JPH10196955A - ガスタービンエンジンの燃焼器内で燃料を燃焼する方法 - Google Patents
ガスタービンエンジンの燃焼器内で燃料を燃焼する方法Info
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- JPH10196955A JPH10196955A JP9365234A JP36523497A JPH10196955A JP H10196955 A JPH10196955 A JP H10196955A JP 9365234 A JP9365234 A JP 9365234A JP 36523497 A JP36523497 A JP 36523497A JP H10196955 A JPH10196955 A JP H10196955A
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- combustion air
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D17/00—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel
- F23D17/002—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel gaseous or liquid fuel
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C7/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
- F23C7/002—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply the air being submitted to a rotary or spinning motion
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2250/00—Geometry
- F05B2250/30—Arrangement of components
- F05B2250/32—Arrangement of components according to their shape
- F05B2250/322—Arrangement of components according to their shape tangential
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
- F23C2900/07002—Premix burners with air inlet slots obtained between offset curved wall surfaces, e.g. double cone burners
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Spray-Type Burners (AREA)
- Combustion Of Fluid Fuel (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ガスタービンエンジンにおいて、燃焼火炎が
タンジェンシャル入口ノズル内に安定する傾向を減少せ
しめること。 【解決手段】 燃料と空気とを燃料ノズル10の混合区
域28内で混合し、これにより燃料/空気混合体を生成
するが、この混合体は、混合区域28を通しての軸方向
速度を十分に高く維持することにより、また、中央本体
12(この中央本体では燃料が加えられたり又は加えら
れない)の内部通路64と燃焼器入口ポート20の面と
の組合せを用いることにより、燃焼生成物から隔離され
る。
タンジェンシャル入口ノズル内に安定する傾向を減少せ
しめること。 【解決手段】 燃料と空気とを燃料ノズル10の混合区
域28内で混合し、これにより燃料/空気混合体を生成
するが、この混合体は、混合区域28を通しての軸方向
速度を十分に高く維持することにより、また、中央本体
12(この中央本体では燃料が加えられたり又は加えら
れない)の内部通路64と燃焼器入口ポート20の面と
の組合せを用いることにより、燃焼生成物から隔離され
る。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、低NOX予混合燃
料ノズル、特にガスタービンエンジンに用いるこの種の
ノズルに関する。
料ノズル、特にガスタービンエンジンに用いるこの種の
ノズルに関する。
【0002】
【発明の背景】窒素酸化物(以下“NOX”という)の
生成は、高温での燃焼の結果として生じる。NOXはよ
く知られている汚染物質であり、このため、NOXを生
成せしめる燃焼装置はこのような汚染物質の放出に対し
ての非常に厳格な規則に服従させられる。したがって、
多くの努力が燃焼装置におけるNOXの生成を減少する
ためになされている。
生成は、高温での燃焼の結果として生じる。NOXはよ
く知られている汚染物質であり、このため、NOXを生
成せしめる燃焼装置はこのような汚染物質の放出に対し
ての非常に厳格な規則に服従させられる。したがって、
多くの努力が燃焼装置におけるNOXの生成を減少する
ためになされている。
【0003】そのひとつの解決として、燃料を過剰空気
と予混合し、これにより燃焼を局部的に高い過剰空気で
もって生じさせ、その結果燃焼温度を比較的低くし、こ
れによりNOXの生成を最少にすることがなされてい
る。このように作用する燃料ノズルは米国特許第5,3
07,634号明細書に示されており、この米国特許は
円錐形の中央本体を具備するスクロールスワラを開示し
ている。このスクロールスワラは2つのオフセットして
いる円筒孤形のスクロールを包含し、これらのスクロー
ルは2つの端板に接続されている。燃焼用空気は、2つ
のオフセットスクロールにより形成されている2つの矩
形状のスロットを通してスワラに入り、それから、一方
の端板の燃焼器入口を通して出て、燃焼器内に流れる。
そして、内方後縁と対向して外方スクロールに設けられ
ている直線配列のオリフィスが、燃料をマニホルドから
各入口スリットで空気流れ中に注入し、これにより燃焼
器内へ出る前に均一な燃料/空気混合体を作る。
と予混合し、これにより燃焼を局部的に高い過剰空気で
もって生じさせ、その結果燃焼温度を比較的低くし、こ
れによりNOXの生成を最少にすることがなされてい
る。このように作用する燃料ノズルは米国特許第5,3
07,634号明細書に示されており、この米国特許は
円錐形の中央本体を具備するスクロールスワラを開示し
ている。このスクロールスワラは2つのオフセットして
いる円筒孤形のスクロールを包含し、これらのスクロー
ルは2つの端板に接続されている。燃焼用空気は、2つ
のオフセットスクロールにより形成されている2つの矩
形状のスロットを通してスワラに入り、それから、一方
の端板の燃焼器入口を通して出て、燃焼器内に流れる。
そして、内方後縁と対向して外方スクロールに設けられ
ている直線配列のオリフィスが、燃料をマニホルドから
各入口スリットで空気流れ中に注入し、これにより燃焼
器内へ出る前に均一な燃料/空気混合体を作る。
【0004】この型式の予混合燃料ノズルは、従来技術
の燃料ノズルと比較してNOXの低放出を実現するもの
である。しかしながら、あいにく、この型式の予混合燃
料ノズルは、火炎がノズルの予混合容積内に安定する結
果として中央本体が激しく劣化することに関連して耐久
性の問題が生じているものである。その結果、このよう
なノズルがガスタービンエンジンに用いられたときに
は、ノズルの運転寿命が制限されている。
の燃料ノズルと比較してNOXの低放出を実現するもの
である。しかしながら、あいにく、この型式の予混合燃
料ノズルは、火炎がノズルの予混合容積内に安定する結
果として中央本体が激しく劣化することに関連して耐久
性の問題が生じているものである。その結果、このよう
なノズルがガスタービンエンジンに用いられたときに
は、ノズルの運転寿命が制限されている。
【0005】以上述べたことから、燃焼火炎が燃料ノズ
ル内に安定する傾向をかなり減少せしめ、また燃料ノズ
ルの混合区域に移動してくる火炎を追い出すようにする
燃焼方法が要望されている。
ル内に安定する傾向をかなり減少せしめ、また燃料ノズ
ルの混合区域に移動してくる火炎を追い出すようにする
燃焼方法が要望されている。
【0006】
【発明の概要】本発明は、このような要望に応じてなさ
れたものである。したがって、本発明の目的は、燃焼火
炎がタンジェンシャル入口ノズル内に安定する傾向をか
なり減少せしめる燃焼方法を提供することにある。
れたものである。したがって、本発明の目的は、燃焼火
炎がタンジェンシャル入口ノズル内に安定する傾向をか
なり減少せしめる燃焼方法を提供することにある。
【0007】以上述べた目的を達成するために、本発明
は、燃焼火炎がタンジェンシャル入口ノズル内に安定す
る傾向を防止する方法において、燃料と空気とを燃料ノ
ズルの混合区域内で混合する段階と、この燃料/空気混
合体を燃焼器入口ポートのスロート部の下流で燃焼し、
燃焼生成物をガスタービンエンジンのすべての作動状態
でノズル内の混合した燃料及び空気から隔離する段階と
を包含する方法、を提供するものである。
は、燃焼火炎がタンジェンシャル入口ノズル内に安定す
る傾向を防止する方法において、燃料と空気とを燃料ノ
ズルの混合区域内で混合する段階と、この燃料/空気混
合体を燃焼器入口ポートのスロート部の下流で燃焼し、
燃焼生成物をガスタービンエンジンのすべての作動状態
でノズル内の混合した燃料及び空気から隔離する段階と
を包含する方法、を提供するものである。
【0008】
【好適な実施例の説明】図1を参照するに、本発明の低
NOX予混合燃料ノズル10は、スクロールスワラ14
内の中央本体12を包含する。スクロールスワラ14
は、第1の端板16と第2の端板18とを包含し、第1
の端板16は中央本体12に接続されていると共に第2
の端板18に関して間隔を置いており、また第2の端板
18はこの第2の端板を貫通して延びる燃焼器入口ポー
ト20を有する。そして、複数の、好適には2つの円筒
孤形のスクロール部材22、24が第1の端板16から
第2の端板18に延びている。
NOX予混合燃料ノズル10は、スクロールスワラ14
内の中央本体12を包含する。スクロールスワラ14
は、第1の端板16と第2の端板18とを包含し、第1
の端板16は中央本体12に接続されていると共に第2
の端板18に関して間隔を置いており、また第2の端板
18はこの第2の端板を貫通して延びる燃焼器入口ポー
ト20を有する。そして、複数の、好適には2つの円筒
孤形のスクロール部材22、24が第1の端板16から
第2の端板18に延びている。
【0009】これらのスクロール部材22、24は、図
2に示されるように、ノズル10の長手方向軸線26の
まわりに均一に間隔を置き、これによりそれらの間に混
合区域28を画成している。各スクロール部材22、2
4は、長手方向軸線26に面すると共に中心線32、3
4のまわりに部分回転面を限定する半径方向内側表面を
有する。ここにおいて、用語“部分回転面”とは、中心
線32、34の各々のまわりを完全に回転する一回転よ
りも少ない範囲を回転することにより形成される面を意
味するものとして用いられている。
2に示されるように、ノズル10の長手方向軸線26の
まわりに均一に間隔を置き、これによりそれらの間に混
合区域28を画成している。各スクロール部材22、2
4は、長手方向軸線26に面すると共に中心線32、3
4のまわりに部分回転面を限定する半径方向内側表面を
有する。ここにおいて、用語“部分回転面”とは、中心
線32、34の各々のまわりを完全に回転する一回転よ
りも少ない範囲を回転することにより形成される面を意
味するものとして用いられている。
【0010】図2に示されるように、各スクロール部材
22、24は他方のスクロール部材24、22に間隔を
置いており、またスクロール部材22、24の各々の中
心線32、34は混合区域28内に位置されている。ま
た、図2及び図3を参照するに、中心線32、34の各
々は長手方向軸線26に平行であると共に間隔を置いた
関係であり、かつ中心線32、34のすべては長手方向
軸線26から等しい距離で位置されており、これにより
各対の隣接するスクロール部材22、24間に長手方向
軸線26と平行に延びる入口スロット36、38を画成
し、これらの入口スロット36、38は燃焼用空気40
を混合区域28に導入するためのスロットである。圧縮
機(図示せず)からの燃焼支持用空気は、オフセットし
ている中心線32、34を持つスクロール部材22、2
4の重なり端44、50;46、48により形成されて
いる入口スロット36、38を通過する。
22、24は他方のスクロール部材24、22に間隔を
置いており、またスクロール部材22、24の各々の中
心線32、34は混合区域28内に位置されている。ま
た、図2及び図3を参照するに、中心線32、34の各
々は長手方向軸線26に平行であると共に間隔を置いた
関係であり、かつ中心線32、34のすべては長手方向
軸線26から等しい距離で位置されており、これにより
各対の隣接するスクロール部材22、24間に長手方向
軸線26と平行に延びる入口スロット36、38を画成
し、これらの入口スロット36、38は燃焼用空気40
を混合区域28に導入するためのスロットである。圧縮
機(図示せず)からの燃焼支持用空気は、オフセットし
ている中心線32、34を持つスクロール部材22、2
4の重なり端44、50;46、48により形成されて
いる入口スロット36、38を通過する。
【0011】スクロール部材22、24の各々は、更
に、燃焼用空気40が入口スロット36、38の各々を
通して導入されているときに燃料をこの燃焼用空気40
中に導入する燃料導管52、54を包含する。そして、
液体又はガス燃料、好適にはガスを供給する第1の燃料
供給ライン(図示せず)が、燃料導管52、54の各々
に接続されている。長手方向軸線26と同軸である燃焼
器入口ポート20は、燃焼器56のすぐ近くに隣接して
設けられ、燃料及び燃焼用空気を本発明のノズル10か
ら燃焼器56内に放出し、これにより燃焼器56で燃料
と空気との燃焼が生じる。
に、燃焼用空気40が入口スロット36、38の各々を
通して導入されているときに燃料をこの燃焼用空気40
中に導入する燃料導管52、54を包含する。そして、
液体又はガス燃料、好適にはガスを供給する第1の燃料
供給ライン(図示せず)が、燃料導管52、54の各々
に接続されている。長手方向軸線26と同軸である燃焼
器入口ポート20は、燃焼器56のすぐ近くに隣接して
設けられ、燃料及び燃焼用空気を本発明のノズル10か
ら燃焼器56内に放出し、これにより燃焼器56で燃料
と空気との燃焼が生じる。
【0012】再び図1を参照するに、中央本体12は少
なくともひとつ、好適には複数の空気供給穴60、62
を有する基部58を有し、これらの空気供給穴60、6
2は基部58を貫通して延びている。基部58は、この
基部を通過して延びる長手方向軸線26に垂直である。
中央本体12は、好適には、長手方向軸線26と同軸で
あると共に燃焼器入口ポート20内に空気を放出する内
部通路64を有する。この内部通路64を通過する空気
(この空気は、好適には入口スロット36、38を通し
て入ってくる燃焼用空気と同一方向に回転するが、しか
し、逆方向に回転しても又は回転しなくてもよい)は、
燃料が加えられてもよいし又は加えられなくてもよい。
もし中央本体で燃料を加えることが所望される場合に
は、本発明の好適な実施例によれば、内部通路64は、
第1の端68及び第2の端70を有する第1の円筒形通
路66と、この第1の円筒形通路66よりも大きな直径
であって、かつ同様に第1の端74及び第2の端76を
有する第2の円筒形通路72とを包含する。第2の円筒
形通路72は、テーパ通路78を通して第1の円筒形通
路66と連通する。テーパ通路78は、第1の円筒形通
路66の直径と等しい直径を有する第1の端80と、第
2の円筒形通路72の直径と等しい直径を有する第2の
端82とを有する。通路66、72、78の各々は長手
方向軸線26と同軸であり、またテーパ通路78の第1
の端80は第1の円筒形通路66の第2の端70と一体
であり、更にテーパ通路78の第2の端82は第2の円
筒形通路72の第1の端74と一体である。第1の円筒
形通路66は放出オリフィス68を包含し、この放出オ
リフィス68は円形であると共に長手方向軸線26と同
軸であり、かつ第1の円筒形通路66の第1の端68に
設けられている(便宜上、符号68はこの第1の端と放
出オリフィスとの両方を示すものとして用いられてい
る)。
なくともひとつ、好適には複数の空気供給穴60、62
を有する基部58を有し、これらの空気供給穴60、6
2は基部58を貫通して延びている。基部58は、この
基部を通過して延びる長手方向軸線26に垂直である。
中央本体12は、好適には、長手方向軸線26と同軸で
あると共に燃焼器入口ポート20内に空気を放出する内
部通路64を有する。この内部通路64を通過する空気
(この空気は、好適には入口スロット36、38を通し
て入ってくる燃焼用空気と同一方向に回転するが、しか
し、逆方向に回転しても又は回転しなくてもよい)は、
燃料が加えられてもよいし又は加えられなくてもよい。
もし中央本体で燃料を加えることが所望される場合に
は、本発明の好適な実施例によれば、内部通路64は、
第1の端68及び第2の端70を有する第1の円筒形通
路66と、この第1の円筒形通路66よりも大きな直径
であって、かつ同様に第1の端74及び第2の端76を
有する第2の円筒形通路72とを包含する。第2の円筒
形通路72は、テーパ通路78を通して第1の円筒形通
路66と連通する。テーパ通路78は、第1の円筒形通
路66の直径と等しい直径を有する第1の端80と、第
2の円筒形通路72の直径と等しい直径を有する第2の
端82とを有する。通路66、72、78の各々は長手
方向軸線26と同軸であり、またテーパ通路78の第1
の端80は第1の円筒形通路66の第2の端70と一体
であり、更にテーパ通路78の第2の端82は第2の円
筒形通路72の第1の端74と一体である。第1の円筒
形通路66は放出オリフィス68を包含し、この放出オ
リフィス68は円形であると共に長手方向軸線26と同
軸であり、かつ第1の円筒形通路66の第1の端68に
設けられている(便宜上、符号68はこの第1の端と放
出オリフィスとの両方を示すものとして用いられてい
る)。
【0013】図3を参照するに、中央本体12の半径方
向外側表面84は切頭円錐形部分86と曲り部分88と
を包含する。切頭円錐形部分86は、長手方向軸線26
と同軸である切頭円錐体の外側表面を限定すると共に、
基部58に向って広がっている。曲り部分88は、切頭
円錐形部分86と一体であり、また、好適には、切頭円
錐形部分86と接すると共に切頭円錐形部分86の半径
方向外側に位置する中心を有する円を、長手方向軸線2
6のまわりに回転することにより形成される面の一部分
を限定する。好適な実施例では、切頭円錐形部分86は
放出オリフィス68が設けられている面で終っており、
また、切頭円錐形部分86の基部(中央本体の基部58
とは区別される)の直径は、切頭円錐形部分86の頂部
の直径よりも大きくて、その2.65倍であり、更に、
切頭円錐形部分86の高さ(切頭円錐形部分86の基部
が設けられている面と、切頭円錐形部分86の頂部が設
けられている面との間の距離)90は、切頭円錐形部分
86の基部の直径のほぼ1.90倍である。後で一層詳
細に述べるように、中央本体12の基部58と切頭円錐
形部分86との間に設けられている曲り部分88は、基
部58に隣接してタンジェンシャル入口ノズル10に入
る燃焼用空気40を軸方向に曲げる滑らかな移行表面を
提供する。図3に示されるように、内部通路64は中央
本体12の半径方向外側表面84から半径方向内側に位
置され、また、切頭円錐形部分86は長手方向軸線26
と同軸であり、更に、中央本体12は切頭円錐形部分8
6が第1の円筒形通路66の放出オリフィス68に向っ
てテーパしてこの放出オリフィス68で終るように基部
58に接続されている。
向外側表面84は切頭円錐形部分86と曲り部分88と
を包含する。切頭円錐形部分86は、長手方向軸線26
と同軸である切頭円錐体の外側表面を限定すると共に、
基部58に向って広がっている。曲り部分88は、切頭
円錐形部分86と一体であり、また、好適には、切頭円
錐形部分86と接すると共に切頭円錐形部分86の半径
方向外側に位置する中心を有する円を、長手方向軸線2
6のまわりに回転することにより形成される面の一部分
を限定する。好適な実施例では、切頭円錐形部分86は
放出オリフィス68が設けられている面で終っており、
また、切頭円錐形部分86の基部(中央本体の基部58
とは区別される)の直径は、切頭円錐形部分86の頂部
の直径よりも大きくて、その2.65倍であり、更に、
切頭円錐形部分86の高さ(切頭円錐形部分86の基部
が設けられている面と、切頭円錐形部分86の頂部が設
けられている面との間の距離)90は、切頭円錐形部分
86の基部の直径のほぼ1.90倍である。後で一層詳
細に述べるように、中央本体12の基部58と切頭円錐
形部分86との間に設けられている曲り部分88は、基
部58に隣接してタンジェンシャル入口ノズル10に入
る燃焼用空気40を軸方向に曲げる滑らかな移行表面を
提供する。図3に示されるように、内部通路64は中央
本体12の半径方向外側表面84から半径方向内側に位
置され、また、切頭円錐形部分86は長手方向軸線26
と同軸であり、更に、中央本体12は切頭円錐形部分8
6が第1の円筒形通路66の放出オリフィス68に向っ
てテーパしてこの放出オリフィス68で終るように基部
58に接続されている。
【0014】図2に示されるように、切頭円錐形部分8
6の基部は円92と一致し、この円92は混合区域28
に内接すると共に長手方向軸線26上の中心94を有す
る。当業者であれば容易に認識されるように、混合区域
28は断面において円形ではないので、曲り部分88は
混合区域28に適合するように切断しなければならな
い。傾斜部分、すなわちランプ96、98が曲り部分8
8に残されており、この部分で曲り部分88は各入口ス
ロット36、38内へ延びており、この部分は空気力学
的形状のランプ96、98を形成するように機械加工さ
れ、この空気力学的形状のランプ96、98は入口スロ
ット36、38に入る空気を基部58から離れるように
して混合区域28内の曲り部分88上へ指向する。
6の基部は円92と一致し、この円92は混合区域28
に内接すると共に長手方向軸線26上の中心94を有す
る。当業者であれば容易に認識されるように、混合区域
28は断面において円形ではないので、曲り部分88は
混合区域28に適合するように切断しなければならな
い。傾斜部分、すなわちランプ96、98が曲り部分8
8に残されており、この部分で曲り部分88は各入口ス
ロット36、38内へ延びており、この部分は空気力学
的形状のランプ96、98を形成するように機械加工さ
れ、この空気力学的形状のランプ96、98は入口スロ
ット36、38に入る空気を基部58から離れるように
して混合区域28内の曲り部分88上へ指向する。
【0015】図1を参照するに、もし中央本体で燃料を
加えることが所望される場合には、内部室100が基部
58と第2の円筒形通路72の第2の端76との間に中
央本体12内に設けられ、第2の円筒形通路72はこの
内部室100で終っている。そして、空気102が、内
部室100に連通する基部58の空気供給穴60、62
を通して内部室100に供給され、それから、内部室1
00が第2の円筒形通路72の第2の端76を通して空
気を内部通路64に供給する。第1の端板16は開口1
04、106を有し、これらの開口104、106はガ
スタービンエンジンの圧縮機からの燃焼用空気102の
流れを妨げないようにするために基部58の空気供給穴
60、62と整列されている。スワラ、好適には当分野
で知られている半径流型式のスワラ108は、長手方向
軸線26と同軸であると共に、第2の円筒形通路72の
第2の端76のすぐ近くに隣接して内部室100内に設
けられ、その結果内部室100から内部通路64に入る
空気のすべてがスワラ108を通過しなければならな
い。
加えることが所望される場合には、内部室100が基部
58と第2の円筒形通路72の第2の端76との間に中
央本体12内に設けられ、第2の円筒形通路72はこの
内部室100で終っている。そして、空気102が、内
部室100に連通する基部58の空気供給穴60、62
を通して内部室100に供給され、それから、内部室1
00が第2の円筒形通路72の第2の端76を通して空
気を内部通路64に供給する。第1の端板16は開口1
04、106を有し、これらの開口104、106はガ
スタービンエンジンの圧縮機からの燃焼用空気102の
流れを妨げないようにするために基部58の空気供給穴
60、62と整列されている。スワラ、好適には当分野
で知られている半径流型式のスワラ108は、長手方向
軸線26と同軸であると共に、第2の円筒形通路72の
第2の端76のすぐ近くに隣接して内部室100内に設
けられ、その結果内部室100から内部通路64に入る
空気のすべてがスワラ108を通過しなければならな
い。
【0016】更に、燃料ランス110も、長手方向軸線
26と同軸であり、また、基部58、内部室100及び
スワラ108を通して内部通路64の第2の円筒形通路
72内に延びている。大径の第2の円筒形通路72は燃
料ランス110の断面を収容し、その結果第2の円筒形
通路72の流れ面積は第1の円筒形通路66の流れ面積
と本質的に等しい。そして、液体又はガス燃料を供給す
る第2の燃料供給ライン(図示せず)が、燃料ランス1
10に接続されて、燃料を燃料ランス110の内部通路
112に供給する。また、複数の燃料噴射口114が燃
料ランス110に設けられ、燃料を燃料ランス110か
ら内部通路64内へ退出せしめる複数の通路を提供す
る。
26と同軸であり、また、基部58、内部室100及び
スワラ108を通して内部通路64の第2の円筒形通路
72内に延びている。大径の第2の円筒形通路72は燃
料ランス110の断面を収容し、その結果第2の円筒形
通路72の流れ面積は第1の円筒形通路66の流れ面積
と本質的に等しい。そして、液体又はガス燃料を供給す
る第2の燃料供給ライン(図示せず)が、燃料ランス1
10に接続されて、燃料を燃料ランス110の内部通路
112に供給する。また、複数の燃料噴射口114が燃
料ランス110に設けられ、燃料を燃料ランス110か
ら内部通路64内へ退出せしめる複数の通路を提供す
る。
【0017】図3を参照するに、燃焼器入口ポート20
は長手方向軸線26と同軸であり、また、先細面116
と放出面118とを包含し、放出面118は燃料ノズル
10の出口面124にまで延びていると共に、予混合し
た燃料及び空気とその燃焼生成物との隔離量を制御す
る。先細面116は、実質的に円錐形であって、放出面
118に向ってテーパしている。放出面118は、中間
面120と燃焼器入口ポート20の燃焼器面122との
間に延び、この燃焼器面122は長手方向軸線26に垂
直であると共に、本発明の燃料ノズル10の出口面12
4を限定する。出口面124に関して中央再循環区域2
00を所望する軸方向位置にするために、放出面118
は先細面116から円筒形に又は末広状にして最適にす
ることができる。
は長手方向軸線26と同軸であり、また、先細面116
と放出面118とを包含し、放出面118は燃料ノズル
10の出口面124にまで延びていると共に、予混合し
た燃料及び空気とその燃焼生成物との隔離量を制御す
る。先細面116は、実質的に円錐形であって、放出面
118に向ってテーパしている。放出面118は、中間
面120と燃焼器入口ポート20の燃焼器面122との
間に延び、この燃焼器面122は長手方向軸線26に垂
直であると共に、本発明の燃料ノズル10の出口面12
4を限定する。出口面124に関して中央再循環区域2
00を所望する軸方向位置にするために、放出面118
は先細面116から円筒形に又は末広状にして最適にす
ることができる。
【0018】また、先細面116は中間面120で終
り、この部分で先細面116の直径は放出面118の直
径と等しい。図3に示されるように、中間面120は出
口面124と内部通路64の放出オリフィス68との間
に設けられ、また、先細面116は放出面118と第1
の端板16との間に設けられている。
り、この部分で先細面116の直径は放出面118の直
径と等しい。図3に示されるように、中間面120は出
口面124と内部通路64の放出オリフィス68との間
に設けられ、また、先細面116は放出面118と第1
の端板16との間に設けられている。
【0019】作用において、ガスタービンエンジンの圧
縮機からの燃焼用空気102は、開口104、106及
び基部58の空気供給穴60、62を通して中央本体1
2の内部通路64内に流れる。もし中央本体12で燃料
が加えられる場合には、好適な実施例は、半径流スワラ
108を通過し、長手方向軸線26に関してかなりの接
線速度でもって、すなわち旋回して内部通路64に入る
燃焼用空気を用いる。この燃焼用旋回空気が燃料ランス
110上を通過するときに、燃料、好適にはガス状の燃
料が燃料ランス110から内部通路64内に噴霧され
て、燃焼用旋回空気と混合する。燃料と燃焼用空気との
混合体は、それから、テーパ通路78を通して第2の円
筒形通路72から第1の円筒形通路66内に流れる。混
合体は、それから、第1の円筒形通路66の長さに沿っ
て進み、燃焼器入口ポート20の中間面120のすぐ手
前のところで又はこの中間面102で第1の円筒形通路
66を出て、燃料/空気混合体の中央流れを生成する。
縮機からの燃焼用空気102は、開口104、106及
び基部58の空気供給穴60、62を通して中央本体1
2の内部通路64内に流れる。もし中央本体12で燃料
が加えられる場合には、好適な実施例は、半径流スワラ
108を通過し、長手方向軸線26に関してかなりの接
線速度でもって、すなわち旋回して内部通路64に入る
燃焼用空気を用いる。この燃焼用旋回空気が燃料ランス
110上を通過するときに、燃料、好適にはガス状の燃
料が燃料ランス110から内部通路64内に噴霧され
て、燃焼用旋回空気と混合する。燃料と燃焼用空気との
混合体は、それから、テーパ通路78を通して第2の円
筒形通路72から第1の円筒形通路66内に流れる。混
合体は、それから、第1の円筒形通路66の長さに沿っ
て進み、燃焼器入口ポート20の中間面120のすぐ手
前のところで又はこの中間面102で第1の円筒形通路
66を出て、燃料/空気混合体の中央流れを生成する。
【0020】また、ガスタービンエンジンの圧縮機から
の追加の燃焼用空気が、入口スロット36、38の各々
を通して混合区域28に入る。基部58のすぐ近くに隣
接して入口スロット36、38に入る空気は、スクロー
ルスワラ14の混合区域28内の曲り部分88上にラン
プ96、98によって向けられる。燃料導管52、54
に供給された燃料、好適にはガス状の燃料は、入口スロ
ット36、38を通過する燃焼用空気中に噴霧され、燃
焼用空気との混合を始める。スクロール部材22、24
の形状のために、この燃料/空気混合体は中央本体12
のまわりを旋回する環状流れを確立し、燃料/空気混合
体は中央本体12のまわりを旋回するにしたがって混合
を続けると共に燃焼器入口ポート20に向って長手方向
軸線26に沿って進む。
の追加の燃焼用空気が、入口スロット36、38の各々
を通して混合区域28に入る。基部58のすぐ近くに隣
接して入口スロット36、38に入る空気は、スクロー
ルスワラ14の混合区域28内の曲り部分88上にラン
プ96、98によって向けられる。燃料導管52、54
に供給された燃料、好適にはガス状の燃料は、入口スロ
ット36、38を通過する燃焼用空気中に噴霧され、燃
焼用空気との混合を始める。スクロール部材22、24
の形状のために、この燃料/空気混合体は中央本体12
のまわりを旋回する環状流れを確立し、燃料/空気混合
体は中央本体12のまわりを旋回するにしたがって混合
を続けると共に燃焼器入口ポート20に向って長手方向
軸線26に沿って進む。
【0021】スクロールスワラ14によって、生じさせ
られる環状流れの旋回は、好適には第1の円筒形通路6
6内の燃料/空気混合体の旋回と同一方向に回転し、ま
た、好適には第1の円筒形通路66内の燃料/空気混合
体の角速度よりも少なくとも大きい角速度を有する。中
央本体12の形状のために、環状流れの軸方向速度は、
燃焼器火炎がスクロールスワラ14内に移動するのを防
止して混合区域28内に安定せしめる速度に維持され
る。中央流れの旋回燃料/空気混合体(又は燃料を混合
しない空気流れ)は、第1の円筒形通路66を出ること
により、スクロールスワラ14の環状流れにより囲ま
れ、これら2つの流れが燃焼器入口ポート20の中間面
120に入る。
られる環状流れの旋回は、好適には第1の円筒形通路6
6内の燃料/空気混合体の旋回と同一方向に回転し、ま
た、好適には第1の円筒形通路66内の燃料/空気混合
体の角速度よりも少なくとも大きい角速度を有する。中
央本体12の形状のために、環状流れの軸方向速度は、
燃焼器火炎がスクロールスワラ14内に移動するのを防
止して混合区域28内に安定せしめる速度に維持され
る。中央流れの旋回燃料/空気混合体(又は燃料を混合
しない空気流れ)は、第1の円筒形通路66を出ること
により、スクロールスワラ14の環状流れにより囲ま
れ、これら2つの流れが燃焼器入口ポート20の中間面
120に入る。
【0022】本発明は、中央本体12のまわりを旋回す
る燃料/空気混合体の軸方向速度をかなり増大せしめる
ことにより、中央本体12の耐用寿命をかなり増大せし
めるものである。すなわち、この軸方向速度の増大は曲
り部分88と切頭円錐形部分86とから生じ、曲り部分
88は基部58のすぐ近くに隣接して入口スロット3
6、38を通して混合区域28に入る空気が小さい軸方
向速度で又は軸方向速度なしで再循環するのを防止し、
また切頭円錐形部分86は環状流れの軸方向速度を火炎
が中央本体12に付着するのを防止する速度に維持し、
又はもし火炎が中央本体12に付着するときには火炎を
追い出すものである。
る燃料/空気混合体の軸方向速度をかなり増大せしめる
ことにより、中央本体12の耐用寿命をかなり増大せし
めるものである。すなわち、この軸方向速度の増大は曲
り部分88と切頭円錐形部分86とから生じ、曲り部分
88は基部58のすぐ近くに隣接して入口スロット3
6、38を通して混合区域28に入る空気が小さい軸方
向速度で又は軸方向速度なしで再循環するのを防止し、
また切頭円錐形部分86は環状流れの軸方向速度を火炎
が中央本体12に付着するのを防止する速度に維持し、
又はもし火炎が中央本体12に付着するときには火炎を
追い出すものである。
【0023】なお、図3において、符号126は先細面
116が長手方向軸線26に沿って延びる第1の距離を
示すと共に、符号128は放出面118が長手方向軸線
26に沿って延びる第2の距離を示し、この第2の距離
128は第1の距離126の少なくても30%とされて
いる。また、符号300は外側再循環区域を示す。
116が長手方向軸線26に沿って延びる第1の距離を
示すと共に、符号128は放出面118が長手方向軸線
26に沿って延びる第2の距離を示し、この第2の距離
128は第1の距離126の少なくても30%とされて
いる。また、符号300は外側再循環区域を示す。
【0024】以上本発明をその実施例に関して図示し詳
述してきたけれども、本発明の精神及び範囲を逸脱する
ことなく、その形態及び詳部においてさまざまな変更が
できることは当業者にとって理解されるであろう。
述してきたけれども、本発明の精神及び範囲を逸脱する
ことなく、その形態及び詳部においてさまざまな変更が
できることは当業者にとって理解されるであろう。
【図1】図2の線1−1に沿う本発明で用いる燃料ノズ
ルの断面図である。
ルの断面図である。
【図2】図1の線2−2に沿う本発明で用いる燃料ノズ
ルの断面図である。
ルの断面図である。
【図3】図2の線3−3に沿う本発明で用いる燃料ノズ
ルの断面図である。
ルの断面図である。
10 燃料ノズル 12 中央本体 14 スクロールスワラ 16 第1の端板 18 第2の端板 20 燃焼器入口ポート 22,24 スクロール部材 26 長手方向軸線 28 混合区域 32,34 中心線 36,38 入口スロット 40 燃焼用空気 44,46,48,50 重なり端 52,54 燃料導管 56 燃焼器 58 基部 60,62 空気供給穴 64 内部通路 66 第1の円筒形通路 68 第1の端又は放出オリフィス 70 第2の端 72 第2の円筒形通路 74 第1の端 76 第2の端 78 テーパ通路 80 第1の端 82 第2の端 84 半径方向外側表面 86 切頭円錐形部分 88 曲り部分 90 切頭円錐形部分の高さ 92 円 94 中心 96,98 ランプ 100 内部室 102 空気 104,106 開口 108 スワラ 110 燃料ランス 112 内部通路 114 燃料噴射口 116 先細面 118 放出面 120 中間面 122 燃焼器面 124 出口面 126 第1の距離 128 第2の距離 200 中央再循環区域 300 外側再循環区域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F23R 3/30 F23R 3/30 3/34 3/34 (72)発明者 ウィリアム・エー・ソーワ アメリカ合衆国コネチカット州 06070 シムスバリー市ウインドハム・ドライブ 34 (72)発明者 ステフェン・ケー・クラマー アメリカ合衆国フロリダ州 34997 スチ ュアート市サウスウエスト・エイティーン ス・アベニュー 8438
Claims (4)
- 【請求項1】ガスタービンエンジンの燃焼器内で燃料を
予混合式の燃焼で燃焼する方法において、 第1の端板と第2の端板とを有し、前記第1の端板が前
記第2の端板と間隔を置いてそれらの間に実質的に円筒
形の混合区域を画成すると共に、前記第2の端板がこの
第2の端板を貫通して延びる燃焼器入口ポートを有して
いるスクロールスワラを設ける段階と、 前記混合区域内に設けられていると共に半径方向外側表
面を有し、この半径方向外側表面が前記燃焼器入口ポー
トに向かってテーパして前記混合区域の全体長さに沿っ
て延びていると共に長手方向軸線と同軸である中央本体
を設ける段階と、 燃焼用空気の第1の部分を前記混合区域の長さに沿って
実質的に連続して前記混合区域内に接線方向に導入する
段階と、 前記燃焼用空気の第1の部分を前記混合区域内に導入す
るときに、燃料の第1の部分を前記燃焼用空気の第1の
部分中に導入する段階と、 前記燃焼用空気と前記燃料との第1の部分を前記混合区
域内での火炎安定を妨げる軸方向速度で前記混合区域に
向って流しながら、前記燃焼用空気と前記燃料との第1
の部分を前記中央本体のまわりに旋回させることによ
り、これら燃焼用空気と燃料との第1の部分を混合する
段階と、 前記燃料を前記混合区域の外で燃焼する段階と、 を包含してなる方法。 - 【請求項2】請求項1記載の方法において、前記燃料を
前記混合区域の外で燃焼する段階の前に、燃焼用空気の
第2の部分を前記燃焼器入口ポートで前記燃焼用空気の
一部分中にその半径方向内向きに導入する段階を包含し
てなる方法。 - 【請求項3】請求項2記載の方法において、前記燃焼用
空気の第2の部分を前記燃焼器入口ポートで前記燃焼用
空気の第1の部分中にその半径方向内向きに導入する段
階の前に、前記燃焼用空気の第2の部分を、前記燃焼用
空気の第1の部分の角速度と実質的に等しい角速度で前
記中央本体内で旋回させる段階を包含してなる方法。 - 【請求項4】請求項3記載の方法において、前記燃焼用
空気の第2の部分を前記燃焼用空気の第1の部分中にそ
の半径方向内向きに導入する段階が、 前記燃焼用空気の第2の部分を前記中央本体内に導入す
る段階と、 燃料の第2の部分を前記燃焼用空気の第2の部分中に導
入する段階と、 前記燃料の第2の部分を前記燃焼用空気の第2の部分に
混合する段階と、 を包含してなる方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US08/771,409 US5896739A (en) | 1996-12-20 | 1996-12-20 | Method of disgorging flames from a two stream tangential entry nozzle |
US08/771,409 | 1996-12-20 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10196955A true JPH10196955A (ja) | 1998-07-31 |
Family
ID=25091718
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9365234A Pending JPH10196955A (ja) | 1996-12-20 | 1997-12-19 | ガスタービンエンジンの燃焼器内で燃料を燃焼する方法 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5896739A (ja) |
JP (1) | JPH10196955A (ja) |
CN (1) | CN1111671C (ja) |
CA (1) | CA2225364A1 (ja) |
RU (1) | RU2197684C2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2010085089A (ja) * | 2008-10-02 | 2010-04-15 | General Electric Co <Ge> | ガスタービンにおける空気−燃料混合のためのシステム及び方法 |
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US6098407A (en) * | 1998-06-08 | 2000-08-08 | United Technologies Corporation | Premixing fuel injector with improved secondary fuel-air injection |
US6082111A (en) * | 1998-06-11 | 2000-07-04 | Siemens Westinghouse Power Corporation | Annular premix section for dry low-NOx combustors |
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CN103822229B (zh) * | 2014-02-28 | 2017-11-03 | 北京华清燃气轮机与煤气化联合循环工程技术有限公司 | 一种燃气轮机燃烧室低旋流喷嘴 |
CN104214799B (zh) * | 2014-09-03 | 2017-01-18 | 北京华清燃气轮机与煤气化联合循环工程技术有限公司 | 燃气轮机燃烧室轴向旋流喷嘴 |
CN105664798B (zh) * | 2016-02-26 | 2018-10-16 | 上海齐耀热能工程有限公司 | 雾化喷嘴 |
RU2633972C1 (ru) * | 2016-04-25 | 2017-10-20 | Александр Васильевич Шаталов | Способ подачи топлива в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания |
US11073114B2 (en) * | 2018-12-12 | 2021-07-27 | General Electric Company | Fuel injector assembly for a heat engine |
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CH680084A5 (ja) * | 1989-06-06 | 1992-06-15 | Asea Brown Boveri | |
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-
1996
- 1996-12-20 US US08/771,409 patent/US5896739A/en not_active Expired - Lifetime
-
1997
- 1997-12-19 CA CA002225364A patent/CA2225364A1/en not_active Abandoned
- 1997-12-19 JP JP9365234A patent/JPH10196955A/ja active Pending
- 1997-12-19 RU RU97121004/06A patent/RU2197684C2/ru not_active IP Right Cessation
- 1997-12-19 CN CN97125762A patent/CN1111671C/zh not_active Expired - Fee Related
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JP2010085089A (ja) * | 2008-10-02 | 2010-04-15 | General Electric Co <Ge> | ガスタービンにおける空気−燃料混合のためのシステム及び方法 |
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Publication number | Publication date |
---|---|
CN1187600A (zh) | 1998-07-15 |
RU2197684C2 (ru) | 2003-01-27 |
CA2225364A1 (en) | 1998-06-20 |
CN1111671C (zh) | 2003-06-18 |
US5896739A (en) | 1999-04-27 |
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