JP2004085120A - 燃焼器 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、パイロット比を低くする際にパイロットノズルに供給するパイロット空気を調整することで、燃焼振動を抑制した燃焼器を提供することを目的とする。
【解決手段】パイロットスワラ６の下流側であるパイロットノズル２の下流側先端の外周に追加スワラ８を設ける。この追加スワラのスロート面積をパイロットスワラ６よりも狭いものとすることによって、パイロットコーン４の下流側に供給されるパイロット空気量を減らすことができる。
【選択図】 図１
【解決手段】パイロットスワラ６の下流側であるパイロットノズル２の下流側先端の外周に追加スワラ８を設ける。この追加スワラのスロート面積をパイロットスワラ６よりも狭いものとすることによって、パイロットコーン４の下流側に供給されるパイロット空気量を減らすことができる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンなどに備えられる燃焼器に関するもので、特に、燃料を拡散して燃焼させるパイロットノズルと燃料と空気とを混合して燃焼させるメインノズルとを備えた燃焼器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、大気汚染を低減させるために、ガスタービンを利用した発電施設において、その排気ガス中に含まれるＮＯｘの低減が求められている。ガスタービンにおけるＮＯｘは、ガスタービンを回転させるために燃焼動作を行う燃焼器において発生する。そのため、従来より、燃焼器で発生するＮＯｘの低減化を図るために、燃料と空気とを混合して燃焼（予混燃焼）させるメインノズルを備えた燃焼器が用いられている。
【０００３】
このメインノズルによる予混燃焼を行うことによって、燃焼器からのＮＯｘ排出量を低減させることができるが、その燃焼状態は不安定であり、燃焼振動が発生する。そのため、この燃焼振動を抑制して安定な燃焼状態とするために、燃料を拡散して燃焼（拡散燃焼）させるパイロットノズルを更に備えた燃焼器が用いられている。このようにパイロットノズル及びメインノズルが備えられた燃焼器の概略構成図を、図１４に示す。
【０００４】
図１４に示すように、燃焼器本体１内には、その中央にパイロットノズル２が挿入されるとともに、メインノズル３がパイロットノズル２の周囲に配置されるように挿入される。そして、パイロットノズル２の先端部分を覆うようにパイロットコーン４が設けられ、又、メインノズル３の先端部分を覆うようにメインバーナ５が設けられる。又、パイロットノズル２の先端部分周囲にパイロットスワラ６が設けられるとともに、メインノズル３の先端部分周囲にメインスワラ７が設けられ、パイロットノズル２及びメインノズル３が支持される。
【０００５】
このように構成される燃焼器において、パイロットノズル２の先端部分周辺が、図１５のように構成される。パイロットノズル２の先端の外周に、複数の燃料噴射口２１が設けられ、燃料を拡散噴射する（このパイロットノズル２より噴射される燃料を「パイロット燃料」とする）。又、燃焼器本体１を通じてパイロットノズル２周囲に供給される空気（パイロット空気）は、パイロットスワラ６を通過した後、パイロットコーン４の内壁を沿って流れる。
【０００６】
又、メインノズル３より噴射される燃料（メイン燃料）が、メインスワラ７を通過した空気（メイン空気）とともに、メインバーナ５に流入されると、メインバーナ５内で混合されて、メインバーナ５より混合されたメイン燃料及びメイン空気が流出する。このように、メイン空気とメイン燃料が混合された予混合気がメインバーナ５より流出されると、メインバーナ５の下流側先端（尚、「下流」とは、燃料及び空気の流れに対して下流であることを意味する）より燃焼器本体１の内壁に向かって燃焼される。よって、パイロットノズル２によって拡散噴射されたパイロット燃料によるパイロット拡散火炎が拡散して燃焼されることにより、メインバーナ５からの予混合気による燃焼が維持される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このようにパイロットノズル２及びメインノズル３を備えた燃焼器において、その燃焼状態を安定に保つには、パイロットノズル２の拡散燃焼による保炎効果が必要である。しかしながら、パイロットノズル２で燃焼させると、ＮＯｘの発生率が大きいため、ＮＯｘを低減させるにはパイロットノズル２での燃焼を抑える必要がある。
【０００８】
そこで、燃焼器に供給される全燃料に対するパイロットノズルに供給される燃料の比（パイロット比）を低くして、燃焼器によるＮＯｘの排出量を低減させているが、上述したように、パイロット比を低くした場合、パイロットノズル２によるパイロット拡散火炎の温度が低くなり、燃焼不安定が起こりやすくなる。そのため、パイロット拡散火炎の保炎効果が得られなくなり、燃焼振動が発生して燃焼状態が不安定なものとなるため、ガスタービンにおけるエネルギー効率が悪くなる。
【０００９】
このような問題を鑑みて、本発明は、パイロット比を低くする際にパイロットノズルに供給するパイロット空気を調整することで、燃焼不安定による燃焼振動を抑制した燃焼器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の燃焼器は、燃焼器本体中心部分に設けられたパイロットノズルと、該パイロットノズルの周囲に等間隔で設けられた複数のメインノズルと、前記パイロットノズルの燃料が流れる下流側先端部分を覆うパイロットコーンと、該パイロットコーンの内壁面に接するように設けられるとともに該パイロットコーンの中心部分に前記パイロットノズルを支持するパイロットスワラとを備える燃焼器において、前記パイロットスワラの下流側に設けられるとともに、その内壁が前記パイロットノズルの外壁と当接し、又、その外壁が前記パイロットコーンの内壁と当接する追加スワラを備え、前記追加スワラの気体が通過するスロート面積が、前記パイロットスワラよりも狭いことを特徴とする。
【００１１】
このようにすることで、パイロットノズル外周を流れるとともにパイロットスワラを通過するパイロット空気が、スロート面積の狭い追加スワラを通過するため、パイロットコーンの下流側に供給されるパイロット空気量が低減するように調整することができる。このような追加スワラを、パイロットノズルの下流側先端近傍に設けるようにしても構わない。又、追加スワラを、パイロットコーンの下流側に設けられたテーパ部の根本付近に設けるようにしても構わない。
【００１２】
このとき、請求項２に記載するように、前記追加スワラを通過する気体の流れに対する羽の角度が、前記パイロットスワラよりも大きくする。例えば、パイロットスワラの羽の角度が６０°のとき、追加スワラの羽の角度を７０〜８０°とする。
【００１３】
又、請求項３に記載するように、前記追加スワラを前記パイロットコーンに固着することで、固着を外すことにより追加スワラの取り外しを容易に行うことができ、試験運転や実機運転を行ったとき、適切なパイロット空気に調整可能な追加スワラを確認することができる。
【００１４】
又、請求項４に記載の燃焼器は、燃焼器本体中心部分に設けられたパイロットノズルと、該パイロットノズルの周囲に等間隔で設けられた複数のメインノズルと、前記パイロットノズルの燃料が流れる下流側先端部分を覆うパイロットコーンと、該パイロットコーンの内壁面に接するように設けられるとともに該パイロットコーンの中心部分に前記パイロットノズルを支持するパイロットスワラとを備える燃焼器において、前記パイロットコーンの上流側先端の上流側近傍に設置されて前記パイロットコーンの上流側先端の開口部を覆うとともに複数の孔が設けられたリング状の多孔板を備えることを特徴とする。
【００１５】
このようにすることで、リング状の多孔板に設けられる孔の面積によって、パイロットコーンの上流側先端の開口率が設定される。よって、パイロットコーンの下流側に最終的に供給されるパイロット空気量が、この多孔板の位置及び孔の面積によって調整されることになる。
【００１６】
このとき、請求項５に記載するように、前記多孔板が、前記パイロットノズルが挿入されるとともに前記メインノズルに燃料を供給するメイン燃料マニホールドに設置されて前記パイロットノズルの外周に設けられる円筒状の支持部によって支持されるようにしても構わない。こうすることで、パイロットノズルがメイン燃料マニホールド及び支持部に挿入した状態となるため、パイロットノズルだけを燃焼器より取り外すことが可能となる。又、請求項６に記載するように、前記多孔板が、前記パイロットノズルの外壁に接合されて支持されるようにしても構わない。
【００１７】
又、請求項７に記載の燃焼器は、燃焼器本体中心部分に設けられたパイロットノズルと、該パイロットノズルの周囲に等間隔で設けられた複数のメインノズルと、前記パイロットノズルの燃料が流れる下流側先端部分を覆うパイロットコーンと、該パイロットコーンの内壁面に接するように設けられるとともに該パイロットコーンの中心部分に前記パイロットノズルを支持するパイロットスワラと、前記パイロットノズルが挿入されるとともに前記メインノズルに燃料を供給するメイン燃料マニホールドとを備える燃焼器において、前記パイロットノズルの外壁を前記メイン燃料マニホールドから前記パイロットコーンの上流側先端まで覆う円筒であるとともに、前記パイロットコーンの上流側先端の開口部を覆う流量調整部を備え、該流量調整部の下流側先端を上流側に遷移することによって、前記パイロットコーンの上流側先端における開口率を大きくすることを特徴とする。
【００１８】
このようにすることで、流量調整部を前記パイロットコーンの上流側先端に近づけることによって、パイロットコーンに流入するパイロット空気量を絞ることができ、又、流量調整部を前記パイロットコーンの上流側先端から遠ざけることによって、パイロットコーンに流入するパイロット空気量を増やすことができる。尚、この流量調整部を、以下の実施形態においては、「パイロット空気調整部」としている。
【００１９】
このとき、請求項８に記載するように、前記流量調整部の下流側先端に、前記パイロットコーンの上流側先端の開口部を覆う鍔を設けるようにしても構わない。そして、請求項９に記載するように、前記流量調整部と前記パイロットスワラとの間に設けられるとともに複数の孔を備えるリング状の多孔板を設けて、前記多孔板の外壁が前記パイロットコーンの内壁に当接させるとともに、前記多孔板の内壁が前記パイロットノズルの外壁に当接させることで、前記流量調整部と前記パイロットコーンの上流側先端との隙間を通って流入するパイロット空気の剥離による影響を低減する。
【００２０】
又、請求項１０に記載するように、前記流量調整部の下流側先端に、下流側に向かって細くなる尖頭部を設け、該尖頭部における最も太い外径を前記パイロットコーンの上流側先端の外径以上の太さとしても構わない。このとき、尖頭部とパイロットコーンの上流側先端によって、ニードル弁が形成される。又、尖頭部によってパイロットコーンにパイロット空気が滑らかに流入するので、パイロット空気の剥離を防ぐことができる。このとき、更に、請求項１１に記載するように、前記パイロットコーンの上流側先端に、上流側に向かって広がった鍔を設けて、前記流量調整部により前記パイロットコーンの上流側先端の開口率を０とするとき、前記鍔の内壁に前記尖頭部の外壁を当接させる。
【００２１】
又、請求項１２に記載するように、前記流量調整部の下流側先端に、下流側に向かって細くなる円錐状の弁体を前記流量調整部の周方向に複数設けるとともに、前記パイロットコーンの上流側先端に、その外壁が前記パイロットコーンの内壁と当接するとともにその内壁が前記パイロットノズルの外壁に当接する前記弁体と対を成す複数の孔を備えた多孔板を設け、前記弁体の円錐の底面における外径を、前記多孔板の孔の内径以上の太さとしても構わない。
【００２２】
このとき、弁体と多孔板の孔とによってニードル弁が形成される。このように、複数のニードル弁が周方向に形成された形状とすることによって、パイロットコーンに流入するパイロット空気を周方向及び径方向に分散することができ、その偏りを低減することができる。
【００２３】
請求項１３に記載する燃焼器は、請求項７〜請求項１２のいずれかに記載の燃焼器において、前記流量調整部にフランジを設け、前記フランジと前記メイン燃料マニホールドとの間にスペーサを設置し、該スペーサの厚みによって、前記パイロットコーンの上流側先端の開口率を変化させることを特徴とする。
【００２４】
又、請求項１４に記載の燃焼器は、請求項７〜請求項１３のいずれかに記載の燃焼器において、前記流量調整部内部に設けられるとともに燃料を前記流量調整部の下流側先端に導いて前記パイロットコーンに噴出する燃料管が設けられることを特徴とする。
【００２５】
このようにすることで、パイロットコーンにおけるパイロットスワラよりも上流の部分に燃料を供給することができるため、パイロットスワラを通過してパイロットコーンの下流側に供給される気体を燃料と空気が混合した予混合気とすることができ、パイロットノズルによる拡散炎の保炎性を高めることができる。
【００２６】
又、請求項１５に記載の燃焼器は、請求項７〜請求項１４のいずれかに記載の燃焼器において、前記流量調整部において、その下流側先端の外径が、前記メイン燃料マニホールドに挿入されている部分の外径よりも小さいことを特徴とする。このようにすることで、メイン燃料マニホールドに挿入された前記流量調整部を下流側より抜き取ることで取り外すことができる。
【００２７】
又、請求項４〜請求項１５のいずれかに記載の燃焼器において、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の燃焼器に備えられる特徴を備えるようにしても構わない。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の燃焼器について説明する。
【００２９】
＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態における燃焼器の概略構成図であり、又、図２は、パイロットノズル先端部分周辺の構成を示す図である。尚、図１及び図２において、図１４及び図１５と同一の部分については、同一の符号を付す。
【００３０】
図１の燃焼器は、図１４の燃焼器と同様、燃焼器本体１の中心部分に下流側先端部分がパイロットコーン４によって覆われたパイロットノズル２が設置されるとともに、パイロットのノズル２の周囲に下流側先端部分がメインバーナ５によって覆われた複数のメインノズル３が設置される。そして、パイロットノズル２の下流側の外壁面にパイロットスワラ６が設けられることにより、パイロットノズル２がパイロットコーン４の中心部に設置されるように支持される。又、メインノズル３の下流側の外壁面にメインスワラ７が設けられることにより、メインノズル３がメインバーナ５の中心部に設置されるように支持される。更に、パイロットスワラ６の更に下流側に、空気量を調整するための追加スワラ８を設ける。
【００３１】
このように構成されるとき、図２のように、パイロットコーン４は、下流側先端に向かって放射状に広がったテーパ形状となっている。（以下、この放射状に広がった部分を、「コーン内周テーパ部」と呼ぶ。）そして、コーン内周テーパ部４１の上流側の付け根部近傍に、追加スワラ８が溶接止め、あるいはボルト止め等の固着手段８１によって設置される。即ち、追加スワラ８の内壁がパイロットノズル２の下流側先端の外壁に接するように設置され、この追加スワラ８よりも上流側に、パイロットコーン４の鋳造部品であるパイロットスワラ６が設けられる。
【００３２】
この追加スワラ８において、そのパイロット空気を通過させるスロート面積がパイロットスワラ６よりも狭くなる。即ち、例えば、パイロットスワラ６に設けられる羽のパイロット空気の流れに対する角度が６０°である場合、追加スワラ８に設けられる羽のパイロット空気の流れに対する角度を７０〜８０°とする。更に、追加スワラ８は、パイロットコーン４に設置される際、下流側から挿入されて設置される。
【００３３】
このように、スロート面積の狭い追加スワラ８をパイロットスワラ６の下流に設けることによって、既存のパイロットスワラ６を変更することなく、追加スワラ８でコーン内周テーパ部４１に供給するパイロット空気量を減らすことができる。又、追加スワラ８は固着手段８１を外すことによって容易に取り外すことができるので、試験運転や実機運転などにより、最適な追加スワラ８を選択することができる。更に、パイロットスワラ６と２段構成とすることによって、追加スワラ８が燃焼振動などの原因により外れた場合でも、鋳造部品であるパイロットスワラ６があるので、続けて燃焼器の運転を行うことができる。
【００３４】
＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態について、図面を参照して説明する。図３は、本実施形態における燃焼器の概略構成図であり、又、図４は、パイロットノズル先端部分周辺の構成を示す図である。尚、図３及び図４において、図１４及び図１５と同一の部分については、同一の符号を付す。
【００３５】
図３の燃焼器は、図１４の燃焼器に対して、パイロットコーン４の上流側先端を覆うリング状の多孔板１０と、メインノズル３にメイン燃料を供給する燃焼器本体１の上流側に設置されるメイン燃料マニホールド９に接合して多孔板１０を支持する円筒状の支持部１１とを付加した構成となる。このとき、支持部１１の内壁によってパイロットノズル２の外壁が覆われた状態となる。又、複数の孔が設けられた多孔板１０は、図４のように、その内壁がパイロットノズル２の外壁に近接するように設けられるとともに、パイロットコーン４の上流側先端近傍位置に設置される。
【００３６】
このようにすることで、パイロット空気が支持部１１の外周側を流れた後、多孔板１０に設けられた複数の孔を通じて、パイロットコーン４に流れ込む。よって、多孔板１０に設けられた孔の大きさ及び数によって、パイロットコーン４に流れ込むパイロット空気量が調整されるため、パイロットスワラ６を通過して最終的にコーン内周テーパ部４１に供給されるパイロット空気量が調整されることになる。
【００３７】
このように、メイン燃料マニホールド９に設けられた支持部１１によってパイロット空気量を調整する多孔板１０を設けることで、燃焼器からノズル側を抜くのみで、多孔板１０の交換などができる。よって、試験運転や実機運転などにより、最適な多孔板１０を選択することができる。又、パイロットノズル２の点検や交換を行う際、燃焼器からパイロットノズル２のみを抜くことが可能である。
【００３８】
尚、本実施形態において、図５に示すように、多孔板１０の内壁部をパイロットノズル２の外壁部に接合させることによって、図４と同一の位置に多孔板１０を支持し、支持部１１を削除した構成としても構わない。
【００３９】
＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態について、図面を参照して説明する。図６は、本実施形態における燃焼器の概略構成図であり、又、図７は、パイロットノズル先端部分周辺の構成を示す図である。尚、図６及び図７において、図１４及び図１５と同一の部分については、同一の符号を付す。
【００４０】
図６の燃焼器は、図１４の燃焼器に対して、パイロットコーン４の上流側に設けられるとともにパイロットコーン４へ流入するパイロット空気量を調整するパイロット空気調整部１２を付加した構成となる。このパイロット空気調整部１２は、メイン燃料マニホールド９に挿入されるとともに、パイロットノズル２のパイロットコーン４よりも上流側部分を覆うような円筒として構成される。又、パイロット空気調整部１２には、メイン燃料マニホールド９よりも上流側にフランジ１３が設けられ、メイン燃料マニホールド９とフランジ１３との間にスペーサ１４が設置されることで、パイロット空気調整部１２の設置位置が決定される。
【００４１】
更に、スペーサ１４とパイロット空気調整部１２は、フランジ１３よりボルト（不図示）が締結されることによってメイン燃料マニホールド９に固定される。そして、パイロット空気調整部１２の内壁とパイロットノズル２の外壁によって構成される空間を燃焼器本体１外部でシールするために、メイン燃料マニホールド９にパイロット空気調整部１２が挿入された位置において、パイロット空気調整部１２とパイロットノズル２との間にグランドパッキンなどのシール部材１５が設けられる。
【００４２】
このように構成されるとき、図７のように、パイロット空気調整部１２の下流側先端に、パイロットコーン４の上流側先端を覆うリング形状の鍔１６が設けられる。この鍔１６は、図７（ａ）のように、スペーサ１４がパイロット空気調整部１２とメイン燃料マニホールド９との間に設置されないとき、鍔１６とパイロットコーン４の上流側先端とが当接し、鍔１６とパイロットコーン４の上流側先端との距離ｌが０となるように設けられる。
【００４３】
そして、パイロット空気調整部１２のフランジ１３とメイン燃料マニホールド９との間にスペーサ１４を設置することによって、図７（ｂ）のように、鍔１６とパイロットコーン４の上流側先端との距離ｌがスペーサ１４の厚みと等しい値となる。即ち、スペーサ１４の厚み分、鍔１６とパイロットコーン４の上流側先端との間に隙間を設けることができ、スペーサ１４の厚みを変更することで、パイロットコーン４に流入するパイロット空気量を調整することができる。
【００４４】
又、パイロットコーン４内には、その上流側先端とパイロットスワラ６との間に、複数の孔が設けられたリング状の多孔板１７が設けられる。この多孔板１７は、外壁がパイロットコーン４の内壁と当接するとともに、内壁がパイロットノズル２の外壁と当接する。今、鍔１６とパイロットコーン４の上流側先端とで形成される隙間より流入するパイロット空気がパイロットコーン４の内壁側で剥離するが、多孔板１７の複数の孔を通ることにより、パイロットスワラ６に流入するパイロット空気について、その剥離による影響を防ぐことができる。
【００４５】
更に、パイロット空気調整部１２において、図８のように、パイロットスワラ６の上流側先端近傍の外径φｂが、メイン燃料マニホールド９のパイロット空気調整部１２が嵌合される穴径φａよりも小さくなるような形状とすることにより、パイロット空気調整部１２がメイン燃料マニホールド９から取り外すことが可能となる。尚、このとき、パイロット空気調整部１２は、図８のように、メイン燃料マニホールド９に挿入される部分よりも下流側の部分の外径がφａとなるような構成とし、パイロット空気調整部１２の位置をスペーサ１４の厚みによって移動させた場合でも、パイロット空気調整部１２とメイン燃料マニホールド９との間に隙間ができないような構成とされる。
【００４６】
尚、本実施形態において、パイロット空気調整部１２に鍔１６を設けるような構成としたが、パイロット空気調整部１２のパイロットコーン４に面する底面がパイロットコーン４の上流側先端を覆うような形状の円筒によって、パイロット空気調整部１２を構成するようにしても構わない。
【００４７】
＜第４の実施形態＞
本発明の第４の実施形態について、図面を参照して説明する。図９は、本実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端部分周辺の構成を示す図である。尚、図９において、図７と同一の部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。又、本実施形態の燃焼器の構成は、第３の実施形態と同様、図６又は図８の概略構成図によって表される。
【００４８】
図９の燃焼器は、第３の実施形態（図７）の燃焼器と異なり、パイロット空気調整部１２ａ（図６又は図８のパイロット空気調整部１２に相当する）の下流側先端に、その先端に向かって細くなった尖頭部１８が設けられた構成となる。又、パイロットコーン４ａ（図６又は図８のパイロットコーン４に相当する）の上流側先端に、その上流側に向かって広がったベルマウス形状の鍔１９が設けられる。
【００４９】
そして、スペーサ１４がパイロット空気調整部１２ａとメイン燃料マニホールド９との間に設置されないとき、図９（ａ）のように、パイロット空気調整部１２ａにおける尖頭部１８の最も径の太い部分が、パイロットコーン４ａの鍔１９に当接し、尖頭部１８と鍔１９との距離ｌａが０となる。即ち、このとき、尖頭部１８が、鍔１９とパイロットスワラ６との間の位置に設置されることとなる。
【００５０】
又、パイロット空気調整部１２ａとメイン燃料マニホールド９との間にスペーサ１４を設置することによって、図９（ｂ）のように、尖頭部１８と鍔１９との距離ｌａがスペーサ１４の厚みと等しい値となる。即ち、スペーサ１４の厚み分、尖頭部１８と鍔１９との間に隙間を設けることができ、スペーサ１４の厚みを変更することで、パイロットコーン４に流入するパイロット空気量を調整することができる。このように、尖頭部１８と鍔１９によって、尖頭部１８が弁体となるニードル弁が構成される。
【００５１】
上述のように燃焼器を構成するとき、パイロット空気調整部１２ａを、下流側先端を削ることで尖頭部１８が設けられた円筒形状としても構わないし、第３の実施形態と同様、下流側先端に鍔を設けて、当該鍔に尖頭部１８を設置したような構成としても構わない。このような尖頭部１８が設けられることによって、パイロットコーン４ａ内に流入するパイロット空気が、尖頭部１８の外壁に沿って流入するため、パイロットコーン４ａの内壁側における剥離を防ぐことができる。よって、第３の実施形態のように、多孔板１７を設ける必要がない。
【００５２】
＜第５の実施形態＞
本発明の第５の実施形態について、図面を参照して説明する。図１０は、本実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端部分周辺の構成を示す図である。尚、図１０において、図９と同一の部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。又、本実施形態の燃焼器の構成は、第４の実施形態と同様、図６又は図８の概略構成図によって表される。
【００５３】
図１０の燃焼器は、第４の実施形態（図９）の燃焼器と異なり、パイロット空気調整部１２ｂ（図６又は図８のパイロット空気調整部１２に相当する）の下流側先端に、その先端に向かって細くなった円錐形状の弁体３１が周方向に複数設けられた構成となる。又、パイロットコーン４の上流側先端に、周方向に弁体３１と同数の孔３３が設けられたリング状の多孔板３２が挿入される。この多孔板３２は、その外壁がパイロットコーン４の内壁と当接するとともに、その内壁がパイロットノズル２の外壁と当接する。
【００５４】
又、図１１のように、パイロットコーン４の下流側から見たとき、弁体３１と孔３３とが重なる位置にそれぞれを設け、孔３３内に弁体３１が挿入できるようにする。このように構成することで、弁体３１と多孔板３２の孔３３によって、ニードル弁が形成される。更に、孔３３は、多孔板３２の径方向において、その中心が外壁と内壁との中間付近に位置するように形成される。
【００５５】
そして、スペーサ１４がパイロット空気調整部１２ｂとメイン燃料マニホールド９との間に設置されないとき、図１０（ａ）のように、パイロット空気調整部１２ｂの弁体３１における外壁が多孔板３２の孔３３における内壁と当接し、図１１（ａ）のように、弁体３１の外壁と孔３３の内壁との距離ｌｂが０となる。
【００５６】
又、パイロット空気調整部１２ｂとメイン燃料マニホールド９との間にスペーサ１４を設置することによって、図１０（ｂ）のように、弁体３１の外壁と孔３３の内壁に隙間ができる。よって、図１１（ｂ）のように、弁体３１の外壁と孔３３の内壁との距離ｌｂがスペーサ１４の厚みに応じた値となる。即ち、スペーサ１４の厚みに応じた分、弁体３１の外壁と孔３３の内壁との間に隙間を設けることができ、スペーサ１４の厚みを変更することで、パイロットコーン４に流入するパイロット空気量を調整することができる。
【００５７】
上述のように燃焼器を構成するとき、パイロット空気調整部１２ｂを、下流側先端の底面部分に弁体３１が設けられた円筒形状としても構わないし、第３の実施形態と同様、下流側先端に鍔を設けて、当該鍔に弁体３１を設置したような構成としても構わない。本実施形態において、弁体３１と多孔板３２とが設けられることによって、パイロットコーン４に流入するパイロット空気が、多孔板３２に設けられた孔３３を通過して流れることで、その流速が周方向及び径方向に偏ることを防ぐことができる。
【００５８】
＜第６の実施形態＞
本発明の第６の実施形態について、図面を参照して説明する。図１２は、本実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端部分周辺の構成を示す図である。尚、図１２において、図７と同一の部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。又、本実施形態の燃焼器の構成は、第３の実施形態と同様、図６又は図８の概略構成図によって表される。
【００５９】
図１２の燃焼器は、第３の実施形態（図７）の燃焼器と異なり、パイロット空気調整部１２ｃ（図６又は図８のパイロット空気調整部１２に相当する）において、燃料を通す燃料管３４が複数設けられる。この燃料管３４は、フランジ１３からパイロット空気調整部１２ｃの下流側先端の鍔１６まで設けられている。この燃料管３４は、図１３のように、下流側先端から見たとき、周方向に等間隔に設けられる。尚、パイロット空気調整部１２ｃの形状は、第３の実施形態における燃焼器のパイロット空気調整部１２と同一の形状である。
【００６０】
このように構成されることで、パイロット空気調整部１２ｃの鍔１６とパイロットコーン４の上流側先端とによって形成される隙間より流入するパイロット空気と、燃料管３４を通じた後に鍔１６より流出する燃料とが、パイロットコーン４のパイロットスワラ６よりも上流側で混合される。このように燃料とパイロット空気が混合された予混合気が、パイロットスワラ６を通過してコーン内周テーパ部４１に供給される。
【００６１】
尚、本実施形態において、パイロット空気調整部１２ｃを第３の実施形態における燃焼器のパイロット空気調整部１２と同一の形状としたが、第４及び第５の実施形態における燃焼器のパイロット空気調整部１２ａ，１２ｂと同一の形状としても構わない。又、第２〜第６の実施形態において、第１の実施形態と同様、追加スワラがパイロットスワラよりも下流側に設けられるようにしても構わない。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によると、スロート面積の狭い追加スワラをパイロットスワラよりも下流側に設けることで、パイロットコーンの下流側に供給されるパイロット空気量が低減するように調整することができる。又、パイロットコーン上流側先端近傍に多孔板が設けられることによって、その孔の面積によりパイロットコーン内部に供給される空気量を調整することができる。又、流量調整部の下流側先端の位置をパイロットコーンの上流側先端に対して相対的に移動させることで、パイロットコーン内部に供給される空気量を調整することができる。このようにパイロット空気量を調整することで、パイロットコーン内での燃空比を高くすることができ、パイロット拡散火炎の保炎性を向上させる。更に、流量調整部に燃料管を設けることで、パイロットコーンのパイロットスワラよりも上流側に燃料を供給することができるので、パイロットスワラの下流側に燃料と空気が混合された予混合気を供給することができる。よって、この予混合気により燃空比を高めることができ、パイロット拡散火炎の保炎性を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態における燃焼器本体の概略断面図。
【図２】図１の燃焼器のパイロットノズル先端部分周辺の構成を示す図。
【図３】第２の実施形態における燃焼器本体の概略断面図。
【図４】図３の燃焼器のパイロットノズル先端部分周辺の構成を示す図。
【図５】第２の実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端部分周辺の別の構成を示す図。
【図６】第３〜第６の実施形態における燃焼器本体の概略断面図。
【図７】第３の実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端部分周辺の構成を示す図。
【図８】第３〜第６の実施形態における燃焼器本体の別の構成を示す概略断面図。
【図９】第４の実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端部分周辺の構成を示す図。
【図１０】第５の実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端部分周辺の構成を示す図。
【図１１】第５の実施形態における燃焼器の多孔板と弁体と関係を示す図。
【図１２】第６の実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端部分周辺の構成を示す図。
【図１３】第６の実施形態における燃焼器の燃料管の位置関係を示す図。
【図１４】従来の燃焼器の構成を示す概略構成図。
【図１５】図１４のパイロットノズル先端部分周辺の構成を示す図。
【符号の説明】
１ 燃焼器本体
２ パイロットノズル
３ メインノズル
４ パイロットコーン
５ メインバーナ
６ パイロットスワラ
７ メインスワラ
８ 追加スワラ
９ メイン燃料マニホールド
１０ 多孔板
１１ 支持部
１２ パイロット空気調整部
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンなどに備えられる燃焼器に関するもので、特に、燃料を拡散して燃焼させるパイロットノズルと燃料と空気とを混合して燃焼させるメインノズルとを備えた燃焼器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、大気汚染を低減させるために、ガスタービンを利用した発電施設において、その排気ガス中に含まれるＮＯｘの低減が求められている。ガスタービンにおけるＮＯｘは、ガスタービンを回転させるために燃焼動作を行う燃焼器において発生する。そのため、従来より、燃焼器で発生するＮＯｘの低減化を図るために、燃料と空気とを混合して燃焼（予混燃焼）させるメインノズルを備えた燃焼器が用いられている。
【０００３】
このメインノズルによる予混燃焼を行うことによって、燃焼器からのＮＯｘ排出量を低減させることができるが、その燃焼状態は不安定であり、燃焼振動が発生する。そのため、この燃焼振動を抑制して安定な燃焼状態とするために、燃料を拡散して燃焼（拡散燃焼）させるパイロットノズルを更に備えた燃焼器が用いられている。このようにパイロットノズル及びメインノズルが備えられた燃焼器の概略構成図を、図１４に示す。
【０００４】
図１４に示すように、燃焼器本体１内には、その中央にパイロットノズル２が挿入されるとともに、メインノズル３がパイロットノズル２の周囲に配置されるように挿入される。そして、パイロットノズル２の先端部分を覆うようにパイロットコーン４が設けられ、又、メインノズル３の先端部分を覆うようにメインバーナ５が設けられる。又、パイロットノズル２の先端部分周囲にパイロットスワラ６が設けられるとともに、メインノズル３の先端部分周囲にメインスワラ７が設けられ、パイロットノズル２及びメインノズル３が支持される。
【０００５】
このように構成される燃焼器において、パイロットノズル２の先端部分周辺が、図１５のように構成される。パイロットノズル２の先端の外周に、複数の燃料噴射口２１が設けられ、燃料を拡散噴射する（このパイロットノズル２より噴射される燃料を「パイロット燃料」とする）。又、燃焼器本体１を通じてパイロットノズル２周囲に供給される空気（パイロット空気）は、パイロットスワラ６を通過した後、パイロットコーン４の内壁を沿って流れる。
【０００６】
又、メインノズル３より噴射される燃料（メイン燃料）が、メインスワラ７を通過した空気（メイン空気）とともに、メインバーナ５に流入されると、メインバーナ５内で混合されて、メインバーナ５より混合されたメイン燃料及びメイン空気が流出する。このように、メイン空気とメイン燃料が混合された予混合気がメインバーナ５より流出されると、メインバーナ５の下流側先端（尚、「下流」とは、燃料及び空気の流れに対して下流であることを意味する）より燃焼器本体１の内壁に向かって燃焼される。よって、パイロットノズル２によって拡散噴射されたパイロット燃料によるパイロット拡散火炎が拡散して燃焼されることにより、メインバーナ５からの予混合気による燃焼が維持される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このようにパイロットノズル２及びメインノズル３を備えた燃焼器において、その燃焼状態を安定に保つには、パイロットノズル２の拡散燃焼による保炎効果が必要である。しかしながら、パイロットノズル２で燃焼させると、ＮＯｘの発生率が大きいため、ＮＯｘを低減させるにはパイロットノズル２での燃焼を抑える必要がある。
【０００８】
そこで、燃焼器に供給される全燃料に対するパイロットノズルに供給される燃料の比（パイロット比）を低くして、燃焼器によるＮＯｘの排出量を低減させているが、上述したように、パイロット比を低くした場合、パイロットノズル２によるパイロット拡散火炎の温度が低くなり、燃焼不安定が起こりやすくなる。そのため、パイロット拡散火炎の保炎効果が得られなくなり、燃焼振動が発生して燃焼状態が不安定なものとなるため、ガスタービンにおけるエネルギー効率が悪くなる。
【０００９】
このような問題を鑑みて、本発明は、パイロット比を低くする際にパイロットノズルに供給するパイロット空気を調整することで、燃焼不安定による燃焼振動を抑制した燃焼器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の燃焼器は、燃焼器本体中心部分に設けられたパイロットノズルと、該パイロットノズルの周囲に等間隔で設けられた複数のメインノズルと、前記パイロットノズルの燃料が流れる下流側先端部分を覆うパイロットコーンと、該パイロットコーンの内壁面に接するように設けられるとともに該パイロットコーンの中心部分に前記パイロットノズルを支持するパイロットスワラとを備える燃焼器において、前記パイロットスワラの下流側に設けられるとともに、その内壁が前記パイロットノズルの外壁と当接し、又、その外壁が前記パイロットコーンの内壁と当接する追加スワラを備え、前記追加スワラの気体が通過するスロート面積が、前記パイロットスワラよりも狭いことを特徴とする。
【００１１】
このようにすることで、パイロットノズル外周を流れるとともにパイロットスワラを通過するパイロット空気が、スロート面積の狭い追加スワラを通過するため、パイロットコーンの下流側に供給されるパイロット空気量が低減するように調整することができる。このような追加スワラを、パイロットノズルの下流側先端近傍に設けるようにしても構わない。又、追加スワラを、パイロットコーンの下流側に設けられたテーパ部の根本付近に設けるようにしても構わない。
【００１２】
このとき、請求項２に記載するように、前記追加スワラを通過する気体の流れに対する羽の角度が、前記パイロットスワラよりも大きくする。例えば、パイロットスワラの羽の角度が６０°のとき、追加スワラの羽の角度を７０〜８０°とする。
【００１３】
又、請求項３に記載するように、前記追加スワラを前記パイロットコーンに固着することで、固着を外すことにより追加スワラの取り外しを容易に行うことができ、試験運転や実機運転を行ったとき、適切なパイロット空気に調整可能な追加スワラを確認することができる。
【００１４】
又、請求項４に記載の燃焼器は、燃焼器本体中心部分に設けられたパイロットノズルと、該パイロットノズルの周囲に等間隔で設けられた複数のメインノズルと、前記パイロットノズルの燃料が流れる下流側先端部分を覆うパイロットコーンと、該パイロットコーンの内壁面に接するように設けられるとともに該パイロットコーンの中心部分に前記パイロットノズルを支持するパイロットスワラとを備える燃焼器において、前記パイロットコーンの上流側先端の上流側近傍に設置されて前記パイロットコーンの上流側先端の開口部を覆うとともに複数の孔が設けられたリング状の多孔板を備えることを特徴とする。
【００１５】
このようにすることで、リング状の多孔板に設けられる孔の面積によって、パイロットコーンの上流側先端の開口率が設定される。よって、パイロットコーンの下流側に最終的に供給されるパイロット空気量が、この多孔板の位置及び孔の面積によって調整されることになる。
【００１６】
このとき、請求項５に記載するように、前記多孔板が、前記パイロットノズルが挿入されるとともに前記メインノズルに燃料を供給するメイン燃料マニホールドに設置されて前記パイロットノズルの外周に設けられる円筒状の支持部によって支持されるようにしても構わない。こうすることで、パイロットノズルがメイン燃料マニホールド及び支持部に挿入した状態となるため、パイロットノズルだけを燃焼器より取り外すことが可能となる。又、請求項６に記載するように、前記多孔板が、前記パイロットノズルの外壁に接合されて支持されるようにしても構わない。
【００１７】
又、請求項７に記載の燃焼器は、燃焼器本体中心部分に設けられたパイロットノズルと、該パイロットノズルの周囲に等間隔で設けられた複数のメインノズルと、前記パイロットノズルの燃料が流れる下流側先端部分を覆うパイロットコーンと、該パイロットコーンの内壁面に接するように設けられるとともに該パイロットコーンの中心部分に前記パイロットノズルを支持するパイロットスワラと、前記パイロットノズルが挿入されるとともに前記メインノズルに燃料を供給するメイン燃料マニホールドとを備える燃焼器において、前記パイロットノズルの外壁を前記メイン燃料マニホールドから前記パイロットコーンの上流側先端まで覆う円筒であるとともに、前記パイロットコーンの上流側先端の開口部を覆う流量調整部を備え、該流量調整部の下流側先端を上流側に遷移することによって、前記パイロットコーンの上流側先端における開口率を大きくすることを特徴とする。
【００１８】
このようにすることで、流量調整部を前記パイロットコーンの上流側先端に近づけることによって、パイロットコーンに流入するパイロット空気量を絞ることができ、又、流量調整部を前記パイロットコーンの上流側先端から遠ざけることによって、パイロットコーンに流入するパイロット空気量を増やすことができる。尚、この流量調整部を、以下の実施形態においては、「パイロット空気調整部」としている。
【００１９】
このとき、請求項８に記載するように、前記流量調整部の下流側先端に、前記パイロットコーンの上流側先端の開口部を覆う鍔を設けるようにしても構わない。そして、請求項９に記載するように、前記流量調整部と前記パイロットスワラとの間に設けられるとともに複数の孔を備えるリング状の多孔板を設けて、前記多孔板の外壁が前記パイロットコーンの内壁に当接させるとともに、前記多孔板の内壁が前記パイロットノズルの外壁に当接させることで、前記流量調整部と前記パイロットコーンの上流側先端との隙間を通って流入するパイロット空気の剥離による影響を低減する。
【００２０】
又、請求項１０に記載するように、前記流量調整部の下流側先端に、下流側に向かって細くなる尖頭部を設け、該尖頭部における最も太い外径を前記パイロットコーンの上流側先端の外径以上の太さとしても構わない。このとき、尖頭部とパイロットコーンの上流側先端によって、ニードル弁が形成される。又、尖頭部によってパイロットコーンにパイロット空気が滑らかに流入するので、パイロット空気の剥離を防ぐことができる。このとき、更に、請求項１１に記載するように、前記パイロットコーンの上流側先端に、上流側に向かって広がった鍔を設けて、前記流量調整部により前記パイロットコーンの上流側先端の開口率を０とするとき、前記鍔の内壁に前記尖頭部の外壁を当接させる。
【００２１】
又、請求項１２に記載するように、前記流量調整部の下流側先端に、下流側に向かって細くなる円錐状の弁体を前記流量調整部の周方向に複数設けるとともに、前記パイロットコーンの上流側先端に、その外壁が前記パイロットコーンの内壁と当接するとともにその内壁が前記パイロットノズルの外壁に当接する前記弁体と対を成す複数の孔を備えた多孔板を設け、前記弁体の円錐の底面における外径を、前記多孔板の孔の内径以上の太さとしても構わない。
【００２２】
このとき、弁体と多孔板の孔とによってニードル弁が形成される。このように、複数のニードル弁が周方向に形成された形状とすることによって、パイロットコーンに流入するパイロット空気を周方向及び径方向に分散することができ、その偏りを低減することができる。
【００２３】
請求項１３に記載する燃焼器は、請求項７〜請求項１２のいずれかに記載の燃焼器において、前記流量調整部にフランジを設け、前記フランジと前記メイン燃料マニホールドとの間にスペーサを設置し、該スペーサの厚みによって、前記パイロットコーンの上流側先端の開口率を変化させることを特徴とする。
【００２４】
又、請求項１４に記載の燃焼器は、請求項７〜請求項１３のいずれかに記載の燃焼器において、前記流量調整部内部に設けられるとともに燃料を前記流量調整部の下流側先端に導いて前記パイロットコーンに噴出する燃料管が設けられることを特徴とする。
【００２５】
このようにすることで、パイロットコーンにおけるパイロットスワラよりも上流の部分に燃料を供給することができるため、パイロットスワラを通過してパイロットコーンの下流側に供給される気体を燃料と空気が混合した予混合気とすることができ、パイロットノズルによる拡散炎の保炎性を高めることができる。
【００２６】
又、請求項１５に記載の燃焼器は、請求項７〜請求項１４のいずれかに記載の燃焼器において、前記流量調整部において、その下流側先端の外径が、前記メイン燃料マニホールドに挿入されている部分の外径よりも小さいことを特徴とする。このようにすることで、メイン燃料マニホールドに挿入された前記流量調整部を下流側より抜き取ることで取り外すことができる。
【００２７】
又、請求項４〜請求項１５のいずれかに記載の燃焼器において、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の燃焼器に備えられる特徴を備えるようにしても構わない。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の燃焼器について説明する。
【００２９】
＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態における燃焼器の概略構成図であり、又、図２は、パイロットノズル先端部分周辺の構成を示す図である。尚、図１及び図２において、図１４及び図１５と同一の部分については、同一の符号を付す。
【００３０】
図１の燃焼器は、図１４の燃焼器と同様、燃焼器本体１の中心部分に下流側先端部分がパイロットコーン４によって覆われたパイロットノズル２が設置されるとともに、パイロットのノズル２の周囲に下流側先端部分がメインバーナ５によって覆われた複数のメインノズル３が設置される。そして、パイロットノズル２の下流側の外壁面にパイロットスワラ６が設けられることにより、パイロットノズル２がパイロットコーン４の中心部に設置されるように支持される。又、メインノズル３の下流側の外壁面にメインスワラ７が設けられることにより、メインノズル３がメインバーナ５の中心部に設置されるように支持される。更に、パイロットスワラ６の更に下流側に、空気量を調整するための追加スワラ８を設ける。
【００３１】
このように構成されるとき、図２のように、パイロットコーン４は、下流側先端に向かって放射状に広がったテーパ形状となっている。（以下、この放射状に広がった部分を、「コーン内周テーパ部」と呼ぶ。）そして、コーン内周テーパ部４１の上流側の付け根部近傍に、追加スワラ８が溶接止め、あるいはボルト止め等の固着手段８１によって設置される。即ち、追加スワラ８の内壁がパイロットノズル２の下流側先端の外壁に接するように設置され、この追加スワラ８よりも上流側に、パイロットコーン４の鋳造部品であるパイロットスワラ６が設けられる。
【００３２】
この追加スワラ８において、そのパイロット空気を通過させるスロート面積がパイロットスワラ６よりも狭くなる。即ち、例えば、パイロットスワラ６に設けられる羽のパイロット空気の流れに対する角度が６０°である場合、追加スワラ８に設けられる羽のパイロット空気の流れに対する角度を７０〜８０°とする。更に、追加スワラ８は、パイロットコーン４に設置される際、下流側から挿入されて設置される。
【００３３】
このように、スロート面積の狭い追加スワラ８をパイロットスワラ６の下流に設けることによって、既存のパイロットスワラ６を変更することなく、追加スワラ８でコーン内周テーパ部４１に供給するパイロット空気量を減らすことができる。又、追加スワラ８は固着手段８１を外すことによって容易に取り外すことができるので、試験運転や実機運転などにより、最適な追加スワラ８を選択することができる。更に、パイロットスワラ６と２段構成とすることによって、追加スワラ８が燃焼振動などの原因により外れた場合でも、鋳造部品であるパイロットスワラ６があるので、続けて燃焼器の運転を行うことができる。
【００３４】
＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態について、図面を参照して説明する。図３は、本実施形態における燃焼器の概略構成図であり、又、図４は、パイロットノズル先端部分周辺の構成を示す図である。尚、図３及び図４において、図１４及び図１５と同一の部分については、同一の符号を付す。
【００３５】
図３の燃焼器は、図１４の燃焼器に対して、パイロットコーン４の上流側先端を覆うリング状の多孔板１０と、メインノズル３にメイン燃料を供給する燃焼器本体１の上流側に設置されるメイン燃料マニホールド９に接合して多孔板１０を支持する円筒状の支持部１１とを付加した構成となる。このとき、支持部１１の内壁によってパイロットノズル２の外壁が覆われた状態となる。又、複数の孔が設けられた多孔板１０は、図４のように、その内壁がパイロットノズル２の外壁に近接するように設けられるとともに、パイロットコーン４の上流側先端近傍位置に設置される。
【００３６】
このようにすることで、パイロット空気が支持部１１の外周側を流れた後、多孔板１０に設けられた複数の孔を通じて、パイロットコーン４に流れ込む。よって、多孔板１０に設けられた孔の大きさ及び数によって、パイロットコーン４に流れ込むパイロット空気量が調整されるため、パイロットスワラ６を通過して最終的にコーン内周テーパ部４１に供給されるパイロット空気量が調整されることになる。
【００３７】
このように、メイン燃料マニホールド９に設けられた支持部１１によってパイロット空気量を調整する多孔板１０を設けることで、燃焼器からノズル側を抜くのみで、多孔板１０の交換などができる。よって、試験運転や実機運転などにより、最適な多孔板１０を選択することができる。又、パイロットノズル２の点検や交換を行う際、燃焼器からパイロットノズル２のみを抜くことが可能である。
【００３８】
尚、本実施形態において、図５に示すように、多孔板１０の内壁部をパイロットノズル２の外壁部に接合させることによって、図４と同一の位置に多孔板１０を支持し、支持部１１を削除した構成としても構わない。
【００３９】
＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態について、図面を参照して説明する。図６は、本実施形態における燃焼器の概略構成図であり、又、図７は、パイロットノズル先端部分周辺の構成を示す図である。尚、図６及び図７において、図１４及び図１５と同一の部分については、同一の符号を付す。
【００４０】
図６の燃焼器は、図１４の燃焼器に対して、パイロットコーン４の上流側に設けられるとともにパイロットコーン４へ流入するパイロット空気量を調整するパイロット空気調整部１２を付加した構成となる。このパイロット空気調整部１２は、メイン燃料マニホールド９に挿入されるとともに、パイロットノズル２のパイロットコーン４よりも上流側部分を覆うような円筒として構成される。又、パイロット空気調整部１２には、メイン燃料マニホールド９よりも上流側にフランジ１３が設けられ、メイン燃料マニホールド９とフランジ１３との間にスペーサ１４が設置されることで、パイロット空気調整部１２の設置位置が決定される。
【００４１】
更に、スペーサ１４とパイロット空気調整部１２は、フランジ１３よりボルト（不図示）が締結されることによってメイン燃料マニホールド９に固定される。そして、パイロット空気調整部１２の内壁とパイロットノズル２の外壁によって構成される空間を燃焼器本体１外部でシールするために、メイン燃料マニホールド９にパイロット空気調整部１２が挿入された位置において、パイロット空気調整部１２とパイロットノズル２との間にグランドパッキンなどのシール部材１５が設けられる。
【００４２】
このように構成されるとき、図７のように、パイロット空気調整部１２の下流側先端に、パイロットコーン４の上流側先端を覆うリング形状の鍔１６が設けられる。この鍔１６は、図７（ａ）のように、スペーサ１４がパイロット空気調整部１２とメイン燃料マニホールド９との間に設置されないとき、鍔１６とパイロットコーン４の上流側先端とが当接し、鍔１６とパイロットコーン４の上流側先端との距離ｌが０となるように設けられる。
【００４３】
そして、パイロット空気調整部１２のフランジ１３とメイン燃料マニホールド９との間にスペーサ１４を設置することによって、図７（ｂ）のように、鍔１６とパイロットコーン４の上流側先端との距離ｌがスペーサ１４の厚みと等しい値となる。即ち、スペーサ１４の厚み分、鍔１６とパイロットコーン４の上流側先端との間に隙間を設けることができ、スペーサ１４の厚みを変更することで、パイロットコーン４に流入するパイロット空気量を調整することができる。
【００４４】
又、パイロットコーン４内には、その上流側先端とパイロットスワラ６との間に、複数の孔が設けられたリング状の多孔板１７が設けられる。この多孔板１７は、外壁がパイロットコーン４の内壁と当接するとともに、内壁がパイロットノズル２の外壁と当接する。今、鍔１６とパイロットコーン４の上流側先端とで形成される隙間より流入するパイロット空気がパイロットコーン４の内壁側で剥離するが、多孔板１７の複数の孔を通ることにより、パイロットスワラ６に流入するパイロット空気について、その剥離による影響を防ぐことができる。
【００４５】
更に、パイロット空気調整部１２において、図８のように、パイロットスワラ６の上流側先端近傍の外径φｂが、メイン燃料マニホールド９のパイロット空気調整部１２が嵌合される穴径φａよりも小さくなるような形状とすることにより、パイロット空気調整部１２がメイン燃料マニホールド９から取り外すことが可能となる。尚、このとき、パイロット空気調整部１２は、図８のように、メイン燃料マニホールド９に挿入される部分よりも下流側の部分の外径がφａとなるような構成とし、パイロット空気調整部１２の位置をスペーサ１４の厚みによって移動させた場合でも、パイロット空気調整部１２とメイン燃料マニホールド９との間に隙間ができないような構成とされる。
【００４６】
尚、本実施形態において、パイロット空気調整部１２に鍔１６を設けるような構成としたが、パイロット空気調整部１２のパイロットコーン４に面する底面がパイロットコーン４の上流側先端を覆うような形状の円筒によって、パイロット空気調整部１２を構成するようにしても構わない。
【００４７】
＜第４の実施形態＞
本発明の第４の実施形態について、図面を参照して説明する。図９は、本実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端部分周辺の構成を示す図である。尚、図９において、図７と同一の部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。又、本実施形態の燃焼器の構成は、第３の実施形態と同様、図６又は図８の概略構成図によって表される。
【００４８】
図９の燃焼器は、第３の実施形態（図７）の燃焼器と異なり、パイロット空気調整部１２ａ（図６又は図８のパイロット空気調整部１２に相当する）の下流側先端に、その先端に向かって細くなった尖頭部１８が設けられた構成となる。又、パイロットコーン４ａ（図６又は図８のパイロットコーン４に相当する）の上流側先端に、その上流側に向かって広がったベルマウス形状の鍔１９が設けられる。
【００４９】
そして、スペーサ１４がパイロット空気調整部１２ａとメイン燃料マニホールド９との間に設置されないとき、図９（ａ）のように、パイロット空気調整部１２ａにおける尖頭部１８の最も径の太い部分が、パイロットコーン４ａの鍔１９に当接し、尖頭部１８と鍔１９との距離ｌａが０となる。即ち、このとき、尖頭部１８が、鍔１９とパイロットスワラ６との間の位置に設置されることとなる。
【００５０】
又、パイロット空気調整部１２ａとメイン燃料マニホールド９との間にスペーサ１４を設置することによって、図９（ｂ）のように、尖頭部１８と鍔１９との距離ｌａがスペーサ１４の厚みと等しい値となる。即ち、スペーサ１４の厚み分、尖頭部１８と鍔１９との間に隙間を設けることができ、スペーサ１４の厚みを変更することで、パイロットコーン４に流入するパイロット空気量を調整することができる。このように、尖頭部１８と鍔１９によって、尖頭部１８が弁体となるニードル弁が構成される。
【００５１】
上述のように燃焼器を構成するとき、パイロット空気調整部１２ａを、下流側先端を削ることで尖頭部１８が設けられた円筒形状としても構わないし、第３の実施形態と同様、下流側先端に鍔を設けて、当該鍔に尖頭部１８を設置したような構成としても構わない。このような尖頭部１８が設けられることによって、パイロットコーン４ａ内に流入するパイロット空気が、尖頭部１８の外壁に沿って流入するため、パイロットコーン４ａの内壁側における剥離を防ぐことができる。よって、第３の実施形態のように、多孔板１７を設ける必要がない。
【００５２】
＜第５の実施形態＞
本発明の第５の実施形態について、図面を参照して説明する。図１０は、本実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端部分周辺の構成を示す図である。尚、図１０において、図９と同一の部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。又、本実施形態の燃焼器の構成は、第４の実施形態と同様、図６又は図８の概略構成図によって表される。
【００５３】
図１０の燃焼器は、第４の実施形態（図９）の燃焼器と異なり、パイロット空気調整部１２ｂ（図６又は図８のパイロット空気調整部１２に相当する）の下流側先端に、その先端に向かって細くなった円錐形状の弁体３１が周方向に複数設けられた構成となる。又、パイロットコーン４の上流側先端に、周方向に弁体３１と同数の孔３３が設けられたリング状の多孔板３２が挿入される。この多孔板３２は、その外壁がパイロットコーン４の内壁と当接するとともに、その内壁がパイロットノズル２の外壁と当接する。
【００５４】
又、図１１のように、パイロットコーン４の下流側から見たとき、弁体３１と孔３３とが重なる位置にそれぞれを設け、孔３３内に弁体３１が挿入できるようにする。このように構成することで、弁体３１と多孔板３２の孔３３によって、ニードル弁が形成される。更に、孔３３は、多孔板３２の径方向において、その中心が外壁と内壁との中間付近に位置するように形成される。
【００５５】
そして、スペーサ１４がパイロット空気調整部１２ｂとメイン燃料マニホールド９との間に設置されないとき、図１０（ａ）のように、パイロット空気調整部１２ｂの弁体３１における外壁が多孔板３２の孔３３における内壁と当接し、図１１（ａ）のように、弁体３１の外壁と孔３３の内壁との距離ｌｂが０となる。
【００５６】
又、パイロット空気調整部１２ｂとメイン燃料マニホールド９との間にスペーサ１４を設置することによって、図１０（ｂ）のように、弁体３１の外壁と孔３３の内壁に隙間ができる。よって、図１１（ｂ）のように、弁体３１の外壁と孔３３の内壁との距離ｌｂがスペーサ１４の厚みに応じた値となる。即ち、スペーサ１４の厚みに応じた分、弁体３１の外壁と孔３３の内壁との間に隙間を設けることができ、スペーサ１４の厚みを変更することで、パイロットコーン４に流入するパイロット空気量を調整することができる。
【００５７】
上述のように燃焼器を構成するとき、パイロット空気調整部１２ｂを、下流側先端の底面部分に弁体３１が設けられた円筒形状としても構わないし、第３の実施形態と同様、下流側先端に鍔を設けて、当該鍔に弁体３１を設置したような構成としても構わない。本実施形態において、弁体３１と多孔板３２とが設けられることによって、パイロットコーン４に流入するパイロット空気が、多孔板３２に設けられた孔３３を通過して流れることで、その流速が周方向及び径方向に偏ることを防ぐことができる。
【００５８】
＜第６の実施形態＞
本発明の第６の実施形態について、図面を参照して説明する。図１２は、本実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端部分周辺の構成を示す図である。尚、図１２において、図７と同一の部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。又、本実施形態の燃焼器の構成は、第３の実施形態と同様、図６又は図８の概略構成図によって表される。
【００５９】
図１２の燃焼器は、第３の実施形態（図７）の燃焼器と異なり、パイロット空気調整部１２ｃ（図６又は図８のパイロット空気調整部１２に相当する）において、燃料を通す燃料管３４が複数設けられる。この燃料管３４は、フランジ１３からパイロット空気調整部１２ｃの下流側先端の鍔１６まで設けられている。この燃料管３４は、図１３のように、下流側先端から見たとき、周方向に等間隔に設けられる。尚、パイロット空気調整部１２ｃの形状は、第３の実施形態における燃焼器のパイロット空気調整部１２と同一の形状である。
【００６０】
このように構成されることで、パイロット空気調整部１２ｃの鍔１６とパイロットコーン４の上流側先端とによって形成される隙間より流入するパイロット空気と、燃料管３４を通じた後に鍔１６より流出する燃料とが、パイロットコーン４のパイロットスワラ６よりも上流側で混合される。このように燃料とパイロット空気が混合された予混合気が、パイロットスワラ６を通過してコーン内周テーパ部４１に供給される。
【００６１】
尚、本実施形態において、パイロット空気調整部１２ｃを第３の実施形態における燃焼器のパイロット空気調整部１２と同一の形状としたが、第４及び第５の実施形態における燃焼器のパイロット空気調整部１２ａ，１２ｂと同一の形状としても構わない。又、第２〜第６の実施形態において、第１の実施形態と同様、追加スワラがパイロットスワラよりも下流側に設けられるようにしても構わない。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によると、スロート面積の狭い追加スワラをパイロットスワラよりも下流側に設けることで、パイロットコーンの下流側に供給されるパイロット空気量が低減するように調整することができる。又、パイロットコーン上流側先端近傍に多孔板が設けられることによって、その孔の面積によりパイロットコーン内部に供給される空気量を調整することができる。又、流量調整部の下流側先端の位置をパイロットコーンの上流側先端に対して相対的に移動させることで、パイロットコーン内部に供給される空気量を調整することができる。このようにパイロット空気量を調整することで、パイロットコーン内での燃空比を高くすることができ、パイロット拡散火炎の保炎性を向上させる。更に、流量調整部に燃料管を設けることで、パイロットコーンのパイロットスワラよりも上流側に燃料を供給することができるので、パイロットスワラの下流側に燃料と空気が混合された予混合気を供給することができる。よって、この予混合気により燃空比を高めることができ、パイロット拡散火炎の保炎性を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態における燃焼器本体の概略断面図。
【図２】図１の燃焼器のパイロットノズル先端部分周辺の構成を示す図。
【図３】第２の実施形態における燃焼器本体の概略断面図。
【図４】図３の燃焼器のパイロットノズル先端部分周辺の構成を示す図。
【図５】第２の実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端部分周辺の別の構成を示す図。
【図６】第３〜第６の実施形態における燃焼器本体の概略断面図。
【図７】第３の実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端部分周辺の構成を示す図。
【図８】第３〜第６の実施形態における燃焼器本体の別の構成を示す概略断面図。
【図９】第４の実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端部分周辺の構成を示す図。
【図１０】第５の実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端部分周辺の構成を示す図。
【図１１】第５の実施形態における燃焼器の多孔板と弁体と関係を示す図。
【図１２】第６の実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端部分周辺の構成を示す図。
【図１３】第６の実施形態における燃焼器の燃料管の位置関係を示す図。
【図１４】従来の燃焼器の構成を示す概略構成図。
【図１５】図１４のパイロットノズル先端部分周辺の構成を示す図。
【符号の説明】
１ 燃焼器本体
２ パイロットノズル
３ メインノズル
４ パイロットコーン
５ メインバーナ
６ パイロットスワラ
７ メインスワラ
８ 追加スワラ
９ メイン燃料マニホールド
１０ 多孔板
１１ 支持部
１２ パイロット空気調整部
Claims (15)
- 燃焼器本体中心部分に設けられたパイロットノズルと、該パイロットノズルの周囲に等間隔で設けられた複数のメインノズルと、前記パイロットノズルの燃料が流れる下流側先端部分を覆うパイロットコーンと、該パイロットコーンの内壁面に接するように設けられるとともに該パイロットコーンの中心部分に前記パイロットノズルを支持するパイロットスワラとを備える燃焼器において、
前記パイロットスワラの下流側に設けられるとともに、その内壁が前記パイロットノズルの外壁と当接し、又、その外壁が前記パイロットコーンの内壁と当接する追加スワラを備え、
前記追加スワラの気体が通過するスロート面積が、前記パイロットスワラよりも狭いことを特徴とする燃焼器。 - 前記追加スワラを通過する気体の流れに対する羽の角度が、前記パイロットスワラよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の燃焼器。
- 前記追加スワラが前記パイロットコーンに固着されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃焼器。
- 燃焼器本体中心部分に設けられたパイロットノズルと、該パイロットノズルの周囲に等間隔で設けられた複数のメインノズルと、前記パイロットノズルの燃料が流れる下流側先端部分を覆うパイロットコーンと、該パイロットコーンの内壁面に接するように設けられるとともに該パイロットコーンの中心部分に前記パイロットノズルを支持するパイロットスワラとを備える燃焼器において、
前記パイロットコーンの上流側先端の上流側近傍に設置されて前記パイロットコーンの上流側先端の開口部を覆うとともに複数の孔が設けられたリング状の多孔板を備えることを特徴とする燃焼器。 - 前記多孔板が、前記パイロットノズルが挿入されるとともに前記メインノズルに燃料を供給するメイン燃料マニホールドに設置されて前記パイロットノズルの外周に設けられる円筒状の支持部によって支持されることを特徴とする請求項４に記載の燃焼器。
- 前記多孔板が、前記パイロットノズルの外壁に接合されて支持されることを特徴とする請求項４に記載の燃焼器。
- 燃焼器本体中心部分に設けられたパイロットノズルと、該パイロットノズルの周囲に等間隔で設けられた複数のメインノズルと、前記パイロットノズルの燃料が流れる下流側先端部分を覆うパイロットコーンと、該パイロットコーンの内壁面に接するように設けられるとともに該パイロットコーンの中心部分に前記パイロットノズルを支持するパイロットスワラと、前記パイロットノズルが挿入されるとともに前記メインノズルに燃料を供給するメイン燃料マニホールドとを備える燃焼器において、
前記パイロットノズルの外壁を前記メイン燃料マニホールドから前記パイロットコーンの上流側先端まで覆う円筒であるとともに、前記パイロットコーンの上流側先端の開口部を覆う流量調整部を備え、
該流量調整部の下流側先端を上流側に遷移することによって、前記パイロットコーンの上流側先端における開口率を大きくすることを特徴とする燃焼器。 - 前記流量調整部の下流側先端に、前記パイロットコーンの上流側先端の開口部を覆う鍔を設けることを特徴とする請求項７に記載の燃焼器。
- 前記流量調整部と前記パイロットスワラとの間に設けられるとともに複数の孔を備えるリング状の多孔板を有し、
前記多孔板の外壁が前記パイロットコーンの内壁に当接するとともに、前記多孔板の内壁が前記パイロットノズルの外壁に当接することを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の燃焼器。 - 前記流量調整部の下流側先端に、下流側に向かって細くなる尖頭部を設け、
該尖頭部における最も太い外径が前記パイロットコーンの上流側先端の外径以上の太さであることを特徴とする請求項７に記載の燃焼器。 - 前記パイロットコーンの上流側先端に、上流側に向かって広がった鍔が設けられ、
前記流量調整部により前記パイロットコーンの上流側先端の開口率が０とされるとき、前記鍔の内壁に前記尖頭部の外壁が当接することを特徴とする請求項１０に記載の燃焼器。 - 前記流量調整部の下流側先端に、下流側に向かって細くなる円錐状の弁体を前記流量調整部の周方向に複数設けるとともに、
前記パイロットコーンの上流側先端に、その外壁が前記パイロットコーンの内壁と当接するとともにその内壁が前記パイロットノズルの外壁に当接する前記弁体と対を成す複数の孔を備えた多孔板を設け、
前記弁体の円錐の底面における外径が、前記多孔板の孔の内径以上の太さであることを特徴とする請求項７に記載の燃焼器。 - 前記流量調整部にフランジを設け、
前記フランジと前記メイン燃料マニホールドとの間にスペーサを設置し、
該スペーサの厚みによって、前記パイロットコーンの上流側先端の開口率を変化させることを特徴とする請求項７〜請求項１２のいずれかに記載の燃焼器。 - 前記流量調整部内部に設けられるとともに燃料を前記流量調整部の下流側先端に導いて前記パイロットコーンに噴出する燃料管が設けられることを特徴とする請求項７〜請求項１３のいずれかに記載の燃焼器。
- 前記流量調整部において、その下流側先端の外径が、前記メイン燃料マニホールドに挿入されている部分の外径よりも小さいことを特徴とする請求項７〜請求項１４のいずれかに記載の燃焼器。
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-
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- 2002-08-28 JP JP2002248220A patent/JP2004085120A/ja not_active Withdrawn
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