(57)【要約】      （修正有）【課題】ガスタービン燃焼器のための集束管燃料ノズルを提供する。【解決手段】集束管燃料ノズルは、燃料プレナムを定める、前方プレート、第１の中間プレート及び外側スリーブと、第１の中間プレートから軸方向に離間して配置され、第１の中間プレート及び外側スリーブと共にパージ空気プレナムを定める第２の中間プレートと、第２の中間プレートから軸方向に離間して配置され、第２の中間プレート及び外側スリーブと共に冷却空気プレナムを定める後方プレートと、第２の中間プレートから後方プレートに延びる環状壁と、を含む。環状壁は、集束管燃料ノズル内に冷却流れチャンネルを定める。複数のアパーチャが、後方プレートの冷却側部に近接して定められ、冷却流れチャンネルと冷却空気プレナムとの間に流体連通を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集束管燃料ノズル（１００）であって、
燃料プレナム（１１６）を間に定める、前方プレート（１０６）、第１の中間プレート（１０８）及び外側スリーブ（１１４）と、
前記第１の中間プレート（１０８）から軸方向に離間して配置され、前記第１の中間プレート（１０８）及び前記外側スリーブ（１１４）との間にパージ空気プレナム（１２０）を定める第２の中間プレート（１１０）と、
前記第２の中間プレート（１１０）から軸方向に離間して配置され、前記第２の中間プレート（１１０）及び前記外側スリーブ（１１４）との間に冷却空気プレナム（１２８）を定める後方プレート（１１２）と、
前記前方プレート（１０６）、前記燃料プレナム（１１６）、前記第１の中間プレート（１０８）、前記パージ空気プレナム（１２０）、前記第２の中間プレート（１１０）、前記冷却空気プレナム（１２８）及び前記後方プレート（１１２）を通って延びる複数の管体（１３０）と、
前記第２の中間プレート（１１０）から前記後方プレート（１１２）に延びて、冷却流れチャンネル（１２６）を定める環状壁（１２４）と、
前記後方プレート（１１２）の冷却側部（１４８）に近接して定められ、前記冷却流れチャンネル（１２６）と前記冷却空気プレナム（１２８）との間に流体連通を提供する複数のアパーチャ（１５０）と、
を備える、集束管燃料ノズル（１００）。
【請求項２】
前記複数のアパーチャ（１５０）のアパーチャ（１５０）が、前記環状壁（１２４）に沿って円周方向に離間して配置される、請求項１に記載の集束管燃料ノズル（１００）。
【請求項３】
前記複数のアパーチャ（１５０）のうちの１又はそれ以上のアパーチャ（１５０）が、前記後方プレート（１１２）の冷却側部に向けられた出口（１５６）を含む、請求項１に記載の集束管燃料ノズル（１００）。
【請求項４】
前記外側スリーブ（１１４）が吸入ポート（１６０）を定め、該吸入ポート（１６０）は、前記パージ空気プレナム（１２０）への流体連通を提供する、請求項１に記載の集束管燃料ノズル（１００）。
【請求項５】
前記外側スリーブ（１１４）が、１又はそれ以上の排気ポート（１６２）を定め、前記１又はそれ以上の排気ポート（１６２）が、前記冷却空気プレナム（１２８）から外への流体連通を提供する、請求項１に記載の集束管燃料ノズル（１００）。
【請求項６】
前記１又はそれ以上の排気ポート（１６２）のうちの少なくとも１つが、前記外側スリーブ（１１４）の内側バンド部分に沿って定められる、請求項５に記載の集束管燃料ノズル（１００）。
【請求項７】
前記１又はそれ以上の排気ポート（１６２）のうちの少なくとも１つが、前記外側スリーブ（１１４）の外側バンド部分に沿って定められる、請求項５に記載の集束管燃料ノズル（１００）。
【請求項８】
燃焼器（１６）であって、
外側ケーシング（３２）に結合された端部カバー（３６）と、
前記外側ケーシング（３２）内に配置され、１又はそれ以上の流体導管（１０２）を介して前記端部カバー（３６）に結合された集束管燃料ノズル（１００）と、
を備え、
前記集束管燃料ノズル（１００）が、
前記流体導管（１０２）と流体連通した燃料プレナム（１１６）を間に定める、前方プレート（１０６）、第１の中間プレート（１０８）及び外側スリーブ（１１４）と、
前記第１の中間プレート（１０８）から軸方向に離間して配置され、前記第１の中間プレート（１０８）及び前記外側スリーブ（１１４）との間にパージ空気プレナム（１２０）を定める第２の中間プレート（１１０）と、
前記第２の中間プレート（１１０）から軸方向に離間して配置され、前記第２の中間プレート（１１０）及び前記外側スリーブ（１１４）との間に冷却空気プレナム（１２８）を定める後方プレート（１１２）と、
前記前方プレート（１０６）、前記燃料プレナム（１１６）、前記第１の中間プレート（１０８）、前記パージ空気プレナム（１２０）、前記第２の中間プレート（１１０）、前記冷却空気プレナム（１２８）及び前記後方プレート（１１２）を通って延びる複数の管体（１３０）と、
前記第２の中間プレート（１１０）から前記後方プレート（１１２）に延びて、冷却流れチャンネル（１２６）を定める環状壁（１２４）と、
前記後方プレート（１１２）の冷却側部（１４８）に近接して定められ、前記冷却流れチャンネル（１２６）と前記冷却空気プレナム（１２８）との間に流体連通を提供する複数のアパーチャ（１５０）と、
を含む、燃焼器（１６）。
【請求項９】
前記複数のアパーチャ（１５０）のアパーチャ（１５０）が、前記環状壁（１２４）に沿って円周方向に離間して配置される、請求項８に記載の燃焼器（１６）。
【請求項１０】
前記複数のアパーチャ（１５０）のうちの１又はそれ以上のアパーチャ（１５０）が、前記後方プレート（１１２）の冷却側部に向けられた出口（１５６）を含む、請求項８に記載の燃焼器（１６）。
【請求項１１】
前記外側スリーブ（１１４）が吸入ポート（１６０）を定め、該吸入ポート（１６０）は、前記パージ空気プレナム（１２０）への流体連通を提供する、請求項８に記載の燃焼器（１６）。
【請求項１２】
前記端部カバー（３６）に結合された中央燃料ノズル（４６）を更に備え、前記集束管燃料ノズル（１００）が、前記中央燃料ノズルの少なくとも一部の周りに円周方向に延びる、請求項８に記載の燃焼器（１６）。
【請求項１３】
前記外側スリーブ（１１４）が、１又はそれ以上の排気ポート（１６２）を定め、前記１又はそれ以上の排気ポート（１６２）が、前記冷却空気プレナム（１２８）から外への流体連通を提供する、請求項８に記載の燃焼器（１６）。
【請求項１４】
前記１又はそれ以上の排気ポート（１６２）のうちの少なくとも１つが、前記外側スリーブ（１１４）の内側バンド部分に沿って定められる、請求項１３に記載の燃焼器（１６）。
【請求項１５】
前記１又はそれ以上の排気ポート（１６２）のうちの少なくとも１つが、前記外側スリーブ（１１４）の外側バンド部分に沿って定められる、請求項１３に記載の燃焼器（１６）。
【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集束管燃料ノズルに関する。より具体的には、本発明は、内部冷却を有する集束管燃料ノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、産業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につれて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、燃焼室又は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】
特定の燃焼システムは、燃焼ゾーンから上流側で圧縮空気と燃焼ガスを予混合するための集束管型燃料ノズルを利用する。集束管燃料ノズルの後方プレートは、集束管燃料ノズルの下流側端部に配置される。後方プレートの「高温側部」は、集束管燃料ノズルの各管体の出口に近接して位置付けられる。このため、後方プレートの高温側部は、燃焼ガスからの極度の熱に晒される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第８，２７６，３８５号明細書
【発明の概要】
【０００５】
本発明の態様及び利点は、以下の説明において記載され、又は本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。
【０００６】
本開示の１つの実施形態は、集束管燃料ノズルである。集束管燃料ノズルは、燃料プレナムを間に定める、前方プレート、第１の中間プレート及び外側スリーブを含む。第２の中間プレートが、第１の中間プレートから軸方向に離間して配置され、第１の中間プレート、第２の中間プレート及び外側スリーブがこれらの間にパージ空気プレナムを定める。後方プレートは、第２の中間プレートから軸方向に離間して配置される。第２の中間プレート、後方プレート及び外側スリーブがこれらの間に冷却空気プレナムを定める。複数の管体が、前方プレート、燃料プレナム、第１の中間プレート、パージ空気プレナム、第２の中間プレート、冷却空気プレナム及び後方プレートを通って延びる。環状壁は、第２の中間プレートから後方プレートに延びて、冷却流れチャンネルを定める。複数のアパーチャが、後方プレートの冷却側部に近接して定められる。複数のアパーチャは、冷却流れチャンネルと冷却空気プレナムとの間に流体連通を提供する。
【０００７】
本開示の別の実施形態は燃焼器である。燃焼器は、外側ケーシングに結合された端部カバーと、外側ケーシング内に配置され、１又はそれ以上の流体導管を介して端部カバーに結合された集束管燃料ノズルと、を含む。集束管燃料ノズルは、燃料プレナムを間に定める、前方プレート、第１の中間プレート及び外側スリーブを含む。燃料プレナムは、流体導管と流体連通している。第２の中間プレートが、第１の中間プレートから軸方向に離間して配置される。第１の中間プレート、第２の中間プレート及び外側スリーブがこれらの間にパージ空気プレナムを定める。後方プレートが、第２の中間プレートから軸方向に離間して配置される。第２の中間プレート、後方プレート及び外側スリーブがこれらの間に冷却空気プレナムを定める。複数の管体が、前方プレート、燃料プレナム、第１の中間プレート、パージ空気プレナム、第２の中間プレート、冷却空気プレナム及び後方プレートを通って延びる。環状壁は、第２の中間プレートから後方プレートに延びて、集束管燃料ノズル内に冷却流れチャンネルを定める。複数のアパーチャが、後方プレートの冷却側部に近接して定められる。複数のアパーチャは、冷却流れチャンネルと冷却空気プレナムとの間に流体連通を提供する。
【０００８】
別の実施形態は燃焼器を含む。燃焼器は、外側ケーシングに結合された端部カバーと、外側ケーシング内に配置され、複数の流体導管を介して端部カバーに結合された集束管燃料ノズルと、を含む。集束管燃料ノズルは、燃焼器の中央燃料ノズルの周りに環状に配列された複数の集束管燃料ノズル組立体を含む。各集束管燃料ノズル組立体は、燃料プレナムを間に定める、前方プレート、第１の中間プレート及び外側スリーブを含む。燃料プレナムは、複数の流体導管のうちの少なくとも１つの流体導管と流体連通している。第２の中間プレートが、第１の中間プレートから軸方向に離間して配置される。第１の中間プレート、第２の中間プレート及び外側スリーブは、これらの間にパージ空気プレナムを定める。後方プレートが、第２の中間プレートから軸方向に離間して配置される。第２の中間プレート、後方プレート及び外側スリーブが、これらの間に冷却空気プレナムを定める。複数の管体は、前方プレート、燃料プレナム、第１の中間プレート、パージ空気プレナム、第２の中間プレート、冷却空気プレナム及び後方プレートを通って延びる。環状壁は、第２の中間プレートから後方プレートに延びて、冷却流れチャンネルを定める。複数のアパーチャが、後方プレートの冷却側部に近接して定められる。複数のアパーチャは、冷却流れチャンネルと冷却空気プレナムとの間に流体連通を提供する。
【０００９】
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。
【００１０】
添付図の参照を含む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をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示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の機能ブロック図。
【図２】本開示の種々の実施形態を組み込むことができる例示的な燃焼器の簡易側断面図。
【図３】本開示の１又はそれ以上の実施形態による、例示的な集束管燃料ノズルの上流側の図。
【図４】本開示の少なくとも１つの実施形態による、図３に示す切断線４−４から見た集束管燃料ノズルの一部の拡大断面斜視図。
【図５】本開示の少なくとも１つの実施形態による、図４に示す集束管燃料ノズルの一部の拡大図。
【図６】本開示の少なくとも１つの実施形態による、図４に示す集束管燃料ノズルの動作図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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、本開示は、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。本開示の例示的な実施形態は、例示の目的で陸上ベースの発電用ガスタービン燃焼器の集束管燃料ノズル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、本開示の実施形態は、陸上ベースの発電用ガスタービンの燃焼器又は燃焼システムに限定されず、ターボ機械のあらゆる種類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。
【００１６】
ここで図面を参照すると、図１は、例示的なガスタービン１０の概略図を示す。ガスタービン１０は一般に、吸入セクション１２と、吸入セクション１２の下流側に配置された圧縮機１４と、圧縮機１４の下流側に配置された少なくとも１つの燃焼器１６と、燃焼器１６の下流側に配置されたタービン１８と、タービン１８の下流側に配置された排気セクション２０と、を含む。加えて、ガスタービン１０は、圧縮機１４をタービン１８に結合する１又はそれ以上のシャフト２２を含むことができる。
【００１７】
作動中、空気２４は、吸入セクション１２を通って圧縮機１４に流入し、ここで空気２４が漸次的に圧縮されて、燃焼器１６に圧縮空気２６を提供する。圧縮空気２６の少なくとも一部は、燃焼器１６内で燃料２８と混合されて燃焼し、燃焼ガス３０を生成する。燃焼ガス３０は、燃焼器１６からタービン１８に流入し、ここでエネルギー（運動及び／又は熱）が燃焼ガス３０からロータブレード（図示せず）に伝達され、結果としてシャフト２２の回転を引き起こすようになる。次いで、機械的回転エネルギーは、圧縮機１４に動力を供給するため及び／又は電力を発生させるためなどの様々な目的に用いることができる。次に、タービン１８から流出する燃焼ガス３０は、排気セクション２０を介してガスタービン１０から排出することができる。
【００１８】
図２に示すように、燃焼器１６は、圧縮機吐出ケーシングのような外側ケーシング３２を少なくとも部分的に囲むことができる。外側ケーシング３２は、燃焼器１６の種々の構成要素を少なくとも部分的に囲む高圧プレナム３４を少なくとも部分的に定めることができる。高圧プレナム３４は、圧縮機１４（図１）と流体連通し、圧縮機から圧縮空気２６を受け入れるようにすることができる。端部カバー３６は、外側ケーシング３２に結合することができる。特定の実施形態において、外側ケーシング３２及び端部カバー３６は、燃焼器１６のヘッド端部容積又は部分３８を少なくとも部分的に定めることができる。特定の実施形態において、ヘッド端部部分３８は、高圧プレナム３４及び／又は圧縮機１４と流体連通している。１又はそれ以上のライナ又はダクト４０は、燃料空気混合気を燃焼させるための燃焼室又は燃焼ゾーン４２を少なくとも部分的に定めることができ、及び／又は入口に向けた燃焼ガス３０をタービン１８に配向するため燃焼器を通る高温ガス経路を少なくとも部分的に定めることができる。特定の実施形態において、図２に示すように、燃焼器１６は、端部カバー３６に結合され、燃焼器１６の軸方向中心線４８に対して燃焼室４２に向かって軸方向に延びる中央燃料ノズル４６を含む。
【００１９】
種々の実施形態において、燃焼器１６は、集束管燃料ノズル１００を含む。図２に示すように、燃料ノズル１００は、燃焼器１６の軸方向中心線４８に対して端部カバー３６から下流側で外側ケーシング３２内に配置され、及び／又は燃焼室４２から上流側で端部カバー３６から軸方向に離間して配置される。特定の実施形態において、集束管燃料ノズル１００は、ガス燃料供給源５０と流体連通している。１つの実施形態において、集束管燃料ノズル１００は、１又はそれ以上の流体導管１０２を介してガス燃料供給源５０と流体連通している。特定の実施形態において、流体導管１０２は、一方の端部にて端部カバー３６に流体結合及び／又は接続することができる。
【００２０】
図３は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、例示的な集束管燃料ノズル１００の上流側の図を示す。図４は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、図３に示す切断線４−４から見た集束管燃料ノズルの一部の拡大断面斜視図を示す。燃焼器１６の種々の実施形態は、異なる配列の集束管燃料ノズル１００を含むことができ、請求項に別途指定のない限り、何れかの特定の配列に限定されない。例えば、図３に示すような特定の構成において、集束管燃料ノズル１００は、中心線４８に対して環状に配列された複数の楔形集束管燃料ノズル組立体１０４を含む。特定の実施形態において、集束管燃料ノズル１００は、中央燃料ノズル４６（図１）の一部の周りでアニュラス又は燃料ノズル通路を形成する。少なくとも１つの実施形態において、図４に示すように、集束管燃料ノズル１００及び／又は集束管燃料ノズル組立体１０４は、順番に、前方プレート１０６と、該前方プレート１０６から軸方向に離間して配置された第１の中間プレート１０８と、該第１の中間プレート１０８から軸方向に離間して配置された第２の中間プレート１１０と、第２の中間プレート１１０から軸方向に離間して配置された後方プレート１１２と、前方プレート１０６、第１の中間プレート１０８、第２の中間プレート１１０及び後方プレート１１２の外周又は周縁部の周りに延びる外側シュラウド又はスリーブ１１４と、を含む。少なくとも１つの実施形態において、前方プレート１０６、第１の中間プレート１０８、第２の中間プレート１１０及び後方プレート１１２は、弓形の内側部及び外側部を有する楔形状にされる。少なくとも１つの実施形態において、前方プレート１０６、第１の中間プレート１０８、及びスリーブ１１４は、集束管燃料ノズル１００内に燃料プレナム１１６を少なくとも部分的に定める。前方プレート１０６は、燃料プレナム１１６への開口１１８を定めることができる。開口１１８は、流体導管１０２（図２）に流体結合することができる。第１の中間プレート１０８、第２の中間プレート１１０及びスリーブ１１４は、集束管燃料ノズル１００内にパージ空気プレナム１２０を少なくとも部分的に定める。第２の中間プレート１１０は、孔又は通路１２２を定める。特定の実施形態において、通路１２２は、前方プレート１０６の開口１１８と実質的に整列することができる。環状壁１２４は、第２の中間プレート１１０から後方プレート１１２まで軸方向に延びて、通路１２２と整列される。通路１２２及び壁１２４は、集束管燃料ノズル１００内に冷却流れチャンネル１２６を少なくとも部分的に形成する。第２の中間プレート１１０、後方プレート１１２、壁１２４及び外側スリーブ１１４は、集束管燃料ノズル１００及び／又は集束管燃料ノズル組立体１０４内で冷却空気プレナム１２８を少なくとも部分的に定める。
【００２１】
図４に示すように、集束管燃料ノズル１００及び／又は集束管燃料ノズル組立体１０４は、前方プレート１０６、燃料プレナム１１６、第１の中間プレート１０８、パージ空気プレナム１２０、第２の中間プレート１１０、冷却空気プレナム１２８、及び後方プレート１１２を通って延びる複数の管体１３０を含む。各管体１３０は、前方プレート１０６の上流側部１３４にて又は上流側部１３４から上流側に定められる入口１３２と、後方プレート１１２の下流側部又は高温側部１３８にて又は高温側部から下流側にて定められる出口１３６と、を含む。各管体１３０は、集束管燃料ノズル１００及び／又は集束管燃料ノズル組立体１０４を通る予混合流れ通路１４０を定める。管体１３０の１又はそれ以上は、燃料プレナム１１６とそれぞれの予混合流れ通路１４０との間に流体連通を提供する少なくとも１つの燃料噴射ポート１４２を含む。少なくとも１つの実施形態において、図４に示すように、複数の管体１３０は、前方プレート１０６において開口１１８の周りに環状に配列される。
【００２２】
図５は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、後方プレート１１２の一部、壁１２４の一部、及び冷却空気プレナム１２８の一部を含む、図３及び４に示すような集束管燃料ノズル１００又は集束管燃料ノズル組立体１０４のうちの１つの一部の拡大側断面図である。図４及び５に示すように、壁１２４の下流側末端部分及び／又は後方プレート１１２の下流側部又は高温側部１３８から軸方向に離間して配置された後方プレート１１２の冷却側部１４８は、円周方向に離間して配置された複数のアパーチャ１５０を定める。図５に詳細に示されるように、各アパーチャ１５０は、壁１２４の内面１５４に沿って及び／又は後方プレート１１２の冷却側部１４８に沿って定められた入口１５２と、壁１２４の外面１５８に沿って及び／又は後方プレート１１２の冷却側部１４８に沿って定められた出口１５６とを含む。少なくとも１つの実施形態において、入口１５２の１又はそれ以上は、後方プレート１１２の冷却側部１４８に近接又は隣接して配置される。少なくとも１つの実施形態において、出口１５６の１又はそれ以上は、後方プレート１１２の冷却側部１４８に向けて定位される。作動中、アパーチャ１５０は、冷却流れチャンネル１２６から冷却空気プレナム１２８への流体連通を提供する。
【００２３】
図６は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、集束管燃料ノズル１００の動作フロー図を示す。作動時には、図６に示すように、圧縮機１４からの圧縮空気２６のような圧縮空気２００は、各管体１３０のそれぞれの入口１３２に流入する。燃料２０２は、流体導管１０２（図２）を介して燃料プレナム１１６に流入して加圧する。燃料２０２は、燃料噴射ポート１４２を介して管体１３０のうちの１又はそれ以上の管体の予混合流れ通路１４０に噴射される。燃料２０２及び圧縮空気２００は、それぞれの予混合空気通路１４０内で共に混合して、可燃性の燃料空気混合気２０４を形成し、これがそれぞれの管体出口１３６から流出して燃焼室４２にて燃焼する。
【００２４】
圧縮空気２６のような不活性ガス２０６は、外側スリーブ１１４に沿って定められた少なくとも１つの吸入ポート１６０を介してパージ空気プレナム１２０に噴射され又は流入する。不活性ガス２０６は、パージ空気プレナム１２０を通って延びる管体１３０の一部にわたって流れ、従って、管体１３０及び／又は外側スリーブ１１４に冷却をもたらす。不活性ガス２０６はまた、燃料プレナム１１６からパージ空気プレナム１２０に漏出したあらゆる燃料をパージすることができる。パージ空気プレナム１２０と冷却空気プレナム１２８との間の圧力差により、不活性ガス２０６が冷却流れチャンネル１２６を通って後方プレート１１２の冷却側部１４８に向かって移動し、各アパーチャ１５０のそれぞれの入口１５２及び冷却空気プレナム１２８に流入するようになる。
【００２５】
図５及び６に全体として示されるように、アパーチャ１５０の出口１５６の１又はそれ以上は、不活性ガス２０６を後方プレート１１２の冷却側部１４８にわって及び／又は冷却空気プレナム１２８内の管体１３０の周りに配向するような向きにされ、これにより後方プレート１１２及び／又は冷却空気プレナム１２８内に配置された管体１３０の一部のインピンジメント冷却、対流冷却及び／又は伝導冷却を提供する。不活性ガス２０６は、外側スリーブ１１４に沿って定められた排気ポートを介して冷却空気プレナム１２８から排出することができる。特定の実施形態において、１又はそれ以上の排気ポート１６２は、外側スリーブ１１４の外側バンド部分１６４に沿って定められる。特定の実施形態において、１又はそれ以上の排気ポート１６６は、外側スリーブ１１４の内側バンド部分１６８に沿って定められる。外側スリーブ１１４の内側バンド部分１６８中央燃料ノズル４６の周りに少なくとも部分的に延びることができる。このため、排気ポート１６６は、中央燃料ノズル４６の一部に冷却を提供することができ、及び／又は内側バンド部分１６８と中央燃料ノズル４６との間に流体シールを形成することができる。
【００２６】
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。
【００２７】
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
集束管燃料ノズルであって、
燃料プレナムを間に定める、前方プレート、第１の中間プレート及び外側スリーブと、
上記第１の中間プレートから軸方向に離間して配置され、上記第１の中間プレート及び上記外側スリーブとの間にパージ空気プレナムを定める第２の中間プレートと、
上記第２の中間プレートから軸方向に離間して配置され、上記第２の中間プレート及び上記外側スリーブとの間に冷却空気プレナムを定める後方プレートと、
上記前方プレート、上記燃料プレナム、上記第１の中間プレート、上記パージ空気プレナム、上記第２の中間プレート、上記冷却空気プレナム及び上記後方プレートを通って延びる複数の管体と、
上記第２の中間プレートから上記後方プレートに延びて、冷却流れチャンネルを定める環状壁と、
上記後方プレートの冷却側部に近接して定められ、上記冷却流れチャンネルと上記冷却空気プレナムとの間に流体連通を提供する複数のアパーチャと、
を備える、集束管燃料ノズル。
［実施態様２］
上記複数のアパーチャのアパーチャが、上記環状壁に沿って円周方向に離間して配置される、実施態様１に記載の集束管燃料ノズル。
［実施態様３］
上記複数のアパーチャのうちの１又はそれ以上のアパーチャが、上記後方プレートの冷却側部に向けられた出口を含む、実施態様１に記載の集束管燃料ノズル。
［実施態様４］
上記外側スリーブが吸入ポートを定め、該吸入ポートは、上記パージ空気プレナムへの流体連通を提供する、実施態様１に記載の集束管燃料ノズル。
［実施態様５］
上記外側スリーブが、１又はそれ以上の排気ポートを定め、上記１又はそれ以上の排気ポートが、上記冷却空気プレナムから外への流体連通を提供する、実施態様１に記載の集束管燃料ノズル。
［実施態様６］
上記１又はそれ以上の排気ポートのうちの少なくとも１つが、上記外側スリーブの内側バンド部分に沿って定められる、実施態様５に記載の集束管燃料ノズル。
［実施態様７］
上記１又はそれ以上の排気ポートのうちの少なくとも１つが、上記外側スリーブの外側バンド部分に沿って定められる、実施態様５に記載の集束管燃料ノズル。
［実施態様８］
燃焼器であって、
外側ケーシングに結合された端部カバーと、
上記外側ケーシング内に配置され、１又はそれ以上の流体導管を介して上記端部カバーに結合された集束管燃料ノズルと、
を備え、
上記集束管燃料ノズルが、
上記流体導管と流体連通した燃料プレナムを間に定める、前方プレート、第１の中間プレート及び外側スリーブと、
上記第１の中間プレートから軸方向に離間して配置され、上記第１の中間プレート及び上記外側スリーブとの間にパージ空気プレナムを定める第２の中間プレートと、
上記第２の中間プレートから軸方向に離間して配置され、上記第２の中間プレート及び上記外側スリーブとの間に冷却空気プレナムを定める後方プレートと、
上記前方プレート、上記燃料プレナム、上記第１の中間プレート、上記パージ空気プレナム、上記第２の中間プレート、上記冷却空気プレナム及び上記後方プレートを通って延びる複数の管体と、
上記第２の中間プレートから上記後方プレートに延びて、冷却流れチャンネルを定める環状壁と、
上記後方プレートの冷却側部に近接して定められ、上記冷却流れチャンネルと上記冷却空気プレナムとの間に流体連通を提供する複数のアパーチャと、
を含む、燃焼器。
［実施態様９］
上記複数のアパーチャのアパーチャが、上記環状壁に沿って円周方向に離間して配置される、実施態様８に記載の燃焼器。
［実施態様１０］
上記複数のアパーチャのうちの１又はそれ以上のアパーチャが、上記後方プレートの冷却側部に向けられた出口を含む、実施態様８に記載の燃焼器。
［実施態様１１］
上記外側スリーブが吸入ポートを定め、該吸入ポートは、上記パージ空気プレナムへの流体連通を提供する、実施態様８に記載の燃焼器。
［実施態様１２］
上記端部カバーに結合された中央燃料ノズルを更に備え、上記集束管燃料ノズルが、上記中央燃料ノズルの少なくとも一部の周りに円周方向に延びる、実施態様８に記載の燃焼器。
［実施態様１３］
上記外側スリーブが、１又はそれ以上の排気ポートを定め、上記１又はそれ以上の排気ポートが、上記冷却空気プレナムから外への流体連通を提供する、実施態様８に記載の燃焼器。
［実施態様１４］
上記１又はそれ以上の排気ポートのうちの少なくとも１つが、上記外側スリーブの内側バンド部分に沿って定められる、実施態様１３に記載の燃焼器。
［実施態様１５］
上記１又はそれ以上の排気ポートのうちの少なくとも１つが、上記外側スリーブの外側バンド部分に沿って定められる、実施態様１３に記載の燃焼器。
［実施態様１６］
燃焼器であって、
外側ケーシングに結合された端部カバーと、
上記外側ケーシング内に配置され、複数の流体導管を介して上記端部カバーに結合された集束管燃料ノズルと、
を備え、
上記集束管燃料ノズルが、上記燃焼器の中央燃料ノズルの周りに環状に配列された複数の集束管燃料ノズル組立体を含み、
各集束管燃料ノズル組立体が、
上記複数の流体導管のうちの少なくとも１つの流体導管と流体連通した燃料プレナムを間に定める、前方プレート、第１の中間プレート及び外側スリーブと、
上記第１の中間プレートから軸方向に離間して配置され、上記第１の中間プレート及び上記外側スリーブとの間にパージ空気プレナムを定める第２の中間プレートと、
上記第２の中間プレートから軸方向に離間して配置され、上記第２の中間プレート及び上記外側スリーブとの間に冷却空気プレナムを定める後方プレートと、
上記前方プレート、上記燃料プレナム、上記第１の中間プレート、上記パージ空気プレナム、上記第２の中間プレート、上記冷却空気プレナム及び上記後方プレートを通って延びる複数の管体と、
上記第２の中間プレートから上記後方プレートに延びて、冷却流れチャンネルを定める環状壁と、
上記後方プレートの冷却側部に近接して定められ、上記冷却流れチャンネルと上記冷却空気プレナムとの間に流体連通を提供する複数のアパーチャと、
を含む、燃焼器。
［実施態様１７］
上記複数のアパーチャのアパーチャが、上記環状壁に沿って円周方向に離間して配置される、実施態様１６に記載の燃焼器。
［実施態様１８］
上記複数のアパーチャのうちの１又はそれ以上のアパーチャが、上記後方プレートの冷却側部に向けられた出口を含む、実施態様１６に記載の燃焼器。
［実施態様１９］
上記外側スリーブが吸入ポートを定め、該吸入ポートは、上記パージ空気プレナムへの流体連通を提供する、実施態様１６に記載の燃焼器。
［実施態様２０］
上記外側スリーブが、１又はそれ以上の排気ポートを定め、上記１又はそれ以上の排気ポートが、上記冷却空気プレナムから外への流体連通を提供する、実施態様１６に記載の燃焼器。
【符号の説明】
【００２８】
１０  ガスタービン
１２  吸入セクション
１４  圧縮機
１６  燃焼器
１８  タービン
２０  排気セクション
２２  シャフト
２４  空気
２６  圧縮空気
２８  燃料
３０  燃焼ガス
３２  外側ケーシング
３４  高圧プレナム
３６  端部カバー
３８  ヘッド端部部分
４０  燃焼ライナ
４２  燃焼ゾーン
４４  高温ガス経路
４６  中央燃料ノズル
４８  中心線
５０  ガス燃料供給源
５４  液体燃料供給源
１００  集束管燃料ノズル
１０２  流体導管
１０４  集束管燃料ノズル組立体
１０６  前方プレート
１０８  第１の中間プレート
１１０  第２の中間プレート
１１２  後方プレート
１１４  外側スリーブ
１１６  燃料プレナム
１１８  開口
１２０  パージ空気プレナム
１２２  孔／通路
１２４  壁
１２６  冷却流れチャンネル
１２８  冷却空気プレナム
１３０  管体
１３２  入口
１３４  上流側部（前方プレート）
１３６  出口
１３８  下流側部／高温側部（後方プレート）
１４０  予混合流れ通路
１４２  燃料噴射ポート
１４６  下流側末端部分（壁）
１４８  冷却側部（後方プレート）
１５０  アパーチャ
１５２  入口（アパーチャ）
１５４  内面（壁）
１５６  出口（アパーチャ）
１５８  外面（壁）
１６０  ポート（パージ空気プレナムへの入口）
１６２  排気ポート（外側半径方向バンド）
１６４  外側バンド部分（外側スリーブ）
１６６  排気ポート（内側バンド）
１６８  内側バンド部分（外側スリーブ）
【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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【外国語明細書】
2017156078000001.pdf