JP2787100B2 - Secondary combustion chamber type spiral combustor - Google Patents
Secondary combustion chamber type spiral combustorInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、主としてガスタービンに用いられる燃焼
器、特に主燃焼室の上流側に副燃焼室を設けたガスター
ビン用の渦巻燃焼器に関するものである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a combustor mainly used for a gas turbine, and more particularly to a spiral combustor for a gas turbine having a sub-combustion chamber provided upstream of a main combustion chamber. It is.
第３図及び第４図に、主燃焼室の上流側に副燃焼室を
設けた従来のガスタービン用燃焼器が例示されている。
第３図において、１は燃焼器外筒、２は外筒１の中に広
い通気間隙３をおいて支持された燃焼器内筒で、内筒２
は副燃焼室４、主燃焼室５等をその内部に形成してい
る。燃焼器内筒２の第３図における左端部は、外筒１の
端部壁６に図示されないボルト等によって取付けられる
フランジ部７を介して固定・支持されるが、そのフラン
ジ部７の中心を貫通して燃料噴射弁８が副燃焼室４の中
に開口しており、加圧された軽油のような燃料ｆを副燃
焼室４の中へ霧化して噴射するようになっている。なお
９は副燃焼室４内に臨んで設けられた点火プラグを示
す。3 and 4 illustrate a conventional gas turbine combustor provided with a sub-combustion chamber upstream of the main combustion chamber.
In FIG. 3, reference numeral 1 denotes a combustor outer cylinder, and 2 denotes a combustor inner cylinder supported in the outer cylinder 1 with a wide ventilation gap 3 therebetween.
Defines a sub-combustion chamber 4, a main combustion chamber 5, and the like. The left end of the combustor inner cylinder 2 in FIG. 3 is fixed and supported via a flange 7 attached to an end wall 6 of the outer cylinder 1 by a bolt or the like (not shown). The fuel injection valve 8 penetrates and opens into the sub-combustion chamber 4 so that fuel f, such as pressurized light oil, is atomized and injected into the sub-combustion chamber 4. Reference numeral 9 denotes a spark plug provided facing the sub-combustion chamber 4.
通気間隙３には図示されない空気圧縮機によって加圧
された空気ａが供給されており、その一部は１次空気ｂ
として、第４図に示すような案内羽根10を有する１次空
気通路11の開口を通り、副燃焼室４内へ接線方向に流入
して、燃料噴射弁８から噴射される燃料噴霧と共に副燃
焼室４内において渦流を形成し、燃料と１次空気が混合
して、点火プラグ９により点火され、１次燃焼を行な
う。Air a pressurized by an air compressor (not shown) is supplied to the ventilation gap 3, and a part of the air a is a primary air b.
As shown in FIG. 4, the fuel flows through the opening of the primary air passage 11 having the guide vanes 10 and flows tangentially into the sub-combustion chamber 4, and the sub-combustion with the fuel spray injected from the fuel injection valve 8. A vortex is formed in the chamber 4, the fuel and the primary air are mixed, ignited by the spark plug 9, and the primary combustion is performed.
12は副燃焼室４と主燃焼室５の仕切壁に形成された絞
り開口で、１次燃焼をした未燃成分を含む燃焼ガスは、
旋回しながら絞り開口12を通過して主燃焼室５へ流入
し、主燃焼室５の下流側部分の壁に設けられている多数
の小さな空気孔13を通して、通気間隙３から２次空気及
び冷却空気ｃとして加圧された空気の供給を受け、２次
燃焼を行なう。燃焼ガスは更に流出筒14に設けられた希
釈空気口15を通して通気間隙３から流入する希釈空気ｄ
によって増量されて大流量のタービン作動ガスｇとな
り、図示されないタービンロータを駆動して動力を発生
する。Reference numeral 12 denotes a throttle opening formed in a partition wall between the sub-combustion chamber 4 and the main combustion chamber 5, and a combustion gas containing unburned components which has undergone primary combustion is
While turning, the air flows into the main combustion chamber 5 through the throttle opening 12, and passes through the small air holes 13 provided in the wall of the downstream portion of the main combustion chamber 5, from the ventilation gap 3 to the secondary air and cooling. Secondary combustion is performed by receiving the supply of pressurized air as the air c. The combustion gas further flows into the dilution air d from the ventilation gap 3 through the dilution air port 15 provided in the outlet cylinder 14.
To increase the flow rate of the turbine working gas g, and drive a turbine rotor (not shown) to generate power.
従来のガスタービンの燃焼器においては、１次空気通
路11副燃焼室４を形成する筒壁のうち、比較的上流側の
部分から開口するように設けられ、第３図に示すように
副燃焼室４と主燃焼室５との境にある絞り開口12から上
流側へ距離ｌだけ離れた位置に設けられるのが普通であ
る。In the conventional gas turbine combustor, the primary air passage 11 is provided so as to open from a relatively upstream portion of the cylindrical wall forming the sub-combustion chamber 4, and as shown in FIG. Usually, it is provided at a position upstream from the throttle opening 12 at the boundary between the chamber 4 and the main combustion chamber 5 by a distance l.
そのため、絞り開口２には、それを覆って燃焼ガスか
ら保護するのに必要な空気層が形成されないものと考え
られ、高温の燃焼ガス（火焔）が、直接に絞り開口12に
接触して、それを溶損するという問題のあることが見出
された。Therefore, it is considered that an air layer required to cover and protect from the combustion gas is not formed in the throttle opening 2, and the high-temperature combustion gas (flame) directly contacts the throttle opening 12, It has been found that there is a problem of erosion.
そこで、本発明は、新たに見出されたこの問題を解決
するための手段を提供することを、発明の解決すべき課
題としている。Therefore, an object of the present invention is to provide means for solving this newly found problem.
本発明は、前記課題を解決するための手段として、燃
料噴射弁と点火プラグと１次空気通路を備え内部に燃焼
ガスの渦流を発生させる副燃焼室と、前記副燃焼室の下
流側に絞り開口を介して接続する主燃焼室とからなり、
前記１次空気通路の開口が前記副燃焼室の壁面において
前記点火プラグから前記絞り開口の直前までの殆ど全て
の領域にわたって連続して形成されているとともに、前
記１次空気通路が前記燃焼ガスの渦流に沿った方向の１
次空気の旋回流を形成することができるように前記副燃
焼室に対して接線方向に開口していることにより、１次
空気の一部が前記絞り開口の周囲の壁面に沿って空気層
を形成し、前記絞り開口による幾何学的な絞り効果に流
体的な絞り効果が付加されるようにしたことを特徴とす
る副燃焼室式渦巻燃焼器を提供する。The present invention provides, as a means for solving the above problems, a sub-combustion chamber having a fuel injection valve, an ignition plug, and a primary air passage for generating a swirl of combustion gas therein, and a throttle downstream of the sub-combustion chamber. Consists of a main combustion chamber connected through an opening,
The opening of the primary air passage is formed continuously on the wall surface of the sub-combustion chamber over almost the entire area from the spark plug to immediately before the throttle opening, and the primary air passage is formed of the combustion gas. 1 in the direction along the vortex
By opening tangentially to the sub-combustion chamber so that a swirling flow of the primary air can be formed, a part of the primary air forms an air layer along the wall around the throttle opening. The spiral combustor of the sub-combustion chamber is provided, wherein a fluid throttle effect is added to the geometric throttle effect by the throttle opening.
副燃焼室内へ燃料噴射弁から供給される燃料噴霧は、
１次空気通路から旋回を与えられて供給される１次空気
と混合し、副燃焼室内で渦巻き状に流動しながら１次燃
焼したのち、絞り開口を通過して主燃焼室へ流入し、２
次空気の供給を受けて完全燃焼する。The fuel spray supplied from the fuel injection valve into the sub combustion chamber is
After mixing with the primary air supplied by being swirled from the primary air passage and flowing in a spiral shape in the sub-combustion chamber, the primary combustion takes place.
Complete combustion with the supply of secondary air.
本発明の燃焼器における副燃焼室と主燃焼室との境界
壁に設けられた絞り開口は、１次空気通路の開口がその
直前まで達するように設けられているために、流動する
１次空気の一部によって絞り開口の表面が覆われて冷却
され、絞り開口の表面に燃焼ガスが直接に接触すること
がなくなるから、絞り開口の溶損が防止される。The throttle opening provided in the boundary wall between the sub-combustion chamber and the main combustion chamber in the combustor according to the present invention is provided so that the opening of the primary air passage reaches immediately before the opening, so that the flowing primary air Of the throttle opening is covered and cooled, and the combustion gas does not come into direct contact with the surface of the throttle opening, thereby preventing the meltdown of the throttle opening.
第１図に本発明の実施例を示す。第２図はその一部の
横断面を拡大して示す側面図である。これらの図におい
て、既に説明した第３図及び第４図に示す従来のガスタ
ービンの燃焼器と実質的に同じ構造部分については、同
じ参照符号を付けることによって重複する説明は省略す
ることとする。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an enlarged side view of a part of the cross section. In these figures, the same structural parts as those of the conventional gas turbine combustor shown in FIGS. 3 and 4 which have already been described are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. .
この実施例の特徴は、副燃焼室４′を形成する筒壁に
おいて、１次空気通路11′の開口と、それに伴なう案内
羽根10′をできるだけ主燃焼室５に接近させて設け、そ
れによって１次空気通路11′を主燃焼室５との境にある
絞り開口12の直前まで達するように開口させたことであ
る。絞り開口12が流入する１次空気ｂの一部によって流
動的に形成される空気層（冷却空気膜）によって覆わ
れ、その空気によって冷却されると共に燃焼ガスとの直
接の接触を避けることができるので、絞り開口12が燃焼
ガスの熱によって溶損するおそれがなくなる。The feature of this embodiment is that the opening of the primary air passage 11 'and the associated guide vane 10' are provided as close to the main combustion chamber 5 as possible in the cylindrical wall forming the sub-combustion chamber 4 '. Thus, the primary air passage 11 'is opened so as to reach just before the throttle opening 12 at the boundary with the main combustion chamber 5. The throttle opening 12 is covered by an air layer (cooling air film) formed by a part of the primary air b flowing therein, and is cooled by the air and can avoid direct contact with the combustion gas. Therefore, there is no possibility that the throttle opening 12 is melted by the heat of the combustion gas.
本発明の場合、必要なことは１次空気通路11′が絞り
開口12の直前まで達する開口範囲を有することである
が、図示実施例の場合、開口の前方端が副燃焼室４′の
円筒形壁面の前方端まで達しておらず、燃料噴射弁８の
噴口との間にかなりの距離を残していることによって、
副燃焼室４′の上流部分に、噴射された燃料噴霧が熱を
受けて蒸発気化するための空間を形成している。In the case of the present invention, what is necessary is that the primary air passage 11 'has an opening range reaching just before the throttle opening 12, but in the case of the illustrated embodiment, the front end of the opening is the cylindrical shape of the auxiliary combustion chamber 4'. By not reaching the front end of the shaped wall and leaving a considerable distance from the nozzle of the fuel injection valve 8,
An upstream portion of the sub-combustion chamber 4 'forms a space for the injected fuel spray to receive heat and evaporate.
また、図示の実施例では、第３図に示した従来例と異
なり、主燃焼室５の上流側部分の壁にも空気孔13′が設
けられており、空気孔13′から流入する２次空気及び冷
却空気ｃ′によって、絞り開口12の直後の主燃焼室５の
筒壁面にも、流動する空気層（冷却空気膜）を形成する
ので、絞り開口12を通過して主燃焼室５内へ旋回しなが
ら流入する燃焼ガスが、直接に絞り開口12直後の主燃焼
室５の壁面に衝突して壁面を溶損したり、そこに高温部
分を形成してNO2の発生量を増加させたりすることも防
止される。Further, in the illustrated embodiment, unlike the conventional example shown in FIG. 3, an air hole 13 'is also provided in the wall of the upstream portion of the main combustion chamber 5, and the secondary air flowing from the air hole 13' The flowing air layer (cooling air film) is also formed on the cylinder wall surface of the main combustion chamber 5 immediately after the throttle opening 12 by the air and the cooling air c ′. The combustion gas flowing while swirling into the main combustion chamber 5 directly collides with the wall surface of the main combustion chamber 5 immediately after the throttle opening 12 to melt and damage the wall surface, or to form a high-temperature portion there to increase the generation amount of NO 2. Is also prevented.
また、１次空気通路の直後に絞り開口がない場合に
は、副燃焼室に入る１次空気の速度ベクトルは、副燃焼
室円筒の周方向に向かう旋回速度成分、副燃焼室円筒の
半径方向に向かう半径方向（軸中心に向かう）速度成分
と副燃焼室円筒の軸方向下流に向かう下流方向速度成分
とを持つことになる。このとき、これらの速度成分のベ
クトル和である流入速度ベクトルは１次空気の流量で規
定されるため、下流方向速度成分の増大は旋回速度成分
の減少を招き副燃焼室における渦流の強さが弱まること
になる。一方、本実施例においては１次空気通路の直後
に絞り開口があるため、絞り構成する壁面により流入速
度ベクトルは下流方向速度成分が規制されるため旋回速
度成分と半径方向成分のみであり、結果的に旋回速度成
分が大きくなるため、副燃焼室内の渦流が強くなる。If there is no throttle opening immediately after the primary air passage, the velocity vector of the primary air entering the sub-combustion chamber is determined by the swirl velocity component in the circumferential direction of the sub-combustion chamber cylinder and the radial direction of the sub-combustion chamber cylinder. In the radial direction (toward the axial center) and a downstream speed component in the axial downstream direction of the auxiliary combustion chamber cylinder. At this time, the inflow velocity vector, which is the vector sum of these velocity components, is defined by the flow rate of the primary air. Therefore, an increase in the downstream velocity component causes a decrease in the swirl velocity component, and the strength of the vortex in the sub-combustion chamber decreases. Will weaken. On the other hand, in the present embodiment, since the throttle opening is provided immediately after the primary air passage, the inflow velocity vector is restricted only by the turning velocity component and the radial component because the downstream velocity component is regulated by the wall constituting the throttle. Since the swirling speed component becomes large, the vortex in the sub-combustion chamber becomes strong.
つまり、本実施例の副燃焼室側の絞りを構成する壁面
の形状は、副燃焼室円筒の軸方向に対して垂直となって
おり、１次空気通路から流入する空気が副燃焼室円筒の
軸方向へと流れることを防止し、軸方向の速度成分を効
果的に低減し、それによって周方向の速度成分を増大し
副燃焼室内の渦流を強くしているのである。That is, the shape of the wall constituting the throttle on the side of the sub-combustion chamber of this embodiment is perpendicular to the axial direction of the cylinder of the sub-combustion chamber, and the air flowing from the primary air passage is It prevents axial flow and effectively reduces axial velocity components, thereby increasing circumferential velocity components and increasing vortex flow in the sub-combustion chamber.
さらに、１次空気通路の直後に絞り開口を設けること
で、絞り開口では、１次空気の一部が絞り壁に沿って空
気層を形成することになり、幾何学的な絞りの効果に流
体的絞り効果が付加される。このため、流体的絞り効果
が最適となる絞りの幾何学的寸法は空気層を考慮して大
きくすることが可能となり、絞りを構成する壁面の突出
量は減少するため燃焼ガスによる熱溶損を防止すること
ができる 〔発明の効果〕 副燃焼室において、１次空気通路の開口が主燃焼室と
の境界である絞り開口の直前まで達するように形成され
ているので、１次空気の一部が絞り開口を覆って保護す
る結果、絞り開口の溶損が防止され、燃焼器の耐久性が
向上する。また、それによって副燃焼室内で旋回するガ
スの渦流が強くなり、燃料と空気の混合が促進されるの
で、特に空気流量が少なくなる部分負荷時において燃焼
効率が低下するのを改善することもできる。Further, by providing a throttle opening immediately after the primary air passage, at the throttle opening, a part of the primary air forms an air layer along the throttle wall, and the effect of the geometric throttle becomes fluid. The objective aperture effect is added. For this reason, it is possible to increase the geometrical size of the throttle in which the fluid throttle effect is optimal in consideration of the air space, and the amount of protrusion of the wall constituting the throttle is reduced. [Effect of the Invention] Since the opening of the primary air passage is formed so as to reach just before the throttle opening which is the boundary with the main combustion chamber in the sub-combustion chamber, a part of the primary air is Covers and protects the throttle opening, thereby preventing melting of the throttle opening and improving the durability of the combustor. In addition, since the swirling gas swirling in the sub-combustion chamber is thereby enhanced, and the mixing of fuel and air is promoted, it is possible to improve the reduction in combustion efficiency particularly at a partial load where the air flow rate is reduced. .
第１図は本発明の実施例を示す縦断面図、第２図は第１
図におけるII−II線による拡大断面図、第３図は従来例
を示す縦断面図、第４図は第３図におけるIV−IV線によ
る拡大断面図である。 １……燃焼器外筒、２……燃焼器内筒、 ３……通気間隙、４……副燃焼室、 ５……主燃焼室、６……端部壁、 ７……フランジ部、８……燃料噴射弁、 ９……点火プラグ、10,10′……案内羽根、 11,11′……１次空気通路、 12……絞り開口、13,13′……空気孔、 14……流出筒、15……希釈空気口、 ａ……加圧空気、ｂ……１次空気、 c,c′……２次空気及び冷却空気、 ｄ……希釈空気、ｆ……軽油、 ｇ……タービン作動ガス、 ｌ……距離。FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 3 is an enlarged sectional view taken along line II-II in FIG. 3, FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a conventional example, and FIG. 4 is an enlarged sectional view taken along line IV-IV in FIG. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Combustor outer cylinder, 2 ... Combustor inner cylinder, 3 ... Ventilation gap, 4 ... Secondary combustion chamber, 5 ... Main combustion chamber, 6 ... End wall, 7 ... Flange section, 8 ... fuel injection valve, 9 ... spark plug, 10, 10 '... guide vane, 11, 11' ... primary air passage, 12 ... throttle opening, 13, 13 '... air hole, 14 ... Outflow cylinder, 15 ... dilution air port, a ... pressurized air, b ... primary air, c, c '... secondary air and cooling air, d ... dilution air, f ... light oil, g ... ... turbine working gas, l ... distance.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大久保 陽一郎 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 井戸田 芳典 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 野村 佳洋 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭58−140519（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−89708（ＪＰ，Ａ) 特公 昭62−32370（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F23R 3/10 F23R 3/12 F23R 3/16────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Yoichiro Okubo 41-cho, Yokomichi, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Prefecture Inside Toyota Central Research Laboratory Co., Ltd. No. 41 at Yokomichi, Toyota Central Research Institute Co., Ltd. (72) Inventor Yoshihiro Nomura 41 at Yokomichi, Oku-cho, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Prefecture Inside Toyota Central Research Institute Co., Ltd. (56) References JP, A) JP-A-50-89708 (JP, A) JP-B-62-32370 (JP, B2) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) F23R 3/10 F23R 3/12 F23R 3/16
Claims (1)
備え内部に燃焼ガスの渦流を発生させる副燃焼室と、前
記副燃焼室の下流側に絞り開口を介して接続する主燃焼
室とからなり、前記１次空気通路の開口が前記副燃焼室
の壁面において前記点火プラグから前記絞り開口の直前
までの殆ど全ての領域にわたって連続して形成されてい
るとともに、前記１次空気通路が前記燃焼ガスの渦流に
沿った方向の１次空気の旋回流を形成することができる
ように前記副燃焼室に対して接線方向に開口しているこ
とにより、１次空気の一部が前記絞り開口の周囲の壁面
に沿って空気層を形成し、前記絞り開口による幾何学的
な絞り効果に流体的な絞り効果が付加されるようにした
ことを特徴とする副燃焼室式渦巻燃焼器。1. A sub-combustion chamber having a fuel injection valve, a spark plug, and a primary air passage for generating a swirling flow of combustion gas therein, and a main combustion chamber connected to a downstream side of the sub-combustion chamber via a throttle opening. The opening of the primary air passage is formed continuously on almost the entire area from the spark plug to immediately before the throttle opening on the wall surface of the sub-combustion chamber, and the primary air passage is Part of the primary air is restricted by the tangential opening with respect to the sub-combustion chamber so that a swirling flow of the primary air in a direction along the swirl flow of the combustion gas can be formed. An auxiliary combustion chamber type spiral combustor, wherein an air layer is formed along a wall surface around the opening, and a fluid throttle effect is added to the geometric throttle effect by the throttle opening.
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| JP2253032A JP2787100B2 (en) | 1990-09-22 | 1990-09-22 | Secondary combustion chamber type spiral combustor |
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| JP2253032A Expired - Fee Related JP2787100B2 (en) | 1990-09-22 | 1990-09-22 | Secondary combustion chamber type spiral combustor |
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Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
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Family Cites Families (2)
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|---|---|---|---|---|
| JPS5089708A (en) * | 1973-12-14 | 1975-07-18 | ||
| JPS6232370A (en) * | 1985-08-03 | 1987-02-12 | Murata Mfg Co Ltd | Detecting device for surface potential |
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1990
- 1990-09-22 JP JP2253032A patent/JP2787100B2/en not_active Expired - Fee Related
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