(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの円筒状弧形スクロールであって、これらのスクロールの中心線が、互いにオフセットしており、これらのスクロールの重なり合う端部間にこれらの端部によって空気吸入スロットが形成される、２つの円筒状弧形スクロールと、
空気及び燃料排出用中心開口を有する燃焼器端部エンドプレートと、
遠隔端部エンドプレートと、
を備える、長手方向軸を有する接線空気吸入燃料ノズルであって、
前記各スクロールは、前記エンドプレート間に取り付けられており、
前記各スクロールは、固定ベーンと浮きベーンとを有し、該固定ベーンは、燃料供給導管を収容して前記エンドプレートに固定して取り付けられており、
前記各浮きベーンは、それぞれ対応する固定ベーンに取り付けられるとともに、少なくとも各浮きベーンの長さの大部分にわたり固定ベーンに対して長手方向に滑動可能であり、それによって、固定ベーンと浮きベーンとの間で、長手方向における膨張差に対する制限がなくなっていることを特徴とする接線空気吸入燃料ノズル。
【請求項２】
各浮きベーンは、前記固定ベーンへの各浮きベーンの接続部回りの各浮きベーンの回転運動に対する案内部を更に有することを特徴とする請求項１に記載の燃料ノズル。
【請求項３】
前記案内部は、前記エンドプレートの円弧状の案内スロットから成り、前記浮きベーンは、前記案内スロットにはめ込まれることを特徴とする請求項２に記載の燃料ノズル。
【請求項４】
各浮きベーンは、前記固定ベーンに取り付けられた支持部と、反対側の該浮きベーンの端部に先縁と、を有し、
前記案内スロットは、該案内スロットが前記浮きベーンの先縁と係合する箇所では前記浮きベーンよりもわずかに幅が広くなっているが、前記案内スロットの他の部分においては、その幅がより広くなっていることを特徴とする請求項３に記載の燃料ノズル。
【請求項５】
各浮きベーンは、対応する固定ベーンにシリンダソケット継手で取り付けられるようになしてあることを特徴とする請求項１に記載の燃料ノズル。
【請求項６】
各浮きベーンは、対応する固定ベーンに隙間のない舌片溝形継手で取り付けられており、
案内スロットの端部が、前記浮きベーンと接することで、この浮きベーンの周方向の移動が阻止されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料ノズル。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は低窒素酸化物（ＮＯx）予混合燃料ノズルに関し、特に空気吸入スクロールの構造に関する。
発明の背景
高温度での燃焼は、窒素と酸素の高温度での化合によりＮＯx、即ち、窒素酸化物の生成をもたらす。これは有名な汚染であり、ＮＯxの生成を低減させるため多くの試みが提示されている。
１つの解決法は燃料を過剰の空気量で予混合し、燃焼を全て局部的な高過剰空気量で行うことである。その結果、燃焼は比較的低い温度で生じＮＯxの生成を最小限にする。
この種のノズルは、燃料ノズルが円錐中心体を備えるスクロール空気旋回器から成る米国特許第５，３０７，６３４号に開示されている。スクロール旋回器は２つのエンドプレートに取付けた２つのオフセット円筒弧形スクロールから形成される。空気はスクロールオフセットで形成された２つの長方形スロットを介して旋回器に流入し、一方のエンドプレートを通りスクロールの内接円径と略等しい直径を有する円状孔から燃焼器へ排出される。燃料は内部後縁に対向する外スクロールに配設されたオリフィスのマニホールド給送線状アレイから各吸入口の空気流へと噴出される。
これは混合気が燃焼用の燃焼器へ排出される前に均一な燃料空気混合の確立を意図する。燃料吸入マニホールドを収容するスクロール部位は比較的質量があり燃料そのもので冷却される。スクロールの後縁部は薄く、空気の流れをスムースにし、そして燃焼器からの輻射熱にさらされている間に高温の空気のみによって冷却される。スクロールの大冷却部とスクロールの薄い高温部間において膨張差が生じるため、放出端部においての薄部の座屈が発生することが明らかにされている。これは流入する空気の気流領域の変動を生じ、従って局部領域での燃料／空気混合比の不分布をもたらす。これらの領域は一ノズル内の局部或いは平行な複数ノズルの１つの局部かもしれない。均一な燃料／空気混合気を得るべく歪みのない吸気形状を維持することが望ましい。
発明の概要
接線方向空気吸入燃料ノズルは長手軸と、相互にオフセットする中心線をそれぞれ有する２つの円筒弧状スクロールとを含む。これらスクロールの重なり合う端部がそれらの間に燃料ノズルに空気／燃料混合気を導入する空気吸入スロットを形成する。燃焼器端部エンドプレートは空気及び燃料排出用中心開口を有し、一方遠隔端部エンドプレートが存在して、他端でのノズル流域を塞ぐ。スクロールはこれらのエンドプレートの間に固定される。
各スクロールは固定ベーンと浮きベーンを有する。固定ベーンはエンドプレートに堅固に固定され、燃料供給導管を収容する。浮きベーンは少なくともその長さの大部分にわたり長手方向に滑動可能になるべく対応する固定ベーンに固定される。低温固定ベーンとより高温の浮きベーンとの間では、長手方向での膨張差が許容され、この膨張が制限されることはない。このため浮きベーンの座屈及び歪みが回避され、その結果、空気吸入流域が均一のままになる。
【図面の簡単な説明】
図１はノズルの縦断面図。
図２は図１中の２−２線に沿う燃焼器に向かって見た断面図。
図３は固定ベーンと浮きベーンを備えるスクロールの等角図。
図４は燃焼器から離れて見た交互スクロールの断面図。
図５は図４の実施例におけるベーン間に配置された継手の詳細図。
図６は図４の実施例におけるろう付け保持構造を示す図。
好適実施形態の詳細な説明
図１及び図２に関し、低ＮＯx予混合燃料ノズル１０は燃料が燃焼される燃焼器１２に排出されるように構成されている。ガス燃料導管１２は流入する空気流を予混合する複数のオリフィス１４を介して放出される気体燃料を供給する。
交互液体燃料供給ライン１６も液体燃料にガスを交互に又は反復的に供給できるように存在している。
室１８からの燃焼を支持する空気は吸気スロット２０を通過する。この空気吸入スロットはオフセット中心線２４を有する２つの円筒弧形のスクロール２２から形成される。スクロールの重なり合う端部が空気吸入スロット２０を形成する。
燃焼器端部エンドプレート２６は空気燃料混合気を排出する中心開口２８を有する。遠隔端部エンドプレート３０はスクロールの他端に配置され、渦流室３２の他端を塞ぐ。円錐中心体３４は室３２内に設けられ、接線方向吸気スロットの一端近傍に頂点を理論的に配置すべく軸に向かって次第に細くなっている。実用的には、短い、半径状の先端部が用いられる。
ガスタービンの最大比において、空気温度１８は９００°Ｆであり、一方、マニホールド１２における気体燃料温度は２００°Ｆである。液体燃料は導管１６からの供給時にはおよそ１５０°Ｆになる。スクロール２２の部位も同様に燃焼器１２からの輻射にさらされ、従って９００°Ｆ以上の高温レベルにも達する。スクロール２２は固定ベーン３６と浮きベーン３８に分割される。固定ベーン３６は比較的質量があり、またそこを通過する燃料で冷却される部位である。浮きベーン３８は高温空気のみによって冷却され、燃焼器からの輻射により広範にさらされる。
従って、浮きベーンは固定ベーンよりも膨張しやすい。さらに、材料には、固定ベーンに使用されるステンレススチールとは異なる膨張係数を有するHastalloy（商標）合金などが頻繁に使用されるため、事態はさらに悪化している。
ベーンの先端部４０はスロット２０で均一なフロー領域を得るために、正確に配置する必要がある。長手方向滑動可能継手４２が固定ベーンと滑動ベーンとの間に配置されて、ノズル軸４４に対する平行方向において、長手方向での膨張の差を許容するようになっている。図２に図示の継手はソケット４６にシリンダ４４がはめ込まれたシリンダソケット継手である。この継手はその全長にわたり自由(free)な状態とすることができる。この継手は、固定ベーンに対する浮きベーンの周方向移動を阻止する一方、長手方向の膨張を許容する。
図２及び図３に関し、浮きベーン３８は一端に突出部４６、他端に突出部４８を有する。燃焼器端部エンドプレートは浮きベーンの突出部４６を受容するスロット５０を有する。このスロットはスロットがベーンの先縁部４０に係合する箇所で浮きベーンの幅より若干大きめである。弧形スロットのバランス全体にわたってそれは幅が広い。これはその位置で隙間なくはめ込まれるスロット２０の開口サイズを堅固に調整する一方、弧の残部にわたり浮きベーンの湾曲や弧りの変動を許容する。
図４は他の実施例で、燃焼器から離れて見たノズルの断面図である。ガスマニホールド１２は、油マニホールド６２が全てこの領域に配設されるため、若干短い弧形である固定ベーンに配置されている。従って、浮きベーン６４は略１８０°の周方向においてかなり長くなっている。更に、図５に図示のごとく継手６６は固定ベーン６０の溝７０に浮きベーン６４の舌片６８がはめ込まれた隙間を堅固にする舌片溝形継手である。この継手は過剰な漏出を解消するために合理的に隙間なく固定される。この継手は固定ベーン６０に対する浮きベーン６４の周方向移動を防止すべく作動できない。これは、第１実施例に記載したごとくエンドプレートの溝により達成される。
固定ベーン６０内の浮きベーンのゆるみは長手方向の振動と付随する摩耗を生じるであろう。従って、図６に図示の他の実施例では、ろう付け継手６８が２つのベーンの中間点を中心に配置され、約１インチにわたり延在している。この１インチ部分内の差動膨張は構造の座屈なしで許容され、エンドプレートに対して充分な隙間で浮きベーンが配置されている限り、浮きベーンの端部が座屈しない構造が達成できる。
【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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