JP3398845B2 - ガスタービン用の燃焼装置 - Google Patents

ガスタービン用の燃焼装置

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JP3398845B2 JP25890993A JP25890993A JP3398845B2 JP 3398845 B2 JP3398845 B2 JP 3398845B2 JP 25890993 A JP25890993 A JP 25890993A JP 25890993 A JP25890993 A JP 25890993A JP 3398845 B2 JP3398845 B2 JP 3398845B2
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】本発明は、ガスタービン用の燃焼装置、こ
とにタービン負荷を基礎として燃焼空気の効率のよい正
確な制御を果たして、恒久的な火焔の安定性を確立し、
燃焼を妨げる冷却空気を妨げて、空気−燃料混合気に多
少とも効果を強めた旋回運動を課し、これによってすべ
てのタービン負荷レベルにおいて汚染窒素酸化物及び一
酸化炭素の放出を減少させるようにした燃焼装置に関す
る。
【０００２】従来から、汚染窒素酸化物の形成は、燃焼
温度または火焔温度の上昇とともに増加することが知ら
れている。
【０００３】燃料が燃焼室内に噴射される型式で、この
燃焼室が燃焼生成物の流れに対して向流の関係で流れる
加圧空気を収容する内部空間によって囲まれており、燃
焼空気のための孔と燃焼室冷却空気のために燃焼室全体
に分布している小さな中間開口と燃焼生成物の温度をタ
ービンで許容され得るレベルに低下させる希釈空気のた
めの孔とを包含する、いわゆる拡散型の通常に用いられ
ている既知の燃焼装置では、如何なる過量の空気が存在
しようとも常に高エネルギ集中及び高温をもって、さら
には低負荷でさえ汚染物質の高い放出を伴うものの火焔
安定性の問題なしに、燃料は常に化学量論的な値に等し
い量の空気を燃焼する。
【０００４】この汚染物質の放出を減少させるために
は、一般には燃焼室の上流に狭窄部によって分離され加
圧空気を収容する前記内部空間で囲まれている予混合室
を備えた燃焼装置を用いる。この予混合室には燃料と前
記燃焼空気との両方を供給する。この低温における混合
は燃焼室に達する前に燃料を実質的に希釈し、これによ
って前記燃焼がもはや化学量論的な量でなく過量な空気
で、従って低温で行われるのである。
【０００５】窒素酸化物および一酸化炭素の放出が少な
く火焔安定性が良好なようにするのには、燃焼空気対燃
料の割合を化学量論的な量の１．５倍ないし２倍の過量
の空気に相当する最適値付近に維持することが必要であ
ることが研究の結果判明した。
【０００６】この点に関して、一般に軸流コンプレッサ
によって前記燃焼装置に供給される空気流は実質的に一
定に留まるが、燃料の量はタービン負荷を基礎として連
続的に変えられるべきであり、このためもし前記最適の
過量の空気が最大負荷の時に達成されるとすれば、ター
ビンが減少負荷で使用される場合、すなわちより少ない
燃料量を用いられる場合には空気の最適過量はもはや達
成されない。このような場合、空気の過量は化学量論的
な量の４倍ないし７倍に達することがあり、この結果火
焔が消える危険がある。
【０００７】この火焔の立ち消えの恐れに加えて、予混
合燃焼装置の更なる欠点は、低エネルギ集中が火焔を最
少の擾乱にも感じやすくしており、このため燃焼室内に
有害な圧力脈動を生じているという事実により、得てし
て不安定燃焼を生じやすいことである
【０００８】本発明の目的は、すべてのタービン負荷レ
ベルにおいて燃焼空気対燃料の割合をその最適値に実質
的に一定に維持して、常に火焔の存在とその安定性とを
保証し、この結果汚染物質の放出を最小限とする、予混
合型の燃焼装置を提供することにより前述の従来の欠点
をなくすことにある。
【０００９】これは、中間空間から予混合室へこの予混
合室の外面に設けた開口を介して通ずる燃焼空気通路
が、弁部材によって遮断されており、この弁部材が実際
上予混合室の外面上で回転するドラムからなっており、
予混合室の前記開口と協働するように配置された対応す
る開口を備えており、このドラムがアクチュエータによ
り駆動されるもので、このアクチュエータのピニオンが
ドラムに取り付けたセクタ歯車に係合して使用燃料量を
基礎として前記対応する開口の開口度を変えるようにす
ることによって実質的に達成される。
【００１０】このようにして、弁作用をするドラムの角
度位置に依存して、すなわち予混合室の開口に対するド
ラムの開口の角度位置に依存して、予混合室の開口は全
開するか、または全閉に至るまでその開度を減少させる
ことができる。
【００１１】タービンが減少した負荷すなわち少ない燃
料で作動するべき時は、前記開口の開口度を都合よく減
少させて空気を低汚染物質放出を達成する最適値へ適宜
減少させることだけが必要である。これは、このように
して開口に狭窄部を形成して、空気がこの狭窄部を通っ
て流れる代わりに、希釈空気孔を通って燃焼室に入るよ
うにするためである。
【００１２】予混合室を燃焼室に結び下流側で火焔が生
ずるこの狭窄部の表面には、燃料の付加的な注入のため
の一連の小孔が設けてある。これら一連の小孔は火焔領
域に富燃料のフロントを生成し、その結果火焔を安定さ
せるのである。
【００１３】従って本発明は、燃焼室冷却空気のために
燃焼室全面にわたって分布させた小孔と、ここを去る燃
焼生成物の温度を低下させる希釈空気のための孔とを備
えた燃焼室を包含し、この燃焼室が、前記燃焼生成物の
流れに対して向流をなして流れる加圧空気を収容する中
間空間によって取り囲まれ、この中間空間はまた、前記
燃焼室の上流側に位置し狭窄部によって前記燃焼室から
分離されており燃料を燃焼空気と混合する予混合室を取
り囲んでいるガスタービン用の燃焼装置において、前記
燃焼空気が、前記予混合室の外面に設けられ前記予混合
室の外面上を回動できるドラムの対応する開口と協働す
る一連の開口を介して、前記中間空間から取り込まれる
ようにし、前記ドラムが、これに固定したセクタ歯車と
係合するピニオンを有するアクチュアータによって使用
燃料量に応じて前記対応する開口の開口度を変化させる
ように駆動されること、および前記狭窄部の表面に付加
的な燃料を供給する一連の小孔が設けられていることを
特徴とするガスタービン用の燃焼装置にある。
【００１４】また、さらに有効かつ均質な混合を果たす
ために、本発明の好適な実施例によれば前記予混合室は
前記分離用の狭窄部へと滑らかに融合する環状横断面を
有しており、その環状の内部内に、混合しようとする燃
料を供給される半径方向の一連の有孔管を包含してい
る。
【００１５】本発明の燃焼装置はまた、更なる火焔安定
化手段を包含している。この火焔安定化手段は、狭窄部
内の小孔から付加的に燃料を注入する代わりに、または
この注入とともに、ある条件の下では用いることができ
る。
【００１６】これらの火焔安定化手段のひとつとして
は、前記予混合室内に位置する中央バーナからなるもの
があげられる。この中央バーナには付加的な燃料が供給
され、前記狭窄部の下流側の燃焼領域へ更なる燃料注入
を行う。
【００１７】他の手段としては、前記狭窄部の近傍の前
記予燃焼室の環状内部内に空気−燃料混合物流に対し所
定の調整可能な角度に予め設定した一連のブレードを包
含するものがあげられる。
【００１８】この構成によれば、ブレードの角度に依存
して多かれ少なかれ環状室内で空気−燃料混合物に旋回
運動を与えることとなる。この旋回運動は火焔の安定性
に有益な効果を及ぼす。
【００１９】最後に、狭窄部のすぐ下流側の燃焼領域内
に冷却空気が存在することは、燃焼を妨害しこの結果こ
とに一酸化炭素を増大させることになることが実験の結
果確かめられているが、本発明の更なる特徴によれば、
燃焼室は異なったやり方で冷却されるのである。すなわ
ち、狭窄部の下流側の燃焼領域に対応する燃焼室のこの
部分に、もはや互いに近接した小孔を分布しておらず、
その代わりに開口のないものとしてあり、多数の互いに
近接した小孔を備えた外壁が小さな冷却室を画成してい
る。この小さな冷却室は、前記狭窄部から遠位にある端
部に設けたコレクタ孔を介して燃焼室と連通している。
【００２０】このようにして、外壁の小孔を通って中間
空間から圧力をもって前記小さな燃焼室に入る空気は、
小さな燃焼室の内壁に対して、従って燃焼室の表面に対
して数多くの衝風を生成し、このためこの表面を有効に
冷却し、次いで燃焼室内に流れ込むが、燃焼領域に影響
を与えることができない程度の距離を隔てている。
【００２１】以下本発明を添付図面に例示した好適な実
施例について詳述するが、この実施例は非限定的なもの
で、これについて技術的なまたは構造的な変更を本発明
の精神を逸脱せずに施すことができる。たとえば、セク
タ歯車に係合するピニオンを用いる代わりに、前記ドラ
ムを任意の他の駆動装置で駆動することができる。
【００２２】図１において、符号１はガスタービン燃焼
装置の燃焼室を示す。この燃焼室１はその上流端を狭窄
部３を介して予混合室２に接続されている。この狭窄部
のすぐ下流側には燃焼室１の燃焼領域４がある。この組
立体全体は中間空間５によって取り囲まれている。この
中間空間５には、図面に示していない軸流コンプレッサ
によって加圧空気が送給され、矢印６の方向すなわち燃
焼室１を去る燃焼生成物の流れ７とは反対の方向に流れ
る。
【００２３】燃焼室１の外面８には、燃焼室冷却用の空
気１０のための小さなデフレクタ開口９が設けてあり、
燃焼室１の下流部分には燃焼生成物を希釈してその温度
をタービンにとって許容できるレベルまで減少させるの
に用いる空気１２のための孔１１を備えている。燃焼領
域４を取り巻く燃焼室１の外面８の部分８′には開口９
がなく、互いに接近して配置された多数の小孔１４を備
えた外壁１３とともに小さな冷却室１５を画成してい
る。これに関連して、前記小孔１４を通る加圧空気１６
は部分８′に対して数多くの衝風を発生して、これらの
衝風が部分８′を有効に冷却する。冷却空気１６は、狭
窄部３から遠位にある小さな冷却室１５の端部に設けら
れたコレクタ孔１７（１つだけが図示されている）を通
って燃焼室１内へ流れる。
【００２４】前記予混合室２は狭窄部３へ滑らかに融合
する環状の横断面を有し、その環状空間内に半径方向の
一連の有孔管１８を包含する。有効管１８には、環状室
１９と予混合室２内の中央空洞２１を通るパイプ２０を
介して、混合しようとする燃料が送給される。
【００２５】狭窄部３の近傍の前記の環状の予混合室２
内にはまた、ブレード２２が設けてある。このブレード
２２はピン２３および固定ナット２４により空気−燃料
混合物に対して所定の角度に設置されて、この空気−燃
料混合物に多少とも強められた旋回運動を与えて火焔の
安定に資している。
【００２６】燃焼空気は、中間空間５から前記予混合室
２の外面２６内に設けた一連の開口２５を介して予混合
室２へ運ばれる。前記開口２５はドラム２８の対応開口
２７と協働する。このドラム２８は使用する燃料の量に
従って前記開口２５の開口度を変えるように回動せしめ
られる。ドラム２８はアクチュエータ２９によって回動
せしめられ、このアクチュエータのピニオン３０が、ド
ラム２８に固定したセクタ歯車３１と係合する。
【００２７】図１にはまた中央空洞２１内に挿入された
中央バーナ３２が示されている。この中央バーナ３２に
はパイプ３３を介して付加的な燃料が送給され、燃焼領
域４内に更なる燃料が注入されて火焔の安定を維持する
のである。
【００２８】最後に、有効な火焔安定化を達成するため
に、狭窄部３の表面には一連の小孔３４を設けて、ここ
に環状室３５およびパイプ３６を介して付加的な燃料を
送給するのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によって形成したガスタービン燃焼装置
の縦断面図である。
【符号の説明】
１ ガスタービン燃焼室 ２ 予混合室 ３ 狭窄部 ４ 燃焼領域 ５ 中間空間 ６ 矢印 ７ 燃焼生成物の流れ ８ 外面 ８′ 部分 ９ デフレクタ開口 １０ 空気 １１ 孔 １２ 空気 １３ 外壁 １４ 小孔 １５ 冷却室 １６ 冷却空気 １７ コレクタ孔 １８ 有効管 １９ 環状室 ２０ パイプ ２１ 中央空洞 ２２ ブレード ２３ ピン ２４ 固定ナット ２５ 開口 ２６ 外面 ２７ 開口 ２８ ドラム ２９ アクチュエータ ３０ ピニオン ３１ セクタ歯車 ３２ 中央バーナ ３３ パイプ ３４ 小孔 ３５ 環状室 ３６ パイプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 591004261 エニリチェルケ・ソシエタ・ペル・アチ オニ ＥＮＩＲＩＣＥＲＣＨＥ ＳＯＣＩＥＴ Ａ ＰＥＲ ＡＺＩＯＮＩ イタリー国ミラノ州サンドナトミラネー ゼ市ビア・エッフェ・マリターノ26 (72)発明者 バスコ・メッゼディーミ イタリー国ポッジボンシ市ビア・トレン ト５ (72)発明者 ルチアーノ・ボンチアーニ イタリー国フローレンス市ビア・プラテ ーゼ85／ア (72)発明者 ジャンニ・チェッケリーニ イタリー国セスト・フィオレンチーノ市 ビア２・ジューニョ82 (72)発明者 ロベルト・モーディ イタリー国ボルゴ・サン・ロレンゾ市ビ ア・レオナルド・ダ・ビンチ20 (56)参考文献 特開 昭56−168018（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−203808（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−72334（ＪＰ，Ｕ) 米国特許3927958（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F23R 3/02 - 3/26

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】燃焼室冷却空気のために燃焼室全面にわた
    って分布させた小孔と、ここを去る燃焼生成物の温度を
    低下させる希釈空気のための孔とを備えた燃焼室を包含
    し、この燃焼室が、前記燃焼生成物の流れに対して向流
    をなして流れる加圧空気を収容する中間空間によって取
    り囲まれ、この中間空間はまた、前記燃焼室の上流側に
    位置し狭窄部によって前記燃焼室から分離されており燃
    料を燃焼空気と混合する予混合室を取り囲んでいるガス
    タービン用の燃焼装置において、前記燃焼空気が、前記
    予混合室の外面に設けられ前記予混合室の外面上を回動
    できるドラムの対応する開口と協働する一連の開口を介
    して、前記中間空間から取り込まれるようにし、前記ド
    ラムが、これに固定したセクタ歯車と係合するピニオン
    を有するアクチュアータによって使用燃料量に応じて前
    記対応する開口の開口度を変化させるように駆動される
    こと、および前記狭窄部の表面に付加的な燃料を供給す
    る一連の小孔が設けられていることを特徴とするガスタ
    ービン用の燃焼装置。
  2. 【請求項２】請求項１記載のガスタービン用の燃焼装置
    において、前記予混合室が前記分離用の狭窄部へと滑ら
    かに融合する環状の横断面を有することを特徴とするガ
    スタービン用の燃焼装置。
  3. 【請求項３】請求項１記載のガスタービン用の燃焼装置
    において、前記予混合室内に配置され付加的な燃料を供
    給される中央バーナが、前記狭窄部の下流側で燃焼領域
    に更なる燃料を注入するようにしたことを特徴とするガ
    スタービン用の燃焼装置。
  4. 【請求項４】請求項２記載のガスタービン用の燃焼装置
    において、一連のブレードを、前記狭窄部の近傍で前記
    予混合室の環状の内部内に、空気−燃料混合物に対して
    所定の調節可能な角度で予め設置したことを特徴とする
    ガスタービン用の燃焼装置。
  5. 【請求項５】請求項１記載のガスタービン用の燃焼装置
    において、前記狭窄部の下流側で燃焼領域に対応する前
    記燃焼室の表面の部分には開口がなく、これが互いに接
    近した多数の小孔を備えた外壁と協働して、小さな冷却
    室を画成し、この小さな冷却室が前記狭窄部から遠位に
    ある端部に設けたコレクタ孔を介して前記燃焼室と連通
    していることを特徴とするガスタービン用の燃焼装置。
JP25890993A 1992-09-24 1993-09-24 ガスタービン用の燃焼装置 Expired - Lifetime JP3398845B2 (ja)

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DK (1) DK0589520T3 (ja)
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