JP2016521840A - 交互旋回式主バーナを備える非対称なベースプレート冷却 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、交互旋回式主バーナを利用する缶型環状燃焼器において逆火及び火炎保持を生じやすい領域に冷却流体を好適には供給するように構成されたベースプレート用の最適化された冷却配列に関する。この最適化された冷却配列はNOx及びCOエミッションを低減する。
ガスタービンエンジン用の缶型環状燃焼器は、中央のパイロットバーナと、パイロットバーナの周囲に配置された複数の予混合主バーナとを有する燃焼器アセンブリを有してもよい。パイロットバーナは通常、圧縮機から受け取られた圧縮空気の流れの一部を受け取り、パイロットバーナ流を燃料と混合してパイロットバーナ空気・燃料混合物を形成する。パイロットバーナ混合物は、軸方向に移動するパイロットバーナ混合物に周方向運動を付与するパイロットバーナにおける流れ制御面によって旋回させられてもよい。この旋回させられた流れは、拡開するパイロット円錐内で継続し、この配列は、拡開するらせん形に流れるパイロット混合物を生じる。この混合物は、点火され、燃焼器火炎をアンカリングするように機能する。
本発明は以下の説明において図面に関連して説明される。
本発明の発明者は、パイロットバーナを包囲する予混合主バーナを使用する燃焼配列が、主バーナにおけるスワーラが主バーナ流に交互に反転する旋回を付与した場合に燃焼器内に変化する燃料濃度のゾーンを形成することを認識した。発明者は、隣接する主バーナ流の隣接する部分が内向きに(口火内へ)流れるゾーンにおいて、燃料高濃度ゾーンが形成され得ることを確認した。これらの内向きゾーンにおける高い燃料含有量は、逆火及び火炎保持の傾向を高める。対照的に、発明者は、隣接する主バーナ流の隣接する部分が外向きに(口火から離れる方向へ)流れるゾーンにおいて、燃料希薄ゾーンが形成され得ることを確認した。発明者は、さらに、ベースプレートを通流する冷却流体が主バーナ流に引き込まれることを確認した。発明者は、この知識を活用し、このような交互に反転するスワール配列における逆火及び火炎保持の可能性を低減するように構成された独特の装置を発明した。
Claims (20)
- 燃焼器配列であって、
パイロット円錐を有するパイロットバーナと、
複数の反時計回りの主スワーラの間に配置されかつ前記パイロットバーナの周囲に同心に配置された複数の時計回りの主スワーラと、
前記主スワーラを横切るベースプレートと、を備え、
前記主スワーラを通る隣接する流れの隣接する部分がパイロット円錐に向かって流れる内向きゾーンが存在し、該内向きゾーンの間に配置されて、隣接する流れの隣接する部分が前記パイロット円錐から離れる方向へ流れる外向きゾーンが存在し、
当該燃焼器配列の長手方向軸線に関して前記内向きゾーンの上流に配置された高流量領域を介して、前記外向きゾーンよりも比較的多くの冷却流体を前記内向きゾーンへ好適には供給するように構成されていることを特徴とする、燃焼器配列。 - 前記パイロット円錐は、内側パイロット円錐を包囲する外側パイロット円錐を含み、前記内側パイロット円錐と前記外側パイロット円錐との間に、環状間隙冷却流体を前記内向きゾーン及び前記外向きゾーンへ供給するために有効な環状間隙が形成されており、該環状間隙の幅は、それぞれの高流量領域及び低流量領域を形成するように変化している、請求項1記載の燃焼器配列。
- 前記パイロット円錐は、内側パイロット円錐を包囲する外側パイロット円錐を含み、前記内側パイロット円錐と前記外側パイロット円錐との間に、環状間隙冷却流体を前記内向きゾーン及び前記外向きゾーンへ供給するために有効な環状間隙が形成されており、さらに、好適には前記環状間隙冷却流体を前記内向きゾーンへ案内することによって高流量領域を形成するために有効な、前記環状間隙に配置された流れガイドを含む、請求項1記載の燃焼器配列。
- 前記ベースプレートは、高流量領域を形成する開口を有し、該高流量領域のそれぞれを通って前記冷却流体が比較的高い流量で流れ、前記開口は、さらに、複数の低流量領域を形成しており、該低流量領域のそれぞれを通って前記冷却流体は比較的低い流量で流れる、請求項1記載の燃焼器配列。
- それぞれの前記高流量領域は、周方向でそれぞれの内向きゾーンと位置合わせされている、請求項1記載の燃焼器配列。
- 高流量領域開口は、前記冷却流体が前記ベースプレートを通流することを可能にしており、それぞれの前記高流量領域において、前記高流量領域開口の大部分は、それぞれの隣接する主スワーラの長手方向軸線の半径方向外側に配置されている、請求項5記載の燃焼器配列。
- 燃焼器配列であって、
パイロットバーナと、
該パイロットバーナの周囲に同心に配置された複数の予混合主スワーラであって、時計回りの旋回を付与する主スワーラと、反時計回りの旋回を付与する主スワーラとが交互に位置している、予混合主スワーラと、
ベースプレートであって、該ベースプレートを通って前記主スワーラが延びており、前記ベースプレートは、複数の高流量領域であって該高流量領域のそれぞれを冷却流体が比較的高い流量で流れる複数の高流量領域と、複数の低流量領域であって該低流量領域のそれぞれを前記冷却流体が比較的低い流量で流れる複数の低流量領域とを含む、ベースプレートと、を備え、
前記高流量領域を通流する冷却流体が、隣接する主スワーラ流の隣接する部分が前記パイロットバーナへ流れるところに形成されたそれぞれの内向きゾーンへ供給されるような位置に、前記高流量領域が配置されていることを特徴とする、燃焼器配列。 - 前記低流量領域は、周方向で、隣接する高流量領域の間に配置されている、請求項7記載の燃焼器配列。
- それぞれの高流量領域は、パイロットバーナ長手方向軸線に対して半径方向で、かつ各内向きゾーンを包囲するように隣接しているそれぞれの主スワーラを二分する平面によって、範囲を定められている、請求項8記載の燃焼器配列。
- 前記低流量領域は、前記高流量領域の間に位置するベースプレートの部分である、請求項9記載の燃焼器配列。
- それぞれの前記高流量領域は、周方向でそれぞれの内向きゾーンと位置合わせされている、請求項7記載の燃焼器配列。
- 前記ベースプレートを貫通しかつそれぞれの前記高流量領域に関連した開口は、それぞれの前記高流量領域を通流する冷却流体が、前記パイロットバーナのパイロット円錐に隣接したそれぞれの内向きゾーンに流入するように位置決めされている、請求項7記載の燃焼器配列。
- 前記パイロットバーナは、内側円錐と、該内側円錐を包囲する外側円錐とを有し、前記内側円錐と前記外側円錐との間に環状間隙が形成されており、該環状間隙は、該環状間隙を通流する冷却流体用の通路を形成しており、前記環状間隙から出た前記冷却流体は、前記内向きゾーンに進入する、請求項7記載の燃焼器配列。
- 燃焼器配列であって、
パイロット円錐を有するパイロットバーナの周囲に配置された複数の交互に旋回する主スワーラであって、隣接する主スワーラによって形成された収束する流れは、パイロット円錐に関して交互の内向き及び外向きの流れ領域を形成する、複数の交互に旋回する主スワーラと、
外向きの流れ領域よりも内向きの流れ領域により高い流量の冷却流体を好適には供給するために有効な冷却流体流れ配列と、
を備えることを特徴とする、燃焼器配列。 - 前記主スワーラを支持するベースプレートと、
該ベースプレートに形成された、前記外向きの流れ領域の上流の領域よりも、前記内向きの流れ領域の上流の領域においてより多数の冷却流体開口と、
をさらに備える、請求項14記載の燃焼器配列。 - 前記主スワーラを支持するベースプレートと、
該ベースプレートに形成された、前記外向きの流れ領域の上流の領域よりも、前記内向きの流れ領域の上流の領域において比較的大きな冷却流体開口と、
をさらに備える、請求項14記載の燃焼器配列。 - 前記パイロット円錐は、前記外向きの流れ領域よりも前記内向きの流れ領域により高い流量の冷却流体を供給するように構成されている、請求項14記載の燃焼器配列。
- 前記パイロット円錐は、その円周に沿って変化する幅を有する環状間隙を有する、請求項17記載の燃焼器配列。
- 前記パイロット円錐は、その円周に沿って変化するジオメトリを有する環状間隙を有する、請求項17記載の燃焼器配列。
- 前記パイロット円錐は、前記冷却流体を方向付けるために有効な流れガイドを有する、請求項17記載の燃焼器配列。
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