JPH01189419A - ガスタービン燃焼器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は液体燃料用のガスタービン燃焼器に係り、特に
、燃料ノズル前面を空気でシールする目的の通路を設け
たタービユレータカラーに関する。

〔従来の技術〕

従来の燃料ノズルの前面シール方法は１例えば、特願昭
５２−３９９７４号明細書に記載のように、スウイープ
リングによってシール空気が燃料ノズル中心方向に直角
に曲げられ、その旋回力が弱められ。

また、スウイープリングが溶接によってタービユレータ
カラーに固定されているので離脱の心配がある。

特願昭５０−１３４２２号公報に記載の例はシール空気
通路が接線方向に形成されている点は本発明に類似して
いるが、空気の流れる方向が外方向であり、本発明のよ
うに空気の流れ方向が燃料ノズル中心方向になっていな
い、また、本発明のように直接シールするのではなく、
間接的に旋回流を発生させることを目的としている点が
異なる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術では、特願昭５２−３９９７４号明細書の
ものは、（１）溶接構造のため離脱の可能性があり、（
２）燃料ノズル前面へ流れるシール空気はタービユレー
タカラーによっである程度の旋回力が付けられるが、ス
ウイープリングにより直角方向に曲げられた後は旋回力
が弱められ、シール効果が低下し、燃料油の炭化物の付
着防止力が弱い。

特願昭５０−１３４２２号明細書のものは、シール空気
に旋回力を与えるため通路が接線方向になっているが、
空気の流れる方向が外方向で、直接シールしないため、
炭化物の付着防止力はそれ程期待できない。

本発明の目的は、一体形精密鋳造品とすることにより、
（１）スウイープリングの離脱防止と、（２）燃料ノズ
ル前面シール空気の通路に角度を与えて、シール空気に
旋回力を与え、前面への炭化物付着を減少させることに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の目的は一体形精密鋳造とすることにより、スウ
イープリングの離脱防止と、燃料ノズル前面シール用空
気の通路に角度を与えてシール空気に旋回力を与え、前
面への炭化物付着を減少させることにある。

上記目的はタービユレータカラーとスウイープリングを
一体で精密鋳造により製造し、燃料ノズル前面へのシー
ル空気用通路をタービユレータカラー前面（一体形精密
鋳造によりスウイープリングの状態ではなくただの空気
通路となる）に燃料ノズル中心方向に偏心した角度によ
り設けることにより達成される。

〔作用〕

本発明のタービユレータカラーは、圧縮空気が旋回しな
がら燃焼器内筒内にはいり、燃料ノズルから噴霧された
霧状燃料油と空気をよく撹拌し、かつ、中心圧を低下さ
せて空気流れを逆流させ、未燃の燃料を、再度、燃焼域
内で完全燃焼させる。

同時に、燃料ノズル前面に旋回した空気を当てて前面に
燃料油や炭化物の付着を防止する。

タービユレータカラーにはいる空気の流量と、その内の
シール空気として分けられる流量の割合は、燃焼効率を
最高に維持するよう、かつ、シール空気量ができるだけ
多くなるように検討して決定される。しかし、シール空
気量が多すぎると噴霧された燃料油の炎が吹き消える恐
れがある。また、シール空気に旋回力を与えるための通
路角度はシール空気流量と関係するので、総合的に最適
の仕様を出さねばならない。

〔実施例〕

以下１本発明の一実施例を第１図により説明する。１は
精密鋳造により製作されたタービユレータカラーである
。２はこのタービユレータカラーの中に挿入された燃料
ノズルキャップである。３は燃焼器内筒内にはいる圧縮
空気で、３ａはその一部がタービユレータカラーに設け
られたエルボ形の溝孔に導かれ、燃料ノズルキャップ２
の前面２ａをシールする。３の圧縮空気はタービユレー
タカラーにより旋回力を与えられ、旋回しながら燃焼器
内筒内にはいり、燃料ノズル１ｏ内に組込まれたトラン
ジションピース１５から噴霧された霧状燃料油と空気を
よく撹拌する。内筒内の空気が旋回することにより、内
筒中心部の圧力が低下し、下流側の空気が逆流するため
、未燃焼油が再燃焼するので燃焼効率を高め、煙の発生
を防ぐことができる。

第２図は第１図のタービユレータを空気流れの下流側か
ら見た図である。燃料ノズル前面２ａを旋回しながらシ
ールする空気３ａは２ａの全体を一様にシールすること
ができる。

次に、従来のタービユレータカラー２２を設けた燃焼器
につき説明する。

第３図は、ガスタービンの燃焼器部の説明図である。図
において、コンプレッサ部４が吸入された空気５は、圧
縮され、圧縮空気６となって燃焼器外筒７内へ流入する
。流入した空気６ａは、燃焼器内筒８に設けられた希釈
孔等を通って燃焼器内筒８内に流入し、燃焼器頭部９に
装着された燃料ノズル１０の中に組込まれたトランジシ
ョンピース１５から噴射された燃料油と混合拡散し、点
火プラグ１１により着火されて燃焼し、燃焼ガス１２と
なってタービン部１３へ流入する。ここで仕事をした燃
焼ガスは排ガス１４となり、大気へ放出される。

第４図は燃焼器頭部の詳細断面図である。燃焼器外筒７
の内側には、複数のサポート２８が内壁に溶接固定され
、燃焼器外筒７の中心側へ突設されている。一方、燃焼
器内筒８の外周側には、サポート２８と同一員数のスト
ッパ２９が同様に溶接固定されている。このストッパ２
９は断面ＡＡに示すように″コ″の字形となっており、
又、すポート２８は一枚の板であり、この両者が図示の
ようにはまりあうことにより、燃焼器外筒７に対する燃
焼器内筒８の軸方向の位置決め、及び、周方向の位置決
めを行なえる構造となっている。

燃料ノズル１０の通路１９に流入した高圧力の燃料油は
、燃料ノズル内に組込まれたトランジションピース１５
で旋回力を与えられ、微細な粒子１６となって、燃焼器
内筒８内に噴射される。燃焼器内筒８の頭部８ａには、
燃焼器キャップ１８と呼ばれる燃料ノズル装着用の孔を
持ち、かつ、燃焼器内筒８の頭部８ａから流入する空気
量の制限を目的とし、かつ、燃焼火炎の形成を安定保持
させるためのものが挿入されている。この燃焼器キャッ
プ１８は、燃焼器内筒５と複数のリベット２１により軸
方向、周方向に位置決め固定されている。又、燃焼器キ
ャップ１８には、燃料ノズル装着用の孔をもつ円輪状の
タービユレータカラー２２が中央部に設けられている。

燃料ノズル１゜は、燃焼器外筒７の前側に取付けられて
いる燃焼器カバー２３に固定されており、この燃焼器カ
バー２３を通して、燃料ノズル１０の先端にあるキャッ
プ２が燃焼器キャップ１８のタービユレータカラー２２
の内側に挿入され、燃焼器内筒８内に燃料を噴射するよ
うになっている。通常、産業用ガスタービンの場合、燃
料には油の他にガスも用いられ、一種類の燃料を噴射す
るタイプの燃料ノズルはあまり用いられず、二種（油と
ガス）の燃料を噴射できる構造となっているタイプの燃
料ノズルが多く用いられるのが現状である。ここで示し
た燃料ノズル１０は、二種の燃料噴射が可能な二重燃料
ノズルと呼ばれるものである。この燃料ノズル１ｏで、
油燃料は通路１９を通って噴射され、ガス燃料は通路２
５を通り、噴射孔１７を通って燃焼器内筒８内に噴射さ
れる。

一般に、ガスタービン用燃料ノズルには図に示すような
圧力噴射式の他に空気噴震式がある。圧力噴霧式燃料ノ
ズルは燃料油を高圧にして噴射するときに噴霧させる機
構のものであるのに対し、空気噴震式燃料ノズルは燃料
油圧力はあまり高くせず、高圧空気により噴霧させる機
構のもので、圧力噴霧式よりも噴霧性能は秀れており、
従って着火性が良好であり、煙濃度も低い。しかし、空
気噴霧式燃料ノズルを使用するには噴霧空気圧縮機、噴
霧空気冷却器、噴霧空気配管、噴霧空気制御装置等が必
要であり、経済的でない。

タービユレータカラー２２は、この圧力噴霧式燃料ノズ
ルの噴射性能を補うために準備されたもので、排ガス１
４中の低煙濃度に効果がある。タービユレータカラー２
２は複数の軸方向通路が角度を付けて用意されており、
燃焼器内筒８の外側から内側へ空気が流入する際、ター
ビユレータカラー２２の通路に沿って空気３が旋回して
燃焼器内筒８の頭部８ａの内側に流入する。この旋回流
によって、第５図に示すように、二次流れ２６を燃焼器
内筒８の内部に発生させ、噴射燃料油粒子１６と空気を
よく撹拌させる働きがあり、また、完全燃焼していない
燃料を再度高温域に戻して完全燃焼させることができる
。２４はタービユレータカラーにはめ込まれたスウイー
プリングでタービユレータカラーに流れる空気を分離し
、燃料ノズル前面２ａをシールするための空気３ａを導
くものである。

第６図はタービユレータカラー２２を空気の上流側から
見た図で、第７図はその断面図を示す。

タービユレータカラー２２の構造は、図示のように、円
環状空間に複数の通路を軸方向に対し角度を付けて形成
した円輪状構造物で、通常、精密鋳造により製作する。

これは、タービユレータカラーの材質に高温材料を使用
するため、他の製造法では経済的でないためである。

第８図は同じタービユレータカラー２２の縦断面図であ
る。タービユレータカラー２２の後部端面２２ａにスウ
イープリング２４が溶接２４ｂで取付けられる。図で空
気は左から右方向に流れ、燃焼器内筒８の頭部８ａの内
側で旋回流を形成する空気３と、タービユレータカラー
後部端面２２ａとスウイープリング２４の内側面２４ａ
との間の通路に沿って流れる空気３ａとに分れる。この
空気３ａは燃料ノズル先端部２の後部端面２ａに燃料油
や燃焼カーボンが付着して堆積することを防止する働き
をする。従って、燃料ノズル１０と燃焼器内筒８は、燃
料ノズル先端部２の端面２ａがタービユレータカラー後
部端面２２ａよりも後側に出ぼり、空気３ａの通路を塞
ぐことがないよう組立上注意が払われる。この組立上の
調整は燃焼器外筒の内側に溶接固定されているサポート
２８の推力面を前取るか、あるいは、燃料ノズルフラン
ジのパツキン３０の厚さを変えて行なう。この調整を怠
り、シール空気３ａの通路を塞いだ状態で長時間ガスタ
ービンを運転すると、空気３ａの流量が減少、または、
全くなくなり、燃料ノズル先端部２の後部端面２ａに燃
焼カーボンを多量に堆積させ、また、スウイープリング
の異常加熱によって溶接部２４ｂにクラックが発生し、
スウイープリングが剥離してタービン内部に流入し、タ
ービン部品に損傷を与える場合がある。

第９図は従来品の改良形の一つで、まず精密鋳造で図の
形状に製作する。この２７の後流側にスリット加工をし
たものが第１０図に示す形状のものである。この形状で
は第８図に示すタービユレータカラー２２と同一である
が、スウイープリング２４を鋳造構造の一部として削り
出しにより形作ったところが異なる。従って、タービユ
レータカラー２７は機能としては２２と同一で、スウイ
ープリングが一体である点、強度上信頼性が高まってい
る。また、第１０図の形状で一気に精密鋳造で製作する
ことも可能であり、精密鋳造金型費用と第９図から第１
０図への機械加工費用との比較により、経済性を考慮し
て決定される。

一方、第１図および第２図に示すタービユレータカラー
１は２７を更に改良したもので、前に説明したように、
燃料ノズル前面２ａをシールする空気の通路に角度を与
えてシール空気３ａが燃料ノズル前面２ａで旋回するこ
とを特徴としている。

〔発明の効果〕

本発明によれば、燃料ノズル前面への炭化物の堆積が減
少し、タービユレータカラー後部のシール空気通路の破
損が少くなるので、燃料ノズルの噴震特性の低下を防ぎ
、タービユレータカラーの破損を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の一実施例の断面図および
正面図、第３図はガスタービンの燃焼器の断面と空気・
ガス流れの系統図、第４図および第５図は従来のタービ
ユレータカラーを組込んだ燃焼器の詳細断面図、第６図
は従来品タービユレータカラーの精密鋳造された状態の
空気流れ上流側から見た図、第７図は第６図の■−■断
面図、第８図は従来品タービユレータカラーの完成品断
面図に空気の流れを示した図、第９図は従来のスウイー
プリングを溶接で取付けるものを改良した鋳造品の断面
図、第１０図がそれのシール空気通路を機械加工した完
成品の断面図である。 第１図 第２図 １．３３図 第４図 第５図 ｌ 第６図 第７図 ＼ 第８図 第９凹 第１０図 ／

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、液体燃料を使用するガスタービン燃焼器におけるタ
   ービユレータカラーととスウイープリングを一体で精密
   鋳造により製造し、前記精密鋳造により燃料ノズル前面
   への空気用通路の角度を前記燃料ノズルの中心から偏心
   させて製造することを特徴とするガスタービン燃焼器。