JP2003329244A - ガスタービン用燃焼器及びその燃焼制御方法 - Google Patents

ガスタービン用燃焼器及びその燃焼制御方法

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JP2003329244A JP2002138348A JP2002138348A JP2003329244A JP 2003329244 A JP2003329244 A JP 2003329244A JP 2002138348 A JP2002138348 A JP 2002138348A JP 2002138348 A JP2002138348 A JP 2002138348A JP 2003329244 A JP2003329244 A JP 2003329244A
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Tomomi Nakae
友美 中江
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高温部で作動する部材に固着や噛み込み等を
生じ易い摺動部を有さず、一次燃焼域に流入する空気流
量を調整することにより、局所燃空比を制御することが
でき、構造が簡単で信頼性が高く、かつ効率のよいガス
タービン用燃焼器及びその燃焼制御方法を提供する。 【解決手段】 燃焼器ケース内に配設されたライナにバ
イパス通路を設け、該バイパス通路に空気を通過させる
ことにより、スワラを通り一次燃焼域に供給される空気
流量の調整を可能にしたガスタービン用燃焼器のバイパ
ス通路に、移動位置によってバイパス通路を開閉する磁
性体の浮き子を設けると共に、該浮き子に対応する燃焼
器ケースの外側に、該浮き子を移動させる電磁コイルを
設けてガスタービン用燃焼器を構成し、局所燃空比を制
御するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ジェットエンジン
や産業用ガスタービンのような低ＮＯｘ（窒素酸化物）
排出型のガスタービン用燃焼器及びその燃焼制御方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】図３は、従来の低ＮＯｘ排出型のガスタ
ービン用燃焼器の概略構造説明図である。
【０００３】図において、１は燃焼器ケース、２は流入
する空気の圧力を回復させて整流するディフューザ、３
は燃料インジェクタ、４は流入する空気を旋回させるス
ワラである。５はライナで、そのライナ５には希釈孔６
と冷却用のスリット７が設けられている。
【０００４】８はライナ５に設けられたバイパス通路
で、該バイパス通路８を通過した空気は、図中に点線で
示す一次燃焼域９に供給されることなく、燃焼器出口へ
と導かれる。
【０００５】これにより、該バイパス通路８を通過する
空気が増えるほど、スワラ４を通り一次燃焼域９に供給
される空気流量は減じられる。
【０００６】１０はバイパス通路８に設けられたバイパ
スダクト可変弁で、該バイパスダクト可変弁１０は、燃
焼器ケース１の外側に設けたアクチュエータ１１を操作
することにより、バイパス通路８を開閉するようになっ
ている。
【０００７】従って、該アクチュエータ１１の稼動によ
り、スワラ４を通り一次燃焼域９に供給される空気流量
の調整が可能である。
【０００８】上記のように構成された従来のガスタービ
ン用燃焼器においては、ガスタービンの運転条件（負荷
条件を含む）が決まれば、ＮＯｘの排出量は、スワラ４
を通る空気流量と燃料インジェクタ３から噴射される燃
料流量の比で決定される、一次燃焼域９における局所燃
空比（または局所当量比）で決定されることになる。
【０００９】図４は一次燃焼域における局所燃空比とＮ
Ｏｘ排出量の関係を示す性能図である。
【００１０】この図から解るように、局所燃空比を下げ
ればＮＯｘ排出量の低減が可能であるが、局所燃空比が
限界値以下となると、斜線部が火炎の吹き消え範囲とな
り、燃焼効率が低下したり失火すると言う問題が発生す
る。そのため、通常はこれらの問題が発生しない範囲で
局所燃空比を低くし、ＮＯｘ排出量の低減を図ってい
る。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】従来は、アクチュエー
タ１１を操作して、バイパスダクト可変弁１０を作動さ
せ、スワラ４を通り一次燃焼域９に供給される空気流量
を調整することによって局所燃空比の制御を行っている
が、燃焼器ケース１は約６００℃、ライナ５は約９００
℃程度となるため、このような高温部で作動する空気流
量の調整機構の部材の摺動部では、固着（スティック）
や噛み込み（こじり）等を生じ易く、設計上、著しく信
頼性を損なうことになる。
【００１２】また、アクチュエータ１１通過部には、ど
うしてもある程度のクリアランスを設けなければならな
いが、クリアランスを設けると、高圧の空気がそこから
リークするため、効率が悪くなると言う問題があった。
【００１３】本発明は上記従来の問題点を解消するため
に提案されたもので、高温部で作動する空気流量の調整
機構の部材に固着や噛み込み等を生じ易い摺動部を有さ
ず、スワラを通り一次燃焼域に供給される空気流量を調
整することにより、局所燃空比を制御することができ、
構造が簡単で信頼性が高く、かつ効率のよいガスタービ
ン用燃焼器及びその燃焼制御方法を提供することを目的
とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１の発明は、燃焼器ケース内に配設されたラ
イナにバイパス通路を設け、該バイパス通路に空気を通
過させることにより、スワラを通り一次燃焼域に供給さ
れる空気流量の調整を可能にしたガスタービン用燃焼器
において、上記バイパス通路に、移動位置によってバイ
パス通路を開閉する磁性体の浮き子を設けると共に、該
浮き子に対応する燃焼器ケースの外側に、該浮き子を移
動させる電磁コイルを設けてガスタービン用燃焼器を構
成した点に特徴があり、高温部で作動する空気流量の調
整機構の部材に摺動部がなく、固着や噛み込み等を生じ
る恐れがなく、効率がよく、応答性も良好で信頼性を向
上させることができる。
【００１５】次に、請求項２の発明は、請求項１に記載
のガスタービン用燃焼器において、浮き子を案内する浮
き子ガイドを設け、その浮き子ガイドの下端に浮き子を
着座させるストッパーを設けてガスタービン用燃焼器を
構成した点に特徴があり、バイパス通路の開閉機構を簡
単な構成で安価に製作することができる。
【００１６】次に、請求項３の発明は、請求項１または
２に記載のガスタービン用燃焼器において、電磁コイル
により、浮き子の移動位置を変化させ、その浮き子の移
動位置に応じて、バイパス通路に空気を通過させること
により、スワラを通り一次燃焼域に供給される空気流量
を調整し、一次燃焼域における局所燃空比を制御するよ
うにしたガスタービン用燃焼器の燃焼制御方法に特徴が
あり、ＮＯｘ排出量を効果的に低減可能で、効率がよ
く、信頼性の高い燃焼制御を達成することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明のガスタービン用燃焼器及
びその燃焼制御方法の実施の一形態について、図１及び
図２により説明する。
【００１８】図１は本発明の実施の一形態を示すガスタ
ービン用燃焼器の概略構造説明図で、図中、図３に示す
従来のガスタービン用燃焼器と同一部材には同一符号を
付し、各部材についての重複した説明は省略する。
【００１９】図において、１２は磁気力により浮上して
移動する磁性体の浮き子で、浮き子１２の移動位置によ
ってバイパス通路８が開閉されるようになっている。
【００２０】１３は浮き子１２の移動を案内する浮き子
ガイドで、筒状に形成され、その下端には浮き子１２を
着座させるストッパー１４が設けられ、上端にも同様に
ストッパー１４が設けられている。但し、下端のストッ
パー１４は、浮き子ガイド１３の下端ではなく、バイパ
ス通路８を形成するライナ５の壁面に設けた穴の内周に
沿って設けてもよい。
【００２１】なお、浮き子ガイド１３の周壁には、バイ
パス通路８に空気を導入する開口が設けられており、浮
き子１２の位置に応じて、その開口からバイパス通路８
に空気を通過させることにより、スワラ４を通り一次燃
焼域９に供給される空気流量が任意に調整できるように
なっている。また、浮き子１２が浮き子ガイド１３の下
端のストッパー１４に着座すると、ライナ５に設けたバ
イパス通路８を形成する穴は、丁度浮き子１２の下端で
閉じられるようになっている。
【００２２】次に１５は浮き子１２を磁気力により浮上
して移動させるための電磁コイルで、浮き子１２に対応
する燃焼器ケース１の外側に図示のように設けられてい
る。１６は非磁性体断熱材で、電磁コイル１５が設けら
れる燃焼器ケース１の壁面と面一に構成せしめられてい
る。
【００２３】なお、燃焼器ケース１は通常、ニッケル合
金製であり、非磁性体断熱材１６としてはセラミックが
適切であるが、燃焼器ケース１の材料成分等に応じ、非
磁性体断熱材１６の材質についても、温度条件等を考慮
して最適のものを選択することができることは言うまで
もない。
【００２４】次に図２は、本発明の実施の一形態を示す
図１のガスタービン用燃焼器において、浮き子１２が浮
上して最上端まで移動した状態を示す作動説明図であ
る。
【００２５】図１に示すように構成された本発明の実施
の一形態であるガスタービン用燃焼器においては、ま
ず、図１に示されるように、電磁コイル１５に電流が流
れていない場合は、浮き子１２は、浮き子ガイド１３の
下端に設けられたストッパー１４に着座して密着した状
態となり、この状態ではバイパス通路８には空気は流れ
ない。これは、ライナ５の内圧よりも外圧の方が高いた
め、この差圧により、浮き子１２がライナ５の内側に押
さえつけられるためである。
【００２６】一方、図２に示されるように、電磁コイル
１５に電流が流れた場合は、浮き子１２は、流れる電流
に応じて、ライナ５の内外差圧による力と磁気力が釣り
合う位置まで移動（図２は最上端まで移動せしめた状態
を示す）し、その移動位置に応じてバイパス通路８を通
過した空気は、バイパス空気流れ１７となって、一次燃
焼域９に供給されることなく燃焼器出口へと導かれるの
で、スワラ４を通り一次燃焼域９に供給される空気流量
が調整され、一次燃焼域９における局所燃空比の制御が
可能となる。
【００２７】これにより、図４に示されるように、一次
燃焼域９における局所燃空比を、吹き消えが生じない範
囲で低く調整することにより、ＮＯｘ排出量を効果的に
低減することが可能となる。
【００２８】従って、従来は、空気流量の調整機構にバ
イパスダクト可変弁１０や摺動部を有するアクチュエー
タ１１を用いて、一次燃焼域９の局所燃空比を制御して
いたが、本発明の実施形態においては、摺動部を有する
ことなく、バイパス通路８を通過した空気を一次燃焼域
９を通過せずに燃焼器出口へと導き、これによりスワラ
４を通り一次燃焼域９に供給される空気流量を調整し、
一次燃焼域における局所燃空比を制御できる機構を提供
できることになる。
【００２９】但し、バイパス通路８、浮き子１２、浮き
子ガイド１３、ストッパー１４、電磁コイル１５の形
状、構造等は、図示の実施形態に限定されるものではな
く、適用するガスタービン用燃焼器に応じて、適宜設計
変更し得ることは言うまでもない。
【００３０】
【発明の効果】請求項１の発明は、燃焼器ケース内に配
設されたライナにバイパス通路を設け、該バイパス通路
に空気を通過させることにより、スワラを通り一次燃焼
域に供給される空気流量の調整を可能にしたガスタービ
ン用燃焼器において、上記バイパス通路に移動位置によ
ってバイパス通路を開閉する磁性体の浮き子を設けると
共に、該浮き子に対応する燃焼器ケースの外側に、該浮
き子を移動させる電磁コイルを設けてガスタービン用燃
焼器を構成したので、高温部で作動する空気流量の調整
機構の部材に摺動部がなく、固着や噛み込み等を生じる
恐れがなく、効率がよく、応答性も良好で信頼性を向上
させることができる。
【００３１】次に、請求項２の発明は、請求項１に記載
のガスタービン用燃焼器において、浮き子を案内する浮
き子ガイドを設け、その浮き子ガイドの下端に浮き子を
着座させるストッパーを設けてガスタービン用燃焼器を
構成したので、バイパス通路の開閉機構を簡単な構成で
安価に製作することができる。
【００３２】次に請求項３の発明は、請求項１または２
に記載のガスタービン用燃焼器において、電磁コイルに
より、浮き子の移動位置を変化させ、その浮き子の移動
位置に応じて、バイパス通路に空気を通過させることに
より、スワラを通り一次燃焼域に供給される空気流量を
調整し、一次燃焼域における局所燃空比を制御するよう
なガスタービン用燃焼器の燃焼制御方法としたので、Ｎ
Ｏｘ排出量を効果的に低減させることができ、効率がよ
く、信頼性の高い燃焼制御を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態を示すガスタービン用燃
焼器の概略構造説明図である。
【図２】図１に示すガスタービン用燃焼器の作動説明図
である。
【図３】従来の低ＮＯｘ排出型のガスタービン用燃焼器
の概略構造説明図である。
【図４】一次燃焼域における局所燃空比とＮＯｘ排出量
の関係を示す性能図である。
【符号の説明】
１ 燃焼器ケース ２ ディフューザ ３ 燃料インジェクタ ４ スワラ ５ ライナ ６ 希釈孔 ７ スリット ８ バイパス通路 ９ 一次燃焼域 １０ バイパスダクト可変弁 １１ アクチュエータ １２ 浮き子 １３ 浮き子ガイド １４ ストッパー １５ 電磁コイル １６ 非磁性体断熱材 １７ バイパス空気流れ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃焼器ケース内に配設されたライナにバ
    イパス通路を設け、該バイパス通路に空気を通過させる
    ことにより、スワラを通り一次燃焼域に供給される空気
    流量の調整を可能にしたガスタービン用燃焼器におい
    て、上記バイパス通路に、移動位置によってバイパス通
    路を開閉する磁性体の浮き子を設けると共に、該浮き子
    に対応する燃焼器ケースの外側に、該浮き子を移動させ
    る電磁コイルを設けたことを特徴とするガスタービン用
    燃焼器。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載のガスタービン用燃焼器
    において、浮き子を案内する浮き子ガイドを設け、その
    浮き子ガイドの下端に浮き子を着座させるストッパーを
    設けたことを特徴とするガスタービン用燃焼器。
  3. 【請求項３】 請求項１または２に記載のガスタービン
    用燃焼器において、電磁コイルにより、浮き子の移動位
    置を変化させ、その浮き子の移動位置に応じて、バイパ
    ス通路に空気を通過させることにより、スワラを通り一
    次燃焼域に供給される空気流量を調整し、一次燃焼域に
    おける局所燃空比を制御するようにしたことを特徴とす
    るガスタービン用燃焼器の燃焼制御方法。
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