JP2014181901A - マルチチューブ燃料ノズルを有するシステム - Google Patents

マルチチューブ燃料ノズルを有するシステム Download PDF

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Chistopher Paul Keener
クリストファー・ポール・キーナー
Jason Thurman Steward
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Abstract

【課題】マルチチューブ燃料ノズルを有するシステムを提供する。
【解決手段】マルチチューブ燃料ノズルのそれぞれが、軸線方向に延在する複数のチューブを有しており、複数のチューブのそれぞれのチューブが、空気入口部と、燃料入口部と、燃料−空気混合物出口部とを含む。燃料ノズルハウジングが中央軸線の周りに円周方向に延在している第1の外側壁部を含み、複数のマルチチューブ燃料ノズルが、燃料ノズルハウジングの中に配設されている、燃料ノズルハウジングと、第1の外側壁部の第1の端部部分に除去可能に連結され、複数の空気開口を含む、入口部フローコンディショナーと、第1の外側壁部の第2の端部部分に除去可能に連結され、複数のチューブ開口部を有する後部プレート、および、複数のチューブ開口部へ延在する複数のチューブを含む、後部プレートアッセンブリとを含む。
【選択図】図1

Description

本明細書で開示されている主題は、ガスタービンエンジンに関し、より具体的には、ガスタービンエンジンの燃焼器のための燃料ノズルに関する。
ガスタービンエンジンは、一般的に、タービンと、燃料ノズルを備える燃焼器とを含む。燃料および空気の混合物が、燃焼器の中で燃焼し、高温燃焼ガスを発生させ、高温燃焼ガスが、タービンの中のタービンブレードの回転を駆動し、順に、例えば発電機などの負荷に連結されたシャフトの回転を駆動する。燃料−空気混合物(例えば、燃焼器の中で混合される燃料−空気の均一性)は、ガスタービンエンジンの出力、効率、および排出ガスにかなりの影響を与える可能性がある。加えて、燃焼器カンの中の燃料−空気混合物の燃焼は、燃焼ダイナミックス、振動、および温度勾配を引き起こし、それは、燃料ノズルなどのような様々な燃焼器コンポーネントの性能および寿命に影響を与える可能性がある。例えば、燃料ノズルは、それが燃焼の高温生成物に極めて接近していることに起因して、熱膨張にさらされる可能性がある。これらの燃焼に関連する影響は、ガスタービンエンジン、とりわけ、燃焼器および燃料ノズルの設計を複雑にする可能性がある。
米国特許出願公開第2013/0061594号公報
最初に特許請求された発明の範囲に相応する特定の実施形態が、以下に要約されている。これらの実施形態は、特許請求された本発明の範囲を限定することを意図しておらず、むしろ、これらの実施形態は、単に、本発明の可能な形態の簡単な概要を提供することだけを意図している。実際に、本発明は、以下に記述される実施形態と同様であるか、または、それとは異なることが可能である様々な形態を包含することが可能である。
一実施形態では、複数のマルチチューブ燃料ノズルであって、マルチチューブ燃料ノズルのそれぞれが、軸線方向に延在する複数のチューブを有しており、複数のチューブのそれぞれのチューブが、空気入口部と、燃料入口部と、燃料−空気混合物出口部とを含む、複数のマルチチューブ燃料ノズルと、中央軸線の周りに円周方向に延在している第1の外側壁部を含む燃料ノズルハウジングであって、複数のマルチチューブ燃料ノズルが、燃料ノズルハウジングの中に配設されている、燃料ノズルハウジングと、第1の外側壁部の第1の端部部分に除去可能に連結されている入口部フローコンディショナーであって、入口部フローコンディショナーが、複数の空気開口を含む、入口部フローコンディショナーと、第1の外側壁部の第2の端部部分に除去可能に連結されている後部プレートアッセンブリであって、後部プレートアッセンブリが、複数のチューブ開口部を有する後部プレート、および、複数のチューブ開口部へ延在する複数のチューブを含む、後部プレートアッセンブリとを含む、システムである。
別の実施形態では、中央軸線の周りに円周方向に延在している第1の外側壁部を含む燃料ノズルハウジングであって、第1の外側壁部は、第2の端部部分から反対側にある第1の端部部分を有しており、燃料ノズルハウジングは、複数のマルチチューブ燃料ノズルを除去可能に支持するように構成されている、燃料ノズルハウジングと、第1の外側壁部の第1の端部部分に除去可能に連結されている入口部フローコンディショナーであって、入口部フローコンディショナーが、複数の空気開口を含む、入口部フローコンディショナーとを含む、システムである。
別の実施形態では、中央軸線の周りに円周方向に延在している第1の外側壁部を含む燃料ノズルハウジングであって、第1の外側壁部は、第2の端部部分から反対側にある第1の端部部分を有しており、燃料ノズルハウジングは、複数のマルチチューブ燃料ノズルを除去可能に支持するように構成されている、燃料ノズルハウジングと、第1の外側壁部の第2の端部部分に除去可能に連結されている後部プレートアッセンブリであって、後部プレートアッセンブリが、後部プレートを含み、後部プレートが、複数のマルチチューブ燃料ノズルからのチューブを受け入れるように構成されている複数のチューブ開口部を有する、後部プレートアッセンブリとを含む、システムである。
本発明のこれらの特徴、観点、および利点、ならびに、他の特徴、観点、および利点は、添付の図面を参照して、以下の詳細な説明を読めば、より良く理解されるであろう。図面では、同様の文字は、図面を通して、同様の部分を表している。
一実施形態によるマイクロミキサーシステムを有するタービンシステムのブロック図である。 一実施形態による図1のマイクロミキサーシステムを備える燃焼器の断面斜視側面図である。 一実施形態によるマイクロミキサーシステムの側面図である。 一実施形態によるマイクロミキサーシステムの分解断面斜視図である。 一実施形態による燃料ノズルハウジングおよびマルチチューブ燃料ノズルの分解斜視図である。 一実施形態による燃料ノズルハウジングの正面図である。 一実施形態による燃料ノズルハウジングの正面図である。 一実施形態による燃料ノズルハウジングの正面図である。 一実施形態によるマイクロミキサーシステムの部分的な断面図である。 線10−10に沿う図9のマイクロミキサーシステムの断面図であり、弾性金属製シールの実施形態を示す図である。 図4および図5の扇形燃料ノズルに適切な扇形の形状をした構成を有する弾性金属製シールの実施形態の正面端面図である。 線10−10に沿う図9の燃料ノズルの断面図であり、単一のターン部またはベンド部を有する弾性金属製シールの実施形態を示す図である。 線10−10に沿う図9の燃料ノズルの断面図であり、複数のターン部またはベンド部を有する弾性金属製シールの実施形態を示す図である。 線10−10に沿う図9の燃料ノズルの断面図であり、ベローズを画定する複数のターン部またはベンド部を有する弾性金属製シールの実施形態を示す図である。 一実施形態による後部プレートアッセンブリの分解斜視図である。 一実施形態による線16−16に沿う図9のマイクロミキサーシステムの断面図である。 一実施形態による後部プレートの断面図である。 一実施形態による燃料ノズルの入口部フローコンディショナーの背面斜視図である。 一実施形態による入口部フローコンディショナーの正面斜視図である。 一実施形態による入口部フローコンディショナーの部分的な断面図である。 一実施形態による入口部フローコンディショナーの部分的な断面図である。 一実施形態による入口部フローコンディショナーの部分的な断面図である。
本発明の1つまたは複数の具体的な実施形態が、以下に説明されることとなる。これらの実施形態の簡潔な説明を提供する目的で、実際の実施のすべての特徴が、明細書の中に説明されてはいない可能性がある。任意のエンジニアリングまたは設計プロジェクトなどのような任意の実際の実施の開発において、システム関連の制約およびビジネス関連の制約(それは、実施ごとに変化する可能性がある)を順守するなどのような、開発者の特定の目標を実現するために、複数の実施時固有の決断がなされなければならないということが認識されるべきである。そのうえ、そのような開発努力は、複雑であり、時間がかかるが、それにもかかわらず、この開示の利益を有する当業者にとって、設計、組み立て、製造の日常的業務であるいうことが認識されるべきである。
本発明の様々な実施形態の要素を導入するとき、冠詞の「1つの(a)」、「1つの(an)」、「前記(the)」、および「前記(said)」は、要素のうちの1つまたは複数が存在するということを意味するように意図されている。用語の「含む(comprising)」、「含む(including)」、および「有する(having)」は、包含的であることが意図されており、リストアップされている要素以外の追加的な要素が存在することが可能であるということを意味することが意図されている。
本開示の実施形態は、入口部フローコンディショナーと、後部プレートアッセンブリと、マルチチューブ燃料ノズル(例えば、円筒形または扇形の形状をした燃料ノズル)と、弾性金属製シール(例えば、金属製ベローズ)と、燃料ノズルハウジングとを含むマイクロミキサーシステムを提供している。特定の実施形態では、マルチチューブ燃料ノズルは、5個から1000個、10個から500個、20個から250個、または、30個から100個の混合チューブを含むことが可能であり、それらは、1つまたは複数のグループ(例えば、1個、2個、3個、4個、5個、6個、または、それ以上のグループ)の中で互いに対して概して平行である。それぞれの混合チューブは、直径が、おおよそ0.25センチメートルから5センチメートル、0.5センチメートルから3センチメートル、または、1センチメートルから2センチメートルであることが可能である。マルチチューブ燃料ノズルの複数の混合チューブは、燃料および空気の小規模の混合(例えば、マイクロ混合)を可能にし、それによって、燃焼器の中の燃料−空気混合の均一性を改善するのを助ける。
燃料ノズルハウジングは、入口部フローコンディショナーおよび後部プレートアッセンブリに連結されることによって、および、マルチチューブ燃料ノズルを受け入れることによって、マイクロミキサーシステムを支持する。組み立てられると、入口部フローコンディショナーおよび後部プレートアッセンブリは、燃料ノズルハウジングの反対側端部に連結されることによって、マルチチューブ燃料ノズルをカバーする。特定の実施形態では、燃料ノズルハウジングは、支柱によって一緒に連結された第1のリング構造体(すなわち、内側リング構造体)と第2のリング構造体(すなわち、外側リング構造体)とを含むことが可能である。燃料ノズルハウジングは、内側リング構造体の中にマルチチューブ燃料ノズルを受け入れることが可能であり、かつ、マルチチューブ燃料ノズルへ半径方向に燃料を送達することが可能である。具体的には、燃料ノズルハウジングは、外側リング構造体および内側リング構造体を通して、ならびに、内側リング構造体を外側リング構造体に連結する支柱を通して、概して半径方向に燃料を送達するように構成されることが可能である。半径方向の燃料送達は、ガスタービンシステムが、燃焼器の端部において、簡単なエンドプレート(例えば、最小限の燃料送達開口部を有する、または、燃料送達開口部を有さないエンドプレート)を含むことを可能にする。また、半径方向の燃料送達は、燃焼器の中での燃料ノズルによるスペース使用も増大させることが可能である(すなわち、マルチチューブ燃料ノズルのチューブは、以前にエンドプレートを通る燃料送達のために使用されていたスペースを占めることが可能である)。
燃料ノズルハウジングの中の支柱は、燃料を運搬する支柱、および/または、燃料を運搬しない支柱を含むことが可能である。燃料ノズルハウジングの支柱は、半径方向の燃料送達を可能にし、かつ、振動(例えば、マイクロミキサーシステムの共振振動)に対する抵抗を増加させることが可能である。例えば、支柱は、燃料ノズルハウジングの剛性を増加させること、および/または、マイクロミキサーシステムの共振周波数を変化させることが可能である。加えて、支柱は、空気力学的に形状付けされ(例えば、エーロフォイル形状)、外側リング構造体と内側リング構造体との間を通る圧縮空気のウェイクを低減させることが可能である。また、ウェイクの低減は、燃焼器を通る圧縮空気フローによって引き起こされるマイクロミキサーシステムの振動も低減させることが可能である。
最後に、燃料ノズルハウジングは、モジュール式マイクロミキサーシステムを可能にする。例えば、燃料ノズルハウジングは、複数の半径方向開口部を含むことが可能であり、複数の半径方向開口部は、マイクロミキサーシステムのコンポーネントを容易に取り付けること、および取り外すことを可能にする。具体的には、開口部は、ピンまたは他の留め具を受け入れることが可能であり、ピンまたは他の留め具は、入口部フローコンディショナーおよび後部プレートアッセンブリを燃料ノズルハウジングに連結する。入口部フローコンディショナーおよび後部プレートアッセンブリの簡単な取り付けおよび取り外しは、マルチチューブ燃料ノズル、入口部フローコンディショナー、後部プレートアッセンブリ、および弾性金属製シールへの容易なアクセス、それらのメンテナンス、または、それらの交換を可能にする。
運転時に、マイクロミキサーシステムは、マルチチューブ燃料ノズルの中で空気および燃料を混合し、燃料−空気混合物を作り出す。燃料空気混合物は、燃焼器の中で燃焼し、タービンを駆動する燃焼ガスを作り出す。マルチチューブ燃料ノズルは、第1のグループの開口を有する第1のプレートと、第2のグループの開口を有する第2のプレートと、第1および第2のプレートの中の開口のグループを通って延在している複数のチューブとを含むことが可能である。チューブのそれぞれのチューブは、第1の軸線方向の端部において空気入口部を有し、第1および第2の軸線方向の端部の間に燃料入口部を有し、第2の軸線方向の端部において燃料−空気混合物出口部を有することが可能である。とりわけ、以下に述べるように、それぞれのチューブは、それぞれのチューブの中で燃料および空気を予混合し(例えば、小規模の混合、またはマイクロ混合)、次いで、燃焼器(例えば、ガスタービンエンジンのタービン燃焼器)の中での燃焼のための燃料−空気混合物を出力するように構成されている。マルチチューブ燃料ノズルに進入する空気の温度は、圧縮を通して空気に働く仕事に起因して、いくらか上昇し、例えば、おおよそ摂氏200度から500度にされることが可能であり、一方、チューブに進入する燃料は、かなり低温であり、例えば、おおよそ摂氏20度から250度であることが可能である。加えて、チューブは、それらが燃焼反応に近接していることに起因して、高温の燃焼生成物による加熱を受けやすい可能性がある。したがって、(例えば、燃焼室の中の燃焼などの)運転中に、マルチチューブ燃料ノズル、ハウジング構造体、燃焼器、燃料供給導管、装着体などの様々なコンポーネントは、異なる速度の熱膨張を受ける可能性があり、それによって、より急速に膨張するコンポーネントが、よりゆっくりと膨張するコンポーネントに対して力を加えることを引き起こす。例えば、マルチチューブ燃料ノズルの複数のチューブは、周囲の燃料ハウジング構造体、装着体、燃焼器、および/または、他の構造体よりも、大きい速度の熱膨張を受ける可能性がある。
コンポーネント材料の熱膨張および/または熱収縮によって引き起こされる誘発応力を緩和させるために、マイクロミキサーシステムは、弾性金属製シール(例えば、金属製ベローズ)を含むことが可能である。例えば、金属製ベローズは、プレートおよびチューブアッセンブリを含有するスペースの周りに配設されている壁部(例えば、環状のまたは非環状の壁部)を有することが可能であり、壁部は、1つまたは複数のターン部またはベンド部(例えば、波形の、揺動形の、またはジグザグ形のパターン)を有し、1つまたは複数のターン部またはベンド部は、弾性的に折り畳まれ、および、展開されることが可能であり、金属製ベローズの壁部の膨張および収縮を可能にする。したがって、弾性的な調節性(例えば、壁部の折り畳みおよび展開)は、金属製ベローズが、プレート、チューブアッセンブリ、および、周囲のコンポーネントの間の熱膨張および熱収縮を収容することを可能にする。弾性金属製シール(例えば、金属製ベローズ)がなければ、軸線方向の変位は、マルチチューブ燃料ノズルコンポーネントの中の応力、燃料/空気漏洩、燃焼器の中の圧力損失、または、他の悪影響を結果として生じ得る。第1のプレートとハウジング構造体との間に設置されているときに、弾性金属製シール(例えば、金属製ベローズ)は、燃料ノズルの中のチャンバー同士の間の連続的な作動シールを維持しながら、軸線方向に膨張および収縮し、チューブの熱膨張または熱収縮の影響を少なくすることが可能である。追加的に、弾性金属製シールの使用は、より多くのモジュール式設計、したがって、構成の容易さ、簡単な組立/分解手順、費用効率の高い機器交換、および少ないメンテナンス休止時間を結果として生じ得る。
また、マイクロミキサーシステムは、後部プレートアッセンブリも含み、マルチチューブ燃料ノズルの追加的な保護を提供することが可能である(すなわち、熱応力に抵抗する)。具体的には、後部プレートアッセンブリは、燃焼器の中の燃焼反応とマルチチューブ燃料ノズルとの直接的な接触を阻止することも可能であり、かつ、マルチチューブ燃料ノズルを対流によって冷却するための空気冷却チャンバーを形成させることも可能である。空気冷却チャンバーは、マルチチューブ燃料ノズルを対流によって冷却するが、後部プレートアッセンブリは、燃焼反応とマルチチューブ燃料ノズルとの間の直接的な接触を阻止する。具体的には、後部プレートアッセンブリは、燃料空気混合物がマルチチューブ燃料ノズルを出ていくことを可能にする開口部を有する後部プレートを含み、一方、同時に、マルチチューブ燃料ノズルをカバーし、燃焼反応からの熱伝達に抵抗する。いくつかの実施形態では、後部プレートは、遮熱コーティングを含み、燃焼反応に対する耐熱性を増加させることが可能である。さらなる他の実施形態では、後部プレートは、空気冷却チャンバーからの空気フローを受け入れる浸出冷却開口部を含むことが可能である。浸出冷却開口部は、後部プレートの上に冷却膜を形成させ、それは、後部プレートを保護し、熱伝達を低減させる。他の実施形態では、後部プレートアッセンブリは、インピンジメントプレートを含むことが可能であり、インピンジメントプレートは、空気フローが浸出冷却開口部を出ていく前に、後部プレートに対して冷却空気フローを衝突させるように構成されており、したがって、後部プレートの熱的保護を増加させ、マルチチューブ燃料ノズルへの熱伝達を低減させる。運転時に、インピンジメントプレートは、冷却空気フローがインピンジメント孔を通って流れるときに、冷却空気フローを加速させる。インピンジメント孔は、後部プレートと接触するように、冷却空気フローを方向付けし、後部プレートにおいて、冷却空気フローは、(例えば、浸出冷却開口部、および/または、後部プレートとマルチチューブ燃料ノズルのチューブとの間のスペースを通って)後部プレートを通過する前に熱を吸収する。
最後に、マイクロミキサーシステムは、入口部フローコンディショナーを含むことが可能である。入口部フローコンディショナーは、マイクロミキサーシステムに進入する空気フローをフィルターにかけ、かつ、マルチチューブ燃料ノズルのチューブのそれぞれの中へ空気フローを均等に分配するように構成されている。マイクロミキサーシステムの中への空気フローをフィルターにかけるために、入口部フローコンディショナーは、マルチチューブ燃料ノズルのチューブの中の開口部よりも小さい開口部を含むことが可能である。したがって、マルチチューブ燃料ノズルのチューブに進入することができる破片は、入口部フローコンディショナーによって阻止されることが可能である。上述のように、入口部フローコンディショナーは、マルチチューブ燃料ノズルのチューブのそれぞれの中へ空気フローを均等に分配することが可能である。具体的には、入口部フローコンディショナーは、半径方向開口部と、マルチチューブ燃料ノズルの最も外側のチューブへ空気フローを導くターニングガイドとを含むことが可能である。しかし、他の実施形態では、マルチチューブ燃料ノズルの最も外側のチューブの中へ空気フローを導くために、入口部フローコンディショナーは、ターニングガイドと組み合わせて、または、ターニングガイドと組み合わせずに、角度の付いた開口部を含むことが可能である。マルチチューブ燃料ノズルのチューブへ空気フローを均等に分配することによって、マルチチューブ燃料ノズルは、最適な燃焼、排出ガス、燃料消費、および出力にとって適切な比率で燃料−空気混合物を混合および分配する。具体的には、マイクロミキサーシステムは、ガスタービンシステムからの望ましくない排出ガス(例えば、NOx、CO、CO2など)のレベルを低減させることが可能である。
図1は、ガスタービンシステム10のブロック図である。以下に詳細に説明されているように、開示されているタービンシステム10は、1つまたは複数の半径方向に支持された燃料ノズル(例えば、マルチチューブ燃料ノズル)を用いることが可能である。タービンシステム10は、天然ガス、および/または、水素リッチ合成ガスなどのような、液体燃料またはガス燃料を使用して、タービンシステム10を駆動することが可能である。示されているように、燃焼器12は、燃料供給14を取り入れ、燃焼器12の中での分配および燃焼のために燃料を空気と混合する。具体的には、燃焼器12は、マイクロミキサーシステム16を含み、マイクロミキサーシステム16は、マルチチューブ燃料ノズルを半径方向に支持し、マルチチューブ燃料ノズルに燃料を提供する。特定の実施形態では、マイクロミキサーシステム16は、中央燃料ノズルの周りに配置されている複数の燃料ノズルを含む。マルチチューブ燃料ノズルは、最適な燃焼、排出ガス、燃料消費、および出力にとって適切な比率で、燃料−空気混合物を混合および分配する。具体的には、マイクロミキサーシステム16は、タービンシステム10からの望ましくない排出ガス(例えば、NOx、CO、CO2など)のレベルを低減させる。
運転中に、燃料−空気混合物が、燃焼器12内のチャンバーの中で燃焼し、それによって、高温加圧排気ガスを作り出す。燃焼器12は、タービン18を通して排気出口部20に向けて排気ガスを方向付けする。排気ガスがタービン18を通過するときに、ガスは、タービンブレードがタービンシステム10の軸線に沿ってシャフト22を回転させることを強いる。図示されているように、シャフト22は、圧縮機24を含む、タービンシステム10の様々なコンポーネントに接続することが可能である。また、圧縮機24も、シャフト22に連結されたブレードを含む。シャフト22が回転すると、圧縮機24の中のブレードも回転し、それによって、空気取り入れ口26からの空気を、圧縮機24を通して圧縮し、マルチチューブ燃料ノズルおよび/または燃焼器12の中へ空気を方向付けする。また、シャフト22は、負荷28に接続されることも可能であり、負荷28は、例えば、発電プラントの中の発電機、または、航空機のプロペラなどのような、乗り物または定置式の負荷であることが可能である。負荷28は、タービンシステム10の回転出力によって動かされることが可能な任意の適切なデバイスを含むことが可能である。
図2は、一実施形態による燃焼器12の断面斜視側面図である。図2に示されているように、軸線方向または軸線40が、燃焼器12の中央軸線41に沿って縦に延在しており、半径方向または軸線42が、中央軸線41に向かって、または、中央軸線41から離れて(例えば、軸線40に対して垂直に)延在しており、円周方向44は、軸線方向の軸線40、および中央軸線41の周りに延在している。燃焼器12は、下流端部46と、上流端部またはヘッド端部48とを含む。下流端部46は、タービン18の第1段の近くに位置付けされており、一方、上流端部48は、下流端部46の反対側にあり、タービン18の第1段からさらに遠くに位置付けされている。燃焼器12は、複数のケーシングおよび壁部を含み、複数のケーシングおよび壁部は、燃焼器12を囲み、圧縮空気および燃料を含有している。上流端部48から開始して、燃焼器12は、エンドプレート54に連結されたエンドケーシング52を含む。図示されているように、エンドプレート54は、簡単なエンドプレートであることが可能であり、エンドプレートは、単一の燃料ノズル開口部58を含む。しかし、いくつかの実施形態では、エンドプレート54は、燃料ノズル開口部58を含まないこととなる。エンドプレート54は、留め具または溶接を含む様々な方式で、エンドケーシング52に連結することが可能である。エンドプレート54の反対側では、エンドケーシング52が、燃料ノズルハウジング56に連結されている。燃料ノズルハウジング56に連結するために、エンドケーシング52は、フランジ60を含み、フランジ60は、エンドケーシング52を燃料ノズルハウジング56に取り付けることを可能にする。例えば、エンドケーシング52は、留め具(例えば、ボルトなどのような、ねじ山の付いた留め具)によって燃料ノズルハウジング56に連結することが可能であり、留め具は、フランジ60および燃料ノズルハウジング56の中の複数の開口部を通って延在している。
方向40に続いて、燃焼器12は、後部ケーシング62を含む。後部ケーシング62は、第1のフランジ64および第2のフランジ66を含む。第1のフランジ64は、後部ケーシング62が燃料ノズルハウジング56に連結されることを可能にする。具体的には、第1のフランジ64は、複数の開口部68を含むことが可能であり、複数の開口部68は、留め具(例えば、ボルトなどのような、ねじ山の付いた留め具)が後部ケーシングを燃料ノズルハウジング56に連結することを可能にする。第1のフランジ64の反対側では、後部ケーシングが、フロースリーブ70を取り付けるか、またはフロースリーブ70に接触しており、フロースリーブ70は、燃焼器12のコンポーネントの冷却を支援する。半径方向42に内向きには、燃焼ライナー72が続いている。燃焼反応を包含するのは、燃焼ライナー72である。空いたスペースが、フロースリーブ70と燃焼ライナー72との間に配設されており、それは、環状部74と称されることが可能である。ライナー72は、燃焼器12の軸線41の周りに円周方向44に延在しており、環状部74は、ライナー72の周りに円周方向44に延在しており、フロースリーブ70は、環状部74の周りに円周方向44に延在している。環状部74は、空気フローを燃焼器上流端部48へ方向付けする。より具体的には、運転中に、圧縮機24からの空気フロー76が、フロースリーブ70を取り囲む空気プレナムに進入する。フロースリーブ70は、半径方向注入開口部78を含み、半径方向注入開口部78は、圧縮空気フロー76が、フロースリーブ70を通過し、環状部74の中へ進むことを可能にする。空気76が開口部78を通過した後に、環状部74は、圧縮空気76を上流端部48に向けて導く。上流端部48において、圧縮空気76は、1つまたは複数の燃料ノズル80に向けて方向転換させられ、または、方向付けし直されることが可能である。燃料ノズル80は、空気および燃料を部分的に予混合し、燃料空気混合物82を作り出すように構成されている。燃料ノズル80は、燃料空気混合物82を燃焼ゾーン84の中へ吐出し、燃焼ゾーン84において、燃焼反応が起こる。燃焼反応は、高温加圧燃焼生成物86を発生させる。次いで、これらの燃焼生成物86は、トランジションピース88を通ってタービン18に進行し、それによって、タービンブレードを駆動してトルクを発生させる。
上記に説明されているように、燃焼器は、マイクロミキサーシステム16を含む。マイクロミキサーシステム16は、燃料ノズルハウジング56と、燃料ノズル80と、入口部フローコンディショナー90と、後部プレートアッセンブリ92とを含む。以下に、より詳細に説明するように、マイクロミキサーシステム16は、破片および熱膨張/勾配からマルチチューブ燃料ノズル80を保護するように機能し、ノズル80のマイクロミキサーチューブのそれぞれに、空気フローと燃料との適当な比率を提供し、それが、望ましくない排出ガスを低減させる。マイクロミキサーシステム16は、複数の燃料ノズル80を含むことが可能であり、複数の燃料ノズル80は、マルチチューブ燃料ノズルおよび/または他の燃料ノズル(例えば、旋回静翼ノズル)を含む。図示されている実施形態では、マイクロミキサーシステム16は、燃料ノズルハウジング56によって支持されているマルチチューブ燃料ノズル94と、中央パイロット燃料ノズル96とを含む。燃料ノズル80は、燃料と空気とを組み合わせ、燃焼ゾーン84での燃焼のために、燃料空気混合物を作り出す。パイロットノズル96は、マルチチューブ燃料ノズル94と同様に、燃料と空気とを組み合わせ、燃焼のための燃料空気混合物を作り出す。しかし、パイロットノズル96は、残りの燃料ノズル94のために、燃焼炎を固定する(anchor)のを助けることが可能である。
図3は、一実施形態によるマイクロミキサーシステム16の側面図である。上記に説明されているように、マイクロミキサーシステム16は、燃料ノズルハウジング56と、入口部フローコンディショナー90と、後部プレートアッセンブリ92とを含む。燃料ノズルハウジング56は、マルチチューブ燃料ノズル80を半径方向に支持しており(すなわち、燃料ノズルハウジング56の中で)、入口部フローコンディショナー90および後部プレートアッセンブリ92のための接続点を提供している。加えて、燃料ノズルハウジング56は、燃料ノズル80への半径方向の燃料送達(すなわち、半径方向42の送達)を可能にする。半径方向の支持および燃料送達によって、燃焼器12が簡単なエンドプレート54を使用すること、および、マルチチューブ燃料ノズル94のために使用可能な表面積を増加させることが可能になる。
燃料ノズルハウジング56は、第1のリング構造体120(例えば、外側壁部)と、第2のリング構造体または装着構造体122(例えば、外側フランジ)とを含む。上記に説明されているように、燃料ノズルハウジング56は、エンドケーシング52および後部ケーシング62に連結されている。具体的には、第2のリング構造体122が、エンドケーシング52および後部ケーシング62に連結されており、したがって、マイクロミキサーシステム16を燃焼器12の中に固定している。第1のリング構造体120および第2のリング構造体122は、互いに同心円状であり、複数の支柱124(例えば、半径方向支持アームまたはエーロフォイル)と一緒に連結されることが可能である。支柱124は、燃料ノズルハウジング56に一体化されることが可能である。例えば、第1のリング構造体120、第2のリング構造体122、および支柱124は、ストック材料、鋳造材料、または、アディティブプロセス(additive process)を使用した成長材料から機械加工されることが可能である。他の実施形態では、第1のリング構造体120、第2のリング構造体122、および支柱124は、溶接、ろう付け、ボルト、または他の留め具によって接合することが可能である。図示されているように、支柱124は、空気力学的に形状付けされることが可能である。例えば、支柱124は、エーロフォイル形状、または、別のタイプの空気力学的な形状を有することが可能である。空気力学的な形状によって、第1のリング構造体120と第2のリング構造体122との中間に空気フローが通るときに、支柱124が空気フローウェイクを低減させることが可能になる。ウェイクの低減は、振動を低減させ、入口部フローコンディショナー90の中への空気フローを改善する。また、支柱124は、燃料ノズル94への半径方向の燃料送達も可能にする。具体的には、支柱124は、第2のリング構造体122および第1のリング構造体120の中の開口部に流体連通する開口部を含むことが可能である。したがって、燃料は、エンドプレート54を通る代わりに、次いで、燃料フランジ126に連結された外部供給源125から、燃料ノズルハウジング56を通して、燃料ノズル94の中へ流れることが可能である。また、燃料ノズルハウジング56は、冷却開口部128を含むことが可能である。冷却開口部128は、冷却空気フローが、(例えば、半径方向42に)燃料ノズルハウジング56の中へ流入し、マルチチューブ燃料ノズル94および後部プレートアッセンブリ92を冷却することを可能にし、したがって、マルチチューブ燃料ノズル94および後部プレートアッセンブリ92の動作寿命を延ばす。
図4は、マイクロミキサーシステム16の分解断面斜視図である。図示されているように、マイクロミキサーシステム16は、コンポーネントの取り付けおよび取り外しを容易にするモジュール式システムであることが可能である。具体的には、マイクロミキサーシステム16は、入口部フローコンディショナー90および後部プレートアッセンブリ92を、燃料ノズルハウジング56に除去可能に取り付けること、および、燃料ノズルハウジング56から取り外すことが可能である。入口部フローコンディショナー90および後部プレートアッセンブリ92を取り付けるおよび取り外す能力は、メンテナンスまたは交換のために、燃料ノズル94への容易なアクセスを提供する。そのうえ、向上したモジュール性は、より簡単な組立/分解手順、時間効率の良いメンテナンス手順、より少ない交換作業、および、向上した性能を結果として生じさせることが可能である。
図示されているように、入口部フローコンディショナー90は、軸線41の周りに円周方向44に延在しており、外径150を有する概して環状の壁部を有することが可能であり、外径150は、第1のリング構造体120の内径152よりも小さい。直径の相違は、入口部フローコンディショナー90が第1のリング構造体120の中へ軸線方向40にスライドすることを可能にする。次いで、入口部フローコンディショナー90を、第1の装着部153に取り付ける、または装着することが可能である。第1の装着部153は、第1のリング構造体120と、複数の留め具154と、第1のリング構造体120の中の開口部156と、入口部フローコンディショナー90の中の開口部158とを含むことが可能である。留め具154は、第1のリング構造体120の中の開口部156と、入口部フローコンディショナー90の中の対応する開口部158とを通して、入口部フローコンディショナー90を第1のリング構造体120に連結する。留め具154は、ボルト、リベット、ピン、または、他の除去可能な留め具であることが可能である。代替的に、入口部フローコンディショナー90は、ろう付け、溶接によって、または、ボルトもしくはリベットと組み合わせた溶接/ろう付けによっても、第1のリング構造体120を連結することが可能である。さらなる他の実施形態では、入口部フローコンディショナー90の直径150は、第1のリング構造体120の直径152よりも大きいことが可能であり、入口部フローコンディショナー90が軸線方向40に覆ってスライドし、かつ、第1のリング構造体120の外部に連結することを可能にする。
後部プレートアッセンブリ92は、軸線41の周りに円周方向44に延在しており、燃料ノズルハウジング56に連結し得る概して環状の壁部を有することが可能である。後部プレートアッセンブリ92は、外径160を画定することが可能であり、外径160は、第1のリング構造体120の内径152よりも小さい。直径の相違は、後部プレートアッセンブリ92が第1のリング構造体120の中へ軸線方向40にスライドすることを可能にする。後部プレートアッセンブリ92を、第2の装着部161によって、燃料ノズルハウジング56に取り付ける、または装着する。第2の装着部161は、第1のリング構造体120と、複数の留め具162と、開口部164と、後部プレートアッセンブリ92の中の開口部166とを含むことが可能である。留め具162は、第1のリング構造体120の中の開口部164と、後部プレートアッセンブリ92の中の対応する開口部166とを通して、後部プレートアッセンブリ92を第1のリング構造体120に連結する。留め具162は、ボルト、リベット、ピン、または、他の除去可能な留め具であることが可能である。代替的に、後部プレートアッセンブリ92は、ろう付け、溶接によって、または、リベットもしくはボルトを所定の場所に溶接/ろう付けすることによって、第1のリング構造体120を連結することが可能である。後部プレートアッセンブリ92と第1のリング構造体120との間を冷却空気が通らないように制御するために、マイクロミキサーシステム16は、後部プレートアッセンブリ92と第1のリング構造体120との間に、シール168(例えば、フープシール)を含むことが可能である。さらなる他の実施形態では、後部プレートアッセンブリ92の外径160は、第1のリング構造体120の直径152よりも大きいことが可能であり、後部プレートアッセンブリ92が軸線方向40に覆ってスライドし、かつ、第1のリング構造体120の外部に連結することを可能にする。
図5は、燃料ノズルハウジング56の実施形態の前方端面斜視図であり、燃料ノズル94(例えば、マルチチューブ燃料ノズル)を図示している。具体的には、図5は、燃料ノズルハウジング56の燃料ノズル受容部190の中において、様々な組立段階にある燃料ノズル94を図示している。例えば、図示されている実施形態では、燃料ノズル94のうちの1つは、燃料ノズル受容部190の中に完全に設置されており、一方、第2の燃料ノズル94は、近隣の燃料ノズル受容部190の中へ挿入される用意が整った状態にある。残りの燃料ノズル受容部190は、図示目的のために、空いている(すなわち、第3の燃料ノズル94が設置されていない)。図示されている実施形態では、それぞれの燃料ノズル受容部190が、切断されたパイの形状をした外周188を有しており、外周188は、対向する湾曲側部189と、対向する収束側部(converging sides)191とによって、画定されることが可能である。そのうえ、図示されている燃料ノズルハウジング56は、等しくサイズ決めされた3つの燃料ノズル受容部190を有しており、それぞれが、切断されたパイの形状をした外周188を有している。他の実施形態では、燃料ノズルハウジング56は、切断されたパイの形状をした外周188を有する2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個、または、それ以上の燃料ノズル受容部190を有することが可能である。しかし、それぞれの燃料ノズル受容部190は、円形、矩形、三角形、パイ形状、または、任意の他の適切な幾何学的形状などのような、任意の形状に似ていることが可能である。
図示されている燃料ノズル94は、切断されたパイの形状をした外周91を有しており、外周91は、対向する湾曲側部93と、対向する収束側部95とによって、画定されることが可能である。切断されたパイの形状をした外周91は、切断されたパイの形状をした受容部190の外周188へと輪郭付けまたは形状付けされている。燃料ノズル94は、プレート194、196、および198の中に配置されている複数のマイクロミキサーチューブ192(例えば、混合チューブ)を含む。特定の実施形態では、マルチチューブ燃料ノズル94は、5本から1000本、10本から500本、20本から250本、または30本から100本のチューブ192を含むことが可能であり、それらは、軸線41に沿って互いに概して平行になっている。それぞれのチューブ192は、直径が、おおよそ0.25センチメートルから5センチメートル、0.5センチメートルから3センチメートル、または、1センチメートルから2センチメートルであることが可能である。プレート194、196、および198は、距離200および202だけ互いから軸線方向にオフセットされており、燃料ノズルハウジング56とともにチャンバーを形成する。本実施形態では、3つの支持プレートが存在しているが、他の実施形態では、2つ以上の支持プレート(例えば、2個、3個、4個、5個、6個など)が存在することが可能である。このように、プレート194、196、および198は、指定されたパターンで、マイクロミキサーチューブ192を支持し、離間させて配置する。図示されている実施形態では、チューブ192は、それぞれの燃料ノズル94の側部93および95に沿って露出されている。換言すれば、それぞれの燃料ノズル94は、それ自身専用のハウジングを含むのではなく、燃料ノズルハウジング56が、複数の燃料ノズル94のための共通のまたは共有のハウジングとしての役割を果たしている。結果として、それぞれの燃料ノズル94は、チューブ192の束として説明することが可能であり、チューブ192は、軸線方向40に挿入されており、ハウジング56の中のそれぞれの受容部190から除去することが可能である。
図6は、燃料ノズルハウジング56の正面図であり、燃料ノズルハウジング56は、複数の燃料ノズル80(例えば、マルチチューブ燃料ノズル94、中央燃料ノズル96など)を支持し、入口部フローコンディショナー90および後部プレートアッセンブリ92のための接続点を提供するように構成されている。上記に説明されているように、燃料ノズルハウジング56は、第1のリング構造体120と、第2のリング構造体122とを含む。燃料ノズルハウジング56を近隣の燃焼器外筒に連結するために、第2のリング構造体122は、複数の開口部220を含む。開口部220は、留め具(例えば、ねじ山の付いた留め具またはボルト)を受け入れることが可能であり、留め具は、燃料ノズルハウジング56が、燃焼器エンドケーシング52および燃焼器後部ケーシング62の上のフランジに連結されることを可能にする。第1のリング構造体120および第2のリング構造体122は、軸線41の周りに互いに同心円状となっている。図示されているように、第1のリング構造体120は、外径222を画定し、外径222は、第2のリング構造体122の内径224よりも小さい。直径の相違226が、第1のリング構造体120と第2のリング構造体122との間に空気フロー通路228を形成している。空気フロー通路228は、空気が燃料ノズルハウジング56を通してエンドプレート54へ向かって上流方向に流れることを可能にする。
空気フロー通路228は、第1のリング構造体120を第2のリング構造体122に連結する支柱124によって分離されている。図示されている実施形態では、燃料ノズルハウジング56は、2種類の支柱((1)燃料を運搬する支柱230、および、(2)燃料を運搬しない支柱232)を含むことが可能である。また、支柱124は、燃料ノズルハウジング56と一体化され、燃料ノズルハウジング56の中の共振振動を低減するように構成されることも可能である。例えば、支柱124は、空気力学的に形状付けされ、空気フロー通路228を通る空気フローからのウェイクを低減することが可能である。加えて、支柱124は、適当な量の剛性を提供し、共振周波数振動を調整して消すか、または、燃料ノズルハウジング56の共振周波数を変化させることが可能である。例えば、本実施形態では、燃料ノズルハウジング56は、3つの燃料支柱230と、3つの支持支柱または構造支柱232とを含む。他の実施形態では、燃料ノズルハウジング56は、(例えば、1個、2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個、または、それ以上の)より多くの燃料支柱230、または、(例えば、1個、2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個、または、それ以上の)より多くの支持支柱232を含むことが可能である。他の実施形態では、支柱124のうちのいくつかまたはすべては、共振振動を調整するために、より大きく、および/または、より剛性が高くなっていることが可能であり、または、燃料ノズルハウジング56の中の特定の場所において、追加的な支持を提供することが可能である。
上記に説明されているように、燃料ノズルハウジング56は、燃料ノズル80への半径方向42の燃料送達を可能にする。燃料ノズルハウジング56は、第2のリング構造体122の外部表面234に連結されている燃料フランジ126を通して燃料を受け入れる。燃料が燃料フランジ126を通過するときに、燃料が、第2のリング構造体122の中の開口部236に進入する。開口部236を通った後に、燃料は、燃料支柱230に進入し、燃料支柱230は、第1のリング構造体120の中の開口部240につながる開口部238を含む。燃料が第2のリング構造体120を通過するときに、燃料は、燃料ノズル80による使用のために、燃料ノズル受容部190に進入する。上記に説明されているように、燃料ノズルハウジング56による半径方向支持および燃料送達は、エンドプレート54の簡単化を可能にし、第1のリング構造体120の中において、マルチチューブ燃料ノズル94のために使用可能な表面積(例えば、マイクロミキサーチューブ192の数および/またはサイズ)を増加させる。
本実施形態では、半径方向の仕切り壁部またはプレート242によって分離された3つの燃料ノズル受容部190が存在している。しかし、(例えば、1個、2個、3個、4個、5個、6個、または、それ以上の)任意の数の燃料ノズル受容部190が存在することが可能である。図示されているように、非燃料支柱232は、プレート242と整合しており、燃料支柱230は、壁部242同士の間に中央に位置付けられている。しかし、他の実施形態では、燃料支柱230および非燃料支柱232が、他の場所に位置付けられることも可能である。半径方向の仕切り壁部またはプレート242は、第1のリング構造体120に連結され、かつ、第3のリング構造体244(例えば、第1の内側壁部)に連結されている。第3のリング構造体244は、第1のリング構造体120および第2のリング構造体122と同心円状であることが可能であり、中央受容部246を画定している。中央受容部246は、中央燃料ノズルまたはパイロットノズル96を受け入れるように構成されることが可能であり、中央燃料ノズルまたはパイロットノズル96は、周囲のマルチチューブ燃料ノズル94の燃焼反応を固定するのを助けることが可能である。しかし、他の実施形態では、中央受容部246は、丸いマルチチューブ燃料ノズルを受け入れるように構成されることが可能である。そのうえ、他の実施形態は、より大きい、または、より小さい中央受容部246を有するか、または、中央受容部246を有さないことが可能である。図示されている実施形態では、燃料ノズル受容部190は、切断されたパイの形状をした外周188を有しており、中央受容部246は、円形形状である。しかし、燃料ノズル受容部190および中央受容部246は、円形、矩形、三角形、パイ形状、または、任意の他の適切な幾何学的形状などのような、任意の形状に似ていることが可能である。上記に説明されているように、燃料ノズルハウジング56(すなわち、第1のリング構造体120、第3のリング構造体244、および半径方向の仕切り壁部242)が、マルチチューブ燃料ノズル94のためのハウジングを提供することは有益である。したがって、それぞれの燃料ノズル80は、それ自身の独立したハウジングを必要とせず、したがって、より低いコストで交換することが可能である。
図7は、一実施形態による燃料ノズルハウジング56の正面図である。図示されているように、燃料ノズルハウジング56は、6つの燃料フランジ126に半径方向に連結されている。燃料ノズルハウジング56は、燃料フランジ126からの燃料を受け入れ、燃料ノズル80による使用のために、燃料ノズル受容部190へ半径方向42に燃料を送達する。上記に説明されているように、燃料は、燃料ノズル受容部190に進入する前に、第2のリング構造体122、燃料支柱230、および第1のリング構造体120の中の開口部を通過する。図示されている実施形態では、それぞれの燃料ノズル受容部190は、2つの燃料フランジ126によって送給されている。2つの燃料フランジ126は、第2のリング構造体122から2つの対応する燃料支柱230を通して第1のリング構造体120へ燃料を運搬する。他の実施形態では、燃料ノズル受容部のそれぞれのために、追加的な燃料フランジ126(例えば、1個、2個、3個、4個、5個、または、それ以上の燃料フランジ126)が存在することが可能であり、それは、対応する数の燃料支柱230(例えば、1個、2個、3個、4個、5個、または、それ以上の燃料支柱230)を通して燃料を送達する。
図7にさらに図示されているように、半径方向プレート242は、開口部248を含むことが可能であり、開口部248は、1つの燃料ノズル受容部190から近隣の燃料ノズル受容部190へ燃料が流れることを可能にする。例えば、開口部248は、プレート242の全体にわたって分配され、燃料ノズル94のチューブ192の間でより均等に燃料を分配するのを助けることが可能である。さらなる例によって、開口部248の数(例えば、1個から1000個)、サイズ(例えば、直径)、形状(例えば、円形、楕円形、三角形、正方形、六角形など)、軸線方向40の位置、および、半径方向42の位置は、受容部190の間での、したがって、燃料ノズル94の複数のチューブ192の間での、燃料の分配を制御するために様々であることが可能である。いくつかの実施形態では、プレート242のそれぞれは、開口部248を含まないか、より多くの開口部248(例えば、0個、1個、2個、3個、4個、5個、10個、15個、20個、25個、または、それ以上の開口部248)を含むか、または、プレート242同士の間で開口部248の数が異なることが可能である。例えば、プレート242のうちの1つが、2つの開口部248を含むことが可能であり、一方、残りのプレートが、5個および10個の開口部248をそれぞれ有する。プレート242の中の開口部248を有する実施形態では、燃料ノズル受容部190同士の間を燃料が自由に流れることが可能であるので、より少ない燃料フランジ126および燃料支柱230が存在することが可能である。したがって、単一の燃料フランジ126および燃料支柱230が、燃料ノズル受容部190にすべての燃料を供給することが可能である。そのうえ、図7は、第3のリング構造体244が、開口部250を含むことが可能であるということを図示している。開口部250は、燃料ノズル受容部190の中の燃料が中央受容部246に進入することを可能にする。本実施形態では、3つの開口部250が存在するが、しかし、異なる実施形態では、異なる数の開口部250(例えば、0個、1個、2個、3個、4個、5個、10個、15個、または、それ以上の開口部250)が存在することが可能である。さらなる他の実施形態では、第3のリング構造体244が、燃料ノズル受容部190のうちのいくつかだけと連通する開口部250を含むことが可能である。例えば、第3のリング構造体244は、中央受容部246と燃料ノズル受容部190のうちの1つとの間にだけ、開口部250を含むことが可能である。
図8は、一実施形態による燃料ノズルハウジング56の正面図である。図示されている実施形態では、燃料ノズルハウジング56は、3つの燃料ノズル受容部190を含む。これらの燃料ノズル受容部190のそれぞれは、第1のリング構造体120の中のおおよそ120度の範囲を占めている。実際に、図8は、先述の図に示されていたような中央受容部がない実施形態を図示している。図8は、3つの燃料ノズル受容部190だけを図示しているが、他の実施形態は、プレート242によって分離された異なる量の燃料ノズル受容部190(例えば、1個、2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個、または、それ以上の燃料ノズル受容部190)を含むことが可能である。そのうえ、これらの燃料ノズル受容部190のそれぞれが、第1のリング構造体の中で、等しい量のまたは異なる量の範囲を占めることが可能である。例えば、1つの燃料ノズル受容部190が、第1のリング構造体120の180度を占め、一方、残りの燃料ノズル受容部190が、それぞれ90度を占めることが可能である。
図9は、一実施形態によるマイクロミキサーシステム16の部分的な断面図である。上記に説明されているように、マイクロミキサーシステム16は、燃料ノズルハウジング56と、燃料ノズル80と、入口部フローコンディショナー90と、後部プレートアッセンブリ92とを含む。燃料ノズルハウジング56は、エンドケーシング52と後部ケーシング62との間の連結によって、または、より具体的には、エンドケーシング52のフランジ60と後部ケーシング62の第1のフランジ64との間の連結によって、マイクロミキサーシステム16を半径方向に支持している。燃料ノズルハウジング56がエンドケーシング52と後部ケーシング62との間に連結されているので、燃料ノズルハウジング56は、半径方向に支持され、燃料ノズル80へ燃料を半径方向に供給することが可能である。燃料ノズル80は、マルチチューブ燃料ノズル94であるか、または、パイロット燃料ノズル96と組み合わせたマルチチューブ燃料ノズル94であることが可能である。図示されている実施形態では、燃料ノズルハウジング56は、マルチチューブ燃料ノズル94および中央パイロット燃料ノズル96を支持している。
運転時に、燃料ノズル80(例えば、マルチチューブ燃料ノズル94およびパイロット燃料ノズル96)は、燃料と空気とを組み合わせ、燃焼ゾーン84の中での燃焼のための燃料空気混合物を作り出す。燃料ノズル80は、圧縮機24からの空気フローを受け入れる。上記に説明されているように、圧縮機24は、燃焼器12の下流端部46を取り囲む空気プレナムの中へ空気フローを吐出する。フロースリーブ70の中の半径方向注入開口部78は、空気フロー76が、フロースリーブ70を通過し、環状部74に進入することを可能にする。フロースリーブ70および燃焼ライナー72によって形成された環状部74は、燃焼器12の上流端部48に向けて空気フローを案内する。上流端部48では、空気フロー76が、入口部フローコンディショナー90に進入する。以下に、より詳細に説明するように、入口部フローコンディショナー90は、燃料ノズル94の周りに空気フローを円周方向44に分配するのを助けるように構成されており、それによって、燃料ノズル94のそれぞれのチューブ192の中へ、より等しい量の空気フローを提供するのを助ける。加えて、入口部フローコンディショナー90は、フィルターとして機能し、受容部190への粒子状物質の通過を阻止することを助けることが可能であり、それによって、チューブ192の閉塞を低減させるのを助ける。入口部フローコンディショナー90を通過した後で、圧縮空気は、マルチチューブ燃料ノズル94のチューブ192に進入する。チューブ192は、圧縮空気を燃料260と組み合わせ、燃焼ゾーン84の中で燃焼する燃料空気混合物262を作り出す。燃料260は、燃料フランジ126を通って燃料ノズルハウジング56に半径方向に進入する。次いで、燃料260は、それぞれの開口部236、238、および240を通って、第2のリング構造体122、燃料支柱230、および第1のリング構造体120を通過する。燃料260が第1のリング構造体120を通過するときに、燃料260が、燃料ノズル94による使用のために、燃料ノズル受容部190に進入する。上記に説明されているように、燃料ノズルハウジング56による半径方向支持および燃料送達は、エンドプレート54の簡単化を可能にし、マルチチューブ燃料ノズル94のための使用可能な表面積(例えば、マイクロミキサーチューブ192の数および/またはサイズ)を増加させる。
マルチチューブ燃料ノズル94は、複数のチューブ192を含み、複数のチューブ192は、それぞれのプレート194、196、および198の中のチューブ開口部264、266、および268を通って延在している。図示されている実施形態では、マルチチューブ燃料ノズル94は、3つのプレート194、196、および198を含み、3つのプレート194、196、および198は、互いから軸線方向にオフセットされており、チャンバー270および272を画定している。燃料260がマルチチューブ燃料ノズル94に進入するときに、燃料260は、最初に、チャンバー270に進入する。燃料260は、チャンバー272の中へ下流に流れる前に、チャンバー270全体にわたって分配される。また、チャンバー270は、すべてのチューブ192の周りの燃料の圧力および流量のバランスを取るのを助ける。図示されているように、プレート196は、開口部274を含み、開口部274は、燃料がチャンバー270を出てチャンバー272に進入することを可能にする。いくつかの実施形態では、チューブ開口部266は、燃料がチャンバー270からチャンバー272の中へチューブ192の周りを流れるのに十分なスペースを形成させることが可能である。さらなる他の実施形態では、チューブ開口部266および開口部274は、燃料260がチャンバー270からチャンバー272の中へ流れることを可能にすることができる。開口部266および/または274は、チャンバー272の中へ燃料をより均一に分配するのを助けるように構成されており、そして、それは、チューブ192の中への進入の前に、さらに、燃料の圧力および流量のバランスを取る。チャンバー272の中で、燃料260は、燃料入口部またはスロット276(例えば、1個から100個の燃料入口部)を通ってチューブ192に進入する。燃料260が燃料入口部276を通過するときに、燃料260は、空気入口部278を通過する空気76と混合される。次いで、燃料空気混合物262は、出口部280を通って出る前に、チューブ192を通って進行する。図示されている実施形態では、燃料入口部276は、チャンバー272の中にある。しかし、他の実施形態では、燃料入口部276は、チャンバー270の中、または、チャンバー270および272の両方の中にあることが可能である。さらなる他の実施形態では、燃料ノズル94は、プレート196を排除することが可能であり、燃料入口部276が、プレート194とプレート198との間に位置付けされることが可能である。
上記に説明されているように、マルチチューブ燃料ノズル94は、プレート194、196、および198を含むことが可能である。プレート194、196、および198は、固定されるか、または、チューブ192、燃料ノズルハウジング56、および/または、燃焼器12の他の支持構造体に対して移動可能であり得る。例えば、プレート194、196、および198は、溶接、ろう付け、ボルト、および/または、締り嵌めを作り出すことによって形成された、チューブ192との固定接続部を有することが可能である。さらなる例によって、可動接続部282(例えば、弾性金属製シール)が、プレート194、196、および198のうちの1つまたは複数と、燃料ノズルハウジング56との間に、位置付けられることが可能である。可動接続部282は、1つまたは複数のプレート194、196、および198がチューブ192の熱膨張および熱収縮に応答して軸線方向40に移動することを可能にする。図示されている実施形態では、プレート194、196、および198は、チューブ192との固定接続部を有しているが、プレート194および198は、燃料ノズルハウジング56との可動接続部282(例えば、弾性金属製シール)を有している。別の実施形態では、プレート194は、燃料ノズルハウジング56およびチューブ192との固定接続部を有することが可能であり、一方、プレート196および198は、燃料ノズルハウジング56との可動接続部282を有している。別の実施形態では、プレート198は、チューブ192との固定接続部と、燃料ノズルハウジング56との可動接続部282(例えば、弾性金属製シール)とを有することが可能であり、一方、プレート194および196は、燃料ノズルハウジング56との固定接続部と、チューブ192との可動接続部(例えば、滑り継手)を有している。別の実施形態では、プレート196は、チューブ192との固定接続部と、燃料ノズルハウジング56との可動接続部(例えば、弾性金属製シール)とを有しており、一方、プレート194および198は、燃料ノズルハウジング56との固定接続部と、チューブ192との可動接続部(例えば、滑り継手)とを有している。さらなる別の実施形態では、プレート194、196、および198のうちのそれぞれが、チューブ192との固定接続部と、燃料ノズルハウジング56との可動接続部(例えば、弾性金属製シール)とを有することが可能である。これらの実施形態のそれぞれでは、可動接続部282(例えば、弾性金属製シール)は、チューブ192、燃料ノズルハウジング56、または、燃焼器12の任意の他の構造体の熱膨張または熱収縮に応答して、膨張および収縮するように構成されており、それによって、流体密封シールを維持しながら、熱的に誘発される応力を低減させる。
システム10の運転中に、マルチチューブ燃料ノズル94のそれぞれのチューブ192が、入口部フローコンディショナー90を通るおおよそ等しい量の空気フローと、チャンバー272の中の燃料入口部276を通る燃料260とを受け入れる。燃料および空気は、それぞれのチューブ192の中で混合され、次いで、燃焼器12の中での燃焼のために、燃料−空気混合物出口部280を通して、燃料−空気混合物262を吐出する。認識されるように、出口部280の近くの温度は、燃焼器12の中の燃焼に起因して上昇する。そのうえ、空気フロー284の温度は、燃料フロー260の温度よりも実質的に高いことが可能である。例えば、空気フロー284の温度は、おおよそ摂氏250度から500度であることが可能であり、一方、燃料フロー260の温度は、おおよそ摂氏20度から250度であることが可能である。これらの温度勾配、(例えば、チューブ192、燃料ノズルハウジング56などの)部品の材料組成、および、他の要因の結果として、チューブ192は、マイクロミキサーシステム16の運転中に、熱膨張を受ける可能性がある。可動接続部282(例えば、弾性金属製シール)は、この熱膨張(および、例えば、シャットダウンの間の任意の熱収縮)を吸収し、マルチチューブ燃料ノズル94および燃焼器12の様々な部品を保護するように構成されている。可動接続部282(例えば、弾性金属製シール)がなければ、チューブ192、燃料ノズルハウジング56、および、他の支持構造体はかなりの熱応力にさらされる可能性があり、そのことは、マルチチューブ燃料ノズル94の早期の損耗、応力亀裂、および、寿命の低減を引き起こす可能性がある。したがって、可動接続部282(例えば、弾性金属製シール)は、マルチチューブ燃料ノズル94の運転性、性能、および寿命を改善する(例えば、応力および疲労の低減)のを助けることが可能である。例えば、可動接続部282は、マルチチューブ燃料ノズル94が非常に大きい温度差に耐えることを可能にし得、それによって、マルチチューブ燃料ノズル94またはマイクロミキサーシステム16を損傷することなく、性能強化を可能にする。以下に、さらに詳細に述べられるように、可動接続部282は、チューブ192の熱膨張または収縮に起因する軸線方向の移動も可能にしながら、燃料ノズルハウジング56とプレート194および198との間の作動シールを維持している。
図10は、図9のマイクロミキサーシステム16の断面図であり、それは、線10−10内を見ており、弾性金属製シール300(例えば、金属製ベローズ302)の実施形態を図示している。後述されるように、金属製ベローズ302は、1つまたは複数のベンド部またはターン部を備える壁部303を有しており、それは、軸線方向304に膨張および収縮することが可能である。図10に図示されているように、弾性金属製シール300(例えば、金属製ベローズ302)は、燃料ノズルハウジング56とプレート198との間に延在しており、それによって、燃料ノズルハウジング56とプレート198との間に作動シールを形成している。プレート198は、チューブ192に固定されており、したがって、プレート198およびチューブ192は、弾性金属製シール300(例えば、金属製ベローズ302)が軸線方向304に膨張および収縮する間の熱膨張および熱収縮に応答して一緒に移動する。図示されている実施形態では、弾性金属製シール300が、燃料ノズルハウジング56とプレート198との間で、ポケット部306(例えば、環状のポケット部または扇形の形状をしたポケット部)の中に配設されており、ポケット部306は、プレート198の周囲部分310から反対側に、燃料ノズルハウジング56の中に、溝部308(例えば、環状の溝部、または、扇形の形状をした溝部)によって、形成されることが可能である。溝部308は、第2のリング構造体120の内側表面312と、燃料ノズルハウジング56の内側突出部またはリップ部分314(例えば、環状のリップ部、または、扇形の形状をしたリップ部)との間に配設されることが可能である。ポケット部306(例えば、それは、溝部308、ならびに、部分310、312、および314によって形成されている)は、一般的に、燃料ノズルハウジング56とプレート198との間の境界面に沿って延在しており、それによって、軸線方向304に膨張および収縮することができる作動シールを提供している。
特定の実施形態では、弾性金属製シール300(例えば、金属製ベローズ302)は、燃料ノズルハウジング56および/またはプレート198に対して、固定されるか、または、固定されない(すなわち、自由に移動することができる)ことが可能である。例えば、シール300は、反対側にある第1および第2の端部部分316および318を有することが可能であり、第1および第2の端部部分316および318は、溶接されるか、ろう付けされるか、ボルト留めされるか、または、そうでなければ、溝部308および周囲部分310に固定されることが可能である。しかし、端部部分316および318のうちの1つまたは両方は、燃料ノズルハウジング56またはプレート198に固定されないことが可能である。そのうえ、弾性金属製シール300(例えば、金属製ベローズ302)は、壁部303の中に1つまたは複数の可撓性のターン部、ベンド部、湾曲部、折り畳み部、または、概して軸線方向に調節可能なターン部320を有することが可能であり、ターン部320は、シール300が軸線方向304に膨張および収縮するのを可能にするようになっている。図示されている実施形態では、弾性金属製シール300(例えば、金属製ベローズ302)は、波形パターン322を画定する複数の交互のターン部320を有している。例えば、図示されているシール300は、方向を5回転換し、それによって、5つの軸線方向に調節可能なターン部320を壁部303の中に画定している。追加的に、端部部分316および318は、半径方向42に配向されることが可能である。端部部分316および318が半径方向42に配向されていると、弾性金属製シール300は、プレート198と燃料ノズルハウジング56との間のシールを容易にすることが可能である。具体的には、チャンバー270の中の燃料の圧力が壁部198の反対側の空気の圧力を超える場合には、金属製ベローズ302が軸線方向40に膨張することが可能であり、したがって、シールを維持する。しかし、端部部分316および318が反対方向に配向されているならば、チャンバー270の中の燃料の圧力がプレート198の反対側の側部の空気の圧力よりも大きいときには、金属製ベローズ302は収縮することが可能となり、したがって、金属製シール300のシーリング力を低減させる。この理由のために、端部部分316および318の配向は、プレート194、196、198の反対側の異なる流体圧力に応じて変化することが可能である。例えば、プレート194および196に連結されている金属製シール300は、図10に示されているものと反対側に配向された端部部分316および318を有する金属製ベローズ302であることが可能である。このことは、プレート194および196に接触している金属製シール300の能力を増大させ、プレート194および196の反対側の流体圧力が異なるときに、ハウジング56とのシールを維持することが可能である。他の実施形態では、シール300は、単一の軸線方向に調節可能なターン部320、または、任意の数の軸線方向に調節可能なターン部320(例えば、1個から100個のターン部)を含むことが可能である。したがって、シール300のターン部320は、C字形状、U字形状、V字形状、W字形状、E字形状、または、任意のタイプの揺動形のパターンを画定することが可能である。他の実施形態では、シール300は、O字形状またはJ字形状を有することが可能である。弾性金属製シール300の中に、より大きい数のターン部320があることによって、軸線方向304の移動の範囲を増大させることが可能である。弾性金属製シール300は、ステンレス鋼のグレード321、ステンレス鋼のグレード347、ステンレス鋼A−286、ニッケル合金、コバルト合金、およびニッケル−クロムベースの超合金(例えば、Inconel(登録商標)X−750)、または、それらの任意の組み合わせなどのような、高温用途のための任意の適切な金属から作製することが可能である。
図11は、図4〜図6のマルチチューブ燃料ノズル94に適切な扇形の形状をした構成340(例えば、切断されたパイの形状)を有する弾性金属製シール300の実施形態の正面端面図である。図示されているように、扇形の形状をした構成340は、2つの概して平行な側部342および344と、2つの平行でない側部346および348とを有する、くさび形状または切断されたパイの形状を含む。側部342および344は、弓形に形状付けされており、一方、側部346および348は、直線状である(例えば、半径方向350に発散している)。しかし、特定の実施形態では、扇形の形状をしたシール300の構成340は、例えば、3つの側部を有するパイ形状など、他の形状を含むことが可能である。そのうえ、シール300のいくつかの実施形態は、円形、矩形、三角形、または他の幾何学的形状として形状付けされることが可能である。図8の実施形態では、マルチチューブ燃料ノズル94、および、関連のシール300は、中央燃料ノズル96の周りで3つの扇形へセグメント化されることが可能である。しかし、外側マルチチューブ燃料ノズル94、および、関連のシール300は、例えば、1個、2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個、または、それ以上の扇形など、任意の数の扇形へ分割されることが可能である。
図12、図13、および図14は、図9のマルチチューブ燃料ノズル94の部分的な断面側面図であり、壁部303の中に異なる数の軸線方向に調節可能なターン部320を有する弾性金属製シール300(例えば、金属製ベローズ302)の実施形態を図示している。例えば、図12は、図9の燃料ノズル94の部分的な断面側面図であり、単一のターン部またはベンド部320(例えば、U字形状またはC字形状352)を有する弾性金属製シール300の実施形態を図示している。図13は、図9のマルチチューブ燃料ノズル94の部分的な断面側面図であり、例えば、E字形状またはW字形状354などの波形パターン322を画定する複数のターン部またはベンド部320を有する弾性金属製シール300の実施形態を図示している。図14は、図9のマルチチューブ燃料ノズル94の部分的な断面側面図であり、図10よりも非常に大きい波形パターン322を画定する複数のターン部またはベンド部320を有する弾性金属製シール300の実施形態を図示している。とりわけ、図14の波形パターン322は、9個のターン部またはベンド部320を有しており、それは、波形、揺動形、またはジグザグ形のパターン356として説明されることが可能である。他の実施形態では、パターン356は、任意の数のターン部またはベンド部320を有することが可能である。例えば、より大きい温度差を有する用途では、大きい数のターン部320を有する弾性金属製シール300(例えば、金属製ベローズ302)が、燃料ノズルハウジング56とマルチチューブ燃料ノズル94のプレート198との間の作動シールを依然として維持しながら、より大きい軸線方向の移動を可能にするように使用されことが可能である。繰り返しになるが、図12、図13、および図14のそれぞれの実施形態では、反対側にある端部部分316および318は、燃料ノズルハウジング56およびプレート198に対して、固定されるか、または、固定されないか(すなわち、移動することができる)のいずれかであることが可能である。例えば、端部部分316および318のうちの1つが固定され、一方、他の端部部分が固定されないことが可能であり、それによって、燃料ノズル94の設置および除去を簡単化する。
図15は、後部プレートアッセンブリ92の分解斜視図である。後部プレートアッセンブリ92は、燃焼ゾーン84の中での燃料−空気混合物262の燃焼反応から、マルチチューブ燃料ノズル94を遮蔽および冷却し、後部プレートアッセンブリ92が、マルチチューブ燃料ノズル94の運転寿命を延ばすのを助けるようになっている。後部プレートアッセンブリ92は、後部プレート370と、インピンジメントプレート372と、第1のシリンダー374(例えば、外側壁部)と、第2のシリンダー376(例えば、内側壁部)と、第1のフープシール378(例えば、フラシール)および第2のフープシール380(例えば、フラシール)とを含む。フープシール378および380は、概して環状のシールであり、それは、環状の壁部377を有しており、環状の壁部377は、直径が増加して次いで減少し、弓形の断面またはスプリングエレメント379を画定している。正確な断面379は、シールを維持しながら、半径方向の熱膨張および熱収縮を収容するのを助ける。図示されているように、後部プレート370およびインピンジメントプレート372は、それぞれチューブ開口部382および384を含み、チューブ開口部382および384は、マルチチューブ燃料ノズル94のチューブ192を覆って後部プレートアッセンブリ92を取り付けることを可能にする。また、後部プレート370およびインピンジメントプレート372は、それぞれ中央ノズル開口部または通路386および388も含む。中央ノズル開口部386および388は、第2のシリンダー376がインピンジメントプレート372および後部プレート370を通って延在し、中央通路385を通して中央燃料ノズルまたはパイロットノズル96を受け入れることを可能にする。後部プレートアッセンブリ92は、ピン162によって燃料ノズルハウジング56に取り付けられ(図9参照)、ピン162は、開口部390(例えば、半径方向装着体)を通って第1のシリンダー374に連結されている。ピン162は、後部プレートアッセンブリ92が半径方向に伸びることを可能にするが、回転、または、燃焼器12の後部端部に向かう移動を阻止する。そのうえ、ピン留め構成は、後部プレート370、または、後部プレートアッセンブリ92の他の部分の容易な交換を可能にする。
図示されている実施形態では、プレート370および372のそれぞれは、燃料ノズル94のためのすべての混合チューブ192を、燃料ノズルハウジング56の複数の受容部(例えば、3つの扇形の形状をした配置、および/または、切断されたパイ形状をした配置)の中に受け入れる。換言すれば、受容部190のそれぞれのために別々のプレートを提供するのではなく、図示されている実施形態は、受容部190の全体にわたってプレート370および372を共有し、それによって、統一されたプレート370および統一されたプレート372を画定する。統一された後部プレート370は、チューブ開口部382を有しており、チューブ開口部382は、扇形仕切り381(例えば、半径方向の仕切りスペース)によって分離された扇形(例えば、パイ形状をした扇形)の中のプレート370の実質的に全体にわたって配設されており、扇形仕切り381は、概して、受容部190同士の間の仕切り壁部242と整合している。同様に、統一されたインピンジメントプレート372は、チューブ開口部384を有しており、チューブ開口部384は、扇形仕切り383を除いて、プレート372の実質的に全体にわたって配設されており、扇形仕切り383は、概して、受容部190同士の間の仕切り壁部242と整合している。したがって、後部プレート370およびインピンジメントプレート372の統一された構成は、可能性のある漏れ経路の数も低減させながら、混合チューブ192のためのチューブ開口部382のカバー範囲を増加させるのを助ける。また、統一されたプレート370および372は、マイクロミキサーシステム16の構成、設置、除去、およびアフターサービスも簡単化し、とりわけ、チューブ192の設置および除去を簡単化する。
図16は、一実施形態による図9の線16−16に沿った、マイクロミキサーシステム16の断面図である。図示されているように、後部プレートアッセンブリ92は、後部プレート370がインピンジメントプレート372に連結され、かつ、インピンジメントプレート372が第1のシリンダー374に連結された状態で、組み立てられている。後部プレート370、インピンジメントプレート372、および第1のシリンダー374は、溶接、ろう付け、または留め具(例えば、ねじ山の付いた留め具)によって連結することが可能である。組み立てられると、後部プレートアッセンブリ92は、ピン162によって燃料ノズルハウジング56に連結されることが可能であり、ピン162は、燃料ノズルハウジング56の中の開口部164、および、第1のシリンダー374の中の開口部390を通して延在する。空気フローは、フープシール378によって、後部プレートアッセンブリ92と燃焼ライナー72との間で制限される。上述のように、後部プレートアッセンブリ92は、冷却を可能にし、かつ、燃焼ゾーン84の中の燃料空気混合物262の燃焼と、マルチチューブ燃料ノズル94のチューブ192との間の直接的な接触を阻止することが可能である。したがって、後部プレート370は、長期間にわたり高温に耐えることができる材料(例えば、ハステロイX、haynes188、コバルトクロム、インコネルなど)から作製することが可能である。加えて、後部プレート370は、遮熱コーティング(TBC)400などのようなコーティングを含み、追加的な熱的保護を提供し、後部プレート370の熱的損耗を低減させ、かつ、チューブ192への伝熱を限定することが可能である。
また、後部プレートアッセンブリ92は、プレート198と組み合わせて、空気冷却チャンバー402を形成することが可能である。上記に説明されているように、燃料ノズルハウジング56は、半径方向の空気冷却開口部128を含み、半径方向の空気冷却開口部128は、圧縮空気76が環状のスペース74を通って進行し、空気冷却チャンバー402に進入することを可能にする。空気フロー76がチャンバー402に進入するときに、空気フロー76は、旋回して、チューブ192を対流によって冷却する(すなわち、チューブ192から熱を奪う)。加えて、空気フロー76は、チューブ192と壁部198との間で空気冷却チャンバー402の中へ漏れ込む可能性がある任意の燃料260を除去するのを支援することが可能であり、したがって、後部プレート370の後ろの燃料の蓄積を実質的に低減させるか、または排除する。チャンバー402は、冷却空気フロー76をインピンジメントプレート372に向けて方向404に方向付けする。図示されているように、インピンジメントプレート372は、後部プレート370からオフセットされ、スペース406を形成する。スペース406は、圧力降下を作り出し、インピンジメント開口部408を通して空気フロー76を引き込む。空気フロー76がインピンジメントプレート372を通過するときに、後部プレート370のインピンジメント冷却のために、空気フロー76が、後部プレート370の前方端側部410に衝突する。インピンジメントプレート372の前方端側部410をインピンジメント冷却した後に、空気フロー76は、浸出冷却開口部を通して、および/または、後部プレート370とチューブ192との間から出ていくことが可能である。冷却空気76が後部プレートアッセンブリ92を出るときに、空気フロー76は、燃焼ゾーン84の中へ、熱、および、可能性のある燃料を伝達し、したがって、マイクロミキサーシステム16を熱的損耗から保護する。
他の実施形態では、後部プレートアッセンブリ92は、インピンジメントプレート372を含まないことが可能である。したがって、冷却空気フロー76は、後部プレート370の前方端側部410に直接的に接触することが可能であり、次いで、チューブ192と後部プレート370との間のギャップを通して、および/または、浸出冷却開口部を通して出ていく。冷却をしても、後部プレート370は、マイクロミキサーシステム16の中の他のコンポーネントよりも高温になる可能性がある。しかし、燃料ノズルハウジング56へのピン取り付けは、後部プレートアッセンブリ92が半径方向に伸びることを可能にするが、回転、および、下流の軸線方向の移動を阻止する。したがって、マイクロミキサーシステム16は、後部プレートアッセンブリ92と燃料ノズルハウジング56との間の機械的負荷および応力を低減するか、または阻止する。
図17は、チューブ開口部382と浸出冷却開口部420とを含む後部プレート370の断面図である。上記に説明されているように、冷却空気76が後部プレート370の前方端側部410に衝突した後に、冷却空気フロー76は、浸出冷却開口部420を通して、および/または、チューブ開口部382を通して出ていくことが可能である。図示されているように、チューブ開口部382は、幅422を有しており、チューブ192は、幅424を有している。幅422と幅424との間の差426は、冷却空気フロー76が後部プレート370を通ってマイクロミキサーシステム16を出ていくための環状のスペース428を作り出している。また、冷却空気フロー76は、浸出冷却開口部420を通って出ていくことも可能である。浸出冷却開口部420は、チューブ開口部382のうちのいくつかの間、または、すべての間に位置付けされることが可能である。いくつかの実施形態では、(例えば、1個、2個、3個、4個、5個、または、それ以上の)隣接するチューブ開口部382のそれぞれの間に、1つまたは複数の浸出冷却開口部420が存在することが可能である。浸出冷却開口部420は、後部プレート370に対して直角であるか、または、後部プレート370の平面432に対して所定の角度を形成することが可能である。例えば、浸出冷却開口部の角度430および431は、平面432に対して、おおよそ30度〜150度、50度〜130度、70度〜110度、80度〜100度、30度、45度、60度、75度、または90度であることが可能である。運転時に、浸出冷却開口部420は、冷却空気フローの薄膜が後部プレート370の後部端部434をカバーすることを可能にする。冷却空気の膜は、燃焼器12の中の燃焼反応から後部プレート370を保護するのを支援することが可能である。図17は、後部プレート370を図示しているが、同じ冷却機構を、インピンジメントプレート372に適用することが可能である。具体的には、インピンジメントプレート372のインピンジメント開口部408は、インピンジメントプレート372の平面に対して所定の角度を形成することが可能である。また、インピンジメントプレート372は、チューブ開口部384同士の間に、複数のインピンジメント開口部408(例えば、1個、2個、3個、4個、5個、または、それ以上のインピンジメント開口部)を含み、より効率的に後部プレート370を冷却することが可能である。
図18は、入口部フローコンディショナー90の背面斜視図である。上記に説明されているように、入口部フローコンディショナー90は、フィルターとして機能し、破片がマルチチューブ燃料ノズル94に進入するのを防止し、マルチチューブ燃料ノズル94の中のチューブ192のそれぞれへの空気フローのおおよそ均等な分配を可能にする。入口部フローコンディショナー90は、第1のシリンダー450(例えば、外側壁部)と、第2のシリンダー452(例えば、内側壁部)と、第1のシリンダー450を第2のシリンダー452に連結するプレート454とを含む。図示されているように、第1のシリンダー450は、開口部158を含み、開口部158は、入口部フローコンディショナー90が燃料ノズルハウジング56に連結されることを可能にする。加えて、第1のシリンダー450は、空気フロー開口部456(例えば、半径方向開口部)も含むことが可能であり、空気フロー開口部456は、第1のシリンダー450に沿って、軸線方向40に、および、円周方向44に、互いに間隔を空けて配置されている。開口部456は、マルチチューブ燃料ノズル94の中のチューブ192の直径よりも小さい直径を有することが可能である。直径の差によって、圧縮空気76の中の破片が入口部フローコンディショナー90を通過し、チューブ192に進入するのを、入口部フローコンディショナー90が阻止することが可能になる。本実施形態では、空気フロー開口部456は、プレート454の近くに位置付けられている。しかし、他の実施形態では、空気フロー開口部456は、プレート454の反対側の第1のシリンダー450に位置付けられることが可能であり、または、空気フロー開口部456は、第1のシリンダー450の円周部の周りの任意の点に位置付けられることが可能である。図示されている実施形態では、空気フロー開口部456は、円形形状であるが、しかし、他の実施形態では、開口部は、長方形、正方形、または楕円形であることが可能である。そのうえ、開口部456は、第1のシリンダー450の周りで、異なるパターン(例えば、列)で配置されることが可能である。
また、プレート454は、複数の空気フロー開口部458(例えば、軸線方向の開口部)を含むことも可能である。空気フロー開口部458は、開口部456と同様に、マルチチューブ燃料ノズル94のチューブ192の直径よりも小さい直径を有することが可能である。直径の差によって、圧縮空気76の中の破片が入口部フローコンディショナー90を通過し、チューブ192に進入するのを、入口部フローコンディショナー90が阻止することが可能になる。上記に説明されているように、マイクロミキサーシステム16は、マルチチューブ燃料ノズル94へ半径方向42に燃料を送達する。したがって、プレート454の範囲は、空気フロー開口部458で実質的に充填されることが可能であり、したがって、圧縮空気76が入口部フローコンディショナー90を通過するときに、圧力損失を低減させる。空気フロー開口部456と同様に、空気フロー開口部458は、円形、長方形、正方形、または楕円形であることが可能である。そのうえ、空気フロー開口部458は、第2のシリンダー452の周りで、パターン(例えば、同心円状の円形形状の列)で配置されることが可能である。しかし、異なる実施形態では、空気フロー開口部458は、異なって配置されることが可能である。第2のシリンダー452は、プレート454の中に存在しており、中央燃料ノズル開口部460を画定している。中央燃料ノズル開口部460は、中央燃料ノズルまたはパイロット燃料ノズル96が、入口部フローコンディショナー90を通過し、燃料ノズルハウジング56の中へ進むことを可能にする。他の実施形態では、入口部フローコンディショナー90は、中央燃料ノズル開口部460を含まないことが可能であるが、その代わりに、マルチチューブ燃料ノズル94の中へ圧縮空気76を送給する追加的な空気フロー開口部458を含むことが可能である。
図19は、図18の入口部フローコンディショナー90の正面斜視図である。図示されているように、入口部フローコンディショナー90は、仕切り壁部または支持プレート470(例えば、半径方向支持体)を含む。支持プレート470は、第1のシリンダー450と、第2のシリンダー452と、プレート454と、ターニングガイド472(例えば、ターニングガイドベーン、バッフル、または壁部)とに連結されることが可能である。支持プレート470は、溶接、ろう付け、または留め具(例えば、ねじ山の付いた留め具)によって連結され、ターニングガイド472および第2のシリンダー452のための追加的な支持体を提供することが可能である。支持体を提供することに加えて、支持プレート470は、正面プレート454の中の開口部458を通過する空気フローを、受容部190およびマルチチューブ燃料ノズル94に導くのを支援することが可能である。本実施形態では、入口部フローコンディショナー90は、燃料ノズルハウジング56の中の3つのマルチチューブ燃料ノズル94に対応する3つの支持プレート470を含む。しかし、他の実施形態では、受容部190およびマルチチューブ燃料ノズル94の数に対応し得る、(例えば、1個、2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個、または、それ以上の)追加的な支持プレート470が存在することが可能である。そのうえ、支持プレート470は、プレート454から第1のシリンダー450の反対側端部474へ延在することが可能であり、したがって、入口部フローコンディショナー90を通過する空気フローをマルチチューブ燃料ノズル94同士の間で分割する。
後部プレートアッセンブリ92のプレート370および372と同様に、図18および図19に示されている入口部フローコンディショナー90は、統一された(例えば、ワンピースの)構造体であることが可能であり、それは、複数の受容部190、複数の燃料ノズル94、および、すべてのチューブ192の間で共有されている。換言すれば、開口部458は、支持プレート470を除いて、プレート454の実質的に全体をカバーすることが可能であり、支持プレート470は、概して、受容部190同士の間の仕切り壁部242と整合している。したがって、開口部458は、プレート454全体にわたって、混合チューブ192に向けて、軸線方向40に、実質的に均等に空気フローを供給するのを助けることが可能であり、一方、開口部456は、第1のシリンダー450の周りに、混合チューブ192に向けて、半径方向42に、実質的に均等に空気フローを供給するのを助ける。繰り返しになるが、開口部456および458は、すべてのチューブ192に空気フローをより均等に分配するのを助け、それぞれのチューブ192が、実質的に等しい量の空気フローを受け入れるようになっている。加えて、入口部フローコンディショナー90の統一された構成は、燃料ノズル94および混合チューブ192の構成、設置、除去、およびアフターサービスを簡単化する。
上述のように、入口部フローコンディショナー90は、ターニングガイド472を含む。ターニングガイド472は、マルチチューブ燃料ノズル94の半径方向に最も外側のチューブ192へ空気フローを方向付けするのを助けることが可能である。具体的には、ターニングガイド472は、第1のシリンダー450の中の空気フロー開口部456からの空気フローを方向付けすることが可能である。さらなる他の実施形態では、ターニングガイド472は、開口部456および458から、マルチチューブ燃料ノズル94の半径方向に最も外側のチューブ192へ、空気フローを方向付けすることが可能であり、したがって、マルチチューブ燃料ノズル94の中のチューブ192のそれぞれへのおおよそ均等な空気フローの分配を可能にする。
図20は、入口部フローコンディショナー90の断面図である。図示されているように、ターニングガイド472は、開口部456を通して入口部フローコンディショナー90に進入する空気フローを方向付けし直す。具体的には、空気フロー76が開口部456を通して入口部フローコンディショナー90に進入するときに、空気フローは、ターニングガイド472に接触する。ターニングガイド472は、入口部フローコンディショナー90の内部表面476に沿って流れるように空気フロー76を方向転換および方向付けする。空気フローが内部表面476の近くに進行するので、入口部フローコンディショナー90は、半径方向に最も外側のチューブ192が、マルチチューブ燃料ノズル94の半径方向に最も内側のチューブ192とおおよそ同じ量の空気フローを受け入れることを可能にする。本実施形態では、ターニングガイド472は、開口部456を通して入口部フローコンディショナー90に進入する空気フローを方向転換させる。しかし、他の実施形態では、また、ターニングガイド472は、プレート454の中の開口部458のうちのいくつかを通って入口部フローコンディショナー90に進入する空気フローも方向転換させることが可能である。
図21は、入口部フローコンディショナー90の実施形態の断面図である。図示されている実施形態では、入口部フローコンディショナー90は、マルチチューブ燃料ノズル94の半径方向に最も外側のチューブ192の中へ空気フローを導くターニングガイドを有していない。その代わりに、空気フロー開口部456は、第1のシリンダー450と角度480、482、および484を形成し、角度480、482、および484は、概して、チューブ192に向かって下流方向に配向されている。開口部456の角度は、入口部フローコンディショナー90に進入する空気フローを方向付けし直す。より具体的には、開口部456の角度は、空気フローが入口部フローコンディショナー90の内側表面476の近くを流れるのを促進し、したがって、半径方向に最も内側のチューブ192が受け入れる空気フローとおおよそ同じ量の空気フローを、半径方向に最も外側のチューブ192に供給する。角度480、482、および484は、おおよそ90度〜170度、110度〜150度、もしくは、130度〜140度であるか、または、おおよそ100度、120度、140度、もしくは160度よりも大きい角度であることが可能である。いくつかの実施形態では、開口部456は、異なる角度を有することが可能であり、したがって、異なる開口部456を通る空気フローが、内側表面476により近づいて、または、さらに離れて流れることを促進する。例えば、角度480、482、および484のそれぞれは、互いに異なることが可能であり、または、角度480、482、および484のうちのいくつかは、互いに等しいことが可能である。別の実施形態では、角度480、482、および484は、ある開口部456から別の開口部456へ、軸線方向40に徐々に増加することが可能である。さらなる別の実施形態では、角度480、482、および484は、ある開口部456から別の開口部456へ、軸線方向40に徐々に減少することが可能である。これらの実施形態のそれぞれにおいて、開口部456の角度は、マルチチューブ燃料ノズル94の中のチューブ192のそれぞれに、おおよそ等しい量の空気フローを提供するのを助けることが可能である。
図22は、入口部フローコンディショナー90の実施形態の断面図である。図21の実施形態と同様に、図22の入口部フローコンディショナー90は、ターニングガイドを含んでいない。その代わりに、入口部フローコンディショナー90は、開口部456および458を含み、開口部456および458は、第1のシリンダー450およびプレート454とそれぞれの角度を形成している。具体的には、開口部456は、第1のシリンダー450と角度480、482、および484を形成し、一方、開口部458は、角度490、492、494、および496を形成している。本実施形態では、開口部456のうちの2つが、90度よりも大きい角度を有しており、一方、第3の開口部は、第1のシリンダー450に対して90度である。加えて、開口部458のうちのいくつかは、プレート454と90度よりも大きい角度を形成しており(例えば、角度490および492)、一方、残りの開口部458は、90度の角度494および496を形成している。垂直でない角度490および492を有する2つの開口部458と、垂直でない角度482および484を形成する開口部456との組み合わせは(それらのすべては、90度、100度、110度、120度、130度、140度、150度、160度、または170度よりも大きい)、第1のシリンダー450の内部表面476に沿った、マルチチューブ燃料ノズル94の半径方向に最も外側のチューブ192への空気フローを増加させる。したがって、第1のシリンダー450の中の開口部456、および、プレート454に沿う開口部458は、マルチチューブ燃料ノズル94の半径方向に最も外側のチューブ192への空気フローを増加させることが可能であり、したがって、マルチチューブ燃料ノズル94のチューブ192の中へのおおよそ等しい量の空気フローを可能にする。角度480、482、484、490、492、494、および496は、おおよそ90度〜170度、110度〜150度、130度〜140度、または、おおよそ90度、100度、110度、120度、130度、140度、150度、160度、もしくは170度であることが可能である。いくつかの実施形態では、開口部456および458は、異なる角度を有することが可能であり、したがって、異なる開口部456および458を通る空気フローを、内側表面476により近づいて、または、さらに離れて流れるように方向付けする。例えば、角度480、482、484、490、492、494、および496のそれぞれは、互いに異なることが可能であるか、または、角度480、482、484、490、492、494、および496のうちのいくつかに対して、異なることが可能である。別の実施形態では、角度480、482、および484は、ある開口部から別の開口部へ、軸線方向40に徐々に増加することが可能である。さらに別の実施形態では、角度480、482、および484は、ある開口部から別の開口部へ、軸線方向40に徐々に減少することが可能である。また、角度490、492、494、および496は、ある開口部から別の開口部へ、半径方向42に徐々に角度が増加するか、または、ある開口部から別の開口部へ、半径方向42に徐々に角度が減少することも可能である。そのうえ、開口部456および458のうちのいくつかだけが、90度よりも大きい角度を形成しており、一方、残りの開口部が、第1のシリンダー450および第2のシリンダー452と90度の角度を形成することが可能である。それぞれのチューブ192が、フローコンディショナー90を介して、おおよそ等しい量の空気フローを受け入れるので、マルチチューブ燃料ノズル94は、最適な燃焼、排出ガス、燃料消費、および出力にとって適切な比率で燃料−空気混合物を混合および分配する。具体的には、マイクロミキサーシステム16は、ガスタービンシステムからの望ましくない排出ガス(例えば、NOx、CO、CO2など)のレベルを低減させることが可能である。
本発明の技術的効果は、モジュール式マイクロミキサーシステムを含む。モジュール式マイクロミキサーシステムは、マルチチューブ燃料ノズル、入口部フローコンディショナー、後部プレートアッセンブリ、および弾性金属製シール(例えば、金属製ベローズ)を含む、個々のコンポーネントの検査、メンテナンス、および交換を容易にする。上記に説明されているように、燃料ノズルハウジングは、マルチチューブ燃料ノズルへ燃料を半径方向に提供しながら、個々のコンポーネントを支持している。半径方向の燃料送達は、簡単化されたエンドプレートを燃焼器に使用することを可能にし、マルチチューブ燃料ノズルのチューブによって使用可能な利用可能スペースを増加させる。他の技術的効果には、圧縮空気から破片をフィルターにかけることができ、マルチチューブ燃料ノズルの中のチューブのそれぞれの中へのおおよそ等しい量の空気フローを可能にする入口部フローコンディショナーが含まれる。加えて、マイクロミキサーシステムは、後部プレートアッセンブリを含み、後部プレートアッセンブリは、マルチチューブ燃料ノズルを対流によって冷却することもでき、かつ、燃焼ゾーンの中の燃焼反応との直接的な接触からマルチチューブ燃料ノズルを遮蔽することもできる冷却空気チャンバーを作り出すように構成されている。最後に、弾性金属製シールは、マルチチューブ燃料ノズルの中の温度勾配からの損耗を低減させ、または阻止する。具体的には、弾性金属製シール(例えば、金属製ベローズ)は、燃料ノズルハウジングとマルチチューブ燃料ノズルとの間の連続的な作動シールを維持しながら、軸線方向に膨張または収縮し、チューブの熱膨張または熱収縮の影響を少なくすることが可能である。
この書面による説明は、本発明を開示するために、また、任意の当業者が本発明を実施(任意のデバイスまたはシステムを製造および使用すること、ならびに任意の組み込まれた方法を実行することを含む)することができるように、例(最良の形態を含む)を使用している。本発明の特許の範囲は、特許請求の範囲によって画定され、当業者が考え付く他の例を含むことが可能である。そのような他の例が、特許請求の範囲の文言と異ならない構造的要素を含んでいる場合には、または、特許請求の範囲の文言とわずかに異なる、均等な構造的要素を含んでいる場合には、そのような他の例は、特許請求の範囲内に含まれるということが意図されている。
10 ガスタービンシステム
12 燃焼器
14 燃料供給
16 マイクロミキサーシステム
18 タービン
20 排気出口部
22 シャフト
24 圧縮機
26 空気取り入れ口
28 負荷
40 軸線方向
41 中央軸線
42 半径方向
44 円周方向
46 下流端部
48 上流端部、ヘッドエンド
52 エンドケーシング
54 エンドプレート
56 燃料ノズルハウジング
58 燃料ノズル開口部
60 フランジ
62 後部ケーシング
64 第1のフランジ
66 第2のフランジ
68 開口部
70 フロースリーブ
72 燃焼ライナー
74 環状部
76 圧縮空気フロー
78 半径方向注入開口部
80 マルチチューブ燃料ノズル
82 燃料空気混合物
84 燃焼ゾーン
86 高温加圧燃焼生成物
86 燃焼生成物
88 トランジションピース
90 入口部フローコンディショナー
91 外周
92 後部プレートアッセンブリ
93 湾曲側部
94 マルチチューブ燃料ノズル
95 収束側部
96 中央パイロット燃料ノズル
120 第1のリング構造体
122 第2のリング構造体
124 支柱
125 外部供給源
126 燃料フランジ
128 半径方向の空気冷却開口部
150 外径
152 内径
153 第1の装着部
154 留め具
156 開口部
158 開口部
160 外径
161 装着部
162 留め具、ピン
164 開口部
166 開口部
168 シール
188 外周
189 湾曲側部
190 燃料ノズル受容部
191 収束側部
192 マイクロミキサーチューブ、混合チューブ
194 プレート
196 プレート
198 プレート
200 距離
202 距離
220 開口部
222 外径
224 内径
226 直径の相違
228 空気フロー通路
230 燃料支柱
232 構造支柱、支持支柱、非燃料支柱
234 外部表面
236 開口部
238 開口部
240 開口部
242 半径方向プレート
244 第3のリング構造体
246 中央受容部
248 開口部
250 開口部
260 燃料
262 燃料空気混合物
264 チューブ開口部
266 チューブ開口部
270 チャンバー
272 チャンバー
274 開口部
276 燃料入口部、スロット
278 空気入口部
280 空気混合物出口部
282 可動接続部
284 空気フロー
300 弾性金属製シール
302 金属製ベローズ
303 壁部
304 軸線方向
306 ポケット部
308 溝部
310 周囲部分
312 内側表面
314 リップ部分
316 第1の端部部分
318 第2の端部部分
320 ターン部、ベンド部
322 波形パターン
340 扇形の形状をした構成
342 概して平行な側部
344 概して平行な側部
346 平行でない側部
348 平行でない側部
350 半径方向
352 U字形状またはC字形状
354 E字形状またはW字形状
356 波形、揺動形、またはジグザグ形のパターン
370 後部プレート
372 インピンジメントプレート
374 第1のシリンダー
376 第2のシリンダー
377 環状の壁部
378 第1のフープシール
379 スプリングエレメント
380 フープシール
381 扇形仕切り
382 チューブ開口部
383 扇形仕切り
384 チューブ開口部
385 中央通路
386 中央ノズル開口部、通路
388 中央ノズル開口部、通路
390 開口部
400 遮熱コーティング(TBC)
402 空気冷却チャンバー
404 方向
406 スペース
408 インピンジメント開口部
410 前方端側部
420 冷却開口部
422 幅
424 幅
426 幅422と幅424との間の差
428 環状のスペース
430 角度
431 角度
432 平面
434 後部端部
450 第1のシリンダー
452 第2のシリンダー
454 プレート
456 空気フロー開口部
458 空気フロー開口部
460 中央燃料ノズル開口部
470 支持プレート
472 ターニングガイド
474 反対側端部
476 内側表面、内部表面
480 角度
482 角度
484 角度
490 角度
492 角度
494 角度
496 角度

Claims (20)

  1. 複数のマルチチューブ燃料ノズルであって、前記マルチチューブ燃料ノズルのそれぞれが、軸線方向に延在する複数のチューブを有しており、前記複数のチューブのそれぞれのチューブが、空気入口部と、燃料入口部と、燃料−空気混合物出口部とを含む、複数のマルチチューブ燃料ノズルと、
    中央軸線の周りに円周方向に延在している第1の外側壁部を含む燃料ノズルハウジングであって、前記複数のマルチチューブ燃料ノズルが、前記燃料ノズルハウジングの中に配設されている、燃料ノズルハウジングと、
    前記第1の外側壁部の第1の端部部分に除去可能に連結されている入口部フローコンディショナーであって、前記入口部フローコンディショナーが、複数の空気開口を含む、入口部フローコンディショナーと、
    前記第1の外側壁部の第2の端部部分に除去可能に連結されている後部プレートアッセンブリであって、前記後部プレートアッセンブリが、複数のチューブ開口部を有する後部プレート、および、前記複数のチューブ開口部へ延在する前記複数のチューブを含む、後部プレートアッセンブリと
    を含む、システム。
  2. 前記複数のマルチチューブ燃料ノズルのそれぞれの燃料ノズルが、それぞれの前記燃料ノズルの外周の周りに露出されている前記複数のチューブと、それぞれの燃料ノズルの前記外周の周りに少なくとも部分的に延在している前記燃料ノズルハウジングとを有する、請求項1記載のシステム。
  3. 前記燃料ノズルハウジングが、前記第1の外側壁部から前記中央軸線に向かって内向きに延在している複数の半径方向壁部を含み、前記燃料ノズルハウジングが、前記第1の外側壁部の中に配設されている複数の燃料ノズル受容部を含み、前記複数の半径方向壁部が、前記複数の燃料ノズル受容部を互いに分離し、前記複数のマルチチューブ燃料ノズルが、前記複数の燃料ノズル受容部の中に配設されている、請求項1記載のシステム。
  4. 前記燃料ノズルハウジングが、前記第1の外側壁部と概して同軸の第1の内側壁部を含む、請求項1記載のシステム。
  5. 前記燃料ノズルハウジングが、前記第1の内側壁部と前記第1の外側壁部との間に延在している複数の半径方向壁部を含む、請求項4記載のシステム。
  6. 前記第1の内側壁部を通って延在する中央通路の中に配設されている中央燃料ノズルを含む、請求項4記載のシステム。
  7. 前記複数のマルチチューブ燃料ノズルのそれぞれの燃料ノズルが、パイ形状をした外周を有している、請求項1記載のシステム。
  8. 前記燃料ノズルハウジングが、装着構造体を含み、前記装着構造体が、前記第1の外側壁部から外向きに延在している複数の半径方向支持アームを含む、請求項1記載のシステム。
  9. 前記複数の半径方向支持アームの少なくとも1つのアームが、前記燃料ノズルハウジングの中の前記複数のマルチチューブ燃料ノズルうちの少なくとも1つへ延在している燃料通路を含む、請求項8記載のシステム。
  10. 前記複数の半径方向支持アームのそれぞれのアームが、エーロフォイル形状をした断面を含む、請求項8記載のシステム。
  11. 前記装着構造体が、前記第1の外側壁部の周りに円周方向に延在している外側フランジを含み、前記複数の半径方向支持アームが、前記外側フランジと前記第1の外側壁部との間に半径方向に延在している、請求項8記載のシステム。
  12. 前記入口部フローコンディショナーが、
    前記中央軸線に対して半径方向に延在しているプレートと、
    前記プレートの周りに円周方向に延在している第2の外側壁部であって、前記第2の外側壁部が、前記プレートに連結されており、前記複数の空気開口が、前記プレート、前記第2の外側壁部、または、それらの組み合わせの中に配設されている、第2の外側壁部と、
    前記第2の外側壁部を前記第1の外側壁部に除去可能に連結するように構成されている第1の半径方向装着体と
    を含む、請求項1記載のシステム。
  13. 前記システムが、前記第2の外側壁部と概して同軸の第2の内側壁部を含み、前記第2の内側壁部が、前記プレートに連結されている、請求項12記載のシステム。
  14. 前記第2の外側壁部から前記中央軸線に向かって内向きに延在している複数の半径方向壁部を含む、請求項12記載のシステム。
  15. 前記後部プレートアッセンブリが、第3の外側壁部と第2の半径方向装着体とを含み、前記第2の半径方向装着体が、前記第3の外側壁部を前記第1の外側壁部に除去可能に連結するように構成されている、請求項1記載のシステム。
  16. 燃焼器、ガスタービンエンジン、または、それらの組み合わせを含み、前記複数のマルチチューブ燃料ノズルと、前記燃料ノズルハウジングと、前記入口部フローコンディショナーと、前記後部プレートアッセンブリとを有する、請求項1記載のシステム。
  17. 中央軸線の周りに円周方向に延在している第1の外側壁部を含む燃料ノズルハウジングであって、前記第1の外側壁部は、第2の端部部分から反対側にある第1の端部部分を有しており、前記燃料ノズルハウジングは、複数のマルチチューブ燃料ノズルを除去可能に支持するように構成されている、燃料ノズルハウジングと、
    前記第1の外側壁部の前記第1の端部部分に除去可能に連結されている入口部フローコンディショナーであって、前記入口部フローコンディショナーが、複数の空気開口を含む、入口部フローコンディショナーと
    を含む、システム。
  18. 前記燃料ノズルハウジングが、前記第1の外側壁部から外向きに延在している複数の半径方向支持アームを有する装着構造体を含み、前記複数の半径方向支持アームの少なくとも1つのアームが、燃料通路を含む、請求項17記載のシステム。
  19. 中央軸線の周りに円周方向に延在している第1の外側壁部を含む燃料ノズルハウジングであって、前記第1の外側壁部は、第2の端部部分から反対側にある第1の端部部分を有しており、前記燃料ノズルハウジングは、複数のマルチチューブ燃料ノズルを除去可能に支持するように構成されている、燃料ノズルハウジングと、
    前記第1の外側壁部の前記第2の端部部分に除去可能に連結されている後部プレートアッセンブリであって、前記後部プレートアッセンブリが、後部プレートを含み、前記後部プレートが、前記複数のマルチチューブ燃料ノズルからのチューブを受け入れるように構成されている複数のチューブ開口部を有する、後部プレートアッセンブリと
    を含む、システム。
  20. 前記燃料ノズルハウジングが、前記第1の外側壁部から外向きに延在している複数の半径方向支持アームを有する装着構造体を含み、前記複数の半径方向支持アームの少なくとも1つのアームが、燃料通路を含む、請求項19記載のシステム。
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DE (1) DE102014103079A1 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180126043A (ko) * 2016-03-25 2018-11-26 제네럴 일렉트릭 컴퍼니 축방향 연료 다단화를 이용하는 분할형 환형 연소 시스템
KR20180126536A (ko) * 2016-03-25 2018-11-27 제네럴 일렉트릭 컴퍼니 세그먼트화 환형 연소 시스템을 위한 연료 분사 모듈
KR20190120206A (ko) * 2017-02-23 2019-10-23 제너럴 일렉트릭 캄파니 연소기용 단부 커버 조립체

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9534781B2 (en) 2012-05-10 2017-01-03 General Electric Company System and method having multi-tube fuel nozzle with differential flow
US9759425B2 (en) 2013-03-12 2017-09-12 General Electric Company System and method having multi-tube fuel nozzle with multiple fuel injectors
US9671112B2 (en) 2013-03-12 2017-06-06 General Electric Company Air diffuser for a head end of a combustor
US9528444B2 (en) 2013-03-12 2016-12-27 General Electric Company System having multi-tube fuel nozzle with floating arrangement of mixing tubes
US9651259B2 (en) 2013-03-12 2017-05-16 General Electric Company Multi-injector micromixing system
US9765973B2 (en) 2013-03-12 2017-09-19 General Electric Company System and method for tube level air flow conditioning
US9534787B2 (en) 2013-03-12 2017-01-03 General Electric Company Micromixing cap assembly
US9784452B2 (en) 2013-03-15 2017-10-10 General Electric Company System having a multi-tube fuel nozzle with an aft plate assembly
US9316397B2 (en) 2013-03-15 2016-04-19 General Electric Company System and method for sealing a fuel nozzle
US9291352B2 (en) 2013-03-15 2016-03-22 General Electric Company System having a multi-tube fuel nozzle with an inlet flow conditioner
US9303873B2 (en) 2013-03-15 2016-04-05 General Electric Company System having a multi-tube fuel nozzle with a fuel nozzle housing
US9664392B2 (en) * 2013-12-13 2017-05-30 General Electric Company Bundled tube fuel injector with outer shroud and outer band connection
JP6285081B2 (ja) * 2014-05-30 2018-02-28 川崎重工業株式会社 ガスタービンエンジンの燃焼装置
AU2015268509B2 (en) * 2014-05-30 2018-04-26 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Combustion device for gas turbine engine
US10605459B2 (en) * 2016-03-25 2020-03-31 General Electric Company Integrated combustor nozzle for a segmented annular combustion system
US10571126B2 (en) * 2017-02-08 2020-02-25 General Electric Company Method to provide a braze coating with wear property on micromixer tubes
KR101900192B1 (ko) 2017-04-27 2018-09-18 두산중공업 주식회사 연료 노즐 조립체, 이를 포함하는 연료 노즐 모듈 및 가스 터빈
DE102018109529B4 (de) * 2018-04-20 2019-11-28 Tenneco Gmbh Halteflansch für Dosierventil
CN113531584B (zh) * 2020-04-15 2023-05-23 上海慕帆动力科技有限公司 燃气轮机的燃烧装置
CN114234232B (zh) * 2021-12-24 2023-05-02 中国科学院工程热物理研究所 微预混直喷燃烧室
CN115355536B (zh) * 2022-08-17 2024-02-02 北京理工大学 一种适用于燃气轮机的氢氧微混燃烧装置及其使用方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5524430A (en) * 1992-01-28 1996-06-11 Societe National D'etude Et De Construction De Moteurs D'aviation S.N.E.C.M.A. Gas-turbine engine with detachable combustion chamber
US6446439B1 (en) * 1999-11-19 2002-09-10 Power Systems Mfg., Llc Pre-mix nozzle and full ring fuel distribution system for a gas turbine combustor
US20090188255A1 (en) * 2008-01-29 2009-07-30 Alstom Technologies Ltd. Llc Combustor end cap assembly
JP2009216377A (ja) * 2008-03-12 2009-09-24 General Electric Co <Ge> 希薄直接噴射燃焼システム
JP2010127613A (ja) * 2008-12-01 2010-06-10 General Electric Co <Ge> 燃料ノズルの取り外し可能なバーナチューブ
JP2010203758A (ja) * 2009-02-27 2010-09-16 General Electric Co <Ge> 予混合式直接噴射ディスク
JP2010261706A (ja) * 2009-05-01 2010-11-18 General Electric Co <Ge> タービン空気流整流器
JP2011220669A (ja) * 2010-04-06 2011-11-04 General Electric Co <Ge> 環状リングマニホルド四次燃料分配器
US20130025283A1 (en) * 2011-07-29 2013-01-31 General Electric Company Sector nozzle mounting systems
JP2013195059A (ja) * 2012-03-19 2013-09-30 General Electric Co <Ge> マイクロミキサ燃焼ヘッド端部組立体

Family Cites Families (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4100733A (en) 1976-10-04 1978-07-18 United Technologies Corporation Premix combustor
US4845952A (en) * 1987-10-23 1989-07-11 General Electric Company Multiple venturi tube gas fuel injector for catalytic combustor
KR100550689B1 (ko) 1998-02-10 2006-02-08 제너럴 일렉트릭 캄파니 가스 터빈의 연소 시스템용 버너 및 연료와 공기의 예비혼합 방법
JP3364169B2 (ja) 1999-06-09 2003-01-08 三菱重工業株式会社 ガスタービン及びその燃焼器
US6282904B1 (en) * 1999-11-19 2001-09-04 Power Systems Mfg., Llc Full ring fuel distribution system for a gas turbine combustor
US6672073B2 (en) * 2002-05-22 2004-01-06 Siemens Westinghouse Power Corporation System and method for supporting fuel nozzles in a gas turbine combustor utilizing a support plate
US7752850B2 (en) 2005-07-01 2010-07-13 Siemens Energy, Inc. Controlled pilot oxidizer for a gas turbine combustor
US8122721B2 (en) 2006-01-04 2012-02-28 General Electric Company Combustion turbine engine and methods of assembly
US20070277530A1 (en) 2006-05-31 2007-12-06 Constantin Alexandru Dinu Inlet flow conditioner for gas turbine engine fuel nozzle
DE102006054910A1 (de) 2006-06-14 2007-12-20 Hübner GmbH Fluggastbrücke oder Fluggasttreppe
KR20090067152A (ko) 2006-09-06 2009-06-24 엔엑스피 비 브이 클러스터 커플러 유닛, 클러스터 동기화 방법 및 네트워크
US8147121B2 (en) 2008-07-09 2012-04-03 General Electric Company Pre-mixing apparatus for a turbine engine
US20100175380A1 (en) 2009-01-13 2010-07-15 General Electric Company Traversing fuel nozzles in cap-less combustor assembly
US9140454B2 (en) 2009-01-23 2015-09-22 General Electric Company Bundled multi-tube nozzle for a turbomachine
CA2753620A1 (en) 2009-03-03 2010-09-10 The University Of Western Ontario Method for fabrication of layered heterojunction polymeric devices
US8789372B2 (en) 2009-07-08 2014-07-29 General Electric Company Injector with integrated resonator
US8800289B2 (en) 2010-09-08 2014-08-12 General Electric Company Apparatus and method for mixing fuel in a gas turbine nozzle
US8322143B2 (en) 2011-01-18 2012-12-04 General Electric Company System and method for injecting fuel
US8312724B2 (en) 2011-01-26 2012-11-20 United Technologies Corporation Mixer assembly for a gas turbine engine having a pilot mixer with a corner flame stabilizing recirculation zone
US20130025285A1 (en) 2011-07-29 2013-01-31 General Electric Company System for conditioning air flow into a multi-nozzle assembly
US8950188B2 (en) 2011-09-09 2015-02-10 General Electric Company Turning guide for combustion fuel nozzle in gas turbine and method to turn fuel flow entering combustion chamber
US9243803B2 (en) 2011-10-06 2016-01-26 General Electric Company System for cooling a multi-tube fuel nozzle
US20130232979A1 (en) 2012-03-12 2013-09-12 General Electric Company System for enhancing mixing in a multi-tube fuel nozzle
US9534781B2 (en) 2012-05-10 2017-01-03 General Electric Company System and method having multi-tube fuel nozzle with differential flow
US8701419B2 (en) 2012-05-10 2014-04-22 General Electric Company Multi-tube fuel nozzle with mixing features
US8943833B2 (en) 2012-07-06 2015-02-03 United Technologies Corporation Fuel flexible fuel injector
US9366439B2 (en) 2013-03-12 2016-06-14 General Electric Company Combustor end cover with fuel plenums
US9671112B2 (en) 2013-03-12 2017-06-06 General Electric Company Air diffuser for a head end of a combustor
US9650959B2 (en) 2013-03-12 2017-05-16 General Electric Company Fuel-air mixing system with mixing chambers of various lengths for gas turbine system
US9528444B2 (en) 2013-03-12 2016-12-27 General Electric Company System having multi-tube fuel nozzle with floating arrangement of mixing tubes
US20140338340A1 (en) 2013-03-12 2014-11-20 General Electric Company System and method for tube level air flow conditioning
US9765973B2 (en) 2013-03-12 2017-09-19 General Electric Company System and method for tube level air flow conditioning
US9651259B2 (en) 2013-03-12 2017-05-16 General Electric Company Multi-injector micromixing system
US9759425B2 (en) 2013-03-12 2017-09-12 General Electric Company System and method having multi-tube fuel nozzle with multiple fuel injectors
US9534787B2 (en) 2013-03-12 2017-01-03 General Electric Company Micromixing cap assembly
US9347668B2 (en) 2013-03-12 2016-05-24 General Electric Company End cover configuration and assembly
US9303873B2 (en) 2013-03-15 2016-04-05 General Electric Company System having a multi-tube fuel nozzle with a fuel nozzle housing
US9784452B2 (en) 2013-03-15 2017-10-10 General Electric Company System having a multi-tube fuel nozzle with an aft plate assembly
US9291352B2 (en) 2013-03-15 2016-03-22 General Electric Company System having a multi-tube fuel nozzle with an inlet flow conditioner
US9316397B2 (en) 2013-03-15 2016-04-19 General Electric Company System and method for sealing a fuel nozzle

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5524430A (en) * 1992-01-28 1996-06-11 Societe National D'etude Et De Construction De Moteurs D'aviation S.N.E.C.M.A. Gas-turbine engine with detachable combustion chamber
US6446439B1 (en) * 1999-11-19 2002-09-10 Power Systems Mfg., Llc Pre-mix nozzle and full ring fuel distribution system for a gas turbine combustor
US20090188255A1 (en) * 2008-01-29 2009-07-30 Alstom Technologies Ltd. Llc Combustor end cap assembly
JP2009216377A (ja) * 2008-03-12 2009-09-24 General Electric Co <Ge> 希薄直接噴射燃焼システム
JP2010127613A (ja) * 2008-12-01 2010-06-10 General Electric Co <Ge> 燃料ノズルの取り外し可能なバーナチューブ
JP2010203758A (ja) * 2009-02-27 2010-09-16 General Electric Co <Ge> 予混合式直接噴射ディスク
JP2010261706A (ja) * 2009-05-01 2010-11-18 General Electric Co <Ge> タービン空気流整流器
JP2011220669A (ja) * 2010-04-06 2011-11-04 General Electric Co <Ge> 環状リングマニホルド四次燃料分配器
US20130025283A1 (en) * 2011-07-29 2013-01-31 General Electric Company Sector nozzle mounting systems
JP2013195059A (ja) * 2012-03-19 2013-09-30 General Electric Co <Ge> マイクロミキサ燃焼ヘッド端部組立体

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180126043A (ko) * 2016-03-25 2018-11-26 제네럴 일렉트릭 컴퍼니 축방향 연료 다단화를 이용하는 분할형 환형 연소 시스템
KR20180126536A (ko) * 2016-03-25 2018-11-27 제네럴 일렉트릭 컴퍼니 세그먼트화 환형 연소 시스템을 위한 연료 분사 모듈
JP2019509458A (ja) * 2016-03-25 2019-04-04 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ セグメント型の環状燃焼システム用の燃料噴射モジュール
KR102325910B1 (ko) 2016-03-25 2021-11-16 제네럴 일렉트릭 컴퍼니 축방향 연료 다단화를 이용하는 분할형 환형 연소 시스템
KR102345180B1 (ko) * 2016-03-25 2021-12-31 제네럴 일렉트릭 컴퍼니 세그먼트화 환형 연소 시스템을 위한 연료 분사 모듈
US11428413B2 (en) 2016-03-25 2022-08-30 General Electric Company Fuel injection module for segmented annular combustion system
KR20190120206A (ko) * 2017-02-23 2019-10-23 제너럴 일렉트릭 캄파니 연소기용 단부 커버 조립체
JP2020508432A (ja) * 2017-02-23 2020-03-19 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ 燃焼器用のエンドカバーアセンブリ
JP7091353B2 (ja) 2017-02-23 2022-06-27 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ 燃焼器用のエンドカバーアセンブリ
KR102456206B1 (ko) 2017-02-23 2022-10-18 제너럴 일렉트릭 캄파니 연소기용 단부 커버 조립체

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