JP6626743B2 - 燃焼装置及びガスタービン - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1には、燃焼室に燃料を噴出するための主燃料ノズルと、燃焼室に導入される前の空気中に燃料を噴出するための副燃料ノズルと、主燃料ノズル及び副燃料ノズルに供給される燃料の流量を調整するための流量調整手段とを備えるガスタービン燃焼器が開示されている。このガスタービン燃焼器では、燃料を安定に燃焼させるため、燃料の性状に応じた適正量の燃料を燃焼室に供給するようになっている。すなわち、主燃料ノズル及び副燃料ノズルに供給される燃料の性状(例えば発熱量)に応じて、主燃料ノズル及び副燃料ノズルに供給される燃料の流量が調整されるようになっている。
低カロリー燃料を用いる場合、所定の燃焼熱を得るために必要な供給量(流量)を得るためには燃料の流速を比較的大きくする必要がある。このため、低カロリー燃料を用いる場合には、配管等における圧力損失を低減するために、配管径やノズル孔径等を比較的大きくする必要がある。
一方、高カロリー燃料を用いる場合、低カロリー燃料を用いる場合と同等の燃焼熱を得るために必要な燃料供給量(流量)は低カロリー燃料の場合よりも小さいため、燃料の流速を比較的小さくする必要がある。よって、低カロリー燃料に適した大きさの径を有する配管やノズルに高カロリー燃料を適用する場合には、低カロリー燃料を用いる場合に比べて燃料の流速が小さくなるため、燃料を噴射するノズルの前後での差圧が小さくなり、このため燃焼器(燃焼装置)において燃焼振動が生じることがある。
軸方向流路を規定するノズルケーシングと、
前記軸方向流路内に設けられた少なくとも1つのノズルと、を備え、
前記少なくとも1つのノズルは、
前記軸方向流路に沿って延在する筒形状のノズル本体と、
前記ノズル本体の径方向にて前記ノズル本体から径方向外方に突出し、前記軸方向流路を流れる流体を旋回させるように構成されたスワラベーンと、
前記ノズル本体又は前記スワラベーンの表面に開口する少なくとも1つの第1噴射孔と、
前記ノズル本体又は前記スワラベーンの表面に開口する少なくとも1つの第2噴射孔と、
前記ノズル本体の内部を延び、前記少なくとも1つの第1噴射孔に連通した第1燃料流路と、
前記ノズル本体の内部を前記第1燃料流路とは別々に延び、前記少なくとも1つの第2噴射孔と連通した第2燃料流路と、を含む。
上記(2)の構成では、第1噴射孔の総面積(例えば、開口面積の総和又は流路面積の総和)を第2噴射孔の総面積に比べて大きくしたので、第2噴射孔よりも第1噴射孔から噴射される燃料の流量が比較的大きくなる。このため、第1噴射孔から燃料が噴射される場合、第1噴射孔の前後の差圧が維持されやすい。一方、第2噴射孔の総面積を第1噴射孔の総面積に比べて小さくしたので、第2噴射孔から噴射される燃料の流量が比較的小さいにもかかわらず、第2噴射孔の前後の差圧を維持しやすい。よって、上記(2)の構成によれば、燃焼装置において燃料噴射前後の差圧が維持されやすい。
上記(3)の構成では、第1燃料流路の流路面積を第2燃料流路の流路面積に比べて大きくしたので、第2噴射孔よりも第1噴射孔から噴射される燃料の流量が比較的大きくなる。このため、第1噴射孔から燃料が噴射される場合、第1噴射孔の前後において差圧が維持されやすい。一方、第2燃料流路の流路面積を第1燃料流路の流路面積に比べて小さくしたので、第2噴射孔から噴射される燃料の流量が比較的小さいにもかかわらず、第2噴射孔の前後の差圧を維持しやすい。よって、上記(3)の構成によれば、燃焼装置において燃料噴射前後の差圧が維持されやすい。
上記(4)の構成によれば、流路面積比と噴射孔総面積比との比を1に近くしたので、第1燃料流路及び第2燃料流路における圧力損失を低減することができ、このため燃焼装置において、燃料噴射前後の差圧が維持されやすい。
第1噴射孔及び第2噴射孔から噴射される燃料は、軸方向流路の上流側から流れてくる空気と混合された後に燃焼する。上記(5)の構成によれば、第1噴射孔を第2噴射孔よりも上流側に設けたので、第1噴射孔から噴射される燃料は、第2噴射孔から噴出される燃料に比べて、第1噴射孔と第2噴射孔の間の距離の分だけ、軸方向流路を上流側から流れてくる空気との混合距離を長くすることができる。このため、第1噴射孔から噴射される燃料と空気との混合(予混合)をより促進させることができ、燃焼装置において良好な燃焼効率を得ることができる。
前記ノズル本体又は前記スワラベーンは、少なくとも2つの前記第1噴射孔又は少なくとも2つの前記第2噴射孔を有し、
前記少なくとも2つの第1噴射孔又は前記少なくとも2つの第2噴射孔は、前記ノズル本体の径方向において互いに異なる位置に配置される。
上記(6)の構成によれば、少なくとも2つの第1噴射孔又第2噴射孔を、ノズル本体の径方向において互いに異なる位置に配置したので、第1燃料流路又は第2燃料流路における燃料の流れが円滑になる。このため、第1噴射孔又は第2燃料流路から燃料を円滑に供給することができる。
軸方向流路内においては、より外周側において空気の流れる流路面積が広くなる。よって、上記(7)の構成によれば、軸方向流路内においてより外周側に設けられた外側噴射孔で噴出された燃料の空気との混合がより促進されるため、より良好な燃焼効率が得られる。
上記(8)の構成によれば、外側噴射孔から噴射される燃料の流量がより大きくなるため、より多くの燃料を外側噴射孔から噴射して空気との混合を促進することができるため、より良好な燃焼効率が得られる。
前記第1燃料流路に第1燃料を供給可能な第1供給流路と、
前記第2燃料流路に、前記第1燃料とは異なる第2燃料を供給可能な第2供給流路と、
をさらに備え、
前記第1燃料は、前記第2燃料よりも発熱量が小さい。
上記(9)の構成によれば、発熱量の異なる第1燃料及び第2燃料が、それぞれ別の燃料流路及び噴射孔を介して供給される。よって、第1燃料流路及び第1噴射孔は比較的発熱量が小さい第1燃料(低カロリー燃料)の性状に適した設計とすることができるとともに、第2燃料流路及び第2噴射孔は比較的発熱量が大きい第2燃料(高カロリー燃料)の性状に適した設計とすることができる。
また、第1噴射孔の総面積が第2噴射孔の総面積よりも大きい場合には、第1噴射孔から噴射される第1燃料(低カロリー燃料)の流量が比較的大きくなるとともに、第2噴射孔の総面積が比較的小さいため、流量が比較的小さい第2燃料(高カロリー燃料)が噴射される第2噴射孔の前後の差圧が維持されやすい。このため、燃焼装置において燃料噴射前後の差圧が維持されやすい。
また、第1噴射孔を第2噴射孔よりも上流側に設ける場合には、第1噴射孔から噴射される比較的大流量の第1燃料(低カロリー燃料)について、第2噴射孔から噴出される比較的小流量の第2燃料(高カロリー)に比べて、第1噴射孔と第2噴射孔の間の距離の分だけ、軸方向流路を上流側から流れてくる空気との混合距離を長くすることができる。このため、第1噴射孔から噴射される比較的大流量の第1燃料(低カロリー燃料)と空気との混合(予混合)をより促進させることができ、燃焼装置全体として良好な燃焼効率を得ることができる。
上記(10)の構成によれば、第1燃料(低カロリー燃料)の発熱量と第2燃料(高カロリー燃料)の発熱量との比に応じて前記第1噴射孔の総面積と前記第2噴射孔の総面積との比を決定するようにしたので、第1燃料(低カロリー燃料)使用時と第2燃料(高カロリー燃料)使用時との間における燃焼熱の変動を低減できる。このため、第1燃料(低カロリー燃料)と第2燃料(高カロリー燃料)とを切り替えて用いる場合であっても、安定して燃料を燃焼させることができる。
発熱量が相互に異なる第1燃料と第2燃料を混合して混合燃料を生成可能な混合器と、
前記混合燃料を前記第1燃料流路に供給可能な第1供給流路と、
前記混合燃料を前記第2燃料流路に供給可能な第2供給流路と、
前記第2供給流路に介装され、前記第2燃料流路に供給される前記混合燃料の流量を調整可能な第2バルブと、をさらに備える。
上記(11)の構成では、混合燃料を第1燃料流路及び第2燃料流路に供給可能とし、第2燃料流路に供給される混合燃料を第2バルブにより調整可能とした。よって、第2バルブで第2燃料流路における混合燃料の流量を調節することにより、混合燃料全体の流量を調節することができる。
前記混合器によって生成された前記混合燃料を加熱可能なヒータをさらに備え、
前記第1供給流路は、前記ヒータによって加熱された前記混合燃料を前記第1燃料流路に供給するように構成され、
前記第2供給流路は、前記ヒータによって加熱された前記混合燃料を前記第2燃料流路に供給するように構成される。
上記(12)の構成では、第1燃料と第2燃料とを混合して得られる混合燃料を第1燃料流路及び第2燃料流路に供給するようにしたので、燃料を加熱するためのヒータは、混合後の燃料を加熱するように設ければよい。このため、上記(12)の構成によれば、第1燃料及び第2燃料のそれぞれに対して個別にヒータを設ける場合に比べて、コストを削減することができる。
前記混合燃料における前記第1燃料と前記第2燃料との混合比に応じて前記第2バルブの開度が調節されるように構成される。
上記(13)の構成によれば、第1燃料と第2燃料との混合比に応じて第2バルブの開度を調整可能としたので、該混合比に応じて、混合燃料全体の流量を適切に調節することができる。
例えば、混合燃料中の第1燃料の含有量が多く、混合燃料の発熱量が比較的小さい場合には、大流量を得るため、第2バルブの開度を大きくして第1燃料流路及び第2燃料流路の両方に混合燃料を供給することができる。また、混合燃料中の第2燃料の含有量が多く、混合燃料の発熱量が比較的大きい場合には、流量を比較的少なくするため、第2バルブの開度を小さくして第2燃料流路の流量を減少させ、主に第1燃料流路に混合燃料を供給する。
圧縮空気を生成するための圧縮機と、
前記圧縮機からの前記圧縮空気により前記少なくとも第1燃料噴射孔及び前記少なくとも1つの第2燃料噴射孔のうち少なくとも一方から噴射された燃料を燃焼させて燃焼ガスを発生させるように構成された上記(1)乃至(13)の何れか一項に記載の燃焼装置と、
前記燃焼装置からの前記燃焼ガスによって駆動されるように構成されたタービンと、
を備える。
圧縮機2は、圧縮機車室10と、圧縮機車室10の入口側に設けられ、空気を取り込むための空気取入口12と、圧縮機車室10及び後述するタービン車室22を共に貫通するように設けられたロータ8と、圧縮機車室10内に配置された各種の翼と、を備える。各種の翼は、空気取入口12側に設けられた入口案内翼14と、圧縮機車室10側に固定された複数の静翼16と、静翼16に対して交互に配列されるようにロータ8に植設された複数の動翼18と、を含む。なお、圧縮機2は、不図示の抽気室等の他の構成要素を備えていてもよい。このような圧縮機2において、空気取入口12から取り込まれた空気は、複数の静翼16及び複数の動翼18を通過して圧縮されることで高温高圧の圧縮空気となる。そして、高温高圧の圧縮空気は圧縮機2から後段の燃焼器4に送られる。
タービン車室22の下流側には、排気車室28を介して排気室30が連結されている。タービン6を駆動した後の燃焼ガスは、排気車室28及び排気室30を介して外部へ排出される。
第2燃焼バーナ50は、燃焼器ライナ46の中心軸に沿って配置されている。そして、第2燃焼バーナ50を囲むように、複数の第1燃焼バーナ60が互いに離間して配列されている。
第2燃焼バーナ50は、燃料ポート52に連結された第2ノズル(ノズル)54と、第2ノズル54を囲むように配置されたコーン56と、第2ノズル54の外周に設けられたスワラ58と、を有している。
第1燃焼バーナ60は、燃料ポート62に連結された第1ノズル(ノズル)63と、第1ノズル63を囲むように配置されたバーナ筒(ノズルケーシング)66と、バーナ筒66と燃焼器ライナ46(例えば内筒46a)をつなぐ延長管65と、第1ノズル63の外周に設けられたスワラ70と、を有している。燃料ポート62は、少なくとも2つの燃料ポート62a,62bを含む。燃料ポート62a及び62bには、それぞれ、燃料を供給するための第1供給流路及び第2供給流路(不図示)と接続されており、第1供給流路からの燃料は燃料ポート62aを介して、第2供給流路からの燃料は燃料ポート62bを介して、それぞれ第1ノズル63に対して燃料を供給可能となっている。なお、第1燃焼バーナ60の具体的な構成については後述する。
なお、図3に示すように、延長管65は、バーナ筒66に接続される上流側端面から下流側端面(延長管出口65a)まで延在している。また、図3には、延長管出口65aの中心位置を通過する流路中心線O’を示している。
すなわち、上記構成を有する燃焼器4において、圧縮機2で生成された高温高圧の圧縮空気は車室入口42から燃焼器車室40内に供給され、さらに燃焼器車室40からバーナ筒66内に流入する。そして、この圧縮空気と、燃料ポート62から供給された燃料とがバーナ筒66内で予混合される。この際、予混合気はスワラ70により主として旋回流を形成し、燃焼器ライナ46内に流れ込む。また、圧縮空気と、燃料ポート52を介して第2燃焼バーナ50から噴射された燃料とが燃焼器ライナ46内で混合され、図示しない種火により着火されて燃焼し、燃焼ガスが発生する。このとき、燃焼ガスの一部が火炎を伴って周囲に拡散することで、各第1燃焼バーナ60から燃焼器ライナ46内に流れ込んだ予混合気に着火されて燃焼する。すなわち、第2燃焼バーナ50から噴射された拡散燃焼用燃料による拡散燃焼火炎によって、第1燃焼バーナ60からの予混合気(予混合燃料)の安定燃焼を行うための保炎を行うことができる。その際、燃焼領域は例えば内筒46aに形成される。
なお、本発明に係る燃焼バーナは、第1燃焼バーナ60に限定されるものではなく、ノズルの周囲の軸方向流路にスワラ(スワラベーン)が設けられた燃焼バーナであればどのタイプの燃焼バーナに対しても本発明の実施形態に係る構成を適用可能である。例えば、一実施形態において、燃焼バーナは、ガスタービン1の燃焼器4に設けられる第2燃焼バーナ50のように主として拡散燃焼するタイプの燃焼バーナであってもよいし、あるいはガスタービン1以外の機器に設けられる燃焼バーナであってもよい。
すなわち、本発明に係るノズルは、第1ノズル63に限定されるものではない。一実施形態では、ノズルは、複数の第1ノズル63に取り囲まれるように設けられた第2ノズル54であってもよい。また、本発明に係るノズルは、予混合燃料を噴射するためのノズルであってもよいし、拡散燃焼用の燃料を噴射するためのノズルであってもよい。
図4及び図5に示すように、一実施形態に係る燃焼器4において、第1燃焼バーナ60は、バーナ筒(ノズルケーシング)66と、第1ノズル63とを備えている。バーナ筒66は、その内周面によって、第1ノズル63の軸方向に沿った軸方向流路68を画定しており、第1ノズル63は、該軸方向流路68内に設けられている。第1ノズル63は、軸方向流路68に沿って延在する筒形状のノズル本体64と、少なくとも1枚のスワラベーン72を含むスワラ70と、を含む。
ここで、筒形状とは、厳密な円筒形を意味するものとは限らない。すなわち、ノズル本体64は、例えば、少なくとも一部において円筒形を有しており、該円筒形の中心軸方向において、径が変化する形状を有してもよい。例えば、ノズル本体64は、図4に示すように、円筒形において、中心軸方向の一端部が先細った形状を有していてもよい。
バーナ筒66の内周面によって確定される軸方向流路68には、その上流側(図4において左側)から下流側(図4において右側)に向かって、圧縮空気等の気体(流体)Gが流通する。
図6〜図8に示す実施形態では、図4〜図5に示す例と同様に、第1噴射孔74として、スワラベーン72の腹面81に第1噴射孔74a,74bが、スワラベーン72の背面82に第1噴射孔74c,74dが形成されており、第2噴射孔76として、スワラベーン72の腹面81に第2噴射孔76a,76bが、スワラベーン72の背面82に第2噴射孔76c,76dが形成されている。
また、図9〜図10に示す実施形態では、第1噴射孔74として、スワラベーン72の腹面81に2つの第1噴射孔74a,74bが、スワラベーン72の背面82に2つの第1噴射孔74c,74dが形成されており、第2噴射孔76として、ノズル本体に3つの第2噴射孔76eが形成されている。図9及び図10に示すように、3つの第2噴射孔76eは、ノズル本体64の周方向に沿って略等間隔に設けられている。すなわち、軸方向直交断面(図10参照)において、軸中心O周りに約120度ずつの間隔で設けられている。
なお、以降において、第1噴射孔74a〜74dを代表して第1噴射孔74と表記し、第2噴射孔76a〜76eを代表して第1噴射孔74と表記する。
そして、第1燃料流路78は各第1噴射孔74に連通しており、第2燃料流路79は各第2噴射孔76に連通している。
なお、第1燃料流路78及び第2燃料流路79には、同一の燃料が供給されてもよく、あるいは、互いに異なる種類の燃料が供給されてもよい。また、第1燃料流路78及び第2燃料流路79には、燃料が気体として供給されてもよく、あるいは液体として供給されてもよい。第1燃料流路78及び第2燃料流路79の両方に気体燃料が供給されてもよく、第1燃料流路78及び第2燃料流路79の両方に液体燃料が供給されてもよく、あるいは、第1燃料流路78及び第2燃料流路79の一方に気体燃料が供給され、他方に液体燃料が供給されるようになっていてもよい。
例えば、図6に示す実施形態では、スワラベーン72に設けられた4つの第1噴射孔74a〜74dの開口面積の合計は、スワラベーン72に設けられた4つの第2噴射孔76a〜76dの開口面積の合計よりも大きい。また、図9に示す実施形態では、スワラベーン72に設けられた4つの第1噴射孔74a〜74dの開口面積の合計は、ノズル本体64に設けられた3つの第2噴射孔76eの開口面積の合計よりも大きい。
例えば、図6に示す実施形態では、軸方向流路68(図4参照)での流体の流れ方向にてスワラベーン72よりも上流側のノズル本体64において、ノズル本体64の軸に直交する断面(図7参照)における第1燃料流路78の流路面積は、第2燃料流路79の流路面積よりも大きい。図9に示す実施形態でも、同様に、ノズル本体64において、第1燃料流路78の流路面積は、第2燃料流路79の流路面積よりも大きい。
また、図6に示す実施形態では、スワラベーン72において、ノズル本体64の軸方向に沿った断面(図8参照)における第1燃料流路78の流路面積は、第2燃料流路79の流路面積よりも大きい。
例えば、図6に示す実施形態において、第1噴射孔74(74a〜74d)の総面積と第2噴射孔76(76a〜76d)の総面積との比である噴射孔総面積比(第1噴射孔74の総面積/第2噴射孔76の総面積)が2であれば、第1燃料流路78の流路面積と第2燃料流路79の流路面積との比である流路面積比(第1燃料流路78の流路面積/第2燃料流路79の流路面積)が、1.6〜2.4となるように、第1噴射孔74及び第2噴射孔76の孔径や、第1燃料流路78及び第2燃料流路79の流路径等が設定される。
このように、流路面積比と噴射孔総面積比との比を1に近くしたので、第1燃料流路78及び第2燃料流路79における圧力損失を低減することができ、このため燃焼装置100において、燃料噴射前後の差圧が維持されやすい。
このように、第1噴射孔74を第2噴射孔76よりも上流側に設けた場合、第1噴射孔74から噴射される燃料は、第2噴射孔76から噴出される燃料に比べて、第1噴射孔74と第2噴射孔76との間の距離の分だけ、軸方向流路68を上流側から流れてくる空気との混合距離を長くすることができる。このため、第1噴射孔74から噴射される燃料と空気との混合(予混合)をより促進させることができ、燃焼装置100において良好な燃焼効率を得ることができる。
例えば、図4又は図6に示す例では、複数の第1噴射孔74のうち、比較的外径側に位置する第1噴射孔74a,74cと、複数の第2噴射孔76のうち、比較的外径側に位置する第2噴射孔76a,76cとは、径方向位置が略同一である(すなわち、ノズル本体64の中心軸からの距離が略同一である)。また、同例において、複数の第1噴射孔74のうち、比較的内径側に位置する第1噴射孔74b,74dと、複数の第2噴射孔76のうち、比較的内径側に位置する第2噴射孔76b,76dとは、径方向位置が略同一である(即ち、ノズル本体64の中心軸からの距離が略同一である)。
なお、図6に示す実施形態では、スワラベーン72に形成された複数の第2噴射孔76a,76b及び76c,76dについても、第1噴射孔74a,74b及び74c,74dと同様に、それぞれ、径方向において異なる位置に配置されている。
このように、複数の第1噴射孔74又は複数の第2噴射孔76を、ノズル本体64の径方向において互いに異なる位置に配置することで、第1燃料流路78における燃料の流れが円滑になる。このため、第1噴射孔74から燃料を円滑に供給することができる。
なお、図6に示す実施形態では、スワラベーン72に形成された複数の第2噴射孔76a,76b及び76c,76dについても、第1噴射孔74a,74b及び74c,74dと同様に、それぞれ、軸方向において異なる位置に配置されている。
このように、複数の第1噴射孔74又は複数の第2噴射孔76のうち、外側噴射孔を内側噴射孔よりも軸方向流路68での気体Gの流れ方向にて上流側に配置することで、軸方向流路68内において、空気の流路面積が比較的広い外周側に設けられた外側噴射孔から噴出された燃料の空気との混合がより促進されるため、より良好な燃焼効率が得られる。
なお、図6に示す実施形態では、スワラベーンに形成された複数の第2噴射孔76a,76b及び76c,76dについても、外側噴射孔である第2噴射孔76aの孔径d5及び第2噴射孔76cの孔径d7は、内側噴射孔である第2噴射孔76bの孔径d6及び第2噴射孔76dの孔径d8よりも、それぞれ大きい。
このように、複数の第1噴射孔74又は複数の第2噴射孔76のうち、外側噴射孔の孔径を内側噴射孔の孔径よりも大きくすることで、外側噴射孔から噴射される燃料の流量がより大きくなるため、より多くの燃料を外側噴射孔から噴射して空気との混合を促進することができるため、より良好な燃焼効率が得られる。
第1供給流路86には、第1供給流路86を流れる燃料の流量を調節可能な流量調節バルブ92が設けられており、該流量調節バルブ92を介して、任意の流量の燃料を第1燃料流路78に供給可能になっている。また、第2供給流路88には、第2供給流路88を流通する燃料の流量を調節可能な流量調節バルブ94が設けられており、該流量調節バルブ94を介して、任意の流量の燃料を第2燃料流路79に供給可能になっている。
なお、第1供給流路86及び第2供給流路88には、流量計93,95が設けられている。
なお、第1供給流路86及び第2供給流路88から燃料ポート62a,62bを介して第1ノズル63の第1燃料流路78及び第2燃料流路79に供給される燃料は、図2における「予混合燃料」に相当する。
この場合、第1ノズル63の第1燃料流路78及び第1噴射孔74は、比較的発熱量が小さい第1燃料(低カロリー燃料)の性状に適した設計とすることができるとともに、第2燃料流路79及び第2噴射孔76は比較的発熱量が大きい第2燃料(高カロリー燃料)の性状に適した設計とすることができる。
なお、第1噴射孔74の総面積と第2噴射孔76の総面積との比である総面積比を、第1燃料の発熱量と第2燃料の発熱量との比である発熱量比に応じて決定してもよい。例えば、総面積比が発熱量比の逆数となるように第1噴射孔74の総面積及び第2噴射孔76の総面積を決定してもよい。
これにより、第1燃料(低カロリー燃料)使用時と第2燃料(高カロリー燃料)使用時との間における燃焼熱の変動を低減でき、第1燃料(低カロリー燃料)と第2燃料(高カロリー燃料)とを切り替えて用いる場合であっても、安定して燃料を燃焼させることができる。
なお、混合燃料ライン116において混合器91と燃料ヒータ104との間には、混合器91から燃料ヒータ104に流れる混合燃料の発熱量を計測するための熱量計115が設けられている。
ここで、第1供給流路86及び第2供給流路88に設けられた流量調節バルブ92及び流量調節バルブ(第2バルブ)94は、第1燃料流路78及び第2燃料流路79に供給される混合燃料の流量をそれぞれ調節可能なバルブである。
この場合、第1燃料と第2燃料との混合比に応じて、混合燃料全体の流量を適切に調節することができる。
なお、混合燃料の混合比は、流量調節バルブ等によって混合器91に流入する第1燃料及び第2燃料の流量を調節することによって調節されてもよい。あるいは、熱量計115の計測結果によって混合燃料の混合比を把握するようにしてもよい。
この場合において、第1噴射孔74が、軸方向流路68での流体の流れ方向にて第2噴射孔76よりも上流側に設けられている場合、混合燃料の混合比によらず、流量調節バルブ92の開度を維持して、第1燃料流路78に対して常に混合燃料が供給されるようにしてもよい。この場合、混合燃料の混合比によらず常に噴射される混合燃料(即ち第1噴射孔74から噴射される混合燃料)について、軸方向流路68を上流側から流れてくる空気との混合距離を比較的長く確保することができるので、燃料と空気との混合(予混合)をより促進させることができる。
例えば、一実施形態では、第1燃料及び第2燃料は、第1ノズル63に供給されるとともに、第2ノズル54(図2及び図3参照)に対しても供給されるようになっている。
あるいは、一実施形態では、第1燃料及び第2燃料は、第1ノズル63に供給されるとともに、第1ノズル及び第2ノズルとは異なるノズルである第3ノズル(例えばトップハットノズル(不図示)等)に対しても供給されるようになっていてもよい。
第1燃料タンク96及び第2燃料タンク98からの第1燃料及び第2燃料は、燃料ヒータ101,102により加熱された後、分岐ライン118,119を通って混合器90に流入し、混合器90にて混合されて、混合燃料となる。このようにして得られた混合燃料が、拡散燃焼燃料供給流路120から、例えば燃料ポート52を介して第2ノズル54に供給される。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
2 圧縮機
4 燃焼器
6 タービン
8 ロータ
10 圧縮機車室
12 空気取入口
14 入口案内翼
16 静翼
18 動翼
20 ケーシング
22 タービン車室
24 静翼
26 動翼
28 排気車室
30 排気室
40 燃焼器車室
42 車室入口
46 燃焼器ライナ
46a 内筒
46b 尾筒
50 第2燃焼バーナ
52 燃料ポート
54 第2ノズル
56 コーン
58 スワラ
60 第1燃焼バーナ
62 燃料ポート
63 第1ノズル
64 ノズル本体
65 延長管
65a 延長管出口
66 バーナ筒
68 軸方向流路
70 スワラ
72 スワラベーン
74,74a〜74d 第1噴射孔
76,76a〜76e 第2噴射孔
78 第1燃料流路
79 第2燃料流路
81 腹面
82 背面
83 前縁
84 後縁
86 第1供給流路
88 第2供給流路
90 混合器
91 混合器
92 流量調節バルブ
93 流量計
94 流量調節バルブ
95 流量計
100 燃焼装置
101 燃料ヒータ
102 燃料ヒータ
104 燃料ヒータ
106 バルブ
107 バルブ
108 バルブ
109 流量計
115 熱量計
116 混合燃料ライン
118 分岐ライン
119 分岐ライン
120 拡散燃焼燃料供給流路
Claims (11)
- 軸方向流路を規定するノズルケーシングと、
前記軸方向流路内に設けられたノズルと、を備え、
前記ノズルは、
前記軸方向流路に沿って延在する筒形状のノズル本体と、
前記ノズル本体の径方向にて前記ノズル本体から径方向外方に突出し、前記軸方向流路を流れる流体を旋回させるように構成されたスワラベーンと、
前記ノズル本体又は前記スワラベーンの表面に開口する少なくとも1つの第1噴射孔と、
前記ノズル本体又は前記スワラベーンの表面に開口する少なくとも1つの第2噴射孔と、
前記ノズル本体の内部を延び、前記少なくとも1つの第1噴射孔に連通した第1燃料流路と、
前記ノズル本体の内部を前記第1燃料流路とは別々に延び、前記少なくとも1つの第2噴射孔と連通した第2燃料流路と、を含む燃焼装置であって、
前記第1燃料流路に第1燃料を供給可能な第1供給流路と、
前記第2燃料流路に、前記第1燃料とは異なる第2燃料を供給可能な第2供給流路と、
をさらに備え、
前記第1燃料は、前記第2燃料よりも発熱量が小さく、
前記第1噴射孔の総面積と前記第2噴射孔の総面積との比は、前記第1燃料の発熱量と前記第2燃料の発熱量との比に応じて決定されている
ことを特徴とする燃焼装置。 - 前記第1噴射孔の総面積は、前記第2噴射孔の総面積よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の燃焼装置。
- 前記第1燃料流路の流路面積は、前記第2燃料流路の流路面積よりも大きい
ことを特徴とする請求項2に記載の燃焼装置。 - 前記第1燃料流路の流路面積と前記第2燃料流路の流路面積との比である流路面積比と、前記第1噴射孔の総面積と前記第2噴射孔の総面積との比である噴射孔総面積比との比(前記流路面積比/前記噴射孔総面積比)が0.8以上1.2以下であることを特徴とする請求項3に記載の燃焼装置。
- 前記第1噴射孔は、前記軸方向流路での前記流体の流れ方向にて前記第2噴射孔よりも上流側に設けられたことを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の燃焼装置。
- 前記ノズル本体又は前記スワラベーンは、少なくとも2つの前記第1噴射孔又は少なくとも2つの前記第2噴射孔を有し、
前記少なくとも2つの第1噴射孔又は前記少なくとも2つの第2噴射孔は、前記ノズル本体の径方向において互いに異なる位置に配置される
ことを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載の燃焼装置。 - 前記少なくとも2つの第1噴射孔又は前記少なくとも2つの第2噴射孔のうち、前記径方向において外側に配置された外側噴射孔は、前記径方向において内側に配置された内側噴射孔よりも、前記軸方向流路での前記流体の流れ方向にて上流側に配置された
ことを特徴とする請求項6に記載の燃焼装置。 - 前記少なくとも2つの第1噴射孔又は前記少なくとも2つの第2噴射孔のうち、前記径方向において外側に配置された外側噴射孔の孔径は、前記径方向において内側に配置された内側噴射孔の孔径よりも大きい
ことを特徴とする請求項6又は7に記載の燃焼装置。 - 軸方向流路を規定するノズルケーシングと、
前記軸方向流路内に設けられたノズルと、を備え、
前記ノズルは、
前記軸方向流路に沿って延在する筒形状のノズル本体と、
前記ノズル本体の径方向にて前記ノズル本体から径方向外方に突出し、前記軸方向流路を流れる流体を旋回させるように構成されたスワラベーンと、
前記ノズル本体又は前記スワラベーンの表面に開口する少なくとも1つの第1噴射孔と、
前記ノズル本体又は前記スワラベーンの表面に開口する少なくとも1つの第2噴射孔と、
前記ノズル本体の内部を延び、前記少なくとも1つの第1噴射孔に連通した第1燃料流路と、
前記ノズル本体の内部を前記第1燃料流路とは別々に延び、前記少なくとも1つの第2噴射孔と連通した第2燃料流路と、を含み、
発熱量が相互に異なる第1燃料と第2燃料を混合して混合燃料を生成可能な混合器と、
前記混合燃料を前記第1燃料流路に供給可能な第1供給流路と、
前記混合燃料を前記第2燃料流路に供給可能な第2供給流路と、
前記第2供給流路に介装され、前記第2燃料流路に供給される前記混合燃料の流量を調整可能な第2バルブと、
前記混合器によって生成された前記混合燃料を加熱可能なヒータと、
をさらに備え、
前記第1供給流路は、前記ヒータによって加熱された前記混合燃料を前記第1燃料流路に供給するように構成され、
前記第2供給流路は、前記ヒータによって加熱された前記混合燃料を前記第2燃料流路に供給するように構成された
ことを特徴とする燃焼装置。 - 前記混合燃料における前記第1燃料と前記第2燃料との混合比に応じて前記第2バルブの開度が調節されるように構成された
ことを特徴とする請求項9に記載の燃焼装置。 - 圧縮空気を生成するための圧縮機と、
前記圧縮機からの前記圧縮空気により前記少なくとも第1燃料噴射孔及び前記少なくとも1つの第2燃料噴射孔のうち少なくとも一方から噴射された燃料を燃焼させて燃焼ガスを発生させるように構成された請求項1乃至10の何れか一項に記載の燃焼装置と、
前記燃焼装置からの前記燃焼ガスによって駆動されるように構成されたタービンと、
を備えることを特徴とするガスタービン。
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