JP6822894B2 - 燃料噴射器及びガスタービン - Google Patents

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Description

本発明は、燃料噴射器及びガスタービンに関する。
ガスタービンでは燃料ガスを燃焼器に供給する際に、燃料噴射器によって圧縮空気と燃料ガスとを予め均一に混合させて霧状にして噴射している。
このような燃料噴射器として、例えば特許文献１には、圧縮空気と燃料ガスとの混合気体を円形の基板に規則的に形成された複数の噴出孔から噴出する燃料噴射器が開示されている。このような燃料噴射器では、火炎が噴射孔の出口に付着する付着火炎となることがあり、これにより、基板が高温となるため、基板の冷却が必要となる。
特開２０１１−６９６０２号公報
ところで、特許文献１に記載されている燃料噴射器では、燃料ガスが導入される筐体の内部に設けられるバッフルの形状の見直しにより、燃料噴射器を低温に保っているが、基板の高温化対策として、更なる対策が望まれている。
この発明は、高温となる基板を効率良く冷却することができる燃料噴射器及びガスタービンを提供することを目的とする。
本発明の第一の態様によれば、燃料噴射器は、軸線を中心とする管状をなして、前記軸線の延びる軸線方向の上流側から燃料ガスが導入される燃料供給チューブと、前記軸線方向に延在する管状をなし、上流側から空気が導入される複数の予混合チューブと、前記燃料供給チューブの前記軸線方向の下流側及び前記複数の予混合チューブの上流側端部を支持する支持プレートと、前記複数の予混合チューブの下流側端部を支持する基板と、前記支持プレートと前記基板とを連結し、かつ、前記支持プレートと前記基板とともに内部にプレナムを形成する筒状の外側壁と、前記プレナムを燃料プレナムと前記燃料プレナムと前記燃料プレナムの下流側に配置された冷却空気プレナムとに区画する仕切板と、前記仕切板の下流側に配置され、前記冷却空気プレナムを上流側冷却空気プレナムと前記上流側冷却空気プレナムの下流側に配置された下流側冷却空気プレナムとに区画し、複数の冷却孔が形成されたバッフルと、前記上流側冷却空気プレナムに冷却空気を供給する冷却空気供給チューブと、を備え、前記燃料供給チューブの下流側の端部は、前記燃料プレナム内で開口され、前記予混合チューブの前記燃料プレナムに位置する部分に、前記予混合チューブを内外に貫通する燃料導入孔が形成されており、前記バッフルは、前記冷却孔が形成され、前記軸線を中心とする径方向内側に設けられたバッフル本体と、前記バッフル本体と前記外側壁との間に配置され、前記軸線を中心とする径方向外側に向かうにしたがって下流側に傾斜し、前記冷却孔が形成されていない傾斜部と、を有する。
このような構成によれば、上流側冷却空気プレナムに導入された冷却空気がバッフルの冷却孔を介して基板に向けて噴射されて、高温となる基板を効率良く冷却することができる。
また、上流側冷却空気プレナムに導入された冷却空気は、複数の冷却孔から下流側冷却空気プレナム噴射された後、基板を冷却しつつ、傾斜部に沿って径方向外側に流れる。下流側冷却空気プレナムに導入された冷却空気は、バッフルの傾斜部に沿って径方向外側に方向付けられる。これにより、基板のみならず、下流側冷却空気プレナム内の予混合チューブも冷却することができる。
上記燃料噴射器において、複数の前記冷却孔の少なくとも一部は、インピンジ孔であってよい。
上記燃料噴射器において、前記基板に形成され、前記冷却空気を前記下流側冷却空気プレナムから前記基板の下流側に排出する複数の冷却空気排出孔を有してよい。
このような構成によれば、燃料ガス及び圧縮空気の噴射により発生する火炎が予混合チューブの出口に付着するのを抑制することができる。また、火炎が付着した場合においても、火炎自体の温度を低減することができる。
上記燃料噴射器において、前記予混合チューブの前記下流側冷却空気プレナムに位置する部分に、前記予混合チューブを内外に貫通する冷却空気導入孔が形成されてよい。
このような構成によれば、基板を冷却した冷却空気の一部を予混合チューブの内部に導入することによって、遡上してくる火炎を抑制することができる。
上記燃料噴射器において、前記冷却空気供給チューブは、前記燃料供給チューブの径方向内側に前記燃料供給チューブと同軸に配置されてよい。
このような構成によれば、冷却空気の温度の上昇を抑制することができる。即ち、冷却空気供給チューブを圧縮空気に曝すことなく、プレナムに接続することができる。
本実施形態の第二の態様によれば、燃料噴射器は、軸線を中心とする管状をなして、前記軸線の延びる軸線方向の上流側から燃料ガスが導入される燃料供給チューブと、前記軸線方向に延在する管状をなし、上流側から空気が導入される複数の予混合チューブと、前記燃料供給チューブの下流側及び前記複数の予混合チューブの上流側端部を支持する支持プレートと、前記複数の予混合チューブの下流側端部を支持する基板と、前記支持プレートと前記基板とを連結し、かつ、前記支持プレートと前記基板とともに内部にプレナムを形成する筒状の外側壁と、前記プレナムを燃料プレナムと前記燃料プレナムと前記燃料プレナムの下流側に配置された冷却空気プレナムとに区画する仕切板と、前記冷却空気プレナムに冷却空気を供給する冷却空気供給チューブと、前記冷却空気供給チューブの下流側端部よりも下流側に設けられ、記軸線を中心とする径方向外側に向かうにしたがって下流側に傾斜して前記外側壁に接続された拡径部と、前記拡径部の前記軸線を中心とする径方向の中央に形成され、前記冷却空気供給チューブから供給される前記冷却空気が流入される冷却空気流入孔と、を有するバッフルと、を備え、前記予混合チューブの前記燃料プレナムに位置する部分に、前記予混合チューブを内外に貫通する燃料導入孔が形成されている。
このような構成によれば、冷却空気流入孔からバッフルの下流側に流入した冷却空気は、基板の中央近傍を冷却しつつ、拡径部に沿って径方向外側に流れる。即ち、冷却空気は、バッフルの拡径部に沿って径方向外側に方向付けられる。これにより、高温となる基板を効率良く冷却することができるとともに、冷却空気プレナム内の予混合チューブも冷却することができる。
本発明の第三の態様によれば、ガスタービンは、空気を圧縮した圧縮空気を生成する圧縮機と、上記何れかの燃料噴射器を有し、前記圧縮空気に燃料を混合させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記圧縮機によって生成された圧縮空気を抽気する抽気部と、抽気された前記圧縮空気を更に圧縮する強制空冷圧縮機と、前記強制空冷圧縮機によって生成された冷却空気を前記燃料噴射器に導入する冷却空気導入部と、を備える。
このような構成によれば、圧縮機によって生成した圧縮空気を再加圧することによって、抽気した圧縮空気よりも高い圧力の冷却空気を供給することができる。
上記ガスタービンにおいて、前記抽気部により抽気された前記圧縮空気を冷却するクーラーを有してよい。
このような構成によれば、クーラーを使用して圧縮空気を冷却することによって、抽気した圧縮空気よりも低温の冷却空気を供給することができる。
本発明によれば、上流側冷却空気プレナムに導入された冷却空気がバッフルの冷却孔を介して基板に向けて噴射されて、高温となる基板を効率良く冷却することができる。
本発明の第一実施形態のガスタービンの概略構成を示す構成図である。 本発明の第一実施形態の燃料噴射器を説明する縦断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図であって、本発明の第一実施形態の燃料噴射器を説明する横断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図であって、本発明の第二実施形態の燃料噴射器を説明する横断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図であって、本発明の第三実施形態の燃料噴射器を説明する横断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図であって、本発明の第四実施形態の燃料噴射器を説明する横断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図であって、本発明の第五実施形態の燃料噴射器を説明する横断面図である。 本発明の燃料噴射器の別の形態を下流側から見た正面図である。
〔第一実施形態〕
以下、本発明の第一実施形態の燃料噴射器１を備えるガスタービン１００について図面を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態のガスタービン１００は、外気Ａｏを圧縮して圧縮空気Ａを生成する圧縮機５１と、圧縮空気Ａと燃料ガスＦとの混合気体を燃焼させて燃焼ガスＧを生成する複数の燃焼器５２と、燃焼ガスＧにより駆動するタービン５３と、ガスタービン１００の冷却対象を冷却する冷却装置５４と、を備えている。
圧縮機５１は、ガスタービン軸線Ａｒを中心として回転する圧縮機ロータ５６と、圧縮機ロータ５６を回転可能に覆う圧縮機車室５７と、複数の圧縮機静翼列５８と、を有している。
圧縮機ロータ５６は、ガスタービン軸線Ａｒに沿って延びる圧縮機ロータ軸５９と、圧縮機ロータ軸５９に取り付けられている複数の圧縮機動翼列６０と、を有している。複数の圧縮機動翼列６０は、ガスタービン軸線Ａｒの軸線方向に並んでいる。各々の圧縮機動翼列６０は、いずれも、ガスタービン軸線Ａｒの周方向に並んでいる複数の動翼で構成される。複数の圧縮機動翼列６０の各下流側には、圧縮機静翼列５８が配置されている。各々の圧縮機静翼列５８は、いずれも、圧縮機車室５７の内側に固定されている。各々の圧縮機静翼列５８は、いずれも、ガスタービン軸線Ａｒの周方向に並んでいる複数の静翼で構成される。
タービン５３は、ガスタービン軸線Ａｒを中心として回転するタービンロータ６１と、タービンロータ６１を回転可能に覆うタービン車室６２と、複数のタービン静翼列６３と、を有している。タービンロータ６１は、ガスタービン軸線Ａｒに沿って延びるタービンロータ軸６４と、タービンロータ軸６４に取り付けられている複数のタービン動翼列６５と、を有している。
複数のタービン動翼列６５は、ガスタービン軸線Ａｒの軸線方向に並んでいる。各々のタービン動翼列６５は、いずれも、ガスタービン軸線Ａｒの周方向に並んでいる複数の動翼で構成される。複数のタービン動翼列６５の各上流側には、タービン静翼列６３が配置されている。各々のタービン静翼列６３は、タービン車室６２の内側に固定されている。各々のタービン静翼列６３は、いずれも、ガスタービン軸線Ａｒの周方向に並んでいる複数の静翼で構成されている。
ガスタービン１００は、さらに、ガスタービン軸線Ａｒを中心として筒状の中間車室６７を備えている。中間車室６７は、ガスタービン軸線Ａｒの軸線方向で、圧縮機車室５７とタービン車室６２との間に配置されている。圧縮機ロータ５６とタービンロータ６１とは、同一のガスタービン軸線Ａｒ上に位置し、互いに接続されてガスタービンロータ６８を成している。ガスタービンロータ６８には、例えば、発電機Ｇのロータが接続されている。
燃焼器５２は、圧縮機５１で圧縮された圧縮空気Ａに対して燃料ガスＦを供給することで、高温・高圧の燃焼ガスＧを生成するものである。
複数の燃焼器５２は、ガスタービン軸線Ａｒの周方向に互いの間隔をあけて、中間車室６７に固定されている。燃焼器５２は、燃料噴射器１と、燃料噴射器１から噴射される圧縮空気Ａと燃料ガスＦとが混合された気体を燃焼させ、燃焼ガスＧをタービン５３に導く燃焼筒６９を有している。
圧縮機５１に取り込まれた外気Ａｏは、複数の圧縮機静翼列５８と圧縮機動翼列６０とを通過して圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気Ａとなる。この圧縮空気Ａに対し、燃焼器５２において燃料ガスＦが混合されて燃焼されることで高温・高圧の燃焼ガスＧが生成される。そして、燃焼ガスＧがタービン５３のタービン静翼列６３とタービン動翼列６５とを通過することでタービンロータ軸６４が回転駆動され、ガスタービンロータ６８に連結された発電機Ｇに回転動力を付与することで発電を行う。
冷却装置５４は、燃焼器５２へ供給される圧縮空気Ａの一部を抽気し、再び圧縮してガスタービン１００の冷却対象を冷却する装置である。冷却対象は、高温に曝される部品である。
冷却装置５４は、圧縮空気Ａの一部を抽気する抽気部７２と、抽気された圧縮空気Ａを冷却するクーラー７３と、クーラー７３によって冷却された圧縮空気Ａを更に圧縮して冷却空気ＣＡとする強制空冷圧縮機７４と、強制空冷圧縮機７４のサージを防止するためのアンチサージ弁７５と、冷却空気ＣＡを燃焼器５２の燃料噴射器１に導入する冷却空気導入部７６を有している。冷却空気導入部７６は、燃料噴射器１の冷却空気供給チューブ９に接続されている。
ここで、説明のため図１では冷却装置５４は１基のガスタービン１００に対して１系統設けているが、１基のガスタービン１００に対して複数系統の冷却装置５４を設けてもよい。
強制空冷圧縮機７４によって再び圧縮された圧縮空気Ａは、冷却空気ＣＡとして冷却空気導入部７６を介して燃焼器５２の燃料噴射器１に供給される。冷却空気ＣＡは、ガスタービン１００の他の冷却対象、例えば、静翼に供給されてよい。
図２に示すように、燃焼器５２は、筒状の外筒７１と、外筒７１の内部に配置された燃料噴射器１と、を有している。外筒７１と燃料噴射器１との間から流入した圧縮空気Ａは、外筒７１の端壁７１ａで１８０°転回し、燃料噴射器１に供給される。
本実施形態の燃料噴射器１は、燃料ガスＦを供給する燃料供給チューブ８と、複数の予混合チューブ２と、複数の予混合チューブ２の上流側Ｄａ１の端部を支持する支持プレート３と、複数の予混合チューブ２の下流側Ｄａ２の端部を支持する基板４と、内部にプレナムＰを形成する筒状の外側壁５と、プレナムＰを燃料プレナムＰＦと冷却空気プレナムＰＡとに区画する仕切板６と、仕切板６の下流側Ｄａ２に配置されたバッフル７と、冷却空気プレナムＰＡに冷却空気ＣＡを供給する冷却空気供給チューブ９と、を備えている。
バッフル７は、冷却空気プレナムＰＡを上流側冷却空気プレナムＰＡ１と上流側冷却空気プレナムＰＡ１の下流側Ｄａ２に配置された下流側冷却空気プレナムＰＡ２とに区画する。支持プレート３の主面、仕切板６の主面、バッフル７の主面、及び基板４の主面は、燃料供給チューブ８の軸線Ａｔと直交している。
なお、以下の説明において、燃料供給チューブ８の軸線Ａｔが延びている方向を軸線方向Ｄａとする。また、軸線Ａｔに直交する方向を径方向とし、この径方向で軸線Ａｔから遠ざかる側を径方向外側と言い、この径方向で軸線Ａｔに近づく側を径方向内側という。また、軸線方向Ｄａの燃料ガスＦが導入されてくる側（図２紙面左側）を上流側Ｄａ１、軸線方向Ｄａの燃料ガスＦが噴射される側（図２紙面右側）を下流側Ｄａ２とする。即ち、本実施形態の燃料噴射器１では、燃料ガスＦ及び圧縮空気Ａが上流側Ｄａ１から下流側Ｄａ２に向かって流通している。
燃料噴射器１では、燃料供給チューブ８によって、上流側Ｄａ１から燃料ガスＦが導入される。燃料噴射器１は、導入された燃料ガスＦを予混合チューブ２で圧縮空気Ａと混合した後に、下流側Ｄａ２に向かって噴射させて排出する。
燃料供給チューブ８は、上流側Ｄａ１から供給されてくる燃料ガスＦを燃料プレナムＰＦまで流通させている。燃料供給チューブ８は、軸線Ａｔを中心とする管状をなして延びている。燃料供給チューブ８は、下流側Ｄａ２で支持プレート３と接続されている。
燃料供給チューブ８の下流側Ｄａ２の端部は、燃料プレナムＰＦ内に開口している。即ち、燃料供給チューブ８の下流側Ｄａ２の端部の軸線方向Ｄａの位置は、支持プレート３の下流側Ｄａ２であって仕切板６の上流側Ｄａ１である。
冷却空気供給チューブ９は、冷却装置５４（上流側Ｄａ１）から供給されてくる冷却空気ＣＡを上流側冷却空気プレナムＰＡ１に流通させている。冷却空気供給チューブ９は、燃料供給チューブ８の径方向内側に燃料供給チューブ８と同軸をなすように配置されている。即ち、燃料ガスＦは、冷却空気供給チューブ９と燃料供給チューブ８との間の径方向の隙間を流通する。冷却空気供給チューブ９の下流側Ｄａ２の端部は、上流側冷却空気プレナムＰＡ１内に開口している。即ち、冷却空気供給チューブ９の下流側Ｄａ２の端部の軸線方向Ｄａの位置は、仕切板６の下流側Ｄａ２であってバッフル７の上流側Ｄａ１である。
支持プレート３は、軸線Ａｔを中心とする円板状をなしており、中心に円形状の貫通孔が形成されている。この貫通孔は、燃料供給チューブ８の外径と同じ径で形成されている。支持プレート３は、この貫通孔に燃料供給チューブ８の端部が下流側Ｄａ２に飛び出すように挿入された状態で、燃料供給チューブ８と接続されている。支持プレート３には、複数の予混合チューブ２を挿通させて支持するための複数の貫通孔が形成されている。
基板４は、支持プレート３と略同じ外径をなし、軸線Ａｔを中心として円板状に形成されている。基板４は、外側壁５を介して支持プレート３と連結されることで、支持プレート３とともに内側に空間であるプレナムＰを画成している。基板４には、複数の予混合チューブ２を挿通させて支持するための複数の貫通孔が、支持プレート３に形成された貫通孔と対応する位置に形成されている。
外側壁５は、支持プレート３の外周と基板４の外周とを接続している。外側壁５は、支持プレート３及び基板４の外径と同じ大きさの内径で形成された円筒状をなしている。外側壁５は、上流側Ｄａ１で支持プレート３と接続されている。外側壁５は、下流側Ｄａ２の端部で基板４と接続されている。したがって、外側壁５によって接続された支持プレート３と基板４との内側に、画成された空間としてプレナムＰが設けられている。
仕切板６は、プレナムＰを燃料プレナムＰＦと燃料プレナムＰＦと燃料プレナムＰＦの下流側Ｄａ２に配置された冷却空気プレナムＰＡとに区画する板である。仕切板６は、支持プレート３と略同じ外径をなし、軸線Ａｔを中心として円板状に形成されている。仕切板６は、支持プレート３の下流側Ｄａ２であって、基板４の上流側Ｄａ１に配置されている。
仕切板６の中心には、円形状の貫通孔が形成されている。この貫通孔は、冷却空気供給チューブ９の外径と同じ径で形成されている。仕切板６は、この貫通孔に冷却空気供給チューブ９の端部が下流側Ｄａ２に飛び出すように挿入された状態で、冷却空気供給チューブ９と接続されている。仕切板６には、複数の予混合チューブ２を挿通させて支持するための複数の貫通孔が、支持プレート３に形成された貫通孔と対応する位置に形成されている。
バッフル７は、冷却空気プレナムＰＡを上流側冷却空気プレナムＰＡ１と上流側冷却空気プレナムＰＡ１の下流側Ｄａ２に配置された下流側冷却空気プレナムＰＡ２とに区画する板である。バッフル７は、仕切板６と同じ外径をなし、軸線Ａｔを中心として円板状に形成されている。バッフル７は、仕切板６の下流側Ｄａ２であって、基板４の上流側Ｄａ１に配置されている。
バッフル７には、複数の予混合チューブ２を挿通させて支持するための複数の貫通孔が、支持プレート３に形成された貫通孔と対応する位置に形成されている。
また、バッフル７には、上流側冷却空気プレナムＰＡ１と下流側冷却空気プレナムＰＡ２とを連通させる複数の冷却孔１１が形成されている。冷却孔１１は、軸線方向Ｄａに延在する孔である。即ち、冷却空気供給チューブ９を介して上流側冷却空気プレナムＰＡ１に導入された冷却空気ＣＡは、複数の冷却孔１１を介して下流側冷却空気プレナムＰＡ２に導入される。
予混合チューブ２は、軸線方向Ｄａに延在する円筒状の形状を有する管材である。予混合チューブ２には、上流側Ｄａ１から圧縮空気Ａが導入され、下流側Ｄａ２から圧縮空気Ａと燃料ガスＦとの混合気体が排出される。予混合チューブ２は、上流側Ｄａ１の端部が支持プレート３によって支持され、下流側Ｄａ２の端部が基板４によって支持される。
本実施形態の予混合チューブ２は、上流側Ｄａ１の端部が支持プレート３から上流側Ｄａ１に突出せずに略面一となるように固定されている。予混合チューブ２は、下流側Ｄａ２の端部が基板４から下流側Ｄａ２に突出せずに略面一となるように固定されている。予混合チューブ２には、径方向に向かって予混合チューブ２を内外に貫通する燃料導入孔１２が、燃料プレナムＰＦに位置する部分に形成されている。
燃料導入孔１２は、プレナムＰで燃料ガスＦを予混合チューブ２内に流入させる貫通孔である。燃料導入孔１２は、円形状の断面形状をなしており、予混合チューブ２を径方向に貫通している。燃料導入孔１２は、仕切板６よりも上流側Ｄａ１に形成されている。燃料導入孔１２の軸線方向Ｄａの位置は、全ての予混合チューブ２で同じである。
外側壁５には、プレナムＰの内外に貫通する複数の冷却空気排出孔１３が形成されている。冷却空気排出孔１３は、下流側冷却空気プレナムＰＡ２に位置する部分に形成されている。複数の冷却空気排出孔１３は、軸線Ａｔを中心とした周方向に等間隔に形成されている。
予混合チューブ２は、支持プレート３及び基板４に対して複数設けられている。複数の予混合チューブ２は、互いに同じ断面形状及び同じ長さとなるように形成されている。複数の予混合チューブ２は、図３に示すように、軸線方向Ｄａから見た際に、軸線Ａｔと直交するプレナムＰの断面領域が軸線Ａｔを中心として複数の仮想正三角形Ｔを敷き詰めるように区画された場合に、仮想正三角形Ｔの頂点の位置に配置されている。仮想正三角形Ｔは、軸線Ａｔと直交するプレナムＰの断面領域である仮想の平面上で、軸線Ａｔを中心として放射状に広がるように複数配置される正三角形である。仮想正三角形Ｔにおける一辺の長さは、予混合チューブ２を配置する軸線Ａｔから距離や近接する予混合チューブ２同士の距離から定められる。本実施形態では、辺の長さが同じ同形状の仮想正三角形ＴがプレナムＰの断面領域に敷き詰められている。
複数の予混合チューブ２は、仮想正三角形Ｔの頂点に配置されることにより、軸線Ａｔを中心に径方向外側に向かうに連れて放射状をなして徐々に数が増加するように配置されている。
複数の冷却孔１１は、軸線方向Ｄａから見た際に、仮想正三角形Ｔの中心の位置に配置されている。
次に、燃料噴射器１の作用について説明する。
本実施形態の燃料噴射器１では、燃料供給チューブ８を介して上流側Ｄａ１から燃料ガスＦが燃料プレナムＰＦに導入される。燃料プレナムＰＦに導入された燃料ガスＦは、燃料導入孔１２を介して予混合チューブ２に取り込まれる。燃料ガスＦが流入した予混合チューブ２内では、上流側Ｄａ１から導入された圧縮空気Ａと燃料ガスＦとが混合され、混合気体が下流側Ｄａ２から噴射される。
また、本実施形態の燃料噴射器１では、冷却空気供給チューブ９を介して上流側Ｄａ１から冷却空気ＣＡが上流側冷却空気プレナムＰＡ１に導入される。上流側冷却空気プレナムＰＡ１に導入された冷却空気ＣＡは、複数の冷却孔１１から噴射されて基板４に衝突する。このように、冷却孔１１により冷却空気ＣＡを噴射することで、基板４をインピンジメント冷却と同様に冷却することができる。即ち、冷却孔１１の少なくとも一部は、インピンジ孔である。
基板４の冷却に使用された冷却空気ＣＡは、冷却空気排出孔１３から径方向外側に排出される。
上記実施形態によれば、上流側冷却空気プレナムＰＡ１に導入された冷却空気ＣＡがバッフル７の冷却孔１１を介して基板４に向けて噴射されて、高温となる基板４を効率良く冷却することができる。即ち、燃料ガスＦ及び圧縮空気Ａの噴射により発生する火炎が予混合チューブ２の出口（噴射孔）に付着する付着火炎となり、基板４が高温となった場合に基板４を積極的に冷却することができる。
また、圧縮機５１によって生成した圧縮空気Ａを抽気し、冷却装置５４の強制空冷圧縮機７４を用いて抽気された圧縮空気Ａを再加圧することによって、抽気した圧縮空気よりも高い圧力の冷却空気ＣＡを供給することができる。
また、クーラー７３を使用して圧縮空気Ａを冷却することによって、抽気した圧縮空気Ａよりも低温の冷却空気ＣＡを供給することができる。
また、冷却空気供給チューブ９が燃料供給チューブ８の径方向内側に燃料供給チューブ８と同軸をなすように配置されていることによって、冷却空気ＣＡの温度の上昇を抑制することができる。即ち、冷却空気供給チューブ９を燃料ガスＦよりも高温である圧縮空気Ａに曝すことなく、プレナムＰに接続することができる。
〔第二実施形態〕
以下、本発明の第二実施形態の燃料噴射器１Ｂについて図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図４に示すように、本実施形態の燃料噴射器１Ｂは、バッフルの形状が第一実施形態の燃料噴射器と相違する。
本実施形態のバッフル７Ｂは、径方向内側に配置されたバッフル本体１５と、バッフル本体１５の径方向外側に配置された傾斜部１６と、を有している。
バッフル本体１５の直径は、基板４の直径よりも小さい。バッフル本体１５の直径は、基板４の直径の１／３程度に設定することができる。バッフル本体１５には、第一実施形態のバッフル７と同様の複数の冷却孔１１が形成されている。
傾斜部１６は、バッフル本体１５の外周と外側壁５の内周面とを接続するように形成された板状の部材である。傾斜部１６は、径方向外側に向かうにしたがって、下流側Ｄａ２に傾斜している。換言すれば、傾斜部１６は、下流側Ｄａ２に向かうにしたがって漸次拡径するように形成されている。傾斜部１６には、冷却孔１１は形成されていない。
上記実施形態によれば、上流側冷却空気プレナムＰＡ１に導入された冷却空気ＣＡは、複数の冷却孔１１から下流側冷却空気プレナムＰＡ２に噴射された後、基板４の中央近傍を冷却しつつ、傾斜部１６に沿って径方向外側に流れる。即ち、下流側冷却空気プレナムＰＡ２に導入された冷却空気ＣＡは、バッフル７の傾斜部１６に沿って径方向外側に方向付けられる。これにより、基板４のみならず、下流側冷却空気プレナムＰＡ２内の予混合チューブ２も冷却することができる。
〔第三実施形態〕
以下、本発明の第三実施形態の燃料噴射器１Ｃについて図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図５に示すように、本実施形態の基板４Ｃには、第二冷却空気排出孔１７が形成されている。即ち、本実施形態の燃料噴射器１は、外側壁５に形成されている冷却空気排出孔１３に加えて、基板４に形成されている第二冷却空気排出孔１７を有している。なお、外側壁５の冷却空気排出孔１３を省略してもよい。
第二冷却空気排出孔１７は、軸線方向Ｄａに延在する貫通孔である。本実施形態の第二冷却空気排出孔１７の軸線方向Ｄａから見た位置は、バッフル７の冷却孔１１の位置と異なっている。
上記実施形態によれば、燃料ガスＦ及び圧縮空気Ａの噴射により発生する火炎が予混合チューブ２の出口に付着するのを抑制することができる。また、火炎が付着した場合においても、火炎自体の温度を低減することができる。
また、軸線方向Ｄａから見た第二冷却空気排出孔１７の位置が、バッフル７の冷却孔１１の位置と異なっていることによって、冷却空気ＣＡが基板４と衝突することなく排出されるのを抑制することができる。
〔第四実施形態〕
以下、本発明の第四実施形態の燃料噴射器１Ｄについて図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図６に示すように、本実施形態の燃料噴射器１Ｄの予混合チューブ２には、予混合チューブ２を内外に貫通する冷却空気導入孔１８が、下流側冷却空気プレナムＰＡ２に位置する部分に形成されている。冷却空気導入孔１８は、下流側冷却空気プレナムＰＡ２で、冷却空気ＣＡを予混合チューブ２内に流入させる貫通孔である。
冷却空気導入孔１８は、円形状の断面形状をなしており、予混合チューブ２を径方向に貫通している。燃料導入孔１２は、バッフル７よりも下流側Ｄａ２に形成されている。冷却空気導入孔１８の軸線方向Ｄａの位置は、全ての予混合チューブ２で同じである。
冷却空気導入孔１８は、冷却空気ＣＡが、下流側Ｄａ２に向かって流れるように方向付けられている。換言すれば、冷却空気導入孔１８の中心軸は、予混合チューブ２の外周面から予混合チューブ２の内周面に向かって下流側Ｄａ２に傾斜している。
上記実施形態によれば、基板４を冷却した冷却空気ＣＡの一部を予混合チューブ２の内部に導入することによって、遡上してくる火炎を抑制することができる。
〔第五実施形態〕
以下、本発明の第五実施形態の燃料噴射器１Ｅについて図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図７に示すように、本実施形態のバッフル７Ｅは、冷却空気供給チューブ９の下流側Ｄａ２端部よりも下流側Ｄａ２に設けられている。バッフル７Ｅは、冷却空気プレナムＰＡを区画するように形成されておらず、その中央部に冷却空気流入孔１９が形成されている。
バッフル７Ｅは、軸線Ａｔを中心とする径方向外側に向かうにしたがって下流側Ｄａ２に傾斜して外側壁５に接続された拡径部２０と、拡径部２０の径方向の中央に形成されている冷却空気流入孔１９と、を有している。
拡径部２０の上流側Ｄａ１の端部（冷却空気流入孔１９）の軸線方向Ｄａの位置は、冷却空気供給チューブ９の下流側Ｄａ２の端部の位置と同じか、やや下流側Ｄａ２である。
冷却空気流入孔１９の孔径は、冷却空気供給チューブ９の外径よりもやや大きい。冷却空気流入孔１９は円形をなし、中心が軸線Ａｔ上に配置されている。
冷却空気供給チューブ９から供給される冷却空気ＣＡは、冷却空気流入孔１９に流入した後、基板４に衝突する。
上記実施形態によれば、冷却空気プレナムＰＡに導入された冷却空気ＣＡは、冷却空気流入孔１９からバッフル７の下流側Ｄａ２に流入する。流入した冷却空気ＣＡは、基板４の中央近傍を冷却しつつ、拡径部２０に沿って径方向外側に流れる。即ち、冷却空気ＣＡは、バッフル７の拡径部２０に沿って径方向外側に方向付けられる。これにより、基板４のみならず、冷却空気プレナムＰＡ内の予混合チューブ２も冷却することができる。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。
なお、上記実施形態では、燃料供給チューブ８と冷却空気供給チューブ９とは、同軸上に配置されている構成としたがこれに限ることはない。例えば、冷却空気供給チューブ９を外側壁５に接続して、外側壁５に形成した貫通孔を介して冷却空気プレナムＰＡに冷却空気ＣＡを導入する構成としてもよい。
また、上記実施形態では、一つの燃焼筒６９内に一つの燃料噴射器１が配置されているが、これに限ることはない。例えば、燃焼筒６９内に、筒状の外側壁を有する複数の燃料噴射器が配置されてもよい。
また、一つの燃焼器内に複数の燃料噴射器を配置する場合、各々の燃料噴射器の断面形状を円形とする必要はない。例えば、図８に示すように、円筒形の外側壁５Ａと、外側壁５Ａの内部を周方向に区画する複数の複数の壁５Ｂとを設け、一つの燃焼器５２Ａ内に複数の扇形状の燃料噴射器１Ａを設けてもよい。
１ 燃料噴射器
２ 予混合チューブ
３ 支持プレート
４ 基板
５，５Ａ 外側壁
５Ｂ 壁
６ 仕切板
７ バッフル
８ 燃料供給チューブ
９ 冷却空気供給チューブ
１１ 冷却孔
１２ 燃料導入孔
１３ 冷却空気排出孔
１５ バッフル本体
１６ 傾斜部
１７ 第二冷却空気排出孔
１８ 冷却空気導入孔
１９ 冷却空気流入孔
２０ 拡径部
５１ 圧縮機
５２ 燃焼器
５３ タービン
５４ 冷却装置
６７ 中間車室
７２ 抽気部
７３ クーラー
７４ 強制空冷圧縮機
７６ 冷却空気導入部
１００ ガスタービン
Ａ 圧縮空気
Ａｒ 軸線
Ａｔ 軸線
ＣＡ 冷却空気
Ｄａ 軸線方向
Ｄａ１ 上流側
Ｄａ２ 下流側
Ｇ 燃焼ガス
Ｆ 燃料ガス
Ｐ プレナム
ＰＦ 燃料プレナム
ＰＡ 冷却空気プレナム
ＰＡ１ 上流側冷却空気プレナム
ＰＡ２ 下流側冷却空気プレナム

Claims (8)

  1. 軸線を中心とする管状をなして、前記軸線の延びる軸線方向の上流側から燃料ガスが導入される燃料供給チューブと、
    前記軸線方向に延在する管状をなし、上流側から空気が導入される複数の予混合チューブと、
    前記燃料供給チューブの前記軸線方向の下流側及び前記複数の予混合チューブの上流側端部を支持する支持プレートと、
    前記複数の予混合チューブの下流側端部を支持する基板と、
    前記支持プレートと前記基板とを連結し、かつ、前記支持プレートと前記基板とともに内部にプレナムを形成する筒状の外側壁と、
    前記プレナムを燃料プレナムと前記燃料プレナムの下流側に配置された冷却空気プレナムとに区画する仕切板と、
    前記仕切板の下流側に配置され、前記冷却空気プレナムを上流側冷却空気プレナムと前記上流側冷却空気プレナムの下流側に配置された下流側冷却空気プレナムとに区画し、複数の冷却孔が形成されたバッフルと、
    前記上流側冷却空気プレナムに冷却空気を供給する冷却空気供給チューブと、を備え、
    前記燃料供給チューブの下流側の端部は、前記燃料プレナム内で開口され、
    前記予混合チューブの前記燃料プレナムに位置する部分に、前記予混合チューブを内外に貫通する燃料導入孔が形成されており、
    前記バッフルは、
    前記冷却孔が形成され、前記軸線を中心とする径方向内側に設けられたバッフル本体と、
    前記バッフル本体と前記外側壁との間に配置され、前記軸線を中心とする径方向外側に向かうにしたがって下流側に傾斜し、前記冷却孔が形成されていない傾斜部と、を有する燃料噴射器。
  2. 複数の前記冷却孔の少なくとも一部は、インピンジ孔であることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射器。
  3. 前記基板に形成され、前記冷却空気を前記下流側冷却空気プレナムから前記基板の下流側に排出する複数の冷却空気排出孔を有する請求項１又は２に記載の燃料噴射器。
  4. 前記予混合チューブの前記下流側冷却空気プレナムに位置する部分に、前記予混合チューブを内外に貫通する冷却空気導入孔が形成されている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃料噴射器。
  5. 前記冷却空気供給チューブは、前記燃料供給チューブの径方向内側に前記燃料供給チューブと同軸に配置されている請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の燃料噴射器。
  6. 軸線を中心とする管状をなして、前記軸線の延びる軸線方向の上流側から燃料ガスが導入される燃料供給チューブと、
    前記軸線方向に延在する管状をなし、上流側から空気が導入される複数の予混合チューブと、
    前記燃料供給チューブの下流側及び前記複数の予混合チューブの上流側端部を支持する支持プレートと、
    前記複数の予混合チューブの下流側端部を支持する基板と、
    前記支持プレートと前記基板とを連結し、かつ、前記支持プレートと前記基板とともに
    内部にプレナムを形成する筒状の外側壁と、
    前記プレナムを燃料プレナムと前記燃料プレナムの下流側に配置された冷却空気プレナムとに区画する仕切板と、
    前記冷却空気プレナムに冷却空気を供給する冷却空気供給チューブと、
    前記冷却空気供給チューブの下流側端部よりも下流側に設けられ、
    前記軸線を中心とする径方向外側に向かうにしたがって下流側に傾斜して前記外側壁に接続された拡径部と、前記拡径部の前記軸線を中心とする径方向の中央に形成され、前記冷却空気供給チューブから供給される前記冷却空気が流入される冷却空気流入孔と、を有するバッフルと、を備え、
    前記予混合チューブの前記燃料プレナムに位置する部分に、前記予混合チューブを内外に貫通する燃料導入孔が形成されている燃料噴射器。
  7. 空気を圧縮した圧縮空気を生成する圧縮機と、
    請求項１から請求項６の何れか一項に記載の燃料噴射器を有し、前記圧縮空気に燃料を混合させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、
    前記圧縮機によって生成された圧縮空気を抽気する抽気部と、
    抽気された前記圧縮空気を更に圧縮する強制空冷圧縮機と、
    前記強制空冷圧縮機によって生成された冷却空気を前記燃料噴射器に導入する冷却空気導入部と、を備えるガスタービン。
  8. 前記抽気部により抽気された前記圧縮空気を冷却するクーラーを有する請求項７に記載のガスタービン。
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