JP4829315B2 - Fuel spray system for gas turbine engine - Google Patents
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Description
本発明は、ガスタービンエンジンの燃料噴霧装置に関する。さらに詳しくは、拡散燃焼方式および希薄燃焼方式の２系統の燃焼方式を組み合わせた複合燃焼において、より安定した燃焼をなし得るガスタービンエンジンの燃料噴霧装置に関する。 The present invention relates to a fuel spray device for a gas turbine engine. More specifically, the present invention relates to a fuel spray device for a gas turbine engine that can achieve more stable combustion in combined combustion that combines two combustion methods of a diffusion combustion method and a lean combustion method.
内燃機関の燃焼により排出される有害物質を低減することは環境保全のための急務であるが、ガスタービンエンジンにおいては、大型エンジンや航空機用エンジン等の場合に、高出力化の要請から圧力比が高くされる傾向にあり、それに伴って燃焼器入口における高温化、高圧化が進み、このことが、前記有害物質の一つであるＮＯｘ（窒素酸化物）の発生量をむしろ増加させる要因になっている。 Reducing harmful substances emitted by combustion of internal combustion engines is an urgent need for environmental conservation, but in the case of gas turbine engines, in the case of large engines, aircraft engines, etc., the pressure ratio is Along with this, the temperature and pressure at the combustor inlet have been increased, which is a factor that rather increases the amount of NOx (nitrogen oxide) that is one of the harmful substances. ing.
このため、ガスタービンエンジンにおけるＮＯｘの発生量を低減するように、希薄燃焼方式や、ＲＱＬ（Rich burn Quick quench Lean burn: 過濃燃焼急速混合希薄燃焼）方式等の燃焼方式が提案され、これらの燃焼方式によるガスタービンエンジンが一部で実用化されている。 For this reason, in order to reduce the amount of NOx generated in the gas turbine engine, a lean combustion method and a combustion method such as an RQL (Rich burn Quick quench Lean burn) method have been proposed. Some combustion-type gas turbine engines have been put into practical use.
しかるに、前記低ＮＯｘ化のための希薄燃焼方式は、低負荷時における燃焼安定性に欠ける面があり、この不都合を解消するために、拡散燃焼方式と希薄燃焼方式の２系統の燃料方式を組み合わせた複合燃焼方式が提案されている（特許文献１、２、３、４、５参照）。
However, the lean combustion system for reducing NOx has a lack of combustion stability at low load, and in order to solve this inconvenience, the two fuel systems of the diffusion combustion system and the lean combustion system are combined. A combined combustion system has been proposed (see
すなわち、希薄燃焼方式においては、大量の空気を燃料噴霧装置から導入する必要があるために、燃焼領域における局所燃料濃度が燃焼器出口の燃料濃度よりも格段に薄くなり、着火性や低負荷時の燃焼性能が低下するといった問題がある。このため、燃焼安定性に優れた拡散燃焼方式と希薄燃焼方式とを組み合わせることによって、前記不都合を解消しようとする複合燃焼方式が注目されている。 That is, in the lean combustion method, since a large amount of air needs to be introduced from the fuel spray device, the local fuel concentration in the combustion region becomes much thinner than the fuel concentration at the combustor outlet, and the ignitability and low load are reduced. There is a problem that the combustion performance of the is reduced. For this reason, attention has been focused on a combined combustion method that attempts to eliminate the above disadvantages by combining a diffusion combustion method and a lean combustion method that are excellent in combustion stability.
しかしながら、前記複合燃焼方式においては、希薄燃焼のために大量に導入される空気が拡散燃焼方式による燃焼に影響を及ぼし、その影響によって拡散燃焼方式による燃焼において、十分な着火性、保炎性や、低負荷時における燃焼安定性を得られないことがあるといった問題がある。 However, in the combined combustion method, a large amount of air introduced for lean combustion affects the combustion by the diffusion combustion method, and due to the influence, in the combustion by the diffusion combustion method, sufficient ignitability, flame holding property and There is a problem that combustion stability at low load may not be obtained.
特に、航空機用ガスタービンエンジンにおいては、高空の低温、低圧の条件下での確実な着火が求められるとともに、アイドル時等の低負荷時におけるエミッションに関して各種規制がなされているため、前記希薄燃焼のために導入される空気による着火性や燃焼安定性の低下が、より大きな問題となり得る。 In particular, aircraft gas turbine engines require reliable ignition under conditions of high temperature, low temperature and low pressure, and various regulations are imposed on emissions at low loads such as when idling. Therefore, a decrease in ignitability and combustion stability due to air introduced for this can be a greater problem.
本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであって、拡散燃焼方式および希薄燃焼方式の２系統の燃焼方式を組み合わせた複合燃焼方式が適用された燃焼器における着火性、保炎性および特に低負荷時における燃焼安定性を向上させることができるガスタービンエンジンの燃料噴霧装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the problems of the prior art, and is characterized in that the ignitability, flame-holding property, and the like in a combustor to which a combined combustion method in which two combustion methods of a diffusion combustion method and a lean combustion method are combined is applied. In particular, an object of the present invention is to provide a fuel spray device for a gas turbine engine that can improve combustion stability at low load.
本発明のガスタービンエンジンの燃料噴霧装置は、拡散燃焼のための燃料を噴霧ノズルから燃焼室に噴霧する第１燃料噴霧部と、該第１燃料噴霧部を囲むように設けられ、予混合燃焼のための燃料を噴霧する第２燃料噴霧部とを備えてなるガスタービンエンジンの燃料噴霧装置であって、前記第１燃料噴霧部は末広がりの前記噴霧ノズルを有し、前記第１燃料噴霧部と前記第２燃料噴霧部との間に、拡散燃焼領域の外縁を規定して拡大を抑制するエアカーテンを形成するエアカーテン形成部が設けられており、前記エアカーテン形成部は、前記噴霧ノズルの下流端の外周から、前記第１燃料噴霧部の軸方向に沿って、前記燃焼室内へ向けてエアを噴射する空気噴射口を有し、前記空気噴射口は、前記エアカーテン形成部の下流端を塞ぐリング状の蓋部材の内周部と前記噴霧ノズルとの間に形成されている。 A fuel spray device for a gas turbine engine according to the present invention is provided with a first fuel spray portion spraying fuel for diffusion combustion from a spray nozzle to a combustion chamber, and surrounding the first fuel spray portion, and premix combustion A fuel spray device for a gas turbine engine comprising a second fuel spray section for spraying fuel for the first fuel spray section, wherein the first fuel spray section includes the spray nozzle that spreads toward the end, and the first fuel spray section And an air curtain forming portion that forms an air curtain that defines an outer edge of the diffusion combustion region and suppresses expansion, between the second fuel spraying portion and the second fuel spraying portion. An air injection port for injecting air into the combustion chamber along the axial direction of the first fuel spray portion from the outer periphery of the downstream end of the first fuel spray portion, and the air injection port is downstream of the air curtain forming portion Ring closing the end It is formed between the inner peripheral portion of the lid member and the spray nozzle.
本発明のガスタービンエンジンの燃料噴霧装置においては、第１燃料噴霧部が、拡散燃焼用の燃料を噴射する二重壁構造とされた円筒状本体と、該本体内に配設されたインナスワーラと、前記円筒状本体からの燃料の噴霧角度を規定する噴霧ノズルと、前記円筒状本体と前記噴霧ノズルとの間に配設されたアウタスワーラとを有してなるのが好ましい。 In the fuel spray device for a gas turbine engine of the present invention, the first fuel spray portion has a cylindrical main body having a double wall structure for injecting fuel for diffusion combustion, and an inner swirler disposed in the main body. The spray nozzle preferably defines a fuel spray angle from the cylindrical body, and an outswarr disposed between the cylindrical body and the spray nozzle.
また、本発明のガスタービンエンジンの燃料噴霧装置においては、第１燃料噴霧部が、拡散燃焼用の燃料を噴射する有底円筒状本体と、該有底円筒状本体に外嵌された末広がりのノズル状の筒状内周壁と、該筒状内周壁の外方に配設された末広がりのノズル状の筒状中間壁と、該筒状中間壁の外方に配設された末広がりのノズル状の噴霧ノズルと、前記筒状内周壁と前記筒状中間壁との間に配設されたインナスワーラと、前記筒状中間壁と前記噴霧ノズルとの間に配設されたアウタスワーラとを有してなるのが好ましい。その場合、インナスワーラの影響力がアウタスワーラの影響力より少なくされてなるのがさらに好ましい。 In the fuel spray device for a gas turbine engine according to the present invention, the first fuel spray portion includes a bottomed cylindrical main body that injects fuel for diffusion combustion, and a divergent spread that is externally fitted to the bottomed cylindrical main body. Nozzle-shaped cylindrical inner peripheral wall, divergent nozzle-shaped cylindrical intermediate wall disposed outside the cylindrical inner peripheral wall, and divergent nozzle-shaped nozzle disposed outside the cylindrical intermediate wall A spray nozzle, an inner swirler disposed between the cylindrical inner peripheral wall and the cylindrical intermediate wall, and an outer swirler disposed between the cylindrical intermediate wall and the spray nozzle. Preferably it is. In that case, it is more preferable that the influence of the inner swirler is made smaller than the influence of the outer swirler.
さらに、本発明のガスタービンエンジンの燃料噴霧装置においては、第２燃料噴霧部が、予混合予備室と予混合室とを有してなるのが好ましい。 Furthermore, in the fuel spray device for a gas turbine engine according to the present invention, it is preferable that the second fuel spray portion has a premixing preliminary chamber and a premixing chamber.
しかして、この燃料噴霧装置は燃焼器に備えられる。 Thus, this fuel spray device is provided in the combustor.
本発明のガスタービンエンジンの燃料噴霧装置は、前記の如く構成されているので、拡散燃焼方式および希薄燃焼方式の２系統の燃焼方式を組み合わせた複合燃焼方式が適用された燃焼器における着火性、保炎性および特に低負荷時における燃焼安定性を向上させることができるという優れた効果が得られる。 Since the fuel spray device for a gas turbine engine of the present invention is configured as described above, the ignitability in a combustor to which a combined combustion method in which two combustion methods of a diffusion combustion method and a lean combustion method are combined is applied, An excellent effect is obtained that the flame holding ability and particularly the combustion stability at a low load can be improved.
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではない。 Hereinafter, although the present invention is explained based on an embodiment, referring to an accompanying drawing, the present invention is not limited only to this embodiment.
実施形態１
図１に、本発明の実施形態１に係るガスタービンエンジンの燃料噴霧装置を一部断面図により示す。図２に、その要部拡大図を示す。図３に、同燃料噴霧装置による噴霧パターンを模式的に示す。
Embodiment 1
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a fuel spray device for a gas turbine engine according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 2, the principal part enlarged view is shown. FIG. 3 schematically shows a spray pattern by the fuel spray device.
燃料噴霧装置Ｕは、全体は図示しないガスタービンエンジンの燃焼器に設けられるものであり、図１に示すように、拡散燃焼のための第１燃料供給系統Ｆ１からの燃料を拡散燃焼領域Ａ１（図３参照）に向かって噴霧する第１燃料噴霧部１０と、第１燃料噴霧部１０を囲むようにその径方向外方に設けられ、希薄燃焼のための第２燃料供給系統Ｆ２からの燃料を予混合しながら予混合燃焼領域Ａ２（図３参照）に噴霧する第２燃料噴霧部２０と、拡散燃焼領域Ａ１の外縁を規定するエアカーテンを形成するエアカーテン形成部３０とを備えてなるものとされる。
The fuel spraying device U is generally provided in a combustor of a gas turbine engine (not shown), and as shown in FIG. 1, the fuel from the first fuel supply system F1 for diffusion combustion is supplied to the diffusion combustion region A1 ( The fuel from the second fuel supply system F2 for lean combustion is provided outside the radial direction so as to surround the first
ここで、燃料噴霧装置Ｕは、概ね軸対象の構造を有しているので、図の符号は原則としてその上半分のみに付すものとしている。 Here, since the fuel spraying device U has a generally axial structure, the reference numerals in the figure are attached only to the upper half in principle.
以下、第１燃料噴霧部１０を説明する。
Hereinafter, the 1st
第１燃料噴霧部１０は、図２に示すように、内側円筒状体１１と外側円筒状体１２とからなる、中心部に位置し拡散燃焼用燃料を供給する筒状二重壁の本体１３と、本体１３の外方で同心円状に配置されたベンチュリーノズル状噴霧ノズル１４と、内側円筒状体１１内に環状に配設されたインナスワーラ１５と、外側円筒状体１２と噴霧ノズル１４との間に配設されたアウタスワーラ１６とを備え、第１燃料供給系統Ｆ１からの燃料を本体１３下流側端内面に設けられた噴射口１３ａまで送るための燃料送給路１３ｂが、内側円筒状体１１と外側円筒状体１２との間隙に形成されてなるものとされる。そして、第１燃料噴霧部１０は、燃料送給路１３ｂにより送給された燃料を噴射口１３ａから噴射し、噴射された燃料をインナスワーラ１５からの空気で微粒化（一次微粒化）し、一次微粒化された燃料を噴霧ノズル１４内でアウタスワーラ１６からの旋回気流によりさらに微粒化（二次微粒化）して霧状に燃焼室内に噴霧する。
As shown in FIG. 2, the first
ここで、本体１３は、後掲の第２燃料噴霧部２０の本体２４とともに、第１燃料供給系統Ｆ１の燃料配管Ｔ（図１参照）と接続された基部４０（図４参照）により、支持されている。
Here, the
噴霧ノズル１４は、噴射口１３ａから噴射された燃料が、所定の広がり角を有するよう形状および取付位置が調整されている。つまり、円筒部１４ａが外側円筒状体１２下流側外方に位置させられ、最小内径部（絞り部）１４ｂが噴射口１３ａの下流側所定位置となるようにされ、末広がりの拡径部１４ｃの角度が所定角度とされている。
The shape and attachment position of the
アウタスワーラ１６は、噴霧ノズル１４の円筒部１４ａと外側円筒状体１２との間に配設されている。
The
しかして、噴射口１３ａから噴射される燃料は、図２に示すように、外側円筒状体１２の下流部１２ａが先細円錐台状とされていることにより、本体１３の中心軸に向けて斜めに膜状に噴射される。そして、この膜状に噴射された燃料は、インナスワーラ１５からの空気により微粒化されて噴出口１３ｃから噴射され、さらにアウタスワーラ１６からの旋回気流により噴霧ノズル１４内でさらに微粒化され霧状にされて燃焼室内に噴霧される。
As shown in FIG. 2, the fuel injected from the
次に、第２燃料噴霧部２０を説明する。
Next, the second
第２燃料噴霧部２０は、図２に示すように、内側円筒状体２１と外側円筒状体２２とからなり、噴霧ノズル１４の外方にて基部４０の蓋状部２３により上流側端部開口が閉塞されかつ基部４０により支持された、予混合燃焼用燃料を供給する筒状二重壁の本体２４と、本体２４外方で同心円状に配置された筒状中間壁２５と、筒状中間壁２５外方で同心円状に配置された筒状外周壁２６と、筒状中間壁２５と筒状外周壁２６との間を仕切る円筒状仕切壁２７と、筒状中間壁２５と円筒状仕切壁２７との間の予混合予備室４１に配設されたインナスワーラ２８と、円筒状仕切壁２７と筒状外周壁２６との間に配設されたアウタスワーラ２９とを備え、第２燃料供給系統Ｆ２からの燃料を外側円筒状体２２下流側外周に所定間隔を設けて穿設された噴射口２２ａまで送るための燃料送給路２４ａが、内側円筒状体２１と外側円筒状体２２との間隙に形成され、筒状中間壁２５と筒状外周壁２６とにより予混合室４２が画成され、燃料送給路２４ａにより送給された燃料を噴射口２２ａから予混合予備室４１に噴射し、噴射された燃料をインナスワーラからの空気で微粒化（一次微粒化）し、微粒化された燃料を予混合室４２内でアウタスワーラ２９からの旋回気流によりさらに微粒化（二次微粒化）しながら予混合して燃焼室内に噴霧するものとされる。
As shown in FIG. 2, the second
ここで、内側円筒状体２１の内径は、図２に示すように、噴霧ノズル１４の円筒部１４ａの外径より大きくされ、内側円筒状体２１と噴霧ノズル１４の円筒部１４ａとの間にエアカーテン形成部３０の空気導入路３１が形成されるようにされている。
Here, the inner diameter of the inner
筒状中間壁２５は、図２に示すように、外側円筒状体２２のほぼ半分（下流側部分）を覆うようにされるとともに、その下流側端は噴霧ノズル１４の下流側端に一致させられている。また、筒状中間壁２５の噴射口２２ａに対応する位置には噴射された燃料を予混合予備室４１に導入するために導入口２５ａが設けられている。
As shown in FIG. 2, the cylindrical
ここで、筒状中間壁２５と外側円筒状体２２とは例えば所定本数のピンＢにより相互に留められるものとされており、ピンＢを取り外すことによって、筒状中間壁２５と外側円筒状体２２との嵌め合いを解除することが可能とされる。
Here, the cylindrical
また、筒状中間壁２５と円筒状仕切壁２７とは、インナスワーラ２８を介し連結され、円筒状仕切壁２７および筒状外周壁２６とはアウタスワーラ２９を介して連結されるとともに、筒状中間壁２５はさらに蓋部材３３を介して噴霧ノズル１４と連結されており、これら連結された各部材は、１つのブロック（以下、外側ブロックという）ＯＰを形成している。この外側ブロックＯＰは、前記筒状中間壁２５と外側円筒状体２２との嵌め合いを解除することによって、後掲の内側ブロックＩＰとの分離が可能とされている。
The cylindrical
円筒状仕切壁２７は、上流側端を筒状中間壁２５の上流側端に一致させられるとともに、下流側端が導入口２５ａの所定距離下流側に位置するようその長さが調整されている。
The
筒状外周壁２６は、上流側端が円筒状仕切壁２７の上流側端から所定距離下流側に位置させられて段状とされ、下流側端は筒状中間壁２５の下流側端に一致させられている。また、筒状外周壁２６の下流側部には燃料噴霧装置Ｕを燃焼器に取り付けるための取付部２６ａが鍔状に形成されている。
The cylindrical outer
インナスワーラ２８は筒状中間壁２５と円筒状仕切壁２７との間の上流側部に設けられる。
The
アウタスワーラ２９は円筒状仕切壁２７と筒状外周壁２６との間の上流側部に設けられる。
The
しかして、噴射口２２ａにより噴射され導入口２５ａより予混合予備室４１に導入された燃料は、インナスワーラ２８からの気流により微粒化（一次微粒化）された後、アウタスワーラ２９からの旋回気流によりさらに微粒化（二次微粒化）されて予混合室４２で予混合され、燃焼室内に噴霧される。
Thus, the fuel injected from the
次に、エアカーテン形成部３０について説明する。
Next, the air
エアカーテン形成部３０は、図２に示すように、噴霧ノズル１４と筒状中間壁２５とにより画成される貯留室３２と、噴霧ノズル１４と筒状中間壁２５との下流側端部を塞ぐリング状の蓋部材３３とを備えてなるものとされる。
As shown in FIG. 2, the air
ここで、蓋部材３３には、図２に示すように、上流側外周部内面から下流側内周部外面（燃焼室に面する面）に連通する空気流路３４が形成されている。つまり、上流側外周部内面に空気導入口３３ａ、および下流側内周部外面に空気噴射口３３ｂを有する空気流路３４が形成されている。そして、この空気流路３４により蓋部材３３が空冷されるとともに、燃焼室内にエアカーテン形成用空気が供給される。
Here, as shown in FIG. 2, an
しかして、噴霧ノズル１４と内側円筒状体２１との間に形成された空気導入路３１から貯留室３２に導入された空気は、蓋部材３３を冷却しながら空気噴射口３３ｂから燃焼室内に噴射されてエアカーテンを形成する。このエアカーテンにより、噴霧ノズル１４から燃焼室内の拡散燃焼領域Ａ１に噴霧された燃料は、パターンＰのようになってその広がりが規制され、それがため燃料は予混合燃焼領域Ａ２の空気と混合することはない（図３参照）。また、噴霧された燃料は、エアカーテンを形成している空気によりさらに微粒化（三次微粒化）される。したがって、安定した拡散燃焼が達成される。この安定した拡散燃焼の達成は、エアカーテン形成用空気の空気噴射口３３ｂが、予混合室４２の内側端より所定距離Ｌだけ内側とされていることにより、より確実なものとされる。
Thus, the air introduced into the
次に、基部４０を説明する。図４に、燃料噴霧装置Ｕの一部の背面図を示す。
Next, the
基部４０は、図４に示すように、第１燃料噴霧部１０の本体１３を支持するための小径のリング状部材である内側支持部４０ａと、第２燃料噴霧部２０の本体２４の上流側端部開口を閉塞するとともに本体２４を支持するための大径のリング状部材である前記蓋状部２３とを有する。内側支持部４０ａの中央にはインナスワーラ用通風孔４０ｂが設けられるとともに、内側支持部４０ａと蓋状部２３との間には、連結部４０ｃ、４０ｃにより２分されたアウタスワーラ用通風孔４０ｄ、４０ｄが設けられている。
As shown in FIG. 4, the
このように、基部４０は、第１燃料噴霧部１０の本体１３および第２燃料噴霧部２０の本体２４と連結されて、１つの連結体（以下、内側ブロックという）ＩＰを形成しており、前掲の通り、筒状中間壁２５と外側円筒状体２２との嵌め合いを解除することにより、前記内側ブロックＩＰと燃料噴射部を含まない外側ブロックＯＰとの分離が可能とされる。
Thus, the
図５に、外側ブロックＯＰと分離された内側ブロックＩＰを示す。図６に、その正面図を示す。 FIG. 5 shows the inner block IP separated from the outer block OP. FIG. 6 shows a front view thereof.
この構成によって、不図示の燃焼器ケーシングから内側ブロックＩＰのみを取り外してメンテナンス等を行うことが可能となる。また、引き抜きのために燃焼器ケーシングに設ける空間が、内側ブロックＩＰのみの分だけでよくなり、その結果、燃焼器ケーシングの軽量化が可能となる。 With this configuration, it is possible to perform maintenance or the like by removing only the inner block IP from a combustor casing (not shown). In addition, the space provided in the combustor casing for extraction is only required for the inner block IP, and as a result, the weight of the combustor casing can be reduced.
このように、この実施形態１によれば、拡散燃焼方式および希薄燃焼方式の２系統の燃焼方式を組み合わせた、いわゆる複合燃焼方式が適用された燃焼器における、着火性、保炎性および低負荷時の燃焼安定性が向上させることがでる。また、燃焼器の小型・軽量化も達成される。 As described above, according to the first embodiment, in the combustor to which the so-called combined combustion method in which the two combustion methods of the diffusion combustion method and the lean combustion method are combined, the ignitability, the flame holding property, and the low load are applied. The combustion stability at the time can be improved. In addition, the combustor can be reduced in size and weight.
実施形態２
図７に本発明の実施形態２の燃料噴霧装置Ｕ１を示す。実施形態２は、実施形態１を改変してなるものであり、拡散燃焼のための第１燃料噴霧部１０を改変したものである。第１燃料噴霧部１０Ａ以外の構成は、実施形態１と同一であるため、その符号を流用し、詳細説明は省略する。
FIG. 7 shows a fuel spray device U1 according to
以下、第１燃料噴霧部１０Ａについて説明する。
Hereinafter, the first
第１燃料噴霧部１０Ａは、図７に示すように、拡散燃焼用の燃料を供給する有底筒状の本体５１と、本体５１に外嵌された筒状内周壁５２と、筒状内周壁５２外方で同心円状に配置された筒状中間壁５３と、筒状中間壁５３外方で同心円状に配置されたベンチュリーノズル状噴霧ノズル５４と、筒状内周壁５２と筒状中間壁５３との間に配設されたインナスワーラ５５と、筒状中間壁５３と噴霧ノズル５４との間に配設されたアウタスワーラ５６とを備え、本体５１下流側端部には、第１燃料供給系統Ｆ１からの本体５１内部に供給された燃料を噴射する噴射口５１ａが形成されてなるものとされる。そして、第１燃料噴霧部１０Ａは、本体５１内部に送給された燃料を噴射口５１ａから噴射し、噴射された燃料をインナスワーラ５５からの空気で微粒化（一次微粒化）し、一次微粒化された燃料を噴霧ノズル５４内でアウタスワーラ５６からの旋回気流によりさらに微粒化（二次微粒化）して霧状に燃焼室内に噴霧する。
As shown in FIG. 7, the first
ここで、本体５１は第２燃料噴霧部２０の本体２４とともに基部４０により支持されており、第１燃料噴霧部１０Ａの本体５１、第２燃料噴霧部２０の本体２４および基部４０が内側ブロックＩＰを形成している。また、筒状内周壁５２、筒状中間壁５３およびベンチュリーノズル状噴霧ノズル５４は、筒状外周壁２６とともに筒状中間壁２５に連結されて、外側ブロックＯＰを形成している。
Here, the
このように、実施形態２においても、筒状中間壁２５と外側円筒状体２２との嵌め合いを解除することにより、内側ブロックＩＰと外側ブロックＯＰとの分離が可能であり、実施形態１と同様の作用効果が得られる。
As described above, also in the second embodiment, the inner block IP and the outer block OP can be separated by releasing the fitting between the cylindrical
また、筒状内周壁５２および筒状中間壁５３は流路の急激な縮小が生じないようにするため、噴霧ノズル５４の絞り部５４ａに対応させた絞り部５２ａ，６３ａを有する末広がりノズル状に形成されている。そして、筒状内周壁５２の噴射口５１ａに対応した箇所には筒状内周壁５２と筒状中間壁５３とにより画成される空間に燃料を導入する導入口５２ｂが設けられている。
Further, the cylindrical inner
筒状中間壁５３の上流側端は、図７に示すように、筒状内周壁５２の上流側端に一致させられるとともに、下流側端は筒状内周壁５２の下流側端より所定距離下流側で噴霧ノズル５４内に位置するようその長さが調整されている。
As shown in FIG. 7, the upstream end of the cylindrical
噴霧ノズル５４の上流側端は、図７に示すように、筒状中間壁５３の上流側端より所定距離下流側に位置させられて段状とされている。
As shown in FIG. 7, the upstream end of the
インナスワーラ５５は筒状内周壁５２と筒状中間壁５３との間の上流側部に設けられる。
The
アウタスワーラ５６は筒状中間壁５３と噴霧ノズル５４の円筒部５４ｂとの間の上流側部に設けられる。
The
しかして、噴射口５１ａにより噴射され導入口５２ａより筒状内周壁５２と筒状中間壁５３とにより画成される空間（一次微粒化空間）５７に導入された燃料は、インナスワーラ５５からの気流により微粒化（一次微粒化）された後、アウタスワーラ５６からの旋回気流によりさらに微粒化（二次微粒化）され、燃焼室内に噴霧される。
Thus, the fuel injected from the
以下、実施形態１と同様である。 Hereinafter, it is the same as that of Embodiment 1.
このように、実施形態２によれば、第１燃料噴霧部１０Ａの構成の簡素化を図りながら、拡散燃焼方式および希薄燃焼方式の２系統の燃焼方式を組み合わせた、いわゆる複合燃焼方式が適用された燃焼器における、着火性、保炎性および低負荷時の燃焼安定性を向上できる。
As described above, according to the second embodiment, a so-called combined combustion method in which two combustion methods of a diffusion combustion method and a lean combustion method are combined while simplifying the configuration of the first
実施形態３
図８に本発明の実施形態３の燃料噴霧装置Ｕ２を示す。実施形態３は、実施形態２を改変してなるものであり、拡散燃焼のための第１燃料噴霧部１０Ａを改変したものである。すなわち、第１燃料噴霧部１０Ｂにおいては、筒状内周壁５２および筒状中間壁５３の上流側端を噴霧ノズル５４の上流端に一致させ、インナスワーラ５５を小さくしてその影響力、つまり旋回力を少なくしてなるものである。
Embodiment 3
FIG. 8 shows a fuel spray device U2 according to Embodiment 3 of the present invention. The third embodiment is a modification of the second embodiment, and is a modification of the first
なお、その余の構成および作用・効果の実施形態２と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
In addition, since it is the same as that of
このように、実施形態３においては、インナスワーラ５５の影響力を少なくしているので、噴霧ノズル５４による噴霧燃料の角度規制がより確実になされ、その結果より安定した拡散燃焼が達成される。
Thus, in the third embodiment, since the influence of the
実施形態４
図９に本発明の実施形態４の燃料噴霧装置Ｕ３を示す。実施形態４は、実施形態３を改変してなるものであり、第２燃料噴霧部２０およびエアカーテン形成部３０を改変したものである。
Embodiment 4
FIG. 9 shows a fuel spray device U3 according to Embodiment 4 of the present invention. The fourth embodiment is a modification of the third embodiment, and is a modification of the second
すなわち、第２燃料噴霧部２０においては、筒状中間壁２５Ａの径を一定とし、予混合室４２Ａを幅一定に形成している。これにより、各部材の形状が単純になり、その製造が容易となる。
That is, in the second
エアカーテン形成部３０Ａにおいては、前記筒状中間壁２５Ａの径を一定としたのに伴って、予混合室４２Ａの内側端とエアカーテン形成用空気の空気噴射口３３Ａｂとの間の距離Ｌ１を実施形態３における距離Ｌよりも短くするとともに、貯留室３２Ａを小さくしている。したがって、エアカーテン形成部３０の径方向の幅が小さくなり、燃料噴霧装置Ｕ３を小型化することが容易となる。
In the air
反面、距離Ｌ１を小さくすることによって、希薄燃焼のために導入される空気が拡散燃焼に影響を及ぼしやすくなる。しかしながら、ガスタービンの要求仕様により距離Ｌ１を小さくしてもエアカーテン形成部３０によるエアカーテンのみにより充分に前記影響を抑え得る場合には、本実施形態４のように第２燃料噴霧部２０およびエアカーテン形成部３０を構成するのが、製造の容易化および装置の小型化の点では望ましい。
On the other hand, by reducing the distance L1, the air introduced for lean combustion tends to affect diffusion combustion. However, if the influence can be sufficiently suppressed only by the air curtain formed by the air
なお、その余の構成および作用・効果は実施形態３と同様であるので、その詳細な説明は省略する。 In addition, since the other structure and the effect | action and effect are the same as that of Embodiment 3, the detailed description is abbreviate | omitted.
このように、実施形態４においては、予混合室４２Ａの内側端とエアカーテン形成用空気の空気噴射口３３Ａｂとの間の距離Ｌ１を小さくしているので、燃料噴霧装置の小型化が容易となるとともに、筒状中間壁２５Ａの形状も単純になるので、その設計および製造が容易となる。
As described above, in the fourth embodiment, the distance L1 between the inner end of the
実施形態５
図１０に本発明の実施形態５の燃料噴霧装置Ｕ４を示す。実施形態５は、実施形態１を改変してなるものであり、第２燃料噴霧部２０およびエアカーテン形成部３０を改変してなるとともに、外側ブロックＯＰおよび内側ブロックＩＰを一体化してなるものである。
Embodiment 5
FIG. 10 shows a fuel spray device U4 according to Embodiment 5 of the present invention. The fifth embodiment is obtained by modifying the first embodiment. The second
すなわち、第２燃料噴霧部２０Ｂにおいては、燃料送給路２４Ｂａを、一体的に形成された内側円筒状体２１Ｂと筒状中間壁２５Ｂとにより画成し、実施形態１における外側円筒状体２２は省略している。このため、燃料送給路２４Ｂａにより送給される燃料は、噴射口２２ａから直接的に予混合予備室４１Ｂに導入される。また、実施形態４と同様に、筒状中間壁２５Ｂの径を一定としている。
That is, in the second
ここで、外側ブロックＯＰおよび内側ブロックＩＰが一体化されているところから、筒状外周壁２６Ｂには鍔状の取付部は設けられていない。
Here, since the outer block OP and the inner block IP are integrated, the cylindrical outer
また、エアカーテン形成部３０Ｂにおいては、筒状中間壁２５Ｂの径を一定としたのに伴って、予混合室４２Ｂの内側端とエアカーテン形成用空気の空気噴射口３３Ｂｂとの間の距離Ｌ２を実施形態１における距離Ｌよりも短くしている。この距離Ｌ２を実施形態１における距離Ｌよりも短くしたことによる得失は、実施形態４と同様である。
Further, in the air
なお、その余の構成および作用・効果は実施形態１と同様であるので、その詳細な説明は省略する。 In addition, since the other structure and the effect | action and effect are the same as that of Embodiment 1, the detailed description is abbreviate | omitted.
このように、実施形態５においては、外側円筒状体２２を省略し、燃料送給路２４Ｂａを画成する内側円筒状体２１Ｂと筒状中間壁２５Ｂとを一体的に形成したので、前記実施形態１〜４とは異なり、外側ブロックＯＰと内側ブロックＩＰとを分離することはできない。しかしながら、これにより部品点数が削減されるために、燃料噴霧装置の製造が容易となるとともに、コスト低減が図られる。
Thus, in the fifth embodiment, the outer
実施形態６
図１１に本発明の実施形態６の燃料噴霧装置Ｕ５を示す。実施形態６は、実施形態３を改変してなるものであり、第２燃料噴霧部２０およびエアカーテン形成部３０を実施形態５におけると同様に改変してなるものである。
Embodiment 6
FIG. 11 shows a fuel spray device U5 according to Embodiment 6 of the present invention. The sixth embodiment is obtained by modifying the third embodiment, and is obtained by modifying the second
すなわち、第２燃料噴霧部２０Ｂにおいては、燃料送給路２４Ｂａを、一体的に形成された内側円筒状体２１Ｂと筒状中間壁２５Ｂとにより画成し、実施形態３における外側円筒状体２２は省略している。また、実施形態４と同様に、筒状中間壁２５Ｂの径を一定としている。
That is, in the second
ここで、外側ブロックＯＰおよび内側ブロックＩＰが一体化されているところから、筒状外周壁２６Ｂには鍔状の取付部は設けられていない。
Here, since the outer block OP and the inner block IP are integrated, the cylindrical outer
また、エアカーテン形成部３０Ｂにおいては、筒状中間壁２５Ｂの径を一定としたのに伴って、予混合室４２Ｂの内側端とエアカーテン形成用空気の空気噴射口３３Ｂｂとの間の距離Ｌ２を実施形態３における距離Ｌよりも短くしている。この距離Ｌ２を実施形態１における距離Ｌよりも短くしたことによる得失は、実施形態４と同様である。
Further, in the air
なお、その余の構成および作用・効果の実施形態３と同様であるので、その詳細な説明は省略する。 In addition, since it is the same as that of Embodiment 3 of the other structure and an effect | action and effect, the detailed description is abbreviate | omitted.
このように、実施形態６においては、実施形態５と同様に、外側円筒状体２２を省略し、燃料送給路２４Ｂａを画成する内側円筒状体２１Ｂと筒状中間壁２５Ｂとを一体的に形成したので、前記実施形態１〜４とは異なり、外側ブロックＯＰと内側ブロックＩＰとを分離することはできない。しかしながら、これにより部品点数が削減されるために、燃料噴霧装置の製造が容易となる。
As described above, in the sixth embodiment, as in the fifth embodiment, the outer
実施形態７
図１２に本発明の実施形態７の燃料噴霧装置Ｕ６を示す。実施形態７は、実施形態３を改変するとともに、外側ブロックＯＰおよび内側ブロックＩＰを一体化してなるものである。
FIG. 12 shows a fuel spraying device U6 according to
すなわち、第１燃料噴霧部１０Ｃにおいては、筒状内周壁５２Ｃ、筒状中間壁５３Ｃおよび噴射ノズル５４Ｃを末広がりではなく径一定としている。
That is, in the first fuel spray section 10C, the cylindrical inner
第２燃料噴霧部２０Ｂにおいては、実施形態５および実施形態６におけると同様に、燃料送給路２４Ｂａを、一体的に形成された内側円筒状体２１Ｂと筒状中間壁２５Ｂとにより画成し、実施形態３の外側円筒状体２２は省略している。また、実施形態４と同様に、筒状中間壁２５Ｂの径を一定としている。
In the second
ここで、外側ブロックＯＰおよび内側ブロックＩＰが一体化されているところから、筒状外周壁２６Ｂには鍔状の取付部は設けられていない。
Here, since the outer block OP and the inner block IP are integrated, the cylindrical outer
また、エアカーテン形成部３０Ｃにおいては、噴射ノズル５４Ｃおよび筒状中間壁２５Ｂの径を一定としたのに伴って、貯留室３２Ｃの周方向断面形状を単純な矩形としている。また、予混合室４２Ｂの内側端とエアカーテン形成用空気の空気噴射口３３Ｃｂとの間の距離Ｌ３を実施形態３における距離Ｌよりも短くしている。この距離Ｌ３を実施形態１における距離Ｌよりも短くしたことによる得失は、実施形態４と同様である。
In the air
なお、その余の構成および作用・効果の実施形態３と同様であるので、その詳細な説明は省略する。 In addition, since it is the same as that of Embodiment 3 of the other structure and an effect | action and effect, the detailed description is abbreviate | omitted.
このように、実施形態７においては、筒状内周壁５２Ｃ、筒状中間壁５３Ｃおよび噴射ノズル５４Ｃを末広がりではなく径一定とし、かつ内側円筒状体２１Ｂと筒状中間壁２５Ｂとを一体的に形成しているので、各部の形状が単純になり、製造が容易となると共に、部品点数を削減することができる。
As described above, in the seventh embodiment, the cylindrical inner
本発明は、拡散燃焼方式および希薄燃焼方式の２系統の燃焼方式を組み合わせた複合燃焼方式が適用された燃焼器に適用できる。 The present invention can be applied to a combustor to which a combined combustion method in which two combustion methods of a diffusion combustion method and a lean combustion method are combined is applied.
１０ 第１燃料噴霧部
１３ 本体
１３ａ 噴射口
１４ 噴霧ノズル
１５ インナスワーラ
１６ アウタスワーラ
２０ 第２燃料噴霧部
２４ 本体
２８ インナスワーラ
２９ アウタスワーラ
３０ エアカーテン形成部
３１ 空気導入路
３２ 貯留室
３３ 蓋部材
３４ 空気流路
４１ 予混合予備室
４２ 予混室
Ｕ 燃料噴霧装置
Ａ１ 拡散燃焼領域
Ａ２ 予混合燃焼領域
Ｐ 噴霧パターン
Ｆ１ 第１燃料供給系統
Ｆ２ 第２燃料供給系統
ＩＰ 内側ブロック
ＯＰ 外側ブロック
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記第１燃料噴霧部は末広がりの前記噴霧ノズルを有し、
前記第１燃料噴霧部と前記第２燃料噴霧部との間に、拡散燃焼領域の外縁を規定して拡大を抑制するエアカーテンを形成するエアカーテン形成部が設けられており、
前記エアカーテン形成部は、前記噴霧ノズルの下流端の外周から、前記第１燃料噴霧部の軸方向に沿って、前記燃焼室内へ向けてエアを噴射する空気噴射口を有し、
前記空気噴射口は、前記エアカーテン形成部の下流端を塞ぐリング状の蓋部材の内周部と前記噴霧ノズルとの間に形成されているガスタービンエンジンの燃料噴霧装置。 A first fuel spray section spraying fuel for diffusion combustion from the spray nozzle to the combustion chamber, and a second fuel spray section provided so as to surround the first fuel spray section and spray fuel for premixed combustion A fuel spray device for a gas turbine engine comprising:
The first fuel spray section has the spray nozzle that spreads toward the end,
Between the first fuel spray portion and the second fuel spray portion, an air curtain forming portion is provided that forms an air curtain that defines an outer edge of the diffusion combustion region and suppresses expansion,
The air curtain forming part has an air injection port for injecting air toward the combustion chamber along the axial direction of the first fuel spray part from the outer periphery of the downstream end of the spray nozzle,
The fuel spray device for a gas turbine engine, wherein the air injection port is formed between an inner peripheral portion of a ring-shaped lid member that closes a downstream end of the air curtain forming portion and the spray nozzle .
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