JP3310922B2 - 燃料ノズル - Google Patents
燃料ノズルInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼室内に先端を
開口させ、内筒の内部に設けたパイロット燃料ノズル
で、内筒の前方に拡散火炎を発生させておき、負荷に応
じて作動、又は停止する複数のメイン燃料ノズル本体か
ら噴射供給する燃料の着火、消火を随時行い、メイン燃
料ノズルの燃料供給量を変動させて、負荷に応じた運転
ができるようにしたガスタービンの燃焼器に設けられる
燃料ノズル、特に、メイン燃料ノズルに関する。
開口させ、内筒の内部に設けたパイロット燃料ノズル
で、内筒の前方に拡散火炎を発生させておき、負荷に応
じて作動、又は停止する複数のメイン燃料ノズル本体か
ら噴射供給する燃料の着火、消火を随時行い、メイン燃
料ノズルの燃料供給量を変動させて、負荷に応じた運転
ができるようにしたガスタービンの燃焼器に設けられる
燃料ノズル、特に、メイン燃料ノズルに関する。
【０００２】
【従来の技術】燃焼室内に先端を開口させ、内筒の中央
部に、パイロット燃料ノズル本体を配置するとともに、
パイロット燃料ノズル本体の外周の周方向に複数のメイ
ン燃料ノズル本体を配置するようにした燃料ノズルを設
け、ガスタービンの負荷の変動に応じて、メイン燃料ノ
ズル本体に設けた複数のメイン燃料ノズルの燃料供給量
を調整し、負荷の大きさに対応させた運転ができるよう
にしたガスタービンが従来から使用されている。
部に、パイロット燃料ノズル本体を配置するとともに、
パイロット燃料ノズル本体の外周の周方向に複数のメイ
ン燃料ノズル本体を配置するようにした燃料ノズルを設
け、ガスタービンの負荷の変動に応じて、メイン燃料ノ
ズル本体に設けた複数のメイン燃料ノズルの燃料供給量
を調整し、負荷の大きさに対応させた運転ができるよう
にしたガスタービンが従来から使用されている。
【０００３】例えば、発電用に使用されるガスタービン
においては、電力需要の少ない夜間等においては、メイ
ン燃料ノズルの燃料供給量を減少するか、もしくは、パ
イロット燃料ノズル本体を設けたパイロット燃料ノズル
を含む燃料ノズルの全てを消火して作動を止め、電力需
要の大きくなる昼間等においては、パイロット燃料ノズ
ルで拡散火炎を発生させるとともに、消火して作動を止
めているメイン燃料ノズルで予混合火炎を形成するた
め、負荷の大きさに対応する燃料供給量を調整して、パ
イロット燃料ノズルの前方に設けた保炎用コーン内で保
持している拡散火炎で着火させて作動させ、負荷に対応
させた運転を行うようにしている。
においては、電力需要の少ない夜間等においては、メイ
ン燃料ノズルの燃料供給量を減少するか、もしくは、パ
イロット燃料ノズル本体を設けたパイロット燃料ノズル
を含む燃料ノズルの全てを消火して作動を止め、電力需
要の大きくなる昼間等においては、パイロット燃料ノズ
ルで拡散火炎を発生させるとともに、消火して作動を止
めているメイン燃料ノズルで予混合火炎を形成するた
め、負荷の大きさに対応する燃料供給量を調整して、パ
イロット燃料ノズルの前方に設けた保炎用コーン内で保
持している拡散火炎で着火させて作動させ、負荷に対応
させた運転を行うようにしている。
【０００４】図２，図３は、このような従来のガスター
ビンとして使用されている予混合炎型低ＮＯx のガスタ
ービン燃焼器の構成を示す図で、図２はガスタービン燃
焼器の全体構成図、図３は図２に示す燃焼器０１２に設
けられるパイロット燃料ノズルおよびメイン燃料ノズル
からなる燃料ノズルのうちのメイン燃料ノズル０１３の
縦断面を示す図である。
ビンとして使用されている予混合炎型低ＮＯx のガスタ
ービン燃焼器の構成を示す図で、図２はガスタービン燃
焼器の全体構成図、図３は図２に示す燃焼器０１２に設
けられるパイロット燃料ノズルおよびメイン燃料ノズル
からなる燃料ノズルのうちのメイン燃料ノズル０１３の
縦断面を示す図である。
【０００５】図２に示すようなガスタービン燃焼器０１
２では、隔壁０１１に後端部が固着され円筒状にされた
内筒０１の中心部には、内筒０１の軸心に沿ってパイロ
ット燃料ノズル本体０２が隔壁０１１を貫通して設置さ
れるとともに、パイロット燃料ノズル本体０２の外周に
は、周方向に等ピッチに配置され、同様に隔壁０１１を
貫通させた複数本からなるメイン燃料ノズル本体０３
が、パイロット燃料ノズル本体０２と略平行に設置され
ている。
２では、隔壁０１１に後端部が固着され円筒状にされた
内筒０１の中心部には、内筒０１の軸心に沿ってパイロ
ット燃料ノズル本体０２が隔壁０１１を貫通して設置さ
れるとともに、パイロット燃料ノズル本体０２の外周に
は、周方向に等ピッチに配置され、同様に隔壁０１１を
貫通させた複数本からなるメイン燃料ノズル本体０３
が、パイロット燃料ノズル本体０２と略平行に設置され
ている。
【０００６】また、パイロット燃料ノズル本体０２およ
びメイン燃料ノズル本体０３が収容、配設される内筒０
１内部には、パイロット燃料ノズル本体０２およびメイ
ン燃料ノズル本体０３から供給される燃料Ｆと混合し
て、後述する予混合気Ｍを形成する空気Ａ、および燃焼
器０１２の冷却を行う冷却用の空気流Ａとを通過させる
空気流路０６を、パイロット燃料ノズル本体０２および
メイン燃料ノズル本体０３の外周辺に形成するようにし
ている。
びメイン燃料ノズル本体０３が収容、配設される内筒０
１内部には、パイロット燃料ノズル本体０２およびメイ
ン燃料ノズル本体０３から供給される燃料Ｆと混合し
て、後述する予混合気Ｍを形成する空気Ａ、および燃焼
器０１２の冷却を行う冷却用の空気流Ａとを通過させる
空気流路０６を、パイロット燃料ノズル本体０２および
メイン燃料ノズル本体０３の外周辺に形成するようにし
ている。
【０００７】また、パイロット燃料ノズル本体０２の先
端部のまわりには、円筒形のパイロットノズル外筒０９
が設けられ、このパイロットノズル外筒０９の上流側で
ある後端部の内部にパイロットスワラ０７が配置され
て、パイロット燃料ノズルを形成するようにしている。
このパイロット燃料ノズルにおけるパイロットスワラ０
７は、空気流路０６からパイロットノズル外筒０９内に
流入する空気Ａを旋回流にして、循環流領域を形成し、
パイロット燃料ノズル本体０２から供給される燃料Ｆに
よる拡散火炎を安定させる。
端部のまわりには、円筒形のパイロットノズル外筒０９
が設けられ、このパイロットノズル外筒０９の上流側で
ある後端部の内部にパイロットスワラ０７が配置され
て、パイロット燃料ノズルを形成するようにしている。
このパイロット燃料ノズルにおけるパイロットスワラ０
７は、空気流路０６からパイロットノズル外筒０９内に
流入する空気Ａを旋回流にして、循環流領域を形成し、
パイロット燃料ノズル本体０２から供給される燃料Ｆに
よる拡散火炎を安定させる。
【０００８】また、パイロット燃料ノズル本体０２の外
周に配設された各メイン燃料ノズル本体０３の先端部の
まわりにも、図３に示すように、円筒形のメインノズル
外筒０１０がそれぞれメイン燃料ノズル本体０３の外周
面との間に間隙を設けて配設されている。
周に配設された各メイン燃料ノズル本体０３の先端部の
まわりにも、図３に示すように、円筒形のメインノズル
外筒０１０がそれぞれメイン燃料ノズル本体０３の外周
面との間に間隙を設けて配設されている。
【０００９】さらに、メインノズル外筒０１０を設け
た、各メイン燃料ノズル本体０３の先端部に設けたメイ
ンノズル外筒０１０上流部分の外周には、メイン燃料ノ
ズル本体０３の外周面からメインノズル外筒０１０内周
面に向けて延ばされているメインスワラ０８が設けら
れ、これらによりメイン燃料ノズル０１３を形成するよ
うにしている。このように、メイン燃料ノズル０１３に
おいても、空気流路０６からメインノズル外筒０１０内
に流入する空気Ａを、メインスワラ０８により旋回流に
して下流側に流れるようにしている。
た、各メイン燃料ノズル本体０３の先端部に設けたメイ
ンノズル外筒０１０上流部分の外周には、メイン燃料ノ
ズル本体０３の外周面からメインノズル外筒０１０内周
面に向けて延ばされているメインスワラ０８が設けら
れ、これらによりメイン燃料ノズル０１３を形成するよ
うにしている。このように、メイン燃料ノズル０１３に
おいても、空気流路０６からメインノズル外筒０１０内
に流入する空気Ａを、メインスワラ０８により旋回流に
して下流側に流れるようにしている。
【００１０】また、メインスワラ０８が設けられた位置
より下流側のメイン燃料ノズル本体０３の壁面には、図
３では４個設けたものが示されているように、複数の燃
料ノズル孔０５があけられており、空気流路０６からメ
インノズル外筒０１０内に流入し、メインスワラ０８に
より旋回流にされた空気Ａ中に、燃料Ｆを噴射して予混
合気Ｍを形成するようにしている。
より下流側のメイン燃料ノズル本体０３の壁面には、図
３では４個設けたものが示されているように、複数の燃
料ノズル孔０５があけられており、空気流路０６からメ
インノズル外筒０１０内に流入し、メインスワラ０８に
より旋回流にされた空気Ａ中に、燃料Ｆを噴射して予混
合気Ｍを形成するようにしている。
【００１１】このように、従来のガスタービンの燃焼器
０１２に設けられるパイロット燃料ノズルおよびメイン
燃料ノズル０１３からなる燃料ノズルでは、空気Ａは複
数個のメインスワラ０８と１つのパイロットスワラ０７
で旋回流にされ、複数個のメインノズル外筒０１０と１
つのパイロットノズル外筒０９から供給され、燃料Ｆは
複数個のメイン燃料ノズル本体０３と１つのパイロット
燃料ノズル本体０２から供給されて、特に、メイン燃料
ノズル０１３では、予混合気Ｍを形成するようにしてい
る。
０１２に設けられるパイロット燃料ノズルおよびメイン
燃料ノズル０１３からなる燃料ノズルでは、空気Ａは複
数個のメインスワラ０８と１つのパイロットスワラ０７
で旋回流にされ、複数個のメインノズル外筒０１０と１
つのパイロットノズル外筒０９から供給され、燃料Ｆは
複数個のメイン燃料ノズル本体０３と１つのパイロット
燃料ノズル本体０２から供給されて、特に、メイン燃料
ノズル０１３では、予混合気Ｍを形成するようにしてい
る。
【００１２】このうち、各メイン燃料ノズル０１３にお
いては、図３示すように、燃料Ｆはメイン燃料ノズル本
体０３の壁面にあけられた燃料ノズル孔０５よりメイン
ノズル外筒０１０内に噴出され、メインスワラ０８によ
って旋回流にされて、メインノズル外筒０１０内を流れ
る空気Ａと混合して予混合気Ｍとなり、メインノズル外
筒０１０から燃焼室０４内に流出するとき、パイロット
燃料ノズルで形成されている拡散火炎によって着火さ
れ、燃焼室０４内で高エネルギーの燃焼ガスＧとなる。
いては、図３示すように、燃料Ｆはメイン燃料ノズル本
体０３の壁面にあけられた燃料ノズル孔０５よりメイン
ノズル外筒０１０内に噴出され、メインスワラ０８によ
って旋回流にされて、メインノズル外筒０１０内を流れ
る空気Ａと混合して予混合気Ｍとなり、メインノズル外
筒０１０から燃焼室０４内に流出するとき、パイロット
燃料ノズルで形成されている拡散火炎によって着火さ
れ、燃焼室０４内で高エネルギーの燃焼ガスＧとなる。
【００１３】しかしながら、図３に示すような、メイン
スワラ０８の下流側にあって燃料Ｆをメイン燃料ノズル
本体０３の壁面にあけられた燃料ノズル孔０５より噴出
するようにしたメイン燃料ノズル０１３の場合、メイン
ノズル外筒０１０の出口付近において形成される予混合
気Ｍは、中心部が燃料Ｆ濃度の高い予混合気Ｍとなる傾
向があり、さらには、メインスワラ０８で旋回流にされ
て、メインノズル外筒０１０内を流れる空気Ａに、燃料
Ｆを効率よく混合するために必要な燃料Ｆの貫通力を得
る為には、燃料ノズル孔０５から高速の燃料Ｆをメイン
ノズル外筒０１０内を流れる空気Ａ内に噴出させる必要
があるために、メイン燃料ノズル本体０３内に供給す
る、燃料Ｆの供給圧力を高く設定する必要が生じるとい
う不都合がある。
スワラ０８の下流側にあって燃料Ｆをメイン燃料ノズル
本体０３の壁面にあけられた燃料ノズル孔０５より噴出
するようにしたメイン燃料ノズル０１３の場合、メイン
ノズル外筒０１０の出口付近において形成される予混合
気Ｍは、中心部が燃料Ｆ濃度の高い予混合気Ｍとなる傾
向があり、さらには、メインスワラ０８で旋回流にされ
て、メインノズル外筒０１０内を流れる空気Ａに、燃料
Ｆを効率よく混合するために必要な燃料Ｆの貫通力を得
る為には、燃料ノズル孔０５から高速の燃料Ｆをメイン
ノズル外筒０１０内を流れる空気Ａ内に噴出させる必要
があるために、メイン燃料ノズル本体０３内に供給す
る、燃料Ｆの供給圧力を高く設定する必要が生じるとい
う不都合がある。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述したメ
イン燃料ノズルで生じる、メインノズル外筒の出口付近
において中心部に燃料濃度の高い予混合気が形成される
とともに、メイン燃料ノズル本体内に供給する燃料の供
給圧力を高く設定する必要があるという従来の燃料ノズ
ルの不具合を解消するため、低く設定された供給圧力の
燃料を空気中に混合するようにしても、燃焼室に供給さ
れる予混合気が、均一な燃料濃度になり、良好な混合状
態にできる燃料ノズルの提供を課題とする。
イン燃料ノズルで生じる、メインノズル外筒の出口付近
において中心部に燃料濃度の高い予混合気が形成される
とともに、メイン燃料ノズル本体内に供給する燃料の供
給圧力を高く設定する必要があるという従来の燃料ノズ
ルの不具合を解消するため、低く設定された供給圧力の
燃料を空気中に混合するようにしても、燃焼室に供給さ
れる予混合気が、均一な燃料濃度になり、良好な混合状
態にできる燃料ノズルの提供を課題とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】このため、本発明の燃料
ノズルは、次の手段とした。
ノズルは、次の手段とした。
【００１６】（１）燃焼室内に先端を開口させた内筒の
中央部を内筒と略平行に配設されたパイロット燃料ノズ
ルと、パイロット燃料ノズルの外周の周方向に配設され
た複数のメイン燃料ノズルとを有し、パイロット燃料ノ
ズルで発生させた予混合火炎で、メイン燃料ノズル本体
に設けた燃料ノズル孔から噴射され、燃焼室内に供給さ
れた燃料を着火させ燃焼させる燃焼器に設けるようにし
た燃料ノズルのうちの少くともメイン燃料ノズルには、
燃料ノズル本体の外周面との間に隙間を形成し、燃料ノ
ズル本体から内部に供給される燃料と混合して予混合気
にする空気を流出させる空気通路を形成する環状の外筒
を設けた。なお、外筒を設ける燃料ノズルとしては、メ
イン燃料ノズルばかりでなく、パイロット燃料ノズルを
も含むものとしても良い。
中央部を内筒と略平行に配設されたパイロット燃料ノズ
ルと、パイロット燃料ノズルの外周の周方向に配設され
た複数のメイン燃料ノズルとを有し、パイロット燃料ノ
ズルで発生させた予混合火炎で、メイン燃料ノズル本体
に設けた燃料ノズル孔から噴射され、燃焼室内に供給さ
れた燃料を着火させ燃焼させる燃焼器に設けるようにし
た燃料ノズルのうちの少くともメイン燃料ノズルには、
燃料ノズル本体の外周面との間に隙間を形成し、燃料ノ
ズル本体から内部に供給される燃料と混合して予混合気
にする空気を流出させる空気通路を形成する環状の外筒
を設けた。なお、外筒を設ける燃料ノズルとしては、メ
イン燃料ノズルばかりでなく、パイロット燃料ノズルを
も含むものとしても良い。
【００１７】（２）燃料ノズル本体の外周に設けた外筒
の後端側内部である空気通路内上流側に配設され、外筒
の上流側に設けられた空気流路から空気通路内に流入す
る空気に、旋回流を発生させる上流側スワラを設けた。
この上流側スワラは、燃料ノズル本体の外周面と外筒の
内周面との間の周方向に架設され、空気流路から外筒の
内部に流入する空気が通過するとき旋回流を発生するよ
うに、外筒の内部に形成される空気通路方向に対して傾
斜を設けるようにした、板状のもので形成することが望
ましい。
の後端側内部である空気通路内上流側に配設され、外筒
の上流側に設けられた空気流路から空気通路内に流入す
る空気に、旋回流を発生させる上流側スワラを設けた。
この上流側スワラは、燃料ノズル本体の外周面と外筒の
内周面との間の周方向に架設され、空気流路から外筒の
内部に流入する空気が通過するとき旋回流を発生するよ
うに、外筒の内部に形成される空気通路方向に対して傾
斜を設けるようにした、板状のもので形成することが望
ましい。
【００１８】（３）上流側スワラが設置された位置より
も下流側の空気通路内に配設され、燃料ノズル孔から空
気通路内に噴射させた燃料と上流側スワラで旋回流にさ
れた空気とが混合した予混合気を、上流側スワラにより
発生する旋回流の方向とは逆方向に旋回する逆旋回流を
発生させる下流側スワラを設けた。この下流側スワラも
上流側スワラと同様に、燃料ノズル本体の外周面と外筒
の内周面との間の周方向に架設された板状のもので形成
することが望ましい。ただし、下流側スワラの空気通路
方向に対する傾斜は、上流側スワラとは逆方向に傾斜し
たものになる。 （４）空気通路内に燃料を噴射するため、燃料ノズル本
体の壁面に貫通させて設ける燃料ノズル孔は、上流側ス
ワラよりも上流側若しくは上流側スワラと下流側スワラ
との中間部分に設けた。
も下流側の空気通路内に配設され、燃料ノズル孔から空
気通路内に噴射させた燃料と上流側スワラで旋回流にさ
れた空気とが混合した予混合気を、上流側スワラにより
発生する旋回流の方向とは逆方向に旋回する逆旋回流を
発生させる下流側スワラを設けた。この下流側スワラも
上流側スワラと同様に、燃料ノズル本体の外周面と外筒
の内周面との間の周方向に架設された板状のもので形成
することが望ましい。ただし、下流側スワラの空気通路
方向に対する傾斜は、上流側スワラとは逆方向に傾斜し
たものになる。 （４）空気通路内に燃料を噴射するため、燃料ノズル本
体の壁面に貫通させて設ける燃料ノズル孔は、上流側ス
ワラよりも上流側若しくは上流側スワラと下流側スワラ
との中間部分に設けた。
【００１９】本発明の燃料ノズルは、上述（１）〜
（４）の手段としたので、燃料ノズル孔の開口部より、
空気通路内の上流側スワラで旋回流を発生させられて空
気中に噴射され、燃料ノズルから燃焼室に供給される燃
料と空気とが混合した予混合気は、下流側スワラによっ
て、さらに、上流側スワラによる旋回流とは逆方向の逆
旋回流が付与されるので、燃料と空気とが十分に混合さ
れた予混合気となり、燃料ノズル孔から空気通路の内部
に噴射された燃料が、予混合気の中心部に偏在するよう
なこともなく、燃料が均一に分布した予混合気となり、
燃焼室での燃焼が効率の良いものになるとともに、燃焼
ガスの低ＮＯx 化を図ることもできる。さらに、空気に
燃料を効率良く混合するため、燃料の貫通力の付与に高
速化が必要であった、燃料ノズル孔から噴射させる燃料
の噴射速度も、低速化しても空気と燃料との混合を効率
良くなるため、燃料の供給圧力を低くできる。これによ
り、燃焼圧縮機の小容量化により費用を低減できるとと
もに、燃焼器の運転に要するランニングコストも低減す
ることができる。
（４）の手段としたので、燃料ノズル孔の開口部より、
空気通路内の上流側スワラで旋回流を発生させられて空
気中に噴射され、燃料ノズルから燃焼室に供給される燃
料と空気とが混合した予混合気は、下流側スワラによっ
て、さらに、上流側スワラによる旋回流とは逆方向の逆
旋回流が付与されるので、燃料と空気とが十分に混合さ
れた予混合気となり、燃料ノズル孔から空気通路の内部
に噴射された燃料が、予混合気の中心部に偏在するよう
なこともなく、燃料が均一に分布した予混合気となり、
燃焼室での燃焼が効率の良いものになるとともに、燃焼
ガスの低ＮＯx 化を図ることもできる。さらに、空気に
燃料を効率良く混合するため、燃料の貫通力の付与に高
速化が必要であった、燃料ノズル孔から噴射させる燃料
の噴射速度も、低速化しても空気と燃料との混合を効率
良くなるため、燃料の供給圧力を低くできる。これによ
り、燃焼圧縮機の小容量化により費用を低減できるとと
もに、燃焼器の運転に要するランニングコストも低減す
ることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の燃料ノズルの実施
の一形態を図面にもとづき説明する。図１は、本発明の
燃料ノズルの実施の第一形態としてのメイン燃料ノズル
を示す図で、図１（ａ）は縦断面図、図１（ｂ）は図１
（ａ）に示す矢視Ａ−Ａにおける横断面図である。な
お、図２および図３に示す部材と同一若しくは類似の部
材には、同一符番を付して説明は極力省略する。
の一形態を図面にもとづき説明する。図１は、本発明の
燃料ノズルの実施の第一形態としてのメイン燃料ノズル
を示す図で、図１（ａ）は縦断面図、図１（ｂ）は図１
（ａ）に示す矢視Ａ−Ａにおける横断面図である。な
お、図２および図３に示す部材と同一若しくは類似の部
材には、同一符番を付して説明は極力省略する。
【００２１】図に示すように、本実施の形態の燃料ノズ
ルとしてのメイン燃料ノズル１３の構成は、メイン燃料
ノズル３の周囲に配設されるメインスワラを、メイン燃
料ノズル３の軸方向に適宜の間隔を有してメインノズル
外筒０１０内の後端部、すなわち上流側に設置される上
流側スワラとしての上流側メインスワラ８ａ及びメイン
ノズル外筒０１０内の前端部、すなわち下流側に設置さ
れる下流側スワラとして下流側メインスワラ８ｂとを、
メイン燃料ノズル３の軸方向に直列に配置するようにし
た。上流側メインスワラ８ａと下流側メインスワラ８ｂ
とは、メイン燃料ノズル本体３外周面とメインノズル外
筒０１０内周面との間に形成される空気通路１３を流れ
る空気Ａに発生させる旋回流の旋回方向が互に逆方向と
なるようにしている。
ルとしてのメイン燃料ノズル１３の構成は、メイン燃料
ノズル３の周囲に配設されるメインスワラを、メイン燃
料ノズル３の軸方向に適宜の間隔を有してメインノズル
外筒０１０内の後端部、すなわち上流側に設置される上
流側スワラとしての上流側メインスワラ８ａ及びメイン
ノズル外筒０１０内の前端部、すなわち下流側に設置さ
れる下流側スワラとして下流側メインスワラ８ｂとを、
メイン燃料ノズル３の軸方向に直列に配置するようにし
た。上流側メインスワラ８ａと下流側メインスワラ８ｂ
とは、メイン燃料ノズル本体３外周面とメインノズル外
筒０１０内周面との間に形成される空気通路１３を流れ
る空気Ａに発生させる旋回流の旋回方向が互に逆方向と
なるようにしている。
【００２２】すなわち、上流側メインスワラ８ａが、メ
イン燃料ノズル本体３の外周面とメインノズル外筒０１
０の内周面との間の周方向に架設され、図２に示す空気
流路０６からメインノズル外筒０１０の内部に流入する
空気Ａが通過するとき時計方向の旋回流を発生するよう
に、メインノズル外筒０１０の内部に形成される空気通
路４の方向に対して傾斜を設けるようにした板状のもの
で形成されるとした場合、下流側メインスワラ８ｂを構
成する板材の空気通路４方向に対する傾斜は、上流側メ
インスワラ８ａとは逆方向の反時計方向の空気Ａの旋回
流を発生させることのできる傾斜を設けるようにしたも
のにしている。
イン燃料ノズル本体３の外周面とメインノズル外筒０１
０の内周面との間の周方向に架設され、図２に示す空気
流路０６からメインノズル外筒０１０の内部に流入する
空気Ａが通過するとき時計方向の旋回流を発生するよう
に、メインノズル外筒０１０の内部に形成される空気通
路４の方向に対して傾斜を設けるようにした板状のもの
で形成されるとした場合、下流側メインスワラ８ｂを構
成する板材の空気通路４方向に対する傾斜は、上流側メ
インスワラ８ａとは逆方向の反時計方向の空気Ａの旋回
流を発生させることのできる傾斜を設けるようにしたも
のにしている。
【００２３】また、メイン燃料ノズル本体３から空気通
路１３内に燃料Ｆを噴射するようにした、メイン燃料ノ
ズル本体３の壁面の上下，左右に貫通させて設けた、例
えば４個の燃料ノズル孔０５は、上流側メインスワラ８
ａよりも上流側に開口させるようにしている。
路１３内に燃料Ｆを噴射するようにした、メイン燃料ノ
ズル本体３の壁面の上下，左右に貫通させて設けた、例
えば４個の燃料ノズル孔０５は、上流側メインスワラ８
ａよりも上流側に開口させるようにしている。
【００２４】なお、この燃料ノズル孔０５は、上流側メ
インスワラ８ａと下流側メインスワラ８ｂとの間に開口
させるようにしても良い。しかしながら、このような燃
料ノズル孔０５の配置にした場合、予混合気Ｍとした後
に、上流側メインスワラ８ａを通過させることで予混合
区間を長くでき、より均一な濃度にできる、上述した上
流側メインスワラ８ａの上流側に燃料ノズル孔０５を設
ける場合に比較して、濃度の均一化は若干悪くなること
も予測される。
インスワラ８ａと下流側メインスワラ８ｂとの間に開口
させるようにしても良い。しかしながら、このような燃
料ノズル孔０５の配置にした場合、予混合気Ｍとした後
に、上流側メインスワラ８ａを通過させることで予混合
区間を長くでき、より均一な濃度にできる、上述した上
流側メインスワラ８ａの上流側に燃料ノズル孔０５を設
ける場合に比較して、濃度の均一化は若干悪くなること
も予測される。
【００２５】これによって、燃料ノズル孔０５から空気
通路１３内に噴射された燃料Ｆは、上流側メインスワラ
８ａを通過し、例えば、時計方向に旋回する旋回流にな
って空気通路１３を流れる空気Ａと混合しながら流れ、
予混合気Ｍとなって下流側メインスワラ８ｂに流入す
る。さらに、下流側メインスワラ８ｂに流入した予混合
気Ｍは、下流側メインスワラ８ｂを通過することで、反
時計方向に旋回する旋回力が付与され、下流側メインス
ワラ８ｂに流入した予混合気は、より均一に混合された
予混合気Ｍとなって空気通路４から、図２に示す燃焼室
０４内に流入する。
通路１３内に噴射された燃料Ｆは、上流側メインスワラ
８ａを通過し、例えば、時計方向に旋回する旋回流にな
って空気通路１３を流れる空気Ａと混合しながら流れ、
予混合気Ｍとなって下流側メインスワラ８ｂに流入す
る。さらに、下流側メインスワラ８ｂに流入した予混合
気Ｍは、下流側メインスワラ８ｂを通過することで、反
時計方向に旋回する旋回力が付与され、下流側メインス
ワラ８ｂに流入した予混合気は、より均一に混合された
予混合気Ｍとなって空気通路４から、図２に示す燃焼室
０４内に流入する。
【００２６】このように、本実施の形態のメイン燃料ノ
ズル１３は、従来メインスワラ０８を各メイン燃料ノズ
ル０１３に１個だけ設けたのに対し、燃料ノズル孔０５
の上流側および下流側の２ケ所に上流側メインスワラ８
ａおよび下流側メインスワラ８ｂを軸方向に、それぞれ
配置した上に、２つの上流側メインスワラ８ａと下流側
メインスワラ８ｂの旋回方向を逆向きになるようにし
た。
ズル１３は、従来メインスワラ０８を各メイン燃料ノズ
ル０１３に１個だけ設けたのに対し、燃料ノズル孔０５
の上流側および下流側の２ケ所に上流側メインスワラ８
ａおよび下流側メインスワラ８ｂを軸方向に、それぞれ
配置した上に、２つの上流側メインスワラ８ａと下流側
メインスワラ８ｂの旋回方向を逆向きになるようにし
た。
【００２７】これにより、２つの上流側メインスワラ８
ａの上流側に、燃料ノズル孔０５から噴射された燃料Ｆ
は、上流側メインスワラ８ａを通過し、一方向に旋回し
ながら空気通路４を下流側へ流れる空気Ａと混合しつ
つ、さらに他方向の旋回流を発生させる下流側メインス
ワラ８ｂを通過するため、メインノズル外筒０１０出口
から燃焼室０４へ流出する予混合気Ｍは、燃料濃度分布
が均一なものとなる。
ａの上流側に、燃料ノズル孔０５から噴射された燃料Ｆ
は、上流側メインスワラ８ａを通過し、一方向に旋回し
ながら空気通路４を下流側へ流れる空気Ａと混合しつ
つ、さらに他方向の旋回流を発生させる下流側メインス
ワラ８ｂを通過するため、メインノズル外筒０１０出口
から燃焼室０４へ流出する予混合気Ｍは、燃料濃度分布
が均一なものとなる。
【００２８】従って、この均一予混合気が、パイロット
燃料ノズル本体０２の前方で形成されている拡散火炎で
着火されて燃焼室０４で燃焼する燃焼ガスＧ中に発生す
るＮＯx の量を抑制できる。
燃料ノズル本体０２の前方で形成されている拡散火炎で
着火されて燃焼室０４で燃焼する燃焼ガスＧ中に発生す
るＮＯx の量を抑制できる。
【００２９】また、従来のメイン燃料ノズル０１３で
は、メインノズル外筒０１０出口にて均一の予混合気を
得るには、大きい燃料供給圧が必要であったが、本実施
の形態のように、上流側メインスワラ８ａの上流側で、
燃料Ｆを供給するようにしたことで、燃料ノズル孔０５
から噴射された燃料Ｆとメインノズル外筒０１０内を流
れる空気Ａとは、正逆両方向の旋回力によって強制的に
強く混合させるため、燃料供給圧を低くしても、良好な
混合状態を得ることができるようになる。
は、メインノズル外筒０１０出口にて均一の予混合気を
得るには、大きい燃料供給圧が必要であったが、本実施
の形態のように、上流側メインスワラ８ａの上流側で、
燃料Ｆを供給するようにしたことで、燃料ノズル孔０５
から噴射された燃料Ｆとメインノズル外筒０１０内を流
れる空気Ａとは、正逆両方向の旋回力によって強制的に
強く混合させるため、燃料供給圧を低くしても、良好な
混合状態を得ることができるようになる。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の燃料ノズ
ルによれば、パイロット燃料ノズルで発生させた拡散火
炎で、メイン燃料ノズル本体から噴射される燃料の着火
を行い燃焼させるガスタービンの燃焼器に設ける燃料ノ
ズルの燃料ノズル本体外周面との間に隙間を設けて配設
された外筒で形成された空気通路の上流側に配設され、
空気通路内に流入する空気に旋回流を発生させる上流側
スワラと、上流側スワラよりも下流側の空気通路内に配
設され、燃料ノズル孔から空気通路内に噴射させた燃料
と上流側スワラで旋回流にされた空気とが混合した予混
合気を、上流側スワラによる旋回流の方向とは逆方向の
逆旋回流を発生させる下流側スワラとからなり、燃料ノ
ズル孔が上流側スワラの上流側又は上流側スワラと下流
側スワラとの間の空気通路内に設けられているものとし
た。
ルによれば、パイロット燃料ノズルで発生させた拡散火
炎で、メイン燃料ノズル本体から噴射される燃料の着火
を行い燃焼させるガスタービンの燃焼器に設ける燃料ノ
ズルの燃料ノズル本体外周面との間に隙間を設けて配設
された外筒で形成された空気通路の上流側に配設され、
空気通路内に流入する空気に旋回流を発生させる上流側
スワラと、上流側スワラよりも下流側の空気通路内に配
設され、燃料ノズル孔から空気通路内に噴射させた燃料
と上流側スワラで旋回流にされた空気とが混合した予混
合気を、上流側スワラによる旋回流の方向とは逆方向の
逆旋回流を発生させる下流側スワラとからなり、燃料ノ
ズル孔が上流側スワラの上流側又は上流側スワラと下流
側スワラとの間の空気通路内に設けられているものとし
た。
【００３１】これにより、燃料ノズル孔の開口部より、
上流側スワラにより旋回流にされて、空気通路を流れる
空気中に噴射され、燃料ノズルから燃焼室に供給される
燃料と空気とが混合した予混合気は、下流側スワラによ
って、さらに、上流側スワラによる旋回流とは逆方向の
逆旋回流が付与され、燃料と空気とが十分に混合された
予混合気となる。
上流側スワラにより旋回流にされて、空気通路を流れる
空気中に噴射され、燃料ノズルから燃焼室に供給される
燃料と空気とが混合した予混合気は、下流側スワラによ
って、さらに、上流側スワラによる旋回流とは逆方向の
逆旋回流が付与され、燃料と空気とが十分に混合された
予混合気となる。
【００３２】従って、燃料ノズル孔から外筒の内部に噴
射された燃料が、予混合気の中心部に偏在するようなこ
ともなく、燃料が均一に分布した予混合気となって燃焼
室に供給され、低ＮＯx 化を図ることができる。さら
に、空気と燃料との混合を良くするため高速にする必要
があった、燃料ノズル孔から噴射させる燃料の噴射速度
も、低速にしても空気と燃料との混合効率が良くなり、
燃料の供給圧力を低くできることにより、燃料圧縮機の
小容量化により費用を低減できるとともに、燃焼器の運
転に要するランニングコストを低減することができる。
射された燃料が、予混合気の中心部に偏在するようなこ
ともなく、燃料が均一に分布した予混合気となって燃焼
室に供給され、低ＮＯx 化を図ることができる。さら
に、空気と燃料との混合を良くするため高速にする必要
があった、燃料ノズル孔から噴射させる燃料の噴射速度
も、低速にしても空気と燃料との混合効率が良くなり、
燃料の供給圧力を低くできることにより、燃料圧縮機の
小容量化により費用を低減できるとともに、燃焼器の運
転に要するランニングコストを低減することができる。
【図１】本発明の燃料ノズルの実施の第１形態としての
メイン燃料ノズルを示す図で、図１（ａ）は縦断面図、
図１（ｂ）は図１（ａ）に示す矢視Ａ−Ａにおける横断
面図、
メイン燃料ノズルを示す図で、図１（ａ）は縦断面図、
図１（ｂ）は図１（ａ）に示す矢視Ａ−Ａにおける横断
面図、
【図２】従来のガスタービン燃焼器の１部破断面で示す
全体構成図、
全体構成図、
【図３】図２に示すメイン燃料ノズルを示す図で、図３
（ａ）は縦断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）に示す矢視
Ｂ−Ｂにおける横断面図である。
（ａ）は縦断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）に示す矢視
Ｂ−Ｂにおける横断面図である。
０１ 内筒 ０２ パイロット燃料ノズル本体 ３，０３ メイン燃料ノズル本体 ４ 空気通路 ０４ 燃焼室 ０５ 燃料ノズル孔 ０６ 空気流路 ０７ パイロットスワラ ８ａ 上流側メインスワラ ８ｂ 下流側メインスワラ ０８ メインスワラ ０９ パイロットノズル外筒 ０１０ メインノズル外筒 ０１１ 隔壁 ０１２ 燃焼器 １３，０１３ メイン燃料ノズル Ａ 空気 Ｆ 燃料 Ｍ 予混合気 Ｇ 燃焼ガス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲田 満 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者 春田 秀樹 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (56)参考文献 特開 平６−331147（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−137559（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−225629（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−8891（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F23R 3/32 F23R 3/14
Claims (1)
- 【請求項１】 燃焼室内に先端を開口させ、内筒と略平
行にして中央部に配設されたパイロット燃料ノズル本
体、および前記パイロット燃料ノズル本体の外周を周方
向に前記内筒と略平行に配設された複数のメイン燃料ノ
ズル本体を有し、前記パイロット燃料ノズル本体に設け
たパイロット燃料ノズルの拡散火炎で前記メイン燃料ノ
ズル本体の燃料ノズル孔から噴射され、前記燃焼室内に
供給される燃料の着火を行うようにした燃焼器に設けら
れる燃料ノズルにおいて、前記燃料ノズル本体の外周に
隙間を設けて配設された外筒で形成された環状の空気通
路の上流側に配設され、前記空気通路内に流入する空気
に旋回流を発生させる上流側スワラと、前記上流側スワ
ラよりも下流側に配設され、前記燃料ノズル孔から噴射
させた燃料と前記空気とを混合させた予混合気に前記旋
回流とは逆方向の逆旋回流を発生させる下流側スワラと
を設けるとともに、前記燃料ノズル孔を前記上流側スワ
ラの上流側若しくは前記上流側スワラと前記下流側スワ
ラとの間に設けたことを特徴とする燃料ノズル。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04548098A JP3310922B2 (ja) | 1998-02-26 | 1998-02-26 | 燃料ノズル |
| DE69919764T DE69919764T2 (de) | 1998-02-09 | 1999-02-02 | Brennkammer |
| EP99102091A EP0935097B1 (en) | 1998-02-09 | 1999-02-02 | Combustor |
| CA002260713A CA2260713C (en) | 1998-02-09 | 1999-02-04 | Gas turbine combustor |
| US09/244,031 US6068467A (en) | 1998-02-09 | 1999-02-04 | Combustor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04548098A JP3310922B2 (ja) | 1998-02-26 | 1998-02-26 | 燃料ノズル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11248157A JPH11248157A (ja) | 1999-09-14 |
| JP3310922B2 true JP3310922B2 (ja) | 2002-08-05 |
Family
ID=12720575
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04548098A Expired - Lifetime JP3310922B2 (ja) | 1998-02-09 | 1998-02-26 | 燃料ノズル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3310922B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20000024473A (ko) * | 2000-02-15 | 2000-05-06 | 임인권 | 유동 분산형 다단 스월러를 적용한 연소방법 및 그 방법을이용한 연소기기 |
| JP4605685B2 (ja) * | 2001-02-22 | 2011-01-05 | 株式会社Ｉｈｉ | ガスタービン用低ＮＯｘ燃焼器 |
| US7547002B2 (en) * | 2005-04-15 | 2009-06-16 | Delavan Inc | Integrated fuel injection and mixing systems for fuel reformers and methods of using the same |
| CN101504140B (zh) * | 2008-02-04 | 2011-05-11 | 林光湧 | 低排放高效节能燃烧器 |
| US8701419B2 (en) * | 2012-05-10 | 2014-04-22 | General Electric Company | Multi-tube fuel nozzle with mixing features |
| KR102046455B1 (ko) * | 2017-10-30 | 2019-11-19 | 두산중공업 주식회사 | 연료 노즐, 이를 포함하는 연소기 및 가스 터빈 |
-
1998
- 1998-02-26 JP JP04548098A patent/JP3310922B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11248157A (ja) | 1999-09-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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