JPS6183813A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はガスタービン燃焼器の燃料噴射ノズルに係り、
特に、ノズル側壁及び先端部の冷却構造に関する。

〔発明の背景〕

ガスタービン燃焼器からはＮＯｘ　、ＣＯ，Ｓｏｘなど
の大気汚染物質が排出されるが、特に、ＮＯｘの低減化
が求められているうこのＮＯｘの低減化の基本的方策は
Ｎ　Ｏｘ生成シーンの高温領域（ホットスポット）を少
なくシ、均一な燃焼をさせることが必要となる。このた
めには（１）燃料を分散化し、燃料ノズル１本当シの燃
焼負荷量を下げること（２）空気過剰な希薄混合状態で
燃焼させることなどが必須条件となる。

空気過剰な状態で燃焼させるには、目標とする平均的な
空気過剰率が得られるところで燃料噴射を行なわせるこ
とが望ましく、このためには燃料ノズルを燃焼室に突出
させて配置することも必要となる。

第１０図は、従来の環状燃焼筒ＩＫ突出して複数個配置
された燃焼ノズル２を示す。第１１図は燃焼ノズル近傍
を拡大して示したもので、燃料はノズル先端３の近傍の
側壁に配置された複数個の噴射孔４よシ燃焼筒１の対向
する燃焼壁５に対しほぼ直角方向となるよう噴出される
。噴出孔４をこのような方向に配置する理由は、火炎の
保炎機構と関係している。すなわち、環状燃焼筒１では
、強い燃焼ガスの循環領域を燃焼筒１の上流板６と燃焼
壁５とが接続するコーナ付近に形成する必要があり、安
定した保炎を図るために燃料噴流と空気主流との干渉、
分流などから上述の要求が満たされる必要がある。

このように、燃料ノズルを燃焼室に突き出して配置する
従来方式の問題点は、燃焼ガスによりノズル壁が過熱さ
れ易く、特に、ノズル先端３が高温になるという欠点を
もっていた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、ガスタービン燃焼器の燃料噴射ノズル
に２いて、燃焼室に突出して配置されたノズル先端及び
側壁を高温燃焼ガスによる過熱から保護するための冷却
構造を備えた燃料ノズルを提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、燃料ノズルを二重管で構成し、ノズル先端部
では燃料を先端部に衝突させるように流し、いわゆる、
インピンジメント冷却を行なう構造とし、先端部以外の
ノズル側壁内面では燃料を内面に沿うように均一に流し
対流強制冷却を行なわせることを特徴とする。

〔発明の実施列〕

第９図、第１図ないし第５図および第１２図に本発明の
一具体例を示す。

第９図に本発明の基本となる冷却式燃料ノズル構造を示
す。第９図は従来技術の説明に使用した第１０図の燃焼
器全体構成のうち環状燃焼室部及び燃料ノズル部を詳細
に示した図である。

環状燃焼室７は燃−室外壁８、燃焼室内壁９及び前蓋１
０よシ構成された環状の空間よシなり、この空間部に周
方向等間隔で複数個の冷却構造をもつ燃料ノズル１１が
図のように環状燃焼室７内に突き出し″Ｃ取付けられる
。第１２図は第９図の■−店矢視図で環状部に配置され
た燃料ノズルの取付状況を示す。

燃料ノズル１１の根元部はエンドカバー１２と一体とな
るように取付けられ、環状燃焼室７に対しては独立した
構成となる。すなわち、前蓋１゜に設けられたノズル挿
入孔１３はノズル径より十分大きめにあけられており、
燃料ノズル１１が挿入された状態で同心状の十分な空気
流通間隙部１４をもつように取付けられ、燃焼室７の構
成部材との間に接触部をもたない配置となる。

燃料ノズル１１のうち環状燃焼室の前蓋１ｏの上流部か
ら燃焼室内部に配置される部分は図に示すように、二重
管構造となって込る。この部分はノズル根元部１５よシ
小径に製作されたノズルコア１６と、これを覆う薄肉の
外管１７よシ構成される。ノズルコア先端１８及び外管
先端１９は球面に成形され、ノズルコア１６の中心部に
は燃料流入孔２０がノズルコア先端１８まで伸びている
。

外管１７はノズルコア１６のコア外壁、２１との間に流
路２２及び空隙２３を形成するように取付けられる。燃
料流入孔２０ｔ−流ルてきた燃料はコア先端１８から流
出し、次いで、外管先端１９の内面に衝突しなから流路
２２を逆流し、外管側壁に設けられた４ＪＩ数個の燃料
噴出孔２４を通り、環状燃焼室７内に噴射される。流路
２２を通った燃料が空隙２３に流れ込まないようにする
ため、空隙部には環状のスベーナ２５を配置している。

特に、空隙２３を設けている理由は、この部分で熱抵抗
を太きくシ、コア１６に流れる熱流束を小さく抑え、コ
ア外壁２１と燃料流入孔２ｏの内壁間との温度勾配を小
さくし熱応力の発生を抑制するものである。一方、外管
１７部は薄肉管で構成するが、これも仮にこの部分のメ
タル温度レベルが上昇しても板厚内外での温度勾配を小
さくし熱応力の発生を抑えるように配慮しているう 本発明の利点は比較的簡単な構造で問題となるノズル先
端部の冷却を、燃料自体の流動によって効率よく実現で
きるところにある。

第１図に示した実施例はノズル先端部の冷却構造を除く
と、先に述べた第９図の基本構造と同じである。この構
造の特徴はノズルコア１６の下流部に空気室２６を設け
、先端部は一様な板厚の球面構造とし、球面板には球中
心を向くように放射状の噴出細孔２７を設けている。第
２図に球面板に設けられた複数個の細孔２７の取付状況
を示す。

細孔２７を出た噴流２８は、対向して配置されている外
管１７の先端部球面内壁２９に衝突した後、流路２２を
通り、燃料噴出孔２４より放出される。

この方式は多少先端部が複雑となるが、細孔２８による
衝突噴流により、いわゆる、インピンジメ／ト冷却を行
なわせることができるため、冷却効率が冒＜、先端部の
冷却を効率よく行なうことができる。

次に、第３図に示した実施例について説明する。

この実施例は、ノズル先端部でインビ／ジメント冷却す
ることは第１図に示した実施例と同じであり、やはり、
ノズルコアの先端付近に空気室３０を設け、空気室内の
圧力を一様に回復させた後、噴流細孔２７よジ冷媒の燃
料を噴出させている。

本実施例の特徴は、空気室３０に流れ込む冷媒の通路に
ある。実施列ではノズルコア中心部に設けられた流路を
通って燃料は空気室に入ったが、本発明では、環状燃焼
室７の前蓋１０に相当するノズル位置までは、ノズルコ
ア１６の中心部に設けられた燃料流入孔２０で導かれ、
この先は、斜めに設けられた複数個の上流側分岐路３１
を通って、ノズルコア外壁２１と外管１７との間の環状
空隙２３に流れる。空［２３を強制的にノズル下流側に
流れた燃料は空気室３０に導かれるようにあけられた複
数個の下流側分岐路３２を通って空気室に流入する。こ
のように流路を変更することによって、燃焼ガスにさら
され易く、高温になりがちな外管についても強制対流冷
却が実施でき、所定の温度以下に抑えることができる。

さらに、ノズルコア１６部への熱流束を抑えることもで
きるのでノズルコア１６部の信頓性もあがるという利点
がある。

第４図の実施例は、第３図の実施例と同様、外管側壁と
外管先端部の冷却を同時に行なうもので、外管側壁の冷
却は、第３図の実施例と同じで、外管１７とノズルコア
外壁２１の間に形成された環状空隙２３に燃料を流し、
強制対流熱伝達を実施する。一方、外管先端部は、第３
図の実施例では球面形状であったものを、製作容易な平
滑な円板３３で代用し、円板のノズル内面側には、複数
個の伝熱フィン３４を配置している。このフィンと対向
するノズルコア１６の先端部には、空隙２３部の流量バ
ランスを均一にする目的で、やはり、空気室３５が設け
てあり、その下流側出口には、フィン付円板３３に対し
て垂直になるように噴出孔３６を設けている。この構造
では噴出孔３６を出た燃料は対向する円板３３に衝突し
たのち、林立する伝熱フィン間を流れて最終的に燃料噴
出孔２４より噴出される。

この発明の基本的な考え方は、ノズル先端部については
、インピンジメント冷却及び円板又は伝熱フィンとの強
制対流伝熱を合わせて実現しようとするものであり、円
板にフィンを内貼ジする製作工程が加わるが、ノズル先
端部が円板であシ、製作性が比較的容易であり、平板に
衝突流が垂直に当たるように噴出孔３６を配置すること
も比較的容易であるためインビンジメント冷却の効率を
筒めることができる。

次に、第５図に示す実施例について説明する。

この実施例は第４図の実施例の変形例となり、ノズル側
壁部の冷却方式はこれまで述べてきたように環状空隙２
３部に燃料を流し強制対流熱伝達を行なわせている。一
方、ノズル先端部は、製作性容易な円板３６で構成され
、ノズルコア先端部にはこれまでの実施例と同様、圧力
調整用の空気室３７を配置し、空気室３７の出口部には
、円板３３と対向するように噴射用円板３８を設け、こ
の円板３８には、燃料噴射用の細孔３９が第８図に示す
ように、円板の中心部付近には密に、中心から遠い所で
は粗に配置され、円板３６の中心付近の冷却を強化する
ように配慮している。細孔３９を出た燃料は噴流となっ
て円板３６の内面に衝突し、インビンジメント冷却を効
率よく行なうように構成されている。

本実施例の利点は、先端部の製作性が比較的容易である
うえＶこ、冷却効率の高いイ／ビンジメント冷却金十分
に芙現でき、かつ、細孔３９の配置状況や孔径によって
冷却の度合いを変更することもできる。

〔・発明の効果〕

本発明によれば、燃焼ｌに突き出されて設置された燃料
噴射ノズルの先端部及び側壁を燃焼ガスによる過熱から
防ぎ、所定の温度以下に保持して運用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例で、先端部にインピンジメ／
ト冷却用の細孔を設置した燃料ノズルの断面図、第２図
はノズル先端の細孔付近を拡大した図、第３図は本発明
の一実施例で、ノズル先端と側壁を同時に冷却する構造
図、第４図は本発明の一実施例で、ノズル先端部を平板
とし、その内面に伝熱フィンを配置した冷却構造図、第
５図は本発明の一実施例で、ノズル先端部は平板とし、
こＩＬと付量する複数個の細孔を設けた平板を配置し冷
却効率と強化し九〇却構造図、第６図は第５図の■−■
矢視断面図、第７図は第５図の■−■矢祝矢面断面図８
図は第５図の■−■矢視断面図、第９図は本発明の基本
となる冷却式燃料ノズル図、第１０図は従来構造の燃焼
器に占める燃料ノズルの位置関係を示した図、第１１図
は第１０図のうち燃料ノズル付近を拡大した図、第１２
図は第９図の店−店矢視図で、複数本の燃料ノズルの配
置状況を示す図であ６３ １品壊状燃焼藺、２・・・燃料ノズル、３・・・ノズル
先端、４・間質射孔、５・・・燃焼壁、６・・・上流板
、７・・・環状燃焼室、８・・・燃焼室外壁、９・・・
燃焼室内壁、１０・・・前蓋、１１・・・燃料ノズル、
１２・・・工／ドカパー、１３・・・ノズル挿入穴、１
４・・・空気通路間隙部、１５・・・ノズル根元部、１
６・・・ノズルコア、１７・・・外管、１８・・・ノズ
ルコア先端、１９・・・外′ｕ先端、２０・・・燃料流
入孔、２１・・・コア外壁、２２・・・流路、２３・・
・空隙、２４・・・燃料噴出孔、２５・・・スペーサ、
２６・・・空気室、２７・・・細孔、２８・・・噴流、
２９・・・先端部球面内壁、３０・・・空気室、３１・
・・上流側分岐路、３２・・・下流側分岐路、３３・・
・円板、３４・・・伝熱フィン、３５・・・空気室、３
６・・・噴出穴、３７・・・空気室、３８・・・噴射用
円板、３９・・・細孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ガスタービン燃焼室の内部に突出して設置される燃
   料噴射装置において、 この燃料噴射装置は、内部支柱コアと、この内部支柱コ
   アを覆い、内部に環状空隙を形成するように設置された
   薄肉の外管とから成り、前記空隙に前記燃料噴射装置に
   供給される冷温度の燃料を循環させ前記燃料噴射装置を
   内部より冷却する手段を設けたことを特徴とする燃料噴
   射装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記燃料噴射装置
   のうち前記燃焼室内に挿入される部分には前記環状空隙
   に燃料を循環させ、かつ前記燃料噴射装置の先端部では
   、前記燃料を複数の噴流に分散し、前記先端部の内面部
   はインピンジメント冷却を行なわせるように流路を形成
   したことを特徴とする燃料噴射装置。