JPH1183016A - ３次元スワーラ - Google Patents

３次元スワーラ

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JPH1183016A
JPH1183016A JP24547797A JP24547797A JPH1183016A JP H1183016 A JPH1183016 A JP H1183016A JP 24547797 A JP24547797 A JP 24547797A JP 24547797 A JP24547797 A JP 24547797A JP H1183016 A JPH1183016 A JP H1183016A
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JP
Japan
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swirler
angle
fuel
nozzle
fuel nozzle
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JP24547797A
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Shigemi Bandai
重実 萬代
Masatoyo Oota
将豊 太田
Mitsuru Inada
満 稲田
Shinji Akamatsu
真児 赤松
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/04—Air inlet arrangements
    • F23R3/10—Air inlet arrangements for primary air
    • F23R3/12—Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex
    • F23R3/14—Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex by using swirl vanes

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Gas Burners (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガスタービンの予混合炎型低ＮＯX 燃焼器に
おける予混合気形成用スワーラにおいて、燃料と空気の
混合を促進させると共に、保炎、焼損の発生を防止する
ようにしたものを提供することを課題とする。 【解決手段】 スワーラベーンにハブ側からチップ側に
かけて捩じりを与え、燃料ノズル中心線に対するチップ
側の取り付け角度を、ハブ側の取り付け角度より大きく
して３次元スワーラを構成し、ハブ側の角度を保炎、そ
してこれに連なる焼損が発生しない範囲に小さく抑えて
も、同ハブ側からチップ側にかけての捩じりによりチッ
プ側の角度は燃料と空気が適切な混合をするのに必要な
剪断流れを得られる角度に選ぶことができ、好適な予混
合を行い得ると共に焼損等による寿命低下を防ぎ、併せ
て燃焼効率を向上した。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンの予
混合炎型低ＮＯX 燃焼器における予混合気形成用スワー
ラに関する。
【０００２】
【従来の技術】図２乃至図５に基づいて従来のこの種燃
焼器の概要について説明する。図４は従来の予混合炎型
低ＮＯX 燃焼器の一例を示す全体構成図で、図５にはそ
の中のメイン燃料ノズルの断面図を示している。
【０００３】燃焼器に燃料や空気又はそれらの混合気を
供給するいわゆる燃料供給ノズルは、燃焼器の断面中央
に火炎部分を形成するパイロット燃料ノズル２０４と、
同パイロット燃料ノズル２０４のまわりに円筒形の外筒
２０６を有して配置され燃料と空気との予混合ガスを形
成する複数個のメイン燃料ノズル２０２等で構成されて
いる。
【０００４】そして、これらの各メイン燃料ノズル２０
２の上流部分には、同メイン燃料ノズル２０２の周りに
設置されて前記外筒２０６に至る位置まで延びているメ
インスワーラ２０１が配置されている。
【０００５】また、同メイン燃料ノズル２０２の本体壁
面上で前記メインスワーラ２０１より下流側には、同メ
イン燃料ノズル２０２の周方向に亘って複数のノズル孔
２０５が穿設されている。
【０００６】この様な構成による従来の燃焼器では、燃
焼空気は複数個のメインスワーラ２０１と、中央に一つ
だけ設けられたパイロットスワーラ２０３から供給さ
れ、また、燃料は前記複数のメイン燃料ノズル２０２お
よび前記パイロット燃料ノズル２０４とから供給され
る。
【０００７】そしてメイン燃料ノズル２０２において
は、図５に示すように、燃料はノズル本体壁面にあけら
れたノズル孔２０５より噴出され、メインスワーラ２０
１を介してノズルの外周を流れる空気と混合して予混合
ガスとなる。
【０００８】この時空気はメインスワーラ２０１によっ
て旋回角を与えられるが、その角度は、燃料ノズル中心
線に対するスワーラベーンのハブ部への取り付け角度に
よって支配される。
【０００９】従って従来のものでは、旋回角度を変化さ
せるべく前記スワーラベーンの取り付け角度を変化、調
節させた事例は見受けられるものの、この目的のために
実施されているものとしては、この様にハブ部への取り
付け角度を変化、調節させ、同ハブ部の角度を維持した
ままチップ部まで及んでいるというものに止まり、それ
以上に変化した事例は見当たらない。
【００１０】この様にスワーラベーンの取り付け角度を
変化をさせた具体的なものとして、図２及び図３に示す
ものがある。
【００１１】すなわち、ひとつの例としては、図２
（ａ）に燃料ノズルに対するスワーラベーンの配列関係
を示し、（ｂ）に同スワーラベーンの配列の展開図を示
すように、メイン燃料ノズル２０２の中心軸線Ｃに対す
るスワーラベーン２０１ａのハブ部取り付け角度を２５
°としたものがある。
【００１２】また他の例としては、図３（ａ）に燃料ノ
ズルに対するスワーラベーンの配列関係を示し、（ｂ）
に同スワーラベーンの展開図を示すように、メイン燃料
ノズル２０２の中心軸線Ｃに対してスワーラベーン２０
１ｂのハブ部取り付け角度を４５°としたものがある。
【００１３】前記図２、図３のいずれのものにおいて
も、上流から供給された空気Ａはこれらのスワーラベー
ン２０１ａまたは２０１ｂに当たって外向きの旋回流を
形成し、この空気旋回流中にメイン燃料ノズル２０２に
設けたノズル孔２０５を通して天然ガス等の燃料Ｆが供
給され、同燃料Ｆと空気Ａの予混合気を形成することに
なる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】前記したように従来の
ものの中、図３に示したスワーラベーン２０１ｂのハブ
部取り付け角度を４５°としたものにあっては、同角度
が４５°と大きいので、空気Ａの剪断流れが強く、燃料
Ｆと空気Ａの混合は極めて良好に促進される。
【００１５】しかしながら、この強い剪断流れのため
に、図３（ｂ）にハッチングを付して示した様に、メイ
ン燃料ノズル２０２の先端部に大きな淀み点Ｐが形成さ
れ、逆火現象が一度発生すると、この淀み点Ｐで保炎
し、メイン燃料ノズル２０２を焼損し易いという不具合
がある。
【００１６】他方、図２に示したスワーラベーン２０１
ａのハブ部取り付け角度を２５°としたものにあって
は、同角度は２５°と比較的小さいので、空気Ａの剪断
流れもさほど強くなく、図２（ｂ）にハッチングを付し
て示したメイン燃料ノズル２０２の先端部に形成される
淀み点Ｐも小さいので、もし逆火現象が起こってもここ
で保炎することはない。
【００１７】しかし、これは空気Ａの剪断流れが強くな
いが故に得られるものであり、その結果逆に、前記図３
のスワーラベーン２０１ｂのハブ部取り付け角度を４５
°としたものに対比して明らかなように、予混合燃焼器
として要求される機能である燃料Ｆと空気Ａの混合が悪
くなり、低ＮＯX 燃焼が可能な条件範囲が狭いという不
具合がある。
【００１８】本発明は前記した従来のものにおける不具
合を解消し、燃料と空気の混合を促進させる一方、メイ
ン燃料ノズルの先端部に形成される淀み点を小さくし
て、保炎、焼損の発生を防止するようにしたものを提供
することを課題とするものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明は前記した課題を
解決すべくなされたもので、燃料ノズルの周囲に取り付
けられたスワーラベーンにハブ側からチップ側にかけて
捩じりを与え、燃料ノズル中心線に対するチップ側の取
り付け角度を、ハブ側の取り付け角度より大きくした３
次元スワーラを提供するものである。
【００２０】すなわち、燃料ノズルの周囲に取り付けら
れたスワーラベーンの、燃料ノズル中心線に対する取り
付け角度を変化させるべく、スワーラベーンにハブ側か
らチップ側にかけて捩じりを与えることにより、チップ
側の前記角度をハブ側の角度より大きく形成しているの
で、ハブ側の角度を保炎、そしてこれに連なる焼損が発
生しない範囲に小さく抑えても、同ハブ側からチップ側
にかけての捩じりによりチップ側の角度は、燃料と空気
が適切な混合をするのに必要な剪断流れを得られる角度
に選ぶことができ、好適な予混合を行うことができる３
次元スワーラを得るものである。
【００２１】また本発明は、前記スワーラベーンの燃料
ノズル中心線に対するハブ側の取り付け角度を２５°と
し、チップ側の取り付け角度を４５°とした３次元スワ
ーラを提供するものである。
【００２２】すなわち、燃料ノズル中心線に対するハブ
側の取り付け角度を、保炎、焼損の発生しない２５°と
し、また、チップ側の取り付け角度を剪断流れが強い４
５°とすることにより、ハブ側での保炎、焼損の不具合
の発生を抑制すると共に、チップ側では強い剪断流れを
確保して燃料と空気の好適な予混合を行う３次元スワー
ラを得るものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の一形態を図１
に基づいて説明する。図１は本実施の形態に係る３次元
スワーラを示し、（ａ）は燃料ノズルに対するスワーラ
ベーンの配列関係図、（ｂ）は同スワーラベーンの展開
図、そして（ｃ）は１枚のスワーラベーンの斜視図であ
る。
【００２４】本実施の形態では、メインスワーラ１０１
をメイン燃料ノズル１０２上に周方向に亘って複数枚設
置し、この設置位置より下流でメイン燃料ノズル１０２
に周方向に亘って複数個穿設したノズル孔１０５から燃
料Ｆを噴出してメインスワーラ１０１を通過した空気Ａ
と混合し、いわゆる予混合気を作成する基本概念および
基本構造は前記従来のものと同一である。
【００２５】従い、本実施の形態における特徴は、前記
メインスワーラ１０１のそれぞれを特定の形状に構成し
たことであり、それは次のような点である。
【００２６】すなわち、図１（ｂ）、（ｃ）に示すよう
に、スワーラベーン１０１ａのハブ側での取り付け角度
αは、メイン燃料ノズル１０２中心軸線Ｃに対して２５
°とし、チップ側における取り付け角度βは、同様にメ
イン燃料ノズル１０２中心軸線Ｃに対して４５°となっ
ている。
【００２７】従って、図１（ｃ）の記載から理解できる
ように、ハブ側の角度α＝２５°とチップ側の角度β＝
４５°の差は、スワーラベーン１０１ａがハブ側からチ
ップ側へ行くに従って捩じれることで調整されている。
【００２８】本実施の形態は、この様に構成されている
ので、メインスワーラ１０１のスワーラベーン１０１ａ
で流れの方向を変えられる空気Ａは、スワーラベーン１
０１ａのハブ側においては、取り付け角度αは２５°で
あるので、メイン燃料ノズル１０２の先端部に淀み点Ｐ
が形成されてもこれは大きいものではない。
【００２９】また、スワーラベーン１０１ａはこのハブ
側からチップ側にかけて捩じられ、同スワーラベーン１
０１ａのチップ側においては、その取り付け角度βは４
５°であるので、強い剪断流れを形成することができる
ものである。
【００３０】そしてこの様にして形成される空気Ａの旋
回流中に、メイン燃料ノズル１０２に穿設したノズル孔
１０５を通して天然ガス等の燃料Ｆが供給され、同燃料
Ｆと前記空気とで予混合気が形成されることになる。
【００３１】従って本実施の形態によれば、スワーラベ
ーン１０１ａのハブ側取り付け角度を２５°としている
ので、メイン燃料ノズル１０２の先端部の淀み点は小さ
く、たとえ逆火が起こってもここでは保炎は発生せず、
ひいては焼損の心配もないものである。
【００３２】また、前記スワーラベーン１０１ａのチッ
プ側取り付け角度を４５°としているので、半径方向外
方では空気Ａの剪断流が強く、燃料Ｆと空気Ａの混合が
促進され、良好な予混合気が得られるものである。
【００３３】以上、本発明を図示の実施の形態について
説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されず、
本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えて
よいことはいうまでもない。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、燃
料ノズルの周囲に取り付けられたスワーラベーンにハブ
側からチップ側にかけて捩じりを与え、燃料ノズル中心
線に対するチップ側の取り付け角度を、ハブ側の取り付
け角度より大きくして３次元スワーラを構成しているの
で、燃料ノズルの周囲に取り付けられたスワーラベーン
の、燃料ノズル中心線に対する取り付け角度を変化さ
せ、スワーラベーンにハブ側からチップ側にかけて捩じ
りを与えてチップ側の前記角度をハブ側の角度より大き
く形成したこの独特の構成により、ハブ側の角度を保
炎、そしてこれに連なる焼損が発生しない範囲に小さく
抑えても、同ハブ側からチップ側にかけての捩じりによ
りチップ側の角度は、燃料と空気が適切な混合をするの
に必要な剪断流れを得られる角度に選ぶことができ、好
適な予混合を行い得、焼損等による寿命低下を防ぎ、か
つ、燃焼効率を向上した３次元スワーラを得ることが出
来たものである。
【００３５】また、請求項２に記載の発明によれば、前
記スワーラベーンの燃料ノズル中心線に対するハブ側の
取り付け角度を２５°とし、チップ側の取り付け角度を
４５°として３次元スワーラを構成しているので、燃料
ノズル中心線に対するハブ側の取り付け角度を、保炎、
焼損の発生しない２５°とし、また、チップ側の取り付
け角度を強い剪断流れが得られる４５°とすることによ
り、保炎、焼損の不具合の発生を抑制すると共に、強い
剪断流れを確保して燃料と空気の好適な予混合を行い、
燃焼器の寿命低下を防止すると共に燃焼効率を向上した
３次元スワーラを得ることができたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係る３次元スワーラを
示し、（ａ）は燃料ノズルに対するスワーラベーンの配
列関係図、（ｂ）は同スワーラベーンの展開図、そして
（ｃ）は１枚のスワーラベーンの斜視図である。
【図２】従来のスワーラの一例を示し、（ａ）は燃料ノ
ズルに対するスワーラベーンの配列関係、（ｂ）は同ス
ワーラベーンの配列を展開して示す説明図である。
【図３】従来のスワーラの他の例を示し、（ａ）は燃料
ノズルに対するスワーラベーンの配列関係、（ｂ）は同
スワーラベーンの配列を展開して示す説明図である。
【図４】従来の予混合炎型低ＮＯX 燃焼器の一例を示す
全体構成図である。
【図５】図４に示す燃焼器の中のメイン燃料ノズルの断
面図である。
【符号の説明】
１０１ メインスワーラ １０１ａ スワーラベーン １０２ メイン燃料ノズル １０５ ノズル孔 ２０１ メインスワーラ ２０１ａ スワーラベーン ２０１ｂ スワーラベーン ２０２ メイン燃料ノズル ２０３ パイロットスワーラ ２０４ パイロット燃料ノズル ２０５ ノズル孔 ２０６ 外筒 Ａ 空気 Ｃ 中心軸線 Ｆ 燃料 Ｐ 淀み点
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 赤松 真児 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃料ノズルの周囲に取り付けられたスワ
    ーラベーンにハブ側からチップ側にかけて捩じりを与
    え、燃料ノズル中心線に対するチップ側の取り付け角度
    を、ハブ側の取り付け角度より大きくしたことを特徴と
    する３次元スワーラ。
  2. 【請求項２】 前記スワーラベーンの燃料ノズル中心線
    に対するハブ側の取り付け角度を２５°とし、チップ側
    の取り付け角度を４５°としたことを特徴とする請求項
    １に記載の３次元スワーラ。
JP24547797A 1997-09-10 1997-09-10 ３次元スワーラ Pending JPH1183016A (ja)

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CA 2246219 CA2246219C (en) 1997-09-10 1998-09-02 Three-dimensional swirler
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