JP4015610B2 - Multi-stage method for low emission and stable combustion - Google Patents

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Description

本発明は、ガスタービンエンジンの燃焼室または他の種類の燃焼室に使用するための多点燃料噴射器に関する。   The present invention relates to a multi-point fuel injector for use in a combustion chamber of a gas turbine engine or other types of combustion chambers.

ガスタービンに対する特に工業用途での最大の挑戦の一つは、広い範囲の出力設定および周囲条件における良好な放出特性および燃焼安定性を有することである。   One of the biggest challenges for gas turbines, especially in industrial applications, is having good emission characteristics and combustion stability over a wide range of power settings and ambient conditions.

100%出力でNOx、CO、およびUHCの放出の少ない工業用ガスタービンがあり、その出力を、エンジンへの燃料の量を低減することにより一般に行うように、低減すると、燃焼室内の燃料/空気混合物は一般により希薄になる。より希薄な燃料/空気混合物によって、火炎温度が低下するとともに、より低温の燃焼室壁、または燃焼室壁上の冷却フィルムにより相対的に容易に消失し得る火炎が生成する。消失効果によって、過剰なCOおよびUHC、さらには、高い動圧が生じる。それらがさらに酸化されない場合は、COおよびUHCは、汚染物質になる。希薄すぎる燃料/空気混合物に付随する他の問題は、それによって不安定な燃焼が生じることである。逆に、部分的な出力条件でNOx、CO、UHC、および音響の少ないガスタービンがあり、その出力を、エンジンへの燃料の量を増加することにより一般に行うように、増加すると、燃焼室内の燃料/空気混合物は一般により濃厚になる。より濃厚な燃料/空気混合物によって、火炎温度が上昇するとともに、より多くのNOxを生成し得る火炎が生成する。類似の状態が、異なる周囲温度で生じ得る。高い周囲温度でNOx、CO、UHC、および音響の少ないガスタービンがあり、周囲温度がより低くなると、火炎温度は低下し、多くのCO、UHC、および不安定な火炎が生じ得る。あるいは、低い周囲温度でNOx、CO、UHC、および音響の少ないガスタービンがあり、周囲温度がより高くなると、火炎温度は上昇し、過剰のNOxが生じ得る。   There are industrial gas turbines with 100% output and low NOx, CO, and UHC emissions, and when their output is reduced, as typically done by reducing the amount of fuel to the engine, the fuel / air in the combustion chamber The mixture is generally more diluted. The leaner fuel / air mixture produces a flame that lowers the flame temperature and can be lost more easily by the cooler combustion chamber wall or the cooling film on the combustion chamber wall. The vanishing effect results in excess CO and UHC, as well as high dynamic pressure. If they are not further oxidized, CO and UHC become pollutants. Another problem with fuel / air mixtures that are too lean is that it causes unstable combustion. Conversely, there are gas turbines with low NOx, CO, UHC, and sound at partial power conditions, and increasing their power, as is generally done by increasing the amount of fuel to the engine, The fuel / air mixture is generally richer. A richer fuel / air mixture produces a flame that can increase the flame temperature and produce more NOx. Similar conditions can occur at different ambient temperatures. There are gas turbines with high NOx, CO, UHC and less sound at high ambient temperatures, and lower ambient temperatures can lead to lower flame temperatures and more CO, UHC, and unstable flames. Alternatively, there are NOx, CO, UHC, and less acoustic gas turbines at low ambient temperatures, and higher ambient temperatures can increase the flame temperature and produce excess NOx.

従って、本発明の目的は、放出および安定性の問題に対処する多点燃料噴射器を提供することである。   Accordingly, it is an object of the present invention to provide a multi-point fuel injector that addresses emission and stability issues.

本発明のさらなる目的は、広い出力レベルおよび周囲条件において過剰のCOおよびUHCの生成を避けながらタービンエンジンまたは他の用途の燃焼室内に燃料/空気混合物を噴射する改善された方法を提供することである。   It is a further object of the present invention to provide an improved method of injecting a fuel / air mixture into a combustion engine of a turbine engine or other application while avoiding excessive CO and UHC production at wide power levels and ambient conditions. is there.

上述した目的は、本発明によって達成される。   The above objective is accomplished by the present invention.

本発明に従うと、新規な多点噴射器が提供される。多点噴射器は、一般に、少なくとも二列に配置された複数のノズルと、ノズルの各列への燃料の流れを独立に制御する手段とを備える。各列内のノズルのそれぞれは、流体通路を画成する外側本体と、流体通路内で旋回流を生成するベーン手段とを含む。   In accordance with the present invention, a novel multipoint injector is provided. A multi-point injector generally comprises a plurality of nozzles arranged in at least two rows and means for independently controlling the flow of fuel to each row of nozzles. Each of the nozzles in each row includes an outer body defining a fluid passage and vane means for generating a swirl flow within the fluid passage.

さらに、本発明に従うと、燃料/空気混合物をガスタービンエンジンの燃焼室内に噴射する方法が提供される。この方法は、一般に、少なくとも二列に配置されたノズルを有する噴射器を設け;第1の量の燃料を列のうちの最も外側の列内の各ノズルに供給しかつ第2の量の燃料を列のうちの第2の列内の各ノズルに供給することによって、燃料/空気混合物を燃焼室段内に噴射し;列のうちの最も外側の列を、安定でより汚染の少ない火炎を維持するのに十分に高い火炎温度に維持する、ことを含む。   Further in accordance with the present invention, a method is provided for injecting a fuel / air mixture into a combustion chamber of a gas turbine engine. The method generally includes an injector having nozzles arranged in at least two rows; supplying a first amount of fuel to each nozzle in the outermost row of rows and a second amount of fuel. To each nozzle in the second row of rows to inject the fuel / air mixture into the combustion chamber stage; the outermost row of rows to provide a stable and less polluting flame. Maintaining a flame temperature high enough to maintain.

本発明の低放出で安定な燃焼のための多点段の方策についての他の詳細、さらには、本発明に付随する他の目的および利点は、以下の詳細な説明、および同様の参照番号が同様の要素を示している付随する図面に開示される。   Other details about the multi-point strategy for low emission and stable combustion of the present invention, as well as other objects and advantages associated with the present invention, can be found in the following detailed description and similar reference numbers. The accompanying drawings showing similar elements are disclosed.

図面をここで参照すると、図1は、本発明に従う多点噴射器10の第1の実施態様を例示する。多点噴射器10は、ガスタービンエンジンの燃焼室段内に燃料−空気混合物を噴射するノズル12を有する。ノズル12は、複数の列に配置されている。図1の実施態様では、ノズル12は、4つの同心の環列14、16、18および20に配置されており、任意のノズルが中心に配置される。ノズル列は、同心の環列で示されているとはいえ、理解されるように、ノズル12は、限定されるものではないが、正方形、長方形、六角形、または平行線などのさまざまな形態で配置され得る。   Referring now to the drawings, FIG. 1 illustrates a first embodiment of a multi-point injector 10 according to the present invention. The multipoint injector 10 has a nozzle 12 that injects a fuel-air mixture into a combustion chamber stage of a gas turbine engine. The nozzles 12 are arranged in a plurality of rows. In the embodiment of FIG. 1, the nozzles 12 are arranged in four concentric ring rows 14, 16, 18 and 20, with any nozzle arranged in the center. Although the nozzle rows are shown as concentric ring rows, as will be appreciated, the nozzles 12 may be in various forms such as, but not limited to, square, rectangular, hexagonal, or parallel lines. Can be arranged in

本発明に従うと、環列14、16、18および20さらには任意の中心ノズルのそれぞれに対する燃料流量を独立に制御する手段が提供される。燃料流量制御手段は、各環列14、16、18および20さらには任意の中心ノズルに対する異なる燃料回路22を備える。各燃料回路22はそれぞれ、環列14、16、18および20さらには任意の中心ノズルのそれぞれ1つに提供される燃料流量の制御を可能とする当業技術内で知られるどのような適切な弁および導管構成も含み得る。   In accordance with the present invention, means are provided for independently controlling the fuel flow rate for each of the trains 14, 16, 18 and 20 as well as any central nozzle. The fuel flow control means comprises a different fuel circuit 22 for each ring train 14, 16, 18 and 20 as well as for any central nozzle. Each fuel circuit 22 is each suitable for any control known in the art that allows control of the fuel flow rate provided to each one of the trains 14, 16, 18 and 20 as well as any one of the central nozzles. Valve and conduit configurations may also be included.

出力低減が必要とされるかまたは周囲温度が低下したときは、全てのノズル12への燃料を同じ程度に低減する代わりに、燃料の流れは、各環列14、16、18および20さらには任意の中心ノズルに対して、異なったように低減される。最も外側の環列14は、安定した火炎が保たれ、それによって、燃焼室から生成されるCOおよびUHC、および動圧が低くなるのに十分に高い火炎温度ではあるが、環列14によって過剰のNOxが生成されるほどは高くない火炎温度に、保たれることができる。残りの環列16、18および20さらには任意の中心ノズルは、好ましくは、より小さな燃料/空気比で燃料が供給される。その結果、より低い火炎温度が、これらの環列で生じて、より大きな出力低減を達成するか、または、より低い周囲温度に適合する。所望の場合、より良好な火炎安定性が必要とされ、かつ、NOx限界および出力設定/周囲温度が許すならば、残りの環列のいくつかまたは全てに、より高い燃料/空気比で燃料が供給できる。ノズル環列16、18および20は、燃焼室壁24のより低温の壁、または冷却フィルムと相互作用しないので、これらの環列内のノズル12からの火炎は、より消失しないものとなり、従って、過剰のCOおよびUHCが避けられる。このようにして、COおよびUHCの放出は、エンジンのより低い出力設定においてまたはより低い周囲温度において、低減される。環列14内のノズル12は、出力が低減されるかまたは周囲温度が低下するときに、十分に高い火炎温度に保たれるので、これらのノズル12は、全てのノズル12に対する全体の燃焼過程を安定させかつ希薄フレームアウト限界(lean blowout limit)を延ばす火炎安定化装置として機能する。   Instead of reducing the fuel to all nozzles 12 to the same extent when power reduction is required or the ambient temperature is lowered, the fuel flow is reduced to each ring 14, 16, 18 and 20 or even For any central nozzle, it is reduced differently. The outermost ring 14 maintains a stable flame, thereby increasing the CO and UHC generated from the combustion chamber, and the flame temperature sufficiently high to reduce the dynamic pressure, but the ring 14 is excessive. Can be maintained at a flame temperature that is not so high as to produce NOx. The remaining ring trains 16, 18 and 20 as well as any central nozzle are preferably fueled at a lower fuel / air ratio. As a result, lower flame temperatures occur in these trains to achieve greater power reduction or to meet lower ambient temperatures. If desired, better flame stability is required, and if the NOx limit and power setting / ambient temperature allow, some or all of the remaining trains will have fuel at higher fuel / air ratios. Can supply. Since the nozzle ring rows 16, 18 and 20 do not interact with the cooler walls of the combustion chamber wall 24 or the cooling film, the flames from the nozzles 12 in these ring rows are less extinguished and thus Excess CO and UHC are avoided. In this way, CO and UHC emissions are reduced at lower engine power settings or at lower ambient temperatures. The nozzles 12 in the ring train 14 are kept at a sufficiently high flame temperature when the power is reduced or the ambient temperature decreases, so that these nozzles 12 are responsible for the overall combustion process for all nozzles 12. It functions as a flame stabilizer that stabilizes and extends the lean blowout limit.

所望ならば、各環列14、16、18および20は、領域を画成でき、噴射器は、第2の領域への燃料の流れの関数として1つの領域への燃料の流れを制御する手段を備えることができる。   If desired, each ring train 14, 16, 18 and 20 can define a region, and the injector provides a means for controlling the flow of fuel to one region as a function of the flow of fuel to the second region. Can be provided.

噴射器10および上に概略を述べた方法は、さまざまな種類の燃焼室(カン型またはアンニュラ型)に使用できる。図5に示すアンニュラ型燃焼器では、少なくとも1つの燃焼室壁24の近くの領域の火炎温度が、他のいくつかを希薄にして出力を低下させるかまたはより低い周囲温度に適合しながら、火炎を安定させるのに十分に高く保たれる。一般に、アンニュラ型燃焼器は、ノズル環列16、18および20などの複数のノズル環列を有するものである。火炎を安定させるように高温に保たれる領域は、好ましくは、壁のすぐ隣りの領域である。いくつかの場合には、これは、ノズルの最も外側の環列になり得る。他の場合には、これは、ノズルの最も内側の環列になり得る。ある状況では、外側領域を高温に、中間領域を低温に、さらに、内側領域を高温に保つのが好ましくなり得る。   The injector 10 and the method outlined above can be used for various types of combustion chambers (can type or annular type). In the annular combustor shown in FIG. 5, the flame temperature in the region near the at least one combustion chamber wall 24 dilutes some others to reduce the output or adapt to a lower ambient temperature, while Kept high enough to stabilize. In general, the annular combustor has a plurality of nozzle ring rows such as nozzle ring rows 16, 18 and 20. The area that is kept at a high temperature to stabilize the flame is preferably the area immediately adjacent to the wall. In some cases this can be the outermost ring of nozzles. In other cases, this can be the innermost ring of nozzles. In certain situations, it may be preferable to keep the outer region hot, the middle region cold, and the inner region hot.

図1は、4つの環列14、16、18および20の使用を例示しているけれども、ノズルの環列の数は、任意とすることができる。ノズルの異なる環列に、異なるように燃料が供給されて、最も良好な放出よび安定性が達成される。例えば、図2および図3は、ノズル12の3つの同心の環列30、32および34を有する噴射器10’の実施態様を例示する。ノズルの環列30、32および34には、最も外側の環列30および最も内側の環列34が、中央の環列32より高温に維持されるように、燃料が供給できる。先に述べたように、ノズル12の環列30、32および34のそれぞれは、独立した燃料回路22A、22Bおよび22Cそれぞれを介して燃料が供給できる。   Although FIG. 1 illustrates the use of four ring rows 14, 16, 18 and 20, the number of nozzle ring rows can be arbitrary. Different rings of nozzles are fueled differently to achieve the best emission and stability. For example, FIGS. 2 and 3 illustrate an embodiment of an injector 10 ′ having three concentric ring rows 30, 32 and 34 of nozzle 12. Nozzle rings 30, 32 and 34 can be fueled such that outermost ring 30 and innermost ring 34 are maintained at a higher temperature than center ring 32. As previously mentioned, each of the ring trains 30, 32 and 34 of the nozzle 12 can be supplied with fuel via independent fuel circuits 22A, 22B and 22C, respectively.

本発明の噴射器の実施態様では、中心本体部分36が、所望ならば閉にされ得るかまたは燃料または燃料/空気混合物を噴射するのに使用でき、点火器38が、中心から外れて配置され得る。   In the injector embodiment of the present invention, the central body portion 36 can be closed if desired or can be used to inject fuel or fuel / air mixture, and the igniter 38 is located off-center. obtain.

図1および図2の実施態様に使用される各ノズル12は、図4に示す構成などの構成を有することができる。特に、各ノズル12は、円筒形または他の形状のケーシングなどの外側本体40と、円筒形、円錐形、長方形およびその他などであって中心にまたは偏心して置かれるかあるいは存在しないことさえもある内側本体42と、内側本体42とケーシング40の内壁46の間に延びる1つまたは複数のスワーラベーン44とを有することができる。スワーラベーン44は、外側本体40の内壁と内側本体42とにより形成された流体通路47内に旋回流を生成するのに使用される。通路47内での旋回流の生成によって、NOxを低下させる燃料と空気の混合と、火炎の安定化とが促進されることが見出された。各ノズル12のためのスワーラベーン44は、同一の方向または別々の方向とすることができる。   Each nozzle 12 used in the embodiment of FIGS. 1 and 2 can have a configuration such as that shown in FIG. In particular, each nozzle 12 may have an outer body 40, such as a cylindrical or other shaped casing, and a cylindrical, conical, rectangular, etc. centered or eccentric or even absent. There may be an inner body 42 and one or more swirler vanes 44 extending between the inner body 42 and the inner wall 46 of the casing 40. The swirler vanes 44 are used to generate a swirl flow in a fluid passage 47 formed by the inner wall of the outer body 40 and the inner body 42. It has been found that the generation of swirl in passage 47 facilitates fuel and air mixing that reduces NOx and flame stabilization. The swirler vanes 44 for each nozzle 12 can be in the same direction or in different directions.

図1および図2の実施態様に使用される各ノズル12は、図6に示す構成などの他の構成を有することができる。図6の実施態様では、燃料および空気が、接線方向入口60および62それぞれを介してスワールカップ58の外壁から接線方向に噴射されて、旋回運動が生成される。噴射方向は、スワールカップ58の軸に垂直になる必要はない。1つまたは複数の燃料入口が、1つまたは複数の空気噴射の上流または下流で、あるいは空気噴射の間で、燃料を噴射できる。さらに、軸方向の空気または燃料あるいはこれらの両方が、付加し得る。   Each nozzle 12 used in the embodiment of FIGS. 1 and 2 can have other configurations, such as the configuration shown in FIG. In the embodiment of FIG. 6, fuel and air are injected tangentially from the outer wall of the swirl cup 58 via tangential inlets 60 and 62, respectively, to produce a swirl motion. The injection direction need not be perpendicular to the axis of the swirl cup 58. One or more fuel inlets can inject fuel upstream or downstream of one or more air injections, or between air injections. Further, axial air and / or fuel can be added.

旋回は、各ノズル内で使用できるけれども、本発明は、旋回なしでも機能するものであり、従って、ベーン44は、所望ならば省略できる。   Although swirl can be used within each nozzle, the present invention will work without swirl, and therefore the vane 44 can be omitted if desired.

さらに、各ノズル12には、燃料/空気混合物が供給される。所望ならば、燃料噴射ユニット49が、予混合火炎のためにノズル12の入口51に隣接して、あるいは拡散火炎のために出口52に隣接して配置され得る。燃料噴射ユニット49は、燃料を燃料噴射ユニット49の内部に供給する1つまたは複数の燃料入口50を有し得る。また、燃料噴射ユニットは、空気流内に吊り下げられたものとすることができる。燃料入口50は、ベーン44の上流または下流、ベーン44の領域内、ベーン44内、外側本体40の壁から、または内側本体42から、とすることができる。燃料入口50には、燃料が、燃料回路22A、22Bおよび22Cの1つから供給され得る。燃料噴射ユニット49およびノズル12は、別々の要素とすることができるけれども、単一の一体ユニットとすることもできる。さらに、拡散または予混合パイロットが、内側本体42に付加し得る。   In addition, each nozzle 12 is supplied with a fuel / air mixture. If desired, a fuel injection unit 49 can be positioned adjacent to the inlet 51 of the nozzle 12 for the premixed flame or adjacent to the outlet 52 for the diffusion flame. The fuel injection unit 49 may have one or more fuel inlets 50 that supply fuel into the fuel injection unit 49. The fuel injection unit can also be suspended in the air stream. The fuel inlet 50 can be upstream or downstream of the vane 44, in the region of the vane 44, in the vane 44, from the wall of the outer body 40, or from the inner body 42. Fuel may be supplied to the fuel inlet 50 from one of the fuel circuits 22A, 22B and 22C. The fuel injection unit 49 and the nozzle 12 can be separate elements, but can also be a single integrated unit. In addition, diffusion or premix pilots can be added to the inner body 42.

留意されるように、軸方向スワーラ構造では、スワールベーン角度は、スワーラ内、1つの領域内、または異なる領域の間で、同じにする必要はない。さらに、全てのノズルの出口が、1つの平面内にある必要はない。   As noted, in an axial swirler structure, the swirl vane angle need not be the same within the swirler, within one region, or between different regions. Furthermore, the outlets of all nozzles need not be in one plane.

また、壁24近くの高温領域では、全体の火炎が安定であるかぎり、いくつかのスワーラを、低温に保つことができ、他のいくつかは、高温に保たれる。   Also, in the high temperature region near the wall 24, some swirlers can be kept cool, and some others are kept hot as long as the overall flame is stable.

液体燃料は、前もって気化させること、あるいは、ノズル12内に直接噴射することができる。図4の軸方向スワーラ構造における液体燃料の直接噴射では、液体燃料は、内側本体42、外側本体40、ベーンから、あるいは、別々の1つの噴射ユニットまたは複数の噴射ユニットから、噴射できる。図6に示す接線方向流入構造では、液体燃料は、スワールカップ58の底部、外壁、入口60、62から、あるいは、別々の1つの噴射ユニットまたは複数の噴射ユニットから、噴射できる。   The liquid fuel can be vaporized beforehand or injected directly into the nozzle 12. In the direct injection of liquid fuel in the axial swirler structure of FIG. 4, the liquid fuel can be injected from the inner body 42, the outer body 40, the vane, or from a separate injection unit or multiple injection units. In the tangential inflow structure shown in FIG. 6, liquid fuel can be injected from the bottom, outer wall, inlets 60, 62 of the swirl cup 58, or from a separate injection unit or multiple injection units.

また、図1および図2の実施態様の列の各列内のノズル12は、共通平面54内で終わる出口52を有するのが好ましいが、これは、必須ではない。このような交互になっていないノズル配置を設けることで、1つの列内のノズル12は、この配置とノズル12から流出する乱流とによって、その列内または隣接する列のノズル12内の燃料/空気混合物の燃焼を助け得ることが見出された。これは、火炎安定性を促進する見地から非常に望ましい。このような助けは、ノズル出口が、交互になっている構成では、なお可能であるとはいえ、より効果的でなくなる。   Also, the nozzles 12 in each row of the embodiment of FIGS. 1 and 2 preferably have an outlet 52 that ends in a common plane 54, but this is not essential. By providing such a non-alternating nozzle arrangement, the nozzles 12 in one row can be fueled in that row or in the nozzles 12 of the adjacent row by this arrangement and the turbulent flow out of the nozzle 12. / It has been found that it can help burn the air mixture. This is highly desirable from the standpoint of promoting flame stability. Such help is less effective, although it is still possible with an alternating nozzle outlet configuration.

本発明の噴射器10を用いると、より広い出力範囲および周囲条件で、NOx、COおよびUHCの生成を少量にすることが達成できる。例えば、図2の噴射器10’を用いると、より広い出力または周囲範囲で、NOxのレベルを7.0ppm未満とすること、および、COのレベルおよびUHCのレベルを両方とも10ppm未満とすること、が可能となる。   With the injector 10 of the present invention, low NOx, CO and UHC production can be achieved over a wider power range and ambient conditions. For example, with the injector 10 'of FIG. 2, at a wider output or ambient range, the NOx level should be less than 7.0 ppm, and both the CO level and UHC level should be less than 10 ppm. Is possible.

本発明の噴射器は、特定の列または環列への燃料を止めるものではない。燃料は、それぞれの列または環列内の各ノズルに常に供給される。従って、本発明の噴射器では、使用可能な領域を消失させる無効領域について心配する必要はない。その結果、環状バッフルおよび軸方向隔離の少なくとも一方ともを有する必要がない。本発明の噴射器では、ノズル12のさまざまな列または環列が、互いに相互作用するように設計される。   The injector of the present invention does not stop fuel to a particular row or ring. Fuel is always supplied to each nozzle in each row or ring. Therefore, in the injector of the present invention, there is no need to worry about the invalid area that causes the usable area to disappear. As a result, it is not necessary to have at least one of an annular baffle and axial isolation. In the injector of the present invention, various rows or ring rows of nozzles 12 are designed to interact with each other.

図7は、5つの燃料領域70、72、74、76、78を有する並列燃焼器を例示しており、各燃料領域は、少なくとも1つの領域内で火炎温度に段をつけるために独立して制御され、好ましくは燃焼器壁24近くの領域が、全体の火炎を安定させるのに十分に高く保たれる。   FIG. 7 illustrates a parallel combustor having five fuel regions 70, 72, 74, 76, 78, each fuel region being independently independent to step the flame temperature within at least one region. A controlled and preferably area near the combustor wall 24 is kept high enough to stabilize the entire flame.

本発明に従って、上述した目的、手段、および利点を十分満足する低放出および安定燃焼のための多点段噴射器および噴射方法が提供されたことは明らかである。本発明は、その具体的な実施態様の文脈で説明したが、他の代替物、変更物、および変形物は、上述した説明を読んだ当業者には明らかになるであろう。従って、添付の請求項の広い範囲の中に含まれるようにこれらの代替物、変更物、および変形物を含むことが意図される。   Obviously, in accordance with the present invention, a multi-point injector and injection method for low emission and stable combustion have been provided that fully satisfy the objects, means, and advantages described above. Although the present invention has been described in the context of its specific embodiments, other alternatives, modifications, and variations will become apparent to those skilled in the art after reading the foregoing description. Accordingly, it is intended to include these alternatives, modifications, and variations as included within the broad scope of the appended claims.

本発明に従う多点噴射器の第1の実施態様を例示する概略図である。1 is a schematic diagram illustrating a first embodiment of a multi-point injector according to the present invention. 本発明に従う多点噴射器の第2の実施態様を例示する概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a second embodiment of a multi-point injector according to the present invention. 図2の3−3線に沿って取った断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line 3-3 in FIG. 2. 本発明の多点噴射器に使用されるノズルの拡大図である。It is an enlarged view of the nozzle used for the multipoint injector of this invention. 本発明に従う噴射器を有するアンニュラ型燃焼器を例示する概略図である。1 is a schematic diagram illustrating an annular combustor having an injector according to the present invention. 本発明の噴射器に使用できる接線方向流入スワール装置を例示する概略図である。1 is a schematic diagram illustrating a tangential inflow swirl device that can be used in the injector of the present invention. 5つの燃料領域を有する並列燃焼器を例示する概略図である。1 is a schematic diagram illustrating a parallel combustor having five fuel regions. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10、10’…多点噴射器
12…ノズル
14、16、18、20、30、32、34…環列
22、22A、22B、22C…燃料回路
24…燃焼室壁
44…スワーラベーン
47…流体通路
54…共通平面
58…スワールカップ
60、62…接線方向入口
70、72、74、76、78…燃料領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 10 '... Multi-point injector 12 ... Nozzle 14, 16, 18, 20, 30, 32, 34 ... Ring train 22, 22A, 22B, 22C ... Fuel circuit 24 ... Combustion chamber wall 44 ... Swirler vane 47 ... Fluid passage 54 ... Common plane 58 ... Swirl cup 60, 62 ... Tangential inlet 70, 72, 74, 76, 78 ... Fuel region

Claims (14)

ガスタービンエンジンの燃焼室段に使用するための多点燃料噴射器であって、
少なくとも二列に配置された複数のノズルと、
前記列の各列内のノズルへの燃料の流れを独立に制御する手段と、
を備え、
前記ノズルのそれぞれは、流体通路と、この流体通路内で旋回流を生成する手段とを含み、
前記旋回流生成手段は、ベーン手段または角度付き噴射器を含み、
前記ベーン手段は、流体通路内に複数のスワーラベーンを含み、
前記列は、ノズルの外側環列と、ノズルの少なくとも1つの内側環列とを含み、外側環列内の各ノズル内の各スワーラベーンは、各内側環列内の各ノズル内の各スワーラベーンに対するスワール角度とは異なるスワーラベーンを有し、
前記少なくとも1つの内側環列内のノズルは、外側環列が燃料を供給される燃料/空気比より小さな燃料/空気比で燃料が供給されて、出力低下を達成するか、または、より低い周囲温度に適合することを特徴とする点燃料噴射器。
A multi-point fuel injector for use in a combustion chamber stage of a gas turbine engine,
A plurality of nozzles arranged in at least two rows;
Means for independently controlling the flow of fuel to the nozzles in each of the rows;
With
Each of the nozzles includes a fluid passage and means for generating a swirl flow in the fluid passage;
The swirl flow generating means includes vane means or angled injectors,
The vane means includes a plurality of swirler vanes in the fluid passageway,
The row includes an outer ring row of nozzles and at least one inner ring row of nozzles, and each swirler vane in each nozzle in the outer ring row is a swirl for each swirler vane in each nozzle in each inner ring row. Have a swirler vane different from the angle,
The nozzles in the at least one inner ring train are fueled at a fuel / air ratio that is less than the fuel / air ratio to which the outer ring fuels to achieve power reduction or lower ambient Multi- point fuel injector characterized by adapting to temperature.
前記独立燃料流れ制御手段は、前記列の各列内のノズルのための異なる燃料回路を含むことを特徴とする請求項1記載の多点燃料噴射器。   The multi-point fuel injector of claim 1, wherein the independent fuel flow control means includes different fuel circuits for the nozzles in each row of the rows. 前記列は、少なくとも2つの同心の環列を含むことを特徴とする請求項1記載の多点燃料噴射器。   The multi-point fuel injector of claim 1, wherein the row includes at least two concentric ring rows. 前記外側環列内の各スワーラベーンに対する前記スワール角度は、前記各内側環列内の各スワーラベーンに対する前記スワールベーン角度より小さいことを特徴とする請求項記載の多点燃料噴射器。 Wherein the said swirl angle for each swirler vane in the outer ring column, multi-point fuel injector of claim 1 wherein the less than the swirl vane angle for each swirler vane in each inner ring column. 前記外側環列は、この外側環列により生成されるCOおよびUHCが少なくなるのに十分に高い火炎温度ではあるが、過剰のNOxが生成されるほどは高くない火炎温度に、保たれることを特徴とする請求項記載の多点燃料噴射器。 The outer ring train is kept at a flame temperature that is high enough to reduce the CO and UHC produced by the outer ring train, but not high enough to produce excess NOx. The multipoint fuel injector according to claim 1 . 各前記列内の各ノズルは、出口を有し、このノズル出口は、共通平面内で終わって、前記列の隣接する列内のノズルの間の相互作用および火炎安定性を促進することを特徴とする請求項1記載の多点燃料噴射器。   Each nozzle in each said row has an outlet, which ends in a common plane and promotes the interaction and flame stability between nozzles in adjacent rows of said row. The multi-point fuel injector according to claim 1. 前記多点燃料噴射器は、各前記ノズルに付随しかつこの各ノズルに燃料および空気の混合物を供給する手段をさらに含むことを特徴とする請求項1記載の多点燃料噴射器。 2. The multi-point fuel injector according to claim 1, further comprising means associated with each nozzle and supplying a fuel and air mixture to each nozzle. ガスタービンエンジンの燃焼室段に使用するための多点燃料噴射器であって、
少なくとも二列に配置された複数のノズルと、
各前記列内のノズルへの燃料および空気の流れを独立に制御する手段と、
を備え、
前記列の各列内の前記ノズルのそれぞれは、入口および出口を有し、
前記列の各列内の前記ノズル出口は、共通平面内に配置されて、隣接する列内のノズルの間の相互作用および火炎安定性を促進する、
多点燃料噴射器であって、
前記多点燃料噴射器は、燃料および空気を混合するように乱流を生成する手段を各前記ノズル内にさらに備え、この乱流生成手段は、複数のスワーラベーンを含み、
前記独立燃料空気制御手段は、前記列のうちの最も外側の列内のノズルに第1の燃料/空気比を提供し、かつ、前記列のうちの内側の列内のノズルに第2の燃料/空気比を提供する、手段を含み、前記第1の燃料/空気比は、全体の火炎を安定させるのに十分に大きいことを特徴とする点燃料噴射器。
A multi-point fuel injector for use in a combustion chamber stage of a gas turbine engine,
A plurality of nozzles arranged in at least two rows;
Means for independently controlling the flow of fuel and air to the nozzles in each said row;
With
Each of the nozzles in each row of the row has an inlet and an outlet,
The nozzle outlets in each row of the rows are arranged in a common plane to promote interaction and flame stability between nozzles in adjacent rows;
A multi-point fuel injector,
The multi-point fuel injector further comprises means for generating turbulent flow in each nozzle to mix fuel and air, the turbulent flow generating means comprising a plurality of swirler vanes,
The independent fuel air control means provides a first fuel / air ratio to nozzles in the outermost row of the rows and a second fuel to nozzles in the inner row of the rows. A multi- point fuel injector comprising means for providing an air / air ratio, wherein the first fuel / air ratio is sufficiently large to stabilize the entire flame.
ガスタービンエンジンの燃焼室段に使用するための多点燃料噴射器であって、
少なくとも二列に配置された複数のノズルと、
各前記列内のノズルへの燃料および空気の流れを独立に制御する手段と、
を備え、
前記列の各列内の前記ノズルのそれぞれは、入口および出口を有し、
前記列の各列内の前記ノズル出口は、共通平面内に配置されて、隣接する列内のノズルの間の相互作用および火炎安定性を促進する、
多点燃料噴射器であって、
前記多点燃料噴射器は、燃料および空気を混合するように乱流を生成する手段を各前記ノズル内にさらに備え、この乱流生成手段は、複数のスワーラベーンを含み、
前記列のうちの最も外側の列内のノズルは、第1の火炎温度に保たれ、前記列のうちの内側の列内のノズルは、第2の火炎温度に保たれ、前記第1の火炎温度は、全体の火炎を安定させるのに十分に高く保たれることを特徴とする点燃料噴射器。
A multi-point fuel injector for use in a combustion chamber stage of a gas turbine engine,
A plurality of nozzles arranged in at least two rows;
Means for independently controlling the flow of fuel and air to the nozzles in each said row;
With
Each of the nozzles in each row of the row has an inlet and an outlet,
The nozzle outlets in each row of the rows are arranged in a common plane to promote interaction and flame stability between nozzles in adjacent rows;
A multi-point fuel injector,
The multi-point fuel injector further comprises means for generating turbulent flow in each nozzle to mix fuel and air, the turbulent flow generating means comprising a plurality of swirler vanes,
The nozzles in the outermost row of the rows are kept at a first flame temperature and the nozzles in the inner row of the rows are kept at a second flame temperature, the first flame. A multi- point fuel injector characterized in that the temperature is kept high enough to stabilize the entire flame.
ガスタービンエンジンの燃焼室段に使用するための多点燃料噴射器であって、
少なくとも二列に配置された複数のノズルと、
各前記列内のノズルへの燃料および空気の流れを独立に制御する手段と、
を備え、
前記列の各列内の前記ノズルのそれぞれは、入口および出口を有し、
前記列の各列内の前記ノズル出口は、共通平面内に配置されて、隣接する列内のノズルの間の相互作用および火炎安定性を促進する、
多点燃料噴射器であって、
前記多点燃料噴射器は、燃料および空気を混合するように乱流を生成する手段を各前記ノズル内にさらに備え、この乱流生成手段は、複数のスワーラベーンを含み、
前記列のそれぞれは、領域を画成し、前記噴射器は、第2の領域への流れの関数として第1の領域への流れを制御する手段をさらに含むことを特徴とする点燃料噴射器。
A multi-point fuel injector for use in a combustion chamber stage of a gas turbine engine,
A plurality of nozzles arranged in at least two rows;
Means for independently controlling the flow of fuel and air to the nozzles in each said row;
With
Each of the nozzles in each row of the row has an inlet and an outlet,
The nozzle outlets in each row of the rows are arranged in a common plane to promote interaction and flame stability between nozzles in adjacent rows;
A multi-point fuel injector,
The multi-point fuel injector further comprises means for generating turbulent flow in each nozzle to mix fuel and air, the turbulent flow generating means comprising a plurality of swirler vanes,
Each of the columns, defining a region, said injector, multi-point fuel injection, characterized in that it further comprises means for controlling the flow to the first region as a function of the flow to the second region vessel.
ガスタービンエンジンの燃焼室段内へ燃料/空気混合物を噴射する方法であって、
複数列に配置されたノズルを有する噴射器を設け、
独立した流れ回路を介して前記列の各列内の各ノズルに燃料を供給し、それによって、前記列のうちの第1の列内のノズルが第1の流れ回路から燃料を受け取り、前記列のうちの第2の列内のノズルが第2の流れ回路から燃料を受け取るように、燃料/空気混合物を前記燃焼室段内に噴射し、
前記列のうちの最も外側の列内のノズルを、安定なかつより汚染の少ない火炎を維持するのに十分に高い火炎温度に維持する、
ことを含み、
前記方法は、前記各ノズルに供給される前記燃料と空気を混合し、この空気と燃料の混合を向上させるように前記ノズルのそれぞれの中に乱流を生成することをさらに含み、前記乱流を生成することは、前記ノズルのそれぞれの中に複数のスワーラベーンを設け、このスワーラベーンの隣接するスワーラベーンの間の通路を通して前記燃料/空気混合物を流すこと、を含むことを特徴とする法。
A method for injecting a fuel / air mixture into a combustion chamber stage of a gas turbine engine comprising:
Providing an injector having nozzles arranged in a plurality of rows;
Fuel is supplied to each nozzle in each row of the row via an independent flow circuit, whereby a nozzle in the first row of the row receives fuel from the first flow circuit, and the row Injecting a fuel / air mixture into the combustion chamber stage such that the nozzles in the second row of receive fuel from the second flow circuit;
Maintaining the nozzles in the outermost row of the rows at a flame temperature high enough to maintain a stable and less contaminated flame;
Including
The method further includes mixing the fuel and air supplied to each nozzle and generating turbulent flow in each of the nozzles to improve the mixing of the air and fuel, the turbulent flow generating a is provided with a plurality of swirler vanes in each of the nozzles, how to comprising a, flowing the fuel / air mixture through the passage between the swirler vanes adjacent the swirler vanes.
前記噴射することは、前記ノズルのそれぞれに燃料の流れを常に供給することを含むことを特徴とする請求項1記載の方法。 The injecting method of claim 1 1, wherein the comprises constantly supplied the flow of fuel to each of the nozzles. 前記方法は、前記ノズルの出口が共通平面内に位置して前記列の隣接する列内の前記ノズルの間の相互作用および火炎安定性を向上させるように、前記列の各列内の前記ノズルを配置することをさらに含むことを特徴とする請求項1記載の方法。 The method includes the nozzles in each row of the rows such that the outlets of the nozzles are located in a common plane to improve interaction and flame stability between the nozzles in adjacent rows of the rows. the method of claim 1 1, wherein the method further comprises placing the. ガスタービンエンジンの燃焼室段内へ燃料/空気混合物を噴射する方法であって、
複数列に配置されたノズルを有する噴射器を設け、
独立した流れ回路を介して前記列の各列内の各ノズルに燃料を供給し、それによって、前記列のうちの第1の列内のノズルが第1の流れ回路から燃料を受け取り、前記列のうちの第2の列内のノズルが第2の流れ回路から燃料を受け取るように、燃料/空気混合物を前記燃焼室段内に噴射し、
前記列のうちの最も外側の列内のノズルを、安定なかつより汚染の少ない火炎を維持するのに十分に高い火炎温度に維持する、
ことを含み、
前記設けることは、3つの環列に配置されたノズルを有する多点噴射器を設けることを含み、前記維持することは、前記環列のうちの最も外側の環列を第1の火炎温度に維持し、前記環列のうちの中央の環列を前記第1の火炎温度より低い第2の火炎温度に維持し、前記環列のうちの内側の環列を前記第1の火炎温度および前記第2の火炎温度の少なくとも1つより高い第3の火炎温度に維持することを含むことを特徴とする法。
A method for injecting a fuel / air mixture into a combustion chamber stage of a gas turbine engine comprising:
Providing an injector having nozzles arranged in a plurality of rows;
Fuel is supplied to each nozzle in each row of the row via an independent flow circuit, whereby a nozzle in the first row of the row receives fuel from the first flow circuit, and the row Injecting a fuel / air mixture into the combustion chamber stage such that the nozzles in the second row of receive fuel from the second flow circuit;
Maintaining the nozzles in the outermost row of the rows at a flame temperature high enough to maintain a stable and less contaminated flame;
Including
The providing includes providing a multi-point injector having nozzles arranged in three ring rows, and maintaining maintains the outermost ring row of the ring rows at a first flame temperature. Maintaining a central ring of the ring train at a second flame temperature lower than the first flame temperature, and maintaining an inner ring train of the ring train of the first flame temperature and the way, characterized in that it comprises maintaining the at least than one high third flame temperature of the second flame temperature.
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