JP2001012741A - ガスタービン用燃焼器 - Google Patents
ガスタービン用燃焼器Info
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- gas turbine
- secondary air
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
- F23R3/26—Controlling the air flow
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 一次空気と二次空気を燃焼チャンバーの上流
領域と下流領域内へエンジンの高負荷条件下でも低負荷
条件下でも効率的な燃焼を促進するように調量分配する
こと。 【解決手段】 空気供給マニホールド（１）内に設置さ
れた燃焼チャンバーと、燃料噴射器を備えたバーナーヘ
ッド（２）と、バーナーヘッドと燃焼チャンバーの上流
端との間に画定される一次空気入口と、一次空気入口の
下流に設けられた二次空気入口と、一次空気入口及び二
次空気入口を通しての空気流を変更するための手段とか
ら成るガスタービン用燃焼器。燃焼チャンバーは、固定
下流部分（４）と、入れ子式に移動自在の可動上流部分
（３）を有する。上流部分をバーナーヘッドに向けて移
動させると、一次空気入口を制限するとともに、二次空
気入口を開放し、上流部分をバーナーヘッドから離れる
方向に移動させると、一次空気入口を開放するととも
に、二次空気入口を制限する。
領域と下流領域内へエンジンの高負荷条件下でも低負荷
条件下でも効率的な燃焼を促進するように調量分配する
こと。 【解決手段】 空気供給マニホールド（１）内に設置さ
れた燃焼チャンバーと、燃料噴射器を備えたバーナーヘ
ッド（２）と、バーナーヘッドと燃焼チャンバーの上流
端との間に画定される一次空気入口と、一次空気入口の
下流に設けられた二次空気入口と、一次空気入口及び二
次空気入口を通しての空気流を変更するための手段とか
ら成るガスタービン用燃焼器。燃焼チャンバーは、固定
下流部分（４）と、入れ子式に移動自在の可動上流部分
（３）を有する。上流部分をバーナーヘッドに向けて移
動させると、一次空気入口を制限するとともに、二次空
気入口を開放し、上流部分をバーナーヘッドから離れる
方向に移動させると、一次空気入口を開放するととも
に、二次空気入口を制限する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンエン
ジンのための燃焼器及びそのような燃焼器を備えたガス
タービンエンジンに関する。
ジンのための燃焼器及びそのような燃焼器を備えたガス
タービンエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】工業用のガスタービンは、一定の最適条
件下ではなく、広範囲の可変負荷条件下で作動すること
が期待される。一方で、エンジンの排気ガスによる環境
汚染の点で最低限の基準を充足しなければならないとい
う要件もある。これらの往々にして互いに相反する要件
を満たすために、燃焼器技術者は、設計上の困難に直面
する。例えば、汚染源となるＮＯｘ排ガスを減少させる
ために、エンジンの高負荷条件中有効ないわゆる希薄予
混合（プレミックス）（希薄混合物即ち燃料が希薄な空
燃混合物を前混合するシステム）を用いるのが一般的で
ある。しかしながら、不都合なことに、そのようなシス
テムは、エンジンの低負荷条件下では（低火炎温度によ
る不完全燃焼により）汚染ＣＯ排ガスを増大させる傾向
があり、空気ブリードシステムのような慣用のＣＯ排ガ
ス制御方法では、エンジン効率の損失を招く結果とな
る。
件下ではなく、広範囲の可変負荷条件下で作動すること
が期待される。一方で、エンジンの排気ガスによる環境
汚染の点で最低限の基準を充足しなければならないとい
う要件もある。これらの往々にして互いに相反する要件
を満たすために、燃焼器技術者は、設計上の困難に直面
する。例えば、汚染源となるＮＯｘ排ガスを減少させる
ために、エンジンの高負荷条件中有効ないわゆる希薄予
混合（プレミックス）（希薄混合物即ち燃料が希薄な空
燃混合物を前混合するシステム）を用いるのが一般的で
ある。しかしながら、不都合なことに、そのようなシス
テムは、エンジンの低負荷条件下では（低火炎温度によ
る不完全燃焼により）汚染ＣＯ排ガスを増大させる傾向
があり、空気ブリードシステムのような慣用のＣＯ排ガ
ス制御方法では、エンジン効率の損失を招く結果とな
る。
【０００３】このような問題を克服する試みとして、い
わゆる「形状寸法可変システム」（山田他のＡＳＭＥ論
文９５−ＧＴ−４８参照）を用いる方法がある。この燃
焼システムでは、エンジンが低負荷で運転されていると
きは、それに対応して燃焼チャンバーの上流側燃料混合
領域へ供給される空気の量が高負荷の場合より少なくさ
れるように、空気供給（通常、エンジンコンプレッサか
ら供給される）が制御される。燃焼システムに必要とさ
れる空気の残部（上流側燃料混合領域へ供給される空気
を除いた残りの空気）は、燃焼チャンバーの下流側領域
へ分流され、該下流側領域においてガス流内で有用な仕
事をすることができる。このようにして、コンプレッサ
及びすべてのコンプレッサ空気（コンプレッサからの圧
縮空気）は、空気流を減少させるようにコンプレッサの
出力を調節することができるシステムや、圧縮空気の一
部を分流して放出させるシステム（いずれのシステム
も、効率が悪い）のような他のシステムに比べて、極め
て効率的に利用される。このような可変空気分配システ
ムは、火炎温度を最適設計レベルである比較的高負荷の
レベル（比較的高い温度）ではかなり一定に保持するこ
とを可能にし、従って、汚染排ガスレベルを最少限に抑
えることができる。
わゆる「形状寸法可変システム」（山田他のＡＳＭＥ論
文９５−ＧＴ−４８参照）を用いる方法がある。この燃
焼システムでは、エンジンが低負荷で運転されていると
きは、それに対応して燃焼チャンバーの上流側燃料混合
領域へ供給される空気の量が高負荷の場合より少なくさ
れるように、空気供給（通常、エンジンコンプレッサか
ら供給される）が制御される。燃焼システムに必要とさ
れる空気の残部（上流側燃料混合領域へ供給される空気
を除いた残りの空気）は、燃焼チャンバーの下流側領域
へ分流され、該下流側領域においてガス流内で有用な仕
事をすることができる。このようにして、コンプレッサ
及びすべてのコンプレッサ空気（コンプレッサからの圧
縮空気）は、空気流を減少させるようにコンプレッサの
出力を調節することができるシステムや、圧縮空気の一
部を分流して放出させるシステム（いずれのシステム
も、効率が悪い）のような他のシステムに比べて、極め
て効率的に利用される。このような可変空気分配システ
ムは、火炎温度を最適設計レベルである比較的高負荷の
レベル（比較的高い温度）ではかなり一定に保持するこ
とを可能にし、従って、汚染排ガスレベルを最少限に抑
えることができる。
【０００４】「形状寸法可変システム」において空気分
配を制御するための機構は、例えば米国特許第３，８５
９，７８７号に開示されているように、通常、コンプレ
ッサ空気をエンジン本体のケーシングに対して位置を固
定された燃焼チャンバーの上流領域と下流領域へ所定の
割合で分流するように協調して動作する相互に連結され
た弁手段から成る。
配を制御するための機構は、例えば米国特許第３，８５
９，７８７号に開示されているように、通常、コンプレ
ッサ空気をエンジン本体のケーシングに対して位置を固
定された燃焼チャンバーの上流領域と下流領域へ所定の
割合で分流するように協調して動作する相互に連結され
た弁手段から成る。
【０００５】一方、英国特許第１，１６０，７０９号
は、空気ジャケットケーシング又はマニホールド内で全
体として移動自在の燃焼チャンバー又は火炎チューブか
ら成る環状燃焼器を開示している。このシステムでは、
火炎チューブを通る燃焼生成物の流れ方向でみて火炎チ
ューブの上流領域と下流領域に一次空気と二次空気のた
めの入口が設けられている。火炎チューブの移動は、燃
焼器の上流端に対して接離する（接近及び離間する）方
向であり、一次燃焼空気のための入口は、固定バーナー
ヘッドと可動火炎チューブの上流端との間に画定され
る。従って、バーナーヘッドに対して火炎チューブが移
動すると、一次空気入口のサイズが変更される。しかし
ながら、二次空気入口のサイズを変更するための手段は
設けられていない。
は、空気ジャケットケーシング又はマニホールド内で全
体として移動自在の燃焼チャンバー又は火炎チューブか
ら成る環状燃焼器を開示している。このシステムでは、
火炎チューブを通る燃焼生成物の流れ方向でみて火炎チ
ューブの上流領域と下流領域に一次空気と二次空気のた
めの入口が設けられている。火炎チューブの移動は、燃
焼器の上流端に対して接離する（接近及び離間する）方
向であり、一次燃焼空気のための入口は、固定バーナー
ヘッドと可動火炎チューブの上流端との間に画定され
る。従って、バーナーヘッドに対して火炎チューブが移
動すると、一次空気入口のサイズが変更される。しかし
ながら、二次空気入口のサイズを変更するための手段は
設けられていない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、一次
空気と二次空気を燃焼チャンバーの上流領域と下流領域
内へ同時に、かつ、エンジンの高負荷条件下でも、低負
荷条件下でも効率的な燃焼を促進するような分配割合で
調量分配するための比較的簡単で、制御し易く、安価な
システムを提供することである。
空気と二次空気を燃焼チャンバーの上流領域と下流領域
内へ同時に、かつ、エンジンの高負荷条件下でも、低負
荷条件下でも効率的な燃焼を促進するような分配割合で
調量分配するための比較的簡単で、制御し易く、安価な
システムを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】発明の概要 本発明は、燃焼器の構成部品を直線的に移動させること
によって上記課題を解決する。
によって上記課題を解決する。
【０００８】本発明によれば、空気供給マニホールド内
に設置された燃焼チャンバーを含み、該燃焼チャンバー
は、燃料噴射器を備えたバーナーヘッドと、バーナーヘ
ッドと燃焼チャンバーの上流端との間に画定される、マ
ニホールドから燃焼チャンバー内への一次空気入口と、
一次空気入口の下流に設けられた、マニホールドから燃
焼チャンバー内への二次空気入口と、一次空気入口及び
二次空気入口を通しての空気流を変更するための空気流
変更手段を有して成るガスタービン用燃焼器において、
前記燃焼チャンバーは、互いに入れ子式に移動自在の第
１部分と第２部分から成り、前記マニホールドから燃焼
チャンバー内への二次空気入口は、該燃焼チャンバーの
第１部分と第２部分の間に画定され、該燃焼チャンバー
の第１部分と第２部分とは、前記一次空気入口を通して
の空気流を増大させて二次空気入口を通しての空気流を
減少させるために第１軸方向に相対的に移動自在であ
り、該一次空気入口を通しての空気流を減少させて二次
空気入口を通しての空気流を増大させるために第１軸方
向とは反対の第２軸方向に相対的に移動自在であること
を特徴とするガスタービン用燃焼器が提供される。
に設置された燃焼チャンバーを含み、該燃焼チャンバー
は、燃料噴射器を備えたバーナーヘッドと、バーナーヘ
ッドと燃焼チャンバーの上流端との間に画定される、マ
ニホールドから燃焼チャンバー内への一次空気入口と、
一次空気入口の下流に設けられた、マニホールドから燃
焼チャンバー内への二次空気入口と、一次空気入口及び
二次空気入口を通しての空気流を変更するための空気流
変更手段を有して成るガスタービン用燃焼器において、
前記燃焼チャンバーは、互いに入れ子式に移動自在の第
１部分と第２部分から成り、前記マニホールドから燃焼
チャンバー内への二次空気入口は、該燃焼チャンバーの
第１部分と第２部分の間に画定され、該燃焼チャンバー
の第１部分と第２部分とは、前記一次空気入口を通して
の空気流を増大させて二次空気入口を通しての空気流を
減少させるために第１軸方向に相対的に移動自在であ
り、該一次空気入口を通しての空気流を減少させて二次
空気入口を通しての空気流を増大させるために第１軸方
向とは反対の第２軸方向に相対的に移動自在であること
を特徴とするガスタービン用燃焼器が提供される。
【０００９】前記燃焼チャンバーの第１部分と第２部分
とは、前記一次空気入口と二次空気入口を通しての空気
流を互いに反比例関係をなして変更させるように相対的
に軸方向に移動自在とすることが最も簡単で好便であ
る。更に、一次空気入口を通る空気流が最大限とされて
いるときは、二次空気入口は完全に閉鎖（全閉）され、
反対に、一次空気入口を通る空気流が最少限とされてい
るときは、二次空気入口は全開にされるように構成する
ことが好ましい。
とは、前記一次空気入口と二次空気入口を通しての空気
流を互いに反比例関係をなして変更させるように相対的
に軸方向に移動自在とすることが最も簡単で好便であ
る。更に、一次空気入口を通る空気流が最大限とされて
いるときは、二次空気入口は完全に閉鎖（全閉）され、
反対に、一次空気入口を通る空気流が最少限とされてい
るときは、二次空気入口は全開にされるように構成する
ことが好ましい。
【００１０】二次空気入口は、燃焼チャンバーの第１部
分の壁を貫通して形成することができる。あるいは別法
として、二次空気入口は、燃焼チャンバーの第２部分の
壁を貫通して形成してもよい。更なる別法として、二次
空気入口は、燃焼チャンバーの第１部分と第２部分の両
方の壁を貫通して形成することもできる。その場合、第
１部分の壁に形成された二次空気入口の孔と第２部分の
壁に形成された二次空気入口の孔とは、燃焼チャンバー
の第１部分と第２部分の相対的入れ子移動により互いに
整合したり、整合状態から離脱したりする。
分の壁を貫通して形成することができる。あるいは別法
として、二次空気入口は、燃焼チャンバーの第２部分の
壁を貫通して形成してもよい。更なる別法として、二次
空気入口は、燃焼チャンバーの第１部分と第２部分の両
方の壁を貫通して形成することもできる。その場合、第
１部分の壁に形成された二次空気入口の孔と第２部分の
壁に形成された二次空気入口の孔とは、燃焼チャンバー
の第１部分と第２部分の相対的入れ子移動により互いに
整合したり、整合状態から離脱したりする。
【００１１】燃焼チャンバーの第１部分と第２部分とは
相対的に移動自在とし、燃焼器の固定構造体に対しては
固定されたものとすることが好ましい。例えば、燃焼チ
ャンバーの第１部分を可動部分とし、第２部分を固定部
分として、第１部分（可動部分）を第２部分（固定部
分）の内側に沿って又は外側を覆って摺動自在とし、可
動部分は、該可動部分の上流端とバーナーヘッドとの間
に一次空気入口が画定されるように上流側へ延長させ
る。又、燃焼チャンバーの第１部分と第２部分とは、そ
れぞれ、燃焼チャンバーの上流部分と下流部分とし、第
１部分と第２部分とが互いにオーバーラップする部分
は、二次空気入口を閉鎖するのに十分な比較的小部分だ
けとすることが好ましい。あるいは別法として、ただし
第１部分（可動部分）が２部分（固定部分）の外側を覆
って摺動自在とした場合だけに限って、燃焼チャンバー
の第１部分と第２部分とは、第２部分の全長に亙ってオ
ーバーラップさせることができる。
相対的に移動自在とし、燃焼器の固定構造体に対しては
固定されたものとすることが好ましい。例えば、燃焼チ
ャンバーの第１部分を可動部分とし、第２部分を固定部
分として、第１部分（可動部分）を第２部分（固定部
分）の内側に沿って又は外側を覆って摺動自在とし、可
動部分は、該可動部分の上流端とバーナーヘッドとの間
に一次空気入口が画定されるように上流側へ延長させ
る。又、燃焼チャンバーの第１部分と第２部分とは、そ
れぞれ、燃焼チャンバーの上流部分と下流部分とし、第
１部分と第２部分とが互いにオーバーラップする部分
は、二次空気入口を閉鎖するのに十分な比較的小部分だ
けとすることが好ましい。あるいは別法として、ただし
第１部分（可動部分）が２部分（固定部分）の外側を覆
って摺動自在とした場合だけに限って、燃焼チャンバー
の第１部分と第２部分とは、第２部分の全長に亙ってオ
ーバーラップさせることができる。
【００１２】燃焼チャンバーの第１部分と第２部分の前
記第１方向と第２方向の軸方向の移動は、それぞれ、バ
ーナーヘッドに接近する方向と、バーナーヘッドから離
隔する方向とすることが好ましい。
記第１方向と第２方向の軸方向の移動は、それぞれ、バ
ーナーヘッドに接近する方向と、バーナーヘッドから離
隔する方向とすることが好ましい。
【００１３】燃焼チャンバーの第１部分と第２部分の相
対入れ子式摺動移動を容易にするために第１部分と第２
部分の間にピストンリング型シールのような環状シール
を介設することが好ましい。
対入れ子式摺動移動を容易にするために第１部分と第２
部分の間にピストンリング型シールのような環状シール
を介設することが好ましい。
【００１４】燃焼チャンバーの第１部分と第２部分の入
れ子式摺動移動は、可動部分（第１部分）をアクチュエ
ータ（作動器）に連結し、該可動部分を第１及び第２軸
方向に押したり引いたりすることによって行うのが好便
である。
れ子式摺動移動は、可動部分（第１部分）をアクチュエ
ータ（作動器）に連結し、該可動部分を第１及び第２軸
方向に押したり引いたりすることによって行うのが好便
である。
【００１５】本発明は、又、少くとも１基の上述したガ
スタービン用燃焼器を備えたガスタービンエンジンを提
供する。特に、本発明のガスタービンエンジンには、少
くとも１つの燃焼器を装備することができ、アクチュエ
ータは、エンジン負荷が減少するにつれて燃焼チャンバ
ーの可動部分をバーナーヘッドに接近する方向に移動さ
せ、反対にエンジン負荷が増大するにつれて燃焼チャン
バーの可動部分をバーナーヘッドから離れる方向に移動
させるように構成される。
スタービン用燃焼器を備えたガスタービンエンジンを提
供する。特に、本発明のガスタービンエンジンには、少
くとも１つの燃焼器を装備することができ、アクチュエ
ータは、エンジン負荷が減少するにつれて燃焼チャンバ
ーの可動部分をバーナーヘッドに接近する方向に移動さ
せ、反対にエンジン負荷が増大するにつれて燃焼チャン
バーの可動部分をバーナーヘッドから離れる方向に移動
させるように構成される。
【００１６】本発明のその他の目的、特徴及び利点は、
以下の好ましい実施形態の説明及び添付図から当業者に
は明らかになろう。
以下の好ましい実施形態の説明及び添付図から当業者に
は明らかになろう。
【発明の実施の形態】作動において、空気は、エンジン
駆動（エンジンによって駆動される）コンプレッサ（図
示せず）からバーナーヘッド２を支持している空気供給
マニホールド１を通して供給される。燃焼チャンバー
は、第１部分３（図１でみて左側部分、即ち、燃焼器を
通る燃焼生成物の流れ方向でみて上流側部分）と第２部
分４（図１でみて右側部分、即ち、燃焼器を通る燃焼生
成物の流れ方向でみて下流側部分）とから成り、空気供
給マニホールド１内に同軸的に取り付けられている。空
気供給マニホールド１は、点線矢印によって示されるよ
うにコンプレッサの出力（供給空気）を受け取り、空気
は、左方へ向けられ、バーナーヘッド２を横切って第１
部分（左側燃焼チャンバー部分又は上流燃焼チャンバー
部分とも称する）３の上流端へ通される。
駆動（エンジンによって駆動される）コンプレッサ（図
示せず）からバーナーヘッド２を支持している空気供給
マニホールド１を通して供給される。燃焼チャンバー
は、第１部分３（図１でみて左側部分、即ち、燃焼器を
通る燃焼生成物の流れ方向でみて上流側部分）と第２部
分４（図１でみて右側部分、即ち、燃焼器を通る燃焼生
成物の流れ方向でみて下流側部分）とから成り、空気供
給マニホールド１内に同軸的に取り付けられている。空
気供給マニホールド１は、点線矢印によって示されるよ
うにコンプレッサの出力（供給空気）を受け取り、空気
は、左方へ向けられ、バーナーヘッド２を横切って第１
部分（左側燃焼チャンバー部分又は上流燃焼チャンバー
部分とも称する）３の上流端へ通される。
【００１７】第２部分（右側燃焼チャンバー部分又は下
流燃焼チャンバー部分とも称する）４は、マニホールド
１及びバーナーヘッド２に対して固定であり、燃焼ガス
をガスタービン（図示せず）へ導くための遷移ダクトに
通じる、燃焼チャンバーの下流部分を構成する。ガスタ
ービンは、燃焼ガスから炎るを抽出して作動する。上流
燃焼チャンバー部分３は、マニホールド１及びバーナー
ヘッド２に対して可動であり、その右側端は図に示され
るように固定下流燃焼チャンバー部分４内に密に摺動嵌
合している。かくして、上流燃焼チャンバー部分３は、
軸線Ａ−Ａに沿って入れ子式に移動することができる。
上流燃焼チャンバー部分３の移動は、該チャンバー部分
３のフランジ１３に固定されたブラケットに取り付けら
れたアクチュエータロッド５によって行われる。即ち、
アクチュエータロッド５を矢印Ｂに示されるように第１
軸方向（下流方向）へ押すことによって、上流燃焼チャ
ンバー部分３は、図１の上側部分に示されるように右方
へ移動される。反対に、アクチュエータロッド５を矢印
Ｃに示されるように第２軸方向（上流方向）へ引けば、
上流燃焼チャンバー部分３は、図１の下側部分に示され
るように左方へ移動される。この上流燃焼チャンバー部
分３の入れ子式移動により、図３、３ａを参照して後に
詳述するように、二次空気バイパス弁機構６を制御す
る。図１には可動燃焼チャンバー部分３に対して２本の
アクチュエータロッド５が示されているが、アクチュエ
ータロッド５は１本だけとすることもできる。
流燃焼チャンバー部分とも称する）４は、マニホールド
１及びバーナーヘッド２に対して固定であり、燃焼ガス
をガスタービン（図示せず）へ導くための遷移ダクトに
通じる、燃焼チャンバーの下流部分を構成する。ガスタ
ービンは、燃焼ガスから炎るを抽出して作動する。上流
燃焼チャンバー部分３は、マニホールド１及びバーナー
ヘッド２に対して可動であり、その右側端は図に示され
るように固定下流燃焼チャンバー部分４内に密に摺動嵌
合している。かくして、上流燃焼チャンバー部分３は、
軸線Ａ−Ａに沿って入れ子式に移動することができる。
上流燃焼チャンバー部分３の移動は、該チャンバー部分
３のフランジ１３に固定されたブラケットに取り付けら
れたアクチュエータロッド５によって行われる。即ち、
アクチュエータロッド５を矢印Ｂに示されるように第１
軸方向（下流方向）へ押すことによって、上流燃焼チャ
ンバー部分３は、図１の上側部分に示されるように右方
へ移動される。反対に、アクチュエータロッド５を矢印
Ｃに示されるように第２軸方向（上流方向）へ引けば、
上流燃焼チャンバー部分３は、図１の下側部分に示され
るように左方へ移動される。この上流燃焼チャンバー部
分３の入れ子式移動により、図３、３ａを参照して後に
詳述するように、二次空気バイパス弁機構６を制御す
る。図１には可動燃焼チャンバー部分３に対して２本の
アクチュエータロッド５が示されているが、アクチュエ
ータロッド５は１本だけとすることもできる。
【００１８】一次燃焼に必要とされる空気は、図２及び
２ａに示されるように、バーナーヘッド２の動作面８と
可動燃焼チャンバー部分３の上流端のリップ（唇部）９
との間に画定されたバーナー通路を通って上流燃焼チャ
ンバー部分３に流入する。図２及び２ａにおいて、バー
ナー通路即ち一次空気入口７の相対的サイズは、斜交陰
影によって強調されている。一次空気は、通路７を通る
際に噴射器１０から噴射される燃料と混合し、得られた
空燃混合物は、斯界において周知のように適当な部位に
配置された点火器ユニット（図示せず）からのスパーク
によって燃焼チャンバー３，４内で点火される。燃焼
は、主として上流燃焼チャンバー部分３内で行われ、高
温の燃焼生成ガスが（動作流体として）点線矢印で示さ
れるように左から右へ下流燃焼チャンバー部分４を通っ
てエンジンタービン（図示せず）へ流れる。
２ａに示されるように、バーナーヘッド２の動作面８と
可動燃焼チャンバー部分３の上流端のリップ（唇部）９
との間に画定されたバーナー通路を通って上流燃焼チャ
ンバー部分３に流入する。図２及び２ａにおいて、バー
ナー通路即ち一次空気入口７の相対的サイズは、斜交陰
影によって強調されている。一次空気は、通路７を通る
際に噴射器１０から噴射される燃料と混合し、得られた
空燃混合物は、斯界において周知のように適当な部位に
配置された点火器ユニット（図示せず）からのスパーク
によって燃焼チャンバー３，４内で点火される。燃焼
は、主として上流燃焼チャンバー部分３内で行われ、高
温の燃焼生成ガスが（動作流体として）点線矢印で示さ
れるように左から右へ下流燃焼チャンバー部分４を通っ
てエンジンタービン（図示せず）へ流れる。
【００１９】図１から分かるように、アクチュエータロ
ッド５が上流燃焼チャンバー部分（燃焼器の壁部分）３
を矢印Ｂの方向に移動可能限度にまで移動させると、す
べてのコンプレッサ空気が一次燃焼のためにバーナー通
路７を通して送られる。この位置では、バーナー通路７
は、最大限の断面積（図２の斜交陰影部分参照）を有
し、空気流の制限を最少限にし、二次空気バイパス弁機
構６は空気を通さないように完全に閉鎖されている。こ
の状態は、エンジンの最大負荷条件に対応する。反対
に、アクチュエータロッド５が上流燃焼チャンバー部分
（燃焼器の壁部分）３を矢印Ｃの方向に移動可能限度に
まで移動させると、バーナー通路７の断面積が最小限に
まで減小され（図２ａの斜交陰影部分参照）、バーナー
通路７を通る一次空気流が制限され、残りの空気は、空
気バイパス弁機構６の全開ポート即ち二次空気入口を通
って燃焼チャンバー内へ流入する。この状態は、エンジ
ンの低負荷条件に対応する。
ッド５が上流燃焼チャンバー部分（燃焼器の壁部分）３
を矢印Ｂの方向に移動可能限度にまで移動させると、す
べてのコンプレッサ空気が一次燃焼のためにバーナー通
路７を通して送られる。この位置では、バーナー通路７
は、最大限の断面積（図２の斜交陰影部分参照）を有
し、空気流の制限を最少限にし、二次空気バイパス弁機
構６は空気を通さないように完全に閉鎖されている。こ
の状態は、エンジンの最大負荷条件に対応する。反対
に、アクチュエータロッド５が上流燃焼チャンバー部分
（燃焼器の壁部分）３を矢印Ｃの方向に移動可能限度に
まで移動させると、バーナー通路７の断面積が最小限に
まで減小され（図２ａの斜交陰影部分参照）、バーナー
通路７を通る一次空気流が制限され、残りの空気は、空
気バイパス弁機構６の全開ポート即ち二次空気入口を通
って燃焼チャンバー内へ流入する。この状態は、エンジ
ンの低負荷条件に対応する。
【００２０】以上の説明から分かるように、アクチュエ
ータロッド５を制御することによって、燃焼チャンバー
３，４は、いろいろな異なる負荷条件に対応して排気ガ
ス汚染規制並びにエンジン効率基準の両方を満足させる
ために適正な一次空気対二次空気の比率を維持すること
ができるように、図２と図２ａに示されるようにされる
両極端位置の間の任意の位置に設定することができる。
この簡単な便利な構成によって、一次空気流と二次空気
流を互いに反比例関係に変更することができる。
ータロッド５を制御することによって、燃焼チャンバー
３，４は、いろいろな異なる負荷条件に対応して排気ガ
ス汚染規制並びにエンジン効率基準の両方を満足させる
ために適正な一次空気対二次空気の比率を維持すること
ができるように、図２と図２ａに示されるようにされる
両極端位置の間の任意の位置に設定することができる。
この簡単な便利な構成によって、一次空気流と二次空気
流を互いに反比例関係に変更することができる。
【００２１】図３及び３ａは、下流燃焼チャンバー部分
４の１つの壁を貫通して穿設された二次空気バイパス弁
機構６のポート即ち二次空気入口を、一次空気入口７が
全開されたときは可動燃焼チャンバー部分３の下流端の
いわゆる「スカート」によって閉鎖することができる
が、可動燃焼チャンバー部分３をバーナーヘッド２に接
近する方向に移動させることによって、開放することが
できる態様を示す。図３及び３ａでは１つのポートだけ
が示されているが、図１には２つのポートが示されてお
り、ポートの個数及び断面積は、低負荷条件の場合に適
する二次空気流を供給することができるように適宜に変
更することができる。
４の１つの壁を貫通して穿設された二次空気バイパス弁
機構６のポート即ち二次空気入口を、一次空気入口７が
全開されたときは可動燃焼チャンバー部分３の下流端の
いわゆる「スカート」によって閉鎖することができる
が、可動燃焼チャンバー部分３をバーナーヘッド２に接
近する方向に移動させることによって、開放することが
できる態様を示す。図３及び３ａでは１つのポートだけ
が示されているが、図１には２つのポートが示されてお
り、ポートの個数及び断面積は、低負荷条件の場合に適
する二次空気流を供給することができるように適宜に変
更することができる。
【００２２】又別法として、ポート（二次空気入口）
は、可動燃焼チャンバー部分３に設けて、固定燃焼チャ
ンバー部分４によって閉鎖されるようにしてもよい。更
なる別法として、二次空気入口を燃焼チャンバーの可動
部分３と固定部分４の両方に穿設した孔によって形成す
ることもできる。そのような構成は、後述するように図
５に示される示されている。これらの孔は、燃焼チャン
バーの上流可動部分３と下流部分４との相対的入れ子移
動中互いに整合する位置とずれる位置との間で移動する
ことによって流れを調量することができる。
は、可動燃焼チャンバー部分３に設けて、固定燃焼チャ
ンバー部分４によって閉鎖されるようにしてもよい。更
なる別法として、二次空気入口を燃焼チャンバーの可動
部分３と固定部分４の両方に穿設した孔によって形成す
ることもできる。そのような構成は、後述するように図
５に示される示されている。これらの孔は、燃焼チャン
バーの上流可動部分３と下流部分４との相対的入れ子移
動中互いに整合する位置とずれる位置との間で移動する
ことによって流れを調量することができる。
【００２３】図１及び４においては可動壁部分３の下流
端が固定壁部分４の上流端の内側に嵌合するものとして
示されているが、固定壁部分４の上流端を可動壁部分３
の下流端の内側に嵌合する構成としてもよいことは明ら
かであろう。
端が固定壁部分４の上流端の内側に嵌合するものとして
示されているが、固定壁部分４の上流端を可動壁部分３
の下流端の内側に嵌合する構成としてもよいことは明ら
かであろう。
【００２４】図４に示されるみられるように、燃焼チャ
ンバー部分３と４の間に効果的な滑りシールを設定し、
それによって摺動摩擦を減少させるとともに、長手中心
軸線Ａ−Ａに対して同心心合を維持するように、上流燃
焼チャンバー部分３に形成した溝にピストンリング型シ
ール１１が装着されている。
ンバー部分３と４の間に効果的な滑りシールを設定し、
それによって摺動摩擦を減少させるとともに、長手中心
軸線Ａ−Ａに対して同心心合を維持するように、上流燃
焼チャンバー部分３に形成した溝にピストンリング型シ
ール１１が装着されている。
【００２５】図１〜４に示された好ましい特定の実施形
態においては、燃焼チャンバーの上流側、半径方向内側
部分３が、燃焼チャンバーの固定された下流側、半径方
向外側部分４の上流端の内側で摺動するが、燃焼チャン
バーの下流側、半径方向外側部分４を可動部分とし、燃
焼チャンバーの上流側、半径方向内側部分３を固定部分
としてもよい。例えば、図５に示される示されるよう
に、燃焼チャンバーの下流側、半径方向外側部分２４を
左方へ延長させて燃焼チャンバーの上流側、半径方向内
側部分２３を囲繞するようにし、それによってこの軸方
向の長さ部分を二重壁燃焼チャンバーとすることができ
る。アクチュエータ５は、燃焼チャンバーの下流側半径
方向外側部分２４を左方延長部分の外側面に固定された
ブラケット１２に取り付ける。固定燃焼チャンバー部分
とされる半径方向内側部分２３の上流端には、外向きに
曲げられたフランジ３３を形成し、フランジ３３を、一
次空気入口７の通路を画定する複数の羽根を介して空気
供給マニホールド１に連結する。
態においては、燃焼チャンバーの上流側、半径方向内側
部分３が、燃焼チャンバーの固定された下流側、半径方
向外側部分４の上流端の内側で摺動するが、燃焼チャン
バーの下流側、半径方向外側部分４を可動部分とし、燃
焼チャンバーの上流側、半径方向内側部分３を固定部分
としてもよい。例えば、図５に示される示されるよう
に、燃焼チャンバーの下流側、半径方向外側部分２４を
左方へ延長させて燃焼チャンバーの上流側、半径方向内
側部分２３を囲繞するようにし、それによってこの軸方
向の長さ部分を二重壁燃焼チャンバーとすることができ
る。アクチュエータ５は、燃焼チャンバーの下流側半径
方向外側部分２４を左方延長部分の外側面に固定された
ブラケット１２に取り付ける。固定燃焼チャンバー部分
とされる半径方向内側部分２３の上流端には、外向きに
曲げられたフランジ３３を形成し、フランジ３３を、一
次空気入口７の通路を画定する複数の羽根を介して空気
供給マニホールド１に連結する。
【００２６】図５に示されるように燃焼チャンバーの半
径方向内側部分２３を固定壁とした場合、一次空気入口
７を通る空気流の調量は、左方に延長させた半径方向外
側部分２４の上流リップを一次空気入口７を覆って前後
に移動させることによって行うことができる。この実施
形態の場合の二次空気入口２６の構成は、図１に示され
たものとは多少異なり、二次空気入口２６は、燃焼チャ
ンバーの固定部分２３と可動部分２４の両方に形成され
た孔によって構成される。この場合、燃焼チャンバーの
固定部分２３と可動部分２４の間をシールするために２
つのピストンリング型シール３５と３６を必要とする。
シール３５は、可動壁部分２４の内側面に形成された溝
に装着し、シール３６は、固定壁部分２３の外側面に形
成された溝に装着する。
径方向内側部分２３を固定壁とした場合、一次空気入口
７を通る空気流の調量は、左方に延長させた半径方向外
側部分２４の上流リップを一次空気入口７を覆って前後
に移動させることによって行うことができる。この実施
形態の場合の二次空気入口２６の構成は、図１に示され
たものとは多少異なり、二次空気入口２６は、燃焼チャ
ンバーの固定部分２３と可動部分２４の両方に形成され
た孔によって構成される。この場合、燃焼チャンバーの
固定部分２３と可動部分２４の間をシールするために２
つのピストンリング型シール３５と３６を必要とする。
シール３５は、可動壁部分２４の内側面に形成された溝
に装着し、シール３６は、固定壁部分２３の外側面に形
成された溝に装着する。
【００２７】一次空気入口７が図５の上半分に示される
ように全開されているときは、空気は可動壁部分２４の
入口２６を通って燃焼チャンバー内に流入することはで
きない。なぜなら、シール３５が固定壁部分２３に形成
された対応する入口２７を通って空気が流入するのを阻
止し、シール３６が固定壁部分２３の下流端と可動壁部
分２４の間の間隙を通って空気が流れるのを阻止するか
らである。一次空気入口７が図５の下半分に示されるよ
うに最大限に制限されているときは、シール３６は、や
はり固定壁部分２３の下流端と可動壁部分２４の間の間
隙を通って空気が流れるのを阻止しているが、シール３
５は、可動壁部分２４と共に固定壁部分２３の入口２７
の直ぐ上流の位置にまで移動しているので、二次空気が
入口２６，２７を通って燃焼チャンバー内へ流入するこ
とができる。
ように全開されているときは、空気は可動壁部分２４の
入口２６を通って燃焼チャンバー内に流入することはで
きない。なぜなら、シール３５が固定壁部分２３に形成
された対応する入口２７を通って空気が流入するのを阻
止し、シール３６が固定壁部分２３の下流端と可動壁部
分２４の間の間隙を通って空気が流れるのを阻止するか
らである。一次空気入口７が図５の下半分に示されるよ
うに最大限に制限されているときは、シール３６は、や
はり固定壁部分２３の下流端と可動壁部分２４の間の間
隙を通って空気が流れるのを阻止しているが、シール３
５は、可動壁部分２４と共に固定壁部分２３の入口２７
の直ぐ上流の位置にまで移動しているので、二次空気が
入口２６，２７を通って燃焼チャンバー内へ流入するこ
とができる。
【００２８】図５の変型実施形態は実施可能ではある
が、燃焼チャンバーの左方延長部分２４が重量と製造コ
ストの増大をもたらすこと、２つのシール３５，３６を
設ける必要があること、可動壁部分２４とタービンとの
間の相対移動を支持するために可動壁部分２４の高い応
力を受ける下流部分に追加の滑り継手（図示せず）を設
ける必要があることなどの点から、図１〜４の実施形態
ほどは好ましくない。
が、燃焼チャンバーの左方延長部分２４が重量と製造コ
ストの増大をもたらすこと、２つのシール３５，３６を
設ける必要があること、可動壁部分２４とタービンとの
間の相対移動を支持するために可動壁部分２４の高い応
力を受ける下流部分に追加の滑り継手（図示せず）を設
ける必要があることなどの点から、図１〜４の実施形態
ほどは好ましくない。
【図１】図１は、ガスタービン用燃焼器の長手断面図で
あり、図１の燃焼器の長手中心線即ち軸線Ａ−Ａより上
方の部分は、ガスタービンエンジンを高負荷条件で作動
させる場合の燃焼器の態様を示し、軸線Ａ−Ａより下方
の部分は、ガスタービンエンジンを低負荷条件で作動さ
せる場合の燃焼器の態様を示す。
あり、図１の燃焼器の長手中心線即ち軸線Ａ−Ａより上
方の部分は、ガスタービンエンジンを高負荷条件で作動
させる場合の燃焼器の態様を示し、軸線Ａ−Ａより下方
の部分は、ガスタービンエンジンを低負荷条件で作動さ
せる場合の燃焼器の態様を示す。
【図２】図２は、図１の一部分の拡大部分断面図であ
り、一次空気入口がガスタービンエンジンを高負荷条件
で作動させるために全開状態にあるところを示す。図２
ａは、図２と同様の図であるが、一次空気入口がガスタ
ービンエンジンを低負荷条件で作動させるために部分閉
鎖状態にあるところを示し、全開状態は点線で示されて
いる。
り、一次空気入口がガスタービンエンジンを高負荷条件
で作動させるために全開状態にあるところを示す。図２
ａは、図２と同様の図であるが、一次空気入口がガスタ
ービンエンジンを低負荷条件で作動させるために部分閉
鎖状態にあるところを示し、全開状態は点線で示されて
いる。
【図３】図３は、図１の矢印Ｄの方向にみた拡大部分立
面図であり、二次空気入口のためのバイパスポート機構
がガスタービンエンジンを高負荷条件で作動させるため
に閉鎖状態にあるところを示す。図３ａは、図３と同様
の拡大部分図であるが、二次空気入口のためのバイパス
ポート機構がガスタービンエンジンを低負荷条件下で作
動させるために全開状態にあるところを示す。
面図であり、二次空気入口のためのバイパスポート機構
がガスタービンエンジンを高負荷条件で作動させるため
に閉鎖状態にあるところを示す。図３ａは、図３と同様
の拡大部分図であるが、二次空気入口のためのバイパス
ポート機構がガスタービンエンジンを低負荷条件下で作
動させるために全開状態にあるところを示す。
【図４】図４は、図３のバイパスポート機構の長手断面
図である。
図である。
【図５】図５は、図１と同様の図であるが、本発明の別
の実施形態を示す。図５Ａは、図５の拡大部分図であ
り、上側二次空気入口が閉鎖位置にあるところを示す。
図５Ｂは、図５の拡大部分図であり、下側二次空気入口
が開放位置にあるところを示す。
の実施形態を示す。図５Ａは、図５の拡大部分図であ
り、上側二次空気入口が閉鎖位置にあるところを示す。
図５Ｂは、図５の拡大部分図であり、下側二次空気入口
が開放位置にあるところを示す。
１ 空気供給マニホールド、マニホールド ２ バーナーヘッド ３ 可動燃焼チャンバー部分、可動壁部分、可動部分、
上流燃焼チャンバー部分 ４ 固定燃焼チャンバー部分、固定壁部分、固定部分、
下流燃焼チャンバー部分 ５ アクチュエータ、アクチュエータロッド ６ 空気バイパス弁機構、二次空気バイパス弁機構 ７ バーナー通路、一次空気入口 １０ 噴射器 １１ ピストンリング型シール １２ ブラケット １３ フランジ ２３ 固定部分、固定壁部分、半径方向内側部分、 ２４ 可動部分、可動壁部分、半径方向外側部分、 ２６ 二次空気入口 ２７ 入口 ３３ フランジ ３５、３６ ピストンリング型シール、シール
上流燃焼チャンバー部分 ４ 固定燃焼チャンバー部分、固定壁部分、固定部分、
下流燃焼チャンバー部分 ５ アクチュエータ、アクチュエータロッド ６ 空気バイパス弁機構、二次空気バイパス弁機構 ７ バーナー通路、一次空気入口 １０ 噴射器 １１ ピストンリング型シール １２ ブラケット １３ フランジ ２３ 固定部分、固定壁部分、半径方向内側部分、 ２４ 可動部分、可動壁部分、半径方向外側部分、 ２６ 二次空気入口 ２７ 入口 ３３ フランジ ３５、３６ ピストンリング型シール、シール
Claims (10)
- 【請求項１】 空気供給マニホールド（１）内に設置さ
れた燃焼チャンバー（３，４）を含み、該燃焼チャンバ
ーは、燃料噴射器（１０）を備えたバーナーヘッド
（２）と、バーナーヘッドと燃焼チャンバーの上流端
（９）との間に画定される、マニホールドから燃焼チャ
ンバー内への一次空気入口（７）と、一次空気入口の下
流に設けられた、マニホールドから燃焼チャンバー内へ
の二次空気入口（６）と、一次空気入口及び二次空気入
口を通しての空気流を変更するための空気流変更手段を
有して成るガスタービン用燃焼器において、 前記燃焼チャンバーは、互いに入れ子式に移動自在の第
１及び第２部分（３，４）から成り、前記マニホールド
から燃焼チャンバー内への前記二次空気入口（６）は、
該燃焼チャンバーの第１部分と第２部分の間に画定さ
れ、該燃焼チャンバーの第１部分と第２部分とは、前記
一次空気入口を通しての空気流を増大させて二次空気入
口を通しての空気流を減少させるために第１軸方向
（Ｂ）に相対的に移動自在であり、該一次空気入口を通
しての空気流を減少させて前記二次空気入口を通しての
空気流を増大させるために第１軸方向とは反対の第２軸
方向（Ｃ）に相対的に移動自在であることを特徴とする
ガスタービン用燃焼器。 - 【請求項２】 前記一次空気入口を通る空気流が最大限
とされているときは、前記二次空気入口は完全に閉鎖さ
れ、前記一次空気入口を通る空気流が最少限とされてい
るときは、該二次空気入口が全開にされるように構成さ
れていることを特徴とする請求項１に記載のガスタービ
ン用燃焼器。 - 【請求項３】 前記二次空気入口は、前記燃焼チャンバ
ーの第１部分又は第２部分の壁を貫通して形成されてい
ることを特徴とする請求項１又は２に記載のガスタービ
ン用燃焼器。 - 【請求項４】 前記二次空気入口は、前記燃焼チャンバ
ーの第１部分と第２部分の両方の壁に形成された孔によ
って構成されており、該第１部分の壁に形成された孔と
第２部分の壁に形成された孔とが、該燃焼チャンバーの
該第１部分と第２部分の相対的入れ子移動により互いに
整合したり、整合状態から離脱されたりすることを特徴
とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のガスタービ
ン用燃焼器。 - 【請求項５】 前記燃焼チャンバーの第１部分と第２部
分とは、相対的に移動自在であり、該燃焼器の固定構造
体に対して固定されていることを特徴とする請求項１〜
４のいずれか１項に記載のガスタービン用燃焼器。 - 【請求項６】 前記一次空気入口が前記燃焼チャンバー
の前記第１部分の上流端と前記バーナーヘッドとの間に
画定されるように該第１部分が上流側へ延長しているこ
とを特徴とする請求項８に記載のガスタービン用燃焼
器。 - 【請求項７】 前記燃焼チャンバーの前記第１部分は、
前記第２部分の内側に沿って摺動自在とされていること
を特徴とする請求項５又は６に記載のガスタービン用燃
焼器。 - 【請求項８】 前記燃焼チャンバーの前記第１部分は、
前記第２部分の外側を覆って摺動自在とされていること
を特徴とする請求項５又は６に記載のガスタービン用燃
焼器。 - 【請求項９】 請求項１〜８のいずれか１項に記載の少
くとも１基のガスタービン用燃焼器を備えたガスタービ
ンエンジン。 - 【請求項１０】 請求項１５に記載の少くとも１基のガ
スタービン用燃焼器を備えたガスタービンエンジンであ
って、エンジン負荷が減少するにつれて前記燃焼チャン
バーの前記可動部分を前記バーナーヘッドに接近する方
向に移動させ、エンジン負荷が増大するにつれて該燃焼
チャンバーの該可動部分を該バーナーヘッドから離れる
方向に移動させるためのアクチュエータが設けられてい
ることを特徴とするガスタービンエンジン。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB9914432A GB2351343A (en) | 1999-06-22 | 1999-06-22 | Telescopically-moveable combustion chamber |
| GB9914432.1 | 1999-06-22 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001012741A true JP2001012741A (ja) | 2001-01-19 |
| JP2001012741A5 JP2001012741A5 (ja) | 2007-07-12 |
| JP4711489B2 JP4711489B2 (ja) | 2011-06-29 |
Family
ID=10855739
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000185538A Expired - Fee Related JP4711489B2 (ja) | 1999-06-22 | 2000-06-21 | ガスタービン用燃焼器 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6425240B1 (ja) |
| EP (1) | EP1063476B1 (ja) |
| JP (1) | JP4711489B2 (ja) |
| DE (1) | DE60027356T2 (ja) |
| ES (1) | ES2259980T3 (ja) |
| GB (1) | GB2351343A (ja) |
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