JPH0814563A - ガスタービン燃焼器 - Google Patents

ガスタービン燃焼器

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Publication number
JPH0814563A
JPH0814563A JP15208594A JP15208594A JPH0814563A JP H0814563 A JPH0814563 A JP H0814563A JP 15208594 A JP15208594 A JP 15208594A JP 15208594 A JP15208594 A JP 15208594A JP H0814563 A JPH0814563 A JP H0814563A
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JP
Japan
Prior art keywords
liner
premixing device
air
premixed
fuel
Prior art date
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Pending
Application number
JP15208594A
Other languages
English (en)
Inventor
Masaaki Matsuhama
正昭 松濱
Tomofumi Nakakita
智文 中北
Toshiyuki Kuyama
利之 久山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SENSHIN ZAIRYO RIYOU GAS JIENE
SENSHIN ZAIRYO RIYOU GAS JIENEREETA KENKYUSHO KK
Original Assignee
SENSHIN ZAIRYO RIYOU GAS JIENE
SENSHIN ZAIRYO RIYOU GAS JIENEREETA KENKYUSHO KK
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Filing date
Publication date
Application filed by SENSHIN ZAIRYO RIYOU GAS JIENE, SENSHIN ZAIRYO RIYOU GAS JIENEREETA KENKYUSHO KK filed Critical SENSHIN ZAIRYO RIYOU GAS JIENE
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Publication of JPH0814563A publication Critical patent/JPH0814563A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 予混合装置を具えるガスタービン燃焼器にお
いては、予混合装置出口付近の予混合気流速が小さくな
る部分を通って、燃焼室から予混合装置内へ逆火が生じ
易い欠点があった。本発明は、ガスタービンの性能を低
減させることなく、逆火を起り難くした、ガスタービン
燃焼器を提供することを目的とする。 【構成】 本発明は、ライナに取付ける予混合装置の取
付部周縁に空気通路を設けて、予混合装置の出口から噴
流する予混合気流の周縁部を空気通路から噴出する空気
流で加速するとともに、予混合気流の周縁部を空気流の
層で包囲するようにした。これにより、予混合装置内の
速度の小さい予混合気境界層内を通って発生する逆火を
防止することができる。また、予混合気の流れに直交す
る方向からの逆火も、周縁部を包囲する空気層に遮ぎら
れて、逆火は生じなくなる。また、逆火防止手段を設け
たことにより、予混合装置内の予混合気流速を小さくで
きるので、ガスタービン性能向上が達成できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、気体燃料又は液体燃料
を燃料とするガスタービン燃焼器の改良に関し、さらに
詳しくは、燃焼ガス温度を低くしてNOX の排出を低減
するため、予混合装置を具えたガスタービン燃焼器に関
する。
【0002】
【従来の技術】ガスタービン燃焼器では、NOX 排出量
を低減する手段の一つとして、予混合装置を設け、燃焼
ガス温度を低くした燃焼方式が研究されている。ところ
が、この燃焼方式の採用に当っては、予混合装置の内部
に可燃の予混合気を流す必要があるため、広い作動条件
下では、予混合気の流速が火炎伝播速度より小さい領域
が生じ、火炎が予混合装置内へ進入する、いわゆる逆火
を生じることがあった。特に、予混合装置の出口付近で
は、予混合気境界層の発達により、流速が火炎伝播速度
より小さく、しかも、小さい速度の領域が十分厚みを持
つ場合が生じることがある。このような、領域が生じる
と燃焼領域からその上流側に設けた予混合装置内への逆
火を生じ易くなる。
【0003】この逆火を生じさせないようにするため
に、予混合装置内を流れる予混合気の流速を、火炎伝播
速度より充分大きくして、逆火を防止する対策が研究さ
れている。しかし、この場合、予混合装置の入口と出口
の圧力差を大きくすることになり、予混合装置出口での
流速は大きくなり、境界層の速度勾配も大きく、境界層
厚さも薄くなるため逆火が生じ難くなるが、その反面ガ
スタービン燃焼器の圧力損失が大となり、ガスタービン
の燃料消費率を悪化させ、ガスタービンエンジン性能の
低下をもたらすこととなる不具合がある。
【0004】なお、上記説明において、予混合気の用語
を用いたが、ガスタービンで燃焼させる燃料に、液体燃
料を用いる場合で、液体燃料が完全に蒸発し切っていな
い場合には、厳密には、予混合気の用語は不適切である
が、説明を簡単にするため、このような場合も含めて、
本願明細書では予混合気と称することとする。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このため、本発明は、
ガスタービン燃焼器の圧力損失が過大となるような、予
混合装置内の予混合気流速を大きくすることなく、逆火
の生じにくくできるガスタービン燃焼器を提供すること
を課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のガスタービン燃焼器は次の手段とした。空
気と燃料とを予混合装置内で混合させた予混合気の、比
較的流速の遅くなる予混合装置出口壁面近傍の流れを、
比較的流速の大きい、かつ燃料を含まない、着火、火炎
伝播の恐れの無い空気流で包囲して加速させるために、
ライナと予混合装置との取付部周辺に空気流路を設け
た。
【0007】
【作用】予混合装置の出口近傍で、予混合気の流速が火
炎伝播速度よりも小さい領域があり、かつその領域が十
分な厚みを有している場合には、その領域を伝わって火
炎が予混合装置内へ進入し、逆火を生じる。
【0008】しかし、予混合装置とライナとの取付部付
近に空気流路を設ける、上述の手段により、該空気流路
からのライナ内に流入する、着火、火炎伝播の恐れのな
い空気流は、予混合装置出口からライナ内へ噴出する予
混合気、特にその周辺部分を加速させる。したがって、
予混合装置内における予混合気流速を低く抑えたとして
も、予混合装置出口の予混合気噴流の辺縁部の流速は大
きくなり、逆火を生じ難くなる。
【0009】また、予混合装置出口からライナ内へ噴出
する予混合気の周縁部が、燃料を含まない空気流で包囲
されるため、該噴流の直角な方向からの該噴流への火炎
伝播も防止できる。
【0010】
【実施例】以下、本発明のガスタービン燃焼器の実施例
を、図面に基づき説明する。図1は、本発明のガスター
ビン燃焼器の第一実施例を示す縦断面図である。ガスタ
ービン燃焼器1は、タービン動翼6の回転軸中心線50
を中心線とする外側ケーシング2′、および内側ケーシ
ング2″からなる円環状のケーシング2と、ケーシング
2と同芯状にしてケーシング2内に配置された外側ライ
ナ3′、および内側ライナ3″からなる円環状のライナ
3とからなる。
【0011】ライナ3には、セラミックス材或いはセラ
ミックス系の複合材が使用されているため、従来のガス
タービン燃焼器で使用されている金属製のライナに採用
されている様な、フィルム冷却は必要としない。
【0012】また、ケーシング2の上流端には、圧縮機
出口の案内翼4が設けられており、下流端には、タービ
ンノズル5が設けられている。このタービンノズル5は
ケーシング2の後流側に隣接して設置された、前記ター
ビン動翼6への燃焼ガスの流れの方向付けを行うもので
ある。
【0013】また、ケーシング2とライナ3で囲まれた
空間の下流端側には,ケーシング2及びライナ3の温度
が上がり過ぎないようにするため、若干の空気流れを許
容するための開口が設けられている。
【0014】またライナ3の内側には、ケーシング2の
外側からライナ3の内側へ貫通して設けたイグナイタ1
2を具える燃焼室7が形成され、その上流側には、予混
合装置8が設置されている。予混合装置8は円環状のラ
イナ3の上流側に、周方向に等ピッチで複数個設けられ
ている。この予混合装置8のライナ3への取付部周囲を
環状に包囲して、空気流路11がライナ3との間に設け
られている。ケーシング2の外側には、燃料供給口9が
設けられており、またケーシング2の外側からライナ3
を貫通して予混合装置8の内部まで、燃料を燃料供給口
から供給する燃料供給管13が設けられている。さら
に、ライナ3の燃焼室7下流には、希釈空気の導入口1
0がライナ3を貫通して設けられている。
【0015】上記のガスタービン燃焼器1では、案内翼
4からケーシング2内へ導入された圧縮空気の一部が、
ライナ3の上流端部から内部へ流入し、その一部は予混
合装置8を通過する際に、燃料供給口9および燃料供給
管13で予混合装置8内に供給された燃料と予混合し
て、予混合気流F+Aとなり燃焼室7内へ流入し、イグ
ナイタ12の点火により、燃焼する。ライナ3の内部へ
流入した、他の一部の空気は、予混合装置8の周囲に設
けられた環状の空気流路11を通過して、燃焼室7へ流
入するが、その際、空気通路11から流入する空気流A
は、予混合装置8から燃焼室7へ噴出する予混合気流F
+Aの周辺部分を加速させるとともに、予混合気流F+
Aの周縁部を包囲して、周囲の高温部からしゃ断するこ
とにより、逆火を生じにくくさせる。
【0016】すなわち、図2の模式図に示すように、予
混合装置8出口から燃焼室7へ噴出する予混合気流F+
Aの速度VF+A は、予混合装置8の周囲に数mmの幅で設
けられた空気通路11から燃焼室7へ噴出する空気流A
の速度VA に比べ、予混合装置8内で発生する損失ヘッ
ドの分だけ遅くなるとともに、通過する流路の長さの長
い分だけ、境界層の発達が大きく、予混合装置8出口で
の速度分布V* F+A は、周縁部に小さい速度VF+A 成分
を持つ形状のものとなる。これに対して、空気通路11
からの空気流Aの速度分布V* A は、空気通路11が短
く、壁面に発生する境界層の影響を全んど受けることが
なく、また空気通路11内に空気流Aを減速する障害物
がないため、予混合気流F+Aの速度VF+A より大き
い、ほぼ等速の速度分布になる。
【0017】このような、2つ流れは燃焼室7内を下流
側へ流れる間、予混合装置8内で生じた流速VF+A の遅
い部分が、空気通路11からの速い流速VA の流れに吸
引される形で加速され、予混合装置8の出口からxo
下流側では、図示するように2つの流れが合体した流速
分布V* のものとなる。しかも、合体した流速分布V *
の周縁部の遅い流れの部分は、燃料が希薄な空気流VA
と略同じ成分の流れとなっている。このように、空気通
路11から流入する空気流Aは、予混合気流F+Aの周
縁部の流れを加速するとともに、燃料を全んど含まない
空気流Aの層で予混合気F+Aの周縁部の流れを包囲す
る働きをする。しかし、空気流路11を通過する空気流
Aの流量は予混合装置8内に流入する空気流量と比較す
ると、微小のもので充分であり、燃焼室7における予混
合気流F+Aの燃焼に影響を与えることはない。
【0018】また、燃焼室7で燃焼させた燃焼ガスは、
案内翼4から導入されケーシング2とライナ3との間を
通過し、燃焼室7の下流側のライナ3にあけられた導入
口10から導入された希釈空気と混合して、タービンノ
ズル5を通り、動翼6を駆動させる。
【0019】次に、図3は本発明の第2の実施例を示す
断面図であり、図3(A)は縦断面図、図3(B)は図
3(A)の矢視A−A部分横断面図である。
【0020】本実施例においては、第1の実施例に示し
た、ライナ3にあけられた希釈空気の導入口10に対応
するものが設けられておらず、予混合装置8内の燃空比
が更に小さくなっている。このような場合にも、ガスタ
ービンエンジンの広い作動範囲に亘って安定した燃焼を
実現するものである。
【0021】本実施例の場合、円環状のライナ3の外周
側、および内周側に対向して配置された予混合装置8
の、ライナ3への取付部周囲は空気流路11で囲われて
おり、予混合装置8および空気流路11から燃焼室7へ
流出する噴流は互いに衝突し、ライナ3内に安定した再
循環領域を形成し、エンジンの広い作動範囲に亘って安
定した燃焼を実現できるようにしている。
【0022】また、図4は本発明の第3の実施例を示す
縦断面図である。本実施例においては、保炎器14を予
混合装置11の下流側に設置することにより、ライナ3
内に安定した再循環領域を形成できるものである。保炎
器14はノズル5と同等の材料で、ノズル5より空力負
荷が小さくなるようにされ、予混合装置11の出口に対
向して設けている。
【0023】図3及び図4に示す実施例では、ライナ3
に空気孔10(いわゆる、一次空気孔、二次空気孔、希
釈空気孔、フィルム冷却空気孔)が全く設けてなく、即
ち、ケーシング2とライナ3で囲まれた下流端側に設け
られた前記した開口から流出する空気を除く、全ての空
気は予混合装置8、及びその周囲の空気流路11を通る
ので、最も希薄な燃焼が可能になり、その分NOX 排出
量を低くすることができる。
【0024】他の有害排出物、例えば未燃焼炭化水素
(UHC)、一酸化炭素(CO)等については、希薄燃
焼そのものは一般的には悪い方向に作用することも考え
られるが、近年の高温、高圧ガスタービンでは、ガスタ
ービン燃焼器入口における空気温度が十分高く、この様
なガスタービン燃焼器に採用する場合には問題は生じな
い。さらに、着火性についても同様に問題は生じない。
【0025】さらに、上記第1実施例を含む実施例全て
において、空気流路11付加によりライナ3内、外の差
圧を低く抑えることができ、このためライナ3のバック
リングに対する余裕が格段に向上する利点がある。
【0026】
【発明の効果】以上、述べたように、本発明のガスター
ビン燃焼器によれば、特許請求の範囲に示す構成によ
り、広い作動領域に亘って逆火を生じ難く、安定した燃
焼を確保したまま、予混合装置内の空気流速を小さくで
きるので、予混合装置の入口、出口の圧力差を小さくす
ることができ、ガスタービン燃焼器の圧力損失を低く抑
え、ガスタービンの燃料消費率が改善される。
【0027】また、予混合装置内の流速を小さくするこ
とにより、予混合装置内での燃料の滞留時間が大にな
り、燃料と空気の混合が促進され、良好な燃焼ができ、
ガスタービンエンジンの性能向上に寄与する。
【0028】さらには、予混合装置内での燃料の滞留時
間を同じにして、予混合装置の長さを短縮させたもので
は、その分、ガスタービン燃焼器の全長を短縮でき、ガ
スタービンエンジンをコンパクトにできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のガスタービン燃焼器の第1実施例を示
す縦断面図
【図2】図1の予混合装置および空気通路近傍の流れの
状態を示す模式図
【図3】本発明の第2実施例を示す図で、図3(A)は
縦断面図、図3(B)は図3(A)の矢視A−A部分横
断面図
【図4】本発明の第3実施例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
1 ガスタービン燃焼器 2 ケーシング 3 ライナ 7 燃焼室 8 予混合装置 11 環状空気流路 12 イグナイタ 13 燃料供給管 14 保炎器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中北 智文 東京都西多摩郡瑞穂町殿ケ谷229番地石川 島播磨重工業株式会社瑞穂工場内株式会社 先進材料利用ガスジェネレータ研究所瑞穂 分室内 (72)発明者 久山 利之 兵庫県神戸市西区高塚台2丁目8番1号川 崎重工業株式会社西神工場内株式会社先進 材料利用ガスジェネレータ研究所西神分室 内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ケーシング内にライナを設け、前記ライ
    ナの上流に設置した予混合装置で、空気および燃料を混
    合して予混合気とし、前記予混合気を前記ライナ内に設
    けた燃焼室で燃焼して燃焼ガスとし、該燃焼ガスで前記
    ケーシングの後流側に設置したタービン動翼を駆動する
    ガスタービン燃焼器において、前記ライナと前記予混合
    装置との取付部周辺に、前記予混合装置から前記ライナ
    の内部に流入する前記予混合気の周縁部を包囲して、加
    速する空気流れを形成させる空気通路を設けたことを特
    徴とするガスタービン燃焼器。
JP15208594A 1994-07-04 1994-07-04 ガスタービン燃焼器 Pending JPH0814563A (ja)

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JP15208594A JPH0814563A (ja) 1994-07-04 1994-07-04 ガスタービン燃焼器

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JP15208594A JPH0814563A (ja) 1994-07-04 1994-07-04 ガスタービン燃焼器

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JPH0814563A true JPH0814563A (ja) 1996-01-19

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JP15208594A Pending JPH0814563A (ja) 1994-07-04 1994-07-04 ガスタービン燃焼器

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JP (1) JPH0814563A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4767857A (en) * 1986-12-17 1988-08-30 Basf Aktiengesellschaft Preparation of caprolactam

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4767857A (en) * 1986-12-17 1988-08-30 Basf Aktiengesellschaft Preparation of caprolactam

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