JP2870282B2 - ガスタービンの燃焼器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はガスタービンの燃焼器に
関する。

【０００２】

【従来の技術】燃焼室を形成する筒状部材の壁面上に燃
焼用空気孔を形成し、圧縮機により圧縮された空気を燃
焼用空気孔を介して燃焼室内に供給して燃焼室内に供給
された燃料を燃焼させると共に、燃焼用空気孔下流の筒
状部材壁面上に希釈用空気孔を形成し、圧縮機により圧
縮された空気を希釈用空気孔を介して燃焼室内に供給し
て既燃ガスを希釈し、希釈用空気孔内に連通する希釈用
空気供給通路内に希釈用空気供給通路の流路面積を制御
する希釈用空気量制御弁を配置してこの希釈用空気量制
御弁をアクチュエータによって駆動し、機関低負荷運転
時には希釈用空気量制御弁の開度を大きくし、機関高負
荷運転時には希釈用空気量制御弁の開度を小さくするよ
うにしたガスタービン機関の燃焼器が公知である（実開
平２−１４９８３６号公報参照）。このガスタービン機
関の燃焼器では機関低負荷運転時には希釈用空気量制御
弁の開度を大きくすることにより燃焼室内に供給される
希釈用空気量に対する燃焼用空気量の比率を低減させ、
一方機関高負荷運転時には希釈用空気量制御弁の開度を
小さくすることにより希釈用空気量に対する燃焼用空気
量の比率を増大させるようにしている。このようにこの
ガスタービン機関の燃焼器では機関負荷に応じて希釈用
空気量に対する燃焼用空気量の比率を変化させることに
より、機関負荷に拘らず常に良好な燃焼効率が得られる
ようにすることを目指している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述のガ
スタービン機関の燃焼器では機関運転状態に応じて希釈
用空気量制御弁の開度をアクチュエータにより変化させ
るようにしているので、機関運転状態を検出する検出
器、希釈用空気量制御弁を駆動するアクチュエータ、ア
クチュエータの制御装置等が必要となり、その結果コス
トの上昇を招くと共に構造が複雑になるので故障要因が
増大してしまうという問題を生ずる。特に燃焼器の近傍
は高温を呈するのでアクチュエータ等の良好な耐久信頼
性を確保しにくい。またアクチュエータはガスタービン
の圧縮機から燃焼器に至る希釈用空気供給通路を含めた
空気供給通路の外部に設置されることになるので、希釈
用空気量制御弁とアクチュエータとの連結部の周りから
空気が空気供給通路の外部に漏洩してしまいやすいとい
う問題も生ずる。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明によれば、燃焼室を形成する筒状部材の壁面
上に燃焼用空気孔を形成し、圧縮機により圧縮された空
気を燃焼用空気孔を介して燃焼室内に供給して燃焼室内
に供給された燃料を燃焼させると共に、燃焼用空気孔下
流の筒状部材壁面上に希釈用空気孔を形成し、圧縮機に
より圧縮された空気を希釈用空気孔を介して燃焼室内に
供給して既燃ガスを希釈するようにしたガスタービンの
燃焼器において、希釈用空気孔内に連通する希釈用空気
供給通路内に希釈用空気供給通路の流路面積を制御する
希釈用空気量制御自動弁を配置すると共に燃焼用空気孔
内に連通する燃焼用空気供給通路内に希釈用空気量制御
自動弁と一体的に作動して燃焼用空気供給通路の流路面
積を制御する燃焼用空気量制御自動弁を配置し、希釈用
空気量制御自動弁と燃焼用空気量制御自動弁とを弾性部
材により希釈用空気量制御自動弁の開弁方向でかつ燃焼
用空気量制御自動弁の閉弁方向に向けて常時付勢せし
め、機関回転数が高くなるにつれて希釈用空気量制御自
動弁が希釈用空気供給通路内を流れる空気から受ける抗
力が増大すると共に燃焼用空気量制御自動弁が燃焼用空
気供給通路内を流れる空気から受ける抗力が増大するこ
とにより希釈用空気量制御自動弁の開度が低減すると共
に燃焼用空気量制御自動弁の開度が増大するように希釈
用空気量制御自動弁および燃焼用空気量制御自動弁を形
成している。

【０００５】

【作用】請求項１に記載の発明では、機関高回転運転時
には機関低回転運転時に比べて燃焼器の圧力損失が増大
するので、希釈用空気供給通路内を流れる空気の流速が
大きくなると共に燃焼用空気供給通路内を流れる空気の
流速が大きくなる。その結果、希釈用空気量制御自動弁
が希釈用空気供給通路内を流れる空気から受ける抗力が
増大すると共に燃焼用空気量制御自動弁が燃焼用空気供
給通路内を流れる空気から受ける抗力が増大する。斯く
して希釈用空気量制御自動弁および燃焼用空気量制御自
動弁は、希釈用空気量制御自動弁の開度が低減すると共
に燃焼用空気量制御自動弁の開度が増大する方向に向け
て弾性部材の付勢力に抗して一体的に作動せしめられ
る。その結果希釈用空気量に対する燃焼用空気量の比率
が増大せしめられる。

【０００６】

【実施例】図１から図３に第１の実施例を示す。図１か
ら図３に示す実施例では図１に示されるように燃焼室６
を形成する筒状部材２０の周囲に筒状部材２０のほぼ全
体を覆う円筒状の外筒５０が気密的に固定されている。
この外筒５０内には外筒５０の内周壁面と筒状部材２０
の外周壁面間に形成される空間を二つの領域に圧力分割
する隔壁５２が設けられる。隔壁５２と外筒５０の内周
壁面と外筒５０の底壁面５０ａと筒状部材２０の外周壁
面とにより、１次燃焼用空気孔８および２次燃焼用空気
孔１０に連通する燃焼領域側閉鎖空間５４が形成され
る。一方、隔壁５２と外筒５０の内周壁面と外筒５０の
底壁面５０ｂと筒状部材２０の外周壁面とにより、希釈
用空気孔１２に連通する希釈領域側閉鎖空間５６が形成
される。

【０００７】また燃焼領域側閉鎖空間５４を形成する外
筒５０の周壁面部分上には燃焼用空気供給管５８が連結
され、一方希釈領域側閉鎖空間５６を形成する外筒５０
の周壁面部分上には希釈用空気供給管３０が連結され
る。図１に示されるように燃焼用空気供給管５８および
希釈用空気供給管３０は夫々Ｌ字形状をなし、燃焼用空
気供給管５８の一部と希釈用空気供給管３０の一部とが
互いに隣接配置されている。また外筒５０、燃焼用空気
供給管５８および希釈用空気供給管３０は機関ハウジン
グ（図示しない）内に形成された空気供給通路２１内に
配置されている。従って、圧縮機から熱交換器を介して
空気供給通路２１内に供給された空気の一部が燃焼用空
気供給管５８および１次燃焼用空気孔８を介して１次燃
焼領域６ａ内に流入し、空気供給通路２１内に供給され
た空気の一部が燃焼用空気供給管５８および２次燃焼用
空気孔１０を介して２次燃焼領域６ｂ内に流入し、空気
供給通路２１内に供給された空気の残りの部分が希釈用
空気供給管３０および希釈用空気孔１２を介して希釈領
域６ｃ内に流入する。このとき、互いに隣接配置された
燃焼用空気供給管５８部分と希釈用空気供給管３０部分
を夫々流れる空気は互いに反対向きに流れる。

【０００８】図１および図２に示されるように互いに隣
接配置された燃焼用空気供給管５８部分内および希釈用
空気供給管３０部分内にＬ字形状をなす空気量制御自動
弁６０が配置される。図２に示されるように隣接する燃
焼用空気供給管５８壁面と希釈用空気供給管３０壁面間
にピン６２が配置され、Ｌ字形状をなす空気量制御自動
弁６０の折曲部がピン６２上に旋回自在に支持される。
従って空気量制御自動弁６０は図２において矢印Ｄで示
されるようにピン６２回りに旋回自在に配置されてい
る。従って燃焼用空気供給管５８内に位置する空気量制
御自動弁６０の部分６０ａが燃焼用空気供給管５８の流
路面積を制御する燃焼用空気量制御自動弁を構成すると
共に、希釈用空気供給管３０内に位置する空気量制御自
動弁６０の部分６０ｂが希釈用空気供給管３０の流路面
積を制御する希釈用空気量制御自動弁を構成している。
また燃焼用空気供給管５８の外部に配置されたレバー６
４の一端がピン６２上に空気量制御自動弁６０と一体的
に連結され、レバー６４の他端は燃焼用空気供給管５８
の外壁面上に固定された棒６６に引張ばね６８を介して
連結される。図２からわかるように空気量制御自動弁６
０は引張ばね６８により燃焼用空気供給管５８の流路面
積を低減させる方向、即ち燃焼用空気量制御自動弁６０
ａの閉弁方向でかつ希釈用空気供給管３０の流路面積を
増大させる方向、即ち希釈用空気量制御自動弁６０ｂの
開弁方向に向けて常時付勢せしめられる。

【０００９】次に、図３を参照して図１および図２に示
される実施例の作動について説明する。なお図３におい
て（ａ）は機関低回転運転時の状態を示しており、
（ｂ）は機関高回転運転時の状態を示している。また図
３では引張ばね６８の作用がわかりやすいように、引張
ばね６８が燃焼用空気供給管５８内に固定された棒６６
と燃焼用空気量制御自動弁６０ａとを連結するように図
示している。機能的には図１および図２に示される配置
の場合と同様である。

【００１０】機関低回転運転時には燃焼器の圧力損失Ｌ
_P が小さく、このとき空気量制御自動弁６０は図３
（ａ）に示されるように引張ばね６８の付勢力により燃
焼用空気供給管５８の流路面積が小さくて希釈用空気供
給管３０の流路面積が大きい位置に保持される。図１お
よび図２に示す実施例では空気量制御自動弁６０が図３
（ａ）に示される位置にあるときに１次燃焼領域６ａお
よび２次燃焼領域６ｂにおいて燃空比Ｆ／Ａが比較的高
いリッチな混合気が形成されるように、１次燃焼用空気
孔８と２次燃焼用空気孔１０と希釈用空気孔１２との開
口面積比が設定されている。従って機関低回転運転時に
は比較的リッチな混合気が燃焼せしめられることにな
り、その結果未燃ＨＣおよび未燃ＣＯの発生が抑制さ
れ、燃焼効率ηが向上する。

【００１１】一方、機関高回転運転時には燃焼器の圧力
損失Ｌ_P が比較的大きくなり、その結果燃焼用空気供給
管５８内を流れる空気の流速および希釈用空気供給管３
０内を流れる空気の流速が大きくなる。その結果燃焼用
空気量制御自動弁６０ａが燃焼用空気供給管５８内を流
れる空気から受ける抗力が増大すると共に希釈用空気量
制御自動弁６０ｂが希釈用空気供給管３０内を流れる空
気から受ける抗力が増大する。図３からわかるように、
燃焼用空気供給管５８内を流れる空気と希釈用空気供給
管３０内を流れる空気とは互いに反対向きに流れるの
で、燃焼用空気量制御自動弁６０ａが受ける抗力および
希釈用空気量制御自動弁６０ｂが受ける抗力はいずれも
空気量制御自動弁６０をピン６２回りに図３において反
時計回りに回転させるべく作用する。従って、機関高回
転運転時にこれらの抗力が増大すると、空気量制御自動
弁６０は図３（ｂ）に示されるように燃焼用空気供給管
５８の流路面積が大きくて希釈用空気供給管３０の流路
面積が小さい位置に保持される。斯くして、圧縮機から
熱交換器を介して燃焼室６内に供給される空気の内で１
次燃焼領域６ａ内および２次燃焼領域６ｂ内に供給され
る燃焼用空気量の割合が増大せしめられると共に希釈領
域６ｃ内に供給される希釈用空気量の割合が低減せめし
られる。その結果機関高回転運転時には燃空比Ｆ／Ａが
比較的低いリーンな混合気が燃焼せしめられることにな
り、その結果ＮＯｘの発生が抑制される。

【００１２】図１から図３に示す実施例では燃焼用空気
量制御自動弁６０ａと希釈用空気量制御自動弁６０ｂと
が一体的に形成されたＬ字形状の空気量制御自動弁６０
を用いて燃焼用空気量と希釈用空気量との比率を制御し
ている。もしこの代わりに燃焼用空気供給管５８内およ
び希釈用空気供給管３０内に夫々独立した燃焼用空気量
制御自動弁および希釈用空気量制御自動弁を配置すると
共にこれらの自動弁を夫々別々のばねで付勢するように
すると、適切なばね等の選択が難しく、従って機関運転
状態に応じて燃焼用空気量と希釈用空気量との比率を適
切に制御することが困難になる。図１から図３に示す実
施例では燃焼用空気量制御自動弁６０ａと希釈用空気量
制御自動弁６０ｂとが一体的に形成された空気量制御自
動弁６０を用いているので、燃焼用空気量と希釈用空気
量との比率を適切かつ確実に制御することができる。

【００１３】次に図４に第２の実施例を示す。図４に示
す実施例は図１から図３に示す実施例とほぼ同様の構造
を有する。図１から図３に示す実施例との相違点につい
て説明する。図４に示す実施例では互いに隣接配置され
た燃焼用空気供給管５８部分を流れる空気と希釈用空気
供給管３０部分を流れる空気とが同じ向きに流れるよう
に燃焼用空気供給管５８および希釈用空気供給管３０が
配置されている。図４に示されるように互いに隣接配置
された燃焼用空気供給管５８部分内および希釈用空気供
給管３０部分内にショートケーキ形の空気量制御自動弁
７０が配置される。この空気量制御自動弁７０は直線状
をなす部分７０ａと円弧状をなす部分７０ｂとを有す
る。隣接する燃焼用空気供給管５８壁面と希釈用空気供
給管３０壁面間にピン７２が配置され、空気量制御自動
弁部分７０ａの一端がピン７２上に旋回自在に支持され
る。従って空気量制御自動弁７０はピン７２回りに旋回
自在に配置されており、空気量制御自動弁部分７０ａが
燃焼用空気供給管５８の流路面積を制御する燃焼用空気
量制御自動弁を構成すると共に、空気量制御自動弁部分
７０ｂが希釈用空気供給管３０の流路面積を制御する希
釈用空気量制御自動弁を構成している。図４からわかる
ように空気量制御自動弁７０は引張ばね７４により燃焼
用空気供給管５８の流路面積を低減させる方向、即ち燃
焼用空気量制御自動弁７０ａの閉弁方向でかつ希釈用空
気供給管３０の流路面積を増大させる方向、即ち希釈用
空気量制御自動弁７０ｂの開弁方向に向けて常時付勢せ
しめられる。なお図４では引張ばね７４が燃焼用空気供
給管５８の内部に配置されているが、図１および図２に
示す実施例と同様に引張ばね７４を燃焼用空気供給管５
８の外部に配置するようにしてもよい。

【００１４】次に、図４に示す実施例の作動について説
明する。機関低回転運転時には空気量制御自動弁７０は
図４において実線で示されるように引張ばね７４の付勢
力により燃焼用空気供給管５８の流路面積が小さくて希
釈用空気供給管３０の流路面積が大きい位置に保持され
る。従って図１から図３に示す実施例と同様に機関低回
転運転時には１次燃焼領域６ａおよび２次燃焼領域６ｂ
において燃空比Ｆ／Ａが比較的高いリッチな混合気が燃
焼せしめられる。一方、機関高回転運転時には燃焼用空
気供給管５８内を流れる空気の流速および希釈用空気供
給管３０内を流れる空気の流速が大きくなり、その結果
空気量制御自動弁７０が空気供給管５８，３０内を流れ
る空気から受ける抗力が増大する。このとき燃焼用空気
量制御自動弁７０ａが受ける抗力は空気量制御自動弁７
０をピン７２回りに図４において時計回りに回転させる
べく作用する。一方、希釈用空気量制御自動弁７０ｂは
円弧状をなすので希釈用空気量制御自動弁７０ｂが受け
る抗力は空気量制御自動弁７０を回転させる作用を生じ
せしめない。従って、機関高回転運転時にこれらの抗力
が増大すると、空気量制御自動弁７０は図４において２
点鎖線で示されるように燃焼用空気供給管５８の流路面
積が大きくて希釈用空気供給管３０の流路面積が小さい
位置に保持される。斯くして図１から図３に示す実施例
と同様に１次燃焼領域６ａ内および２次燃焼領域６ｂ内
に供給される燃焼用空気量の割合が増大せしめられると
共に希釈領域６ｃ内に供給される希釈用空気量の割合が
低減せしめられる。

【００１５】次に図５に第３の実施例を示す。図５に示
す実施例は図１から図３に示す実施例とほぼ同様の構造
を有し、空気量制御自動弁６０の作動は図１から図３に
示す実施例の場合と同じである。一方、図５に示す実施
例では点火栓８０が空気量制御自動弁６０の動きに連動
して筒状部材２０の内外に移動する構造になっている。
即ち、外筒５０の周壁面上には２次燃焼用空気孔１０の
一つと整列配置された穴８２が形成されており、点火栓
８０がこの穴８２内に挿入され、この点火栓８０は第１
のアーム８４とリンク板８６と第２のアーム８８とを具
備するリンク機構９０を介して空気量制御自動弁６０に
連結されている。機関低回転運転時には点火栓８０が２
次燃焼用空気孔１０を介して筒状部材２０の内部、即ち
２次燃焼領域６ｂ内に配置される。一方、機関高回転運
転時には上述した空気量制御自動弁６０の動きにリンク
機構９０を介して点火栓８０が連動せしめられ、その結
果点火栓８０が筒状部材２０の外部に移動せしめられ
る。斯くして機関高回転運転時（機関定格運転時）に点
火栓８０を火炎の熱から確実に防御することができる。
次いで機関運転状態が機関低回転運転状態に移行する
と、空気量制御自動弁６０の動きに連動して点火栓８０
が再び筒状部材２０の内部に挿入されるので、必要があ
れば再点火を行うことも可能である。

【００１６】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば機関高回
転運転時には機関低回転運転時に比べて希釈用空気量制
御自動弁の開度が低減すると共に燃焼用空気量制御自動
弁の開度が増大するように、希釈用空気量制御自動弁お
よび燃焼用空気量制御自動弁が一体的に作動せしめられ
る。その結果機関高回転運転時には燃焼室内に供給され
る希釈用空気量に対して燃焼用空気量の比率を増大させ
ることができる。斯くして機関運転状態に拘らずＮＯｘ
の発生を抑制することができると共に良好な燃焼効率を
確保することができる。このとき希釈用空気量制御自動
弁と燃焼用空気量制御自動弁とが一体的に作動するの
で、希釈用空気量と燃焼用空気量との比率を適切かつ確
実に制御することができる。更に希釈用空気量制御自動
弁および燃焼用空気量制御自動弁を駆動するためのアク
チュエータが必要ないので高い信頼性を確保することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の燃焼器を示す斜視図である。

【図２】空気量制御自動弁の近傍領域を示す拡大斜視図
である。

【図３】機関低回転運転時と機関高回転運転時における
空気量制御自動弁の作動を説明するための概略的に示し
た拡大側面断面図である。

【図４】第２の実施例の空気量制御自動弁の近傍領域を
示す拡大側面断面図である。

【図５】第３の実施例の燃焼器を示す斜視図である。

【符号の説明】

８…１次燃焼用空気孔 １０…２次燃焼用空気孔 １２…希釈用空気孔 ２０…筒状部材 ２１…空気供給通路 ２２…燃料噴射弁 ２４…旋回羽根 ３０…希釈用空気供給管 ５０…外筒 ５２…隔壁 ５８…燃焼用空気供給管 ６０，７０…空気量制御自動弁 ６０ａ，７０ａ…燃焼用空気量制御自動弁 ６０ｂ，７０ｂ…希釈用空気量制御自動弁 ６８，７４…引張ばね ８０…点火栓 ９０…リンク機構

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−86823（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−113661（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−54051（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−154853（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭64−29574（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭37−25389（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F23R 3/26 F23R 3/22 F02C 9/16 F16K 17/34

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼室を形成する筒状部材の壁面上に燃
   焼用空気孔を形成し、圧縮機により圧縮された空気を該
   燃焼用空気孔を介して燃焼室内に供給して燃焼室内に供
   給された燃料を燃焼させると共に、該燃焼用空気孔下流
   の筒状部材壁面上に希釈用空気孔を形成し、該圧縮機に
   より圧縮された空気を該希釈用空気孔を介して燃焼室内
   に供給して既燃ガスを希釈するようにしたガスタービン
   の燃焼器において、上記希釈用空気孔内に連通する希釈
   用空気供給通路内に該希釈用空気供給通路の流路面積を
   制御する希釈用空気量制御自動弁を配置すると共に上記
   燃焼用空気孔内に連通する燃焼用空気供給通路内に該希
   釈用空気量制御自動弁と一体的に作動して該燃焼用空気
   供給通路の流路面積を制御する燃焼用空気量制御自動弁
   を配置し、該希釈用空気量制御自動弁と該燃焼用空気量
   制御自動弁とを弾性部材により希釈用空気量制御自動弁
   の開弁方向でかつ燃焼用空気量制御自動弁の閉弁方向に
   向けて常時付勢せしめ、機関回転数が高くなるにつれて
   該希釈用空気量制御自動弁が該希釈用空気供給通路内を
   流れる空気から受ける抗力が増大すると共に該燃焼用空
   気量制御自動弁が該燃焼用空気供給通路内を流れる空気
   から受ける抗力が増大することにより希釈用空気量制御
   自動弁の開度が低減すると共に燃焼用空気量制御自動弁
   の開度が増大するように希釈用空気量制御自動弁および
   燃焼用空気量制御自動弁を形成したガスタービンの燃焼
   器。