特開 2022-40039 燃料ノズル先端部を整備する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022040039

(43)【公開日】2022-03-10

(54)【発明の名称】燃料ノズル先端部を整備する方法

(51)【国際特許分類】

   F02C 7/00 20060101AFI20220303BHJP

   F02C 7/232 20060101ALI20220303BHJP

   F23R 3/28 20060101ALI20220303BHJP

【ＦＩ】

F02C7/00 D

F02C7/232 B

F23R3/28 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2021135281

(22)【出願日】2021-08-23

(31)【優先権主張番号】17/006,045

(32)【優先日】2020-08-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】390041542

【氏名又は名称】ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ

(74)【代理人】

【識別番号】100105588

【弁理士】

【氏名又は名称】小倉 博

(72)【発明者】

【氏名】ジェイムズ・クリストファー・モナハン

(72)【発明者】

【氏名】ジェイコブ・ウェイド・ワード

(72)【発明者】

【氏名】ポーラ・マリー・ワード

(57)【要約】      （修正有）

【課題】燃料ノズルを整備する方法を提供する。
【解決手段】燃料ノズル（１００）を整備する方法を提供する。燃料ノズル（１００）を整備する方法は、前記燃料ノズル（１００）のノズル先端部（１１５）から材料を機械加工して、前記ノズル先端部（１１５）内に環状溝（２０８）を形成するステップを含む。方法は、交換クーポン（２１４）を環状溝（２０８）に挿入するステップをさらに含む。交換クーポン（２１４）は、環状溝（２０８）に対応する半径方向最外側及び取り外し後接触面（２１６）を有する。本方法は、交換クーポン（２１４）の半径方向最外側を環状溝（２０８）に固定的に結合するステップをさらに含む。
【選択図】図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料ノズル（１００）を整備する方法（１２００、１３００）であって、
前記燃料ノズル（１００）のノズル先端部（１１５）から材料（２０１）を取り外して、前記ノズル先端部（１１５）内に環状溝（２０８）を形成する、取り外すステップと、
交換クーポン（２１４）を前記環状溝（２０８）に挿入するステップであって、前記交換クーポン（２１４）は、前記環状溝（２０８）に対応する半径方向最外面（２１８）及び取り外し後接触面（２１６）を有する、挿入するステップと、
前記交換クーポン（２１４）の前記半径方向最外面（２１８）を前記環状溝（２０８）に固定的に結合するステップと
を含む方法（１２００、１３００）。

【請求項2】

前記燃料ノズル（１００）は、前記燃料ノズル（１００）の前端部（１０２）に配置されたフランジ（１１０）と、前記燃料ノズル（１００）の後端部（１０４）に配置され、後面（１１６）を画定するノズル先端部（１１５）と、前記フランジ（１１０）と前記ノズル先端部（１１５）との間に軸方向に延在するノズル本体（１０５）と、前記ノズル本体（１０５）から半径方向外向きに延在し、前記燃料ノズル（１００）の前記前端部（１０２）と前記後端部（１０４）との間に配置されたスワーラ（１２２）と、前記ノズル本体（１０５）内に配置され、前記フランジ（１１０）から前記後面（１１６）まで延在する内側チューブ（１５０）とを備える、請求項１に記載の方法（１２００、１３００）。

【請求項3】

前記ノズル先端部（１１５）は、内側チューブ（１５０）と摩耗した締まり嵌めを形成する取り外し前接触面（２０４）を含む、請求項１に記載の方法（１２００、１３００）。

【請求項4】

前記取り外すステップの前に前記内側チューブ（１５０）を取り外すステップをさらに含む、請求項３に記載の方法（１２００、１３００）。

【請求項5】

前記取り外し前接触面（２０４）は、前記環状溝（２０８）を形成するために前記取り外すステップ中に取り外される、請求項４に記載の方法（１２００、１３００）。

【請求項6】

前記固定的に結合するステップの後に前記内側チューブ（１５０）を再挿入するステップをさらに含み、前記取り外し後接触面（２１６）は前記内側チューブ（１５０）と修復した締まり嵌めを形成する、請求項４に記載の方法（１２００、１３００）。

【請求項7】

前記固定的に結合するステップが、前記交換クーポン（２１４）の前記半径方向最外面（２１８）を前記ノズル先端部（１１５）にろう付け又は溶接するステップを含む、請求項１に記載の方法（１２００、１３００）。

【請求項8】

前記取り外すステップは、従来の機械加工プロセス又は非従来の機械加工プロセスのうちの１つを使用して実行される、請求項１に記載の方法（１２００、１３００）。

【請求項9】

前記取り外すステップによって形成された前記環状溝（２０８）は、半径方向内向きに延在する突起（２１０）を含む、請求項１に記載の方法（１２００、１３００）。

【請求項10】

前記交換クーポン（２１４）の前記寸法は、前記環状溝（２０８）を形成するために取り外された前記材料（２０１）と実質的に同じである、請求項１に記載の方法（１２００、１３００）。

【請求項11】

前記ノズル先端部（１１５）は第１の材料（２０１）を含み、前記交換クーポン（２１４）は、前記第１の材料（２０１）よりも高い耐摩耗性を有する第２の材料（２０１）を含む、請求項１に記載の方法（１２００、１３００）。

【請求項12】

少なくとも１つのデューティサイクルを経た前記燃料ノズル（１００）を供給するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法（１２００、１３００）。

【請求項13】

燃料ノズル（１００）であって、
前記燃料ノズル（１００）の前端部（１０２）に配置されたフランジ（１１０）と、
前記燃料ノズル（１００）の後端部（１０４）に配置され、後面（１１６）及び環状溝（２０８）を画定するノズル先端部（１１５）と、
前記環状溝（２０８）内に配置され、固定接続ライン（１１７）が前記ノズル先端部（１１５）の前記後面（１１６）上に画定されるように前記環状溝（２０８）に固定的に結合された半径方向最外面（２１８）を有する交換クーポン（２１４）と
を備える燃料ノズル（１００）。

【請求項14】

前記ノズル先端部（１１５）は、第１の材料（２０１）を含み、前記交換クーポン（２１４）は、前記第１の材料（２０１）よりも高い耐摩耗性を有する第２の材料（２０１）を含む、請求項１２に記載の燃料ノズル（１００）。

【請求項15】

前記燃料ノズル（１００）内に配置され、前記フランジ（１１０）から前記ノズル先端部（１１５）の前記後面（１１６）まで延在する内側チューブ（１５０）をさらに備える、請求項１２に記載の燃料ノズル（１００）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、一般に、ターボ機械の燃料ノズルに関する。特に、本開示は、ターボ機械の燃料ノズル先端部を整備する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ターボ機械は、エネルギー伝達の目的で、様々な産業及び用途において利用されている。例えば、ガスタービンエンジンは、一般に、圧縮機セクションと、燃焼セクションと、タービンセクションと、排気セクションとを含む。圧縮機セクションは、ガスタービンエンジンに入る作動流体の圧力を徐々に高め、この圧縮された作動流体を燃焼セクションに供給する。圧縮された作動流体及び燃料（例えば、天然ガス）が、燃焼セクション内で混合され、燃焼チャンバ内で燃焼して、高圧かつ高温の燃焼ガスを生成する。燃焼ガスは、燃焼セクションからタービンセクションへと流れ、タービンセクションにおいて膨張して仕事を生じる。例えば、タービンセクションにおける燃焼ガスの膨張は、例えば、発電機に接続されたロータシャフトを回転させ、電気を発生させることができる。次いで、燃焼ガスは、排気セクションを介してガスタービンから出る。

【0003】

ガスタービンは、通常、燃焼器セクションに燃料ノズルを含む。各燃料ノズルは、点火のために燃料と空気との混合物を燃焼チャンバに送達するための１つ又は複数の通路を有する構成要素である。ターボ機械の動作中、燃料ノズルの各々は、経時的に燃料ノズルの１つ又は複数の下位構成要素を摩耗させる可能性がある様々な力及び応力、例えば振動力及び熱応力にさらされる恐れがある。場合によっては、燃料ノズルの単一の下位構成要素の摩耗は、燃料ノズル全体の修理又は交換をもたらす可能性があり、これは費用及び時間のかかる整備プロセスとなる可能性がある。

【0004】

したがって、燃料ノズルを整備するための改善された方法が当技術分野において望まれている。特に、下位構成要素及び／又は燃料ノズル全体を交換することなく、摩耗した燃料ノズル下位構成要素を有利に修復する、燃料ノズルを整備する方法が望ましい。

【発明の概要】

【0005】

本開示による、燃料ノズルを整備する方法の態様及び利点は、以下の説明に部分的に記載されており、又は説明から明らかとなり、又は本技術の実践を通して学ぶことができる。

【0006】

一実施形態によれば、燃料ノズルを整備する方法が提供される。本方法は、燃料ノズルのノズル先端部から材料を取り外して、ノズル先端部内に環状溝を形成するステップを含む。本方法は、交換クーポンを環状溝に挿入するステップをさらに含む。交換クーポンは、環状溝に対応する半径方向最外側及び取り外し後接触面を有する。本方法は、交換クーポンの半径方向最外側を環状溝に固定的に結合するステップをさらに含む。

【0007】

別の実施形態によれば、燃料ノズルを整備する方法が提供される。本方法は、少なくとも１つのデューティサイクルを経た燃料ノズルを供給するステップを含む。本方法は、燃料ノズルのノズル先端部から材料を取り外して、ノズル先端部内に環状溝を形成するステップをさらに含む。本方法は、交換クーポンを環状溝に挿入するステップをさらに含む。交換クーポンは、環状溝に対応する半径方向最外側及び取り外し後接触面を有する。本方法は、交換クーポンの半径方向最外側を環状溝に固定的に結合するステップをさらに含む。

【0008】

燃料ノズルを整備する本方法のこれら及び他の特徴、態様、及び利点は、以下の説明及び添付の特許請求の範囲を参照して、よりよく理解されるであろう。添付の図面は、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成するものであるが、本技術の実施形態を例示し、明細書における説明と併せて本技術の原理を説明するのに役立つ。

【0009】

当業者へと向けられた本システム及び方法を製造及び使用する最良の形態を含む、燃料ノズルを整備する本方法の完全かつ可能な開示が、添付の図面を参照して本明細書に記載されている。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本開示の実施形態による、ターボ機械の概略図である。

【図2】本開示の実施形態による、図１のターボ機械と共に使用するのに適した燃焼器を示す図である。

【図3】本開示の実施形態による、図２の燃焼器内で使用するための燃料ノズルの斜視図である。

【図4】本開示の実施形態による、燃料ノズルの断面側面図である。

【図5】本開示の実施形態による、任意の修理が実行される前の燃料ノズルの後端部の拡大断面図である。

【図6】本開示の実施形態による、ノズル先端部の拡大断面図である。

【図7】本開示の実施形態による、ノズル先端部の拡大断面図である。

【図8】本開示の実施形態による、ノズル先端部の拡大断面図である。

【図9】本開示の実施形態による、ノズル先端部の拡大断面図である。

【図10】本開示の実施形態による、ノズル先端部の拡大断面図である。

【図11】本開示の実施形態による、燃料ノズルの軸方向中心線に沿った燃料ノズルの後面の平面図である。

【図12】本開示の実施形態による、燃料インジェクタを整備する方法のフローチャートである。

【図13】本開示の実施形態による、燃料インジェクタを整備する方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

ここで、燃料ノズルを整備する本方法の実施形態を詳細に参照するが、その１つ又は複数の例が図面に示されている。各例は、本技術の説明のために提供するものであって、本技術を限定するものではない。実際に、特許請求される技術の範囲又は趣旨を逸脱することなく、修正及び変更が本技術において可能であることは、当業者にとって明らかであろう。例えば、ある実施形態の一部として図示又は記載された特徴を別の実施形態において使用して、またさらなる実施形態をもたらすことができる。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物の範囲内にあるそのような修正及び変更を包含することを意図している。

【0012】

詳細な説明では、図面の特徴を参照するために、数字及び文字の符号を使用する。図面及び説明における類似又は同様の符号は、本発明の類似又は同様の部分を指すために使用されている。本明細書で使用する場合、「第１の」、「第２の」、及び「第３の」という用語は、ある構成要素を別の構成要素から区別するために交換可能に使用することができ、個々の構成要素の位置又は重要性を示すことを意図するものではない。

【0013】

本明細書で使用する場合、「上流」（又は「前方」）、及び「下流」（又は「後方」）という用語は、流体経路における流体の流れに関する相対的な方向を指す。例えば、「上流」は、流体が流れてくる方向を指し、「下流」は、流体が流れていく方向を指す。「半径方向に」という用語は、特定の構成要素の軸方向中心線に実質的に垂直な相対的な方向を指し、「軸方向に」という用語は、特定の構成要素の軸方向中心線に実質的に平行及び／又は同軸に整列する相対的な方向を指し、「円周方向に」という用語は、特定の構成要素の軸方向中心線の周囲に延在する相対的な方向を指す。「概して」、又は「約」などの近似の用語は、記載された値のプラスマイナス１０パーセントの範囲内の値を含む。角度又は方向の文脈で使用されるとき、そのような用語は、記載された角度又は方向のプラスマイナス１０度の範囲を含む。例えば、「ほぼ垂直」は、垂直から任意の方向、例えば、時計回り又は反時計回りに１０度の範囲内の方向を含む。

【0014】

ここで図面を参照すると、図１は、ターボ機械の一実施形態の概略図を示しており、ターボ機械は図示の実施形態ではガスタービン１０である。産業用又は陸上用のガスタービンが本明細書に示されて説明されているが、本開示は、特許請求の範囲に特に明記されない限り、陸上用及び／又は産業用ガスタービンに限定されない。例えば、本明細書に記載の燃料ノズルは、限定はされないが、蒸気タービン、航空機用ガスタービン、又は船舶用ガスタービンを含む任意のタイプのターボ機械に使用することができる。

【0015】

図示のように、ガスタービン１０は、一般に、入口セクション１２と、入口セクション１２の下流に配置された圧縮機セクション１４と、圧縮機セクション１４の下流に配置された燃焼器セクション１６内の複数の燃焼器１７（そのうち１つを図２に示す）と、燃焼器セクション１６の下流に配置されたタービンセクション１８と、タービンセクション１８の下流に配置された排気セクション２０とを含む。加えて、ガスタービン１０は、圧縮機セクション１４とタービンセクション１８との間に結合された１つ又は複数のシャフト２２を含むことができる。

【0016】

圧縮機セクション１４は、一般に、複数のロータディスク２４（そのうちの１つが示されている）と、各ロータディスク２４から半径方向外向きに延在し、各ロータディスク２４に接続された複数のロータブレード２６とを含むことができる。次いで、各ロータディスク２４は、圧縮機セクション１４を通って延在するシャフト２２の一部に結合されるか、又はシャフト２２の一部を形成してもよい。

【0017】

タービンセクション１８は、一般に、複数のロータディスク２８（そのうちの１つが示されている）と、各ロータディスク２８から半径方向外向きに延在し、各ロータディスク２８に接続された複数のロータブレード３０とを含むことができる。次いで、各ロータディスク２８は、タービンセクション１８を通って延在するシャフト２２の一部に結合されるか、又はシャフト２２の一部を形成してもよい。タービンセクション１８は、シャフト２２の一部及びロータブレード３０を円周方向に囲む外側ケーシング３１をさらに含み、それにより、タービンセクション１８を通る高温ガス経路３２を少なくとも部分的に画定する。

【0018】

動作中、空気などの作動流体が入口セクション１２を通って圧縮機セクション１４に流入し、ここで空気が徐々に圧縮され、それにより、加圧空気２７が燃焼器セクション１６の燃焼器に提供される。加圧空気２７は燃料と混合され、各燃焼器内で燃焼されて燃焼ガス３４を発生させる。燃焼ガス３４は、高温ガス経路３２を通って燃焼器セクション１６からタービンセクション１８に流入し、ここで、エネルギー（運動エネルギー及び／又は熱エネルギー）が燃焼ガス３４からロータブレード３０に伝達されることにより、シャフト２２が回転する。次いで、この機械的回転エネルギーを、圧縮機セクション１４への動力供給及び／又は発電に使用することができる。次いで、タービンセクション１８を出た燃焼ガス３４は、排気セクション２０を介してガスタービン１０から排気することができる。

【0019】

図２に示すように、燃焼器１７は、圧縮機排出ケーシングと呼ぶことができる外側ケーシング３１によって少なくとも部分的に囲まれてもよい。外側ケーシング３１は、燃焼器１７の様々な構成要素を少なくとも部分的に囲む高圧プレナム３５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３５は、圧縮機１４（図１）と流体連通し、圧縮空気２７をそこから受け取ることができる。エンドカバー３６は、外側ケーシング３１に結合されてもよい。特定の実施形態では、外側ケーシング３１及びエンドカバー３６は、燃焼器１７のヘッドエンド容積部又はヘッドエンド部分３８を少なくとも部分的に画定することができる。

【0020】

特定の実施形態では、ヘッドエンド部分３８は、高圧プレナム３５及び／又は圧縮機１４と流体連通する。１つ又は複数のライナ又はダクト４０は、燃料空気混合物を燃焼させるための燃焼チャンバ又は燃焼ゾーン４２を少なくとも部分的に画定することができ、かつ／又は燃焼ガス３４をタービン１８の入口に向けて導くための、矢印４３で示すような燃焼器を通る高温ガス経路を少なくとも部分的に画定することができる。

【0021】

様々な実施形態において、燃焼器１７は、ヘッドエンド部分３８に少なくとも１つの燃料ノズル１００を含む。図２に示すように、燃料ノズル１００は、燃焼器１７のエンドカバー３６の下流及び／又はそこから離間し、燃焼チャンバ４２の上流の外側ケーシング３１内に配置することができる。特定の実施形態では、燃料ノズル１００の各々は、燃料供給源４８と流体連通してもよい。

【0022】

図３は燃料ノズル１００の斜視図であり、図４は燃料ノズル１００の断面図である。図示のように、燃料ノズル１００は、軸方向Ａ、及び軸方向Ａの周りに延在する円周方向Ｃを画定することができる。燃料ノズル１００はまた、軸方向Ａに垂直な半径方向Ｒを画定することができる。

【0023】

特定の実施形態では、燃料ノズル１００は、前端部１０２と後端部１０４との間に延在してもよい。多くの実施形態では、燃料ノズル１００は、燃料ノズル１００の前端部１０２に配置されたフランジ１１０と、後端部１０４に配置されたノズル先端部１１５とを含むことができる。フランジ１１０は、燃料ノズル１００を燃焼器１７のエンドカバー３６に結合することができる。図示のように、ノズル先端部１１５は、燃料ノズル１００の最後方面であってもよい後面１１６を画定することができる。多くの実施形態では、燃料ノズル１００は、フランジ１１０とノズル先端部１１５との間で軸方向に延在するノズル本体１０５を含むことができる。その先端部分において、燃料ノズル１００はまた、ノズル先端部１１５に前方燃料／空気送達セクションを含む。様々な実施形態では、燃料ノズル１００は、ノズル本体１０５から半径方向外向きに延在し、燃料ノズル１００の前端部１０２と後端部１０４との間に配置されたスワーラ１２２をさらに含むことができる。スワーラは、ノズル本体１０５の一部を囲むカラー１２０を含むことができる。環状通路１２５は、カラー１２０とノズル本体１０５との間に画定することができる。複数のスワラベーン１３０は、環状通路１２５内に配置されてもよく、それぞれノズル本体１０５とカラー１２０との間に延在してもよい。図示のように、複数のスワラベーン１３０は、複数の半径方向燃料インジェクタ１３５の上流に位置決めすることができ、その各々には、予混合ガスなどの燃料を燃焼器の予混合チャンバ内の通路１２５に排出するための複数の排出オリフィス１４５が形成されている。

【0024】

図４を特に参照すると、燃料ノズル１００は、ノズル本体１０５内で軸方向に延在し、内側通路１５５を画定する内側チューブ１５０をさらに含むことができる。例えば、多くの実施形態では、内側チューブ１５０は、フランジ１１０から後面１１６まで延在することができる。特定の実施形態では、内側チューブ１５０は、内側チューブ１５０とノズル先端部１１５との間の第１の締まり結合部、及び内側チューブとフランジ１１０の半径方向内面との間の第２の締まり結合部を介して定位置に保持されてもよい。締まり嵌め（プレス嵌め又は摩擦嵌めとしても知られる）は、２つの部品間の嵌合であり、１つの部品の外寸が、嵌合する必要のある部品の内寸をわずかに超える。例えば、この場合、内側チューブ１５０の外面の寸法は、フランジ１１０の内寸及びノズル先端部１１５の内寸をわずかに超えることができる。

【0025】

様々な実施形態では、内側通路１５５は、燃焼ゾーン４２に空気を供給することができ、又は液体燃料送達カートリッジを受け入れるように構成することができる。いくつかの実施形態では、中間チューブ１６０は、ノズル本体１０５内で軸方向に延在することができる。中間チューブ１６０は内側チューブ１５０の周りに、同心円状ではあるがより大きな直径を有するように位置決めされて、中間通路１６５を形成する。中間通路１６５は、オリフィス１６６を通過する、例えば、拡散ガス、幕状空気、又はパージ空気の流れを提供する。同様に、外側チューブ１７０は、ノズル本体１０５に沿って軸方向に延びる。外側チューブ１７０は中間チューブ１６０の周りに、同心円状ではあるがより大きな直径を有するように位置決めされて、外側通路１７５を形成する。外側通路１７５は、予混合ガスなどの燃料を運ぶためのものである。燃料ノズル１００の通常の（非火炎保持）動作中、燃料は、半径方向燃料インジェクタ１３５の排出オリフィス１４５を通って出ることによって、外側通路１７５から排出されるように強制される。

【0026】

さらに図３及び図４に示すノズルを参照すると、多くの実施形態では、ノズル先端部１１５は、燃料ノズルの後端部１０４に位置してもよい。ノズル先端部１１５は、ノズル本体１０５と係合するような大きさであり、典型的には境界面１８０でノズル本体１０５に溶接される。様々な実施形態では、ノズル先端部１１５には、中間チューブ１６０の前縁を受け、この前縁において溶接又はろう付けされる内部環状肩部１８５（図２）が形成されてもよい。肩部１８５又はその近くはまた、中間通路１６５の前端部又は下流端部が閉じられる場所である。

【0027】

図５は、本開示の実施形態による、任意の修理が実行される前の燃料ノズル１００の後端部１０４の拡大断面図を示す。図示するように、ノズル先端部１１５は、半径方向内向きに、例えば燃料ノズル１００の軸方向中心線２０２に向かって延在する半径方向突起２００を含むことができる。例示的な実施形態では、半径方向突起２００は、内側チューブ１５０の周りに環状に延在してもよく、内側チューブ１５０が締まり嵌めを介して半径方向突起２００によって定位置に保持されるように、内側チューブ１５０と接触してもよい。図４に示すように、半径方向突起２００は、後面１１６のすぐ前方に配置されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、半径方向突起２００は、後面１１６と環状肩部１８５との間に軸方向に配置されてもよい。

【0028】

特定の実施形態では、ノズル先端部１１５は、内側チューブ１５０と摩耗した締まり嵌めを形成する取り外し前接触面２０４を含む。より具体的には、ノズル先端部１１５の半径方向突起２００は、取り外し前接触面２０４がノズル先端部１１５の半径方向の最内側面であるように、取り外し前接触面２０４を画定することができる。ガスタービン１０の動作中、取り外し前接触面２０４は、様々な力及び応力、例えばガスタービン１０の振動力及び燃焼ゾーン４２の高温によって引き起こされる熱応力にさらされる恐れがある。これらの力及び応力は、取り外し前接触面２０４と内側チューブ１５０との間の摩擦摩耗を経時的に引き起こし、それにより、取り外し前接触面２０４が内側チューブ１５０との効果的な圧入又は締まり嵌めを形成する能力を阻害する恐れがある。このようにして、取り外し前接触面２０４は、ガスタービンの動作中に摩耗した材料のために内側チューブ１５０と効果的な締まり嵌めを形成することができず、漏れ及び／又は効率の低下をもたらす恐れがある。

【0029】

図６～図１０は、有利にはノズル先端部１１５と内側チューブ１５０との間の適切な締まり嵌めを修復することができる、本明細書に記載の燃料ノズルを整備する方法１２００及び１３００などの整備方法の異なる段階に沿ったノズル先端部１１５を示す。多くの実施形態では、整備方法は、図６～図９に示す順序で実行することができる。例えば、図６は、機械加工の前に取り外し前接触面２０４を露出させるために、内側チューブ１５０が燃料ノズル１００から分離されて取り外されたノズル先端部１１５を示す。図６に示すように、破線２０６は、機械加工プロセスによって取り外される材料２０１を表すことができ、すなわち、破線２０６から半径方向内側の材料２０１は、機械加工プロセスによって取り外される。例示的な実施形態では、取り外される材料２０１は、ガスタービン１０内での使用のために摩耗し、かつ／又は設計公差から外れている。

【0030】

図７は、取り外し前接触面２０４が機械加工される、取り外しプロセスを経たノズル先端部を示す。様々な実施形態において、取り外しプロセスは、従来の（若しくは従前の）機械加工プロセス又は非従来の（若しくは非従前の）機械加工プロセスのいずれか又は両方を利用することができる。例えば、従来の機械加工プロセスは、これらに限定されないが、旋削、ボーリング、穿孔、スウェニング、ブローチ加工、充填、平削り、及び／又はフライス加工プロセスを含むことができる。さらに、非従来の機械加工プロセスは、これらに限定されないが、超音波加工（ＵＳＭ）、ウォータージェット加工（ＷＪＭ）、化学加工（ＣＨＭ）、電気化学加工（ＥＣＭ）、放電加工（ＥＤＭ）、レーザービーム加工（ＬＢＭ）、及び／又はプラズマビーム加工（ＰＢＭ）を含むことができる。従来及び非従来の機械加工プロセスは、当業者によって一般に理解されており、したがって、明確さ及び簡潔さのために、本明細書ではさらに詳細に図示又は説明されない。

【0031】

図示のように、機械加工プロセスが完了した後、ノズル先端部１１５は環状溝２０８を画定することができる。多くの実施形態では、環状溝２０８は、半径方向内向きに延在する突起２１０を含むことができる。他の実施形態（図示せず）では、環状溝の半径方向最内面は、環状溝によって画定された突起がないように、ほぼ直線的に延在してもよい。突起２１０は、交換クーポン２１４（図８）が接触するための表面積を増加させ、それによってノズル先端部１１５と環状溝２０８との間の固定接続の保持強度を増加させることができる。様々な実施形態では、交換クーポン２１４は、ろう付け又は溶接を介して環状溝２０８に固定的に結合することができる。しかしながら、例示的な実施形態では、交換クーポン２１４は、ろう付けプロセスを介して環状溝２０８に固定的に結合されてもよい。そのような実施形態では、突起２１０は、ろう付け材料の堆積のための表面を提供することができ、その後、ろう付け炉を使用して加熱して、交換クーポン２１４を環状溝２０８に固定的に結合することができる。多くの実施形態では、ろう付け材料は、環状溝２０８と交換クーポン２１４との間に直接配置することができる。様々な実施形態では、ろう付け材料は、これらに限定されないが、銅、ニッケル、銀、アルミニウム、金、又は他の適切な材料であってもよい。

【0032】

ノズル先端部１１５に画定された環状溝２０８と交換クーポン２１４との間の固定接続が確立されると、ノズル先端部１１５及び交換クーポン２１４は、ノズル先端部１１５と交換クーポン２１４との間に空隙、隙間、又は空洞が生じないように、互いと連続面を形成することができる。例示的な実施形態では、交換クーポン２１４は、環状溝２０８に対応する半径方向最外面２１８を含むことができる。このようにして、交換クーポンは、環状溝２０８内に完全に着座し、完全に接触することができる。

【0033】

特定の実施形態では、交換クーポン２１４の寸法は、環状溝２０８を形成するために取り外された材料と実質的に同じである。例えば、いくつかの実施形態では、交換クーポン２１４の寸法は、環状溝２０８を形成するために取り外された材料の（＋／－）１０％以内であってもよい。他の実施形態では、交換クーポン２１４の寸法は、環状溝２０８を形成するために取り外された材料の（＋／－）５％以内であってもよい。様々な実施形態では、交換クーポン２１４の寸法は、環状溝２０８を形成するために取り外された材料の（＋／－）２．５％以内であってもよい。

【0034】

図１０に示すように、修理プロセスの後、内側チューブ１５０をノズル１００に挿入して戻すことができる。特定の実施形態では、交換クーポン２１４は、有利には内側チューブ１５０と修復した締まり嵌めを形成する接触面又は取り外し後接触面２１６を画定することができる。例えば、取り外し後接触面は、厳格な設計公差を修復し、交換クーポン２１４の取り外し後接触面２１６が内側チューブ１５０と締まり嵌めを形成することを可能にする。このようにして、燃料ノズル１００は、交換クーポン２１４と内側チューブ１５０との間の締まり嵌めによって形成された継手において漏れなしに動作可能とすることができる。例示的な実施形態では、内側チューブ１５０が燃料ノズル１００に再挿入されると、取り外し後接触面は、内側チューブ１５０を環状に取り囲み、内側チューブ１５０と修復した締まり嵌めを形成することができる。図１０に示すように、接触面又は取り外し後接触面２１６は、交換クーポン２１４の半径方向最内面であってもよい。

【0035】

多くの実施形態では、ノズル先端部１１５は、第１の材料で形成されてもよく、交換クーポンは、第２の材料で形成されてもよい。第２の材料は、第１の材料よりも大きい耐摩耗性を有することができる。これにより、燃料ノズル１００の寿命を有利に延ばすことができる。例えば、交換クーポン２１４の耐摩耗性の向上により、修理のために取り外す必要なく、燃料ノズル１００をガスタービン１０内でより長期間使用することが可能になり、発電プラントの全体的な効率を有利に改善することができる。

【0036】

これに関して、本明細書に記載の燃料ノズルを整備する方法は、デューティサイクルを経て修理を必要とする燃料ノズル、デューティサイクルを経て修理を必要としない燃料ノズル、又はデューティサイクルを経ていない燃料ノズルに対して実行することができる。例えば、交換クーポン２１４の耐摩耗性の向上は、燃料ノズルが動作しているか否かにかかわらず、燃料ノズルの寿命を有利に増加させることができる。本明細書で使用する場合、「デューティサイクル」は、ガスタービン内での動作に一定の時間を費やした１つ又は複数の構成要素を指すことができる。このように、デューティサイクルを経ていない構成要素は、ガスタービンの動作に使用されたことがない。

【0037】

図１１は、軸方向中心線２０２に沿った燃料ノズル１００の後面１１６の平面図である。図５に示す燃料ノズルは、ノズル先端部１１５の後面１１６と交換クーポン２１４との間に配置された固定接続ライン１１７によって示されるように、本明細書に記載の整備方法１２００又は１３００などの整備方法を受けている。上述したように、固定接続ライン１１７は、交換クーポン２１４の半径方向最外面２１８と環状溝２０８との間の結合であってもよい。

【0038】

図１２は、本開示の実施形態による、燃料ノズル（本明細書に記載の燃料ノズル１００など）を整備する方法１２００を定義する、一連のステップ１２０２から１２１０のフローチャートである。図示のように、方法１２００は、（破線のボックスで示されているような）任意選択のステップ及び（実線のボックスで示されているような）任意選択ではないステップを含むことができる。例えば、方法１２００は、燃料ノズル１００（図６）から内側チューブ１５０を取り外す任意選択のステップ１２０２を含むことができる。様々な実施形態では、方法１２００は、ノズル先端部１１５から材料２０１を取り外して、ノズル先端部１１５内に環状溝２０８を形成するステップ１２０４をさらに含むことができる。例示的な実施形態では、ステップ１２０２は、ステップ１２０４の前に実行されてもよい。多くの実施形態では、本方法は、交換クーポン２１４を環状溝２０８に挿入するステップ１２０６をさらに含むことができる。交換クーポン２１４は、環状溝２０８に対応する半径方向最外面２１８を画定することができる。例示的な実施形態では、交換クーポン２１４はまた、取り外し後接触面２１６を画定することができる。多くの実施形態では、方法１２００は、交換クーポン２１４の半径方向最外面２１８を環状溝２０８に固定的に結合するステップ１２０８をさらに含むことができる。いくつかの実施形態では、方法１２００は、内側チューブ１５０を再挿入する任意選択のステップ１２１０を含むことができる。

【0039】

図１３は、本開示の実施形態による、燃料ノズル（本明細書に記載の燃料ノズル１００など）を整備する方法１３００を定義する、一連のステップ１３０２から１３１２のフローチャートである。図示のように、方法１３００は、（破線のボックスで示されているような）任意選択のステップ及び（実線のボックスで示されているような）任意選択ではないステップを含むことができる。例えば、方法１３００は、少なくとも１つのデューティサイクルを事前に経ている燃料ノズル１００を供給する任意選択のステップ１３０２を含むことができる。多くの実施形態では、方法１３００は、燃料ノズル１００（図６）から内側チューブ１５０を取り外すステップ１３０４をさらに含むことができる。様々な実施形態では、方法１３００は、ノズル先端部１１５から材料２０１を取り外して、ノズル先端部１１５内に環状溝２０８を形成するステップ１３０６をさらに含むことができる。例示的な実施形態では、ステップ１３０４は、ステップ１３０６の前に実行されてもよい。多くの実施形態では、方法１３００は、交換クーポン２１４を環状溝２０８に挿入するステップ１３０８をさらに含むことができる。交換クーポン２１４は、環状溝２０８に対応する半径方向最外面２１８を画定することができる。例示的な実施形態では、交換クーポン２１４はまた、取り外し後接触面２１６を画定することができる。多くの実施形態では、方法１３００は、交換クーポン２１４の半径方向最外面２１８を環状溝２０８に固定的に結合するステップ１３１０をさらに含むことができる。いくつかの実施形態では、方法１３００は、内側チューブ１５０を再挿入する任意選択のステップ１３１２を含むことができる。

【0040】

本明細書に記載の燃料ノズルを整備する方法は、有利には、ノズル先端部全体を交換する必要なく、ノズル先端部と内側チューブとの間の締まり嵌めの修復を可能にすることができる。これにより、燃料ノズルの整備に必要なコスト及び時間の両方が有利に低減される。

【0041】

本明細書は、本発明を最良の態様も含めて開示すると共に、あらゆる装置又はシステムの製作及び使用並びにあらゆる関連の方法の実行を含む本発明の実施を当業者にとって可能にするために、実施例を使用している。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、特許請求の範囲の文言との差がない構造要素を含む場合、又は特許請求の範囲の文言との実質的な差がない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることを意図している。

【符号の説明】

【0042】

１０ ガスタービン
１２ 入口セクション
１４ 圧縮機セクション、圧縮機
１６ 燃焼器セクション
１７ 燃焼器
１８ タービンセクション、タービン
２０ 排気セクション
２２ シャフト
２４ ロータディスク
２６ ロータブレード
２７ 加圧空気、圧縮空気
２８ ロータディスク
３０ ロータブレード
３１ 外側ケーシング
３２ 高温ガス経路
３４ 燃焼ガス
３５ 高圧プレナム
３６ エンドカバー
３８ ヘッドエンド部分
４０ ダクト
４２ 燃焼チャンバ、燃焼ゾーン
４３ 矢印
４８ 燃料供給源
１００ 燃料ノズル
１０２ 前端部
１０４ 後端部
１０５ ノズル本体
１１０ フランジ
１１５ ノズル先端部
１１６ 後面
１１７ 固定接続ライン
１２０ カラー
１２２ スワーラ
１２５ 環状通路
１３０ スワラベーン
１３５ 半径方向燃料インジェクタ
１４５ 排出オリフィス
１５０ 内側チューブ
１５５ 内側通路
１６０ 中間チューブ
１６５ 中間通路
１６６ オリフィス
１７０ 外側チューブ
１７５ 外側通路
１８０ 境界面
１８５ 内部環状肩部
２００ 半径方向突起
２０１ 材料
２０２ 軸方向中心線
２０４ 取り外し前接触面
２０６ 破線
２０８ 環状溝
２１０ 突起
２１４ 交換クーポン
２１６ 取り外し後接触面
２１８ 半径方向最外面
１２００ 整備方法
１３００ 整備方法
Ａ 軸方向
Ｃ 円周方向
Ｒ 半径方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【外国語明細書】