JP3371467B2 - Gas turbine combustor - Google Patents

Gas turbine combustor

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JP3371467B2
JP3371467B2 JP12177193A JP12177193A JP3371467B2 JP 3371467 B2 JP3371467 B2 JP 3371467B2 JP 12177193 A JP12177193 A JP 12177193A JP 12177193 A JP12177193 A JP 12177193A JP 3371467 B2 JP3371467 B2 JP 3371467B2
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猛 渡辺
潤 細井
智文 中北
秀実 藤
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石川島播磨重工業株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、航空用ガスタ
ービンの燃焼器として好適なガスタービン燃焼器に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas turbine combustor suitable as a combustor for an aeronautical gas turbine, for example.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、高性能のガスタービンエンジンが
開発されており、圧縮機の後段に設けられている燃焼器
にも、小型軽量で燃焼効率が高いだけでなく、地上から
高空に至るまでのあらゆるエンジン使用条件下でも良好
な着火、安定燃焼が得られ、しかも、NOX(窒素酸化
物)などの排気公害が無に近くなるような種々の研究開
発が行われている。
2. Description of the Related Art In recent years, a high performance gas turbine engine has been developed, and a combustor provided in the latter stage of a compressor is not only small and lightweight and has high combustion efficiency, but also from the ground to high altitude. Various researches and developments have been conducted to obtain good ignition and stable combustion under all engine use conditions, and to make exhaust pollution such as NOx (nitrogen oxide) close to insignificant.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】前記燃焼器のNOX対
策の従来技術としては、第1に、燃焼器に送り込まれる
圧縮空気量を多くして燃料と混合することにより希薄燃
料とし、その希薄燃料を燃焼筒内で燃焼させて燃焼筒内
の火炎温度を下げることにより、NOXを低減させるこ
とが知られている。また、第2に、燃焼筒内部の燃焼ガ
スの滞留時間を短時間とすることによりNOXを低減さ
せることが知られている。
As a conventional technique for the NOX countermeasure of the combustor, firstly, a lean fuel is prepared by increasing the amount of compressed air sent to the combustor and mixing it with the fuel. It is known that NOx is reduced by burning the in the combustion cylinder to lower the flame temperature in the combustion cylinder. Secondly, it is known that NOx is reduced by shortening the residence time of the combustion gas inside the combustion cylinder.

【0004】ところが、NOX対策の面で良好となる希
薄燃料を常時燃焼器に使用することは他の面で問題があ
る。すなわち、地上におけるエンジン始動時の着火やア
イドリング状態などにおいて、燃焼器の良好な着火や安
定燃焼が得られない恐れがある。
However, the constant use of a lean fuel, which is good in terms of NOX countermeasures, is problematic in other respects. That is, there is a possibility that good ignition and stable combustion of the combustor may not be obtained when the engine is ignited on the ground or when the engine is idling.

【0005】一方、燃焼器の開発として前述したように
小型軽量化があるが、燃焼器のエンジンの中心軸方向の
長さを短く設計することは、エンジン全長に直接影響し
てくるので重要な開発要素となる。しかしながら、長さ
を短く設定した燃焼器を採用してNOXの面で良好な希
薄燃料を燃焼させると、燃焼筒内での十分な燃焼時間が
得られず燃焼効率が低下してしまう。
On the other hand, the development of a combustor includes reduction in size and weight as described above, but it is important to design the combustor to have a short length in the direction of the central axis of the engine because it directly affects the overall length of the engine. It becomes a development factor. However, if a lean burner with a short length is used to burn a lean fuel that is good in terms of NOx, a sufficient burning time in the combustion cylinder cannot be obtained, and the burning efficiency is reduced.

【0006】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、NOX(窒素酸化物)の低減化と燃焼器の長さの短
縮化を同時に達成することが可能なガスタービン燃焼器
を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a gas turbine combustor capable of simultaneously reducing NOx (nitrogen oxide) and shortening the length of the combustor. The purpose is to

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明のガスタービン燃
焼器は、圧縮機から送り込まれた圧縮空気と燃料との混
合及び燃料着火を行う燃料ノズル部と、燃料ノズル部と
燃焼室隔壁を介して後段側に連続配置されて供給された
燃料を燃焼させる一体環状構造の燃焼筒とを備えたガス
タービン燃焼器であって、燃料ノズル部は、出口が環状
の燃焼室隔壁の中央部の周方向にわたって同心円上に配
設されている複数のパイロット燃焼部と、パイロット燃
焼部のピッチサークルより大きい径および小さい径の同
心円上に配置され、かつその出口が燃焼室隔壁のパイロ
ット燃焼部の出口の近傍に位置するように配設された複
数の希薄燃料供給部と、パイロット燃焼部内の燃料の着
火を行う点火プラグとで構成されており、パイロット燃
焼部は、パイロット燃料噴射弁と、その先端部に接続さ
れたパイロット保炎筒とで構成され、火炎がパイロット
保炎筒から前記燃焼筒内まで伸びる構造とされていると
ともに、希薄燃料供給部は、圧縮空気の混合量を多くし
て前記燃焼筒に希薄燃料を供給するメイン燃料噴射弁
と、このメイン燃料噴射弁の先端部に接続されて圧縮空
気との燃料の混合及び燃料蒸発を促進させる予混合予蒸
発管とで構成されており、メイン燃料噴射弁は、旋回す
る空気流により燃料を微粒化する気流微粒化式燃料噴射
弁で構成されており、気流微粒化式燃料噴射弁の先端部
には、予混合予蒸発管内部への供給空気流を旋回させる
空気旋回器が設けられているとともに、気流微粒化式燃
料噴射弁の空気流と空気旋回器からの空気流の旋回方向
が逆に設定されていることを特徴とする装置である。
A gas turbine combustor according to the present invention includes a fuel nozzle section for mixing compressed air sent from a compressor with fuel and for igniting fuel, and a fuel nozzle section and a combustion chamber partition wall. A gas turbine combustor having a combustion cylinder of an integral annular structure which is continuously arranged on the rear stage side and burns the supplied fuel, wherein the fuel nozzle section has a periphery of a central portion of a combustion chamber partition wall having an annular outlet. A plurality of pilot combustion parts arranged on a concentric circle across the direction, and arranged on a concentric circle of a diameter larger and smaller than the pitch circle of the pilot combustion part, and its outlet is the outlet of the pilot combustion part of the combustion chamber partition wall. It is composed of a plurality of lean fuel supply parts arranged so as to be located in the vicinity and an ignition plug for igniting the fuel in the pilot combustion part. It is composed of a fuel injection valve and a pilot flame holding cylinder connected to the tip of the fuel injection valve, and has a structure in which the flame extends from the pilot flame holding cylinder to the inside of the combustion cylinder. A main fuel injection valve that supplies a lean fuel to the combustion cylinder with a large amount of mixing, and a premix pre-evaporator that is connected to the tip of the main fuel injection valve to promote mixing of fuel with compressed air and fuel evaporation. It is composed of a pipe and a main fuel injection valve
Flow atomization fuel injection that atomizes fuel by air flow
It is composed of a valve, and the tip of the air atomization fuel injection valve
To swirl the supply air flow into the premix pre-evaporation tube
An air swirler is installed and the air flow atomization type combustion
Direction of air flow of fuel injection valve and air flow from air swirler
Is reversely set .

【0008】[0008]

【0009】[0009]

【0010】また、予混合予蒸発管の出口に、燃焼筒へ
の空気流を加速させる円錐状の絞りが設けられ、さらに
は、絞りを固定する部材を混合気の流れに旋回を与える
ための旋回羽根構造とすることが望ましい。
Further, a conical throttle for accelerating the air flow to the combustion tube is provided at the outlet of the premixing / pre-evaporating pipe, and further, a member for fixing the throttle is provided for giving swirl to the flow of the air-fuel mixture. A swirl vane structure is desirable.

【0011】また、圧縮機から送られてくる圧縮空気
は、燃焼筒へ送られる冷却用空気以外の空気全てを燃料
ノズル部の希薄燃料供給部へ供給することが望ましい。
As the compressed air sent from the compressor, it is desirable to supply all the air other than the cooling air sent to the combustion cylinder to the lean fuel supply section of the fuel nozzle section.

【0012】[0012]

【作用】本発明ガスタービン燃焼器によれば、点火プ
ラグによる着火時からアイドルまでの低出力状態では、
パイロット燃焼部のパイロット保炎筒内部の燃焼室と、
燃焼筒の燃焼室との長い燃焼領域となるので、高い燃焼
効率が得られるとともに、良好な着火性と吹き消えしな
い安定した燃焼となる。また、高出力時に、希薄燃料供
給部の予混合予蒸発管により圧縮空気との混合性が高め
られた希薄燃料が燃焼筒内部に流入すると、その燃焼領
域は燃焼筒内部だけの長さであるから燃焼滞留時間を短
時間とすることができ、それにより排気ガス内のNOX
は低減する。
According to the gas turbine combustor of the present invention , in the low output state from ignition to idle by the spark plug,
A combustion chamber inside the pilot flame holding cylinder of the pilot combustion section,
Since the combustion region of the combustion cylinder is long with the combustion chamber, high combustion efficiency is obtained, and good ignition performance and stable combustion that does not blow out are achieved. Further, at the time of high output, when the lean fuel whose mixing property with the compressed air is enhanced by the premixing pre-evaporation pipe of the lean fuel supply section flows into the inside of the combustion cylinder, the combustion region has a length only inside the combustion cylinder. Therefore, the combustion residence time can be shortened, which results in NOx in the exhaust gas.
Is reduced.

【0013】また、本発明のガスタービン燃焼器によれ
ば、メイン燃料噴射弁による旋回空気流により、燃料が
確実に微粒化されて圧縮空気との混合性が高められる。
Further, according to the gas turbine combustor of the present invention, the swirling air flow from the main fuel injection valve reliably atomizes the fuel and enhances the mixing property with the compressed air.

【0014】また、本発明のガスタービン燃焼器によれ
ば、予混合予蒸発管の短縮化を図ることが可能であり、
かつ予混合予蒸発管の中で自着火が起きず、また予混合
予蒸発管の中で空気が逆流したり淀むことがない。
Further, according to the gas turbine combustor of the present invention , it is possible to shorten the premixing pre-evaporation pipe,
Moreover, autoignition does not occur in the premixing pre-evaporation pipe, and air does not flow backward or stagnant in the premixing pre-evaporation pipe.

【0015】また、本発明のガスタービン燃焼器によれ
ば、燃焼室側から予混合予蒸発管への逆火防止がなされ
るとともに、予混合予蒸発管の出口での混合気の流れが
広がって、予混合予蒸発管の出口の絞りの後流の燃焼室
内に循環流が生じて燃焼室内の火炎が安定するととも
に、その循環流がパイロット燃焼部と干渉し、パイロッ
ト燃焼部からの火移りが良好となる。
Further, according to the gas turbine combustor of the present invention , flashback is prevented from the combustion chamber side to the premix pre-evaporation pipe, and the flow of the air-fuel mixture at the outlet of the pre-mix pre-evaporation pipe is widened. As a result, a circulating flow is generated in the combustion chamber behind the throttle of the outlet of the premixing pre-evaporation pipe, the flame in the combustion chamber stabilizes, and the circulating flow interferes with the pilot combustion section, causing the fire transfer from the pilot combustion section. Will be good.

【0016】本発明のガスタービン燃焼器によれば、排
気ガスのNOX低減化をさらに促進することができる。
また、燃焼器ライナに空気孔を設けずに、燃焼器出口温
度分布の均一化を図ることができる。
According to the gas turbine combustor of the present invention , reduction of NOx in exhaust gas can be further promoted.
Further, the combustor outlet temperature distribution can be made uniform without providing air holes in the combustor liner.

【0017】したがって、本発明のガスタービン燃焼器
は、着火時から高出力時において、燃焼筒内部の全域が
有効に燃焼領域として使用されるので、燃焼器の長さの
短縮化が可能となり、かつNOXの低減化をも同時に図
られる。
Therefore, in the gas turbine combustor of the present invention, the entire area of the inside of the combustion cylinder is effectively used as a combustion region from ignition to high output, so that the length of the combustor can be shortened. At the same time, NOX can be reduced.

【0018】[0018]

【実施例】以下、本発明のガスタービン燃焼器の一実施
例について、図1から図3を参照して説明する。本発明
のガスタービン燃焼器1は、圧縮機側(図中符号2で示
す位置)の後段に配設された一体環状構造の燃焼筒3
と、圧縮機側2から送り込まれた圧縮空気と燃料との混
合及び燃料着火を行う燃料ノズル部4で概略構成されて
いる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the gas turbine combustor of the present invention will be described below with reference to FIGS. A gas turbine combustor 1 according to the present invention includes a combustion cylinder 3 having an integral annular structure, which is arranged in a subsequent stage of a compressor side (a position indicated by reference numeral 2 in the drawing).
And a fuel nozzle portion 4 for mixing the compressed air sent from the compressor side 2 with the fuel and for igniting the fuel.

【0019】燃焼筒3は、エンジン本体の軸線を中心と
した円周方向にアウタライナ7、インナライナ8が配設
されて燃焼周壁が形成され、それら燃焼周壁間に燃焼室
隔壁9が形成されてなり、それらの内部が燃焼室10と
されている。そして、圧縮機側2から流れてきた圧縮空
気の一部はアウタライナ7、インナライナ8の壁内部を
通過してそれらの内壁に空気層が形成されることによ
り、燃焼の際の燃焼周壁全体の冷却がなされるようにな
っている。
In the combustion cylinder 3, an outer liner 7 and an inner liner 8 are arranged in a circumferential direction around the axis of the engine body to form a combustion peripheral wall, and a combustion chamber partition wall 9 is formed between the combustion peripheral walls. The inside of them is a combustion chamber 10. Then, a part of the compressed air flowing from the compressor side 2 passes through the inner walls of the outer liner 7 and the inner liner 8 to form an air layer on the inner walls thereof, thereby cooling the entire combustion peripheral wall at the time of combustion. Is being done.

【0020】燃焼室隔壁9には、複数のパイロット燃焼
部11…、希薄燃料供給部15…及び所定のパイロット
燃焼部11の保炎筒13内に向けて配設されている点火
プラグ23で構成された燃料ノズル部4が配設されてい
る。
The combustion chamber partition wall 9 comprises a plurality of pilot combustion parts 11, ..., Lean fuel supply parts 15, ... And a spark plug 23 arranged toward the flame holding cylinder 13 of a predetermined pilot combustion part 11. The fuel nozzle section 4 is provided.

【0021】複数のパイロット燃焼部11…は、図2に
示すように、エンジン本体の軸線から所定半径R2の円
周方向に、所定間隔をあけて配設されている。これらパ
イロット燃焼部11は、図1に示すように、パイロット
燃料噴射弁12の先端部に保炎筒13が接続された構造
であり、保炎筒13の先端部は燃焼室隔壁9に固定され
ている。そして、各パイロット燃焼部11は、燃料供給
部14から供給された燃料がパイロット燃料噴射弁12
から保炎筒13内のパイロット燃焼室に燃料を噴霧する
一方、保炎筒13に穿設された複数の空気孔13a…か
らパイロット燃焼室に所定量の空気が流入して燃料と混
合し、図2に示すように、所定の保炎筒13内に向けて
配設された点火プラグ23により燃料が着火されること
により、パイロット燃焼室内で燃焼が行われるようにな
っている。これにより、希薄状態とされていない燃料が
燃焼するので、良好な着火性と容易に吹き消えしない安
定燃焼が得られるようになっている。
As shown in FIG. 2, the plurality of pilot combustion sections 11 are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction of a predetermined radius R2 from the axis of the engine body. As shown in FIG. 1, these pilot combustion sections 11 have a structure in which a flame holding cylinder 13 is connected to the tip of a pilot fuel injection valve 12, and the tip of the flame holding cylinder 13 is fixed to the combustion chamber partition wall 9. ing. Then, in each pilot combustion unit 11, the fuel supplied from the fuel supply unit 14 is supplied to the pilot fuel injection valve 12
While spraying the fuel into the pilot combustion chamber in the flame holding cylinder 13 from the plurality of air holes 13a formed in the flame holding cylinder 13, a predetermined amount of air flows into the pilot combustion chamber to mix with the fuel. As shown in FIG. 2, the fuel is ignited by the ignition plug 23 arranged toward the predetermined flame holding cylinder 13, so that the combustion is performed in the pilot combustion chamber. As a result, the fuel that has not been made into a lean state burns, so that good ignitability and stable combustion that does not blow out easily can be obtained.

【0022】一方、希薄燃料供給部15…、図2に示す
ように、パイロット燃焼部11…の配設位置よりエンジ
ン本体の軸線からの半径が大きい(R3)円周方向に列
状に配設され、さらに、パイロット燃焼部11…の配設
位置より半径が小さい(R1)円周方向に列状に配設さ
れている。これら希薄燃料供給部15は、図1に示すよ
うに、メイン燃料噴射弁16と、このメイン燃料噴射弁
16の先端に連続して設けられた予混合予蒸発管17
と、メイン燃料噴射弁16の先端部周囲に配設された空
気旋回器18とで概略構成されている。
On the other hand, as shown in FIG. 2, the lean fuel supply section 15 ... Arranges in rows in the circumferential direction in which the radius from the axis of the engine body is larger than the disposition position of the pilot combustion section 11 ... (R3). Further, they are arranged in a row in the circumferential direction having a radius smaller than that of the pilot combustion parts 11 ... (R1). As shown in FIG. 1, the lean fuel supply unit 15 includes a main fuel injection valve 16 and a premixing pre-evaporation pipe 17 continuously provided at the tip of the main fuel injection valve 16.
And an air swirler 18 arranged around the tip of the main fuel injection valve 16.

【0023】予混合予蒸発管17は短尺な筒状部材であ
り、管外(例えば、圧縮機2から供給される空気の熱)
から得られる熱量により管内の燃料を熱して蒸発させ、
ガス状燃料とするものである。これにより、燃料の粒径
が小さくなり圧縮空気と燃料の混合性が良好となり、N
OXの発生を防止することができる。
The premixing preevaporation pipe 17 is a short tubular member, and is outside the pipe (for example, heat of air supplied from the compressor 2).
The fuel in the tube is heated and evaporated by the amount of heat obtained from
It is used as a gaseous fuel. As a result, the particle size of the fuel becomes small, the mixing property of the compressed air and the fuel becomes good, and N
It is possible to prevent the generation of OX.

【0024】また、メイン燃料噴射弁16の具体的構造
としては、気流微粒化式燃料噴射弁が使用されており、
燃料供給部14から符号19で示す燃料通路に燃料が供
給されて予混合予蒸発管17内に膜状の燃料が噴霧され
る一方、軸上の空気通路20及び外周側に設けられた空
気通路21を通過してきた圧縮空気が前記膜状の燃料の
内外を挟みこんだ状態で所定方向に旋回混合して予混合
予蒸発管17内に噴出させるものである。この気流微粒
化式燃料噴射弁16の使用により、旋回空気流により燃
料が確実に微粒化されて空気旋回器18から送りこまれ
る圧縮空気との混合性が良好となる。また、燃料は、希
薄状態(燃料の量に対して空気の量が当量比が0.3〜
0.8程度)とされる。
As a concrete structure of the main fuel injection valve 16, an air flow atomization type fuel injection valve is used,
Fuel is supplied from the fuel supply unit 14 to the fuel passage indicated by reference numeral 19 to spray the film fuel into the premixing pre-evaporation pipe 17, while the axial air passage 20 and the air passage provided on the outer peripheral side are provided. The compressed air that has passed through 21 is swirling mixed in a predetermined direction with the inside and outside of the film-shaped fuel being sandwiched, and is ejected into the premixing preevaporation pipe 17. By using this air stream atomizing fuel injection valve 16, the fuel is surely atomized by the swirling air flow, and the mixing property with the compressed air sent from the air swirler 18 is improved. Further, the fuel is in a lean state (equivalent ratio of the amount of air to the amount of fuel is 0.3 to
About 0.8).

【0025】また、気流微粒化式燃料噴射弁16の先端
部に設けられている空気旋回器18は、予混合予蒸発管
17内に流入する圧縮空気との混合性を高めるとともに
気流微粒化式燃料噴射弁16から噴霧される燃料の旋回
方向に対して、圧縮空気を逆方向に旋回させるものであ
る。このように、気流微粒化式燃料噴射弁16から噴霧
される燃料と空気旋回器18からの圧縮空気の旋回方向
が逆となることにより、互いの空気の流れの旋回成分が
打ち消し合って予混合予蒸発管17内で流れの淀みがな
くなり、予混合予蒸発管17の中で自着火が起きること
がない。
Further, the air swirler 18 provided at the tip of the air flow atomization type fuel injection valve 16 enhances the mixing property with the compressed air flowing into the premixing / pre-evaporating pipe 17 and the air flow atomization type. The compressed air is swirled in a direction opposite to the swirling direction of the fuel sprayed from the fuel injection valve 16. As described above, the swirling directions of the fuel sprayed from the airflow atomizing fuel injection valve 16 and the compressed air from the air swirler 18 are opposite to each other, so that swirling components of the mutual air flows cancel each other out and premixing is performed. The stagnation of the flow disappears in the pre-evaporation pipe 17, and self-ignition does not occur in the pre-mixing pre-evaporation pipe 17.

【0026】そして、気流微粒化式燃料噴射弁16及び
空気旋回器18によって圧縮空気と燃料との混合性が高
められることにより、予混合予蒸発管17を短尺に設計
しても、十分に圧縮空気と燃料の混合性を良好とするこ
とができる。
Since the mixing property of the compressed air and the fuel is enhanced by the air stream atomizing fuel injection valve 16 and the air swirler 18, even if the premixing pre-evaporating pipe 17 is designed in a short length, it is sufficiently compressed. The mixing property of air and fuel can be improved.

【0027】ここで、予混合予蒸発管17の燃焼室10
を臨む出口17aには、頂点を予混合予蒸発管17内部
に向けた円錐形状の絞り22が配設されており、この絞
り22は、旋回羽根22a…により予混合予蒸発管17
に固定されている。
Here, the combustion chamber 10 of the premixing pre-evaporation pipe 17
A conical throttle 22 having its apex facing the inside of the premixing pre-evaporation pipe 17 is provided at the outlet 17a facing the pre-mixing pre-evaporation pipe 17 by the swirl vanes 22a.
It is fixed to.

【0028】前記絞り22が設けられることにより、予
混合予蒸発管17内部の混合気は加速されながら燃焼室
10側へ流出していき、燃焼室10側から予混合予蒸発
管17への逆火防止がなされる。また、絞り22が円錐
形状をし、しかもその周囲に旋回羽根22aが配設され
ることにより、混合気は予混合予蒸発管17の出口17
aで流れが広がり、出口17aの中心部に循環流が生じ
て燃焼室10内の火炎が安定するとともに、パイロット
燃焼部11とこの循環流とが干渉し、パイロット燃焼部
11からの火移りが良好となりやすい。
Since the throttle 22 is provided, the air-fuel mixture inside the premixing pre-evaporation pipe 17 is accelerated and flows out to the combustion chamber 10 side, and the reverse flow from the combustion chamber 10 side to the premixing pre-evaporation pipe 17 is performed. Fire protection is provided. Further, the throttle 22 has a conical shape, and the swirl vanes 22 a are arranged around the conical shape, so that the air-fuel mixture is discharged from the outlet 17 of the pre-mix pre-evaporation pipe 17.
The flow spreads at a, and a circulating flow is generated at the center of the outlet 17a to stabilize the flame in the combustion chamber 10. At the same time, the pilot combustion unit 11 and this circulating flow interfere with each other to prevent the fire transfer from the pilot combustion unit 11. It tends to be good.

【0029】したがって、本実施例のガスタービン燃焼
器1は、以下に示す優れた効果を得ることができる。 エンジン本体の軸線を中心とした円周方向に、良好
な着火と保炎性が得られるパイロット燃焼部11…が列
状に設けられ、パイロット燃焼部11…の上下の円周方
向に、燃料と空気との混合性が良好となる予混合予蒸発
管17を備えた希薄燃料供給部15…が列状に設けられ
た構造とされ、燃焼室10内全域が燃焼領域となるよう
に設計されているので、NOXの低減化と燃焼器の長さ
の短縮化を同時に達成することができる。 希薄燃料供給部15に気流微粒化式燃料噴射弁16
が使用されたことにより、旋回空気流により燃料が確実
に微粒化されて圧縮空気との混合性が高められる。 気流微粒化式燃料噴射弁16の先端部に空気旋回器
18が設けられたことにより、予混合予蒸発管17の短
縮化を図ることができ、また、気流微粒化式燃料噴射弁
16から噴霧される燃料と、空気旋回器18からの圧縮
空気の旋回方向が逆とされることにより、予混合予蒸発
管17の中で自着火が起きず、かつ予混合予蒸発管17
の中で空気が逆流したり淀むことがない。 予混合予蒸発管17の出口17aに絞り22が設け
られることにより、予混合予蒸発管17内部の燃料空気
は加速が与えられて燃焼室10側へ流出していき、燃焼
室10側から予混合予蒸発管17への逆火防止がなされ
る。また、回転する絞り固定部材23が設けられること
により、予混合予蒸発管17の出口17aでの燃料空気
の流れが広がり、隣接する出口17a、17aの中心部
に逆流が生じて燃焼室10内の火炎が安定するととも
に、パイロット燃焼部11…からの火移りが良好とな
る。
Therefore, the gas turbine combustor 1 of this embodiment can obtain the following excellent effects. Pilot combustion sections 11 ... With good ignition and flame holding properties are provided in a row in the circumferential direction centering on the axis of the engine body. The lean fuel supply section 15 having a premixing pre-evaporation pipe 17 having a good mixing property with air is provided in a row, and is designed so that the entire combustion chamber 10 becomes a combustion region. Therefore, reduction of NOx and reduction of the length of the combustor can be achieved at the same time. The lean fuel supply unit 15 includes an air flow atomization type fuel injection valve 16
Is used, the fuel is surely atomized by the swirling air flow and the mixing property with the compressed air is enhanced. Since the air swirler 18 is provided at the tip portion of the air stream atomization type fuel injection valve 16, the premixing pre-evaporation pipe 17 can be shortened and the air flow atomization type fuel injection valve 16 sprays. By making the swirling directions of the fuel to be generated and the compressed air from the air swirler 18 opposite to each other, autoignition does not occur in the premixing pre-evaporation pipe 17 and the premixing pre-evaporation pipe 17
There is no backflow or stagnation of air inside. By providing the throttle 22 at the outlet 17a of the premixing pre-evaporation pipe 17, the fuel air inside the premixing pre-evaporation pipe 17 is accelerated and flows out to the combustion chamber 10 side, and the fuel air from the combustion chamber 10 side is pre-heated. Flashback to the mixing pre-evaporation pipe 17 is prevented. Further, since the rotating throttle fixing member 23 is provided, the flow of the fuel air at the outlet 17a of the premixing pre-evaporating pipe 17 spreads, and a backflow occurs in the central portion of the adjacent outlets 17a, 17a, so that the inside of the combustion chamber 10 The flame is stabilized, and the flame transfer from the pilot combustion section 11 becomes good.

【0030】次に、上記構成からなるガスタービン燃焼
器を採用したガスタービンエンジンの低出力時若しくは
高出力時の動作態様について作用とともに説明する。着
火からアイドルまでの低出力時には、燃料供給部14か
ら各パイロット燃焼部11…への燃料供給によって燃焼
動作が行われる。これにより、パイロット燃焼部11の
保炎筒12の燃焼室と、燃焼室10とが燃焼領域とな
り、長い燃焼領域が得られるので高い燃焼効率が得られ
るとともに、パイロット燃焼部11…では希薄状態とさ
れていない燃料が燃焼するので、着火性が良好で容易に
吹き消えしない安定した燃焼となる。
Next, the operation mode of the gas turbine engine employing the gas turbine combustor having the above-described structure at the time of low output or high output will be described together with the operation. At low output from ignition to idle, combustion operation is performed by fuel supply from the fuel supply unit 14 to each pilot combustion unit 11. As a result, the combustion chamber of the flame holding cylinder 12 of the pilot combustion unit 11 and the combustion chamber 10 form a combustion region, and a long combustion region is obtained, so that high combustion efficiency can be obtained, and the pilot combustion unit 11 is in a lean state. Since the unburned fuel burns, the ignitability is good, and the stable burning does not easily blow out.

【0031】一方、高出力時においては、パイロット燃
焼部11…とともに希薄燃料供給部15…にも燃料供給
部14から燃料が供給されていく。希薄燃料供給部15
…の燃料は、多量の圧縮空気の導入とともに、気流微粒
化式燃料噴射弁16、空気旋回器18及び予混合予蒸発
管17の作用により十分に圧縮空気との混合性が高めら
れて希薄燃料となる。そして、この希薄燃料が燃焼室1
0に流入すると、その燃焼領域は燃焼室10だけの長さ
であるから滞留時間を短時間とすることができる。これ
により、本実施例のガスタービン燃焼器は、図3におい
て黒丸(●)間で示すNOX量から明らかなように、N
OX量を大幅に低減することができる。
On the other hand, at the time of high output, the fuel is supplied from the fuel supply unit 14 to the pilot combustion unit 11 as well as to the lean fuel supply unit 15. Lean fuel supply unit 15
The fuel of ... Is sufficiently mixed with the compressed air by the action of the air flow atomization type fuel injection valve 16, the air swirler 18, and the premixing / pre-evaporating pipe 17 together with the introduction of a large amount of compressed air, so that the lean fuel is diluted. Becomes And this lean fuel is used in the combustion chamber 1.
When it flows into 0, the combustion area is only the length of the combustion chamber 10, so that the residence time can be shortened. As a result, in the gas turbine combustor of the present embodiment, as is clear from the NOx amount shown between the black circles (●) in FIG.
The amount of OX can be significantly reduced.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上説明したように、本発明ガスター
ビン燃焼器は、着火時からアイドルまでの低出力状態で
は、パイロット燃焼部のパイロット保炎筒内部の燃焼室
と、燃焼筒の燃焼室との長い燃焼領域となるので、高い
燃焼効率が得られるとともに、着火性が良好で吹き消え
しない安定した燃焼となる。また、高出力時に、希薄燃
料供給部の予混合予蒸発管により圧縮空気との混合性が
高められた希薄燃料が燃焼筒内部に流入すると、その燃
焼領域は燃焼筒内部だけの長さであるから燃焼滞留時間
を短時間とすることができ、それにより排気ガス内の窒
素酸化物を低減させることができる。
As described above, in the gas turbine combustor of the present invention , in the low output state from ignition to idle, the combustion chamber inside the pilot flame holding cylinder of the pilot combustion section and the combustion chamber of the combustion cylinder. Therefore, high combustion efficiency can be obtained, and ignitability is good and stable combustion does not blow out. Further, at the time of high output, when the lean fuel whose mixing property with the compressed air is enhanced by the premixing pre-evaporation pipe of the lean fuel supply section flows into the inside of the combustion cylinder, the combustion region has a length only inside the combustion cylinder. Therefore, the combustion residence time can be shortened, and thereby nitrogen oxides in the exhaust gas can be reduced.

【0033】また、本発明のガスタービン燃焼器によれ
ば、メイン燃料噴射弁による旋回空気流により、燃料が
確実に微粒化されて圧縮空気との混合性を高めることが
できる。
Further, according to the gas turbine combustor of the present invention, the swirling air flow from the main fuel injection valve can surely atomize the fuel and enhance the mixing property with the compressed air.

【0034】また、本発明のガスタービン燃焼器によれ
ば、予混合予蒸発管の短縮化を図ることが可能であり、
かつ予混合予蒸発管の中で自着火が起きず、また予混合
予蒸発管の中で空気が逆流したり淀むことがない。
Further, according to the gas turbine combustor of the present invention , it is possible to shorten the premixing pre-evaporation pipe,
Moreover, autoignition does not occur in the premixing pre-evaporation pipe, and air does not flow backward or stagnant in the premixing pre-evaporation pipe.

【0035】また、本発明のガスタービン燃焼器によれ
ば、燃焼室側から予混合予蒸発管への逆火防止がなされ
るとともに、予混合予蒸発管の出口での燃料空気の流れ
が広がって、隣接する出口間の中心部に逆流が生じて燃
焼室内の火炎が安定するとともに、パイロット燃焼部か
らの火移りを良好とすることができる。
Further, according to the gas turbine combustor of the present invention , flashback is prevented from the combustion chamber side to the premix pre-evaporation pipe, and the flow of fuel air at the outlet of the premix pre-evaporation pipe is widened. As a result, a backflow is generated in the central portion between the adjacent outlets, the flame in the combustion chamber is stabilized, and the fire transfer from the pilot combustion portion can be improved.

【0036】また、本発明のガスタービン燃焼器によれ
ば、排気ガスのNOX低減化をさらに促進することがで
きる。
Further, according to the gas turbine combustor of the present invention , reduction of NOx in exhaust gas can be further promoted.

【0037】したがって、本発明は、空気との混合性が
高められた燃料を使用して、着火時から高出力時におい
て燃焼筒内部の全域が有効に燃焼領域として使用され、
それにより、燃焼器の長さの短縮化及び窒素酸化物の低
減化を同時に達成したガスタービン燃焼器を提供するこ
とができる。
Therefore, according to the present invention, by using the fuel having the improved mixing property with the air, the entire region inside the combustion cylinder is effectively used as the combustion region from the time of ignition to the high output.
As a result, it is possible to provide a gas turbine combustor that simultaneously achieves a reduction in the length of the combustor and a reduction in nitrogen oxides.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のガスタービン燃焼器を示す断面図であ
る。
FIG. 1 is a sectional view showing a gas turbine combustor of the present invention.

【図2】図1におけるIIーII矢視断面図である。2 is a sectional view taken along the line II-II in FIG.

【図3】本発明のガスタービン燃焼器を使用したガスタ
ービンエンジンの窒素酸化物量を示す図である。
FIG. 3 is a graph showing the amount of nitrogen oxides in a gas turbine engine using the gas turbine combustor of the present invention.

【符号の説明】 1 ガスタービン燃焼器 2 圧縮機側 3 燃焼筒 4 燃料ノズル部 9 燃焼室隔壁 10 燃焼室 11 パイロット燃焼部 12 パイロット燃料噴射弁 13 保炎筒(パイロット保炎筒) 14 燃料供給部 15 希薄燃料供給部 16 メイン燃料噴射弁(気流微粒化式燃料噴射弁) 17 予混合予蒸発管 17a 予混合予蒸発管の出口 18 空気旋回器 22 絞り 22a 旋回羽根 23 点火プラグ[Explanation of symbols] 1 gas turbine combustor 2 Compressor side 3 combustion cylinder 4 Fuel nozzle section 9 Combustion chamber bulkhead 10 Combustion chamber 11 Pilot combustion section 12 Pilot fuel injection valve 13 Flame retaining cylinder (pilot flame retaining cylinder) 14 Fuel supply section 15 Lean fuel supply section 16 Main fuel injection valve (air flow atomization type fuel injection valve) 17 Premixing pre-evaporation pipe 17a Outlet of premixing pre-evaporation pipe 18 air swirler 22 aperture 22a swirl vane 23 Spark plug

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤 秀実 東京都西多摩郡瑞穂町殿ヶ谷229番地 石川島播磨重工業株式会社 瑞穂工場内 (56)参考文献 特開 平2−259331(JP,A) 特開 平2−195987(JP,A) 特開 平4−332315(JP,A) 特開 平4−256404(JP,A) 特開 平2−107363(JP,A) 特開 平4−103916(JP,A) 実開 平4−73706(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F23R 3/00 - 7/00 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Hidemi Fuji, 229 Tonogaya, Mizuho-cho, Nishitama-gun, Tokyo Ishikawajima Harima Heavy Industries Ltd. Mizuho factory (56) Reference Japanese Patent Laid-Open No. 2-259331 (JP, A) Kaihei 2-195987 (JP, A) JP 4-332315 (JP, A) JP 4-256404 (JP, A) JP 2-107363 (JP, A) JP 4-103916 ( JP, A) Actual Kaihei 4-73706 (JP, U) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) F23R 3/00-7/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 圧縮機から送り込まれた圧縮空気と燃料
との混合及び燃料着火を行う燃料ノズル部と、該燃料ノ
ズル部と燃焼室隔壁を介して後段側に連続配置されて供
給された燃料を燃焼させる一体環状構造の燃焼筒とを備
えたガスタービン燃焼器であって、 前記燃料ノズル部は、出口が環状の燃焼室隔壁の中央部
の周方向にわたって同心円上に配設されている複数のパ
イロット燃焼部と、該パイロット燃焼部のピッチサーク
ルより大きい径および小さい径の同心円上に配置され、
かつその出口が燃焼室隔壁のパイロット燃焼部の出口の
近傍に位置するように配設された複数の希薄燃料供給部
と、前記パイロット燃焼部内の燃料の着火を行う点火プ
ラグとで構成されており、 前記パイロット燃焼部は、パイロット燃料噴射弁と、そ
の先端部に接続されたパイロット保炎筒とで構成され、
火炎がパイロット保炎筒から前記燃焼筒内まで伸びる構
造とされているとともに、 前記希薄燃料供給部は、圧縮空気の混合量を多くして前
記燃焼筒に希薄燃料を供給するメイン燃料噴射弁と、こ
のメイン燃料噴射弁の先端部に接続されて圧縮空気との
燃料の混合及び燃料蒸発を促進させる予混合予蒸発管と
で構成されており、 メイン燃料噴射弁は、旋回する空気流により燃料を微粒
化する気流微粒化式燃料噴射弁で構成されており、 気流微粒化式燃料噴射弁の先端部には、予混合予蒸発管
内部への供給空気流を旋回させる空気旋回器が設けられ
ているとともに、気流微粒化式燃料噴射弁の空気流と空
気旋回器からの空気流の旋回方向が逆に設定されている
ことを特徴とするガスタービン燃焼器。
1. A fuel nozzle section for mixing compressed air sent from a compressor and fuel and for igniting fuel, and fuel continuously arranged and supplied to the latter stage side through the fuel nozzle section and a combustion chamber partition wall. A gas turbine combustor having a combustion tube of an integral annular structure for burning a plurality of fuel nozzles, wherein the fuel nozzle section has a plurality of outlets arranged concentrically over the circumferential direction of the central portion of the annular combustion chamber partition wall. And a pilot combustion part of, arranged on concentric circles of a diameter larger and smaller than the pitch circle of the pilot combustion part,
And a plurality of lean fuel supply parts arranged so that their outlets are located near the outlets of the pilot combustion parts of the combustion chamber partition walls, and an ignition plug for igniting the fuel in the pilot combustion parts. The pilot combustion unit is composed of a pilot fuel injection valve and a pilot flame holding cylinder connected to the tip of the pilot fuel injection valve,
The flame is structured to extend from the pilot flame holding cylinder to the inside of the combustion cylinder, and the lean fuel supply part is a main fuel injection valve for increasing the mixing amount of compressed air to supply the lean fuel to the combustion cylinder. this has been connected to the front end portion of the main fuel injection valve consists of a mixing and premixing pre-vaporization tube which promotes fuel vaporization of the fuel with the compressed air, the main fuel injection valve, the fuel by the air flow swirling The granules
It consists of an air atomization type fuel injection valve that atomizes, and a premixing pre-evaporation pipe is installed at the tip of the air flow atomization type fuel injection valve.
An air swirler is provided to swirl the supply airflow into the interior
Air flow and air flow of the atomizing fuel injection valve
A gas turbine combustor characterized in that the swirling direction of the air flow from the air swirler is set to be opposite .
【請求項2】 請求項1記載のガスタービン燃焼器にお
いて、 予混合予蒸発管の出口に、燃焼筒への空気流を加速させ
る円錐状の絞りが設けられていることを特徴とするガス
タービン燃焼器。
2. The gas turbine combustor according to claim 1 , wherein a conical throttle for accelerating the air flow to the combustion cylinder is provided at the outlet of the premixing pre-evaporation pipe. Combustor.
【請求項3】 請求項2記載のガスタービン燃焼器にお
いて、 前記絞りを固定する部材を、混合気の流れに旋回を与え
るための旋回羽根構造としたことを特徴とするガスター
ビン燃焼器。
3. The gas turbine combustor according to claim 2 , wherein the member for fixing the throttle has a swirl vane structure for swirling the flow of the air-fuel mixture.
【請求項4】 請求項1〜3のいずれか一項記載のガス
タービン燃焼器において、 圧縮機から送られてくる圧縮空気は、燃焼筒へ送られる
冷却用空気以外の空気全てを燃料ノズル部の希薄燃料供
給部へ供給することを特徴とするガスタービン燃焼器。
4. The gas turbine combustor according to any one of claims 1 to 3, wherein the compressed air sent from the compressor is all the air except the cooling air sent to the combustion cylinder. The gas turbine combustor, characterized in that the gas turbine combustor is supplied to the lean fuel supply section.
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