JP2004353890A - Fuel injection nozzle for gas turbine engine - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単筒缶型燃焼器を搭載したガスタービン機関の燃料噴射ノズルに関し、更に詳しくは、ノズル先端部に供給される掃気空気による液体燃料の噴射角減少を防止する改良技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、発電システムに用いられるガスタービンには液体燃料を使用する単筒缶型燃焼器を搭載したものがある。図6は単筒缶型燃焼器を備えたガスタービンエンジンの断面図、図7は従来の燃料噴射ノズルの外観を表す正面図、図8は図6のイ部拡大図、図9は図8のB−B断面図である。この種のガスタービン1では、吸気口3から吸い込まれた空気が圧縮機5におけるロータ7の回転により圧縮され、高温高圧の状態となって燃焼器9に導かれる。燃焼器9に導かれた空気は、供給燃料と混合して燃焼され、高温高圧の燃焼ガスとなる。燃焼ガスは、タービン部11で膨張し、そのエネルギーがタービン13の回転力に変換される。回転力の一部は圧縮機5の動力となり、他の一部はガスタービン1の出力となる。タービン部11で回転力に変換された後の燃焼ガスは、排気部15を通過して外部に排出される。
【0003】
燃焼器9には液体燃料を供給する燃料噴射ノズル17が設けられる。燃料噴射ノズル17は、図7に示すように、フランジ部19を有する。燃料噴射ノズル17は、フランジ部19が燃焼器9の外筒蓋体21に固定されることで下方の管体23が燃焼器9の内部に挿入される。燃料噴射ノズル17の上部には第1燃料供給口25、第2燃料供給口27が開口され、第1燃料供給口25から供給された液体燃料は図8に示す第1供給路29を流下して円錐形状の渦巻き室31に至る。第2燃料供給口27から供給された液体燃料は第2供給路33を通過して渦巻き室31の側面より供給される。従って、渦巻き室31で合流した液体燃料は、旋回成分を与えられ、燃焼器9内で開口する燃料噴射口35から所定の噴射角で噴霧供給される。このようにして噴霧供給された液体燃料は、遠心力によって微粒化される。
【0004】
ところで、ノズル先端部37は、液体燃料によって冷却されるため、低温状態にあり、それにより、燃料の燃え残りがカーボンとなって付着し易い状態にある。このため、従来の燃料噴射ノズル17では、ノズル先端部37の外周に間隙を有して囲い管39を外挿することで燃料噴射口35と同心円状の円環間隙となる掃気空気出口41を形成し、囲い管39に穿設した図9に示す掃気空気導入口43より空気を導入し、掃気空気出口41からノズル先端部37へ掃気空気を供給することで、カーボン付着を防止していた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の燃料噴射ノズルでは、掃気空気出口から掃気空気が供給されると、燃料噴射口から所定の噴射角で噴霧供給された液体燃料が外側から供給される掃気空気と干渉し、噴射角が減少する影響を受けた。この結果、液体燃料が遠心力によって十分に微粒化されなくなり、煤煙排出の要因の一つとして考えられる燃料過剰領域が生成された。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、掃気空気によるカーボン付着防止効果は維持しつつ、燃料過剰領域の生成を阻止し、煤煙を低減することができるガスタービン機関の燃料噴射ノズルを得ることにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
次に、上記の課題を解決するための手段を、実施の形態に対応する図面を参照して説明する。
この発明の請求項1記載の燃料噴射ノズル51は、ノズル先端部37の燃料噴射口35を燃焼器9に開口させ、前記燃料噴射口35から前記燃焼器9へ所定の噴射角で液体燃料を噴霧供給するとともに、前記ノズル先端部37の外周に間隙を有して囲い管67を外挿することで前記燃料噴射口35と同心円状の円環間隙83となる掃気空気出口41を形成し、該掃気空気出口41から前記ノズル先端部37へ掃気空気を供給するガスタービン機関1の燃料噴射ノズル51であって、前記掃気空気出口41から供給される掃気空気を旋回させる旋回付与手段75を、前記囲い管67に設けたことを特徴とする。
【0007】
この燃料噴射ノズル51では、掃気空気出口41からノズル先端部37へ掃気空気が供給される燃料噴射ノズル51において、掃気空気出口41から供給される掃気空気を旋回させる旋回付与手段75が囲い管67に設けられ、掃気空気出口41から供給される掃気空気がノズル先端部37に接触する旋回流として供給され、ノズル先端部37に対するカーボン付着が防止されるとともに、旋回成分を有する掃気空気によって半径方向外側に向かうガスの流れが誘引され、液体燃料の噴射角が広げられる。これにより、液体燃料の微粒化が促進され、燃料過剰領域が生成され難くなり、煤煙が低減されることになる。
【0008】
請求項2記載の燃料噴射ノズル51は、請求項1記載のガスタービン機関の燃料噴射ノズル51であって、前記旋回付与手段75が、空気の通気路69に露出された前記囲い管67の外周壁73と、前記囲い管67の中心79を通る半径方向の仮想線81に対して所定角度αを有して該外周壁73に穿設され前記通気路69から前記円環間隙83へ空気を導入する掃気空気導入口77とからなることを特徴とする。
【0009】
この燃料噴射ノズル51では、通気路69に陽圧の空気が通され、通気路69に露出されている囲い管67の掃気空気導入口77からこの空気が囲い管67の内側に導入される。囲い管67の内側にはノズル先端部37との間に円環空間となる間隙が形成され、この円環空間は掃気空気出口41となって燃料噴射口35を包囲して開口される。そして、掃気空気導入口77を介して囲い管67の内側に導入される空気は、掃気空気導入口41が囲い管67の中心79を通る半径方向の仮想線81に対して所定角度αを有していることで、囲い管67の軸線回りに旋回しながら流下し、掃気空気出口41から旋回掃気空気流となって供給される。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るガスタービン機関の燃料噴射ノズルの好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図1は本発明に係る燃料噴射ノズルの外観を表す正面図、図2は燃焼器に取付けられた燃料噴射ノズルの断面図、図3は図2のA−A断面図である。なお、図6〜図9に示した部材と同一の部材には同一の符号を付して説明する。
【0011】
燃料噴射ノズル51は、本体53の下部が、フランジ部19を境に管体23となる。本体53には、第1燃料供給口25と、第2燃料供給口27とが開口されている。図2に示すように、管体23は、外管55と、内管57とからなる。内管57は、間隙を有して外管55の内部に装着され、本体53の上面に螺着される栓体59により皿バネ61を介して押圧固定される。
【0012】
内管57の内部は、軸線方向に延在する第1供給路29となり、上記第1燃料供給口25と通じる。また、内管57と外管55との間隙は、第2供給路33となり、上記第2燃料供給口27と通じる。外管55の先端には渦巻き室31が固設される。渦巻き室31には、第1供給路29が同軸に接続され、その側面には連通孔63を介して第2供給路33が接続される。渦巻き室31の先端は、燃料噴射口35となって燃焼器9の内筒65に開口される。
【0013】
第1燃料供給口25から供給された液体燃料は第1供給路29を流下して円錐形状の渦巻き室31に至る。第2燃料供給口27から供給された液体燃料は第2供給路33を通過して渦巻き室31の側面より供給される。従って、渦巻き室31で合流した液体燃料は、旋回成分を与えられ、燃焼器9内で開口する燃料噴射口35から所定の噴射角で噴霧供給される。このようにして噴霧供給された液体燃料は、遠心力によって微粒化される。
【0014】
外管55の先端には間隙を有して囲い管67が外挿される。ノズル先端部37の外周に間隙を有して囲い管67を外挿することで、管体23の先端には、燃料噴射口35と同心円状の円環間隙となる掃気空気出口41が形成される。
【0015】
燃焼器9の内筒65は、通気路69を介して燃焼器9の外筒蓋体71に覆われる。燃料噴射ノズル51は、フランジ部19が外筒蓋体71に固定される一方、燃料噴射口35が燃焼器9の内筒65内で開口されることで、その中間部分である囲い管67の外周壁73が通気路69に露出される。この通気路69に露出した囲い管67には旋回付与手段75が設けられている。
【0016】
本実施の形態において、旋回付与手段75は、外周壁73に穿設される掃気空気導入口77によって構成されている。掃気空気導入口77は、図3に示すように、囲い管67の中心79を通る半径方向の仮想線81に対して所定角度αを有して、外周壁73に穿設されている。外管55の先端外周は縮径された小径部82となっている。外管55に外挿された囲い管67は、この小径部82との間が円環間隙83となる。陽圧である通気路69内の空気は、この掃気空気導入口77から円環間隙83内へと導入される。なお、図2中、85は、スワラー(渦巻翼)を表す。
【0017】
上記のように構成された燃料噴射ノズル51では、通気路69に例えば陽圧の空気(例えば圧縮機5で圧縮された高温高圧空気又は燃焼空気)が通され、通気路69に露出されている囲い管67の掃気空気導入口77からこの空気が囲い管67の内側に導入される。囲い管67の内側にはノズル先端部37(外管55の小径部81)との間に円環空間となる間隙(円環間隙83)が形成され、この円環間隙83は掃気空気出口41となって燃料噴射口35を包囲して開口される。そして、掃気空気導入口77を介して囲い管67の内側に導入される空気は、掃気空気導入口77が囲い管67の中心79を通る半径方向の仮想線81に対して所定角度αを有していることで、囲い管67の軸線回りに旋回しながら流下し、掃気空気出口41から旋回掃気空気流となって燃焼器9内に供給される。
【0018】
従って、上記の燃料噴射ノズル51によれば、掃気空気出口41から供給される掃気空気がノズル先端部37に接触する旋回流として供給され、ノズル先端部37に対するカーボン付着が防止されるとともに、旋回成分が有する掃気空気によって半径方向外側に向かうガスの流れが誘引され、液体燃料の噴射角が広げられる。これにより、液体燃料の微粒化が促進され、燃料過剰領域が生成され難くなり、煤煙が低減されることになる。また、旋回を与えた掃気空気を燃料噴射口35の近傍に導入することで、液体燃料と空気との混合が促進され、排気ガス中のCO、NOx を低減する効果も得ることができる。
【0019】
上記実施の形態の構成で製作した対策後の燃料噴射ノズルと、従来構成の対策前の燃料噴射ノズルとをガスタービンに用い、排気スモークレベルと、NOx −COレベルを比較した結果を図4、図5に示す。
図4から明らかなように、対策後の燃料噴射ノズルを用いたガスタービンでは、対策前の燃料噴射ノズルを用いたガスタービンに比べ、全ての負荷率において排気スモークレベルの低減することが認められた。また、図5から明らかなように、対策後の燃料噴射ノズルを用いたガスタービンでは、対策前の燃料噴射ノズルを用いたガスタービンに比べ、排気ガス中のNOx −COレベルの低減することが認められた。
【0020】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るガスタービン機関の燃料噴射ノズルによれば、掃気空気出口からノズル先端部へ掃気空気を供給する燃料噴射ノズルにおいて、掃気空気出口から供給される掃気空気を旋回させる旋回付与手段を、囲い管に設けたので、掃気空気出口から供給される掃気空気をノズル先端部に接触する旋回流として供給でき、ノズル先端部に対するカーボン付着を防止できるとともに、旋回成分を有する掃気空気によって半径方向外側に向かうガスの流れを誘引させて、液体燃料の噴射角を広げることができる。この結果、液体燃料の微粒化を促進させて、燃料過剰領域の生成を阻止し、煤煙を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る燃料噴射ノズルの外観を表す正面図である。
【図2】燃焼器に取付けられた燃料噴射ノズルの断面図である。
【図3】図2のA−A断面図である。
【図4】本発明に係る燃料噴射ノズルと従来ノズルとの排気スモークレベルを比較した説明図である。
【図5】本発明に係る燃料噴射ノズルと従来ノズルとのNOx −COレベルを比較した説明図である。
【図6】単筒缶型燃焼器を備えたガスタービンエンジンの断面図である。
【図7】従来の燃料噴射ノズルの外観を表す正面図である。
【図8】図6のイ部拡大図である。
【図9】図8のB−B断面図である。
【符号の説明】
1…ガスタービン機関
9…燃焼器
35…燃料噴射口
37…ノズル先端部
41…掃気空気出口
51…燃料噴射ノズル
67…囲い管
69…通気路
83…円環間隙
73…外周壁
75…旋回付与手段
77…掃気空気導入口
79…囲い管の中心
81…半径方向の仮想線
α…所定角度[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel injection nozzle for a gas turbine engine equipped with a single-cylinder can type combustor, and more particularly to an improved technique for preventing a decrease in the injection angle of liquid fuel by scavenging air supplied to a nozzle tip.
[0002]
[Prior art]
For example, some gas turbines used in power generation systems have a single-cylinder can-type combustor using liquid fuel. FIG. 6 is a cross-sectional view of a gas turbine engine provided with a single-cylinder can type combustor, FIG. 7 is a front view showing the appearance of a conventional fuel injection nozzle, FIG. 8 is an enlarged view of part A of FIG. 6, and FIG. It is BB sectional drawing of. In this type of gas turbine 1, the air sucked from the intake port 3 is compressed by the rotation of the
[0003]
The
[0004]
By the way, since the
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional fuel injection nozzle, when scavenging air is supplied from the scavenging air outlet, liquid fuel spray-fed at a predetermined injection angle from the fuel injection port interferes with scavenging air supplied from the outside, The injection angle was affected. As a result, the liquid fuel is not sufficiently atomized by the centrifugal force, and an excess fuel region is generated, which is considered to be one of the causes of soot emission.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a fuel injection nozzle of a gas turbine engine that can prevent generation of an excess fuel region and reduce soot while maintaining the carbon adhesion preventing effect of scavenging air. It is in.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
Next, means for solving the above problems will be described with reference to the drawings corresponding to the embodiments.
In the
[0007]
In the
[0008]
The
[0009]
In the
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of a fuel injection nozzle of a gas turbine engine according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a front view showing the appearance of a fuel injection nozzle according to the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of a fuel injection nozzle attached to a combustor, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. The same members as those shown in FIGS. 6 to 9 are denoted by the same reference numerals and described.
[0011]
The lower part of the
[0012]
The inside of the
[0013]
The liquid fuel supplied from the first
[0014]
An enclosing
[0015]
The
[0016]
In the present embodiment, the
[0017]
In the
[0018]
Therefore, according to the above
[0019]
Figure fuel injection nozzle after measures fabricated in the configuration of the above embodiment, using a fuel injection nozzle before measures conventional configuration to the gas turbine, the exhaust smoke level, the result of comparison NO x -CO level 4 Shown in FIG.
As is apparent from FIG. 4, it is recognized that the gas turbine using the fuel injection nozzle after the countermeasure reduces the exhaust smoke level at all the load ratios as compared with the gas turbine using the fuel injection nozzle before the countermeasure. Was. Further, as apparent from FIG. 5, in the gas turbine using a fuel injection nozzle after the measures, compared with a gas turbine using a fuel injection nozzle before measures reduced to the NO x -CO levels in the exhaust gas Was observed.
[0020]
【The invention's effect】
As described above, according to the fuel injection nozzle of the gas turbine engine according to the present invention, the scavenging air supplied from the scavenging air outlet is swirled in the fuel injection nozzle that supplies scavenging air from the scavenging air outlet to the nozzle tip. Since the swirl applying means is provided in the enclosure pipe, scavenging air supplied from the scavenging air outlet can be supplied as a swirling flow contacting the nozzle tip, preventing carbon adhesion to the nozzle tip and having a swirl component. The scavenging air can induce the gas flow toward the outside in the radial direction to widen the injection angle of the liquid fuel. As a result, the atomization of the liquid fuel can be promoted, the generation of an excess fuel region can be prevented, and soot can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view showing the appearance of a fuel injection nozzle according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a fuel injection nozzle attached to a combustor.
FIG. 3 is a sectional view taken along line AA of FIG. 2;
FIG. 4 is an explanatory diagram comparing exhaust smoke levels of a fuel injection nozzle according to the present invention and a conventional nozzle.
FIG. 5 is an explanatory diagram comparing the NO x -CO levels of the fuel injection nozzle and the conventional nozzle in accordance with the present invention.
FIG. 6 is a sectional view of a gas turbine engine provided with a single-cylinder can combustor.
FIG. 7 is a front view showing the appearance of a conventional fuel injection nozzle.
FIG. 8 is an enlarged view of a part A of FIG. 6;
FIG. 9 is a sectional view taken along line BB of FIG. 8;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (2)
前記掃気空気出口から供給される掃気空気を旋回させる旋回付与手段を、前記囲い管に設けたことを特徴とするガスタービン機関の燃料噴射ノズル。A fuel injection port at a nozzle tip is opened to a combustor, and liquid fuel is sprayed and supplied from the fuel injection port to the combustor at a predetermined injection angle, and an enclosing pipe having a gap at an outer periphery of the nozzle tip. Is a fuel injection nozzle of a gas turbine engine, which forms a scavenging air outlet which is a concentric annular gap with the fuel injection port by supplying the scavenging air from the scavenging air outlet to the nozzle tip. hand,
A fuel injection nozzle for a gas turbine engine, wherein a swirl applying means for swirling scavenging air supplied from the scavenging air outlet is provided in the enclosure pipe.
前記旋回付与手段が、
空気の通気路に露出された前記囲い管の外周壁と、
前記囲い管の中心を通る半径方向の仮想線に対して所定角度を有して該外周壁に穿設され前記通気路から前記円環間隙へ空気を導入する掃気空気導入口と
からなることを特徴とするガスタービン機関の燃料噴射ノズル。The fuel injection nozzle for a gas turbine engine according to claim 1, wherein
The turning imparting means,
An outer peripheral wall of the enclosing pipe exposed to the air ventilation path,
A scavenging air inlet that is bored in the outer peripheral wall at a predetermined angle with respect to an imaginary line in the radial direction passing through the center of the enclosure pipe and that introduces air from the ventilation path into the annular gap. A fuel injection nozzle for a gas turbine engine.
Priority Applications (1)
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JP2003149230A JP2004353890A (en) | 2003-05-27 | 2003-05-27 | Fuel injection nozzle for gas turbine engine |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2004353890A5 JP2004353890A5 (en) | 2006-04-13 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009300059A (en) * | 2008-06-17 | 2009-12-24 | Niigata Power Systems Co Ltd | Fuel injection device |
CN102620317A (en) * | 2011-01-14 | 2012-08-01 | 通用电气公司 | Fuel injector |
-
2003
- 2003-05-27 JP JP2003149230A patent/JP2004353890A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2009300059A (en) * | 2008-06-17 | 2009-12-24 | Niigata Power Systems Co Ltd | Fuel injection device |
CN102620317A (en) * | 2011-01-14 | 2012-08-01 | 通用电气公司 | Fuel injector |
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