JPH04222305A - 燃料噴射弁 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガスタービン等に用い
られる燃料噴射弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービン等において、出力性能や排
気性能を改善するために、燃焼室に臨む噴射弁から燃料
を加圧空気と混合しながら噴射することが考えられてい
る。

【０００３】この種の燃料噴射弁として、従来例えば図
８に示すように、複数の混合噴口７１が開口するノズル
ケース７２の内部に混合室７３を画成し、混合室７３に
加圧空気Ａを導く空気通路７４とともに燃料を噴霧する
燃料ノズル７５を備えるものがある。

【０００４】これは、図９に示すように、噴射ノズル７
５から噴射される燃料を対向壁７２ａに衝突させて液膜
を形成し、この液膜を空気流によりせん断しながら各混
合噴口７１を通して燃焼室に噴出させて、燃料の霧化お
よび空気との混合を促進するようになっている（特開昭
５６−１４６９１４号公報参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来装置にあっては、燃料流量が小さく燃料ノズル
７５から噴射される燃料ジェットの勢力が小さい場合に
、振動あるいは重力を受けると、燃料ジェットが図１０
に示すように対向壁７２ａに対して大きく偏り、対向壁
７２ａに均一な液膜を形成することができず、各混合噴
口７１を通して燃焼室に噴出する燃料噴霧に大きなバラ
ツキが生じる。

【０００６】したがって、燃料ノズル７５から噴射され
る燃料ジェットの勢力により燃料の微粒化が十分に行え
る流量範囲が制限されるため、ターンダウン比（最大流
量と最小流量の比）が大きくとれず、自動車用ガスター
ビンのように大きなターンダウン比が要求される燃料噴
射弁としては使用できなという問題点があった。

【０００７】本発明は、こうした従来の問題点を解決す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明では、円筒形のノズルケースの先端部に混合室を
形成し、ノズルケースの内部に同軸的に配置した燃料ノ
ズルとその周囲に形成した環状の空気通路とを前記混合
室に臨ませ、かつ混合室で空気と混合された燃料を噴出
させる複数の混合噴口を設けた燃料噴射弁において、前
記燃料ノズルからの噴射燃料を案内する円周面をもつガ
イドを混合室に設け、このガイド円周面に沿って噴射燃
料を旋回させるように燃料ノズルの噴口を形成した。

【０００９】

【作用】上記構成に基づき、燃料ノズルから噴射される
燃料をノズルケースの内壁面に衝突させて液膜を形成し
、この液膜を空気流によりせん断しながら空気とともに
混合噴口を通して燃焼室に噴出させて、燃料の霧化およ
び空気との混合を促進する。

【００１０】燃料ノズルからの噴射燃料はガイド円周面
に沿って旋回運動を付与されることにより、ガイド円周
面に形成される液膜は均一となり、重力や振動等の影響
を受けても一方向に大きく偏ることがない。したがって
各混合噴口から空気と混合、撹はんしながら噴出する燃
料は均一的な濃度で、等しく微粒化、霧化が促進され、
ターンダウン比を拡大することができる。

【００１１】

【実施例】図１は本発明をガスタービンに備えられる燃
料噴射弁に適用したもので、円筒形のノズルケース２の
先端部には混合室３が形成され、この混合室３で空気と
混合した燃料を先端の混合噴口１０から図示しないガス
タービンの燃焼室に噴出する。ノズルケース２の内部に
は混合室３に臨ませて燃料ノズル５が配置され、この燃
料ノズル５の周囲には空気通路４が形成される。

【００１２】燃料ノズル５は燃料筒５ａの外周に嵌めた
スペーサ１５によりノズルケース２の中心に同軸的に支
持され、スペーサ１５の一部には空気通路４からの加圧
空気Ａを混合室３に導く噴口４ａが形成される。

【００１３】燃料ノズル５の先端に位置して噴射燃料を
案内するガイド６が混合室３に設けられ、燃料ノズル５
はガイド６のラッパ状に拡大する円周面６ａに沿って螺
旋状に旋回させるように燃料を噴射する複数の噴口１４
が形成される。

【００１４】これら噴口１４は燃料筒５ａの中心に配置
した軸部材１２に取付けた傘状のヘッド１３の円錐面に
等間隔で配置した複数の螺旋溝１３ａと、このヘッド１
３の円錐面に嵌合する燃料ノズル５の先端内面との間で
画成され、ヘッド１３の中心に嵌合する前記ガイド６の
基端部からラッパ状に拡大していく円周面６ａに沿って
噴射される燃料を旋回させつつ均一な燃料膜層を形成す
る。

【００１５】前記混合噴口１０は、ガイド６の拡大底面
の周辺に位置してノズルケース２の対向壁２ａに設けら
れ、混合室３で空気と混合させた燃料を噴出させる。

【００１６】以上のように構成したので、燃料ノズル５
から混合室３に噴射される燃料は、先端のガイド６の円
周面６ａに沿って旋回しながら流れ、均一な燃料液膜を
形成する。そして、この燃料はガイド６の底部周辺の対
向壁２ａに設けた複数の混合噴口１０に向けて均一的に
流れ込む。

【００１７】他方、混合室３には空気通路４の噴口４ａ
から圧縮空気が送り込まれ、一部は燃料と混合しつつ、
燃料液膜を激しくせん断しながら混合噴口１０から噴出
する。

【００１８】噴射燃料はガイド６に沿って旋回運動を付
与されることにより、ガイド円周面６ａに形成される燃
料膜は均一となり、重力や振動等の影響を受けても一方
向に大きく偏ることがなく、したがって各混合噴口１０
から空気と混合、撹はんしながら噴出する燃料は均一的
な濃度で、等しく微粒化、霧化が促進される。

【００１９】このため、低流量から高流量までの幅広い
燃料流量範囲で、常時良好な微粒化、霧化が確保され、
自動車用ガスタービンのように燃料流量の大きく変化す
るものでも、あらゆる運転領域で安定した燃焼を実現す
ることができる。

【００２０】次に、図３に示す他の実施例について説明
すると、燃料ノズル２１の内側に軸部材２２が設けられ
、燃料ノズル２１の先端内側に軸部材２２との間に単一
の噴口２３が画成される。

【００２１】噴口２３はラッパ状に拡がるガイド６の円
周面６ａに向けて捩れ方向に所定角度で傾斜し、図４に
も示すように、噴口２３から噴射される燃料が図中矢印
で示すようにガイド６の円周面６ａに沿って旋回するよ
うに構成される。

【００２２】この場合、ジェット噴口２３を単一で設け
ることにより、複数の噴口を設ける場合に比べて、噴口
２３の加工誤差により燃料噴霧のバラツキが生じること
がなく、製品の品質管理が容易となる。

【００２３】次に、図５に示す他の実施例について説明
すると、第一ノズルケース３１とそのガイド３２および
その軸部材３３を貫通して第二ノズルケース４１が設け
られる二重管構造とする。

【００２４】円筒状の第一ノズルケース３１の内側には
加圧空気Ａ１を導く空気通路３４が画成され、この空気
通路３４の内側に燃料ノズル３５が設けられ、この燃料
ノズル３５と軸部材３３との間に加圧燃料Ｆ１を導く燃
料通路３６が画成される。ガイド３２の円周面３２ａは
ラッパ状に拡がっている。複数の噴口３７はガイド３２
のまわりに螺旋状に並んで開口し、各噴口３７からの噴
射燃料がガイド３２の円周面３２ａに沿って旋回するよ
うに構成される。

【００２５】第一ノズルケース３１にはガイド３２の先
端外周部分に位置して複数の混合噴口３８が開口し、こ
の各混合噴口３８から燃料液膜を空気流によりせん断し
ながら燃焼室に噴出させる。

【００２６】円筒状の第二ノズルケース４１の内側には
加圧空気Ａ２を導く空気通路４４が画成され、この空気
通路４４の内側に燃料ノズル４５が設けられ、この燃料
ノズル４５と軸部材４３との間に加圧燃料Ｆ２を導く燃
料通路４６が画成される。ガイド４２の円周面４２ａは
ラッパ状に拡がっている。複数の噴口４７はガイド４２
のまわりに螺旋状に並んで開口し、各噴口４７から噴射
される燃料がガイド４２に沿って旋回するように形成さ
れる。

【００２７】第二ノズルケース４１にはガイド４２の先
端外周部分に位置して複数の混合噴口４８が開口し、こ
の各混合噴口４８から燃料液膜を空気流によりせん断し
ながら燃焼室に噴出させる。

【００２８】この燃料噴射弁には、燃料流量に応じて第
一燃料ノズル３５と第二燃料ノズル４５とに導かれる燃
料流量を調整する弁手段が設けられ、所定の小流量時に
燃料が第二燃料ノズル４５のみに導入され、それ以上の
流量範囲で燃料が第二燃料ノズル４５と第一燃料ノズル
３５の両方に導入されるようになっている。

【００２９】これにより、燃料流量のさらに広い範囲で
噴射燃料の微粒化がはかれ、ターンダウン比を拡大する
ことができる。また、予蒸発混合燃焼器等、複数の燃料
噴射弁を備えるガスタービンにも適用できる。

【００３０】なお、上記実施例における第二ノズルケー
ス４１に代えて点火栓を第一ノズルケース３１とそのガ
イド３２およびその軸部材３３を貫通して設けることも
可能である。

【００３１】次に、図６に示す他の実施例について説明
すると、円筒形のノズルケース５２の先端に混合室５３
が画成され、この混合室５３に加圧空気Ａを導く空気通
路５４が接続されるとともに、混合室５３に臨む燃料ノ
ズル５５が備えられ、この燃料ノズル５５には加圧燃料
Ｆを導く燃料通路６１が形成され、燃料ノズル５５から
噴射される燃料を空気と混合しながら複数の混合噴口６
０から燃焼室に噴出するようになっている。

【００３２】ノズルケース５２には燃料ノズル５５に所
定の間隔をもって対向する対向壁５２ａが一体形成され
、円盤状をした対向壁５２ａの隅部に複数の混合噴口６
０が放射状に開口している。

【００３３】燃料ノズル５５の先端に位置して噴射燃料
を案内するガイド５６が円筒形に一体形成される。

【００３４】このガイド５６内に弁部材６３が介装され
、両者の間に複数の噴口６４が画成される。

【００３５】各噴口６４は均等な間隔で、かつガイド５
６の内側円周面５６ａに沿って螺旋状に傾斜して形成さ
れ、各噴口６４から噴射される燃料が図７に矢印で示す
ようにガイド５６の円周面５６ａに沿って旋回するよう
に構成される。

【００３６】弁部材６３の基端は燃料ノズル５５に嵌合
し、弁部材６３の先端は対向壁５２ａに接合し、ガイド
５６の先端と対向壁５２ａの間には所定の間隙５９が設
けられる。

【００３７】上記構成に基づき、燃料ノズル５５から噴
射される燃料を対向壁５２ａに衝突させて液膜を形成し
、この液膜を空気流によりせん断しながら各混合噴口６
０を通して燃焼室に噴出させて、燃料の霧化および空気
との混合を促進する。

【００３８】各噴口６４から噴射される燃料はガイド円
周面５６ａに沿って旋回運動を付与されることにより、
ガイド円周面５６ａに形成される液膜は均一になり、ガ
イド円周面５６ａの先端から旋回しながら対向壁５２ａ
に衝突することにより、対向壁５２ａに均一な液膜を形
成し、各混合噴口６０から噴射される燃料および空気の
噴霧が均一化される。これにより低流量時に、燃料ノズ
ル５５から噴射される燃料が重力あるいは振動等により
ノズルケース５２内で大きく偏ることが防止される。

【００３９】この実施例では、燃料壁流がガイド５６の
内側の円周面５６ａに沿って旋回することにより、燃料
の大流量時、あるいは大きな旋回を与えたられた場合も
、燃料が混合室５３内に飛散することが防止されるので
、燃料流量のさらに広い範囲で対向壁５２ａに均一な液
膜が形成されて噴射燃料の微粒化が維持され、ターンダ
ウン比を拡大することができる。

【００４０】

【発明の効果】以上の通り本発明によれば、円筒形のノ
ズルケースの先端部に混合室を形成し、ノズルケースの
内部に同軸的に配置した燃料ノズルとその周囲に形成し
た環状の空気通路とを前記混合室に臨ませ、かつ混合室
で空気と混合された燃料を噴出させる複数の混合噴口を
設けた燃料噴射弁において、前記燃料ノズルからの噴射
燃料を案内する円周面をもつガイドを混合室に設け、こ
のガイド円周面に沿って噴射燃料を旋回させるように燃
料ノズルの噴口を形成したため、燃料噴霧が重力や振動
等に影響されることが少なく、燃料流量の広い範囲で各
混合噴口の開口部に均一な液膜を形成して噴射燃料の微
粒化がはかれ、大きなターンダウン比が要求される自動
車用ガスタービンの燃料噴射弁として使用することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す燃料噴射弁の断面図であ
る。

【図２】同じく燃料ノズルおよびガイドの側面図である
。

【図３】他の実施例を示す燃料噴射弁の断面図である。

【図４】同じく燃料ノズルおよびガイドの側面図である
。

【図５】さらに他の実施例を示す燃料噴射弁の断面図で
ある。

【図６】さらに他の実施例を示す燃料噴射弁の断面図で
ある。

【図７】同じくガイドの断面図である。

【図８】従来例を示す燃料噴射弁の断面図である。

【図９】同じく要部詳細図である。

【図１０】同じく作用を示す要部詳細図である。

【符号の説明】

２　　　　ノズルケース ２ａ　　　対向壁 ３　　　　混合室 ４　　　　空気通路 ５　　　　燃料ノズル ６　　　　ガイド ６ａ　　　円周面 １０　　　　混合噴口 １４　　　　噴口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　円筒形のノズルケースの先端部に混合
   室を形成し、ノズルケースの内部に同軸的に配置した燃
   料ノズルとその周囲に形成した環状の空気通路とを前記
   混合室に臨ませ、かつ混合室で空気と混合された燃料を
   噴出させる複数の混合噴口を設けた燃料噴射弁において
   、前記燃料ノズルからの噴射燃料を案内する円周面をも
   つガイドを混合室に設け、このガイド円周面に沿って噴
   射燃料を旋回させるように燃料ノズルの噴口を形成した
   ことを特徴とする燃料噴射弁。