JP3925668B2

JP3925668B2 - 燃焼器

Info

Publication number: JP3925668B2
Application number: JP31447597A
Authority: JP
Inventors: 真吾近藤; 大志鈴木
Original assignee: 株式会社アイ・エイチ・アイ・エアロスペース
Priority date: 1997-10-30
Filing date: 1997-10-30
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2017-10-30
Also published as: JPH11132466A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンエンジンなどに用いられる燃焼器に関し、特に排気性能の向上および内筒へのカーボン付着防止を図ることができる逆流単缶型燃焼器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯用発電機の動力源としてガスタービンエンジンが広く用いられているが、この種のガスタービンエンジンには、タービンロータの駆動源となる燃焼器が設けられている。
【０００３】
従来の逆流単缶型燃焼器は、たとえば図１４および図１５に示されるように、燃焼用空気を導くためのチャンバ６６を有しており、図外の熱交換器の排出口から流下した高温圧縮空気は、チャンバ６６の底面に形成された流入口６１，６２から当該チャンバ６６内へ導かれる。
【０００４】
チャンバ６６には、内筒６５が貫通して設けられ、またこの内筒６５と同軸に外筒６７が設けられている。外筒６７の一端はチャンバ６６内に臨むように当該チャンバ６６に設けられているので、チャンバ６６に流入した高温圧縮空気は、内筒６５の外面と外筒６７の内面とで形成された環状通路６３を通り、内筒６５の途中に開設された希釈孔６８と当該内筒６７の基端に設けられたスワーラ６９とから内筒６５の内部に流入する。さらにこの高温圧縮空気は、内筒６５の基端（図の右側）に設けられた図外の燃料噴射弁から噴射された燃料と混合して燃焼し、環状流路６３の空気流とは逆方向に流れながら内筒６５の端部（図の左側）から燃焼ガスとなってタービンロータに流入する。
【０００５】
【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用燃焼器にあっては、熱交換器に接続された流入口６１及び６２からチャンバ６６内へ空気が流入する際に、各部品の製造誤差等に基因する空気流路の圧力損失の差によって、左右２つの流入口６１，６２からの流入空気量にばらつきが生じ、ここで旋回流が形成される。
【０００６】
このため、環状流路６３における空気の流れ方向に対して開口方向が直角である希釈孔６８と、空気の流れ方向と同じ方向の翼形状を有するスワーラ６９とでは、スワーラ６９の方が流入し易くなるので、当該スワーラ６９への流入空気量が希釈孔６８への流入空気量に比べて増大し、設計段階で企図した希釈孔６８とスワーラ６９との流入空気量配分を実現できないという問題があった。
【０００７】
また、チャンバ６６の流入口６１，６２からの流入空気量のばらつきによる旋回流は、ガスタービンエンジン毎に、環状流路６３において何れの旋回方向に生じるかが一定でないことから、スワーラ６９の翼方向とは逆方向に旋回が発生した場合には、希釈孔６８への流入空気量の方が増大し、この場合も設計段階で企図した希釈孔６８とスワーラ６９との流入空気量配分を実現できないという問題があった。
【０００８】
このように従来の燃焼器では、流入空気量の配分がガスタービンエンジンの製品毎にばらつくため、燃焼状態、ひいては燃焼効率も製品毎にばらつき、燃焼器の排気性能が安定しないという問題があった。
【０００９】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、燃焼ガス流路への流入空気量の配分のばらつきを抑制し排気性能の向上を図ることができる燃焼器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の燃焼器では、環状流路を流れる空気に対して一定方向の予旋回を故意に与えることで、燃焼ガス流路内への流入空気量の配分のばらつきを抑制することとしている。
【００１１】
（１）すなわち、請求項１記載の燃焼器は、２つの流入口からチャンバ内に流入した空気を偏向して外筒と内筒とで形成される環状流路の軸方向に前記空気を流下させ、この空気の一部を前記内筒の途中に設けられた希釈孔から前記内筒の内部に形成された前記空気の流下方向とは逆方向の燃焼ガス流路に案内するとともに、残りの空気を前記内筒の基端に設けられたスワーラから前記燃焼ガス流路に案内する逆流単缶型燃焼器であって、
前記外筒の一端は前記チャンバ内に臨むように設けられているとともに、前記内筒は前記チャンバを貫通して設けられ、
前記チャンバは前記内筒の直径方向の中心軸に対して左右対称に形成されるとともに、前記２つの流入口は前記内筒の直径方向の中心軸に対して左右対称の位置に形成された燃焼器において、
前記外筒の、前記チャンバ側の端部の一部を軸方向に延長して形成され、前記チャンバ内における前記２つの流入口のそれぞれから前記環状流路の入口に至る空気流路の一方の少なくとも一部を遮蔽するタブ部を有することを特徴とする。
【００１３】
したがって、燃焼ガス流路へ通じる希釈孔やスワーラの諸条件を当該予旋回方向に応じて設計しておけば、企図する流入空気量の配分が実現でき、狙った燃焼効率、ひいては排気性能を実現することができる。
【００１６】
請求項１記載の燃焼器では、外筒のチャンバ側の端部の一部を延長して形成されたタブ部を採用する。このタブ部は、外筒の端部の一部を延長して形成されているので、流入口からチャンバ内に流入した空気が環状流路に流下する際に、その一部が当該タブ部で遮蔽される一方で他の空気は遮蔽されることなく環状流路に流下するので、チャンバ内における空気流に一定方向の予旋回が生じ、この空気は当該一定方向に予旋回しながら環状流路に流れ込むことになる。
【００１７】
したがって、燃焼ガス流路へ通じる希釈孔やスワーラの諸条件を当該予旋回方向に応じて設計しておけば、企図する流入空気量の配分が実現でき、狙った燃焼効率、ひいては排気性能を実現することができる。
【００２９】
（２）請求項１記載の燃焼器において、外筒の端部の一部を延長して形成されるタブ部の周方向の位置は特に限定されないが、請求項２記載の燃焼器は、前記タブ部は、前記外筒の端部のうち前記流入口から離間した位置に形成されていることを特徴とする。
【００３０】
外筒の端部の一部を延長して形成されるタブ部は、一の流入口から流入した空気の遮蔽機能を司り、これにより空気流に予旋回を付与するが、当該タブ部が流入口に直近に設けられていると、当該流入口から流入した空気の遮蔽機能が強くなり過ぎて環状流路への流入空気量が減少し、燃焼効率が低下するおそれがある。
【００３１】
しかしながら、請求項２記載の燃焼器では、タブ部が外筒の端部のうちチャンバの流入口から離間した位置に形成されているので、環状流路へのトータル流入空気量に影響を与えることなく、一部の空気を遮蔽することができ、環状流路へ流下する空気に一定方向の予旋回を付与することができる。
【００３２】
（３）また、請求項１記載の燃焼器において、タブ部は外筒の端部の一部を矩形状に延長して形成することもできるが、請求項３記載の燃焼器のように、前記タブ部の一部に、前記空気が通過できる切欠部を形成することがより好ましい。または、請求項４記載の燃焼器のように、前記タブ部の一部に、前記空気が通過できる通孔を形成することがより好ましい。この通孔は三角形状孔、丸孔、長孔その他種々の形状の通孔を採用することができる。
【００３３】
チャンバの一の流入口から流入し、タブ部へ向かって流下した空気の全てを遮蔽すると、タブ部の軸方向延長線上に空気が流れない又は空気が希薄となる領域が形成されるおそれがあり、こうした空気の希薄領域が生じると、希釈孔から内筒の内部へ流入する空気にも希薄領域が生じるおそれがある。
【００３４】
しかしながら、請求項３および４記載の燃焼器では、タブ部の一部に切欠部または通孔が形成されているので、チャンバの一の流入口から流入し、タブ部へ向かって流下した空気の一部は当該タブ部で遮蔽されるとともに残りは切欠部または通孔を通過して環状流路に流れ込むことになる。
【００３５】
これにより、タブ部の軸方向延長線上にも空気が流れることになるので、内筒の内部に希薄領域が生じるのを防止でき、希薄領域の発生にともなう未燃焼燃料の内壁への付着を抑制することができる。その結果、未燃焼燃料が蒸し焼き状態となって燃料のカーボン成分が成長して生じる内筒の耐久性の低下が阻止されることになる。
【００３６】
（４）請求項３または４記載の燃焼器において、切欠部および通孔の形成箇所、換言すればタブ部における空気の流れを遮蔽する部分の形成箇所は特に限定されないが、請求項５記載の燃焼器は、前記タブ部の前記空気の流れを遮蔽する部分が、実質的に前記外筒との接続点を頂点とする三角形状に形成されていることを特徴とする。
【００３７】
この請求項５記載の燃焼器のように、空気の流れを遮蔽する部分を三角形とすることで、チャンバの流入口から環状流路の入口へ向かう空気流路の略半分を遮蔽するとともに、残りの略半分を通過させることができる。これと同時に、外筒の周方向に対して広い範囲で遮蔽および通過させることができるので、空気流に容易に予旋回を付与することができる。
【００３８】
請求項１記載の燃焼器によれば、一の流入口から流入した空気と他の流入口から流入した空気は、何れも非対称構造によって定まる一定方向に流れ、環状流路において一定方向の予旋回が生じることになる。その結果、燃焼ガス流路へ通じる希釈孔やスワーラの諸条件を当該予旋回方向に応じて設計しておけば、企図する流入空気量の配分が実現でき、狙った燃焼効率、ひいては排気性能を実現することができる。
【００３９】
また、こうした予旋回の強さは非対称構造によって所望に調節できるので、希釈孔とスワーラとへの流入空気量比を所望の値にコントロールすることができ、燃焼器の排気性能の安定化が達成できる。
【００４３】
請求項２記載の燃焼器によれば、一方の流入口から流入した空気の殆どがタブ部によって遮蔽されることがないので、環状流路へ流入するトータル空気量が減少するおそれがない。
【００４４】
請求項３乃至５記載の燃焼器によれば、タブ部の軸方向延長線上に空気が流れない領域が生じるのを防止でき、その結果、未燃焼の燃料の付着が防止され耐久性の低下を抑制することができる。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
第１実施形態
図１３は本発明の燃焼器を備えたガスタービンエンジンを示す断面図、図１は本発明の燃焼器の実施形態を示す一部破断斜視図、図２はチャンバと外筒とを示す分解斜視図、図３は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【００４６】
まず、ガスタービンエンジンの全体構成を説明する。図１３に示すように、本実施形態のガスタービンエンジン１は、コンプレッサ２、燃焼器３、タービン４および熱交換器５の基本コンポーネントから成り立っている。
【００４７】
燃焼器３の端部に取り付けられたキャップ３５には、燃料噴射弁６と点火栓７とが取り付けられており、後述するコンプレッサ２からの圧縮空気と燃料噴射弁６から噴射された燃料との混合気を点火栓７で燃焼させる。
【００４８】
この燃焼器３から流出した燃焼ガスは、図中矢印で示されるように、プレナムチャンバ２７と断熱材３３とで画成されたプレナム流路２８を通り、さらにタービンハウジング外周壁２６との間で渦巻き状に画成された流路２９を通ってタービンロータ１１に導かれる。
【００４９】
そして、このタービンロータ１１で膨張し、当該タービンロータ１１に回転力を付与する。なお、断熱材３３は、フランジ２２側に接合して設けられており、タービンロータ１１に導かれる燃焼ガスを断熱する。
【００５０】
一方、発電機などの負荷に連結されるシャフト１３（連結端を１４で示す。）は、一対の軸受１５で支持されており、このシャフト１３には、燃焼器３からの高温ガスによって駆動される上記タービンロータ１１と、吸入空気を加圧して燃焼器３へ圧送する遠心式コンプレッサインペラ１２とが、背板合わせの状態で連結されている。
【００５１】
また、熱交換器５は燃焼器３に対して並列に配置されており、プレナムチャンバ２７に形成された接合フランジにディフューザ２５の接合フランジが接合され、当該ディフューザ２５の他方の接合フランジに熱交換器５が接合されている。これにより、これら燃焼器３と熱交換器５とを共に覆うチャンバ２１が形成され、コンプレッサ２から吐出した低温圧縮空気は、図中矢印で示されるように、フランジ２２に形成された環状流路２３を通ってチャンバ２１内に流入し、さらにこのチャンバ２１内を通って熱交換器５に導かれることになる。
【００５２】
上述したタービン４から排出された高温ガスは、タービンハウジング２６からディフューザ２５を介して熱交換器５に流入する。この熱交換器５は、タービン４から排出されるガスの流れ方向に沿って配置され、当該熱交換器５には、タービン４から送られる高温ガスを通過させるための流路（図示せず）がシャフト１３の軸方向に形成されている。
【００５３】
また、熱交換器５には、上述したコンプレッサ２から送られる低温圧縮空気を通過させる流路が、ガス流路に対して伝熱壁を介して平行に対向するように形成されており、コンプレッサ２からの低温圧縮空気に高温ガスの熱を吸収し、高温となった圧縮空気を燃焼器３に送り込むことで、燃料消費率を減らすようになっている。
【００５４】
熱交換器５には、チャンバ２１内に開口する流入口５Ａが形成されており、この流入口５Ａから熱交換器５内に流入した低温圧縮空気は、ここで高温ガスから熱を吸収する。このようにして熱交換器５を通って加熱された圧縮空気は、ヘッダ５Ｃで曲げられたのち接合フランジ５Ｂを介して燃焼器３のチャンバ６６に流入することになる。
【００５５】
なお、上述したガスタービンの一般的な構造については特に限定されず、本発明のガスタービンエンジン１は以下の燃焼器３の構造に特徴がある。したがって、それ以外の構成については本実施形態にのみ何ら限定されることはない。
【００５６】
本実施形態の燃焼器３は、図１（図１３のＢ矢視方向から見た図である。）に示すように、熱交換器５の接合フランジ５Ｂを介して高温圧縮空気が導入されるチャンバ６６を有し、このチャンバ６６の底面に形成された流入口６１，６２と前記接合フランジ５Ｂとが接合されている。
【００５７】
チャンバ６６には、内筒５５が貫通して設けられ、またこの内筒６５と同軸に外筒６７が設けられている。外筒６７の一端はチャンバ６６内に臨むように当該チャンバ６６に設けられているので、チャンバ６６に流入した高温圧縮空気は、内筒６５の外面と外筒６７の内面とで形成された環状通路６３を通り、内筒６５の途中に開設された希釈孔６８と当該内筒６７の基端に設けられたスワーラ６９とから内筒６５の内部の燃焼ガス流路６４に流入することになる。
【００５８】
さらにこの燃焼ガス流路６４に流入した高温圧縮空気は、内筒６５の基端（図の右側）に設けられた燃料噴射弁６（図１３参照）から噴射された燃料と混合して燃焼し、環状流路６３の空気流とは逆方向に流れながら内筒６５の端部（図の左側）から高温燃焼ガスとなってタービンロータ１１（図１３参照）に流入する。
【００５９】
本実施形態の燃焼器３においては、チャンバ６６は内筒６５の中心軸を中心にして左右対称に形成され、また二つの流入口６１および６２も内筒６５の中心軸を中心にして左右対称に形成されている。
【００６０】
特に、チャンバ６６側の端部の一部を軸方向に延長したタブ部６７１を有する外筒６７が採用され、この外筒６７がチャンバ６６に取り付けられている。このタブ部６７１の具体的構成は特に限定されず、要するに熱交換器５から流入口６２を介してチャンバ６６内に流入する空気ＡＲの流路面積が、同じく熱交換器５から流入口６１を介してチャンバ６６内に流入する空気ＡＬの流路面積より小さくなるように構成する。換言すれば、チャンバ６６内における二つの流入口６１，６２のそれぞれから環状流路６３の入口に至るそれぞれの空気流路が非対称構造となるようにタブ部６７１を構成する。
【００６１】
ここで空気ＡＲの流路面積は、タブ部６７１の周方向の長さ（角度）を変えることで調節することができる。また、空気ＡＲの流路面積はタブ部６７１の曲げ角度によっても調整することができる。
【００６２】
次に作用を説明する。
熱交換器５の接合フランジ５Ｂから流入口６１，６２を介してチャンバ６６内に流入した高温圧縮空気は、内筒６５と外筒６７との間に形成された環状流路６３に一様に流入しようとするが、一方の流入口６２からチャンバ６６に導入された空気ＡＲは、図３に点線で示すように、反時計廻りで環状流路６３に流入しようとする際にタブ部６７１によって遮られることになる。したがって、当該流入口６２から反時計廻りに旋回して環状流路６３へ流入する空気量は減少し、同図に実線で示すように時計廻りに旋回方向を変えた上で環状流路６３に流入することになる。
【００６３】
一方、流入口６１からチャンバ６６内に流入した空気ＡＬは、チャンバ６６の内壁形状に沿って時計廻りに旋回しながら何ら邪魔されることなく環状流路６３に流入する。
【００６４】
こうして空気ＡＬ，ＡＲは同じ方向である時計廻りに旋回しながら環状流路６３に流れ込むので、当該環状流路６３を流下する際にもそのまま時計廻りの旋回を続けながら希釈孔６８およびスワーラ６９を介して燃焼ガス流路６４に流れ込む。
【００６５】
このように本実施形態の燃焼器３では、環状流路６３および燃焼ガス流路６４へ流入する空気に一定方向の予旋回を与えることができるので、希釈孔６８やスワーラ６９の諸条件を当該予旋回方向に応じて設計しておけば、企図する希釈孔６８とスワーラ６９との流入空気量の配分が実現でき、狙った燃焼効率、ひいては排気性能を実現することができる。
【００６６】
しかも、本実施形態では、タブ部６７１の大きさや設置位置あるいは折り曲げ角度を適宜選択することで、空気ＡＬと空気ＡＲとの相対的な圧力損失を種々に変更することができ、その結果、付与される予旋回の強さを可変することができる。これにより、希釈孔６８とスワーラ６９との流入空気量を所望の値にコントロールすることができ、燃焼器３の排気性能の安定化が達成できる。
【００６７】
第２実施形態
本発明の燃焼器３は種々に変更または改変することができる。図４は本発明の燃焼器の第２実施形態を示す断面図であって、図１のＡ−Ａ線断面に相当する断面図である。
【００６８】
本実施形態では、第１実施形態と同様に、チャンバ６６は内筒６５の中心軸を中心にして左右対称に形成され、また二つの流入口６１および６２も内筒６５の中心軸を中心にして左右対称に形成されている。ただし、外筒６７のチャンバ６６側の端部には第１実施形態のようなタブ部６７１は形成されず、これに代えてチャンバ６６の流入口の一方６２にリング７０が設けられている。
【００６９】
このリング７０は、流入口６１および６２の開口面積Ｓ１，Ｓ２を左右非対称とするためのもので、本実施形態ではＳ１＞Ｓ２とされている。
【００７０】
このように、流入口６２にリング７０を設けることで、一方の流入口６１から流入する空気ＡＬの空気量は、リング７０が装着された流入口６２から流入する空気ＡＲの空気量に比べて相対的に多くなり、これによりチャンバ６６内において時計廻りの予旋回が生じることになる。
【００７１】
そして、この予旋回が付与された空気は、予旋回しながら環状流路６３に流れ込むので、燃焼ガス流路６４へ通じる希釈孔６８やスワーラ６９の諸条件を当該予旋回方向に応じて設計しておけば、企図する流入空気量の配分が実現でき、狙った燃焼効率、ひいては排気性能を実現することができる。
【００７２】
特に本実施形態の燃焼器３では、流入口６１，６２の面積比を変えるといった簡便な手段で一定方向の予旋回を付与できる利点がある。また、リング７０の開口面積を適宜変えることで旋回流の強さを変化させることができる。
【００７３】
なお、図４に示す実施形態では、一方の流入口６２にのみリング７０を設けることで流入口６１，６２の開口面積を非対称としたが、両方の流入口６１，６２にリングを設けて開口面積比を変えることもできる。さらに、リング７０を設けずに、流入口６１，６２自体の開口面積を非対称として開口面積比を変えても良い。
【００７４】
第３実施形態
図５は本発明の燃焼器の第３実施形態を示す断面図であって、図１のＡ−Ａ専断面に相当する断面図である。
【００７５】
本実施形態では、第１実施形態と同様に、チャンバ６６は内筒６５の中心軸を中心にして左右対称に形成され、また二つの流入口６１および６２も内筒６５の中心軸を中心にして左右対称に形成されている。ただし、外筒６７のチャンバ６６側の端部には第１実施形態のようなタブ部６７１は形成されず、これに代えてチャンバ６６の内壁に断面積調整用板７１を取り付けるか、あるいはチャンバ６６の壁面自体を内側に窪ませることによって、空気流ＡＲ，ＡＬの通路面積を左右非対称としている。
【００７６】
このように、チャンバ６６の内壁に板７１を設けるかあるいはチャンバ６６の壁面自体を内側に窪ませることで、一方の流入口６１から流入する空気ＡＬの空気量は、流入口６２から流入する空気ＡＲの空気量に比べて相対的に多くなり、これによりチャンバ６６内において時計廻りの予旋回が生じることになる。
【００７７】
そして、この予旋回が付与された空気は、予旋回しながら環状流路６３に流れ込むので、燃焼ガス流路６４へ通じる希釈孔６８やスワーラ６９の諸条件を当該予旋回方向に応じて設計しておけば、企図する流入空気量の配分が実現でき、狙った燃焼効率、ひいては排気性能を実現することができる。
【００７８】
また、板７１の大きさや窪みの程度を適宜変えることで旋回流の強さを変化させることができる。
【００７９】
さらに本実施形態では、チャンバ６６に断面積調整用板７１またはチャンバ６６自体に窪みを設けるので、内筒６５からの輻射熱によって高温変形し易い外筒６７にタブ６７１を形成するよりも耐久性の点で優れている。
【００８０】
第４実施形態
図６は本発明の燃焼器の第４実施形態を示す断面図であって、図１のＡ−Ａ線に相当する断面図である。
【００８１】
本実施形態では、第１実施形態と同様に、二つの流入口６１および６２は内筒６５の中心軸を中心にして左右対称に形成されているが、外筒６７のチャンバ６６側の端部には第１実施形態のようなタブ部６７１は形成されず、またチャンバ６６自体も内筒６５の中心軸に対して左右対称とされず、これに代えてチャンバ６６の壁面の一方（同図においては左側）に外側へ膨出する膨出部６６１が形成されている。
【００８２】
この膨出部６６１により、空気流ＡＬ，ＡＲの通路面積が左右で非対称となるので、一方の流入口６１から流入する空気ＡＬの空気量は、他方の流入口６２から流入する空気ＡＲの空気量に比べて相対的に多くなり、これによりチャンバ６６内において時計廻りの予旋回が生じることになる。
【００８３】
そして、この予旋回が付与された空気は、予旋回しながら環状流路６３に流れ込むので、燃焼ガス流路６４へ通じる希釈孔６８やスワーラ６９の諸条件を当該予旋回方向に応じて設計しておけば、企図する流入空気量の配分が実現でき、狙った燃焼効率、ひいては排気性能を実現することができる。
【００８４】
特に本実施形態の燃焼器３では、チャンバ６６の一方を膨出させるので、大流量側に流量を調節することが可能となる。
【００８５】
第５実施形態
図７は本発明の燃焼器の第５実施形態を示す断面図であって、図１のＡ−Ａ線に相当する断面図である。
【００８６】
本実施形態は、チャンバ６６の左右の中心軸６６２と、内筒６５および外筒６７の中心軸６５１とをオフセットさせることにより、空気流ＡＬ，ＡＲの通路面積を左右非対称とする。
【００８７】
これにより、一方の流入口６１から流入する空気ＡＬは、時計廻りに大きく旋回しながら環状流路６３に至るとともに、他方の流入口６２から流入する空気ＡＲもこの空気ＡＬの流れにしたがって時計廻りに旋回しながら環状流路６３に流入することになる。
【００８８】
このように、チャンバ６６内に導入された空気は予旋回しながら環状流路６３に流れ込むので、燃焼ガス流路６４へ通じる希釈孔６８やスワーラ６９の諸条件を当該予旋回方向に応じて設計しておけば、企図する流入空気量の配分が実現でき、狙った燃焼効率、ひいては排気性能を実現することができる。
【００８９】
特に本実施形態の燃焼器３では、従来の燃焼器と比べて追加すべき構成部品が無いので耐久性を損なわない。
【００９０】
第６実施形態
図８は本発明の燃焼器の第６実施形態を示すチャンバと外筒との分解斜視図、図９は同実施形態を示す断面図であって図１のＡ−Ａ線に相当する図である。
【００９１】
本実施形態の燃焼器３は、上述した第１実施形態の変形例であって、チャンバ６６は内筒６５の中心軸を中心にして左右対称に形成され、また二つの流入口６１および６２も内筒６５の中心軸を中心にして左右対称に形成されている。
【００９２】
また、外筒６７として、チャンバ６６側の端部の一部を軸方向に延長したタブ部６７１を有する外筒６７が採用され、この外筒６７がチャンバ６６に取り付けられている。このタブ部６７１の具体的構成は特に限定されず、要するに熱交換器５から流入口６２を介してチャンバ６６内に流入する空気ＡＲの流路面積が、同じく熱交換器５から流入口６１を介してチャンバ６６内に流入する空気ＡＬの流路面積より小さくなるように構成される。換言すれば、チャンバ６６内における二つの流入口６１，６２のそれぞれから環状流路６３の入口に至るそれぞれの空気流路が非対称構造となるようにタブ部６７１を構成する。
【００９３】
特に本実施形態では、タブ部６７１に切欠部６７１ａが形成されており、この切欠部６７１ａは、図８に示されるように外筒６７の端部に対して逆三角形となるように形成されている。
【００９４】
また、本実施形態のタブ部６７１は、図９に示されるように外筒６７の円周方向において、外筒６７の中心軸から左右それぞれ３０°および６０°となる位置に形成されている。この位置の具体的角度は上述した３０°および６０°にのみ限定されないが、要するにチャンバ６６の流入口６１および６２から極力離間した位置であって、両流入口６１，６２からの空気流が左右非対称となる位置であればよい。
【００９５】
上述した第１実施形態では、タブ部６７１によって環状流路６３内に空気が流入するのを完全に阻止するため、環状流路６３のタブ部６７１の軸方向延長線上に空気が流れない或いは空気がきわめて希薄となる領域が生じるおそれがある。このように環状流路６３に空気が流れない領域が存在すると、燃焼ガス流路６４にも空気が希薄となる領域が生じるおそれがあり、仮にそのような領域があると、未燃焼の燃料がその領域に付着して蒸し焼き状態となり、燃料の炭素成分がそこに成長して内筒６５の耐久性を低下させるおそれがある。
【００９６】
しかしながら、本実施形態のようにタブ部６７１に切欠部６７１ａを形成することで、本来ならばタブ部６７１で遮蔽されるはずの空気の一部が当該切欠部６７１ａから環状流路６３に流入するので、タブ部６７１の軸方向延長線上に空気が流れない領域が生じるのを防止できる。その結果、未燃焼の燃料の付着が防止され耐久性の低下を抑制することができる。
【００９７】
また、本実施形態のタブ部６７１は、流入口６１，６２から離間した位置に形成されているので、特に流入口６２から流入した空気の殆どが当該タブ部６７１によって遮蔽されることがないので、環状流路６３へ流入するトータル空気量が減少するおそれがない。
【００９８】
そして、上述した第１実施形態と同様に、環状流路６３および燃焼ガス流路６４へ流入する空気に一定方向（ここでは時計廻り）の予旋回を与えることができるので、希釈孔６８やスワーラ６９の諸条件を当該予旋回方向に応じて設計しておけば、企図する希釈孔６８とスワーラ６９との流入空気量の配分が実現でき、狙った燃焼効率、ひいては排気性能を実現することができる。
【００９９】
しかも、本実施形態では、タブ部６７１の大きさや設置位置あるいは折り曲げ角度を適宜選択することで、空気ＡＬと空気ＡＲとの相対的な圧力損失を種々に変更することができ、その結果、付与される予旋回の強さを可変することができる。これにより、希釈孔６８とスワーラ６９との流入空気量比を所望の値にコントロールすることができ、燃焼器３の排気性能の安定化が達成できる。
【０１００】
さらに、タブ部６７１が内筒６５の燃焼ガス流路６４に向かって流れる空気の案内板としての機能も司ることから、チャンバ６６から内筒６５の出口に至る流路の圧力損失も低減することができ、これによりガスタービンエンジンの性能を向上させるといった付帯的効果もある。
【０１０１】
第７〜９実施形態
本発明の燃焼器３は種々に変更または改変することができる。図１０〜図１２は本発明の燃焼器の第７〜９実施形態をそれぞれ示す斜視図であって、図１の外筒６７単品の斜視図である。
【０１０２】
まず、図１０に示す第７実施形態では、上述した第６実施形態の切欠部６７１ａに代えて三角形の通孔６７１ｂが形成されている。また、図１１に示す第８実施形態では、上述した第６実施形態の切欠部６７１ａに代えて複数の丸孔からなる通孔６７１ｂが形成されている。また、図１２に示す第９実施形態では、上述した第６実施形態の切欠部６７１ａに代えて複数の長孔からなる通孔６７１ｂが形成されている。
【０１０３】
このように切欠部６７１ａに代えて各種の通孔６７１ｂを形成しても、第６実施形態と同様に、本来ならばタブ部６７１で遮蔽されるはずの空気の一部が当該通孔６７１ｂから環状流路６３に流入するので、タブ部６７１の軸方向延長線上に空気が流れない領域が生じるのを防止できる。その結果、未燃焼の燃料の付着が防止され耐久性の低下を抑制することができる。
【０１０４】
また、本実施形態のタブ部６７１は、流入口６１，６２から離間した位置に形成されているので、特に流入口６２から流入した空気の殆どが当該タブ部６７１によって遮蔽されることがないので、環状流路６３へ流入するトータル空気量が減少するおそれがない。
【０１０５】
そして、上述した第１実施形態と同様に、環状流路６３および燃焼ガス流路６４へ流入する空気に一定方向（ここでは時計廻り）の予旋回を与えることができるので、希釈孔６８やスワーラ６９の諸条件を当該予旋回方向に応じて設計しておけば、企図する希釈孔６８とスワーラ６９との流入空気量の配分が実現でき、狙った燃焼効率、ひいては排気性能を実現することができる。
【０１０６】
しかも、第７〜９実施形態では、外筒６７へのタブ部６７１の取付が容易であり、しかも取付強度も充分に確保でき信頼性に優れているといった利点がある。
【０１０７】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃焼器の第１実施形態を示す要部斜視図である。
【図２】第１実施形態のチャンバと外筒とを示す分解斜視図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図４】本発明の燃焼器の第２実施形態を示す要部断面図である。
【図５】本発明の燃焼器の第３実施形態を示す要部断面図である。
【図６】本発明の燃焼器の第４実施形態を示す要部断面図である。
【図７】本発明の燃焼器の第５実施形態を示す要部断面図である。
【図８】本発明の燃焼器の第６実施形態を示す分解斜視図である。
【図９】第６実施形態を示す要部断面図である。
【図１０】本発明の燃焼器の第７実施形態の外筒を示す斜視図である。
【図１１】本発明の燃焼器の第８実施形態の外筒を示す斜視図である。
【図１２】本発明の燃焼器の第９実施形態の外筒を示す斜視図である。
【図１３】本発明の燃焼器をガスタービンエンジンに適用した実施形態を示す断面図である。
【図１４】従来の燃焼器を示す要部斜視図である。
【図１５】図１４のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
３…燃焼器
６１，６１…流入口
６３…環状流路
６４…燃焼ガス流路
６５…内筒
６６…チャンバ
６６１…膨出部
６７…外筒
６７１…タブ部
６７１ａ…切欠部
６７１ｂ…通孔
６８…希釈孔
６９…スワーラ
７０…リング
７１…断面積調整用板

Claims

２つの流入口からチャンバ内に流入した空気を偏向して外筒と内筒とで形成される環状流路の軸方向に前記空気を流下させ、この空気の一部を前記内筒の途中に設けられた希釈孔から前記内筒の内部に形成された前記空気の流下方向とは逆方向の燃焼ガス流路に案内するとともに、残りの空気を前記内筒の基端に設けられたスワーラから前記燃焼ガス流路に案内する逆流単缶型燃焼器であって、
前記外筒の一端は前記チャンバ内に臨むように設けられているとともに、前記内筒は前記チャンバを貫通して設けられ、
前記チャンバは前記内筒の直径方向の中心軸に対して左右対称に形成されるとともに、前記２つの流入口は前記内筒の直径方向の中心軸に対して左右対称の位置に形成された燃焼器において、
前記外筒の前記チャンバ側の端部の一部を軸方向に延長して形成され、前記チャンバ内における前記２つの流入口のそれぞれから前記環状流路の入口に至る空気流路の一方の少なくとも一部を遮蔽するタブ部を有することを特徴とする燃焼器。
前記タブ部は、前記外筒端部の周方向のうち、前記流入口から離間した位置に形成されていることを特徴とする請求項１記載の燃焼器。
前記タブ部の一部に、前記空気が通過できる切欠部が形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の燃焼器。
前記タブ部の一部に、前記空気が通過できる通孔が形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の燃焼器。
前記タブ部の前記空気の流れを遮蔽する部分が、前記外筒との接続点を頂点とする三角形状に形成されていることを特徴とする請求項３または４記載の燃焼器。