CN106716016A - 燃烧器以及具备该燃烧器的燃气涡轮机 - Google Patents

Abstract

一种燃烧器，其具有：喷嘴；烧嘴筒(43)，其包围喷嘴的外周；以及外侧流路筒(60)，其包围烧嘴筒(43)中的下游端部的外周。在外侧流路筒(60)的内周侧与烧嘴筒(43)的外周侧之间，形成着流动空气(A1)的吹扫空气流路(66)。在烧嘴筒(43)的下游端部，以形成烧嘴筒(43)的烧嘴筒形成板(49)的板厚向下游侧逐渐变薄的方式形成有锥面(50)。

Description

燃烧器以及具备该燃烧器的燃气涡轮机

技术领域

本发明涉及一种燃烧器以及具备该燃烧器的燃气涡轮机。

本申请依据2014年9月22日向日本提出申请的日本专利特愿2014-192498号主张优先权，并在此处援用其内容。

背景技术

例如，以下专利文献1中公开的燃烧器，其具有：喷嘴，其具有棒状部分，用来喷射燃料；以及筒，其包围该喷嘴的外周，并将空气与来自喷嘴的燃料喷射至下游侧。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-315457号公报

发明内容

发明要解决的问题

燃烧器内，在燃料燃烧的同时，会流动因该燃烧而产生的燃烧气体。因此，燃烧器的多个部件要放置在高温环境下。因此，人们期望能够延长具有此种部件的燃烧器的使用寿命。

因此，本发明的目的在于，提供一种能够延长使用寿命的燃烧器以及具备该燃烧器的燃气涡轮机。

技术方案

为了实现上述目的，作为本发明所涉及的一实施方式的燃烧器，其特征在于，具有：

喷嘴，具有以烧嘴轴线为中心的棒状部分，用来喷射燃料；烧嘴筒，其形成筒状并包围所述喷嘴的外周，将空气与来自所述喷嘴的燃料从所述烧嘴轴线延伸的轴线方向的一侧即上游侧喷射至另一侧即下游侧；以及外侧流路筒，其包围所述烧嘴筒中至少下游端部的外周，在所述烧嘴筒的外周侧与自身的内周侧之间形成向下游侧流动空气的吹扫空气流路，在所述烧嘴筒的下游端部，以形成所述烧嘴筒的烧嘴筒形成板的板厚向下游侧逐渐变薄的方式形成锥面，并且板厚方向上所述锥面的锥面形成宽度为所述烧嘴筒形成板中未形成所述锥面的部分的板厚的一半以上。

该燃烧器中，在烧嘴筒的下游端部形成了锥面，因此难以在烧嘴筒的下游端的下游侧，形成在烧嘴筒的内周侧流动的含有燃料的气体以及在烧嘴筒的外周侧流动的空气的涡流。因此，该燃烧器中，能够降低在烧嘴筒的下游端附近形成火焰的可能性。

只需在烧嘴筒的下游端部形成锥面，就能够略微获得抑制涡流产生的效果。但是，锥面在板厚方向上的锥面形成宽度小于烧嘴筒形成板中未形成锥面的部分的板厚的一半时，容易在烧嘴筒的下游端的下游侧，形成含有燃料的气体的涡流以及空气的涡流。并且，很可能由于这些涡流在烧嘴筒的下游端附近形成火焰。

相对于此，如果锥面在板厚方向上的锥面形成宽度为烧嘴筒形成板中未形成锥面的部分的板厚的一半以上，则即使在烧嘴筒的下游端的下游侧形成含有燃料的气体的涡流以及空气的涡流，其尺寸也较小或者实质上未形成。假设锥面在板厚方向上的锥面形成宽度为烧嘴筒形成板中未形成锥面的部分的板厚的60％，则可能会在烧嘴筒的下游端的下游侧，形成含有燃料的气体的小涡流以及空气的小涡流。但是，形成这些小涡流时，可以说实质上并不存在于烧嘴筒的下游端附近形成火焰的可能性。因此，该燃烧器中，将锥面在板厚方向上的锥面形成宽度设为烧嘴筒形成板中未形成锥面的部分的板厚的一半以上。

此处，在作为所述一实施方式的所述燃烧器中，在所述烧嘴筒中，可作为所述锥面，在所述烧嘴筒的外周侧形成外侧锥面，并且板厚方向上所述外侧锥面的锥面形成宽度为所述烧嘴筒形成板中未形成所述锥面的部分的板厚的一半以上。

该燃烧器中，由于在烧嘴筒的外周侧流动的空气沿外侧锥面流动，所以该空气在下游侧流动并且接近烧嘴轴线。因此，该燃烧器中，能够抑制在烧嘴筒的内周侧流动的含有燃料的气体向相对于烧嘴轴线的放射方向扩散。

此外，在作为所述一实施方式的所述燃烧器中，在所述烧嘴筒中，可作为所述锥面，在所述烧嘴筒的外周侧形成外侧锥面，并且在所述烧嘴筒的内周侧形成内侧锥面，板厚方向上所述外侧锥面的锥面形成宽度与板厚方向上所述内侧锥面的锥面形成宽度的合计宽度为所述烧嘴筒形成板中未形成所述锥面的部分的板厚的一半以上。

该燃烧器中，在烧嘴筒的下游端部形成锥面并且外侧锥面与内侧锥面的合计锥面在板厚方向上的锥面形成宽度为烧嘴筒形成板中未形成锥面的部分的板厚的一半以上。因此，该燃烧器中，能够降低在烧嘴筒的下游端附近形成火焰的可能性。

此处，形成所述外侧锥面及所述内侧锥面的所述燃烧器中，板厚方向上所述外侧锥面的锥面形成宽度可大于板厚方向上所述内侧锥面的锥面形成宽度。

在该燃烧器的烧嘴筒的下游端的下游侧，沿外侧锥面流动的空气的流动的影响大于沿内侧锥面流动的含有燃料的气体的流动的影响。因此，该燃烧器中，能够抑制从烧嘴筒喷射出的含有燃料的气体向相对于烧嘴轴线的放射方向扩散。

此外，在作为所述一实施方式的所述燃烧器中，在所述烧嘴筒中，可作为所述锥面，在所述烧嘴筒的内周侧形成内侧锥面，并且板厚方向上所述内侧锥面的锥面形成宽度为所述烧嘴筒形成板中未形成所述锥面的部分的板厚的一半以上。

该燃烧器中，在烧嘴筒的下游端部形成锥面并且内侧锥面在板厚方向上的锥面形成宽度为烧嘴筒形成板中未形成内侧锥面的部分的板厚的一半以上。因此，该燃烧器中，能够降低在烧嘴筒的下游端附近形成火焰的可能性。

形成着外侧锥面的以上任一种所述燃烧器中，可具有多个烧嘴，该烧嘴具有所述喷嘴和所述烧嘴筒，多个所述烧嘴的所述烧嘴轴线相互平行，多个所述烧嘴中至少一个烧嘴即第一烧嘴在所述烧嘴筒的外周上的一部分即第一外周部与在所述外侧流路筒的内周上的一部分对向，在所述第一外周部与所述外侧流路筒的内周上的一部分之间形成作为所述吹扫空气流路的第一吹扫空气流路，多个所述烧嘴中与所述第一烧嘴邻接的第二烧嘴在所述烧嘴筒的外周上的一部分与所述第一烧嘴在所述烧嘴筒的外周上的一部分即第二外周部之间，形成空气向下游侧流动的第二吹扫空气流路，所述第二外周部的所述外侧锥面相对于所述烧嘴轴线的角度大于所述第一外周部的所述外侧锥面相对于所述烧嘴轴线的角度。

为了抑制在烧嘴筒的内外周流动的气体出现流动紊乱并减小气体流动的阻力，锥面相对于烧嘴轴线的角度优选为较小的角度。但是，该燃烧器中，第二外周部的外侧锥面相对于烧嘴轴线的角度大于第一外周部的外侧锥面相对于烧嘴轴线的角度。并且，该燃烧器中，第二烧嘴邻接至第一烧嘴的第二外周部侧。因此，在第一烧嘴筒的下游端部中形成有第二外周部的部分的下游端附近，漂浮着流动在第一烧嘴筒的内周侧的含有燃料的气体时，燃料可能会在该下游端附近着火。因此，该燃烧器中，虽然在第一烧嘴筒的内外周流动的气体的流动的阻力会略有增加，但为了使从第一烧嘴筒喷射出的含有燃料的气体远离邻接的第二烧嘴，将形成在第二外周部的外侧锥面相对于烧嘴轴线的角度设为大于形成在第一外周部的外侧锥面相对于烧嘴轴线的角度。

具有所述第一烧嘴及所述第二烧嘴的所述燃烧器中，所述第一烧嘴是使从所述第一烧嘴的所述烧嘴筒喷射出的燃料进行预混合燃烧的预混合燃烧烧嘴，所述第二烧嘴是使从所述第二烧嘴的所述烧嘴筒喷射出的燃料进行扩散燃烧的扩散燃烧烧嘴，多个所述第一烧嘴以所述第二烧嘴为中心在周向上排列配置，所述外侧流路筒以所述第二烧嘴为中心，并以覆盖多个所述第一烧嘴的方式形成筒状。

此外，以上任一种所述燃烧器中，可在所述外侧流路筒的下游侧端部，以形成所述外侧流路筒的外侧流路筒形成板的板厚向下游侧逐渐变薄的方式形成锥面，并且板厚方向上所述锥面的锥面形成宽度为所述外侧流路筒形成板的板厚的一半以上。

该燃烧器中，能够抑制流动在吹扫空气流路中的空气的流动阻力。

为达成上述目的，作为本发明所涉及的一实施方式的燃气涡轮机具有：

以上任一种所述燃烧器；压缩机，其压缩空气后将空气供给至所述燃烧器；以及涡轮机，其由通过所述燃烧器内的燃料燃烧而形成的燃烧气体进行驱动。

有益效果

根据本发明所涉及的一实施方式，能够抑制烧嘴筒的热损伤等，并且能够延长燃烧器的寿命。

附图说明

图1是显示本发明所涉及的一实施方式的燃气涡轮机的结构的模式图。

图2是本发明所涉及的一实施方式的燃气涡轮机的燃烧器周围的剖面图。

图3是本发明所涉及的一实施方式的燃料器的剖面图。

图4是图3的IV箭头图。

图5是本发明所涉及的一实施方式的主烧嘴周围的剖面图。

图6是本发明所涉及的一实施方式的主烧嘴筒的第一外周部周围的剖面图。

图7是本发明所涉及的一实施方式的主烧嘴筒的第二外周部周围的剖面图。

图8是比较例的主烧嘴筒的第一外周部周围的剖面图。

图9是本发明所涉及的第一改进例的主烧嘴筒的第一外周部周围的剖面图。

图10是本发明所涉及的第二改进例的主烧嘴筒的第一外周部周围的剖面图。

图11是本发明所涉及的第三改进例的主烧嘴筒的第一外周部周围的剖面图。

图12是本发明所涉及的第四改进例的主烧嘴筒的第一外周部周围的剖面图。

图13是本发明所涉及的第五改进例的主烧嘴筒的第一外周部周围的剖面图。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明所涉及的燃气涡轮机的一实施方式以及燃气涡轮机具备的燃烧器的各种改进例。

“实施方式”

如图1所示，本实施方式的燃气涡轮机具备：压缩机1，其压缩外部空气以生成压缩空气；多个燃烧器4，其使燃料F在压缩空气中燃烧并生成燃烧气体；以及涡轮机5，其通过燃烧气体驱动。

压缩机1具有：压缩机转子2，其以旋转轴线Ar为中心旋转；以及，压缩机壳体3，其以可旋转方式覆盖压缩机转子2。涡轮机5具有：涡轮机转子6，其以旋转轴线Ar为中心旋转；以及，涡轮机壳体7，其以可旋转方式覆盖涡轮机转子6。压缩机转子2的旋转轴线Ar与涡轮机转子6的旋转轴线Ar位于同一直线上。该压缩机转子2与该涡轮机转子6相互连接，构成燃气涡轮机转子8。此外，压缩机壳体3和涡轮机壳体7互相连接，构成燃气涡轮机壳体9。

在燃气涡轮机转子8上连接着例如发电机的转子。此外，在燃气涡轮机壳体9上固定着燃烧器4。

如图2所示，燃烧器4具有燃烧筒(或尾筒)10和燃料喷射器20。燃烧筒10在内部燃烧燃料F，并将该燃料F燃烧后产生的燃烧气体送至涡轮机5。燃料喷射器20将燃料F和空气A喷射至燃烧筒10内。

如图3所示，燃料喷射器20具备：引燃烧嘴(第二烧嘴或者扩散燃烧烧嘴)30，使喷射出的燃料扩散燃烧；主烧嘴(第一烧嘴或者预混合燃烧烧嘴)40，其使喷射出的燃料进行预混合燃烧；以及烧嘴保持筒21，其保持引燃烧嘴30及主烧嘴40。

引燃烧嘴30具有：引燃喷嘴31，其以燃烧器轴线Ac为中心向轴线方向Da延伸且形成为棒状；引燃烧嘴筒33，其覆盖该引燃喷嘴31的外周；以及多个旋转板32，其以燃烧器轴线Ac为中心使压缩空气进行旋转。此处，将燃烧器轴线Ac延伸的方向即轴线方向Da的一侧设为上游侧，将另一侧设为下游侧。此外，燃烧器轴线Ac为该引燃烧嘴30的烧嘴轴线。

在引燃喷嘴31的下游侧端部，形成着用来喷射燃料的喷射孔。在引燃喷嘴31中形成着喷射孔的位置的下游侧，设置着多个旋转板32。各旋转板32从引燃喷嘴31的外周向含有放射方向成分的方向延伸，并连接至引燃烧嘴筒33的内周面。引燃烧嘴筒33具有：主体部34，其位于引燃喷嘴31的外周；以及锥形部35，其连接至主体部34的下游侧，并向下游侧逐渐扩大直径。多个旋转板32连接至引燃烧嘴筒33的主体部34的内周面。经过压缩机1压缩的压缩空气从引燃烧嘴筒33的上游侧流入其内部。引燃烧嘴筒33从其下游端将从引燃喷嘴31喷射出的燃料与该压缩空气一同喷射。该燃料在燃烧筒10内扩散燃烧。

如图4所示，多个主烧嘴40以包围引燃烧嘴30的外周侧的方式，以燃烧器轴线Ac为中心，在周向上排列配置。

如图3及图5所示，主烧嘴40具有：棒状的主喷嘴41，其以与燃烧器轴线Ac平行的烧嘴轴线Ab为中心，向轴线方向Da延伸；主烧嘴筒43，其覆盖该主喷嘴41的外周；以及多个旋转板42，其以烧嘴轴线Ab为中心，使压缩空气旋转。另外，主烧嘴40的烧嘴轴线Ab与燃烧器轴线Ac平行，因此与燃烧器轴线Ac有关的轴线方向Da和与烧嘴轴线Ab有关的轴线方向Da是同一方向。此外，与燃烧器轴线Ac有关的轴线方向Da的上游侧是与烧嘴轴线Ab有关的轴线方向Da的上游侧，与燃烧器轴线Ac有关的轴线方向Da的下游侧是与烧嘴轴线Ab有关的轴线方向Da的下游侧。

在主喷嘴41的轴线方向Da的中间部，形成着用来喷射燃料的喷射孔。在主喷嘴41中形成着喷射孔的位置附近，设置着多个旋转板42。各旋转板42从主喷嘴41的外周向含有放射方向成分的方向延伸，并连接至主烧嘴筒43的内周面。主烧嘴筒43具有：主体部44，其位于主喷嘴41的外周；以及延长部45，其连接至主体部44的下游侧，并向下游侧延伸。多个旋转板42连接至主烧嘴筒43的主体部44的内周面。经过压缩机1压缩的压缩空气从主烧嘴筒43的上游侧流入其内部。在主烧嘴筒43内，该压缩空气与从主喷嘴41喷射出的燃料进行混合，形成预混合气体PM。主烧嘴筒43从其下游端喷射预混合气体PM。该预混合气体PM中的燃料在燃烧筒10内进行预混合燃烧。

另外，也可在旋转板42上形成用来喷射燃料的喷射孔，并将燃料从此处喷射至主烧嘴筒43内。此时，与以上说明的棒状主喷嘴41相当的部分形成中心棒，主喷嘴形成为具有该中心棒及多个旋转板42。来自外部的燃料供给至中心棒内，并将燃料从该中心棒供给至旋转板42。

如图4所示，从轴线方向Da来看，主烧嘴筒43的主体部44形成为圆形。另一方面，从轴线方向Da来看，主烧嘴筒43的延长部45形成为由以燃烧器轴线Ac为中心的大圆弧、位于大圆弧的烧器轴线Ac侧且以烧器轴线Ac为中心的小圆弧以及以燃烧器轴线Ac为基准向放射方向延伸且将大圆弧的端部与小圆弧的端部直线连接的连接线形成的弧形。该延长部45的外周中相当于大圆弧的部分形成第一外周部46，相当于小圆弧的部分形成第二外周部47，相当于连接直线的部分形成第三外周部48。

如图3及图5所示，烧嘴保持筒21以燃烧器轴线Ac为中心形成圆筒状，覆盖多个主烧嘴筒43的主体部44的外周侧。

燃烧筒10具有：连接部11，其内周侧设有多个主烧嘴43的延长部45；燃烧部13，其形成使从主烧嘴40及引燃烧嘴30喷射出的燃料进行燃烧的燃料区域；以及燃烧气体引导部15，其将通过燃料燃烧而产生的燃烧气体引入涡轮机5。连接部11及燃烧部13都以燃烧器轴线Ac为中心，形成圆筒状。此外，燃烧气体引导部15也形成筒状。燃烧筒10的连接部11的上游端连接至烧嘴保持筒21。燃烧筒10的燃烧部13形成在燃烧筒10的连接部11的下游侧。燃烧筒10的燃烧气体引导部15形成在燃烧筒10的燃烧部13的下游侧。

在圆筒状的连接部11形成着连接部空气孔12，其从外周侧贯穿向内周侧，将来自压缩机1的压缩空气作为第一吹扫空气A1引入内周侧。在燃烧筒10的连接部11与燃烧部13的交界线附近的内周侧，配置在多个主烧嘴40的外周侧与自身的内周侧之间形成第一吹扫空气流路66的外侧流路筒60。外侧流路筒60具有：圆筒状主体部61，其以燃烧器轴线Ac为中心；以及连接部62，其从主体部61的下游侧向外周侧延伸，并连接至燃烧筒10。燃烧筒10中，在与外侧流路筒60的主体部61对向的部分形成着膜式空气孔14，其从外周侧贯穿向内周侧，将来自压缩机1的压缩空气作为膜式空气A4引入内周侧。在外侧流路筒60的主体部61的内周侧与多个主烧嘴筒43的延长部45的第一外周部46之间，形成着从上游侧向下游侧流动第一吹扫空气A1的上述第一吹扫空气流路66。

此外，在多个主烧嘴筒43的延长部45的第二外周部47与引燃烧嘴筒33的锥形部35的外周之间，形成着从上游侧向下游侧流动第二吹扫空气A2的第二吹扫空气流路67。

此外，如图4所示，在以燃烧器轴线Ac为中心的周向上邻接的主烧嘴筒43的延长部45的第三外周部48的相互之间，形成着从上游侧向下游侧流动第三吹扫空气的第三吹扫空气流路68。该第三吹扫空气及上述第二吹扫空气A2都是经压缩机1的压缩，并流入烧嘴保持筒21的内周侧的压缩空气。

如图6及图7所示，在主烧嘴筒43的下游端部，以形成主烧嘴筒43的烧嘴筒形成板49的板厚向下游侧逐渐变薄的方式形成着锥面50。该锥面50是形成在主烧嘴筒43的外周侧，并且以向下游侧逐渐接近主烧嘴筒43的内周面的方式进行倾斜的外侧锥面51。该外侧锥面51形成为覆盖主烧嘴筒43的整个外周。因此，作为该外侧锥面51，具有如图6所示形成在主烧嘴筒43的第一外周部46的外侧锥面51a以及如图7所示形成在主烧嘴筒43的第二外周部47的外侧锥面51b。并且，作为该外侧锥面51，还具有形成在主烧嘴筒43的第三外周面的外侧锥面(未图示)。

如图6所示，形成在第一外周部46的外侧锥面51a的板厚方向上的锥面形成宽度t1为烧嘴筒形成板49中未形成外侧锥面51a的部分的板厚t的一半以上。更优选形成在第一外周部46的外侧锥面51a在板厚方向上的锥面形成宽度t1为烧嘴筒形成板49中未形成外侧锥面51a的部分的板厚t的60％以上。另外，以上作为基准的板厚t是烧嘴筒形成板49中未形成外侧锥面51a的部分中最下游侧的部分的板厚。

形成在第一外周部46的外侧锥面51a在轴线方向Da上的锥面形成长度s1大于上述锥面形成宽度t1。

形成在第一外周部46的外侧锥面51a相对于烧嘴轴线Ab的角度θ1为50°以下20°以上(50°≥θ1≥20°)。另外，此处，形成着第一外周部46的部分的烧嘴筒形成板49的内周面及外周面都与烧嘴轴线Ab平行。因此，外侧锥面51a相对于烧嘴筒形成板49的内周面及外周面的角度也为50°以下20°以上。此外，此处外侧锥面51a相对于烧嘴轴线Ab的角度θ1为含有烧嘴轴线Ab且将外侧锥面51a横切的虚拟平面内的角度。以下，锥面50相对于烧嘴轴线Ab的角度也都为含有烧嘴轴线Ab且将该锥面50横切的虚拟平面内的角度。

此外，如图7所示，形成在第二外周部47的外侧锥面51b在板厚方向上的锥面形成宽度t2为烧嘴筒形成板49中未形成外侧锥面51b的部分的板厚t的一半以上。更优选形成在第二外周部47的外侧锥面51b在板厚方向上的锥面形成宽度t2为烧嘴筒形成板49中未形成外侧锥面51b的部分的板厚t的60％以上。

形成在第二外周部47的外侧锥面51b在轴线方向Da上的锥面形成长度s2为上述锥面形成宽度t2以上。此处，考虑到加工容易性的观点，形成在第二外周部47的外侧锥面51b在轴线方向Da上的锥面形成长度s2与形成在第一外周部46的外侧锥面51a在轴线方向Da上的锥面形成长度s1为相同长度。

形成在第二外周部47的外侧锥面51b相对于烧嘴轴线Ab的角度θ2大于形成在第一外周部46的外侧锥面51a相对于烧嘴轴线Ab的角度θ1。该角度θ2优选为70°以下30°以上(70°≥θ2≥30°)。

此外，虽未图示，形成在第三外周部48的外侧锥面51在板厚方向上的锥面形成宽度也为烧嘴筒形成板49中未形成外侧锥面51的部分的板厚t的一半以上。更优选形成在第三外周部48的外侧锥面51在板厚方向上的锥面形成宽度为烧嘴筒形成板49中未形成外侧锥面51的部分的板厚t的60％以上。形成在该第三外周部48的外侧锥面51相对于烧嘴轴线Ab的角度为50°以下20°以上。

此处，使用图8，说明在主烧嘴筒43x的下游端部未形成锥面的比较例中下游端部周围的气体流动。

在主烧嘴筒43x的下游端部未形成锥面时，该主烧嘴筒43x的下游端面45x是与主烧嘴筒43x的内周面及外周面垂直的平面。此时，在主烧嘴筒43x的下游端面45x的下游侧，形成流动至主烧嘴筒43x内的预混合气体PM的涡流以及流动至第一吹扫空气流路66的第一吹扫空气A1的涡流，该第一吹扫空气流路66形成在主烧嘴筒43x的第一外周部46的外周侧。

如此，在主烧嘴筒43x的下游端面45x的下游侧，形成预混合气体PM的涡流及第一吹扫空气A1的涡流时，很可能在主烧嘴筒43x的下游端面45x附近形成火焰。因此，比较例中，根据燃烧器的运转状态，有时也会在主烧嘴筒43x的下游端面45x附近形成火焰。因此，比较例中，主烧嘴筒43x的下游端部放置在高温环境中，主烧嘴筒43x会受到热损伤等，因此主烧嘴筒43x的寿命会缩短。

另一方面，如上所述，在本实施方式的主烧嘴筒43的下游端部，覆盖主烧嘴筒43的整个外周形成着外侧锥面51。因此，在本实施方式的主烧嘴筒43的下游端的下游侧，难以形成预混合气体PM的涡流及第一吹扫空气A1的涡流。因此，本实施方式中，能够降低在主烧嘴筒43的下游端附近形成火焰的可能性。因此，与比较例相比，本实施方式中，能够抑制主烧嘴筒43的热损伤等，并延长主烧嘴筒43的寿命。

只需在主烧嘴筒43的下游端部形成锥面50，就能够略微获得抑制涡流产生的效果。但是，锥面50在板厚方向上的锥面形成宽度小于烧嘴筒形成板49中未形成锥面50的部分的板厚t的一半时，容易在主烧嘴筒43的下游端的下游侧，形成预混合气体PM的涡流及第一吹扫空气A1的涡流。并且，很可能由于这些涡流在主烧嘴筒43的下游端附近形成火焰。

相对于此，锥面50在板厚方向上的锥面形成宽度为烧嘴筒形成板49中未形成锥面50的部分的板厚t的一半以上时，即使在主烧嘴筒43的下游端的下游侧形成预混合气体PM的涡流及第一吹扫空气A1的涡流，其尺寸也较小或实质上未形成。假设锥面50在板厚方向上的锥面形成宽度为烧嘴筒形成板49中未形成锥面50的部分的板厚t的60％时，可能会在主烧嘴筒43的下游端的下游侧，形成预混合气体PM的小涡流以及第一吹扫空气A1的小涡流。但是，形成这些小涡流时，可以说实质上并不存在于主烧嘴筒43的下游端附近形成火焰的可能性。因此，本实施方式中，将锥面50在板厚方向上的锥面形成宽度设为烧嘴筒形成板49中未形成锥面50的部分的板厚t的一半以上。

此外，本实施方式中，作为锥面50采用了形成在主烧嘴筒43的外周侧，并且以向下游侧逐渐接近主烧嘴筒43的内周面的方式进行倾斜的外侧锥面51。因此，能够抑制从主烧嘴筒43喷射出的预混合气体PM向相对于烧嘴轴线Ab的放射方向扩散。因此，能够使预混合火焰离开燃烧筒10的内周面，抑制燃烧筒10的损伤。

为了抑制在引燃烧嘴筒33的内外周流动的气体出现流动紊乱并减小气体流动的阻力，锥面50相对于烧嘴轴线Ab的角度优选为较小的角度。但是，本实施方式中，如上所述，将形成在第二外周部47的外侧锥面51b相对于烧嘴轴线Ab的角度θ2设为大于形成在第一外周部46的外侧锥面51a相对于烧嘴轴线Ab的角度θ1。如图3及图7所示，在主烧嘴筒43中第二外周部47的燃烧器轴线Ac侧，配置引燃烧嘴30，其将燃料与空气未进行预混合的气体AF进行喷射，形成扩散火焰。因此，在主烧嘴筒43的下游端部形成有第二外周部47的部分的下游端附近，漂浮着预混合气体PM时，预混合气体PM可能会在该下游端附近着火。因此，本实施方式中，虽然在引燃烧嘴筒33的内外周流动的气体的流动阻力会略有增加，但为了使从主烧嘴筒43喷射出的预混合气体PM远离引燃烧嘴30，将形成在第二外周部47的外侧锥面51b相对于烧嘴轴线Ab的角度θ2设为大于形成在第一外周部46的外侧锥面51a相对于烧嘴轴线Ab的角度θ1。

此外，如图4所示，在主烧嘴筒43的第三外周部48的周向侧(以燃烧器轴线Ac为中心的周向)配置其他主烧嘴40。因此，为了使从主烧嘴筒43喷射出的预混合气体PM远离在周向上邻接的其他主烧嘴40，优选将形成在第三外周部48的外侧锥面51相对于烧嘴轴线Ab的角度也设为大于形成在第一外周部46的外侧锥面51a相对于烧嘴轴线Ab的角度θ1。

如上所述，本实施方式中，能够在主烧嘴筒43的下游端附近抑制火焰的形成，因此能够抑制主烧嘴筒43的热损伤等，并能够延长主烧嘴筒43的寿命。

“燃烧器的第一改进例”

使用图9说明上述实施方式的燃烧器的第一改进例。

本改进例的燃烧器中，在上述实施方式的燃烧器的外侧流路筒60的下游端部形成锥面，其他结构与上述实施方式的燃烧器相同。外侧流路筒60的锥面是形成在外侧流路筒60的外周侧，并且以向下游侧逐渐接近外侧流路筒60的内周面的方式进行倾斜的外侧锥面64。该外侧锥面64在板厚方向上的锥面形成宽度是形成外侧流路筒60的主体部61的外侧流路筒形成板63中未形成外侧锥面64的部分的板厚的一半以上。

因此，在本改进例的外侧流路筒60的下游端的下游侧，难以形成在外侧流路筒60的内周侧流动的第一吹扫空气A1以及在外侧流路筒60的外周侧流动的膜式空气A4的涡流。因此，本改进例中，能够抑制这些空气的流动阻力。

尤其是，本改进例中，作为锥面在外侧流路筒60的外周侧形成了外侧锥面64，因此随着流向下游侧，膜式空气A4及第一吹扫空气A1的流动会略微靠近燃烧器轴线Ac(参照图3)侧即远离燃烧筒10的内周面的一侧。因此，本改进例中，随着流向下游侧，从主烧嘴筒43喷射出的预混合气体PM中在外侧流路筒60侧流动的预混合气体PM也会靠近燃烧器轴线Ac侧。因此，本改进例中，能够进一步抑制在主烧嘴筒43的下游端形成第一外周部46的部分的下游端出现热损伤等，并且能够进一步抑制燃烧筒10的内周面出现热损伤等。

“燃烧器的第二改进例”

使用图10说明上述实施方式的燃烧器的第二改进例。

与第一改进例的燃烧器同样地，本改进例的燃烧器也在上述实施方式的燃烧器的外侧流路筒60的下游端部形成着锥面。但是，本改进例的外侧流路筒60的锥面是形成在外侧流路筒60的内周侧，并且以向下游侧逐渐接近外侧流路筒60的外周面的方式进行倾斜的内侧锥面65。该内侧锥面65在板厚方向上的锥面形成宽度是形成外侧流路筒60的主体部61的外侧流路筒形成板63中未形成内侧锥面65的部分的板厚的一半以上。

因此，在本改进例的外侧流路筒60的下游端的下游侧，难以形成在外侧流路筒60的内周侧流动的第一吹扫空气A1以及在外侧流路筒60的外周侧流动的膜式空气A4的涡流。因此，本改进例中，能够抑制这些空气的流动阻力。

此外，本改进例中，作为锥面在外侧流路筒60的内周侧形成着内侧锥面65，因此随着流向下游侧，膜式空气A4及第一吹扫空气A1的部分流动会略微靠近远离燃烧器轴线Ac(参照图3)的一侧即燃烧筒10的内周面侧。因此，本改进例中，与上述实施方式和第一改进例相比，膜式空气A4能够进一步沿燃烧筒10的内周面流动，提高燃烧筒10的膜式冷却效果。

如上所述，在外侧流路筒60形成外侧锥面64(参照图9)时及在外侧流路筒60形成内侧锥面65时，能够获得不同的效果。因此，优选在比较考虑各自的效果后，决定在外侧流路筒60形成外侧锥面64还是内侧锥面65。

“燃烧器的第三改进例”

使用图11说明上述实施方式的燃烧器的第三改进例。

本改进例的燃烧器在主烧嘴筒43的下游端部形成着外侧锥面51c及内侧锥面52。与上述实施方式同样地，外侧锥面51c是形成在主烧嘴筒43的外周侧，并且以向下游侧逐渐接近主烧嘴筒43的内周面的方式进行倾斜的面。此外，内侧锥面52是形成在主烧嘴筒43的内周侧，并且以向下游侧逐渐接近主烧嘴筒43的外周面的方式进行倾斜的面。

本改进例中，外侧锥面51c在板厚方向上的锥面形成宽度t3与内侧锥面52在板厚方向上的锥面形成宽度t4的合计宽度为烧嘴筒形成板49中未形成外侧锥面51c及内侧锥面52的部分的板厚t的一半以上。换言之，外侧锥面51c与内侧锥面52的合计锥面50在板厚方向上的宽度为未形成锥面50的部分的板厚t的一半以上。更优选外侧锥面51c与内侧锥面52的合计锥面50在板厚方向上的锥面形成宽度为烧嘴筒形成板49中未形成锥面50的部分的板厚t的60％以上。此外，板厚方向上外侧锥面51c的锥面形成宽度t3大于板厚方向上内侧锥面52的锥面形成宽度t4。

与上述实施方式同样地，外侧锥面51c相对于烧嘴轴线Ab的角度θ1为50°以下20°以上(50°≥θ1≥20°)。此外，内侧锥面52相对于烧嘴轴线Ab的角度θ3也为50°以下20°以上(50°≥θ3≥20°)。另外，面与线的角度通过处于补角关系的二个角度中的一个角度来表示。本申请中，作为锥面50相对于轴线的角度，采用了处于补角关系的二个角度中的较小的角度。此外，外侧锥面51c相对于烧嘴轴线Ab的角度θ1与内侧锥面52相对于烧嘴轴线Ab的角度θ3也可以并非相同的角度。

与上述实施方式及上述改进例同样地，本改进例中，如上所述，外侧锥面51c与内侧锥面52的合计锥面50在板厚方向上的宽度为未形成锥面50的部分的板厚t的一半以上。因此，即使在主烧嘴筒43的下游端的下游侧形成预混合气体PM的涡流及第一吹扫空气A1的涡流，其尺寸也较小或实质上未形成。因此，本改进例中，能够抑制主烧嘴筒43的热损伤等，并延长主烧嘴筒43的寿命。

此外，本改进例中，板厚方向上外侧锥面51c的锥面形成宽度t3大于板厚方向上内侧锥面52的锥面形成宽度t4。因此，在主烧嘴筒43的下游端的下游侧，沿外侧锥面51c流动的第一吹扫空气A1的流动的影响大于沿内侧锥面52流动的预混合气体PM的流动，能够抑制从主烧嘴筒43喷射出的预混合气体PM向相对于烧嘴轴线Ab的放射方向扩散。

“燃烧器的第四改进例”

使用图12说明上述实施方式的燃烧器的第四改进例。

本改进例的燃烧器在主烧嘴筒43的下游端部形成着内侧锥面52a。内侧锥面52a是形成在主烧嘴筒43的内周侧，并且以向下游侧逐渐接近主烧嘴筒43的外周面的方式进行倾斜的面。

本改进例中，内侧锥面52a在板厚方向上的锥面形成宽度t5为烧嘴筒形成板49中未形成内侧锥面52a的部分的板厚t的一半以上。更优选内侧锥面52a在板厚方向上的锥面形成宽度t5为烧嘴筒形成板49中未形成内侧锥面52a的部分的板厚t的60％以上。内侧锥面52a相对于烧嘴轴线Ab的角度θ3为50°以下20°以上(50°≥θ3≥20°)。

本改进例中，如上所述，内侧锥面52a在板厚方向上的宽度t5为未形成内侧锥面52a的部分的板厚t的一半以上。因此，即使在主烧嘴筒43的下游端的下游侧形成预混合气体PM的涡流及第一吹扫空气A1的涡流，其尺寸也较小或实质上未形成。因此，本改进例中，能够抑制主烧嘴筒43的热损伤等，并延长主烧嘴筒43的寿命。

另外，本改进例中，作为锥面50形成了内侧锥面52a，因此与上述实施方式及以上各改进例不同，具有从主烧嘴筒43喷射出的预混合气体PM会向相对于烧嘴轴线Ab的放射方向扩散的趋势。因此，能够充分期待对于燃烧筒10的内周面的膜式冷却等的冷却效果时、以燃烧器轴线Ac(参照图3)为中心的放射方向上主烧嘴40至燃烧器内筒的内周面的距离较大，即使从主烧嘴筒43喷射出的预混合气体PM略微向相对于烧嘴轴线Ab的放射方向扩散，也能够抑制燃烧筒10的内周面的热损伤时，可采用本改进例。

“燃烧器的第五改进例”

使用图13说明上述实施方式的燃烧器的第五改进例。

上述实施方式及以上各改进例的锥面在含有轴线且将该锥面横切的虚拟平面上的形状为直线。但是，如果筒形成板的板厚向下游侧逐渐变薄，则锥面在含有轴线且将该锥面横切的虚拟平面上的形状也可以是曲线。

例如，如图13所示，形成在主烧嘴筒43的下游端部的外侧锥面51d在含有烧嘴轴线Ab且将该外侧锥面51d横切的虚拟平面上的形状在远离烧嘴轴线Ab的一侧为凸形的光滑曲面。另外，该曲面在接近烧嘴轴线Ab的一侧可以是凹形的光滑曲面。

此处，图13中显示了有关形成在主烧嘴筒43的下游端部的外侧锥面51d的例子。但是，如果筒形成板的板厚向下游侧逐渐变薄，则形成在主烧嘴筒43的下游端部的内侧锥面和外侧流路筒60的锥面在含有轴线且将该锥面横切的虚拟平面上的形状也可以是曲线。

此外，采用的锥面在含有轴线且将锥面横切的虚拟平面上的形状为曲线时，作为该锥面相对于轴线的角度，将使用该锥面相对于轴线的平均角度或者连接该锥面的上游端与下游端的线相对于轴线的角度。

工业上的可利用性

根据本发明的一实施方式，能够抑制烧嘴筒的热损伤等，并且能够延长燃烧器的使用寿命。

符号说明

1 压缩机

4 燃烧器

5 涡轮机

10 燃烧筒

11 连接部

13 燃烧部

15 燃烧气体引导部

20 燃料喷射器

30 引燃烧嘴(第二烧嘴或扩散燃烧烧嘴)

31 引燃喷嘴

32 旋转板

33 引燃烧嘴筒

34 主体部

35 锥形部

40 主烧嘴(第一烧嘴或预混合燃烧烧嘴)

41 主喷嘴

42 旋转板

43 主烧嘴筒

44 主体部

45 延长部

46 第一外周部

47 第二外周部

48 第三外周部

49 烧嘴筒形成板

50 锥面

51、51a、51b、51c、51d 外侧锥面

52、52a 内侧锥面

60 外侧流路筒

64 外侧锥面

65 内侧锥面

66 第一吹扫空气流路

67 第二吹扫空气流路

68 第三吹扫空气流路

Ab 烧嘴轴线

Ac 燃烧器轴线

Ar 旋转轴线

Da 轴线方向

A 空气

A1 第一吹扫空气

A2 第二吹扫空气

A4 膜式空气

F 燃料

PM 预混合气体

Claims (9)

1.一种燃烧器，其特征在于，具有：

喷嘴，具有以烧嘴轴线为中心的棒状部分，用来喷射燃料；

烧嘴筒，其形成筒状并包围所述喷嘴的外周，将空气与来自所述喷嘴的燃料从所述烧嘴轴线延伸的轴线方向的一侧即上游侧喷射至另一侧即下游侧；以及

外侧流路筒，其包围所述烧嘴筒中至少下游端部的外周，在所述烧嘴筒的外周侧与自身的内周侧之间形成向下游侧流动空气的吹扫空气流路，

在所述烧嘴筒的下游端部，以形成所述烧嘴筒的烧嘴筒形成板的板厚向下游侧逐渐变薄的方式形成锥面，并且板厚方向上所述锥面的锥面形成宽度为所述烧嘴筒形成板中未形成所述锥面的部分的板厚的一半以上。

2.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，

在所述烧嘴筒中，作为所述锥面，在所述烧嘴筒的外周侧形成外侧锥面，并且板厚方向上所述外侧锥面的锥面形成宽度为所述烧嘴筒形成板中未形成所述锥面的部分的板厚的一半以上。

3.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，

在所述烧嘴筒中，作为所述锥面，在所述烧嘴筒的外周侧形成外侧锥面，并且在所述烧嘴筒的内周侧形成内侧锥面，板厚方向上所述外侧锥面的锥面形成宽度与板厚方向上所述内侧锥面的锥面形成宽度的合计宽度为所述烧嘴筒形成板中未形成所述锥面的部分的板厚的一半以上。

4.根据权利要求3所述的燃烧器，其特征在于，

板厚方向上所述外侧锥面的锥面形成宽度大于板厚方向上所述内侧锥面的锥面形成宽度。

5.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，

在所述烧嘴筒中，作为所述锥面，在所述烧嘴筒的内周侧形成内侧锥面，并且板厚方向上所述内侧锥面的锥面形成宽度为所述烧嘴筒形成板中未形成所述锥面的部分的板厚的一半以上。

6.根据权利要求2至4中任一项所述的燃烧器，其特征在于，

具有多个烧嘴，所述烧嘴具有所述喷嘴和所述烧嘴筒，

多个所述烧嘴的所述烧嘴轴线相互平行，

多个所述烧嘴中至少一个烧嘴即第一烧嘴在所述烧嘴筒的外周上的一部分即第一外周部与在所述外侧流路筒的内周上的一部分对向，在所述第一外周部与所述外侧流路筒的内周上的一部分之间形成作为所述吹扫空气流路的第一吹扫空气流路，

多个所述烧嘴中与所述第一烧嘴邻接的第二烧嘴在所述烧嘴筒的外周上的一部分与所述第一烧嘴在所述烧嘴筒的外周上的一部分即第二外周部之间，形成空气向下游侧流动的第二吹扫空气流路，

所述第二外周部的所述外侧锥面相对于所述烧嘴轴线的角度大于所述第一外周部的所述外侧锥面相对于所述烧嘴轴线的角度。

7.根据权利要求6所述的燃烧器，其特征在于，

所述第一烧嘴是使从所述第一烧嘴的所述烧嘴筒喷射出的燃料进行预混合燃烧的预混合燃烧烧嘴，

所述第二烧嘴是使从所述第二烧嘴的所述烧嘴筒喷射出的燃料进行扩散燃烧的扩散燃烧烧嘴，

多个所述第一烧嘴以所述第二烧嘴为中心在周向上排列配置，

所述外侧流路筒以所述第二烧嘴为中心，并以覆盖多个所述第一烧嘴的方式形成筒状。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的燃烧器，其特征在于，

在所述外侧流路筒的下游侧端部，以形成所述外侧流路筒的外侧流路筒形成板的板厚向下游侧逐渐变薄的方式形成锥面，并且板厚方向上所述锥面的锥面形成宽度为所述外侧流路筒形成板的板厚的一半以上。

9.一种燃气涡轮机，其特征在于，具有：

权利要求1至8中任一项所述的燃烧器；

压缩机，其压缩空气后将空气供给至所述燃烧器；以及

涡轮机，其由通过所述燃烧器内的燃料燃烧而形成的燃烧气体进行驱动。