WO2016042960A1 - 燃焼バーナ及び燃焼器、並びにガスタービン - Google Patents

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air
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combustion burner
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慶 井上
赤松 真児
直樹 安部
健太 谷口
斉藤 圭司郎
勝義 多田
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三菱日立パワーシステムズ株式会社
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Definitions

  • the present disclosure relates to a combustion burner having a swirler for forming a swirl flow, and a combustor and a gas turbine including the combustion burner.
  • a combustion burner for generating combustion gas has a swirler that swirls air.
  • a gas turbine including a compressor, a combustor provided with a combustion burner, and a turbine, a pilot burner or a main combustion burner (premixed combustion burner) is used as the combustion burner.
  • a swirler is provided in the air flow path.
  • Patent Document 1 describes a combustion burner in which a plurality of swirl vanes (swirlers) are provided radially in an air passage around a combustion nozzle.
  • Patent Document 1 also describes a configuration in which a partition wall is provided that partitions the air passage into an inner peripheral air passage and an outer peripheral air passage. According to this configuration, since the downstream end of the combustion nozzle is covered with the air layer (film layer) that has passed through the air passage on the inner peripheral side, it is possible to suppress an increase in the temperature of this portion.
  • Patent Document 2 describes a burner that includes a partition wall that partitions a radially inner air passage area and a radially outer air passage area, and a swirler provided in the radially outer air passage area. Has been. In this burner, air is not swirled in the air passage area on the radially inner side, and the axial flow velocity on the inner side is increased.
  • Patent Document 1 since the region where the axial flow velocity in the boundary layer around the nozzle is low is covered with the film layer, the possibility of flashback can be suppressed to some extent from the viewpoint of the axial flow velocity. However, there is a possibility that the fuel injected from the injection holes of the swirl vanes may be mixed into the film layer, and the risk of flashback cannot be avoided from the viewpoint of fuel concentration. Further, in Patent Document 2, an attempt is made to increase the axial flow velocity in the radially inner air passage region in order to suppress the flashback, but no flashback suppression measures are taken from the viewpoint of fuel concentration.
  • At least one embodiment of the present invention aims to provide a combustion burner, a combustor, and a gas turbine that can effectively suppress the occurrence of flashback.
  • a combustion burner comprises: A nozzle, It has a fuel injection hole for injecting fuel, and is provided in an annular air passage extending around the nozzle along the axial direction of the nozzle so as to swirl the air flowing through the air passage
  • An annular partition plate that divides into an outer flow path located outside in the radial direction with respect to The fuel injection hole is located in the outer flow path of the air flow path, The upstream end of the partition plate is located upstream of the fuel injection hole in the axial direction.
  • At least the downstream area of the air flow path is divided into an inner flow path and an outer flow path by a partition plate, and a film air layer is formed that covers the outer peripheral surface of the nozzle with the air flowing through the inner flow path. . Furthermore, since the fuel injection hole formed in the outer flow path is positioned upstream of the partition plate, the fuel injected from the fuel injection hole is mixed into the film air layer in the inner flow path. Can be prevented, and the occurrence of flashback can be effectively suppressed.
  • the swirl direction of the air in the inner flow path is the same as the swirl direction of the air in the outer flow path.
  • the fuel that has passed through the outer flow path is included. It becomes difficult for air to be mixed into the air that has passed through the inner flow path. This reduces the fuel concentration in the region where the axial flow velocity is small (region on the downstream side of the partition plate) due to the influence of the boundary layer formed in the vicinity of the inner wall surface of the partition plate. Can be suppressed.
  • the air flow in the inner flow path is a flow along the axial direction or a flow having a swirl component in a direction opposite to the swirl direction of the air in the outer flow path.
  • the swirling of the air passing through the inner flow path on the wake side of the partition plate is weakened, and the axial flow velocity of air on the wake side of the inner flow path can be increased. For this reason, it is possible to suppress the flame going up (vortex core flashback) to the nozzle rear end face.
  • the nozzle is provided in the nozzle, and is open to a nozzle internal flow path communicating with the inner flow path and an end face on the downstream side of the nozzle, from the nozzle internal flow path.
  • An air injection hole for injecting the air.
  • the outer peripheral surface of the nozzle is along the axial direction at the downstream end portion of the nozzle, and the partition plate covers the outer peripheral surface at the end portion of the downstream end of the nozzle. So as to extend along the axial direction. For example, when the nozzle outer peripheral surface does not extend along the axial direction and the nozzle outer peripheral surface is tapered, the air flow passing through the inner flow path is the axial flow velocity as the flow path cross-sectional area increases. May decrease.
  • the nozzle outer peripheral surface is along the axial direction of the nozzle and is covered with the partition plate extending along the axial direction at the end portion on the downstream side of the nozzle, so that the air Air passes through the inner flow path while maintaining a high axial flow velocity. Therefore, the flame going up to the area
  • the downstream end of the partition plate is located upstream of the downstream end surface of the nozzle in the axial direction.
  • the air flow that has passed through the inner flow path is wound up on the downstream side of the partition plate to form a vortex. Due to this vortex, the fuel concentration on the downstream side of the partition plate is reduced, so that it is possible to suppress the rise of the flame toward the downstream end of the partition plate.
  • the end of the nozzle on the downstream side is closer to the center of the nozzle in the radial direction as it approaches the end face on the downstream side of the nozzle on the downstream side than the end on the downstream side of the partition plate.
  • the outer peripheral surface is inclined with respect to the axial direction so as to be away from the shaft.
  • a plurality of support members are provided in a circumferential direction of the nozzle inside the inner flow path and support the partition plate on the nozzle. Thereby, a partition plate can be firmly supported with respect to a nozzle.
  • the support member is configured to swirl the air passing through the inner flow path.
  • the support member is configured to form a swirl flow without hindering the air flow in the inner flow path, the support member is effectively used not only from the support of the partition plate but also from the viewpoint of swirl flow formation. Can be used.
  • a plurality of the swirler vanes are provided in the circumferential direction of the nozzle, each swirler vane extends outward from the outer peripheral surface of the nozzle in the radial direction, and the partition plate is At least a portion extends in the circumferential direction between one abdominal surface of a pair of swirler vanes adjacent in the circumferential direction and the other back surface of the pair of swirler vanes, and the inner flow path includes the partition It includes an inter-blade channel surrounded by a plate, an outer peripheral surface of the nozzle, the abdominal surface and the back surface.
  • a combustor includes: A combustion burner according to any of the above embodiments; And a combustion liner for forming a flow path for guiding combustion gas from the combustion burner. According to the combustor, since the combustion burner that can effectively suppress the occurrence of flashback is provided, the durability of the combustor can be improved.
  • a gas turbine includes: A compressor for generating compressed air; A combustor as described in the above embodiment, configured to combust fuel with the compressed air from the compressor to generate combustion gas; And a turbine configured to be driven by the combustion gas from the combustor.
  • the combustor since the combustion burner that can effectively suppress the occurrence of flashback is provided, the durability of the combustor of the gas turbine can be improved.
  • the present invention it is possible to prevent the fuel injected from the fuel injection hole of the swirler vane from entering the inner flow path of the air flow path, and to effectively suppress the occurrence of flashback.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the combustion burner shown in FIG. 4 taken along the line XX. It is sectional drawing along the nozzle axial direction of the combustion burner which concerns on one Embodiment. It is sectional drawing along the nozzle axial direction of the combustion burner which concerns on other embodiment. It is principal part sectional drawing along the nozzle axial direction of the combustion burner which concerns on other embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a gas turbine 1 according to an embodiment.
  • a gas turbine 1 includes a compressor 2 for generating compressed air as an oxidant, and a combustor 4 for generating combustion gas using the compressed air and fuel. And a turbine 6 configured to be rotationally driven by the combustion gas.
  • a generator (not shown) is connected to the turbine 6, and power generation is performed by the rotational energy of the turbine 6.
  • the compressor 2 is provided on the compressor casing 10, the inlet side of the compressor casing 10, and penetrates the compressor casing 10 and a turbine casing 22, which will be described later, through the air intake 12 for taking in air.
  • the rotor 8 provided and various blades disposed in the compressor casing 10 are provided.
  • the various blades are an inlet guide blade 14 provided on the air intake 12 side, a plurality of stationary blades 16 fixed on the compressor casing 10 side, and a rotor so as to be alternately arranged with respect to the stationary blades 16. 8 and a plurality of blades 18 implanted in 8.
  • the compressor 2 may include other components such as a bleed chamber (not shown).
  • the air taken in from the air intake 12 passes through the plurality of stationary blades 16 and the plurality of moving blades 18 and is compressed into high-temperature and high-pressure compressed air.
  • the high-temperature and high-pressure compressed air is sent from the compressor 2 to the subsequent combustor 4.
  • the combustor 4 is disposed in the casing 20. As shown in FIG. 1, a plurality of combustors 4 may be arranged in a ring shape around the rotor 8 in the casing 20.
  • the combustor 4 is supplied with fuel and compressed air generated by the compressor 2, and burns the fuel to generate combustion gas that is a working fluid of the turbine 6. Then, the combustion gas is sent from the combustor 4 to the subsequent turbine 6.
  • a detailed configuration example of the combustor 4 will be described later.
  • the turbine 6 includes a turbine casing 22 and various blades disposed in the turbine casing 22.
  • the various blades include a plurality of stationary blades 24 fixed to the turbine casing 22 side, and a plurality of moving blades 26 implanted in the rotor 8 so as to be alternately arranged with respect to the stationary blades 24. .
  • the turbine 6 may include other components such as outlet guide vanes.
  • the combustion gas passes through the plurality of stationary blades 24 and the plurality of moving blades 26, so that the rotor 8 is rotationally driven. Thereby, the generator connected with the rotor 8 is driven.
  • An exhaust chamber 30 is connected to the downstream side of the turbine casing 22 via an exhaust casing 28. The combustion gas after driving the turbine 6 is discharged outside through the exhaust casing 28 and the exhaust chamber 30.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the combustor 4 according to an embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a main part of the combustor 4 according to one embodiment.
  • a plurality of combustors 4 are arranged in a ring shape around a rotor 8 (see FIG. 1).
  • Each combustor 4 includes a combustor liner 46 provided in a combustor casing 40 defined by the casing 20, a pilot combustion burner 50 disposed in the combustor liner 46, and a plurality of main combustion burners (premixing). Combustion burner) 60.
  • the combustor 4 may include other components such as a bypass pipe (not shown) for bypassing the combustion gas.
  • the combustor liner 46 includes an inner cylinder 46a disposed around the pilot combustion burner 50 and the plurality of main combustion burners 60, and a tail cylinder 46b connected to the tip of the inner cylinder 46a.
  • the pilot combustion burner 50 is disposed along the central axis of the combustor liner 46.
  • a plurality of main combustion burners 60 are arranged apart from each other so as to surround the pilot combustion burner 50.
  • the pilot combustion burner 50 includes a pilot nozzle (nozzle) 54 connected to the fuel port 52, a pilot burner cylinder 56 disposed so as to surround the pilot nozzle 54, a swirler 58 provided on the outer periphery of the pilot nozzle 54, have.
  • a specific configuration of the pilot combustion burner 50 will be described later.
  • the main combustion burner 60 includes a main nozzle (nozzle) 64 connected to the fuel port 62, a main burner cylinder 66 disposed so as to surround the main nozzle 64, a swirler 68 provided on the outer periphery of the main nozzle 64, have.
  • the high-temperature and high-pressure compressed air generated by the compressor 2 is supplied into the combustor compartment 40 from the compartment inlet 42 and further into the main burner cylinder 66 from the combustor compartment 40. Inflow.
  • the compressed air and the fuel supplied from the fuel port 62 are premixed in the main burner cylinder 66.
  • the premixed gas mainly forms a swirling flow by the swirler 68 and flows into the combustor liner 46.
  • the compressed air and the fuel injected from the pilot combustion burner 50 through the fuel port 52 are mixed by the combustor liner 46, ignited by the unillustrated seed fire and burned, and combustion gas is generated.
  • a part of the combustion gas diffuses to the surroundings with a flame, so that the premixed gas flowing into the combustor liner 46 from each main combustion burner 60 is ignited and burned. That is, flame holding for stable combustion of the premixed gas (premixed fuel) from the main combustion burner 60 can be performed by the pilot flame of the pilot fuel injected from the pilot combustion burner 50.
  • the combustion burner according to the present embodiment is not limited to the pilot combustion burner 50, and any type of combustion burner provided that a swirler (swirler vane) is provided in the axial flow path around the nozzle. It is applicable to.
  • the combustion burner may be the main combustion burner 60 provided in the combustor 4 of the gas turbine 1 or a combustion burner provided in equipment other than the gas turbine 1.
  • FIG. 4 and 5 show a schematic basic configuration of a combustion burner (pilot combustion burner) 50 according to an embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a schematic basic configuration of a combustion burner 50 according to some embodiments. This figure is a sectional view along the axial direction of the nozzle 54.
  • the swirler 58 located below the nozzle 54 shows a cross section along the nozzle axial direction, but the swirler vane 70 located above the nozzle 54 shows a side view thereof.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the combustion burner shown in FIG. 4 taken along the line XX.
  • the combustion burner 50 according to an embodiment includes a nozzle (fuel nozzle) 54, a pilot burner cylinder 56, a swirler 58, and a partition plate 100.
  • the nozzle 54 is connected to the fuel port 52 (see FIGS. 2 and 3) as described above, for example, and fuel is supplied from the fuel port 52.
  • the fuel may be gas or liquid, and the type thereof is not particularly limited. Further, two or more kinds of fuels may be supplied to the pilot nozzle 54, such as fuel gas and fuel oil.
  • the pilot burner cylinder 56 is disposed concentrically with the nozzle 54 and surrounds at least the tip side of the nozzle 54. That is, the axis of the pilot burner cylinder 56 substantially coincides with the axis of the nozzle 54, and the diameter of the pilot burner cylinder 56 is larger than the diameter of the nozzle 54.
  • the pilot burner cylinder 56 is formed in a cylindrical shape along the axial direction of the nozzle 54 in the upstream region around the nozzle 54, and the wall surface faces the end in the downstream region located on the flame surface side. You may form in the truncated cone shape which expands in diameter.
  • the upstream side refers to the upstream side in the direction in which air or fuel flows
  • the downstream side refers to the downstream side in the direction in which air or fuel flows.
  • an annular air flow path 90 extending around the nozzle 54 along the axial direction of the nozzle 54 is formed. Air flows through the air flow path 90 from the upstream side (left side in FIG. 4) toward the downstream side (right side in FIG. 4). The air may be compressed air. Further, the air supplied to the air flow path 90 may be air that does not contain fuel.
  • the swirler 58 is configured to swirl the gas flowing through the air flow path 90, and includes at least one swirler vane 70. Note that the swirler 58 illustrated in FIGS. 4 and 5 has eight swirler vanes 70 arranged radially around the nozzle 54.
  • the swirler vane 70 is provided in an air flow path 90 that extends along the axial direction of the nozzle 54 around the nozzle 54, and is configured to apply a turning force to the gas flowing through the air flow path 90.
  • the swirler vane 70 may be a streamline having an airfoil shape in a plan view.
  • the swirler vane 70 includes a blade root portion 71 located on the nozzle 54 side and a blade body portion 72 located on the outer peripheral side of the blade root portion 71.
  • the blade root portion 71 stands on the outer peripheral surface of the swirler vane 70, and the blade body portion 72 is connected to the nozzle 54 by the blade root portion 71.
  • the blade root portion 71 is shorter in the axial direction of the nozzle 54 than the blade body portion 72.
  • the swirler vane 70 includes an abdominal surface 73 that is a pressure surface, a back surface 74 that is a negative pressure surface, and a leading edge that is an upstream end in the gas flow direction (the axial direction of the nozzle 54). 75 and a trailing edge 76 which is an end portion on the downstream side.
  • FIG. 9 will be described in detail later, FIG. 9 is an exploded perspective view of the swirler vane 70A and the partition plate 100A in the embodiment.
  • At least one fuel injection hole 78 is formed in the swirler vane 70.
  • a configuration in which one fuel injection hole 78 is formed in the abdominal surface 73 of the swirler vane 70 is shown.
  • a plurality of fuel injection holes 78 may be formed on the abdominal surface 73 or the back surface 74 (see FIG. 9) of the swirler vane 70.
  • at least one fuel injection hole 78 may be provided in the upstream region of the swirler vane 70.
  • the fuel flow path includes a premixed combustion fuel flow path 80, a diffusion combustion fuel flow path 85 (see FIGS. 5 and 6), and an intra-swirler fuel flow path 79.
  • the premixed combustion fuel flow path 80 is provided inside the nozzle 54, and the upstream flow path 81 and the downstream flow path 82, and the upstream flow path 81 and the downstream flow along the axial direction of the nozzle 54. And a cavity 83 provided between the passages 82.
  • the downstream flow path 82 communicates with the intra-swirler fuel flow path 79.
  • the intra-swirler fuel flow path 79 is provided inside the swirler vane 70 (for example, inside the blade root portion 71) and communicates with the fuel injection hole 78 of the swirler vane 70.
  • the fuel supplied to the premixed combustion fuel flow path 80 sequentially passes through the upstream flow path 81, the cavity 83, and the downstream flow path 82, and is injected from the fuel injection holes 78 of the swirler vane 70 into the air flow path 90. .
  • the fuel injected from the fuel injection holes 78 is mixed with the air flowing through the air flow path 90 to become a premixed gas (fuel gas), which is sent to the combustion space and combusted.
  • the combustion space is a region on the downstream side of the nozzle 54 and includes a space surrounded by the pilot burner cylinder 56.
  • the diffusion combustion fuel flow path 85 is provided inside the nozzle 54 along the axial direction of the nozzle 54, and the fuel flow path 86 in the nozzle and the fuel flow path 86 in the nozzle are connected to each other. And a cavity 87 communicating therewith.
  • the in-nozzle fuel flow path 86 communicates with a fuel injection hole 88 formed at the downstream end of the nozzle 54.
  • the diffusion combustion fuel flow path 85 is not shown, and therefore, another cross section including the diffusion combustion fuel flow path 85 is shown in the nozzle lower part of FIG. In another configuration example, the diffusion combustion fuel flow path 85 may be provided at the center of the nozzle 54.
  • the fuel supplied to the diffusion combustion fuel flow path 85 is injected into the combustion space from the fuel injection hole 88 through the cavity 87 and the fuel flow path 86 in the nozzle.
  • the fuel injected from the fuel injection hole 88 is mixed with air or premixed gas in the combustion space and burned.
  • the partition plate 100 is formed in an annular shape so as to surround the nozzle 54.
  • the partition plate 100 may be formed in an annular shape by joining a plurality of members by welding or the like, or may be formed in an annular shape by one member.
  • the partition plate 100 partitions at least a region downstream of the swirler vane 70 in the air flow path 90 in the radial direction of the nozzle 54, and at least the region of the air flow path 90 faces the outer peripheral surface of the nozzle 54.
  • the flow path 92 is configured to be divided into an outer flow path 91 located on the outer side in the radial direction with respect to the inner flow path 92.
  • a fuel injection hole 78 formed in the swirler vane 70 is located in the outer flow path 91. Further, the upstream end portion 101 of the partition plate 100 is located upstream of the fuel injection hole 78 in the axial direction of the nozzle 54. In one embodiment, there are no fuel injection holes in the inner flow path 92 as shown in FIG. That is, neither the outer peripheral surface of the nozzle 54 nor the swirler vane 70 is provided with fuel injection holes in the inner flow path 92. Moreover, in one Embodiment, the air supplied to the air flow path 90 is air which does not contain a fuel.
  • the partition plate 100 is configured to partition all regions from the upstream side to the downstream side of the swirler vane 70.
  • the upstream edge part 101 of the partition plate 100 may be located in the downstream rather than the front edge 75 (refer FIG. 9) of the swirler vane 70.
  • the upstream end portion 101 of the partition plate 100 is positioned upstream of the fuel injection hole 78 in the axial direction of the nozzle 54.
  • the partition plate 100 partitions at least the downstream area of the air flow path 90 into the inner flow path 92 and the outer flow path 91, and the outer peripheral surface of the nozzle 54 is formed by the air flowing through the inner flow path 92.
  • An overlying film air layer is formed.
  • the fuel injection hole 78 formed in the outer flow path 91 is configured to be located upstream of the partition plate 100, the fuel injected from the fuel injection hole 78 is a film air layer in the inner flow path 92. Can be prevented, and the occurrence of flashback can be effectively suppressed.
  • combustion burner 50 according to this embodiment may be selectively provided with the following configuration.
  • the combustion burner 50 includes a plurality of fuel injection units for injecting fuel into the air flow path 90, and the fuel injection unit located on the most upstream side among the plurality of fuel injection units is This is the fuel injection hole 78 of the swirler vane 70. That is, the fuel injection unit may include another fuel injection unit, such as a fuel injection hole 88 shown in FIG. 6, in addition to the fuel injection hole 78 of the swirler vane 70. However, the other fuel injection part is located downstream of the fuel injection hole 78 of the swirler vane 70. Further, the fuel injection unit may be located within the axial range in which the partition plate 100 is provided, but in this case, the fuel injection unit injects fuel only into the outer flow path 91 (that is, The fuel is not injected into the inner flow path 92).
  • the fuel injection unit located on the most upstream side among the plurality of fuel injection units is This is the fuel injection hole 78 of the swirler vane 70. That is, the fuel injection unit may include another fuel injection unit, such as a fuel injection hole 88 shown
  • the partition plate 100 includes at least a part of one abdominal surface 73 of a pair of swirler vanes 70 adjacent in the circumferential direction and the other back surface 74 of the pair of swirler vanes 70. It extends in the circumferential direction.
  • the inter-blade channel 92 ⁇ / b> A surrounded by the partition plate 100, the outer peripheral surface of the nozzle 54, the abdominal surface 73 and the back surface 74 of the swirler vane 70 is formed in the inner channel 92.
  • the inter-blade channel 92 ⁇ / b> A is at least a part of the inner channel 92.
  • the outer peripheral surface of the nozzle 54 is along the axial direction of the nozzle 54 at the downstream end 55 of the nozzle 54 (actually, the nozzle downstream region including the downstream end 55). That is, the outer peripheral surface of the nozzle 54 in the downstream region of the nozzle 54 is formed in a cylindrical shape having substantially the same diameter in the axial direction.
  • the partition plate 100 extends along the axial direction so as to cover the outer peripheral surface at the end of the downstream end of the nozzle 54.
  • the partition plate 100 is also formed in a cylindrical shape having substantially the same diameter in the axial direction in the downstream region of the nozzle 54.
  • the distance between the outer peripheral surface of the nozzle 54 and the inner peripheral surface of the partition plate 100 is substantially constant in the axial direction of the nozzle 54.
  • the downstream end portion 102 of the partition plate 100 and the downstream end portion 55 of the nozzle 54 have the same axial position.
  • the axial relationship between the downstream end 102 of the partition plate 100 and the downstream end 55 of the nozzle 54 is not limited to the above configuration.
  • the air flow passing through the inner flow path 92 increases the cross-sectional area of the flow path.
  • the axial flow speed may be reduced.
  • the outer peripheral surface of the nozzle 54 is along the axial direction of the nozzle 54 at the downstream end portion of the nozzle 54, and the partition plate 100 extends along the axial direction.
  • the air passes through the inner flow path 92 while maintaining a high axial velocity of the air flow. Therefore, it is possible to suppress the flame going up toward the region on the downstream side of the inner flow path 92.
  • the air flow in the inner flow path 92 has a swirl component
  • the air flow is pressed against the inner wall surface of the partition plate 100, and a boundary layer formed near the inner wall surface of the partition plate 100 is formed.
  • the axial flow velocity in the vicinity of the inner wall surface of the partition plate 100 is increased. Therefore, it is possible to suppress the flame from going up to the region on the downstream side of the partition plate 100 in particular.
  • the combustion burner 50 may further include a support member 110 that is provided in the inner flow path 92 in the circumferential direction of the nozzle 54 and supports the partition plate 100 to the nozzle 54.
  • the support member 110 is located between the inner peripheral surface of the partition plate 100 and the outer peripheral surface of the nozzle 54. By providing the support member 110 in this manner, the partition plate 100 can be firmly supported with respect to the nozzle 54.
  • each support member 110 is located on the wake side of the swirler vane 70. Thereby, the influence which the support member 110 exerts on the air flow in the inner flow path 92 can be reduced.
  • Each support member 110 may be positioned on the downstream side of the swirler vane 70 via a gap 93.
  • the combustion burner 50 may further include the following configuration in addition to the basic configuration described in the above embodiment.
  • 6 to 8 mainly show modified examples of the nozzle 54 and the partition plate 100
  • FIGS. 9 to 11A and 11B mainly show modified examples of the swirler vane 70 and the partition plate 100.
  • FIG. 6 to 11A and 11B the same portions are denoted by the same reference numerals.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view along the nozzle axis direction of the combustion burner 50A according to one embodiment.
  • the downstream end portion 102 of the partition plate 100 is located upstream of the end surface of the downstream end portion 55A of the nozzle 54A in the axial direction of the nozzle 54A. That is, the combustion burner 50 ⁇ / b> A has a configuration in which the downstream end portion 55 ⁇ / b> A of the nozzle 54 ⁇ / b> A protrudes further downstream than the partition plate 100.
  • the downstream end 55B is formed in a cylindrical shape having substantially the same diameter in the axial direction, and the protruding portion is also formed in a cylindrical shape.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view along the nozzle axis direction of a combustion burner 50B according to another embodiment.
  • the downstream end portion 102 of the partition plate 100 is located upstream of the end surface of the downstream end portion 55B of the nozzle 54B in the axial direction of the nozzle 54B. That is, the combustion burner 50 ⁇ / b> B has a configuration in which the downstream end portion 55 ⁇ / b> B of the nozzle 54 ⁇ / b> B protrudes further downstream than the partition plate 100.
  • downstream end 55B of the nozzle 54B is further from the central axis of the nozzle 54B in the radial direction of the nozzle 54B as it approaches the downstream end face of the nozzle 54B on the downstream side of the downstream end 102 of the partition plate 100. It has an outer peripheral surface (inclined surface) 57 that is inclined with respect to the axial direction so as to move away. That is, the downstream end portion 55B of the nozzle 54B protruding downstream from the partition plate 100 has a shape in which the diameter is increased toward the downstream side.
  • inclined includes not only a case where the surface is inclined linearly (the inclined surface 57 is a straight line) but also a case where the surface is curved with a tangent line inclined in the axial direction (a curved line where the inclined surface 57 is curved).
  • the air flow that has passed through the inner flow path 92 is pressed against the outer peripheral surface of the nozzle 54B at the downstream end 55B of the nozzle 54B, and the boundary layer near the outer peripheral surface of the nozzle 54B becomes thin. Therefore, the axial flow velocity distribution in the vicinity of the outer peripheral surface of the nozzle 54B can be made to be uniform, and flashback can be suppressed.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a main part along the nozzle axis direction of a combustion burner 50C according to another embodiment.
  • the nozzle 54 ⁇ / b> C further includes a nozzle internal flow path 84 and an air injection hole 89.
  • the nozzle internal flow path 84 is provided inside the nozzle 54 ⁇ / b> C and is configured to communicate with the inner flow path 92.
  • the inlet of the nozzle internal flow path 84 is opened in the gap 93 between the nozzle 54C and the support member 110, and the outlet of the nozzle internal flow path 84 is the downstream end of the nozzle 54C.
  • the air branched from the inner flow path 92 and flowing through the nozzle internal flow path 84 is injected from the air injection holes 89 into the combustion space on the downstream side of the nozzle 54C.
  • the upstream side of the nozzle internal flow path 84 may be formed along the axial direction of the nozzle 54C, and the downstream side of the nozzle internal flow path 84 may be inclined toward the inside of the nozzle 54C. In this case, the air flowing through the nozzle internal flow path 84 is ejected from the air ejection hole 89 toward the radially inner side of the nozzle 54C.
  • FIG. 9 is an exploded perspective view of the swirler vane 70A and the partition plate 100A in one embodiment.
  • the swirler vane 70A includes a wing body portion 72A and a wing root portion 71A.
  • Partition plate 100A includes an upstream end 101, a downstream end 102, a cylindrical portion 104, a blade portion 105, and a recess 106A.
  • the air swirl direction 122 in the inner flow path 92 (see FIGS. 4 and 5) of the swirler vane 70 ⁇ / b> A is the same as the air swirl direction 120 in the outer flow path 91. That is, the inner channel 92 is also provided with a swirl unit, and the swirl unit turns the air flowing in the inner channel in the same direction as the air swirl direction 120 in the outer channel 91.
  • the swivel portion for swirling the air passing through the inner flow path 92 is a support member 110A for supporting the partition plate 100A on the nozzle 54 (see FIGS. 4 and 5).
  • the support member 110A may be a streamline having an airfoil shape in a plan view, or may be an inclined plate such as a louver as a simpler configuration, and the configuration is not particularly limited.
  • the swirler vane 70 ⁇ / b> A and the support member 110 ⁇ / b> A may be configured separately and may be arranged apart from each other.
  • the support member 110A is disposed on the downstream side of the swirler vane 70A with a gap 93 therebetween.
  • the air containing the fuel that has passed through the outer flow path 91 is less likely to be mixed into the air that has passed through the inner flow path 92.
  • the top can be suppressed.
  • the support member 110A is configured to form a swirl flow without hindering the air flow in the inner flow path 92, the support member 110A is not only supported from the partition plate 100A but also from the viewpoint of swirl flow formation. Can be used effectively.
  • the air flow in the inner flow path 92 is the flow along the axial direction of the nozzle 54 or the air swirl in the outer flow path 91.
  • the flow has a swirl component in the direction opposite to the direction 120 (see FIG. 9).
  • the swirling of the air passing through the inner flow path 92 on the wake side of the partition plate 100 is weakened, and the axial flow velocity of air on the wake side of the inner flow path 92 can be increased. For this reason, it is possible to suppress the flame going up to the rear end face of the nozzle 54 (vortex core flashback).
  • the downstream end portion 102 side of the partition plate 100A is a cylindrical portion 104 that is continuous in the circumferential direction, and the recessed portion in which the blade root portion 71A of the swirler vane 70A engages with the upstream end portion 101 side of the partition plate 100A.
  • 106A may be provided.
  • a plurality of swirler vanes 70A are provided in the circumferential direction of the nozzle 54
  • a plurality of recesses 106A are formed in the partition plate 100A corresponding to each of the plurality of swirler vanes 70A.
  • the plurality of recesses 106 ⁇ / b> A are formed apart from each other in the circumferential direction of the nozzle 54.
  • the upstream end portion 101 of the partition plate 100A may have a shape whose diameter increases toward the upstream side, for example, a bell mouth shape.
  • the upstream end portion 101 of the partition plate 100A is an inter-blade portion 105 formed intermittently by the concave portion 106A, and the inter-blade portion 105 expands toward the upstream side in the axial direction. It has a diameter configuration.
  • the partition plate 100A is formed integrally with the swirler vane 70A.
  • the partition plate 100A and the swirler vane 70A may be integrally formed by welding or the partition plate 100A and the swirler vane 70A may be integrally formed by fitting.
  • the partition plate 100A and the swirler vane 70A may be formed by one member.
  • the partition plate 100 extends to the upstream side of the front edge 75 of the swirler vane 70, and the partition plate 100 is upstream of the front edge 75 of the swirler vane 70. May be closed. That is, the partition plate 100 may be provided so as to surround the entire circumference of the swirler vane.
  • FIG. 10 is an exploded perspective view of the swirler vane 70B and the partition plate 100B according to another embodiment.
  • the swirler vane 70B includes a blade body 72B and a blade root 71B.
  • Partition plate 100B includes an upstream end 101, a downstream end 102, a cylindrical portion 104, a blade portion 105, and a recess 106B.
  • the support member 110B is configured to turn the air flowing through the inner flow path 92 (see FIGS. 4 and 5) in the same direction 120 as the air flowing through the outer flow path 91.
  • the support member 110B is formed integrally with the swirler vane 70B. That is, the swirler vane 70B and the support member 110B are connected in the blade root portion 71B.
  • the support member 110B may be integrally formed by the same member as the swirler vane 70B, or may be integrally formed by joining a member different from the swirler vane 70B by welding or the like.
  • FIGS. 11A and 11B are exploded perspective views of a swirler vane and a partition plate according to another embodiment.
  • the swirler vane 70C includes a blade main body 72C and a blade root 71C.
  • the partition plate 100C includes an upstream end 101, a downstream end 102, a cylindrical portion 104, a blade portion 105, and a recess 106C.
  • the swivel unit 114 has a shape different from that of the blade main body 72C, but is configured to swirl air in the same direction as the swirl direction 120 of the outer flow path 91 or in the opposite direction.
  • a concave portion 106C provided on the upstream end portion 101 side of the partition plate 100C is shaped to engage with the turning portion 114 and the blade root portion 71C.
  • the swirler vane 70D includes a blade body 72D and a blade root 71D.
  • Partition plate 100D includes an upstream end 101, a downstream end 102, a cylindrical portion 104, a blade portion 105, and a recess 106D.
  • the swirler vane 70 ⁇ / b> D has the same airfoil shape in the radial direction of the nozzle 54.
  • a recess 106D provided on the upstream end 101 side of the partition plate 100D is shaped to engage with the swirler vane 70D.
  • the fuel injected from the fuel injection holes 78 of the swirler vanes 70, 70A to 70D can be prevented from entering the inner flow path 92 of the air flow path 90, and the flash The occurrence of back can be effectively suppressed.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes forms obtained by modifying the above-described embodiments and forms obtained by appropriately combining these forms.
  • the pilot combustion burner 60 has been described as an example of the combustion burner.
  • the embodiment of the present invention can be applied to the premixed combustion burner 50 as well.
  • a two-dimensional wing is mainly exemplified, but the embodiment of the present invention is also applicable to a three-dimensional wing.
  • expressions representing shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes represent not only geometrically strict shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes, but also irregularities and chamfers as long as the same effects can be obtained.
  • a shape including a part or the like is also expressed.
  • the expression “comprising”, “including”, or “having” one constituent element is not an exclusive expression that excludes the presence of the other constituent elements.
  • Combustor liner 50 50A-50C Combustion burner (pilot combustion burner) 52 Fuel Port 54, 54A to 54C Nozzle (Pilot Nozzle) 56 Pilot burner cylinder 57 Outer peripheral surface (inclined surface) 58 Swirler 60 Main combustion burner 62 Fuel port 64 Nozzle (main nozzle) 66 Main burner cylinder 70, 70A to 70D Swirler vane 71, 71A to 71D Blade root 72, 72A to 72D Blade main body 78 Fuel injection hole 79 Fuel flow path in swirler 84 Nozzle internal flow path 88 Fuel injection hole 89 Air injection hole 90 Air Channel 91 Outer channel 92 Inner channel 92A Inter-blade channel 93 Gap 100, 100A to 100D Partition plate 110, 110A, 110B Support member

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Abstract

 ノズルと、燃料を噴射するための燃料噴射孔を有するとともに、前記ノズルの周囲において前記ノズルの軸方向に沿って延在する環状の空気流路に設けられて該空気流路を流れる空気を旋回させるように構成されたスワラベーンと、前記ノズルの半径方向において前記空気流路のうち少なくとも前記スワラベーンの下流側の領域を仕切り、前記空気流路のうち少なくとも前記領域を、前記ノズルの外周面に面する内側流路と該内側流路に対して前記半径方向の外側に位置する外側流路とに分割する環状の仕切り板と、を備え、前記燃料噴射孔は、前記空気流路の前記外側流路内に位置し、前記仕切り板の上流側の端部は、前記軸方向において、前記燃料噴射孔よりも上流側に位置する。

Description

燃焼バーナ及び燃焼器、並びにガスタービン
 本開示は、旋回流を形成するためのスワラを有する燃焼バーナ、並びに該燃焼バーナを備えた燃焼器及びガスタービンに関する。
 一般に、燃焼ガスを生成するための燃焼バーナとして、空気を旋回させるスワラを備えたものが知られている。例えば、圧縮機と、燃焼バーナが設けられた燃焼器と、タービンとを備えるガスタービンにおいては、燃焼バーナとしてパイロットバーナやメイン燃焼バーナ(予混合燃焼バーナ)が用いられ、こういった燃焼バーナの空気流路にスワラが設けられている。
 特許文献1には、燃焼ノズルの周囲の空気通路に複数の旋回翼(スワラ)が放射状に設けられた燃焼バーナが記載されている。また特許文献1には、空気通路を内周側の空気通路と外周側の空気通路とに仕切る仕切壁が設けられた構成も記載されている。この構成によれば、内周側の空気通路を通過した空気層(フィルム層)によって燃焼ノズルの下流側端部が覆われるので、この部位の高温化を抑制することができる。
 さらに、特許文献2には、半径方向内側の空気路域と半径方向外側の空気路域とを仕切る仕切り壁と、半径方向外側の空気路域に設けられたスワラと、を備えたバーナが記載されている。このバーナでは、半径方向内側の空気路域では空気に旋回を与えず、内側における軸流速度の増大を図っている。
特開2010-249449号公報 特開2010-223577号公報
 ところで、燃焼バーナにおいては、ノズルやノズル周辺部位の焼損等のバーナ不具合の一因となるフラッシュバックの発生を抑制することが要求される。一般に、火炎は、軸流速度が遅く、燃料濃度の高い領域に向けて遡上しやすいことが知られている。すなわち、フラッシュバックは、気体の軸流速度が遅い領域において発生しやすく、また気体中の燃料濃度が高い領域においても発生しやすい。
 燃焼バーナの空気流路においては、スワラによって形成された旋回流の渦中心側にその周囲よりも軸流速度の遅い領域が形成され、また、空気流路の壁面近傍に形成される層流によって軸流速度の遅い領域が形成される。これらの領域においては、火炎の伝播速度が軸流速度を上回ってフラッシュバックが発生する可能性が高まる。一方、気体の燃料濃度が高いと着火性も上がるため、当然この場合もフラッシュバックの可能性が高まる。したがって、軸流速度の遅い領域において燃料濃度が高くなると、フラッシュバックの発生する可能性がより一層高まる。
 この点、特許文献1によれば、ノズル周囲の境界層における軸流速度が遅い領域をフィルム層で覆っているため、軸流速度の観点からはフラッシュバック発生の可能性をある程度は抑制できる。しかし、旋回翼の噴射孔から噴射された燃料がフィルム層に混入する可能性があり、燃料濃度の観点ではフラッシュバック発生のリスクを回避できない。
 また、特許文献2では、フラッシュバックを抑制するために半径方向内側の空気路域における軸流速度の増大を図っているが、燃料濃度の観点でのフラッシュバック抑制対策は何ら施されていない。
 上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、フラッシュバックの発生を効果的に抑制し得る燃焼バーナ及び燃焼器、並びにガスタービンを提供することを目的とする。
 本発明の少なくとも一実施形態に係る燃焼バーナは、
 ノズルと、
 燃料を噴射するための燃料噴射孔を有するとともに、前記ノズルの周囲において前記ノズルの軸方向に沿って延在する環状の空気流路に設けられて該空気流路を流れる空気を旋回させるように構成されたスワラベーンと、
 前記ノズルの半径方向において前記空気流路のうち少なくとも前記スワラベーンの下流側の領域を仕切り、前記空気流路のうち少なくとも前記領域を、前記ノズルの外周面に面する内側流路と該内側流路に対して前記半径方向の外側に位置する外側流路とに分割する環状の仕切り板と、を備え、
 前記燃料噴射孔は、前記空気流路の前記外側流路内に位置し、
 前記仕切り板の上流側の端部は、前記軸方向において、前記燃料噴射孔よりも上流側に位置することを特徴とする。
 上記燃焼バーナでは、空気流路のうち少なくとも下流側の領域を仕切り板によって内側流路と外側流路とに仕切り、内側流路を流れる空気によってノズル外周面を覆うフィルム空気層を形成している。さらに、外側流路内に形成された燃料噴射孔が仕切り板よりも上流側に位置するように構成したので、燃料噴射孔から噴射された燃料が内側流路におけるフィルム空気層へ混入することを防止でき、フラッシュバックの発生を効果的に抑制できる。
 幾つかの実施形態において、前記内側流路における前記空気の旋回方向が、前記外側流路における前記空気の旋回方向と同じである。
 上記実施形態によれば、仕切り板の後流側における内側流路の空気と外側流路の空気とが合流する領域において互いの旋回方向が同じであるため、外側流路を通過した燃料を含む空気が内側流路を通過した空気に混入し難くなる。これにより、仕切り板の内壁面近傍に形成される境界層の影響により軸流速度が小さい領域(仕切り板の後流側の領域)における燃料濃度を低下させ、該領域への火炎の遡上を抑制できる。
 幾つかの実施形態において、前記内側流路における前記空気の流れは、前記軸方向に沿った流れ、又は、前記外側流路における前記空気の旋回方向と逆方向の旋回成分を持つ流れである
 上記実施形態によれば、仕切り板の後流側において内側流路を通過する空気の旋回が弱められ、内側流路の後流側における空気の軸流速度を高めることができる。このため、ノズル後端面への火炎の遡上(渦芯フラッシュバック)を抑制できる。
 幾つかの実施形態において、前記ノズルは、前記ノズルの内部に設けられ、前記内側流路に連通するノズル内部流路と、前記ノズルの下流側の端面に開口し、前記ノズル内部流路からの前記空気を噴射するための空気噴射孔と、を含む。
 このように、内側流路を流れる空気の一部を、ノズル内部流路を介して空気噴射孔からノズル下流側に噴射するようにしたので、ノズル下流側の端面が空気で覆われて燃料濃度の低い領域が形成される。これにより、ノズル下流側の端面に火炎が遡上し難くなり、ノズルの焼損を防止できる。
 幾つかの実施形態において、前記ノズルの下流側の端部において、前記ノズルの外周面は前記軸方向に沿っており、前記仕切り板は、前記ノズルの下流端の端部における前記外周面を覆うように前記軸方向に沿って延在している。
 例えば、ノズル外周面が軸方向に沿って延在しておらず、ノズル外周面が先細りになっている場合、内側流路を通過する空気流は流路断面積の拡大に伴って軸流速度が低下してしまうおそれがある。
 この点、上記実施形態によれば、ノズル下流側の端部において、ノズル外周面がノズルの軸方向に沿っており、且つ、軸方向に沿って延在する仕切り板によって覆われることで、空気流の軸流速度を高く維持したまま内側流路内を空気が通過することになる。よって、内側流路の後流側の領域に向かう火炎の遡上を抑制することができる。
 幾つかの実施形態において、前記仕切り板の下流側の端部は、前記軸方向において、前記ノズルの下流側の端面よりも上流側に位置する。
 上記実施形態では、ノズル下流側の端部は仕切り板によって覆われていないので、内側流路を通過した空気の流れが、仕切り板の後流側において巻き上がって渦を形成する。この渦によって、仕切り板の後流側における燃料濃度が低下するため、仕切り板の下流端に向かう火炎の遡上を抑制できる。
 一実施形態において、前記ノズルの下流側の端部は、前記仕切り板の下流側の端部よりも下流側において、前記ノズルの下流側の前記端面に近づくにつれて、前記半径方向において前記ノズルの中心軸から遠ざかるように前記軸方向に対して傾斜した外周面を有する。
 これにより、ノズルの下流側の端部において、内側流路を通過した空気流がノズルの外周面に押し付けられて、ノズルの外周面近傍の境界層が薄くなる。そのため、ノズルの外周面近傍における軸流速度分布を均一に近づけることができ、フラッシュバックを抑制可能である。
 幾つかの実施形態において、前記内側流路の内部において前記ノズルの周方向に複数設けられ、前記仕切り板を前記ノズルに支持する支持部材をさらに備える。
 これにより、ノズルに対して仕切り板を強固に支持できる。
 一実施形態において、前記支持部材は、前記内側流路を通過する前記空気を旋回させるように構成される。
 このように、支持部材が内側流路の空気の流れを阻害することなく旋回流を形成する構成となっているため、仕切り板の支持のみならず旋回流形成の観点からも支持部材を有効に活用できる。
 幾つかの実施形態において、前記スワラベーンは、前記ノズルの周方向に複数設けられ、各々の前記スワラベーンは、前記ノズルの外周面から前記半径方向の外側に延在しており、前記仕切り板は、少なくとも一部が、周方向に隣り合う一対のスワラベーンのうち一方の腹面と、前記一対のスワラベーンの他方の背面との間において前記周方向に延在しており、前記内側流路は、前記仕切り板、前記ノズルの外周面、前記腹面及び前記背面によって囲まれた翼間流路を含む。
 これにより、ノズル外周面から半径方向外側に延在するようにスワラベーンが設けられる場合であっても、隣接するスワラベーン間において、仕切り板によって外側流路から隔離された翼間流路を形成することができる。そのため、外側流路内に位置する燃料噴射孔から噴射された燃料が翼間流路に混入することを防止できる。
 本発明の少なくとも一実施形態に係る燃焼器は、
 上記実施形態の何れかに記載の燃焼バーナと、
 前記燃焼バーナからの燃焼ガスを導くための流路を形成するための燃焼ライナと、を備えることを特徴とする。
 上記燃焼器によれば、フラッシュバックの発生を効果的に抑制し得る燃焼バーナを備えているため、燃焼器の耐久性を向上できる。
 本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービンは、
 圧縮空気を生成するための圧縮機と、
 前記圧縮機からの前記圧縮空気により燃料を燃焼させて燃焼ガスを発生させるように構成された上記実施形態に記載される燃焼器と、
 前記燃焼器からの前記燃焼ガスによって駆動されるように構成されたタービンと、を備える。
 上記燃焼器によれば、フラッシュバックの発生を効果的に抑制し得る燃焼バーナを備えているため、ガスタービンの燃焼器の耐久性を向上できる。
 本発明の少なくとも一実施形態によれば、スワラベーンの燃料噴射孔から噴射された燃料が空気流路のうち内側流路に混入することを防止でき、フラッシュバックの発生を効果的に抑制できる。
一実施形態に係るガスタービンを示す概略構成図である。 一実施形態に係る燃焼器を示す断面図である。 一実施形態に係る燃焼器の要部を示す断面図である。 幾つかの実施形態に係る燃焼バーナの概略的な基本構成を示す断面図である。 図4に示される燃焼バーナのX-X線断面図である。 一実施形態に係る燃焼バーナのノズル軸方向に沿った断面図である。 他の実施形態に係る燃焼バーナのノズル軸方向に沿った断面図である。 他の実施形態に係る燃焼バーナのノズル軸方向に沿った要部断面図である。 一実施形態におけるスワラベーン及び仕切り板の分解斜視図である。 他の実施形態におけるスワラベーン及び仕切り板の分解斜視図である。 他の実施形態におけるスワラベーン及び仕切り板の分解斜視図である。 他の実施形態におけるスワラベーン及び仕切り板の分解斜視図である。
 以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
 最初に、本実施形態に係る燃焼バーナ及び燃焼器の適用先の一例であるガスタービン1について、図1を参照して説明する。なお、図1は、一実施形態に係るガスタービン1を示す概略構成図である。
 図1に示すように、一実施形態に係るガスタービン1は、酸化剤としての圧縮空気を生成するための圧縮機2と、圧縮空気及び燃料を用いて燃焼ガスを発生させるための燃焼器4と、燃焼ガスによって回転駆動されるように構成されたタービン6と、を備える。発電用のガスタービン1の場合、タービン6には不図示の発電機が連結され、タービン6の回転エネルギーによって発電が行われるようになっている。
 ガスタービン1における各部位の具体的な構成例について説明する。
 圧縮機2は、圧縮機車室10と、圧縮機車室10の入口側に設けられ、空気を取り込むための空気取入口12と、圧縮機車室10及び後述するタービン車室22を共に貫通するように設けられたロータ8と、圧縮機車室10内に配置された各種の翼と、を備える。各種の翼は、空気取入口12側に設けられた入口案内翼14と、圧縮機車室10側に固定された複数の静翼16と、静翼16に対して交互に配列されるようにロータ8に植設された複数の動翼18と、を含む。なお、圧縮機2は、不図示の抽気室等の他の構成要素を備えていてもよい。このような圧縮機2において、空気取入口12から取り込まれた空気は、複数の静翼16及び複数の動翼18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。そして、高温高圧の圧縮空気は圧縮機2から後段の燃焼器4に送られる。
 燃焼器4は、ケーシング20内に配置される。図1に示すように、燃焼器4は、ケーシング20内にロータ8を中心として環状に複数配置されていてもよい。燃焼器4には燃料と圧縮機2で生成された圧縮空気とが供給され、燃料を燃焼させることによって、タービン6の作動流体である燃焼ガスを発生させる。そして、燃焼ガスは燃焼器4から後段のタービン6に送られる。なお、燃焼器4の詳細な構成例については後述する。
 タービン6は、タービン車室22と、タービン車室22内に配置された各種の翼と、を備える。各種の翼は、タービン車室22側に固定された複数の静翼24と、静翼24に対して交互に配列されるようにロータ8に植設された複数の動翼26と、を含む。なお、タービン6は、出口案内翼等の他の構成要素を備えていてもよい。タービン6においては、燃焼ガスが複数の静翼24及び複数の動翼26を通過することでロータ8が回転駆動する。これにより、ロータ8に連結された発電機が駆動されるようになっている。
 タービン車室22の下流側には、排気車室28を介して排気室30が連結されている。タービン6を駆動した後の燃焼ガスは、排気車室28及び排気室30を通って外部へ排出される。
 次に、図2及び図3を参照して、一実施形態に係る燃焼器4の詳細な構成について説明する。なお、図2は、一実施形態に係る燃焼器4を示す断面図である。図3は、一実施形態に係る燃焼器4の要部を示す断面図である。
 図2及び図3に示すように、一実施形態に係る燃焼器4は、ロータ8を中心として環状に複数配置されている(図1参照)。各燃焼器4は、ケーシング20により画定される燃焼器車室40に設けられた燃焼器ライナ46と、燃焼器ライナ46内にそれぞれ配置されたパイロット燃焼バーナ50及び複数のメイン燃焼バーナ(予混合燃焼バーナ)60と、を含む。なお、燃焼器4は、燃焼ガスをバイパスさせるためのバイパス管(不図示)等の他の構成要素を備えていてもよい。
 例えば、燃焼器ライナ46は、パイロット燃焼バーナ50及び複数のメイン燃焼バーナ60の周囲に配置される内筒46aと、内筒46aの先端部に連結された尾筒46bと、を有している。
 パイロット燃焼バーナ50は、燃焼器ライナ46の中心軸に沿って配置されている。そして、パイロット燃焼バーナ50を囲むように、複数のメイン燃焼バーナ60が互いに離間して配列されている。
 パイロット燃焼バーナ50は、燃料ポート52に連結されたパイロットノズル(ノズル)54と、パイロットノズル54を囲むように配置されたパイロットバーナ筒56と、パイロットノズル54の外周に設けられたスワラ58と、を有している。なお、パイロット燃焼バーナ50の具体的な構成については後述する。
 メイン燃焼バーナ60は、燃料ポート62に連結されたメインノズル(ノズル)64と、メインノズル64を囲むように配置されたメインバーナ筒66と、メインノズル64の外周に設けられたスワラ68と、を有している。
 上記構成を有する燃焼器4において、圧縮機2で生成された高温高圧の圧縮空気は車室入口42から燃焼器車室40内に供給され、さらに燃焼器車室40からメインバーナ筒66内に流入する。そして、この圧縮空気と、燃料ポート62から供給された燃料とがメインバーナ筒66内で予混合される。この際、予混合気はスワラ68により主として旋回流を形成し、燃焼器ライナ46に流れ込む。また、圧縮空気と、燃料ポート52を介してパイロット燃焼バーナ50から噴射された燃料とが燃焼器ライナ46で混合され、図示しない種火により着火されて燃焼し、燃焼ガスが発生する。このとき、燃焼ガスの一部が火炎を伴って周囲に拡散することで、各メイン燃焼バーナ60から燃焼器ライナ46内に流れ込んだ予混合気に着火されて燃焼する。すなわち、パイロット燃焼バーナ50から噴射されたパイロット燃料によるパイロット火炎によって、メイン燃焼バーナ60からの予混合気(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。
 以下、本実施形態に係る燃焼バーナの構成について、一例として上述したパイロット燃焼バーナ50を用いて詳細に説明する。
 なお、本実施形態に係る燃焼バーナは、パイロット燃焼バーナ50に限定されるものではなく、ノズルの周囲の軸方向流路にスワラ(スワラベーン)が設けられた燃焼バーナであればどのタイプの燃焼バーナに対しても適用可能である。例えば、燃焼バーナは、ガスタービン1の燃焼器4に設けられるメイン燃焼バーナ60であってもよいし、ガスタービン1以外の機器に設けられる燃焼バーナであってもよい。
 一実施形態に係る燃焼バーナ(パイロット燃焼バーナ)50の概略的な基本構成を図4及び図5に示す。ここで、図4は幾つかの実施形態に係る燃焼バーナ50の概略的な基本構成を示す断面図である。なお、同図はノズル54の軸方向に沿った断面図である。図4では、理解を容易にするために、ノズル54の下方に位置するスワラ58はノズル軸方向に沿った断面を示すが、ノズル54の上方に位置するスワラベーン70はその側面図を示している。図5は図4に示される燃焼バーナのX-X線断面図である。
 一実施形態に係る燃焼バーナ50は、ノズル(燃料ノズル)54と、パイロットバーナ筒56と、スワラ58と、仕切り板100と、を備えている。
 ノズル54は、例えば上述したように燃料ポート52(図2及び図3参照)に連結され、燃料ポート52から燃料が供給される。なお、燃料は、気体であっても液体であってもよく、その種類も特に限定されない。また、パイロットノズル54には、例えば燃料ガス及び燃料油のように、2種類以上の燃料が供給されてもよい。
 パイロットバーナ筒56は、ノズル54に対して同心状に、且つノズル54の少なくとも先端側を囲むように配置されている。すなわち、パイロットバーナ筒56の軸はノズル54の軸と略一致し、且つパイロットバーナ筒56の径はノズル54の径よりも大きい。パイロットバーナ筒56は、ノズル54の周囲の上流側領域においては壁面がノズル54の軸方向に沿った円筒状に形成され、火炎面側に位置する下流側領域においては壁面が端部に向けて拡径する円錐台形状に形成されてもよい。なお、本実施形態において、上流側とは、空気又は燃料の流れる向きにおける上流側をいい、下流側とは、空気又は燃料の流れる向きにおける下流側をいう。
 ノズル54の外周面とパイロットバーナ筒56の内周面との間には、ノズル54の周囲において該ノズル54の軸方向に沿って延在する環状の空気流路90が形成されている。この空気流路90には、その上流側(図4において左側)から下流側(図4において右側)に向かって、空気が流通する。空気は圧縮空気であってもよい。また、空気流路90に供給される空気は、燃料を含まない空気であってもよい。
 スワラ58は、空気流路90を流通する気体を旋回させるように構成され、少なくとも一枚のスワラベーン70を備える。なお、図4及び図5に例示したスワラ58は、ノズル54を中心として放射状に配列された8枚のスワラベーン70を有している。
 スワラベーン70は、ノズル54の周囲においてノズル54の軸方向に沿って延在する空気流路90に設けられ、空気流路90を流通する気体に旋回力を付与するように構成されている。スワラベーン70は、平面視において翼型形状を有する流線形であってもよい。
 また、スワラベーン70は、ノズル54側に位置する翼根部71と、翼根部71よりも外周側に位置する翼本体部72と、を有している。具体的に、翼根部71はスワラベーン70の外周面に立設しており、翼根部71によって翼本体部72がノズル54に連結される。また、翼根部71は、ノズル54の軸方向における長さが翼本体部72より短い。
 さらに、図9に示すように、スワラベーン70は、圧力面である腹面73と、負圧面である背面74と、気体の流通方向(ノズル54の軸方向)における上流側の端部である前縁75と、下流側の端部である後縁76と、を有している。なお、図9については後に詳述するが、同図は一実施形態におけるスワラベーン70A及び仕切り板100Aの分解斜視図である。
 図4及び図5に戻り、スワラベーン70には、少なくとも一つの燃料噴射孔78が形成されている。本実施形態では一例として、スワラベーン70の腹面73に1個の燃料噴射孔78が形成された構成を示している。他の構成として、スワラベーン70の腹面73又は背面74(図9参照)に複数の燃料噴射孔78が形成されていてもよい。燃料と空気の予混合を促進する目的から、少なくとも一つの燃料噴射孔78はスワラベーン70の上流側領域に設けられていてもよい。
 ノズル54及びスワラベーン70の内部には、それぞれ、燃料ポート52(図2及び図3参照)から供給された燃料を流通させるための燃料流路が設けられている。
 一構成例において、燃料流路は、予混合燃焼用燃料流路80と、拡散燃焼用燃料流路85(図5及び図6参照)と、スワラ内燃料流路79と、を含む。
 予混合燃焼用燃料流路80は、ノズル54の内部に設けられており、ノズル54の軸方向に沿った上流側流路81及び下流側流路82と、上流側流路81及び下流側流路82の間に設けられたキャビティ83と、を有している。下流側流路82は、スワラ内燃料流路79に連通している。
 スワラ内燃料流路79は、スワラベーン70の内部(例えば翼根部71の内部)に設けられており、スワラベーン70の燃料噴射孔78に連通している。
 予混合燃焼用燃料流路80に供給された燃料は、上流側流路81、キャビティ83、下流側流路82を順に通って、スワラベーン70の燃料噴射孔78から空気流路90に噴射される。そして、燃料噴射孔78から噴射された燃料は、空気流路90を流れる空気と混合されて予混合気(燃料ガス)となり、燃焼空間に送られて燃焼する。なお、燃焼空間とは、ノズル54の後流側の領域であって、パイロットバーナ筒56で囲まれた空間を含む。
 拡散燃焼用燃料流路85は、図6に示すように、ノズル54の軸方向に沿って該ノズル54の内部に設けられており、ノズル内燃料流路86と、ノズル内燃料流路86に連通するキャビティ87と、を有している。ノズル内燃料流路86は、ノズル54の下流側端部に形成された燃料噴射孔88に連通している。なお、図4において拡散燃焼用燃料流路85は図示されないため、図6のノズル下方部分において拡散燃焼用燃料流路85を含む他の断面を示している。また、他の構成例においては、拡散燃焼用燃料流路85がノズル54の中心に設けられていてもよい。
 拡散燃焼用燃料流路85に供給された燃料は、キャビティ87及びノズル内燃料流路86を通って、燃料噴射孔88から燃焼空間内に噴射される。そして、燃料噴射孔88から噴射された燃料は、燃焼空間において空気又は予混合気と混合されて燃焼する。
 図4及び図5に戻り、仕切り板100は、ノズル54を囲むように環状に形成されている。例えば、仕切り板100は、複数の部材を溶接等によって接合することにより環状に形成されてもよいし、一つの部材によって環状に形成されてもよい。
 また、仕切り板100は、ノズル54の半径方向において空気流路90のうち少なくともスワラベーン70の下流側の領域を仕切り、空気流路90のうち少なくとも前記領域を、ノズル54の外周面に面する内側流路92と該内側流路92に対して半径方向の外側に位置する外側流路91とに分割するように構成されている。
 外側流路91には、スワラベーン70に形成された燃料噴射孔78が位置している。さらに、仕切り板100の上流側端部101は、ノズル54の軸方向において、燃料噴射孔78よりも上流側に位置している。
 一実施形態においては、図4に示すように、内側流路92内には燃料噴射孔が存在しない。すなわち、内側流路92内には、ノズル54内の外周面にもスワラベーン70にも燃料噴射孔は設けられていない。また、一実施形態においては、空気流路90に供給される空気は、燃料を含まない空気である。
 図4に示す例では、仕切り板100は、スワラベーン70の上流側から下流側までの全ての領域を仕切るように構成されている。
 あるいは、仕切り板100の上流側端部101が、スワラベーン70の前縁75(図9参照)よりも下流側に位置してもよい。この場合も、仕切り板100の上流側端部101は、ノズル54の軸方向において、燃料噴射孔78よりも上流側に位置するものとする。
 上記実施形態によれば、仕切り板100によって空気流路90のうち少なくとも下流側の領域を内側流路92と外側流路91とに仕切り、内側流路92を流れる空気によってノズル54の外周面を覆うフィルム空気層を形成している。さらに、外側流路91内に形成された燃料噴射孔78が仕切り板100よりも上流側に位置するように構成したので、燃料噴射孔78から噴射された燃料が内側流路92におけるフィルム空気層へ混入することを防止でき、フラッシュバックの発生を効果的に抑制できる。
 さらに、本実施形態に係る燃焼バーナ50は以下の構成を選択的に備えていてもよい。
 幾つかの実施形態では、燃焼バーナ50は、空気流路90に燃料を噴射するための複数の燃料噴射部を備えており、複数の燃料噴射部のうち最も上流側に位置する燃料噴射部がスワラベーン70の燃料噴射孔78である。すなわち、燃料噴射部は、スワラベーン70の燃料噴射孔78とは別に、例えば図6に示す燃料噴射孔88のように他の燃料噴射部を備えていてもよい。但し、他の燃料噴射部は、スワラベーン70の燃料噴射孔78よりも下流側に位置する。また、燃料噴射部は仕切り板100が設けられた軸方向範囲内に位置していてもよいが、この場合、燃料噴射部は外側流路91のみに燃料を噴射するようになっている(すなわち、内側流路92には燃料を噴射しない)。
 一実施形態において、図5に示すように、仕切り板100は、少なくとも一部が、周方向に隣り合う一対のスワラベーン70のうち一方の腹面73と、一対のスワラベーン70の他方の背面74との間において周方向に延在している。この構成によって、内側流路92は、仕切り板100、ノズル54の外周面、スワラベーン70の腹面73及び背面74によって囲まれた翼間流路92Aが形成される。この翼間流路92Aは、内側流路92の少なくとも一部である。
 上記構成によって、ノズル54の外周面から半径方向外側に延在するようにスワラベーン70が設けられる場合であっても、隣接するスワラベーン70間において、仕切り板100によって外側流路91から隔離された翼間流路92Aを形成することができる。これにより、外側流路91内に位置する燃料噴射孔78から噴射された燃料が翼間流路92Aに混入することを防止できる。
 幾つかの実施形態では、ノズル54の下流側端部55(実際には下流側端部55を含むノズル下流側領域)において、ノズル54の外周面は該ノズル54の軸方向に沿っている。すなわち、ノズル54の下流側領域における該ノズル54の外周面は、軸方向において径が略同一の円筒状に形成されている。一方、仕切り板100は、ノズル54の下流端の端部における外周面を覆うように軸方向に沿って延在している。この仕切り板100も、ノズル54の下流側領域では、軸方向において径が略同一の円筒状に形成されている。この構成によって、ノズル54の外周面と仕切り板100の内周面との間の距離は、ノズル54の軸方向において概ね一定となる。また、図4に示す例では、仕切り板100の下流側端部102とノズル54の下流側端部55とは、軸方向位置が一致している。但し、仕切り板100の下流側端部102とノズル54の下流側端部55との軸方向位置の関係は上記構成に限定されるものではない。
 例えば、ノズル54の外周面が軸方向に沿って延在しておらず、ノズル54の外周面が先細りになっている場合、内側流路92を通過する空気流は流路断面積の拡大に伴って軸流速度が低下してしまうおそれがある。この点、上記実施形態によれば、ノズル54の下流側の端部において、ノズル54の外周面がノズル54の軸方向に沿っており、且つ、軸方向に沿って延在する仕切り板100によって覆われることで、空気流の軸流速度を高く維持したまま内側流路92内を空気が通過することになる。よって、内側流路92の後流側の領域に向かう火炎の遡上を抑制することができる。
 また、後述するように、内側流路92内における空気流が旋回成分を有する場合、仕切り板100の内壁面に空気流が押し付けられて、仕切り板100の内壁面近傍に形成される境界層が薄くなり、仕切り板100の内壁面近傍における軸流速度が大きくなる。よって、特に仕切り板100の後流側の領域への火炎の遡上を抑制することができる。
 図4に示すように燃焼バーナ50は、内側流路92の内部においてノズル54の周方向に複数設けられ、仕切り板100をノズル54に支持する支持部材110をさらに備えてもよい。支持部材110は、仕切り板100の内周面とノズル54の外周面との間に位置する。このように支持部材110を設けることによって、ノズル54に対して仕切り板100を強固に支持できる。
 一実施形態では、各々の支持部材110はスワラベーン70の後流側に位置する。これにより、内側流路92における空気の流れに支持部材110が及ぼす影響を低減できる。各々の支持部材110は、スワラベーン70の後流側に隙間93を介して位置してもよい。
 幾つかの実施形態に係る燃焼バーナ50は、上記実施形態で説明した基本的な構成に加えて、以下の構成をさらに備えていてもよい。図6~図8は、主としてノズル54及び仕切り板100の変形例を示し、図9~図11A,図11Bは、主としてスワラベーン70及び仕切り板100の変形例を示している。なお、図6~図11A,図11Bにおいて、同一の部位については同一の符号を付している。
 図6は、一実施形態に係る燃焼バーナ50Aのノズル軸方向に沿った断面図である。
 一実施形態に係る燃焼バーナ50Aでは、仕切り板100の下流側端部102は、ノズル54Aの軸方向において、ノズル54Aの下流側端部55Aの端面よりも上流側に位置する。すなわち、燃焼バーナ50Aは、ノズル54Aの下流側端部55Aが仕切り板100よりも下流側に突出した構成となっている。具体的に、下流側端部55Bは、軸方向において略同一の径を有する円筒状に形成されており、突出した部位も円筒状に形成されている。
 この場合、ノズル54Aの下流側端部55Aは仕切り板100によって覆われないので、内側流路92を通過した空気の流れが、仕切り板100の後流側において巻き上がって渦を形成する。この渦によって、仕切り板100の後流側における燃料濃度が低下するため、仕切り板100の下流側端部102に向かう火炎の遡上を抑制できる。
 図7は、他の実施形態に係る燃焼バーナ50Bのノズル軸方向に沿った断面図である。
 他の実施形態に係る燃焼バーナ50Bでは、仕切り板100の下流側端部102は、ノズル54Bの軸方向において、ノズル54Bの下流側端部55Bの端面よりも上流側に位置する。すなわち、燃焼バーナ50Bは、ノズル54Bの下流側端部55Bが仕切り板100よりも下流側に突出した構成となっている。また、ノズル54Bの下流側端部55Bは、仕切り板100の下流側端部102よりも下流側において、ノズル54Bの下流側の端面に近づくにつれて、ノズル54Bの半径方向においてノズル54Bの中心軸から遠ざかるように軸方向に対して傾斜した外周面(傾斜面)57を有する。すなわち、仕切り板100よりも下流側に突出したノズル54Bの下流側端部55Bが、下流側に向けて拡径した形状となっている。なお、「傾斜」とは、直線状に傾斜している場合(傾斜面57が直線)の他に、軸方向に傾斜した接線をもって湾曲している場合(傾斜面57が湾曲した曲線)も含む。
 上記実施形態によれば、ノズル54Bの下流側端部55Bにおいて、内側流路92を通過した空気流がノズル54Bの外周面に押し付けられて、ノズル54Bの外周面近傍の境界層が薄くなる。そのため、ノズル54Bの外周面近傍における軸流速度分布を均一に近づけることができ、フラッシュバックを抑制可能となる。
 図8は、他の実施形態に係る燃焼バーナ50Cのノズル軸方向に沿った要部断面図である。
 幾つかの実施形態に係る燃焼バーナ50Cにおいて、ノズル54Cは、ノズル内部流路84と、空気噴射孔89と、をさらに含む。
 ノズル内部流路84は、ノズル54Cの内部に設けられ、内側流路92に連通するように構成されている。図8に示す例では、ノズル内部流路84の入口は、ノズル54Cと支持部材110との間の隙間93に開口しており、ノズル内部流路84の出口は、ノズル54Cの下流側端部55Cの端面に開口した空気噴射孔89である。内側流路92から分岐されてノズル内部流路84を流通する空気は、空気噴射孔89からノズル54Cの後流側の燃焼空間内に噴射される。一実施形態では、ノズル内部流路84の上流側はノズル54Cの軸方向に沿って形成され、ノズル内部流路84の下流側はノズル54Cの内側に向けて傾斜していてもよい。この場合、ノズル内部流路84を流通する空気は、空気噴射孔89からノズル54Cの径方向内側へ向けて噴射される。
 このように、内側流路92を流れる空気の一部を、ノズル内部流路84を介して空気噴射孔89からノズル54の後流側に噴射するようにしたので、ノズル54の下流側の端面が空気で覆われて燃料濃度の低い領域が形成される。これにより、ノズル54の下流側の端面に火炎が遡上し難くなり、ノズル54の焼損を防止できる。
 図9は、一実施形態におけるスワラベーン70A及び仕切り板100Aの分解斜視図である。
 一実施形態において、スワラベーン70Aは、翼本体部72A及び翼根部71Aを含む。仕切り板100Aは、上流側端部101と、下流側端部102と、円筒部104と、翼間部105と、凹部106Aと、を含む。
 この実施形態においては、スワラベーン70Aの内側流路92(図4及び図5参照)における空気の旋回方向122が、外側流路91における空気の旋回方向120と同じである。すなわち、内側流路92にも旋回部が設けられており、この旋回部によって内側流路に流れる空気に外側流路91における空気の旋回方向120と同じ方向の旋回をかけるようになっている。
 一構成例では、内側流路92を通過する空気を旋回させるための旋回部が、仕切り板100Aをノズル54(図4及び図5参照)に支持するための支持部材110Aである。この場合、支持部材110Aは、平面視において翼型形状を有する流線形であってもよいし、より簡素化された構成としてルーバーのような傾斜板としてもよく、その構成は特に限定されない。スワラベーン70Aと、支持部材110Aとは別体で構成され、互いに離間して配置されてもよい。例えば、支持部材110Aは、隙間93をあけてスワラベーン70Aの後流側に配置される。
 上記実施形態によれば、仕切り板100Aの後流側における内側流路92(図4及び図5参照)の空気と外側流路91の空気とが合流する領域において互いの旋回方向120,122が同じであるため、外側流路91を通過した燃料を含む空気が内側流路92を通過した空気に混入し難くなる。これにより、仕切り板100Aの内壁面近傍に形成される境界層の影響により軸流速度が小さい領域(仕切り板100Aの後流側の領域)における燃料濃度を低下させ、該領域への火炎の遡上を抑制できる。また、支持部材110Aが内側流路92の空気の流れを阻害することなく旋回流を形成する構成となっているため、仕切り板100Aの支持のみならず旋回流形成の観点からも支持部材110Aを有効に活用できる。
 また、図示しないが、他の実施形態において、内側流路92(図4及び図5参照)における空気の流れは、ノズル54の軸方向に沿った流れ、又は、外側流路91における空気の旋回方向120(図9参照)と逆方向の旋回成分を持つ流れである。
 上記実施形態によれば、仕切り板100の後流側において内側流路92を通過する空気の旋回が弱められ、内側流路92の後流側における空気の軸流速度を高めることができる。このため、ノズル54後端面への火炎の遡上(渦芯フラッシュバック)を抑制できる。
 図11Aにおいて、仕切り板100Aの下流側端部102側は、周方向に連続した円筒部104であり、仕切り板100Aの上流側端部101側に、スワラベーン70Aの翼根部71Aが係合する凹部106Aが設けられていてもよい。ノズル54の周方向に複数のスワラベーン70Aが設けられている場合には、複数のスワラベーン70Aの各々に対応して、仕切り板100Aに複数の凹部106Aが形成されている。複数の凹部106Aは、ノズル54の周方向において互いに離間して複数形成されている。
 また、仕切り板100Aの上流側端部101は、例えばベルマウス形状のように、上流側へ向けて拡径した形状であってもよい。図示される例では、仕切り板100Aの上流側端部101は凹部106Aによって断続的に形成された翼間部105となっており、この翼間部105が、軸方向において上流側へ向けて拡径した構成となっている。
 なお、仕切り板100Aは、スワラベーン70Aに対して一体的に形成されている。例えば、仕切り板100Aとスワラベーン70Aとが溶接等によって接合されて一体的に形成されてもよいし、仕切り板100Aとスワラベーン70Aとが嵌め込みによって一体的に形成されてもよい。あるいは、仕切り板100Aとスワラベーン70Aとが一つの部材によって形成されてもよい。
 不図示の他の構成例では、仕切り板100(図4及び図5参照)がスワラベーン70の前縁75よりも上流側まで延在し、スワラベーン70の前縁75よりも上流側において仕切り板100が閉じていてもよい。すなわち、仕切り板100が、スワラベーンの全周を囲むように設けられていてもよい。
 図10は、他の実施形態におけるスワラベーン70B及び仕切り板100Bの分解斜視図である。ここでは、図9と異なる構成のみ説明する。
 他の実施形態において、スワラベーン70Bは、翼本体部72B及び翼根部71Bを含む。仕切り板100Bは、上流側端部101と、下流側端部102と、円筒部104と、翼間部105と、凹部106Bと、を含む。
 この実施形態において、支持部材110Bは、内側流路92(図4及び図5参照)を流れる空気に、外側流路91を流れる空気と同じ方向120に旋回をかけるように構成されている。支持部材110Bは、スワラベーン70Bと一体的に形成されている。すなわち、翼根部71Bにおいてスワラベーン70Bと支持部材110Bは連結している。例えば支持部材110Bは、スワラベーン70Bと同一の部材によって一体成形されていてもよいし、スワラベーン70Bとは別の部材を溶接等で接合することによって一体的に形成してもよい。
 図11A及び図11Bは、他の実施形態におけるスワラベーン及び仕切り板の分解斜視図である。
 図11Aに示す実施形態において、スワラベーン70Cは、翼本体部72C及び翼根部71Cを含む。仕切り板100Cは、上流側端部101と、下流側端部102と、円筒部104と、翼間部105と、凹部106Cと、を含む。
 この実施形態においては、仕切り板100Cとノズル54(図4及び図5参照)の間に位置する支持部材は存在しないが、内側流路92に位置する旋回部114が設けられている。旋回部114は、翼本体部72Cとは異なる形状であるが、外側流路91の旋回方向120と同じ方向又は逆の方向に空気を旋回するように構成される。仕切り板100Cの上流側端部101側に設けられた凹部106Cは、旋回部114及び翼根部71Cに係合するような形状となっている。
 図11Bに示す実施形態において、スワラベーン70Dは、翼本体部72D及び翼根部71Dを含む。仕切り板100Dは、上流側端部101と、下流側端部102と、円筒部104と、翼間部105と、凹部106Dと、を含む。
 この実施形態においては、仕切り板100Dとノズル54(図4及び図5参照)の間に位置する支持部材は存在しない。また、スワラベーン70Dは、ノズル54の径方向に同一の翼型を有している。仕切り板100Dの上流側端部101側に設けられた凹部106Dは、スワラベーン70Dに係合するような形状となっている。
 上述したように、本発明の実施形態によれば、スワラベーン70,70A~70Dの燃料噴射孔78から噴射された燃料が空気流路90のうち内側流路92に混入することを防止でき、フラッシュバックの発生を効果的に抑制できる。
 本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
 例えば、上記実施形態では、燃焼バーナとしてパイロット燃焼バーナ60を例示して説明したが、本発明の実施形態は、予混合燃焼バーナ50に対しても適用可能である。また、上記実施形態では、主として2次元翼を例示しているが、本発明の実施形態は、3次元翼にも適用可能である。
 なお、上記実施形態において、例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
 例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
 例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
 一方、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
1     ガスタービン
2     圧縮機
4     燃焼器
6     タービン
10    圧縮機車室
22    タービン車室
28    排気車室
30    排気室
40    燃焼器車室
46    燃焼器ライナ
50,50A~50C  燃焼バーナ(パイロット燃焼バーナ)
52    燃料ポート
54,54A~54C  ノズル(パイロットノズル)
56    パイロットバーナ筒
57    外周面(傾斜面)
58    スワラ
60    メイン燃焼バーナ
62    燃料ポート
64    ノズル(メインノズル)
66    メインバーナ筒
70,70A~70D  スワラベーン
71,71A~71D  翼根部
72,72A~72D  翼本体部
78    燃料噴射孔
79    スワラ内燃料流路
84    ノズル内部流路
88    燃料噴射孔
89    空気噴射孔
90    空気流路
91    外側流路
92    内側流路
92A   翼間流路
93    隙間
100,100A~100D  仕切り板
110,110A,110B  支持部材
 

Claims (12)

  1.  ノズルと、
     燃料を噴射するための燃料噴射孔を有するとともに、前記ノズルの周囲において前記ノズルの軸方向に沿って延在する環状の空気流路に設けられて該空気流路を流れる空気を旋回させるように構成されたスワラベーンと、
     前記ノズルの半径方向において前記空気流路のうち少なくとも前記スワラベーンの下流側の領域を仕切り、前記空気流路のうち少なくとも前記領域を、前記ノズルの外周面に面する内側流路と該内側流路に対して前記半径方向の外側に位置する外側流路とに分割する環状の仕切り板と、を備え、
     前記燃料噴射孔は、前記空気流路の前記外側流路内に位置し、
     前記仕切り板の上流側の端部は、前記軸方向において、前記燃料噴射孔よりも上流側に位置することを特徴とする燃焼バーナ。
  2.  前記内側流路における前記空気の旋回方向が、前記外側流路における前記空気の旋回方向と同じであることを特徴とする請求項1に記載の燃焼バーナ。
  3.  前記内側流路における前記空気の流れは、前記軸方向に沿った流れ、又は、前記外側流路における前記空気の旋回方向と逆方向の旋回成分を持つ流れであることを特徴とする請求項1に記載の燃焼バーナ。
  4.  前記ノズルは、
      前記ノズルの内部に設けられ、前記内側流路に連通するノズル内部流路と、
      前記ノズルの下流側の端面に開口し、前記ノズル内部流路からの前記空気を噴射するための空気噴射孔と、
    を含むことを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の燃焼バーナ。
  5.  前記ノズルの下流側の端部において、前記ノズルの外周面は前記軸方向に沿っており、
     前記仕切り板は、前記ノズルの下流端の端部における前記外周面を覆うように前記軸方向に沿って延在していることを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の燃焼バーナ。
  6.  前記仕切り板の下流側の端部は、前記軸方向において、前記ノズルの下流側の端面よりも上流側に位置することを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の燃焼バーナ。
  7.  前記ノズルの下流側の端部は、前記仕切り板の下流側の端部よりも下流側において、前記ノズルの下流側の前記端面に近づくにつれて、前記半径方向において前記ノズルの中心軸から遠ざかるように前記軸方向に対して傾斜した外周面を有することを特徴とする請求項6に記載の燃焼バーナ。
  8.  前記内側流路の内部において前記ノズルの周方向に複数設けられ、前記仕切り板を前記ノズルに支持する支持部材をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至7の何れか一項に記載の燃焼バーナ。
  9.  前記支持部材は、前記内側流路を通過する前記空気を旋回させるように構成されたことを特徴とする請求項8に記載の燃焼バーナ。
  10.  前記スワラベーンは、前記ノズルの周方向に複数設けられ、
     各々の前記スワラベーンは、前記ノズルの外周面から前記半径方向の外側に延在しており、
     前記仕切り板は、少なくとも一部が、周方向に隣り合う一対のスワラベーンのうち一方の腹面と、前記一対のスワラベーンの他方の背面との間において前記周方向に延在しており、
     前記内側流路は、前記仕切り板、前記ノズルの外周面、前記腹面及び前記背面によって囲まれた翼間流路を含むことを特徴とする請求項1乃至9の何れか一項に記載の燃焼バーナ。
  11.  請求項1乃至10の何れか一項に記載の燃焼バーナと、
     前記燃焼バーナからの燃焼ガスを導くための流路を形成するための燃焼ライナと、を備えることを特徴とする燃焼器。
  12.  圧縮空気を生成するための圧縮機と、
     前記圧縮機からの前記圧縮空気により燃料を燃焼させて燃焼ガスを発生させるように構成された請求項11に記載の燃焼器と、
     前記燃焼器からの前記燃焼ガスによって駆動されるように構成されたタービンと、を備えることを特徴とするガスタービン。
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