JP2000028141A - 予混合燃料インジェクタ―およびそのセンタボディ - Google Patents
予混合燃料インジェクタ―およびそのセンタボディInfo
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C7/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
- F23C7/002—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply the air being submitted to a rotary or spinning motion
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/02—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/20—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone
- F23D14/22—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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- F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
- F23C2900/07002—Premix burners with air inlet slots obtained between offset curved wall surfaces, e.g. double cone burners
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D2206/00—Burners for specific applications
- F23D2206/10—Turbines
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D2211/00—Thermal dilatation prevention or compensation
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 予混合燃料インジェクターにおいて、熱膨張
による異なる寸法の変化を許容する。 【解決手段】 インサート４０はセンタボディ３２のシ
ェル３８に堅固に固定されており、燃料供給チューブ４
２がシェル３８に堅固にろう接合されている。異なる寸
法の変化を許容するためにチューブ４２は、スパイラル
状に曲げられている。シェル３８とインサート４０間で
滑りがないことで、摩耗によるリークが起こらず、二次
空気が正確に供給される。チューブ４２に対してシェル
３８が膨張したときに、インサート４０がシェル３８内
部に後退することがないため、シェル３８内部への火炎
の流入が防げる。チューブ４２の湾曲は、その固有振動
数がエンジンの運転中に受ける振動数よりも著しく大き
くなるように設定されている。
による異なる寸法の変化を許容する。 【解決手段】 インサート４０はセンタボディ３２のシ
ェル３８に堅固に固定されており、燃料供給チューブ４
２がシェル３８に堅固にろう接合されている。異なる寸
法の変化を許容するためにチューブ４２は、スパイラル
状に曲げられている。シェル３８とインサート４０間で
滑りがないことで、摩耗によるリークが起こらず、二次
空気が正確に供給される。チューブ４２に対してシェル
３８が膨張したときに、インサート４０がシェル３８内
部に後退することがないため、シェル３８内部への火炎
の流入が防げる。チューブ４２の湾曲は、その固有振動
数がエンジンの運転中に受ける振動数よりも著しく大き
くなるように設定されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一次燃料−空気お
よび二次燃料−空気をガスタービンエンジンの燃焼室に
導入するための予混合燃料インジェクターに関し、特に
二次燃料と二次空気を輸送し導入するための改良された
構成を有する予混合燃料インジェクターに関する。
よび二次燃料−空気をガスタービンエンジンの燃焼室に
導入するための予混合燃料インジェクターに関し、特に
二次燃料と二次空気を輸送し導入するための改良された
構成を有する予混合燃料インジェクターに関する。
【０００２】本発明は、同時出願中である、１９９６年
１２月２０日出願の米国特許出願０８／７７１，４０８
号の名称“火炎噴射の２つの気流の接線流入型ノズ
ル”、１９９６年１２月２０日出願の米国特許出願０８
／７７１，４０９号の名称“２つの気流の接線流入型ノ
ズルによる火炎放射方法”、１９９７年１２月１５日出
願の米国特許出願０８／９９１，０３２号の名称“ブラ
ッフボディ予混合燃料インジェクターおよび燃料と空気
の予混合方法”、１９９８年３月２４日出願の米国特許
出願０９／０４６，９０３号の名称“耐久性が改善され
た火炎安定燃料インジェクター”、１９９８年５月１８
日出願の米国特許出願０９／０８０，４８５号の“予混
合燃料インジェクターと操作方法”の技術を含む。
１２月２０日出願の米国特許出願０８／７７１，４０８
号の名称“火炎噴射の２つの気流の接線流入型ノズ
ル”、１９９６年１２月２０日出願の米国特許出願０８
／７７１，４０９号の名称“２つの気流の接線流入型ノ
ズルによる火炎放射方法”、１９９７年１２月１５日出
願の米国特許出願０８／９９１，０３２号の名称“ブラ
ッフボディ予混合燃料インジェクターおよび燃料と空気
の予混合方法”、１９９８年３月２４日出願の米国特許
出願０９／０４６，９０３号の名称“耐久性が改善され
た火炎安定燃料インジェクター”、１９９８年５月１８
日出願の米国特許出願０９／０８０，４８５号の“予混
合燃料インジェクターと操作方法”の技術を含む。
【０００３】
【従来の技術】発電装置あるいは産業上の動力装置に利
用されるような産業用ガスタービンエンジンにおいて、
窒素酸化物（NOx）や他の望ましくない排出物の厳重な
規制が課題となっている。このような排出物を最小にす
るために、産業用ガスタービンは、接線流入型インジェ
クターとして知られるタイプの予混合燃料インジェクタ
ーを備えている。一般的な接線流入型インジェクター
は、軸方向に延びたセンタボディと、前部隔壁と後部隔
壁の間に軸方向に延びた一対の弓形スクロールを備えて
いる。スクロールはセンタボディを中心に半径方向に離
して配置されており、環状の混合室を画定している。ス
クロールはさらに半径方向に互いに離間されて一対の空
気取入れスロットを画定しており、各スロットによって
一次燃焼空気の流れが混合室内に接線方向に流入する。
それぞれのスクロールは、流入してくる空気の流れに一
次燃料を導入するために、軸方向に配列された燃料導入
通路の列を備えている。インジェクターの後部隔壁は、
一次燃料と一次空気をエンジンの燃焼室に流入させるた
めに噴射ポートを備えており、この噴射ポートの最後端
部は燃料インジェクター放出面を画定している。
用されるような産業用ガスタービンエンジンにおいて、
窒素酸化物（NOx）や他の望ましくない排出物の厳重な
規制が課題となっている。このような排出物を最小にす
るために、産業用ガスタービンは、接線流入型インジェ
クターとして知られるタイプの予混合燃料インジェクタ
ーを備えている。一般的な接線流入型インジェクター
は、軸方向に延びたセンタボディと、前部隔壁と後部隔
壁の間に軸方向に延びた一対の弓形スクロールを備えて
いる。スクロールはセンタボディを中心に半径方向に離
して配置されており、環状の混合室を画定している。ス
クロールはさらに半径方向に互いに離間されて一対の空
気取入れスロットを画定しており、各スロットによって
一次燃焼空気の流れが混合室内に接線方向に流入する。
それぞれのスクロールは、流入してくる空気の流れに一
次燃料を導入するために、軸方向に配列された燃料導入
通路の列を備えている。インジェクターの後部隔壁は、
一次燃料と一次空気をエンジンの燃焼室に流入させるた
めに噴射ポートを備えており、この噴射ポートの最後端
部は燃料インジェクター放出面を画定している。
【０００４】インジェクターのセンタボディは、前部隔
壁に取り付けられた基部、後部平面を有する噴射インサ
ート、ほぼ切頭円錐体である空洞のシェル、を備えてい
る。シェルは、基部から軸方向に延びており、混合室の
半径方向内側の境界と二次空気供給管路の半径方向外側
の境界を区画している。噴射インサートは、基部から軸
方向に離して配置されてシェルの後端部にちょうど(snu
gly）嵌まっており、軸方向に面する後部平面が、セン
タボディ後縁とインジェクター放出面との双方に対し軸
方向で同一位置に並んでいる。インサートとシェルの後
端部は相互に接するが、インサートは、基部から二次空
気供給管路内を直線状に延びている二次燃料供給チュー
ブにのみ固定されている。このように、インサートは、
シェルの後端部により半径方向に、二次燃料供給チュー
ブにより軸方向に支持されている。シェルとインサート
の間に堅固な接合がないことは、熱により発生する異な
る寸法の変化に応じて、シェルとインサートが軸方向に
相対的に摺動することを可能にし、インジェクターの損
傷を防止する。センタボディのシェルは９００°Ｆ（４
８２℃）程度の高温に達するが、燃料供給チューブは２
００°Ｆ（９３℃）以下の温度の燃料に接する。このこ
とから、センタボディのシェルは軸方向に大きく膨張す
るが、燃料供給チューブは軸方向に比較的小さく膨張
し、異なる寸法の変化が生じる。
壁に取り付けられた基部、後部平面を有する噴射インサ
ート、ほぼ切頭円錐体である空洞のシェル、を備えてい
る。シェルは、基部から軸方向に延びており、混合室の
半径方向内側の境界と二次空気供給管路の半径方向外側
の境界を区画している。噴射インサートは、基部から軸
方向に離して配置されてシェルの後端部にちょうど(snu
gly）嵌まっており、軸方向に面する後部平面が、セン
タボディ後縁とインジェクター放出面との双方に対し軸
方向で同一位置に並んでいる。インサートとシェルの後
端部は相互に接するが、インサートは、基部から二次空
気供給管路内を直線状に延びている二次燃料供給チュー
ブにのみ固定されている。このように、インサートは、
シェルの後端部により半径方向に、二次燃料供給チュー
ブにより軸方向に支持されている。シェルとインサート
の間に堅固な接合がないことは、熱により発生する異な
る寸法の変化に応じて、シェルとインサートが軸方向に
相対的に摺動することを可能にし、インジェクターの損
傷を防止する。センタボディのシェルは９００°Ｆ（４
８２℃）程度の高温に達するが、燃料供給チューブは２
００°Ｆ（９３℃）以下の温度の燃料に接する。このこ
とから、センタボディのシェルは軸方向に大きく膨張す
るが、燃料供給チューブは軸方向に比較的小さく膨張
し、異なる寸法の変化が生じる。
【０００５】エンジンの運転中、一次空気と一次燃料は
混合室に入り、センタボディの周囲で旋回し、完全に混
合する。この旋回状態の燃料−空気混合物は混合室を軸
方向に流れ、インジェクター放出面を通過し、エンジン
の燃焼室に入り、ここで点火され燃焼される。完全に混
合された燃料−空気混合物は燃焼室の火炎温度を均一に
低く保ち、NOxの抑制に不可欠な、無害な完全燃焼を促
進する。同時に、二次空気の流れは基部内の孔を通って
空気供給管路に入り、二次燃料の流れは燃料供給チュー
ブを通る。噴射インサートは、二次空気流および二次燃
料流を、複数の分散した空気噴流および燃料噴流に分
け、かつ、これらの噴流を燃焼室に導入する。二次燃料
と二次空気は、燃焼火炎が、インサートの露出した後端
部に固定されて空間的に安定することを助長する。この
結果、多大な損傷が生じる混合室内への火炎の吸い込み
が防止される。空間的に安定した火炎は、さらに、気体
−熱音響共鳴、火炎の空間的な不安定性に関する現象、
エンジンの構造上の多大な損傷を発生させる現象が生じ
る可能性を最小化する。そして、インサート後面はセン
タボディ後縁と軸方向で同一位置に並んでいるため、固
定された空間的に安定な燃焼火炎は、全体的にセンタボ
ディの外部で燃焼され、そのためにセンタボディ内部の
熱による損傷を防止できる。
混合室に入り、センタボディの周囲で旋回し、完全に混
合する。この旋回状態の燃料−空気混合物は混合室を軸
方向に流れ、インジェクター放出面を通過し、エンジン
の燃焼室に入り、ここで点火され燃焼される。完全に混
合された燃料−空気混合物は燃焼室の火炎温度を均一に
低く保ち、NOxの抑制に不可欠な、無害な完全燃焼を促
進する。同時に、二次空気の流れは基部内の孔を通って
空気供給管路に入り、二次燃料の流れは燃料供給チュー
ブを通る。噴射インサートは、二次空気流および二次燃
料流を、複数の分散した空気噴流および燃料噴流に分
け、かつ、これらの噴流を燃焼室に導入する。二次燃料
と二次空気は、燃焼火炎が、インサートの露出した後端
部に固定されて空間的に安定することを助長する。この
結果、多大な損傷が生じる混合室内への火炎の吸い込み
が防止される。空間的に安定した火炎は、さらに、気体
−熱音響共鳴、火炎の空間的な不安定性に関する現象、
エンジンの構造上の多大な損傷を発生させる現象が生じ
る可能性を最小化する。そして、インサート後面はセン
タボディ後縁と軸方向で同一位置に並んでいるため、固
定された空間的に安定な燃焼火炎は、全体的にセンタボ
ディの外部で燃焼され、そのためにセンタボディ内部の
熱による損傷を防止できる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、接線
流入型燃料インジェクターは多数の利点を有するが、潜
在的な欠点がないことはない。特に、インサートとシェ
ルの間に堅固な接合がないことは、熱による損傷を防止
するためには望ましいが、長期間、無故障とするには完
全ではない。インサートとシェルの並列した表面間の相
対的な滑りはこれらの表面を浸食し、インサートとシェ
ルとの適切な嵌合状態を損なう。この摩耗が進行する
と、インサートとシェルの間に狭い環状隙間が発生し、
その結果インサートは自由に振動できるようになる。イ
ンサートの振動は、燃料供給チューブとセンタボディ基
部の間の接合に過大な応力を与え、これを破壊し得る。
さらに、少量だが不規則な量の二次空気がこの環状隙間
を通過してリークし、排気排出物が増加し、あるいはイ
ンサートに固定された状態を維持しようとする火炎の能
力が損なわれる。加えて、燃料供給チューブに長さ方向
のどの部分で破断が起こっても、インサートは、インジ
ェクターから脱落してしまい、エンジンが異物による大
きな損傷を受ける可能性がある。最後に、燃料供給チュ
ーブに対するシェルの軸方向への異なる寸法の熱膨張
は、インサート後面をシェル内部へ軸方向に後退させる
可能性がある。インサート最後部の表面に固定されてい
る燃焼火炎は、シェル内部へ部分的に後退し、火炎の熱
による損傷が起こり得る。
流入型燃料インジェクターは多数の利点を有するが、潜
在的な欠点がないことはない。特に、インサートとシェ
ルの間に堅固な接合がないことは、熱による損傷を防止
するためには望ましいが、長期間、無故障とするには完
全ではない。インサートとシェルの並列した表面間の相
対的な滑りはこれらの表面を浸食し、インサートとシェ
ルとの適切な嵌合状態を損なう。この摩耗が進行する
と、インサートとシェルの間に狭い環状隙間が発生し、
その結果インサートは自由に振動できるようになる。イ
ンサートの振動は、燃料供給チューブとセンタボディ基
部の間の接合に過大な応力を与え、これを破壊し得る。
さらに、少量だが不規則な量の二次空気がこの環状隙間
を通過してリークし、排気排出物が増加し、あるいはイ
ンサートに固定された状態を維持しようとする火炎の能
力が損なわれる。加えて、燃料供給チューブに長さ方向
のどの部分で破断が起こっても、インサートは、インジ
ェクターから脱落してしまい、エンジンが異物による大
きな損傷を受ける可能性がある。最後に、燃料供給チュ
ーブに対するシェルの軸方向への異なる寸法の熱膨張
は、インサート後面をシェル内部へ軸方向に後退させる
可能性がある。インサート最後部の表面に固定されてい
る燃焼火炎は、シェル内部へ部分的に後退し、火炎の熱
による損傷が起こり得る。
【０００７】二次燃料供給チューブに対するセンタボデ
ィシェルの異なる寸法の変化を許容し、耐久性に優れ、
動作特性が低下せず、異物損傷を引き起こす部品脱落の
危険性がない予混合燃料インジェクターが必要である。
ィシェルの異なる寸法の変化を許容し、耐久性に優れ、
動作特性が低下せず、異物損傷を引き起こす部品脱落の
危険性がない予混合燃料インジェクターが必要である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明においては、予混
合燃料インジェクターはセンタボディのシェルに堅固に
固定された二次燃料−空気噴射インサートを備えてお
り、このインサートには、異なる寸法の変化を許容する
ために少なくとも二次元で曲げられた二次燃料供給チュ
ーブが接続されている。本発明の一つの特徴によると、
燃料供給チューブは、その固有振動数がエンジンの運転
中にチューブが励起される最大の振動数より高くなるよ
うに、曲げられている。本発明の一つの詳細な実施例で
は、チューブはほぼ３６０°の範囲に亘るスパイラル状
に巻かれている。本発明のインジェクターの主な利点
は、インジェクターの部品間での相対的な滑りによる摩
耗を生じることなく、異なる寸法の変化を許容する能力
を有することである。この結果、異物による損傷の危険
性が最小になり、排気排出物が少なく火炎が空間的に安
定するという望ましい動作特性の耐久性が長期間におい
て得られる、という利点を生じる。
合燃料インジェクターはセンタボディのシェルに堅固に
固定された二次燃料−空気噴射インサートを備えてお
り、このインサートには、異なる寸法の変化を許容する
ために少なくとも二次元で曲げられた二次燃料供給チュ
ーブが接続されている。本発明の一つの特徴によると、
燃料供給チューブは、その固有振動数がエンジンの運転
中にチューブが励起される最大の振動数より高くなるよ
うに、曲げられている。本発明の一つの詳細な実施例で
は、チューブはほぼ３６０°の範囲に亘るスパイラル状
に巻かれている。本発明のインジェクターの主な利点
は、インジェクターの部品間での相対的な滑りによる摩
耗を生じることなく、異なる寸法の変化を許容する能力
を有することである。この結果、異物による損傷の危険
性が最小になり、排気排出物が少なく火炎が空間的に安
定するという望ましい動作特性の耐久性が長期間におい
て得られる、という利点を生じる。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１〜３に示すように、接線流入
型予混合燃料インジェクター１０は、前部隔壁１２と、
燃料−空気噴射ポート１６が貫通した後部隔壁１４とを
備えている。このインジェクターは、さらに隔壁１２，
１４間に延びた一対のスクロール１８a，１８ｂからな
るスクロールアッセンブリ１８を備えている。それぞれ
のスクロール１８a，１８ｂは、スロット２４として示
す一対の一次空気取入れスロットを画定するために、燃
料インジェクター軸２２から半径方向に離れて位置して
いる。それぞれのスクロール１８a，１８ｂはさらに一
次燃料供給マニホールド２６と、通路２８として示すよ
うな軸方向に並んだ一次燃料導入通路の列と、を備えて
いる。
型予混合燃料インジェクター１０は、前部隔壁１２と、
燃料−空気噴射ポート１６が貫通した後部隔壁１４とを
備えている。このインジェクターは、さらに隔壁１２，
１４間に延びた一対のスクロール１８a，１８ｂからな
るスクロールアッセンブリ１８を備えている。それぞれ
のスクロール１８a，１８ｂは、スロット２４として示
す一対の一次空気取入れスロットを画定するために、燃
料インジェクター軸２２から半径方向に離れて位置して
いる。それぞれのスクロール１８a，１８ｂはさらに一
次燃料供給マニホールド２６と、通路２８として示すよ
うな軸方向に並んだ一次燃料導入通路の列と、を備えて
いる。
【００１０】このインジェクター１０は、さらにスクロ
ール１８a,１８ｂと協働して環状混合室３４を半径方向
で区画しているセンタボディ３２を備えている。このセ
ンタボディ３２は、基部３６と、空洞でかつ、ほぼ切頭
円錐形であるシェル３８と、二次燃料−空気噴射インサ
ート４０と、二次燃料供給チューブ４２と、を備えてい
る。基部３６は二次燃料流出口４４を有し、かつ前部隔
壁１２に取り付けられている。シェル３８は基部３６か
ら軸方向に延びており、混合室３４の半径方向内側の境
界と、二次空気供給管路４６の径方向外側の境界とを画
定している。図２において最も良く示されているよう
に、インサート４０は、衝撃板５４を一体に備えたハウ
ジング５２と、流体分配器５６と、二次燃料流入口６２
を有するプラグ５８と、先端キャップ６４と、を備えて
いる。流体分配器５６は円筒形中央開口部６６と円錐形
プレナム６８とを備えている。燃料分配室７２及び燃料
マニホールド７４が、前記のハウジング５２と分配器５
６とプラグ５８とによって画定されており、分配器５６
内に設けられた燃料分配通路７６の列によって相互に連
結されている。ハウジング５２内の二次燃料通路７８
は、燃料マニホールド７４をエンジンの燃焼室８２に接
続している。同様に、衝撃板５４、先端キャップ６４、
ハウジング５２内にそれぞれ設けられた二次空気経路８
４，８６，８８によって二次空気が燃焼室８２に導入さ
れる。インサート４０は、基部３６から軸方向に間隔を
空けて配置されており、先端キャップ６４の平らな火炎
安定面９２が、シェル３８の後縁つまりへり９４ならび
にインジェクター放出面９６と軸方向に同一位置に並ぶ
ように、シェル３８の後端部によって囲まれている。イ
ンサート４０は流体的に密な（fluid tight）ろう接合
９８によってシェル３８に堅固に固定されている。
ール１８a,１８ｂと協働して環状混合室３４を半径方向
で区画しているセンタボディ３２を備えている。このセ
ンタボディ３２は、基部３６と、空洞でかつ、ほぼ切頭
円錐形であるシェル３８と、二次燃料−空気噴射インサ
ート４０と、二次燃料供給チューブ４２と、を備えてい
る。基部３６は二次燃料流出口４４を有し、かつ前部隔
壁１２に取り付けられている。シェル３８は基部３６か
ら軸方向に延びており、混合室３４の半径方向内側の境
界と、二次空気供給管路４６の径方向外側の境界とを画
定している。図２において最も良く示されているよう
に、インサート４０は、衝撃板５４を一体に備えたハウ
ジング５２と、流体分配器５６と、二次燃料流入口６２
を有するプラグ５８と、先端キャップ６４と、を備えて
いる。流体分配器５６は円筒形中央開口部６６と円錐形
プレナム６８とを備えている。燃料分配室７２及び燃料
マニホールド７４が、前記のハウジング５２と分配器５
６とプラグ５８とによって画定されており、分配器５６
内に設けられた燃料分配通路７６の列によって相互に連
結されている。ハウジング５２内の二次燃料通路７８
は、燃料マニホールド７４をエンジンの燃焼室８２に接
続している。同様に、衝撃板５４、先端キャップ６４、
ハウジング５２内にそれぞれ設けられた二次空気経路８
４，８６，８８によって二次空気が燃焼室８２に導入さ
れる。インサート４０は、基部３６から軸方向に間隔を
空けて配置されており、先端キャップ６４の平らな火炎
安定面９２が、シェル３８の後縁つまりへり９４ならび
にインジェクター放出面９６と軸方向に同一位置に並ぶ
ように、シェル３８の後端部によって囲まれている。イ
ンサート４０は流体的に密な（fluid tight）ろう接合
９８によってシェル３８に堅固に固定されている。
【００１１】二次燃料供給チューブ４２は、二次燃料流
出口４４と供給チューブ４２との間で流体を連通させる
ために、第１のろう接合１０４によって基部３６に堅固
に固定された二次燃料取入れ口先端１０２を備えてい
る。供給チューブ４２は、さらに供給チューブ４２とプ
ラグ５８内の二次燃料流入口６２の間で流体を連通させ
るために、第２のろう接合１０８によってインサート４
０に堅固に固定された二次燃料排出口先端１０６を有し
ている。原則では、接合１０４，１０８の一方もしく双
方が、シェル３８と供給チューブ４２における異なる寸
法の変化を許容するために非堅固な接合、すなわちすべ
り面接合である。しかし実際には、堅固な接合のみが確
実に流体を密（fluid tight）にシールする。
出口４４と供給チューブ４２との間で流体を連通させる
ために、第１のろう接合１０４によって基部３６に堅固
に固定された二次燃料取入れ口先端１０２を備えてい
る。供給チューブ４２は、さらに供給チューブ４２とプ
ラグ５８内の二次燃料流入口６２の間で流体を連通させ
るために、第２のろう接合１０８によってインサート４
０に堅固に固定された二次燃料排出口先端１０６を有し
ている。原則では、接合１０４，１０８の一方もしく双
方が、シェル３８と供給チューブ４２における異なる寸
法の変化を許容するために非堅固な接合、すなわちすべ
り面接合である。しかし実際には、堅固な接合のみが確
実に流体を密（fluid tight）にシールする。
【００１２】燃料供給チューブ４２は、エンジンの振動
によって損傷しないようにするためだけでなく、シェル
３８と燃料供給チューブ４２の異なる熱膨張により最も
著しく発生する異なる寸法の変化に適応するために剛体
である。これらの基準は少なくとも２次元で曲げられた
チューブによって満たされる。そして、この湾曲の正確
な状態は、チューブがエンジン運転中に受けると思われ
る振動の周波数のスペクトルを一部考慮して定められて
いる。このチューブは、その固有振動数がストレートチ
ューブほど高くはないものの、エネルギー容量が問題と
なると判断されるいかなる振動モードよりも明らかに高
くなるように曲げられる。この湾曲は、さらに、異なる
寸法の変化に応じてわずかにチューブが弾性変形するこ
とを可能にしている。
によって損傷しないようにするためだけでなく、シェル
３８と燃料供給チューブ４２の異なる熱膨張により最も
著しく発生する異なる寸法の変化に適応するために剛体
である。これらの基準は少なくとも２次元で曲げられた
チューブによって満たされる。そして、この湾曲の正確
な状態は、チューブがエンジン運転中に受けると思われ
る振動の周波数のスペクトルを一部考慮して定められて
いる。このチューブは、その固有振動数がストレートチ
ューブほど高くはないものの、エネルギー容量が問題と
なると判断されるいかなる振動モードよりも明らかに高
くなるように曲げられる。この湾曲は、さらに、異なる
寸法の変化に応じてわずかにチューブが弾性変形するこ
とを可能にしている。
【００１３】図示した実施例のチューブ４２は、出願人
によって製造される産業用エンジンにおいて利用される
ものである。このチューブ４２は、インコネル６２５
（商標）から形成され、内径０.１８０インチ（４．５
７ｍｍ）、外径０.２５０インチ（６．３５ｍｍ）、二
次燃料流出口４４から二次燃料流入口６２までの直線距
離幅は約８.２インチ（２０８ｍｍ）である。このチュ
ーブ４２は、かなりのエネルギー容量を有する４５０H
ｚの一次振動モードとエネルギー容量が小さな高次（す
なわち高い周波数）の振動モードとによって励起される
と思われる。振動モードの相対的なエネルギー容量か
ら、４５０Hｚのモードのみが懸念される。多数の候補
形状について分析したところ、長さが約９.７インチ
（２４６ｍｍ）で、ほぼ３６０°の範囲に亘って三次元
的な渦巻線状に巻かれているものが好適であった。すな
わち、このチューブは、懸念される周波数より約２０％
高い約５４０Hｚの固有振動数を有し、かつ燃料供給チ
ューブ４２とセンタボディ３２のシェル３８との異なる
寸法の変化を吸収するように十分に柔軟である。
によって製造される産業用エンジンにおいて利用される
ものである。このチューブ４２は、インコネル６２５
（商標）から形成され、内径０.１８０インチ（４．５
７ｍｍ）、外径０.２５０インチ（６．３５ｍｍ）、二
次燃料流出口４４から二次燃料流入口６２までの直線距
離幅は約８.２インチ（２０８ｍｍ）である。このチュ
ーブ４２は、かなりのエネルギー容量を有する４５０H
ｚの一次振動モードとエネルギー容量が小さな高次（す
なわち高い周波数）の振動モードとによって励起される
と思われる。振動モードの相対的なエネルギー容量か
ら、４５０Hｚのモードのみが懸念される。多数の候補
形状について分析したところ、長さが約９.７インチ
（２４６ｍｍ）で、ほぼ３６０°の範囲に亘って三次元
的な渦巻線状に巻かれているものが好適であった。すな
わち、このチューブは、懸念される周波数より約２０％
高い約５４０Hｚの固有振動数を有し、かつ燃料供給チ
ューブ４２とセンタボディ３２のシェル３８との異なる
寸法の変化を吸収するように十分に柔軟である。
【００１４】エンジンの運転中、一次燃焼空気の流れは
一次空気取入れスロット２４から混合室３４に入る。気
体状の一次燃料が一次燃料導入通路２８から発生し、流
れてくる気流に入る。一次燃料と一次空気は混合室３４
に入り、センタボディ３２の周りで旋回し、完全に混合
する。その旋回状態の燃料−空気混合物は、混合室３４
および燃料−空気噴射ポート１６を軸方向に流れ、燃焼
室８２に入り、ここで点火されて燃焼される。同時に、
二次空気は、センタボディ３２の基部３６内の孔（図示
せず）を通って二次空気供給管路４６に入り、二次空気
通路８４，８６、８８を通って燃焼室８２に流れる。一
方、燃料供給チューブ４２からの二次気体燃料は、燃料
分配室７２、燃料分配通路７６、燃料マニホールド７
４、二次燃料通路７８を通過する。エンジンの運転中、
一次空気と二次空気は、センタボディ３２のシェル３８
の温度を９００°Ｆ（４８２℃）まで上昇させるのに十
分なほど熱い。しかし、燃料供給チューブ４２は、２０
０°Ｆ（９３℃）以下の温度の燃料が流れるので、比較
的低温状態に維持される。従って、センタボディ３２
は、シェル３８に流入した熱エネルギあるいはシェル３
８から持ち出された熱エネルギーに応じて軸方向に膨張
しもしくは収縮する。インサート４０とシェル３８の間
の堅固な接合９８によって、インサート４０は基部３６
に対して相対的に変位する。燃料チューブ４２は、この
相対変位に適応するためにわずかに曲がる。
一次空気取入れスロット２４から混合室３４に入る。気
体状の一次燃料が一次燃料導入通路２８から発生し、流
れてくる気流に入る。一次燃料と一次空気は混合室３４
に入り、センタボディ３２の周りで旋回し、完全に混合
する。その旋回状態の燃料−空気混合物は、混合室３４
および燃料−空気噴射ポート１６を軸方向に流れ、燃焼
室８２に入り、ここで点火されて燃焼される。同時に、
二次空気は、センタボディ３２の基部３６内の孔（図示
せず）を通って二次空気供給管路４６に入り、二次空気
通路８４，８６、８８を通って燃焼室８２に流れる。一
方、燃料供給チューブ４２からの二次気体燃料は、燃料
分配室７２、燃料分配通路７６、燃料マニホールド７
４、二次燃料通路７８を通過する。エンジンの運転中、
一次空気と二次空気は、センタボディ３２のシェル３８
の温度を９００°Ｆ（４８２℃）まで上昇させるのに十
分なほど熱い。しかし、燃料供給チューブ４２は、２０
０°Ｆ（９３℃）以下の温度の燃料が流れるので、比較
的低温状態に維持される。従って、センタボディ３２
は、シェル３８に流入した熱エネルギあるいはシェル３
８から持ち出された熱エネルギーに応じて軸方向に膨張
しもしくは収縮する。インサート４０とシェル３８の間
の堅固な接合９８によって、インサート４０は基部３６
に対して相対的に変位する。燃料チューブ４２は、この
相対変位に適応するためにわずかに曲がる。
【００１５】上述したインジェクターは、ストレート形
の燃料供給チューブと、燃料供給チューブによって軸方
向に支持され、堅固に固定されない状態で、シェルによ
って半径方向に支持されるインサートと、を備えた従来
技術におけるインジェクターよりも多数の利点を有す
る。相対的なすべりがシェル３８とインサート４０の間
に存在しないので摩耗の可能性がなく、従ってインサー
ト４０の半径方向外側の表面とシェル３８の半径方向内
側の表面との間で狭い環状隙間の進行が防止される。結
果として、インサート４０はシェル３８に対し移動する
ことがなく、かつ接合１０４に対して過大な応力を加え
ることがない。また摩耗の環状隙間が存在しないことに
より、二次空気の全てがインサート４０の適切な経路を
通して意図したように確実に計量され、その結果、排気
組成物や火炎安定性が悪影響を受けることがない。さら
に、インサート４０の位置がシェル３８に対して不変で
あるので、シェル３８がチューブ４２に対して膨張する
ときに、インサート４０の火炎安定面９２は、シェル内
部へ後退せずに、シェル３８のへり９４と軸方向に整列
した状態を維持する。この結果、燃焼室８２の火炎は、
熱による激しい損傷が起こりうるシェル３８内部へ部分
的に後退することがなく、全体的にシェル３８の外側に
保持される。最後に、開示された構成では燃料供給チュ
ーブ４２が破損してもインサート４０を解放しないの
で、エンジンの異物による損傷の可能性を最小化する。
但し、ほとんど起こり得ない燃料供給チューブ４２とろ
う接合９８とにおける二重の破損が生じた場合には、イ
ンサート４０が解放される。
の燃料供給チューブと、燃料供給チューブによって軸方
向に支持され、堅固に固定されない状態で、シェルによ
って半径方向に支持されるインサートと、を備えた従来
技術におけるインジェクターよりも多数の利点を有す
る。相対的なすべりがシェル３８とインサート４０の間
に存在しないので摩耗の可能性がなく、従ってインサー
ト４０の半径方向外側の表面とシェル３８の半径方向内
側の表面との間で狭い環状隙間の進行が防止される。結
果として、インサート４０はシェル３８に対し移動する
ことがなく、かつ接合１０４に対して過大な応力を加え
ることがない。また摩耗の環状隙間が存在しないことに
より、二次空気の全てがインサート４０の適切な経路を
通して意図したように確実に計量され、その結果、排気
組成物や火炎安定性が悪影響を受けることがない。さら
に、インサート４０の位置がシェル３８に対して不変で
あるので、シェル３８がチューブ４２に対して膨張する
ときに、インサート４０の火炎安定面９２は、シェル内
部へ後退せずに、シェル３８のへり９４と軸方向に整列
した状態を維持する。この結果、燃焼室８２の火炎は、
熱による激しい損傷が起こりうるシェル３８内部へ部分
的に後退することがなく、全体的にシェル３８の外側に
保持される。最後に、開示された構成では燃料供給チュ
ーブ４２が破損してもインサート４０を解放しないの
で、エンジンの異物による損傷の可能性を最小化する。
但し、ほとんど起こり得ない燃料供給チューブ４２とろ
う接合９８とにおける二重の破損が生じた場合には、イ
ンサート４０が解放される。
【００１６】本発明は、詳細な実施例により開示され説
明されたが、請求項の内容から逸脱することなく、形態
や詳細において様々な変更が可能であることは当業者に
とって明らかだろう。
明されたが、請求項の内容から逸脱することなく、形態
や詳細において様々な変更が可能であることは当業者に
とって明らかだろう。
【図１】本発明に係るガスタービンエンジン用の予混合
燃料インジェクターの切欠斜視図。
燃料インジェクターの切欠斜視図。
【図２】インジェクターのシェルと燃料−空気噴射イン
サートとの関係を示すセンタボディの後部先端の拡大断
面図。
サートとの関係を示すセンタボディの後部先端の拡大断
面図。
【図３】燃料供給チューブのスパイラル形状を示す図１
の３−３線に沿った断面図。
の３−３線に沿った断面図。
１０…接線流入型予混合インジェクター １８a，１８ｂ…スクロール ３２…センタボディ ３６…センタボディ基部 ３８…シェル ４０…二次燃料−空気供給噴射インサート ４２…二次燃料供給チューブ ４４…二次燃料流出口 ６２…二次燃料流入口 １０４…第１のろう接合 １０２…二次燃料取入れ口先端 １０８…第２のろう接合 １０６…二次燃料排出口先端
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェフリー ディー．メルマン アメリカ合衆国，コネチカット，シムズベ リー，バークシール ウェイ 31 (72)発明者 アラン ジェイ．ゴーツシュウス アメリカ合衆国，コネチカット，マールボ ロー，ジョーンズ ホロウ ロード 93
Claims (14)
- 【請求項１】 タービンエンジン用の予混合燃料インジ
ェクターであって、前記予混合燃料インジェクターは、 スクロールアッセンブリと、 前記スクロールアッセンブリから半径方向に離して配置
され、かつ前記スクロールアッセンブリと協働して一次
燃料を一次空気流と混合させる混合室を画定するセンタ
ボディと、を備えており、前記センタボディは、 燃料流出口を有する基部と、 前記基部から軸方向に延び、かつ前記混合室の半径方向
内側の境界と二次燃料供給管路の半径方向外側の境界を
画定するシェルと、 燃料流入口を有し、前記基部から軸方向に離れて配置さ
れるとともに前記シェルにより囲まれ、かつ該シェルに
堅固に固定されたインサートと、 前記二次燃料供給管路内に延び、かつ取入れ口先端と排
出口先端とを有する燃料供給チューブと、を備え、 前記取入れ口先端は、前記燃料流出口と前記燃料供給チ
ューブとの間で流体を連通させるために第１の接合によ
り前記基部に堅固に固定されており、前記排出口先端
は、前記燃料供給チューブと前記燃料流入口との間で流
体を連通させるために第２の接合によりインサートに堅
固に固定されており、前記燃料供給チューブは、シェル
と該燃料供給チューブとの異なる寸法の変化を許容する
ために少なくとも２次元で曲げられていることを特徴と
する予混合燃料インジェクター。 - 【請求項２】前記第１の接合と前記第２の接合は流体的
に密であることを特徴とする請求項１記載の燃料インジ
ェクター。 - 【請求項３】 前記燃料供給チューブは、懸念される最
大の振動数を含む運転中の振動を受けるものであって、
前記チューブはその固有振動数が前記最大振動数より高
くなるように曲げられていることを特徴とする請求項１
記載の燃料インジェクター。 - 【請求項４】 前記寸法の変化は熱により起こることを
特徴とする請求項１記載の燃料インジェクター。 - 【請求項５】 前記燃料供給チューブは３次元で曲げら
れていることを特徴とする請求項１記載の燃料インジェ
クター。 - 【請求項６】 前記燃料供給チューブは実質的に渦巻線
形状に曲げられていることを特徴とする請求項５記載の
燃料インジェクター。 - 【請求項７】 前記渦巻線形状は約３６０°の範囲に亘
ることを特徴とする請求項６記載の燃料インジェクタ
ー。 - 【請求項８】 予混合燃料インジェクターのセンタボデ
ィであって、前記センタボディは、 燃料流出口を有するセンタボディ基部と、 前記基部から軸方向に延び、かつ空気供給管路の半径方
向外側の境界を画定するシェルと、 燃料流入口を有し、かつ前記基部から軸方向に離れて配
置されるとともに前記シェルにより囲まれ、かつ該シェ
ルに堅固に固定されているインサートと、 前記二次燃料供給管路内に延び、かつ取入れ口先端と排
出口先端とを有する燃料供給チューブと、を備え、 前記取入れ口先端は、前記燃料流出口と前記燃料供給チ
ューブとの間で流体を連通させるために第１の接合によ
り前記基部に堅固に固定されており、前記排出口先端
は、前記燃料供給チューブと前記燃料流入口との間で流
体を連通させるために、第２の接合によりインサートに
堅固に固定されており、前記燃料供給チューブは、シェ
ルと該燃料供給チューブとの異なる寸法の変化を許容す
るために少なくとも２次元で曲げられていることを特徴
とするセンタボディ。 - 【請求項９】 前記第１の接合と前記第２の接合は流体
的に密であることを特徴とする請求項８記載のセンタボ
ディ。 - 【請求項１０】 前記燃料供給チューブは、懸念される
最大の振動数を含む運転中の振動を受けるものであっ
て、前記チューブはその固有振動数が前記最大振動数よ
り高くなるように曲げられていることを特徴とする請求
項８記載のセンタボディ。 - 【請求項１１】 前記寸法の変化は熱により起こること
を特徴とする請求項８記載のセンタボディ。 - 【請求項１２】 前記燃料供給チューブは３次元で曲げ
られていることを特徴とする請求項８記載のセンタボデ
ィ。 - 【請求項１３】 前記燃料供給チューブは実質的に渦巻
線形状に曲げられていることを特徴とする請求項１２記
載のセンタボディ。 - 【請求項１４】 前記渦巻線形状はほぼ３６０°の範囲
に亘ることを特徴とする請求項１３記載のセンタボデ
ィ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/093,371 US6098407A (en) | 1998-06-08 | 1998-06-08 | Premixing fuel injector with improved secondary fuel-air injection |
| US09/093371 | 1998-06-08 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000028141A true JP2000028141A (ja) | 2000-01-25 |
| JP4164195B2 JP4164195B2 (ja) | 2008-10-08 |
Family
ID=22238556
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16034799A Expired - Fee Related JP4164195B2 (ja) | 1998-06-08 | 1999-06-08 | 予混合燃料インジェクターおよびそのセンタボディ |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6098407A (ja) |
| EP (1) | EP0964204A3 (ja) |
| JP (1) | JP4164195B2 (ja) |
| CN (1) | CN1239766A (ja) |
| CA (1) | CA2274563A1 (ja) |
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| JP2012117808A (ja) * | 2010-12-01 | 2012-06-21 | General Electric Co <Ge> | ガス専用インサートを備えた燃料ノズル |
| JP2019049253A (ja) * | 2017-06-19 | 2019-03-28 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | デュアルフュエル燃料ノズル用のノズルアセンブリ |
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