JPH1144426A - 複数の空気噴流液体燃料噴霧器を備えた二重燃料噴射装置およびその方法 - Google Patents

複数の空気噴流液体燃料噴霧器を備えた二重燃料噴射装置およびその方法

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JPH1144426A
JPH1144426A JP9302858A JP30285897A JPH1144426A JP H1144426 A JPH1144426 A JP H1144426A JP 9302858 A JP9302858 A JP 9302858A JP 30285897 A JP30285897 A JP 30285897A JP H1144426 A JPH1144426 A JP H1144426A
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air passage
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エフ ロッキヤー ジョン
Gareth W Oskam
ダブリュー オスカム ガーレス
Douglas C Rawlins
シー ローリンズ ダグラス
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 液体またはガス燃料をガスタービンエンジン
に噴射するための二重燃料噴射器炭素と窒素酸化物のエ
ミッションを減少させると共に、燃料噴射ノズルの温度
過剰による先端部分の酸化、ひび割れ、ゆがみを防止す
る。 【解決手段】 この二重燃料噴射器１２は、ガス燃料を
噴射するための複数の中空スポーク部材６８を含んでお
り、これらのスポーク部材は、主液体燃料を噴射するた
めの複数の空気噴射噴霧器７４の上流側にある複数の主
空気スワルベーン７２の上流側に配置されている。パイ
ロット燃料装置４６，５４が設けられており、ガスまた
は液体燃料のいずれかを用いてガスタービンエンジンを
始動することができる。噴射器は、冷却空気を噴射器中
心本体の円筒形壁１１３に与えることのできるラビリン
ス形状の冷却通路１００を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ガスタービンエンジン
の燃料噴射器に関する。より詳細には、本発明は、液体
またはガス燃料、あるいはその両者を用いて作動できる
二重燃料噴射器に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンエンジンにおいて、燃焼燃
料として化石燃料を使用することによって、一酸化炭
素、二酸化炭素、水蒸気、煙、粒子、不燃焼炭化水素、
酸化窒素および酸化イオウの燃焼による副産物が発生す
る。これらの副産物のうち二酸化炭素と水蒸気は一般的
なものであり、規制を受けるものではないと考えられ
る。ほとんどの用途において、政府によって課せられた
規制では、排気ガス内に排出される汚染物質の量をさら
に規制している。過去において、燃焼による副産物のほ
とんどは、設計を変更することによって制御されてき
た。例えば、煙は、通常燃焼器を設計変更することによ
って制御されてきており、粒子は通常トラップ及びフィ
ルターで制御され、酸化イオウは、通常全体のイオウ量
が低い燃料を選択することによって制御される。これに
よって、ガスタービンエンジンから排出される排気ガス
における主要な問題のエミッションとして一酸化炭素、
未燃焼炭化水素及び窒素酸化物が残る。
【０００３】窒素酸化物は、従来の燃焼システムにおい
て二つの方法で発生する。例えば、窒素酸化物は、燃焼
ゾーン内で高温時に、大気中の窒素と酸素が直接組み合
わされること、および燃料内の有機窒素の存在とによっ
て発生する。窒素酸化物が発生する割合は、火災の温度
に依存しており、その結果、火炎温度がわずかに下がる
ことによって窒素酸化物がかなり減少することになる。
ガスタービン燃焼器の燃焼ゾーンにおいて最高温度を下
げるための手段を提供する過去といくつかの現在のシス
テムでは、水噴射器を含んでいた。水噴射システムに用
いられた噴射ノズルが、米国特許第４、６００、１５１
号に開示されている。開示された噴射ノズルでは、互い
に離れた関係で一方が他方の内側にある複数のスリーブ
手段と作動的に組み合わされた環状シュラウド手段を含
む。スリーブ手段は、液体燃料受取チャンバと、該液体
燃料受取チャンバ内に配置された水あるいは補助燃料受
取チャンバとを形成する。燃料受取チャンバは、流体燃
料に加えて水または補助燃料を排出するか、または液体
燃料を排出するのに用いられる。スリーブ手段は、さら
に圧縮機が放出した空気を受取り、燃料スプレーコーン
または水あるいは補助燃料に給送して、これらを混合す
るための内部空気受取チャンバを形成する。
【０００４】別の燃料噴射器が米国特許第４、３２７、
５４７号に開示されている。この燃料噴射器は、窒素酸
化物のエミッションを減少させるように水噴射手段と、
液体燃料がガス燃料ダクトに入らないようにするための
空気逃し孔を備えたベンチュリセクションを有する外側
環状ガス燃料ダクトとを備える。さらに、水および液体
燃料のための入口を有する内側環状液体燃料ダクトも含
まれている。内部環状ダクトはノズルで終了し、圧縮空
気が流れる中央流れ通路は、内部副ディフューザを有す
る主のディフューザで終了する。双方のディフューザの
表面が圧縮空気によって洗われて、噴射器への炭素の付
着を減少させたり防ぐようにディフューザの表面が構成
されている。実際にはディフューザは中空ピントルを形
成する。これらを用いる上述のシステムとノズルは、窒
素酸化物のエミッションを減少させるための試みの例で
ある。しかし、上述のノズルでは、燃焼器からの窒素酸
化物のエミッションを制御するためにガス状の流体また
は液体流体を有効に混合することができない。
【０００５】ガスタービンエンジンの燃焼ゾーン内の窒
素酸化物、一酸化炭素、未燃焼炭化水素のエミッション
を減少させるための改善された二重燃料噴射ノズルが、
米国特許第５、４０４、７１１号に開示されている。噴
射器は、連続して、相互に整列される１連の予混合チャ
ンバを備える。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ガスタービンエンジン
に関する燃料噴射ノズルが直面する別の問題は、先端部
分の酸化、ひび割れ、またはゆがみの原因となる燃料噴
射ノズルの先端部分の温度が過剰になることである。冷
却空気量を増大させることなく、炭素と窒素酸化物のエ
ミッションが減少する、改善された先端冷却を行なうた
めの構造を有する燃料噴射ノズルが、米国特許第５、４
６７、９２６号に開示される。この構造では、シェルを
含んでおり、該シェルは、これとの間に第１チャンバを
形成するようになっている該シェルの中に配置された内
部部材と、該内部部材との間に第２のチャンバを形成す
る端部片とを有する。内側本体は、これの中に形成され
た複数の第１の角度通路を有し、第２のチャンバと通路
との間を連通するようになっている。第２のチャンバを
通過する燃焼空気の流れが端部片の空気側と接触し、こ
のために燃焼側が冷却されることになる。端部片は、複
数のしみ出し冷却孔を含んでおり、該端部片と高温燃焼
ガスとの間を接続して掃気を行い、端部片の燃焼側を冷
却するようになっている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の１態様におい
て、燃料噴射器が複数の燃料噴霧器を備えている、該噴
霧器の各々が、燃料の流れを運んで空気流れと混合する
ようになっており、内部空気通路と、外部空気通路と、
該内部空気通路および外部空気通路との間に配置された
燃料通路とを含む。燃料噴射器は、中心軸線を有する主
空気通路と、該主空気通路の半径方向内方に配置された
中心本体とを含んでいればよい。燃料噴霧器が、中心軸
線のまわりに間隔があけられて、中心本体に取り付けら
れており、燃料の流れを主空気通路に運ぶようになって
いる。各燃料噴霧器は、中心軸線に対し、例えば約４
５．０°から約９０．０°の角度で傾斜していればよ
い。各燃料通路は、燃料流れの中に１つか２つ以上のス
ワルブレードのような渦発生装置を含んでいればよい。
各外部空気通路は、１つか２つ以上のスワルブレードの
ような渦発生装置を空気流れの中に含んでいるのが好ま
しい。
【０００８】本発明の別の態様において、燃料噴射器
は、中心軸線を有する主空気通路と、該主空気通路の半
径方向内方に配置された中心本体、および該中心本体に
取り付けられ、中心軸線のまわりに間隔が開けられてお
り、主空気通路へ燃料の流れを運ぶようになっている複
数の主燃料噴霧器とを備えている。本発明のさらに別の
態様において、二重燃料噴射器が、ガス主燃料源と主空
気通路とを備えている。主空気通路は渦発生装置を含ん
でおり、ガス主燃料源は主空気通路渦発生装置の上流側
に配置された複数のガス燃料ノズルを備えている。本発
明のさらに別の態様において、二重燃料噴射器は、円筒
形の壁を含む、孔のあけられていない噴射器中心本体の
先端と、冷却空気を円筒形の壁に供給するための空気冷
却空気通路とを備えている。冷却空気通路はラビリンス
形状であるのが好ましい。
【０００９】本発明の別の態様において、主の液体燃料
給送ラインと燃料−空気混合チャンバとを含む燃料噴射
器内で、主流体燃料を空気と混合する方法は、各々が、
主液体燃料供給ラインと流体連通する噴霧器燃料通路を
含み、１つか２つ以上の分離した空気通路を有するよう
になっている複数の噴霧器を噴射器に設け、燃料の場合
には噴霧器燃料通路から、空気の場合には空気通路か
ら、噴霧器を介し燃料−空気混合チャンバに導き、燃料
−空気混合チャンバを通る付加的な空気と混合する、段
階からなる。本発明のさらに別の態様において、主液体
燃料給送ラインと燃料−空気混合チャンバとを含む燃料
噴射器内で主液体燃料と空気とを混合するための方法
は、各々が主液体燃料給送ラインと流体連通する環状の
噴霧器燃料通路と、該環状噴霧器燃料通路の半径方向内
方に配置された中央空気通路と、環状噴霧器燃料通路の
半径方向外方に配置された外部空気通路とを含む複数の
噴霧器を設け、噴霧器のそれぞれに関し、燃料を環状噴
霧器燃料通路に導き、環状噴霧器燃料通路から出る円筒
形状の燃料フィルムを作り出し、環状噴霧器燃料通路の
外部で燃料フィルムを、中央空気通路と外側空気通路と
を介し導入された空気と混合して、噴霧器から燃料−空
気混合チャンバに噴出された空気と混合された複数の燃
料小滴を作り出し、付加的な空気を燃料−空気混合チャ
ンバに導入し、この付加空気を、噴霧器から燃料−空気
混合チャンバに噴出された後の空気と混合された燃料小
滴と混合する、段階からなる。
【００１０】別の特徴および利点が請求され開示された
装置と方法において固有のものであり、図面と以下の詳
細な説明から本分野の当業者に明白になるであろう。
【００１１】
【実施例】図１を参照すると、ガスタービンエンジン１
０が、二重燃料（ガス／液体）予混合噴射器１２を有す
る。ガスタービンエンジン１０は、各々が相互に所定の
位置関係を有する複数の開口部１６を中に備えた外側ハ
ウジング１４を含む。開口部１６は外側ハウジング１４
の中心軸線１８のまわりに分布されている。二重燃料予
混合噴射器１２が各開口部１６を通って延びている。し
かし、便宜上、一個のみの二重燃料予混合噴射器１２と
一個の開口部１６のみが図示されている。従って、二重
燃料予混合噴霧器１２は、開口部１６の一つのみに配置
されており、従来の手段で外側ハウジング１４によって
支持されている。外側ハウジング１４は、中心軸線１８
を中心として配置された圧縮セクション２０のまわりに
配置されている。タービンセクション２２は、中心軸線
１８を中心として配置されており、燃焼セクション２４
は、中心軸線１８を中心として、圧縮セクション２０と
タービンセクション２２との間に配置されている。ガス
タービンエンジン１０は、中心軸線１８のまわりに軸線
方向に整列され、燃焼セクション２４の半径方向内方に
配置された内側ケース２６を備える。
【００１２】タービンセクション２２は、これに接続さ
れた出力軸（図示せず）を有する動力タービン２８を含
んでおり、発生器またはポンプのような付随的な部品を
駆動するようになっている。タービンセクション２２の
別の部分が、圧縮セクション２０と駆動する関係で接続
されたガス発生タービン３０を含む。ガスタービンエン
ジン１０が作動しているとき、圧縮された空気の流れが
圧縮セクション２０から排出され、第２のディーゼル燃
料のような液体燃料を噴霧するために冷却し、さらに以
下に詳細に記載するように、燃焼セクション２４内のパ
イロット燃焼および主燃焼のために爆燃性燃料と混合さ
れるのに用いられる。燃焼セクション２４は、半径方向
に所定の距離だけ外側ハウジング１４から間隔があいて
おり、従来の手段で外側ハウジング１４から支持されて
いる環状燃焼器３２を含む。この環状燃焼器３２は中心
軸線１８のまわりに同軸線に配置された環状外側シェル
３４と、該環状外側シュル３４の半径方向内方に配置さ
れており中心軸線１８のまわりに同軸方向に配置された
環状内側シェル３６と、ほぼ均等に間隔のあいた複数の
開口部４０を有する入口端部部分３８とを有する。開口
部４０のそれぞれは、噴射器中心軸線４４を有する二重
燃料予混合噴射器１２の一つを有しており、該噴射器
は、環状チャンバ３２の入口端部３８と流体連通するよ
うにほぼ開口部４０の中に配置されている。環状噴霧器
の代替として、複数のカンタイプの燃焼器、あるいは側
部がカン状の燃焼器も本発明の本質を変更することなく
組み入れることができる。
【００１３】図６にさらに図示するように、各二重燃料
予混合噴射器１２が、ほぼ噴射器中心軸線４４に沿って
液体パイロット燃料を導くための液体パイロット燃料給
送ライン４６を含む。液体パイロット燃料給送ライン４
６が、入口端部４８とテーパー状の出口端部５０とを有
する。環状空気補助通路５２が液体パイロット燃料給送
ライン４６を取り囲み、噴射器の中心軸線４４のまわり
に同軸線上に配置されている。環状パイロットガス燃料
通路５４が環状空気補助通路５２を取り囲み、環状パイ
ロットガス燃料通路出口５５を有しており、噴射器軸線
４４のまわりに同軸線上に配置されている。噴射器の中
心本体５６が、環状パイロットガス燃料通路５４を取り
囲む。副空気通路５８が噴射器中心本体５６を取り囲
み、第２の円筒形の壁６２とともに、主空気通路６４を
形成するようになっている第１の円筒形壁６０により取
り囲まれている。環状の主ガス燃料マニホルドキャビテ
ィ６６が第２の円筒形の壁６２を取り囲み、それぞれが
メタンガスのようなガス燃料を環状主ガス燃料マニホル
ドキャビティ６６から主空気通路６４に導くように複数
の通路７０を有する複数の中空のスポーク部材６８と流
体連通している。主空気通路６４は、これの中に配置さ
れた複数の主空気スワルベーン７２を含む。
【００１４】複数の空気噴射噴霧器７４が、噴射器の中
央本体５６に取り付けられており、図４に最もよくわか
るように、噴射器の中心軸線４４のまわりに均等に、半
径方向に離れている。例えば、このような空気噴射噴霧
器７４が８個あればよい。図６に見られるように、液体
燃料が、主液体燃料給送ライン７６と、各空気噴射噴霧
器７４に組み合わされる燃料オリフィス７７とを介し各
空気噴射噴霧器７４に給送される。液体燃料が、主液体
燃料供給管（図示せず）から主液体燃料給送ライン７６
に給送される。複数の第１の交差通路７８によって、副
空気通路５８と環状パイロットガス燃料通路５４との間
を流体連通できる。複数の第２の交差通路８０によっ
て、副空気通路５８と各空気噴射噴霧器７４との間で流
体連通できる。複数の第３の交差通路８２は、環状パイ
ロットガス燃料通路５４と環状空気補助通路５２との間
を流体連通できる。
【００１５】各空気噴射噴霧器７４が、噴射器の中心軸
線４４から約４５．０°の角度で傾斜している噴霧器中
心線８４にほぼ沿って整列している。しかし、この角度
は、二重燃料予混合噴射器１２が作動されるべき用途と
作動状態に基づいて、約４５．０から約９０．０°の範
囲内で変えることができる。各空気噴射噴霧器７４は、
噴霧器中心空気通路８６、環状噴霧器燃料通路８８、噴
霧器外側空気通路９０とを含んでおり、それぞれの通路
は噴霧器中心線８４を中心とする。各空気噴射噴霧器７
４における外側空気オリフィス９１が、各噴霧器外側空
気通路９０を副空気通路５８と流体連通するように配置
される。中に孔９４を有する冷却ダクトディバイダ９２
と、孔９８を中に有するフレア状の管状インサート９６
とが、共にラビリンス形状の冷却通路１００を形成し、
これによって第２の交差通路８０を、下流端部１０３を
有するパイロット燃料−空気混合通路１０２の外面と流
体連通することになる。
【００１６】パイロット燃料−空気混合通路１０２の外
面は外部スワルブレード１０４を含んでおり、円錐形状
のピントルスワラ１０６は、パイロット燃料−空気混合
通路１０２の内面上に配置される。さらに、スワルブレ
ード１０８が噴霧器燃料通路８８内に配置されており、
スワールブレード１１０は噴霧器外側空気通路９０内に
配置されている。二重燃料予混合噴射器１２が、外側円
筒形壁１１３、およびパイロット燃料−空気混合通路１
０２とともに環状外側パイロット空気通路１１６を形成
する内側円筒形壁１１４とを有する噴射器中心本体先端
１１２を含む。ラビリンス状の冷却通路１００を通って
流れる空気が、噴射器中心本体先端１１２と、これの外
側円筒形壁１１３と内側円筒形壁１１４とともに冷却ダ
クトディバイダ９２を冷却する。この冷却は、噴射器の
中央本体先端１１２に孔を必要とすることなく達成され
ることが重要である。噴射器中心本体先端１１２内に孔
を形成することなく冷却することは有益である。なぜな
らば、孔は、噴射器中央本体先端１１２に集中応力を形
成することになり、熱応力のために疲労故障を早めるこ
とになるからである。
【００１７】図３と図６を参照すると、二重燃料予混合
噴射器１２が、主の空気入口バルブプレート１１８と、
該主の空気入口バルブプレート１１８を開閉するように
軸線方向に回転する主の空気入口バルブピボットロッド
１２０とを含む。主空気入口バルブプレートは、所定の
寸法だけ噴射器の中心軸線４４から半径方向に離れた複
数のスロット１１９を含む。ガス燃料が用いられるとき
のガスタービンエンジン１０の作動中と、ガス燃料を用
いる始動中とに、図３と図６に図示したように主空気入
口バルブプレート１１８が閉じたままに保持される。主
空気入口バルブプレート１１８が、主の空気入口バルブ
ピボットロッド１２０によって開き、液体燃料が使用さ
れるときガスタービンエンジン１０の作動中に、より多
くの空気が圧縮セクション２０から（図１参照）主空気
通路６４に入る。図６を参照すると、主の空気入口バル
ブプレート１１８が閉じた位置にあるときでも、主の空
気入口バルブプレート１１８は副空気通路５８をカバー
しない。
【００１８】図５を参照すると、主ガス燃料供給管１２
２が、環状主ガス燃料マニホルドキャビティ６６と流体
連通する。パイロットガス燃料供給管１２４が環状パイ
ロットガス燃料通路５４と流体連通する。パイロット液
体燃料供給管１２６が液体パイロット燃料給送ライン４
６の入口端部４８と流体連通する。空気補助供給管１２
７が“工場空気”システムのような外部源、または専用
の圧縮機から環状空気補助通路５２に圧縮空気を与え
る。二重燃料予混合噴射器１２が以下のように作動す
る。図１、２、５および６からわかるように、圧縮セク
ション２０からの圧縮された空気が主空気通路６４に入
り、燃料予混合噴射器１２の左手側から副空気通路５８
に入る。ガスタービンエンジン１０が、主ガス燃料を用
いて作動すると、主の空気入口バルブプレート１１８が
閉じて、圧縮セクション２０からの圧縮空気が、主空気
入口バルブプレート１１８内のスロット１１９を介し主
空気通路６４に入る。この圧縮空気が、主ガス燃料供給
管１２２から環状の主ガス燃料マニホルドキャビティ６
６に、次いで中空スポーク部材６８と通路７０とを介し
主空気通路６４に導かれるガス燃料と混合される。ガス
混合気が、次に主空気スワルベーン７２を通り、二重燃
料予混合噴射器１２の下流側（図６に見られるように右
手に図示するように）に配置された環状混合チャンバ１
２８に入る前にさらに混合されることになる。環状混合
チャンバ１２８を出た後にガス混合気が環状燃焼室３２
で燃焼される。
【００１９】パイロットガス燃料が、例えばガスタービ
ンエンジン１０の始動（ライトオフ）のために使用され
るべき場合には、主の空気入口バルブプレート１１８が
閉じられる。圧縮セクション２０から副空気通路５８に
導入された空気が、第１の交差通路７８を通り、パイロ
ットガス燃料供給管１２４から流れるガス燃料と環状パ
イロットガス燃料通路５４において混合される。次い
で、このパイロットガス混合気の一部が、外部のスワル
ブレード１０４によって渦巻き状になり、パイロットガ
ス混合気の残余が、第３の交差通路８２を通り環状空気
補助通路５２にそれる。パイロットガス混合気のそれた
部分が円錐形状のピントルスワラ１０６によって渦巻き
状になる。外部スワルブレード１０４によって渦巻き状
にされたパイロットガス混合気が、円錐形状のピントル
スワラ１０６によって渦巻き状にされたパイロットガス
混合気と、環状燃焼器３２における点火のためにパイロ
ット燃料−空気混合通路１０２の下流側端部１０３にお
いて、再び一つになる。
【００２０】ガスタービンエンジン１０が、主液体燃料
を用いて作動すると、主の空気入口バルブプレート１１
８が開き、圧縮セクション２０からの圧縮空気が、主の
空気入口バルブプレート１１８により妨害されることな
く、主の空気通路６４に流れる。主の空気スワルベーン
７２を通った後、主空気通路６４の圧縮空気が、空気噴
射噴霧器７４によって導かれた液体燃料と混合される。
以下のように各空気噴射噴霧器７４が作動する。圧縮さ
れた空気が副空気通路５８から第２の交差通路８０を通
り、圧縮空気は図６に図示するように空気噴射噴霧器７
４の横断面から見て上方にかつ右手に流れるように、噴
霧器中央空気通路８６に入る。圧縮空気は、また、副空
気通路５８から外側空気オリフィス９１を通って、噴霧
器外側空気通路９０に給送され、図６に図示された空気
噴射噴霧器７４の断面からみて上方に、かつ右手に流れ
るときスワルブレード１１０によって渦巻き状になる。
【００２１】一方、主液体燃料給送ライン７６から燃料
オリフィス７７を通り噴霧器燃料通路８８に導かれた液
体燃料は、図６に図示した空気噴射噴霧器７４の断面図
において見られるように上方にかつ右手に液体燃料が流
れると噴霧器燃料通路８８内のスワルブレード１０８に
よって渦巻き状になる。液体燃料が渦巻き状になること
によって、これが噴霧器燃料通路８８から出るとき噴霧
器燃料通路８８の壁にフィルムを形成することになる。
燃料のフィルムは、分断されて小滴になる（噴霧され）
と同時に、空気噴射噴霧器７４から出る際に空気と混合
される。この噴霧と混合作用は、噴霧器中央空気通路８
６から出て、第１の噴霧空気質量流量で流れる圧縮空気
と、噴霧器外側空気通路９０から出て、第１の噴霧器空
気質量流量とは異なる第２の噴霧器空気質量流量で流れ
る渦巻き圧縮空気との間に燃料フィルムが捕らえられた
ときの燃料フィルムに加えられた剪断力のためである。
この液体混合気が、さらに環状燃焼器３２内において点
火される前に、環状混合チャンバ１２８内の主空気通路
６４からの渦巻き状の空気とさらに混合される。
【００２２】液体パイロット燃料が、例えばガスタービ
ンエンジン１０の始動（ライトオフ）のために用いられ
る場合には、主の空気入口バルブプレート１１８が閉じ
られてもよいが、通常は開いたままである。液体パイロ
ット燃料が液体パイロット燃料給送ライン４６に導かれ
る。副空気通路５８に導かれる空気が、第１の交差通路
７８を通り、環状のパイロットガス燃料通路５４に流れ
る。次いで、環状パイロットガス燃料通路５４内の空気
の一部が外部のスワルブレード１０４によって渦巻き状
になる。環状パイロットガス燃料通路５４の空気の残余
が、第３の交差通路８２を介し分岐され、環状空気補助
通路５２に入り、空気補助供給管１２７から環状空気補
助通路５２に供給された付加的な圧縮空気と混合され
る。第３の交差通路８２からの空気と、環状空気補助通
路５２からの圧縮空気と、液体パイロット燃料給送ライ
ン４６の出口端部５０からの液体パイロット燃料とが、
円錐形状のピントルスワラ１０６を通り、液体パイロッ
ト燃料で、パイロット燃料−空気混合通路１０２の内側
に均一のフィルムを形成できる。液体パイロット燃料の
フィルムがパイロット燃料−空気混合通路１０２から出
ると同時に、分断されて小滴になり（噴霧化され）空気
と混合される。この噴霧および混合作用は、パイロット
燃料−混合通路１０２内から第１のパイロット空気質量
流量で出た圧縮空気と、パイロット燃料−空気混合通路
１０２の外部から、第１パイロット空気質量流量とは異
なる第２のパイロット空気質量流量で出て、ラビリンス
形状の冷却通路１００からの空気と混合される渦巻き状
に圧縮された空気とによって、液体燃料のフィルムにか
けられる剪断力による。この液体パイロット混合気は、
次いで環状燃焼器３２内で点火される。
【００２３】パイロット燃料−混合通路１０２の内部に
おいて圧縮空気を使用することによって、ライトオフに
関する作動範囲が広くなる、すなわち二重燃料予混合噴
射器１２の低圧降下が存在するときでさえ作動範囲が広
くなる。パイロット燃料−空気混合通路１０２の内部の
圧縮空気により、液体パイロット燃料のフィルムがパイ
ロット燃料−空気混合通路１０２から出るとき、液体パ
イロット燃料フィルム自体が崩壊することを防ぐため
に、この広い作動範囲が可能となる。液体パイロット燃
料のこのような崩壊のために、二重燃料予混合噴射器１
２に低圧降下が存在するような所定の作動状態のもと
で、適切な小滴が発生しないようになる。環状外側パイ
ロット空気通路１１６を通る第２のパイロット空気質量
流量と、パイロット燃料−空気混合通路１０２を通る第
１のパイロット空気質量流量との割合は２．５対１．０
であることを利用して、約４０．０°から約４５．０°
までの円錐角を有する比較的狭いパイロット液体スプレ
ーパターンが、カーボンを蓄積させてしまう原因とな
る、液体パイロット燃料の噴射器本体５６上での衝突を
避けながら、許容可能な性能を与えることがわかった。
しかし、最適なスプレーパターン特性は、二重燃料予混
合噴射器１２が作動される用途と作動状態とに従って変
わることになる。
【００２４】本発明に関する二重燃料予混合噴射器１２
の構造では、数多くの性能的な利点を提供する。ラビリ
ンス形状の冷却通路１００は、噴射器の中央本体の先端
１１２の冷却性を高める。中空のスポーク部材６８が、
空気噴射噴霧器７４の上流側にある主空気スワルベーン
７２の上流側に配置されているので、液体燃料の小滴が
上流側で合流し、環状主ガス燃料マニホルドキャビティ
６６または中空スポーク部材６８内の通路７０を例えば
炭素で汚すという可能性がなくなる。熱応力のために噴
射器中央本体の先端１１２が低サイクルの疲れにより割
れるといった状態が少なくなる。なぜならば、噴射器中
央本体の先端１１２の空気冷却が高められからである。
液体パイロットおよび主燃料に関して比的的大きな径の
通路を使用することは、わずかな量の汚染物のために通
路が詰まったり、塞がれるようなより小さな通路を有す
る噴射器と通常組み合わされるという問題を回避する。
環状混合チャンバ１２８の内面にコークが生成されるこ
とが、二重燃料予混合噴射器１２によって得られる最適
な主液体燃料の小滴の大きさとパターンのために最小と
なる。同様に、噴射器中央本体先端１１２上でのコーク
生成が、二重燃料予混合噴霧器１２によって得られた最
適なパイロット液体燃料小滴の大きさとパターンのため
に、最小となる。
【００２５】二重燃料予混合噴射器１２は、通常は天然
ガスまたはディーゼル燃料のいずれかで作動するように
なっているが、いずれかの燃料でガスタービンエンジン
１０を始動して、ガスタービンエンジン１０が作動して
いる間、燃料が変わる可能性がある。二重燃料予混合噴
射器１２の設計では、ガスおよび液体燃料の双方を同時
に用いて、ガスタービンエンジン１０を作動させること
ができる。二重燃料予混合噴射器１２によってガスター
ビンエンジン１０は、水またはスチームのような別の希
釈剤を用いることなく、天然ガス、または希薄予混合燃
焼室を介した液体燃料のいずれかで作動しながら、窒素
酸化物のエミッションを低減させることができる。本発
明の多くの、および別の実施例は、前述の記載を鑑みれ
ば、本分野の当業者にとって明白になものであろう。従
って、本記載は、例示的にすぎず、本発明を実施するの
に最高の態様を本分野の当業者に教唆することを目的と
するものである。本発明の構造の詳細は、本発明の精神
から逸脱することなく、実質的に変えることができ、本
発明の請求の範囲内に適合する全ての変更の使用を包含
するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関する二重燃料噴射器を有するガスタ
ービンエンジンの部分的断面側面図である。
【図２】図１に図示した二重燃料噴射器の拡大側面図で
ある。
【図３】図２の線３−３に沿った二重燃料噴射器の前面
図である。
【図４】図２の線４−４に沿った二重燃料噴射器の後図
である。
【図５】図４の線５−５に沿った二重燃料噴射器の一部
の拡大部分断面図である。
【図６】図４の線６−６に沿った二重燃料噴射器の一部
の拡大断面図である。
【符号】
１０ ガスタービンエンジン １２ 二重燃料予混合噴射器 １４ 外側ハウジング １６ 開口部 １８ 中心軸線 ２０ 圧縮セクション ２２ タービンセクション ２４ 燃焼セクション ３２ 環状燃焼器 ３４ 環状外側シェル ３６ 環状内側シェル ４４ 噴射器中心軸線 ４６ 液体パイロット燃料給送ライン ５４ 環状パイロットガス燃料通路 ５６ 噴射器中心本体 ６０ 第１の円筒形壁 ６２ 第２の円筒形壁 ６４ 主空気通路 ７４ 噴霧器 ７６ 主燃料給送ライン ８６ 噴霧器中心空気通路 ８８ 環状噴霧器燃料通路 １０２ 燃料−空気混合通路 １０４、１０８ スワラブレード １２８ 燃料−空気混合チャンバ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ２３Ｃ 11/00 ３２８ Ｆ２３Ｃ 11/00 ３２８ (72)発明者 ジョン エフ ロッキヤー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92037 サンディエゴ アヴェニダ ウィ ルフレード 6534 (72)発明者 ガーレス ダブリュー オスカム アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92129 サンディエゴ バーヴァリアン ドライヴ 13151 (72)発明者 ダグラス シー ローリンズ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92563 マーリエタ マーヴィン ガーデ ンス ウェイ 25490

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 円筒形状の壁を含む、孔のあけられてい
    ない噴射器中心本体の先端と、 冷却空気を前記円筒形壁に与えるための冷却空気通路
    と、 を備えた二重燃料噴射器。
  2. 【請求項２】 前記冷却空気通路はラビリンス形状であ
    ることを特徴とする請求項１に記載の二重燃料噴射器。
  3. 【請求項３】 各々が燃料の流れを運んで、空気の流れ
    と混合するようになっており、内側空気通路と、外側空
    気通路と、前記内側空気通路と前記外側空気通路との間
    に配置された燃料通路とを含むようになっている複数の
    燃料噴霧器を備えることを特徴とする請求項１に記載の
    二重燃料噴射器。
  4. 【請求項４】 前記内側空気通路は、第１の質量流量で
    空気を運ぶようになっており、前記外側空気通路は、前
    記第１の質量流量とは異なる第２の質量流量で空気を運
    び、前記燃料通路から出てくる燃料に剪断力を与えて該
    燃料を分断し小滴に形成するようになっていることを特
    徴とする請求項３に記載の二重燃料噴射器。
  5. 【請求項５】 ガス主燃料供給源と、 主空気通路と、を含み、 該主空気通路は、この通路中の空気の流れの中に渦を発
    生させるための手段を含んでおり、前記ガス主燃料源
    は、前記主空気通路の渦発生手段の上流側に配置された
    複数のガス燃料ノズルを備えていることを特徴とする請
    求項１に記載の二重燃料噴射器。
  6. 【請求項６】 噴霧器が、前記空気通路の渦発生手段の
    下流側に配置されていることを特徴とする請求項５に記
    載の二重燃料噴射器。
  7. 【請求項７】 各々が燃料の流れを運んで、空気の流れ
    と混合するようになっており、内側空気通路と、外側空
    気通路と、前記内側空気通路と前記外側空気通路との間
    に配置された燃料通路とを含むようになっている複数の
    燃料噴霧器を備えることを特徴とする請求項５に記載の
    二重燃料噴射器。
  8. 【請求項８】 主液体燃料給送ラインと燃料−空気混合
    チャンバとを含む燃料噴射器において主液体燃料を空気
    と混合するための方法において、 前記主液体燃料給送ラインと流体連通する環状噴霧器燃
    料通路と、該環状噴霧器燃料通路の半径方向内方に配置
    された中央空気通路および前記環状噴霧器燃料通路の半
    径方向外方に配置された外側空気通路とをそれぞれが含
    む複数の噴霧器を設け、 該各噴霧器ごとに、燃料を前記環状噴霧器通路に導い
    て、該環状噴霧器燃料通路から出る円筒形状の燃料フィ
    ルムを形成し、 前記各噴霧器ごとに、前記環状噴霧器燃料通路の外部の
    前記燃料フィルムを前記中央空気通路と前記外側空気通
    路とを介し導入された空気と混合して、前記噴霧器から
    前記燃料−空気混合チャンバに噴出された空気と混合さ
    れる複数の燃料小滴を作り出し、 付加空気を前記燃料−空気混合チャンバに導いて、前記
    噴霧器から前記燃料−空気混合チャンバに噴出された後
    の空気と混合された前記燃料小滴と前記付加空気と混合
    する、 段階からなる方法。
  9. 【請求項９】 前記各環状噴霧器燃料通路を通る前記燃
    料流れの中に渦を発生させるための段階を含むことを特
    徴とする請求項８に記載の方法。
  10. 【請求項１０】前記各外側空気通路を通る前記空気流れ
    の中に渦を発生させるための段階を含むことを特徴とす
    る請求項８に記載の方法。
  11. 【請求項１１】前記燃料−空気混合チャンバ内に導かれ
    た前記付加空気内に渦を発生させる段階を含むことを特
    徴とする請求項８に記載の方法。
  12. 【請求項１２】各噴霧器は所定の方向に向けられ、前記
    燃料−空気混合チャンバに導入された前記空気流れの全
    体的な方向が、前記噴霧器から噴射されるときの空気と
    混合される前記燃料小滴の流れの全体的な方向に傾くよ
    うになっていることを特徴とする請求項８に記載の方
    法。
  13. 【請求項１３】各噴霧器は所定の方向に向けられ、前記
    燃料−空気混合チャンバに導入された前記空気流れの全
    体的な方向が、前記噴霧器から噴出されるときの空気と
    混合される前記燃料の流れの小滴の全体的な方向に対し
    約４５．０°から約９０．０°の角度で向くようになっ
    ていることを特徴とする請求項８に記載の方法。
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