JP2010243009A - ガスタービンの燃焼器 - Google Patents
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Abstract
【課題】ガスタービンの効率を高く維持しつつ、燃焼器内の燃焼ガスをよく希釈・攪拌して燃焼ガスの温度分布を略均一化し、タービンの破損を防ぐことができるガスタービンの燃焼器を提供する。
【解決手段】本発明の燃焼器3は、対向する壁部33、34間で燃料を燃焼させることにより燃焼ガスを発生させるガスタービンの燃焼器であって、対向する壁部33、34に各々設けられる空気導入孔33a、33b、34a、34bを有し、対向する壁部33、34に各々設けられる空気導入孔33a、33b、34a、34bは、燃焼ガスの流動方向で互いにずれて、且つ、流動方向で延びる所定の軸周り方向で略対向して配置されるという構成を採用する。
【選択図】図3
【解決手段】本発明の燃焼器3は、対向する壁部33、34間で燃料を燃焼させることにより燃焼ガスを発生させるガスタービンの燃焼器であって、対向する壁部33、34に各々設けられる空気導入孔33a、33b、34a、34bを有し、対向する壁部33、34に各々設けられる空気導入孔33a、33b、34a、34bは、燃焼ガスの流動方向で互いにずれて、且つ、流動方向で延びる所定の軸周り方向で略対向して配置されるという構成を採用する。
【選択図】図3
Description
本発明は、燃料を燃焼させることにより燃焼ガスを発生させるガスタービンの燃焼器に関する。
従来から、燃料を燃焼器内で燃焼させ、発生する燃焼ガスでタービンにおける回転翼を回転させて、動力を発生するガスタービンが用いられている。
ところで、燃焼器内における燃焼ガスの温度分布にはばらつきがあり、高温の燃焼ガスがタービンの翼部分に導入されると、該翼を熱変形又は溶解させ寿命を短くする虞がある。そのため、燃焼器内に燃焼ガスの希釈・攪拌用の空気を導入することで、燃焼ガスの温度分布を均一化し、燃焼ガスの高温部分を極力無くすための技術が開示されている(例えば、特許文献1及び2参照)。
しかしながら、特許文献1に開示されている技術では、燃焼器内に希釈用空気を導入させるための複数の導入孔が燃焼ガスの流動方向に関して互いに対向して設けられているため、それぞれの導入孔から導入された希釈用空気が互いに干渉し合うことでその運動エネルギーが相殺され、燃焼ガスをよく攪拌することが難しいという課題があった。
また、特許文献2に開示されている技術では、希釈用空気を導入させるための複数の板状部材を燃焼器内に配置し、該板状部材に形成された複数の孔部から希釈用空気を吐出することで燃焼ガスを希釈・攪拌している。この技術では燃焼器内の燃焼ガスはよく希釈・攪拌されるものの、複数の板状部材が燃焼器内に配置されているために燃焼ガスの圧力損失が大きくなり、ガスタービンの効率が大幅に低下してしまうという課題があった。
また、特許文献2に開示されている技術では、希釈用空気を導入させるための複数の板状部材を燃焼器内に配置し、該板状部材に形成された複数の孔部から希釈用空気を吐出することで燃焼ガスを希釈・攪拌している。この技術では燃焼器内の燃焼ガスはよく希釈・攪拌されるものの、複数の板状部材が燃焼器内に配置されているために燃焼ガスの圧力損失が大きくなり、ガスタービンの効率が大幅に低下してしまうという課題があった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ガスタービンの効率を高く維持しつつ、燃焼器内の燃焼ガスをよく希釈・攪拌して燃焼ガスの温度分布を略均一化し、タービンの破損を防ぐことができるガスタービンの燃焼器を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明の燃焼器は、対向する壁部間で燃料を燃焼させることにより燃焼ガスを発生させるガスタービンの燃焼器であって、対向する壁部に各々設けられる空気導入孔を有し、対向する壁部に各々設けられる空気導入孔は、燃焼ガスの流動方向で互いにずれて、且つ、流動方向で延びる所定の軸周り方向で略対向して配置されるという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、燃焼器内を所定の方向で流動している燃焼ガスが、まず、一方の壁部に設けられた空気導入孔から導入された希釈用空気により他方の壁部に向かって付勢される。次に、上記付勢された燃焼ガスは、上記他方の壁部に同様に設けられた空気導入孔から導入された希釈用空気により上記一方の壁部に向かって付勢される。すなわち、燃焼ガスは、燃焼器内を上記壁部と略直交する方向で蛇行しつつ流動する。また、本発明では、上記壁部には空気導入孔が設けられているのみであり、燃焼器内に突出するような部材を有していないため、燃焼ガスの流動抵抗が増加しない。
本発明の燃焼器は、対向する壁部間で燃料を燃焼させることにより燃焼ガスを発生させるガスタービンの燃焼器であって、対向する壁部に各々設けられる空気導入孔を有し、対向する壁部に各々設けられる空気導入孔は、燃焼ガスの流動方向で互いにずれて、且つ、流動方向で延びる所定の軸周り方向で略対向して配置されるという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、燃焼器内を所定の方向で流動している燃焼ガスが、まず、一方の壁部に設けられた空気導入孔から導入された希釈用空気により他方の壁部に向かって付勢される。次に、上記付勢された燃焼ガスは、上記他方の壁部に同様に設けられた空気導入孔から導入された希釈用空気により上記一方の壁部に向かって付勢される。すなわち、燃焼ガスは、燃焼器内を上記壁部と略直交する方向で蛇行しつつ流動する。また、本発明では、上記壁部には空気導入孔が設けられているのみであり、燃焼器内に突出するような部材を有していないため、燃焼ガスの流動抵抗が増加しない。
また、本発明の燃焼器は略環状を呈し、対向する壁部は、略円筒状の内周側壁部と、略円筒状を呈し内周側壁部を囲んで設けられる外周側壁部とを有し、空気導入孔は、内周側壁部及び外周側壁部のそれぞれにその周方向で複数並んで設けられるという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、周方向で列状に複数設けられている空気導入孔から導入される希釈用空気によって、燃焼ガスは略環状を呈する燃焼器内で径方向外側又は内側に向かって略一様に付勢される。
このような構成を採用する本発明では、周方向で列状に複数設けられている空気導入孔から導入される希釈用空気によって、燃焼ガスは略環状を呈する燃焼器内で径方向外側又は内側に向かって略一様に付勢される。
また、本発明の燃焼器は、空気導入孔が内周側壁部及び外周側壁部の少なくともいずれか一方において、流動方向で並列する複数の列を形成するという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、燃焼器内を所定の方向で流動している燃焼ガスが、上記壁部と略直交する方向で複数回蛇行しつつ流動する。
このような構成を採用する本発明では、燃焼器内を所定の方向で流動している燃焼ガスが、上記壁部と略直交する方向で複数回蛇行しつつ流動する。
また、本発明の燃焼器は、空気導入孔が、流動方向に関して隣り合う列を形成する空気導入孔と周方向でずれて設けられるという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、燃焼器内を所定の方向で流動している燃焼ガスが、上記周方向で蛇行しつつ流動する。
このような構成を採用する本発明では、燃焼器内を所定の方向で流動している燃焼ガスが、上記周方向で蛇行しつつ流動する。
また、本発明の燃焼器は、外周側壁部に設けられる空気導入孔が、内周側壁部に設けられる空気導入孔よりも燃焼ガスの流動方向における上流側に位置するという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、上流側に位置する空気導入孔から導入される希釈用空気の流速は下流側よりも大きいため、燃焼器内を流動する排気ガスの流動方向は径方向内側へ変位する。
このような構成を採用する本発明では、上流側に位置する空気導入孔から導入される希釈用空気の流速は下流側よりも大きいため、燃焼器内を流動する排気ガスの流動方向は径方向内側へ変位する。
本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
本発明によれば、燃焼器内における燃焼ガスの流動抵抗が増加しないことから、ガスタービンの効率を高く維持することができると共に、燃焼ガスをよく希釈・攪拌して燃焼ガスの温度分布を略均一化し、タービンの寿命を長くすることができるという効果がある。
本発明によれば、燃焼器内における燃焼ガスの流動抵抗が増加しないことから、ガスタービンの効率を高く維持することができると共に、燃焼ガスをよく希釈・攪拌して燃焼ガスの温度分布を略均一化し、タービンの寿命を長くすることができるという効果がある。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
〔第一実施形態〕
本実施形態におけるガスタービン1の構成を、図1から図3を参照して説明する。
図1は、ガスタービン1の構成を示す概略図である。図2は、燃焼器3の斜視概略図である。図3は、燃焼器3の断面図であり、(a)は燃焼器3の径方向及び軸方向に沿う平面における断面図、(b)は(a)のA−A線視断面図である。なお、上記図内における矢印Fは前方を示すものとする。
〔第一実施形態〕
本実施形態におけるガスタービン1の構成を、図1から図3を参照して説明する。
図1は、ガスタービン1の構成を示す概略図である。図2は、燃焼器3の斜視概略図である。図3は、燃焼器3の断面図であり、(a)は燃焼器3の径方向及び軸方向に沿う平面における断面図、(b)は(a)のA−A線視断面図である。なお、上記図内における矢印Fは前方を示すものとする。
本実施形態におけるガスタービン1は、燃料を燃焼させることにより発生する燃焼ガスの熱エネルギーを、動力に変換するための装置である。
図1に示すように、本実施形態におけるガスタービン1は、圧縮機2と、燃焼器3と、タービン4とを備えている。
図1に示すように、本実施形態におけるガスタービン1は、圧縮機2と、燃焼器3と、タービン4とを備えている。
圧縮機2は、外部から導入された空気を圧縮して昇圧させる多段の軸流圧縮機であり、吸気部21と、圧縮機軸22と、圧縮機動翼23と、圧縮機静翼24とを有している。
吸気部21は、圧縮機2の前方側に設けられ、外部から空気を圧縮機2内へ導入するための開口部である。圧縮機軸22は、前後方向で延びる略軸状の部材であり、軸周りで回転自在に圧縮機2内に設置されている。圧縮機動翼23は、略円板状を呈する回転翼であり、圧縮機軸22に軸方向で複数配設されている。圧縮機静翼24は、略環状を呈する固定翼であり、複数の圧縮機動翼23の間に各々設けられている。
吸気部21は、圧縮機2の前方側に設けられ、外部から空気を圧縮機2内へ導入するための開口部である。圧縮機軸22は、前後方向で延びる略軸状の部材であり、軸周りで回転自在に圧縮機2内に設置されている。圧縮機動翼23は、略円板状を呈する回転翼であり、圧縮機軸22に軸方向で複数配設されている。圧縮機静翼24は、略環状を呈する固定翼であり、複数の圧縮機動翼23の間に各々設けられている。
燃焼器3は、燃料と圧縮機2により圧縮された空気との混合気体を燃焼させるものであり、圧縮機2の後方側に設けられた圧縮空気室5内に設置されている。
圧縮空気室5は、圧縮機2によって圧縮された空気が充填される空間であり、後述するタービン軸41を囲んで略環状に形成されている。燃焼器3は、圧縮空気室5と同じくタービン軸41を囲んで略環状を呈しており、その前方側にはガスタービン1の外部から燃料を導入するための燃料供給管31が接続されている。燃焼器3は、その内部で燃料と空気との混合気体を燃焼させ、発生する燃焼ガスを後方のタービン4に供給する。なお、燃焼器3の詳細は後述する。
圧縮空気室5は、圧縮機2によって圧縮された空気が充填される空間であり、後述するタービン軸41を囲んで略環状に形成されている。燃焼器3は、圧縮空気室5と同じくタービン軸41を囲んで略環状を呈しており、その前方側にはガスタービン1の外部から燃料を導入するための燃料供給管31が接続されている。燃焼器3は、その内部で燃料と空気との混合気体を燃焼させ、発生する燃焼ガスを後方のタービン4に供給する。なお、燃焼器3の詳細は後述する。
タービン4は、燃焼器3から供給された燃焼ガスの熱エネルギーを動力に変換するものであり、タービン軸41と、タービン動翼42と、タービン静翼43と、出力軸44と、排気部45とを有している。
タービン軸41は、前後方向で延びる略軸状の部材であり、圧縮機軸22と一体的に連結され、軸周りで回転自在にタービン4内に設置されている。タービン動翼42は、略円板状を呈する回転翼であり、タービン軸41に軸方向で複数配設されている。タービン静翼43は、略環状を呈する固定翼であり、複数のタービン動翼42の間に各々設けられている。出力軸44は、ガスタービン1から外部に動力を出力するために、タービン軸41に一体的に連結された軸部であり、例えばガスタービン1が発電設備で用いられるのであれば出力軸44には発電機が接続される。排気部45は、タービン4の後方側に設けられ、タービン動翼42を回転させた後の燃焼ガスが排出される開口部である。なお、ガスタービン1が航空機等に用いられるジェットエンジン等であれば、出力軸44は設けられず、排気部45から排出される燃焼ガスにより推進力を得る構成となっている。
次に、燃焼器3の詳細を説明する。
図2に示すように、燃焼器3は、圧縮空気室5内に設置されている。圧縮空気室5は、ガスタービン1の外壁を構成するハウジング51と、タービン軸41が設置されている空間と区画するための隔壁52との間に形成されており、圧縮機2で圧縮された圧縮空気が充填される略環状を呈する空間である。
図2に示すように、燃焼器3は、圧縮空気室5内に設置されている。圧縮空気室5は、ガスタービン1の外壁を構成するハウジング51と、タービン軸41が設置されている空間と区画するための隔壁52との間に形成されており、圧縮機2で圧縮された圧縮空気が充填される略環状を呈する空間である。
燃焼器3は略環状を呈する、いわゆるアニュラー形の燃焼器である。燃焼器3と、ハウジング51及び隔壁52との間には、圧縮空気が後方側に流動するための外側流路53及び内側流路54が各々形成されている。
燃焼器3は、上流側壁部32と、外周側壁部(壁部)33と、内周側壁部(壁部)34とからなる。
燃焼器3は、上流側壁部32と、外周側壁部(壁部)33と、内周側壁部(壁部)34とからなる。
上流側壁部32は、略環状を呈する板状部材である。外周側壁部33及び内周側壁部34は共に略円筒状の部材であり、外周側壁部33は内周側壁部34を囲んで設けられ、外周側壁部33と内周側壁部34との間には略環状の燃焼空間35が形成されている。燃焼空間35は、後述するように燃料と圧縮空気との混合気体を燃焼するための空間であり、燃焼により発生する燃焼ガスは上流側壁部32側から後方のタービン4側に向かって流動する。また、上流側壁部32の外周縁部には外周側壁部33の前端部が接続され、上流側壁部32の内周縁部には内周側壁部34の前端部が接続されている。
上流側壁部32には前述した燃料供給管31が接続されており、上流側壁部32と燃料供給管31との接続部には燃料を燃焼空間35へ噴射して供給するための燃料インジェクタ31Aが設置されている。また、燃料インジェクタ31Aの周囲には、略環状を呈し、圧縮空気室5内の圧縮空気を旋回させつつ燃焼空間35へ供給するためのスワーラ31Bが設置されている。
外周側壁部33には、第一外周側孔部(空気導入孔)33a及び第二外周側孔部(空気導入孔)33bが、外周側壁部33の周方向でそれぞれ複数並んで設けられ、燃焼ガスの流動方向で並列する複数の列を形成している(図3参照)。第一外周側孔部33a及び第二外周側孔部33bは、燃焼ガスを希釈するための圧縮空気を外側流路53から導入する孔部である。第一外周側孔部33aは前方側の列を形成する複数の孔部であり、第二外周側孔部33bは第一外周側孔部33aの後方側で隣り合う列を形成する複数の孔部である。各々の第一外周側孔部33a及び第二外周側孔部33bは、前後方向で並んで配置されている。
内周側壁部34には、第一内周側孔部(空気導入孔)34a及び第二内周側孔部(空気導入孔)34bが、内周側壁部34の周方向でそれぞれ複数並んで設けられ、燃焼ガスの流動方向で並列する複数の列を形成している(図3参照)。第一内周側孔部34a及び第二内周側孔部34bは、燃焼ガスを希釈するための圧縮空気を内側流路54から導入する孔部である。第一内周側孔部34aは前方側の列を形成する複数の孔部であり、第二内周側孔部34bは第一内周側孔部34aの後方側で隣り合う列を形成する複数の孔部である。各々の第一内周側孔部34a及び第二内周側孔部34bは、前後方向で並んで配置されている。
図3(a)に示すように、外周側壁部33に形成される第一外周側孔部33a及び第二外周側孔部33bと、内周側壁部34に形成される第一内周側孔部34a及び第二内周側孔部34bとは、前後方向すなわち燃焼ガスの流動方向で互いにずれて配置されている。なお、第一外周側孔部33aは、第一内周側孔部34aよりも前方側に位置している。
また、図3(b)に示すように、外周側壁部33に形成される第一外周側孔部33a及び第二外周側孔部33bと、内周側壁部34に形成される第一内周側孔部34a及び第二内周側孔部34bとは、燃焼ガスの流動方向で延びる所定の軸周り方向で略対向して配置されている。なお、第一外周側孔部33aは、スワーラ31Bから導入される圧縮空気の旋回流と対向する位置に設けられている。
また、図3(b)に示すように、外周側壁部33に形成される第一外周側孔部33a及び第二外周側孔部33bと、内周側壁部34に形成される第一内周側孔部34a及び第二内周側孔部34bとは、燃焼ガスの流動方向で延びる所定の軸周り方向で略対向して配置されている。なお、第一外周側孔部33aは、スワーラ31Bから導入される圧縮空気の旋回流と対向する位置に設けられている。
続いて、本実施形態におけるガスタービン1の動作を説明する。
まず、圧縮機2が空気を圧縮する動作について説明する。
後述するタービン軸41の回転により圧縮機軸22が回転し、圧縮機軸22に設けられた圧縮機動翼23が回転する。圧縮機動翼23が回転することで空気を後方側に送り出すため、吸気部21から空気が圧縮機2内に導入される。圧縮機静翼24は、圧縮機動翼23が後方側に送り出した空気の流動を規制することで、空気を昇圧させる。圧縮機動翼23及び圧縮機静翼24は共に複数段設けられているため、空気は圧縮機2内を流動することで次第に昇圧し高い圧力まで上昇する。
まず、圧縮機2が空気を圧縮する動作について説明する。
後述するタービン軸41の回転により圧縮機軸22が回転し、圧縮機軸22に設けられた圧縮機動翼23が回転する。圧縮機動翼23が回転することで空気を後方側に送り出すため、吸気部21から空気が圧縮機2内に導入される。圧縮機静翼24は、圧縮機動翼23が後方側に送り出した空気の流動を規制することで、空気を昇圧させる。圧縮機動翼23及び圧縮機静翼24は共に複数段設けられているため、空気は圧縮機2内を流動することで次第に昇圧し高い圧力まで上昇する。
次に、燃焼器3内で燃料及び圧縮空気の混合気体を燃焼させる動作について説明する。
燃料供給管31及び燃料インジェクタ31Aにより、ガスタービン1の外部から燃料が燃焼器3の燃焼空間35へ噴射されて供給される。一方、圧縮機2によって圧縮された圧縮空気は、圧縮空気室5内に充填される。この圧縮空気は、スワーラ31Bによって旋回しつつ燃焼空間35へ供給され、上記燃料と混ざり合うことにより混合気体となる。この混合気体に着火し、燃焼空間35内で燃焼させ燃焼ガスを発生させる。発生した燃焼ガスは燃焼空間35内を後方側に流動し、後方のタービン4に供給される。
燃料供給管31及び燃料インジェクタ31Aにより、ガスタービン1の外部から燃料が燃焼器3の燃焼空間35へ噴射されて供給される。一方、圧縮機2によって圧縮された圧縮空気は、圧縮空気室5内に充填される。この圧縮空気は、スワーラ31Bによって旋回しつつ燃焼空間35へ供給され、上記燃料と混ざり合うことにより混合気体となる。この混合気体に着火し、燃焼空間35内で燃焼させ燃焼ガスを発生させる。発生した燃焼ガスは燃焼空間35内を後方側に流動し、後方のタービン4に供給される。
次に、燃焼ガスがタービン4を回転させる動作について説明する。
タービン4に供給された燃焼ガスは、タービン動翼42を付勢し回転させる。このとき、タービン静翼43は、燃焼ガスが適切にタービン動翼42に導入されるように燃焼ガスの流動を規制する。タービン動翼42はタービン軸41に設けられているため、タービン動翼42の回転によりタービン軸41も回転する。すなわち、燃焼ガスの熱エネルギーを運動エネルギー(動力)に変換することができる。
タービン4に供給された燃焼ガスは、タービン動翼42を付勢し回転させる。このとき、タービン静翼43は、燃焼ガスが適切にタービン動翼42に導入されるように燃焼ガスの流動を規制する。タービン動翼42はタービン軸41に設けられているため、タービン動翼42の回転によりタービン軸41も回転する。すなわち、燃焼ガスの熱エネルギーを運動エネルギー(動力)に変換することができる。
タービン軸41は、圧縮機軸22と一体的に連結されているため、タービン4により得られた回転動力は一部圧縮機2で空気を圧縮するために利用される。また、タービン軸41には出力軸44が一体的に連結されており、出力軸44を介して外部に動力を出力することができる。例えば発電設備の場合、出力軸44には発電機が接続され、出力軸44の回転により発電することができる。タービン動翼42を回転させた後、燃焼ガスは排気部45から外部に放出される。燃焼ガスを浄化する必要があるときは、排気部45には燃焼ガス浄化装置(図示せず)が接続される。なお、本実施形態のガスタービン1が航空機等で使用されるジェットエンジンである場合は、出力軸44は設けられず、排気部45から排出される燃焼ガスにより推進力を得る。
以上で、本実施形態におけるガスタービン1の動作が完了する。
以上で、本実施形態におけるガスタービン1の動作が完了する。
続いて、燃焼器3の第一内周側孔部34a等から燃焼空間35内へ導入された圧縮空気が、燃焼ガスの流動を変化させる動作を、図4及び図5を参照して説明する。
図4は、第一内周側孔部34aから導入される圧縮空気の流動を示す概略図である。図5は、燃焼空間35内における燃焼ガスの流動を示す概略図である。
まず、内周側壁部34に形成された第一内周側孔部34aから導入される圧縮空気の流動について説明する。なお、以下の説明は他の孔部である第一外周側孔部33a、第二外周側孔部33b及び第二内周側孔部34bにも適用される。
図4は、第一内周側孔部34aから導入される圧縮空気の流動を示す概略図である。図5は、燃焼空間35内における燃焼ガスの流動を示す概略図である。
まず、内周側壁部34に形成された第一内周側孔部34aから導入される圧縮空気の流動について説明する。なお、以下の説明は他の孔部である第一外周側孔部33a、第二外周側孔部33b及び第二内周側孔部34bにも適用される。
図2に示すように、圧縮空気室5の外側流路53及び内側流路54内では圧縮空気が後方側に向かって流動しており、燃焼器3は圧縮空気室5内に設置されている。燃焼器3内の燃焼ガスの圧力は、外側流路53及び内側流路54内の圧縮空気の圧力より低いため、燃焼器3の第一内周側孔部34a等を介して圧縮空気室5内の圧縮空気が燃焼空間35内に流入する。
図4に示すように、説明のため、燃焼空間35の径方向に関する中央近傍を流動する燃焼ガスを中央部燃焼ガスG1とし、内周側壁部34近傍を流動する燃焼ガスを壁部近傍燃焼ガスG2とする。
内周側壁部34の第一内周側孔部34aから流入する圧縮空気Dは、内周側壁部34に直交する方向で燃焼空間35内に流入する。圧縮空気Dは、燃焼ガスG1及びG2により後方側に付勢され、その流動方向は後方側に向かって変位する。また、中央部燃焼ガスG1も圧縮空気Dにより付勢され、その流動方向は径方向外側(紙面上側)に変位する。一方、壁部近傍流動ガスG2は、圧縮空気Dにより2方向すなわち周方向で相反する方向に付勢されて変位する。
内周側壁部34の第一内周側孔部34aから流入する圧縮空気Dは、内周側壁部34に直交する方向で燃焼空間35内に流入する。圧縮空気Dは、燃焼ガスG1及びG2により後方側に付勢され、その流動方向は後方側に向かって変位する。また、中央部燃焼ガスG1も圧縮空気Dにより付勢され、その流動方向は径方向外側(紙面上側)に変位する。一方、壁部近傍流動ガスG2は、圧縮空気Dにより2方向すなわち周方向で相反する方向に付勢されて変位する。
次に、燃焼器3内における燃焼ガスの流動について説明する。
図5に示すように、燃焼器3は前方側から順に、第一外周側孔部33a、第一内周側孔部34a、第二外周側孔部33b及び第二内周側孔部34bを有しており、これらの孔部から流入する圧縮空気Dにより、中央部燃焼ガスG1の流動は影響を受ける。
図5に示すように、燃焼器3は前方側から順に、第一外周側孔部33a、第一内周側孔部34a、第二外周側孔部33b及び第二内周側孔部34bを有しており、これらの孔部から流入する圧縮空気Dにより、中央部燃焼ガスG1の流動は影響を受ける。
まず、中央部燃焼ガスG1は、第一外周側孔部33aから導入される圧縮空気Dにより内周側壁部34側に付勢されて変位する。次に、内周側壁部34側に付勢された中央部燃焼ガスG1は、第一内周側孔部34aから導入される圧縮空気Dにより外周側壁部33側に付勢されて変位する。さらに、中央部燃焼ガスG1は、第二外周側孔部33b及び第二内周側孔部34bにより順次付勢されて変位する。すなわち、中央部燃焼ガスG1は、燃焼器3の径方向(紙面上下方向)で蛇行しつつ後方側に流動する。よって、中央部燃焼ガスG1は蛇行して流動することで圧縮空気Dとよく希釈・攪拌される。
また、燃焼器3の第一外周側孔部33a等は、周方向で複数並んで設けられているため、燃焼ガスは略環状を呈する燃焼器3内で径方向外側又は内側に向かって略一様に付勢される。よって、燃焼器3内の燃焼ガスは、周方向に亘り略一様に攪拌される。
したがって、燃焼器3内における燃焼ガスの温度分布を均一化し、タービン4を破損する虞のある燃焼ガスにおける高温部分の発生を防ぐことができる。なお、本実施形態では、燃焼器3内に突出した状態で圧縮空気を導入するような部材を使用していないため、燃焼ガスの流動抵抗は増加しない。
したがって、燃焼器3内における燃焼ガスの温度分布を均一化し、タービン4を破損する虞のある燃焼ガスにおける高温部分の発生を防ぐことができる。なお、本実施形態では、燃焼器3内に突出した状態で圧縮空気を導入するような部材を使用していないため、燃焼ガスの流動抵抗は増加しない。
外周側壁部33及び内周側壁部34の形状により、燃焼器3内の燃焼ガスの流動方向は径方向外側又は内側に偏る場合がある。例えば、本実施形態の内周側壁部34の後方側は、径方向外側に向かう斜面となっており、該斜面の傾きは対向する外周側壁部33の斜面の傾きよりも大きいため、燃焼器3内の燃焼ガスは内周側壁部34から抵抗を受け径方向外側に変位しやすい傾向にある。そのため、第一外周側孔部33aを最も前方に配置することで、燃焼ガスの流動を全体的に径方向内側に変位させ、径方向に関して燃焼空間35の略中央部を通ってタービン4に供給することができ、効率よくタービン4のタービン動翼42を回転させることができる。
したがって、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
本実施形態によれば、燃焼器3内における燃焼ガスの流動抵抗が増加しないことから、ガスタービン1の効率を高く維持することができると共に、燃焼ガスをよく希釈・攪拌して燃焼ガスの温度分布を略均一化し、タービン4の破損を防ぐことができるという効果がある。
本実施形態によれば、燃焼器3内における燃焼ガスの流動抵抗が増加しないことから、ガスタービン1の効率を高く維持することができると共に、燃焼ガスをよく希釈・攪拌して燃焼ガスの温度分布を略均一化し、タービン4の破損を防ぐことができるという効果がある。
〔第二実施形態〕
本実施形態に係る燃焼器3Aの構成を、図6を参照して説明する。
図6は、燃焼器3Aの断面図であり、(a)は燃焼器3Aの径方向及び軸方向に沿う平面における断面図、(b)は(a)のB線矢視図である。なお、図6において、第一の実施形態の構成要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
本実施形態に係る燃焼器3Aの構成を、図6を参照して説明する。
図6は、燃焼器3Aの断面図であり、(a)は燃焼器3Aの径方向及び軸方向に沿う平面における断面図、(b)は(a)のB線矢視図である。なお、図6において、第一の実施形態の構成要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
図6(b)に示すように、内周側壁部34には、第一内周側孔部34aが周方向で複数並んで設けられ、第一内周側孔部34aの後方側に第二内周側孔部34bが周方向で複数並んで設けられている。また、第二内周側孔部34bは、燃焼ガスの流動方向に関して隣り合う列を形成する第一内周側孔部34aと周方向でずれて設けられている。
なお、外周側壁部33においても、第二外周側孔部33bは、上記流動方向に関して隣り合う列を形成する第一外周側孔部33aと周方向でずれて設けられている。
なお、外周側壁部33においても、第二外周側孔部33bは、上記流動方向に関して隣り合う列を形成する第一外周側孔部33aと周方向でずれて設けられている。
続いて、本実施形態に係る燃焼器3A内における燃焼ガスの流動について説明する。
内周側壁部34の近傍を流動する壁部近傍燃焼ガスG2は、第一内周側孔部34aから流入する圧縮空気Dによって周方向で相反する方向(紙面上下方向)で付勢され変位する。次に、変位した壁部近傍燃焼ガスG2は、第二内周側孔部34bから流入する圧縮空気Dによっても周方向で相反する方向で付勢され変位する。すなわち、壁部近傍燃焼ガスG2は、周方向で蛇行しつつ流動する。
なお、外周側壁部33の近傍を流動する燃焼ガスにおいても、壁部近傍燃焼ガスG2と同様に蛇行しつつ流動する。
内周側壁部34の近傍を流動する壁部近傍燃焼ガスG2は、第一内周側孔部34aから流入する圧縮空気Dによって周方向で相反する方向(紙面上下方向)で付勢され変位する。次に、変位した壁部近傍燃焼ガスG2は、第二内周側孔部34bから流入する圧縮空気Dによっても周方向で相反する方向で付勢され変位する。すなわち、壁部近傍燃焼ガスG2は、周方向で蛇行しつつ流動する。
なお、外周側壁部33の近傍を流動する燃焼ガスにおいても、壁部近傍燃焼ガスG2と同様に蛇行しつつ流動する。
したがって、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
本実施形態によれば、第一の実施形態によって得られる効果に加え、外周側壁部33及び内周側壁部34の近傍を流動する燃焼ガスが、周方向で蛇行しつつ流動するため、燃焼ガスの希釈・攪拌が更に促進されるという効果がある。
本実施形態によれば、第一の実施形態によって得られる効果に加え、外周側壁部33及び内周側壁部34の近傍を流動する燃焼ガスが、周方向で蛇行しつつ流動するため、燃焼ガスの希釈・攪拌が更に促進されるという効果がある。
なお、前述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲においてプロセス条件や設計要求等に基づき種々変更可能である。
例えば、上記実施形態では、燃焼器3はアニュラー形の燃焼器であったが、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、ガスタービン1に略円筒状の燃焼器が環状に複数配置されたいわゆるキャニュラー形(缶形)のガスタービンであってもよい。この場合、請求項1における対向する壁部とは、キャニュラー形燃焼器における内周面の対向する箇所を指すものとする。
また、上記実施形態では、第一外周側孔部33aが、第一内周側孔部34aよりも前方側に配置されていたが、燃焼器3の形状や燃焼ガスの流動傾向に従い、逆の構成すなわち第一内周側孔部34aが第一外周側孔部33aよりも前方に配置されていてもよい。
また、上記実施形態では、外周側壁部33及び内周側壁部34には複数の孔部が各々2列ずつ形成されているが、1列で有ってもよいし、3列以上の列数であってもよい。また、外周側壁部33と内周側壁部34とに各々形成される列数が異なっていてもよい。
1…ガスタービン、3…燃焼器、33…外周側壁部(壁部)、33a…第一外周側孔部(空気導入孔)、33b…第二外周側孔部(空気導入孔)、34…内周側壁部(壁部)、34a…第一内周側孔部(空気導入孔)、34b…第二内周側孔部(空気導入孔)
Claims (5)
- 対向する壁部間で燃料を燃焼させることにより燃焼ガスを発生させるガスタービンの燃焼器であって、
前記対向する壁部に各々設けられる空気導入孔を有し、
前記対向する壁部に各々設けられる空気導入孔は、前記燃焼ガスの流動方向で互いにずれて、且つ、前記流動方向で延びる所定の軸周り方向で略対向して配置されることを特徴とするガスタービンの燃焼器。 - 前記燃焼器は略環状を呈し、
前記対向する壁部は、略円筒状の内周側壁部と、略円筒状を呈し前記内周側壁部を囲んで設けられる外周側壁部とを有し、
前記空気導入孔は、前記内周側壁部及び前記外周側壁部のそれぞれに、その周方向で複数並んで設けられることを特徴とする請求項1に記載のガスタービンの燃焼器。 - 前記空気導入孔は、前記内周側壁部及び前記外周側壁部の少なくともいずれか一方において、前記流動方向で並列する複数の列を形成することを特徴とする請求項2に記載のガスタービンの燃焼器。
- 前記空気導入孔は、前記流動方向に関して隣り合う列を形成する前記空気導入孔と、前記周方向でずれて設けられることを特徴とする請求項3に記載のガスタービンの燃焼器。
- 前記外周側壁部に設けられる前記空気導入孔が、前記内周側壁部に設けられる前記空気導入孔よりも前記流動方向における上流側に位置することを特徴とする請求項2から4のいずれか一項に記載のガスタービンの燃焼器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009090433A JP2010243009A (ja) | 2009-04-02 | 2009-04-02 | ガスタービンの燃焼器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009090433A JP2010243009A (ja) | 2009-04-02 | 2009-04-02 | ガスタービンの燃焼器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2010243009A true JP2010243009A (ja) | 2010-10-28 |
Family
ID=43096199
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2009090433A Pending JP2010243009A (ja) | 2009-04-02 | 2009-04-02 | ガスタービンの燃焼器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2010243009A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014526029A (ja) * | 2011-08-22 | 2014-10-02 | トクァン,マジェド | ガス・タービン・エンジンで使用するための段階的で接線方向の燃料空気ノズルを備えた環状筒型燃焼器 |
| JP2014526030A (ja) * | 2011-08-22 | 2014-10-02 | トクァン,マジェド | ガス・タービン・エンジンで使用するための予め混合された接線方向の燃料空気のノズルを備えた環状筒型燃焼器 |
| JP2017053523A (ja) * | 2015-09-08 | 2017-03-16 | 株式会社Ihi | ガスタービン用燃焼器 |
-
2009
- 2009-04-02 JP JP2009090433A patent/JP2010243009A/ja active Pending
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