JP2013242101A - Burner and gas turbine combustor - Google Patents

Burner and gas turbine combustor Download PDF

Info

Publication number
JP2013242101A
JP2013242101A JP2012116264A JP2012116264A JP2013242101A JP 2013242101 A JP2013242101 A JP 2013242101A JP 2012116264 A JP2012116264 A JP 2012116264A JP 2012116264 A JP2012116264 A JP 2012116264A JP 2013242101 A JP2013242101 A JP 2013242101A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
burner
air
fuel
chamber
combustion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2012116264A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5991025B2 (en
Inventor
Tomohiro Ide
智広 井出
Eicho Hiromitsu
永兆 廣光
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IHI Corp filed Critical IHI Corp
Priority to JP2012116264A priority Critical patent/JP5991025B2/en
Publication of JP2013242101A publication Critical patent/JP2013242101A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5991025B2 publication Critical patent/JP5991025B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To secure flame stability of a burner 9, even when the burner 9 has a simple structure eliminating a swirl vane.SOLUTION: A conical air guide 25 guiding air introduced into a burner chamber 13 to a combustion chamber 5 side is provided at a central part of a burner body 11. The air guide 25 has a tapered part 27 diameter expanded toward a combustion chamber 5 side (downstream side), and an annular throttle part 31 throttling a flow of the air is formed between a peripheral edge part at an outlet side of the burner chamber 13 in the burner body 11 and the tapered part 27 of the air guide 25.

Description

本発明は、燃料と空気との混合気を燃焼部で燃焼させて、火炎を形成するためのバーナ等に関する。   The present invention relates to a burner or the like for forming a flame by burning a mixture of fuel and air in a combustion section.

ガスタービン燃焼器等の燃焼器のシンプル低ＮＯｘ化の要請に伴い、本発明の出願人は、旋回羽根を廃したバーナを開発して既に出願している（特許文献１参照）。そして、先行技術に係るバーナについて簡単に説明すると、次のようになる。   With the demand for simple NOx reduction in combustors such as gas turbine combustors, the applicant of the present invention has already developed and applied for a burner with no swirl vanes (see Patent Document 1). Then, the burner according to the prior art will be briefly described as follows.

先行技術に係るバーナは、筒状のバーナ本体を備えており、このバーナ本体は、内側に、燃焼部に連通したバーナ室を有している。また、バーナ本体の外周部には、接線方向からバーナ室に空気を導入する第１空気導入孔が形成されており、バーナ本体における第１空気導入孔の上流側（バーナ本体の底部）には、バーナ室に空気を導入する第２空気導入孔が形成されている。そして、バーナ本体の中央部には、燃焼部側へ向かって燃料を噴射（噴霧）する燃料噴射弁が設けられている。   The burner according to the prior art includes a cylindrical burner main body, and this burner main body has a burner chamber communicating with the combustion section on the inner side. Further, a first air introduction hole for introducing air into the burner chamber from the tangential direction is formed in the outer peripheral portion of the burner body, and on the upstream side of the first air introduction hole in the burner body (the bottom of the burner body). A second air introduction hole for introducing air into the burner chamber is formed. A fuel injection valve that injects (sprays) fuel toward the combustion portion side is provided at the center of the burner body.

従って、第１空気導入孔から空気をバーナ室に導入して強い旋回流を形成しかつ第２空気導入孔から空気をバーナ室に導入して前記強い旋回流に衝突させることにより、燃料噴射弁の近傍において、前記強い旋回流を部分的に破壊して強い乱流（強い乱流場）を形成する。また、燃料噴射弁の近傍に強い乱流場を形成した状態で、燃料噴射弁から燃焼部側に向かって燃料を噴射する。これにより、燃料と空気の混合を促進しつつ、燃焼部において着火によって混合気を燃焼させて、火炎を形成することができる。   Therefore, by introducing air into the burner chamber from the first air introduction hole to form a strong swirl flow and introducing air into the burner chamber from the second air introduction hole to collide with the strong swirl flow, the fuel injection valve In the vicinity of, the strong swirling flow is partially broken to form a strong turbulent flow (strong turbulent flow field). In addition, fuel is injected from the fuel injection valve toward the combustion section in a state where a strong turbulent flow field is formed in the vicinity of the fuel injection valve. As a result, while promoting the mixing of fuel and air, the air-fuel mixture can be burned by ignition in the combustion section to form a flame.

特開２００７−２５５７９５号公報JP 2007-255595 A

ところで、バーナ室から燃焼部に流出する流れは強い旋回成分を有してあって、径方向（放射方向）に拡大する傾向にあり、旋回羽根を備えたバーナのように燃料噴射弁の下流側近傍に逆流領域を形成することができない。そのため、燃料噴射弁の下流側近傍の流速（局所流速）が速くなって、火炎基部位置での火炎吹き消え限界領域が狭くなり、バーナの保炎性、ガスタービン燃焼器等の燃焼器の燃焼安定性を高いレベルまで確保することが困難であるという問題がある。なお、火炎吹き消え限界領域とは、ガスが反応帯を通過する時間（流体力学特性時間）に比べて、燃焼の化学反応にかかる時間（化学反応特性時間）が短く、燃料と空気の混合及び燃焼反応が維持される領域のことをいう。   By the way, the flow flowing out from the burner chamber to the combustion section has a strong swirl component and tends to expand in the radial direction (radial direction), and is downstream of the fuel injection valve like a burner having swirl vanes. A backflow region cannot be formed in the vicinity. Therefore, the flow velocity (local flow velocity) in the vicinity of the downstream side of the fuel injection valve is increased, the flame blow-off limit region at the flame base position is narrowed, the flame holding property of the burner, and the combustion of a combustor such as a gas turbine combustor There is a problem that it is difficult to ensure stability to a high level. It should be noted that the flame blow-out limit region is shorter in the time required for the chemical reaction of combustion (chemical reaction characteristic time) than the time required for the gas to pass through the reaction zone (hydrodynamic characteristic time). It refers to the region where the combustion reaction is maintained.

特に、航空用ガスタービン燃焼器に用いられるバーナの場合には、エンジン作動状態によってバーナの入口状態（入口条件）が大きく変化し、エンジン作動状態が低温低圧状態（低温低圧条件）でかつ高マッハ状態（高マッハ条件）のときに、前述の問題が顕著になる。   In particular, in the case of a burner used in an aircraft gas turbine combustor, the inlet state (inlet condition) of the burner varies greatly depending on the engine operating state, and the engine operating state is in a low temperature / low pressure state (low temperature / low pressure condition) and a high Mach. The above-mentioned problem becomes noticeable in the state (high Mach condition).

そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる、新規な構成のバーナ等を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a burner having a novel configuration that can solve the above-described problems.

本発明の第１の特徴は、燃料と空気との混合気を燃焼部で燃焼させて、火炎を形成するためのバーナにおいて、内側に前記燃焼部に連通したバーナ室を有し、接線方向から前記バーナ室に空気を導入する第１空気導入孔が形成され、前記第１空気導入孔の上流側に前記バーナ室に空気を導入する第２空気導入孔が形成された筒状のバーナ本体と、前記バーナ本体の中央部に設けられ、前記燃焼部側へ向かって燃料を噴射（噴霧）する燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁の先端部を囲むように設けられ、前記燃焼部側（下流側）に向かって拡径したテーパ部を有し、前記バーナ室に導入された空気を前記燃焼部側へ案内するコーン型の空気ガイドと、を備えたことを要旨とする。   A first feature of the present invention is a burner for combusting an air-fuel mixture of fuel and air in a combustion section to form a flame, and has a burner chamber communicated with the combustion section on the inner side, from a tangential direction. A cylindrical burner body having a first air introduction hole for introducing air into the burner chamber, and a second air introduction hole for introducing air into the burner chamber upstream of the first air introduction hole; A fuel injection valve that is provided at a central portion of the burner body and injects (sprays) fuel toward the combustion portion side, and is provided so as to surround a tip portion of the fuel injection valve; And a cone-type air guide for guiding the air introduced into the burner chamber to the combustion portion side.

なお、本願の明細書及び特許請求の範囲において、「上流側」とは、空気、混合気、又は燃焼ガスの主流の流れ方向から見て上流側のことであって、「下流側」とは、空気、混合気、又は燃焼ガスの主流の流れ方向から見て下流側のことである。また、「設けられ」とは、直接的に設けられたことの他に、別部材を介して間接的に設けられたことを含む意である。   In the specification and claims of the present application, “upstream side” means the upstream side when viewed from the flow direction of the main flow of air, air-fuel mixture, or combustion gas, and “downstream side” means , The downstream side when viewed from the flow direction of the main flow of air, air-fuel mixture or combustion gas. Further, “provided” means that it is indirectly provided through another member in addition to being directly provided.

第１の特徴によると、前記第１空気導入孔から空気を前記バーナ室に導入して強い旋回流を形成しかつ前記第２空気導入孔から空気を前記バーナ室に導入して前記強い旋回流に衝突させることにより、前記燃料噴射弁の近傍において、前記強い旋回流を部分的に破壊して強い乱流（強い乱流場）を形成する。また、前記燃料噴射弁の近傍に強い乱流場を形成した状態で、前記燃料噴射弁から前記燃焼部側に向かって燃料を噴射する。これにより、燃料と空気の混合を促進しつつ、前記燃焼部において着火によって混合気を燃焼させて、火炎を形成することができる。   According to the first feature, air is introduced into the burner chamber from the first air introduction hole to form a strong swirl flow, and air is introduced into the burner chamber from the second air introduction hole to produce the strong swirl flow. In the vicinity of the fuel injection valve, the strong swirling flow is partially broken to form a strong turbulent flow (strong turbulent flow field). In addition, fuel is injected from the fuel injection valve toward the combustion portion in a state where a strong turbulent flow field is formed in the vicinity of the fuel injection valve. As a result, while promoting the mixing of fuel and air, the air-fuel mixture can be combusted by ignition in the combustion section to form a flame.

ここで、前記バーナ室に導入された空気を前記燃焼部側へ案内するコーン型の前記空気ガイドが前記燃料噴射弁の先端部を囲むように設けられているため、前記バーナの運転中に、前記バーナ本体における前記バーナ室の出口側の周縁部と前記空気ガイドの前記テーパ部との間を通過する空気の流れに対して、径方向外側から径方向内側に向かって流速が漸次遅くなるような流速分布を与えることができる。これにより、前記空気ガイドの前記テーパ部の先端付近に径方向外側から径方向内側（前記空気ガイドの外側から内側）に巻くような渦を発生させて、換言すれば、旋回羽根を廃したシンプルな構成の前記バーナであっても、前記燃料噴射弁の下流側近傍に逆流領域を形成することができる。   Here, since the cone type air guide for guiding the air introduced into the burner chamber to the combustion unit side is provided so as to surround the tip of the fuel injection valve, during operation of the burner, The flow velocity gradually decreases from the radially outer side to the radially inner side with respect to the air flow passing between the peripheral portion on the outlet side of the burner chamber in the burner body and the tapered portion of the air guide. Can be provided. As a result, a vortex that winds from the radially outer side to the radially inner side (from the outer side to the inner side of the air guide) is generated in the vicinity of the tip of the tapered portion of the air guide. Even with the burner having such a structure, a backflow region can be formed in the vicinity of the downstream side of the fuel injection valve.

本発明の第２の特徴は、燃料と空気の混合気を燃焼させて、燃焼ガスを生成するガスタービン燃焼器において、第１の特徴からなるバーナを備えたことを要旨とする。   The second feature of the present invention is summarized in that a gas turbine combustor that generates a combustion gas by burning a fuel-air mixture is provided with a burner having the first feature.

第２の特徴によると、第１の特徴による作用と同様の作用を奏する。   According to the 2nd characteristic, there exists an effect | action similar to the effect | action by a 1st characteristic.

本発明によれば、旋回羽根を廃したシンプルな構成の前記バーナであっても、前記燃料噴射弁の下流側近傍に逆流領域を形成できるため、前記燃料噴射弁の下流側近傍の流速（局所流速）が低下して、燃料と空気の混合及び燃焼反応が維持され、火炎が安定することで、火炎基部位置での火炎吹き消え限界領域が拡大して、前記バーナの保炎性、ガスタービン燃焼器等の燃焼器の燃焼安定性を高いレベルまで確保することができる。   According to the present invention, even if the burner has a simple configuration without swirling blades, a backflow region can be formed in the vicinity of the downstream side of the fuel injection valve. The flow rate is reduced, the fuel and air mixing and combustion reaction is maintained, and the flame is stabilized, so that the flame blow-off limit region at the flame base position is expanded, and the flame holding property of the burner, gas turbine Combustion stability of a combustor such as a combustor can be ensured to a high level.

図１は、本発明の実施形態に係るバーナの周辺を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing the periphery of a burner according to an embodiment of the present invention. 図２は、本発明の実施形態に係るガスタービン燃焼器の一部を示す断面図である。なお、図２において、空気ガイドのハッチングを省略してある。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a part of the gas turbine combustor according to the embodiment of the present invention. In FIG. 2, hatching of the air guide is omitted. 図３は、図１における矢視部IIIを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the arrow III in FIG. 図４は、図１におけるIV-IV線に沿った断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG.

本発明の実施形態について図１から図４を参照して説明する。なお、図面中、「ＦＦ」は、前方向（上流方向）、「ＦＲ」は、後方向（下流方向）をそれぞれ指してある。   An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the drawings, “FF” indicates the forward direction (upstream direction), and “FR” indicates the backward direction (downstream direction).

図２に示すように、本発明の実施形態に係るガスタービン燃焼器１は、航空用ガスタービン又は発電用ガスタービン等のガスタービンに用いられるものであって、燃料と空気との混合気を燃焼させて、燃焼ガスを生成するアニュラ型又はカン型の燃焼器である。また、ガスタービン燃焼器１は、中空環状又は円筒状の燃焼器ケース（図示省略）をベースとして備えている。   As shown in FIG. 2, a gas turbine combustor 1 according to an embodiment of the present invention is used for a gas turbine such as an aeronautical gas turbine or a power generation gas turbine, and uses a mixture of fuel and air. It is an annular type or can type combustor that generates combustion gas by burning. The gas turbine combustor 1 includes a hollow annular or cylindrical combustor case (not shown) as a base.

燃焼器ケース内には、中空環状又は円筒状の燃焼器ライナ３が設けられており、この燃焼器ライナ３は、内側に、燃料と空気との混合気を燃焼させるための燃焼部としての燃焼室５を有しあって、前側に、隔壁７を有している。また、燃焼器ライナ３には、燃焼室５内に希釈空気（空気）を導入する複数の希釈空気導入孔（図示省略）が形成されている。なお、燃焼器ケースの適宜位置には、混合気中の燃料に着火する１つ又は複数の点火栓（図示省略）が設けられており、各点火栓の先端部は、燃焼室５内に位置している。   In the combustor case, a hollow annular or cylindrical combustor liner 3 is provided, and this combustor liner 3 is burned inside as a combustion section for burning a mixture of fuel and air. The chamber 5 is provided and a partition wall 7 is provided on the front side. The combustor liner 3 is formed with a plurality of dilution air introduction holes (not shown) for introducing dilution air (air) into the combustion chamber 5. Note that one or more spark plugs (not shown) for igniting the fuel in the air-fuel mixture are provided at appropriate positions of the combustor case, and the tip of each spark plug is located in the combustion chamber 5. doing.

燃焼器ライナ３の隔壁７には、燃料と空気との混合気を燃焼室５で燃焼させて、火炎Ｆを形成するためのバーナ９が設けられている。そして、バーナ９の具体的な構成は、次のようになる。   The partition wall 7 of the combustor liner 3 is provided with a burner 9 for burning a mixture of fuel and air in the combustion chamber 5 to form a flame F. The specific configuration of the burner 9 is as follows.

図１、図２、及び図４に示すように、燃焼器ライナ３の隔壁７には、筒状（円筒状）のバーナ本体１１が設けられており、このバーナ本体１１は、内側に、燃焼室５に連通したバーナ室１３を有している。また、バーナ本体１１の先端側（後端側）は、燃焼器ライナ３の隔壁７の内壁面に対して後方向（下流側）に突出してあって、バーナ本体１１におけるバーナ室１３の出口側（後端側）の周縁部は、湾曲形状を呈している。   As shown in FIGS. 1, 2, and 4, the partition wall 7 of the combustor liner 3 is provided with a cylindrical (cylindrical) burner body 11, and the burner body 11 is combusted inside. A burner chamber 13 communicated with the chamber 5 is provided. The front end side (rear end side) of the burner main body 11 protrudes rearward (downstream) with respect to the inner wall surface of the partition wall 7 of the combustor liner 3, and the outlet side of the burner chamber 13 in the burner main body 11. The peripheral portion on the (rear end side) has a curved shape.

バーナ本体１１の外周部には、接線方向（バーナ室１３の接線方向）からバーナ室１３に空気を導入する第１空気導入孔１５が周方向に間隔を置いて形成されている。また、バーナ本体１１における第１空気導入孔１５の上流側には、軸方向（バーナ９の軸方向）からバーナ室１３に空気を導入する複数の第２空気導入孔１７が円周方向に間隔を置いて形成されている。   A first air introduction hole 15 for introducing air into the burner chamber 13 from the tangential direction (the tangential direction of the burner chamber 13) is formed in the outer peripheral portion of the burner body 11 at intervals in the circumferential direction. Further, on the upstream side of the first air introduction hole 15 in the burner body 11, a plurality of second air introduction holes 17 for introducing air into the burner chamber 13 from the axial direction (the axial direction of the burner 9) are spaced in the circumferential direction. Is formed.

図１及び図２に示すように、バーナ本体１１の中央部には、燃焼室５側へ向かって燃料（液体燃料）を微粒化して円錐状の噴霧流Ｓとして噴射（噴霧）する燃料噴射弁としての圧力噴射弁１９が設けられている。また、圧力噴射弁１９は、中心部に、燃料を噴霧可能な噴射孔（ノズル孔）２１を有しており、圧力噴射弁１９の基部（前端部）には、噴射孔２１に燃料を供給するための燃料配管２３が接続されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, a fuel injection valve that atomizes fuel (liquid fuel) toward the combustion chamber 5 and injects (sprays) it as a conical spray flow S at the center of the burner body 11. The pressure injection valve 19 is provided. The pressure injection valve 19 has an injection hole (nozzle hole) 21 capable of spraying fuel at the center, and fuel is supplied to the injection hole 21 at the base (front end) of the pressure injection valve 19. A fuel pipe 23 is connected.

図１及び図３に示すように、バーナ本体１１の中央部には、バーナ室１３に導入された空気を燃焼室５側へ案内するコーン型の空気ガイド２５が設けられており、この空気ガイド２５は、燃焼室５側（下流側）に向かって拡径したテーパ部２７を有している。また、空気ガイド２５のテーパ部２７の先端側（後端側）は、バーナ本体１１に対して後方向に突出してあって、空気ガイド２５のテーパ部２７の先端の径方向位置は、バーナ室１３の内周面の径方向位置と同じ位置に設定されている。なお、空気ガイド２５がバーナ本体１１の中央部に設けられる代わりに、圧力噴射弁１９の外周部に設けられるようにしても構わない。   As shown in FIGS. 1 and 3, a cone-type air guide 25 that guides air introduced into the burner chamber 13 toward the combustion chamber 5 is provided at the center of the burner body 11. 25 has the taper part 27 expanded in diameter toward the combustion chamber 5 side (downstream side). Further, the front end side (rear end side) of the taper portion 27 of the air guide 25 protrudes rearward with respect to the burner body 11, and the radial position of the front end of the taper portion 27 of the air guide 25 is the burner chamber. 13 is set at the same position as the radial position of the inner peripheral surface. The air guide 25 may be provided at the outer peripheral portion of the pressure injection valve 19 instead of being provided at the central portion of the burner body 11.

空気ガイド２５のテーパ部２７には、円形の複数の通孔２９が形成されており、各通孔２９の孔中心（孔軸心）は、空気ガイド２５のテーパ部２７の厚み方向に平行になっている。なお、各通孔２９の形状を円形にする代わりに、楕円形又はスリット形状にしたり、各通孔２９の孔中心を空気ガイド２５のテーパ部２７の厚み方向に平行にする代わりに、軸方向に平行にしたりしても構わない。   A plurality of circular through holes 29 are formed in the tapered portion 27 of the air guide 25, and the center (hole axis) of each through hole 29 is parallel to the thickness direction of the tapered portion 27 of the air guide 25. It has become. Instead of making the shape of each through hole 29 circular, an elliptical shape or a slit shape, or instead of making the hole center of each through hole 29 parallel to the thickness direction of the taper portion 27 of the air guide 25, the axial direction You may make it parallel to.

バーナ本体１１におけるバーナ室１３の出口側の周縁部と空気ガイド２５のテーパ部２７との間には、空気の流れを絞る環状の絞り部３１が形成されている。   An annular throttling portion 31 that restricts the flow of air is formed between the peripheral portion of the burner body 11 on the outlet side of the burner chamber 13 and the tapered portion 27 of the air guide 25.

続いて、本発明の実施形態の作用及び効果について説明する。   Then, the effect | action and effect of embodiment of this invention are demonstrated.

複数の第１空気導入孔１５から空気をバーナ室１３に導入して強い旋回流を形成しかつ複数の第２空気導入孔１７から空気をバーナ室１３に導入して前記強い旋回流に衝突させることにより、圧力噴射弁１９の近傍において、前記強い旋回流を部分的に破壊して強い乱流（強い乱流場）を形成する。また、圧力噴射弁１９の近傍に強い乱流場を形成した状態で、圧力噴射弁１９から燃焼室５側に向かって燃料を噴霧流Ｓとして噴射する。これにより、燃料と空気の混合を促進しつつ、燃焼室５において着火によって混合気を燃焼させて、火炎Ｆを形成することができる。なお、混合気を燃焼させる直前に、点火栓によって混合気中の燃料を着火する。   Air is introduced into the burner chamber 13 from the plurality of first air introduction holes 15 to form a strong swirl flow, and air is introduced into the burner chamber 13 from the plurality of second air introduction holes 17 to collide with the strong swirl flow. Thus, in the vicinity of the pressure injection valve 19, the strong swirling flow is partially broken to form a strong turbulent flow (strong turbulent flow field). Further, fuel is injected as a spray flow S from the pressure injection valve 19 toward the combustion chamber 5 in a state where a strong turbulent flow field is formed in the vicinity of the pressure injection valve 19. Thereby, the air-fuel mixture is combusted by ignition in the combustion chamber 5 while promoting the mixing of fuel and air, and the flame F can be formed. Immediately before the air-fuel mixture is combusted, the fuel in the air-fuel mixture is ignited by the spark plug.

ここで、バーナ室１３に導入された空気を燃焼室５側へ案内するコーン型の空気ガイド２５が圧力噴射弁１９の先端部を囲むように設けられ、バーナ本体１１におけるバーナ室１３の出口側の周縁部と空気ガイド２５のテーパ部２７との間に空気の流れを絞る環状の絞り部３１が形成されているため、ガスタービン燃焼器１（バーナ９）の運転中に、図１に示すように、バーナ本体１１におけるバーナ室１３の出口側の周縁部と空気ガイド２５のテーパ部２７との間を通過する空気の流れに対して、径方向外側から径方向内側に向かって流速が遅くなるような流速分布を安定的に与えることができる。これにより、空気ガイド２５のテーパ部２７の先端部付近に径方向外側から径方向内側（空気ガイド２５のテーパ部２７の外側から内側）に巻くような渦Ｇを発生させて、換言すれば、旋回羽根を廃したシンプルな構成のバーナ９であっても、圧力噴射弁１９の下流側近傍に逆流領域を形成することができる。   Here, a cone-type air guide 25 for guiding the air introduced into the burner chamber 13 to the combustion chamber 5 side is provided so as to surround the tip of the pressure injection valve 19, and the burner body 11 has an outlet side of the burner chamber 13. 1 is formed during the operation of the gas turbine combustor 1 (burner 9). Thus, with respect to the flow of air passing between the peripheral portion on the outlet side of the burner chamber 13 in the burner body 11 and the tapered portion 27 of the air guide 25, the flow velocity is slow from the radially outer side toward the radially inner side. It is possible to stably give such a flow velocity distribution. This generates a vortex G that winds from the radially outer side to the radially inner side (from the outer side to the inner side of the taper portion 27 of the air guide 25) in the vicinity of the tip portion of the taper portion 27 of the air guide 25, in other words, Even if the burner 9 has a simple configuration with no swirl vanes, a backflow region can be formed in the vicinity of the downstream side of the pressure injection valve 19.

なお、図１中において、Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｄ、Ｖｅは、空気の流れの流速を表しており、Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｄ、Ｖｅの間には、Ｖａ＞Ｖｂ＞Ｖｃ＞Ｖｄ＞Ｖｅの関係が成立するようになっている。また、バーナ本体１１におけるバーナ室１３の出口側の周縁部と空気ガイド２５のテーパ部２７との間を通過する空気の流れが前述の流速分布を持つこと、及び空気ガイド２５のテーパ部２７の先端部付近に径方向外側から径方向内側に巻くような渦Ｇが発生することは、本願の発明者が非燃焼場におけるバーナ９のフロー試験によって確認してある。   In FIG. 1, Va, Vb, Vc, Vd, and Ve represent the flow velocity of the air flow, and Va> Vb> Vc> Vd> between Va, Vb, Vc, Vd, and Ve. The relationship Ve is established. Further, the flow of air passing between the peripheral edge of the burner body 11 on the outlet side of the burner chamber 13 and the tapered portion 27 of the air guide 25 has the above-described flow velocity distribution, and the tapered portion 27 of the air guide 25 It has been confirmed by the flow test of the burner 9 in a non-combustion field that the vortex G that winds from the radially outer side to the radially inner side is generated near the tip.

従って、本発明の実施形態によれば、旋回羽根を廃したシンプルな構成のバーナ９であっても、圧力噴射弁１９の下流側近傍に逆流領域を形成できるため、圧力噴射弁１９の下流側近傍の流速（局所流速）が低下して、燃料と空気の混合及び燃焼反応が維持され、火炎Ｆが安定することで、火炎基部Ｆａ位置での火炎吹き消え限界領域が拡大して、バーナ９の保炎性、ガスタービン燃焼器１の燃焼安定性を高いレベルまで確保することができる。特に、空気ガイド２５のテーパ部２７に円形の複数の通孔２９が形成されているため、空気ガイド２５の複数の通孔２９の出口側に渦（図示省略）を発生させることができ、前述の効果をより高めることができる。   Therefore, according to the embodiment of the present invention, the backflow region can be formed in the vicinity of the downstream side of the pressure injection valve 19 even if the burner 9 has a simple configuration without the swirling blades. The flow velocity in the vicinity (local flow velocity) is reduced, the mixing of fuel and air and the combustion reaction are maintained, and the flame F is stabilized, so that the flame blowout limit region at the flame base Fa position is expanded, and the burner 9 It is possible to ensure the flame holding property and the combustion stability of the gas turbine combustor 1 to a high level. In particular, since a plurality of circular through holes 29 are formed in the tapered portion 27 of the air guide 25, vortices (not shown) can be generated on the outlet side of the plurality of through holes 29 of the air guide 25. The effect of can be further increased.

なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限るものでなく、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。   In addition, this invention is not restricted to description of the above-mentioned embodiment, It can implement in a various aspect. Further, the scope of rights encompassed by the present invention is not limited to these embodiments.

Ｆ 火炎
Ｆａ 火炎基部
Ｇ 渦
Ｓ 噴霧流
１ ガスタービン燃焼器
３ 燃焼器ライナ
５ 燃焼室
７ 隔壁
９ バーナ
１１ バーナ本体
１３ バーナ室
１５ 第１空気導入孔
１７ 第２空気導入孔
１９ 圧力噴射弁
２１ 噴射孔
２３ 燃料配管
２５ 空気ガイド
２７ テーパ部
２９ 通孔
３１ 絞り部 F flame Fa flame base G vortex S spray flow 1 gas turbine combustor 3 combustor liner 5 combustion chamber 7 partition 9 burner 11 burner body 13 burner chamber 15 first air introduction hole 17 second air introduction hole 19 pressure injection valve 21 injection Hole 23 Fuel pipe 25 Air guide 27 Tapered portion 29 Through hole 31 Restricted portion

Claims (4)

燃料と空気との混合気を燃焼部で燃焼させて、火炎を形成するためのバーナにおいて、
内側に前記燃焼部に連通したバーナ室を有し、接線方向から前記バーナ室に空気を導入する第１空気導入孔が形成され、前記第１空気導入孔の上流側に前記バーナ室に空気を導入する第２空気導入孔が形成された筒状のバーナ本体と、
前記バーナ本体の中央部に設けられ、前記燃焼部側へ向かって燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁の先端部を囲むように設けられ、前記燃焼部側に向かって拡径したテーパ部を有し、前記バーナ室に導入された空気を前記燃焼部側へ案内するコーン型の空気ガイドと、を備えたことを特徴とするバーナ。 In a burner for burning a mixture of fuel and air in the combustion section to form a flame,
A burner chamber communicated with the combustion section is formed on the inner side, a first air introduction hole for introducing air into the burner chamber from a tangential direction is formed, and air is introduced into the burner chamber upstream of the first air introduction hole. A cylindrical burner body in which a second air introduction hole to be introduced is formed;
A fuel injection valve that is provided at the center of the burner body and injects fuel toward the combustion section;
Cone-type air that is provided so as to surround the tip portion of the fuel injection valve, has a tapered portion that expands toward the combustion portion, and guides the air introduced into the burner chamber to the combustion portion. A burner characterized by comprising a guide. 前記バーナ本体における前記バーナ室の出口側の周縁部と前記空気ガイドの前記テーパ部との間に空気の流れを絞る環状の絞り部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のバーナ。   The annular throttle part which restrict | squeezes the flow of air is formed between the peripheral part by the side of the exit of the said burner chamber in the said burner main body, and the said taper part of the said air guide, The Claim 1 characterized by the above-mentioned. Burner. 前記空気ガイドの前記テーパ部に通孔が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のバーナ。   The burner according to claim 1 or 2, wherein a through hole is formed in the tapered portion of the air guide. 燃料と空気の混合気を燃焼させて、燃焼ガスを生成するガスタービン燃焼器において、
請求項１から請求項３のうちのいずれかのバーナを備えたことを特徴とするガスタービン燃焼器。 In a gas turbine combustor that generates a combustion gas by burning a mixture of fuel and air,
A gas turbine combustor comprising the burner according to any one of claims 1 to 3.
JP2012116264A 2012-05-22 2012-05-22 Burner and gas turbine combustor Active JP5991025B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012116264A JP5991025B2 (en) 2012-05-22 2012-05-22 Burner and gas turbine combustor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012116264A JP5991025B2 (en) 2012-05-22 2012-05-22 Burner and gas turbine combustor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013242101A true JP2013242101A (en) 2013-12-05
JP5991025B2 JP5991025B2 (en) 2016-09-14

Family

ID=49843148

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012116264A Active JP5991025B2 (en) 2012-05-22 2012-05-22 Burner and gas turbine combustor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5991025B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016133235A (en) * 2015-01-16 2016-07-25 大阪瓦斯株式会社 Direct advance flame type gas burner
KR102382600B1 (en) * 2020-11-25 2022-04-06 한국생산기술연구원 Combined swirl combustor

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61119919A (en) * 1984-10-30 1986-06-07 ソシエテ・ナシオナル・デテユード・エ・ドウ・コンストリユクシオン・ドウ・モトール・ダヴイアシオン、“エス．エヌ．ウ．セ．エム．アー．” Air and fuel injector
JPH07260150A (en) * 1994-03-10 1995-10-13 Soc Natl Etud Constr Mot Aviat <Snecma> Pre-mixing injection device
JP2007024357A (en) * 2005-07-13 2007-02-01 Hitachi Ltd Gas turbine combustor, method of preventing carbonization of fuel, and purging method
JP2007033025A (en) * 2002-08-22 2007-02-08 Hitachi Ltd Gas turbine combustor, combustion method for gas turbine combustor, and method of modifying gas turbine combustor
JP2007255795A (en) * 2006-03-23 2007-10-04 Ihi Corp Burner for combustor and combustion method
JP2011528098A (en) * 2008-04-11 2011-11-10 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ Venturi and method of manufacture

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61119919A (en) * 1984-10-30 1986-06-07 ソシエテ・ナシオナル・デテユード・エ・ドウ・コンストリユクシオン・ドウ・モトール・ダヴイアシオン、“エス．エヌ．ウ．セ．エム．アー．” Air and fuel injector
JPH07260150A (en) * 1994-03-10 1995-10-13 Soc Natl Etud Constr Mot Aviat <Snecma> Pre-mixing injection device
JP2007033025A (en) * 2002-08-22 2007-02-08 Hitachi Ltd Gas turbine combustor, combustion method for gas turbine combustor, and method of modifying gas turbine combustor
JP2007024357A (en) * 2005-07-13 2007-02-01 Hitachi Ltd Gas turbine combustor, method of preventing carbonization of fuel, and purging method
JP2007255795A (en) * 2006-03-23 2007-10-04 Ihi Corp Burner for combustor and combustion method
JP2011528098A (en) * 2008-04-11 2011-11-10 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ Venturi and method of manufacture

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016133235A (en) * 2015-01-16 2016-07-25 大阪瓦斯株式会社 Direct advance flame type gas burner
KR102382600B1 (en) * 2020-11-25 2022-04-06 한국생산기술연구원 Combined swirl combustor
WO2022114398A1 (en) * 2020-11-25 2022-06-02 한국생산기술연구원 Combined swirl combustor

Also Published As

Publication number Publication date
JP5991025B2 (en) 2016-09-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9518740B2 (en) Axial swirler for a gas turbine burner
EP2815184B1 (en) Burner
US20140096502A1 (en) Burner for a gas turbine
US8893500B2 (en) Lean direct fuel injector
US20080078183A1 (en) Liquid fuel enhancement for natural gas swirl stabilized nozzle and method
US20160209040A1 (en) Gas turbine combustor and gas turbine engine equipped with same
JP2009133599A (en) Methods and systems to facilitate reducing flashback/flame holding in combustion systems
RU2013108313A (en) FUEL AIR INJECTOR (OPTIONS), COMBUSTION CAMERA FOR A GAS-TURBINE ENGINE (OPTIONS) AND METHOD OF OPERATION OF A FUEL AIR INJECTOR (OPTIONS)
JP2012251742A (en) Fuel injector
JP2009052877A (en) Gas turbine premixer with radial multistage flow path, and air-gas mixing method for gas turbine
JP2009270816A (en) Fuel nozzle for gas turbine engine, and method for manufacturing the same
US8919132B2 (en) Method of operating a gas turbine engine
JP2012107855A (en) Apparatus and method for igniting and combusting combustor
EP3076077B1 (en) Nozzle, combustion apparatus, and gas turbine
JP2014215036A (en) Can combustor for can-annular combustor arrangement in gas turbine
JP2013140004A (en) Combustor fuel nozzle and method for supplying fuel to combustor
US9182124B2 (en) Gas turbine and fuel injector for the same
WO2016042787A1 (en) Combustion burner, combustor and gas turbine
JP2010181141A (en) Burner tube of combustion system
KR20180106945A (en) Dual-fuel fuel nozzle with liquid fuel tip
JP2007147125A (en) Gas turbine combustor
JP5991025B2 (en) Burner and gas turbine combustor
JP2017180906A (en) Gas turbine combustor
EP3465009B1 (en) Fuel nozzle for a gas turbine with radial swirler and axial swirler and gas turbine
JP6417620B2 (en) Combustor, gas turbine

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150224

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20151217

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160105

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160229

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160719

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160801

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5991025

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250