(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室（１１１）が、中心メーンフレームが燃焼する近傍に切頭円錐形の端部（１１１ａ）を有し、燃焼生成物の流れと反対方向に循環する冷却空気（１２０）のための空洞（１１５）によって取り囲まれ、該空洞（１１５）は、燃焼空気（１２０ａ）が液体及び／又は気体燃料と混合される予混合室（１１２）に該燃焼空気（１２０ａ）を運ぶようになっており、該予混合室（１１２）は、使用される燃料の量に応じて絞ることができる開口又はポート（１２６）を入口に有し、前記中心メーンフレームと同軸に付加的なフレームの対応する組を生じさせるように該燃焼室（１１１）に向けられたバーナ（１３４）の周方向の組を出口に有している、液体及び／又は気体燃料で動作するガスタービンのための汚染物質低排出の予混合室（１１２）及び燃焼室（１１１）の構造であって、
気体燃料供給手段（１２５）及び液体燃料噴射装置（１１９）が前記予混合室（１１２）内に設けられ、また液体燃料噴射器（１４０）の組が前記燃焼室（１１１）の前記切頭円錐形の端部（１１１ａ）上にあり、これらの噴射器が、該燃焼室（１１１）の内側に向けられており、
前記予混合室（１１２）が、円筒形、又は前記燃焼室（１１１）に向けて狭まる切頭円錐形の形態の先細の中心構造体（１１８）を含み、該中心構造体（１１８）は、前記燃焼室（１１１）の軸線と一致する軸線を有し、内部に軸方向に配置された前記液体燃料噴射装置（１１９）を有し、
前記中心構造体（１１８）は、下流側が前記燃焼室（１１１）の切頭円錐形の端部（１１１ａ）に連結され、上流側が、前記予混合室（１１２）の軸線に垂直に、従って半径方向に延びる連結部（１３８）によって、該中心構造体（１１８）を取り囲む環状のチヤンバ（１３７）に接合されており、
前記開口又はポート（１２６）の周方向の組が、前記環状のチャンバ（１３７）が前記連結部（１３８）に接合される端部と反対側の端部において、該環状のチャンバ（１３７）内に形成されていることを特徴とする、予混合室（１１２）及び燃焼室（１１１）の構造。
【請求項２】
前記燃料供給手段が、前記予混合室（１１２）の前記軸線に平行な軸線を有し、前記連結部（１３８）内に位置する側面に穿孔されたチューブ（１２５）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の、予混合室（１１２）及び燃焼室（１１１）の構造。
【請求項３】
前記バーナ（１３４）が、前記予混合室（１１２）の前記軸線に平行な軸線を有することを特徴とする、請求項１に記載の、予混合室（１１２）及び燃焼室（１１１）の構造。
【請求項４】
前記バーナ（１３４）は、環状のチャンバ（１３５）及びダクト（１３６）通して、付加的な気体燃料及び燃焼空気が供給されることを特徴とする、請求項１に記載の、予混合室（１１２）及び燃焼室（１１１）の構造。
【請求項５】
前記液体燃料噴射器（１４０）の数が４つであり、それらが周方向に等間隔で配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の、予混合室（１１２）及び燃焼室（１１１）の構造。
【請求項６】
前記開口が長方形であり、前記予混合室（１１２）の前記軸線に沿って延び、これらの開口の数が１２個であり、それらが周方向に等間隔で配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の、予混合室（１１２）及び燃焼室（１１１）の構造。
【請求項７】
前記開口（１２６）は、前記予混合室（１１２）の該開口（１２６）が位置する前記環状のチャンバ（１３７）の部分の上にある回転可能なドラム（１３９）の対応する開口と相互に作用することを特徴とする、請求項６に記載の、予混合室（１１２）及び燃焼室（１１１）の構造。
【請求項８】
軸流圧縮機によって加圧された前記冷却空気（１２０）が、前記空洞（１１５）を通って流れることを特徴とする、請求項１に記載の、予混合室（１１２）及び燃焼室（１１１）の構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体及び／又は気体燃料で動作するガスタービンのための汚染物質低排出の予混合室及び燃焼室の改良された組合せに関する。
【０００２】
【発明の背景】
周知のように、ガスタービンは、圧縮機と、１つ又はそれ以上の段を持つタービンとからなる機械であり、これらの部品が回転シャフトによって相互に連結され、該圧縮機と該タービンとの間に燃焼室が設けられる。
【０００３】
外部環境からの空気が圧縮機に供給され、加圧される。
【０００４】
加圧された空気は、収束部で終わるダクトを通過し、この中に噴射器の組により燃料が供給され、該燃料は空気と混合されて燃料−空気の混合物を形成し、燃焼する。
【０００５】
気体の温度及びエンタルピーを増加させるように設計された、燃焼工程のために必要とされる燃料が加圧回路から供給され、１つ又はそれ以上の噴射器によって燃焼室に導入される。
【０００６】
また、フレームの安定特性を向上させるために、一般に、混合ダクトの出口の近傍にパイロットフレームを生じさせるように並列燃料供給システムが設けられる。
【０００７】
最後に、高温高圧の気体は、適切なダクトを通過して、タービンの種々の段に到達し、該タービンは、気体のエンタルピーをユーザが使用可能な機械的エネルギーに変換する。
【０００８】
ガスタービンのための燃焼室の設計において、優先する考慮事項は、フレームの安定性及び過剰空気の制御であり、その目的は、燃焼工程のために理想的な状況を確立し、汚染物質の生成を最小限にすることであることがよく知られている。
【０００９】
ガスタービンの燃焼室の設計に影響を与える第２の要素は、該燃焼室のドームのできるだけ近くで燃焼が行われるようにするという傾向である。
【００１０】
より具体的には、従来技術では、予混合型の組合せが提供され、言い換えれば、予混合室が使用され、燃焼室の上流側に配置され、絞り部によって該燃焼室から分離される。
【００１１】
この予混合室及び燃焼室の双方は、この燃焼室を出る燃焼生成物の流れと反対方向に循環する加圧空気を含む空洞によって取り囲まれている。
【００１２】
この空気は、予混合室内で燃料と混合されることになる燃焼空気として使用され、また燃焼室及び燃焼生成物の双方を冷却するための空気としても使用される。
【００１３】
さらに、上述の組合せにおいては、タービンのあらゆるレベルの負荷において窒素酸化物の汚染物質の排出を低く維持するために、予混合室の外面に設けられた開口を通しての、空洞から予混合室への燃焼空気流を絞ることができる。
【００１４】
使用される燃料の量の関数として絞り部を用い、燃焼空気と燃料定数との間の比が、最適値に保たれる。
【００１５】
フレームが消炎したり、多少なりとも不安定になったりするのを防ぐために、燃料の付加的な噴射を行なう穴の環状の組が設けられ、絞り部からすぐ下流の燃焼領域の燃料がリッチになるようにする。
【００１６】
従来技術においては、液体燃料を気体燃料の代替として又は補完的な形で用い得るようにするために、１つ又はそれ以上の噴射器が用いられており、これらの噴射器は、拡散フレームを生じさせるものであり、燃料と空気の混合の不足のために高濃度の汚染物質の排出をもたらす。
【００１７】
現在のところ、気体燃料及び／又は液体燃料で同様に申し分なく作動することができるガスタービンに対する市場の要求が増加している。
【００１８】
満足のいく燃焼のために必要な他の要求も満たしながら、汚染物質の排出を最小限に減少させるという主要な目的を損なわずに、この適応性を与えなくてはならない。
【特許文献１】
米国特許第６７３２５２７号
【００１９】
【発明の概要】
従って、本発明の目的は、前述の欠点を克服すること、特に、汚染物質の低排出を保証する、液体及び／又は気体燃料で動作するガスタービンのための予混合室及び燃焼室の改良された組合せを提供することである。
【００２０】
本発明の別の目的はまた、優れたフレーム安定性をもたらし、燃焼室内の圧力振動を減少させる、液体及び／又は気体燃料で動作するガスタービンのための汚染物質低排出の予混合室及び燃焼室の改良された組合せを提供することである。
【００２１】
本発明の更に別の目的は、高い燃焼効率をもたらす、液体及び／又は気体燃料で動作するガスタービンのための汚染物質低排出の予混合室及び燃焼室の改良された組合せを提供することである。
【００２２】
本発明の付加的な目的は、高温に曝される部品の平均耐用寿命を増加させることができる、液体及び／又は気体燃料で動作するガスタービンのための汚染物質低排出の予混合室及び燃焼室の改良された組合せを提供することである。
【００２３】
本発明の更に付加的な目的は、特に信頼性が高く、簡単で、機能的であり、その製造及び保守コストが相対的に低い、液体及び／又は気体燃料で動作するガスタービンのための汚染物質低排出の予混合室及び燃焼室の改良された組合せを提供することである。
【００２４】
本発明のこれら及び他の目的は、請求項１に開示されたような、液体及び／又は気体燃料で動作するガスタービンのための汚染物質低排出の予混合室及び燃焼室の改良された組合せを提供することによって達成される。
【００２５】
さらなる特徴は、後続の特許請求の範囲に特定されている。
【００２６】
有利なことに、本発明による、液体及び／又は気体燃料で動作するガスタービンのための汚染物質低排出の予混合室及び燃焼室の改良された組合せは、既に取り付けられた従来技術による燃焼室と、かなり容易に互換性を持つように作ることができる。
【００２７】
本発明による、液体及び／又は気体燃料で動作するガスタービンのための汚染物質低排出の予混合室及び燃焼室の改良された組合せの特徴及び利点は、例としてなされる以下の説明によってより明らかになるであろう。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、従来技術による、全体を符号１０で表す気体燃料で動作するガスタービンのための汚染物質低排出の予混合室１２及び燃焼室１１の組合せが示されている。
【００２９】
図示された例において、燃焼室１１は、絞り部１３によって予混合室１２に連結された切頭円錐形の端部１１ａを有し、該絞り部１３のすぐ下流には、実際の燃焼領域１４、すなわち燃焼室１１のメーンフレームの領域がある。
【００３０】
組立体全体はまた、図示されていない軸流圧縮機によって加圧され、矢印１６の方向に、すなわち燃焼室１１を出る燃焼生成物の流れ１７と反対方向に循環する冷却空気２０のための空洞１５によって取り囲まれている。
【００３１】
予混合室１２にはまた、ダクト２４及び穿孔チューブ２５の半径方向の組によって気体燃料が供給され、一方、燃焼空気２０ａは、空洞１５から、予混合室１２のケーシング２７に設けられた開口２６の組を介して、該予混合室１２に送られる。
【００３２】
これらの開口２６は、ケーシング２７上にある回転可能なドラムの対応する開口と相互に作用する。このドラムは、図示されていないが、使用される燃料の量に応じて開口２６の面積を減少させるように回転する。
【００３３】
羽根３３がまた、予混合室１２内及び絞り部１３の近傍に設けられ、該羽根を通過する流れが所定の方向に進み、それによりメーンフレームの安定性を向上させることを保証する。
【００３４】
最後に、絞り部１３のすぐ下流の燃焼領域１４において、中心メーンフレームと同軸に、付加的なフレームの対応する環状の組を生じさせるために、該絞り部１３の外側に並列バーナ３４の周方向の組が取り付けられる。
【００３５】
バーナ３４には、環状のチャンバ３５及びダクト３６を通して付加的な燃料が供給され、燃焼空気も供給される。
【００３６】
図２及び図３は、全体を符号１１０で表す、本発明による液体及び／又は気体燃料で動作するガスタービンのための汚染物質低排出の予混合室１１２及び燃焼室１１１の組合せを示しており、ここでは従来技術に関して図１に示された構成部品と同一及び／又は同等の構成部品は、１００を加えた同じ参照符号を有する。
【００３７】
図示された実施例において、燃焼室１１１は、予混合室１１２に連結された切頭円錐形の端部１１１ａを有する。
【００３８】
この予混合室１１２は、円筒形、又は、燃焼室１１１に向けて狭くなっている、切頭円錐形の形態で僅かに先細の中心構造体１１８を含み、この中心構造体１１８の軸線は、燃焼室１１１の軸線と一致し、その内部には、軸方向に配置された、本例では環状の構造体の形態の液体燃料噴射装置１１９を有する。
【００３９】
中心構造体１１８は、下流側で燃焼室１１１の切頭円錐形の端部１１１ａに連結され、一方、上流側で、予混合室１１２の軸線にほぼ垂直に、従って半径方向に延びる連結部１３８によって、該中心構造体１１８を取り囲む環状のチャンバ１３７に接合される。
【００４０】
環状のチャンバ１３７が連結部１３８に接合されているのとは反対側の該環状のチャンバの端部は、開口又はポート１２６の周方向の組を有し、例えば、該開口又はポート１２６は、軸方向に長さを有する長方形であり、周方向に等間隔で配置された１２個のこれらの開口がある。
【００４１】
これらの開口１２６は、該開口１２６が位置する環状のチャンバ１３７の一部の上にある回転可能なドラム１３９の対応する開口と相互に作用する。
【００４２】
燃焼室１１１は、軸流圧縮機（図示されていない）によって加圧され、矢印１１６の方向、すなわち燃焼室１１１を出る燃焼生成物の流れ１１７と反対方向に循環する冷却空気１２０のための空洞１１５によって取り囲まれている。
【００４３】
燃焼空気１２０ａは、空洞１１５から環状のチャンバ１３７の開口１２６へ送られる。
【００４４】
予混合室１１２にはまた、例えば、該予混合室１１２の軸線と平行な軸線を有し、連結部１３８内に位置する横方向の穿孔チューブ１２５のような供給手段の周方向の組を介して気体燃料が供給される。
【００４５】
予混合室１１２の中心構造体１１８の下流側には、その軸線が該予混合室１１２の軸線と平行で燃焼室１１１の方に向けられたバーナ１３４の周方向の組が取り付けられる。
【００４６】
バーナ１３４には、環状のチャンバ１３５及びダクト１３６を通して付加的な気体燃料が供給される。
【００４７】
最後に、例えば４個の、周方向に等間隔で配置され、付加的な液体燃料が供給される噴射器１４０の組が、切頭円錐形の端部１１１ａに設けられ、燃焼室１１１の内側に向けられる。
【００４８】
本発明による、液体及び／又は気体燃料で動作するガスタービンのための汚染物質低排出の予混合室１１２及び燃焼室１１１の組合せ１１０の作動は、図を参照して上で説明したことから明らかであるが、要約すると次のようになる。
【００４９】
冷却空気１２０は、図示されていない軸流圧縮機によって加圧され、燃焼室１１１を冷却する。
【００５０】
冷却空気１２０が燃焼室１１１を冷却するにつれて、該空気１２０は加熱され、開口１２６を介して予混合室１１２の環状のチャンバ１３７に入り、従って燃焼空気１２０ａとして働く。
【００５１】
次に、ドラム１３９が、使用される燃料の量に応じて開口１２６の面積を減少させるように回転する。
【００５２】
この空気１２０ａが連結部１３８を通過する間に、気体燃料が該空気１２０ａに加えられる。
【００５３】
噴射装置１１９が液体燃料を供給し、これにより中心のメーン燃焼フレームが生ずる。
【００５４】
バーナ１３４の周方向の組は、燃焼室１１１において、切頭円錐形の端部１１１ａのすぐ下流に、中心メーンフレームと同軸の、付加的なパイロットフレームの対応する環状の組を生じさせる。
【００５５】
最後に、噴射器１４０の組は、燃焼工程をさらに安定させることを目的として、付加的な液体燃料を供給する。
【００５６】
上の説明は、本発明の目的である、液体及び／又は気体燃料で動作するガスタービンのための汚染物質低排出の予混合室及び燃焼室の改良された組合せのを明確に示しており、かつ対応する利点も明らかにしている。それらの利点には、以下のことが含まれる。
・気体燃料及び液体燃料の双方による汚染物質排出のレベルの減少。
・燃焼室内の圧力振動の減少及び優れたフレーム安定性。
・高い燃焼効率。
・高温に曝される構成部品の平均耐用寿命の増加。
・簡単かつ信頼性の高い作動。
・従来技術と比較して相対的に低い製造及び保守コスト。
・従来技術において知られている燃焼室との優れた互換性、それ故に、既に取り付けられ、修復されることになるガスタービンへのかなり容易な適合性。
【００５７】
最後に、このように設計された液体及び／又は気体燃料で動作するガスタービンのための汚染物質低排出の予混合室及び燃焼室の改良された組合せは、本発明の技術的範囲内の多くの方法により修正及び変更することができることは明らかである。
【００５８】
更に、全ての構成部品は、技術的に同等の要素と置き換えることが可能である。
【００５９】
実施において、形状及び寸法だけでなく使用される材料も、技術的要求に応じて自由に変えることができる。
【００６０】
従って、本発明の保護の範囲は、添付の特許請求の範囲により定められる。
【００６１】
特許請求の範囲内に示す参照符号は、本発明の技術的範囲を狭めるのではなくそれらを容易に理解するためのものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来技術による、気体燃料で動作するガスタービンのための予混合室及び燃焼室の組合せの部分縦断面図。
【図２】  本発明による、気体及び／又は液体燃料で動作するガスタービンのための予混合室及び燃焼室の組合せの縦断面図。
【図３】  図２の細部の拡大縦断面。
【符号の説明】
１１０  予混合室及び燃焼室の組合せ
１１１  燃焼室
１１１ａ  切頭円錐形の端部
１１２  予混合室
１１５  空洞
１１８  中心構造体
１１９  液体燃料噴射装置
１２５  穿孔チューブ
１２６  開口
１３４  バーナ
１３８  連結部
１４０  液体燃料噴射器
【図１】
0004362284.tif 000002
【図２】
0004362284.tif 000003
【図３】
0004362284.tif 000004