CN105008696B - 燃烧器以及燃气轮机 - Google Patents

Abstract

一种燃烧器，具备：第一筒(20)，其从前端的开口(25)供给燃料以及空气；以及第二筒(30)，其利用燃料以及空气在内周侧形成火焰且在基端的内周侧插入有第一筒(20)的前端，第一筒(20)具备第一筒主体部(39)和形成第一筒的前端的环部(40)，环部(40)具有：筒状的主体部(41)、在主体部(41)的外周面(45a)上与主体部一体地沿周向设置有多个且向径向外侧突出的凸部(42)，主体部(41)的外周面(45a)在形成有凸部(42)的范围内从轴向观察时的剖面形状形成为多边形状。

Description

燃烧器以及燃气轮机

技术领域

本发明涉及一种使燃料在压缩空气中燃烧而生成燃烧气体的燃烧器以及具备该燃烧器的燃气轮机。

本申请以2013年3月15日申请的日本特愿2013-053149号为基础而要求优先权，并将其内容援引于本发明中。

背景技术

燃气轮机具备：生成压缩空气的压缩机、使燃料在压缩空气中燃烧而生成燃烧气体的燃烧器、被燃烧气体旋转驱动的涡轮。燃烧器具有：供给燃料以及空气的内筒、利用从内筒供给来的燃料以及空气在内部形成火焰而生成燃烧气体的尾筒(例如，参照专利文献1)。

以往，为了防止因在尾筒中生成的燃烧气体造成尾筒的内壁面损伤，已知从构成内筒的前端部的出口外侧环与尾筒之间的间隙供给空气膜的结构。在该结构中，为了确保用于供给空气膜的间隙，在出口外侧环上安装有间隔件。

间隔件在出口外侧环的外周面上沿周向安装有多个。通过间隔件与尾筒的内周面抵接，从而在整周上均匀地确保了用于供给空气膜的间隙。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-13747号公报

发明内容

发明所要解决的课题

然而，像专利文献1所述的结构那样在出口外侧环上安装间隔件会造成部件数量增加，从而存在燃烧器的制造成本增大的课题。

本发明的目的在于，提供一种能够通过减少部件数量来实现制造成本的降低的燃烧器以及具备该燃烧器的燃气轮机。

用于解决课题的方案

根据本发明的第一方式，燃烧器具备：第一筒，其从前端的开口供给燃料以及空气；以及第二筒，其利用所述燃料以及空气在内周侧形成火焰且在基端的内周侧插入有所述第一筒的前端，所述第一筒具备第一筒主体部和形成所述第一筒的前端的环部，所述环部具有：筒状的主体部、在所述主体部的外周面上与所述主体部一体地沿周向设置有多个且向径向外侧突出的凸部，所述主体部的外周面在形成有所述凸部的范围内从沿着所述第一筒的轴线的轴向观察时的剖面形状形成为多边形状。

根据上述结构，通过在环部一体地形成主体部与凸部，从而能够减少部件数量实现燃烧器的制造成本的降低。另外，在形成作为加工对象的主体部的外周面时，加工工具与加工对象的相对角度的变更次数变少，因此能够减少加工工时。

在上述燃烧器中，可以设为如下的结构，即，所述主体部具有：多边环部，其形成有所述凸部；以及节流部，其设置在比所述多边环部靠前端侧的位置，且外周面呈圆筒状地形成在比所述多边环部的外周面靠径向外周侧的位置。

根据上述结构，由于节流部形成为圆筒状，因此节流部的外周面与第二筒的内周面之间的第二间隙均匀。由此，能够使从该间隙喷出的空气在周向上均匀。

在上述燃烧器中，可以设为如下的结构，即，所述凸部形成在所述多边环部的外周平面的周向中央。

根据上述结构，通过利用用于形成外周平面的加工工具来形成凸部，从而能够形成径向上的厚度均匀且周面在径向上延伸的精度良好的凸部。

在上述燃烧器中，可以设为如下的结构，即，从沿着所述第一筒的直径的径向观察时的所述凸部的剖面形状设为沿着轴向的纺锤形状。

根据上述结构，有效地抑制了凸部配置位置处的流体的紊流。由此，能够使从第二间隙喷出的空气的均匀性提高。

另外，本发明提供一种燃气轮机，其具备：上述任一个燃烧器；以及由从所述燃烧器的所述第二筒送出的燃烧气体驱动的涡轮。

由于上述燃气轮机具备所述燃烧器，因此能够减少部件数量实现燃烧器的制造成本的降低。

发明效果

根据本发明，通过在环部一体地形成主体部与凸部，从而能够减少部件数量实现燃烧器的制造成本的降低。另外，在形成作为加工对象的主体部的外周面时，加工工具与加工对象的相对角度的变更次数变少，因此能够减少加工工时。

附图说明

图1是本发明的实施方式中的燃气轮机的主要部分剖视侧视图。

图2是本发明的实施方式中的燃气轮机的燃烧器周围的剖视图。

图3是本发明的实施方式中的燃烧器的主要部分剖视图且是表示内筒与尾筒的连接部的图。

图4是本发明的实施方式中的出口外侧环的立体图。

图5是本发明的实施方式中的出口外侧环的从周向观察时的剖视图。

图6是图5的VI-VI剖视图。

图7是图5的VII向视图。

图8是对本发明的实施方式中的出口外侧环的制造方法进行说明的与图6对应的剖视图。

图9是对比较例中的出口外侧环的制造方法进行说明的剖视图。

图10是表示变形例的出口外侧环的与图6对应的剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。

如图1所示，本实施方式的燃气轮机GT具备：生成压缩空气的压缩机1、使燃料在压缩空气中燃烧而生成燃烧气体的燃烧器3、被燃烧气体旋转驱动的涡轮5。涡轮5具有：在内部形成机室7的涡轮外壳6、以能够旋转的方式设置于机室7内的涡轮转子8。

压缩机1从其空气导入口2导入外部的空气，且通过压缩该空气而生成压缩空气。燃烧器3使燃料与来自压缩机1的压缩空气混合并使其燃烧。通过燃料的燃烧而生成的高温高压的燃烧气体旋转驱动涡轮转子8。

如图2所示，燃烧器3具有：燃料供给器10，其喷射来自压缩机1(参照图1)的压缩空气A以及燃料；内筒20(第一筒)，其供给来自燃料供给器10的压缩空气A以及燃料；尾筒30(第二筒)，其由从内筒20供给来的压缩空气A以及燃料生成燃烧气体G，且将生成的燃烧气体G向涡轮5运送。燃烧器3的内筒20以及尾筒30均配置在涡轮5的机室7内。

燃料供给器10具备：供给先导燃料以及来自压缩机1的压缩空气A的先导喷烧器11、将主燃料以及来自压缩机1的压缩空气A预混合而形成预混合气体的多个喷嘴12。

内筒20具有：配置在内筒20的第一方向侧且呈圆筒状的内筒主体部39、配置在内筒20的与第一方向相反的一侧的第二方向侧的圆环状的出口外侧环40。在内筒20的第一方向的端部设置有燃料供给器10，在第二方向的端部形成有开口25。出口外侧环40形成在内筒20的前端。

在以下的说明中，将内筒主体部39的第一方向的端部设为基端部21，将第二方向的端部设为前端部22。将作为第一方向的端部的基端部21的一侧设为上游侧，将作为第二方向的端部的前端部22的一侧设为下游侧。将沿着内筒20的轴线O的方向设为轴向，将沿着以轴线O为中心的圆周的方向设为周向，将沿着圆周的直径的方向设为径向，而进行说明。

出口外侧环40安装在内筒主体部39的前端部22。出口外侧环40呈以使内筒主体部39朝向下游侧扩径的方式延长的形状。

尾筒30呈筒状，且在第一方向的端部形成有开口35。开口35的内径比内筒20的前端部22的外径以及出口外侧环40的外径大。在以下的说明中，将尾筒30的上游侧的端部设为基端部31。在该尾筒30的基端部31内插入有内筒主体部39的前端部22以及出口外侧环40。尾筒30的下游侧的端部与涡轮5(参照图1)的燃烧通路连接。

燃料供给器10固定在涡轮外壳6上。内筒20的基端部21被固定在涡轮外壳6上的燃料供给器10支承。内筒主体部39的前端部22与尾筒30的基端部31一起被设置在涡轮外壳6上的支承构件(未图示)支承。

燃料供给器10的先导喷烧器11以及多个喷嘴12配置在内筒20的内部。另外，燃烧器3彼此借助连结部(未图示)连结。燃烧器3的火焰经由连结部向相邻的燃烧器3传播。

如图3所示，在内筒20与尾筒30的连接部(嵌合部分)处，在内筒主体部39的外周面20b与尾筒30的内周面30a之间存在间隙S1。间隙S1容许内筒20以及尾筒30的因热量引起的膨胀以及位移。为了将间隙S1密封，在内筒主体部39的前端部22附近的外周面20b上安装有板簧23和被板簧23支承的密封板24。

密封板24为用于对内筒20与尾筒30的连接部进行密封的圆筒形状的薄板。在密封板24上，在周向上隔开间隔地形成有多个狭缝(未图示)。对于密封板24，上游侧的外周面与尾筒30的内周面30a抵接，并且下游侧的内周面与内筒主体部39的外周面20b接合。

板簧23为从径向内周侧朝向尾筒30的内周面30a对密封板24的上游侧施力的弹性构件。板簧23与密封板24相同呈圆筒形状。

与内筒主体部39的前端部22连接的出口外侧环40具有：筒状的主体部41、在主体部41的外周面上沿周向设置有多个且向径向外侧突出的凸部42。在主体部41的内周侧形成有随着朝向下游侧而逐渐扩径的锥形状的扩大面43。通过扩大面43，将压缩空气A以及燃料从内筒20向尾筒30平稳地供给。

如图4以及图5所示，出口外侧环40的主体部41从上游侧起依次具有：与内筒主体部39的前端部22嵌合的嵌合部44、多边环部45、节流部46。另外，在出口外侧环40上形成有至少一个(在本实施方式中为两个)缺口部47。

缺口部47设置在轴向上的节流部46的一侧。缺口部47作为经由前述的连结管而传播的火焰的通道而发挥功能。需要说明的是，在以下的说明中，假设不具有该缺口部47而对主体部41的形状进行说明。另外，在出口外侧环40上，根据安装的燃烧器3的位置、形状，而形成有不同形状的缺口部47。另外，缺口部47除用于火焰的传播以外，也用于与火花塞之间的连接部、火焰检测。

嵌合部44设为与内筒主体部39的前端部22的内周面20a无间隙地嵌合的形状。即，在出口外侧环40上，嵌合部44的外径比内筒主体部39的前端部22的内径小。

节流部46的外周面46a形成为圆筒状。在节流部46的外周面46a与尾筒30的内周面30a之间设置有间隙S2(参照图3)。换言之，节流部46的外径设定为，在将出口外侧环40安装在内筒主体部39的前端部22上时，在节流部46与尾筒30的内周面30a之间形成有间隙S2。

如图6所示，多边环部45在从轴向观察时的剖面形状呈多边形状。即，多边环部45的外周面45a未形成圆弧状，而具有多个外周平面50、形成在外周平面50与外周平面50之间的多个棱线51。

本实施方式的多边环部45的外周面45a的从轴向观察时的剖面形状呈具有32个平面、32条棱线的32边形。多边环部45的外周面45a的形状不限于该实施方式，也可以采用各种多边形状。设为何种多边形状可以根据内筒20的直径等而适当地设定。例如，若是比本实施方式的内筒20的直径小的内筒，则可以设为20边形等平面及棱线比本实施方式少的多边形状。

另外，外周平面50形成在比节流部46的外周面46a靠径向内侧的位置。换言之，外周平面50的距中心轴O的距离比节流部46的外周面46a的半径短。由此，如图3所示，外周平面50与尾筒30的内周面30a之间的间隙S3比间隙S2大。

如图5所示，凸部42具有与外周面45a大致平行的突出端面52。突出端面52形成在比节流部46的外周面46a靠径向外侧的位置。如图3所示，突出端面52形成为距外周平面50的高度与间隙S3大致相同。

如图7所示，凸部42形成为在外周平面50的周向的大致中央沿轴向延伸。该凸部42的从径向观察时的剖面形状呈沿轴向延伸的纺锤形状。换言之，凸部42的与径向正交的剖面形状为沿压缩空气A的流动方向延伸的椭圆形状，具有尽可能不妨碍从上游侧流入的压缩空气A的流动的形状。

如图3所示，在尾筒30的基端部31附近遍及整个周向形成有多个(例如8个)空气供给孔32。空气供给孔32的轴向位置为将尾筒30与内筒20组合时的密封板24的下游侧且凸部42的上游侧。即，空气供给孔32形成在从尾筒30的外周侧流入的压缩空气A向尾筒30与内筒20之间的间隙S1中的密封板24的下游侧且凸部42的上游侧流入那样的位置。

接下来，对本实施方式的出口外侧环40的制造方法进行说明。

本实施方式的出口外侧环40通过如下方式而制造，即，在利用例如车床等机床制成其大致形状后，利用例如铣床等机床对细微部进行加工而制造。特别是，对于出口外侧环40的多边环部45，由于一体地形成有沿径向突出的凸部42，因此通过铣床的立铣刀进行加工。

具体而言，如图8所示，利用立铣刀M，以剩余凸部42的方式对外周平面50进行加工。在本实施方式中，由于存在32个外周平面50，因此为了对这些外周平面50进行加工，立铣刀M与加工对象的相对角度包括最初的设置在内需要变更32次。即，通过进行32次倾角P1的角度变更而加工成形成有凸部42的外周平面50。

接下来，对本实施方式的燃气轮机GT的动作进行说明。在燃气轮机GT中，由压缩机1压缩后的压缩空气A通过由尾筒30的外周面30b以及内筒20的外周面20b、与涡轮外壳6的内周面围成的流路14(参照图2)，在反转部15反转而流入内筒20。

接着，将从燃料供给器10的先导喷烧器11以及多个喷嘴12供给来的燃料与压缩空气A从内筒20向尾筒30供给。从内筒20供给来的燃料以及压缩空气A在尾筒30内形成火焰。具体而言，通过由先导喷烧器11供给来的先导燃料以及压缩空气A形成扩散火焰。接着，利用多个喷嘴12通过扩散火焰将主燃料以及压缩空气A预混合而生成的预混合气体点燃。由此，形成预混合火焰。

通过先导燃料、主燃料的燃烧而生成的燃烧气体G从尾筒30向涡轮侧气体流路(未图示)内送出。进入了涡轮侧气体流路内的燃烧气体G如前述那样旋转驱动涡轮转子8。

如图3所示，压缩空气A经由空气供给孔32而导入尾筒30与内筒20之间的空间。然后，导入的压缩空气A从尾筒30与出口外侧环40的节流部46之间的间隙S2沿着尾筒30的内周面30a喷出。

向尾筒30喷出的压缩空气A在尾筒30的内周面30a上形成薄膜。即，该压缩空气A的膜对尾筒30的内周面30a进行膜冷却，而保护尾筒30的内周面30a免受到从内筒20的开口25供给来的燃料以及压缩空气A、由它们生成的燃烧气体G的热量的影响。

另外，从间隙S1导入尾筒30的压缩空气A也可以作为燃烧用的空气而使用。

根据上述实施方式，通过从间隙S2喷出的压缩空气A对尾筒30进行膜冷却，由此能够抑制尾筒30烧坏。

另外，通过在出口外侧环40上形成有凸部42，由此能够稳定地确保供给用于对尾筒30进行膜冷却的压缩空气A的间隙S3。

另外，通过在出口外侧环40上一体地形成凸部42，由此能够减少用于构成燃烧器3的内筒20的部件数量。

另外，通过将凸部42的从径向观察时的剖面形状设为沿着轴向的纺锤形状，由此有效地抑制了凸部42配置位置处的压缩空气A的紊流。由此，能够使从间隙S2喷出的压缩空气A的均匀性提高。

另外，通过将出口外侧环40的多边环部45形成为多边形状，由此在形成多边环部45的外周平面50时，加工工具与加工对象的相对角度的变更次数变少。由此，能够减少加工工时。

图9为对比较例的出口外侧环140的制造方法进行说明的剖视图。如图9所示，比较例的出口外侧环140的相当于本实施方式的多边环部45的部位在从轴向观察时形成为圆筒形状。在比较例的出口外侧环140的情况下，为了对该部位进行加工，需要使立铣刀M的加工倾角P2小于图8所示的倾角P1。为了使该部位接近圆筒形，在例如需要进行360次角度变更的情况下，倾角P2约为1°。

本实施方式的出口外侧环40的多边环部45形成为多边形状。例如本实施方式的多边环部45设为32边形，因此如图8所示，倾角P1约为11°。

另外，通过将多边环部45设为多边形状，由此能够实现立铣刀M的大径化。即，在加工倾角较小的情况下，需要与该倾角对应的大小的立铣刀M，然而由于加工倾角变大，加工的平面变大，从而容许立铣刀M大径化。即，能够使对本实施方式的出口外侧环40进行加工的立铣刀M的直径D1大于对比较例的出口外侧环140进行加工的立铣刀M的直径D2。

另外，由于节流部46的外周面46a形成为圆筒状，且节流部46的外周面46a与尾筒30的内周面30a之间的间隙S2均匀，因此能够使从该间隙S2喷出的压缩空气A在周向上均匀。

另外，通过将凸部42形成在多边环部45的外周平面50的周向中央，从而利用用于形成外周平面50的立铣刀M来形成凸部42，由此能够形成径向上的厚度均匀且周面在径向上延伸的精度良好的凸部42。

需要说明的是，本发明的技术范围不限定于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够施加各种变更。另外，也可以是将上述多个实施方式中所说明的特征任意组合而成的结构。

例如，若出口外侧环40的凸部42与主体部41一体地形成，则无需形成在外周平面50的周向中央。如图10所示，也可以在外周平面50与外周平面50之间的棱线上形成凸部42B。

另外，用于膜冷却的压缩空气A的导入方法不限于经由空气供给孔32导入的方法，也可以使用其他的导入方法。例如，也可以从在密封板24上形成的狭缝导入压缩空气A。

另外，凸部42的形状不限于在从径向观察时呈纺锤形状，能够适当采用不影响压缩空气A的流动的形状。例如，也可以设为在从径向观察时呈圆形。

另外，凸部42的数量不限于在外周平面50上形成一个，也可以形成多个。

工业实用性

根据该燃烧器，通过在环部将主体部与凸部一体地形成，从而能够减少部件数量实现燃烧器的制造成本的降低。另外，在形成作为加工对象的主体部的外周面时，加工工具与加工对象的相对角度的变更次数变少，因此能够减少加工工时。

附图标记说明

1 压缩机

2 空气导入口

3 燃烧器

5 涡轮

6 涡轮外壳

7 机室

8 涡轮转子

10 燃料供给器

11 先导喷烧器

12 喷嘴

20 内筒(第一筒)

20a 内周面

20b 外周面

21 基端部

22 前端部

23 板簧

24 密封板

25 开口

30 尾筒(第二筒)

30a 内周面

30b 外周面

31 基端部

32 空气供给孔

35 开口

39 内筒主体部(第一筒主体部)

40 出口外侧环(环部)

41 主体部

42 凸部

43 扩大面

44 嵌合部

45 多边环部

45a 外周面

46 节流部

46a 外周面

47 缺口部

50 外周平面

51 棱线

52 突出端面

A 压缩空气

G 燃烧气体

GT 燃气轮机

S1 间隙

S2 间隙

S3 间隙

Claims (5)

1.一种燃烧器，具备：

第一筒，其从前端的开口供给燃料以及空气；以及

第二筒，在其基端部的内周侧插入有所述第一筒的前端，

所述第一筒具备第一筒主体部和形成所述第一筒的前端的环部，

所述环部具有：筒状的主体部、在所述筒状的主体部的外周面上与所述筒状的主体部一体地沿周向设置有多个且向径向外侧突出的凸部，

所述筒状的主体部的外周面在形成有所述凸部的范围内从沿着所述第一筒的轴线的轴向观察时的剖面形状形成为一体的多边形状。

2.根据权利要求1所述的燃烧器，其中，

所述筒状的主体部具有：多边环部，其形成有所述凸部；以及节流部，其设置在比所述多边环部靠前端侧的位置，且外周面呈圆筒状地形成在比所述多边环部的外周面靠径向外周侧的位置。

3.根据权利要求2所述的燃烧器，其中，

所述凸部形成在所述多边环部的外周平面的周向中央。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的燃烧器，其中，

从沿着所述第一筒的直径的径向观察时的所述凸部的剖面形状设为沿着轴向的纺锤形状。

5.一种燃气轮机，具备：

权利要求1至4中任一项所述的燃烧器；以及

由从所述燃烧器的所述第二筒送出的燃烧气体驱动的涡轮。