JPS62294815A - ガスタ−ビン燃焼器 - Google Patents

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】 ３、発明の詳細な説明 （発明の目的） （産業上の利用分野） 本発明はガスタービン燃焼器に係り、特に予配合通路内
への逆火を防止すると共に燃料と空気を均一に予混合す
るようにしたガスタービン燃石器に関する。

（従来の技術） ガスタービン燃焼器における窒素酸化物（以下ＮＯＸと
いう）の発生の主要因は、燃料と空気との当量比が１に
近い燃焼領域が燃焼ガス中に発生し、この燃焼領域にお
いて燃焼ガスが局部的に８潟化することにある。従来よ
りこのようなＮＯＸの発生要因に基づいて、空気を必要
以上に供給すると共に燃料を予め空気で希薄均一化して
希薄予混合燃焼を行なう燃焼器として、例えば特公昭５
７−５５９７４号公報に記載されているようなものが知
られている。上記燃焼器は第５図に示したように多段状
に形成され、基部にスワラ１を備えたパイロット燃焼室
２と外周部に同心円状の予混合ダクト３を備えたメイン
燃焼室４を有している。上記予混合ダクト３は、メイン
燃焼室４の上流側に形成された第１予混合気噴出孔５ａ
と連通する第１予混合ダクト３ａとメイン燃焼室４の下
流側に形成された第２予Ｈ，７合気噴出孔５ｂと連通す
る第２予混合ダクト３ｂとにより二重筒状に形成されて
いる。各予混合ダクト３ａ、３ｂ内にはそれぞれ燃利供
給装首５ａ、　６ｂに接続した燃料ノズル７ａ、７ｂが
配設されており、この燃料ノズル７ａ、７ｂから噴射さ
れる燃料は各予混合ダクト３ａ、３ｂのダクト開口部（
図示せず）から取り入れられる空気と希薄予混合されて
メイン燃焼室４内に噴出され希薄予混合燃焼を行なうよ
うになっている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、従来の燃焼器でｔよ各予混合ダクト３ａ
、３ｂ終端部のメイン燃焼室４周壁に予混合気噴出孔５
ａ、５ｂが所定の間隔で形成されているので、隣り合う
予混合気噴出孔５ａ、５ｂの間は予混合気の流速が遅く
なるか流れが渦状になることがあり、何らかの原因で一
度予混合ダクト３ａ、３ｂ内に逆火すると火炎が乱流火
炎伝播速度より遅い予混合気流部分を伝播し渦状の部分
で保炎が生じるという問題があった。また、予混合気の
流路である予混合ダクト３が二小筒に形成されているの
で、流路内外壁間隔の微小な違いや壁面粗さの僅かな違
いにより流速分ｎ１がつき、流速の遅い部分や渦になる
部分の発生により上述と同様の問題が生じることがあっ
た。また、上述の問題を解決するために予混合気の流速
が乱流火炎伝播速度より速くなるように予混合ダクト３
を形成することも考えられるが、このような予混合ダク
トでは予混合気のダクト内の滞留時間が短く流れの撹拌
が少ないので燃料と空気の混合が良くないという問題が
あった。

そこで、本発明は上述の従来技術が有する問題点を解消
し、予混合通路内への逆火を防止すると共に燃料と空気
を均一に予混合するようにしたガスタービン燃焼器を提
供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 上記［］的を達成するために、本発明は、燃料と空気の
予混合気を燃焼室内に噴出する噴出孔ごとに噴出孔に接
続した予混合通路を形成し、この各予混合通路の開放端
部に燃料ノズルを配設したものである。

（作　用） 上記構成に基づいて本発明の詳細な説明すると、予混合
気の噴出孔ごとに噴出孔に接続した予混合通路を形成し
たから、ＭＩ　ＧＪ孔間で流れが澱むことがなく、通路
内の予混合気の流れに逆流、渦、澱み等が発生づるのを
抑えることができる。また、予混合通路を経て噴出孔よ
り噴出される予混合気の噴出速度を乱流火炎伝播速度よ
り速くすることができる。したがって、火炎が予混合通
路内に逆火することを防ぐことがき、逆火したとしても
予混合通路内で保炎されることはない。

さらに燃料ノズルより噴射される燃料は予混合通路内に
均一に噴射されるので、圧縮空気と均一に予混合される
。

（実施例） 以下、本発明によるガスタービン燃焼器の一実施例を第
１図乃至第４図を参照して説明する。なお、第５図と同
一部分には同一符号を用いる。

第１図において符号１１は燃焼器外筒を示し、この燃焼
器外筒１１の上流端はヘッドプレート１２で閉塞されて
いる。ヘッドプレー１−１２の中央部にはパイロット燃
料系統（図示せず）に接続されると共に先端にスワラ１
を備えるパイロット燃料流入部１３が設けられ、スワラ
１には」−流側に小径のパイロット燃焼室２を有すると
共に下流側に大径のメイン燃焼室４を有しパイロット燃
焼室２とメイン燃焼４をテーパ状の拡径部１４ａで連通
した二段形状の燃焼器内筒１４が取り付けられている。

また、上記燃焼器外ｎ１１と燃焼器内筒１４の間には一
端がヘッドプレート１２内面に当接した筒体状のフロー
スリーブ１５が設けられ、このフロースリーブ１５は燃
焼器内筒１４と同心円をなす二段状に形成されている。

上記燃焼器内筒１４の周壁には圧縮空気や予混合気が燃
焼室内に噴出する孔が複数形成されており、拡径部１４
ａの周壁には第１予混合気噴出孔５ａが、メイン燃焼室
４中央部の周壁には第２予混合気噴出孔５ｂが形成され
ている。この第１予混合気噴出孔５ａおよび第２予混合
気噴出孔５ｂには、それぞれ第２図および第３図に示し
たように、断面が扇形で予混合気噴出孔の２乃至３倍の
開面積に形成された第１予混合通路１６ａおよび第２予
混合通路１６ｂが６孔ごとに接続されている。この第１
予混合通路１６ａおよび第２予混合通路１６ｂはフロー
スリーブ１５の外周面に交互に取り付けられると共に軸
方向に延在し、第１予混合通路１６ａは燃焼器の下流側
へ、第２予混合通路１６ｂは燃焼器の上流側へ延び、各
予混合通路１６ａ、１６ｂの終端は開口している。

また、上記燃焼器外筒１１の上流側周壁には、第２図に
示したように、パイロット燃焼室２内に向いた点火器１
７と共に火炎検知器１８が設けられ、さらにパイロット
燃焼室２周壁には、このパイロット燃焼室２と隣接する
燃焼器のパイロット燃焼室（図示せず）とを連通ずる火
移り管１９が設けられている。ここで、点火器１７、火
移り管１９等は第２予混合通路１６ｂの間をぬって設置
ノられている。

また、上記燃焼器外筒１１の下流側壁には、第１予混合
燃料系統（図示ピず）に接続されるとノξに先端がフロ
ースリーブ１５外周面に形成された環状の第１予混合燃
料マニホルド２０に接続された第１予混合燃料流入部２
１が設けられ、第１予混合燃料マニホルド２ｏには軸方
向に燃焼器上流側に向けて配設されると共に先端部が上
記各第１予混合通路１６ａの開口部内に位置する第１燃
料ノズル２２ａが接続されている。さらに、前記へラド
プレート１２の縁部には、第２予混合燃料系統（図示せ
ず）に接続されると共に先端がヘッドプレート１２内面
に形成された環状の第２予混合燃料マニホルド２３に接
続された第２予混合燃料流入部２４が設けられ、第２予
混合燃料マニホルド２３には軸方向に燃焼器下流側に向
けて配設されると共に先端部が上記各第２予混合通路１
６ｂの開口部内に位置する第２燃料ノズル２２ｂが接続
されている 上記第１および第２燃料ノズル２２ａ、２２ｂは、第４
図に示したように、先端が閉塞された筒体で、先端面お
よび先端部周面には複数の燃料噴α１孔２５が形成され
ている。この燃料噴射孔２５は場所によってその径およ
びノズルの軸方向に対づる角度が異なっており、これら
の径および角度は少なくと５２種類以上形成されている
。

以上のように構成されたガスタービン燃焼器において、
圧縮磯（図示せず）から吐出される圧縮空気は、燃焼器
外筒１１とフロースリーブ１５の間および燃焼器内筒１
４とフロースリーブ１５の問を燃焼器上流端に向けて流
れ、一部は燃焼器内ｆｉ１１４をフィルム冷却すると共
に一部はパイロット燃焼室２内に一次空気として流入し
、さらに一部はスワラ１を介してパイロット燃焼室２内
に旋回空気として流入すると共に一部は第１予混合通路
１６ａおよび第２予混合通路１６ｂ内に流入づる。

一方、パイロット燃料系統（図示せず）より送給される
燃料は、パイロット燃料流入部１３およびスワラ１を介
してパイロット燃焼室２内に噴射され、スワラ１を介し
て流入する旋回空気と混合されて拡散燃焼し、この燃焼
で生成された高温の燃焼ガスはメイン燃焼室４内へ予混
合気の着火源として流入する。

他方、第１予混合燃ｉ１１系統（図示せず）より送給さ
れる燃料は、第１燃料ノズル２２ａを介して第１予混合
通路１６ａ内に噴射され、予混合通路内に流入する圧縮
空気と予混合されると共に第２予混合燃料系統（図示せ
ず）より送給される燃料は、第２燃料ノズル２２ｂを介
して第２予混合通路１６ｋ）内に噴射され、圧縮空気と
予混合される。

この時、各予混合通路１６ａ、１６ｂは各予混合気噴出
孔５ａ、５ｂごとに接続されかつ予混合通路１６ａ、１
６ｂ内には突起物が一切形成されていないので、通路内
の流れに逆流、渦、澱み等が発生することはなく、また
予混合通路１６ａ。

１６ｂの断面の縦横比が従来の二重筒状予混合ダクトよ
り遥かに１に近いので通路内の流れに流速分布がつきに
くい。さらに、予混合通路１６ａ。

１６ｂ内の流速が３０ｍ／ｓ乃至５０ｍ／ｓと速いので
予混合気噴出孔５ａ、５ｂからの噴出速度が乱流火炎伝
播速度より速くなっている。このため、火炎が予混合通
路１６ａ、１６ｂ内に逆火することはなく、逆火したと
しても予混合気の流速が回復すれば火炎は燃焼室内に吐
き出されるので予混合通路内で保炎されることはない。

また、各燃料ノズル２２ａ、２２ｂには前述のように種
々の形状の燃料噴射孔２５が形成され、燃料は、予混合
通路１６ａ、１６ｂ内に均等に噴射されるので、予混合
通路１６ａ、１６ｂが流れの乱れを抑Ｉｌ＋するように
かつ通路内流速が速くなるように形成されていても燃料
は圧縮空気と・均一に予混合される。また、予混合通路
１６ａ。

１６ｂ断面積を予混合気噴出孔５ａ、５ｂの２乃至３倍
に形成したので、予混合通路入口から燃焼室までの全圧
損失の大部分を予混合気噴出孔５ａ。

５ｂに負わせることができ、燃焼器内の微小な圧力変動
が予混合気噴出孔に影響を与えることはなく、また圧力
変動が増幅されないので燃焼振動が引起こされることは
ない。

また、第１予混合通路１６ａおよび第２予混合通路１６
ｂをフロースリーブ１５の外周面に交互に形成すると共
に点火器１７、火移り管１９等を予混合通路の間に配設
したので、燃焼器全体をコンパクトに形成することがで
きる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明は予混合気が噴
出される噴出孔ごとに噴出孔に接続した予混合通路を形
成し、各予混合通路の開放端部に燃料ノズルを配設した
ので、通路内に逆流、渦、澱み等が発生するのを抑制で
きると共に予混合気の噴出速度を速くでき、火炎が予混
合通路内へ逆火したり通路内で保炎するのを防ぐことが
できる。

さらに、燃料ノズルより予混合通路内へ燃料が均一に噴
射されるので、燃料を圧縮空気と均一に予混合すること
ができ、低ＯＮＸ燃焼を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ｔよ本発明によるガスタービン燃焼器の一実施例
を示す縦断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線にｉｎつだ
断面図、第３図は第１図の８−８線に治った断面図、第
４図は燃料ノズルの拡大断面図、第５図は従来のガスタ
ービン燃焼器の縦断面概略図である。 １・・・スワラ、２・・・バイロット燃焼室、４・・・
メイン燃焼室、５ａ・・・第１予混合気噴出孔、５ｂ・
・・第２予混合気噴出孔、１１・・・燃焼器外筒、１２
・・・ヘッドプレート、１３・・・パイロット燃料流入
部、１４・・・燃焼器内筒、１５・・・フロースリーブ
、１６ａ・・・第１予混合通路、１６ｂ・・・第２予混
合通路、１７・・・点火器、１８・・・火炎検知器、１
９・・・火移り管、２０・・・第１予混合燃料マニホル
ド、２１・・・第１予混合燃料流入部、２２ａ・・・第
１燃料ノズル、２２ｂ・・・第２燃料ノズル、２３・・
・第２予混合燃料マニホルド、２４・・・第２予混合燃
料流入部、２５・・・燃料噴射孔。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、燃焼室をパイロット燃焼室とこれに連続するメイン
   燃焼室で形成し、パイロット燃焼室でパイロット燃料と
   燃焼すると共にメイン燃焼室で燃料と空気の予混合気を
   燃焼するようにしたガスタービン燃焼器において、上記
   予混合気が噴出される噴出孔ごとに噴出孔に接続した予
   混合通路を形成し、この各予混合通路の開放端部に燃料
   ノズルを配設したことを特徴とするガスタービン燃焼器
   。 ２、上記燃料ノズルは、その先端部に径およびノズルの
   軸方向に対する角度が異なる複数の燃判噴射孔を有する
   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
   ービン燃焼器。 ３、上記予混合通路は、内面が滑らかに形成されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項に
   記載のガスタービン燃焼器。 ４、上記予混合通路は、断面積が予混合気の噴出孔の２
   乃至３倍に形成されていることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載のガスタービン
   燃焼器。