JPH073154Y2 - 逆流缶型燃焼器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この考案は、ガスタービンの逆流缶型燃焼器に関するも
のである。

［従来の技術］ 従来より、ガスタービンには、燃焼器を形成する内筒と
外筒との間に空気通路を形成し、空気がこの空気通路の
基端側から先端側へ流れる逆流缶型燃焼器がある（たと
えば、実開昭55-142635号公報参照）。この種の逆流缶
型燃焼器の一例を第７図に示す。

第７図において、１は燃料噴射弁、２は燃焼器の内筒、
３は燃焼器の外筒である４は空気通路で、上記内外筒2,
3の間に環状に形成されており、基端側Ｂから先端側Ａ
へ空気を流すものであり、したがつて、この燃焼器は逆
流缶型燃焼器である。この空気通路４は、燃焼器の先端
側Ａの第１の燃焼用空気孔5Aを介して燃焼室６の上流部
6aに連通しているとともに、燃焼器の基端側Ｂの第２の
燃焼空気孔5Bおよび希釈空気孔（第３の空気孔）７を介
して燃焼室６の下流部6bに連通している。この燃焼器
は、上記内筒２の中間部2aに絞りが設けられて、燃焼室
６が上流部6aの過濃燃焼領域と下流6bの希薄燃焼領域と
に分割された２段燃焼器でもある。

この２段燃焼器では、周知のように、NOxの生成が抑制
される。つまり、上流部6aの過濃燃焼領域では、燃料噴
射弁１から供給される燃料を、第１の燃料用空気孔5Aか
らの空気によつて、理論空燃比よりも燃料が過濃な状態
で燃焼させて、酸素が不足した不完全燃焼状態とするこ
とにより、NOxの発生量を抑制している。一方、下流部6
bの希薄燃焼領域では、第２の燃焼用空気孔から更に空
気を取り込んで、理論空燃比よりも燃料が希薄な状態で
燃焼させるが、この下流部6bは低温なので、やはり、NO
xが生成されるのを抑制できる。

［考案が解決しようとする課題］ ところが、上記従来の２段燃焼器は、第８図に示すよう
に、一般的な段燃焼器に比べ、空燃比が小さい定格運転
時には低NOx化を図り得るものの、空燃比が大きい部分
負荷運転時にはNOxが増大する。つまり、部分負荷運転
時には、一般に、燃料量が絞られるのに対し、空気量が
それ程絞られないため、第７図の上流部6aの過濃燃焼領
域の空燃比が大きくなつて、酸素不足の状態が得られな
くなる結果、NOxが発生し易くなる。

そこで、希釈空気孔７の数を増すとともに、この希釈空
気孔７に流量調整弁を設け、定格運転時には希釈空気孔
７を絞つて第１の燃焼用空気孔5Aへ比較的多くの空気を
送り、一方、部分負荷運転時には希釈空気孔７を大きく
開放して第１の燃焼用空気孔5Aへ送る空気を絞ることに
より、部分負荷運転時にもNOxの生成を低下させる方法
が考えられる。ところが、こうすると、流量調整弁を開
放した部分負荷運転時には、希釈空気孔７よりも先端側
Ａの空気通路４を流れる空気量が減少し、そのため、内
筒２の上流部2bの壁温が上昇するので、耐久性などが低
下する。

この考案は上記従来の課題に鑑みてなされたもので、部
分負荷運転時にも低NOx化を図ることができるととも
に、内筒の壁温の上昇を防止し得る逆流缶型燃焼器を提
供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、この考案は、第１の燃焼用
空気孔に連通する空気通路の空気の一部を空気通路の先
端から外筒の外を通つて第３空気孔に導入するリターン
通路と、このリターン通路を通る空気量を制御するバル
ブとを設けている。

この場合、上記リターン通路の下流端部を形成する出口
端部を、上記第３の空気孔に嵌入させるとともに、この
出口端部と第３の空気孔との間には径方向に隙間を形成
するのが好ましい。

［作用］ この考案によれば、リターン通路から第３の空気孔に導
入される空気量がバルブによつて制御されるので、空気
通路から第１の燃焼用空気孔に供給される空気量を制御
できる。しかも、リターン通路が空気通路の空気の一部
を空気通路の先端から第３の空気孔に導入するので、上
記リターン通路を介して、上記第３の空気孔から内筒内
へ導入される空気も、内筒の上流部の外側を流れる。

また、リターン通路の下流端部を形成する出口端部と、
第３の空気孔との間に隙間を設けた場合は、温度変化に
よつて内筒が伸縮することにより、第３の空気孔の位置
が変位しても、上記出口端部が第３の空気孔に拘束され
ていないので、熱応力の発生するおそれがない。

［実施例］ 以下，この考案の実施例を図面にしたがつて説明する。

第１図において、８はリターン通路で、空気通路４の先
端から導出され外筒３の外方を通つて、希釈空気孔7Aに
嵌入された配管8Aにより形成されており、空気通路４の
空気の一部を上記希釈空気孔7Aに導入するものである。
上記リターン通路８は、つまり配管8Aは、複数本設けら
れているが、一部の希釈空気孔7Aに対してのみ設けられ
ており、他の希釈空気孔７は空気通路４に臨んで開口し
ている。なお、上記他の希釈空気孔7,7Aの上流には、空
気量を補う補助希釈空気孔7Bが設けられている。

９はバルブで、たとえば、各リターン通路８の途中に設
けられたバタフライ弁からなり、リターン通路８を通る
空気量を制御するものである。なお、このバルブ９は、
たとえば、定格運転時に全閉に設定されており、各バル
ブ９に連結したアクチユエータ（図示せず）により、開
閉駆動される。

その他の構成は第７図の従来例と同様であり、同一部分
または相当部分に同一符号を付して、その詳しい説明を
省略する。

つぎに、上記燃焼器の運転について説明する。

まず、定格運転時にはバルブ９が、実線のように全閉状
態になつている。そのため、空気通路４を基端側Ｂから
先端側Ａに流れる空気の一部が、稀釈空気孔７から燃焼
室６内に導入され、残りの空気が第１の燃焼用空気孔5A
および第２の燃焼用空気孔5Bから燃焼室６内に導入され
る。これにより、周知のように、２段燃焼して、NOxの
発生が抑制される。

ついで、部分負荷運転時には、バルブ９が一点鎖線のよ
うに開き、リターン通路８が開放される。そのため、空
気通路４の先端側Ａから、一点鎖線のように、リターン
通路８にも空気が流れて、この空気が稀釈空気孔7Aから
も燃焼室６内に導入される。したがつて、第１の空気孔
5Aから燃焼室６の上流部6aに導入される空気量は減少
し、燃料量の少ない部分負荷運転時に見合つたものとな
る。その結果、上流部6aの過濃燃焼領域では、理論空燃
比よりも燃料が過濃な状態に保たれて燃焼するので、第
８図に示すように、NOxの発生が抑制される。

一方、第１図のリターン通路８は、空気通路４の先端側
Ａから導出されているので、第１の燃焼用空気孔5Aだけ
でなく、リターン通路８を介して希釈空気孔7Aから燃焼
室６に導入される空気も、内筒２の上流部2bの外側を流
れる。したがつて、部分負荷運転時にも、上記上流部2b
の外側の空気通路４を流れる空気の流速が低下しないた
め、内筒２の上流部2bの壁を十分に冷却し得るので、こ
の壁の温度上昇を防止でき、たとえば、内筒２の耐久性
が低下しない。

第２図はこの考案の第２の実施例を示す。

第２図において、リターン通路８の下流端部8bを形成す
る出口端部8Bは、希釈空気孔7Aに嵌入されているととも
に、希釈空気孔7Aよりも径小に形成されて、希釈空気孔
7Aとの間に隙間10が設定されている。この出口端部8Bが
嵌入されている希釈空気孔7Aは、セラミツク製の内筒２
の全周に等角度ピツチで複数個設けられている。上記希
釈空気孔7Aの全てに対して、リターン通路８が設けられ
ている。なお、その他の構成は上記第１の実施例と同様
であり、同一部分または相当部分に同一符号を付して、
その詳しい説明を省略する。

上記構成において、配管8Aおよび外筒３と、燃焼室６を
形成する内筒２とは、大きな温度差があるので、温度変
化による伸縮量が互いに異なる。そのため、出口端部8B
の位置と、希釈空気孔7Aとの位置が相対的に変位する。
ここで、この実施例では、出口端部8Bと希釈空気孔7Aと
の間に隙間10を設けているので、両者8B、7Aの位置が相
対的に変位しても、熱応力が発生しない。特に、内筒２
がセラミツク製である場合は、両者8B、7Aの伸縮量の差
が大きいので、上記熱応力が発生しない効果は大きい。

ところで、第１図の第１の実施例では、定格運転時に一
部の希釈空気孔7Aから空気が導入されないので、空気の
供給が円周方向に不均一になるおそれがある。これに対
し、第２図の実施例では、出口端部8Bが嵌入されている
全ての希釈空気孔7Aから空気が導入されるので、たとえ
ば、希釈空気孔7Aを内筒２の円周方向に等角度ピツチで
設けることによつて、空気を円周方向に均一に供給する
ことができる。しかも、このように均一に供給できるの
で、第１図の補助希釈空気孔7Bを設ける必要もなく、し
たがつて、希釈空気孔の数を減らすことができる。

第３図ないし第５図はこの考案の第３の実施例を示す。

第３図において、18は環状のリターン通路で、外筒３
と、この外筒３のさらに外方に設けられた円筒状の通路
壁18Aとの間隙で形成されている。18Bは連通管で、通路
壁18Aにボルト（図示せず）により固定されており、リ
ターン通路18の下流端部18bを形成し、外筒３挿入さ
れ、その開口部から希釈空気孔7Aに希釈空気を導入す
る。連通管18Bと希釈空気孔7Aの間には第２図の実施例
を同様にすき間が設けられている。

10は弁座で、蓋体11と通路壁18Aとにフランジ接合され
ており、円環状の板に多数の第１の通気孔10aが、第４
図の実線で示すように、等角度ピツチで設けられてい
る。第３図の12は弁体で、上記弁座10に対向して配設さ
れており、円環状の板に、第４図の破線で示す第２の通
気孔12aが等角度ピツチで多数設けられている。なお、
第３図の弁体12と弁座10とでバルブ９が構成されてい
る。上記弁体12は、円周方向に摺動自在で、第５図に示
すように、周方向の一部に円弧状のラツク12bを有して
いる。13はアクチユエータで、モータＭに連結された駆
動軸14の先端に、上記ラツク12bに係合するピニオン15
を有しており、弁体12を第４図の全閉位置から、半ピツ
チP/2だけ回転させるものである。これにより、部分負
荷運転時には、第１の通気孔10aと第２の通気孔12aとが
対向して、第５図の一点鎖線で示すように、空気がリタ
ーン通路18を流れて、第３図お希釈空気孔7Aから燃焼室
６内に供給される。なお、負荷に応じて、弁体12の回転
位置が調節され、両通孔10a,12a（第５図）を流れる空
気量が制御されるのはいうまでもない。その他の構成
は、第１図の第１の実施例を同様であり、同一部分また
は相当部分に同一符号を付して、その詳しい説明を省略
する。

上記構成においては、第３図のリターン通路18を環状に
するとともに、環状の弁体12を設けたので、第１図の実
施例を異なり、第５図の１つのアクチユエータ13によ
り、バルブ９を開閉操作できる。しかも、アクチユエー
タ13の駆動軸14におけるシール部16が少なくなるので、
空気の漏れも少なくなる。

ところで、バルブ９は、上記各実施例ではリターン通路
の途中に設けられているが、第６図の第４の実施例のよ
うに、リターン通路18の上流端などに設けられていても
よい。なお、この実施例の場合バルブ９は円筒状に形成
されて、外筒３に摺動することにより、リターン通路18
を開閉する。

また、上記各実施例では２段燃焼器について説明した
が、この考案は予混合型燃焼器についても適用できる。
ここで、予混合型燃焼器とは、空気と燃焼とを予め所定
の割合で混合させて均質な混合気を造る予混合装置を備
え、上記混合気を燃焼室へ供給して燃焼させるものをい
う。なお、この場合、上記予混合装置に空気を供給する
孔が第１の燃焼用空気孔になる。

［考案の効果］ 以上説明したように、この考案によれば、空気通路から
第１の燃焼用空気孔に供給される空気量を制御できるの
で、部分負荷運転時にも低NOx化を図り得る一方で、リ
ターン通路から燃焼室内に導入される空気も、内筒の上
流部の外側を流れるので、内筒の壁温が上昇するのを防
止し得る。

また、リターン通路の下流端部を形成する出口端部と第
３の空気孔との間に隙間を設けた場合は、熱応力の発生
するおそれがない。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの考案の第１の実施例を示す燃焼器の断面
図、第２図は第２の実施例を示す燃焼器の断面図、第３
図は第３の実施例を示す燃焼器の断面図、第４図はバル
ブの正面図、第５図はアクチユエータを示す断面図、第
６図は第４の実施例を示す燃焼器の断面図、第７図は従
来の燃焼器の断面図、第８図は従来例とこの考案による
燃焼器の性能比較を示す特性図である。 ２……内筒、３……外筒、４……空気通路、5A……第１
の燃焼用空気孔、5B……第２の燃焼用空気孔、7,7A,7B
……第２の空気孔（希釈空気孔）、8,18……リターン通
路、8b……下流端部、8B……出口端部、９……バルブ、
10……隙間、Ａ……先端側、Ｂ……基端側。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】燃焼器を形成する内筒と外筒との間に形成
   され、空気が基端側から先端側へ流れる環状の空気通路
   と、先端側の第１の燃焼用空気孔と、基端側の第２の燃
   焼用空気孔および第３の空気孔と、上記空気通路の空気
   の一部を上記空気通路の先端から上記外筒の外を通つて
   上記第３の空気孔に導入するリターン通路と、このリタ
   ーン通路を通る空気量を制御するバルブとを有する逆流
   缶型燃焼器。
2. 【請求項２】請求項（１）において、上記リターン通路
   の下流端部を形成する出口端部が上記第３の空気孔に嵌
   入されるとともに、上記出口端部と第３の空気孔との間
   には径方向に隙間が形成されている逆流缶型燃焼器。