JPH09178187A - 径方向インフローデュアル燃料インジェクタを備えた燃焼器及び燃料／空気混合チューブ - Google Patents
径方向インフローデュアル燃料インジェクタを備えた燃焼器及び燃料／空気混合チューブInfo
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- JPH09178187A JPH09178187A JP8301417A JP30141796A JPH09178187A JP H09178187 A JPH09178187 A JP H09178187A JP 8301417 A JP8301417 A JP 8301417A JP 30141796 A JP30141796 A JP 30141796A JP H09178187 A JPH09178187 A JP H09178187A
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 径方向インフローデュアル燃料インジェクタ
を提供する。 【解決手段】 ガスタービンエンジンの燃焼器は、低窒
素酸化物放出量を維持しつつ液状燃料、気体状燃料の双
方で運転が可能となっている。それぞれのプライマリ混
合チューブの上流側端には、気体状燃料が供給される外
側マニホルドが設けられている。上記気体状燃料は、上
記混合チューブへと複数のオリフィスから充分な運動量
で噴射されて、それぞれの混合チューブの流路を横切っ
て均一に分散される。所定の燃料についての量論比に対
して７５％を超えないようにすることで、低窒素酸化物
放出量のための最適燃料／空気比が得られるようになっ
ている。
を提供する。 【解決手段】 ガスタービンエンジンの燃焼器は、低窒
素酸化物放出量を維持しつつ液状燃料、気体状燃料の双
方で運転が可能となっている。それぞれのプライマリ混
合チューブの上流側端には、気体状燃料が供給される外
側マニホルドが設けられている。上記気体状燃料は、上
記混合チューブへと複数のオリフィスから充分な運動量
で噴射されて、それぞれの混合チューブの流路を横切っ
て均一に分散される。所定の燃料についての量論比に対
して７５％を超えないようにすることで、低窒素酸化物
放出量のための最適燃料／空気比が得られるようになっ
ている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンエン
ジン用の燃焼器に関し、より詳細には、窒素酸化物低放
出性の液体燃料又は気体燃料運転用の燃焼器に関する。
ジン用の燃焼器に関し、より詳細には、窒素酸化物低放
出性の液体燃料又は気体燃料運転用の燃焼器に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃焼の副生成物として、ガスタービンエ
ンジンは典型的には、大気汚染を生じさせる窒素酸化物
（ＮＯｘ）を放出する。燃焼プロセス中における窒素酸
化物の形成は、通常、燃料と空気と、が高温で反応する
ことに起因している。窒素酸化物放出水準は、上記燃焼
プロセスの温度を制御することによって低減することが
できる。上記燃焼温度を制御し、上記窒素酸化物放出性
を最低限とする既知の方法としては、上記燃料を確実に
完全燃焼させるとともに、燃料と、空気と、を均一に混
合させることを挙げることができる。
ンジンは典型的には、大気汚染を生じさせる窒素酸化物
（ＮＯｘ）を放出する。燃焼プロセス中における窒素酸
化物の形成は、通常、燃料と空気と、が高温で反応する
ことに起因している。窒素酸化物放出水準は、上記燃焼
プロセスの温度を制御することによって低減することが
できる。上記燃焼温度を制御し、上記窒素酸化物放出性
を最低限とする既知の方法としては、上記燃料を確実に
完全燃焼させるとともに、燃料と、空気と、を均一に混
合させることを挙げることができる。
【０００３】ロビンソン(Robinson)等の米国特許第４，
２２２，２３２号及び、ルイス(Lewis)等による米国特
許第４，２２６，０８３号及びルイス等による米国特許
第４，２１５，５３５号は、液体燃料で運転されるガス
タービンエンジンから、上記燃料を完全燃焼させ、かつ
上記燃料を空気とともに均一に混合させることにより窒
素酸化物放出を低減させる方法及び装置について開示し
ている。上記それぞれの特許に開示された構成は、いか
なる内部の変化に対して極めても影響を受け易かった。
また、上記それぞれの特許に記載されているそのままの
システムを用いなければ、低窒素酸化物放出性を達成す
ることはできなかった。しかしながら、燃料価格が変動
することもあり、動力源を保有する多くの顧客にとって
は、液体燃料又は気体燃料のいづれを選択しても、ガス
タービンエンジンを運転できるようにすることが望まれ
ていた。多くの市販のデュアルノズルが利用できるが、
上記した米国特許に記載された構成の窒素酸化物低放出
性のものは市販されていない。また、気体状燃料で運転
されているガスタービンエンジンは、サイトに依存する
天然ガスの特性により、温度及び圧力といった変動を補
償してやる必要がある。これまでに知られているほとん
どのデュアル燃料ノズルは、窒素酸化物放出性を低く抑
えつつ、上記気体状燃料の変動を容易かつ適切に調節す
ることは困難であった。
２２２，２３２号及び、ルイス(Lewis)等による米国特
許第４，２２６，０８３号及びルイス等による米国特許
第４，２１５，５３５号は、液体燃料で運転されるガス
タービンエンジンから、上記燃料を完全燃焼させ、かつ
上記燃料を空気とともに均一に混合させることにより窒
素酸化物放出を低減させる方法及び装置について開示し
ている。上記それぞれの特許に開示された構成は、いか
なる内部の変化に対して極めても影響を受け易かった。
また、上記それぞれの特許に記載されているそのままの
システムを用いなければ、低窒素酸化物放出性を達成す
ることはできなかった。しかしながら、燃料価格が変動
することもあり、動力源を保有する多くの顧客にとって
は、液体燃料又は気体燃料のいづれを選択しても、ガス
タービンエンジンを運転できるようにすることが望まれ
ていた。多くの市販のデュアルノズルが利用できるが、
上記した米国特許に記載された構成の窒素酸化物低放出
性のものは市販されていない。また、気体状燃料で運転
されているガスタービンエンジンは、サイトに依存する
天然ガスの特性により、温度及び圧力といった変動を補
償してやる必要がある。これまでに知られているほとん
どのデュアル燃料ノズルは、窒素酸化物放出性を低く抑
えつつ、上記気体状燃料の変動を容易かつ適切に調節す
ることは困難であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従って、これまで動力
源を使用する顧客に対して低窒素酸化物放出性を保ちつ
つ、液状燃料でも気体状燃料であっても運転を任意に選
択することができるようにすることが、工業的に要求さ
れていた。
源を使用する顧客に対して低窒素酸化物放出性を保ちつ
つ、液状燃料でも気体状燃料であっても運転を任意に選
択することができるようにすることが、工業的に要求さ
れていた。
【０００５】従って、本発明は、液状燃料、気体状燃料
のいずれに対しても窒素酸化物放出量を低く抑えること
を目的とする。
のいずれに対しても窒素酸化物放出量を低く抑えること
を目的とする。
【０００６】また、本発明は、窒素酸化物放出性に悪影
響を与えずに依然として窒素酸化物放出水準を許容でき
るような水準とすることができるように、液状燃料のみ
の燃焼器に気体状燃料を加えられるような能力を付与す
るすることを目的とする。
響を与えずに依然として窒素酸化物放出水準を許容でき
るような水準とすることができるように、液状燃料のみ
の燃焼器に気体状燃料を加えられるような能力を付与す
るすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】従って、本発明の目的
は、本発明に従い、窒素酸化物低放出の既存の燃焼器シ
ステムに、気体状燃料噴射能力を設けることによって達
成できる。環状の外側マニフォルドは、複数の混合チュ
ーブのそれぞれの上流端に取り付けられていて、気体状
燃料が、上記マニホルドへと供給され、その後に上記複
数の混合チューブへとガスオリフィスを通じて、上記混
合チューブの流路を横切って均一に分散させることがで
きるよう、充分な運動量で噴射されるようになってい
る。上記複数のオリフィスは、上記混合チューブ内に形
成されていて、上記混合チューブ壁に対して実質的に垂
直とされており、所定の運動量において最大の浸透性を
与えるようにされている。噴射された上記気体状燃料
は、上記流路を横切るように均一に分散され、各混合チ
ューブの下流側において燃料／空気混合物として完全に
混合されて、上記燃焼器へと導入されるようになってい
る。窒素酸化物低放出性を達成するため最適な燃料／空
気比は、それぞれ気体状燃料及び液状燃料について、プ
ライマリ混合チューブと、セコンダリ混合チューブとの
双方において、量論比のほぼ５０〜７５％（５０〜７５
％）であった。
は、本発明に従い、窒素酸化物低放出の既存の燃焼器シ
ステムに、気体状燃料噴射能力を設けることによって達
成できる。環状の外側マニフォルドは、複数の混合チュ
ーブのそれぞれの上流端に取り付けられていて、気体状
燃料が、上記マニホルドへと供給され、その後に上記複
数の混合チューブへとガスオリフィスを通じて、上記混
合チューブの流路を横切って均一に分散させることがで
きるよう、充分な運動量で噴射されるようになってい
る。上記複数のオリフィスは、上記混合チューブ内に形
成されていて、上記混合チューブ壁に対して実質的に垂
直とされており、所定の運動量において最大の浸透性を
与えるようにされている。噴射された上記気体状燃料
は、上記流路を横切るように均一に分散され、各混合チ
ューブの下流側において燃料／空気混合物として完全に
混合されて、上記燃焼器へと導入されるようになってい
る。窒素酸化物低放出性を達成するため最適な燃料／空
気比は、それぞれ気体状燃料及び液状燃料について、プ
ライマリ混合チューブと、セコンダリ混合チューブとの
双方において、量論比のほぼ５０〜７５％（５０〜７５
％）であった。
【０００８】本発明の主要な利点の一つとしては、上記
気体状燃料噴射能力追加により、上記液状燃料流路を遮
ることが無く、かつ、液状燃料で上記ガスタービンエン
ジンを運転している際の上記窒素酸化物放出性に対して
悪影響を与えないようになっていることを挙げることが
できる。
気体状燃料噴射能力追加により、上記液状燃料流路を遮
ることが無く、かつ、液状燃料で上記ガスタービンエン
ジンを運転している際の上記窒素酸化物放出性に対して
悪影響を与えないようになっていることを挙げることが
できる。
【０００９】本発明の上記目的及びその他の目的及び効
果については、詳細な説明で後述する代表的な実施例
と、添付の図面と、をもってより詳細に説明を行う。
果については、詳細な説明で後述する代表的な実施例
と、添付の図面と、をもってより詳細に説明を行う。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１は、カン型燃焼チャンバ即
ち、燃焼器を示しており、これは、ルイス等による米国
特許第４，２２６，０８３号、第４，２１５，５３５号
及びロビンソン等による米国特許第４，２２２，２３２
号に記載のものと同一である。上記それぞれの特許に開
示されている内容については、本願中においても参照す
ることができる。上記燃焼器は、燃料／空気混合領域１
０と、燃焼領域１２と、ディリューション(dilution)領
域、即ち希釈領域１４と、を有している。上記燃焼領域
１２は、円筒体１６によって形成されている。上記燃料
／空気混合領域１０は、複数のプライマリ、即ちパイロ
ット混合チューブ１８と、一つのセコンダリ、即ちメイ
ンミキシングチューブ２０と、を有している。それぞれ
の上記プライマリチューブ１８は、曲がりくねった形状
と、を有している。上記セコンダリ混合チューブ２０
は、上記燃焼チャンバに対して軸向きに配列されている
とともに、これに近接して位置決めされているが、上記
燃焼チャンバの軸とが同一にされている必要はない。
ち、燃焼器を示しており、これは、ルイス等による米国
特許第４，２２６，０８３号、第４，２１５，５３５号
及びロビンソン等による米国特許第４，２２２，２３２
号に記載のものと同一である。上記それぞれの特許に開
示されている内容については、本願中においても参照す
ることができる。上記燃焼器は、燃料／空気混合領域１
０と、燃焼領域１２と、ディリューション(dilution)領
域、即ち希釈領域１４と、を有している。上記燃焼領域
１２は、円筒体１６によって形成されている。上記燃料
／空気混合領域１０は、複数のプライマリ、即ちパイロ
ット混合チューブ１８と、一つのセコンダリ、即ちメイ
ンミキシングチューブ２０と、を有している。それぞれ
の上記プライマリチューブ１８は、曲がりくねった形状
と、を有している。上記セコンダリ混合チューブ２０
は、上記燃焼チャンバに対して軸向きに配列されている
とともに、これに近接して位置決めされているが、上記
燃焼チャンバの軸とが同一にされている必要はない。
【００１１】図には、一つの燃焼器を示しているが、複
数の燃焼器は、それぞれのエンジンにおいて用いられて
いても良い。図２には、インナエンジンケース２４とア
ウタエンジンケース２６との間の環状部２２内において
複数の上記燃焼器が、上記エンジンを取り囲むように周
方向に離間しているのが示されている。ディフューザ２
８は、圧縮機領域（図示せず）から上記環状部２２へと
軸方向に導いている。それぞれの燃焼器は、トランジッ
ションダクト３０を通してタービン領域（図示せず）へ
と吐出を行う。希釈用空気は、上記燃焼器の上記希釈領
域へと複数の希釈ホール３２を通して流されるようにな
っている。イグナイタ３４は、上記プライマリチューブ
１８から上記燃料／空気混合物が吐出される領域まで上
記燃焼器へと突き出ている。
数の燃焼器は、それぞれのエンジンにおいて用いられて
いても良い。図２には、インナエンジンケース２４とア
ウタエンジンケース２６との間の環状部２２内において
複数の上記燃焼器が、上記エンジンを取り囲むように周
方向に離間しているのが示されている。ディフューザ２
８は、圧縮機領域（図示せず）から上記環状部２２へと
軸方向に導いている。それぞれの燃焼器は、トランジッ
ションダクト３０を通してタービン領域（図示せず）へ
と吐出を行う。希釈用空気は、上記燃焼器の上記希釈領
域へと複数の希釈ホール３２を通して流されるようにな
っている。イグナイタ３４は、上記プライマリチューブ
１８から上記燃料／空気混合物が吐出される領域まで上
記燃焼器へと突き出ている。
【００１２】図２から図４には、それぞれのプライマリ
チューブ１８と上記セコンダリチューブ２０とがベンチ
ュリ型の燃料／空気予混合器４０をそれぞれのチューブ
上流側端４２に備えているのが示されている。空気によ
り噴霧される液状燃料ノズル４４は、それぞれのベンチ
ュリ型予混合器４０の中心に配設されている。上記セコ
ンダリチューブ２０は、また、複数のインレット旋回ベ
ーン４６を有しており、これらの旋回ベーンは、上記空
気噴霧液体型ノズル４４の径方向外側、かつ、上記ベン
チュリ型予混合器４０のベンチュリ予混合壁４８の径方
向内側に取り付けられているが、これを図４に示す。環
状の外側気体燃料マニホルド５０は、上記プライマリチ
ューブ１８及び上記セコンダリチューブ２０のそれぞれ
の上記ベンチュリ型予混合器壁４８の径方向外側に配設
されている。複数のガスオリフィス５２は、上記それぞ
れのチューブ１８，２０の上記ベンチュリ予混合器壁４
８に形成されている。上記ガスオリフィス５２は、上記
ベンチュリ型予混合器壁４８に対して実質的に垂直とな
るように成形されているとともに、その周方向において
互いに均等に離間している。上記ガスオリフィスは、最
適混合させるためにはできるだけ上流側に配設されるこ
とが好ましいが、これら複数のオリフィスは、上記セコ
ンダリチューブ２０の旋回ベーン４６に衝突しないよ
う、充分下流に配設してやる必要がある。上記複数のガ
スオリフィス５２の形状は、円形として示してある。し
かしながら、スロット又はスリットといった別の形状と
することもできる。
チューブ１８と上記セコンダリチューブ２０とがベンチ
ュリ型の燃料／空気予混合器４０をそれぞれのチューブ
上流側端４２に備えているのが示されている。空気によ
り噴霧される液状燃料ノズル４４は、それぞれのベンチ
ュリ型予混合器４０の中心に配設されている。上記セコ
ンダリチューブ２０は、また、複数のインレット旋回ベ
ーン４６を有しており、これらの旋回ベーンは、上記空
気噴霧液体型ノズル４４の径方向外側、かつ、上記ベン
チュリ型予混合器４０のベンチュリ予混合壁４８の径方
向内側に取り付けられているが、これを図４に示す。環
状の外側気体燃料マニホルド５０は、上記プライマリチ
ューブ１８及び上記セコンダリチューブ２０のそれぞれ
の上記ベンチュリ型予混合器壁４８の径方向外側に配設
されている。複数のガスオリフィス５２は、上記それぞ
れのチューブ１８，２０の上記ベンチュリ予混合器壁４
８に形成されている。上記ガスオリフィス５２は、上記
ベンチュリ型予混合器壁４８に対して実質的に垂直とな
るように成形されているとともに、その周方向において
互いに均等に離間している。上記ガスオリフィスは、最
適混合させるためにはできるだけ上流側に配設されるこ
とが好ましいが、これら複数のオリフィスは、上記セコ
ンダリチューブ２０の旋回ベーン４６に衝突しないよ
う、充分下流に配設してやる必要がある。上記複数のガ
スオリフィス５２の形状は、円形として示してある。し
かしながら、スロット又はスリットといった別の形状と
することもできる。
【００１３】図３には、液状燃料供給手段５６が、液状
燃料をそれぞれのプライマリチューブ１８の空気噴霧型
燃料ノズル４４へと供給しているのが示されている。気
体状燃料供給手段５８は、上記プライマリチューブ１８
のそれぞれの上記マニホルド５０へと気体状燃料を供給
している。また、液体燃料供給手段６０と、気体状燃料
供給手段６２と、はそれぞれ、上記空気噴霧型液状燃料
ノズル４４と上記チューブ２０の上記マニホルド５０の
それぞれへと、液状及び気体状燃料をそれぞれ供給して
いる。上記プライマリ液状燃料供給手段５６と、上記セ
コンダリ液状燃料供給手段６０とは、それぞれが独立し
て運転できるようになっていて、上記燃焼器へと上記液
状燃料を段階的に流すことができるようにされている。
上記プライマリ気体状燃料供給手段５８と上記セコンダ
リ気体状燃料供給手段６２とは、それぞれ独立して運転
できるようにされていて、上記燃焼器へと気体状燃料だ
けを段階的に流すことができるようにされている。
燃料をそれぞれのプライマリチューブ１８の空気噴霧型
燃料ノズル４４へと供給しているのが示されている。気
体状燃料供給手段５８は、上記プライマリチューブ１８
のそれぞれの上記マニホルド５０へと気体状燃料を供給
している。また、液体燃料供給手段６０と、気体状燃料
供給手段６２と、はそれぞれ、上記空気噴霧型液状燃料
ノズル４４と上記チューブ２０の上記マニホルド５０の
それぞれへと、液状及び気体状燃料をそれぞれ供給して
いる。上記プライマリ液状燃料供給手段５６と、上記セ
コンダリ液状燃料供給手段６０とは、それぞれが独立し
て運転できるようになっていて、上記燃焼器へと上記液
状燃料を段階的に流すことができるようにされている。
上記プライマリ気体状燃料供給手段５８と上記セコンダ
リ気体状燃料供給手段６２とは、それぞれ独立して運転
できるようにされていて、上記燃焼器へと気体状燃料だ
けを段階的に流すことができるようにされている。
【００１４】上記プライマリチューブ１８は、それぞれ
が上記燃焼器の燃焼領域の径方向外側部分へと周方向に
上記気体状燃料が流れるように吐出できるように調節さ
れている。上記セコンダリチューブ２０は、上記燃焼領
域の上記中心部分へと上記気体を流すべく吐出するよう
に調節されている。図５には、上記セコンダリチューブ
２０の下流側端に、排出側旋回器７０が流れを横切る向
きに配設されているのが示されている。上記旋回器７０
は、上記セコンダリ混合チューブ２０を通って流れる上
記媒体ガスを周方向に旋回させるようにしている複数の
排出ベーン７２を備えている。中心プラグ７４は、複数
のホール７６を有しているとともに、上記混合チューブ
２０の中心に位置決めされている。上記プライマリ混合
チューブ即ち、パイロット混合チューブ１８（図示せ
ず）は、それぞれ対応するアパーチャ７８を通して上記
燃焼チャンバ内へ吐出を行なうようになっている。上記
プライマリ混合チューブ１８の複数の上記アパーチャ７
８を通して吐出される流れは、上記チャンバをを取り囲
むように周方向へと旋回されることとなるが、この方向
は、上記セコンダリ混合チューブ２０から吐出される気
体の方向と逆方向にされている。
が上記燃焼器の燃焼領域の径方向外側部分へと周方向に
上記気体状燃料が流れるように吐出できるように調節さ
れている。上記セコンダリチューブ２０は、上記燃焼領
域の上記中心部分へと上記気体を流すべく吐出するよう
に調節されている。図５には、上記セコンダリチューブ
２０の下流側端に、排出側旋回器７０が流れを横切る向
きに配設されているのが示されている。上記旋回器７０
は、上記セコンダリ混合チューブ２０を通って流れる上
記媒体ガスを周方向に旋回させるようにしている複数の
排出ベーン７２を備えている。中心プラグ７４は、複数
のホール７６を有しているとともに、上記混合チューブ
２０の中心に位置決めされている。上記プライマリ混合
チューブ即ち、パイロット混合チューブ１８（図示せ
ず）は、それぞれ対応するアパーチャ７８を通して上記
燃焼チャンバ内へ吐出を行なうようになっている。上記
プライマリ混合チューブ１８の複数の上記アパーチャ７
８を通して吐出される流れは、上記チャンバをを取り囲
むように周方向へと旋回されることとなるが、この方向
は、上記セコンダリ混合チューブ２０から吐出される気
体の方向と逆方向にされている。
【００１５】上記燃焼器を液状燃料で運転している際に
は、上記燃焼器の運転は、上記それぞれの米国特許に開
示されている方法と同一である。従って、上記それぞれ
の特許において開示された内容それ自体については、上
記気体状燃料噴射能力の追加によっては影響を受けるも
のではない。
は、上記燃焼器の運転は、上記それぞれの米国特許に開
示されている方法と同一である。従って、上記それぞれ
の特許において開示された内容それ自体については、上
記気体状燃料噴射能力の追加によっては影響を受けるも
のではない。
【００１６】上記燃焼器を気体状燃料で運転している場
合には、気体状燃料は、上記気体状燃料供給手段５８を
通して、複数の上記プライマリチューブ１８の上記それ
ぞれのマニホルド５０へと流される。上記気体状燃料
は、複数の上記ガスオリフィス５２を通して上記流路内
へと径方向から充分な運動量で噴射されて、上記プライ
マリ混合チューブ１８の上記流路を横着る向きに分散さ
れることとなる。この燃焼器空気は、上記ベンチュリ型
予混合器４０へと上記ガスジェットに対して実質的に垂
直方向から導入され、上記ガスは、所定の運動量におい
て最大に侵入させることができるようになっている。上
記プライマリチューブ１８内において、用いる気体状燃
料に対する量論比の約５０〜７５％の空気と上記気体状
燃料が混合される。
合には、気体状燃料は、上記気体状燃料供給手段５８を
通して、複数の上記プライマリチューブ１８の上記それ
ぞれのマニホルド５０へと流される。上記気体状燃料
は、複数の上記ガスオリフィス５２を通して上記流路内
へと径方向から充分な運動量で噴射されて、上記プライ
マリ混合チューブ１８の上記流路を横着る向きに分散さ
れることとなる。この燃焼器空気は、上記ベンチュリ型
予混合器４０へと上記ガスジェットに対して実質的に垂
直方向から導入され、上記ガスは、所定の運動量におい
て最大に侵入させることができるようになっている。上
記プライマリチューブ１８内において、用いる気体状燃
料に対する量論比の約５０〜７５％の空気と上記気体状
燃料が混合される。
【００１７】上記燃料／空気混合物は、次いで上記アパ
ーチャ７８を通って上記燃焼チャンバの上記燃焼領域１
２へと吐出される。上記燃料／空気混合物が接線方向か
ら吐出されて方向に旋回運動が生じることとともに、複
数の上記プライマリチューブ１８の曲がりくねった構造
により、上記燃料と空気混合物の混合時間が増加でき
る。このような旋回する混合物は、上記イグナイタ３４
によって上記燃焼領域内において着火される。
ーチャ７８を通って上記燃焼チャンバの上記燃焼領域１
２へと吐出される。上記燃料／空気混合物が接線方向か
ら吐出されて方向に旋回運動が生じることとともに、複
数の上記プライマリチューブ１８の曲がりくねった構造
により、上記燃料と空気混合物の混合時間が増加でき
る。このような旋回する混合物は、上記イグナイタ３４
によって上記燃焼領域内において着火される。
【００１８】上記エンジンの出力水準を高めるには、上
記供給手段６２を通して上記セコンダリチューブ２０の
上記マニホルド５０へと気体燃料を流す。上記気体状燃
料は、複数の上記ガスオリフィス５２を通して上記流路
内へと径方向から充分な運動量をもって噴射され、複数
の上記セコンダリ混合チューブ２０の上記流路を横切っ
て分散される。上記燃焼器空気は、上記ベンチュリ型予
混合器４０へと上記ガスジェットに対して実質的に垂直
に導入されるので、上記ガスは、所定の運動量において
最大侵入量を得ることができる。上記セコンダリチュー
ブ２０内の気体状燃料は、それを通して流れる空気と、
用いるべき量論比の空気に対して５０〜７５％の比で混
合される。上記燃料／空気混合物は、実質的に上記旋回
ベーン７２を横切るように流されている。上記複数のベ
ーンは、上記混合物を周方向に旋回運動を生じさせると
ともに、上記プライマリチューブ１８からの上記旋回燃
料／空気混合物は、上記燃焼領域内において大きな遠心
力場を生じさせる。
記供給手段６２を通して上記セコンダリチューブ２０の
上記マニホルド５０へと気体燃料を流す。上記気体状燃
料は、複数の上記ガスオリフィス５２を通して上記流路
内へと径方向から充分な運動量をもって噴射され、複数
の上記セコンダリ混合チューブ２０の上記流路を横切っ
て分散される。上記燃焼器空気は、上記ベンチュリ型予
混合器４０へと上記ガスジェットに対して実質的に垂直
に導入されるので、上記ガスは、所定の運動量において
最大侵入量を得ることができる。上記セコンダリチュー
ブ２０内の気体状燃料は、それを通して流れる空気と、
用いるべき量論比の空気に対して５０〜７５％の比で混
合される。上記燃料／空気混合物は、実質的に上記旋回
ベーン７２を横切るように流されている。上記複数のベ
ーンは、上記混合物を周方向に旋回運動を生じさせると
ともに、上記プライマリチューブ１８からの上記旋回燃
料／空気混合物は、上記燃焼領域内において大きな遠心
力場を生じさせる。
【００１９】上記プライマリ燃料／空気混合物を着火し
て燃焼させることで、上記燃焼領域の径方向外側におけ
る実質的に上記ガスの密度は減少する。従って、上記セ
コンダリチューブからの上記燃料／空気混合物は、これ
らの加熱され、より低密度のガスへ、外側へと遠心力に
よって向けられることとなる。上記加熱ガスは、上記セ
コンダリ燃料／空気混合物の温度を上記セコンダリ混合
物の着火が自発的に生じる温度にまで高めることにな
る。上記燃焼するプライマリ燃料／空気混合物へと、上
記セコンダリ燃料／空気混合物を強制的に混合すること
によって、利用可能な燃料が極めて迅速に燃焼すること
になる。このため、窒素と、酸素と、を含有する気体が
上記の高い燃焼温度へと晒される時間は、複数のホール
３２を通してくる温度制御された希釈用空気が注入され
るまでの短時間に短縮できることになる。
て燃焼させることで、上記燃焼領域の径方向外側におけ
る実質的に上記ガスの密度は減少する。従って、上記セ
コンダリチューブからの上記燃料／空気混合物は、これ
らの加熱され、より低密度のガスへ、外側へと遠心力に
よって向けられることとなる。上記加熱ガスは、上記セ
コンダリ燃料／空気混合物の温度を上記セコンダリ混合
物の着火が自発的に生じる温度にまで高めることにな
る。上記燃焼するプライマリ燃料／空気混合物へと、上
記セコンダリ燃料／空気混合物を強制的に混合すること
によって、利用可能な燃料が極めて迅速に燃焼すること
になる。このため、窒素と、酸素と、を含有する気体が
上記の高い燃焼温度へと晒される時間は、複数のホール
３２を通してくる温度制御された希釈用空気が注入され
るまでの短時間に短縮できることになる。
【００２０】本発明は、上記したように気体状燃料と同
様、液状燃料に対しても燃料／空気比を小さくして燃焼
器を運転することによるものであり、これは、上記量論
的温度よりも上記燃焼温度を実質的に低くするべく酸素
リッチ環境とするものである。燃料／空気比を、量論比
の７５％を超えないようにすることにより、窒素酸化物
の発生を適切に抑えることが可能である。さらに、過剰
量の酸素は、上記燃料が確実に完全燃焼させ、この結
果、確実に一酸化炭素発生量も低減させることができ
る。
様、液状燃料に対しても燃料／空気比を小さくして燃焼
器を運転することによるものであり、これは、上記量論
的温度よりも上記燃焼温度を実質的に低くするべく酸素
リッチ環境とするものである。燃料／空気比を、量論比
の７５％を超えないようにすることにより、窒素酸化物
の発生を適切に抑えることが可能である。さらに、過剰
量の酸素は、上記燃料が確実に完全燃焼させ、この結
果、確実に一酸化炭素発生量も低減させることができ
る。
【００２１】低燃料／空気比を維持させるためには、段
階的燃焼法を使用できる。上記エンジンの運転領域にわ
たって、上記プライマリチューブ及び上記セコンダリチ
ューブ双方の上記燃料／空気比は、密接に制御されてい
る。
階的燃焼法を使用できる。上記エンジンの運転領域にわ
たって、上記プライマリチューブ及び上記セコンダリチ
ューブ双方の上記燃料／空気比は、密接に制御されてい
る。
【００２２】本発明の主な効果は、上記ガスタービンエ
ンジンが、窒素酸化物を低放出としつつ、液状燃料又は
気体状燃料の双方に対して運転可能とされることにあ
る。
ンジンが、窒素酸化物を低放出としつつ、液状燃料又は
気体状燃料の双方に対して運転可能とされることにあ
る。
【００２３】本発明のの別の効果としては、気体状燃料
の噴射の構成を、異なった顧客における運転条件の相違
を相殺するように容易に改良することができることにあ
る。それぞれの顧客において、天然ガスの性質により、
異なった温度と圧力を示すことになる。ガスの性質によ
るこれらの変動を補償させるために、それぞれ特定の場
合について、個々のガスタービンエンジンを適合させて
やる必要がある。本発明は、上記改良を、上記オリフィ
スサイズを変更することで容易にすることができる。
の噴射の構成を、異なった顧客における運転条件の相違
を相殺するように容易に改良することができることにあ
る。それぞれの顧客において、天然ガスの性質により、
異なった温度と圧力を示すことになる。ガスの性質によ
るこれらの変動を補償させるために、それぞれ特定の場
合について、個々のガスタービンエンジンを適合させて
やる必要がある。本発明は、上記改良を、上記オリフィ
スサイズを変更することで容易にすることができる。
【００２４】本発明は、好適な実施例をもって説明を行
ってきたが、当業者によれば、形態及びその詳細にわた
って種々の変更、除外を本発明の趣旨及び範囲内におい
て行うことが可能である。例えば、上記マニホルドを含
んでいることは、上記セコンダリチューブほどには、上
記プライマリチューブに対しては必ずしも必須ではな
い。上記曲がりくねった上記プライマリチューブの形状
は、空気と燃料との混合を促進し、この様にすることに
よって実質的に均一な燃料／空気混合物が上記プライマ
リチューブの下流側で得られることとなる。しかしなが
ら、上記セコンダリチューブには、液状燃料のための空
気噴霧型ノズル及び気体状燃料のための上記マニホルド
は必須である。
ってきたが、当業者によれば、形態及びその詳細にわた
って種々の変更、除外を本発明の趣旨及び範囲内におい
て行うことが可能である。例えば、上記マニホルドを含
んでいることは、上記セコンダリチューブほどには、上
記プライマリチューブに対しては必ずしも必須ではな
い。上記曲がりくねった上記プライマリチューブの形状
は、空気と燃料との混合を促進し、この様にすることに
よって実質的に均一な燃料／空気混合物が上記プライマ
リチューブの下流側で得られることとなる。しかしなが
ら、上記セコンダリチューブには、液状燃料のための空
気噴霧型ノズル及び気体状燃料のための上記マニホルド
は必須である。
【図１】図１は、セコンダリ混合チューブと、複数のプ
ライマリ混合チューブと、を備えた燃焼器の簡略化した
外側斜視図である。
ライマリ混合チューブと、を備えた燃焼器の簡略化した
外側斜視図である。
【図２】図２は、図１に示した燃焼器が、エンジンに装
着された状態を示した簡略化した一部切り欠き断面図で
ある。
着された状態を示した簡略化した一部切り欠き断面図で
ある。
【図３】図３は、図１に示した燃焼器の正面図である。
【図４】図４は、図１のセコンダリ混合チューブにおけ
るベンチュリ型予混合器の簡略化した断面図である。
るベンチュリ型予混合器の簡略化した断面図である。
【図５】図５は、上記燃焼器の図２に示した方向５−５
における断面図である。
における断面図である。
１０…燃料／空気混合領域 １２…燃焼領域 １４…希釈領域 １６…円筒体 １８…プライマリ混合チューブ ２０…メイン混合チューブ ２２…環状部 ２４…内側エンジンケース ２６…外側エンジンケース
フロントページの続き (72)発明者 ロバート ジー．キャロル アメリカ合衆国，フロリダ，ウエスト パ ーム ビーチ，フォーティーセカンド ス トリート 912
Claims (6)
- 【請求項１】 中心部分及び径方向外側部分を備えた燃
焼領域と、 この燃焼領域の上流側において燃料／空気混合領域と、
を備えた燃焼器であって、 前記燃焼器は、その径方向外側部分へと周方向から燃料
と、空気と、の混合物を吐出するように配列された複数
のプライマリ燃料／空気混合チューブと、 前記燃焼器の前記中心部分において周方向に燃料／空気
混合物を旋回させるための手段を備えたセコンダリ燃料
／空気混合チューブと、 前記プライマリ燃料／空気混合物を着火して旋回を生じ
させるための手段と、を有しており、 セコンダリ燃料／空気混合物が、燃焼している前記プラ
イマリ燃料／空気混合物に向かって遠心力によって外側
へと向けられるようになっている燃焼器において、前記
燃焼器は、さらに、 前記セコンダリ燃料／空気混合チューブへと液状燃料を
噴射するため、前記セコンダリ燃料／空気混合チューブ
の上流側端の中心に取り付けられた空気噴霧型液状燃料
噴射器と、 前記セコンダリ燃料／空気混合チューブの前記上流側端
において、混合チューブ壁の径方向外側に配設され、か
つ、前記気体状燃料を前記セコンダリ燃料／空気混合チ
ューブへと噴射させるため前記混合チューブ壁に形成さ
れた複数のオリフィスを有するマニホルドと、を備えた
燃焼器。 - 【請求項２】 前記オリフィスは、前記混合チューブ壁
に対して実質的に垂直に形成されていることを特徴とす
る請求項１に記載の燃焼器。 - 【請求項３】 中心部分及び径方向外側部分を備えた燃
焼領域と、 この燃焼領域の上流側において燃料／空気混合領域と、
を備えた燃焼器であって、 前記燃焼器は、その径方向外側部分へと周方向から燃料
と、空気と、の混合物を吐出するように配列された複数
のプライマリ燃料／空気混合チューブと、 前記燃焼器の前記中心部分において周方向に燃料／空気
混合物を旋回させるための手段を備えたセコンダリ燃料
／空気混合チューブと、 前記プライマリ燃料／空気混合物を着火して旋回を生じ
させるための手段と、を有しており、 セコンダリ燃料／空気混合物は、燃焼している前記プラ
イマリ燃料／空気混合物に向かって遠心力によって外側
へと向けられるようになっている燃焼器において、前記
燃焼器はさらに、 それぞれの前記燃料／空気混合チューブへと液状燃料を
噴射するため、それぞれの燃料／空気混合チューブの上
流側端の中心に取り付けられた空気噴霧型液状燃料噴射
器と、 それぞれ前記燃料／空気混合チューブの前記上流側端に
おいて、混合チューブ壁の径方向外側に配設され、か
つ、前記気体状燃料をそれぞれの前記燃料／空気混合チ
ューブへと噴射させるための前記混合チューブ壁に形成
された複数のオリフィスを有するマニホルドと、を備え
た燃焼器。 - 【請求項４】 前記オリフィスは、前記混合チューブ壁
に対して実質的に垂直に形成されていることを特徴とす
る請求項３に記載の燃焼器。 - 【請求項５】 中心部分及び円筒体に収容された径方向
外側部分を備えた燃焼領域と、 その上流側において、複数のプライマリ（パイロット）
燃料／空気混合チューブに取り囲まれたセコンダリ（メ
イン）燃料／空気混合チューブを備えた燃料／空気混合
領域と、を有する燃焼器構造であって、 前記セコンダリ（メイン）燃料／空気混合チューブは、
前記燃焼領域の中心部分へと周方向に旋回する流出物を
吐出可能とする手段を有し、かつ、複数の前記プライマ
リ（パイロット）燃料／空気混合チューブは、前記燃焼
器の径方向外側部分を周方向に旋回するように流体を吐
出させるべく配列されている燃焼器構造において、この
燃焼器構造は、さらに、 前記セコンダリ燃料／空気混合チューブへと液状燃料を
噴射するための前記セコンダリ燃料／空気混合チューブ
の上流側端の中心に取り付けられた空気噴霧型液状燃料
噴射器と、 前記セコンダリ燃料／空気混合チューブの前記上流側端
において、混合チューブ壁の径方向外側に配設され、か
つ、前記気体状燃料を前記セコンダリ燃料／空気混合チ
ューブへと噴射させるため、前記混合チューブ壁に形成
された複数のオリフィスとを有するマニホルドと、を備
えた燃焼器構造。 - 【請求項６】 上流側端と、下流側端と、を有し、か
つ、その下流側端から燃焼器へと燃料を吐出しているガ
スタービンエンジン用燃料／空気混合チューブにおい
て、前記燃料／空気混合チューブはさらに、 前記燃料／空気混合チューブへと液状燃料を噴射し、か
つ、その上流側端の中心に取り付けられた空気噴霧型液
状燃料噴射器と、 前記燃料／空気混合チューブの前記上流側端において、
混合チューブ壁の径方向外側に配設され、かつ、前記気
体状燃料を前記燃料／空気混合チューブへと噴射させる
ため前記混合チューブ壁に形成された複数のオリフィス
を有するマニホルドと、を備えた燃料／空気混合チュー
ブ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/556316 | 1995-11-13 | ||
| US08/556,316 US5791137A (en) | 1995-11-13 | 1995-11-13 | Radial inflow dual fuel injector |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09178187A true JPH09178187A (ja) | 1997-07-11 |
| JP3954138B2 JP3954138B2 (ja) | 2007-08-08 |
Family
ID=24220816
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30141796A Expired - Lifetime JP3954138B2 (ja) | 1995-11-13 | 1996-11-13 | 径方向インフローデュアル燃料インジェクタを備えた燃焼器及び燃料／空気混合チューブ |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5791137A (ja) |
| EP (1) | EP0773410B1 (ja) |
| JP (1) | JP3954138B2 (ja) |
| KR (1) | KR100679596B1 (ja) |
| CA (1) | CA2190063C (ja) |
| DE (1) | DE69633163T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006029773A (ja) * | 2004-06-30 | 2006-02-02 | General Electric Co <Ge> | ガスタービン燃焼器用多ベンチュリ管燃料インジェクタ |
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|---|---|---|---|---|
| US6543231B2 (en) | 2001-07-13 | 2003-04-08 | Pratt & Whitney Canada Corp | Cyclone combustor |
| US6820424B2 (en) | 2001-09-12 | 2004-11-23 | Allison Advanced Development Company | Combustor module |
| US6640548B2 (en) | 2001-09-26 | 2003-11-04 | Siemens Westinghouse Power Corporation | Apparatus and method for combusting low quality fuel |
| US20100192578A1 (en) * | 2009-01-30 | 2010-08-05 | General Electric Company | System and method for suppressing combustion instability in a turbomachine |
| US9157635B2 (en) | 2012-01-03 | 2015-10-13 | General Electric Company | Fuel distribution manifold |
| US9134023B2 (en) * | 2012-01-06 | 2015-09-15 | General Electric Company | Combustor and method for distributing fuel in the combustor |
| US9739483B2 (en) | 2013-09-26 | 2017-08-22 | Rheem Manufacturing Company | Fuel/air mixture and combustion apparatus and associated methods for use in a fuel-fired heating apparatus |
| US10228141B2 (en) | 2016-03-04 | 2019-03-12 | General Electric Company | Fuel supply conduit assemblies |
| US10203114B2 (en) | 2016-03-04 | 2019-02-12 | General Electric Company | Sleeve assemblies and methods of fabricating same |
| US10890329B2 (en) | 2018-03-01 | 2021-01-12 | General Electric Company | Fuel injector assembly for gas turbine engine |
| US10935245B2 (en) | 2018-11-20 | 2021-03-02 | General Electric Company | Annular concentric fuel nozzle assembly with annular depression and radial inlet ports |
| US11073114B2 (en) | 2018-12-12 | 2021-07-27 | General Electric Company | Fuel injector assembly for a heat engine |
| US11286884B2 (en) | 2018-12-12 | 2022-03-29 | General Electric Company | Combustion section and fuel injector assembly for a heat engine |
| US11156360B2 (en) | 2019-02-18 | 2021-10-26 | General Electric Company | Fuel nozzle assembly |
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|---|---|---|---|---|
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| US4215535A (en) * | 1978-01-19 | 1980-08-05 | United Technologies Corporation | Method and apparatus for reducing nitrous oxide emissions from combustors |
| US4226083A (en) * | 1978-01-19 | 1980-10-07 | United Technologies Corporation | Method and apparatus for reducing nitrous oxide emissions from combustors |
| US4253301A (en) * | 1978-10-13 | 1981-03-03 | General Electric Company | Fuel injection staged sectoral combustor for burning low-BTU fuel gas |
| DE3317035A1 (de) * | 1983-05-10 | 1984-11-15 | BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden, Aargau | Mehrstoffbrenner |
| JPH03260518A (ja) * | 1990-03-08 | 1991-11-20 | Advance Koojienereeshiyon Syst Gijutsu Kenkyu Kumiai | ガスタービン触媒燃焼システム |
| JP2604933Y2 (ja) * | 1991-07-25 | 2000-06-12 | 三井造船株式会社 | ガスタービン用燃焼器 |
| US5408825A (en) * | 1993-12-03 | 1995-04-25 | Westinghouse Electric Corporation | Dual fuel gas turbine combustor |
| US5351477A (en) * | 1993-12-21 | 1994-10-04 | General Electric Company | Dual fuel mixer for gas turbine combustor |
| US5511375A (en) * | 1994-09-12 | 1996-04-30 | General Electric Company | Dual fuel mixer for gas turbine combustor |
-
1995
- 1995-11-13 US US08/556,316 patent/US5791137A/en not_active Expired - Lifetime
-
1996
- 1996-11-12 CA CA002190063A patent/CA2190063C/en not_active Expired - Fee Related
- 1996-11-12 KR KR1019960053458A patent/KR100679596B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1996-11-13 EP EP96308199A patent/EP0773410B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-11-13 DE DE69633163T patent/DE69633163T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1996-11-13 JP JP30141796A patent/JP3954138B2/ja not_active Expired - Lifetime
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|---|---|---|---|---|
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|---|---|
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| EP0773410B1 (en) | 2004-08-18 |
| KR100679596B1 (ko) | 2007-03-14 |
| DE69633163D1 (de) | 2004-09-23 |
| EP0773410A3 (en) | 1999-04-07 |
| EP0773410A2 (en) | 1997-05-14 |
| KR970027711A (ko) | 1997-06-24 |
| US5791137A (en) | 1998-08-11 |
| CA2190063C (en) | 2006-06-06 |
| JP3954138B2 (ja) | 2007-08-08 |
| DE69633163T2 (de) | 2004-12-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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