JPH06213453A - 過薄予混合燃焼装置 - Google Patents

過薄予混合燃焼装置

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JPH06213453A
JPH06213453A JP5281231A JP28123193A JPH06213453A JP H06213453 A JPH06213453 A JP H06213453A JP 5281231 A JP5281231 A JP 5281231A JP 28123193 A JP28123193 A JP 28123193A JP H06213453 A JPH06213453 A JP H06213453A
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end portion
disposed
fuel
injection nozzle
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JP5281231A
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Virendra M Sood
エム スード ヴィレンドラ
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Solar Turbines Inc
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Solar Turbines Inc
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Publication date
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    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C1/00—Combustion apparatus specially adapted for combustion of two or more kinds of fuel simultaneously or alternately, at least one kind of fuel being either a fluid fuel or a solid fuel suspended in a carrier gas or air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
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    • F23C7/02—Disposition of air supply not passing through burner
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＮＯｘの放出を制御するための過薄予混合式
のガス燃料燃焼システムを提供する。 【構成】 ＮＯｘ汚染を減少するための装置であって、
パイロット燃料システムと、予混合供給システムとを備
え、パイロット供給システムは、エンジンの全運転状態
又はその一部分の間に可燃性燃料を一般的に燃焼軸に沿
って燃料注入ノズルへ供給する手段を使用し、更に、複
数の旋回翼間に形成された複数のスペースの各々に可燃
性燃料を供給する手段を使用してＮＯｘを低レベルに維
持し、そして更に、燃料注入ノズルを冷却するのに使用
する冷却流体を上記スペースからの燃料及び空気と混合
した後に燃焼チャンバに入れることにより低いＮＯｘが
維持されるようにした装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般にガスタービンエン
ジンに係り、より詳細には、ＮＯｘの放出を制御するた
めの過薄予混合ガス燃料燃焼システムに係る。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンエンジンに化石燃料を使用
すると、二酸化炭素、水蒸気、窒素酸化物、一酸化炭
素、非燃焼の炭化水素、硫黄酸化物及び粒子を含む燃焼
生成物が生じる。これらの生成物の中で、二酸化炭素と
水蒸気は一般に問題とはみなされない。ほとんどの分野
において、政府が課する条例は、排気ガス中に放出され
る上記種類の残留物を更に規制している。
【０００３】排気ガス中に放出される燃焼生成物の大部
分は、設計変更、排気ガスの浄化、及び／又は使用燃料
の品質の規制によって制御することができる。例えば、
エンジン排気ガス中の粒子は、燃焼装置及び燃料注入器
を設計変更するか、又はトラップ装置やフィルタによっ
てそれらを除去するかのいずれかによって制御されてい
る。硫黄酸化物は、通常、全硫黄含有量の低い燃料を選
択することにより制御されている。これは、窒素酸化
物、一酸化炭素及び非燃焼の炭化水素を、ガスタービン
エンジンから放出された排気ガス中の主要放出物として
残す。
【０００４】窒素酸化物生成の主たるメカニズムは、大
気中の窒素と酸素が直接酸化することである。このメカ
ニズムによる窒素酸化物の生成率は、大部分は炎の温度
に基づきそしてある程度は反応物質の濃度に基づき、従
って、炎の温度が僅かに下がると、窒素酸化物は大巾に
減少することになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】局部的な炎の温度を調
整することによりＮＯｘ放出を制御する試みにおいては
水又は蒸気注入の使用が採用された。このシステムは、
ポンプや管路や貯溜器のような付加的な器具によりコス
トを増大する。更に、給水が容易に得られない領域で
は、水を運搬するためのコスト及び労力が基本的にこの
解決策を望ましからぬものにする。
【０００６】水又は蒸気の注入によって生じる運転コス
トの増加を招くことなくＮＯｘ放出を減少する試みにお
いて、ガスタービン燃焼システムは過薄予混合解決策を
使用している。上記システム及びこれに使用されるノズ
ルは、窒素酸化物の放出を減少する試みの例である。上
記システム及びノズルは、エンジンの排気から放出され
る窒素酸化物の放出物を制御するように、ガス状の流体
をそれが燃焼ゾーンに入る前に燃焼空気と効率的に混合
することができない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の１つの特徴にお
いて、ガスタービンエンジンは、中心軸と、コンプレッ
サ区分と、タービン区分と、それらの間に作動的に配置
された燃焼装置区分とを備えている。コンプレッサ区分
は、ガスタービンエンジンの運転中に圧縮空気の流れを
生じさせ、そして燃焼装置区分は燃焼装置軸を含み、こ
の燃焼装置軸のまわりに外部燃焼装置ハウジングが同軸
的に配置されると共に、この燃焼装置軸のまわりに燃焼
装置が同軸的に整列される。燃焼装置は、その燃焼装置
軸のまわりに同軸的に配置された一般的に円筒状の外殻
を有し、この外殻は上記外部燃焼装置ハウジングから半
径方向内方に離間されて、それらの間に空気室が形成さ
れる。外殻は出口端部分と入口端部分とを有し、入口端
部分の付近には入口開口が配置され、その中には燃料注
入ノズルが配置されている。この入口開口には燃料注入
ノズルの外部に複数の旋回翼が配置され、これら複数の
旋回翼はそれらの間に予め確立されたスペースを有して
いる。可燃性燃料をこれら旋回翼間の予め確立されたス
ペースに供給するための手段と、可燃性燃料を一般的に
上記燃焼装置軸に沿って燃料注入ノズルへ供給する別の
手段とが含まれている。
【０００８】本発明の別の特徴においては、燃焼装置
は、燃焼装置軸を有すると共に、この燃焼装置軸のまわ
りに配置された外殻を備え、これは燃料注入ノズルが配
置された入口端部分と、出口端部分とを有している。入
口端部分の付近には入口開口が配置され、この入口開口
には複数の旋回翼が配置される。これら複数の旋回翼は
それらの間に予め確立されたスペースを有している。可
燃性燃料を旋回翼間の予め確立されたスペースへ供給す
る手段と、可燃性燃料を一般的に燃焼装置軸に沿って燃
料注入ノズルへ供給する別の手段が含まれている。
【０００９】
【実施例】図１には、燃料注入ノズル１４を含む側部取
付の燃焼装置区分１２を有するガスタービンエンジン１
０が示されている。側部取付の燃焼装置１２に代わっ
て、本発明の要旨を変更せずに、軸方向整列式の環状燃
焼装置や複数のカン型燃焼装置のようないかなる形式の
燃焼装置を組み込むことができる。ガスタービンエンジ
ン１０は、中心軸１６と、この中心軸１６のまわりに同
軸的に配置された外部ハウジング１８とを有している。
このハウジング１８は、軸１６を中心とするコンプレッ
サ区分２０と、軸１６を中心とするタービン区分２２と
のまわりに配置される。燃焼装置区分１２は、コンプレ
ッサ区分２０とタービン区分２２との間に作動的に配置
される。コンプレッサ区分２０とタービン区分２２との
中間でハウジング１８内に配置されているのは、開口２
３であり、そのまわりには複数のねじ切りされた穴２４
が配置されている。側部取付式の燃焼装置区分１２の一
部分である外部燃焼装置ハウジング２６は、上記開口２
３の周りの複数のねじ切りされた穴２４に対応する複数
の穴２８を有し、そして開口２３の周りに配置されてい
る。複数のボルト３０により燃焼装置ハウジング２６が
外部ハウジング１８に取り外し可能に取り付けられる。
【００１０】タービン区分２２は、発電機のような付属
要素を駆動するために出力シャフト（図示せず）が接続
された動力タービン３２を備えている。タービン区分２
２の別の部分は、コンプレッサ区分２０に駆動関係で接
続されたガス発生タービン３４を備えている。コンプレ
ッサ区分２０は、この例では、複数列のロータ組立体３
８を有する（その１つしか示されていない）軸方向段付
きコンプレッサ３６を備えている。エンジン１０が運転
されるときには、コンプレッサ３６は、燃焼及び冷却に
使用されるべき圧縮空気の流れを生じさせる。この圧縮
空気は、図１に示すダクトの一部を通すような従来のや
り方で側部取付の燃焼装置区分１２に送られる。或いは
又、コンプレッサ区分２０は、遠心コンプレッサ又は圧
縮空気を発生する何らかのソースを含むことができる。
【００１１】この使用例において、図２に最も良く示さ
れているように、側部取付式の燃焼装置区分１２は、開
口４０を有する燃焼装置ハウジング２６を備え、開口の
周りには複数のねじ切りされた穴４２が配置されてい
る。この燃焼装置ハウジング２６は、上記中心軸１６に
垂直な燃焼装置軸４４の周りに同軸的に配置される。側
部取付式の燃焼装置区分１２は、更に、上記燃焼装置軸
４４の周りに同軸的に整列されたカン型燃焼装置４６を
備えている。この燃焼装置４６は、外部燃焼装置ハウジ
ング２６から従来のやり方で支持される。燃焼装置４６
は、燃焼装置軸４４の周りに同軸的に配置された一般的
に円筒状の外殻４８を有し、この外殻４８は、外部燃焼
装置ハウジング２６から予め確立された距離だけ半径方
向に離間されて、それらの間に空気室５０を形成する。
外殻４８は、入口端部分５２と出口端部分５４とを有し
ている。円錐状外郭部分５６においてこの出口端部分５
４の付近に配置されているのは、複数の等離間された開
口５８であり、これら複数の開口５８の各々には管路組
立体６０が配置されている。この管路組立体６０の通路
６２は、空気室５０からの冷却空気の流れと流体連通す
る。この例では、４つの開口５８と４つの管路組立体６
０が使用される。管路組立体６０は、出口端部分５４に
向いた端を更に有している。入口端部分５２と出口端部
分５４との中間において外殻４８内に一連の開口８０が
配置されている。この例では、２０個の開口８０が使用
される。一連の開口８０と出口端部分５４との間には第
１チャンバ即ち希釈ゾーン８２が形成され、一連の開口
８０と入口端部分５２との間には第２チャンバ即ち一次
ゾーン８４が形成される。外殻４８の半径方向内方に配
置されているのは、プレート組立体８６であり、これ
は、短い脚部材９０と長い脚部材９２とを有する上下反
転した「Ｌ」字型のカウリング８８を含んでいる。短い
脚部材９０の端は、入口端部分５２において外殻４８に
取り付けられ、そして短い脚部材９０の他端は、長い脚
部材９２の端に取り付けられる。長い脚部材９２の他端
は、傘型リング部材９４の第１端に９６に取り付けら
れ、そしてその第２端９８は外殻４８に取り付けられ
る。従って、傘型リング部材９４は、脚部材９２から出
口端部分５４に向かって外方にテーパが付けられてい
る。
【００１２】短い脚部材９０と円形の端部プレート１０
０との間には入口開口９９が半径方向に配置される。円
形の端部プレート１００は、その周囲付近に外部部分１
０１が配置されている。円形の端部プレート１００は、
燃焼装置軸４４の周りに同軸的に配置され、そして外部
部分１０１において、複数の旋回翼１０２と接触関係に
あり、これら翼間には予め確立されたスペース１０４が
ある。注入ノズル１４は燃焼装置軸４４と同軸的に整列
され、注入ノズル１４と長い脚部材９２との間に一般的
に環状の空洞１１０を形成する。或いは又、本発明の要
旨を変更することなく、複数の旋回翼１０２を環状空洞
１１０に配置することができ、翼間に形成された予め確
立されたスペース１０４をそこに配置することができ
る。プレート１００の開口１２４が、注入ノズル１４の
周りに配置される。プレート１００内の複数の穴１２６
は燃焼装置軸４４の周囲に均一に離間され、複数の旋回
翼１０２の各々の間で半径方向部分１０８の領域にある
予め確立されたスペース１０４においてプレート１００
を出るように整列される。リップ部分１３０を含むカッ
プ状のカバー１２８がプレート１００に取り付けられ、
開口１３４を有するボウル部分１３２を含んでいる。こ
のリップ部分１３０は端部プレート１００の外周付近に
取り付けられる。
【００１３】図３に最も良く示されたように、燃料注入
ノズル１４は、組み立てた位置において燃焼装置軸４４
と同軸的なノズル軸１４０を有し、以下に述べるように
通常のやり方で燃焼装置ハウジング２６から支持され
る。燃料注入ノズル１４は一般的に閉じた入口端１４１
を有し、該端はここに示す例ではノズル軸１４０と同軸
的な円筒状バッキングプレート１４２を備えている。こ
のプレート１４２は、段付きの外部輪郭１４４を含むと
共に、ノズル軸１４０の周りに等離間されて半径方向に
配置された複数の穴１４６を有している。この例では、
直径が約２２．０ｍｍの８個の穴が使用される。プレー
ト１４２には段付き面１５０を有する中央の穴１４８が
配置され、これはノズル軸１４０を中心とするものであ
る。第１端部１５４、第２端部１５６及び内面１５８を
有する円筒状ハウジング１５２が、その第１端部１５２
において上記段付き外部輪郭１４４に取り付けられてい
る。第１端部１５４と第２端部１５６との中間で内面１
５８には第１部材１７０が取り付けられている。この第
１部材は、複数の穴１７４を含んでいる。第１部材１７
０と、円筒状ハウジングの内面１５８と、バッキングプ
レート１４２との間には、冷却材貯溜部１７５が形成さ
れる。第２端部１５６と第１部材１７０との中間で内面
１５８には第２部材１７６が取り付けられる。従って、
第２部材１７６と円筒状ハウジング１５２の内面１５８
の一部分とに対する第１部材１７０の位置は、それらの
間に予め確立されたスペース距離を有し、これが冷却材
通路１８２を形成する。第１部材１７０の端と第２部材
１７６の端との中間でハウジング１５２には複数の通路
１８８が配置されており、これらは冷却通路１８２から
ハウジング１５２を通して軸方向空洞１１０への連通を
与える。この例では、直径が約６．８６ｍｍの１６個の
通路１８８が円筒状ハウジング１５２の周囲に等間隔で
配置されている。第１及び第２の部材１７０、１７６の
各々は、その各々の端部１７３、１８０の中央に配置さ
れた開口１９０、１９１を各々有している。第１部材１
７０の開口１９０は、図５に示すように、一般的に貝状
の輪郭を有している。先端１９２は開口１９０、１９１
に配置され、ノズル軸１４０と同軸的であり、第２部材
１７６に取り付けられ、そして第１部材１７０の開口１
９０の貝状輪郭の一部分に接触される。
【００１４】図３、４及び５に最も良く示すように、先
端１９２は一般的に円筒形状であって、燃焼装置面１９
４と、背面１９６と、これらの面１９４、１９６間に延
びる外面１９８とを有している。上記したように、外面
１９８は開口１９０に配置され、貝状面の一部分のみに
接触する。又、外面１９８は通路１９１にも配置されそ
して第２部材１７６の球状部分１８０にシール関係で取
り付けられる。先端１９２は、背面１９６から入る第１
中央ボア２００を有し、これは先端１９２内に底を置く
所定の深さを有している。この第１中央ボア２００より
大きな第２中央ボア２０２は、背面１９６から入り、第
１中央ボア２００と同軸的でありそして第１中央ボア２
００の底より短い所定深さを有している。第１中央ボア
２００にはプレート２０４が配置され、チャンバ２０６
がシール形成される。更に、先端１９２は複数の通路２
０８を含み（１つしか示されていない）、これらは背面
１９６から入り、ノズル軸１４０から半径方向に離間さ
れ、そして先端１９２内で背面１９６と燃焼装置面１９
４との間に底を置く所定の深さを有している。複数の通
路２０８の各々は、半径方向ボア２１０によって第１中
央ボア２００と連通し、半径方向ボア２１０は複数の通
路２０８の対応する１つと交差する。図５に最も良く示
すように、冷却通路１８２は複数の半径方交通路２１２
によりチャンバ２０６に連通している。通路２１２は外
面１９８を通過し、チャンバ２０６に交差する。この例
では、複数の通路２０８は、直径約１．８３ｍｍの４つ
の通路２０８を含み、そして複数の半径方向ボア２１０
は直径約０．８２ｍｍの４つのボア２１０を含んでい
る。
【００１５】半径方向通路２１２は、直径約０．８２ｍ
ｍの４つの通路２１２を含む。従って、冷却材貯溜部１
７５から先端１９２を経て冷却通路１８２へ至る連通路
が確立される。複数の傾斜通路２１４が外面１９８の付
近で燃焼装置面１９４に沿って等間隔に設けられ、第２
の中央ボア２０２へ延びている。この例では、傾斜通路
２１４は、ノズル軸１４０に対して約３０°の角度にさ
れた直径約１．８１ｍｍの８個の傾斜通路２１４を含ん
でいる。
【００１６】冷却通路１８２を経て冷却流体の流れを連
通する手段２１６は、プレート１４２の複数の穴１４
６、冷却材貯溜部１７５、先端の複数の通路２０８、半
径方向ボア２１０、チャンバ２０６、複数の半径方向通
路２１４及びハウジング１５４の複数の通路１８８を通
る第１流路２１７を含む。冷却通路１８２を経て冷却流
体の流れを連通する手段２１６は、更に、プレート１４
２の複数の穴１４６、冷却材貯溜部１７５、複数の穴１
７４及びハウジング１５４の複数の通路１８８を通る第
２流路２１８を含む。
【００１７】図３に最も良く示されているように、先端
１９２の第２の中央ボア２０２及びプレート１４２の中
央穴１４８内には、通路２２２を有する管状部材２２０
が取り付けられている。ノズル端部２２６を有するマニ
ホルド２２４は、段付き内面１５０の一部分に配置さ
れ、シール取り付けされている。マニホルド２２４の供
給端部２２８は、大きなボア２３０と、小さなボア２３
２とを有している。ノズル端部２２６と供給端部２２８
の中間でマニホルド２２４には貯溜部２３４が配置され
る。貯溜部２３４の周囲には複数の開口２３６が等離間
されている。
【００１８】上記しそして図２及び３に最も良く示され
たように、燃料注入ノズル１４を取り付ける従来の方法
には、通路２４２を含む外部管状部材２４０が含まれ
る。この外部管状部材２４０は、入口端部分２４４と、
ボア２３０にシール取り付けされた出口端部分２４６と
を備えている。外部管状部材２４０は、外部燃焼装置ハ
ウジング２６の開口４０を経て軸方向に延び、そしてそ
こから延びる取付フランジ２４８を有している。このフ
ランジ２４８は複数の穴（図示せず）を有し、これを通
して複数のボルト２５２が外部燃焼装置ハウジング２６
のねじ切りされた穴４２にねじ込み取り付けられる。従
って、注入器１４は外部燃焼装置ハウジング２６に取り
外し可能に取り付けられる。通路２４２は燃料ソース
（図示せず）と流体連通される。通路２４２内に同軸的
に配置されているのは、内部管状部材２５４であり、そ
の端は通路２３２内に取り付けられている。内部管状部
材２５４内の通路２５６は、燃料ソースに連通すると共
に、管状部材２２０内の通路２２２により先端１９２の
複数の傾斜通路２１４に連通する。
【００１９】通路２６２及び第１端２６４を各々有する
複数の管路２６０は、複数の開口２３６の各々に取り付
けられ、そしてその第２端２６６は、円形端部プレート
１００の複数の穴１２６の各々に取り付けられる。従っ
て、管路２６０は、貯溜部２３４と、旋回翼１０２間に
形成された各スペース１０４との間を連通する。この例
では、全部で２０の旋回翼１０２と、それらの間に散在
する２０の管路２６０とがある。或いは、複数の旋回翼
１０２間のスペース１０４に対する管路２６０のいかな
る組み合わせを使用することもできる。
【００２０】可燃性燃料を燃料注入ノズル１４に供給す
る手段２６８は、２つの別々の経路を含み、その一方
は、可燃性燃料を旋回翼１０２間の各スペース１０４へ
供給する手段２７０であり、そして他方は、可燃性燃料
を一般的に燃焼装置軸１４０に沿って燃料注入ノズル１
４へ供給する手段２７２である。或いは、本発明の要旨
を変更せずに、旋回翼１０２間のスペース１０４の一部
分のみに燃料を供給することができる。燃料注入ノズル
１４への可燃性燃料を旋回翼１０２間の各スペース１０
４へ供給する手段２７０は、燃料ソースと、ポンプ及び
制御機構（図示せず）と、外部管状部材２４０の通路２
４２と、貯溜部２３４と、複数の管路２６０各々の通路
２６２と、複数の穴１２６の各々とを含む。可燃性燃料
を一般的に燃焼装置軸１４０に沿って燃料注入ノズル１
４へ供給する別の手段２７２は、燃料ソース及び従来設
計のポンプ及び制御機構（図示せず）と、内部管状部材
１５４の通路２５６と、管状部材２２０の通路２２２
と、先端１９２の複数の傾斜通路２１４とを含む。
【００２１】使用に際し、ガスタービンエンジン１０は
従来のやり方で始動される。パイロット燃料及び始動用
として使用されるガス状燃料は、通路２２２を経て一次
ゾーン８４へ導入される。更に、燃料は通路２５６に導
入され、通路２６２及び穴１２６によって複数のスペー
ス１０４へ出される。コンプレッサ区分２０からの燃焼
空気は、複数のスペース１０４を経て導入され、燃料と
混合され、空洞１１０内で更に混合された後に、一次ゾ
ーン８４へ出され、そこで、通路２２２からのパイロッ
ト燃料がスペース１０４及び空洞１１０からの混合した
燃料及び空気と更に混合されて燃焼が生じるようにされ
る。
【００２２】エンジン１０が加速されるにつれて、付加
的な燃料及び空気が追加される。更に燃焼空気が複数の
旋回翼１０２間のスペース１０４の各々を経て送られ、
そして更に燃料が燃焼空気に追加される。例えば、追加
燃料は通路２４２を経て貯溜部２３４へ導入され、複数
の通路２６２を通過し、穴１２６を出て、スペース１０
４内の入口開口９９の外部部分１０１付近で燃焼空気と
混合される。燃料と燃焼空気との混合がスペース１０４
及び空洞１１０において更に行われた後に、燃焼装置４
６へ入れられる。
【００２３】更に、複数の通路１８８に入る冷却空気が
空洞１１０内で空気と燃料の混合物と更に混合された後
に、燃焼チャンバに入れられる。従って、燃焼チャンバ
及び一次ゾーン８４へ入る前に非常に均質な混合物が形
成される。多くのタービンエンジンの運転においては、
最初の始動後に、パイロット燃料が遮断される。一次ゾ
ーン内の温度は約１８００°Ｆないし２６００°Ｆの範
囲である。高温の反応ガスが一次ゾーン８４を出るとき
には、追加の燃焼空気が一連の開口８０を経て導入さ
れ、高温の反応ガスと混合されて、それらの温度を希釈
ゾーン８２内へもっていく。従って、この希釈ゾーン８
２内の燃焼温度は低下される。ガスタービンエンジンの
要求を満たすように燃焼ガスの温度を確実に下げるため
に、管路組立体６０を経て追加空気が導入される。例え
ば、コンプレッサ部分２０からの空気は、空気室５０を
経て、各管路組立体６０の通路６２へ通される。空気は
通路６２をその端付近で出て、出口端部分５４に向けら
れ、混合ガスを更に混合及び冷却した後に、タービン区
分２２に入る。従って、混合ガスの温度はガスタービン
エンジンの要求を満たすように制御され、構成部品の不
必要な劣化や早期故障を防止する。
【００２４】ガスタービンエンジン１０の定常運転中に
は、構成部品の早期故障や、エンジン１０の停止のよう
なエンジン１０の予定外の保守を生じさせる燃焼圧力振
動が設定されることがある。更に、負荷時以外の過渡状
態の間に、エンジンの過剰速度を制御するために必要な
燃料流が突然減少して、燃焼系統の炎消滅が生じること
がある。この現象を克服するために、エンジン１０によ
って消費される全燃料の１％未満ないし１５％を手段２
７２又はパイロット系統により燃焼装置に常時導入した
場合には、燃焼圧力振動及び炎消滅状態を許容レベルま
で減少できることが分かった。この例では、より正確に
は、３％ないし５％の比を用いて、燃焼圧力振動や炎消
滅状態が防止される。パイロット燃料を連続的に供給す
ると、エンジン排気部から放出される汚染レベルが、政
府の課したレベルを維持できなくなる程度まで増加され
ると最初は考えられていた。しかしながら、その後の試
験及び実験により、主として窒素酸化物の汚染は著しい
レベルで増加しないことが示された。
【００２５】上記したように、一次ゾーン８４内の温度
は約１８００°Ｆないし２６００°Ｆの範囲である。従
って、燃焼ガスに接触する注入器１４の端は、腐食や早
期故障を防止するように冷却できる。例えば、冷却空気
は複数の穴１４６を経て注入器１４に入り、冷却材貯溜
部１７５を満たす。手段２１６は、冷却空気を冷却通路
１８２に出すと共に、二次チャンバ１７６の端部１８０
及び先端１９２へ供給することのできる二重経路を構成
する。その第１の流路は、主として先端１９２を冷却す
ると共に端部１８０を更に冷却し、そして第２の流路
は、端部１８０の一次冷却を確保するものである。いず
れの経路の冷却空気も複数の通路１８８を経て空洞１１
０へ出され、燃料・空気の混合物と更に混合されてか
ら、燃焼装置４６へ入れられる。
【００２６】上記燃焼システムを過薄予混合システムと
共に使用することによりガスタービンエンジン１０にお
いて汚染減少が達成された。半径方向の旋回翼１０２間
に形成された複数のスペース１０４の各々に可燃性燃料
を供給しそして空洞１１０内で燃料と空気を更に予混合
した後に燃焼チャンバに入れることにより低いＮＯｘが
維持される。圧力振動は作用レベルに減少され、そして
エンジン１０の全運転状態中にパイロット燃料を燃焼装
置４６に供給してもＮＯｘレベルは著しく増加しない。
【００２７】以上の説明、添付図面及び特許請求の範囲
から、本発明の特徴、目的及び効果が明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例によるガスタービンエンジンの
部分断面側面図である。
【図２】本発明の１実施例に用いられる燃焼装置の拡大
断面図である。
【図３】本発明の１実施例に用いられる燃料注入ノズル
の拡大断面図である。
【図４】図３の線４で囲まれた燃料注入ノズルの先端の
拡大断面図である。
【図５】図４の５−５線に沿った拡大断面図である。
【符号の説明】
１０ ガスタービンエンジン １２ 側部取付の燃焼装置区分 １４ 燃料注入ノズル １６ 中心軸 １８ 外部ハウジング ２０ コンプレッサ区分 ２２ タービン区分 ２６ 外部燃焼装置ハウジング ３２ 動力タービン ３４ ガス発生タービン ３６ コンプレッサ ４４ 燃焼装置軸 ４６ 燃焼装置 ４８ 外殻 ６０ 管路組立体 ８２ 希釈ゾーン ８４ 一次ゾーン ８６ プレート組立体 １０２ 旋回翼 １０４ 予め確立されたスペース １１０ 環状空洞

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃焼装置軸を有し、該燃焼装置軸のまわ
    りに配置された外殻を備え、この外殻は、燃料注入ノズ
    ルが配置された入口端部分と、出口端部分とを有してい
    るような燃焼装置において、 上記入口端部分の付近に配置された入口開口であって、
    上記燃料注入ノズルを有している入口開口と、 上記入口開口に配置された複数の旋回翼であって、それ
    らの間に予め確立されたスペースを有している旋回翼
    と、 可燃性燃料を上記旋回翼間の上記予め確立されたスペー
    スへ供給する手段であって、上記予め確立されたスペー
    スにおける上記旋回翼の少なくとも一部分の間に配置さ
    れた出口を有しているような供給手段と、 可燃性燃料を上記燃料注入ノズルへ供給する別の手段で
    あって、上記燃焼装置軸に沿って一般的に配置されてい
    る別の供給手段とを具備したことを特徴とする燃焼装
    置。
  2. 【請求項２】 上記外殻は、その入口端部分と出口端部
    分との中間に配置された一連の開口を画成し備えてお
    り、これらの一連の開口は、入口端付近の一次ゾーンを
    出口端付近の希釈ゾーンから分離する請求項１に記載の
    燃焼装置。
  3. 【請求項３】 上記外殻は、更に、上記出口端部分の付
    近に配置された複数の開口を画成し、これら複数の開口
    の各々には管路組立体が配置されている請求項２に記載
    の燃焼装置。
  4. 【請求項４】 上記管路組立体は通路を画成し、上記出
    口端部分に向いた端を有する請求項３に記載の燃焼装
    置。
  5. 【請求項５】 可燃性燃料を上記予め確立されたスペー
    スに供給する上記手段は、上記複数の旋回翼間の上記予
    め確立された各々に上記燃料を供給する請求項１に記載
    の燃焼装置。
  6. 【請求項６】 可燃性燃料を燃料注入ノズルに供給する
    上記別の手段は、先端部と、通路を有する内部管状部材
    と、該管状部材内の通路と、上記先端部内の複数の傾斜
    通路とを備えている請求項１に記載の燃焼装置。
  7. 【請求項７】 上記燃料注入ノズルの上記位置は、上記
    注入ノズルと燃焼装置との間に空洞を形成し、上記燃料
    注入ノズルは冷却され、そして冷却流体はこの注入ノズ
    ルを出た後に上記空洞に連通される請求項１に記載のガ
    スタービンエンジン。
  8. 【請求項８】 上記空洞の上記冷却流体は、更に、燃焼
    チャンバに入る前に上記スペースからの燃料及び空気と
    混合される請求項７に記載のガスタービンエンジン。
  9. 【請求項９】 中心軸と、コンプレッサ区分と、タービ
    ン区分と、それらの間に作動的に配置された燃焼装置区
    分とを具備するガスタービンエンジンにおいて、 上記コンプレッサ区分は上記ガスタービンエンジンの運
    転中に圧縮された空気の流れを生じさせ、 上記燃焼装置区分は燃焼装置軸を含み、該燃焼装置軸の
    まわりに同軸的に配置された外部燃焼装置ハウジングを
    有し、そして上記燃焼装置軸のまわりに同軸的に整列さ
    れた燃焼装置を有し、 上記燃焼装置は上記燃焼装置軸のまわりに同軸的に配置
    された一般的に円筒状の外殻を有し、この外殻は上記外
    部燃焼装置ハウジングから半径方向内方に離間されてい
    てそれらの間に空気室を形成し、 上記外殻は出口端部分と入口端部分とを有し、入口端部
    分の付近には入口開口が配置されそしてその中に燃料注
    入ノズルが配置されており、 上記入口開口には上記燃料注入ノズルの外部に複数の旋
    回翼が配置され、これら複数の旋回翼はそれらの間に予
    め確立されたスペースを有し、 上記旋回翼の間の上記予め確立されたスペースに可燃性
    燃料を供給する手段を更に備え、そして上記燃焼装置軸
    に一般的に沿って上記燃料注入ノズルへ可燃性燃料を供
    給する別の手段を更に備えたことを特徴とするガスター
    ビンエンジン。
  10. 【請求項１０】 上記燃焼装置の外殻は、この外殻の入
    口端部分と出口端部分との中間に配置された一連の開口
    を画成し、これら一連の開口は、入口端部分の付近の一
    次ゾーンを出口端部分の付近の希釈ゾーンから分離する
    請求項９に記載のガスタービンエンジン。
  11. 【請求項１１】 上記外殻は、更に、上記出口端部分の
    付近に配置された複数の開口を画成し、これら複数の開
    口の各々には管路組立体が配置される請求項１０に記載
    のガスタービンエンジン。
  12. 【請求項１２】 上記の管路組立体は、圧縮空気の流れ
    に連通する通路と、上記出口端部分に向けられた端とを
    備えた請求項９に記載のガスタービンエンジン。
  13. 【請求項１３】 可燃性燃料を供給する上記手段は、上
    記複数の旋回翼の間の各通路へ燃料を供給する請求項９
    に記載のガスタービンエンジン。
JP5281231A 1992-11-10 1993-11-10 過薄予混合燃焼装置 Pending JPH06213453A (ja)

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