JPH094825A - 燃焼器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 温度分布の不均一を是正できる燃焼器を提供
する。 【構成】 本発明は、燃焼器内筒８の下流側と燃焼器出
口管２１との間に、ダクト１５を介装し、このダクト１
５に絞り部２０を設けるとともに、絞り部２０の上流側
（燃焼器内筒側）の平行部１３に、オリフィス１８，１
９を設置した。これにより、燃焼器内筒８からダクト１
５内に流出した燃焼ガスは、オリフィス１８，１９によ
り、管壁近傍の流れと中央部の流れとの間に混合が起
り、ダクト１５内の燃焼ガス流れ内での温度分布が均一
化される。また、オリフィス１８，１９で乱された流れ
は、絞り部２０で整流され、ダクト１５から燃焼器出口
管２１を通って流出する燃焼ガスは、温度分布均一で、
整流化された流れにできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃焼ガスを発生させ、
ガスタービン等の駆動装置に、高温の燃焼ガスを供給す
る燃焼器に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料ノズルから供給された燃料と、空気
圧縮機等から供給された空気を燃焼させて、高温の燃焼
ガスを発生させ、ガスタービン等の駆動装置に供給する
ようにした、従来の燃焼器として、図３に示すものがあ
る。

【０００３】同図に示すように、従来の燃焼器０１１
は、図示しない空気圧縮機からの圧縮空気を導入する、
空気入口管０１を設けた燃焼器入口ケーシング０２、燃
焼器入口ケーシング０２の下流側に、ボルトで固着され
た燃焼器外筒０４、及び燃焼器外筒０４の燃焼器入口ケ
ーシング０２との連結側と反対側の端部に、ボルトにて
接続され、固着された燃焼器側壁０５で外殻が構成され
ている。

【０００４】また、燃焼器外筒０４の内側には、燃焼器
内筒０６が同軸状に配置されて、燃焼器外筒０４内周面
から突設した支持金具０７にて、支持され、取付けられ
ている。燃焼器内筒０６の下流端部には、燃焼器入口ケ
ーシング０２を貫通するとともに、貫通部で外周面が支
持された燃焼器出口管０１０が接続されている。一方、
燃焼器側壁０５中央部には、燃料ノズル０９が取付られ
ており、燃料ノズル０９の先端は、燃焼器内筒０６内の
上流端部に突出させている。また、燃焼器外筒０４に
は、点火プラグ０８が貫通して取付けられており、この
点火プラグ０８の先端は、燃焼器内筒０６に突出させた
燃料ノズル０９の先端より後流側内に突出させている。
さらに、燃焼器入口ケーシング０２内には、多孔板０３
が取付られている。

【０００５】また、燃焼器内筒０６、および燃焼器内筒
０６の下流端部が、上流端部に設けられた拡開部に嵌入
して接続された燃焼器出口管０１０は、相対的に管軸方
向にスライドできるように、支持金具０７による燃焼筒
内筒０６の外周面の支持がなされるとともに、燃焼器出
口管０１０の燃焼器入口ケーシング０２の貫通部に、隙
間が設けられ、支持されている。この隙間、および嵌入
部の隙間は、微小にされ、しかもシール出来るように構
成され、外殻内に流入させた圧縮空気の隙間からの流出
を防止している。

【０００６】従来の燃焼器０１１は、上述のように構成
されているので、空気入口管０１より燃焼器入口ケーシ
ング０２内に入った圧縮空気は、多孔板０３をへて燃焼
器出口管０１０、および燃焼器内筒０６の外周面に沿っ
て流れ、燃料ノズル０９から供給された燃料と、後述す
る加熱された圧縮空気の燃焼によって、燃焼器内筒０６
で発生する燃焼ガスによって加熱され、高温になった燃
焼器出口管０１０、および燃焼内筒０６を外周面から冷
却するとともに、燃焼器入口ケーシング０２、燃焼器外
筒０４、および燃焼器側壁０５を内側から冷却する。

【０００７】一方、圧縮空気自身は、これらの冷却によ
り加熱され、燃焼器内筒０６を貫通させて設けた、複数
個の空気穴より燃焼器内筒０６内に流入し、燃料ノズル
０９から噴霧された燃料と混合し、点火プラグ０８の点
火により、燃焼して燃焼ガスを発生させる。この燃焼ガ
スは、燃焼器内筒０６下流側に接続された燃焼器出口管
０１０より流出し、図示しないガスタービン等の駆動装
置に供給される。

【０００８】しかしながら、このように燃焼器内筒０６
で発生し、燃焼器出口管０１０から流出する、燃焼ガス
の燃焼器出口管０１０内における温度分布は、図４に示
す如く、燃焼器出口管０１０の中央を流れる燃焼ガスの
温度が高くなり、管壁に近づくほど温度が低くなる分布
となり、中央部と管壁近傍の温度差は、数１００度にも
なる。さらに、この温度分布に急激な差が生じる傾向
は、燃焼ガス温度が高くなるにつれ大きくなる。

【０００９】このため、燃焼ガス温度を計測するための
装置を設けても、燃焼ガス温度は、正確には測定出来
ず、設計値以上の温度の燃焼ガスが発生し、燃焼器出口
管０１０から供給されることがあり、燃焼器０１１下流
に配置される、図示しないタービンケーシング等が熱変
形、焼損等のトラブルが発生する恐れがある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した、
従来の燃焼器の不具合を解消するため、燃焼器内筒で発
生し、燃焼器出口管からの流出する燃焼ガスの温度分布
を均一化して、燃焼器出口管の管壁近傍を流れる燃焼ガ
スの温度と、中央部を流れる燃焼ガスの温度との差を少
くして、燃焼ガスの正確な温度を計測できるようにした
燃焼器の提供を課題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このため、本発明の燃焼
器は次の手段とした。流路断面積を連続的に縮小する絞
り部が具えられるとともに、絞り部が設けられる位置よ
り上流側の、流路断面積が略一定の平行部内周面に、オ
リフィス板を突設したダクトを、燃焼ガスを発生させる
燃焼器内筒と燃焼器から燃焼ガスを流出させる燃焼器出
口管との間に介装して、燃焼器内筒から燃焼器出口管へ
流れる燃焼ガスの、流れ断面における温度分布を均一化
するようにした。

【００１２】なお、ダクトの平行部におけるオリフィス
板は、１個でも良く、平行部の流れ方向に、適当な間隔
をおいて複数個設けるようにしても良い。また、オリフ
ィス板とその下流側に設けられる絞り部との間隔、およ
びオリフィス板を複数個設ける場合の、オリフィス板設
置位置の間隔は、流体力学的な見地から決定される。

【００１３】

【作用】本発明の燃焼器では、上述の手段により、導入
された圧縮空気と燃料の燃焼により、燃焼器内筒内で発
生し、燃焼器出口管へ流れる燃焼ガスは、ダクトの平行
部内周面から突出させて設けた１個、若しくは流れ方向
に、間隔をおいて設けた複数個の円環状のオリフィスに
より、ダクトの管壁近傍を流れる比較的温度の低い燃焼
ガスと、ダクトの中央部を流れる比較的温度の高い燃焼
ガスとは、混合されて、ほぼ均一の温度分布を持つ乱れ
た流れとなる。この均一な温度分布の乱れた流れは、オ
リフィスの設置位置より燃焼器出口管に近い、後流側の
ダクトに設けた絞り部により、さらに混合されるととも
に、整流され、燃焼器出口管を流れる燃焼ガスは、流れ
断面における温度分布が略均一な、整流された流れとな
る。

【００１４】これにより、流れ中で局所的に温度が高く
なる燃焼ガスによって、燃焼器下流側に設置されるター
ビンケーシング等に生じる熱変形、焼損等のトラブル発
生を防止できる。また、燃焼器出口管に温度計測装置を
設けることにより、燃焼ガスの正確な温度計測ができる
ようになり、この計測された温度を基に燃焼器の運転を
行うようにすれば、燃焼ガス温度を制御でき、上述のト
ラブル発生の防止のほか、燃焼器の効率の良い運転がで
きる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の燃焼器の実施例を図面にもと
づき説明する。図１は、本発明の燃焼器の一実施例を示
す縦断面図である。

【００１６】図に示すように、本実施例の燃焼器１は、
図示しない空気圧縮機からの圧縮空気を導入する空気入
口管３を設けるとともに、多孔板４を内部に張設した燃
焼器入口ケーシング２、燃焼器入口ケーシング２の下流
側側壁にボルトで接続された温度均一化装置外筒５、燃
焼器入口ケーシング２との接続部の反対側の、温度均一
化装置外筒５端部にボルトで接続された燃焼器外筒６、
および温度均一装置外筒５との接続部の反対側の、燃焼
器外筒６端部に、同様にボルトで接続、固着された燃焼
器側壁７で外殻が構成されている。

【００１７】また、燃焼器外筒６の内部には、燃焼器内
筒８が同軸状に配置されて、燃焼器外筒６内周面から突
設した環状の支持金具９により、軸方向に摺動自在に支
持され、取付られている。また、燃焼器側壁７中央部に
は、燃料ノズル１０が貫通して、取付られており、燃料
ノズル１０の先端は、燃焼器内筒８内の上流端部に突出
している。さらに、燃焼器外筒５には、点火プラグ１１
が貫通して取付られており、この点火プラグ１１の先端
は、燃焼器内筒８内に突出する燃料ノズル１０の先端よ
り、後流側突出させている。

【００１８】また、温度均一化装置外筒５の内部には、
ダクトＡ１２、ダクトＢ１３、およびダクトＣ１４をボ
ルトにて接続して、一体化したダクト１５が、同軸状に
配置され、ダクトＡ１２の上流端部に設けた拡開部に、
燃焼器内筒８の下流端部を嵌入させて、ダクト１５およ
び燃焼器内筒８とが、軸方向に相対的移動できるように
して、連結されている。さらに、このダクトＡ１２と燃
焼器内筒８との連結部は、シールできる構造にされてい
る。また、ダクトＣ１４の外周面は、温度均一化装置外
筒５に固定金具１６で固着されるとともに、ダクトＢ１
３の外周面は、温度均一化装置外筒５の内周面に固着さ
れた支持金具１７で、軸方向に摺動自在に支持されてい
る。

【００１９】ダクトＡ１２、ダクトＢ１３、およびダク
トＣ１４を、相互にボルトで結合するための各フランジ
部の間には、環状のオリフィス板Ａ１８、及びオリフィ
ス板Ｂ１９が介装され、各フランジ部を結合するボルト
にて、締付けられ、固着されている。また、ダクトＣ１
４の中央部には、内部を流れる燃焼ガスの流れの下流側
に向けて、断面積を縮小させた絞り部２０を設けてい
る。ダクト１５の内部に設けられるオリフィス板Ａ１
８、オリフィス板Ｂ１９及び絞り部２０には、流体力学
的に、内部を流れる燃焼ガスが乱され、混合が生じ、温
度の不均一が是正されるとともに、乱された燃焼ガスを
整流される適当な間隔が設けられている。

【００２０】また、ダクトＣ１４の後端部は、隙間が設
けられて、燃焼器入口ケーシング２を貫通するととも
に、貫通部で外周面が支持され、軸方向に摺動自在にさ
れた、燃焼器出口管２１の先端部に設けた拡開部に挿入
されて、燃焼器出口管２１と接続されている。このた
め、燃焼器出口管２１は、固定金具１６で温度均一化装
置５に固定されたダクトＣ１４とは、独立に管軸方向に
スライドできる。また、ダクトＣ１４の後端部の燃焼器
出口管２１との嵌合部の隙間、および燃焼器出口管２１
の燃焼器入口ケーシング０２の貫通部の隙間は、それぞ
れ微小にされ、しかもシール出来るように構成され、外
殻内に流入する圧縮空気の隙間からの漏洩を防止してい
る。

【００２１】本実施例の燃焼器１は、上述のように構成
されているので、空気入口管３より燃焼器入口ケーシン
グ２内に入った圧縮空気は、多孔板４を通過して、燃焼
器出口管２１、ダクト１５、および燃焼器内筒８の外周
面に沿って、図の左側から右側へ流れ、燃料ノズル１０
から供給された燃料と、圧縮空気の燃焼によって、燃焼
器内筒８で発生する燃焼ガスによって加熱され、高温に
なった燃焼器出口管２１、ダクト１５、および燃焼器内
筒８を、外周面から冷却するとともに、燃焼器入口ケー
シング２、温度均一化装置外筒５、燃焼器外筒６および
燃焼器側壁７を内面側から冷却する。これらの冷却によ
り加熱された圧縮空気は、燃焼器内筒８を貫通させて設
けた、複数個の空気穴より燃焼器内筒８内に流入し、燃
料ノズル１０から噴霧された燃料と混合し、点火プラグ
１１の点火により、前述したように燃焼して燃焼ガスを
発生させる。

【００２２】一方、燃焼器内筒８で発生した高温の燃焼
ガスは、燃焼器内筒８の下流端部に接続されたダクト１
５に流入し、ダクトＡ１２、およびダクトＢ１３のフラ
ンジ間に介装されたオリフィスＡ１８、ダクトＢ１３、
およびダクトＣ１２のフランジ間に介装されたオリフィ
スＢ１９によって、ダクト１５の管壁に沿う流れが流れ
の中央部に向う流れとなって、また、オリフィスＡ１
８、およびオリフィスＢ１９通過後は、中央部の流れが
管壁へ向う流れとなり、燃焼ガスの流れに乱れが生じ、
管壁近傍を流れる比較的温度の低い燃焼ガスと、中央部
を流れる比較的温度の高い燃焼ガスとの混合が起る。こ
のため、ダクト１５内の流れる位置によって温度差が生
じていた燃焼ガスは、オリフィスＢ１９の後流側では、
略均一な温度分布の流れとなる。

【００２３】なお、図２は、開口面積比０．５のオリフ
ィス板Ａ１８およびオリフィス板Ｂ１９を間隔２Ｄ、但
しＤはダクトＢ１３の直径、またオリフィス板Ｂ１９と
絞り管２０の間隔を１Ｄとした場合の実験結果の温度分
布であるが、同図に示されるように管壁、管中心でほと
んど温度差のないフラットな、温度分布を持つ流れにな
ることがわかる。

【００２４】また、オリフィスＡ１８、オリフィスＢで
流れが乱され、温度が均一化された燃焼ガスは、ダクト
Ｃ１４の中央部に設けた絞り部２０によって、さらに温
度が均一化されるとともに、整流され、ダクトＣ１４下
流側に接続された燃焼器出口管２１より流出し、図示し
ないガスタービン等の駆動装置に供給される。この整流
により、燃焼器出口管２１、およびこれと駆動装置とを
接続する配管中での、燃焼ガスの乱れに起因する振動、
騒音の発生を防止することができる。

【００２５】従って、本実施例によれば、従来局所的に
温度が高くなる不均一な温度分布の燃焼ガスによって、
燃焼器１下流側に設置される配管装置を含む機器に生じ
ていた熱変形、焼損が回避できるとともに、燃焼器出口
管に温度計測装置を設け、燃焼ガスの正確な温度を計測
することにより、負荷に応じた燃焼器の精確な温度制御
ができ、燃焼器１効率の良い運転ができる。

【００２６】なお、上述した実施例においては、ダクト
１５内に２枚のオリフィスＡ１８およびオリフィスＢ１
９を設置したものを示したが、本発明はこのような実施
例に限定されるものではない。また、高温の燃焼ガスに
設置するオリフィス板をセラミック材等で製作するよう
にしても良く、また２つ割のオリフィス板を組合せて用
いるようにしても良いものである。

【００２７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の燃焼器によ
れば、特許請求の範囲に示す構成により、燃焼器内筒出
口部の中央が高く、管壁が低い温度分布を有する燃焼ガ
スは、ダクト内に設けたオリフィス板にて、中央部の高
温ガスと管壁部の低い温度のガスが混合され、さらに、
ダクトに設けた絞り管部にて整流され、温度が略均一で
整流された燃焼ガスが得られることで、燃焼器出口管部
の温度測定が正確に出来る。

【００２８】これにより、ガスタービン等の計画段階で
の対応が可能になり、燃焼器下流側のタービンケーシン
グ等の熱変形および焼損等のトラブルを防止できる。ま
た、燃焼ガスの温度制御が正確にできるようになり、燃
焼器の効率の良い運転ができ、プラントの効率を向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃焼器の一実施例を示す縦断面図、

【図２】図１に示す実施例における燃焼器出口管内の燃
焼ガス温度分布を示す図、

【図３】従来の燃焼器を示す縦断面図、

【図４】従来の燃焼器出口管における燃焼ガス温度分布
を示す図である。

【符号の説明】

１ 燃焼器 ２ 燃焼器入口ケーシング ３ 空気入口管３ ４ 多孔板 ５ 温度均一化装置外筒 ６ 燃焼器外筒 ７ 燃焼器側壁 ８ 燃焼器内筒 ９ 支持金具 １０ 燃料ノズル １１ 点火プラグ １２ ダクトＡ １３ ダクトＢ １４ ダクトＣ １５ ダクト １６ 固定金具 １７ 支持金具 １８ オリフィス板Ａ １９ オリフィス板Ｂ ２０ 絞り部 ２１ 燃焼器出口管

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高温の燃焼ガスを発生させ、駆動装置に
   供給する燃焼器において、絞り部を具えるとともに、前
   記絞り部の上流側の平行部内周にオリフィス板を突設し
   たダクトを、燃焼器内筒と燃焼器出口管の間に配設し、
   前記燃焼器内筒かた前記燃焼器出口管へ流出する、前記
   燃焼ガスの温度を略均一にしたことを特徴とした燃焼
   器。