CN107076419A - 燃烧器、燃气轮机 - Google Patents

Abstract

一种燃烧器(3)，具备：尾筒(30)，在内侧形成流路；内筒(20)，从所述流路的上游侧插入尾筒(30)内，将燃烧气体吹出到所述流路内，并且在与尾筒(30)的内周面之间划分形成从出口向所述流路内吹出压缩空气(A)的间隙，在内筒(20)形成有：切口部(47)，从该内筒(20)的下游侧的端部朝向上游侧凹陷；清洗空气导入孔，将间隙(S1)内的压缩空气(A)导入切口部(47)内。

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2014-195035号，主张优先权，并将其内容引用于此。

背景技术

燃气轮机具备：压缩机，生成压缩空气；燃烧器，使燃料在压缩空气中燃烧并生成燃烧气体；以及涡轮机，由燃烧气体旋转驱动。燃烧器具有：内筒，供给燃料以及空气；以及尾筒，通过从内筒供给的燃料及空气在内部形成火焰，生成燃烧气体。

以往，公知如下构造：为了防止尾筒的内壁面因在尾筒所生成的燃烧气体而损坏，从构成内筒的顶端部的出口外侧环与尾筒之间的间隙供给膜空气。(例如，参照专利文献1)。

此处，在构成实际的燃气轮机时，多采用如下构成：沿燃气轮机的外周配置多个燃烧器，并且通过连结管将这些燃烧器连结起来。在这种燃烧器中，仅在一个燃烧器设置火花塞，并且通过连结管将已点火的燃烧器内的火焰传递到其他燃烧器，由此能够点燃所有燃烧器。在燃烧器设置上述连结管的情况下，有时会采用如下构成：具体而言，在燃烧器的内筒的壁面设置开口，通过连结管将相邻的燃烧器的开口彼此连结起来。而且，为了避免在连结管流通的燃烧气体、火焰与燃烧器内筒发生干扰，在该开口附近形成有切口部。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4709433号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，在上述构成的燃烧器中，有时难以使膜空气一致地在内筒的内部流通。特别是，在专利文献1中所记载的技术中，在连结有连结管的区域附近，由于连结管阻碍膜空气的流动，因此会产生膜空气的剥离。而且，燃烧气体滞留于上述切口部，由此会在不希望的区域形成火焰。由此，具有燃烧器发生损坏的可能性。

技术方案

根据本发明的第一方案，燃烧器具备：尾筒，在内侧形成流路；以及内筒，从所述流路的上游侧插入所述尾筒内，将燃烧气体吹出到所述流路内，并且在与所述尾筒的内周面之间形成吹出压缩空气的间隙，在所述内筒形成有：切口部，从该内筒的下游侧的端部朝向上游侧凹陷；清除空气导入孔，将所述间隙内的压缩空气导入所述切口部内。

根据上述构成，通过设置清除空气导入孔，能朝向切口部导入作为清除空气流的压缩空气。通过供给清除空气流，能抑制切口部内的燃烧气体的滞留、因点燃该滞留的燃烧气体而产生的火焰的形成。

而且，根据本发明的第二方案，在上述第一方案的燃烧器中，所述内筒沿所述切口部的端缘形成，并且具有朝向远离所述流路的方向突出的突出部，所述清除空气导入孔也可以是贯通所述突出部的贯通孔。

根据上述构成，通过作为清除空气导入孔设置贯通突出部的贯通孔，能更加可靠地将作为清除空气流的压缩空气导入切口部内。

而且，根据本发明的第三方案，在上述第二方案的燃烧器中，所述贯通孔也可以构成为内径尺寸随着从上游侧朝向下游侧而减小。

根据上述构成，贯通孔的内径尺寸从上游侧到下游侧减小，因此能将下游侧的清除空气流的流速适当地向提高的方向调节。

而且，根据本发明的第四方案，在上述第二方案或上述第三方案的燃烧器中，所述贯通孔也可以构成为内径尺寸随着从上游侧朝向下游侧而增大。

根据上述构成，贯通孔的内径尺寸从上游侧到下游侧增大，因此能将下游侧的清除空气流的流速适当地向降低的方向调节。

而且，根据本发明的第五方案，上述第二方案至第四方案中任一方案的燃烧器也可以具备多个所述贯通孔。

根据上述构成，由于作为清除空气导入孔具备多个贯通孔，能朝向切口部内的更宽的范围导入清除空气流。

而且，本发明的第六方案的燃气轮机具备多个上述各方案中任一方案所述的燃烧器，所述多个燃烧器也可以是通过对应于所述切口部的形状的连结管相互连结的构成。

根据上述构成，能避免连结燃烧器之间的连结管与内筒发生干扰，并且能使清除空气流充分地遍及至设置有连结管的区域。

有益效果

根据上述燃烧器以及燃气轮机，能有效地降低在燃烧器发生损坏的可能性。

附图说明

图1是本发明的实施方式的燃气轮机的概略图。

图2是从与本发明的实施方式的燃烧器的轴线正交的方向观察的剖面概略图。

图3是本发明的实施方式的燃烧器的主要部位剖面图，是表示内筒与尾筒的连接部的图。

图4是从周向观察本发明的实施方式的燃烧器中的内筒与尾筒的连接部的剖面图(图3的IV-IV线剖面图)。

图5是表示本发明的实施方式的燃烧器的变形例的图。

图6是表示本发明的实施方式的燃烧器的变形例的图。

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说明。

如图1所示，本实施方式的燃气轮机1具备：压缩机2，将大量的空气引入内部进行压缩；燃烧器3，将燃料与由该压缩机2生成的压缩空气A混合并使其燃烧；涡轮机4，将从燃烧器3导入的燃烧气体G的热能转换为转动动能。

压缩机2以及涡轮机4具备以相互一体旋转的方式连结的转子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方向隔开间隔地固定的多个环状动叶群8。各个环状动叶群8在旋转轴7的外周具有在周向相互隔开间隔地固定的多个动叶。

定子6分别具备壳体9和在多个壳体9内在轴线O方向隔开间隔地固定的多个环状静叶群10。环状静叶群10在各个壳体9内表面具有在周向隔出间隔地固定的多个静叶。

环状静叶群10和环状动叶群8在轴线O方向交替配置。

如图2所示，燃烧器3具有：燃料供给器11，喷射来自压缩机2的压缩空气A以及燃料；内筒20，供给来自燃料供给器11的压缩空气A以及燃料；尾筒3，由从内筒20吹出的压缩空气A以及燃料生成燃烧气体G，并将生成的燃烧气体G送到涡轮机4。燃烧器3的内筒20以及尾筒30均配置于涡轮机4的机室14内。

而且，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结部C连结。在这样的燃烧器3中，仅在一个燃烧器上设置火花塞，并且通过连结部C将已点火的燃烧器内的火焰传递到其他燃烧器，由此将所有燃烧器进行点燃。

内筒20具有：内筒主体部39，配置于内筒20的一方侧并呈圆筒状；圆环状的出口外侧环40，配置于内筒20的另一方侧。在内筒20的一方的端部设置有燃料供给器11，在另一方的端部形成有开口25。该出口外侧环40形成了内筒20的顶端。

另外，在以下说明中，将内筒主体部39的一方的端部定义为基端部21，将另一方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。此外，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。

与内筒20同样，尾筒30是呈筒状形成的构件。尾筒30的内部从一方贯通到另一方，一方的端部设为开口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环40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以及出口外侧环40。尾筒30的下游侧的端部连接于涡轮机4的燃烧通路。

燃料供给器11固定于壳体9。内筒20的基端部21由该燃料供给器11支承。而且，内筒主体部39的顶端部22与尾筒30的基端部31一起由设于壳体9的未图示的支承构件支承。

具有燃料供给器11的引燃烧嘴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喷射所供给的燃料。通过点燃从该引燃喷嘴13P喷射的燃料而形成火焰。

此外，虽然省略了详细的图示，但在引燃烧嘴12P设置有引燃锥。引燃锥是包围引燃喷嘴13P的外周侧的筒状构件。引燃锥是为了通过限制火焰的扩散范围、方向来提高火焰稳定性而设置的。

而且，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在周向等间隔地配置于引燃烧嘴12P的外周侧。各个主烧嘴12M沿内筒20的轴线O延伸。即，各个主烧嘴12M与上述的引燃烧嘴12P呈平行。

在主烧嘴12M的顶端部设置有主喷嘴13M。从未图示的燃料喷嘴对如此形成的主烧嘴12M喷射燃料。所喷射的燃料与内筒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形成的火焰点燃，在尾筒30内生成由预混合扩散燃烧形成的火焰。燃烧的预混合气体作为燃烧气体G流向后续的涡轮机4。

而且，如图3所示，在内筒20与尾筒30的连接部(嵌入部分)，在内筒主体部39的外周面20b与尾筒30的内周面30a之间，形成有用于容许内筒20以及尾筒30的由热引起的膨胀及位移的间隙S1。为了密封该间隙S1，内筒主体部39的顶端部22附近的外周面20b上装配有板簧23和由该板簧23支承的密封板24。

密封板24是用于密封内筒20和尾筒30的连接部的圆筒形状的薄板。在密封板24在周向形成有多个狭缝(未图示)。密封板24的上游侧的外周面抵接于尾筒30的内周面30a，并且下游侧的内周面接合于内筒主体部39的外周面20b。

板簧23是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，与密封板24同样地呈圆筒形状。

连接于内筒主体部39的顶端部22的出口外侧环40具有：筒状的主体部41；固定构件(未图示)，用于对主体部41以相对于内筒主体部39无法脱落的方式进行固定。

而且，在主体部41的内周侧形成有随着朝向下游侧而直径逐渐变大的锥形形状的扩大面43。通过该扩大面43，压缩空气A以及燃料顺利地从内筒20被供给到尾筒30。

出口外侧环40的主体部41从上游侧依次具有嵌合于内筒主体部39的顶端部22的嵌合部44和节流部45。嵌合部44形成为与内筒主体部39的顶端部22的内周面20a无间隙地嵌合的形状。也就是说，嵌合部44的外径尺寸设定得比内筒主体部39的顶端部22的内径尺寸小。而且，在节流部45的外周面45b和尾筒30的内周面30a之间设置有径向间隙。

在此，本实施方式的燃气轮机1具备沿其壳体9的外周隔开间隔地配置的多个燃烧器3。这些多个燃烧器3经由连结部C相互连接。也就是说，在一个燃烧器3中产生的火焰通过连结部C传递到相邻的其他燃烧器3。由此，火焰传递到沿周向配置的所有燃烧器3，对涡轮机4供给具有一致的温度分布的燃烧气体G。

连结部C具有：作为连结相邻的两个燃烧器3、3之间的配管构件连结管C1和相对于燃烧器3固定连结管C1的固定部C2。

连结管C1具有与设置在燃烧器3的尾筒30的外壁的连结孔C3大致相同的外径。相对于该连结孔C3连接连结管C1的端部，由此将燃烧器3、3彼此连结。而且，连结管C1与连结孔C3通过固定部C2被固定为无法脱落。虽然未对该固定部C2的方式进行详细图示，但是可以考虑由螺丝的紧固等。除此之外，也可以设置用于抑制在内部流通的燃烧气体G的泄漏的密封构件等。

而且，本实施方式的燃烧器3中，在尾筒30的基端部31附近以遍及整个周向的方式形成有多个空气供给孔32。空气供给孔32的轴向位置是将尾筒30和内筒20组合时的密封板24的下游侧。

在如上构成的燃烧器3中，连结管C1的端部到达尾筒30的内部，因此需要避免在连结管C1内流通的燃烧气体、火焰与出口外侧环40相干扰。因此，如图3和图4所示，在出口外侧环40形成有具有对应于连结管C1的形状的切口部47。

切口部47形成为从出口外侧环40的下游侧端缘40a朝向上游侧凹陷。更详细而言，如图4所示，切口部47具有：圆弧部47a，形成为圆弧状；直线部47b，分别呈直线状地连接该圆弧部47a的两端部和出口外侧环40的下游侧端缘40a。圆弧部47a的径向尺寸设定为充分大于连结管C1的外径尺寸。由此产生的圆弧部47a与连结管C1之间的区域形成间隙S2。

而且，返回到图3，在从与轴线O正交的方向观察的情况下，在出口外侧环40的下游侧端缘40a形成有突出部48。突出部48以朝向远离出口外侧环40的主体部41的外周面的方向、即朝向径向外侧呈阶梯状突出的方式形成。

在该突出部48形成有多个清除(Purge)空气导入孔49(贯通孔49)。清除空气导入孔49设置为沿轴线O方向贯通突出部48。在本实施方式中，在切口部47的圆弧部47a，相互平行地设置有多个(7个)清除空气导入孔49、49、49、49、49、49、49。

接着，对本实施方式的燃气轮机1的动作进行说明。在燃气轮机1中，由压缩机2压缩的压缩空气A经过被尾筒30的外周面30b及内筒20的外周面20b和壳体9的内周面所包围的流路14(参照图2)，在反转部15反转后，流入内筒20。

接下来，从燃料供给器11的引燃烧嘴12P以及主烧嘴12M供给的燃料和压缩空气A从内筒20供给到尾筒30。从内筒20供给的燃料以及压缩空气A在尾筒30的内部形成火焰。具体而言，通过由引燃烧嘴12P供给的引燃燃料以及压缩空气A而形成扩散火炎。而且，通过在多个主烧嘴12M予混合主燃料以及压缩空气A而生成预混合气体，通过点燃预混合气体，形成预混合火焰。

通过引燃燃料和主燃料的燃烧生成的燃烧气体G被从尾筒30送出到涡轮机侧气体流路(未图示)的内部。如前所述，进入到涡轮机侧气体流路内的燃烧气体G使转子5旋转驱动。

另一方面，如图3所示，压缩空气A经由空气供给孔32引入尾筒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之间的间隙沿尾筒30的内周面30a吹出。

被吹出到尾筒30的内部的压缩空气A的一部分在尾筒30的内周面30a上形成薄膜(空气层)。该压缩空气A的膜对尾筒30的内周面30a进行气膜冷却。由此，保护尾筒30免收从自内筒20的开口25供给的燃料以及压缩空气A和由火焰产生的辐射热的影响。另外，不供给于该气膜冷却的压缩空气A的大概大部分被用作燃烧用的空气。

在此参照图4对切口部47附近的压缩空气A的举动进行说明。如图4所示，在从连结管C1的轴线方向(内筒20、尾筒30的周向)观察的情况下，在切口部47的周围，流通作为清除空气流P的压缩空气A。该清除空气流P从设置于切口部47的突出部48的多个清除空气导入孔49朝向切口部47的内侧(由切口部47所包围的区域内部)导入。

由于如此对切口部47供给清除空气流P，因此能在切口部47的内侧的区域，降低例如膜空气(压缩空气A)滞留的可能性。另一方面，在未设有清除空气导入孔49，并且不供给清除空气流P的情况下，在切口部47的内侧，膜空气滞留，由此可能会产生涡流。在尾筒30的内部产生的火焰到达该涡流的情况下，导致在该区域进行火焰稳定(日文为：保炎)。由此，具有在例如出口外侧环40的下游侧端缘40a等发生损坏、劣化的可能性。

但是，在本实施方式的燃烧器3中，由于如上所述在出口外侧环40形成有清除空气导入孔49，能降低在切口部47的内部进行火焰稳定的可能性。因此，能抑制在燃烧器3产生的损坏、劣化。

而且，在本实施方式的燃烧器3中，作为清除空气导入孔49设置沿上下游方向贯通设置于切口部47的突出部48的贯通孔49，由此能更加可靠地将作为清除空气流P的压缩空气A导入切口部47内。

此外，根据上述构成，由于作为清除空气导入孔49具备多个贯通孔49，能朝向切口部47内的更宽的范围导入清除空气流P。

以上，参照附图对本发明的实施方式进行了详细说明，但具体的构成并不限于该实施方式，也包含不脱离本发明主旨的范围的设计变更等。

例如，在本实施方式中，清除空气导入孔49(贯通孔49)的开口形状未特别限定，例如也可以是圆形剖面、椭圆形剖面、或多边形剖面等任一个。

而且，在本实施方式中，清除空气导入孔49(贯通孔49)采用设置于切口部47的圆弧部47a的构成。但是，清除空气导入孔49的配置不限定于此，例如如图5所示，也可以是设置于切口部47的直线部47b的构成。

通过这样的构成，能进一步降低在切口部47的内侧膜空气(压缩空气A)滞留的可能性。

并且，在上述实施方式中，对清除空气导入孔49的内部的开口直径从上游侧到下游侧固定的结构进行了说明。但是，清除空气导入孔49的开口直径并不限定于此，例如，也可以形成为开口直径随着从上游侧朝向下游侧而逐渐增大或减小。

在清除空气导入孔49形成为内径尺寸随着从上游侧朝向下游侧增大的情况下，能将切口部47的下游侧的清除空气流P的流速适当地向降低的方向调节。

相反，在清除空气导入孔49形成为内径尺寸随着从上游侧朝向下游侧而减小的情况下，能将清除空气流P的流速适当地向提高的方向调节。

而且，在上述实施方式中，用于气膜冷却的压缩空气A设为经由空气供给孔32进行导入。但是，压缩空气A的导入的方式并不限定于此，也可以使用其他的方法。例如，也可以是从形成于密封板24的狭缝导入压缩空气A的构成。

而且，在本实施方式的出口外侧环40，清除空气导入孔49采用了设置为贯通设置于切口部47的突出部48的构成。但是，如图6所示，在设置清除空气导入孔49时，也可以在出口外侧环40的外周面设置凹部50，由此设置贯通该凹部50的上下游方向的壁面的一方和切口部47的清除空气导入孔49。

通过这样的构成，除能抑制切口部47的膜空气的滞留以外，还能进一步降低阻碍作为膜空气的压缩空气A的流动的可能性。

而且，在上述实施方式中，对作为清除空气导入孔49形成贯通孔49的例子进行了说明。但是，清除空气导入孔49的形态并不限定于此，例如也可以通过从出口外侧环40的外周面朝向径向内侧设置多个狭缝状的槽来作为清除空气导入孔49。根据这样的构成，在起到与上述实施方式相同的效果的同时，还能提高加工性。

工业上的可利用性

根据上述燃烧器以及燃气轮机，能有效地降低在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 环状动叶群

9 壳体

10 环状静叶群

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

23 板簧

24 密封板

25 开口

30 尾筒

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

40 出口外侧环

41 主体部

43 扩大面

44 嵌合部

45b 外周面

46 节流部

47 切口部

A 压缩空气

C 连结部

C1 连结管

C3 固定部

C3 连结孔

G 燃烧气体

S1 间隙

S2 间隙

Claims (6)

1.一种燃烧器，具备：

尾筒，在内侧形成流路；以及

内筒，从所述流路的上游侧插入所述尾筒内，将燃烧气体吹出到所述流路内，并且在与所述尾筒的内周面之间形成吹出压缩空气的间隙，

在所述内筒形成有：

切口部，从所述内筒的下游侧的端部朝向上游侧凹陷；

清除空气导入孔，将所述间隙内的压缩空气导入所述切口部内。

2.根据权利要求1所述的燃烧器，

所述内筒沿所述切口部的端缘形成，并且具有朝向远离所述流路的方向突出的突出部，

所述清除空气导入孔是贯通所述突出部的贯通孔。

3.根据权利要求2所述的燃烧器，

所述贯通孔的内径尺寸随着从上游侧朝向下游侧而减小。

4.根据权利要求2或3所述的燃烧器，

所述贯通孔的内径尺寸随着从上游侧朝向下游侧而增大。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的燃烧器，

所述清除空气导入孔是多个所述贯通孔。

6.一种涡轮机，

具备多个权利要求1至5中任一项所述的燃烧器，所述多个燃烧器通过对应于所述切口部的形状的连结管相互连结。