JPH04283316A - 拡散パイロット付き予混合ノズル及びガスタービン燃焼器 - Google Patents
拡散パイロット付き予混合ノズル及びガスタービン燃焼器Info
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- JPH04283316A JPH04283316A JP33450191A JP33450191A JPH04283316A JP H04283316 A JPH04283316 A JP H04283316A JP 33450191 A JP33450191 A JP 33450191A JP 33450191 A JP33450191 A JP 33450191A JP H04283316 A JPH04283316 A JP H04283316A
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
- F23R3/34—Feeding into different combustion zones
- F23R3/346—Feeding into different combustion zones for staged combustion
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
- F23D2900/00008—Burner assemblies with diffusion and premix modes, i.e. dual mode burners
Landscapes
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
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。
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Description
【０００１】
【関連出願の表示】この出願は、本出願人の米国特許出
願第５０１，４３９号（１９９０年３月２２日出願）及
び米国特許出願第９３４，８８５号と技術的に関連して
いる。
願第５０１，４３９号（１９９０年３月２２日出願）及
び米国特許出願第９３４，８８５号と技術的に関連して
いる。
【０００２】
【産業上の利用分野】この発明は、ガスタービン燃焼器
、特に窒素酸化物（ＮＯｘ）などの大気汚染物質を低減
するためのガスタービン燃焼器の改良に関する。
、特に窒素酸化物（ＮＯｘ）などの大気汚染物質を低減
するためのガスタービン燃焼器の改良に関する。
【０００３】
【従来の技術】ガスタービンの排気ガス中のＮＯｘの量
を減らすために、発明者ＷｉｌｋｅｓおよびＨｉｌｔは
、二段デュアルモード燃焼器を考案し、これは本出願人
に譲渡された米国特許第４，２９２，８０１号（１９８
１年１０月６日発行）となっている。この特許では、２
つの燃焼室を、通常の運転負荷の条件下で、上流の一次
燃焼室が予混合（プレミックス）室として機能し、実際
の燃焼は下流の第２燃焼室で起こるように設定すれば、
普通の一段単一燃料ノズル燃焼器と比較して、排気ＮＯ
ｘの量を著しく低減できることが、発見された。ここに
記載した運転条件下で、一次室には火炎がなく、それが
ＮＯｘの形成の減少につながっている。この運転条件下
で、二次または中心ノズルは燃焼器を作動させるための
火炎ソースを与える。特許発明の特定の構成では、それ
ぞれが一次燃焼室に吐出し口を有する複数の一次ノズル
の環状配列と、二次燃焼室に吐出し口を有する中心二次
ノズルとを設ける。これらのノズルはすべて、各ノズル
が軸線方向燃料送りパイプを有し、吐出し端で空気スワ
ラで囲まれており、空気スワラが燃焼用の空気を燃料ノ
ズルからの吐出し燃料に供給するので、拡散ノズルとし
て説明することができる。
を減らすために、発明者ＷｉｌｋｅｓおよびＨｉｌｔは
、二段デュアルモード燃焼器を考案し、これは本出願人
に譲渡された米国特許第４，２９２，８０１号（１９８
１年１０月６日発行）となっている。この特許では、２
つの燃焼室を、通常の運転負荷の条件下で、上流の一次
燃焼室が予混合（プレミックス）室として機能し、実際
の燃焼は下流の第２燃焼室で起こるように設定すれば、
普通の一段単一燃料ノズル燃焼器と比較して、排気ＮＯ
ｘの量を著しく低減できることが、発見された。ここに
記載した運転条件下で、一次室には火炎がなく、それが
ＮＯｘの形成の減少につながっている。この運転条件下
で、二次または中心ノズルは燃焼器を作動させるための
火炎ソースを与える。特許発明の特定の構成では、それ
ぞれが一次燃焼室に吐出し口を有する複数の一次ノズル
の環状配列と、二次燃焼室に吐出し口を有する中心二次
ノズルとを設ける。これらのノズルはすべて、各ノズル
が軸線方向燃料送りパイプを有し、吐出し端で空気スワ
ラで囲まれており、空気スワラが燃焼用の空気を燃料ノ
ズルからの吐出し燃料に供給するので、拡散ノズルとし
て説明することができる。
【０００４】前述した米国特許出願第５０１，４３９号
では、本発明者らは、中心または二次ノズルの設計を、
予混合／拡散兼用ノズルと呼ぶことができるように変更
することにより、ＮＯｘ生成をさらに低減できることを
発見した。作動時には、比較的少量の燃料を用いて拡散
パイロットを保持する一方、上流の一次ノズルから一次
燃焼室に送られる主燃料供給物を点火するための追加の
燃料を、ノズルの予混合部分から供給する。
では、本発明者らは、中心または二次ノズルの設計を、
予混合／拡散兼用ノズルと呼ぶことができるように変更
することにより、ＮＯｘ生成をさらに低減できることを
発見した。作動時には、比較的少量の燃料を用いて拡散
パイロットを保持する一方、上流の一次ノズルから一次
燃焼室に送られる主燃料供給物を点火するための追加の
燃料を、ノズルの予混合部分から供給する。
【０００５】前述の発明では、予混合スワラが、二次火
炎区域の境界に配置され、種々の作動モードで火炎を安
定にし、保持する作用をなす。しかし、この予混合スワ
ラ要素は、スワラの寿命に影響する高い火炎温度にさら
される。
炎区域の境界に配置され、種々の作動モードで火炎を安
定にし、保持する作用をなす。しかし、この予混合スワ
ラ要素は、スワラの寿命に影響する高い火炎温度にさら
される。
【０００６】
【発明の目的】したがって、この発明の目的は、先願の
発明のノズルの全体構造を維持しながら、スワラを火炎
に直接接触しないように配置替えすることにある。つま
り、この発明では、予混合スワラを燃料噴射点より上流
に配置し、いかなる作動条件でも、スワラが火炎と直接
接触しないようにし、これによりスワラの寿命を延ばす
。
発明のノズルの全体構造を維持しながら、スワラを火炎
に直接接触しないように配置替えすることにある。つま
り、この発明では、予混合スワラを燃料噴射点より上流
に配置し、いかなる作動条件でも、スワラが火炎と直接
接触しないようにし、これによりスワラの寿命を延ばす
。
【０００７】
【発明の概要】先願の発明は、２つの燃焼室をベンチュ
リスロート領域で分離した型式のガスタービン燃焼器に
特に好適である。環状に配列した一次ノズルから燃料を
上流または一次燃焼室に吐出す。作動方法では、基本負
荷下で、一次ノズルの火炎をなくす一方、単一の中心ま
たは二次ノズルで一次ノズルからの予混合燃料の燃焼を
保持することが必要である。この発明によれば、拡散ノ
ズルとして特徴付けられていた単一の中心または二次ノ
ズルを、拡散パイロット付き予混合ノズルに取り替え、
これにより中心拡散火炎への燃料流れを全燃料流れの約
２０％から燃焼器全体への全燃料流れの約２％に減らす
。このことを達成するには、空気送りパイプを最小燃料
送りパイプのまわりに配置して、拡散火炎燃焼を支持す
る一方、二次ノズル内の最大燃料送りを複数の半径方向
燃料分配チューブを介して行い、これらのチューブそれ
ぞれから燃料を、軸線方向燃料送りパイプおよびそれを
囲む空気送りパイプからなる拡散パイロットを囲む予混
合室に送り出す。このようにして、拡散火炎には、比較
的少量の燃料を使用して中心ノズル予混合室流れを点火
することができるが、必要量は残りの取り囲む一次ノズ
ルからの主予混合流れを点火するのに必要な量より著し
く少ない。したがって、この設計は同時に、（ＮＯｘ排
出量の多い）拡散火炎として燃焼する燃焼器内の全燃料
流れの割合を最小にするが、（ＮＯｘ排出量の少ない）
パイロット予混合流れを用いることにより、主予混合流
れを点火するのに十分な熱入力が得られる。
リスロート領域で分離した型式のガスタービン燃焼器に
特に好適である。環状に配列した一次ノズルから燃料を
上流または一次燃焼室に吐出す。作動方法では、基本負
荷下で、一次ノズルの火炎をなくす一方、単一の中心ま
たは二次ノズルで一次ノズルからの予混合燃料の燃焼を
保持することが必要である。この発明によれば、拡散ノ
ズルとして特徴付けられていた単一の中心または二次ノ
ズルを、拡散パイロット付き予混合ノズルに取り替え、
これにより中心拡散火炎への燃料流れを全燃料流れの約
２０％から燃焼器全体への全燃料流れの約２％に減らす
。このことを達成するには、空気送りパイプを最小燃料
送りパイプのまわりに配置して、拡散火炎燃焼を支持す
る一方、二次ノズル内の最大燃料送りを複数の半径方向
燃料分配チューブを介して行い、これらのチューブそれ
ぞれから燃料を、軸線方向燃料送りパイプおよびそれを
囲む空気送りパイプからなる拡散パイロットを囲む予混
合室に送り出す。このようにして、拡散火炎には、比較
的少量の燃料を使用して中心ノズル予混合室流れを点火
することができるが、必要量は残りの取り囲む一次ノズ
ルからの主予混合流れを点火するのに必要な量より著し
く少ない。したがって、この設計は同時に、（ＮＯｘ排
出量の多い）拡散火炎として燃焼する燃焼器内の全燃料
流れの割合を最小にするが、（ＮＯｘ排出量の少ない）
パイロット予混合流れを用いることにより、主予混合流
れを点火するのに十分な熱入力が得られる。
【０００８】同時に、以前は二次火炎区域の境界に配置
されていた予混合スワラ要素を、この発明では、燃料噴
射点より上流の点に配置替えする。具体的には、予混合
スワラを二次燃料ノズルの一体部分とし、半径方向燃料
分配チューブのうしろまたは上流に配置する。スワラは
、一連のベーンを燃料ノズルの軸線方向中心線に対して
ある角度で円周方向に配置して構成される。
されていた予混合スワラ要素を、この発明では、燃料噴
射点より上流の点に配置替えする。具体的には、予混合
スワラを二次燃料ノズルの一体部分とし、半径方向燃料
分配チューブのうしろまたは上流に配置する。スワラは
、一連のベーンを燃料ノズルの軸線方向中心線に対して
ある角度で円周方向に配置して構成される。
【０００９】別の実施例では、ベンチュリを二次予混合
室の吐出し端に設けて、二次火炎の安定化を助ける。
室の吐出し端に設けて、二次火炎の安定化を助ける。
【００１０】この発明の他の目的や効果は以下の詳しい
説明から明らかになるであろう。
説明から明らかになるであろう。
【００１１】
【実施例の記載】図１はガスタービンエンジンを一部断
面にて示す側面図である。ガスタービン１２は、圧縮機
１４、燃焼器１６および１枚のブレードで表わしたター
ビン１８を含む。具体的に図示していないが、周知のよ
うに、タービンは共通の軸に沿って圧縮機に駆動連結さ
れている。圧縮機１４で入口空気を加圧し、つぎに加圧
空気を方向転換するか、逆流させて燃焼器１６に導き、
ここで空気を燃焼器を冷却するのに用いるとともに、燃
焼過程に空気を供給するのにも用いる。ガスタービンに
は、複数の燃焼器１６（１つだけ図示）がガスタービン
の周囲に沿って配置されている。ガスタービンの１例で
は、このような燃焼器を１６基設ける。移行ダクト２０
はそれぞれの燃焼器の出口端１８をタービンの入口端と
連結して、燃焼工程からの高熱な燃焼生成物をタービン
に送る。
面にて示す側面図である。ガスタービン１２は、圧縮機
１４、燃焼器１６および１枚のブレードで表わしたター
ビン１８を含む。具体的に図示していないが、周知のよ
うに、タービンは共通の軸に沿って圧縮機に駆動連結さ
れている。圧縮機１４で入口空気を加圧し、つぎに加圧
空気を方向転換するか、逆流させて燃焼器１６に導き、
ここで空気を燃焼器を冷却するのに用いるとともに、燃
焼過程に空気を供給するのにも用いる。ガスタービンに
は、複数の燃焼器１６（１つだけ図示）がガスタービン
の周囲に沿って配置されている。ガスタービンの１例で
は、このような燃焼器を１６基設ける。移行ダクト２０
はそれぞれの燃焼器の出口端１８をタービンの入口端と
連結して、燃焼工程からの高熱な燃焼生成物をタービン
に送る。
【００１２】この発明は、米国特許第４，２９２，８０
１号に記載された形式の二段デュアルモード低ＮＯｘ燃
焼器に特に有用である。同特許に記載されているように
、またここで図２に示すように、各燃焼器１６は、一次
または上流燃焼室２４と、これからベンチュリスロート
領域２８で分離された二次または下流燃焼室２６とを備
える。燃焼器１６は、圧縮機吐出し空気流れを燃焼器に
案内する燃焼器流れスリーブ３０で囲まれている。燃焼
器１６はさらに、タービンケーシング３２にボルトで固
着された外側ケーシング３１（図１）で囲まれている。
１号に記載された形式の二段デュアルモード低ＮＯｘ燃
焼器に特に有用である。同特許に記載されているように
、またここで図２に示すように、各燃焼器１６は、一次
または上流燃焼室２４と、これからベンチュリスロート
領域２８で分離された二次または下流燃焼室２６とを備
える。燃焼器１６は、圧縮機吐出し空気流れを燃焼器に
案内する燃焼器流れスリーブ３０で囲まれている。燃焼
器１６はさらに、タービンケーシング３２にボルトで固
着された外側ケーシング３１（図１）で囲まれている。
【００１３】上流燃焼器２４への燃料供給を行う複数の
一次ノズル３６が、中心二次ノズル３８のまわりに環状
配列に配置されている。ガスタービンの１例では、各燃
焼器に６つの一次ノズルと１つの二次ノズルとを設ける
。燃焼器の説明のまとめとして、当業界で周知のまた前
記特許に詳しく記載された方法で、燃料を配管４２を通
してノズルに送る。また、当業界でよく知られているよ
うに、一次燃焼器では図１に示すスパークプラグ４８に
より、またとなりの燃焼器ではクロスファイヤ・チュー
ブ５０によりそれぞれ点火を行う。
一次ノズル３６が、中心二次ノズル３８のまわりに環状
配列に配置されている。ガスタービンの１例では、各燃
焼器に６つの一次ノズルと１つの二次ノズルとを設ける
。燃焼器の説明のまとめとして、当業界で周知のまた前
記特許に詳しく記載された方法で、燃料を配管４２を通
してノズルに送る。また、当業界でよく知られているよ
うに、一次燃焼器では図１に示すスパークプラグ４８に
より、またとなりの燃焼器ではクロスファイヤ・チュー
ブ５０によりそれぞれ点火を行う。
【００１４】米国特許第４，２９２，８０１号では、燃
料ノズルが一次および二次ノズルとも同一である、すな
わち、ノズルはすべて拡散型であるとされている。本図
２を参照すると、拡散ノズル３６は燃料送りノズル５４
と環状スワラ５６とを含む。ノズル５４は燃料だけを送
り、その後これをスワラ空気と混合し燃焼に供する。前
記特許によれば、二次ノズルも拡散ノズルで、この点に
ついては後述する。
料ノズルが一次および二次ノズルとも同一である、すな
わち、ノズルはすべて拡散型であるとされている。本図
２を参照すると、拡散ノズル３６は燃料送りノズル５４
と環状スワラ５６とを含む。ノズル５４は燃料だけを送
り、その後これをスワラ空気と混合し燃焼に供する。前
記特許によれば、二次ノズルも拡散ノズルで、この点に
ついては後述する。
【００１５】基本負荷運転中、二段デュアルモード燃焼
器はプレミックス（予混合）モードで作動するように設
計されている。すなわち、一次ノズル３６はすべて単に
燃料と空気とを混合するだけで、燃料−空気混合物は二
次または中心拡散ノズル３８で支持された拡散炎により
点火する。この一次ノズル燃料の予混合と二次拡散ノズ
ルによる点火の結果として、燃焼器のＮＯｘ排出量が低
下する。しかし、上述したシステムには少なくとも１つ
の根本的な欠点がある。たとえば、実験室での試験で、
二次ノズルにおける燃料の割合をある運転条件でＮＯｘ
排出量を最小にできる最小の値とした場合、その同じ低
い割合の二次ノズル燃料では、別の運転条件で主予混合
流れを適切に燃焼させるのに十分な熱入力が得られない
ことが、わかった。
器はプレミックス（予混合）モードで作動するように設
計されている。すなわち、一次ノズル３６はすべて単に
燃料と空気とを混合するだけで、燃料−空気混合物は二
次または中心拡散ノズル３８で支持された拡散炎により
点火する。この一次ノズル燃料の予混合と二次拡散ノズ
ルによる点火の結果として、燃焼器のＮＯｘ排出量が低
下する。しかし、上述したシステムには少なくとも１つ
の根本的な欠点がある。たとえば、実験室での試験で、
二次ノズルにおける燃料の割合をある運転条件でＮＯｘ
排出量を最小にできる最小の値とした場合、その同じ低
い割合の二次ノズル燃料では、別の運転条件で主予混合
流れを適切に燃焼させるのに十分な熱入力が得られない
ことが、わかった。
【００１６】本発明者らは、米国特許出願第５０１，４
３９号において、中心ノズル予混合室と組み合わせて最
小拡散パイロットを用いることにより、上流予混合（一
次）ノズル３６からの主予混合流れのための適切なパイ
ロット火炎を維持できることを見出した。したがって、
この発明は、予混合二次またはパイロット流れを用いて
主予混合流れを点火するのに十分な熱入力を確保するの
と同時に、（ＮＯｘ排出量の大きい）拡散火炎として燃
焼する燃焼器内の全燃料の割合を最小にする。
３９号において、中心ノズル予混合室と組み合わせて最
小拡散パイロットを用いることにより、上流予混合（一
次）ノズル３６からの主予混合流れのための適切なパイ
ロット火炎を維持できることを見出した。したがって、
この発明は、予混合二次またはパイロット流れを用いて
主予混合流れを点火するのに十分な熱入力を確保するの
と同時に、（ＮＯｘ排出量の大きい）拡散火炎として燃
焼する燃焼器内の全燃料の割合を最小にする。
【００１７】図２および図３を参照すると、本発明者ら
の前述の出願の拡散パイロット付き予混合（または二次
）ノズル１００が示されている。二次ノズルとも呼ばれ
るこのノズルは、燃料送りパイプ６４を有する拡散パイ
ロット６２を含む。燃料送りパイプ６４は、軸線方向パ
イプ部分６６と、この軸線方向パイプ部分から半径方向
外方へ延在する複数の先端の閉じた半径方向燃料分配チ
ューブ６８とを含む。好適な実施例では、このような燃
料分配チューブを６本設ける。図３から明らかなように
、燃料分配チューブ６８それぞれに、燃料を下流に兼用
ノズルの排出端に向けて送り出す複数の燃料吐出し穴ま
たはオリフィス７０が設けられている。燃料分配穴は、
後述する予混合室に所望の割合の燃料流れを与えるよう
な寸法である。
の前述の出願の拡散パイロット付き予混合（または二次
）ノズル１００が示されている。二次ノズルとも呼ばれ
るこのノズルは、燃料送りパイプ６４を有する拡散パイ
ロット６２を含む。燃料送りパイプ６４は、軸線方向パ
イプ部分６６と、この軸線方向パイプ部分から半径方向
外方へ延在する複数の先端の閉じた半径方向燃料分配チ
ューブ６８とを含む。好適な実施例では、このような燃
料分配チューブを６本設ける。図３から明らかなように
、燃料分配チューブ６８それぞれに、燃料を下流に兼用
ノズルの排出端に向けて送り出す複数の燃料吐出し穴ま
たはオリフィス７０が設けられている。燃料分配穴は、
後述する予混合室に所望の割合の燃料流れを与えるよう
な寸法である。
【００１８】拡散パイロット６２はさらに、燃料送りパ
イプの軸線方向部分６６と同軸でそれを囲む空気送りパ
イプ７４を含む。空気送りパイプ７４への空気入力は、
圧縮機吐出し空気を燃焼器１６のまわりに、流れスリー
ブ３０および燃焼室ライナー７８で画定された空間７６
（図１および図２参照）に逆流させることにより、得ら
れる。拡散パイロット６２は、その吐出し端に、空気送
りパイプ７４の吐出し空気を拡散パイロット火炎に差し
向けるための第１または拡散パイロットスワラ８２を含
む。
イプの軸線方向部分６６と同軸でそれを囲む空気送りパ
イプ７４を含む。空気送りパイプ７４への空気入力は、
圧縮機吐出し空気を燃焼器１６のまわりに、流れスリー
ブ３０および燃焼室ライナー７８で画定された空間７６
（図１および図２参照）に逆流させることにより、得ら
れる。拡散パイロット６２は、その吐出し端に、空気送
りパイプ７４の吐出し空気を拡散パイロット火炎に差し
向けるための第１または拡散パイロットスワラ８２を含
む。
【００１９】予混合室８４は、拡散パイロット６２を囲
むスリーブ状円すい台部材８５で画定され、その吐出し
端（流れの矢印の方向に見た）は拡散パイロット吐出し
端近くで終端している。ここでも、圧縮機吐出し空気を
、空気を空気送りパイプ７４に供給する態様と同様の態
様にて、空間７６から予混合室８４に逆流させる。複数
の半径方向燃料分配チューブ６８が空気送りパイプ７４
を貫通して、予混合室８４に延在しており、こうして燃
料と空気とを混合し、拡散パイロット６２と予混合室円
すい台部材８５との間の第２または予混合室スワラ環８
６に送る。
むスリーブ状円すい台部材８５で画定され、その吐出し
端（流れの矢印の方向に見た）は拡散パイロット吐出し
端近くで終端している。ここでも、圧縮機吐出し空気を
、空気を空気送りパイプ７４に供給する態様と同様の態
様にて、空間７６から予混合室８４に逆流させる。複数
の半径方向燃料分配チューブ６８が空気送りパイプ７４
を貫通して、予混合室８４に延在しており、こうして燃
料と空気とを混合し、拡散パイロット６２と予混合室円
すい台部材８５との間の第２または予混合室スワラ環８
６に送る。
【００２０】第３または中心ノズルスワラ９０が、二次
ノズル１００の吐出し端の下流に、拡散パイロット６２
の吐出し端の延長部またはカップ９２と一次燃焼室の中
心体壁９５との間に配置されている。ここでも、圧縮機
空気を、燃焼器ライナを囲む空間７６からこのスワラ９
０に逆流させる。この第３スワラ９０の目的は、一次燃
焼器からの一次予混合流れと一緒にする際に、拡散およ
び予混合ノズル火炎に安定性を与えることにある。
ノズル１００の吐出し端の下流に、拡散パイロット６２
の吐出し端の延長部またはカップ９２と一次燃焼室の中
心体壁９５との間に配置されている。ここでも、圧縮機
空気を、燃焼器ライナを囲む空間７６からこのスワラ９
０に逆流させる。この第３スワラ９０の目的は、一次燃
焼器からの一次予混合流れと一緒にする際に、拡散およ
び予混合ノズル火炎に安定性を与えることにある。
【００２１】第１、第２および第３スワラ８２、８６お
よび９０に夫々必要な設計は、燃焼技術者には周知であ
るから、これ以上説明しない。予混合室８４を画定する
円すい台部材８５は、ガスタービン環境内で用いるのに
任意適当な金属で形成してもよい。
よび９０に夫々必要な設計は、燃焼技術者には周知であ
るから、これ以上説明しない。予混合室８４を画定する
円すい台部材８５は、ガスタービン環境内で用いるのに
任意適当な金属で形成してもよい。
【００２２】図４に、この発明の二次ノズル１０２を示
す。拡散パイロット付き予混合ノズルは、燃料送りパイ
プ１０６を有する拡散パイロット１０４を含む。燃料送
りパイプ１０６は、軸線方向パイプ部分１０８と、この
軸線方向パイプ部分から半径方向外方へ延在する複数の
先端の閉じた半径方向燃料分配チューブ１１０とを含む
。図３の場合と同じく、好適な実施例では、このような
燃料分配チューブを６本設ける。燃料分配チューブ１１
０それぞれに、燃料を下流に二次ノズルの排出端に向け
て送り出す複数の燃料吐出し穴またはオリフィス１１２
が設けられている。前述したように燃料分配穴１１２は
、後述するように予混合室に所望の割合の燃料流れを与
えるような寸法である。
す。拡散パイロット付き予混合ノズルは、燃料送りパイ
プ１０６を有する拡散パイロット１０４を含む。燃料送
りパイプ１０６は、軸線方向パイプ部分１０８と、この
軸線方向パイプ部分から半径方向外方へ延在する複数の
先端の閉じた半径方向燃料分配チューブ１１０とを含む
。図３の場合と同じく、好適な実施例では、このような
燃料分配チューブを６本設ける。燃料分配チューブ１１
０それぞれに、燃料を下流に二次ノズルの排出端に向け
て送り出す複数の燃料吐出し穴またはオリフィス１１２
が設けられている。前述したように燃料分配穴１１２は
、後述するように予混合室に所望の割合の燃料流れを与
えるような寸法である。
【００２３】拡散パイロット１０４はさらに、燃料送り
パイプ１０６の軸線方向部分と同軸でそれを囲む空気送
りパイプ１１４を含む。空気送りパイプ１１４への空気
入力は、図３の実施例に関連して説明したように、圧縮
機吐出し空気を燃焼器１６のまわりに逆流させることに
より、得られる。拡散パイロット１０４は、その吐出し
端に、空気送りパイプ１１４の吐出し空気を拡散パイロ
ット火炎に差し向けるための第１スワラ環１１６を含む
。
パイプ１０６の軸線方向部分と同軸でそれを囲む空気送
りパイプ１１４を含む。空気送りパイプ１１４への空気
入力は、図３の実施例に関連して説明したように、圧縮
機吐出し空気を燃焼器１６のまわりに逆流させることに
より、得られる。拡散パイロット１０４は、その吐出し
端に、空気送りパイプ１１４の吐出し空気を拡散パイロ
ット火炎に差し向けるための第１スワラ環１１６を含む
。
【００２４】予混合室１１８は、拡散パイロット１０４
を囲むスリーブ１２０で画定され、その吐出し端１１９
は拡散パイロット吐出し端近く、すなわち第１スワラ１
１６近くで終端している。ここでも、圧縮機吐出し空気
を、前述した通りに、予混合室１１８に逆流させる。複
数の半径方向燃料分配チューブ１１０が空気送りパイプ
１１４を貫通して、予混合室１１８に延在している。し
かし、この実施例では、第２スワラ環１２２が半径方向
燃料分配チューブ１１０の上流に配置されている。この
ようにスワラ１２２を配置することにより、スワラ１２
２はいかなる時にも火炎に直接触れることがないので、
前述したスワラ８６の機能を保持しながら、スワラの寿
命を長くすることができる。言い換えると、空気および
燃料に同程度のうず巻きを与えて火炎安定性を保存する
点で、空気流れは図３の実施例で説明したのと実質的に
同じであるが、第２スワラ１２２への熱による損傷の危
険は最小限に抑えられる。したがって、火炎特性が前述
した実施例での火炎特性と同一であるとすれば、結果は
全体として同じまたは同様の予混合燃焼性能となるはず
である。
を囲むスリーブ１２０で画定され、その吐出し端１１９
は拡散パイロット吐出し端近く、すなわち第１スワラ１
１６近くで終端している。ここでも、圧縮機吐出し空気
を、前述した通りに、予混合室１１８に逆流させる。複
数の半径方向燃料分配チューブ１１０が空気送りパイプ
１１４を貫通して、予混合室１１８に延在している。し
かし、この実施例では、第２スワラ環１２２が半径方向
燃料分配チューブ１１０の上流に配置されている。この
ようにスワラ１２２を配置することにより、スワラ１２
２はいかなる時にも火炎に直接触れることがないので、
前述したスワラ８６の機能を保持しながら、スワラの寿
命を長くすることができる。言い換えると、空気および
燃料に同程度のうず巻きを与えて火炎安定性を保存する
点で、空気流れは図３の実施例で説明したのと実質的に
同じであるが、第２スワラ１２２への熱による損傷の危
険は最小限に抑えられる。したがって、火炎特性が前述
した実施例での火炎特性と同一であるとすれば、結果は
全体として同じまたは同様の予混合燃焼性能となるはず
である。
【００２５】現在のところ好適な構成では、第２スワラ
１２２は二次燃料ノズル１０２の一体部分であり、スワ
ラは、当業者に明らかなように、一連のベーンを燃料ノ
ズルの軸線方向中心線に対してある角度で円周方向に配
列してなる。ベーンをノズルの一部として鋳造してもよ
いし、別に作製して、溶接またはろう付けによりノズル
に機械的に取り付けてもよい。ベーンは空気力学的でも
そうでなくてもよく、それに応じてベーンから空気力学
的流れか、はく離した流れが得られる。非空気力学的方
式を使用するのが現在のところ好適であるが、空気力学
的ベーンも同様に利用できる。
１２２は二次燃料ノズル１０２の一体部分であり、スワ
ラは、当業者に明らかなように、一連のベーンを燃料ノ
ズルの軸線方向中心線に対してある角度で円周方向に配
列してなる。ベーンをノズルの一部として鋳造してもよ
いし、別に作製して、溶接またはろう付けによりノズル
に機械的に取り付けてもよい。ベーンは空気力学的でも
そうでなくてもよく、それに応じてベーンから空気力学
的流れか、はく離した流れが得られる。非空気力学的方
式を使用するのが現在のところ好適であるが、空気力学
的ベーンも同様に利用できる。
【００２６】図５に示した別の実施例では、拡散パイロ
ット付き予混合ノズルが示されており、これは図４に示
したノズルと同じであるが、二次予混合室の端部に配置
されたベンチュリ成分１２４が追加されている。ベンチ
ュリ１２４は二次燃料ノズルの一体部分ではない。ベン
チュリ１２４は、上流のスワラ１２２が付与したうず巻
きに再循環流れを補い、これが強いうず流れの安定化を
強める作用をなす。
ット付き予混合ノズルが示されており、これは図４に示
したノズルと同じであるが、二次予混合室の端部に配置
されたベンチュリ成分１２４が追加されている。ベンチ
ュリ１２４は二次燃料ノズルの一体部分ではない。ベン
チュリ１２４は、上流のスワラ１２２が付与したうず巻
きに再循環流れを補い、これが強いうず流れの安定化を
強める作用をなす。
【００２７】以上をまとめると、この発明によれば、Ｎ
Ｏｘ生成量を少なくし、ＮＯｘ発生量が少ないので二次
ノズルを通しての燃料流れを増加する可能性が得られ、
一方、拡散パイロットはまわりの一次ノズルからの全体
的予混合流れすべてではなくて、パイロットの予混合流
れを受けるので、ターンダウン比、すなわち種々の条件
下で作動する能力が著しく広がる。
Ｏｘ生成量を少なくし、ＮＯｘ発生量が少ないので二次
ノズルを通しての燃料流れを増加する可能性が得られ、
一方、拡散パイロットはまわりの一次ノズルからの全体
的予混合流れすべてではなくて、パイロットの予混合流
れを受けるので、ターンダウン比、すなわち種々の条件
下で作動する能力が著しく広がる。
【００２８】同時に、以前は予混合室の吐出し端に配置
されていた予混合スワラの使用寿命は、拡散パイロット
の燃料噴射オリフィスより上流に配置替えすることによ
り、長くなる。
されていた予混合スワラの使用寿命は、拡散パイロット
の燃料噴射オリフィスより上流に配置替えすることによ
り、長くなる。
【００２９】以上この発明をもっとも実用的かつ好適と
考えられる実施例について説明したが、この発明は開示
した実施例だけに限定されず、種々の変更例や均等な配
置もこの発明の要旨の範囲内に入るものとして包含する
。
考えられる実施例について説明したが、この発明は開示
した実施例だけに限定されず、種々の変更例や均等な配
置もこの発明の要旨の範囲内に入るものとして包含する
。
【図１】ガスタービンエンジンを一部断面にて示す側面
図である。
図である。
【図２】ガスタービンエンジンの燃焼器部分の線図的拡
大断面図である。
大断面図である。
【図３】先願の拡散／予混合兼用ノズルの略図である。
【図４】この発明による拡散／予混合兼用ノズルの略図
である。
である。
【図５】図４に示した拡散／予混合兼用ノズルの別の例
の略図である。
の略図である。
２４ 一次（上流）燃焼室
２６ 二次（下流）燃焼室
２８ スロート領域
３６ 一次ノズル
３８ 中心二次ノズル
１００ 拡散パイロット付き予混合ノズル１０４
拡散パイロット １０６ 燃料送りパイプ １０８ 軸線方向部分 １１０ 燃料分配チューブ １１２ 分配穴 １１４ 空気送りパイプ １１６ 第１スワラ １１８ 予混合室 １２０ スリーブ １２２ 第２スワラ １２４ ベンチュリ
拡散パイロット １０６ 燃料送りパイプ １０８ 軸線方向部分 １１０ 燃料分配チューブ １１２ 分配穴 １１４ 空気送りパイプ １１６ 第１スワラ １１８ 予混合室 １２０ スリーブ １２２ 第２スワラ １２４ ベンチュリ
Claims (20)
- 【請求項１】拡散パイロットが入口端および吐出し端を
有する燃料送りパイプおよび空気送りパイプを含み、前
記燃料送りパイプは複数の燃料分配チューブを含み、予
混合室が前記拡散パイロットを囲み、入口端および吐出
し端を含み、前記燃料分配チューブがこの予混合室に延
在し、予混合スワラが前記燃料分配チューブより上流に
配置されている拡散パイロット付き予混合ノズル。 - 【請求項２】前記送りパイプが入口端および出口端を有
する軸線方向部分を含み、前記複数の燃料分配チューブ
がこの軸線方向部分から半径方向外方へ延在する請求項
１に記載の予混合ノズル。 - 【請求項３】空気送りパイプが前記燃料送りパイプの少
なくとも一部と実質的に同軸にかつそれを囲む関係で延
在する請求項２に記載の予混合ノズル。 - 【請求項４】前記半径方向燃料分配チューブが前記予混
合室の入口端付近に配置された請求項２に記載の予混合
ノズル。 - 【請求項５】前記燃料分配チューブそれぞれに、燃料を
前記拡散パイロットの吐出し端に向かって吐出すための
複数の燃料吐出しオリフィスが設けられた請求項２に記
載の予混合ノズル。 - 【請求項６】前記予混合スワラが、前記燃料分配チュー
ブ付近で前記燃料送りパイプおよび空気送りパイプを包
囲する環状部を含む請求項１に記載の予混合ノズル。 - 【請求項７】ベンチュリが前記拡散パイロットの吐出し
端付近に配置された請求項１に記載の予混合ノズル。 - 【請求項８】拡散パイロットが、入口端および吐出し端
を有する第１軸線方向燃料送りパイプと、前記第１軸線
方向燃料送りパイプと同軸でそれを囲む第２軸線方向空
気送りパイプと、前記第１軸線方向燃料送りパイプおよ
びそれを囲む第２軸線方向空気送りパイプの間にかつ前
記第１軸線方向燃料送りパイプの吐出し端に配置された
第１スワラ環とを含み、前記第１軸線方向燃料送りパイ
プにはさらに、複数の半径方向燃料分配チューブが前記
第１軸線方向燃料送りパイプの入口端付近に配置され、
そこから半径方向外方へ延在し、これらの半径方向燃料
分配チューブは前記第２軸線方向空気送りパイプの外周
を越えて延在し、そして第２スワラ環が前記半径方向燃
料分配チューブより上流に配置されている拡散パイロッ
ト付き予混合ノズル。 - 【請求項９】予混合室が拡散パイロットを囲み、入口端
および吐出し端を含み、前記半径方向燃料分配チューブ
がこの予混合室内に延在し、少なくとも１本の半径方向
燃料分配チューブに、前記予混合室の吐出し端の方へ向
いた１つ以上の燃料吐出し穴があけられている請求項８
に記載の拡散パイロット付き予混合ノズル。 - 【請求項１０】前記第２空気送りパイプの入口が前記燃
料送りパイプの入口と前記複数の半径方向燃料分配チュ
ーブとの間に位置する請求項８に記載の拡散パイロット
付き予混合ノズル。 - 【請求項１１】前記第２スワラ環が前記ノズルと一体で
ある請求項８に記載の拡散パイロット付き予混合ノズル
。 - 【請求項１２】拡散パイロットが、入口端および吐出し
端を有する第１軸線方向燃料送りパイプと、前記第１軸
線方向燃料送りパイプと同軸でそれを囲み、前記第１燃
料送りパイプの吐出し端のすぐ近くに吐出し端を有する
第２軸線方向空気送りパイプと、前記第１軸線方向燃料
送りパイプおよびそれを囲む第２軸線方向空気送りパイ
プ両方の吐出し端間に配置された第１スワラ環とを含み
、前記第１軸線方向燃料送りパイプにはさらに、複数の
半径方向燃料分配チューブが前記第１軸線方向燃料送り
パイプの入口端付近に配置され、そこから半径方向外方
へ延在し、これらの半径方向燃料分配チューブは前記第
２軸線方向空気送りパイプの外周を越えて延在し、前記
第２軸線方向空気送りパイプは前記半径方向燃料分配チ
ューブより上流に空気入口端を有し、予混合室が拡散パ
イロットを囲み、入口端および吐出し端を含み、前記半
径方向燃料分配チューブがこの予混合室内に延在し、少
なくとも１本の半径方向燃料分配チューブに、前記予混
合室の吐出し端の方へ向いた１つ以上の燃料吐出し穴が
あけられ、そして第２スワラ環が、前記第２軸線方向空
気送りパイプと前記予混合室を囲むスリーブとの間で前
記予混合室の入口端に、かつ前記半径方向燃料分配チュ
ーブより上流に配置されている拡散パイロット付き予混
合ノズル。 - 【請求項１３】第１および第２燃焼室がこれらの第１お
よび第２燃焼室と較べて寸法が小さいスロート領域で相
互連結され、燃料を第１燃焼室に導入するための複数の
拡散型の一次燃料ノズルが第１燃焼室より上流に環状配
列に配置され、各拡散ノズルは加圧空気を第１燃焼室に
導入して燃焼性の燃料−空気混合物を生成するための第
１スワラ環を含む、型式のガスタービン燃焼器において
、拡散パイロット付き予混合ノズルが第２燃焼室の上流
に配置され、第２燃焼室の方へ向いた吐出し端を有し、
前記拡散パイロット付き予混合ノズルは、軸線方向燃料
送りパイプと、この軸線方向燃料送りパイプをそのほぼ
全長にわたって囲む空気送りパイプとを備える拡散パイ
ロットを含み、さらに拡散パイロット付き予混合ノズル
の入口端近くに配置された第２スワラ環を含むガスター
ビン燃焼器。 - 【請求項１４】前記拡散パイロット付き予混合ノズルに
おいて、第３スワラ環が燃料送りパイプと空気送りパイ
プとの間に位置し、予混合室が拡散パイロットを囲み、
複数の燃料吐出しチューブが燃料送りパイプから半径方
向外方へ空気送りパイプを通過して予混合室中へ延在し
、半径方向燃料分配チューブの少なくとも１本に予混合
室の吐出し端の方へ向いた１つ以上の燃料吐出し穴が設
けられ、これにより燃料を予混合室中へ分配し、さらに
前記第２スワラ環が前記燃料吐出しチューブの上流に配
置された請求項１３に記載のガスタービン燃焼器。 - 【請求項１５】前記拡散パイロット付き予混合ノズルが
一次燃料ノズルの環状配列の中心に配置され、さらにベ
ンチュリが兼用ノズルと包囲スリーブとの間に配置され
た請求項１３に記載のガスタービン燃焼器。 - 【請求項１６】拡散パイロットが、入口端および吐出し
端を有する第１軸線方向燃料送りパイプと、前記第１軸
線方向燃料送りパイプと同軸でそれを囲む第２軸線方向
空気送りパイプと、前記第１軸線方向燃料送りパイプお
よびそれを囲む第２軸線方向空気送りパイプの間で前記
第１軸線方向燃料送りパイプの吐出し端に配置された第
１スワラ環とを含み、前記第１軸線方向燃料送りパイプ
にはさらに、複数の半径方向燃料分配チューブが前記第
１軸線方向燃料送りパイプの入口端付近に配置され、そ
こから半径方向外方へ延在し、これらの半径方向燃料分
配チューブは前記第２軸線方向空気送りパイプの外周を
越えて延在し、前記第２軸線方向空気送りパイプは前記
半径方向燃料分配チューブより上流に空気入口端を有し
、前記第２空気送りパイプの入口が前記燃料送りパイプ
の入口と前記複数の半径方向燃料分配チューブとの間に
位置し、第２スワラ環が、前記第２軸線方向空気送りパ
イプとそれを囲む前記予混合室との間で前記予混合室の
入口端に、かつ前記半径方向燃料分配チューブより上流
に配置され、第２スワラ環があらゆる作動条件で火炎と
直接接触しない拡散パイロット付き予混合ノズル。 - 【請求項１７】予混合室が拡散パイロットを囲み、入口
端および吐出し端を含み、前記半径方向燃料分配チュー
ブがこの予混合室内に延在し、複数本の半径方向燃料分
配チューブそれぞれに、前記予混合室の吐出し端の方へ
向いた１つ以上の燃料吐出し穴があけられている請求項
１６に記載の拡散パイロット付き予混合ノズル。 - 【請求項１８】ベンチュリが前記燃料送りパイプの吐出
し端付近に配置された請求項１６に記載の拡散パイロッ
ト付き予混合ノズル。 - 【請求項１９】前記第２スワラ環が前記ノズルと一体で
ある請求項１６に記載の拡散パイロット付き予混合ノズ
ル。 - 【請求項２０】ベンチュリが前記燃料送りパイプの吐出
し端付近に配置された請求項１に記載のノズル。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US61824690A | 1990-11-27 | 1990-11-27 | |
| US618,246 | 1990-11-27 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04283316A true JPH04283316A (ja) | 1992-10-08 |
| JP2651304B2 JP2651304B2 (ja) | 1997-09-10 |
Family
ID=24476921
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3334501A Expired - Lifetime JP2651304B2 (ja) | 1990-11-27 | 1991-11-25 | 拡散パイロット付き予混合ノズル及びガスタービン燃焼器 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0488556B1 (ja) |
| JP (1) | JP2651304B2 (ja) |
| DE (1) | DE69126846T2 (ja) |
| NO (1) | NO300240B1 (ja) |
| RU (1) | RU2076276C1 (ja) |
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-
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- 1991-11-25 JP JP3334501A patent/JP2651304B2/ja not_active Expired - Lifetime
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