(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】P2022060150
(43)【公開日】2022-04-14
(54)【発明の名称】燃料インジェクタ用の改良された燃料回路
(51)【国際特許分類】
F23R 3/28 20060101AFI20220407BHJP
F02C 7/232 20060101ALI20220407BHJP
F23R 3/34 20060101ALI20220407BHJP
【ＦＩ】
F23R3/28 B
F02C7/232 B
F23R3/34
【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 2021105661
(22)【出願日】2021-06-25
(31)【優先権主張番号】16/916,446
(32)【優先日】2020-06-30
(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】アンドリュー・グラディ・ゴッドフレイ
(72)【発明者】
【氏名】マリッサ・シンレイ・ガルシア
(72)【発明者】
【氏名】ジュン・カイ
(57)【要約】 （修正有）
【課題】再循環および流れの渦を好都合に最小化し、全長にわたって圧力降下を等しくすることによって、ガスタービンの全体的な排出物を削減する燃料インジェクタを提供する。
【解決手段】燃料インジェクタ２００が、前端壁２０６と後端壁２０８とを含む。燃料インジェクタは、前端壁と後端壁との間を延びる側壁をさらに含む。前端壁、後端壁、および側壁は、空気の通過のための開口部２１０を協働して定める。少なくとも１つの燃料注入部材が、開口部内に配置され、端壁間に延在する。燃料回路が、燃料インジェクタ内に定められる。燃料回路は、燃料インジェクタの前端壁内に定められた入口プレナム２５２を含む。燃料回路は、入口プレナムから延び、入口プレナムに流体に関して連絡する燃料通路２５４をさらに含む。燃料通路は、少なくとも１つの燃料注入部材内に定められる。燃料通路は、燃料注入部材の長さに沿って変化する断面積を有する。
【選択図】図６
【解決手段】燃料インジェクタ２００が、前端壁２０６と後端壁２０８とを含む。燃料インジェクタは、前端壁と後端壁との間を延びる側壁をさらに含む。前端壁、後端壁、および側壁は、空気の通過のための開口部２１０を協働して定める。少なくとも１つの燃料注入部材が、開口部内に配置され、端壁間に延在する。燃料回路が、燃料インジェクタ内に定められる。燃料回路は、燃料インジェクタの前端壁内に定められた入口プレナム２５２を含む。燃料回路は、入口プレナムから延び、入口プレナムに流体に関して連絡する燃料通路２５４をさらに含む。燃料通路は、少なくとも１つの燃料注入部材内に定められる。燃料通路は、燃料注入部材の長さに沿って変化する断面積を有する。
【選択図】図６
【特許請求の範囲】
【請求項1】
前端壁（２０６）および前記前端壁（２０６）の反対側に配置された後端壁（２０８）と、
前記前端壁（２０６）と前記後端壁（２０８）との間を延びており、前記前端壁（２０６）および前記後端壁（２０８）と協働して空気を通すための開口部（２１０）を定めている側壁（２０４）と、
前記開口部（２１０）内に配置され、前記端壁（２０６、２０８）間を延びている少なくとも１つの燃料注入部材（２１２）と、
燃料回路（２５０）と
を備える燃料インジェクタ（２００）であって、
前記燃料回路（２５０）は、前記燃料インジェクタ（２００）内に定められ、
前記燃料インジェクタ（２００）の前記前端壁（２０６）内に定められた入口プレナム（２５２）と、
前記入口プレナム（２５２）から延び、前記入口プレナム（２５２）に流体に関して連絡しており、前記少なくとも１つの燃料注入部材（２１２）内に定められ、前記燃料注入部材（２１２）の長さに沿って変化する断面積を有している燃料通路（２５４）と
を備えている、燃料インジェクタ（２００）。
前記前端壁（２０６）と前記後端壁（２０８）との間を延びており、前記前端壁（２０６）および前記後端壁（２０８）と協働して空気を通すための開口部（２１０）を定めている側壁（２０４）と、
前記開口部（２１０）内に配置され、前記端壁（２０６、２０８）間を延びている少なくとも１つの燃料注入部材（２１２）と、
燃料回路（２５０）と
を備える燃料インジェクタ（２００）であって、
前記燃料回路（２５０）は、前記燃料インジェクタ（２００）内に定められ、
前記燃料インジェクタ（２００）の前記前端壁（２０６）内に定められた入口プレナム（２５２）と、
前記入口プレナム（２５２）から延び、前記入口プレナム（２５２）に流体に関して連絡しており、前記少なくとも１つの燃料注入部材（２１２）内に定められ、前記燃料注入部材（２１２）の長さに沿って変化する断面積を有している燃料通路（２５４）と
を備えている、燃料インジェクタ（２００）。
【請求項2】
前記燃料注入部材（２１２）は、前記燃料注入部材（２１２）の全長にわたって均一な外側断面形状を含む、請求項１に記載の燃料インジェクタ（２００）。
【請求項3】
前記燃料注入部材（２１２）上に定められた複数の燃料ポート（２１４）をさらに備え、前記複数の燃料ポート（２１４）は、前記燃料通路（２５４）と前記開口部（２１０）との間の流体の連絡をもたらす、請求項１に記載の燃料インジェクタ（２００）。
【請求項4】
前記複数の燃料ポート（２１４）の各々は、面取りされた入口（２８６）または丸みを帯びた入口（２８７）の一方を含む、請求項３に記載の燃料インジェクタ（２００）。
【請求項5】
前記燃料通路（２５４）の前記断面積は、前記入口プレナム（２５２）から前記燃料インジェクタ（２００）の前記後端壁（２０８）へと徐々に収束する、請求項１に記載の燃料インジェクタ（２００）。
【請求項6】
前記燃料通路（２５４）は、第１の収束部分（２６６）と、発散部分（２６８）と、第２の収束部分（２７０）とを含む、請求項１に記載の燃料インジェクタ（２００）。
【請求項7】
前記少なくとも１つの燃料注入部材（２１２）は、前記側壁（２０４）の間に配置された１対の燃料注入部材（２１２）を備え、前記燃料通路（２５４）は、前記１対の燃料注入部材（２１２）のうちの第１の燃料注入部材（２１２）内に定められ、第２の燃料通路（２５４）が、前記１対の燃料注入部材（２１２）のうちの第２の燃料注入部材（２１２）内に定められている、請求項１に記載の燃料インジェクタ（２００）。
【請求項8】
前記第１の燃料通路（２５４）および前記第２の燃料通路（２５４）の各々は、前記入口プレナム（２５２）から前記後端壁（２０８）へと変化するそれぞれの断面積を有する、請求項７に記載の燃料インジェクタ（２００）。
【請求項9】
前記側壁（２０４）は、第１の側壁燃料注入部材（２１２）および第２の側壁燃料注入部材（２１２）を備え、第１の側壁燃料通路（２５４）が、前記第１の側壁燃料注入部材（２１２）内に定められ、第２の側壁燃料通路（２５４）が、前記第２の側壁燃料注入部材（２１２）内に定められ、前記第１の側壁燃料通路（２５４）および前記第２の側壁燃料通路（２５４）は、前記入口プレナム（２５２）から延び、前記入口プレナム（２５２）に流体に関して連絡している、請求項７に記載の燃料インジェクタ（２００）。
【請求項10】
前記第１の側壁燃料通路（２５４）および前記第２の側壁燃料通路（２５４）の各々は、前記入口プレナム（２５２）から前記後端壁（２０８）へと変化するそれぞれの断面積を有する、請求項７に記載の燃料インジェクタ（２００）。
【請求項11】
端部カバー（１２６）と、
前記端部カバー（１２６）と燃焼ライナ（４２）との間を延びている少なくとも１つの燃料ノズル（１２２）であって、前記燃焼ライナ（４２）は、前記少なくとも１つの燃料ノズル（１２２）と後部フレームとの間を延び、燃焼室を定めている少なくとも１つの燃料ノズル（１２２）と、
前記少なくとも１つの燃料ノズル（１２２）の下流に配置され、前記燃焼室に流体に関して連絡している燃料インジェクタ（２００）と
を備え、
前記燃料インジェクタ（２００）は、
前端壁（２０６）および前記前端壁（２０６）の反対側に配置された後端壁（２０８）と、
前記前端壁（２０６）と前記後端壁（２０８）との間を延びており、前記前端壁（２０６）および前記後端壁（２０８）と協働して空気を通すための開口部（２１０）を定めている側壁（２０４）と、
前記開口部（２１０）内に配置され、前記端壁（２０６、２０８）間を延びている少なくとも１つの燃料注入部材（２１２）と、
前記燃料インジェクタ（２００）内に定められた燃料回路（２５０）と
を備えており、
前記燃料回路（２５０）は、
前記燃料インジェクタ（２００）の前記前端壁（２０６）内に定められた入口プレナム（２５２）と、
前記入口プレナム（２５２）から延び、前記入口プレナム（２５２）に流体に関して連絡しており、前記少なくとも１つの燃料注入部材（２１２）内に定められ、前記燃料注入部材（２１２）の長さに沿って変化する断面積を有している燃料通路（２５４）と
を備えている、燃焼器（１７）。
前記端部カバー（１２６）と燃焼ライナ（４２）との間を延びている少なくとも１つの燃料ノズル（１２２）であって、前記燃焼ライナ（４２）は、前記少なくとも１つの燃料ノズル（１２２）と後部フレームとの間を延び、燃焼室を定めている少なくとも１つの燃料ノズル（１２２）と、
前記少なくとも１つの燃料ノズル（１２２）の下流に配置され、前記燃焼室に流体に関して連絡している燃料インジェクタ（２００）と
を備え、
前記燃料インジェクタ（２００）は、
前端壁（２０６）および前記前端壁（２０６）の反対側に配置された後端壁（２０８）と、
前記前端壁（２０６）と前記後端壁（２０８）との間を延びており、前記前端壁（２０６）および前記後端壁（２０８）と協働して空気を通すための開口部（２１０）を定めている側壁（２０４）と、
前記開口部（２１０）内に配置され、前記端壁（２０６、２０８）間を延びている少なくとも１つの燃料注入部材（２１２）と、
前記燃料インジェクタ（２００）内に定められた燃料回路（２５０）と
を備えており、
前記燃料回路（２５０）は、
前記燃料インジェクタ（２００）の前記前端壁（２０６）内に定められた入口プレナム（２５２）と、
前記入口プレナム（２５２）から延び、前記入口プレナム（２５２）に流体に関して連絡しており、前記少なくとも１つの燃料注入部材（２１２）内に定められ、前記燃料注入部材（２１２）の長さに沿って変化する断面積を有している燃料通路（２５４）と
を備えている、燃焼器（１７）。
【請求項12】
前記燃料注入部材（２１２）は、前記燃料注入部材（２１２）の全長にわたって均一な外側断面形状を含む、請求項１１に記載の燃焼器（１７）。
【請求項13】
前記燃料注入部材（２１２）上に定められた複数の燃料ポート（２１４）をさらに備え、前記複数の燃料ポート（２１４）は、前記燃料通路（２５４）と前記開口部（２１０）との間の流体の連絡をもたらす、請求項１１に記載の燃焼器（１７）。
【請求項14】
前記複数の燃料ポート（２１４）の各々は、面取りされた入口（２８６）または丸みを帯びた入口（２８７）の一方を含む、請求項１３に記載の燃焼器（１７）。
【請求項15】
前記燃料通路（２５４）の前記断面積は、前記入口プレナム（２５２）から前記燃料インジェクタ（２００）の前記後端壁（２０８）へと徐々に収束する、請求項１１に記載の燃焼器（１７）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、広くには、ガスタービンの燃焼器用の燃料インジェクタに関し、より詳細には、このような燃焼器に関連する軸方向燃料多段化（ａｘｉａｌ ｆｕｅｌ ｓｔａｇｉｎｇ：ＡＦＳ）システムにおいて使用するための燃料インジェクタに関する。
【背景技術】
【0002】
ターボ機械は、エネルギ伝達の目的で、さまざまな産業およ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流入す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および燃料（例えば、天然ガス）は、燃焼セクションにおいて混合され、燃焼チャンバ内で燃焼して、高圧および高温の燃焼ガスを発生させる。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、仕事を生む。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排出される。
【0003】
いくつかの燃焼器において、燃焼ガスの発生は、２つの離れて位置する段において生じる。そのような燃焼器は、本明細書において、燃料および酸化剤を燃焼器のヘッドエンドの下流の１つ以上の燃料インジェクタへと届ける「軸方向燃料多段化」（ＡＦＳ）システムを備える燃焼器と呼ばれる。ＡＦＳシステムを有する燃焼器においては、燃焼器の上流端の一次燃料ノズルが、燃料および空気（または、燃料／空気混合物）を一次燃焼ゾーンへと軸方向に注入し、一次燃料ノズルの下流の位置に配置されたＡＦＳ燃料インジェクタが、燃料および空気（または、第２の燃料／空気混合物）を一次燃焼ゾーンの下流の二次燃焼ゾーンに交差流として注入する。交差流は、一次燃焼ゾーンからの燃焼生成物の流れに対しておおむね横方向である。場合によっては、燃料および空気を混合物として二次燃焼ゾーンに導入することが望ましい。したがって、ＡＦＳインジェクタの混合能力が、ガスタービンの全体としての動作の効率および／または排出物を左右する。
【0004】
典型的には、ＡＦＳインジェクタは、二次燃焼ゾーンにおける燃焼に先立って空気と混合されるように燃料を注入する複数の燃料出口を有する中空注入部材を含む。しかしながら、中空燃料注入部材の使用には問題が存在する。例えば、中空注入部材における燃料の再循環および多数の燃料出口の各々における燃料の不均一な圧力降下により、燃料インジェクタにおける燃料の分配が不均一になる可能性がある。燃料注入部材における再循環および不均一な圧力降下の両方は、燃料インジェクタにおける燃料および空気の不均一な混合をもたらし、ガスタービンの全体的な動作効率に損失を引き起こす可能性がある。
【0005】
したがって、燃料を全長にわたって均一に分配することができる改良された燃料インジェクタが、当技術分野において望まれている。とくには、再循環および流れの渦を好都合に最小化し、全長にわたって圧力降下を等しくすることによって、ガスタービンの全体的な排出物を削減する燃料インジェクタが望まれる。
【発明の概要】
【0006】
本開示による燃料インジェクタおよび燃焼器の態様および利点は、以下の説明に部分的に記載され、あるいは説明から自明であってよく、あるいは本技術の実施を通して習得可能である。
【0007】
一実施形態によれば、燃料インジェクタが提供される。燃料インジェクタは、前端壁と、前端壁の反対側に配置された後端壁とを含む。燃料インジェクタは、前端壁と後端壁との間に延在する側壁をさらに含む。前端壁、後端壁、および側壁は、空気の通過のための開口部を協働して定める。少なくとも１つの燃料注入部材が、開口部内に配置され、端壁の間に延在する。燃料回路が、燃料インジェクタ内に定められる。燃料回路は、燃料インジェクタの前端壁内に定められた入口プレナムを含む。燃料回路は、入口プレナムから延び、入口プレナムに流体に関して連絡した燃料通路をさらに含む。燃料通路は、少なくとも１つの燃料注入部材内に定められる。燃料通路は、燃料注入部材の長さに沿って変化する断面積を有する。
【0008】
別の実施形態によれば、燃焼器が提供される。燃焼器は、端部カバーを有するヘッドエンド部分と、端部カバーから延びる少なくとも１つの燃料ノズルとを含む。燃焼ライナが、ヘッドエンド部分と後部フレームとの間に延在し、燃焼室を定める。燃焼器は、少なくとも１つの燃料ノズルの下流に配置され、燃焼室に流体に関して連絡した燃料インジェクタをさらに含む。燃料インジェクタは、前端壁と、前端壁の反対側に配置された後端壁とを含む。燃料インジェクタは、前端壁と後端壁との間に延在する側壁をさらに含む。前端壁、後端壁、および側壁は、空気の通過のための開口部を協働して定める。少なくとも１つの燃料注入部材が、開口部内に配置され、端壁の間に延在する。燃料回路が、燃料インジェクタ内に定められる。燃料回路は、燃料インジェクタの前端壁内に定められた入口プレナムを含む。燃料回路は、入口プレナムから延び、入口プレナムに流体に関して連絡した燃料通路をさらに含む。燃料通路は、少なくとも１つの燃料注入部材内に定められる。燃料通路は、燃料注入部材の長さに沿って変化する断面積を有する。
【0009】
本燃料インジェクタおよび燃焼器のこれらの特徴、態様、および利点、ならびに他の特徴、態様、および利点は、以下の説明およ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。本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付の図面は、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役に立つ。
【0010】
当業者へと向けられた本システムおよび方法を製作および使用する最良の態様を含む本燃料インジェクタおよび燃焼器の充分かつ実施可能な開示が、添付の図面を参照して本明細書で説明される。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【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燃焼器の断面概略図である。
【図3】本開示の実施形態による燃焼器から取り外された燃料注入アセンブリの斜視図を示している。
【図4】本開示の実施形態による燃焼器に取り付けられた燃料注入アセンブリの断面平面図を示している。
【図5】本開示の実施形態による燃料注入アセンブリの部分断面平面図を示している。
【図6】本開示の実施形態による燃料インジェクタの断面側面図を示している。
【図7】本開示の実施形態による燃料インジェクタの断面側面図を示している。
【図8】本開示の実施形態による燃料インジェクタの断面側面図を示している。
【図9】本開示の実施形態による燃料インジェクタの断面平面図を示している。
【図10】本開示の実施形態による燃料インジェクタの断面平面図を示している。
【図11】本開示の実施形態による燃料インジェクタの断面平面図を示している。
【図12】本開示の実施形態による燃料インジェクタの断面平面図を示している。
【発明を実施するための形態】
【0012】
ここで、本燃料インジェクタおよび燃焼器の実施形態を詳細に参照するが、その１つ以上の例が図面に示されている。各々の例は、本技術を説明するために提示され、本技術を限定するものではない。実際、特許請求される技術の範囲または趣旨から逸脱することなく、修正およ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、或る実施形態の一部として図示また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およびそれらの均等物の範囲に含まれるような修正および変更を包含することを意図している。
【0013】
詳細な説明において、図面中の特徴を参照するために、数字および文字による符号を使用する。図面および説明における類似または同様の符号は、本発明の類似または同様の部分を指して使用されている。本明細書において使用されるとき、「第１の」、「第２の」、および「第３の」という用語は、或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または重要性を示すことを意図するものではない。
【0014】
本明細書において使用されるとき、「上流」（または、「前方」）および「下流」（または、「後方」）という用語は、流体経路における流体の流れに対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」という用語は、特定の構成要素の軸中心線に実質的に垂直な相対的な方向を指し、「軸方向」という用語は、特定の構成要素の軸中心線に実質的に平行および／または同軸に整列する相対的な方向を指し、「円周方向」という用語は、特定の構成要素の軸中心線の周囲を延びる相対的な方向を指す。
【0015】
「おおむね」または「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。角度または方向の文脈において使用されるとき、そのような用語は、記載された角度または方向のプラスマイナス１０度の範囲を含む。例えば、「おおむね垂直」は、例えば時計回りまたは反時計回りなどの任意の方向に垂直から１０度の範囲内の方向を含む。
【0016】
ここで図面を参照すると、図１は、図示の実施形態においてはガスタービン１０であるターボ機械の一実施形態の概略図を示している。産業用また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、特許請求の範囲にとくに明記されない限り、産業用または陸上用のガスタービンに限定されない。例えば、本明細書において説明される本発明を、これらに限られるわけではないが、蒸気タービン、航空機用ガスタービン、または船舶用ガスタービンを含む任意の種類のターボ機械に使用することが可能である。
【0017】
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（図２）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との間に接続された１つ以上のシャフト２２を含むことができる。
【0018】
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つが図示されている）と、各々のロータディスク２４から半径方向外側に延び、各々のロータディスク２４に接続されている複数のロータブレード２６とを含むことができる。次いで、各々のロータディスク２４は、圧縮機セクション１４を通って延びるシャフト２２の一部分に接続されてよく、あるいはそのような一部分を形成することができる。
【0019】
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つが図示されている）と、各々のロータディスク２８から半径方向外側に延び、各々のロータディスク２８に接続されている複数のロータブレード３０とを含むことができる。次いで、各々のロータディスク２８は、タービンセクション１８を通って延びるシャフト２２の一部分に接続されてよく、あるいはそのような一部分を形成することができる。タービンセクション１８は、シャフト２２の一部分およびロータブレード３０を周状に取り囲むことによって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定める外側ケーシング３１をさらに含む。
【0020】
動作時に、空気１５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、圧縮機セクション１４において空気１５が徐々に圧縮され、したがって加圧された空気または圧縮された空気１９が燃焼器セクション１６の燃焼器へともたらされる。加圧された空気は、燃料と混合され、各々の燃焼器において燃やされて、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、タービンセクション１８においてエネルギ（運動エネルギおよび／または熱エネルギ）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の回転が生じる。次いで、この機械的回転エネルギを、圧縮機セクション１４の動作および／また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から出る燃焼ガス３４を、排気セクション２０を介してガスタービン１０から排出することができる。
【0021】
図２は、大型ガスタービン用のカニュラ（ｃａｎ ａｎｎｕｌａｒ）型燃焼システムに含まれ得る燃焼器１７の概略図である。カニュラ型燃焼システムにおいては、複数（例えば、８個、１０個、１２個、１４個、１６個、またはそれ以上）の燃焼器１７が、圧縮機セクション１４をタービンセクション１８に接続するシャフト２２を中心とする環状のアレイに配置される。タービンセクション１８を、電力を発生させるために発電機（図示せず）に（例えば、シャフト２２によって）動作可能に接続することができる。
【0022】
図２に示されるように、燃焼器１７は、軸方向Ａ、および軸方向Ａの周りに延びる円周方向Ｃを定めることができる。さらに、燃焼器１７は、軸方向Ａに垂直な半径方向Ｒを定めることができる。
【0023】
図２において、燃焼器１７は、燃焼ガス３４を封じ込めてタービンへと運ぶ燃焼ライナ４２を含む。燃焼ライナ４２は、多くの従来からの燃焼システムと同様に、円筒状のライナ部分と、円筒状のライナ部分とは別のテーパ状のつなぎ部分とを有することができる。あるいは、燃焼ライナ４２は、円筒状の部分とテーパ状の部分とが互いに一体化された一体型本体（または、「ユニボディ」）の構成を有してもよい。したがって、本明細書における燃焼ライナ４２の説明は、別個のライナおよびつなぎピースを有する従来からの燃焼システム、ならびにユニボディのライナを有する燃焼システムの両方を包含するように意図される。さらに、本開示は、つなぎピースとタービンの第１段のノズルとが「つなぎノズル」または「一体化出口ピース」と呼ばれることもある単一のユニットに一体化されている燃焼システムにも同様に適用可能である。
【0024】
燃焼ライナ４２は、外側スリーブ４４によって囲まれており、外側スリーブ４４は、燃焼ライナ４２と外側スリーブ４４との間に冷却流用環状部１３２を定めるように、燃焼ライナ４２から半径方向外側に離れて位置している。外側スリーブ４４は、多くの従来からの燃焼システムと同様に、前端部に位置するフロースリーブ部分と、後端部に位置するインピンジメントスリーブ部分とを含むことができる。あるいは、外側スリーブ４４は、フロースリーブ部分とインピンジメントスリーブ部分とが軸方向Ａに互いに一体化された一体型本体（または、「ユニスリーブ」）の構成を有してもよい。前述のように、本明細書における外側スリーブ４４の説明は、別個のフロースリーブおよびインピンジメントスリーブを有する従来からの燃焼システム、ならびにユニスリーブの外側スリーブを有する燃焼システムの両方を包含するように意図される。
【0025】
燃焼器１７のヘッドエンド部分１２０が、燃焼器１７の前端部の端部カバー１２６から延びる１つ以上の燃料ノズル１２２を含む。燃料ノズル１２２は、上流端（または、入口端）に燃料入口１２４を有する。燃料入口１２４は、端部カバー１２６を貫いて形成されてよい。燃料ノズル１２２の下流端（または、出口端）は、燃焼器キャップ１２８を貫いて延びる。
【0026】
燃焼器１７のヘッドエンド部分１２０は、前部ケーシング１３０によって少なくとも部分的に囲まれており、前部ケーシング１３０は、圧縮機吐出ケース１４０に物理的に結合し、流体に関して接続されている。圧縮機吐出ケース１４０は、圧縮機セクション１４（図１に示されている）の出口に流体に関して接続され、燃焼器１７の少なくとも一部分を囲む加圧空気プレナム１４２を定める。圧縮された空気１９が、圧縮機吐出ケース１４０から、燃焼器１７の後端部１１８の付近の外側スリーブ４４の穴を通って、冷却流用環状部１３２に流入する。冷却流用環状部１３２は前端部分１２０に流体に関して結合しているため、圧縮された空気１９は、燃焼器１７の後端部１１８の付近からヘッドエンド部分１２０へと上流に移動し、ヘッドエンド部分１２０において、圧縮された空気１９は、方向を反転させ、燃料ノズル１２２に進入する。
【0027】
燃料ノズル１２２は、一次燃料／空気混合物４６としての燃料および空気を、燃料および空気を燃焼させる燃焼ライナ４２の前端部の一次燃焼ゾーン５０へと導入する。一実施形態において、燃料および空気は、燃料ノズル１２２内で（例えば、予混合燃料ノズルにおいて）混合される。他の実施形態においては、燃料および空気を一次燃焼ゾーン５０へと別々に導入し、一次燃焼ゾーン５０において混合することができる（例えば、拡散ノズルで生じさせることができるとおり）。本明細書における「第１の燃料／空気混合物」への言及は、いずれも燃料ノズル１２２によって生成することができる予混合の燃料／空気混合物および拡散式の燃料／空気混合物の両方を説明するものと解釈されるべきである。
【0028】
一次燃焼ゾーン５０からの燃焼ガスは、燃焼器１７の後端部１１８に向かって下流に移動する。１つ以上の燃料インジェクタ１００が、二次燃料／空気混合物５６としての燃料および空気を二次燃焼ゾーン６０へと導入し、二次燃焼ゾーン６０において、この燃料および空気が一次ゾーンの燃焼ガスによって点火され、複合の燃焼ガス生成物の流れ３４を形成する。単一の燃焼器１７内に軸方向に分離された燃焼ゾーンを有するこのような燃焼システムは、「軸方向燃料多段化」（ＡＦＳ）システムと表現され、インジェクタアセンブリ１００を、本明細書において「ＡＦＳインジェクタ」と呼ぶことができる。
【0029】
図示の実施形態において、各々のインジェクタアセンブリ１００のための燃料は、燃料入口１５４を介して燃焼器１７の前端部から供給される。各々の燃料入口１５４は、それぞれのインジェクタアセンブリ１００に結合した燃料供給ライン１０４に結合している。燃料をリングマニホルドから供給し、あるいは圧縮機吐出ケース１４０を通って延びる半径方向に向けられた燃料供給ラインから供給するなど、インジェクタアセンブリ１００に燃料をもたらす他の方法も使用できることを、理解すべきである。
【0030】
図２は、インジェクタアセンブリ１００を燃焼器１７の中心線７０に対して角度θ（シータ）に向けることができることをさらに示している。図示の実施形態においては、インジェクタ１００の前縁部分（すなわち、インジェクタ１００のうちのヘッドエンドの最も近くに位置する部分）が、燃焼器１７の中心線７０から離れるように向けられている一方で、インジェクタ１００の後縁部分が、燃焼器１７の中心線７０の方へと向けられている。インジェクタ１００の長手軸７５と中心線７０との間に定められる角度θは、０度～±９０度の間、０度～±８０度の間、０度～±７０度の間、０度～±６０度の間、０度～±５０度の間、０度～±４０度の間、０度～±３０度の間、０度～±２０度の間、または０度～±１０度の間、またはこれらの間の任意の中間値であってよい。
【0031】
図２は、燃焼器の中心線７０に対して正の角度にあるインジェクタアセンブリ１００の向きを示している。他の実施形態（別途の図示は省略）においては、前縁部分が中心線７０に最も近く、後縁部分が中心線７０から遠くなるように、インジェクタ１００を中心線７０に対して負の角度に向けることが望ましいかもしれない。一実施形態においては、燃焼器１７のすべてのインジェクタアセンブリ１００が、非ゼロの角度に配置される場合に、同じ角度に向けられる（すなわち、すべてが同じ正の角度に向けられ、あるいはすべてが同じ負の角度に向けられる）。
【0032】
インジェクタアセンブリ１００は、第２の燃料／空気混合物５６を燃焼ライナ４２へと中心線７０および／または一次燃焼ゾーンからの燃焼生成物の流れを横切る方向に注入することによって、二次燃焼ゾーン６０を形成する。一次および二次燃焼ゾーンからの複合の燃焼ガス３４は、燃焼器１７の後端部１１８を通ってタービンセクション１８（図１）へと下流に移動し、タービンセクション１８において燃焼ガス３４が膨張し、タービンセクション１８を駆動する。
【0033】
とりわけ、ガスタービン１０の動作効率を高め、排出物を低減するために、インジェクタ１００が燃料および圧縮されたガスを徹底的に混合して第２の燃料／空気混合物５６を形成することが望ましい。したがって、以下で説明されるインジェクタの実施形態は、混合の改善を促進する。加えて、燃料インジェクタ１００は、さらに後述されるように多数の燃料注入ポートを含むがゆえに、広い範囲の熱放出値を有する燃料を導入する能力が高められ、ガスタービンの運転者にとってさらに高い燃料柔軟性がもたらされる。
【0034】
図３が、本開示の実施形態による例示的な燃料インジェクタアセンブリ１００を示している。図示のとおり、インジェクタアセンブリ１００は、燃料インジェクタ２００およびボス３００を含むことができる。燃料インジェクタ２００およびボス３００は、互いに結合した２つの別個の構成要素であるとして図３に示されているが、多数の実施形態において、燃料インジェクタ２００およびボス３００は、単一の一体的に形成された構成要素であってもよい。
【0035】
図示のように、燃料インジェクタ２００は、互いに間隔を空けて位置した端壁２０２と、端壁２０２間に延在する側壁２０４とを含む。多数の実施形態において、燃焼器１７に組み込まれたとき、燃料インジェクタ２００の側壁２０４は、軸方向Ａに平行に延びてよい（図５）。燃料インジェクタ２００の端壁２０２は、互いに対向して配置された前端壁２０６および後端壁２０８を含む。側壁２０４は、互いに間隔を空けて位置することができ、前端壁２０６と後端壁２０８との間に延在することができる。
【0036】
多数の実施形態においては、端壁２０２および側壁２０４が幾何学的スタジアムとして形作られた断面を有する第１の開口部２１０を協働して定めるように、前端壁２０６および後端壁２０８の両方が、弓形であり、おおむね丸みを帯びた断面形状を有し、側壁は、端壁２０２間をおおむね真っ直ぐに延びることができる。さまざまな実施形態において、側壁２０４は、燃焼器１７に取り付けられたときに開口部２１０が軸方向Ａにおいて最も長くなるように、端壁２０２よりも長くてよい。いくつかの実施形態においては、図示のように、端壁２０２および側壁２０４が、第１の開口部２１０の周囲を輪郭付けて定める幾何学的スタジアムの形状の領域、すなわち丸みを帯びた端部を有する長方形を、協働して定めることができる。他の実施形態においては（図９および図１０に示されるように）、端壁２０２および側壁２０４が長方形の領域を協働して定めるように、端壁２０２が直線状であってよい。
【0037】
多数の実施形態において、第１の開口部２１０は、加圧空気プレナム１４２からの圧縮された空気１９が二次燃焼ゾーン６０に到達する前に通過して燃料と混合される経路をもたらすように機能することができる。図３に示されるように、燃料インジェクタ２００は、第１の開口部２１０内に配置され、端壁２０２間に延在することができる少なくとも１つの燃料注入部材２１２をさらに含むことができる。例示的な実施形態において、燃料注入部材２１２は、端壁２０２間を軸方向に延びてよい。燃料注入部材２１２は、燃料注入部材２１２を貫いて定められた複数の燃料ポート２１４を介して第１の開口部２１０へと燃料を供給するように機能する実質的な中空体であってよい。各々の燃料注入部材２１２は、前端壁２０６に位置する第１の端部から、後端壁２０８に位置する第２の端部まで延びてよい。多数の実施形態において、燃料注入部材２１２は、軸方向Ａに前端壁２０６から後端壁２０８まで真っ直ぐに、すなわち方向を急激に変えることなく延びてよい。
【0038】
図３に示される実施形態において、燃料インジェクタは、開口部２１０内に互いに間隔を空けて位置する２つの燃料注入部材２１２を有するものとして示されている。しかしながら、燃料インジェクタ２００は、第１の開口部２１０内に配置された任意の数（例えば、１つ、３つ、４つ、５つ、６つ、またはそれ以上）の燃料注入部材２１２を有することができ、本開示は、特許請求の範囲に具体的に記載されない限り、燃料注入部材２１２のいかなる特定の数にも限定されない。
【0039】
図３に示されるように、燃料インジェクタ２００は、前端壁２０６と一体に形成された導管継手２２０をさらに含む。導管継手２２０を、燃料供給ライン１０４から燃料の流れを受け取るべく機能するように、燃料供給ライン１０４に流体に関して結合させることができる。これにより、導管継手２２０は、燃料を第１の開口部２１０内に噴出させて、圧縮された空気１９と混合させるために、燃料注入部材２１２および／または側壁燃料注入部材２２２、２２４（図４）の各々に分配することができる。導管継手２２０は、任意の適切なサイズおよび形状を有することができ、導管継手２２０が本明細書に記載のとおりに機能することを可能にする燃料インジェクタ２００の任意の適切な部分と一体に形成されてよく、あるいはそのような部分に結合することができる。
【0040】
多数の実施形態においては、燃料インジェクタ２００の全体が単一の構成要素として一体的に形成されてよい。すなわち、燃料インジェクタ２００の下位構成要素、例えば端壁２０２、側壁２０４、燃料注入部材２１２、および任意の他の下位構成要素の各々を、単一体として一緒に製造することができる。例示的な実施形態においては、燃料インジェクタ２００のこの単一体を、３Ｄ印刷などの付加製造方法を利用することによって製造することができる。この点に関して、付加製造方法を利用して、燃料インジェクタ２００を連続的な金属の単一片として形成することができ、したがって含まれる下位構成要素および／または接合部の数を、これまでの設計と比べて少なくすることができる。付加製造による燃料インジェクタ２００の一体的形成は、全体としての組み立てプロセスを好都合に改善することができる。例えば、一体的形成は、組み立てなければならない別個の部品の数を減らすことにより、関連の時間および全体としての組み立てコストを低減する。さらに、例えば、漏れ、別個の部品間の接合の品質、および全体の性能に関する既存の問題を、好都合に軽減することができる。他の実施形態においては、鋳造または他の適切な技術などの製造技術を使用することができる。
【0041】
図３に示されるように、燃料インジェクタアセンブリ１００は、ボス３００をさらに含むことができる。図４および図５に示されるように、ボス３００は、第１の端部３０２において燃焼ライナ４２に固定に結合することができ、冷却流用環状部１３２を半径方向に貫いて第２の端部３０４に配置されたフランジ部分３０６まで延びることができる。フランジ部分３０６は、ガスタービン１０の稼働中の燃料／空気の漏れの可能性を最小限に抑える燃料インジェクタ２００を漏れがないように結合させるための滑らかな表面を提供するように、実質的に平坦かつ平面状であってよい。多数の実施形態において、ボス３００は、第１の端部３０２とフランジ部分３０６との間に延在するジャケット部分３０８を含むことができる。
【0042】
ボス３００は、第１の開口部２１０に整列し、燃料および空気を二次燃焼ゾーン６０（図４）へと導入するための経路を形成する第２の開口部３１０を定めることができる。例えば、いくつかの実施形態において、第２の開口部３１０および第１の開口部２１０は、共通の中心軸を共有することができる（図４および図５）。この構成において、ボス３００は、燃料インジェクタ２００と二次燃焼ゾーン６０との間の流体の連絡をもたらす。より具体的には、第２の開口部３１０を、ボス３００のフランジ部分３０６およびジャケット部分３０８によって定めることができ、幾何学的なスタジアム、すなわち半円形の端部を有する長方形として形作ることができる。
【0043】
多数の実施形態において、第２の開口部３１０のサイズは、燃焼器１７上の燃料注入アセンブリ１００間で異なってもよい。例えば、第２の開口部３１０は、少なくとも部分的に、二次燃焼ゾーン６０に導入される空気および燃料の流れを計量するように機能するため、いくつかの実施形態においては、燃焼器１７上の燃料注入アセンブリ１００のうちの１つ以上を通って導入される空気および燃料を他よりも多く／少なくすることが好都合となり得る。この差別的な計量を、円周上の所与の位置において二次燃焼ゾーン６０に導入されるべき空気および燃料の所望の量に応じて、少なくとも１つの燃料インジェクタアセンブリ１００の第２の開口部３１０のサイズを少なくとも１つの他の燃料インジェクタアセンブリ１００と比べて変えることによって達成することができる。
【0044】
図４が、燃焼器１７に結合した燃料注入アセンブリ１００の断面図を示している。図４に示されるように、ジャケット部分３０８は、フランジ３０６から冷却流用環状部１３２を通って燃焼ライナ４２まで延びる。多くの実施形態において、ジャケット部分３０８は、冷却流用環状部１３２（図４）を通る圧縮された空気１９の流れに対して妨げを生じる。しかしながら、図３に示されるように、ジャケット部分３０８は、圧縮された空気１９の流れの方向に平行または実質的に平行な長軸を有する幾何学的スタジアムとして形作られている。これにより、好都合なことに、冷却流用環状部１３２における圧縮された空気１９に対する妨げが、例えば円形形状を有するジャケット部分と比べて小さくてすむ一方で、第２の開口部３１０を通って導入されて二次燃焼ゾーン６０に取り込まれる燃料および空気のための適切な面積が、依然としてもたらされる。
【0045】
多数の実施形態において、図示されるように、側壁２０４は、第１の燃料注入部材２２２および第２の燃料注入部材２２４を含むことができる。例えば、第１および第２の燃料注入部材２２２、２２４は、第１の開口部２１０を部分的に定める役割、および燃料インジェクタ２００内での混合のために燃料を複数の燃料ポート２１４を介して注入する役割の両方を果たすように、側壁２０４内に一体的に形成されてよい。さまざまな実施形態において、図示のように、燃料注入部材２１２は、側壁２０４内に定められた第１および第２の燃料注入部材２２２、２２４の間に配置された第３の燃料注入部材２２６および第４の燃料注入部材２２８を含むことができる。
【0046】
４つの燃料注入部材を有する実施形態においては、燃料インジェクタ２００内に６つの注入面が存在し得る。例えば、燃料ポート２１４の単一の列を側壁燃料注入部材２２２、２２４の各々に定め、燃料注入面のうちの２つをもたらすことができる。さらに４つの燃料注入面を、中央に配置された燃料注入部材２２６、２２８上に配置することができる。例えば、燃料注入部材２２６、２２８の各々が、燃料注入部材２２６、２２８の両側に配置された単一列の燃料ポート２１４を有することができ、これにより、４つの燃料注入面がもたらされる。いくつかの実施形態において、第１の燃料注入部材２２２および第２の燃料注入部材２２４は、半径方向内側に延びるにつれてお互いに向かって収束してもよい。このようにして、端壁２０２および側壁２０４によって定められる全体としての幾何学的スタジアムの面積は、燃料インジェクタ２００の半径方向外側の表面から半径方向内側の表面まで徐々に減少する。
【0047】
図４に示されるように、燃料注入部材２２６、２２８の各々は、涙滴形状を定める外側断面形状２４０を有することができる。図示のように、涙滴形状は、前縁２３４と、前縁２３４の反対側の後縁２３６と、壁２３８とを有することを特徴とする。壁２３８は、前縁２３４と後縁２３６との間に延在できる。多数の実施形態において、各々の燃料注入部材２２６、２２８の壁２３８は、複数の燃料注入ポート２１４を定める。少なくとも１つの実施形態においては、燃料注入ポート２１４を一列に配置することができる（図６）。燃料注入部材２２６、２２８は、涙滴形状を定める外側断面形状２４０を有するものとして図４に示されているが、燃料注入部材２２６、２２８の各々は、円形、三角形、ダイヤモンド形状、長方形、または任意の他の適切な断面形状のいずれかを定める外側断面形状を有することができる。
【0048】
図３～図５にまとめて示されるように、燃料注入部材２２６、２２８の外側断面形状２４０は、前端壁２０６から後端壁２０８までの軸方向Ａの延在において形状または向きの突然の変化が存在しないように、軸方向Ａに均一であってよい。このようにして、内部形状は図６～図８に示されるように軸方向Ａに沿って変化してもよいが、外側断面形状２４０は軸方向Ａに均一であってよい。
【0049】
図５が、燃料注入アセンブリ１００の部分断面平面図を示している。図示のように、燃料インジェクタ２００は、内部に定められた燃料回路２５０をさらに含むことができる。図示のように、燃料回路２５０を、導管継手２２０を介して燃料供給ライン１０４に流体に関して結合させることができる。多数の実施形態において、燃料回路２５０は、燃料インジェクタ２００の前端壁２０６内に定められた入口プレナム２５２を含む。入口プレナム２５２は、燃料供給ライン１０４から燃料を受け取り、側壁燃料注入部材２２２、２２４および／または燃料注入部材２２６、２２８内に定められた１つ以上の燃料通路２５４に分配することができる。いくつかの実施形態においては、図５に示されるように、燃料通路２５４の各々が、入口燃料プレナム２５２から軸方向Ａに沿って後端壁２０８まで直接延びることができる。多数の実施形態において、燃料通路２５４の各々は、互いに平行であってよい。
【0050】
図５に示されるように、複数の燃料ポート２１４を、側壁燃料注入部材２２２、２２４および／または燃料注入部材２２６、２２８に定めることができ、燃料を二次燃焼ゾーン６０に進入する前に圧縮された空気１９と混合されるように第１の開口部２１０へと供給するために、それぞれの燃料通路２５４に流体に関して連絡させることができる。例えば、多数の実施形態において、複数の燃料ポート２１４の各々の燃料ポート２１４は、それぞれの燃料通路２５４と開口部２１０との間に延在することができる。
【0051】
図６～図８が、本開示の実施形態による燃料注入部材２６０を示す燃料インジェクタ２００の断面側面図を示している。図６～図８に示される燃料注入部材２６０は、本明細書で説明する側壁燃料注入部材２２２、２２４および／または燃料注入部材２２６、２２８のいずれかまたは両方を代表することができる。図示のように、注入部材２６０は、第１の開口部２１０内に配置され、端壁２０２の間を軸方向に延びる。
【0052】
本明細書において説明されるとおり、燃料インジェクタ２００は、入口プレナム２５２および燃料通路２５４を有する燃料回路２５０をさらに定めることができる。多数の実施形態において、入口プレナム２５２を、燃料インジェクタ２００の前端壁２０６内に定めることができる。燃料通路２５４は、燃料注入部材２６０内で入口プレナム２５２から直接延び、後端壁２０８の近くで終わることができる。多数の実施形態において、入口燃料プレナム２５２からの燃料は、燃料注入部材２６０に沿って配置された複数の燃料ポート２１４を介して開口部２１０に注入されるように、燃料通路２５４に流入することができる。いくつかの実施形態において、燃料通路２５４は、後端壁２０８内で終わってもよい。他の実施形態において、燃料通路２５４は、後端壁２０８の前方で終わってもよい。
【0053】
多くの実施形態において、燃料通路２５４は、燃料注入部材２６０の軸方向長さ２５６に沿って変化する断面積を有することができる。具体的には、図示されるように、半径方向高さ２５８、すなわち半径方向に測定された燃料通路２５４の幅が、通路が軸方向Ａの長さに沿って延びるにつれて変化してよく、これによって燃料通路２５４の全体的な断面積が減少する。いくつかの実施形態において、燃料通路２６０は、燃料通路２５４の半径方向内側および半径方向外側の流れ境界をそれぞれ定める半径方向内縁２６２および半径方向外縁２６４を含むことができる。
【0054】
図６に示される実施形態において、半径方向外縁２６４は、軸方向Ａに沿って燃料注入部材２６０の前縁２３４におおむね平行な直線であってよい。流路２５４の半径方向内縁２６２は、通路が軸方向Ａに延びるにつれて半径方向外縁２６４に向かって徐々に先細りになってよい。換言すると、半径方向内縁２６２は、軸方向Ａに延びるにつれて半径方向外縁２６４に向かって徐々にかつ連続的に収束するように、半径方向外縁２６４に向かって傾斜した直線縁（曲線なし）であってよい。この構成においては、流路２５４が前端壁２０６から後端壁２０８まで軸方向Ａに延びるにつれて、半径方向高さ２５８が一定の割合で減少し得る。
【0055】
図６に示される実施形態において、半径方向内縁２６２は、先細りを含むものとして示されており、半径方向外縁２６４は、前縁２３４に平行であるものとして示されている。他の実施形態（図示せず）においては、半径方向外縁２６４が先細りを含んでもよく、半径方向内縁２６２が前縁２３４に平行であってよい。
【0056】
図７に示されるように、燃料通路２５４は、直線部分２６５と、半径方向Ｒに沿った第１の収束部分２６６と、発散部分２６８と、第２の収束部分２７０とを含むことができる。燃料通路２５４の直線部分２６５は、入口プレナム２５２から第１の収束部分２６６まで延びることができ、発散部分２６８は、第１の収束部分２６６から第２の収束部分２７０まで延びることができる。図７に示されるように、直線部分は、燃料通路２５４が半径方向Ａに延びるときに断面積が均一、すなわち一定または不変である燃料通路２５４の一部分であってよい。燃料通路２５４の収束部分２６６、２７０は、燃料通路２５４のうちの燃料通路２５４が軸方向Ａに沿って延びるにつれて断面積が減少する部分であってよい。反対に、発散部分２６８は、燃料通路のうちの燃料通路２５４が軸方向Ａに沿って延びるにつれて通路の断面積が増加する部分であってよい。
【0057】
図７に示されるように、半径方向外縁２６４は、燃料注入部材２６０の軸方向長さ２５６の全体にわたって燃料注入部材２６０の前縁２３４におおむね平行な直線であってよい。図示のように、直線部分２６５において、半径方向外縁２６４および半径方向内縁２６２は、半径方向高さ２５８が直線部分２６５の全体にわたって一定であるように互いに平行であってよい。燃料通路２５４の収束部分２６６、２７０において、半径方向内縁２６２は、弓形であってよく、燃料通路が軸方向Ａに延びるにつれて半径方向外縁２６４に向かって収束でき、これによって燃料通路２５４の半径方向高さ２５８および総断面積を軸方向Ａに沿って減少させる。反対に、燃料通路２５４の発散部分２６８において、半径方向内縁２６２は、弓形であってよく、半径方向外縁２６４から遠ざかるように発散でき、これによって燃料通路２５４の半径方向高さ２５８および総断面積を軸方向Ａに沿って増加させる。
【0058】
図８に示されるように、半径方向外縁２６４は、湾曲部分２７２を含んでもよい。図示のように、半径方向外縁２６４の湾曲部分２７２は、弓形であってよく、燃料通路２５４が軸方向Ａに延びるにつれて半径方向内縁２６２に向かって収束し、次いで半径方向内縁２６２から遠ざかるように発散でき、これによって燃料通路２５４の半径方向高さ２５８および総断面積を軸方向Ａに沿って変化させる。多数の実施形態において、図示のように、湾曲部分２７２は、おおむね放物線状または「Ｕ」字状の形状を有することができる。湾曲部分は、燃料通路２５４が完全に直線状である場合に起こり得る流れの剥離、再循環、および流れの渦を好都合に低減するように機能することができる。
【0059】
図６～図８に示される実施形態において、半径方向内縁２６２が、軸方向Ａに沿って先細りになっており、さらには／あるいは湾曲しているものとして示されている一方で、半径方向外縁は、おおむね直線状であり、あるいは大部分がおおむね直線状である。しかしながら、他の実施形態（図示せず）においては、半径方向内縁２６２が直線状または大部分において直線状である一方で、半径方向外縁２６４が軸方向Ａに沿って湾曲するように、縁の形状を入れ替えることも可能である。
【0060】
図６～図８に示され、本明細書において説明されるように、燃料通路２５４は、燃料注入部材２６０内に定められてよく、軸方向Ａにおいて変化する断面を有することができる。しかしながら、いくつかの実施形態においては涙滴として形作られてよい外側断面形状２４０は、燃料インジェクタ２６０が軸方向に延びるにつれて一定、均一、かつ／または不変であってよい。本明細書において説明される付加製造方法などの製造方法の進歩により、燃料注入部材２６０間の均一な空気の流れにとって重要な一定の外側断面形状２４０を維持しつつ、燃料注入部材２６０内の複雑かつ変化する燃料通路２５４が可能になる。
【0061】
図９～図１２が、本開示の実施形態による燃料インジェクタ２００について、半径方向Ｒに沿って燃料インジェクタ２００の半径方向外側から見た平面図を示している。図示のとおり、燃料インジェクタ２００は、単一の燃料注入部材２６０のみを含む。図９～図１２に示される燃料注入部材２６０の特徴を、側壁燃料注入部材２２２、２２４および／または燃料注入部材２２６、２２８などの本明細書に記載の燃料注入部材のいずれにも取り入れることができることを、理解できるだろう。図９～図１２に示されるように、燃料インジェクタ２００は、燃焼器の円周方向Ｃに対して接線方向であり、半径方向Ｒおよび軸方向Ａの両方に対して垂直である横方向Ｔを含むことができる。
【0062】
図９に示される実施形態において、燃料通路２５４は、横方向Ｔに沿って収束部分２７４および発散部分２７６をさらに含むことができる。図示のように、燃料注入部材２６０の両側の壁２３８は、燃料通路２５４を通って移動する燃料について横方向Ｔにおける流れ境界を形成する対向して位置する内面２７８、２８０を含むことができる。燃料通路２５４の収束部分２７４において、内面２７８、２８０は、弓形であってよく、燃料通路２５４が軸方向Ａに延びるにつれてお互いに向かって収束でき、これによって燃料通路２５４の横方向長さ２８２および総断面積が軸方向Ａに沿って減少する。
【0063】
反対に、発散部分２７６において、内面２７８、２８０は、弓形であってよく、燃料通路２５４が軸方向Ａに延びるにつれてお互いから遠ざかるように発散でき、これによって燃料通路２５４の横方向長さ２８２および総断面積が軸方向Ａに沿って増加する。燃料通路２５４内の横方向長さ２８２を変化させることで、燃料通路における燃料の流れの剥離、再循環、および流れの渦を好都合に低減することができる。
【0064】
図１１および図１２に示される実施形態などの他の実施形態において、第１および第２の内面２７８、２８０は、横方向長さ２８２が軸方向に均一であるように直線状であってよい。このようにして、特定の実施形態において、燃料通路２５４は、半径方向長さのみ、横方向長さのみ、あるいは半径方向長さおよび横方向長さの両方において変化してもよい。
【0065】
図１０に示される実施形態において、燃料通路２５４は、軸方向において横方向長さ２８２が一定の割合で減少するように、入口プレナム２５２から軸方向に延びるにつれて収束でき、あるいは先細りであってよい。図示のように、燃料注入部材２６０の両側の壁２３８は、燃料通路２５４を通って移動する燃料について横方向Ｔにおける流れ境界を形成する対向して位置する内面２７８、２８０を含むことができる。図１０に示される実施形態において、内面２７８、２８０は、一定の割合でお互いに向かって先細りになってよく、これによって燃料通路２５４の横方向長さ２８２および総断面積を軸方向Ａに沿って減少させることができる。燃料通路２５４内の横方向長さ２８２を徐々に減少させることで、燃料通路における燃料の流れの剥離、再循環、および流れの渦を好都合に低減することができる。
【0066】
図９および図１０に示されるように、複数の燃料ポート２１４の各々を、燃料注入部材２６０の壁２３８内に定めることができる。より具体的には、複数の燃料ポート２１４の各々の燃料ポート２１４は、壁２３８のそれぞれの内面２７８、２８０と壁２３８のそれぞれの外面２８８、２９０との間に延在できる。
【0067】
図１１に示されるように、複数の燃料ポート２１４の各々は、面取りされた入口２８６を含むことができる。面取りされた入口２８６は、燃料ポート２１４が、入口における第１の直径２９２から、燃料ポート２１４の入口と出口との間に配置された移行点２９６における第２の直径２９４へと徐々に先細りになるように、円錐形とされてよい。図１１に示されるように、第１の直径２９２は第２の直径２９４よりも大きくてよい。移行点２９６において、燃料ポート２１４の各々は、第２の直径が移行点２９６から燃料ポート２１４の出口まで一定であるように、円錐形から円柱形に移行することができる。面取りされた入口２８６を有する燃料ポート２１４を利用することにより、第１の開口部２１０内のより均一な燃料の分布を好都合にもたらすことができ、二次燃焼室６０に進入する燃料および空気のより均一な混合を可能にすることができる。本明細書において説明されるとおり、均一に混合された燃料／空気混合物は、ガスタービン１０の全体的な性能を高めることができる。
【0068】
図１２に示されるように、複数の燃料ポート２１４の各々は、丸みを帯びた入口２８７を含むことができる。例えば、各々の燃料ポート２１４の丸みを帯びた入口２８７は、燃料ポート２１４が、入口における第１の直径２９３から、燃料ポート２１４の入口と出口との間に配置された移行点２９７における第２の直径２９５へと徐々に先細りになるように、おおむね凸状であってよく、あるいは他のやり方で丸みを帯びてよい。図１２に示されるように、第１の直径２９３は第２の直径２９５よりも大きくてよい。移行点２９７において、燃料ポート２１４の各々は、第２の直径２９５が移行点２９７から燃料ポート２１４の出口まで一定であるように、丸みを帯びた形状から円柱形に移行することができる。丸みを帯びた入口２８７を有する燃料ポート２１４を利用することにより、第１の開口部２１０内のより均一な燃料の分布を好都合にもたらすことができ、二次燃焼室６０に進入する燃料および空気のより均一な混合を可能にすることができる。本明細書において説明されるとおり、均一に混合された燃料／空気混合物は、ガスタービン１０の全体的な性能を高めることができる。
【0069】
本明細書に開示されるとおり、例えば均一な断面積を有する燃料通路を有するのではなく、燃料注入部材２６０の長さに沿って燃料通路２５４の断面積を変化させることにより、燃料通路２５４を通って移動する燃料の再循環、流れの剥離、および流れの渦が好都合に最小化される。この断面の変化は、燃料ポート２１４による均等な燃料の分配をもたらす。均等な燃料の分配により、燃料インジェクタ２００内の燃料および空気の混合が向上し、したがってガスタービン１０の全体的な動作効率が向上する。さらに、燃料通路２５４の断面積を特定の部分において減少させることにより、燃料に燃料注入部材２６０の全長にわたってはるかに均一な圧力を持たせることが可能になる。例えば、燃料ポート２１４の各々における圧力の損失が存在するが、燃料通路２５４の断面積の減少が燃料の圧力を高め、燃料ポート２１４によって引き起こされる低下を補償する。
【0070】
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、あらゆる装置またはシステムの製作および使用なら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、当業者であれば想到できる他の実施例を含むことができる。そのような他の実施例は、特許請求の範囲の文言から相違しない構造要素を含む場合や、特許請求の範囲の文言から実質的には相違しない同等の構造要素を含む場合に、特許請求の範囲の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【0071】
１０ ガスタービン
１２ 入口セクション
１４ 圧縮機セクション
１５ 空気
１６ 燃焼器セクション
１７ 燃焼器
１８ タービンセクション
１９ 加圧された空気
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
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
４２ 燃焼ライナ
４４ 外側スリーブ
４６ 一次燃料／空気混合物
５０ 一次燃焼ゾーン
５６ 第２の燃料／空気混合物、二次燃料／空気混合物
６０ 二次燃焼ゾーン、二次燃焼室
７０ 中心線
７５ 長手軸
１００ 燃料インジェクタアセンブリ、燃料注入アセンブリ
１０４ 燃料供給ライン
１１８ 後端部
１２０ ヘッドエンド部分
１２２ 燃料ノズル
１２４ 燃料入口
１２６ 端部カバー
１２８ 燃焼器キャップ
１３０ 前部ケーシング
１３２ 冷却流用環状部
１４０ 圧縮機吐出ケース
１４２ 加圧空気プレナム
１５４ 燃料入口
２００ 燃料インジェクタ
２０２ 端壁
２０４ 側壁
２０６ 前端壁
２０８ 後端壁
２１０ 開口部
２１２ 燃料注入部材
２１４ 燃料注入ポート
２２０ 導管継手
２２２ 第１の側壁燃料注入部材
２２４ 第２の側壁燃料注入部材
２２６ 第３の燃料注入部材
２２８ 第４の燃料注入部材
２３４ 前縁
２３６ 後縁
２３８ 壁
２４０ 外側断面形状
２５０ 燃料回路
２５２ 入口燃料プレナム
２５４ 燃料通路、流路
２５６ 軸方向長さ
２５８ 半径方向高さ
２６０ 燃料注入部材、燃料インジェクタ
２６２ 半径方向内縁
２６４ 半径方向外縁
２６５ 直線部分
２６６ 第１の収束部分
２６８ 発散部分
２７０ 第２の収束部分
２７２ 湾曲部分
２７４ 収束部分
２７６ 発散部分
２７８ 内面
２８０ 内面
２８２ 横方向長さ
２８６ 面取りされた入口
２８７ 丸みを帯びた入口
２８８ 外面
２９０ 外面
２９２ 第１の直径
２９３ 第１の直径
２９４ 第２の直径
２９５ 第２の直径
２９６ 移行点
２９７ 移行点
３００ ボス
３０２ 第１の端部
３０４ 第２の端部
３０６ フランジ部分
３０８ ジャケット部分
３１０ 第２の開口部
１２ 入口セクション
１４ 圧縮機セクション
１５ 空気
１６ 燃焼器セクション
１７ 燃焼器
１８ タービンセクション
１９ 加圧された空気
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
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
４２ 燃焼ライナ
４４ 外側スリーブ
４６ 一次燃料／空気混合物
５０ 一次燃焼ゾーン
５６ 第２の燃料／空気混合物、二次燃料／空気混合物
６０ 二次燃焼ゾーン、二次燃焼室
７０ 中心線
７５ 長手軸
１００ 燃料インジェクタアセンブリ、燃料注入アセンブリ
１０４ 燃料供給ライン
１１８ 後端部
１２０ ヘッドエンド部分
１２２ 燃料ノズル
１２４ 燃料入口
１２６ 端部カバー
１２８ 燃焼器キャップ
１３０ 前部ケーシング
１３２ 冷却流用環状部
１４０ 圧縮機吐出ケース
１４２ 加圧空気プレナム
１５４ 燃料入口
２００ 燃料インジェクタ
２０２ 端壁
２０４ 側壁
２０６ 前端壁
２０８ 後端壁
２１０ 開口部
２１２ 燃料注入部材
２１４ 燃料注入ポート
２２０ 導管継手
２２２ 第１の側壁燃料注入部材
２２４ 第２の側壁燃料注入部材
２２６ 第３の燃料注入部材
２２８ 第４の燃料注入部材
２３４ 前縁
２３６ 後縁
２３８ 壁
２４０ 外側断面形状
２５０ 燃料回路
２５２ 入口燃料プレナム
２５４ 燃料通路、流路
２５６ 軸方向長さ
２５８ 半径方向高さ
２６０ 燃料注入部材、燃料インジェクタ
２６２ 半径方向内縁
２６４ 半径方向外縁
２６５ 直線部分
２６６ 第１の収束部分
２６８ 発散部分
２７０ 第２の収束部分
２７２ 湾曲部分
２７４ 収束部分
２７６ 発散部分
２７８ 内面
２８０ 内面
２８２ 横方向長さ
２８６ 面取りされた入口
２８７ 丸みを帯びた入口
２８８ 外面
２９０ 外面
２９２ 第１の直径
２９３ 第１の直径
２９４ 第２の直径
２９５ 第２の直径
２９６ 移行点
２９７ 移行点
３００ ボス
３０２ 第１の端部
３０４ 第２の端部
３０６ フランジ部分
３０８ ジャケット部分
３１０ 第２の開口部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【外国語明細書】