JP2005180799A - 予混合燃料ノズル、燃焼器及びそれを用いたガスタービン - Google Patents
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Abstract
【課題】 燃料と燃焼用空気の予混合気の混合促進をはかり、燃料濃度が均一な予混合気を形成することができる予混合燃料ノズル及び、燃焼器に投入される燃料あたりの発生NOx量を抑えることができる燃焼器及び、内部の金属が腐食しにくくまた排ガスが外部に排出されたときには外部環境の環境破壊を低く抑えることができるガスタービンを提供する。
【解決手段】 燃焼用空気が流動する内筒と、中空の燃料棒と、燃料棒の半径方向外側に延びる複数の中空の燃料噴射スポークとを有しており、前記燃料噴射スポークの中空部は前記燃料棒の中空部と連通しており、該燃料噴射スポークの側面には前記燃料棒に沿って流れてくる燃焼用空気に対して燃料を噴射する貫通孔である燃料噴射孔を複数個備えており、前記燃料噴射スポークは軸方向に複数箇所に分けて配置されていることを特徴とする予混合燃料ノズル。
【選択図】 図3
【解決手段】 燃焼用空気が流動する内筒と、中空の燃料棒と、燃料棒の半径方向外側に延びる複数の中空の燃料噴射スポークとを有しており、前記燃料噴射スポークの中空部は前記燃料棒の中空部と連通しており、該燃料噴射スポークの側面には前記燃料棒に沿って流れてくる燃焼用空気に対して燃料を噴射する貫通孔である燃料噴射孔を複数個備えており、前記燃料噴射スポークは軸方向に複数箇所に分けて配置されていることを特徴とする予混合燃料ノズル。
【選択図】 図3
Description
本発明は、ガスタービン、ガスタービンの燃焼器及び該燃焼器に燃料と空気を予め混合した混合気を送る予混合燃料ノズルに関するものである。
ガスタービンエンジンの燃焼器においては、燃料と燃焼用空気とをそれぞれ異なるノズルから噴出して燃焼させる拡散燃焼方式に代わって、NOxの低減に有利な予混合燃焼方式が主流となっている。
予混合燃焼方式とは、燃料と燃焼用空気とをノズルの上流側で予め混合しておき、該ノズルから混合気として噴出して燃焼させるものである。この予混合燃焼方式においては、燃料が少ない希薄な混合気であっても全ての燃焼領域においてその状態で燃焼させることができるため予混合火炎の温度を下げやすく、拡散燃焼方式と比べてNOxの排出量を低減することができる。
図15に予混合燃焼方式の燃焼器の一例の断面図を示す。図15に示す燃焼器Bs2は燃焼筒91と、燃焼筒91の中心軸線上にパイロットノズル92が配置されており、このパイロットノズル92の周りには、パイロットノズル92に対して略平行に延びる複数のメイン予混合ノズル93が周方向に等中心角度間隔で配置されている。
パイロットノズル92及びメイン予混合ノズル93には燃料を供給するパイロット燃料棒921及びメイン燃料棒931を備えている。パイロットノズル92の周りには、パイロットスワールベーン922が配置されている。パイロット燃料棒921先端部には燃料を噴出するための燃料噴射孔923を形成している。
また、メイン予混合ノズル93のメイン燃料棒931の回りには、内筒932と、予混合スワールベーン933が内筒932に配置されている。メイン予混合ノズル93には、メイン燃料棒931の側壁から放射状に半径方向外側に延びる複数の燃料噴射スポーク934が円周方向に等中心角度間隔で設けられており、燃料噴射スポーク934とメイン燃料棒931は連通している。燃料噴射スポーク934には燃料噴出孔935が複数設けられており、燃料噴出孔935より燃料を噴出して燃料と燃焼用空気を混合する。
燃焼器Bs2に進入した燃焼用空気は内筒932の端部においてパイロットノズル92及びメイン予混合ノズル93に流入する。パイロットノズル92に流入した燃焼用空気はパイロットスワールベーン922を通過することで周方向に旋回する気流(スワール)が形成される。また、メイン予混合ノズル93に流入した空気は燃料噴射スポーク934より噴射された燃料と混合した状態でスワールが形成されてより混合気の濃淡が無いように混合される。
パイロットノズル92から噴出した混合気はパイロット火炎を形成しており、メイン予混合ノズル93から噴出される混合気はパイロット火炎に接触して主火炎9Fを形成して燃焼する。
図16(A)にメイン燃料棒の側断面図を、図16(B)にメイン燃料棒の拡大断面図を示す。図16(A)、(B)に示すようにメイン燃料棒931はメイン燃料棒931から半径方向に延びる燃料噴射スポーク934が、周方向に等中心角度間隔に4個備えられている。図16(B)に示すように、燃料噴射スポーク934には燃料を空気の流れに対して直交する方向に噴出させるための複数の燃料噴出孔935が形成されている。複数の燃料噴出孔935は燃料噴射スポーク934の略中央に略同一直線上に配置され、さらにメイン燃料棒931の半径方向の遠い部分にも略同一直線上に配置され、燃料噴射スポーク934の対抗する面に形成されている。
燃料噴射スポーク934は図16(A)、(B)に示すように平板型であるのが好ましく、これにより圧力損失が低く剥離の発生しにくい流れを形成することが可能である。これは、燃料噴射スポーク934が平板型である場合に空気の流れに対する燃料噴射スポーク934の投影面積を最も小さくできるためである。したがって、平板型の燃料噴射スポーク934の厚みが小さいほど圧力損失が低く剥離の発生が少ない流れを形成することができる。
特開平10−19258号公報
特開2003−83541号公報
特開2003−148710号公報
メイン予混合ノズル93では、内筒932に流入する主流空気に対してメイン燃料棒931に取り付けられた4枚の燃料噴射スポーク934から燃料を主流空気の流れ方向に対して垂直に噴射して燃料と空気の混合を促進するとともに、燃料と空気の混合気はその下流に設置された予混合スワールベーン933を通過して周方向に旋回することで均一な混合気を形成している。しかしながら、現状のメイン予混合ノズル93で形成した予混合気は、場所により燃料濃度の均一度が不十分になる場合がある。
燃焼器Bs2は燃料と空気の混合気の燃料濃度が均一であるときを基準に形成されており、燃料供給量及び燃焼用空気供給量も燃料濃度が均一であるときを基準に決定されている。予混合気の燃料濃度が不均一な状態で燃焼した場合、燃料濃度の薄い部分では燃焼温度が低く、燃料濃度の濃い部分では燃焼温度が高くなる。燃焼温度が高くなると、投入された燃料に対して排出される排気ガス中に含まれるNOxの含有量が多くなる。
NOxはガスタービン機器を構成している金属の腐食の原因になるほか、該ガスタービン機器の外部に排出された場合、高濃度のNOxは呼吸器に影響を及ぼし、酸性雨及び光化学オキシダントの原因物質になるとされており、環境問題の観点からNOx排出量は厳しく規制されている。
以上の問題を鑑みて本発明は、燃料と燃焼用空気の予混合気の混合促進をはかり、燃料濃度が均一な予混合気を形成することができる予混合燃料ノズルを提供することを目的とする。
また本発明は、燃料と燃焼用空気の予混合気の混合促進をはかり、燃料濃度が均一な予混合気を形成することで、燃焼器に投入される燃料あたりのNOx発生量を抑えることができる燃焼器を提供することを目的とする。
さらに本発明は、燃料消費量あたりのNOx発生量を抑え、それにより、内部の金属が腐食しにくくまた排ガスが外部に排出されたときには外部環境の環境破壊を低く抑えることができるガスタービンを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明は、軸方向に延び内部に燃焼用空気が流動する内筒と、前記内筒の中心軸上に配置される中空の燃料棒と、前記燃料棒の外周面に設けられ、該燃料棒の半径方向外側に延びる複数の中空の燃料噴射スポークとを有しており、前記燃料噴射スポークの中空部は前記燃料棒の中空部と連通しており、該燃料噴射スポークの側面には前記燃料棒に沿って流れてくる燃焼用空気に対して燃料を噴射する貫通孔である燃料噴射孔を複数個備えており、前記燃料噴射スポークは軸方向に複数箇所に分けて配置されており、同一場所に配置された該燃料噴射スポークは等中心角度間隔で、前記燃料棒の軸方向に見て重ならないように配置されていることを特徴とする予混合燃料ノズルを提供する。
この構成によると、前記燃料噴射スポークを複数の場所に分割して備えており、燃料が多くの該燃料噴射スポークから噴射されるので、高い均一度で燃焼用空気に燃料を混合させることができる。
このことにより、前記予混合燃料ノズルから噴出される燃焼用空気及び燃料の混合気に部分的に燃料の濃度が濃い部分、薄い部分が少なくなり、部分的に設計時に設定された温度をこえることが少ないので、ガスタービンの各部材を高温より守ることができ、また、排ガス中のNOx含有量を少なく抑えることができる。
上記構成の予混合燃料ノズルにおいて、燃料噴射スポークの配置位置が同一場所にまとめられていてもよい。
この構成によると、前記燃料噴射スポークを前記燃料棒の軸方向に分けて配置することができない状態でも、前記燃料噴射スポークを多く設けることができ、高い均一度で燃焼用空気に燃料を混合させることができる。
上記構成の予混合燃料ノズルにおいて、燃料噴射スポークは前記燃料棒の中心軸に対して所定の角度傾けて配置されていてもよい。
この構成によると、燃焼用空気は燃料噴射スポークを通過するときにらせん状の流れになるので、燃焼用空気と燃料を均一に混合させるためのスワールベーンを取り付けなくてもよく、それだけ、簡単な構造の予混合燃料ノズルを提供することが可能である。
上記構成の予混合燃料ノズルにおいて、燃料噴射スポークのうち燃焼用空気流の上流に配置される燃料噴射スポークは前記燃料棒の中心軸に対して所定の角度傾けて配置されており、下流側の燃料噴射スポークが該上流側に配置された燃料噴射スポークの傾きと反対側に傾けて配置されているものであってもよい。
この構成によると、燃焼用空気の流れ方向上流側の燃料噴射スポークと下流側の燃料噴射スポークとでは燃焼用空気流のらせん方向が異なり、それだけ、強いせん断流れを形成し燃焼用空気と燃料を均一に混合することができる。
上記構成の予混合燃料ノズルにおいて、燃料噴射スポークは断面が翼形状であってもよい。
この構成によると、燃焼用空気が燃料噴射スポークを通過する際の該燃焼用空気の圧力損失を低減することができる。
上記構成の予混合燃料ノズルにおいて、燃料噴射孔は燃料を前記燃焼用空気の流動方向に沿って下流側に噴出する形状を有していてもよい。
この構成によると、燃焼用空気の流れに対して流れに沿う方向に燃料を噴射するので、燃焼用空気に対する燃料噴流のブロッケージが無くなり、燃料噴流と燃焼用空気の合流による圧力損失を低減することができる。
上記構成の予混合燃料ノズルにおいて、燃料噴射孔は燃料を前記燃焼用空気の流動方向の下流側斜め方向に所定の角度で噴出する形状を有していてもよい。
この構成によると、燃焼用空気の流れに沿うように、且つ、前記燃料噴射スポークからより遠くへ燃料を噴射するので、燃焼用空気と燃料噴流の合流による圧力損失を低く抑えるとともに、前記下流側燃料噴き出しに比べて燃料を燃焼用空気のより広い範囲に拡散させることができ、燃焼用空気と燃料をより高い均一度で混合することができる。
上記構成の予混合燃料ノズルにおいて、燃料噴射孔は燃料を前記燃焼用空気の流動方向に沿って上流側に噴出する形状を有していてもよい。
この構成によると、燃料を燃焼用空気の流れる方向に正対して噴射することで、燃焼用空気と燃料噴流との衝突による強い剪断によって燃料の拡散が促進され、それだけ、燃焼用空気と燃料を高い均一度で混合することができる。
上記構成の予混合燃料ノズルにおいて、燃料噴射孔は燃料を前記燃焼用空気の流動方向の上流側斜め方向に所定の角度で噴射する形状を有していてもよい。
この構成によると、燃料を燃焼用空気の流れる方向に逆行する方向に噴射することで燃焼用空気への燃料の拡散が促進されるとともに、前記燃料噴射スポークからより遠くに燃料を噴射することができるので、燃焼用空気と燃料を高い均一度で混合することができる。
上記目的を達成するために本発明は、軸方向に延び内部に燃焼用空気が流動する内筒と、前記内筒の中心軸上に配置される中空の燃料棒と、前記燃料棒の外周面に設けられ、該燃料棒の半径方向外側に延びる複数の中空の燃料噴射スポークとを有しており、前記燃料噴射スポークの中空部は前記燃料棒の中空部と連通しており、該燃料噴射スポークの側面には前記燃料棒に沿って流れてくる燃焼用空気に対して燃料を噴射する貫通孔である燃料噴射孔を複数個備えており、前記燃料噴射スポークは柱状形状を有し、外周面に半径方向外側に延びる複数の気流撹拌部材が取り付けられており、前記複数の気流撹拌部材は前記燃焼用空気の流動方向に対して下流側斜め方向両側に延びており、前記燃料棒から近い部分と遠い部分で反対側に延びていることを特徴とする予混合燃料ノズルを提供する。
この構成によると燃焼用空気の流れに対し前記燃料噴射スポークに備えられた前記燃料噴射孔より燃料を噴射した後に、気流撹拌部材に接触して該気流撹拌部材に沿って流れることで、強いせん断流れを形成し、燃焼用空気と燃料が撹拌されるので高い均一度で混合することが可能である。
上記構成の予混合燃料ノズルにおいて、燃料噴射スポークに備えられている燃料噴射孔は、該燃料噴射スポークの前記燃料棒に近い部分は開口面積が小さく、遠くなるにしたがって大きくなるスリット状の孔であってもよい。
この構成によると、予混合燃料ノズルの中心側と外周側の容積の差による燃焼用空気に対する燃料の濃度の差が発生するのを抑えることができ、それだけ高い均一度で燃焼用空気と燃料を混合することができる。
上記構成の予混合燃料ノズルにおいて、燃料噴射スポークに備えられている燃料噴射孔は、該燃料噴射スポークの前記燃料棒に近い部分は開口面積が小さい貫通孔であり、遠くなるにしたがって大きな貫通孔になるものであってもよい。
この構成によると、予混合燃料ノズルの中心側と外周側の容積の差による燃焼用空気に対する燃料の濃度の差が発生するのを抑えることができるとともに燃料噴射孔が分割され小さくなっているので燃料を遠くに噴射することができ、それだけ高い均一度で燃焼用空気と燃料を混合することができる。
上記構成の予混合燃料ノズルにおいて、燃料噴射スポークに備えられている燃料噴射孔は開口面積が同じ大きさの複数の貫通孔であり、該燃料噴射スポークの前記燃料棒から遠くなるにしたがって設置個数が増えるものであってもよい。
この構成によると、複数設けられた燃料噴射孔の大きさは全て同じであるので、燃料噴射量の調整がしやすく、それだけ、燃焼用空気と燃料の高い均一度の混合を行うことができる。
上記目的を達成するために本発明は、軸方向に延び内部に燃焼用空気が流動する内筒と、前記内筒の中心軸上に配置される中空の燃料棒と、前記燃料棒の外周面に設けられ、らせん状に形成され、中空部を有する羽根構造の燃料噴射スポークとを有しており、前記らせん状燃料噴射スポークの中空部は前記燃料棒の中空部と全部又は一部が連通しており、該燃料噴射スポークの側面には前記燃料棒に沿って流れてくる燃焼用空気に対して燃料を噴射する貫通孔である燃料噴射孔を複数個備えていることを特徴とする予混合燃料ノズルを提供する。
この構成によると、燃焼用空気及び燃料と混合した燃焼用空気は前記燃料噴射スポークに沿って流れることで、内筒内をらせん状に旋回しつつ流れるので、スワールベーンを省略しても、旋回しつつ流れる燃焼用空気中に燃料を噴射することにより、燃焼用空気と燃料を高い均一度で混合することが可能である。
上記目的を達成するために本発明は、軸方向に延び内部に燃焼用空気が流動する内筒と、前記内筒の中心軸上に配置される中空の燃料棒と、前記燃料棒の外周面に設けられ、らせん状に形成される羽根部材とを有しており、前記中空の燃料棒の前記羽根部材が設けられていない外周面には該羽根部材にそって流れてくる燃焼用空気に対して燃料を噴射する貫通孔である燃料噴射孔を複数個備えていることを特徴する予混合燃料ノズルを提供する。
この構成によると、燃料は前記燃料棒より噴射し、燃焼用空気は前記羽根部材にて旋回させるので、スワールベーンを省略しても燃焼用空気と燃料を高い均一度で混合することができるとともに、羽根部材内部に中空部を設けなくてもよく、それだけ、製作コストを低減することができる。
上記構成の予混合燃料ノズルにおいて、前記羽根部材は、所定旋回するごとに分割されており、分割されて隣り合う部分はひねり方向が逆転するものであってもよい。
この構成によると、旋回方向が変わることで強い剪断が生じるため、より燃焼用空気と燃料の不均一な部分を少なくすることができる。
上記目的を達成するために本発明は、軸方向に延び内部に燃焼用空気が流動する内筒と、らせん状に形成され中空部を有する羽根部材とを有しており、前記らせん状の羽根部材は所定形状の断面積を有する筒状部材をねじった形状を有しており、前記羽根部材の中空部から外部に貫通する燃料噴射孔を有していることを特徴とする予混合燃料ノズルを提供する。
この構成によると、燃料棒と燃料噴射スポークを一体的に形成しており、燃焼用空気は前記羽根部材にて旋回させるので、スワールベーンを省略しても燃焼用空気と燃料を高い均一度で混合することができるとともに、羽根部材内部に中空部を設けなくてもよく、それだけ、製作コストを低減することができる。
上記目的を達成するために本発明は、以上に示した予混合燃料ノズルのうちいずれかをメインノズルとして用いる燃焼器を提供する。
この構成によると、燃料が燃焼するときに温度が局所的に高くなる部分がなくなるようにすることができ、前記燃焼器のダメージを小さくすることができるとともに、燃料消費量あたりのNOx発生量を低減することができる。
上記目的を達成するために本発明は、上述の燃焼器を用いたガスタービンを提供する。
この構成によると、燃料消費量あたりのNOx発生量を抑え、それにより、内部の金属が腐食しにくくまた排ガスが外部に排出されたときには外部環境の環境破壊を低く抑えることができる。
本発明によると、燃料と燃焼用空気の予混合気の混合促進をはかり、燃料濃度が均一な予混合気を形成することができる予混合燃料ノズルを提供することができる。
また本発明は、燃料と燃焼用空気の予混合気の混合促進をはかり、燃料濃度が均一な予混合気を形成することで、燃焼器に投入される燃料あたりのNOx量を抑えることができる燃焼器を提供することができる。
さらに本発明は、燃料消費量あたりのNOx発生量を抑え、それにより、内部の金属が腐食しにくくまた排ガスが外部に排出されたときには外部環境の環境破壊を低く抑えることができるガスタービンを提供することができる。
本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。図1に本発明にかかる予混合燃料ノズルを利用したガスタービンの概略配置図を示す。図2に本発明にかかる予混合燃料ノズルを利用した燃焼器の内部構造の断面図を示す。
図1に示すガスタービンGTは、圧縮機Cpと燃焼器BsとタービンTbとを有している。圧縮機CpとタービンTbは同一の回転軸Axで連結されており、タービンTbの回転エネルギの一部を利用して圧縮機Cpを回動させている。
圧縮機Cpが回動することで、空気は圧縮されるとともに温度が高められて燃焼用空気として空気流動路Awを通って燃焼器Bsに燃焼用空気として導入される。また燃焼器Bsには空気が導入される空気流動路Awとは別に燃料を供給するための燃料供給路Fwが設けられている。
空気流動路Awより燃焼用空気が導入されるとともに、燃料供給路Fwより燃料が供給されることで燃焼器Bsで燃料と空気の混合が行われ、燃料と空気の混合ガスを燃焼させることで、燃焼ガスを生成する。燃焼ガスをタービンTbに導入することでタービンTbを回動させ、回転軸Axに取り付けられた発電機Grを駆動して発電を行う。
図2に示す燃焼器Bsは燃焼筒1と、燃焼筒1の中心軸線上にはパイロットノズル2が配置されており、このパイロットノズル2の周りには、パイロットノズル2に対して略平行に延びる複数のメイン予混合ノズル3が周方向に等中心角度間隔で配置されている。
パイロットノズル2及びメイン予混合ノズル3には燃料を供給するパイロット燃料棒21及びメイン燃料棒31を備えている。パイロットノズル2の周りには、パイロットスワールベーン22が配置されている。パイロット燃料棒22先端部には燃料を噴出するための燃料噴射孔23が形成されている。
また、メイン予混合ノズル3のメイン燃料棒31の回りには、内筒32と、予混合スワールベーン33が内筒32に配置されている。メイン予混合ノズル3には、メイン燃料棒31の側壁から放射状に半径方向外側に延びる複数の燃料噴射スポーク34が円周方向に等中心角度間隔で設けられており、燃料噴射スポーク34とメイン燃料棒31は連通している。燃料噴射スポーク34には燃料噴出孔35が複数設けられており、燃料噴出孔35より燃料を噴出して燃料と燃焼用空気を混合する。
パイロットノズル2から噴出した混合気はパイロット火炎を形成しており、後述のメイン予混合ノズル3から噴出される混合気が、パイロット火炎に接触して主火炎Bnを形成して燃焼する。燃焼後の燃焼ガスはタービンに導入される。
(第1の実施形態)
図3(A)に本発明にかかるメイン予混合燃料ノズルの軸方向断面図を、図3(B)に本発明にかかる予混合ノズルのX−X断面図を示す。図3(A)、(B)に示す予混合燃料ノズルは、図2に示すメイン予混合ノズルとして用いられるものである。図3(A)、(B)に示す予混合燃料ノズル3aは、軸方向に延伸し内部を燃焼用空気が流動する内筒32aと、内筒32aの中心軸Ce上に配置される中空部311aを有する燃料棒31aと、内筒32aの内周面に取り付けられ燃焼用空気を内筒32a内で旋回させるための予混合スワールベーン33aとを有している。
図3(A)に本発明にかかるメイン予混合燃料ノズルの軸方向断面図を、図3(B)に本発明にかかる予混合ノズルのX−X断面図を示す。図3(A)、(B)に示す予混合燃料ノズルは、図2に示すメイン予混合ノズルとして用いられるものである。図3(A)、(B)に示す予混合燃料ノズル3aは、軸方向に延伸し内部を燃焼用空気が流動する内筒32aと、内筒32aの中心軸Ce上に配置される中空部311aを有する燃料棒31aと、内筒32aの内周面に取り付けられ燃焼用空気を内筒32a内で旋回させるための予混合スワールベーン33aとを有している。
予混合スワールベーン33aは、内筒32a内部を流動する燃焼用空気と燃料の混合物(以下混合気という)が、メイン予混合ノズル3aの軸方向に移動しつつ旋回する渦巻状流れ(スワール)になるような構造を有している。
図3(A)、(B)に示すように、燃料噴射スポーク34aは燃料棒31aの外周面に燃料棒31aの半径方向外側に伸びる形状を有しており、燃料棒31aを中心に等中心角度間隔で8個設けられている。燃料棒31aに備えられている燃料噴射スポーク34aは、内筒32aに取り付けられた予混合スワールベーン33aよりも混合気の流れる方向の上流側に配置される。
燃料棒31aは下流側の先端310aが尖っており、図3(B)に示すように燃料棒31aは中空部311aを有しており、燃料噴射スポーク34aも中空部341aを有している。燃料棒31aの中空部311aと燃料噴射スポーク34aの中空部341aは連通している。燃料噴射スポーク341aは燃焼用空気と燃料との混合気が流れる流動方向に延びる形状を有している。
燃料噴射スポーク34aは側面に燃料を外部に噴射するための燃料噴射孔342aを備えている。燃料噴射孔342aは中空部341aから外部に貫通する貫通孔であり、それには限定されないが、燃料棒31aに近い側の燃料噴射孔342aと遠い側の燃料噴射孔342aを有している。また、燃料噴射孔342aは燃料噴射スポーク34aの中空部341aを挟んで一直線に並んでいる場合もあれば(図3(B)参照)、互い違いに並んでいる場合もあり、その並び方には限定されない。燃料は燃料噴射孔342aより燃焼用空気の流動方向に対して直角に燃料を噴射して混合気を生成する。
燃料棒31aの中空部311a内を燃料棒31aに沿って流動してきた燃料は燃料噴射スポーク34aの中空部341aに導入され、燃料噴射スポーク34aに設けられた燃料噴射孔342aより、燃料棒31aに沿って流動している燃焼用空気に噴射されて燃焼用空気に燃料が混合した混合気になる。混合気は気流の流れ方向下流側に設けられているスワールベーン33aを通過することでらせん状にねじれた気流(スワール)となり、燃料と燃焼用空気の均一度を高めることが可能である。
図4に1本の燃料棒に複数の燃料噴射スポークを取り付けた場合の燃焼用空気の圧力損失と、混合気の不均一さのグラフを表す。図4に示すグラフは横軸に燃料噴射スポークの数をとっており、実線は燃焼用空気の圧力損失、破線は混合気の不均一さを示している。図4に示すグラフを見ると、燃料噴射スポークが4本のときは燃焼用空気の圧力損失は小さいが、混合気の不均一さが高く、12本のときは混合気の不均一さは低いが、燃焼用空気の圧力損失が高くなる。燃料噴射スポークが8本のときに圧力損失と不均一さのバランスがよくなることがわかる。以上のことより、以下の実施形態では図4で最もバランスのよい1本の燃料棒に対して燃料噴射スポークが8個取り付けられているものを採用する。
本実施形態において、燃料棒に連設される燃料噴射スポークの数を8個にしているが、それに限定されるものではなく、燃焼用空気の圧力損失と混合気の不均一度のバランスがよい領域の個数を選ぶことができるが、図4を見ればわかるように、燃料噴射スポーク34aが8個のときが最もバランスがよい、すなわち、効率が良い。
(第2の実施形態)
図5に本発明にかかる予混合燃料ノズルの他の例の軸方向断面図を示す。図5に示す予混合燃料ノズル3bは第1の実施形態に示す予混合燃料ノズル3aと同じ部分を多く有しており、実質上同一の部分には同一の符号が付してある。
図5に本発明にかかる予混合燃料ノズルの他の例の軸方向断面図を示す。図5に示す予混合燃料ノズル3bは第1の実施形態に示す予混合燃料ノズル3aと同じ部分を多く有しており、実質上同一の部分には同一の符号が付してある。
図5に示す予混合燃料ノズル3bは、中空部を有する燃料棒31bの外面に半径方向外側に延びる燃料噴射スポーク34bを8個備えている。燃料噴射スポーク34bは燃料棒31bの中心軸Ceに対して、角度θ傾いて配置されている。また、第1の実施形態で燃料噴射スポーク34aの下流側に備えられているスワールベーン33aは省略されている。
燃料噴射スポーク34bが燃料棒31bの中心軸Ceに対して角度θ傾けて取り付けられているので、燃焼用空気が燃料噴射スポーク34bを通過するときに中心軸Ceを中心とするらせん状の気流の流れになる。それゆえ、らせん状の気流を発生するためのスワールベーンを備える必要がない。
(第3の実施形態)
図6(A)に本発明にかかる予混合燃料ノズルの他の例の軸方向断面図を、図6(B)に図6(A)に示す予混合燃料ノズルのY−Y断面図を示す。
図6(A)に本発明にかかる予混合燃料ノズルの他の例の軸方向断面図を、図6(B)に図6(A)に示す予混合燃料ノズルのY−Y断面図を示す。
図6(A)、(B)に示す燃料ノズル3cは、中空の燃料棒31cに燃料噴射スポーク34cが8個取り付けられており、燃料噴射スポーク34cは、燃焼用空気が流動する方向の上流側312cに配置される上流側燃料噴射スポーク343cと、上流側燃料噴射スポーク343cの下流側313cに取り付けられた下流側燃料噴射スポーク344cとを有している。
燃料棒31cの上流側312cには上流側燃料噴射スポーク343cが4個取り付けられており、また、下流側313cには下流側燃料噴射スポーク344cが4個取り付けられている。上流側燃料噴射スポーク343c及び下流側燃料噴射スポーク344cは等中心角度間隔(ここでは90度)で取り付けられている。
下流側燃料噴射スポーク344cは垂直方向に燃料棒31cを挟んで2個、水平方向に2個取り付けられており、上流側燃料噴射スポーク343cは下流側燃料噴射スポーク344cに対して燃料棒31cを中心に45度傾けて配置されている。各燃料噴射スポーク343c、344cは燃料棒31cの中空部311cと連通する中空部341cから外面に貫通する燃料噴射孔342cを有しており、燃料は燃焼用空気と燃料の混合気の流動方向に対して直交する方向に噴射される。
上流側燃料噴射スポーク343cと下流側燃料噴射スポーク344cとをこのように配置することで、燃焼用空気と燃料の混合気が上流側燃料噴射スポーク343c及び下流側燃料噴射スポーク344cのそれぞれを通過するときの圧力損失は燃料噴射スポークが4個のときの圧力損失となるため、上流側・下流側の全燃料噴射スポーク通過に伴う燃焼用空気と燃料の混合気のトータルの圧力損失は第1の実施形態に比べて大幅に低減される。燃料噴射スポークは、上流側312c及び下流側313cとあわせて8個設けられており、より均一度の高い燃焼用空気及び燃料の混合気を生成することができる。図示は省略しているが予混合燃料ノズル3cはスワールベーンが取り付けられている。
(第4の実施形態)
図7に本発明にかかる予混合燃料ノズルのさらに他の例の軸方向断面図を示す。図7に示す予混合燃料ノズル3dは燃料棒31dの外面の燃焼用空気及び燃料の混合気の流動方向上流側312dに半径方向外側に向けて4個の燃料噴射スポーク343dと下流側に4個の燃料噴射スポーク344dが取り付けられている。上流側燃料噴射スポーク343d及び下流側燃料噴射スポーク344dは等中心角度間隔(90度)で取り付けられている。
図7に本発明にかかる予混合燃料ノズルのさらに他の例の軸方向断面図を示す。図7に示す予混合燃料ノズル3dは燃料棒31dの外面の燃焼用空気及び燃料の混合気の流動方向上流側312dに半径方向外側に向けて4個の燃料噴射スポーク343dと下流側に4個の燃料噴射スポーク344dが取り付けられている。上流側燃料噴射スポーク343d及び下流側燃料噴射スポーク344dは等中心角度間隔(90度)で取り付けられている。
上流側燃料噴射スポーク343dは燃料棒31dの中心軸Ceに対して角度θだけ傾けて取り付けられており、下流側燃料噴射スポーク344dは燃料棒の中心軸Ceに対して角度γだけ傾けて取り付けられている。上流側燃料噴射スポーク343d及び下流側燃料噴射スポーク344dは中空部から外部に貫通する燃料噴射孔342dを有しており、燃料噴射スポーク343d、344dの側面から混合気の流れ方向に対して垂直に燃料を噴射する。
内筒32d内を燃料棒31dに沿って流れる燃焼用空気及び燃料の混合気は、上流側燃料噴射スポーク343d及び下流側燃料噴射スポーク344dに接触し、上流側及び下流側燃料噴射スポーク343d、344dに沿って流れることで、燃料棒31dを中心にした、らせん状の流れになるのでスワールベーンを設けなくてもよい。また、混合気をらせん状に流すとともに燃料を噴射するので、燃焼用空気及び燃料を均一に混合することができる。
図7に示す予混合燃料ノズル3dでは上流側燃料噴射スポーク343dの取り付け傾き角度θと下流側燃料噴射スポーク344dの取り付け傾き角度γが同じ角度のものを例示しているが、それに限定されるものではなく、傾き角度が異なっていてもよい。
(第5の実施形態)
図8に本発明にかかる予混合燃料ノズルのさらに他の例の軸方向断面図を示す。図8に示す予混合燃料ノズル3eは燃料棒31eの外面の燃焼用空気及び燃料の混合気の流動方向上流側312eに半径方向外側に向けて4個の燃料噴射スポーク343eと下流側313eに4個の燃料噴射スポーク344eが取り付けられている。上流側燃料噴射スポーク343e及び下流側燃料噴射スポーク344eは等中心角度間隔(90度)で取り付けられている。
図8に本発明にかかる予混合燃料ノズルのさらに他の例の軸方向断面図を示す。図8に示す予混合燃料ノズル3eは燃料棒31eの外面の燃焼用空気及び燃料の混合気の流動方向上流側312eに半径方向外側に向けて4個の燃料噴射スポーク343eと下流側313eに4個の燃料噴射スポーク344eが取り付けられている。上流側燃料噴射スポーク343e及び下流側燃料噴射スポーク344eは等中心角度間隔(90度)で取り付けられている。
上流側燃料噴射スポーク343eは燃料棒31eの中心軸Ceに対して角度θだけ傾けて取り付けられており、下流側燃料噴射スポーク344eは燃料棒の中心軸Ceに対してδだけ傾けて取り付けられている。上流側燃料噴射スポーク343e及び下流側燃料噴射スポーク344eは中空部から外部に貫通する燃料噴射孔342eを有しており、燃料噴射スポーク343e、344eの側面から混合気の流れる方向に対して直交する向きに燃料を噴射して燃焼用空気と燃料を混合する。
上流側燃料噴射スポーク343eは燃料棒31eに対して左回りのらせんを描く向きに傾けて設けられ、すなわち、図8中、燃料棒31eの中心軸Ceに対して左下がりに角度θ傾けて設けられている。また、下流側燃料噴射スポーク344eは燃料棒31eに対して右回りのらせんを描く向きに傾けて設けられ、すなわち、図8中、燃料棒31eの中心軸Ceに対して右下がりに角度δ傾けて設けられている。
これにより燃焼用空気及び燃料の混合気の流れは上流側燃料噴射スポーク343eを通過するときに上流側燃料噴射スポーク343eに沿って流れ、燃料棒31eを中心に左回りらせん状の流れとなって下流側燃料噴射スポーク344eに到達し、下流側燃料噴射スポーク344eに沿って流れ、燃料棒31eを中心に右回りらせん状の流れとなる。このように流れのらせん方向が逆転することで燃焼用空気と燃料の攪拌が効率よく行われ、それだけ、燃焼用空気中の燃料の均一度を高くすることができる。
(第6の実施形態)
図9(A)、(B)に本発明にかかる予混合燃料ノズルの燃料噴射スポークの一例の断面図を示す。図9(A)に示す燃料噴射スポーク34fは、内部に燃料が流通する中空部341fが形成されており、中空部341fから外部に貫通する燃料噴射孔342fを備えている。燃料噴射スポーク34fに対する燃焼用空気の流動方向が図9(A)中の矢印Ar1に示す方向とすると、燃料噴射孔342fは燃料噴射スポーク34fの燃焼用空気の流動方向に対して下流側の左右両側に設けられている。また、燃料噴射孔342fは燃焼用空気の流動方向の下流側に角度αで合流するように燃料を噴射するように形成されている。
図9(A)、(B)に本発明にかかる予混合燃料ノズルの燃料噴射スポークの一例の断面図を示す。図9(A)に示す燃料噴射スポーク34fは、内部に燃料が流通する中空部341fが形成されており、中空部341fから外部に貫通する燃料噴射孔342fを備えている。燃料噴射スポーク34fに対する燃焼用空気の流動方向が図9(A)中の矢印Ar1に示す方向とすると、燃料噴射孔342fは燃料噴射スポーク34fの燃焼用空気の流動方向に対して下流側の左右両側に設けられている。また、燃料噴射孔342fは燃焼用空気の流動方向の下流側に角度αで合流するように燃料を噴射するように形成されている。
燃料噴射孔342fから燃料を燃焼用空気の下流側に噴き出すことで燃焼用空気に対して燃料を噴射するときの合流による気流の乱れや、燃料噴射のエネルギが失われることで燃料が遠くへ飛ばなくなるのを防ぐことができる。それだけ、燃料を燃焼用空気に均一に混合することができる。
また、図9(B)に示す燃料噴射スポーク34gのように燃料噴射孔342gを燃焼用空気の流動方向に沿う下流方向に燃料を噴射するように設けられているものも示すことができる。燃料を燃焼用空気の流動方向に沿う下流方向に噴射するので燃料が燃焼用空気に噴射されるときの気流の乱れ等が起こりにくい。
図9(A)、(B)に示す燃料噴射スポーク34f、34gのように燃焼用空気の流動方向に対して斜め下流側に燃料を噴射する燃料噴射孔342fと、燃焼用空気の流動方向の下流側に燃料を噴射する燃料噴射孔342gを個別に備えていてもよく、両方の燃料噴射孔342f、342gを備えていてもよい。
(第7の実施形態)
図10(A)、(B)に本発明にかかる予混合燃料ノズルの燃料噴射スポークの他の例の断面図を示す。図10(A)に示す燃料噴射スポーク34hは、内部に燃料が流通する中空部341hが形成されており、中空部341hから外部に貫通する燃料噴射孔342hを備えている。燃料噴射スポーク34hに対する燃焼用空気の流動方向が図10中の矢印Ar1に示す方向とすると、燃料噴射孔342hは燃料噴射スポーク34hの燃焼用空気の流動方向に対して上流側の左右両側に設けられている。また、燃料噴射孔342hは燃焼用空気の流動方向の上流側に角度βで合流するように燃料を噴射するように形成されている。
図10(A)、(B)に本発明にかかる予混合燃料ノズルの燃料噴射スポークの他の例の断面図を示す。図10(A)に示す燃料噴射スポーク34hは、内部に燃料が流通する中空部341hが形成されており、中空部341hから外部に貫通する燃料噴射孔342hを備えている。燃料噴射スポーク34hに対する燃焼用空気の流動方向が図10中の矢印Ar1に示す方向とすると、燃料噴射孔342hは燃料噴射スポーク34hの燃焼用空気の流動方向に対して上流側の左右両側に設けられている。また、燃料噴射孔342hは燃焼用空気の流動方向の上流側に角度βで合流するように燃料を噴射するように形成されている。
燃料噴射孔342hから燃料を燃焼用空気の上流側に噴き出すことで燃焼用空気に対して燃料を噴射するときの合流によって燃料が燃焼用空気の流れによって拡散しやすく、それだけ、燃料を燃焼用空気に対して高い均一度で混合することができる。
また、図10(B)に示す燃料噴射スポーク34iのように燃料噴射孔342iを燃焼用空気の流動方向に沿う上流方向に燃料を噴射するように設けられていてもよい。燃料を燃焼用空気の流動方向に沿う上流方向に噴射するので燃料が燃焼用空気の流れによって拡散しやすく、それだけ、燃料を燃焼用空気に対して高い均一度で混合することができる。
図10(A)、(B)に示す燃料噴射スポーク34h、34iのように燃焼用空気の流動方向に対して斜め上流側に燃料を噴射する燃料噴射孔342hと、燃焼用空気の流動方向の上流側に燃料を噴射する燃料噴射孔342iを個別に備えていてもよく、両方の燃料噴射孔342h、342iを備えていてもよい。
(第8の実施形態)
図11に本発明にかかる予混合燃料ノズルの燃料噴射スポークを拡大した拡大斜視図を示す。図11に示す燃料噴射スポーク34jは柱状形状の本体部345jと本体部345jに設けられた気流撹拌部材346jとを有している。本体部345jは燃料が流動する中空部を有しており、中空部から外部に貫通し、燃料を燃焼用空気に対して噴射する燃料噴射孔342jを有している。燃料噴射孔342jは燃焼用空気の流動方向に対して直交する方向に燃料を噴射するものである。
図11に本発明にかかる予混合燃料ノズルの燃料噴射スポークを拡大した拡大斜視図を示す。図11に示す燃料噴射スポーク34jは柱状形状の本体部345jと本体部345jに設けられた気流撹拌部材346jとを有している。本体部345jは燃料が流動する中空部を有しており、中空部から外部に貫通し、燃料を燃焼用空気に対して噴射する燃料噴射孔342jを有している。燃料噴射孔342jは燃焼用空気の流動方向に対して直交する方向に燃料を噴射するものである。
気流撹拌部材346jは上下に2分割されており、図11中上側に示されている第1の気流撹拌部材61jと、下側に示されている第2の気流撹拌部材62jとに分割されている。第1の気流撹拌部材61jは図11に示すように燃焼用空気の流れる方向に対して、下流側左斜めに取り付けられている。また第2の気流撹拌部材62jは燃焼空気の流れる方向に対して下流側右斜めに設けられている。
燃料噴射スポーク34jに流動する燃焼用空気が通過するときに、第1の気流撹拌部材61j及び第2の気流撹拌部材62jに沿って流れる。これにより強いせん断流れが形成され、第1の気流撹拌部材61j及び第2の気流撹拌部材62jに到達する直前で噴射された燃料と高い均一度で混合される。
(第9の実施形態)
図12(A)、(B)に本発明にかかる予混合燃料ノズルに用いられる燃料噴射スポークの燃料噴射孔の概略図を示す。また、図12に予混合燃料ノズルの中心軸に直交する向きの断面図を示す。図12(B)に示すように予混合燃料ノズル3kは円筒形の内筒32kを有している。円筒形の中心軸上に燃料棒31kを配置しており、燃料棒31kより延びる燃料噴射スポーク34kから燃料を噴射する。このとき、予混合燃料ノズル3kの中心部37kの体積に比べて、内筒32kの壁面に近い外周側38kの体積は大きくなる。
図12(A)、(B)に本発明にかかる予混合燃料ノズルに用いられる燃料噴射スポークの燃料噴射孔の概略図を示す。また、図12に予混合燃料ノズルの中心軸に直交する向きの断面図を示す。図12(B)に示すように予混合燃料ノズル3kは円筒形の内筒32kを有している。円筒形の中心軸上に燃料棒31kを配置しており、燃料棒31kより延びる燃料噴射スポーク34kから燃料を噴射する。このとき、予混合燃料ノズル3kの中心部37kの体積に比べて、内筒32kの壁面に近い外周側38kの体積は大きくなる。
中心部37k及び外周側38kに同じ量の燃料を噴射すると、中心部37kでは燃焼用空気と燃料の混合気の濃度が濃くなり、外周側38kでは薄くなる。そこで、図12(A)に示すように、燃料噴射スポーク34kに中心部37k側から外周側38kに向かって大きくなる三角形のスリット状の燃料噴射孔342kを形成する。
燃料噴射孔342kより噴射される燃料は内筒32kの中心部37kより外周側38kの方が多く、その結果、予混合燃料ノズル3k内に流動する燃焼用空気及び燃料の均一度を高く混合することが可能である。
また、図12(A)に示すように燃料棒31kから遠くなるほど広くなるスリット状の燃料噴射孔342kの代わりに、図12(C)に示すように燃料噴射孔346kを複数備えており、燃料噴射孔346kは燃料棒31kより遠ざかるにしたがって、面積が大きくなるように形成されているものであってもよい。このようにすることで、スリット状の孔に比べて燃料の噴射速度を高くしやすい。また、図12(D)に示すように同じ大きさの燃料噴射孔347kを複数備えており、中心部37kより外周側38kに近づくにしたがって個数が増えるものも例示できる。
本実施形態に示す燃料噴射孔342k、346k、347kは上述の第1から第8の実施形態にて示した各予混合燃料ノズルの燃料噴射スポークに備えられた燃料噴射孔として用いることが可能であり、燃料噴射孔342k、346k、347kを備えることで、燃焼用空気と燃料の混合気をより均一にすることが可能である。
(第10の実施形態)
図13(A)、(B)に本発明にかかる予混合燃料ノズルの内部構造の斜視図を示す。図13(A)に示す予混合燃料ノズル3mは燃料棒31mと燃料棒31mの外面に設けられる燃料噴射スポーク34とを有している。燃料棒31mは中空部を有しており、中空部を燃料が流通して燃料噴射スポーク34に燃料を供給する。
図13(A)、(B)に本発明にかかる予混合燃料ノズルの内部構造の斜視図を示す。図13(A)に示す予混合燃料ノズル3mは燃料棒31mと燃料棒31mの外面に設けられる燃料噴射スポーク34とを有している。燃料棒31mは中空部を有しており、中空部を燃料が流通して燃料噴射スポーク34に燃料を供給する。
燃料噴射スポーク34mは図13に示すとおり、燃料棒31mの外面に取り付けられており、燃料棒31mを中心とするらせん状の羽根構造を有している。燃料噴射スポーク34mは一部が中空に形成されており、燃料棒31mの中空部と連通して燃料を流動させることができる。燃料噴射スポーク34mは中空部から外部に貫通する燃料噴射孔342mが形成されている。
燃焼用空気が予混合燃料ノズル3m内を流動するとき、燃焼用空気はらせん状の羽根構造の燃料噴射スポーク34mにそって流れることで、燃焼用空気はらせん状の流れになる。らせん状に流れている燃焼用空気に燃料噴射孔342mより燃料を噴射することで、燃焼用空気と燃料とを高い均一度で混合することができる。
また、図13(B)に示すように燃料棒31nにらせん状の羽根314nを取り付けるとともに、燃料棒31nのらせん状の羽根314nが取り付けられていない部分に設けられた燃料噴射孔315nより燃料を噴射するものであってもよい。この場合、らせん状の羽根314n内部に中空部及び中空部から外部に貫通する燃料噴射孔を形成しなくてもよいので、容易に製造することができる。
上述のように燃料棒31m、31nの外面にらせん状の羽根構造の燃料噴射スポーク34m、羽根314nを取り付けており、燃焼用空気はらせん状に流れるのでスワールベーンを取り付けなくてもよい。また、らせん状の羽根構造を有する燃料噴射スポーク34m、羽根314nは全長で同一巻き方向のらせん状で形成されているが、らせん状部が途中で分割されており、巻き方向が逆転していてもよい。
また、図14に示すように矩形の筒状部材をねじった形状の燃料棒31pを用いてもよい。このとき、燃料棒31pには、燃料が流動する中空部311pと中空部を流動してきた燃料を噴射する燃料噴射孔315pを備えている。燃料棒31pで燃料棒と燃料噴射スポークとを1つの部材で形成することができるので、部品点数を減らすことができる。
1 燃焼筒
2 パイロットノズル
21 燃料棒
22 スワールベーン
23 燃料噴射孔
3 予混合燃料ノズル
31 燃料棒
311 中空部
32 内筒
33 スワールベーン
34 燃料噴射スポーク
341 中空部
342 燃料噴射孔
GT ガスタービン
Cp 圧縮機
Bs 燃焼器
Gr 発電機
2 パイロットノズル
21 燃料棒
22 スワールベーン
23 燃料噴射孔
3 予混合燃料ノズル
31 燃料棒
311 中空部
32 内筒
33 スワールベーン
34 燃料噴射スポーク
341 中空部
342 燃料噴射孔
GT ガスタービン
Cp 圧縮機
Bs 燃焼器
Gr 発電機
Claims (19)
- 軸方向に延び内部に燃焼用空気が流動する内筒と、
前記内筒の中心軸上に配置される中空の燃料棒と、
前記燃料棒の外周面に設けられ、該燃料棒の半径方向外側に延びる複数の中空の燃料噴射スポークとを有しており、
前記燃料噴射スポークの中空部は前記燃料棒の中空部と連通しており、該燃料噴射スポークの側面には前記燃料棒に沿って流れてくる燃焼用空気に対して燃料を噴射する貫通孔である燃料噴射孔を複数個備えており、
前記燃料噴射スポークは軸方向に複数箇所に分けて配置されており、同一場所に配置された該燃料噴射スポークは等中心角度間隔で、前記燃料棒の軸方向に見て重ならないように配置されていることを特徴とする予混合燃料ノズル。 - 前記燃料噴射スポークの配置位置が同一場所にまとめられていることを特徴としている請求項1に記載の予混合燃料ノズル。
- 前記燃料噴射スポークは前記燃料棒の中心軸に対して所定の角度傾けて配置されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の予混合燃料ノズル。
- 前記燃料噴射スポークのうち燃焼用空気流の上流に配置される燃料噴射スポークは前記燃料棒の中心軸に対して所定の角度傾けて配置されており、下流側の燃料噴射スポークが該上流側に配置された燃料噴射スポークの傾きと反対側に前記燃料棒の中心軸に対して所定の角度傾けて配置されていることを特徴とする請求項1に記載の予混合燃料ノズル。
- 前記燃料噴射スポークは断面が翼形状であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の予混合燃料ノズル。
- 前記燃料噴射孔は燃料を前記燃焼用空気の流動方向に沿って下流側に噴出する形状を有していることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の予混合燃料ノズル。
- 前記燃料噴射孔は燃料を前記燃焼用空気の流動方向の下流側斜め方向に所定の角度で噴出する形状を有していることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の予混合燃料ノズル。
- 前記燃料噴射孔は燃料を前記燃焼用空気の流動方向に沿って上流側に噴出する形状を有していることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の予混合燃料ノズル。
- 前記燃料噴射孔は燃料を前記燃焼用空気の流動方向の上流側斜め方向に所定の角度で噴射する形状を有していることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の予混合燃料ノズル。
- 軸方向に延び内部に燃焼用空気が流動する内筒と、
前記内筒の中心軸上に配置される中空の燃料棒と、
前記燃料棒の外周面に設けられ、該燃料棒の半径方向外側に延びる複数の中空の燃料噴射スポークとを有しており、
前記燃料噴射スポークの中空部は前記燃料棒の中空部と連通しており、該燃料噴射スポークの側面には前記燃料棒に沿って流れてくる燃焼用空気に対して燃料を噴射する貫通孔である燃料噴射孔を複数個備えており、
前記燃料噴射スポークは柱状形状を有し、外周面に半径方向外側に延びる複数の気流撹拌部材が取り付けられており、
前記複数の気流撹拌部材は前記燃焼用空気の流動方向に対して下流側斜め方向両側に延びており、前記燃料棒から近い部分と遠い部分で反対側に延びていることを特徴とする予混合燃料ノズル。 - 前記燃料噴射スポークに備えられている燃料噴射孔は、該燃料噴射スポークの前記燃料棒に近い部分は開口面積が小さく、遠くなるにしたがって大きくなるスリット状の孔であることを特徴とする請求項1から請求項10のいずれかに記載の予混合燃料ノズル。
- 前記燃料噴射スポークに備えられている燃料噴射孔は、該燃料噴射スポークの前記燃料棒に近い部分は開口面積が小さい貫通孔であり、遠くなるにしたがって大きな貫通孔になることを特徴とする請求項1から請求項10のいずれかに記載の予混合燃料ノズル。
- 前記燃料噴射スポークに備えられている燃料噴射孔は開口面積が同じ大きさの複数の貫通孔であり、該燃料噴射スポークの前記燃料棒から遠くなるにしたがって設置個数が増えることを特徴とする請求項1から請求項10のいずれかに記載の予混合燃料ノズル。
- 軸方向に延び内部に燃焼用空気が流動する内筒と、
前記内筒の中心軸上に配置される中空の燃料棒と、
前記燃料棒の外周面に設けられ、らせん状に形成された中空の羽根部材とを有しており、
前記らせん状の羽根部材の中空部は前記燃料棒の中空部と全部又は一部が連通しており、該羽根部材の側面には前記燃料棒に沿って流れてくる燃焼用空気に対して燃料を噴射する貫通孔である燃料噴射孔を複数個備えていることを特徴とする予混合燃料ノズル。 - 軸方向に延び内部に燃焼用空気が流動する内筒と、
前記内筒の中心軸上に配置される中空の燃料棒と、
前記燃料棒の外周面に設けられ、らせん状に形成された羽根部材とを有しており、
前記中空の燃料棒の前記羽根部材が設けられていない外周面には該羽根部材にそって流れてくる燃焼用空気に対して燃料を噴射する貫通孔である燃料噴射孔を複数個備えていることを特徴とする予混合燃料ノズル。 - 前記羽根部材は、所定旋回するごとに分割されており、分割されて隣り合う部分はひねり方向が逆転することを特徴とする請求項14又は請求項15のいずれかに記載の予混合燃料ノズル。
- 軸方向に延び内部に燃焼用空気が流動する内筒と、
らせん状に形成され中空部を有する羽根部材とを有しており、
前記らせん状の羽根部材は所定形状の断面積を有する筒状部材をねじった形状を有しており、
前記羽根部材の中空部から外部に貫通する燃料噴射孔を有していることを特徴とする予混合燃料ノズル。 - 請求項1から請求項17のいずれかに記載の予混合燃料ノズルをメイン予混合燃料ノズルとして用いることを特徴とする燃焼器。
- 請求項18に記載の燃焼器を用いていることを特徴とするガスタービン。
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