JPH07324749A - 燃焼プロセスで生じるノイズを減少させる方法及び燃焼器 - Google Patents
燃焼プロセスで生じるノイズを減少させる方法及び燃焼器Info
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- JPH07324749A JPH07324749A JP7152611A JP15261195A JPH07324749A JP H07324749 A JPH07324749 A JP H07324749A JP 7152611 A JP7152611 A JP 7152611A JP 15261195 A JP15261195 A JP 15261195A JP H07324749 A JPH07324749 A JP H07324749A
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- 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
- F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
- F23R3/04—Air inlet arrangements
- F23R3/10—Air inlet arrangements for primary air
- F23R3/12—Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2260/00—Function
- F05B2260/96—Preventing, counteracting or reducing vibration or noise
Abstract
(57)【要約】
【目的】 燃焼プロセスで生じるノイズの減少方法及び
装置を提供する。 【構成】 燃料を燃焼器（15）の軸線（38）に対して第
１の鋭角（Ａ）をなして燃焼領域（53）内へ導入し、そ
れにより燃焼プロセスの安定性を高める。燃焼用空気を
燃焼区分内へ半径方向外方の方向線（32）に対し第２の
鋭角（Ｂ）をなして導入し、それにより、空気を燃焼器
軸線周りに燃料の旋回方向と円周方向同一の方向に旋回
させる。角度（Ａ）と角度（Ｂ）は互いに同一である。
燃焼用空気を燃料の旋回と適合した態様で旋回させるこ
とにより、燃焼プロセスに関連して発生するノイズを減
少させる。
装置を提供する。 【構成】 燃料を燃焼器（15）の軸線（38）に対して第
１の鋭角（Ａ）をなして燃焼領域（53）内へ導入し、そ
れにより燃焼プロセスの安定性を高める。燃焼用空気を
燃焼区分内へ半径方向外方の方向線（32）に対し第２の
鋭角（Ｂ）をなして導入し、それにより、空気を燃焼器
軸線周りに燃料の旋回方向と円周方向同一の方向に旋回
させる。角度（Ａ）と角度（Ｂ）は互いに同一である。
燃焼用空気を燃料の旋回と適合した態様で旋回させるこ
とにより、燃焼プロセスに関連して発生するノイズを減
少させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃焼プロセスで生ずる
ノイズのレベルを減少させるための方法及び装置に関す
る。より詳細には、本発明は、燃料を燃焼領域内で円周
方向に旋回又は渦巻きさせる発生ノイズ減少型燃焼器に
関する。
ノイズのレベルを減少させるための方法及び装置に関す
る。より詳細には、本発明は、燃料を燃焼領域内で円周
方向に旋回又は渦巻きさせる発生ノイズ減少型燃焼器に
関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ガスタ
ービンでは、１または２以上の燃焼器内で燃料を圧縮機
により生じた圧縮空気内で燃焼させる。伝統的に、かか
る燃焼器は、燃料と空気から近似理論混合気を生じさ
せ、これを拡散燃焼方式で燃焼させるプライマリ燃焼領
域を包囲する円筒形ライナを有する。
ービンでは、１または２以上の燃焼器内で燃料を圧縮機
により生じた圧縮空気内で燃焼させる。伝統的に、かか
る燃焼器は、燃料と空気から近似理論混合気を生じさ
せ、これを拡散燃焼方式で燃焼させるプライマリ燃焼領
域を包囲する円筒形ライナを有する。
【０００３】従来、燃料は燃料ノズルによってプライマ
リ燃焼領域内へ導入される。この燃料ノズルは、燃料を
半径方向と軸方向の両方向に対し或る角度をなして差し
向け、即ち燃料を軸方向下流に且つ半径方向外方へ同時
に差し向け、それにより燃料と空気の混合を促進すると
共に火炎を安定させる渦を生じさせている。しかしなが
ら、燃料ノズルは燃料を燃焼領域内でその周りに円周方
向に旋回させることはできなかった。かくして、燃料ノ
ズルからの流れ方向を燃焼器の軸線に対し垂直な平面に
差し向けたとすれば、燃料の導入角度は、ちょうど半径
方向外方となり（即ち、燃料の差し向け角度は、半径方
向外方の方向から見て０°）である。
リ燃焼領域内へ導入される。この燃料ノズルは、燃料を
半径方向と軸方向の両方向に対し或る角度をなして差し
向け、即ち燃料を軸方向下流に且つ半径方向外方へ同時
に差し向け、それにより燃料と空気の混合を促進すると
共に火炎を安定させる渦を生じさせている。しかしなが
ら、燃料ノズルは燃料を燃焼領域内でその周りに円周方
向に旋回させることはできなかった。かくして、燃料ノ
ズルからの流れ方向を燃焼器の軸線に対し垂直な平面に
差し向けたとすれば、燃料の導入角度は、ちょうど半径
方向外方となり（即ち、燃料の差し向け角度は、半径方
向外方の方向から見て０°）である。
【０００４】従来法では、燃焼用空気は２つの方法で燃
焼領域内へ導入される。燃焼用空気の僅かな部分は、燃
料ノズルの周りに配置された環状通路によって燃焼領域
内へ軸方向に導入される。羽根がこの環状通路の出口の
周りに分散して配置されていて、燃焼用空気の軸方向に
導入された部分を旋回させるのに役立つ。燃焼用空気の
軸方向導入部分に付与された旋回力（スワール）は、燃
料と空気の混合を促進させると共に火炎の安定性を高め
る。
焼領域内へ導入される。燃焼用空気の僅かな部分は、燃
料ノズルの周りに配置された環状通路によって燃焼領域
内へ軸方向に導入される。羽根がこの環状通路の出口の
周りに分散して配置されていて、燃焼用空気の軸方向に
導入された部分を旋回させるのに役立つ。燃焼用空気の
軸方向導入部分に付与された旋回力（スワール）は、燃
料と空気の混合を促進させると共に火炎の安定性を高め
る。
【０００５】燃焼用空気のうちの大部分は、燃焼領域内
へ半径方向に導入される。これは、燃焼器のライナの周
りに分散して配置された複数の管状部材（これらは「空
気取入れ装置（air scoop)」と呼ばれる場合もある）。
空気取入れ装置は空気を半径方向内方に差し向け（即
ち、空気の差向け角度は半径方向内方から見て０°であ
る）、燃料と同様に燃焼用空気の半径方向導入部分は燃
焼領域の周りに円周方向には旋回しないようになる。
へ半径方向に導入される。これは、燃焼器のライナの周
りに分散して配置された複数の管状部材（これらは「空
気取入れ装置（air scoop)」と呼ばれる場合もある）。
空気取入れ装置は空気を半径方向内方に差し向け（即
ち、空気の差向け角度は半径方向内方から見て０°であ
る）、燃料と同様に燃焼用空気の半径方向導入部分は燃
焼領域の周りに円周方向には旋回しないようになる。
【０００６】冷却用空気もまた、燃焼器内へ軸方向及び
半径方向に導入される。かかる冷却用空気の大部分は、
プライマリ燃焼領域の下流側で燃焼器内へ半径方向に導
入され、タービン内での膨張に先立って高温ガスを冷却
するのに役立つ。これよりも少ない量の冷却用空気が、
燃焼器のライナの隣接部分間に形成された環状通路を通
って燃焼器内へ軸方向に導入され、ライナの壁を冷却す
るのに役立つ。
半径方向に導入される。かかる冷却用空気の大部分は、
プライマリ燃焼領域の下流側で燃焼器内へ半径方向に導
入され、タービン内での膨張に先立って高温ガスを冷却
するのに役立つ。これよりも少ない量の冷却用空気が、
燃焼器のライナの隣接部分間に形成された環状通路を通
って燃焼器内へ軸方向に導入され、ライナの壁を冷却す
るのに役立つ。
【０００７】残念ながら、従来型燃焼器内において燃焼
プロセスで生じる窒素酸化物（ＮＯｘ）の量は多い。そ
の結果、燃空比を大幅に減少させ、したがって燃焼温度
を下げることによってＮＯｘ生成量を減少させようとし
た。残念ながら、かかる稀薄燃焼方式は、燃焼プロセス
の安定性を低下させることがある。燃料に円周方向の旋
回力成分を付与するよう燃料を燃焼領域中へ差し向ける
ことにより、安定性における上記安定性低下を相殺する
試みがなされた。
プロセスで生じる窒素酸化物（ＮＯｘ）の量は多い。そ
の結果、燃空比を大幅に減少させ、したがって燃焼温度
を下げることによってＮＯｘ生成量を減少させようとし
た。残念ながら、かかる稀薄燃焼方式は、燃焼プロセス
の安定性を低下させることがある。燃料に円周方向の旋
回力成分を付与するよう燃料を燃焼領域中へ差し向ける
ことにより、安定性における上記安定性低下を相殺する
試みがなされた。
【０００８】残念ながら、燃料の旋回流によって燃料プ
ロセスにより生じるノイズが増大することが分かった。
したがって、燃焼プロセスで生じる騒音レベルをそれほ
ど減少させないで燃料の旋回流と関連のある利点を有す
る燃焼器を提供することが望ましい。
ロセスにより生じるノイズが増大することが分かった。
したがって、燃焼プロセスで生じる騒音レベルをそれほ
ど減少させないで燃料の旋回流と関連のある利点を有す
る燃焼器を提供することが望ましい。
【０００９】したがって、本発明の主目的は、燃焼プロ
セスにより生じる騒音レベルを大して増加させることな
く、燃料の旋回流と関連のある利点を有する燃焼器及び
ノイズ減少方法を提供することにある。
セスにより生じる騒音レベルを大して増加させることな
く、燃料の旋回流と関連のある利点を有する燃焼器及び
ノイズ減少方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】広義には、本発明の上記
目的及び他の目的は、燃料と空気を燃焼させる燃焼区分
を包囲し、燃焼器の軸線を定めるライナと、該燃焼器軸
線に沿って設けられていて、前記燃料を燃焼領域内へ導
入するための燃料ノズルとを有する燃焼器であって、前
記燃料ノズルは、燃料を前記燃焼器軸線から半径方向外
方へ差し向けると共に前記燃料を前記燃焼器軸線周りに
円周方向に旋回させるための手段を有し、前記燃焼器
は、前記ライナに設けられていて、前記空気の少なくと
も第１の部分を導入するための手段を備える複数の空気
入口通路を更に有しており、前記燃料を半径方向内方の
方向に対し第１の鋭角をなして前記燃焼領域内へ接線方
向に導入・燃焼させて空気を前記燃焼器軸線周りに円周
方向に旋回させることを特徴とする燃焼器によって達成
される。
目的及び他の目的は、燃料と空気を燃焼させる燃焼区分
を包囲し、燃焼器の軸線を定めるライナと、該燃焼器軸
線に沿って設けられていて、前記燃料を燃焼領域内へ導
入するための燃料ノズルとを有する燃焼器であって、前
記燃料ノズルは、燃料を前記燃焼器軸線から半径方向外
方へ差し向けると共に前記燃料を前記燃焼器軸線周りに
円周方向に旋回させるための手段を有し、前記燃焼器
は、前記ライナに設けられていて、前記空気の少なくと
も第１の部分を導入するための手段を備える複数の空気
入口通路を更に有しており、前記燃料を半径方向内方の
方向に対し第１の鋭角をなして前記燃焼領域内へ接線方
向に導入・燃焼させて空気を前記燃焼器軸線周りに円周
方向に旋回させることを特徴とする燃焼器によって達成
される。
【００１１】また、本発明の要旨は、燃料を空気中で燃
焼させることにより生ずるノイズを減少させる方法であ
って、軸線を備えた燃焼器内に燃焼領域を形成する段階
と、前記燃料の全てを前記燃焼器軸線に対し半径方向外
方の方向で前記燃焼領域内へ導入すると共に前記燃料を
第１の円周方向の方向で前記燃焼器軸線周りに円周方向
に旋回させる段階と、前記空気の大部分を半径方向内方
の方向に対し第１の鋭角で燃焼領域内へ導入して前記空
気を前記第１の円周方向で前記燃焼器軸線周りに円周方
向に旋回させる段階とを有することを特徴とする方法に
ある。
焼させることにより生ずるノイズを減少させる方法であ
って、軸線を備えた燃焼器内に燃焼領域を形成する段階
と、前記燃料の全てを前記燃焼器軸線に対し半径方向外
方の方向で前記燃焼領域内へ導入すると共に前記燃料を
第１の円周方向の方向で前記燃焼器軸線周りに円周方向
に旋回させる段階と、前記空気の大部分を半径方向内方
の方向に対し第１の鋭角で燃焼領域内へ導入して前記空
気を前記第１の円周方向で前記燃焼器軸線周りに円周方
向に旋回させる段階とを有することを特徴とする方法に
ある。
【００１２】
【実施例】図面を参照すると、図１にはガスタービンの
一部の縦断面図が示されている。ガスタービンの主要構
成要素は、圧縮機区分１、燃焼区分２、及びタービン区
分３である。ロータ４が中央に設けられていて、これら
３つの区分を貫通していることが理解できよう。圧縮機
区分１は、交互に列状に配置された静翼１２と動翼１３
を包囲するシリンダ７，８で構成されている。静翼１２
はシリンダ８に取り付けられ、動翼１３はロータ４に取
り付けられたディスクに取り付けられている。
一部の縦断面図が示されている。ガスタービンの主要構
成要素は、圧縮機区分１、燃焼区分２、及びタービン区
分３である。ロータ４が中央に設けられていて、これら
３つの区分を貫通していることが理解できよう。圧縮機
区分１は、交互に列状に配置された静翼１２と動翼１３
を包囲するシリンダ７，８で構成されている。静翼１２
はシリンダ８に取り付けられ、動翼１３はロータ４に取
り付けられたディスクに取り付けられている。
【００１３】燃焼区分２は、シリンダ８の後端部と一緒
になって室１４を形成するほぼ円筒形のシェル９及びロ
ータ４の一部を包囲するハウジング１９で構成されてい
る。複数の燃焼器１５及びダクト１６が室１４内に設け
られている。ダクト１６は燃焼器１５をタービン区分３
に連結する。燃料３５（液体または気体であるのがよ
く、例えば留出燃料油または天然ガスである）が燃料ノ
ズル３４を通って各燃焼器１５に流入し、この中で燃焼
して高温ガス３０が生じる。タービン区分３は、内側シ
リンダ１１を包囲する外側シリンダ１０を含む。内側シ
リンダ１１は、列状の静翼１７及び列状の動翼１８を包
囲している。静翼１７は内側シリンダ１１に取り付けら
れ、動翼１８はロータ４のタービン区分の一部を形成す
るディスクに取り付けられている。
になって室１４を形成するほぼ円筒形のシェル９及びロ
ータ４の一部を包囲するハウジング１９で構成されてい
る。複数の燃焼器１５及びダクト１６が室１４内に設け
られている。ダクト１６は燃焼器１５をタービン区分３
に連結する。燃料３５（液体または気体であるのがよ
く、例えば留出燃料油または天然ガスである）が燃料ノ
ズル３４を通って各燃焼器１５に流入し、この中で燃焼
して高温ガス３０が生じる。タービン区分３は、内側シ
リンダ１１を包囲する外側シリンダ１０を含む。内側シ
リンダ１１は、列状の静翼１７及び列状の動翼１８を包
囲している。静翼１７は内側シリンダ１１に取り付けら
れ、動翼１８はロータ４のタービン区分の一部を形成す
るディスクに取り付けられている。
【００１４】動作原理を説明すると、燃焼区分１からの
圧縮空気２０は室１４に流入し、次に燃焼器１５の各々
に分配して送られる。燃焼器１５内では、燃料３５は圧
縮空気と混合されて燃焼し、それにより高温圧縮ガス３
０が生じる。高温圧縮ガス３０はダクト１６を通って流
れ、次にタービン区分３内の列状の静翼１７及び動翼１
８を通って流れ、タービン区分３内ではガスは膨張して
ロータ４を駆動する動力を発生させる。膨張したガス３
１は次にタービン３から排出される。
圧縮空気２０は室１４に流入し、次に燃焼器１５の各々
に分配して送られる。燃焼器１５内では、燃料３５は圧
縮空気と混合されて燃焼し、それにより高温圧縮ガス３
０が生じる。高温圧縮ガス３０はダクト１６を通って流
れ、次にタービン区分３内の列状の静翼１７及び動翼１
８を通って流れ、タービン区分３内ではガスは膨張して
ロータ４を駆動する動力を発生させる。膨張したガス３
１は次にタービン３から排出される。
【００１５】燃料ノズル３４は、図２及び図３に詳細に
示されている。好ましい実施例では、燃料ノズル３４
は、ほぼ切頭円錐形のノズルフェース５２によって互い
に結合された内側円筒形部材４０と外側円筒形部材４１
で構成されている。内側円筒形部材４０と外側円筒形部
材４１はこれらの間に環状通路４２を形成する。環状通
路４２は、ノズルフェース５２に形成された円形列状の
燃料通路４５で終わっている。通路４５の出口は、燃料
をノズル３４から放出する燃料ポートを形成する。
示されている。好ましい実施例では、燃料ノズル３４
は、ほぼ切頭円錐形のノズルフェース５２によって互い
に結合された内側円筒形部材４０と外側円筒形部材４１
で構成されている。内側円筒形部材４０と外側円筒形部
材４１はこれらの間に環状通路４２を形成する。環状通
路４２は、ノズルフェース５２に形成された円形列状の
燃料通路４５で終わっている。通路４５の出口は、燃料
をノズル３４から放出する燃料ポートを形成する。
【００１６】図２に示すように、燃料通路４５は燃料３
５を複数の燃料流３６に分割し、これら燃料流は円筒形
燃焼器ライナ５６内の燃料領域５３内に差し向けられ
る。好ましくは、燃料通路４５が形成されている燃料フ
ェース５２の部分は切頭円錐形であって、円筒形燃焼器
ライナ５６によって定められる燃焼器の長さ方向軸線３
８に対し或る角度をなして配置されている。その結果、
従前通り、燃料通路４５は燃料流３６を燃焼器軸線３８
に対し軸方向鋭角の角度Ａで差し向ける。好ましい実施
例では、軸方向角度Ａは約０°〜４５°である。
５を複数の燃料流３６に分割し、これら燃料流は円筒形
燃焼器ライナ５６内の燃料領域５３内に差し向けられ
る。好ましくは、燃料通路４５が形成されている燃料フ
ェース５２の部分は切頭円錐形であって、円筒形燃焼器
ライナ５６によって定められる燃焼器の長さ方向軸線３
８に対し或る角度をなして配置されている。その結果、
従前通り、燃料通路４５は燃料流３６を燃焼器軸線３８
に対し軸方向鋭角の角度Ａで差し向ける。好ましい実施
例では、軸方向角度Ａは約０°〜４５°である。
【００１７】図３及び図４に示すように、燃料通路４５
もまた、半径方向外方の方向線３２に対し鋭角の接線方
向角度Ｂで差し向けられている。好ましい実施例では、
接線方向角度Ｂは約３０°〜６０°である。
もまた、半径方向外方の方向線３２に対し鋭角の接線方
向角度Ｂで差し向けられている。好ましい実施例では、
接線方向角度Ｂは約３０°〜６０°である。
【００１８】混乱を避けるために述べると、上述のよう
に軸方向と接線方向の両方向に傾斜させた結果、燃料通
路４５のこれら方向は、図２に示すように軸方向に対し
ても、図３に示すように半径方向に対しても、角度をな
す。その結果、図２で分かるように、単に燃焼器軸線３
８に対して軸方向角度Ａに差し向けられていることによ
り、燃料流３６は例えば図２の縦断面図で見て半径方向
外方の方向線に対し鋭角（即ち、９０°−Ａ）をなす。
換言すると、燃焼器軸線の位置する平面に投射すると、
燃料通路４５によって形成される通路は、半径方向の方
向線に対し９０°−Ａの鋭角をなす。しかしながら、燃
料通路４５をこのように配向させても、燃焼器軸線３８
の周りにおける燃料流３６には円周方向の旋回力が付与
されない。それどころか、以下に述べるように燃料３６
が圧縮空気２２と混合するとドーナッツ形の渦流５４の
形成を助長するだけである。本発明の目的のためには、
燃料通路４５がどのような旋回をもたらすかは特に興味
がある。かくして、本明細書では、半径方向に対する鋭
角の接線方向角度Ｂとは、図３に示すように燃料流３６
の方向が燃焼器軸線３８に対し垂直な平面に投射された
ときに得られる角度をいうものとする。かくして、図２
は鋭角の軸線方向角度Ａのみ、図３は鋭角の接線方向角
度Ｂのみをそれぞれ示している。
に軸方向と接線方向の両方向に傾斜させた結果、燃料通
路４５のこれら方向は、図２に示すように軸方向に対し
ても、図３に示すように半径方向に対しても、角度をな
す。その結果、図２で分かるように、単に燃焼器軸線３
８に対して軸方向角度Ａに差し向けられていることによ
り、燃料流３６は例えば図２の縦断面図で見て半径方向
外方の方向線に対し鋭角（即ち、９０°−Ａ）をなす。
換言すると、燃焼器軸線の位置する平面に投射すると、
燃料通路４５によって形成される通路は、半径方向の方
向線に対し９０°−Ａの鋭角をなす。しかしながら、燃
料通路４５をこのように配向させても、燃焼器軸線３８
の周りにおける燃料流３６には円周方向の旋回力が付与
されない。それどころか、以下に述べるように燃料３６
が圧縮空気２２と混合するとドーナッツ形の渦流５４の
形成を助長するだけである。本発明の目的のためには、
燃料通路４５がどのような旋回をもたらすかは特に興味
がある。かくして、本明細書では、半径方向に対する鋭
角の接線方向角度Ｂとは、図３に示すように燃料流３６
の方向が燃焼器軸線３８に対し垂直な平面に投射された
ときに得られる角度をいうものとする。かくして、図２
は鋭角の軸線方向角度Ａのみ、図３は鋭角の接線方向角
度Ｂのみをそれぞれ示している。
【００１９】図２に戻ると、燃料ノズル３４の内側円筒
形部材４０は、ノズルフェース５２に形成された円形列
状の流れ通路４６で終わる通路４３を形成する。通路４
６は流れ３７を燃焼領域５３内へ差し向ける。当該技術
分野で周知のように、流れ３７の導入は、ＮＯｘの生成
量を減少させるのに役立つ。燃料通路４５と同様に、流
れ通路４６は、燃焼器軸線３８に対して鋭角の軸線方向
角度に差し向けられている。加うるに、流れ通路３７
は、図３に示すように半径方向外方の方向に対し０°に
差し向けられるのがよく、或いはこれらは燃料通路４５
に関して上述したのと同様な方法で半径方向外方の方向
に対し鋭角の接線方向角度に差し向けるのがよい。
形部材４０は、ノズルフェース５２に形成された円形列
状の流れ通路４６で終わる通路４３を形成する。通路４
６は流れ３７を燃焼領域５３内へ差し向ける。当該技術
分野で周知のように、流れ３７の導入は、ＮＯｘの生成
量を減少させるのに役立つ。燃料通路４５と同様に、流
れ通路４６は、燃焼器軸線３８に対して鋭角の軸線方向
角度に差し向けられている。加うるに、流れ通路３７
は、図３に示すように半径方向外方の方向に対し０°に
差し向けられるのがよく、或いはこれらは燃料通路４５
に関して上述したのと同様な方法で半径方向外方の方向
に対し鋭角の接線方向角度に差し向けるのがよい。
【００２０】図２に示すように、圧縮機区分１からの圧
縮空気は、種々の方法で燃焼器１５に流入する。圧縮空
気２０の一部２１は、燃焼器ネック３９に形成された通
路４４に流入し、次に、環状通路４９によって燃焼領域
５３内へ軸方向に差し向けられる。環状通路４９が燃焼
器ネック３９と安定器５０の円筒形部分との間に形成さ
れている。図２及び図５に示すように、円周方向列状の
羽根５１が安定器５０の端部に形成されている。羽根５
１は、環状通路４９から燃焼領域５３内へ軸方向に導入
される圧縮空気２１を旋回させるのに役立つ。この旋回
作用は、空気２１内への燃料流３６の混入を助けると共
に火炎を安定させるのに役立つ。
縮空気は、種々の方法で燃焼器１５に流入する。圧縮空
気２０の一部２１は、燃焼器ネック３９に形成された通
路４４に流入し、次に、環状通路４９によって燃焼領域
５３内へ軸方向に差し向けられる。環状通路４９が燃焼
器ネック３９と安定器５０の円筒形部分との間に形成さ
れている。図２及び図５に示すように、円周方向列状の
羽根５１が安定器５０の端部に形成されている。羽根５
１は、環状通路４９から燃焼領域５３内へ軸方向に導入
される圧縮空気２１を旋回させるのに役立つ。この旋回
作用は、空気２１内への燃料流３６の混入を助けると共
に火炎を安定させるのに役立つ。
【００２１】軸方向に導入された圧縮空気２１は、燃料
３５に対する理論量の燃焼用空気の一部を形成するが、
理論量の燃焼用空気の大部分は、複数の流れ２２として
燃焼領域５３に流入する圧縮空気２０の一部によって形
成される。図２及び図５に示すように、空気流２２は管
状の主空気取入れ装置５５によって燃焼領域５３内に差
し向けられる。主空気取り入れ装置５５は、燃焼器ライ
ナ５６に形成された開口部を貫通し、燃焼器ライナ５６
に、これら空気取入れ装置の基端部に設けられたフラン
ジ５８によって取り付けられている。主空気取入れ装置
５５は燃焼領域５３を包囲する円形列状に配置されてい
る。主空気取入れ装置５５内に形成された空気通路４７
は、圧縮空気流２２を燃焼領域５３内へ差し向けるのに
役立つ。
３５に対する理論量の燃焼用空気の一部を形成するが、
理論量の燃焼用空気の大部分は、複数の流れ２２として
燃焼領域５３に流入する圧縮空気２０の一部によって形
成される。図２及び図５に示すように、空気流２２は管
状の主空気取入れ装置５５によって燃焼領域５３内に差
し向けられる。主空気取り入れ装置５５は、燃焼器ライ
ナ５６に形成された開口部を貫通し、燃焼器ライナ５６
に、これら空気取入れ装置の基端部に設けられたフラン
ジ５８によって取り付けられている。主空気取入れ装置
５５は燃焼領域５３を包囲する円形列状に配置されてい
る。主空気取入れ装置５５内に形成された空気通路４７
は、圧縮空気流２２を燃焼領域５３内へ差し向けるのに
役立つ。
【００２２】上述のように、燃料流３６を旋回させる
と、従来型燃焼器内における燃焼プロセスにより生じる
ノイズは、不合格レベルまで増大する場合があることが
判明した。燃焼器内における燃焼プロセスはオルガンパ
イプ内の定常波として考えることができる。理論的に
は、燃料流３６も燃焼用空気流２２も共に旋回しない構
成では、燃焼プロセスは速度駆動され（velocity drive
n)、燃焼器１５は音を発生させる目的のための両端開口
オルガンパイプのように作用する。しかしながら、本発
明者らの理論によれば、先に行なったように非旋回状態
の空気流２２内への旋回状態の燃料流３６の混入によ
り、燃焼プロセスは圧力駆動される（pressuredriven)
ようになり、燃焼器１５は閉鎖端オルガンパイプのよう
に作用することを見い出した。経験の示すところによれ
ば、かかる閉鎖端システムでは、発生するノイズのレベ
ルは一層大きい。
と、従来型燃焼器内における燃焼プロセスにより生じる
ノイズは、不合格レベルまで増大する場合があることが
判明した。燃焼器内における燃焼プロセスはオルガンパ
イプ内の定常波として考えることができる。理論的に
は、燃料流３６も燃焼用空気流２２も共に旋回しない構
成では、燃焼プロセスは速度駆動され（velocity drive
n)、燃焼器１５は音を発生させる目的のための両端開口
オルガンパイプのように作用する。しかしながら、本発
明者らの理論によれば、先に行なったように非旋回状態
の空気流２２内への旋回状態の燃料流３６の混入によ
り、燃焼プロセスは圧力駆動される（pressuredriven)
ようになり、燃焼器１５は閉鎖端オルガンパイプのよう
に作用することを見い出した。経験の示すところによれ
ば、かかる閉鎖端システムでは、発生するノイズのレベ
ルは一層大きい。
【００２３】かくして、本発明によれば、燃焼プロセス
により生じるノイズを減少させるため燃焼用空気流２２
を新規な方法で燃焼領域５３内へ導入する。具体的に
は、空気流２２は、図５に示すように従来行なっていた
ような軸線に対し直角ではなくて燃焼器軸線３８に対し
て接線方向に差し向ける。
により生じるノイズを減少させるため燃焼用空気流２２
を新規な方法で燃焼領域５３内へ導入する。具体的に
は、空気流２２は、図５に示すように従来行なっていた
ような軸線に対し直角ではなくて燃焼器軸線３８に対し
て接線方向に差し向ける。
【００２４】図５に示すように、空気流２２を接線方向
に導入するには、空気通路４７が半径方向内方の方向線
３２´に対し鋭角の接線方向角度Ｃに配向するように主
空気取入れ装置５５を配向させる。かくして、主空気取
入れ装置５５は、空気流２２を燃焼器軸線３８周りに旋
回させる。好ましくは、角度Ｃ、従って空気流２２が半
径方向内方の方向線３２´となす角度は、燃料流３６が
半径方向外方の方向線３２となす角度Ｂと同様、３０°
〜６０°の範囲内にある。より好ましくは、角度Ｃは角
度Ｂの±１５°以内であり、最適には、角度Ｂと角度Ｃ
は同一である。空気流２２と燃料流３６は互いに半径方
向反対の方向に差し向けられ、即ち、空気流は全体とし
て半径方向内方に差し向けられ（即ち、角度Ｃ）、燃料
流３６は全体として半径方向外方に差し向けられている
（即ち、角度Ｂ）が、主空気取入れ装置５５によって空
気流２２に付与された旋回力は、空気流と燃料流の両方
を円周方向に同一の方向、即ち、図５に示すように流れ
の方向とは逆に見て時計回りに旋回させる意味におい
て、燃料通路４５によって燃料流３６に付与される旋回
力と補足し合っている。加うるに、好ましい実施例で
は、羽根５１は、燃料３６と空気２２が旋回する円周方
向同一の方向に燃焼用空気の軸方向導入部分２１を旋回
させる。
に導入するには、空気通路４７が半径方向内方の方向線
３２´に対し鋭角の接線方向角度Ｃに配向するように主
空気取入れ装置５５を配向させる。かくして、主空気取
入れ装置５５は、空気流２２を燃焼器軸線３８周りに旋
回させる。好ましくは、角度Ｃ、従って空気流２２が半
径方向内方の方向線３２´となす角度は、燃料流３６が
半径方向外方の方向線３２となす角度Ｂと同様、３０°
〜６０°の範囲内にある。より好ましくは、角度Ｃは角
度Ｂの±１５°以内であり、最適には、角度Ｂと角度Ｃ
は同一である。空気流２２と燃料流３６は互いに半径方
向反対の方向に差し向けられ、即ち、空気流は全体とし
て半径方向内方に差し向けられ（即ち、角度Ｃ）、燃料
流３６は全体として半径方向外方に差し向けられている
（即ち、角度Ｂ）が、主空気取入れ装置５５によって空
気流２２に付与された旋回力は、空気流と燃料流の両方
を円周方向に同一の方向、即ち、図５に示すように流れ
の方向とは逆に見て時計回りに旋回させる意味におい
て、燃料通路４５によって燃料流３６に付与される旋回
力と補足し合っている。加うるに、好ましい実施例で
は、羽根５１は、燃料３６と空気２２が旋回する円周方
向同一の方向に燃焼用空気の軸方向導入部分２１を旋回
させる。
【００２５】好ましい実施例では、図２に示すように、
燃焼器軸線３８に対して接線方向に差し向けらている
が、主空気取入れ装置により形成される空気通路４７
は、燃焼器軸線に対し実質的に垂直な平面内に位置す
る。しかしながら、空気通路４７を燃料通路４５と類似
した方法で燃焼器軸線３８に対し鋭角の軸方向角度に差
し向けてもよい。
燃焼器軸線３８に対して接線方向に差し向けらている
が、主空気取入れ装置により形成される空気通路４７
は、燃焼器軸線に対し実質的に垂直な平面内に位置す
る。しかしながら、空気通路４７を燃料通路４５と類似
した方法で燃焼器軸線３８に対し鋭角の軸方向角度に差
し向けてもよい。
【００２６】図２に示すように接線方向導入空気２２の
旋回流は、軸方向導入空気２１の旋回流と一緒に燃料の
旋回流３６と混合して、ドーナッツ形の渦流５４を形成
し、この渦流は、燃料と空気の混合を容易にすると共に
火炎を安定させるのに役立つ。しかしながら、本発明に
よれば、この混合及びその後に行なわれる燃焼によって
は、過剰レベルのノイズが発生することはない。
旋回流は、軸方向導入空気２１の旋回流と一緒に燃料の
旋回流３６と混合して、ドーナッツ形の渦流５４を形成
し、この渦流は、燃料と空気の混合を容易にすると共に
火炎を安定させるのに役立つ。しかしながら、本発明に
よれば、この混合及びその後に行なわれる燃焼によって
は、過剰レベルのノイズが発生することはない。
【００２７】軸方向導入空気流２１と接線方向導入空気
流２２は本質的には、燃料３５の理論比による燃焼に必
要な空気の全てである。図２に示すように、圧縮機１か
らの圧縮空気２０の追加の部分は、燃焼領域５３内へ流
入するものもあるが、主として冷却目的のために燃焼器
１５内に導入される。空気流２５は燃焼器ライナ５６の
隣接部分間に形成されている環状通路４８を通って流れ
ることにより燃焼器１５に軸方向に流入し、ライナ壁を
冷却するのに役立つ。空気流２３は、副空気取入れ装置
５７を通って流れることにより燃焼器に半径方向に流入
し、タービン区分３に差し向けられる高温ガス３０の温
度を下げるのに役立つ。図１に示すように、追加の冷却
用空気２４が、燃焼器１５の後端部に設けられた穴によ
って燃焼器１５内に半径方向に導入される。
流２２は本質的には、燃料３５の理論比による燃焼に必
要な空気の全てである。図２に示すように、圧縮機１か
らの圧縮空気２０の追加の部分は、燃焼領域５３内へ流
入するものもあるが、主として冷却目的のために燃焼器
１５内に導入される。空気流２５は燃焼器ライナ５６の
隣接部分間に形成されている環状通路４８を通って流れ
ることにより燃焼器１５に軸方向に流入し、ライナ壁を
冷却するのに役立つ。空気流２３は、副空気取入れ装置
５７を通って流れることにより燃焼器に半径方向に流入
し、タービン区分３に差し向けられる高温ガス３０の温
度を下げるのに役立つ。図１に示すように、追加の冷却
用空気２４が、燃焼器１５の後端部に設けられた穴によ
って燃焼器１５内に半径方向に導入される。
【００２８】
【図１】本発明の燃焼器を備えたガスタービンの一部の
縦断面図である。
縦断面図である。
【図２】図１に示す燃焼器の上流側部分の縦断面図であ
る。
る。
【図３】図２に示す３−３線における燃料ノズルのフェ
ースの略図である。
ースの略図である。
【図４】図３に示す４−４線における燃料ノズルのフェ
ースの横断面図である。
ースの横断面図である。
【図５】図２に示す５−５線における本発明の燃焼器の
横断面図である。
横断面図である。
１ 圧縮機区分 ２ 燃焼区分 ３ タービン区分 １５ 燃焼器 ２２ 空気 ３２ 半径方向外方の方向線 ３２´ 半径方向内方の方向線 ３４ 燃料ノズル ３５ 燃料 ３８ 燃焼器軸線 ４５ 燃料通路 ４７ 空気通路 ５１ 羽根 ５２ ノズルのフェース ５３ 燃焼領域 ５６ ライナ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 オーガスティン ジョセフ スカルゾ アメリカ合衆国 ペンシルベニア州 ベン サレム ウッズビュー・ドライブ 2611
Claims (11)
- 【請求項１】 燃料と空気を燃焼させる燃焼区分を包囲
し、燃焼器の軸線を定めるライナと、該燃焼器軸線に沿
って設けられていて、前記燃料を燃焼領域内へ導入する
ための燃料ノズルとを有する燃焼器であって、前記燃料
ノズルは、燃料を前記燃焼器軸線から半径方向外方へ差
し向けると共に前記燃料を前記燃焼器軸線周りに円周方
向に旋回させるための手段を有し、前記燃焼器は、前記
ライナに設けられていて、前記空気の少なくとも第１の
部分を導入するための手段を備える複数の空気入口通路
を更に有しており、前記燃料を半径方向内方の方向に対
し第１の鋭角をなして前記燃焼領域内へ接線方向に導入
・燃焼させて空気を前記燃焼器軸線周りに円周方向に旋
回させることを特徴とする燃焼器。 - 【請求項２】 燃料を旋回させるための前記手段は、燃
料を第２の半径方向に対して第２の鋭角で差し向けるた
めの手段を含み、前記第１の鋭角と第２の鋭角の角度差
は、約１５°未満であることを特徴とする請求項１記載
の燃焼器。 - 【請求項３】 第１の鋭角及び第２の鋭角はそれぞれ約
３０°〜６０°であることを特徴とする請求項２記載の
燃焼器。 - 【請求項４】 燃料を旋回させるための前記手段と空気
を燃焼領域内へ接線方向に導入するための前記手段は、
前記燃料と前記空気を円周方向同一の方向に旋回させる
よう協働することを特徴とする請求項１記載の燃焼器。 - 【請求項５】 燃料を導入するための前記手段は、燃料
を前記燃焼器軸線に対し鋭角をなして導入するための手
段を有することを特徴とする請求項１〜６のうち任意の
一つに記載の燃焼器。 - 【請求項６】 燃料を導入するための前記手段は、ほぼ
燃焼器域に向いているフェースを備えた燃料ノズルを含
み、前記燃料差向け手段の各々は、前記フェースに形成
された出口を有することを特徴とする請求項１記載の燃
焼器。 - 【請求項７】 空気を導入するための前記手段は、前記
ライナの周りに円周方向に分散配置された複数の管状部
材から成り、前記空気入口通路は、前記管状部材に形成
されていることを特徴とする請求項１記載の燃焼器。 - 【請求項８】 燃料を空気中で燃焼させることにより生
ずるノイズを減少させる方法であって、軸線を備えた燃
焼器内に燃焼領域を形成する段階と、前記燃料の全てを
前記燃焼器軸線に対し半径方向外方の方向で前記燃焼領
域内へ導入すると共に前記燃料を第１の円周方向の方向
で前記燃焼器軸線周りに円周方向に旋回させる段階と、
前記空気の大部分を半径方向内方の方向に対し第１の鋭
角で燃焼領域内へ導入して前記空気を前記第１の円周方
向で前記燃焼器軸線周りに円周方向に旋回させる段階と
を有することを特徴とする方法。 - 【請求項９】 燃料を燃焼領域内へ導入する前記段階
は、燃料を半径方向内方の方向に対し第２の鋭角で燃焼
領域内へ差し向ける段階を含むことを特徴とする請求項
８記載の方法。 - 【請求項１０】 第１の鋭角と第２の鋭角はほぼ等しい
ことを特徴とする請求項９記載の方法。 - 【請求項１１】 前記空気のうち僅かな部分を前記燃焼
器軸線に対し平行な方向で燃焼器域内へ差し向けると共
に前記空気の前記僅かな部分を前記第１の円周方向の方
向で前記燃焼器軸線周りに円周方向に旋回させる段階を
更に有することを特徴とする請求項８記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/248,706 US5488829A (en) | 1994-05-25 | 1994-05-25 | Method and apparatus for reducing noise generated by combustion |
| US08/248706 | 1994-05-25 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07324749A true JPH07324749A (ja) | 1995-12-12 |
Family
ID=22940319
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7152611A Withdrawn JPH07324749A (ja) | 1994-05-25 | 1995-05-25 | 燃焼プロセスで生じるノイズを減少させる方法及び燃焼器 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5488829A (ja) |
| JP (1) | JPH07324749A (ja) |
| CA (1) | CA2150088A1 (ja) |
| GB (1) | GB2301428B (ja) |
| IT (1) | IT1281888B1 (ja) |
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| JPH10266806A (ja) * | 1997-03-24 | 1998-10-06 | Hitachi Ltd | 蒸気タービン |
| US7053454B1 (en) | 2000-03-24 | 2006-05-30 | Infineon Technologies Ag | Semiconductor component, method for producing the semiconductor component, and method for producing electrical connections between individual circuit elements |
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| JP2012241982A (ja) * | 2011-05-20 | 2012-12-10 | Hitachi Ltd | 燃焼器 |
| WO2019088107A1 (ja) * | 2017-10-31 | 2019-05-09 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 燃焼器および燃焼方法 |
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| CA2150088A1 (en) | 1995-11-26 |
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| GB2301428B (en) | 1998-09-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020806 |