JPH04131617A

JPH04131617A - 副燃焼室式渦巻燃焼器

Info

Publication number: JPH04131617A
Application number: JP25303290A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Watanabe; 智渡辺; Yoshihisa Gunji; 郡司　善壽; Yoichiro Okubo; 陽一郎大久保; Yoshinori Idota; 芳典井戸田; Yoshihiro Nomura; 佳洋野村
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1990-09-22
Filing date: 1990-09-22
Publication date: 1992-05-06
Anticipated expiration: 2013-08-13
Also published as: JP2787100B2

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、主としてガスタービンに用いられる燃焼器、
特に主燃焼室の上流側に副燃焼室を設けたガスタービン
用の渦巻燃焼器に関するものである。

〔従来の技術〕

第３図及び第４図に、主燃焼室の上流側に副燃焼室を設
けた従来のガスタービン用燃焼器が例示されている。第
３図において、１は燃焼器外筒、２は外筒１の中に広い
通気間隙３をおいて支持された燃焼器内筒で、内筒２は
副燃焼室４、主燃焼室５等をその内部に形成している。

燃焼器内筒２の第３図における左端部は、外筒１の端部
壁６に図示されないボルト等によって取付けられるフラ
ンジ部７を介して固定・支持されるが、そのフランジ部
７の中心を貫通して燃料噴射弁８が副燃焼室４の中に開
口しており、加圧された軽油のような燃料ｆを副燃焼室
４の中へ霧化して噴射するようになっている。なお９は
副燃焼室４内に臨んで設けられた点火プラグを示す。

通気間隙３には図示されない空気圧縮機によって加圧さ
れた空気ａが供給されており、その一部は１次空気すと
して、第４図に示すような案内羽根１０を有する１次空
気通路１１の開口を通り、副燃焼室４内へ接線方向に流
入して、燃料噴射弁８から噴射される燃料噴霧と共に副
燃焼室４内において渦流を形成し、燃料と１次空気が混
合して、点火プラグ９゛により点火され、１次燃焼を行
なう。

１２は副燃焼室４と主燃焼室５の仕切壁に形成された絞
り開口で、１次燃焼をした未燃成分を含む燃焼ガスは、
旋回しながら絞り開口１２を通過して主燃焼室５へ流入
し、主燃焼室５の下流側部分の壁に設けられている多数
の小さな空気孔１３を通して、通気間隙３から２次空気
及び冷却空気Ｃとして加圧された空気の供給を受け、２
次燃焼を行なう。燃焼ガスは更に流出筒１４に設けられ
た希釈空気口１５を通して通気間隙３から流入する希釈
空気ｄによって増量されて大流量のタービン作動ガスｇ
となり、図示されないタービンロータを駆動して動力を
発生する。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のガスタービンの燃焼器においては、１次空気通路
１１は副燃焼室４を形成する筒壁のうち、比較的上流側
の部分から開口するように設けられ、第３図に示すよう
に副燃焼室４と主燃焼室５との境にある絞り開口１２か
ら上流側へ距離ｌだけ離れた位置に設けられるのが普通
である。

そのため、絞り開口２に；ま、それを覆って燃焼ガスか
ら保護するのに必要な空気層が形成されないものと考え
られ、高温の燃焼ガス（火焔）が、直接に絞り開口１２
に接触して、それを溶損するという問題のあることが見
出された。

そこで、本発明は、新たに見出されたこの問題を解決す
るための手段を提供することを、発朋の解決すべき課題
としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は前記の課題を解決するための手段として、燃料
噴射弁と１次空気通路を備え内部に燃焼ガスの渦流を発
生させる副燃焼室と、前記副燃焼室の下流側に絞り開口
を介して接続する主燃焼室からなり、前記１次空気通路
の開口は前記副燃焼室の壁面において前記絞り開口の直
前まで達するように形成されていることを特徴とする副
燃焼室式渦巻燃焼器を提供する。

〔作　用〕

副燃焼室内へ燃料噴射弁から供給される燃料噴霧は、１
次空気通路から旋回を与えられて供給される１次空気と
混合し、副燃焼室内で渦巻き状に流動しながら１次燃焼
したのち、絞り開口を通過して主燃焼室へ流入し、２次
空気の供給を受けて完全燃焼する。

本発明の燃焼器における副燃焼室と主燃焼室との境界壁
に設けられた絞り開口は、１次空気通路の開口がその直
前まで達するように設けられているために、流動する１
次空気の一部によって絞り開口の表面が覆われて冷却さ
れ、絞り開口の表面に燃焼ガスが直接に接触することが
なくなるから、絞り開口の溶損が防止される。

〔実施例〕

第１図に本発明の実施例を示す。第２図はその一部の横
断面を拡大して示す側面図である。これらの図において
、既に説明した第３図及び第４図に示す従来のガスター
ビンの燃焼器と実質的に同じ構造部分については、同じ
参照符号を付けることによって重複する説明は省略する
こととする。

この実施例の特徴は、副燃焼室４′を形成する筒壁にお
いて、１次空気通路１１’の開口と、それに伴なう案内
羽根１０′をできるだけ主燃焼室５に接近させて設け、
それによって１次空気通路１１′を主燃焼室５との境に
ある絞り開口１２の直前まで達するように開口させたこ
とである。絞り開口１２が流入する１次空気すの一部に
よって流動的に形成される空気層（冷却空気膜）によっ
て覆われ、その空気によって冷却されると共に燃焼ガス
との直接の接触を避けることができるので、絞り開口１
２が燃焼ガスの熱によって溶損するおそれがなくなる。

本発明の場合、必要なことは１次空気通路１１′が絞り
開口１２の直前まで達する開口範囲を有することである
が、図示実施例の場合、開口の前方端が副燃焼室４′の
円筒形壁面の前方端まで達しておらず、燃料噴射弁８の
噴口との間にかなりの距離を残していることによって、
副燃焼室４′の上流部分に、噴射された燃料噴霧が熱を
受けて蒸発気化するための空間を形成している。

また、図示の実施例では、第３図に示した従来例と異な
り、主燃焼室５の上流側部分の壁にも空気孔１３′が設
けられており、空気孔１３′から流入する２次空気及び
冷却空気Ｃ′−によって、絞り開口１２の直後の主燃焼
室５の筒壁面にも、流動する空気層（冷却空気膜）を形
成するので、絞り開口１２を通過して主燃焼室５内へ旋
回しながら流入する燃焼ガスが、直接に絞り開口１２直
後の主燃焼室５の壁面に衝突して壁面を溶損したり、そ
こに高温部分を形成してＮ０２の発生量を増加させたり
することも防止される。

また、１次空気通路の直後に絞り開口がない場合には、
副燃焼室に入る１次空気の速度ベクトルは、副燃焼室円
筒の周方向に向かう旋回速度成分、副燃焼室円筒の半径
方向に向かう半径方向く軸中心に向かう）速度成分と副
燃焼室円筒の軸方向下流に向かう下流方向速度成分とを
持つことになる。

このとき、これらの速度成分のベクトル和である流入速
度ベクトルは１次空気の流量で規定されるため、下流方
向速度成分の増大は旋回速度成分の減少を招き副燃焼室
における渦流の強さが弱まることになる。一方、本実施
例においては１次空気通路の直後に絞り開口があるたｔ
、絞り構成する壁面により流入速度ベクトルは下流方向
速度成分が規制されるた袷旋回速度成分と半径方向成分
のみであり、結果的に旋回速度成分が大きくなるため、
副燃焼室内の渦流が強くなる。

つまり、本実施例の副燃焼室側の絞りを構成する壁面の
形状は、副燃焼室円筒の軸方向に対して垂直となってお
り、１次空気通路から流入する空気が副燃焼室円筒の軸
方向へと流れることを防止し、軸方向の速度成分を効果
的に低減し、それによって周方向の速度成分を増大し副
燃焼室内の渦流を強くしているのである。

さらに、１次空気通路の直後に絞り開口を設けることで
、絞り開口では、１次空気の一部が絞り壁に沿って空気
層を形成することになり、幾何学的な絞りの効果に流体
的絞り効果が付加される。

このため、流体的絞り効果が最適となる絞りの幾何学的
寸法は空気層を考慮して大きくすることが可能となり、
絞りを構成する壁面の突出量は減少するため燃焼ガスに
よる熱溶損を防止することができる。

〔発明の効果〕

副燃焼室において、１次空気通路の開口が主燃焼室との
境界である絞り開口の直前まで達するように形成されて
いるので、１次空気の一部が絞り開口を覆って保護する
結果、絞り開口の容損が防止され、燃焼器の耐久性が向
上する。また、それによって副燃焼室内で旋回するガス
の渦流が強くなり、燃料と空気の混合が促進されるので
、特に空気流量が少なくなる部分負荷時において燃焼効
率が低下するのを改善することもできる。

【図面の簡単な説明】

東１図は本発明の実施例を示す縦断面図、第２図は第１
図における■−■線による拡大断面図、第３図は従来例
を示す縦断面図、第４図は第３図におけるｒＶ−ＩＶ線
による拡大断面図である。１・・・燃焼器外筒、　　　　２・・・燃焼器内筒、３
・・・通気間隙、　　　　４・・・副燃焼室、５・・・
主燃焼室、　　　　６・・・端部壁、７００．フランジ
部、　　　　訃・・燃料噴射弁、９・・・点火プラグ、
　　　１０・１０′・・・案内羽根、１１．１１’・・
・１次空気通路、１２・・・絞り開口、　　　　１３・１３′・・・空気
孔、１４・・・流出筒、　　　　　１５・・・希釈空気
口、ａ・・・加圧空気、　　　　ｂ・・・１次空気、Ｃ
，Ｃ’・・・２次空気及び冷却空気、ｄ・・・希釈空気
、　　　　　ｆ・・・軽油、ｇ・・・タービン作動ガス
、ｌ・・・距離。４′・・・副燃焼室５・・・主燃焼室１１’・・・１次空気通路１２・・・絞り開口ｂ・・・１次空気５・・・主燃焼室１１・・・１次空気通路１２・・・絞り開口し・・・１次空気第４４図

Claims

【特許請求の範囲】

　燃料噴射弁と１次空気通路を備え内部に燃焼ガスの渦
流を発生させる副燃焼室と、前記副燃焼室の下流側に絞
り開口を介して接続する主燃焼室からなり、前記１次空
気通路の開口は前記副燃焼室の壁面において前記絞り開
口の直前まで達するように形成されていることを特徴と
する副燃焼室式渦巻燃焼器。