JPS5892714A - ガスタ−ビンの燃焼器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガスタービンの燃焼器に関し、さらに詳しくは
効果的な空気導入装置を設けたガスタービンの燃焼器に
関する。

ガスタービンの燃焼器はコンプレッサーで圧縮された空
気中に燃料を噴射し、これを燃焼させてタービン側へ高
温燃焼ガスを送り出すものである。

一般的なガスタービン燃焼器は、第１図に示すようにケ
ーシング１内にライナー２を設け、ライナー２の先端中
心に燃料噴射弁３を設けている。燃料噴射弁３の外周側
にスワーラ４が設けられ、ライナー２中へ空気を導入さ
せて燃料と空気の混合及び火炎の保持を行う。

図示しないコンプレッサーで圧縮された空気でＰｏの如
くケーシング１内へ入り、一方ではスワーラ４を通って
Ｐ，の如くライナー２内へ導入され、他方ではＰ，の如
くライナー２の外周を通る。

燃料は図のＱＯの如く導入され、燃料噴射弁３を介して
Ｑｌの如く噴霧される。通常、燃料噴射弁３は渦巻噴射
弁が使われ、したがって噴霧Ｑ１は円錐状となっている
。

ライナー２内は３つの燃焼領域に分けられる。

すなわち、主として保炎を行う一次燃焼領域Ｐｚと燃料
の完全燃焼を図る二次燃焼領域Ｂｚとタービン入口温度
まで高温燃焼ガースを空気で冷却する希釈領域Ｄｚとに
分けられる。

図示しない点火装置で点火して燃焼を行わせると、　Ｐ
ｚ内は常に安定な火炎が保持され、Ｅ３ｚへは図のＰ、
の如く空気が導入されて完全燃焼し、Ｄへは図のＰ４の
如く空気が導入されて希釈されタービン入ロ温度まで低
下される。

ガスタービンの燃焼器に求められる技術的課題は種々あ
るが、次の点に略々要約される、（１）空気の圧力損失
が低いこと （２）出口付近の温度分布が均一であること（３）燃焼
効率が高いこと ４）大気汚染成分の排出が少ないこと （５）燃焼騒音レベルが低いこと （６）着火性能が良好で安定燃焼範囲が広いこと（７）
作動条件の変化に鈍感なこと （８）構造が簡単でかつ小型軽量であること（９）耐久
性に秀れ、保守点検が容易であること顛低コストである
こと 上記技術的課題を解決するため、従来から種々の改良が
試みられているが、末だ十分なものとは云えない。

本発明の目的は、スワーラかもの空気導入と当該空気に
よる燃料噴霧の再微粒化及び燃料−空気の予混合促進に
より、燃焼状態を改善した　　ガスタービンの燃焼器を
提供せんとするものである。

以下、図によってさらに詳しく説明する。

第２図は公知のエアアシスト方式の一例を水路断面図で
ある。

燃料噴射弁５から噴射された燃料は図のＪの如く円錐状
に拡がる。空気はスワーラ６，７からＫ、、Ｋ２の如く
導入される。エアアシスト方式ではコンプレッサー８で
圧縮されたエアをノズル９から噴入して円錐状に拡がっ
た燃料噴霧Ｊに吹き込まれる。この空気の吹き込みは燃
料噴霧Ｊの全域に亘って行われるため、燃料噴霧Ｊの全
体の燃料粒子を微粒化させる作用を行うとともに燃料と
空気の予混合を助けるものとなる。

このエアアシスト方式は燃焼改善に寄与すること大であ
るが、次のような欠点もある。

エアアシスト方式では、別置の圧縮空気源及び空気の制
御系が必要となる上、重量が増加し、コストも上昇する
。

また、急激な燃料流警の減少時に微粒化空気による火炎
の吹消えが起きやすい。

上記欠点を改善するには次のようなことが必要と々る。

先ず、簡単な構造で空気の吹き込みが行われること。

次に、空気の吹き込みによる燃料粒子の微粒化が効率よ
く行われうこと。

続いて、燃料と空気の予混合が、燃焼の促進及び安定な
保炎に効果的に寄与すること。

うず巻形燃料噴射弁によって噴射された燃料の粒子は、
その粒径が一率に細かいことが望ましいが、一般には円
錐状の噴霧の外周側で粒径が大きく、内周側で粒径が小
さい。

したがって、円錐状燃料噴霧の外周側にある粗大液滴を
微粒化するだけでも燃焼改善に大きく寄与する牛とがわ
かる。

そこで、円錐状燃料噴霧の外周側へ空気を導入し、所定
の時間又は距離中だけ空気流を燃料噴霧に沿わせた結果
、次のことが判明した。

円錐状の燃料噴霧の外周付近に燃料噴霧の円錐に沿う空
気体を作ると青炎燃焼が得られ易く、煙の発生も低減す
る。

一方、燃料噴霧の噴射弁に近い側の外周側の方へ空気を
導入すると、主として外周側で燃料噴霧の再微粒化が起
こり燃料促進が行われ、外周側の高温ガスが循環流によ
って燃料噴霧の内側へ流入し安定な保炎を行うことがで
きる。

そこで、次に本発明の一実施例を第３図により説明する
。

うず巻形燃料噴射弁１１の外周にスヮーラ１２を設ける
。スワーラ１２は多数の空気旋回羽根を有するもので、
空気旋回羽根に沿う空気流を作る。

さらに、噴射弁１１の外周には案内筒１３が設けられる
。案内筒１３はスヮーラ１２から導入された空気流を絞
り込む案内流路１４と、それに続いて絞られた空気流を
燃料噴霧の外周に沿うように案内する案内流路１５とか
らなる。

噴射弁１１から噴射された燃料は図のＭの如く円錐状の
噴霧となっている。前記案内流路１５は円錐状の噴霧Ｍ
の外周と略々一致し、粗大液滴の再微粒化と同時に燃料
と空気との予混合が行われるだけの長さを有している。

案内筒１３のさらに外周には別のスワーラ１６が設けら
れ、ライナー１７内へ所要量の空気を導入させまた、保
炎作用をもたせる。

上記の如く構成された本発明の作用は次のとおりである
。

噴射弁１１からの噴霧はＭの如く円錐状となる。スワー
ラ１２から導入された空気は図のＮ、の如く案内流路１
４によって一旦絞シ込まれた後案内流路１５によってＭ
の外周に沿う流れとなる。

このため、Ｍの主に外周において燃料中に空気が混入す
る。ところがＭの内側へはほとんど空気が入り込まない
形となっている。

Ｍの内側の燃料噴霧の粒径は外周側に比べて小さくて再
微粒化の必要はなく、保炎性能上からここには微粒化用
空気を流入させないほうがよい。

続いて、Ｍがさらに拡がった位置で所要量の空気がスワ
ーラ１６から導入される。これによってライナー１７内
への流入空気量が十分となり、良好な保炎状態が達成さ
れるものとなる。

さて、燃焼器内では燃料の噴射及び燃料が継続して行わ
れている。

通常、燃焼器内では第４図に示す如く外側で高温燃焼し
たガス流Ｇ、が内側へ入り込み、Ｇ２の如く噴射弁側へ
逆流する流れが生じている１Ｇ２はさらにＧ、の如く外
側へ流れる。

この場合、外側における燃料と空気の混合状態が良い程
、すなわち、燃焼前に燃料と空気が混合している程燃焼
□状態が改善され、青炎燃焼となる。

本発明では、従来と異なって予め燃料噴霧の外側に空気
を混入せしめ、その上で従来と同様にスワーラを介して
空気を導入するものである。

このため、燃焼器内の外側での燃焼が改善され、末燃焼
成分の排出低減を得る。

第５図は本発明の他の実施例を示すもので、案内筒１８
内へ半径方向に空気を導入するスワーラ１９を設けたも
のであり、第３図の実施例と同様の燃焼形態が得られる
。

上記の如く構成され、作用する本発明の効果は次のとお
りである。

（１）燃料噴霧の外側における粗大液滴の再微粒化と同
時に、燃料と空気の混合がよくなり導入空気による火炎
の吹き消えも解消され、燃焼性能が向上する。

（２）従来は実質的な燃焼領域が当量比１付近であった
ので発生するＮＯｘが多かったが、本発明では当量比を
０．８乃至０．９程度と減少でき、ＮＯｘ生成量も低減
する。

（３）燃料噴霧の外側における燃料と空気の混合がよく
なるため、煙の発生が低減する。

（４）別の圧縮空気源を必要とするエアアシス方式と比
べて装置が簡単比する。

（５）燃焼前の燃料噴霧外周に望気を混入させるので、
保炎性能の低下なしに青炎燃焼が得られ、火炎の輻射に
よるライナ壁の加熱が低減され、ライナの耐久性が向上
する。

（６）火炎が噴射・弁近くまで逆流したとしても、噴射
弁の先端が空気流にさらされ冷却されているので、噴射
弁が高温とならない。さらに、噴射弁の先端付近に空気
の流動層が生ずるのでカーボンの堆積も生じない。

（７）空気と燃料の予混合状態で燃焼するため従来のも
のと比べて燃焼器の長さを短かくできる。

【図面の簡単な説明】

第１図はガスタービン燃焼器の概略図、第２図は公知の
エアアシスト方式の一例を示す略断面図、第３図は本発
明の一実施例を示す略断面図、第４図は燃焼器−内での
燃焼を示す略図、第５図は本発明の他の実施例を示す略
断面図である。 １１：噴射弁、 １２，１９：スワーラ、 １３．１８：案内筒。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 燃料噴射弁の先端外周に第１のスワーラ及び案内筒を設
   け、該案内筒は前記第１のスワーラにより導入される空
   気を絞り込む案内流路と前記噴射弁から噴射された円錐
   状燃料噴霧の外周に近接して沿う案内流路とを有し、前
   記案内筒の外周に１個以上の第２のスワーラを設け、燃
   焼前の円錐状燃料噴霧外周の粗大液滴を案内流路に沿う
   空気流によって微粒化すると同時に予混合せしめること
   を特徴とするガスタービンの燃焼器。