CN105473944B - 燃气涡轮燃烧器和具备该燃气涡轮燃烧器的燃气涡轮发动机 - Google Patents
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Abstract
本发明是在使用液体燃料的燃气涡轮燃烧器中,通过简单且性价比高的构成而防止发生燃烧振动。燃气涡轮燃烧器(1)具备:配置在燃烧筒(2)的中心部处的辅助燃烧器(3)、和被配置为将该辅助燃烧器(3)的周围包围的多个主燃烧器(4),主燃烧器(4)被构成为:在圆筒状的预混合喷嘴(12)的中心部处设有主喷嘴(11),从设置于主喷嘴(11)的周围的燃料喷射孔(15)朝向连接在预混合喷嘴(12)的下游侧的延长喷嘴(13)的内表面(13a)喷射液体燃料(F2),其喷射模式被设定为在多个主燃烧器(4)之间互不相同。例如,通过使燃料喷射孔(15)中的液体燃料(F2)的喷射角度(θ1、θ2)在多个主燃烧器(4)之间互不相同,从而使喷射模式互不相同。
Description
技术领域
本发明涉及能够防止发生燃烧振动的燃气涡轮燃烧器和具备该燃气涡轮燃烧器的燃气涡轮发动机。
背景技术
近年来,随着对于环境保护的关心的提高,要求减少氮氧化物(NOx)等的排放。燃气涡轮发动机中也不例外,尤其是关于燃烧器的各种研究开发不断发展。
多数燃气涡轮发动机中广泛使用的预混合燃烧方式的燃烧器,在燃烧筒的中心部配置有辅助燃烧器,并以将该辅助燃烧器的周围包围的方式配置有多个主燃烧器。燃气涡轮发动机有燃烧LNG等的气体燃料的发动机和燃烧煤油或A重油等的液体燃料的发动机。
在使用气体燃料、液体燃料中任一种燃料的燃烧器中,在主燃烧器的预混合喷嘴中,均通过在压缩空气流中喷入燃料而预先生成压缩空气和燃料的混合气体,该混合气体被从辅助燃烧器喷出的火焰点燃进行燃烧,生成高温、高压的燃烧气体,从而驱动下游侧的涡轮机。由此,通过预先将压缩空气和燃料进行混合,能够比较自由地调节空气量与燃料量之比,能够增大燃烧中的空气比(过量空气系数),因而能够降低燃烧温度,从而减少NOx的生成量。
然而,在预混合燃烧方式的燃气涡轮燃烧器中,容易产生燃烧振动。若产生燃烧振动,则燃烧压力的变动幅度增大而导致燃烧变得不稳定,并且会因为燃烧器的压力的周期性变动而产生低循环振动或噪音。
在下述情况下会产生燃烧振动,即:通过燃烧而在燃烧器内产生周期性的压力变动,且该压力变动周期与燃烧器的流体力学固有振动频率一致这样的情况。尤其是在现有技术下,由于被设计为从多个主燃烧器喷出的火焰的形状全部呈相同形状,因此,从各主燃烧器喷出的喷射火焰的发热位置容易集中于燃烧器的轴向上的同一位置处,在该发热集中区域中,会因为温度升高而导致燃烧气体的压力急剧升高,且该压力波传播至燃烧器内,呈在燃烧器内共振而容易激起燃烧振动的状态。
专利文献1、2中公开了抑制这样的燃烧振动的燃气涡轮燃烧器。
专利文献1公开的燃烧涡轮燃烧器,通过使两个以上的预混合管中设置的旋流器的旋流角度不同,而使各预混合管喷射到燃烧室内的火焰的长度(形状)不同,从而通过避免喷射火焰的发热位置集中于燃烧器的轴向上的同一位置而抑制燃烧振动。
另外,专利文献2公开的燃烧涡轮燃烧器,通过使连接在多个主喷嘴(预混合喷嘴)的下游侧的椭圆延长管的形状不同,而防止来自全部主喷嘴的预混合气体在燃烧器的轴线方向的同一位置处着火、燃烧,从而防止喷射火焰的发热位置的集中,由此来抑制燃烧振动。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利特开2003-139326号公报
专利文献2:日本专利特开2001-254947号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是,上述专利文献1、2中公开的现有燃气涡轮燃烧器,对于使用气体燃料的燃气涡轮燃烧器带来了很多贡献,但是,在使用液体燃料的燃气涡轮燃烧器中,如果不改变多个预混合喷嘴之间的压缩空气与液体燃料的混合气体的浓度分布,便很难使火焰的长度(形状)产生差异,因而无法产生大的效果。
而且,如专利文献1那样使预混合管中设置的旋流器的旋流角度不同、或者如专利文献2那样使椭圆延长管的形状不同,会大幅改变燃气涡轮燃烧器的结构,因此,例如对现有的燃气涡轮燃烧器实施改造会花费很大的成本。
而且,在专利文献1、2的燃气涡轮燃烧器中,各主喷嘴(主燃烧器)之间流入空气的路径的形状不同,因此,空气的形状压力损失发生变化,从而空气分配产生偏差。因此,在空气量少的主喷嘴中,平均火焰速度变高,燃烧器整体呈NOx的生成量增加的趋势。
本发明是鉴于上述情况而作成的,其目的在于,提供一种在使用液体燃料的情况下,能够通过简单且性价比高的构成而减少NOx的生成量,并且能够防止发生燃烧振动的燃气涡轮燃烧器和具备该燃气涡轮燃烧器的燃气涡轮发动机。
用于解决课题的方法
为解决上述课题,本发明采用以下方法。
即,本发明的第1方式涉及的燃气涡轮燃烧器具备:配置在燃烧筒的中心部处的辅助燃烧器、和被配置为将所述辅助燃烧器的周围包围的多个主燃烧器,所述主燃烧器被构成为:在圆筒状的预混合喷嘴的中心部处设有主喷嘴,从设置于所述主喷嘴的周围的燃料喷射孔朝向连接在所述预混合喷嘴的下游侧的延长喷嘴的内表面喷射液体燃料,并且从所述燃料喷射孔朝向所述延长喷嘴的内表面喷射的所述液体燃料的喷射模式被设定为在多个所述主燃烧器之间互不相同。
根据该燃气涡轮燃烧器,由于液体燃料的喷射模式在多个主燃烧器之间互不相同,因而能够改变该各个主燃烧器之间的压缩空气与液体燃料的混合气体的浓度分布,由此能够使从各主燃烧器喷出的燃烧火焰的长度和形状具有差异,从而能够防止多个燃烧火焰的发热分布和最高发热点集中于燃烧器的轴向上的同一位置处,能够抑制燃烧振动。
而且,由于流入空气的路径的形状在多个主燃烧器之间保持为同一形状,因此,空气的形状压力损失不会发生变化,从而空气分配不会产生偏差。因此,能够抑制在空气量少的特定主燃烧器中因为平均火焰速度变高而生成NOx,从而燃烧器整体能够减少NOx的生成量。
作为使从所述燃料喷射孔喷出的所述液体燃料的喷射模式在多个所述主燃烧器之间互不相同的结构,可以考虑使所述燃料喷射孔中的所述液体燃料的喷射角度在多个所述主燃烧器之间互不相同。
另外,作为同样使所述液体燃料的喷射模式互不相同的结构,可以考虑使所述主喷嘴中的所述燃料喷射孔的位置在各个所述主燃烧器之间互不相同。此处所说的燃料喷射孔的位置,可以认为是燃料喷射孔在主喷嘴的轴向上的位置、圆周方向上的位置以及燃料喷射孔的设置模式等。
作为同样使所述液体燃料的喷射模式互不相同的结构,可以考虑使所述主喷嘴中的所述燃料喷射孔的数量在各个所述主燃烧器之间互不相同。
作为同样使所述液体燃料的喷射模式互不相同的结构,可以考虑使所述主喷嘴中的所述燃料喷射孔的孔径在各个所述主燃烧器之间互不相同。
由此,只要使主喷嘴中的燃料喷射孔的燃料喷射角度、或者燃料喷射孔的位置、燃料喷射孔的数量、燃料喷射孔的孔径等在各主燃烧器之间互不相同,便可通过简单且成本低的构成而使液体燃料的喷射模式在多个主燃烧器之间互不相同,从而使从各主燃烧器喷出的燃烧火焰的长度或形状具有差异,由此能够防止多个燃烧火焰的发热分布(最高发热点)集中于燃烧器的同一位置处,能够抑制燃烧振动。
另外,在上述各个构成中,也可以通过使所述主喷嘴相对于所述预混合喷嘴的位置在轴向和圆周方向的至少一个方向上能够改变,从而使所述喷射模式互不相同。
根据上述构成,即使主喷嘴本身的燃料喷射孔的燃料喷射角度、位置、数量、孔径等不变,通过在轴向和圆周方向的至少一个方向上改变主喷嘴的位置,也能够在轴向和圆周方向上改变燃料喷射孔的位置。因此,能够更加多样地设置从多个主燃烧器喷出的液体燃料的喷射模式。
另外,本发明的第2方式涉及的燃气涡轮发动机具备:压缩空气的压缩机、向该压缩机中压缩后的所述空气中喷入燃料并使其燃烧的上述任一种构成的燃气涡轮燃烧器、以及通过从该燃气涡轮燃烧器喷出的燃烧气体的膨胀而被驱动的涡轮机。
根据上述构成,在使用液体燃料的燃气涡轮发动机中,能够通过仅改变各主喷嘴上设置的燃料喷射孔、或者仅改变主喷嘴的轴向位置或圆周方向上的位置这样的比较简单且廉价的结构,而改变各主燃烧器之间的压缩空气与液体燃料的混合气体的浓度分布,使从各主燃烧器喷出的火焰的长度(形状)具有差异,从而能够防止多个喷射火焰的发热位置(发热分布)集中于燃烧器的轴向上的同一位置,能够抑制燃烧振动。
发明效果
如上所述,根据本发明涉及的燃气涡轮燃烧器和具备该燃气涡轮燃烧器的燃气涡轮发动机,在使用液体燃料的燃气涡轮燃烧器中,能够通过简单且性价比高的构成而防止发生燃烧振动。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式的沿燃气涡轮燃烧器的轴向的纵剖面图。
图2是沿图1的II-II线的燃气涡轮燃烧器的纵剖面图。
图3是表示第1实施方式的作用的主燃烧器和喷射火焰的纵剖面图和热分布的图表。
图4是表示本发明的第2实施方式的主燃烧器和喷射火焰的纵剖面图。
图5是表示本发明的第3实施方式的主燃烧器(主喷嘴、燃料喷射孔、延长喷嘴)的主视图。
图6是表示本发明的第4实施方式的主燃烧器(主喷嘴、燃料喷射孔、延长喷嘴)的主视图。
图7是表示本发明的第5实施方式的主燃烧器和喷射火焰的纵剖面图。
具体实施方式
以下,参照附图对本发明涉及的燃气涡轮燃烧器的多个实施方式进行说明。
[第1实施方式]
图1是表示本发明的第1实施方式的燃气涡轮燃烧器的纵剖面图。
该燃气涡轮燃烧器1搭载在未图示的燃气涡轮发动机中。众所周知,燃气涡轮发动机具备:压缩空气的压缩机、向该压缩机中压缩后的空气中喷入燃料并使其燃烧的燃气涡轮燃烧器、以及通过从该燃气涡轮燃烧器喷出的燃烧气体的膨胀而被驱动的涡轮机,并且使用燃气涡轮燃烧器中产生的燃烧气体的能量来驱动涡轮机高速旋转,从而得到轴输出功率而驱动发电机等。而且,上述燃气涡轮燃烧器使用本发明涉及的燃气涡轮燃烧器1。
燃气涡轮燃烧器1具有典型的预混合方式的构成,其具备:构成燃气涡轮燃烧器1的外周部的燃烧筒2、沿着该燃烧筒2的中心轴线C而配置的1台辅助燃烧器、以及以将该辅助燃烧器的周围包围的方式呈等间隔地配置的多台(例如8台)主燃烧器4。另外,在未图示的压缩机中压缩后的压缩空气A,在燃气涡轮燃烧器1(燃烧筒2)的内部从图1的左侧朝向右侧流动。
辅助燃烧器的轴心部处设有轴状的辅助喷嘴5。该辅助喷嘴5的下游侧的前端部穿设有多个燃料喷射孔6。另外,以隔开间隔将辅助喷嘴5的周围包围的方式安装有大致漏斗状的辅助喷嘴外筒7。该辅助喷嘴外筒7的直径随着朝向压缩空气A的流动的下游侧而逐渐变小。
在辅助喷嘴外筒7的内周面上,以朝向辅助喷嘴5侧竖立的方式设置有多个翼状的辅助旋流器8。这些辅助旋流器8被赋予朝向同一方向倾斜的倾斜角,因此,在辅助喷嘴外筒7的内部流动的压缩空气A的流动变为旋流(swirl flow)。
另外,以将辅助喷嘴5的周围覆盖的方式设有辅助锥筒9。该辅助锥筒9被形成为直径随着朝向压缩空气A的流动的下游侧而增大的大致漏斗状,辅助喷嘴外筒7的下游侧端部以在径向上隔开间隔的方式短短地插入辅助锥筒9的上游侧端部的内侧。
从辅助喷嘴5的燃料喷射孔6向在辅助喷嘴外筒7的内部流动的压缩空气A的旋流(swirl flow)中喷射液体燃料F1,并通过压缩空气A的旋转而促进其与液体燃料F1的混合。由此,通过预先在辅助燃烧器中将压缩空气A与液体燃料F1混合而生成燃料混合气体M1。
燃料混合气体M1从辅助锥筒9朝向未图示的燃烧区域喷出,并被未图示的火种点燃,从而在辅助锥筒9的内部和下流进行扩散燃烧。此外,通过辅助锥筒9而防止从辅助燃烧器3喷出的燃料混合气体M1及其燃烧火焰朝向离心方向扩散,从而能够防止与来自下述主燃烧器4的燃料混合气M2的燃烧火焰相互干扰。
另一方面,多个主燃烧器4在各自的轴心部处设有轴状的主喷嘴11。这些主喷嘴11呈压缩空气A的流动的下游侧的端部朝向前端变细的锥筒状。另外,以将主喷嘴11的周围覆盖的方式设有预混合喷嘴12。预混合喷嘴12呈大致圆筒状,其上游侧的入口部呈钟形口状地扩展,下游侧的出口部与延长喷嘴13连接。延长喷嘴13的预混合喷嘴12侧的端部形状呈圆形,但是出口侧端部的开口形状如图2所示呈沿着燃烧筒2的内周面和辅助锥筒9的外周面延伸的大致扇形形状。
从主喷嘴11的外周面呈放射状地延伸的多个翼状的主旋流器14(参照图1)固定在预混合喷嘴12的内周面上,通过这些主旋流器14将主喷嘴11固定在预混合喷嘴12的中心部处。各主旋流器14被赋予朝向同一方向倾斜的倾斜角,因此,从各预混合喷嘴12的内部通过的压缩空气A的流动中产生旋转方向相同的旋流(swirl flow)。
主喷嘴11的前端附近的圆锥外周面上设有多个燃料喷射孔15,从此处喷射液体燃料F2。液体燃料F2倾斜地喷向延长喷嘴13的内表面13a,并通过与内表面13a碰撞而微粒化,从而与压缩空气A混合。由于压缩空气A在预混合喷嘴12的内部旋转,因而促进压缩空气A与液体燃料F2的混合。
由此,通过预先在主燃烧器4中将压缩空气A与液体燃料F2混合而生成燃料混合气体M2,该燃料混合气体M2从延长喷嘴13朝向未图示的燃烧区域喷出,并被从辅助燃烧器3喷出的燃料混合气体M1的燃烧火焰点燃,从而生成燃烧火焰FA1、FA2。此外,燃料喷射孔15并非必需设置在主喷嘴11上,总之只要设置在主喷嘴11的周围例如主旋流器14的翼面等上即可。
通过从辅助燃烧器3和主燃烧器4喷出的燃烧火焰的燃烧气体的膨胀压力而驱动燃气涡轮发动机的未图示的涡轮机,作为输出功率而被输出,并且驱动与涡轮机的主轴呈同轴而设置的压缩机,从而供给压缩空气A。
在本发明中,从设置于主喷嘴11的燃料喷射孔15朝向延长喷嘴13的内表面13a喷射的液体燃料F2的喷射模式被设定为多个主燃烧器4(主喷嘴11)之间互不相同。
具体而言,燃料喷射孔15中的液体燃料F2的喷射角度在各主燃烧器4(主喷嘴11)之间互不相同。例如,在图1中,下侧的主喷嘴11的燃料喷射孔15的燃料喷射角度θ2被设定为小于上侧的主喷嘴11的燃料喷射孔15的燃料喷射角度θ1的角度。因此,如图3的下半部分的纵剖面图所示,液体燃料F2与延长喷嘴13的内表面13a的碰撞位置在燃料喷射角度为θ1时和θ2时不同。即,喷射模式不同。
如图3所示,在燃料喷射角度为θ1时,喷出的液体燃料F2与延长喷嘴13的内表面13a碰撞而微粒化的位置在压缩空气A的流动的较上游侧,因此,燃料混合气体M2的点燃较早,燃烧火焰FA1的长度L1较短。另外,在燃料喷射角度为小于θ1的θ2时,喷出的液体燃料F2与延长喷嘴13的内表面13a的碰撞位置比较靠近下游侧,因此点燃较晚,燃烧火焰FA2的长度L2较长。
图3的上半部分的图表表示燃烧火焰FA1、FA2在燃烧筒2内的轴向上的热分布。如图3的上半部分所示,在燃料喷射孔15的燃料喷射角度为θ1时生成的燃烧火焰FA1、和燃料喷射角度为θ2时生成的燃烧火焰FA2中,发热分布HD1和HD2的轴向长度不同,最高发热点Hmax1与Hmax2的轴向位置也不同。
燃料喷射孔15的燃料喷射角度至少设定θ1和θ2这两种,其配置可以考虑两种角度各为例如设有8台的预混合喷嘴12(主喷嘴11)的一半,并将其交替进行配置、或者将燃料喷射角度为θ1的燃料喷射孔15和燃料喷射角度为θ2的燃料喷射孔15按各4台进行分组并对称地配置、或者全部随机进行配置等。另外,燃料喷射角度也可以设定为多于θ1和θ2这两种。
根据如上那样构成的燃气涡轮燃烧器1,由于液体燃料F2的喷射模式在多个主燃烧器4之间互不相同,因而能够改变各主燃烧器4之间的压缩空气A与液体燃料F2的燃料混合气体M2的浓度分布。由此,能够使从各主燃烧器4喷出的燃烧火焰FA1、FA2的长度L1、L2及其形状具有差异,从而能够防止多个燃烧火焰FA1、FA2的发热分布HD1、HD2(最高发热点Hmax1、Hmax2)集中于燃烧筒2的轴向上的同一位置处,由此能够有效地抑制燃气涡轮燃烧器1中的燃烧振动。
在本实施方式中,作为使液体燃料F2的喷射模式在多个主燃烧器4之间互不相同的结构,使主喷嘴11的燃料喷射孔15中的液体燃料F2的喷射角度θ1、θ2在多个主燃烧器4之间互不相同,因此,能够通过简单且性价比高的构成而使液体燃料F2的喷射模式在多个主燃烧器4之间互不相同,从而抑制燃烧振动。
而且,由于压缩空气A的流入路径的形状在多个主燃烧器4之间保持为同一形状,因此,空气的形状压力损失不会发生变化,空气分配不会产生偏差。因此,能够抑制在空气量少的特定主燃烧器4中因为平均火焰速度变高而生成NOx,从而燃气涡轮燃烧器1整体能够减少NOx的生成量。
此外,在上述实施方式中,如图2所示,在所有主燃烧器4的主喷嘴11中,分别以主视时呈90度间隔且呈十字状地配置有4个燃料喷射孔15。但是,并非必须为该形态,也可以使燃料喷射孔15的数量或配置位置(间隔)等互不相同。
[第2实施方式]
图4是表示本发明的第2实施方式的主燃烧器4和喷射火焰的纵剖面图。在该实施方式中,作为使从燃料喷射孔15朝向延长喷嘴13的内表面13a喷射的液体燃料F2的喷射模式在多个主燃烧器4之间互不相同的结构,而使各主燃烧器4的主喷嘴11的燃料喷射孔15的轴向位置互不相同。
例如,各主喷嘴11中的燃料喷射孔15的位置在轴向上设有P1、P2、P3这三种,并且按照P1→P2→P3的顺序逐渐靠近主喷嘴11的前端侧。在燃烧筒2中,随机或者分组设置有多个主燃烧器4,该多个主燃烧器4分别具备如上所述使燃料喷射孔15的轴向位置互不相同的主喷嘴11。
随着燃料喷射孔15的轴向位置按照P1→P2→P3的顺序逐渐靠近主喷嘴11的前端侧,喷出的液体燃料F2与延长喷嘴13的内表面13a碰撞而微粒化的位置朝向压缩空气A的流动的下游侧移动,燃料混合气体M2的点燃逐渐变晚,因此,各燃烧火焰FA1、FA2、FA3的长度按照L1→L2→L3的顺序逐渐变长。
由此,只要在轴向上改变各主喷嘴11中的燃料喷射孔15的位置,便可与第1实施方式的情况同样地,通过非常简单且性价比高的构成而防止多个燃烧火焰FA1、FA2、FA3的发热分布(最高发热点)集中于燃烧筒2的轴向上的同一位置处,从而能够抑制燃气涡轮燃烧器1中的燃烧振动。
[第3实施方式]
图5是表示本发明的第3实施方式的主燃烧器4(主喷嘴11、燃料喷射孔15、延长喷嘴13)的主视图。在该实施方式中,作为使燃料喷射模式在多个主燃烧器4(主喷嘴11)之间互不相同的结构,而使各主喷嘴11中的燃料喷射孔15的圆周方向上的位置和设置模式不同。各燃料喷射孔15的孔径相同,但是也可以不同。
例如,在第1实施方式中,如图2所示,在所有主燃烧器4的主喷嘴11上,分别以主视时呈90度间隔且呈十字状地配置有4个燃料喷射孔15。但是,在该第3实施方式中,在相邻的主燃烧器4中,在各主喷嘴11上分别形成有3个燃料喷射孔15,这些燃料喷射孔15的位置沿着主喷嘴11的前端圆锥面的圆周方向R呈不等间隔地配置。因此,在各个主燃烧器4中,从各个燃料喷射孔15喷出的液体燃料F2与延长喷嘴13的内表面13a的不同区域发生碰撞。
由此,只要使各主喷嘴11中的燃料喷射孔15的圆周方向上的位置和设置模式不同,便可与第1实施方式和第2实施方式的情况同样地,通过简单且成本低的构成而防止从各主燃烧器4喷出的燃烧火焰的发热分布(最高发热点)集中于燃烧筒2的轴向上的同一位置处,从而能够抑制燃气涡轮燃烧器中的燃烧振动。
[第4实施方式]
图6是表示本发明的第4实施方式的主燃烧器4(主喷嘴11、燃料喷射孔15、延长喷嘴13)的主视图。在该实施方式中,作为使燃料喷射模式在多个主燃烧器4(主喷嘴11)之间互不相同的结构,而使各主喷嘴11中的燃料喷射孔15的数量和孔径互不相同。
例如,在相邻的一个主燃烧器4的主喷嘴11上,与第3实施方式(参照图5)的情况同样地,呈不等间隔地配置有孔径相同的3个燃烧喷射孔15a,而在另一个主燃烧器4的主喷嘴11上,呈不等间隔地设有4个燃料喷射孔15b、15c、15d、15e,其中一个燃料喷射孔15b的孔径大于燃料喷射孔15a的孔径,其他三个燃料喷射孔15c、15d、15e的孔径小于燃料喷射孔15a的孔径。因此,与第3实施方式同样地,在各个主燃烧器4中,从各个燃料喷射孔15a~15e喷出的液体燃料F2与延长喷嘴13的内表面13a的不同区域发生碰撞,而且喷射量也不同。
由此,只要使主喷嘴11上设置的燃料喷射孔15的数量和孔径不同,便可与第1~第3实施方式的情况同样地,通过简单且成本低的构成而防止多个燃烧火焰的发热分布(最高发热点)集中于燃烧筒2的轴向上的同一位置处,从而能够抑制燃气涡轮燃烧器中的燃烧振动。
[第5实施方式]
图7是表示本发明的第5实施方式的主燃烧器4和喷射火焰的纵剖面图。在该实施方式中,作为使燃料喷射模式在多个主燃烧器4(主喷嘴11)之间互不相同的结构,而使主喷嘴11相对于预混合喷嘴12的位置在轴向L和圆周方向R的至少一个方向上可变。
即,能够将主喷嘴11相对于预混合喷嘴12的固定解除,并在使主喷嘴11相对于预混合喷嘴12而沿轴向L和圆周方向R移动后再次固定,由此能够相对于预混合喷嘴12和延长喷嘴13而自由地变更燃料喷射孔15的位置。
例如,关于燃料喷射孔15的轴向L上的位置,可以按照P1→P2→P3的顺序不分阶段地进行调整。由此,与第2实施方式(参照图4)的情况同样地,能够将燃料喷射孔15位于P1、P2、P3各点时的燃烧火焰FA1、FA2、FA3的长度分别变更为L1、L2、L3。
另外,关于各主喷嘴11中的燃料喷射孔15的圆周方向R上的位置,可以360度自由地进行设定。由此,与第3实施方式(参照图5)或第4实施方式(参照图6)同样地,在各个主燃烧器4中,能够使从各个燃料喷射孔15喷出的液体燃料F2与延长喷嘴13的内表面13a的不同区域发生碰撞。
由此,在本实施方式中,通过使主喷嘴11相对于预混合喷嘴12的位置在轴向和圆周方向上可变,而形成为燃料喷射模式在多个主燃烧器4(主喷嘴11)之间互不相同的结构。
由此,即使主喷嘴11本身的燃料喷射孔15的燃料喷射角度、位置、数量、孔径等不变,通过在轴向和圆周方向的至少一个方向上改变主喷嘴11的位置,也能够相对于延长喷嘴13的内表面13a而自如地改变燃料喷射孔15的位置。
因此,能够更加多样地设置从多个主燃烧器4喷射液体燃料F2的喷射模式,能够防止多个燃烧火焰FA1、FA2、FA3...的发热分布(最高发热点)集中于燃烧筒2的轴向上的同一位置处,从而能够抑制燃气涡轮燃烧器中的燃烧振动。
如以上所说明,根据本发明涉及的燃气涡轮燃烧器和具备该燃气涡轮燃烧器的燃气涡轮发动机,在使用液体燃料的燃气涡轮发动机中,通过仅改变各主喷嘴11上设置的燃料喷射孔15、或者仅改变主喷嘴11的轴向位置或圆周方向上的位置这样的比较简单且廉价的结构,而改变各主燃烧器4之间的压缩空气A与液体燃料F2的混合气体M2的浓度分布,使从各主燃烧器4喷出的火焰的长度(形状)具有差异,从而能够防止多个喷射火焰的发热位置(发热分布)集中于燃烧筒2的轴向上的同一位置,能够抑制燃烧振动。
需要说明书的是,本发明并不限定于上述实施方式的构成,在不脱离本发明的主旨的范围内能够适当地进行变更或改良,如此进行变更或改良后的实施方式也包含在本发明的权利范围内。例如,也可以将上述各实施方式以及各参考实施方式相互进行组合等。
符号说明
1 燃气涡轮燃烧器
2 燃烧筒
3 辅助燃烧器
4 主燃烧器
5 辅助喷嘴
11 主喷嘴
12 预混合喷嘴
13 延长喷嘴
13a 延长喷嘴13的内表面
14 主旋流器
15、15a、15b、15c、15d、15e 燃料喷射孔
A 压缩空气
F1、F2 液体燃料
M1、M2 燃料混合气体
P1、P2、P3 燃料喷射孔的轴向位置
θ1、θ2 液体燃料F2的喷射角度
Claims (5)
1.一种燃气涡轮燃烧器,其具备:
辅助燃烧器,其配置在燃烧筒的中心部处,和
多个主燃烧器,其被配置为将所述辅助燃烧器的周围包围,
所述主燃烧器被构成为:在圆筒状的预混合喷嘴的中心部处设有主喷嘴,从设置于所述主喷嘴的周围的燃料喷射孔朝向连接在所述预混合喷嘴的下游侧的延长喷嘴的内表面喷射液体燃料,
从所述燃料喷射孔朝向所述延长喷嘴的内表面喷射的所述液体燃料的喷射模式被设定为在多个所述主燃烧器之间互不相同,
所述主喷嘴中的所述燃料喷射孔的轴向上的位置及所述燃料喷射孔中的所述液体燃料的喷射角度在各个所述主燃烧器之间相同,
通过使所述主喷嘴中的所述燃料喷射孔的对所述主喷嘴的轴向进行主视时的圆周方向上的位置在各个所述主燃烧器之间互不相同,从而使所述喷射模式互不相同。
2.根据权利要求1所述的燃气涡轮燃烧器,其中,进一步通过使所述主喷嘴中的所述燃料喷射孔的数量在各个所述主燃烧器之间互不相同,从而使所述喷射模式互不相同。
3.根据权利要求1所述的燃气涡轮燃烧器,其中,进一步通过使所述主喷嘴中的所述燃料喷射孔的孔径在各个所述主燃烧器之间互不相同,从而使所述喷射模式互不相同。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的燃气涡轮燃烧器,其中,通过使所述主喷嘴相对于所述预混合喷嘴的位置在圆周方向上能够改变,从而使所述喷射模式互不相同。
5.一种燃气涡轮发动机,其具备:压缩空气的压缩机、向该压缩机中压缩后的所述空气中喷入燃料并使其燃烧的权利要求1至4中任一项所述的燃气涡轮燃烧器、以及通过从该燃气涡轮燃烧器喷出的燃烧气体的膨胀而被驱动的涡轮机。
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