JPS62217019A

JPS62217019A - 軸流コンパクトガスタ−ビンバ−ナ及び冷却方法

Info

Publication number: JPS62217019A
Application number: JP8687A
Authority: JP
Inventors: ジョージ　デー　ルイス
Original assignee: Kongsberg Vapenfabrikk AS
Current assignee: Kongsberg Gruppen ASA
Priority date: 1986-01-03
Filing date: 1987-01-05
Publication date: 1987-09-24
Also published as: EP0228091A2; EP0228091A3

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】皮見上立机■立亘本発明はガスタービン、詳しくは車輌に利用することを
意図したガスタービンのためのバーナに関するものであ
る。

皿米狭五タービン構成部分に高温燃焼ガスを供給するためのガス
タービンバーナは公知である。これらのバーナは普通に
は加圧された空気を円筒状又は環状燃焼室のノズルを通
して噴射される燃料と混合し、混合物を燃焼し、タービ
ンに吸気する前に所定のガス温度に達するように付加的
に加圧空気で燃焼ガスを希釈する。燃焼室壁温度を受は
入れ得る水準に維持するため、これらのバーナは、普通
には、絶縁冷却フィルムを形成するために加圧空気を燃
焼室壁の内側に沿って噴出する。然し、このような「フ
ィルム冷却」を使用することは、当業者により理解し得
るように、不均一なバーナ出口温度パターンを生じるこ
とにより、バーナ特性を低下する可能性がある。

どのような場合にも、加圧空気は燃焼用燃料と混合する
ためバーナ内に噴射されなければならない、空気を燃焼
用燃料と混合し、そして比較的長いバーナ室なしに、結
果としての燃焼生成物を希釈することは困難である。そ
れにもかかわらず、高い効率が必要とされるが組み付は
空間が限定されている環境でガスタービンエンジンを使
用することが非常に好ましくなってきた。従って、縦寸
法が比較的小さいバーナは斯かるエンジンに重要で有用
な構成部分となる。

１立本発明の目的は、スペースを節約し、又は小型エンジン
設計に使用する、縦寸法を減少したバーナを提供するこ
とにある。

本発明の別の目的は、比較的縦寸法が短いにもかかわら
ず、燃焼の要素の急速な混合を許容するバーナを提供す
ることにある。

本発明の別の目的は、バーナ内部ケーシングに十分に均
一な温度を形成することにある。

本発明の別の目的は、空気フィルムが冷却媒体である色
々なシステムよりも均一なバーナ出口温度バクーンを有
するバーナを提供することにある。

本発明の付加的な目的及び利点は一部を以下に説明し、
一部は発明の説明から明らかになり、又は発明を実行し
て学ぶことができるであろう０本発明の目的及び利点は
特許請求の範囲に特に指摘する方法及び装置により実現
され、得られることができる。

撓底本発明は、軸方向速度が低い高温気体流及び新規の冷却
空気流パターンををし、完全に対流的に冷却されるガス
タービンバーナにより従来技術の問題点を克服し上記の
目的を達成した。実施例に示し以下に広く記載するよう
に、燃料を燃焼するため及び高温燃焼気体をタービン構
成部分に供給するためのバーナ装置の発明は、噴射端と
出口端とその間を軸方向に延びるバーナ壁を有するバー
ナ室と、燃焼空気をバーナ室の内部に流入する前に壁を
対流冷却するために出口端からバーナ壁に沿って燃焼空
気を搬送する手段と、燃料を搬送される燃焼空気の一部
と混合するためバーナ室噴射端に配置される燃料噴射手
段とを有する。特に、バーナ壁の一部を対流冷却するた
めに使用される燃焼空気の温度を低減し流量を増大する
ため半導体装置を有するバーナ室の噴射端と、バーナ壁
を偏心的に囲みその一端が出口端と噴射端の間に配置さ
れるバーナ壁に密封状に取付られる縦部材とに隣接する
。該縦部材は密封状に取付ける位置から噴射端へのバー
ナ壁から隔置され、冷却のために使用される圧縮空気の
流は出口端と取付位置との間のバーナ壁部を越えて噴射
端の方へ向けられ、そして取付位置と噴射端との間のバ
ーナ壁部分に向けて噴射端から離れる方向に向けられる
。

好ましくはバーナ装置は更に二次空気流を形成するため
縦部材とバーナ壁との間のスペースからバーナ室へ空気
を向ける手段を含み、該方向手段は２組の装置を含み、
該２ｔｄｌは軸方向に互いに隔置されそして噴射端から
隔置されバーナ室を３つの機能的に異なる領域に、すな
わち空気・燃料混合物の放散および膨張のために形成さ
れる噴射端に近接した一次領域と、空気・燃料混合物を
空気・燃料混合物の二次空気からの空気の一部と混合す
るために一次領域に軸方向に隣接する二次領域と、二次
領域に形成される燃焼気体を二次空気流からの空気の別
の部分により希釈するため二次領域に軸方向に隣接する
三次領域に分割する。

ガスタービンバーナ装置では、一次領域と二次領域は夫
々約９．５χと約５．５χの空気に対する燃料の重量比
を含むことと、燃焼気体は約３８．１０〜５３．３４ｍ
／ｓｅｃ（約１２５〜１７！Ｍ／５ｅｅ）でバーナ室の
軸線に沿って流れることが又好ましい。

噴射端と２組の装置の類似の１つとの間の対流冷却ガス
タービンバーナ装置放散領域はバーナ室の直径の約６０
％〜約１２０％の軸方向長さを有することと、２組の装
置の間の混合及び燃焼領域はバーナ室の直径の約３０％
の軸方向の長さを有することが更に好ましい。

具体例を示し広く後に説明するように本発明によると、
噴射端と出口端とを存し、一般に噴射端から軸方向に出
口端に向けられている燃焼気体流方向を有し出口端に近
接して燃焼空気源を有する縦バーナ壁を持つ軸流コンパ
クトガスタービンバーナを対流冷却する方法は燃焼空気
をバーナ壁に沿って燃焼気体流方向と反対方向に流すス
テップと、出口端から出口端と噴射端の中間の点へ流す
ステップと、燃焼空気をバーナ壁から離れて噴射端の方
へ向けるステップと、燃焼空気の少なくとも一部を逆に
バーナ壁に沿って燃焼気体と同じ方向に噴射端から中間
点へ流すステップ七を有する。

好まし゛くは前記方法は二次空気として使用するためバ
ーナ壁に沿った同じ燃焼空気流に方向を定めるステップ
を有する。

災立炭本明細書に関連し本明細書の一部を構成する図面は本発
明の具体例を示し説明と共に本発明の詳細な説明する用
をなす。

図に全体を符号１０で示すガスタービンバーナを示す。

バーナ１０は以下に詳細に示すように、燃焼のために使
用される空気により対流的に冷却されるバーナ室１４を
形成する一般的に円筒状内部ケーシング１２を有する。

前記バーナ室１４は燃料噴射端１６と出口端１８とを有
する。外部ケーシング２０はバーナ室１４の噴射端１６
だけでなく前記内部ケーシング１２を十分に包囲する。

燃料をバーナ室内に噴射端１６で噴射する噴射手段が形
成され、該噴射手段については後に詳細に説明する。更
に空気をバーナ室１４内に燃焼のために空気を流入する
ための流入手段が形成され、該流入手段は後に詳細に説
明する。

前に示したように、本発明は燃料と空気を燃焼するため
の対流冷却ガスタービンバーナを指向している０本発明
により、バーナはバーナ室の少なくとも殆どの部分の外
周に沿って空気を搬送する搬送手段を含む。ここに具体
的に表現し、図面に示すように、前記搬送手段は前記内
部ケーシング１２と外部ケーシング２０との間に形成さ
れる第１通路２２を有する。縦部材２４は内部ケーシン
グ１２の外面２６に取付けられ、そして前記外部ケーシ
ング２０と内部ケーシング１２との間で形成される。環
状縦部材２４を設けることにより、縦部材２４と外部ケ
ーシング２０との間に第２通路２８を形成し、同時に縦
部材２４と内部ケーシング１２との間に第３通路を形成
する。矢印Ａで示すように空気の流れは順次第１通路２
２、第２通路２８、次いで第３通路３０とバーナ室１４
の噴射端の空洞部３２との何れかに向けられる。第１通
路２２と第３通路３０の内部の内部ケーシング１２に沿
っての空気の流れはバーナ室１４内に発生する燃焼によ
る熱を対流的に冷却する。

更に本発明により、バーナは燃焼のため、バーナ室内の
一次空気流を流入するための流入手段を含む、ここに具
体的に示すように、バーナ１０は空洞部３２からバーナ
室内に空気を流入するために隔置され傾斜した曲線状ベ
ーン３４の配列を有する。空気はバーナ室１４の軸線Ｘ
に対して約４２°から５２°の角度内で渦流運動をして
ベーン３４を通過する。

更にバーナ１０は一次空気流と混合するため、バーナ室
内に燃料を噴射するための燃料噴射手段を噴射端に近接
して有する。燃料噴射手段は好ましくは約１００＠以上
の角度で、すなわちバーナ軸線Ｘのどちらの側にも約５
０″より大である燃料噴射を形成する任意の普通のガス
タービン燃料噴射装置とすることができる。受は入れる
ことができる噴射ユニットは一つはエフセロコーポレー
ション（Ｅｘｃｅｌｌｏ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）製
であり図に描かれている。燃料噴射手段は斯くして外部
ケーシング２０に取付られラジアル燃料人口３７（スク
リーンフィルターで示す）を有する燃料噴射ユニット３
６を有する。燃料噴射ユニット３６は更に内部空気通路
４０と外部空気通路４２とを存するハウジング３８を有
する。内部空気通路４０と外部空気通路４２（図示しな
い渦形成器を有する）との間に挿入され、環状燃料通路
４４が偏心的に内部空気通路４０と外部空気通路４２と
の間に配置され入口３７と連結される。滑らかで薄いフ
ィルムがシートは通路４４の壁に形成しついで通路４０
．４２からの渦空気流によって噴霧中に破壊される。ハ
ウジング３８は空気を内部空気通路４０に流入するため
に１組の周方向に隔置された溝５０を有する。好ましく
は溝５０はバーナ室１４の軸＊Ｘに対して少なくとも約
４２°の角度を有する。

更に本発明により、バーナｌＯはバーナ室１４内に二次
空気流を向けるための搬送手段に連結する手段を含む、
ここに具体的に示し図に示すようにバーナ室１４内に二
次空気流を向けるための手段は第３通路３０に沿って内
部ケーシング１２の周の回りに隔てられた少なくとも２
＆Ｉｌの六６０と６２を有する。斯くして第２通路２８
を通り空洞部３２の中に通る空気はバーナ室１４内の一
次空気流を形成する。第３通路３０内に穴６０と６２の
何れかを通す空気はバーナ室１４への二次空気流を形成
する。

重要なのは、本発明によるガスタービンバーナ装置の操
作はいまや図により詳細に説明するであろう。図にＡに
よって示すように空気流はコンプレッサー又は類似の手
段により約６０．９６ｍ／ｓｅｃ（約２００ｆ／ｓｅｃ
）の空気速度で第１通路２２内に向けられ、それは受は
入れられることのできない圧力損失なしに妥当な壁温度
を形成し、しかし約３０．４８〜４５．７２　ｍ／ｓｅ
ｃ（約１００〜１５０ｆ／５ｅｅ）の速度は適切となる
可能性がある。もし壁温度が低いのが好ましいと、空気
速度が増大されることができ又は図示しない複数のフィ
ンが第１通路２２と第３通路３０の内部ケーシング１２
の外面２６に固定されることができる。空気は第１通路
２２から外部ケーシング２０と縦部材２４とにより形成
される第２通路２８へ流れ、縦部材は通路３０内を通過
する空気の約６０．９６ｍ／ｓｅｃ（約２００ｆ／ｓｅ
ｃ）の速度の所望の冷却空気を形成するために寸法が決
められている、外部ケーシングは空気が十分な圧力損失
を生ずることなしにバーナ室１４に搬送されるように位
置決めされている。ベーン３４を通してバーナ室１４に
入る空洞部３２へ通過する空気は渦運動を加えバーナ室
１４への空気の一次流を形成する。この一次空気流はバ
ーナ室１４の軸線Ｘに対して約５０°よりも大なる角度
でベーン３４からバーナ室１４に向けられる。

燃料噴射ユニット３６は内部空気通路４０と外部空気通
路４２と燃料通路４４とを夫々通して空気と燃料を受は
入れる。燃料噴射ユニット３６を通過する空気に加えら
れる渦の方向と程度はバーナ室への一次空気流にベーン
３４によって加えられるものと同じである。しかし燃料
噴射ユニット３６を通る空気の渦はバーナ室１４の軸線
に対して約５２″′の角度よりも大とすることができ、
しかし相対角度は約４２°よりも小さくすることができ
ない。

バーナ室１４への二次空気流は第３通路３０に隣接する
六６０と６２を通過する。２組の六６０と６２はバーナ
室１４を３つの８１能的に異なる軸方向に隣接する領域
に、つまり空気・燃料混合物の混合と膨張を可能にする
穴６０と噴射端１６との間の一次領域■と、該一次領域
■に隣接し六６０と６２の間に有り空気・燃料混合物の
混合と燃焼を許容する二次領域■と、該二次領域■に隣
接し穴６２の下流にあり、空気・燃料混合物の希釈を許
容する三次領域■とに分割する。燃焼プロセスに使用さ
れない空気は、タービンの希釈領域内に入れるために、
所定の温度に気体温度を下げるために加えられる。一次
領域■の空気混合物に対する燃料の重量比が約９．５χ
であり、二次領域「に関連する比はデザイン操作条件で
約５．５χである。

１組の六６０の軸方向位置によって形成される一次領域
Ｉは６０％以下の長さを存し、そしてバーナ直径の約１
２０％より大ではない、１組の六６２の軸方向位置は六
６０の下流のバーナ直径の３０％より大ではない、バー
ナ室１４内の高温気体の結果としての軸方向速度は約３
８．１０〜５３．３４ｍ／ｓｅｃ（約１２５〜１７５ｆ
／５ｅｅ）　、好ましくは約４５．７２　ｍ／ｓｅｃ（
１５０ｆ／ｓｅｃ）である。六６０と６２を通る空気の
二次空気流に関する高温気体の比較的低い軸方向速度は
一次空気と二次空気流の急、速で効率的な混合を許容す
る。従って比較的短いバーナ室が要求される。

本発明のガスタービンバーナと方法の修正と変更は当業
者に容易になされることができる。本発明はその広い観
点では明記した詳細又はその代表的方法及び装置に限定
される。斯くして前記の説明又は添付図に示される全て
の事項は例証として説明するもので限定的な意味を持つ
ものでない。

【図面の簡単な説明】

Ｖ−１図は本発明に斯かる対流冷却ガスタービンバーナ
の略断面図である。図において、１０・・・ガスタービンバーナ１２・・・内部ケーシング１４・・・バーナ室１６・・・燃料噴射端１８・・・出口端２０・・・外部ケーシング２２・・・第１空気通路２４・・・縦部材２８・・・第２空気通路３０・・・第３空気通路３２・・・空洞部３４・・・ベーン３６・・・燃料噴射ユニット３８・・・ハウジング４０．４２・・・空気通路４４・・・燃料ダクト６０．６２・・・穴代理人　弁理士　桑　原　英　明（指令）手続？１市正書（方式）昭和６２年４月Δ日特許庁長官　黒　１）明　雄　殿１、事件の表示特願昭６２−００００８６号２、　発明の名称軸流コンパクトガスタービンバーナ及び冷却方法３、補
正をする者事件との関係　　　　　特許出願人任　所　ノルウェー国　エフ−３６０１フングスベルグ
　（番地なし）名　称　エイ／ニス　コングスベルグヴアーベンファブリク代表者　ロルフ　ハンセン国籍　ノルウェー国４、代理人　　■１０５７　補正の自宛　　出願人のノゼキ奢岑炉話１．た訂正
願婁、４ＩＩＩ光しよ丁。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）噴射端と、出口端と、その間を軸方向に延びるバ
ーナ壁とを有するバーナ室を有し；燃焼空気を前記バーナ室の内部に流入する前に壁を対流
冷却するために出口端からバーナ壁に沿って燃焼空気を
搬送する搬送手段を有し、該搬送手段が前記バーナ室の
噴射端に隣接するバーナ壁の一部を対流冷却するために
使用される燃焼空気の温度を低減し流量を増大するため
半導体装置を有し、該導管装置が前記バーナ壁を偏心的
に囲みその一端が出口端と噴射端の間に配置されるバー
ナ壁に密封状に取付られる縦部材を有し、該縦部材は前
記バーナ壁から、前記密封状に取付ける位置から噴射端
への隔置され、冷却のために使用される圧縮空気流は出
口端と前記取付位置との間のバーナ壁部を越えて噴射端
の方へ向かい、そして前記取付位置と前記噴射端との間
のバーナ壁部分に向けて前記噴射端から離れる方向に向
けられ；燃料を搬送される燃焼空気の一部と混合するた
めバーナ室噴射端に配置される燃料噴射手段を有する；燃料を燃焼するため及び高温燃焼気体をタービン構成部
分に供給するためのバーナ装置。
（２）搬送手段が前記バーナ壁を偏心的に囲む外部ケー
シングと前記縦部材とを含み、前記縦部材が前記バーナ
壁と前記外部ケーシングとの間の空気の速度にほぼ等し
い前記縦部材と前記バーナ壁との間の空気速度を形成す
るために寸法決めされていることを特徴とする特許請求
の範囲第１項に記載のガスタービンバーナ装置。
（３）前記搬送手段内を通過する空気が約３０．４８〜
約６０．９６ｍ／ｓｅｃ（約１００〜約２００ｆ／ｓｅ
ｃ）の速度で前記バーナ壁の外周に沿って搬送されるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のガスター
ビンバーナ装置。
（４）二次空気流を形成するため空気を前記縦部材とバ
ーナ壁との間の空間からバーナ室に向ける手段を有し、
該手段が２組の穴を有し、該２組が互いに軸方向に隔て
られ噴射端から隔てられバーナ室を３つの機能的に異な
る領域、すなわち前記空気・燃料混合物の放散及び膨張
のために形成する噴射端に近接する一次領域と、前記空
気・燃料混合物を前記空気・燃料混合物の二次空気から
の空気の一部と混合するため前記一次領域に軸方向に隣
接する二次領域と、前記二次領域で形成される燃焼気体
を前記二次空気流からの空気の別の部分で希釈するため
前記二次領域に軸方向に隣接する三次領域とに分割する
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のガスタ
ービンバーナ装置。
（５）前記一次領域と二次領域が夫々約９．５％と５．
５％の空気に対する燃料の重量比を有することを特徴と
する特許請求の範囲第４項に記載のガスタービンバーナ
装置。
（６）前記燃焼気体流が前記バーナ室の軸線に沿って約
３８．１０〜５３．３４ｍ／ｓｅｃ（約１２５〜１７５
ｆ／ｓｅｃ）で流れることを特徴とする特許請求の範囲
第１項に記載のガスタービンバーナ装置。
（７）前記バーナ装置が前記噴射端と二組の穴の１の近
くとの間の放散領域を有し、該放散領域が前記バーナ室
の直径の約６０％〜１２０％の軸方向の長さを有するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の対流冷却
ガスタービンバーナ装置。
（８）前記バーナ室が二組の穴の間の混合及び燃焼領域
を有し、該混合及び燃焼領域が前記バーナ室の直径の約
３０％の軸方向長さを有することを特徴とする特許請求
の範囲第４項に記載の対流冷却ガスタービンバーナ装置
。
（９）噴射端と、出口端と、一般に噴射端から軸方向に
出口端に向けられている燃焼気体流方向と、出口端に近
接して燃焼空気源を有するバーナとを持つ軸流コンパク
トガスタービンバーナを対流冷却する方法において；燃焼空気をバーナ壁に沿って出口端から出口端と噴射端
の中間の点へ燃焼気体流方向と反対方向に流すステップ
と；燃焼空気をバーナ壁から離れて噴射端の方へ向けるステ
ップと；燃焼空気の少なくとも一部を逆にバーナ壁に沿って燃焼
気体と同じ方向に噴射端から中間点へ流すステップとを
有することを特徴とする方法。
（１０）二次空気として使用するためバーナ壁を通して
同じ燃焼空気流に方向を定めるステップを有することを
特徴とする特許請求の範囲第９項に記載の方法。