(57)【要約】【課題】改善された燃料ノズルアセンブリを提供する。【解決手段】燃料ノズルアセンブリ（１００）は、予混合室（１１４）と、内壁（１０２）と外壁（１０４）との間の予混合室（１１４）内に半径方向および軸方向に延在する空気流分流器（１１６）と、予混合室（１１４）内に配置された複数のガイドベーン（１２２）と、を含む。ガイドベーン（１２２）のすくなくとも一部は、流れ分流器（１１６）と流体連通する燃料ポート（１３０）を含む。燃料ノズルアセンブリ（１００）は、燃料ポート（１３０）の下流側に、内壁（１０２）と外壁（１０４）との間で半径方向に延在し、かつ第１の側壁（１０６）と第２の側壁（１０８）との間で円周方向に延在する予混合プレート（１１０）を含む。予混合プレート（１１０）は、下流側側面（１４４）から軸方向に離間した上流側側面（１４２）と、予混合室（１１４）から予混合プレート（１１０）を通る流体の流れを提供する複数の流路（１４６）とを含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ノズルアセンブリ（１００）であって、
円弧状の内壁（１０２）と、円弧状の外壁（１０４）と、第１の側壁（１０６）と、円周方向に対向する第２の側壁（１０８）と、の間に画定される予混合室（１１４）と、
前記内壁（１０２）と前記外壁（１０４）との間で半径方向に延在し、かつ前記予混合室（１１４）内で軸方向に延在する空気流分流器（１１６）であって、内部燃料回路（１２０）を画定する空気流分流器（１１６）と、
前記予混合室（１１４）内に配置された複数のガイドベーン（１２２）であって、少なくとも１つのガイドベーン（１２２）は、前記空気流分流器（１１６）と前記第１の側壁（１０６）または前記第２の側壁（１０８）の一方との間で円周方向に延在し、前記ガイドベーン（１２２）のうちの１つまたは複数は前記燃料回路（１２０）と流体連通する燃料ポート（１３０）を含む、複数のガイドベーン（１２２）と、
前記燃料ポート（１３０）の下流側に、前記内壁（１０２）と前記外壁（１０４）との間で半径方向に延在し、かつ前記第１の側壁（１０６）と前記第２の側壁（１０８）との間で円周方向に延在する予混合プレート（１１０）であって、下流側側面（１４４）から軸方向に離間した上流側側面（１４２）および複数の流路（１４６）を含み、前記流路（１４６）は前記予混合室（１１４）から前記予混合プレート（１１０）を通る流体の流れを提供する、予混合プレート（１１０）と、を含む燃料ノズルアセンブリ（１００）。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料ノズルアセンブリ（１００）であって、前記予混合プレート（１１０）の前記上流側側面（１４２）は、同心状に整列した複数の環状壁（１５４）と、半径方向に隣接する前記環状壁（１５４）の間で半径方向に延在する円周方向に離間した複数の半径方向壁（１５６）と、を含み、前記環状壁（１５４）および前記半径方向壁（１５６）は各流路（１４６）への入口（１５０）を少なくとも部分的に画定する、燃料ノズルアセンブリ（１００）。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料ノズルアセンブリ（１００）であって、前記流路（１４６）は、前記環状壁（１５４）および各流路（１４６）の前記入口（１５０）に近接する前記半径方向壁（１５６）と混合される、燃料ノズルアセンブリ（１００）。
【請求項４】
請求項１に記載の燃料ノズルアセンブリ（１００）であって、前記ガイドベーン（１２２）のうちの１つまたは複数は、内部に燃料流路（１２８）を少なくとも部分的に画定する、燃料ノズルアセンブリ（１００）。
【請求項５】
請求項１に記載の燃料ノズルアセンブリ（１００）であって、前記分流器（１１６）は、前記燃料ノズルアセンブリ（１００）の基部（１１８）に接続される、燃料ノズルアセンブリ（１００）。
【請求項６】
請求項１に記載の燃料ノズルアセンブリ（１００）であって、前記複数のガイドベーン（１２２）のうちの少なくとも１つのガイドベーン（１２２）の上流側部分（１２４）は、前記外壁（１０４）に向かって半径方向に湾曲している、燃料ノズルアセンブリ（１００）。
【請求項７】
請求項１に記載の燃料ノズルアセンブリ（１００）であって、前記複数のガイドベーン（１２２）は、前記分流器（１１６）と前記第１の側壁（１０６）との間で円周方向に延在する第１の組のガイドベーン（１２２ａ）と、前記分流器（１１６）と前記第２の側壁（１０８）との間で円周方向に延在する第２の組のガイドベーン（１２０ｂ）と、を含む、燃料ノズルアセンブリ（１００）。
【請求項８】
請求項１に記載の燃料ノズルアセンブリ（１００）であって、前記複数のガイドベーン（１２２）は、異なる軸方向距離において前記空気流分流器（１１６）に沿って軸方向に延在する、燃料ノズルアセンブリ（１００）。
【請求項９】
請求項１に記載の燃料ノズルアセンブリ（１００）であって、前記複数のガイドベーン（１２２）のうちの２つ以上のガイドベーン（１２２）の前記燃料ポート（１３０）は、軸方向にオフセットされている、燃料ノズルアセンブリ（１００）。
【請求項１０】
ガスタービン（１０）用の燃焼器（２４）であって、
前記燃焼器（２４）内に画定された燃焼室（６０）と、
燃料ノズルアセンブリ（１００）と、を含み、前記燃料ノズルアセンブリ（１００）は、
円弧状の内壁（１０２）と、円弧状の外壁（１０４）と、第１の側壁（１０６）と、円周方向に対向する第２の側壁（１０８）と、の間に画定される予混合室（１１４）と、
前記内壁（１０２）と前記外壁（１０４）との間で半径方向に延在し、かつ前記予混合室（１１４）内で軸方向に延在する空気流分流器（１１６）であって、内部燃料回路（１２０）を画定する空気流分流器（１１６）と、
前記予混合室（１１４）内に配置された複数のガイドベーン（１２２）であって、少なくとも１つのガイドベーン（１２２）は、前記空気流分流器（１１６）と前記第１の側壁（１０６）または前記第２の側壁（１０８）の一方との間で円周方向に延在し、前記ガイドベーン（１２２）のうちの１つまたは複数は前記燃料回路（１２０）と流体連通する燃料ポート（１３０）を含む、複数のガイドベーン（１２２）と、
前記燃料ポート（１３０）の下流側であって、前記燃焼室（６０）の上流側に、前記内壁（１０２）と前記外壁（１０４）との間で半径方向に延在し、かつ前記第１の側壁（１０６）と前記第２の側壁（１０８）との間で円周方向に延在する予混合プレート（１１０）であって、下流側側面（１４４）から軸方向に離間した上流側側面（１４２）および複数の流路（１４６）を含み、前記流路（１４６）は前記予混合室（１１４）から前記予混合プレート（１１０）を通って前記燃焼室（６０）に流入する流体の流れを提供する、予混合プレート（１１０）と、を含む、燃焼器（２４）。
【請求項１１】
請求項１０に記載の燃焼器（２４）であって、前記予混合プレート（１１０）の前記上流側側面（１４２）は、同心状に整列した複数の環状壁（１５４）と、半径方向に隣接する前記環状壁（１５４）の間で半径方向に延在する円周方向に離間した複数の半径方向壁（１５６）と、を含み、前記環状壁（１５４）および前記半径方向壁（１５６）は各流路（１４６）への入口（１５０）を少なくとも部分的に画定する、燃焼器（２４）。
【請求項１２】
請求項１１に記載の燃焼器（２４）であって、前記流路（１４６）は、前記環状壁（１５４）および各流路（１４６）の前記入口（１５０）に近接する前記半径方向壁（１５６）と混合される、燃焼器（２４）。
【請求項１３】
請求項１０に記載の燃焼器（２４）であって、前記ガイドベーン（１２２）のうちの１つまたは複数は、内部に燃料流路（１２８）を少なくとも部分的に画定する、燃焼器（２４）。
【請求項１４】
請求項１０に記載の燃焼器（２４）であって、前記分流器（１１６）は、前記燃料ノズルアセンブリ（１００）の基部（１１８）に接続される、燃焼器（２４）。
【請求項１５】
請求項１０に記載の燃焼器（２４）であって、前記複数のガイドベーン（１２２）のうちの少なくとも１つのガイドベーン（１２２）の上流側部分（１２４）は、前記外壁（１０４）に向かって半径方向に湾曲している、燃焼器（２４）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、ガスタービンの燃焼器で使用するための燃料ノズルアセンブリに関する。より具体的には、本発明は、燃料噴射位置の下流側の火炎安定化用予混合プレートを有する燃料ノズルアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的なガスタービンは、入口部、圧縮機部、燃焼部、タービン部、および排気部を含む。入口部は、作動流体（たとえば空気）を清浄化し調整して、圧縮機部に作動流体を供給する。圧縮機部は、作動流体の圧力を徐々に増加させ、燃焼部に圧縮された作動流体を供給する。圧縮された作動流体および燃料は、燃焼部内で混合され、燃焼室で燃焼されて、高温高圧の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部内に送られ、そこで膨張して仕事を発生させる。たとえば、タービン部における燃焼ガスの膨張は、発電機に接続されたシャフトを回転させて電気を発生させることができる。
【０００３】
燃焼部は、一般的に、圧縮機部とタービン部との間に環状に配列され配置された１つまたは複数の燃焼器を含む。各種パラメータは、燃焼器の設計および動作に影響を与える。たとえば、ガスタービン製造業者は、望ましくない空気汚染排出物を生成することなくガスタービン効率を高めるように定期的にタスクが課されている。従来の炭化水素燃料を燃焼させるガスタービンにより通常生成される主な空気汚染排出物は、窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、および未燃焼炭化水素（ＵＨＣ）である。ガスタービンなどの空気吸入エンジンにおける分子窒素の酸化、したがってＮＯｘの形成は、温度の指数関数である。燃焼ガスの温度が高いほど、望ましくないＮＯｘ排出物の生成速度が高くなる。
【０００４】
燃焼ガスの温度を低下させて、ＮＯｘの生成を制御する１つの方法は、予混合型の燃料噴射器またはスワーラもしくはスウォズル型燃料ノズルアセンブリなどの予混合型の燃料ノズルアセンブリを用いて、燃焼室内の燃焼反応ゾーンの上流側で燃料と空気とを予混合することである。このタイプの燃料ノズルアセンブリでは、燃料は、燃料ノズルアセンブリ内に画定された環状流れまたは予混合流路内の圧縮空気の流れに噴射される。燃料および圧縮空気は、環状流路内で混合され、次に燃料ノズルアセンブリの下流側端部から燃焼室内に送られる。燃焼中に、空気の多いすなわち燃料が希薄な可燃混合気内に存在する過剰な空気の熱容量または熱キャパシタンスによって、燃焼室内の熱を吸収して燃焼ガスの温度を低くし、それによりＮＯｘ排出物の生成を低減または防止することができる。
【０００５】
保炎の可能性を低減し、所望の排出性能を達成するために、予混合流路内の、および噴射点で燃焼室に入る希薄可燃混合気の流れ場は、均一または対称でなければならない。したがって、現在の燃料ノズルアセンブリ技術における継続的な改良が有用であろう。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の態様および利点は、以下で記述され、または、記述から明らかになり、または本発明の実施を通して学習することができる。
【０００７】
本発明の一実施形態は、ガスタービン用の燃料ノズルアセンブリである。燃料ノズルアセンブリは、円弧状の内壁と、円弧状の外壁と、第１の側壁と、円周方向に対向する第２の側壁と、の間に画定される予混合室を含む。空気流分流器は、内壁と外壁との間で半径方向に延在し、かつ予混合室内で軸方向に延在する。空気流分流器は、内部燃料回路を画定する。複数のガイドベーンは、予混合室内に配置される。少なくとも１つのガイドベーンは、空気流分流器と第１の側壁または第２の側壁の一方との間で円周方向に延在する。ガイドベーンのうちの１つまたは複数は、燃料回路と流体連通する燃料ポートを含む。予混合プレートは、燃料ポートの下流側に、内壁と外壁との間で半径方向に延在し、かつ第１の側壁と第２の側壁との間で円周方向に延在する。予混合プレートは、下流側側面から軸方向に離間した上流側側面および複数の流路を含む。流路は、予混合室から予混合プレートを通る流体の流れを提供する。
【０００８】
本発明の別の実施形態は、ガスタービン用の燃焼器である。燃焼器は、一般的に、燃焼器内に画定された燃焼室と、燃焼室の上流側に配置された燃料ノズルアセンブリと、を含む。燃料ノズルアセンブリは、円弧状の内壁と、円弧状の外壁と、第１の側壁と、円周方向に対向する第２の側壁と、の間に画定される予混合室を含む。空気流分流器は、内壁と外壁との間で半径方向に延在し、かつ予混合室内で軸方向に延在する。空気流分流器は、内部燃料回路を画定する。複数のガイドベーンは、予混合室内に配置される。少なくとも１つのガイドベーンは、空気流分流器と第１の側壁または第２の側壁の一方との間で円周方向に延在する。ガイドベーンのうちの１つまたは複数は、燃料回路と流体連通する燃料ポートを含む。予混合プレートは、燃料ポートの下流側であって、燃焼室の上流側に、内壁と外壁との間で半径方向に延在し、かつ第１の側壁と第２の側壁との間で円周方向に延在する。予混合プレートは、下流側側面から軸方向に離間した上流側側面および複数の流路を含む。流路は、予混合室から予混合プレートを通って燃焼室に流入する流体の流れを提供する。
【０００９】
本発明の別の実施形態は、ガスタービンを含む。ガスタービンは、圧縮機と、圧縮機の下流側に配置された燃焼器と、燃焼器の下流側に配置されたタービンと、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画定された燃焼室と、を含む。燃料ノズルアセンブリは、端部カバーの下流側に延在し、かつ燃焼室の上流側で終端する。燃料ノズルアセンブリは、円弧状の内壁と、円弧状の外壁と、第１の側壁と、円周方向に対向する第２の側壁と、の間に画定される予混合室を含む。空気流分流器は、内壁と外壁との間で半径方向に延在し、かつ予混合室内で軸方向に延在する。空気流分流器は、内部燃料回路を画定する。複数のガイドベーンは、予混合室内に配置される。少なくとも１つのガイドベーンは、空気流分流器と第１の側壁または第２の側壁の一方との間で円周方向に延在する。ガイドベーンのうちの１つまたは複数は、燃料回路と流体連通する燃料ポートを含む。予混合プレートは、燃料ポートの下流側であって、燃焼室の上流側に、内壁と外壁との間で半径方向に延在し、かつ第１の側壁と第２の側壁との間で円周方向に延在する。予混合プレートは、下流側側面から軸方向に離間した上流側側面および複数の流路を含む。燃料ノズルアセンブリの上流側側面は、同心状に整列した複数の環状壁と、半径方向に隣接する環状壁の間で半径方向に延在する円周方向に離間した複数の半径方向壁と、を含む。環状壁および半径方向壁は、各流路への入口を少なくとも部分的に画定し、流路は、予混合室から予混合プレートを通って燃焼室に流入する流体の流れを提供する。
【００１０】
当業者は、本明細書を精査することにより、このような実施形態の特徴および態様、ならびにその他をよりよく理解するであろう。
【００１１】
本発明の完全で可能にする開示は、当業者にとってその最良の形態を含み、以下の添付の図面を参照して本明細書の残りの部分においてより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の範囲内の例示的なガスタービンの機能ブロック図である。
【図２】本発明の様々な実施形態を組み込むことができる例示的な燃焼器の簡略化した断面側面図である。
【図３】本発明の少なくとも１つの実施形態による例示的な燃料ノズルアセンブリの斜視図である。
【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に沿って切断した例示的な燃料ノズルアセンブリの断面斜視図である。
【図５】本発明の少なくとも１つの実施形態による、図３に示す切断線５−５に沿って切断した例示的な燃料ノズルアセンブリの一部の上流側断面斜視図である。
【図６】本発明の一実施形態による、図４に示す例示的な燃料ノズルの断面側面図である。
【図７】本発明の少なくとも１つの実施形態による、図４に示す燃料ノズルアセンブリの予混合プレートの下流側斜視図である。
【図８】本発明の少なくとも１つの実施形態による、図４に示す燃料ノズルアセンブリの下流側斜視図であり、燃料ノズルアセンブリの動作フロー図を提供する。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態を示すために、ここで詳細に参照を行うが、それの１つまたは複数の実施例を添付の図面に示す。詳細な説明は、図面の特徴を参照するために、数字および文字の符号を用いる。図面および説明の同様のまたは類似の符号は、本発明の同様のまたは類似の部材を指すために用いている。
【００１４】
本明細書において、「第１の」、「第２の」、および「第３の」という用語は、１つの構成要素と別の構成要素とを区別するために交換可能に用いることができ、個々の構成要素の位置または重要性を示すことを意図しない。「上流側」、「下流側」、「半径方向」、および「軸方向」という用語は、流体経路における流体の流れについての相対的方向を示す。たとえば、「上流側」は流体がそこから流れる方向を示し、「下流側」は流体がそこへ流れる方向を示す。同様に、「半径方向」は流体の流れに対して実質的に垂直な相対的方向を示し、「軸方向」は流体の流れに対して実質的に平行な相対的方向を示す。「円周方向」という用語は、特定の構成要素の軸方向中心線ＣＬの周りに延在する相対的方向を示す。
【００１５】
各実施例は本発明の説明のために提供するものであって、本発明を限定するものではない。実際、本発明の範囲または趣旨を逸脱せずに、修正および変更が本発明において可能であることは、当業者にとって明らかであろう。たとえば、一実施形態の一部として図示または記載する特徴は、さらに別の実施形態を与えるために、別の実施形態で用いることができる。したがって、本発明は、添付の請求の範囲およびそれらの等価物の範囲に入るこのような修正および変更を包括することが意図されている。
【００１６】
ここで図面を参照すると、図面全体を通して同一符号は同一要素を示しており、図１は、本発明の様々な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の機能ブロック図である。図示するように、ガスタービン１０は、一般に、一連のフィルタ、冷却コイル、水分分離器、および／またはガスタービン１０に入る作動流体（たとえば、空気）１４を精製または調整するための他の装置を含むことができる入口部１２を含む。作動流体１４は圧縮機部に流れ、そこでは圧縮機１６が作動流体１４に徐々に運動エネルギーを与えて、高エネルギー状態に圧縮された作動流体１８を生成する。
【００１７】
圧縮された作動流体１８は、燃料供給システム２２からの燃料２０と混合され、１つまたは複数の燃焼器２４内で可燃混合気を生成する。可燃混合気は、燃焼されて、高温高圧の燃焼ガス２６を生成する。燃焼ガス２６は、タービン部のタービン２８を通って流れ、仕事を生成する。たとえば、タービン２８は、シャフト３０に接続され、タービン２８の回転が圧縮機１６を駆動して、圧縮された作動流体１８を生成することができる。あるいはまたはそれに加えて、シャフト３０は、タービン２８を、電気を発生するための発電機３２に接続することができる。タービン２８からの排気ガス３４は、タービン２８をタービン２８の下流側の排気スタック３８に接続する排気部３６を通って流れる。排気部３６は、たとえば、環境へ放出する前に排気ガス３４からの付加的な熱を洗浄および抽出するための、熱回収蒸気発生器（図示せず）を含むことができる。
【００１８】
燃焼器２４は、当技術分野で公知の燃焼器の任意のタイプであってもよく、本発明は、特許請求の範囲に特に記載しない限り、いかなる特定の燃焼器設計にも限定されない。たとえば、燃焼器２４は、カン型またはカニュラ型燃焼器とすることができる。図２は、本発明の様々な実施形態を組み込むことができる例示的な燃焼器２４の簡略化した断面側面図である。図２に示すように、ケーシング４０（圧縮機吐出ケーシングなど）および端部カバー４２は、圧縮機１６（図１）から燃焼器２４に流れる圧縮された作動流体１８を収容するように、燃焼器ケーシング４４を介して互いに結合することができる。圧縮された作動流体１８は、衝突スリーブまたは燃焼流スリーブなどの流れスリーブ４８の流れ孔４６を通過して、燃焼器２４のヘッド端部５４に向かって遷移ダクト５０および／またはライナ５２の外部に沿って流れることができる。
【００１９】
ヘッド端部５４は、端部カバー４２および／または燃焼器ケーシング４４によって少なくとも部分的に画定される。圧縮された作動流体１８は、ヘッド端部５４に向かって流れる際に、遷移ダクト５０および／またはライナ５２に対流および／または伝導冷却を提供することができる。ヘッド端部５４では、圧縮された作動流体１８は、流れ方向を反転して、複数の燃料ノズルアセンブリ５６を通って流れる。燃料ノズルアセンブリ５６は、中央燃料ノズルアセンブリの周りに環状に配列した扇形の複数の燃料ノズルアセンブリを含むことができる。燃料２０は、燃料供給システム２２から、端部カバー４２内に画定された１つまたは複数の燃料回路（図示せず）を通って、燃料ノズルアセンブリ５６の各々またはそのいくつかに流入する。燃料供給システム２２は、燃焼器２４へ気体および／または液体の燃料を提供することができる。圧縮された作動流体１８は、燃料ノズルアセンブリ５６を通過する際に燃料２０と予混合されて、可燃混合気５８を形成する。可燃混合気５８は、燃焼するために燃料ノズルアセンブリ５６から燃焼室６０に流入する。
【００２０】
図３は、本発明の一実施形態による、図２に示す１つまたは複数の燃料ノズルアセンブリ５６のうちの例示的な燃料ノズルアセンブリ１００の斜視図である。図４は、本発明の一実施形態による、図３に示す切断線４−４に沿って切断した燃料ノズルアセンブリ１００の断面斜視側面図である。燃料ノズルアセンブリ１００は、５アラウンド１燃料ノズル構成などの、中央燃料ノズルアセンブリの周りに環状または円周方向に配列された外側燃料ノズルとして用いることができる。様々な実施形態では、図３および図４に示すように、燃料ノズルアセンブリ１００は、円弧状の内壁またはライナ１０２、内壁１０２から半径方向に離間した円弧状の外壁またはライナ１０４、第２の側壁１０８（図４）から円周方向に離間した第１の側壁１０６（図３）、ならびに燃料ノズルアセンブリ１００の下流側端部１１２に配置された予混合プレート１１０を含む。第１の側壁１０６および第２の側壁１０８は、内側ライナ１０２から外側ライナ１０４まで半径方向に延在する。予混合プレート１１０は、内壁１０２と外壁１０４との間で中心線ＣＬに対して半径方向に延在し、かつ、第１の側壁１０６と第２の側壁１０８との間で円周方向に延在する。
【００２１】
図３および図４に併せて示すように、内壁１０２、外壁１０４、第１の側壁１０６（図３）、および第２の側壁１０８は、燃料ノズルアセンブリ１００内の予混合流路または室１１４（図４）を画定する。図３および図４に示すように、空気流分流器１１６は、燃料ノズルアセンブリ１００の基部１１８から予混合室１１４内まで中心線ＣＬに対して軸方向に延在する。図４に示すように、空気流分流器１１６は、内壁１０２および外壁１０４から、またはそれらの間で半径方向に延在する。様々な実施形態では、図４に示すように、壁は、１つまたは複数の内部燃料回路１２０（破線で示す）を画定し、または含む。様々な実施形態では、予混合プレート１１０は、一般に、燃焼室６０（図２）の上流側の予混合流室１１４を横切って鈍頭物体を提供する。
【００２２】
図５は、図３に示す切断線５−５に沿って切断した燃料ノズルアセンブリ１００の断面斜視図である。様々な実施形態では、図４および図５に示すように、燃料ノズルアセンブリ１００は、複数のガイドベーン１２２を含む。ガイドベーン１２２は、空気流分流器１１６に沿って軸方向にまたは実質的に軸方向に延在し、半径方向厚さを有し、予混合室１１４内に少なくとも部分的に延在する。特定の実施形態では、図４に示すように、各々のまたは少なくとも１つのガイドベーン１２２の上流側部分１２４は、外壁１０４に向かって半径方向外向きに湾曲することができる（図示するように）。
【００２３】
特定の実施形態では、図４および図５に示すように、燃料ノズルアセンブリ１００は、空気流分流器１１６と第１の側壁１０６との間に円周方向に延在するガイドベーン１２２のうちの第１の組１２２（ａ）、および壁１０６と第２の側壁１０８との間に円周方向に延在するガイドベーン１２２のうちの第２の組１２２（ｂ）を含む。ガイドベーン１２２のうちの第１の組１２２（ａ）および第２の組１２２（ｂ）は、特許請求の範囲に記載がない限り、いかなる特定の数のガイドベーン１２２にも限定されない。たとえば、特定の実施形態では、図４および図５に示すように、ガイドベーン１２２のうちの第１の組１２２（ａ）および第２の組１２２（ｂ）は、それぞれ２つのガイドベーン１２２を含むことができる。
【００２４】
様々な実施形態では、図４に示すように、ガイドベーン１２２のうちの１つまたは複数は、燃料流路１２８および１つもしくは複数の燃料ポート１３０を含む。様々な実施形態では、燃料流路１２８および燃料ポート１３０は、空気流分流器１１６内におよび／またそれにより画定された燃料回路１２０と流体連通することができる。燃料回路１２０は、たとえば、端部カバー４２（図２）を介して燃料供給システム２２（図２）と流体連通することができる。燃料ポート１３０は、燃料流路１２８と予混合室１１４との間の流体連通を提供する。ガイドベーン１２２の湾曲した上流側部分１２４は、圧縮空気１８（図２）が燃焼器２４のヘッド端部５４から燃料ポート１３０の上流側の予混合室１１４に流入する際に、圧縮空気１８の流れ特性または流れプロファイルを操作することができる。
【００２５】
図６は、本発明の少なくとも１つの実施形態による、図４に示す燃料ノズルアセンブリ１００の断面側面図である。特定の実施形態では、図６に示すように、ガイドベーン１２２は、異なる軸方向距離１３２、１３４における空気流分流器１１６に沿って軸方向に延在することができる。特定の実施形態では、燃料ポート１３０は、軸方向にオフセットすることができる。たとえば、燃料ポート１３０は、入口１２６から予混合室または外壁１０４の上流側端部１４０まで測定される、あるいはその代わりに予混合プレート１１０の上流側側面１４２から測定される、予混合室１１４内の異なる軸方向距離１３６、１３８におけるガイドベーン１２２に沿って配置することができ、したがって予混合室１１４内における軸方向燃料ステージング能力および／または利点を提供する。
【００２６】
図７は、本発明の一実施形態による、図４および図６に示す予混合プレート１１０の拡大した下流側斜視図である。図４および図７に併せて示すように、予混合プレート１１０は、下流側または火炎側面１４４から軸方向に離間して配置された上流側側面１４２を含む。図４および図７に併せて示すように、予混合プレート１１０は、上流側側面１４２および下流側側面１４４を貫通してほぼ軸方向に延在する複数の流路１４６を画定する、または少なくとも部分的に画定する。
【００２７】
特定の実施形態では、図４および図７に示すように、流路１４６は、内壁１０２と外壁１０４との間に半径方向に積み重ねられた複数の円周方向列１４８を形成するように配列することができる。各円周方向列１４８は、隣接する円周方向列１４８から半径方向に分離されている。流路１４６は、ほぼ円形の断面形状を有するように示しているが、特許請求の範囲において特に提示されない限り、流路１４６は、いかなる特定の断面形状にも限定されないことを理解されたい。たとえば、流路１４６は、円弧状、矩形、三角形、または台形の断面形状を有してもよい。
【００２８】
図４および図７に示すように、各流路１４６は、上流側側面１４２に沿って画定される入口１５０および下流側側面１４４に沿って画定される出口１５２（図４）を含む。入口１５０は、予混合流路１１４および出口１５２と流体連通する。流路１４６のうちの少なくともいくつかは、予混合流路１１４から予混合プレート１１０を通って燃焼室６０（図２）に流入する流体の流れを提供する。
【００２９】
入口１５０および出口１５２は、異なる形状を有することができ、予混合室１１４から流路１４６に流入する燃料空気混合気の予混合が入口１５０において最大になり、別々の燃料空気噴流が出口１５２で形成される。保炎の可能性を最小にするために、入口１５０の形状から出口１５２の形状への遷移は滑らかであり、または荒いものではない。一実施形態では、入口１５０は出口１５２よりも大きな面積を有しているので、予混合プレート１１０を通る燃料空気混合気の流れを加速する。
【００３０】
様々な実施形態では、図６および図７に併せて示すように、予混合プレート１１０の上流側側面１４２は、中心線ＣＬに対して軸方向および半径方向に延在し、かつ第１の側壁１０６と第２の側壁１０８との間で円周方向に延在する同心状に整列した複数の環状壁１５４を含み、および／または画定することができる。各環状壁１５４は、隣接する環状壁１５４または壁から半径方向に離間して配置される。環状壁１５４は、半径方向に隣接する流路１４６の入口１５０および出口１５２を半径方向に分離または隔離する。
【００３１】
様々な実施形態では、図７に示すように、予混合プレートは、半径方向に隣接した環状壁１５４および／または内壁１０２もしくは外壁１０４の間で半径方向に延在する円周方向に離間した複数の半径方向壁１５６を含み、および／または少なくとも部分的に画定する。半径方向壁１５６は、円周方向に隣接する流路１４６および／または入口１５０を隣接した流路１４６に対して円周方向に分離または隔離する。環状壁１５４および半径方向壁１５６は、各流路１４６への入口１５０を囲み、および／または少なくとも部分的に画定し、それによって、燃料空気混合気が予混合プレート１１０に流入する面積を最大化し、そうでなければ、たとえば、円形の形状が入口１５０から出口１５２まで連続していたならば隣接する流路間に生じるであろうデッドスペースを最小にする。特定の実施形態では、流路１４６のうちの１つまたは複数は、対応する環状壁１５４および／または対応する半径方向壁１５６の中に、またはそれと混合される。
【００３２】
図８は、本発明の一実施形態による、図４に示す断面燃料ノズルの下流側斜視図であり、燃料ノズルアセンブリ１００の動作フロー図も示す。動作中には、図８に示すように、燃焼器２４（図２）のヘッド端部５４（図２）からの圧縮空気１８は、入口１２６を通って予混合室１１４に送られ、燃料２０は、ガイドベーン１２２内に画定された種々の燃料ポート１３０を介して圧縮空気１８の流れの中に噴射される。特定の実施形態では、圧縮空気１８は、ガイドベーン１２２を介して複数の燃料ポート１３０の上流側で予備調整することができ、したがって、圧縮空気１８が燃焼器２４のヘッド端部５４から燃料ポート１３０の上流側の予混合室１１４に流入する際に、圧縮空気１８の流れ特性または流れプロファイルを操作することができる。
【００３３】
燃料２０および圧縮空気１８は、予混合室１１４内で一緒に混合され、入口１５０の上流側において矢印１５８で示すように燃料空気混合気を供給する。環状壁１５４および半径方向壁１５６および／または混合された入口１５０などの、予混合プレート１１０の上流側側面または入口側面１４２に沿って画定された様々な表面特徴は、流路１４６に対してほぼ空気力学的に清浄な入口１５０を提供し、したがって流路１４６の出口１５２において、および／またはその下流側において火炎安定化を提供する。加えてまたはそれに代えて、流路１４６は、燃焼室６０の上流側の燃料空気混合気１５８のさらなるまたはより完全な予混合を促進することができるので、燃焼器２４の全体的な排出性能を向上させることができる。燃料空気混合気１５８は、実質的に軸方向に燃焼室６０に入る（すなわち、スワーラまたはスウォズル型予混合燃料ノズルに通常付随する渦流、または接線方向の流れ方向がない）。その結果、火炎前面はより短くなり、火炎安定性を示す。
【００３４】
本明細書は、最良の形態を含み、本発明を開示するために、また、いかなる当業者も本発明を実施することができるように実施例を用いており、任意のデバイスまたはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。本発明の特許され得る範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到す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が請求項の字義通りの文言と異ならない構造要素を含む場合、または、それらが請求項の字義通りの文言と実質的な差異がない等価な構造要素を含む場合には、このような他の実施例は特許請求の範囲内であることを意図している。
［実施態様１］
燃料ノズルアセンブリ（１００）であって、
円弧状の内壁（１０２）と、円弧状の外壁（１０４）と、第１の側壁（１０６）と、円周方向に対向する第２の側壁（１０８）と、の間に画定される予混合室（１１４）と、
前記内壁（１０２）と前記外壁（１０４）との間で半径方向に延在し、かつ前記予混合室（１１４）内で軸方向に延在する空気流分流器（１１６）であって、内部燃料回路（１２０）を画定する空気流分流器（１１６）と、
前記予混合室（１１４）内に配置された複数のガイドベーン（１２２）であって、少なくとも１つのガイドベーン（１２２）は、前記空気流分流器（１１６）と前記第１の側壁（１０６）または前記第２の側壁（１０８）の一方との間で円周方向に延在し、前記ガイドベーン（１２２）のうちの１つまたは複数は前記燃料回路（１２０）と流体連通する燃料ポート（１３０）を含む、複数のガイドベーン（１２２）と、
前記燃料ポート（１３０）の下流側に、前記内壁（１０２）と前記外壁（１０４）との間で半径方向に延在し、かつ前記第１の側壁（１０６）と前記第２の側壁（１０８）との間で円周方向に延在する予混合プレート（１１０）であって、下流側側面（１４４）から軸方向に離間した上流側側面（１４２）および複数の流路（１４６）を含み、前記流路（１４６）は前記予混合室（１１４）から前記予混合プレート（１１０）を通る流体の流れを提供する、予混合プレート（１１０）と、を含む燃料ノズルアセンブリ（１００）。
［実施態様２］
実施態様１に記載の燃料ノズルアセンブリ（１００）であって、前記予混合プレート（１１０）の前記上流側側面（１４２）は、同心状に整列した複数の環状壁（１５４）と、半径方向に隣接する前記環状壁（１５４）の間で半径方向に延在する円周方向に離間した複数の半径方向壁（１５６）と、を含み、前記環状壁（１５４）および前記半径方向壁（１５６）は各流路（１４６）への入口（１５０）を少なくとも部分的に画定する、燃料ノズルアセンブリ（１００）。
［実施態様３］
実施態様２に記載の燃料ノズルアセンブリ（１００）であって、前記流路（１４６）は、前記環状壁（１５４）および各流路（１４６）の前記入口（１５０）に近接する前記半径方向壁（１５６）と混合される、燃料ノズルアセンブリ（１００）。
［実施態様４］
実施態様１に記載の燃料ノズルアセンブリ（１００）であって、前記ガイドベーン（１２２）のうちの１つまたは複数は、内部に燃料流路（１２８）を少なくとも部分的に画定する、燃料ノズルアセンブリ（１００）。
［実施態様５］
実施態様１に記載の燃料ノズルアセンブリ（１００）であって、前記分流器（１１６）は、前記燃料ノズルアセンブリ（１００）の基部（１１８）に接続される、燃料ノズルアセンブリ（１００）。
［実施態様６］
実施態様１に記載の燃料ノズルアセンブリ（１００）であって、前記複数のガイドベーン（１２２）のうちの少なくとも１つのガイドベーン（１２２）の上流側部分（１２４）は、前記外壁（１０４）に向かって半径方向に湾曲している、燃料ノズルアセンブリ（１００）。
［実施態様７］
実施態様１に記載の燃料ノズルアセンブリ（１００）であって、前記複数のガイドベーン（１２２）は、前記分流器（１１６）と前記第１の側壁（１０６）との間で円周方向に延在する第１の組のガイドベーン（１２２ａ）と、前記分流器（１１６）と前記第２の側壁（１０８）との間で円周方向に延在する第２の組のガイドベーン（１２０ｂ）と、を含む、燃料ノズルアセンブリ（１００）。
［実施態様８］
実施態様１に記載の燃料ノズルアセンブリ（１００）であって、前記複数のガイドベーン（１２２）は、異なる軸方向距離において前記空気流分流器（１１６）に沿って軸方向に延在する、燃料ノズルアセンブリ（１００）。
［実施態様９］
実施態様１に記載の燃料ノズルアセンブリ（１００）であって、前記複数のガイドベーン（１２２）のうちの２つ以上のガイドベーン（１２２）の前記燃料ポート（１３０）は、軸方向にオフセットされている、燃料ノズルアセンブリ（１００）。
［実施態様１０］
ガスタービン（１０）用の燃焼器（２４）であって、
前記燃焼器（２４）内に画定された燃焼室（６０）と、
燃料ノズルアセンブリ（１００）と、を含み、前記燃料ノズルアセンブリ（１００）は、
円弧状の内壁（１０２）と、円弧状の外壁（１０４）と、第１の側壁（１０６）と、円周方向に対向する第２の側壁（１０８）と、の間に画定される予混合室（１１４）と、
前記内壁（１０２）と前記外壁（１０４）との間で半径方向に延在し、かつ前記予混合室（１１４）内で軸方向に延在する空気流分流器（１１６）であって、内部燃料回路（１２０）を画定する空気流分流器（１１６）と、
前記予混合室（１１４）内に配置された複数のガイドベーン（１２２）であって、少なくとも１つのガイドベーン（１２２）は、前記空気流分流器（１１６）と前記第１の側壁（１０６）または前記第２の側壁（１０８）の一方との間で円周方向に延在し、前記ガイドベーン（１２２）のうちの１つまたは複数は前記燃料回路（１２０）と流体連通する燃料ポート（１３０）を含む、複数のガイドベーン（１２２）と、
前記燃料ポート（１３０）の下流側であって、前記燃焼室（６０）の上流側に、前記内壁（１０２）と前記外壁（１０４）との間で半径方向に延在し、かつ前記第１の側壁（１０６）と前記第２の側壁（１０８）との間で円周方向に延在する予混合プレート（１１０）であって、下流側側面（１４４）から軸方向に離間した上流側側面（１４２）および複数の流路（１４６）を含み、前記流路（１４６）は前記予混合室（１１４）から前記予混合プレート（１１０）を通って前記燃焼室（６０）に流入する流体の流れを提供する、予混合プレート（１１０）と、を含む、燃焼器（２４）。
［実施態様１１］
実施態様１０に記載の燃焼器（２４）であって、前記予混合プレート（１１０）の前記上流側側面（１４２）は、同心状に整列した複数の環状壁（１５４）と、半径方向に隣接する前記環状壁（１５４）の間で半径方向に延在する円周方向に離間した複数の半径方向壁（１５６）と、を含み、前記環状壁（１５４）および前記半径方向壁（１５６）は各流路（１４６）への入口（１５０）を少なくとも部分的に画定する、燃焼器（２４）。
［実施態様１２］
実施態様１１に記載の燃焼器（２４）であって、前記流路（１４６）は、前記環状壁（１５４）および各流路（１４６）の前記入口（１５０）に近接する前記半径方向壁（１５６）と混合される、燃焼器（２４）。
［実施態様１３］
実施態様１０に記載の燃焼器（２４）であって、前記ガイドベーン（１２２）のうちの１つまたは複数は、内部に燃料流路（１２８）を少なくとも部分的に画定する、燃焼器（２４）。
［実施態様１４］
実施態様１０に記載の燃焼器（２４）であって、前記分流器（１１６）は、前記燃料ノズルアセンブリ（１００）の基部（１１８）に接続される、燃焼器（２４）。
［実施態様１５］
実施態様１０に記載の燃焼器（２４）であって、前記複数のガイドベーン（１２２）のうちの少なくとも１つのガイドベーン（１２２）の上流側部分（１２４）は、前記外壁（１０４）に向かって半径方向に湾曲している、燃焼器（２４）。
［実施態様１６］
実施態様１０に記載の燃焼器（２４）であって、前記複数のガイドベーン（１２２）は、前記分流器（１１６）と前記第１の側壁（１０６）との間で円周方向に延在する第１の組のガイドベーン（１２２ａ）と、前記分流器（１１６）と前記第２の側壁（１０８）との間で円周方向に延在する第２の組のガイドベーン（１２２ｂ）と、を含む、燃焼器（２４）。
［実施態様１７］
実施態様１０に記載の燃焼器（２４）であって、前記複数のガイドベーン（１２２）は、異なる軸方向距離において前記空気流分流器（１１６）に沿って軸方向に延在する、燃焼器（２４）。
［実施態様１８］
実施態様１０に記載の燃焼器（２４）であって、前記複数のガイドベーン（１２２）のうちの２つ以上のガイドベーン（１２２）の前記燃料ポート（１３０）は、軸方向にオフセットされている、燃焼器（２４）。
［実施態様１９］
ガスタービン（１０）であって、
圧縮機（１６）と、前記圧縮機（１６）の下流側に配置された燃焼器（２４）と、前記燃焼器（２４）の下流側に配置されたタービン（２８）と、を含み、前記燃焼器（２４）は、外側燃焼器ケーシング（４４）に結合された端部カバー（４２）と、前記外側燃焼器ケーシング（４４）内に画定された燃焼室（６０）と、前記端部カバー（４２）の下流側に延在し、かつ前記燃焼室（６０）の上流側で終端する燃料ノズルアセンブリ（１００）と、を含み、
前記燃料ノズルアセンブリ（１００）は、
円弧状の内壁（１０２）と、円弧状の外壁（１０４）と、第１の側壁（１０６）と、円周方向に対向する第２の側壁（１０８）と、の間に画定される予混合室（１１４）と、
前記内壁（１０２）と前記外壁（１０４）との間で半径方向に延在し、かつ前記予混合室（１１４）内で軸方向に延在する空気流分流器（１１６）であって、内部燃料回路（１２０）を画定する空気流分流器（１１６）と、
前記予混合室（１１４）内に配置された複数のガイドベーン（１２２）であって、少なくとも１つのガイドベーン（１２２）は、前記空気流分流器（１１６）と前記第１の側壁（１０６）または前記第２の側壁（１０８）の一方との間で円周方向に延在し、前記ガイドベーン（１２２）のうちの１つまたは複数は前記燃料回路（１２０）と流体連通する燃料ポート（１３０）を含む、複数のガイドベーン（１２２）と、
前記燃料ポート（１３０）の下流側であって前記燃焼室（６０）の上流側に、前記内壁（１０２）と前記外壁（１０４）との間で半径方向に延在し、かつ前記第１の側壁（１０６）と前記第２の側壁（１０８）との間で円周方向に延在する予混合プレート（１１０）と、を含み、前記予混合プレート（１１０）は、下流側側面（１４４）から軸方向に離間した上流側側面（１４２）および複数の流路（１４６）を含み、前記燃料ノズルアセンブリ（１００）の前記上流側側面（１４２）は、同心状に整列した複数の環状壁（１５４）と、半径方向に隣接する前記環状壁（１５４）の間で半径方向に延在する円周方向に離間した複数の半径方向壁（１５６）と、を含み、前記環状壁（１５４）および前記半径方向壁（１５６）は、前記流路（１４６）のうちの１つまたは複数への入口（１５０）を少なくとも部分的に画定し、前記流路（１４６）は、前記予混合室（１１４）から前記予混合プレート（１１０）を通って前記燃焼室（６０）に流入する流体の流れを提供する、ガスタービン（１０）。
［実施態様２０］
実施態様１９に記載のガスタービン（１０）であって、前記複数のガイドベーン（１２２）は、前記分流器（１１６）と前記第１の側壁（１０６）との間で円周方向に延在する第１の組のガイドベーン（１２２（ａ））と、前記分流器（１１６）と前記第２の側壁（１０８）との間で円周方向に延在する第２の組のガイドベーン（１２２（ｂ））と、を含み、前記第１の組のガイドベーン（１２２ａ）または前記第２の組のガイドベーン（１２２ｂ）のうちの２つ以上のガイドベーン（１２２）の前記燃料ポート（１３０）は、軸方向にオフセットされている、ガスタービン（１０）。
【符号の説明】
【００３５】
１０  ガスタービン
１２  入口部
１４  作動流体
１６  圧縮機
１８  圧縮された作動流体、圧縮空気
２０  燃料
２２  燃料供給システム
２４  燃焼器
２６  燃焼ガス
２８  タービン
３０  シャフト
３２  発電機
３４  排気ガス
３６  排気部
３８  排気スタック
４０  ケーシング／圧縮機吐出ケーシング
４２  端部カバー
４４  燃焼器ケーシング
４６  流れ孔
４８  流れスリーブ
５０  遷移ダクト
５２  ライナ
５４  ヘッド端部
５６  燃料ノズルアセンブリ
５８  可燃混合気
６０  燃焼室
１００  燃料ノズルアセンブリ
１０２  内壁、内側ライナ
１０４  外壁、外側ライナ
１０６  第１の側壁
１０８  第２の側壁
１１０  予混合プレート
１１２  下流側端部
１１４  予混合流路／室
１１６  空気流分流器
１１８  基部
１２０  内部燃料回路
１２２  ガイドベーン
１２２（ａ）  第１の組のガイドベーン
１２２（ｂ）  第２の組のガイドベーン
１２４  上流側部分
１２６  入口
１２８  燃料流路
１３０  燃料ポート
１３２  軸方向距離
１３４  軸方向距離
１３６  軸方向距離
１３８  軸方向距離
１４０  上流側端部（外壁）
１４２  上流側側面／入口側面（予混合プレート）
１４４  下流側／火炎側面（予混合プレート）
１４６  流路（予混合プレート）
１４８  円周方向列（流路）
１５０  入口（流路）
１５２  出口（流路）
１５４  環状壁
１５６  半径方向壁
１５８  燃料空気混合気
１５９〜１９９  使用せず
ＣＬ  軸方向中心線
【図１】
2017129348.tif 000003
【図２】
2017129348.tif 000004
【図３】
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【図４】
2017129348.tif 000006
【図５】
2017129348.tif 000007
【図６】
2017129348.tif 000008
【図７】
2017129348.tif 000009
【図８】
2017129348.tif 000010
【外国語明細書】
2017129348000001.pdf