JP2017519959A - 二次燃料段用の2つの出口燃料予混合ノズルを有するガスタービンエンジン - Google Patents
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Abstract
Description
本発明のための開発は、アメリカ合衆国エネルギー省によって認められた契約番号DE-FC26-05NT42644によって一部補助された。したがって、アメリカ合衆国政府は本発明における何らかの権利を有することがある。
本発明は、ガスタービンエンジン、特に、ガスタービンエンジンの燃焼器の二次燃料段(secondary fuel stage)に位置決めされたノズルに関する。
ガスタービンエンジンにおいて、燃料は燃料源から燃焼セクションへ供給され、燃焼セクションにおいて燃料は空気と混合され、点火され、作動ガスを形成する高温の燃焼生成物を発生する。作動ガスは、タービンセクションへ送られ、タービンセクションにおいてタービンロータの回転を生じさせる。燃焼セクションにおいて燃料が燃焼することによるNOxガスの発生は、主燃焼ゾーンの下流において点火される燃料部分を提供することによって減じることができることが分かっている。
以下の説明では本発明を図面に関連して説明する。
本発明者らは、燃焼器112の二次燃料段114において使用される従来のノズル118の複数の制限を認識した。例えば、従来のノズル118は、二次燃焼ゾーン170内における周方向成分を持たないただ1つの出口を特徴としており、その結果、隣接するノズル118の間において、噴射された空気/燃料混合物の周方向の混合が制限されるということを、発明者らは認識した。ノズル間のこの制限された周方向混合は、リッチな空気−燃料混合物を噴射するためのより小さな開口(図2)を備える低分割気流ノズル設計118’の場合により一層顕著となることも、発明者らは認識した。図3は、最大温度のピーク温度領域156を含む、二次燃焼ゾーン170の下流の位置における温度分布155を示している。ノズル118間の周方向の混合が制限されている結果、ピーク温度領域156がノズル118の間に配置されているということを発明者らは認識した。発明者らは、ピーク温度領域156が著しく大きいことも認識した。当業者によって認められるように、ピーク温度領域156が大きくなるほど、燃焼器112内の最大燃焼温度が上昇し、ひいては、より高レベルのNOx生成を生じる。
Claims (17)
- ガスタービンエンジンにおいて、
燃焼器と、
該燃焼器に燃料を供給する二次燃料段とを備え、
該二次燃料段は、空気−燃料混合物を前記燃焼器内へ噴射するための、周方向成分を有するように向けられた2つの出口を備えるノズルを含むことを特徴とする、ガスタービンエンジン。 - 前記2つの出口は、周方向で互いに反対方向に向けられている、請求項1記載のガスタービンエンジン。
- 前記2つの出口は、前記燃焼器の長手方向軸線に直交する平面に配置されており、前記2つの出口は、前記平面において所定の角度だけ分離させられている、請求項1記載のガスタービンエンジン。
- 前記角度は、30〜40度の範囲である、請求項3記載のガスタービンエンジン。
- 前記ノズルに空気を供給するために前記ノズルに接続された空気源と、
前記ノズルに燃料を供給するために前記ノズルに接続された燃料源とをさらに備え、
前記ノズルは、前記空気−燃料混合物が前記ノズルから前記燃焼器内へ噴射されるように、前記空気と前記燃料とを混合するように構成されている、請求項1記載のガスタービンエンジン。 - 前記二次燃料段の下流の位置における前記作動ガスのピーク温度が所定の温度しきい値よりも低くなるように、前記2つの出口は、前記燃焼器内で前記噴射された空気−燃料混合物を前記作動ガスに引き込むように向けられている、請求項1記載のガスタービンエンジン。
- 前記所定の温度しきい値は、前記空気−燃料混合物が1つの出口ノズルによって前記燃焼器内へ噴射されたときの前記作動ガスのピーク温度である、請求項6記載のガスタービンエンジン。
- 前記二次燃料段の下流の位置における前記作動ガスのピーク温度領域が凸状の周縁部を有するように、前記2つの出口は、前記燃焼器内で前記噴射された空気−燃料混合物を前記作動ガスに引き込むように向けられている、請求項1記載のガスタービンエンジン。
- 前記二次燃料段の下流の位置における前記作動ガスの温度分布がピーク温度領域しきい値よりも小さいピーク温度領域を有するように、前記2つの出口は、前記燃焼器内で前記噴射された空気−燃料混合物を前記作動ガスに引き込むように向けられている、請求項1記載のガスタービンエンジン。
- 前記ピーク温度領域しきい値は、前記空気−燃料混合物が1つの出口ノズルによって前記燃焼器内へ噴射されたときの前記作動ガスの温度分布のピーク温度領域である、請求項9記載のガスタービンエンジン。
- 前記燃焼器の横断面積に対する、前記二次燃料段の下流の位置における前記作動ガスの温度分布のピーク温度領域のパーセンテージ比が、しきい値パーセンテージ比よりも小さくなるように、前記2つの出口は、前記燃焼器内で前記噴射された空気−燃料混合物を前記作動ガスに引き込むように向けられている、請求項1記載のガスタービンエンジン。
- 前記しきい値パーセンテージ比は、前記空気−燃料混合物が1つの出口ノズルによって前記燃焼器内へ噴射されたときの前記燃焼器の横断面積に対する、その位置における前記作動ガスの温度分布のピーク温度領域のパーセンテージ比である、請求項11記載のガスタービンエンジン。
- ガスタービンエンジンにおいて、
作動ガスに点火するための主燃焼ゾーンを備える燃焼器と、
前記主燃焼ゾーンの下流に位置決めされた二次燃料段であって、前記燃焼器内へ空気−燃料混合物を噴射するノズルを有する、二次燃料段とを備え、
前記ノズルは、前記二次燃料段の下流の位置における前記作動ガスの温度分布のピーク温度領域が凸状の周縁部を有するように、前記空気−燃料混合物を前記作動ガスに引き込むために有効であることを特徴とする、ガスタービンエンジン。 - 前記ノズルは、前記空気−燃料混合物を前記燃焼器内へ噴射するための、前記燃焼器の長手方向軸線に直交する平面において周方向成分を有するように向けられた2つの出口を有する、請求項13記載のガスタービンエンジン。
- さらに、前記ノズルは、前記二次燃料段の下流の位置における前記作動ガスのピーク温度が、前記空気−燃料混合物が1つの出口ノズルによって前記燃焼器内へ噴射されたときの前記作動ガスのピーク温度よりも低くなるように、前記空気−燃料混合物を前記作動ガスに引き込むために有効である、請求項14記載のガスタービンエンジン。
- 前記二次燃料段の下流の位置における前記作動ガスの前記ピーク温度領域が、前記空気−燃料混合物が1つの出口ノズルによって前記燃焼器内へ噴射されたときの前記作動ガスのピーク温度分布のピーク温度領域よりも小さくなるように、前記出口は向けられている、請求項14記載のガスタービンエンジン。
- ガスタービンエンジンの燃焼器の二次燃料段において、前記燃焼器は、作動ガスに点火するために前記二次燃料段の上流に主燃焼ゾーンを備えており、前記二次燃料段は、
空気−燃料混合物を前記燃焼器内へ噴射するための、周方向成分を有するように向けられた2つの出口を備えるノズルを有し、
該ノズルは、前記二次燃料段の下流の位置における前記作動ガスのピーク温度が、前記空気−燃料混合物が1つの出口ノズルによって燃焼器内へ噴射されたときの前記作動ガスのピーク温度よりも低くなるように、前記空気−燃料混合物を前記作動ガスに引き込むために有効であることを特徴とする、ガスタービンエンジンの燃焼器の二次燃料段。
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