JPH018834Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の技術分野〕 本考案はガスタービン燃焼器における燃焼噴射
装置に係り、とりわけガスタービン燃焼器の低負
荷時においても燃焼状態が安定化するように図つ
たガスタービン燃焼噴射装置の改良に関する。

〔考案の技術的背景とその問題点〕

近年ガスタービンは、単機容量を増大して単位
出力当りの運転原価を低減すべくその高温化・大
型化がすすめられている。ガスタービンを大容量
化する場合、必然的に燃焼器に供給する燃料器を
増加することが必要となり、そのため燃焼器に配
設される燃料噴射装置の容量も大きくしなければ
ならない。

ところが、ガスタービンの起動から最大負荷に
至るまでの各運転モードにおける必要燃料量は大
きく異なるのであり、特にガスタービン容量を大
型化した場合にその相異は顕著となる。

第６図はこれまで一般に用いられてきたガス燃
焼噴射装置を示すものであつて、燃料ガスは燃料
導入口５０から流入してハウジング５１内部を通
り先端に設けられた噴射口５２から噴出する。そ
してスワーラ５３から送給される圧縮機吐出空気
と混合されて図示しない燃焼器内部にて燃焼され
る。かかる構成のガス燃料噴射装置では噴射口５
２の流路面積が一定であるため、上記必要燃料量
が運転モードにより相異すると次のような不都合
が生ずる。すなわち、一般に上記噴射口流路面積
は100％負荷を基準に設計が行われるため、高負
荷時やタービン起動時には良好な燃焼が得られる
ものの、低負荷時になると燃料量が減少するにも
かかわらず噴射口面積は高負荷時と同であるから
燃料ガス圧力と燃焼器内圧の差が小さくなり、第
７図に示すように噴射圧力比πが限界圧力比より
も小さくなるに至る。このような状況では燃焼不
安定となつて燃焼振動や失火等のトラブルが起こ
る。

また、逆に低流量の燃料について十分な差圧を
確保しようとすれば、噴射口面積を小さくせざる
を得ないが、そうすれ高負荷時に燃料流量を増加
するためには燃料供給圧力を増加しなければなら
ず、プラント設備の高圧化を招いて好ましくない
という不具合がある。

〔考案の目的〕

本考案は上記の点に鑑みてなされたもので、低
負荷領域時の低流量燃料でも好適にして安定な燃
料が燃焼器に送り出されるように図つたガスター
ビンのガス燃料噴射装置を提供することを目的と
する。

〔考案の概要〕

本考案は、燃料導入口を備えたハウジングと、
このハウジング端部に形成された開口部に取着さ
れ、表面にすりばち形状の凹部が形成されこの凹
部と前記ハウジング内部を貫通するよう設けられ
た孔を有するノズル体と、前記凹部に包蔵される
絞り弁の頭部に接続する支持部がバネの伸縮力を
受けて前記ノズル体内を摺動するようにし、その
支持部の移動によつて前記ノズル体に対して進退
可能となるようにする絞り弁と、この絞り弁の頭
部には燃料に旋回流を与えるように形成するスリ
ツトを穿設してなり、低負荷時、前記スリツトを
通して燃料に旋回流を与えて燃焼器に送り出すガ
スタービンのガス燃料噴射装置である。

かかる構成において、燃料はハウジングからノ
ズル体に設けられた孔を通り、さらにノズル体表
面に設けられた凹部と絞り弁の頭部との間に形成
される隙間を通つて燃焼器内部へ噴出する。この
際絞り弁頭部に作用する燃料供給圧力と燃焼器内
圧との差圧に基く力によつて、上記絞り弁をノズ
ル体に係合するよう付勢しているバネが伸縮す
る。このバネの伸縮により、上記ノズル体の凹部
と絞り弁頭部の間に形成される隙間によつて確保
される燃料の流路面積は、燃料流量が小なるとき
は小さく、逆に流量が大なるときは大きくなるよ
う変化する。

こうして燃料流量の大小に応じてその流路面積
は変化するが、それでも、低負荷時においては燃
料圧力と燃焼器内圧力との差圧が少ないこともあ
つて、燃料自身の流れが無く、このため燃焼器内
の燃焼度合は偏り、燃焼器内の局部燃焼による局
部加熱や燃焼部分と非燃焼部分との圧力差による
振動が発生する。

かかる不具合が発生する場合でも、絞り弁頭部
に穿孔するスリツトが燃料に旋回流を与えて燃焼
器に送り出す。その結果、燃料圧力と燃焼器内圧
力との差圧が少なく、バネの伸縮力が活用されて
いなくとも、燃料には旋回流が与えられているた
め、ノズル体から噴出する燃料は燃焼器内の全域
に行き渡る。

〔考案の実施例〕

第１図は本考案の一実施例に係るガス燃料噴射
装置を示すものであつて、燃料導入口１を備えた
ハウジング２の端部に形成された開口部３にはノ
ズル体４が取着されている。このノズル体４の表
面にはすりばち形状に開口した凹部５が形成さ
れ、この凹部５のノズル体４に支持部６を介して
摺動するよう支持された絞り弁７の頭部８が包蔵
されている。また、ノズル体４には上記凹部５と
ハウジング２内部を連通する孔９が複数穿設され
ると共に、ノズル体４の側方から凹部５の内側へ
向けてスワーラ１０が全周にわたつて形成されて
いる。絞り弁７の支持部６の端部にはバネ１１が
同じく支持部６に固定された止め金具１２とノズ
ル体４に挾まれるよう貫装され、またこの支持部
６にはストツパ１３が固着され絞り弁７のストロ
ークを制限するようになつている。なお、符号１
４は振動を防止するためのＯリングである。第２
図は第１図のＡ−Ａ矢視図であつて、図示のよう
に絞り弁７の頭部８の側面には多数のスリツト
（溝）１５が穿孔され、これらスリツト１５は燃
料が旋回流となつて燃焼器に送り出されるよう
に、曲面形状になつている。また、これらスリツ
ト１５はスワーラ１０と同数設けられている。

上記構成において、燃料流入口１より流入した
燃料はハウジング２内で方向を変えノズル体４の
孔９を通り、さらにノズル体４の凹部５と絞り弁
７の頭部８の間に形成された間隙１６を通つて図
示しない燃焼器内部へ噴射される。この燃料は噴
射される際スリツト１５に沿つて旋回流となりつ
つスワーラ１０から供給される圧縮空気と混合さ
れる。このとき、上記間隙１６によつて確保され
る流路面積は、バネ１１で付勢された絞り弁７に
作用する燃料ガス供給圧力と燃焼器内圧との差圧
に基いて変化する。すなわち、ノズル体４の孔９
を通つた燃料は、燃焼器内圧Pccとそれ自身の燃
料ガス圧力Pgasの差圧（Pgas−Pcc）に従つて
絞り弁７を外方へ押し出そうとする。一方、絞り
弁７はバネ１１によりその動きが抑制されるか
ら、結局上記差圧に絞り弁７の受圧面積Ｆを乗じ
て求められる力がバネ１１に作用し、バネ１１は
それに生じる弾性力が上記力と均衡するよう伸縮
することとなる。すなわち、バネ１１の弾性定数
をｋとすれば、バネ１１の変位Δlは次式で求め
ることができる。

Δl＝Ｆ／ｋ（Pgas−Pcc） ＝Ｆ／ｋ×Pcc×（π−１） ……(1) ここで噴射圧力比π＝Pgas／Pcc このバネ１１の変位に従つて絞り弁７は開閉す
るから、絞り弁７とノズル体４の凹部５との間に
確保される燃料ガスの流路面積Ａは、関数ｆを用
いて次式で表わすことができる。

Ａ＝Amin＋ｆ（Δl） ……(2) なお、Amin≦Ａ≦Amax ……(3) ここでAminは流路面積の最小値で、本実施例
では絞り弁７がノズル体４の凹部５に当接した状
態、すなわちスリツト１５により確保される面
積、AmaxはＡの最大値で絞り弁７の支持部６に
固定されたストツパ１３がノズル体４に当接して
いるとき（第１図の状態の面積である。なお、(2)
式において関数ｆは凹部５のすりばち形状部分の
傾き角により種々変化する。

ガスタービンにおいては、回転数および負荷の
上昇に伴なつて圧縮機の吐出圧が上昇して燃焼器
内圧Pccが上昇していくこととなるが、Pccの上
昇に併せてPgasを増加させることにより前述の
噴射圧力比πを少なくとも一定値に保つようにす
れば、(1)式よりΔlは増加し、したがつて(2)式か
ら流路面積Ａが増加するから、結局のところこの
とき燃料流量を増加させることができるのであ
る。

上記の構成によれば、各負荷において燃料ガス
圧力Pgasと燃焼器内圧Pccの差圧を適当に確保す
ることができる。したがつて第３図に示すように
低負荷の状態においても噴射圧力比πは限界値以
上にできる。

しかしながら、噴射圧力比πを限界値以上に上
昇させたとしても、低負荷時、燃料流量は少ない
ので、ノズル体４の凹部５と絞り弁７の頭部８の
間に形成された間隙１６を通る燃料は計算通りに
流れず、片寄つた流れ方をし、局部燃焼が起る。
この場合、前記頭部８にスリツト１５が穿孔され
ているので、燃料が片寄つた流れ方をしても、前
記スリツト１５が燃料に旋回流を与えることにな
り、燃料自身は旋回しながら燃焼器に送り出さ
れ、その結果、送り出される燃料は燃焼器全域に
広がる。こうして燃焼器の燃焼状態は安定に保つ
ことができる。

第４図は他の実施例を示すものであつて、絞り
弁７の頭部８の側面を第５図に示すように平坦面
とし、さらにバネ１１が伸びたときにこの側面が
ノズル体４の凹部５に当接してこの凹部５を密閉
せぬよう、上記頭部８の低面がノズル体４に当接
するようにしたものである。こうして必要な流路
面積を絞り弁７の頭部８の全周にわたつて確保す
ることにより、低負荷時等燃料ガス圧が低い場合
にも圧縮機吐出空気との良好な混合を達成するこ
とができる。

〔考案の効果〕

以上述べたように、本考案は絞り弁をバネで付
勢して燃料ガス圧と燃焼器内圧との差圧に基いて
これを開閉するとともに、バネの付勢力だけでは
燃料を燃焼器に良好に送り出せないときは絞り弁
頭部のスリツトを活用するものであるから、本考
案によれば低負荷時から高負荷時に至る広い負荷
範囲において良好な燃焼を得ることができる。し
たがつて、燃焼振動を生じることもなく、従来の
ように燃焼振動に基いてタービンがトリツプする
という不都合を防止できる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例に係るガス燃料噴射
装置の一部切欠断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ
線矢視図、第３図は本考案の作用を説明する線
図、第４図は本考案の他の実施例を示す一部切欠
断面図、第５図は４図のＢ−Ｂ線矢視図、第６図
は従来のガス燃料噴射装置の一部切欠断面図、第
７図は従来のガス燃料噴射装置の作用を説明する
線図である。 １……燃料導入口、２……ハウジング、３……
開口部、４……ノズル体、５……凹部、６……支
持部、７……絞り弁、８……頭部、９……孔、１
１……バネ、１５……スリツト。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 燃料導入口を備えたハウジングと、このハウジ
   ング端部に形成された開口部に取着され、表面に
   すりばち形状の凹部が形成されこの凹部と前記ハ
   ウジング内部を貫通するよう設けられた孔を有す
   るノズル体と、前記凹部に包蔵される絞り弁の頭
   部に接続する支持部がバネの伸縮力を受けて前記
   ノズル体内を摺動するようにし、その支持部の移
   動によつて前記ノズル体に対して進退可能となる
   ようする絞り弁と、この絞り弁の頭部には燃料に
   旋回流を与えるように形成するスリツトを穿設し
   てなり、低負荷時、前記スリツトを通して燃料に
   旋回流を与えて燃焼器に送り出すガスタービンの
   ガス燃料噴射装置。