WO2000017578A1 - Chambre de combustion pour turbine a gaz - Google Patents

Description

明 細 書 ガスタービン用燃焼器

技術分野

本発明はガスタ一ビン用燃焼器に関する。

背景技術

ガスタービン用燃焼器は、 周知のよう に、 ノ ズル体を囲むよう に 形成されたスヮ一ル流路から吹き出されるスワール空気にノ ズル体 の噴孔から噴出 した燃料を混合せしめるよう に形成されている。 特に、 パイ ロ ッ ト燃焼器のよう に、 ノ ズル体が先端、 すなわち下 流側端部、 に壁面を有する円柱状に形成されていて噴孔が下流側端 部の壁面の中央部に配置されている場合には、 ノ ズル体の外表面に 沿つて流れてきたスヮール空気はノ ズル体の下流側端部の壁面の外 縁で剥離して循環渦を発生し、 噴孔から噴射された燃料がこの循環 渦に巻き込まれて滞留 して燃焼しスモークが発生しやすいという問 題がある （図 2参照） 。

本発明は上記問題に鑑み、 ノ ズル体の周囲にスワール流路を形成 し、 スワール流路から吹き出されるスワール空気に、 ノ ズル体の下 流側端部の壁面の中央部の噴孔から噴射される燃料を混合して成る ガスタービン用燃焼器において、 噴孔から噴射された燃料を滞留す るこ とな く 燃焼せしめてスモークの発生を防止する こ とを目的とす る。 発明の開示

本発明によれば、 ノ ズル体の周囲にスワール流路を形成し、 スヮ 一ル流路から吹き出されるスワール空気に、 ノ ズル体の下流側端部 の壁面の中央部の噴孔から噴射される燃料を混合して成るガスター ビン用燃焼器であつて、 ノ ズル体の噴孔から下流側に向かつて略円 錐状に広がるノ ズルキヤ ップを具備するガスタ一ビン用燃焼器が提 供される。 この様に形成されたガスタービン用燃焼器では、 ノズル 体の噴孔から噴射された燃料はノ ズルキャ ップに沿つて流れ滞留し ない。

好ま し く は、 ノ ズルキャ ップの下流側がスヮ一ル流路の内壁に合 一されて終焉せしめられ、 ノ ズルキャ ップは噴孔から噴射された燃 料の噴流をスヮ一ル流路まで滑らかにガイ ドする燃料噴流ガイ ドを 形成するよう にされている。

また、 ノズルキャ ップの上流側端部に噴孔に向けて冷却空気を導 入する通路を設け、 導入された冷却空気のノ ズルキャ ップの燃料噴 流ガイ ドに沿う流れでノ ズルキャ ップを冷却するようにすれば、 燃 料噴霧の燃料噴流ガイ ドへの付着を防止すること もできる。

さ らに、 スヮ一ル流路とノ ズル体表面の間に隔壁を設けて、 ノ ズ ル体表面と隔壁の間に隙間流路を形成し、 この隙間流路の下流側端 部を前記冷却空気導入通路の上流側端部に接続し、 隙間流路の上流 側から冷却空気を取り入れるよう にすること もできる。 図面の簡単な説明

図 1 は本発明によるガスタービン用燃焼器の実施の形態の構造を 示す図である。

図 2 はノ ズルキヤ ップを有さない従来技術の燃焼器の構造を示す 図である。 発明を実施するための最良の形態 図 1 は本発明のガスタービン用燃焼器の内、 いわゆる、 予混合さ れたメ イ ン混合気を着火せしめる火種となるパイ ロ ッ ト火炎を形成 するための燃焼室を示している。

ノズル体 1 は略円柱状の外形を有し、 下流側端面 2 の中央部分に 設けられた噴孔 3 (位置のみ示す） から燃料を噴射する。 ノ ズル体 1 の外周面 4 の外側には筒状隔壁 5が離間配置されノズル体 1 との 間に第 1 副空気通路 6 を形成している。

筒状隔壁 5 の外側にはスヮラ 7 を介して外側筒体 8が配設されて いて、 筒状隔壁 5 と外側筒体 8 の間にスヮ一ル流路 9が形成されて いる。 図示しない上流側でスワール流路 9 に導入された空気はスヮ ラ 7を通過して旋回力を有するスワール流とされ Sで示される様に 流れる。 また、 第 1 副空気通路 6 にも図示しない上流側から空気が 導入される。

ノズル体 1 の下流側にはノ ズルキャ ップ 1 0が配設されていて、 ノズルキヤ ップ 1 0 は外面部分 1 1 と内面部分 1 2 とを有し、 外面 部分 1 1 と内面部分 1 2 は上流側では上流側端面 1 3 を介してつな がり、 下流側では下流側端縁 1 4 を境にしてつながっている。

ノズルキャ ップ 1 0 の外面部分 1 1 と筒状隔壁 5 の外表面は面一 にされ、 ノズルキヤ ップ 1 0の外面部分 1 1 の上流側端部 1 5 は筒 状隔壁 5 の下流側端部と結合されているが、 ノ ズルキャ ップ 1 0 の 上流側端面 1 3 とノ ズル体 1 の下流側端面 2 との間には隙間が確保 され環状の第 2 副空気通路 1 6が形成されている。 この第 2副空気 通路 1 6 は半径方向外側において第 1 副空気通路 6 と連通している ノ ズルキヤ ップ 1 0 の内面部分 1 2 は下流側にいく につれて径が 大き く なる円錐状の面とされていて、 ノ ズル体 1 の噴孔 3 から噴射 された燃料の噴流をガイ ドする燃料噴流ガイ ド 1 7 を画成している 。 燃料噴流ガイ ド 1 7 はノ ズルキャ ップ 1 0 の内面部分 1 2 の上流 側端縁 1 8で画成される入口 1 9 と、 下流側端縁 1 4で画成される 出口 2 0 を有する。

ノ ズル体 1 の下流側端面 2 の噴孔 3 から噴射された燃料は破線の 矢印 Fで示す方向に、 ノ ズルキャ ッ プ 1 0 の内面部分 1 2が画成す る燃料噴流ガイ ド 1 7 に沿って進み滞留するこ となく 滑らかにスヮ —ル流 Sに混入して燃焼する。 その結果、 スモークの発生が防止さ れ 0 ₀

一方、 第 1 副空気通路 6 に図示しない上流側で導入された空気は 、 実線の矢印 Cで示される様に第 1 副空気通路 6 と第 2副空気通路 1 6 を通って、 燃料噴流ガイ ド 1 7の入口 1 9 に達し、 そこからは ノ ズルキャ ップ 1 0 の内面部分 1 2が画成する燃料噴流ガイ ド 1 7 に沿って流れスワール流 Sに合流する。

この空気は、 ノズルキャ ップ 1 0の内面部分 1 2 を冷却するので 冷却空気と呼ばれるが、 冷却だけではなく、 さ らに、 ノズル体 1 の 下流側端面 2 の噴孔 3 から噴射された燃料が内面部分 1 2 に付着し 、 そこで壁面着火するのを防止する。

一方、 図 2 は従来技術のノ ズルキヤ ッ プ 1 0 を有さないガス夕一 ビン用燃焼器の構成と、 その場合の燃料の流れを示す図であって、 ノ ズル体 1 の後方に循環渦 Vが発生し、 そこに燃料の一部が巻き込 まれて滞留し、 スモークが発生するのである。

以上、 説明してきたように、 本発明によるガスタービン用燃焼器 は、 ノ ズル体の噴孔から下流側に向かって略円錐状に広がるノ ズル キヤ ップを具備し、 ノズル体の噴孔から噴射された燃料はノ ズルキ ャ ップに沿って流れ、 従来技術の場合のように滞留しないのでスモ 一クが発生しない。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . ノ ズル体の周囲にスヮ一ル流路を形成し、 スワール流路から 吹き出されるスワール空気に、 ノ ズル体の下流側端部の壁面の中央 部の噴孔から噴射される燃料を混合して成るガスタービン用燃焼器 であって、

ノ ズル体の噴孔から下流側に向かつて略円錐状に広がるノ ズルキ ヤ ップを具備するこ とを特徴とするガスタービン用燃焼器。

2 . ノ ズルキャ ップの下流側がスヮ一ル流路の内壁に合一されて 終焉せしめられ、 ノ ズルキヤ ップが噴孔から噴射された燃料の噴流 をスヮ一ル流路まで滑らかにガイ ドする燃料噴流ガイ ドを形成して いるこ とを特徴とする請求項 1 に記載のガスタービン用燃焼器。

3 . ノ ズルキャ ップの上流側端部に噴孔に向けて冷却空気を導入 する通路を設け、 導入された冷却空気のノ ズルキャ ップの燃料噴流 ガィ ドに沿う流れにより ノ ズルキヤ ップを冷却するこ とを特徴とす る請求項 2 に記載のガスタービン用燃焼器。

4 . スヮ一ル流路とノ ズル体表面の間に隔壁を設けて、 ノ ズル体 表面と隔壁の間に隙間流路を形成し、 この隙間流路の下流側端部を 前記冷却空気導入通路の上流側端部に接続し、 隙間流路の上流側か ら冷却空気を取り入れるよう に したこ とを特徴とする請求項 3 に記 載のガスタ一ビン用燃焼器。