JP2013190196A - ガスタービン燃焼器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ガスタービン燃焼器を、例えば、延長管54の外側に位置して下流側端部39bが延長管54の下流端よりも下流側へ延びている外側のガイドリング39と、延長管54の内側に位置して下流側端部が延長管54の下流端よりも下流側へ延びている内側のガイドリング38とを有し、前記外側のガイドリング39の下流側端部と内側のガイドリング38の下流側端部との間の空間が、延長管54に連通し且つ周方向全体に亘って連続した円環状の第2次予混合領域57であることを特徴とする構成のガスタービン燃焼器31とする。
【選択図】図1
Description
燃焼器内筒2は円筒状のものである。燃焼器内筒2の内部には、予混合燃焼を行う複数(図示例では8体)の予混合バーナ(メインバーナ)5と、拡散燃焼を行うパイロットバーナ6と、これらのバーナ5,6を支持する基板11とが設けられている。
また、延長管18の内周面に空気フィルムを流すことによって、延長管18の内周面近傍の低流速域における逆火を防止している。
更には、延長管18の周囲に基板空気を流すことによって、基板11の近傍の低流速域や逆流領域への高温燃焼ガスの巻き込みを防止している。
更に、予混合空気スワラーベーン17で空気aの旋回流を形成することにより、空気aと燃料fの混合促進を図っているが、延長管18では、その径方向における燃料濃度分布が成層化し、空気aと燃料fの混合率が低下する。
パイロットバーナと、
予混合空気スワラー筒内に予混合ノズルと予混合空気スワラーベーンが設けられ、前記パイロットバーナの周囲を囲むように配設された複数の予混合バーナと、
パイロットバーナ孔と前記パイロットバーナ孔の周囲を囲むように配設された複数の予混合バーナ孔とが設けられ、前記パイロットバーナと前記予混合バーナを支持する基板と、
前記予混合バーナ孔を介して前記予混合空気スワラー筒に連通し、前記基板の下流側へ延びた延長管とが、燃焼器内筒内に設けられており、
前記予混合空気スワラー筒内及び前記延長管内が、第1次予混合領域であり、
前記予混合空気スワラー筒と前記延長管との間に形成した空気流路から前記延長管の内周面へ空気フィルムを流す構成と、前記基板に設けた空気孔から隣接する前記延長管の間の領域へ基板空気を流す構成との何れか一方又は両方を有するガスタービン燃焼器において、
前記延長管の外側に位置して下流側端部が前記延長管の下流端よりも下流側へ延びている外側のガイドリングと、前記延長管の内側に位置して下流側端部が前記延長管の下流端よりも下流側へ延びている内側のガイドリングとを有しており、
前記外側のガイドリングの下流側端部と前記内側のガイドリングの下流側端部との間の空間が、前記延長管に連通し且つ周方向全体に亘って連続した円環状の第2次予混合領域であることを特徴とする。
前記外側のガイドリングが、前記燃焼器内筒の下流端側部分であることを特徴とする。
前記第2次予混合領域の幅が、下流側に向かうにしたがって狭くなっていることを特徴とする。
パイロットバーナと、
予混合空気スワラー筒内に予混合ノズルと予混合空気スワラーベーンが設けられ、前記パイロットバーナの周囲を囲むように配設された複数の予混合バーナと、
パイロットバーナ孔と前記パイロットバーナ孔の周囲を囲むように配設された複数の予混合バーナ孔とが設けられ、前記パイロットバーナと前記予混合バーナを支持する基板とが、燃焼器内筒内に設けられており、
前記予混合空気スワラー筒内が、第1次予混合領域であり、
前記予混合空気スワラー筒と流路用円筒との間に形成した空気流路から、空気フィルムを流す構成を有するガスタービン燃焼器において、
前記基板の下流側の面において隣接する前記予混合バーナ孔の間における外側の領域を上流側の端面が埋め且つ下流側の先端に向かうにしたがって細くなっている外側の詰め物と、前記基板の下流側の面において隣接する前記予混合バーナ孔の間における内側の領域を上流側の端面が埋め且つ下流側の先端に向かうにしたがって細くなっている内側の詰め物とを有しており、
前記外側の詰め物と前記内側の詰め物との間の空間が、前記予混合バーナ孔を介して前記予混合空気スワラー筒に連通し且つ周方向全体に亘って連続した円環状の第2次予混合領域であることを特徴とする。
パイロットバーナと、
予混合空気スワラー筒内に予混合ノズルと予混合空気スワラーベーンが設けられ、前記パイロットバーナの周囲を囲むように配設された複数の予混合バーナと、
パイロットバーナ孔と前記パイロットバーナ孔の周囲を囲むように配設された複数の予混合バーナ孔とが設けられ、前記パイロットバーナと前記予混合バーナを支持する基板とが、燃焼器内筒内に設けられ、
前記予混合空気スワラー筒内が、第1次予混合領域であり、
前記予混合空気スワラー筒と流路用円筒との間に形成した空気流路から、空気フィルムを流す構成を有するガスタービン燃焼器において、
前記基板の下流側の面において隣接する前記予混合バーナ孔の間における外側の領域を上流側の端面が埋め且つ下流側の先端に向かうにしたがって細くなっている外側の詰め物と、前記基板の下流側の面において隣接する前記予混合バーナ孔の間における内側の領域を上流側の端面が埋め且つ下流側の端面へと延びており前記下流側の端面が保炎器のバックステップ面である内側の詰め物とを有しており、
前記外側の詰め物と前記内側の詰め物との間の空間が、前記予混合バーナ孔を介して前記予混合空気スワラー筒に連通し且つ周方向全体に亘って連続した円環状の第2次予混合領域であることを特徴とする。
パイロットバーナと、
予混合ノズルと予混合空気スワラーベーンとを有し、前記パイロットバーナの周囲を囲むように配設された複数の予混合バーナとが、燃焼器内筒内に設けられているガスタービン燃焼器において、
前記燃焼器内筒の内側に予混合バーナ内筒が配設され、前記燃焼器内筒と前記予混合バーナ内筒との間の空間であるアニュラ流路は周方向全体に亘って連続し、前記アニュラ流路の下流側の部分が予混合領域となっており、
前記予混合バーナは前記アニュラ流路内に配設され、前記パイロットバーナは前記予混合バーナ内筒の内側に配設されていることを特徴とする。
前記予混合領域の幅が、下流側に向かうにしたがって狭くなっていることを特徴とする。
パイロットバーナと、
予混合空気スワラー筒内に予混合ノズルと予混合空気スワラーベーンが設けられ、前記パイロットバーナの周囲を囲むように配設された複数の予混合バーナと、
パイロットバーナ孔と、前記パイロットバーナ孔の周囲を囲むように配設された複数の予混合バーナ孔とが設けられ、前記パイロットバーナと前記予混合バーナを支持する基板とを有し、
前記予混合空気スワラー筒内が第1次予混合領域であるガスタービン燃焼器において、
前記基板の下流側の面には、隣接する前記予混合バーナ孔の間の領域を埋めた淀み排除構造物を有し、
且つ、前記淀み排除構造物の断面形状は、下流側に向かうにしたがって幅が狭くなっており、
前記淀み排除構造物の外側に位置する外側のガイドリングと、前記淀み排除構造物の内側に位置する内側のガイドリングとを有し、
前記外側のガイドリングと前記内側のガイドリングとの間の空間が、前記予混合バーナ孔を介して前記予混合空気スワラー筒に連通し且つ周方向全体に亘って連続した円環状の第2次予混合領域であることを特徴とする。
前記予混合空気スワラー筒と流路用筒との間に形成した空気流路から、空気フィルムを流す構成であることを特徴とする。
前記淀み排除構造物の断面形状は、二等辺三角形状であることを特徴とする。
前記淀み排除構造物の断面形状は、釣鐘形状であることを特徴とする。
前記淀み排除構造物の上流側の端面は、前記淀み排除構造物における径方向の中央部分に比べて外側部分及び内側部分のほうが幅が広くなっており、
前記淀み排除構造物の断面形状は、前記中央部分では釣鐘形状であり、前記外側部分及び前記内側部分では二等辺三角形状であることを特徴とする。
前記淀み排除構造物の断面形状は、上流側に釣鐘形状部を有し、下流側に二等辺三角形状部を有する形状であることを特徴とする。
前記淀み排除構造物の上流側の端面は、前記淀み排除構造物における径方向の中央部分に比べて外側部分及び内側部分のほうが幅が広くなっており、
前記淀み排除構造物の断面形状は、前記中央部分では上流側に釣鐘形状部を有し下流側に二等辺三角形状部を有する形状であり、前記外側部分と前記内側部分では釣鐘形状であることを特徴とする。
前記淀み排除構造物は中空孔を有しており、前記中空孔の下流側は閉じている一方、前記中空孔の上流側は前記基板に設けられた空気孔に連通していること、
又は、前記淀み排除構造物は多孔質部と、前記多孔質部の表面を覆ったコーティング部とを有し、前記多孔質部の孔が前記基板に設けられた空気孔に連通していること
を特徴とする。
また、従来の延長管の周長に比べて、第2次予混合領域は、その周長が短いため、内周面近傍の低流速域が少なく、前記低流速域に逆火が生じる可能性が低下する。
更には、予混合空気スワラー筒及び延長管では予混合気の旋回流の中心部に低流速域が存在するが、第2次予混合領域において前記低流速域を消滅させることができるため、前記低流速域で逆火が発生するのを防止することもできる。
また、従来の延長管の周長に比べて、第2次予混合領域は、その周長が短いため、内周面近傍の低流速域が少なく、前記低流速域に逆火が生じる可能性が低下する。
更には、予混合空気スワラー筒では予混合気の旋回流の中心部に低流速域が存在するが、第2次予混合領域において前記低流速域を消滅させることができるため、前記低流速域で逆火が発生するのを防止することもできる。
また、隣接する予混合バーナ孔の間の領域を詰め物で埋めているため、この領域には空気孔を設ける必要がなく、その分、基板空気の量を低減することができる。従って、その分の空気を予混合に利用することができ、予混合バーナ全体の予混合気の燃料濃度を低下させることができる。
また、第2次予混合領域を構成する外側の詰め物及び内側の詰め物は、下流側の先端に向かうにしたがって細くなっているため、表面近傍の低流速域が少なく、前記低流速域に逆火が生じる可能性が低下する。
また、従来の延長管の周長に比べて、第2次予混合領域は、その周長が短いため、内周面近傍の低流速域が少なく、前記低流速域に逆火が生じる可能性が低下する。
更には、予混合空気スワラー筒では予混合気の旋回流の中心部に低流速域が存在するが、第2次予混合領域において前記低流速域を消滅させることができるため、前記低流速域で逆火が発生するのを防止することもできる。
また、隣接する予混合バーナ孔の間の領域を詰め物で埋めているため、この領域には空気孔を設ける必要がなく、その分、基板空気の量を低減することができる。従って、その分の空気を予混合に利用することができ、予混合バーナ全体の予混合気の燃料濃度を低下させることができる。
また、第2次予混合領域を構成する外側の詰め物は、下流側の先端に向かうにしたがって細くなっているため、表面近傍の低流速域が少なく、前記低流速域に逆火が生じる可能性が低下する。
また、第2次予混合領域を構成する内側の詰め物は、下流側の端面との延びた形状であるため、予混合気がストレートに流れるようになり、逆火耐性に有利である(逆火が生じにくい)。しかも、下流側の端面を、保炎器のバックステップ面として有効利用することができる。
また、基板空気が不要であり、その分の空気を燃料との予混合に有効利用して予混合燃焼を行うことができるため、平均火炎温度を低下させることもできる。
また、第2次予混合領域では、第1次予混合領域(予混合空気スワラー筒内)から流出して第2次予混合領域へ流入した予混合気が、第2次予混合領域の周方向全体に亘ってよく混合される。
図1〜図3に基づき、本発明の実施の形態例1に係る予混合燃焼方式のガスタービン燃焼器について説明する。図1において、左側が上流側、右側が下流側である。
燃焼器内筒32は円筒状のものである。燃焼器内筒32の内部には、予混合燃焼を行う複数(図示例では8体)の予混合バーナ(メインバーナ)35と、拡散燃焼を行うパイロットバーナ36と、これらのバーナ35,36を支持する基板37とが設けられている。
そして更に本実施の形態例1では、燃焼器内筒32の内部に内側のガイドリング38と、外側のガイドリング39も設けられている。
延長管54を設置することによって、基板37の低流速域や逆流領域が小さくなるが、延長管54の設置では除去しきれない低流速域や逆流領域については、基板空気を流すことにより、その燃料濃度を可燃限界以下、或いは、それに近い燃料濃度とすることができるため、万一、逆火が発生しても、ここに火炎が存在するのを防止するとができる。
更には、第2次予混合領域57において、隣接する予混合バーナ35(延長管54)の間の領域(例えば図2のQ1領域)では、旋回方向が互いに逆方向になり、予混合気と空気フィルムと基板空気に対してせん断力が生じるため、予混合気と空気フィルムと基板空気の混合が更に促進される。
また、従来の延長管18の周長に比べて、第2次予混合領域57は、その周長が短いため、内周面近傍の低流速域が少なく、前記低流速域に逆火が生じる可能性が低下する。
更には、予混合空気スワラー筒51及び延長管54では予混合気の旋回流の中心部に低流速域が存在するが、第2次予混合領域57において前記低流速域を消滅させることができるため、前記低流速域で逆火が発生するのを防止することもできる。
燃焼器内筒32の下流端側部分を外側のガイドリングとして利用した場合には、燃焼器内筒32を有効利用して、低コストで第2次予混合領域57を設けることができる。
図4及び図5に基づき、本発明の実施の形態例2に係る予混合燃焼方式のガスタービン燃焼器について説明する。なお、図4及び図5において、上記実施の形態例1(図1〜図3)と同様の部分については同一の符号を付し、重複する詳細な説明は省略する。
図6〜図10に基づき、本発明の実施の形態例3に係る予混合燃焼方式のガスタービン燃焼器について説明する。なお、図6及び図7において、上記実施の形態例1(図1,図2)と同様の部分については同一の符号を付し、重複する詳細な説明は省略する。
また、本実施の形態例3のガスタービン燃焼器71は、上記実施の形態例1(図1)のガスタービン燃焼器31における延長管54の上流側端部54aに代えて、空気フィルムを生成するために流路用円筒74を備えている。
内側の詰め物73は、基板37の下流側の面37dにおいて、隣接する予混合バーナ孔37c(予混合バーナ35)の間における内側(即ち前記径方向の内側)の領域(三角地帯)37fに溶接で固定されている(図8,図9)。即ち、内側の詰め物72は、内側の領域(三角地帯)37fを埋めている。
外側の詰め物72と内側の詰め物73は、前記径方向において、間が離れている。
外側の詰め物72の外側の面72fは、燃焼器内筒32の軸方向に延びており、辺72cと、端面72bにおける外側の2つの角72g,72hのそれぞれから先端72aへ延びた両側の辺72i及び辺72jとから成る三角形状の面である。
外側の詰め物72の一方の側面72kは、辺72dと、辺72iと、端面72bにおける内側の角72mから先端72aへ延びた辺72nとから成る三角形状の面である。辺72nは、湾曲した状態で燃焼器内筒32の径方向の外側に傾斜した稜線のようになっている。
外側の詰め物72の他方の側面72oは、辺72eと、辺72jと、辺72nとから成る三角形状の面である。
内側の詰め物73の内側の面73fは、燃焼器内筒32の軸方向に延びており、辺73cと、端面73bにおける内側の2つの角73g,73hのそれぞれから先端73aへ延びた両側の辺73i及び辺73jとから成る三角形状の面である。
内側の詰め物73の一方の側面73kは、辺73dと、辺73iと、端面73bにおける外側の角72mから先端72aへ延びた辺73nとから成る三角形状の面である。辺73nが、湾曲し且つ燃焼器内筒32の径方向の内側に傾斜して稜線のようになっている。
内側の詰め物73の他方の側面73oは、辺73eと、辺73jと、辺73nとから成る三角形状の面である。
また、基板37の空気孔37aに供給された空気aは、空気孔37aを通って基板空気となり、基板37の外周側や内周側に流れる。このため、燃焼室34で生成された高温の燃焼ガスが、基板37の近傍の低流速域や逆流領域に巻き込まれるのを、基板空気によって防止することができる。
更には、第2次予混合領域75において、隣接する予混合バーナ35の間の領域(例えば図7のQ2領域)では、旋回方向が互いに逆方向になり、予混合気と空気フィルムに対してせん断力が生じるため、予混合気と空気フィルムの混合が更に促進される。
また、従来の延長管18の周長に比べて、第2次予混合領域75は、その周長が短いため、内周面近傍の低流速域が少なく、前記低流速域に逆火が生じる可能性が低下する。
更には、予混合空気スワラー筒51では予混合気の旋回流の中心部に低流速域が存在するが、第2次予混合領域75において前記低流速域を消滅させることができるため、前記低流速域で逆火が発生するのを防止することもできる。
また、隣接する予混合バーナ孔37cの間の領域37e,37fを詰め物72,73で埋めているため、この領域には空気孔37aを設ける必要がなく、その分、基板空気の量を低減することができる。従って、その分の空気を予混合に利用することができ、予混合バーナ35全体の予混合気の燃料濃度を低下させることができる。
また、第2次予混合領域75を構成する外側の詰め物72及び内側の詰め物73は、下流側の先端72a,73aに向かうにしたがって細くなっているため、表面近傍の低流速域が少なく、前記低流速域に逆火が生じる可能性が低下する。
図11〜図13に基づき、本発明の実施の形態例4に係る予混合燃焼方式のガスタービン燃焼器について説明する。なお、図11及び図12において、上記実施の形態例1(図1,図2)及び実施の形態例3(図6〜図10)と同様の部分については同一の符号を付し、重複する詳細な説明は省略する。
外側の詰め物72と内側の詰め物82は、燃焼器内筒32の径方向において、間が離れている。
内側の詰め物82の下流側の端面82aは、上流側の端面82bと同一形状であり、燃焼器内筒32の周方向に沿って湾曲した辺82pと、隣接する予混合バーナ孔37cのうちの一方の予混合バーナ孔37cの周方向に沿って湾曲した辺82qと、前記隣接する予混合バーナ孔37cのうちの他方の予混合バーナ孔37cの周方向に沿って湾曲した辺82rとから成る三角形状の面である。
内側の詰め物82の内側の面82fは、燃焼器内筒32の軸方向へ延びており、辺82cと、端面82bにおける内側の2つの角82g,82hのそれぞれから前記軸方向へ延びた両側の辺82i及び辺82jと、辺82pとから成る四角形状の面である。
内側の詰め物82の一方の側面82kは、前記軸方向へ延びており、辺82dと、辺82iと、端面823bにおける外側の角82mから前記軸方向へ延びた辺82nと、辺82qとから成る四角形状の面である。
内側の詰め物82の他方の側面82oは、前記軸方向へ延びており、辺82eと、辺82jと、辺823nと、辺81rとから成る四角形状の面である。
また、基板37の空気孔37aに供給された空気aは、空気孔37aを通って基板空気となり、基板37の外周側や内周側に流れる。このため、燃焼室34で生成された高温の燃焼ガスが、基板37の近傍の低流速域や逆流領域に巻き込まれるのを、基板空気によって防止することができる。
更には、第2次予混合領域83において、隣接する予混合バーナ35の間の領域(例えば図12のQ3領域)では、旋回方向が互いに逆方向になり、予混合気と空気フィルムに対してせん断力が生じるため、予混合気と空気フィルムの混合が更に促進される。
また、従来の延長管の周長に比べて、第2次予混合領域83は、その周長が短いため、内周面近傍の低流速域が少なく、前記低流速域に逆火が生じる可能性が低下する。
更には、予混合空気スワラー筒51では予混合気の旋回流の中心部に低流速域が存在するが、第2次予混合領域83において前記低流速域を消滅させることができるため、前記低流速域で逆火が発生するのを防止することもできる。
また、隣接する予混合バーナ孔37cの間の領域37e,37fを詰め物72,82で埋めているため、この領域37e,37fには空気孔37aを設ける必要がなく、その分、基板空気の量を低減することができる。従って、その分の空気を予混合に利用することができ、予混合バーナ35全体の予混合気の燃料濃度を低下させることができる。
また、第2次予混合領域83を構成する外側の詰め物72は、下流側の先端72aに向かうにしたがって細くなっているため、表面近傍の低流速域が少なく、前記低流速域に逆火が生じる可能性が低下する。
また、第2次予混合領域83を構成する内側の詰め物82は、下流側の端面82aへの延びた形状であるため、予混合気がストレートに流れるようになり、逆火耐性に有利である(逆火が生じにくい)。しかも、下流側の端面82aを、保炎器のバックステップ面として有効利用することができる。
図14〜図16に基づき、本発明の実施の形態例5に係る予混合燃焼方式のガスタービン燃焼器について説明する。図14において、左側が上流側、右側が下流側である。
燃焼器内筒92は円筒状のものである。予混合バーナ内筒112は円筒状のものであり、燃焼器内筒92よりも小径で、且つ、下流側が径方向の外側に広がった形状を有している。図示は省略するが、予混合バーナ内筒112の上流側端部は、燃焼器内筒92の上流側端部に設けられた支持部に固定されて支持されている。
また、予混合領域111aにおいて、隣接する予混合バーナ95の間の領域(例えば図15のQ4領域)では、旋回方向が互いに逆方向になり、空気aと燃料に対してせん断力が生じるため、空気aと燃料の混合が更に促進される。
また、隣接する予混合バーナ95の間の領域で旋回方向が互いに逆方向になるため、この逆旋回成分により、燃焼器内筒92の径方向の速度成分が弱められ、燃焼器内筒92や予混合バーナ内筒112の壁面に向かう流れが抑制されて、逆火を防ぐことができる。
そして、このとき、本実施の形態例5のガスタービン燃焼器91では基板空気が不要であり、その分の空気が燃料との予混合に有効に利用されて、予混合燃焼が行われるため、平均火炎温度を低下する。
また、基板空気が不要であり、その分の空気aを燃料fとの予混合に有効利用して予混合燃焼を行うことができるため、平均火炎温度を低下させることもできる。
図17〜図22に基づき、本発明の実施の形態例6に係る予混合燃焼方式のガスタービン燃焼器について説明する。図17において、左側が上流側、右側が下流側である。
燃焼器内筒122は円筒状のものである。燃焼器内筒122の内部には、予混合燃焼を行う複数(図示例では8体)の予混合バーナ(メインバーナ)125と、拡散燃焼を行うパイロットバーナ126と、これらのバーナ125,126を支持する基板127とが設けられている。
従って、このような隣接する予混合バーナ孔127bの間の領域の形状に合わせて淀み排除構造物128Aの上流側の面128aは、前記径方向の中央部分に比べて前記径方向の外側部分及び内側部分のほうが幅(即ち図21(b)における左右方向の幅)が広くなっている。この上流側の面128aの幅は、前記中央部分から前記外側部分及び前記内側部分に向かうにしたがって滑らかに変化している。
淀み排除構造物128Aの外周側の面128bは外側のガイドリング130に沿って湾曲し、淀み排除構造物128Aの内周側の面128cは内側のガイドリング129に沿って湾曲している。
これに対して、図22(c)に示すように、隣接する予混合バーナ孔127bの間の領域127dが淀み排除構造物128Aによって埋められている場合には、当該領域127dの近傍において予混合気が大きく減速したり逆流したりするのを、淀み排除構造物128Aによって防止することができる。図22(d)の2次元軸流速度コンター図には、淀み排除構造物128Aを設けた場合の予混合気の速度分布を示している。隣接する予混合バーナ孔127bの間の領域127dに近づくほど予混合気の速度が低下するが、当該領域127dの近傍で予混合気が大きく減速したり逆流したりするのを、淀み排除構造物128Aによって防止することができるため、当該領域127dの近傍に淀み領域が発生することはない。
また、第2次予混合領域146において、隣接する予混合バーナ125の間の領域(例えば図18のQ5領域)では、旋回方向が互いに逆方向になり、予混合気と空気フィルムに対してせん断力が生じるため、予混合気と空気フィルムの混合が更に促進される。
また、淀み排除構造物128Aの断面形状は二等辺三角形状であることから下流端が尖っているため、当該下流端において予混合気の流れの淀みが発生する恐れもない。
また、第2次予混合領域146では、第1次予混合領域(予混合空気スワラー筒141内)から流出して第2次予混合領域146へ流入した予混合気が、第2次予混合領域146の周方向全体に亘ってよく混合され、更には予混合気と、空気流路145から流出して第2次予混合領域146へ流入した空気フィルムもよく混合される。
図23,図24に基づき、本発明の実施の形態例7に係る予混合燃焼方式のガスタービン燃焼器について説明する。
従って、ここでは淀み排除構造物128Bについて説明し、ガスタービン燃焼器の全体的な構成については説明及び図示を省略する(図17〜図20参照)。
また、図23に示す淀み排除構造物128Bの構成において、図21に示す淀み排除構造物128Aの構成と対応する部分については同一の符号を付した。
淀み排除構造物128Bの外周側の面128bは外側のガイドリング130に沿って湾曲し、淀み排除構造物128Bの内周側の面128cは内側のガイドリング129に沿って湾曲している。
淀み排除構造物128Bは、断面形状が釣鐘形状(紡錘形状)であるため、上流側の端部が、予混合空気スワラー筒141の下流側端部141d(予混合バーナ孔127b)に正接している(予混合空気スワラー筒141の軸方向に沿って延びている)。
これに対して、淀み排除構造物128Bのように断面形状が釣鐘形状の場合には、図24(b)に示すように予混合空気スワラー筒141から流出した予混合気が淀み排除構造物128Bの側面128d,128eに沿って流れるとき、この予混合気の流れ方向が滑らかに変化する。
図25,図26に基づき、本発明の実施の形態例8に係る予混合燃焼方式のガスタービン燃焼器について説明する。
従って、ここでは淀み排除構造物128Cについて説明し、ガスタービン燃焼器の全体的な構成については説明及び図示を省略する(図17〜図20参照)。
また、図25に示す淀み排除構造物128Cの構成において、図21に示す淀み排除構造物128Aの構成と対応する部分については同一の符号を付した。
淀み排除構造物128Cの外周側の面128bは外側のガイドリング130に沿って湾曲し、淀み排除構造物128Bの内周側の面128cは内側のガイドリング129に沿って湾曲している。
これに対して、上流側の面128aの幅が狭い中央部分では、断面形状が釣鐘形状であっても、図26(b)に示すように予混合気が、淀み排除構造物128Bの側面128d,128e全体に亘って滑らかに流れるため、当該側面128d,128eの下流端部分で剥離する恐れがない。
図27に基づき、本発明の実施の形態例9に係る予混合燃焼方式のガスタービン燃焼器について説明する。
従って、ここでは淀み排除構造物128Dについて説明し、ガスタービン燃焼器の全体的な構成については説明及び図示を省略する(図17〜図20参照)。
また、図27に示す淀み排除構造物128Dの構成において、図21に示す淀み排除構造物128Aの構成と対応する部分については同一の符号を付した。
淀み排除構造物128Dの外周側の面128bは外側のガイドリング130に沿って湾曲し、淀み排除構造物128Dの内周側の面128cは内側のガイドリング129に沿って湾曲している。
図28に基づき、本発明の実施の形態例10に係る予混合燃焼方式のガスタービン燃焼器について説明する。
従って、ここでは淀み排除構造物128Eについて説明し、ガスタービン燃焼器の全体的な構成については説明及び図示を省略する(図17〜図20参照)。
また、図28に示す淀み排除構造物128Eの構成において、図21に示す淀み排除構造物128Aの構成と対応する部分については同一の符号を付した。
淀み排除構造物128Eの外周側の面128bは外側のガイドリング130に沿って湾曲し、淀み排除構造物128Eの内周側の面128cは内側のガイドリング129に沿って湾曲している。
図29に基づき、本発明の実施の形態例11に係る予混合燃焼方式のガスタービン燃焼器について説明する。
従って、ここでは淀み排除構造物128Fについて説明し、ガスタービン燃焼器の全体的な構成については説明及び図示を省略する(図17〜図20参照)。
また、図29に示す淀み排除構造物128Fの構成において、図21に示す淀み排除構造物128Aの構成と対応する部分については同一の符号を付した。
淀み排除構造物128Fの外周側の面128bは外側のガイドリング130に沿って湾曲し、淀み排除構造物128Fの内周側の面128cは内側のガイドリング129に沿って湾曲している。
また、図29(g)に他の構造例を示すように、淀み排除構造物128Fを、多孔質材料(多孔質の金属など)で形成した多孔質部128jと、この多孔質部128jの表面を覆ったコーティング部128kとを有する構成としてもよい。コーティング部128kは、コーティング材(多孔質ではない金属など)でコーティングすることによって形成され、多孔質部128iの孔を塞いでいる。一方、淀み排除構造物128Fの上流側では、多孔質部128jの孔が、基板127に設けた多孔質部用の空気孔127eに連通している。
また、上記では断面形状が釣鐘形状の淀み排除構造物128Fに多孔質部128iとコーティング部128を設けているが、これに限定するものではなく、その他の断面形状の淀み排除構造物、例えば図21,図25,図27,図28に示すような断面形状の淀み排除構造物128A,128C,128D,128Eなどに多孔質部とコーティング部を設けてもよい。
32 燃焼器内筒
33 燃焼器尾筒
34 燃焼室
35 予混合バーナ(メインバーナ)
36 パイロットバーナ
37 基板
37a 空気孔
37b パイロットバーナ孔
37c 予混合バーナ孔
37d 下流側の面
37e 外側の領域(三角地帯)
37f 内側の領域(三角地帯)
38 内側のガイドリング
38a 上流側端部
38b 下流側端部
39 外側のガイドリング
39a 上流側端部
39b 下流側端部
41 パイロット空気スワラー筒
42 パイロットノズル
42a 燃料噴射孔
43 保炎器
43a バックステップ面
44 パイロットコーン
45 パイロット空気スワラーベーン
51 予混合空気スワラー筒
51a 下流側端部
52 予混合ノズル
53 予混合空気スワラーベーン
53a 燃料噴射孔
54 延長管
54a 上流側端部
54b 下流側端部
55 ボルト
56 空気流路
57 第1次予混合領域
61 ガスタービン燃焼器
71 ガスタービン燃焼器
72 外側の詰め物
72a 下流側の先端
72b 上流側の端面
72c,72d,72e 辺
72f 外側の面
72g,72h 角
72i,72j 辺
72k 側面
72m 角
72n 辺
72o 側面
73 内側の詰め物
73a 下流側の先端
73b 上流側の端面
73c,73d,73e 辺
73f 内側の面
73g,73h 角
73i,73j 辺
73k 側面
73m 角
73n 辺
73o 側面
74 流路用円筒
75 第2次予混合領域
76 空気流路
81 ガスタービン燃焼器
82 内側の詰め物
82a 下流側の端面
82b 上流側の端面
82c,82d,82e 辺
82f 内側の面
82g,82h 角
82i,82j 辺
82k 側面
82m 角
82n 辺
82o 側面
82p,82q,82r 辺
83 第2次予混合領域
91 ガスタービン燃焼器
92 燃焼器内筒
93 燃焼器尾筒
94 燃焼室
95 予混合バーナ(メインバーナ)
96 パイロットバーナ
97 パイロット空気スワラーベーン
98 パイロット空気スワラー筒
99 パイロットノズル
99a 燃料噴射孔
100 パイロットコーン
101 保炎器
101a バックステップ面
102 予混合ノズル
103 予混合空気スワラーベーン
103a 燃料噴射孔
111 アニュラ流路
111a 予混合領域
112 予混合バーナ内筒
121 ガスタービン燃焼器
122 燃焼器内筒
123 燃焼器尾筒
124 燃焼室
125 予混合バーナ(メインバーナ)
126 パイロットバーナ
127 基板
127a パイロットバーナ孔
127b 予混合バーナ孔
127c 空気孔
127d 隣接する予混合バーナ孔の間の領域
127e 空気孔
128A,128B,128C,128D,128E,128F 淀み排除構造物
128a 上流側の面
128b 外周側の面
128c 内周側の面
128d,128e 側面
128f 釣鐘形状部
128g 二等辺三角形状部
128h 中空孔
128i 空間部
128j 多孔質部
128k コーティング部
129 内側のガイドリング
129a 上流側端部
129b 下流側端部
130 外側のガイドリング
130a 上流側端部
130b 下流側端部
131 パイロット空気スワラー筒
132 パイロットノズル
132a 燃料噴射孔
133 パイロット空気スワラーベーン
134 パイロットコーン
135 保炎器
135a バックステップ面
141 予混合空気スワラー筒
141a 上流側部分
141b 下流側部分
141c 上流側端部
141d 下流側端部
142 予混合ノズル
143 予混合空気スワラーベーン
143a 燃料噴射孔
144 流路用筒
145 空気流路
146 第2次予混合領域
Claims (15)
- パイロットバーナと、
予混合空気スワラー筒内に予混合ノズルと予混合空気スワラーベーンが設けられ、前記パイロットバーナの周囲を囲むように配設された複数の予混合バーナと、
パイロットバーナ孔と、前記パイロットバーナ孔の周囲を囲むように配設された複数の予混合バーナ孔とが設けられ、前記パイロットバーナと前記予混合バーナを支持する基板と、
前記予混合バーナ孔を介して前記予混合空気スワラー筒に連通し、前記基板の下流側へ延びた延長管とが、燃焼器内筒内に設けられており、
前記予混合空気スワラー筒内及び前記延長管内が、第1次予混合領域であり、
前記予混合空気スワラー筒と前記延長管との間に形成した空気流路から前記延長管の内周面へ空気フィルムを流す構成と、前記基板に設けた空気孔から隣接する前記延長管の間の領域へ基板空気を流す構成との何れか一方又は両方を有するガスタービン燃焼器において、
前記延長管の外側に位置して下流側端部が前記延長管の下流端よりも下流側へ延びている外側のガイドリングと、前記延長管の内側に位置して下流側端部が前記延長管の下流端よりも下流側へ延びている内側のガイドリングとを有しており、
前記外側のガイドリングの下流側端部と前記内側のガイドリングの下流側端部との間の空間が、前記延長管に連通し且つ周方向全体に亘って連続した円環状の第2次予混合領域であることを特徴とするガスタービン燃焼器。 - 請求項1に記載のガスタービン燃焼器において、
前記外側のガイドリングが、前記燃焼器内筒の下流端側部分であることを特徴とするガスタービン燃焼器。 - 請求項1又は2に記載のガスタービン燃焼器において、
前記第2次予混合領域の幅が、下流側に向かうにしたがって狭くなっていることを特徴とするガスタービン燃焼器。 - パイロットバーナと、
予混合空気スワラー筒内に予混合ノズルと予混合空気スワラーベーンが設けられ、前記パイロットバーナの周囲を囲むように配設された複数の予混合バーナと、
パイロットバーナ孔と、前記パイロットバーナ孔の周囲を囲むように配設された複数の予混合バーナ孔とが設けられ、前記パイロットバーナと前記予混合バーナを支持する基板とが、燃焼器内筒内に設けられており、
前記予混合空気スワラー筒内が、第1次予混合領域であり、
前記予混合空気スワラー筒と流路用円筒との間に形成した空気流路から、空気フィルムを流す構成を有するガスタービン燃焼器において、
前記基板の下流側の面において隣接する前記予混合バーナ孔の間における外側の領域を上流側の端面が埋め且つ下流側の先端に向かうにしたがって細くなっている外側の詰め物と、前記基板の下流側の面において隣接する前記予混合バーナ孔の間における内側の領域を上流側の端面が埋め且つ下流側の先端に向かうにしたがって細くなっている内側の詰め物とを有しており、
前記外側の詰め物と前記内側の詰め物との間の空間が、前記予混合バーナ孔を介して前記予混合空気スワラー筒に連通し且つ周方向全体に亘って連続した円環状の第2次予混合領域であることを特徴とするガスタービン燃焼器。 - パイロットバーナと、
予混合空気スワラー筒内に予混合ノズルと予混合空気スワラーベーンが設けられ、前記パイロットバーナの周囲を囲むように配設された複数の予混合バーナと、
パイロットバーナ孔と、前記パイロットバーナ孔の周囲を囲むように配設された複数の予混合バーナ孔とが設けられ、前記パイロットバーナと前記予混合バーナを支持する基板とが、燃焼器内筒内に設けられ、
前記予混合空気スワラー筒内が、第1次予混合領域であり、
前記予混合空気スワラー筒と流路用円筒との間に形成した空気流路から、空気フィルムを流す構成を有するガスタービン燃焼器において、
前記基板の下流側の面において隣接する前記予混合バーナ孔の間における外側の領域を上流側の端面が埋め且つ下流側の先端に向かうにしたがって細くなっている外側の詰め物と、前記基板の下流側の面において隣接する前記予混合バーナ孔の間における内側の領域を上流側の端面が埋め且つ下流側の端面へと延びており前記下流側の端面が保炎器のバックステップ面である内側の詰め物とを有しており、
前記外側の詰め物と前記内側の詰め物との間の空間が、前記予混合バーナ孔を介して前記予混合空気スワラー筒に連通し且つ周方向全体に亘って連続した円環状の第2次予混合領域であることを特徴とするガスタービン燃焼器。 - パイロットバーナと、
予混合ノズルと予混合空気スワラーベーンを有し、前記パイロットバーナの周囲を囲むように配設された複数の予混合バーナとが、燃焼器内筒内に設けられているガスタービン燃焼器において、
前記燃焼器内筒の内側に予混合バーナ内筒が配設され、前記燃焼器内筒と前記予混合バーナ内筒との間の空間であるアニュラ流路は周方向全体に亘って連続し、前記アニュラ流路の下流側の部分が予混合領域となっており、
前記予混合バーナは前記アニュラ流路内に配設され、前記パイロットバーナは前記予混合バーナ内筒の内側に配設されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。 - 請求項6に記載のガスタービン燃焼器において、
前記予混合領域の幅が、下流側に向かうにしたがって狭くなっていることを特徴とするガスタービン燃焼器。 - パイロットバーナと、
予混合空気スワラー筒内に予混合ノズルと予混合空気スワラーベーンが設けられ、前記パイロットバーナの周囲を囲むように配設された複数の予混合バーナと、
パイロットバーナ孔と、前記パイロットバーナ孔の周囲を囲むように配設された複数の予混合バーナ孔とが設けられ、前記パイロットバーナと前記予混合バーナを支持する基板とを有し、
前記予混合空気スワラー筒内が第1次予混合領域であるガスタービン燃焼器において、
前記基板の下流側の面には、隣接する前記予混合バーナ孔の間の領域を埋めた淀み排除構造物を有し、
且つ、前記淀み排除構造物の断面形状は、下流側に向かうにしたがって幅が狭くなっており、
前記淀み排除構造物の外側に位置する外側のガイドリングと、前記淀み排除構造物の内側に位置する内側のガイドリングとを有し、
前記外側のガイドリングと前記内側のガイドリングとの間の空間が、前記予混合バーナ孔を介して前記予混合空気スワラー筒に連通し且つ周方向全体に亘って連続した円環状の第2次予混合領域であることを特徴とするガスタービン燃焼器。 - 請求項8に記載のガスタービン燃焼器において、
前記予混合空気スワラー筒と流路用筒との間に形成した空気流路から、空気フィルムを流す構成であることを特徴とするガスタービン燃焼器。 - 請求項8又は9に記載のガスタービン燃焼器において、
前記淀み排除構造物の断面形状は、二等辺三角形状であることを特徴とするガスタービン燃焼器。 - 請求項8又は9に記載のガスタービン燃焼器において、
前記淀み排除構造物の断面形状は、釣鐘形状であることを特徴とするガスタービン燃焼器。 - 請求項8又は9に記載のガスタービン燃焼器において、
前記淀み排除構造物の上流側の端面は、前記淀み排除構造物における径方向の中央部分に比べて外側部分及び内側部分のほうが幅が広くなっており、
前記淀み排除構造物の断面形状は、前記中央部分では釣鐘形状であり、前記外側部分及び前記内側部分では二等辺三角形状であることを特徴とするガスタービン燃焼器。 - 請求項8又は9に記載のガスタービン燃焼器において、
前記淀み排除構造物の断面形状は、上流側に釣鐘形状部を有し、下流側に二等辺三角形状部を有する形状であることを特徴とするガスタービン燃焼器。 - 請求項8又は9に記載のガスタービン燃焼器において、
前記淀み排除構造物の上流側の端面は、前記淀み排除構造物における径方向の中央部分に比べて外側部分及び内側部分のほうが幅が広くなっており、
前記淀み排除構造物の断面形状は、前記中央部分では上流側に釣鐘形状部を有し下流側に二等辺三角形状部を有する形状であり、前記外側部分と前記内側部分では釣鐘形状であることを特徴とするガスタービン燃焼器。 - 請求項8〜14の何れか1項に記載のガスタービン燃焼器において、
前記淀み排除構造物は中空孔を有しており、前記中空孔の下流側は閉じている一方、前記中空孔の上流側は前記基板に設けられた空気孔に連通していること、
又は、前記淀み排除構造物は多孔質部と、前記多孔質部の表面を覆ったコーティング部とを有し、前記多孔質部の孔が前記基板に設けられた空気孔に連通していること
を特徴とするガスタービン燃焼器。
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