JP3213519U - 燃焼器の入口整流器 - Google Patents

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Abstract

【課題】燃料ノズルの予混合通路への入口から上流に向かう不均一な流れを緩和するためのシステムを提供する。【解決手段】燃焼器(14)は、入口整流器(100)を含む。入口整流器(100)は、燃料ノズルアセンブリ(50)の一部を周方向に囲むスリーブ(102)を含み、スリーブ(102)は、燃焼ライナ(34)の前方端部から端部カバー(32)の内面(64)まで延びる。スリーブ(102)は、スリーブ(102)の周りに周方向に間隔を置いて設けられた複数のアパーチャを画定する。端部カバー(32)の内面(64)の一部およびスリーブ(102)は、燃焼器(14)のヘッドエンド容積部(66)を画定する。燃料ノズルアセンブリ(50)のうち少なくとも1つの燃料ノズルの予混合通路への入口は、ヘッドエンド容積部(66)内に配置され、ヘッドエンド容積部(66)と流体連通している。【選択図】図3

Description

本発明は、概して、ガスタービンの燃焼器に関する。より具体的には、本発明は、燃料ノズルの予混合通路への入口から上流に向かう不均一な流れを緩和するためのシステムに関する。
ガスタービンエンジンの運転中、圧縮機からの加圧空気は、燃焼器内に画定されたヘッドエンド容積部内に流入する。加圧空気は、ヘッドエンド容積部から、それぞれの燃料ノズルの対応する予混合通路への入口に流入する。燃料は予混合通路内の加圧空気流に注入される。予混合通路では、燃料ノズルから下流に画定された燃焼ゾーンすなわち燃焼室に燃料および空気混合物を提供するために、燃料が加圧空気と混合される。加圧空気流は通常、それぞれの燃料ノズルへの入口に近づくにつれて不均一になる。これは、効率的な燃焼器の運転にとって望ましくない場合がある。
米国特許9291352号明細書
態様および利点は、以下の説明に記載されているか、以下の説明から明らかになり得るか、または実践により学び得る。
本開示の一実施形態は、燃焼器である。燃焼器は、燃料ノズルアセンブリの一部を周方向に囲むスリーブを含む入口整流器を含む。スリーブは、燃焼ライナの前方端部から端部カバーの内面に延びる。スリーブは、スリーブの周りに周方向に間隔を置いて設けられた複数のアパーチャを画定する。端部カバーの内面の一部およびスリーブは、燃焼器のヘッドエンド容積部を画定する。燃料ノズルアセンブリのうち、少なくとも1つの燃料ノズルの予混合通路への入口は、ヘッドエンド容積部内に配置され、ヘッドエンド容積部と流体連通している。
本開示の別の実施形態は、燃焼器である。燃焼器は、燃料ノズルアセンブリの一部を周方向に囲む入口整流器を含む。入口整流器は、燃焼ライナの前方端部から端部カバーの内面に延びる。入口整流器は、外側スリーブから径方向に離間して配置された内側スリーブを備え、流れ分配プレナムが、内側スリーブと外側スリーブとの間に画定されている。内側スリーブおよび端部カバーは、燃焼器のヘッドエンド容積部を画定する。内側スリーブは、流れ分配プレナムとヘッドエンド容積部との間の流体の流れを提供する複数のアパーチャを画定する。燃料ノズルアセンブリのうち、少なくとも1つの燃料ノズルの予混合通路への入口は、ヘッドエンド容積部内に配置され、ヘッドエンド容積部と流体連通している。
当業者であれば、本明細書を検討すれば、このような実施形態の特徴、態様等をよりよく理解するであろう。
様々な実施形態の最良の形態を含む、様々な実施形態の完全かつ実施可能な、当業者に対する開示が、以下の添付の図面の参照を含む、本明細書の以降の部分で、より詳細に述べられる。
本開示の様々な実施形態を組み込むことができる例示的なガスタービンの機能ブロック図を示す。 本開示の様々な実施形態を組み込むことができる例示的な燃焼器の単純化した断面側面図である。 本開示の少なくとも1つの実施形態による例示的な燃焼器の一部の断面側面図である。 本開示の少なくとも1つの実施形態による例示的な入口整流器のスリーブの前方端部の一部の断面側面図である。 本開示の少なくとも1つの実施形態による例示的な入口整流器のスリーブの前方端部の一部の断面側面図である。 本開示の少なくとも1つの実施形態による例示的な入口整流器のスリーブの前方端部の一部の断面側面図である。 本開示の少なくとも1つの実施形態による燃焼器14の一部の断面側面図である。 本開示の少なくとも1つの実施形態による入口整流器の例示的な実施形態の斜視図である。 本開示の少なくとも1つの実施形態による、図8に示す入口整流器の断面側面図を提供する。 本開示の少なくとも1つの実施形態による、図8および図9に示すような、燃焼ライナの前方端部、流れスリーブの前方端部、および入口整流器の内側スリーブの後方端部を含む燃焼器14の一部の拡大図を提供する。 本開示の少なくとも1つの実施形態による、入口整流器の例示的なスリーブの一部、または内側スリーブ、および例示的な流体導管の一部の斜視図を提供する。 本開示の少なくとも1つの実施形態による、複数のアパーチャのうちの第1サブセットのアパーチャと、複数のアパーチャのうちの第2サブセットのアパーチャと、複数のアパーチャのうちの第3サブセットのアパーチャとを示す。
ここで、本開示の実施形態を詳細に参照し、実施形態の1以上の例を添付の図面に示す。詳細な説明では、図面の特徴を参照するために数字および文字の符号を使用する。図面中および説明中の同様または類似の符号は、本開示の同様または類似の部材を指すために使用されている。
本明細書において、「第1」、「第2」、および「第3」という用語は、1つの構成部品と別の構成部品とを区別するために交換可能に用いることができ、個々の構成部品の位置または重要性を示すことを意図しない。「上流」および「下流」という用語は、流体経路における流体流れに対する相対的方向を指す。例えば、「上流」は流体が流れる元に向かう方向を指し、「下流」は流体が流れる先に向かう方向を指す。「径方向」という用語は、特定の構成部品の軸中心線に実質的に垂直な相対的な方向を指し、「軸線方向」という用語は、特定の構成部品の軸中心線に実質的に平行および/または同軸に整列する相対的な方向を指し、「周方向」という用語は、特定の構成部品の軸中心線の周りに延びる相対的な方向を指す。
本明細書で用いる用語は、特定の実施形態を説明することだけを目的とし、限定することを目的とするものではない。本明細書で使用する場合、単数形「a」、「an」および「the」は、文脈が明らかにそうでないことを示さない限り、複数形も含むことを意図する。「備える、含む、有する(comprises)」、および/または「備える、含む、有する(comprising)」という用語は、本明細書で使用される場合、記載された特徴、整数、ステップ、動作、要素、および/または構成部品の存在を特定するが、1以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、部品、および/またはそれらのグループの存在、または追加を排除するものではないことが、さらに理解されるであろう。
各実施例は説明のために提供されるものであり、限定するものではない。実際、当業者には、その範囲または趣旨から逸脱することなく修正形態および変形形態を形成できることが明らかであろう。例えば、一実施形態の一部として図示または説明される特徴を別の実施形態で使用して、さらなる実施形態をもたらすこともできる。したがって、本開示は、特許請求の範囲およびそれらの等価物の範囲に入るこのような修正形態および変形形態を包括することが意図されている。本開示の例示的な実施形態は、説明のために、概して陸上発電用ガスタービンの燃焼器に関連して説明されるが、当業者であれば、本開示の実施形態が、任意の型または形態のターボ機械用燃焼器に適用でき、特許請求の範囲に具体的に記載されていない限り、陸上発電用ガスタービンの燃焼器または燃焼システムに限定されないことが容易に理解されよう。
ここで図面を参照すると、図1は、例示的なガスタービン10の概略図を示す。ガスタービン10は、一般に、圧縮機12と、圧縮機12の下流に配置された少なくとも1つの燃焼器14と、燃焼器14の下流に配置されたタービン16とを含む。さらに、ガスタービン10は、圧縮機12をタービン16に連結する1以上のシャフト18を含んでもよい。
運転中、空気20は圧縮機12に流入し、圧縮機12では、空気20が次第に圧縮され、圧縮された空気、すなわち加圧空気22が圧燃焼器14に提供される。圧縮空気22の少なくとも一部は、燃焼器14内で燃料24と混合され、燃焼されて燃焼ガス26を生成する。燃焼ガス26は、燃焼器14からタービン16に流れる。タービン16では、(運動および/または熱)エネルギーが燃焼ガス26からロータブレード(図示せず)に伝達され、これによりシャフト18が回転する。機械的回転エネルギーは、その後、圧縮機12への動力の供給、および/または発電等の様々な目的で使用することができる。その後、燃焼ガス26は、ガスタービン10から排出される。
図2に示すように、燃焼器14は、圧縮機吐出ケーシング等の外側ケーシング28によって少なくとも部分的に囲まれていてもよい。外側ケーシング28は、燃焼器14の様々な構成部品を少なくとも部分的に囲む高圧プレナム30を少なくとも部分的に画定することができる。高圧プレナム30は圧縮空気22を圧縮機12から受けるために、圧縮機12(図1)と流体連通していてもよい。端部カバー32は、外側ケーシング28に連結されていてもよい。1以上の燃焼ライナまたはダクト34は、混合気を燃焼させるための燃焼室、すなわち燃焼ゾーン36を少なくとも部分的に画定してもよく、および/または燃焼ガス26をタービン16への入口38に導くための、燃焼器14を通る高温ガス経路を少なくとも部分的に画定してもよい。特定の実施形態では、燃焼ライナ34は、燃焼ライナ34の上流端部すなわち前方端部40が実質的に円筒形または丸みを帯びるように、単体すなわちユニボディとして形成され、または単体すなわちユニボディを形成する。その後、燃焼ライナ34は、燃焼ライナ34の下流端部すなわち後方端部42の近くで非円形または実質的に矩形の断面形状に移行してもよい。
特定の実施形態では、燃焼ライナ34は、流れスリーブ44によって少なくとも部分的に周方向に囲まれている。流れスリーブ44は、単一の構成部品として、または複数の流れスリーブセグメントによって形成することができる。流れスリーブ44は、燃焼ライナ34との間に流路、すなわち環状の流路46を画定するために、燃焼ライナ34から径方向に離間している。流れスリーブ44は、流路46と高圧プレナム30との間に流体連通を提供する複数の入口、すなわち穴48を画定してもよい。
様々な実施形態では、図2に示すように、燃焼器14は、燃料ノズルアセンブリ、すなわちエンドキャップアセンブリ50を含む。燃料ノズルアセンブリ50は、一般に、少なくとも1つの燃料ノズル52を含む。図3は、本開示の少なくとも1つの実施形態による例示的な燃焼器14の一部の断面側面図を提供する。図3に示すように、特定の実施形態では、各燃料ノズル52は、それぞれの流体導管54を介して端部カバー32に流体的に連結されている。特定の実施形態では、燃料ノズルアセンブリ50は、対応する流体導管54を介して端部カバー32に流体的に連結された複数の燃料ノズル52を含む。
各燃料ノズル52は、燃料ノズル52の上流端に画定された入口58と、燃料ノズル52の下流端に画定された出口60とを有する少なくとも1つの予混合通路56を含む。出口60は、燃焼ライナ34内に画定された燃焼室36と流体連通している。図3に示す燃料ノズル52は、管束、すなわちマイクロミキサーの燃料ノズルであるが、本発明は、請求項に特に記載されていない限り、管束燃料ノズルを有する燃焼器に限定されない。例えば、燃料ノズルアセンブリ50は、1以上の従来のスワーラまたはスウォズル予混合タイプの燃料ノズルを備えてもよい。特定の実施形態では、燃料ノズル52の一部等の燃料ノズルアセンブリ50の後方端部62は、軸線方向に、燃焼ライナ34の前方端部40内に延びる。
管束燃料ノズル52は一般に、前方プレート、すなわち上流プレートと、前方プレートから軸線方向に離間した後方プレート、すなわち下流プレートと、前方プレートと後方プレートとの間で軸線方向に延びる外側バンド、すなわちスリーブとを含む。特定の実施形態では、前方プレート、後方プレート、および外側スリーブは、管束燃料ノズル内に燃料プレナムを少なくとも部分的に画定してもよい。それぞれの流体導管54は、前方プレートを通って延び、燃料プレナムに燃料を供給してもよい。複数の管を含む管束は、前方プレート、燃料プレナムおよび後部プレートを通って延び、各管は、束管燃料ノズルを通るそれぞれの予混合流路56を画定する。予混合流路56は、燃料が燃焼室36に導かれる前に各管内で圧縮空気と予混合するためのものである。
様々な実施形態では、図2および図3に示すように、燃焼器14は、入口整流器100を含む。特定の実施形態では、図3に示すように、入口整流器100は、環状に形成されたスリーブ102であって、燃料ノズルアセンブリ50の一部を周方向に囲むスリーブ102を含む。スリーブ102は、燃焼ライナ34の前方端部40から端部カバー32の内面64まで、燃焼器14の軸線方向中心線に対して実質的に軸線方向に延びる。端部カバー32の内面64の一部およびスリーブ102は、燃焼器14のヘッドエンド容積部66を画定する。燃料ノズルアセンブリ50の燃料ノズル52の予混合通路56への入口58は、ヘッドエンド容積部66内に配置され、ヘッドエンド容積部66と流体連通している。
スリーブ102は、スリーブ102の周りに周方向に間隔を置いて設けられた複数のアパーチャ、すなわち穴104を画定する。特定の実施形態では、複数のアパーチャ104は、スリーブ102に沿って、均一に間隔を置いて設けられ、すなわち分布していてもよいし、不均一に間隔を置いて設けられ、すなわち分布していてもよい。特定の実施形態では、複数のアパーチャ104は、均一な大きさであってもよく、またはスリーブ102に沿った様々な軸線方向位置において異なる大きさであってもよい。特定の実施形態では、複数のアパーチャ104は、均一な形状であってもよく、またはスリーブ102に沿った様々な軸線方向位置に画定された異なる形状を有してもよい。
特定の実施形態では、図3に示すように、スリーブ102の後方端部106は、燃焼ライナ34の前方端部40に連結されている。例えば、スリーブ102の後方端部106は、燃焼ライナ34の前方端部40に溶接、ピン止め、または他の方法で固定的に連結してもよい。特定の実施形態では、スリーブ102の前方端部108は、端部カバー32にしっかりと連結されている。
燃焼器の運転中、燃焼ライナ34および/またはスリーブ102は、熱膨張のために軸線方向に伸びる。スリーブ102の後方端部106が燃焼ライナ34の前方端部40に固定的に連結されている特定の実施形態では、燃焼ライナ34の軸線方向の膨張を考慮する必要がある。図4は、本開示の少なくとも1つの実施形態によるスリーブ102の前方端部108の一部の断面側面図を提供する。図5は、本開示の少なくとも1つの実施形態による入口整流器100の前方端部108の一部の断面側面図を提供する。
燃焼ライナ34および/またはスリーブ102の熱膨張に対処するために、特定の実施形態では、図4および図5にまとめて示されるように、スリーブ102の前方端部108は、ばね装着されたチャネル110を介して端部カバー32に対して装着されている。特定の実施形態では、チャネル110は環状に形成されている。特定の実施形態では、チャネル110は実質的に「U」字形である。チャネル110は、端部カバー32の内面64の、平滑または平坦な部分に配置されてもよく、端部カバー32の内面64に沿って画定されたポケット内に配置されてもよい。チャネル110は、端部カバー32とスリーブ102および/またはチャネル110との間の空気の流れを実質的に制限または防止するために、内面64との接触を常に維持しながら、摺動または復位することができる。
特定の実施形態では、スリーブ102は、前方端部108に近いスリーブ102の内面114から、径方向内向きに延びる突出部112を含む。特定の実施形態では、スリーブ102は、複数の突出部112を含み、各突出部112は、複数の突出部112のうち、隣接する突出部から周方向に離間されている。各突出部112は、前方端部108に近いスリーブ102の内面114から径方向内向きに延びる。
特定の実施形態では、スリーブ102の前方端部108は、軸線方向に、チャネル110内に延びる。ピン116は、突出部112によって画定されたファスナ開口部117を通って軸線方向に延びる。ピン116は、チャネル110の径方向壁120に、固定的に連結することができる。ピン116は、スリーブ102を、チャネル110と径方向に整列させることができ、および/またはスリーブ102の前方端部108をチャネル110内に保持することができる。スリーブ102が複数の突出部112を含む特定の実施形態では、スリーブ102をチャネル110と径方向に整列させるため、および/またはスリーブ102の前方端部108をチャネル110内に保持するためと説明されるように、複数のピン116を用いることができる。特定の実施形態では、波形ばねまたは螺旋ばね等のばね118が、チャネル110の径方向壁120とスリーブ102の突出部112との間に延びる。ばね118は、ピン116の一部の周りに周方向に延びてもよい。
運転中、燃焼ライナ34が熱膨張のために軸線方向に膨張すると、スリーブ102の前方端部108は、チャネル110内で軸線方向および/または径方向に、自由に移動すなわち平行移動する。ばね118は、燃焼ライナ34および/またはスリーブ102が冷却または収縮するにつれて、燃焼ライナ34を、軸線方向に、元の軸線方向位置に押し戻す、または所望の軸線方向位置に押すために、径方向壁120と突出部112との間に圧縮力を提供する。ばね118はまた、内面64と、チャネル110の径方向壁120との間の接触を維持する働きをする。
図6は、本開示の少なくとも1つの実施形態によるスリーブ102の前方端部108の一部の断面側面図を提供する。特定の実施形態では、スリーブ102の前方端部108の外面124と、チャネル110の内面126との間で、径方向にシール122が延び、および/または配置されてもよい。シール122は、燃焼器14の運転中に、スリーブ102の前方端部108の周りの圧縮空気22の漏れを防止または低減することができる。少なくとも1つの実施形態では、チャネル110は、溶接、ろう付け、または他の機械的手段によって端部カバー32の内面64にしっかりと連結または固定されていてもよい。
図7は、本開示の少なくとも1つの実施形態による燃焼器14の一部の断面側面図を提供する。特定の実施形態では、図7に示すように、端部カバー32は、内面64に沿って延びるスロット128を画定する。スリーブ102の前方端部108は、軸線方向にスロット128内に延びる。特定の実施形態では、ばねシール130が、スリーブ102の前方端部108とスロット128の内面132との間で径方向に延びる。ばねシール130は、スリーブ102の前方端部108とスロット128の内面132との間に少なくとも部分的にシールを形成することができる。運転中、燃焼ライナ34が、熱膨張のために軸線方向に膨張すると、スリーブ102の前方端部108は、スロット128内で軸線方向および/または径方向に自由に移動すなわち平行移動する。
図8は、本開示の少なくとも1つの実施形態による入口整流器100の斜視図を提供する。図9は、端部カバー32の一部に連結された図8に示す入口整流器100の断面側面図を提供する。図9に示す特定の実施形態では、入口整流器100は、燃焼ライナ34の前方端部40から端部カバー32の内面64に延びる。図8および図9にまとめて示す特定の実施形態では、入口整流器100は、外側スリーブ136から径方向に離間して配置された内側スリーブ134、および内側スリーブ134と外側スリーブ136との間に画定された流れ分配プレナム138(図9)を含む。
内側スリーブ134および端部カバー32は、燃焼器14のヘッドエンド容積部66を画定する。内側スリーブ134は、複数のアパーチャ140を画定する。複数のアパーチャ140は、流れ分配プレナム138とヘッドエンド容積部66との間に流体の流れを提供する。燃料ノズルアセンブリ50の少なくとも1つの燃料ノズル52の、少なくとも1つの予混合通路56への入口58は、ヘッドエンド容積部66内に配置され、ヘッドエンド容積部66と流体連通している。内側スリーブ134は、流体導管54を含む燃料ノズルアセンブリ50の一部を周方向に囲む。
特定の実施形態では、図8および図9にまとめて示されるように、入口整流器100は、入口整流器100の前方端部108に、環状に形成されたフランジ142であって、内側スリーブ134と外側スリーブ136との間に径方向に延びるフランジ142をさらに備える。フランジ142は、端部カバー32に連結されていてもよい。例えば、フランジ142は、端部カバー32内に延びる一連のピンまたは機械的ファスナ144を介して端部カバー32に連結されてもよい。フランジ142は、端部カバー32の内面64に対して少なくとも部分的にシールされていてもよい。
特定の実施形態では、図8および図9にまとめて示されるように、入口整流器100は、入口整流器100の後方端部106の近くで、内側スリーブ134と外側スリーブ136との間に径方向および軸線方向に延びる複数のディフューザベーンすなわちガイドベーン146を含んでもよい。ディフューザベーン146は、流れ分配プレナム138の上流に配置することができる。特定の実施形態では、図8に示すように、入口整流器100の外側スリーブ136は、外側スリーブ136の周りに、周方向に離間した複数の穴148を画定する。複数の穴148は、燃焼器14の高圧プレナム30(図2)と流体連通していてもよい。運転中、ディフューザベーン146および/または穴148は、高圧プレナム30(図2)から、ヘッドエンド容積部66の上流にある流れ分配プレナム138内に流れる圧縮空気22の不均一性を低減することができる。
図10は、本開示の少なくとも1つの実施形態による、燃焼ライナ34の前方端部40、流れスリーブ44の前方端部68、ならびに内側スリーブ134の後方端部150、および外側スリーブ136の後方端部152を含む燃焼器14の一部の拡大図を提供する。特定の実施形態では、図10に示すように、外側スリーブの後方端部152は、流れスリーブ44の前方端部68と軸線方向に重なってもよい。流れスリーブ44の外面70は、外側スリーブ136の内面154と摺動可能に係合されていてもよい。このようにして、流れスリーブ44は、燃焼器14の運転中に外側スリーブ136に対して軸線方向に摺動すなわち平行移動することができ、それによって燃焼ライナ34の熱膨張および収縮に対応する。
特定の実施形態では、図10に示すように、内側スリーブ134の後方端部150は、燃焼ライナ34の前方端部40と軸線方向に重なってもよい。燃焼ライナ34の内面72は、内側スリーブ134の外面156と摺動可能に係合されていてもよい。このようにして、燃焼ライナ34は、燃焼器14の運転中に内側スリーブ134に対して軸線方向に摺動すなわち平行移動することができ、それによって燃焼ライナ34の熱膨張および収縮に対応する。
特定の実施形態では、流れスリーブ44と外側スリーブ136との間、および/または燃焼ライナ34と内側スリーブ134との間に、1以上のばねシール158,160を配置してもよい。ばねシール158,160は、圧縮空気の漏れを低減または防止し、および/または流れスリーブ44と外側スリーブ136との間、および/または内側スリーブ134と燃焼ライナ34との間の相対的な径方向移動を妨げることができる。
図11は、本開示の少なくとも1つの実施形態による、スリーブ102または内側スリーブ104の一部、および例示的な流体導管54の一部の斜視図を提供する。図12は、本開示の少なくとも1つの実施形態による、複数のアパーチャ104のうち第1サブセットのアパーチャ104a、複数のアパーチャ104のうち第2サブセットのアパーチャ104b、および複数のアパーチャ104のうち、第3サブセットのアパーチャ104cを示す。様々な実施形態では、図11および図12にまとめて示されるように、第1サブセットのアパーチャ104aは、対応する流体導管54と周方向に整列し、および/または流体導管54の軸線方向中心線から径方向外側に画定される。第1サブセットのアパーチャ104aは、周方向に、第2サブセットのアパーチャ104bと第3サブセットのアパーチャ104cとの間に配置される。一実施形態では、第1サブセットのアパーチャ104aのうちのアパーチャ104の直径D1は、第2サブセットのアパーチャ104bのうちのアパーチャ104の直径D2、および第3サブセットのアパーチャ104cのうちのアパーチャ104の直径D3よりも大きい。第1サブセットのアパーチャ104aのうちのアパーチャ104の直径D1は、スリーブ102または内側スリーブ134に沿った軸線方向平面において均一すなわち同じであってもよい。
特定の実施形態では、図12に示すように、第2サブセットのアパーチャ104bのうちの1以上のアパーチャ104の直径D2は、約0.04インチ〜約0.13インチであってもよい。特定の実施形態では、第3サブセットのアパーチャ104cのうち1以上のアパーチャ104の直径D3は、約0.04インチ〜約0.13インチであってもよい。特定の実施形態では、第2サブセットのアパーチャ104bのうち1以上のアパーチャ104の直径D2は、第3サブセットのアパーチャ104cのうち1以上のアパーチャ104の直径D3以下であってもよい。特定の実施形態では、第1サブセットのアパーチャ104aのうちのアパーチャ104の直径D1は、第2サブセットのアパーチャ104のうちのアパーチャ104の直径D2および/または第3サブセットのアパーチャ104cのうちのアパーチャ104の直径D3の約5倍以上であってもよい。
図2〜図12にまとめて示されるように、運転中、高圧プレナム30からの圧縮空気22が流れ分配プレナム138に流入する。特定の実施形態では、ディフューザベーン146は、圧縮空気22の流れを流れ分配プレナム138内に導き、すなわち案内する。特定の実施形態では、圧縮空気の少なくとも一部は、外側スリーブ136に画定された穴148を介して流れ分配プレナム138に流入する。その後、圧縮空気22は、アパーチャ104,140を通ってヘッドエンド容積部66に流入する。圧縮空気22がヘッドエンド容積部66に流入するとき、アパーチャ104,140が圧縮空気22の不均一性を低減する。実質的に均一な流れ場を有する圧縮空気22は、燃料が圧縮空気22の流れに注入される実質的に均一な様式で燃料ノズル52の予混合通路56の入口58に流入する。燃料と圧縮空気とが混合され、混合物が一次燃焼室36に注入され、一次燃焼室36において混合物が燃焼されて燃焼ガスが生成される。すべてのアパーチャ104が同じ直径を有すると、流体導管54は、燃料ノズル52の予混合通路56の入口58で不均一性を引き起こす可能性がある。しかし、第2サブセットのアパーチャ104bのアパーチャ104および第3サブセットのアパーチャ104cのアパーチャを、第1サブセットのアパーチャ104aのアパーチャ104の直径D1よりも小さくする(すなわち、より小さい直径にする)ことにより、燃料ノズル52の予混合通路56のヘッドエンド容積部66または入口58への均一な流れを実現することができる。
この明細書は、最良の形態を含んだ本発明の開示のために、また、任意のデバイスまたはシステムの製作および使用、ならびに任意の組み込まれた方法の実行を含んだ本発明の実施がいかなる当業者にも可能になるように、実施例を用いている。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者が思い付く他の例を含むことができる。そのような他の例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を含む場合、あるいは特許請求の範囲の文言との実質的な相違がない同等の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあるものとする。
[実施態様1]
燃料ノズルアセンブリ(50)の一部を周方向に囲むスリーブ(102)を含む入口整流器(100)を備える燃焼器(14)であって、前記スリーブ(102)が、燃焼ライナ(34)の前方端部(40)から端部カバー(32)の内面(64)に延び、前記スリーブ(102)が、前記スリーブ(102)の周りに周方向に間隔を置いて設けられた複数のアパーチャ(104)を画定し、前記端部カバー(32)の前記内面(64)の一部および前記スリーブ(102)が、前記燃焼器(14)のヘッドエンド容積部(66)を画定し、前記燃料ノズルアセンブリ(50)のうち少なくとも1つの燃料ノズル(52)の予混合通路(56)への入口(58)が前記ヘッドエンド容積部(66)内に配置され、前記ヘッドエンド容積部(66)と流体連通している、燃焼器(14)。
[実施態様2]
前記スリーブ(102)の後方端部が、前記燃焼ライナ(34)の前方端部(40)に連結されている、実施態様1に記載の燃焼器(14)。
[実施態様3]
前記スリーブ(102)の前方端部(108)が、前記端部カバー(32)にしっかりと連結されている、実施態様1に記載の燃焼器(14)。
[実施態様4]
環状に形成され、前記端部カバー(32)の前記内面(64)にしっかりと連結されたチャネル(110)をさらに備え、前記スリーブ(102)の前記前方端部(108)が、軸線方向に前記チャネル(110)内に延びる、実施態様1に記載の燃焼器(14)。
[実施態様5]
前記スリーブ(102)の前記前方端部(108)の外面(124)と、前記チャネル(110)の内面(126)との間で径方向に延びるシールをさらに備える実施態様4に記載の燃焼器(14)。
[実施態様6]
前記端部カバー(32)の前記内面(64)にしっかりと連結された環状チャネル(110)をさらに備え、前記スリーブ(102)の前記前方端部(108)が、軸線方向に前記チャネル(110)内に延びており、前記スリーブ(102)が、前記スリーブ(102)の前記前方端部(108)の近くで前記スリーブ(102)の内面(132)(114)から径方向内向きに延びる突出部(112)を含み、ピン(118)が前記突出部(112)によって画定されたファスナ開口部(117)を通って軸線方向に延び、前記ピン(118)が、前記チャネル(110)の径方向壁(120)に連結されている、実施態様1に記載の燃焼器(14)。
[実施態様7]
前記チャネル(110)の前記径方向壁(120)と、前記スリーブ(102)の前記突出部(112)との間に延びるばね(130)をさらに備える実施態様6に記載の燃焼器(14)。
[実施態様8]
前記ばね(130)が、前記ピン(118)の周りに周方向に延びる、実施態様7に記載の燃焼器(14)。
[実施態様9]
前記端部カバー(32)が、前記内面(64)に沿って延びるスロット(128)を画定し、前記スリーブ(102)の前方端部(108)が、軸線方向に前記スロット(128)内に延びる、実施態様1に記載の燃焼器(14)。
[実施態様10]
前記スリーブ(102)の前記前方端部(108)と前記スロット(128)の内面(132)との間で径方向に延びるばね(130)シールをさらに備え、前記ばね(130)シールが、前記スリーブ(102)の前記前方端部(108)と前記スロット(128)の前記内面(132)との間に、少なくとも部分的にシールを形成する、実施態様9に記載の燃焼器(14)。
[実施態様11]
燃料ノズルアセンブリ(50)の一部を周方向に囲む入口整流器(100)を備える燃焼器(14)であって、前記入口整流器(100)が、燃焼ライナ(34)の前方端部(40)から端部カバー(32)の内面(64)に延び、前記入口整流器(100)が、
外側スリーブ(136)から径方向に離間して配置された内側スリーブ(134)と、前記内側スリーブ(134)と前記外側スリーブ(136)との間に画定された流れ分配プレナム(138)とを備え、前記内側スリーブ(134)および前記端部カバー(32)が前記燃焼器(14)のヘッドエンド容積部(66)を画定し、前記内側スリーブ(134)が複数のアパーチャ(140)を画定し、前記複数のアパーチャ(140)が、前記流れ分配プレナム(138)と前記ヘッドエンド容積部(66)との間に流体の流れを提供し、燃料ノズルアセンブリ(50)のうち、少なくとも1つの燃料ノズル(52)の少なくとも1つの予混合通路(56)への入口(58)が、前記ヘッドエンド容積部(66)内に配置され、前記ヘッドエンド容積部(66)に流体連通している、燃焼器(14)。
[実施態様12]
前記入口整流器(100)が、前記入口整流器(100)の前方端部で前記内側スリーブ(134)と前記外側スリーブ(136)との間に径方向に延びるフランジ(142)をさらに備え、前記フランジ(142)が前記端部カバー(32)に連結されている、実施態様11に記載の燃焼器(14)。
[実施態様13]
前記フランジ(142)が、前記端部カバー(32)の前記内面(64)に対して少なくとも部分的にシールされている、実施態様12に記載の燃焼器(14)。
[実施態様14]
前記入口整流器(100)が、前記入口整流器(100)の後方端部の近くで前記内側スリーブ(134)と前記外側スリーブ(136)との間に径方向および軸線方向に延びる複数のディフューザベーン(146)をさらに備える、実施態様11に記載の燃焼器(14)。
[実施態様15]
前記内側スリーブ(134)の後方端部が、前記燃焼ライナ(34)の前方端部と軸線方向に重なり、前記内側スリーブ(134)の前記後方端部が、前記燃焼ライナ(34)の前記前方端部と摺動可能に係合する、実施態様11に記載の燃焼器(14)。
[実施態様16]
前記少なくとも1つの燃料ノズル(52)が、流体導管(54)を介して前記端部カバー(32)に流体的に連結されており、前記流体導管(54)が、前記ヘッドエンドプレナム内に配置されている、実施態様11に記載の燃焼器(14)。
[実施態様17]
前記複数のアパーチャ(104)が、前記流体導管(54)と周方向に整列した第1サブセットのアパーチャ(104a)と、第2サブセットのアパーチャ(104b)と、第3サブセットのアパーチャ(104c)とを備え、前記第1サブセットのアパーチャ(104a)が、周方向に、前記第2サブセットのアパーチャ(104b)と前記第3サブセットのアパーチャ(104c)との間に配置されており、第2サブセットのアパーチャ(104b)、および第3サブセットのアパーチャ(104c)が、前記流体導管(54)から周方向にオフセットされている、実施態様16に記載の燃焼器(14)。
[実施態様18]
前記第1サブセットのアパーチャ(104a)のうちのアパーチャ(104)が、前記第2サブセットのアパーチャ(104b)および前記第3サブセットのアパーチャ(104c)のうちのアパーチャ(104)よりも大きい、実施態様17に記載の燃焼器(14)。
[実施態様19]
前記第1サブセットのアパーチャ(104a)のうちのアパーチャ(104)の直径が均一である、実施態様17に記載の燃焼器(14)。
[実施態様20]
前記第2サブセットのアパーチャ(104b)の各アパーチャ(104)の直径が、前記第3サブセットのアパーチャ(104c)の各アパーチャ(104)の直径以下である、実施態様17に記載の燃焼器(14)。
10 ガスタービン
12 圧縮機
14 燃焼器
16 タービン
18 シャフト
20 空気
22 圧縮空気
24 燃料
26 燃焼ガス
28 外側ケーシング
30 高圧プレナム
32 端部カバー
34 燃焼器ライナ
36 燃焼室/ゾーン
38 入口−タービン
40 前方端部−ライナ
42 後方端部−ライナ
44 流れスリーブ
46 流路
48 穴
50 燃料ノズル/エンドキャップアセンブリ
52 燃料ノズル
54 流体導管
56 予混合通路
58 入口−予混合通路
60 出口−予混合通路
62 後方端部−燃料ノズルアセンブリ
64 内面−端部カバー
66 ヘッドエンド容積部
68 前方端部−流れスリーブ
70 外面−流れスリーブ
72 内面−燃焼ライナ
73−99 不使用
100 入口整流器
102 スリーブ
104 アパーチャ/穴−スリーブ
106 後方端部−スリーブ
108 前方端部−スリーブ
110 チャネル
112 突出部
114 内面−スリーブ
116 ピン
117 ファスナ開口部
118 ピン
120 径方向壁−チャネル
122 シール−スリーブおよびチャネル
124 外面−スリーブの前方端部
126 内面−チャネル
128 スロット−端部カバー
130 ばねシール
132 内面−スロット
134 内側スリーブ
136 外側スリーブ
138 流れ分配プレナム
140 アパーチャ−内側スリーブ
142 フランジ
144 機械的ファスナ
146 ディフューザベーン
148 穴−外側スリーブ
150 後方端部−内側スリーブ
152 後方端部−外側スリーブ
154 内面−外側スリーブ
156 外面−内側スリーブ
158 シール−外側スリーブおよび流れスリーブ
160 シール−内側スリーブおよび燃焼ライナ

Claims (15)

  1. 燃料ノズルアセンブリ(50)の一部を周方向に囲むスリーブ(102)を含む入口整流器(100)を備える燃焼器(14)であって、前記スリーブ(102)が、燃焼ライナ(34)の前方端部(40)から端部カバー(32)の内面(64)に延び、前記スリーブ(102)が、前記スリーブ(102)の周りに周方向に間隔を置いて設けられた複数のアパーチャ(104)を画定し、前記端部カバー(32)の前記内面(64)の一部および前記スリーブ(102)が、前記燃焼器(14)のヘッドエンド容積部(66)を画定し、前記燃料ノズルアセンブリ(50)のうち少なくとも1つの燃料ノズル(52)の予混合通路(56)への入口(58)が前記ヘッドエンド容積部(66)内に配置され、前記ヘッドエンド容積部(66)と流体連通している、燃焼器(14)。
  2. 前記スリーブ(102)の後方端部が、前記燃焼ライナ(34)の前方端部(40)に連結されている、請求項1に記載の燃焼器(14)。
  3. 前記スリーブ(102)の前方端部(108)が、前記端部カバー(32)にしっかりと連結されている、請求項1に記載の燃焼器(14)。
  4. 環状に形成され、前記端部カバー(32)の前記内面(64)にしっかりと連結されたチャネル(110)をさらに備え、前記スリーブ(102)の前記前方端部(108)が、軸線方向に前記チャネル(110)内に延びる、請求項1に記載の燃焼器(14)。
  5. 前記スリーブ(102)の前記前方端部(108)の外面(124)と、前記チャネル(110)の内面(126)との間で径方向に延びるシールをさらに備える請求項4に記載の燃焼器(14)。
  6. 前記端部カバー(32)の前記内面(64)にしっかりと連結された環状チャネル(110)をさらに備え、前記スリーブ(102)の前記前方端部(108)が、軸線方向に前記チャネル(110)内に延びており、前記スリーブ(102)が、前記スリーブ(102)の前記前方端部(108)の近くで前記スリーブ(102)の内面(132)(114)から径方向内向きに延びる突出部(112)を含み、ピン(118)が前記突出部(112)によって画定されたファスナ開口部(117)を通って軸線方向に延び、前記ピン(118)が、前記チャネル(110)の径方向壁(120)に連結されている、請求項1に記載の燃焼器(14)。
  7. 前記チャネル(110)の前記径方向壁(120)と、前記スリーブ(102)の前記突出部(112)との間に延びるばね(130)をさらに備える請求項6に記載の燃焼器(14)。
  8. 前記ばね(130)が、前記ピン(118)の周りに周方向に延びる、請求項7に記載の燃焼器(14)。
  9. 前記端部カバー(32)が、前記端部カバー(32)の前記内面(64)に沿って延びるスロット(128)を画定し、前記スリーブ(102)の前方端部(108)が、軸線方向に前記スロット(128)内に延びる、請求項1に記載の燃焼器(14)。
  10. 前記スリーブ(102)の前記前方端部(108)と前記スロット(128)の内面(132)との間で径方向に延びるばね(130)シールをさらに備え、前記ばね(130)シールが、前記スリーブ(102)の前記前方端部(108)と前記スロット(128)の前記内面(132)との間に、少なくとも部分的にシールを形成する、請求項9に記載の燃焼器(14)。
  11. 燃料ノズルアセンブリ(50)の一部を周方向に囲む入口整流器(100)を備える燃焼器(14)であって、前記入口整流器(100)が、燃焼ライナ(34)の前方端部(40)から端部カバー(32)の内面(64)に延び、前記入口整流器(100)が、
    外側スリーブ(136)から径方向に離間して配置された内側スリーブ(134)と、前記内側スリーブ(134)と前記外側スリーブ(136)との間に画定された流れ分配プレナム(138)とを備え、前記内側スリーブ(134)および前記端部カバー(32)が前記燃焼器(14)のヘッドエンド容積部(66)を画定し、前記内側スリーブ(134)が複数のアパーチャ(140)を画定し、前記複数のアパーチャ(140)が、前記流れ分配プレナム(138)と前記ヘッドエンド容積部(66)との間に流体の流れを提供し、燃料ノズルアセンブリ(50)のうち、少なくとも1つの燃料ノズル(52)の少なくとも1つの予混合通路(56)への入口(58)が、前記ヘッドエンド容積部(66)内に配置され、前記ヘッドエンド容積部(66)に流体連通している、燃焼器(14)。
  12. 前記入口整流器(100)が、前記入口整流器(100)の前方端部で前記内側スリーブ(134)と前記外側スリーブ(136)との間に径方向に延びるフランジ(142)をさらに備え、前記フランジ(142)が前記端部カバー(32)に連結されている、請求項11に記載の燃焼器(14)。
  13. 前記フランジ(142)が、前記端部カバー(32)の前記内面(64)に対して少なくとも部分的にシールされている、請求項12に記載の燃焼器(14)。
  14. 前記入口整流器(100)が、前記入口整流器(100)の後方端部の近くで前記内側スリーブ(134)と前記外側スリーブ(136)との間に径方向および軸線方向に延びる複数のディフューザベーン(146)をさらに備える、請求項11に記載の燃焼器(14)。
  15. 前記内側スリーブ(134)の後方端部が、前記燃焼ライナ(34)の前方端部と軸線方向に重なり、前記内側スリーブ(134)の前記後方端部が、前記燃焼ライナ(34)の前記前方端部と摺動可能に係合する、請求項11に記載の燃焼器(14)。
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