JP3814878B2 - ガスタービンの予混合燃焼器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンの予混合燃焼器の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンの燃焼器では、均一な混合気を得るために予混合室を備えたものが知られている（特開昭６０−１１７００８号公報参照）。
【０００３】
これについて説明すると、図１３に示すように、ケーシング４の内周には断熱部材３を介して筒状の燃焼室２が形成されるとともに、この燃焼室２へ混合気を供給する筒状の予混合室１と、予混合室１へ図示しない熱交換器あるいは圧縮機からの加圧空気を導入する高圧空気通路１６がそれぞれ形成される。
【０００４】
高圧空気通路１６から予混合室１へ流入した加圧空気はスワーラ１５で旋回を付与された後、主燃料噴射弁１０から噴射された燃料と混合される。予混合室１は筒状の燃焼室２とほぼ平行に配設されるとともに、環状流路５を介して予混合室１は燃焼室２の上流と連通する。
【０００５】
環状流路５は燃焼室２の基端においてノズル外周壁面６Ａを備えたバッフル板６を介して画成される。この燃焼室２の基端には内部に補助燃料噴射弁９を収装した筒状の保炎器７が燃焼室２とほぼ同軸的に配設され、端部７Ａがバッフル板６に形成されたノズル外周壁面６Ａへ挿通される。
【０００６】
そして、この保炎器７はガイド１７を介して軸方向へ変位可能にケーシング４で支持されるとともに、図示しない駆動手段によって端部７Ａが燃焼室２に対し進退する方向へ駆動される。
【０００７】
保炎器７の外壁とバッフル板６のノズル外周壁面６Ａとの間に環状ノズル８が画成される。この環状ノズル８に面した保炎器７の端部７Ａの外周にはテーパー状に広がるテーパー部７０が形成されており、保炎器７の軸方向の位置に応じて環状ノズル８の断面積、すなわち、燃焼室２へ流入する混合気の流路断面積をエンジン負荷に応じて変化させ、環状流路５から燃焼室２へ吹き出す混合気の空気配分率を変化させるようになっている。
【０００８】
予混合室１からの混合気は保炎器７とバッフル板６との間の環状ノズル８から燃焼室２へ導入される。環状流路５は燃焼室２の軸を中心とする渦巻き状に形成される。環状流路５を通過する混合気は保炎器７を中心として燃焼室２の内壁に沿う旋回流となり、燃焼室２内の火炎は保炎器７の端部７Ａを起点とするコーン状の火炎を形成する。
【０００９】
さらに希釈筒１３に開口した希釈口１２から流入した空気で燃焼ガス温度を下げた後、スクロール入口１４を介して図示しないタービンへ流入する。
【００１０】
このようなガスタービンの燃焼器として、上記の他に、ＡＳＭＥ ＰＡＰＥＲ７８−ＧＴ−１５５（１９７８年４月９日発行）に開示されたものが知られている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、環状ノズル８から燃焼室２へ導入される混合気の濃度が高い、温度が高い、あるいは圧力が高い等の特定の運転条件によっては、燃焼室２の火炎が上流側に伝播する逆火現象が発生する可能性がある。この逆火現象が発生すると、燃焼室２より上流側の通路部材が火炎にさらされるため、環状流路５や予混合室１を画成する部材や保炎器７およびバッフル板６にも高い耐熱性が要求される。
【００１２】
旋回室５から環状ノズル８を通って燃焼室２に流入する混合気の流速は環状ノズルの外周部で小さくなるため、環状ノズル８の外周部を流れる混合気が燃焼室２の火炎が環状ノズル８の外周部を流れる混合気へと伝播する可能性がある。
【００１３】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、逆火現象を防止できるガスタービンの予混合燃焼器を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のガスタービンの予混合燃焼器は、
加圧空気を導入する高圧空気通路と、
高圧空気通路からの加圧空気と主燃料噴射弁から噴射される燃料とを混合する予混合室と、
予混合室からの混合気を燃焼室に導入する環状ノズルと、
環状ノズルを画成するバッフル板と、
を備えるガスタービンの予混合燃焼器において、
バッフル板に冷却媒体を循環させる冷却流路を形成し、
運転条件に応じて冷却流路に対する冷却媒体の循環を制御する冷媒循環量制御手段を備える。
【００１５】
請求項２に記載のガスタービンの予混合燃焼器は、請求項１に記載の発明において、
前記バッフル板の温度を検出する温度センサを備え、
温度センサによって検出される温度に応じて冷却流路に対する冷却媒体の循環を制御する冷媒循環量制御手段を備える。
【００１６】
請求項３に記載のガスタービンの予混合燃焼器は、請求項１に記載の発明において、
前記冷却流路として複数のジャケットを環状ノズルを囲むように周方向に分割し、
運転条件に応じて各ジャケットに対する冷却媒体の循環を独立して制御する冷媒循環量制御手段を備える。
【００１７】
請求項４に記載のガスタービンの予混合燃焼器は、請求項３に記載の発明において、
前記温度センサを各ジャケットの近傍に配置し、
各温度センサによって検出される温度に応じて各ジャケットに対する冷却媒体の循環を独立して制御する冷媒循環量制御手段を備える。
【００１８】
請求項５に記載のガスタービンの予混合燃焼器は、請求項１から４のいずれか一つに記載の発明において、
前記ガスタービンのエンジン回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段と、
高圧空気通路の空気温度を検出する空気温度検出手段と、
検出されるエンジン回転速度と高圧空気通路の空気温度に応じて冷却流路に対する冷却媒体の循環量を制御する冷媒循環量制御手段を備える。
【００１９】
請求項６に記載のガスタービンの予混合燃焼器は、請求項１から５のいずれか一つに記載の発明において、
前記バッフル板の温度を検出する温度センサを備え、
温度センサによって検出される温度の上昇速度を算出する温度上昇速度算出手段と、
算出される温度上昇速度が所定値を越えることを判定して冷却流路に対する冷却媒体の循環量を増大する冷媒循環量制御手段を備える。
【００２０】
【作用】
請求項１に記載のガスタービンの予混合燃焼器において、高圧空気通路からの加圧空気は予混合室にて主燃料噴射弁から噴射された燃料と混合して混合気となり、この混合気は環状ノズルを通って燃焼室へ導入される。
【００２１】
しかし、環状ノズルの外周部の壁面近傍に混合気の流速が比較的遅い領域が生じているため、旋回室から環状ノズルを通って燃焼室に流入する混合気の燃料濃度が高い、あるいは圧力が高い特定の運転条件において、燃焼室内の火炎が環状ノズルの外周壁面の近傍の領域を伝播して旋回室に至る逆火現象が発生する可能性がある。
【００２２】
これに対処して、逆火現象が発生する可能性がある運転条件で冷却流路に冷却媒体を循環させ、ノズル外周壁面を冷却する。これにより、ノズル外周壁面の近傍に位置する境界層を流れる混合気が冷却され、環状ノズルの外周面近傍において混合気の温度が低い消炎領域（クエンチゾーン）が形成される。こうしてノズル外周壁面の近傍に位置する境界層を流れる混合気の温度上昇が抑えられることにより、燃焼室内の火炎が環状ノズルの外周壁面の近傍の領域を伝播することが抑えられ、逆火現象の発生を防止することができる。逆火現象の発生が防止されることにより、燃焼室より上流側の通路部材に熱的損傷を与えることを回避できる。
【００２３】
逆火現象が発生する可能性のない運転条件で冷却流路に対する冷却媒体の循環を停止することにより、ノズル外周壁面の近傍に位置する境界層を流れる混合気が冷却されることなく、燃料の混合比を希薄化しても、燃焼室において安定した燃焼性が確保され、火炎が吹き消えることを防止できる。
【００２４】
請求項２に記載のガスタービンの予混合燃焼器において、燃焼室の火炎が環状ノズルを流れる混合気へと伝播する逆火現象が発生して、バッフル板の温度が急上昇した場合、温度センサを介してこれを検知し、冷却流路に対する冷却媒体循環量を増やす構成により、ノズル外周壁面の温度を速やかに下げて、逆火から正常燃焼への復帰を容易にすることができる。
【００２５】
請求項３に記載のガスタービンの予混合燃焼器において、複数のジャケットを環状ノズルを囲むように周方向に分割して形成し、ガスタービンの運転状態に応じて各ジャケットを循環する冷却媒体の流量を独立して制御する構成により、ノズル外周壁面の温度を均一に保ち、逆火現象の発生を有効に防止することができる。
【００２６】
請求項４に記載のガスタービンの予混合燃焼器において、各温度センサを介してバッフル板の温度上昇する部位を検知し、各ジャケットに対する冷却媒体循環量を独立して増やすことにより、ノズル外周壁面の温度を均一になるように調節して、逆火現象の発生を有効に防止することができる。
【００２７】
請求項５に記載のガスタービンの予混合燃焼器において、検出されるエンジン回転速度と高圧空気通路の空気温度に応じて冷却流路に対する冷却媒体の循環量を制御する構成により、ガスタービンの運転条件を変動させずに逆火現象の発生を有効に防止することができる。
【００２８】
請求項６に記載のガスタービンの予混合燃焼器において、温度センサによって検出される温度の上昇速度が所定値を越えることを判定して冷却流路に対する冷却媒体の循環量を増大する構成により、逆火から正常燃焼へ復帰する際の不安定な燃焼状態を最小限に抑えつつ、逆火から正常燃焼への復帰を容易にする。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００３０】
図１において、ガスタービンは、ケーシング４の内側に断熱部材３を介して円筒状の燃焼室２と、燃焼室２へ混合気を供給する筒状の予混合室１および予混合室１へ図示しない熱交換器等からの加圧空気を導入する高圧空気通路１６がそれぞれ形成される。
【００３１】
燃焼室２に面した所定の位置には点火栓１１が配設される。燃焼室２の下流側には複数の希釈口１２を備えた希釈筒１３が嵌合する。希釈口１２は高圧空気通路１６と連通して希釈用の加圧空気を導入する。希釈筒１３は下流に結合した図示しないスクロール入口を介して図示しないタービンと連通する。
【００３２】
予混合室１は上流側に配設したスワーラ１５を介して高圧空気通路１６と連通すると共に、内部に主燃料噴射弁１０を備える。
【００３３】
補助燃料噴射弁９は高負荷時に燃料を増量するもので、図示しない燃料供給手段によって選択的に駆動されるものである。
【００３４】
燃焼室２の基端側には補助燃料噴射弁９を収装した筒状の保炎器７が燃焼室２とほぼ同軸的に配設される。保炎器７の燃焼室２側の端部７Ａは、バッフル板６に形成された円錐面状をしたノズル外周壁面６Ａへ挿通される。
【００３５】
保炎器７とバッフル板６のノズル外周壁面６Ａとの間には、保炎器７の軸方向の位置に応じた所定の間隙で構成された環状ノズル８が形成される。
【００３６】
保炎器７はガイド１７を介して軸方向へ変位可能にケーシング４で支持される。保炎器７の外壁は環状流路５を画成する隔壁３０とシール１８を介して摺接する。
【００３７】
保炎器７は図示しない駆動手段によって軸方向へ駆動される。保炎器７は燃焼室２へ向けた軸方向への変位によって、ノズル外周壁面６Ａに対して相対変位を行う。
【００３８】
なお、駆動手段はエンジン負荷に応じて保炎器７を伸縮駆動するもので、低負荷時では保炎器７を最収縮位置へ駆動する一方、高負荷時では保炎器７を最伸長位置へ駆動する。
【００３９】
予混合室１は環状流路５を介して燃焼室２と連通する。環状流路５は燃焼室２の軸を中心とする環状に形成され、燃焼室２に流入する混合気を旋回させるようになっている。環状流路５は燃焼室２と同軸にバッフル板６に貫通形成されたノズル外周壁面６Ａを介して燃焼室２と連通する。
【００４０】
環状流路５は燃焼室２の基端においてバッフル板６と隔壁３０の間に画成される。環状流路５と高圧空気通路１６は隔壁３０によって仕切られる。
【００４１】
予混合室１からの混合気は保炎器７とバッフル板６との間の環状ノズル８から燃焼室２へ導入される。環状流路５を通過する混合気は保炎器７を中心として燃焼室２の内壁に沿う旋回流となり、燃焼室２内の火炎は保炎器７の端部７Ａを起点とするコーン状の火炎を形成する。
【００４２】
しかしながら、環状ノズル８から燃焼室２へ導入される混合気の濃度が高い、温度が高い、あるいは圧力が高い等の特定の運転条件によっては、燃焼室２の火炎が上流側に伝播する逆火現象が発生する可能性がある。この逆火現象が発生すると、燃焼室２より上流側の通路部材が火炎にさらされるため、環状流路５や予混合室１を画成する部材や保炎器７およびバッフル板６にも高い耐熱性が要求される。
【００４３】
旋回室５から環状ノズル８を通って燃焼室２に流入する混合気の流速は、ノズル外周壁面６Ａからの摩擦の影響によりノズル外周壁面６Ａの近傍で低くなっている。このため、燃焼室２の火炎がノズル外周壁面６Ａの近傍における流速が低い領域の混合気を伝播して旋回室５に至る可能性がある。
【００４４】
本発明はこれに対処して、バッフル板６に冷却媒体を循環させる冷却流路としてジャケット１９が形成される。
【００４５】
ジャケット１９の断面積がバッフル板６の断面積に対する割合は、５〜９５％の範囲に設定される。
【００４６】
本実施形態では、図２にも示すように、ジャケット１９は環状ノズル８の中心線Ｏ6と同軸の環状に形成される。ジャケット１９の内周部は環状ノズル８の外周を画成するノズル外周壁面６Ａにできるだけ近接して形成される。
【００４７】
図１において、２２は冷媒循環装置である。冷媒循環装置２２とジャケット１９は２本の配管２０，２１を介して連通する。冷媒循環装置２２は冷却媒体を供給側配管２０を介してジャケット１９に圧送されるのに伴い、冷却媒体がジャケット１９を周方向に循環し、ジャケット１９の冷却媒体が戻り側配管２１を介して冷媒循環装置２２に戻されるようになっている。
【００４８】
冷却媒体として、空気、水、窒素、二酸化炭素、ナトリュームのいずれかが用いられる。
【００４９】
各配管２０，２１は、断熱部材３、ケーシング４、バッフル板６をそれぞれ貫通して配設される。各配管２０，２１の断面積は０．２〜８０ｍｍ2の範囲に設定される。
【００５０】
図１において、２５は冷媒循環装置２２の作動を制御するコントロールユニットである。コントロールユニット２５はガスタービンのエンジン負荷が所定値以下の低負荷時にジャケット１９に対する冷却媒体の循環を停止し、エンジン負荷が所定値を越える中高負荷時にジャケット１９に対して冷却媒体を循環させる制御を行う。
【００５１】
以上のように構成され、次に作用について説明する。
【００５２】
図示しない熱交換器から圧送された加圧空気の一部は高圧空気通路１６からスワーラ１５を介して予混合室１へ導かれ、ここで主燃料噴射弁１０から噴射された燃料と混合して混合気となり、この混合気は連通路１９を経て旋回室５に導かれることにより保炎器７を中心とする旋回流となり、環状ノズル８から燃焼室２へ旋回しながら導入される。
【００５３】
こうして燃焼室２へ導かれた混合気は、高負荷時では補助燃料噴射弁９から噴射される燃料とさらに混合しながら燃焼室２で燃焼し、希釈筒１３に開口した希釈口１２から流入した空気で燃焼ガス温度を下げた後、図示しないタービンへ流入して圧縮機および負荷を駆動する。
【００５４】
例えば負荷の上昇に伴って環状ノズル８から燃焼室２へ導入される混合気の圧力が高くなるといった運転条件では、燃焼室２の火炎が上流側に伝播する逆火現象が発生する可能性がある。
【００５５】
これに対処して、中高負荷時にバッフル板６に形成されたジャケット１９に冷却媒体を循環させ、ノズル外周壁面６Ａを冷却する。これにより、ノズル外周壁面６Ａの近傍に位置する境界層を流れる混合気が冷却され、環状ノズル８において温度が低い消炎領域（クエンチゾーン）が混合気流速の低い外周領域に形成される。そのため、燃焼器２の火炎がノズル外周壁面６Ａの近傍の混合気流速が遅い領域を伝って旋回室５へ至る逆火を防止できる。こうして逆火現象の発生が防止されることにより、燃焼室２より上流側の環状通路５または予混合室１等を画成する通路部材に熱的損傷を与えることを回避できる。
【００５６】
低負荷時にジャケット１９に対する冷却媒体の循環を停止することにより、ノズル外周壁面６Ａの近傍に位置する境界層を流れる混合気が冷却されることなく、燃料の混合比を希薄化しても、燃焼室２において安定した燃焼性が確保され、火炎が吹き消えることを防止できる。
【００５７】
次に、図３に示す実施形態について説明する。なお、図１との対応部分には同一符号を付す。
【００５８】
バッフル板６の温度Ｔを検出する温度センサ２４が環状ノズル８の近傍に設けられる。
【００５９】
温度センサ２４は、断熱部材３、ケーシング４、バッフル板６をそれぞれ貫通して配設される。
【００６０】
温度センサ２４と環状ノズル８を画成するノズル外周壁面６Ａとの距離は、０〜５ｍｍの範囲に設定される。
【００６１】
コントロールユニット２５は、温度センサ２４からの検出信号を入力し、検出される温度Ｔが上昇するのにしたがってジャケット１９に対する冷却媒体の循環量を増大させて、バッフル板６の温度を一定に保つように冷媒循環装置２２の作動を制御する。
【００６２】
図４のフローチャートはコントロールユニット２５において実行されるジャケット１９に対する冷却媒体の循環量の制御プログラムを示しており、これは一定周期毎に実行される。
【００６３】
これについて説明すると、まずステップ１において温度センサ２４によって検出されるバッフル板６の温度Ｔを読込む。
【００６４】
続いてステップ２に進んで、検出された温度Ｔが予め設定された下限温度Ｋより高いかどうかを判定する。
【００６５】
温度Ｔが下限温度Ｋ以下の低温状態と判定された場合ステップ５に進んで、ジャケット１９に対する冷却媒体循環量を減らす。
【００６６】
温度Ｔが下限温度Ｋより高いと判定された場合ステップ３に進んで、温度Ｔが予め設定された上限温度Ｊより低いかどうかを判定する。
【００６７】
ステップ２．３にて、温度Ｔが上限温度Ｊ以上の高温状態と判定された場合ステップ４に進んで、ジャケット１９に対する冷却媒体循環量を増やす。
【００６８】
また、ステップ２，３にて、温度Ｔが下限温度Ｋより高く、上限温度Ｊより低い適温状態と判定された場合に、ジャケット１９に対する冷却媒体循環量が所定値に保たれる。
【００６９】
以上のように構成され、次に作用について説明する。
【００７０】
燃焼室２の火炎が環状ノズル８を流れる混合気へと伝播する逆火現象が発生して、バッフル板６の温度が急上昇した場合、温度センサ２４を介してこれを検知し、ジャケット１９に対する冷却媒体循環量を増やすことにより、ノズル外周壁面６Ａの温度を速やかに下げて、逆火から正常燃焼への復帰を容易にすることができる。
【００７１】
次に、図５、図６に示す実施形態について説明する。なお、図１との対応部分には同一符号を付す。
【００７２】
バッフル板６に冷却媒体を循環させる冷却流路として４つのジャケット１９が環状ノズル８を囲むように周方向に分割して形成される。
【００７３】
各冷媒循環装置２２とジャケット１９は２本の配管２０，２１を介してそれぞれ連通する。冷媒循環装置２２は冷却媒体を各配管２０，２１を介して各ジャケット１９を循環する冷却媒体の流量を独立して調節するようになっている。
【００７４】
コントロールユニット２５はガスタービンの運転状態に応じて各ジャケット１９を循環する冷却媒体の流量を独立して制御する。これにより、ノズル外周壁面６Ａの温度を均一に保ち、逆火現象の発生を有効に防止することができる。
【００７５】
次に、図７、図８に示す実施形態について説明する。なお、図５との対応部分には同一符号を付す。
【００７６】
バッフル板６に冷却媒体を循環させる冷却流路として４つのジャケット１９が環状ノズル８を囲むように周方向に分割して形成される。
【００７７】
バッフル板６の温度Ｔを検出する４つの温度センサ２４が環状ノズル８の近傍に設けられる。各温度センサ２４は、各ジャケット１９の間に配置される。温度センサ２４と環状ノズル８を画成するノズル外周壁面６Ａとの距離は、０〜５ｍｍの範囲に設定される。
【００７８】
コントロールユニット２５は、各温度センサ２４からの検出信号を入力し、各ジャケット１９に対する冷却媒体の循環量を独立して調節して、バッフル板６の温度を一定に保つように冷媒循環装置２２の作動を制御する。
【００７９】
こうして、各温度センサ２４を介してバッフル板６の温度上昇する部位を検知し、各ジャケット１９に対する冷却媒体循環量を独立して増やすことにより、ノズル外周壁面６Ａの温度を均一に調節して、逆火現象の発生を有効に防止することができる。また、燃焼室２の火炎が環状ノズル８を流れる混合気へと伝播する逆火現象が発生した場合、逆火から正常燃焼へ復帰する際の不安定な燃焼状態を最小限に抑えつつ、逆火から正常燃焼への復帰を容易にする。
【００８０】
次に、図９に示す実施形態について説明する。なお、図３との対応部分には同一符号を付す。
【００８１】
バッフル板６の温度Ｔを検出する温度センサ２４が環状ノズル８の近傍に設けられる。
【００８２】
エンジン回転速度検出手段として、ガスタービンのエンジン回転数Ｎを検出する回転数センサ３１が設けられる。
【００８３】
空気温度検出手段として、高圧空気通路１６を流れる空気温度Ｔｒを検出する空気温度センサ３２が設けられる。
【００８４】
コントロールユニット２５は、温度センサ２４、回転数センサ３１、空気温度センサ３２からの検出信号をそれぞれ入力し、これらの運転条件に応じてバッフル板６の温度を一定に保つように冷媒循環装置２２の作動を制御する。
【００８５】
図１０のフローチャートはコントロールユニット２５において実行されるジャケット１９に対する冷却媒体の循環量の制御プログラムを示しており、これは一定周期毎に実行される。
【００８６】
これについて説明すると、まずステップ１１において回転数センサ３１によって検出されるエンジン回転数Ｎを読込む。
【００８７】
続いてステップ１２に進んで、空気温度センサ３２によって検出される空気温度Ｔｒを読込む。
【００８８】
続いてステップ１３に進んで、検出されたエンジン回転数Ｎと空気温度Ｔｒに応じて、図１１に示すマップに基づき、バッフル板６の推定温度Ｔｂを検索して求める。
【００８９】
続いてステップ１４に進んで、温度センサ２４によって検出されるバッフル板６の温度Ｔを読込む。
【００９０】
続いてステップ１５に進んで、推定温度Ｔｂと検出温度Ｔの差が所定値の１０より小さいかどうかを判定する。
【００９１】
推定温度Ｔｂと検出温度Ｔの差が所定値の１０以上の低温状態と判定された場合、ステップ１７に進んで、ジャケット１９に対する冷却媒体循環量を減らす。
【００９２】
推定温度Ｔｂと検出温度Ｔの差が所定値の１０より小さいと判定された場合、ステップ１６に進んで、検出温度Ｔが推定温度Ｔｂより低いかどうかを判定する。
【００９３】
ステップ１６にて、検出温度Ｔが推定温度Ｔｂ以上の高温状態と判定された場合ステップ１８に進んで、ジャケット１９に対する冷却媒体循環量を増やす。
【００９４】
また、ステップ１５，１６にて、推定温度Ｔｂと検出温度Ｔの差が所定値の１０より小さく、かつ検出温度Ｔが推定温度Ｔｂより低い適温状態と判定された場合に、ジャケット１９に対する冷却媒体循環量が所定値に保たれる。
【００９５】
以上のように構成され、次に作用について説明する。
【００９６】
燃焼室２の火炎が環状ノズル８を流れる混合気へと伝播する逆火現象が発生して、バッフル板６の温度が急上昇した場合、温度センサ２４を介してこれを検知し、ジャケット１９に対する冷却媒体循環量を増やすことにより、ノズル外周壁面６Ａの温度を速やかに下げて、逆火から正常燃焼への復帰を容易にすることができる。
【００９７】
図１２に示すフローチャートは、他の実施形態としてコントロールユニット２５において実行されるジャケット１９に対する冷却媒体の循環量の制御プログラムを示しており、これは一定周期毎に実行される。
【００９８】
これについて説明すると、まずステップ２１において温度センサ２４によって検出されるバッフル板６の温度Ｔを読込む。
【００９９】
続いてステップ２２に進んで、検出された温度Ｔの上昇速度ｄＴ／ｄｔを演算する。
【０１００】
続いてステップ２３に進んで、算出された上昇速度ｄＴ／ｄｔが予め設定された上限値（ｄＴ／ｄｔ）ｋより低いかどうかを判定する。
【０１０１】
ここで上昇速度ｄＴ／ｄｔが上限値（ｄＴ／ｄｔ）ｋより低いと判定された場合、ジャケット１９に対する冷却媒体循環量が所定値に保たれる。
【０１０２】
一方、上昇速度ｄＴ／ｄｔが上限値（ｄＴ／ｄｔ）ｋ以上と判定された場合、ステップ２４に進んで、回転数センサ３１によって検出されるエンジン回転数Ｎを読込む。
【０１０３】
続いてステップ２５に進んで、空気温度センサ３２によって検出される空気温度Ｔｒを読込む。
【０１０４】
続いてステップ２６に進んで、検出されたエンジン回転数Ｎと空気温度Ｔｒに応じて、図１１に示すマップに基づき、バッフル板６の推定温度Ｔｂを検索して求める。
【０１０５】
続いてステップ２７に進んで、温度センサ２４によって検出されるバッフル板６の温度Ｔを読込む。
【０１０６】
続いてステップ２８に進んで、推定温度Ｔｂと検出温度Ｔの差が所定値の１０より大きいかどうかを判定する。
【０１０７】
ここで、推定温度Ｔｂと検出温度Ｔの差が所定値の１０以上と判定された場合、ステップ２９に進んで、ジャケット１９に対する冷却媒体循環量を最大に増やす。
【０１０８】
一方、推定温度Ｔｂと検出温度Ｔの差が所定値の１０より大きいと判定された場合、ステップ３０に進んで、推定温度Ｔｂと検出温度Ｔの差が所定値の５０より小さいかどうかを判定する。
【０１０９】
推定温度Ｔｂと検出温度Ｔの差が所定値の５０以上と判定された場合、ステップ３１に進んでジャケット１９に対する冷却媒体循環量を減らす。
【０１１０】
推定温度Ｔｂと検出温度Ｔの差が所定値の１０より大きく、かつ５０より小さいと判定された場合、ジャケット１９に対する冷却媒体循環量が所定値に保たれる。
【０１１１】
以上のように構成され、次に作用について説明する。
【０１１２】
燃焼室２の火炎が環状ノズル８を流れる混合気へと伝播する逆火現象が発生して、バッフル板６の温度が急上昇した場合、検出された温度Ｔの上昇速度ｄＴ／ｄｔが予め設定された上限値（ｄＴ／ｄｔ）ｋを越え、かつ推定温度Ｔｂと検出温度Ｔの差が所定値の１０以上に上昇したことが判定されると、ジャケット１９に対する冷却媒体循環量を最大に増やすことにより、ノズル外周壁面６Ａの温度を速やかに下げて、逆火から正常燃焼への復帰を容易にすることができる。
【０１１３】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に記載のガスタービンの予混合燃焼器によれば、逆火現象が発生する可能性がある運転条件で冷却流路に冷却媒体を循環させ、ノズル外周壁面を冷却する構成により、ノズル外周壁面の近傍に位置する境界層を流れる混合気が冷却され、燃焼室の火炎が上流側に逆流することを防止する。こうして逆火現象が防止されることにより、燃焼室より上流側の通路部材に熱的損傷を与えることを回避できる。
【０１１４】
請求項２に記載のガスタービンの予混合燃焼器によれば、燃焼室の火炎が環状ノズルを流れる混合気へと伝播する逆火現象が発生して、バッフル板の温度が急上昇した場合、温度センサを介してこれを検知し、冷却流路に対する冷却媒体循環量を増やす構成のため、ノズル外周壁面６Ａの温度を速やかに下げて、逆火から正常燃焼への復帰を容易にすることができる。
【０１１５】
請求項３に記載のガスタービンの予混合燃焼器によれば、複数のジャケットを環状ノズルを囲むように周方向に分割して形成し、ガスタービンの運転状態に応じて各ジャケットを循環する冷却媒体の流量を独立して制御する構成のため、ノズル外周壁面の温度を均一に保ち、逆火現象の発生を有効に防止することができる。
【０１１６】
請求項４に記載のガスタービンの予混合燃焼器によれば、各温度センサを介してバッフル板の温度上昇する部位を検知し、各ジャケットに対する冷却媒体循環量を独立して増やすことにより、ノズル外周壁面の温度を均一になるように調節して、逆火現象の発生を有効に防止することができる。
【０１１７】
請求項５に記載のガスタービンの予混合燃焼器によれば、検出されるエンジン回転速度と高圧空気通路の空気温度に応じて冷却流路に対する冷却媒体の循環量を制御する構成のため、逆火から正常燃焼へ復帰する際の不安定な燃焼状態を最小限に抑えつつ、逆火から正常燃焼への復帰を容易にする。
【０１１８】
請求項６に記載のガスタービンの予混合燃焼器によれば、温度センサによって検出される温度の上昇速度が所定値を越えることを判定して冷却流路に対する冷却媒体の循環量を増大する構成のため、逆火から正常燃焼へ復帰する際の不安定な燃焼状態を最小限に抑えつつ、逆火から正常燃焼への復帰を容易にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示すガスタービンの断面図。
【図２】同じくジャケット等の断面図。
【図３】他の実施形態を示すガスタービンの断面図。
【図４】同じく制御内容を示すフローチャート。
【図５】さら他の実施形態を示すガスタービンの断面図。
【図６】同じくジャケット等の断面図。
【図７】さら他の実施形態を示すガスタービンの断面図。
【図８】同じくジャケット等の断面図。
【図９】さら他の実施形態を示すガスタービンの断面図。
【図１０】同じく制御内容を示すフローチャート。
【図１１】同じく制御に用いられるマップ。
【図１２】さら他の実施形態における制御内容を示すフローチャート。
【図１３】従来例を示す燃焼器の断面図。
【符号の説明】
１ 予混合室
２ 燃焼室
５ 環状流路
６ バッフル板
６Ａノズル外周壁面
７ 保炎器
８ 環状ノズル
１０ 主燃料噴射弁
１６ 高圧空気通路
１９ ジャケット
２０ 供給側配管
２１ 戻り側配管
２２ 冷媒循環装置
２４ 温度センサ
２５ コントロールユニット
３１ 回転数センサ
３２ 空気温度センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンの予混合燃焼器の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンの燃焼器では、均一な混合気を得るために予混合室を備えたものが知られている（特開昭６０−１１７００８号公報参照）。
【０００３】
これについて説明すると、図１３に示すように、ケーシング４の内周には断熱部材３を介して筒状の燃焼室２が形成されるとともに、この燃焼室２へ混合気を供給する筒状の予混合室１と、予混合室１へ図示しない熱交換器あるいは圧縮機からの加圧空気を導入する高圧空気通路１６がそれぞれ形成される。
【０００４】
高圧空気通路１６から予混合室１へ流入した加圧空気はスワーラ１５で旋回を付与された後、主燃料噴射弁１０から噴射された燃料と混合される。予混合室１は筒状の燃焼室２とほぼ平行に配設されるとともに、環状流路５を介して予混合室１は燃焼室２の上流と連通する。
【０００５】
環状流路５は燃焼室２の基端においてノズル外周壁面６Ａを備えたバッフル板６を介して画成される。この燃焼室２の基端には内部に補助燃料噴射弁９を収装した筒状の保炎器７が燃焼室２とほぼ同軸的に配設され、端部７Ａがバッフル板６に形成されたノズル外周壁面６Ａへ挿通される。
【０００６】
そして、この保炎器７はガイド１７を介して軸方向へ変位可能にケーシング４で支持されるとともに、図示しない駆動手段によって端部７Ａが燃焼室２に対し進退する方向へ駆動される。
【０００７】
保炎器７の外壁とバッフル板６のノズル外周壁面６Ａとの間に環状ノズル８が画成される。この環状ノズル８に面した保炎器７の端部７Ａの外周にはテーパー状に広がるテーパー部７０が形成されており、保炎器７の軸方向の位置に応じて環状ノズル８の断面積、すなわち、燃焼室２へ流入する混合気の流路断面積をエンジン負荷に応じて変化させ、環状流路５から燃焼室２へ吹き出す混合気の空気配分率を変化させるようになっている。
【０００８】
予混合室１からの混合気は保炎器７とバッフル板６との間の環状ノズル８から燃焼室２へ導入される。環状流路５は燃焼室２の軸を中心とする渦巻き状に形成される。環状流路５を通過する混合気は保炎器７を中心として燃焼室２の内壁に沿う旋回流となり、燃焼室２内の火炎は保炎器７の端部７Ａを起点とするコーン状の火炎を形成する。
【０００９】
さらに希釈筒１３に開口した希釈口１２から流入した空気で燃焼ガス温度を下げた後、スクロール入口１４を介して図示しないタービンへ流入する。
【００１０】
このようなガスタービンの燃焼器として、上記の他に、ＡＳＭＥ ＰＡＰＥＲ７８−ＧＴ−１５５（１９７８年４月９日発行）に開示されたものが知られている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、環状ノズル８から燃焼室２へ導入される混合気の濃度が高い、温度が高い、あるいは圧力が高い等の特定の運転条件によっては、燃焼室２の火炎が上流側に伝播する逆火現象が発生する可能性がある。この逆火現象が発生すると、燃焼室２より上流側の通路部材が火炎にさらされるため、環状流路５や予混合室１を画成する部材や保炎器７およびバッフル板６にも高い耐熱性が要求される。
【００１２】
旋回室５から環状ノズル８を通って燃焼室２に流入する混合気の流速は環状ノズルの外周部で小さくなるため、環状ノズル８の外周部を流れる混合気が燃焼室２の火炎が環状ノズル８の外周部を流れる混合気へと伝播する可能性がある。
【００１３】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、逆火現象を防止できるガスタービンの予混合燃焼器を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のガスタービンの予混合燃焼器は、
加圧空気を導入する高圧空気通路と、
高圧空気通路からの加圧空気と主燃料噴射弁から噴射される燃料とを混合する予混合室と、
予混合室からの混合気を燃焼室に導入する環状ノズルと、
環状ノズルを画成するバッフル板と、
を備えるガスタービンの予混合燃焼器において、
バッフル板に冷却媒体を循環させる冷却流路を形成し、
運転条件に応じて冷却流路に対する冷却媒体の循環を制御する冷媒循環量制御手段を備える。
【００１５】
請求項２に記載のガスタービンの予混合燃焼器は、請求項１に記載の発明において、
前記バッフル板の温度を検出する温度センサを備え、
温度センサによって検出される温度に応じて冷却流路に対する冷却媒体の循環を制御する冷媒循環量制御手段を備える。
【００１６】
請求項３に記載のガスタービンの予混合燃焼器は、請求項１に記載の発明において、
前記冷却流路として複数のジャケットを環状ノズルを囲むように周方向に分割し、
運転条件に応じて各ジャケットに対する冷却媒体の循環を独立して制御する冷媒循環量制御手段を備える。
【００１７】
請求項４に記載のガスタービンの予混合燃焼器は、請求項３に記載の発明において、
前記温度センサを各ジャケットの近傍に配置し、
各温度センサによって検出される温度に応じて各ジャケットに対する冷却媒体の循環を独立して制御する冷媒循環量制御手段を備える。
【００１８】
請求項５に記載のガスタービンの予混合燃焼器は、請求項１から４のいずれか一つに記載の発明において、
前記ガスタービンのエンジン回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段と、
高圧空気通路の空気温度を検出する空気温度検出手段と、
検出されるエンジン回転速度と高圧空気通路の空気温度に応じて冷却流路に対する冷却媒体の循環量を制御する冷媒循環量制御手段を備える。
【００１９】
請求項６に記載のガスタービンの予混合燃焼器は、請求項１から５のいずれか一つに記載の発明において、
前記バッフル板の温度を検出する温度センサを備え、
温度センサによって検出される温度の上昇速度を算出する温度上昇速度算出手段と、
算出される温度上昇速度が所定値を越えることを判定して冷却流路に対する冷却媒体の循環量を増大する冷媒循環量制御手段を備える。
【００２０】
【作用】
請求項１に記載のガスタービンの予混合燃焼器において、高圧空気通路からの加圧空気は予混合室にて主燃料噴射弁から噴射された燃料と混合して混合気となり、この混合気は環状ノズルを通って燃焼室へ導入される。
【００２１】
しかし、環状ノズルの外周部の壁面近傍に混合気の流速が比較的遅い領域が生じているため、旋回室から環状ノズルを通って燃焼室に流入する混合気の燃料濃度が高い、あるいは圧力が高い特定の運転条件において、燃焼室内の火炎が環状ノズルの外周壁面の近傍の領域を伝播して旋回室に至る逆火現象が発生する可能性がある。
【００２２】
これに対処して、逆火現象が発生する可能性がある運転条件で冷却流路に冷却媒体を循環させ、ノズル外周壁面を冷却する。これにより、ノズル外周壁面の近傍に位置する境界層を流れる混合気が冷却され、環状ノズルの外周面近傍において混合気の温度が低い消炎領域（クエンチゾーン）が形成される。こうしてノズル外周壁面の近傍に位置する境界層を流れる混合気の温度上昇が抑えられることにより、燃焼室内の火炎が環状ノズルの外周壁面の近傍の領域を伝播することが抑えられ、逆火現象の発生を防止することができる。逆火現象の発生が防止されることにより、燃焼室より上流側の通路部材に熱的損傷を与えることを回避できる。
【００２３】
逆火現象が発生する可能性のない運転条件で冷却流路に対する冷却媒体の循環を停止することにより、ノズル外周壁面の近傍に位置する境界層を流れる混合気が冷却されることなく、燃料の混合比を希薄化しても、燃焼室において安定した燃焼性が確保され、火炎が吹き消えることを防止できる。
【００２４】
請求項２に記載のガスタービンの予混合燃焼器において、燃焼室の火炎が環状ノズルを流れる混合気へと伝播する逆火現象が発生して、バッフル板の温度が急上昇した場合、温度センサを介してこれを検知し、冷却流路に対する冷却媒体循環量を増やす構成により、ノズル外周壁面の温度を速やかに下げて、逆火から正常燃焼への復帰を容易にすることができる。
【００２５】
請求項３に記載のガスタービンの予混合燃焼器において、複数のジャケットを環状ノズルを囲むように周方向に分割して形成し、ガスタービンの運転状態に応じて各ジャケットを循環する冷却媒体の流量を独立して制御する構成により、ノズル外周壁面の温度を均一に保ち、逆火現象の発生を有効に防止することができる。
【００２６】
請求項４に記載のガスタービンの予混合燃焼器において、各温度センサを介してバッフル板の温度上昇する部位を検知し、各ジャケットに対する冷却媒体循環量を独立して増やすことにより、ノズル外周壁面の温度を均一になるように調節して、逆火現象の発生を有効に防止することができる。
【００２７】
請求項５に記載のガスタービンの予混合燃焼器において、検出されるエンジン回転速度と高圧空気通路の空気温度に応じて冷却流路に対する冷却媒体の循環量を制御する構成により、ガスタービンの運転条件を変動させずに逆火現象の発生を有効に防止することができる。
【００２８】
請求項６に記載のガスタービンの予混合燃焼器において、温度センサによって検出される温度の上昇速度が所定値を越えることを判定して冷却流路に対する冷却媒体の循環量を増大する構成により、逆火から正常燃焼へ復帰する際の不安定な燃焼状態を最小限に抑えつつ、逆火から正常燃焼への復帰を容易にする。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００３０】
図１において、ガスタービンは、ケーシング４の内側に断熱部材３を介して円筒状の燃焼室２と、燃焼室２へ混合気を供給する筒状の予混合室１および予混合室１へ図示しない熱交換器等からの加圧空気を導入する高圧空気通路１６がそれぞれ形成される。
【００３１】
燃焼室２に面した所定の位置には点火栓１１が配設される。燃焼室２の下流側には複数の希釈口１２を備えた希釈筒１３が嵌合する。希釈口１２は高圧空気通路１６と連通して希釈用の加圧空気を導入する。希釈筒１３は下流に結合した図示しないスクロール入口を介して図示しないタービンと連通する。
【００３２】
予混合室１は上流側に配設したスワーラ１５を介して高圧空気通路１６と連通すると共に、内部に主燃料噴射弁１０を備える。
【００３３】
補助燃料噴射弁９は高負荷時に燃料を増量するもので、図示しない燃料供給手段によって選択的に駆動されるものである。
【００３４】
燃焼室２の基端側には補助燃料噴射弁９を収装した筒状の保炎器７が燃焼室２とほぼ同軸的に配設される。保炎器７の燃焼室２側の端部７Ａは、バッフル板６に形成された円錐面状をしたノズル外周壁面６Ａへ挿通される。
【００３５】
保炎器７とバッフル板６のノズル外周壁面６Ａとの間には、保炎器７の軸方向の位置に応じた所定の間隙で構成された環状ノズル８が形成される。
【００３６】
保炎器７はガイド１７を介して軸方向へ変位可能にケーシング４で支持される。保炎器７の外壁は環状流路５を画成する隔壁３０とシール１８を介して摺接する。
【００３７】
保炎器７は図示しない駆動手段によって軸方向へ駆動される。保炎器７は燃焼室２へ向けた軸方向への変位によって、ノズル外周壁面６Ａに対して相対変位を行う。
【００３８】
なお、駆動手段はエンジン負荷に応じて保炎器７を伸縮駆動するもので、低負荷時では保炎器７を最収縮位置へ駆動する一方、高負荷時では保炎器７を最伸長位置へ駆動する。
【００３９】
予混合室１は環状流路５を介して燃焼室２と連通する。環状流路５は燃焼室２の軸を中心とする環状に形成され、燃焼室２に流入する混合気を旋回させるようになっている。環状流路５は燃焼室２と同軸にバッフル板６に貫通形成されたノズル外周壁面６Ａを介して燃焼室２と連通する。
【００４０】
環状流路５は燃焼室２の基端においてバッフル板６と隔壁３０の間に画成される。環状流路５と高圧空気通路１６は隔壁３０によって仕切られる。
【００４１】
予混合室１からの混合気は保炎器７とバッフル板６との間の環状ノズル８から燃焼室２へ導入される。環状流路５を通過する混合気は保炎器７を中心として燃焼室２の内壁に沿う旋回流となり、燃焼室２内の火炎は保炎器７の端部７Ａを起点とするコーン状の火炎を形成する。
【００４２】
しかしながら、環状ノズル８から燃焼室２へ導入される混合気の濃度が高い、温度が高い、あるいは圧力が高い等の特定の運転条件によっては、燃焼室２の火炎が上流側に伝播する逆火現象が発生する可能性がある。この逆火現象が発生すると、燃焼室２より上流側の通路部材が火炎にさらされるため、環状流路５や予混合室１を画成する部材や保炎器７およびバッフル板６にも高い耐熱性が要求される。
【００４３】
旋回室５から環状ノズル８を通って燃焼室２に流入する混合気の流速は、ノズル外周壁面６Ａからの摩擦の影響によりノズル外周壁面６Ａの近傍で低くなっている。このため、燃焼室２の火炎がノズル外周壁面６Ａの近傍における流速が低い領域の混合気を伝播して旋回室５に至る可能性がある。
【００４４】
本発明はこれに対処して、バッフル板６に冷却媒体を循環させる冷却流路としてジャケット１９が形成される。
【００４５】
ジャケット１９の断面積がバッフル板６の断面積に対する割合は、５〜９５％の範囲に設定される。
【００４６】
本実施形態では、図２にも示すように、ジャケット１９は環状ノズル８の中心線Ｏ6と同軸の環状に形成される。ジャケット１９の内周部は環状ノズル８の外周を画成するノズル外周壁面６Ａにできるだけ近接して形成される。
【００４７】
図１において、２２は冷媒循環装置である。冷媒循環装置２２とジャケット１９は２本の配管２０，２１を介して連通する。冷媒循環装置２２は冷却媒体を供給側配管２０を介してジャケット１９に圧送されるのに伴い、冷却媒体がジャケット１９を周方向に循環し、ジャケット１９の冷却媒体が戻り側配管２１を介して冷媒循環装置２２に戻されるようになっている。
【００４８】
冷却媒体として、空気、水、窒素、二酸化炭素、ナトリュームのいずれかが用いられる。
【００４９】
各配管２０，２１は、断熱部材３、ケーシング４、バッフル板６をそれぞれ貫通して配設される。各配管２０，２１の断面積は０．２〜８０ｍｍ2の範囲に設定される。
【００５０】
図１において、２５は冷媒循環装置２２の作動を制御するコントロールユニットである。コントロールユニット２５はガスタービンのエンジン負荷が所定値以下の低負荷時にジャケット１９に対する冷却媒体の循環を停止し、エンジン負荷が所定値を越える中高負荷時にジャケット１９に対して冷却媒体を循環させる制御を行う。
【００５１】
以上のように構成され、次に作用について説明する。
【００５２】
図示しない熱交換器から圧送された加圧空気の一部は高圧空気通路１６からスワーラ１５を介して予混合室１へ導かれ、ここで主燃料噴射弁１０から噴射された燃料と混合して混合気となり、この混合気は連通路１９を経て旋回室５に導かれることにより保炎器７を中心とする旋回流となり、環状ノズル８から燃焼室２へ旋回しながら導入される。
【００５３】
こうして燃焼室２へ導かれた混合気は、高負荷時では補助燃料噴射弁９から噴射される燃料とさらに混合しながら燃焼室２で燃焼し、希釈筒１３に開口した希釈口１２から流入した空気で燃焼ガス温度を下げた後、図示しないタービンへ流入して圧縮機および負荷を駆動する。
【００５４】
例えば負荷の上昇に伴って環状ノズル８から燃焼室２へ導入される混合気の圧力が高くなるといった運転条件では、燃焼室２の火炎が上流側に伝播する逆火現象が発生する可能性がある。
【００５５】
これに対処して、中高負荷時にバッフル板６に形成されたジャケット１９に冷却媒体を循環させ、ノズル外周壁面６Ａを冷却する。これにより、ノズル外周壁面６Ａの近傍に位置する境界層を流れる混合気が冷却され、環状ノズル８において温度が低い消炎領域（クエンチゾーン）が混合気流速の低い外周領域に形成される。そのため、燃焼器２の火炎がノズル外周壁面６Ａの近傍の混合気流速が遅い領域を伝って旋回室５へ至る逆火を防止できる。こうして逆火現象の発生が防止されることにより、燃焼室２より上流側の環状通路５または予混合室１等を画成する通路部材に熱的損傷を与えることを回避できる。
【００５６】
低負荷時にジャケット１９に対する冷却媒体の循環を停止することにより、ノズル外周壁面６Ａの近傍に位置する境界層を流れる混合気が冷却されることなく、燃料の混合比を希薄化しても、燃焼室２において安定した燃焼性が確保され、火炎が吹き消えることを防止できる。
【００５７】
次に、図３に示す実施形態について説明する。なお、図１との対応部分には同一符号を付す。
【００５８】
バッフル板６の温度Ｔを検出する温度センサ２４が環状ノズル８の近傍に設けられる。
【００５９】
温度センサ２４は、断熱部材３、ケーシング４、バッフル板６をそれぞれ貫通して配設される。
【００６０】
温度センサ２４と環状ノズル８を画成するノズル外周壁面６Ａとの距離は、０〜５ｍｍの範囲に設定される。
【００６１】
コントロールユニット２５は、温度センサ２４からの検出信号を入力し、検出される温度Ｔが上昇するのにしたがってジャケット１９に対する冷却媒体の循環量を増大させて、バッフル板６の温度を一定に保つように冷媒循環装置２２の作動を制御する。
【００６２】
図４のフローチャートはコントロールユニット２５において実行されるジャケット１９に対する冷却媒体の循環量の制御プログラムを示しており、これは一定周期毎に実行される。
【００６３】
これについて説明すると、まずステップ１において温度センサ２４によって検出されるバッフル板６の温度Ｔを読込む。
【００６４】
続いてステップ２に進んで、検出された温度Ｔが予め設定された下限温度Ｋより高いかどうかを判定する。
【００６５】
温度Ｔが下限温度Ｋ以下の低温状態と判定された場合ステップ５に進んで、ジャケット１９に対する冷却媒体循環量を減らす。
【００６６】
温度Ｔが下限温度Ｋより高いと判定された場合ステップ３に進んで、温度Ｔが予め設定された上限温度Ｊより低いかどうかを判定する。
【００６７】
ステップ２．３にて、温度Ｔが上限温度Ｊ以上の高温状態と判定された場合ステップ４に進んで、ジャケット１９に対する冷却媒体循環量を増やす。
【００６８】
また、ステップ２，３にて、温度Ｔが下限温度Ｋより高く、上限温度Ｊより低い適温状態と判定された場合に、ジャケット１９に対する冷却媒体循環量が所定値に保たれる。
【００６９】
以上のように構成され、次に作用について説明する。
【００７０】
燃焼室２の火炎が環状ノズル８を流れる混合気へと伝播する逆火現象が発生して、バッフル板６の温度が急上昇した場合、温度センサ２４を介してこれを検知し、ジャケット１９に対する冷却媒体循環量を増やすことにより、ノズル外周壁面６Ａの温度を速やかに下げて、逆火から正常燃焼への復帰を容易にすることができる。
【００７１】
次に、図５、図６に示す実施形態について説明する。なお、図１との対応部分には同一符号を付す。
【００７２】
バッフル板６に冷却媒体を循環させる冷却流路として４つのジャケット１９が環状ノズル８を囲むように周方向に分割して形成される。
【００７３】
各冷媒循環装置２２とジャケット１９は２本の配管２０，２１を介してそれぞれ連通する。冷媒循環装置２２は冷却媒体を各配管２０，２１を介して各ジャケット１９を循環する冷却媒体の流量を独立して調節するようになっている。
【００７４】
コントロールユニット２５はガスタービンの運転状態に応じて各ジャケット１９を循環する冷却媒体の流量を独立して制御する。これにより、ノズル外周壁面６Ａの温度を均一に保ち、逆火現象の発生を有効に防止することができる。
【００７５】
次に、図７、図８に示す実施形態について説明する。なお、図５との対応部分には同一符号を付す。
【００７６】
バッフル板６に冷却媒体を循環させる冷却流路として４つのジャケット１９が環状ノズル８を囲むように周方向に分割して形成される。
【００７７】
バッフル板６の温度Ｔを検出する４つの温度センサ２４が環状ノズル８の近傍に設けられる。各温度センサ２４は、各ジャケット１９の間に配置される。温度センサ２４と環状ノズル８を画成するノズル外周壁面６Ａとの距離は、０〜５ｍｍの範囲に設定される。
【００７８】
コントロールユニット２５は、各温度センサ２４からの検出信号を入力し、各ジャケット１９に対する冷却媒体の循環量を独立して調節して、バッフル板６の温度を一定に保つように冷媒循環装置２２の作動を制御する。
【００７９】
こうして、各温度センサ２４を介してバッフル板６の温度上昇する部位を検知し、各ジャケット１９に対する冷却媒体循環量を独立して増やすことにより、ノズル外周壁面６Ａの温度を均一に調節して、逆火現象の発生を有効に防止することができる。また、燃焼室２の火炎が環状ノズル８を流れる混合気へと伝播する逆火現象が発生した場合、逆火から正常燃焼へ復帰する際の不安定な燃焼状態を最小限に抑えつつ、逆火から正常燃焼への復帰を容易にする。
【００８０】
次に、図９に示す実施形態について説明する。なお、図３との対応部分には同一符号を付す。
【００８１】
バッフル板６の温度Ｔを検出する温度センサ２４が環状ノズル８の近傍に設けられる。
【００８２】
エンジン回転速度検出手段として、ガスタービンのエンジン回転数Ｎを検出する回転数センサ３１が設けられる。
【００８３】
空気温度検出手段として、高圧空気通路１６を流れる空気温度Ｔｒを検出する空気温度センサ３２が設けられる。
【００８４】
コントロールユニット２５は、温度センサ２４、回転数センサ３１、空気温度センサ３２からの検出信号をそれぞれ入力し、これらの運転条件に応じてバッフル板６の温度を一定に保つように冷媒循環装置２２の作動を制御する。
【００８５】
図１０のフローチャートはコントロールユニット２５において実行されるジャケット１９に対する冷却媒体の循環量の制御プログラムを示しており、これは一定周期毎に実行される。
【００８６】
これについて説明すると、まずステップ１１において回転数センサ３１によって検出されるエンジン回転数Ｎを読込む。
【００８７】
続いてステップ１２に進んで、空気温度センサ３２によって検出される空気温度Ｔｒを読込む。
【００８８】
続いてステップ１３に進んで、検出されたエンジン回転数Ｎと空気温度Ｔｒに応じて、図１１に示すマップに基づき、バッフル板６の推定温度Ｔｂを検索して求める。
【００８９】
続いてステップ１４に進んで、温度センサ２４によって検出されるバッフル板６の温度Ｔを読込む。
【００９０】
続いてステップ１５に進んで、推定温度Ｔｂと検出温度Ｔの差が所定値の１０より小さいかどうかを判定する。
【００９１】
推定温度Ｔｂと検出温度Ｔの差が所定値の１０以上の低温状態と判定された場合、ステップ１７に進んで、ジャケット１９に対する冷却媒体循環量を減らす。
【００９２】
推定温度Ｔｂと検出温度Ｔの差が所定値の１０より小さいと判定された場合、ステップ１６に進んで、検出温度Ｔが推定温度Ｔｂより低いかどうかを判定する。
【００９３】
ステップ１６にて、検出温度Ｔが推定温度Ｔｂ以上の高温状態と判定された場合ステップ１８に進んで、ジャケット１９に対する冷却媒体循環量を増やす。
【００９４】
また、ステップ１５，１６にて、推定温度Ｔｂと検出温度Ｔの差が所定値の１０より小さく、かつ検出温度Ｔが推定温度Ｔｂより低い適温状態と判定された場合に、ジャケット１９に対する冷却媒体循環量が所定値に保たれる。
【００９５】
以上のように構成され、次に作用について説明する。
【００９６】
燃焼室２の火炎が環状ノズル８を流れる混合気へと伝播する逆火現象が発生して、バッフル板６の温度が急上昇した場合、温度センサ２４を介してこれを検知し、ジャケット１９に対する冷却媒体循環量を増やすことにより、ノズル外周壁面６Ａの温度を速やかに下げて、逆火から正常燃焼への復帰を容易にすることができる。
【００９７】
図１２に示すフローチャートは、他の実施形態としてコントロールユニット２５において実行されるジャケット１９に対する冷却媒体の循環量の制御プログラムを示しており、これは一定周期毎に実行される。
【００９８】
これについて説明すると、まずステップ２１において温度センサ２４によって検出されるバッフル板６の温度Ｔを読込む。
【００９９】
続いてステップ２２に進んで、検出された温度Ｔの上昇速度ｄＴ／ｄｔを演算する。
【０１００】
続いてステップ２３に進んで、算出された上昇速度ｄＴ／ｄｔが予め設定された上限値（ｄＴ／ｄｔ）ｋより低いかどうかを判定する。
【０１０１】
ここで上昇速度ｄＴ／ｄｔが上限値（ｄＴ／ｄｔ）ｋより低いと判定された場合、ジャケット１９に対する冷却媒体循環量が所定値に保たれる。
【０１０２】
一方、上昇速度ｄＴ／ｄｔが上限値（ｄＴ／ｄｔ）ｋ以上と判定された場合、ステップ２４に進んで、回転数センサ３１によって検出されるエンジン回転数Ｎを読込む。
【０１０３】
続いてステップ２５に進んで、空気温度センサ３２によって検出される空気温度Ｔｒを読込む。
【０１０４】
続いてステップ２６に進んで、検出されたエンジン回転数Ｎと空気温度Ｔｒに応じて、図１１に示すマップに基づき、バッフル板６の推定温度Ｔｂを検索して求める。
【０１０５】
続いてステップ２７に進んで、温度センサ２４によって検出されるバッフル板６の温度Ｔを読込む。
【０１０６】
続いてステップ２８に進んで、推定温度Ｔｂと検出温度Ｔの差が所定値の１０より大きいかどうかを判定する。
【０１０７】
ここで、推定温度Ｔｂと検出温度Ｔの差が所定値の１０以上と判定された場合、ステップ２９に進んで、ジャケット１９に対する冷却媒体循環量を最大に増やす。
【０１０８】
一方、推定温度Ｔｂと検出温度Ｔの差が所定値の１０より大きいと判定された場合、ステップ３０に進んで、推定温度Ｔｂと検出温度Ｔの差が所定値の５０より小さいかどうかを判定する。
【０１０９】
推定温度Ｔｂと検出温度Ｔの差が所定値の５０以上と判定された場合、ステップ３１に進んでジャケット１９に対する冷却媒体循環量を減らす。
【０１１０】
推定温度Ｔｂと検出温度Ｔの差が所定値の１０より大きく、かつ５０より小さいと判定された場合、ジャケット１９に対する冷却媒体循環量が所定値に保たれる。
【０１１１】
以上のように構成され、次に作用について説明する。
【０１１２】
燃焼室２の火炎が環状ノズル８を流れる混合気へと伝播する逆火現象が発生して、バッフル板６の温度が急上昇した場合、検出された温度Ｔの上昇速度ｄＴ／ｄｔが予め設定された上限値（ｄＴ／ｄｔ）ｋを越え、かつ推定温度Ｔｂと検出温度Ｔの差が所定値の１０以上に上昇したことが判定されると、ジャケット１９に対する冷却媒体循環量を最大に増やすことにより、ノズル外周壁面６Ａの温度を速やかに下げて、逆火から正常燃焼への復帰を容易にすることができる。
【０１１３】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に記載のガスタービンの予混合燃焼器によれば、逆火現象が発生する可能性がある運転条件で冷却流路に冷却媒体を循環させ、ノズル外周壁面を冷却する構成により、ノズル外周壁面の近傍に位置する境界層を流れる混合気が冷却され、燃焼室の火炎が上流側に逆流することを防止する。こうして逆火現象が防止されることにより、燃焼室より上流側の通路部材に熱的損傷を与えることを回避できる。
【０１１４】
請求項２に記載のガスタービンの予混合燃焼器によれば、燃焼室の火炎が環状ノズルを流れる混合気へと伝播する逆火現象が発生して、バッフル板の温度が急上昇した場合、温度センサを介してこれを検知し、冷却流路に対する冷却媒体循環量を増やす構成のため、ノズル外周壁面６Ａの温度を速やかに下げて、逆火から正常燃焼への復帰を容易にすることができる。
【０１１５】
請求項３に記載のガスタービンの予混合燃焼器によれば、複数のジャケットを環状ノズルを囲むように周方向に分割して形成し、ガスタービンの運転状態に応じて各ジャケットを循環する冷却媒体の流量を独立して制御する構成のため、ノズル外周壁面の温度を均一に保ち、逆火現象の発生を有効に防止することができる。
【０１１６】
請求項４に記載のガスタービンの予混合燃焼器によれば、各温度センサを介してバッフル板の温度上昇する部位を検知し、各ジャケットに対する冷却媒体循環量を独立して増やすことにより、ノズル外周壁面の温度を均一になるように調節して、逆火現象の発生を有効に防止することができる。
【０１１７】
請求項５に記載のガスタービンの予混合燃焼器によれば、検出されるエンジン回転速度と高圧空気通路の空気温度に応じて冷却流路に対する冷却媒体の循環量を制御する構成のため、逆火から正常燃焼へ復帰する際の不安定な燃焼状態を最小限に抑えつつ、逆火から正常燃焼への復帰を容易にする。
【０１１８】
請求項６に記載のガスタービンの予混合燃焼器によれば、温度センサによって検出される温度の上昇速度が所定値を越えることを判定して冷却流路に対する冷却媒体の循環量を増大する構成のため、逆火から正常燃焼へ復帰する際の不安定な燃焼状態を最小限に抑えつつ、逆火から正常燃焼への復帰を容易にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示すガスタービンの断面図。
【図２】同じくジャケット等の断面図。
【図３】他の実施形態を示すガスタービンの断面図。
【図４】同じく制御内容を示すフローチャート。
【図５】さら他の実施形態を示すガスタービンの断面図。
【図６】同じくジャケット等の断面図。
【図７】さら他の実施形態を示すガスタービンの断面図。
【図８】同じくジャケット等の断面図。
【図９】さら他の実施形態を示すガスタービンの断面図。
【図１０】同じく制御内容を示すフローチャート。
【図１１】同じく制御に用いられるマップ。
【図１２】さら他の実施形態における制御内容を示すフローチャート。
【図１３】従来例を示す燃焼器の断面図。
【符号の説明】
１ 予混合室
２ 燃焼室
５ 環状流路
６ バッフル板
６Ａノズル外周壁面
７ 保炎器
８ 環状ノズル
１０ 主燃料噴射弁
１６ 高圧空気通路
１９ ジャケット
２０ 供給側配管
２１ 戻り側配管
２２ 冷媒循環装置
２４ 温度センサ
２５ コントロールユニット
３１ 回転数センサ
３２ 空気温度センサ
Claims (6)
- 加圧空気を導入する高圧空気通路と、
高圧空気通路からの加圧空気と主燃料噴射弁から噴射される燃料とを混合する予混合室と、
予混合室からの混合気を燃焼室に導入する環状ノズルと、
環状ノズルを画成するバッフル板と、
を備えるガスタービンの予混合燃焼器において、
バッフル板に冷却媒体を循環させる冷却流路を形成し、
運転条件に応じて冷却流路に対する冷却媒体の循環を制御する冷媒循環量制御手段を備えたことを特徴とするガスタービンの予混合燃焼器。 - 前記バッフル板の温度を検出する温度センサを備え、
温度センサによって検出される温度に応じて冷却流路に対する冷却媒体の循環を制御する冷媒循環量制御手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のガスタービンの予混合燃焼器。 - 前記冷却流路として複数のジャケットを環状ノズルを囲むように周方向に分割し、
運転条件に応じて各ジャケットに対する冷却媒体の循環を独立して制御する冷媒循環量制御手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のガスタービンの予混合燃焼器。 - 前記温度センサをバッフル板の各ジャケットの近傍に配置し、
各温度センサによって検出される温度に応じて各ジャケットに対する冷却媒体の循環を独立して制御する冷媒循環量制御手段を備えたことを特徴とする請求項３に記載のガスタービンの予混合燃焼器。 - 前記ガスタービンのエンジン回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段と、
高圧空気通路の空気温度を検出する空気温度検出手段と、
検出されるエンジン回転速度と高圧空気通路の空気温度に応じて冷却流路に対する冷却媒体の循環量を制御する冷媒循環量制御手段を備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のガスタービンの予混合燃焼器。 - 前記バッフル板の温度を検出する温度センサを備え、
温度センサによって検出される温度の上昇速度を算出する温度上昇速度算出手段と、
算出される温度上昇速度が所定値を越えることを判定して冷却流路に対する冷却媒体の循環量を増大する冷媒循環量制御手段を備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載のガスタービンの予混合燃焼器。
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| JP18238796A JP3814878B2 (ja) | 1996-07-11 | 1996-07-11 | ガスタービンの予混合燃焼器 |
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| JP18238796A JP3814878B2 (ja) | 1996-07-11 | 1996-07-11 | ガスタービンの予混合燃焼器 |
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