JP2013145077A - Gas turbine combustor - Google Patents

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Katsuyoshi Tada
勝義 多田
Keishiro Saito
圭司郎 斉藤
Toshihiko Saito
敏彦 齋藤
Yuichiro Kimura
勇一朗 木村
Sosuke Nakamura
聡介 中村
Hikaru KATANO
光 片野
Shigemi Bandai
重実 萬代
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas turbine combustor capable of effectively preventing flashback.SOLUTION: A gas turbine combustor includes: flow passage formation parts 32 and 33 for forming a first flow passage part 55 (R1) in which a premixing fluid Am with fuel and combustion air mixed therein flows and a second flow passage part 55 (R2) in which a combustion fluid formed by the burnt premixing fluid Am on a downstream side of the first flow passage part 55 flows; a rotating part 53 for rotating the premixing fluid at the first flow passage part 55; and film air supply parts 11 and 56 for flowing film-like air Af along inner wall surfaces of the flow passage formation parts 32 and 33 so as to join a rotational flow of the premixing fluid Am in the first flow passage part 55. The film air supply parts have orientation adjustment parts 60 that flow the film air Af in a rotational direction corresponding to a direction of the rotational flow of the premixing fluid Am in the first flow passage part 55 (R1).

Description

本発明は、予混合方式のガスタービン燃焼器に関する。   The present invention relates to a premixed gas turbine combustor.

燃料と圧縮空気とを予め旋回流によって混合してから燃焼させる、予混合方式のガスタービン燃焼器が知られている(例えば特許文献1(図21)参照)。この種のガスタービン燃焼器は、NOxの低減等に効果がある反面、メインバーナの逆火(フラッシュバック)を防止することが重要な課題である。この点、特許文献1記載のガスタービン燃焼器では、予混合気の剥離に起因するフラッシュバックの発生を抑制するために、バーナ外筒とその下流の延長管との間の隙間から、延長管の内壁面に沿ってフィルム状の空気(フィルム空気)を流すようにしている。   A premixing type gas turbine combustor is known in which fuel and compressed air are mixed in advance by a swirling flow and then burned (see, for example, Patent Document 1 (FIG. 21)). While this type of gas turbine combustor is effective in reducing NOx and the like, it is important to prevent backfire (flashback) of the main burner. In this respect, in the gas turbine combustor described in Patent Document 1, in order to suppress the occurrence of flashback due to the separation of the premixed gas, the extension pipe is inserted from the gap between the burner outer cylinder and the extension pipe downstream thereof. A film-like air (film air) is made to flow along the inner wall surface.

特許第4070758号公報Japanese Patent No. 4070758

特許文献1記載のガスタービン燃焼器のように、延長管の内壁面に沿ってフィルム空気を流すようにすれば、延長管の内壁面近傍の流速を高めることが可能であり、この領域におけるフラッシュバック発生の可能性を低減できる。しかしながら、単にフィルム空気を流すだけでは、予混合気とフィルム空気との境に、フラッシュバックを生じやすい低速領域が生じるおそれがあり、フラッシュバックを防止する点で改善の余地がある。   If the film air is made to flow along the inner wall surface of the extension tube as in the gas turbine combustor described in Patent Document 1, the flow velocity in the vicinity of the inner wall surface of the extension tube can be increased. The possibility of occurrence of back can be reduced. However, simply flowing film air may cause a low-speed region in which flashback is likely to occur at the boundary between the premixed gas and the film air, and there is room for improvement in terms of preventing flashback.

本発明の目的は、フラッシュバックを効果的に防止することができるガスタービン燃焼器を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a gas turbine combustor that can effectively prevent flashback.

本発明のガスタービン燃焼器の一態様は、燃料と燃焼用空気とが混合した予混合流体が流れる第1流路部を形成するとともに、第1流路部の下流側に、予混合流体が燃焼した燃焼流体が流れる第2流路部を形成する流路形成部と、第1流路部で予混合流体を旋回させる旋回部と、第1流路部における予混合流体の旋回流れに合流するように流路形成部の内壁面に沿ったフィルム状の空気を流すフィルム空気供給部と、を備え、フィルム空気供給部は、予混合流体の旋回流れの方向に対応した旋回方向にフィルム状の空気を流す方向調整部を有することを特徴とする。   One aspect of the gas turbine combustor of the present invention forms a first flow path portion through which a premixed fluid in which fuel and combustion air are mixed flows, and the premixed fluid is disposed downstream of the first flow path portion. A flow path forming section that forms a second flow path section through which the combustion fluid that burns flows, a swirling section that swirls the premixed fluid in the first flow path section, and a swirling flow of the premixed fluid in the first flow path section A film air supply section for flowing film-like air along the inner wall surface of the flow path forming section, and the film air supply section is formed in a swirl direction corresponding to the swirl flow direction of the premixed fluid. It has the direction adjustment part which flows the air of.

この構成によれば、フィルム状の空気が予混合流体の旋回流れに対応した旋回方向に流れるため、フィルム状の空気が予混合流体に合流した後に、フィルム状の空気の流れが乱されることを抑制できる。このため、燃料の濃度が増加する領域において流速は十分に速くなり、予混合領域の下流の燃焼領域からのフラッシュバックを効果的に防止することができる。   According to this configuration, since the film-like air flows in the swirling direction corresponding to the swirling flow of the premixed fluid, the flow of the film-like air is disturbed after the film-like air merges with the premixed fluid. Can be suppressed. For this reason, in the area | region where the density | concentration of a fuel increases, the flow rate becomes high enough, and the flashback from the combustion area | region downstream of a premixing area | region can be prevented effectively.

本発明の別の態様によるガスタービン燃焼器では、方向調整部が、予混合流体の旋回流れの方向にフィルム状の空気を流す。   In the gas turbine combustor according to another aspect of the present invention, the direction adjusting unit causes the film-like air to flow in the direction of the swirling flow of the premixed fluid.

この構成によれば、フィルム状の空気が予混合流体の旋回流れの方向に一致した旋回流れとなり、燃焼領域からのフラッシュバックを効果的に防止することができる。   According to this configuration, the film-like air becomes a swirl flow that matches the swirl flow direction of the premixed fluid, and flashback from the combustion region can be effectively prevented.

本発明の別の態様によるガスタービン燃焼器では、流路形成部が、第1筒部と、第1筒部の外周面から径方向外側に隙間をあけて配置された第2筒部とを有し、フィルム空気供給部が、第1筒部と第2筒部との間の径方向隙間から第2筒部の内周面に沿ってフィルム状の空気を流す。   In the gas turbine combustor according to another aspect of the present invention, the flow path forming portion includes a first tubular portion and a second tubular portion disposed with a gap radially outward from the outer peripheral surface of the first tubular portion. And a film air supply part flows film-like air along the inner peripheral surface of the second cylinder part from the radial gap between the first cylinder part and the second cylinder part.

この構成によれば、第1筒部と第2筒部との間の径方向隙間から第1流路部の全周にわたってフィルム状の空気が供給される。このフィルム状の空気の流れ方向は、予混合流体の旋回流れ方向に対応しているため、燃焼領域からのフラッシュバックを効果的に防止することができる。   According to this structure, film-like air is supplied over the perimeter of a 1st flow-path part from the radial direction gap between a 1st cylinder part and a 2nd cylinder part. Since the film-like air flow direction corresponds to the swirl flow direction of the premixed fluid, flashback from the combustion region can be effectively prevented.

本発明の別の態様によるガスタービン燃焼器では、方向調整部が、第1筒部と第2筒部との間の径方向隙間に配置された周方向複数の翼部を有する。   In the gas turbine combustor according to another aspect of the present invention, the direction adjusting portion includes a plurality of circumferential wing portions arranged in a radial gap between the first cylindrical portion and the second cylindrical portion.

この構成によれば、フィルム状の空気の流れ方向を、予混合流体の旋回流れ方向に対応した方向に、翼部により効率よく変更することができる。   According to this configuration, the flow direction of the film-like air can be efficiently changed by the wing portion in a direction corresponding to the swirl flow direction of the premixed fluid.

本発明の別の態様によるガスタービン燃焼器では、方向調整部が、第2筒部の径方向外側から第1筒部と第2筒部との間の径方向隙間に空気を導く貫通孔を有し、該貫通孔は、予混合流体の旋回方向に対応して斜めに形成されている。   In the gas turbine combustor according to another aspect of the present invention, the direction adjusting portion has a through hole that guides air from a radially outer side of the second cylindrical portion to a radial gap between the first cylindrical portion and the second cylindrical portion. The through hole is formed obliquely corresponding to the swirling direction of the premixed fluid.

この構成によれば、フィルム状の空気の流れ方向を、予混合流体の旋回流れ方向に対応した方向に、貫通孔によって容易に変更することができる。   According to this configuration, the flow direction of the film-like air can be easily changed by the through hole in a direction corresponding to the swirl flow direction of the premixed fluid.

本発明の別の態様によるガスタービン燃焼器では、流路形成部が、フィルム状の空気の出口側端部における第1筒部と第2筒部との間の径方向隙間の流路面積と、該径方向隙間よりも径方向内側における第1流路部の流路面積との和が、フィルム状の空気の出口側端部の下流側における第1流路部の流路面積以上となるように、第1流路部および第2流路部を形成する。   In the gas turbine combustor according to another aspect of the present invention, the flow path forming portion has a flow area of a radial gap between the first cylindrical portion and the second cylindrical portion at the outlet side end of the film-like air. The sum of the flow passage area of the first flow passage portion radially inward of the radial gap is equal to or larger than the flow passage area of the first flow passage portion on the downstream side of the outlet side end of the film-like air. In this way, the first flow path part and the second flow path part are formed.

この構成によれば、フィルム状の空気の出口側端部の上流側および下流側の相互の流路面積の関係を調整することによって、フラッシュバックを防止することができる。   According to this configuration, the flashback can be prevented by adjusting the relationship between the upstream and downstream flow path areas of the film-like air outlet side end.

本発明によれば、燃焼領域からのフラッシュバックを効果的に防止することができる。   According to the present invention, flashback from the combustion region can be effectively prevented.

図1は、本発明の実施形態に係るガスタービン燃焼器を有するガスタービンの概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a gas turbine having a gas turbine combustor according to an embodiment of the present invention. 図2は、図1の燃焼器の拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view of the combustor of FIG. 図3は、図2の燃焼器の内部構成を概略的に示す図である。FIG. 3 is a diagram schematically showing the internal configuration of the combustor of FIG. 図4は、フラッシュバックの発生理由を説明する図である。FIG. 4 is a diagram for explaining the reason for the occurrence of flashback. 図5は、本発明の第1の実施形態に係るガスタービン燃焼器の要部構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a main configuration of the gas turbine combustor according to the first embodiment of the present invention. 図6は、図5の風向調整板を平面に展開して示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the wind direction adjusting plate of FIG. 図7は、第1の実施形態に係るガスタービン燃焼器による特性図である。FIG. 7 is a characteristic diagram of the gas turbine combustor according to the first embodiment. 図8は、図7の比較例を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a comparative example of FIG. 図9は、図5の変形例を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a modification of FIG. 図10は、図5の別の変形例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing another modification of FIG. 図11は、本発明の第2の実施形態に係るガスタービン燃焼器の要部構成を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a main configuration of a gas turbine combustor according to the second embodiment of the present invention. 図12は、第2の実施形態に係るガスタービン燃焼器による特性図である。FIG. 12 is a characteristic diagram of the gas turbine combustor according to the second embodiment. 図13は、図11の変形例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a modification of FIG.

(第1の実施形態)
以下、図1〜図10を参照して本発明の第1の実施形態に係るガスタービン燃焼器について説明する。図1は、本実施形態に係るガスタービン燃焼器を有するガスタービンの概略構成図である。
(First embodiment)
Hereinafter, a gas turbine combustor according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a gas turbine having a gas turbine combustor according to the present embodiment.

図1に示すように、ガスタービンは、流体の流れ方向の上流側から順番に、圧縮機11と、ガスタービン燃焼器(以下、燃焼器という)12と、タービン13と、排気室14とを有する。タービン13には、図示しない発電機が連結されている。ガスタービンは、回転軸Lを中心に回転可能なロータ(タービン軸)24を有する。   As shown in FIG. 1, the gas turbine includes a compressor 11, a gas turbine combustor (hereinafter referred to as a combustor) 12, a turbine 13, and an exhaust chamber 14 in order from the upstream side in the fluid flow direction. Have. A generator (not shown) is connected to the turbine 13. The gas turbine includes a rotor (turbine shaft) 24 that can rotate about a rotation axis L.

圧縮機11は、空気を取り込む空気取入口15を有し、圧縮機車室16内に複数の静翼17と動翼18とが交互に配設されている。燃焼器12は、圧縮機11で圧縮された圧縮空気(燃焼用空気)に対して燃料を供給し、バーナで点火することで燃焼可能となっている。タービン13は、タービン車室20内に複数の静翼21と動翼22とが交互に配設されている。排気室14は、タービン13に連続する排気ディフューザ23を有している。ロータ24は、圧縮機11、燃焼器12、タービン13、排気室14の径方向中心部を貫通するように位置する。ロータ24の圧縮機11側の端部は、軸受部25により回転軸Lを中心にして回転自在に支持され、排気室14側の端部は、軸受部26により回転軸Lを中心にして回転自在に支持されている。ロータ24には、複数のディスクプレートが固定され、各動翼18,22が連結されている。ロータ24の排気室14側の端部には、図示しない発電機の駆動軸が連結されている。   The compressor 11 has an air intake 15 for taking in air, and a plurality of stationary blades 17 and moving blades 18 are alternately arranged in a compressor casing 16. The combustor 12 is combustible by supplying fuel to the compressed air (combustion air) compressed by the compressor 11 and igniting it with a burner. In the turbine 13, a plurality of stationary blades 21 and moving blades 22 are alternately arranged in a turbine casing 20. The exhaust chamber 14 has an exhaust diffuser 23 that is continuous with the turbine 13. The rotor 24 is positioned so as to penetrate the radial center of the compressor 11, the combustor 12, the turbine 13, and the exhaust chamber 14. An end portion of the rotor 24 on the compressor 11 side is supported by the bearing portion 25 so as to be rotatable about the rotation axis L, and an end portion on the exhaust chamber 14 side is rotated about the rotation axis L by the bearing portion 26. It is supported freely. A plurality of disk plates are fixed to the rotor 24, and the rotor blades 18 and 22 are connected to each other. A drive shaft of a generator (not shown) is connected to the end of the rotor 24 on the exhaust chamber 14 side.

このようなガスタービンにおいて、圧縮機11の空気取入口15から取り込まれた空気は、複数の静翼21と動翼22とを通過して圧縮され、高温・高圧の圧縮空気となる。この圧縮空気は、燃焼器12において、圧縮空気に対して所定の燃料が供給されることで燃焼する。燃焼器12で生成された作動流体である高温・高圧の燃焼ガスは、タービン13を構成する複数の静翼21と動翼22とを通過し、ロータ24を回転駆動する。これによりロータ24に連結された発電機を駆動する。ロータ24を通過した排気ガスは、排気室14の排気ディフューザ23で静圧に変換されてから大気に放出される。   In such a gas turbine, the air taken in from the air intake port 15 of the compressor 11 passes through the plurality of stationary blades 21 and the moving blades 22 and is compressed into high-temperature / high-pressure compressed air. This compressed air is combusted in the combustor 12 by supplying predetermined fuel to the compressed air. The high-temperature and high-pressure combustion gas that is the working fluid generated in the combustor 12 passes through the plurality of stationary blades 21 and the moving blades 22 that constitute the turbine 13, and rotates the rotor 24. As a result, the generator connected to the rotor 24 is driven. The exhaust gas that has passed through the rotor 24 is converted into static pressure by the exhaust diffuser 23 in the exhaust chamber 14 and then released to the atmosphere.

図2は、燃焼器12の拡大図である。燃焼器12は、燃焼器ケーシング30を有する。燃焼器ケーシング30は、外筒31の内部に配置された内筒32と、内筒32の先端部に連結された尾筒33とを有し、回転軸Lに対して傾斜した中心軸Sに沿って延在する。   FIG. 2 is an enlarged view of the combustor 12. The combustor 12 has a combustor casing 30. The combustor casing 30 has an inner cylinder 32 disposed inside the outer cylinder 31 and a tail cylinder 33 connected to the tip of the inner cylinder 32, and has a central axis S inclined with respect to the rotation axis L. Extending along.

外筒31は、車室ハウジング27に締結されている。内筒32は、その基端部が外筒31に支持され、外筒31の内側に、外筒31から所定間隔をあけて配置されている。内筒32の中心部には、中心軸Sに沿ってパイロットバーナ40が配設されている。パイロットバーナ40の周囲には、パイロットバーナ40を取り囲むように等間隔にかつパイロットバーナ40と平行に複数のメインバーナ50が配設されている。尾筒33は、その基端が円筒状に形成されて内筒32の先端に連結されている。尾筒33は、先端側にかけて断面積が小さくかつ湾曲して形成され、タービン13の1段目の静翼21に向けて開口している。尾筒33は、内部に燃焼室を形成する。   The outer cylinder 31 is fastened to the vehicle compartment housing 27. The base end of the inner cylinder 32 is supported by the outer cylinder 31, and is arranged inside the outer cylinder 31 at a predetermined interval from the outer cylinder 31. A pilot burner 40 is disposed along the central axis S at the center of the inner cylinder 32. A plurality of main burners 50 are arranged around the pilot burner 40 at equal intervals and in parallel with the pilot burner 40 so as to surround the pilot burner 40. The tail tube 33 has a base end formed in a cylindrical shape and is connected to the tip of the inner tube 32. The transition piece 33 is formed to have a small cross-sectional area and bend toward the tip side, and is open toward the first stage stationary blade 21 of the turbine 13. The transition piece 33 forms a combustion chamber inside.

図3は、燃焼器12(主に内筒32)の内部構成を概略的に示す図である。パイロットバーナ40は、パイロットコーン41と、パイロットコーン41の内部に、かつ、中心軸Sに沿って配置されたパイロットノズル42と、パイロットノズル42の外周部に設けられるパイロットスワラ43とを有する。メインバーナ50は、バーナ筒51と、バーナ筒51の内部に、かつ、中心軸Sと平行に配置されたメインノズル52と、メインノズル52の外周部に設けられるメインスワラ53とを有する。パイロットノズル42には、燃料ポート44(図2)を介して不図示のパイロット燃焼ラインから燃料が供給される。メインノズル52には、燃料ポート54(図2)を介して不図示のメイン燃料ラインから燃料が供給される。   FIG. 3 is a diagram schematically showing the internal configuration of the combustor 12 (mainly the inner cylinder 32). The pilot burner 40 includes a pilot cone 41, a pilot nozzle 42 disposed inside the pilot cone 41 and along the center axis S, and a pilot swirler 43 provided on the outer periphery of the pilot nozzle 42. The main burner 50 includes a burner cylinder 51, a main nozzle 52 disposed inside the burner cylinder 51 and parallel to the central axis S, and a main swirler 53 provided on the outer peripheral portion of the main nozzle 52. Fuel is supplied to the pilot nozzle 42 from a pilot combustion line (not shown) via a fuel port 44 (FIG. 2). Fuel is supplied to the main nozzle 52 from a main fuel line (not shown) via a fuel port 54 (FIG. 2).

図2において、圧縮機11からの高温高圧の圧縮空気は、燃焼器12の周囲の車室34に流入する。この圧縮空気は、尾筒33および内筒32の外側を、尾筒33側から内筒32側へと流れ、内筒32の基端側から内筒32の内部に流入する。内筒32内に流入した圧縮空気は、パイロットバーナ40およびメインバーナ50で燃料と混合するとともに燃焼し、燃焼ガスとなる。   In FIG. 2, the high-temperature and high-pressure compressed air from the compressor 11 flows into the passenger compartment 34 around the combustor 12. The compressed air flows outside the tail cylinder 33 and the inner cylinder 32 from the tail cylinder 33 side to the inner cylinder 32 side, and flows into the inner cylinder 32 from the base end side of the inner cylinder 32. The compressed air that has flowed into the inner cylinder 32 is mixed with fuel by the pilot burner 40 and the main burner 50 and burns to become combustion gas.

すなわち、内筒32に流入した圧縮空気は、図3のメインスワラ53で旋回され、メインノズル52から噴射された燃料と混合し、予混合気の旋回流となって尾筒33内に流れ込む。これとは別に、内筒32に流入した圧縮空気は、パイロットスワラ43で旋回され、パイロットノズル42から噴射された燃料と混合する。この混合空気は、図示しない種火により着火されて燃焼し、燃焼ガスとなって尾筒33内に噴出する。このとき、燃焼ガスの一部が尾筒33内に火炎を伴って周囲に拡散するように噴出する。これにより、各メインバーナ50のバーナ筒51から尾筒33内に流れ込んだ予混合気が着火され、燃焼する。   That is, the compressed air that has flowed into the inner cylinder 32 is swirled by the main swirler 53 of FIG. 3, mixed with the fuel injected from the main nozzle 52, and flows into the tail cylinder 33 as a swirling flow of premixed air. Separately, the compressed air flowing into the inner cylinder 32 is swirled by the pilot swirler 43 and mixed with the fuel injected from the pilot nozzle 42. The mixed air is ignited and burned by a not-illustrated seed fire, and is burned into the tail cylinder 33 as combustion gas. At this time, a part of the combustion gas is ejected so as to diffuse into the tail tube 33 with a flame. As a result, the premixed gas flowing into the tail cylinder 33 from the burner cylinder 51 of each main burner 50 is ignited and burned.

このように、パイロットノズル42から噴射した燃料で拡散火炎させることにより、メインノズル52からの希薄予混合燃料の安定燃焼を行うための保炎を行うことができる。また、メインバーナ50でメインノズル52からの燃料と圧縮空気とを予混合させることにより、燃料濃度が均一化され、NOxを低減することができる。このとき、メインバーナ50の内部が予混合領域R1となり、パイロットバーナ40からの拡散火炎によって予混合気が燃焼する領域が燃焼領域R2となる。燃焼領域R2は、パイロットコーン41の下流であり、尾筒33の内部にある。したがって、予混合気が燃焼した燃焼ガスは、尾筒33の内部を流れる。なお、内筒32が尾筒33側により延在しているときは、内筒32の内部から燃焼領域R2が始まる。   In this way, flame diffusion for stable combustion of the lean premixed fuel from the main nozzle 52 can be performed by performing diffusion flame with the fuel injected from the pilot nozzle 42. Further, by premixing the fuel and compressed air from the main nozzle 52 with the main burner 50, the fuel concentration is made uniform and NOx can be reduced. At this time, the inside of the main burner 50 becomes the premixing region R1, and the region where the premixed gas burns by the diffusion flame from the pilot burner 40 becomes the combustion region R2. The combustion region R <b> 2 is downstream of the pilot cone 41 and inside the tail cylinder 33. Therefore, the combustion gas combusted by the premixed gas flows inside the tail cylinder 33. When the inner cylinder 32 extends from the tail cylinder 33 side, the combustion region R2 starts from the inside of the inner cylinder 32.

ところで、このような予混合方式の燃焼器12では、メインスワラ53の下流において、バーナ筒51内を流れる予混合気が旋回流となる。このため、燃焼領域から予混合領域への逆火(フラッシュバック)が生じやすい。図4は、フラッシュバックの発生理由を説明する図である。図中の特性f1は、バーナ筒51の内側の内部通路55における旋回流としての予混合気の速度分布を示し、特性f2は、燃料の濃度分布を示す。なお、特性f1、f2は、それぞれ内部通路55の軸線L1と平行な方向の速度成分、濃度成分を表す。軸線L1は、燃焼器12の中心軸S(図3)とほぼ平行である。   By the way, in such a premixing type combustor 12, the premixed gas flowing in the burner cylinder 51 becomes a swirling flow downstream of the main swirler 53. For this reason, flashback from the combustion region to the premixing region is likely to occur. FIG. 4 is a diagram for explaining the reason for the occurrence of flashback. The characteristic f1 in the figure indicates the velocity distribution of the premixed gas as the swirling flow in the internal passage 55 inside the burner cylinder 51, and the characteristic f2 indicates the fuel concentration distribution. The characteristics f1 and f2 represent the velocity component and the concentration component in the direction parallel to the axis L1 of the internal passage 55, respectively. The axis L1 is substantially parallel to the central axis S (FIG. 3) of the combustor 12.

燃料は旋回流によって通路全体にわたって均一化されている。このため、特性f2に示すように、燃料の濃度分布は、内部通路55の中央部から壁面部(バーナ筒51の内周面)にかけてほぼ一定である。これに対し、特性f1に示すように、予混合気の速度は、壁面において0となり、壁面から離れるに従い速度が上昇し(速度境界層)、速度境界層の外側(内部通路55の中央部側)で速度はほぼ一定となる。すなわち、壁面の近傍(領域A)には速度が低い速度境界層が存在するのに対し、その領域Aにおいて燃料濃度は高いため、領域Aに燃焼領域からのフラッシュバックが生じやすい。その結果、バーナ筒51の内壁面が高温となり、燃焼器12が損傷するおそれがある。これを避けるため、本実施形態では、以下のようにメインバーナ50を構成する。   The fuel is made uniform throughout the passage by the swirling flow. For this reason, as indicated by the characteristic f2, the fuel concentration distribution is substantially constant from the central portion of the internal passage 55 to the wall surface portion (the inner peripheral surface of the burner cylinder 51). On the other hand, as shown in the characteristic f1, the velocity of the premixed gas becomes 0 on the wall surface, and the velocity increases as the distance from the wall surface increases (velocity boundary layer), and the outside of the velocity boundary layer (the central portion side of the internal passage 55). ) Makes the speed almost constant. That is, while a velocity boundary layer having a low velocity exists in the vicinity of the wall surface (region A), the fuel concentration is high in the region A, so that flashback from the combustion region is likely to occur in the region A. As a result, the inner wall surface of the burner cylinder 51 becomes hot and the combustor 12 may be damaged. In order to avoid this, in the present embodiment, the main burner 50 is configured as follows.

図5は、第1の実施形態に係るメインバーナ50の概略構成を示す図である。バーナ筒51は、第1バーナ筒511と、第2バーナ筒512とを有する。第1バーナ筒511の先端部511aは、メインノズル52よりも予混合気の流れ方向下流側まで延在している。その先端部511aを覆うように、先端部511aの外側に、第2バーナ筒512の基端部512aが先端部511aから径方向に隙間Δdをあけて配置されている。すなわち、第2バーナ筒512の基端部512aの内周面は第1バーナ筒511の先端部511aの外周面よりも大径であり、第1バーナ筒511の外周面と第2バーナ筒512の内周面との間に、円環状の通路(環状通路56)が形成されている。   FIG. 5 is a diagram illustrating a schematic configuration of the main burner 50 according to the first embodiment. The burner cylinder 51 includes a first burner cylinder 511 and a second burner cylinder 512. The tip end portion 511a of the first burner cylinder 511 extends further to the downstream side in the flow direction of the premixed gas than the main nozzle 52. The base end portion 512a of the second burner cylinder 512 is disposed outside the distal end portion 511a so as to cover the distal end portion 511a with a gap Δd from the distal end portion 511a in the radial direction. That is, the inner peripheral surface of the base end portion 512 a of the second burner cylinder 512 is larger in diameter than the outer peripheral surface of the distal end portion 511 a of the first burner cylinder 511, and the outer peripheral surface of the first burner cylinder 511 and the second burner cylinder 512 An annular passage (annular passage 56) is formed between the inner peripheral surface of each of the two.

環状通路56の一端部は、車室34に連通し、他端部は内部通路55に連通している。したがって、車室34に流入した圧縮空気の一部は、環状通路56を通過してフィルム状の空気(フィルム空気Af)となり、第2バーナ筒512の内周面に沿って流れる。このフィルム空気Afは、環状通路56の出口56aの下流において、内部通路55内を流れる予混合気Amと合流する。   One end of the annular passage 56 communicates with the vehicle compartment 34, and the other end communicates with the internal passage 55. Therefore, a part of the compressed air flowing into the vehicle compartment 34 passes through the annular passage 56 to become film-like air (film air Af) and flows along the inner peripheral surface of the second burner cylinder 512. This film air Af merges with the premixed gas Am flowing in the internal passage 55 downstream of the outlet 56 a of the annular passage 56.

第1バーナ筒511の先端部511aと第2バーナ筒512の基端部512aとの間の径方向隙間Δdは、周方向で一定であり、環状通路56には周方向等間隔に複数の風向調整板60が設けられている。風向調整板60は、例えば隙間Δdに相当する高さを有する所定厚さの矩形状板部材であり、その高さ方向一端部は第1バーナ筒511の外周面に固定され、高さ方向他端部は第2バーナ筒512の内周面に固定されている。風向調整板60は、環状通路56の出口56aにおけるフィルム空気Afの流れ方向が、その出口56aにおける予混合気Amの旋回方向と一致するように内部通路55の軸線L1に対して傾斜して設けられており、風向調整板60によりフィルム空気Afに旋回が与えられる。   The radial gap Δd between the distal end portion 511a of the first burner tube 511 and the proximal end portion 512a of the second burner tube 512 is constant in the circumferential direction, and the annular passage 56 has a plurality of wind directions at equal intervals in the circumferential direction. An adjustment plate 60 is provided. The wind direction adjusting plate 60 is a rectangular plate member with a predetermined thickness having a height corresponding to the gap Δd, for example, and one end in the height direction is fixed to the outer peripheral surface of the first burner cylinder 511, and the other in the height direction. The end is fixed to the inner peripheral surface of the second burner cylinder 512. The air direction adjusting plate 60 is provided so as to be inclined with respect to the axis L1 of the internal passage 55 so that the flow direction of the film air Af at the outlet 56a of the annular passage 56 coincides with the turning direction of the premixed air Am at the outlet 56a. The film air Af is swirled by the wind direction adjusting plate 60.

図6は、環状通路56内の風向調整板60を平面に展開して示す図である。予混合気Amの旋回方向は、軸線L1に対して角度θ1だけ傾斜し、風向調整板60は、軸線L1に対して角度θ2だけ傾斜して設けられている。角度θ1と角度θ2とは、例えば同一である。これにより、フィルム空気Afは、環状通路56から予混合気Amの旋回方向と同一方向に流出する。すなわち、フィルム空気Afは、旋回流となって第2バーナ筒512の内周面に沿って流れる。   FIG. 6 is a diagram showing the wind direction adjusting plate 60 in the annular passage 56 developed on a plane. The swirling direction of the premixed air Am is inclined by an angle θ1 with respect to the axis L1, and the wind direction adjusting plate 60 is provided by being inclined by an angle θ2 with respect to the axis L1. For example, the angle θ1 and the angle θ2 are the same. Thereby, the film air Af flows out from the annular passage 56 in the same direction as the turning direction of the premixed air Am. That is, the film air Af flows along the inner peripheral surface of the second burner cylinder 512 as a swirling flow.

このようにフィルム空気Afの流れ方向を予混合気Amの流れ方向に一致させると、予混合気Amの径方向外側への流れがフィルム空気Afによってブロックされる。したがって、予混合気Amがフィルム空気Afの層に入り込むことを抑制することができ、予混合気Amが第2バーナ筒512の内周面にまで至ることを防止できる。これに対し、例えばフィルム空気Afの旋回角度θ2が0度であると、つまりフィルム空気Afが旋回流でないときは、予混合気Amがフィルム空気Afの層に入り込みやすく、フィルム空気Afの流れが乱される。その結果、第2バーナ筒512の内壁面近傍において、フィルム空気Afと予混合気Amとが混合し、混合流れが生じる。   When the flow direction of the film air Af is matched with the flow direction of the premixed gas Am in this manner, the flow of the premixed gas Am toward the outside in the radial direction is blocked by the film air Af. Therefore, the premixed gas Am can be prevented from entering the layer of the film air Af, and the premixed gas Am can be prevented from reaching the inner peripheral surface of the second burner cylinder 512. On the other hand, for example, when the turning angle θ2 of the film air Af is 0 degree, that is, when the film air Af is not a turning flow, the premixed air Am easily enters the layer of the film air Af, and the flow of the film air Af is Disturbed. As a result, in the vicinity of the inner wall surface of the second burner cylinder 512, the film air Af and the premixed gas Am are mixed to generate a mixed flow.

図7,図8は、環状通路56の出口56aの下流側における予混合気Amとフィルム空気Afとの合流後の軸方向流れを説明する図である。図7は、風向調整板60の傾斜角度θ2を予混合気Amの旋回角度θ1に一致させた場合の流れを示し、図8は、その比較例として角度θ2を0度とした場合の流れを示す。なお、図中の特性f1,f2は、それぞれ図4と同様、速度分布および濃度分布を示す。   7 and 8 are diagrams for explaining the axial flow after the premixed gas Am and the film air Af are merged on the downstream side of the outlet 56a of the annular passage 56. FIG. FIG. 7 shows the flow when the inclination angle θ2 of the wind direction adjusting plate 60 is made to coincide with the turning angle θ1 of the premixed air Am, and FIG. 8 shows the flow when the angle θ2 is 0 degree as a comparative example. Show. Note that the characteristics f1 and f2 in the figure show the velocity distribution and the concentration distribution, respectively, as in FIG.

風向調整板60の傾斜角度θ2を予混合気Amの旋回角度θ1に一致させると、予混合気Amの径方向外側への流れはフィルム空気Afによりブロックされ、第2バーナ筒512の内壁面近傍における予混合気Amとフィルム空気Afとの混合が抑制される。このため、図7の特性f2に示すように、第2バーナ筒512の内壁面近傍、すなわちフィルム空気Afの層内における燃料の濃度は0となり、フィルム空気Afの層の外側に、燃料濃度が増加する濃度境界層が生じる。   When the inclination angle θ2 of the airflow direction adjusting plate 60 is made to coincide with the turning angle θ1 of the premixed air Am, the flow of the premixed air Am outward in the radial direction is blocked by the film air Af and in the vicinity of the inner wall surface of the second burner cylinder 512 Mixing of the premixed air Am and the film air Af is suppressed. Therefore, as shown by the characteristic f2 in FIG. 7, the fuel concentration in the vicinity of the inner wall surface of the second burner cylinder 512, that is, in the layer of the film air Af is 0, and the fuel concentration is outside the layer of the film air Af. An increasing concentration boundary layer results.

これに対し、速度に関しては、図7の特性f1に示すように、第2バーナ筒512の内壁面において0となり、その径方向内側に速度境界層が生じる。この速度境界層は、予混合気Amとフィルム空気Afの流れ方向が互いに等しいことから薄くなり、燃料濃度が0の範囲内に速度境界層が収まる。したがって、燃料濃度が増加する範囲において流速は十分に速く、これによりフラッシュバックを防止できる。すなわち、燃料濃度が増加する領域(濃度境界層の領域)と流速が遅い領域(速度境界層の領域)とは互いに異なるため、フラッシュバックを効果的に抑制できる。   On the other hand, the speed is 0 on the inner wall surface of the second burner cylinder 512 as shown by the characteristic f1 in FIG. 7, and a speed boundary layer is generated on the inner side in the radial direction. The velocity boundary layer is thin because the flow directions of the premixed gas Am and the film air Af are equal to each other, and the velocity boundary layer is within the range where the fuel concentration is zero. Therefore, the flow rate is sufficiently high in the range where the fuel concentration increases, and thus flashback can be prevented. That is, since the region where the fuel concentration increases (region of the concentration boundary layer) and the region where the flow velocity is low (region of the velocity boundary layer) are different from each other, flashback can be effectively suppressed.

一方、風向調整板60の傾斜角度θ2が0度であると、予混合気Amがフィルム空気Afの層に入り込み、第2バーナ筒512の内壁面近傍において、フィルム空気Afと予混合気Amとの混合流れが生じる。このため、図8の特性f2に示すように、第2バーナ筒512の内壁面の近傍に濃度境界層の領域が生じる。これに対し速度に関しては、予混合気Amとフィルム空気Afとが合流する領域でフィルム空気Afの流れが乱され、図8の特性f1に示すように、予混合気Amとフィルム空気Afとの境界部で速度が低下し、第2バーナ筒512の内壁面近傍に速度欠損部v1が生じる。したがって、環状通路56の出口56aの直後の内部通路55内において、燃料濃度が比較的高く、かつ、流速が遅い領域が生じることとなり、その結果、フラッシュバックが生じるおそれがある。   On the other hand, when the inclination angle θ2 of the wind direction adjusting plate 60 is 0 degree, the premixed air Am enters the layer of the film air Af, and in the vicinity of the inner wall surface of the second burner cylinder 512, the film air Af and the premixed air Am Of mixed flow occurs. Therefore, as shown by the characteristic f2 in FIG. 8, a concentration boundary layer region is generated in the vicinity of the inner wall surface of the second burner cylinder 512. On the other hand, regarding the speed, the flow of the film air Af is disturbed in the region where the premixed air Am and the film air Af merge, and as shown in the characteristic f1 of FIG. 8, the premixed air Am and the film air Af The speed is reduced at the boundary portion, and a speed deficit portion v1 is generated in the vicinity of the inner wall surface of the second burner cylinder 512. Therefore, in the internal passage 55 immediately after the outlet 56a of the annular passage 56, there is a region where the fuel concentration is relatively high and the flow velocity is low, and as a result, flashback may occur.

このように本実施形態では、第1バーナ筒511と第2バーナ筒512との間の環状通路56に周方向等間隔に風向調整板60を配設し、内部通路55における予混合気Amの旋回方向と一致する方向に環状通路56からフィルム空気Afを流すようにした。これにより第2バーナ筒512の内壁面の近傍に速度境界層が生じるとともに、その速度境界層よりも径方向内側に濃度境界層が生じることとなる。したがって、燃料濃度が増加する領域で流速は十分に速くなっているため、フラッシュバックを確実に防止することができる。フィルム空気Afと予混合気Amの流れ方向を同一としたたことで、第2バーナ筒512の内壁面に沿ったフィルム空気Afの流れは乱されないので、フィルム空気Afにより燃焼器12を効率的に冷却することもできる。   As described above, in the present embodiment, the wind direction adjusting plate 60 is disposed in the annular passage 56 between the first burner cylinder 511 and the second burner cylinder 512 at equal intervals in the circumferential direction, and the premixed air Am in the internal passage 55 is disposed. The film air Af was caused to flow from the annular passage 56 in a direction that coincided with the turning direction. As a result, a velocity boundary layer is generated in the vicinity of the inner wall surface of the second burner cylinder 512, and a concentration boundary layer is formed radially inward of the velocity boundary layer. Therefore, since the flow rate is sufficiently high in the region where the fuel concentration increases, flashback can be reliably prevented. Since the flow directions of the film air Af and the premixed air Am are the same, the flow of the film air Af along the inner wall surface of the second burner cylinder 512 is not disturbed. It can also be cooled.

以上の第1の実施形態では、風向調整板60によりフィルム空気Afの流れ方向を設定するようにした。すなわち風向調整板60によりフィルム空気Afが所定方向に流れるように整流したが、風向調整板60を翼部61により構成してもよい。図9は、その一例を概略的に示す図である。なお、図9は、下側に、環状通路56を内部通路55の軸線L1に平行な切断面で切断した断面図を、上側に翼部61を平面に展開した展開図をそれぞれ示す。   In the first embodiment described above, the flow direction of the film air Af is set by the wind direction adjusting plate 60. That is, the airflow is adjusted so that the film air Af flows in a predetermined direction by the wind direction adjusting plate 60, but the air direction adjusting plate 60 may be configured by the wing portion 61. FIG. 9 is a diagram schematically showing an example thereof. 9 shows a cross-sectional view of the annular passage 56 cut along a cut surface parallel to the axis L1 of the internal passage 55 on the lower side, and a development view in which the wing portion 61 is developed on the upper side.

図9では、バーナ筒51の内側に筒体57が配置され、筒体57の内側に内部通路55が形成されている。筒体57は、内部通路55の通路面積を縮径するテーパ部571と、し、テーパ部571に連なり、バーナ筒51と平行に延在するストレート部572とを有する。テーパ部571の端部は、バーナ筒51の内周面に全周にわたって接合され、バーナ筒51と筒体57との間に環状通路56が形成されている。   In FIG. 9, a cylinder 57 is disposed inside the burner cylinder 51, and an internal passage 55 is formed inside the cylinder 57. The cylindrical body 57 includes a tapered portion 571 that reduces the diameter of the internal passage 55, and a straight portion 572 that is connected to the tapered portion 571 and extends in parallel with the burner cylinder 51. The end of the taper portion 571 is joined to the inner peripheral surface of the burner cylinder 51 over the entire circumference, and an annular passage 56 is formed between the burner cylinder 51 and the cylinder 57.

バーナ筒51には、車室34と環状通路56とが連通するように周方向等間隔に複数の空気導入孔58が開口され、空気導入孔58の下流の環状通路56に翼部61が配置されている。これにより空気導入孔58を介してバーナ筒51の外側の車室34から環状通路56に圧縮空気が導入される。導入された空気は、翼部61の間を通過し、フィルム空気となって環状通路56の出口56aから流出し、バーナ筒51の内壁面に沿って流れる。なお、図5に示したように第1バーナ筒511と第2バーナ筒512とを有する構成では、例えば第1バーナ筒511の端部にテーパ部571とストレート部572とを形成するとともに、テーパ部571の基端部に第2バーナ筒512の端部を接合することで、図9と同様な環状通路56を構成できる。   A plurality of air introduction holes 58 are opened at equal intervals in the circumferential direction so that the passenger compartment 34 and the annular passage 56 communicate with each other in the burner cylinder 51, and the blade portion 61 is disposed in the annular passage 56 downstream of the air introduction hole 58. Has been. Thus, compressed air is introduced into the annular passage 56 from the casing 34 outside the burner cylinder 51 through the air introduction hole 58. The introduced air passes between the wing parts 61, becomes film air, flows out from the outlet 56 a of the annular passage 56, and flows along the inner wall surface of the burner cylinder 51. In the configuration having the first burner cylinder 511 and the second burner cylinder 512 as shown in FIG. 5, for example, a tapered portion 571 and a straight portion 572 are formed at the end of the first burner tube 511, and a taper is formed. By joining the end portion of the second burner cylinder 512 to the base end portion of the portion 571, an annular passage 56 similar to that in FIG. 9 can be configured.

図9に示すように、翼部61は、空気の流れ方向に沿って直線部611と曲面部612とを有する。直線部611は、軸線L1と平行であり、曲面部612は、予混合気の旋回方向に向けて滑らかに曲がっている。これにより環状通路56から流出したフィルム空気Afが、バーナ筒51の内壁面に沿って予混合気Amと同一方向に旋回して流れるので、燃焼領域R2(図3)からのフラッシュバックを防止することができる。風向調整板60を翼部61により構成すれば、環状通路56におけるフィルム空気Afの圧力損失も低減できる。   As shown in FIG. 9, the wing part 61 includes a straight part 611 and a curved part 612 along the air flow direction. The straight line portion 611 is parallel to the axis L1, and the curved surface portion 612 is smoothly bent toward the turning direction of the premixed gas. As a result, the film air Af flowing out from the annular passage 56 swirls in the same direction as the premixed air Am along the inner wall surface of the burner cylinder 51, thereby preventing flashback from the combustion region R2 (FIG. 3). be able to. If the wind direction adjusting plate 60 is constituted by the wing portion 61, the pressure loss of the film air Af in the annular passage 56 can be reduced.

図10は、図9の変形例を示す図である。図10では、翼部61を省略するとともに、空気導入孔58をバーナ筒51の板厚方向に対し斜めに形成している。すなわち、バーナ筒51の外周面における空気導入孔58の入口部581に対し、内周面における空気導入孔58の出口部582を、予混合気Amの旋回方向に合わせてずらして形成している。これにより空気導入孔58より導入されたフィルム空気Afは、環状通路56内を旋回し、内部通路55の予混合気Amと同一方向に旋回しながら環状通路56から流出するため、フラッシュバックを防止できる。図10の例では、翼部61が不要となるため、構成を簡素化できる。なお、図10では、空気導入孔58を斜めに形成することにより翼部61を省略したが、空気導入孔58を斜めに形成するとともに、環状通路56に図9と同様な翼部61を設けるようにしてもよい。   FIG. 10 is a diagram showing a modification of FIG. In FIG. 10, the blade portion 61 is omitted, and the air introduction hole 58 is formed obliquely with respect to the thickness direction of the burner cylinder 51. That is, the outlet portion 582 of the air introduction hole 58 on the inner peripheral surface is formed to be shifted in accordance with the swirling direction of the premixed air Am with respect to the inlet portion 581 of the air introduction hole 58 on the outer peripheral surface of the burner cylinder 51. . As a result, the film air Af introduced from the air introduction hole 58 swirls in the annular passage 56 and flows out from the annular passage 56 while swirling in the same direction as the premixed air Am in the inner passage 55, thereby preventing flashback. it can. In the example of FIG. 10, since the wing | blade part 61 becomes unnecessary, a structure can be simplified. In FIG. 10, the wing portion 61 is omitted by forming the air introduction hole 58 obliquely, but the air introduction hole 58 is formed obliquely and the wing portion 61 similar to that of FIG. 9 is provided in the annular passage 56. You may do it.

(第2の実施形態)
図11〜図13を参照して本発明の第2の実施形態について説明する。第2の実施形態が第1の実施形態と異なるのは、メインバーナ50の構成である。図11は、第2の実施形態に係るガスタービン燃焼器におけるメインバーナ50の構成を概略的に示す図である。なお、図5と同一箇所には同一符号を付し、以下では、図5との相違点を主に説明する。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The second embodiment differs from the first embodiment in the configuration of the main burner 50. FIG. 11 is a diagram schematically showing the configuration of the main burner 50 in the gas turbine combustor according to the second embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same location as FIG. 5, and the difference with FIG. 5 is mainly demonstrated below.

図11では、図5と異なり、第1バーナ筒511と第2バーナ筒512との間の環状通路56における風向調整板60が省略されている。さらに図11では、環状通路56の出口56aの上流側における内部通路55の通路面積S1および環状通路56全体の通路面積S2と、環状通路56の出口56aの下流側における内部通路55の通路面積S0との間に、S0≦S1+S2の関係が成立している。すなわち、第2の実施形態では、フィルム空気Afを旋回流とする代わりに、環状通路56の出口56aの下流側において内部通路55を絞っている。ここで、下流側とは、環状通路56のフィルム空気Afと内部通路55の予混合気Amとの境界部において速度低下が生じやすい領域、すなわち図8の速度欠損部v1が生じやすい領域であり、例えば環状通路56の出口56aの直後の領域である。   In FIG. 11, unlike FIG. 5, the wind direction adjusting plate 60 in the annular passage 56 between the first burner cylinder 511 and the second burner cylinder 512 is omitted. Further, in FIG. 11, the passage area S1 of the internal passage 55 on the upstream side of the outlet 56a of the annular passage 56 and the passage area S2 of the whole annular passage 56, and the passage area S0 of the internal passage 55 on the downstream side of the outlet 56a of the annular passage 56 are shown. The relationship of S0 ≦ S1 + S2 is established. That is, in the second embodiment, the internal passage 55 is narrowed on the downstream side of the outlet 56a of the annular passage 56 instead of turning the film air Af into a swirl flow. Here, the downstream side is a region where a speed decrease is likely to occur at the boundary between the film air Af in the annular passage 56 and the premixed air Am in the internal passage 55, that is, a region where the speed deficit portion v1 in FIG. For example, the region immediately after the outlet 56 a of the annular passage 56.

図12の特性f1、f2は、それぞれ第2の実施形態に係るガスタービン燃焼器による、環状通路56の出口の56a下流側における濃度分布および速度分布を示す図である。図8と比較すると、図12の濃度分布の特性f1は、図8の特性f1とほぼ等しい。一方、速度分布に関しては、第2の実施形態では、第2バーナ筒512の内壁面が内部通路55の径方向内側に縮径して形成されているため、図12の特性f2は図8の特性f2と比べ、第2バーナ筒512の内壁面近傍の速度が増加している。したがって、フィルム空気Afと予混合気Amとの境界部における速度低下が抑えられ、図12の特性f2では、図8の特性f2に示したような顕著な速度欠損部v1の発生が抑えられている。   Characteristics f1 and f2 in FIG. 12 are diagrams showing a concentration distribution and a velocity distribution on the downstream side 56a of the outlet of the annular passage 56 by the gas turbine combustor according to the second embodiment, respectively. Compared with FIG. 8, the characteristic f1 of the density distribution of FIG. 12 is substantially equal to the characteristic f1 of FIG. On the other hand, with respect to the velocity distribution, in the second embodiment, the inner wall surface of the second burner cylinder 512 is formed with a diameter reduced inward in the radial direction of the internal passage 55, so the characteristic f2 in FIG. Compared with the characteristic f2, the speed in the vicinity of the inner wall surface of the second burner cylinder 512 is increased. Accordingly, a decrease in speed at the boundary between the film air Af and the premixed gas Am is suppressed, and in the characteristic f2 in FIG. 12, the occurrence of a noticeable speed defect part v1 as shown in the characteristic f2 in FIG. 8 is suppressed. Yes.

これにより環状通路56の出口56aの下流側において、燃料濃度が増加する壁面近傍の領域で流速が増加するため、燃焼領域R2からのフラッシュバックの発生を抑制することができる。このように環状通路56の出口56aの下流側における内部通路55の通路面積を絞るだけでも、フラッシュバックの抑制効果が得られるが、さらに図13に示すように、環状通路56に図5と同様な風向調整板60を配置すると、フラッシュバック抑制の効果がより大きい。したがって、内部通路55を絞るだけでなく、環状通路56に風向調整板60を配置することが、より好ましい。   As a result, on the downstream side of the outlet 56a of the annular passage 56, the flow velocity increases in a region in the vicinity of the wall surface where the fuel concentration increases, so that occurrence of flashback from the combustion region R2 can be suppressed. Even if the area of the internal passage 55 on the downstream side of the outlet 56a of the annular passage 56 is reduced in this way, the effect of suppressing flashback can be obtained. However, as shown in FIG. If the wind direction adjusting plate 60 is arranged, the effect of suppressing the flashback is greater. Therefore, it is more preferable not only to restrict the internal passage 55 but also to arrange the air direction adjusting plate 60 in the annular passage 56.

(変形例)
上記実施形態では、環状通路56の出口56aから予混合気Amの旋回方向に向けてフィルム空気Afを流すようにしたが、予混合気Amのフィルム空気Afへの食い込みをブロックすることができるのであれば、フィルム空気Afの旋回方向を予混合気Amの旋回方向に厳密に一致させる必要はない。例えば予混合気Amの旋回角度θ1よりもフィルム空気Afの旋回角度θ2を2〜3度程度大きくする方が、予混合気Amの食い込みをブロックさせやすい場合があり、その場合には、θ2をθ1より大きくしてもよい。
(Modification)
In the above embodiment, the film air Af is caused to flow from the outlet 56a of the annular passage 56 toward the swirling direction of the premixed air Am, but the biting of the premixed air Am into the film air Af can be blocked. If so, it is not necessary to strictly match the turning direction of the film air Af with the turning direction of the premixed air Am. For example, if the turning angle θ2 of the film air Af is set to be about 2 to 3 degrees larger than the turning angle θ1 of the premixed air Am, the biting of the premixed air Am may be easily blocked. It may be larger than θ1.

上記実施形態(図5、図9、図10、図13)では、風向調整板60、翼部61および空気導入孔(貫通孔)58によりフィルム空気Afを旋回させるようにしたが、予混合流体Amの旋回流れの方向に対応した旋回方向にフィルム状の空気Afを流してフラッシュバックを防止するのであれば、方向調整部の構成は上述したものに限らない。すなわち、本発明は、燃焼器の内壁面に沿って単なる冷却用のフィルム空気を供給するものとは異なり、フラッシュバックを防止するようにフィルム空気Afを整流した点に最大の特徴を有するのであり、この特徴を実現することができるのであれば、方向調整部はいかなる構成でもよい。   In the above embodiment (FIGS. 5, 9, 10, and 13), the film air Af is swirled by the wind direction adjusting plate 60, the blade portion 61, and the air introduction hole (through hole) 58. The configuration of the direction adjusting unit is not limited to that described above as long as the film-like air Af is flowed in the swirling direction corresponding to the swirling flow direction of Am to prevent flashback. In other words, the present invention has the greatest feature in that the film air Af is rectified so as to prevent flashback, unlike the case of merely supplying film air for cooling along the inner wall surface of the combustor. As long as this feature can be realized, the direction adjusting unit may have any configuration.

内筒32により、燃料と燃焼用空気とが混合した予混合気(予混合流体)Amが流れる内部通路55(第1流路部)を形成するとともに、尾筒33により、予混合気Amが燃焼した燃焼ガス(燃焼流体)が流れる内部通路55(第2流路部)を形成するようにしたが、流路形成部の構成はこれに限らない。メインスワラ53で予混合気Amを旋回させるようにしたが、旋回部の構成はいかなるものでもよい。   The inner cylinder 32 forms an internal passage 55 (first flow path portion) through which premixed gas (premixed fluid) Am in which fuel and combustion air are mixed, and the tail cylinder 33 allows the premixed gas Am to be The internal passage 55 (second flow path portion) through which the burned combustion gas (combustion fluid) flows is formed, but the configuration of the flow path forming portion is not limited to this. Although the premixed gas Am is swirled by the main swirler 53, the swirl portion may have any configuration.

上記実施形態(図5)では、第1バーナ筒511(第1筒部)と、第1バーナ筒511の外周面から径方向外側に隙間Δdをあけて配置された第2バーナ筒512(第2筒部)とにより環状通路56を形成し、圧縮機11を通過した車室34内の圧縮空気を環状通路56に導いて、環状通路56から第2バーナ筒512の内壁面に沿ってフィルム空気を流すようにしたが、予混合領域R1における予混合気Amの旋回流れに合流するように流路形成部の内壁面に沿ってフィルム空気Afを流すのであれば、フィルム空気供給部の構成はいかなるものでもよい。   In the embodiment (FIG. 5), the first burner tube 511 (first tube portion) and the second burner tube 512 (first tube) arranged with a gap Δd radially outward from the outer peripheral surface of the first burner tube 511. 2), an annular passage 56 is formed, the compressed air in the passenger compartment 34 that has passed through the compressor 11 is guided to the annular passage 56, and the film is formed from the annular passage 56 along the inner wall surface of the second burner cylinder 512. If air is allowed to flow, but the film air Af is allowed to flow along the inner wall surface of the flow path forming portion so as to merge with the swirling flow of the premixed air Am in the premixing region R1, the configuration of the film air supply portion Can be anything.

上記実施形態(図11)では、環状通路56の出口56aの下流側で第2バーナ筒512の流路面積S2を絞るようにしたが、フィルム空気Afの出口側端部における第1バーナ筒511と第2バーナ筒512との間の径方向隙間Δdの流路面積S2と、径方向隙間Δdよりも径方向内側における内部通路55の流路面積S1との和が、フィルム空気Afの出口側端部よりも予混合気Amの下流側における内部通路55の流路面積S0以上となるように、第1バーナ筒511および第2バーナ筒512を形成するのであれば、流路形成部の構成はいかなるものでもよい。   In the above embodiment (FIG. 11), the flow area S2 of the second burner cylinder 512 is reduced on the downstream side of the outlet 56a of the annular passage 56, but the first burner cylinder 511 at the outlet side end of the film air Af. The sum of the flow path area S2 of the radial gap Δd between the first burner cylinder 512 and the flow path area S1 of the internal passage 55 radially inward of the radial gap Δd is the outlet side of the film air Af. If the 1st burner cylinder 511 and the 2nd burner cylinder 512 are formed so that it may become more than channel area S0 of internal passage 55 in the downstream of premixed gas Am rather than an end, composition of a channel formation part Can be anything.

以上では、燃焼器12を発電用のガスタービンに適用したが、本発明のガスタービン燃焼器は、他のガスタービンにも同様に適用することができる。   In the above, the combustor 12 is applied to a gas turbine for power generation. However, the gas turbine combustor of the present invention can be applied to other gas turbines as well.

以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態および変形例の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。すなわち、本発明の技術的思想の範囲内で考えられる他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上記実施形態と変形例の1つまたは複数を任意に組み合わせることも可能である。   The above description is merely an example, and the present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications unless the features of the present invention are impaired. The constituent elements of the embodiment and the modified examples include those that can be replaced while maintaining the identity of the invention and that are obvious for replacement. That is, other forms conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included in the scope of the present invention. Moreover, it is also possible to arbitrarily combine one or more of the above-described embodiments and modified examples.

11 圧縮機
12 燃焼器
30 燃焼器ケーシング
32 内筒
33 尾筒
34 車室
50 メインバーナ
51 バーナ筒
52 メインノズル
53 メインスワラ
55 内部通路
56 環状通路
56a 出口
57 筒体
58 空気導入孔
60 風向調整板
61 翼部
511 第1バーナ筒
512 第2バーナ筒
Af フィルム空気
Am 予混合気
R1 予混合領域
R2 燃焼領域
S0 通路面積
S1 通路面積
S2 通路面積
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Compressor 12 Combustor 30 Combustor casing 32 Inner cylinder 33 Transition cylinder 34 Cabin 50 Main burner 51 Burner cylinder 52 Main nozzle 53 Main swirler 55 Internal passage 56 Annular passage 56a Outlet 57 Cylindrical body 58 Air introduction hole 60 Wing 511 First burner tube 512 Second burner tube Af Film air Am Premixed gas R1 Premixed region R2 Combustion region S0 Passage area S1 Passage area S2 Passage area

Claims (6)

燃料と燃焼用空気とが混合した予混合流体が流れる第1流路部を形成するとともに、前記第1流路部の下流側に、前記予混合流体が燃焼した燃焼流体が流れる第2流路部を形成する流路形成部と、
前記第1流路部で前記予混合流体を旋回させる旋回部と、
前記第1流路部における前記予混合流体の旋回流れに合流するように前記流路形成部の内壁面に沿ったフィルム状の空気を流すフィルム空気供給部と、を備え、
前記フィルム空気供給部は、前記第1流路部において前記予混合流体の旋回流れの方向に対応した旋回方向に前記フィルム状の空気を流す方向調整部を有することを特徴とするガスタービン燃焼器。
A first flow path portion in which a premixed fluid in which fuel and combustion air are mixed flows, and a second flow path in which a combustion fluid in which the premixed fluid combusts flows downstream of the first flow path portion. A flow path forming part for forming a part;
A swirl unit that swirls the premixed fluid in the first flow path unit;
A film air supply section for flowing film-like air along the inner wall surface of the flow path forming section so as to merge with the swirling flow of the premixed fluid in the first flow path section,
The gas air combustor includes a direction adjusting section for flowing the film-like air in a swirling direction corresponding to a swirling flow direction of the premixed fluid in the first flow path section. .
請求項1に記載のガスタービン燃焼器において、
前記方向調整部は、前記予混合流体の旋回流れの方向に前記フィルム状の空気を流すことを特徴とするガスタービン燃焼器。
The gas turbine combustor according to claim 1.
The gas turbine combustor, wherein the direction adjusting unit causes the film-like air to flow in a direction of a swirling flow of the premixed fluid.
請求項1または2に記載のガスタービン燃焼器において、
前記流路形成部は、第1筒部と、前記第1筒部の外周面から径方向外側に隙間をあけて配置された第2筒部とを有し、
前記フィルム空気供給部は、前記第1筒部と前記第2筒部との間の径方向隙間から前記第2筒部の内壁面に沿って前記フィルム状の空気を流すことを特徴とするガスタービン燃焼器。
The gas turbine combustor according to claim 1 or 2,
The flow path forming portion includes a first tube portion and a second tube portion disposed with a gap radially outward from the outer peripheral surface of the first tube portion,
The film air supply section allows the film-like air to flow along an inner wall surface of the second cylinder section from a radial gap between the first cylinder section and the second cylinder section. Turbine combustor.
請求項3に記載のガスタービン燃焼器において、
前記方向調整部は、前記第1筒部と前記第2筒部との間の径方向隙間に配置された周方向複数の翼部を有することを特徴とするガスタービン燃焼器。
The gas turbine combustor according to claim 3.
The gas turbine combustor, wherein the direction adjusting portion includes a plurality of circumferentially disposed blade portions disposed in a radial clearance between the first tube portion and the second tube portion.
請求項3または4に記載のガスタービン燃焼器において、
前記方向調整部は、前記第2筒部の径方向外側から前記第1筒部と前記第2筒部との間の径方向隙間に空気を導く貫通孔を有し、該貫通孔は、前記予混合流体の旋回方向に対応して斜めに形成されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。
The gas turbine combustor according to claim 3 or 4,
The direction adjusting portion has a through hole that guides air from a radially outer side of the second tube portion to a radial gap between the first tube portion and the second tube portion, A gas turbine combustor characterized in that the gas turbine combustor is formed obliquely corresponding to the swirling direction of the premixed fluid.
請求項3〜5のいずれか1項に記載のガスタービン燃焼器において、
前記流路形成部は、前記フィルム状の空気の出口側端部における前記第1筒部と前記第2筒部との間の径方向隙間の流路面積と、該径方向隙間よりも径方向内側における前記第1流路部の流路面積との和が、前記フィルム状の空気の出口側端部の下流側における前記第1流路部の流路面積以上となるように、前記第1流路部および前記第2流路部を形成することを特徴とするガスタービン燃焼器。
The gas turbine combustor according to any one of claims 3 to 5,
The flow path forming portion includes a flow area of a radial gap between the first cylindrical portion and the second cylindrical portion at an outlet side end portion of the film-like air, and a radial direction with respect to the radial gap. The first flow path area of the first flow path section on the inner side is equal to or larger than the flow path area of the first flow path section on the downstream side of the outlet side end of the film-like air. A gas turbine combustor that forms a flow path portion and the second flow path portion.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104406196A (en) * 2014-11-10 2015-03-11 中国科学院工程热物理研究所 Two-stage prefilming delamination part premixing high-temperature-rise combustion chamber structure
JP2015087091A (en) * 2013-11-01 2015-05-07 新潟原動機株式会社 Gas turbine combustor

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