[go: up one dir, main page]

JP2014077625A - 燃焼器の内部に燃料および蒸気を噴射するためのシステムおよび方法 - Google Patents

燃焼器の内部に燃料および蒸気を噴射するためのシステムおよび方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2014077625A
JP2014077625A JP2013197652A JP2013197652A JP2014077625A JP 2014077625 A JP2014077625 A JP 2014077625A JP 2013197652 A JP2013197652 A JP 2013197652A JP 2013197652 A JP2013197652 A JP 2013197652A JP 2014077625 A JP2014077625 A JP 2014077625A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fluid
streamlined
peg
gas turbine
turbine combustor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2013197652A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6302198B2 (ja
Inventor
Taylor Overby Brandon
ブランドン・テイラー・オバービー
David Leach
デイヴィッド・リーチ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of JP2014077625A publication Critical patent/JP2014077625A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6302198B2 publication Critical patent/JP6302198B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23LSUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L7/00Supplying non-combustible liquids or gases, other than air, to the fire, e.g. oxygen, steam
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/286Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply having fuel-air premixing devices
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23LSUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L2900/00Special arrangements for supplying or treating air or oxidant for combustion; Injecting inert gas, water or steam into the combustion chamber
    • F23L2900/07002Injecting inert gas, other than steam or evaporated water, into the combustion chambers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23LSUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L2900/00Special arrangements for supplying or treating air or oxidant for combustion; Injecting inert gas, water or steam into the combustion chamber
    • F23L2900/07009Injection of steam into the combustion chamber
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/36Supply of different fuels

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

【課題】ガスタービンエンジン内の燃焼器の中に複数の流体を噴射する。
【解決手段】システムは、燃料とO2およびO2混合物などの酸化剤を燃焼するように構成されたガスタービン燃焼器を含む。システムはまた、ガスタービン燃焼器の中に配置された流線形のペグを含む。流線形のペグは、ガスタービン燃焼器の中に第1の流体を送るように構成された第1の流路と、ガスタービン燃焼器の中に第2の流体を送るように構成された第2の流路とを含む。第1の流体と第2の流体は互いに別々のものである。
【選択図】図1

Description

本明細書に開示される主題は、流体噴射システムに関し、より具体的には、ガスタービンエンジン内の燃焼器の中に複数の流体を噴射する構造に関する。
さまざまな燃焼システムが、熱ガスを生成するための、燃料とO2およびO2の混合物などの酸化剤を燃焼させる燃焼室を含む。例えば、ガスタービンエンジンには、圧縮機から圧縮空気を受け取って、圧縮空気の中に燃料を(時には他の流体とともに)噴射し、高温の燃焼ガスを生成してタービンエンジンを駆動するように構成された1つまたは複数の燃焼室が含まれ得る。各燃焼室は、1つまたは複数の燃料ノズル、燃焼器ライナの内部の燃焼ゾーン、燃焼器ライナを取り囲む流れスリーブ、およびガス遷移ダクトを含んでよい。圧縮機からの圧縮空気は、燃焼器ライナと流れスリーブの間の間隙を通って燃焼ゾーンに流れ込む。残念ながら、圧縮空気が間隙を通るとき効率が低下する可能性があり、それによってガスタービンエンジンの性能に悪影響がある。
米国特許出願公開第2011/0239653号公報
元々特許請求された発明の範囲に相応する特定の実施形態が以下に要約される。これらの実施形態は、特許請求された発明の範囲を限定するように意図されたものではなく、単に本発明の可能な形態の概要を提供するように意図されている。実際、本発明は、以下で説明される実施形態と類似の、または異なる、さまざまな形態を包含し得る。
第1の実施形態では、システムは、燃料と酸化剤を燃焼するように構成されたガスタービン燃焼器を含む。システムは、ガスタービン燃焼器の中に配置された流線形のペグを含む。流線形のペグは、ガスタービン燃焼器の中に第1の流体を送るように構成された第1の流路と、ガスタービン燃焼器の中に第2の流体を送るように構成された第2の流路とを含む。第1の流体と第2の流体は互いに別々のものである。
第2の実施形態では、システムには、第1のオリフィスを介してガスタービン燃焼器の中に第1の流体を送るように構成された第1の流路と、第2のオリフィスを介してガスタービン燃焼器の中に第2の流体を送るように構成された第2の流路とを含む流線形のペグが含まれる。第1の流体と第2の流体は互いに別々のものである。
第3の実施形態では、方法は、流線形のペグに配置された第1の流路を使用してガスタービン燃焼器の中に第1の流体を噴射するステップと、流線形のペグに配置された第2の流路を使用してガスタービン燃焼器の中に第2の流体を噴射するステップとを含む。第1の流体と第2の流体は互いに別々のものである。
本発明の、これらおよび他の特徴、態様、および利点は、添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を解読すれば一層よく理解されるはずであり、各図面を通じて、同じ符号は同じ部品を表す。
燃焼器を有するタービンシステムの一実施形態のブロック図である。 流線形のペグの位置を示す、燃焼器の一実施形態の側断面図である。 燃焼器の内部の複数の流線形のペグの配置を示す、燃焼器ケーシングの一実施形態の斜視図である。 流線形のペグの内部のマニホールドおよび流路の配置を示す、流線形のペグの一実施形態の、図5のライン4−4で示される部分的断面図である。 流線形のペグの内部の流路およびオリフィスの配置を示す、図4のライン5−5で示される流線形のペグの一実施形態の部分的端断面図である。
本発明の1つまたは複数の特定の実施形態を以下で説明する。これらの実施形態の簡潔な説明を提供するために、本明細書は、実際の実装形態の特徴のすべてを説明しているわけではなくてよい。何らかの工学プロジェクトまたは設計プロジェクトのような、何らかのこのような実際の実装形態の開発では、開発者の特定の目標を達成するためには、実装形態ごとに変化する可能性のあるシステム関連および業務関連の制約の順守など、多数の実装時固有の判断を下さなければならないことを理解されたい。そのうえ、このような開発努力は、複雑かつ時間のかかることであるが、それにもかかわらず、本開示の利益を有する当業者については、設計、組立て、製造の型通りの仕事になるはずであることを理解されたい。
本発明のさまざまな実施形態の要素を導入するとき、冠詞「a(1つの)」、「an(1つの)」、「the(その)」、および「said(前記)」は、その要素の1つまたは複数を意味するように意図される。用語「comprising(備える、含む)」、「including(含む)」、および「having(有する)」は、包括的であるように意図され、列挙された要素以外にさらなる要素があり得ることを意味する。
以下で詳細に論じられるように、開示される実施形態は、単一構造体を利用して燃焼システムの中に複数の流体を導入するためのシステムおよび方法を提供する。一実施形態では、この構造体は、燃料ノズルの空気流の中に2つ以上の流体を噴射するために、燃焼器ライナと、流れスリーブの間、および/またはガスタービン燃焼器の燃焼器ケーシングまたは燃焼器のキャップの間に使用されてよい。空気流の中に複数の流体を噴射するのに単一構造体を利用すると、燃焼器ライナと流れスリーブの間のスペースで使用される構造体の合計数が減少し得る。空気流の中に突出する構造体の数が減少すれば、淀み点、渦、および乱流の他の形態などの流れの不連続が低減し得る。特定の実施形態では、この構造体は、流線形のペグ(例えばエーロフォイル)でよく、これは、流線形のペグから下流の伴流領域の伴流を低減することにより、均一の空気流を保つのに役立ち得る。ペグの流線形の形状は、エーロフォイルの形状でよく、これにより、前縁を使用して空気流を2つの流れに分割し、次いで、流線形のペグの後縁で、2つの流れを層流のやり方で再結合することができる。流線形のペグは、燃焼器ライナと流れスリーブの間の間隙の中に配置されるとき、流れスリーブに結合され、間隙の中に少なくとも部分的に延在してよい。さらに、流線形のペグは、間隙の全体の長さを拡張し得て、それによって流れスリーブと燃焼器ライナの間の構造的支持をもたらす。
特定の実施形態では、流線形のペグは、1つの上流の流路および1つの下流の流路など、少なくとも2つの流路を含んでよい。各流路は、流線形のペグの外側面上の少なくとも1つのオリフィスに接続してよい。例えば、流線形のペグは、燃焼器ライナと流れスリーブ間に配置されたとき、プレ燃焼空気流の中に燃料および蒸気を噴射してよい。しかし、蒸気の代わりに、窒素などの追加の非酸化剤/非燃料の流体が噴射されてもよい。流線形のペグの、上流のオリフィスおよび対応する流路が、蒸気、窒素、または別の非酸化剤/非燃料の流体(例えば液体またはガス)を噴射してよく、下流の流路および対応するオリフィスが、空気流の中に燃料を噴射してよい。非酸化剤/非燃料の流体を付加すると、ガスタービンを通る質量流量速度が増加し得て、それによって電力出力が増加する。さらに、非酸化剤/非燃料の流体は、燃料噴射の上流の構成要素を保護するための不燃性のシールドを生成し得て、保炎およびフラッシュバックを防止する。
この機構は、燃料が燃焼器の内部で偶発的に上流に移動する場合、または燃料が圧縮空気と十分に混合されずに燃料リッチポケットをもたらす場合に起こる可能性がある、保炎およびフラッシュバックの可能性を防止するのに役立ち得る。均一の空気流を保つための流線形の形状(例えばエーロフォイル)を用いると、燃料リッチポケットを成長させる可能性がある停滞ゾーンの形成を妨げることにより、保炎およびフラッシュバックの防止にも役立ち得る。保炎およびフラッシュバックを防止すると、性能、信頼性が向上し、損傷を与える可能性のある事象の防止に役立つ。単一の流線形の構造体に複数の流体噴射位置を組み合わせると、それだけではないが、ガスタービンエンジン信頼性の向上、圧力降下の低減、保炎および/またはフラッシュバックの可能性の低下など、性能上の利点がもたらされ得る。さらに、複数の流体を噴射するのに単一の流線形の構造体を使用すると、それだけではないが、建設材料が節約されること、製造が容易になること、および据付けが容易になることなどの経済的利点がもたらされ得る。
図1は、タービンシステム10の一実施形態のブロック図である。タービンシステム10は、タービンシステム10を駆動するのに、天然ガスおよび/または合成ガスなど、液体燃料またはガス燃料を用いてよい。示されるように、1つまたは複数の燃料ノズル12が、供給燃料14を取り入れ、燃料を空気と部分的に混合し、燃料と空気の混合物を燃焼器16の中に配給してよく、ここで燃料と空気がさらに混合される。開示される実施形態で詳細に説明されるように、燃焼器16は、燃料を噴射するため、および、燃焼器16内の空気と燃料の予混合を良くするために空気の中に非酸化剤/非燃料の流体を時々噴射するための、少なくとも1つの流線形のペグを含んでよい。燃焼器16の内部のチャンバの中で空気燃料混合物が燃焼することにより、高温の加圧された排気ガスが生成される。燃焼器16は、排気ガスを、タービン18を通して排気出口20の方へ導く。排気ガスは、タービン18を通るとき、タービンシステム10の軸に沿ったシャフト22を回転させるようにタービン翼を押し進める。図示のように、シャフト22は、圧縮機24を含むタービンシステム10のさまざまな構成要素に接続される。圧縮機24は、シャフト22に結合されたブレードも含む。シャフト22が回転するとき、圧縮機24の内部のブレードも回転し、それによって吸気口26からの空気が圧縮機24を通って圧縮され、燃料ノズル12および/または燃焼器16に入る。シャフト22は負荷28にも接続されてよく、負荷28は、例えば発電装置の発電機または航空機のプロペラなど、輸送手段または定置負荷でよい。負荷28は、タービンシステム10の回転出力によって給電され得る任意の適切な装置も含んでよい。
図2は、燃焼器16の一実施形態の側断面図である。図2に示されるように、軸方向の軸線30は、水平に延びており、シャフト22に対して全体的に平行であると見なされる。半径方向の軸線32は垂直に延びており、シャフト22に対して全体的に垂直である。最後に、円周方向34が、軸方向の軸線30を取り巻くと考えられる。燃焼器16は、後端36および前端38から成る。前端38はタービンシステム10の前部(または上流)の近くに配置されており、後端36はタービンシステム10の後部(または下流)の近くに配置されている。燃焼器16の半径方向の最外層は燃焼器ケーシング40であり、これが燃焼器16の構成要素を密封し得る。ケーシング40の各部分は、流れスリーブ41に直接接触してよく、このことが、燃焼器16の構成要素を冷却するのに役立つ。半径方向32の内側へ続いて、次の構成要素は、燃焼反応を含み得る燃焼器ライナ42である。流れスリーブ41と燃焼器ライナ42の間に隙間があり、環状部44と称され得る。環状部44は、空気流を燃焼器16のヘッドエンド46に導いてよい。環状部44を通る空気流は、圧縮機24によって生成され得る圧縮空気48を含んでおり、燃焼器ライナ42に沿った冷却のために用いられ得る。次いで、空気は、燃焼のために燃料と混合されてよい。圧縮空気48は、環状部44を通って前端38の方へ移動するとき、ケーシングペグ位置50に出会う。
ケーシングペグ位置50には、圧縮空気48の中に複数の流体を噴射するのに使用される少なくとも1つの流線形のペグ82が配置されてよい。流線形のペグ82で噴射される流体には、燃料、蒸気、窒素、または燃焼反応の前もしくは燃焼反応中に用いられる他の非酸化剤/非燃料の流体(例えば液体またはガス)が含まれてよい。次いで、空気燃料混合物は、ヘッドエンド46で、曲がる、または方向を変えてよく、(次に後端36に向かって移動して)燃料ノズル12および燃料ノズルペグ位置52の方へ進む。各燃料ノズル12は、燃料ノズル12の中間または内壁の内部で空気と燃料を部分的に予混合するように構成されている。流線形のペグ82は、燃料ノズル12の壁の内部の燃料ノズルペグ位置52に配置されてよい。流線形のペグ82は、空気燃料混合物54を予混合するのに役立ち、空気燃料混合物54は燃料ノズル12を出る。空気燃料混合物54は燃焼ゾーン56に移動し、ここで燃焼反応が起こる。燃焼反応が、高温の加圧燃焼生成物58をもたらす。次いで、燃焼生成物58は、トランジションピース60を通ってタービン18(図1に示されている)へ進む。
ケーシングペグ位置50で、燃焼器ケーシング40の内面に少なくとも1つの流線形のペグ82が貼付されてよい。同様に、少なくとも1つの流線形のペグ82は、燃焼器16の後端36へさらに向かって流れスリーブ41に結合されてよい。図3は、軸方向に単一の位置で、互いから周方向に等距離で離隔され得る、エアフォイル形の複数の流線形のペグ82を有する一実施形態を示す。それぞれの流線形のペグ82が、1組の第1の流体オリフィス84および1組の第2の流体オリフィス86を含んでよい。オリフィス84および86は、圧縮空気流れ48の中に第1の流体および第2の流体を噴射してよい。例えば、第1の流体オリフィス84(後端36に向けて配置されている)が蒸気または他の非酸化剤/非燃料の流体を噴射してよく、第2の流体オリフィス86(前端38に向けて配置されている)が燃料を噴射するのに使用されてよい。示された実施形態では、2つの第1の流体オリフィス84および2つの第2の流体オリフィス86は、流線形のペグ82のそれぞれの外側面上に示されている。さらなる実施形態では、任意数のオリフィスが使用されてよい。例えば、流線形のペグ82は、3つ、4つ、5つ、または6つ以上の第1の流体オリフィス84と、3つ、4つ、5つ、または6つ以上の第2の流体オリフィス86とを含んでよい。さらに、実施されるとき、流線形のペグ82は、任意数の流体に適応し得る。例えば、流線形のペグ82は、3つまたは4つ以上の流体を噴射するように使用されてよい。
図3に示されるそれぞれの流線形のペグ82は、前縁88および後縁90を含む。前縁88は、流線形のペグ82の後端36に配置され、空気流を、乱流を生成することなく2つの流れに分離し得て、一方、後縁90は、流線形のペグ82の前端38に配置され、2つの流れを、渦を生成することなく再結合し得る。しかし、他の実施形態では、圧縮空気48の方向が、例えば燃料ノズルペグ位置52で異なるとき、前縁88が前端38に配置されてよい。図3に示されるように、マニホールド92は、燃焼器ケーシング40の外面に貼付されてよい。マニホールド92は、ケーシング40の周囲に沿った軸方向の位置で、ケーシング40の幅94を取り囲んでよい。マニホールド92の軸方向の位置は、流線形のペグ82の軸方向の位置と一致してよい。マニホールド92は、流体オリフィス84の第1の組および流体オリフィス86の第2の組に対する別個の流体経路を収容してよい。流線形のペグ82およびマニホールド92は、燃焼器ケーシング40の部品として構成されてよく、または、別個に作製され、溶接、ろう付け、接着剤の使用、または取付けの別の方法により、ケーシング40に取り付けられてよい。流線形のペグ82自体は、鋳造されてよく、製作されてよく、そうでなければ構成するときの決定のように構築されてもよい。
図4は、流線形のペグ82の、図3のライン4−4に沿った得られた断面図を示す。この断面図は、流線形のペグ82、燃焼器ケーシング40、およびマニホールド92を通って延在する。マニホールド92の内部には、第1の流体マニホールド110および第2の流体マニホールド112が収容され得る。第1の流体マニホールド110は、第1の流体通路114経由で第1の流体オリフィス84に接続されてよい。第2の流体マニホールド112は、第2の流体通路116経由で第2の流体オリフィス86に接続されてよい。一実施形態では、第1の流体マニホールド110、第1の流体通路114および、第1の流体オリフィス84は、空気流48の中に、蒸気、窒素、または他の非酸化剤/非燃料の流体を噴射してよく、第2の流体マニホールド112、第2の流体通路116、および第2の流体オリフィス86は、空気流48の中に燃料を送ってよい。第1の流体オリフィス84および第2の流体オリフィス86は、図4では円形の開口を有して示されているが、別の実施形態では、楕円形、正方形、長方形、またはその他の形状でもよい。図4は、円形の第1の流体オリフィス84の代わりに、任意選択の長穴の形状118も示す。前述のように、流線形のペグ82は、任意数の流体を噴射するように構成されてよく、2つの流体を供給することに限定されるわけではない。
図5は、流線形のペグ82、オリフィス84、86、および流路114、116の、図4のライン5−5に沿った得られた断面図を示す。図5は、流線形のペグ82の前縁88に近づく圧縮機の空気流48を示す。圧縮機の空気流48と燃焼器16の軸方向の軸線30は、流線形のペグ82の前後軸138に対して全体的に平行でよく、圧縮機の空気流48を前縁88に直接衝突させる。空気流48の整列した直接衝突により、流線形のペグ82が引き起こす流れの擾乱が低減され得る。流線形のペグ82の長さ140は、前後軸138に沿って測定される。流線形のペグ82の幅142は、最も厚いポイントで、前後軸138に対して垂直に測定される。図5に示された長さ140と幅142の比は、約3.5:1であるが、開示された実施形態では、幅142と長さ140の任意の比が使用されてもよい。例えば、幅142と長さ140の比は、約1.1:1から10:1、1.5:1から5:1、または2:1から4:1の間にあってよい。
図5に示された実施形態では、2つの流体通路114および116は、前後軸138に配置されており、円形の断面を有する。しかし、流体通路114および116は、前後軸138から偏心して配置されてもよく、任意の断面形状を含んでもよく、さまざまなサイズでもよい。さらに、流線形のペグ82は、2つ、3つ、4つ、または5つ以上など、任意数の流路を含んでよい。例えば、図5には、任意選択の流体通路144が破線で示されており、対応するオリフィス146も示されている。任意選択の流体通路144は、空気、窒素、または他の流体などの追加の流体を送るのに使用されてよい。図5の実施形態は、前後軸138から垂直に延在する流体オリフィス84、86、および146を示す。しかし、流体オリフィス84、86、および146は、流体通路114、116、および144から任意の角度で延在してよい。例えば、オリフィス84、86、および146は、前縁88、または後縁90の方へ延在してもよい。さらに、オリフィス84、86、および146は、流線形のペグ82の両方の外側面の方へ延在して示されているが、他の実施形態では、流線形のペグ82の一方の外側面の方へのみ延在してもよい。
上記で開示された実施形態は、タービンエンジンの燃焼器16の内部に配置された単一の流線形のペグ82によって燃焼システムの中に複数の流体を導入するための単一構造体の使用を示している。流線形のペグ82は、燃焼器16の環状部44の空気流48および/または燃料ノズル12の内部の空気流の中に2つ以上の流体を噴射するのに使用されてよい。流線形のペグ82は、環状部44に配置されたとき、環状部44の中に部分的に延在してよく、または環状部44を完全に横切って延在してもよく、流れスリーブ41と燃焼器ライナ42の間の構造的支持を可能にする。流線形のペグ82は、空気流の中に流体を噴射するために、少なくとも2つの通路114および116を含んでよく、それぞれの通路114および116が、流線形のペグ82の外側面上の少なくとも1つのオリフィス84および86に接続してよい。流線形の形状には、均一の空気流を保って停滞ゾーンの形成を妨げることにより保炎および/またはフラッシュバックの防止を支援するためのさまざまなエーロフォイル断面が含まれてよく、燃焼器16の信頼性が向上する。ガスタービンエンジンの信頼性向上、圧力降下の低減、ならびに保炎および/またはフラッシュバックの可能性の低下など、多数の性能上の利点があり得る。さらに、単一の流線形の構造体を使用すると、材料が節約されること、ならびに製造および組立てが容易になることなど、経済的利点がもたらされ得る。
この書かれた説明は、最善の様式を含めて本発明を開示するために、また、あらゆる当業者が、あらゆる装置またはシステムを製作して使用すること、ならびにあらゆる具体化された方法を実行することを含めて本発明を実施することも可能にするために、実例を用いている。本発明が特許権を受けられる範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者に想起される他の実例を含み得る。そのような他の実例は、それらが特許請求の範囲の文字通りの言葉と異ならない構造要素を有する場合、またはそれらが特許請求の範囲の文字通りの言葉との実質のない相違点を有する同等な構造要素を含む場合には、特許請求の範囲に入るように意図されている。
10 タービンシステム
12 燃料ノズル
14 供給燃料
16 燃焼器
18 タービン
20 排気出口
22 シャフト
24 圧縮機
26 吸気口
28 負荷
30 軸方向の軸線
32 半径方向の軸線
34 円周方向
36 後端
38 前端
40 燃焼器ケーシング
41 流れスリーブ
42 燃焼器ライナ
44 環状部
46 ヘッドエンド
48 圧縮空気
50 ケーシングペグ位置
52 燃料ノズルペグ位置
54 空気燃料混合物
56 燃焼ゾーン
58 燃焼生成物
60 トランジションピース
82 流線形のペグ
84 第1の流体オリフィス
86 第2の流体オリフィス
88 前縁
90 後縁
92 マニホールド
94 ケーシング40の幅
110 第1の流体マニホールド
112 第2の流体マニホールド
114 第1の流体通路
116 第2の流体通路
118 長穴の形状
138 前後軸
140 流線形のペグ82の長さ
142 流線形のペグ82の幅
144 流体通路
146 オリフィス

Claims (20)

  1. 燃料と酸化剤を燃焼するように構成されたガスタービン燃焼器と、
    前記ガスタービン燃焼器に配置された流線形のペグであって、前記ガスタービン燃焼器の中に第1の流体を送るように構成された第1の流路、および前記ガスタービン燃焼器の中に前記第1の流体とは別の第2の流体を送るように構成された第2の流路を備える流線形のペグとを備えるシステム。
  2. 前記流線形のペグがエーロフォイル形の断面を備える請求項1記載のシステム。
  3. 前記流線形のペグが、前記ガスタービン燃焼器のケーシング位置、前記ガスタービン燃焼器の燃料ノズル位置、またはそれらの任意の組合せに配置される請求項1記載のシステム。
  4. 前記ガスタービン燃焼器に配置された複数の流線形のペグを備える請求項1記載のシステム。
  5. 前記ガスタービン燃焼器を取り囲み、前記第1および第2の通路に結合して配置されたマニホールドであって、前記第1および第2の通路に前記第1および第2の流体を送るように構成されているマニホールドを備える請求項1記載のシステム。
  6. 前記マニホールドが、前記第1の流体を送るように構成された第1のマニホールドと、前記第2の流体を送るように構成された第2のマニホールドとを備える請求項5記載のシステム。
  7. 前記流線形のペグに配置され、前記第1の通路に結合された第1のオリフィスと、前記流線形のペグに配置され、前記第2の通路に結合された第2のオリフィスとを備える請求項1記載のシステム。
  8. 前記第1の流体が非酸化剤および非燃料の流体を含み、前記第2の流体が燃料を含み、前記第1の通路が前記第2の通路の上流に配置されている請求項1記載のシステム。
  9. 前記第1の流体が蒸気を含み、前記第2の流体が燃料を含む請求項8記載のシステム。
  10. 前記第1の流体が窒素を含み、前記第2の流体が燃料を含む請求項8記載のシステム。
  11. 前記ガスタービン燃焼器を有するガスタービンエンジンを備える請求項1記載のシステム。
  12. 前記流線形のペグの前後軸が、前記ガスタービン燃焼器の軸方向の軸線に対して全体的に平行である請求項1記載のシステム。
  13. 前記流線形のペグに配置され、前記ガスタービン燃焼器の中に第3の流体を送るように構成された第3の通路であって、前記第1の流体と、前記第2の流体と、前記第3の流体とが互いに別々のものである第3の通路を備える請求項1記載のシステム。
  14. 第1のオリフィスを介してガスタービン燃焼器の中に第1の流体を送るように構成された第1の流路と、第2のオリフィスを介して前記ガスタービン燃焼器の中に前記第1の流体とは別の第2の流体を送るように構成された第2の流路とを備える流線形のペグを備えるシステム。
  15. 前記第1の通路が前記第1の流体を供給するための第1のマニホールドに結合され、前記第2の通路が前記第2の流体を供給するための第2のマニホールドに結合される請求項14記載のシステム。
  16. 前記流線形のペグが、前記ガスタービン燃焼器の流れスリーブ上に配置され、前記流れスリーブおよび燃焼器ライナによって形成された環状部の中に少なくとも部分的に延在する請求項14記載のシステム。
  17. 前記流線形のペグが、前記環状部を貫通して延在し、前記流れスリーブおよび前記ガスタービン燃焼器の前記燃焼器ライナの両方に結合される請求項16記載のシステム。
  18. 流線形のペグに配置された第1の流路を使用して、ガスタービン燃焼器の中に第1の流体を噴射するステップと、
    前記流線形のペグに配置された第2の流路を使用して、前記ガスタービン燃焼器の中に前記第1の流体とは別の第2の流体を噴射するステップとを含む方法。
  19. 前記流線形のペグの外側面上に配置された複数の第1のオリフィスを通して前記第1の流体を噴射するステップであって、前記第1の流体が非酸化剤および非燃料の流体を含むステップと、
    前記流線形のペグの前記外側面上に配置された複数の第2のオリフィスを通して前記第2の流体を噴射するステップであって、前記第2の流体が燃料を含み、前記複数の第1のオリフィスが、前記複数の第2のオリフィスの上流に配置されているステップとを含む請求項18記載の方法。
  20. 前記流線形のペグから下流の伴流領域の伴流を、前記ガスタービン燃焼器の流体経路に沿って低減するステップであって、
    前記流体を第1の流れと第2の流れに分割するステップと、
    前記第1および第2の流れと、前記伴流領域に噴射された前記第1および第2の流体を空気力学的に混ぜ合わせるステップとを含むステップを含む請求項19記載の方法。
JP2013197652A 2012-10-08 2013-09-25 燃焼器の内部に燃料および蒸気を噴射するためのシステムおよび方法 Expired - Fee Related JP6302198B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/647,359 2012-10-08
US13/647,359 US9441835B2 (en) 2012-10-08 2012-10-08 System and method for fuel and steam injection within a combustor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014077625A true JP2014077625A (ja) 2014-05-01
JP6302198B2 JP6302198B2 (ja) 2018-03-28

Family

ID=49322242

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013197652A Expired - Fee Related JP6302198B2 (ja) 2012-10-08 2013-09-25 燃焼器の内部に燃料および蒸気を噴射するためのシステムおよび方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9441835B2 (ja)
EP (1) EP2716971B1 (ja)
JP (1) JP6302198B2 (ja)
CN (1) CN203771455U (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020051664A (ja) * 2018-09-26 2020-04-02 三菱重工業株式会社 燃焼器及びこれを備えたガスタービン

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6754595B2 (ja) * 2016-03-30 2020-09-16 三菱日立パワーシステムズ株式会社 ガスタービン
US11680709B2 (en) 2020-10-26 2023-06-20 Solar Turbines Incorporated Flashback resistant premixed fuel injector for a gas turbine engine

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10508936A (ja) * 1994-11-10 1998-09-02 ウエスチングハウス・エレクトリック・コーポレイション 二元燃料ガスタービン用燃焼器
JP2000329346A (ja) * 1999-05-20 2000-11-30 Tokyo Gas Co Ltd 予混合燃焼器及びその燃焼器を持つコージェネレーションシステム
WO2009069426A1 (ja) * 2007-11-29 2009-06-04 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. 燃焼バーナー
JP2010159951A (ja) * 2009-01-07 2010-07-22 General Electric Co <Ge> ガスタービンエンジン内における保炎を強化するための方法及びシステム
JP2011017334A (ja) * 2009-07-08 2011-01-27 General Electric Co <Ge> タービン燃焼器燃料ノズル内の保炎及び逆火のアクティブ制御

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5394688A (en) 1993-10-27 1995-03-07 Westinghouse Electric Corporation Gas turbine combustor swirl vane arrangement
US20010049932A1 (en) 1996-05-02 2001-12-13 Beebe Kenneth W. Premixing dry low NOx emissions combustor with lean direct injection of gas fuel
DE69916911T2 (de) * 1998-02-10 2005-04-21 Gen Electric Brenner mit gleichmässiger Brennstoff/Luft Vormischung zur emissionsarmen Verbrennung
US20030024234A1 (en) * 2001-08-02 2003-02-06 Siemens Westinghouse Power Corporation Secondary combustor for low NOx gas combustion turbine
US7093445B2 (en) 2002-05-31 2006-08-22 Catalytica Energy Systems, Inc. Fuel-air premixing system for a catalytic combustor
US6786047B2 (en) 2002-09-17 2004-09-07 Siemens Westinghouse Power Corporation Flashback resistant pre-mix burner for a gas turbine combustor
EP1587613A2 (en) * 2003-01-22 2005-10-26 Vast Power Systems, Inc. Reactor
US7536862B2 (en) * 2005-09-01 2009-05-26 General Electric Company Fuel nozzle for gas turbine engines
US8387390B2 (en) 2006-01-03 2013-03-05 General Electric Company Gas turbine combustor having counterflow injection mechanism
US20080078182A1 (en) * 2006-09-29 2008-04-03 Andrei Tristan Evulet Premixing device, gas turbines comprising the premixing device, and methods of use
EP2023041A1 (de) * 2007-07-27 2009-02-11 Siemens Aktiengesellschaft Vormischbrenner und Verfahren zum Betrieb eines Vormischbrenners
US7966820B2 (en) * 2007-08-15 2011-06-28 General Electric Company Method and apparatus for combusting fuel within a gas turbine engine
US8661779B2 (en) * 2008-09-26 2014-03-04 Siemens Energy, Inc. Flex-fuel injector for gas turbines
US20110225973A1 (en) 2010-03-18 2011-09-22 General Electric Company Combustor with Pre-Mixing Primary Fuel-Nozzle Assembly
US8418468B2 (en) 2010-04-06 2013-04-16 General Electric Company Segmented annular ring-manifold quaternary fuel distributor
US8438852B2 (en) 2010-04-06 2013-05-14 General Electric Company Annular ring-manifold quaternary fuel distributor
US8991187B2 (en) * 2010-10-11 2015-03-31 General Electric Company Combustor with a lean pre-nozzle fuel injection system
JP6154988B2 (ja) * 2012-01-05 2017-06-28 三菱日立パワーシステムズ株式会社 燃焼器
US9341376B2 (en) * 2012-02-20 2016-05-17 General Electric Company Combustor and method for supplying fuel to a combustor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10508936A (ja) * 1994-11-10 1998-09-02 ウエスチングハウス・エレクトリック・コーポレイション 二元燃料ガスタービン用燃焼器
JP2000329346A (ja) * 1999-05-20 2000-11-30 Tokyo Gas Co Ltd 予混合燃焼器及びその燃焼器を持つコージェネレーションシステム
WO2009069426A1 (ja) * 2007-11-29 2009-06-04 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. 燃焼バーナー
JP2010159951A (ja) * 2009-01-07 2010-07-22 General Electric Co <Ge> ガスタービンエンジン内における保炎を強化するための方法及びシステム
JP2011017334A (ja) * 2009-07-08 2011-01-27 General Electric Co <Ge> タービン燃焼器燃料ノズル内の保炎及び逆火のアクティブ制御

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020051664A (ja) * 2018-09-26 2020-04-02 三菱重工業株式会社 燃焼器及びこれを備えたガスタービン
JP7193962B2 (ja) 2018-09-26 2022-12-21 三菱重工業株式会社 燃焼器及びこれを備えたガスタービン

Also Published As

Publication number Publication date
US9441835B2 (en) 2016-09-13
US20140096529A1 (en) 2014-04-10
CN203771455U (zh) 2014-08-13
EP2716971A1 (en) 2014-04-09
EP2716971B1 (en) 2021-04-21
JP6302198B2 (ja) 2018-03-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8919127B2 (en) System and method for flow control in gas turbine engine
JP5947515B2 (ja) 渦発生装置を有する混合管要素を備えたターボ機械
JP5615008B2 (ja) スワーラおよび少なくとも1つのスワーラを備えたバーナ
JP5759185B2 (ja) ガスタービンの二次燃焼システムに送給するブリードディフューザ
EP2527741B1 (en) System for flow control in gas turbine engine
JP6779651B2 (ja) 燃料ノズルを有するシステムおよび方法
US9416973B2 (en) Micromixer assembly for a turbine system and method of distributing an air-fuel mixture to a combustor chamber
CN109804200B (zh) 旋流器、燃烧装置组件以及具有改善燃料/空气混合的燃气涡轮
JP6200678B2 (ja) 空気力学的フィードキャップを有するタービン燃焼器システム
US11976820B2 (en) Multi-fueled, water injected hydrogen fuel injector
JP2010223577A5 (ja)
JP4997018B2 (ja) 一次燃料噴射器及び複数の二次燃料噴射ポートを有するガスタービンエンジン燃焼器のミキサ組立体のためのパイロットミキサ
JP2016118201A (ja) 燃焼器内で冷却空気を利用するシステム及び方法
JP2010223577A6 (ja) スワーラ、少なくとも1つのスワーラを備えたバーナにおける逆火の防止方法およびバーナ
US10837642B2 (en) Combustor nozzle, gas turbine combustor, gas turbine, cover ring, and combustor nozzle manufacturing method
JP2010159951A (ja) ガスタービンエンジン内における保炎を強化するための方法及びシステム
US20130101943A1 (en) Combustor and method for conditioning flow through a combustor
KR20220151688A (ko) 버너 집합체, 가스 터빈 연소기 및 가스 터빈
JP2018009567A (ja) 多管式遅延希薄インジェクタ
EP3425281B1 (en) Pilot nozzle with inline premixing
JP6302198B2 (ja) 燃焼器の内部に燃料および蒸気を噴射するためのシステムおよび方法
US9032736B2 (en) Method for operating a burner and burner, in particular for a gas turbine
US20150276225A1 (en) Combustor wth pre-mixing fuel nozzle assembly
EP2527744B1 (en) System and method for turbine combustor mounting assembly
JP2013148341A (ja) 燃料ノズル

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160916

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20170724

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170905

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20171110

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20171205

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180112

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20180213

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20180302

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6302198

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees