JPH04227414A - 窒素酸化物低減燃焼器用吹出し冷却のど部とその方法 - Google Patents
窒素酸化物低減燃焼器用吹出し冷却のど部とその方法Info
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- JPH04227414A JPH04227414A JP3117874A JP11787491A JPH04227414A JP H04227414 A JPH04227414 A JP H04227414A JP 3117874 A JP3117874 A JP 3117874A JP 11787491 A JP11787491 A JP 11787491A JP H04227414 A JPH04227414 A JP H04227414A
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Classifications
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
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-
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- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
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- F23R3/18—Flame stabilising means, e.g. flame holders for after-burners of jet-propulsion plants
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はガスタービン用燃焼器に
関し、特に、窒素酸化物（ＮＯｘ ）排出量を低減し得
る燃焼器に関する。
関し、特に、窒素酸化物（ＮＯｘ ）排出量を低減し得
る燃焼器に関する。
【０００２】
【発明の背景と目的】窒素酸化物の発生は火炎温度の上
昇および燃焼器内のガス滞留時間の増加とともに増加す
ることは知られている。従って、火炎温度および（また
は）反応ガスが最高温度に留まる時間を減らすことによ
り燃焼器からの窒素酸化物排出量を減らすことが理論的
に可能である。しかし、実際には、これは現在のガスタ
ービン燃焼器の乱流拡散火炎特性の故に達成し難い。こ
のような燃焼器では、燃焼は蒸発中の燃料液滴を囲む薄
層で１に近い燃料対空気等価比で起こり、これは全体的
な反応域等価比と無関係である。これは最高火炎温度が
生じる状態であるから、比較的多量の窒素酸化物が発生
する。その結果、従来の単段単燃料ノズル噴霧燃焼器は
、反応域の公称等価比をいかに維持するかにかかわらず
、新設排出量基準に合格できない。
昇および燃焼器内のガス滞留時間の増加とともに増加す
ることは知られている。従って、火炎温度および（また
は）反応ガスが最高温度に留まる時間を減らすことによ
り燃焼器からの窒素酸化物排出量を減らすことが理論的
に可能である。しかし、実際には、これは現在のガスタ
ービン燃焼器の乱流拡散火炎特性の故に達成し難い。こ
のような燃焼器では、燃焼は蒸発中の燃料液滴を囲む薄
層で１に近い燃料対空気等価比で起こり、これは全体的
な反応域等価比と無関係である。これは最高火炎温度が
生じる状態であるから、比較的多量の窒素酸化物が発生
する。その結果、従来の単段単燃料ノズル噴霧燃焼器は
、反応域の公称等価比をいかに維持するかにかかわらず
、新設排出量基準に合格できない。
【０００３】また、水または蒸気を燃焼器反応域内に噴
射することにより窒素酸化物排出量をかなり減らし得る
ことも知られている。しかし、このような噴射は、装置
の複雑さの増加、高い水処理費等、多くの欠点を有する
。
射することにより窒素酸化物排出量をかなり減らし得る
ことも知られている。しかし、このような噴射は、装置
の複雑さの増加、高い水処理費等、多くの欠点を有する
。
【０００４】窒素酸化物排出量の低減を実現する問題は
、さらに、他の燃焼設計基準に適合する必要のあるとこ
ろで複雑さをもたらす。このような基準は、例えば、良
質点火、良好な交差点火性、全負荷範囲にわたる安定性
、大きなターンダウン（ｔｕｒｎ−ｄｏｗｎ ）比、低
いトラバースナンバー、長寿命、安全で信頼性ある作用
能力等の基準である。
、さらに、他の燃焼設計基準に適合する必要のあるとこ
ろで複雑さをもたらす。このような基準は、例えば、良
質点火、良好な交差点火性、全負荷範囲にわたる安定性
、大きなターンダウン（ｔｕｒｎ−ｄｏｗｎ ）比、低
いトラバースナンバー、長寿命、安全で信頼性ある作用
能力等の基準である。
【０００５】本件出願人が所有する米国特許第４２９２
８０１ 号には、燃焼タービン用の二段式二重モード窒
素酸化物低減燃焼器が記載されている。この燃焼器は１
次段と２次段を分離するのど部を有する。さらに詳述す
ると、上記引用米国特許に記載の燃焼器は、圧延環状板
金により形成された冷却スロットを経て導入される膜冷
却空気とともにのど部を用いる。これは、ガスタービン
用の現用生産燃焼器で用いられている標準の壁冷却方法
である。 この冷却方法は、圧縮機排出空気温度の比較的多い質量
流の冷却空気を、燃焼反応域に面する燃焼器のど部の表
面に沿って導入する。この冷却方式の結果、非常に希薄
な空燃混合気による比較的低温の境界層が生じる。しか
し、この希薄な低温境界層内では化学反応が消滅するこ
とが知られており、この消滅の結果、燃焼器出口におけ
る一酸化炭素（ＣＯ）と不燃炭化水素（ＵＨＣ ）の排
出量が増加する。
８０１ 号には、燃焼タービン用の二段式二重モード窒
素酸化物低減燃焼器が記載されている。この燃焼器は１
次段と２次段を分離するのど部を有する。さらに詳述す
ると、上記引用米国特許に記載の燃焼器は、圧延環状板
金により形成された冷却スロットを経て導入される膜冷
却空気とともにのど部を用いる。これは、ガスタービン
用の現用生産燃焼器で用いられている標準の壁冷却方法
である。 この冷却方法は、圧縮機排出空気温度の比較的多い質量
流の冷却空気を、燃焼反応域に面する燃焼器のど部の表
面に沿って導入する。この冷却方式の結果、非常に希薄
な空燃混合気による比較的低温の境界層が生じる。しか
し、この希薄な低温境界層内では化学反応が消滅するこ
とが知られており、この消滅の結果、燃焼器出口におけ
る一酸化炭素（ＣＯ）と不燃炭化水素（ＵＨＣ ）の排
出量が増加する。
【０００６】二段式二重モード窒素酸化物（ＮＯｘ ）
低減燃焼器ののど部のために従来適用された代替冷却方
式は、冷却空気噴流の衝突によって得られる強力な裏側
対流冷却の使用である。この方法は化学反応を消滅させ
る膜空気冷却の欠点をもたない。しかし、裏側冷却方式
は現用生産ガスタービンサイクル状態で用いるきれいな
天然ガス燃料に限られる。なぜなら、のど部ライナ壁か
らの除熱は、液体燃料と、裏側冷却方式だけを用いる先
進機械サイクル状態とには適当でないからである。この
限られた除熱能力の結果生じるのど部ライナ壁温度は、
二段式二重モード窒素酸化物低減燃焼器を液体燃料およ
び（または）先進機械サイクル状態で働かせる時のガス
タービン使用における長期耐久性の確保には高過ぎる温
度である。
低減燃焼器ののど部のために従来適用された代替冷却方
式は、冷却空気噴流の衝突によって得られる強力な裏側
対流冷却の使用である。この方法は化学反応を消滅させ
る膜空気冷却の欠点をもたない。しかし、裏側冷却方式
は現用生産ガスタービンサイクル状態で用いるきれいな
天然ガス燃料に限られる。なぜなら、のど部ライナ壁か
らの除熱は、液体燃料と、裏側冷却方式だけを用いる先
進機械サイクル状態とには適当でないからである。この
限られた除熱能力の結果生じるのど部ライナ壁温度は、
二段式二重モード窒素酸化物低減燃焼器を液体燃料およ
び（または）先進機械サイクル状態で働かせる時のガス
タービン使用における長期耐久性の確保には高過ぎる温
度である。
【０００７】本発明の目的は、米国特許第４２９２８０
１ 号に記載の型の二段式二重モード窒素酸化物低減燃
焼器における吹出し冷却（ｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎ
ｃｏｏｌｉｎｇ ）のど部で、液体燃料を用いる現在
の生産サイクル状態と、様々な気体燃料と液体燃料を用
いる先進的機械サイクル状態とにおけるガスタービン使
用の場合に十分な耐久性をもつものを提供することであ
る。本発明の他の目的は、燃焼器反応域で化学反応を消
滅させずまた燃焼器出口における一酸化炭素と不燃炭化
水素の排出量を増加させないように二段式二重モード窒
素酸化物低減燃焼器ののど部を冷却する方法を提供する
ことである。本発明の他の目的は、予混合態様で液体燃
料で働く時の二段式二重モード窒素酸化物低減燃焼器の
のど部の表面における堆積物の生成を防ぐことである。
１ 号に記載の型の二段式二重モード窒素酸化物低減燃
焼器における吹出し冷却（ｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎ
ｃｏｏｌｉｎｇ ）のど部で、液体燃料を用いる現在
の生産サイクル状態と、様々な気体燃料と液体燃料を用
いる先進的機械サイクル状態とにおけるガスタービン使
用の場合に十分な耐久性をもつものを提供することであ
る。本発明の他の目的は、燃焼器反応域で化学反応を消
滅させずまた燃焼器出口における一酸化炭素と不燃炭化
水素の排出量を増加させないように二段式二重モード窒
素酸化物低減燃焼器ののど部を冷却する方法を提供する
ことである。本発明の他の目的は、予混合態様で液体燃
料で働く時の二段式二重モード窒素酸化物低減燃焼器の
のど部の表面における堆積物の生成を防ぐことである。
【０００８】吹出し冷却では、空気または他の流体が多
孔構造体を経て高温ガス側の境界層内に噴出して内部構
造体を高温ガス流の温度より低い温度に保つ。従って、
冷却は、冷却材による壁内の熱の吸収と、境界層の変化
とによって達成され、これにより表面摩擦と境界層によ
る熱伝達とを減らす。
孔構造体を経て高温ガス側の境界層内に噴出して内部構
造体を高温ガス流の温度より低い温度に保つ。従って、
冷却は、冷却材による壁内の熱の吸収と、境界層の変化
とによって達成され、これにより表面摩擦と境界層によ
る熱伝達とを減らす。
【０００９】ガスタービンにおける吹出し冷却は新規で
はなく、米国特許第３５５７５５３ 号、第４００４０
５６ 号、第４１５８９４９ 号、第４１８０９７２
号、第４１９５４７５ 号、第４２３２５２７ 号、第
４２６９０３２ 号、第４３０２９４０ 号および第４
４２２３００ 号に記載されている。
はなく、米国特許第３５５７５５３ 号、第４００４０
５６ 号、第４１５８９４９ 号、第４１８０９７２
号、第４１９５４７５ 号、第４２３２５２７ 号、第
４２６９０３２ 号、第４３０２９４０ 号および第４
４２２３００ 号に記載されている。
【００１０】しかし従来、吹出し冷却が、本発明に利用
される型の二段式二重モード燃焼器ののど域で利用され
たことはなかった。
される型の二段式二重モード燃焼器ののど域で利用され
たことはなかった。
【００１１】
【発明の概要】本発明の一実施例では、のど域は、空燃
混合気流の方向に対して先細と末広の壁部により形成さ
れる。すなわち、のど域は第１および第２燃焼室に対し
て減径部をなす。
混合気流の方向に対して先細と末広の壁部により形成さ
れる。すなわち、のど域は第１および第２燃焼室に対し
て減径部をなす。
【００１２】この実施例では、外側ライナがのど域を囲
んで冷却空気プレナムを画成する。複数の空気計量孔が
ライナに設けられてプレナム内の（圧縮機からの）冷却
空気の所要質量流と所要圧力をもたらす。
んで冷却空気プレナムを画成する。複数の空気計量孔が
ライナに設けられてプレナム内の（圧縮機からの）冷却
空気の所要質量流と所要圧力をもたらす。
【００１３】のど域の先細および末広壁部は、のど域内
への吹出し冷却空気噴射を可能にする多孔金属材料で作
られる。空気計量孔の寸法と個数およびのど壁部の多孔
は、のど壁部の内面上で変動する局所熱負荷に整合すべ
き量の吹出し冷却空気を通すように選定されることを理
解されたい。
への吹出し冷却空気噴射を可能にする多孔金属材料で作
られる。空気計量孔の寸法と個数およびのど壁部の多孔
は、のど壁部の内面上で変動する局所熱負荷に整合すべ
き量の吹出し冷却空気を通すように選定されることを理
解されたい。
【００１４】従って、本発明は、点火、未燃料炭化水素
または一酸化炭素排出問題を悪化させずにガスタービン
からの窒素酸化物排出量をかなり減らす方法と装置を提
供する。さらに詳述すると、本発明の二段式二重モード
窒素酸化物低減燃焼器は、のど域により相互に連結され
た第１および第２燃焼室または燃焼段を含む。燃料と混
合用空気は予混合のため第１燃焼室に導入される。第１
室には複数の燃料ノズルが含まれ、燃焼器の軸線の周囲
に周方向に配置されかつ第１室の後壁を貫通して第１段
内に突出している。追加燃料が第１燃焼室の下流端近く
に導入され、また追加空気がのど域内に加えられて第２
燃焼室内で燃焼を起こす。
または一酸化炭素排出問題を悪化させずにガスタービン
からの窒素酸化物排出量をかなり減らす方法と装置を提
供する。さらに詳述すると、本発明の二段式二重モード
窒素酸化物低減燃焼器は、のど域により相互に連結され
た第１および第２燃焼室または燃焼段を含む。燃料と混
合用空気は予混合のため第１燃焼室に導入される。第１
室には複数の燃料ノズルが含まれ、燃焼器の軸線の周囲
に周方向に配置されかつ第１室の後壁を貫通して第１段
内に突出している。追加燃料が第１燃焼室の下流端近く
に導入され、また追加空気がのど域内に加えられて第２
燃焼室内で燃焼を起こす。
【００１５】燃焼器を働かせるには、まず、燃料と空気
を第１室に導入し同室内で燃焼させる。その後、燃料流
を、第１室内の燃焼が終わるまで第２室内に移行させ、
次いで、混合のため燃料分布を第１室内に再移行させ、
そして第２室内で燃焼を発生させる。第２室内の燃焼は
、かなりの量の希釈空気を第２室の下流端に導入するこ
とにより急速に消滅して窒素酸化物発生温度での燃焼の
生成物の滞留時間を減らし、こうしてタービン部に原動
力をもたらす。これは少量の窒素酸化物と一酸化炭素と
未燃炭化水素の排出を特徴とする。
を第１室に導入し同室内で燃焼させる。その後、燃料流
を、第１室内の燃焼が終わるまで第２室内に移行させ、
次いで、混合のため燃料分布を第１室内に再移行させ、
そして第２室内で燃焼を発生させる。第２室内の燃焼は
、かなりの量の希釈空気を第２室の下流端に導入するこ
とにより急速に消滅して窒素酸化物発生温度での燃焼の
生成物の滞留時間を減らし、こうしてタービン部に原動
力をもたらす。これは少量の窒素酸化物と一酸化炭素と
未燃炭化水素の排出を特徴とする。
【００１６】同時に、冷却空気がのど部壁を通流するに
つれ、熱が冷却空気に伝達され、その結果、冷却空気は
のど部壁の内面温度に近い温度で燃焼反応域内に噴射さ
れる。膜空気冷却に比べ、吹出し冷却で用いる空気の量
は少ないので、また反応域に入る空気の温度は膜空気冷
却の場合より吹出し冷却の場合の方が高いので、本発明
による冷却空気は境界層における化学反応を消滅させな
い。
つれ、熱が冷却空気に伝達され、その結果、冷却空気は
のど部壁の内面温度に近い温度で燃焼反応域内に噴射さ
れる。膜空気冷却に比べ、吹出し冷却で用いる空気の量
は少ないので、また反応域に入る空気の温度は膜空気冷
却の場合より吹出し冷却の場合の方が高いので、本発明
による冷却空気は境界層における化学反応を消滅させな
い。
【００１７】さらに、液体燃料を用いる場合の予混合運
転方式では、燃料液滴が１次段の出口に存在する。これ
らの液滴はのど部壁の内面に衝突し得るので、裏側冷却
技術を用いる場合堆積物を形成する。本発明はこのよう
な堆積物の形成を防ぐ。なぜなら、吹出し冷却空気はの
ど壁部の内面上の液滴を除去するからである。
転方式では、燃料液滴が１次段の出口に存在する。これ
らの液滴はのど部壁の内面に衝突し得るので、裏側冷却
技術を用いる場合堆積物を形成する。本発明はこのよう
な堆積物の形成を防ぐ。なぜなら、吹出し冷却空気はの
ど壁部の内面上の液滴を除去するからである。
【００１８】従って、本発明の実施例の主要な特徴によ
れば、多孔金属材料で作った先細および末広壁部を含む
のど域によって相互に連結された第１および第２燃焼室
と、のど域を囲む冷却空気プレナムであって、プレナム
を冷却空気源と連通させる少なくとも１個の空気流量規
制開口を含むプレナムとからなるガスタービン用窒素酸
化物低減燃焼器が提供される。
れば、多孔金属材料で作った先細および末広壁部を含む
のど域によって相互に連結された第１および第２燃焼室
と、のど域を囲む冷却空気プレナムであって、プレナム
を冷却空気源と連通させる少なくとも１個の空気流量規
制開口を含むプレナムとからなるガスタービン用窒素酸
化物低減燃焼器が提供される。
【００１９】本発明の実施例の他の主要特徴によれば、
二段式二重モードガスタービン燃焼器における減径のど
域を冷却する方法として、 （ａ）減径のど域を囲むプレナムを設けることと、（ｂ
）規制された量の冷却空気をプレナムに供給することと
、 （ｃ）減径のど域を画成する多孔金属壁部を設けること
と、 （ｄ）吹出し冷却空気をプレナムから多孔金属壁部を経
てのど域に導入することを包含する方法が提供される。
二段式二重モードガスタービン燃焼器における減径のど
域を冷却する方法として、 （ａ）減径のど域を囲むプレナムを設けることと、（ｂ
）規制された量の冷却空気をプレナムに供給することと
、 （ｃ）減径のど域を画成する多孔金属壁部を設けること
と、 （ｄ）吹出し冷却空気をプレナムから多孔金属壁部を経
てのど域に導入することを包含する方法が提供される。
【００２０】本発明の他の目的と利点は以下の詳述から
明らかとなろう。
明らかとなろう。
【００２１】
【実施例の記載】添付図面の図１は、米国特許第４２９
２８０１ 号によるものであるが本発明により後に詳述
のように改良したガスタービン１０用二段式二重モード
窒素酸化物低減燃焼器の部分断面図である。
２８０１ 号によるものであるが本発明により後に詳述
のように改良したガスタービン１０用二段式二重モード
窒素酸化物低減燃焼器の部分断面図である。
【００２２】通例ガスタービン１０は断面が円形で、複
数の燃焼器１２を有し、これらの燃焼器はガスタービン
の周囲に沿って隔設されている。ガスタービンにはまた
圧縮機１３が含まれ、燃焼と冷却用の高圧空気を供給す
る。タービン１０の運転中、燃焼器１２は圧縮機１３か
らの高圧空気で燃料を燃やして燃焼混合気にエネルギー
を与え、そして高温ガスのエネルギーの一部が燃焼器１
２を出て遷移部材１４を通り第１段ノズル１５と、ター
ビン車に装着したタービン動翼（図示せず）に達する。 タービン車は圧縮機１３と適当な負荷を駆動する。
数の燃焼器１２を有し、これらの燃焼器はガスタービン
の周囲に沿って隔設されている。ガスタービンにはまた
圧縮機１３が含まれ、燃焼と冷却用の高圧空気を供給す
る。タービン１０の運転中、燃焼器１２は圧縮機１３か
らの高圧空気で燃料を燃やして燃焼混合気にエネルギー
を与え、そして高温ガスのエネルギーの一部が燃焼器１
２を出て遷移部材１４を通り第１段ノズル１５と、ター
ビン車に装着したタービン動翼（図示せず）に達する。 タービン車は圧縮機１３と適当な負荷を駆動する。
【００２３】窒素酸化物低減燃焼器１２はタービンケー
シング１７に固定された燃焼ケーシング１６に囲まれて
いる。燃料は燃料管路１８と燃料流量制御器１９を経て
供給され、この制御器により燃料が適当な燃料噴射導入
手段２０、２１、例えば、燃料ノズルを通って燃焼器１
２に導入される。燃料導入手段２０、２１は気体燃料ま
たは液体燃料を受入れるように設け得るものでる。ある
いは米国特許第２６３７３３４ 号と米国特許第２９３
３８９４ 号に記載のような二重燃料ノズルの使用によ
り、どちらの燃料を用いても燃焼器を働かせ得る。燃料
は周知の点火手段、例えば、点火プラグ２２により点火
され、隣り合う燃焼器間の点火は交差点火管２３の使用
によりなされる。
シング１７に固定された燃焼ケーシング１６に囲まれて
いる。燃料は燃料管路１８と燃料流量制御器１９を経て
供給され、この制御器により燃料が適当な燃料噴射導入
手段２０、２１、例えば、燃料ノズルを通って燃焼器１
２に導入される。燃料導入手段２０、２１は気体燃料ま
たは液体燃料を受入れるように設け得るものでる。ある
いは米国特許第２６３７３３４ 号と米国特許第２９３
３８９４ 号に記載のような二重燃料ノズルの使用によ
り、どちらの燃料を用いても燃焼器を働かせ得る。燃料
は周知の点火手段、例えば、点火プラグ２２により点火
され、隣り合う燃焼器間の点火は交差点火管２３の使用
によりなされる。
【００２４】図２は本発明の窒素酸化物低減燃焼器１２
の詳細図で、第１燃焼段または燃焼室２５と第２燃焼段
または燃焼室２６を示し、第２室の上流端と第１室の下
流端とが、断面の小さなのど域１００により連結されて
いる。燃焼室２５、２６は好ましくは断面が円形である
が、他の形状を用いてもよい。両燃焼室は、好ましくは
、燃焼タービン燃焼器において通例生じる着火温度に耐
え得る高温金属で作られる。両燃焼室の冷却は、米国特
許第３７７７４８４ 号に記載のようなルーバまたは米
国特許第３７２８０３９ 号に記載のようなスロットを
利用する空気膜冷却によりなされることが好ましい。し
かし、他の冷却方式、例えば、水冷却、閉系冷却、蒸気
膜冷却、従来の空気膜冷却等を所望に応じて利用しても
よい。
の詳細図で、第１燃焼段または燃焼室２５と第２燃焼段
または燃焼室２６を示し、第２室の上流端と第１室の下
流端とが、断面の小さなのど域１００により連結されて
いる。燃焼室２５、２６は好ましくは断面が円形である
が、他の形状を用いてもよい。両燃焼室は、好ましくは
、燃焼タービン燃焼器において通例生じる着火温度に耐
え得る高温金属で作られる。両燃焼室の冷却は、米国特
許第３７７７４８４ 号に記載のようなルーバまたは米
国特許第３７２８０３９ 号に記載のようなスロットを
利用する空気膜冷却によりなされることが好ましい。し
かし、他の冷却方式、例えば、水冷却、閉系冷却、蒸気
膜冷却、従来の空気膜冷却等を所望に応じて利用しても
よい。
【００２５】図２に示す燃料導入手段２０は、燃焼器１
２の軸線の周りに周方向に配置した複数の燃料ノズル２
９、例えば、６個のノズルからなる。燃料ノズル２９は
端カバー３０を通って第１段燃焼器２５内に突出してい
る。燃料は、端カバー３０を超えて延在しかつ制御器１
９と接続している燃料管路３１を通って各燃料ノズル２
９に送られる。燃焼用空気は、ノズル２９の出口端に隣
接した空気スワーラ３２を経て第１段に導入される。空
気スワーラ３２により導入される旋回燃焼空気は、燃料
ノズル２９からの燃料と混合し、点火可能な燃焼用混合
気となる。空気スワーラ３２用の燃焼空気は、圧縮機１
３と、燃焼ケーシング１６と燃焼室壁３４間の空気流路
から得られる。
２の軸線の周りに周方向に配置した複数の燃料ノズル２
９、例えば、６個のノズルからなる。燃料ノズル２９は
端カバー３０を通って第１段燃焼器２５内に突出してい
る。燃料は、端カバー３０を超えて延在しかつ制御器１
９と接続している燃料管路３１を通って各燃料ノズル２
９に送られる。燃焼用空気は、ノズル２９の出口端に隣
接した空気スワーラ３２を経て第１段に導入される。空
気スワーラ３２により導入される旋回燃焼空気は、燃料
ノズル２９からの燃料と混合し、点火可能な燃焼用混合
気となる。空気スワーラ３２用の燃焼空気は、圧縮機１
３と、燃焼ケーシング１６と燃焼室壁３４間の空気流路
から得られる。
【００２６】図２はまた第１燃焼室２５の壁３４に沿っ
て相隔たる複数のルーバ３６と、第２燃焼室２６の壁に
沿う複数のルーバ３７を示す。これらのルーバは、前述
のように冷却目的のためと、希釈空気を燃焼域に導入し
て火炎温度の大幅な上昇を防ぐためのものである。
て相隔たる複数のルーバ３６と、第２燃焼室２６の壁に
沿う複数のルーバ３７を示す。これらのルーバは、前述
のように冷却目的のためと、希釈空気を燃焼域に導入し
て火炎温度の大幅な上昇を防ぐためのものである。
【００２７】また、希釈孔４８（図１に示す）が希釈空
気を第２燃焼域に導入してさらに火炎温度の大幅な上昇
を防ぐ。
気を第２燃焼域に導入してさらに火炎温度の大幅な上昇
を防ぐ。
【００２８】第１燃焼室２５はまた燃料ノズル４０を含
む燃料導入手段２１を内蔵し、このノズル４０は燃料ノ
ズル２９と同様のものでよく、燃焼器の端カバー３０か
らのど域１００に向かって延在し、従って、燃料が第２
燃焼室２６に導入されて同室内で燃焼し得る。空気スワ
ーラ３２と同様の空気スワーラ４２が燃料ノズル４０に
隣接して設けられ、燃焼用空気を燃料ノズル４０からの
燃料噴流に導入して可燃空燃混合気を生成する。
む燃料導入手段２１を内蔵し、このノズル４０は燃料ノ
ズル２９と同様のものでよく、燃焼器の端カバー３０か
らのど域１００に向かって延在し、従って、燃料が第２
燃焼室２６に導入されて同室内で燃焼し得る。空気スワ
ーラ３２と同様の空気スワーラ４２が燃料ノズル４０に
隣接して設けられ、燃焼用空気を燃料ノズル４０からの
燃料噴流に導入して可燃空燃混合気を生成する。
【００２９】のど域１００は先細壁部１０１ａと末広壁
部１０１ｂとにより形成されている。のど域１００は第
１および第２燃焼室を連結し、そして第２室２６から第
１室２５への逆火を防ぐための空気力学的分離手段また
は隔離手段として機能する。この機能を果たすために、
のど域１００は両燃焼室に比べて直径が小さい。一般に
、第１燃焼室２５と第２燃焼室２６の直径の小さい方対
のど域１００の直径の比を少なくとも１．２ 対１にす
べきであり約１．５ 対１が好ましいということがわか
っている。しかし、それより大きな比が逆火防止に必要
であるかもしれない。なぜなら、逆火に影響する別の因
子として、のど域１００の位置に対する燃料導入手段２
１の位置があるからである。さらに詳述すると、燃料導
入手段２１がのど域１００に近ければ近いほど、直径比
を小さくしても逆火は起こらない。前述から当業者に明
らかなように、のど域に対する燃料導入手段２１の位置
と、両燃焼室に対するのど域の寸法は、簡単な実験によ
り逆火の最少化に最適となしうるものである。
部１０１ｂとにより形成されている。のど域１００は第
１および第２燃焼室を連結し、そして第２室２６から第
１室２５への逆火を防ぐための空気力学的分離手段また
は隔離手段として機能する。この機能を果たすために、
のど域１００は両燃焼室に比べて直径が小さい。一般に
、第１燃焼室２５と第２燃焼室２６の直径の小さい方対
のど域１００の直径の比を少なくとも１．２ 対１にす
べきであり約１．５ 対１が好ましいということがわか
っている。しかし、それより大きな比が逆火防止に必要
であるかもしれない。なぜなら、逆火に影響する別の因
子として、のど域１００の位置に対する燃料導入手段２
１の位置があるからである。さらに詳述すると、燃料導
入手段２１がのど域１００に近ければ近いほど、直径比
を小さくしても逆火は起こらない。前述から当業者に明
らかなように、のど域に対する燃料導入手段２１の位置
と、両燃焼室に対するのど域の寸法は、簡単な実験によ
り逆火の最少化に最適となしうるものである。
【００３０】のど域１００はまた、直径が均一に減少す
る（先細の）壁部１０１ａと、直径が均一に増加する（
末広の）壁部１０１ｂとにより、両室間に円滑な遷移を
もたらすように形成される。
る（先細の）壁部１０１ａと、直径が均一に増加する（
末広の）壁部１０１ｂとにより、両室間に円滑な遷移を
もたらすように形成される。
【００３１】燃焼室２５、２６に比べてのど域１００の
直径が小さいので、のど域内の高温ガスの速度が増し、
その結果、高温ガスからのど部内壁１０１ａ、１０１ｂ
への対流熱伝達が増大する。高温ガスからの対流熱伝達
が増大するので、のど域の冷却を強めることにより、内
壁１０１ａ、１０１ｂの温度を使用寿命を延ばすのに十
分なほど低く保つ必要がある。本発明は、後述のような
吹出し冷却によりのど域の所要冷却をなすものである。
直径が小さいので、のど域内の高温ガスの速度が増し、
その結果、高温ガスからのど部内壁１０１ａ、１０１ｂ
への対流熱伝達が増大する。高温ガスからの対流熱伝達
が増大するので、のど域の冷却を強めることにより、内
壁１０１ａ、１０１ｂの温度を使用寿命を延ばすのに十
分なほど低く保つ必要がある。本発明は、後述のような
吹出し冷却によりのど域の所要冷却をなすものである。
【００３２】圧縮機排出空気温度の冷却空気１０７が、
ライナに設けた冷却空気計量孔１０３を経て、のど部の
壁１０１ａ、１０１ｂを囲む外側ライナ１０２によって
形成された冷却空気プレナム１０４に入る。外側ライナ
１０２の冷却空気計量孔１０３は所要冷却空気質量流を
もたらしかつ冷却空気プレナム内の圧力を設定するのに
適する寸法に形成される。のど部壁１０１ａ、１０１ｂ
は多孔を有し、のど壁部の内面上で変動する局所熱負荷
に整合すべき量の吹出し冷却空気の噴射（矢印１０５で
示す）をもたらすような所定多孔特性を有する。
ライナに設けた冷却空気計量孔１０３を経て、のど部の
壁１０１ａ、１０１ｂを囲む外側ライナ１０２によって
形成された冷却空気プレナム１０４に入る。外側ライナ
１０２の冷却空気計量孔１０３は所要冷却空気質量流を
もたらしかつ冷却空気プレナム内の圧力を設定するのに
適する寸法に形成される。のど部壁１０１ａ、１０１ｂ
は多孔を有し、のど壁部の内面上で変動する局所熱負荷
に整合すべき量の吹出し冷却空気の噴射（矢印１０５で
示す）をもたらすような所定多孔特性を有する。
【００３３】これに関し、のど域の壁部は、ジェネラル
・モーターズ（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｍｏｔｏｒｓ）のアリ
ソン・ガスタービン・ディヴィジョン（Ａｌｌｉｓｏｎ
Ｇａｓ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ）により
製造されるラミロイ（Ｌａｍｉｌｌｏｙ）という商品名
で知られる多孔金属積層材料で形成されることが好まし
い。ラミロイ材内の好適母材は、ハステロイＸ（Ｈａｓ
ｔｅｌｌｏｙ−Ｘ ）として知られるコバルトとニッケ
ルの合金である。
・モーターズ（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｍｏｔｏｒｓ）のアリ
ソン・ガスタービン・ディヴィジョン（Ａｌｌｉｓｏｎ
Ｇａｓ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ）により
製造されるラミロイ（Ｌａｍｉｌｌｏｙ）という商品名
で知られる多孔金属積層材料で形成されることが好まし
い。ラミロイ材内の好適母材は、ハステロイＸ（Ｈａｓ
ｔｅｌｌｏｙ−Ｘ ）として知られるコバルトとニッケ
ルの合金である。
【００３４】吹出し冷却が膜冷却より効率が良いことは
周知のことである。これは、本発明を用いる方が膜冷却
の場合より、許容内壁温度を保つのに単位表面積当たり
に噴射すべき冷却空気の量が少ないことを意味する。冷
却空気が壁１０１ａ、１０１ｂを通流するにつれ、熱が
冷却空気に伝達され、その結果、冷却空気は壁１０１ａ
、１０１ｂの内面温度に近い温度で燃焼反応域内に（矢
印１０５で示すように）噴射される。吹出し冷却の場合
の方が膜空気冷却の場合より使用空気量が少なく、そし
て反応域に入る空気の温度は吹出し冷却の場合の方が膜
空気冷却の場合より高いので、本発明で用いる冷却空気
は、膜空気冷却の場合に起こると知られている境界層内
の化学反応の消滅を引起こさない。
周知のことである。これは、本発明を用いる方が膜冷却
の場合より、許容内壁温度を保つのに単位表面積当たり
に噴射すべき冷却空気の量が少ないことを意味する。冷
却空気が壁１０１ａ、１０１ｂを通流するにつれ、熱が
冷却空気に伝達され、その結果、冷却空気は壁１０１ａ
、１０１ｂの内面温度に近い温度で燃焼反応域内に（矢
印１０５で示すように）噴射される。吹出し冷却の場合
の方が膜空気冷却の場合より使用空気量が少なく、そし
て反応域に入る空気の温度は吹出し冷却の場合の方が膜
空気冷却の場合より高いので、本発明で用いる冷却空気
は、膜空気冷却の場合に起こると知られている境界層内
の化学反応の消滅を引起こさない。
【００３５】また、液体燃料を用いる場合の予混合運転
方式では、燃料液滴が１次段２５の出口に存在する。こ
れらの燃料液滴はのど部の内壁１０１ａ、１０１ｂの表
面に衝突し得るので、裏側冷却技術を用いてのど部を冷
却する場合、堆積物を形成する。本発明はこのような堆
積物の形成を防ぐ。なぜなら、吹出し冷却空気の噴射１
０５は前記表面から燃料液滴を除去するからである。
方式では、燃料液滴が１次段２５の出口に存在する。こ
れらの燃料液滴はのど部の内壁１０１ａ、１０１ｂの表
面に衝突し得るので、裏側冷却技術を用いてのど部を冷
却する場合、堆積物を形成する。本発明はこのような堆
積物の形成を防ぐ。なぜなら、吹出し冷却空気の噴射１
０５は前記表面から燃料液滴を除去するからである。
【００３６】従って、本発明は、二段式二重モード窒素
酸化物低減燃焼器において、のど部が、液体燃料を用い
る現用生産サイクル状態と、様々な気体燃料と液体燃料
を用いる先進機械サイクル状態でのガスタービン使用に
対して十分な耐久性をもつようにするのど部冷却をもた
らすものである。本発明による方法と装置はまた、燃焼
器反応域内の化学反応を消滅させず、従って、燃焼器出
口における望ましくない排出物の量をさらに減らす。
酸化物低減燃焼器において、のど部が、液体燃料を用い
る現用生産サイクル状態と、様々な気体燃料と液体燃料
を用いる先進機械サイクル状態でのガスタービン使用に
対して十分な耐久性をもつようにするのど部冷却をもた
らすものである。本発明による方法と装置はまた、燃焼
器反応域内の化学反応を消滅させず、従って、燃焼器出
口における望ましくない排出物の量をさらに減らす。
【００３７】以上、本発明の最適実施例について説明し
たが、もちろん、本発明の範囲内で様々な改変が可能で
ある。
たが、もちろん、本発明の範囲内で様々な改変が可能で
ある。
【図１】本発明の実施例による燃焼タービン燃焼器の部
分断面図である。
分断面図である。
【図２】図１に示した複式燃焼器の第１段と第２段とを
れけするのど域をさらに詳細に示す概略断面図である。
れけするのど域をさらに詳細に示す概略断面図である。
１２ ガスタービン燃焼器
２５ 第１燃焼段（第１燃焼室）
２６ 第２燃焼段（第２燃焼室）
２９ 燃料ノズル
３２ 空気スワーラ
４０ 燃料ノズル
４２ 空気スワーラ
４８ 希釈孔
１００ のど域
１０１ａ 先細壁部
１０１ｂ 末広壁部
１０２ 外側ライナ
１０３ 冷却空気計量孔
１０４ 冷却空気プレナム
Claims (10)
- 【請求項１】 第１および第２燃焼段に比べて小径の
のど域により分離された第１および第２燃焼段と、燃料
と空気をそれぞれ前記第１段に導入する複数の燃料ノズ
ルおよび空気スワーラと、追加の燃料と空気をそれぞれ
前記第２段に導入するために前記のど域に近接して配置
された単一の燃料ノズルおよび空気スワーラとを含むガ
スタービン燃焼器を窒素酸化物排出量を減らすように働
かせる方法であって、燃料と空気を前記複数の燃料ノズ
ルと空気スワーラから前記第１段に導入することにより
燃料と空気を前記第１段内で混合して可燃空燃混合気を
生成することと、追加の燃料と空気を前記単一燃料ノズ
ルおよび空気スワーラから前記第２段に導入することを
包含し、前記の追加燃料と追加空気は前記第２段内で前
記可燃空燃混合気と混合して前記第２段内で燃焼し、ま
た追加の燃料と空気を前記単一燃料ノズルおよび空気ス
ワーラから前記第２段に導入する段階は、前記第２燃焼
段から前記第１燃焼段への逆火を最少にするように前記
単一燃料ノズルおよび空気スワーラを前記のど域に対し
て配置しかつ前記のど域の寸法を両燃焼段に対して定め
ることを含み、さらに吹出し冷却空気を前記のど域を囲
むプレナムから前記のど域に導入することを包含する方
法。 - 【請求項２】 希釈空気を前記第２段の下流端に導入
して前記第２段内の窒素酸化物発生温度での燃焼の生成
物の滞留時間を減らす段階をさらに包含する請求項１記
載の方法。 - 【請求項３】 前記第１および第２段は、複数の開口
を有しそしてこれらの開口により圧縮空気を前記第１お
よび第２段に導入する壁を含む、請求項１記載の方法。 - 【請求項４】 前記のど域は多孔材料で作った先細お
よび末広壁部からなる、請求項１記載の方法。 - 【請求項５】 前記多孔材料はコバルトニッケル合金
層からなる、請求項４記載の方法。 - 【請求項６】 前記冷却空気を前記プレナム内の所望
空気質量流と所望空気圧力とに従って前記プレナムに導
入する請求項１記載の方法。 - 【請求項７】 前記多孔壁部は、同壁部の内面上で変
動する局所熱負荷に整合すべき吹出し冷却空気の量の関
数として選定される多孔を有する、請求項４記載の方法
。 - 【請求項８】 のど域によって相互に連結された第１
および第２燃焼室と、前記第１室の上流端に隣接し燃料
を前記第１室に導入する第１燃料導入手段と、前記第１
燃料導入手段に隣接し圧縮空気を前記第１室に導入して
前記燃料と混合することにより前記第１室内に可燃空燃
混合気を生成する第１空気導入手段と、燃料を前記第２
室に導入して前記第２室内で燃焼させるために前記第１
燃料導入手段の中央かつ前記のど域内に配置された第２
燃料導入手段と、前記第２燃料導入手段に隣接し圧縮空
気を前記第２燃焼室に導入する第２冷却空気導入手段と
、吹出し冷却空気を前記のど域に導入する手段とを含む
ガスタービン用窒素酸化物低減燃焼器。 - 【請求項９】 前記吹出し冷却空気導入手段は前記の
ど域を囲むプレナムを含む、請求項８記載の燃焼器。 - 【請求項１０】 前記吹出し冷却空気導入手段はさら
に、前記のど域を画成する先細および末広多孔壁部を含
む、請求項９記載の燃焼器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/520,267 US5127221A (en) | 1990-05-03 | 1990-05-03 | Transpiration cooled throat section for low nox combustor and related process |
| US520,267 | 1990-05-03 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04227414A true JPH04227414A (ja) | 1992-08-17 |
Family
ID=24071863
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3117874A Pending JPH04227414A (ja) | 1990-05-03 | 1991-04-23 | 窒素酸化物低減燃焼器用吹出し冷却のど部とその方法 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5127221A (ja) |
| EP (1) | EP0455487A1 (ja) |
| JP (1) | JPH04227414A (ja) |
| KR (1) | KR940001924B1 (ja) |
| CN (1) | CN1056563A (ja) |
| CA (1) | CA2040780A1 (ja) |
| NO (1) | NO911712L (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010169076A (ja) * | 2009-01-21 | 2010-08-05 | Gas Turbine Efficiency Sweden Ab | ベンチュリ冷却システム |
| JP2010181141A (ja) * | 2009-02-03 | 2010-08-19 | General Electric Co <Ge> | 燃焼システムのバーナチューブ |
| JP2013217637A (ja) * | 2012-04-05 | 2013-10-24 | General Electric Co <Ge> | 燃焼器および燃焼器に燃料を供給する方法 |
Families Citing this family (57)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69306025T2 (de) * | 1992-03-30 | 1997-05-28 | Gen Electric | Konstruktion eines Brennkammerdomes |
| FR2691209B1 (fr) * | 1992-05-18 | 1995-09-01 | Europ Propulsion | Enceinte contenant des gaz chauds refroidie par transpiration, notamment chambre propulsive de moteur-fusee, et procede de fabrication. |
| US5501011A (en) * | 1992-05-18 | 1996-03-26 | Societe Europeenne De Propulsion | Method of manufacture of an enclosure containing hot gases cooled by transportation, in particular the thrust chamber of a rocket engine |
| US5410884A (en) * | 1992-10-19 | 1995-05-02 | Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha | Combustor for gas turbines with diverging pilot nozzle cone |
| US5309710A (en) * | 1992-11-20 | 1994-05-10 | General Electric Company | Gas turbine combustor having poppet valves for air distribution control |
| US5487275A (en) * | 1992-12-11 | 1996-01-30 | General Electric Co. | Tertiary fuel injection system for use in a dry low NOx combustion system |
| US5359847B1 (en) * | 1993-06-01 | 1996-04-09 | Westinghouse Electric Corp | Dual fuel ultra-flow nox combustor |
| US5406798A (en) * | 1993-10-22 | 1995-04-18 | United Technologies Corporation | Pilot fuel cooled flow divider valve for a staged combustor |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19951024 |