WO2015178149A1 - ガスタービン燃焼器及びガスタービン - Google Patents

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WO2015178149A1
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gas turbine
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main
pilot
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優佑 田中
智志 瀧口
斉藤 圭司郎
赤松 真児
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三菱日立パワーシステムズ株式会社
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    • F23R3/34Feeding into different combustion zones
    • F23R3/343Pilot flames, i.e. fuel nozzles or injectors using only a very small proportion of the total fuel to insure continuous combustion

Definitions

  • the present invention relates to a gas turbine combustor used in a gas turbine in which fuel is supplied to a compressed high-temperature and high-pressure air and burned, and the generated combustion gas is supplied to a turbine to obtain rotational power. And a gas turbine.
  • the gas turbine is composed of a compressor, a combustor, and a turbine, and the air taken in from the air intake port is compressed by the compressor to become high-temperature / high-pressure compressed air.
  • the fuel is supplied and burned, and the high-temperature and high-pressure combustion gas drives the turbine, and the generator connected to the turbine is driven.
  • the turbine is configured by alternately arranging a plurality of stationary blades and moving blades in the vehicle interior, and rotationally drives an output shaft connected to the generator by driving the moving blades with combustion gas. ing.
  • the combustion gas that has driven the turbine is discharged into the atmosphere as exhaust gas.
  • the combustor is provided with a plurality of main burners that perform premixed combustion and a pilot burner that performs diffusion combustion. Therefore, the diffusion flame generated by the pilot burner is used as a seed flame for each main burner to generate the premixed flame, thereby maintaining the premixed combustion.
  • the main burners are arranged at equal intervals in the circumferential direction on the outer side in the radial direction around the pilot burner.
  • Patent Document 1 As such a gas turbine combustor, for example, there is one described in Patent Document 1 below.
  • the gas turbine combustor described in Patent Document 1 includes a pilot nozzle provided at the center of the inner cylinder of the main body, a plurality of main nozzles provided along the circumferential direction outside the pilot nozzle, and a pilot nozzle. And a pilot cone provided on the downstream side of each main nozzle, and an air passage for ejecting air toward the downstream side of the tip end portion of the pilot cone is provided.
  • the mixture of fuel and air injected from each main burner becomes a swirling circulating flow, and the diffusion flame generated by the pilot burner serves as a spark to ignite and a premixed flame is generated.
  • the mixture of fuel and air injected from each main burner is ignited by the diffusion flame generated by the pilot burner and the turbulence of the mixture is insufficient, combustion will occur. May become unstable. This unstable flame moves downstream from the flame holder (pilot cone) or moves upstream. When this unstable flame moves downstream from the flame holder, the combustion becomes unstable, and when the unstable flame moves upstream from the flame holder, there is a risk of backfire and an increase in NOx. Therefore, it is necessary to maintain the starting point of the flame at an appropriate position.
  • This invention solves the subject mentioned above, and aims at providing the gas turbine combustor and gas turbine which aim at stabilization of combustion by controlling the position of a flame to an appropriate position.
  • a gas turbine combustor includes a combustion cylinder having a cylindrical shape, a pilot burner disposed in a central portion of the combustion cylinder, and surrounding the pilot burner in the combustion cylinder.
  • a plurality of main burners arranged in such a manner, a flame holder having a tapered cylindrical shape that covers the outside of the pilot nozzle in the pilot burner and radially expands at the tip end side, and toward the tip end side outside the main burner
  • a first air ejection portion that ejects air
  • a second air ejection portion that circulates air toward the distal end portion outside the flame holder and ejects air toward the outside in the radial direction
  • the second And a changing member that changes the jet direction of the air jetted from the air jet section to the axial direction of the flame holder.
  • the main burner injects a mixture of compressed air and fuel as a premixed gas along the inner peripheral surface of the combustion cylinder, and the pilot burner mixes the mixture of compressed air and fuel at the center of the combustion cylinder. Spray. Then, the air-fuel mixture from the pilot burner is ignited and combusted, and a part of the combustion gas diffuses to the surroundings with a flame in the combustion cylinder, and the pre-mixed fuel of each main burner is ignited to maintain the premixed combustion. Is done.
  • the first air ejection portion ejects air toward the tip end side outside the main burner
  • the second air ejection portion ejects air outside the flame stabilizer
  • the changing member is the second
  • the ejection direction of the air ejected from the air ejection section is changed to the axial direction of the flame stabilizer. That is, the front and rear positions of the flame surface formed by igniting the air-fuel mixture from each main burner with the diffusion flame of the pilot burner have optimum positions according to the combustion mode of the combustor. And the position of this flame surface is moved back and forth by the air flow from the first air ejection part.
  • the front-rear position of the flame surface is adjusted to the optimum position by changing the direction of the air flow from the first air ejection portion by the air flow from the second air ejection portion whose injection direction has been changed by the changing member. Can do. As a result, the combustion can be stabilized by controlling the flame position to an appropriate position.
  • the second air ejection part is provided on the outside of the flame holder to allow air to flow toward the tip part side, and the tip of the first air path.
  • a second air passage that circulates air from a portion side toward an outer side in a radial direction, and an air outlet provided on a tip end side of the second air passage, and the changing member is provided at the air outlet. It is characterized by being provided.
  • the change member at the air outlet in the second air ejection part, the direction of the air flow ejected from the second air ejection part can be easily changed, and the structure can be simplified. .
  • the flame holder includes a flame holder body having a cylindrical shape, a tapered cylinder portion continuously forming a tapered cylinder shape on a distal end side of the flame holder body, and the taper.
  • a taper outer cylinder portion disposed with a predetermined gap outside the cylinder portion, and the first air passage, the second air passage, and the air between the taper cylinder portion and the taper outer cylinder portion.
  • a spout is provided, and the changing member is provided in at least one of the tapered tube portion or the tapered outer tube portion.
  • the direction of the air flow injected from the second air blowing portion is set to one side or the other side in the axial direction of the flame holder. It can be easily changed.
  • the changing member is provided at a tip end portion of the tapered cylindrical portion, and the air jetting direction from the air jetting port is changed to the air jetting from the first air jetting portion. It is characterized by changing towards.
  • the air blown from the air jet port of the second air jetting part is directed to the air jetted from the first air jetting part by the changing member provided at the tip part of the tapered cylindrical part, so that the first air jetting part It is possible to easily and properly change the direction of the air flow ejected from the air.
  • the changing member changes the ejection direction of the air ejected from the air ejection port to be opposite to the ejection direction of the air ejected from the first air ejection section. It is characterized by that.
  • the change member causes the air flow ejected from the air ejection port of the second air ejection portion to be in the opposite direction to the air flow ejected from the first air ejection portion, and is ejected from the first air ejection portion. It is possible to easily change the direction by easily adjusting the energy of the air flow.
  • the changing member is provided at a tip end portion of the tapered cylindrical portion, and the direction of the air ejected from the air ejection port is changed in the direction of the air ejected from the first air ejection portion. It changes so that it may become the same direction as the ejection direction.
  • the air flow ejected from the air ejection port of the second air ejection portion is in the same direction as the air flow ejected from the first air ejection portion, It is possible to easily adjust the direction by easily adjusting the energy of the air flow ejected from the first air ejection section.
  • the change member is provided at a distal end portion of the tapered outer cylinder portion, and the air ejected from the first air ejection portion in the ejection direction of the air ejected from the air ejection port. It changes so that it may become the same direction as the ejection direction of No ..
  • the change member provided at the tip of the tapered outer cylinder portion causes the air flow ejected from the air ejection port of the second air ejection portion to be in the same direction as the air flow ejected from the first air ejection portion.
  • the direction of the air flow can be appropriately changed by easily adjusting the energy of the air flow ejected from the first air ejection section.
  • the main burner includes a main burner cylinder, a main nozzle provided at a central portion of the main burner cylinder, and a swirl blade provided between the main burner cylinder and the main nozzle.
  • the changing member is provided in all regions facing the main burner tube.
  • the change member in all regions facing the main burner cylinder, the front and rear positions of the flame surface formed by the air-fuel mixture from each main burner being ignited by the diffusion flame of the pilot burner are set in the combustion chamber. It can be adjusted to an appropriate position according to the form.
  • the main burner includes a main burner cylinder, a main nozzle provided at a central portion of the main burner cylinder, and a swirl blade provided between the main burner cylinder and the main nozzle.
  • the change member is provided in a partial region facing the main burner tube.
  • the front and rear positions of the flame surface formed by the air-fuel mixture from each main burner ignited by the diffusion flame of the pilot burner can be It can be adjusted to an appropriate position according to the combustion mode.
  • the tapered cylindrical portion is configured by combining a plurality of divided bodies into a cylindrical shape, and the changing member is provided in at least a partial region of the divided bodies. Yes.
  • the changing member can be provided in a desired region with respect to the tapered cylindrical portion.
  • the gas turbine of the present invention has a compressor that compresses air, the combustor that mixes and burns the compressed air compressed by the compressor and fuel, and the combustion gas generated by the combustor. And obtaining a turbine.
  • the first air ejection portion that ejects air to the outside of the main burner, and the second air ejection portion that ejects air to the outside in the radial direction outside the flame holder and a changing member that changes the jet direction of the air jetted from the second air jetting portion to the axial direction of the flame stabilizer, so that the air from the second air jetting portion whose jetting direction has been changed by the changing member
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a gas turbine according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram illustrating a combustor of the gas turbine.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the internal structure of the combustor. 4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV in FIG. 3 showing the internal structure of the combustor.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing the flow of the air-fuel mixture and the cooling air.
  • FIG. 6 is a perspective view of a main part of the pilot cone.
  • FIG. 7A is a perspective view of a principal part showing a modified example of the pilot cone.
  • FIG. 7-2 is a perspective view of a principal part showing a modification of the pilot cone.
  • FIG. 7A is a perspective view of a principal part showing a modified example of the pilot cone.
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a combustor of the gas turbine according to the second embodiment.
  • FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a combustor of the gas turbine according to the third embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a combustor of a gas turbine according to the fourth embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic diagram illustrating a combustor of a gas turbine according to a fifth embodiment.
  • FIG. 12 is a schematic diagram illustrating a combustor of a gas turbine according to the sixth embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a gas turbine according to the first embodiment
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram illustrating a combustor of the gas turbine.
  • the gas turbine 10 includes a compressor 11, a combustor (gas turbine combustor) 12, and a turbine 13.
  • the gas turbine 10 is connected to a generator (not shown) on the same axis and can generate power.
  • the compressor 11 has an air intake 20 for taking in air, an inlet guide vane (IGV: Inlet Guide Vane) 22 is disposed in the compressor casing 21, and a plurality of stationary vanes 23 and moving blades 24 are provided. Arranged alternately in the front-rear direction (the axial direction of the rotor 32 to be described later), the bleed chamber 25 is provided on the outside thereof.
  • the combustor 12 is combustible by supplying fuel to the compressed air compressed by the compressor 11 and igniting it.
  • a plurality of stationary blades 27 and moving blades 28 are alternately disposed in a turbine casing 26 in the front-rear direction (the axial direction of a rotor 32 described later).
  • an exhaust chamber 30 is disposed on the downstream side via an exhaust casing 29, and the exhaust chamber 30 has an exhaust diffuser 31 continuous with the turbine 13.
  • a rotor (rotary shaft) 32 is disposed so as to penetrate the compressor 11, the combustor 12, the turbine 13, and the central portion of the exhaust chamber 30.
  • the end of the rotor 32 on the compressor 11 side is rotatably supported by the bearing portion 33, while the end of the exhaust chamber 30 side is rotatably supported by the bearing portion 34.
  • the rotor 32 is fixed by stacking a plurality of disks with each blade 24 mounted thereon by the compressor 11 and fixed by a plurality of disks having each blade 28 mounted by the turbine 13. Has been.
  • the compressor casing 21 of the compressor 11 is supported by the legs 35
  • the turbine casing 26 of the turbine 13 is supported by the legs 36
  • the exhaust chamber 30 is supported by the legs 37.
  • the air taken in from the air intake 20 by the compressor 11 passes through the inlet guide vane 22, the plurality of stationary vanes 23, and the moving vanes 24 and is compressed to become high-temperature and high-pressure compressed air. .
  • a predetermined fuel is supplied to the compressed air in the combustor 12 and burned.
  • the high-temperature and high-pressure combustion gas that is the working fluid generated by the combustor 12 passes through the plurality of stationary blades 27 and the moving blades 28 to drive and rotate the rotor 32.
  • the generator connected to 32 is driven.
  • the combustion gas passes through the exhaust diffuser 31 in the exhaust chamber 30 and is released into the atmosphere as exhaust gas.
  • the outer cylinder 41 has an inner cylinder 42 arranged at a predetermined interval on the inner side, and a tail cylinder 43 is connected to the tip of the inner cylinder 42 to combustor.
  • a casing is constructed.
  • the outer cylinder 41, the inner cylinder 42, and the tail cylinder 43 are disposed along the center axis O.
  • the inner cylinder 42 is located at the center of the inside, and a pilot burner 44 is arranged, and a plurality of main burners 45 are arranged on the inner circumferential surface so as to surround the pilot burner 44 along the circumferential direction.
  • the pilot burner 44 and the main burner 45 are arranged in parallel with the central axis O.
  • the tail tube 43 is connected to a bypass pipe 46, and a bypass valve 47 is provided in the bypass pipe 46.
  • the outer cylinder 41 is configured such that an outer cylinder lid portion 52 is in close contact with a proximal end portion of an outer cylinder main body 51 and fastened by a plurality of fastening bolts 53.
  • the outer cylinder 41 is fastened by a plurality of fastening bolts 55 with a top hat portion 54 fitted inside the outer cylinder lid portion 52.
  • the inner cylinder 42 is disposed inside the outer cylinder 41 at a predetermined interval, and a cylindrical air passage 56 is formed between the inner surface of the top hat portion 54 and the outer surface of the inner cylinder 42. .
  • the air passage 56 has one end communicating with the compressed air supply passage 57 compressed by the compressor 11 and the other end communicating with the proximal end portion of the inner cylinder 42.
  • the inner cylinder 42 has a pilot burner 44 located at the center, and a plurality of main burners 45 around it.
  • the top hat portion 54 is provided with fuel ports 58 and 59.
  • a pilot fuel line (not shown) is connected to the pilot fuel port 58, and a main combustion line (not shown) is connected to each main fuel port 59.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the internal structure of the combustor
  • FIG. 4 is a sectional view taken along the line IV-IV in FIG. 3 showing the internal structure of the combustor
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing the flow of the mixture and cooling air.
  • FIG. 6 is a perspective view of a main part of the pilot cone.
  • the pilot burner 44 has a pilot nozzle 61, a pilot cone (flame holder) 62, and a pilot swirler (swirl blade) 63.
  • the pilot nozzle 61 is supported at the base end portion by the top hat portion 54 and is connected to the pilot fuel port 58.
  • the pilot cone 62 has a tapered cylindrical shape that covers the outside of the pilot nozzle 61 and has a distal end portion that radially expands. That is, the pilot cone 62 includes a cylindrical cone body (flame holder body) 64, a tapered cylindrical portion 65 that continuously forms a tapered cylindrical shape on the distal end side of the cone main body 64, and an outer side of the tapered cylindrical portion 65. And a tapered outer cylinder portion 66 (see FIG.
  • pilot nozzle 61 which will be described later, disposed with a predetermined gap.
  • the tip of the pilot nozzle 61 is disposed in the pilot cone 62, and a pilot swirler 63 is provided between the outer peripheral surface of the pilot burner 44 and the inner peripheral surface of the cone body 64.
  • the main burner 45 has a main nozzle 67, a main burner cylinder 68, and a main swirler (swivel blade) 69.
  • the main nozzle 67 is supported at the base end portion by the top hat portion 54 and is connected to the main fuel port 59.
  • the main burner cylinder 68 includes a burner cylinder main body 70 having a cylindrical shape, and an extension portion 71 having a rectangular cylinder shape continuous to the tip end side of the burner cylinder main body 70.
  • the main nozzle 67 has a tip disposed in the main burner cylinder 68, and a main swirler 69 is provided between the outer peripheral surface of the main burner 45 and the inner peripheral surface of the burner cylinder main body 70.
  • the extension 71 is smoothly deformed continuously from the cylindrical inlet 71a to the rectangular outlet 71b.
  • the outlet portion 71b is formed so as to connect two radial edges 72a and 72b along the radial direction centering on the central axis O and parallel to each other, and both ends of the radial edges 72a and 72b.
  • a trapezoidal cylindrical shape is formed by two circumferential edges 72c and 72d that are parallel to each other along the circumferential direction around the center O.
  • the inner cylinder 42 has a substrate 73 fixed therein, and the pilot cone 62 of the pilot burner 44 and the main burner cylinder 68 of each main burner 45 are supported through the substrate 73.
  • the combustor 12 of this embodiment is provided with the 1st air ejection part, the 2nd air ejection part, and the change member.
  • the pilot burner 44 has a pilot cone 62
  • the pilot cone 62 has a cone body 64, a tapered cylindrical portion 65, and a tapered outer cylindrical portion 66.
  • the main burner 45 has a main burner cylinder 68
  • the main burner cylinder 68 has a burner cylinder main body 70 and an extension portion 71.
  • tip part of the taper cylinder part 65 in the pilot cone 62 and the taper outer cylinder part 66 is arrange
  • the substrate 73 supports the pilot cone 62 and each main burner cylinder 68, and has a plurality of vent holes 73a.
  • the tapered cylindrical portion 65 includes a cylindrical tapered portion 65a, a flange portion 65b provided at the distal end portion of the tapered portion 65a, and a flange portion 65c provided at the distal end portion of the flange portion 65b.
  • the flange portion 65 b is disposed along the radial direction of the pilot cone 62
  • the flange portion 65 c is disposed along the axial center direction of the pilot cone 62.
  • the taper outer cylinder part 66 is located outside the taper cylinder part 65, and has a cylindrical taper part 66a and a flange part 66b provided at the tip part of the taper part 66a.
  • the pilot cone 62 is disposed along the radial direction.
  • the first air ejection portion ejects air toward the tip end side outside the main burner 45.
  • the first air ejection portion includes the air passage 81 and the air provided between the outer peripheral surface of the tapered outer cylinder portion 66 in the pilot cone 62 and the outer peripheral surface of the circumferential edge 72 c of the extension portion 71 in the main burner cylinder 68. It is constituted by an injection port 82.
  • the second air ejecting portion is configured to circulate air toward the tip end side outside the pilot cone 62 and eject air toward the outer side in the radial direction.
  • the second air ejection portion is a first air passage provided at the pilot cone 62 between the outer peripheral surface of the tapered portion 65 a in the tapered cylindrical portion 65 and the inner peripheral surface of the tapered portion 66 a in the tapered outer cylindrical portion 66.
  • a second air passage 84 provided between the outer peripheral surface of the flange portion 65b and the inner peripheral surface of the flange portion 66b, and an air injection port 85.
  • the first air passage 83 is provided outside the pilot cone 62 and circulates air toward the tip end side.
  • the second air passage 84 is formed in the radial direction from the tip end side of the first air passage 83. Air is circulated toward the outside, and the air outlet 85 is provided on the distal end side of the second air passage 84.
  • the changing member changes the direction of the air jetted from the second air jetting portion to the direction of the center axis O of the pilot cone 62, and is provided in the air jet outlet 85 as shown in detail in FIG. It has been. That is, the changing member is configured by the flange portion 65 c of the tapered cylindrical portion 65. The flange portion 65c extends from the distal end portion of the flange portion 65b along the distal end portion side of the flange portion 66b.
  • the compressed air A introduced into the inner cylinder 42 is divided into an air passage 81 and a first air passage 83 after passing through the vent hole 73 a of the substrate 73.
  • the air A1 in the air passage 81 is ejected from the air ejection port 82
  • the air A2 in the first air passage 83 is ejected from the air ejection port 85 after cooling the pilot cone 62 through the second air passage 84. Is done.
  • the ejection direction of the air A2 ejected from the air ejection port 85 is changed toward the air A1 ejected from the air ejection port 82 by the flange portion 65c.
  • the ejection direction of the air A2 ejected from the air ejection port 85 is changed to be opposite to the ejection direction of the air A1 ejected from the air ejection port 82.
  • the air A1 ejected from the air ejection port 82 is ejected on the downstream side of the tail cylinder 43 and outside in the radial direction, but the air A2 ejected from the air ejection port 85 is directed toward this air A1.
  • the air A1 and A2 both cancel out the components flowing radially outward, and the air A3 easily flows downstream of the tail cylinder 43. Since the air A3 interferes with the flame surface F, the position of the flame surface shifts due to a change in the flow of the air A3.
  • FIGS. 7A and 7B are perspective views of a principal part showing a modified example of the pilot cone.
  • the flange portion 65d as the changing member is provided in a part of the main burner cylinder 68 facing the circumferential edge 72c of the extension portion 71.
  • the flange portion 65e as the changing member is provided in a partial region facing the circumferential edge 72c of the extension portion 71 in the main burner cylinder 68.
  • the air-fuel mixture injected from the main burner 45 is a swirling flow R.
  • the flow angle of the air A3 can be controlled in the downstream direction by changing the position of the changing member position as in the flange portion 65d in FIG. 7-1 and the flange portion 65e in FIG. 7-2.
  • the interference ratio of the air A3 to the flame surface changes, and the flame position can be adjusted forward and backward.
  • the compressed air A becomes an air flow swirled by the pilot swirler 63 in the pilot cone 62 in the pilot burner 44, mixed with the fuel injected from the pilot nozzle 61, ignited by a seed fire (not shown), and burned. It becomes combustion gas and is ejected into the tail cylinder 43. At this time, a part of the combustion gas is ejected so as to diffuse into the tail cylinder 43 with a flame, so that the premixed gas flowing into the tail cylinder 43 from each main burner 45 is ignited and burned.
  • a flame surface F (see FIG. 5) is formed.
  • flame holding for stable combustion of the lean premixed fuel from the main burner 45 can be performed by the diffusion flame of the pilot fuel injected from the pilot burner 44. Further, by premixing the fuel by the main burner 45, the fuel concentration can be made uniform and the NOx can be reduced.
  • the inside of the main burner cylinder 68 of the main burner 45 becomes the premixing region, and the region where the premixed gas burns by the diffusion flame from the pilot burner 44 becomes the combustion region.
  • the combustion region is downstream of the pilot cone 62 and inside the tail cylinder 43. Therefore, the combustion gas combusted by the premixed gas flows inside the tail cylinder 43.
  • the compressed air A introduced into the inner cylinder 42 is divided into an air passage 81 and a first air passage 83 after passing through the vent 73 a of the substrate 73, and the air A ⁇ b> 1 in the air passage 81.
  • Is ejected from the air ejection port 82, and the air A ⁇ b> 2 in the first air passage 83 is ejected from the air ejection port 85 through the second air passage 84.
  • the air A2 ejected from the air ejection port 85 is ejected toward the air A1 ejected from the air ejection port 82 by the flange portion 65c.
  • the position of the flame surface F shifts forward and backward according to the arrangement position of the flange portion 65c, the optimum position of the flame surface F according to the combustion mode of the combustor 12 can be obtained.
  • the pilot burner 44, the plurality of main burners 45, and the pilot cone 62 are provided, and air is ejected toward the front end side outside the main burner 45.
  • 83 and 84, and a flange portion (changing member) 65 c that changes the jet direction of the air jetted from the air passages 83 and 84 to the direction of the center axis O of the pilot cone 62.
  • the air in the air passage 81 is ejected from the air injection port 82 toward the front end side outside the main burner 45, and the air in the air passages 83 and 84 is directed from the air injection port 85 toward the outside of the pilot cone 62.
  • the collar portion 65 c changes the direction of the air ejected from the air ejection port 85 to the direction of the center axis O of the pilot cone 62. That is, the front-rear position of the flame surface F formed by igniting the air-fuel mixture from each main burner 45 by the diffusion flame of the pilot burner 44 has an optimum position according to the combustion mode of the combustor 12. And the position of this flame surface F moves back and forth by the air flow from the air injection port 82.
  • the front-rear position of the flame surface F is adjusted to the optimum position by changing the direction of the air flow from the air injection port 82 by the air flow from the air injection port 85 whose injection direction has been changed by the flange 65c. Can do. As a result, combustion can be stabilized by controlling the flame position to an appropriate position, and combustion vibration can be suppressed.
  • a first air passage 83 that is provided outside the pilot cone 62 and circulates air toward the tip end side, and from the tip end side of the first air passage 83 in the radial direction.
  • a second air passage 84 that circulates air toward the outside and an air outlet 85 provided on the tip end side of the second air passage 84 are provided, and a flange 65c is provided at the air outlet 85. Therefore, the direction of the air flow ejected from the air ejection port 85 can be easily changed, and the structure can be simplified.
  • a cylindrical cone main body 64 In the gas turbine combustor of the first embodiment, a cylindrical cone main body 64, a tapered cylindrical portion 65 continuously forming a tapered cylindrical shape on the distal end side of the cone main body 64, and a predetermined outside of the tapered cylindrical portion 65 are provided.
  • a pilot cone 62 is constituted by a tapered outer cylindrical portion 66 arranged with a gap, and a flange portion 65 c is provided at an air outlet 85 of the tapered cylindrical portion 65. Therefore, the direction of the air flow ejected from the air ejection port 85 can be easily changed to one side or the other side in the direction of the center axis O of the pilot cone 62.
  • the flange portion 65c is provided at the distal end portion of the tapered cylindrical portion 65, and the ejection direction of the air ejected from the air ejection port 85 is directed toward the air ejected from the air ejection port 82. It has changed. Therefore, the direction of the air flow ejected from the air ejection port 82 can be changed easily and appropriately.
  • the jet direction of the air jetted from the air jet port 85 is changed by the flange portion 65c so as to be opposite to the jet direction of the air jetted from the air jet port 82. ing. Therefore, the direction of the air flow can be appropriately changed by easily adjusting the energy of the air flow ejected from the air ejection port 82.
  • the flange portion 65c as a changing member is provided in all regions facing the main burner cylinder 68. Therefore, the front-rear position of the flame surface F formed by the air-fuel mixture from each main burner 45 ignited by the diffusion flame of the pilot burner 44 can be adjusted to an appropriate position according to the combustion mode of the combustor 12.
  • the flange portions 65d and 65e as the changing members are provided in a partial region facing the main burner cylinder 68. Therefore, the front-rear position of the flame surface F formed by the air-fuel mixture from each main burner 45 ignited by the diffusion flame of the pilot burner 44 can be adjusted to an appropriate position according to the combustion mode of the combustor 12.
  • the gas turbine according to the first embodiment includes the compressor 11, the combustor 12, and the turbine 13.
  • the combustor 12 includes an air passage (first air ejection portion) 81 and an air passage (first 2 air ejection portions) 83 and 84, and a collar portion (changing member) 65c. Therefore, by controlling the flame position to an appropriate position, it is possible to stabilize the combustion and improve the performance.
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a combustor of the gas turbine according to the second embodiment.
  • symbol is attached
  • the pilot burner 44 includes a pilot nozzle 61, a pilot cone 62, and a pilot swirler 63, as shown in FIG.
  • the pilot cone 62 has a cone body 64, a tapered tube portion 65, and a tapered outer tube portion 66.
  • the main burner 45 has a main nozzle 67, a main burner cylinder 68, and a main swirler 69.
  • the main burner cylinder 68 has a burner cylinder main body 70 and an extension 71.
  • the extension portion 71 is continuously and smoothly deformed from the cylindrical inlet portion 71a to the rectangular cylindrical outlet portion 71b.
  • the outlet portion 71b includes two radial edges 72a and 72b and two circumferential edges. 72c and 72d form a trapezoidal cylindrical shape.
  • the taper cylinder part 65 has a cylindrical taper part 65a, a flange part 65b provided at the tip part of the taper part 65a, and a notch part 101 provided at the tip part of the flange part 65b.
  • the tapered outer cylinder portion 66 is located outside the tapered cylinder portion 65, and has a tapered portion 66a having a cylindrical shape and a flange portion 66b provided at the tip of the tapered portion 66a.
  • An air passage 81 and an injection port 82 are provided as the first air ejection part.
  • a first air passage 83, a second air passage 84, and an air injection port 85 are provided as the second air ejection portion.
  • the changing member changes the jet direction of the air jetted from the air jet port 85 to the direction of the center axis O of the pilot cone 62, and is provided at the air jet port 85. That is, the changing member is configured by the notch 101 of the tapered cylindrical portion 65.
  • the notch 101 is configured by notching the leading end of the flange portion 65b, and the leading end of the flange 65b is located on the radially inner side from the leading end of the flange 66b.
  • the air ejection port 85 opens to the downstream side in the air flow direction, and the ejection direction of the air ejected from the air ejection port 85 is the same as the ejection direction of the air ejected from the air ejection port 82. To be changed.
  • the compressed air A introduced into the inner cylinder 42 is divided into an air passage 81 and a first air passage 83 after passing through the vent hole 73 a of the substrate 73.
  • the air A1 in the air passage 81 is ejected from the air ejection port 82
  • the air A2 in the first air passage 83 is ejected from the air ejection port 85 after cooling the pilot cone 62 through the second air passage 84. Is done.
  • the ejection direction of the air A2 ejected from the air ejection port 85 is changed to be the same direction as the ejection direction of the air A1 ejected from the air ejection port 82 by the notch 101.
  • the air A1 ejected from the air ejection port 82 is integrated with the air A2 ejected from the air ejection port 85, and the air A3 is likely to flow downstream of the tail cylinder 43. Therefore, the flame surface F moves to the downstream side by the flow of air A3.
  • the notch 101 is provided at the tip of the tapered cylindrical portion 65 as the changing member, and the air ejection direction of the air ejected from the air ejection port 85 is set as the air ejection port.
  • 82 is changed so as to be in the same direction as the jet direction of the air jetted from 82.
  • the energy of the air flow ejected from the air ejection port 82 can be easily achieved by the notch 101 so that the air flow ejected from the air ejection port 85 is in the same direction as the air flow ejected from the air ejection port 82.
  • the direction can be changed appropriately by adjusting to.
  • FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a combustor of the gas turbine according to the third embodiment.
  • symbol is attached
  • the pilot burner 44 includes a pilot nozzle 61, a pilot cone 62, and a pilot swirler 63, as shown in FIG.
  • the pilot cone 62 has a cone body 64, a tapered tube portion 65, and a tapered outer tube portion 66.
  • the main burner 45 has a main nozzle 67, a main burner cylinder 68, and a main swirler 69.
  • the main burner cylinder 68 has a burner cylinder main body 70 and an extension 71.
  • the extension portion 71 is continuously and smoothly deformed from the cylindrical inlet portion 71a to the rectangular cylindrical outlet portion 71b.
  • the outlet portion 71b includes two radial edges 72a and 72b and two circumferential edges. 72c and 72d form a trapezoidal cylindrical shape.
  • the tapered cylindrical portion 65 has a cylindrical tapered portion 65a and a flange portion 65b provided at the tip of the tapered portion 65a.
  • the taper outer cylinder part 66 is located outside the taper cylinder part 65, and has a cylindrical taper part 66a, a flange part 66b provided at the tip part of the taper part 66a, and a tip part of the flange part 66b.
  • a collar 102 is provided.
  • the flange portion 66 b is disposed along the radial direction of the pilot cone 62
  • the flange portion 102 is disposed along the axial center direction of the pilot cone 62.
  • An air passage 81 and an air injection port 82 are provided as the first air ejection part.
  • a first air passage 83, a second air passage 84, and an air injection port 85 are provided as the second air ejection portion.
  • the changing member changes the jet direction of the air jetted from the air jet port 85 to the direction of the center axis O of the pilot cone 62, and is provided at the air jet port 85. That is, the changing member is configured by the flange portion 102 of the tapered cylindrical portion 65. The flange portion 102 extends from the distal end portion of the flange portion 66b along the distal end portion side of the flange portion 65b.
  • the compressed air A introduced into the inner cylinder 42 is divided into an air passage 81 and a first air passage 83 after passing through the vent hole 73 a of the substrate 73.
  • the air A1 in the air passage 81 is ejected from the air ejection port 82
  • the air A2 in the first air passage 83 is ejected from the air ejection port 85 after cooling the pilot cone 62 through the second air passage 84. Is done.
  • the ejection direction of the air A2 ejected from the air ejection port 85 is changed to be the same direction as the ejection direction of the air A1 ejected from the air ejection port 82 by the flange portion 102.
  • the air A1 ejected from the air ejection port 82 is integrated with the air A2 ejected from the air ejection port 85, and the air A3 is likely to flow downstream of the tail cylinder 43. Therefore, the flame surface F moves to the downstream side by the flow of air A3.
  • the flange portion 102 is provided at the tip end portion of the tapered cylindrical portion 65 as a changing member, and the ejection direction of the air ejected from the air ejection port 85 is set as the air ejection port 82 is changed so as to be in the same direction as the jet direction of the air jetted from 82.
  • the energy of the air flow ejected from the air ejection port 82 can be easily achieved by the flange 101 having the same direction as the air flow ejected from the air ejection port 82.
  • the direction can be changed appropriately by adjusting to.
  • FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a combustor of a gas turbine according to the fourth embodiment.
  • symbol is attached
  • the pilot burner 44 includes a pilot nozzle 61, a pilot cone 62, and a pilot swirler 63, as shown in FIG.
  • the pilot cone 62 has a cone body 64, a tapered tube portion 65, and a tapered outer tube portion 66.
  • the main burner 45 has a main nozzle 67, a main burner cylinder 68, and a main swirler 69.
  • the main burner cylinder 68 has a burner cylinder main body 70 and an extension 71.
  • the extension portion 71 is continuously and smoothly deformed from the cylindrical inlet portion 71a to the rectangular cylindrical outlet portion 71b.
  • the outlet portion 71b includes two radial edges 72a and 72b and two circumferential edges. 72c and 72d form a trapezoidal cylindrical shape.
  • the tapered cylindrical portion 65 has a cylindrical tapered portion 65a and a flange portion 65b provided at the tip of the tapered portion 65a.
  • the flange portion 65 b is disposed along the radial direction of the pilot cone 62, and the distal end portion thereof is inclined toward the proximal end portion side in the axial direction of the pilot cone 62.
  • the tapered outer cylinder part 66 is located outside the tapered cylinder part 65, and has a cylindrical tapered part 66a and a flange part 66b provided at the tip of the tapered part 66a.
  • the flange portion 66 b is disposed along the radial direction of the pilot cone 62, and the distal end portion is inclined to the proximal end portion side in the axial direction of the pilot cone 62.
  • An air passage 81 and an air injection port 82 are provided as the first air ejection part.
  • a first air passage 83, a second air passage 84, and an air injection port 85 are provided as the second air ejection portion.
  • the first air passage 83 allows air to flow toward the tip end side in the direction of the center axis O of the pilot cone 62
  • the second air passage 84 is radially outward of the pilot cone 62 and the pilot cone.
  • the air is inclined to the proximal end side in the axial direction of 62.
  • the compressed air A introduced into the inner cylinder 42 is divided into an air passage 81 and a first air passage 83 after passing through the vent hole 73 a of the substrate 73.
  • the air A1 in the air passage 81 is ejected from the air ejection port 82
  • the air A2 in the first air passage 83 is ejected from the air ejection port 85 after cooling the pilot cone 62 through the second air passage 84. Is done.
  • the second air passage 84 is inclined upstream in the flow direction of the air A2, the air A2 ejected from the air ejection port 85 is directed toward the air A1 ejected from the air ejection port 82. Erupted.
  • the air A1 ejected from the air ejection port 82 is ejected on the downstream side of the tail cylinder 43 and outside in the radial direction, but the air A2 ejected from the air ejection port 85 is directed toward this air A1.
  • the air A1 and A2 both cancel out the components flowing radially outward, and the air A3 easily flows downstream of the tail cylinder 43. Therefore, the flame surface F moves to the downstream side by the flow of air A3.
  • the air passage (first air ejection portion) 81 that ejects air toward the tip end side outside the main burner 45, and the outside of the pilot cone 62.
  • Air passages (second air ejection portions) 83 and 84 are provided to circulate air toward the distal end side and to eject air toward the outer side in the radial direction, and the second air passage 84 is arranged in the air flow direction. Inclined upstream.
  • the front-rear position of the flame surface F can be adjusted to the optimum position by changing the direction of the air flow from the air injection port 82 by the air flow from the air injection port 85 of the second air passage 84.
  • combustion can be stabilized by controlling the flame position to an appropriate position, and combustion vibration can be suppressed.
  • FIG. 11 is a schematic diagram illustrating a combustor of a gas turbine according to a fifth embodiment.
  • symbol is attached
  • the pilot cone 62 has a tapered cylindrical portion 65 as shown in FIG.
  • the tapered cylindrical portion 65 is configured by combining a plurality (eight in this embodiment) of tapered cylindrical portion 65A and 65B in a cylindrical shape.
  • the taper tube portion divided body 65A has a flange portion 65d as a changing member provided in a region on one side in the circumferential direction of the main burner tube 68
  • the taper tube portion divided body 65B has a flange portion as a changing member.
  • 65e is provided in a region on the other side in the circumferential direction of the main burner tube 68.
  • the tapered cylindrical portion 65 is configured by combining four tapered cylindrical portion divided bodies 65A and four tapered cylindrical portion divided bodies 65B in a cylindrical shape. Therefore, the flange portions 65d and 65e can be provided in a desired region with respect to the tapered cylindrical portion 65.
  • the order and position of the combination in the circumferential direction in the tapered tubular portion divided bodies 65A and 65B are not limited to those described above.
  • FIG. 12 is a schematic diagram illustrating a combustor of a gas turbine according to the sixth embodiment.
  • symbol is attached
  • the pilot cone 62 has a tapered cylindrical portion 65 as shown in FIG.
  • the tapered cylindrical portion 65 is formed by combining a plurality (eight in this embodiment) of tapered cylindrical portion 65A, 65B, 65C, 65D into a cylindrical shape.
  • the taper tube portion divided body 65A has a flange portion 65d as a changing member provided in a region on one side in the circumferential direction of the main burner tube 68
  • the taper tube portion divided body 65B has a flange portion as a changing member.
  • 65e is provided in a region on the other side in the circumferential direction of the main burner tube 68.
  • a flange portion 65c as a changing member is provided in all regions in the circumferential direction of the main burner tube 68, and the tapered tubular portion divided body 65D is provided with a flange portion as a changing member. It is not done.
  • the tapered cylindrical portion 65 is configured by combining a plurality of types of tapered cylindrical portion divided bodies 65A, 65B, 65C, 65D into a cylindrical shape. Therefore, the flange portions 65c, 65d, and 65e can be provided in a desired region with respect to the tapered cylindrical portion 65.
  • the combination order and position of the circumferential direction in taper cylinder part division body 65A, 65B, 65C, 65D are not limited to what was mentioned above.
  • the flange portion or the notch portion is applied as the changing member of the present invention.
  • the present invention is not limited to this configuration, and the ejection direction of the air ejected from the second air ejection portion. Any member may be used as long as it is changed in the axial direction of the flame holder.
  • the changing member may be provided integrally with the second air ejection part or may be provided as a separate member.

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Abstract

 ガスタービン燃焼器及びガスタービンにおいて、パイロットバーナ(44)と複数のメインバーナ(45)とパイロットコーンとを設けると共に、メインバーナ(45)の外側で先端部側に向けて空気を噴出する空気通路(81)と、パイロットコーン(62)の外側で先端部側に向けて空気を流通させると共に径方向における外側に向けて空気を噴出する空気通路(83,84)と、空気通路(83,84)から噴出される空気の噴出方向をパイロットコーン(62)の中心軸心O方向に変更する庇部(変更部材)(65c)とを設ける。

Description

ガスタービン燃焼器及びガスタービン
 本発明は、圧縮した高温・高圧の空気に対して燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給して回転動力を得るガスタービンにおいて、このガスタービンに用いられるガスタービン燃焼器、並びに、ガスタービンに関するものである。
 ガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンにより構成されており、空気取入口から取り込まれた空気が圧縮機によって圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となり、燃焼器にて、この圧縮空気に対して燃料を供給して燃焼させ、高温・高圧の燃焼ガスがタービンを駆動し、このタービンに連結された発電機を駆動する。この場合、タービンは、車室内に複数の静翼及び動翼が交互に配設されて構成されており、燃焼ガスにより動翼を駆動することで発電機に連結される出力軸を回転駆動している。そして、タービンを駆動した燃焼ガスは、排気ガスとして大気に放出される。
 燃焼器は、予混合燃焼を行う複数のメインバーナと、拡散燃焼を行うパイロットバーナとが設けられている。そのため、パイロットバーナにより生成される拡散炎が、各メインバーナが予混合炎を生成するための種火として使用され、これにより予混合燃焼が維持される。一般的な燃焼器では、メインバーナは、パイロットバーナを中心とした半径方向外側に周方向に等間隔で配置されている。
 このようなガスタービン燃焼器として、例えば、下記特許文献1に記載されたものがある。この特許文献1に記載されたガスタービン燃焼器は、本体内筒の中心部に設けられたパイロットノズルと、このパイロットノズルの外側に周方向に沿って複数個設けられたメインノズルと、パイロットノズルと各メインノズルの下流側に設けられたパイロットコーンとを有し、パイロットコーンの先端部下流側に向けて空気を噴出する空気通路を設けたものである。
特開2005-114193号公報
 上述したように、各メインバーナから噴射された燃料と空気の混合気は、旋回する循環流となり、パイロットバーナにより生成される拡散炎が種火となって点火することで予混合炎が生成される。このとき、各メインバーナから噴射された燃料と空気の混合気がパイロットバーナにより生成される拡散炎により点火して形成される火炎面にて、混合気の乱れが不十分であると、燃焼が不安定となることがある。この不安定な火炎は、保炎器(パイロットコーン)から下流側に移動したり、上流側に移動したりする。この不安定な火炎が保炎器から下流側に移動すると、燃焼が不安定となり、不安定な火炎が保炎器から上流側に移動すると、逆火の危険性やNOx増加の要因となる。そのため、火炎の起点を適正位置に維持することが必要となる。
 本発明は上述した課題を解決するものであり、火炎の位置を適正位置に制御することで燃焼の安定化を図るガスタービン燃焼器及びガスタービンを提供することを目的とする。
 上記の目的を達成するための本発明のガスタービン燃焼器は、円筒形状をなす燃焼筒と、前記燃焼筒内の中心部に配置されるパイロットバーナと、前記燃焼筒内で前記パイロットバーナを取り囲むように配置される複数のメインバーナと、前記パイロットバーナにおけるパイロットノズルの外側を覆うと共に先端部側が放射状に広がるテーパ筒形状をなす保炎器と、前記メインバーナの外側で先端部側に向けて空気を噴出する第1空気噴出部と、前記保炎器の外側で先端部側に向けて空気を流通させると共に径方向における外側に向けて空気を噴出する第2空気噴出部と、前記第2空気噴出部から噴出される空気の噴出方向を前記保炎器の軸心方向に変更する変更部材と、を有することを特徴とするものである。
 従って、メインバーナは、圧縮空気と燃料との混合気を予混合気として燃焼筒の内周面に沿って噴射し、パイロットバーナは、圧縮空気と燃料との混合気を燃焼筒の中心部に噴射する。すると、パイロットバーナからの混合気が着火されて燃焼し、燃焼ガスの一部が燃焼筒内に火炎を伴って周囲に拡散し、各メインバーナの予混合気に着火して予混合燃焼が維持される。このとき、第1空気噴出部は、メインバーナの外側で先端部側に向けて空気を噴出し、第2空気噴出部は、保炎器の外側で空気を噴出し、変更部材は、第2空気噴出部から噴出される空気の噴出方向を保炎器の軸心方向に変更する。即ち、各メインバーナからの混合気がパイロットバーナの拡散炎により点火して形成される火炎面の前後位置は、燃焼器の燃焼形態に応じた最適位置がある。そして、この火炎面の位置は、第1空気噴出部からの空気流により前後する。そのため、変更部材により噴射方向が変更された第2空気噴出部からの空気流により第1空気噴出部からの空気流の向きを変更することで、火炎面の前後位置を最適位置に調整することができる。その結果、火炎の位置を適正位置に制御することで燃焼の安定化を図ることができる。
 本発明のガスタービン燃焼器では、前記第2空気噴出部は、前記保炎器の外側に設けられて先端部側に向けて空気を流通させる第1空気通路と、前記第1空気通路の先端部側から径方向における外側に向けて空気を流通させる第2空気通路と、前記第2空気通路の先端部側に設けられる空気噴出口とを有し、前記変更部材は、前記空気噴出口に設けられることを特徴としている。
 従って、変更部材を第2空気噴出部における空気噴出口に設けることで、第2空気噴出部から噴出される空気流の方向を容易に変更することができ、構造の簡素化を図ることができる。
 本発明のガスタービン燃焼器では、前記保炎器は、円筒形状をなす保炎器本体と、前記保炎器本体の先端部側に連続してテーパ筒形状をなすテーパ筒部と、前記テーパ筒部の外側に所定隙間を空けて配置されるテーパ外筒部とを有し、前記テーパ筒部と前記テーパ外筒部との間に前記第1空気通路と前記第2空気通路と前記空気噴出口が設けられ、前記変更部材は、前記テーパ筒部または前記テーパ外筒部の少なくともいずれか一方に設けられることを特徴としている。
 従って、変更部材を保炎器におけるテーパ筒部またはテーパ外筒部に設けることで、第2空気噴出部から噴出される空気流の方向を保炎器の軸心方向の一方側または他方側に容易に変更することができる。
 本発明のガスタービン燃焼器では、前記変更部材は、前記テーパ筒部の先端部に設けられ、前記空気噴出口から噴出される空気の噴出方向を前記第1空気噴出部から噴出される空気に向けて変更することを特徴としている。
 従って、テーパ筒部の先端部に設けられる変更部材により、第2空気噴出部の空気噴出口から噴出される空気が第1空気噴出部から噴出される空気に向くことで、第1空気噴出部から噴出される空気流の方向を容易に、且つ、適正に変更することができる。
 本発明のガスタービン燃焼器では、前記変更部材は、前記空気噴出口から噴出される空気の噴出方向を前記第1空気噴出部から噴出される空気の噴出方向と逆方向になるように変更することを特徴としている。
 従って、変更部材により、第2空気噴出部の空気噴出口から噴出される空気流が第1空気噴出部から噴出される空気流と逆方向になることで、第1空気噴出部から噴出される空気流のエネルギを容易に調整して向きを適正に変更することができる。
 本発明のガスタービン燃焼器では、前記変更部材は、前記テーパ筒部の先端部に設けられ、前記空気噴出口から噴出される空気の噴出方向を前記第1空気噴出部から噴出される空気の噴出方向と同方向になるように変更することを特徴としている。
 従って、テーパ筒部の先端部に設けられる変更部材により、第2空気噴出部の空気噴出口から噴出される空気流が第1空気噴出部から噴出される空気流と同方向になることで、第1空気噴出部から噴出される空気流のエネルギを容易に調整して向きを適正に変更することができる。
 本発明のガスタービン燃焼器では、前記変更部材は、前記テーパ外筒部の先端部に設けられ、前記空気噴出口から噴出される空気の噴出方向を前記第1空気噴出部から噴出される空気の噴出方向と同方向になるように変更することを特徴としている。
 従って、テーパ外筒部の先端部に設けられる変更部材により、第2空気噴出部の空気噴出口から噴出される空気流が第1空気噴出部から噴出される空気流と同方向になることで、第1空気噴出部から噴出される空気流のエネルギを容易に調整して向きを適正に変更することができる。
 本発明のガスタービン燃焼器では、前記メインバーナは、メインバーナ筒と、前記メインバーナ筒の中心部に設けられるメインノズルと、前記メインバーナ筒と前記メインノズルとの間に設けられる旋回翼とを有し、前記変更部材は、前記メインバーナ筒に対向する全ての領域に設けられることを特徴としている。
 従って、変更部材をメインバーナ筒に対向する全ての領域に設けることで、各メインバーナからの混合気がパイロットバーナの拡散炎により点火して形成される火炎面の前後位置を、燃焼器の燃焼形態に応じた適正位置に調整することができる。
 本発明のガスタービン燃焼器では、前記メインバーナは、メインバーナ筒と、前記メインバーナ筒の中心部に設けられるメインノズルと、前記メインバーナ筒と前記メインノズルとの間に設けられる旋回翼とを有し、前記変更部材は、前記メインバーナ筒に対向する一部の領域に設けられることを特徴としている。
 従って、変更部材をメインバーナ筒に対向する一部の領域に設けることで、各メインバーナからの混合気がパイロットバーナの拡散炎により点火して形成される火炎面の前後位置を、燃焼器の燃焼形態に応じた適正位置に調整することができる。
 本発明のガスタービン燃焼器では、前記テーパ筒部は、複数の分割体が円筒形状に組み合わされて構成され、前記変更部材は、前記分割体の少なくとも一部の領域に設けられることを特徴としている。
 従って、テーパ筒部に対して変更部材を所望の領域に設けることができる。
 また、本発明のガスタービンは、空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機が圧縮した圧縮空気と燃料を混合して燃焼する前記燃焼器と、前記燃焼器が生成した燃焼ガスにより回転動力を得るタービンと、を有することを特徴とするものである。
 従って、火炎の位置を適正位置に制御することで燃焼の安定化を図ることができ、性能の向上を図ることができる。
 本発明のガスタービン燃焼器及びガスタービンによれば、メインバーナの外側に空気を噴出する第1空気噴出部と、保炎器の外側で径方向における外側に空気を噴出する第2空気噴出部と、第2空気噴出部から噴出される空気の噴出方向を保炎器の軸心方向に変更する変更部材とを設けるので、変更部材により噴射方向が変更された第2空気噴出部からの空気流により第1空気噴出部からの空気流の向きを変更することで、火炎面の前後位置を最適位置に調整することができ、燃焼の安定化を図ることができる。
図1は、第1実施形態のガスタービンを表す概略構成図である。 図2は、ガスタービンの燃焼器を表す概略構成図である。 図3は、燃焼器の内部構造を表す概略図である。 図4は、燃焼器の内部構造を表す図3のIV-IV断面図である。 図5は、混合気と冷却空気との流れを表す概略図である。 図6は、パイロットコーンの要部斜視図である。 図7-1は、パイロットコーンの変形例を表す要部斜視図である。 図7-2は、パイロットコーンの変形例を表す要部斜視図である。 図8は、第2実施形態のガスタービンの燃焼器を表す概略図である。 図9は、第3実施形態のガスタービンの燃焼器を表す概略図である。 図10は、第4実施形態のガスタービンの燃焼器を表す概略図である。 図11は、第5実施形態のガスタービンの燃焼器を表す概略図である。 図12は、第6実施形態のガスタービンの燃焼器を表す概略図である。
 以下に添付図面を参照して、本発明に係るガスタービン燃焼器及びガスタービンの好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。
[第1実施形態]
 図1は、第1実施形態のガスタービンを表す概略構成図、図2は、ガスタービンの燃焼器を表す概略構成図である。
 第1実施形態において、図1に示すように、ガスタービン10は、圧縮機11と燃焼器(ガスタービン燃焼器)12とタービン13により構成されている。このガスタービン10は、同軸上に図示しない発電機が連結されており、発電可能となっている。
 圧縮機11は、空気を取り込む空気取入口20を有し、圧縮機車室21内に入口案内翼(IGV:Inlet Guide Vane)22が配設されると共に、複数の静翼23と動翼24が前後方向(後述するロータ32の軸方向)に交互に配設されてなり、その外側に抽気室25が設けられている。燃焼器12は、圧縮機11で圧縮された圧縮空気に対して燃料を供給し、点火することで燃焼可能となっている。タービン13は、タービン車室26内に複数の静翼27と動翼28が前後方向(後述するロータ32の軸方向)に交互に配設されている。このタービン車室26は、下流側に排気車室29を介して排気室30が配設されており、排気室30は、タービン13に連続する排気ディフューザ31を有している。
 また、圧縮機11、燃焼器12、タービン13、排気室30の中心部を貫通するようにロータ(回転軸)32が配置されている。ロータ32は、圧縮機11側の端部が軸受部33により回転自在に支持される一方、排気室30側の端部が軸受部34により回転自在に支持されている。そして、このロータ32は、圧縮機11にて、各動翼24が装着されたディスクが複数重ねられて固定され、タービン13にて、各動翼28が装着されたディスクが複数重ねられて固定されている。
 このガスタービンは、圧縮機11の圧縮機車室21が脚部35に支持され、タービン13のタービン車室26が脚部36により支持され、排気室30が脚部37により支持されている。
 従って、圧縮機11にて、空気取入口20から取り込まれた空気が、入口案内翼22、複数の静翼23と動翼24を通過して圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となる。燃焼器12にて、この圧縮空気に対して所定の燃料が供給され、燃焼する。そして、タービン13にて、この燃焼器12で生成された作動流体である高温・高圧の燃焼ガスが、複数の静翼27と動翼28を通過することでロータ32を駆動回転し、このロータ32に連結された発電機を駆動する。一方、燃焼ガスは、排気室30の排気ディフューザ31を通り、排気ガスとして大気に放出される。
 上述した燃焼器12において、図2に示すように、外筒41は、内側に所定間隔をあけて内筒42が配置され、この内筒42の先端部に尾筒43が連結されて燃焼器ケーシングが構成されている。この外筒41と内筒42と尾筒43は、中心軸心Oに沿って配置されている。内筒42は、内部の中心部に位置してパイロットバーナ44が配置されると共に、内周面に周方向に沿ってパイロットバーナ44を取り囲むように複数のメインバーナ45が配置されている。パイロットバーナ44とメインバーナ45は、中心軸心Oと平行をなして配置されている。尾筒43は、バイパス管46が連結されており、このバイパス管46にバイパス弁47が設けられている。
 外筒41は、外筒本体51の基端部に外筒蓋部52が密着し、複数の締結ボルト53により締結されて構成されている。外筒41は、外筒蓋部52の内側にトップハット部54が嵌合し、複数の締結ボルト55により締結されている。内筒42は、外筒41の内側に所定の間隔をあけて配置されており、トップハット部54の内面と内筒42の外面との間に円筒形状をなす空気通路56が形成されている。そして、空気通路56は、一端部が圧縮機11で圧縮された圧縮空気の供給通路57に連通し、他端部が内筒42における基端部側に連通している。
 内筒42は、中心部に位置してパイロットバーナ44が配置され、その周囲に複数のメインバーナ45が配置されている。そして、トップハット部54は、燃料ポート58,59が設けられている。図示しないパイロット燃料ラインがパイロット燃料ポート58に連結され、図示しないメイン燃焼ラインが各メイン燃料ポート59に連結されている。
 ここで、燃焼器12の構造について詳細に説明する。図3は、燃焼器の内部構造を表す概略図、図4は、燃焼器の内部構造を表す図3のIV-IV断面図、図5は、混合気と冷却空気との流れを表す概略図、図6は、パイロットコーンの要部斜視図である。
 図3及び図4に示すように、パイロットバーナ44は、パイロットノズル61と、パイロットコーン(保炎器)62と、パイロットスワラ(旋回翼)63を有している。パイロットノズル61は、基端部がトップハット部54に支持され、パイロット燃料ポート58が連結されている。パイロットコーン62は、パイロットノズル61の外側を覆うと共に先端部側が放射状に広がるテーパ筒形状をなしている。即ち、パイロットコーン62は、円筒形状をなすコーン本体(保炎器本体)64と、コーン本体64の先端部側に連続してテーパ筒形状をなすテーパ筒部65と、テーパ筒部65の外側に所定隙間を空けて配置される後述するテーパ外筒部66(図5参照)とを有している。そして、パイロットノズル61は、先端部がパイロットコーン62内に配置されており、パイロットバーナ44の外周面とコーン本体64の内周面との間にパイロットスワラ63が設けられている。
 メインバーナ45は、メインノズル67と、メインバーナ筒68と、メインスワラ(旋回翼)69を有している。メインノズル67は、基端部がトップハット部54に支持され、メイン燃料ポート59が連結されている。メインバーナ筒68は、円筒形状をなすバーナ筒本体70と、バーナ筒本体70の先端部側に連続する矩形筒形状をなす延長部71とを有している。そして、メインノズル67は、先端部がメインバーナ筒68内に配置されており、メインバーナ45の外周面とバーナ筒本体70の内周面との間にメインスワラ69が設けられている。
 メインバーナ筒68にて、延長部71は、円筒形状をなす入口部71aから矩形筒形状をなす出口部71bに連続して滑らかに変形している。そして、出口部71bは、中心軸心Oを中心とした半径方向に沿うと共に互いに平行をなす2つの半径方向エッジ72a,72bと、各半径方向エッジ72a,72bの両端を連結するように中心軸心Oを中心とした周方向に沿うと共に互いに平行をなす2つの周方向エッジ72c,72dとで台形の筒形状に形成されている。
 そして、内筒42は、内部に基板73が固定されており、パイロットバーナ44のパイロットコーン62と各メインバーナ45のメインバーナ筒68は、この基板73を貫通して支持されている。
 そして、本実施形態の燃焼器12は、第1空気噴出部と第2空気噴出部と変更部材が設けられている。図3から図5に示すように、パイロットバーナ44は、パイロットコーン62を有し、パイロットコーン62は、コーン本体64とテーパ筒部65とテーパ外筒部66を有している。一方、メインバーナ45は、メインバーナ筒68を有し、メインバーナ筒68は、バーナ筒本体70と延長部71を有している。そして、パイロットコーン62におけるテーパ筒部65及びテーパ外筒部66の先端部は、メインバーナ筒68における延長部71の周方向エッジ72cに沿って配置されている。
 基板73は、パイロットコーン62と各メインバーナ筒68を支持しており、複数の通気孔73aが形成されている。テーパ筒部65は、円筒形状をなすテーパ部65aと、テーパ部65aの先端部に設けられるフランジ部65bと、フランジ部65bの先端部に設けられる庇部65cを有している。ここで、フランジ部65bは、パイロットコーン62の径方向に沿って配置され、庇部65cはパイロットコーン62の軸心方向に沿って配置されている。テーパ外筒部66は、テーパ筒部65の外側に位置し、円筒形状をなすテーパ部66aと、このテーパ部66aの先端部に設けられるフランジ部66bとを有しており、フランジ部65bは、パイロットコーン62の径方向に沿って配置されている。
 第1空気噴出部は、メインバーナ45の外側で先端部側に向けて空気を噴出するものである。即ち、第1空気噴出部は、パイロットコーン62におけるテーパ外筒部66の外周面と、メインバーナ筒68における延長部71の周方向エッジ72cの外周面との間に設けられる空気通路81及び空気噴射口82により構成されている。一方、第2空気噴出部は、パイロットコーン62の外側で先端部側に向けて空気を流通させると共に径方向における外側に向けて空気を噴出するものである。即ち、第2空気噴出部は、パイロットコーン62にて、テーパ筒部65におけるテーパ部65aの外周面とテーパ外筒部66におけるテーパ部66aの内周面との間に設けられる第1空気通路83と、フランジ部65bの外周面とフランジ部66bの内周面との間に設けられる第2空気通路84と、空気噴射口85により構成されている。
 第1空気通路83は、パイロットコーン62の外側に設けられて先端部側に向けて空気を流通させるものであり、第2空気通路84は、第1空気通路83の先端部側から径方向における外側に向けて空気を流通させるものであり、空気噴出口85は、第2空気通路84の先端部側に設けられている。変更部材は、第2空気噴出部から噴出される空気の噴出方向をパイロットコーン62の中心軸心Oの方向に変更するものであり、図6に詳細に示すように、空気噴出口85に設けられている。即ち、変更部材は、テーパ筒部65の庇部65cにより構成されている。この庇部65cは、フランジ部65bの先端部からフランジ部66bの先端部側に沿って延出されている。
 そのため、図5に示すように、内筒42内に導入された圧縮空気Aは、基板73の通気孔73aを通過した後、空気通路81と第1空気通路83に分かれる。そして、空気通路81の空気A1は、空気噴出口82から噴出され、第1空気通路83の空気A2は、第2空気通路84を通ってパイロットコーン62を冷却した後、空気噴出口85から噴出される。このとき、空気噴出口85から噴出される空気A2の噴出方向は、庇部65cにより空気噴出口82から噴出される空気A1に向けて変更される。具体的に、空気噴出口85から噴出される空気A2の噴出方向は、空気噴出口82から噴出される空気A1の噴出方向と逆方向になるように変更される。
 すると、空気噴出口82から噴出される空気A1は、尾筒43の下流側で、且つ、径方向の外側に噴出されるが、空気噴出口85から噴出される空気A2がこの空気A1に向けて噴出されることで、両者の空気A1,A2は、径方向の外側へ流れる成分が打ち消され、空気A3は、尾筒43の下流側に流れやすくなる。空気A3は火炎面Fに干渉するため、空気A3の流れの変化により火炎面の位置が移行する。
 パイロットコーン62のテーパ筒部65に設けた変更部材としての庇部65cは、メインバーナ筒68における延長部71の周方向エッジ72cに対向する全ての領域に設けられている。但し、庇部65cの位置は、この構成に限定されるものではない。図7-1及び図7-2は、パイロットコーンの変形例を表す要部斜視図である。
 図7-1に示すように、変更部材としての庇部65dは、メインバーナ筒68における延長部71の周方向エッジ72cに対向する一部の領域に設けられている。また、図7-2に示すように、変更部材としての庇部65eは、メインバーナ筒68における延長部71の周方向エッジ72cに対向する一部の領域に設けられている。ここで、図4に示すように、メインバーナ45から噴射される混合気は、旋回流Rである。そのため、空気A3の流れは、図7-1の庇部65dや、図7-2の庇部65eのように変更部材位置設置箇所によって、下流方向への流出角度を制御することが可能である。これに応じて空気A3の火炎面に対する干渉割合が変化し、火炎位置を前後に調整できるようになる。
 このようなガスタービン10の燃焼器12にて、図3に示すように、高温・高圧の圧縮空気が空気通路56に流れ込むと、反転してパイロットバーナ44のパイロットコーン62及び各メインバーナ45のメインバーナ筒68に導入される。そして、圧縮空気Aは、メインバーナ45にて、メインバーナ筒68内でメインスワラ69によって旋回する気流となり、メインノズル67から噴射された燃料と内部で混合され、予混合気となって尾筒43内に流れ込む。また、圧縮空気Aは、パイロットバーナ44にて、パイロットコーン62内でパイロットスワラ63によって旋回する気流となり、パイロットノズル61から噴射された燃料と混合され、図示しない種火により着火されて燃焼し、燃焼ガスとなって尾筒43内に噴出する。このとき、燃焼ガスの一部が尾筒43内に火炎を伴って周囲に拡散するように噴出することで、各メインバーナ45から尾筒43内に流れ込んだ予混合気に着火されて燃焼し、ここに火炎面F(図5参照)が形成される。
 即ち、パイロットバーナ44から噴射されたパイロット燃料の拡散火炎により、メインバーナ45からの希薄予混合燃料の安定燃焼を行うための保炎を行うことができる。また、メインバーナ45によって燃料を予混合することで、燃料濃度を均一化し低NOx化を図ることができる。このとき、メインバーナ45のメインバーナ筒68の内部が予混合領域となり、パイロットバーナ44からの拡散火炎によって予混合気が燃焼する領域が燃焼領域となる。燃焼領域は、パイロットコーン62の下流であり、尾筒43の内部にある。従って、予混合気が燃焼した燃焼ガスは、尾筒43の内部を流れる。
 また、図5に示すように、内筒42内に導入された圧縮空気Aは、基板73の通気孔73aを通ってから空気通路81と第1空気通路83に分かれ、空気通路81の空気A1は、空気噴出口82から噴出され、第1空気通路83の空気A2は、第2空気通路84を通って空気噴出口85から噴出される。このとき、空気噴出口85から噴出される空気A2は、庇部65cにより空気噴出口82から噴出される空気A1に向けて噴射される。すると、空気噴出口82から噴出される空気A1と空気噴出口85から噴出される空気A2が衝突し、空気A1,A2が一体となった空気A3が尾筒43の下流側に流れる。この場合、庇部65cの配置位置に応じて火炎面Fの位置が前後に移行することから、燃焼器12の燃焼形態に応じた火炎面Fの最適位置を得ることができる。
 このように第1実施形態のガスタービン燃焼器にあっては、パイロットバーナ44と複数のメインバーナ45とパイロットコーン62とを設けると共に、メインバーナ45の外側で先端部側に向けて空気を噴出する空気通路(第1空気噴出部)81と、パイロットコーン62の外側で先端部側に向けて空気を流通させると共に径方向における外側に向けて空気を噴出する空気通路(第2空気噴出部)83,84と、空気通路83,84から噴出される空気の噴出方向をパイロットコーン62の中心軸心O方向に変更する庇部(変更部材)65cとを設けている。
 従って、空気通路81の空気は、空気噴射口82からメインバーナ45の外側で先端部側に向けて噴出され、空気通路83,84の空気は、空気噴射口85からパイロットコーン62の外側に向けて噴出され、庇部65cは、空気噴射口85から噴出される空気の噴出方向をパイロットコーン62の中心軸心O方向に変更する。即ち、各メインバーナ45からの混合気がパイロットバーナ44の拡散炎により点火して形成される火炎面Fの前後位置は、燃焼器12の燃焼形態に応じた最適位置がある。そして、この火炎面Fの位置は、空気噴射口82からの空気流により前後する。そのため、庇部65cにより噴射方向が変更された空気噴射口85からの空気流により空気噴射口82からの空気流の向きを変更することで、火炎面Fの前後位置を最適位置に調整することができる。その結果、火炎の位置を適正位置に制御することで燃焼の安定化を図ることができ、また、燃焼振動を抑制することができる。
 第1実施形態のガスタービン燃焼器では、パイロットコーン62の外側に設けられて先端部側に向けて空気を流通させる第1空気通路83と、第1空気通路83の先端部側から径方向における外側に向けて空気を流通させる第2空気通路84と、第2空気通路84の先端部側に設けられる空気噴出口85とを設け、空気噴出口85に庇部65cを設けている。従って、空気噴出口85から噴出される空気流の方向を容易に変更することができ、構造の簡素化を図ることができる。
 第1実施形態のガスタービン燃焼器では、円筒形状をなすコーン本体64と、コーン本体64の先端部側に連続してテーパ筒形状をなすテーパ筒部65と、テーパ筒部65の外側に所定隙間を空けて配置されるテーパ外筒部66によりパイロットコーン62を構成し、テーパ筒部65の空気噴出口85に庇部65cを設けている。従って、空気噴出口85から噴出される空気流の方向をパイロットコーン62の中心軸心O方向の一方側または他方側に容易に変更することができる。
 第1実施形態のガスタービン燃焼器では、庇部65cをテーパ筒部65の先端部に設け、空気噴出口85から噴出される空気の噴出方向を空気噴出口82から噴出される空気に向けて変更している。従って、空気噴出口82から噴出される空気流の方向を容易に、且つ、適正に変更することができる。
 第1実施形態のガスタービン燃焼器では、庇部65cにより、空気噴出口85から噴出される空気の噴出方向を空気噴出口82から噴出される空気の噴出方向と逆方向になるように変更している。従って、空気噴出口82から噴出される空気流のエネルギを容易に調整して向きを適正に変更することができる。
 第1実施形態のガスタービン燃焼器では、変更部材としての庇部65cをメインバーナ筒68に対向する全ての領域に設けている。従って、各メインバーナ45からの混合気がパイロットバーナ44の拡散炎により点火して形成される火炎面Fの前後位置を、燃焼器12の燃焼形態に応じた適正位置に調整することができる。
 第1実施形態のガスタービン燃焼器では、変更部材としての庇部65d,65eをメインバーナ筒68に対向する一部の領域に設けている。従って、各メインバーナ45からの混合気がパイロットバーナ44の拡散炎により点火して形成される火炎面Fの前後位置を、燃焼器12の燃焼形態に応じた適正位置に調整することができる。
 また、第1実施形態のガスタービンにあっては、圧縮機11と燃焼器12とタービン13とにより構成し、燃焼器12に、空気通路(第1空気噴出部)81と、空気通路(第2空気噴出部)83,84と、庇部(変更部材)65cとを設けている。従って、火炎の位置を適正位置に制御することで燃焼の安定化を図ることができ、性能の向上を図ることができる。
[第2実施形態]
 図8は、第2実施形態のガスタービンの燃焼器を表す概略図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
 第2実施形態のガスタービン燃焼器において、図8に示すように、パイロットバーナ44は、パイロットノズル61とパイロットコーン62とパイロットスワラ63を有している。パイロットコーン62は、コーン本体64とテーパ筒部65とテーパ外筒部66とを有している。メインバーナ45は、メインノズル67とメインバーナ筒68とメインスワラ69を有している。メインバーナ筒68は、バーナ筒本体70と延長部71とを有している。延長部71は、円筒形状をなす入口部71aから矩形筒形状をなす出口部71bに連続して滑らかに変形し、出口部71bは、2つの半径方向エッジ72a,72bと、2つの周方向エッジ72c,72dとで台形の筒形状に形成されている。
 そして、本実施形態の燃焼器12は、第1空気噴出部と第2空気噴出部と変更部材が設けられている。テーパ筒部65は、円筒形状をなすテーパ部65aと、テーパ部65aの先端部に設けられるフランジ部65bと、フランジ部65bの先端部に設けられる切欠部101を有している。テーパ外筒部66は、テーパ筒部65の外側に位置し、円筒形状をなすテーパ部66aと、このテーパ部66aの先端部に設けられるフランジ部66bとを有している。
 第1空気噴出部として、空気通路81と噴射口82が設けられている。一方、第2空気噴出部として、第1空気通路83と第2空気通路84と空気噴射口85が設けられている。変更部材は、空気噴出口85から噴出される空気の噴出方向をパイロットコーン62の中心軸心Oの方向に変更するものであり、空気噴出口85に設けられている。即ち、変更部材は、テーパ筒部65の切欠部101により構成されている。この切欠部101は、フランジ部65bの先端部が切り欠かれて構成されており、フランジ部65bの先端部は、フランジ部66bの先端部より径方向の内側に位置することとなる。そのため、空気噴出口85は、空気の流れ方向の下流側に開口することとなり、空気噴出口85から噴出される空気の噴出方向が空気噴出口82から噴出される空気の噴出方向と同方向になるように変更される。
 そのため、内筒42内に導入された圧縮空気Aは、基板73の通気孔73aを通過した後、空気通路81と第1空気通路83に分かれる。そして、空気通路81の空気A1は、空気噴出口82から噴出され、第1空気通路83の空気A2は、第2空気通路84を通ってパイロットコーン62を冷却した後、空気噴出口85から噴出される。このとき、空気噴出口85から噴出される空気A2の噴出方向は、切欠部101により空気噴出口82から噴出される空気A1の噴出方向と同方向になるように変更される。
 すると、空気噴出口82から噴出される空気A1は、空気噴出口85から噴出される空気A2と一体となり、空気A3は、尾筒43の下流側に流れやすくなる。そのため、空気A3の流れにより火炎面Fが下流側に移行する。
 このように第2実施形態のガスタービン燃焼器にあっては、変更部材としてテーパ筒部65の先端部に切欠部101を設け、空気噴出口85から噴出される空気の噴出方向を空気噴出口82から噴射される空気の噴出方向と同方向になるように変更している。
 従って、切欠部101により、空気噴出口85から噴出される空気流が空気噴出口82から噴出される空気流と同方向になることで、空気噴出口82から噴出される空気流のエネルギを容易に調整して向きを適正に変更することができる。
[第3実施形態]
 図9は、第3実施形態のガスタービンの燃焼器を表す概略図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
 第3実施形態のガスタービン燃焼器において、図9に示すように、パイロットバーナ44は、パイロットノズル61とパイロットコーン62とパイロットスワラ63を有している。パイロットコーン62は、コーン本体64とテーパ筒部65とテーパ外筒部66とを有している。メインバーナ45は、メインノズル67とメインバーナ筒68とメインスワラ69を有している。メインバーナ筒68は、バーナ筒本体70と延長部71とを有している。延長部71は、円筒形状をなす入口部71aから矩形筒形状をなす出口部71bに連続して滑らかに変形し、出口部71bは、2つの半径方向エッジ72a,72bと、2つの周方向エッジ72c,72dとで台形の筒形状に形成されている。
 そして、本実施形態の燃焼器12は、第1空気噴出部と第2空気噴出部と変更部材が設けられている。テーパ筒部65は、円筒形状をなすテーパ部65aと、テーパ部65aの先端部に設けられるフランジ部65bを有している。テーパ外筒部66は、テーパ筒部65の外側に位置し、円筒形状をなすテーパ部66aと、このテーパ部66aの先端部に設けられるフランジ部66bと、フランジ部66bの先端部に設けられる庇部102を有している。ここで、フランジ部66bは、パイロットコーン62の径方向に沿って配置され、庇部102はパイロットコーン62の軸心方向に沿って配置されている。
 第1空気噴出部として、空気通路81と空気噴射口82が設けられている。一方、第2空気噴出部として、第1空気通路83と第2空気通路84と空気噴射口85が設けられている。変更部材は、空気噴出口85から噴出される空気の噴出方向をパイロットコーン62の中心軸心Oの方向に変更するものであり、空気噴出口85に設けられている。即ち、変更部材は、テーパ筒部65の庇部102により構成されている。この庇部102は、フランジ部66bの先端部からフランジ部65bの先端部側に沿って延出されている。
 そのため、内筒42内に導入された圧縮空気Aは、基板73の通気孔73aを通過した後、空気通路81と第1空気通路83に分かれる。そして、空気通路81の空気A1は、空気噴出口82から噴出され、第1空気通路83の空気A2は、第2空気通路84を通ってパイロットコーン62を冷却した後、空気噴出口85から噴出される。このとき、空気噴出口85から噴出される空気A2の噴出方向は、庇部102により空気噴出口82から噴出される空気A1の噴出方向と同方向になるように変更される。
 すると、空気噴出口82から噴出される空気A1は、空気噴出口85から噴出される空気A2と一体となり、空気A3は、尾筒43の下流側に流れやすくなる。そのため、空気A3の流れにより火炎面Fが下流側に移行する。
 このように第3実施形態のガスタービン燃焼器にあっては、変更部材としてテーパ筒部65の先端部に庇部102を設け、空気噴出口85から噴出される空気の噴出方向を空気噴出口82から噴射される空気の噴出方向と同方向になるように変更している。
 従って、庇部101により、空気噴出口85から噴出される空気流が空気噴出口82から噴出される空気流と同方向になることで、空気噴出口82から噴出される空気流のエネルギを容易に調整して向きを適正に変更することができる。
[第4実施形態]
 図10は、第4実施形態のガスタービンの燃焼器を表す概略図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
 第4実施形態のガスタービン燃焼器において、図10に示すように、パイロットバーナ44は、パイロットノズル61とパイロットコーン62とパイロットスワラ63を有している。パイロットコーン62は、コーン本体64とテーパ筒部65とテーパ外筒部66とを有している。メインバーナ45は、メインノズル67とメインバーナ筒68とメインスワラ69を有している。メインバーナ筒68は、バーナ筒本体70と延長部71とを有している。延長部71は、円筒形状をなす入口部71aから矩形筒形状をなす出口部71bに連続して滑らかに変形し、出口部71bは、2つの半径方向エッジ72a,72bと、2つの周方向エッジ72c,72dとで台形の筒形状に形成されている。
 そして、本実施形態の燃焼器12は、第1空気噴出部と第2空気噴出部が設けられている。テーパ筒部65は、円筒形状をなすテーパ部65aと、テーパ部65aの先端部に設けられるフランジ部65bを有している。ここで、フランジ部65bは、パイロットコーン62の径方向に沿うと共に、先端部がパイロットコーン62の軸方向の基端部側に傾斜して配置されている。テーパ外筒部66は、テーパ筒部65の外側に位置し、円筒形状をなすテーパ部66aと、このテーパ部66aの先端部に設けられるフランジ部66bを有している。ここで、フランジ部66bは、パイロットコーン62の径方向に沿うと共に、先端部がパイロットコーン62の軸方向の基端部側に傾斜して配置されている。
 第1空気噴出部として、空気通路81と空気噴射口82が設けられている。一方、第2空気噴出部として、第1空気通路83と第2空気通路84と空気噴射口85が設けられている。ここで、第1空気通路83は、パイロットコーン62の中心軸心O方向の先端部側に向けて空気を流し、第2空気通路84は、パイロットコーン62の径方向外側で、且つ、パイロットコーン62の軸方向の基端部側に傾斜して空気を流す。
 そのため、内筒42内に導入された圧縮空気Aは、基板73の通気孔73aを通過した後、空気通路81と第1空気通路83に分かれる。そして、空気通路81の空気A1は、空気噴出口82から噴出され、第1空気通路83の空気A2は、第2空気通路84を通ってパイロットコーン62を冷却した後、空気噴出口85から噴出される。このとき、第2空気通路84が空気A2の流れ方向の上流側に傾斜していることから、空気噴出口85から噴出される空気A2は、空気噴出口82から噴出される空気A1に向けて噴出される。
 すると、空気噴出口82から噴出される空気A1は、尾筒43の下流側で、且つ、径方向の外側に噴出されるが、空気噴出口85から噴出される空気A2がこの空気A1に向けて噴出されることで、両者の空気A1,A2は、径方向の外側へ流れる成分が打ち消され、空気A3は、尾筒43の下流側に流れやすくなる。そのため、空気A3の流れにより火炎面Fが下流側に移行する。
 このように第4実施形態のガスタービン燃焼器にあっては、メインバーナ45の外側で先端部側に向けて空気を噴出する空気通路(第1空気噴出部)81と、パイロットコーン62の外側で先端部側に向けて空気を流通させると共に径方向における外側に向けて空気を噴出する空気通路(第2空気噴出部)83,84とを設け、第2空気通路84を空気の流れ方向の上流側に傾斜して設けている。
 従って、第2空気通路84の空気噴射口85からの空気流により空気噴射口82からの空気流の向きを変更することで、火炎面Fの前後位置を最適位置に調整することができる。その結果、火炎の位置を適正位置に制御することで燃焼の安定化を図ることができ、また、燃焼振動を抑制することができる。
[第5実施形態]
 図11は、第5実施形態のガスタービンの燃焼器を表す概略図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
 第5実施形態のガスタービンの燃焼器において、図11に示すように、パイロットコーン62は、テーパ筒部65を有している。このテーパ筒部65は、複数(本実施形態では、8個)のテーパ筒部分割体65A,65Bが円筒形状に組み合わされて構成されている。この場合、テーパ筒部分割体65Aは、変更部材としての庇部65dが、メインバーナ筒68における周方向の一方側の領域に設けられ、テーパ筒部分割体65Bは、変更部材としての庇部65eが、メインバーナ筒68における周方向の他方側の領域に設けられている。即ち、テーパ筒部65は、4個のテーパ筒部分割体65Aと4個のテーパ筒部分割体65Bが円筒形状に組み合わされて構成されている。そのため、テーパ筒部65に対して庇部65d,65eを所望の領域に設けることができる。なお、テーパ筒部分割体65A,65Bにおける周方向の組み合わせ順序や位置は、上述したものに限定されるものではない。
[第6実施形態]
 図12は、第6実施形態のガスタービンの燃焼器を表す概略図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
 第6実施形態のガスタービンの燃焼器において、図12に示すように、パイロットコーン62は、テーパ筒部65を有している。このテーパ筒部65は、複数(本実施形態では、8個)のテーパ筒部分割体65A,65B,65C,65Dが円筒形状に組み合わされて構成されている。この場合、テーパ筒部分割体65Aは、変更部材としての庇部65dが、メインバーナ筒68における周方向の一方側の領域に設けられ、テーパ筒部分割体65Bは、変更部材としての庇部65eが、メインバーナ筒68における周方向の他方側の領域に設けられている。また、テーパ筒部分割体65Cは、変更部材としての庇部65cが、メインバーナ筒68における周方向の全ての領域に設けられ、テーパ筒部分割体65Dは、変更部材としての庇部が設けられていない。即ち、テーパ筒部65は、複数種類のテーパ筒部分割体65A,65B,65C,65Dが円筒形状に組み合わされて構成されている。そのため、テーパ筒部65に対して庇部65c,65d,65eを所望の領域に設けることができる。なお、テーパ筒部分割体65A,65B,65C,65Dにおける周方向の組み合わせ順序や位置は、上述したものに限定されるものではない。
 なお、上述した各実施形態では、本発明の変更部材として、庇部や切欠部などを適用したが、この構成に限定されるものではなく、第2空気噴出部から噴出される空気の噴出方向を保炎器の軸心方向に変更するものであれば、どのような部材であってもよい。この場合、変更部材を第2空気噴出部と一体に設けても、別部材として設けてもよい。
 10 ガスタービン
 11 圧縮機
 12 燃焼器
 13 タービン
 21 圧縮機車室
 22 入口案内翼
 23 静翼
 24 動翼
 25 抽気室
 26 タービン車室
 27 静翼
 28 動翼
 29 排気車室
 30 排気室
 31 排気ディフューザ
 32 ロータ
 33,34 軸受部
 35,36,37 脚部
 41 外筒(燃焼筒)
 42 内筒(燃焼筒)
 43 尾筒(燃焼筒)
 44 パイロットバーナ
 45 メインバーナ
 46 バイパス管
 47 バイパス弁
 51 外筒本体
 52 外筒蓋部
 53 締結ボルト
 54 トップハット部
 55 締結ボルト
 56 空気通路
 57 供給通路
 58 パイロット燃料ポート
 59 メイン燃料ポート
 61 パイロットノズル
 62 パイロットコーン(保炎器)
 63 パイロットスワラ(旋回翼)
 64 コーン本体(保炎器本体)
 65 テーパ筒部
 65a テーパ部
 65b フランジ部
 65c,65d,65e 庇部(変更部材)
 64A,65B,65C テーパ筒部分割体
 66 テーパ外筒部
 66a テーパ部
 66b フランジ部
 67 メインノズル
 68 メインバーナ筒
 69 メインスワラ(旋回翼)
 70 バーナ筒本体
 71 延長部
 71a 入口部
 71b 出口部
 72a,72b 半径方向エッジ
 72c,72d 周方向エッジ
 73 基板
 73a 通気孔
 81 空気通路(第1空気噴出部)
 82 空気噴射口
 83 第1空気通路(第2空気噴出部)
 84 第2空気通路(第2空気噴出部)
 85 空気噴射口
 101 切欠部(変更部材)
 102 庇部(変更部材)
 A,A1,A2,A3 空気
 O 中心軸心
 R 旋回流

Claims (11)

  1.  円筒形状をなす燃焼筒と、
     前記燃焼筒内の中心部に配置されるパイロットバーナと、
     前記燃焼筒内で前記パイロットバーナを取り囲むように配置される複数のメインバーナと、
     前記パイロットバーナにおけるパイロットノズルの外側を覆うと共に先端部側が放射状に広がるテーパ筒形状をなす保炎器と、
     前記メインバーナの外側で先端部側に向けて空気を噴出する第1空気噴出部と、
     前記保炎器の外側で先端部側に向けて空気を流通させると共に径方向における外側に向けて空気を噴出する第2空気噴出部と、
     前記第2空気噴出部から噴出される空気の噴出方向を前記保炎器の軸心方向に変更する変更部材と、
     を有することを特徴とするガスタービン燃焼器。
  2.  前記第2空気噴出部は、前記保炎器の外側に設けられて先端部側に向けて空気を流通させる第1空気通路と、前記第1空気通路の先端部側から径方向における外側に向けて空気を流通させる第2空気通路と、前記第2空気通路の先端部側に設けられる空気噴出口とを有し、前記変更部材は、前記空気噴出口に設けられることを特徴とする請求項1に記載のガスタービン燃焼器。
  3.  前記保炎器は、円筒形状をなす保炎器本体と、前記保炎器本体の先端部側に連続してテーパ筒形状をなすテーパ筒部と、前記テーパ筒部の外側に所定隙間を空けて配置されるテーパ外筒部とを有し、前記テーパ筒部と前記テーパ外筒部との間に前記第1空気通路と前記第2空気通路と前記空気噴出口が設けられ、前記変更部材は、前記テーパ筒部または前記テーパ外筒部の少なくともいずれか一方に設けられることを特徴とする請求項2に記載のガスタービン燃焼器。
  4.  前記変更部材は、前記テーパ筒部の先端部に設けられ、前記空気噴出口から噴出される空気の噴出方向を前記第1空気噴出部から噴出される空気に向けて変更することを特徴とする請求項3に記載のガスタービン燃焼器。
  5.  前記変更部材は、前記空気噴出口から噴出される空気の噴出方向を前記第1空気噴出部から噴出される空気の噴出方向と逆方向になるように変更することを特徴とする請求項4に記載のガスタービン燃焼器。
  6.  前記変更部材は、前記テーパ筒部の先端部に設けられ、前記空気噴出口から噴出される空気の噴出方向を前記第1空気噴出部から噴出される空気の噴出方向と同方向になるように変更することを特徴とする請求項3に記載のガスタービン燃焼器。
  7.  前記変更部材は、前記テーパ外筒部の先端部に設けられ、前記空気噴出口から噴出される空気の噴出方向を前記第1空気噴出部から噴出される空気の噴出方向と同方向になるように変更することを特徴とする請求項3に記載のガスタービン燃焼器。
  8.  前記メインバーナは、メインバーナ筒と、前記メインバーナ筒の中心部に設けられるメインノズルと、前記メインバーナ筒と前記メインノズルとの間に設けられる旋回翼とを有し、前記変更部材は、前記メインバーナ筒に対向する全ての領域に設けられることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のガスタービン燃焼器。
  9.  前記メインバーナは、メインバーナ筒と、前記メインバーナ筒の中心部に設けられるメインノズルと、前記メインバーナ筒と前記メインノズルとの間に設けられる旋回翼とを有し、前記変更部材は、前記メインバーナ筒に対向する一部の領域に設けられることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のガスタービン燃焼器。
  10.  前記テーパ筒部は、複数の分割体が円筒形状に組み合わされて構成され、前記変更部材は、前記分割体の少なくとも一部の領域に設けられることを特徴とする請求項3から請求項9のいずれか一項に記載のガスタービン燃焼器。
  11.  空気を圧縮する圧縮機と、
     前記圧縮機が圧縮した圧縮空気と燃料を混合して燃焼する請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の燃焼器と、
     前記燃焼器が生成した燃焼ガスにより回転動力を得るタービンと、
     を有することを特徴とするガスタービン。
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