JP6883464B2 - Combustor nozzle, combustor and gas turbine - Google Patents

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Description

本発明は、燃焼器ノズル、燃焼器及びガスタービンに関する。 The present invention relates to combustor nozzles, combustors and gas turbines.

一般的なガスタービンは、外部の空気を圧縮して高圧空気を生成する圧縮機と、高圧空気と燃料とを混合して燃焼させ、高温高圧の燃焼ガスを生成する燃焼器と、燃焼ガスによって回転駆動されるタービンと、を備えている。
このようなガスタービンに用いられる燃焼器の一例として、下記特許文献1に記載されたものが知られている。特許文献1に係る燃焼器は、燃焼ガスが流通する燃焼筒と、燃焼筒内で火炎を形成する複数のノズルと、を主に備えている。ノズルによって形成された火炎によって燃焼筒内で高温高圧の燃焼ガスが生じる。
A general gas turbine uses a compressor that compresses external air to generate high-pressure air, a combustor that mixes and burns high-pressure air and fuel to generate high-temperature and high-pressure combustion gas, and combustion gas. It is equipped with a rotationally driven turbine.
As an example of a combustor used in such a gas turbine, the one described in Patent Document 1 below is known. The combustor according to Patent Document 1 mainly includes a combustion cylinder through which combustion gas flows, and a plurality of nozzles that form a flame in the combustion cylinder. The flame formed by the nozzle produces high-temperature and high-pressure combustion gas in the combustion cylinder.

特開平5−203146号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 5-203146

ところで、上記のような燃焼器の内部では、燃料と空気とが流通する過程で、フラッシュバックと呼ばれる現象が生じる場合がある。フラッシュバックとは、燃焼器内における予期しない領域に滞留している燃料に、火炎が伝播することで異常な燃焼を生じる現象である。特に、上記のノズルの前方側では、旋回羽根による旋回流が形成されることから、その渦芯に燃料が滞留することで上記フラッシュバックが生じる虞がある。 By the way, inside the combustor as described above, a phenomenon called flashback may occur in the process of circulation of fuel and air. Flashback is a phenomenon in which a flame propagates to a fuel staying in an unexpected region in a combustor, causing abnormal combustion. In particular, since a swirling flow is formed by the swirling blades on the front side of the nozzle, there is a possibility that the flashback may occur due to the fuel staying in the vortex core.

本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、フラッシュバックの発生を抑制することが可能な燃焼器ノズル、燃焼器及びガスタービンを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a combustor nozzle, a combustor, and a gas turbine capable of suppressing the occurrence of flashback.

本発明の第一の態様によれば、燃焼器ノズルは、軸線に沿って延びる主外周面と、該主外周面から前記軸線方向の前方側に向かうにしたがって漸次縮径する縮径外周面とを有する軸体と、前記軸体の主外周面から径方向外側に向かって延出するとともに前記軸線の周方向に間隔をあけて複数が設けられ、表面に燃料を噴出する燃料噴出孔が形成された旋回羽根と、前記主外周面のみを外周側から囲う第一筒部、及び、該第一筒部に連続して前記縮径外周面のみを外周側から囲うとともに前記軸線方向の前方側に向かうにしたがって漸次縮径する第二筒部を有する流路形成筒と、を備える。 According to the first aspect of the present invention, the combustor nozzle has a main outer peripheral surface extending along the axis and a reduced outer peripheral surface whose diameter gradually decreases from the main outer peripheral surface toward the front side in the axial direction. And a plurality of shaft bodies extending outward in the radial direction from the main outer peripheral surface of the shaft body and at intervals in the circumferential direction of the shaft line, and a fuel ejection hole for ejecting fuel is formed on the surface. and the swirl vane, the main outer circumferential surface first cylindrical portion surrounding the outer peripheral side only, and, the front side of the axial direction together with continuously in said first cylindrical portion surrounds only the reduced diameter outer peripheral surface from the outer periphery A flow path forming cylinder having a second cylinder portion whose diameter gradually decreases toward the direction of

この構成では、軸体の主外周面の外周側に流路形成筒が設けられている。さらに、この流路形成筒の第二筒部は、軸線方向の前方側に向かうにしたがって漸次縮径している。これにより、流路形成筒の内周側を流れる流体の軸線方向における流速を高めることができる。すなわち、軸体の前方側に形成される旋回流の渦芯に対して、空気を積極的に供給することができる。したがって、当該渦芯における燃料濃度を下げることができるとともに、フラッシュバックが発生する虞を低減することができる。 In this configuration, a flow path forming cylinder is provided on the outer peripheral side of the main outer peripheral surface of the shaft body. Further, the diameter of the second cylinder portion of the flow path forming cylinder is gradually reduced toward the front side in the axial direction. As a result, the flow velocity of the fluid flowing on the inner peripheral side of the flow path forming cylinder in the axial direction can be increased. That is, air can be positively supplied to the vortex core of the swirling flow formed on the front side of the shaft body. Therefore, the fuel concentration in the vortex core can be lowered, and the risk of flashback can be reduced.

本発明の第二の態様によれば、上記の燃焼器ノズルでは、前記旋回羽根は、前記流路形成筒よりも内周側に位置する支持部と、該流路形成筒よりも外周側に位置する旋回羽根本体と、を有し、前記燃料噴出孔は、該旋回羽根本体のみに形成されていてもよい。 According to the second aspect of the present invention, in the above combustor nozzle, the swirl vanes are located on the inner peripheral side of the flow path forming cylinder and on the outer peripheral side of the flow path forming cylinder. It has a swivel blade main body located, and the fuel ejection hole may be formed only in the swivel blade main body.

この構成によれば、燃料噴出孔が外周側に位置する旋回羽根本体のみに形成されている。したがって、旋回羽根本体よりも内周側に位置する支持部の前方側で、燃料濃度をさらに下げることができる。すなわち、渦芯における燃料濃度を下げることができるとともに、フラッシュバックが発生する虞をさらに低減することができる。 According to this configuration, the fuel ejection hole is formed only in the swirl vane main body located on the outer peripheral side. Therefore, the fuel concentration can be further reduced on the front side of the support portion located on the inner peripheral side of the swivel blade main body. That is, the fuel concentration in the vortex core can be lowered, and the risk of flashback can be further reduced.

本発明の第三の態様によれば、上記の燃焼器ノズルでは、前記支持部は、前記軸線方向の後方側から前方側に向かって延びるとともに、該軸線を対称軸とする翼断面形状を有していてもよい。 According to the third aspect of the present invention, in the combustor nozzle, the support portion extends from the rear side to the front side in the axial direction and has an airfoil cross-sectional shape with the axis as the axis of symmetry. You may be doing it.

この構成によれば、軸線方向の後方側から流れてきた流体が支持部の周囲を通過する際の圧力損失の発生を抑制することができる。これにより、流路形成筒の内周側を流れる流体の軸線方向における流速を高めることができる。すなわち、軸体の前方側に形成される旋回流の渦芯に対して、空気を積極的に供給することができる。したがって、当該渦芯における燃料濃度を下げることができるとともに、フラッシュバックが発生する虞を低減することができる。 According to this configuration, it is possible to suppress the occurrence of pressure loss when the fluid flowing from the rear side in the axial direction passes around the support portion. As a result, the flow velocity of the fluid flowing on the inner peripheral side of the flow path forming cylinder in the axial direction can be increased. That is, air can be positively supplied to the vortex core of the swirling flow formed on the front side of the shaft body. Therefore, the fuel concentration in the vortex core can be lowered, and the risk of flashback can be reduced.

本発明の第四の態様によれば、上記の燃焼器ノズルでは、前記支持部の後方側の端縁、及び旋回羽根本体の後方側の端縁は互いに面一であってもよい。 According to the fourth aspect of the present invention, in the combustor nozzle described above, the rear edge of the support portion and the rear edge of the swivel blade body may be flush with each other.

この構成によれば、支持部の前方側の端縁、及び旋回羽根本体の前方側の端縁が互いに面一であることから、これら端縁の周辺で流体の流れに乱れを生じたり、圧力損失を生じたりする虞を低減することができる。 According to this configuration, the front edge of the support portion and the front edge of the swirl vane body are flush with each other, so that the fluid flow is disturbed or the pressure is generated around these edge edges. The risk of loss can be reduced.

本発明の第五の態様によれば、上記の燃焼器ノズルでは、前記旋回羽根本体は、径方向外側に位置する湾曲形状の先端部と、径方向内側に位置し、前方側に切り欠き部を有する根本部と、を有してよい。 According to the fifth aspect of the present invention, in the above combustor nozzle, the swirl blade main body has a curved tip portion located on the outer side in the radial direction and a notch portion on the front side located on the inner side in the radial direction. It may have a root portion having a.

この構成によれば、旋回羽根本体に切り欠き部が形成されていることによって、旋回羽根本体の径方向内側を流れる空気の軸線方向における流速を更に高めることができる。すなわち、軸体の前方側に形成される旋回流の渦芯に対して、更なる空気を供給することができる。 According to this configuration, since the notch portion is formed in the swirl blade main body, the flow velocity in the axial direction of the air flowing inside the swirl blade main body in the radial direction can be further increased. That is, more air can be supplied to the vortex core of the swirling flow formed on the front side of the shaft body.

本発明の第六の態様によれば、上記の燃焼器ノズルでは、前記旋回羽根本体の平均反り線に対して前記旋回羽根本体の前縁で接する接線と、前記軸線とでなす角度が、前記旋回羽根本体の前縁の径方向内側では0度から10度になっており、前記旋回羽根本体の前縁の径方向外側では、前記旋回羽根本体の前縁の径方向内側の角度よりも大きい角度になっていてよい。 According to the sixth aspect of the present invention, in the combustor nozzle, the angle formed by the tangent line tangent to the average warp line of the swirling blade body at the front edge of the swirling blade body and the axis line is the same. The radial inside of the front edge of the swivel blade body is 0 to 10 degrees, and the radial outside of the front edge of the swivel blade body is larger than the radial inside angle of the front edge of the swivel blade body. It may be an angle.

この構成によれば、旋回羽根本体の径方向内側の旋回角度を小さくすることによって、旋回羽根本体の径方向内側を流れる空気の軸線方向における流速を更に高めることができる。すなわち、軸体の前方側に形成される旋回流の渦芯に対して、更なる空気を供給することができる。 According to this configuration, by reducing the turning angle inside the swirling blade body in the radial direction, the flow velocity in the axial direction of the air flowing inside the swirling blade body in the radial direction can be further increased. That is, more air can be supplied to the vortex core of the swirling flow formed on the front side of the shaft body.

本発明の第七の態様によれば、上記の燃焼器ノズルでは、前記第一筒部における前記軸線方向の後方側の端縁を含む部分は、前方側から後方側に向かうに従って径方向の寸法が漸次縮小していてもよい。 According to the seventh aspect of the present invention, in the combustor nozzle, the portion of the first cylinder portion including the rear edge in the axial direction has a radial dimension from the front side to the rear side. May be gradually reduced.

この構成によれば、第一筒部の内周側に流体が流入する際に、該流体の流れに乱れを生じたり、圧力損失を生じたりする虞を低減することができる。 According to this configuration, when a fluid flows into the inner peripheral side of the first cylinder portion, it is possible to reduce the possibility of causing turbulence in the flow of the fluid or causing pressure loss.

本発明の第八の態様によれば、上記の燃焼器ノズルでは、前記流路形成筒は、前記第一筒部の前記軸線方向後方側の端部に接続され、該第一筒部よりも大きな内径寸法を有する導入部を有してもよい。 According to the eighth aspect of the present invention, in the combustor nozzle, the flow path forming cylinder is connected to the end of the first cylinder portion on the rear side in the axial direction, and is more than the first cylinder portion. It may have an introduction portion having a large inner diameter dimension.

ここで、流路形成筒と軸体とによって囲まれる空間の断面積は、当該空間内を流通する流体に圧力損失が生じないように、軸線方向の全域にわたって一定であることが望ましい。上記のような構成では、導入部の内径が第一筒部の内径よりも大きいことから、支持部が設けられていることによる上記断面積の減少分を、導入部によって補うことができる。 Here, it is desirable that the cross-sectional area of the space surrounded by the flow path forming cylinder and the shaft body is constant over the entire area in the axial direction so that pressure loss does not occur in the fluid flowing in the space. In the above configuration, since the inner diameter of the introduction portion is larger than the inner diameter of the first cylinder portion, the decrease in the cross-sectional area due to the provision of the support portion can be compensated by the introduction portion.

本発明の第九の態様によれば、上記の燃焼器ノズルでは、前記第二筒部における前記軸線方向の前方側の端縁は、該軸線を含む断面視で、後方側から前方側に向かうに従って径方向の寸法が漸次縮小していてもよい。 According to the ninth aspect of the present invention, in the combustor nozzle, the front edge of the second cylinder portion in the axial direction is directed from the rear side to the front side in a cross-sectional view including the axis. The radial dimension may be gradually reduced accordingly.

この構成によれば、第二筒部の内周側から流体が流れ出る際に、該流体の流れに乱れを生じたり、圧力損失を生じたりする虞を低減することができる。 According to this configuration, when the fluid flows out from the inner peripheral side of the second cylinder portion, it is possible to reduce the possibility that the flow of the fluid is turbulent or pressure loss occurs.

本発明の第九の態様によれば、上記の燃焼器ノズルでは、前記軸体の直径をD、前記第一筒部の内径をBとすると、直径Dと内径Bの比D/Bは、0.5≦D/B≦0.8であってよい。 According to the ninth aspect of the present invention, in the above combustor nozzle, assuming that the diameter of the shaft body is D and the inner diameter of the first cylinder portion is B, the ratio D / B of the diameter D and the inner diameter B is. It may be 0.5 ≦ D / B ≦ 0.8.

この構成によれば、第一筒部の内側の空気流路を確保することによって、空気流路中を流通する空気の流量を増やして、渦芯に向かう空気を増やすことができる。すなわち、軸体の前方側に形成される旋回流の渦芯に対して、更なる空気を供給することができる。 According to this configuration, by securing the air flow path inside the first cylinder portion, the flow rate of the air flowing through the air flow path can be increased, and the air toward the vortex core can be increased. That is, more air can be supplied to the vortex core of the swirling flow formed on the front side of the shaft body.

本発明の第十の態様によれば、燃焼器は、上記いずれか一の態様に係る燃焼器ノズルと、前記燃焼器ノズルを外周側から覆う筒体と、を備える。 According to the tenth aspect of the present invention, the combustor includes a combustor nozzle according to any one of the above aspects and a tubular body that covers the combustor nozzle from the outer peripheral side.

この構成によれば、フラッシュバックの発生が抑制された燃焼器を得ることができる。 According to this configuration, it is possible to obtain a combustor in which the occurrence of flashback is suppressed.

本発明の第十一の態様によれば、ガスタービンは、高圧空気を生成する圧縮機と、前記高圧空気と燃料とを混合し、燃焼させて燃焼ガスを生成する上記第十の態様に係る燃焼器と、前記燃焼ガスによって駆動されるタービンと、を備える。 According to the eleventh aspect of the present invention, the gas turbine relates to the tenth aspect of the above tenth aspect, in which a compressor for generating high-pressure air and the high-pressure air and fuel are mixed and burned to generate combustion gas. It includes a combustor and a turbine driven by the combustion gas.

この構成によれば、安定的に運転可能なガスタービンを得ることができる。 According to this configuration, a gas turbine that can be operated stably can be obtained.

本発明によれば、フラッシュバックの発生を抑制することができる燃焼器ノズル、燃焼器及びガスタービンを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a combustor nozzle, a combustor and a gas turbine capable of suppressing the occurrence of flashback.

本発明の第一実施形態に係るガスタービンの構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the gas turbine which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態に係る燃焼器の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the combustor which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態に係る燃焼器の要部拡大断面図である。It is an enlarged sectional view of the main part of the combustor which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態に係る燃焼器ノズルの構成を示す側面図である。It is a side view which shows the structure of the combustor nozzle which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態に係る燃焼器ノズルの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the combustor nozzle which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第二実施形態に係る燃焼器ノズルの旋回羽根の支持部の断面形状を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the cross-sectional shape of the support part of the swirl vane of the combustor nozzle which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第三実施形態に係る燃焼器ノズルの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the combustor nozzle which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第四実施形態に係る燃焼器ノズルの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the combustor nozzle which concerns on 4th Embodiment of this invention. 本発明の第五実施形態に係る燃焼器ノズルの構成を示す側面図である。It is a side view which shows the structure of the combustor nozzle which concerns on 5th Embodiment of this invention. 本発明の第五実施形態に係る燃焼器ノズルの旋回羽根の形状を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the shape of the swirl vane of the combustor nozzle which concerns on 5th Embodiment of this invention. 本発明の第六実施形態に係る燃焼器ノズルの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the combustor nozzle which concerns on 6th Embodiment of this invention.

[第一実施形態]
本発明の第一実施形態について図面を参照して説明する。図1に示すように、本実施形態に係るガスタービン100は、高圧空気を生成する圧縮機1と、高圧空気に燃料を混合して燃焼させ、燃焼ガスを生成する燃焼器3と、燃焼ガスによって駆動されるタービン2と、を備えている。
[First Embodiment]
The first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the gas turbine 100 according to the present embodiment includes a compressor 1 that generates high-pressure air, a combustor 3 that mixes fuel with high-pressure air and burns it, and a combustion gas. It comprises a turbine 2 driven by.

圧縮機1は、主軸線Amに沿って延びるとともに、該主軸線Am回りに回転可能な圧縮機ロータ11と、圧縮機ロータ11を外周側から覆う圧縮機ケーシング12と、を有している。圧縮機ロータ11は、主軸線Amを中心とする円柱状をなしている。圧縮機ロータ11の外周面には、主軸線Am方向に間隔をあけて配列された複数の圧縮機動翼段13が設けられている。各圧縮機動翼段13は、圧縮機ロータ11の外周面上で、主軸線Amの周方向に間隔をあけて配列された複数の圧縮機動翼14を有している。 The compressor 1 has a compressor rotor 11 that extends along the main axis Am and is rotatable around the main axis Am, and a compressor casing 12 that covers the compressor rotor 11 from the outer peripheral side. The compressor rotor 11 has a columnar shape centered on the main axis Am. A plurality of compressor moving blade stages 13 arranged at intervals in the main axis Am direction are provided on the outer peripheral surface of the compressor rotor 11. Each compressor moving blade stage 13 has a plurality of compression moving blades 14 arranged at intervals in the circumferential direction of the main axis Am on the outer peripheral surface of the compressor rotor 11.

圧縮機ケーシング12は、主軸線Amを中心とする円筒状をなしている。圧縮機ケーシング12の内周面には、主軸線Am方向に間隔をあけて配列された複数の圧縮機静翼段15が設けられている。各圧縮機静翼段15は、圧縮機ケーシング12の内周面上で、主軸線Amの周方向に間隔をあけて配列された複数の圧縮機静翼16を有している。上記の圧縮機動翼段13、及び圧縮機静翼段15は、主軸線Am方向に互い違いになるように交互に配列されている。 The compressor casing 12 has a cylindrical shape centered on the main axis Am. A plurality of compressor stationary blade stages 15 arranged at intervals in the main axis Am direction are provided on the inner peripheral surface of the compressor casing 12. Each compressor stationary blade stage 15 has a plurality of compressor stationary blades 16 arranged at intervals in the circumferential direction of the main axis Am on the inner peripheral surface of the compressor casing 12. The compressor moving blade stage 13 and the compressor stationary blade stage 15 are arranged alternately so as to be staggered in the main axis Am direction.

燃焼器3は、上記の圧縮機ケーシング12と、後述するタービンケーシング22との間の領域に、主軸線Amの周方向に間隔をあけて複数設けられている。各燃焼器3は、上記の主軸線Amに対して交差する方向に延びる燃焼器軸線Acを中心とする筒状をなしている。これら燃焼器3は、いずれも上記圧縮機ケーシング12の内側の空間と連通されている。すなわち、当該圧縮機ケーシング12内を流通する高圧空気は、圧縮機ケーシング12を経て複数の燃焼器3ごとに分配される。 A plurality of combustors 3 are provided in a region between the compressor casing 12 and the turbine casing 22, which will be described later, at intervals in the circumferential direction of the main axis Am. Each combustor 3 has a tubular shape centered on the combustor axis Ac extending in a direction intersecting the main axis Am. All of these combustors 3 are communicated with the space inside the compressor casing 12. That is, the high-pressure air flowing through the compressor casing 12 is distributed to each of the plurality of combustors 3 via the compressor casing 12.

タービン2は、主軸線Amに沿って延びるとともに、該主軸線Am回りに回転可能なタービンロータ21と、タービンロータ21を外周側から覆うタービンケーシング22と、を有している。タービンロータ21は、主軸線Amを中心とする円柱状をなしている。タービンロータ21の外周面には、主軸線Am方向に間隔をあけて配列された複数のタービン動翼段23が設けられている。各タービン動翼段23は、タービンロータ21の外周面上で、主軸線Amの周方向に間隔をあけて配列された複数のタービン動翼24を有している。 The turbine 2 has a turbine rotor 21 that extends along the main axis Am and is rotatable around the main axis Am, and a turbine casing 22 that covers the turbine rotor 21 from the outer peripheral side. The turbine rotor 21 has a columnar shape centered on the main axis Am. A plurality of turbine blade stages 23 arranged at intervals in the main axis Am direction are provided on the outer peripheral surface of the turbine rotor 21. Each turbine blade stage 23 has a plurality of turbine blades 24 arranged at intervals in the circumferential direction of the main axis Am on the outer peripheral surface of the turbine rotor 21.

タービンケーシング22は、主軸線Amを中心とする円筒状をなしている。タービンケーシング22の内周面には、主軸線Am方向に間隔をあけて配列された複数のタービン静翼段25が設けられている。各タービン静翼段25は、タービンケーシング22の内周面上で、主軸線Amの周方向に間隔をあけて配列された複数のタービン静翼26を有している。上記のタービン動翼段23、及びタービン静翼段25は、主軸線Am方向に互い違いになるように交互に配列されている。 The turbine casing 22 has a cylindrical shape centered on the main axis Am. A plurality of turbine stationary blade stages 25 arranged at intervals in the main axis Am direction are provided on the inner peripheral surface of the turbine casing 22. Each turbine vane stage 25 has a plurality of turbine vanes 26 arranged at intervals in the circumferential direction of the main axis Am on the inner peripheral surface of the turbine casing 22. The turbine blade stage 23 and the turbine blade stage 25 are alternately arranged so as to be staggered in the main axis Am direction.

圧縮機ロータ11とタービンロータ21とは、主軸線Am方向に同軸上で連結されることで、ガスタービンロータ91を形成する。また、圧縮機ケーシング12とタービンケーシング22とは、主軸線Am方向に連結されることで、ガスタービンケーシング92を形成する。すなわち、圧縮機ロータ11とタービンロータ21は、ガスタービンロータ91として、主軸線Am回りに一体に回転可能とされている。 The compressor rotor 11 and the turbine rotor 21 are coaxially connected in the Am direction of the main axis to form the gas turbine rotor 91. Further, the compressor casing 12 and the turbine casing 22 are connected in the main axis Am direction to form the gas turbine casing 92. That is, the compressor rotor 11 and the turbine rotor 21 can rotate integrally around the main axis Am as the gas turbine rotor 91.

続いて、燃焼器3の詳細な構成について、図2と図3を参照して説明する。燃焼器3は、燃焼器軸線Acを中心とする筒状の燃焼器本体3Mと、燃焼器本体3Mに燃料を供給する燃料ノズル3Nと、を有している。燃焼器本体3Mは、燃料ノズル3Nを収容する第一筒体41と、燃焼器軸線Acに沿って第一筒体41に接続される第二筒体42と、を有している。なお、以降の説明では、燃焼器軸線Acの延びる方向において、第二筒体42から見て第一筒体41が位置する側を後方側と呼び、第一筒体41から見て第二筒体42が位置する側を前方側と呼ぶ。すなわち、燃焼器3中で生成された燃焼ガスは後方側から前方側に向かって流通する。 Subsequently, the detailed configuration of the combustor 3 will be described with reference to FIGS. 2 and 3. The combustor 3 has a tubular combustor main body 3M centered on the combustor axis Ac and a fuel nozzle 3N for supplying fuel to the combustor main body 3M. The combustor main body 3M has a first cylinder 41 for accommodating the fuel nozzle 3N and a second cylinder 42 connected to the first cylinder 41 along the combustor axis Ac. In the following description, the side in which the first cylinder 41 is located when viewed from the second cylinder 42 in the extending direction of the combustor axis Ac is referred to as the rear side, and the second cylinder when viewed from the first cylinder 41. The side on which the body 42 is located is called the front side. That is, the combustion gas generated in the combustor 3 flows from the rear side to the front side.

第一筒体41の径寸法は、第二筒体42の径寸法よりも小さく設定されている。これにより、第一筒体41の前方側の端部は、第二筒体42の後方側の端部内に挿通された状態となっている。第一筒体41は、燃焼器軸線Acを中心とする円筒状をなしている。第二筒体42は、後方側から前方側に向かうにしたがって次第に縮径している。燃料ノズル3Nは、主として第二筒体42内に向けて後方側から燃料を供給する。より具体的には、燃料ノズル3Nは、第一燃料ノズル51(燃焼器ノズル)と、第二燃料ノズル52とを有している。 The diameter dimension of the first cylinder body 41 is set smaller than the diameter dimension of the second cylinder body 42. As a result, the front end of the first cylinder 41 is inserted into the rear end of the second cylinder 42. The first cylinder 41 has a cylindrical shape centered on the combustor axis Ac. The diameter of the second tubular body 42 gradually decreases from the rear side to the front side. The fuel nozzle 3N mainly supplies fuel from the rear side toward the inside of the second cylinder 42. More specifically, the fuel nozzle 3N has a first fuel nozzle 51 (combustor nozzle) and a second fuel nozzle 52.

図4又は図5に拡大して示すように、第一燃料ノズル51は、燃焼器軸線Acの周方向に間隔をあけて複数設けられている。各第一燃料ノズル51は、外周側から筒状のノズル筒70によって覆われている。ノズル筒70は、第一軸線を中心とする円筒状をなしている。ノズル筒70のさらに前方側には延長管80が設けられている。第一燃料ノズル51は、燃焼器軸線Acに平行な第一軸線A1(軸線)に沿って延びる軸体51Mと、軸体51Mの外周側で周方向に間隔をあけて配列された複数の旋回羽根60と、軸体51Mを外周側から覆う筒状の流路形成筒51Tと、を有している。 As shown enlarged in FIG. 4 or 5, a plurality of first fuel nozzles 51 are provided at intervals in the circumferential direction of the combustor axis Ac. Each first fuel nozzle 51 is covered with a tubular nozzle cylinder 70 from the outer peripheral side. The nozzle cylinder 70 has a cylindrical shape centered on the first axis. An extension tube 80 is provided on the front side of the nozzle cylinder 70. The first fuel nozzle 51 has a shaft body 51M extending along the first axis A1 (axis line) parallel to the combustor axis Ac, and a plurality of swivels arranged at intervals in the circumferential direction on the outer peripheral side of the shaft body 51M. It has a blade 60 and a tubular flow path forming cylinder 51T that covers the shaft body 51M from the outer peripheral side.

軸体51Mは、第一軸線A1方向から見て円形の断面を有している。軸体51Mは、第一軸線A1方向の後方側の部分をなす軸体主部51Bと、軸体主部51Bと一体に形成された縮径部51Sと、を有している。軸体主部51Bは、第一軸線A1方向の全域にわたって一様な外径を有している。一方で、縮径部51Sは第一軸線A1方向の後方側から前方側に向かうにしたがって漸次縮径することで、尖頭状をなしている。ここで、軸体主部51Bの外周面は主外周面Pmとされている。本実施形態における主外周面Pmは、第一軸線A1方向の全域にわたって同一の外径寸法を有している。縮径部51Sの外周面は縮径外周面Psとされている。 The shaft body 51M has a circular cross section when viewed from the first axis A1 direction. The shaft body 51M has a shaft body main portion 51B forming a portion on the rear side in the direction of the first axis A1 and a reduced diameter portion 51S integrally formed with the shaft body main portion 51B. The shaft body main portion 51B has a uniform outer diameter over the entire area in the direction of the first axis A1. On the other hand, the diameter-reduced portion 51S has a pointed shape by gradually reducing the diameter from the rear side to the front side in the direction of the first axis A1. Here, the outer peripheral surface of the shaft body main portion 51B is the main outer peripheral surface Pm. The main outer peripheral surface Pm in the present embodiment has the same outer diameter dimension over the entire area in the direction of the first axis A1. The outer peripheral surface of the reduced diameter portion 51S is the reduced diameter outer peripheral surface Ps.

各旋回羽根60は、軸体51Mの外周面に接続される支持部61と、支持部61の径方向外側に設けられた旋回羽根本体62と、を有している。なお、詳しくは後述するが、支持部61とは、旋回羽根60のうちの流路形成筒51Tよりも内周側に位置する部分を指し、旋回羽根本体62とは、当該流路形成筒51Tよりも外周側に位置する部分を指している。すなわち、旋回羽根60は流路形成筒51Tを径方向に貫通するように設けられている。 Each swivel blade 60 has a support portion 61 connected to the outer peripheral surface of the shaft body 51M, and a swivel blade main body 62 provided on the radial outer side of the support portion 61. As will be described in detail later, the support portion 61 refers to a portion of the swivel blade 60 located on the inner peripheral side of the flow path forming cylinder 51T, and the swivel blade main body 62 refers to the flow path forming cylinder 51T. It refers to the part located on the outer peripheral side. That is, the swirl vane 60 is provided so as to penetrate the flow path forming cylinder 51T in the radial direction.

支持部61は、軸体主部51Bの主外周面Pm上から径方向外側に向かって延出する板状をなしている。旋回羽根本体62は、第一軸線A1方向において、上記の支持部61よりも大きな寸法を有している。具体的には、旋回羽根本体62の前方側の端部を含む部分は、第一軸線A1方向において、支持部61の前方側の端部よりもさらに前方側に位置している。一方で、旋回羽根本体62の後方側の端縁は、支持部61の前方側の端縁と面一とされている。すなわち、これら後方側の端縁同士は、第一軸線A1の径方向に連続する一つの面をなしている。 The support portion 61 has a plate shape extending outward in the radial direction from the main outer peripheral surface Pm of the shaft body main portion 51B. The swivel blade main body 62 has a larger dimension than the support portion 61 in the direction of the first axis A1. Specifically, the portion including the front end portion of the swivel blade main body 62 is located further forward than the front end portion of the support portion 61 in the direction of the first axis A1. On the other hand, the rear edge of the swivel blade main body 62 is flush with the front edge of the support portion 61. That is, these rear edges form one surface continuous in the radial direction of the first axis A1.

各旋回羽根本体62は、第一軸線A1方向の後方側から前方側に向かうにしたがって周方向によじれる翼面を有している。より具体的には、旋回羽根本体62は、径方向から見て周方向の一方側に湾曲した翼断面形状を有している。すなわち、旋回羽根本体62の周方向一方側の面は、当該一方側に向かって曲面上に突出している。一方で、旋回羽根本体62の周方向他方側の面は、当該他方側に向かって曲面上に凹没している。 Each swivel blade main body 62 has a blade surface that is twisted in the circumferential direction from the rear side in the first axis A1 direction toward the front side. More specifically, the swivel blade main body 62 has a blade cross-sectional shape curved to one side in the circumferential direction when viewed from the radial direction. That is, the surface of the swirl blade main body 62 on one side in the circumferential direction projects on the curved surface toward the one side. On the other hand, the surface of the swirl vane body 62 on the other side in the circumferential direction is recessed on the curved surface toward the other side.

さらに、旋回羽根本体62の表面(すなわち、周方向両側を向く各面)上には、燃料供給源から導かれた燃料を外部に噴出する複数の第一噴出孔H1(燃料噴出孔)が形成されている。これら複数の第一噴出孔H1同士は、旋回羽根本体62の表面上で、第一軸線A1方向及び径方向に互いに間隔をあけて配置されている。なお、上記支持部61には、このような第一噴出孔H1は形成されていない。すなわち、本実施形態では、旋回羽根本体62のみに第一噴出孔H1が形成されている。 Further, on the surface of the swivel blade main body 62 (that is, each surface facing both sides in the circumferential direction), a plurality of first ejection holes H1 (fuel ejection holes) for ejecting fuel guided from the fuel supply source to the outside are formed. Has been done. The plurality of first ejection holes H1 are arranged on the surface of the swirl vane main body 62 at intervals in the first axis A1 direction and the radial direction. It should be noted that such a first ejection hole H1 is not formed in the support portion 61. That is, in the present embodiment, the first ejection hole H1 is formed only in the swivel blade main body 62.

流路形成筒51Tは、第一軸線A1を中心とする筒状をなしている。より詳細には、流路形成筒51Tは、上記の主外周面Pmを外周側から囲う第一筒部T1と、第一筒部T1に連続して上記の縮径外周面Psを外周側から囲う第二筒部T2と、を有している。すなわち、外径寸法が一定である軸体主部51Bの外周側には第一筒部T1が設けられ、外径寸法が漸次縮小する縮径部51Sの外周側には第二筒部T2が設けられている。軸体51Mの外周面と流路形成筒51Tの内周面との間に形成された空間は、後方側から導かれた空気を流通させるための空気流路Fとされている。 The flow path forming cylinder 51T has a tubular shape centered on the first axis A1. More specifically, in the flow path forming cylinder 51T, the first cylinder portion T1 surrounding the main outer peripheral surface Pm from the outer peripheral side and the reduced diameter outer peripheral surface Ps continuous with the first cylinder portion T1 from the outer peripheral side. It has a second tubular portion T2 that surrounds it. That is, the first tubular portion T1 is provided on the outer peripheral side of the shaft body main portion 51B having a constant outer diameter dimension, and the second tubular portion T2 is provided on the outer peripheral side of the reduced diameter portion 51S whose outer diameter dimension is gradually reduced. It is provided. The space formed between the outer peripheral surface of the shaft body 51M and the inner peripheral surface of the flow path forming cylinder 51T is an air flow path F for flowing air guided from the rear side.

第一筒部T1は、第一軸線A1方向に延びる直管状をなしている。すなわち、第一軸線A1方向の全域にわたって同一の内径寸法、及び外径寸法を有している。第一筒部T1は、径方向における支持部61の寸法の分だけ、主外周面Pmから径方向外側に離間した位置に設けられている。言い換えれば、第一筒部T1の内周面は、支持部61の外周側の端部と接続されている。流路形成筒51Tの外周面上からは、支持部61と一体に接続された旋回羽根本体62が径方向外側に向かって延びている。 The first tubular portion T1 has a straight tubular shape extending in the direction of the first axis A1. That is, they have the same inner diameter dimension and outer diameter dimension over the entire area in the direction of the first axis A1. The first tubular portion T1 is provided at a position separated radially outward from the main outer peripheral surface Pm by the size of the support portion 61 in the radial direction. In other words, the inner peripheral surface of the first tubular portion T1 is connected to the outer peripheral end of the support portion 61. A swivel blade main body 62 integrally connected to the support portion 61 extends outward in the radial direction from the outer peripheral surface of the flow path forming cylinder 51T.

第二筒部T2は、上記第一筒部T1の前方側の端部に連続するように一体に接続されている。言い換えれば、第一筒部T1と第二筒部T2との間には段差等が形成されていない。第二筒部T2は、第一軸線A1方向の前方側に向かうにしたがって漸次縮径している。さらに、第二筒部T2の内周面と軸体51M(縮径部51S)の縮径外周面Psとによって囲まれる空間(空気流路F)の断面積は、第一軸線A1方向の全域にわたって一定とされている。言い換えれば、第二筒体42の内径寸法の値は、縮径外周面Psの外径寸法の値と、上記の断面積の値とに基づいて適宜決定される。 The second tubular portion T2 is integrally connected to the front end of the first tubular portion T1 so as to be continuous. In other words, no step or the like is formed between the first cylinder portion T1 and the second cylinder portion T2. The diameter of the second tubular portion T2 is gradually reduced toward the front side in the direction of the first axis A1. Further, the cross-sectional area of the space (air flow path F) surrounded by the inner peripheral surface of the second tubular portion T2 and the reduced diameter outer peripheral surface Ps of the shaft body 51M (diameter reduced portion 51S) is the entire area in the first axis A1 direction. It is constant over. In other words, the value of the inner diameter dimension of the second tubular body 42 is appropriately determined based on the value of the outer diameter dimension of the reduced outer peripheral surface Ps and the value of the cross-sectional area described above.

第二燃料ノズル52は、燃焼器軸線Ac上に配置されている。すなわち、第二燃料ノズル52は、複数の第一燃料ノズル51によって外周側を囲まれている。より詳しくは、第二燃料ノズル52は、第一軸線A1に沿って延びる第二燃料ノズル本体52Mと、この第二燃料ノズル本体52Mの前方側に延びる保炎器52Cと、を有している。 The second fuel nozzle 52 is arranged on the combustor axis Ac. That is, the second fuel nozzle 52 is surrounded on the outer peripheral side by a plurality of first fuel nozzles 51. More specifically, the second fuel nozzle 52 has a second fuel nozzle body 52M extending along the first axis A1 and a flame holder 52C extending forward of the second fuel nozzle body 52M. ..

第二燃料ノズル本体52Mの内部には、燃料を流通させるための流路(図示省略)が形成されている。第二燃料ノズル本体52Mの前方側端部には、この燃料を前方側に向かって吹き出すための第二噴出孔H2が形成されている。すなわち、上記の流路を経て供給された燃料が、第二噴出孔H2を通じて前方側に向かって吹き出される。また、この第二噴出孔H2の近傍には、第二噴出孔H2から吹き出された燃料に着火するための着火器(図示省略)が設けられている。保炎器52Cは、第二燃料ノズル本体52Mの前方側端部を外周側から覆うコーン状の部材である。 A flow path (not shown) for circulating fuel is formed inside the second fuel nozzle main body 52M. A second ejection hole H2 for ejecting the fuel toward the front side is formed at the front end portion of the second fuel nozzle main body 52M. That is, the fuel supplied through the above flow path is blown out toward the front side through the second ejection hole H2. Further, in the vicinity of the second ejection hole H2, an igniter (not shown) for igniting the fuel ejected from the second ejection hole H2 is provided. The flame holder 52C is a cone-shaped member that covers the front end of the second fuel nozzle body 52M from the outer peripheral side.

上記のように構成されたガスタービン100の動作について説明する。ガスタービン100を運転するに当たっては、まず外部の駆動源によって圧縮機ロータ11(ガスタービンロータ91)を回転駆動する。圧縮機ロータ11の回転に伴って外部の空気が順次圧縮され、高圧空気が生成される。この高圧空気は、圧縮機ケーシング12を通じて燃焼器3内に供給される。燃焼器3内では、燃料ノズル3Nから供給された燃料がこの高圧空気に混合されて燃焼し、高温高圧の燃焼ガスが生成される。燃焼ガスはタービンケーシング22を通じてタービン2内に供給される。タービン2内では、タービン動翼段23、及びタービン静翼段25に燃焼ガスが順次衝突することで、タービンロータ21(ガスタービンロータ91)に対して回転駆動力が与えられる。この回転エネルギーは、軸端に連結された発電機G等の駆動に利用される。 The operation of the gas turbine 100 configured as described above will be described. In operating the gas turbine 100, first, the compressor rotor 11 (gas turbine rotor 91) is rotationally driven by an external drive source. As the compressor rotor 11 rotates, the external air is sequentially compressed to generate high-pressure air. This high-pressure air is supplied into the combustor 3 through the compressor casing 12. In the combustor 3, the fuel supplied from the fuel nozzle 3N is mixed with the high-pressure air and burned to generate high-temperature and high-pressure combustion gas. The combustion gas is supplied into the turbine 2 through the turbine casing 22. In the turbine 2, rotational driving force is applied to the turbine rotor 21 (gas turbine rotor 91) by sequentially colliding the combustion gas with the turbine blade stage 23 and the turbine stationary blade stage 25. This rotational energy is used to drive the generator G or the like connected to the shaft end.

次に、燃焼器3の詳細な動作について、図3を再び参照して説明する。同図に示すように、圧縮機1で生成された高圧空気は、燃焼器軸線Acの一方側(後方側)から第一筒体41内に供給される。第一筒体41内に導入された高圧空気は、上記のノズル筒70の内周側の空間を経て、前方側の第二筒体42内に到達する。ここで、ノズル筒70内では、上記の旋回羽根60の翼面上に形成された第一噴射孔63から噴射された燃料が、高圧空気に混合される。これにより、ノズル筒70内では、燃料と高圧空気とを含む予混合ガスが生成される。このとき、予混合ガスの流れには、旋回羽根60によって与えられた旋回流成分が含まれている。 Next, the detailed operation of the combustor 3 will be described with reference to FIG. 3 again. As shown in the figure, the high-pressure air generated by the compressor 1 is supplied into the first cylinder 41 from one side (rear side) of the combustor axis Ac. The high-pressure air introduced into the first cylinder 41 reaches the inside of the second cylinder 42 on the front side via the space on the inner peripheral side of the nozzle cylinder 70. Here, in the nozzle cylinder 70, the fuel injected from the first injection hole 63 formed on the blade surface of the swirl vane 60 is mixed with the high-pressure air. As a result, a premixed gas containing fuel and high-pressure air is generated in the nozzle cylinder 70. At this time, the flow of the premixed gas contains a swirling flow component given by the swirling vanes 60.

一方で、第二燃料ノズル52の第二噴出孔H2から噴射された燃料は、着火器(図示省略)によって着火されることで、第二燃料ノズル52から前方側に向かって延びる拡散燃焼火炎を形成する。この拡散燃焼火炎が上記ノズル筒70内に存在する予混合ガスに伝播することで、第一燃料ノズル51の前方側には、予混合燃焼火炎が形成される。この予混合燃焼火炎は、上記の旋回流成分を伴って、第二筒体42内で後方側から前方側に向かって延びるとともに、高温高圧の燃焼ガスを生成する。燃焼ガスは、第二筒内を後方側から前方側に向かって流れた後、上記のタービンケーシング22内に導入されてタービン2を駆動する。 On the other hand, the fuel injected from the second ejection hole H2 of the second fuel nozzle 52 is ignited by an igniter (not shown) to generate a diffuse combustion flame extending from the second fuel nozzle 52 toward the front side. Form. By propagating the diffusion combustion flame to the premixed gas existing in the nozzle cylinder 70, the premixed combustion flame is formed on the front side of the first fuel nozzle 51. The premixed combustion flame extends from the rear side to the front side in the second cylinder 42 together with the above-mentioned swirling flow component, and generates high-temperature and high-pressure combustion gas. The combustion gas flows in the second cylinder from the rear side to the front side, and then is introduced into the turbine casing 22 to drive the turbine 2.

ところで、上記のような燃焼器3の内部では、燃料と空気とが流通する過程で、フラッシュバックと呼ばれる現象が生じる場合がある。フラッシュバックとは、燃焼器3内における予期しない領域に滞留している燃料に、火炎が伝播することで異常な燃焼を生じる現象である。特に、上記の第一燃料ノズル51の前方側では、旋回羽根60による旋回流が形成されることから、その渦芯に燃料が滞留することで上記フラッシュバックが生じる虞がある。 By the way, inside the combustor 3 as described above, a phenomenon called flashback may occur in the process of circulation of fuel and air. Flashback is a phenomenon in which abnormal combustion occurs when a flame propagates to a fuel staying in an unexpected region in the combustor 3. In particular, since a swirling flow is formed by the swirling vanes 60 on the front side of the first fuel nozzle 51, there is a possibility that the flashback may occur due to the fuel staying in the vortex core.

しかしながら、本実施形態では、軸体51Mの主外周面Pmの外周側に流路形成筒51Tが設けられている。さらに、この流路形成筒51Tの第二筒部T2は、軸線方向の前方側に向かうにしたがって漸次縮径している。これにより、流路形成筒51Tの内周側を流れる流体(空気)の第一軸線A1方向における流速を高めることができる。すなわち、軸体51Mの前方側に形成される旋回流の渦芯に対して、空気を積極的に供給することができる。したがって、当該渦芯における燃料濃度を下げることができるとともに、フラッシュバックが発生する虞を低減することができる。 However, in the present embodiment, the flow path forming cylinder 51T is provided on the outer peripheral side of the main outer peripheral surface Pm of the shaft body 51M. Further, the diameter of the second cylinder portion T2 of the flow path forming cylinder 51T is gradually reduced toward the front side in the axial direction. As a result, the flow velocity of the fluid (air) flowing on the inner peripheral side of the flow path forming cylinder 51T in the direction of the first axis A1 can be increased. That is, air can be positively supplied to the vortex core of the swirling flow formed on the front side of the shaft body 51M. Therefore, the fuel concentration in the vortex core can be lowered, and the risk of flashback can be reduced.

さらに、本実施形態では、第一噴出孔H1が旋回羽根本体62のみに形成されている。したがって、旋回羽根本体62よりも内周側に位置する支持部61の前方側で、燃料濃度をさらに下げることができる。すなわち、渦芯における燃料濃度を下げることができるとともに、フラッシュバックが発生する虞をさらに低減することができる。 Further, in the present embodiment, the first ejection hole H1 is formed only in the swivel blade main body 62. Therefore, the fuel concentration can be further reduced on the front side of the support portion 61 located on the inner peripheral side of the swivel blade main body 62. That is, the fuel concentration in the vortex core can be lowered, and the risk of flashback can be further reduced.

加えて、本実施形態では、支持部61の前方側の端縁、及び旋回羽根本体62の前方側の端縁が互いに面一であることから、これら端縁の周辺で流体の流れに乱れを生じたり、圧力損失を生じたりする虞を低減することができる。 In addition, in the present embodiment, since the front edge of the support portion 61 and the front edge of the swivel blade body 62 are flush with each other, the fluid flow is disturbed around these edge edges. It is possible to reduce the risk of occurrence or pressure loss.

[第二実施形態]
次に、本発明の第二実施形態について図6を参照して説明する。なお、上記第一実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。本実施形態では、旋回羽根60における支持部61の構成が上記第一実施形態とは異なっている。すなわち、第一実施形態では、径方向から見て支持部61が矩形の断面を有している例について説明した。
図6に示すように、本実施形態では、径方向から見て、支持部61の断面形状は、翼型をなしている。より具体的には、支持部61は第一軸線A1方向の後方側から前方側に向かって延びるとともに、当該第一軸線A1を対称軸とする翼断面形状を有している。さらに言い換えれば、支持部61の周方向両側の面は、当該周方向両側に向かって曲面上に膨らむ紡錘形をなしている。さらに、支持部61の前縁(第一軸線A1方向の後方側の端縁)は、後縁(第一軸線A1方向の前方側の端縁)よりも周方向における寸法が大きい。
[Second Embodiment]
Next, the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. In the present embodiment, the configuration of the support portion 61 in the swivel blade 60 is different from that in the first embodiment. That is, in the first embodiment, an example in which the support portion 61 has a rectangular cross section when viewed from the radial direction has been described.
As shown in FIG. 6, in the present embodiment, the cross-sectional shape of the support portion 61 is an airfoil when viewed from the radial direction. More specifically, the support portion 61 extends from the rear side in the direction of the first axis A1 toward the front side, and has an airfoil cross-sectional shape with the first axis A1 as the axis of symmetry. In other words, the surfaces of the support portion 61 on both sides in the circumferential direction have a spindle shape that bulges on a curved surface toward both sides in the circumferential direction. Further, the front edge of the support portion 61 (the rear edge in the first axis A1 direction) has a larger dimension in the circumferential direction than the trailing edge (the front edge in the first axis A1 direction).

このような構成によれば、第一軸線A1方向の後方側から流れてきた流体が支持部61の周囲を通過する際の圧力損失の発生を抑制することができる。これにより、流路形成筒51Tの内周側を流れる流体の軸線方向における流速を高めることができる。すなわち、軸体51Mの前方側に形成される旋回流の渦芯に対して、空気を積極的に供給することができる。したがって、当該渦芯における燃料濃度を下げることができるとともに、フラッシュバックが発生する虞を低減することができる。 According to such a configuration, it is possible to suppress the occurrence of pressure loss when the fluid flowing from the rear side in the direction of the first axis A1 passes around the support portion 61. As a result, the flow velocity of the fluid flowing on the inner peripheral side of the flow path forming cylinder 51T in the axial direction can be increased. That is, air can be positively supplied to the vortex core of the swirling flow formed on the front side of the shaft body 51M. Therefore, the fuel concentration in the vortex core can be lowered, and the risk of flashback can be reduced.

[第三実施形態]
続いて、本発明の第三実施形態について図7を参照して説明する。なお、上記各実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。本実施形態では、流路形成筒51Tの構成が上記各実施形態とは異なっている。本実施形態では、流路形成筒51Tは、上述の第一筒部T1及び第二筒部T2に加えて、第一筒部T1の後方側の端部に接続された導入部T3を有している。
[Third Embodiment]
Subsequently, the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same components as those in the above embodiments are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. In the present embodiment, the configuration of the flow path forming cylinder 51T is different from each of the above embodiments. In the present embodiment, the flow path forming cylinder 51T has, in addition to the above-mentioned first cylinder portion T1 and second cylinder portion T2, an introduction portion T3 connected to the rear end portion of the first cylinder portion T1. ing.

より具体的には、この導入部T3は第一軸線A1方向において、上記支持部61が設けられる位置と対応する位置に設けられている。言い換えれば、支持部61は、導入部T3の後方側の端部から前方側の端部までの間の領域内に配置されている。 More specifically, the introduction portion T3 is provided at a position corresponding to the position where the support portion 61 is provided in the direction of the first axis A1. In other words, the support portion 61 is arranged in the region between the rear end portion and the front side end portion of the introduction portion T3.

さらに、導入部T3は、第一筒部T1よりも大きな内径寸法を有している。より具体的には、導入部T3は、第一軸線A1方向の後方側から前方側に向かうにしたがって漸次縮径している。すなわち、導入部T3の後方側の端部における開口径は、前方側の端部における開口径よりも大きい。 Further, the introduction portion T3 has an inner diameter larger than that of the first cylinder portion T1. More specifically, the introduction portion T3 is gradually reduced in diameter from the rear side to the front side in the direction of the first axis A1. That is, the opening diameter at the rear end of the introduction portion T3 is larger than the opening diameter at the front end.

加えて、本実施形態では、流路形成筒51Tの前方側の端部及び後方側の端部が、上記各実施形態とは異なる形状とされている。より具体的には、流路形成筒51Tの後方側の端部は、第一軸線A1を含む断面視で、前方側から後方側に向かうにしたがって次第に薄肉となるように形成されている。より詳細には、流路形成筒51T(第一筒部T1)の後方側の端部は、前方側から後方側に向かうにしたがって、径方向の寸法が漸次小さくなっている。同様に、流路形成筒51T(第二筒部T2)の前方側の端部は、後方側から前方側に向かうにしたがって、径方向の寸法が漸次縮小している。 In addition, in the present embodiment, the front end portion and the rear end portion of the flow path forming cylinder 51T have a shape different from that of each of the above embodiments. More specifically, the rear end of the flow path forming cylinder 51T is formed so as to gradually become thinner from the front side to the rear side in a cross-sectional view including the first axis A1. More specifically, the rear end of the flow path forming cylinder 51T (first cylinder portion T1) gradually becomes smaller in radial dimension from the front side to the rear side. Similarly, the front end of the flow path forming cylinder 51T (second cylinder T2) is gradually reduced in radial dimension from the rear side to the front side.

この構成によれば、上記のように第一筒部T1の後方側の端部が薄肉となるように形成されていることから、当該第一筒部T1の内周側に流体が流入する際に、該流体の流れに乱れを生じたり、圧力損失を生じたりする虞を低減することができる。また、第二筒部T2の前方側の端部が薄肉となるように形成されていることから、当該第二筒部T2の内周側から流体が流れ出る際に、該流体の流れに乱れを生じたり、圧力損失を生じたりする虞を低減することができる。 According to this configuration, since the rear end of the first cylinder portion T1 is formed to be thin as described above, when the fluid flows into the inner peripheral side of the first cylinder portion T1. In addition, it is possible to reduce the risk of turbulence in the flow of the fluid and pressure loss. Further, since the front end of the second tubular portion T2 is formed to be thin, when the fluid flows out from the inner peripheral side of the second tubular portion T2, the flow of the fluid is disturbed. It is possible to reduce the risk of occurrence or pressure loss.

さらに、上記の構成では、流路形成筒51Tは導入部T3を有している。ここで、流路形成筒51Tと軸体51Mとによって囲まれる空間(空気流路F)の断面積は、当該空間内を流通する流体に圧力損失が生じないように、第一軸線A1方向の全域にわたって一定であることが望ましい。上記のような構成では、導入部T3の内径が第一筒部T1の内径よりも大きいことから、支持部61が設けられていることによる上記断面積の減少分を、導入部T3によって補うことができる。これにより、空気流路F中を流通する空気の流れに圧力損失を生じる虞が低減され、渦芯に向かって効率的に空気を供給することができる。つまり、より効果的にフラッシュバックの抑制を図ることができる。 Further, in the above configuration, the flow path forming cylinder 51T has an introduction portion T3. Here, the cross-sectional area of the space (air flow path F) surrounded by the flow path forming cylinder 51T and the shaft body 51M is in the direction of the first axis A1 so that pressure loss does not occur in the fluid flowing in the space. It is desirable to be constant over the entire area. In the above configuration, since the inner diameter of the introduction portion T3 is larger than the inner diameter of the first cylinder portion T1, the decrease in the cross-sectional area due to the provision of the support portion 61 is compensated by the introduction portion T3. Can be done. As a result, the possibility of causing a pressure loss in the flow of air flowing through the air flow path F is reduced, and air can be efficiently supplied toward the vortex core. That is, the flashback can be suppressed more effectively.

[第四実施形態]
続いて、本発明の第四実施形態について図8を参照して説明する。なお、上記各実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。本実施形態では、旋回羽根本体62の構成が上記各実施形態とは異なっている。本実施形態の旋回羽根本体62Eは、切り欠き部66を有している。
[Fourth Embodiment]
Subsequently, the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same components as those in the above embodiments are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. In the present embodiment, the configuration of the swivel blade main body 62 is different from each of the above-described embodiments. The swivel blade main body 62E of the present embodiment has a notch 66.

図8に示すように、本実施形態の旋回羽根60は、軸体51Mの外周面に接続される支持部61と、支持部61の径方向外側に設けられて、切り欠き部66を有する旋回羽根本体62Eと、を有している。本実施形態の旋回羽根本体62Eは、旋回羽根本体62Eの前方側の端部から旋回羽根本体62Eの後方側の端部に亘って流路形成筒51Tと接続されていない。
旋回羽根本体62Eは、径方向外側に位置し、予混合ガスを旋回方向に旋回させるための湾曲形状の先端部64と、先端部64の径方向内側に位置する根本部65と、を有している。根本部65の前方側の縁は、切り欠き部66によって形成されている。
As shown in FIG. 8, the swivel blade 60 of the present embodiment has a support portion 61 connected to the outer peripheral surface of the shaft body 51M and a swivel portion 61 provided on the radial outer side of the support portion 61 and having a notch portion 66. It has a blade body 62E and. The swivel blade main body 62E of the present embodiment is not connected to the flow path forming cylinder 51T from the front end of the swivel blade main body 62E to the rear end of the swivel blade main body 62E.
The swivel blade main body 62E has a curved tip portion 64 which is located on the radial outer side and swirls the premixed gas in the swirl direction, and a root portion 65 which is located on the radial inner side of the tip portion 64. ing. The anterior edge of the root portion 65 is formed by a notch 66.

切り欠き部66は、切り欠き部66は、支持部61よりも前方側に形成されている。切り欠き部66の径方向の幅W1は、軸線方向に亘って略均一に形成されている。
切り欠き部66の径方向外側における旋回羽根本体62Eの径方向の幅W2と、切り欠き部66の径方向の幅W1との比W2/W1は、3≦W2/W1≦4とすることが好ましい。
The cutout portion 66 is formed so that the cutout portion 66 is on the front side of the support portion 61. The radial width W1 of the cutout portion 66 is formed substantially uniformly along the axial direction.
The ratio W2 / W1 of the radial width W2 of the swivel blade main body 62E outside the notch 66 in the radial direction to the radial width W1 of the notch 66 may be 3 ≦ W2 / W1 ≦ 4. preferable.

この構成によれば、旋回羽根本体62Eに切り欠き部66が形成されていることによって、旋回羽根本体62Eの径方向内側を流れる空気の第一軸線A1方向における流速を更に高めることができる。すなわち、軸体51Mの前方側に形成される旋回流の渦芯に対して、更なる空気を供給することができる。 According to this configuration, since the notch 66 is formed in the swirl blade main body 62E, the flow velocity of the air flowing inside the swirl blade main body 62E in the radial direction in the first axis A1 direction can be further increased. That is, more air can be supplied to the vortex core of the swirling flow formed on the front side of the shaft body 51M.

[第五実施形態]
続いて、本発明の第五実施形態について図9及び図10を参照して説明する。なお、上記各実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。本実施形態では、旋回羽根本体62の構成が上記各実施形態とは異なっている。
[Fifth Embodiment]
Subsequently, the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 9 and 10. The same components as those in the above embodiments are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. In the present embodiment, the configuration of the swivel blade main body 62 is different from each of the above-described embodiments.

図9に示すように、本実施形態の旋回羽根本体62Fの前方側は、径方向において、径方向内側から径方向外側に向かうに従って湾曲が大きくなっている。
図10において、点線は、旋回羽根本体62Fの径方向内側の端部における翼形状を示している。図10において、実線は、旋回羽根本体62Fの径方向外側の端部における翼形状を示している。
As shown in FIG. 9, the front side of the swivel blade main body 62F of the present embodiment becomes more curved in the radial direction from the inner side in the radial direction to the outer side in the radial direction.
In FIG. 10, the dotted line indicates the blade shape at the radial inner end of the swivel blade main body 62F. In FIG. 10, the solid line shows the blade shape at the radial outer end of the swivel blade main body 62F.

点線で示す径方向内側の翼形状において、平均反り線(骨格線)をL11、この平均反り線L11に対して旋回羽根本体62Fの前縁で接する接線をL12としている。実線で示す外周側の翼形状において、平均反り線(骨格線)をL21、この平均反り線L21に対して旋回翼の前縁で接する接線をL22としている。 In the radial inner blade shape shown by the dotted line, the average warp line (skeleton line) is L11, and the tangent line tangent to the average warp line L11 at the front edge of the swivel blade main body 62F is L12. In the blade shape on the outer peripheral side shown by the solid line, the average warp line (skeleton line) is L21, and the tangent line tangent to the average warp line L21 at the front edge of the swivel blade is L22.

図10に示すように、旋回羽根本体62Fの前縁において、内周側での接線L12と第一軸線A1とでなす角度を0度としており、外周側での接線L22と第一軸線A1とでなす角度を、内周側での角度よりも大きくしている。
本願発明者の研究によれば、内周側から外周側に向かうに従い、平均反り線に対して旋回翼の前縁で接する接線と軸線とでなす角度を大きくしていく場合、(a)内周側の角度を0〜10度にし、(b)外周側の角度を25〜35度にすることが最適であることがわかった。
As shown in FIG. 10, at the front edge of the swivel blade main body 62F, the angle formed by the tangent line L12 on the inner peripheral side and the first axis line A1 is 0 degree, and the tangent line L22 and the first axis line A1 on the outer peripheral side The angle formed by is larger than the angle on the inner circumference side.
According to the research of the inventor of the present application, when the angle formed by the tangent line and the axis line in contact with the front edge of the swivel blade with respect to the average warp line is increased from the inner peripheral side to the outer peripheral side, the inside (a) It was found that it is optimal to set the angle on the circumferential side to 0 to 10 degrees and (b) the angle on the outer peripheral side to 25 to 35 degrees.

この構成によれば、旋回羽根本体62Fの径方向内側の旋回角度を小さくすることによって、旋回羽根本体62Fの径方向内側を流れる空気の第一軸線A1方向における流速を更に高めることができる。すなわち、軸体51Mの前方側に形成される旋回流の渦芯に対して、更なる空気を供給することができる。 According to this configuration, by reducing the turning angle inside the swirling blade main body 62F in the radial direction, the flow velocity of the air flowing inside the swirling blade main body 62F in the radial direction in the first axis A1 direction can be further increased. That is, more air can be supplied to the vortex core of the swirling flow formed on the front side of the shaft body 51M.

[第六実施形態]
続いて、本発明の第六実施形態について図11を参照して説明する。なお、上記各実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。本実施形態では、軸体51Mの構成が上記各実施形態とは異なっている。
図11に示すように、本実施形態の第一燃料ノズル51の軸体51MGの直径Dは、第一実施形態から第五実施形態の軸体51M(一点鎖線で示す。)の直径D0よりも小さい。具体的には、流路形成筒51Tの第一筒部T1の内径をBとすると、軸体51MGの直径Dと第一筒部T1の内径Bの比D/Bは、0.5≦D/B≦0.8とすることが好ましい。
[Sixth Embodiment]
Subsequently, the sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same components as those in the above embodiments are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. In the present embodiment, the configuration of the shaft body 51M is different from each of the above embodiments.
As shown in FIG. 11, the diameter D of the shaft body 51MG of the first fuel nozzle 51 of the present embodiment is larger than the diameter D0 of the shaft body 51M (indicated by the alternate long and short dash line) of the first to fifth embodiments. small. Specifically, assuming that the inner diameter of the first cylinder portion T1 of the flow path forming cylinder 51T is B, the ratio D / B of the diameter D of the shaft body 51MG and the inner diameter B of the first cylinder portion T1 is 0.5 ≦ D. It is preferable that / B ≦ 0.8.

この構成によれば、第一筒部T1の内側の空気流路Fを確保することによって、空気流路F中を流通する空気の流量を増やして、渦芯に向かう空気を増やすことができる。すなわち、軸体の前方側に形成される旋回流の渦芯に対して、更なる空気を供給することができる。 According to this configuration, by securing the air flow path F inside the first cylinder portion T1, the flow rate of the air flowing through the air flow path F can be increased, and the air toward the vortex core can be increased. That is, more air can be supplied to the vortex core of the swirling flow formed on the front side of the shaft body.

以上、本発明の各実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の各構成に種々の変更を施すことが可能である。例えば、旋回羽根本体62の断面形状については、上記各実施形態で説明した形状の他、設計や仕様に応じて種々の形状を採ることが可能である。 Each embodiment of the present invention has been described above. It is possible to make various changes to each of the above configurations as long as the gist of the present invention is not deviated. For example, as for the cross-sectional shape of the swivel blade main body 62, in addition to the shape described in each of the above embodiments, various shapes can be adopted depending on the design and specifications.

1…圧縮機
2…タービン
3…燃焼器
11…圧縮機ロータ
12…圧縮機ケーシング
13…圧縮機動翼段
14…圧縮機動翼
15…圧縮機静翼段
16…圧縮機静翼
21…タービンロータ
22…タービンケーシング
23…タービン動翼段
24…タービン動翼
25…タービン静翼段
26…タービン静翼
41…第一筒体
42…第二筒体
51…第一燃料ノズル
52…第二燃料ノズル
60…旋回羽根
61…支持部
62,62E,62F…旋回羽根本体
63…第一噴射孔
64…先端部
65…根本部
66…切り欠き部
70…ノズル筒
80…延長管
91…ガスタービンロータ
92…ガスタービンケーシング
100…ガスタービン
3M…燃焼器本体
3N…燃料ノズル
51B…軸体主部
51M,51MG…軸体
51S…縮径部
51T…流路形成筒
52C…保炎器
52M…第二燃料ノズル本体
A1…第一軸線
Ac…燃焼器軸線
Am…主軸線
F…空気流路
H1…第一噴出孔
H2…第二噴出孔
Pm…主外周面
Ps…縮径外周面
T1…第一筒部
T2…第二筒部
T3…導入部
1 ... Compressor 2 ... Turbine 3 ... Combustor 11 ... Compressor rotor 12 ... Compressor casing 13 ... Compressor moving blade stage 14 ... Compressor moving blade 15 ... Compressor stationary blade stage 16 ... Compressor stationary blade 21 ... Turbine rotor 22 ... Turbine casing 23 ... Turbine moving blade stage 24 ... Turbine moving blade 25 ... Turbine stationary blade stage 26 ... Turbine stationary blade 41 ... First cylinder 42 ... Second cylinder 51 ... First fuel nozzle 52 ... Second fuel nozzle 60 ... Swivel vanes 61 ... Supports 62, 62E, 62F ... Swivel blades 63 ... First injection hole 64 ... Tip 65 ... Root 66 ... Notch 70 ... Nozzle cylinder 80 ... Extension pipe 91 ... Gas turbine rotor 92 ... Gas turbine casing 100 ... Gas turbine 3M ... Compressor body 3N ... Fuel nozzle 51B ... Shaft body main part 51M, 51MG ... Shaft body 51S ... Reduced diameter part 51T ... Flow path forming cylinder 52C ... Flame holder 52M ... Second fuel nozzle Main body A1 ... First axis Ac ... Compressor axis Am ... Main axis F ... Air flow path H1 ... First ejection hole H2 ... Second ejection hole Pm ... Main outer peripheral surface Ps ... Reduced diameter outer peripheral surface T1 ... First cylinder T2 … Second cylinder part T3… Introduction part

Claims (12)

軸線に沿って延びる主外周面と、該主外周面から前記軸線方向の前方側に向かうにしたがって漸次縮径する縮径外周面とを有する軸体と、
前記軸体の主外周面から径方向外側に向かって延出するとともに前記軸線の周方向に間隔をあけて複数が設けられ、表面に燃料を噴出する燃料噴出孔が形成された旋回羽根と、
前記主外周面のみを外周側から囲う第一筒部、及び、該第一筒部に連続して前記縮径外周面のみを外周側から囲うとともに前記軸線方向の前方側に向かうにしたがって漸次縮径する第二筒部を有する流路形成筒と、
を備える燃焼器ノズル。
A shaft body having a main outer peripheral surface extending along the axis and a reduced outer peripheral surface whose diameter gradually decreases toward the front side in the axial direction from the main outer peripheral surface.
A swirl vane extending from the main outer peripheral surface of the shaft body in the radial direction and having a plurality of blades provided at intervals in the circumferential direction of the shaft body and having fuel ejection holes formed on the surface thereof.
First cylindrical portion surrounding only the main outer surface in the outer peripheral side, and gradually reduced toward the front side of the axial direction together with continuously in said first cylindrical portion surrounds only the reduced diameter outer peripheral surface from the outer periphery A flow path forming cylinder having a second cylinder having a diameter,
Combustor nozzle with.
前記旋回羽根は、前記流路形成筒よりも内周側に位置する支持部と、該流路形成筒よりも外周側に位置する旋回羽根本体と、を有し、
前記燃料噴出孔は、該旋回羽根本体のみに形成されている請求項1に記載の燃焼器ノズル。
The swivel blade has a support portion located on the inner peripheral side of the flow path forming cylinder and a swirling blade main body located on the outer peripheral side of the flow path forming cylinder.
The combustor nozzle according to claim 1, wherein the fuel ejection hole is formed only in the swivel blade main body.
前記支持部は、前記軸線方向の後方側から前方側に向かって延びるとともに、該軸線を対称軸とする翼断面形状を有している請求項2に記載の燃焼器ノズル。 The combustor nozzle according to claim 2, wherein the support portion extends from the rear side to the front side in the axial direction and has a blade cross-sectional shape having the axis as a symmetric axis. 前記支持部の後方側の端縁、及び旋回羽根本体の後方側の端縁は互いに面一である請求項2又は3に記載の燃焼器ノズル。 The combustor nozzle according to claim 2 or 3, wherein the rear edge of the support portion and the rear edge of the swivel blade body are flush with each other. 前記旋回羽根本体は、径方向外側に位置する湾曲形状の先端部と、径方向内側に位置し、前方側に切り欠き部を有する根本部と、を有する請求項2から4のいずれか一項に記載の燃焼器ノズル。 Any one of claims 2 to 4, wherein the swivel blade main body has a curved tip portion located on the outer side in the radial direction and a root portion located on the inner side in the radial direction and having a notch on the front side. Combustor nozzle described in. 前記旋回羽根本体の平均反り線に対して前記旋回羽根本体の前縁で接する接線と、前記軸線とでなす角度が、前記旋回羽根本体の前縁の径方向内側では0度から10度になっており、前記旋回羽根本体の前縁の径方向外側では、前記旋回羽根本体の前縁の径方向内側の角度よりも大きい角度になっている請求項2から5のいずれか一項に記載の燃焼器ノズル。 The angle between the tangent line in contact with the average warp line of the swivel blade body at the front edge of the swivel blade body and the axis is 0 to 10 degrees inside the front edge of the swivel blade body in the radial direction. The method according to any one of claims 2 to 5, wherein the angle on the outer side in the radial direction of the front edge of the swivel blade main body is larger than the angle on the radial inner side of the front edge of the swivel blade main body. Combustor nozzle. 前記第一筒部における前記軸線方向の後方側の端縁を含む部分は、前方側から後方側に向かうに従って径方向の寸法が漸次縮小している請求項1から6のいずれか一項に記載の燃焼器ノズル。 The portion of the first tubular portion including the rear edge in the axial direction is according to any one of claims 1 to 6, wherein the radial dimension is gradually reduced from the front side to the rear side. Combustor nozzle. 前記流路形成筒は、前記第一筒部の前記軸線方向後方側の端部に接続され、該第一筒部よりも大きな内径寸法を有する導入部を有する請求項1から7のいずれか一項に記載の燃焼器ノズル。 Any one of claims 1 to 7, wherein the flow path forming cylinder is connected to the end of the first cylinder portion on the rear side in the axial direction and has an introduction portion having an inner diameter dimension larger than that of the first cylinder portion. Combustor nozzle as described in the section. 前記第二筒部における前記軸線方向の前方側の端縁は、該軸線を含む断面視で、後方側から前方側に向かうに従って径方向の寸法が漸次縮小している請求項1から8のいずれか一項に記載の燃焼器ノズル。 The edge of the second cylinder portion on the front side in the axial direction is any of claims 1 to 8 in which the radial dimension is gradually reduced from the rear side to the front side in a cross-sectional view including the axis. The combustor nozzle according to one item. 前記軸体の直径をD、前記第一筒部の内径をBとすると、直径Dと内径Bの比D/Bは、0.5≦D/B≦0.8である請求項1から9のいずれか一項に記載の燃焼器ノズル。 Assuming that the diameter of the shaft body is D and the inner diameter of the first cylinder portion is B, the ratio D / B of the diameter D and the inner diameter B is 0.5 ≦ D / B ≦ 0.8. The combustor nozzle according to any one of the above. 請求項1から10のいずれか一項に記載の燃焼器ノズルと、
前記燃焼器ノズルを外周側から覆う筒体と、
を備える燃焼器。
The combustor nozzle according to any one of claims 1 to 10.
A cylinder that covers the combustor nozzle from the outer peripheral side,
Combustor equipped with.
高圧空気を生成する圧縮機と、
前記高圧空気と燃料とを混合し、燃焼させて燃焼ガスを生成する請求項11に記載の燃焼器と、
前記燃焼ガスによって駆動されるタービンと、
を備えるガスタービン。
A compressor that produces high-pressure air,
The combustor according to claim 11, wherein the high-pressure air and fuel are mixed and burned to generate combustion gas.
The turbine driven by the combustion gas and
A gas turbine equipped with.
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