JPH0385330A

JPH0385330A - 蒸気注入型ガスタービンエンジン

Info

Publication number: JPH0385330A
Application number: JP22099189A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Kajita; 眞市梶田
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1989-08-28
Filing date: 1989-08-28
Publication date: 1991-04-10
Anticipated expiration: 2009-02-23
Also published as: JPH0613856B2

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］この発明は燃焼器の内部に高圧蒸気を導入する蒸気注入
型ガスタービンエンジンに関するものである。

［従来の技術］従来より、ガスタービンの圧縮機とタービンとの間の空
気もしくは燃焼ガスの通路に、高圧蒸気を注入する蒸気
注入型ガスタービンエンジンがある。この種のガスター
ビンエンジンは、ポンプで昇圧された水を、ガスタービ
ンの排ガスを利用した排ガスボイラで加熱して、高圧蒸
気を作り、この高圧蒸気を、たとえば燃焼器の内部に注
入することにより、周知のようじ、熱効率が向上する（
特開昭５４−１３０７１５号公報参照）。

ここで、蒸気注入型ガスタービンエンジンにおいては、
燃焼器の外筒に、燃焼器の外部から燃焼器内筒の希釈空
気孔を貫通する蒸気の注入ノズルを固定し、この注入ノ
ズルの先端を内筒内に臨ませたものがある。

［発明が解決しようとする課題］ところが、運転時に高温な内筒が、低温な外筒に比べ軸
方向に大きく膨張することから、外筒に固定された注入
ノズルと内筒に形成された希釈空気孔との干渉を防止す
るためには、上記希釈空気孔と注入ノズルとの間に大き
なりリアランスを設ける必要がある。そのため、希釈空
気孔と注入ノズルとの間から余分な空気が内筒内に入る
ので、たとえば、燃焼用空気の割合が減少して、ばい煙
の発生が増加する。

かかる不都合を解決する手段として、燃焼器内筒と別体
の蒸気の注入ダクトを設けることが考えられている。こ
れを第３図を用いて説明する。

３４３図において、燃焼器１の内筒２と外筒３との間に
は、図示しない圧縮機からの高圧空気Ａが供給される空
気通路４が設けられている。上記内筒２の内部（は、燃
焼室５が形成されている。この燃焼室５は、燃料ノズル
６から噴射された燃料Ｆを、空気通路４から燃焼用空気
孔２ａおよびスワーラ７を経て導入された高圧空気Ａで
燃焼させる。上記内筒２における燃焼ガスＧの出口端部
には、内筒２と別体の蒸気の注入ダクト８が嵌合されて
いる。上記注入ダクト８の周方向には、複数の注入ノズ
ル９が孔１１を貫通する状態で配設されて、高圧蒸気Ｈ
が注入ダクト８内に注入される。また、注入ダクト８の
周方向には、複数の支持ピン１０が配設されて、この支
持ピン１０によって、注入ダクト８が外筒３に支持され
る。

ここで、この燃焼器１は、上記支持ピン１０を注入ノズ
ル９と同一の横断面上に配置することによって、低温の
外筒３に固定された上記注入ノズル９と、高圧の内筒２
に形成された孔１１との、熱膨張量の差に起因する干渉
を防止して、注入ダクト８が熱により膨張するのを許容
する。ところが、このように、注入ノズル９と支持ピン
１０とが同一の横断面上にあると、この横断面における
空気通路４の断面積が小さくなるので、高圧空気Ａの圧
力損失が増加１）、また、支持ピン１０によって高圧空
気Ａの流れが乱れる。したがって、ガスタービンの出力
および効率が低下するなどの不都合を招く。

そこで、支持ピン１０を設けないで、注入ノズル９を上
記孔１１に嵌合させて、注入ノズル９によって、注入ダ
クト８を支持することも考えられる。しかし、こうする
と、一般に燃焼ガスＧの温度が低いエンジンの起動時に
は、高圧蒸気Ｈを注入することができないので、注入ダ
クト８円の圧力が、注入ノズル９円の圧力よりも高くな
るから、燃焼ガスＧが注入ノズル９内に逆流して、注入
ノズル９を焼損する場合がある。

この発明は上記不都合に鑑みてなされたもので、出力と
熱効率の向上を図り得るとともに、注入ノズルの焼損を
防止し得る蒸気注入型ガスタービンエンジンを提供する
ことを目的とする。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成するために、この発明は、まず、内筒に
嵌合された注入ダクトにおける同一横断面上に、外筒に
固定された複数の注入ノズルが配置され、この注入ノズ
ルの先端部で注入ダクトが支持されている。上記注入ノ
ズルにおける空気通路に臨む部分には、空気通路と注入
ノズル円の蒸気通路とを連通させる小孔が設けられてい
る。

［作用］この発明によれば、注入ノズルによって注入ダクトが支
持されているから、別途、注入ダクトを支持する支持ピ
ンを設ける必要がない。

また、注入ノズルには小孔が設けられて、空気通路と注
入ノズル円の蒸気通路とが連通しているので、蒸気注入
を行なわない起動時などには、注入ノズル円の圧力が空
気通路円の圧力と同程度になるのに対し、注入ダクト円
の圧力は圧力損失によって空気通路円の圧力よりも低い
。したがって、注入ダクト円の圧力が注入ノズル円の圧
力よりも低くなるから、燃焼ガスが注入ノズル内に逆流
するのを防止できる。

［実施例］以下、この発明の一実施例を図面にしたがって説明する
。

第１図において、注入ダクト８の同一の横断面上には、
外筒３を貫通する注入ノズル９Ａが、たとえば４つ配置
されている。この注入ノズル９Ａは、そのフランジ９ａ
が外筒３のフランジ３ａに、ボルト（図示せず）＆：よ
って固定されているとともに、その先端部９ｂが注入ダ
クト８の孔１１に嵌合されて、上記先端部９ｂで、注入
ダクト８を支持している。なお、上記注入ダクトの孔１
１の周囲には、補強板１２が溶着されている。

第２図は第１図のＩＩ　−ＩＩ線断面図である。この図
において、上記注入ノズル９Ａにおける空気通路４に臨
む部分には、たとえば４つの小孔９ｃが形成されている
。この小孔９ｃは、空気通路４と注入ノズル９Ａ円の蒸
気通路９ｄとを連通させている。

なお、第１図の注入ノズル９Ａの上流には、バルブ１３
が設けられている。その他の構成は、第３図の燃焼器１
と同様であり、同一部分または相当部分に同一符号を付
して、その詳しい説明な省略する。

つぎに、ガスタービンの運転Ｃついて説明する。

起動時に、まず、図示しないスタータモータを回転させ
ると、圧縮機から第１図の空気通路４に高圧空気Ａが供
給され、スワラ−７および燃焼用空気孔２ａから燃焼室
５内に導入された高圧空気Ａにより、燃料Ｆが燃焼して
燃焼ガスＧが生成される。一方、高圧空気Ａは、第２図
の注入ノズル９Ａの小孔９Ｃから蒸気通路９ｄにも導入
され、この蒸気通路９ｄ円の圧力を、空気通路４と同程
度の高圧に保持する。

ここで、燃焼温度の低い起動時には、バルブ１３が閉止
されて、高圧蒸気Ｈの供給がなされないが、注入ダクト
８円の圧力は、圧力損失により、空気通路４の圧力、つ
まり注入ノズル９Ａ円の蒸気通路９ｄの圧力よりも低く
なるので、高圧空気Ａが矢印Ｂのように小孔９Ｃから蒸
気通路９ｄ内を通って、注入ダクト８内に流入する。上
記矢印Ｂで示す圧力空気Ａの流れによって、燃焼ガスＧ
が注入ノズル９Ａ内に矢印Ｃのように逆流するのを防止
できる。したがって、注入ノズル９Ａの焼損を防止でき
る。

一方、定格運転時には、バルブ１３が開弁されて、注入
ノズル９Ａの先端から高圧蒸気Ｈが注入ダクト８内に注
入される。上記高圧蒸気Ｈの圧力は、蒸気注入を円滑に
行なうために、燃焼ガスＧの圧力および高圧空気Ａの圧
力よりも高く設定されるから、注入ノズル９Ａ円の圧力
が、空気通路４円の圧力よりも高くなるので、上記小孔
９ｃから空気通路４に高圧蒸気Ｈが流出することが考え
られる。しかし、圧力損失により空気通路４よりも注入
ダクト８円の圧力のほうが低いうえに、注入ノズル９Ａ
内には、矢印りのように、注入ダクト８内へ向う速い蒸
気の流れが存在するので、高圧蒸気Ｈは、小孔９Ｃから
殆ど流出せず、注入ノズル９Ａの先端から、注入ダクト
８内に注入される。この高圧蒸気Ｈの注入により、周知
のようじ、熱効率の向上を図り得る。

また、この発明では、注入ノズル９Ａによって、注入ダ
クト８を支持しているので、別途、第３図のような支持
ビン１０を設ける必要がない。

したがって、支持ビン１０の分だけ空気通路４の断面積
が大きくなるので、高圧空気Ａの圧力損失が減少すると
ともに、支持ビン１０による高圧空気Ａの乱れも生じな
い、その結果、やはり、ガスタービンの出力の向上など
を図り得る。

［発明の効果］以上説明したように、この発明によれば、燃焼器の内筒
に嵌合する注入ダクトを、蒸気の注入ノズルによって支
持するとともに、この注入ノズルに小孔を形成して、空
気通路と注入ノズル内とを連通させたから、ガスタービ
ンの熱効率および出力が向上するととも（、注入ノズル
の焼損を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例にかかる燃焼器の概略縦断
面図、第２図は第１図のＩＩ　−ＩＩ線断面図、第３図
はこの発明に含まれない燃焼器の縦断面図である。１・・・燃焼器、２・・・内筒、３・・・外筒、４・・
・空気通路、５・・・燃焼室、８・・・注入ダクト、９
Ａ・・・注入ノズル、９　ｂ−・・先端部、９ｃ・・・
小孔、９ｄ・・・蒸気通路、Ａ・・・高圧空気、Ｆ・・
・燃料、Ｇ−・・燃焼ガス、Ｈ・・・高圧蒸気。第図第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）圧縮機とタービンとの間に設けられた燃焼器の内
部に高圧蒸気を導入する蒸気注入型ガスタービンエンジ
ンであつて、上記燃焼器の内筒と外筒との間に形成され上記圧縮機か
らの高圧空気が供給される空気通路と、上記内筒の内部
に形成され上記空気通路から導入された高圧空気で燃料
を燃焼させる燃焼室と、上記内筒における燃焼ガスの出
口端部に嵌合された蒸気の注入ダクトと、この注入ダク
トの周方向に複数配設されて、上記高圧蒸気を燃焼器の
外部から上記注入ダクト内へ注入する注入ノズルとを備
え、上記複数の注入ノズルは、上記注入ダクトの同一横断面
上に配置されて上記外筒に固定され、上記注入ノズルの
先端部で上記注入ダクトを支持し、上記注入ノズルにお
ける上記空気通路に臨む部分に、上記空気通路と上記注
入ノズル円の蒸気通路とを連通させる小孔が設けられて
なる蒸気注入型ガスタービンエンジン。