CN106287813B - 燃气轮机燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种燃气轮机燃烧器，抑制在燃气轮机燃烧器的流路反转部的压力损失和流的偏流而使燃料与空气的混合均匀，降低了NOx。本发明的燃气轮机燃烧器构成为，在燃烧器的头部具备划分内周和外周而供给空气的内筒和包围内筒的外筒，在内筒与外筒之间设置空气流路，在内筒设置将在上述空气流路向下流动的空气导入内筒的内周侧的开口部，在内筒的内周侧形成使空气流动方向在开口部反转的流路反转部，在该上游的空气流路内设置对空气流构成障碍的障碍物，将障碍物由具有供空气流通的多个孔的多孔板形成，对于该障碍物，其孔的开口部分与除了孔以外的遮挡空气流的遮挡部分的面积的比率即开口率，在上述障碍物的内周侧小，在外周侧大。

Description

燃气轮机燃烧器

技术领域

本发明涉及燃气轮机燃烧器，特别涉及具有抑制在燃气轮机燃烧器的内部流动的空气的偏颇而使压力损失降低的流路构造的燃气轮机燃烧器。

背景技术

对于燃气轮机燃烧器，寻求降低燃烧气中的氮氧化物(NOx)、未燃烧量而得到高的环保性能，而且降低在燃气轮机燃烧器内流动的空气的压力损失而提高发电效率。

对于NOx的降低，对燃气轮机燃烧器应用在燃烧前使燃料和空气进行预混合的预混合燃烧方式是有效的。混合燃料和空气，在燃料少的稀薄状态下进行燃烧，从而降低火炎温度，抑制高温产生的NOx。

在对燃气轮机燃烧器使用该预混合燃烧方式时，需要分散供给燃料，而且将空气均匀地流至燃气轮机燃烧器内而将两者均等地混合。因此，期望在燃气轮机燃烧器内抑制空气的偏流，使其均匀地流动。

为了抑制空气的偏流，期望空气在燃气轮机沿涡轮轴方向呈直线状流动。但是，若将从压缩机排出的空气与燃气轮机燃烧器、而且与涡轮呈直线状配置，则燃气轮机会在轴方向上变长。

因此，在燃气轮机中，如非专利文献1所示地，多使用逆流型燃气轮机的方式。

在该逆流型燃气轮机中，在压缩机的外侧配置多个燃气轮机燃烧器，以将压缩机和涡轮靠近，通过形成这样的结构，缩小涡轮轴方向的长度。

该情况下，从压缩机排出的空气沿燃气轮机燃烧器的外周从燃气轮机燃烧器的尾部进入头部，且在燃气轮机燃烧器的头部将空气流方向反转180度而流入燃气轮机燃烧器的内部。

这样，在逆流型燃气轮机中具有在燃气轮机燃烧器的头部将空气流方向改变180度的流路反转部。因为该燃气轮机燃烧器的流路反转部大幅地改变空气流方向，所以压力损失大。另外，在空气流在流路反转部反转时，由于空气所具有的惯性力而易于产生偏流。

作为抑制这些压力损失、偏流的方法，具有以下方法，增大流路剖面积以使流速降低、在流路中安装整流板等阻性件、或者设置将流分割来进行引导的导向板等。

例如，作为抑制空气在燃气轮机燃烧器的流路反转部的偏流的构造之一，日本特开2007-232348号公报(专利文献1)公开了以下技术，为了在使来自压缩机出口的空气在燃气轮机燃烧器的头部反转180度而引导至燃气轮机燃烧器时抑制流的偏流，在上述流路反转部的入口设置整流板，且在该流路反转部设置引导流的导向板。

另外，在日本特开2009-192175号公报(专利文献2)中公开了以下技术，在燃气轮机燃烧器的流路反转部的入口设置流量调整机构，通过该流量调整机构将上述流路反转部的内周侧的流量设置成比外周侧的流量大。该专利文献2 还公开了以下技术，通过流量调整机构对流进行扰乱，从而抑制流在上述流路反转部的偏流。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2007-232348号公报

专利文献2：日本特开2009-192175号公报

非专利文献1：燃烧工学手册232页(社)日本机械学会(1995年7月)

在逆流型燃气轮机燃烧器中，目前，为了抑制在流路反转部产生的压力损失、空气的偏流，一直在使用以下方法，增大流路剖面积以使流速降低的方法、在流路中安装整流板等阻性件、或者、设置将流分割来进行引导的导向板的方法。

对于增大流路剖面积而使反转时的流速降低的方法，需要从流路反转部的上游侧扩大流路，从而燃气轮机燃烧器的构造变大。

另一方面，在专利文献1记载的技术中，虽然通过设置整流板、导向板能够抑制流路剖面积的扩大，但是由于整流板、导向板的设置，流路变得复杂。特别是对于在流路的途中插入的构造物，因为燃气轮机在停止时和运转时流路的温度不同，所以需要考虑到热变形的支持。因此，存在以下课题，支持方法变得复杂，由于构造物的插入，压力损失也增加。

在专利文献2记载的技术中，提出了通过流量调整机构增大内周侧的流量的方法、通过在流路整体进行扰乱来抑制流在反转部的剥离的方法，但是，在调整流量、对流进行扰乱时，需要对流施加阻力，因此存在由于流量调整机构而压力损失增加的课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃气轮机燃烧器，其抑制在燃气轮机燃烧器的流路反转部的压力损失和流的偏流而使燃料与空气的混合混匀，从而降低了 NOx。

本发明的燃气轮机燃烧器的特征在于，具备：燃烧器头部，其具备燃烧嘴并从该燃烧嘴喷出空气和燃料；燃烧室部分，其在上述燃烧器头部的下游侧设置燃烧室，在该燃烧室的内部对从燃烧嘴喷出的燃料和空气进行混合，并使燃料燃烧而产生燃烧气；燃烧器尾部，其在上述燃烧室部分的下游侧设置构成使燃烧气向下流动的流路的隔壁，并使在该燃烧室产生的燃烧气通过由该隔壁所形成的流路而向下流动；内筒及外筒，上述内筒以包围燃烧嘴的方式设于上述燃烧器头部，上述外筒以包围内筒的外周侧的方式设于上述燃烧器头部；以及空气流路，其形成于上述内筒与外筒之间且供给空气，在上述内筒设置开口部，该开口部将通过空气流路所供给的空气从内筒的外周侧导入内筒的内周侧，在与上述内筒的开口部连通的上述空气流路内设置对空气流构成障碍的障碍物，而且该障碍物由具有使空气从上游侧流通至下游侧的多个孔的多孔板形成，上述障碍物形成为，开口率在上述障碍物的内周侧小，而在上述障碍物的外周侧大，上述开口率为形成于该障碍物的上述孔的开口部分的面积与将除了上述孔以外的构成空气流的遮挡的遮挡部分的面积和上述孔的开口部分的面积相加后的面积的比率。

另外，本发明的燃气轮机燃烧器的特征在于，在燃烧器的头部具备划分内周和外周而供给空气的内筒和包围内筒的外筒，在内筒与外筒之间设置供给空气的空气流路，在内筒的一部分设置开口部，上述开口部将通过上述空气流路而向下流动的空气从燃烧器的内筒的外周侧导入内周侧，在上述开口部的上游侧的上述空气流路内设有对空气流构成障碍的障碍物，而且该障碍物由设有使空气流流通的多个孔的多孔板形成，上述障碍物形成为，开口率在上述障碍物的内周侧小，而在上述障碍物的外周侧大，上述开口率为形成于该障碍物的上述孔的开口部分的面积与将除了上述孔以外的构成空气流的遮挡的遮挡部分的面积和上述孔的开口部分的面积相加后的面积的比率。

另外，本发明的燃气轮机燃烧器的特征在于，具备：点火燃烧嘴，其具备于构成轴心侧的中心部；燃烧器头部，其从具备于该点火燃烧嘴的外周侧的多个主燃烧嘴喷出空气和燃料；燃烧室部分，其在设置于上述燃烧器头部的下游侧的燃烧室的内部对从上述点火燃烧嘴和主燃烧嘴喷出的燃料和空气进行混合，并使燃料燃烧产生燃烧气；燃烧器尾部，其设置于上述燃烧室部分的下游侧，且构成使在上述燃烧室产生的燃烧气向下流动的流路；内筒及外筒，上述内筒在上述燃烧器头部以包围上述点火燃烧嘴和主燃烧嘴的方式设置，上述外筒在上述燃烧器头部以包围上述内筒的外周侧的方式设置；以及空气流路，其形成于上述内筒与外筒之间且供给空气，在上述内筒设置开口部，该开口部将通过上述空气流路所供给的空气从上述内筒的外周侧导入内筒的内周侧，在与上述内筒的开口部连通的上述空气流路内设置对空气流构成障碍的障碍物，而且该障碍物由具有使空气从上游侧流通至下游侧的多个孔的多孔板形成。

本发明的效果如下。

本发明的实施例的燃气轮机燃烧器通过在流路反转部的上游侧的空气流路设置具有上述的特征的障碍物，能够得到以下的效果。首先，在空气流路的内周侧通过障碍物的孔(开口部)之后的空气由于在通过孔后流路扩大而流速降低。另外，由于与周围的气体的流速差，扰乱变多。由于低流速且扰乱多，流易于弯曲，从而通过反转部的内周在燃烧器内部的外周侧流动。

另一方面，对于在空气流路的外周侧通过障碍物的孔(开口部)之后的空气，开口部的剖面积比内周侧大，被遮挡的剖面积比内周侧小。因此，由于通过孔(开口部)之后的流路的扩大较小，因此流速的降低也较少。

另外，由于与周围的气体的接触面积少，因此扰乱也比内周侧小。相比内周侧，由于其高流速且扰乱小，因此由于惯性力而易于一直向前。因此，绕反转部的外周在燃烧器内部的中心侧流动。

如上所述，通过在流路反转部的上游侧的空气流路设置本发明的障碍物，能够在反转部形成通过内周在燃烧器内部的内周侧流动的流和通过外周在燃烧器内部的中心侧流动的流，从而均匀地流至反转部、燃烧器内部。

由于仅在反转部分的上游设置障碍物，因此燃气轮机燃烧器的构造简单。通过在反转部分的上游设置障碍物，虽然在流路反转部的上游侧的障碍物部分增加了一些压力损失，但是由于在流路反转部分流不产生偏流，因此，能够降低燃气轮机燃烧器整体的空气的压力损失。

另外，通过空气在燃气轮机燃烧器内部均匀地流动，变得易于使燃料与空气的混合均匀，能够改善NOx的降低等燃烧性能。

根据本发明，能够实现一种燃气轮机燃烧器，其抑制在燃气轮机燃烧器的流路反转部的压力损失和流的偏流而使燃料与空气的混合混匀，从而降低了 NOx。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施例的燃气轮机燃烧器的剖面的示意图。

图2是表示图1所示的本发明的第一实施例的燃气轮机燃烧器的流路反转部附近的局部放大图。

图3是表示图2所示的本发明的第一实施例的燃气轮机燃烧器的流路反转部上游侧的流路的一部分的向视图。

图4是表示本发明的第二实施例的燃气轮机燃烧器的流路反转部附近的局部放大图。

图5是表示图4所示的本发明的第二实施例的燃气轮机燃烧器的流路反转部上游侧的流路的一部分的向视图。

图中：1—压缩机，2—涡轮，3—发电机，4—燃料供给系统，5—燃料，6 —空气，7—燃烧气，10—燃气轮机燃烧器，10a—燃烧器头部，10b—燃烧室部分，10c—燃烧器尾部，11—点火燃烧嘴，12—主燃烧嘴，13—点火喷嘴， 14—主喷嘴，15—预混合喷嘴，18—内筒，19—外筒，20—端盖，21—燃烧室， 22—内衬，23、24—隔壁，26、26a—空气流路，27—开口部，27a—内筒内部空间，30—障碍物，30a—内周部，30b—外周部，31a—内周侧开口部，31b—外周侧开口部，32a—内周侧遮挡部，32b—外周侧遮挡部，33—内外周的划分线，34、35—空气流，50—障碍物，51—内周侧开口部，52—内周侧的遮挡部，54、55—空气流，57—导向板。

具体实施方式

使用附图，以下对本发明的实施例的燃气轮机燃烧器进行说明。

实施例1

使用图1～图5 ，对本发明的第一实施例的燃气轮机燃烧器进行说明。

图1表示本发明的第一实施例的燃气轮机燃烧器10的剖视图。

图2是将图1所示的本发明的第一实施例1的燃气轮机燃烧器10的空气流路的一部分放大进行表示的局部剖视图。

图3是表示设于空气流路中的、本发明的第一实施例的燃气轮机燃烧器的障碍物的形状的、图2的A-A方向的向视图。

对于图1所示的、具备本发明的第一实施例的燃气轮机燃烧器10的燃气轮机发电装置，由以下部分构成燃气轮机发电装置：压缩机1，其获取燃烧用空气6并进行压缩；燃气轮机燃烧器10，其对由上述压缩机1压缩后的空气6 和从外部通过燃料供给系统4所供给的燃料5进行混合并将上述燃料5燃烧，且产生高温高压的燃烧气7；涡轮2，导入在上述燃气轮机燃烧器10产生的燃烧气并被该燃烧气驱动；发电机3，其通过该涡轮2的驱动而旋转进行发电；以及运转控制器(未图示)。

在具备图1所示的本发明的第一实施例的燃气轮机燃烧器10的燃气轮机发电装置中，燃料5从外部通过燃料供给系统4供给至燃气轮机燃烧器10。

空气6通过压缩机1进行加压压缩，且作为使燃料5燃烧的燃烧用空气6 供给至燃气轮机燃烧器10。

在燃气轮机燃烧器10中，将燃料5与空气6混合并使其燃烧，从而产生高温高压的燃烧气7。然后，产生的高温高压的燃烧气7从燃气轮机燃烧器10 导入涡轮2并对该涡轮2进行驱动，通过该涡轮2回收燃烧气7保持的能量。

然后，燃烧气7保持的能量的一部分构成由涡轮2驱动的压缩机1的动力源，另外，燃烧气7保持的能量的另一部分使由上述涡轮2驱动的发电机3 旋转而供于发电。

在图1所示的、具备本发明的第一实施例的燃气轮机燃烧器10的燃气轮机发电装置中，虽然示出了将压缩机1、涡轮2以及发电机3通过一个轴连结的单轴式燃气轮机发电装置，但是本发明的实施例的燃气轮机燃烧器10也能够应用于将涡轮2分割成高压涡轮和低压涡轮的双轴式燃气轮机发电装置。

另外，本发明的实施例的燃气轮机燃烧器10除了应用于发电机3，也能够应用于作为动力源使用的情况下的燃气轮机发电装置。

而且，在图1所示的、具备本发明的第一实施例的燃气轮机燃烧器10的燃气轮机发电装置中，根据向燃气轮机燃烧器10供给燃料5的燃料供给系统 4的配管、阀等的结构，作为燃料5，不仅能够使用气体燃料，也能够使用液体燃料。

在图1所示的、具备本发明的第一实施例的燃气轮机燃烧器10的燃气轮机发电装置中，虽然示出设有一个燃料供给系统4的情况，但是也能够设置多个燃料系统4以在燃气轮机燃烧器10使用多种燃料。

本发明的作为第一实施例所示出的燃气轮机燃烧器10因为空气的流动方式而被称为逆流型。以下，对第一实施例的燃气轮机燃烧器10的具体的结构进行说明。

在图1所示的第一实施例的燃气轮机燃烧器10中，将燃气轮机燃烧器10 的构成部分从图1的左侧开始，划分成燃烧器头部10a、燃烧室部分10b、燃烧器尾部10c，并分别进行说明。

在图1所示的本发明的第一实施例的燃气轮机燃烧器10中，在构成本实施例的燃气轮机燃烧器10的燃烧器头部10a的轴心中心部配置有点火燃烧嘴 11，在该点火燃烧嘴11的外周侧的周围配置有多个主燃烧嘴12。

在上述点火燃烧嘴11的中心轴上设有在前端具有向燃烧室21喷出燃料5 的喷出孔的点火喷嘴13。

另外，在上述主燃烧嘴12内具备主喷嘴14，主喷嘴14具有喷出燃料5 的喷出孔。此外，在本发明的第一实施例的燃气轮机燃烧器10中，主喷嘴14 的前端配置于主燃烧嘴12内部，在该主燃烧嘴12的前端的内部具备供燃料5 和空气6混合的预混合喷嘴15。

在点火燃烧嘴11和主燃烧嘴12的外周侧的周围以包围点火燃烧嘴11和主燃烧嘴12的方式设有内筒18。

在该内筒18的外周侧以包围该内筒18的外周的方式设有外筒19，而且，在上述外筒19的端部设有端盖20，由该外筒19和端盖20构成密闭的压力容器。

而且，在上述内筒18的外周侧与上述外筒19的内周侧之间形成有空气流路26a，空气流路26a与后述的供空气流动的空气流路26连通，而且同样地供空气流通。

构成本实施例的燃气轮机燃烧器10的燃烧室部分10b在中心部具备燃烧室21，燃烧室21对从上述点火燃烧嘴11及主燃烧嘴12供给的燃料5和空气 6进行混合并燃烧该燃料5，且产生高温高压的燃烧气7，在上述燃烧室21的外周设置内衬22来隔开该燃烧室21。

在上述内衬22的外周侧配置有隔壁23，在上述内衬22的外周侧与隔壁 23的内周侧之间形成有与上述空气流路26a连通的、供空气6流动的空气流路26。

对于构成本实施例的燃气轮机燃烧器10的燃烧器尾部10c，在通过隔壁 24隔开的中央的空间中，在上述燃烧室21所产生的高温高压的燃烧气7向下游动，且将该燃烧气7供给至设置于燃气轮机燃烧器10的下游侧的涡轮2。

上述隔壁24的外周侧面向上述空气流路26，从压缩机1的出口通过空气流路25而供给至燃气轮机燃烧器10的空气6在该空气流路26中流动。

流入燃气轮机燃烧室10的空气6从压缩机1的出口通过空气流路25后，从上述燃气轮机燃烧器10的燃烧器尾部10c朝向燃烧器头部10a，在燃气轮机燃烧器10的外周侧的上述空气流路26及与该空气流路26连通的空气流路 26a依次流动。

在上述空气流路26a流动的空气6在燃气轮机燃烧器10的燃烧器头部10a 通过设于内筒18的壁面的开口部27流入内筒内部空间27a。

流入开口部27之前的空气6的流为从燃烧器尾部10c朝向燃烧器头部10a 的、在上述空气流路26及空气流路26a依次流动的空气6的流，但是在从开口部27流入内筒内部空间27a后，成为从燃烧器头部10a朝向燃烧室部分10b 及燃烧器尾部10c的流。从而，开口部27构成流路反转部。

此外，也可以构成为，在上述空气流路26及空气流路26a依次流动的空气6的一部分不流动至燃烧器头部10a，而是从上述空气流路26的中途通过设于内衬22及隔壁24的空气孔流入上述燃烧室21内(未图示)。

从燃气轮机燃烧器10的内筒18的开口部27流入内筒内部空间27a的空气6经过点火燃烧嘴11及主燃烧嘴12流入与内筒内部空间27a的下游侧连接的燃烧室部分10b的上述燃烧室21。

然后，在上述燃烧室21对从点火喷嘴13及主喷嘴14供给的燃料5和空气6进行混合并燃烧该燃料5，且产生高温高压的燃烧气7。

在上述燃烧室21所产生的高温、高压的燃烧气7在燃烧室尾部10c的上述隔壁24的内周侧向下游动而流入设置于上述燃烧室尾部10c的下游侧的涡轮2。

在燃气轮机燃烧器10中，降低燃烧气7中的氮氧化物(NOx)、一氧化碳 (CO)、未燃烧成分是重要的。另外，由于空气6在燃烧器前后的压力损失影响燃气轮机的效率，因此期望降低压力损失。

对于降低在上述燃烧室21燃烧燃料时的燃烧气7中的NOx、CO、未燃烧成分，燃料5与空气6的混合是重要的。对于独立供给燃料和空气且一边进行混合一边使其燃烧的扩散燃烧方法，虽然易于稳定地形成火炎，但是，因为火炎内形成局部区域的高温部，所以易于产生NOx。

另一方面，对于使燃料和空气在预先混合的基础上燃烧的预混合燃烧方法，虽然若使燃料在稀薄的条件下燃烧，则由于火炎内的温度均匀而能够降低NOx，但是稳定燃烧的范围狭窄。因此，通常使用组合了两者的燃烧方法。

在本发明的第一实施例的燃气轮机燃烧器10中，在设于燃烧器的中心部的点火燃烧嘴11使其进行扩散燃烧。另外，在设于点火燃烧嘴11的外周的主燃烧嘴12使其进行预混合燃烧。

利用通过在点火燃烧嘴11的扩散燃烧而形成的火炎保持主燃烧嘴12的火炎，从而进行稳定燃烧，抑制CO、未燃烧成分的产生。另外，通过增加向主燃烧嘴12投入的燃料，提高进行预混合燃烧的预混合燃烧的比率，抑制NOx 的产生。

在上述的燃烧方式中，重要的是随着燃料5的分配，向点火燃烧嘴11和主燃烧嘴12适当地分配空气6。

但是，对于空气6的流，在空气6的流动方向在燃烧器头部10a反转时，空气6的流易于产生偏颇(偏流)，从而存在导致燃烧性能变差、压力损失上升的可能性。

因此，在本发明的第一实施例的燃气轮机燃烧器10中，抑制从开口部27 流入到内筒内部空间27a的空气6的流的偏颇，降低压力损失。

以下，使用图2及图3所示的本发明的第一实施例的燃气轮机燃烧器10 的燃烧器头部10a附近的局部放大图，对第一实施例的燃气轮机燃烧器10详细地进行说明。此外，图2是在燃气轮机燃烧器10的空气流路26a设有障碍物30的构造的局部放大图，图3是从图2的箭头A侧观察燃气轮机燃烧器10 的燃烧器头部10a的障碍物30的放大图。

图2中，对于本发明的第一实施例的燃气轮机燃烧器10，在形成于燃烧器头部10a的外筒19与内筒18之间的空气流路26a向下游动的空气6通过设于内筒18的壁面的开口部27流入内筒内部空间27a，在与开口部27的上游侧连通的空气流路26a的内部设有对在该空气流路26a流动的空气6形成障碍物的障碍物30。

上述障碍物30构成为，其由多孔板形成，该多孔板由与上游侧和下游侧连通的、形成于该障碍物30的内周部30a的多个孔和形成于该障碍物30的外周部30b的多个孔构成，以相对于空气6的流位于在内筒18的壁面所设置的开口部27的上游侧的方式，使上述障碍物30的内周部30a的端部与上述内筒 18的外周侧的壁面连接而设置，但是，在上述外筒19的内周侧的壁面与上述障碍物30的外周部30的端部之间形成缝隙而使上述障碍物30的外周部30b 未连接。

然后，在空气流路26a流动的空气6分别通过在设置于该空气流路26a的作为障碍物30的多孔板所形成的、作为内周部30a的孔的内周侧开口部31a、及作为外周部30b的孔的外周侧开口部31b，并从设于内筒18的开口部27流入内筒内部空间27a。

如图2及图3所示，对于在与本发明的第一实施例的燃气轮机燃烧器10 的开口部27连通的空气流路26a中所设置的障碍物30，将供空气6通过的、形成于内周部30a的孔的部分的剖面积设为内周侧开口部31a，将形成于外周部30b的孔的部分的剖面积设为外周侧开口部31b。

另外，对于上述障碍物30中的、图3中用斜线部表示的阻碍空气6的流的部分，将障碍物30的内周部30a中除去内周侧开口部31a的部分设为内周侧遮挡部32a，将障碍物30的外周部30b中除去外周侧开口部31b的部分设为外周侧的阻断部32b。此外，图3所示的虚线是划分障碍物30的内周部30a 和外周部30b的划分线33。

而且，将上述内周侧开口部31a及外周侧开口部31b的剖面积占据作为上述障碍物30的内周部30a的孔所形成的内周侧开口部31a及作为外周部30b 的孔所形成的外周侧开口部31b和上述障碍物30的内周侧的遮挡部32a及外周侧的遮挡部32b的剖面积的和的比率设为开口率。

而且，如图3中用虚线划分线33所划分地，将上述障碍物30划分成形成于障碍物30的内周部30a的内周侧开口部31a及内周侧的遮挡部32a和形成于障碍物30的外周部30b的外周侧开口部31b及外周侧的遮挡部32b。

在本发明的第一实施例的燃气轮机燃烧器10中，设于与开口部27连通的空气流路26a的障碍物30构成为，在内周部30a，开口率小，在外周部30b，开口率大。

即，障碍物30的形成于内周部30a的内周侧开口部31a小，形成于外周部30b的外周侧开口部31b大。

在本发明的第一实施例的燃气轮机燃烧器10中，构成为，在设于与开口部27连通的空气流路26a的障碍物30的内周部30a具有开口率小的内周侧开口部31a、及在障碍物30的外周部30b具有开口率大的外周侧开口部31b，通过采用该结构，抑制空气流34、35的偏流。

具体而言，在图2所示的本发明的第一实施例的燃气轮机燃烧器10中，构成为，对设于障碍物30的内周部30a的内周侧开口部31a及设于外周部30b 的外周侧开口部31b的结构进行改变，从而降低在空气流路26a的内周侧流动的空气流34的流速，其中，上述障碍物30设置于与开口部27连通的空气流路26a。

另一方面，构成为，在与内筒内部空间27a连通的空气流路26a的外周侧流动的空气流35的流速增加。即，在空气流路26a设有上述结构的障碍物30，在障碍物30的内周部30a具有开口率小的内周侧开口部31a、及在障碍物30 的外周部30b具有开口率大的外周侧开口部31b。

形成为，通过将上述障碍物30形成为上述结构，在上述障碍物30的下游侧，使经过形成于障碍物30的内周部30a的内周侧开口部31a在空气流路26a 的内周侧流动的空气流34和经过形成于障碍物30的外周部30b的外周侧开口部31b在空气流路26a的外周侧流动的空气流35形成流速差，将通过设于上述障碍物30的内周部30a的内周侧开口部31a的空气流34和通过设于上述障碍物30的外周部30b的外周侧开口部31b的空气流35形成为实质上均匀的流，使在空气流路26a向下游动的空气从设于内筒18的开口部27流入形成于内筒 18的内部的内筒内部空间27a。

以下，对上述障碍物30的构造、在该障碍物30的下游的空气流34和空气流35进行说明。

在图2所示的本发明的第一实施例的燃气轮机燃烧器10中，设置于与开口部27连通的空气流路26a的障碍物30的内周部30a形成为，设于该障碍物 30的内周部30a的内周侧开口部31a的剖面积与内周侧开口部31a和内周侧的遮挡部32a的剖面积的比率，即在障碍物30的内周部30a的开口率变小。

因此，在构成障碍物30的下游侧的空气流路26a中，通过设于该障碍物 30的内周部30a的内周侧开口部31a的空气流34由于与遮挡部32a的下游侧的流的停滞部的流速差而产生扰乱，由于上述空气流34的流在停滞部变宽，因此该空气流34的流速降低。

由于在上述障碍物30的内周部30a的开口率小，因此空气流34在上述障碍物30的内周部30a的下游侧的流速的降低比空气流35在上述障碍物30的外周部30b的下游侧的流速的降低大。

另外，由于在障碍物30的内周部30a的开口率小，因此在上述障碍物30 的内周部30a的下游侧，空气流34的流量也少。因此，在障碍物30的内周部 30a的下游侧，空气流34的惯性力减弱。

由于空气流34的惯性力弱，因此空气流34的流动方向易于改变，上述空气流34在经过障碍物30并从空气流路26a流入内筒内部空间27a时，在接近内筒18前端的位置变成反转的空气流34，在内筒18内，空气流34向内筒18 的外周侧的主燃烧嘴12侧流动。

另一方面，在障碍物30的外周部30b，设于该障碍物30的外周部30b的外周侧开口部31b的剖面积与外周侧开口部31b和外周侧的遮挡部32b的剖面积的比率，即开口率变大。

因此，在障碍物30的外周部30b的下游侧，通过外周侧开口部31b的空气流35由于与外周侧的遮挡部32b的下游侧的流的停滞部的流速差，扰乱比内周侧小。

另外，由于外周侧的遮挡部32b的剖面积小，因此在障碍物30的外周部 30b流动的空气流35的流速的降低比在障碍物30的内周部30a流动的空气流 34的流速的降低小。

另外，由于开口率大，因此在障碍物30的外周部30b流动的空气流35 的流量也多。从而，由于障碍物30的外周部30b与障碍物30的内周部30a相比，惯性力大，因此在障碍物30的外周部30b流动的空气流35的流动方向不易改变，在空气流经过障碍部30并从空气流路26a进入内筒内部空间27a时，在接近燃气轮机燃烧器10的头部10a的位置变成空气流方向反转的空气流35，在内筒内部空间27a成为向中心轴的点火燃烧嘴12侧流动的方向上的空气流 35。

如上所述，在本发明的第一实施例的燃气轮机燃烧器10中，在与开口部 27连通的空气流路26a设置障碍物30，且将该障碍物30的内周部30a的开口率构成为比外周部30b的开口率小，从而在作为供空气流反转的部分的开口部 27，从燃气轮机燃烧器10的头部10a的远离端盖20的位置到接近端盖20的位置，空气流34及空气流35能够形成分别反转的实质上均匀的流。

该结果，在内筒内部空间27a中，空气流34及空气流35不偏向一处，形成实质上均匀的流，因此能够降低压力损失。

另外，通过构成为空气流34及空气流35同样地流入内筒内部空间27a的下游侧的燃气轮机燃烧器10的内筒18内，将空气平均分配至点火燃烧嘴11、主燃烧嘴12。

该结果，易于使在点火燃烧嘴11、主燃烧嘴12的燃料与空气的混合均匀，能够同时利于NOx的降低和压力损失的降低。

在本发明的第一实施例的燃气轮机燃烧器10中，特征在于，设于与开口部27连通的空气流路26a的障碍物30设置为内周部30a的开口率比外周部 30b的开口率小。

在图3所示的本发明的第一实施例的燃气轮机燃烧器10中，作为在设于与开口部27连通的空气流路26a的障碍物30的多孔板上所形成的孔，示出了以下情况，即，将设于该障碍物30的内周部30a的内周侧开口部31a的形状形成为圆形，将设于障碍物30的外周部30b的外周侧开口部31b形成为矩形，然而，设于作为多孔板的上述障碍物30的内周部30a的内周侧开口部31a的形状、及设于外周部30b的外周侧开口部31b的形状不限于圆形、矩形，也可以形成为椭圆、多边形。

另外，在第一实施例的燃气轮机燃烧器10中，若将设于与开口部27连通的空气流路26a的障碍物30的内周部30a的内周侧开口部31a的孔的形状形成为该孔的周围边界面比圆形孔时的边界面大的形状、例如，星形的形状，则通过内周侧开口部31a后的空气流34的扰乱增强，能够进一步促进空气流34 的流动减速。

如以上所说明，根据本发明的实施例，能够实现一种燃气轮机燃烧器，其抑制在燃气轮机燃烧器的流路反转部的压力损失和流的偏流而使燃料与空气的混合均匀，且降低了NOx。

实施例2

使用图4及图5对本发明的第二实施例的燃气轮机燃烧器10进行说明。

图4是将本发明的第二实施例的燃气轮机燃烧器10的空气流路26的一部分放大进行表示的剖视图。

图5是表示本发明的第二实施例的燃气轮机燃烧器10的设于空气流路26a 的障碍物50的形状的图4的A-A方向的向视图。

图4及图5所示的本发明的第二实施例的燃气轮机燃烧器10的基本的结构与第一实施例的燃气轮机燃烧器10实质上相同，因此省略说明。

在本发明的第二实施例的燃气轮机燃烧器10中，与第一实施例的燃气轮机燃烧器10不同的点在于，在燃气轮机燃烧器10的头部10a的外筒19和内筒18之间的空气流路26所设置的障碍物50的形状。

在图4及图5所示的本发明的第二实施例的燃气轮机燃烧器10中，第二实施例的燃气轮机燃烧器10在燃气轮机燃烧器10的头部10a，在与开口部27 连通的上述空气流路26a的内部设有障碍物50。

上述障碍物50为由作为连通上游侧和下游侧的多个孔的内周侧开口部51 构成的多孔板，且在空气6的流中，配置于作为设于内筒18的壁面的开口部 27的上游侧的上述内筒18的外周面。

然后，在空气流路26a流动的空气通过作为形成于由多孔板形成的上述障碍物50的多个孔的内周侧开口部51而向下游动，通过设于内筒18的壁面的开口部27流入在内筒18的内侧所形成的内筒内部空间27a。

另外，设于空气流路26a的上述障碍物50仅设于空气流路26a的内周侧。

在本发明的第二实施例的燃气轮机燃烧器10中，在与开口部27连通的空气流路26a流动的空气的一部分通过设于构成障碍物50的多孔板的内周侧开口部51，其它通过构成障碍物50的外周侧的、无障碍物的空气流路26a的空间部，继而流动。

另外，如图4及图5所示，在上述障碍物50的前端设有与空气流方向平行地向下游侧延伸的导向板57。

在本发明的第二实施例的燃气轮机燃烧器10中，将设于与开口部27连通的空气流路26a的上述障碍物50中的、供空气通过的孔设为内周侧开口部51，将上述障碍物50中的、空气流路26a的内周侧的、不存在作为供空气通过的孔的内周侧开口部51且阻碍空气流的部分设为内周侧的遮挡部52。

另外，在本发明的第二实施例的燃气轮机燃烧器10中，将上述障碍物50 的内周侧开口部51的剖面积相对于内周侧开口部51和内周侧的遮挡部52的剖面积的比率设为开口率。

在图4及图5所示的本发明的第二实施例的燃气轮机燃烧器10中，设于与开口部27连通的空气流路26a的障碍物50仅设于空气流路26a的内周侧。

因此，在本发明的第二实施例的燃气轮机燃烧器10中，设于与开口部27 连通的空气流路26a的障碍物50中的、存在障碍物50的流路部分的开口率不足1，不存在障碍物50的该障碍物50的外周侧的流路部分的开口率为1。

在本发明的第二实施例的燃气轮机燃烧器10中，设于与开口部27连通的空气流路26a的上述障碍物50仅设于内筒18的外面，因此上述障碍物50不受内筒18与外筒19的热伸张差的影响。

以下，对本发明的第二实施例的燃气轮机燃烧器10中的、设于与开口部 27连通的空气流路26a的障碍物50的构造和在上述障碍物50的构造物的下游的空气流进行说明。

在图4所示的本发明的第二实施例的燃气轮机燃烧器10中，设于与开口部27连通的空气流路26a的障碍物50的内周侧开口部51的剖面积与内周侧开口部51和内周侧的遮挡部52的剖面积的比率，即，开口率小。

因此，在障碍物50的下游侧，通过内周侧开口部51的空气流54由于与障碍物50的内周侧的遮挡部52的下游侧的流的停滞部的流速差而产生扰乱，流在停滞部变宽，因此空气流54的流速降低。

由于障碍物50的内周侧的开口率小，因此在障碍物50的内周侧的下游侧的流速的降低比障碍物50的外周侧的下游侧大。另外，由于障碍物50的开口率小，因此流量也少。

因此，在障碍物50的内周侧的下游，空气的惯性力减弱。由于惯性力弱，因此易于改变流的方向，在进入开口部27时，在接近内筒18前端的位置成为空气流54的方向反转的空气流。

即，通过开口部51的空气流54通过接近内筒18前端的位置，空气流向外周侧的主燃烧嘴12侧。

另一方面，障碍物50的外周侧由于未形成障碍物，因此开口率为1，较大。因此，通过障碍物50的外周侧的空气流55的扰乱比内周侧的空气流54 小，且流速的降低也比内周侧的流54小。

因此，障碍物50的外周侧的惯性力比障碍物50的内周侧高，不易改变空气流的方向，在进入开口部27时，在接近燃烧器的头部的位置成为空气的流动方向反转的空气流55，在内筒18内空气流向中心轴的点火燃烧嘴12侧。

如上所述，在本发明的第二实施例的燃气轮机燃烧器10中，将设于与开口部27连通的空气流路26a的障碍物50仅设于内周侧，使障碍物50的内周侧的开口率比障碍物50的外周侧的开口率小，从而在作为空气流54和空气流 55反转空气的流动方向的部分的开口部27，从燃气轮机燃烧器10的远离头部的位置到接近头部的位置，能够形成空气的流动方向反转的流。

该结果，在开口部27，空气流54和空气流55不偏向一处，形成同样的流，能够降低压力损失。

另外，空气流54和空气流55同样地流入开口部27的下游侧的燃气轮机燃烧器10的内筒18内的内筒内部空间27a，从而将空气流54和空气流55均匀分配至点火燃烧嘴11、主燃烧嘴12。

该结果，易于使在点火燃烧嘴11、主燃烧嘴12的燃料与空气的混合均匀，能够同时有利于NOx的降低和燃烧器的构造的简单化、压力损失的降低。

在本发明的第二实施例的燃气轮机燃烧器10中，如图4所示，在构成设于与燃气轮机燃烧器10的开口部27连通的空气流路26a的障碍物50的外周侧的端面的前端，设有与空气流路26a的长边方向平行地延伸的导向板57。

通过在构成该障碍物50的外周侧的端面的前端设置上述导向板57，能够将在与内筒内部空间27a连通的空气流路26a的内周侧流动的空气流54和在空气流路26a的外周侧流动的空气流55分离。

通过将在空气流路26a的内周侧流动的空气流54和在空气流路26a的外周侧流动的空气流55通过在构成设于该空气流路26a内的上述障碍物50的外周侧的端面的前端所设的导向板57进行分离，经过上述障碍物50而从上述空气流路26a流入开口部27的空气流54和空气流55不偏向一处，形成与空气流54和空气流55同样的流，能够进一步降低压力损失。

此外，设于构成障碍物50的外周侧的端面的前端的上述导向板57以与空气流方向平行的方式设于上述障碍物50，因此由导向板57的设置而带来的压力损失小。

在此，燃气轮机燃烧器10的构造相同，将在空气流路26a设有障碍物50 的情况作为第二实施例的燃气轮机燃烧器10，将卸下障碍物50的情况作为比较例的燃气轮机燃烧器，从而对本发明的第二实施例的燃气轮机燃烧器10的、在空气流路26a设有上述障碍物50而带来的压力损失的降低进行估算。

在比较例的燃气轮机燃烧器中，压力损失为约6.0％，与之相对，在本发明的第二实施例的燃气轮机燃烧器10中，通过在空气流路26a设置障碍物50，压力损失降低约0.3％。

当在第二实施例的燃气轮机燃烧器10的与开口部27连通的空气流路26a 设置障碍物50时，由于在空气流路26a中阻性件增加，因此压力损失增加，另一方面，如上所述，在空气的流动方向反转的部分、即，开口部27，随着空气流54及空气流55双方，从燃气轮机燃烧器10的头部10a的接近端盖20 的位置到远离端盖20的位置，空气流54及空气流55双方不偏向一处，形成同样的流，因此能够降低在开口部27的压力损失。

当将两方的效果进行合计时，由于在开口部27的压力损失的降低效果大，因此认为在第二实施例的燃气轮机燃烧器10中，降低了压力损失。

此外，在图5中示出了将设于与燃气轮机燃烧器10的开口部27连通的空气流路26a的障碍物50的孔、即内周侧开口部51的形状设置成圆形的情况下，但是内周侧开口部51的形状不限于圆形或矩形，也可以是椭圆、多边形。另外，当将内周侧开口部51的孔的形状设置成周围边界面大的形状、例如，星形时，通过孔后的空气的扰乱增强，促进流的减速。

另外，在上述的本发明的第一实施例的燃气轮机燃烧器10、第二实施例的燃气轮机燃烧器10中，以组合了点火燃烧嘴11和主燃烧嘴12的燃气轮机燃烧器10为例进行了说明，但是，对于逆流型燃气轮机的燃烧器，也能够应用本发明的燃气轮机燃烧器10的结构。

即使在这些情况下，空气的压力损失的降低、由将空气平均地分配至燃气轮机燃烧器内而带来的燃烧性能的改善也如本发明的第一实施例、第二实施例的燃气轮机燃烧器10所示。

而且，在本发明的第一实施例及第二实施例的燃气轮机燃烧器10也可以设置将空气流引导至开口部27、内筒内部空间27a、空气流路26a的导向板。

如上所述，在本发明的上述的各实施例的燃气轮机燃烧器10中，在与开口部27连通且构成该开口部27的上游侧的空气流路26a内设置上述的结构的障碍物30或50，从而得到以下的效果。

首先，在空气流路26a的内周侧通过障碍物30的孔(开口部)之后的空气由于在通过孔后流路扩大而流速降低。另外，由于与周围的气体的流速差，扰乱变多。由于低流速且扰乱多，流易于弯曲，从而通过开口部27的内周在燃烧器内部的外周侧流动。

另一方面，对于在空气流路26a的外周侧通过障碍物30的孔(开口部) 之后的空气，开口部的剖面积比内周侧大，遮挡孔的剖面积比内周侧小。因此，由于通过障碍物30的孔(开口部)之后的空气流动的流路的扩大较小，因此流速的降低也较少。

另外，由于与周围的气体的接触面积少，因此扰乱也比内周侧小。相比内周侧，由于其高流速且扰乱小，因此由于惯性力而易于一直向前。因此，绕内筒内部空间27a的外周在燃烧器内部的中心侧流动。

如上所述，通过在与形成于内筒18的内部的开口部27连通且构成该开口部27的上游侧的空气流路26a设置障碍物30或50，能够在内筒内部空间27a 形成通过其内周侧在燃烧器内部的内周侧流动的流和通过其外周侧在构成燃烧器内部的轴心的中心侧流动的流，将空气流均匀地流至开口部27、燃烧器 10的内部。

由于仅在构成开口部27的上游的空气流路26a设置障碍物30或50，因此燃气轮机燃烧器10的构造简单。通过在开口部27的上游设置障碍物，虽然在开口部27的上游侧的障碍物30或50增加了一些压力损失，但是由于抑制在开口部27空气流产生偏流，因此，能够降低燃气轮机燃烧器整体的空气流的压力损失。

另外，通过将空气均匀地流动至燃气轮机燃烧器10的内部，易于使燃料与空气的混合混匀，从而能够改善NOx的降低等燃烧性能。

根据上述的本发明的实施例，能够实现一种燃气轮机燃烧器，其抑制在燃气轮机燃烧器的流路反转部的压力损失和流的偏流而使燃料与空气的混合均匀，从而降低了NOx。

Claims (5)

1.一种燃气轮机燃烧器，其特征在于，具备：

燃烧器头部，其具备燃烧嘴并从该燃烧嘴喷出空气和燃料；

燃烧室部分，其在上述燃烧器头部的下游侧设置燃烧室，在该燃烧室的内部对从燃烧嘴喷出的燃料和空气进行混合，并使燃料燃烧而产生燃烧气；

燃烧器尾部，其在上述燃烧室部分的下游侧设置构成使燃烧气向下流动的流路的隔壁，并使在该燃烧室产生的燃烧气通过由该隔壁形成的流路而向下流动；

内筒及外筒，上述内筒以包围燃烧嘴的方式设于上述燃烧器头部，上述外筒以包围内筒的外周侧的方式设于上述燃烧器头部；以及

空气流路，其形成于上述内筒与外筒之间，且供给空气，

在上述内筒设置开口部，该开口部将通过空气流路供给的空气从内筒的外周侧导入内筒的内周侧，

在与上述内筒的开口部连通的上述空气流路内设置对空气流构成障碍的障碍物，而且该障碍物由具有使空气从上游侧流通至下游侧的多个孔的多孔板形成，

上述障碍物形成为，开口率在上述障碍物的内周侧小，而在上述障碍物的外周侧大，上述开口率为形成于该障碍物的上述孔的开口部分的面积与将除了上述孔以外的构成空气流的遮挡的遮挡部分的面积和上述孔的开口部分的面积相加后的面积的比率，

形成于上述障碍物的孔形成为，孔的周围长相对于孔的开口部剖面积的比率在该障碍物的内周侧大，在该障碍物的外周侧小。

2.一种燃气轮机燃烧器，其特征在于，

在燃烧器的头部具备划分内周和外周而供给空气的内筒和包围内筒的外筒，

在内筒与外筒之间设置供给空气的空气流路，在内筒的一部分设置开口部，上述开口部将通过上述空气流路而向下流动的空气从燃烧器的内筒的外周侧导入内周侧，在上述开口部的上游侧的上述空气流路内设有对空气流构成障碍的障碍物，而且该障碍物由设有使空气流流通的多个孔的多孔板形成，

上述障碍物形成为，开口率在上述障碍物的内周侧小，而在上述障碍物的外周侧大，上述开口率为形成于该障碍物的上述孔的开口部分的面积与将除了上述孔以外的构成空气流的遮挡的遮挡部分的面积和上述孔的开口部分的面积相加后的面积的比率，

形成于上述障碍物的孔形成为，孔的周围长相对于孔的开口部剖面积的比率在该障碍物的内周侧大，在该障碍物的外周侧小。

3.一种燃气轮机燃烧器，其特征在于，具备：

燃烧器头部，其从具备于成为轴心侧的中心部的点火燃烧嘴和具备于该点火燃烧嘴的外周侧的多个主燃烧嘴喷出空气和燃料；

燃烧室部分，其在设置于上述燃烧器头部的下游侧的燃烧室的内部对从上述点火燃烧嘴和主燃烧嘴喷出的燃料和空气进行混合，并使燃料燃烧而产生燃烧气；

燃烧器尾部，其设置于上述燃烧室部分的下游侧，且构成使在上述燃烧室产生的燃烧气向下流动的流路；

内筒及外筒，上述内筒在上述燃烧器头部以包围上述点火燃烧嘴和主燃烧嘴的方式设置，上述外筒在上述燃烧器头部以包围上述内筒的外周侧的方式设置；以及

空气流路，其形成于上述内筒与外筒之间，且供给空气，

在上述内筒设置开口部，该开口部将通过上述空气流路供给的空气从上述内筒的外周侧导入内筒的内周侧，

在与上述内筒的开口部连通的上述空气流路内设置对空气流构成障碍的障碍物，而且该障碍物由具有使空气从上游侧流通至下游侧的多个孔的多孔板形成，

形成于上述障碍物的孔形成为，孔的周围长相对于孔的开口部剖面积的比率在该障碍物的内周侧大，在该障碍物的外周侧小。

4.根据权利要求3所述的燃气轮机燃烧器，其特征在于，

设于上述空气流路内的上述障碍物仅设置于上述空气流路内的内周侧，从而在上述空气流路内的外周侧不对空气流构成障碍，

而且，在上述障碍物的外周侧的端面设有与上述空气流路的长边方向平行地延伸的导向板。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的燃气轮机燃烧器，其特征在于，

将上述障碍物设置成，使上述障碍物的内周侧的端面与燃烧器的上述内筒的外周侧连接地进行设置，且上述障碍物的外周侧的端面与上述外筒的内周侧之间形成缝隙。