JP2024078998A - Fuel nozzle and gas turbine engine - Google Patents

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Abstract

【課題】液体燃料の微粒化を促進してNOx等の有害排出物の生成を抑制する。【解決手段】液体燃料を燃焼室CCに向けて噴射するノズル部10と、ノズル部10との間に燃焼用空気CAを流通させる内側流路ICを形成する内側筒部20と、内側流路ICを流通する燃焼用空気CAに旋回力を付与する内側旋回器30と、を備え、内側筒部20の内周面20aは、ノズル部10から噴射された液体燃料を付着させて液膜を形成し、内側筒部20は、軸線Xに沿って燃焼室CCに近づくにつれて、流路断面積が拡大せず、かつ内側筒部20の内周面20aの軸線Xに直交する断面における濡れ縁長さが長くなるように形成されている燃料ノズル100を提供する。【選択図】図1[Problem] To promote atomization of liquid fuel and suppress the generation of harmful emissions such as NOx. [Solution] A fuel nozzle 100 is provided, which includes a nozzle portion 10 for injecting liquid fuel toward a combustion chamber CC, an inner cylindrical portion 20 forming an inner flow passage IC for circulating combustion air CA between the nozzle portion 10 and the inner cylindrical portion 20, and an inner swirler 30 for applying a swirling force to the combustion air CA flowing through the inner flow passage IC, and the inner circumferential surface 20a of the inner cylindrical portion 20 forms a liquid film by adhering the liquid fuel injected from the nozzle portion 10, and the inner cylindrical portion 20 is formed so that the flow passage cross-sectional area does not increase as it approaches the combustion chamber CC along the axis X, and the wetted perimeter length in a cross section perpendicular to the axis X of the inner circumferential surface 20a of the inner cylindrical portion 20 increases as it approaches the combustion chamber CC along the axis X. [Selected Figure] Figure 1

Description

本開示は、燃料ノズルおよびガスタービンエンジンに関するものである。 The present disclosure relates to fuel nozzles and gas turbine engines.

航空機用エンジンの燃焼器に用いられる燃料ノズルとして、高速の気流を用いて液体燃料を微粒化させるエアブラスト式が主流となっている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1には、ノズルの先端に周方向の複数箇所に隙間が形成されたリップエクステンダーを設け、薄膜状の燃料と隙間から流入する空気とを混合させることにより液体燃料の微粒化を促進することが開示されている。 The mainstream fuel nozzles used in the combustors of aircraft engines are air blast nozzles that use a high-speed airflow to atomize liquid fuel (see, for example, Patent Document 1). Patent Document 1 discloses that a lip extender with gaps formed at multiple locations around the circumference is provided at the tip of the nozzle, and the thin film of fuel is mixed with the air flowing in through the gaps to promote atomization of the liquid fuel.

米国特許第10317083号明細書U.S. Pat. No. 1,031,7083

近年の航空機用エンジンでは、NOx(窒素酸化物)に代表される有害排出物に対して厳しい規制が設けられている。燃料ノズルにおける液体燃料の微粒化が不十分な場合、燃焼器の内部における燃料濃度が不均一となって局所的に高温の燃焼ガスが生じ、NOx排出量が増加してしまう。そのため、更なる液体燃料の微粒化の促進が求められている。 In recent aircraft engines, strict regulations have been imposed on harmful emissions such as NOx (nitrogen oxides). If the liquid fuel is not atomized sufficiently in the fuel nozzle, the fuel concentration inside the combustor becomes non-uniform, resulting in locally high-temperature combustion gas and increased NOx emissions. For this reason, there is a demand for further improvement in the atomization of liquid fuel.

本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、液体燃料の微粒化を促進してNOx等の有害排出物の生成を抑制することが可能な燃料ノズルおよびそれを備えたガスタービンエンジンを提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in consideration of these circumstances, and aims to provide a fuel nozzle that can promote atomization of liquid fuel and suppress the generation of harmful emissions such as NOx, and a gas turbine engine equipped with the same.

上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る燃料ノズルは、軸線に沿って配置されるとともに液体燃料を噴射孔から燃焼室に向けて噴射するノズル部と、前記軸線に沿って筒状に形成されるとともに前記ノズル部の外周側に配置され、前記ノズル部との間に燃焼用空気を流通させる第1流路を形成する第1筒部と、前記第1流路に配置されるとともに前記第1流路を流通する燃焼用空気が前記軸線回りに旋回する旋回力を付与する第1旋回器と、を備え、前記第1筒部の内周面は、前記ノズル部から噴射された前記液体燃料を付着させて液膜を形成し、前記第1筒部は、前記軸線に沿って前記燃焼室に近づくにつれて、流路断面積が拡大せず、かつ前記第1筒部の前記内周面の前記軸線に直交する断面における濡れ縁長さが長くなるように形成されている。 In order to solve the above problem, a fuel nozzle according to one aspect of the present disclosure includes a nozzle section that is arranged along an axis and injects liquid fuel from an injection hole toward a combustion chamber, a first tubular section that is formed in a cylindrical shape along the axis and is arranged on the outer periphery of the nozzle section, forming a first flow path for circulating combustion air between the nozzle section and the first swirler that is arranged in the first flow path and applies a swirling force to the combustion air flowing through the first flow path to rotate around the axis, and the inner circumferential surface of the first tubular section forms a liquid film by adhering the liquid fuel injected from the nozzle section, and the first tubular section is formed so that the flow path cross-sectional area does not increase as it approaches the combustion chamber along the axis, and the wetted perimeter length in a cross section perpendicular to the axis of the inner circumferential surface of the first tubular section increases.

本開示によれば、液体燃料の微粒化を促進してNOx等の有害排出物の生成を抑制することが可能な燃料ノズルおよびそれを備えたガスタービンエンジンを提供することができる。 The present disclosure provides a fuel nozzle that can promote atomization of liquid fuel and suppress the generation of harmful emissions such as NOx, and a gas turbine engine equipped with the same.

本開示の第1実施形態に係る燃料ノズルを示す縦断面図である。FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing a fuel nozzle according to a first embodiment of the present disclosure. 図1に示す内側筒部の先端側を軸線に沿って燃焼室側からみた平面図である。2 is a plan view of the tip side of the inner cylindrical portion shown in FIG. 1 as viewed from the combustion chamber side along the axis. FIG. 図2に示す内側筒部の先端側の斜視図である。3 is a perspective view of a tip end side of an inner cylindrical portion shown in FIG. 2 . 図1の位置X1における内側筒部および外側筒部の断面図である。2 is a cross-sectional view of the inner tubular portion and the outer tubular portion taken along a position X1 in FIG. 図1の位置X0における内側筒部の断面図である。2 is a cross-sectional view of the inner cylindrical portion at position X0 in FIG. 1 . 図2に示す内側筒部の先端側のA-A矢視断面図である。3 is a cross-sectional view of the tip side of the inner tubular portion shown in FIG. 2 taken along the line AA. 図2に示す内側筒部の先端側の正面図である。3 is a front view of a tip end side of the inner cylindrical portion shown in FIG. 2 . 本開示の第2実施形態の内側筒部の先端側を軸線に沿って燃焼室側からみた平面図である。13 is a plan view of a tip side of an inner cylindrical portion of a second embodiment of the present disclosure, viewed from the combustion chamber side along an axis line. FIG. 本開示の第3実施形態の内側筒部の先端側を軸線に沿って燃焼室側からみた平面図である。FIG. 11 is a plan view of a tip side of an inner cylindrical portion of a third embodiment of the present disclosure, as viewed from the combustion chamber side along an axis line. 本開示の第4実施形態の内側筒部を、内周面を上方にして展開した展開図である。FIG. 13 is a development view of an inner tubular portion according to a fourth embodiment of the present disclosure, with the inner circumferential surface facing upward.

〔第1実施形態〕
以下、本開示の第1実施形態に係る燃料ノズル100について、図面を参照して説明する。図1は、本開示の第1実施形態に係る燃料ノズル100を示す縦断面図である。
First Embodiment
A fuel nozzle 100 according to a first embodiment of the present disclosure will be described below with reference to the drawings. Fig. 1 is a vertical cross-sectional view showing a fuel nozzle 100 according to a first embodiment of the present disclosure.

本実施形態の燃料ノズル100は、例えば、航空機等に用いられるガスタービンエンジンの燃焼器が備えるものである。本実施形態の燃料ノズル100が備えられた燃焼器を有するガスタービンエンジンは、液体燃料を燃焼させることにより燃焼器で生成された燃焼ガスにより駆動されるタービンと、タービンの駆動力によって駆動される駆動軸を備える。タービンから駆動軸に伝達された駆動力は、駆動軸に連結されたプロペラ等を回転させる動力として用いられる。 The fuel nozzle 100 of this embodiment is provided in a combustor of a gas turbine engine used in, for example, an aircraft. A gas turbine engine having a combustor equipped with the fuel nozzle 100 of this embodiment includes a turbine driven by combustion gas generated in the combustor by burning liquid fuel, and a drive shaft driven by the driving force of the turbine. The driving force transmitted from the turbine to the drive shaft is used as power to rotate a propeller or the like connected to the drive shaft.

図1に示すように、本実施形態の燃料ノズル100は、ノズル部10と、内側筒部(第1筒部)20と、内側旋回器(第1旋回器)30と、外側筒部(第2筒部)40と、外側旋回器(第2旋回器)50と、を備える。 As shown in FIG. 1, the fuel nozzle 100 of this embodiment includes a nozzle section 10, an inner cylindrical section (first cylindrical section) 20, an inner swirler (first swirler) 30, an outer cylindrical section (second cylindrical section) 40, and an outer swirler (second swirler) 50.

ノズル部10は、軸線Xに沿って配置されるとともに液体燃料供給源(図示略)から供給される液体燃料を噴射孔11から内側筒部20を介して燃焼室CCへ向けて噴射する燃料ノズルである。ノズル部10は、軸線Xと交差する噴射方向IDに沿って内側筒部20の内周面20aに向けて液体燃料を噴射する。 The nozzle section 10 is a fuel nozzle that is arranged along the axis X and injects liquid fuel supplied from a liquid fuel supply source (not shown) from the injection hole 11 through the inner cylindrical section 20 toward the combustion chamber CC. The nozzle section 10 injects liquid fuel toward the inner circumferential surface 20a of the inner cylindrical section 20 along an injection direction ID that intersects with the axis X.

内側筒部20は、軸線Xに沿って筒状に形成されるとともにノズル部10の外周側に同軸に配置される筒体である。内側筒部20は、ノズル部10との間に燃焼用空気CAを流通させる内側流路ICを形成する。内側流路ICは、図1に示すX0に到達するまでは軸線X回りに環状に形成され、X0からX2に到達するまでは錐台状に形成される流路である。内側流路ICには、燃焼用空気供給源(図示略)から燃焼用空気CAが供給される。 The inner cylindrical portion 20 is a cylinder formed in a cylindrical shape along the axis X and arranged coaxially on the outer periphery side of the nozzle portion 10. The inner cylindrical portion 20 forms an inner flow passage IC between the nozzle portion 10 and the inner cylindrical portion 20, through which the combustion air CA flows. The inner flow passage IC is formed in an annular shape around the axis X until it reaches X0 shown in FIG. 1, and is formed in a frustum shape from X0 to X2. The inner flow passage IC is supplied with the combustion air CA from a combustion air supply source (not shown).

内側旋回器30は、内側流路ICに配置されるとともに内側流路ICを流通する燃焼用空気CAが軸線X回りに旋回する旋回力を付与する装置である。内側旋回器30は、軸線X回りの周方向に環状に配置されている。 The inner swirler 30 is a device that is disposed in the inner flow passage IC and applies a swirling force to the combustion air CA flowing through the inner flow passage IC to rotate about the axis X. The inner swirler 30 is disposed in an annular shape in the circumferential direction about the axis X.

外側筒部40は、軸線Xに沿って筒状に形成されるとともに内側筒部20の外周側に同軸に配置される筒体である。内側筒部20は、内側筒部20との間に燃焼用空気CAを流通させる外側流路OCを形成する。外側流路OCは、軸線X回りに環状に形成される流路である。外側流路OCには、燃焼用空気供給源(図示略)から燃焼用空気CAが供給される。 The outer cylindrical portion 40 is a cylindrical body formed in a cylindrical shape along the axis X and arranged coaxially on the outer circumferential side of the inner cylindrical portion 20. The inner cylindrical portion 20 forms an outer flow passage OC between the inner cylindrical portion 20 and the outer cylindrical portion 40, through which the combustion air CA flows. The outer flow passage OC is a flow passage formed in an annular shape around the axis X. The combustion air CA is supplied to the outer flow passage OC from a combustion air supply source (not shown).

外側旋回器50は、外側流路OCに配置されるとともに外側流路OCを流通する燃焼用空気CAが軸線X回りに旋回する旋回力を付与する装置である。外側旋回器50は、軸線X回りの周方向に環状に配置されている。 The outer swirler 50 is a device that is disposed in the outer flow passage OC and applies a swirling force to the combustion air CA flowing through the outer flow passage OC to cause it to swirl about the axis X. The outer swirler 50 is disposed in an annular shape in the circumferential direction about the axis X.

ここで、内側筒部20により液膜LFを形成して燃焼室CCに吐出される液体燃料の微粒化を促進する構成について説明する。図1に示すように、内側筒部20の内周面20aは、ノズル部10から噴射された液体燃料の一部を付着させて液膜LFを形成する。内周面20aに形成される液膜LFは、内側筒部20の燃焼室CCに面する先端部20bに向けて移動しながら漸次薄くなる。先端部20bから燃焼室CCへ吐出された液膜LFは、内側流路ICから吐出される燃焼用空気CAと外側流路OCから吐出される燃焼用空気CAとのせん断作用によって微粒化される。 Here, we will explain the configuration in which the inner cylindrical portion 20 forms a liquid film LF to promote atomization of the liquid fuel discharged into the combustion chamber CC. As shown in FIG. 1, the inner peripheral surface 20a of the inner cylindrical portion 20 adheres a portion of the liquid fuel injected from the nozzle portion 10 to form a liquid film LF. The liquid film LF formed on the inner peripheral surface 20a gradually becomes thinner as it moves toward the tip portion 20b of the inner cylindrical portion 20 facing the combustion chamber CC. The liquid film LF discharged from the tip portion 20b into the combustion chamber CC is atomized by the shearing action of the combustion air CA discharged from the inner flow passage IC and the combustion air CA discharged from the outer flow passage OC.

先端部20bから燃焼室CCへ吐出されて微粒化して液滴となった液体燃料は、先端部20bから遠ざかるにつれて更に液滴のサイズが小さくなり蒸発を開始する。蒸発した燃料は、燃焼用空気CAと混合して燃焼室CCを流通方向の下流側に向けて導かれる。 The liquid fuel is discharged from the tip 20b into the combustion chamber CC and atomized into droplets. As it moves away from the tip 20b, the droplets become smaller and smaller and begin to evaporate. The evaporated fuel mixes with the combustion air CA and is guided downstream in the flow direction of the combustion chamber CC.

次に、燃焼室CCに吐出される液体燃料の微粒化を促進するための内側筒部20の形状について説明する。図2は、図1に示す内側筒部20の先端側を軸線Xに沿って燃焼室CC側からみた平面図である。図3は、図2に示す内側筒部の先端側の斜視図である。図2および図3に示すように、内側筒部20の内周面20aは、軸線X回りの周方向CDに沿って軸線Xからの距離が増加と減少を周期的に繰り返す凹凸形状(第1凹凸形状)を有する。また、内側筒部20の外周面20cは、軸線X回りの周方向CDに沿って軸線Xからの距離が増加と減少を周期的に繰り返す凹凸形状(第2凹凸形状)を有する。 Next, the shape of the inner cylindrical portion 20 for promoting atomization of the liquid fuel discharged into the combustion chamber CC will be described. FIG. 2 is a plan view of the tip side of the inner cylindrical portion 20 shown in FIG. 1, viewed from the combustion chamber CC side along the axis X. FIG. 3 is a perspective view of the tip side of the inner cylindrical portion shown in FIG. 2. As shown in FIGS. 2 and 3, the inner peripheral surface 20a of the inner cylindrical portion 20 has an uneven shape (first uneven shape) in which the distance from the axis X periodically increases and decreases along the circumferential direction CD about the axis X. In addition, the outer peripheral surface 20c of the inner cylindrical portion 20 has an uneven shape (second uneven shape) in which the distance from the axis X periodically increases and decreases along the circumferential direction CD about the axis X.

内側筒部20の先端部20bにおいて、内周面20aは、軸線Xを中心とした半径R2よりも軸線Xからの距離が長い凹部21と、軸線Xを中心とした半径R2よりも軸線Xからの距離が短い凸部22とを、周方向CDに沿って交互に配置した形状となっている。図2および図3において、谷部21aは、軸線Xからの距離が最も長くなる凹部21の位置を示す。頂部22aは、軸線Xからの距離が最も短くなる凸部22の位置を示す。 At the tip 20b of the inner cylindrical portion 20, the inner peripheral surface 20a has a shape in which recesses 21 that are farther from the axis X than the radius R2 centered on the axis X and protrusions 22 that are farther from the axis X than the radius R2 centered on the axis X are alternately arranged along the circumferential direction CD. In Figures 2 and 3, the valleys 21a indicate the positions of the recesses 21 that are farthest from the axis X. The peaks 22a indicate the positions of the protrusions 22 that are farthest from the axis X.

図2および図3において、谷線VLは、内側筒部20の谷部21aの周方向CDにおける位置をプロットして形成された線である。本実施形態の内側筒部20は、略一定の板厚tを有するものであるため、内周面20aの形状と外周面20cの形状が一致したものとなる。そのため、図2および図3では、内周面20aに形成される谷線VLの位置を外周面20cに示している。谷線VLは、内側筒部20における軸線X方向の一が図1に示すX0からX1、X1からX2に進むにつれて、周方向CDに沿って移動するように形成される。 2 and 3, the valley line VL is a line formed by plotting the position of the valley portion 21a of the inner tubular portion 20 in the circumferential direction CD. Since the inner tubular portion 20 of this embodiment has a substantially constant plate thickness t, the shape of the inner circumferential surface 20a and the shape of the outer circumferential surface 20c are consistent. Therefore, in FIGS. 2 and 3, the position of the valley line VL formed on the inner circumferential surface 20a is shown on the outer circumferential surface 20c. The valley line VL is formed so as to move along the circumferential direction CD as the position of the axial direction X of the inner tubular portion 20 progresses from X0 to X1 and from X1 to X2 shown in FIG. 1.

図4は、図1の位置X1における内側筒部20および外側筒部40の断面図である。内側筒部20の位置X1における内周面20aは、軸線Xを中心とした半径R1よりも軸線Xからの距離が長い凹部21と、軸線Xを中心とした半径R1よりも軸線Xからの距離が短い凸部22とを、周方向CDに沿って交互に配置した形状となっている。図4において、谷部21aは、軸線Xからの距離が最も長くなる凹部21の位置を示す。頂部22aは、軸線Xからの距離が最も短くなる凸部22の位置を示す。 Figure 4 is a cross-sectional view of the inner tubular portion 20 and the outer tubular portion 40 at position X1 in Figure 1. The inner peripheral surface 20a of the inner tubular portion 20 at position X1 has a shape in which recesses 21 that are farther from the axis X than the radius R1 centered on the axis X and protrusions 22 that are farther from the axis X than the radius R1 centered on the axis X are alternately arranged along the circumferential direction CD. In Figure 4, the valleys 21a indicate the positions of the recesses 21 that are farthest from the axis X. The peaks 22a indicate the positions of the protrusions 22 that are farthest from the axis X.

図4に示す半径R1は、図2に示す半径R2よりも大きい。そのため、図1の位置X2で内側筒部20の内周面20aにより形成される内側流路ICの流路断面積は、図1の位置X1で内側筒部20の内周面20aにより形成される内側流路ICの流路断面積よりも小さくなる。また、図1の位置X2における内側筒部20の内周面20aの濡れ縁長さは、図1の位置X1における内側筒部20の内周面20aの濡れ縁長さよりも長くなる。ここで、濡れ縁長さは、内側筒部20の内周面20aの軸線Xに直交する断面における長さであり、内周面20aの周方向CDに沿った1周分の長さをいう。 The radius R1 shown in FIG. 4 is larger than the radius R2 shown in FIG. 2. Therefore, the flow path cross-sectional area of the inner flow path IC formed by the inner peripheral surface 20a of the inner cylindrical portion 20 at position X2 in FIG. 1 is smaller than the flow path cross-sectional area of the inner flow path IC formed by the inner peripheral surface 20a of the inner cylindrical portion 20 at position X1 in FIG. 1. Also, the wet perimeter length of the inner peripheral surface 20a of the inner cylindrical portion 20 at position X2 in FIG. 1 is longer than the wet perimeter length of the inner peripheral surface 20a of the inner cylindrical portion 20 at position X1 in FIG. 1. Here, the wet perimeter length is the length of the inner peripheral surface 20a of the inner cylindrical portion 20 in a cross section perpendicular to the axis X, and refers to the length of one revolution along the circumferential direction CD of the inner peripheral surface 20a.

図5は、図1の位置X0における内側筒部20の断面図である。図5に示すように、軸線X上の位置X0における内周面20aは、軸線Xからの距離がR0で一定の円形となっている。図5に示す半径R0は、図4に示す半径R1よりも大きい。そのため、図1の位置X1で内側筒部20の内周面20aにより形成される内側流路ICの流路断面積は、図1の位置X0で内側筒部20の内周面20aにより形成される内側流路ICの流路断面積よりも小さくなる。また、図1の位置X1における内側筒部20の内周面20aの濡れ縁長さは、図1の位置X0における内側筒部20の内周面20aの濡れ縁長さよりも長くなる。 Figure 5 is a cross-sectional view of the inner tubular portion 20 at position X0 in Figure 1. As shown in Figure 5, the inner circumferential surface 20a at position X0 on the axis X is a circle with a constant distance R0 from the axis X. The radius R0 shown in Figure 5 is larger than the radius R1 shown in Figure 4. Therefore, the flow path cross-sectional area of the inner flow path IC formed by the inner circumferential surface 20a of the inner tubular portion 20 at position X1 in Figure 1 is smaller than the flow path cross-sectional area of the inner flow path IC formed by the inner circumferential surface 20a of the inner tubular portion 20 at position X0 in Figure 1. In addition, the wetted perimeter length of the inner circumferential surface 20a of the inner tubular portion 20 at position X1 in Figure 1 is longer than the wetted perimeter length of the inner circumferential surface 20a of the inner tubular portion 20 at position X0 in Figure 1.

以上のように、内側筒部20は、軸線Xに沿って燃焼室CCに近づくにつれて内側流路ICの流路断面積が小さくなり、かつ内側筒部20の内周面20aの軸線Xに直交する断面における濡れ縁長さが長くなるように形成されている。 As described above, the inner cylindrical portion 20 is formed so that the flow passage cross-sectional area of the inner flow passage IC decreases as it approaches the combustion chamber CC along the axis X, and the wetted perimeter length of the inner peripheral surface 20a of the inner cylindrical portion 20 in a cross section perpendicular to the axis X increases.

以上の説明において、半径R1,R2は、軸線Xを中心とした径方向において、谷部21aまでの距離と頂部22aまでの距離が等しい位置に設定されている。半径R1,R2の円から谷部21aまでの距離と、半径R1,R2の円から頂部22aまでの距離は等しく、この距離を振幅VAとする(図4参照)。振幅VAは、以下の式(1)を満たすように定めるのが望ましい。
0.15×(r-R)≦VA≦0.5×(r-R) (1)
ここで、rは、軸線Xに沿った各位置における外側筒部40の内周面40aから軸線Xまでの距離である。位置X1におけるrは、r1である。また、Rは、軸線Xを中心とした径方向において、谷部21aまでの距離と頂部22aまでの距離が等しい位置に設定された円の半径である。位置X1,X2におけるRは、R1,R2である。
In the above description, the radii R1 and R2 are set at positions where the distance to the valley 21a and the distance to the apex 22a are equal in the radial direction centered on the axis X. The distance from the circle of the radii R1 and R2 to the valley 21a is equal to the distance from the circle of the radii R1 and R2 to the apex 22a, and this distance is defined as the amplitude VA (see FIG. 4). It is desirable to determine the amplitude VA so as to satisfy the following formula (1).
0.15×(r−R)≦VA≦0.5×(r−R) (1)
Here, r is the distance from the inner peripheral surface 40a of the outer tubular portion 40 to the axis X at each position along the axis X. r at position X1 is r1. R is the radius of a circle set at a position in the radial direction centered on the axis X where the distance to the valley portion 21a is equal to the distance to the peak portion 22a. R at positions X1 and X2 are R1 and R2.

振幅VAを0.15×(r-R)以上とすることで、液体燃料の薄膜化を促進するための濡れ縁長さとして適切な長さを確保することができる。また、振幅VAを0.5×(r-R)以下とすることで、振幅VAが過度に大きくなって凹部21に液体燃料の液溜まりが発生することを抑制することができる。 By setting the amplitude VA to 0.15 x (r-R) or more, an appropriate wetted edge length for promoting thin film formation of the liquid fuel can be ensured. In addition, by setting the amplitude VA to 0.5 x (r-R) or less, it is possible to prevent the amplitude VA from becoming excessively large and causing liquid fuel to pool in the recess 21.

なお、以上の説明では、内側筒部20の内側流路ICは、軸線Xに沿って燃焼室CCに近づくにつれて流路断面積が小さくなるものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、内側筒部20の内側流路ICは、軸線Xに沿った燃焼室CCからの距離によらずに一定の流路断面積となるように形成してもよい。すなわち、内側筒部20の内側流路ICは、軸線Xに沿って燃焼室CCに近づくにつれて流路断面積が拡大しないものとしてもよい。 In the above description, the inner flow passage IC of the inner cylindrical portion 20 is described as having a flow passage cross-sectional area that decreases as it approaches the combustion chamber CC along the axis X, but other configurations are also possible. For example, the inner flow passage IC of the inner cylindrical portion 20 may be formed to have a constant flow passage cross-sectional area regardless of the distance from the combustion chamber CC along the axis X. In other words, the inner flow passage IC of the inner cylindrical portion 20 may not have a flow passage cross-sectional area that increases as it approaches the combustion chamber CC along the axis X.

次に、内側筒部20の内周面20aに形成される凹凸形状により内側流路ICを流通する燃焼用空気CAに第1旋回角αを付与することについて図面を参照して説明する。図6は、図2に示す内側筒部20の先端側のA-A矢視断面図である。図6に示すように、内側筒部20の内周面20aに形成される谷線VLの接線方向TDと軸線Xが延びる方向とがなす角が第1旋回角αである。内側筒部20の先端側に流入する燃焼用空気CAは、接線方向TDに沿って導かれ、第1旋回角αが付与される。 Next, the imparting of a first swirl angle α to the combustion air CA flowing through the inner flow passage IC by the uneven shape formed on the inner peripheral surface 20a of the inner cylindrical portion 20 will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is a cross-sectional view of the tip end side of the inner cylindrical portion 20 shown in FIG. 2 taken along the arrow A-A. As shown in FIG. 6, the angle between the tangent direction TD of the valley line VL formed on the inner peripheral surface 20a of the inner cylindrical portion 20 and the direction in which the axis X extends is the first swirl angle α. The combustion air CA flowing into the tip end side of the inner cylindrical portion 20 is guided along the tangent direction TD and is imparted with the first swirl angle α.

図6に示す例では、軸線Xに沿った位置X0における第1旋回角αはα0であり、軸線Xに沿った位置X1における第1旋回角αはα1であり、軸線Xに沿った位置X2における第1旋回角αはα2である。例えば、第1旋回角αは、α0<α1<α2の関係となる。α0の一例は70度であり、α2の一例は50度である。このように、内側筒部20の内周面20aに形成される凹凸形状は、内側流路ICを流通する燃焼用空気CAに第1旋回角αを付与する形状となっている。 In the example shown in FIG. 6, the first swirl angle α at position X0 along the axis X is α0, the first swirl angle α at position X1 along the axis X is α1, and the first swirl angle α at position X2 along the axis X is α2. For example, the first swirl angle α has a relationship of α0<α1<α2. An example of α0 is 70 degrees, and an example of α2 is 50 degrees. In this way, the uneven shape formed on the inner peripheral surface 20a of the inner cylindrical portion 20 is shaped to impart the first swirl angle α to the combustion air CA flowing through the inner flow passage IC.

図6に示すように、第1旋回角αは、軸線Xに沿って燃焼室CCに近づくにつれて、連続的に漸次変化するように規定されている。そのため、第1旋回角αを急激に変化させる場合や、段階的に変化させる場合に比べ、内側流路ICで圧力損失が発生することや、外側流路OCを流通する燃焼用空気CAの剥離が生ずることを抑制することができる。 As shown in FIG. 6, the first swirl angle α is specified to change continuously and gradually as it approaches the combustion chamber CC along the axis X. Therefore, compared to when the first swirl angle α is changed suddenly or in stages, it is possible to suppress the occurrence of pressure loss in the inner flow passage IC and separation of the combustion air CA flowing through the outer flow passage OC.

次に、内側筒部20の外周面20cに形成される凹凸形状により外側流路OCを流通する燃焼用空気CAに第2旋回角βを付与することについて図面を参照して説明する。図7は、図2に示す内側筒部20の先端側の正面図である。図7に示すように、内側筒部20の外周面20cに形成される谷線VLの接線方向TDと軸線Xが延びる方向とがなす角が第2旋回角βである。外側流路OCに流入する燃焼用空気CAは、接線方向TDに沿って導かれ、第2旋回角βが付与される。 Next, the imparting of a second swirl angle β to the combustion air CA flowing through the outer flow passage OC by the uneven shape formed on the outer peripheral surface 20c of the inner cylindrical portion 20 will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a front view of the tip side of the inner cylindrical portion 20 shown in FIG. 2. As shown in FIG. 7, the angle between the tangent direction TD of the valley line VL formed on the outer peripheral surface 20c of the inner cylindrical portion 20 and the direction in which the axis X extends is the second swirl angle β. The combustion air CA flowing into the outer flow passage OC is guided along the tangent direction TD and is imparted with the second swirl angle β.

図7に示す例では、軸線Xに沿った位置X0における第2旋回角βはβ0であり、軸線Xに沿った位置X1における第2旋回角βはβ1であり、軸線Xに沿った位置X2における第2旋回角βはβ2である。例えば、第2旋回角βは、β0<β1<β2の関係となる。β0の一例は70度であり、β2の一例は50度である。このように、内側筒部20の外周面20cに形成される凹凸形状は、外側流路OCを流通する燃焼用空気CAに第2旋回角βを付与する形状となっている。 In the example shown in FIG. 7, the second swirl angle β at position X0 along the axis X is β0, the second swirl angle β at position X1 along the axis X is β1, and the second swirl angle β at position X2 along the axis X is β2. For example, the second swirl angle β has a relationship of β0<β1<β2. An example of β0 is 70 degrees, and an example of β2 is 50 degrees. In this way, the uneven shape formed on the outer peripheral surface 20c of the inner cylindrical portion 20 is shaped to impart the second swirl angle β to the combustion air CA flowing through the outer flow passage OC.

図7に示すように、第2旋回角βは、軸線Xに沿って燃焼室CCに近づくにつれて、連続的に漸次変化するように規定されている。そのため、第2旋回角βを急激に変化させる場合や、段階的に変化させる場合に比べ、外側流路OCで圧力損失が発生することや、外側流路OCを流通する燃焼用空気CAの剥離が生ずることを抑制することができる。 As shown in FIG. 7, the second swirl angle β is specified to change continuously and gradually as it approaches the combustion chamber CC along the axis X. Therefore, compared to when the second swirl angle β is changed suddenly or in stages, it is possible to suppress the occurrence of pressure loss in the outer flow passage OC and the occurrence of separation of the combustion air CA flowing through the outer flow passage OC.

本実施形態の内側筒部20は、略一定の板厚tを有するものであるため、内周面20aの形状と外周面20cの形状が一致したものとなる。そのため、第1旋回角αと第2旋回角βは、軸線X方向の各位置で同一の角度となる。 In this embodiment, the inner tubular portion 20 has a substantially constant plate thickness t, so the shape of the inner circumferential surface 20a and the shape of the outer circumferential surface 20c match. Therefore, the first rotation angle α and the second rotation angle β are the same at each position in the direction of the axis X.

本実施形態の内側筒部20の内周面20aの凹凸形状は、軸線X回りの周方向CDに沿って軸線Xからの距離が増加と減少を周期的に繰り返す形状である。このような凹凸形状とすることで、液膜LFの面積を増大させることができる。内側筒部20を流通する燃焼用空気CAが液膜LFに外力を加えることで界面形状を変化させ、燃料の微粒化を促進する。微粒化された燃料が燃焼用空気CAと混合することで、燃焼室CC内の混合気の生成を適切に促進することができる。 The uneven shape of the inner peripheral surface 20a of the inner cylindrical portion 20 in this embodiment is a shape in which the distance from the axis X periodically increases and decreases along the circumferential direction CD about the axis X. By making the shape uneven in this way, the area of the liquid film LF can be increased. The combustion air CA flowing through the inner cylindrical portion 20 applies an external force to the liquid film LF, changing the interface shape and promoting the atomization of the fuel. The atomized fuel mixes with the combustion air CA, thereby appropriately promoting the generation of a mixture in the combustion chamber CC.

同様に、本実施形態の内側筒部20の外周面20cの凹凸形状は、軸線X回りの周方向CDに沿って軸線Xからの距離が増加と減少を周期的に繰り返す形状である。このような凹凸形状に沿って燃焼用空気CAを軸線Xに漸次近づく方向に導くことで、外側流路OCを流通する燃焼用空気CAが軸線Xに近づく方向に向けて燃焼室CCへ吐出されるため、薄膜化した液体燃料と燃焼用空気CAとの混合を適切に促進することができる。 Similarly, the uneven shape of the outer peripheral surface 20c of the inner cylindrical portion 20 in this embodiment is a shape in which the distance from the axis X periodically increases and decreases along the circumferential direction CD about the axis X. By guiding the combustion air CA in a direction gradually approaching the axis X along such an uneven shape, the combustion air CA flowing through the outer flow passage OC is discharged into the combustion chamber CC in a direction approaching the axis X, thereby appropriately promoting mixing of the thin-film liquid fuel and the combustion air CA.

特に、内周面20aの凹凸形状により旋回力が付与されて軸線Xから遠ざかる方向に向けて内側流路ICから燃焼室CCへ吐出される燃焼用空気CAと、軸線Xに近づく方向に向けて外側流路OCから燃焼室CCへ吐出される燃焼用空気CAとの混合により、液体燃料の微粒化を良好に促進することができる。 In particular, the uneven shape of the inner peripheral surface 20a imparts a swirling force to the combustion air CA discharged from the inner flow passage IC to the combustion chamber CC in a direction away from the axis X, and the combustion air CA discharged from the outer flow passage OC to the combustion chamber CC in a direction approaching the axis X, thereby effectively promoting atomization of the liquid fuel.

内周面20aの凹凸形状の周期数および外周面20cの凹凸形状の周期数は、3以上かつ20以下とするのが好ましい。ここで、周期数とは、周方向CDに軸線回りを1周する間に凹凸形状の増加と減少を繰り返す回数である。周期数を3以上とすることで、内周面20aの軸線Xに直交する断面における濡れ縁長さを十分に確保して薄膜化した液体燃料の微粒化を促進することができる。また、周期数を20以下とすることで、凹凸形状の周方向CDの長さが過度に短くなって凹部21に液体燃料の液溜まりが発生することを抑制することができる。 The periodicity of the uneven shape of the inner circumferential surface 20a and the periodicity of the uneven shape of the outer circumferential surface 20c are preferably 3 or more and 20 or less. Here, the periodicity refers to the number of times that the uneven shape increases and decreases repeatedly during one revolution around the axis in the circumferential direction CD. By making the periodicity 3 or more, it is possible to ensure a sufficient wetted edge length in the cross section of the inner circumferential surface 20a perpendicular to the axis X, and to promote atomization of the thin film liquid fuel. In addition, by making the periodicity 20 or less, it is possible to prevent the length of the uneven shape in the circumferential direction CD from becoming excessively short, thereby preventing liquid fuel from puddling in the recesses 21.

以上で説明した本実施形態の燃料ノズル100が奏する作用および効果について説明する。
本実施形態の燃料ノズル(100)によれば、ノズル部10の噴射孔11から燃焼室CCに設けて噴射された液体燃料の一部は、内側旋回器30により旋回力が付与された燃焼用空気CAと混合して旋回し、内側筒部20の内周面20aに付着する。軸線Xに沿って燃焼室CCに近づくにつれて内側筒部20の内周面20aの軸線Xに直交する断面における濡れ縁長さが長くなるため、内側筒部20の内周面20aに付着した液体燃料が燃焼室CCへ近づくにつれて漸次薄膜化し、内側筒部20の先端部20bから吐出される際に外側流路OCから吐出される燃焼用空気CAと合流する。
The functions and effects of the fuel nozzle 100 of the present embodiment described above will be described.
According to the fuel nozzle (100) of the present embodiment, a portion of the liquid fuel injected from the injection hole 11 of the nozzle portion 10 into the combustion chamber CC mixes with the combustion air CA to which a swirling force is applied by the inner swirler 30, swirls, and adheres to the inner circumferential surface 20a of the inner cylindrical portion 20. Since the wetted perimeter length in a cross section perpendicular to the axis X of the inner circumferential surface 20a of the inner cylindrical portion 20 becomes longer as the liquid fuel approaches the combustion chamber CC along the axis X, the liquid fuel adhered to the inner circumferential surface 20a of the inner cylindrical portion 20 gradually becomes thinner as it approaches the combustion chamber CC, and merges with the combustion air CA discharged from the outer flow passage OC when it is discharged from the tip portion 20b of the inner cylindrical portion 20.

また、軸線Xに沿って燃焼室CCに近づくにつれて内側筒部20の流路断面積が拡大しないため、燃焼用空気CAと液体燃料とが混合した燃焼用空気CAの流速を低下させることなく、内側筒部20の先端部から燃焼用空気CAを吐出することができる。そして、外側流路OCから吐出される燃焼用空気CAには外側旋回器50により旋回力が付与されているため、外側流路OCから吐出される燃焼用空気CAと、内側流路ICから吐出される液体燃料が混合した燃焼用空気CAとの間に生じるせん断力の作用により、薄膜化した液体燃料の微粒化を促進することができる。 In addition, since the flow passage cross-sectional area of the inner cylindrical portion 20 does not increase as it approaches the combustion chamber CC along the axis X, the combustion air CA can be discharged from the tip of the inner cylindrical portion 20 without reducing the flow rate of the combustion air CA, which is a mixture of the combustion air CA and liquid fuel. Furthermore, since a swirling force is applied to the combustion air CA discharged from the outer flow passage OC by the outer swirler 50, the shear force generated between the combustion air CA discharged from the outer flow passage OC and the combustion air CA mixed with liquid fuel discharged from the inner flow passage IC can promote atomization of the thin film liquid fuel.

本実施形態の燃料ノズル100によれば、内側筒部20を流通する燃焼用空気CAが内周面20aの凹凸形状により第1旋回角αが付与された状態で燃焼室CCへ吐出されるため、内周面20aに凹凸形状を設けない場合に比べ、薄膜化した液体燃料と燃焼用空気との混合を促進することができる。 According to the fuel nozzle 100 of this embodiment, the combustion air CA flowing through the inner cylindrical portion 20 is discharged into the combustion chamber CC with a first swirl angle α due to the uneven shape of the inner circumferential surface 20a, which promotes mixing of the thin film liquid fuel and the combustion air compared to when the inner circumferential surface 20a does not have an uneven shape.

本実施形態の燃料ノズル100によれば、外側流路OCを流通する燃焼用空気CAが外周面20cの凹凸形状により第2旋回角βが付与された状態で燃焼室CCへ吐出されるため、外周面20cに凹凸形状を設けない場合に比べ、外側流路OCを流通する燃焼用空気CAと内側流路ICを流通する燃焼用空気CAとが混合する際に作用するせん断力が大きくなり、液体燃料の微粒化を良好に促進することができる。 According to the fuel nozzle 100 of this embodiment, the combustion air CA flowing through the outer flow passage OC is discharged into the combustion chamber CC with a second swirl angle β due to the uneven shape of the outer peripheral surface 20c. Therefore, compared to a case where the outer peripheral surface 20c does not have an uneven shape, the shear force acting when the combustion air CA flowing through the outer flow passage OC and the combustion air CA flowing through the inner flow passage IC mix is larger, and the atomization of the liquid fuel can be effectively promoted.

本実施形態の燃料ノズル100によれば、内側筒部20を流通する燃焼用空気が、3以上の周期数を有する凹凸形状により旋回角が付与された状態で燃焼室CCへ吐出されるため、薄膜化した液体燃料と燃焼用空気CAとの混合を適切に促進することができる。 According to the fuel nozzle 100 of this embodiment, the combustion air flowing through the inner cylindrical portion 20 is discharged into the combustion chamber CC with a swirl angle imparted by the uneven shape having a periodicity of three or more, so that the mixing of the thin-film liquid fuel and the combustion air CA can be appropriately promoted.

〔第2実施形態〕
次に、本開示の第2実施形態に係る燃料ノズル100Aについて、図面を参照して説明する。本実施形態は、第1実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第1実施形態と同様であるものとし、以下での説明を省略する。
Second Embodiment
Next, a fuel nozzle 100A according to a second embodiment of the present disclosure will be described with reference to the drawings. This embodiment is a modified example of the first embodiment, and is the same as the first embodiment except as otherwise specifically described below, and therefore the description thereof will be omitted.

第1実施形態の燃料ノズル100が備える内側筒部20は、略一定の板厚tを有するものであり、内周面20aの形状と外周面20cの形状が一致し、第1旋回角αと第2旋回角βが軸線X方向の各位置で同一の角度となるものであった。それに対し、本実施形態の燃料ノズル100Aが備える内側筒部20Aは、内側流路ICを形成する第1筒部20A1と、外側流路OCを形成する第2筒部20A2とをそれぞれ別の部材により形成するものである。 The inner cylindrical portion 20 of the fuel nozzle 100 of the first embodiment has a substantially constant plate thickness t, the shape of the inner peripheral surface 20a and the shape of the outer peripheral surface 20c are the same, and the first swirl angle α and the second swirl angle β are the same at each position in the direction of the axis X. In contrast, the inner cylindrical portion 20A of the fuel nozzle 100A of the present embodiment has a first cylindrical portion 20A1 that forms the inner flow passage IC and a second cylindrical portion 20A2 that forms the outer flow passage OC, each formed from a different member.

図8は、本開示の第2実施形態の内側筒部20Aの先端側を軸線Xに沿って燃焼室CC側からみた平面図である。図8に示すように、本実施形態の燃料ノズル100Aの内側筒部20Aは、第1筒部20A1と、第2筒部20A2と、を有する。第1筒部20A1の構造は、第1実施形態の内側筒部20の構造と同一であるため、以下での説明を省略する。ただし、第1実施形態の内側筒部20の外周面20cは、外側流路OCを形成するものであったが、本実施形態の第1筒部20A1の外周面は外側流路OCを形成しない。 Figure 8 is a plan view of the tip side of the inner cylindrical portion 20A of the second embodiment of the present disclosure, viewed from the combustion chamber CC side along the axis X. As shown in Figure 8, the inner cylindrical portion 20A of the fuel nozzle 100A of this embodiment has a first cylindrical portion 20A1 and a second cylindrical portion 20A2. The structure of the first cylindrical portion 20A1 is the same as the structure of the inner cylindrical portion 20 of the first embodiment, so a description thereof will be omitted below. However, while the outer peripheral surface 20c of the inner cylindrical portion 20 of the first embodiment forms the outer flow passage OC, the outer peripheral surface of the first cylindrical portion 20A1 of this embodiment does not form the outer flow passage OC.

本実施形態の燃料ノズル100Aの内側筒部20Aは、第1筒部20A1の外側に第2筒部20A2が配置される。第2筒部20A2は、軸線X上の位置X0から位置X2に向けて軸線Xから内周面20A2aまで距離がR3からR4まで漸次減少する円錐台状に形成される筒体である。第2筒部20A2は、外周面20A2bにより、外側流路OCを形成する。 In the inner cylindrical portion 20A of the fuel nozzle 100A of this embodiment, the second cylindrical portion 20A2 is disposed outside the first cylindrical portion 20A1. The second cylindrical portion 20A2 is a cylindrical body formed in a truncated cone shape in which the distance from the axis X to the inner peripheral surface 20A2a gradually decreases from R3 to R4 from position X0 on the axis X to position X2. The second cylindrical portion 20A2 forms an outer flow passage OC with the outer peripheral surface 20A2b.

軸線Xに直交する径方向において、第1筒部20A1の内周面20A1aから第2筒部20A2の外周面20A2bまでの距離をtLとした場合、第1筒部20A1の頂部22aから谷部21aまでの距離VA2は、以下の式(2)を満たすように設定される。
0.15×tL≦VA2≦0.85×tL (2)
In a radial direction perpendicular to the axis X, if the distance from the inner surface 20A1a of the first cylindrical portion 20A1 to the outer surface 20A2b of the second cylindrical portion 20A2 is tL, the distance VA2 from the top 22a to the valley 21a of the first cylindrical portion 20A1 is set to satisfy the following equation (2).
0.15 × tL ≦ VA2 ≦ 0.85 × tL (2)

軸線X上の位置X0において、VA2=0.15×tLとなる。また、軸線X上の位置X2において、VA2=0.85×tLとなる。距離VA2は、軸線Xに沿った位置が位置X0から位置X2に向かって漸次増大するように設定される。 At position X0 on axis X, VA2 = 0.15 x tL. At position X2 on axis X, VA2 = 0.85 x tL. Distance VA2 is set so that the position along axis X gradually increases from position X0 to position X2.

本実施形態の燃料ノズル100Aが備える内側筒部20Aは、内側流路ICを形成する第1筒部20A1と、外側流路OCを形成する第2筒部20A2とをそれぞれ別の部材により形成するものであるため、外側流路OCが第1筒部20A1の外周面ではなく第2筒部20A2の外周面20A2bにより形成される。第1筒部20A1の内周面20A1aの形状と第2筒部20A2の外周面20A2bの形状が一致しない。 The inner cylindrical portion 20A of the fuel nozzle 100A of this embodiment has a first cylindrical portion 20A1 that forms the inner flow passage IC and a second cylindrical portion 20A2 that forms the outer flow passage OC, each formed from a different member. Therefore, the outer flow passage OC is formed by the outer peripheral surface 20A2b of the second cylindrical portion 20A2, not the outer peripheral surface of the first cylindrical portion 20A1. The shape of the inner peripheral surface 20A1a of the first cylindrical portion 20A1 does not match the shape of the outer peripheral surface 20A2b of the second cylindrical portion 20A2.

そのため、第1旋回角αと第2旋回角βが軸線X方向の各位置で同一の角度となる第1実施形態の内側筒部20に比べ、外側流路OCを流通する燃焼用空気CAと内側流路ICを流通する燃焼用空気CAとが混合する際に作用するせん断力が大きくなる。そのため、液体燃料の微粒化を良好に促進することができる。 Therefore, compared to the inner tubular portion 20 of the first embodiment in which the first swirl angle α and the second swirl angle β are the same angle at each position in the axial direction X, the shear force acting when the combustion air CA flowing through the outer flow passage OC and the combustion air CA flowing through the inner flow passage IC are mixed is larger. This can effectively promote the atomization of the liquid fuel.

なお、本実施形態では、内側流路ICを形成する第1筒部20A1と、外側流路OCを形成する第2筒部20A2とをそれぞれ別の部材により形成するものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、第1筒部20A1と、第2筒部20A2とを一体の部材として形成してもよい。また、例えば、第1筒部20A1と第2筒部20A2との間の隙間を封止した中実の部材により第1筒部20A1と第2筒部20A2とを一体に形成してもよい。 In this embodiment, the first cylindrical portion 20A1 forming the inner flow path IC and the second cylindrical portion 20A2 forming the outer flow path OC are formed from separate members, but other configurations are also possible. For example, the first cylindrical portion 20A1 and the second cylindrical portion 20A2 may be formed as an integral member. Also, for example, the first cylindrical portion 20A1 and the second cylindrical portion 20A2 may be formed integrally from a solid member that seals the gap between the first cylindrical portion 20A1 and the second cylindrical portion 20A2.

〔第3実施形態〕
次に、本開示の第3実施形態に係る燃料ノズル100Bについて、図面を参照して説明する。本実施形態は、第2実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第2実施形態と同様であるものとし、以下での説明を省略する。
Third Embodiment
Next, a fuel nozzle 100B according to a third embodiment of the present disclosure will be described with reference to the drawings. This embodiment is a modified example of the second embodiment, and is the same as the second embodiment except as otherwise specifically described below, and therefore the description thereof will be omitted.

第2実施形態の燃料ノズル100の内側筒部20Aは、第1筒部20A1と円錐台状の第2筒部20A2を備えるものであった。それに対して、本実施形態の内側筒部20Bは、第1筒部20B1と円錐台状の第2筒部20B2に加え、更に第3筒部20B3を備える。 The inner cylindrical portion 20A of the fuel nozzle 100 in the second embodiment includes a first cylindrical portion 20A1 and a second cylindrical portion 20A2 having a truncated cone shape. In contrast, the inner cylindrical portion 20B in this embodiment includes a third cylindrical portion 20B3 in addition to the first cylindrical portion 20B1 and the second cylindrical portion 20B2 having a truncated cone shape.

図9は、本開示の第3実施形態の内側筒部20Bの先端側を軸線Xに沿って燃焼室CC側からみた平面図である。図9に示すように、本実施形態の燃料ノズル100Bの内側筒部20Bは、第1筒部20B1と、第2筒部20B2と、第3筒部20B3と、を有する。第1筒部20B1と、第2筒部20B2は、それぞれ第2実施形態の第1筒部20A1と、第2筒部20A2と同一の構造であるため、以下での説明を省略する。 Figure 9 is a plan view of the tip side of the inner cylindrical portion 20B of the third embodiment of the present disclosure, viewed from the combustion chamber CC side along the axis X. As shown in Figure 9, the inner cylindrical portion 20B of the fuel nozzle 100B of this embodiment has a first cylindrical portion 20B1, a second cylindrical portion 20B2, and a third cylindrical portion 20B3. The first cylindrical portion 20B1 and the second cylindrical portion 20B2 have the same structures as the first cylindrical portion 20A1 and the second cylindrical portion 20A2 of the second embodiment, respectively, and therefore will not be described below.

本開示の第3実施形態の内側筒部20Bは、第2筒部20B2の外側に更に第3筒部20B3が設けられている。第3筒部20B3の外周面20B3aは、軸線X回りの周方向CDに沿って軸線Xからの距離が増加と減少を周期的に繰り返す凹凸形状(第2凹凸形状)を有する。外周面20B3aは、凸部20B3a1と、軸線Xからの距離が凸部20B3a1よりも短い凹部20B3a2とを周方向CDに沿って交互に有する。 The inner cylindrical portion 20B of the third embodiment of the present disclosure further includes a third cylindrical portion 20B3 on the outside of the second cylindrical portion 20B2. The outer peripheral surface 20B3a of the third cylindrical portion 20B3 has an uneven shape (second uneven shape) in which the distance from the axis X periodically increases and decreases along the circumferential direction CD about the axis X. The outer peripheral surface 20B3a has alternating convex portions 20B3a1 and concave portions 20B3a2 whose distance from the axis X is shorter than that of the convex portions 20B3a1 along the circumferential direction CD.

図9に示すように、第1筒部20B1の凹部21の位置と第3筒部20B3の凸部20B3a1の周方向CDの位置(位相)、第1筒部20B1の凸部22の位置と第3筒部20B3の凹部20B3a2の周方向CDの位置(位相)とが、それぞれ異なっている。このようにすることで、第1筒部20B1に沿って内側流路ICから燃焼室CCへ流出する燃焼用空気CAの周方向CDに分散する主流の位置と、第3筒部20B3に沿って外側流路OCから燃焼室CCへ流出する燃焼用空気CAの周方向CDに分散する主流の位置とを異ならせることができる。これにより、内側流路ICから燃焼室CCへ流出する燃焼用空気CAと外側流路OCから燃焼室CCへ流出する燃焼用空気CAとの間に作用するせん断力を良好に高めることができる。 9, the position of the recess 21 of the first cylindrical portion 20B1 is different from the position (phase) of the protrusion 20B3a1 of the third cylindrical portion 20B3 in the circumferential direction CD, and the position of the protrusion 22 of the first cylindrical portion 20B1 is different from the position (phase) of the recess 20B3a2 of the third cylindrical portion 20B3 in the circumferential direction CD. By doing so, the position of the main stream of the combustion air CA dispersing in the circumferential direction CD flowing from the inner flow passage IC to the combustion chamber CC along the first cylindrical portion 20B1 can be made different from the position of the main stream of the combustion air CA dispersing in the circumferential direction CD flowing from the outer flow passage OC to the combustion chamber CC along the third cylindrical portion 20B3. This can satisfactorily increase the shear force acting between the combustion air CA flowing from the inner flow passage IC to the combustion chamber CC and the combustion air CA flowing from the outer flow passage OC to the combustion chamber CC.

本実施形態では、第1筒部20B1の内周面に形成される凹凸形状により内側流路ICを流通する燃焼用空気CAに付与される第1旋回角α(図6参照)と、第3筒部20B3の外周面20B3aに形成される凹凸形状により外側流路OCを流通する燃焼用空気CAに付与される第2旋回角β(図7参照)とを、軸線X上の各位置で異ならせるようにしてもよい。 In this embodiment, the first swirl angle α (see FIG. 6) imparted to the combustion air CA flowing through the inner flow passage IC by the uneven shape formed on the inner peripheral surface of the first cylindrical portion 20B1 and the second swirl angle β (see FIG. 7) imparted to the combustion air CA flowing through the outer flow passage OC by the uneven shape formed on the outer peripheral surface 20B3a of the third cylindrical portion 20B3 may be made different at each position on the axis X.

また、第1旋回角αと第2旋回角βとを、少なくとも燃焼室CCへの吐出位置(内側筒部20Bの燃焼室CC側の先端部)で異ならせるようにしてもよい。第1旋回角αと第2旋回角βとを、燃焼室CCへの吐出位置で異ならせることで、内側流路ICから燃焼室CCへ流出する燃焼用空気CAと外側流路OCから燃焼室CCへ流出する燃焼用空気CAとの間に作用するせん断力を良好に高めることができる。 The first swirl angle α and the second swirl angle β may be made different at least at the discharge position into the combustion chamber CC (the tip of the inner tubular portion 20B on the combustion chamber CC side). By making the first swirl angle α and the second swirl angle β different at the discharge position into the combustion chamber CC, the shear force acting between the combustion air CA flowing from the inner flow passage IC to the combustion chamber CC and the combustion air CA flowing from the outer flow passage OC to the combustion chamber CC can be effectively increased.

図9に示す内側筒部20Bは、第1筒部20B1の凹凸形状の周方向CDの周期数(5)と、第3筒部20B3の凹凸形状の周方向CDの周期数(5)を一致させるものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、第1筒部20B1の凹凸形状の周方向CDの周期数よりも、第3筒部20B3の凹凸形状の周方向CDの周期数を大きくするなど、周期数を異ならせてもよい。 In the inner cylindrical portion 20B shown in FIG. 9, the number of periods in the circumferential direction CD of the uneven shape of the first cylindrical portion 20B1 (5) is the same as the number of periods in the circumferential direction CD of the uneven shape of the third cylindrical portion 20B3 (5), but other configurations are also possible. For example, the number of periods in the circumferential direction CD of the uneven shape of the third cylindrical portion 20B3 may be made larger than the number of periods in the circumferential direction CD of the uneven shape of the first cylindrical portion 20B1, and the number of periods may be made different.

なお、本実施形態では、第1筒部20B1と第2筒部20B2と第3筒部20B3とをそれぞれ独立した部材として形成するものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、第1筒部20B1と、第2筒部20B2と、第3筒部20B3とを一体の部材として形成してもよい。また、例えば、第1筒部20B1と第3筒部20B3との間の隙間を封止した中実の部材により第1筒部20B1と第3筒部20B3とを一体に形成してもよい。 In this embodiment, the first cylindrical portion 20B1, the second cylindrical portion 20B2, and the third cylindrical portion 20B3 are formed as independent members, but other configurations are also possible. For example, the first cylindrical portion 20B1, the second cylindrical portion 20B2, and the third cylindrical portion 20B3 may be formed as an integral member. Also, for example, the first cylindrical portion 20B1 and the third cylindrical portion 20B3 may be formed integrally by a solid member that seals the gap between the first cylindrical portion 20B1 and the third cylindrical portion 20B3.

〔第4実施形態〕
次に、本開示の第4実施形態に係る燃料ノズルについて、図面を参照して説明する。本実施形態は、第1実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第1実施形態と同様であるものとし、以下での説明を省略する。
Fourth Embodiment
Next, a fuel nozzle according to a fourth embodiment of the present disclosure will be described with reference to the drawings. This embodiment is a modified example of the first embodiment, and is the same as the first embodiment except as otherwise specifically described below, and therefore the description thereof will be omitted.

第1実施形態の内側筒部20は、内側筒部20の内周面20aおよび外周面20cに形成される凹凸形状の周方向CDの周期数を、軸線Xに沿った各位置において同一とするものであった。それに対して、本実施形態の内側筒部20Cは、内側筒部20Cの内周面および外周面に形成される凹凸形状の周方向CDの周期数を、軸線Xに沿って燃焼室CCに近づくにつれて増加させるものである。 In the first embodiment, the inner cylindrical portion 20 has the same number of periods in the circumferential direction CD of the uneven shape formed on the inner peripheral surface 20a and outer peripheral surface 20c of the inner cylindrical portion 20 at each position along the axis X. In contrast, in the inner cylindrical portion 20C of this embodiment, the number of periods in the circumferential direction CD of the uneven shape formed on the inner peripheral surface and outer peripheral surface of the inner cylindrical portion 20C increases as it approaches the combustion chamber CC along the axis X.

図10は、本実施形態の内側筒部20Cを、内周面20Caを上方にして展開した展開図である。内側筒部20Cは、周方向CDの一端部20C1と他端部20C2とが同一位置となって筒体を形成する。 Figure 10 is an exploded view of the inner tubular portion 20C of this embodiment with the inner circumferential surface 20Ca facing upward. The inner tubular portion 20C forms a tubular body with one end 20C1 and the other end 20C2 in the circumferential direction CD at the same position.

図10に示すように、軸線Xに沿った位置X0において、内側筒部20Cの周方向CDに沿って凹部21Cと凸部22Cとが、周期数4で交互に配置されている。また、軸線Xに沿った位置X1において、内側筒部20Cの周方向CDに沿って凹部21Cと凸部22Cとが、周期数6で交互に配置されている。また、軸線Xに沿った位置X2において、内側筒部20Cの周方向CDに沿って凹部21Cと凸部22Cとが、周期数12で交互に配置されている。 As shown in FIG. 10, at position X0 along the axis X, the recesses 21C and the protrusions 22C are alternately arranged with a period of 4 along the circumferential direction CD of the inner tubular portion 20C. At position X1 along the axis X, the recesses 21C and the protrusions 22C are alternately arranged with a period of 6 along the circumferential direction CD of the inner tubular portion 20C. At position X2 along the axis X, the recesses 21C and the protrusions 22C are alternately arranged with a period of 12 along the circumferential direction CD of the inner tubular portion 20C.

以上のように、本実施形態の内側筒部20Cは、内側筒部20Cの内周面20Caおよび外周面に形成される凹凸形状の周方向CDの周期数を、軸線Xに沿って燃焼室CCに近づくにつれて増加させる形状となっている。また、内側筒部20Cの凹凸形状は、軸線Xに沿って周方向CDの周期数を増加させる際に滑らかに位相数の切り替えが行われるように、図10に示す曲面形状を有している。 As described above, the inner cylindrical portion 20C of this embodiment is shaped so that the number of periods in the circumferential direction CD of the uneven shape formed on the inner peripheral surface 20Ca and outer peripheral surface of the inner cylindrical portion 20C increases as it approaches the combustion chamber CC along the axis X. In addition, the uneven shape of the inner cylindrical portion 20C has a curved shape as shown in FIG. 10 so that the number of phases is smoothly switched when the number of periods in the circumferential direction CD is increased along the axis X.

本実施形態の燃料ノズルによれば、内側筒部20Cの凹凸形状の周期数が燃焼室CCに近づくにつれて漸次増加するように形成されているため、内側流路ICを流通する燃焼用空気CAの周方向CDの分割数が燃焼室CCに近づくにつれて漸次増加し、薄膜化した液体燃料と燃焼用空気との混合を更に促進することができる。 In the fuel nozzle of this embodiment, the number of periods of the concave-convex shape of the inner cylindrical portion 20C is gradually increased as it approaches the combustion chamber CC, so that the number of divisions in the circumferential direction CD of the combustion air CA flowing through the inner flow passage IC gradually increases as it approaches the combustion chamber CC, further promoting the mixing of the thin-film liquid fuel and the combustion air.

以上説明した各実施形態に記載の燃料ノズルは、例えば以下のように把握される。
本開示の第1態様に係る燃料ノズル(100)は、軸線(X)に沿って配置されるとともに液体燃料を噴射孔(11)から燃焼室(CC)に向けて噴射するノズル部(10)と、前記軸線に沿って筒状に形成されるとともに前記ノズル部の外周側に配置され、前記ノズル部との間に燃焼用空気を流通させる第1流路(IC)を形成する第1筒部(20)と、前記第1流路に配置されるとともに前記第1流路を流通する燃焼用空気が前記軸線回りに旋回する旋回力を付与する第1旋回器(30)と、を備え、前記第1筒部の内周面(20a)は、前記ノズル部から噴射された前記液体燃料を付着させて液膜を形成し、前記第1筒部は、前記軸線に沿って前記燃焼室に近づくにつれて、流路断面積が拡大せず、かつ前記第1筒部の前記内周面の前記軸線に直交する断面における濡れ縁長さが長くなるように形成されている。
The fuel nozzle described in each of the above-described embodiments can be understood, for example, as follows.
A fuel nozzle (100) according to a first aspect of the present disclosure includes a nozzle portion (10) arranged along an axis (X) and configured to inject liquid fuel from an injection hole (11) toward a combustion chamber (CC), a first tubular portion (20) formed in a cylindrical shape along the axis, arranged on the outer periphery of the nozzle portion, and forming a first flow path (IC) through which combustion air flows between the nozzle portion and the first tubular portion, and a first swirler (30) arranged in the first flow path and configured to apply a swirling force to the combustion air flowing through the first flow path to rotate about the axis, wherein an inner circumferential surface (20a) of the first tubular portion forms a liquid film by adhering the liquid fuel injected from the nozzle portion, and the first tubular portion is formed such that a flow path cross-sectional area does not increase as the first tubular portion approaches the combustion chamber along the axis, and a wetted perimeter length in a cross section of the inner circumferential surface of the first tubular portion perpendicular to the axis increases.

本開示に係る燃料ノズル(100)によれば、ノズル部の噴射孔から燃焼室に設けて噴射された液体燃料の一部は、第1旋回器により旋回力が付与された燃焼用空気と混合して旋回し、第1筒部の内周面に付着する。軸線に沿って燃焼室に近づくにつれて第1筒部の内周面の軸線に直交する断面における濡れ縁長さが長くなるため、第1筒部の内周面に付着した液体燃料が燃焼室へ近づくにつれて漸次薄膜化する。 According to the fuel nozzle (100) of the present disclosure, a portion of the liquid fuel injected from the nozzle hole in the nozzle portion into the combustion chamber mixes with the combustion air to which a swirling force is applied by the first swirler, swirls, and adheres to the inner circumferential surface of the first cylindrical portion. As the liquid fuel approaches the combustion chamber along the axis, the wetted perimeter length in a cross section perpendicular to the axis of the inner circumferential surface of the first cylindrical portion becomes longer, so that the liquid fuel adhered to the inner circumferential surface of the first cylindrical portion gradually becomes a thinner film as it approaches the combustion chamber.

また、軸線に沿って燃焼室に近づくにつれて第1筒部の流路断面積が拡大しないため、燃焼用空気と液体燃料とが混合した混合気の流速を低下させることなく、第1筒部の先端部から混合気を吐出することができる。そして、第1流路から吐出される燃焼用空気生じさせるせん断力の作用により、薄膜化した液体燃料の微粒化を促進することができる。 In addition, since the cross-sectional area of the flow passage of the first cylindrical section does not increase as it approaches the combustion chamber along the axis, the mixture of combustion air and liquid fuel can be discharged from the tip of the first cylindrical section without reducing the flow rate of the mixture. The shear force generated by the combustion air discharged from the first flow passage promotes atomization of the thin film of liquid fuel.

本開示の第2態様に係る燃料ノズル(100)は、第1態様において、更に以下の構成を備える。すなわち、前記第1筒部の前記内周面は、前記軸線回りの周方向に沿って前記軸線からの距離の増加と減少を周期的に繰り返す第1凹凸形状を有し、前記第1凹凸形状は、前記第1筒部を流通する燃焼用空気に前記軸線に対して第1旋回角(θ1)を付与する形状である。
本開示の第2態様に係る燃料ノズルによれば、第1筒部を流通する燃焼用空気が第1凹凸形状により第1旋回角が付与された状態で燃焼室へ吐出されるため、内周面に第1凹凸形状を設けない場合に比べ、薄膜化した液体燃料と燃焼用空気との混合を促進することができる。
The fuel nozzle (100) according to the second aspect of the present disclosure is the first aspect, and further includes the following configuration: the inner circumferential surface of the first cylindrical portion has a first uneven shape that periodically repeats an increase and a decrease in distance from the axis along a circumferential direction about the axis, and the first uneven shape is a shape that imparts a first swirl angle (θ1) with respect to the axis to the combustion air flowing through the first cylindrical portion.
According to the fuel nozzle of the second aspect of the present disclosure, the combustion air flowing through the first cylindrical portion is discharged into the combustion chamber with a first swirl angle imparted thereto by the first uneven shape, thereby promoting mixing of the thin-film liquid fuel and the combustion air compared to a case in which the first uneven shape is not provided on the inner circumferential surface.

本開示の第3態様に係る燃料ノズル(100)は、第2態様において、更に以下の構成を備える。すなわち、前記軸線に沿って筒状に形成されるとともに前記第1筒部の外周側に配置され、前記第1筒部との間に燃焼用空気を流通させる第2流路(OC)を形成する第2筒部(40)を備え、前記第1筒部の外周面は、前記周方向に沿って前記軸線からの距離の増加と減少を周期的に繰り返す第2凹凸形状を有し、前記第2凹凸形状は、前記第2流路を流通する燃焼用空気に前記軸線に対して第2旋回角(θ2)を付与する形状である。
本開示の第3態様に係る燃料ノズルによれば、第2流路を流通する燃焼用空気が第2凹凸形状により第2旋回角が付与された状態で燃焼室へ吐出されるため、第2凹凸形状を設けない場合に比べ、第2流路を流通する燃焼用空気と第1流路を流通する燃焼用空気とが混合する際に作用するせん断力が大きくなり、液体燃料の微粒化を良好に促進することができる。
In the second aspect, the fuel nozzle (100) according to the third aspect of the present disclosure further includes the following configuration: That is, the fuel nozzle (100) includes a second cylindrical portion (40) that is formed in a cylindrical shape along the axis and is disposed on the outer circumferential side of the first cylindrical portion, and that forms a second flow passage (OC) between the first cylindrical portion and the second cylindrical portion, through which combustion air flows, and the outer circumferential surface of the first cylindrical portion has a second uneven shape that periodically repeats an increase and a decrease in distance from the axis along the circumferential direction, and the second uneven shape is shaped to impart a second swirl angle (θ2) with respect to the axis to the combustion air flowing through the second flow passage.
According to the fuel nozzle of the third aspect of the present disclosure, the combustion air flowing through the second flow passage is discharged into the combustion chamber with a second swirl angle imparted by the second uneven shape. Therefore, compared to a case in which the second uneven shape is not provided, the shear force acting when the combustion air flowing through the second flow passage and the combustion air flowing through the first flow passage mix is greater, and the atomization of the liquid fuel can be effectively promoted.

本開示の第4態様に係る燃料ノズル(100)は、第3態様において、更に以下の構成を備える。すなわち、前記第1筒部の前記燃焼室側の先端部において、前記第1旋回角と前記第2旋回角とが異なるように前記第1凹凸形状および第2凹凸形状が形成されている。
本開示の第4態様に係る燃料ノズルによれば、第1筒部の燃焼室側の先端部において第1旋回角と第2旋回角とが異なるため、第1旋回角と第2旋回角とが同一である場合に比べ、外側流路を流通する燃焼用空気と第1流路を流通する燃焼用空気とが混合する際に作用するせん断力が大きくなり、液体燃料の微粒化を良好に促進することができる。
The fuel nozzle (100) according to the fourth aspect of the present disclosure is the third aspect, further comprising the following configuration: the first uneven shape and the second uneven shape are formed at a tip end portion of the first cylindrical portion on the combustion chamber side such that the first swirl angle and the second swirl angle are different from each other.
According to the fuel nozzle of the fourth aspect of the present disclosure, the first swirl angle and the second swirl angle are different at the tip of the first cylindrical portion on the combustion chamber side. Therefore, compared to when the first swirl angle and the second swirl angle are the same, the shear force acting when the combustion air flowing through the outer flow passage and the combustion air flowing through the first flow passage are mixed is larger, thereby effectively promoting atomization of the liquid fuel.

本開示の第5態様に係る燃料ノズル(100)は、第2態様から第4態様のいずれかにおいて、更に以下の構成を備える。すなわち、前記第1凹凸形状は、前記周方向に前記軸線回りを1周する間に3以上の前記距離の増加と減少の周期数を有する。
本開示の第5態様に係る燃料ノズルによれば、第1筒部を流通する燃焼用空気が、3以上の周期数を有する第1凹凸形状により旋回角が付与された状態で燃焼室へ吐出されるため、薄膜化した液体燃料と燃焼用空気との混合を適切に促進することができる。
The fuel nozzle (100) according to a fifth aspect of the present disclosure is any one of the second to fourth aspects, further comprising the following configuration: That is, the first uneven shape has three or more periods of increase and decrease in the distance per revolution around the axis in the circumferential direction.
According to the fuel nozzle of the fifth aspect of the present disclosure, the combustion air flowing through the first cylindrical portion is discharged into the combustion chamber with a swirl angle imparted by the first uneven shape having a periodicity of three or more, thereby appropriately promoting mixing of the thin-film liquid fuel and the combustion air.

本開示の第6態様に係る燃料ノズル(100)は、第5態様において、更に以下の構成を備える。すなわち、前記第1凹凸形状は、前記軸線に沿って前記燃焼室に近づくにつれて、前記周期数が漸次増加するように形成されている。
本開示の第6態様に係る燃料ノズルによれば、第1凹凸形状の周期数が燃焼室に近づくにつれて漸次増加するように形成されているため、内側流路を流通する燃焼用空気の周方向の分割数が燃焼室に近づくにつれて漸次増加し、薄膜化した液体燃料と燃焼用空気との混合を更に促進することができる。
The fuel nozzle (100) according to the sixth aspect of the present disclosure is the fifth aspect, further comprising the following configuration: That is, the first concave-convex shape is formed such that the periodic number gradually increases as the first concave-convex shape approaches the combustion chamber along the axis.
According to the fuel nozzle of the sixth aspect of the present disclosure, the periodic number of the first uneven shape is formed to gradually increase toward the combustion chamber. Therefore, the number of circumferential divisions of the combustion air flowing through the inner flow passage gradually increases toward the combustion chamber, thereby further promoting mixing of the thin-film liquid fuel and the combustion air.

本開示の第7態様に係るガスタービンエンジンは、第1態様から第6態様にいずれかの燃料ノズルを備える燃焼器と、燃焼器が液体燃料を燃焼させることにより生成された燃焼ガスにより駆動されるタービンと、を備える。
本開示の第7態様に係るガスタービンエンジンによれば、液体燃料の微粒化を促進してNOx等の有害排出物の生成を抑制することが可能な燃料ノズルを備えたガスタービンエンジンを提供することができる。
A gas turbine engine according to a seventh aspect of the present disclosure includes a combustor having a fuel nozzle according to any one of the first to sixth aspects, and a turbine driven by combustion gas generated by burning liquid fuel in the combustor.
According to the gas turbine engine according to the seventh aspect of the present disclosure, it is possible to provide a gas turbine engine equipped with a fuel nozzle capable of promoting atomization of liquid fuel and suppressing the generation of harmful emissions such as NOx.

10 ノズル部
11 噴射孔
12 周期数
20,20A,20B,20C 内側筒部
20a,20A1a,20A2a,20Ca,40a 内周面
20c,20A2b,20B3a 外周面
20b 先端部
20A1,20B1 第1筒部
20A2,20B2 第2筒部
20B3 第3筒部
20B3a1,22,22C 凸部
20B3a2,21,21C 凹部
20C1 一端部
20C2 他端部
21a 谷部
22a 頂部
30 内側旋回器
40 外側筒部
50 外側旋回器
100,100A,100B 燃料ノズル
CA 燃焼用空気
CC 燃焼室
CD 周方向
IC 内側流路
LF 液膜
OC 外側流路
R0,R1,R2 半径
TD 接線方向
VA 振幅
VA2 距離
VL 谷線
X 軸線
t 板厚
α 第1旋回角
β 第2旋回角
10 nozzle portion 11 injection hole 12 period number 20, 20A, 20B, 20C inner cylindrical portion 20a, 20A1a, 20A2a, 20Ca, 40a inner peripheral surface 20c, 20A2b, 20B3a outer peripheral surface 20b tip portion 20A1, 20B1 first cylindrical portion 20A2, 20B2 second cylindrical portion 20B3 third cylindrical portion 20B3a1, 22, 22C convex portion 20B3a2, 21, 21C concave portion 20C1 one end portion 20C2 other end portion 21a valley portion 22a apex portion 30 inner swirler 40 outer cylindrical portion 50 outer swirler 100, 100A, 100B fuel nozzle CA combustion air CC combustion chamber CD circumferential direction IC inner flow path LF liquid film OC outer flow path R0, R1, R2 Radius TD Tangential direction VA Amplitude VA2 Distance VL Valley line X Axis line t Plate thickness α First rotation angle β Second rotation angle

Claims (7)

軸線に沿って配置されるとともに液体燃料を噴射孔から燃焼室に向けて噴射するノズル部と、
前記軸線に沿って筒状に形成されるとともに前記ノズル部の外周側に配置され、前記ノズル部との間に燃焼用空気を流通させる第1流路を形成する第1筒部と、
前記第1流路に配置されるとともに前記第1流路を流通する燃焼用空気が前記軸線回りに旋回する旋回力を付与する第1旋回器と、を備え、
前記第1筒部の内周面は、前記ノズル部から噴射された前記液体燃料を付着させて液膜を形成し、
前記第1筒部は、前記軸線に沿って前記燃焼室に近づくにつれて、流路断面積が拡大せず、かつ前記第1筒部の前記内周面の前記軸線に直交する断面における濡れ縁長さが長くなるように形成されている燃料ノズル。
a nozzle portion that is disposed along the axis and that injects liquid fuel from an injection hole toward a combustion chamber;
a first cylindrical portion that is formed in a cylindrical shape along the axis and is disposed on an outer circumferential side of the nozzle portion, the first cylindrical portion forming a first flow passage between the nozzle portion and the first cylindrical portion, through which combustion air flows;
a first swirler that is disposed in the first flow path and applies a swirling force to the combustion air flowing through the first flow path so that the combustion air swirls about the axis;
the liquid fuel injected from the nozzle portion adheres to an inner circumferential surface of the first cylindrical portion to form a liquid film;
the first cylindrical portion is formed such that a flow passage cross-sectional area does not increase toward the combustion chamber along the axis, and a wetted perimeter length of the inner circumferential surface of the first cylindrical portion in a cross section perpendicular to the axis increases toward the combustion chamber along the axis.
前記第1筒部の前記内周面は、前記軸線回りの周方向に沿って前記軸線からの距離の増加と減少を周期的に繰り返す第1凹凸形状を有し、
前記第1凹凸形状は、前記第1筒部を流通する燃焼用空気に前記軸線に対して第1旋回角を付与する形状である請求項1に記載の燃料ノズル。
the inner circumferential surface of the first cylindrical portion has a first uneven shape in which a distance from the axis line periodically increases and decreases along a circumferential direction around the axis line,
2 . The fuel nozzle according to claim 1 , wherein the first uneven shape is a shape that imparts a first swirl angle with respect to the axis to the combustion air flowing through the first cylindrical portion.
前記軸線に沿って筒状に形成されるとともに前記第1筒部の外周側に配置され、前記第1筒部との間に燃焼用空気を流通させる第2流路を形成する第2筒部を備え、
前記第1筒部の外周面は、前記周方向に沿って前記軸線からの距離の増加と減少を周期的に繰り返す第2凹凸形状を有し、
前記第2凹凸形状は、前記第2流路を流通する燃焼用空気に前記軸線に対して第2旋回角を付与する形状である請求項2に記載の燃料ノズル。
a second cylindrical portion that is cylindrically formed along the axis and that is disposed on an outer circumferential side of the first cylindrical portion, and that forms a second flow passage between the first cylindrical portion and the second cylindrical portion, through which combustion air flows;
an outer circumferential surface of the first cylindrical portion has a second uneven shape in which a distance from the axis line periodically increases and decreases along the circumferential direction;
3. The fuel nozzle according to claim 2, wherein the second uneven shape is a shape that imparts a second swirl angle with respect to the axis to the combustion air flowing through the second flow passage.
前記第1筒部の前記燃焼室側の先端部において、前記第1旋回角と前記第2旋回角とが異なるように前記第1凹凸形状および前記第2凹凸形状が形成されている請求項3に記載の燃料ノズル。 The fuel nozzle according to claim 3, wherein the first uneven shape and the second uneven shape are formed at the tip of the first cylindrical portion on the combustion chamber side so that the first swirl angle and the second swirl angle are different. 前記第1凹凸形状は、前記周方向に前記軸線回りを1周する間に3以上の前記距離の増加と減少の周期数を有する請求項2から請求項4のいずれか一項に記載の燃料ノズル。 The fuel nozzle according to any one of claims 2 to 4, wherein the first uneven shape has three or more periods of increase and decrease in the distance per revolution around the axis in the circumferential direction. 前記第1凹凸形状は、前記軸線に沿って前記燃焼室に近づくにつれて、前記周期数が漸次増加するように形成されている請求項5に記載の燃料ノズル。 The fuel nozzle according to claim 5, wherein the first uneven shape is formed so that the number of periods gradually increases as the shape approaches the combustion chamber along the axis. 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の燃料ノズルを備える燃焼器と、
前記燃焼器が液体燃料を燃焼させることにより生成された燃焼ガスにより駆動されるタービンと、を備えるガスタービンエンジン。
A combustor comprising the fuel nozzle according to any one of claims 1 to 4;
a turbine driven by combustion gases produced by the combustor combusting a liquid fuel.
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