JPH09210364A - Premixing combuster for gas turbine - Google Patents

Premixing combuster for gas turbine

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JPH09210364A
JPH09210364A JP1982796A JP1982796A JPH09210364A JP H09210364 A JPH09210364 A JP H09210364A JP 1982796 A JP1982796 A JP 1982796A JP 1982796 A JP1982796 A JP 1982796A JP H09210364 A JPH09210364 A JP H09210364A
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JP
Japan
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valve
air
passage
chamber
combustion chamber
Prior art date
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Pending
Application number
JP1982796A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Ichikawa
浩之 市川
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.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH09210364A publication Critical patent/JPH09210364A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make it possible to prevent a back fire by providing an air inlet communicating a high pressure air passage with an annular channel, a valve for switching the inlet, and a valve driver for driving the valve, and controlling so as to open the inlet at the time of the back fire by sensing the back fire. SOLUTION: The premixing combustor for a gas turbine comprises a combustion chamber 2, a premixing chamber 1 for supplying mixed gas to the chamber 2, and a passage 16 for introducing pressurized air to the chamber 1. The chamber 1 communicates with the passage 16 via a swirler 15 and communicates with the chamber 2 via an annular channel 5. The channel 5 is formed between a baffle plate 6 and a partition wall 20. The combustor also comprises a valve for switching respective air inlets 22 and a valve driver 29 for rotating a rotary valve 23 with respect to the wall 20. A control unit 30 for controlling the driver 29 controls to open the inlets 22 via the valve 23 based on the detection signal of a back fire sensor 19 opposed to an annular nozzle 8 when the back fire is detected.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンの予
混合燃焼器の改良に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement of a gas turbine premix combustor.

【0002】[0002]

【従来の技術】ガスタービンの燃焼器では、均一な混合
気を得るために予混合室を備えたものが知られている
(特開昭60−117008号公報参照)。
2. Description of the Related Art There is known a gas turbine combustor provided with a premixing chamber in order to obtain a uniform mixture (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-117008).

【0003】これについて説明すると、図8に示すよう
に、ケーシング4の内周には断熱部材3を介して筒状の
燃焼室2が形成されるとともに、この燃焼室2へ混合気
を供給する筒状の予混合室1と、予混合室1へ図示しな
い熱交換器あるいは圧縮機からの加圧空気を導入する高
圧空気通路16がそれぞれ形成される。
Explaining this, as shown in FIG. 8, a cylindrical combustion chamber 2 is formed on the inner circumference of a casing 4 via a heat insulating member 3, and an air-fuel mixture is supplied to this combustion chamber 2. A cylindrical premixing chamber 1 and a high-pressure air passage 16 for introducing pressurized air from a heat exchanger (not shown) or a compressor to the premixing chamber 1 are formed.

【0004】高圧空気通路16から予混合室1へ流入し
た加圧空気はスワーラ15で旋回を付与された後、主燃
料噴射弁10から噴射された燃料と混合される。予混合
室1は筒状の燃焼室2とほぼ平行に配設されるととも
に、環状流路5を介して予混合室1は燃焼室2の上流と
連通する。
The pressurized air flowing into the premixing chamber 1 from the high-pressure air passage 16 is swirled by the swirler 15 and then mixed with the fuel injected from the main fuel injection valve 10. The premixing chamber 1 is disposed substantially parallel to the cylindrical combustion chamber 2, and the premixing chamber 1 communicates with the upstream of the combustion chamber 2 via an annular flow path 5.

【0005】環状流路5は燃焼室2の基端において孔部
6Aを備えたバッフル板6を介して画成される。この燃
焼室2の基端には内部に補助燃料噴射弁9を収装した筒
状の保炎器7が燃焼室2とほぼ同軸的に配設され、端部
7Aがバッフル板6に形成された孔部6Aへ挿通され
る。
The annular flow path 5 is defined at the base end of the combustion chamber 2 through a baffle plate 6 having a hole 6A. At the base end of the combustion chamber 2, a cylindrical flame stabilizer 7 having an auxiliary fuel injection valve 9 housed therein is disposed substantially coaxially with the combustion chamber 2, and an end portion 7A is formed on the baffle plate 6. 6A.

【0006】そして、この保炎器7はガイド17を介し
て軸方向へ変位可能にケーシング4で支持されるととも
に、図示しない駆動手段によって端部7Aが燃焼室2に
対し進退する方向へ駆動される。
The flame stabilizer 7 is supported by the casing 4 via a guide 17 so as to be displaceable in the axial direction, and the end 7A is driven by a driving means (not shown) in a direction in which the end 7A moves toward and away from the combustion chamber 2. You.

【0007】保炎器7の外壁とバッフル板6の孔部6A
との間に環状ノズル8が画成される。この環状ノズル8
に面した保炎器7の端部7Aの外周にはテーパー状に広
がるテーパー部70が形成されており、保炎器7の軸方
向の位置に応じて環状ノズル8の断面積、すなわち、燃
焼室2へ流入する混合気の流路断面積をエンジン負荷に
応じて変化させ、環状流路5から燃焼室2へ吹き出す混
合気の空気配分率を変化させるようになっている。
The outer wall of the flame stabilizer 7 and the hole 6A of the baffle plate 6
And an annular nozzle 8 is defined. This annular nozzle 8
A taper portion 70 that spreads in a taper shape is formed on the outer periphery of the end portion 7A of the flame stabilizer 7 that faces the cross section area of the annular nozzle 8, that is, combustion, depending on the axial position of the flame stabilizer 7. The flow passage cross-sectional area of the air-fuel mixture flowing into the chamber 2 is changed according to the engine load, and the air distribution ratio of the air-fuel mixture blown out from the annular flow passage 5 to the combustion chamber 2 is changed.

【0008】予混合室1からの混合気は保炎器7とバッ
フル板6との間の環状ノズル8から燃焼室2へ導入され
る。環状流路5は燃焼室2の軸を中心とする渦巻き状に
形成される。環状流路5を通過する混合気は保炎器7を
中心として燃焼室2の内壁に沿う旋回流となり、燃焼室
2内の火炎は保炎器7の端部7Aを起点とするコーン状
の火炎を形成する。
The air-fuel mixture from the premixing chamber 1 is introduced into the combustion chamber 2 from an annular nozzle 8 between the flame stabilizer 7 and the baffle plate 6. The annular flow path 5 is formed in a spiral shape around the axis of the combustion chamber 2. The air-fuel mixture passing through the annular flow path 5 forms a swirling flow along the inner wall of the combustion chamber 2 around the flame stabilizer 7, and the flame in the combustion chamber 2 has a cone shape starting from the end 7 A of the flame stabilizer 7. Forms a flame.

【0009】さらに希釈筒13に開口した希釈口12か
ら流入した空気で燃焼ガス温度を下げた後、スクロール
入口14を介して図示しないタービンへ流入する。
Further, after the temperature of the combustion gas is lowered by the air flowing from the dilution port 12 opened to the dilution cylinder 13, the combustion gas flows into a turbine (not shown) through a scroll inlet 14.

【0010】このようなガスタービンの燃焼器として、
上記の他に、ASME PAPER78−GT−155
(1978年4月9日発行)に開示されたものが知られ
ている。
As a combustor of such a gas turbine,
In addition to the above, ASME PAPER78-GT-155
(Issued April 9, 1978) is known.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、環状ノ
ズル8から燃焼室2へ導入される混合気の濃度が高い場
合、運転条件によっては燃焼室2の火炎が上流側に逆流
する逆火現象が発生する可能性がある。この逆火現象が
発生すると、燃焼室2より上流側の通路部材が火炎にさ
らされるため、環状流路5や予混合室1を画成する部材
にも高い耐熱性が要求される。
However, when the concentration of the air-fuel mixture introduced from the annular nozzle 8 into the combustion chamber 2 is high, a flashback phenomenon occurs in which the flame of the combustion chamber 2 flows back to the upstream side depending on the operating conditions. there's a possibility that. When this flashback phenomenon occurs, the passage member on the upstream side of the combustion chamber 2 is exposed to the flame. Therefore, the members defining the annular flow path 5 and the premix chamber 1 are also required to have high heat resistance.

【0012】そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなさ
れたもので、逆火現象を防止することが可能なガスター
ビンの予混合燃焼器を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a premixed combustor for a gas turbine capable of preventing a flashback phenomenon.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載のガスタ
ービンの予混合燃焼器は、加圧空気を導入する高圧空気
通路と、高圧空気通路からの加圧空気と主燃料噴射弁か
ら噴射される燃料とを混合する予混合室と、予混合室か
らの混合気を燃焼室に導入する環状流路と、高圧空気通
路と環状流路を仕切る隔壁と、隔壁に開口して高圧空気
通路と環状流路を連通する空気導入口と、空気導入口を
開閉する開閉バルブと、開閉バルブを駆動するバルブ駆
動装置と、逆火現象の発生を検出する逆火検出手段と、
逆火現象の発生時に空気導入口を開く制御手段と、を備
える。
A premixed combustor for a gas turbine according to a first aspect of the present invention comprises a high pressure air passage for introducing pressurized air, pressurized air from the high pressure air passage, and injection from a main fuel injection valve. Premixing chamber for mixing the fuel to be mixed, an annular flow passage for introducing the air-fuel mixture from the premixing chamber into the combustion chamber, a partition wall for partitioning the high pressure air passage and the annular flow passage, and a high pressure air passage opening to the partition wall. And an air inlet communicating with the annular flow path, an on-off valve that opens and closes the air inlet, a valve drive device that drives the on-off valve, and a flashback detection means that detects the occurrence of a flashback phenomenon,
Control means for opening the air inlet when a flashback phenomenon occurs.

【0014】請求項2に記載のガスタービンの予混合燃
焼器は、請求項1に記載の発明において、前記逆火検出
手段として環状流路に臨む熱電対を備える。
A premixed combustor for a gas turbine according to a second aspect of the present invention is the premixed combustor according to the first aspect of the present invention, which is provided with a thermocouple facing an annular flow path as the flashback detection means.

【0015】請求項3に記載のガスタービンの予混合燃
焼器は、請求項1または2に記載の発明において、前記
開閉バルブとして環状流路の周方向に回転するロータリ
バルブを備える。
A premixed combustor for a gas turbine according to a third aspect of the present invention is the premixed combustor for a gas turbine according to the first or second aspect, wherein the opening / closing valve includes a rotary valve that rotates in the circumferential direction of the annular flow passage.

【0016】請求項4に記載のガスタービンの予混合燃
焼器は、請求項1または2に記載の発明において、前記
開閉バルブとして環状流路の軸方向に移動するスライド
バルブを備える。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a premixed combustor for a gas turbine according to the first or second aspect of the present invention, which comprises a slide valve that moves in the axial direction of the annular flow path as the opening / closing valve.

【0017】[0017]

【作用】請求項1に記載のガスタービンの予混合燃焼器
において、高圧空気通路からの加圧空気は予混合室にて
主燃料噴射弁から噴射された燃料と混合して混合気とな
る。この混合気は環状流路を通って燃焼室へ導入され
る。
In the premix combustor of the gas turbine according to the first aspect, the pressurized air from the high-pressure air passage is mixed with the fuel injected from the main fuel injection valve in the premix chamber to form an air-fuel mixture. This air-fuel mixture is introduced into the combustion chamber through the annular flow path.

【0018】運転条件によって燃焼室の火炎が上流側に
逆流する逆火現象が発生すると、空気導入口が開閉バル
ブによって開かれることにより、高圧空気通路に導かれ
る空気の一部が空気導入口から環状通路を通って環状流
路に流入し、環状流路から燃焼室へ導入される混合気の
濃度を低くし、燃焼室の火炎が上流側に逆流することを
防止する。こうして逆火現象が防止されることにより、
燃焼室より上流側の環状通路または予混合室等を画成す
る通路部材に熱的損傷を与えることを回避できる。
When a flashback phenomenon occurs in which the flame of the combustion chamber flows back to the upstream side due to operating conditions, the air inlet is opened by the opening / closing valve, so that part of the air introduced into the high pressure air passage is discharged from the air inlet. The concentration of the air-fuel mixture flowing into the annular flow passage through the annular passage and introduced into the combustion chamber from the annular flow passage is reduced, and the flame of the combustion chamber is prevented from flowing backward to the upstream side. By preventing the flashback phenomenon in this way,
It is possible to prevent thermal damage to the passage member that defines the annular passage or the premixing chamber upstream of the combustion chamber.

【0019】こうして逆火現象が収まると、空気導入口
が開閉バルブによって閉じられ、空気導入口から環状通
路に導かれる空気を遮断することにより、環状流路から
燃焼室へ導入される混合気の濃度を適正にして、燃焼室
における空気配分率を所期の値に復帰させ、燃焼性が維
持される。
When the flashback phenomenon is subsided in this manner, the air inlet is closed by the opening / closing valve, and the air introduced from the air inlet to the annular passage is shut off so that the air-fuel mixture introduced from the annular passage into the combustion chamber is By making the concentration appropriate, the air distribution ratio in the combustion chamber is returned to the desired value, and the combustibility is maintained.

【0020】請求項2に記載のガスタービンの予混合燃
焼器において、熱電対によって検出される温度の上昇速
度が所定値を越えた場合に、逆火現象が発生したものと
判定し、熱電対によって検出される温度が所定値より低
下した場合に、逆火現象が解消したものと判定すること
ができる。
In the premixed combustor for a gas turbine according to claim 2, it is determined that a flashback phenomenon has occurred when the temperature rising rate detected by the thermocouple exceeds a predetermined value, and the thermocouple is detected. It can be determined that the flashback phenomenon has been eliminated when the temperature detected by the temperature is lower than a predetermined value.

【0021】逆火現象検出手段を熱電対で構成すること
により、十分な耐熱性が確保されるとともに、設置上の
自由度が広く、製品のコストダウンがはかれる。
By constructing the flashback phenomenon detecting means with a thermocouple, sufficient heat resistance is ensured, the degree of freedom in installation is wide, and the cost of the product can be reduced.

【0022】請求項3に記載のガスタービンの予混合燃
焼器において、ロータリバルブを回転させて空気導入口
を開閉する構造により、空気導入口の開口面積を0〜1
00%の間で調節して、環状流路から燃焼室に導入され
る混合気の空燃比をきめ細かに制御することができる。
In the premixed combustor for a gas turbine according to a third aspect of the present invention, the opening area of the air inlet is 0 to 1 due to the structure of rotating the rotary valve to open and close the air inlet.
It is possible to finely control the air-fuel ratio of the air-fuel mixture introduced into the combustion chamber from the annular flow path by adjusting it between 00%.

【0023】請求項4に記載のガスタービンの予混合燃
焼器において、スライドバルブを軸方向に移動させて空
気導入口を速やかに開閉する構造により、環状流路にお
ける空燃比の制御応答性を高められる。
In the premixed combustor for a gas turbine according to claim 4, the structure in which the slide valve is moved in the axial direction to quickly open and close the air introduction port enhances the control response of the air-fuel ratio in the annular passage. To be

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面に基づいて説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0025】図1において、ガスタービンは、ケーシン
グ4の内側に断熱部材3を介して円筒状の燃焼室2と、
燃焼室2へ混合気を供給する筒状の予混合室1および予
混合室1へ図示しない熱交換器等からの加圧空気を導入
する高圧空気通路16がそれぞれ形成される。
In FIG. 1, the gas turbine includes a cylindrical combustion chamber 2 inside a casing 4 with a heat insulating member 3 interposed therebetween.
A cylindrical premixing chamber 1 for supplying air-fuel mixture to the combustion chamber 2 and a high-pressure air passage 16 for introducing pressurized air from a heat exchanger (not shown) to the premixing chamber 1 are formed.

【0026】燃焼室2に面した所定の位置には点火栓1
1が配設される。燃焼室2の下流側には複数の希釈口1
2を備えた希釈筒13が嵌合する。希釈口12は高圧空
気通路16と連通して希釈用の加圧空気を導入する。希
釈筒13は下流に結合したスクロール入口14を介して
図示しないタービンと連通する。
The spark plug 1 is provided at a predetermined position facing the combustion chamber 2.
1 is provided. A plurality of dilution ports 1 are provided downstream of the combustion chamber 2.
The dilution cylinder 13 provided with 2 is fitted. The dilution port 12 communicates with the high-pressure air passage 16 to introduce pressurized air for dilution. The dilution cylinder 13 communicates with a turbine (not shown) via a scroll inlet 14 connected downstream.

【0027】予混合室1は上流側に配設したスワーラ1
5を介して高圧空気通路16と連通すると共に、内部に
主燃料噴射弁10を備える。
The premixing chamber 1 is a swirler 1 arranged on the upstream side.
5 and a main fuel injection valve 10 inside.

【0028】補助燃料噴射弁9は高負荷時に燃料を増量
するもので、図示しない燃料供給手段によって選択的に
駆動されるものである。
The auxiliary fuel injection valve 9 increases the amount of fuel when the load is high, and is selectively driven by fuel supply means (not shown).

【0029】燃焼室2の基端側には補助燃料噴射弁9を
収装した筒状の保炎器7が燃焼室2とほぼ同軸的に配設
される。保炎器7の燃焼室2側の端部7Aは、バッフル
板6に形成された孔部6Aへ挿通される。
At the base end side of the combustion chamber 2, a cylindrical flame stabilizer 7 accommodating an auxiliary fuel injection valve 9 is arranged substantially coaxially with the combustion chamber 2. An end portion 7A of the flame stabilizer 7 on the combustion chamber 2 side is inserted into a hole portion 6A formed in the baffle plate 6.

【0030】保炎器7とバッフル板6の孔部6Aとの間
には、保炎器7の軸方向の位置に応じた所定の間隙で構
成された環状ノズル8が形成される。
Between the flame stabilizer 7 and the hole 6A of the baffle plate 6, an annular nozzle 8 having a predetermined gap according to the axial position of the flame stabilizer 7 is formed.

【0031】保炎器7はガイド17を介して軸方向へ変
位可能にケーシング4で支持される。保炎器7の外壁は
環状流路5を画成する隔壁20とシール18を介して摺
接する。
The flame stabilizer 7 is supported by a casing 4 via a guide 17 so as to be displaceable in the axial direction. The outer wall of the flame stabilizer 7 is in sliding contact with the partition wall 20 that defines the annular flow path 5 via the seal 18.

【0032】保炎器7は図示しない駆動手段によって軸
方向へ駆動される。保炎器7は燃焼室2へ向けた軸方向
への変位によって、孔部6Aに対して相対変位を行う。
The flame stabilizer 7 is axially driven by a driving means (not shown). The flame stabilizer 7 performs relative displacement with respect to the hole 6A by displacement in the axial direction toward the combustion chamber 2.

【0033】なお、駆動手段はエンジン負荷に応じて保
炎器7を伸縮駆動するもので、後述するように、低負荷
時では保炎器7を最収縮位置へ駆動する一方、高負荷時
では保炎器7を最伸長位置へ駆動する。
The drive means expands and contracts the flame stabilizer 7 according to the engine load. As will be described later, the flame stabilizer 7 is driven to the most contracted position when the load is low, while it is driven when the load is high. The flame stabilizer 7 is driven to the most extended position.

【0034】予混合室1は環状流路5を介して燃焼室2
と連通する。環状流路5は燃焼室2の軸を中心とする環
状に形成され、燃焼室2に流入する混合気を旋回させる
ようになっている。環状流路5は燃焼室2と同軸的にバ
ッフル板6に貫通形成された孔部6Aを介して燃焼室2
と連通する。
The premix chamber 1 is connected to the combustion chamber 2 via the annular flow path 5.
Communicate with The annular flow path 5 is formed in an annular shape about the axis of the combustion chamber 2, and is configured to swirl the air-fuel mixture flowing into the combustion chamber 2. The annular flow path 5 is coaxial with the combustion chamber 2 and has a hole 6 </ b> A formed through the baffle plate 6 so as to penetrate the combustion chamber 2.
Communicate with

【0035】環状流路5は燃焼室2の基端においてバッ
フル板6と隔壁20の間に画成される。環状流路5と高
圧空気通路16は隔壁20によって仕切られる。
The annular flow path 5 is defined between the baffle plate 6 and the partition wall 20 at the base end of the combustion chamber 2. The annular flow path 5 and the high pressure air passage 16 are partitioned by a partition wall 20.

【0036】図2に示すように、隔壁20には環状流路
5と高圧空気通路16を連通する4つの空気導入口22
が開口される。各空気導入口22は環状通路5を挟んで
環状ノズル8に対向している。
As shown in FIG. 2, the partition wall 20 has four air inlets 22 which connect the annular flow path 5 and the high-pressure air passage 16 to each other.
Is opened. Each air inlet 22 faces the annular nozzle 8 across the annular passage 5.

【0037】各空気導入口22は隔壁20に開口した円
形の穴によって構成される。各空気導入口22は周方向
に一定の間隔を持って配置される。
Each air inlet 22 is formed by a circular hole opened in the partition wall 20. The air inlets 22 are arranged at regular intervals in the circumferential direction.

【0038】各空気導入口22の総開口面積A22は、予
混合室1の断面積A1に対して、0.2〜2倍の範囲に
設定される。すなわち、A1/5≦A22≦2A1の関係に
設定される。
The total opening area A 22 of each of the air inlets 22, with respect to the cross-sectional area A 1 of the premix chamber 1 is set in the range of 0.2 to 2 times. That is set to the relationship A 1/5 ≦ A 22 ≦ 2A 1.

【0039】なお、空気導入口22の数は、4つに限ら
ず、導入空気量(上記関係を満たす範囲)に応じて複数
設定してもよい。
The number of the air introduction ports 22 is not limited to four, and a plurality of air introduction ports 22 may be set according to the amount of introduced air (range satisfying the above relationship).

【0040】各空気導入口22を開閉する開閉バルブと
して、保炎器7の外周に筒状をしたロータリバルブ23
が回転可能に介装される。
As an opening / closing valve for opening / closing each air inlet 22, a cylindrical rotary valve 23 is provided around the outer circumference of the flame stabilizer 7.
Is rotatably interposed.

【0041】ロータリバルブ23は、その端部に隔壁2
0に沿って円盤状に拡がる弁体25を有する。弁体25
には各空気導入口22に重合する4つの空気導入バルブ
口24が開口している。空気導入口22と各空気導入バ
ルブ口24はそれぞれの開口位置が保炎器7の円周方向
について同一位相を持つように配置される。
The rotary valve 23 has a partition wall 2 at its end.
It has a valve body 25 that extends in a disk shape along the direction 0. Valve body 25
There are four air introduction valve ports 24 that are superposed on each air introduction port 22. The air introduction port 22 and each air introduction valve port 24 are arranged so that their opening positions have the same phase in the circumferential direction of the flame stabilizer 7.

【0042】ロータリバルブ23の弁体25は隔壁20
に摺動可能に接合する。弁体25と隔壁20は互いに接
合する面に減摩剤が溶射され、両者の摺動が円滑に行わ
れるようになっている。
The valve body 25 of the rotary valve 23 is a partition wall 20.
Slidably joined to. Lubricant is sprayed onto the surfaces of the valve body 25 and the partition wall 20 that are to be joined to each other, so that they can slide smoothly.

【0043】ロータリバルブ23を隔壁20に対して回
転させるバルブ駆動装置29が設けられる。バルブ駆動
装置29は、図示しない油圧シリンダと位置検出用のポ
テンションメータ等で構成される。
A valve drive device 29 for rotating the rotary valve 23 with respect to the partition wall 20 is provided. The valve drive device 29 includes a hydraulic cylinder (not shown), a potentiometer for position detection, and the like.

【0044】バルブ駆動装置29を制御するコントロー
ルユニット30は、環状ノズル8に臨む逆火センサ19
の検出信号に基づき、逆火現象の発生が検出された場合
にロータリバルブ23を介して各空気導入口22を開く
制御を行う。
The control unit 30 for controlling the valve drive device 29 includes a flashback sensor 19 facing the annular nozzle 8.
Based on the detection signal of 1, the control is performed to open each air introduction port 22 via the rotary valve 23 when the occurrence of the flashback phenomenon is detected.

【0045】逆火センサ19はケーシング4と断熱部材
3およびバッフル板6を貫通して設けられ、その検出部
が孔部6Aから環状ノズル8に臨んで設けられる。
The flashback sensor 19 is provided so as to penetrate the casing 4, the heat insulating member 3 and the baffle plate 6, and the detection portion thereof is provided so as to face the annular nozzle 8 from the hole 6A.

【0046】逆火センサ19はその検出部が熱電対によ
って構成され、環状ノズル8を流れる流体に温度に応じ
た信号を出力する。逆火センサ19の検出部は、孔部6
Aの内周面から0.5mm以下に範囲で所定量だけ引っ
込んで設けられる。
The flashback sensor 19 has a detection part composed of a thermocouple and outputs a signal corresponding to the temperature to the fluid flowing through the annular nozzle 8. The detection part of the flashback sensor 19 is the hole 6
It is provided by retracting a predetermined amount within a range of 0.5 mm or less from the inner peripheral surface of A.

【0047】なお、逆火センサ19は熱電対にかえてサ
ファイアガラス棒の先端に金属を溶着したアキュラファ
イバーを用いて、反射率から逆火現象の発生を検出して
もよい。
The flashback sensor 19 may detect the occurrence of flashback phenomenon from the reflectance by using an acura fiber in which a metal is welded to the tip of a sapphire glass rod instead of the thermocouple.

【0048】逆火センサ19を熱電対で構成することに
より、1500°C程度に上昇する逆火時に対応して十
分な耐熱性が確保されるとともに、アキュラファイバー
で構成する場合に比べて、設置上の自由度が広く、製品
のコストダウンがはかれる。
By constructing the flashback sensor 19 with a thermocouple, sufficient heat resistance can be ensured against a flashback rising to about 1500 ° C., and it can be installed as compared with the case where it is constructed with Acura fiber. The degree of freedom above is wide and the cost of the product can be reduced.

【0049】コントロールユニット30は、図4のタイ
ミングチャートに示すように、逆火センサ19によって
検出される温度の上昇速度が所定値を越えた場合に、逆
火現象が発生したものと判定して、ロータリバルブ23
を各空気導入口22が全開する図2に示すポジションに
駆動する。一方、逆火センサ19によって検出される温
度が所定値より低下した場合に、逆火現象が解消したも
のと判定して、ロータリバルブ23を45°回転させて
各空気導入口22が全閉する図3に示すポジションに切
換える制御を行う。
As shown in the timing chart of FIG. 4, the control unit 30 determines that the flashback phenomenon has occurred when the temperature rising rate detected by the flashback sensor 19 exceeds a predetermined value. , Rotary valve 23
Is driven to the position shown in FIG. 2 in which each air inlet 22 is fully opened. On the other hand, when the temperature detected by the flashback sensor 19 falls below a predetermined value, it is determined that the flashback phenomenon has been resolved, the rotary valve 23 is rotated by 45 °, and each air inlet 22 is fully closed. Control to switch to the position shown in FIG. 3 is performed.

【0050】以上のように構成され、次に作用について
説明する。
With the above construction, the operation will be described below.

【0051】図示しない熱交換器から圧送された加圧空
気の一部は高圧空気通路16からスワーラ15を介して
予混合室1へ導かれ、ここで主燃料噴射弁10から噴射
された燃料と混合して混合気となり、この混合気は環状
流路5を経て導かれることにより保炎器7を中心とする
旋回流となり、バッフル板6の孔部6Aと保炎器7との
間の環状ノズル8から燃焼室2へ旋回しながら導入され
る。
A part of the pressurized air sent from a heat exchanger (not shown) is introduced from the high-pressure air passage 16 through the swirler 15 into the premixing chamber 1, where the fuel injected from the main fuel injection valve 10 The mixture is mixed into an air-fuel mixture, and the air-fuel mixture becomes a swirl flow centered on the flame stabilizer 7 by being guided through the annular flow path 5, and an annular portion between the hole 6A of the baffle plate 6 and the flame stabilizer 7 is formed. It is introduced while swirling from the nozzle 8 to the combustion chamber 2.

【0052】こうして燃焼室2へ導かれた混合気は、高
負荷時では補助燃料噴射弁9から噴射される燃料とさら
に混合しながら燃焼室2で燃焼し、希釈筒13に開口し
た希釈口12から流入した空気で燃焼ガス温度を下げた
後、スクロール入口14を介して図示しないタービンへ
流入して圧縮機および負荷を駆動する。
The air-fuel mixture thus introduced into the combustion chamber 2 burns in the combustion chamber 2 while being further mixed with the fuel injected from the auxiliary fuel injection valve 9 under high load, and the dilution port 12 opened in the dilution cylinder 13 After the combustion gas temperature is lowered by the air flowing in from the above, it flows into the turbine (not shown) through the scroll inlet 14 to drive the compressor and the load.

【0053】ここで、環状ノズル8の流路断面積はター
ビンの負荷に応じて変更され、中高負荷時に、図示しな
い駆動手段は保炎器7を燃焼室2へ向けて伸長させ、保
炎器7と孔部6Aの間に所定の間隙を形成して環状ノズ
ル8の流路断面積を増大する。一方、低負荷時に、駆動
手段は保炎器7を収縮駆動して、保炎器7と孔部6Aの
間の隙間を小さくする。
Here, the flow passage cross-sectional area of the annular nozzle 8 is changed according to the load of the turbine, and at the time of medium and high load, the driving means (not shown) extends the flame stabilizer 7 toward the combustion chamber 2 and the flame stabilizer is expanded. A predetermined gap is formed between 7 and the hole 6A to increase the flow passage cross-sectional area of the annular nozzle 8. On the other hand, when the load is low, the driving means contracts and drives the flame stabilizer 7 to reduce the gap between the flame stabilizer 7 and the hole 6A.

【0054】環状ノズル8を通過する混合気の流量が十
分な中、高負荷時において、予混合室1から導かれる混
合気は環状流路5を通過することにより旋回流となって
環状ノズル8から燃焼室2へ導かれて燃焼する。
When the flow rate of the air-fuel mixture passing through the annular nozzle 8 is sufficient and the load is high, the air-fuel mixture introduced from the premixing chamber 1 passes through the annular flow passage 5 and becomes a swirl flow to form the annular nozzle 8 Is introduced into the combustion chamber 2 and burns.

【0055】ところで、環状ノズル8から燃焼室2へ導
入される混合気の濃度が高い場合、運転条件によっては
燃焼室2の火炎が上流側に逆流する逆火現象が発生する
可能性がある。
By the way, when the concentration of the air-fuel mixture introduced from the annular nozzle 8 into the combustion chamber 2 is high, there is a possibility that the flame in the combustion chamber 2 may flow back to the upstream side depending on the operating conditions.

【0056】これに対処して本発明では、図4のタイミ
ングチャートに示すように、逆火センサ19によって検
出される温度の上昇速度が所定値を越えた場合に、コン
トロールユニット30が逆火現象が発生したものと判定
して、ロータリバルブ23を各空気導入口22が全開す
る図2に示すポジションに切換える。
To cope with this, in the present invention, as shown in the timing chart of FIG. 4, when the rate of temperature rise detected by the flashback sensor 19 exceeds a predetermined value, the control unit 30 causes the flashback phenomenon. Is determined to have occurred, the rotary valve 23 is switched to the position shown in FIG. 2 in which each air inlet 22 is fully opened.

【0057】このように各空気導入口22がロータリバ
ルブ23によって開かれることにより、高圧空気通路1
6に導かれる空気の一部が空気導入口22から環状通路
5を通って環状ノズル8に流入し、環状ノズル8から燃
焼室2へ導入される混合気の濃度を低くし、燃焼室2の
火炎が上流側に逆流する逆火現象を防止することができ
る。逆火現象の発生が防止されることにより、燃焼室2
より上流側の環状通路5または予混合室1等を画成する
通路部材に熱的損傷を与えることを回避できる。
By thus opening each air inlet 22 by the rotary valve 23, the high pressure air passage 1
A part of the air introduced to 6 flows into the annular nozzle 8 from the air introduction port 22 through the annular passage 5 to reduce the concentration of the air-fuel mixture introduced from the annular nozzle 8 into the combustion chamber 2, It is possible to prevent a flashback phenomenon in which the flame flows backward to the upstream side. By preventing the occurrence of a flashback phenomenon, the combustion chamber 2
It is possible to avoid giving thermal damage to the more upstream annular passage 5 or the passage member that defines the premixing chamber 1 or the like.

【0058】こうして各空気導入口22がロータリバル
ブ23によって開かれることにより、逆火センサ19に
よって検出される温度が所定値より低下した場合に、ロ
ータリバルブ23は各混合気導入口21が全閉する図3
に示すポジションに切換えられる。
In this way, when each air inlet port 22 is opened by the rotary valve 23, and when the temperature detected by the flashback sensor 19 falls below a predetermined value, the rotary valve 23 fully closes each air-fuel mixture inlet port 21. Figure 3
It is switched to the position shown in.

【0059】このように各空気導入口22がロータリバ
ルブ23によって閉じられることにより、空気導入口2
2から環状通路5に導かれる空気を遮断し、環状ノズル
8から燃焼室2へ導入される混合気の濃度を適正にし
て、燃焼室2における空気配分率を所期の値に復帰さ
せ、燃焼性が維持される。
By closing each air inlet 22 by the rotary valve 23 in this manner, the air inlet 2
The air introduced from 2 to the annular passage 5 is shut off, the concentration of the air-fuel mixture introduced from the annular nozzle 8 into the combustion chamber 2 is optimized, and the air distribution ratio in the combustion chamber 2 is returned to the desired value, and combustion is performed. Sex is maintained.

【0060】ロータリバルブ23を回転させて各空気導
入口22を開閉する構造により、各空気導入口22の開
口面積を0〜100%の間で調節して、環状ノズル8か
ら燃焼室2に導入される混合気の空燃比をきめ細かに制
御することもできる。
With the structure in which the rotary valve 23 is rotated to open and close each air inlet 22, the opening area of each air inlet 22 is adjusted between 0 and 100%, and the air is introduced into the combustion chamber 2 from the annular nozzle 8. It is also possible to finely control the air-fuel ratio of the generated air-fuel mixture.

【0061】次に、図5に示す実施形態について説明す
る。なお、図1との対応部分には同一符号を付す。
Next, the embodiment shown in FIG. 5 will be described. The parts corresponding to those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals.

【0062】この実施形態では、各空気導入口22を開
閉する開閉バルブとして、保炎器7の外周に筒状をした
スライドバルブ33が軸方向に摺動可能に介装される。
In this embodiment, a cylindrical slide valve 33 is provided on the outer periphery of the flame stabilizer 7 as an opening / closing valve for opening / closing each air inlet 22 so as to be slidable in the axial direction.

【0063】スライドバルブ33は、その端部に隔壁2
0に沿って円盤状に拡がる弁体35を有する。
The slide valve 33 has a partition wall 2 at its end.
It has a disc element 35 that extends in a disk shape along 0.

【0064】隔壁20の各空気導入口22のまわりにシ
ール材36が設けられる。隔壁20はシール材36を介
してスライドバルブ33の弁体35を着座させ、密封性
を確保する。
A sealing material 36 is provided around each air inlet 22 of the partition wall 20. The partition wall 20 seats the valve element 35 of the slide valve 33 via the sealing material 36 to ensure the hermeticity.

【0065】スライドバルブ33を隔壁20に対して移
動させるバルブ駆動装置39が設けられる。バルブ駆動
装置39を制御するコントロールユニット30は、環状
ノズル8に臨む逆火センサ19の検出信号に基づき、逆
火現象の発生が検出された場合にスライドバルブ33を
隔壁20から離して各空気導入口22を全開し、逆火現
象が解消したことが検出された場合に、スライドバルブ
33を隔壁20にシール材を介して接合して各空気導入
口22が全閉するポジションに切換える制御を行う。
A valve driving device 39 for moving the slide valve 33 with respect to the partition wall 20 is provided. The control unit 30 that controls the valve drive device 39 separates the slide valve 33 from the partition wall 20 when the occurrence of the flashback phenomenon is detected based on the detection signal of the flashback sensor 19 facing the annular nozzle 8 and introduces each air. When the opening 22 is fully opened and it is detected that the flashback phenomenon has been resolved, the slide valve 33 is joined to the partition wall 20 through a sealing material, and control is performed to switch to a position where each air inlet 22 is fully closed. .

【0066】この実施形態では、スライドバルブ33を
軸方向に移動させて各空気導入口22を速やかに開閉す
る構造により、環状ノズル8における空燃比の制御応答
性を高められる。
In this embodiment, the control response of the air-fuel ratio in the annular nozzle 8 is enhanced by the structure in which the slide valve 33 is moved in the axial direction to quickly open and close each air introduction port 22.

【0067】[0067]

【発明の効果】以上説明したように請求項1に記載のガ
スタービンの予混合燃焼器は、運転条件によって燃焼室
の火炎が上流側に逆流する逆火現象が発生すると、空気
導入口が開閉バルブによって開かれることにより、環状
流路から燃焼室へ導入される混合気の濃度を低くし、燃
焼室の火炎が上流側に逆流することを防止する。こうし
て逆火現象が防止されることにより、燃焼室より上流側
の環状通路または予混合室等を画成する通路部材に熱的
損傷を与えることを回避できる。
As described above, in the premixed combustor for a gas turbine according to claim 1, when a flashback phenomenon occurs in which the flame in the combustion chamber flows back to the upstream side due to operating conditions, the air inlet is opened and closed. The opening by the valve lowers the concentration of the air-fuel mixture introduced into the combustion chamber from the annular flow passage, and prevents the flame in the combustion chamber from flowing back to the upstream side. By preventing the flashback phenomenon in this manner, it is possible to prevent thermal damage to the passage member that defines the annular passage or the premix chamber on the upstream side of the combustion chamber.

【0068】請求項2に記載のガスタービンの予混合燃
焼器は、逆火現象検出手段を熱電対で構成することによ
り、十分な耐熱性が確保されるとともに、設置上の自由
度が広く、製品のコストダウンがはかれる。
In the premixed combustor for a gas turbine according to the second aspect of the present invention, since the flashback detection means is composed of a thermocouple, sufficient heat resistance is ensured and the degree of freedom in installation is wide. Product cost can be reduced.

【0069】請求項3に記載のガスタービンの予混合燃
焼器は、ロータリバルブを回転させて空気導入口を開閉
する構造により、空気導入口の開口面積を0〜100%
の間で調節して、環状流路から燃焼室に導入される混合
気の空燃比をきめ細かに制御することができる。
A premixed combustor for a gas turbine according to a third aspect of the present invention has a structure in which a rotary valve is rotated to open and close an air inlet, so that the opening area of the air inlet is 0 to 100%.
It is possible to finely control the air-fuel ratio of the air-fuel mixture introduced into the combustion chamber from the annular flow path.

【0070】請求項4に記載のガスタービンの予混合燃
焼器は、スライドバルブを軸方向に移動させて空気導入
口を速やかに開閉する構造により、環状流路における空
燃比の制御応答性を高められる。
A premixed combustor for a gas turbine according to a fourth aspect of the present invention has a structure in which a slide valve is moved in the axial direction to quickly open and close an air inlet to enhance control response of an air-fuel ratio in an annular flow path. To be

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施形態を示す燃焼器の断面図。FIG. 1 is a cross-sectional view of a combustor showing an embodiment of the present invention.

【図2】同じくロータリバルブの開弁時を示す図。FIG. 2 is a diagram showing the rotary valve when it is opened.

【図3】同じくロータリバルブの閉弁時を示す図。FIG. 3 is a diagram showing the rotary valve when it is closed.

【図4】同じくロータリバルブの制御例を示すタイミン
グチャート。
FIG. 4 is a timing chart showing an example of rotary valve control.

【図5】同じく燃焼器の断面図。FIG. 5 is a sectional view of the same combustor.

【図6】同じくスライドバルブの開弁時を示す図。FIG. 6 is a diagram showing the same when the slide valve is opened.

【図7】同じくスライドバルブの閉弁時を示す図。FIG. 7 is a view showing the same when the slide valve is closed.

【図8】従来例を示す燃焼器の断面図。FIG. 8 is a sectional view of a combustor showing a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 予混合室 2 燃焼室 5 環状流路 7 保炎器 8 環状ノズル 10 主燃料噴射弁 16 高圧空気通路 19 逆火センサ 20 隔壁 22 空気導入口 23 ロータリバルブ 24 空気導入口バルブ口 29 バルブ駆動装置 30 コントロールユニット 33 スライドバルブ 39 バルブ駆動装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Premixing chamber 2 Combustion chamber 5 Annular flow path 7 Flame stabilizer 8 Annular nozzle 10 Main fuel injection valve 16 High pressure air passage 19 Flashback sensor 20 Partition wall 22 Air inlet port 23 Rotary valve 24 Air inlet port Valve port 29 Valve drive device 30 control unit 33 slide valve 39 valve drive device

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】加圧空気を導入する高圧空気通路と、 高圧空気通路からの加圧空気と主燃料噴射弁から噴射さ
れる燃料とを混合する予混合室と、 予混合室からの混合気を燃焼室に導入する環状流路と、 高圧空気通路と環状流路を仕切る隔壁と、 隔壁に開口して高圧空気通路と環状流路を連通する空気
導入口と、 空気導入口を開閉する開閉バルブと、 開閉バルブを駆動するバルブ駆動装置と、 逆火現象の発生を検出する逆火検出手段と、 逆火現象の発生時に空気導入口を開く制御手段と、 を備えたことを特徴とするガスタービンの予混合燃焼
器。
1. A high-pressure air passage for introducing pressurized air, a premixing chamber for mixing the pressurized air from the high-pressure air passage with fuel injected from a main fuel injection valve, and an air-fuel mixture from the premixing chamber. To the combustion chamber, a partition that separates the high-pressure air passage and the annular flow passage, an air inlet that opens in the partition to connect the high-pressure air passage and the annular passage, and an opening and closing that opens and closes the air inlet. A valve drive device for driving the on-off valve, a flashback detection means for detecting the occurrence of the flashback phenomenon, and a control means for opening the air inlet when the flashback phenomenon occurs. Premixed combustor for gas turbines.
【請求項2】前記逆火検出手段として環状流路に臨む熱
電対を備えたことを特徴とする請求項1に記載のガスタ
ービンの予混合燃焼器。
2. The premixed combustor for a gas turbine according to claim 1, further comprising a thermocouple facing the annular flow path as the flashback detection means.
【請求項3】前記開閉バルブとして環状流路の周方向に
回転するロータリバルブを備えたことを特徴とする請求
項1または2に記載のガスタービンの予混合燃焼器。
3. A premixed combustor for a gas turbine according to claim 1, further comprising a rotary valve that rotates in a circumferential direction of the annular passage as the opening / closing valve.
【請求項4】前記開閉バルブとして環状流路の軸方向に
移動するスライドバルブを備えたことを特徴とする請求
項1または2に記載のガスタービンの予混合燃焼器。
4. The premixed combustor for a gas turbine according to claim 1, further comprising a slide valve that moves in the axial direction of the annular flow path as the opening / closing valve.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003207130A (en) * 2001-12-21 2003-07-25 Nuovo Pignone Holding Spa Main liquid fuel injection device for single combustion chamber with premixture chamber of gas turbine having low emission of pollutants
JP2005345095A (en) * 2004-06-04 2005-12-15 General Electric Co <Ge> Method and device for for low-emission gas turbine power generation
JP2009242132A (en) * 2008-03-28 2009-10-22 Aisin Seiki Co Ltd Combustion device for reforming apparatus and reforming apparatus

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