JP2831641B2 - 拡散−予混合ノズル及びガスタービン燃焼器 - Google Patents
拡散−予混合ノズル及びガスタービン燃焼器Info
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- F23D11/005—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space with combinations of different spraying or vaporising means
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- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
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Description
【発明の詳細な説明】
［発明の背景］
本発明は、ガスタービン用燃焼器に関し、特に、窒素
酸化物（NOx）のような大気汚染物質の量を減少させる
ガスタービン用燃焼器に関する。 ガスタービンの排出ガス中のNOxの量を減らすため
に、２段２モード燃焼器が開発されている。この２段２
モードの燃焼器は、米国特許第4,292,801号に開示され
ている。この米国特許において、正規運転負荷状態で上
流側燃焼室が予混合室として機能し、実際の燃焼が下流
側燃焼室内で生じるように、２個の燃焼室が設けられて
いる場合、従来の１段１燃料ノズル燃焼器と比較してNO
x排出量が極めて減少することが明らかにされた。上述
の運転状態では、上流側燃焼室内に炎が存在しないから
NOxの生成量が減少し、補助ノズルに当る中央ノズルが
燃焼器の動作のための火炎源となる。上記米国特許にお
ける本発明の特定の態様によれば、上流側燃焼室に燃料
を噴射するための環状に配列された複数個の主ノズル
と、下流側燃焼室内に燃料を噴射するための中央ノズル
とが設けられている。これらの主ノズルおよび中央ノズ
ルは、全て拡散ノズルと見なされるものである。という
のは、ノズルが軸方向燃料送給管を有し、その吐出端が
空気旋回器によって囲まれているからである。空気旋回
器、燃料ノズルからの吐出された燃料に対して燃焼用空
気を供給する。本発明者は拡散−予混合ノズルとして記
述できるものに中央ノズルすなわち補助ノズルの設計を
変更することによって、NOxの生成量をさらに減らすこ
とができることを発見した。動作について説明すると、
比較的少量の燃料を用いて、拡散パイロットを維持する
一方で、補助ノズルの予混合部により、上流の主ノズル
から燃焼室内へ送給される主燃料を点火するために追加
の燃料を供給する。 ［発明の目的］ 本発明の目的は、運転条件の全範囲に亘って主予混合
流に点火するために安全で十分な熱源を提供することで
ある。 本発明の別の目的は、NOxの排出に対して炎源の影響
を最小とすることである。 本発明の他の目的は、パイロット拡散炎を生じさせる
のに使用される燃料の量を最小とすることである。 新規性があると思われる本発明の特徴は、特許請求の
範囲に記載されている。しかし、発明自体、および本発
明の他の目的および利点は、以下の説明および図面を参
照することにより最も良く理解できよう。 ［発明の概要］ 本発明は、特に、ベンチュリのど領域によって隔てら
れた２個の燃焼室を有するタイプのガスタービン用燃焼
器に適用できるものである。環状に配置された複数個の
主ノズルが、上流側すなわち第１の燃焼室内に燃料を噴
射する。これに対して、１個の補助ノズルすなわち中央
ノズルが、下流側すなわち第２の燃焼室内に燃料を噴射
する。運転方法によれば、ベース負荷の下で、全主ノズ
ルが消炎される一方で、１個の中央ノズルが主ノズルか
ら噴射された予混合燃料の燃焼を持続させる。本発明に
よれば、従来中央ノズルに用いられていた拡散ノズル
が、拡散−予混合ノズルに取り替えられ、この拡散−予
混合ノズルは、燃料器全体の全燃料流量の約20％から全
燃料流量の約２％へ、中央拡散炎のための燃料流量を減
少させる。これを達成するため、拡散炎の燃焼を支持す
るために最小量燃料送給管を囲むように空気送給管を設
け、他方、中央ノズル内での最大量の燃料送給を半径方
向の燃料分配管によって行う。各燃料分配管は、拡散パ
イロット部を囲む予混合室内に燃料を噴射する。拡散パ
イロット部は、軸方向燃料送給管、およびこれを囲む空
気送給管で構成される。このようにして、比較的少量の
燃料を、拡散炎として、中央ノズルの予混合室から吐出
する流れに点火するために使用することができる。しか
しその必要量は、残りの主ノズルから吐出する主予混合
流に点火するのに必要な量よりも相当少ない。したがっ
て、この構造では、拡散炎（NOxの排出量が多い）とし
て燃焼する燃料の、燃焼器における全燃料流量に対する
パーセントを最小にすると同時に、パイロット予混合流
（NOxの排出量が少ない）を使用することによって主予
混合流に点火するのに充分な熱入力を与える。 ［発明の詳しい説明］ 第１図に示されているように、ガスタービン12は、圧
縮機14、燃焼器16、および１枚の羽根で表わしたタービ
ン18を有する。図示されていないが、タービン18は、周
知のように共通軸によって圧縮機14に連結されて、これ
を駆動する。圧縮機14は入口空気を加圧し、この加圧さ
れた空気は燃焼器16の方へ向きを変えられて（すなわ
ち、反対向きに）流れ、燃焼器16内で燃焼器を冷却する
のに使用されるとともに燃焼用空気としても使用され
る。ガスタービン12は、複数回の燃焼器16（図には１の
みが示されている）を有し、これらの燃焼器は、ガスタ
ービン12の外周に配置されている。ガスタービンの１つ
のモデルにおいては、上述したような燃焼器がガスター
ビンの外周に14個配置されている。移行ダクト20が、そ
の対応する燃焼器16の出口端をタービン18の入口端に接
続し、燃焼による高温生成物をタービン18に送給する。 本発明は、特に、米国特許第4,292,801号に記載され
たタイプの２段２モード低NOx燃焼器に有用である。こ
の米国特許に記載されているように、また本出願の第２
図に示されているように、各燃焼器16は、第１の燃焼室
すなわち上流側燃焼室24と、第２の燃焼室すなわち下流
側燃焼室26と、これらの上流側および下流側燃焼室24お
よび26の間のベンチュリのど領域28とを有する。燃焼器
16は、燃焼器空気流スリーブ30によって囲まれており、
燃焼器空気流スリーブ30は、圧縮機14から吐出された空
気の流れを燃焼器16に導く流炉を構成する。燃焼器16は
さらに外側ケーシング31によって囲まれている。外側ケ
ーシング31はタービンケーシング32にボルトで固定され
る。 複数個の主ノズル36が、それぞれ上流側燃焼室24に燃
料を送給するために、中央補助ノズル38の周囲に環状に
配列される。ガスタービンのひとつのモデルでは、各燃
焼器は６個の主ノズルと１個の補助ノズルとを有するこ
ともある。燃焼器16について更に説明すると、燃料は、
当業者に周知のような、上記米国特許第4,292,801号に
詳述されている方法で、配管42を介して主ノズル36およ
び中央補助ノズル38に送給される。燃焼器内での点火
は、火花点火プラグ48（第２図には図示していない）に
よって行われる。また、隣りの燃焼器の点火は当業者に
周知のクロスファイヤ管50によって行われる。 上記米国特許第4,292,801号では、全ての燃料ノズル
（主ノズルおよび補助ノズルの両方）が同一であり、す
なわち、全ての燃料ノズルが拡散型であることが指摘さ
れている。第２図に示されているように、拡散型の主ノ
ズル36は、燃料送給ノズル54および環状旋回管56を有す
る。燃料送給ノズル54は、燃料のみを送給する。この燃
料は、その後、燃焼のため旋回器56からの空気と混合さ
れる。米国特許第4,292,801号によれば、補助ノズルも
拡散ノズルである。これについて以下説明する。 ベース負荷での運転中、２段２モード燃焼器は、予混
合モードで動作するように設計されている。この予混合
モードにおいては、全ての主ノズルは燃料と空気とを混
合するだけであり、この混合物は、補助すなわち中央拡
散ノズルにより支持されている拡散炎によって点火され
る。この主ノズルの予混合と補助拡散ノズルによる点火
とによって、燃焼器内でのNOx生成量が減少する。しか
し、上述のシステムには、少なくとも１つの根本的な欠
点があった。たとえば、実験室での試験の結果、補助拡
散ノズルに対して可能な最小パーセントの燃料を使用す
れば或る運転条件でNOx排出量が最小になるが、他の運
転条件で、補助拡散ノズルに同じパーセントの燃料を用
いると、主予混合流を満足に燃焼させるのに充分な熱入
力が得られないことが判明した。本発明者は、最小拡散
パイロットを中央ノズルの予混合室と組み合せて使用す
ることによって、上流側の予混合ノズル（主ノズル）か
ら吐出される主予混合流に対する満足なパイロット炎を
維持できることを見出した。したがって、本発明では、
拡散炎（高NOxの生成をともなう）として燃焼する燃料
の燃焼器への全燃料に対するパーセントを最小にすると
同時に、補助予混合流すなわちパイロット流を使用する
ことによって主予混合流に点火するのに充分な熱入力が
得られるようにする。 このため、本発明によれば、第２図および第３図に示
すように、拡散−予混合ノズル100を提供する。拡散−
予混合ノズル100は、燃料送給管64を具えた拡散パイロ
ット部62を有する。燃料送給管64は、軸方向燃料送給管
66、およびこの管66から半径方向外向きに伸びて端部が
閉鎖された複数本の半径方向の燃料分配管68を有する。
好適な実施例では、６本の燃料分配管が設けられる。第
３図に最も良く示されているように、各燃料分配管68
は、複数個の燃料吐出孔70を有する。燃料吐出孔70は、
拡散−予混合ノズル100の吐出端の方へ下流に向けられ
ている。燃料吐出孔70の寸法は、後述する予混合室内に
所望のパーセントの燃料流量を送給するように設定され
る。 拡散パイロット部62は、さらに空気送給管74を有す
る。空気送給管74は、軸方向燃料送給管66と同軸であっ
て、これを囲む。空気送給管74への空気入力は、圧縮機
14からの吐出空気である。この吐出空気は、その流れの
向きが逆転されて、燃焼器空気流スリーブ30と燃焼器ラ
イナ78とによって画成された空間76に流入する。拡散パ
イロット部62は、その吐出端に第１の環状旋回器すなわ
ち拡散パイロット旋回器82を有する。この拡散パイロッ
ト旋回器82は、空気送給管74から吐出された空気を拡散
パイロット炎に向けて送るためのものである。 予混合室84が、スリーブ状の截頭円錐筒85によって画
成される。予混合室84は、拡散パイロット部62を囲み、
拡散パイロット部62の吐出端に近接する吐出端を有す
る。圧縮機14からの吐出空気が、その流れの向きが逆転
されて、空気送給管74と同様に空間76から予混合室84内
に流入する。複数本の燃料分配管68は、空気送給管74を
貫通して環状の予混合室84の中まで伸びている。この予
混合室内で燃料と空気が混合されて、第２の旋回器すな
わち予混合室、旋回器86に送給される。予混合室旋回器
86は、拡散パイロット部62と予混合室84の截頭円錐筒85
との間に配置されている。 第３の旋回器すなわち中央ノズル旋回器90が、拡散予
混合ノズル100の吐出端よりも下流に配置される。中央
ノズル旋回器90は、截頭円錐筒85の延長部すなわちカッ
プ92と上流側燃焼室24の中心体壁95との間に配置されて
いる。圧縮機14からの吐出空気が、その流れの向きが逆
転されて、燃焼器ライナ78を囲む空間76から中央ノズル
旋回器90へ流れる。中央ノズル旋回器90の目的は、第１
の燃焼室からの主予混合流と組み合わさるときの、拡散
−予混合ノズル100の炎を安定させるためである。 拡散パイロット旋回器82、予混合室旋回器86および中
央ノズル旋回器90の所要の設計は、当業者に周知である
から、これ以上説明しない。予混合室84の截頭円錐筒85
は、ガスタービン環境内で使用するのに適した金属で作
られる。 動作について説明すると、始動時に、第１の燃焼室内
に燃料が導入されて燃焼が開始される。予め定められた
中間範囲の負荷になったとき、燃料流は、所望の負荷に
到達するように主ノズルと補助ノズルとの間で分割され
て、補助ノズルの点火が行われる。その後、主ノズルへ
の燃料流が遮断されて、第１の燃料室内での燃焼を停止
させる。その後、燃料流が再び主ノズルに設定され、こ
のとき、主ノズルはそれに供給される主燃料流に対する
主予混合室として作用し、他方、中央ノズルは点火され
た状態に保たれて主予混合流に対するパイロット炎を形
成する。この点で従来技術によれば、全燃料器燃料流量
の約20％を使う拡散炎は、比較的多量のNOxを生成して
しまう。 拡散−予混合ノズルを用いる本発明によれば、全燃焼
器燃料流量の約２％のみが拡散炎を支持するために使用
されるので、NOxの生成量が相当小さくなる。パイロッ
トノズルすなわち補助ノズル残りの燃料は予混合室内で
予混合され、このため相当低下したレベルのNOxが排出
される。要約すると、上述したように本発明によれば、
NOxの生成量が減少し、この減少によって、補助ノズル
に通す燃料の流量を増加させることができるようにな
り、また、拡散パイロットが周囲の主ノズルからの全予
混合流よりもむしろ拡散パイロットの予混合流に依存す
るので、ターンダウンすなわち変動する条件下で動作す
る能力がかなり拡大される。 本発明を特定の実施例に関して図示し説明したが、当
業者であれば、特許請求の範囲内において容易に種々変
形することができよう。したがって、本願の特許請求の
範囲は、このような変形を包含するものである。
酸化物（NOx）のような大気汚染物質の量を減少させる
ガスタービン用燃焼器に関する。 ガスタービンの排出ガス中のNOxの量を減らすため
に、２段２モード燃焼器が開発されている。この２段２
モードの燃焼器は、米国特許第4,292,801号に開示され
ている。この米国特許において、正規運転負荷状態で上
流側燃焼室が予混合室として機能し、実際の燃焼が下流
側燃焼室内で生じるように、２個の燃焼室が設けられて
いる場合、従来の１段１燃料ノズル燃焼器と比較してNO
x排出量が極めて減少することが明らかにされた。上述
の運転状態では、上流側燃焼室内に炎が存在しないから
NOxの生成量が減少し、補助ノズルに当る中央ノズルが
燃焼器の動作のための火炎源となる。上記米国特許にお
ける本発明の特定の態様によれば、上流側燃焼室に燃料
を噴射するための環状に配列された複数個の主ノズル
と、下流側燃焼室内に燃料を噴射するための中央ノズル
とが設けられている。これらの主ノズルおよび中央ノズ
ルは、全て拡散ノズルと見なされるものである。という
のは、ノズルが軸方向燃料送給管を有し、その吐出端が
空気旋回器によって囲まれているからである。空気旋回
器、燃料ノズルからの吐出された燃料に対して燃焼用空
気を供給する。本発明者は拡散−予混合ノズルとして記
述できるものに中央ノズルすなわち補助ノズルの設計を
変更することによって、NOxの生成量をさらに減らすこ
とができることを発見した。動作について説明すると、
比較的少量の燃料を用いて、拡散パイロットを維持する
一方で、補助ノズルの予混合部により、上流の主ノズル
から燃焼室内へ送給される主燃料を点火するために追加
の燃料を供給する。 ［発明の目的］ 本発明の目的は、運転条件の全範囲に亘って主予混合
流に点火するために安全で十分な熱源を提供することで
ある。 本発明の別の目的は、NOxの排出に対して炎源の影響
を最小とすることである。 本発明の他の目的は、パイロット拡散炎を生じさせる
のに使用される燃料の量を最小とすることである。 新規性があると思われる本発明の特徴は、特許請求の
範囲に記載されている。しかし、発明自体、および本発
明の他の目的および利点は、以下の説明および図面を参
照することにより最も良く理解できよう。 ［発明の概要］ 本発明は、特に、ベンチュリのど領域によって隔てら
れた２個の燃焼室を有するタイプのガスタービン用燃焼
器に適用できるものである。環状に配置された複数個の
主ノズルが、上流側すなわち第１の燃焼室内に燃料を噴
射する。これに対して、１個の補助ノズルすなわち中央
ノズルが、下流側すなわち第２の燃焼室内に燃料を噴射
する。運転方法によれば、ベース負荷の下で、全主ノズ
ルが消炎される一方で、１個の中央ノズルが主ノズルか
ら噴射された予混合燃料の燃焼を持続させる。本発明に
よれば、従来中央ノズルに用いられていた拡散ノズル
が、拡散−予混合ノズルに取り替えられ、この拡散−予
混合ノズルは、燃料器全体の全燃料流量の約20％から全
燃料流量の約２％へ、中央拡散炎のための燃料流量を減
少させる。これを達成するため、拡散炎の燃焼を支持す
るために最小量燃料送給管を囲むように空気送給管を設
け、他方、中央ノズル内での最大量の燃料送給を半径方
向の燃料分配管によって行う。各燃料分配管は、拡散パ
イロット部を囲む予混合室内に燃料を噴射する。拡散パ
イロット部は、軸方向燃料送給管、およびこれを囲む空
気送給管で構成される。このようにして、比較的少量の
燃料を、拡散炎として、中央ノズルの予混合室から吐出
する流れに点火するために使用することができる。しか
しその必要量は、残りの主ノズルから吐出する主予混合
流に点火するのに必要な量よりも相当少ない。したがっ
て、この構造では、拡散炎（NOxの排出量が多い）とし
て燃焼する燃料の、燃焼器における全燃料流量に対する
パーセントを最小にすると同時に、パイロット予混合流
（NOxの排出量が少ない）を使用することによって主予
混合流に点火するのに充分な熱入力を与える。 ［発明の詳しい説明］ 第１図に示されているように、ガスタービン12は、圧
縮機14、燃焼器16、および１枚の羽根で表わしたタービ
ン18を有する。図示されていないが、タービン18は、周
知のように共通軸によって圧縮機14に連結されて、これ
を駆動する。圧縮機14は入口空気を加圧し、この加圧さ
れた空気は燃焼器16の方へ向きを変えられて（すなわ
ち、反対向きに）流れ、燃焼器16内で燃焼器を冷却する
のに使用されるとともに燃焼用空気としても使用され
る。ガスタービン12は、複数回の燃焼器16（図には１の
みが示されている）を有し、これらの燃焼器は、ガスタ
ービン12の外周に配置されている。ガスタービンの１つ
のモデルにおいては、上述したような燃焼器がガスター
ビンの外周に14個配置されている。移行ダクト20が、そ
の対応する燃焼器16の出口端をタービン18の入口端に接
続し、燃焼による高温生成物をタービン18に送給する。 本発明は、特に、米国特許第4,292,801号に記載され
たタイプの２段２モード低NOx燃焼器に有用である。こ
の米国特許に記載されているように、また本出願の第２
図に示されているように、各燃焼器16は、第１の燃焼室
すなわち上流側燃焼室24と、第２の燃焼室すなわち下流
側燃焼室26と、これらの上流側および下流側燃焼室24お
よび26の間のベンチュリのど領域28とを有する。燃焼器
16は、燃焼器空気流スリーブ30によって囲まれており、
燃焼器空気流スリーブ30は、圧縮機14から吐出された空
気の流れを燃焼器16に導く流炉を構成する。燃焼器16は
さらに外側ケーシング31によって囲まれている。外側ケ
ーシング31はタービンケーシング32にボルトで固定され
る。 複数個の主ノズル36が、それぞれ上流側燃焼室24に燃
料を送給するために、中央補助ノズル38の周囲に環状に
配列される。ガスタービンのひとつのモデルでは、各燃
焼器は６個の主ノズルと１個の補助ノズルとを有するこ
ともある。燃焼器16について更に説明すると、燃料は、
当業者に周知のような、上記米国特許第4,292,801号に
詳述されている方法で、配管42を介して主ノズル36およ
び中央補助ノズル38に送給される。燃焼器内での点火
は、火花点火プラグ48（第２図には図示していない）に
よって行われる。また、隣りの燃焼器の点火は当業者に
周知のクロスファイヤ管50によって行われる。 上記米国特許第4,292,801号では、全ての燃料ノズル
（主ノズルおよび補助ノズルの両方）が同一であり、す
なわち、全ての燃料ノズルが拡散型であることが指摘さ
れている。第２図に示されているように、拡散型の主ノ
ズル36は、燃料送給ノズル54および環状旋回管56を有す
る。燃料送給ノズル54は、燃料のみを送給する。この燃
料は、その後、燃焼のため旋回器56からの空気と混合さ
れる。米国特許第4,292,801号によれば、補助ノズルも
拡散ノズルである。これについて以下説明する。 ベース負荷での運転中、２段２モード燃焼器は、予混
合モードで動作するように設計されている。この予混合
モードにおいては、全ての主ノズルは燃料と空気とを混
合するだけであり、この混合物は、補助すなわち中央拡
散ノズルにより支持されている拡散炎によって点火され
る。この主ノズルの予混合と補助拡散ノズルによる点火
とによって、燃焼器内でのNOx生成量が減少する。しか
し、上述のシステムには、少なくとも１つの根本的な欠
点があった。たとえば、実験室での試験の結果、補助拡
散ノズルに対して可能な最小パーセントの燃料を使用す
れば或る運転条件でNOx排出量が最小になるが、他の運
転条件で、補助拡散ノズルに同じパーセントの燃料を用
いると、主予混合流を満足に燃焼させるのに充分な熱入
力が得られないことが判明した。本発明者は、最小拡散
パイロットを中央ノズルの予混合室と組み合せて使用す
ることによって、上流側の予混合ノズル（主ノズル）か
ら吐出される主予混合流に対する満足なパイロット炎を
維持できることを見出した。したがって、本発明では、
拡散炎（高NOxの生成をともなう）として燃焼する燃料
の燃焼器への全燃料に対するパーセントを最小にすると
同時に、補助予混合流すなわちパイロット流を使用する
ことによって主予混合流に点火するのに充分な熱入力が
得られるようにする。 このため、本発明によれば、第２図および第３図に示
すように、拡散−予混合ノズル100を提供する。拡散−
予混合ノズル100は、燃料送給管64を具えた拡散パイロ
ット部62を有する。燃料送給管64は、軸方向燃料送給管
66、およびこの管66から半径方向外向きに伸びて端部が
閉鎖された複数本の半径方向の燃料分配管68を有する。
好適な実施例では、６本の燃料分配管が設けられる。第
３図に最も良く示されているように、各燃料分配管68
は、複数個の燃料吐出孔70を有する。燃料吐出孔70は、
拡散−予混合ノズル100の吐出端の方へ下流に向けられ
ている。燃料吐出孔70の寸法は、後述する予混合室内に
所望のパーセントの燃料流量を送給するように設定され
る。 拡散パイロット部62は、さらに空気送給管74を有す
る。空気送給管74は、軸方向燃料送給管66と同軸であっ
て、これを囲む。空気送給管74への空気入力は、圧縮機
14からの吐出空気である。この吐出空気は、その流れの
向きが逆転されて、燃焼器空気流スリーブ30と燃焼器ラ
イナ78とによって画成された空間76に流入する。拡散パ
イロット部62は、その吐出端に第１の環状旋回器すなわ
ち拡散パイロット旋回器82を有する。この拡散パイロッ
ト旋回器82は、空気送給管74から吐出された空気を拡散
パイロット炎に向けて送るためのものである。 予混合室84が、スリーブ状の截頭円錐筒85によって画
成される。予混合室84は、拡散パイロット部62を囲み、
拡散パイロット部62の吐出端に近接する吐出端を有す
る。圧縮機14からの吐出空気が、その流れの向きが逆転
されて、空気送給管74と同様に空間76から予混合室84内
に流入する。複数本の燃料分配管68は、空気送給管74を
貫通して環状の予混合室84の中まで伸びている。この予
混合室内で燃料と空気が混合されて、第２の旋回器すな
わち予混合室、旋回器86に送給される。予混合室旋回器
86は、拡散パイロット部62と予混合室84の截頭円錐筒85
との間に配置されている。 第３の旋回器すなわち中央ノズル旋回器90が、拡散予
混合ノズル100の吐出端よりも下流に配置される。中央
ノズル旋回器90は、截頭円錐筒85の延長部すなわちカッ
プ92と上流側燃焼室24の中心体壁95との間に配置されて
いる。圧縮機14からの吐出空気が、その流れの向きが逆
転されて、燃焼器ライナ78を囲む空間76から中央ノズル
旋回器90へ流れる。中央ノズル旋回器90の目的は、第１
の燃焼室からの主予混合流と組み合わさるときの、拡散
−予混合ノズル100の炎を安定させるためである。 拡散パイロット旋回器82、予混合室旋回器86および中
央ノズル旋回器90の所要の設計は、当業者に周知である
から、これ以上説明しない。予混合室84の截頭円錐筒85
は、ガスタービン環境内で使用するのに適した金属で作
られる。 動作について説明すると、始動時に、第１の燃焼室内
に燃料が導入されて燃焼が開始される。予め定められた
中間範囲の負荷になったとき、燃料流は、所望の負荷に
到達するように主ノズルと補助ノズルとの間で分割され
て、補助ノズルの点火が行われる。その後、主ノズルへ
の燃料流が遮断されて、第１の燃料室内での燃焼を停止
させる。その後、燃料流が再び主ノズルに設定され、こ
のとき、主ノズルはそれに供給される主燃料流に対する
主予混合室として作用し、他方、中央ノズルは点火され
た状態に保たれて主予混合流に対するパイロット炎を形
成する。この点で従来技術によれば、全燃料器燃料流量
の約20％を使う拡散炎は、比較的多量のNOxを生成して
しまう。 拡散−予混合ノズルを用いる本発明によれば、全燃焼
器燃料流量の約２％のみが拡散炎を支持するために使用
されるので、NOxの生成量が相当小さくなる。パイロッ
トノズルすなわち補助ノズル残りの燃料は予混合室内で
予混合され、このため相当低下したレベルのNOxが排出
される。要約すると、上述したように本発明によれば、
NOxの生成量が減少し、この減少によって、補助ノズル
に通す燃料の流量を増加させることができるようにな
り、また、拡散パイロットが周囲の主ノズルからの全予
混合流よりもむしろ拡散パイロットの予混合流に依存す
るので、ターンダウンすなわち変動する条件下で動作す
る能力がかなり拡大される。 本発明を特定の実施例に関して図示し説明したが、当
業者であれば、特許請求の範囲内において容易に種々変
形することができよう。したがって、本願の特許請求の
範囲は、このような変形を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は、一部を断面で示したガスタービンエンジンの
側面図である。第２図は、ガスタービンエンジンの燃焼
器部分の拡大側断面図である。第３図は、本発明による
拡散−予混合ノズルの概略側断面図である。 ［主な符号の説明］ 36:主ノズル、38:中央ノズル、100:拡散−予混合ノズ
ル、62:拡散パイロット部、64:燃料送給管、66:軸方向
燃料送給管、68:半径方向の燃料分配管、70:燃料吐出
孔、74:空気送給管、82,86,90:旋回器、84:予混合室、8
5:截頭円錐筒。
側面図である。第２図は、ガスタービンエンジンの燃焼
器部分の拡大側断面図である。第３図は、本発明による
拡散−予混合ノズルの概略側断面図である。 ［主な符号の説明］ 36:主ノズル、38:中央ノズル、100:拡散−予混合ノズ
ル、62:拡散パイロット部、64:燃料送給管、66:軸方向
燃料送給管、68:半径方向の燃料分配管、70:燃料吐出
孔、74:空気送給管、82,86,90:旋回器、84:予混合室、8
5:截頭円錐筒。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 ロイ・マーシャル・ワシャム
アメリカ合衆国、ニューヨーク州、スケ
ネクタデイ、カリーブッシュ・ロード、
アール・ディー・ナンバー５（番地な
し)
(56)参考文献 特開 昭59−101551（ＪＰ，Ａ)
特開 昭56−25622（ＪＰ，Ａ)
特開 昭59−202324（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名)
F02C 7/232
F23R 3/28,3/34,3/04
F23C 11/00
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．入口端と吐出端とを有している第１の軸方向燃料送
給管と、該第１の軸方向燃料送給管と同軸であると共に
該第１の軸方向燃料送給管を取り囲んでいる第２の軸方
向空気送給管と、前記第１の軸方向燃料送給管と周囲の
前記第２の軸方向空気送給管との間で前記第１の軸方向
燃料送給管の吐出端に設けられている環状の第１の旋回
器とを含んでいる拡散パイロット部であって、前記第１
の軸方向燃料送給管は更に、該第１の軸方向燃料送給管
から外向きに延在していると共に該第１の軸方向燃料送
給管の入口端に向かって位置している複数の半径方向燃
料分配管であって、前記第２の軸方向空気送給管の外周
を越えて延在している複数の半径方向燃料分配管を含ん
でおり、前記第２の軸方向空気送給管は、前記半径方向
燃料分配管の上流に入口端を有している、拡散パイロッ
ト部と、 該拡散パイロット部を取り囲んでいると共に、入口端と
吐出端とを含んでいる予混合室とを備えた拡散−予混合
ノズルであって、 前記半径方向燃料分配管は、前記予混合室内まで延在し
ており、 少なくとも１つの半径方向燃料分配管に設けられてお
り、前記予混合室の吐出端の方へ向いている少なくとも
１つの燃料吐出孔と、 前記第２の軸方向空気送給管と周囲の前記予混合室との
間で該予混合室の吐出端に設けられている環状の第２の
旋回器とを備えている拡散−予混合ノズル。 ２．当該第１及び第２の燃焼室に比べて減少した寸法を
成しているのど領域により相互接続されている第１及び
第２の燃焼室であって、該第１の燃焼室は、該第２の燃
焼室より上流に配置されている、第１及び第２の燃焼室
と、該第１の燃焼室より上流に環状の配列を成してお
り、該第１の燃焼室内に燃料を導入する複数の拡散型主
燃料ノズルであって、該拡散型ノズルの各々は、前記第
１の燃焼室内に加圧された空気を導入して燃料と空気と
の可燃混合物を生成する環状の旋回器を含んでいる、複
数の拡散型主燃料ノズルとを含んでいる形式のガスター
ビン燃焼器であって、 前記第２の燃焼室より上流に配置されていると共に、該
第２の燃焼室へ向かっている吐出端を有している拡散−
予混合ノズルであって、軸方向燃料送給管と、該軸方向
燃料送給管の実質的に全長に沿って該軸方向燃料送給管
を取り囲んでいる空気送給管とを含んでいる拡散パイロ
ット部を含んでいる拡散−予混合ノズルを備えたガスタ
ービン燃焼器。 ３．前記拡散−予混合ノズルは、 前記燃料送給管と前記空気送給管との間に設けられてい
る環状の拡散パイロット旋回器と、 該拡散パイロットを取り囲んでいる予混合室と、 前記燃料送給管から半径方向外向きに前記空気送給管を
貫通して前記予混合室内へ延在している複数の燃料分配
管と、 燃料を前記予混合室内へ分配するように、半径方向に向
いた少なくとも１つの前記燃料分配管に設けられている
と共に、前記予混合室の吐出端の方へ向いている少なく
とも１つの燃料吐出孔と、 前記空気送給管と前記予混合室との間で前記拡散−予混
合ノズルの吐出端に隣接して配置されている予混合室旋
回器とを含んでいる特許請求の範囲第２項に記載のガス
タービン燃焼器。 ４．前記拡散−予混合ノズルは、前記複数の主ノズルの
環状の配列の中央に配置されており、前記拡散−予混合
ノズルと周囲の中心体壁との間に設けられている第３の
旋回器を更に含んでいる特許請求の範囲第２項に記載の
ガスタービン燃焼器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US93488586A | 1986-11-25 | 1986-11-25 | |
| US934885 | 2007-11-05 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01137117A JPH01137117A (ja) | 1989-05-30 |
| JP2831641B2 true JP2831641B2 (ja) | 1998-12-02 |
Family
ID=25466234
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62285662A Expired - Lifetime JP2831641B2 (ja) | 1986-11-25 | 1987-11-13 | 拡散−予混合ノズル及びガスタービン燃焼器 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP2831641B2 (ja) |
| DE (1) | DE3766807D1 (ja) |
| NO (1) | NO166340C (ja) |
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| JPH0772616B2 (ja) * | 1989-05-24 | 1995-08-02 | 株式会社日立製作所 | 燃焼器及びその運転方法 |
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| EP0488556B1 (en) * | 1990-11-27 | 1997-07-16 | General Electric Company | Premixed secondary fuel nozzle with integral swirler |
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| JP5193088B2 (ja) * | 2009-02-20 | 2013-05-08 | 三菱重工業株式会社 | 燃焼器及びガスタービン |
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| JP5804808B2 (ja) * | 2011-07-07 | 2015-11-04 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | ガスタービン燃焼器及びその燃焼振動減衰方法 |
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| DE3241162A1 (de) * | 1982-11-08 | 1984-05-10 | Kraftwerk Union AG, 4330 Mülheim | Vormischbrenner mit integriertem diffusionsbrenner |
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-
1987
- 1987-10-21 DE DE8787115434T patent/DE3766807D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1987-10-21 EP EP19870115434 patent/EP0269824B1/en not_active Expired
- 1987-11-13 JP JP62285662A patent/JP2831641B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1987-11-24 NO NO874893A patent/NO166340C/no not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| NO874893D0 (no) | 1987-11-24 |
| EP0269824A2 (en) | 1988-06-08 |
| NO166340B (no) | 1991-03-25 |
| EP0269824A3 (en) | 1988-07-06 |
| NO166340C (no) | 1991-07-03 |
| DE3766807D1 (de) | 1991-01-31 |
| JPH01137117A (ja) | 1989-05-30 |
| NO874893L (no) | 1988-05-26 |
| EP0269824B1 (en) | 1990-12-19 |
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