(57)【要約】【課題】タービンの燃焼器、タービンの燃焼器を改造する方法、及びタービンの燃焼器を構築する方法を提供すること。【解決手段】燃焼器は、希釈ブリーチが形成される燃焼室と、燃焼室を外周方向に囲み、希釈ブリーチを介して燃焼室に希釈空気を供給するように構成された空気流を燃焼室との間に形成するケーシングと、ケーシング上に空気流と連通して配置された、調整が容易な希釈空気流チューニング部とを含む。希釈空気流チューニング部は、燃焼室に供給される希釈空気の利用可能な量を増加及び／又は減少させるように構成されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料燃焼が発生し且つ希釈ブリーチ（２４）が形成される燃焼室（２０）と、
前記燃焼室（２０）を外周方向に囲み、前記希釈ブリーチ（２４）を介して前記燃焼室（２０）に希釈空気を供給するように構成された空気流（３５）を前記燃焼室（２０）との間に形成するケーシング（４０）と、
前記ケーシング（４０）上に前記空気流（３５）と連通して配置され、前記燃焼室（２０）に供給される希釈空気の利用可能な量を増加及び／又は減少するように構成された希釈空気流チューニング部（８０）と、
を備えるタービン（１）の燃焼器（１０）。
【請求項２】
前記希釈空気流チューニング部（８０）が希釈空気チューニング装置（１００、１１０）を含む、
請求項１に記載の燃焼器。
【請求項３】
前記希釈空気チューニング装置（１００）がスパークプラグの形状を有する、
請求項２に記載の燃焼器。
【請求項４】
前記希釈空気チューニング装置（１１０）がクロスファイア管の形状を有する、
請求項２に記載の燃焼器。
【請求項５】
燃料燃焼室（２０）と、前記燃焼室（２０）を外周方向に囲み且つ希釈ブリーチ（２４）を介して前記燃焼室（２０）に希釈空気（２４）が供給される空気流（５５）を形成するケーシング（４０）とを含むタービン（１）の燃焼器（１０）を改造する方法であって、
燃料燃焼特性を測定する段階と、
前記測定された燃料燃焼特性に基づいて、前記燃焼室（２０）に供給される前記希釈空気の利用可能な量が所定の閾値を下回ることを判断する段階と、
前記燃焼室（２０）に供給される希釈空気の利用可能な量を増加及び／又は減少させるように前記ケーシング（４０）上に前記空気流（３５）と連通して希釈空気流チューニング部（８０）を設置する段階と、
を含む方法。
【請求項６】
前記ケーシング（４０）上に前記希釈空気流チューニング部（８０）を設置する段階が、前記燃焼器（１０）のスパークプラグを希釈空気チューニング装置（１００）と置き換える段階を含む,
請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記ケーシング（４０）上に前記希釈空気流チューニング部（８０）を設置する段階が、前記燃焼器（１０）のクロスファイア管を希釈空気チューニング装置（１１０）と置き換える段階を含む,
請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記ケーシング（４０）上に前記希釈空気流チューニング部（８０）を設置する段階が、最初に前記ケーシング（４０）上にボスを設置して、前記希釈空気流チューニング部（８０）を支持する段階を含む、
請求項５に記載の方法。
【請求項９】
タービン（１）の燃焼器（１０）を構築する方法であって、
燃料燃焼室（２０）を形成する段階と、
前記燃焼室（２０）の外部に沿って希釈ブリーチ（２４）を形成する段階と、
ケーシング（４０）により前記燃焼室（２０）を外周方向に囲み、前記希釈ブリーチ（２４）を介して前記燃焼室（２０）に希釈空気を供給するように構成される空気流（３５）を前記ケーシング（４０）と前記燃焼室（２０）との間に形成する段階と、
前記ケーシング上に前記空気流と連通して希釈空気流チューニング部を設置し、これにより前記燃焼室に供給される希釈空気の利用可能な量を増加及び／又は減少するように位置付けられるようにする段階と、
を含む方法。
【請求項１０】
前記ケーシング（４０）上に前記希釈空気流チューニング部（８０）を設置する段階が、前記ケーシング（４０）上に事前に設置されたボスに前記希釈空気流チューニング部（８０）を設置する段階を含む、
請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の態様は、タービンの燃焼器、タービンの燃焼器を改造する方法、及びタービンの燃焼器を構築する方法に関し、より詳細には、希釈空気チューニング部を含むタービンの燃焼器、希釈空気チューニング部を備えたタービンの燃焼器の改造方法、及び希釈空気チューニング部を備えたタービンの燃焼器を構築する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンの設置及び／又は補修においては、チューニングのための変更が必要とされることに起因して、非効率的であることが認められている。すなわち、ガスタービンエンジンの効率的な運転及びチューニングには、ガスタービンエンジンの燃焼室内に特定の量の希釈空気を維持することが必要である点は理解される。更に、このような特定の量の希釈空気を維持することは、燃焼室のライナ内の希釈ブリーチのサイズを増減させることによって達成することができる点は理解される。しかしながら、希釈ブリーチのサイズの増減に関連するプロセスは、時間を要し且つ高コストであり、燃焼器をチューニングするのに必要とされる所望の結果を得るためには、複数回繰り返すことが必要となる可能性がある。
【０００３】
例えば、希釈ブリーチを拡大する必要があることに起因して、ガスタービンの動作が非能率的になることが分かった場合、ガスタービン全体の少なくともケーシングを取り外さなければならない場合がある。これには、燃焼器を停止し、キャップ組立体、端部カバー、燃料管路、及びライナを分解し、更にケーシングの各フランジから２０本のボルトを取り外すことを伴う可能性がある。ライナが取り外されると、希釈ブリーチを拡大することができ、組立体を再組立することができる。この時点で、ガスタービンエンジンが依然として非能率的に運転することが分かった場合には、このプロセスを繰り返さなければならない場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５００１８６９号明細書
【特許文献２】米国特許第５５３３３３０号明細書
【特許文献３】米国特許第６３３４２９４号明細書
【特許文献４】米国特許第６７０５０８８号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、タービンの燃焼器が提供され、該燃焼器は、燃焼室内で燃料燃焼が発生し且つ希釈ブリーチが形成される燃焼室と、燃焼室を外周方向に囲み、希釈ブリーチを介して燃焼室に希釈空気を供給するように構成された空気流を燃焼室との間に形成するケーシングと、ケーシング上に空気流と連通して配置され、燃焼室に供給される希釈空気の利用可能な量を増加及び／又は減少させるように構成された希釈空気流チューニング部とを含む。
【０００６】
本発明の別の態様によれば、タービンの燃焼器を改造する方法が提供される。タービンは、燃料燃焼室と、燃焼室を外周方向に囲み且つ希釈ブリーチを介して燃焼室に希釈空気が供給される空気流を形成するケーシングとを含む。本方法は、燃料燃焼特性を測定する段階と、測定された燃料燃焼特性に基づいて燃焼室に供給される希釈空気の利用可能な量が所定の閾値を下回ることを判断する段階と、燃焼室に供給される希釈空気の利用可能な量を増加及び／又は減少させるようにケーシング上に空気流と連通して希釈空気流チューニング部を設置する段階とを含む。
【０００７】
本発明の別の態様によれば、タービンの燃焼器を構築する方法が提供され、該方法は、燃料燃焼室を形成する段階と、燃焼室の外側に沿って希釈ブリーチを形成する段階と、ケーシングにより燃焼室を外周方向に囲み、希釈ブリーチを介して燃焼室に希釈空気を供給するように構成される空気流をケーシングと燃焼室との間に形成する段階と、ケーシング上に空気流と連通して希釈空気流チューニング部を設置し、これにより燃焼室に供給される希釈空気の利用可能な量を増加及び／又は減少させるように位置付けられる段階とを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】例示的なガスタービンエンジンの部分断面図。
【図２Ａ】スパークプラグと同様の形状である希釈空気チューニング装置の斜視図。
【図２Ｂ】クロスファイア管と同様の形状である希釈空気チューニング装置の斜視図。
【図３】本発明の例示的な実施形態による希釈空気チューニング構成要素の斜視図。
【図４】図１の例示的なガスタービンエンジンで使用するコントローラ及びサーボ機構の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明と見なされる本発明の対象は、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かつ明確に特許請求している。本発明の上記及び他の目的、特徴、及び利点は、添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を読めば明らかになるであろう。
【００１０】
図１を参照すると、例示的なガスタービンエンジン１は、圧縮機（図示せず）、燃焼器１０、及び燃焼器１０から下流側にあるタービン（図示せず）を含む。燃焼器１０は、空気と燃料の燃焼が生じる燃焼室２０と、該燃焼室２０から下流側に延びる移行ダクト２５と、燃焼室１０を収容するケーシング４０とを含む。
【００１１】
燃焼室２０は、環状燃焼ライナ２１を含む。ベンチュリスロート領域２２は、燃焼ライナ２１に沿って形成され、燃焼ライナ２１が狭くなった収束部分と、収束部分から下流側に配置され且つ燃焼ライナ２１が拡大する発散部分とを含む。排出ポート２３が燃焼ライナ２１に沿って形成され、冷却を可能にし、燃焼が燃焼室２０に進むのを助ける。希釈ブリーチ２４は、燃焼室２０の第２の軸方向位置８２で燃焼ライナ２１内に形成される。希釈ブリーチ２４は、希釈空気が燃焼室２０内に入ることができるようにし、ガスタービンエンジン１において希釈ブリーチ２４のサイズが較正されるときに、燃焼室２０内部の燃焼用の希釈空気の適切なレベルを維持するように構成される。
【００１２】
燃焼室２０は、燃焼室２０の外部の周りに環状空気流３５が形成されるようにケーシング４０によって囲まれる。流れスリーブ３０は、ケーシング４０の内面に結合され、環状空気流３５内の空気流をケーシング４０の遠位端部から少なくとも希釈ブリーチ２４まで案内する。
【００１３】
ケーシング４０は、第１のボルト４２により支持された第１のフランジ４１と、該第１のフランジ４１に結合された外側ケーシング４３と、外側ケーシング４３に結合され且つボルト受け空間４５内に受けられる第２のボルトによって支持された第２のフランジ４４とを含む。第１の燃料ノズル６０及び第２の燃料ノズル７０を含むキャップ組立体５０は、ケーシング４０の末端部分に配置され、少なくとも第２のボルトによって第２のフランジ４４に結合される。
【００１４】
第１のボルト４２及び第２のボルトは各々、約２０本のボルトのセットで提供されるので、ケーシング４０の組立及び分解プロセスは、各々時間を要するものである。すなわち、ケーシング４０の組立は、第１のフランジ４１、外側ケーシング４３、第２のフランジ４４、及びキャップ組立体５０を位置決めする段階と、約４０本のボルトを締結する段階とを含み、一方、ケーシング４０の分解には、少なくとも４０本のボルトを取り外すことが必要となる。従って、例えば、希釈ブリーチ２４のサイズを再較正するために実施する必要のある組立及び分解プロセスの回数を低減することが有利とすることができる。
【００１５】
この目的を達成するために、ケーシング４０上に空気流３５と連通して希釈空気流チューニング部８０が配置される。希釈空気流チューニング部８０は、燃焼室２０に供給される希釈空気の利用可能な量を増加及び／又は減少させるように構成され、従って、他の場合には少なくともケーシング４０の組立／分解を繰り返す必要があった希釈ブリーチ２４を再較正するために、繰り返して分解する必要性が実質的に低減又は排除される。
【００１６】
本発明の一実施形態によれば、希釈空気流チューニング部８０は、燃焼器１０の第１の軸方向位置８１に配置される。ここで、第１の軸方向位置８１は、希釈ブリーチ２４が配置される第２の軸方向位置８２からガスタービンエンジン１の長手方向軸線に沿って前方にある。更に詳細には、第１の軸方向位置８１は、キャップ組立体５０に近接させることができるが、この場所に限定されない点は留意されたい。
【００１７】
図２Ａ、３、及び４を参照すると、希釈空気流チューニング部８０は、スパークプラグと同様の形状である第１の希釈空気チューニング装置１００を含むことができる点は留意されたい。本発明の別の実施形態では、図２Ｂを参照すると、希釈空気流チューニング部８０は、クロスファイア管と同様の形状である第２の希釈空気チューニング装置１１０を含むことができる点は留意されたい。
【００１８】
更に詳細には、第１の希釈空気チューニング装置１００の場合を参照して説明すると、第１の希釈空気チューニング装置１００の希釈空気孔隙率は、空気流３５内に存在する希釈空気の利用可能な量を決定付ける。従って、第１の希釈空気チューニング装置１００の希釈空気孔隙率が増加及び／又は減少することができるので、空気流３５内の希釈空気の利用可能な量もまた増加及び／又は減少することができる。このため、第１の希釈空気チューニング装置１００は、希釈空気流チューニング構成要素１２０を含むことができ、これは、例えば、第１の希釈空気チューニング装置１００の適切なセクションにオペレータがレンチを装着することによって軸線１０１の周りで回転することができる部品（例えば内側構成要素１２１）を有する。この回転は、第１の希釈空気チューニング装置１００の希釈空気孔隙率を増加及び／又は減少させ、これにより空気流３５内の希釈空気の利用可能な量を増加及び／又は減少させる。
【００１９】
図３を更に参照すると、希釈空気流チューニング構成要素１２０は、ケーシング４０の外部と連通している第１の抽気孔１２５を有する内側構成要素１２１と、空気流３５と連通している第２の抽気孔１２６を有する外側構成要素１２２とを含むことができる。ここで、外側構成要素は、第１の希釈空気チューニング装置１００に対して固定して結合され、内側構成要素１２１は、外側構成要素１２２に対して軸線１０１の周りで回転することができる。従って、内側構成要素１２１の回転は、第１及び第２の抽気孔１２５及び１２６の位置を互いに一致及び／又は不一致にし、これにより希釈空気の利用可能な量を増加及び／又は減少できるようにする。
【００２０】
ここで図４を参照すると、本発明の更なる実施形態では、サーボ機構２００が第１の希釈空気チューニング装置１００の希釈空気流チューニング構成要素１２０を操作し、希釈空気孔隙率を増加及び／又は減少させるよう構成することができる。ここで、コントローラ２１０は、燃焼室２０及びサーボ機構２００に動作可能に結合することができる。コントローラ２１０は、燃焼室２０内の燃焼を監視し、希釈空気流チューニング構成要素１２０を操作するようサーボ機構２００に指示する信号２０５をサーボ機構２００に送信するように構成される。
【００２１】
本発明の別の態様によれば、ガスタービンエンジン１の燃焼器１０を改造する方法が提供される。上述のように、燃焼器１０は、燃料燃焼が起こる燃焼室２０と、該燃焼室２０を円周方向に囲むケーシング４０とを含み、ケーシング４０と燃焼室２０との間で空気流３５を形成する。空気流３５は、希釈ブリーチ２４を介して燃焼室２０に希釈空気を供給するように構成される。本方法は、例えば燃料燃焼室内で燃料燃焼特性を測定する段階と、測定された燃料燃焼特性に基づいて、燃焼室に供給される希釈空気の利用可能な量が所定の閾値を下回ることを判断する段階と、燃焼室２０に供給される希釈空気の利用可能な量を増加及び／又は減少させるように希釈空気流チューニング部８０をケーシング４０上に空気流３５と連通して設置する段階とを含む。
【００２２】
ここで、本方法は更に、希釈空気の利用可能な量のある分量を決定する段階を含むことができる。希釈空気の利用可能な量の分量が決定されると、該希釈空気の利用可能な量の分量が所定の閾値を下回ると判断された場合、希釈空気流チューニング部８０を操作して、希釈空気の利用可能な量を増加及び／又は減少させるようにすることができる。この所定の閾値は、各改造燃焼器１０に対し固有とすることができるが、通常は、燃焼室２０内で最適レベルの燃焼を維持するのに十分な希釈空気の量と相関付けられる。
【００２３】
本発明の更に別の態様によれば、ガスタービンエンジン１の燃焼器１０を構築する方法が提供される。本方法は、燃焼室２０を形成する段階と、燃焼室２０の外部に沿って希釈ブリーチ２４を形成する段階と、ケーシング４０により燃焼室２０を外周方向に囲み、希釈ブリーチ２４を介して燃焼室２０に希釈空気を供給するように構成される空気流３５をケーシング４０と燃焼室２０との間に形成する段階と、ケーシング４０上に空気流３５と連通して希釈空気流チューニング部８０を設置し、これにより燃焼室２０に供給される希釈空気の利用可能な量を増加及び／又は減少するように位置付けられるようにする段階とを含む。
【００２４】
ここで、希釈ブリーチ２４を形成する段階が、希釈ブリーチ２４の寸法を初期値に設定する段階を含むことができると共に、希釈空気流チューニング部８０を設置する段階が、希釈空気流チューニング部８０の希釈空気孔隙率を、希釈ブリーチ２４の寸法の初期値に応じて推定された初期レベルに設定する段階を含むことができる。次に、上述のように、希釈空気の利用可能な量の分量を決定することができ、当該分量が所定の閾値を下回ると判断された場合には、希釈空気流チューニング部８０を操作して、希釈空気の利用可能な量を増加及び／又は減少させることができる。
【００２５】
上記の本発明の態様の各々において、ケーシング４０上への希釈空気流チューニング部８０の取り付けは、当該領域に必ずしも限定されないが、キャップ組立体５０に近接し且つ希釈ブリーチの前方に希釈空気流チューニング部８０を設置する段階、燃焼器のスパークプラグを該スパークプラグと形状が同様の第１の希釈空気チューニング装置１００と置き換える段階、燃焼器のクロスファイア管を該クロスファイア管と形状が同様の第２の希釈空気チューニング装置１００と置き換える段階、ケーシング４０上に他の構成部品が未だ設置されていない位置で希釈空気流チューニング部８０をケーシング４０上に設置する段階、又は希釈空気流チューニング部８０を支持するために配置されたボスを用いて新しいケーシングを構築する段階のうちの少なくとも１つを含む。このように設置されると、希釈空気流チューニング部８０を操作して、これにより希釈空気の利用可能な量を増加及び／又は減少させるようにすることができる。
【００２６】
本発明を限定的な数の実施形態のみに関連して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点は容易に理解されるであろう。むしろ、本発明は、本明細書に記載されていない多数の変形、変更、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、これらは、本発明の技術思想及び範囲に属する。更に、本発明の様々な実施形態を説明したが、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は理解されたい。従って、本発明は上記の説明によって限定されると見なされるべきではなく、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】
【００２７】
１  ガスタービンエンジン
１０  燃焼器
２０  燃焼室
２１  環状燃焼ライナ
２２  ベンチュリスロートライナ
２３  排気ポート
２４  希釈ブリーチ
２５  移行ダクト
３０  流れスリーブ
３５  空気流
４０  ケーシング
４１  第１のフランジ
４２  ボルト
４３  外側ケーシング
４４  第２のフランジ
４５  ボルト受けスペース
５０  キャップ組立体
６０  第１の燃料ノズル
７０  第２の燃料ノズル
８０  希釈空気流チューニング部
８１  第１の軸方向位置
８２  第２の軸方向位置
１００  第１の希釈空気チューニング装置
１０１  軸線
１１０  第２の希釈空気チューニング装置
１２０  希釈空気流チューニング部品
１２１  内側部品
１２２  外側部品
１２５  第１の抽気孔
１２６  第２の抽気孔
２００  サーボ機構
２０５  信号
２１０  コントローラ
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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