CN106716017A - 燃烧器、燃气轮机 - Google Patents

Abstract

燃烧器(3)具有：燃烧器主体，所述燃烧器主体具有：尾筒(30)，其在内侧形成流路，以及内筒(20)，其从所述流路的上游侧插入尾筒(30)内并将燃烧气体向所述流路内吹出，并且形成将气膜向与尾筒(30)的内周面(30a)之间吹出的间隙(S1)；连接管(C1)，其在比间隙(S1)的出口靠上游侧，从燃烧器主体的外周侧连接，并且在内侧形成与所述流路连通的连接孔(C3)；以及导流部(40)，其将从连接管(C1)的外部导入的压缩空气(A)在连接管(C1)与所述燃烧器主体的连接部(C)的下游侧，且与间隙(S1)的所述出口相同的位置，以在所述燃烧器主体的周向上流速分布均匀的方式吹出。

Description

燃烧器、燃气轮机

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轮机。

本申请依据2014年9月25日向日本提出申请的日本专利特愿2014-195036号主张优先权，并在此处援用其内容。

背景技术

燃气轮机具备：压缩机，其生成压缩空气；燃烧器，其使燃料在压缩空气中燃烧生成燃烧气体；以及涡轮机，其利用燃烧气体旋转驱动。燃烧器具有内筒和尾筒，所述内筒供给燃料和空气，所述尾筒通过从内筒供给的燃料和空气在内部形成火焰，并生成燃烧气体。

以往，公知有为了防止尾筒的内壁面因在尾筒中生成的燃烧气体而损坏，从构成内筒的顶端部的出口外侧圆环与尾筒之间的间隙供给气膜的结构。

在此，在实际构成燃气轮机时，多采用在沿燃气轮机的外周配置多个燃烧器，并通过连接管将它们连接的结构。在这样的燃烧器中，仅在一个燃烧器上设置点火栓后，将被点火的燃烧器内的火焰通过连接管传递到其他的燃烧器，从而对所有的燃烧器点火。在将如上所述的连接管设置在燃烧器上的情况下，具体采用在燃烧器的内筒的壁面上设置开口，用连接管连接相邻的燃烧器开口彼此的结构。进一步，这样的连接管在需要通过气膜保护免受热这一点上，与燃烧器的内筒、尾筒相同。

作为用于通过气膜保护连接管的技术，公知有例如专利文献1中记载的技术。在专利文献1中记载的燃烧器中，通过在连接管(旁路管)的内部设置套管，从而划分形成流路。通过使空气在该流路中流通，向旁路管的侧壁供给气膜。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2004-92409号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，在专利文献1中记载的燃烧器中，由于用于保护旁路管的气膜，燃烧器内的流路中的压缩空气有可能产生乱流。特别是，在连接了旁路管的区域附近，会导致产生气膜剥离。由此，燃烧器有可能发生损坏。

技术方案

根据本发明的第一方式，燃烧器具有：燃烧器主体，所述燃烧器主体具有：尾筒，其在内侧形成流路，以及内筒，其从所述流路的上游侧插入所述尾筒内并将所述燃烧气体向所述流路内吹出，并且形成将气膜向与所述尾筒的内周面之间吹出的间隙；连接管，其在比所述间隙的出口靠上游侧，从所述燃烧器主体的外周侧连接，并且与所述流路连通；以及导流部，其将从所述连接管的外部导入的压缩空气在所述流路内，且在所述连接管与所述燃烧器主体的连接部的下游侧，以在所述燃烧器主体的周向上流速分布均匀的方式吹出。

根据如上所述的结构，由于在连接管与燃烧器主体的连接部的下游侧设置有导流部，因此也能够向连接管的下游侧的流路引导气膜。并且，通过导流部引导压缩空气，能够使燃烧器主体的周向的压缩空气的流速分布均匀化。

根据本发明的第二方式，在上述第一方式所涉及的燃烧器中，在所述连接部上，可以形成连通该连接部内外的吸气孔，所述导流部可以是具有在所述连接管的内侧从所述吸气孔向所述流路延伸的导入部和与所述导入部连接，并向所述流路的下游侧延伸的导流主体部的结构。

根据如上所述的结构，能够从设置在连接管上的吸气孔导入外部的压缩空气，并使其向连接管的下游侧的流路吹出。由此，能够使燃烧器主体的周向的压缩空气的流速分布均匀化。

并且，根据本发明的第三方式，在上述第二方式所涉及的燃烧器中，所述导流主体部可以形成为随着朝向所述流路的下游侧，周向的尺寸逐渐扩大。

根据如上所述的结构，能够在连接管的下游侧的较广的范围内供给作为气膜的压缩空气。

并且，根据本发明的第四方式，燃气轮机具备：生成所述压缩空气的压缩机；上述任意一种方式所涉及的所述燃烧器；以及利用所述燃烧器生成的燃烧气体驱动的涡轮机。

根据如上所述的结构，能够提供一种具备耐久性较高的燃烧器的燃气轮机。

发明效果

根据上述的燃烧器和燃气轮机，能够有效地降低燃烧器发生损坏的可能性。

附图说明

图1为本发明的实施方式所涉及的燃气轮机的概略图。

图2为本发明的实施方式所涉及的燃烧器的从与轴线垂直的方向观察的截面概略图。

图3为本发明的实施方式所涉及的燃烧器的主要部分截面图。

图4为从连接孔的轴线方向观察本发明的实施方式所涉及的燃烧器的连接部的截面概略图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的第一实施方式进行详细说明。

如图1所示，本实施方式所涉及的燃气轮机1具有：压缩机2，其将大量的空气导入内部进行压缩；燃烧器3，其将燃料混合在该压缩机2压缩的压缩空气A中并使其燃烧；以及涡轮机4，其将从燃烧器3导入的燃烧气体G的热能转换为旋转能。

压缩机2和涡轮机4具备以彼此一体旋转的方式连接的转子5和包围转子5的外周侧的定子6。转子5具有旋转轴7和在轴线O方向上隔开间隔固定的多个环状动叶组8。各个环状动叶组8在旋转轴7的外周上具有沿周向彼此隔开间隔固定的多个动叶。

定子6分别具有壳体9和在壳体9内在轴线O方向上隔开间隔固定的多个环状静叶组10。环状静叶组10在各个壳体9的内表面上具有沿周向彼此隔开间隔固定的多个静叶。

环状静叶组10与环状动叶组8在轴线O方向上交互配置。

如图2所示，燃烧器3具有：燃料供给器11，其喷射来自压缩机2的压缩空气A和燃料；内筒20，其供给来自燃料供给器11的压缩空气A和燃料；以及尾筒30，其利用从内筒20吹出的压缩空气A和燃料生成燃烧气体G，并将生成的燃烧气体G输送到涡轮机4。燃烧器3的内筒20和尾筒30均配置在涡轮机4的机室内。并且，这些内筒20和尾筒30形成燃烧器主体3X。

另外，在本实施方式中，多个燃烧器3沿燃气轮机1的壳体9的外周配置。这些多个燃烧器通过连接部C连接在一起。在这样的燃烧器3中，例如仅对一个燃烧器设置点火栓之后，将被点火的燃烧器内的火焰通过连接部C传递给其他的燃烧器，从而对所有的燃烧器点火。

内筒20具有配置在内筒20的一侧且形成为圆筒状的内筒主体部39和配置在内筒20的另一侧的圆环状的出口外侧圆环50。在内筒20的一侧的端部，设置有燃料供给器11，在另一侧的端部形成有开口25。该出口外侧圆环50形成内筒20的顶端。

另外，在以下说明中，将内筒主体部39的一侧的端部定义为基端部21，将另一侧的端部定义为顶端部22，将基端部21侧定义为上游侧，将顶端部22侧定义为下游侧。并且，将沿内筒20的轴线O的方向定义为轴线方向，将沿以轴线O为中心的圆周的方向定义为周向，将沿该圆周的直径的方向定义为径向。

尾筒30与内筒20相同，为形成为筒状的构件。尾筒30的内部从一侧贯通至另一侧，一侧的端部被设为开口35。开口35的内径比内筒20的顶端部22的外径以及出口外侧圆环50的外径大。另外，以下将尾筒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的顶端部22和出口外侧圆环50。尾筒30的下游侧的端部与涡轮机4的燃烧通道连接。

燃料供给器11固定在壳体9上。内筒20的基端部21受到该燃料供给器11支撑。并且，内筒主体部39的顶端部22与尾筒30的基端部31一起受到设置在壳体9上的图中未示出的支撑部件支撑。

燃料供给器11具有引燃烧嘴12P和多个主烧嘴12M。引燃烧嘴12P沿燃烧器3的轴线O设置。引燃烧嘴12P从引燃喷嘴13P喷射供给的燃料。通过对从该引燃喷嘴13P喷射的燃料点火而形成火焰。

并且，虽省略了详细的图示，但在引燃烧嘴12P上，设置有引燃锥阀。引燃锥阀为包围引燃喷嘴13P的外周侧的筒状的构件。引燃锥阀是为了通过限制火焰的扩散范围、方向而提高保焰性所设置的。

并且，在内筒20的内侧，设置有多个主烧嘴12M。更详细而言，多个主烧嘴12M在引燃烧嘴12P的外周侧沿周向等间隔配置。各个主烧嘴12M沿内筒20的轴线O延伸。即，各个主烧嘴12M形成为与上述引燃烧嘴12P平行。

主烧嘴12M的顶端部设置有主喷嘴13M。从图中未示出的燃料喷嘴向这样形成的主烧嘴12M喷射燃料。被喷射的燃料与内筒20内的压缩空气A混合，生成预混合气体。该预混合气体被在上述引燃烧嘴12P中形成的火焰点火，在尾筒30内通过预混合扩散燃烧生成火焰。被燃烧的预混合气体作为燃烧气体G向后续的涡轮机4流动。

在此，本实施方式所涉及的燃气轮机1具备沿其壳体9的外周隔开间隔配置的多个燃烧器3。这些多个燃烧器3通过连接部C彼此连接。即，在一个燃烧器3中生成的火焰通过连接部C传递到相邻的其他燃烧器3。由此，火焰被传递到沿周向配置的所有的燃烧器3，向涡轮机4供给具有同样温度分布的燃烧气体G。

如图3所示，连接部C具有作为连接相邻的两个燃烧器3、3彼此的配管构件的连接管C1和将连接管C1相对于燃烧器3固定的固定部C2。

连接管C1具有与设置在燃烧器3的尾筒30的外壁上的连接孔C3大致相同的内径。在连接管C1的内部，形成有用于将在燃烧器3中形成的火焰传递到其他燃烧器3的流路。连接孔C3是以从尾筒30的外周面30b向燃烧器3的径向外侧凸出的方式形成的管状的构件。并且，连接孔C3以相对于轴线O倾斜固定角度的方式安装于尾筒30。

通过将连接管C1的端部与该连接孔C3连接，燃烧器3、3彼此连接在一起。并且，连接管C1和连接孔C3通过固定部C2无法脱落地固定。关于该固定部C2的形式并未进行详细图示，但可以想到例如将分别设置在连接管C1和连接孔C3上的凸缘部通过螺丝或螺栓固定连接等。另外，在固定部C2上，可以设置用于抑制在内部流通的燃烧气体G泄漏的密封构件等。并且，连接孔C3与尾筒30的内周面30a连接的部分因具有角部而形成边界部C5。

而且，在连接部C上，设置有用于从外部导入压缩空气A的吸气孔32。吸气孔32为设置在连接部C的连接孔C3的壁面上，并且连通连接部C的内外的贯穿孔。具体而言，吸气孔32设置在连接孔C3的下游侧的壁面上。

另外，在燃烧器3上，设置有导流部40，其用于将经由连接孔C3从外部导入的压缩空气A向内筒20的内部的连接部C的下游侧吹出。导流部40设置在与上述间隙S1的出口，即相当于边界部C5的位置大致相同的位置。

更详细而言，如图3所示，导流部40具有：导入部41，其从远离轴线O侧包围吸气孔32，并向尾筒30内的流路延伸；以及导流主体部42，其从导入部41的轴线O侧的端部沿流路的延伸方向延伸。导入部41和导流主体部42通过连接部40C彼此连接。连接部40C也可以为了不妨碍流体的动作而平滑弯曲。并且，本实施方式所涉及的导流部40的表面平滑地形成。

导流部40的导入部41与连接孔C3的内周面C4以通过间隙S2彼此隔开的方式配置。同样，导流主体部42与尾筒30的内周面30a以通过间隙S2彼此隔开的方式配置。

并且，导入部41以与连接孔C3的内周面C4的形状对应的方式形成。在本实施方式中，由于从连接孔C3的轴线方向观察的截面形状形成为圆形，因此导入部41具有沿该圆形截面的圆弧状的截面。

并且，如图4所示，导流主体部42从连接孔C3向流路的下游侧呈大致扇形形状延伸。具体而言，导流主体部42具有：与导入部41的截面所形成的圆弧大致同心形成的外侧端缘43和连接外侧端缘43的两端与导入部41的一对侧端缘44、44。即，形成为随着从导入部41向下游侧，导流主体部42的周向的尺寸逐渐扩大。

下面，对本实施方式所涉及的燃气轮机1的动作进行说明。在燃气轮机1中，在压缩机2中被压缩的压缩空气A通过被尾筒30的外周面30b以及内筒20的外周面20b与壳体9的内周面包围的流路14(参照图2)，在反转部15被反转后，流入内筒20。

因引燃燃料或主燃料的燃烧而生成的燃烧气体G从尾筒30送出到涡轮机侧气体流路(图中未示出)的内部。进入涡轮机侧气体流路内的燃烧气体G如前所述，旋转驱动转子5。

另一方面，如图3所示，压缩空气A也被导入到尾筒30与内筒20之间的间隙S1中。并且，被导入的压缩空气A从尾筒30与出口外侧圆环50之间的间隙S1沿尾筒30的内周面30a吹出。

向尾筒30的内部吹出的压缩空气A的一部分在尾筒30的内周面30a上形成较薄的膜(气膜的层)。该压缩空气A的膜将尾筒30的内周面30a气膜冷却。由此，从内筒20的开口25供给的燃料和压缩空气A保护尾筒30免受因火焰产生的辐射热。另外，不用来进行气膜冷却的压缩空气A的几乎大部分作为燃烧用的空气使用。

在此，参照图3和图4对连接部C附近的压缩空气A的动作进行说明。当在内筒20和尾筒30之间的间隙S1内部流通的压缩空气A到达连接部C时，通过形成于尾筒30的内周面30a与连接部C的边界部C5的角部，产生乱流。由于产生乱流，导致压缩空气A从尾筒30的内周面30a剥离。因此，压缩空气A变为难以到达连接孔C3的下游侧的状态。

另一方面，本实施方式所涉及的燃烧器3具备如上所述设置在连接部C3的壁面上的吸气孔32和从吸气孔32的附近向尾筒30内的流路延伸的导流部40。从吸气孔32供给与压缩空气A具有同等压力的补充空气A2。该补充空气A2在导流部40与连接孔C3、以及与尾筒30的内周面30a之间形成的间隙S2的内部流通。

在间隙S2的内部流通的补充空气A2被导流部40的导入部41和导流主体部42引导，向尾筒30的下游侧吹出。向尾筒30的下游侧吹出的补充空气A2与作为上述气膜的压缩空气A相同，沿尾筒30的内周面30a流通。即，通过对比连接部C靠下游侧的尾筒30的内周面30a进行气膜冷却，保护尾筒30免受火焰的辐射热等。

并且，如上所述，导流主体部42从连接孔C3向下游侧扩展成扇形形状。由此，被导流部40引导的补充空气A2沿该导流主体部42的形状以从连接孔C3向下游侧扩展的方式吹出。

如上所述，由于导流部40被设置于连接管C1与燃烧器主体3X(内筒20、尾筒30)的连接部C上，因此也能够向连接管C1的下游侧的尾筒30内的流路引导气膜(补充空气A2)。因此，能够降低尾筒30的内周面30a发生损坏的可能性。

并且，根据如上所述的结构，也能够从设置在连接部C上的吸气孔32导入外部的压缩空气A(补充空气A2)，并使其向连接管C1的下游侧的流路吹出。由此，能够使燃烧器主体3X的周向的压缩空气A的流速分布均匀化。因此，能够进一步降低尾筒30的内周面30a发生损坏的可能性。

并且，根据如上所述的结构，通过将导流部40的导流主体部42形成为扇形，能够在尾筒30内的流路中在连接管C1的下游侧的较广的范围内供给作为气膜的补充空气A2。因此，能够更有效地降低尾筒30的内周面30a发生损坏的可能性。

以上，参照附图详述了本发明的实施方式，但具体的结构并不限于该实施方式，也包括不脱离本发明的主旨的范围内的设计变更等。

例如，在上述实施方式中，吸气孔32的开口形状并无特别限定。然而，也可以是例如圆形截面或椭圆形截面、或者多边形截面等的任意一种。

另外，在上述实施方式中，为平滑地形成导流部40的表面的结构。然而，为了进一步有效地利用导流部40对补充空气A2的流动进行整流，可以采用在导流部40的表面设置沿流动方向延伸的凹槽状的狭缝的结构(图中未示出)。相反，也可以在导流部40的表面上设置沿流动方向呈线状延伸的凸部。

根据这种结构，由于能够将补充空气A2的流动积极地进行整流，因此能够使尾筒30内的流路的补充空气A2的流动更加均匀化。

而且，在上述实施方式中，仅对将导流部40应用于燃烧器3的连接部C的例子进行了说明。然而，导流部40的适用对象并不限定于此，可以是例如点火栓或各种测定装置等，只要是需要相对于燃烧器3(燃烧器主体3X)，从与其轴线O交叉的方向插入，在燃烧器3的流路内设置一部分露出的装置，则任意一种形式均能够应用导流部40。

工业上的可利用性

根据上述的燃烧器和燃气轮机，能够有效地降低燃烧器发生损坏的可能性。

符号说明

1 燃气轮机

2 压缩机

3 燃烧器

4 涡轮机

5 转子

6 定子

7 旋转轴

8 环状动叶组

9 壳体

10 环状静叶组

11 燃料供给器

12P：引燃烧嘴

12M 主烧嘴

13P 引燃喷嘴

13M 主喷嘴

20 内筒

20a 内周面

20b 外周面

21 基端部

22 顶端部

25 开口

30 尾筒

30a 内周面

30b 外周面

31 基端部

32 吸气孔

35 开口

39 内筒主体部

40 导流部

50 出口外侧圆环

A 压缩空气

A2 补充空气

C 连接部

C1 连接管

C2 固定部

C3 连接孔

C4 内周面

C5 边界部

G 燃烧气体

S1 间隙

S2 间隙

Claims (4)

1.一种燃烧器，其特征在于，具有：燃烧器主体，所述燃烧器主体具有：尾筒，其在内侧形成流路，以及内筒，其从所述流路的上游侧插入所述尾筒内并将所述燃烧气体向所述流路内吹出，并且形成将气膜向与所述尾筒的内周面之间吹出的间隙；

连接管，其在比所述间隙的出口靠上游侧，从所述燃烧器主体的外周侧连接，并且与所述流路连通；以及

导流部，其将从所述连接管的外部导入的压缩空气在所述流路内，且在所述连接管与所述燃烧器主体的连接部的下游侧，以在所述燃烧器主体的周向上流速分布均匀的方式吹出。

2.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，在所述连接部上，形成有连通所述连接部内外的吸气孔，

所述导流部具有：

在所述连接管的内侧从所述吸气孔向所述流路延伸的导入部；以及

与所述导入部连接，并向所述流路的下游侧延伸的导流主体部。

3.根据权利要求2所述的燃烧器，其特征在于，所述导流主体部形成为随着朝向所述流路的下游侧，周向的尺寸逐渐扩大。

4.一种燃气轮机，其特征在于，具备：生成所述压缩空气的压缩机；

权利要求1至3中任一项所述的燃烧器；以及

利用所述燃烧器生成的燃烧气体驱动的涡轮机。