JP2007255815A - Fuel injection valve - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガスタービンの燃焼器等の連続燃焼装置の燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁に関するものである。 The present invention relates to a fuel injection valve that injects fuel into a combustion chamber of a continuous combustion apparatus such as a combustor of a gas turbine.
ガスタービンの燃焼器においては、着火時、低負荷時から高負荷時までの負荷に対応させた広い流量範囲の燃料を、出来るだけ燃料噴射圧力を一定に保って燃料噴射弁から噴霧させる必要がある。そのため、従来、負荷範囲の大きさに対応させた大小2種類の燃料噴射孔を備え、燃料ポンプから送り出されて圧力と流量をそれぞれ調整された燃料を、負荷の大きさによって選択された一方または両方の燃料噴射孔を通して燃焼器の燃焼室内に噴霧するようにした燃料噴射弁が知られている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。
しかしながら、従来の燃料噴射弁においては、前記燃料噴射孔の開口の大きさが一定の固定オリフィスであるために、燃料噴射弁に供給される燃料の流量が低下された場合には、圧力制御弁によって圧力が設定値に調整された燃料であっても燃料噴射孔の開口部での燃料噴射圧力が低下するので、ガスタービンの燃焼器に対する燃焼噴霧状態を悪化させ、結果的に燃焼器の着火性能、保炎性能、燃焼効率、エミッション、排気濃度等を悪化させる問題がある。 However, in the conventional fuel injection valve, since the size of the opening of the fuel injection hole is a fixed orifice, when the flow rate of the fuel supplied to the fuel injection valve is reduced, the pressure control valve Even if the pressure is adjusted to the set value by the fuel, the fuel injection pressure at the opening of the fuel injection hole is lowered, so that the combustion spray state for the combustor of the gas turbine is deteriorated, resulting in the ignition of the combustor. There is a problem of deteriorating performance, flame holding performance, combustion efficiency, emission, exhaust concentration and the like.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、燃料噴射圧力を任意の圧力に保持したまま燃料流量を調節可能として燃料を燃焼室内へ効率よく噴射することができ、燃焼性能を向上させることができる構造の簡単な燃料噴射弁を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and the fuel flow rate can be adjusted while maintaining the fuel injection pressure at an arbitrary pressure so that the fuel can be efficiently injected into the combustion chamber, and the combustion performance is improved. An object of the present invention is to provide a simple fuel injection valve having a structure that can be made to operate.
本発明に係る燃料噴射弁は、燃料通路に連通する燃料噴射孔が先端に開口して設けられた燃料噴射弁本体と、先細のテーパ軸部が前記燃料噴射孔に臨ませられて燃料噴射弁本体内に軸方向に移動可能に設けられたニードルバルブと、前記燃料噴射弁本体の基端に設けられ、前記ニードルバルブの軸方向における移動位置を調節して該ニードルバルブによる前記燃料噴射孔の開度を変化させるアクチュエータとを備えた構成としたことを特徴としている。
この燃料噴射弁においては、燃料噴射弁本体の燃料噴射孔がニードルバルブのテーパ軸部とによって可変オリフィスとして構成され、アクチュエータによって前記ニードルバルブが位置調節されることによって前記可変オリフィスの開口面積が調節される。これにより、燃料噴射弁本体の燃料流入口に供給された燃料が所定圧力を維持した状態で燃料噴射孔からの噴射量を調整される。
A fuel injection valve according to the present invention includes a fuel injection valve main body provided with a fuel injection hole communicating with a fuel passage at the tip, and a tapered tapered shaft portion facing the fuel injection hole. A needle valve provided in the main body so as to be movable in the axial direction and a base end of the fuel injection valve main body, and the position of the fuel injection hole by the needle valve is adjusted by adjusting the movement position of the needle valve in the axial direction. It is characterized by having a configuration including an actuator for changing the opening degree.
In this fuel injection valve, the fuel injection hole of the fuel injection valve main body is configured as a variable orifice by the taper shaft portion of the needle valve, and the opening area of the variable orifice is adjusted by adjusting the position of the needle valve by an actuator. Is done. Thus, the injection amount from the fuel injection hole is adjusted in a state in which the fuel supplied to the fuel inlet of the fuel injection valve body maintains a predetermined pressure.
前記燃料噴射弁において、前記アクチュエータが、電気量に対応して電磁吸引力を変化させ、前記ニードルバルブに連結された可動鉄心の移動位置を調節する電磁アクチュエータであると、ニードルバルブの位置調節機構の構成が簡単となり、実施が容易となる。 In the fuel injection valve, if the actuator is an electromagnetic actuator that adjusts a moving position of a movable iron core connected to the needle valve by changing an electromagnetic attraction force in accordance with an amount of electricity, a needle valve position adjusting mechanism This makes the configuration simple and easy to implement.
また、前記燃料噴射弁において、前記燃料噴射弁本体が、前記燃料噴射孔をガスタービンの燃焼器の燃焼室内に向けて該燃焼器に取り付けられた構成とすると、燃焼器における燃焼性能を大幅に向上させることができ、ガスタービンの安定運転を確保することができる。 Further, in the fuel injection valve, when the fuel injection valve body is configured to be attached to the combustor with the fuel injection hole directed toward the combustion chamber of the combustor of the gas turbine, the combustion performance in the combustor is greatly increased. It can be improved, and stable operation of the gas turbine can be ensured.
本発明に係る燃料噴射弁によれば、燃料噴射弁本体の燃料噴射孔がニードルバルブの軸方向の移動位置によって開度が調節される可変オリフィスとして構成されているので、前記燃料噴射孔の開度を変化させて燃料流量の調節を容易に行え、燃料流量を変化させても、圧力を調節されて燃料噴射弁本体に供給された燃料が、従来の固定オリフィス型の燃料噴射孔のように、特に流量を少量に変化したときに燃料噴射孔からの燃料噴射圧力の低下を来すといった問題が生じることなく、燃料流量の調節の範囲に関わりなく、常に、任意に設定された燃料噴射圧力を維持した状態で燃料を効率良く噴射することができる。 According to the fuel injection valve of the present invention, since the fuel injection hole of the fuel injection valve body is configured as a variable orifice whose opening degree is adjusted by the axial movement position of the needle valve, the fuel injection hole is opened. The fuel flow rate can be easily adjusted by changing the degree, and even if the fuel flow rate is changed, the fuel supplied to the fuel injection valve body with the pressure adjusted is changed like a conventional fixed orifice type fuel injection hole. The fuel injection pressure is always set arbitrarily, regardless of the range of adjustment of the fuel flow rate, without causing the problem of lowering the fuel injection pressure from the fuel injection hole, especially when the flow rate is changed to a small amount. The fuel can be injected efficiently while maintaining the above.
このため、連続燃焼装置において、良好な着火性能、保炎性能、燃焼効率、エミッション、排気濃度等の燃焼性能に関して良好な改善効果を得ることができる。
また、燃料噴射弁の燃料噴射孔自体が可変オリフィスとして燃料流量制御機能を有するので、従来、燃料供給ラインに設置していた燃料流量制御弁が不要となると共に、燃料噴射弁への燃料供給配管の本数も一本で足りるので、燃料系統が単純化され、装置の小型化、製造コストの低減が可能となる。
For this reason, in a continuous combustion apparatus, a favorable improvement effect can be obtained with respect to combustion performance such as good ignition performance, flame holding performance, combustion efficiency, emission, and exhaust concentration.
In addition, since the fuel injection hole of the fuel injection valve itself has a fuel flow control function as a variable orifice, the fuel flow control valve that has been conventionally installed in the fuel supply line becomes unnecessary, and the fuel supply piping to the fuel injection valve Therefore, the fuel system can be simplified, the device can be downsized, and the manufacturing cost can be reduced.
以下、本発明の一実施の形態に係る燃料噴射弁について図1を参照して説明する。
図1において、1は本発明の一実施の形態に係る燃料噴射弁を示す。この燃料噴射弁1は、燃料噴射孔2aを先端に有する燃料噴射弁本体2と、該燃料噴射弁本体2内に軸方向に移動自在に配置され、前記燃料噴射孔2aの開口面積を調節するたニードルバルブ3と、該ニードルバルブ3の移動位置を制御するリニア型の電磁アクチュエータ4とを備え、前記燃料噴射弁本体2が、ガスタービンの燃焼器5に取り付けられ、前記燃料噴射孔2aを燃焼器5の燃焼室5a内に向けて設けられている。
Hereinafter, a fuel injection valve according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a fuel injection valve according to an embodiment of the present invention. The fuel injection valve 1 is disposed in a fuel injection valve
前記燃料噴射弁本体2は、円筒状に形成され、その先端に前記燃料噴射孔2aが貫通して設けられ、基端部側(図1で上端部側)の側壁に燃料流入口2bが内部2cに連通して設けられており、先端部側がガスタービンの燃焼器5に取り付けられ、前記燃料噴射孔2aが燃焼器5の燃焼室5aに開口されている。前記燃料噴射孔2aは、燃料噴射弁本体2の内部側の平行孔部2dと、該平行孔部2dより外側が先広がりとされたテーパ孔部2eとを備えている。
The fuel injection valve
また、前記燃料噴射弁本体2の内部2cには、それと軸線を一致させた弁挿通穴6aを有する円筒状の弁支持部材6が、上端に設けたフランジ6bを燃料噴射弁本体2の基端(図1で上端)に固定して設けられており、前記弁支持部材6は、その先端が燃料噴射弁本体2の底部に液密に当接され、前記弁挿通穴6aが前記燃料噴射孔2aの平行孔部2dに連通されている。また、前記弁支持部材6の外周部と前記燃料噴射弁本体2の内壁との間には環状空間(燃料通路)2fが形成され、前記弁支持部材6の先端には、前記環状空間2fと前記燃料噴射孔2aの平行孔部2dとを前記弁挿通穴6aの先端部(燃料通路)を介して連通させる複数の連絡孔(燃料通路)6cが、直径方向にに向けて周方向に所定間隔をあけて設けられている。
A cylindrical
前記ニードルバルブ3は、非磁性部材で構成され、先端側に先窄まりのテーパ軸部3aが設けられ、基端側に平行軸部3bが設けられており、前記弁支持部材6の弁挿通穴6a内に平行軸部3bがその軸方向(図1で上下方向)に摺動自在に嵌合され、前記テーパ軸部3aの先端部が前記燃料噴射弁本体2における燃料噴射孔2a内に臨ませられている。 なお、前記弁支持部材6の弁挿通穴6aの上端部にはOリング7が装着され、前記ニードルバルブ3と弁挿通穴6aとの嵌合隙間を液密に保っている。また、前記弁支持部材6のフランジ6bの上端には、前記電磁アクチュエータ4が固定され、その棒状の可動鉄心に前記ニードルバルブ3の平行軸部3bの基端(図1で上端)が連結されている。
The
前記電磁アクチュエータ4は、その電磁コイルに流す電流(電気量)を制御することにより電磁吸引力を変化させ、前記可動鉄心また該可動鉄心に連結された出力軸を、それらの軸方向における移動ストロークの全域にわたって安定させて変位させる従来周知のものである。
前記燃料噴射弁本体2の燃料流入口2bには、燃料ポンプ8を設けた燃料供給ライン9を介して燃料供給源が連絡されており、前記燃料ポンプ8の下流側の燃料供給ライン9aには、該燃料供給ライン9aの燃料の一部を燃料供給源側に戻しながら、燃料流入口2bに流入する燃料の圧力を制御する圧力調整弁または比例圧力調整弁等の圧力制御弁10が設けられている。
The electromagnetic actuator 4 changes an electromagnetic attractive force by controlling a current (electric quantity) flowing through the electromagnetic coil, and moves the movable iron core or an output shaft connected to the movable iron core in a movement stroke in the axial direction thereof. It is a conventionally well-known one that is stably displaced over the entire area.
A fuel supply source is connected to the
前記圧力制御弁10は、制御装置11に電気的に接続され、該制御装置11に設けた圧力設定器12の設定値にもとづいて制御部13によって動作され、燃料供給ライン9aを流れる燃料の圧力を任意に制御するようになっている。また、前記電磁アクチュエータ4には、その電磁コイルに電流を流す電流調節器14が接続され、該電流調節器14は、前記制御装置11に電気的に接続され、制御装置11に設けたニードル位置設定器15の設定値にもとづいて前記制御部13によって動作され、前記電磁アクチュエータ4の電磁コイルに流す電流量を調節し、ニードル位置設定器15による電流設定値に対応して前記ニードルバルブ3の軸方向における移動位置を所定関係のもとに変化させるようになっている。すなわち、前記ニードル位置設定器15による電流量と、ニードルバルブ3の軸方向における移動位置にもとづく前記燃料噴射孔2aの開口面積の大きさ(燃料の流量(燃料噴射量))が一定の関係で変化し得るようになっている。前記電流調節器14とニードル位置設定器15と制御部13とによってニードル位置制御器16が構成されている。
The
前記実施の形態に係る燃料噴射弁1においては、燃料供給源から所要の燃料が、前記燃料ポンプ8によって吸入されて、燃料供給ライン9を通して前記燃料噴射弁本体2の燃料流入口2bに供給される。該燃料流入口2bに供給された燃料は、前記環状通路2cを通って、その底部に至って前記弁支持部材6の先端の連絡孔6cを通り、該弁支持部材6の弁挿通穴6a内から、前記燃料噴射孔2aの平行穴部2dと前記ニードルバルブ3のテーパ軸部3aとで形成される可変オリフィスから、前記ガスタービンの燃焼器5の燃焼室5a内へ噴射され、前記燃料噴弁本体2の外周側から燃焼器5の燃焼室5a内に導入された圧縮エアによって燃焼される。
In the fuel injection valve 1 according to the embodiment, required fuel is drawn from the fuel supply source by the fuel pump 8 and supplied to the
その際、前記燃料噴射弁本体2の燃料流入口2bから燃料噴射孔2aの平行孔部2dに供給される燃料の圧力は、前記圧力制御弁10によって前記制御装置11の圧力設定器12で予め設定された圧力に調節される。また、前記ニードルバルブ3の移動位置によりテーパ軸部3aと燃料噴射孔2aの平行孔部2dとの間に形成される開口部(可変オリフィス)を通過する燃料の流量は、前記制御装置11のニードル位置設定器15の設定値にもとづいて、前記電流調節器14が電磁アクチュエータ4の電磁コイルに供給する電流を変化させることによってニードルバルブ3の移動位置が調節される。
At that time, the pressure of the fuel supplied from the
ガスタービンの負荷の変化に対応して前記燃料噴射弁1の燃料噴射孔2aから前記燃焼器5の燃焼室5aに噴射させる燃料の流量を調整する場合には、前記ニードル位置設定器15に従って制御部13によって動作される電流調節器14によるニードルバルブ3の移動位置によって任意に調節することができる。この燃料流量の調節は、燃料噴射弁本体2の燃料噴射孔2a部の可変オリフィスで行われるため、前記制御装置11の圧力設定器12に従って制御部13によって動作される前記圧力制御弁10で予め調節された圧力は、前記燃料調節に影響されることなく、設定値通りに安定して維持される。
When adjusting the flow rate of fuel injected from the
以上説明したように、一実施の形態に係る燃料噴射弁1は、燃料流入口2b、環状空間2f、弁支持部材6の連絡孔6c等からなる燃料通路に連通する燃料噴射孔2aが先端に開口して設けられた燃料噴射弁本体2と、先細のテーパ軸部3aが前記燃料噴射孔2aに臨ませられて前記弁支持部材6の弁挿通穴6aに嵌合させて燃料噴射弁本体2内に軸方向に移動可能に設けられたニードルバルブ3と、前記燃料噴射弁本体2の基端に設けられ、前記ニードルバルブ3の軸方向における移動位置をニードル位置制御器16により調節して該ニードルバルブ3による前記燃料噴射孔2aの開度を変化させる電磁アクチュエータ4とを備えた構成とされている。
As described above, the fuel injection valve 1 according to the embodiment has the
したがって、前記実施の形態に係る燃料噴射弁1によれば、燃料噴射弁本体2の燃料噴射孔2aがニードルバルブ3の軸方向の移動位置によって開度が調節される可変オリフィスとして構成されているので、前記燃料噴射孔2aの開度を変化させて燃料の流量を変化させても、圧力制御弁10で圧力を調節されて燃料噴射弁本体2に供給された燃料が、従来の固定オリフィス型の燃料噴射孔のように、特に流量を少量に変化したときに燃料噴射孔2aからの燃料噴射圧力の低下を来すといった問題が生じることなく、燃料流量の調節の範囲に関わりなく、常に、任意に設定された燃料噴射圧力を維持した状態で燃料を効率良く噴射することができる。
Therefore, according to the fuel injection valve 1 according to the embodiment, the
このため、ガスタービンの燃焼器5において、良好な着火性能、保炎性能、燃焼効率、エミッション、排気濃度等の燃焼性能に関して良好な改善効果を得ることができる。
前記圧力制御弁10を比例圧力制御弁としたときには、燃料流量と燃料噴射圧力を無段階にかつ自在に変更可能なことから、任意の燃料流量における最適な燃料噴射圧力の制御が可能となり、上記のような燃焼性能を一層改善することができる。
また、燃料噴射弁1の燃料噴射孔2a自体が可変オリフィスとして燃料流量制御機能を有するので、従来、燃料供給ラインに設置していた燃料流量制御弁が不要となると共に、燃料噴射弁1への燃料供給配管の本数も一本で足りるので、燃料系統が単純化され、装置の小型化、製造コストの低減が可能となる。
For this reason, in the combustor 5 of the gas turbine, a favorable improvement effect can be obtained with respect to the combustion performance such as good ignition performance, flame holding performance, combustion efficiency, emission, exhaust concentration and the like.
When the
Further, since the
なお、前記一実施の形態に係る燃料噴射弁1においては、前記ニードルバルブ3の移動位置を調節するアクチュエータとして、リニア型の電磁アクチュエータを使用したが、これに限らず、油圧、空圧シリンダを使用してもよく、また、リニア型でなく回転運動を直線運動に変換させる機構を有する型式のものであってもよい。
前記一実施の形態に係る燃料噴射弁1は、ガスタービンの燃焼器5内に燃料を噴霧する燃料噴射弁に適用した場合の例であるが、本発明はこれに限らず、ボイラ、焼却炉、乾燥炉等の連続燃焼装置のバーナにも適用して、同様の作用効果を奏することができる。
In the fuel injection valve 1 according to the embodiment, a linear electromagnetic actuator is used as an actuator for adjusting the moving position of the
The fuel injection valve 1 according to the embodiment is an example of a case where the fuel injection valve 1 is applied to a fuel injection valve that sprays fuel into a combustor 5 of a gas turbine. However, the present invention is not limited to this, and a boiler and an incinerator are used. The present invention can be applied to a burner of a continuous combustion apparatus such as a drying furnace, and the same effects can be obtained.
1 燃料噴射弁
2 燃料噴射弁本体
2a 燃料噴射孔
2b 燃料流入口
3 ニードルバルブ
3a テーパ軸部
4 電磁アクチュエータ
5 ガスタービンの燃焼器
6 弁支持部材
8 燃料ポンプ
9,9a 燃料供給ライン
10 圧力制御弁
11 制御装置
16 ニードル位置制御器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
The fuel injection valve according to claim 1 or 2, wherein the fuel injection valve body is attached to the combustor with the fuel injection hole directed toward a combustion chamber of a combustor of a gas turbine.
Priority Applications (1)
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- 2006-03-24 JP JP2006082478A patent/JP2007255815A/en active Pending
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