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JP2007147125A - Gas turbine combustor - Google Patents

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JP2007147125A
JP2007147125A JP2005339743A JP2005339743A JP2007147125A JP 2007147125 A JP2007147125 A JP 2007147125A JP 2005339743 A JP2005339743 A JP 2005339743A JP 2005339743 A JP2005339743 A JP 2005339743A JP 2007147125 A JP2007147125 A JP 2007147125A
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JP
Japan
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combustor
inner cylinder
gas turbine
gas
tip
Prior art date
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Pending
Application number
JP2005339743A
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Japanese (ja)
Inventor
Atsushi Yuasa
厚志 湯淺
Satoshi Tanimura
聡 谷村
Shigemi Bandai
重実 萬代
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP2005339743A priority Critical patent/JP2007147125A/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress generation of flashbacks by increasing a combustor wall surface vicinity flow velocity of premixed gas flowing from a combustor inner tube to a combustor tail pipe in a gas turbine combustor. <P>SOLUTION: The gas turbine combustor is composed by connecting the combustor tail pipe 33 to a tip of the combustor inner tube 32, arranging a pilot nozzle 34 in a center part of the combustor inner tube 32, and arranging a plurality of premix nozzles 35 so as to surround the pilot nozzle 34 along a circumferential direction in an inner circumference face. A restriction part 43 comprising a curved shape reducing a gas passage cross-sectional area is provided on the tip of the combustor inner tube 32. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

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、希薄予混合燃料の安定燃焼を行うためにパイロット拡散火炎を用いた保炎を行うガスタービン燃焼器に関する。   The present invention provides a pilot diffusion flame for stable combustion of a lean premixed fuel in a gas turbine which supplies fuel to compressed compressed air and burns it, and supplies the generated combustion gas to the turbine to obtain rotational power. The present invention relates to a gas turbine combustor that performs flame holding.

例えば、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おり、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、高温・高圧の燃焼ガスがタービンを駆動し、このタービンに連結された発電機を駆動する。この場合、タービンは、車室内に複数の静翼及び動翼が交互に配設されて構成されており、燃焼ガスにより動翼を駆動することで発電機の連結される出力軸を回転駆動している。そして、タービンを駆動した燃焼ガスは、排気車室のディフューザにより静圧に変換されてから大気に放出される。   For example, a gas turbine is composed of a compressor, a combustor, and a turbine. The air taken in from the air intake port is compressed by the compressor to become high-temperature / high-pressure compressed air. Fuel is supplied to the compressed air and burned, and high-temperature and high-pressure combustion gas drives a turbine and a generator connected to the turbine. In this case, the turbine is configured by alternately arranging a plurality of stationary blades and moving blades in the vehicle interior, and rotationally drives an output shaft connected to the generator by driving the moving blades with combustion gas. ing. The combustion gas that has driven the turbine is converted to static pressure by the diffuser in the exhaust casing and then released to the atmosphere.

図10は、従来のガスタービン燃焼器を表す要部概略図である。従来のガスタービン燃焼器において、図10に示すように、図示しない燃焼器外筒に燃焼器内筒001が支持され、この燃焼器内筒001の先端部に燃焼器尾筒002が連結されてケーシングが構成されている。この燃焼器内筒001内には、その中心部にパイロットノズル003が配設されると共に、燃焼器内筒001の内周面に周方向に沿ってパイロットノズル003を取り囲むように複数の予混合ノズル004が配設されている。そして、パイロットノズル003内にパイロット燃料棒005が配置され、各予混合ノズル004内にメイン燃料棒006が配置されており、パイロット燃料棒005及びメイン燃料棒006は、基端部に図示しない燃料供給装置から燃料が供給され、先端部から燃料を噴射することができる。また、パイロットノズル003内にはパイロットスワールベーン007が配置されると共に、各予混合ノズル004内には予混合スワールベーン008が配置されている。   FIG. 10 is a main part schematic diagram showing a conventional gas turbine combustor. In the conventional gas turbine combustor, as shown in FIG. 10, a combustor inner cylinder 001 is supported by a combustor outer cylinder (not shown), and a combustor tail cylinder 002 is connected to a tip portion of the combustor inner cylinder 001. A casing is constructed. In this combustor inner cylinder 001, a pilot nozzle 003 is disposed at the center thereof, and a plurality of premixes are provided on the inner peripheral surface of the combustor inner cylinder 001 so as to surround the pilot nozzle 003 along the circumferential direction. A nozzle 004 is provided. A pilot fuel rod 005 is disposed in the pilot nozzle 003, a main fuel rod 006 is disposed in each premixing nozzle 004, and the pilot fuel rod 005 and the main fuel rod 006 are not shown at the base end. Fuel is supplied from the supply device, and fuel can be injected from the tip. A pilot swirl vane 007 is disposed in the pilot nozzle 003 and a premixing swirl vane 008 is disposed in each premixing nozzle 004.

従って、圧縮機によって圧縮された高温・高圧の圧縮空気の空気流がガスタービン燃焼器に流れこむと、各予混合ノズル004内では、この空気流がメイン燃料棒006から噴射された燃料と混合され、予混合気の旋回流となって尾筒002内に流れ込む。一方、パイロットノズル003内では、圧縮空気の空気流がパイロット燃料棒005から噴射された燃料と混合され、この混合気は図示しない種火により着火されて燃焼し、燃焼ガスとなって尾筒002内に噴出する。このとき、燃焼ガスの一部が尾筒002内に火炎を伴って周囲に拡散するように噴出することで、各予混合ノズル004から尾筒002内に流れ込んだ予混合気に着火されて燃焼する。即ち、パイロット燃料棒005から噴射したパイロット燃料による拡散火炎により、予混合ノズル004からの希薄予混合燃料の安定燃焼を行うための保炎を行うことができる。   Accordingly, when an air flow of high-temperature and high-pressure compressed air compressed by the compressor flows into the gas turbine combustor, this air flow is mixed with the fuel injected from the main fuel rod 006 in each premixing nozzle 004. The swirl flow of the premixed gas flows into the tail cylinder 002. On the other hand, in the pilot nozzle 003, the air flow of the compressed air is mixed with the fuel injected from the pilot fuel rod 005, and this air-fuel mixture is ignited and burned by a seed fire (not shown) to become a combustion gas and the tail cylinder 002. Erupts inside. At this time, a part of the combustion gas is injected into the tail cylinder 002 so as to diffuse to the surroundings with a flame, so that the premixed gas flowing into the tail cylinder 002 from each premix nozzle 004 is ignited and burned. To do. That is, flame holding for stable combustion of the lean premixed fuel from the premixing nozzle 004 can be performed by the diffusion flame by the pilot fuel injected from the pilot fuel rod 005.

このようなガスタービンとしては、下記特許文献1、2に記載されたものがある。   As such a gas turbine, there are those described in Patent Documents 1 and 2 below.

特開2002−372238号公報JP 2002-372238 A 特開平06−347040号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 06-347040

上述した従来のガスタービンでは、高温・高圧の圧縮空気の空気流が各予混合ノズル004内でメイン燃料棒006から噴射された燃料と混合され、予混合気の旋回流となって尾筒002内に流れ込み、パイロットノズル003からの燃焼ガスの一部により着火されて燃焼する。このとき、各予混合ノズル004から噴出した予混合気は、燃焼器内筒001の内壁面に沿って燃焼器尾筒002に流れ込むが、燃焼器内筒001から燃焼器尾筒002にかけてその内径が広がっており、ここに予混合気の低流速域または剥離域が生じてしまう。即ち、予混合気が燃焼器内筒001から燃焼器尾筒002に滑らかに流れ込むようにその内径が広がっているが、この燃焼器内筒001と燃焼器尾筒002との間に形成された段差により、燃焼器内筒001の壁面に沿って流れる予混合気の一部が燃焼器尾筒002に滑らかに流れずに、ここに渦を形成して低流速域または剥離域が発生してしまう。すると、ここでは、所定の燃焼速度よりも予混合気の流速が遅くなり、着火後の火炎が戻る、所謂、フラッシュバックが発生し、燃焼が不安定となって燃焼効率が低下してしまう。   In the conventional gas turbine described above, the air flow of the high-temperature and high-pressure compressed air is mixed with the fuel injected from the main fuel rod 006 in each premixing nozzle 004, and becomes a swirling flow of the premixed air and the tail cylinder 002. Then, it is ignited by a part of the combustion gas from the pilot nozzle 003 and burned. At this time, the premixed gas ejected from each premixing nozzle 004 flows into the combustor tail cylinder 002 along the inner wall surface of the combustor inner cylinder 001, but its inner diameter extends from the combustor inner cylinder 001 to the combustor tail cylinder 002. And a low flow rate region or a separation region of the premixed gas is generated here. That is, the inner diameter is widened so that the premixed gas smoothly flows from the combustor inner cylinder 001 to the combustor tail cylinder 002, but is formed between the combustor inner cylinder 001 and the combustor tail cylinder 002. Due to the level difference, a part of the premixed gas flowing along the wall surface of the combustor inner cylinder 001 does not flow smoothly to the combustor tail cylinder 002, and a vortex is formed here to generate a low flow velocity region or a separation region. End up. Then, here, the flow rate of the premixed gas becomes slower than the predetermined combustion speed, so-called flashback occurs in which the flame after ignition returns, so that the combustion becomes unstable and the combustion efficiency is lowered.

なお、特許文献2のガスタービンでは、ケーシングの先端部に容器15を連結し、ケーシング内に形成した同心の3つの環状通路を中心側に湾曲させることで、容器との間に段差を形成し、ここに再循環流の渦を形成して火炎の吹き消えを阻止するようにしているが、この再循環流の渦によりフラッシュバックが発生してしまう。   In the gas turbine disclosed in Patent Document 2, a container 15 is connected to the tip of the casing, and three concentric annular passages formed in the casing are curved toward the center to form a step between the container and the container. Here, a vortex of the recirculation flow is formed to prevent the flame from being blown out, but flashback occurs due to the vortex of the recirculation flow.

本発明は上述した課題を解決するものであり、燃焼器内筒から燃焼器尾筒へ流れる予混合気の燃焼器壁面近傍流速を増加させることでフラッシュバックの発生を抑制可能としたガスタービン燃焼器を提供することを目的とする。   The present invention solves the above-described problems, and is a gas turbine combustion capable of suppressing the occurrence of flashback by increasing the velocity near the combustor wall surface of the premixed gas flowing from the combustor inner cylinder to the combustor tail cylinder. The purpose is to provide a vessel.

上記の目的を達成するための請求項1の発明のガスタービン燃焼器は、燃焼器内筒と、該燃焼器内筒の先端部に連結された燃焼器尾筒と、前記燃焼器内筒の中心部に配設されたパイロットノズルと、前記燃焼器内筒の内周面に周方向に沿って前記パイロットノズルを取り囲むように配設された複数の予混合ノズルとを具えたガスタービン燃焼器において、前記燃焼器内筒の先端部にガス通路断面積が縮小する曲面形状をなす絞り部が設けられたことを特徴とするものである。   In order to achieve the above object, a gas turbine combustor according to a first aspect of the present invention includes a combustor inner cylinder, a combustor tail cylinder connected to a tip portion of the combustor inner cylinder, and the combustor inner cylinder. A gas turbine combustor comprising a pilot nozzle disposed in the center and a plurality of premixing nozzles disposed on the inner circumferential surface of the combustor inner cylinder so as to surround the pilot nozzle along the circumferential direction In the above, a throttle portion having a curved surface shape in which a gas passage cross-sectional area is reduced is provided at a tip portion of the inner cylinder of the combustor.

請求項2の発明のガスタービン燃焼器では、前記絞り部は、前記予混合ノズルの先端部よりもガス流れ方向における下流側に設けられたことを特徴としている。   In the gas turbine combustor according to a second aspect of the present invention, the throttle portion is provided on the downstream side in the gas flow direction with respect to the tip portion of the premixing nozzle.

請求項3の発明のガスタービン燃焼器では、前記予混合ノズルの先端部に、前記燃焼器内筒に設けられた前記絞り部に沿った屈曲部が設けられたことを特徴としている。   In the gas turbine combustor according to a third aspect of the present invention, a bent portion along the throttle portion provided in the inner cylinder of the combustor is provided at a tip portion of the premixing nozzle.

請求項4の発明のガスタービン燃焼器では、前記絞り部は、前記燃焼器内筒内を流れるガスの旋回流軌跡に沿った形状に形成されたことを特徴としている。   In a gas turbine combustor according to a fourth aspect of the present invention, the throttle portion is formed in a shape along a trajectory of a swirling flow of the gas flowing in the inner cylinder of the combustor.

請求項5の発明のガスタービン燃焼器では、前記燃焼器内筒の先端部に、前記絞り部からガス通路断面積が拡大して前記燃焼器尾筒に滑らかに連続する平面部が設けられたことを特徴としている。   In the gas turbine combustor according to the fifth aspect of the present invention, a flat surface portion that has a gas passage cross-sectional area enlarged from the throttle portion and smoothly continues to the combustor tail tube is provided at the tip of the combustor inner tube. It is characterized by that.

請求項6の発明のガスタービン燃焼器では、前記燃焼器内筒の内径に対する前記絞り部の内径の比率が、0.8以上1.0未満に設定されると共に、前記予混合ノズルの先端から前記燃焼器内筒の先端までの長さに対する前記予混合ノズルの先端から前記絞り部における最小内径位置までの長さの比率が、0.05以上0.3以下に設定されたことを特徴としている。   In the gas turbine combustor according to the invention of claim 6, the ratio of the inner diameter of the throttle portion to the inner diameter of the inner cylinder of the combustor is set to 0.8 or more and less than 1.0, and from the tip of the premixing nozzle. The ratio of the length from the tip of the premixing nozzle to the minimum inner diameter position of the throttle portion relative to the length to the tip of the combustor inner cylinder is set to 0.05 or more and 0.3 or less. Yes.

請求項7の発明のガスタービン燃焼器では、前記燃焼器内筒の内周面に、前記複数の予混合ノズルの外周面と周方向に沿ってほぼ均一な幅を有する流路を形成するガイド部が設けられたことを特徴としている。   In the gas turbine combustor according to the seventh aspect of the present invention, a guide is formed on the inner peripheral surface of the inner cylinder of the combustor that has a substantially uniform width along the circumferential direction with the outer peripheral surfaces of the plurality of premixing nozzles. It is characterized by the provision of a section.

請求項8の発明のガスタービン燃焼器では、前記燃焼器内筒の先端部に、外部から前記燃焼器尾筒の内周面に空気を流入する空気流入孔が設けられたことを特徴としている。   The gas turbine combustor according to claim 8 is characterized in that an air inflow hole through which air flows from the outside to the inner peripheral surface of the combustor tail cylinder is provided at the tip of the combustor inner cylinder. .

また、請求項9の発明のガスタービン燃焼器は、燃焼器内筒と、該燃焼器内筒の先端部に連結された燃焼器尾筒と、前記燃焼器内筒の内周面に周方向に沿って配設された複数の予混合ノズルと、該複数の予混合ノズルに囲繞されるように前記燃焼器内筒の中心部に配設されたパイロットノズルとを具えたガスタービン燃焼器において、前記燃焼器内筒の先端部に、前記燃焼器内筒内を流れるガスの旋回流軌跡に沿ってガス通路断面積が拡大する湾曲部が設けられたことを特徴とするものである。   According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a gas turbine combustor including a combustor inner cylinder, a combustor tail cylinder connected to a tip portion of the combustor inner cylinder, and an inner circumferential surface of the combustor inner cylinder in a circumferential direction. A gas turbine combustor comprising: a plurality of premixing nozzles disposed along a plurality of premixing nozzles; and a pilot nozzle disposed in a central portion of the combustor inner cylinder so as to be surrounded by the plurality of premixing nozzles In addition, the tip of the combustor inner cylinder is provided with a curved portion whose gas passage cross-sectional area expands along the trajectory of the swirling flow of the gas flowing in the combustor inner cylinder.

請求項10の発明のガスタービン燃焼器では、前記燃焼器内筒の先端部に、前記湾曲部から前記燃焼器尾筒に滑らかに連続する平面部が設けられたことを特徴としている。   The gas turbine combustor according to the invention of claim 10 is characterized in that a flat portion smoothly extending from the curved portion to the combustor tail tube is provided at a tip portion of the combustor inner tube.

請求項1の発明のガスタービン燃焼器によれば、燃焼器内筒の先端部に燃焼器尾筒を連結し、この燃焼器内筒の中心部にパイロットノズルを配設すると共に、内周面に周方向に沿ってパイロットノズルを取り囲むように複数の予混合ノズルを配設して構成し、燃焼器内筒の先端部にガス通路断面積が縮小する曲面形状をなす絞り部を設けたので、予混合ノズルから燃焼器内筒に噴出された予混合気は、曲面形状をなす絞り部によりその流速が増加するため、この燃焼器内筒から燃焼器尾筒にスムースに流れ込むこととなり、予混合気の低流速域または剥離域の発生を抑制し、所謂、燃焼器内筒から燃焼器尾筒へ流れる予混合気の燃焼器壁面近傍流速を増加させることでフラッシュバックの発生を抑制することができる。   According to the gas turbine combustor of the first aspect of the present invention, the combustor tail cylinder is connected to the tip of the combustor inner cylinder, the pilot nozzle is disposed at the center of the combustor inner cylinder, and the inner peripheral surface. A plurality of premixing nozzles are arranged so as to surround the pilot nozzle along the circumferential direction, and a throttle part having a curved surface shape in which the gas passage cross-sectional area is reduced is provided at the tip of the combustor inner cylinder. The premixed gas jetted from the premixing nozzle to the combustor inner cylinder increases its flow velocity due to the constricted portion having a curved surface, and therefore flows smoothly from the combustor inner cylinder to the combustor tail cylinder. Suppresses the occurrence of flashback by suppressing the occurrence of a low velocity region or separation region of the air-fuel mixture and increasing the flow velocity in the vicinity of the combustor wall surface of the premixed gas flowing from the so-called combustor inner cylinder to the combustor tail cylinder. Can do.

請求項2の発明のガスタービン燃焼器によれば、絞り部を予混合ノズルの先端部よりもガス流れ方向における下流側に設けたので、予混合ノズルから燃焼器内筒に噴出された予混合気の流速を絞り部により確実に増加させることができ、増速した予混合気をスムースに燃焼器尾筒に流し込むことができる。   According to the gas turbine combustor of the second aspect of the present invention, since the throttle portion is provided on the downstream side in the gas flow direction from the tip portion of the premixing nozzle, the premixing jetted from the premixing nozzle to the combustor inner cylinder The flow velocity of the gas can be reliably increased by the throttle portion, and the increased premixed gas can be smoothly poured into the combustor tail cylinder.

請求項3の発明のガスタービン燃焼器によれば、予混合ノズルの先端部に燃焼器内筒に設けられた絞り部に沿った屈曲部を設けたので、燃焼器内筒と予混合ノズルの間を流れる空気が予混合ノズルから噴出された予混合気とスムースに合流して絞り部で増速されることとなり、燃焼器内筒と燃焼器尾筒との連結部での予混合気の低流速域または剥離域の発生を確実に抑制することができる。   According to the gas turbine combustor of the invention of claim 3, since the bent portion along the throttle portion provided in the combustor inner cylinder is provided at the tip of the premix nozzle, the combustor inner cylinder and the premix nozzle The air flowing between the premixed gas and the premixed gas jetted from the premixing nozzle smoothly joins and is accelerated at the throttle, and the premixed gas at the connection between the combustor inner cylinder and the combustor tail cylinder is increased. Generation of a low flow rate region or a separation region can be reliably suppressed.

請求項4の発明のガスタービン燃焼器では、絞り部を、燃焼器内筒内を流れるガスの旋回流軌跡に沿った形状に形成したので、予混合ノズルから燃焼器内筒に噴出された予混合気は旋回流であるため、絞り部によりスムースに増速することができ、燃焼器内筒と燃焼器尾筒との連結部での予混合気の低流速域または剥離域の発生を確実に抑制することができる。   In the gas turbine combustor according to the fourth aspect of the present invention, since the throttle portion is formed in a shape along the swirl flow trajectory of the gas flowing in the combustor inner cylinder, the pre-jet ejected from the premixing nozzle to the combustor inner cylinder is formed. Since the air-fuel mixture is a swirling flow, it can be smoothly increased by the throttle, and it is ensured that a low flow velocity region or a separation region of the pre-mixed gas is generated at the connection between the combustor inner cylinder and the combustor tail cylinder. Can be suppressed.

請求項5の発明のガスタービン燃焼器によれば、燃焼器内筒の先端部に、絞り部からガス通路断面積が拡大して燃焼器尾筒に滑らかに連続する平面部を設けたので、絞り部で増速した予混合気は平面部により燃焼器尾筒にスムースに流れ込むこととなり、低流速域または剥離域の発生を確実に抑制することができる。   According to the gas turbine combustor of the invention of claim 5, since the gas passage cross-sectional area is enlarged from the constricted portion and the flat portion that is smoothly continuous to the combustor tail tube is provided at the tip of the combustor inner tube. The premixed gas increased in speed at the throttle portion flows smoothly into the combustor tail cylinder by the flat portion, and the generation of a low flow velocity region or a separation region can be reliably suppressed.

請求項6の発明のガスタービン燃焼器によれば、燃焼器内筒の内径に対する絞り部の内径の比率を0.8以上1.0未満に設定すると共に、予混合ノズルの先端から燃焼器内筒の先端までの長さに対する予混合ノズルの先端から絞り部における最小内径位置までの長さの比率を0.05以上0.3以下に設定したので、絞り部の大きさと位置を適正値に設定することで、予混合気の低流速域または剥離域の発生を抑制し、フラッシュバックの発生を確実に抑制することができる。   According to the gas turbine combustor of the sixth aspect of the invention, the ratio of the inner diameter of the throttle portion to the inner diameter of the inner cylinder of the combustor is set to 0.8 or more and less than 1.0, and from the tip of the premixing nozzle to the inside of the combustor. Since the ratio of the length from the tip of the premixing nozzle to the minimum inner diameter position in the throttle portion to the length to the tip of the cylinder is set to 0.05 or more and 0.3 or less, the size and position of the throttle portion are set to appropriate values. By setting, generation | occurrence | production of the low flow velocity area or peeling area | region of a premixed gas can be suppressed, and generation | occurrence | production of flashback can be suppressed reliably.

請求項7の発明のガスタービン燃焼器によれば、燃焼器内筒の内周面に複数の予混合ノズルの外周面と周方向に沿ってほぼ均一な幅を有する流路を形成するガイド部を設けたので、燃焼器内筒と予混合ノズルの間を流れる空気がガイド部により増速され、予混合ノズルから噴出された予混合気とスムースに合流することとなり、燃焼器内筒と燃焼器尾筒との連結部での予混合気の低流速域または剥離域の発生を確実に抑制することができる。   According to the gas turbine combustor of the seventh aspect of the present invention, the guide portion that forms the flow path having a substantially uniform width along the outer peripheral surface of the plurality of premix nozzles and the circumferential direction on the inner peripheral surface of the combustor inner cylinder. Therefore, the air flowing between the combustor inner cylinder and the premixing nozzle is accelerated by the guide part, and the premixed gas ejected from the premixing nozzle and smoothly join, and the combustor inner cylinder and the combustion are combusted. Generation | occurrence | production of the low-flow-rate area | region or peeling area | region of the premixed gas in a connection part with a breech cylinder can be suppressed reliably.

請求項8の発明のガスタービン燃焼器によれば、燃焼器内筒の先端部に外部から燃焼器尾筒の内周面に空気を流入する空気流入孔を設けたので、空気流入孔から燃焼器尾筒の内周面に流入する空気により燃焼器内筒から燃焼器尾筒に流入する予混合気を増速させ、燃焼器内筒と燃焼器尾筒との連結部での予混合気の低流速域または剥離域の発生を確実に抑制することができる。   According to the gas turbine combustor of the eighth aspect of the present invention, since the air inlet hole through which air flows from the outside to the inner peripheral surface of the combustor tail cylinder is provided at the tip of the combustor inner cylinder, the combustion from the air inlet hole The premixed gas at the connecting portion between the combustor inner cylinder and the combustor tail cylinder is accelerated by increasing the premixed gas flowing from the combustor inner cylinder into the combustor tail cylinder by the air flowing into the inner peripheral surface of the combustor tail cylinder. The generation of a low flow velocity region or a separation region can be reliably suppressed.

また、請求項9の発明のガスタービン燃焼器によれば、燃焼器内筒の先端部に燃焼器尾筒を連結し、この燃焼器内筒の中心部にパイロットノズルを配設すると共に、内周面に周方向に沿ってパイロットノズルを取り囲むように複数の予混合ノズルを配設して構成し、燃焼器内筒の先端部に燃焼器内筒内を流れるガスの旋回流軌跡に沿ってガス通路断面積が拡大する湾曲部を設けたので、予混合ノズルから燃焼器内筒に噴出された予混合気は、ガスの旋回流軌跡に沿った湾曲部により燃焼器内筒から燃焼器尾筒にスムースに流れ込むこととなり、予混合気の低流速域または剥離域の発生を抑制し、所謂、燃焼器内筒から燃焼器尾筒へ流れる予混合気の燃焼器壁面近傍流速を増加させることでフラッシュバックの発生を抑制することができる。   According to the gas turbine combustor of the ninth aspect of the invention, the combustor tail cylinder is connected to the tip of the combustor inner cylinder, the pilot nozzle is disposed at the center of the combustor inner cylinder, A plurality of premixing nozzles are arranged on the peripheral surface so as to surround the pilot nozzle along the circumferential direction, and along the swirl flow trajectory of the gas flowing in the combustor inner cylinder at the tip of the combustor inner cylinder. Since the gas passage cross-sectional area is enlarged, the premixed gas ejected from the premixing nozzle to the combustor inner cylinder is separated from the combustor inner cylinder by the curved section along the gas swirl flow trajectory. Slowly flows into the cylinder, suppresses the generation of a low flow velocity region or separation region of the premixed gas, and increases the flow velocity near the combustor wall surface of the premixed gas flowing from the combustor inner cylinder to the combustor tail cylinder. Thus, the occurrence of flashback can be suppressed.

請求項10の発明のガスタービン燃焼器によれば、燃焼器内筒の先端部に湾曲部から燃焼器尾筒に滑らかに連続する平面部を設けたので、湾曲部で安定化した予混合気は平面部により燃焼器尾筒にスムースに流れ込むこととなり、低流速域または剥離域の発生を確実に抑制することができる。   According to the gas turbine combustor of the tenth aspect of the present invention, since the flat portion that smoothly continues from the curved portion to the combustor tail tube is provided at the tip portion of the combustor inner cylinder, the premixed gas stabilized by the curved portion is provided. Smoothly flows into the combustor tail cylinder by the flat portion, and the generation of a low flow velocity region or a separation region can be reliably suppressed.

以下に添付図面を参照して、本発明に係るガスタービン燃焼器の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。   Exemplary embodiments of a gas turbine combustor according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

図1は、本発明の実施例1に係るガスタービン燃焼器を表す要部概略図、図2−1は、実施例1のガスタービン燃焼器における絞り部の旋回流軌跡形状の説明図、図2−2は、実施例1のガスタービン燃焼器における予混合スワールベーンの説明図、図3は、実施例1のガスタービンの概略構成図、図4は、実施例1のガスタービン燃焼器の概略構成図である。   FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a main part of a gas turbine combustor according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2-1 is an explanatory diagram of a swirl flow locus shape of a throttle portion in the gas turbine combustor according to the first embodiment. 2-2 is an explanatory diagram of a premixed swirl vane in the gas turbine combustor of the first embodiment, FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the gas turbine of the first embodiment, and FIG. 4 is a diagram of the gas turbine combustor of the first embodiment. It is a schematic block diagram.

実施例1のガスタービンは、図3に示すように、圧縮機11と燃焼器(ガスタービン燃焼器)12とタービン13と排気室14により構成され、このタービン13に図示しない発電機が連結されている。この圧縮機11は、空気を取り込む空気取入口15を有し、圧縮機車室16内に複数の静翼17と動翼18が交互に配設されてなり、その外側に抽気マニホールド19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、バーナで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20内に複数の静翼21と動翼22が交互に配設されている。排気室14は、タービン13に連続する排気ディフューザ23を有している。また、圧縮機11、燃焼器12、タービン13、排気室14の中心部を貫通するようにロータ(タービン軸)24が位置しており、圧縮機11側の端部が軸受部25により回転自在に支持される一方、排気室14側の端部が軸受部26により回転自在に支持されている。そして、このロータ24に複数のディスクプレートが固定され、各動翼18,22が連結されると共に、排気室14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。   As shown in FIG. 3, the gas turbine according to the first embodiment includes a compressor 11, a combustor (gas turbine combustor) 12, a turbine 13, and an exhaust chamber 14, and a generator (not shown) is connected to the turbine 13. ing. The compressor 11 has an air intake port 15 for taking in air, a plurality of stationary blades 17 and moving blades 18 are alternately arranged in a compressor casing 16, and a bleed manifold 19 is provided on the outside thereof. ing. The combustor 12 is combustible by supplying fuel to the compressed air compressed by the compressor 11 and igniting it with a burner. In the turbine 13, a plurality of stationary blades 21 and moving blades 22 are alternately arranged in a turbine casing 20. The exhaust chamber 14 has an exhaust diffuser 23 that is continuous with the turbine 13. A rotor (turbine shaft) 24 is positioned so as to pass through the center of the compressor 11, the combustor 12, the turbine 13, and the exhaust chamber 14, and an end portion on the compressor 11 side is freely rotatable by a bearing portion 25. On the other hand, the end portion on the exhaust chamber 14 side is rotatably supported by the bearing portion 26. A plurality of disk plates are fixed to the rotor 24, the rotor blades 18 and 22 are connected, and a drive shaft of a generator (not shown) is connected to the end on the exhaust chamber 14 side.

従って、圧縮機11の空気取入口15から取り込まれた空気が、複数の静翼21と動翼22を通過して圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となり、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ることで燃焼する。そして、この燃焼器12で生成された作動流体である高温・高圧の燃焼ガスが、タービン13を構成する複数の静翼21と動翼22を通過することでロータ24を駆動回転し、このロータ24に連結された発電機を駆動する一方、排気ガスは排気室14の排気ディフューザ23で静圧に変換されてから大気に放出される。   Therefore, the air taken in from the air intake port 15 of the compressor 11 passes through the plurality of stationary blades 21 and the moving blades 22 and is compressed to become high-temperature and high-pressure compressed air. Combustion occurs when a predetermined fuel is supplied to the compressed air. The high-temperature and high-pressure combustion gas that is the working fluid generated in the combustor 12 passes through the plurality of stationary blades 21 and the moving blades 22 constituting the turbine 13 to drive and rotate the rotor 24. While the generator connected to 24 is driven, the exhaust gas is converted into static pressure by the exhaust diffuser 23 in the exhaust chamber 14 and then released to the atmosphere.

上述した燃焼器12において、図4に示すように、燃焼器外筒31に燃焼器内筒32が支持され、この燃焼器内筒32の先端部に燃焼器尾筒33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32内には、その中心部にパイロットノズル34が配設されると共に、燃焼器内筒32の内周面に周方向に沿ってパイロットノズル34を取り囲むように複数の予混合ノズル35が配設されており、パイロットノズル34の先端部にはパイロットコーン36が装着されている。   In the above-described combustor 12, as shown in FIG. 4, the combustor inner cylinder 32 is supported by the combustor outer cylinder 31, and the combustor tail cylinder 33 is connected to the tip of the combustor inner cylinder 32 to combust the combustor. A casing is constructed. In the combustor inner cylinder 32, a pilot nozzle 34 is disposed at the center thereof, and a plurality of premixing nozzles are disposed on the inner peripheral surface of the combustor inner cylinder 32 so as to surround the pilot nozzle 34 along the circumferential direction. 35 is disposed, and a pilot cone 36 is attached to the tip of the pilot nozzle 34.

詳細に説明すると、図1に示すように、燃焼器内筒32は、先端部、つまり、混合気の流れ方向における下流端部の外周面に燃焼器尾筒33の基端部、つまり、混合気の流れ方向における上流端部の内周面が連結部材37を介して連結されている。そして、この燃焼器内筒32の内周側には、所定の空気流路38を介して複数の予混合ノズル35が配設され、その中心部にパイロットノズル34が配設されている。そして、パイロットノズル34内にパイロット燃料棒39が配置され、各予混合ノズル35内にメイン燃料棒40が配置されており、パイロット燃料棒39及びメイン燃料棒40は、基端部に図示しない燃料供給装置からの燃料が供給され、先端部から燃料を噴射することができる。また、パイロットノズル34内にはパイロットスワールベーン41が配置されると共に、各予混合ノズル35内には予混合スワールベーン42が配置されている。   More specifically, as shown in FIG. 1, the combustor inner cylinder 32 has a distal end portion, that is, a base end portion of the combustor tail cylinder 33, that is, a mixing portion on the outer peripheral surface of the downstream end portion in the flow direction of the mixture. The inner peripheral surface of the upstream end in the gas flow direction is connected via a connecting member 37. A plurality of premixing nozzles 35 are disposed on the inner peripheral side of the combustor inner cylinder 32 via a predetermined air flow path 38, and a pilot nozzle 34 is disposed at the center thereof. Pilot fuel rods 39 are disposed in the pilot nozzles 34, main fuel rods 40 are disposed in the respective premixing nozzles 35, and the pilot fuel rods 39 and the main fuel rods 40 are not shown at the base end. The fuel from the supply device is supplied, and the fuel can be injected from the tip portion. A pilot swirl vane 41 is disposed in the pilot nozzle 34, and a premixing swirl vane 42 is disposed in each premixing nozzle 35.

そして、本実施例では、燃焼器内筒32の先端部にガス通路断面積が縮小する曲面形状をなす絞り部43が設けられている。この絞り部43は、予混合ノズル35の先端部よりもガス流れ方向における下流側に設けられており、燃焼器内筒32内を流れるガスの旋回流軌跡に沿った形状に形成されている。また、予混合ノズル35の先端部にこの絞り部43に沿って略平行をなす屈曲部44が設けられている。   In the present embodiment, a throttle portion 43 having a curved shape whose gas passage cross-sectional area is reduced is provided at the tip of the combustor inner cylinder 32. The throttle portion 43 is provided on the downstream side in the gas flow direction with respect to the tip portion of the premixing nozzle 35, and is formed in a shape along the swirl flow locus of the gas flowing in the combustor inner cylinder 32. Further, a bent portion 44 that is substantially parallel to the leading end portion of the premixing nozzle 35 is provided along the throttle portion 43.

この絞り部43における旋回流軌跡形状について説明する。図2−1及び図2−2に示すように、燃焼器内筒32の中心から絞り部43における最小内径位置までの径をR1、予混合ノズル35の先端から燃焼器内筒32の先端までの距離をL1、混合ノズル35の屈曲部44の先端角度をθ、予混合スワールベーン42のスワラ角度をαとすると、下記数式(1)(2)(3)が成り立つ。

Figure 2007147125
従って、下記数式(4)(5)(6)を満たす旋回流軌跡形状を得ることができる。
Figure 2007147125
A swirl flow locus shape in the throttle portion 43 will be described. As shown in FIGS. 2A and 2B, the diameter from the center of the combustor inner cylinder 32 to the minimum inner diameter position of the throttle portion 43 is R1, and from the tip of the premixing nozzle 35 to the tip of the combustor inner cylinder 32. Is the distance L1, the tip angle of the bent portion 44 of the mixing nozzle 35 is θ, and the swirler angle of the premixed swirl vane 42 is α, the following equations (1), (2), and (3) hold.
Figure 2007147125
Therefore, a swirl flow locus shape satisfying the following mathematical formulas (4), (5), and (6) can be obtained.
Figure 2007147125

即ち、予混合ノズル35では、予混合スワールベーン42により空気の旋回流が生成され、この空気の旋回流に対してメイン燃料棒40から燃料が噴射されることで混合され、予混合気として燃焼器内筒32に流れ込む。このとき、絞り部43の形状を予混合気の旋回流が自然に外側へ広がっていく旋回流軌跡形状とすることで、燃焼器内筒32の内壁面に沿った予混合気の流速が低下することなく、また、剥離することなくスムースに燃焼器尾筒33に流すことができる。   That is, in the premixing nozzle 35, a swirling flow of air is generated by the premixing swirl vane 42, and fuel is injected from the main fuel rod 40 into the swirling flow of air to be mixed and burned as a premixed gas. It flows into the inner cylinder 32. At this time, the flow rate of the premixed gas along the inner wall surface of the combustor inner cylinder 32 is reduced by making the shape of the throttle portion 43 into a swirl flow locus shape in which the swirling flow of the premixed gas naturally spreads outward. It can be made to flow smoothly to the combustor tail cylinder 33 without being peeled off or peeling off.

従って、図1に示すように、高温・高圧の圧縮空気の空気流が燃焼器12に流れこむと、各予混合ノズル35内では、この空気流がメイン燃料棒40から噴射された燃料と混合され、予混合気の旋回流となって燃焼器内筒32内に流れ込む。このとき、予混合ノズル35から燃焼器内筒32に流れ込む予混合気は、曲面形状をなす絞り部43によりその流速が増加するため、この燃焼器内筒32から燃焼器尾筒33にスムースに流れ込むこととなり、予混合気の低流速域または剥離域の発生を抑制することができる。   Therefore, as shown in FIG. 1, when an air flow of high-temperature and high-pressure compressed air flows into the combustor 12, this air flow is mixed with the fuel injected from the main fuel rod 40 in each premixing nozzle 35. The swirl flow of the premixed gas flows into the combustor inner cylinder 32. At this time, since the flow velocity of the premixed gas flowing from the premixing nozzle 35 into the combustor inner cylinder 32 is increased by the curved throttle portion 43, the combustor inner cylinder 32 smoothly moves to the combustor tail cylinder 33. It will flow in, and generation | occurrence | production of the low flow-rate area | region or peeling area | region of a premixed gas can be suppressed.

一方、パイロットノズル34内では、圧縮空気の空気流がパイロット燃料棒39から噴射された燃料と混合され、この混合気は図示しない種火により着火されて燃焼し、燃焼ガスとなって燃焼器内筒32内に噴出する。そして、燃焼ガスの一部が燃焼器内筒32内に火炎を伴って周囲に拡散するように噴出することで、各予混合ノズル35から燃焼器内筒32、燃焼器尾筒33に流れ込んだ予混合気に着火されて燃焼する。   On the other hand, in the pilot nozzle 34, the air flow of compressed air is mixed with the fuel injected from the pilot fuel rod 39, and this air-fuel mixture is ignited and burned by a seed flame (not shown) to become combustion gas and become a combustion gas. It ejects into the cylinder 32. Then, a part of the combustion gas is injected into the combustor inner cylinder 32 so as to diffuse to the surroundings with a flame, so that it flows from each premix nozzle 35 into the combustor inner cylinder 32 and the combustor tail cylinder 33. It is ignited by the premixed gas and burns.

このように実施例1のガスタービン燃焼器にあっては、燃焼器内筒32の先端部に燃焼器尾筒33を連結し、この燃焼器内筒32の中心部にパイロットノズル34を配設すると共に、内周面に周方向に沿ってパイロットノズル34を取り囲むように複数の予混合ノズル35を配設して構成し、燃焼器内筒32の先端部にガス通路断面積が縮小する曲面形状をなす絞り部43を設けている。   As described above, in the gas turbine combustor according to the first embodiment, the combustor tail cylinder 33 is connected to the tip of the combustor inner cylinder 32, and the pilot nozzle 34 is disposed at the center of the combustor inner cylinder 32. In addition, a plurality of premix nozzles 35 are disposed on the inner peripheral surface so as to surround the pilot nozzle 34 along the circumferential direction, and a curved surface whose gas passage cross-sectional area is reduced at the tip of the combustor inner cylinder 32. An aperture 43 having a shape is provided.

従って、予混合ノズル35から燃焼器内筒32に噴出された予混合気は、曲面形状をなす絞り部43によりその流速が増加するため、この燃焼器内筒32から燃焼器尾筒33にスムースに流れ込むこととなり、予混合気の低流速域または剥離域の発生を抑制し、燃焼器内筒32から燃焼器尾筒33へ流れる予混合気の燃焼器壁面近傍流速を増加させることで、所謂、フラッシュバックの発生を抑制することができる。   Accordingly, the flow rate of the premixed gas jetted from the premixing nozzle 35 to the combustor inner cylinder 32 is increased by the throttle portion 43 having a curved surface shape, so that the smoothness from the combustor inner cylinder 32 to the combustor tail cylinder 33 is smooth. The flow velocity of the premixed gas flowing from the combustor inner cylinder 32 to the combustor tail cylinder 33 is increased, and the flow velocity in the vicinity of the combustor wall surface is increased. The occurrence of flashback can be suppressed.

また、実施例1のガスタービン燃焼器では、絞り部43を予混合ノズル35の先端部よりもガス流れ方向における下流側に設けており、予混合ノズル35から燃焼器内筒32に噴出された予混合気の流速を絞り部43により確実に増加させることができ、増速した予混合気をスムースに燃焼器尾筒32に流し込むことができる。そして、予混合ノズル35の先端部に絞り部43に沿った屈曲部44を設けており、燃焼器内筒32と予混合ノズル35の間の空気流路38を流れる空気が予混合ノズル35から噴出された予混合気とスムースに合流して絞り部43で増速されることとなり、燃焼器内筒32と燃焼器尾筒33との連結部での予混合気の低流速域または剥離域の発生を確実に抑制することができる。   Further, in the gas turbine combustor according to the first embodiment, the throttle portion 43 is provided on the downstream side in the gas flow direction with respect to the tip portion of the premixing nozzle 35, and is ejected from the premixing nozzle 35 to the combustor inner cylinder 32. The flow rate of the premixed gas can be reliably increased by the throttle portion 43, and the increased premixed gas can be smoothly poured into the combustor tail cylinder 32. A bent portion 44 is provided at the tip of the premixing nozzle 35 along the throttle portion 43, so that air flowing through the air flow path 38 between the combustor inner cylinder 32 and the premixing nozzle 35 flows from the premixing nozzle 35. The spouted premixed gas is smoothly merged and accelerated by the throttle 43, and the premixed gas low flow velocity region or separation region at the connecting portion between the combustor inner cylinder 32 and the combustor tail cylinder 33 is obtained. Can be reliably suppressed.

更に、実施例1のガスタービン燃焼器では、絞り部43を、燃焼器内筒内32を流れるガスの旋回流軌跡に沿った形状に形成している。従って、予混合ノズル35にて、予混合スワールベーン42により空気の旋回流が生成され、この空気の旋回流に対してメイン燃料棒40から燃料が噴射されて混合され、予混合気として燃焼器内筒32に流れ込むとき、絞り部43の形状を予混合気の旋回流が自然に外側へ広がっていく旋回流軌跡形状とすることで、燃焼器内筒32の内壁面に沿った予混合気の流速が低下することなく、また、剥離することなくスムースに燃焼器尾筒33に流すことができる。   Furthermore, in the gas turbine combustor of the first embodiment, the throttle portion 43 is formed in a shape along the trajectory of the swirling flow of the gas flowing in the combustor inner cylinder 32. Accordingly, a swirling flow of air is generated by the premixing swirl vane 42 in the premixing nozzle 35, fuel is injected from the main fuel rod 40 and mixed with the swirling flow of air, and the combustor is used as a premixed gas. The premixed gas along the inner wall surface of the combustor inner tube 32 is formed by making the shape of the throttle portion 43 into a swirl flow locus shape in which the swirl flow of the premixed gas naturally spreads outward when flowing into the inner tube 32. It is possible to smoothly flow through the combustor tail cylinder 33 without lowering the flow rate of the gas and without peeling.

図5は、本発明の実施例2に係るガスタービン燃焼器を表す要部概略図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。   FIG. 5 is a main part schematic diagram showing a gas turbine combustor according to a second embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member which has the same function as what was demonstrated in the Example mentioned above, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

実施例2のガスタービン燃焼器において、図5に示すように、燃焼器内筒32の先端部に燃焼器尾筒33が連結され、この燃焼器内筒32内の中心部にパイロットノズル34が配設されると共に、燃焼器内筒32の内周面に周方向に沿ってパイロットノズル34を取り囲むように複数の予混合ノズル35が配設されており、燃焼器内筒32と複数の予混合ノズル35の間に空気流路38が設けられている。そして、パイロットノズル34内にパイロット燃料棒39が配置され、各予混合ノズル35内にメイン燃料棒40が配置されると共に、パイロットノズル34内にパイロットスワールベーン41が配置され、各予混合ノズル35内に予混合スワールベーン42が配置されている。   In the gas turbine combustor according to the second embodiment, as shown in FIG. 5, a combustor tail cylinder 33 is connected to the tip of the combustor inner cylinder 32, and a pilot nozzle 34 is provided at the center of the combustor inner cylinder 32. A plurality of premixing nozzles 35 are disposed on the inner peripheral surface of the combustor inner cylinder 32 so as to surround the pilot nozzle 34 along the circumferential direction. An air flow path 38 is provided between the mixing nozzles 35. A pilot fuel rod 39 is disposed in the pilot nozzle 34, a main fuel rod 40 is disposed in each premix nozzle 35, and a pilot swirl vane 41 is disposed in the pilot nozzle 34. A premixed swirl vane 42 is disposed therein.

そして、本実施例では、燃焼器内筒32の先端部に、ガス通路断面積が縮小する旋回流軌跡形状をなす絞り部43が設けられると共に、この絞り部43からガス通路断面積が拡大して燃焼器尾筒33の内壁面に滑らかに連続する平面部45が設けられている。また、予混合ノズル35の先端部にこの絞り部43に沿って略平行をなす屈曲部44が設けられている。   In the present embodiment, a constriction portion 43 having a swirl flow locus shape in which the gas passage cross-sectional area is reduced is provided at the tip of the combustor inner cylinder 32, and the gas passage cross-sectional area is enlarged from the constriction portion 43. A flat portion 45 that is smoothly continuous is provided on the inner wall surface of the combustor tail cylinder 33. Further, a bent portion 44 that is substantially parallel to the leading end portion of the premixing nozzle 35 is provided along the throttle portion 43.

この絞り部43及び平面部45の形状において、燃焼器内筒32の内径Dに対する絞り部43の内径dの比率を0.8以上で1.0未満、つまり、0.8≦d/D<1.0に設定することが望ましく、0.8≦d/D<0.9に設定することが最適である。また、予混合ノズル35の先端から燃焼器内筒32の先端までの長さXに対する予混合ノズル35の先端から絞り部43における最小内径位置までの長さxの比率を0.05以上0.3以下、つまり、0.05≦x/X≦0.3に設定することが望ましく、x/X=0.2に設定することが最適である。   In the shape of the throttle portion 43 and the flat portion 45, the ratio of the inner diameter d of the throttle portion 43 to the inner diameter D of the combustor inner cylinder 32 is 0.8 or more and less than 1.0, that is, 0.8 ≦ d / D <. It is desirable to set 1.0, and it is optimal to set 0.8 ≦ d / D <0.9. Further, the ratio of the length x from the front end of the premixing nozzle 35 to the minimum inner diameter position of the throttle portion 43 with respect to the length X from the front end of the premixing nozzle 35 to the front end of the combustor inner cylinder 32 is 0.05 or more and 0.00. It is desirable to set 3 or less, that is, 0.05 ≦ x / X ≦ 0.3, and it is optimal to set x / X = 0.2.

従って、高温・高圧の圧縮空気の空気流が燃焼器12に流れこむと、各予混合ノズル35内では、この空気流がメイン燃料棒40から噴射された燃料と混合され、予混合気の旋回流となって燃焼器内筒32内に流れ込む。このとき、予混合ノズル35から燃焼器内筒32に流れ込む予混合気は、曲面形状をなす絞り部43によりその流速が増加した後、平面部45によりスムースに拡散するため、この燃焼器内筒32から燃焼器尾筒33に滑らかに流れ込むこととなり、予混合気の低流速域または剥離域の発生を抑制することができる。   Accordingly, when an air flow of high-temperature and high-pressure compressed air flows into the combustor 12, this air flow is mixed with the fuel injected from the main fuel rod 40 in each premixing nozzle 35, and the swirling of the premixed air is performed. As a flow, it flows into the combustor inner cylinder 32. At this time, the premixed gas flowing from the premixing nozzle 35 into the combustor inner cylinder 32 is smoothly diffused by the flat surface portion 45 after the flow velocity is increased by the throttle portion 43 having a curved surface shape. 32 flows smoothly into the combustor tail cylinder 33, and generation of a low flow velocity region or a separation region of the premixed gas can be suppressed.

一方、パイロットノズル34内では、圧縮空気の空気流がパイロット燃料棒39から噴射された燃料と混合され、この混合気は図示しない種火により着火されて燃焼し、燃焼ガスとなって燃焼器内筒32内に噴出する。そして、燃焼ガスの一部が燃焼器内筒32内に火炎を伴って周囲に拡散するように噴出することで、各予混合ノズル35から燃焼器内筒32、燃焼器尾筒33に流れ込んだ予混合気に着火されて燃焼する。   On the other hand, in the pilot nozzle 34, the air flow of compressed air is mixed with the fuel injected from the pilot fuel rod 39, and this air-fuel mixture is ignited and burned by a seed flame (not shown) to become combustion gas and become a combustion gas. It ejects into the cylinder 32. Then, a part of the combustion gas is injected into the combustor inner cylinder 32 so as to diffuse to the surroundings with a flame, so that it flows from each premix nozzle 35 into the combustor inner cylinder 32 and the combustor tail cylinder 33. It is ignited by the premixed gas and burns.

このように実施例2のガスタービン燃焼器にあっては、燃焼器内筒32の先端部に燃焼器尾筒33を連結し、この燃焼器内筒32の中心部にパイロットノズル34を配設すると共に、内周面に周方向に沿ってパイロットノズル34を取り囲むように複数の予混合ノズル35を配設して構成し、燃焼器内筒32の先端部にガス通路断面積が縮小する曲面形状をなす絞り部43を設けると共に、この絞り部43からガス通路断面積が拡大して燃焼器尾筒33の内壁面に滑らかに連続する平面部45を設けている。   As described above, in the gas turbine combustor according to the second embodiment, the combustor tail cylinder 33 is connected to the tip of the combustor inner cylinder 32, and the pilot nozzle 34 is disposed at the center of the combustor inner cylinder 32. In addition, a plurality of premix nozzles 35 are disposed on the inner peripheral surface so as to surround the pilot nozzle 34 along the circumferential direction, and a curved surface whose gas passage cross-sectional area is reduced at the tip of the combustor inner cylinder 32. A throttle portion 43 having a shape is provided, and a plane portion 45 having a gas passage cross-sectional area extending from the throttle portion 43 and smoothly continuing to the inner wall surface of the combustor tail cylinder 33 is provided.

従って、予混合ノズル35から燃焼器内筒32に噴出された予混合気は、曲面形状をなす絞り部43によりその流速が増加し、且つ、平面部45に沿って流動するため、この燃焼器内筒32から燃焼器尾筒33にスムースに流れ込むこととなり、予混合気の低流速域または剥離域の発生を抑制し、燃焼器内筒32から燃焼器尾筒33へ流れる予混合気の燃焼器壁面近傍流速を増加させることで、所謂、フラッシュバックの発生を抑制することができる。   Accordingly, the premixed gas jetted from the premixing nozzle 35 to the combustor inner cylinder 32 has its flow velocity increased by the throttle portion 43 having a curved surface shape and flows along the flat portion 45. The smooth flow from the inner cylinder 32 to the combustor tail cylinder 33 suppresses the generation of a low flow velocity region or a separation region of the premixed gas, and combustion of the premixed gas flowing from the combustor inner cylinder 32 to the combustor tail cylinder 33 occurs. By increasing the near-surface flow velocity, so-called flashback can be suppressed.

また、実施例2のガスタービン燃焼器では、絞り部43及び平面部45の形状にて、燃焼器内筒32の内径Dに対する絞り部43の内径dの比率を0.8以上で1.0未満に設定すると共に、予混合ノズル35の先端から燃焼器内筒32の先端までの長さXに対する予混合ノズル35の先端から絞り部43における最小内径位置までの長さxの比率を0.05以上0.3以下に設定している。従って、絞り部43の大きさと位置を適正値に設定することで、予混合気の低流速域または剥離域の発生を抑制し、フラッシュバックの発生を確実に抑制することができる。   In the gas turbine combustor according to the second embodiment, the ratio of the inner diameter d of the throttle portion 43 to the inner diameter D of the combustor inner cylinder 32 is 0.8 or more and 1.0 in the shape of the throttle portion 43 and the flat portion 45. And the ratio of the length x from the front end of the premixing nozzle 35 to the minimum inner diameter position of the throttle portion 43 with respect to the length X from the front end of the premixing nozzle 35 to the front end of the combustor inner cylinder 32 is set to 0. 0. It is set to 05 or more and 0.3 or less. Therefore, by setting the size and position of the throttle portion 43 to appropriate values, it is possible to suppress the occurrence of a low flow velocity region or a separation region of the premixed gas and reliably suppress the occurrence of flashback.

なお、上述した実施例1、2では、燃焼器内筒32の先端部に絞り部43を設けたり、燃焼器内筒32の先端部に絞り部43及び平面部45を設けたが、この燃焼器内筒32を外筒と内筒とから形成すると共に、絞り部43や平面部45を有する出口外側リングを形成し、この出口外側リングの基端部を内筒の先端部に溶接などにより固定すると共に先端部を外筒の先端部に溶接などにより固定するようにしてもよい。   In the first and second embodiments described above, the throttle 43 is provided at the tip of the combustor inner cylinder 32, or the throttle 43 and the flat part 45 are provided at the tip of the combustor inner cylinder 32. The container inner cylinder 32 is formed of an outer cylinder and an inner cylinder, and an outlet outer ring having a throttle portion 43 and a flat portion 45 is formed, and a base end portion of the outlet outer ring is welded to a distal end portion of the inner cylinder. While fixing, you may make it fix a front-end | tip part to the front-end | tip part of an outer cylinder by welding.

図6は、本発明の実施例3に係るガスタービン燃焼器における予混合ノズル先端部で破断した要部断面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。   FIG. 6 is a cross-sectional view of the main part broken at the tip of the premixing nozzle in the gas turbine combustor according to the third embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member which has the same function as what was demonstrated in the Example mentioned above, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

実施例3のガスタービン燃焼器において、図6に示すように、燃焼器内筒32内の中心部にパイロットノズル(図示略)が配設されると共に、燃焼器内筒32の内周面に周方向に沿ってパイロットノズルを取り囲むように複数の予混合ノズル35が配設されており、各予混合ノズル35内にメイン燃料棒40が配置されると共に、予混合スワールベーン42が配置されている。そして、燃焼器内筒32の内周面に、各予混合ノズルの外周面に沿ったガイド部51を装着することで、各予混合ノズル35の外周面とこのガイド部51との間に、この各予混合ノズル35の周方向に沿ってほぼ均一な幅Wを有する空気流路38が設けられている。なお、このガイド部51の装着位置は、各予混合ノズル35における長手方向全域に設けることが望ましいが、空気流が空気流路38から燃焼器内筒32に噴出する位置、つまり、燃焼器内筒32の先端部だけに設けてもよい。   In the gas turbine combustor according to the third embodiment, as shown in FIG. 6, a pilot nozzle (not shown) is disposed at the center of the combustor inner cylinder 32, and is provided on the inner peripheral surface of the combustor inner cylinder 32. A plurality of premixing nozzles 35 are disposed so as to surround the pilot nozzles along the circumferential direction, a main fuel rod 40 is disposed in each premixing nozzle 35, and a premixing swirl vane 42 is disposed. Yes. And by attaching the guide part 51 along the outer peripheral surface of each premixing nozzle to the inner peripheral surface of the combustor inner cylinder 32, between the outer peripheral surface of each premixing nozzle 35 and this guide part 51, An air flow path 38 having a substantially uniform width W is provided along the circumferential direction of each premixing nozzle 35. Note that the mounting position of the guide portion 51 is desirably provided in the entire longitudinal direction of each premixing nozzle 35, but the position where the air flow is jetted from the air flow path 38 to the combustor inner cylinder 32, that is, in the combustor You may provide only in the front-end | tip part of the pipe | tube 32. FIG.

従って、高温・高圧の圧縮空気の空気流が燃焼器12に流れこむと、各予混合ノズル35内では、この空気流がメイン燃料棒40から噴射された燃料と混合され、予混合気の旋回流となって燃焼器内筒32内に流れ込む。このとき、空気流路38を流れる空気流がガイド部51により増速されて燃焼器内筒32の内壁面に沿って流れ込むことで、予混合ノズル35から燃焼器内筒32に流れ込む予混合気の低速化や剥離が阻止される。そして、この予混合気は、パイロットノズルからの燃焼ガスにより着火されて燃焼する。   Accordingly, when an air flow of high-temperature and high-pressure compressed air flows into the combustor 12, this air flow is mixed with the fuel injected from the main fuel rod 40 in each premixing nozzle 35, and the swirling of the premixed air is performed. As a flow, it flows into the combustor inner cylinder 32. At this time, the air flow flowing through the air flow path 38 is accelerated by the guide portion 51 and flows along the inner wall surface of the combustor inner cylinder 32, so that the premixed gas flowing into the combustor inner cylinder 32 from the premixing nozzle 35. Slowing and peeling are prevented. The premixed gas is ignited by the combustion gas from the pilot nozzle and burned.

このように実施例3のガスタービン燃焼器にあっては、燃焼器内筒32の中心部にパイロットノズルを配設すると共に、内周面に周方向に沿ってパイロットノズルを取り囲むように複数の予混合ノズル35を配設して構成し、燃焼器内筒32の内周面に複数の予混合ノズル35の外周面と周方向に沿ってほぼ均一な幅を有する空気流路38を形成するガイド部51を設けている。   As described above, in the gas turbine combustor according to the third embodiment, the pilot nozzle is disposed in the central portion of the combustor inner cylinder 32, and a plurality of pilot nozzles are surrounded on the inner peripheral surface along the circumferential direction. The premixing nozzle 35 is disposed and formed, and an air flow path 38 having a substantially uniform width along the circumferential direction and the outer circumferential surface of the plurality of premixing nozzles 35 is formed on the inner circumferential surface of the combustor inner cylinder 32. A guide part 51 is provided.

従って、予混合ノズル35から予混合気の旋回流が燃焼器内筒32内に噴出される一方、空気流路38を流れる空気流がガイド部51により増速されて燃焼器内筒32の内壁面に沿って流れ込むことで、予混合気は増速された空気流とスムースに合流して燃焼器内筒32から燃焼器尾筒33に流れ込むこととなり、予混合気の低流速域または剥離域の発生を抑制し、燃焼器内筒32から燃焼器尾筒33へ流れる予混合気の燃焼器壁面近傍流速を増加させることで、所謂、フラッシュバックの発生を抑制することができる。   Accordingly, the swirling flow of the premixed gas is ejected from the premixing nozzle 35 into the combustor inner cylinder 32, while the air flow flowing through the air flow path 38 is accelerated by the guide portion 51, By flowing along the wall surface, the premixed gas is smoothly merged with the accelerated air flow and flows from the combustor inner cylinder 32 to the combustor tail cylinder 33, so that the premixed gas has a low flow velocity region or a separation region. The generation of so-called flashback can be suppressed by increasing the flow velocity in the vicinity of the combustor wall surface of the premixed gas flowing from the combustor inner cylinder 32 to the combustor tail cylinder 33.

図7は、本発明の実施例4に係るガスタービン燃焼器を表す要部概略図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。   FIG. 7 is a schematic diagram of a main part illustrating a gas turbine combustor according to a fourth embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member which has the same function as what was demonstrated in the Example mentioned above, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

実施例4のガスタービン燃焼器において、図7に示すように、燃焼器内筒32の先端部に燃焼器尾筒33が連結され、この燃焼器内筒32内の中心部にパイロットノズル34が配設されると共に、このパイロットノズル34を取り囲むように複数の予混合ノズル35が配設されている。そして、パイロットノズル34内にパイロット燃料棒39が配置され、各予混合ノズル35内にメイン燃料棒40が配置されると共に、パイロットノズル34内にパイロットスワールベーン41が配置され、各予混合ノズル35内に予混合スワールベーン42が配置されている。   In the gas turbine combustor of the fourth embodiment, as shown in FIG. 7, a combustor tail cylinder 33 is connected to the tip of the combustor inner cylinder 32, and a pilot nozzle 34 is provided at the center of the combustor inner cylinder 32. A plurality of premixing nozzles 35 are disposed so as to surround the pilot nozzle 34. A pilot fuel rod 39 is disposed in the pilot nozzle 34, a main fuel rod 40 is disposed in each premix nozzle 35, and a pilot swirl vane 41 is disposed in the pilot nozzle 34. A premixed swirl vane 42 is disposed therein.

そして、本実施例では、燃焼器内筒32の先端部にガス通路断面積が縮小する旋回流軌跡形状をなす絞り部43が設けられると共に、この絞り部43からガス通路断面積が拡大して燃焼器尾筒33の内壁面に滑らかに連続する平面部45が設けられている。また、予混合ノズル35の先端部にこの絞り部43に沿って略平行をなす屈曲部44が設けられている。更に、燃焼器内筒32の先端部に外部からこの先端部の内周面に空気を流入する空気流入孔61が設けられている。   In this embodiment, a constriction portion 43 having a swirl flow locus shape in which the gas passage cross-sectional area is reduced is provided at the tip of the combustor inner cylinder 32, and the gas passage cross-sectional area is enlarged from the constriction portion 43. A flat portion 45 that is smoothly continuous is provided on the inner wall surface of the combustor tail cylinder 33. Further, a bent portion 44 that is substantially parallel to the leading end portion of the premixing nozzle 35 is provided along the throttle portion 43. Furthermore, an air inflow hole 61 is provided at the tip of the combustor inner cylinder 32 to allow air to flow into the inner peripheral surface of the tip from the outside.

従って、高温・高圧の圧縮空気の空気流が燃焼器12に流れこむと、各予混合ノズル35内では、この空気流がメイン燃料棒40から噴射された燃料と混合され、予混合気の旋回流となって燃焼器内筒32内に流れ込む。そして、予混合ノズル35から燃焼器内筒32に流れ込む予混合気は、絞り部43によりその流速が増加されて平面部45に沿って燃焼器尾筒33側に流れ込む。このとき、燃焼器内筒32の内外の圧力差により外部の空気が空気流入孔61を通して内筒32の先端部の内周面に吸入されるため、この先端部の内壁面に沿って流入した空気により燃焼器内筒32から燃焼器尾筒33に流れる予混合気の壁面近傍の流速が増速され、予混合気の低流速域または剥離域の発生を抑制することができる。   Accordingly, when an air flow of high-temperature and high-pressure compressed air flows into the combustor 12, this air flow is mixed with the fuel injected from the main fuel rod 40 in each premixing nozzle 35, and the swirling of the premixed air is performed. As a flow, it flows into the combustor inner cylinder 32. The premixed gas flowing into the combustor inner cylinder 32 from the premixing nozzle 35 is increased in flow rate by the throttle portion 43 and flows along the flat portion 45 toward the combustor tail cylinder 33. At this time, external air is sucked into the inner peripheral surface of the distal end portion of the inner cylinder 32 through the air inflow hole 61 due to the pressure difference between the inner and outer sides of the combustor inner cylinder 32, and thus flows along the inner wall surface of the distal end portion. The flow velocity in the vicinity of the wall surface of the premixed gas flowing from the combustor inner cylinder 32 to the combustor tail cylinder 33 is increased by the air, and generation of a low flow velocity region or a separation region of the premixed gas can be suppressed.

一方、パイロットノズル34内では、圧縮空気の空気流がパイロット燃料棒39から噴射された燃料と混合され、この混合気は図示しない種火により着火されて燃焼し、燃焼ガスとなって燃焼器内筒32内に噴出する。そして、燃焼ガスの一部が燃焼器内筒32内に火炎を伴って周囲に拡散するように噴出することで、各予混合ノズル35から燃焼器内筒32、燃焼器尾筒33に流れ込んだ予混合気に着火されて燃焼する。   On the other hand, in the pilot nozzle 34, the air flow of compressed air is mixed with the fuel injected from the pilot fuel rod 39, and this air-fuel mixture is ignited and burned by a seed flame (not shown) to become combustion gas and become a combustion gas. It ejects into the cylinder 32. Then, a part of the combustion gas is injected into the combustor inner cylinder 32 so as to diffuse to the surroundings with a flame, so that it flows from each premix nozzle 35 into the combustor inner cylinder 32 and the combustor tail cylinder 33. It is ignited by the premixed gas and burns.

このように実施例4のガスタービン燃焼器にあっては、燃焼器内筒32の先端部に燃焼器尾筒33を連結し、この燃焼器内筒32の中心部にパイロットノズル34を配設すると共に、内周面に周方向に沿ってパイロットノズル34を取り囲むように複数の予混合ノズル35を配設して構成し、燃焼器内筒32の先端部にガス通路断面積が縮小する曲面形状をなす絞り部43を設けると共に、この絞り部43からガス通路断面積が拡大して燃焼器尾筒33の内壁面に滑らかに連続する平面部45を設け、また、燃焼器内筒32の先端部に外部からこの先端部の内周面に空気を流入する空気流入孔61を設けている。   As described above, in the gas turbine combustor according to the fourth embodiment, the combustor tail cylinder 33 is connected to the tip of the combustor inner cylinder 32, and the pilot nozzle 34 is disposed at the center of the combustor inner cylinder 32. In addition, a plurality of premix nozzles 35 are disposed on the inner peripheral surface so as to surround the pilot nozzle 34 along the circumferential direction, and a curved surface whose gas passage cross-sectional area is reduced at the tip of the combustor inner cylinder 32. A throttle portion 43 having a shape is provided, a gas passage cross-sectional area is enlarged from the throttle portion 43, and a flat portion 45 is provided smoothly on the inner wall surface of the combustor tail cylinder 33. An air inflow hole 61 through which air flows from the outside to the inner peripheral surface of the tip is provided at the tip.

従って、予混合ノズル35から燃焼器内筒32に噴出された予混合気は、曲面形状をなす絞り部43によりその流速が増加し、且つ、平面部45に沿って流動し、また、外部空気が空気流入孔61から燃焼器内筒32の先端部の内周面に流入してこの予混合気の壁面近傍の流速を増速するため、この燃焼器内筒32から燃焼器尾筒33にスムースに流れ込むこととなり、予混合気の低流速域または剥離域の発生を抑制し、燃焼器内筒32から燃焼器尾筒33へ流れる予混合気の燃焼器壁面近傍流速を増加させることで、所謂、フラッシュバックの発生を抑制することができる。   Therefore, the premixed gas ejected from the premixing nozzle 35 to the combustor inner cylinder 32 has its flow velocity increased by the throttle portion 43 having a curved surface shape, and flows along the flat portion 45, and the external air Flows from the air inflow hole 61 into the inner peripheral surface of the tip of the combustor inner cylinder 32 to increase the flow velocity in the vicinity of the wall surface of the premixed air, so that the combustor inner cylinder 32 moves to the combustor tail cylinder 33. By flowing smoothly, suppressing the occurrence of a low flow velocity region or separation region of the premixed gas, and increasing the flow velocity in the vicinity of the combustor wall surface of the premixed gas flowing from the combustor inner cylinder 32 to the combustor tail cylinder 33, The occurrence of so-called flashback can be suppressed.

図8は、本発明の実施例5に係るガスタービン燃焼器を表す要部概略図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。   FIG. 8 is a schematic diagram of a main part illustrating a gas turbine combustor according to a fifth embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member which has the same function as what was demonstrated in the Example mentioned above, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

実施例5のガスタービン燃焼器において、図8に示すように、燃焼器内筒32の先端部に燃焼器尾筒33が連結され、この燃焼器内筒32内の中心部にパイロットノズル34が配設されると共に、燃焼器内筒32の内周面に周方向に沿ってパイロットノズル34を取り囲むように複数の予混合ノズル35が配設されており、燃焼器内筒32と複数の予混合ノズル35の間に空気流路38が設けられている。そして、パイロットノズル34内にパイロット燃料棒39が配置され、各予混合ノズル35内にメイン燃料棒40が配置されると共に、パイロットノズル34内にパイロットスワールベーン41が配置され、各予混合ノズル35内に予混合スワールベーン42が配置されている。そして、本実施例では、燃焼器内筒32の先端部に、ガス通路断面積が拡大する旋回流軌跡形状をなす湾曲部71が設けられている。   In the gas turbine combustor of the fifth embodiment, as shown in FIG. 8, a combustor tail cylinder 33 is connected to the tip of the combustor inner cylinder 32, and a pilot nozzle 34 is provided at the center of the combustor inner cylinder 32. A plurality of premixing nozzles 35 are disposed on the inner peripheral surface of the combustor inner cylinder 32 so as to surround the pilot nozzle 34 along the circumferential direction. An air flow path 38 is provided between the mixing nozzles 35. A pilot fuel rod 39 is disposed in the pilot nozzle 34, a main fuel rod 40 is disposed in each premix nozzle 35, and a pilot swirl vane 41 is disposed in the pilot nozzle 34. A premixed swirl vane 42 is disposed therein. In this embodiment, a curved portion 71 having a swirl flow locus shape in which the gas passage cross-sectional area is enlarged is provided at the tip of the combustor inner cylinder 32.

即ち、予混合ノズル35では、予混合スワールベーン42により空気の旋回流が生成され、この空気の旋回流に対してメイン燃料棒40から燃料が噴射されることで混合され、予混合気として燃焼器内筒32に流れ込む。このとき、湾曲部71の形状を予混合気の旋回流が自然に外側へ広がっていく旋回流軌跡形状とすることで、燃焼器内筒32の内壁面に沿った予混合気の流速が低下することなく、また、剥離することなくスムースに燃焼器尾筒33に流すことができる。   That is, in the premixing nozzle 35, a swirling flow of air is generated by the premixing swirl vane 42, and fuel is injected from the main fuel rod 40 into the swirling flow of air to be mixed and burned as a premixed gas. It flows into the inner cylinder 32. At this time, the flow velocity of the premixed gas along the inner wall surface of the combustor inner cylinder 32 is reduced by making the curved portion 71 a swirl flow locus shape in which the swirling flow of the premixed gas naturally spreads outward. It can be made to flow smoothly to the combustor tail cylinder 33 without being peeled off or peeling off.

従って、高温・高圧の圧縮空気の空気流が燃焼器12に流れこむと、各予混合ノズル35内では、この空気流がメイン燃料棒40から噴射された燃料と混合され、予混合気の旋回流となって燃焼器内筒32内に流れ込む。このとき、予混合ノズル35から燃焼器内筒32に流れ込む予混合気は、旋回流軌跡形状をなす湾曲部71によりスムースに拡散するため、この燃焼器内筒32から燃焼器尾筒33に滑らかに流れ込むこととなり、予混合気の低流速域または剥離域の発生を抑制することができる。   Accordingly, when an air flow of high-temperature and high-pressure compressed air flows into the combustor 12, this air flow is mixed with the fuel injected from the main fuel rod 40 in each premixing nozzle 35, and the swirling of the premixed air is performed. As a flow, it flows into the combustor inner cylinder 32. At this time, since the premixed gas flowing from the premixing nozzle 35 into the combustor inner cylinder 32 is smoothly diffused by the curved portion 71 having a swirl flow locus shape, the premixed gas smoothly flows from the combustor inner cylinder 32 to the combustor tail cylinder 33. Thus, it is possible to suppress the generation of a low flow velocity region or a separation region of the premixed gas.

一方、パイロットノズル34内では、圧縮空気の空気流がパイロット燃料棒39から噴射された燃料と混合され、この混合気は図示しない種火により着火されて燃焼し、燃焼ガスとなって燃焼器内筒32内に噴出する。そして、燃焼ガスの一部が燃焼器内筒32内に火炎を伴って周囲に拡散するように噴出することで、各予混合ノズル35から燃焼器内筒32、燃焼器尾筒33に流れ込んだ予混合気に着火されて燃焼する。   On the other hand, in the pilot nozzle 34, the air flow of compressed air is mixed with the fuel injected from the pilot fuel rod 39, and this air-fuel mixture is ignited and burned by a seed flame (not shown) to become combustion gas and become a combustion gas. It ejects into the cylinder 32. Then, a part of the combustion gas is injected into the combustor inner cylinder 32 so as to diffuse to the surroundings with a flame, so that it flows from each premix nozzle 35 into the combustor inner cylinder 32 and the combustor tail cylinder 33. It is ignited by the premixed gas and burns.

このように実施例5のガスタービン燃焼器にあっては、燃焼器内筒32の先端部に燃焼器尾筒33を連結し、この燃焼器内筒32の中心部にパイロットノズル34を配設すると共に、内周面に周方向に沿ってパイロットノズル34を取り囲むように複数の予混合ノズル35を配設して構成し、燃焼器内筒32の先端部にガス通路断面積が拡大する旋回流軌跡形状をなす湾曲部71を設けている。   Thus, in the gas turbine combustor according to the fifth embodiment, the combustor tail cylinder 33 is connected to the tip of the combustor inner cylinder 32, and the pilot nozzle 34 is disposed at the center of the combustor inner cylinder 32. In addition, a plurality of premixing nozzles 35 are disposed on the inner peripheral surface so as to surround the pilot nozzle 34 along the circumferential direction, and the gas passage cross-sectional area is enlarged at the tip of the combustor inner cylinder 32. A curved portion 71 having a flow locus shape is provided.

従って、予混合ノズル35から燃焼器内筒32に噴出された予混合気は、旋回流軌跡形状をなす湾曲部71に沿って拡散して流動するため、この燃焼器内筒32から燃焼器尾筒33にスムースに流れ込むこととなり、予混合気の低流速域または剥離域の発生を抑制し、燃焼器内筒32から燃焼器尾筒33へ流れる予混合気の燃焼器壁面近傍流速を増加させることで、所謂、フラッシュバックの発生を抑制することができる。   Accordingly, since the premixed gas ejected from the premixing nozzle 35 to the combustor inner cylinder 32 diffuses and flows along the curved portion 71 having a swirl flow locus shape, the premixed gas flows from the combustor inner cylinder 32 to the combustor tail. It will flow smoothly into the cylinder 33, suppress the generation of a low flow velocity region or separation region of the premixed gas, and increase the flow velocity in the vicinity of the combustor wall surface of the premixed gas flowing from the combustor inner tube 32 to the combustor tail tube 33. Thus, the occurrence of so-called flashback can be suppressed.

図9は、本発明の実施例6に係るガスタービン燃焼器を表す要部概略図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。   FIG. 9 is a schematic view of the main part showing a gas turbine combustor according to Embodiment 6 of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member which has the same function as what was demonstrated in the Example mentioned above, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

実施例6のガスタービン燃焼器において、図9に示すように、燃焼器内筒32の先端部に燃焼器尾筒33が連結され、この燃焼器内筒32内の中心部にパイロットノズル34が配設されると共に、燃焼器内筒32の内周面に周方向に沿ってパイロットノズル34を取り囲むように複数の予混合ノズル35が配設されており、燃焼器内筒32と複数の予混合ノズル35の間に空気流路38が設けられている。そして、パイロットノズル34内にパイロット燃料棒39が配置され、各予混合ノズル35内にメイン燃料棒40が配置されると共に、パイロットノズル34内にパイロットスワールベーン41が配置され、各予混合ノズル35内に予混合スワールベーン42が配置されている。そして、本実施例では、燃焼器内筒32の先端部に、ガス通路断面積が拡大する旋回流軌跡形状をなす湾曲部71が設けられると共に、この湾曲部71から燃焼器尾筒33の内壁面に滑らかに連続する平面部72が設けられている。   In the gas turbine combustor according to the sixth embodiment, as shown in FIG. 9, a combustor tail cylinder 33 is connected to the tip of the combustor inner cylinder 32, and a pilot nozzle 34 is provided at the center of the combustor inner cylinder 32. A plurality of premixing nozzles 35 are disposed on the inner peripheral surface of the combustor inner cylinder 32 so as to surround the pilot nozzle 34 along the circumferential direction. An air flow path 38 is provided between the mixing nozzles 35. A pilot fuel rod 39 is disposed in the pilot nozzle 34, a main fuel rod 40 is disposed in each premixing nozzle 35, and a pilot swirl vane 41 is disposed in the pilot nozzle 34. A premixed swirl vane 42 is disposed therein. In this embodiment, a curved portion 71 having a swirl flow locus shape in which the gas passage cross-sectional area is enlarged is provided at the tip portion of the combustor inner cylinder 32, and the inside of the combustor tail cylinder 33 is formed from the curved portion 71. A flat portion 72 that is smoothly continuous with the wall surface is provided.

即ち、予混合ノズル35では、予混合スワールベーン42により空気の旋回流が生成され、この空気の旋回流に対してメイン燃料棒40から燃料が噴射されることで混合され、予混合気として燃焼器内筒32に流れ込む。このとき、湾曲部71の形状を予混合気の旋回流が自然に外側へ広がっていく旋回流軌跡形状とし、この湾曲部71に続く平面部72を設けることで、燃焼器内筒32の内壁面に沿った予混合気の流速が低下することなく、また、剥離することなくスムースに燃焼器尾筒33に流すことができる。   That is, in the premixing nozzle 35, a swirling flow of air is generated by the premixing swirl vane 42, and fuel is injected from the main fuel rod 40 into the swirling flow of air to be mixed and burned as a premixed gas. It flows into the inner cylinder 32. At this time, the shape of the curved portion 71 is a swirl flow locus shape in which the swirling flow of the premixed gas naturally spreads outward, and a flat portion 72 following the curved portion 71 is provided, so that the inside of the combustor inner cylinder 32 is provided. The flow rate of the premixed gas along the wall surface can be smoothly flowed to the combustor tail cylinder 33 without decreasing and without peeling.

従って、高温・高圧の圧縮空気の空気流が燃焼器12に流れこむと、各予混合ノズル35内では、この空気流がメイン燃料棒40から噴射された燃料と混合され、予混合気の旋回流となって燃焼器内筒32内に流れ込む。このとき、予混合ノズル35から燃焼器内筒32に流れ込む予混合気は、旋回流軌跡形状をなす湾曲部71によりスムースに拡散し、且つ、平面部72に沿ってスムースに流動するため、予混合気の低流速域または剥離域の発生を抑制することができる。   Accordingly, when an air flow of high-temperature and high-pressure compressed air flows into the combustor 12, this air flow is mixed with the fuel injected from the main fuel rod 40 in each premixing nozzle 35, and the swirling of the premixed air is performed. As a flow, it flows into the combustor inner cylinder 32. At this time, the premixed gas flowing into the combustor inner cylinder 32 from the premixing nozzle 35 is smoothly diffused by the curved portion 71 having the swirl flow locus shape and flows smoothly along the flat portion 72. Generation | occurrence | production of the low flow velocity area or peeling area | region of air-fuel | gaseous mixture can be suppressed.

一方、パイロットノズル34内では、圧縮空気の空気流がパイロット燃料棒39から噴射された燃料と混合され、この混合気は図示しない種火により着火されて燃焼し、燃焼ガスとなって燃焼器内筒32内に噴出する。そして、燃焼ガスの一部が燃焼器内筒32内に火炎を伴って周囲に拡散するように噴出することで、各予混合ノズル35から燃焼器内筒32、燃焼器尾筒33に流れ込んだ予混合気に着火されて燃焼する。   On the other hand, in the pilot nozzle 34, the air flow of compressed air is mixed with the fuel injected from the pilot fuel rod 39, and this air-fuel mixture is ignited and burned by a seed flame (not shown) to become combustion gas and become a combustion gas. It ejects into the cylinder 32. Then, a part of the combustion gas is injected into the combustor inner cylinder 32 so as to diffuse to the surroundings with a flame, so that it flows from each premix nozzle 35 into the combustor inner cylinder 32 and the combustor tail cylinder 33. It is ignited by the premixed gas and burns.

このように実施例6のガスタービン燃焼器にあっては、燃焼器内筒32の先端部に燃焼器尾筒33を連結し、この燃焼器内筒32の中心部にパイロットノズル34を配設すると共に、内周面に周方向に沿ってパイロットノズル34を取り囲むように複数の予混合ノズル35を配設して構成し、燃焼器内筒32の先端部にガス通路断面積が拡大する旋回流軌跡形状をなす湾曲部71を設けると共に、湾曲部71に連続する平面部72を設けている。   Thus, in the gas turbine combustor according to the sixth embodiment, the combustor tail cylinder 33 is connected to the tip of the combustor inner cylinder 32, and the pilot nozzle 34 is disposed at the center of the combustor inner cylinder 32. In addition, a plurality of premixing nozzles 35 are disposed on the inner peripheral surface so as to surround the pilot nozzle 34 along the circumferential direction, and the gas passage cross-sectional area is enlarged at the tip of the combustor inner cylinder 32. A curved portion 71 having a flow locus shape is provided, and a flat portion 72 continuous with the curved portion 71 is provided.

従って、予混合ノズル35から燃焼器内筒32に噴出された予混合気は、旋回流軌跡形状をなす湾曲部71に沿って拡散して平面部72に沿って流動するため、この燃焼器内筒32から燃焼器尾筒33にスムースに流れ込むこととなり、予混合気の低流速域または剥離域の発生を抑制し、燃焼器内筒32から燃焼器尾筒33へ流れる予混合気の燃焼器壁面近傍流速を増加させることで、所謂、フラッシュバックの発生を抑制することができる。   Accordingly, the premixed gas ejected from the premixing nozzle 35 to the combustor inner cylinder 32 diffuses along the curved portion 71 having a swirl flow locus shape and flows along the flat portion 72. The combustor of the premixed gas that flows smoothly from the cylinder 32 to the combustor tail cylinder 33, suppresses the generation of a low flow velocity region or a separation region of the premixed gas, and flows from the combustor inner cylinder 32 to the combustor tail cylinder 33. By increasing the flow velocity in the vicinity of the wall surface, so-called flashback can be suppressed.

本発明に係るガスタービン燃焼器は、燃焼器内筒から燃焼器尾筒へ流れる予混合気の燃焼器壁面近傍流速を増加させることでフラッシュバックの発生を抑制可能とするものであり、いずれの種類のガスタービンにも適用することができる。   The gas turbine combustor according to the present invention is capable of suppressing the occurrence of flashback by increasing the velocity near the combustor wall surface of the premixed gas flowing from the combustor inner cylinder to the combustor tail cylinder. It can also be applied to different types of gas turbines.

本発明の実施例1に係るガスタービン燃焼器を表す要部概略図である。It is a principal part schematic showing the gas turbine combustor which concerns on Example 1 of this invention. 実施例1のガスタービン燃焼器における絞り部の旋回流軌跡形状の説明図である。It is explanatory drawing of the turning flow locus | trajectory shape of the throttle part in the gas turbine combustor of Example 1. FIG. 実施例1のガスタービン燃焼器における予混合スワールベーンの説明図である。It is explanatory drawing of the premixing swirl vane in the gas turbine combustor of Example 1. FIG. 実施例1のガスタービンの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a gas turbine according to Embodiment 1. FIG. 実施例1のガスタービン燃焼器の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the gas turbine combustor of Example 1. FIG. 本発明の実施例2に係るガスタービン燃焼器を表す要部概略図である。It is a principal part schematic diagram showing the gas turbine combustor which concerns on Example 2 of this invention. 本発明の実施例3に係るガスタービン燃焼器における予混合ノズル先端部で破断した要部断面図である。It is principal part sectional drawing fractured | ruptured at the front-end | tip part of the premixing nozzle in the gas turbine combustor which concerns on Example 3 of this invention. 本発明の実施例4に係るガスタービン燃焼器を表す要部概略図である。It is a principal part schematic diagram showing the gas turbine combustor which concerns on Example 4 of this invention. 本発明の実施例5に係るガスタービン燃焼器を表す要部概略図である。It is a principal part schematic diagram showing the gas turbine combustor which concerns on Example 5 of this invention. 本発明の実施例6に係るガスタービン燃焼器を表す要部概略図である。It is a principal part schematic diagram showing the gas turbine combustor which concerns on Example 6 of this invention. 従来のガスタービン燃焼器を表す要部概略図である。It is a principal part schematic diagram showing the conventional gas turbine combustor.

符号の説明Explanation of symbols

11 圧縮機
12 燃焼器
13 タービン
14 排気室
32 燃焼器内筒
33 燃焼器尾筒
34 パイロットノズル
35 予混合ノズル
38 空気流路
39 パイロット燃料棒
40 メイン燃料棒
41 パイロットスワールベーン
42 予混合スワールベーン
43 絞り部
44 屈曲部
45 平面部
51 ガイド部
61 空気流入孔
71 湾曲部
72 平面部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Compressor 12 Combustor 13 Turbine 14 Exhaust chamber 32 Combustor inner cylinder 33 Combustor tail cylinder 34 Pilot nozzle 35 Premix nozzle 38 Air flow path 39 Pilot fuel rod 40 Main fuel rod 41 Pilot swirl vane 42 Premix swirl vane 43 Restriction part 44 Bending part 45 Plane part 51 Guide part 61 Air inflow hole 71 Bending part 72 Plane part

Claims (10)

燃焼器内筒と、該燃焼器内筒の先端部に連結された燃焼器尾筒と、前記燃焼器内筒の中心部に配設されたパイロットノズルと、前記燃焼器内筒の内周面に周方向に沿って前記パイロットノズルを取り囲むように配設された複数の予混合ノズルとを具えたガスタービン燃焼器において、前記燃焼器内筒の先端部にガス通路断面積が縮小する曲面形状をなす絞り部が設けられたことを特徴とするガスタービン燃焼器。   A combustor inner cylinder, a combustor tail cylinder connected to the tip of the combustor inner cylinder, a pilot nozzle disposed in a central portion of the combustor inner cylinder, and an inner peripheral surface of the combustor inner cylinder A gas turbine combustor comprising a plurality of premixing nozzles disposed so as to surround the pilot nozzle along a circumferential direction, and a curved surface shape in which a gas passage cross-sectional area is reduced at a tip portion of the inner cylinder of the combustor A gas turbine combustor characterized in that a throttle portion is provided. 請求項1に記載のガスタービン燃焼器において、前記絞り部は、前記予混合ノズルの先端部よりもガス流れ方向における下流側に設けられたことを特徴とするガスタービン燃焼器。   2. The gas turbine combustor according to claim 1, wherein the throttle portion is provided on a downstream side in a gas flow direction with respect to a tip portion of the premixing nozzle. 3. 請求項1または2に記載のガスタービン燃焼器において、前記予混合ノズルの先端部に、前記燃焼器内筒に設けられた前記絞り部に沿った屈曲部が設けられたことを特徴とするガスタービン燃焼器。   3. The gas turbine combustor according to claim 1, wherein a bent portion along the throttle portion provided in the inner cylinder of the combustor is provided at a tip portion of the premixing nozzle. 4. Turbine combustor. 請求項1から3のいずれか一つに記載のガスタービン燃焼器において、前記絞り部は、前記燃焼器内筒内を流れるガスの旋回流軌跡に沿った形状に形成されたことを特徴とするガスタービン燃焼器。   4. The gas turbine combustor according to claim 1, wherein the throttle portion is formed in a shape along a trajectory of a swirling flow of the gas flowing in the inner cylinder of the combustor. 5. Gas turbine combustor. 請求項1から4のいずれか一つに記載のガスタービン燃焼器において、前記燃焼器内筒の先端部に、前記絞り部からガス通路断面積が拡大して前記燃焼器尾筒に滑らかに連続する平面部が設けられたことを特徴とするガスタービン燃焼器。   5. The gas turbine combustor according to claim 1, wherein a gas passage cross-sectional area is enlarged from the constricted portion at a tip portion of the inner cylinder of the combustor and is continuously continuous with the combustor tail cylinder. 6. A gas turbine combustor characterized in that a flat portion is provided. 請求項5に記載のガスタービン燃焼器において、前記燃焼器内筒の内径に対する前記絞り部の内径の比率が、0.8以上1.0未満に設定されると共に、前記予混合ノズルの先端から前記燃焼器内筒の先端までの長さに対する前記予混合ノズルの先端から前記絞り部における最小内径位置までの長さの比率が、0.05以上0.3以下に設定されたことを特徴とするガスタービン燃焼器。   6. The gas turbine combustor according to claim 5, wherein a ratio of an inner diameter of the throttle portion to an inner diameter of the inner cylinder of the combustor is set to 0.8 or more and less than 1.0, and from a tip of the premixing nozzle. The ratio of the length from the tip of the premixing nozzle to the minimum inner diameter position of the throttle portion to the length to the tip of the combustor inner cylinder is set to 0.05 or more and 0.3 or less. Gas turbine combustor. 請求項1から6のいずれか一つに記載のガスタービン燃焼器において、前記燃焼器内筒の内周面に、前記複数の予混合ノズルの外周面と周方向に沿ってほぼ均一な幅を有する流路を形成するガイド部が設けられたことを特徴とするガスタービン燃焼器。   7. The gas turbine combustor according to claim 1, wherein the inner peripheral surface of the inner cylinder of the combustor has a substantially uniform width along the outer peripheral surface and the circumferential direction of the plurality of premixing nozzles. A gas turbine combustor provided with a guide portion that forms a flow path. 請求項1から7のいずれか一つに記載のガスタービン燃焼器において、前記燃焼器内筒の先端部に、外部から前記燃焼器尾筒の内周面に空気を流入する空気流入孔が設けられたことを特徴とするガスタービン燃焼器。   The gas turbine combustor according to any one of claims 1 to 7, wherein an air inflow hole through which air flows from the outside to the inner peripheral surface of the combustor tail cylinder is provided at a tip portion of the combustor inner cylinder. A gas turbine combustor characterized by the above. 燃焼器内筒と、該燃焼器内筒の先端部に連結された燃焼器尾筒と、前記燃焼器内筒の内周面に周方向に沿って配設された複数の予混合ノズルと、該複数の予混合ノズルに囲繞されるように前記燃焼器内筒の中心部に配設されたパイロットノズルとを具えたガスタービン燃焼器において、前記燃焼器内筒の先端部に、前記燃焼器内筒内を流れるガスの旋回流軌跡に沿ってガス通路断面積が拡大する湾曲部が設けられたことを特徴とするガスタービン燃焼器。   A combustor inner cylinder, a combustor tail cylinder connected to the tip of the combustor inner cylinder, and a plurality of premixing nozzles arranged along the circumferential direction on the inner peripheral surface of the combustor inner cylinder; A gas turbine combustor comprising a pilot nozzle disposed at a central portion of the combustor inner cylinder so as to be surrounded by the plurality of premixing nozzles, wherein the combustor is disposed at a tip portion of the combustor inner cylinder. A gas turbine combustor comprising a curved portion in which a gas passage cross-sectional area expands along a trajectory of a swirling flow of gas flowing in an inner cylinder. 請求項9に記載のガスタービン燃焼器において、前記燃焼器内筒の先端部に、前記湾曲部から前記燃焼器尾筒に滑らかに連続する平面部が設けられたことを特徴とするガスタービン燃焼器。   The gas turbine combustor according to claim 9, wherein a flat portion that smoothly continues from the curved portion to the combustor tail tube is provided at a tip portion of the combustor inner tube. vessel.
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