JPS58107818A - 気体燃料インジエクタ - Google Patents

気体燃料インジエクタ

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JPS58107818A
JPS58107818A JP57193916A JP19391682A JPS58107818A JP S58107818 A JPS58107818 A JP S58107818A JP 57193916 A JP57193916 A JP 57193916A JP 19391682 A JP19391682 A JP 19391682A JP S58107818 A JPS58107818 A JP S58107818A
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JP
Japan
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gaseous fuel
swirler
fuel injector
power plant
assembly
Prior art date
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Pending
Application number
JP57193916A
Other languages
English (en)
Inventor
ジエフリ−・ダグラス・ウイリス
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.)
Rolls Royce PLC
Original Assignee
Rolls Royce PLC
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Publication date
Application filed by Rolls Royce PLC filed Critical Rolls Royce PLC
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Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/04Air inlet arrangements
    • F23R3/10Air inlet arrangements for primary air
    • F23R3/12Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex
    • F23R3/14Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex by using swirl vanes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D14/00Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/20Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone
    • F23D14/22Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other
    • F23D14/24Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other at least one of the fluids being submitted to a swirling motion
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R2900/00Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/00002Gas turbine combustors adapted for fuels having low heating value [LHV]
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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  • Glass Compositions (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ガスタービンエンジンの燃料インジェクタ(
噴射器)、特に異るカロリー価を有する或ル範囲にわた
る気体燃料を工業用ガスタービンエンジンの燃焼室に噴
射することを目的とする燃(2) 料インジェクタに関する。
工業用ガスタービンエンジンをアイドル状態にて運転す
る時、燃焼効率(η)は燃料インジェクタの出口におけ
る気体燃料速度帖の関数として変化する。燃焼効率(η
)対気体燃料速度ηの曲線はピーク(峰)を有し、気体
燃料速度の小さな変化が燃焼効率の大幅な減少を生ずる
種々の気体燃料と圧縮機吐出空気との速度が燃焼器入口
において、より近い値に合致していると、エンジン・ア
イドルにおけるη対V曲線はピークを示さず、燃焼効率
は気体燃料速度に対して敏感性が減少することが判って
いる。エンジンは使用される燃料のタイプにかかわらず
単位時間当りに等しい熱入力を受取らなければならない
から、燃料吐出ダクト内の気体燃料の速度は燃料のカロ
リー価と密度とによって変わる。このように流量は使用
する燃料によって変わらなければならないがダクト面積
は一定であるから、気体燃料速度が変わらなければなら
ない。よって高カロリーの気体燃料は燃料吐出ダクトか
らの吐出速度が低く、低(3) カロリーの気体燃料は吐出速度が高い。かくて気体燃料
速度は約80fps(240(1m/秒)から1000
fps (80,0OOcrn/秒)の間で変化するの
に、エンジン・アイドルにおける圧縮機吐出空気の速度
は400〜600 fps (12,000〜18.0
00cm、7秒)の範囲にある。
本発明は、燃料と空気流との間のエネルギ交換を調整す
ることによりエンジン燃焼室の入口において種々の気体
燃料と圧縮機吐出空気との速度を等しくするかまたは、
より近い値に合致させることを提案するものである。
このエネルギ交換は、各燃焼室の頭部中央に位置するス
ワーラ装置によって気体燃料と空気とを混合することに
より達成されることができる。このスワーラ装置は、共
同して流れの方向に断面積が減少する数個の彎曲通路を
画成する数枚の羽根と1個の中央ビントルとを含むこと
ができる。これらの通路はエンジン圧縮機から圧縮機吐
出空気を、また燃料吐出ダクトから気体燃料を受入れ、
該ダクトの出口はビントルの上流端の近く、また(4) はそれと重複して配置されて、気体燃料は先ずスワーラ
通路の半径方向内方部分に流入し、ついで各通路の長さ
の残り部分で圧縮機空気と混合するようになっている。
2つの流れの間にエネルギ交換が生じて、両者間の速度
差により、気体燃料速度の増加、空気速度の増加または
減少、またはこれらの効果の組合せの同れかが起きるこ
とになる。
その総合効果は、燃焼室への入口を構成する、スワーラ
通路からの出口にて気体燃料および空気が同じような速
度にて流動し、少くとも部分的に混合していることであ
る。
この装置はまた1次区域の流動形式を向上させるために
、平行壁を持ちスワーラ組立体の外周にて燃焼室の頭部
から短かい距離だけ燃焼室の中に延びているカフ(折返
えし)またはスリーブを含んでいる。カフはその周囲の
まわりに形成された1列以上の半径方向の孔を有するこ
とができる。
この形式のカフは別の特許明細書に記載され、特許請求
されている(英国特許第1595224号、米国特許願
第123260号)。
(5) 以下に添付図面を参照しつつ、本発明をより詳細に記載
する。
第1図において、ガスタービンエンジン動力装置10は
圧縮機12、圧縮機から圧縮された空気を供給される、
数個の円周方向に配置された燃焼室14、燃焼室14の
燃焼生成物により駆動される圧縮機駆動タービン16、
およびタービン16からの排気の残留エネルギにより駆
動されて負荷20を駆動するパワータービン18を有ス
る。
動力装置10の燃料は異るカロリー価を持つ成る範囲の
気体燃料を含み、各燃焼室14は気体燃料インジェクタ
22を有する。特に第2図、第8図および第4図を参照
して、各燃料インジェクタ22は気体燃料吐出ダクト2
4と、実用上の理由で燃焼室の頭部30の中央孔28に
取付けられたスワーラおよびビントルの組立体26とを
含んでいる。組立体26はダクト24に取付けられるこ
とができるが、そのようなやり方をするとエンジンケー
シングに極端に大きな開口部が必要となり、燃焼室に対
する正確な位置決めが困難となるであ(6) ろう。
組立体26は、外側ハウジングまたはスリーブ34とハ
ブまたは中央ビントル36との間に延在する等間隔の曲
りだ羽根32の配列を含んでいる。
羽根は所要の旋回度合により他の角度を用いることもで
きるが約80°の角度で曲げられ、スリーブ34は頭部
80の中央部分の延長である。その代りに、スリーブを
頭部とは別個の部品として、適当な手段、たとえばろう
付けにより頭部に取付けることもできる。
羽根82、スリーブ84およびビントル86は矢印Bで
示される流れの方向に断面積が減少する数個の通路88
を画成し、また羽根320曲がりにより中を通る流れの
方向を変える。
吐出ダクト24の出口40は組立体26と同軸であり、
その出口の端は羽根82の各々の半径方向の」二流端に
形成された切欠き42の中に位置決めされて、出口40
の端はビントル36の上流端と重なり合う。
動力装置10は異る密度およびカロリー価を持(7) つ成る範囲の気体燃料で働くように配置されている。任
意の特定エンジン運転条件にて単位時間当り熱入力を一
定値に保つためには、ダクト24を通る異った気体燃料
の流計は違うから、燃料が異ると出口の速度は変わる。
速度変化ハホぼ約80〜1000 f’p8 (2,4
00〜80,000m/秒)の範囲に入り、高カロリー
価の燃料は低速で、低カロリー価の燃料は高速で流れる
。組立体260入口における圧縮機12がらの吐出空気
の速度はエンジン・アイドルにて約400〜600fp
s(12,ooo〜18.oooLM/秒)である。
第5図は代表的なη対V曲線であり、もしもVが点Hの
近くになく点AまたはCの領域に在ると、燃焼効率は低
い。最適効率を達成するには、気体燃料インジェクタの
出口流面積を変更してそれぞれのカロリー価および密度
に合わせなければならないであろう。
本発明の装置では、スリーブおよびビントルの組立体の
所またはその近(にて気体燃料と圧縮機(8) 吐出空気との速度が等しい、または近い値に合わせられ
る。第2図にて、カロリー価および密度により約80〜
l OOOfps (2,400〜30,000m/秒
)の範囲の速度を持つ気体燃料は出口40を離れて各通
路38の上流端の半径方向の内方部分に入り、いっぽう
圧縮機吐出空気は400〜600 fp8 (12,0
00〜18,000 cm/秒)の範囲の速度にて各通
路38の上流端の半径方向の外方部分に入る。
各通路中で気体燃料は空気流と混合しようとし、また各
通路の断面積は減少しているから通路中の流速は増大す
る傾向が全般にある。また燃料と空気との間にエネルギ
交換があり、初期速度の差によって、燃料速度が増し、
空気速度が増し、または減じ、またはこれらの効果が組
合されるようになる。
上記の型式の燃料インジェクタを用いると、エンジン・
アイドルにおけるη対V曲線は第5図の如きピークを持
たず、第6図の典型的な曲線のようにずっと平坦になる
。100BTU/5cf(89(9) Kca l / Nm ’ )の石炭抽出ガスから28
1f3BTU/ s c、f (2061Kcal /
Nm” )のプロパンまでの広範囲な気体燃料に存在す
るこの特性は、単一の設計基準から許容可能の燃焼効率
が比較的容易に得られることを意味する。
1列以上の孔46を持つものと持たないものが有るが、
カフまたはスリーブ44をスリーブ組立体26に設ける
ことにより一次区域の流れ形式を向上させることもでき
る。このようなカフは別の特許明細書に記載され特許請
求されている(英国特許第1595224号、米国特許
願第128260号)。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による1個以上の燃料インジェクタを組
込まれているガスタービンエンジン動力装置を示す図、 第2図は第1図の燃料インジェクタの一つの詳細図、 第3図は第2図の矢印Aの方から見た部分図、第4図は
第2図に示す燃料インジェクタのスワ(]0) −ラおよびビントルの組立体の部分的な側面を示す詳細
図、 第5図は本発明による燃料インジェクタを用いない場合
、エンジン・アイドル状態での燃料インジェクタ出口に
おける典型的な燃焼効率(η)対気体燃料速度(財)曲
線、 第6図は本発明による燃料インジェクタを用いた場合、
エンジン・アイドル状態での典型的なη対V曲線、であ
る。 22・・・インジェクタ 24・・・ダクト26・・・
スワーラ・ビントル組立体 36・・・ハブ     32・・・羽根特許出願人 
 ロールス・ロイス・リミテッド(外4名) (11)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (υ ガスタービンエンジン動力装置の圧縮機から圧縮
    された空気の流れを受入れるように配置されたスワーラ
    組立体に気体燃料を放出するように配置された気体燃料
    ダクトを有する、ガスタービンエンジン動力装置用気体
    燃料インジェクタにおいて:該スワーラ組立体は外側ハ
    ウジングと内側ハブとの間に配置される複数のスワーラ
    羽根を有し該羽根と該ハブと該ハウジングとが通過する
    流れの方向に減少する断面積を持った複数の通路を画成
    し;該通路の上流の半径方向内力部分に気体燃料が噴射
    され、該通路の上流の半径方向外力部分に圧縮された空
    気が流入するようにされた、気体燃料インジェクタ。 (2)該外側ハウジングが平行壁を持つスリーブを有し
    、該ハブが下流方向に断面積を増して切立った基部にて
    終結するビントルを有している、特許(1) 請求の範囲第1項に記載のインジェクタ。 (3)該気体燃料ダクトの出口が数個の切欠きの中に位
    置決めされ、該切欠きが該スヮーラ羽根の上流縁に形成
    されている、特許請求の範囲第1項に記載のインジェク
    タ。 (4)該スワーラ組立体が動力装置の燃焼室と一体であ
    るか、または燃焼室に取付けられており、該気体燃料ダ
    クトが該スヮーラ組立体から独立して取付けられている
    、特許請求の範囲第1項に記載の燃料インジェクタ。 (5)該平行壁を有するスリーブが該スヮーラ組立体の
    外周の下流端から延在して、事実上肢スリーブが動力装
    置の燃焼室の一次区域の中に延びるようにされている、
    特許請求の範囲第1項に記載の燃料インジェクタ。
JP57193916A 1981-11-07 1982-11-04 気体燃料インジエクタ Pending JPS58107818A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB08133640A GB2109532B (en) 1981-11-07 1981-11-07 Gas fuel injector
GB8133640 1981-11-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS58107818A true JPS58107818A (ja) 1983-06-27

Family

ID=10525714

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP57193916A Pending JPS58107818A (ja) 1981-11-07 1982-11-04 気体燃料インジエクタ

Country Status (5)

Country Link
US (1) US4483138A (ja)
JP (1) JPS58107818A (ja)
DE (1) DE3239195A1 (ja)
FR (1) FR2516169A1 (ja)
GB (1) GB2109532B (ja)

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