JP6106441B2 - タービン・システムのマイクロミキサ - Google Patents

Description

本書に開示される内容は、タービン・システムに関し、より詳しく云えば、マイクロミキサに関するものである。

タービン・システムは、個々の空気−燃料パイプへの空気分配が全流量の平均値に留まるべきである場合に、マイクロミキサを含むことができる。マイクロミキサは、典型的には、各々が入口を持つ複数のパイプ又は管を含み、それらの複数の入口の全てが単一の定められた軸方向平面内に配置されている。流れが入口に入る直前に急激に曲がるような上流の条件に起因して、しばしば非一様な質量流が優勢になり、これによってシステム全体の性能が妨げられる。

本発明の一面によれば、タービン・システムのマイクロミキサが提供され、このマイクロミキサは、各々が流れを受け取って該流れを燃焼器へ分散させる入口(inlet) 及び出口(outlet)を持つ複数のパイプを含む。また、前記複数のパイプの複数の入口によって画成された非一様入口配置構成が設けられ、この構成では、前記複数の入口の少なくとも１つが、少なくとも１つの他の入口とは異なる軸方向位置まで延在する。

本発明の別の面によれば、タービン・システムが、外側ライナを持つ燃焼器を含む。また、前記燃焼器のヘッドエンドに近接して前記外側ライナを取り囲む流れスリーブが含まれ、空気が該流れスリーブと前記外側ライナとの間を上流へ流れる。更に、前記ヘッドエンドに近接して配置されたマイクロミキサが含まれ、該マイクロミキサは複数のパイプ入口を含み、これらの複数のパイプ入口は非一様入口輪郭を画成する。

本発明の更に別の面によれば、タービン・システムが燃焼器を含む。また、前記燃焼器のヘッドエンドに近接して配置されたマイクロミキサが含まれ、該マイクロミキサは複数のパイプを含み、前記複数のパイプの各々は縦軸に沿って延在し、また前記複数のパイプの各々は入口及び出口を持つ。更に、前記縦軸に対して相対的に垂直に整列し且つ前記複数のパイプの入口の少なくとも１つに近接して位置する横方向平面が含まれ、前記複数のパイプの少なくとも１つの入口が前記横方向平面を通り抜けて上流へ延在し、これによって非一様入口配置構成を画成する。

これらの及びその他の利点及び特徴は、図面を参照した以下の説明から一層明らかになろう。

発明と見なされる内容は「特許請求の範囲」に具体的に指摘して明瞭に記載している。本発明の前述の及び他の特徴及び利点は、添付の図面を参照した以下の詳しい説明から明らかであろう。

図１は、ヘッドエンド内に配置されたマイクロミキサを持つタービン・システムの斜視図である。 図２は、マイクロミキサの複数のパイプに入ろうとしている流れの側面図である。 図３は、様々な長さの複数のパイプを持つマイクロミキサの一実施形態の側面図である。 図４は、複数の非線形パイプを持つマイクロミキサの一実施形態の側面図である。 図５は、複数の非線形パイプを持つマイクロミキサの上面図である。 図６は、複数のパイプの複数の入口と同一平面関係に整列した複数の楕円形開口を持つ斜めの面を含むマイクロミキサの一実施形態の斜視図である。 図７は、複数のパイプの複数の入口が通り抜ける開口を持つ斜めの面を含むマイクロミキサの一実施形態の拡大斜視図である。

以下の記載では、本発明の様々な実施形態について、例として図面を参照して、利点及び特徴と共に詳しく説明する。

図１について説明すると、燃焼器部分１２及びヘッドエンド１４を持つタービン・システム１０が例示されている。ヘッドエンド１４は燃焼器部分１２の隣接した上流位置に配置されており、またヘッドエンド１４はマイクロミキサ１６を含む。マイクロミキサ１６は複数の扇形部分１８を含み、各扇形部分１８は複数のパイプ２０を有する。燃焼器部分１２は、上流端２４まで延在する外側ライナ２２によって画成される。流れスリーブ２６が外側ライナ２２の半径方向外側に離間して設けられ且つ外側ライナ２２を取り囲む。空気の流れ２８が、外側ライナ２２と流れスリーブ２６とによって画成された空気通路３０内を、外側ライナ２２の上流端２４まで上流へ通る。

図２について説明すると、流れ２８は、外側ライナ２２の上流端２４に達したとき、マイクロミキサ１６に入る直前に急激に曲がる（方向転換する）。複数のパイプ２０の各々は、流れ２８を受け取るための入口３２を含む。複数の扇形部分１８の外側領域に（すなわち、外側ライナ２２に近接して）配置されたパイプは、図２に示された配置構成によって必要とされる急激な曲がり（方向転換）に起因して、複数の扇形部分１８の中央領域に近接して配置されたパイプに対するものに匹敵する圧力又は流量で流れ２８を受け取らないことが明らかである。

図３について説明すると、複数のパイプ２０の複数の入口３２は様々な軸方向位置まで上流へ延在する。図示の例では、入口３２の延在距離を変化させることにより、放物線形状の形態の非一様入口配置構成３４が得られる。このような実施形態は、急激な方向転換後の流れ２８に存在する渦の形成を低減し、その結果、複数のパイプ２０全体にわたってより一様な全質量流が得られる。放物線形状は、複数のパイプ２０の入口３２において圧力差を誘起する。非一様入口配置構成３４は、複数のパイプ２０全体にわたって一様な質量流を生じるように操作し且つ微調整することができる。

図４及び図５について説明すると、複数のパイプ２０の複数の入口３２について様々な軸方向位置を含んでいる非一様入口配置構成３４に加えて、マイクロミキサ１６全体にわたる全質量流一様性を向上させるために入口３２に近い複数のパイプ２０に湾曲部を導入することが示されている。これを達成するには、入口３２に近い複数のパイプ２０の領域を湾曲させて、斜めの入口部分３６を形成し、これらの斜めの入口部分は、それぞれのパイプ２０にわたって不必要な圧力降下を生じない態様で、流れ２８をより良好に受け取ることができるように整列させる。

図６について説明すると、マイクロミキサ１６の一実施形態が例示されており、このマイクロミキサ１６は、複数の開口４２を含む斜めの面４０を持つ。複数の開口４２は、複数のパイプ２０の複数の入口３２の少なくとも一部分を受けるように整列する。斜めの面４０は、扇形部分１８の外側領域に近接したパイプの長さが、それよりも半径方向内側のパイプに近接したパイプの長さよりも短くなるように、配向される。斜めの面４０は、流れ２８がヘッドエンド１４の領域の中へ急激に方向転換しないようにして、その代わりにより緩やかに移行させて、より一様な分布の流れ２８を形成するようにすると共に、複数のパイプ２０全体にわたる圧力降下を低減させることによって、ヘッドエンド１４の中への空気分配の一様性を改善する。

図示例の実施形態では、複数のパイプ２０のそれぞれの入口３２は複数の開口４２と同一平面になる態様で延在して、これらの入口３２の各表面が、それぞれ半径方向外側へ進むにつれて下流方向に傾斜する。この構造では、各入口３２の表面とその対応する開口４２との間に同一平面関係が得られる。入口３２と複数の開口４２との間の同一平面関係により、入口３２の幾何学的形状は比較的楕円形になる。

図７について説明すると、斜めの面４０を持つマイクロミキサ１６の一実施形態が示されている。図６について述べた実施形態と同様に、斜めの面４０は、複数のパイプ２０の複数の入口３２を受けるように構成されている複数の開口４２を含む。この実施形態では、各入口３２の表面４４は平坦であり、且つそれぞれのパイプの縦軸に対してほぼ垂直である単一平面内にある。複数の入口３２が複数の開口４２までしか延在していない同一平面関係を形成するのではなく、複数の入口３２は複数の開口４２を通り抜けて、それぞれの開口４２の上流の軸方向位置まで延在し、これによって、複数のパイプ２０に対して円形の入り口を形成する。

図６及び図７に示して説明した斜めの面４０は、該斜めの面と複数のパイプ２０の縦軸との間で相対的に９０度よりも小さい特定の角度方向を持っているが、斜めの面４０の角度は変えることができることを理解されたい。更に、斜めの面４０は必ずしも単一の平面内に配置する必要はなく、代わりに流れ２８がマイクロミキサ１６の中へ適切に進入するようにする任意の輪郭の形状にすることができる。

上述のマイクロミキサ１６の実施形態は、複数のパイプ２０へのヘッドエンド１４の流れの分配について一様性を向上させ、また複数のパイプ２０のわたって見られる圧力降下を低減する利点を有する。これらの利点により、より一様な燃料−空気混合が得られ、またタービン・システム１０全体の効率が改善される。

以上、本発明を限られた数の実施形態のみに関連して詳しく説明したが、本発明がこのような開示した実施形態に制限されるものではないことを理解されたい。むしろ、本発明は、これまで説明していないが本発明の精神及び範囲に相応する任意の数の変形、変更、置換又は等価な構成を取り入れるように修正することができる。更に、本発明の様々な実施形態を説明したが、本発明の様々な面が説明した実施形態の幾つかのみを含み得ることを理解されたい。従って、本発明は、上記の説明によって制限されるものと考えるべきではなく、「特許請求の範囲」に記載の範囲によって制限される。

１０ タービン・システム
１２ 燃焼器部分
１４ ヘッドエンド
１６ マイクロミキサ
１８ 扇形部分
２０ パイプ
２２ 外側ライナ
２４ 上流端
２６ 流れスリーブ
２８ 流れ
３０ 空気通路
３２ 入口
３４ 非一様入口配置構成
４０ 斜めの面
４２ 開口

Claims (7)

1. タービン・システムのマイクロミキサであって、
   各々が流れを受け取って該流れを燃焼器へ分散させる入口及び出口を持つ複数のパイプと、
   前記複数のパイプの複数の入口によって画成される非一様入口配置構成であって、前記複数のパイプの最も長いものが前記マイクロミキサの中心線から半径方向に最も外側に配置され、前記複数のパイプの最も短いものが前記中心線に最も近く配置されるように、前記複数のパイプの複数の入口が放物線形状に配置される非一様入口配置構成と
   を有する、マイクロミキサ。
2. 更に、上流端から縦軸方向にみて扇形をなすパイプ扇形部分を複数有しており、各々のパイプ扇形部分が前記複数のパイプの一部分を含んでいる、請求項１記載のマイクロミキサ。
3. タービン・システムであって、
   外側ライナを持つ燃焼器と、
   前記燃焼器のヘッドエンドに近接して前記外側ライナを取り囲む流れスリーブであって、流れが当該流れスリーブと前記外側ライナとの間を上流へ進行する、流れスリーブと、
   前記ヘッドエンドに近接して配置されたマイクロミキサであって、複数のパイプ入口を含む、マイクロミキサと
   を有しており、
   前記複数のパイプの最も長いものが前記マイクロミキサの中心線から半径方向に最も外側に配置され、前記複数のパイプの最も短いものが前記中心線に最も近く配置されるように、前記複数のパイプの複数の入口が放物線形状に配置される、タービン・システム。
4. タービン・システムであって、
   燃焼器と、
   前記燃焼器のヘッドエンドに近接して配置されたマイクロミキサであって、当該マイクロミキサは複数のパイプを含み、前記複数のパイプの各々は縦軸に沿って延在しているとともに、前記複数のパイプの各々は入口及び出口を持っている、マイクロミキサと、
   前記縦軸に対して相対的に垂直に整列し且つ前記複数のパイプの入口に近接して位置する横方向平面であって、前記複数のパイプの各入口が前記横方向平面を通り抜け、他のパイプとは異なる軸方向位置となるように、上流へ延在し、これによって前記複数のパイプの最も長いものが前記マイクロミキサの中心線から半径方向に最も外側に配置され、前記複数のパイプの最も短いものが前記中心線に最も近く配置されるように、前記複数のパイプの複数の入口が放物線形状に配置された非一様入口配置構成を画成している、横方向平面と
   を有する、タービン・システム。
5. 更に、上流端から縦軸方向にみて扇形をなすパイプ扇形部分を複数有しており、各々のパイプ扇形部分が前記複数のパイプの一部分を含んでいる、請求項３又は４に記載のタービン・システム。
6. 前記外側ライナは上流側軸方向端を含んでおり、流れが前記外側ライナの上を通って前記上流側軸方向端の周りを流れる、請求項３乃至５のいずれかに記載のタービン・システム。
7. 前記複数の入口の少なくとも１つが前記外側ライナの前記上流側軸方向端まで軸方向に延在している、請求項６記載のタービン・システム。