KR102345180B1

KR102345180B1 - 세그먼트화 환형 연소 시스템을 위한 연료 분사 모듈

Info

Publication number: KR102345180B1
Application number: KR1020187030443A
Authority: KR
Inventors: 조나단 드와이트 베리; 마이클 존 휴스; 제임스 스캇 플래너건
Original assignee: 제네럴 일렉트릭 컴퍼니
Priority date: 2016-03-25
Filing date: 2017-03-23
Publication date: 2021-12-31
Anticipated expiration: 2037-03-23
Also published as: JP2019509458A; EP3433540A1; WO2017165581A1; CN108779920B; JP6920018B2; US20170276360A1; CN108779920A; KR20180126536A; US11428413B2; EP3433540B1

Abstract

본 개시는 세그먼트화 환형 연소 시스템을 위한 연료 분사 모듈에 관한 것이다. 연료 분사 모듈은 하우징 본체, 연료 노즐 부분 및 적어도 하나의 연료 분사 랜스를 포함한다. 연료 노즐 부분은 하우징 본체 내의 연료 노즐 플리넘에 유동적으로 커플링되고, 적어도 하나의 연료 분사 랜스는 하우징 본체 내의 인젝터 연료 플리넘에 유동적으로 커플링된다. 몇몇 경우에, 연료 노즐 부분은 하나 이상의 튜브의 서브셋을 갖는 번들형 튜브 연료 노즐이다. 연료 분사 랜스는 하우징 본체의 반경방향 측면을 따라 또는 2개의 튜브의 서브셋 사이에 둘레방향으로 위치 설정된다. 액체 연료 카트리지가 연료 노즐 부분, 연료 분사 랜스 또는 이들 양자 모두를 통해 연장된다.

Description

세그먼트화 환형 연소 시스템을 위한 연료 분사 모듈

연방 후원 연구 또는 개발에 관한 설명

본 발명은 미 에너지부(United States Department of Energy)가 수여한 계약 번호 DE-FE0023965에 따른 정부 지원으로 이루어졌다. 미 정부는 본 발명에 대하여 소정 권리를 갖는다.

관련 출원에 대한 교차 참조

본 출원은 2016년 3월 25일자로 출원된 미국 가출원 제62/313,258호에 대한 우선권을 주장하는 정규 출원이며, 상기 가출원은 참조에 의해 여기에 포함된다.

기술분야

여기에 개시된 보호대상은 가스 터빈을 위한 세그먼트화 환형 연소 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시는 가스 터빈을 위한 세그먼트화 환형 연소 시스템용 연료 분사 모듈에 관한 것이다.

산업용 가스 터빈 연소 시스템은 통상 탄화수소를 연소하여, 질소 산화물(NOx) 및 일산화탄소(CO)와 같은 공기 오염 배출물을 생성한다. 가스 터빈 내에서의 분자 질소의 산화는 연소기에 위치하는 가스의 온도와 연소기 내의 최고 온도 영역에 위치하는 반응물의 잔류 시간에 좌우된다. 이에 따라, 가스 터빈에 의해 생성되는 NOx의 양은 연소기 온도를 NOx가 생성되는 온도 미만으로 유지하거나, 연소기 내에서의 반응물의 잔류 시간을 제한하는 것에 의해 감소되거나 제어될 수 있다.

연소기의 온도를 제어하는 한가지 해법은 연료와 공기를 예혼합하여 연소 이전에 연료-공기 혼합물을 형성하는 것을 포함한다. 이러한 해법은, 제1 연료-공기 혼합물이 연소기의 제1 또는 주 연소 구역에 분사되고 점화되어 고에너지 연소 가스의 메인 흐름을 생성하고, 제2 연료-공기 혼합물이 복수 개의 반경방향으로 배향되고 둘레방향으로 이격된 연료 인젝터 또는 주 연소 구역으로부터 하류에 위치 설정된 축방향 단계식 연료 인젝터를 통해 고에너지 연소 가스의 메인 흐름으로 분사되고 이 메인 흐름과 혼합되는 연료 인젝터의 축방향 단계화를 포함할 수 있다. 제2 연소 구역으로의 제2 연료-공기 혼합물의 분사는 이따금 “제트인 크로스플로우(jet-in-crossflow)”구성이라고 한다.

축방향 단계식 분사는 이용 가능한 연료의 완전 연소 가능성을 증가시키고, 이는 결국에는 공기 오염 배출물을 감소시킨다. 그러나, 종래의 축방향 단계식 연료 분사 연소 시스템의 경우에는, 가스 터빈의 작동 범위 전체에 걸쳐 배출물 컴플라이언스를 유지하면서 기류를, 냉각을 위한 다양한 연소기 구성요소, 제1 연료-공기 혼합물을 위한 연소기의 헤드 단부 및/또는 제2 연료-공기 혼합물을 위한 축방향 단계식 연료 인젝터와 밸런스를 맞추는 데 있어서 다양한 과제가 있다. 따라서, 축방향 단계식 연료 분사를 포함하는 향상된 가스 터빈 연소 시스템이 업계에서 유용할 것이다.

양태 및 장점이 아래의 설명에서 기술될 수도 있고, 아래의 설명으로부터 명백해질 수도 있으며, 실시를 통해 습득될 수도 있다.

본 개시의 다양한 실시예는 세그먼트화 환형 연소 시스템에 관한 것이다. 세그먼트화 환형 연소 시스템은 연료 노즐 부분과 하나 이상의 연료 분사 랜스 모두를 갖는 연료 분사 모듈의 환형 어레이를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 연료 노즐 부분은 하우징 본체에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이는 복수 개의 튜브를 포함하는 번들형 튜브 연료 노즐 부분이다. 각각의 튜브는 하우징 본체 내에 획정되는 연료 노즐 플리넘을 통해 축방향으로 연장되고, 하나 이상의 연료 포트(구멍)를 포함하는데, 이들 연료 포트는 연료가 연료 노즐 플리넘으로부터 튜브의 유입 단부에 진입하는 공기와 연료를 혼합하는 대응하는 튜브로 흐르게 할 수 있다. 하나 이상의 연료 플리넘은 축방향으로, 반경방향으로 또는 몇몇 다른 구성으로 배열될 수 있고, 개별 튜브(또는 튜브의 서브셋)의 연료 포트(들)는 하나 이상의 축방향 평면에 위치할 수 있다.

다양한 실시예에서, 복수 개의 연료 분사 랜스가 하우징 내에 획정된 인젝터 플리넘에 유동적으로 커플링된다. 특정 실시예에서, 단일 연료 분사 모듈의 연료 분사 랜스 모두는 하우징 본체의 하나의 반경방향 측부를 따라 위치 설정된다.

일실시예에서, 각각의 연료 분사 모듈에 있는 번들형 튜브 연료 노즐 부분의 복수 개의 튜브는 튜브의 제1 서브셋과 튜브의 제2 서브셋으로 세분된다. 연료 분사 랜스는 튜브의 제1 서브셋과 튜브의 제2 서브셋 사이에서 둘레방향으로 위치 설정된다.

훌라 또는 스프링 타입 시일과 같은 시일이 하우징 본체의 하나 이상의 측부를 따라 위치 설정될 수 있다. 시일은 2개의 둘레방향으로 인접하거나 반경방향으로 인접한 연료 분사 모듈 사이에 유체 시일을 형성한다. 다른 실시예에서는, 스플라인 타입 시일이 하우징 본체의 외주부를 적어도 부분적으로 둘러쌀 수 있다.

특정 실시예에서, 번들형 튜브 연료 노즐 부분과 연료 분사 랜스는 세그먼트화 환형 연소 시스템의 상류 단부로부터 연료를 공급받는다. 예컨대, 번들형 튜브 연료 노즐 부분과 연료 분사 랜스는 단부 커버로부터 연료를 공급받을 수 있다. 대안으로서, 번들형 튜브 연료 노즐 및/또는 연료 분사 랜스는 연료 분사 모듈의 반경방향 외측의 연료 매니폴드로부터 또는 일부 다른 위치로부터 연료를 공급받을 수 있다.

특정 실시예에서, 각각의 연료 분사 랜스는 각각의 연료 분사 패널 내에 획정된 예혼합 채널 내로 연장되고/연장되거나 연료를 공급하며, 예혼합 채널은 연료 분사 패널의 제1 측벽과 제2 측벽 중 어느 하나에 유출구를 갖는다. 일실시예에서, 예혼합 채널은 단일 측벽을 따라 유출구를 갖는다. 다른 실시예에서, 예혼합 채널은 각각의 유출구가 위치하는 측벽에 기초하여 압력측 예혼합 채널과 흡입측 예혼합 채널로 분류될 수 있다. 이와 같이, 제2 가연성 연료 및 공기 혼합물이 연료 분사 패널의 어느 하나의 측벽 또는 2개의 측벽 모두로부터 부 연소 구역으로 분사될 수 있으며, 부 연소 구역은 각각의 연료 분사 모듈 또는 모듈들의 (번들형 튜브) 연료 노즐 부분에 의해 생성된 플레임(flame)의 하류에 위치한다.

적어도 2개의 연료 회로(하나는 연료 노즐 부분을 위한 것이고 다른 하나는 연료 분사 랜스를 위한 것임)는 각각의 연료 분사 패널에 대한 유체 연통을 제공한다. 일실시예에서, 연료 회로는, 연료 분사 랜스를 위한 연료가 내측 튜브와 외측 튜브 사이에서 도관 내에 형성된 반경방향 최외측 회로를 통해 이송되고, 연료 분사 모듈의 연료 노즐 부분을 위한 연료가 내측 튜브에 의해 적어도 부분적으로 획정되는 내측 회로를 통해 이송되는, 튜브 내 튜브 구성을 갖는 도관 내에 획정된다. 대안으로서, 내측 튜브와 그 대응하는 연료 회로는 연료 분사 랜스에 연료를 전달할 수 있고, 외측 튜브와 그 대응하는 연료 회로는 연료 노즐 부분에 연료를 전달할 수 있다. 다른 실시예에서, 별개의 연료 도관이 채용될 수 있다. 특정 실시예에서, 적어도 2개의 연료 회로는 액체 연료 공급부에 연결된 액체 연료 회로와, 가스상 연료 공급부에 유동적으로 커플링된 가스상 연료 회로를 포함할 수 있다.

특정 실시예에서, 연료 분사 모듈 각각 또는 그 일부는 적어도 하나의 점화기도 또한 포함할 수 있다. 점화기는 각각의 번들형 튜브 연료 노즐의 각각의 후방 플레이트 내에 중앙에 위치할 수도 있고, 몇몇 다른 위치에 위치할 수도 있다. 각각의 점화기의 점화는 연료 분사 모듈의 번들형 튜브 연료 노즐 부분으로부터 흐르는 제1 연료와 공기 예혼합물을 점화한다.

일실시예에서, 점화기는 연료 분사 모듈 모두보다 적은 연료 분사 모듈에 마련될 수 있다. 특정 실시예에서, 연료 분사 패널 중 하나 이상은 둘레방향으로 인접한 주 연소 구역 및/또는 부 연소 구역 간의 유체 연통을 제공하는 크로스 파이어(cross-fire) 튜브를 포함하거나 획정할 수 있다. 이에 따라, 점화기(들)가 점화할 때에 플레임이 크로스 파이어 튜브를 통해 전체 환형 연소 시스템 주위로 둘레방향으로 전파될 수 있다.

당업자라면, 본 명세서를 검토해 보면 상기한 실시예의 피쳐(feature) 및 양태와 다른 피쳐 및 양태를 보다 잘 이해할 것이다.

출원 시에 알려진 최상의 모드를 포함하는 다양한 실시예의 완전하고 가능한 개시가 첨부도면을 참고하여, 명세서의 나머지 부분에서보다 구체적으로 설명된다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시예를 포함할 수 있는 예시적인 가스 터빈의 기능 블럭다이어그램이고,
도 2는 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 따른, 가스 터빈의 예시적인 연소 섹션의 상류측 도면이며,
도 3은 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 따른, 예시적인 세그먼트화 환형 연소 시스템의 일부의 압력측의 부분 분해 사시도이고,
도 4는 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 따른, 예시적인 세그먼트화 환형 연소 시스템의 일부의 흡입측의 부분 분해 사시도이고,
도 5는 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 따른, 예시적인 연소기 노즐과, 대응하는 연료 분사 모듈의 압력측의 단면도이며,
도 6은 본 개시의 일실시예에 따른 도 5의 선 6-6을 따라 취한 연소기 노즐의 단면 사시도이고,
도 7은 본 개시의 일실시예에 따른 도 5의 선 7-7을 따라 취한 연소기 노즐의 단면 사시도이며,
도 8은 적어도 하나의 실시예에 따른, 도 5의 선 8-8을 따라 취한 연소기 노즐의 단면도이고,
도 9는 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 따른, 예시적인 연소기 노즐의 하류측 단면 사시도이며,
도 10는 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 따른, 도 9에 도시한 바와 같은 예시적인 연료 분사 패널의 일부의 확대도이고,
도 11은 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 따른, 예시적인 연료 분사 랜스를 지닌 예시적인 연료 분사 패널의 일부의 오버헤드(뒤집힌) 단면도이며,
도 12는 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 따른, 한 쌍의 예시적인 연료 분사 랜스를 지닌 예시적인 연료 분사 패널의 일부의 오버헤드(뒤집힌) 단면도이고,
도 13은 본 개시의 일실시예에 따른, 예시적인 연소기 노즐의 일부 내로 삽입되는 예시적인 연료 분사 모듈의 하류측 사시도이며,
도 14는 본 개시의 일실시예에 따른, 도 13에 도시한 바와 같은 연료 분사 모듈의 상류측 사시도이고,
도 15는 본 개시의 다른 실시예에 따른, 연료 분사 모듈의 상류측 사시도이며,
도 16은 본 개시의 다른 실시예에 따른, 대안의 연료 분사 모듈의 상류측 사시도이고,
도 17은 본 개시의 일실시예에 따른, 둘레방향으로 인접한 3개의 연소기 노즐에 장착되는 (도 15에 도시한 바와 같은) 3개의 연료 분사 모듈의 하류측 사시도이며,
도 18은 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 따른, 도 17에 도시한 바와 같은 연료 분사 모듈과 연료 분사 패널의 일부를 포함하는 일체형 연소기 노즐의 일부의 단면 평면도이고,
도 19는 본 개시의 일실시예에 따른, 예시적인 연소기 노즐에 설치된, 도 15에 예시된 연료 분사 모듈의 실시예의 측단면도이며,
도 20은 본 개시의 적어도 일실시예에 따른, 한 쌍의 둘레방향으로 인접한 연소기 노즐과 한 쌍의 반경방향으로 장착된 연료 분사 모듈을 포함하는 예시적인 세그먼트화 환형 연소 시스템의 일부의 하류측 사시도이고,
도 21은 도 20의 연소기 노즐에 포함된 것으로 도시된, 크로스 파이어 튜브의 일부의 사시도이며,
도 22는 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 따른, 예시적인 연료 분사 모듈의 하류측 사시도이고,
도 23은 본 개시의 적어도 일실시예에 따른, 가스 연료와 액체 연료 공정 모두를 위해 구성된 예시적인 연료 분사 모듈의 측단면도이며,
도 24는 본 개시의 일실시예에 따른, 도 23에 도시한 바와 같은 연료 분사 모듈의 일부의 단면도이고,
도 25는 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 따른, 예시적인 연료 분사 랜스를 지닌, 도 17에 도시한 예시적인 연료 분사 패널의 일부의 뒤집힌 단면도이며,
도 26은 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 따른, 예시적인 연소기 노즐의 저부 측부 사시도이고,
도 27은 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 따른, 예시적인 연소기 노즐의 분해 사시도이며,
도 28은 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 따른, 도 27에 분해도로 도시한 바와 같은 3개의 조립된 예시적인 연소기 노즐의 평면도이고,
도 29는 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 따른, 도 27에 분해도로 도시한 바와 같은 연소기 노즐이 조립된 상태의 저부도이며,
도 30은 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 따른, 도 29에 도시한 바와 같은 예시적인 연소기 노즐의 제1(반경방향 외측) 부분의 확대도이고,
도 31은 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 따른, 도 29에 도시한 바와 같은 예시적인 연소기 노즐의 제2(반경방향 내측) 부분의 확대도이며,
도 32는 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 따른, 연소기 노즐의 내측 라이너 세그먼트 또는 외측 라이너 세그먼트의 일부를 보여주는 도면이고,
도 33는 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 따른, 연소기 노즐의 내측 라이너 세그먼트 또는 외측 라이너 세그먼트의 일부를 보여주는 도면이며,
도 34는 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 따른, 예시적인 세그먼트화 환형 연소 시스템의 일부의 흡입측의 사시도이고,
도 35는 본 개시의 일실시예에 따른, 도 34에 도시한 바와 같은 연소기 노즐의 일부의 저부 사시도이며,
도 36은 본 개시의 일실시예에 따른, 세그먼트화 환형 연소 시스템 내에 장착된 예시적인 연소기 노즐의 측단면도이고,
도 37은 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 따른, 한 쌍의 둘레방향으로 인접한 이중 벨로우즈 시일의 사시도이며,
도 38은 본 개시의 일실시예에 따른, 예시적인 연소기 노즐의 압력측 사시도이고,
도 39는 본 개시의 일실시예에 따른, 도 38에 도시한 바와 같은 연료기 노즐의 일부의 단면 사시도이며,
도 40은 본 개시의 일실시예에 따른, 세그먼트화 환형 연소 시스템의 일부의 사시도이고,
도 41은 본 개시의 일실시예에 따른, 도 40에 도시한 세그먼트화 환형 연소 시스템의 일부의 측단면도이며,
도 42는 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 따른, 테논 장착부 내에 장착된 예시적인 테논의 하류측 단면 사시도이다.

이제, 본 개시의 다양한 실시예 - 이들 실시예의 하나 이상의 예가 도면에 도시되어 있음 - 를 상세히 참고하겠다. 상세한 설명은 도면의 피쳐를 인용하기 위해 숫자 및 문자를 이용한다. 도면 및 설명에서 비슷하거나 유사한 부호는 본 개시의 비슷하거나 유사한 부분을 인용하는 데 사용되었다.

여기에서 사용되는 “제1”, “제2” 및 “제3”이라는 용어는 구성요소들을 서로 구별하기 위해 호환가능하게 사용될 수 있으며, 개별 구성요소들의 위치 또는 중요성을 나타내려고 하는 것은 아니다. “상류” 및 “하류”라는 용어는 유로에서의 유체 흐름에 대한 상대적인 방향을 일컫는다. 예컨대, “상류”는 유체가 흘러나오는 방향을 일컫고, “하류”는 유체가 흘러나가는 방향을 일컫는다. “반경방향으로”라는 용어는 특정 구성요소의 축방향 중심선에 거의 수직한 상대적인 방향을 일컫고, “축방향으로”라는 용어는 특정 구성요소의 축방향 중심선과 거의 평행한 및/또는 동축인 상대적인 방향을 일컬으며, “둘레방향으로”라는 용어는 특정 구성요소의 축방향 중심선 주위로 연장되는 상대적인 방향을 일컫는다.

여기에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 기술하기 위한 것이며, 제한하려는 의도는 없다. 여기에서 사용되는 단수 형태는, 문맥상 달리 명시하지 않는 한, 복수 형태도 또한 포함하는 것으로 의도된다. “포함하다” 및/또는 “포함하는”이라는 용어는 본 명세서에서 사용될 때에 언급한 피쳐, 완전체, 단계, 공정, 요소 및/또는 구성요소들의 존재를 특정하지만, 다른 피쳐, 완전체, 단계, 공정, 요소, 구성요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 불가능하게 하지는 않는다는 점이 더 이해될 것이다.

각각의 예는 본 개시를 제한하는 것이 아니라 본 개시를 설명하기 위해 제공된다. 사실상, 본 개시의 범위 또는 사상으로부터 벗어나는 일 없이 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있다는 점이 당업자에게 명백할 것이다. 예컨대, 일실시예의 부분으로서 예시되거나 설명되는 피쳐는 다른 실시예에서 사용되어 또 다른 실시예를 구성할 수 있다. 이에 따라, 본 개시는, 첨부된 청구범위 및 그 등가물의 범위 내에 속하는 한 그러한 수정 및 변형을 포함한다.

본 개시의 예시적인 실시예는 일반적으로 예시를 목적으로 육상 기반 발전용 가스 터빈을 위한 세그먼트화 환형 연소 시스템에 관하여 설명되겠지만, 당업자라면, 본 개시의 실시예는 임의의 타입의 터보기계용 연소기에 적용 가능하며, 청구범위에서 특별히 인용되지 않는 한 육상 기반 발전용 가스 터빈을 위한 환형 연소 시스템으로 제한되는 것이 아니라는 점을 쉽게 이해할 것이다.

이제 도면을 참고하면, 도 1은 예시적인 가스 터빈(10)의 개략도를 예시한다. 가스 터빈(10)은 일반적으로 유입 섹션(12), 유입 섹션(12)의 하류에 배치된 압축기(14), 압축기(14) 하류에 배치된 연소 섹션(16), 연소 섹션(16)의 하류에 배치된 터빈(18) 및 터빈(18)의 하류에 배치된 배기 섹션(20)을 포함한다. 추가로, 가스 터빈(10)은 압축기(14)를 터빈(18)에 커플링하는 하나 이상의 샤프트(22)를 포함할 수 있다.

작동 중에, 공기(24)는 유입 섹션(12)을 통해 압축기(14)로 흐르며, 압축기에서 공기(24)는 점진적으로 압축되어, 연소 섹션(16)에 압축 공기(26)를 제공한다. 압축 공기(26)의 적어도 일부는 연소 섹션(16) 내에서 연료(28)와 혼합되고 연소되어 연소 가스(30)를 생성한다. 연소 가스(30)는 연소 섹션(16)로부터 터빈(18)으로 흐르며, 터빈에서 에너지(운동 및/또는 열)가 연소 가스(30)로부터 로터 블레이드(도시하지 않음)로 전달되고, 이에 따라 샤프트(22)가 회전하게 된다. 기계적 회전 에너지는 그 후 압축기(14)를 구동하고/구동하거나 전력을 생산하는 등의 다양한 목적으로 이용될 수 있다. 터빈(18)을 빠져나오는 연소 가스(30)는 그 후에 배기 섹션(20)을 통해 가스 터빈(10)으로부터 배기될 수 있다.

도 2는 본 개시의 다양한 실시예에 따른, 연소 섹션(16)의 상류측 도면이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 연소 섹션(16)은 외측 또는 압축기 방출 케이싱(32)으로 적어도 부분적으로 둘러싸일 수 있다. 압축기 방출 케이싱(32)은, 연소기(16)의 다양한 구성요소를 적어도 부분적으로 둘러싸는 고압 플리넘(34)을 적어도 부분적으로 획정할 수 있다. 고압 플리넘(34)은 압축기(14)(도 1)로부터 압축 공기(26)를 수용하도록 압축기와 유체 연통될 수 있다. 다양한 실시예에서, 도 2에 도시한 바와 같이, 연소 섹션(16)은 가스 터빈(10)의 축방향 중심선(38) - 가스 터빈 샤프트(22)와 일치할 수 있음 - 주위에 둘레방향으로 배열되는 다수의 일체형 연소기 노즐(100)을 포함하는 세그먼트화 환형 연소 시스템(36)을 포함한다.

도 3은 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 따른, 제1 측면에서 본 세그먼트화 환형 연소 시스템의 일부의 부분 분해 사시도이다. 도 4는 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 따른, 제2 측면에서 본 세그먼트화 환형 연소 시스템(36)의 일부의 부분 분해 사시도이다. 도 2, 도 3 및 도 4에 전체적으로 도시한 바와 같이, 세그먼트화 환형 연소 시스템(36)은 복수 개의 일체형 연소기 노즐(100)을 포함한다. 여기에서 더 설명하는 바와 같이 각각의 연소기 노즐(100)은 제1 측벽 및 제2 측벽을 포함한다. 특정 실시예에서, 하류 터빈 노즐(120)의 대응하는 압력측 및 흡입측과 측벽의 일체화에 기초하여 제1 측벽은 압력측 벽이고, 제2 측벽은 흡입측 벽이다. 여기에서 압력측 벽 및 흡입측 벽에 대한 임의의 인용은 특정 실시예를 대표하며, 그러한 인용은 설명을 용이하게 하기 위함이며, 그러한 인용은 특정 문맥이 달리 나타내지 않는 한, 임의의 실시예의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않는다.

도 3 및 도 4에 전체적으로 나타낸 바와 같이, 각각의 둘레방향으로 인접한 연소기(100) 노즐 쌍은 노즐 사이에 각각의 주 연소 구역(102)과 각각의 부 연소 구역(104)을 획정하고, 이에 의해 주 연소 구역(102)과 부 연소 구역(104)의 환형 어레이를 형성한다. 주 연소 구역(102)과 부 연소 구역(104)은 유체 분사 패널(110)에 의해 인접한 주 연소 구역(102)과 부 연소 구역(104)으로부터 각각 둘레방향으로 분리되거나 유동적으로 격리된다.

도 3 및 도 4에 전체적으로 나타낸 바와 같이, 각각의 연소기 노즐(100)은 내측 라이너 세그먼트(106), 외측 라이너 세그먼트(108) 및 내측 라이너 세그먼트(106)와 외측 라이너 세그먼트(108) 사이에서 연장되는 중공형 또는 반중공형 연료 분사 패널(110)을 포함한다. 1개보다 많은(예컨대, 2개, 3개, 4개 이상) 연료 분사 패널(110)이 내측 라이너 세그먼트(106)와 외측 라이너 세그먼트(108) 사이에 위치 설정될 수 있고, 이에 의해 실링을 요구하는 인접한 라이너 세그먼트들 사이의 조인트의 개수를 저감할 수 있다. 2 : 1의 라이너 세그먼트 대 연료 분사 패널의 비가 요구되지는 않지만, 여기에서는 설명의 용이를 위해, 각각의 내측 및 외측 라이너 세그먼트(106, 108) 사이에 단일 연료 분사 패널(110)을 갖는 일체형 연소기 노즐(100)을 참고하겠다. 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 각각의 연료 분사 패널(110)은 전방 또는 상류 단부 부분(112), 후방 또는 하류 단부 부분(114), 제1(압력) 측벽(116)(도 3) 및 제2(흡입) 측벽(118)(도 4)을 포함한다.

세그먼트화 환형 연소 시스템(36)은 연소기 노즐(100)로부터 분해된 도 3 및 도 4에 도시한, 복수 개의 환형으로 배열된 연료 분사 모듈(300)을 더 포함한다. 각각의 연료 분사 모듈(300)은 연료 노즐 부분(302)(번들형 튜브 연료 노즐로서 도시됨)과 복수 개의 연료 분사 랜스(304)를 포함하며, 연료 분사 랜스는 각각의 연료 분사 패널(110)의 전방 단부 부분(112)에 설치되도록 구성된다. 여기에서는 예시를 목적으로, 연료 노즐 부분(302)은 “번들형 튜브 연료 노즐” 또는 “번들형 튜브 연료 노즐 부분”이라고 할 수 있다. 그러나, 연료 노즐 부분(302)은 임의의 타입의 연료 노즐이나 버너[교반 연료 노즐 또는 스워즐(swozzle) 등]를 포함할 수도 있고, 이것으로 구성될 수도 있으며, 청구범위는 이와 같이 특별히 인용되지 않는 한 번들형 튜브 연료 노즐로 제한되지 않는다.

각각의 연료 분사 모듈(300)은 2개의 둘레방향으로 인접한 연료 분사 패널(110) 사이에서 적어도 부분적으로 둘레방향으로 및/또는 각각의 연소기 노즐(100)의 각각의 내측 라이너 세그먼트(106)와 외측 라이너 세그먼트(108) 사이에서 적어도 부분적으로 반경방향으로 연장될 수 있다. 축방향 단계식 연료 분사 공정 중에, 번들형 튜브 연료 노즐 부분(302)은 각각의 주 연소 구역(102)에 예혼합 연료 및 공기(제1 가연성 혼합물임)의 스트림을 제공하는 한편, 연료 분사 랜스(304)는 아래에서 상세히 설명되는 복수 개의 압력측 및/또는 흡입측 예혼합 채널을 통해 각각의 부 연소 구역(104)에 (제2 가연성 혼합물의 부분인) 연료를 공급한다.

적어도 하나의 실시예에서, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 하나 이상의 연료 분사 패널(110)의 하류 단부 부분(114)은 대체로 에어포일 형상의 터빈 노즐(120)로 천이되며, 이 노즐은 연소 생성물 흐름을 터빈 블레이드를 향해 안내하고 가속화한다. 이에 따라, 각각의 연료 분사 패널(110)의 하류 단부 부분(114)은 선단 에지가 없는 에어포일로 고려될 수 있다. 일체형 연소기 노즐(100)이 연소 섹션 내에 장착될 때, 터빈 노즐(120)은 터빈(18)에 있는 터빈 로터 블레이드의 단으로부터 바로 상류에 위치 설정될 수 있다.

여기에서 사용되는 “일체형 연소기 노즐”이라는 용어는 연료 분사 패널(110), 연료 분사 패널 하류의 터빈 노즐(120), 연료 분사 패널(110)의 전방 단부(112)로부터 [터빈 노즐(120)에 의해 구현되는] 후방 단부(114)로 연장되는 내측 라이너 세그먼트(106) 및 연료 분사 패널(110)의 전방 단부(112)로부터 [터빈 노즐(120)에 의해 구현되는] 후방 단부(114)로 연장되는 외측 라이너 세그먼트(108)를 포함하는 심리스 구조체를 칭한다. 적어도 하나의 실시예에서, 일체형 연소기 노즐(100)의 터빈 노즐(120)은 제1 단 터빈 노즐로서 기능하며, 터빈 로터 블레이드의 제1 단으로부터 상류에 위치 설정된다.

전술한 바와 같이, 일체형 연소기 노즐(100) 중 하나 이상은 일체형 또는 단일 구조체나 본체 - 내측 라이너 세그먼트(106), 외측 라이너 세그먼트(108), 연료 분사 패널(110) 및 터빈 노즐(120)을 포함함 - 로서 형성된다. 일체형 연소기 노즐(100)은 주조, 적층 가공(3D 프린팅 등) 또는 다른 제조 기술을 통해 일체형 또는 심리스 구성요소로 형성될 수 있다. 연소기 노즐(00)을 단일형 또는 일체형 구성요소로 형성하는 것에 의해, 연소기 노즐(100)의 다양한 피쳐들 간의 시일에 대한 필요성이 저감 또는 제거될 수 있으며, 부품 개수 및 비용이 감소될 수 있고, 조립 단계가 단순화되거나 제거될 수 있다. 다른 실시예에서, 연소기 노즐(100)은 용접 등에 의해 제조될 수도 있고, 한가지 기술에 의해 형성된 구성요소와 동일하거나 다른 기술에 의해 형성된 구성요소에 결합되는 다른 제조 기술로부터 형성될 수도 있다.

특정 실시예에서, 각각의 일체형 연소기 노즐(100)의 적어도 일부 또는 전부는 세라믹 기재 복합체(CMC) 또는 다른 복합 재료로 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 각각의 일체형 연소기 노즐(100)의 일부 또는 전부 그리고 보다 구체적으로는 터빈 노즐(120) 또는 그 후미 에지는 (단열 코팅으로 코팅된) 산화에 대해 매우 내성이 있는 재료로 형성될 수도 있고, 산화에 대해 매우 내성이 있는 재료로 코팅될 수도 있다.

다른 실시예(도시하지 않음)에서, 연료 분사 패널(110)들 중 적어도 하나는 연료 분사 패널(110)의 종(축방향)축과 정렬되는 후미 에지로 테이퍼질 수 있다. 즉, 연료 분사 패널(110)은 터빈 노즐(120)과 일체 형성되지 않을 수 있다. 이들 실시예에서, 홀수의 연료 분사 패널(110)과 터빈 노즐(120)을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 테이퍼진 연료 분사 패널(110)[즉, 일체형 터빈 노즐(120)을 갖지 않는 패널]은 일체형 터빈 노즐(120)[즉, 일체형 연소기 노즐(100)]을 갖는 연료 분사 패널(110)과 교호하는 패턴이나 몇몇 다른 패턴으로 사용될 수 있다.

이제 도 3 및 도 4를 참고하면, 몇몇 실시예에서 축방향 조인트 또는 분할선(122)이 둘레방향으로 인접한 일체형 연소기 노즐(100)의 내측 라이너 세그먼트(106)와 외측 라이너 세그먼트(108) 사이에 형성될 수 있다. 분할선(122)은 각 쌍의 인접한 일체형 연소기 노즐(100) 사이 또는 일부 다른 위치에 형성된 각각의 주 연소 구역(102) 및 부 연소 구역(104)의 둘레방향 중심을 따라 배향될 수 있다. 일실시예에서, 하나 이상의 시일(스플라인 타입 등)이 각각의 조인트(122) - 라이너 세그먼트(106 또는 108)의 각각의 인접한 에지 중 어느 하나 또는 양자 모두에 리세스형 시일 수용 영역(도시하지 않음)을 포함함 - 를 따라 배치될 수 있다. 별도의 스플라인 타입 시일은 인접한 일체형 연소기 노즐(100)의 각각의 둘레방향으로 인접한 터빈 노즐(120) 사이에서 사용될 수 있다. 다른 실시예(도시하지 않음)에서, 라이너 세그먼트(106, 108)는 다수의 일체형 연소기 노즐(100)을 가로질러 둘레방향으로 연장될 수 있고, 이 경우에는 연소 시스템(36)마다 보다 적은 시일이 필요하며, 연소 구역(102, 104)의 몇몇 서브셋(subset)은 둘레 분할선(122) 및 시일을 가질 수 있다.

도 5는 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 따른, 적어도 부분적으로 조립된 예시적인 일체형 연소기 노즐(110)의 압력측(116)의 단면도이다. 특정 실시예에서는, 도 3, 도 4 및 도 5에 전체적으로 도시한 바와 같이, 터빈 노즐 부분(120) 또는 하나 이상의 연료 분사 패널(110)의 하류 단부 부분(114)의 일부는 대응하는 차폐부(124)로 적어도 부분적으로 덮이거나 둘러싸일 수 있다. 도 3 및 도 4는, 하나의 차폐부(124)가 연료 분사 패널(110)의 대응하는 터빈 노즐 부분(120)으로부터 분리되고, 2개의 추가의 차폐부(124)가 둘레방향으로 인접한 터빈 노즐(120) 상에 설치된 도면을 보여준다. 차폐부(124)는 일체형 연소기 노즐(100)의 고온 작동 환경에 적합한 임의의 재료로 형성될 수 있다. 예컨대, 하나 이상의 실시예에서 하나 이상의 차폐부(124)는 CMC 또는 산화에 매우 내성이 있는 다른 재료로 형성될 수 있다. 몇몇 경우, 차폐부(124)는 차열 코팅으로 코팅될 수 있다.

특정 실시예에서는 도 3, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 연료 분사 패널(110)의 하류 단부 부분(114)에 근접한 내측 라이너 세그먼트(106)의 일부가, 차폐부(124)가 터빈 노즐(120) 위에서 슬라이드할 수 있도록 형성될 수 있다. 내측 라이너 세그먼트(106)에 장착된 내측 후크 플레이트(228)는 차폐부(124)를 제위치에 고정하는 데 사용될 수 있다.

다양한 실시예에서는 도 3에 도시한 바와 같이, 각각의 연료 분사 패널(110)은 압력측 벽(116)을 따라 형성된 복수 개의 반경방향으로 이격된 압력측 분사 유입구(126)를 포함할 수 있다. 도 4에 도시한 바와 같이, 각각의 연료 분사 패널(110)은 압력측 벽(118)을 따라 형성된 복수 개의 반경방향으로 이격된 압력측 분사 유입구(128)를 포함할 수 있다. 각각의 개별 제1 연소 구역(102)은 한 쌍의 둘레방향으로 인접한 일체형 연소기 노즐(100)의 대응하는 압력측 분사 유출구(126) 및/또는 흡입측 분사 유출구(128)로부터 상류에 형성된다. 각각의 제2 연소 구역(104)은 한 쌍의 둘레방향으로 인접한 일체형 연소기 노즐(100)의 대응하는 압력측 분사 유출구(126) 및/또는 흡입측 분사 유출구(128)로부터 하류에 형성된다.

도 3, 도 4 및 도 5에 전체적으로 도시한 바와 같이, 2개의 둘레방향으로 인접한 연료 분사 패널(110)의 압력측 분사 유출구(126)과 흡입측 분사 유출구(128)는 각각의 분사 평면(들)(130, 131)을 형성하며, 이 평면으로부터 제1 연료 및 공기 혼합물이 각각의 주 연소 구역(102)에서 나온 연소 가스 흐름에 분사된다. 특정 실시예에서, 압력측 분사 평면(130)과 흡입측 분사 평면(131)은 연료 분사 패널(110)의 하류 단부 부분(114)으로부터 동일한 축방향 거리에 형성되거나 축방향으로 계단식일 수 있다. 다른 실시예에서, 압력측 분사 평면(130)과 흡입측 분사 평면(131)은 연료 분사 패널(110)의 하류 단부 부분(114)으로부터 상이한 축방향 거리에 형성되거나 축방향으로 계단식일 수 있다.

도 3 및 도 5는 일체형 연소기 노즐(100)의 축방향 중심선에 대해 공동 반경방향 또는 분사 평면(130)에 또는 연료 분사 패널(110)의 하류 단부 부분(114)으로부터 공동 축방향 거리에 놓인 복수 개의 압력측 분사 유출구(126)를 예시하지만, 특정 실시예에서 하나 이상의 압력측 분사 유출구(126)는 반경방향으로 인접한 압력측 분사 유출구(126)에 대해 축방향으로 엇갈리게 배치될 수 있으며, 이에 의해 특정 압력측 분사 유출구(126)에 있어서 압력측 분사 유출구(126)의 하류 단부 부분(114)까지의 축방향 거리를 오프셋할 수 있다. 이와 유사하게, 도 4는 연료 분사 패널(110)의 공동 반경방향 또는 분사 평면(131)에 또는 연료 분사 패널(110)의 하류 단부 부분(114)으로부터 공동 축방향 거리에 있는 복수 개의 흡입측 분사 유출구(128)를 예시하지만, 특정 실시예에서 하나 이상의 흡입측 분사 유출구(128)가 반경방향으로 인접한 흡입측 분사 유출구(128)에 대해 축방향으로 엇갈리게 배치될 수 있으며, 이에 의해 특정 흡입측 분사 유출구(128)에 있어서 흡입측 분사 유출구(128)의 하류 단부 부분(114)까지의 축방향 거리를 오프셋할 수 있다.

더욱이, 분사 유출구(126, 128)는 균일한 크기(즉, 단면적)을 갖는 것으로 예시되지만, 몇몇 경우에는 연료 분사 패널(110)의 상이한 영역에 상이한 크기의 분사 유출구(126, 128)를 채용하는 것이 바람직한 것으로 고려된다. 예컨대, 보다 큰 직경을 갖는 분사 유출구(126, 128)는 연료 분사 패널(110)의 반경방향 중심부에서 사용될 수 있는 한편, 보다 작은 직경을 갖는 분사 유출구(126, 128)는 내측 라이너 세그먼트(106) 및 외측 라이너 세그먼트(108)에 근접한 영역에서 사용될 수 있다. 이와 마찬가지로, 주어진 측벽(116, 118) 상의 분사 유출구(126 또는 128)가 대향 측벽(118 또는 116)의 분사 유출구(128 또는 126)와 상이한 크기인 것이 바람직할 수 있다.

앞서 언급한 바와 같이 적어도 하나의 실시예에서는, 제2 연료-공기 도입이 연료 분사 패널(110)의 단일측[예컨대, 압력측(116) 또는 흡입측(118)]으로부터 발생되게 하는 것이 바람직할 수 있다. 이에 따라, 각각의 연료 분사 패널(110)에는 단지 단일 세트 - 공동 측벽(116 또는 118) 상에 유출구를 가짐 - 의 예혼합 채널만이 마련될 수 있다. 더욱이, 각각의 연료 분사 패널(110)에는 단일 측벽 상에 예혼합 채널의 2개(이상)의 서브셋이 마련될 수 있고, 이러한 예혼합 채널의 서브셋에는 각각의 연료 분사 랜스(304)의 서브셋과 별개로 연료가 공급될 수 있고, 이 경우에 각각의 랜스(304) 서브셋으로의 연료 공급은 독립적으로 활성화되거나, 감소되거나, 비활성화된다. 다른 실시예에서, 각각의 연료 분사 패널(110)에는 양 측벽(116, 118) 상에 예혼합 채널의 2개(이상)의 서브셋이 마련될 수 있고, 이러한 예혼합 채널의 서브셋에는 각각의 연료 분사 랜스(304)의 서브셋과 별개로 연료가 공급될 수 있고, 이 경우에 각각의 랜스(304) 서브셋으로의 연료 공급은 독립적으로 활성화되거나, 감소되거나, 비활성화된다.

도 6, 도 7 및 도 8은 단면선 6-6, 단면선 7-7 및 단면선 8-8을 각각 따라 취한, 도 5에 도시한 연소기 노즐(100)의 단면도를 보여준다.

도 6 및 도 7에 전체적으로 도시한 바와 같이, 각각의 연료 분사 패널(110)은, 연료 분사 패널(110)의 한쪽에 유출구를 갖는 복수 개의 예혼합 채널을 포함한다. 한가지 경우에, 압력측 예혼합 채널(132)(도 6)은 압력측(116)에 유출구(126)를 갖는 채널이고, 흡입측 예혼합 채널(134)(도 7)은 압력측(118)에 유출구(128)를 갖는 채널이다. 각각의 압력측 예혼합 채널(132)은 각각의 압력측 분사 유출구(126)와 유체 연통된다. 각각의 흡입측 예혼합 채널(134)은 각각의 흡입측 분사 유출구(128)와 유체 연통된다. 적어도 하나의 실시예에서는 도 6에 도시한 바와 같이, 압력측 예혼합 채널(132)이 압력측 벽(116)과 흡입측 벽(118) 사이에서 유체 분사 패널(110) 내에 형성된다. 적어도 하나의 실시예에서는 도 7에 도시한 바와 같이, 흡입측 예혼합 채널(134)이 압력측 벽(116)과 흡입측 벽(118) 사이에서 유체 분사 패널(110) 내에 형성된다.

앞서 언급한 바와 같이, 연료 분사 패널(110)이, 단일면[압력측 벽(116)이나 흡입측 벽(118) 각각]을 따라 위치하는 유출구에서 종결되는 예혼합 채널(132 또는 134)을 가질 수 있다고 예상된다. 이에 따라, 여기에서는 압력측 벽(116)과 흡입측 벽(118) 모두에 유출구(126, 128)를 갖는 실시예를 참고하지만, 청구범위에 인용되지 않는 한, 압력측 벽(116)과 흡입측 벽(118) 모두가 연료-공기 혼합물 이송을 위한 유출구(126, 128)를 가져야 하는 요건은 없다는 것을 이해해야만 한다.

특정 실시예에서는 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 연료 분사 패널(110)에 있는 압력측 벽(116)과 흡입측 벽(118) 중 어느 하나 또는 양자 모두의 벽 두께(T)는 연료 분사 패널(110)의 축방향(또는 종방향) 길이를 따라 및/또는 반경방향 거리를 따라 변할 수 있다. 예컨대, 연료 분사 패널(110)의 압력측 벽(116)과 흡입측 벽(118) 중 어느 하나 또는 양자 모두의 벽 두께(T)는 상류 단부 부분(112)과 하류 단부 부분(114) 사이에서 및/또는 내측 라이너 세그먼트(106)와 외측 라이너 세그먼트(108) 사이에서 변할 수 있다(도 5).

특정 실시예에서는 도 6에 예시한 바와 같이, 전체 분사 패널 두께(PT)가 연료 분사 패널의 축방향(또는 종방향) 길이를 따라 및/또는 반경방향 크기를 따라 변할 수 있다. 예컨대, 압력측 벽(116) 및/또는 흡입측 벽(118)은 2개의 둘레방향으로 인접한 일체형 연소기 노즐(100) 사이에서 흐르는 연소 가스 흐름을 향해 및/또는 연소 가스 흐름 내로 외측으로 불룩한 오목부를 포함할 수 있다. 전체 분사 패널 두께(PT)에서의 볼록부 또는 변화는 각각의 압력측 벽(116) 또는 흡입측 벽(118)의 반경방향 거리 및/또는 축방향 길이를 따른 임의의 지점에서 발생할 수 있다. 볼록부의 위치는, 패널 두께(PT) 또는 벽 두께(T)에서의 변화를 요구하는 일 없이 소정 목표 속도 및 잔류 시간을 달성하도록 국소 영역을 맞추기 위해 압력측 벽(116) 또는 흡입측 벽(118)의 축방향 길이 및/또는 반경방향 거리를 따라 변할 수 있다. 볼록부 영역이 주어진 연료 분사 패널(110)의 압력측 벽(116)과 흡입측 벽(118) 모두에서 대칭일 것이 요구되지는 않는다.

특정 실시예에서는 도 6에 도시한 바와 같이, 압력측 예혼합 채널(132) 중 하나 이상은 연료 분사 패널(110)의 종축을 따라 연장되는 대체로 직선부 또는 선형부(136)와, 각각의 압력측 분사 유출구(126)로부터 바로 상류에 형성된 대체로 곡선부(138)를 가질 수 있다. 특정 실시예에서는 도 7에 도시한 바와 같이, 흡입측 예혼합 채널(134) 중 하나 이상은 연료 분사 패널(110)의 종축을 따라 연장되는 대체로 직선부(14)와, 대응하는 흡입측 분사 유출구(128)로부터 바로 상류에 형성된 곡선부(142)를 가질 수 있다. 곡선부(138, 142)는 [연료 분사 패널(110)의 상류 단부(112)를 향하는] 내경과, [연료 분사 패널(110)의 하류 단부(114)를 향하는] 외경을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서는 도 8에 도시한 바와 같이, 압력측 예혼합 채널(132)은 대응하는 흡입측 예혼합 채널(134)에 의해 반경방향으로 이격되거나 분리될 수 있다.

특정 실시예에서는 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 압력측 예혼합 채널(132) 및/또는 흡입측 예혼합 채널(134)은 연료 분사 패널(110)의 압력측 벽(116)과 흡입측 벽(118) 사이를 횡단하거나 권취할 수 있다. 일실시예에서, 압력측 예혼합 채널(132) 및/또는 흡입측 예혼합 채널(134)은 연료 분사 패널(110)의 직선형 또는 일정한 축방향(또는 종방향) 평면을 따르기보다는 압력측 벽(116)과 흡입측 벽(118) 사이에서 반경방향 내측 및/또는 외측으로 횡단할 수 있다. 압력측 예혼합 채널(132) 및/또는 흡입측 예혼합 채널(134)은 연료 분사 패널(110) 내에서 상이한 각도로 배향될 수 있다. 특정 실시예에서, 압력측 예혼합 채널(132) 및/또는 흡입측 예혼합 채널(134) 중 하나 이상은 변하는 크기 및/또는 기하 형상으로 형성될 수 있다. 특정 실시예에서, 예혼합 채널(132, 134) 중 하나 이상은 내부에 굴곡부, 꼬임, 비틀림, 나선부, 난류발생기와 같은 혼합 향상 피쳐를 포함할 수 있다.

도 6, 도 7 및 도 8에 전체적으로 도시한 바와 같이, 연료 분사 랜스(304)는 각각의 연료 분사 모듈(300)로부터 연료 분사 패널(110) 내에 형성되고 구체적으로 연료 분사 패널(11)의 상류 단부 부분(112)에 근접한 흡입측 벽(118)과 압력측 벽(116)(도 6 및 도 7) 사이에 형성되는 예혼합 공기 플리넘(144)을 통해 연장된다. 각각의 연료 분사 랜스(304)의 하류 단부 부분(306)은 적어도 부분적으로, 각각의 연료 분사 패널(110)의 각각의 압력측 예혼합 채널(132) 또는 각각의 흡입측 예혼합 채널(134) 내로 연장되거나 예혼합 채널과 유체 연통된다. 더욱이, 예혼합 채널(132, 134) 모두가 존재할 것이 요구되지 않는다. 오히려, 단지 한 세트의 예혼합 채널(132 또는 134)만이 사용될 수 있다.

도 9는 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 따른, 예혼합 공기 플리넘(144)의 일부가 절결된, 복수 개의 일체형 연소기 노즐(100) 중 예시적인 일체형 연소기 노즐(100)의 하류측 단면 사시도이다. 도 10은 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 따른, 도 9에 도시한 바와 같은 예시적인 연료 분사 패널(110)의 일부의 확대도이다.

적어도 하나의 실시예에서는 도 9 및 도 10에 전체적으로 도시한 바와 같이, 각각의 연료 분사 패널(110)은 연료 분사 랜스(304)를 예혼합 채널(132, 134)로 지향하기 위한 복수 개의 반경방향으로 이격된 환형 칼라 또는 시트(146)를 포함한다. 각각의 칼라(146)는 중앙 개구(151)를 형성하고, 복수 개의 스트럿(148)에 의해 지지된다. 각각의 칼라(146)는 중앙 개구(151)를 둘러싸는 테이퍼지거나 확장되는 부분(150)을 포함하여, 중앙 개구(151) 내로 대응하는 연료 분사 랜스(304)를 삽입하거나 정렬시키는 것을 지원할 수 있다. 스트럿(148)은 각각의 칼라(146) 주위에 그리고 대응하는 예혼합 채널(132, 134) 내로 유로(152)를 획정하도록 각각의 칼라(146) 둘레에서 이격될 수 있다. 유로(152)는 예혼합 공기 플리넘(144)과 압력측 및 흡입측 예혼합 채널(132, 134) 간의 유체 연통을 제공한다. 도 6, 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 칼라(146)는 연료 분사 랜스(304)의 적어도 일부[하류 단부 부분(306) 등]를 수용 및/또는 지지하도록 크기가 정해질 수 있다.

도 11은 적어도 하나의 실시예에 따른, 예시적인 연료 분사 랜스(304)가 내부에 삽입된, 예시적인 연료 분사 패널(110)의 일부의 오버헤드(뒤집힌) 단면도이다. 특정 실시예에서는 도 11에 도시한 바와 같이, 연료 분사 랜스(304) 중 하나 이상의 랜스의 하류 단부 부분(306)이 분배 팁(308)을 포함한다. 분배 팁(308)은 (앞서 설명한 바와 같이) 각각의 연료 분사 패널(110)의 각각의 칼라(146)를 통한 설치를 용이하게 하기 위해, 원추형이거나 모아지거나 테이퍼질 수 있으며, 적어도 부분적으로 각각의 압력측 예혼합 채널(132)이나 각각의 흡입측 예혼합 채널(134) 내로 연장될 수 있다. 분배 팁(308)은 인젝터 연료 플리넘(336)(아래에서 더 설명함)과 유체 연통되는 하나 이상의 분사 포트(310)를 포함할 수 있다.

특정 실시예에서는 도 11에 도시한 바와 같이, 연료 분사 랜스(304) 중 하나 이상의 랜스가 벨로우즈 부분 또는 커버(312)를 포함한다. 벨로우즈 부분(312)은 세그먼트화 환형 연소 시스템(36)의 작동 중에 연료 분사 패널(110)과 분사 랜스(304) 사이에서 대체로 축방향으로의 상대적인 열성장 또는 이동을 허용할 수 있다. 특정 실시예에서는 도 11에 도시한 바와 같이, 연료 분사 패널(110)이 연료 분사 패널(110)의 상류 단부 부분(112)에 근접 배치되거나 커플링되는 복수 개의 부동 칼라(154)를 포함할 수 있다. 부동 칼라(154)는 일체형 연소기 노즐(100)[특히 연료 분사 패널(110)]과 연료 분사 모듈(300) 사이에서의 반경방향 및/또는 축방향 이동을 허용할 수 있다.

도 8 내지 도 11에 도시한 바와 같이, 예혼합 채널(132, 134)은 연료 분사 패널(110)의 압력측 벽(116)과 흡입측 벽(118) 사이에서 이격된 공동 반경방향 평면에 배치된다. 대안으로서, 도 12에 도시한 바와 같이 압력측 예혼합 채널(132) 및/또는 흡입측 예혼합 채널(134)은 유출구가 연료 분사 패널(110)의 양측부에 있도록 또는 유출구가 연료 분사 패널(110)의 동일한 측부에 있도록 연료 분사 패널(110)의 흡입측 벽(118) 및/또는 압력측 벽(116)과 일체 형성될 수 있다. 본 실시예에서, 연료 분사 랜스(304)는 압력측 연료 분사 랜스의 제1 서브셋과 흡입측 연료 분사 랜스의 제2 서브셋으로 둘레방향으로 분리될 수 있고, 이에 의해 연료 분사 랜스(304)가 대응하는 예혼합 채널(132, 134)의 유입구와 정렬된다. 연료 분사 랜스(304)의 제1 서브셋과 연료 분사 랜스(304)의 제2 서브셋은 하나 이상의 인젝터 연료 플리넘(336)에 의해 연료가 공급될 수 있다.

도 13은 일실시예에 따른, 예시적인 일체형 연소기 노즐의 일부 내로 삽입되는 예시적인 연료 분사 모듈(300)의 하류측 사시도이다. 도 14는 도 13에 도시한 바와 같은 연료 분사 모듈(300)의 상류측 사시도이다. 다양한 실시예에서는 도 13 및 도 14에 전체적으로 도시한 바와 같이, 연료 분사 모듈(300)이 하우징 본체(314)를 갖는 번들형 튜브 연료 노즐 부분(302)을 포함한다. 하우징 본체(314)는 전방(또는 상류) 플레이트 또는 페이스(316), 후방(또는 하류) 플레이트 또는 페이스(318), 전방 플레이트(316)에서 후방 플레이트(318)로 축방향으로 연장되는 외주벽(320) 및 외주벽(320) 내에서 전방 플레이트(316)와 후방 플레이트(318)를 통해 축방향으로 연장되는 복수 개의 튜브(322)를 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 시일(324)(부동 칼라 시일 등)이 하우징 본체(314)의 외주벽(320)의 적어도 일부를 둘러싼다. 시일(324)은 둘레방향으로 인접한 연료 분사 모듈(300)의 외벽과 같은 실링면과 맞물려, 그 사이의 유체 흐름을 방지하거나 감소시킬 수 있다.

각각의 튜브(322)는 전방 플레이트(316)에 또는 전방 플레이트(316) 상류에 형성된 유입구(326)(도 13), 후방 플레이트(318)에 또는 후방 플레이트(318) 하류에 형성된 유출구(328)(도 14), 및 각각의 유입구(326)와 유출구(328) 사이에서 연장되는 예혼합 통로(330)(도 14에서는 점선으로 도시함)를 포함한다. 도 14의 점선으로 도시한 바와 같이, 연료 노즐 플리넘(332)이 연료 분사 모듈(300)의 하우징 본체(314) 내에 형성된다. 복수 개의 튜브(322)의 각각의 튜브(322)는 연료 노즐 플리넘(332)을 통해 연장된다. 튜브(322)들 중 적어도 일부는 연료 노즐 플리넘(332) 내에 위치 설정되는 적어도 하나의 연료 포트(334)를 포함하거나 형성한다. 각각의 연료 포트(334)는 연료 노즐 플리넘(332)으로부터 각각의 예혼합 통로(330)로의 유체 연통을 허용한다. 특정 실시예에서, 연료 노즐 플리넘(332)은 하우징 본체(314) 내에 획정되는 2개 이상의 연료 노즐 플리넘(332)으로 세분되거나 분할될 수 있다.

작동 시에, 가스상 연료(또는 몇몇 실시예에서 가스상 혼합물로 개질되는 액체 연료)가 연료 포트(334)를 통해 노즐 연료 플리넘(332)에서 각각의 튜브(322)의 각각의 예혼합 통로(330)로 흐르며, 예혼합 통로에서 연료가 각각의 튜브(322)의 각각의 유입구(326)에 진입하는 공기와 혼합된다. 연료 포트(334)는 단일 축방향 평면에서 또는, 예컨대 2개의 인접한 일체형 연소기 노즐(100)들 사이의 연소 역학을 해결하거나 조절하기 위해 또는 세그먼트화 환형 연소 시스템(36)과 터빈(18) 사이의 간섭성 축방향 모드를 완화하기 위해 멀티타우(multi-tau) 구성이 요망되는 경우에는 1개보다 많은 축방향 평면에서 각각의 튜브(322)를 따라 위치 설정될 수 있다.

도 13에 마련된 실시예에서, 복수 개의 연료 분사 랜스(304)의 각각의 연료 분사 랜스(304)는 연료 분사 모듈(300)에 있는 하우징 본체(314)의 외주벽(320)의 반경방향 벽부를 따라 인접한 연료 분사 랜스(304)로부터 반경방향으로 이격된다. 도 13에서 점선으로 도시한 바와 같이, 인젝터 연료 플리넘 또는 연료 회로(336)가 연료 분사 모듈(300)의 하우징 본체(314) 내에 형성된다.

특정 실시예에서, 연료 분사 랜스(304)는 인젝터 연료 플리넘(336)과 유체 연통된다. 특정 실시예에서, 인젝터 연료 플리넘(336)은 2개 이상의 인젝터 연료 플리넘(336)으로 세분될 수 있다. 예컨대, 특정 실시예에서 인젝터 연료 플리넘(336)은 복수 개의 연료 분사 랜스(304)의 제1 서브셋(340)에 연료를 공급할 수 있는 제1 인젝터 연료 플리넘(338)과, 복수 개의 연료 분사 랜스(304)의 제2 서브셋(344)에 연료를 공급할 수 있는 제2 인젝터 연료 플리넘(342)으로 세분될 수 있다. 도시한 바와 같이, 연료 분사 랜스(304)의 제1 서브셋(340)은 반경방향 내측 서브셋일 수 있고, 연료 분사 랜스(304)의 제2 서브셋(344)은 반경방향 외측 서브셋일 수 있다.

다른 실시예에서, 복수 개의 연료 분사 랜스(304) 중 하나 걸러 하나의 연료 분사 랜스(304)는 제1 인젝터 연료 플리넘에 의해 연료가 공급될 수 있고, 나머지 랜스(304)는 별개의 연료 인젝터 플리넘에 의해 연료가 공급될 수 있다. 그러한 구성에서는, 대향 측벽의 예혼합 채널(예컨대, 134)에 대한 연료 공급과 무관하게 하나의 측벽을 따라 유출구를 갖는 예혼합 채널(예컨대, 132)에 연료를 공급하는 것이 가능하다.

특정 실시예에서, 연료 분사 랜스(304)는 연료 분사 랜스의 반경방향 외측 서브셋(304a), 연료 분사 랜스의 중간 또는 미들 서브셋(304b) 및 연료 분사 랜스의 반경방향 내측 서브셋(304c)으로 세분될 수 있다. 이 구성에서, 연료 분사 랜스의 반경방향 외측 서브셋(304a)과 반경반향 내측 서브셋(304c)은 하나의 연료 인젝터 플리넘으로부터 연료를 받을 수 있고, 연료 분사 랜스의 중간 서브셋(304b)은 다른 (별개의) 연료 인젝터 플리넘으로부터 연료를 받을 수 있다. 복수 개의 연료 분사 랜스(304)는 다수의 독립적으로 또는 공동으로 연료가 공급되는 연료 분사 랜스(304)의 서브셋으로 세분될 수 있고, 본 개시는 청구범위에 달리 특정되지 않는 한, 연료 분사 랜스의 2개 또는 3개의 서브셋으로 제한되지 않는다.

연료는 세그먼트화 환형 연소 시스템(36)의 헤드 단부 부분으로부터 연료 분사 모듈(300) 내의 다양한 플리넘으로 공급될 수 있다. 예컨대, 연료는 압축기 방출 케이싱(32)에 커플링되는 단부 커버(도시하지 않음)를 통해 및/또는 압축기 방출 케이싱(32)의 헤드 단부 부분 내에 배치되는 하나 이상의 튜브 또는 도관을 통해 다양한 연료 분사 모듈(300)에 공급될 수 있다.

대안으로서, 연료는 반경방향 외측 연료 매니폴드 또는 연료 공급 조립체(도시하지 않음)로부터 외측 라이너 세그먼트(108)를 통해 반경방향으로 연료 분사 모듈(110)로 공급될 수 있다. 또 다른 구성(도시하지 않음)에서, 연료는 연료 분사 패널(110)의 후방 단부(114)에 공급될 수 있고 압력측 벽(116) 및/또는 흡입측 벽(118)을 통해 라우팅될 수 있어, 번들형 튜브 연료 노즐(302)이나 연료 분사 랜스(304)를 통해 유입되기 전에 연료 분사 패널(110)을 냉각한다.

다른 구성(도시하지 않음)에서, 연료는 연료 분사 패널(110)의 후방 단부(114)에 공급될 수 있고 예혼합 채널(132, 134)로 지향될 수 있으며, 예혼합 채널은 연료 분사 패널(110)의 후방 단부로부터 시작되고, 압력측 벽(116)과 흡입측 벽(118)에 각각 유출구(126, 128)를 갖는다. 이 구성에서, 연료 분사 랜스(304)에 대한 필요성이 제거되고, 연료가 (여기에서 설명되는 것과 같은 연료 공급 도관을 통해) 반경방향이나 축방향으로 번들형 튜브 연료 노즐(302)로 공급될 수 있다.

도 13에 도시한 바와 같이 다양한 실시예에서는, 하나 이상의 도관(346)이 연료 노즐 플리넘(332) 및/또는 인젝터 연료 플리넘(336)이나 인젝터 연료 플리넘(338, 342)에 연료를 공급하기 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 일실시예에서 도관(346)은 내측 튜브(350)를 동심으로 둘러싸서 튜브 내 튜브 구성을 형성하는 외측 튜브(348)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서는, 외측 연료 회로(352)가 내측 튜브(350)와 외측 튜브(348) 사이에 반경방향으로 획정되고, 내측 연료 회로(354)가 내측 튜브(350) 내에 형성되며, 이에 따라 연료 노즐 플리넘(332) 및/또는 인젝터 연료 플리넘(들)(336, 338, 342)으로 동심 연료 흐름 경로를 획정한다. 예컨대, 외측 연료 회로(352)는 인젝터 플리넘(들)(336, 338, 342) 중 하나 이상에 연료를 공급할 수 있고, 내측 연료 회로(354)는 연료 노즐 플리넘(들)에 연료를 공급하며, 그 반대도 가능하다. 다른 실시예(도시하지 않음)에서, 별개의 튜브(348, 350)가 연료를 연료 공급 플리넘(332)과 인젝터 연료 플리넘(336)에 이송하는 데 사용될 수 있다.

도 15는 다른 실시예에 따른, 연료 분사 모듈(300)의 상류측 사시도이다. 도 16은 다른 실시예에 따른, 대안의 연료 분사 모듈(300)의 상류측 사시도이다. 도 17은 둘레방향으로 인접한 일체형 연소기 노즐(100) 내에 설치되는 (도 15에 도시한 바와 같은) 복수 개의 연료 분사 모듈(300)의 하류측 사시도이다.

도 15, 도 16 및 도 17에 전체적으로 예시한 실시예에서, 번들형 튜브 연료 노즐 부분(302)의 복수 개의 튜브(322)가 튜브(356)의 제1 서브셋과 튜브(358)의 제2 서브셋으로 세분된다. 하우징 본체(314)는 공동 전방 플레이트(316), 제1 후방 플레이트(360), 제2 후방 플레이트(362) 및 하나 이상의 각각의 연료 노즐 플리넘(도시하지 않음)을 형성하도록 튜브의 각각의 서브셋(356, 358) 둘레에서 연장되는 외주벽(320)을 포함한다. 여기에서 사용되는 “연료 노즐 플리넘” 및 “번들형 튜브 연료 플리넘”이라는 용어는 연료 분사 모듈(300)의 연료 노즐 부분(몇몇 경우에, 변들형 튜브 연료 노즐)에 연료를 공급하는 연료 플리넘을 인용하는 데 호환가능하게 사용될 수 있다.

튜브(356)의 제1 서브셋은 전방 플레이트(316), 하우징 본체(314) 내에 획정되는 제1 연료 노즐 플리넘 및 제1 후방 플레이트(360)를 통해 연장된다. 튜브(358)의 제2 서브셋은 전방 플레이트(316), 하우징 본체(314) 내에 획정되는 제2 연료 노즐 플리넘 및 제2 후방 플레이트(362)를 통해 연장된다. 도 15에 도시한 바와 같이, 복수 개의 연료 분사 랜스(304)는 튜브의 제1 서브셋(356)과 튜브의 제2 서브셋(358) 사이 및/또는 제1 후방 플레이트(360)와 제2 후방 플레이트(362) 사이에 둘레방향으로 배치된다.

도 16은, 연료를 연료 분사 패널(110) 내의 인젝터 연료 플리넘으로 반경방향으로 이송하는 실시예에서 사용될 수 있는 대안의 연료 분사 모듈(300)을 예시한다. 본 실시예에서는, 연료 분사 랜스(304)가 연료 분사 모듈(300)로부터 생략될 수 있고, 이에 따라 튜브(356, 358)의 각각의 서브셋들 사이에 둘레방향 간극이 형성된다.

특정 실시예에서는 도 14, 도 15 및 도 16에 도시한 바와 같이, 연료 분사 모듈(300) 중 하나 이상이 연료 분사 모듈(300)의 번들형 튜브 연료 노즐 부분(302)을 빠져나오는 연료 및 공기 혼합물을 점화하는 점화기(364)를 포함할 수 있다. 특정 실시예에서는 도 15 및 도 16에 도시한 바와 같이, 시일(366)(훌라 또는 스프링 타입형 시일)이 연료 분사 모듈(300) 중 하나 이상의 모듈의 하우징 본체(314)에 있는 측부 둘레벽(368)을 따라 배치될 수 있다. 시일(366)은 인접한 연료 분사 모듈(300)의 인접한 측부 둘레벽과 맞물려, 그 사이의 유체 흐름을 방지하거나 감소시킨다.

도 15, 도 16 및 도 17은 각각의 연료 분사 모듈(300)과 연관된 한 쌍의 연료 도관(382, 392)를 예시한다. 일실시예(도 15 및 도 17)에서, 연료 도관(382, 392)는 전술한 바와 같은 튜브 내 튜브 구성으로 구성될 수 있다. 이 경우, 제1 연료 도관(382)은 번들형 튜브의 제1 서브셋(356)과 연료 분사 랜스(304)의 제1 서브셋(개별적으로 라벨을 붙이지 않음)에 연료를 공급하고, 다른 연료 도관(392)은 번들형 튜브의 제2 서브셋(358)과 연료 분사 랜스(304)의 제2 서브셋에 연료를 공급할 수 있다.

다른 실시예(도 16)에서, 연료 도관(382)은 번들형 튜브의 제1 서브셋(356)에 연료를 공급할 수 있고, 제2 도관(392)은 번들형 튜브의 제2 서브셋(358)에 연료를 공급할 수 있다. 또 다른 변형예에서, 번들형 튜브의 제1 서브셋(356)과 번들형 튜브의 제2 서브셋(358)은 공동 제1 연료 노즐 플리넘(372)[제1 연료 도관(382)에 의해 연료가 공급됨]과 공동 제2 연료 노즐 플리넘[제2 연료 도관(392)에 의해 연료가 공급됨]에 의해 연료가 공급될 수 있으며, 이에 따라 튜브의 각각의 서브셋(356, 358)이 번들형 튜브의 반경방향 내측 및 반경방향 외측 그룹핑으로 더 분할될 수 있다. 즉, 제1 번들형 서브셋(356)의 반경방향 내측 튜브와, 제2 번들형 서브셋(358)의 반경방향 내측 튜브는 제1 도관(382)에 의해 연료를 공급받을 수 있고, 서브셋(356, 358)의 반경방향 외측 튜브는 제2 도관(392)에 의해 연료를 공급받을 수 있다. 이에 따라, 단일 연료 분사 모듈(300)의 공동 하우징 내에서 독립적으로 연료를 공급받을 수 있는 반경방향 내측 및 반경방향 외측 번들형 튜브 서브셋을 형성하는 것이 가능하다.

도 17은, 3개의 각각의 연소기 노즐(100)과 조립된, 도 15의 3개의 예시적인 연료 분사 모듈(300) 세트를 예시한다. 도시한 바와 같이, 번들형 튜브의 제1 서브셋(356)은 연료 분사 패널(110)의 흡입측 벽(118) 바깥쪽에 둘레방향으로 위치한다. 연소기 노즐(100)은 제1 번들형 튜브 연료 노즐 서브셋(356)과 제2 번들형 튜브 연료 노즐 서브셋(358) 사이에 위치 설정된다. 제2 번들형 튜브 연료 노즐 서브셋(358)은 동일한 연료 분사 패널(110)의 압력측(116)의 바깥쪽에 둘레방향으로 위치 설정된다. 이에 따라, 각각의 주 연소 구역(102)은 제1 연료 분사 모듈(300)의 제2 번들형 튜브 연료 노즐 서브셋(358) 및 제2 (인접) 연료 분사 모듈(300)의 제1 번들형 튜브 연료 노즐(36)으로부터의 연료와 공기 혼합물을 연소한다. 이와 유사하게, 예혼합 채널(132, 134)이 연료 분사 패널(110)의 각각의 측벽 상에 배치되는 실시예에서는 각각의 부 연소 구역(104)이 제1 연료 분사 패널(110)의 흡입측 예혼합 채널(134)과 제2 (인접) 연료 분사 패널(110)의 압력측 예혼합 채널(132)로부터 나온 연료와 공기 혼합물을 연소한다.

도 18은 적어도 하나의 실시예에 따른, (도 15 및 도 17에 도시한 바와 같은) 연료 분사 모듈(300)과 연료 분사 패널(110)의 일부를 포함하는 일체형 연소기 노즐(100)의 일부의 단면 평면도이다. 도 19는 적어도 하나의 실시예에 따른, 압력측 벽(116)이 절결된 상태의, 예시적인 일체형 연소기 노즐(100) 내로 삽입된 연료 분사 모듈(300)(도 15에 예시됨)의 실시예의 측단면도이다.

도 18에 도시한 바와 같이, 복수 개의 튜브(322) 중 튜브의 제1 서브셋(356)은 각각의 연료 분사 패널(110)의 흡입측 벽(118)의 일부를 따라 연장되고, 복수 개의 튜브(322) 중 튜브의 제2 서브셋(358)은 동일한 연료 분사 패널(110)의 압력측 벽(116)을 따라 연장된다. 이와 같이 도 17에 도시한 바와 같이, 2개의 둘레방향으로 인접한 일체형 연소기 노즐(100)에 장착되는 2개의 둘레방향으로 인접한 연료 분사 모듈(300)은, 세그먼트화 환형 연소 시스템(36) 내의 각각의 주 연소 구역(102)을 위한 튜브(322)의 전체 뱅크를 형성하기 위해 요구될 수 있다.

특정 실시예에서는 도 18 및 도 19에 도시한 바와 같이, 번들형 튜브 연료 플리넘(332)이 2개 이상의 번들형 튜브 연료 플리넘으로 세분될 수 있다. 예컨대, 일실시예에서 번들형 튜브 연료 플리넘(332)은 연료 분사 모듈(300) 내에 형성되거나 배치되는 벽(371) 또는 다른 차단부를 통해 제1 번들형 튜브 연료 플리넘(370)과 제2 번들형 튜브 연료 플리넘(372)으로 세분되거나 분할될 수 있다. 이 구성에서는 도 18에 도시한 바와 같이, 제1 번들형 튜브 연료 플리넘(370)은 튜브의 제1 서브셋(356)에 연료를 공급할 수 있고, 제2 번들형 튜브 연료 플리넘(372)은 튜브의 제2 서브셋(358)에 연료를 공급할 수 있다. 이 구성에서, 튜브(356)의 제1 서브셋과 튜브(358)의 제2 서브셋은 서로 독립적으로 연료를 공급받거나 작동될 수 있다.

특정 실시예에서는 도 18에 도시한 바와 같이, 번들형 튜브 연료 플리넘(332)이 하우징 본체(314) 내에 배치되는 하나 이상의 플레이트 또는 벽(373)을 통해 튜브의 어느 하나의 서브셋 또는 2개의 서브셋 모두(356, 358)에 걸쳐 축방향으로 세분될 수 있으며, 이에 의해 전방 번들형 튜브 연료 플리넘(332a)과 후방 번들형 튜브 연료 플리넘(332b)을 형성할 수 있다. 연료 포트(334)들 중 하나 이상은 전방 번들형 튜브 연료 플리넘(332a)과 유체 연통될 수 있고, 연료 포트(334)들 중 하나 이상은 후방 번들형 튜브 연료 플리넘(332b)과 유체 연통될 수 있으며, 이에 의해 연소 역학을 해결하거나 조절하는 멀티 타우 유연성을 제공할 수 있다.

특정 실시예에서는 도 19에 도시한 바와 같이, 인젝터 연료 플리넘(336)이 제1 인젝터 연료 플리넘(374)과 제2 인젝터 연료 플리넘(376)으로 세분되거나 분할될 수 있다. 본 실시예에서, 복수 개의 연료 분사 랜스(304)는 연료 분사 랜스(304)의 제1(또는 반경방향 내측) 서브셋(378)과 연료 분사 랜스(304)의 제2(또는 반경방향 외측) 서브셋(380)으로 세분될 수 있다. 연료 분사 랜스(304)의 제1 서브셋(378)은 제1 인젝터 연료 플리넘(374)과 유체 연통될 수 있고, 연료 분사 랜스(304)의 제2 서브셋(380)은 제2 인젝터 연료 플리넘(376)과 유체 연통될 수 있다.

연료 분사 랜스(304)의 제1(또는 반경방향 내측) 서브셋(387)은 압력측 벽 및/또는 흡입측 벽 예혼합 채널(132, 134)의 반경방향 내측 세트에 연료를 공급할 수 있고, 연료 분사 랜스(304)의 제2(또는 반경방향 외측) 서브셋(380)은 압력측 벽 및/또는 흡입측 벽 예혼합 채널(132, 134)의 반경방향 외측 세트에 연료를 공급할 수 있다. 이 구성은 작동 유연성을 증가시킬 수 있으므로, 연료 분사 랜스(304)의 제1 서브셋과 연료 분사 랜스(304)의 제2 서브셋은 작동 모드(예컨대, 최대 하중, 부분 하중 또는 턴다운)이나 소망하는 배출 성능에 따라 독립적으로 또는 함께 작동될 수 있다.

도 19는 내측 튜브(386)를 동심으로 둘러싸서 내측 연료 회로(388)와 외측 연료 회로(390)를 획정하는 튜브 내 튜브 구성을 형성하는 외측 튜브(384)를 포함하는 제1 도관(382)을 더 예시한다. 내측 연료 회로(388)는 제1 번들형 튜브 연료 플리넘(370)에 연료를 공급하는 데 사용될 수 있고, 외측 연료 회로(390)는 제1 인젝터 연료 플리넘(374)에 연료를 공급하는 데 사용될 수 있다(또는 그 반대도 가능하다). 내측 튜브(396)를 동심으로 둘러싸서 튜브 내 튜브 구성을 형성하는 제2 도관(392)이 내측 연료 회로(398)와 외측 연료 회로(400)를 획정한다. 내측 연료 회로(398)는 제2 번들형 튜브 연료 플리넘(372)에 연료를 공급하는 데 사용될 수 있고, 외측 연료 회로(400)는 제2 인젝터 연료 플리넘(376)에 연료를 공급하는 데 사용될 수 있다.

편리하게는, 도 15 및 도 17 내지 도 19에 도시한 실시예에서는, 연료 노즐 부분(302)과 연료 분사 랜스(304) 양자 모두에는 공동 연료 도관(예컨대, 튜브 내 튜브 도관)을 통해 연료가 이송되고, 이에 따라 복잡성이 감소되고 부품 개수가 최소화된다. 여기에서는 튜브 내 튜브 구성을 예시하지만, 대신에 적어도 하나의 연료 도관이 노즐 연료 부분(302)에 연료를 공급하고, 적어도 하나의 다른 연료 도관이 연료 분사 랜스(304)에 연료를 공급하는 별개의 연료 도관을 사용할 수 있다는 점을 이해해야만 한다.

도 20은 적어도 하나의 실시예에 따른, 한 쌍의 둘레방향으로 인접한 일체형 연소기 노즐(100)과 한 쌍의 반경방향으로 장착된 연료 분사 모듈(300)을 포함하는 세그먼트화 환형 연소 시스템(36)의 일부의 하류측 사시도이다. 일실시예에서는 도 20에 도시한 바와 같이, 2개의 연료 분사 모듈(300)이 반경방향으로 함께 적층될 수 있고, 이에 의해 반경방향 내측 및 반경방향 외측 연료 분사 모듈 세트(402)를 형성한다. 연료 분사 모듈 세트(402)의 각각의 연료 분사 모듈(300)은 전술한 바와 같이 다수의 연료 회로를 갖는 도관(404, 406)에 의해 개별적으로 연료를 공급받기 때문에, 적층형 연료 분사 모듈 세트(402)는 적어도 2개의 독립형 연료 회로를 갖는다. 이러한 방식으로, 각각의 번들형 튜브 연료 플리넘과 인젝터 연료 플리넘이 앞서 설명한 바와 같이 개별적으로 충전되거나 작동될 수 있다.

특정 실시예에서는 도 20에 도시한 바와 같이, 연료 분사 패널(110)들 중 적어도 하나가 각각의 연료 분사 패널(11)의 압력측 벽(도 19에서는 가려짐) 및 흡입측 벽(118)에 있는 각각의 개구를 통해 연장되는 적어도 하나의 크로스 파이어 튜브(156)를 획정할 수 있다. 크로스 파이어 튜브(156)는 둘레방향으로 인접한 일체형 연소기 노즐(100)들 사이에서 둘레방향으로 인접한 주 연소 구역(102)의 크로스 파이어 및 점화를 허용한다.

일실시예에서는 도 21에 도시한 바와 같이, 크로스 파이어 튜브(156)가 공기 체적이 사이에 획정된 이중벽 원통형 구조체에 의해 형성된다. 제1 주 연소 구역(102)에서 점화되는 연소 가스(30)는 크로스 파이어 튜브(156)의 내벽을 통해 인접한 주 연소 구역(102)으로 흐를 수 있고, 인접한 주 연소 구역(102)에서 연료와 공기 혼합물의 점화가 발생한다. 연소 가스가 크로스 파이어 튜브 내에서 정체되는 것을 방지하기 위해, 퍼지 공기 구멍(158)이 내벽에 마련된다. 퍼지 공기 구멍(158)에 추가하여, 크로스 파이어 튜브(156)의 외벽에는, 연료 분사 패널(110) 내의 적어도 하나의 공기 공동(160, 170) 또는 일부 다른 압축 공기 공급원과 유체 연통될 수 있는 공기 공급 구멍(157)이 마련될 수 있다. 퍼지 공기 구멍(158)은 공기 공급 구멍(157)을 통해 공기를 수용하는 공기 체적과 유체 연통된다. 외벽에 있는 소형 공기 공급 구멍(157)과 내벽에 있는 대형 퍼지 공기 구멍(158)의 조합은 크로스 파이어 튜브(156)를 세그먼트화 환형 연소 시스템(36) 내에서의 잠재적인 연소 역학을 완화시키는 공진기로 변형시킨다.

특정 실시예에서, 연료 분사 모듈(300)들 중 하나 이상은 가스상 연료뿐만 아니라 액체 연료도 연소시키도록 구성될 수 있다. 도 22는 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 따른, 가스 연료 및 액체 연료 작동 모두를 위해 구성되는 예시적인 연료 분사 모듈의 하류측 사시도이다. 도 23은 본 개시의 일실시예에 따른, 단면선 23-23을 따라 취하고 단부 커버(30)에 커플링된, 도 22에 도시한 예시적인 연료 분사 모듈(300)의 측단면도이다. 도 24는 본 개시의 일실시예에 따른, 단면선 24-24를 따라 취한, 도 23에 도시한 연료 분사 모듈(300)의 단면도이다.

적어도 하나의 실시예에서는 도 22 및 도 23에 전체적으로 도시한 바와 같이, 연료 분사 모듈(300)들 중 하나 이상은 각각의 연료 공급 도관(408)을 통해 단부 커버(40)로부터 연료를 공급받을 수 있다. 도 23에 도시한 바와 같이, 연료 공급 도관(408)은 외측 도관(410), 내측 도관(412) 및 내측 도관(412)을 통해 동축으로 연장되는 액체 연료 카트리지(414)를 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 연료 공급 도관(408)은 내측 도관(412)과 외측 도관(410) 사이에 반경방향으로 배치되는 중간 도관(416)을 포함할 수 있다. 외측 도관(410), 내측 도관(412) 및 (존재하는 경우에) 중간 도관(416)은 그 사이에, 가스상 또는 액체 연료를 연료 분사 모듈(300)의 번들형 튜브 연료 노즐 부분(302) 및/또는 연료 분사 랜스(304)에 공급하기 위한 다양한 연료 회로를 획정할 수 있다.

다양한 실시예에서는 도 23에 도시한 바와 같이, 연료 분사 모듈(300)의 하우징 본체(314)가 내부에 공기 플리넘(418)을 획정할 수 있다. 공기 플리넘(418)은 복수 개의 튜브(322)의 각각의 튜브(322)의 적어도 일부를 둘러쌀 수 있다. 압축기 방출 케이싱(32)으로부터의 공기는 하우징 본체(314)를 따라 획정된 개구(420)를 통해 또는 전방 플레이트(316)에서 시작하여 연료 플리넘(332)을 통해 공기 플리넘(418)으로 연장되는 채널(도시하지 않음)과 같은 일부 다른 개구나 통로에 의해 공기 플리넘(418)에 진입할 수 있다.

다양한 실시예에서, 액체 연료 카트리지(414)는 내측 도관(412) 내에서 축방향으로 그리고 내측 도관(412)을 통해 적어도 부분적으로 연장된다. 액체 연료 카트리지(414)는 복수 개의 튜브(322)의 적어도 일부에 액체 연료(424)(오일 등)를 공급할 수 있다. 추가로 또는 대안으로서, 액체 연료 카트리지(414)는 액체 연료(424)가 튜브(322)의 유출구(328)로부터 대체로 축방향 하류로 그리고 반경방향 외측으로 후방 플레이트(들)(318, 360, 362)를 넘어서는 것을 방지할 수 있으며, 이에 따라 액체 연료(424)가 튜브 유출구(328)로부터 흐르는 예혼합 가스상 연료-공기 혼합물에 의해[또는 연소 시스템이 단지 액체 연료에 대해서만 작동하고 튜브(322)로의 가스상 연료 공급이 비활성화 될 때에 튜브 유출구를 통해 흐르는 공기에 의해] 분무될 수 있다.

이 구성에서는 도 23에 도시한 바와 같이, 액체 연료가 액체 연료 카트리지(414)를 통해 주 연소 구역(102)으로 직접 분사될 수 있다. 특정 실시예에서, 액체 연료 카트리지(414)와 내측 도관(412)은 그 사이에 환형 퍼지 공기 통로(428)를 적어도 부분적으로 획정할 수 있다. 작동 중에, 퍼지 공기(430)가 액체 연료 카트리지(414)를 단열하기 위해 퍼지 공기 통로(428)에 제공될 수 있으며, 이에 의해 코킹이 최소화된다. 퍼지 공기(430)는 액체 연료 카트리지(414)의 하류 단부 부분과 내측 도관(412)의 하류 단부 부분 사이에 획정된 환형 간극(432)을 통해 퍼지 공기 통로(428)로부터 배기될 수 있다.

내측 도관(412)과 중간 도관(416)은 그 사이에, 가스상 연료를 연료 플리넘(332) - 연료 분사 모듈(300)의 복수 개의 튜브(322)에 연료를 공급함 - 에 제공하기 위한 내측 연료 통로(422)를 획정한다. 예혼합된 (가스상 또는 가스화 액체) 연료와 공기의 흐름은 번들형 튜브 연료 노즐 부분(302)의 튜브 유출구(328)를 통해 주 연소 구역(102)에 분사될 수 있다.

중간 도관(416)과 외측 도관(410) 사이에 획정된 외측 연료 통로(426)는 가스상 연료를 인젝터 연료 플리넘(336) - 연료 분사 랜스(304)에 연료를 공급함 - 으로 지향시킨다. 도 24는 액체 연료 카트리지(414), 퍼지 공기 통로(428), 내측 연료 통로(422) 및 외측 연료 통로(426) 간의 동심성을 보여준다.

도 25는 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 따른, 예시적인 연료 분사 랜스(304)를 지닌 예시적인 연료 분사 패널(110)의 일부의 오버헤드(뒤집힌) 단면도이다. 특정 실시예에서는 도 25에 도시한 바와 같이, 액체 연료(434)가 각각의 연료 분사 랜스(304)를 통해 축방향으로 연장되는 액체 연료 카트리지(436)를 거쳐 연료 분사 랜스(304)들 중 하나 이상의 랜스에 공급될 수 있다. 액체 연료 카트리지(436)는 하우징 본체(314)를 통해 연장될 수 있다. 액체 연료 카트리지(436)는 액체 연료 카트리지(436) 둘레에 환형부(439)를 획정하는 [내측 도관(412)과 유사한] 보호 튜브(437) 내에 설치된다. 환형부(439)는 공기가 흐르는 통로를 제공하고, 이에 의해 액체 연료 카트리지(436)에 단열 차폐부를 제공하여 코킹을 최소화한다. 외측 연료 통로(38)가 보호 튜브(437)와 각각의 연료 분사 랜스(304)의 내면 사이에 획정될 수 있다. 외측 연료 통로(438)는 인젝터 연료 플리넘(336)과 유체 연통될 수 있고, 이에 의해 연료 인젝터 랜스(304)에 이중 연료 용량을 제공할 수 있다.

작동 시, 각각의 번들형 튜브 연료 노즐 부분(302)은 각각의 대응하는 주(또는 제1) 연소 구역(102)에서 각각의 튜브(322)의 유출구(328)로부터 발생한 비교적 짧은 화염을 통해 연소 가스의 고온 유출 스트림을 생성한다. 고온 유출 스트림은 하류로 그리고 제1 연료 분사 패널(110) 중 하나의 압력측 예혼합 채널(132) 및/또는 둘레방향으로 인접한(또는 제2) 연료 분사 패널(110)의 흡입측 예혼합 채널(134)에 의해 제공되는 제2 연료 및 공기 스트림으로 흐른다. 고온 유출 스트림과 제2 예혼합 연료 및 공기 스트림은 대응하는 보조 연소 구역(104)에서 반응한다. 주 연소 구역(102)으로부터 나온, 총 연소 가스 흐름의 대략 40 % 내지 95 %의 고온 유출 스트림은 하류의 분사 평면(130, 131)으로 운반되며, 이 평면에서 제2 연료 및 공기 혼합물이 유입되고 각각의 보조 연소 구역에 흐름의 밸런스가 추가된다. 일실시예에서, 총 연소 가스 흐름의 대략 50 %는 주 연소 구역(102)에서 비롯된 것이고, 나머지 대략 50 %는 보조 연소 구역(104)에서 비롯된 것이다. 이러한 각각의 연소 구역에서의 목표로 하는 잔류 시간의 축방향 연료 단계화 구성은 전체 NOx 및 CO 배출물을 최소화한다.

기존의 환형 연소기에서는 둘레방향 역학 모드가 일반적이다. 그러나, 주로 보조 연료-공기 분사를 이용하는 일체형 연소기 노즐(110)의 사용으로 인해, 여기에서 제공되는 세그먼트화 환형 연소 시스템은 이러한 역학 모드가 발달할 가능성을 감소시킨다. 더욱이, 각각의 세그먼트는 둘레방향으로 인접한 세그먼트로부터 격리되기 때문에, 일부 캔-환형 연소 시스템과 연관된 역학 분위기 및/또는 모드가 완화되거나 존재하지 않는다.

세그먼트화 환형 연소 시스템(36)의 작동 중에는, 각각의 일체형 연소기 노즐(100)과 세그먼트화 환형 연소 시스템(36) 전체의 기계적 성능을 향상시키기 위해, 각각의 일체형 연소기 노즐(100)의 압력측 벽(116), 흡입측 벽(118), 터빈 노즐(120), 내측 라이너 세그먼트(106) 및/또는 외측 라이너 세그먼트(108) 중 하나 이상을 냉각할 필요가 있을 수 있다. 냉각 요건을 수용하기 위해, 각각의 일체형 연소기 노즐(100)은 압축기 방출 케이싱(32) 내에 형성된 고압 플리넘(34) 및/또는 각각의 연료 분사 패널(110) 내에 획정된 예혼합 공기 플리넘(144)과 유체 연통될 수 있는 다양한 공기 통로 또는 공동을 포함할 수 있다.

일체형 연소기 노즐(100)의 냉각은 도 6, 도 8 및 도 26을 참고로 하여 가장 잘 이해될 수 있다. 도 26은 적어도 하나의 실시예에 따른, 예시적인 일체형 연소기 노즐(100)의 저부 사시도이다.

특정 실시예에서는 도 6, 도 8 및 도 26에 전체적으로 도시한 바와 같이, 압력측 벽(116)과 흡입측 벽(118) 사이에 획정된 각각의 연료 분사 패널(110)의 내부 부분이 벽(166)에 의해 다양한 공기 통로 또는 공동(160)으로 분할될 수 있다. 특정 실시예에서, 공기 공동(160)은 외측 라이너 세그먼트(108)(도 8)에 형성된 하나 이상의 개구(162)를 통해 및/또는 내측 라이너 세그먼트(106)(도 26)에 형성된 하나 이상의 개구(164)를 통해 압축기 방출 케이싱(32) 또는 다른 냉각 소스로부터 공기를 수용할 수 있다.

도 6, 도 8 및 도 26에 전체적으로 도시한 바와 같이, 벽 또는 격벽(166)은 적어도 부분적으로 복수 개의 공기 공동(160)을 형성하거나 분리하도록 연료 분사 패널(110)의 내부 부분 내에서 연장될 수 있다. 특정 실시예에서, 벽(166)의 일부 또는 전부는 연료 분사 패널(110)의 압력측 벽(116) 및/또는 흡입측 벽(118)을 구조적으로 지지할 수 있다. 특정 실시예에서는 도 8에 도시한 바와 같이, 벽(166)들 중 하나 이상이, 인접한 공기 공동(116)들 사이로 유체가 흐르게 하는 하나 이상의 어퍼쳐(aperture)(168)를 포함할 수 있다.

다양한 실시예에서는 도 6, 도 8 및 도 26에 전체적으로 도시한 바와 같이, 복수 개의 공기 공동(160)이 압력측 예혼합 채널(132)과 흡입측 예혼합 채널(134)[또는 예혼합 채널(132 또는 134) 세트가 존재한다면 어느 쪽이든]을 둘러싸는 예혼합 채널 공기 공동(17)을 포함한다. 특정 실시예에서, 복수 개의 공기 공동(160) 중 적어도 하나의 공기 공동(16)이 각각의 연료 분사 패널(110)의 터빈 노즐 부분(120)을 통해 연장된다.

작동 시, 압축기 방출 케이싱(32)에 의해 형성된 고압 플리넘(34)에서 나온 공기는 외측 라이너 세그먼트(108) 및/또는 내측 라이너 세그먼트(106) 각각에 있는 개구(162, 164)를 통해 복수 개의 공기 공동(160)에 진입한다. 연료 분사 패널(110)의 내부가 벽(들)(166)을 통하여 분할되는 특정 실시예에서, 공기는 어퍼쳐(168)를 통해 인접한 공기 공동(160)으로 흐를 수 있다. 특정 실시예에서, 공기는 하나 이상의 어퍼쳐(168)를 통해 예혼합 채널 공기 공동(170) 측으로 및/또는 그 내로 및/또는 연료 분사 패널(110)의 예혼합 공기 플리넘(144) 내로 흐를 수 있다. 그 후, 공기는 칼라(146) 주위로 그리고 압력측 예혼합 채널(132) 및/또는 흡입측 예혼합 채널(134)로 흐를 수 있다.

도 27은 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 따른, 예시적인 일체형 연소기 노즐(100)의 분해 사시도이다. 도 28은 적어도 하나의 실시예에 따른, (도 27에서 분해 상태로 도시한) 3개의 조립된 예시적인 일체형 연소기 노즐(100)의 평면도이다. 도 29는 적어도 하나의 실시예에 따른, (도 27에서 분해 상태로 도시한) 예시적인 일체형 연소기 노즐(100)의 저부도이다.

특정 실시예에서는 도 27 및 도 28에 전체적으로 도시한 바와 같이, 각각의 일체형 연소기 노즐(100)이 외측 라이너 세그먼트(108)의 외면을 따라 연장되는 외측 충돌 패널(178)을 포함할 수 있다. 외측 충돌 패널(178)은 외측 라이너 세그먼트(108)의 형상 또는 형상의 일부에 대응하는 형상을 가질 수 있다. 외측 충돌 패널(178)에는 외측 충돌 패널(178)을 따른 다양한 위치에 복수 개의 충돌 구멍(182)이 형성될 수 있다. 특정 실시예에서는 도 27에 도시한 바와 같이, 외측 충돌 패널(178)은 유입구(184)를 가로질러 외측 라이너 세그먼트(108)의 외면(180)을 따라 형성된 예혼합 공기 플리넘(144)으로 연장된다. 특정 실시예에서는 도 27 및 도 28에 집합적으로 도시한 바와 같이, 외측 충돌 패널(178)에는 외측 라이너 세그먼트(108)를 따라 형성된 하나 이상의 개구(162)와 정렬되거나 이들 개구에 대응하고, 일체형 연소기 노즐(100) 내에 형성된 다양한 공기 공동(160)에 대응하는 복수 개의 개구(186)가 형성될 수 있다.

특정 실시예에서는 도 27 및 도 29에 전체적으로 도시한 바와 같이, 각각의 일체형 연소기 노즐(100)이 내측 라이너 세그먼트(106)의 외면(190)을 따라 연장되는 내측 충돌 패널(188)을 포함할 수 있다. 내측 충돌 패널(188)은 외측 라이너 세그먼트(106)의 형상 또는 형상의 일부에 대응하는 형상을 가질 수 있다. 내측 충돌 패널(188)은 내측 충돌 패널(188)을 따른 다양한 위치에 형성된 복수 개의 충돌 구멍(192)을 포함할 수 있다. 특정 실시예에서는 도 29에 점선으로 도시한 바와 같이, 내측 충돌 패널(188)은 유입구(194)를 가로질러 내측 라이너 세그먼트(106)의 외면(190)을 따라 형성된 예혼합 공기 플리넘(144)으로 연장된다. 특정 실시예에서는 도 27 및 도 29에 도시한 바와 같이, 내측 충돌 패널(188)에는 내측 라이너 세그먼트(106)를 따라 형성된 하나 이상의 개구(164)(도 25)와 정렬되거나 이들 개구에 대응하고, 일체형 연소기 노즐(100) 내에 형성된 특별한 공기 공동(160)에 대응하는 복수 개의 개구(196)가 형성될 수 있다.

특정 실시예에서는 도 27 및 도 28에 전체적으로 도시한 바와 같이, 일체형 연소기 노즐(100)들 중 하나 이상이 대응하는 일체형 연소기 노즐(100)의 터빈 노즐 부분(120) 내에 위치 설정되는 제1 충돌 공기 인서트(198)를 포함한다. 제1 충돌 공기 인서트(198)는 일단부 또는 양단부에 있는 개구가 터빈 노즐 부분(120)에 있는 공기 공동(160)과 형상 상보적인, 중공형 구조로서 형성된다. 충돌 공기 인서트(198)는 복수 개의 충돌 구멍(200)을 포함한다. 작동 중에, 압축기 방출 케이싱(32)에서 나온 공기는 외측 라이너(108)에 형성된 대응하는 개구(162) 및/또는 외측 충돌 패널(178)에 형성된 개구(186)를 통해 제1 충돌 인서트(198)로 흐를 수 있으며, 이 경우에 공기는 터빈 노즐(120)의 내면 상에 충돌하는 개별 제트로서 충돌 구멍(200)을 통해 흐를 수 있다.

특정 실시예에서는 도 27, 도 28 및 도 29에 전체적으로 도시한 바와 같이, 일체형 연소기 노즐(100) 중 하나 이상이 제2 충돌 공기 인서트(202)를 포함할 수 있다. 제2 충돌 공기 인서트(202)는, 압력측 분사 유출구(126) 및/또는 흡입측 분사 유출구(128) 하류에 그리고 터빈 노즐(120) 상류에 형성되는 대응하는 연료 패널(110)의 공동(204)(도 28)에 위치 설정되거나 장착될 수 있다. 도 28 및 도 29에 전체적으로 도시한 바와 같이, 제2 충돌 공기 인서트(202)는 반경방향 내측 단부(206)(도 29)와 반경방향 외측 단부(208)(도 28)에서 개방될 수 있어, 공기가 압축기 방출 케이싱(32)으로부터 연료 분사 패널(110)을 통해 자유롭게 흐를 수 있다. 충돌 공기 인서트(200)를 통과하는 공기의 일부는 대응하는 연료 분사 패널(100)의 내면 상에 충돌하는 데 사용할 수 있다. 연료 분사 패널(110)의 내면에 충돌한 후, 공기는 연료 분사 패널(110)을 통과해 연료 분사 패널(110)의 전방 단부(112)를 향해 흐르고, 이 경우에 공기는 예혼합 채널(132, 134)의 유입구로 지향된다.

제2 충돌 공기 인서트(202)를 자유롭게 통과하는 공기는, 압축 공기가 각각의 연료 분사 모듈(300)의 번들형 튜브 연료 노즐 부분(302) - 여기에서 압축 공기와 연료가 혼합될 수 있음 - 을 향해 흐를 때에 압축기 방출 케이싱(32) 내에서 압축 공기와 혼합될 수 있다. 다양한 실시예에서, 압축기 방출 케이싱(32)에서 나온 공기는 압력측 및/또는 흡입측 예혼합 채널(132, 134)을 냉각하기 위해 예혼합 채널 냉각 공동(170)으로 흐를 수 있다.

다른 실시예에서, 내측 라이너 세그먼트(106)를 통해 설치되는 제1 충돌 공기 인서트 및 외측 라이너 세그먼트(108)에 설치되는 제2 충돌 공기 인서트와 같은 2개의 충돌 공기 인서트는 주어진 공기 공동(160) 내에 삽입될 수 있다. 그러한 조립체는, 공동(160)이 공동(160)의 반경방향 치수를 통해 단일 충돌 공기 인서트의 삽입을 방지하는 형상(예컨대, 모래시계 형상)을 갖는 경우에 유용할 수 있다. 대안으로서, 2개 이상의 충돌 공기 인서트가 주어진 공동(16) 내에서 축방향으로 순차적으로 위치 설정될 수 있다.

도 30은 도 29에 도시한 바와 같은 예시적인 일체형 연소기 노즐(100) 중 하나의 노즐의 외측 라이너 세그먼트(108)의 일부에 관한 확대도이다. 도 31은 도 29에 도시한 바와 같은 예시적인 일체형 연소기 노즐(100) 중 하나의 노즐의 내측 라이너 세그먼트(106)의 일부에 관한 확대도이다.

특정 실시예에서는 도 30에 도시한 바와 같이, 외측 충돌 패널(178)이 외측 라이너 세그먼트(108)의 외면(180)으로부터 반경방향으로 이격되어, 그 사이에 냉각 흐름 간극(210)을 형성할 수 있다. 냉각 흐름 간극(210)은 대응하는 연료 분사 패널(100)의 하류 단부 부분(114)과 상류 단부 부분(112) 사이에서 연장될 수 있다. 작동 중에는 도 30에 도시한 바와 같이, 압축기 방출 케이싱(32)(도 2)에서 나온 공기(26)가 외측 충돌 패널(178)을 향해 충돌 구멍(182)을 통해 흐른다. 충돌 구멍(182)은 공기(26)의 다수의 제트를 다양한 위치에서 외측 라이너 세그먼트(108)의 외면(108)을 향해 및/또는 이 외면을 가로지르도록 지향시켜, 외면에 대한 제트식 또는 충돌 냉각을 제공한다. 그 후, 공기(26)는 외측 라이너 세그먼트(108)의 상류 단부 부분(112)에 있는 유입구(184)를 통해 연료 분사 패널(110) 내에 형성된 예혼합 공기 플리넘(144)으로 흐를 수 있고, 공기 플리넘에서 개별적인 압력측 예혼합 채널(132) 및/또는 흡입측 예혼합 채널(134)로 분배될 수 있다. 외측 라이너 세그먼트(108)에는 그 각각의 종방향 에지를 따라 C자 형상 슬롯(109)이 형성될 수 있으며, 이 슬롯 내에서 시일(도시하지 않음)이 그 길이를 따라 인접한 외측 라이너 세그먼트(108)들 사이의 조인트(122)를 실링하도록 설치될 수 있다.

도 31에 도시한 바와 같이, 내측 충돌 패널(188)이 내측 라이너 세그먼트(106)의 외면(190)으로부터 반경방향으로 이격되어, 그 사이에 냉각 흐름 간극(212)을 형성할 수 있다. 냉각 흐름 간극(212)은 대응하는 연료 분사 패널(100)의 하류 단부 부분(114)과 상류 단부 부분(112) 사이에서 연장될 수 있다. 작동 중에는 도 31에 도시한 바와 같이, 압축기 방출 케이싱(32)에서 나온 공기(26)가 외측 충돌 패널(188)을 향해 충돌 구멍(192)을 통해 흐른다. 충돌 구멍(192)은 공기의 다수의 제트를 다양한 위치에서 내측 라이너 세그먼트(106)의 외면(190)을 향해 및/또는 이 외면을 가로지르도록 지향시켜, 외면에 대한 제트식 또는 충돌 냉각을 제공한다. 그 후, 공기(26)는 내측 라이너 세그먼트(106)의 상류 단부 부분(112)에 있는 유입구(194)를 통해 연료 분사 패널(110) 내에 형성된 예혼합 공기 플리넘(144)으로 흐를 수 있고, 공기 플리넘에서 개별적인 압력측 예혼합 채널(132) 및/또는 흡입측 예혼합 채널(134)로 분배될 수 있다. 내측 라이너 세그먼트(106)에는 그 각각의 종방향 에지를 따라 C자 형상 슬롯(107)이 형성될 수 있으며, 이 슬롯 내에서 시일(도시하지 않음)이 그 길이를 따라 인접한 내측 라이너 세그먼트(106)들 사이의 조인트(122)를 실링하도록 설치될 수 있다.

도 30 및 도 31은 외측 라이너 세그먼트(108) 및/또는 내측 라이너 세그먼트(106) 각각을 통해 연장되는 적어도 하나의 미세 채널 냉각 통로(216)를 더 예시한다. 미세 채널 냉각 통로(216)는 (도 30에 도시한 바와 같은) 냉각 흐름 간극(210) 또는 (도 31에 도시한 바와 같은) 예혼합 공기 플리넘과 연통되는 유입 구멍(214)을 갖는다. 미세 채널 냉각 통로(216)는 공기 유출 구멍(218)에서 종결되며, 공기 유출 구멍은 각각의 라이너 세그먼트(106 또는 108)의 종방향 에지를 따라 위치할 수 있다.

도 32 및 도 33은 본 개시의 특정 실시예에 따른, 내측 라이너 세그먼트(106)와 외측 라이너 세그먼트(108) 중 어느 하나의 일부를 예시하는 것으로 의도된다. 특정 실시예에서는 도 32 및 도 33에 도시한 바와 같이, 내측 라이너 세그먼트(106)의 외면(190)과 외측 라이너 세그먼트(108)의 외면(180)이 압축기 방출 케이싱(32)(도 2)으로부터 공기를 수용하는 복수 개의 공기 유입 구멍(214)을 형성하거나 포함할 수 있다. (도 33에서 해치 라인으로 도시한) 각각의 유입 구멍(214)은 대응하는 공기 유출 구멍(218)(도 33에서 실선 원형으로 도시함)에서 종결되는 비교적 짧은 미세 채널 냉각 통로(216)와 일체화될 수 있다. 예시된 실시예에서, 유입 구멍(들)(214)과 대응하는 유출 구멍(들)(218)은 각각의 라이너 세그먼트(108, 106)의 동일한 표면[즉, 외면(180, 190)] 상에 배치된다. 그러나, 다른 실시예에서 유출 구멍(들)(218)은 내면 상에 배치될 수 있다.

미세 채널 냉각 통로(216)의 길이는 변할 수 있다. 특정 실시예에서, 미세 채널 냉각 통로(216) 중 일부 또는 전부의 길이는 약 10 인치 미만일 수 있다. 특정 실시예에서, 미세 채널 냉각 통로(216) 중 일부 또는 전부의 길이는 약 6 인치 미만일 수 있다. 특정 실시예에서, 미세 채널 냉각 통로(216) 중 일부 또는 전부의 길이는 약 2 인치 미만일 수 있다. 특정 실시예에서, 미세 채널 냉각 통로(216) 중 일부 또는 전부의 길이는 약 1 인치 미만일 수 있다. 일반적으로 말하자면, 미세 채널 냉각 통로(216)는 0.5 인치 내지 6 인치의 길이를 가질 수 있다. 다양한 미세 냉각 통로(216)의 길이는 미세 채널 냉각 통로(216)의 직경, 통과하는 공기의 열 픽업 용량 및 냉각되는 라이너 세그먼트(106, 108)의 영역의 국소 온도에 의해 결정될 수 있다.

특정 실시예에서, 공기 유출 구멍(218)은 각각의 내측 라이너 세그먼트(106) 또는 외측 라이너 세그먼트(108)의 외면(190, 180)을 따라 위치할 수 있고, 공기를 각각의 유입 구멍(214)에서 수집 트로프(220)(도 32)로 보낼 수 있다. 도 32에 도시한 바와 같이, 수집 트로프(22)는 내측 라이너 세그먼트(106)의 각각의 외면(190)과 외측 라이너 세그먼트(108)의 외면(180)을 따라 연장되는 덕트(222)에 의해 형성될 수 있다. 수집 트로프(220)는 공기의 적어도 일부를 연료 분사 패널(110)의 예혼합 공기 플리넘(144)(도 31)으로 채널링할 수 있으며, 공기 플리넘에서 공기는 다양한 압력측 예혼합 채널(132) 및/또는 흡입측 예혼합 채널(134)로 분배될 수 있다. 미세 채널 냉각에 관한 더 많은 상세는 공동으로 양도된 2015년 11월 18일자로 출원된 미국 특허 출원 제14/944,341호에 기술되어 있다.

특정 실시예에서는 도 32에 도시한 바와 같이, 미세 채널 냉각 통로(216) 중 하나 이상이 공기 공동(160)들 중 하나 이상의 공동의 개구(162, 164)에서 종결되도록 배향될 수 있다. 이에 따라, 미세 채널 냉각 통로(216) 중 하나 이상의 통로로부터의 공기가 연료 분사 패널(110)의 내부를 냉각하는 데 사용되는 공기와 혼합될 수 있고, 연료 분사 패널은 내부에 충돌 공기 인서트를 가질 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 특정 실시예에서는 도 30 및 도 31에 도시한 바와 같이, 미세 채널 냉각 통로(216) 중 하나 이상의 통로의 유출 구멍(218)은, 공기가 미세 채널 냉각 통로(216)를 통해 그리고 그 후에 분할선(122)(도 28)을 따라 2개의 둘레방향으로 인접한 내측 라이너 세그먼트(106) 또는 외측 라이너 세그먼트(108) 사이로 흘러, 그 사이에 유체 시일을 형성하도록, 내측 라이너 세그먼트(106)의 측벽이나 외측 라이너 세그먼트(108)의 측벽을 따라 위치할 수 있다. 일실시예에서, 미세 채널 냉각 통로(216) 중 하나 이상의 통로의 유출 구멍(218)은, 공기가 미세 채널 냉각 통로(216)를 통해 그리고 그 후에 주 또는 보조 연소 냉각 구역(102, 104) 중 어느 하나에 필름 공기로서 진입하도록, 내측 라이너 세그먼트(106)의 내면이나 외측 라이너 세그먼트(108)의 내면을 따라 위치할 수 있다.

여기에서는 또한, 충돌 냉각 또는 미세 채널 냉각으로 라이너 세그먼트(106, 108)를 냉각하는 대신에(또는 이에 더하여), 라이너 세그먼트(106, 108)가 대류식으로 냉각될 수 있을 것으로 예상된다. 이 구성(도시하지 않음)에서, 라이너 세그먼트(106, 108)에는 대응하는 형상을 갖는 냉각 슬리브가 마련되고, 이에 의해 라이너 세그먼트와 슬리브 사이에 환형부가 획정된다. 슬리브의 후방 단부에는, 공기(26)가 환형부에 진입하게 하고 예혼합 플리넘(144) 상류로 이송되게 하는 복수 개의 냉각 유입 구멍이 마련된다. 라이너 세그먼트(106, 108)의 외면 및/또는 슬리브(들)의 내면(들)에는 난류발생기, 딤플, 핀, V형 무늬 등과 같은 열전달 피쳐가 마련되어, 라이너 세그먼트(106, 108)로부터 멀어지는 방향으로의 열전달을 증대시킬 수 있다. 공기(26)가 환형부를 통과하고 열전달 피쳐 위 또는 그 주위로 통과할 때, 공기는 대류식으로 각각의 라이너 세그먼트(106, 108)를 냉각한다. 공기(26)는 그 후에 예혼합 공기 플리넘(144)에 진입하고, 번들형 튜브 연료 노즐(320)이나 예혼합 채널(132, 134) 중 어느 하나 또는 양자 모두에서 연료와 혼합된다. 공기가 예혼합 채널(132, 134)로 지향되는 경우, 공기는 채널을 통해 흐를 때에 채널(132, 134)을 더 냉각한다.

도 34는 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 따른, 세그먼트화 환형 연소 시스템(36)의 흡입측의 일부의 사시도이다. 도 35는 본 개시의 일실시예에 따른, 예시적인 하나의 일체형 연소기 노즐(100)의 일부의 저부 사시도이다. 도 36은 본 개시의 일실시예에 따른, 세그먼트화 환형 연소 시스템(36) 내에 장착된 예시적인 일체형 연소기 노즐(100)의 측단면도이다.

도 34에 도시한 바와 같은 일실시예에서, 각각의 일체형 연소기 노즐(100)은 대응하는 외측 라이너 세그먼트(108)에 부착된 장착 스트럿(224)을 포함한다. 연소 섹션(16) 내에서 일체형 연소기 노즐(100)을 지지하기 위해, 각각의 장착 스트럿(224)은 외측 장착 링(226)에 부착된다. 라이너 세그먼트(108)의 후방 단부에는 외측 장착 링(226)이 도시되어 있지만, 장착 스트럿(224)은 (도 36에서와 같이) 라이너 세그먼트(108)의 전방 단부나, 전방 단부와 후방 단부 사이의 몇몇 중간 위치에 배치되는 것을 허용하도록 구성될 수 있다.

특정 실시예에서는 도 34, 도 35 및 도 36에 전체적으로 도시한 바와 같이, 각각의 일체형 연소기 노즐(100)이 내측 후크 또는 후크 플레이트(228)와 외측 후크 또는 후크 플레이트(252)를 포함할 수 있다. 내측 후크(228)는 내측 라이너 세그먼트(116)를 따라 배치되거나 내측 라이너 세그먼트에 부착될 수도 있고, 터빈 노즐(120)에 근접한 내측 라이너 세그먼트(106)의 일부를 형성할 수도 있다. 외측 후크(252)는 외측 라이너 세그먼트(108)를 따라 배치되거나 내측 라이너 세그먼트에 부착될 수도 있고, 터빈 노즐(120)에 근접한 외측 라이너 세그먼트(108)의 일부를 형성할 수도 있다. 도 36에 도시한 바와 같이, 각각의 내측 후크(228)는 내측 장착 링(230)에 커플링될 수 있다. 내측 후크(228)와 외측 후크(252)는 대향하게 배치되거나 대향하는 축방향으로 연장될 수 있다.

특정 실시예에서는 도 36에 도시한 바와 같이, 외측 이중 벨로우즈 시일(232)이 외측 장착 링(226)과 터빈 노즐(120)에 근접한 외측 라이너 세그먼트(108) 사이에서 연장된다. 외측 이중 벨로우즈 시일(232)의 하나의 단부 부분(234)은 외측 장착 링(226)에 커플링되거나 외측 장착 링에 대해 실링될 수 있다. 외측 이중 벨로우즈 시일(232)의 제2 단부 부분(236)은 외측 라이너 세그먼트(108) 또는 외측 라이너 세그먼트(108)에 부착된 중간 구조에 커플링되거나 이에 대해 실링될 수 있다. 다른 실시예에서, 외측 이중 벨로우즈 시일(238)은 하나 이상의 리프 시일로 대체될 수 있다.

특정 실시예에서는, 내측 이중 벨로우즈 시일(238)이 내측 장착 링(230)과 터빈 노즐(120)에 근접한 내측 라이너 세그먼트(106) 사이에서 연장된다. 내측 이중 벨로우즈 시일(238)의 하나의 단부 부분(240)은 내측 장착 링(230)에 커플링되거나 내측 장착 링에 대해 실링될 수 있다. 내측 이중 벨로우즈 시일(238)의 제2 단부 부분(242)은 내측 라이너 세그먼트(106) 또는 내측 라이너 세그먼트(106)에 부착된 중간 구조에 커플링되거나 이에 대해 실링될 수 있다. 다른 실시예에서, 내측 이중 벨로우즈 시일(238)은 하나 이상의 리프 시일로 대체될 수 있다.

도 37은 적어도 하나의 실시예에 따른, 한 쌍의 둘레방향으로 인접한 이중 벨로우즈의 사시도이며, 내측 또는 외측 이중 벨로우즈 시일(238, 232)을 예시하도록 의도된다. 내측 및/또는 외측 이중 벨로우즈 시일(238, 232)은 2개의 벨로우즈 세그먼트(244, 246)를 용접하거나 다른 방식으로 결합시키는 것에 의해 생성될 수 있다. 내측 및/또는 외측 이중 벨로우즈 시일(238, 232)(또는 리프 시일)은 축방향 및 반경방향 모두에서의 내측 장착 링(230)과 일체형 연소기 노즐(100) 사이의 이동 및/또는 외측 장착 링(226)과 일체형 연소기 노즐(100) 사이의 이동을 수용할 수 있다. 내측 이중 벨로우즈 시일(38) 또는 외측 이중 벨로우즈 시일(232)(또는 대안으로서 리프 시일)의 각각 또는 그 일부는 하나의 일체형 연소기 노즐(100)보다 더 둘레방향으로 확장할 수 있다. 특정 실시예에서, 중간 이중 벨로우즈 시일(248)(또는 리프 시일)은, 둘레방향으로 인접한 이중 벨로우즈(또는 리프) 시일들 사이에 형성될 수 있는 간극(250)에 걸쳐 배치될 수 있다.

도 38은 본 개시의 일실시예에 따른, 예시적인 일체형 연소기 노즐(100)의 압력측의 사시도이다. 도 39는 도 38에 도시한 바와 같은 일체형 연소기 노즐(100)의 일부의 단면 사시도이다. 일실시예에서는 도 35 및 도 38에 도시한 바와 같이 일체형 연소기 노즐(100)은 내측 후크 또는 후크 플레이트(228)를 포함한다. 내측 후크(228)는 내측 라이너 세그먼트(106)를 따라 배치되거나 내측 라이너 세그먼트에 부착될 수도 있고, 터빈 노즐(120)에 근접한 내측 라이너 세그먼트(106)의 일부를 형성할 수도 있다. 일체형 연소기 노즐(100)은 터빈 노즐(120)에 근접한 외측 라이너 세그먼트(108)의 외면(180)을 따라 형성된 하나 이상의 외측 후크(252)도 또한 포함한다.

도 38 및 도 39에 도시한 바와 같이, 일체형 연소기 노즐(100)은 일체형 연소기 노즐(100)의 상류 단부(112)에 근접한 내측 라이너 세그먼트(106)의 외면(190)을 따라 배치되는 장착 테논 또는 루트(254)를 더 포함한다. 특정 실시예에서는 도 38에 도시한 바와 같이, 내측 라이너 세그먼트(106)에 부착되는 장착 테논(254) 대신에 또는 그에 더하여, 별개의 장착 테논(254)이 일체형 연소기 노즐(100)의 상류 단부(112)에 근접한 외측 라이너 세그먼트(108)의 외면(180)을 따라 배치될 수 있고/있거나 이 외면에 부착될 수 있다. 특정 실시예에서, 장착 테논(254)은 [내측 라이너 세그먼트(106)나 외측 라이너 세그먼트(108)나 이들 양자 모두 상에 있던지 간에] 도브테일 또는 전나무 형상을 가질 수 있다.

도 40은 본 개시의 일실시예에 따른, 예시적인 세그먼트화 환형 연소 시스템(36)의 일부의 사시도이다. 도 41은 일실시예에 따른, 도 40에 도시한 세그먼트화 환형 연소 시스템(36)의 일부의 측단면도이다. 도 40 및 도 41에 전체적으로 도시한 바와 같이, 세그먼트화 환형 연소 시스템(36)은 외측 링(226)과 내측 장착 링(230)에 장착될 수 있다.

도 40 및 도 41에 전체적으로 도시한 바와 같이, 내측 후크(228) 및 외측 후크(252)를 각각 수용하기 위해, 내측 슬롯(256)과 외측 슬롯(258)이 내측 장착 링(230)과 외측 장착 링(226)의 수직 페이스 부분(260, 262)에 각각 마련 및/또는 형성될 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 내측 후크(228)와 외측 후크(252)는 대향하게 배치되거나 대향하는 축방향으로 연장될 수 있다. 내측 슬롯 커버(264)가 내측 슬롯(256) 내에서 내측 후크(228)를 커버하거나 고정할 수 있다. 내측 슬롯 커버(264)는 내측 후크(228)를 제위치에 고정하도록 내측 장착 링(230)에 볼트 결합되거나 다른 방식으로 결합될 수 있다. 외측 슬롯 커버(266)가 외측 슬롯(258) 내에서 외측 후크(252)를 커버하거나 고정할 수 있다. 외측 슬롯 커버(266)는 외측 후크(252)를 제위치에 고정하도록 외측 장착 링(226)에 볼트 결합되거나 다른 방식으로 결합될 수 있다.

(도 41에 도시한) 다양한 실시예에서, 내측 라이너 세그먼트(106) 상의 장착 테논(254)은 장착 테논(254)을 수용하는 형상을 갖는 슬롯(270)을 포함하는 테논 장착부(269) 내에 설치될 수 있다. 결국, 테논 장착부(269)는 기계식 파스너(272)(볼트 또는 핀 등)를 통해 내측 전방 장착 링(268)에 결합될 수 있다. 도 42는 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 따른, 예시적인 테논(254)이 장착 플랜지 슬롯(270) 내에 장착된 상태의 하류측 단면 사시도이다.

특정 실시예에서는 도 42에 도시한 바와 같이, 댐퍼(274)(스프링, 스프링 시일 또는 댐핑 메시 재료 등)가 슬롯 벽과 테논(254) 사이에서 각각의 슬롯(270) 내에 배치될 수 있다. 댐퍼(들)(274)는 조인트 또는 인터페이스에서의 진동을 감소시키는 것에 의해 마모를 감소시키고 시간 경과에 따른 기계적 수명 및/또는 테논(254)의 성능을 향상시킬 수 있다.

세그먼트화 환형 연소 시스템(36), 구체적으로는 여기에서 설명되고 예시된 연료 분사 모듈(300)과 조합된 일체형 연소기 노즐(100)에 관한 다양한 실시예는 종래의 환형 연소 시스템에 비해 작동 및 턴다운 능력에 대한 다양한 향상 또는 개선을 제공한다. 예컨대, 세그먼트 환형 연소 시스템(36)의 시동 중에, 점화기(364)는 복수 개의 튜브(322) 중 튜브(322)의 유출구(328)에서 흘러나온 연료와 공기 혼합물을 점화한다. 전력 요구가 증가함에 따라, 연료 분사 랜스(304)의 일부 또는 전부에 연료를 공급하는 연료 분사 패널(110)은 각각의 연료 분사 패널(110)이 완전히 작동 할 때까지 동시에 또는 순차적으로 켜질 수 있다.

전력 출력을 감소시키기 위해, 연료 분사 랜스(304)의 일부 또는 전부로 흐르는 연료는 원하는 대로 동시에 또는 순차적으로 스로틀링 될 수 있다. 일부 연료 분사 패널(110)을 끄는 것이 바람직하거나 필요할 때, 하나 걸러 하나씩의 연료 분사 패널(110)의 연료 분사 랜스(304)가 차단될 수 있고, 이에 의해 터빈 작동에 대한 임의의 교란을 최소화할 수 있다.

연료 분사 모듈(300)의 특정 구성에 따라, 흡입측 예혼합 채널(134)에 연료를 공급하는 연료 분사 랜스(304)는 꺼질 수 있는 반면, 압력측 예혼합 채널(132)에 연료를 공급하는 연료 분사 랜스(304)에 대한 연료 공급은 계속된다. 연료 분사 모듈(300)의 특정 구성에 따라, 압력측 예혼합 채널(132)에 연료를 공급하는 연료 분사 랜스(304)는 꺼질 수 있는 반면, 흡입측 예혼합 채널(134)에 연료를 공급하는 연료 분사 랜스(304)에 대한 연료 공급은 계속된다. 연료 분사 모듈(300)의 특정 구성에 하나 걸러 하나씩의 연료 분사 모듈(110)에 연료를 공급하는 연료 분사 랜스(304)는 꺼질 수 있는 반면, 교호하는 연료 분사 패널(110)에 연료를 공급하는 연료 분사 랜스(304)에 대한 연료 공급은 계속된다.

특정 실시예에서, 연료는 연료 분사 랜스(304)의 반경방향 내측(또는 제1) 서브셋(340)에 대해 차단될 수도 있고, 연료 분사 패널(100)들 중 하나 이상의 패널의 연료 분사 랜스(304)의 반경방향 외측(또는 제2) 서브셋(344)에 대해 차단될 수도 있다. 특정 실시예에서, 연료 분사 패널(100)들 중 하나 이상의 패널의 연료 분사 랜스(304)의 제1 서브셋(340)에 대한 연료 공급 또는 연료 분사 랜스(304)의 제2 서브셋(344)에 대한 연료 공급은, 연료 분사 랜스(304)가 꺼질 때까지 교호하는 패턴으로(반경방향 내측/반경방향 외측/반경방향 내측/등) 차단될 수 있고, 단지 번들형 튜브 연료 노즐 부분(302)만 연료를 공급 받는다. 다른 실시예에서, 연료가 공급되거나 연료가 공급되지 않는 연료 랜스(304)와 번들형 튜브 연료 노즐 부분(302)의 다양한 조합을 사용하여 소망하는 레벨의 턴다운을 달성할 수 있다.

본 개시 전반에 걸쳐 그리고 첨부도면에서는 개별 연료 랜스(304)를 구비하는 연료 분사 모듈(300)을 참고했지만, 연료 랜스(304)는, 예혼합 채널(132, 134)과 인터페이싱하는 연료 분사 모듈(300)의 연료 매니폴드 또는 예혼합 채널(132, 134)에 연료를 이송하는 연료 분사 패널(110) 내에 위치하는 연료 매니폴드로 대체될 수 있을 것으로 예상된다. 또한, 연료 매니폴드는 연료 분사 패널(110)의 후방 단부를 향하게 위치할 수 있고, 이에 따라 연료(또는 연료-공기 혼합물)가 유출구(126, 128)를 통해 유입되기 전에 연료 분사 패널(110)의 후방 단부를 냉각할 것으로 예상된다.

연료는 연소기의 다양한 작동 모드 동안, 세그먼트화 환형 연소 시스템(36)의 하나 이상의 연료 분사 패널(110) 및/또는 하나 이상의 연료 분사 모듈(300)에 공급될 수 있음을 이해해야 한다. 각각의 둘레방향으로 인접한 연료 분사 패널(110) 또는 둘레방향으로 인접한 연료 분사 모듈(300)에 연료가 공급되거나 동시에 점화될 것이 요구되지 않는다. 이에 따라, 세그먼트화 환형 연소 시스템(36)의 특정 작동 모드 중에, 각각의 개별 연료 분사 패널(110) 및/또는 각각의 연료 분사 모듈(300) 또는 연료 분사 패널(110)의 무작위적인 서브셋 및/또는 연료 분사 모듈(300)의 무작위적인 서브셋이 독립적으로 연료를 공급받거나 차단될 수 있고, 시동, 턴다운, 기본 부하, 최대 부하 및 다른 작동 조건과 같은 작동 모드를 위한 작동 유연성을 제공하도록 유사하거나 상이한 연료 유량을 가질 수 있다.

이 서술된 설명은 최상의 모드를 포함하여 본 발명을 개시하고, 임의의 디바이스 또는 시스템을 제작 및 사용하고 임의의 통합된 방법을 수행하는 것을 포함하여 당업자가 본 발명을 실시할 수 있도록 하기 위한 예를 사용한다. 본 발명의 특허 가능한 범위는 청구항에 의해 규정되며, 당업자에게 떠오르는 다른 예를 포함할 수 있다. 그러한 다른 예는, 사실상 청구범위와 다르지 않은 구조 요소를 갖거나, 사실상 청구범위와 대단치 않은 차이를 지닌 등가의 구조 요소를 포함하는 경우에 청구범위의 범주 내에 속하는 것으로 의도된다.

Claims

연료 분사 모듈로서,
하우징 본체;
상기 하우징 본체 내에 획정되고, 상기 하우징 본체 내에 획정된 연료 노즐 플리넘을 갖는 연료 노즐 부분; 및
상기 하우징 본체 내에 획정된 인젝터 연료 플리넘과 유체 연통되는 적어도 하나의 연료 분사 랜스를 포함하며,
상기 하우징 본체는 전방 플레이트, 후방 플레이트 및 상기 전방 플레이트에서 상기 후방 플레이트로 축방향으로 연장되는 외주벽을 포함하며, 그리고
상기 연료 노즐 부분은 복수 개의 튜브를 더 포함하며, 상기 복수 개의 튜브의 각각의 튜브는 상기 전방 플레이트를 관통하여 형성된 유입구와 상기 후방 플레이트를 관통하여 형성된 유출구를 갖는 것인 연료 분사 모듈.
제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 연료 분사 랜스는 상기 인젝터 연료 플리넘과 유체 연통되는 복수 개의 연료 분사 랜스를 포함하는 것인 연료 분사 모듈.
제2항에 있어서, 연료 공급부에 커플링되는 제1 연료 도관을 더 포함하며, 상기 제1 연료 도관이 제1 연료 회로를 획정하며, 상기 제1 연료 회로는 상기 인젝터 연료 플리넘과 유체 연통되며, 그리고 상기 복수 개의 연료 분사 랜스의 각각의 연료 분사 랜스는 하나 이상의 분사 포트를 획정하는 연료 분배 팁을 포함하는 것인 연료 분사 모듈.
제3항에 있어서, 상기 복수 개의 연료 분사 랜스의 적어도 하나의 연료 분사 랜스는 상기 적어도 하나의 연료 분사 랜스의 상기 연료 분배 팁으로부터 상류에 배치되는 벨로우즈 부분을 포함하는 것인 연료 분사 모듈.
제3항에 있어서, 제2 연료 도관을 더 포함하며, 상기 제2 연료 도관은 상기 연료 노즐 플리넘과 유체 연통되는 제2 연료 회로를 획정하며, 그리고 상기 제2 연료 도관은 상기 제1 연료 도관에 의해 둘레방향으로 둘러싸이는 것인 연료 분사 모듈.
제2항에 있어서, 상기 복수 개의 연료 분사 랜스는 상기 하우징 본체의 측벽부를 따라 배치되는 것인 연료 분사 모듈.
제2항에 있어서, 상기 연료 노즐 부분은 상기 복수 개의 튜브의 제1 서브셋 및 상기 복수 개의 튜브의 제2 서브셋을 포함하며, 그리고 상기 복수 개의 연료 분사 랜스는 상기 튜브의 제1 서브셋과 상기 튜브의 제2 서브셋 사이에 둘레방향으로 배치되는 것인 연료 분사 모듈.
제1항에 있어서, 상기 하우징 본체는 내부에 획정된 공기 플리넘을 포함하며, 그리고 상기 공기 플리넘은 상기 복수 개의 튜브의 각각의 튜브의 적어도 일부를 둘러싸는 것인 연료 분사 모듈.
제1항에 있어서, 상기 전방 플레이트 및 상기 후방 플레이트 중 적어도 하나와 상기 외주벽은 상기 연료 노즐 플리넘을 적어도 부분적으로 획정하며, 상기 연료 노즐 플리넘은 상기 복수 개의 튜브를 적어도 부분적으로 둘러싸며, 그리고 상기 복수 개의 튜브의 각각의 튜브는 상기 연료 노즐 플리넘과 유체 연통되는 하나 이상의 연료 포트를 포함하는 것인 연료 분사 모듈.
제9항에 있어서, 상기 복수 개의 튜브 중 제1 튜브의 상기 하나 이상의 연료 포트가 상기 복수 개의 튜브 중 인접한 튜브의 상기 하나 이상의 연료 포트에 대해 축방향으로 오프셋되는 것인 연료 분사 모듈.
제9항에 있어서, 상기 하우징 본체에 있는 상기 연료 노즐 플리넘은 제1 연료 노즐 플리넘과 제2 연료 노즐 플리넘을 포함하는 것인 연료 분사 모듈.
제11항에 있어서, 상기 복수 개의 튜브는 상기 제1 연료 노즐 플리넘을 통해 연장되는 튜브의 제1 서브셋과, 상기 제2 연료 노즐 플리넘을 통해 연장되는 튜브의 제2 서브셋으로서 구성되며, 그리고 상기 복수 개의 튜브의 각각의 튜브는 각각의 연료 노즐 플리넘과 유체 연통되는 하나 이상의 연료 포트를 포함하는 것인 연료 분사 모듈.
제12항에 있어서, 연료 공급부에 커플링되는 도관을 더 포함하고, 상기 도관은 내측 튜브를 동심으로 둘러싸는 외측 튜브를 포함하며, 상기 내측 튜브와 상기 외측 튜브 사이에서 반경방향으로 외측 연료 회로가 획정되고, 상기 내측 튜브 내에 내측 연료 회로가 형성되며, 그리고 상기 내측 연료 회로와 상기 외측 연료 회로 중 하나는 상기 제1 연료 노즐 플리넘과 유체 연통되고, 상기 내측 연료 회로와 상기 외측 연료 회로 중 다른 하나는 상기 제2 연료 노즐 플리넘과 유체 연통되는 것인 연료 분사 모듈.
제1항에 있어서, 상기 하우징 본체 내에 배치되고 상기 하우징 본체의 후방 플레이트에 근접하게 위치 설정되는 점화기를 더 포함하는 연료 분사 모듈.
제1항에 있어서, 상기 하우징 본체의 외주벽 주위에서 적어도 부분적으로 연장되는 하나 이상의 시일(seal)을 더 포함하는 연료 분사 모듈.
삭제