JPS6193315A - ガスタ−ビン燃料エジエクタ - 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の燃焼器に係り、特に、燃料供給
量と空気供給量との最適割合を保持するに好適なように
創作したガスタービン用の燃料エジェクタに関するもの
である。

〔発明の背景〕

この種のガスタービン用の燃料装置に関しては実開昭５
９−：Ｈ６６号のガスタービンにおける空気バイパス構
造が公知である。また、エジェクタの設計々算について
は化学工学第１９巻９号（１９５５）に詳しい。

また、これに関する公知技術としては米国特許公報５６
，５１０　（Ｊｕｌ、１１．１９７９）　Ｄｕａｌ　Ｓ
ｔａｇｅ　ＤｕａｌＭｏｄｅ　Ｌｏｗ　Ｎｏ、　Ｃｏｍ
ｂｕｓｔｏｒが有る。

ガスタービンの特性は第７図に示す通り空気量は負荷の
大小に拘らず一定である。（但し３／４以上の負荷では
圧縮機の入口ベーンの開閉により若干量の空気調整を行
う場合もある。）シかし燃料は第８図に示す通り負荷と
共に増加する。燃焼器での燃焼は拡散燃焼であれば空燃
比の大きな変動に対しても安定燃焼するが、排ガスＮＯ
８値が大きい。ＮＯ８値低減を図るには燃料を空気とあ
らかじめよく混合させてから燃焼させる予混合燃焼が望
ましい、この場合には燃室比を所定の狭い範囲にコント
ロールする必要がある。第９図はその一例であり、燃料
はＦ、とＦ、との２段に分かれている。その投入方法は
第８図に示す通り、まずＦｌ　を燃焼させ、次いでＦ２
　を燃焼させ、両者で約３／４負荷まで立上げる。この
間は拡散燃焼である。約３／４負荷にてＦ、燃焼を止め
、火を消し、次いで燃料を再噴射するとＦ、室では燃焼
せず予混合のみを行い、Ｆ、に接触して予混合燃焼を行
う。

負荷を上昇させる場合は圧縮機の入口ベーンが開き、空
気量も増加する。

この方法ではＦ、の予混合空燃は狭い範囲にコントロー
ルできる。この方法の欠点は負荷の高い点で多量の燃料
を切換するため・、燃焼衝撃や温度変化が生じ信頼性に
問題がある。燃料切換負荷位置を小さくする方法として
第１０図乃至第１２図に示す提案がある。第１０図のよ
うに、燃焼器３は燃料ノズルＦ、、Ｆ、の２段を有する
。トランジションピース２にはバイパス弁１を有し、弁
の開度により燃焼器を通さずに空気を流すことができる
。第１１図はその結果を示し、約１／４負荷以上では燃
焼器の空気量は第１２図に示す燃料量比に伴って変化さ
せることが可能であり＋　Ｆ２の空燃比は所定の狭い範
囲にコントロールできるので低ＮＯ１化を図ることがで
きる。この方法の欠点はバイパス弁１が高温で多量の空
気を機械的な可動片によって制御するため、その信頼性
に問題が有る。

〔発明の目的〕

本発明は上述の事情に鑑みて為されたもので。

ガスタービンにおける予混合燃料の空燃比を精密に所定
値に保つように制御し得る燃料エジェクタを提供しよう
とするものである。

〔発明の概要〕

次に１本発明の基本的な原理について略述する。

本発明の負荷の増加によって燃料が増加することを利用
し、その噴流；ネルギにより空気あ伴流を起こさせて空
気量の増加を図るもので、機械的な可動部なしに空燃比
を所定の値にコントロールできる。燃料によって、より
多くの空気量のコントロールを必要とする場合には、別
置圧縮機によって高圧空気源を作り、この噴流を燃料と
同様に利用することもできる。

上記の原理に基づいて前記の目的（空燃比の精密なコン
トロール）を行うため、本発明の装置は、空気流の中に
燃料を噴出せしめて混合させ、燃焼室内で燃焼せしめる
装置において、導入空気の通路の一部を絞り、該絞り部
の下流側を徐々に拡開して燃焼室に連通せしめ、前記絞
り部の直前の個所に燃料ノズルを設けて燃料を高速で空
気流方向□に噴出せしめ、燃料流量の増加に伴って空気
流量が増加するように構成したことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

次に、本発明の１実施例を図面について説明する。

第１図に実施例を示す。燃焼器は主室１と副室２に分け
、その中間に本発明の特徴である燃料エジェクタ３があ
る。燃料はＦ、ノズル５とＦ２　ノズル４の２段に分か
れている。空気は矢印のＡよす流入し、Ｆ２　ノズルに
は矢印Ｂが関与し、Ｆ１ノズルには矢印Ｃ，Ｄが関与す
る。

空気量比と負荷との関係を第２図で、燃料量比と負荷と
の関係を第３図にそれぞれ示す。

Ｆｌは拡散燃焼であり、起動から１／４負荷までをカバ
ーする。１／４負荷でＦ２燃料を投入するが、これは予
混合燃焼するため第１図中矢印のＢの空気通路は投入時
の燃料にマツチする値に設定しておく、燃料の増加によ
って燃料は高速噴流であり、まわりの空気に伴流を起こ
させて空気量が増加する。この−状況を第４図に示す。

エジェクタの作動特性は一般的には第４図及び第５図に
示すように、高圧気体Ｐ、が流量Ｇ１で噴出すると低圧
気体Ｐ２　が流量Ｇ２で伴流される。

本発明の場合は第３図に示すとと＜Ｆ２の燃料量比は１
／４負荷で０．２　であり３／４負荷で０．４となる。

Ｆ２燃料の予混合空燃比は約２５に保持したいのでＡ２
空気量割合は１／４負荷で５，３／４負荷でｌＯが必要
である。１／４負荷ではエジェクタ効果を生かさないで
３／４負荷でエジエフタ効果を１００％生かすとすれば
Ｇ２／Ｇ、＝（ｌＯ−５）１０．４＝１２．５゜この時
第４図から（Ｐｌ−Ｐ、）／　（Ｐａ−Ｐ、）＝９００
となる。

（Ｐ、−Ｐ２）＝０．０３ｋｇ／ｉとすると（Ｐ、−Ｐ
、）＝　２７　ｋｇ／１ｆｆｌとなる。本発明を実施す
る場合において、この値が燃料元圧としてやや高すぎる
ため、若干低下させたいと考えたときは、エジェクタ作
動上限負荷を若干低下させることによって解決できる。

この場合は圧縮機人口ベーンの作動範囲を広くすること
になる。例えば２．５／４負荷では（Ｇ２／Ｇ、）＝（
８，７−５）１０．３５＝１０．５（Ｐｌ　Ｆ、）／　
（Ｐｓ　　Ｐ、）＝５５０（Ｐ、−Ｐ、）＝１６．５ｋ
ｇ／ａ！ 以上によってＦ、燃料は１／４負荷以上においては燃室
比が所定の値に保たれるため低Ｎｏ、燃焼を行うことが
できる。また従来技術で問題となった燃料切換位置は１
／４負荷と小さくできるし、これ以上の負荷での燃室比
コントロールは空気の噴流が行うため機械的な可動部は
ないので信頼性上に問題になることはない。

第６図は前記と異なる実施例を模式的に描いた説明図で
ある。

前記の実施例について説明した［燃料によるエジェクタ
効果」は、燃料流量と燃料噴出速度によって伴流される
空気量に限界がある。従って多量の空気を必要とする場
合には、設料量は決まっているので噴出速度を大きくす
ることになる。この場合は元圧を高くすることになるが
、燃料設備の限界もあるので、他の手段として高圧ガス
（空気）は噴出させる方法が考えられる。第６図はその
一例であり、燃料を１１に流し、高圧空気を１２に流す
ことにより一体となってエジェクタ効果を増幅させ、伴
流される空気量を大きくすることができる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように１本発明のガスタービン燃料エジェ
クタを適用すると、ガスタービンにおける予混合燃料の
空燃比を正確に所定値に保つことができるという優れた
実用的効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

ＰＡ１図乃至第５図は本発明の燃料エジェクタの１実施
例を示し、第１図は断面図、第２図は空気量比と負荷と
の関係を示す図表、第３図は燃料量比と負荷との関係を
示す図表、第４図は作動説明ノズル（Ｆ１用）、５・・
・ノズル（Ｆ、用）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、空気流の中に燃料を噴出せしめて混合させ、燃焼室
   内で燃焼せしめる装置において、導入空気の通路の一部
   を絞り、該絞り部の下流側を徐々に拡開して燃焼室に連
   通せしめ、前記絞り弁の直前の位置に燃料ノズルを設け
   て燃料を高速で空気流方向に噴出せしめ、燃料流量の増
   加に伴つて空気流量が増加するように構成したことを特
   徴とするガスタービン燃料エジエクタ。 ２、前記の燃料ノズルは、燃料噴孔と同心に高圧気体の
   噴出孔を設けて、該高圧気体を燃料と同等の速度で噴出
   せしめるように構成したことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載のガスタービン燃料エジエクタ。