TW201623881A - 燃燒器、燃氣渦輪機 - Google Patents

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田中克則
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Abstract

燃燒器(3)係具備：燃燒器本體，係具有：尾筒(30)，係在內側形成流路；和內筒(20)，係從前記流路之上游側被插入至尾筒(30)內而將燃氣往前記流路內吹出，同時，在與尾筒(30)的內周面(30a)之間形成吹出薄膜空氣的間隙(S1)；和連結管(C1)，係在比間隙(S1)的出口還要上游側，從燃燒器本體之外周側而被連接，同時，在內側形成有連通於前記流路的連結孔(C3)；和導流器(40)，係使從連結管(C1)之外部所導入的壓縮空氣(A)，在連結管(C1)與燃燒器本體之連結部(C)的下游側，且與間隙(S1)之前記出口相同的位置，跨越前記燃燒器本體之周方向的流速分布呈現均勻而予以吹出。

Description

燃燒器、燃氣渦輪機
本發明係有關於燃燒器、及具備燃燒器的燃氣渦輪機。
本案係基於2014年9月25日所申請的日本特願2014-195036號而主張優先權，其內容援用在此。
燃氣渦輪機係具備：生成壓縮空氣的壓縮機、使燃料在壓縮空氣中燃燒而生成燃氣的燃燒器、藉由燃氣而被旋轉驅動的渦輪機。燃燒器係具有：供給燃料及空氣的內筒、和藉由從內筒所供給之燃料及空氣而在內部形成火焰以生成燃氣的尾筒。
先前，為了防止在尾筒所生成的燃氣造成尾筒的內壁面損傷，從構成內筒之尖端部的出口外側環與尾筒之間的間隙供給薄膜空氣的構造，已為人知。
此處，在構成實際的燃氣渦輪機時，係將複數燃燒器沿著燃氣渦輪機的外周而配置，同時，將它們藉由連結管而加以連結的構成，是被經常採用。在如此的燃 燒器中，僅在一個燃燒器設置點火栓，藉由讓已被點火的燃燒器內之火焰，透過連結管而往其他燃燒器傳播，使所有燃燒器都著火。將如上述的連結管設置在燃燒器的情況下，具體而言會採用，在燃燒器之內筒的壁面設置開口，將相鄰之燃燒器之開口彼此以連結管加以連結的構成。甚至，如此的連結管，也必須要保護免於受到薄膜空氣所致之熱，就這點來說，是與燃燒器的內筒、尾筒相同。
作為以薄膜空氣來保護連結管所需之技術，例如專利文獻1所記載者，已為人知。在專利文獻1所記載的燃燒器中，係藉由在連結管(旁通管)之內部設置套筒而劃分出流路。藉由在流路中使空氣流通，而對旁通管之側壁，供給薄膜空氣。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2004-92409號公報
然而，在專利文獻1所記載的燃燒器中，藉由供作旁通管之保護的薄膜空氣，可能導致燃燒器內之流路中的壓縮空氣之流動會產生擾亂。尤其是，在旁通管所連結的領域附近，會發生薄膜空氣之剝離。藉此，有可能 對燃燒器造成損傷。
若依據本發明的第一態樣，則燃燒器係具備：燃燒器本體，係具有：尾筒，係在內側形成流路；和內筒，係從前記流路之上游側被插入至前記尾筒內而將燃氣往前記流路內吹出，同時，在與前記尾筒的內周面之間形成吹出薄膜空氣的間隙；和連結管，係在比前記間隙的出口還要上游側，從前記燃燒器本體之外周側而被連接，同時，連通至前記流路；和導流器，係使從前記連結管之外部所導入的壓縮空氣，在前記流路內，且為前記連結管與前記燃燒器本體之連結部的下游側，跨越前記燃燒器本體之周方向的流速分布呈現均勻而予以吹出。
若依據如上述的構成，則由於在連結管與燃燒器本體之連結部的下游側設有導流器，因此即使對連結管的下游側之流路，仍可引導薄膜空氣。除此以外，藉由該導流器來引導壓縮空氣，可使燃燒器本體之周方向上的壓縮空氣之流速分布變為均勻。
若依據本發明的第二態樣，則在上記第一態樣所述的燃燒器中，亦可構成為，在前記連結部形成有，將該連結部內外予以連通的吸氣孔；前記導流器係具有：導入部，係在前記連結管之內側，從前記吸氣孔往前記流路延伸；和導流器本體部，係被連接至前記導入部，往前記流路之下游側延伸。
若依據如上述的構成，則從被設置在連結管的吸氣孔擷取外部的壓縮空氣，亦可使其往連結管的下游側之流路吹出。藉此，可使燃燒器本體之周方向上的壓縮空氣之流速分布均勻。
甚至，若依據本發明的第三態樣，則在上記第二態樣所述的燃燒器中，亦可為：前記導流器本體部係被形成為越往前記流路之下游側，周方向之尺寸越逐漸擴大。
若依據如上述的構成，則可對連結管之下游側的廣範圍，供給作為薄膜空氣的壓縮空氣。
甚至，若依據本發明的第四態樣，則燃氣渦輪機係具備：生成前記壓縮空氣的壓縮機；和上記任一態樣所述的前記燃燒器；和被前記燃燒器所生成之燃氣所驅動的渦輪機。
若依據如上述的構成，則可提供具備高耐久性之燃燒器的燃氣渦輪機。
若依據上述的燃燒器、及燃氣渦輪機，則可有效降低燃燒器發生損傷的可能性。
1‧‧‧燃氣渦輪機
2‧‧‧壓縮機
3‧‧‧燃燒器
4‧‧‧渦輪機
5‧‧‧轉子
6‧‧‧定子
7‧‧‧旋轉軸
8‧‧‧環狀可動葉片群
9‧‧‧殼體
10‧‧‧環狀定子葉片群
11‧‧‧燃料供給器
12P‧‧‧前導噴燃器
12M‧‧‧主噴燃器
13P‧‧‧前導噴嘴
13M‧‧‧主噴嘴
20‧‧‧內筒
20a‧‧‧內周面
20b‧‧‧外周面
21‧‧‧基端部
22‧‧‧尖端部
25‧‧‧開口
30‧‧‧尾筒
30a‧‧‧內周面
30b‧‧‧外周面
31‧‧‧基端部
32‧‧‧吸氣孔
35‧‧‧開口
39‧‧‧內筒本體部
40‧‧‧導流器
50‧‧‧出口外側環
A‧‧‧壓縮空氣
A2‧‧‧補充空氣
C‧‧‧連結部
C1‧‧‧連結管
C2‧‧‧固定部
C3‧‧‧連結孔
C4‧‧‧內周面
C5‧‧‧交界部
G‧‧‧燃氣
S1‧‧‧間隙
S2‧‧‧間隙
[圖1]本發明的實施形態所述之燃氣渦輪機的概略 圖。
[圖2]本發明的實施形態所述之燃燒器的從軸線之正交方向觀看的剖面概略圖。
[圖3]本發明的實施形態所述之燃燒器的要部剖面圖。
[圖4]將本發明的實施形態所述之燃燒器的連結部，從連結孔之軸線方向觀看的剖面概略圖。
以下，關於本發明的第一實施形態，參照圖式來說明。
如圖1所示，本實施形態所述的燃氣渦輪機1，係具備：將多量的空氣擷取至內部並予以壓縮的壓縮機2；和對該壓縮機2所壓縮的壓縮空氣A混合燃料並使其燃燒的燃燒器3；和將從燃燒器3所導入的燃氣G的熱能轉換成旋轉能量的渦輪機4。
壓縮機2及渦輪機4係具備：彼此呈一體而旋轉而被連結的轉子5、和圍繞在轉子5之外周側的定子6。轉子5係具有：旋轉軸7、和在軸線O方向保持間隔而被固定的複數環狀可動葉片群8。各個環狀可動葉片群8，係在旋轉軸7之外周，具有在周方向上彼此保持間隔而被固定的複數可動葉片。
定子6係分別具備：殼體9、和在殼體9內在軸線O方向上保持間隔而被固定的複數環狀定子葉片群 10。環狀定子葉片群10，係在各個殼體9內面，具有在周方向上彼此保持間隔而被固定的複數定子葉片。
環狀定子葉片群10與環狀可動葉片群8，係在軸線O方向上交互配置。
如圖2所示，燃燒器3係具有：將來自壓縮機2的壓縮空氣A及燃料進行噴射的燃料供給器11；和將來自燃料供給器11的壓縮空氣A及燃料進行供給的內筒20；和從由內筒20所吹出的壓縮空氣A及燃料而生成燃氣G，將所生成的燃氣G送往渦輪機4的尾筒30。燃燒器3的內筒20、及尾筒30係均被配置在渦輪機4的車室內。再者，這些內筒20與尾筒30，係形成燃燒器本體3X。
甚至，在本實施形態中，複數燃燒器3是沿著燃氣渦輪機1的殼體9之外周而被配置。這些複數燃燒器，係被連結部C所連結。在如此的燃燒器3中，例如僅在一個燃燒器設置點火栓，藉由讓已被點火的燃燒器內之火焰，透過連結部C而往其他燃燒器傳播，使所有燃燒器都著火。
內筒20係具有：被配置在內筒20之一方側的呈圓筒狀的內筒本體部39；和被配置在內筒20之另一方側的圓環狀之出口外側環50。在內筒20的一方之端部係設有燃料供給器11，在另一方之端部係形成有開口25。此出口外側環50，係被形成在內筒20的尖端。
此外，於以下的說明中，係將內筒本體部39 之一方的端部定義為基端部21，將另一方之端部定義為尖端部22，將基端部21之一側定義為上游側，將尖端部22之一側定義為下游側。又，將沿著內筒20之軸線O的方向定義為軸線方向，將以軸線O為中心的沿著圓周的方向定義為周方向，將沿著該圓周之直徑的方向定義為徑方向。
尾筒30，係和內筒20同樣地，是被形成為筒狀的構件。尾筒30之內部係從一方往另一方而被貫通，一方之端部係成為開口35。開口35的內徑，係比內筒20的尖端部22之外徑及出口外側環50之外徑還大。此外，以下係將尾筒30的上游側之端部視為基端部31。在此尾筒30的基端部31內，係被插入有內筒本體部39的尖端部22及出口外側環50。尾筒30的下游側之端部，係被連接至渦輪機4的燃燒通路。
燃料供給器11係被固定於殼體9。內筒20的基端部21，係被該燃料供給器11所支持。再者，內筒本體部39的尖端部22，係連同尾筒30的基端部31，一起被設在殼體9的未圖示之支持構件所支持。
燃料供給器11係具有前導噴燃器12P、和複數主噴燃器12M。前導噴燃器12P，係沿著燃燒器3之軸線O而被設置。前導噴燃器12P，係將所被供給的燃料，從前導噴嘴13P加以噴射。藉由使從該前導噴嘴13P所被噴射的燃料著火，而形成火焰。
又，雖然省略詳細圖示，但在前導噴燃器12P，係設 有前導錐。前導錐，係將前導噴嘴13P之外周側予以圍繞的筒狀之構件。前導錐，係藉由限制火焰的擴散範圍、方向，以提高駐焰性而被設置。
甚至，在內筒20之內側係還設有複數主噴燃器12M。更詳言之，複數主噴燃器12M，係在前導噴燃器12P之外周側，在周方向上等間隔地配置。各個主噴燃器12M係沿著內筒20之軸線O而延伸。亦即，各個主噴燃器12M，係與上述的前導噴燃器12P平行。
在主噴燃器12M的尖端部，係設有主噴嘴13M。對如此所被形成的主噴燃器12M，從未圖示之燃料噴嘴，噴射燃料。所被噴射的燃料，係與內筒20內的壓縮空氣A混合，生成預混合氣體。該預混合氣體，係藉由上述的前導噴燃器12P所形成的火焰而被著火，在尾筒30內藉由預混合擴散燃燒而產生火焰。已被燃燒的預混合氣體，係成為燃氣G而朝向後續的渦輪機4流動。
此處，本實施形態所述之燃氣渦輪機1係具備，沿著其殼體9之外周而保持間隔而被配置的複數燃燒器3。這些複數燃燒器3，係透過連結部C而被彼此連接。亦即，一個燃燒器3所產生的火焰，係透過連結部C而往相鄰之其他燃燒器3傳播。藉此，火焰會被傳播至沿著周方向而被配置的所有燃燒器3，對渦輪機4，係供給具有均勻溫度分布的燃氣G。
如圖3所示，連結部C係具有：將相鄰之2個燃燒器3、3彼此連結的配管構件也就是連結管C1、和 將連結管C1對燃燒器3做固定的固定部C2。
連結管C1，係具有與被設在燃燒器3之尾筒30之外壁的連結孔C3大略相同的內徑。在連結管C1之內部係形成有，用來使燃燒器3中所形成的火焰往其他燃燒器3傳播所需之流路。連結孔C3，係從尾筒30的外周面30b往燃燒器3之徑方向外側突出而被形成的管狀之構件。然後，連結孔C3，係對軸線O傾斜一定角度，而被安裝在尾筒30。
對該連結孔C3，將連結管C1之端部予以連接，就可使燃燒器3、3彼此連結。再者，連結管C1與連結孔C3，係藉由固定部C2而被無法脫落地固定。關於此固定部C2之態樣係沒有詳細圖示，但可想成是例如，將分別被設置在連結管C1與連結孔C3的凸緣部，以螺絲或螺栓加以締結等。甚至，在固定部C2，亦可設置用來抑制在內部流通之燃氣G之洩漏所需之密閉構件等。又，藉由在連結孔C3、與尾筒30的內周面30a所被連接的部分具有角部，以形成交界部C5。
除此以外，在連結部C係設有，用來從外部導入壓縮空氣A所需之吸氣孔32。吸氣孔32係被設在連結部C中的連結孔C3之壁面，是將連結部C之內外予以連通的貫通孔。具體而言，吸氣孔32係被設在連結孔C3的下游側之壁面。
再者，在燃燒器3係設有，使透過連結孔C3而從外部導入的壓縮空氣A，朝著內筒20之內部的連結 部C之下游側吹出所需之導流器40。導流器40係被設置在，與上述的間隙S1之出口，亦即相當於交界部C5之位置的大略相同位置。
更詳言之，如圖3所示，導流器40係具有：將吸氣孔32，從遠離軸線O之一側包圍的方式而往尾筒30內之流路延伸的導入部41；和從導入部41的軸線O側之端部沿著流路之延展方向而沿伸的導流器本體部42。導入部41與導流器本體部42，係藉由連接部40C而被彼此連接。連接部40C，係亦可為了不妨礙流體的舉動，而圓滑地彎曲。又，本實施形態所述之導流器40之表面係被平滑地形成。
導流器40的導入部41、與連結孔C3的內周面C4，係透過間隙S2而彼此分離地配置。同樣地，導流器本體部42與尾筒30的內周面30a，係透過間隙S2而彼此分離地配置。
再者，導入部41係被形成為，對應於連結孔C3的內周面C4之形狀。在本實施形態中，由於從連結孔C3之軸線方向觀看的剖面形狀係呈圓形，因此導入部41係沿著此圓形剖面而具有圓弧狀之剖面。
除此以外，如圖4所示，導流器本體部42，係從連結孔C3往流路之下游側略扇形狀地延展。具體而言，導流器本體部42係具有：與導入部41之剖面所形成的圓弧大致同圓心而被形成的外側端緣43；和連結外側端緣43之兩端與導入部41的一對之側端緣44、44。亦 即，從導入部41往下游側，導流器本體部42的周方向之寸法係逐漸擴大而被形成。
接著，說明本實施形態所述之燃氣渦輪機1之動作。在燃氣渦輪機1中，已被壓縮機2所壓縮的壓縮空氣A，係通過被尾筒30的外周面30b及內筒20的外周面20b、與殼體9的內周面所圍繞成的流路14(參照圖2)，而被反轉部15所反轉後，流入內筒20。
藉由前導燃料或主要燃料之燃燒而被生成的燃氣G，係從尾筒30往渦輪機側氣體流路(未圖示)之內部送出。進入渦輪機側氣體流路內的燃氣G，係如前述，使轉子5旋轉驅動。
另一方面，如圖3所示，壓縮空氣A，係也被擷取至尾筒30與內筒20之間的間隙S1。然後，所被導入的壓縮空氣A，係從尾筒30與出口外側環50之間的間隙S1，沿著尾筒30的內周面30a而被吹出。
往尾筒30之內部吹出的壓縮空氣A之一部分，係在尾筒30的內周面30a上，形成薄膜(薄膜空氣層)。此壓縮空氣A的膜，係將尾筒30的內周面30a進行薄膜冷卻。藉此，可保護尾筒30免於受到從內筒20的開口25所供給的燃料及壓縮空氣A、與火焰所致之輻射熱。此外，未被供作該薄膜冷卻的壓縮空氣A，係大部分會被當成燃燒用之空氣所使用。
此處，關於連結部C之附近的壓縮空氣A之舉動，參照圖3和圖4來說明。在內筒20與尾筒30之間 的間隙S1內部流通的壓縮空氣A，係一旦到達連結部C，就會因為被形成在尾筒30的內周面30a與連結部C之交界部C5上的角部，導致流動產生紊亂。由於流動產生紊亂，因此壓縮空氣A會從尾筒30的內周面30a剝離。因此，壓縮空氣A係變成難以到達連結孔C3之下游側的狀態。
反之，本實施形態所述的燃燒器3，係如上述，具備：被設在連結部C3之壁面的吸氣孔32；和從吸氣孔32之附近往尾筒30內之流路延伸的導流器40。從吸氣孔32係供給著，具有與壓縮空氣A同等之壓力的補充空氣A2。該補充空氣A2，係在被形成於導流器40與連結孔C3、及尾筒30的內周面30a之間的間隙S2之內部流通。
在間隙S2之內部流通的補充空氣A2，係被導流器40的導入部41與導流器本體部42所引導，朝尾筒30之下游側而吹出。朝尾筒30之下游側吹出的補充空氣A2，係和上述的身為薄膜空氣的壓縮空氣A同樣地，沿著尾筒30的內周面30a而流通。亦即，藉由將比連結部C下游側的尾筒30的內周面30a予以薄膜冷卻，就可保護尾筒30免於火焰的輻射熱等。
甚至，如上述，導流器本體部42，係從連結孔C3往下游側呈扇形狀地變廣。藉此，被導流器40所引導的補充空氣A2，係沿著此導流器本體部42之形狀，從連結孔C3往下游側變廣而吹出。
如上述，由於在連結管C1與燃燒器本體3X(內筒20、尾筒30)之連結部C設有導流器40，因此即使對連結管C1之下游側的尾筒30內之流路，仍可引導薄膜空氣(補充空氣A2)。因此，可降低尾筒30的內周面30a發生損傷的可能性。
甚至，若依據如上述的構成，則也會從被設在連結部C的吸氣孔32擷取外部之壓縮空氣A(補充空氣A2)，使其往連結管C1的下游側之流路吹出。藉此，可使燃燒器本體3X之周方向上的壓縮空氣A之流速分布均勻。因此，可更加降低尾筒30的內周面30a發生損傷的可能性。
除此以外，若依據如上述的構成，則由於導流器40的導流器本體部42是被形成為扇形，因此在尾筒30內之流路中，可對連結管C1之下游側的廣範圍，供給身為薄膜空氣的補充空氣A2。因此，可更有效果地降低尾筒30的內周面30a發生損傷的可能性。
以上雖然參照圖式來詳述本發明的實施形態，但具體的構成係不限於該實施形態，亦包含不脫離本發明之要旨之範圍的設計變更等。
例如，在上述的實施形態中，吸氣孔32的開口形狀係無特別限定。因此，亦可為例如圓形剖面或橢圓形剖面、或是多角形剖面等之任一種。
再者，在上述的實施形態中，導流器40之表面係平滑地形成的構成。然而，為了更有效地將導流器 40所致之補充空氣A2之流動予以整流，亦可構成為，在導流器40之表面，設有沿著流動方向而沿伸的凹溝狀之狹縫(未圖示)。相反地，亦可在導流器40之表面，設置沿著流動方向而成線狀延伸的凸部。
若為如此的構成，則可積極將補充空氣A2之流動予以整流，因此可使尾筒30內之流路中的補充空氣A2之流動更加均勻。
除此以外，在上述的實施形態中，僅說明將導流器40適用於燃燒器3之連結部C的例子。然而，導流器40的適用對象係不限定於此，例如點火栓或各種之測定裝置等，只要是對燃燒器3(燃燒器本體3X)，從與其軸線O交叉的方向而被插入，其一部分必須要露出於燃燒器3之流路內而設置的裝置，無論何種態樣，都可適用導流器40。
[產業上之利用可能性]
若依據上述的燃燒器、及燃氣渦輪機，則可有效降低燃燒器發生損傷的可能性。
3‧‧‧燃燒器
20‧‧‧內筒
30‧‧‧尾筒
32‧‧‧吸氣孔
39‧‧‧內筒本體部
40‧‧‧導流器
41‧‧‧導入部
42‧‧‧導流器本體部
43‧‧‧外側端緣
50‧‧‧出口外側環
20a‧‧‧內周面
20b‧‧‧外周面
30a‧‧‧內周面
30b‧‧‧外周面
40C‧‧‧連接部
A‧‧‧壓縮空氣
A2‧‧‧補充空氣
C‧‧‧連結部
C1‧‧‧連結管
C2‧‧‧固定部
C3‧‧‧連結孔
C4‧‧‧內周面
C5‧‧‧交界部
S1‧‧‧間隙
S2‧‧‧間隙

Claims (4)

  1. 一種燃燒器，其係具備：燃燒器本體，係具有：尾筒，係在內側形成流路；和內筒，係從前記流路之上游側被插入至前記尾筒內而將燃氣往前記流路內吹出，同時，在與前記尾筒的內周面之間形成吹出薄膜空氣的間隙；和連結管，係在比前記間隙的出口還要上游側，從前記燃燒器本體之外周側而被連接，同時，連通至前記流路；和導流器，係使從前記連結管之外部所導入的壓縮空氣，在前記流路內，且為前記連結管與前記燃燒器本體之連結部的下游側，使跨越前記燃燒器本體之周方向的流速分布呈現均勻而予以吹出。
  2. 如請求項1所記載之燃燒器，其中，在前記連結部形成有：將該連結部內外予以連通的吸氣孔；前記導流器係具有：導入部，係在前記連結管之內側，從前記吸氣孔往前記流路延伸；和導流器本體部，係被連接至前記導入部，往前記流路之下游側延伸。
  3. 如請求項2所記載之燃燒器，其中，前記導流器本體部係被形成為，越往前記流路之下游側，周方向之尺寸越逐漸擴大。
  4. 一種燃氣渦輪機，其係具備：生成前記壓縮空氣的壓縮機；和如請求項1至3之任一項所記載之前記燃燒器；和被前記燃燒器所生成之燃氣所驅動的渦輪機。
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