JP5502651B2 - 燃焼バーナ - Google Patents

Description

本発明は、圧縮した圧縮空気に燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給して回転動力を得るガスタービンにおいて、ガスタービン燃焼器に使用される燃焼バーナに関するものである。

一般的なガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンにより構成されている。そして、空気取入口から取り込まれた空気が圧縮機によって圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となり、燃焼器にて、この圧縮空気に対して燃料を供給して燃焼させることで高温・高圧の燃焼ガス（作動流体）を得て、この燃焼ガスによりタービンを駆動し、このタービンに連結された発電機を駆動する。

従来のガスタービンの燃焼器の燃焼バーナは、パイロット燃焼バーナの周囲を囲むように複数配置されており、このパイロット燃焼バーナには、パイロット燃焼ノズルが組み込まれ、燃焼バーナとパイロット燃焼バーナがガスタービンの内筒の内部に配置されている。この燃焼バーナは、燃料ノズルとバーナ筒と旋回翼（スワラーベーン）により構成されている。バーナ筒は、燃料ノズルと同心状で、且つ、この燃料ノズルを囲繞するように配置され、燃料ノズルの外周面とバーナ筒の内周面との間にリング形状をなす空気通路が形成されている。旋回翼は、燃料ノズルの外周面に軸方向に沿って設けられ、周方向に均等間隔で複数配置されており、各旋回翼の外周側端と、バーナ筒の内周面との間にクリアランス（隙間）が設定されている。

従って、上流側から空気通路に圧縮空気が流通すると、この圧縮空気は各旋回翼により旋回空気流となり、燃料ノズルの先端部から噴射された燃料と混合して燃焼する。また、圧縮空気が各旋回翼とバーナ筒との間のクリアランスにより翼腹面から翼背面に回り込む空気の漏れ流れが生じ、この漏れ流れと圧縮空気とが作用して渦空気流が発生し、この渦空気流により燃料と圧縮空気とがより効果的に混合されて燃料の均一化が促進される。

このようなガスタービンの燃焼バーナとしては、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載されたガスタービン用燃焼器では、燃料供給管に液体燃料流路と気体燃料流路とを設け、この燃料供給管のまわりに空気流に旋回を与える複数のスワラを配設し、このスワラの翼面に、気体燃料流路と連通された気体燃料噴出孔となる小孔と、後縁に液体燃料流路と連通された燃料噴出孔を設けている。

特開２００３−７４８５５号公報

上述した従来の燃焼バーナ（ガスタービン用燃焼器）は、気体燃料流路からスワラの内部に設けられた気体燃料流路部に流入した燃料が、この気体燃料流路部内で渦流を形成し、この渦流により気体燃料流路部内に圧力勾配が生じ、気体燃料噴出孔となる小孔からの燃料噴射量が不均一となってしまう。また、スワラの翼面に形成された気体燃料噴出孔から噴射された燃料は、高い直進性を有することから、隣接するスワラの翼面に衝突してしまい、燃料と空気との均一化を阻害してしまう。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、噴射された燃料と空気との良好な均一化を可能とする燃焼バーナを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明の燃焼バーナは、燃料ノズルと、該燃料ノズルの外周面に周方向に所定間隔で複数配置されて前記燃料ノズルの上流側から下流側に流れる空気または空気と燃料との混合気を旋回させる旋回翼と、前記燃料ノズル内に設けられる燃料通路と、前記旋回翼内に設けられるキャビティと、前記燃料通路と前記キャビティとを連通する連通路と、前記燃料通路から前記連通路を通して前記キャビティに供給された燃料流に旋回力を付与する旋回力付与手段と、前記旋回翼に設けられて前記キャビティに供給された燃料を外部に噴射する燃料噴射孔と、を備えることを特徴とするものである。

従って、燃料ノズル内の燃料通路を流れる燃料は、連通路を通って旋回翼内のキャビティに供給され、このとき、燃料流に対して旋回力付与手段により旋回力が付与されて燃料旋回流となり、旋回翼の燃料噴射孔から外部に噴射される。この燃料旋回流は、燃料噴射孔の軸心方向に対して旋回するものであることから、この燃料旋回流による燃料噴射は直進性が低下しており、隣接する旋回翼に衝突しにくくなり、噴射された燃料と空気との良好な均一化を可能とすることができる。

本発明の燃焼バーナでは、前記旋回力付与手段は、前記燃料通路における最下流部で前記キャビティと連通する第１連通路及び前記燃料通路における前記第１連通路より上流側で前記キャビティと連通する第２連通路からなる前記連通路により構成されることを特徴としている。

従って、燃料ノズル内の燃料通路を流れる燃料が第１連通路を通って旋回翼内のキャビティに供給されることで、燃料流はキャビティ内で旋回流となり、また、燃料ノズル内の燃料通路を流れる燃料が第２連通路を通って旋回翼内のキャビティに供給されることで、所定量の流量が確保されることとなり、旋回翼の燃料噴射孔から適正な燃料噴射を行うことができる。

本発明の燃焼バーナでは、前記旋回力付与手段は、前記キャビティにおける前記第１連通路の長手方向の延長線上に設けられる前記燃料噴射孔により構成されることを特徴としている。

従って、第１連通路に対して燃料噴射孔を適正位置に設定することで、燃料噴射孔から適正に旋回する燃料流の噴射を行うことができる。

本発明の燃焼バーナでは、前記キャビティは、前記燃料通路の側方に該燃料通路の長手方向に沿って配置され、前記燃料噴射孔は、前記キャビティにおける前記燃料通路の下流側に設けられることを特徴としている。

従って、燃料通路に対してキャビティを適正位置に設定することで、キャビティで適正な燃料旋回流を生成することができ、燃料噴射孔から適正な燃料噴射を行うことができる。

本発明の燃焼バーナでは、前記旋回力付与手段は、基端部に前記連通路が連通すると共に先端部が鉤形状をなして前記燃料噴射孔が設けられるキャビティにより構成されることを特徴としている。

従って、燃料ノズル内の燃料通路を流れる燃料が連通路を通って鉤形状をなすキャビティに供給されることで、燃料流はキャビティ内で旋回流となり、旋回翼の燃料噴射孔から適正な燃料噴射を行うことができる。

本発明の燃焼バーナでは、前記旋回力付与手段は、前記燃料通路から前記連通路を通して前記キャビティに供給された燃料流を旋回方向に案内するガイド面を有することを特徴としている。

従って、燃料ノズル内の燃料通路を流れる燃料が連通路を通って旋回翼内のキャビティに供給されると、燃料流がガイド面に案内されることで、燃料流の旋回が促進されることとなり、簡単な構成で適正な燃料噴射を行うことができる。

本発明の燃焼バーナによれば、燃料ノズルの燃料通路から連通路を通して旋回翼のキャビティに供給された燃料流に対して旋回力を付与する旋回力付与手段を設けるので、燃料噴射孔から噴射される燃料旋回流は直進性が低下するため、隣接する旋回翼に衝突しにくくなり、噴射された燃料と空気との良好な均一化を可能とすることができる。

図１は、本発明の実施例１に係る燃焼バーナを表す概略断面図である。 図２は、実施例１の燃焼バーナにおける旋回翼の断面図である。 図３は、本発明の実施例１の燃焼バーナを表す概略図である。 図４は、実施例１の燃焼バーナの旋回翼における燃料通路を表す断面図である。 図５は、実施例１のガスタービンを表す概略構成図である。 図６は、実施例１のガスタービン燃焼器の概略構成図である。 図７は、実施例１のガスタービン燃焼器における要部断面図である。 図８は、本発明の実施例２に係る燃焼バーナを表す概略断面図である。 図９は、実施例２の燃焼バーナの変形例を表す概略断面図である。 図１０は、本発明の実施例３に係る燃焼バーナを表す概略断面図である。 図１１は、本発明の実施例４に係る燃焼バーナを表す概略断面図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る燃焼バーナの好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。

図１は、本発明の実施例１に係る燃焼バーナを表す概略断面図、図２は、実施例１の燃焼バーナにおける旋回翼の断面図、図３は、本発明の実施例１の燃焼バーナを表す概略図、図４は、実施例１の燃焼バーナの旋回翼における燃料通路を表す断面図、図５は、実施例１のガスタービンを表す概略構成図、図６は、実施例１のガスタービン燃焼器の概略構成図、図７は、実施例１のガスタービン燃焼器における要部断面図である。

実施例１のガスタービンは、図５に示すように、圧縮機１１と燃焼器１２とタービン１３により構成されている。このガスタービンには、図示しない発電機が連結されており、発電可能となっている。

圧縮機１１は、空気を取り込む空気取入口２０を有し、圧縮機車室２１内に入口案内翼（ＩＧＶ：Inlet Guide Vane）２２が配設されると共に、複数の静翼２３と動翼２４が前後方向（後述するロータ３２の軸方向）に交互に配設されてなり、その外側に抽気室２５が設けられている。燃焼器１２は、圧縮機１１で圧縮された圧縮空気に対して燃料を供給し、点火することで燃焼可能となっている。タービン１３は、タービン車室２６内に複数の静翼２７と動翼２８が前後方向（後述するロータ３２の軸方向）に交互に配設されている。このタービン車室２６の下流側には、排気車室２９を介して排気室３０が配設されており、排気室３０は、タービン１３に連続する排気ディフューザ３１を有している。

また、圧縮機１１、燃焼器１２、タービン１３、排気室３０の中心部を貫通するようにロータ（回転軸）３２が位置している。ロータ３２は、圧縮機１１側の端部が軸受部３３により回転自在に支持される一方、排気室３０側の端部が軸受部３４により回転自在に支持されている。そして、このロータ３２は、圧縮機１１にて、各動翼２４が装着されたディスクが複数重ねられて固定され、タービン１３にて、各動翼２８が装着されたディスクが複数重ねられて固定されており、排気室３０側の端部に図示しない発電機の駆動軸が連結されている。

そして、このガスタービンは、圧縮機１１の圧縮機車室２１が脚部３５に支持され、タービン１３のタービン車室２６が脚部３６により支持され、排気室３０が脚部３７により支持されている。

従って、圧縮機１１の空気取入口２０から取り込まれた空気が、入口案内翼２２、複数の静翼２３と動翼２４を通過して圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となる。燃焼器１２にて、この圧縮空気に対して所定の燃料が供給され、燃焼する。そして、この燃焼器１２で生成された作動流体である高温・高圧の燃焼ガス（作動流体）が、タービン１３を構成する複数の静翼２７と動翼２８を通過することでロータ３２を駆動回転し、このロータ３２に連結された発電機を駆動する。一方、排気ガス（燃焼ガス）のエネルギは、排気室３０の排気ディフューザ３１により圧力に変換され減速されてから大気に放出される。

上述した燃焼器１２において、図６に示すように、燃焼器外筒４１は、内部に所定間隔をあけて燃焼器内筒４２が支持され、この燃焼器内筒４２の先端部に燃焼器尾筒４３が連結されて燃焼器ケーシングが構成されている。燃焼器内筒４２は、内部の中心に位置してパイロット燃焼バーナ４４が配置されると共に、燃焼器内筒４２の内周面に周方向に沿ってパイロット燃焼バーナ４４を取り囲むように複数のメイン燃焼バーナ４５が配置されている。また、尾筒４３はバイパス管４６が連結されており、このバイパス管４６にバイパス弁４７が設けられている。

詳細に説明すると、図７に示すように、燃焼器外筒４１は、外筒本体５１の基端部に外筒蓋部５２が密着し、複数の締結ボルト５３により締結されて構成されており、この外筒蓋部５２に燃焼器内筒４２の基端部が嵌着され、外筒蓋部５２と燃焼器内筒４２との間に空気通路５４が形成されている。そして、燃焼器内筒４２は、内部の中心に位置してパイロット燃焼バーナ４４が配置され、その周囲に複数のメイン燃焼バーナ４５が配置されている。

パイロット燃焼バーナ４４は、燃焼器内筒４２に支持されたパイロットコーン５５と、パイロットコーン５５の内部に配置されたパイロットノズル５６と、パイロットノズル５６の外周部に設けられる旋回翼（スワラーベーン）５７とから構成されている。また、メイン燃焼バーナ４５は、バーナ筒５８と、バーナ筒５８の内部に配置されたメインノズル５９と、メインノズル５９の外周部に設けられる旋回翼（スワラーベーン）６０とから構成されている。

また、外筒蓋部５２には、トップハット部６１が嵌合し、複数の締結ボルト６２により締結されており、このトップハット部６１に燃料ポート６３，６４が設けられている。そして、図示しないパイロット燃料ラインがパイロットノズル５６の燃料ポート６３に連結され、図示しないメイン燃料ラインが各メインノズル５９の燃料ポート６４に連結されている。

ここで、燃焼器１２に適用された実施例１のメイン燃焼バーナ４５について詳細に説明する。メイン燃焼バーナ４５において、図１乃至図３に示すように、バーナ筒５８とメインノズル５９とは、同心状に配置され、バーナ筒５８はメインノズル５９を囲繞するように配置されることで、このメインノズル５９との間に空気通路７１を形成している。複数の旋回翼（スワラーベーン）６０は、メインノズル５９の外周面の周方向に沿う複数箇所にメインノズル５９の軸方向に沿って配置されており、空気通路７１を上流側から下流側に流通する空気に対して旋回力を付与させるため、上流側から下流側に向かうに伴って湾曲している。

メインノズル５９は、基端部が燃料ポート６４（図７参照）に連結される一方、先端部が先細形状となっており、内部にこの燃料ポート６４に連通する燃料通路７２が形成されており、この燃料通路７２は、メインノズル５９の先端部側の途中で閉止する構成となっている。各旋回翼６０は、平面視が翼型形状となる流線形をなす部材であり、メインノズル５９の径方向及び軸方向（長手方向）に長く、且つ、周方向に薄い板形状をなし、内部にキャビティ７３が形成されており、このキャビティ７３は、旋回翼６０と同様に薄板形状をなし、メインノズル５９における径方向長さまたは軸方向長さに対して、周方向厚さが１／５以下となるように設定されている。

メインノズル５９と旋回翼６０との間には、燃料通路７２とキャビティ７３を連通する３つの連通路７４，７５，７６が形成されている。この連通路７４，７５，７６は、メインノズル５９及び旋回翼６０をメインノズル５９の径方向に貫通する方向に沿って形成されている。この場合、第１連通路７４は、燃料通路７２における最下流部（図１にて右側部）でキャビティ７３と連通している。第２連通路７５及び第３連通路７６は、燃料通路７２における第１連通路７４より上流側（図１にて左側）でキャビティ７３と連通している。そして、連通路７４，７５，７６は、略平行をなし、燃料通路７２の長手方向に等間隔で配置されており、合計した通路面積が燃料通路７２の通路面積より小さいものとなっている。また、旋回翼６０は、その翼背面側と翼腹面側に燃料噴射孔７７，７８が形成されており、この燃料噴射孔７７，７８は、一端がキャビティ７３に連通し、他端が外部に開放され、キャビティ７３に供給された燃料を外部に噴射することができる。

そして、実施例１のメイン燃焼バーナ４５は、燃料通路７２から各連通路７４，７５，７６を通してキャビティ７３に供給された燃料流に旋回力を付与する旋回力付与手段を有している。本実施例では、この旋回力付与手段として、第１連通路７４及び燃料噴射孔７７，７８が機能する。

即ち、実施例１のメイン燃焼バーナ４５にて、キャビティ７３は、燃料通路７２の長手方向における側方で、且つ、この燃料通路７２の長手方向に沿って配置されている。そして、第１連通路７４は、燃料通路７２における最下流部でキャビティ７３と連通している。燃料噴射孔７７，７８は、キャビティ７３における燃料通路７２の最下流側で、且つ、旋回翼６０の最先端側に配置されている。この場合、燃料噴射孔７７，７８は、第１連通路７４の長手方向の延長線上に燃料噴射孔７７，７８が配置されており、第１連通路７４の中心と燃料噴射孔７７，７８の中心とのずれが、燃料通路７２の長手方向にて、燃料噴射孔７７，７８の３倍以内に設定されることが望ましい。

従って、図４に示すように、燃料通路７２を流れる燃料は、各連通路７４，７５，７６を通ってキャビティ７３に供給されるが、燃料通路７２の燃料は直進性があることから、最下流位置にある第１連通路７４に流れ込みやすく、且つ、通路面積が減少することから、増速してキャビティ７３に流れ込む。そのため、キャビティ７３に供給された燃料流に旋回力が付与されて燃料旋回流となる。また、第２、第３連通路７５，７６を通ってキャビティ７３に流れ込む燃料は、第１連通路７４を通ってキャビティ７３に流れ込む燃料ほど高い流速がないことから、キャビティ７３で既に形成された燃料旋回流に合流することで、所定の流量が確保される。そして、キャビティ７３で生成された燃料旋回流は、燃料噴射孔７７，７８から外部に噴射されるが、この燃料噴射は渦を巻くような燃料旋回噴射流となる。

このように実施例１の燃焼バーナにあっては、メインノズル５９の外周面に、このメインノズル５９の上流側から下流側に流れる空気を旋回させる複数の旋回翼６０を周方向に所定間隔で配置し、メインノズル５９内に燃料通路７２を形成する一方、旋回翼６０内にキャビティ７３を形成し、この燃料通路７２とキャビティ７３と３つの連通路７４，７５，７６により連通し、旋回翼６０にキャビティ７３に供給された燃料を外部に噴射する燃料噴射孔７７，７８を設けて構成し、燃料通路７２から連通路７４，７５，７６を通してキャビティ７３に供給された燃料流に旋回力を付与する旋回力付与手段を設けている。

従って、メインノズル５９内の燃料通路７２を流れる燃料は、各連通路７４，７５，７６を通って旋回翼６０内のキャビティ７３に供給され、このとき、燃料流に対して旋回力付与手段により旋回力が付与されることで燃料旋回流となり、旋回翼６０の燃料噴射孔７７，７８から外部に噴射される。このキャビティ７３内で生成される燃料旋回流は、燃料噴射孔７７，７８の軸心方向（噴射方向）に対して旋回する流れであることから、この燃料旋回流による外部への燃料噴射は渦巻状となって直進性や貫徹力が低下している。そのため、比較的に多量の燃料を噴射した場合であっても、燃料噴射が隣接する旋回翼６０の翼背面や翼腹面に衝突したり、一部に燃料が集中したりすることはなく、噴射された燃料と空気通路７１を流れる空気との良好な均一化を可能とすることができる。

また、実施例１の燃焼バーナでは、旋回力付与手段として、燃料通路７２における最下流部でキャビティ７３と連通する第１連通路７４、燃料通路７２における第１連通路７４より上流側でキャビティ７３と連通する第２、第３連通路７５，７６とを機能させている。従って、燃料ノズル５９内の燃料通路７２を流れる燃料が最下流部の第１連通路７４を通ってキャビティ７３に供給されることで、燃料流はキャビティ７３内で旋回流となり、また、燃料通路７２を流れる燃料が第２、第３連通路７５，７６を通ってキャビティ７３に供給されることで、所定量の燃料流量が確保されることとなり、旋回翼６０の燃料噴射孔７７，７８から適正な燃料噴射を行うことができる。

また、実施例１の燃焼バーナでは、旋回力付与手段として、キャビティ７３における第１連通路７４の長手方向の延長線上に燃料噴射孔７７，７８を位置させている。従って、第１連通路７４に対して燃料噴射孔７７，７８を適正位置に設定することで、燃料噴射孔７７，７８から適正に旋回する燃料流の噴射を行うことができる。

また、実施例１の燃焼バーナでは、キャビティ７３を燃料通路７２の側方にこの燃料通路７２の長手方向に沿って配置し、燃料噴射孔７７，７８をキャビティ７３における燃料通路７２の下流側に設けている。従って、燃料通路７２に対してキャビティ７３を適正位置に設定することで、キャビティ７３で適正な燃料旋回流を生成することができ、燃料噴射孔７７，７８から適正な燃料噴射を行うことができる。

また、実施例１の燃焼バーナでは、燃料噴射孔７７，７８を単なる貫通孔として、キャビティ７３、連通路７４，７５，７６の位置や形状、また、燃料噴射孔７７，７８の位置を変更することで、燃料噴射孔７７，７８から旋回する燃料噴射を行うことができ、構造の複雑化や製造コストの増加を抑制することができる。

図８は、本発明の実施例２に係る燃焼バーナを表す概略断面図、図９は、実施例２の燃焼バーナの変形例を表す概略断面図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

実施例２のメイン燃焼バーナは、図８に示すように、燃料通路７２から各連通路７４，７５，７６を通してキャビティ７３に供給された燃料流に旋回力を付与する旋回力付与手段を有している。本実施例では、この旋回力付与手段として、第１連通路７４及び燃料噴射孔７７，７８が機能すると共に、燃料通路７２から第１連通路７４を通してキャビティ７３に供給された燃料流を旋回方向に案内するガイド部材８１（ガイド面８２）が機能する。

即ち、キャビティ７３は、燃料通路７２の側方で、且つ、この燃料通路７２の長手方向に沿って旋回翼６０内に形成されており、第１連通路７４は、燃料通路７２における最下流部でキャビティ７３と連通し、第２、第３連通路７５，７６は、燃料通路７２における第１連通路７４より上流側でキャビティ７３と連通している。また、燃料噴射孔７７，７８は、キャビティ７３における燃料通路７２の最下流側で、且つ、旋回翼６０の最先端側に配置されている。そして、ガイド部材８１は、燃料噴射孔７７，７８に隣接し、第１連通路７４との反対側に配置されている。このガイド部材８１は、キャビティ７３にて、燃料通路７２の最下流側で、且つ、旋回翼６０の最先端側における隅部に固定されており、燃料噴射孔７７，７８側にガイド面８２が形成されている。

従って、燃料通路７２を流れる燃料は、各連通路７４，７５，７６を通ってキャビティ７３に供給されるが、最下流位置にある第１連通路７４で増速してキャビティ７３に流れ込むため、ここで旋回力が付与される。また、キャビティ７３に流れ込んだ燃料流は、ガイド部材８１のガイド面８２によりその旋回力が促進され、燃料旋回流となる。そして、キャビティ７３で生成された燃料旋回流は、燃料噴射孔７７，７８から外部に噴射されるが、この燃料噴射は渦を巻くような燃料旋回噴射流となる。

なお、ここで、ガイド部材８１をキャビティ７３に対して、別部材として設けたが、この構成に限定されるものではない。例えば、図９に示すように、キャビティ７３にて、燃料通路７２の最下流側で、且つ、旋回翼６０の最先端側における隅部に傾斜面を一体に形成し、この傾斜面をガイド面８３としてもよい。

本実施例にて、ガイド面８２，８３は、第１連通孔７４の軸方向、つまり、燃料流の流入方向に対して、０度より大きく、９０度より小さい傾斜角度を有し、燃料通路７２の上流側に傾斜する傾斜面である。

このように実施例２の燃焼バーナにあっては、メインノズル５９の燃料通路７２と旋回翼６０のキャビティ７３とを連通路７４，７５，７６により連通し、旋回翼６０に燃料噴射孔７７，７８を設け、燃料通路７２から第１連通路７４を通してキャビティ７３に供給された燃料流を旋回方向に案内するガイド部材８１（ガイド面８２）を設けている。

従って、メインノズル５９内の燃料通路７２を流れる燃料が最下流部の第１連通路７４を通ってキャビティ７３に供給されることで、燃料流はキャビティ７３内で旋回流となり、また、第１連通路７４を通ってキャビティ７３に供給された燃料流がガイド面８２に案内されることで燃料流の旋回力が促進されることとなり、簡単な構成で、旋回翼６０の燃料噴射孔７７，７８から適正な燃料噴射を行うことができる。

図１０は、本発明の実施例３に係る燃焼バーナを表す概略断面図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

実施例３のメイン燃焼バーナは、図１０に示すように、旋回翼６０は、その隅部に燃料噴射孔７７，７８が形成されると共に、中央部に燃料噴射孔７９が形成されている。この燃料噴射孔７９は、旋回翼６０の翼背面側、翼腹面側の一方または両方に設けられている。そして、本実施例では、旋回力付与手段として、第１連通路７４及び燃料噴射孔７７，７８が機能すると共に、燃料通路７２から第２連通路７５を通してキャビティ７３に供給された燃料流を旋回方向に案内するガイド部材８１（ガイド面８２）が機能する。

即ち、キャビティ７３は、燃料通路７２の側方で、且つ、この燃料通路７２の長手方向に沿って旋回翼６０内に形成されており、第１連通路７４は、燃料通路７２における最下流部でキャビティ７３と連通し、第２、第３連通路７５，７６は、燃料通路７２における第１連通路７４より上流側でキャビティ７３と連通している。また、燃料噴射孔７７，７８は、キャビティ７３における燃料通路７２の最下流側で、且つ、旋回翼６０の最先端側に配置され、燃料噴射孔７９は、キャビティ７３における中央部で、且つ、第２連通路７５に対向して配置されている。そして、ガイド部材８１は、燃料噴射孔７９に隣接し、第２連通路７５との反対側に配置され、燃料噴射孔７９側にガイド面８２が形成されている。

従って、燃料通路７２を流れる燃料は、各連通路７４，７５，７６を通ってキャビティ７３に供給されるが、最下流位置にある第１連通路７４で増速してキャビティ７３に流れ込むため、ここで旋回力が付与される。また、燃料通路７２を流れる燃料は、第２連通路７５を通してキャビティ７３に流れ込み、ガイド部材８１のガイド面８２により旋回力が付与され、燃料旋回流となる。そして、キャビティ７３で生成された燃料旋回流は、燃料噴射孔７７，７８，７９から外部に噴射されるが、この燃料噴射は渦を巻くような燃料旋回噴射流となる。

このように実施例３の燃焼バーナにあっては、メインノズル５９の燃料通路７２と旋回翼６０のキャビティ７３とを連通路７４，７５，７６により連通し、旋回翼６０に燃料噴射孔７７，７８，７９を設け、燃料通路７２から第２連通路７５を通してキャビティ７３に供給された燃料流を旋回方向に案内するガイド部材８１（ガイド面８２）を設けている。

従って、メインノズル５９内の燃料通路７２を流れる燃料が最下流部の第１連通路７４を通ってキャビティ７３に供給されることで、燃料流はキャビティ７３内で旋回流となり、また、第２連通路７５を通ってキャビティ７３に供給された燃料流がガイド面８２に案内されることで燃料流の旋回力が促進されることとなり、簡単な構成で、旋回翼６０の燃料噴射孔７７，７８，７９から適正な燃料噴射を行うことができる。

なお、燃料噴射孔７７，７８，７９の数や位置はこの実施例に限定されるものではなく、また、ガイド部材８１の数や位置もこの実施例に限定されるものではない。

図１１は、本発明の実施例４に係る燃焼バーナを表す概略断面図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

実施例４のメイン燃焼バーナにおいて、図１１に示すように、メインノズル５９は、内部に燃料通路７２が形成されている。旋回翼６０は、内部にキャビティ９１が形成されており、このキャビティ９１は、本体９１ａと、この本体９１ａから燃料通路７２の下流側に延びる通路９１ｂと、この通路９１ｂから燃料通路７２の下流側に連通する先端部９１ｃとを有し、先端部が鉤形状をなすようにその形状が設定されている。

メインノズル５９と旋回翼６０との間には、燃料通路７２とキャビティ９１を連通する２つの連通路９２，９３が形成されている。この連通路９２，９３は、メインノズル５９及び旋回翼６０をメインノズル５９の径方向に貫通する方向に沿って形成されている。また、旋回翼６０は、先端部９１ｃの翼背面側と翼腹面側に燃料噴射孔９４が形成されており、この燃料噴射孔９４は、一端がキャビティ９１に連通し、他端が外部に開放され、キャビティ９１に供給された燃料を外部に噴射することができる。

そして、実施例４のメイン燃焼バーナは、燃料通路７２から連通路９２，９３を通してキャビティ９１に供給された燃料流に旋回力を付与する旋回力付与手段を有している。本実施例では、この旋回力付与手段として、基端部に連通路９２，９３が連通すると共に先端部が鉤形状をなして燃料噴射孔９４が設けられるキャビティ９１により機能する。

従って、燃料通路７２を流れる燃料は、各連通路９２，９３を通ってキャビティ９１の本体９１ａに供給され、通路９１ｂを通って先端部９１ｃに流れ込むため、ここで旋回力が付与され、燃料旋回流となる。そして、キャビティ９１で生成された燃料旋回流は、燃料噴射孔９４から外部に噴射されるが、この燃料噴射は渦を巻くような燃料旋回噴射流となる。

このように実施例４の燃焼バーナにあっては、メインノズル５９の燃料通路７２と旋回翼６０のキャビティ９１とを連通路９２，９３により連通し、旋回翼６０に燃料噴射孔９４を設け、キャビティ９１の基端部に連通路９２，９３を連通すると共に先端部を鉤形状として燃料噴射孔９４を設けている。

従って、メインノズル５９内の燃料通路７２を流れる燃料が各連通路９２，９３を通ってキャビティ９１に供給され、この燃料流が本体９１ａ、通路９１ｂ、先端部９１ｃと流れることで旋回流となり、旋回翼６０の燃料噴射孔９４から適正な燃料噴射を行うことができる。

即ち、実施例４では、キャビティ９１自体を鉤形状、つまり、旋回形状とすることで、燃料流に容易に旋回力を付与することができる。この場合、キャビティ９１の形状は実施例で説明した形状に限るものではなく、例えば、本体９１ａに対して通路９１ｂ及び先端部９１ｃを燃料通路７２の上流側に設けてもよく、旋回方向は、左右いずれの方向であってもよく、その数も複数あってもよい。

なお、上述した各実施例にて、連通路７４，７５，７６，９２，９３の数は、２つまたは３つに限定されるものではなく、１つまたは４つ以上であってもよい。また、キャビティ７３，９１の形状も平面視で矩形状に限るものではなく、円形や楕円形などとしてもよい。

また、上述した各実施例では、旋回翼６０がメインノズル５９の上流側から下流側に流れる空気を旋回させるものとして説明したが、トップハット部６１に燃料を噴射するトップハットノズルなどを設けた場合には、旋回翼は、メインノズル５９の上流側から下流側に流れる空気と燃料との混合気を旋回させるものとなる。

本発明に係る燃焼バーナは、燃料通路から連通路を通してキャビティに供給された燃料流に旋回力を付与して外部に噴射することで、噴射された燃料と空気との良好な均一化を可能とするものであり、いずれの種類の燃焼バーナにも適用することができる。

１１ 圧縮機
１２ 燃焼器
１３ タービン
４１ 燃焼器外筒
４２ 燃焼器内筒
４３ 燃焼器尾筒
４４ パイロット燃焼バーナ
４５ メイン燃焼バーナ（燃焼バーナ）
５５ パイロットコーン
５６ パイロットノズル
５７ 旋回翼（スワラーベーン）
５８ バーナ筒
５９ メインノズル
６０ 旋回翼（スワラーベーン）
７１ 空気通路
７２ 燃料通路
７３，９１ キャビティ
７４ 第１連通路
７５ 第２連通路
７６ 第３連通路
７７，７８，７９，９４ 燃料噴射孔
９２，９３ 連通路

Claims (6)

1. 燃料ノズルと、
   該燃料ノズルの外周面に周方向に所定間隔で複数配置されて前記燃料ノズルの上流側から下流側に流れる空気または空気と燃料との混合気を旋回させる旋回翼と、
   前記燃料ノズル内に設けられる燃料通路と、
   前記旋回翼内に設けられるキャビティと、
   前記燃料通路と前記キャビティとを連通する連通路と、
   前記燃料通路から前記連通路を通して前記キャビティに供給された燃料流に旋回力を付与する旋回力付与手段と、
   前記旋回翼に設けられて前記キャビティに供給された燃料を外部に噴射する燃料噴射孔と、
   を備えることを特徴とする燃焼バーナ。
2. 前記旋回力付与手段は、前記燃料通路における最下流部で前記キャビティと連通する第１連通路及び前記燃料通路における前記第１連通路より上流側で前記キャビティと連通する第２連通路からなる前記連通路により構成されることを特徴とする請求項１に記載の燃焼バーナ。
3. 前記旋回力付与手段は、前記キャビティにおける前記第１連通路の長手方向の延長線上に設けられる前記燃料噴射孔により構成されることを特徴とする請求項２に記載の燃焼バーナ。
4. 前記キャビティは、前記燃料通路の側方に該燃料通路の長手方向に沿って配置され、前記燃料噴射孔は、前記キャビティにおける前記燃料通路の下流側に設けられることを特徴とする請求項３に記載の燃焼バーナ。
5. 前記旋回力付与手段は、基端部に前記連通路が連通すると共に先端部が鉤形状をなして前記燃料噴射孔が設けられるキャビティにより構成されることを特徴とする請求項１に記載の燃焼バーナ。
6. 前記旋回力付与手段は、前記燃料通路から前記連通路を通して前記キャビティに供給された燃料流を旋回方向に案内するガイド面を有する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燃焼バーナ。

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