JPS5824694B2 - ガスタ−ビンゲンドウソウチヨウノ ネンシヨウシツノ ネンリヨウキヨウキユウオヨビコンゴウキケイセイソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、外側ケーシングと、該ケーンング内に嵌め込
まれている焔管と、上流側範囲においてそれぞれの側方
で互いに向き合って位置している複数の空気供給孔とを
有しているガスタービン原動装置用の燃焼室−艶って、
前記焔管に、該焔管と外側ケーシングとの間に形成され
た環状室から混合用フレッシュ空気が供給されるように
なってお・す、さらに前記空気供給孔にそれぞれ１つの
燃料管が配属されており、該燃料管の出口を介して燃料
が、焔管内に流入するフレッシュ空気と混合されるよう
になっており、さらに焔管端壁が、焔管中実軸線に対し
て垂直な平面に対して半円形状に凸に外方へ湾曲してい
る形式のものに関する。

ガスタービン原動装置用の燃焼室の周知の構成では、燃
料は例えば周知の単純ノズル及び２重ノズルによって高
圧下で細かく霧化されて１次区域内へ噴射されて、そこ
で混合気を形成させられ即ち気化させられ、最後に燃焼
するか、或いは空気霧化ノズルにより１次区域内へ入り
、その際燃料に多くの場合、混合気形成プロセスを短縮
するために、ノズルの内部で既に空気が混加される。

燃料を燃焼プロセスによって惹起される高い壁温度及び
バーナ内の流量比に基いて気化させ且つ空気と準備混合
させる種々の形式のいわゆる６気化器付バーナ”による
燃料供給及び混合気形成も周知である。

しかしこれらの周知の燃料噴射及び混合気形成システム
のすべてに特有のことは、燃焼が程度の差こそあれ１点
から始まり、従って強制された混合過程及びそのだめの
相応する装置がないと燃焼室出口に均一な温度分布が生
じないことである。

更にこの形式の点状の燃料噴射は空間的に均一な混合気
形成ひいては均一な燃焼を得るだめに比較的長い全長の
燃焼室を要求するか、或いは１次区域内に既に比較的均
一な燃焼を強制するために燃料分と空気分の著しく強い
１次区域渦流を要求する。

しかしこのことは高い圧力損失と結びついて、この圧力
損失自体は原動装置の出力損失を招く。

本発明の目的とするところは、上記の燃料供給及び混合
気形成装置の場合に生じる欠点を除去し且つ周知の装置
に比べて著しく僅かな燃焼室全長ひいてはガスタービン
原動装置の減小したスペース及び重量を保証するよう々
装置を構成することにあり、その際更に燃料・空気混合
物への最適な空気の混合によって燃焼室出口に均一な温
度分布が達成可能であるようにする。

更に装置が周知装置よりも高い燃焼室負荷を可能にする
ようにする。

上記の目的を解決するために、本発明の要旨とするとこ
ろは、前記空気供給孔が信管端壁のすぐ下流で信管の側
方の壁部分に配置されており、燃料管の流出開口が、そ
れぞれの空気供給孔の、信管端壁に最も近い壁部分の幾
分か下流で空気供給孔に開口しており、このばあい原動
装置運転中に比較的高い速度で空気供給孔を介して互い
に対向するフレツンユ空気ジェットは、一面では大部分
が一次空気として信管のほぼ中央から信管端壁に向かっ
て再循環される一次空気渦流を形成し、比較的低圧下で
供給される燃料が前記−次空気渦流によって取囲まれか
つ一次空気と混合され、一面ではフレツンユ空気ジェッ
トの残部が信管中心範囲で混合用空気として主流方向に
偏向されるようになっており、さらにフレッシュ空気ジ
ェットの流れ速度が、はぼ１ｍ／ｓの速度で供給される
燃料に対してほぼ５０ ｍ／ ｓになるようになってい
る。

次に添付図面について本発明を詳説する。

２ 第１〜４図に示した燃焼室は主として１つの外側ケ
ーシング１とその中に配置された１つの信管２とより成
っている。

外側ケーシング１及び信管２の壁は図示されていないガ
スタービン原動装置の中心縦軸線に対して同軸的に配置
されていて且；つこれによって閉じた環状燃焼室を形成
している。

本発明は外側ケーシングとその中へ挿入された信管とよ
り成っている多数の単個燃焼室が互いに等間隔に且つ原
動装置縦軸線に対して同軸的に配置されている形式の単
個燃焼室又は例えば、原動装置縦軸線に対して同軸的に
配置された多数の単個信管が１つの共通の環状の外側ケ
ーシングの内部に配置されている形式の環状兼管状燃焼
室にも応用可能である。

第１図に示すようにガスタービン原動装置の圧縮機（図
示せず）によって圧縮されたフレッシュ空気は環状燃焼
室の１つの入口デフユーザ３を経て矢印Ｆの方向で外側
ケーシング１と信管２の間に形成された環状室４内へ入
る。

圧縮空気の１部は矢印Ｇの方向で１次空気供給孔５，６
を経て１次空気として信管２内へ流入し、この圧縮空気
の別の１部はもつと下流側で信管２内に配置された開ロ
ア、８を経て矢印ＨもしくはＫの方向で信管２内へ２次
空気としてかもしくは信管の壁冷却のために流入する。

１次空気供給孔５．６は等間隔に且つその都度互いに向
き合って、信管２の全周上に分散して配置されている。

圧縮空気の残部（矢印Ｌ）は例えば環状燃焼室の下流側
端部の範囲で信管２内へ入れられることができ、これに
よって燃焼室出口温度を幾分か低下させるかもしくは半
径方向並びに円周方向で燃焼室出口に所望の温度分布を
生じさせることができる。

燃焼室全体に供給された圧縮空気の約２５係が１次空気
となる。

本発明による装置の範囲内で１つの環状の燃料集合導管
９から燃料管１０．１１が分岐しており、これらの燃料
管のそれぞれの流出開口１２．１３はこの場合上方から
漏斗形にせばまる１次空気供給孔５，６内へ突入してい
て、流出開口１２゜１３が直接に、１次空気供給孔５，
６の、上流側の燃焼室端壁１４に最も近い壁部分５′も
しくは６′のところ又はその幾分か後方にあるようにな
っている。

原動装置運転中に比較的高い圧力で１次空気供給孔５，
６を介して供給されたフレツンユ空気ジェット（矢印Ｇ
）はそれぞれ信管中心の範囲で互いに衝突し且つ上流側
の信管範囲内に矢印Ｐで示した回転−次空気渦流を形成
すると共に、１次空気供給孔５，６を介して供給された
圧縮空気の残部はほぼ矢印Ｂによって示された経路をた
どり、。

これにより特に信管中心範囲において混合用空気が保給
される。

これによって、比較的高い圧力で供給された１次空気（
矢印順序Ｇ、Ｐ）は比較的低い圧力で供給された燃料（
矢印Ｂ）を同伴し、それも燃料は二主として１次空気噴
流によって取囲まれる。

上記の形式で、１次空気供給孔６を介して供給された燃
料分と空気分の混合もおこる。

図示し且つ説明した燃料及び空気供給（矢印Ｇ。

Ｐ、Ｂ）は１次空気と供給された燃料との極めて２烈し
い混合のだめの優れた条件を提供する、それというのは
殊に供給された圧縮空気と供給された燃料との間に比較
的大きな混合表面が得られるからである。

これに関連して、１次空気供給孔５゜６を介して例えば
５０ ｍ ／ ｓｅｃの速度で供給され３た圧縮空気と
、その都度例えばほぼ１ ｍ／ ｓｅｃの速度で供給さ
れた燃料との間に常に存在する速度差も有利な作用を呈
する。

要するに本発明による装置では２つの１次空気供給孔５
，６のそれぞれに、矢印順次Ｇ、Ｐ、Ｂ３による烈しく
混合された燃料空気混合物によって形成された２つの回
転渦流が生じ、これらの回転渦流は湾曲した上流側の燃
焼室端壁１４と１次空気供給孔５．６の間の区域全体を
ほぼふさぐ。

その際、燃焼室の全周にわたって殊に一様に拡４１がる
焔前線を得るために、燃料分と空気分から組成された渦
流が互いに密接していて、燃焼室の半径方向並びに円周
方向で見て、互いに衝突するのが有利である。

噴流相互の衝突範囲内に極めて高い乱流渦動の区域があ
り、この区域は本発明により混合気形成及び焔安定のた
めに一緒に使用される。

更に、矢印Ｇ、Ｐ及びＢによって示された空気及び燃料
の供給に基いて、上流側の燃焼室端壁１４は比較的低温
に保たれることができる。

均一な燃料分布により炭素発生を招く燃料過多区域が防
止され且つ更に燃焼室端壁１４への燃料粒子の沈着が十
分に避けられ、これにより場合によっておこる燃料粒子
炭化のおそれひいては煤発生のおそれも十分に排除され
ている。

本発明のもう１つの重要な利点は、再循環距離全体の利
用に基いて短かい軸方向距離上で、供給された燃料分と
空気分の烈しい混合がおこなわれることができて、短か
い全長の燃焼室を得るために有利であり、しかもその際
、従来燃焼室に通例設けられている機械的の渦流発生及
び焔安定機構を設けておく必要がないことである。

特に第１図に関して本発明による装置のもう１つの利点
は、旧来の燃焼室を著しい構造上の費用を必要とするこ
となしに上記のように改造し得ることがあるが、しかし
この場合には主として、燃焼プロセス改善の利点だけが
得られ、これに反して燃焼室の全長減小の利点は得られ
ない。

本発明による装置のもう１つの重要な利点は、燃料供給
が旧来の噴射ンステムの場合に必要な霧化ノズルを必要
とすることなしにおこなわれることができ且つ実地にお
いて最近の原動装置で１＝３０〜１：４０である大きな
燃料量比が問題なく使用され得ることである。

第２〜４図は第１図の変化実施形を示し、同じ部分には
同じ符号が付されている。

その際第２図では信管２は自体周知の形式で殊に外部に
向っての熱放射を減らすために上流側の範囲を付加的の
内壁１５で内張すされている。

燃料管１０．Ｎは第２図では信管２もしくは信管端壁１
４と内壁１５の間のその都度の隙間内へ移されており且
つ側方から１次空気供給孔５゜６の漏斗形に収縮してい
る範囲内へ導かれており、その際このことは第２図では
図面を簡単にするために１つの１次空気供給孔５につい
てだけ図示されている。

この場合、燃料供給管１０．１１の取付けは燃焼室の製
作プロセスと一緒におこなわれることができる。

更に、燃料管１０．１１を信管２内へ引き込んで配置す
ることにより、燃料を予熱し且つガス状の状態で信管２
内へ吹込む利点が生じこれにより燃料空気混合物の混合
気形成プロセスが更に強められる。

第３図に示すように、１次空気供給孔例えば５にこれに
対して同軸的にのびている環状体１６を配属しておくこ
とができ、これらの環状体はこの場合信管２の外側に取
付けられており且つ燃料管１０と結合するための１つの
導管接続片１７を備えており、且つ環状体１６内へ更に
１つの湾曲していて信管内へ突入している案内板１１′
が取付けられている。

第３図と異なって第４図では環状体１６は信管２の内部
に配置されており且つ付加的に１つの真直ぐの邪魔板１
８を備えている。

この邪魔板１８は案内板１１′ （第３図）と同じよう
に、供給された燃料がその外側を取囲む空気噴流（矢印
Ｇ。

Ｐ）を突き抜けるのを防止するためのものであり、そう
しないと燃焼プロセスに関与しない混合用字１気（矢印
Ｒ，Ｈ，Ｋ）の不都合な燃料富化が生じることになる。

ともかく、第２〜４図に示した装置では第１図について
既に詳細に説明した空気及び燃料分（矢印Ｇ、Ｐ 、Ｂ
）の供給及び混合気形成が根底にな：つているが、しか
しその際第１図と異なって燃料は供給される１次空気に
向けられて、流出開口１２及び１３から出る。

第４図に破線で示されているように、１つの燃焼室のそ
の都度の燃料集合導管９を空気力学上有利に構成された
流線形の形材１９によっておおっておくことができる。

第２〜４図に示した実施例でも本発明を実現するために
は、１次空気噴流（矢印Ｇ、Ｐ）の内部に燃料（矢印Ｂ
）を所望のように取囲むことを達成するため、燃料管Ｉ
Ｑ、１１（第２図）もしくは１７（第３及び４図）の流
出開口例えば１２が１次空気供給孔例えば５内へ突入し
すぎないようにすればよい。

更に本発明の範囲において、燃料供給管１０゜１１．１
７により液状又はガス状の燃料又は燃料空気混合物を供
給することも考えられる。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明による実施例を示すもので、第１図は
本発明の第１実施形の燃焼室１部分の縦断面図、第２図
は第２実施形の燃焼室１部分の縦断面図、第３図は第３
実施形の燃焼室１部分の縦断面図、第４図は第４実施形
の燃焼室１部分の縦断面図である。 ところで図示された主要部と符号の対応関係は次の通り
である。 １・・・・・・燃焼室外側ケーンング、２・・・・・・
燃焼室信管、５及び６・・・・・・１次空気供給ＬＩ０
，１１及び１７・・・・・・燃料管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 外側ケーシングと、該ケーンング内に嵌め込まれて
   いる焔管と、上流側範囲においてそれぞれの側方で互い
   に向き合って位置している複数の空気供給孔とを有して
   いるガスタービン原動装置用の燃焼室であって、前記焔
   管に、該焔管と外側ケーシングとの間に形成された環状
   室から混合用フレッシュ空気が供給されるようになって
   おり、さらに前記空気供給孔にそれぞれ１つの燃料管が
   配属されており、該燃料管の出口を介して燃料か、焔管
   内に流入するフレッシュ空気と混合されるようになって
   おり、さらに焔管端壁が、焔管中実軸線に対して垂直な
   平面に対して半円形状に凸に外方へ湾曲している形式の
   ものにおいて、前記空気供給孔５，６が焔管端壁１４の
   すぐ下流で焔管２の側方の壁部分に配置されており、燃
   料管１０゜１１０流出開口１２．１３が、それぞれの空
   気供給孔の、焔管端壁に最も近い壁部分の幾分か下流で
   空気供給孔５，６に開口しており、このばあい原動装置
   運転中に比較的高い速度で空気供給孔５゜；６を介して
   互いに対向するフレッシュ空気ジェットは、一面では大
   部分が一次空気として焔管のほぼ中央から焔管端壁１４
   に向かって再循環される一次空気渦流Ｐを形成し、比較
   的低圧下で供給される燃料が前記−次空気渦流Ｐによっ
   て取囲まれ、かつ一次空気と混合され、一面ではフレッ
   シュ空気ジェットの残部が焔管中心範囲で混合用空気Ｒ
   として主流方向に偏向されるようになっており。 さらにフレッシュ空気ジェットＧの流れ速度が、はぼ１
   ｍ／ｓの速度で供給される燃料に対しては；ぼ５０ ｍ
   ／ ｓになるようになっていることを特徴とするガスタ
   ービン原動装置用の燃焼室。