JP3456268B2 - ガスタービンの燃焼器 - Google Patents
ガスタービンの燃焼器Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ガスタービンエンジン
の燃焼器の改良に関するものである。
の燃焼器の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンエンジン（以下ガスタービ
ン）の燃焼器では、均一な混合気を得るために予混合室
を備えたものが知られている（特開昭６０−１１７００
８号公報参照）。
ン）の燃焼器では、均一な混合気を得るために予混合室
を備えたものが知られている（特開昭６０−１１７００
８号公報参照）。
【０００３】これについて説明すると、図７〜図９に示
すように、ケーシング４の内周には断熱部材３を介して
筒状の燃焼室２、燃焼室２へ混合気を供給する筒状の予
混合室１と、予混合室１へ図示しない熱交換器あるいは
圧縮機からの加圧空気を導入する高圧空気通路１８がそ
れぞれ形成される。
すように、ケーシング４の内周には断熱部材３を介して
筒状の燃焼室２、燃焼室２へ混合気を供給する筒状の予
混合室１と、予混合室１へ図示しない熱交換器あるいは
圧縮機からの加圧空気を導入する高圧空気通路１８がそ
れぞれ形成される。
【０００４】高圧空気通路１８から予混合室１へ流入し
た加圧空気はスワーラ１５で旋回を付与された後、主燃
料噴射弁１０から噴射された燃料と混合される。予混合
室１は筒状の燃焼室２とほぼ平行に配設されるととも
に、連通路５を介して予混合室１は燃焼室２の上流と連
通する。
た加圧空気はスワーラ１５で旋回を付与された後、主燃
料噴射弁１０から噴射された燃料と混合される。予混合
室１は筒状の燃焼室２とほぼ平行に配設されるととも
に、連通路５を介して予混合室１は燃焼室２の上流と連
通する。
【０００５】連通路５は燃焼室２の基端において孔部６
Ａを備えたバッフル板６を介して画成されており、この
燃焼室２の基端には内部に補助燃料噴射弁９を収装した
筒状の保炎器７が燃焼室２と同軸的かつ、保炎器７は端
面７Ａがバッフル板６に形成された孔部６Ａを挿通され
るとともに燃焼室２の内部に突出するようケーシング４
で支持され、保炎器７の外壁とバッフル板６の孔部６Ａ
との間には所定の間隙で構成された環状ノズル８が形成
される。
Ａを備えたバッフル板６を介して画成されており、この
燃焼室２の基端には内部に補助燃料噴射弁９を収装した
筒状の保炎器７が燃焼室２と同軸的かつ、保炎器７は端
面７Ａがバッフル板６に形成された孔部６Ａを挿通され
るとともに燃焼室２の内部に突出するようケーシング４
で支持され、保炎器７の外壁とバッフル板６の孔部６Ａ
との間には所定の間隙で構成された環状ノズル８が形成
される。
【０００６】予混合室１からの混合気は保炎器７とバッ
フル板６との間の環状ノズル８から燃焼室２へ導入され
る。図８、図９にも示すように連通路５は燃焼室２の内
周に沿うように燃焼室２の軸に対してオフセットされて
配設されるため、連通路５の混合気の流れは図８に示す
ように、保炎器７を中心として燃焼室２の内壁に沿う旋
回流となり、燃焼室２内の火炎は保炎器７の端部を起点
とするコーン状の火炎を形成する。なお、図１０におい
て、図中火炎循環領域の部分がこの火炎部分である。さ
らに希釈筒１３に開口した希釈口１２から流入した空気
で燃焼ガス温度を下げた後、図示しないタービンへ流入
する。
フル板６との間の環状ノズル８から燃焼室２へ導入され
る。図８、図９にも示すように連通路５は燃焼室２の内
周に沿うように燃焼室２の軸に対してオフセットされて
配設されるため、連通路５の混合気の流れは図８に示す
ように、保炎器７を中心として燃焼室２の内壁に沿う旋
回流となり、燃焼室２内の火炎は保炎器７の端部を起点
とするコーン状の火炎を形成する。なお、図１０におい
て、図中火炎循環領域の部分がこの火炎部分である。さ
らに希釈筒１３に開口した希釈口１２から流入した空気
で燃焼ガス温度を下げた後、図示しないタービンへ流入
する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のガスタービンの燃焼器にあっては、図８〜図
１０に示すように、環状ノズル８と対峙する保炎器７外
壁近傍の混合気の流速が、環状ノズル８の中央部の混合
気の流速に比して低く、また、混合気の濃度は保炎器７
の外壁及び連通路５の内周に沿う部分が濃いため、燃焼
室２内の火炎がこれら混合気濃度の濃い保炎器７の外壁
近傍を伝って上流側の連通路５及び予混合室１へ伝播す
る逆火現象が発生し、予混合室１あるいは連通路５に熱
的損傷を与える場合があった。
うな従来のガスタービンの燃焼器にあっては、図８〜図
１０に示すように、環状ノズル８と対峙する保炎器７外
壁近傍の混合気の流速が、環状ノズル８の中央部の混合
気の流速に比して低く、また、混合気の濃度は保炎器７
の外壁及び連通路５の内周に沿う部分が濃いため、燃焼
室２内の火炎がこれら混合気濃度の濃い保炎器７の外壁
近傍を伝って上流側の連通路５及び予混合室１へ伝播す
る逆火現象が発生し、予混合室１あるいは連通路５に熱
的損傷を与える場合があった。
【０００８】そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなさ
れたもので、保炎器近傍の混合気の濃度分布を均一化し
て逆火現象を抑制することを目的とする。
れたもので、保炎器近傍の混合気の濃度分布を均一化し
て逆火現象を抑制することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、加圧空気
を導入する高圧空気通路と、主燃料噴射弁を備えて前記
高圧空気通路からの加圧空気と燃料とを混合する予混合
室と、燃焼室と予混合室とを連通する連通路と、前記燃
焼室内部へ突出するとともに筒状部材で形成された保炎
器と、この保炎器の内部に収装された補助燃料噴射弁
と、前記連通路が燃焼室に開口する位置に形成されると
ともに内部に前記保炎器を挿通した環状ノズルとを備え
たガスタービンの燃焼器において、前記保炎器の内周と
補助燃料噴射弁の外周との間に形成された空間と、前記
空間と加圧空気源とを連通する加圧空気導入手段と、前
記連通路に面した所定の位置で保炎器外周と前記空間と
を連通する空気噴射孔とを備える。
を導入する高圧空気通路と、主燃料噴射弁を備えて前記
高圧空気通路からの加圧空気と燃料とを混合する予混合
室と、燃焼室と予混合室とを連通する連通路と、前記燃
焼室内部へ突出するとともに筒状部材で形成された保炎
器と、この保炎器の内部に収装された補助燃料噴射弁
と、前記連通路が燃焼室に開口する位置に形成されると
ともに内部に前記保炎器を挿通した環状ノズルとを備え
たガスタービンの燃焼器において、前記保炎器の内周と
補助燃料噴射弁の外周との間に形成された空間と、前記
空間と加圧空気源とを連通する加圧空気導入手段と、前
記連通路に面した所定の位置で保炎器外周と前記空間と
を連通する空気噴射孔とを備える。
【００１０】また、第２の発明は、前記第１の発明にお
いて、前記加圧空気源が高圧空気通路である。
いて、前記加圧空気源が高圧空気通路である。
【００１１】また、第３の発明は、前記第１の発明にお
いて、前記加圧空気源が外部空気源である。
いて、前記加圧空気源が外部空気源である。
【００１２】また、第４の発明は、前記第１ないし第３
の発明のいずれかひとつにおいて、前記空気噴射孔が混
合気の旋回方向へ向けて保炎器の半径方向に対して所定
の角度で傾斜する。
の発明のいずれかひとつにおいて、前記空気噴射孔が混
合気の旋回方向へ向けて保炎器の半径方向に対して所定
の角度で傾斜する。
【００１３】また、第５の発明は、前記第１ないし第４
の発明のいずれかひとつにおいて、前記保炎器内部の空
間が燃焼室に向けて開口する端部の開口面積に対して空
気噴射孔の開口面積を２．４５倍以上とする。
の発明のいずれかひとつにおいて、前記保炎器内部の空
間が燃焼室に向けて開口する端部の開口面積に対して空
気噴射孔の開口面積を２．４５倍以上とする。
【００１４】また、第６の発明は、前記第１ないし第５
の発明のいずれかひとつにおいて、前記保炎器内部の空
間が燃焼室に向けて開口する端部の開口面積に対して空
気導入孔の開口面積を４倍以上とする。
の発明のいずれかひとつにおいて、前記保炎器内部の空
間が燃焼室に向けて開口する端部の開口面積に対して空
気導入孔の開口面積を４倍以上とする。
【００１５】また、第７の発明は、前記第１ないし第６
の発明のいずれかひとつにおいて、前記空気噴射孔が保
炎器の軸と直交する平面に対して０〜７５度の間の所定
の角度で燃焼室側に傾斜する。
の発明のいずれかひとつにおいて、前記空気噴射孔が保
炎器の軸と直交する平面に対して０〜７５度の間の所定
の角度で燃焼室側に傾斜する。
【００１６】
【作用】したがって、第１の発明は、保炎器の内周と補
助燃料噴射弁の外周との間に形成された空間には加圧空
気導入手段を介して加圧空気源から加圧空気が供給さ
れ、空気噴射孔から連通路に面した保炎器の外周へ加圧
空気を噴射し、保炎器外壁近傍の混合気の濃度を希釈し
て混合気の濃度を均一化することができ、高濃度の混合
気による逆火現象を防止することができる。
助燃料噴射弁の外周との間に形成された空間には加圧空
気導入手段を介して加圧空気源から加圧空気が供給さ
れ、空気噴射孔から連通路に面した保炎器の外周へ加圧
空気を噴射し、保炎器外壁近傍の混合気の濃度を希釈し
て混合気の濃度を均一化することができ、高濃度の混合
気による逆火現象を防止することができる。
【００１７】また、第２の発明は、前記加圧空気源を高
圧空気通路としたため、簡易な構成で保炎器内部の空間
へ加圧空気を導くことができる。
圧空気通路としたため、簡易な構成で保炎器内部の空間
へ加圧空気を導くことができる。
【００１８】また、第３の発明は、前記加圧空気源を外
部空気源としたため、任意の加圧空気を保炎器内部の空
間へ導くことができ、ガスタービンの運転状態に応じた
加圧空気を供給することができる。
部空気源としたため、任意の加圧空気を保炎器内部の空
間へ導くことができ、ガスタービンの運転状態に応じた
加圧空気を供給することができる。
【００１９】また、第４の発明は、前記空気噴射孔から
の加圧空気は混合気の旋回方向へ向けて噴射されるた
め、保炎器外壁近傍の混合気に旋回を付与して流速を高
めることができ、燃焼室の火炎を安定させることができ
る。
の加圧空気は混合気の旋回方向へ向けて噴射されるた
め、保炎器外壁近傍の混合気に旋回を付与して流速を高
めることができ、燃焼室の火炎を安定させることができ
る。
【００２０】また、第５の発明は、前記保炎器内部の空
間が燃焼室に面して開口する端部の開口面積に対して空
気噴射孔の開口面積を２．４５倍以上としたため、空気
噴射孔から保炎器外周へ噴射される加圧空気の流量を保
炎器と補助燃料噴射弁との間隙から燃焼室へ漏れる加圧
空気の流量以上とすることができ、混合気を希釈するた
めの流量を確保することができる。
間が燃焼室に面して開口する端部の開口面積に対して空
気噴射孔の開口面積を２．４５倍以上としたため、空気
噴射孔から保炎器外周へ噴射される加圧空気の流量を保
炎器と補助燃料噴射弁との間隙から燃焼室へ漏れる加圧
空気の流量以上とすることができ、混合気を希釈するた
めの流量を確保することができる。
【００２１】また、第６の発明は、前記保炎器内部の空
間が燃焼室に面して開口する端部の開口面積に対して空
気導入孔の開口面積を４倍以上としたため、空気噴射孔
及び保炎器と補助燃料噴射弁との間隙からの噴射に必要
な流量を確保することができる。
間が燃焼室に面して開口する端部の開口面積に対して空
気導入孔の開口面積を４倍以上としたため、空気噴射孔
及び保炎器と補助燃料噴射弁との間隙からの噴射に必要
な流量を確保することができる。
【００２２】また、第７の発明は、前記空気噴射孔が保
炎器の軸と直交する平面に対して０〜７５度の間の所定
の角度で燃焼室側に傾斜したため、空気噴射孔からの加
圧空気が保炎器外周から剥離するのを抑制することがで
き、保炎器外壁近傍の混合気の濃度を確実に低減するこ
とができる。
炎器の軸と直交する平面に対して０〜７５度の間の所定
の角度で燃焼室側に傾斜したため、空気噴射孔からの加
圧空気が保炎器外周から剥離するのを抑制することがで
き、保炎器外壁近傍の混合気の濃度を確実に低減するこ
とができる。
【００２３】
【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。
説明する。
【００２４】図１において、ケーシング４の内周には断
熱部材３を介して円筒状の燃焼室２と、燃焼室２へ混合
気を供給する筒状の予混合室１及び予混合室１へ図示し
ない熱交換器等からの加圧空気を導入する高圧空気通路
１８がそれぞれ形成される。
熱部材３を介して円筒状の燃焼室２と、燃焼室２へ混合
気を供給する筒状の予混合室１及び予混合室１へ図示し
ない熱交換器等からの加圧空気を導入する高圧空気通路
１８がそれぞれ形成される。
【００２５】予混合室１は上流側に配設したスワーラ１
５を介して高圧空気通路１８と連通すると共に、内部に
主燃料噴射弁１０を備え、予混合室１の下流側は連通路
５を介して燃焼室２と連通する。
５を介して高圧空気通路１８と連通すると共に、内部に
主燃料噴射弁１０を備え、予混合室１の下流側は連通路
５を介して燃焼室２と連通する。
【００２６】連通路５は前記従来例に示した図８と同様
にして混合気へ燃焼室２の内周に沿うような旋回を付与
するために燃焼室２の軸に対してオフセットして配設さ
れるとともに、連通路５は燃焼室２の基端においてバッ
フル板６で画成されると共に、燃焼室２と同軸的にバッ
フル板６に貫通形成された孔部６Ａを介して連通路５は
燃焼室２と連通する。
にして混合気へ燃焼室２の内周に沿うような旋回を付与
するために燃焼室２の軸に対してオフセットして配設さ
れるとともに、連通路５は燃焼室２の基端においてバッ
フル板６で画成されると共に、燃焼室２と同軸的にバッ
フル板６に貫通形成された孔部６Ａを介して連通路５は
燃焼室２と連通する。
【００２７】この燃焼室２の基端から内部へ向けて円筒
状の補助燃料噴射弁９を収装した円筒状の保炎器７が燃
焼室２と同軸的に突設され、保炎器７は端面７Ａがバッ
フル板６の孔部６Ａを挿通して燃焼室２の内部に所定量
だけ突出するようケーシング４に支持され、保炎器７の
外壁とバッフル板６の孔部６Ａの内周との間には所定の
間隙で構成された環状ノズル８が形成される。
状の補助燃料噴射弁９を収装した円筒状の保炎器７が燃
焼室２と同軸的に突設され、保炎器７は端面７Ａがバッ
フル板６の孔部６Ａを挿通して燃焼室２の内部に所定量
だけ突出するようケーシング４に支持され、保炎器７の
外壁とバッフル板６の孔部６Ａの内周との間には所定の
間隙で構成された環状ノズル８が形成される。
【００２８】燃焼室２に面した所定の位置には点火せん
１１が配設され、この燃焼室２の下流側には複数の希釈
口１２を備えた希釈筒１３が嵌合するとともに、燃焼室
２からの燃焼ガスは希釈筒１３の希釈口１２から流入し
た空気で燃焼ガス温度を下げた後、図示しないタービン
へ案内される。
１１が配設され、この燃焼室２の下流側には複数の希釈
口１２を備えた希釈筒１３が嵌合するとともに、燃焼室
２からの燃焼ガスは希釈筒１３の希釈口１２から流入し
た空気で燃焼ガス温度を下げた後、図示しないタービン
へ案内される。
【００２９】一方、図示しない熱交換器等から加圧空気
を導入する高圧空気通路１８は燃焼室２の基端まで延設
され、燃焼室２の基端に配設された連通路５とは隔壁５
０を介して画成される。
を導入する高圧空気通路１８は燃焼室２の基端まで延設
され、燃焼室２の基端に配設された連通路５とは隔壁５
０を介して画成される。
【００３０】燃焼室２の基端側に配設された保炎器７
は、ケーシング４側から高圧空気通路１８、連通路５を
順次貫通して燃焼室２の内部へ突出しており、保炎器７
の内部には保炎器７の内周と補助燃料噴射弁９の外周と
の間に所定の間隙を備えて筒状の空間７０が形成され、
この空間７０は燃焼室２へ突出した保炎器７の端面７Ａ
側において、補助燃料噴射弁９の端部外周と保炎器７の
内周との間隙ＣＬを介して燃焼室２に面して開口する。
は、ケーシング４側から高圧空気通路１８、連通路５を
順次貫通して燃焼室２の内部へ突出しており、保炎器７
の内部には保炎器７の内周と補助燃料噴射弁９の外周と
の間に所定の間隙を備えて筒状の空間７０が形成され、
この空間７０は燃焼室２へ突出した保炎器７の端面７Ａ
側において、補助燃料噴射弁９の端部外周と保炎器７の
内周との間隙ＣＬを介して燃焼室２に面して開口する。
【００３１】高圧空気通路１８に面した保炎器７のケー
シング４側には外周と内部の空間７０とを連通する加圧
空気導入手段としての空気導入孔１６が複数形成される
一方、燃焼室２側の保炎器７には端面７Ａから所定距離
Ｌだけケーシング４側の連通路５に面した所定の位置で
保炎器７の外壁と空間７０、すなわち、保炎器７の内周
とを連通する空気噴射孔１７が複数形成される。
シング４側には外周と内部の空間７０とを連通する加圧
空気導入手段としての空気導入孔１６が複数形成される
一方、燃焼室２側の保炎器７には端面７Ａから所定距離
Ｌだけケーシング４側の連通路５に面した所定の位置で
保炎器７の外壁と空間７０、すなわち、保炎器７の内周
とを連通する空気噴射孔１７が複数形成される。
【００３２】ここで、空気噴射孔１７は図２、図３に示
すように保炎器７の半径方向に沿って放射状に貫通形成
され、空気噴射孔１７が保炎器７の外周に開口する位置
Ｌは環状ノズル８に対峙する位置より連通路５に面した
所定位置に設定され、そして、空気噴射孔１７は保炎器
７の軸と直交する平面に対して燃焼室２側へ角度αの傾
斜を備えるとともに、保炎器７の外周はこの空気噴射孔
１７が開口した位置から端面７Ａに向けて外径を拡大す
る角度βのテーパー部７Ｂが形成される。
すように保炎器７の半径方向に沿って放射状に貫通形成
され、空気噴射孔１７が保炎器７の外周に開口する位置
Ｌは環状ノズル８に対峙する位置より連通路５に面した
所定位置に設定され、そして、空気噴射孔１７は保炎器
７の軸と直交する平面に対して燃焼室２側へ角度αの傾
斜を備えるとともに、保炎器７の外周はこの空気噴射孔
１７が開口した位置から端面７Ａに向けて外径を拡大す
る角度βのテーパー部７Ｂが形成される。
【００３３】この角度βは０〜９０度、好ましくは５〜
８０度の間の所定値に設定される。なお、この保炎器７
のテーパー部７Ｂは環状ノズル８の内周側を構成するも
のである。
８０度の間の所定値に設定される。なお、この保炎器７
のテーパー部７Ｂは環状ノズル８の内周側を構成するも
のである。
【００３４】空気噴射孔１７の燃焼室２に向けた所定の
角度αはテーパー部７Ｂの角度βに応じて０〜７５度の
間の所定の値に設定されるもので、空気噴射孔１７から
噴射された加圧空気がテーパー部７Ｂの表面から剥離す
るのを防止するものである。
角度αはテーパー部７Ｂの角度βに応じて０〜７５度の
間の所定の値に設定されるもので、空気噴射孔１７から
噴射された加圧空気がテーパー部７Ｂの表面から剥離す
るのを防止するものである。
【００３５】これら空気噴射孔１７の総開口面積をＳA
とし、図２に示すように、空間７０が燃焼室２側で開口
する補助燃料噴射弁９の端部外周と保炎器７の端部内周
との間隙ＣＬの断面積を空間７０の開口面積ＳCLとする
と、空気噴射孔１７の総開口面積ＳAは空間７０の開口
面積ＳCLの２．４５倍以上に設定される。
とし、図２に示すように、空間７０が燃焼室２側で開口
する補助燃料噴射弁９の端部外周と保炎器７の端部内周
との間隙ＣＬの断面積を空間７０の開口面積ＳCLとする
と、空気噴射孔１７の総開口面積ＳAは空間７０の開口
面積ＳCLの２．４５倍以上に設定される。
【００３６】さらに、高圧空気通路１８と連通する空気
導入孔１６の総開口面積をＳBとすると、空気導入孔１
６の総開口面積ＳBは空間７０の開口面積ＳCLの４倍以
上に設定される。
導入孔１６の総開口面積をＳBとすると、空気導入孔１
６の総開口面積ＳBは空間７０の開口面積ＳCLの４倍以
上に設定される。
【００３７】以上のように構成され、次に作用について
説明する。
説明する。
【００３８】図示しない熱交換器からの加圧空気の一部
は高圧空気通路１８からスワーラ１５を介して予混合室
１へ導かれ、ここで主燃料噴射弁１０から噴射された燃
料と混合して混合気となり、連通路５を経て導かれるこ
とにより保炎器７を中心とする旋回流となり、バッフル
板６の孔部６Ａと保炎器７との間の環状ノズル８から燃
焼室２へ旋回しながら導入される。
は高圧空気通路１８からスワーラ１５を介して予混合室
１へ導かれ、ここで主燃料噴射弁１０から噴射された燃
料と混合して混合気となり、連通路５を経て導かれるこ
とにより保炎器７を中心とする旋回流となり、バッフル
板６の孔部６Ａと保炎器７との間の環状ノズル８から燃
焼室２へ旋回しながら導入される。
【００３９】こうして燃焼室２へ導かれた混合気は補助
燃料噴射弁９から選択的に噴射される燃料とさらに混合
しながら燃焼室２で燃焼し、希釈筒１３に開口した希釈
口１２から流入した空気で燃焼ガス温度を下げた後、図
示しないタービンへ流入して圧縮機及び負荷を駆動す
る。
燃料噴射弁９から選択的に噴射される燃料とさらに混合
しながら燃焼室２で燃焼し、希釈筒１３に開口した希釈
口１２から流入した空気で燃焼ガス温度を下げた後、図
示しないタービンへ流入して圧縮機及び負荷を駆動す
る。
【００４０】一方、高圧空気通路１８の加圧空気の一部
は燃焼室２の基端側へ導かれ、空気導入孔１６を介して
保炎器７内部の空間７０へ導かれる。
は燃焼室２の基端側へ導かれ、空気導入孔１６を介して
保炎器７内部の空間７０へ導かれる。
【００４１】この空間７０へ流入した加圧空気は、その
一部が空気噴射孔１７から保炎器７の半径方向へ放射
状、かつ、空気噴射孔１７の角度αに応じて燃焼室２へ
向けて噴射され、その他の加圧空気は保炎器７と補助燃
料噴射弁９との間隙ＣＬから燃焼室２へ流入する。
一部が空気噴射孔１７から保炎器７の半径方向へ放射
状、かつ、空気噴射孔１７の角度αに応じて燃焼室２へ
向けて噴射され、その他の加圧空気は保炎器７と補助燃
料噴射弁９との間隙ＣＬから燃焼室２へ流入する。
【００４２】予混合室１から導かれる混合気は燃焼室２
の軸に対してオフセットされた連通路５を通過すること
により旋回流となって環状ノズル８から燃焼室２へ導か
れるが、保炎器７のテーパー部７Ｂでは空気噴射孔１７
から空間７０内の加圧空気が噴射され、噴射された加圧
空気は保炎器７の外周に沿って、すなわち、テーパー部
７Ｂに沿って燃焼室２へ向かうため、図９に示す前記従
来例のように、混合気濃度が濃い保炎器７の外壁近傍の
混合気を希釈しながら燃焼室２へ向かい、図４に示すよ
うに保炎器７の外周近傍の混合気濃度を均一化して前記
従来例のような逆火を防止することができ、連通路５及
び予混合室１の熱的損傷を抑制することが可能となるの
である。
の軸に対してオフセットされた連通路５を通過すること
により旋回流となって環状ノズル８から燃焼室２へ導か
れるが、保炎器７のテーパー部７Ｂでは空気噴射孔１７
から空間７０内の加圧空気が噴射され、噴射された加圧
空気は保炎器７の外周に沿って、すなわち、テーパー部
７Ｂに沿って燃焼室２へ向かうため、図９に示す前記従
来例のように、混合気濃度が濃い保炎器７の外壁近傍の
混合気を希釈しながら燃焼室２へ向かい、図４に示すよ
うに保炎器７の外周近傍の混合気濃度を均一化して前記
従来例のような逆火を防止することができ、連通路５及
び予混合室１の熱的損傷を抑制することが可能となるの
である。
【００４３】ここで、連通路５から燃焼室２へ導かれる
混合気は、予混合室１へ流入する際に通過するスワーラ
１５及び予混合室１から連通路５へ流入する際の圧力損
失のため、各部の圧力の関係は高圧空気通路１８＞空間
７０＞連通路５＞燃焼室２となり、高圧空気通路１８と
連通路５の圧力差は５〜１０ＫＰａ、連通路５と燃焼室
２の圧力差は５ＫＰａ程度と推定され、高圧空気通路１
８から空間７０へ流入した加圧空気は、上記のような圧
力差によって逆流することなく連通路５から燃焼室２へ
流れるのである。
混合気は、予混合室１へ流入する際に通過するスワーラ
１５及び予混合室１から連通路５へ流入する際の圧力損
失のため、各部の圧力の関係は高圧空気通路１８＞空間
７０＞連通路５＞燃焼室２となり、高圧空気通路１８と
連通路５の圧力差は５〜１０ＫＰａ、連通路５と燃焼室
２の圧力差は５ＫＰａ程度と推定され、高圧空気通路１
８から空間７０へ流入した加圧空気は、上記のような圧
力差によって逆流することなく連通路５から燃焼室２へ
流れるのである。
【００４４】空間７０の加圧空気は空気噴射孔１７のみ
ならず保炎器７の端面７Ａ側の補助燃料噴射弁９との間
隙ＣＬからも燃焼室２へ流入するため、空気噴射孔１７
から保炎器７のテーパー部７Ｂに沿って噴射する加圧空
気を、間隙ＣＬを介して空間７０から燃焼室２へ漏れる
加圧空気の流量以上に設定し、高圧空気通路１８から導
入した加圧空気を効率良く保炎器７外周近傍へ導いて混
合気濃度を円滑に希釈する必要がある。
ならず保炎器７の端面７Ａ側の補助燃料噴射弁９との間
隙ＣＬからも燃焼室２へ流入するため、空気噴射孔１７
から保炎器７のテーパー部７Ｂに沿って噴射する加圧空
気を、間隙ＣＬを介して空間７０から燃焼室２へ漏れる
加圧空気の流量以上に設定し、高圧空気通路１８から導
入した加圧空気を効率良く保炎器７外周近傍へ導いて混
合気濃度を円滑に希釈する必要がある。
【００４５】いま、空気噴射孔１７をオリフィスと仮定
し、空気噴射孔１７の前後差圧、すなわち、空間７０と
保炎器７の外周との差圧をΔＰとすれば、空気噴射孔１
７を通過する流体の流量ＱはＱ∝ＳA×ΔＰ1/2の関係に
あり、保炎器７内部の空間７０と燃焼室２との差圧ΔＰ
CLを７〜８ＫＰａに設定した場合、空間７０と連通路５
との圧力差ΔＰは２〜３ＫＰａとなる。ここで、空気噴
射孔１７から噴射する加圧空気の流量Ｑを、間隙ＣＬを
介して空間７０から燃焼室２へ漏れる加圧空気の流量以
上に設定するために空気噴射孔１７の総開口面積ＳAを
空間７０が燃焼室２に開口する面積ＳCLの２．４５倍以
上とするのである。
し、空気噴射孔１７の前後差圧、すなわち、空間７０と
保炎器７の外周との差圧をΔＰとすれば、空気噴射孔１
７を通過する流体の流量ＱはＱ∝ＳA×ΔＰ1/2の関係に
あり、保炎器７内部の空間７０と燃焼室２との差圧ΔＰ
CLを７〜８ＫＰａに設定した場合、空間７０と連通路５
との圧力差ΔＰは２〜３ＫＰａとなる。ここで、空気噴
射孔１７から噴射する加圧空気の流量Ｑを、間隙ＣＬを
介して空間７０から燃焼室２へ漏れる加圧空気の流量以
上に設定するために空気噴射孔１７の総開口面積ＳAを
空間７０が燃焼室２に開口する面積ＳCLの２．４５倍以
上とするのである。
【００４６】一方、空気導入孔１６を介して高圧空気通
路１８から空気噴射孔１７及び保炎器７と補助燃料噴射
弁９との間隙ＣＬへ必要充分な加圧空気を供給するため
には、上記空気噴射孔１７の総開口面積ＳAと空間７０
の開口面積ＳCLとの関係より、空気導入孔１６をから流
入する加圧空気の流量が間隙ＣＬを通過する加圧空気の
２倍以上であればよく、したがって、空気導入孔１６の
総開口面積ＳBは空間７０の開口面積ＳCLの４倍以上に
設定し、混合気を希釈するために空気噴射孔１７から噴
射するのに必要な加圧空気を空間７０へ供給することが
できる。
路１８から空気噴射孔１７及び保炎器７と補助燃料噴射
弁９との間隙ＣＬへ必要充分な加圧空気を供給するため
には、上記空気噴射孔１７の総開口面積ＳAと空間７０
の開口面積ＳCLとの関係より、空気導入孔１６をから流
入する加圧空気の流量が間隙ＣＬを通過する加圧空気の
２倍以上であればよく、したがって、空気導入孔１６の
総開口面積ＳBは空間７０の開口面積ＳCLの４倍以上に
設定し、混合気を希釈するために空気噴射孔１７から噴
射するのに必要な加圧空気を空間７０へ供給することが
できる。
【００４７】このように、環状ノズル８から燃焼室２へ
旋回しながら流入する連通路５からの混合気は、連通路
５に面して保炎器７に開口した空気噴射孔１７からの加
圧空気によって保炎器７の外壁近傍の混合気濃度が希釈
され、混合気の濃度をほぼ均一にすることが可能となっ
て、前記従来例のような逆火を防止することが可能とな
って、連通路５及び予混合室１の熱的損傷を抑制するこ
とができる。
旋回しながら流入する連通路５からの混合気は、連通路
５に面して保炎器７に開口した空気噴射孔１７からの加
圧空気によって保炎器７の外壁近傍の混合気濃度が希釈
され、混合気の濃度をほぼ均一にすることが可能となっ
て、前記従来例のような逆火を防止することが可能とな
って、連通路５及び予混合室１の熱的損傷を抑制するこ
とができる。
【００４８】さらに、空気噴射孔１７の総開口面積ＳA
を空間７０が燃焼室２に開口する面積ＳCLの２．４５倍
以上とするとともに、空気導入孔１６の総開口面積ＳB
を空間７０の開口面積ＳCLの４倍以上に設定したため、
空気導入孔１６を介して高圧空気通路１８から空気噴射
孔１７及び保炎器７と補助燃料噴射弁９との間隙ＣＬへ
円滑に加圧空気を流すことができる一方、混合気を希釈
するために空気噴射孔１７から噴射する加圧空気の流量
を確保することができるのである。
を空間７０が燃焼室２に開口する面積ＳCLの２．４５倍
以上とするとともに、空気導入孔１６の総開口面積ＳB
を空間７０の開口面積ＳCLの４倍以上に設定したため、
空気導入孔１６を介して高圧空気通路１８から空気噴射
孔１７及び保炎器７と補助燃料噴射弁９との間隙ＣＬへ
円滑に加圧空気を流すことができる一方、混合気を希釈
するために空気噴射孔１７から噴射する加圧空気の流量
を確保することができるのである。
【００４９】図５は第２の実施例を示し、上記第１実施
例において保炎器７の半径方向へ放射状に配設した空気
噴射孔１７を、連通路５の混合気の旋回方向に向けて保
炎器７の半径方向に対して所定の角度θで傾斜させたも
ので、その他の構成は上記第１実施例と同様である。
例において保炎器７の半径方向へ放射状に配設した空気
噴射孔１７を、連通路５の混合気の旋回方向に向けて保
炎器７の半径方向に対して所定の角度θで傾斜させたも
ので、その他の構成は上記第１実施例と同様である。
【００５０】空気噴射孔１７に角度θの傾斜を設けるこ
とにより、保炎器７の外壁近傍の混合気に旋回を付与す
ることができるため、前記従来例に比して燃焼室２内の
火炎安定性を向上させながら、上記と同様に保炎器７の
外周近傍の混合気濃度を均一化して逆火を防止すること
ができるのである。
とにより、保炎器７の外壁近傍の混合気に旋回を付与す
ることができるため、前記従来例に比して燃焼室２内の
火炎安定性を向上させながら、上記と同様に保炎器７の
外周近傍の混合気濃度を均一化して逆火を防止すること
ができるのである。
【００５１】図６は第３の実施例を示し、上記第１実施
例における空気導入孔１６を廃止する一方、保炎器７の
空間７０を空気導入管２１を介して燃焼器外部の加圧空
気源１９及び制御部２０と連通したもので、その他の構
成は上記第１実施例と同様である。
例における空気導入孔１６を廃止する一方、保炎器７の
空間７０を空気導入管２１を介して燃焼器外部の加圧空
気源１９及び制御部２０と連通したもので、その他の構
成は上記第１実施例と同様である。
【００５２】制御部２０は燃焼器外部に配設された加圧
空気源１９から圧送された加圧空気の流量、圧力、温度
を所定の値に制御してから保炎器７の空間７０へ導くも
ので、空気噴射孔１７から噴射される加圧空気によって
上記と同様に逆火が防止されるとともに、制御部２０は
逆火防止のために噴射する加圧空気をガスタービンの運
転状態に応じて流量、圧力、温度をそれぞれ変化させる
ことが可能となり、よりきめ細かく逆火を防止すること
が可能となる。
空気源１９から圧送された加圧空気の流量、圧力、温度
を所定の値に制御してから保炎器７の空間７０へ導くも
ので、空気噴射孔１７から噴射される加圧空気によって
上記と同様に逆火が防止されるとともに、制御部２０は
逆火防止のために噴射する加圧空気をガスタービンの運
転状態に応じて流量、圧力、温度をそれぞれ変化させる
ことが可能となり、よりきめ細かく逆火を防止すること
が可能となる。
【００５３】
【発明の効果】以上説明したように第１の発明は、加圧
空気を導入する高圧空気通路と、主燃料噴射弁を備えて
前記高圧空気通路からの加圧空気と燃料とを混合する予
混合室と、燃焼室と予混合室とを連通する連通路と、前
記燃焼室内部へ突出するとともに筒状部材で形成された
保炎器と、この保炎器の内部に収装された補助燃料噴射
弁と、前記連通路が燃焼室に開口する位置に形成される
とともに内部に前記保炎器を挿通した環状ノズルとを備
えたガスタービンの燃焼器において、前記保炎器の内周
と補助燃料噴射弁の外周との間に形成された空間と、前
記空間と加圧空気源とを連通する加圧空気導入手段と、
前記連通路に面した所定の位置で保炎器外周と前記空間
とを連通する空気噴射孔とを備え、空気噴射孔より連通
路に面した保炎器の外周へ加圧空気を噴射し、保炎器外
壁近傍の混合気の濃度を希釈することで混合気の濃度を
均一化することができ、前記従来例のような高濃度の混
合気による逆火を防止することが可能となって、連通路
あるいは予混合室の熱的損傷を抑制して信頼性を向上さ
せることができる。
空気を導入する高圧空気通路と、主燃料噴射弁を備えて
前記高圧空気通路からの加圧空気と燃料とを混合する予
混合室と、燃焼室と予混合室とを連通する連通路と、前
記燃焼室内部へ突出するとともに筒状部材で形成された
保炎器と、この保炎器の内部に収装された補助燃料噴射
弁と、前記連通路が燃焼室に開口する位置に形成される
とともに内部に前記保炎器を挿通した環状ノズルとを備
えたガスタービンの燃焼器において、前記保炎器の内周
と補助燃料噴射弁の外周との間に形成された空間と、前
記空間と加圧空気源とを連通する加圧空気導入手段と、
前記連通路に面した所定の位置で保炎器外周と前記空間
とを連通する空気噴射孔とを備え、空気噴射孔より連通
路に面した保炎器の外周へ加圧空気を噴射し、保炎器外
壁近傍の混合気の濃度を希釈することで混合気の濃度を
均一化することができ、前記従来例のような高濃度の混
合気による逆火を防止することが可能となって、連通路
あるいは予混合室の熱的損傷を抑制して信頼性を向上さ
せることができる。
【００５４】また、第２の発明は、前記加圧空気源を高
圧空気通路としたため、簡易な構成で保炎器内周の空間
へ加圧空気を導くことができ、製造コストの上昇を抑制
しながら逆火を防止することができる。
圧空気通路としたため、簡易な構成で保炎器内周の空間
へ加圧空気を導くことができ、製造コストの上昇を抑制
しながら逆火を防止することができる。
【００５５】また、第３の発明は、前記加圧空気源を外
部空気源としたため、ガスタービンの運転状態に応じた
任意の加圧空気を供給することができ、逆火を防止しな
がら燃焼の制御を行うことが可能となる。
部空気源としたため、ガスタービンの運転状態に応じた
任意の加圧空気を供給することができ、逆火を防止しな
がら燃焼の制御を行うことが可能となる。
【００５６】また、第４の発明は、前記空気噴射孔が混
合気の旋回方向へ向けて保炎器の半径方向に対して所定
の角度で傾斜し、空気噴射孔からの加圧空気は混合気の
旋回方向へ向けて噴射され、保炎器外壁近傍の混合気に
旋回を付与して燃焼室の火炎を安定させることが可能と
なって信頼性を向上させることができる。
合気の旋回方向へ向けて保炎器の半径方向に対して所定
の角度で傾斜し、空気噴射孔からの加圧空気は混合気の
旋回方向へ向けて噴射され、保炎器外壁近傍の混合気に
旋回を付与して燃焼室の火炎を安定させることが可能と
なって信頼性を向上させることができる。
【００５７】また、第５の発明は、前記保炎器内部の空
間が燃焼室に向けて開口する端部の開口面積に対して空
気噴射孔の開口面積を２．４５倍以上としたため、混合
気を希釈するための空気噴射孔から保炎器外周へ噴射さ
れる加圧空気の流量を確保して確実に逆火を防止するこ
とが可能となる。
間が燃焼室に向けて開口する端部の開口面積に対して空
気噴射孔の開口面積を２．４５倍以上としたため、混合
気を希釈するための空気噴射孔から保炎器外周へ噴射さ
れる加圧空気の流量を確保して確実に逆火を防止するこ
とが可能となる。
【００５８】また、第６の発明は、前記保炎器内部の空
間が燃焼室に向けて開口する端部の開口面積に対して空
気導入孔の開口面積を４倍以上としたため、混合気を希
釈するための加圧空気を確保して確実に逆火を防止する
ことができる。
間が燃焼室に向けて開口する端部の開口面積に対して空
気導入孔の開口面積を４倍以上としたため、混合気を希
釈するための加圧空気を確保して確実に逆火を防止する
ことができる。
【００５９】また、第７の発明は、前記空気噴射孔が保
炎器の軸と直交する平面に対して０〜７５度の間の所定
の角度で燃焼室側に傾斜したため、空気噴射孔からの加
圧空気は保炎器外壁から剥離することなく保炎器外周に
沿って燃焼室へ向かうため、保炎器外壁近傍の混合気の
濃度を確実に低減することができ、逆火の発生を確実に
抑制することができる。
炎器の軸と直交する平面に対して０〜７５度の間の所定
の角度で燃焼室側に傾斜したため、空気噴射孔からの加
圧空気は保炎器外壁から剥離することなく保炎器外周に
沿って燃焼室へ向かうため、保炎器外壁近傍の混合気の
濃度を確実に低減することができ、逆火の発生を確実に
抑制することができる。
【図１】本発明の実施例を示す燃焼器の断面図である。
【図２】同じく保炎器の拡大断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図４】連通路から燃焼室にかけての混合気の濃度分布
を示す図である。
を示す図である。
【図５】第２の実施例を示す保炎器の断面図である。
【図６】第３の実施例を示す燃焼器の断面図である。
【図７】従来の例を示す燃焼器の断面図である。
【図８】図７のＢ−Ｂ矢視断面における混合気の濃度分
布を示す図である。
布を示す図である。
【図９】同じく図７のＢ−Ｂ矢視断面における混合気の
流速分布を示す図である。
流速分布を示す図である。
【図１０】同じく連通路から燃焼室にかけての混合気の
濃度分布を示す図である。
濃度分布を示す図である。
【符号の説明】
１ 予混合室
２ 燃焼室
５ 連通路
７ 保炎器
８ 環状ノズル
９ 補助燃料噴射弁
１０ 主燃料噴射弁
１６ 空気導入孔
１７ 空気噴射孔
１８ 高圧空気通路
１９ 加圧空気源
２１ 空気導入管
７０ 空間
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F23R 3/12 - 3/34
F02C 3/30
Claims (7)
- 【請求項１】 加圧空気を導入する高圧空気通路と、主
燃料噴射弁を備えて前記高圧空気通路からの加圧空気と
燃料とを混合する予混合室と、燃焼室と予混合室とを連
通する連通路と、前記燃焼室内部へ突出するとともに筒
状部材で形成された保炎器と、この保炎器の内部に収装
された補助燃料噴射弁と、前記連通路が燃焼室に開口す
る位置に形成されるとともに内部に前記保炎器を挿通し
た環状ノズルとを備えたガスタービンの燃焼器におい
て、前記保炎器の内周と補助燃料噴射弁の外周との間に
形成された空間と、前記空間と加圧空気源とを連通する
加圧空気導入手段と、前記連通路に面した所定の位置で
保炎器外周と前記空間とを連通する空気噴射孔とを備え
たことを特徴とするガスタービンの燃焼器。 - 【請求項２】 前記加圧空気源が高圧空気通路であるこ
とを特徴とする請求項１に記載のガスタービンの燃焼
器。 - 【請求項３】 前記加圧空気源が外部空気源であること
を特徴とする請求項１に記載のガスタービンの燃焼器。 - 【請求項４】 前記空気噴射孔が混合気の旋回方向へ向
けて保炎器の半径方向に対して所定の角度で傾斜したこ
とを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかひと
つに記載のガスタービンの燃焼器。 - 【請求項５】 前記保炎器内部の空間が燃焼室に面して
開口する端部の開口面積に対して空気噴射孔の開口面積
を２．４５倍以上としたことを特徴とする請求項１ない
し請求項４のいずれかひとつに記載のガスタービンの燃
焼器。 - 【請求項６】 前記保炎器内部の空間が燃焼室に面して
開口する端部の開口面積に対して空気導入孔の開口面積
を４倍以上としたことを特徴とする請求項１ないし請求
項５のいずれかひとつに記載のガスタービンの燃焼器。 - 【請求項７】 前記空気噴射孔が保炎器の軸と直交する
平面に対して０〜７５度の間の所定の角度で燃焼室側に
傾斜したことを特徴とする請求項１ないし請求項６のい
ずれかひとつに記載のガスタービンの燃焼器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21001894A JP3456268B2 (ja) | 1994-09-02 | 1994-09-02 | ガスタービンの燃焼器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21001894A JP3456268B2 (ja) | 1994-09-02 | 1994-09-02 | ガスタービンの燃焼器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0875165A JPH0875165A (ja) | 1996-03-19 |
| JP3456268B2 true JP3456268B2 (ja) | 2003-10-14 |
Family
ID=16582467
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21001894A Expired - Lifetime JP3456268B2 (ja) | 1994-09-02 | 1994-09-02 | ガスタービンの燃焼器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3456268B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2023041A1 (de) * | 2007-07-27 | 2009-02-11 | Siemens Aktiengesellschaft | Vormischbrenner und Verfahren zum Betrieb eines Vormischbrenners |
| DE102017101167A1 (de) * | 2017-01-23 | 2018-07-26 | Man Diesel & Turbo Se | Brennkammer einer Gasturbine, Gasturbine und Verfahren zum Betreiben derselben |
| CN112728539B (zh) * | 2021-01-25 | 2024-08-27 | 江苏蓝创环保科技有限公司 | 一种低氮型长明灯 |
| CN112902226B (zh) * | 2021-03-11 | 2022-08-16 | 西北工业大学 | 一种燃油蒸发式的火焰筒 |
-
1994
- 1994-09-02 JP JP21001894A patent/JP3456268B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0875165A (ja) | 1996-03-19 |
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