WO2020203232A1 - 燃焼器及びガスタービン - Google Patents

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WO2020203232A1
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outer cylinder
combustor
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虹造 青木
敏彦 齋藤
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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    • F23L2900/07008—Injection of water into the combustion chamber

Definitions

  • the present invention relates to combustors and gas turbines.
  • the present application claims priority with respect to Japanese Patent Application No. 2019-072829 filed in Japan on April 5, 2019, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • a dual-fired combustor capable of burning gas fuel and oil fuel is known.
  • oil fuel is burned by such a dual-fired combustor, a technique of injecting water together with oil fuel into a combustion cylinder is known.
  • Patent Document 1 discloses a combustor having a water supply unit in an air flow path formed between an inner peripheral surface of an outer cylinder and an outer peripheral surface of an inner cylinder.
  • the air flow path formed in the combustor of Patent Document 1 includes an inversion portion in which the flow direction is reversed at the rear end of the inner cylinder.
  • the air that has passed through the reversing portion is supplied to the fuel nozzle that injects fuel into the inner cylinder.
  • the water supply section is provided before the reversing section of the air flow path and supplies water or steam to the air flowing through the air flow path.
  • the flame temperature of the combustor is reduced by supplying water or steam to the air at the water supply unit, and NOx (nitrogen oxide), soot, etc. are reduced.
  • the combustor includes an outer cylinder, an inner cylinder, a plurality of fuel nozzles, an air flow path portion, and a plurality of water injection portions.
  • the outer cylinder has a tubular shape extending in the axial direction.
  • the inner cylinder is provided inside the outer cylinder in the radial direction.
  • the inner cylinder has a tubular shape extending in the axial direction.
  • the plurality of fuel nozzles are provided inside the inner cylinder.
  • the plurality of fuel nozzles inject fuel.
  • the air flow path portion sends air introduced from the outside between the inner peripheral surface of the outer cylinder and the outer peripheral surface of the inner cylinder into the inner cylinder.
  • the plurality of water injection portions are provided on the inner peripheral surface of the outer cylinder at intervals in the circumferential direction around the axis.
  • the plurality of water injection units inject water inward in the radial direction of the outer cylinder.
  • the water injection unit includes a first nozzle and a second nozzle. The first nozzle injects water to the first side in the circumferential direction. The second nozzle injects water to the second side in the circumferential direction.
  • the water injection unit injects water from the inner peripheral surface of the outer cylinder.
  • the ejected water droplets are sent into the inner cylinder together with the air. Therefore, the droplets are atomized and easily evaporated before reaching the portion where the fuel is injected from the fuel nozzle. Further, since water is ejected from the inner peripheral surface of the outer cylinder inward in the radial direction, even if centrifugal force acts, the water droplets are less likely to be biased outward in the radial direction. Therefore, it is possible to prevent the amount of droplets reaching the portion where the fuel is injected from the fuel nozzle from being reduced. Further, the first nozzle injects water to the first side in the circumferential direction.
  • the second nozzle injects water to the second side in the circumferential direction.
  • the distribution of the droplets in the air flow path portion becomes non-uniform, and the dispersibility of the droplets is enhanced. Therefore, it is possible to further reduce NOx and soot.
  • the water injection unit according to the first aspect may include a bracket fixed to the inner peripheral surface of the outer cylinder.
  • the first nozzle and the second nozzle may be provided on the bracket.
  • the water injection portion can be easily installed only by attaching the bracket provided with the first nozzle and the second nozzle to the inner peripheral surface of the outer cylinder.
  • the bracket according to the second aspect may have a first inclined surface and a second inclined surface.
  • the first inclined surface is inclined to the first side in the circumferential direction, and the first nozzle is provided.
  • the second inclined surface is inclined to the second side in the circumferential direction, and the second nozzle is provided.
  • the first nozzle provided on the first inclined surface of the bracket injects water to the first side in the circumferential direction.
  • the second nozzle provided on the second inclined surface of the bracket injects water to the second side in the circumferential direction.
  • the combustor according to any one of the first to third aspects is the first of the water injection portions of one of the water injection portions adjacent to each other in the circumferential direction.
  • One nozzle and the second nozzle of the other water injection unit may be provided at different positions in the axial direction.
  • the combustor according to any one of the first to fourth aspects has the first nozzle and the second nozzle in the water injection portions adjacent to each other in the circumferential direction.
  • the diameters of the nozzle holes for injecting water may be different from each other.
  • the momentum (flow velocity) of the injected water (droplets) differs between the first nozzle and the second nozzle.
  • the distance at which the water droplets ejected from each of the first nozzle and the second nozzle reach along the injection direction is different.
  • the particle size of the droplet is also different between the first nozzle and the second nozzle.
  • the distribution of the droplets in the air flow path portion becomes non-uniform, and the dispersibility of the droplets is enhanced.
  • the combustor according to any one of the first to fifth aspects has the first nozzle and the second nozzle in the water injection portions adjacent to each other in the circumferential direction. Therefore, the water injection directions may be different from each other in the axial direction.
  • the water injection portions adjacent to each other in the circumferential direction the water droplets ejected from the first nozzle of one water injection portion and the second nozzle of the other water injection portion It is possible to prevent the ejected water droplets from interfering with each other. As a result, it is possible to prevent the droplets from coalescing and increasing in size. Therefore, the droplets are likely to evaporate.
  • the combustor according to any one of the first to sixth aspects may include an annular flow path portion and a water supply hole.
  • the annular flow path portion is provided on the outer peripheral surface of the outer cylinder. Water is continuously supplied from the outside to the annular flow path portion in the circumferential direction.
  • the water supply hole penetrates the outer cylinder in the radial direction.
  • the water supply hole supplies water from the annular flow path portion to each of the plurality of water injection portions.
  • the gas turbine includes a combustor according to any one of the first to seventh aspects. By doing so, the commercial value of the gas turbine can be improved.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the internal configuration of the combustor of this embodiment.
  • the combustor 10 of this embodiment is provided in the passenger compartment 2 of the gas turbine 1.
  • the combustor 10 is of a dual type capable of both gas-fired and oil-fired. Compressed air generated by the compressor of the gas turbine 1 (not shown) is introduced into the combustor 10.
  • the combustor 10 injects fuel into the introduced compressed air to generate high-temperature and high-pressure combustion gas.
  • the combustor 10 includes an outer cylinder 11, an inner cylinder 12, a tail cylinder 13, a back wall 14, a pilot nozzle 21, a main nozzle (fuel nozzle) 22, an air flow path portion R, and a water injection portion 30. And, mainly equipped.
  • the outer cylinder 11 is supported by the passenger compartment 2 of the gas turbine 1.
  • the outer cylinder 11 is formed in a tubular shape extending in the axial direction Da where the central axis O extends.
  • the inner cylinder 12 is provided on the inner side in the radial direction about the central axis O with respect to the outer cylinder 11.
  • the inner cylinder 12 has a tubular shape extending in the axial direction Da.
  • the end portion 12a of the first side Da1 of the inner cylinder 12 in the axial direction Da is arranged radially inside the central axis O of the end portion 11a of the first side Da1 of the outer cylinder 11 in the axial direction Da. ..
  • the end portion 12b of the second side Da2 of the inner cylinder 12 in the axial direction Da is arranged on the second side Da2 of the end portion 11b of the second side Da2 of the outer cylinder 11 in the axial direction Da in the axial direction Da.
  • the inner cylinder 12 in this embodiment illustrates a case where the inner cylinder 12 has a cylindrical portion 51 (described later) at the end portion 12a of the first side Da1 in the axial direction Da1.
  • the tail cylinder 13 is provided on the radial outer side of the end portion 12b of the second side Da2 of the inner cylinder 12.
  • the tail cover 13 has a tubular shape extending in the axial direction Da.
  • the back wall 14 closes the end portion 11a of the first side Da1 of the outer cylinder 11 in the axial direction Da1.
  • the back wall 14 has a guide surface 15 continuous with the circumferential direction Dc around the central axis O.
  • the guide surface 15 is a curved surface that is concave on the first side Da1 in the axial direction Da when viewed from a direction orthogonal to the central axis O.
  • the guide surface 15 is arranged at intervals with respect to the end portion 12a of the first side Da1 of the inner cylinder 12.
  • the pilot nozzle 21 is provided along the central axis O of the inner cylinder 12.
  • the pilot nozzle 21 injects fuel supplied from the outside from the tip portion 21a. A flame is generated by igniting the fuel injected from the pilot nozzle 21.
  • the pilot nozzle 21 includes a pilot cone 24.
  • the pilot cone 24 is formed in a tubular shape that surrounds the tip portion 21a of the pilot nozzle 21 from the outer peripheral side.
  • the pilot cone 24 has a tapered cone portion 24c.
  • the inner diameter of the tapered cone portion 24c gradually increases from the vicinity of the tip portion 21a of the pilot nozzle 21 toward the generation direction of the flame.
  • the tapered cone portion 24c regulates the diffusion range and direction of the flame and enhances the flame retention property.
  • a pilot swirl 28 is provided between the outer peripheral surface of the pilot nozzle 21 and the inner peripheral surface of the pilot cone 24.
  • the pilot swala 28 rectifies the air supplied into the pilot cone 24.
  • a plurality of main nozzles 22 are provided in the inner cylinder 12.
  • the plurality of main nozzles 22 are arranged on the outer side in the radial direction of the pilot nozzle 21 at intervals in the circumferential direction Dc.
  • Each main nozzle 22 extends in the axial direction Da of the inner cylinder 12.
  • a main burner 25 is provided on the outer peripheral side of the tip portion 22a of the main nozzle 22.
  • the main burner 25 has a tubular shape, and the side 25a close to the pilot cone 24 on the center side of the inner cylinder 12 is formed so as to gradually incline toward the outer peripheral side in the direction of flame generation.
  • a main swirl 29 is provided between the outer peripheral surface of the tip portion 22a of the main nozzle 22 and the inner peripheral surface of the main burner 25.
  • the main swirl 29 rectifies the air supplied into the main burner 25.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of the combustor.
  • the air flow path portion R includes an introduction flow path portion R1, an inversion flow path portion R2, and an internal flow path portion R3.
  • the introduction flow path portion R1 is formed between the inner peripheral surface 11f of the outer cylinder 11 and the outer peripheral surface 12g of the inner cylinder 12. Air is introduced into the introduction flow path portion R1 from the opening 16 formed in the gap between the end portion 11b of the second side Da2 in the axial direction Da of the outer cylinder 11 and the outer peripheral surface 12g of the inner cylinder 12.
  • a punch metal 27 is provided in the opening 16.
  • the punch metal 27 is a perforated plate in which a large number of holes are formed.
  • the punch metal 27 rectifies the air flowing from the compressor (not shown) of the gas turbine 1.
  • the air introduced into the introduction flow path portion R1 flows toward the first side Da1 in the axial direction Da in the introduction flow path portion R1.
  • the reversing flow path portion R2 reverses the flow direction of the air introduced into the introduction flow path portion R1 to the second side Da2 in the axial direction Da.
  • the reversing flow path portion R2 is provided with a cylindrical portion 51 and a guide vane 52.
  • the cylindrical portion 51 forms an end portion 12a of the first side Da1 of the inner cylinder 12 described above.
  • the cylindrical portion 51 has a bell mouth structure that bulges outward in the radial direction.
  • the guide vanes 52 are provided between the main nozzles 22 adjacent to each other in the circumferential direction Dc.
  • the guide vane 52 extends radially inward from the vicinity of the tip 51a of the first side Da1 of the cylindrical portion 51 toward the second side Da2 in the axial direction Da.
  • the reversing flow path portion R2 reverses the air introduced into the introduction flow path portion R1 so as to flow from the inside in the radial direction to the second side Da2 in the axial direction Da by the guide surface 15 of the back wall 14 and the guide vane 52. Let me. The air whose flow direction has been changed by the reversing flow path portion R2 is sent to the internal flow path portion R3 in the inner cylinder 12.
  • the internal flow path portion R3 is formed inside the inner cylinder 12 in the radial direction.
  • the air whose flow direction is reversed in the reversing flow path portion R2 is inside from the end portion 12a side of the first side Da1 in the axial direction Da of the inner cylinder 12 toward the end portion 12b of the second side Da2 in the axial direction Da. It flows through the flow path portion R3.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
  • a plurality of water injection portions 30 are provided at equal intervals in the circumferential direction Dc around the central axis O.
  • Each water injection unit 30 is arranged on the outer side in the radial direction of the end portion 12a of the inner cylinder 12.
  • Each water injection section 30 is arranged on the upstream side of the reversing flow path section R2 in the distribution direction.
  • the water injection unit 30 injects water into the air flowing through the air flow path portion R.
  • the water injection unit 30 is provided on the inner peripheral surface 11f of the outer cylinder 11.
  • the water injection unit 30 injects water from the inner peripheral surface 11f side of the outer cylinder 11 toward the introduction flow path portion R1 inside the combustor 10 in the radial direction.
  • FIG. 4 is a view of the water injection portion of the combustor as viewed from the radial inside of the outer cylinder. As shown in FIGS. 3 and 4, each water injection unit 30 includes a bracket 31, a first nozzle 32, and a second nozzle 33.
  • the bracket 31 is fixed to the inner peripheral surface 11f of the outer cylinder 11.
  • the bracket 31 has a fixed surface 31b, a first inclined surface 31s, and a second inclined surface 31t.
  • the fixed surface 31b abuts on the inner peripheral surface 11f of the outer cylinder 11.
  • the bracket 31 is fixed to the inner peripheral surface 11f by appropriate fixing means such as welding or bolts in a state where the fixing surface 31b is abutted against the inner peripheral surface 11f.
  • the first inclined surface 31s is inclined to the first side Dc1 in the circumferential direction Dc with respect to the radial direction Dr toward the central axis O of the outer cylinder 11.
  • the second inclined surface 31t is inclined to the second side Dc2 in the circumferential direction Dc with respect to the radial direction Dr toward the central axis O of the outer cylinder 11.
  • the first inclined surface 31s and the second inclined surface 31t are in contact with each other on the innermost side in the radial direction about the central axis O, and are closer to the outer side in the radial direction (in other words, approaching the inner peripheral surface 11f). It is tilted so that it is separated from each other.
  • the first inclined surface 31s and the second inclined surface 31t in this embodiment are formed symmetrically in the circumferential direction, respectively, and are formed in a plane shape having a constant inclination, but the present invention is not limited to this configuration.
  • the first nozzle 32 is provided on the first inclined surface 31s.
  • the first nozzle 32 is formed with a nozzle hole 32h for injecting water.
  • the second nozzle 33 is provided on the second inclined surface 31t.
  • the second nozzle 33 is formed with a nozzle hole 33h for injecting water.
  • the hole diameter of the nozzle hole 32h of the first nozzle 32 illustrated in the first embodiment and the hole diameter of the nozzle hole 33h of the second nozzle 33 are the same.
  • the water injection unit 30 includes a flow path forming member 36 that connects the supply flow path 35 and the bracket 31 and supplies water to the bracket 31.
  • the flow path forming member 36 extends in the axial direction Da and forms a water flow path 36r with the inner peripheral surface 11f of the outer cylinder 11. Water is supplied to the bracket 31 from the supply flow path 35 through the flow path 36r formed by the flow path forming member 36.
  • water is supplied to the bracket 31 from an external water supply source (not shown) through the supply flow path 35 and the flow path 36r.
  • the water supplied to the bracket 31 is distributed to the first nozzle 32 and the second nozzle 33 in the bracket 31.
  • the water distributed by the bracket 31 is ejected from the nozzle holes 32h and 33h.
  • the first nozzle 32 provided on the first inclined surface 31s of the bracket 31 injects water onto the first side Dc1 in the circumferential direction Dc.
  • the second nozzle 33 provided on the second inclined surface 31t of the bracket 31 injects water onto the second side Dc2 in the circumferential direction Dc.
  • the water injection unit 30 injects water from the inner peripheral surface 11f of the outer cylinder 11.
  • the water droplets ejected from the water injection unit 30 are injected into the air flowing through the air flow path portion R immediately upstream of the reversal flow path portion R2.
  • the ejected water droplets are sent into the inner cylinder 12 together with the air.
  • the droplets evaporate due to the heat of the flame generated by the main burner 25.
  • the water injection unit 30 injects water from the inner peripheral surface 11f of the outer cylinder 11.
  • the droplets are atomized and easily evaporated before reaching the portion where the fuel is injected from the main burner 25.
  • water is sprayed from the inner peripheral surface 11f of the outer cylinder 11 toward the inside of the outer cylinder 11 in the radial direction Dr.
  • the water droplets are less likely to be biased to the outside of Dr in the radial direction. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the amount of droplets reaching the portion where the fuel is injected from the main nozzle 22.
  • the first nozzle 32 injects water onto the first side Dc1 in the circumferential direction Dc.
  • the second nozzle 33 injects water onto the second side Dc2 in the circumferential direction Dc.
  • the distribution of the droplets in the air flow path portion R becomes non-uniform, and the dispersibility of the droplets is enhanced.
  • the droplets evaporate to generate steam, which increases the volume of air containing steam and improves the output of the gas turbine 1.
  • the water injection unit 30 of the first embodiment includes a bracket 31 fixed to the inner peripheral surface 11f of the outer cylinder 11.
  • the first nozzle 32 and the second nozzle 33 are provided on the bracket 31.
  • the water injection unit 30 can be easily installed by simply attaching the bracket 31 provided with the first nozzle 32 and the second nozzle 33 to the inner peripheral surface 11f of the outer cylinder 11. it can.
  • the bracket 31 of the first embodiment has a first inclined surface 31s and a second inclined surface 31t.
  • the first nozzle 32 provided on the first inclined surface 31s of the bracket 31 injects water onto the first side Dc1 in the circumferential direction Dc.
  • the second nozzle 33 provided on the second inclined surface 31t of the bracket 31 injects water onto the second side Dc2 in the circumferential direction Dc.
  • FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of the combustor according to the second embodiment of the combustor.
  • FIG. 6 is a view of the water injection portion of the second embodiment of the combustor as viewed from the inside in the radial direction of the outer cylinder.
  • the combustor 10B in this embodiment includes an outer cylinder 11, an inner cylinder 12, a tail cylinder 13, a back wall 14, a pilot nozzle 21, a main nozzle 22, and an air flow path portion. It mainly includes R and a water injection unit 30B.
  • each water injection unit 30B includes a bracket 31, a first nozzle 32B, and a second nozzle 33B.
  • the first nozzle 32B is provided on the first inclined surface 31s.
  • the first nozzle 32B is formed with a nozzle hole 32h for injecting water.
  • the second nozzle 33B is provided on the second inclined surface 31t.
  • the second nozzle 33B is formed with a nozzle hole 33h for injecting water.
  • the first nozzle 32B and the second nozzle 33B of the water injection portions 30 adjacent to each other in the circumferential direction Dc are provided at different positions in the axial direction Da.
  • the first nozzle 32B of one water injection unit 30B and the second nozzle 33B of the other water injection unit 30B are located at different positions in the axial direction Da. It is provided in.
  • the first nozzle 32B of one of the water injection portions 30B is the first side Da1 side in the axial direction Da of the first inclined surface 31s of the bracket 31. It is provided at the position of. Further, the second nozzle 33B of the other water injection unit 30B is provided at a position on the second side Da2 side in the axial direction Da of the second inclined surface 31t of the bracket 31. Further, in each of the water injection portions 30B, the first nozzle 32B provided on the first inclined surface 31s of the bracket 31 and the second nozzle 33B provided on the second inclined surface 31t are located at positions in the axial direction Da. They are different from each other. As a result, as shown in FIG. 4, the water droplets ejected from the first nozzle 32B and the water droplets ejected from the second nozzle 33B are at different positions in the axial direction Da.
  • the water droplets ejected from the first nozzle 32B of one of the water injection portions 30B in the water injection portions 30B adjacent to each other in the circumferential direction Dc It is possible to prevent the water droplets ejected from the second nozzle 33B of the other water injection unit 30B from interfering with each other. As a result, it is possible to prevent the droplets from coalescing and increasing in size. As a result, the droplets can be easily evaporated.
  • the flame temperature in the combustor 10B can be reduced, and NOx, soot, etc. can be further reduced. Further, the droplets evaporate to generate steam, which increases the volume of air containing steam and improves the output of the gas turbine 1.
  • FIG. 7 is a view of the water injection portion of the third embodiment of the combustor as viewed from the radial inside of the outer cylinder.
  • the combustor 10C in this embodiment includes an outer cylinder 11, an inner cylinder 12, a tail cylinder 13, a back wall 14, a pilot nozzle 21, a main nozzle 22, and an air flow path portion. It mainly includes R and a water injection unit 30C.
  • each water injection unit 30C includes a bracket 31, a first nozzle 32C, and a second nozzle 33C.
  • the first nozzle 32C is provided on the first inclined surface 31s.
  • the first nozzle 32C is formed with a nozzle hole 32j for injecting water.
  • the second nozzle 33C is provided on the second inclined surface 31t.
  • the second nozzle 33C is formed with a nozzle hole 33j for injecting water.
  • the diameters of the nozzle holes 32j and 33j for injecting water are different from each other in the first nozzle 32C and the second nozzle 33C that are adjacent to each other in the circumferential direction Dc. That is, in each water injection unit 30C, the diameter d1 of the nozzle hole 32j of the first nozzle 32C provided on the first inclined surface 31s of the bracket 31 and the second nozzle 33C provided on the second inclined surface 31t of the bracket 31. The diameter d2 of the nozzle hole 33j is different from that of the nozzle hole 33j.
  • the diameter d1 of the nozzle hole 32j of the first nozzle 32C provided in one water injection portion 30C and the diameter d1 of the nozzle hole 32j provided in the other water injection portion 30C are provided.
  • the diameter d2 of the nozzle hole 33j of the second nozzle 33C is different from each other.
  • the range of the effective area of the nozzle hole 32j can be, for example, 0.01 mm 2 to 2.0 mm 2 . Range of the effective area of the nozzle hole 32j is further for example, it may be 2.0mm 2 ⁇ 20.0mm 2. On the other hand, the range of the effective area of the nozzle hole 33j can be, for example, 0.01 mm 2 to 2.0 mm 2 . Range of the effective area of the nozzle hole 33j is further for example, it is a 2.0mm 2 ⁇ 20.0mm 2.
  • the diameters d1 and d2 of the nozzle holes 32j and 33j are different between the first nozzle 32C and the second nozzle 33C.
  • the momentum (flow velocity) of the injected water (droplets) differs between the first nozzle 32C and the second nozzle 33C. Therefore, the distances at which the water droplets ejected from the first nozzle 32C and the second nozzle 33C reach along the injection direction are different.
  • the particle size of the droplet is also different between the first nozzle 32C and the second nozzle 33C. As a result, the distribution of the droplets in the air flow path portion R becomes non-uniform, and the dispersibility of the droplets is enhanced.
  • FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of the combustor according to the fourth embodiment of the combustor.
  • FIG. 9 is a view of the water injection portion of the fourth embodiment of the combustor as viewed from the inside in the radial direction of the outer cylinder.
  • the combustor 10D in this embodiment includes an outer cylinder 11, an inner cylinder 12, a tail cylinder 13, a back wall 14, a pilot nozzle 21, a main nozzle 22, and an air flow path portion. It mainly includes R and a water injection unit 30D.
  • each water injection unit 30D includes a bracket 31, a first nozzle 32D, and a second nozzle 33D.
  • the first nozzle 32D is provided on the first inclined surface 31s.
  • the first nozzle 32D is formed with a nozzle hole 32k for injecting water.
  • the second nozzle 33D is provided on the second inclined surface 31t.
  • the second nozzle 33D is formed with a nozzle hole 33k for injecting water.
  • the first nozzle 32D and the second nozzle 33D which are adjacent to each other in the circumferential direction Dc, have different water injection directions in the axial direction Da.
  • the first nozzle 32D provided on the first inclined surface 31s of the bracket 31 and the second nozzle 33D provided on the second inclined surface 31t of the bracket 31 are from the nozzle holes 32k and 33k.
  • the water injection directions of the water are different from each other in the axial direction Da.
  • the nozzle hole 32k of the first nozzle 32D injects water in a direction inclined to the first side Da1 with respect to a direction orthogonal to the axial direction Da1.
  • the nozzle hole 33k of the second nozzle 33D injects water in a direction inclined toward the second side Da2 with respect to a direction orthogonal to the axial direction Da.
  • the first nozzle 32D provided in one water injection portion 30D and the other water injection portion 30D are provided in the water injection portions 30D adjacent to each other in the circumferential direction Dc.
  • the water injection directions from the nozzle holes 32k and 33k are different from each other in the axial direction Da.
  • the water jets 30D adjacent to each other in the circumferential direction Dc and the water droplets jetted from the first nozzle 32D of one of the water jets 30D It is possible to prevent the water droplets ejected from the second nozzle 33D of the other water injection unit 30D from interfering with each other. As a result, it is possible to prevent the droplets from coalescing and increasing in size. Therefore, the droplets are likely to evaporate. As a result, it is possible to reduce the flame temperature in the combustor 10D and further reduce NOx, soot, and the like. Further, the droplets evaporate to generate steam, which increases the volume of air containing steam and improves the output of the gas turbine 1.
  • the first nozzle 32D injects water in a direction inclined toward the first side Da1 in the axial direction Da
  • the second nozzle 33D is inclined toward the second side Da2 in the axial direction Da.
  • Water is sprayed in the direction, but it is not limited to this.
  • Both the first nozzle 32D and the second nozzle 33D may, for example, inject water in a direction inclined to the first side Da1 in the axial direction Da, and the inclination angles thereof may be different from each other.
  • both the first nozzle 32D and the second nozzle 33D may, for example, inject water in a direction inclined to the second side Da2 in the axial direction Da, and the inclination angles thereof may be different from each other.
  • either one of the first nozzle 32D and the second nozzle 33D may inject water in a direction orthogonal to the axial direction Da without inclining to the first side Da1 or the second side Da2 in the axial direction Da. ..
  • the other of the first nozzle 32D and the second nozzle 33D injects water in a direction inclined toward the first side Da1 or the second side Da2 in the axial direction Da.
  • FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of the combustor according to the fifth embodiment of the combustor.
  • the combustor 10E in this embodiment includes an outer cylinder 11, an inner cylinder 12, a tail cylinder 13, a back wall 14, a pilot nozzle 21, a main nozzle 22, and an air flow path portion. It mainly includes R and a water injection unit 30E.
  • each water injection unit 30E includes a bracket 31, a first nozzle 32, and a second nozzle 33.
  • the combustor 10E includes an annular flow path portion 40 and a water supply hole 41.
  • the annular flow path portion 40 is provided on the outer side of the outer cylinder 11 in the radial direction Dr.
  • the annular flow path portion 40 is provided on the outer peripheral surface 11g of the outer cylinder 11.
  • the annular flow path portion 40 is continuous in the circumferential direction Dc. Water is supplied to the annular flow path portion 40 from the outside via the water supply pipe 42.
  • the water supply pipe 42 is provided through a gap between the inner peripheral surface of the passenger compartment 2 (see FIG. 1) of the gas turbine 1 and the outer peripheral surface of the combustor 10E.
  • the water supply hole 41 penetrates the outer cylinder 11 in the radial direction Dr.
  • the water supply holes 41 are formed on the radial outer sides of the plurality of water injection portions 30E, respectively.
  • the water supply hole 41 supplies water from the annular flow path portion 40 to each of the plurality of water injection portions 30B.
  • water is supplied to the bracket 31 from an external water supply source (not shown) through a water supply pipe 42, an annular flow path portion 40, and each water supply hole 41.
  • the water supplied to the bracket 31 is distributed to the first nozzle 32 and the second nozzle 33. At the first nozzle 32 and the second nozzle 33, the water distributed by the bracket 31 is injected.
  • the water supply pipe 42 and the annular flow path portion 40 are the combustor 10E until the water supplied from the outside reaches the annular flow path portion 40. Exposure to heat inside the outer cylinder 11 is suppressed. As a result, the water supply pipe 42 and the annular flow path portion 40 are suppressed from being affected by thermal stress.
  • the first nozzle 32 injects water onto the first side Dc1 in the circumferential direction Dc.
  • the second nozzle 33D injects water onto the second side Dc2 in the circumferential direction Dc.

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Abstract

燃焼器（１０）は、外筒（１１）と、内筒（１２）と、複数のメインノズル（２２）と、空気流路部（Ｒ）と、複数の水噴射部（３０）と、を備える。複数のメインノズル（２２）は、内筒（１２）の内部に設けられている。複数のメインノズル（２２）は、燃料を噴射する。空気流路部（Ｒ）は、外部から外筒（１１）の内周面（１１ｆ）と内筒（１２）の外周面（１２ｇ）との間に導入した空気を、内筒（１２）内に空気を送り込む。複数の水噴射部（３０）は、外筒（１１）の内周面（１１ｆ）に、中心軸（Ｏ）周りの周方向（Ｄｃ）に間隔をあけて設けられている。複数の水噴射部（３０）は、空気流路部（Ｒ）を流れる空気に水を噴射する。水噴射部（３０）は、第一ノズル（３２）と、第二ノズル（３３）と、を備える。第一ノズル（３２）は、周方向（Ｄｃ）の第一側（Ｄｃ１）に水を噴射する。第二ノズル（３３）は、周方向（Ｄｃ）の第二側（Ｄｃ２）に水を噴射する。

Description

燃焼器及びガスタービン
　この発明は、燃焼器及びガスタービンに関する。
　本願は、２０１９年４月５日に日本に出願された特願２０１９－０７２８２９号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　ガスタービンに用いられる燃焼器としては、ガス燃料と油燃料とを焚くことができるデュアル焚き燃焼器が知られている。このようなデュアル焚き燃焼器で油燃料を焚く場合、燃焼筒内に油燃料とともに水を噴射する技術が知られている。
　例えば、特許文献１には、外筒の内周面と内筒の外周面との間に形成された空気流路に、水供給部を備える燃焼器が開示されている。この特許文献１の燃焼器に形成された空気流路は、内筒の後端で流通方向が反転される反転部を備えている。この反転部を経た空気は、内筒内に燃料を噴射する燃料ノズルに供給される。水供給部は、空気流路の反転部以前に設けられて空気流路を流れる空気に水又は蒸気を供給する。この特許文献１の燃焼器では、水供給部で空気に水又は蒸気を供給することで、燃焼器の火炎温度の低減を図り、ＮＯｘ（窒素酸化物）や煤などを低減している。
特開２０１４－１４５５６３号公報
　特許文献１に開示された燃焼器では、外筒と内筒との間の空気流路の空気に水が供給される。そのため、水供給部から空気流路内に供給された水は、反転部で水に作用する遠心力によって、反転部の径方向外側の内周面に付着しやすい。水が、反転部の内周面に付着すると、水が火炎にまで到達しにくくなる。その結果、燃焼器における火炎温度の低減を図り、ＮＯｘや煤などの低減を行うという効果に改善の余地がある。
　この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ＮＯｘや煤などの低減をさらに図ることができる燃焼器及びガスタービンを提供することを目的とする。
　この発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
　この発明の第一態様によれば、燃焼器は、外筒と、内筒と、複数の燃料ノズルと、空気流路部と、複数の水噴射部と、を備える。前記外筒は、軸線方向に延びる筒状である。前記内筒は、前記外筒の径方向内側に設けられている。内筒は、前記軸線方向に延びる筒状である。複数の前記燃料ノズルは、前記内筒の内部に設けられている。複数の前記燃料ノズルは、燃料を噴射する。前記空気流路部は、外部から前記外筒の内周面と前記内筒の外周面との間に導入した空気を、前記内筒内に送り込む。複数の前記水噴射部は、前記外筒の内周面に、前記軸線周りの周方向に間隔をあけて設けられている。複数の前記水噴射部は、前記外筒の径方向内側に向かって水を噴射する。前記水噴射部は、第一ノズルと、第二ノズルと、を備える。前記第一ノズルは、前記周方向第一側に水を噴射する。前記第二ノズルは、前記周方向第二側に水を噴射する。
　このように構成することで、水噴射部では、外筒の内周面から水を噴射する。噴射された水の液滴は、空気と共に内筒内に送り込まれる。したがって、燃料ノズルから燃料が噴射される部分に到達するまでの間に、液滴が微粒化して蒸発しやすくなる。また、水は、外筒の内周面から外筒の径方向内側に噴射されるので、遠心力が作用しても、水の液滴は径方向外側に偏り難くなる。したがって、燃料ノズルから燃料が噴射される部分に到達する液滴の量が減ることが抑えられる。さらに、第一ノズルは、周方向第一側に水を噴射する。第二ノズルは、周方向第二側に水を噴射する。これにより、空気流路部内における液滴の分布が不均一となり、液滴の分散性が高まる。したがって、ＮＯｘや煤などの低減をさらに図ることが可能となる。
　この発明の第二態様によれば、第一態様に係る前記水噴射部は、前記外筒の内周面に固定されたブラケットを備えるようにしてもよい。前記第一ノズル及び前記第二ノズルは、前記ブラケットに設けられているようにしてもよい。
　このように構成することで、第一ノズル及び第二ノズルが設けられたブラケットを外筒の内周面に取り付けるのみで、水噴射部の設置を容易に行うことができる。
　この発明の第三態様によれば、第二態様に係る前記ブラケットは、第一傾斜面と、第二傾斜面とを有するようにしてもよい。前記第一傾斜面は、前記周方向第一側に傾斜し、前記第一ノズルが設けられている。前記第二傾斜面は、前記周方向第二側に傾斜し、前記第二ノズルが設けられている。
　このように構成することで、ブラケットの第一傾斜面に設けられた第一ノズルは、周方向第一側に水を噴射する。また、ブラケットの第二傾斜面に設けられた第二ノズルは、周方向第二側に水を噴射する。このようなブラケットを用いることで、第一ノズル及び第二ノズルを、所定の方向に傾斜させた状態で容易に設置することができる。
　この発明の第四態様によれば、第一から第三態様の何れか一つの態様に係る燃焼器は、周方向で互いに隣り合う前記水噴射部同士において、一方の前記水噴射部の前記第一ノズルと、他方の前記水噴射部の前記第二ノズルとが、前記軸線方向で互いに異なる位置に設けられているようにしてもよい。
　このように構成することで、周方向で互いに隣り合う水噴射部同士において、一方の水噴射部の第一ノズルから噴射された水の液滴と、他方の水噴射部の第二ノズルから噴射された水の液滴とが、互いに干渉することが抑えられる。これにより、液滴同士が合体して大型化することが抑えられる。したがって、液滴が蒸発しやすくなる。
　この発明の第五態様によれば、第一から第四態様の何れか一つの態様に係る燃焼器は、周方向で互いに隣り合う前記水噴射部同士において、前記第一ノズルと前記第二ノズルとで、水を噴射するノズル孔の径が、互いに異なるようにしてもよい。
　このように構成することで、第一ノズルと第二ノズルとで、噴射される水（液滴）の勢い（流速）が異なる。これにより、第一ノズルと第二ノズルとでは、それぞれから噴射された水の液滴が、噴射方向に沿って到達する距離が異なる。また、第一ノズルと第二ノズルとでは、液滴の粒径も異なる。これにより、空気流路部内における液滴の分布が不均一となり、液滴の分散性が高まる。
　この発明の第六態様によれば、第一から第五態様の何れか一つの態様に係る燃焼器は、周方向で互いに隣り合う前記水噴射部同士において、前記第一ノズルと前記第二ノズルとで、水の噴射方向が前記軸線方向で互いに異なるようにしてもよい。
　このように構成することで、周方向で互いに隣り合う前記水噴射部同士において、一方の水噴射部の第一ノズルから噴射された水の液滴と、他方の水噴射部の第二ノズルから噴射された水の液滴とが、互いに干渉することが抑えられる。これにより、液滴同士が合体して大型化することが抑えられる。したがって、液滴が蒸発しやすくなる。
　この発明の第七態様によれば、第一から第六態様の何れか一つの態様に係る燃焼器は、環状流路部と、水供給孔と、を備えるようにしてもよい。前記環状流路部は、前記外筒の外周面に設けられている。前記環状流路部は、周方向に連続して外部から水が供給される。前記水供給孔は、前記外筒を径方向に貫通している。前記水供給孔は、前記環状流路部から複数の前記水噴射部のそれぞれに水を供給する。
　このように構成することで、外部から供給される水が、環状流路部に至るまでは、水が燃焼器の外筒内で熱に曝されることが抑えられる。これにより、水を供給する系統の配管等が熱応力の影響を受けることが抑えられる。
　この発明の第八態様によれば、ガスタービンは、第一から第七態様の何れか一つの態様に係る燃焼器を備える。
　このようにすることで、ガスタービンの商品性を向上できる。
　上記燃焼器によれば、ＮＯｘや煤などの低減をさらに図ることが可能となる。
この発明の一実施形態における燃焼器の内部構成を示す断面図である。 上記燃焼器の要部を示す拡大断面図である。 図２のＡ－Ａ線に沿う断面図である。 上記燃焼器の水噴射部を、外筒の径方向内側から見た図である。 上記燃焼器の第二実施形態における燃焼器の要部を示す拡大断面図である。 上記燃焼器の第二実施形態における水噴射部を、外筒の径方向内側から見た図である。 上記燃焼器の第三実施形態における水噴射部を、外筒の径方向内側から見た図である。 上記燃焼器の第四実施形態における燃焼器の要部を示す拡大断面図である。 上記燃焼器の第四実施形態における水噴射部を、外筒の径方向内側から見た図である。 上記燃焼器の第五実施形態における燃焼器の要部を示す拡大断面図である。
　以下、この発明の一実施形態における燃焼器及びガスタービンを図面に基づき説明する。
（第一実施形態）
　図１は、この実施形態の燃焼器の内部構成を示す断面図である。
　図１に示すように、この実施形態の燃焼器１０は、ガスタービン１の車室２に設けられている。燃焼器１０は、ガス焚きと油焚きとの両方が可能なデュアル方式のものである。燃焼器１０には、ガスタービン１の圧縮機（図示無し）で生成された圧縮空気が導入される。燃焼器１０は、導入された圧縮空気に燃料を噴射し、高温・高圧の燃焼ガスを発生させる。
　燃焼器１０は、外筒１１と、内筒１２と、尾筒１３と、背面壁１４と、パイロットノズル２１と、メインノズル（燃料ノズル）２２と、空気流路部Ｒと、水噴射部３０と、を主に備えている。
　外筒１１は、ガスタービン１の車室２に支持されている。外筒１１は、その中心軸Ｏの延びる軸線方向Ｄａに延びる筒状に形成されている。
　内筒１２は、外筒１１に対し、中心軸Ｏを中心とした径方向内側に設けられている。内筒１２は、軸線方向Ｄａに延びる筒状である。軸線方向Ｄａにおける内筒１２の第一側Ｄａ１の端部１２ａは、軸線方向Ｄａにおける外筒１１の第一側Ｄａ１の端部１１ａの中心軸Ｏを中心とした径方向内側に配置されている。軸線方向Ｄａにおける内筒１２の第二側Ｄａ２の端部１２ｂは、軸線方向Ｄａにおける外筒１１の軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２の端部１１ｂよりも第二側Ｄａ２に配置されている。なお、この実施形態における内筒１２は、軸線方向Ｄａの第一側Ｄａ１の端部１２ａに円筒部５１（後述する）を有している場合を例示している。
　尾筒１３は、内筒１２の第二側Ｄａ２の端部１２ｂの径方向外側に設けられている。尾筒１３は、軸線方向Ｄａに延びる筒状である。
　背面壁１４は、外筒１１の軸線方向Ｄａの第一側Ｄａ１の端部１１ａを閉塞する。背面壁１４は、中心軸Ｏ周りの周方向Ｄｃに連続する案内面１５を有する。案内面１５は、中心軸Ｏに直交する方向から見て、軸線方向Ｄａの第一側Ｄａ１に凹となる湾曲面である。案内面１５は、内筒１２の第一側Ｄａ１の端部１２ａに対して間隔をあけて配置されている。
　パイロットノズル２１は、内筒１２の中心軸Ｏに沿って設けられている。パイロットノズル２１は、外部から供給される燃料を先端部２１ａから噴射する。パイロットノズル２１から噴射された燃料に着火することで、火炎を生成する。
　パイロットノズル２１は、パイロットコーン２４を備えている。パイロットコーン２４は、パイロットノズル２１の先端部２１ａを外周側から囲む筒状に形成されている。パイロットコーン２４は、テーパコーン部２４ｃを有している。テーパコーン部２４ｃは、パイロットノズル２１の先端部２１ａ近傍から、火炎の生成方向に向けて、その内径が漸次拡大する。テーパコーン部２４ｃは、火炎の拡散範囲、方向を規制し、保炎性を高める。
　パイロットノズル２１の外周面とパイロットコーン２４の内周面との間には、パイロットスワラ２８が設けられている。パイロットスワラ２８は、パイロットコーン２４内に供給される空気を整流する。
　メインノズル２２は、内筒１２内に複数本が設けられている。複数本のメインノズル２２は、パイロットノズル２１の径方向外側に、周方向Ｄｃに間隔をあけて配置されている。各メインノズル２２は、内筒１２の軸線方向Ｄａに延びている。
　メインノズル２２の先端部２２ａの外周側には、メインバーナ２５が設けられている。メインバーナ２５は、筒状で、内筒１２の中心側のパイロットコーン２４に近接する側２５ａが、火炎の生成方向に向けて漸次外周側に傾斜して形成されている。
　メインノズル２２の先端部２２ａの外周面とメインバーナ２５の内周面との間には、メインスワラ２９が設けられている。メインスワラ２９は、メインバーナ２５内に供給される空気を整流する。
　図２は、燃焼器の要部を示す拡大断面図である。
　図１、図２に示すように、空気流路部Ｒは、導入流路部Ｒ１と、反転流路部Ｒ２と、内部流路部Ｒ３と、を備えている。
　導入流路部Ｒ１は、外筒１１の内周面１１ｆと内筒１２の外周面１２ｇとの間に形成されている。導入流路部Ｒ１は、外筒１１の軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２の端部１１ｂと内筒１２の外周面１２ｇとの隙間に形成される開口１６から、空気が導入される。開口１６には、パンチメタル２７が設けられている。パンチメタル２７は、多数の孔が形成された多孔板である。パンチメタル２７は、ガスタービン１の圧縮機（図示無し）から流れ込む空気を整流する。導入流路部Ｒ１に導入された空気は、導入流路部Ｒ１において、軸線方向Ｄａの第一側Ｄａ１に向かって流れる。
　反転流路部Ｒ２は、導入流路部Ｒ１に導入された空気の流通方向を、軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２に反転させる。反転流路部Ｒ２には、円筒部５１と、ガイドベーン５２とが設けられている。円筒部５１は、上述した内筒１２の第一側Ｄａ１の端部１２ａを形成している。円筒部５１は、径方向外側に膨らんだベルマウス構造である。ガイドベーン５２は、周方向Ｄｃで隣り合うメインノズル２２の間に設けられている。ガイドベーン５２は、円筒部５１の第一側Ｄａ１の先端５１ａの近傍から、軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２に向かって径方向内側に湾曲して延びている。
　反転流路部Ｒ２は、導入流路部Ｒ１に導入された空気を、背面壁１４の案内面１５、及びガイドベーン５２により、径方向内側から軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２に流れるように反転させる。反転流路部Ｒ２で流通方向が変換された空気は、内筒１２内の内部流路部Ｒ３に送り込む。
　内部流路部Ｒ３は、内筒１２の径方向内側に形成されている。反転流路部Ｒ２で流通方向が反転された空気は、内筒１２の軸線方向Ｄａの第一側Ｄａ１の端部１２ａ側から、軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２の端部１２ｂに向かって内部流路部Ｒ３を流れる。
　図３は、図２のＡ－Ａ線に沿う断面図である。
　図２、図３に示すように、水噴射部３０は、中心軸Ｏ周りの周方向Ｄｃに等間隔をあけて複数設けられている。各水噴射部３０は、内筒１２の端部１２ａの径方向外側に配置されている。各水噴射部３０は、反転流路部Ｒ２の流通方向上流側に配置されている。水噴射部３０は、空気流路部Ｒを流れる空気に水を噴射する。水噴射部３０は、外筒１１の内周面１１ｆに設けられている。水噴射部３０は、外筒１１の内周面１１ｆ側から、燃焼器１０の径方向内側の導入流路部Ｒ１に向かって水を噴射する。
　図４は、燃焼器の水噴射部を、外筒の径方向内側から見た図である。
　図３、図４に示すように、各水噴射部３０は、ブラケット３１と、第一ノズル３２と、第二ノズル３３と、を備えている。
　ブラケット３１は、外筒１１の内周面１１ｆに固定されている。ブラケット３１は、固定面３１ｂと、第一傾斜面３１ｓと、第二傾斜面３１ｔとを有している。
　固定面３１ｂは、外筒１１の内周面１１ｆに、突き当たっている。ブラケット３１は、固定面３１ｂを内周面１１ｆに突き当てた状態で、溶接やボルト等の適宜固定手段によって内周面１１ｆに固定されている。
　第一傾斜面３１ｓは、外筒１１の中心軸Ｏに向かう径方向Ｄｒに対して周方向Ｄｃの第一側Ｄｃ１に傾斜している。第二傾斜面３１ｔは、外筒１１の中心軸Ｏに向かう径方向Ｄｒに対して周方向Ｄｃの第二側Ｄｃ２に傾斜している。言い換えれば、第一傾斜面３１ｓ及び第二傾斜面３１ｔは、中心軸Ｏを中心とした径方向の最も内側で互いに接するとともに、径方向の外側に向かうに従って（言い換えれば、内周面１１ｆに近づくほど）互いに離間するように傾斜している。この実施形態における第一傾斜面３１ｓと第二傾斜面３１ｔとは、それぞれ周方向で対称に形成され、それぞれ傾きが一定の平面状に形成されているが、この構成に限られない。
　第一ノズル３２は、第一傾斜面３１ｓに設けられている。第一ノズル３２には、水を噴射するノズル孔３２ｈが形成されている。第二ノズル３３は、第二傾斜面３１ｔに設けられている。第二ノズル３３には、水を噴射するノズル孔３３ｈが形成されている。
　この第一実施形態で例示する第一ノズル３２のノズル孔３２ｈの孔径と、第二ノズル３３のノズル孔３３ｈの孔径とは、同一である。ノズル孔３２ｈ、３３ｈの有効面積の範囲は、例えば、０．０１ｍｍ２～２．０ｍｍ２とすることができる。さらに、ノズル孔３２ｈ、３３ｈの有効面積の範囲は、例えば、２．０ｍｍ２～２０．０ｍｍ２としてもよい。なお、有効面積＝質量流量／（２×差圧×水密度）０．５である。
　このような複数の水噴射部３０には、外部の水供給源（図示無し）から水が供給される。そのため、図２に示すように、背面壁１４には、各水噴射部３０に水を供給する供給流路３５が形成されている。水噴射部３０は、供給流路３５とブラケット３１とを接続し、水をブラケット３１に供給する流路形成部材３６を備える。流路形成部材３６は、軸線方向Ｄａに延び、外筒１１の内周面１１ｆとの間に、水の流路３６ｒを形成する。ブラケット３１には、流路形成部材３６によって形成する流路３６ｒを通して、供給流路３５から水が供給される。
　このような水噴射部３０では、外部の水供給源（図示無し）から供給流路３５、流路３６ｒを通してブラケット３１に水が供給される。ブラケット３１に供給された水は、ブラケット３１内で第一ノズル３２と第二ノズル３３とに分配される。第一ノズル３２、第二ノズル３３では、ブラケット３１で分配された水が、ノズル孔３２ｈ、３３ｈから噴射される。図４に示すように、ブラケット３１の第一傾斜面３１ｓに設けられた第一ノズル３２は、周方向Ｄｃの第一側Ｄｃ１に水を噴射する。また、ブラケット３１の第二傾斜面３１ｔに設けられた第二ノズル３３は、周方向Ｄｃの第二側Ｄｃ２に水を噴射する。
　このようにして、水噴射部３０では、外筒１１の内周面１１ｆから水を噴射する。水噴射部３０から噴射される水の液滴は、反転流路部Ｒ２のすぐ上流側で、空気流路部Ｒを流れる空気中に噴射される。噴射された水の液滴は、空気と共に、内筒１２内に送り込まれる。液滴は、メインバーナ２５で生成される火炎の熱により蒸発する。
　したがって、上述した第一実施形態の燃焼器１０によれば、水噴射部３０では、外筒１１の内周面１１ｆから水を噴射する。これにより、メインバーナ２５から燃料が噴射される部分に到達するまでの間に、液滴が微粒化して蒸発しやすくなる。また、水は、外筒１１の内周面１１ｆから外筒１１の径方向Ｄｒ内側に向かって噴射される。これにより、反転流路部Ｒ２で遠心力が作用しても、水の液滴は径方向Ｄｒ外側に偏り難くなる。そのため、メインノズル２２から燃料が噴射される部分に到達する液滴の量の減少を抑えることができる。さらに、第一ノズル３２は、周方向Ｄｃの第一側Ｄｃ１に水を噴射する。第二ノズル３３は、周方向Ｄｃの第二側Ｄｃ２に水を噴射する。これにより、空気流路部Ｒ内における液滴の分布が不均一となり、液滴の分散性が高まる。その結果、燃焼器１０における火炎温度の低減を図り、ＮＯｘや煤などの低減をさらに図ることが可能となる。また、液滴が蒸発して蒸気が生成されることで、蒸気を含む空気の体積が増え、ガスタービン１の出力が向上する。
　第一実施形態の水噴射部３０は、外筒１１の内周面１１ｆに固定されたブラケット３１を備えている。第一ノズル３２及び第二ノズル３３は、ブラケット３１に設けられている。このように構成することで、第一ノズル３２及び第二ノズル３３が設けられたブラケット３１を、外筒１１の内周面１１ｆに取り付けるのみで、水噴射部３０の設置を容易に行うことができる。
　第一実施形態のブラケット３１は、第一傾斜面３１ｓと、第二傾斜面３１ｔとを有している。これにより、ブラケット３１の第一傾斜面３１ｓに設けられた第一ノズル３２は、周方向Ｄｃの第一側Ｄｃ１に水を噴射する。また、ブラケット３１の第二傾斜面３１ｔに設けられた第二ノズル３３は、周方向Ｄｃの第二側Ｄｃ２に水を噴射する。このようなブラケット３１を用いることで、第一ノズル３２及び第二ノズル３３を、所定の方向に傾斜させた状態で容易に設置することができる。
（第二実施形態）
　次に、この発明に係る燃焼器の第二実施形態について説明する。以下に説明する第二実施形態においては、第一実施形態と第一ノズル３２Ｂ、第二ノズル３３Ｂの構成のみが異なるので、第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複説明を省略する。
　図５は、上記燃焼器の第二実施形態における燃焼器の要部を示す拡大断面図である。図６は、上記燃焼器の第二実施形態における水噴射部を、外筒の径方向内側から見た図である。
　図１に示すように、この実施形態における燃焼器１０Ｂは、外筒１１と、内筒１２と、尾筒１３と、背面壁１４と、パイロットノズル２１と、メインノズル２２と、空気流路部Ｒと、水噴射部３０Ｂと、を主に備えている。
　図５、図６に示すように、各水噴射部３０Ｂは、ブラケット３１と、第一ノズル３２Ｂと、第二ノズル３３Ｂと、を備えている。
　第一ノズル３２Ｂは、第一傾斜面３１ｓに設けられている。第一ノズル３２Ｂには、水を噴射するノズル孔３２ｈが形成されている。
　第二ノズル３３Ｂは、第二傾斜面３１ｔに設けられている。第二ノズル３３Ｂには、水を噴射するノズル孔３３ｈが形成されている。
　周方向Ｄｃで互いに隣り合う水噴射部３０同士（図３参照）の第一ノズル３２Ｂと第二ノズル３３Ｂとは、軸線方向Ｄａで互いに異なる位置に設けられている。言い換えれば、周方向Ｄｃで互いに隣り合う水噴射部３０において、一方の水噴射部３０Ｂの第一ノズル３２Ｂと、他方の水噴射部３０Ｂの第二ノズル３３Ｂとは、軸線方向Ｄａで互いに異なる位置に設けられている。
　図４、図５に示すように、この第二実施形態では、一方の水噴射部３０Ｂの第一ノズル３２Ｂは、ブラケット３１の第一傾斜面３１ｓのうち、軸線方向Ｄａの第一側Ｄａ１側の位置に設けられている。さらに、他方の水噴射部３０Ｂの第二ノズル３３Ｂは、ブラケット３１の第二傾斜面３１ｔのうち、軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２側の位置に設けられている。また、それぞれの水噴射部３０Ｂにおいて、ブラケット３１の第一傾斜面３１ｓに設けられた第一ノズル３２Ｂと、第二傾斜面３１ｔに設けられた第二ノズル３３Ｂとは、軸線方向Ｄａにおける位置が互いに異なっている。これにより、図４に示すように、第一ノズル３２Ｂから噴射される水の液滴と、第二ノズル３３Ｂから噴射される水の液滴とは、軸線方向Ｄａで互いに位置が異なる。
　したがって、上述した第二実施形態の燃焼器１０Ｂによれば、周方向Ｄｃで互いに隣り合う水噴射部３０Ｂ同士において、一方の水噴射部３０Ｂの第一ノズル３２Ｂから噴射された水の液滴と、他方の水噴射部３０Ｂの第二ノズル３３Ｂから噴射された水の液滴とが、互いに干渉することが抑えられる。これにより、液滴同士が合体して大型化することを抑えることができる。その結果、液滴を蒸発し易くすることができる。
　第二実施形態では、上記第一実施形態と同様、燃焼器１０Ｂにおける火炎温度の低減を図り、ＮＯｘや煤などの低減をさらに図ることが可能となる。また、液滴が蒸発して蒸気が生成されることで、蒸気を含む空気の体積が増え、ガスタービン１の出力が向上する。
（第三実施形態）
　次に、この発明に係る燃焼器の第三実施形態について説明する。以下に説明する第三実施形態においては、第一実施形態と第一ノズル３２Ｃ、第二ノズル３３Ｃの構成のみが異なるので、第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複説明を省略する。
　図７は、上記燃焼器の第三実施形態における水噴射部を、外筒の径方向内側から見た図である。
　図１に示すように、この実施形態における燃焼器１０Ｃは、外筒１１と、内筒１２と、尾筒１３と、背面壁１４と、パイロットノズル２１と、メインノズル２２と、空気流路部Ｒと、水噴射部３０Ｃと、を主に備えている。
　図７に示すように、各水噴射部３０Ｃは、ブラケット３１と、第一ノズル３２Ｃと、第二ノズル３３Ｃと、を備えている。
　第一ノズル３２Ｃは、第一傾斜面３１ｓに設けられている。第一ノズル３２Ｃには、水を噴射するノズル孔３２ｊが形成されている。
　第二ノズル３３Ｃは、第二傾斜面３１ｔに設けられている。第二ノズル３３Ｃには、水を噴射するノズル孔３３ｊが形成されている。
　この第三実施形態において、周方向Ｄｃで互いに隣り合う第一ノズル３２Ｃと第二ノズル３３Ｃとで、水を噴射するノズル孔３２ｊ、３３ｊの径が、互いに異なっている。すなわち、各水噴射部３０Ｃにおいて、ブラケット３１の第一傾斜面３１ｓに設けられた第一ノズル３２Ｃのノズル孔３２ｊの径ｄ１と、ブラケット３１の第二傾斜面３１ｔに設けられた第二ノズル３３Ｃのノズル孔３３ｊの径ｄ２とは、互いに異なっている。これにより、周方向Ｄｃにおいて互いに隣り合う水噴射部３０Ｃ同士において、一方の水噴射部３０Ｃに設けられた第一ノズル３２Ｃのノズル孔３２ｊの径ｄ１と、他方の水噴射部３０Ｃに設けられた第二ノズル３３Ｃのノズル孔３３ｊの径ｄ２とは、互いに異なっている。
　この実施形態において、ノズル孔３２ｊの有効面積の範囲は、例えば、０．０１ｍｍ２～２．０ｍｍ２とすることができる。ノズル孔３２ｊの有効面積の範囲は、更に、例えば、２．０ｍｍ２～２０．０ｍｍ２としてもよい。これに対し、ノズル孔３３ｊの有効面積の範囲は、例えば、０．０１ｍｍ２～２．０ｍｍ２とすることができる。ノズル孔３３ｊの有効面積の範囲は、更に、例えば、２．０ｍｍ２～２０．０ｍｍ２とすることができる。
　上述した第三実施形態の燃焼器１０Ｃによれば、第一ノズル３２Ｃと第二ノズル３３Ｃとで、ノズル孔３２ｊ、３３ｊの径ｄ１、ｄ２が互いに異なる。これにより、第一ノズル３２Ｃと第二ノズル３３Ｃとで、噴射される水（液滴）の勢い（流速）が異なる。そのため、第一ノズル３２Ｃと第二ノズル３３Ｃとでは、それぞれから噴射された水の液滴が、噴射方向に沿って到達する距離が異なる。また、第一ノズル３２Ｃと第二ノズル３３Ｃとでは、液滴の粒径も異なる。これにより、空気流路部Ｒ内における液滴の分布が不均一となり、液滴の分散性が高まる。その結果、燃焼器１０Ｃにおける火炎温度の低減を図り、ＮＯｘや煤などの低減をさらに図ることが可能となる。また、液滴が蒸発して蒸気が生成されることで、蒸気を含む空気の体積が増え、ガスタービン１の出力が向上する。
（第四実施形態）
　次に、この発明に係る燃焼器の第四実施形態について説明する。以下に説明する第四実施形態においては、第一実施形態と第一ノズル３２Ｄ、第二ノズル３３Ｄの構成のみが異なるので、第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複説明を省略する。
　図８は、上記燃焼器の第四実施形態における燃焼器の要部を示す拡大断面図である。図９は、上記燃焼器の第四実施形態における水噴射部を、外筒の径方向内側から見た図である。
　図１に示すように、この実施形態における燃焼器１０Ｄは、外筒１１と、内筒１２と、尾筒１３と、背面壁１４と、パイロットノズル２１と、メインノズル２２と、空気流路部Ｒと、水噴射部３０Ｄと、を主に備えている。
　図８，図９に示すように、各水噴射部３０Ｄは、ブラケット３１と、第一ノズル３２Ｄと、第二ノズル３３Ｄと、を備えている。
　第一ノズル３２Ｄは、第一傾斜面３１ｓに設けられている。第一ノズル３２Ｄには、水を噴射するノズル孔３２ｋが形成されている。
　第二ノズル３３Ｄは、第二傾斜面３１ｔに設けられている。第二ノズル３３Ｄには、水を噴射するノズル孔３３ｋが形成されている。
　周方向Ｄｃで互いに隣り合う第一ノズル３２Ｄ、及び第二ノズル３３Ｄとで、水の噴射方向が軸線方向Ｄａで互いに異なる。各水噴射部３０Ｄにおいて、ブラケット３１の第一傾斜面３１ｓに設けられた第一ノズル３２Ｄと、ブラケット３１の第二傾斜面３１ｔに設けられた第二ノズル３３Ｄとは、ノズル孔３２ｋ、３３ｋからの水の噴射方向が軸線方向Ｄａで互いに異なっている。この第三実施形態において、第一ノズル３２Ｄのノズル孔３２ｋは、軸線方向Ｄａに直交する方向に対して第一側Ｄａ１に傾斜した方向に水を噴射する。第二ノズル３３Ｄのノズル孔３３ｋは、軸線方向Ｄａに直交する方向に対して第二側Ｄａ２に傾斜した方向に水を噴射する。これにより、図３に示すように、周方向Ｄｃにおいて互いに隣り合う水噴射部３０Ｄ同士において、一方の水噴射部３０Ｄに設けられた第一ノズル３２Ｄと、他方の水噴射部３０Ｄに設けられた第二ノズル３３Ｄとは、ノズル孔３２ｋ、３３ｋからの水の噴射方向が軸線方向Ｄａで互いに異なる。
　したがって、上述した第四実施形態の燃焼器１０Ｄによれば、周方向Ｄｃで互いに隣り合う水噴射部３０Ｄ同士で、一方の水噴射部３０Ｄの第一ノズル３２Ｄから噴射された水の液滴と、他方の水噴射部３０Ｄの第二ノズル３３Ｄから噴射された水の液滴とが、互いに干渉することが抑えられる。これにより、液滴同士が合体して大型化することが抑えられる。したがって、液滴が蒸発しやすくなる。これにより、燃焼器１０Ｄにおける火炎温度の低減を図り、ＮＯｘや煤などの低減をさらに図ることが可能となる。また、液滴が蒸発して蒸気が生成されることで、蒸気を含む空気の体積が増え、ガスタービン１の出力が向上する。
　なお、上記第四実施形態では、第一ノズル３２Ｄは、軸線方向Ｄａの第一側Ｄａ１に傾斜した方向に水を噴射し、第二ノズル３３Ｄは、軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２に傾斜した方向に水を噴射するようにしたが、これに限らない。第一ノズル３２Ｄ、第二ノズル３３Ｄの双方で、例えば，軸線方向Ｄａの第一側Ｄａ１に傾斜した方向に水を噴射しつつ、その傾斜角度が互いに異なっていてもよい。また、第一ノズル３２Ｄ、第二ノズル３３Ｄの双方で、例えば，軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２に傾斜した方向に水を噴射しつつ、その傾斜角度が互いに異なっていてもよい。
　さらに、第一ノズル３２Ｄ及び第二ノズル３３Ｄのいずれか一方は、軸線方向Ｄａの第一側Ｄａ１又は第二側Ｄａ２に傾斜せず、軸線方向Ｄａに直交する方向に水を噴射してもよい。この場合、第一ノズル３２Ｄ及び第二ノズル３３Ｄの他方は、軸線方向Ｄａの第一側Ｄａ１又は第二側Ｄａ２に傾斜した方向に水を噴射する。
（第五実施形態）
　次に、この発明に係る燃焼器の第五実施形態について説明する。以下に説明する第五実施形態においては、第一実施形態と第一ノズル３２、第二ノズル３３の構成のみが異なるので、第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複説明を省略する。
　図１０は、上記燃焼器の第五実施形態における燃焼器の要部を示す拡大断面図である。
　図１に示すように、この実施形態における燃焼器１０Ｅは、外筒１１と、内筒１２と、尾筒１３と、背面壁１４と、パイロットノズル２１と、メインノズル２２と、空気流路部Ｒと、水噴射部３０Ｅと、を主に備えている。
　水噴射部３０Ｅは、中心軸Ｏ周りの周方向に等間隔をあけて複数が設けられている。図１０に示すように、各水噴射部３０Ｅは、ブラケット３１と、第一ノズル３２と、第二ノズル３３と、を備えている。
　複数の水噴射部３０Ｅには、外部の水供給源（図示無し）から水が供給される。このため、燃焼器１０Ｅは、環状流路部４０と、水供給孔４１と、を備えている。
　環状流路部４０は、外筒１１の径方向Ｄｒ外側に設けられている。環状流路部４０は、外筒１１の外周面１１ｇに設けられている。環状流路部４０は、周方向Ｄｃに連続している。環状流路部４０には、水供給管４２を介して、外部から水が供給される。水供給管４２は、ガスタービン１の車室２（図１参照）の内周面と、燃焼器１０Ｅの外周面との隙間を通して設けられている。
　水供給孔４１は、外筒１１を径方向Ｄｒに貫通している。水供給孔４１は、複数の水噴射部３０Ｅの径方向外側にそれぞれ形成されている。水供給孔４１は、環状流路部４０から複数の水噴射部３０Ｂのそれぞれに水を供給する。
　このような水噴射部３０Ｅでは、外部の水供給源（図示無し）から水供給管４２、環状流路部４０、各水供給孔４１を通してブラケット３１に水が供給される。ブラケット３１に供給された水は、第一ノズル３２と第二ノズル３３とに分配される。第一ノズル３２、第二ノズル３３では、ブラケット３１で分配された水が噴射される。
　したがって、上述した第五実施形態の燃焼器１０Ｅによれば、外部から供給される水が、環状流路部４０に至るまでは、水供給管４２や環状流路部４０が、燃焼器１０Ｅの外筒１１内で熱に曝されることが抑えられる。これにより、水供給管４２や環状流路部４０が、熱応力の影響を受けることが抑えられる。
　また、上記第一から第四実施形態と同様、第一ノズル３２は、周方向Ｄｃの第一側Ｄｃ１に水を噴射する。第二ノズル３３Ｄは、周方向Ｄｃの第二側Ｄｃ２に水を噴射する。これにより、空気流路部Ｒ内における液滴の分布が不均一となり、液滴の分散性が高まる。したがって、ＮＯｘや煤などの低減をさらに図ることが可能となる。また、液滴が蒸発して蒸気が生成されることで、蒸気を含む空気の体積が増え、ガスタービン１の出力が向上する。
（その他の変形例）
　なお、この発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な形状や構成等は一例にすぎず、適宜変更が可能である。例えば、上記第一～第五実施形態で示した構成を、適宜組み合わせることも可能である。
　上記燃焼器によれば、ＮＯｘや煤などの低減をさらに図ることが可能となる。
１　ガスタービン
２　車室
１０、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ　燃焼器
１１　外筒
１１ａ　端部
１１ｂ　端部
１１ｆ　内周面
１１ｇ　外周面
１２　内筒
１２ａ　端部
１２ｂ　端部
１２ｇ　外周面
１３　尾筒
１４　背面壁
１５　案内面
１６　開口
２１　パイロットノズル
２１ａ　先端部
２２　メインノズル（燃料ノズル）
２２ａ　先端部
２４　パイロットコーン
２４ｃ　テーパコーン部
２５　メインバーナ
２５ａ　パイロットコーンに近接する側
２７　パンチメタル
２８　パイロットスワラ
２９　メインスワラ
３０、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ、３０Ｅ　水噴射部
３１　ブラケット
３１ｂ　固定面
３１ｓ　第一傾斜面
３１ｔ　第二傾斜面
３２、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄ　第一ノズル
３２ｈ、３２ｊ、３２ｋ　ノズル孔
３３、３３Ｂ、３３Ｃ、３３Ｄ　第二ノズル
３３ｈ、３３ｊ、３３ｋ　ノズル孔
３５　供給流路
３６　流路形成部材
３６ｒ　流路
４０　環状流路部
４１　水供給孔
４２　水供給管
５１　円筒部
５１ａ　先端
５２　ガイドベーン
Ｏ　中心軸
Ｒ　空気流路部
Ｒ１　導入流路部
Ｒ２　反転流路部
Ｒ３　内部流路部

Claims (8)

  1. 　軸線方向に延びる筒状の外筒と、
    　前記外筒の径方向内側に設けられ、前記軸線方向に延びる筒状の内筒と、
    　前記内筒の内部に設けられ、燃料を噴射する複数の燃料ノズルと、
    　外部から前記外筒の内周面と前記内筒の外周面との間に導入した空気を、前記内筒内に送り込む空気流路部と、
    　前記外筒の内周面に、前記軸線を中心とした周方向に間隔をあけて設けられ、前記外筒の径方向内側に向かって水を噴射する複数の水噴射部と、を備え、
    　前記水噴射部は、
    　　前記周方向第一側に水を噴射する第一ノズルと、
    　　前記周方向第二側に水を噴射する第二ノズルと、を備える
    燃焼器。
  2. 　前記水噴射部は、前記外筒の内周面に固定されたブラケットを備え、
    　前記第一ノズル及び前記第二ノズルは、前記ブラケットに設けられている
    　請求項１に記載の燃焼器。
  3. 　前記ブラケットは、
    　　前記周方向第一側に傾斜し、前記第一ノズルが設けられた第一傾斜面と、
    　　前記周方向第二側に傾斜し、前記第二ノズルが設けられた第二傾斜面と、を有する　請求項２に記載の燃焼器。
  4. 　周方向で互いに隣り合う前記水噴射部同士において、一方の前記水噴射部の前記第一ノズルと、他方の前記水噴射部の前記第二ノズルとが、前記軸線方向で互いに異なる位置に設けられている
    　請求項１から３の何れか一項に記載の燃焼器。
  5. 　周方向で互いに隣り合う前記水噴射部同士において、前記第一ノズルと前記第二ノズルとで、水を噴射するノズル孔の径が、互いに異なる
    　請求項１から４の何れか一項に記載の燃焼器。
  6. 　周方向で互いに隣り合う前記水噴射部同士において、前記第一ノズルと前記第二ノズルとで、水の噴射方向が前記軸線方向で互いに異なる
    　請求項１から５の何れか一項に記載の燃焼器。
  7. 　前記外筒の外周面に設けられ、周方向に連続して外部から水が供給される環状流路部と、
    　前記外筒を径方向に貫通し、前記環状流路部から複数の前記水噴射部のそれぞれに水を供給する水供給孔と、を備える
    　請求項１から６の何れか一項に記載の燃焼器。
  8. 　請求項１から７の何れか一項に記載の燃焼器を備えるガスタービン。
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