JPH07190308A

JPH07190308A - 旋回型バーナ

Info

Publication number: JPH07190308A
Application number: JP33491993A
Authority: JP
Inventors: Toshibumi Sasao; 俊文笹尾; Shigeki Kobayashi; 成喜小林; Osamu Yokota; 修横田; Shinichi Inage; 真一稲毛; Masaya Otsuka; 雅哉大塚
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1993-12-28
Publication date: 1995-07-28

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、常に空間的に安定した火炎を形成す
ることにより、安定した燃焼状態を維持することを可能
とすることを目的とする。さらに本発明により、保炎器
の信頼性を向上させることを目的とする。【構成】本発明の旋回型バーナは、空気もしくは燃料と
空気の混合気に流れ方向が軸中心に向かう旋回流れを与
え、流路の出口部に流路面積が拡大する流路出口及び燃
焼室を設けたことを特徴とする。【効果】本発明によれば、旋回流の渦崩壊により空間的
に安定した火炎を形成し、安定した燃焼状態を維持する
ことが可能となる。さらに空間的に火炎が形成されるた
め、保炎器が高温の既燃焼ガスに直接接触することがな
いため、保炎器の信頼性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガスタービンに用いら
れる燃焼器の旋回型バーナにおいて、特に、安定燃焼可
能な旋回型バーナに係る。

【０００２】

【従来の技術】従来技術としては、実開平1−170865号
公報及び特開平4−90403 号公報に記載されている。

【０００３】更に、リセスと呼ばれる保炎器構造や、ブ
ラフボディと呼ばれる保炎器では、保炎器自体が高温の
既燃焼ガスに直接さらされるため保炎器が高温となり、
焼損する可能性があり、信頼性の面で大きな問題をかか
えている。

【０００４】また、旋回型保炎器において、中心部に負
圧を生じせしめ、この中心部に循環流を形成させること
により、火炎を形成し、連続的な燃焼を可能とするもの
がある。しかしながら、旋回流れを軸方向に平行に直接
燃焼室内へ噴出した場合、高温な循環流が旋回器に接す
るように形成されるため、旋回器中心部が高温の既燃焼
ガスにさらされ、前記保炎器と同様に信頼性の点で問題
がある。

【０００５】また、旋回流れを軸中心方向に傾け直接燃
焼室内へ噴出した場合、燃焼室内において循環流の形成
位置が旋回器の下流側へと移動し、旋回器自体が高温の
既燃焼ガスに直接接触することはないが、旋回型保炎器
から噴出する空気流量変化により、噴出流速が変動する
ことにより、循環流の形成位置が不安定となるので、火
炎形成位置が不安定となり、燃焼振動等を誘発しやす
く、安定な燃焼状態を維持することが困難となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記のような従来技術
では、噴出流速が変動することにより、循環流の形成位
置が不安定となるので、火炎形成位置が不安定となり、
燃焼振動等を誘発しやすく、安定な燃焼状態を維持する
ことが困難となる。

【０００７】さらに、燃焼を安定化させるために用いら
れてきた保炎構造においては、保炎器自体が高温な既燃
焼ガスにさらされるため、焼損する可能性があった。

【０００８】また、旋回型保炎器を用いた場合、旋回器
から噴出する空気流量の変動により、燃焼が不安定とな
る可能性があった。

【０００９】本発明の目的は、保炎器が高温の既燃焼ガ
スにさらされることなく、空気流量変化により空気噴出
流速が変動する場合においても、常に火炎の形成位置が
変動することなく、安定した燃焼を維持することが可能
なバーナ構造を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の旋回型バーナ
は、任意長さの流路入口を有するものであって、空気も
しくは燃料と空気の混合気に流れ方向が軸中心に向かう
旋回流れを与え、前記流路の出口部に流路面積が拡大す
る流路出口及び燃焼室を設けたことを特徴とする。

【００１１】更に、流れ方向が軸中心に向かう旋回流れ
を生じせしめる旋回器上流から空気，旋回器下流より燃
料を個別に噴出し、前記流路出口部に形成される渦崩壊
により燃焼を生じせしめることが好ましい。

【００１２】更に、流れ方向が軸中心に向かう旋回流れ
を生じせしめる旋回器上流、あるいは旋回器内に燃料噴
出孔を有し、前記流路において、旋回流れにより空気と
燃料の混合を促進せしめ流路面積拡大部において形成さ
れる渦崩壊により燃焼を生じせしめることが好ましい。

【００１３】更に、頂点を軸中心上に持ち流れ方向にそ
の径が小さくなるような円錐形の突起物をバーナ中心部
を設けることが好ましい。

【００１４】更に、前記流路外周に少なくとも１個の燃
料噴出孔を有したことが好ましい。更に、前記旋回流に
加え、前記流路外周に前記旋回流と同方向の旋回流れを
生じせしめる空気もしくは空気と燃料の予混合気の噴出
孔を流路側面に少なくとも１個は備えていることが好ま
しい。

【００１５】本発明は、任意長さを有した流路入口に流
れ方向が軸中心に向かうような旋回流れを空気あるいは
空気と燃料の予混合気に与え、前記流路後流に流路面積
が拡大する流路出口及び燃焼室を設けたバーナ構造によ
り、上記の目的を達成するようにしたものである。

【００１６】本発明は、バーナ構造により、流路出口部
に形成される渦崩壊によって、燃焼を安定化させること
により、上記の目的を達成することにしたものである。

【００１７】また、前記した２つの燃焼方法を同時に生
じせしめることが望ましい。

【００１８】

【作用】本発明の旋回型バーナにより、流路入口部にお
いて、軸中心方向に向かうような旋回流を形成し、流路
出口において、面積拡大部を設けることにより、この拡
大部において旋回流れの軸方向流速が急激に低下するこ
とにより、軸中心部の圧力が増大し、この圧力上昇が十
分に大きい時、軸中心部分の流れが急速に減速し、中心
軸上において剥離を生じ、逆流領域が生じる。この現象
を渦崩壊とよぶ。燃焼時には、この領域における逆方向
の流れにより高温の既燃焼ガスを上流側へと循環させる
ことにより、安定した連続的な燃焼を維持することが可
能となる。この渦崩壊を生じせしめるためには、軸方向
に圧力が増加するのに加えて、旋回強度が十分に強くな
くてはならない。本発明においては、旋回流を軸中心方
向に向けることにより、軸中心部の角速度を増加させる
ことによって軸中心部の旋回強度を強め、渦崩壊を発生
させるに十分な旋回強度を得ることが可能となる。さら
に、上記渦崩壊は常に流路出口の流路面積拡大部におい
て発生させるため、空気流量の変動に伴い空気流速が変
動した場合においても、火炎を流路出口の安定した位置
に形成することが可能となる。また、旋回流を軸中心部
に向けることにより、流路内軸中心部の流速分布に逆流
域が発生することを防ぎ、この流速を流路出口に形成さ
れる火炎の燃焼速度よりも速くすることにより、流路内
への逆火を防止することが可能となる。

【００１９】

【実施例】図１に本発明の旋回型バーナの基本構成、ま
た図２に断面図を示す。本旋回型バーナは、流れの方向
が軸中心に向かう旋回流れを形成せしめる旋回羽根１０
を有した旋回器９、その後流に流路出口１３で流路面積
が拡大する任意長さの流路１２、さらにその後流にある
燃焼室７により構成されている。本発明の一実施例によ
れば、旋回器９より空気１を噴出し、流路１２の中で軸
中心方向に向かう旋回流れ１５を形成せしめ、１個以上
の燃料噴出孔１４より、燃料２を噴出することにより、
空気と燃料とが混合し、流路出口１３において発生する
渦崩壊により、淀み点Ａが生じ、作用の項で説明したよ
うな機構で流路出口１３後流に循環流５が形成され、こ
の循環流５により、下流の高温既燃焼ガスを上流へと循
環させ、前記空気と燃料の混合ガスに連続的にエネルギ
ーを供給することができ、連続で安定な燃焼を可能と
し、火炎６を形成する。また、本発明によれば、旋回器
９の上流，予混合器３において、空気１と燃料２を混合
せしめ予混合気とし、旋回器９より噴出することによっ
ても、上記の保炎機構により流路出口１３において火炎
６を形成し、安定な燃焼を維持することが可能である。
さらに、旋回器９より空気１と燃料２の予混合気を噴出
し、燃料２を燃料噴出孔１４より噴出させることによ
り、予混合気だけの燃焼時に較べ、より希薄な予混合気
を流路出口１３において安定燃焼させることが可能とな
る。

【００２０】こうした構造の圧力分布を示したものが図
３である。

【００２１】図４に本発明の別実施例第１例の断面図を
示す。本実施例では、流路軸中心部に旋回流れをガイド
するような円錐形の突起物１６を備えている。本実施例
においては、上記突起物を流路内に設けることにより、
流路内における軸方向流速の低下を減少させ、流路出口
１３における火炎形成位置の安定化を図り、安定した燃
焼状態を得ることが可能となる。

【００２２】図５に本発明の別実施例第２例の基本構
成、図６にその断面図を示す。本実施例では、旋回器９
が旋回流れを形成せしめる旋回羽根１０とその旋回流れ
を軸中心に向かうように流れせしめる羽根１７により構
成されている。本実施例においては、上記旋回器９によ
り流路１２に流入する空気１または空気１と燃料２の予
混合気を軸方向以外の流路面からも導入できるため小さ
な圧力損失で多量の空気を流路内へ導入することがで
き、かつ、軸中心方向に向かう強い旋回流れ１５を形成
することができ、流路面積が拡大する流路出口１３にお
いて、渦崩壊による安定な燃焼を維持することが可能と
なる。

【００２３】図７に本発明の別実施例第３例の断面図を
示す。本実施例では、図１に示した実施例において、流
路１２が出口方向に絞られていることを特徴としてい
る。この出口方向に絞られた流路１２により、流路出口
１３における流速を速めることができ、流路内への逆火
を防止することが可能となる。

【００２４】図８に本発明の別実施例第４例の断面図を
示す。本実施例では、流路１２の流路面積が出口方向に
向かって拡大していることを特徴としている。この出口
方向に向かって拡大する流路１２により、流路出口１３
における軸方向流速を低減でき、流路出口１３における
燃焼状態の安定性を向上させることが可能となる。

【００２５】図９に本発明の第５番目の実施例の断面図
を示す。本実施例では、空気１、もしくは空気１と燃料
２を噴出させる噴出孔１８を旋回器９の外周に備えてい
ることを特徴としている。本実施例により、流路１２外
周壁面近傍の流速を増加させることにより、壁面近傍低
流速域からの流路内への逆火を防止することが可能とな
る。また上記噴出孔１８から旋回流を噴出させることに
より、旋回器９からの旋回流れ１５の旋回強度を強くす
ることができ、流路出口１３における渦崩壊を旋回器９
だけに較べ、より安定した渦崩壊を生じさせることがで
き、燃焼状態の安定性をさらに向上させることが可能と
なる。

【００２６】図１０に本発明の別実施例第６例の断面図
を示す。本実施例では、流路１２の外周に旋回流れ２０
を生じせしめる空気１もしくは空気１と燃料２の予混合
気を噴出する旋回流噴出孔１９を備えており、この旋回
流れ２０により、旋回器９からの旋回流れ１５の旋回強
度を強めることができ、流路出口１３における渦崩壊を
より安定化させることが可能となり、旋回器９のみの場
合に較べ、渦崩壊による燃焼の安定性を向上させること
ができる。

【００２７】図１１に、本発明の別実施例第７例の断面
図を示す。本実施例では、燃料噴出孔２１を流路１２出
口部近傍の外周に少なくとも１個以上備えており、この
燃料噴出孔２１から燃料２を噴出することにより、流路
出口１３火炎形成位置での燃料２と空気１との燃空比を
量論比付近とすることにより、安定燃焼限界を拡大させ
ることが可能となる。

【００２８】以上、本発明の実施例を示したが、これら
の実施例のいかなる組合せも本発明の実施例とする。

【００２９】本実施例によれば、任意長さの流路入口に
軸中心方向に向かうように流れせしめ、かつ、旋回流れ
を形成せしめる旋回器を有し、その流路後流に流路面積
が拡大する流路出口、またその後流に燃焼室を設けるこ
とにより、流路内軸中心部において減少していた圧力が
流路出口において急激に回復し、流路出口において流速
が急激に減少する渦崩壊が発生し淀み点が発生し、さら
に負の流速が発生するため軸中心部に循環流が形成さ
れ、連続した安定な燃焼状態を維持することが可能とな
る。

【００３０】また、本発明によれば、旋回流れを軸中心
方向に向かうように流れせしめることにより、軸中心部
における角速度が増加し旋回強度が強められ、軸中心部
において渦崩壊に必要な旋回強度を得ることが容易にな
る。また旋回流れを軸中心方向に向けることにより、軸
中心部の流速分布に逆流域の発生を防ぎその流速を流路
出口に形成される燃焼速度よりも速くすることにより、
流路内への逆火を防止することが可能となる。

【００３１】また、本発明によれば、常に流路出口の流
路面積拡大部において、軸中心部の圧力が急激に回復す
るのに伴い流速が急激に低下し、安定した位置に淀み点
を形成し、循環流が形成されるので、空気流量が変動に
より軸方向の空気流速が変動した場合においても、火炎
を安定した位置に形成できるため、燃焼振動等の不安定
要素を誘発することなく、安定した燃焼を維持すること
が可能となる。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、流路出口において空間
的に火炎が形成され、保炎器自体が高温の燃焼ガスに直
接接触することがないため、保炎器の焼損等の熱的な問
題を回避し信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明旋回型バーナの構造及び保炎方法の概念
図である。

【図２】本発明旋回型バーナの断面及び保炎方法の概念
図である。

【図３】本発明旋回型バーナの図２に示す断面Ｂ，Ｃ，
Ｄにおける軸方向流速及び圧力分布図である。

【図４】本発明旋回型バーナの別実施例第一例の断面図
である。

【図５】本発明旋回型バーナの別実施例第二例の概念図
である。

【図６】本発明旋回型バーナの別実施例第二例の断面図
である。

【図７】本発明旋回型バーナの別実施例第三例の断面図
である。

【図８】本発明旋回型バーナの別実施例第四例の断面図
である。

【図９】本発明旋回型バーナの別実施例第五例の断面図
である。

【図１０】本発明旋回型バーナの別実施例第六例の断面
図である。

【図１１】本発明旋回型バーナの別実施例第七例の断面
図である。

【符号の説明】

１…空気、２…燃料、３…予混合器、５…循環流、６…
火炎、７…燃焼器、９…旋回型保炎器、１０…旋回羽
根、１１…旋回流れ、１２…流路、１３…流路面積が拡
大する流路出口、１４…燃料噴出孔、１５…流路内旋回
流れ、１６…円錐形突起物、１７…軸中心方向への流れ
を形成せしめるための羽根、１８…旋回器９外周の空気
もしくは空気と燃料の予混合気噴出孔、１９…流路９外
周の空気もしくは空気と燃料の予混合気旋回流噴出孔、
２０…旋回流噴出孔１９による旋回流れ、２１…流路１
２出口部近傍燃料噴出孔。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者稲毛真一茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所エネルギー研究所内 (72)発明者大塚雅哉茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所エネルギー研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】任意長さの流路入口を有する旋回型バーナ
において、空気もしくは燃料と空気の混合気に流れ方向
が軸中心に向かう旋回流れを与え、前記流路の出口部に
流路面積が拡大する流路出口及び燃焼室を設けたことを
特徴とする旋回型バーナ。
【請求項２】請求項１において、流れ方向が軸中心に向
かう旋回流れを生じせしめる旋回器上流から空気，旋回
器下流より燃料を個別に噴出し、前記流路出口部に形成
される渦崩壊により燃焼を生じせしめることを特徴とし
た旋回型バーナ。
【請求項３】請求項１において、流れ方向が軸中心に向
かう旋回流れを生じせしめる旋回器上流、あるいは旋回
器内に燃料噴出孔を有し、前記流路において、旋回流れ
により空気と燃料の混合を促進せしめ流路面積拡大部に
おいて形成される渦崩壊により燃焼を生じせしめること
を特徴とする旋回型バーナ。
【請求項４】請求項１において、頂点を軸中心上に持ち
流れ方向にその径が小さくなるような円錐形の突起物を
バーナ中心部を設けることを特徴とした旋回型バーナ。
【請求項５】請求項１において、前記流路外周に少なく
とも１個の燃料噴出孔を有したことを特徴とする旋回型
バーナ。
【請求項６】請求項１において、前記旋回流に加え、前
記流路外周に前記旋回流と同方向の旋回流れを生じせし
める空気もしくは空気と燃料の予混合気の噴出孔を流路
側面に少なくとも１個は備えていることを特徴とする旋
回型バーナ。