JP7438354B2 - 燃料噴射器及びこの燃料噴射器を備える燃焼器並びにこの燃焼器を備えるガスタービン - Google Patents
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Description
本願は、2020年6月26日に日本国特許庁に出願された特願2020-110413号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
図1に示されるように、本開示の一実施形態に係るガスタービン1は、圧縮機2と、複数の燃焼器3(図1には1つの燃焼器3のみが図示されている)と、タービン4とを備えている。圧縮機2は、外部の空気である大気を吸入して圧縮し、圧縮された空気を燃焼器3に供給するように構成されている。燃焼器3は、圧縮機2により圧縮された空気を用いて、外部から供給された燃料を燃焼させることにより、燃焼ガスを生成するように構成されている。タービン4は、燃焼器3により生成された燃焼ガスの供給を受けて回転駆動力を発生させ、発生した回転駆動力を圧縮機2及び例えば発電機6等の外部機器に出力するように構成されている。
図3に示されるように、ペグ28は、基端部30aから先端部30bまで延びる本体部30を有している。図4に示されるように、本体部30は、内管31と外管32とからなる二重管構造を有し、本体部30には、軸方向に延びるように形成された軸方向流路33と、本体部30の外表面30cに開口する第1開口部36及び第2開口部37を含むとともに第1開口部36から第2開口部37まで本体部30の内部を延びるように形成された内部流路35とが形成されている。内部流路35は、本体部30の軸線Lを中心とする周方向(以下、単に「周方向」という)の内側に軸方向流路33を囲むように延びるように構成され、第1開口部36から第2開口部37に向かって周方向において反対方向に延びる2つの分岐流路部35a,35bを含んでいる。尚、軸方向流路33と内部流路35とは連通していない。
図1に示されるように、ガスタービン1の運転中は、圧縮機2によって圧縮された空気が生成され、この空気が燃焼器3内に導入される。燃焼器3内では、圧縮された空気に燃料が混合された後、混合気を燃焼させ、高温高圧の燃焼ガスを生成する。燃焼ガスはタービン4に導入されてタービン4を駆動し、タービン4で発生した回転駆動力を圧縮機2及び外部機器(例えば発電機6等)に出力する。
図9では、分割内部流路35cを画定する内壁面35c1及び35c2と、分割内部流路35dを画定する内壁面35d1及び35d2と、分割内部流路35eを画定する内壁面35e1及び35e2とはそれぞれ、平らな面として描かれているが、平らな面に限定するものではなく、滑らかな湾曲面であってもよいし、段差や凹凸等が設けられた面であってもよい。
軸方向に延びる本体部(30,50)を有する燃料噴射器(ペグ28,48)であって、
前記本体部(30,50)は、
前記軸方向に延びるように形成された軸方向流路(33,53)と、
一端が前記軸方向流路(33,53)に連通するとともに他端が前記本体部(30,50)の外表面(30c,50c)に開口するように形成された径方向流路(34,54a,54b)と、
前記外表面(30c,50c)に開口する第1開口部(36,56)及び第2開口部(37,57)を含むとともに前記第1開口部(36,56)から前記第2開口部(37,57)まで前記本体部(30,50)の内部を延びるように形成された内部流路(35,55)と
を含み、
前記第1開口部(36,56)と前記第2開口部(37,57)とは、前記本体部(30,50)の軸線(L)を中心とする周方向において、前記径方向流路(34,54a,54b)が前記外表面(30c,50c)に開口する第3開口部(38,58a,58b)に対して反対側に位置する。
前記第2開口部(37,57)の開口面積は前記第1開口部(36,56)の開口面積よりも小さい。
前記第2開口部(37,57)の前記軸方向における開口幅は前記第1開口部(36,56)の前記軸方向における開口幅よりも小さい。
前記本体部(30)は先端部(30b)及び基端部(30a)を含み、
前記内部流路(35)は、前記軸方向において互いに連通しない複数の分割内部流路(35c,35d,35e)を含み、
前記複数の分割内部流路(35c,35d,35e)はそれぞれ、前記第1開口部(36)を構成する第1分割開口部(36a,36b,36c)を含み、
前記複数の分割内部流路(35c,35d,35e)のうち最も前記先端部(30b)に近い位置にある分割内部流路(35e)の前記第1分割開口部(36c)の開口面積が他の分割内部流路(35c,35d)の前記第1分割開口部(36a,36b)の開口面積よりも大きい。
前記本体部(30)は先端部(30b)及び基端部(30a)を含み、
前記内部流路(35)は、前記軸方向において互いに連通しない複数の分割内部流路(35c,35d,35e)を含み、
前記複数の分割内部流路(35c,35d,35e)はそれぞれ、前記第2開口部(37)を構成する第2分割開口部(37a,37b,37c)を含み、
複数の前記第2分割開口部(37a,37b,37c)の開口面積の平均値に対する前記複数の第2分割開口部(37a,37b,37c)のそれぞれの開口面積の比が0.85~1.2である。
前記第3開口部(38)は、前記軸方向において前記第2開口部(37)が存在する範囲内に位置する。
前記内部流路(35)は、前記軸方向において互いに連通しない複数の分割内部流路(35c,35d,35e)を含み、前記複数の分割内部流路(35c,35d,35e)はそれぞれ、前記第1開口部(36)を構成する第1分割開口部(36a,36b,36c)と、前記第2開口部(37)を構成する第2分割開口部(37a,37b,37c)とを含み、
前記軸方向において複数の前記第2分割開口部(37a,37b,37c)のそれぞれが存在する前記範囲内の前記第3開口部(38a,38b,38c,38d)のうち、最も開口面積の大きい第3開口部(38a,38b)が位置する前記範囲を画定する前記第2分割開口部(37c)の開口面積をS2Lとし、この第2分割開口部(37c)に対応する第1分割開口部(36c)の開口面積をS1Lとし、その他の第3開口部(38c,38d)が位置する前記範囲を画定する前記第2分割開口部(37a,37b)の開口面積をS2Sとし、この第2分割開口部(37a,37b)に対応する第1分割開口部(36a,36b)の開口面積をS1Sとすると、(S1L/S2L)>(S1S/S2S)である。
前記第1開口部(36)の前記軸方向の開口幅及び前記周方向の開口幅をそれぞれw1a及びw1pとし、前記第2開口部(37)の前記軸方向の開口幅及び前記周方向の開口幅をそれぞれw2a及びw2pとすると、(w1a/w2a)>(w1p/w2p)である。
前記内部流路(35)は、前記軸方向流路(33)を前記本体部(30)の径方向の内側に囲むように延びる。
前記内部流路(35)は、
前記第1開口部(36)から前記第2開口部(37)へ向かって前記周方向に延びる第1流路部(35b1)と、
前記第1開口部(36)とは反対側の前記第1流路部(35b1)の端部から前記第2開口部(37)まで前記周方向に延びる第2流路部(35b2)と
を含み、
前記第1開口部(36)から前記第2開口部(37)まで前記第1流路部(35b1)及び前記第2流路部(35b2)の前記軸線(L)に沿った切断面(CS)と、前記軸線(L)とを仮想平面上に展開した展開形状において、前記第2流路部(35b2)の延びる方向(R2)が前記軸線(L)に対してなす角度(θb)は、前記第1流路部(35b1)の延びる方向(R1)が前記軸線(L)に対してなす角度(θa)よりも小さい。
前記内部流路(35)は、前記第1開口部(36)から前記第2開口部(37)に向かって流路面積が減少するように構成されている。
前記第内部流路は、前記第1開口部から前記第2開口部に向かって流路断面の前記軸方向における開口幅が減少するように構成されている。
前記内部流路(35)は、前記第1開口部(36)から前記第2開口部(37)に向かって前記周方向において反対方向に延びる2つの分岐流路部(35a,35b)を含む。
[1]~[13]のいずれかの燃料噴射器(28,48)を備える。
圧縮機(2)と、
[14]の燃焼器(3)と、
タービン(4)と
を備える。
2 圧縮機
3 燃焼器
4 タービン
28 ペグ(燃料噴射器)
30 本体部
30a (本体部の)基端部
30b (本体部の)先端部
30c (本体部の)外表面
33 軸方向流路
34 径方向流路
34a 径方向流路
34b 径方向流路
34c 径方向流路
34d 径方向流路
35 内部流路
35a 分岐流路部
35b 分岐流路部
35b1 第1流路部
35b2 第2流路部
35c 分割内部流路
35d 分割内部流路
35e 分割内部流路
36 第1開口部
36a 第1分割開口部
36b 第1分割開口部
36c 第1分割開口部
37 第2開口部
37a 第2分割開口部
37b 第2分割開口部
37c 第2分割開口部
38 第3開口部
38a 第3開口部
38b 第3開口部
38c 第3開口部
38d 第3開口部
48 ペグ(燃料噴射器)
50 本体部
50c (本体部の)外表面
53 軸方向流路
54 径方向流路
54a 径方向流路
54b 径方向流路
55 内部流路
56 第1開口部
57 第2開口部
58a 第3開口部
58b 第3開口部
CS 切断面
L (本体部の)軸線
L’ (本体部の)軸線
Claims (21)
- 軸方向に延びる本体部を有する燃料噴射器であって、
前記本体部は、
前記軸方向に延びるように形成された軸方向流路と、
一端が前記軸方向流路に連通するとともに他端が前記本体部の外表面に開口するように形成された径方向流路と、
前記外表面に開口する第1開口部及び第2開口部を含むとともに前記第1開口部から前記第2開口部まで前記本体部の内部を延びるように形成された内部流路と
を含み、
前記第1開口部と前記第2開口部とは、前記本体部の軸線を中心とする周方向において、前記径方向流路が前記外表面に開口する第3開口部に対して反対側に位置し、
前記第1開口部を介して前記内部流路に空気が流入し、前記第2開口部を介して前記内部流路から前記空気が流出する燃料噴射器。 - 前記第2開口部の開口面積は前記第1開口部の開口面積よりも小さい、請求項1に記載の燃料噴射器。
- 前記第2開口部の前記軸方向における開口幅は前記第1開口部の前記軸方向における開口幅よりも小さい、請求項1または2に記載の燃料噴射器。
- 前記本体部は先端部及び基端部を含み、
前記内部流路は、前記軸方向において互いに連通しない複数の分割内部流路を含み、
前記複数の分割内部流路はそれぞれ、前記第1開口部を構成する第1分割開口部を含み、
前記複数の分割内部流路のうち最も前記先端部に近い位置にある分割内部流路の前記第1分割開口部の開口面積が他の分割内部流路の前記第1分割開口部の開口面積よりも大きい、請求項1~3のいずれか一項に記載の燃料噴射器。 - 軸方向に延びる本体部を有する燃料噴射器であって、
前記本体部は、
前記軸方向に延びるように形成された軸方向流路と、
一端が前記軸方向流路に連通するとともに他端が前記本体部の外表面に開口するように形成された径方向流路と、
前記外表面に開口する第1開口部及び第2開口部を含むとともに前記第1開口部から前記第2開口部まで前記本体部の内部を延びるように形成された内部流路と
を含み、
前記第1開口部と前記第2開口部とは、前記本体部の軸線を中心とする周方向において、前記径方向流路が前記外表面に開口する第3開口部に対して反対側に位置し、
前記本体部は先端部及び基端部を含み、
前記内部流路は、前記軸方向において互いに連通しない複数の分割内部流路を含み、
前記複数の分割内部流路はそれぞれ、前記第1開口部を構成する第1分割開口部を含み、
前記複数の分割内部流路のうち最も前記先端部に近い位置にある分割内部流路の前記第1分割開口部の開口面積が他の分割内部流路の前記第1分割開口部の開口面積よりも大きい燃料噴射器。 - 前記本体部は先端部及び基端部を含み、
前記内部流路は、前記軸方向において互いに連通しない複数の分割内部流路を含み、
前記複数の分割内部流路はそれぞれ、前記第2開口部を構成する第2分割開口部を含み、
複数の前記第2分割開口部の開口面積の平均値に対する複数の前記第2分割開口部のそれぞれの開口面積の比が0.8~1.2である、請求項1~5のいずれか一項に記載の燃料噴射器。 - 軸方向に延びる本体部を有する燃料噴射器であって、
前記本体部は、
前記軸方向に延びるように形成された軸方向流路と、
一端が前記軸方向流路に連通するとともに他端が前記本体部の外表面に開口するように形成された径方向流路と、
前記外表面に開口する第1開口部及び第2開口部を含むとともに前記第1開口部から前記第2開口部まで前記本体部の内部を延びるように形成された内部流路と
を含み、
前記第1開口部と前記第2開口部とは、前記本体部の軸線を中心とする周方向において、前記径方向流路が前記外表面に開口する第3開口部に対して反対側に位置し、
前記本体部は先端部及び基端部を含み、
前記内部流路は、前記軸方向において互いに連通しない複数の分割内部流路を含み、
前記複数の分割内部流路はそれぞれ、前記第2開口部を構成する第2分割開口部を含み、
複数の前記第2分割開口部の開口面積の平均値に対する複数の前記第2分割開口部のそれぞれの開口面積の比が0.8~1.2である燃料噴射器。 - 前記第3開口部は、前記軸方向において前記第2開口部が存在する範囲内に位置する、請求項1~7のいずれか一項に記載の燃料噴射器。
- 前記内部流路は、前記軸方向において互いに連通しない複数の分割内部流路を含み、前記複数の分割内部流路はそれぞれ、前記第1開口部を構成する第1分割開口部と、前記第2開口部を構成する第2分割開口部とを含み、
前記軸方向において複数の前記第2分割開口部のそれぞれが存在する前記範囲内の前記第3開口部のうち、最も開口面積の大きい第3開口部が位置する前記範囲を画定する前記第2分割開口部の開口面積をS2Lとし、この第2分割開口部に対応する第1分割開口部の開口面積をS1Lとし、その他の第3開口部が位置する前記範囲を画定する前記第2分割開口部の開口面積をS2Sとし、この第2分割開口部に対応する第1分割開口部の開口面積をS1Sとすると、(S1L/S2L)>(S1S/S2S)である、請求項8に記載の燃料噴射器。 - 軸方向に延びる本体部を有する燃料噴射器であって、
前記本体部は、
前記軸方向に延びるように形成された軸方向流路と、
一端が前記軸方向流路に連通するとともに他端が前記本体部の外表面に開口するように形成された径方向流路と、
前記外表面に開口する第1開口部及び第2開口部を含むとともに前記第1開口部から前記第2開口部まで前記本体部の内部を延びるように形成された内部流路と
を含み、
前記第1開口部と前記第2開口部とは、前記本体部の軸線を中心とする周方向において、前記径方向流路が前記外表面に開口する第3開口部に対して反対側に位置し、
前記第3開口部は、前記軸方向において前記第2開口部が存在する範囲内に位置し、
前記内部流路は、前記軸方向において互いに連通しない複数の分割内部流路を含み、前記複数の分割内部流路はそれぞれ、前記第1開口部を構成する第1分割開口部と、前記第2開口部を構成する第2分割開口部とを含み、
前記軸方向において複数の前記第2分割開口部のそれぞれが存在する前記範囲内の前記第3開口部のうち、最も開口面積の大きい第3開口部が位置する前記範囲を画定する前記第2分割開口部の開口面積をS 2L とし、この第2分割開口部に対応する第1分割開口部の開口面積をS 1L とし、その他の第3開口部が位置する前記範囲を画定する前記第2分割開口部の開口面積をS 2S とし、この第2分割開口部に対応する第1分割開口部の開口面積をS 1S とすると、(S 1L /S 2L )>(S 1S /S 2S )である燃料噴射器。 - 前記第1開口部の前記軸方向の開口幅及び前記周方向の開口幅をそれぞれw1a及びw1pとし、前記第2開口部の前記軸方向の開口幅及び前記周方向の開口幅をそれぞれw2a及びw2pとすると、(w1a/w2a)>(w1p/w2p)である、請求項1~10のいずれか一項に記載の燃料噴射器。
- 前記内部流路は、前記軸方向流路を前記本体部の径方向の内側に囲むように延びる、請求項1~11のいずれか一項に記載の燃料噴射器。
- 前記内部流路は、
前記第1開口部から前記第2開口部へ向かって前記周方向に延びる第1流路部と、
前記第1開口部とは反対側の前記第1流路部の端部から前記第2開口部まで前記周方向に延びる第2流路部と
を含み、
前記第1開口部から前記第2開口部まで前記第1流路部及び前記第2流路部の前記軸線に沿った切断面と、前記軸線とを仮想平面上に展開した展開形状において、前記第2流路部の延びる方向が前記軸線に対してなす角度は、前記第1流路部の延びる方向が前記軸線に対してなす角度よりも小さい、請求項12に記載の燃料噴射器。 - 軸方向に延びる本体部を有する燃料噴射器であって、
前記本体部は、
前記軸方向に延びるように形成された軸方向流路と、
一端が前記軸方向流路に連通するとともに他端が前記本体部の外表面に開口するように形成された径方向流路と、
前記外表面に開口する第1開口部及び第2開口部を含むとともに前記第1開口部から前記第2開口部まで前記本体部の内部を延びるように形成された内部流路と
を含み、
前記第1開口部と前記第2開口部とは、前記本体部の軸線を中心とする周方向において、前記径方向流路が前記外表面に開口する第3開口部に対して反対側に位置し、
前記内部流路は、前記軸方向流路を前記本体部の径方向の内側に囲むように延び、
前記内部流路は、
前記第1開口部から前記第2開口部へ向かって前記周方向に延びる第1流路部と、
前記第1開口部とは反対側の前記第1流路部の端部から前記第2開口部まで前記周方向に延びる第2流路部と
を含み、
前記第1開口部から前記第2開口部まで前記第1流路部及び前記第2流路部の前記軸線に沿った切断面と、前記軸線とを仮想平面上に展開した展開形状において、前記第2流路部の延びる方向が前記軸線に対してなす角度は、前記第1流路部の延びる方向が前記軸線に対してなす角度よりも小さい燃料噴射器。 - 前記内部流路は、前記第1開口部から前記第2開口部に向かって流路面積が減少するように構成されている、請求項1~14のいずれか一項に記載の燃料噴射器。
- 前記内部流路は、前記第1開口部から前記第2開口部に向かって流路断面の前記軸方向における開口幅が減少するように構成されている、請求項1~15のいずれか一項に記載の燃料噴射器。
- 前記内部流路は、前記第1開口部から前記第2開口部に向かって前記周方向において反対方向に延びる2つの分岐流路部を含む、請求項1~16のいずれか一項に記載の燃料噴射器。
- 前記軸方向流路と前記内部流路とは前記本体部の内部において連通していない、請求項1~17のいずれか一項に記載の燃料噴射器。
- 前記径方向流路と前記内部流路とは前記本体部の内部において連通していない、請求項1~18のいずれか一項に記載の燃料噴射器。
- 請求項1~19のいずれか一項に記載の燃料噴射器を備える燃焼器。
- 圧縮機と、
請求項20に記載の燃焼器と、
タービンと
を備えるガスタービン。
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