JPH10325542A - 燃焼器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 少なくとも１つの冷却通路１０がプレナ
ム１３内にまで延長され，プレナムの内部では，プレナ
ム内へのオリフィス１２を備えたディフューザ１４とし
て形成されている。バーナドーム４の少なくとも１つの
開口１５，１５′がディフューザ１４の領域内に配置さ
れている。各開口の下流に，プレナム１３内へのオリフ
ィス１７，１７′を備えたバイパス通路１６，１６′が
接続されている。各バイパス通路のオリフィスはディフ
ューザのオリフィスに対して少なくともほぼ平行に向け
られ，外へ向かって段状にずれて形成されている。各バ
イパス通路は圧力調整装置を備えている。 【効果】 冷却空気及び燃焼空気の質量流れが種々異な
っていても最適なバーナ入射流が保証される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はバーナドームにより
外側から制限されていて少なくとも主空気流を受容する
ためのプレナムを備えた燃焼器であって，プレナム内に
配置された少なくとも１つのバーナと，プレナムの下流
に形成された燃焼室と，プレナム内に開口していて燃焼
室を取囲んでいる少なくとも１つの冷却通路と，副次空
気流のための，バーナドームに形成された少なくとも１
つの開口とを備えている形式のものに関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービンプラントの燃焼器は多数の
バーナを介して液状及び又はガス状の燃料と噴霧空気と
の供給を受ける。そのことのために，バーナはしばし
ば，バーナの周りのスペース，いわゆるプレナムを外か
ら閉鎖するバーナドーム内に配置される。このプレナム
は燃焼器の上流に配置されていて燃焼器壁に結合されて
いる。燃焼に必要な空気はガスタービンプラントの圧縮
機から供給される。その場合，主空気流はまず燃焼器壁
の冷却のために利用され，そのことのために燃焼器壁の
外側に設けた冷却通路に沿って案内される。この冷却通
路はプレナム内に開口している。このプレナムからは，
冷却通路内で予熱された空気が燃焼空気としてバーナを
介して燃焼器内へ達し，最終的には供給された燃料と一
緒に燃焼させられる。確実なバーナ運転を保証すること
ができるように，バーナドーム内へ流入した燃焼空気
に，規定された流れ構造が付与されなければならない。

【０００３】新しい燃焼器冷却技術の使用時には，所要
の冷却空気量及び燃焼空気量が部分的に明らかに互いに
異なってくる。燃焼のためには極めて大量の空気が所望
されるため，冷却空気に対して付加的に圧縮機空気流の
相応の空気量が直接にバーナドーム内に案内される。い
わゆるこのバイパス空気が同様にプレナム内に導入され
ることができるように，例えばドイツ連邦共和国特許出
願公開第１９５１６７９８号明細書に示されているよう
に，バーナドームには適当な開口が形成されている。

【０００４】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９５２
３０９４号明細書によれば，バイパス空気の供給のため
の別の解決手段が公知であり，この手段によれば，この
副次空気流はプレナムへの移行部に位置する少なくとも
１つの噴射機構を介して主空気流（冷却空気）内に導入
される。このことにより，両方の空気流の混合が良好に
行われる割りには比較的わずかな圧力損失が実現され
る。

【０００５】しかし，ガスタービンの温度設計と使用さ
れる燃料とに応じて，燃焼器内での燃焼のために必要な
空気要求量と燃焼器の冷却のために必要な空気要求量と
が極めて大きく異なることがある。それゆえ，バイパス
空気量を変化させることができるようにすることが必要
である。しかし，バイパス空気の質量流れを変化させて
も，バーナドーム内の流れ状態が損なわれてはならな
い。さもなければ，要するにバイパス空気の流入状態が
不都合である場合には，主空気流及びその安定性にネガ
ティブに作用することのある渦，逆流区域及びこの種の
別の現象が生じる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】これらのすべての欠点
を回避すべく本発明の課題とするところは，冷却空気と
燃焼空気との質量流れが互いに異なる場合でも，最適な
バーナ入射流が保証されるような，改善された空気供給
を受ける燃焼器を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題は，本発明によ
れば請求項１に記載のように，少なくとも１つの冷却通
路がプレナム内まで延長されており，かつプレナムの内
部では，プレナム内へのオリフィスを備えたディフュー
ザとして形成されており，バーナドームの少なくとも１
つの開口がディフューザの領域内に又はそのオリフィス
のすぐ下流に配置されており，各開口の下流に，プレナ
ム内へのオリフィスを備えたバイパス通路が接続されて
おり，各バイパス通路のオリフィスがディフューザのオ
リフィスに対して少なくともほぼ平行に形成されてお
り，かつ外へ向かって段状にずれて形成されており，各
バイパス通路が圧力調整装置を備えていることにより解
決される。

【０００８】

【発明の効果】このジオメトリによれば，バイパス空気
の質量流れのみならず速度及び流れの方向をも，主空気
流すなわち少なくとも１つの冷却通路を介してプレナム
内へ流入する燃焼空気に適合させることができる。その
場合，バイパス空気は主空気流に対して平行に導入され
るばかりでなく，直接にバーナドームの内壁のところで
いわゆるウオール・ジエットとしてプレナム内へ導入さ
れる。このことにより，流れの剥離が効果的に抑制され
る。バーナ通路内に取付けられた圧力調整装置は有利に
副次空気流（バイパス空気）の圧力比の，主空気流内の
圧力比への適合をもたらす。この形式で，バーナ入射流
の妨げが回避され，このことが燃焼器内での燃焼を改善
せしめ，ひいてはガスタービンプラントの効果的かつエ
ミッションの少ない運転をもたらす。さらに，ディフュ
ーザは流れ速度の減少と主空気流の最大の圧力回収とに
役立てられる。バイパス空気が不要の場合でも，バイパ
ス通路のオリフィスが段として作用して，いわゆるステ
ップディフューザを形成し，このステップディフューザ
の端部に，規定された剥離点が形成される。このことに
より，ディフューザ内での規定されない，要するに局所
化されない剥離の危険が回避される。

【０００９】開口の下流に少なくとも１つの別の開口が
バーナドームに形成されていると特別有利である。上流
に配置された開口と同様に，それぞれ別の開口が，下流
に配置されていてプレナム内へのオリフィスを備えたバ
イパス通路を備えている。これらの各バイパス通路は同
様に圧力調整装置を備えている。これにより，それぞれ
個々のバイパス通路の通路高さを最適なディフューザ運
転に適合させることができる。主空気流の方向で相前後
して配置された複数の開口のバイパス通路のオリフィス
は段状にずれており，かつ少なくとも近似的に互いに平
行に配置されている。この二重の段はバイパス空気の所
要の方向性をもたらす。小さい段の段後の流れ内での剥
離領域が相応に小さいため，複数の小さい段は１つの大
きな段に比して比較的わずかな圧力損失しかもたらさな
い。

【００１０】圧力調整装置が蜂の巣構造体として形成さ
れていて空気入口側でスリット内に配置されていると特
別有利である。蜂の巣構造体体により，バイパス空気が
方向性を与えられかつ均一化され，その結果，プレナム
内への規定された入射流を得ることができる。蜂の巣構
造の種類，要するにその長さ及びその遮蔽作用が，必要
とされる圧力損失に応じて選択されることによって，副
次空気流は燃焼器の一般的な運転条件に応じて予期され
る主空気流の速度比及び圧力比に適合せしめられる。検
査時間及び停止時間中に蜂の巣構造体の交換が可能であ
り，その結果，これらの圧力調整装置は，変化した運転
条件にも適合可能である。少なくとも最も下流に配置さ
れた蜂の巣構造体のところに蜂の巣構造体カバーのため
の保持体が取付けられる。同様に機械の停止中に行われ
る蜂の巣構造体カバーの取付けにより，蜂の巣構造が閉
鎖され，これにより有利には冷却空気への比較的大きな
要求にも対処することができる。

【００１１】蜂の巣構造体に対して代替的に，圧力調整
装置は，貫通するインパクト孔を備えていて開口を閉鎖
する遮蔽板と，バイパス通路内に配置されたインパクト
面とから成ることができる。燃焼器の運転時にインパク
ト孔を通してプレナム内に侵入する副次空気流の噴流が
まず最初にインパクト面に衝突し，このことにより所望
の圧力損失が得られる。

【００１２】インパクト孔の少なくとも１つが閉鎖可能
に形成されており，かつこのことのために，孔閉鎖カバ
ーのための保持体を備えていると特別有利である。孔閉
鎖カバーの組込みもしくは組外しは同様に機械の停止中
に行われる。相応して孔を遮蔽又は開放することによ
り，供給すべきバイパス空気の流れ質量を燃焼器の冷却
要求に適合させることができる。そのことのために，各
遮蔽板のそのつど最も下流に配置されたインパクト孔が
閉鎖されることができると有利であり，その結果，主空
気流のための可能な限り良好なディフューザ作用が保証
される。

【００１３】最後に，バーナドーム内に少なくとも２つ
の開口が形成され，かつこれらの開口が圧縮機空気流に
対して少なくともほぼ直角方向に位置する１平面内に均
一に分配されて配置されている。

【００１４】

【発明の実施の形態】次ぎに，図面について本発明の２
つの実施例をガスタービンプラントの燃焼器にもとづき
説明する。

【００１５】本発明の理解にとって重要なエレメントだ
けが図示されている。ガスタービンプラントのうち，例
えば圧縮機及びガスタービン並びにバーナドームの外部
に位置する燃料供給手段は図示されていない。作動媒体
の流れ方向は矢印で示されている。

【００１６】図示されていないガスタービンプラントは
主として圧縮機と，環状燃焼器として形成されていて燃
焼室２及び燃焼器壁３を備えた環状燃焼器１と，ガスタ
ービンと，このガスタービンに接続された発電機とから
成っている。燃焼器１の燃焼室２には，バーナドーム４
内に固定されていて燃料供給に役立つ円錐バーナとして
形成された多数のバーナ５が結合されている。各円錐バ
ーナ５は入射流側に配置されたスワール発生器６と，継
目なしにこれに接続されていて燃焼室２内に開口した混
合区域７とから成る。これに相応して形成されていてヨ
ーロッパ特許出願公開第０７０４６５７号明細書から公
知である円錐バーナ５は混合区域７が管状であるために
管バーナとして記載されている。このバーナはたんに略
示されたそれぞれ１つのバーナランス８を介してバーナ
ドーム４の外部から燃料９の供給を受ける。別の形式の
バーナを使用することもできるのは勿論である。

【００１７】燃焼室２の外部にはこれを取り囲むように
冷却通路１０が配置されており，この冷却通路内には，
環状燃焼器１内で燃料９を燃焼させるために必要な燃焼
空気が圧縮機から案内される。最初に燃焼器壁３の冷却
のために利用された燃焼空気は均一な主空気流１１を形
成する。この主空気流は冷却通路１０のオリフィス１２
を介して，バーナドーム４の内部に形成された室，要す
るに円錐バーナ５のプレナム１３内へ導入される。その
ことのために，冷却通路１０はプレナム１３内にまで延
長されており，かつプレナム１３内でディフューザ１４
として形成されており，その結果，冷却通路１０のオリ
フィス１２はディフューザ１４のオリフィスでもある。
それぞれのディフューザ１４の下流側の端部のところに
はバーナドーム４の両側に，スリットとて形成されたそ
れぞれ２つの開口１５，１５′がバーナドーム４に配置
されている（図１）。各スリット１５，１５′の下流に
はプレナム１３へのオリフィス１７，１７′を備えた１
つのバイパス通路１６，１６′が接続されている。バイ
パス通路１６，１６′のオリフィス１７，１７′はディ
フューザ１４のオリフィス１２に対してほぼ平行に向け
られている。さらに，バイパス通路１６，１６′のオリ
フィス１７，１７′は相互にずれて配置されていると共
に，ディフューザ１４のオリフィス１２に対しても外に
向かって段状にずれて配置されている。

【００１８】本発明の第１実施例では空気入口側に，蜂
の巣構造体として形成された圧力調整装置１８，１８′
がバイパス通路１６，１６′内に配置されている。この
圧力調整装置１８，１８′はバーナドーム４の両側に，
破線で示した蜂の巣構造体カバー２６のためのそれぞれ
１つの保持体１９を備えており，かつこれにより閉鎖可
能に形成されている（図２）。

【００１９】環状燃焼器１の運転時に燃焼器冷却のコン
セプトに応じて種々異なる出力が求められるため，環状
燃焼器１内で必要とされる燃焼空気の一部が燃焼器壁３
の冷却のために変化した量で使用される必要がある。そ
のことのために，圧縮機からもたらされた燃焼空気から
副次空気流２０が分流されて，バイパス空気２０とし
て，バーナドーム４内に設けられたスリット１５，１
５′を介してプレナム１３内へ導入される（図１）。こ
のバイパス空気２０の量は全燃焼空気量の２０％まで可
能である。その場合，バイパス空気２０はいわゆるウオ
ールジェット２５を成して主空気流１１に対してほぼ平
行に，かつ主空気流１１とほぼ同じ速度でプレナム１３
内に導入される（図２）。バイパス空気２０の必要な圧
力損失は圧力調整装置１８，１８′を介して実現され
る。この形式で，バーナ入射流の障害が回避され，この
ことが環状燃焼器１内での燃焼の改善と，ひいてはガス
タービンプラントのエミッションの少ない効果的な運転
とをもたらす。

【００２０】その上，主空気流１１がディフューザ１４
によりプレナム１３内へ導入されるため，その圧力損失
が軽減される。このことにより，主空気流１１と副次空
気流２０との間の圧力差が減少させられ，その結果，比
較的短い圧力調整装置１８，１８′の使用が可能とな
る。蜂の巣構造体カバー２６によって，バイパス空気２
０の質量流れを後から環状燃焼器１の測定された要求に
適合させることができる。このことのために，蜂の巣構
造体カバー２６はガスタービンプラントの停止時に，対
応する保持体１９内へ挿入されてそのところに固定され
る。その場合，まず最初に，最も下流に配置された圧力
調整装置１８′が閉鎖される。蜂の巣構造体カバー２６
を溶接することができるのは勿論である。

【００２１】最終的に，燃焼器壁３の対流冷却により予
熱された主空気流１１並びに燃焼空気の副次空気流はプ
レナム１３を介して円錐バーナ５内へ，かつそこから環
状燃焼器１内へ達する。環状燃焼器１内では燃焼空気
が，供給された燃料９と共に燃焼させられて熱い作動ガ
スを形成する。この作動ガスは図示されていないガスタ
ービンを介して膨張して，圧縮機と発電機との駆動に役
立てられ，その際，発電機は外部の消費装置のための電
流を発生する。

【００２２】本発明の第２実施例では，圧力調整装置１
８，１８′がそれぞれ，スリット１５，１５′を閉鎖す
る遮蔽板２１，２１′に配置された２列のインパクト孔
２２，２２′と，それぞれスリット１５，１５′ごとに
バイパス通路１６，１６′の内部に配置された１つのイ
ンパクト面２３，２３′との組合せとして形成されてい
る。インパクト孔２２，２２′は遮蔽板２１，２１′の
全周にわたり分配されている。バーナドーム４の一方の
側で上流に配置されたスリット１５は第１のインパクト
面２３を有しており，バーナドーム４の同じ側で下流に
形成されたスリット１５′は第２のインパクト面２３′
を有している。両方のインパクト面２３，２３′並びに
下流に配置されたバーナドーム４は主空気流１１の方向
で段状に形成されている。バーナドーム４の両側でイン
パクト孔２２，２２′は閉鎖可能に形成されており，か
つそのことのために，破線で示した孔カバー２７のため
の保持体２４を備えている。

【００２３】環状燃焼器１の運転時に，インパクト孔２
２，２２′と，これに続くバイパス通路１６，１６′と
を通ってプレナム１３内へ侵入したバイパス空気２０の
噴流はまず最初にインパクト面２３，２３′に衝突し，
これによって所望の圧力損失が得られる。運転形式に応
じて，単数又は複数のインパクト孔列を閉鎖することが
でき，その際，下流に配置されたインパクト孔列から閉
鎖が開始される。副次空気流２０の，主空気流１１への
その他の適合は第１実施例と同様に行われる。

【００２４】両方の実施例において，いわゆる二段の外
側のスリット１５′は遮蔽されることができる（図２及
び図３で部分的にのみ示す）。この場合，内側のスリッ
ト１５は副次空気流２０を必要な範囲で維持し，他面に
おいて外側のスリット１５′は段付きディフューザとし
て作動する。バイパス空気２０が不要な場合には，両方
のスリット１５，１５′を閉鎖することができ，これに
より，２段ディフューザが生じる（図示せず）。この種
のディフューザによれば，比較的大きな１つだけの段に
よる場合に比して大きな圧力利得が得られる。両方のス
リット１５，１５′の間の相応する剥離区域はディフュ
ーザ１４内への逆流を発生させない働きを有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にもとづく燃焼器の略示部分縦断面図で
ある。

【図２】本発明の第１実施例の燃焼器においてスリット
の領域内でバーナドームを拡大して示す図である。

【図３】本発明の第２実施例を図２と同様に示す図であ
る。

【符号の説明】

１ 燃焼器（環状燃焼器）， ２ 燃焼室， ３ 燃焼
器壁， ４ バーナドーム， ５ バーナ（円錐バー
ナ）， ６ スワール発生器， ７ 混合区域，８ バ
ーナランス， ９ 燃料， １０ 冷却通路， １１
主空気流， １２ 冷却通路のオリフィス， １３ プ
レナム， １４ ディフューザ， １５，１５′ 開口
（スリット）， １６，１６′ バイパス通路， １
７，１７′バイパス通路のオリフィス， １８，１８′
圧力調整装置（蜂の巣構造体）， １９ 保持体，
２０ 副次空気流（バイパス流）， ２１，２１′ 遮
蔽板， ２２，２２′ インパクト孔， ２３，２３′
インパクト面， ２４保持体， ２５ ウオールジェ
ット， ２６ 蜂の巣構造体カバー， ２７ 孔カバー

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バーナドーム（４）により外側から制限
   されていて少なくとも主空気流（１１）を受容するため
   のプレナム（１３）を備えた燃焼器であって，プレナム
   （１３）内に配置された少なくとも１つのバーナ（５）
   と，プレナム（１３）の下流に形成された燃焼室（２）
   と，プレナム（１３）内に開口していて燃焼室（２）を
   取囲んでいる少なくとも１つの冷却通路（１０）と，副
   次空気流（２０）のための，バーナドーム（４）に形成
   された少なくとも１つの開口（１５，１５′）とを備え
   ている形式のものにおいて， ａ） 少なくとも１つの冷却通路（１０）がプレナム
   （１３）内まで延長されており，かつプレナム（１３）
   の内部ではこの冷却通路がプレナム（１３）内へのオリ
   フィス（１２）を備えたディフューザ（１４）として形
   成されており， ｂ） バーナドーム（４）の少なくとも１つの開口（１
   ５，１５′）がディフューザ（１４）の領域内に又はそ
   のオリフィス（１２）のすぐ下流に配置されており， ｃ） 各開口（１５，１５′）の下流に，プレナム（１
   ３）内へのオリフィス（１７，１７′）を備えたバイパ
   ス通路（１６，１６′）が接続されており， ｄ） 各バイパス通路（１６，１６′）のオリフィス
   （１７，１７′）がディフューザ（１４）のオリフィス
   （１２）に対して少なくともほぼ平行に形成されてお
   り，かつ外へ向かって段状にずれて形成されており， ｅ） 各バイパス通路（１６，１６′）が圧力調整装置
   （１８，１８′）を備えていることを特徴とする燃焼
   器。
2. 【請求項２】 各開口（１５）の下流に少なくとも１つ
   の別の開口（１５′）がバーナドーム（４）に形成され
   ており，この別の各開口が，下流に配置されていてプレ
   ナム（１３）内へのオリフィス（１７′）を備えたバイ
   パス通路（１６′）を有しており，各バイパス通路（１
   ６′）が圧力調整装置（１８′）を備えており，かつバ
   イパス通路（１６，１６′）のオリフィス（１７，１
   ７′）が段状にずれて配置されており，かつ互いに少な
   くともほぼ平行に配置されている請求項１記載の燃焼
   器。
3. 【請求項３】 圧力調整装置（１８，１８′）が蜂の巣
   構造体として形成されている請求項１又は２記載の燃焼
   器。
4. 【請求項４】 蜂の巣構造体（１８，１８′）が空気入
   口側でバイパス通路（１６，１６′）内に配置されてい
   る請求項３記載の燃焼器。
5. 【請求項５】 蜂の巣構造体（１８，１８′）の少なく
   とも１つが閉鎖可能に形成されている請求項３記載の燃
   焼器。
6. 【請求項６】 少なくとも最も下流に配置された蜂の巣
   構造体（１８′）が蜂の巣構造体カバー（２６）のため
   の保持体（１９）を備えている請求項５記載の燃焼器。
7. 【請求項７】 各圧力調整装置（１８，１８′）が，開
   口（１５，１５′）を閉鎖する遮蔽板（２１，２１′）
   と，バイパス通路（１６，１６′）の内部に配置された
   インパクト面（２３，２３′）とから成り，前記遮蔽板
   が，この遮蔽板を貫通した少なくとも１つのインパクト
   孔（２２，２２′）を有している請求項１又は２記載の
   燃焼器。
8. 【請求項８】 各圧力調整装置（１８，１８′）の少な
   くとも１つのインパクト孔（２２，２２′）が閉鎖可能
   に形成されている請求項７記載の燃焼器。
9. 【請求項９】 各遮蔽板（２１，２１′）の，最も下流
   に配置されたインパクト孔（２２，２２′）が孔カバー
   （２７）のための保持体（２４）を備えている請求項８
   記載の燃焼器。
10. 【請求項１０】 バーナドーム（４）内に少なくともそ
    れぞれ２つの開口（１５，１５′）が形成されており，
    これらの開口が主空気流（１１）に対して少なくともほ
    ぼ直角に位置する平面内で均一に分配されて配置されて
    いる請求項１から９までのいずれか１項記載の燃焼器。