CN111936790A - 燃烧器以及具备该燃烧器的燃气轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够在实现低NOX化的同时充分抑制返火的燃烧器。本发明的燃烧器具备：壳体(20)，其在内部具有充满空气的空气室(121)；混合流路形成构件(131)，其在内部形成入口侧与空气室(121)连接且出口侧与燃烧室(124)连接的混合流路(134)，且具有与形成于混合流路(134)的入口侧的空气室(121)连通的流入口(142)；以及燃料喷嘴(132)，其配置于空气室(121)的内部，具有位于比混合流路形成构件(131)的流入口(142)靠上游侧处且用于朝向下游侧喷射燃料的燃料喷射孔(133)。

Description

燃烧器以及具备该燃烧器的燃气轮机
技术领域
本发明涉及燃烧器以及具备该燃烧器的燃气轮机。
背景技术
作为例如燃气轮机用的燃烧器，已知具备形成有多个用于喷射燃料的燃料喷射孔的圆板构件的燃烧器。在该燃烧器中，在圆板构件的中心轴方向上开口从而形成上述的燃料喷射孔，经由燃料喷射孔喷射的燃料燃烧，从而在圆板构件的中心轴方向上产生火焰。
作为这样的燃烧器，已知有专利文献1所记载的燃烧器。在专利文献1所记载的燃烧器中，在燃料喷射孔连接与空气室连通的混合管(特别参照图4)。并且，在混合管的内部，从空气室供给的空气与从形成于混合管的管壁的燃料入口供给的燃料汇合(特别参照第0021段)。并且，混合管内部中的空气与燃料的混合气体从燃料喷射孔喷射，并在燃烧室内燃烧(特别参照第0021段)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-203758号公报(特别参照第0021段、图4)
发明内容
发明所要解决的课题
在专利文献1所记载的燃烧器中，燃料通过形成于管壁的燃料入口而与混合管内部的空气流汇合。因此，难以使燃料无遗漏地分别遍布在空气流的径向以及周向上。因此，在混合管内部的径向以及周向上，燃料浓度均容易产生偏差。其结果是，在从燃料喷射孔喷射燃料并使其在燃烧室燃烧的情况下，由于燃料的局部的高浓度化，氮氧化物(NOX)的生成量容易增大。
另外，当从燃料入口向混合管内部供给燃料时，如上述那样难以使燃料无遗漏地遍布在例如径向上，因此在管壁附近燃料浓度容易变高。由此，在从燃料喷射孔喷射燃料并使其在燃料室燃烧的情况下，由于管壁附近的燃料浓度较高部分而容易产生返火(回火)。
本发明是鉴于这样的课题而完成的，本发明的至少一实施方式的目的在于，提供一种能够在实现低NOX化的同时充分抑制返火的燃烧器以及具备该燃烧器的燃气轮机。
用于解决课题的方案
(1)本发明的一实施方式的燃烧器的特征在于，所述燃烧器具备：壳体，其在内部具有充满空气的空气室；至少一个混合流路形成构件，其在内部形成入口侧与所述空气室连接且出口侧与燃烧室连接的至少一条混合流路，且具有与形成于所述混合流路的入口侧的所述空气室连通的流入口；以及至少一个燃料喷嘴，其配置于所述空气室的内部，具有位于比所述混合流路形成构件的所述流入口靠上游侧处且用于朝向下游侧喷射燃料的燃料喷射孔。
根据上述(1)的结构，在混合流路中，能够充分地混合燃料与空气。即，在较宽的空间即空气室的空气通过较窄的流入口时，在混合流路中产生缩流。另外，从位于流入口的上游侧的燃料喷射孔喷射燃料，喷射出的燃料从流入口与空气一起流入。然后，由于在混合流路中产生的缩流作用，流入的燃料与空气在混合流路中被充分地混合。其结果是，能够抑制混合流路中的燃料浓度的偏差，从而实现低NOX化。另外，空气在比混合流路的流入口靠上游且比燃料喷射孔靠下游的位置流入，从而能够在流路壁附近抑制由燃料高浓度化引起的返火(回火)。
(2)在几个实施方式中，在上述(1)的结构的基础上，特征在于，所述燃料喷射孔以在沿着所述壳体的轴线方向从所述上游侧向所述下游侧进行观察的情况下指向所述流入口的方式构成。
根据上述(2)的结构，能够使燃料容易流向流入口。由此，能够抑制燃料向空气室内部的飞散量，从而能够容易进行基于燃料量控制的火焰控制。
(3)在几个实施方式中，在上述(2)的结构的基础上，特征在于，所述至少一个燃料喷嘴包括包含第一燃料喷嘴以及与所述第一燃料喷嘴相邻配置的第二燃料喷嘴在内的多个燃料喷嘴，所述第一燃料喷嘴所具有的所述燃料喷射孔、以及所述第二燃料喷嘴所具有的所述燃料喷射孔分别以在沿着所述壳体的轴线方向从所述上游侧向所述下游侧进行观察的情况下指向共同的所述流入口的方式构成。
根据上述(3)的结构，能够从多个燃料喷射孔向流入口喷射燃料。因此，在混合流路中的混合气体流中，能够抑制径向以及周向上的燃料浓度不均。其结果是，在燃烧室中使混合气体燃烧时，能够抑制火焰不均的产生。
(4)在几个实施方式中，在上述(3)的结构的基础上，特征在于，所述至少一个燃料喷嘴包括多个燃料喷嘴，所述燃料喷嘴所具有的所述燃料喷射孔分别以在沿着所述壳体的轴线方向从所述上游侧向所述下游侧进行观察的情况下指向共同的所述流入口的方式构成，并且在所述流入口的周向上等间隔地设置。
根据上述(4)的结构，由于在周向上等间隔地喷射燃料，因此能够更充分地抑制周向上的燃料浓度不均。
(5)在几个实施方式中，在上述(1)至(4)中任一结构的基础上，特征在于，所述壳体在内部具有燃料室，所述燃料室形成于所述燃烧室与所述壳体内部的所述空气室之间，用于贮存所述燃料。
根据上述(5)的结构，能够以避开空气室的方式形成燃料流路，从而能够充分地确保空气室的内部空间。并且，通过充分地确保空气室的内部空间，从而无论混合流路形成构件的位置如何，都容易无遗漏地进行空气从空气室向流入口的流入。其结果是，尤其能够充分地抑制各混合流路的空气流入量的偏差。
(6)在几个实施方式中，在上述(5)的结构的基础上，特征在于，所述燃烧器还具备多孔板，所述多孔板将所述空气室与所述燃料室分隔开，且包括将所述空气室与所述燃料室连通的第一开口、以及将所述空气室与所述混合流路连通的第二开口，所述燃料喷嘴形成为一端侧封闭而另一端侧开口的有底筒状，所述燃料喷嘴的所述另一端侧的所述开口与所述多孔板的所述第一开口连接。
根据上述(6)的结构，能够以简单的结构将燃料室内部的燃料通过多孔板的第一开口而向混合流路的流入口供给。
(7)在几个实施方式中，在上述(1)至(4)中任一结构的基础上，特征在于，所述燃料喷嘴形成为一端侧与作为所述燃料的供给源的燃料供给源连接而与所述流入口对置的另一端侧封闭的有底筒状。
根据上述(7)的结构，能够针对每个燃料喷嘴变更各燃料喷嘴的长度。由此，能够与燃料喷嘴的长度对应地变更混合流路的长度。其结果是，能够抑制共振，从而容易抑制燃烧器的燃烧振动。
(8)在几个实施方式中，在上述(7)的结构的基础上，特征在于，
所述至少一条混合流路包括多条混合流路，所述混合流路形成构件具备形成所述多条混合流路的各条混合流路且彼此隔开间隔地设置的多个混合管。
根据上述(8)的结构，能够通过混合管间的间隙将空气向混合管的流入口引导。由此，除了从流入口的上游侧以外，也能够从下游侧向混合管供给空气，从而能够进一步增大上述的缩流作用。其结果是，在混合流路中，能够更充分地混合燃料与空气。
(9)在几个实施方式中，在上述(7)的结构的基础上，特征在于，所述至少一条混合流路包括多条混合流路，所述混合流路形成构件具备由将所述多条混合流路的各条混合流路分隔开的多个隔壁的集合构成的隔壁集合体。
根据上述(9)的结构，在混合流路产生不良情况的情况下，能够通过更换隔壁集合体整体来消除该不良情况，因此能够容易进行维护。另外，混合流路彼此被隔壁分隔，因此没有无用的空间，能够实现燃烧器的小型化。并且，混合流路密集地形成，因此能够通过一个燃料喷嘴向更多的混合流路供给燃料。其结果是，能够削减燃料喷嘴个数。并且，能够产生接近接受侧风的喷流的混合，从而能够进行特别充分的混合。
(10)本发明的至少一实施方式的燃气轮机特征在于，所述燃气轮机具备：上述(1)至(9)中任一所述的燃烧器；压缩机，其对向所述燃烧器供给的所述空气进行压缩；以及涡轮，其由从所述燃烧器的所述燃烧室排出的燃烧气体驱动。
根据上述(10)的结构，能够提供一种使如上述那样充分混合了的混合气体燃烧从而能够稳定地运转的燃气轮机。
发明效果
根据本发明的至少一实施方式，能够提供一种能够在实现低NOX化的同时充分抑制返火的燃烧器以及具备该燃烧器的燃气轮机。
附图说明
图1是示出本发明的一实施方式的燃气轮机的结构图。
图2是示出燃烧器附近的剖视图。
图3是将燃烧器的燃料喷射孔附近放大示出的立体图。
图4是将燃烧器的燃料喷嘴附近放大示出的立体图。
图5是流示出从入口流入的燃料以及空气的流动的图。
图6是示出燃料喷嘴以及混合流路形成构件的配置的图。
图7是示出燃料喷嘴以及混合流路形成构件的配置的图，且是示出与图6不同的实施方式的图。
图8是示出本发明的二实施方式的燃烧器附近的剖视图。
图9是示出在本发明的二实施方式的燃烧器中，从流入口流入的燃料以及空气的流动的图。
图10是示出本发明的三实施方式的燃烧器所具备的燃料喷嘴以及隔壁集合体的配置的图。
图11是流示出从入口流入的燃料以及空气的流动的图。
图12是示出燃料喷嘴以及隔壁集合体的配置的图，且是示出与图10不同的实施方式的图。
图13是示出本发明的四实施方式的燃烧器附近的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的几个实施方式进行说明。其中，以下作为实施方式所记载的内容或附图中记载的内容只不过是例示，能够在不脱离本发明的主旨的范围内任意地变更并实施。另外，对于各实施方式，能够将两个以上的实施方式任意组合来实施。并且，在以下说明的各实施方式中，对相同的构件标注相同的附图标记，并省略重复的说明。
另外，作为实施方式而记载的或附图中示出的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等并不旨在将本发明的范围限定于此，仅仅是说明例而已。
例如，“在某方向上”、“沿着某方向”、“平行”、“正交”、“中心”、“同心”或者“同轴”等表示相对或绝对的配置的表述不仅表示严格上该种配置，还表示以具有公差、或可得到相同功能的程度的角度、距离而相对地位移了的状态。
例如，“相同”、“相等”以及“均质”等表示物事相等的状态的表达不仅表示严格相等的状态，还表示存在公差、或者能够得到相同功能的程度的差的状态。
例如，四边形状、圆筒形状等表示形状的表述不仅表示几何学上严格意义上的四边形状、圆筒形状等形状，还表示在可得到相同效果的范围内包括凹凸部、倒角部等的形状。
另一方面，“具备”、“配备”、“含有”、“包括”或“具有”一构成要素这样的表述不是将其他构成要素的存在排除在外的排他性表述。
图1是示出本发明的一实施方式的燃气轮机100的概要结构图。如图1所示，一实施方式的燃气轮机100具备用于对作为向燃烧器4供给的氧化剂的空气进行压缩(即生成压缩空气)的压缩机2、用于使用压缩空气及燃料而产生燃烧气体的燃烧器4(燃气轮机燃烧器)、以及构成为由从燃烧器4的燃烧室124(后述)排出的燃烧气体驱动的涡轮6。在发电用的燃气轮机100的情况下，在涡轮6连结有发电机(未图示)，利用涡轮6的旋转能量来进行发电。
在燃气轮机100所具备的燃烧器4中，通过使燃料与空气的混合气体燃烧，从而产生上述的燃烧气体。并且，在该燃烧器4中能够充分混合燃料与空气，其详情后述。因此，在具备这样的燃烧器4的燃气轮机100中，通过使如上述那样充分混合后的混合气体燃烧，从而能够在实现低NOX化的同时稳定地进行燃气轮机100的运转。
作为在燃烧器4中燃烧的燃料，可以举出氢、甲烷、轻油、重油、喷气发动机燃料、天然气、气化后的煤等，能够燃烧它们中的一种或将两种以上任意地组合来进行燃烧。
压缩机2具备压缩机机室10、设置于压缩机机室10的入口侧且用于取入空气的空气取入口12、以同时贯穿压缩机机室10以及涡轮机室22的方式设置的转子8、以及配置于压缩机机室10内的各种叶片。各种叶片包括设置于空气取入口12侧的入口引导叶片14、固定于压缩机机室10侧的多个静叶16、以及以与静叶16交替地排列的方式植设于转子8的多个动叶18。在这样的压缩机2中，从空气取入口12取入的空气通过多个静叶16以及多个动叶18而被压缩，从而成为高温高压的压缩空气。并且，高温高压的压缩空气从压缩机2被送至后级的燃烧器4。
燃烧器4具备壳体20。虽然在图1中仅图示出一个，但燃烧器4在未图示的燃气轮机壳体(也可以构成为壳体20的一部分或全部)的内部以转子8为中心呈环状配置有多个。向燃烧器4供给燃料和由压缩机2生成的压缩空气，并使燃料燃烧，从而产生作为涡轮6的工作流体的燃烧气体。然后，燃烧气体从燃烧器4被送至后级的涡轮6。
涡轮6具备涡轮机室22、以及配置于涡轮机室22内的各种叶片。各种叶片包括固定于涡轮机室22侧的多个静叶24、以及以与静叶24交替地排列地方式植设于转子8的多个动叶26。在涡轮6中，燃烧气体通过多个静叶24以及多个动叶26，由此驱动转子8旋转。由此，对与转子8连结的发电机(未图示)进行驱动。
另外，在涡轮机室22的下游侧经由排气机室28而连结有排气室30。驱动涡轮6后的燃烧气体经由排气机室28及排气室30而向外部排出。
图2是示出燃烧器4的附近的剖视图。在图2中，单点划线表示壳体20的轴线L。另外，在图2中，为了便于图示，将混合流路形成构件131(混合管)的数量记载得比图3所示的形态少。
如上所述，燃烧器4具备壳体20。在壳体20的内部配置有筒构件105，筒构件105通过等间隔地配置于其周向外壁的支承构件106而固定支承于壳体20的内部。需要说明的是，支承构件106以沿周向具有间隔的方式设置。另外，在壳体20的内部，在筒构件105的后侧形成有空气室121，该空气室121中充满在空气流路110中流通而从机室40流入的空气(压缩空气)。
在筒构件105的内部以具有间隔的方式配置第一支承板111、第二支承板112以及第三支承板113。在第一支承板111与第二支承板112之间，形成用于贮存从混合气体喷射孔141喷射的混合气体中的燃料的燃料室122。即，壳体20在形成于燃烧器衬套46的内部的燃烧室124与壳体20内部的空气室121之间具备用于贮存燃料的燃料室122。需要说明的是，关于燃料从燃料室122向混合气体喷射孔141的供给，将在后文叙述。在燃料室122连接有与燃料口52连通的燃料流路(未图示)。因此，通过燃料口52以及燃料流路向燃料室122供给燃料。
通过在上述的位置形成燃料室122，从而能够以避开空气室121的方式形成燃料流路，能够充分地确保空气室121的内部空间。具体而言，例如，与燃料口52连通的燃料流路通过空气室121的外部，并在空气流路110的中途横切空气流路110而能够与燃料室122连接。需要说明的是，上述的支承构件106也可以兼作该燃料流路。并且，通过充分地确保空气室121的内部空间，从而无论混合流路形成构件131的位置如何，都容易无遗漏地进行空气从空气室121向流入口142的流入。其结果是，尤其能够充分地抑制各混合流路134的空气流入量的偏差。
在第二支承板112与第三支承板113之间形成冷却用空气室123。在第三支承板113的前侧形成燃烧室124，其详情后述。因此，由于燃烧室124中的燃料燃烧，第三支承板113成为高温。为此，用于冷却第三支承板113的冷却用空气向形成于与燃烧室124相反一侧的冷却用空气室123供给。需要说明的是，冷却用空气向冷却用空气室123的供给由冷却用空气供给系统(未图示)进行。另外，冷却了第三支承板113后的使用完的冷却用空气通过排气流路(未图示)向例如燃烧室124排出。
第一支承板111、第二支承板112以及第三支承板113均构成为圆板状，以便嵌合于形成为圆筒状的筒构件105。第一支承板111、第二支承板112以及第三支承板113以与壳体20的轴线L垂直且轴线L通过它们各自的中心点(未图示)的方式配置。
另外，第一支承板111、第二支承板112以及第三支承板113均具有未图示的贯通孔。并且，管状的混合流路形成构件131穿过该贯通孔，从而混合流路形成构件131支承于第一支承板111、第二支承板112以及第三支承板113。
混合流路形成构件131例如为金属制，且构成为形成为管状的混合管。因此，在一个混合流路形成构件131形成有一条混合流路134。并且，燃烧器4具备多个混合流路形成构件131(也可以是一个)，从而形成多条混合流路134。因此，混合流路形成构件131构成为形成多条混合流路134中的每个的多个混合管。并且，该多个混合管(混合流路形成构件131)以彼此隔开间隔地设置的方式设置于燃烧器4。
混合流路形成构件131在其内部具备用于混合流入的燃料以及空气的混合流路134(参照图5)。混合流路134的入口侧(后侧)与空气室121连接，出口侧(前侧)与燃烧室124连接。混合流路形成构件131沿着壳体20的轴线L在壳体20的内部至少设置有一个。
在混合流路134的入口侧形成有与空气室121连通的流入口142，燃料以及空气通过流入口142流入。流入的燃料与空气在上述的混合流路134中被充分混合，从而生成混合气体。混合气体通过形成于混合流路134的出口侧的混合气体喷射孔141而向燃烧室124喷射。
图3是将燃烧器4的混合气体喷射孔141附近放大示出的立体图。如参照上述图2所说明的那样，在筒构件105的内部且前侧配置有圆板状的第三支承板113。并且，在第三支承板113支承由混合管构成的混合流路形成构件131。另外，在混合流路形成构件131内部的混合流路134的出口侧形成有至少一个混合气体喷射孔141，混合气体喷射孔141与燃烧室124(在图3中未图示)连通。由此，从混合气体喷射孔141喷射的燃料被未图示的点火源点火，从而在燃烧室124的内部燃烧。
另外，在壳体20的内侧且筒构件105的外侧形成有连通机室40(参照图2)与空气室121(参照图2)的空气流路110。需要说明的是，如上述的图2所示，在筒构件105的前侧配置有燃烧器衬套46(参照图2)。因此，机室40及空气流路110、和与混合气体喷射孔141连通的燃烧室124由燃烧器衬套46划分。
返回到图2，第一支承板111由分隔空气室121与燃料室122的多孔板构成。构成第一支承板111的多孔板包括连通空气室121与燃料室122的第一开口111a(在图2中未图示，参照图5)、以及连通空气室121与混合流路134的流入口142(第二开口)。需要说明的是，空气室121与燃料室122除了上述第一开口111a以外，还经由以下说明的燃料喷嘴132所具有的喷嘴部喷射孔133而连通。
在第一支承板111的后侧连接有例如金属制的燃料喷嘴132。因此，燃料喷嘴132在配置于第一支承板111的后侧的空气室121的内部配置。燃料喷嘴132至少设置有一个。燃料喷嘴132具有喷嘴部喷射孔133(燃料喷射孔)，该喷嘴部喷射孔133位于比混合流路形成构件131的流入口142靠上游侧的位置，且朝向下游侧喷射燃料。参照图4对燃料喷嘴132进行说明。
图4是将燃烧器4的燃料喷嘴132附近放大示出的立体图。需要说明的是，在图4中，将燃烧器4所具备的燃料喷嘴132中的一部分提取出来进行图示。图4中所示的实线箭头表示从喷嘴部喷射孔133喷射的燃料的流动。
燃料喷嘴132如上述那样形成有至少一个，且形成为一端侧(后侧)封闭而另一端侧(前侧)开口的有底筒状。并且，形成于燃料喷嘴132的另一端侧的该开口与构成第一支承板111的多孔板的第一开口111a(在图4中未图示，参照图5)连接。因此，燃料喷嘴132的内部与上述的燃料室122连通。这样，能够以简单的结构将燃料室122内部的燃料通过多孔板的第一开口111a而向混合流路134的流入口142供给。
在燃料喷嘴132的侧面形成有与空气室121(参照图2，在图4中未图示)连通的喷嘴部喷射孔133。喷嘴部喷射孔133将燃料室122的燃料向支承于第一支承板111的混合流路形成构件131的流入口142喷射。当从喷嘴部喷射孔133喷射燃料时，喷射出的燃料如图4中以实线箭头所示那样到达流入口142。另外，流入口142与图4中未图示的空气室121连通。因此，充满于空气室121的空气也到达流入口142。
这样，燃料以及空气这双方通过流入口142流入混合流路形成构件131的内部，从而燃料以及空气在形成于混合流路形成构件131的内部的混合流路134中混合而生成混合气体。并且，生成的混合气体从形成于混合流路134的下游侧的混合气体喷射孔141向燃烧室124喷射并燃烧。
图5是示出从流入口142流入的燃料(实线箭头)以及空气(虚线箭头)的流动的图。在图5中，示出空气流的虚线箭头中的、在燃料喷嘴132的内部示出的流动是通过燃料喷嘴132的周围的空气流，但为了便于图示，将其示为通过燃料喷嘴132的内部。
如上所述，从流入口142流入的燃料从位于流入口142的上游侧(后侧)的喷嘴部喷射孔133喷射出。另一方面，从流入口142流入的空气充满于形成有流入口142的空间即空气室121。因此，空气从具有远大于流入口142的空间的空气室121的内部流入流入口142。因此，空气在流入口142的周围从各种方向流入流入口142。
具体而言，例如，如图5中以虚线所示那样，除了产生从燃料喷嘴132的喷嘴部喷射孔133的更上游侧(后侧)呈直线状朝向流入口142的空气流以外，也产生在喷嘴部喷射孔133与流入口142之间的区域从上下方向呈曲线状朝向流入口142的空气流。因此，空气从各种方向流入混合流路134。这样，在混合流路134的流入口142附近的A部产生缩流。并且，通过所产生的缩流，如图5中以实线箭头所示那样流入的燃料、以及如图5中以虚线所示那样流入的空气被充分地混合。
即，在如上述那样较宽的空间即空气室121的空气通过较窄的流入口142时，在混合流路134中产生缩流。另外，燃料从位于流入口142的上游侧的喷嘴部喷射孔133(燃料喷射孔)喷射，喷射出的燃料从流入口142与空气一起流入。然后，由于在混合流路134中产生的缩流作用，流入的燃料与空气在混合流路134中被充分地混合。其结果是，能够抑制混合流路134中的燃料浓度的偏差，从而实现低NOX化。另外，空气在比混合流路134的流入口142靠上游且比喷嘴部喷射孔133靠下游的位置流入，从而能够在流路壁附近抑制由燃料高浓度化引起的返火(回火)。
图6是示出燃料喷嘴132以及混合流路形成构件131的配置的图。该图示出沿着壳体20的轴线L(参照图2)从上游侧向下游侧(即从后侧向前侧)观察时的情形。但是，在图6中，为了便于图示，省略了第一支承板111的图示。
如该图6所示，形成于燃料喷嘴132的侧面的多个喷嘴部喷射孔133均构成为指向流入口142。流入口142如上述那样形成于空气室121，来自机室40的空气流入空气室121。然后，形成从空气室121朝向流入口142的空气流。因此，在进行上述观察的情况下，燃料以指向流入口142的方式喷射，从而燃料能够容易流入流入口142。由此，能够抑制燃料向空气室121内部的飞散量，从而能够容易进行基于燃料量控制的火焰控制。
另外，如图6所示，在本发明的一实施方式的燃烧器4中，在一个混合流路形成构件131的周围配置有多个燃料喷嘴132。即，燃料喷嘴132包括多个燃料喷嘴132，该多个燃料喷嘴132包括任意的燃料喷嘴132(第一燃料喷嘴)、以及与该燃料喷嘴132(第一燃料喷嘴)相邻配置的燃料喷嘴132(第二燃料喷嘴)。并且，上述任意的燃料喷嘴132(第一燃料喷嘴)所具有的喷嘴部喷射孔133、以及上述相邻的燃料喷嘴132(第二燃料喷嘴)所具有的喷嘴部喷射孔133分别构成为在进行上述观察的情况下指向共同的流入口142。
这样，能够从多个喷嘴部喷射孔133(燃料喷射孔)向流入口142喷射燃料。因此，在混合流路134中的混合气体流中，能够抑制径向以及周向上的燃料浓度不均。其结果是，在燃烧室124中使混合气体燃烧时，能够抑制火焰不均的产生。
并且，如上所述，多个燃料喷嘴132中的喷嘴部喷射孔133分别构成为在进行上述观察的情况下指向共同的流入口142。并且，各喷嘴部喷射孔133在一个流入口142的周向上等间隔地设置。具体而言，在图6所示的例子中，四个喷嘴部喷射孔133在一个流入口142的周向上等间隔地配置。这样，由于在周向上等间隔地喷射燃料，因此能够更充分地抑制周向上的燃料浓度不均。
另外，如图6所示那样将燃料喷嘴132与混合流路形成构件131呈正方格子状交替地排列，从而能够通过一个燃料喷嘴132向四个混合流路形成构件131喷射燃料。即，燃料喷嘴132的轴线、以及混合流路形成构件131的轴线在进行上述观察的情况下交替地位于构成正方格子的各交点的中心。由此，混合气体喷射孔141等间隔地配置，因此在燃烧室124中燃烧混合气体时，能够抑制火焰不均的产生。
图7是示出燃料喷嘴132以及混合流路形成构件131的配置的图，且是示出与图6不同的实施方式的图。该图7所示的情形也与上述的图6所示的情况同样地示出沿着壳体20的轴线L(参照图2)从上游侧向下游侧(即从后侧向前侧)观察时的情况。
在该图7所示的配置形态中，燃料喷嘴132与混合流路形成构件131呈最密格子排列状配置。即，在一个燃料喷嘴132的周围等间隔地配置有六个混合流路形成构件131。换言之，在进行上述观察的情况下，六个混合流路形成构件131的轴线呈最密格子状地位于一个燃料喷嘴132的轴线的周围。由此，能够从一个燃料喷嘴132向六个混合流路形成构件131喷射燃料。其结果是，由于在周向上等间隔地喷射燃料，因此能够更充分地抑制周向上的燃料浓度不均。另外，能够使燃料喷嘴132的数量少于混合流路形成构件131的数量。
图8是示出本发明的二实施方式的燃烧器4A附近的剖视图。在上述的燃烧器4(参照图2)中，在第一支承板111与第二支承板112之间形成了燃料室122。并且，在分隔燃料室122的第一支承板111的后侧设置了具备与燃料室122连通的喷嘴部喷射孔133的燃料喷嘴132。但是，在图8所示的燃烧器4A中，并未设置燃料室122而设置有以横切空气室121的方式从壳体20的后侧内壁20a延伸的燃料喷嘴132。燃料喷嘴132经由燃料口52与在燃烧室124中燃烧的燃料的供给源即燃料供给源(未图示)连接。
燃料喷嘴132的一端侧与上述燃料供给源连接。另一方面，燃料喷嘴132的另一端侧与混合流路形成构件131的流入口142对置。并且，燃料喷嘴132的该另一端侧形成为封闭的有底筒状。另外，在燃料喷嘴132的该另一端侧的侧面形成有用于喷射向流入口142流入的燃料的喷嘴部喷射孔133。需要说明的是，在图8所示的燃料喷嘴132中，也与上述的燃烧器4所具备的燃料喷嘴132同样地，沿周向等间隔地形成有四个喷嘴部喷射孔133。
通过具备这样的燃料喷嘴132，从而能够针对每个燃料喷嘴132变更各燃料喷嘴132的长度。由此，能够与燃料喷嘴132的长度对应地变更混合流路134的长度。其结果是，能够抑制共振，从而容易抑制燃烧器4A的燃烧振动。
另外，构成燃烧器4A的壳体20的后侧内壁20a与由平面构成的上述燃烧器4不同，其由沿着壳体20的轴线L向前侧弯曲的曲面构成。具体而言，后侧内壁20a由趋向中央方向而向前侧(壳体20的内部)突出的曲面构成。
通过这样构成后侧内壁20a，从而能够抑制从上下配置的一方的空气流路110流入空气室121的空气向另一方的空气流路110侧排出的情况。由此，能够向从最接近空气流路110的流入口142到配置于中央的流入口142为止的各流入口142流入相同程度的空气。其结果是，在各混合流路134中，能够抑制混合不均。
并且，在燃烧器4A中，混合流路形成构件131(混合管)向空气室121内部突出。并且，在混合流路形成构件131彼此之间形成有间隙。通过具备这样构成的混合流路形成构件131，从而能够通过混合流路形成构件131彼此之间的间隙将空气向混合流路形成构件131的流入口142引导。由此，除了从流入口142的上游侧以外，也能够从下游侧向混合流路形成构件131供给空气，从而能够进一步增大上述的缩流作用。其结果是，在混合流路形成构件131的内部，能够更充分地混合燃料与空气。
图9是示出在本发明的二实施方式的燃烧器4A中，从流入口142流入的燃料以及空气的流动的图。在燃烧器4A中，也在流入口142的上游侧配置有燃料喷嘴132。但是，燃料喷嘴132以使混合流路形成构件131的流入口142的至少一部分(在图9所示的例子中为全部)向空气室121露出的方式配置于空气室121。这样，在从燃料喷嘴132的喷嘴部喷射孔133喷射燃料时，喷射出的燃料能够容易从流入口142流入。
与上述的燃烧器4同样地，在沿着壳体20的轴线L(参照图2)方向从上游侧向下游侧(即从后侧向前侧)观察的情况下，来自燃料喷嘴132的喷嘴部喷射孔133的燃料的喷射以指向流入口142的方式进行。由此，与在上述的燃烧器4中说明的内容同样地，燃料以及空气从流入口142流入。其结果是，能够在A部产生缩流，从而能够在混合流路134中充分地混合燃料与空气。
特别是，在图9所示的例子中，为了图示的简化而对图示进行了省略，但由于不具备上述那样的第一支承板111(参照图2)，因此在流入口142的前侧也形成朝向流入口142的空气流。即，形成通过由混合管构成的混合流路形成构件131的间隙的空气流。由此，与上述的燃烧器4相比，向流入口142形成来自更多方向的空气流。其结果是，能够进一步增大A部处的缩流作用，从而在混合流路134中更充分地混合燃料与空气。
需要说明的是，在图9所示的例子中，在燃料喷嘴132的前端面与流入口142之间形成有间隙。但是，也可以使燃料喷嘴132的前端面与流入口142接触。在该情况下，例如，在燃料喷嘴132的前端面设置能够供流入口142的开口端的一部分嵌合的槽，以便能够将流入口142的开口端的该一部分嵌合于该槽(所谓锁扣嵌合)。这样，能够容易进行流入口142相对于燃料喷嘴132的定位。
另外，在上述的燃烧器4A中，混合流路形成构件131的前后方向上的长度也可以根据混合流路形成构件131来进行变更。即，对所有的混合流路形成构件131而言，混合流路形成构件131的前后方向上的长度可以相同，也可以不同。通过针对每个混合流路形成构件131来变更混合流路形成构件131的长度，从而能够针对每条混合流路134来变更混合流路134的长度，能够容易地抑制燃烧器4的燃烧振动。
图10是示出本发明的三实施方式的燃烧器4B所具备的燃料喷嘴132以及隔壁集合体160的配置的图。隔壁集合体160能够代替作为上述混合流路形成构件131的混合管来使用，且包括多条混合流路134。因此，在一个隔壁集合体160(混合流路形成构件的一例)包含有多条混合流路134。隔壁集合体160由分隔各多条混合流路134的多个隔壁161的集合构成。
在沿着壳体20的轴线L(参照图2)方向从上游侧向下游侧(即从后侧向前侧)观察时，隔壁集合体160具备多条形成为正六边形状的混合流路134。即，隔壁集合体160构成为蜂窝状。并且，在进行上述观察的情况下，燃料喷嘴132以与任意的一个开口部162重叠的方式配置。另一方面，在燃料喷嘴132，沿周向等间隔地形成有六个喷嘴部喷射孔133。因此，从六个喷嘴部喷射孔133分别向在与燃料喷嘴132重叠的开口部162的周围配置的六个流入口142喷射燃料。
通过具备隔壁集合体160来作为混合流路形成构件131，从而在混合流路134产生不良情况的情况下，能够通过更换隔壁集合体160整体来消除该不良情况，因此能够容易进行维护。另外，混合流路134彼此被隔壁161分隔，因此没有无用的空间，能够实现燃烧器4B的小型化。并且，混合流路134密集地形成，因此通过一个燃料喷嘴132，能够向更多的混合流路134供给燃料。其结果是，能够削减燃料喷嘴132的个数。并且，能够产生接近接受侧风的喷流的混合，从而能够进行特别充分的混合。
图11是示出从流入口142流入的燃料以及空气的流动的图。来自燃料喷嘴132的喷嘴部喷射孔133的燃料喷射以在进行上述观察的情况下指向隔壁集合体160的流入口142的方式进行。其中，在隔壁集合体160的流入口142之中，指向在与燃料喷嘴132重叠的开口部162的周围配置的六个(一并参照图10)流入口142喷射燃料。由此，与在上述的燃烧器4中说明的内容同样地，燃料以及空气从六个流入口142流入。其结果是，能够在A部产生缩流，从而能够在混合流路134中充分地混合燃料与空气。
图12是示出燃料喷嘴132以及隔壁集合体160的配置的图，且是示出与图10不同的实施方式的图。图12所示的隔壁集合体160与上述的构成为蜂窝状的隔壁集合体160不同，其构成为交错格子状。并且，虽省略了图示，但如图12所示，一个燃料喷嘴132以与任意的一个开口部162重叠的方式配置。并且，在燃料喷嘴132，沿周向等间隔形成有六个喷嘴部喷射孔133。因此，指向在与燃料喷嘴132重叠的开口部162的周围配置的六个流入口142喷射燃料。由此，与在上述的燃烧器4、4A、4B中说明的内容同样地，燃料以及空气从六个流入口142流入。其结果是，能够在A部(参照图11)产生缩流，从而能够在混合流路134中充分地混合燃料与空气。
图13是示出本发明的四实施方式的燃烧器4C附近的剖视图。在燃烧器4C中，筒构件105的前后方向上的长度比上述的燃烧器4A(参照图8)所具备的筒构件105的长度短。即，在燃烧器4C中，筒构件105的后端为与支承构件106的设置位置大致相同。因此，在筒构件105与壳体20的内壁之间形成的空气流路110变短，燃烧器4C中的空气室121与形成于上述的燃烧器4A的空气室121相比变大。
并且，在燃烧器4C中，在筒构件105的后端与壳体20的后侧内壁20a之间设置有阻挡板170。阻挡板170在与空气流路110的空气流发生碰撞的位置(遮挡空气流的位置)支承于壳体20的内壁面。
从机室40流入空气流路110的空气沿着壳体20的内壁面在空气流路110中流动，并到达空气室121。此时，由于在空气室121中的与空气流路110的空气流发生碰撞的位置设置有阻挡板170，因此到达空气室121的空气的流动由于阻挡板170而发生变化。具体而言，如图13中以实线箭头所示那样，空气流通过以相互具有间隔的方式配置的混合流路形成构件131彼此之间的间隙，从而遍布空气室121整体。即，由于空气流路110的空气流与阻挡板170发生碰撞而该空气流紊乱，流入到空气流路110的空气通过混合流路形成构件131的间隙而遍布空气室121整体。
根据这样的结构，能够根据使从空气流路110流出的空气通过混合流路形成构件131的间隙而到达流入口142为止的压力损失，来容易地调整圆筒状的筒构件105的半径方向上的混合流路形成构件131的长度。其结果是，能够容易地将从流入口142流入的空气的量设为相同程度。并且，能够容易地将在各混合流路134中混合的空气量设为相同程度。
附图标记说明：
2...压缩机；
4、4A、4B、4C...燃烧器；
6...涡轮；
8...转子；
10...压缩机机室；
12...空气取入口；
14...入口引导叶片；
16、24...静叶；
18、26...动叶；
20...壳体；
20a...后侧内壁；
22...涡轮机室；
28...排气机室；
30...排气室；
40...机室；
52...燃料口；
100...燃气轮机；
105...筒构件；
106...支承构件；
110...空气流路；
111...第一支承板；
111a...第一开口；
112...第二支承板；
113...第三支承板；
121...空气室；
122...燃料室；
123...冷却用空气室；
124...燃烧室；
131...混合流路形成构件；
132...燃料喷嘴；
133...喷嘴部喷射孔(燃料喷射孔)；
134...混合流路；
141...混合气体喷射孔；
142...流入口；
160...隔壁集合体；
161...隔壁；
162...开口部；
170...阻挡板。

Claims (10)

1.一种燃烧器，其特征在于，
所述燃烧器具备：
壳体，其在内部具有充满空气的空气室；
至少一个混合流路形成构件，其在内部形成入口侧与所述空气室连接且出口侧与燃烧室连接的至少一条混合流路，且具有与形成于所述混合流路的入口侧的所述空气室连通的流入口；以及
至少一个燃料喷嘴，其配置于所述空气室的内部，具有位于比所述混合流路形成构件的所述流入口靠上游侧处且用于朝向下游侧喷射燃料的燃料喷射孔。
2.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，
所述燃料喷射孔以在沿着所述壳体的轴线方向从所述上游侧向所述下游侧进行观察的情况下指向所述流入口的方式构成。
3.根据权利要求2所述的燃烧器，其特征在于，
所述至少一个燃料喷嘴包括包含第一燃料喷嘴以及与所述第一燃料喷嘴相邻配置的第二燃料喷嘴在内的多个燃料喷嘴，
所述第一燃料喷嘴所具有的所述燃料喷射孔、以及所述第二燃料喷嘴所具有的所述燃料喷射孔分别以在沿着所述壳体的轴线方向从所述上游侧向所述下游侧进行观察的情况下指向共同的所述流入口的方式构成。
4.根据权利要求3所述的燃烧器，其特征在于，
所述至少一个燃料喷嘴包括多个燃料喷嘴，
所述燃料喷嘴所具有的所述燃料喷射孔分别以在沿着所述壳体的轴线方向从所述上游侧向所述下游侧进行观察的情况下指向共同的所述流入口的方式构成，并且在所述流入口的周向上等间隔地设置。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的燃烧器，其特征在于，
所述壳体在内部具有燃料室，所述燃料室形成于所述燃烧室与所述壳体内部的所述空气室之间，用于贮存所述燃料。
6.根据权利要求5所述的燃烧器，其特征在于，
所述燃烧器还具备多孔板，所述多孔板将所述空气室与所述燃料室分隔开，且包括将所述空气室与所述燃料室连通的第一开口、以及将所述空气室与所述混合流路连通的第二开口，
所述燃料喷嘴形成为一端侧封闭而另一端侧开口的有底筒状，
所述燃料喷嘴的所述另一端侧的所述开口与所述多孔板的所述第一开口连接。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的燃烧器，其特征在于，
所述燃料喷嘴形成为一端侧与作为所述燃料的供给源的燃料供给源连接而与所述流入口对置的另一端侧封闭的有底筒状。
8.根据权利要求7所述的燃烧器，其特征在于，
所述至少一条混合流路包括多条混合流路，
所述混合流路形成构件具备形成所述多条混合流路的各条混合流路且彼此隔开间隔地设置的多个混合管。
9.根据权利要求7所述的燃烧器，其特征在于，
所述至少一条混合流路包括多条混合流路，
所述混合流路形成构件具备由将所述多条混合流路的各条混合流路分隔开的多个隔壁的集合构成的隔壁集合体。
10.一种燃气轮机，其特征在于，
所述燃气轮机具备：
权利要求1至9中任一项所述的燃烧器；
压缩机，其对向所述燃烧器供给的所述空气进行压缩；以及
涡轮，其由从所述燃烧器的所述燃烧室排出的燃烧气体驱动。
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