JP2013250046A

JP2013250046A - タービンエンジンに使用するための燃料注入組立体及びそれを組み立てる方法

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Publication number: JP2013250046A
Application number: JP2013109446A
Authority: JP
Inventors: Jonathan Dwight Berry; ジョナサン・ドワイト・ベリー; Ho Uhm Jong; ジョン・ホ・ウーム; Thomas Edward Johnson; トーマス・エドワード・ジョンソン; William David York; ウィリアム・デイヴィッド・ヨーク
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2012-05-30
Filing date: 2013-05-24
Publication date: 2013-12-12
Anticipated expiration: 2033-05-24
Also published as: EP2669580A2; RU2632073C2; RU2013124953A; JP6138584B2; CN103453554A; EP2669580A3; US9212822B2; CN103453554B; US20130318977A1; EP2669580B1

Abstract

【課題】タービンエンジンに使用するための燃料注入組立体を提供すること。
【解決手段】燃料注入組立体は、エンドカバー、エンドキャップ組立体、流体供給チャンバ、及びエンドキャップ組立体に配置される複数の管組立体を含む。管組立体のそれぞれは、内部に画定される燃料プレナム及び冷却用流体プレナムを有するハウジングであって、燃料プレナムの下流の冷却用流体プレナムが中間壁により燃料プレナムから分離される、ハウジングと、ハウジングを通って延びる複数の管であって、それぞれが流体供給チャンバ及び管組立体の下流の燃焼チャンバと流体連通する、複数の管と、冷却用流体プレナムの下流端部の後部プレートであって、それを通して画定される少なくとも１つの開口部を含む、後部プレートとを含む。燃料注入組立体は、複数の管組立体の少なくとも１つに結合する、少なくとも１つの燃料送出パイプをさらに含む。
【選択図】図１

Description

本明細書に開示する主題は、一般に、タービンエンジンに関し、より詳細には、タービンエンジンに使用するための燃料注入組立体に関する。

熱併給発電設備及び発電プラントには、少なくともいくつかの既知のタービンエンジンが使用される。そうしたエンジンは、必要単位質量流量当りの高い比仕事量（ｓｐｅｃｉｆｉｃｗｏｒｋ）及び高い比出力を有する可能性がある。運転効率を増大させるために、ガスタービンエンジンなどの少なくともいくつかの既知のタービンエンジンは、燃焼温度を増大させて動作する可能性がある。一般に、少なくともいくつかの既知のガスタービンエンジンでは、エンジン効率は、燃焼ガス温度が増大するにつれて増大する。

しかし、より高い温度を有する既知のタービンエンジンを運転することにより、窒素酸化物（ＮＯ_X）などの汚染排出物の発生が増大する可能性もある。そうした排出物の発生を低減するために、少なくともいくつかの既知のタービンエンジンは、改善された燃焼システム設計を含む。例えば、多くの燃焼システムは、燃焼用の燃料混合物を生成するために希釈剤、ガス、及び／又は空気などの物質を燃料と混合し易くする、管組立体又は超小型ミキサを含む予混合技術を使用することができる。予混合技術は、水素ドーピングを可能にすることもできる。水素ドーピングプロセスでは、水素ガス（Ｈ₂）は、燃料混合物が燃料ノズルに導かれる前に燃料と混合される。水素ドーピングは、排出物レベルを低減することが証明されており、燃焼器リーンブローアウト（ＬＢＯ）の可能性を低減するのを助ける。しかし、水素ドーピングの使用は、制限される可能性がある。

米国特許出願公開第２０１１／０１７９７９５号公報

少なくともいくつかの既知の燃焼システムでは、燃料注入組立体の下流端部及び／又は後部プレートは、燃焼チャンバに対して露出している。燃焼チャンバ内での燃料混合物の燃焼は、燃料注入組立体の下流端部及び／又は後部プレート上に熱歪みを与える可能性がある。さらに、水素ドーピングと共に使用される、燃料注入組立体内のコンジット及び／又は管は、高温にも曝されている。長期間にわたり、高温及び熱歪みに継続的に曝されることにより、燃料注入組立体の１つ又は複数の構成要素の寿命に影響を及ぼし、及び／又はその寿命を減少させる可能性がある。

１つの態様では、タービンエンジンに使用するための燃料注入組立体を提供する。燃料注入組立体は、エンドカバー、エンドカバーの下流のエンドキャップ組立体、エンドカバーからエンドキャップ組立体まで延びる流体供給チャンバ、及びエンドキャップ組立体に配置される複数の管組立体を含む。複数の管組立体のそれぞれは、内部に画定される燃料プレナム及び冷却用流体プレナムを有するハウジングであって、燃料プレナムの下流の冷却用流体プレナムが中間壁により燃料プレナムから分離される、ハウジングと、ハウジングを通って延びる複数の管であって、それぞれが流体供給チャンバ及び管組立体の下流の燃焼チャンバと流体連通する、複数の管と、冷却用流体プレナムの下流端部の後部プレートであって、冷却用流体プレナム及び複数の管からの流体の混合、並びに後部プレートの温度の冷却及び維持の少なくとも一方を容易にするために、後部プレートを通して画定される少なくとも１つの開口部を含む、後部プレートとを含む。燃料注入組立体は、燃料を燃料プレナムに供給するために複数の管組立体の少なくとも１つに結合する、少なくとも１つの燃料送出パイプをさらに含む。

別の態様では、システムを提供する。本システムは、吸込部、吸込部の下流で結合する圧縮機部、圧縮機部の下流で結合する燃焼器部、燃焼器部の下流で結合するタービン部、及びタービン部の下流で結合する排出部を含む、タービンエンジンを含む。燃焼器部は、燃焼チャンバ、及び前記燃焼チャンバと共に配置される燃料注入組立体を含む。燃料注入組立体は、エンドカバー、エンドカバーの下流のエンドキャップ組立体、エンドカバーからエンドキャップ組立体まで延びる流体供給チャンバ、及びエンドキャップ組立体に配置される複数の管組立体を含む。複数の管組立体のそれぞれは、内部に画定される燃料プレナム及び冷却用流体プレナムを有するハウジングであって、燃料プレナムの下流の冷却用流体プレナムが中間壁により燃料プレナムから分離される、ハウジングと、ハウジングを通って延びる複数の管であって、それぞれが流体供給チャンバ及び管組立体の下流の燃焼チャンバと流体連通する、複数の管と、冷却用流体プレナムの下流端部の後部プレートであって、冷却用流体プレナム及び複数の管からの流体の混合、並びに後部プレートの温度の冷却及び維持の少なくとも一方を容易にするために、後部プレートを通して画定される少なくとも１つの開口部を含む、後部プレートとを含む。燃料注入組立体は、燃料を燃料プレナムに供給するために複数の管組立体の少なくとも１つに結合する、少なくとも１つの燃料送出パイプをさらに含む。

さらに別の態様では、タービンエンジンと共に使用するための燃料注入組立体を組み立てる方法を提供する。本方法は、エンドカバー、エンドカバーの下流のエンドキャップ組立体、及びエンドカバーとエンドキャップ組立体との間に延びる流体供給チャンバを用意するステップを含む。本方法は、エンドキャップ組立体において複数の管組立体を結合するステップをさらに含み、複数の管組立体のそれぞれは、内部に画定される燃料プレナム及び冷却用流体プレナムを有するハウジングであって、燃料プレナムの下流の冷却用流体プレナムが中間壁により燃料プレナムから分離される、ハウジングと、ハウジングを通って延びる複数の管であって、それぞれが流体供給チャンバ及び管組立体の下流の燃焼チャンバと流体連通する、複数の管と、冷却用流体プレナムの下流端部の後部プレートであって、冷却用流体プレナム及び複数の管からの流体の混合、並びに後部プレートの温度の冷却及び維持の少なくとも一方を容易にするために、後部プレートを通して画定される少なくとも１つの開口部を含む、後部プレートとを含む。本方法は、燃料を燃料プレナムに送出するために複数の管組立体の少なくとも１つに少なくとも１つの燃料送出パイプを結合するステップをさらに含む。

例示的なタービンエンジンの概略断面図である。図１に示すタービンエンジンと共に使用される、例示的な燃料注入組立体の一部分の概略断面図である。図２に示す燃料注入組立体と共に使用することができる、例示的な管組立体の一部分の拡大概略断面図である。図２に示す燃料注入組立体と共に使用することができる、代替的な管組立体の一部分の概略断面図である。図２に示す燃料注入組立体と共に使用することができる、例示的な管組立体の一部分の平面図である。図３に示す管組立体と共に使用することができる、例示的な管の一部分の拡大概略断面図である。図６に示す管の平面図である。図３に示す管組立体と共に使用することができる、代替的な管の一部分の概略断面図である。

本明細書に説明する方法及びシステムは、燃料注入組立体内の１つ又は複数の構成要素の冷却を容易にする。燃料注入組立体は、内部に画定される燃料プレナム及び冷却用流体プレナムを有するハウジングを含む、管組立体を含む。後部プレートは、冷却用流体プレナムの下流端部に配置され、内部に画定される少なくとも１つの開口部を含む。複数の管がハウジングを通って延びる。冷却用流体プレナム及び後部プレート開口部は、燃料注入組立体内の後部プレート及び／又は管の冷却を可能にし、したがって、後部プレート及び管における熱負荷を低減し、損傷の防止を容易にし、燃料注入組立体の寿命を増加させる。それに加えて、管出口の外壁の渦流式静翼又はフィンは、冷却用流体と燃料との２次混合を可能にし、ＮＯ_X排出物を低減する。

図１は、例示的なタービンエンジン１００の概略断面図である。より具体的には、タービンエンジン１００は、ガスタービンエンジンである。例示的な実施形態はガスタービンエンジンを含むが、本発明は、任意の１つの特定のエンジンに限定されず、本発明は、他のタービンエンジンと関連付けて使用することができることが当業者には理解されよう。

例示的な実施形態では、タービンエンジン１００は、吸込部１１２、吸込部１１２の下流で結合する圧縮機部１１４、圧縮機部１１４の下流で結合する燃焼器部１１６、燃焼器部１１６の下流で結合するタービン部１１８、及び排出部１２０を含む。タービン部１１８は、ロータ軸１２２を介して圧縮機部１１４に結合する。例示的な実施形態では、燃焼器部１１６は、複数の燃焼器１２４を含む。燃焼器部１１６は、圧縮機部１１４と結合し、その結果、各燃焼器１２４は、圧縮機部１１４と流体連通する。燃料注入組立体１２６は、各燃焼器１２４内に結合する。タービン部１１８は、圧縮機部１１４と、限定されないが、発電機及び／又は機械的駆動装置などの負荷１２８とに結合する。例示的な実施形態では、各圧縮機部１１４及びタービン部１１８は、ロータ組立体１３２を形成するためにロータ軸１２２に結合する、少なくとも１つのロータディスク組立体１３０を含む。

運転中、吸込部１１２は、空気を圧縮機部１１４の方に導き、空気は燃焼器部１１６の方に放出される前に高圧高温に圧縮される。圧縮空気は、タービン部１１８の方に導かれる燃焼ガスを生成するために、各燃料注入組立体１２６により提供される燃料及び他の流体と混合され、点火される。より具体的には、各燃料注入組立体１２６は、天然ガス及び／又は燃料油などの燃料、空気、希釈剤、並びに／或いは窒素ガス（Ｎ₂）などの不活性ガスをそれぞれの燃焼器１２４及び空気流内に注入する。燃料混合物は、タービン部１１８の方に導かれる高温燃焼ガスを生成するために点火される。タービン部１１８は、ガス流からの熱エネルギーを機械回転エネルギーに変換し、そのとき、燃焼ガスは、回転エネルギーをタービン部１１８及びロータ組立体１３２に与える。燃料注入組立体１２６は、空気、希釈剤、及び／又は不活性ガスと共に燃料を注入するので、各燃焼器１２４内のＮＯ_X排出物を低減することができる。

図２は、（図１に示す）領域２に沿って切り取られた、燃料注入組立体１２６の一部分の断面図である。例示的な実施形態では、燃料注入組立体１２６は、（図１に示す）燃焼器１２４のエンドカバー１４０から延びる。エンドキャップ組立体１５０は、エンドカバー１４０の下流にあり、上流部１５６及び下流部１５８を含む。例示的な実施形態では、エンドキャップ組立体１５０は、エンドプレート１６０を含み、複数の管組立体２０２がエンドプレート１６０に結合する。或いは、いくつかの実施形態では、エンドキャップ組立体１５０は、エンドプレート１６０を含まず、各管組立体２０２は、隣接する管組立体２０２に結合する。例示的な実施形態では、管組立体２０２は、概して円筒形である。或いは、管組立体２０２は、燃料注入組立体１２６及び／又はタービンエンジン１００が本明細書に説明するように機能することを可能にする、他の任意の形状及び／又はサイズを有することができる。

例示的な実施形態では、管組立体２０２は、エンドプレート１６０の実質的に軸方向に延びる燃料注入ノズルである。各管組立体２０２は、複数の管２０４を含み、長手方向軸２０５を有する。管組立体２０２は、例示的な実施形態では、エンドプレート１６０と一体で形成される。或いは、各管組立体２０２は、隣接する管組立体２０２に結合することができる。例示的な実施形態では、各管２０４は、燃料、空気、及び他の流体の混合物を、各管２０４内に画定された通路（図２に示さず）を通して放出する。

例示的な実施形態では、燃料注入組立体１２６は、図２に示すように、３つの管組立体２０２を含むことができる。或いは、燃料注入組立体１２６は、燃料注入組立体１２６が本明細書に説明するように機能することを可能にする、任意の数の管組立体２０２を含む。燃料送出パイプ２０８は、管組立体２０２に結合する第１の端部２２１と、燃料源（図示せず）に結合する第２の端部２２３とを含む。例示的な実施形態では、燃料送出パイプ２０８は、概して円筒形である。或いは、燃料送出パイプ２０８は、燃料注入組立体１２６及び／又はタービンエンジン１００が本明細書に説明するように機能することを可能にする、他の任意の形状及び／又はサイズを有することができる。

管組立体２０２は、流体を各管組立体２０２に供給する流体供給チャンバ２３２を通って延びる。例示的な実施形態では、流体供給チャンバ２３２は、空気を管組立体２０２に供給する。或いは、流体供給チャンバ２３２は、管組立体２０２が本明細書に説明するように機能することを可能にする、管２０４への任意の流体を供給することができる。燃料は、管２０４に注入され、管２０４内で空気と混合される。燃料／空気混合物は、下流部１５８で管２０４を出て、燃焼チャンバ２３４内で燃焼される。下流部１５８では、管組立体２０２は、それぞれ、以下により詳細に説明するように、後部プレート２３６を含む。

図３は、（図２に示す）領域３に沿って切り取られた、管組立体２０２の一部分の拡大概略断面図である。例示的な実施形態では、各管組立体２０２は、ハウジング２４０を含む。ハウジング２４０は、前端部壁２４４と後部プレート２３６との間に延びる側壁２４２を含む。後部プレート２３６は、前端部壁２４４と燃焼チャンバ２３４と間に方向付けられる。例示的な実施形態では、後部プレート２３６は、（図２に示す）エンドプレート１６０の一部分を形成する。或いは、エンドプレート１６０を含まない実施形態では、各管組立体２０２は、エンドキャップ組立体１５０において別個の後部プレート２３６を含む。側壁２４２は、半径方向外側表面２５０と、半径方向内側表面２５２とを含む。半径方向内側表面２５２は、長手方向軸２０５に沿って前端部壁２４４と後部プレート２３６との間に延びる、実質的に円筒形の空洞部２６０を画定する。

管組立体２０２は、燃料プレナム３０２と、燃料プレナム３０２の下流にある冷却用流体プレナム３０４とを含む。燃料プレナム３０２及び冷却用流体プレナム３０４は、中間壁３０６により分離される。管２０４は、燃料プレナム３０２及び冷却用流体プレナム３０４を通って後部プレート２３６まで延びる。

わかりやすくするために、例示的な実施形態では、２つの管２０４のみを示す。しかし、管組立体２０２は、管組立体２０２が本明細書に説明するように機能することを可能にする、任意の数の管２０４を含むことができる。さらに、例示的な実施形態では、管２０４は、概して円形の断面を有する。或いは、管２０４は、管組立体２０２が本明細書に説明するように機能することを可能にする、他の任意の形状及び／又はサイズを有することができる。

運転に際して、燃料は、燃料送出パイプ２０８から燃料プレナム３０２に流れ込む。管２０４内に画定された燃料入口開口部３１０は、燃料プレナム３０２からの燃料を管２０４内の空気と混合することを可能にする。例示的な実施形態では、冷却用流体プレナム３０４は空気プレナムであり、冷却用流体は空気である。冷却用流体プレナム３０４は、流体供給チャンバ２３２と流体連通する、側壁２４２内に画定された複数の冷却用流体入口３１２を含み、その結果、入口３１２から放出された空気は、冷却用流体プレナム３０４に入る。冷却用流体プレナム３０４内の空気は、後部プレート２３６と、燃焼チャンバ２３４内への管出口との冷却を容易にする。或いは、冷却用流体プレナム３０４は、管組立体２０２が本明細書に説明するように機能することを可能にする、管２０４への任意の流体を供給することができる。より具体的には、後部プレートは、内側表面３１４及び外側表面３１５を含む。外側表面３１５は、燃焼チャンバ２３４を少なくとも部分的に画定する。入口３１５から冷却用流体プレナム３０４内に放出される空気は、後部プレート２３６の内側表面３１４に衝突する。例示的な実施形態では、複数の流出孔３１６が、後部プレート２３６内に画定される。より具体的には、例示的な実施形態では、流出孔３１６は、それぞれ、プレート内側表面３１４と実質的に直交し、長手方向軸２０５と実質的に平行な方向に空気を放出するように方向付けられる。或いは、流出孔３１６は、管組立体２０２が本明細書に説明するように機能することを可能にする、任意の方向を有することができる。空気は、冷却用流体プレナム３０４から流出孔３１６を通り燃焼チャンバ２３４まで流れ、後部プレート２３６の追加冷却を容易にする。

例示的な実施形態では、管組立体２０２は、後部プレート２３６の上流に衝突板３３０を含む。衝突板３３０は、冷却用流体プレナム３０４内に配置される。複数の衝突孔３３２が、衝突板３３０を通って延びる。冷却用流体プレナム３０４から放出される冷却用流体は、衝突孔３３２を通って流れ、後部プレート２３６に衝突する冷却用流体の噴流を形成する。冷却用流体噴流は、後部プレート２３６の冷却を容易にする。例示的な実施形態では、衝突孔３３２は、それぞれ、衝突板表面３３４と実質的に直交し、長手方向軸２０５と実質的に平行な方向に空気を放出するように方向付けられる。或いは、衝突孔３３２は、管組立体２０２が本明細書に説明するように機能することを可能にする、任意の方向を有することができる。

図４は、（図２に示す）燃料注入組立体１２６と共に使用することができる、代替的な管組立体４０２の一部分の概略断面図である。別途明記しなければ、管組立体４０２は、（図３に示す）管組立体２０２と実質的に同様であり、同様の構成要素は、図３に使用するものと同じ参照番号を図４に付ける。管組立体４０２は、冷却用流体プレナム３０４と連通する冷却用流体供給コンジット４０４を含む。冷却用流体は、冷却用流体源（図示せず）から冷却用流体供給コンジット４０４を通って冷却用流体プレナム３０４に供給される。例示的な実施形態では、冷却用流体供給コンジット４０４は、窒素ガスを冷却用流体プレナム３０４に供給する。或いは、冷却用流体供給コンジット４０４は、管組立体４０２が本明細書に説明するように機能することを可能にする、冷却用流体プレナム３０４への任意の流体を供給することができる。

管組立体２０２と同様に、管組立体４０２は、衝突板４３０を通って延びる複数の衝突孔４３２を有する衝突板４３０を含む。例示的な実施形態では、衝突孔４３２は、衝突板４３０の表面４３４に対して実質的に直交し、長手方向軸２０５と実質的に平行に方向付けられる。或いは、衝突孔４３２は、管組立体４０２が本明細書に説明するように機能することを可能にする、任意の方向を有することができる。

図５は、図２に示す燃料注入組立体と共に使用することができる、例示的な管組立体５００の一部分の平面図である。管組立体５００は、（図３に示す）管２０４に類似する複数の管５０２を含む。例示的な実施形態では、各管５０２は、（図３に示す）後部プレート２３６において出口５０６を含む。各管５０２は、内径ＩＤ及び外径ＯＤを有する。図５に示す実施形態では、各出口５０６の周囲に４つのスロット５１０が配置される。スロット５１０は、各管５０２の外径ＯＤの外側に形成される。或いは、任意の数のスロット５１０を各出口５０６の周りに配置することができる。例えば、図６及び７（以下に説明する）に示す実施形態では、１つの連続的なスロットが、管出口を取り囲む。

スロット５１０は、冷却用流体プレナム３０４と燃焼チャンバ２３４と（どちらも図３に示す）の間を流体連通させる。したがって、スロット５１０は、後部プレート２３６及び管出口５０６の冷却を容易にする。スロット５１０は、さらに、冷却用流体プレナム３０４からの冷却用流体と、管５０２からの燃料／空気混合物との混合を容易にし、ＮＯ_X排出物を低減することができる。

図６は、（図３に示す）領域６に沿って切り取られた、管２０４の一部分の拡大概略断面図である。例示的な実施形態では、管２０４は、内側壁６０２と、外側壁６０４と、燃料／空気混合物が管２０４から燃焼チャンバ２３４内に放出される出口６０６とを含む。出口６０６は、後部プレート２３６の外側表面３１５と実質的に同一平面上にある。（図５に示す）管５００と同様に、管２０４は、内径ＩＤ及び外径ＯＤを有する。

冷却用流体通路６１０は、管外側壁６０４内に画定され、管２０４を取り囲む。冷却用流体通路６１０は、棚状部６１２及び通路壁６１４により画定される。さらに、後部プレート２３６において、冷却用流体通路６１０は、通路壁６１４と後部プレート２３６の壁６１６との間に画定される。例示的な実施形態では、冷却用流体通路６１０は、管２０４が本明細書に説明するように機能することを可能にする、任意の構成と共に実質的に環状である。冷却用流体通路６１０は、冷却用流体プレナム３０４と燃焼チャンバ２３４との間を流体連通させ、後部プレート２３６及び管出口６０６の冷却を容易にし、冷却用流体通路６１０からの冷却用流体と、管２０４からの燃料／空気混合物との混合を容易にし、ＮＯ_X排出物を低減することができる。

図７は、図６に示す管２０４の平面図である。図７に示すように、例示的な実施形態では、冷却用流体通路６１０は、通路壁６１４から後部プレート壁６１６まで延びる、複数の静翼７００を含む。したがって、例示的な実施形態では、静翼７００は、管２０４の外径ＯＤ内に配置される。或いは、冷却用流体通路６１０及び静翼７００は、管２０４の外径ＯＤの外側に配置することができる。例えば、（図５に示す）スロット５１０は、その中に静翼を含むことができる。例示的な実施形態では、１２個の静翼７００を示す。或いは、冷却用流体通路６１０は、管組立体２０２が本明細書に説明するように機能することを可能にする、任意の数の静翼７００を含むことができる。例示的な実施形態では、静翼７００は、すべて、通路壁６１４及び後部プレート壁６１６に対して斜めに方向付けられる。或いは、静翼７００は、管組立体２０２が本明細書に説明するように機能することを可能にする、任意の形状及び／又は方向を有することができる。例えば、１つの実施形態では、少なくともいくつかの静翼７００は、残りの静翼とは異なる方向を向いていてもよい。さらに、いくつかの実施形態では、静翼７００は、傾斜した形状であっても、又は螺旋形状であってもよい。

例示的な実施形態では、静翼７００は、管２０４の外側壁６０４又は後部プレート壁６１６を変更することにより製造される。或いは、静翼７００は、任意の適当なカップリング方法を使用して、通路壁６１４及び／又は後部プレート壁６１６に結合される。さらに、１つの実施形態では、静翼７００は、通路壁６１４及び／又は後部プレート壁６１６と一体で形成することもできる。運転中、冷却用流体プレナム３０４からの冷却用流体は、冷却用流体通路６１０を通り燃焼チャンバ２３４に流れ込む。静翼７００は、管２０４及び後部プレート２３６の冷却、並びに冷却用流体通路６１０からの冷却用流体と管２０４からの燃料／空気混合物との混合を容易にする、出口６０６で流体を冷却する際の渦流パターンを誘導し、ＮＯ_X排出物を低減することができる。

図８は、（図３に示す）管組立体２０２と共に使用することができる、代替的な管８００の一部分の概略断面図である。別途明記しなければ、管８００は、（図６及び７に示す）管２０４と実質的に同様であり、同様の構成要素は、図６に使用するものと同じ参照番号を図８に付ける。図８に示す実施形態では、管８００の出口８０６は、後部プレート２３６の外側表面３１５を越えた距離の外側まで延びる。外側表面３１５を越え、冷却用流体通路６１０を有する、管８００の延長部は、後部プレート２３６及び管２０４の温度の低減、並びにＮＯ_Xの低減を容易にする。

タービンエンジンと共に使用される既知の燃料注入冷却システムと比べて、上述の燃料注入組立体は、タービンエンジンと共に使用され、燃料注入組立体の構成要素の冷却を増強するのを容易にすることができる。燃料注入組立体は、燃料プレナムと、燃料プレナムの下流にある冷却用流体プレナムとを含む、少なくとも１つの管組立体を含む。管組立体は、さらに、冷却用流体プレナムの下流端部に後部プレートを含む。後部プレート内に画定された少なくとも１つの開口部は、その開口部を通して冷却用流体プレナムから冷却用流体を導くのを可能にし、管組立体内の後部プレート及び／又は管の冷却を容易にする。それに加えて、管出口の渦流式静翼又はフィンは、冷却用流体及び燃料の２次混合を可能にし、ＮＯ_X排出物を低減する。

燃料注入組立体及びそれを組み立てる方法の例示的な実施形態を以上に詳細に説明した。燃料注入組立体は、本明細書に説明する特定の実施形態に限定されず、むしろ、燃料注入組立体の構成要素及び／又はその注入組立体ステップは、本明細書に説明した他の構成要素及び／又はステップから独立及び分離して使用することができる。例えば、燃料注入組立体は、他の機械及び方法と組み合わせて使用することもでき、本明細書に説明したタービンエンジンと共にのみ実施することに限定されない。むしろ、例示的な実施形態は、多くの他のシステムと接続して実施及び使用することができる。

本発明の様々な実施形態の特定の特徴は、いくつかの図面で示され、他の図面では示されない可能性があるが、これは、便宜のためだけである。本発明の原理に従って、ある図面の任意の特徴は、他の任意の図面の任意の特徴と組み合わせて参照及び／又は特許請求することができる。

この記載した説明は、最良の実施態様を含めて、本発明を開示し、さらに、任意の装置又はシステムの作成及び使用、並びに任意の組み込まれた方法の実施を含めて、当業者が本発明を実施することを可能にするために例を使用する。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲により規定され、当業者が想到する他の例を含むことができる。そうした他の例は、それらが特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有するとき、又はそれらが特許請求の範囲の文言と実質的に異ならない均等な構造要素を含むとき、特許請求の範囲の範囲内にあるものとする。

１００タービンエンジン
１１２吸込部
１１４圧縮機部
１１６燃焼器部
１１８タービン部
１２０排出部
１２２ロータ軸
１２４燃焼器
１２６燃料注入組立体
１２８負荷
１３０ロータディスク組立体
１３２ロータ組立体
１４０エンドカバー
１５０エンドキャップ組立体
１５６上流部
１５８下流部
１６０エンドプレート
２０２管組立体
２０４管
２０５長手方向軸
２０８燃料送出パイプ
２２１第１の端部
２２３第２の端部
２３２流体供給チャンバ
２３４燃焼チャンバ
２３６後部プレート
２４０ハウジング
２４２側壁
２４４前端部壁
２５０半径方向外側表面
２５２半径方向内側表面
２６０円筒形の空洞部
３０２燃料プレナム
３０４冷却用流体プレナム
３０６中間壁
３１０燃料入口開口部
３１２冷却用流体入口
３１４内側表面
３１５外側表面
３１６流出孔
３３０衝突板
３３２衝突孔
３３４衝突板表面
４０２管組立体
４０４冷却用流体供給コンジット
４３０衝突板
４３２衝突孔
４３４表面
５００管組立体
５０２管
５０６出口
５１０スロット
６０２内側壁
６０４外側壁
６０６出口
６１０冷却用流体通路
６１２棚状部
６１４通路壁
６１６後部プレート壁
７００静翼
８００管
８０６出口

Claims

タービンエンジン（１００）に使用するための燃料注入組立体（１２６）であって、
エンドカバー（１４０）、
前記エンドカバーの下流のエンドキャップ組立体（１５０）、
前記エンドカバーから前記エンドキャップ組立体まで延びる流体供給チャンバ（２３２）、
前記エンドキャップ組立体に配置される複数の管組立体（２０２）であって、それぞれが、
内部に画定される燃料プレナム（３０２）及び冷却用流体プレナム（３０４）を有するハウジング（２４０）であって、前記燃料プレナムの下流の前記冷却用流体プレナムが中間壁（３０６）により前記燃料プレナムから分離される、ハウジングと、
前記ハウジングを通って延びる複数の管（２０４）であって、それぞれが前記流体供給チャンバ及び前記管組立体の下流の燃焼チャンバ（２３４）と流体連通する、複数の管と、
前記冷却用流体プレナムの下流端部の後部プレート（２３６）であって、前記冷却用流体プレナム及び前記複数の管からの流体の混合、並びに前記後部プレートの温度の冷却及び維持の少なくとも一方を容易にするために、前記後部プレートを通して画定される少なくとも１つの開口部（３１６）を含む、後部プレートと
を含む、複数の管組立体、並びに
燃料を前記燃料プレナムに供給するために前記複数の管組立体の少なくとも１つに結合する、少なくとも１つの燃料送出パイプ（２０８）
を備える、燃料注入組立体。
少なくとも１つの入口（３１２）は、前記ハウジング（２４０）の側壁（２４２）内に画定され、前記少なくとも１つの入口は、前記流体供給チャンバ（２３２）と前記冷却用流体プレナム（３０４）との間を流体連通させる、請求項１記載の燃料注入組立体（１２６）。
前記複数の管組立体（２０２）のそれぞれは、前記冷却用流体プレナム（３０４）内に配置され、内部に画定される複数の衝突孔（３３２）を含む、衝突板（３３０）をさらに含む、請求項１記載の燃料注入組立体（１２６）。
前記エンドキャップ組立体（１５０）はエンドプレート（１６０）を含み、前記後部プレート（２３６）は、前記エンドプレートの一部分を形成する、請求項１記載の燃料注入組立体（１２６）。
前記複数の管（２０４）のそれぞれは、前記後部プレート（２３６）内に画定される出口（５０６）を含み、前記少なくとも１つの開口部（３１６）は、前記出口の温度の冷却及び維持の少なくとも一方を容易にするために、前記出口に隣接する冷却用流体通路（６１０）を含む、請求項１記載の燃料注入組立体（１２６）。
複数の静翼（７００）は、前記管（２０４）の外側壁（６０４）と前記後部プレート（２３６）の壁（６１６）との間の前記冷却用流体通路（６１０）を通って延び、前記複数の静翼のそれぞれは、傾斜した形状及び螺旋形状の少なくとも一方を有する、請求項５記載の燃料注入組立体（１２６）。
前記燃料注入組立体は、冷却用流体を前記冷却用流体プレナム（３０４）内に導くように構成された冷却用流体供給コンジット（４０４）をさらに含む、請求項１記載の燃料注入組立体（１２６）。
前記複数の管（２０４）のそれぞれは、前記管と前記燃料プレナム（３０２）との間を流体連通させる、少なくとも１つの入口（３１０）を含む、請求項１記載の燃料注入組立体（１２６）。
吸込部（１１２）、
前記吸込部の下流で結合する圧縮機部（１１４）、
前記圧縮機部の下流で結合する燃焼器部（１１６）、
前記燃焼器部の下流で結合するタービン部（１１８）、及び
前記タービン部の下流で結合する排出部（１２０）
を備えるタービンエンジン（１００）
を具備する、システムであって、
前記燃焼器部は、
燃焼チャンバ（２３４）、並びに
前記燃焼チャンバと共に配置される燃料注入組立体（１２６）を備え、前記燃料注入組立体は、
エンドカバー（１４０）、
前記エンドカバーの下流のエンドキャップ組立体（１５０）、
前記エンドカバーから前記エンドキャップ組立体まで延びる流体供給チャンバ（２３２）、
前記エンドキャップ組立体に配置される複数の管組立体（２０２）であって、それぞれが、
内部に画定される燃料プレナム（３０２）及び冷却用流体プレナム（３０４）を有するハウジング（２４０）であって、前記燃料プレナムの下流の前記冷却用流体プレナムが中間壁（３０６）により前記燃料プレナムから分離される、ハウジングと、
前記ハウジングを通って延びる複数の管（２０４）であって、それぞれが前記流体供給チャンバ及び前記管組立体の下流の燃焼チャンバ（２３４）と流体連通する、複数の管と、
前記冷却用流体プレナムの下流端部の後部プレート（２３６）であって、前記冷却用流体プレナム及び前記複数の管からの流体の混合、並びに前記後部プレートの温度の冷却及び維持の少なくとも一方を容易にするために、前記後部プレートを通して画定される少なくとも１つの開口部（３１６）を含む、後部プレートと
を含む、複数の管組立体、並びに
燃料を前記燃料プレナムに供給するために前記複数の管組立体の少なくとも１つに結合する、少なくとも１つの燃料送出パイプ（２０８）
を含む、燃料注入組立体
を備える、
システム。
少なくとも１つの入口（３１２）は、前記ハウジング（２４０）の側壁（２４２）内に画定され、前記少なくとも１つの入口は、前記流体供給チャンバ（２３２）と前記冷却用流体プレナム（３０４）との間を流体連通させる、請求項９記載の燃焼器組立体（１１６）。