JP3533611B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents
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Description
ガスタービンエンジンに関する。代表的なものとしては
一次すなわち主燃料としてのガス及び二次すなわち代替
燃料としての液体で作動する二元燃料ガスタービンがあ
る。
ている間、ガス燃料用噴射通路は一次ゾーンの高温燃焼
生成物のところに開口している。したがって、高温ガス
の逆流がガス噴射通路内で起こることを避けられない。
この問題は、当のガス通路が低発熱量(LBTU)のガス燃
料用に設計され、天然ガス作動で設計されたものより大
きい場合には一層顕著である。
させる。先行技術では、代替燃料で作動しているとき外
部の圧力蒸気又は別のガスを使用してガス通路を清掃し
てこの問題を処理するようにしている。この方法は、有
効ではあるけれども、清掃媒体を発生及び又は供給する
高価な装置を付加する必要があるので、主コストや運転
コストが嵩む。
なされているが、燃料の還流(すなわち、噴射ノズルか
らの逆流)や逆火を含む困難な問題が以前として解決さ
れないままになっている。
困難な問題を軽減することにある。
は両方で作動し、二次燃料で作動している間一次燃料オ
リフィスが燃焼生成物に晒されるタービンエンジンの燃
焼器用燃料噴射装置は、二次燃料供給通路に接続された
二次燃料オリフィス、環状の一次燃料マニホールドに接
続されていて円形に配置された一次燃料オリフィス、及
び一次及び二次燃料オリフィスにより注入される燃料の
燃焼空気を供給する環状空気通路を有し、前記空気通路
はマニホールド壁とシュラウド部材との間に形成され、
かつシュラウド部材の前端とマニホールド壁との間に圧
縮空気の吸気口を有し、前記噴射装置は更に空気通路と
マニホールドとの間のマニホールド壁に多数の孔を有
し、その孔と空気通路は、二次燃料で作動しているとき
には一次オリフィスが空気噴射によって清掃され、かつ
一次燃料で作動しているときにはその燃料の圧力が低い
とき空気が孔を通って流れ、燃料の圧力が高いとき一次
燃料が孔を通って流れ、いずれの場合も一次燃料と空気
を予混合させるような大きさになっている。
下流部を同心環状領域に分割して、一次燃料オリフィス
をその内側領域に開口させ、外側領域に撹乱発生手段を
設けるようにしてもよい。
る燃焼領域に臨ませるようにしてもよい。
スによって囲まれている二次燃料オリフィス列を有する
平坦な下流面を持つ円筒状燃料オリフィスから成ってい
て、二次燃料オリフィスは軸方向の二次燃料ダクトに通
じ、かつ一次燃料オリフィスは環状一次燃料通路に通じ
ており、シュラウド部材は略円筒部と、噴射装置の下流
にある燃料領域との連通を図る隙間を有する環状部から
成っていて、環状部は二次燃料で作動しているときの清
掃用空気と一次燃料で作動しているときの予混合燃焼用
空気の通路を形成するために下流面から一定間隔離され
ている。
図面を参照して以下説明する。ここで、 図1はLBTU二元燃料噴射装置の軸断面であり、 図2は天然ガス二元燃料噴射装置の軸断面である。
るものであって、下流に向けて環状配列状態で取り付け
られた多数の同様の噴射装置の1つであってもよい。噴
射装置の上流は圧縮空気源、すなわち燃焼器と組み合わ
されているガスタービンエンジンの空気圧縮機である。
圧縮空気は(ご存じのように)噴射装置の下流にある一
次ゾーン2内での燃焼を根本的に可能にするため噴射装
置を通過して送り込まれる。
置されたガスオリフィス3に通じている環状ガス通路、
すなわちマニホールド1に送られる。このガス通路1は
環状に配置された案内羽根に通じており、これは吐出燃
料又は燃料−空気混合物に対して噴射装置の軸近くで回
転偏向とある程度の撹乱を与えるスワーラ5の役目をす
る。旋回ガス成分は中間壁7によりオリフィス3を通過
するものと区別される。
圧縮空気を集めるために上流部が開口しており、隣接す
るオリフィス3及びスワーラ5からの燃料と混合するた
めに下流部で圧縮空気を吐出する。シュラウド状の空気
通路の下流部には、ガス燃料と圧縮空気との混合を良好
にするために、更にアキシアルスワーラ15が取り付けら
れている。
部のちょうど上流にある軸位置の周囲上に半径方向の孔
が多数設けられている。それゆえに、圧縮空気はガス燃
料が来てないときに清掃孔17を介してガス通路に侵入し
てガスオリフィス3から吐出される。
れ、これは通常液体燃料を取り扱うようになっている。
これは軸ダクト23により供給され、オリフィス25から燃
焼室に噴射される。液体燃料で作動しているとき、噴射
装置の近くにある燃焼生成物は渦を巻いてガスオリフィ
ス3に入り込む傾向がみられる。固形分が堆積して燃焼
器の効率が低下する傾向もある。この不都合を解決する
ことが本発明の目的の1つでもある。
加し、その結果、空気通路13から開口17に分岐する空気
の流れすなわち抽気は燃料圧力の増加に反比例して減少
する。この圧力バランス条件を越えると、増加ガス圧で
流れ方向が逆転してガスが開口17を通って空気通路13に
流れ出す。しかし、この流出は開口の上流にある空気流
れに広がらないようにシュラウド9によって妨げられ
る。そしてこのシュラウドは流出を噴射装置壁11近くを
流れる速い空気流れに閉じ込める。流出燃料と空気は燃
焼ゾーンに送り込まれるとき更にスワーラ15により混合
される。そうすることによって、ガス燃料の流出で燃料
と空気の予混合がなされることに加えて、他の状態では
起こるかもしれない逆流や逆火が阻止されうる。
体)燃料で作動させている間、清掃空気を供給すること
は一次ゾーン(2)の化学量論を有利にする。希薄混合
燃料が生じ、これにより排気排出制御が有利になる。更
に、LBTUガス燃料に燃料交換を行ったとき、前にも説明
したように清掃空気流れが無くなって一次ゾーンの化学
量論が比較的濃くなり、低出力での一酸化炭素排出制御
に有利となる。
方のガス燃料を開口を通して空気通路13とスワーラ15に
流出させることによりNOxの排出を抑制させるのに使用
してもよい。この部分は部分的にスワーラ空気と混合さ
れ、ガス燃料の発熱量を低下させたのと同じ効果が発生
し、その結果NOxの排出が抑制される。
付きの予混合システムのNOx制御でこの方法を使用する
利点は、燃料と制御システムの両方が簡単、すなわち1
のガス燃料マニホールドと1のガス流れ制御のみですむ
ということである。
じ、この状態においては圧力がガス通路内で低いので、
空気通路13内の圧縮機の吐出圧よりも低い燃焼室(一次
ゾーン)の圧力に打ち勝つことができる程度である。所
定の作動負荷条件においては、ガス圧を空気通路13内の
空気圧よりも高くし、ガスを清掃開口17から流出させて
空気と混合させるために、所要のガス流れが必要とな
る。これを達成する動作点は、開口、空気通路及び燃焼
器の圧力降下といった設計パラメータにより決まる。こ
の工程が起こる動作範囲は、始動条件のみ又はいくらか
の中間範囲、全速無負荷(FSNL)点までを含めて選定さ
れる。
燃料に適した燃料噴射装置を示す。噴射装置の形状は異
なるが図1の設計の基本要素はそのまま内在する。した
がって、シュラウド9は環状ガス通路1を囲み、ガス通
路の外側壁11には円形に配置された清掃開口17がある。
ガス通路1は円形に配置されたガスオリフィス3を有す
る平坦なヘッド内で終わっている。シュラウド9はスワ
ーラヘッド14と組み合わされており、そのヘッドにはガ
スジェットを燃焼室に送り込むようにする中央開口16が
設けられている。ラジアルスワーラ18が、燃料と空気を
横方向に分散して混合するために、スワーラヘッドに取
り付けられている。
燃料オリフィス25に供給される。ここで再び、重要なこ
とは液体燃料で作動しているときガスオリフィス3が汚
れないこと、すなわち燃焼生成物により汚染されないと
いうことである。この達成はスワーラヘッド14を燃料オ
リフィスヘッドからアンチ・カーボン・ギャップ(20)
と呼ばれているわずかなギャップを開けて配置させるこ
とにより行われる。
流入し、開口17を通ってガス通路1に侵入してガスオリ
フィス3から流出する。そうすることによって燃焼生成
物の侵入がくい止められる。空気はさらにガス通路1の
外側の空気通路13を通ってアンチ・カーボン・ギャップ
20を通り抜ける。
同じである。一次燃料で作動しているときの流出及び逆
火は空気通路13を流れる強制的な空気流れにより阻止さ
れる。二次燃料で作動しているときのガスオリフィスの
汚損は清掃開口17を通ってガスオリフィス3に流れる清
掃空気により払拭される。
Claims (5)
- 【請求項1】一次及び二次流体燃料のいずれか又は両方
で作動し、二次燃料で作動している間一次燃料オリフィ
ス(3)が燃焼生成物に晒されるタービンエンジンの燃
焼器用燃料噴射装置において、該噴射装置は、二次燃料
供給通路(23)に接続された二次燃料オリフィス(2
5)、環状の一次燃料マニホールド(1)に接続されて
いて円形に配置された一次燃料オリフィス(3)、及び
一次及び二次燃料オリフィス(3,25)により注入される
燃料の燃焼空気を供給する環状空気通路(13)を有し、
前記空気通路(13)はマニホールド(1)壁(11)とシ
ュラウド部材(9)との間に形成され、かつシュラウド
部材(9)の前端とマニホールド(1)壁(11)との間
に圧縮空気の吸気口を有し、前記噴射装置は更に空気通
路(13)とマニホールド(1)との間のマニホールド壁
(11)に多数の孔(17)を有し、その孔(17)と空気通
路(13)は、二次燃料で作動しているときには一次オリ
フィス(3)が空気噴射によって清掃され、かつ一次燃
料で作動しているときにはその燃料の圧力が低いとき空
気が孔(17)を通って流れ、燃料の圧力が高いとき一次
燃料が孔(17)を通って流れ、いずれの場合も一次燃料
と空気を予混合させるような大きさであることを特徴と
する燃料噴射装置。 - 【請求項2】前記一次燃料マニホールド(1)はマニホ
ールド(1)の下流部が中間壁(7)により同心環状領
域に分割され、前記一次燃料オリフィス(3)がその内
側領域に開口させられ、外側領域に撹乱発生手段が設け
られていることを特徴とする請求項1記載の燃料噴射装
置。 - 【請求項3】前記空気通路(3)は撹乱発生手段を介し
て噴射装置の下流にある燃焼領域(2)に臨ませたこと
を特徴とする請求項1又は2記載の燃料噴射装置。 - 【請求項4】低発熱量の一次ガス燃料と液体の二次燃料
と共に使用するに適した前項いずれか1記載の燃料噴射
装置。 - 【請求項5】円形に配置された一次燃料オリフィス
(3)によって囲まれている二次燃料オリフィス(図2,
25)列を有する平坦な下流面を持つ円筒状燃料オリフィ
スから成り、二次燃料オリフィス(25)は軸方向の二次
燃料ダクト(23)に通じ、かつ一次燃料オリフィス
(3)は環状一次燃料通路(1)に通じており、前記シ
ュラウド部材(9)は略円筒部と、噴射装置の下流にあ
る燃焼領域との連通を図る隙間(16)を有する環状部か
ら成っていて、該環状部は二次燃料で作動しているとき
の清掃用空気と一次燃料で作動しているときの予混合燃
焼用空気の通路を形成するために下流面から一定間隔
(20)離されていることを特徴とする請求項1記載の燃
料噴射装置。
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