４８は、対応する予混合管体１３０の予混合流路１４２から流れる燃料／空気混合気に中心線１０４の周りの角度スワールを与えるように、中心線１０４に対して角度が付けられ又はそのように構成することができる。種々の実施形態において、予混合パイロットノズル１２４は、中心線１０４と同時に整列したカートリッジ開口１５０を定める。
【００３３】
図６は、燃料ノズル組立体１００の第２の実施形態による、予混合パイロットノズル１２４の一部の斜視図である。図６に示すように、下流側半径方向壁又は出口面１４０は、中心線１０４に対して軸方向に湾曲又はカップ状にされ、下流側半径方向壁１４０の少なくとも一部が実質的に曲線及び／又は曲線断面輪郭を有するようになる。種々の実施形態において、図６に示すように、各予混合管体１３０の出口１４８は、予混合パイロットノズル１２４のカートリッジ開口１５０から軸方向下流側で終端し、又はカートリッジ開口１５０から軸方向にオフセットしている。図６に示すような特定の実施形態において、予混合管体１３０の少なくとも１つは、予混合パイロットノズル１２４の下流側端部１５１に実質的に隣接して終端し、又は当該下流側端部１５１の共通半径方向平面内で終端する。代替の実施形態において、図７に示すように、予混合管体１３０の少なくとも１つは、中心線１０４に対して予混合燃料ノズル１２４の下流側端部１５１から軸方向下流側にある点又は下流側端部１５１から軸方向にオフセットした点にて終端する。
【００３４】
種々の実施形態において、図３、４、５及び６に全体的に示されるように、燃料ノズル組立体１００は、カートリッジ２００を含む。カートリッジ２００は、ガス専用カートリッジ、空気パージカートリッジ、又は同様のものを含むことができる。１つの実施形態において、カートリッジ２００は、ガス専用カートリッジである。特定の構成において、カートリッジ２００は、端部カバー４４（図２）を通って後装することができる。
【００３５】
少なくとも１つの実施形態において、図３及び４に全体的に示されるように、カートリッジ２００は、中心線１０４に対して内側管体１１８内に軸方向に延びる。カートリッジ２００の先端部分２０２は、予混合パイロットノズル１２４の下流側半径方向壁１４０に定められるカートリッジ開口１５０を通って少なくとも部分的に延びる。図３及び４に示されるように、カートリッジ２００は、燃料ノズル組立体１００内にパージ又は冷却空気通路２０４を少なくとも部分的に定める。パージ空気通路２０４は、パージ空気供給源５０（図２）と流体連通することができる。種々の実施形態において、図３及び４に示すように、カートリッジ２００は、内側管体１１８から半径方向に離間して配置され、これらの間に予混合空気通路１５２を少なくとも部分的に定める。種々の実施形態において、図４に最も明確に示されるように、予混合管体１３０の入口１４６は、予混合空気通路１５２と流体連通することができる。
【００３６】
図８は、本発明の少なくとも１つの実施形態による、図４に示すようなカートリッジ２００の一部の拡大側断面図を示す。図８に示すように、カートリッジ２００の先端部分２０２は、先端本体２０６から形成される。先端本体２０６は、スロート部分２０８及び開口部２１０を含む、及び／又はこれらを少なくとも部分的に定める。スロート部分２０８及び開口部２１０は、先端本体２０６の外表面２１２を形成する。スロート部分２０８は、先端本体２０６の出口面又は表面２１４から中心線１０４に対して軸方向内向きに定められる。特定の実施形態において、スロート部分２０８及び開口部２１０は、全体として、先端本体２０６の旋回チャンバ２１６を定める。特定の実施形態において、図４及び５に示すように、先端本体２０６の出口面２１４は、予混合パイロットノズル１２４の出口面１４０に対して平坦又は実質的に平坦とすることができる。
【００３７】
図９は、本発明の少なくとも１つの実施形態による、図８において切断線９−９に沿って見たカートリッジ２００の先端部分２０２の下流側断面図を示す。種々の実施形態において、図８及び９に示すように、先端本体２０６はまた、スロート部分２０８に沿って位置付けられ又は定められる複数の注入ポート２１８を含む。注入ポート２１８は、スロート部分２０８の周りに円周方向に離間して配置される。注入ポート２１８は、パージ空気通路２０４と先端本体２０６のスロート部分２０８との間の流体連通を提供する。注入ポート２１８は、中心線１０４に対して半径方向内向きに延びる。注入ポート２１８のうちの１又はそれ以上は、矢印２１９で概略的に示される空気などの圧縮流体が先端本体２０６のスロート部分２０８及び旋回チャンバ２１６に流入するときに、該圧縮流体に対して中心線１０４の周りの角度スワールを与えるように中心線１０４に対して角度が付けられ又は配向される。注入ポートのうちの１又はそれ以上の注入ポートの入口部分又は孔引き込み部分は、圧縮流体２１９が、大きな再循環ゾーンなしで対応する注入ポート２１８の表面に全周にわたって張り付き、従って企図する旋回が発生するような注入ポート２１８の流れ方向をとることができるように面取りされ又は半径を有することができる。
【００３８】
特定の実施形態において、図８に示すように、スロート部分２０８は、円形又は実質的に円形とすることができる。スロート部分２０８は、先端本体２０６の上流側壁２２０と開口部２１０との間で軸方向に延びる。図８においては円筒形として示されているが、スロート部分２０８は、他の形状をとることもでき、請求項に別途記載のない限り、円筒形に限定されるものではないことは理解されたい。例えば、スロート部分２０８は、少なくとも部分的に円錐形とすることができる。
【００３９】
種々の実施形態において、開口部２１０は、スロート部分２０８との交差部２２２から先端本体２０６の出口面２１４まで延びる。特定の実施形態において、図８に例示するように、開口部２１０は、ベル形又は実質的にベル形とすることができる。特定の実施形態において、開口部２１０は、一定半径の円弧として形成され、又は円弧により形成される。開口部２１０の少なくとも一部は、スロート部分２０８との交差部２２又はその近傍の点から中心線１０４に沿って半径方向外向きに発散する。特定の実施形態において、開口部２１０及び／又は該開口部２１０と関連し又は開口部２１０によって形成される外表面２１２の部分は、湾曲又は軸方向で曲線状に延びることができる。例えば、開口部２１０及び／又は該開口部２１０と関連し又は開口部２１０によって形成される外表面２１２の部分は、双曲線又は指数関数的に湾曲した形状を有することができる。
【００４０】
ここで図２〜９を全体的に参照すると、燃料ノズル組立体１００のパイロット予混合動作の間、予混合空気は、予混合空気通路１５２から入口１４６を介して予混合管体１３０の予混合流路１４２に流入する。パイロット燃料回路１２０からの燃料は、燃料ポート１４４を介して予混合流路１４２に注入され、ここで燃料と混合した後、出口１４８から反応ゾーン５４に向けて放出される。予混合燃料／空気が燃焼して、予混合パイロット火炎（図示せず）を生成する。予混合パイロット火炎の基部は、一般に、出口１４８又はその近傍に存在する。
【００４１】
空気２１７は、パージ空気通路２０４から注入ポート２１８を介して先端本体２０６のスロート部分２０８に流入する。中心線１０４に対する注入ポート２１８の半径方向及び角度配向により、空気２１７は、半径方向内向きに流れ、旋回チャンバ２１６内で中心線１０４の周りに旋回するようになる。次いで、旋回空気は、スロート部分２０８から外表面２１２に沿って開口部２１０内に軸方向外向きに流れる。旋回空気が開口部２１０によって形成された外表面２１２にわたって流れると、旋回空気の流れ場は、半径方向外向きに延びる。次に、旋回空気は、先端本体２０６の出口面２１４にわたって流れ、従って、カートリッジの先端本体２０６に対して対流冷却、保護層又は空気膜を提供する。旋回空気の少なくとも一部はまた、各パイロット火炎の基部及び予混合パイロットノズル１２４の出口面１４０の少なくとも一部にわたって及び／又はその周辺に流れ、従って、これらに対して冷却を提供することができる。
【００４２】
本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、また、あらゆる当業者が、あらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること並びにあらゆる組み込み方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を含む場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００４３】
１０  ガスタービン
１２  吸入セクション
１４  作動流体
１６  圧縮機
１８  圧縮作動流体
２０  燃料
２２  燃料供給源
２４  燃焼器
２６  燃焼ガス
２８  タービン
３０  シャフト
３２  発電機／モータ
３４  排気ガス
３６  排気セクション
３８  排気スタック
４０  ケーシング
４２  高圧プレナム
４４  端部カバー
４６  ヘッド端部
４８  燃料ノズル組立体
５０  パージ／冷却空気供給源
５２  ライナ
５４  燃焼室／反応ゾーン
５６  高温ガス経路
５８  流れ／インピンジメントスリーブ
６０  環状流路
１００  燃料ノズル組立体
１０２  中心本体
１０４  中心線
１０６  スリーブ／管体
１０８  外側管体／スリーブ
１１０  予混合通路
１１２  管体／スリーブ
１１４  転回ベーン／ストラット
１１６  燃料ポート
１１８  内側管体／スリーブ
１２０  パイロット燃料回路
１２２  管体／スリーブ（内側管体の）
１２４  Premix pilot nozzle（予混合パイロットノズル）
１２６  下流側端部分（中心本体の）
１２８  下流側端部分（内側管体の）
１３０  予混合管体
１３２  内壁（予混合パイロット先端の）
１３４  外壁（予混合パイロット先端の）
１３６  内壁（中心本体の）
１３８  前方／上流側壁（予混合管体の）
１４０  下流側半径方向壁／出口面（予混合パイロットノズルの）
１４２  予混合流路
１４４  燃料ポート
１４６  入口（予混合管体の）
１４８  出口（予混合管体の）
１５０  開口（予混合パイロットノズルの）
１５１  下流側端部（予混合パイロットノズルの）
１５２  予混合空気通路
２００  カートリッジ
２０２  先端部分
２０４  パージ／冷却空気通路
２０６  先端本体
２０８  スロート部分
２１０  開口部
２１２  外表面
２１４  出口面／表面（先端本体の）
２１６  旋回チャンバ
２１８  注入ポート
２２０  上流側壁（先端本体の）
２２２  交差部（スロートと開口部との）
【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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【外国語明細書】
2017072361000001.pdf