CN112204309A - 燃气轮机的燃料喷嘴、燃烧器以及燃气轮机 - Google Patents

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Abstract

燃气轮机的燃料喷嘴是具备喷嘴主体、多个喷嘴孔和多个燃料供给孔的燃气轮机的扩散燃烧式的燃料喷嘴，该多个喷嘴孔沿着所述喷嘴主体的轴向延伸，沿着所述喷嘴主体的周向排列，且中心轴随着朝向所述喷嘴主体的轴向的下游侧而朝向所述喷嘴主体的中心轴倾斜，该多个燃料供给孔沿着所述喷嘴主体的轴向延伸，与所述多个喷嘴孔连接而成为供给燃料的燃料供给路，其中，所述多个喷嘴孔分别具有用于向所述喷嘴主体的轴向的下游侧的端部喷射燃料的喷射口，在将所述多个喷嘴孔中的每一个投影于在所述喷射口处的所述喷嘴孔的中心轴的位置与所述喷嘴孔的中心轴正交的投影面上时，在所述投影面上，所述喷嘴孔具有从假想圆向所述喷嘴主体的径向内侧偏移的形状，该假想圆以所述喷嘴孔的形心为中心且具有与该投影面上的所述喷嘴孔的面积相等的面积。

Description

燃气轮机的燃料喷嘴、燃烧器以及燃气轮机
技术领域
本发明涉及燃气轮机的燃料喷嘴、燃烧器以及燃气轮机。
背景技术
在以煤气化气体等气体为燃料的燃气轮机中，有时使用用于在燃烧器内将燃料和空气扩散混合而使它们扩散燃烧的扩散燃烧式的燃料喷嘴。
例如，在专利文献1中公开了如下一种燃料喷嘴，该燃料喷嘴用于在以气化燃料为主燃料的燃气轮机燃烧器中，向燃烧器衬套内喷出燃料并使其与燃烧用空气一起进行扩散燃烧。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2010-506131号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，在扩散燃烧式的燃料喷嘴中，为了应对燃料流量的增大，有时希望扩大喷嘴孔的截面积。
在此，在典型的燃料喷嘴中，在喷嘴主体(喷嘴座)形成有沿该喷嘴主体的轴向延伸的多个喷嘴孔，该多个喷嘴孔以在喷嘴主体的周向上排列的方式设置。而且，各喷嘴孔具有正圆形状的截面(孔轴正交截面)，并且以在喷嘴主体的轴向上随着朝向下游侧而接近喷嘴主体的中心轴的方式倾斜。
在这样的燃料喷嘴中，若增大喷嘴主体的直径(尺寸)，则认为喷嘴孔径也可以相应地扩大，但改变喷嘴主体的直径、喷嘴孔的倾斜方向有时会使燃烧器的燃烧特性变化，因此不优选。
另外，为了不改变燃烧器的燃烧特性，在以不改变喷嘴主体的直径及喷嘴孔的倾斜方向的方式保持截面形状为正圆而扩大喷嘴孔的直径时，相邻的喷嘴孔间的间隔变小，特别是在燃料喷嘴的下游端部，有时难以确保相邻的喷嘴孔间的壁厚。
关于这一点，在专利文献1中，原本就没有具体公开喷嘴孔的形状，没有公开用于在维持燃烧器的燃烧特性的同时能够应对燃料流量的增大的结构。
鉴于上述情况，本发明的至少一实施方式的目的在于，提供一种在维持燃烧器的燃烧特性的同时能够应对燃料流量的增大的燃气轮机的燃料喷嘴、燃烧器以及燃气轮机。
用于解决课题的方案
(1)本发明的至少一实施方式的燃气轮机的燃料喷嘴是燃气轮机的扩散燃烧式的燃料喷嘴，
所述燃气轮机的燃料喷嘴具备：
喷嘴主体；
多个喷嘴孔，它们沿着所述喷嘴主体的轴向延伸，沿着所述喷嘴主体的周向排列，且该多个喷嘴孔的中心轴随着朝向所述喷嘴主体的轴向的下游侧而朝向所述喷嘴主体的中心轴倾斜；以及
多个燃料供给孔，它们沿着所述喷嘴主体的轴向延伸，与所述多个喷嘴孔连接而成为供给燃料的燃料供给路，
其中，
所述多个喷嘴孔中的每一个具有用于向所述喷嘴主体的轴向的下游侧的端部喷射燃料的喷射口，
在将所述多个喷嘴孔中的每一个投影于在所述喷射口处的所述喷嘴孔的中心轴的位置与所述喷嘴孔的中心轴正交的投影面上时，在所述投影面上，所述喷嘴孔具有从假想圆向所述喷嘴主体的径向内侧偏移的形状，所述假想圆以所述喷嘴孔的形心为中心且具有与该投影面上的所述喷嘴孔的面积相等的面积。
根据上述(1)的结构，喷嘴孔在上述的投影面上具有从假想圆向喷嘴主体的径向内侧偏移的形状，所述假想圆以喷嘴孔的形心为中心且具有与该投影面上的喷嘴孔的面积相等的面积。即，在喷射口所在的喷嘴主体的下游端部，喷嘴孔具有与假想圆相比而面积向喷嘴主体的径向内侧扩大、且喷嘴主体的周向的尺寸比假想圆小的形状，因此，能够在相比于现有技术不大幅改变喷嘴主体的尺寸以及喷嘴孔相对于轴向的倾斜角度的情况下，在确保相邻的喷嘴孔间的壁厚的同时，扩大各个喷嘴孔的流路面积。因此，能够在维持燃烧器的燃烧特性的同时，应对燃料流量的增大。
(2)在几个实施方式中，在上述(1)的结构的基础上，
在所述投影面上，在所述喷嘴主体的径向上将所述喷嘴孔的面积二等分的与所述喷嘴主体的径向正交的第一直线，在所述径向上位于比所述径向上的所述喷嘴孔的内侧端与外侧端的中点靠近所述外侧端的位置。
根据上述(2)的结构，在投影面上，上述的第一直线在径向上位于比喷嘴主体的径向(以下简称为“径向”。)上的喷嘴孔的内侧端与外侧端的中点靠近外侧端的位置，因此，在该投影面上，与喷嘴孔中的比第一直线靠外侧端侧的部分相比，比第一直线靠内侧端侧的部分成为在径向上细长的形状。因此，在喷嘴主体的下游端部，在确保相邻的喷嘴孔间的壁厚的同时，容易扩大各个喷嘴孔的流路面积。
(3)在几个实施方式中，在上述(1)或(2)的结构的基础上，
所述多个喷嘴孔中的每一个在所述投影面上具有由第一圆、第二圆、以及所述第一圆与所述第二圆的两条公切线包围的形状，所述第二圆具有位于比所述第一圆的中心靠所述喷嘴主体的径向的外侧的中心且直径比所述第一圆大两条。
根据上述(3)的结构，喷嘴孔在上述的投影面中成为由第一圆、第二圆、以及第一圆与第二圆的两条公切线包围的形状，所述第二圆具有位于比该第一圆的中心靠径向的外侧的中心、且直径比该第一圆大，由此能够实现上述(1)的结构。因此，如上述(1)所述，能够在相比于现有技术不大幅改变喷嘴主体的尺寸以及喷嘴孔相对于轴向的倾斜角度的情况下，在确保相邻的喷嘴孔间的壁厚的同时，扩大各个喷嘴孔的流路面积。因此，能够在维持燃烧器的燃烧特性的同时，应对燃料流量的增大。
(4)在几个实施方式中，在上述(1)或(2)的结构的基础上，
对所述多个喷嘴孔中的每一个，在与所述喷嘴主体的所述轴向正交的截面上，所述喷嘴孔的轮廓包括直线状的第一直线状轮廓部以及直线状的第二直线状轮廓部，
所述多个喷嘴孔设置为，在所述截面上，在所述喷嘴主体的周向上相邻的一对喷嘴孔中的一方的喷嘴孔的所述第一直线状轮廓部与所述一对喷嘴孔中的另一方的喷嘴孔的所述第二直线状轮廓部在所述周向上相邻。
根据上述(4)的结构，由于一对喷嘴孔的直线状轮廓部彼此在周向上相邻地配置，因此例如与圆弧状部彼此在周向上相邻地配置的情况相比，容易在径向上的比较大的范围内确保一对喷嘴孔间的周向上的距离。因此，在确保相邻的喷嘴孔间的壁厚的同时，容易扩大各个喷嘴孔的流路面积。因此，能够在维持燃烧器的燃烧特性的同时，应对燃料流量的增大。
(5)在几个实施方式中，在上述(1)至(4)中任一结构的基础上，
所述多个喷嘴孔中的每一个的中心轴在所述喷嘴孔的上游端的位置与所述中心轴在所述喷嘴孔的下游端的位置在所述喷嘴主体的所述周向上错开。
根据上述(5)的结构，由于以喷嘴孔的中心轴的位置在喷嘴孔的上游端和下游端错开的方式设置喷嘴孔，因此能够使经由该喷嘴孔从喷射口喷出的燃料具有回旋成分，并且如上述(1)所述那样，能够在相比于现有技术不大幅改变喷嘴主体的尺寸以及喷嘴孔相对于轴向的倾斜角度的情况下，在确保相邻的喷嘴孔间的壁厚的同时，扩大各个喷嘴孔的流路面积。因此，在使从喷嘴喷射的燃料具有回旋成分并维持燃烧器的燃烧特性的同时，应对燃料流量的增大。
(6)在几个实施方式中，在上述(1)至(5)中任一结构的基础上，
所述燃气轮机的燃料喷嘴还具备位于比所述多个喷嘴孔靠所述喷嘴主体的径向外侧且沿所述喷嘴主体的轴向延伸的通路，
所述通路具有用于向所述喷嘴主体的轴向的下游侧的端部喷射空气的空气喷射口。
根据上述(6)的结构，由于在比多个喷嘴孔靠径向外侧的位置设置有具有空气喷射口的通路，因此在燃烧器中，能够使从多个喷嘴孔经由喷射口喷出的燃料和从上述的空气喷射口喷出的空气扩散混合并燃烧。因此，在这样的扩散燃烧式的燃料喷嘴中，如上述(1)所述那样，能够在相比于现有技术不大幅改变喷嘴主体的尺寸以及喷嘴孔相对于轴向的倾斜角度的情况下，在确保相邻的喷嘴孔间的壁厚的同时，扩大各个喷嘴孔的流路面积。因此，能够在维持燃烧器的燃烧特性的同时，应对燃料流量的增大。
(7)在几个实施方式中，在上述(1)至(6)中任一结构的基础上，
所述燃料供给路构成为向所述多个喷嘴孔供给作为所述燃料的气体燃料。
在上述(7)的结构中，由于对扩散燃烧式的燃料喷嘴供给气体燃料，因此与采用例如煤气化燃料等含有大量氢的气体燃料时容易发生逆火等的预混合燃烧方式的喷嘴的情况相比，能够得到稳定的燃烧特性。
因此，根据(7)的结构，在使用气体燃料的燃烧器中，能够在维持燃烧器的燃烧特性的同时，扩大各个喷嘴孔的流路面积，应对燃料流量的增大。
(8)在几个实施方式中，在上述(1)至(7)中任一结构的基础上，
所述燃气轮机的燃料喷嘴还具备沿着所述喷嘴主体的中心轴延伸的液体燃料喷嘴，
所述多个喷嘴孔位于所述液体燃料喷嘴的径向外侧。
根据上述(8)的结构，由于设置了位于比上述的多个喷嘴孔靠径向内侧的液体燃料喷嘴，因此能够使用多个喷嘴孔和液体燃料喷嘴喷出多种燃料。因此，能够使用多种燃料更灵活地进行燃气轮机的运转，并且如上述(1)所述那样，能够在维持燃烧器的燃烧特性的同时，应对燃料流量的增大。
(9)本发明的至少一实施方式的燃气轮机的燃烧器具备：
上述(1)至(8)中任一项所述的燃料喷嘴；以及
燃烧筒，其形成通过从所述燃料喷嘴喷射的燃料的燃烧而产生的燃烧气体的通路。
根据上述(9)的结构，喷嘴孔在上述的投影面上具有从假想圆向喷嘴主体的径向内侧偏移的形状，所述假想圆以喷嘴孔的形心为中心且具有与该投影面上的喷嘴孔的面积相等的面积。即，在喷射口所在的喷嘴主体的下游端部，喷嘴孔具有与假想圆相比而面积向喷嘴主体的径向内侧扩大、且喷嘴主体的周向的尺寸比假想圆小的形状，因此，能够在相比于现有技术不大幅改变喷嘴主体的尺寸以及喷嘴孔相对于轴向的倾斜角度的情况下，在确保相邻的喷嘴孔间的壁厚的同时，扩大各个喷嘴孔的流路面积。因此，能够在维持燃烧器的燃烧特性的同时，应对燃料流量的增大。
(10)本发明的至少一实施方式的燃气轮机具备：
上述(9)所述的燃烧器；以及
静叶和动叶，它们设置于所述燃烧器的所述燃烧筒的下游侧。
根据上述(10)的结构，喷嘴孔在上述的投影面上具有从假想圆向喷嘴主体的径向内侧偏移的形状，所述假想圆以喷嘴孔的形心为中心且具有与该投影面上的喷嘴孔的面积相等的面积。即，在喷射口所在的喷嘴主体的下游端部，喷嘴孔具有与假想圆相比而面积向喷嘴主体的径向内侧扩大、且喷嘴主体的周向的尺寸比假想圆小的形状，因此，能够在相比于现有技术不大幅改变喷嘴主体的尺寸以及喷嘴孔相对于轴向的倾斜角度的情况下，在确保相邻的喷嘴孔间的壁厚的同时，扩大各个喷嘴孔的流路面积。因此，能够在维持燃烧器的燃烧特性的同时，应对燃料流量的增大。
发明效果
根据本发明的至少一实施方式，提供能够在维持燃烧器的燃烧特性的同时，应对燃料流量的增大的燃气轮机的燃料喷嘴、燃烧器及燃气轮机。
附图说明
图1是一实施方式的燃气轮机的概要结构图。
图2是一实施方式的燃料喷嘴的概要剖视图。
图3A是一实施方式的燃料喷嘴的喷嘴座的侧视图。
图3B是从上游侧观察图3A所示的喷嘴座的图。
图3C是从下游侧观察图3A所示的喷嘴座的图。
图4A是一实施方式的燃料喷嘴的喷嘴座的侧视图。
图4B是从上游侧观察图4A所示的喷嘴座的图。
图4C是从下游侧观察图4A所示的喷嘴座的图。
图5是表示投影到投影面的一实施方式的喷嘴孔的形状的图。
图6是表示投影到投影面的一实施方式的喷嘴孔的形状的图。
图7是表示投影到投影面的一实施方式的喷嘴孔的形状的图。
图8是与一实施方式的喷嘴主体的轴向正交的剖视图。
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，作为实施方式所记载的或附图中所示的构成部件的尺寸、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，而只不过是简单的说明例。
首先，参照图1对作为几个实施方式的燃料喷嘴及燃烧器的应用对象的一例的燃气轮机进行说明。图1是一实施方式的燃气轮机的概要结构图。
如图1所示，燃气轮机1具备：压缩机2，其用于生成压缩空气；燃烧器4，其用于使用压缩空气和燃料而产生燃烧气体；以及涡轮6，其构成为被燃烧气体驱动而旋转。在发电用的燃气轮机1的情况下，在涡轮6经由转子8连结有未图示的发电机。
压缩机2包括固定于压缩机机室10侧的多个静叶16、以及以相对于静叶16交替排列的方式植入设置于转子8的多个动叶18。
从空气导入口12取入的空气被送到压缩机2，该空气通过多个静叶16和多个动叶18而被压缩，从而成为高温高压的压缩空气。
向燃烧器4供给燃料和由压缩机2生成的压缩空气，在该燃烧器4中燃料被燃烧，从而生成作为涡轮6的工作流体的燃烧气体。如图1所示，燃气轮机1具有在壳体20内以转子8为中心沿周向配置有多个的燃烧器4。
涡轮6具有由涡轮机室22形成的燃烧气体通路28，且包括设置于该燃烧气体通路28的多个静叶24和动叶26。
静叶24固定于涡轮机室22侧，沿转子8的周向排列的多个静叶24构成静叶列。另外，动叶26植入设置于转子8，沿转子8的周向排列的多个动叶26构成动叶列。静叶列和动叶列在转子8的轴向上交替排列。
在涡轮6中，流入到燃烧气体通路28的来自燃烧器4的燃烧气体通过多个静叶24和多个动叶26而驱动转子8旋转，由此，与转子8连结的发电机被驱动而生成电力。驱动涡轮6后的燃烧气体经由排气室30向外部排出。
燃烧器4包括用于喷射燃料的燃料喷嘴32、以及形成通过从燃料喷嘴32喷射的燃料的燃烧而产生的燃烧气体的通路的燃烧筒23。上述的涡轮6的静叶24和动叶26位于燃烧筒23的下游侧，来自燃烧筒23的燃烧气体流入设置有静叶24和动叶26的燃烧气体通路28。
以下，对几个实施方式的燃烧器4的燃料喷嘴32进一步详细说明。
图2是一实施方式的燃料喷嘴32的概要剖视图，图3A～图4C是分别表示作为一实施方式的燃料喷嘴32的喷嘴主体41的一部分的喷嘴座40的图。
图3A和图4A分别是一实施方式的燃料喷嘴32的喷嘴座40的侧视图。图3B是从上游侧(即从图3A所示的C方向)观察图3A所示的喷嘴座40的图，图3C是从下游侧(即从图3A所示的D方向)观察图3A所示的喷嘴座40的图。另外，图4B是从上游侧(即从图4A所示的C方向)观察图4A所示的喷嘴座40的图，图4C是从下游侧(即从图4A所示的D方向)观察图4A所示的喷嘴座40的图。
需要说明的是，在图3A～图3C所示的实施方式和图4A～图4C所示的实施方式中，除了喷嘴孔36的截面形状不同以外，具有相同的结构，因此，在以下的说明中，参照图3A～图3C对这些实施方式的共用部分进行说明。
如图2所示，一实施方式的燃料喷嘴32具有喷嘴主体41和形成于喷嘴主体41的多个喷嘴孔36。
喷嘴主体41包括在喷嘴主体41的轴向(喷嘴主体41的中心轴O的方向；以下简称为“轴向”。)上位于最下游侧的喷嘴座40、以及位于喷嘴座40的上游侧的燃料通路形成部37。
如图2和图3A～图3C所示，在喷嘴座40形成有沿着轴向延伸的多个喷嘴孔36，多个喷嘴孔36沿着喷嘴主体41的周向排列。各个喷嘴孔36在轴向的下游侧的端部具有用于喷射燃料的喷射口38。
需要说明的是，在图2和图3A～图3C所示的例示性实施方式中，喷嘴座40在轴向的下游侧端部具有随着朝向下游侧而接近喷嘴主体41的中心轴O的锥面43。多个喷嘴孔36各自的喷射口38形成于上述的锥面43。
在几个实施方式中，各个喷嘴孔36沿该喷嘴孔36的中心轴Q的方向呈直线状延伸，与中心轴Q正交的喷嘴孔36的截面、以及投影于与中心轴Q正交的投影面(例如图2所示的投影面P)上的喷嘴孔36与中心轴Q方向的位置无关地具有相同形状的轮廓。喷嘴孔36的与中心轴Q的方向正交的截面形状具有与正圆不同的形状，其详情后述。中心轴Q可以是将喷嘴孔36的截面形状的形心与投影于上述的投影面上的喷嘴孔36的形状的形心连接的直线。
在燃料通路形成部37形成有沿着轴向延伸的燃料供给孔34(燃料供给路)。燃料供给孔34的下游端与喷嘴孔36的上游端39连接。
从未图示的燃料供给源向燃料供给孔34供给燃料，经由燃料供给孔34与喷嘴孔36的连接部，从燃料供给孔34向喷嘴孔36供给燃料。
在几个实施方式中，也可以在燃料通路形成部37形成有多个燃料供给孔34，多个燃料供给孔34的下游端分别与多个喷嘴孔36的上游端39连接。或者，在几个实施方式中，也可以在燃料通路形成部37形成有一个环状的燃料供给孔34，该环状的燃料供给孔34的下游端与多个喷嘴孔36的上游端39连接。
在几个实施方式中，向燃料供给孔34供给气体燃料。该气体燃料可以是由气化炉对煤或生物质等进行处理而得到的包含CO和/或H2等的合成气。
在喷嘴主体41的径向外侧设置有沿该喷嘴主体41的轴向延伸的空气通路形成部92。并且，通过空气通路形成部92的内周面形成沿轴向延伸的空气通路94(通路)。例如将从压缩机2流入燃烧器4的机室(未图示)的压缩空气向空气通路94供给。另外，空气通路94在轴向上的下游侧的端部具有用于喷射空气的空气喷射口96。
需要说明的是，如图2所示，空气通路94可以形成于喷嘴主体41的外周面与空气通路形成部92的内周面之间。
空气通路94也可以是位于多个喷嘴孔36的径向外侧的环状的通路。
在喷嘴主体41的径向内侧设置有沿着喷嘴主体41的中心轴O延伸的液体燃料喷嘴82。即，多个喷嘴孔36位于液体燃料喷嘴82的径向外侧。
在液体燃料喷嘴82沿着轴向形成有液体燃料通路84，液体燃料通路84在轴向的下游端具有用于喷射液体燃料的液体燃料喷射口46。从未图示液体燃料供给源向液体燃料喷嘴82供给液体燃料。
由液体燃料喷嘴82喷射的液体燃料可以是燃气轮机1的起动用的燃料。
在图2所示的例示性实施方式中，在液体燃料喷嘴82的径向外侧且喷嘴主体41的径向内侧设置有空气通路88。例如将从压缩机2流入燃烧器4的机室(未图示)的压缩空气向该空气通路88供给，从形成于空气通路88的下游端的空气喷射口90喷射空气。
如图2和图3A所示，形成于喷嘴主体41的喷嘴座40的多个喷嘴孔36各自的中心轴Q随着朝向喷嘴主体41的轴向的下游侧而朝向喷嘴主体41的中心轴O倾斜。
在图2中，喷嘴孔36的中心轴Q相对于喷嘴主体41的中心轴O的倾斜角度为θ。
另外，在几个实施方式中，如图2、图3B和图3C所示，对于多个喷嘴孔36中的每一个，喷嘴孔36的上游端的中心轴Q的位置q1和喷嘴孔36的下游端的中心轴Q的位置q2在喷嘴主体41的周向上错开。即，各个喷嘴孔36向喷嘴主体41的周向倾斜。这样，由于喷嘴主体41在周向上倾斜，因此对从喷嘴孔36喷射的燃料赋予回旋成分。由此，能够促进从喷嘴孔36喷射的燃料与从空气通路94等喷射的空气的混合。
在具有具备如上那样的结构的燃料喷嘴32的燃烧器4中，从燃料喷嘴32经由喷射口38喷射的燃料、与从空气通路94经由空气喷射口96喷射的空气和/或从空气通路88经由空气喷射口90喷射的空气在燃料喷嘴32的下游侧一边混合一边扩散燃烧。
需要说明的是，在燃气轮机1起动时，也可以向燃料供给孔34供给空气(例如，从压缩机2流入燃烧器4的机室(未图示)的压缩空气)，并从燃料供给孔34向喷嘴孔36供给空气。
即，也可以是，在燃气轮机1起动时，在燃烧器4中，从喷嘴孔36经由喷射口38喷射空气，并且从液体燃料喷嘴82喷射液体燃料，在燃料喷嘴32的下游侧，这些空气和液体燃料一边混合一边燃烧。
与此相对，在燃气轮机1通常运转时(额定运转时等)，也可以如上述那样，向燃料供给孔34供给燃料，从喷嘴孔36喷射燃料，并且从空气通路94和/或空气通路88喷射空气，在燃料喷嘴32的下游侧，这些燃料和空气一边混合一边扩散燃烧。此时，也可以停止来自液体燃料喷嘴82的液体燃料的喷射。
在几个实施方式中，在燃气轮机1通常运转时等，从喷嘴孔36经由喷射口38仅喷射未混入空气的燃料。
图5～图7分别是表示投影到投影面P(参照图2)上的喷嘴孔36的形状的图。其中，图5～图6表示图3A～图3C所示的实施方式的喷嘴孔36的形状，图7表示图4A～图4C所示的实施方式的喷嘴孔36的形状。在此，上述的投影面P是在喷嘴孔36的喷射口38的喷嘴孔36的中心轴Q的位置与喷嘴孔36的中心轴Q正交的投影面。
即，投影面P上的喷嘴孔36的形状表示下游端部的喷嘴孔36的形状。
需要说明的是，在图5～图7中，直线L1表示喷嘴主体41的径向的直线。
如图5所示，图3A～图3C所示的实施方式的喷嘴孔36在投影面P上具有由直径D1的第一圆42、直径D2的第二圆44、以及第一圆42与第二圆44的2根公切线46A、46B包围的形状。在此，第二圆44的中心44a位于比第一圆42的中心42a靠喷嘴主体41的径向外侧的位置，第二圆44的直径D2比第一圆42的直径D1大。
需要说明的是，在图5中，连接第一圆42的中心42a和第二圆44的中心44a的直线与L1相同，且与喷嘴主体41的径向一致。但是，连接第一圆42的中心42a和第二圆44的中心44a的直线与喷嘴主体41的径向也可以不一致，例如，它们所成的角度也可以为30度以下。
另外，如图7所示，图4A～图4C所示的实施方式的喷嘴孔36在投影面P上，喷嘴孔36的轮廓具有包括直线状的第一直线状轮廓部52、第二直线状轮廓部54、第三直线状轮廓部48及第四直线状轮廓部50的接近四边形的形状，这些直线状轮廓部48～54通过位于上述的四边形的角的连接部55A～55D连接。
在上述的四边形中，第一直线状轮廓部52和第二直线状轮廓部54位于彼此对置的位置，第三直线状轮廓部48和第四直线状轮廓部50位于彼此对置的位置。
需要说明的是，直线状轮廓部48～54可以不是完全的直线，也可以包括具有较小的曲率的曲线形状。
在几个实施方式中，投影面P上的喷嘴孔36的轮廓可以具有其他形状，例如，整体上具有三角形或五边形等多边形的形状。
在几个实施方式中，例如如图5和图7所示，在将喷嘴孔36投影于上述的投影面P时，在投影面P上，喷嘴孔36具有包含从假想圆56向喷嘴主体41的径向内侧偏移的部分58(图5和图7中的阴影部分)的形状，该假想圆56以喷嘴孔36的形心(重心)R为中心且具有与投影面P上的喷嘴孔36的面积相等的面积。
通过使喷嘴孔36的下游端部的形状如上述那样，根据以下的理由，能够在维持燃烧器4的燃烧特性的同时，应对燃料流量的增大。
即，在燃料喷嘴中，在想要在抑制燃烧特性的变化的同时扩大流路面积的情况下，需要以不改变形成喷嘴孔的喷嘴座(喷嘴主体)的尺寸且不改变喷嘴主体的轴向、周向上的喷嘴孔的倾斜角度的方式扩大流路面积。
例如，对于现有的典型的扩散燃烧式的燃料喷嘴(即，喷嘴孔具有正圆的截面形状且喷嘴孔的中心轴相对于喷嘴主体的中心轴倾斜那样的燃料喷嘴)，如果想要在不改变喷嘴主体的尺寸、喷嘴孔的倾斜角度的情况下扩大流路面积(即，孔径)，则相邻的喷嘴孔间的间隔变小，特别是在喷嘴座的下游端部，有时难以确保相邻的喷嘴孔间的壁厚(参照图3C中的A1部分)。另外，在喷嘴座的上游端部，有时难以确保喷嘴孔与喷嘴座外周缘之间的壁厚(参照图3B中的A2部分)。
关于这一点，根据上述的实施方式，喷嘴孔36在上述的投影面P上具有包含从假想圆56向喷嘴主体41的径向内侧偏移的部分58的形状，该假想圆56以喷嘴孔36的形心R为中心且具有与该投影面P上的喷嘴孔36的面积相等的面积。即，在喷射口38所在的喷嘴主体41的下游端部，喷嘴孔36具有相比于假想圆56而面积向喷嘴主体41的径向内侧扩大、且喷嘴主体41的周向上的尺寸比假想圆56小的形状，因此，能够在相比于现有技术不大幅改变喷嘴主体41的直径(尺寸)以及喷嘴孔36相对于轴向的倾斜角度θ(参照图2)的情况下，在确保相邻的喷嘴孔36间的壁厚、喷嘴孔36与喷嘴座40(喷嘴主体41)的外周缘之间的壁厚的同时，扩大各个喷嘴孔36的流路面积。因此，能够在维持燃烧器4中的燃烧特性的同时，应对燃料流量的增大。
在几个实施方式中，例如如图6所示，在投影面P上，与径向上的喷嘴孔36的内侧端60与外侧端62的中点64相比，将喷嘴孔36的面积(S1+S2)二等分的与喷嘴主体41的径向(直线L1的方向)正交的第一直线L2在径向上位于更靠近外侧端62的位置。即，外侧端62与第一直线L2之间的距离比内侧端60与第一直线L2之间的距离短。
需要说明的是，在图6所示的例中，喷嘴孔36中的比第一直线L2靠径向内侧的部分的面积S1与比第一直线L2靠径向外侧的部分的面积S2相等。另外，在投影面P上，喷嘴孔36的形心R位于第一直线L2上。
在上述的实施方式中，在投影面P上，与喷嘴主体41的径向上的喷嘴孔36的内侧端60与外侧端62的中点64相比，第一直线L2在径向上位于更靠近外侧端62的位置，因此，与喷嘴孔36中的比第一直线L2靠外侧端62侧的部分(面积S2的部分)相比，比第一直线L2靠内侧端60侧的部分(面积S1的部分)成为在径向上细长的形状。因此，在喷嘴主体41的下游端部，在确保相邻的喷嘴孔36之间的壁厚的同时，容易扩大各个喷嘴孔36的流路面积。
图8是与一实施方式的喷嘴主体41的轴向正交的剖视图，且是相当于图2的B-B截面的图。需要说明的是，图8是具有图4A～图4C所示的实施方式的喷嘴孔36的喷嘴主体41的截面。
需要说明的是，在图8中，示出了在周向上相邻的一对喷嘴孔36A、36B。图8所示的喷嘴孔36A、36B的轮廓分别具有包含直线状的第一直线状轮廓部52A、52B、第二直线状轮廓部54A、54B、第三直线状轮廓部48A、48B以及第四直线状轮廓部50A、50B的接近四边形的形状。这些第一～第四直线状轮廓部对应于图7中的第一～第四直线状轮廓部。
在几个实施方式中，例如如图8所示，在上述的截面中，在周向上相邻的一对喷嘴孔36A、36B中的一个喷嘴孔36A的第一直线状轮廓部52A与另一个喷嘴孔36B的第二直线状轮廓部54B在周向上相邻地设置。
在该情况下，由于一对喷嘴孔36A、36B的直线状轮廓部彼此在周向上相邻地配置，因此例如与圆弧状部彼此在周向上相邻地配置的情况相比，容易在径向上的比较大的范围内确保一对喷嘴孔36A、36B间的周向上的距离K(参照图8)。因此，在确保相邻的喷嘴孔36A、36B间的壁厚的同时，容易扩大各个喷嘴孔36的流路面积。因此，能够在维持燃烧器4中的燃烧特性的同时，应对燃料流量的增大。
在上述的截面中，在周向上相邻的一对喷嘴孔36A、36B中的一个喷嘴孔36A的第一直线状轮廓部52A与另一个喷嘴孔36B的第二直线状轮廓部54B所成的角度(参照图8)例如可以为25度以下。
在该情况下，容易在径向上的比较大的范围内更可靠地确保一对喷嘴孔36A、36B间的周向上的距离K(参照图8)。因此，在确保相邻的喷嘴孔36A、36B间的壁厚的同时，更容易扩大各个喷嘴孔36的流路面积。
在图4A～图4C所示的例示性实施方式中，例如如图4C所示，喷嘴孔36也可以在该喷嘴孔36的下游端(喷射口38；或喷嘴座40的下游端)包括沿着喷嘴座40(喷嘴主体41)的内周缘66延伸的直线状轮廓部(图中所示的第三直线状轮廓部48)。
这样，通过具有以沿着喷嘴主体41的内周缘66的方式延伸的直线状轮廓部，从而在喷嘴孔36的下游端侧，能够使喷嘴孔36的形状成为流路面积朝向径向内侧大幅扩大的形状。由此，能够更有效地扩大各个喷嘴孔36的流路面积。
另外，在图4A～图4C所示的例示性实施方式中，例如如图4B所示，喷嘴孔36也可以在该喷嘴孔36的上游端39(或喷嘴座40的上游端)包括沿着喷嘴座40(喷嘴主体41)的外周缘68延伸的直线状轮廓部(图所示的第四直线状轮廓部50)。
这样，通过具有以沿着喷嘴主体41的外周缘68的方式延伸的直线状轮廓部，从而在喷嘴孔36的上游端侧，能够使喷嘴孔36的形状成为流路面积朝向径向外侧大幅扩大的形状。由此，能够更有效地扩大各个喷嘴孔36的流路面积。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述的实施方式，也包括对上述的实施方式施加变形的方式、适当地组合这些方式而得到的方式。
在本说明书中，“在某一方向上”、“沿着某一方向”、“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严格地表示这样配置，还表示具有公差、或者可得到相同功能的程度的角度、距离而相对位移了的状态。
例如，“相同”、“相等”以及“均质”等表示物事相等的状态的表述不仅表示严格相等的状态，也表示存在公差、或者可得到相同功能的程度的差异的状态。
另外，在本说明书中，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的四边形状、圆筒形状等形状，也表示在可得到相同效果的范围内包含凹凸部、倒角部等的形状。
另外，在本说明书中，“具备”、“包含”、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出在外的排他性表述。
附图标记说明：
1...燃气轮机；
2...压缩机；
4...燃烧器；
6...涡轮；
8...转子；
10...压缩机机室；
12...空气导入口；
16...静叶；
18...动叶；
20...壳体；
22...涡轮机室；
23...燃烧筒；
24...静叶；
26...动叶；
28...燃烧气体通路；
30...排气室；
32...燃料喷嘴；
34...燃料供给孔；
36...喷嘴孔；
37...燃料通路形成部；
38...喷射口；
39...上游端；
40...喷嘴座；
41...喷嘴主体；
42...第一圆；
42a...中心：
43...锥面；
44...第二圆；
44a...中心：
46...液体燃料喷射口；
46A、46B...公切线；
48...第三直线状轮廓部；
50...第四直线状轮廓部；
52...第一直线状轮廓部；
54...第二直线状轮廓部；
55A～55D...连接部；
56...假想圆；
58...部分；
60...内侧端；
62...外侧端；
64...中点；
66...内周缘；
68...外周缘；
82...液体燃料喷嘴；
84...液体燃料通路；
88...空气通路；
90...空气喷射口；
92...空气通路形成部；
94...空气通路；
96...空气喷射口；
L2...第一直线；
O...中心轴；
P...投影面；
Q...中心轴；
R...形心(重心)。

Claims (10)

1.一种燃气轮机的燃料喷嘴，其是燃气轮机的扩散燃烧式的燃料喷嘴，
所述燃气轮机的燃料喷嘴具备：
喷嘴主体；
多个喷嘴孔，它们沿着所述喷嘴主体的轴向延伸，沿着所述喷嘴主体的周向排列，且该多个喷嘴孔的中心轴随着朝向所述喷嘴主体的轴向的下游侧而朝向所述喷嘴主体的中心轴倾斜；以及
多个燃料供给孔，它们沿着所述喷嘴主体的轴向延伸，与所述多个喷嘴孔连接而成为供给燃料的燃料供给路，
所述燃气轮机的燃料喷嘴的特征在于，
所述多个喷嘴孔中的每一个具有用于向所述喷嘴主体的轴向的下游侧的端部喷射燃料的喷射口，
在将所述多个喷嘴孔中的每一个投影于在所述喷射口处的所述喷嘴孔的中心轴的位置与所述喷嘴孔的中心轴正交的投影面上时，在所述投影面上，所述喷嘴孔具有从假想圆向所述喷嘴主体的径向内侧偏移的形状，所述假想圆以所述喷嘴孔的形心为中心且具有与该投影面上的所述喷嘴孔的面积相等的面积。
2.根据权利要求1所述的燃气轮机的燃料喷嘴，其特征在于，
在所述投影面上，在所述喷嘴主体的径向上将所述喷嘴孔的面积二等分的与所述喷嘴主体的径向正交的第一直线，在所述径向上位于比所述径向上的所述喷嘴孔的内侧端与外侧端的中点靠近所述外侧端的位置。
3.根据权利要求1或2所述的燃气轮机的燃料喷嘴，其特征在于，
所述多个喷嘴孔中的每一个在所述投影面上具有由第一圆、第二圆、以及所述第一圆与所述第二圆的两条公切线包围的形状，所述第二圆具有位于比所述第一圆的中心靠所述喷嘴主体的径向的外侧的中心且直径比所述第一圆大。
4.根据权利要求1或2所述的燃气轮机的燃料喷嘴，其特征在于，
对所述多个喷嘴孔中的每一个，在与所述喷嘴主体的所述轴向正交的截面上，所述喷嘴孔的轮廓包括直线状的第一直线状轮廓部以及直线状的第二直线状轮廓部，
所述多个喷嘴孔设置为，在所述截面上，在所述喷嘴主体的周向上相邻的一对喷嘴孔中的一方的喷嘴孔的所述第一直线状轮廓部与所述一对喷嘴孔中的另一方的喷嘴孔的所述第二直线状轮廓部在所述周向上相邻。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的燃气轮机的燃料喷嘴，其特征在于，
所述多个喷嘴孔中的每一个的中心轴在所述喷嘴孔的上游端的位置与所述中心轴在所述喷嘴孔的下游端的位置在所述喷嘴主体的所述周向上错开。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的燃气轮机的燃料喷嘴，其特征在于，
所述燃气轮机的燃料喷嘴还具备位于比所述多个喷嘴孔靠所述喷嘴主体的径向外侧且沿所述喷嘴主体的轴向延伸的通路，
所述通路具有用于向所述喷嘴主体的轴向的下游侧的端部喷射空气的空气喷射口。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的燃气轮机的燃料喷嘴，其特征在于，
所述燃料供给路构成为向所述多个喷嘴孔供给作为所述燃料的气体燃料。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的燃气轮机的燃料喷嘴，其特征在于，
所述燃气轮机的燃料喷嘴还具备沿着所述喷嘴主体的中心轴延伸的液体燃料喷嘴，
所述多个喷嘴孔位于所述液体燃料喷嘴的径向外侧。
9.一种燃气轮机的燃烧器，其特征在于，
所述燃气轮机的燃烧器具备：
权利要求1至8中任一项所述的燃料喷嘴；以及
燃烧筒，其形成通过从所述燃料喷嘴喷射的燃料的燃烧而产生的燃烧气体的通路。
10.一种燃气轮机，其特征在于，
所述燃气轮机具备：
权利要求9所述的燃烧器；以及
静叶和动叶，它们设置于所述燃烧器的所述燃烧筒的下游侧。
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