專利名稱：燃氣輪機燃燒器及燃氣輪機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及向壓縮氣體供給燃料而混合并使該混合氣體燃燒而得到燃燒氣體的燃氣輪機燃燒器、以及利用來自該燃氣輪機燃燒器的燃燒氣體來驅(qū)動葉輪而獲得旋轉(zhuǎn)動力的燃氣輪機。
背景技術(shù)：
燃氣輪機例如由壓縮機、燃燒器和葉輪構(gòu)成。此外，從空氣取入口取入的空氣通過由壓縮機壓縮而變?yōu)楦邷?高壓的壓縮空氣，在燃燒器中，通過對該壓縮空氣供給燃料而使之燃燒，得到高溫·高壓的燃燒氣體，利用該燃燒氣體來驅(qū)動葉輪，并驅(qū)動與該葉輪連結(jié)的發(fā)電機。此種燃氣輪機的燃燒器中，為了防止返火和防止壁面燒損等，從位于預(yù)混合噴嘴的前端部的附近的燃燒筒的外壁取入外部空氣，將所取入的外部空氣作為薄膜空氣，沿著燃燒筒的內(nèi)壁面流動。但是，由于該薄膜空氣在燃燒器內(nèi)的燃燒氣體的溫度低的燃氣輪機的部分負荷運轉(zhuǎn)區(qū)域中，會對該燃燒氣體產(chǎn)生驟冷，因此燃料氣體(例如甲烷)燃燒，從一氧化碳(CO)化學反應(yīng)為二氧化碳(CO2)的時刻就會推遲，從而有可能大量地產(chǎn)生該一氧化碳或未燃烴(UHC)。作為解決此種問題的方法，例如有下述專利文獻1中記載的方法。該專利文獻1 中記載的燃氣輪機的燃燒器中，在燃燒器后方的內(nèi)筒壁中以同心狀安裝有形成圓錐臺形的環(huán)狀的節(jié)流構(gòu)件。所以，薄膜空氣因節(jié)流構(gòu)件而朝向中心部流動，與高溫的燃燒氣體混合， 從而可以促進燃燒反應(yīng)，抑制一氧化碳或未燃烴的產(chǎn)生。[專利文獻]專利文獻1 日本特開平05-149543號公報在上述的以往的燃氣輪機的燃燒器中，在燃燒氣體的溫度低的燃氣輪機的部分負荷運轉(zhuǎn)區(qū)域中，通過利用節(jié)流構(gòu)件將薄膜空氣與高溫的燃燒氣體混合而促進燃燒反應(yīng)，可以抑制一氧化碳或未燃烴的產(chǎn)生。但是，在燃燒氣體的溫度高的燃氣輪機的額定負荷運轉(zhuǎn)區(qū)域中，因節(jié)流構(gòu)件而產(chǎn)生的渦流會過度促進燃燒反應(yīng)，并且因渦流自身的不穩(wěn)定性而有可能發(fā)生不穩(wěn)定燃燒。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是解決上述的問題的發(fā)明，其目的在于，提供一種能夠抑制一氧化碳等的產(chǎn)生并能夠抑制不穩(wěn)定燃燒的發(fā)生的燃氣輪機燃燒器及燃氣輪機。用于達成上述的目的的本發(fā)明的燃氣輪機燃燒器具備使高壓空氣和燃料在內(nèi)部燃燒而產(chǎn)生燃燒氣體的燃燒筒、向該燃燒筒中供給燃燒用高壓空氣的燃燒用高壓空氣供給機構(gòu)、對所述燃燒筒的高溫空氣供給燃料的燃料供給機構(gòu)、向所述燃燒筒中沿著內(nèi)壁面供給冷卻用空氣的冷卻用空氣供給機構(gòu)、在所述燃燒筒的燃燒氣體的流動方向的下游部內(nèi)壁面沿著周向設(shè)置的節(jié)流構(gòu)件，所述燃氣輪機燃燒器的特征在于，所述節(jié)流構(gòu)件被設(shè)于除了不會擾亂冷卻用空氣的流動的貫穿部以外的周向的規(guī)定的區(qū)域。在本發(fā)明的燃氣輪機燃燒器中，其特征在于，所述節(jié)流構(gòu)件被夾隔著所述貫穿部在周向分割成多個地設(shè)置。在本發(fā)明的燃氣輪機燃燒器中，其特征在于，所述節(jié)流構(gòu)件在所述燃燒筒的內(nèi)壁面中設(shè)于相對于周向不對稱的位置。在本發(fā)明的燃氣輪機燃燒器中，其特征在于，所述節(jié)流構(gòu)件具有向所述燃燒筒的中心部側(cè)突出的角部。在本發(fā)明的燃氣輪機燃燒器中，其特征在于，所述節(jié)流構(gòu)件在燃燒氣體的流動方向設(shè)有多個。另外，本發(fā)明的燃氣輪機是通過對用壓縮機壓縮了的壓縮空氣在燃燒器中供給燃料而燃燒、并將所產(chǎn)生的燃燒氣體向葉輪供給而獲得旋轉(zhuǎn)動力的燃氣輪機，其特征在于，所述燃燒器具有燃燒筒、向該燃燒筒中供給燃燒用高壓空氣的燃燒用高壓空氣供給機構(gòu)、對所述燃燒筒的高溫空氣供給燃料的燃料供給機構(gòu)、向所述燃燒筒中沿著內(nèi)壁面供給冷卻用空氣的冷卻用空氣供給機構(gòu)、和在所述燃燒筒的燃燒氣體的流動方向的下游部內(nèi)壁面沿著周向設(shè)置的節(jié)流構(gòu)件，所述節(jié)流構(gòu)件設(shè)于除了不會擾亂冷卻用空氣的流動的貫穿部以外的周向的規(guī)定的區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明的燃氣輪機燃燒器，設(shè)有向燃燒筒中供給燃燒用高壓空氣的燃燒用高壓空氣供給機構(gòu)、對燃燒筒的高溫空氣供給燃料的燃料供給機構(gòu)、向燃燒筒中沿著內(nèi)壁面供給冷卻用空氣的冷卻用空氣供給機構(gòu)、在燃燒筒的燃燒氣體的流動方向的下游部內(nèi)壁面沿著周向設(shè)置的節(jié)流構(gòu)件，將該節(jié)流構(gòu)件設(shè)于除了不會擾亂冷卻用空氣的流動的貫穿部以外的周向的規(guī)定的區(qū)域。所以，在燃燒筒內(nèi)，在設(shè)有節(jié)流構(gòu)件的區(qū)域中，通過將冷卻用空氣利用該節(jié)流構(gòu)件以朝向中心部流動的方式擾亂其流動，另外同時從節(jié)流構(gòu)件下流流入的冷卻用空氣也借助由節(jié)流構(gòu)件的產(chǎn)生的紊亂，與高溫的燃燒氣體混合而促進燃燒反應(yīng)，就可以抑制一氧化碳或未燃烴的產(chǎn)生。另一方面，在設(shè)有貫穿部的區(qū)域，由于冷卻用空氣的流動未被擾亂地沿著內(nèi)壁面流動，因此可以防止未燃預(yù)混合氣的異常燃燒，并且可以利用貫穿部的存在來避免渦流的不穩(wěn)定性。其結(jié)果是，可以抑制不穩(wěn)定燃燒的發(fā)生。根據(jù)本發(fā)明的燃氣輪機燃燒器，由于將節(jié)流構(gòu)件夾隔著貫穿部在周向上分割多個地設(shè)置，因此不會產(chǎn)生貫穿部中的燃燒的過度促進，從而可以抑制不穩(wěn)定燃燒的發(fā)生。根據(jù)本發(fā)明的燃氣輪機燃燒器，由于將節(jié)流構(gòu)件在燃燒筒的內(nèi)壁面中設(shè)于相對于周向不對稱的位置，因此火焰形狀在周向上就會不平衡，燃燒筒內(nèi)的周向的溫度分布發(fā)生變化，可以降低產(chǎn)生軸向的不穩(wěn)定振動的激振力。根據(jù)本發(fā)明的燃氣輪機燃燒器，由于在節(jié)流構(gòu)件中設(shè)有向燃燒筒的中心部側(cè)突出的角部，因此冷卻用空氣就會在節(jié)流構(gòu)件的角部產(chǎn)生渦流，從而可以促進燃燒氣體與冷卻用空氣的混合。根據(jù)本發(fā)明的燃氣輪機燃燒器，由于將節(jié)流構(gòu)件在燃燒氣體的流動方向設(shè)置多個，因此可以分散節(jié)流構(gòu)件中的發(fā)熱，并且可以抑制一氧化碳或未燃烴的產(chǎn)生。另外，根據(jù)本發(fā)明的燃氣輪機，以壓縮機、燃燒器和葉輪構(gòu)成，作為燃燒器，設(shè)置向燃燒筒中供給燃燒用高壓空氣的燃燒用高壓空氣供給機構(gòu)、對燃燒筒的高溫空氣供給燃料的燃料供給機構(gòu)、向燃燒筒中沿著內(nèi)壁面供給冷卻用空氣的冷卻用空氣供給機構(gòu)、和在燃燒筒的燃燒氣體的流動方向的下游部內(nèi)壁面沿著周向設(shè)置的節(jié)流構(gòu)件，將該節(jié)流構(gòu)件設(shè)于除了不會擾亂冷卻用空氣的流動的貫穿部以外的周向的規(guī)定的區(qū)域。所以，在燃燒筒內(nèi)，在設(shè)有節(jié)流構(gòu)件的區(qū)域，將冷卻用空氣利用節(jié)流構(gòu)件以朝向中心部流動的方式擾亂其流動， 并且對于在節(jié)流下游流入的冷卻用空氣也可以期待由擾亂帶來的混合促進效果，因此可以與高溫的燃燒氣體混合而促進燃燒反應(yīng)，從而可以抑制一氧化碳或未燃烴的產(chǎn)生，另一方面，在設(shè)有貫穿部的區(qū)域，因冷卻用空氣的流動未被擾亂地沿著內(nèi)壁面流動，而可以防止未燃預(yù)混合氣的異常燃燒，并且可以利用貫穿部的存在來避免渦流的不穩(wěn)定性，其結(jié)果是，可以抑制不穩(wěn)定燃燒的發(fā)生。


圖1是表示本發(fā)明的實施例1的燃氣輪機燃燒器的尾筒的內(nèi)部的簡圖。圖2是圖1的II-II剖視圖。圖3是圖2的III-III剖視圖。圖4是表示實施例1的燃氣輪機燃燒器的軸向位置的發(fā)熱率的曲線圖。圖5是表示實施例1的燃氣輪機的簡圖。圖6是表示本發(fā)明的實施例2的燃氣輪機燃燒器的剖面的簡圖。圖7是表示本發(fā)明的實施例3的燃氣輪機燃燒器的剖面的簡圖。圖8是表示本發(fā)明的實施例4的燃氣輪機燃燒器的尾筒的內(nèi)部的簡圖。圖9是圖8的IX-IX剖視圖。
具體實施例方式下面，參照附圖，對本發(fā)明的燃氣輪機燃燒器及燃氣輪機的優(yōu)選的實施例進行詳細說明。需要說明的是，本發(fā)明并不受該實施例限定。[實施例1]圖1是表示本發(fā)明的實施例1的燃氣輪機燃燒器的尾筒的內(nèi)部的簡圖，圖2是圖 1的II-II剖視圖，圖3是圖2的III-III剖視圖，圖4是表示實施例1的燃氣輪機燃燒器的軸向位置的發(fā)熱率的曲線圖，圖5是表示實施例1的燃氣輪機的簡圖。如圖5所示，實施例1的燃氣輪機由壓縮機11、燃燒器12和葉輪13構(gòu)成。該燃氣輪機中，連結(jié)有未圖示的發(fā)電機，可以進行發(fā)電。壓縮機11具有取入空氣的空氣取入口 21，在壓縮機機室22內(nèi)沿前后方向(后述的轉(zhuǎn)子32的軸向)交替地配設(shè)有多個靜葉片23和動葉片M，在其外側(cè)設(shè)有進氣室25。燃燒器12通過對由壓縮機11壓縮了的壓縮空氣供給燃料并點火而可以燃燒。葉輪13在葉輪機室沈內(nèi)沿前后方向(后述的轉(zhuǎn)子32的軸向)交替地配設(shè)有多個靜葉片27和動葉片 28。在該葉輪機室沈的下游側(cè)，夾隔著排氣機室四配設(shè)有排氣室30，排氣室30具有與葉輪13連接的排氣擴散器31。另外，轉(zhuǎn)子(葉輪軸)32所在位置貫穿壓縮機11、燃燒器12、葉輪13、排氣室30的中心部。轉(zhuǎn)子32的壓縮機11側(cè)的端部由軸承部33支承為旋轉(zhuǎn)自如，另一方面，排氣室30 側(cè)的端部由軸承部34支承為旋轉(zhuǎn)自如。此外，該轉(zhuǎn)子32在壓縮機11中被重疊地固定有多個安裝著各動葉片M的圓盤，在葉輪13中，被重疊地固定有多個安裝著各動葉片觀的圓盤，在排氣室30側(cè)的端部連結(jié)有未圖示的發(fā)電機的驅(qū)動軸。此外，該燃氣輪機的壓縮機11的壓縮機機室22由支腿部35支承，葉輪13的葉輪機室沈由支腿部36支承，排氣室30由支腿部37支承。所以，從壓縮機11的空氣取入口 21取入的空氣因穿過多個靜葉片23和動葉片M 被壓縮而變?yōu)楦邷?高壓的壓縮空氣。在燃燒器12中，對該壓縮空氣供給規(guī)定的燃料而進行燃燒。此后，在該燃燒器12中生成的作為工作流體的高溫 高壓的燃燒氣體穿過構(gòu)成葉輪13的多個靜葉片27和動葉片觀，從而驅(qū)動轉(zhuǎn)子32旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動與該轉(zhuǎn)子32連結(jié)的發(fā)電機。另一方面，廢氣(燃燒氣體)的能量由排氣室30的排氣擴散器31轉(zhuǎn)換為壓力而受到減速后向大氣放出。在上述的實施例1的燃燒器12中，如圖1所示，在燃燒器外筒41的內(nèi)部隔開規(guī)定間隔地支承燃燒器內(nèi)筒42，在該燃燒器內(nèi)筒42的前端部連結(jié)燃燒器尾筒43而構(gòu)成燃燒器殼。在燃燒器內(nèi)筒42內(nèi)，在其中心部配設(shè)導(dǎo)引噴嘴44，并且在燃燒器內(nèi)筒42的內(nèi)周面沿著周向包圍導(dǎo)引噴嘴44地配設(shè)多個主燃料噴嘴(預(yù)混合噴嘴)45，在導(dǎo)引噴嘴44的前端部安裝有導(dǎo)引錐46。另外，在燃燒器外筒41的內(nèi)周面沿著周向配設(shè)有多個縮頂噴嘴47。詳細說明的話，燃燒器外筒41在外筒主體51的基端部密合著外筒蓋部52，利用多個緊固螺栓53緊固連結(jié)而構(gòu)成，在該外筒蓋部52嵌裝著燃燒器內(nèi)筒42的基端部，在外筒蓋部52與燃燒器內(nèi)筒42之間形成空氣通路M。此外，在燃燒器內(nèi)筒42內(nèi)，在其中心部配設(shè)導(dǎo)引噴嘴44，并且包圍該導(dǎo)引噴嘴44地配設(shè)多個主燃料噴嘴45，各主燃料噴嘴45的前端部與主燃燒器55連通。另外，在外筒蓋部52嵌合有縮頂部56，由多個緊固螺栓57緊固連結(jié)，上述的縮頂噴嘴47設(shè)于該縮頂部56中。S卩，在縮頂部56的基端部沿著周向形成燃料腔室58，從該燃料腔室58朝向前端側(cè)形成多條燃料通路59，在各燃料通路59的前端部連結(jié)有噴射口 60。此外，在導(dǎo)引噴嘴44的燃料口 61連結(jié)著未圖示的導(dǎo)引燃料管線，在主燃料噴嘴45 的燃料口 62連結(jié)著主燃料管線，在縮頂噴嘴47的燃料口 63連結(jié)著縮頂燃料管線。另外，在燃燒器內(nèi)筒42的外周部形成有多個開口部64，這多個開口部64通過從外部取入高壓空氣，使之作為薄膜空氣沿著內(nèi)周面流動而進行冷卻。而且，在實施例1中，利用燃燒器內(nèi)筒42及燃燒器尾筒43構(gòu)成本發(fā)明的燃燒筒， 利用空氣通路M構(gòu)成燃燒用高壓空氣供給機構(gòu)，利用導(dǎo)引噴嘴44、主燃料噴嘴45、縮頂噴嘴47構(gòu)成本發(fā)明的燃料供給機構(gòu)，利用開口部64構(gòu)成本發(fā)明的冷卻用空氣供給機構(gòu)。所以，一旦高溫·高壓的壓縮空氣的空氣流流入空氣通路M，該壓縮空氣即被與從縮頂噴嘴47噴射出的燃料混合，該燃料混合氣流入燃燒器內(nèi)筒42內(nèi)。在燃燒器內(nèi)筒42 內(nèi)，該燃料混合氣與從主燃料噴嘴45噴射出的燃料由主燃燒器55混合，成為預(yù)混合氣的回旋流而流入燃燒器尾筒43內(nèi)。另外，燃料混合氣與從導(dǎo)引噴嘴44噴射出的燃料混合，由未圖示的火種點火而燃燒，成為燃燒氣體向燃燒器尾筒43內(nèi)噴出。此時，因燃燒氣體的一部分在燃燒器尾筒43內(nèi)伴隨著火焰向周圍擴散地噴出，而由從各主燃料噴嘴45流入燃燒器尾筒43內(nèi)的預(yù)混合氣點火而燃燒。即，可以利用由導(dǎo)引噴嘴44噴射出的導(dǎo)引燃料帶來的擴散火焰，實施用于進行來自主燃料噴嘴45的稀薄預(yù)混合燃料的穩(wěn)定燃燒的保焰。另外， 高溫·高壓的壓縮空氣的空氣流被從開口部64取入，沿著燃燒器內(nèi)筒42及燃燒器尾筒43 的內(nèi)壁面流動而被冷卻，因而由燃燒氣體造成的燃燒器內(nèi)筒42及燃燒器尾筒43的高溫化得到抑制。如此構(gòu)成的實施例1的燃燒器12中，如圖1至圖3所示，在燃燒器內(nèi)筒42的燃燒氣體的流動方向的下游部內(nèi)壁面沿著周向設(shè)有3個節(jié)流構(gòu)件71、72、73。該節(jié)流構(gòu)件71、72、 73設(shè)于除了不會擾亂薄膜空氣(冷卻用空氣)的流動的貫穿部74、75、76以外的周向的規(guī)定的區(qū)域。具體地加以說明的話，各節(jié)流構(gòu)件71、72、73制成大致相同的形狀，截面形成〈字形，基端部通過焊接(或螺栓等)77而固定于燃燒器內(nèi)筒42的內(nèi)壁面，而前端部被與燃燒器內(nèi)筒42的內(nèi)壁面隔開規(guī)定間隔地由支承構(gòu)件78支承。由此，各節(jié)流構(gòu)件71、72、73以使流過燃燒器內(nèi)筒42的內(nèi)壁面的薄膜空氣朝向燃燒器內(nèi)筒42的中心側(cè)的方式形成傾斜了規(guī)定角度θ的引導(dǎo)面。另外，各節(jié)流構(gòu)件71、72、73具有向燃燒器內(nèi)筒42的中心部側(cè)突出的角部 71a、71b、72a、72b、73a、73b。另一方面，貫穿部74、75、76位于各節(jié)流構(gòu)件71、72、73之間，制成大致相同的形狀。即，將節(jié)流構(gòu)件71、72、73夾隔著貫穿部74、75、76，也就是說將節(jié)流構(gòu)件71、72、73與貫穿部74、75、76在周向上分割為多個(本實施例中是3個)地沿周向交替地設(shè)置。該情況下，節(jié)流構(gòu)件71、72、73在燃燒器內(nèi)筒42中設(shè)在內(nèi)壁面上相對于周向不對稱的位置。但是， 也可以不是使節(jié)流構(gòu)件71、72、73在周向上不對稱，而是設(shè)于對稱位置。所以，在燃燒器內(nèi)筒42內(nèi)，在中心部流過燃燒氣體，沿著外周部的內(nèi)壁面流過薄膜空氣。此時，在燃燒器內(nèi)筒42內(nèi)，在設(shè)有節(jié)流構(gòu)件71、72、73的區(qū)域，將薄膜空氣利用該節(jié)流構(gòu)件71、72、73以朝向中心部側(cè)流動的方式擾亂其流動。另外，同時，將從節(jié)流構(gòu)件71、 72,73的下游流入的冷卻用空氣也利用節(jié)流構(gòu)件71、72、73擾亂其流動。由此，薄膜空氣就與高溫的燃燒氣體混合而促進燃燒反應(yīng)，從而可以抑制一氧化碳或未燃烴的產(chǎn)生。另外，在燃燒器內(nèi)筒42內(nèi)，在設(shè)有節(jié)流構(gòu)件71、72、73的區(qū)域，薄膜空氣容易與燃燒氣體混合。另一方面，在沒有節(jié)流構(gòu)件71、72、73而設(shè)有貫穿部74、75、76的區(qū)域，薄膜空氣的流動不受擾亂地沿著內(nèi)壁面流動。由此，可以防止未燃預(yù)混合氣的異常燃燒，并且可以利用貫穿部74、75、76的存在來避免渦流的不穩(wěn)定性，從而可以抑制不穩(wěn)定燃燒的發(fā)生。該情況下，由于各節(jié)流構(gòu)件71、72、73被分割為多個，并且具有角部71a、71b、72a、 72b、73a、73b，因此由節(jié)流構(gòu)件71、72、73擾亂了其流動的薄膜空氣對穿過貫穿部74、75、76 的薄膜空氣也會造成影響，可以有效地抑制一氧化碳或未燃烴的產(chǎn)生及燃燒氣體溫度的上升。圖4是表示與燃燒器12的從基端部側(cè)到前端部的距離相對的發(fā)熱率的曲線圖。如圖4所示，在沒有設(shè)置節(jié)流構(gòu)件的以往的燃燒器中，如圖4中以虛線表示那樣，在中間部發(fā)熱率達到最大。另外，在L的位置設(shè)有制成環(huán)形狀的節(jié)流構(gòu)件的以往的燃燒器中，如圖4中以實線所示那樣，在緊接著節(jié)流構(gòu)件的位置的后方，發(fā)熱率過度地變大。另一方面，在實施例1設(shè)有節(jié)流構(gòu)件71、72、73的燃燒器12中，如圖4中以單點劃線所示那樣，發(fā)熱率的最大值變小。另外，節(jié)流構(gòu)件71、72、73在燃燒器內(nèi)筒42中在內(nèi)壁面上被相對于周向不對稱地設(shè)置，火焰形狀相對于周向變得不平衡，該部分的火焰面的軸向的長度發(fā)生變化。其結(jié)果是，節(jié)流構(gòu)件71、72、73所在的區(qū)域與貫穿部74、75、76所在的區(qū)域的溫度分布在周向上發(fā)生變化，產(chǎn)生燃燒器軸向的不穩(wěn)定振動的激振力得到減少。
另外，另一方面，由于火焰相對于周向具有不對稱的分布，因此在截面內(nèi)振動模式下，可以抑制“ + ”和“-，，反轉(zhuǎn)的振動模式的產(chǎn)生。這里，節(jié)流構(gòu)件71、72、73在周向上設(shè)于不對稱的位置。所謂相對于周向不對稱的位置，是指不能引出將燃燒器內(nèi)筒42的截面均等地分割成偶數(shù)個的振動模式的直徑線(相位反轉(zhuǎn)的波節(jié))的位置，這里，將節(jié)流構(gòu)件71、72、73設(shè)定于在周向上不重疊、相對于燃燒器內(nèi)筒42的中心并非點對稱的位置。即，本實施例中，節(jié)流構(gòu)件71、72、73(貫穿部74、75、76) 在周向上設(shè)于相隔120度的位置。如此所述，實施例1的燃氣輪機燃燒器中，針對燃燒器內(nèi)筒42，設(shè)置供給燃燒用高壓空氣的空氣通路M、供給燃料的導(dǎo)引噴嘴44、主燃料噴嘴45、縮頂噴嘴47、供給薄膜空氣 (冷卻用空氣)的開口部64，并且在燃燒器內(nèi)筒42的燃燒氣體的流動方向的下游部內(nèi)壁面沿著周向設(shè)置節(jié)流構(gòu)件71、72、73，將該節(jié)流構(gòu)件71、72、73設(shè)于除了不會擾亂薄膜空氣的流動的貫穿部74、75、76以外的周向的規(guī)定的區(qū)域。所以，在燃燒器內(nèi)筒42內(nèi)，在設(shè)有節(jié)流構(gòu)件71、72、73的區(qū)域，通過利用該節(jié)流構(gòu)件71、72、73使薄膜空氣朝向中心部流動地擾亂其流動，另外，同時將從節(jié)流構(gòu)件71、72、73 的下游流入的冷卻用空氣也利用節(jié)流構(gòu)件71、72、73擾亂其流動，就可以與高溫的燃燒氣體混合而促進燃燒反應(yīng)，抑制一氧化碳或未燃烴的產(chǎn)生。另一方面，在設(shè)有貫穿部74、75、 76的區(qū)域，由于薄膜空氣的流動不受擾亂地沿著內(nèi)壁面流動，因此可以防止未燃預(yù)混合氣的異常燃燒，并且可以利用貫穿部74、75、76的存在來避免渦流的不穩(wěn)定性。其結(jié)果是，可以抑制不穩(wěn)定燃燒的發(fā)生。另外，實施例1的燃氣輪機燃燒器中，將節(jié)流構(gòu)件71、72、73夾隔著貫穿部74、75、 76在周向上分割為3個地設(shè)置。所以，節(jié)流構(gòu)件71、72、73與貫穿部74、75、76的間隔變短， 從而可以防止未燃預(yù)混合氣的異常燃燒，并且可以利用貫穿部74、75、76的存在來避免渦流的不穩(wěn)定性。另外，實施例1的燃氣輪機燃燒器中，將節(jié)流構(gòu)件71、72、73在燃燒器內(nèi)筒42的內(nèi)壁面上設(shè)于相對于周向不對稱的位置。所以，火焰形狀在周向上變得不平衡，燃燒器內(nèi)筒42 內(nèi)的溫度分布在周向上發(fā)生變化，從而可以抑制振動模式的產(chǎn)生，抑制不穩(wěn)定燃燒的發(fā)生。另外，實施例1的燃氣輪機燃燒器中，在節(jié)流構(gòu)件71、72、73中設(shè)有向燃燒筒的中心部側(cè)突出的角部71a、71b、72a、72b、73a、73b。所以，薄膜空氣就會在節(jié)流構(gòu)件71、72、 73的角部71a、71b、7h、7^、73a、7;3b產(chǎn)生渦流，從而可以促進燃燒氣體與冷卻用空氣的混
口 O而且，雖然在實施例1中，將節(jié)流構(gòu)件71、72、73設(shè)為相同形狀，并且將貫穿部74、 75、76設(shè)為相同形狀，在周向上以均等間隔配置，然而也可以通過變更節(jié)流構(gòu)件71、72、73 或貫穿部74、75、76的周向的長度、變更節(jié)流構(gòu)件71、72、73向中心部側(cè)的突出量、變更周向的間隔，而進一步設(shè)為不對稱性。[實施例2]圖6是表示本發(fā)明的實施例2的燃氣輪機燃燒器的剖面的簡圖。而且，對于具有與前述的實施例中說明過的構(gòu)件相同的功能的構(gòu)件使用相同的符號而省略重復(fù)的說明。實施例2中，如圖6所示，在燃燒器內(nèi)筒42的燃燒氣體的流動方向的下游部內(nèi)壁面沿著周向設(shè)有節(jié)流構(gòu)件81、82，該節(jié)流構(gòu)件81、82設(shè)于除了不會擾亂薄膜空氣(冷卻用空氣)的流動的貫穿部83、84之外的周向的規(guī)定的區(qū)域。S卩，各節(jié)流構(gòu)件81、82的周向的長度不同，具有向燃燒器內(nèi)筒42的中心部側(cè)突出的角部8la、8lb、82a、82b。另一方面，貫穿部83、84位于各節(jié)流構(gòu)件81、82之間，周向的長度不同。即，節(jié)流構(gòu)件81、82夾隔著貫穿部83、84在周向上分割為多個地設(shè)置。該情況下， 節(jié)流構(gòu)件81、82及貫穿部83、84就會在燃燒器內(nèi)筒42中在內(nèi)壁面上設(shè)于相對于周向不對稱的位置。所以，在燃燒器內(nèi)筒42內(nèi)，在中心部流過燃燒氣體，沿著外周部的內(nèi)壁面流過薄膜空氣。此時，在燃燒器內(nèi)筒42內(nèi)，在設(shè)有節(jié)流構(gòu)件81、82的區(qū)域，利用該節(jié)流構(gòu)件81、82 使薄膜空氣以朝向中心部側(cè)流動的方式擾亂其流動。由此，薄膜空氣與高溫的燃燒氣體混合而促進燃燒反應(yīng)，一氧化碳或未燃烴的產(chǎn)生得到抑制。另外，在燃燒器內(nèi)筒42內(nèi)，在設(shè)有節(jié)流構(gòu)件81、82的區(qū)域，薄膜空氣容易與燃燒氣體混合。另一方面，在沒有節(jié)流構(gòu)件81、82而設(shè)有貫穿部83、84的區(qū)域，薄膜空氣的流動不受擾亂地沿著內(nèi)壁面流動。由此，可以防止未燃預(yù)混合氣的異常燃燒，并且可以利用貫穿部 83、84的存在來避免渦流的不穩(wěn)定性，從而可以抑制不穩(wěn)定燃燒的發(fā)生。此外，節(jié)流構(gòu)件81、82及貫穿部83、84在燃燒器內(nèi)筒42中被相對于周向不對稱地設(shè)置在內(nèi)壁面上，火焰形狀在周向上變得不平衡，該部分的火焰面的軸向的長度發(fā)生變化。 由此，節(jié)流構(gòu)件81、82所在的區(qū)域與貫穿部83、84所在的區(qū)域的溫度分布在周向上發(fā)生變化，產(chǎn)生燃燒器軸向的不穩(wěn)定振動的激振力得到減少。如此所述，在實施例2的燃氣輪機燃燒器中，在燃燒器內(nèi)筒42的燃燒氣體的流動方向的下游部內(nèi)壁面沿著周向設(shè)有2個節(jié)流構(gòu)件81、82，將該節(jié)流構(gòu)件81、82設(shè)于除了不會擾亂薄膜空氣的流動的貫穿部83、84以外的周向的規(guī)定的區(qū)域。所以，通過利用節(jié)流構(gòu)件81、82擾亂薄膜空氣的流動，就可以與高溫的燃燒氣體混合而促進燃燒反應(yīng)，抑制一氧化碳或未燃烴的產(chǎn)生，另一方面，利用貫穿部83、84可以防止未燃預(yù)混合氣的異常燃燒，并且利用貫穿部83、84的存在可以避免渦流的不穩(wěn)定性，從而可以抑制不穩(wěn)定燃燒的發(fā)生。[實施例3]圖7是表示本發(fā)明的實施例3的燃氣輪機燃燒器的剖面的簡圖。而且，對于具有與前述的實施例中說明過的構(gòu)件相同的功能的構(gòu)件使用相同的符號而省略重復(fù)的說明。實施例3中，如圖7所示，在燃燒器內(nèi)筒42的燃燒氣體的流動方向的下游部內(nèi)壁面沿著周向設(shè)有節(jié)流構(gòu)件91 98，該節(jié)流構(gòu)件91 98設(shè)于除了不會擾亂薄膜空氣(冷卻用空氣)的流動的貫穿部101 108以外的周向的規(guī)定的區(qū)域。S卩，各節(jié)流構(gòu)件91 98制成相同形狀，貫穿部101 108也制成相同形狀，在周向上以均等間隔設(shè)置。而且，根據(jù)需要，也可以通過變更形狀、長度、配置等，而設(shè)于相對于周向不對稱的位置。所以，在燃燒器內(nèi)筒42內(nèi)，在中心部流過燃燒氣體，沿著外周部的內(nèi)壁面流過薄膜空氣。此時，在燃燒器內(nèi)筒42內(nèi)，在設(shè)有節(jié)流構(gòu)件91 98的區(qū)域，利用該節(jié)流構(gòu)件91 98以使薄膜空氣朝向中心部側(cè)流動的方式擾亂其流動。由此，薄膜空氣與高溫的燃燒氣體混合而促進燃燒反應(yīng)，一氧化碳或未燃烴的產(chǎn)生得到抑制。另外，在燃燒器內(nèi)筒42內(nèi)，在設(shè)有節(jié)流構(gòu)件91 98的區(qū)域，薄膜空氣容易與燃燒氣體混合。另一方面，在沒有節(jié)流構(gòu)件91 98而設(shè)有貫穿部101 108的區(qū)域，薄膜空氣的流動不受擾亂地沿著內(nèi)壁面流動。由此，可以防止未燃預(yù)混合氣的異常燃燒，并且可以利用貫穿部101 108的存在來避免渦流的不穩(wěn)定性，從而可以抑制不穩(wěn)定燃燒的發(fā)生。如此所述，在實施例3的燃氣輪機燃燒器中，在燃燒器內(nèi)筒42的燃燒氣體的流動方向的下游部內(nèi)壁面沿著周向設(shè)置8個節(jié)流構(gòu)件91 98，將該節(jié)流構(gòu)件91 98設(shè)于除了不擾亂薄膜空氣的流動的貫穿部101 108以外的周向的規(guī)定的區(qū)域。所以，通過利用節(jié)流構(gòu)件91 98擾亂薄膜空氣的流動，就可以與高溫的燃燒氣體混合而促進燃燒反應(yīng)，抑制一氧化碳或未燃烴的產(chǎn)生，另一方面，可以利用貫穿部101 108來防止未燃預(yù)混合氣的異常燃燒，并且可以利用貫穿部101 108的存在來避免渦流的不穩(wěn)定性。其結(jié)果是，可以抑制不穩(wěn)定燃燒的發(fā)生。[實施例4]圖8是表示本發(fā)明的實施例4的燃氣輪機燃燒器的尾筒的內(nèi)部的簡圖，圖9是圖8 的IX-IX剖視圖。而且，對于具有與前述的實施例中說明過的構(gòu)件相同的功能的構(gòu)件使用相同的符號而省略重復(fù)的說明。實施例4中，如圖8及圖9所示，在燃燒器內(nèi)筒42的燃燒氣體的流動方向的下游部內(nèi)壁面設(shè)有沿著周向的3個節(jié)流構(gòu)件111、112、113，該各節(jié)流構(gòu)件111、112、113設(shè)于除了不會擾亂薄膜空氣(冷卻用空氣)的流動的貫穿部114、115、116以外的周向的規(guī)定的區(qū)域。 即，各節(jié)流構(gòu)件111、112、113的周向的長度大致相同，沿著燃燒氣體的流動方向錯開地設(shè)置，在周向也是錯開地設(shè)置。該情況下，3個節(jié)流構(gòu)件111、112、113以其一部分在燃燒氣體的流動方向上重疊的方式配置。另一方面，貫穿部114、115、116在各節(jié)流構(gòu)件 111、112、113的周向上錯開，在燃燒氣體的流動方向上位于相同位置，周向的長度大致相同。該情況下，節(jié)流構(gòu)件111、112、113及貫穿部114、115、116在燃燒器內(nèi)筒42中被設(shè)在內(nèi)壁面上相對于周向不對稱的位置。所以，在燃燒器內(nèi)筒42內(nèi)，在中心部流過燃燒氣體，沿著外周部的內(nèi)壁面流過薄膜空氣。此時，在燃燒器內(nèi)筒42內(nèi)，在設(shè)有節(jié)流構(gòu)件111、112、113的區(qū)域，利用節(jié)流構(gòu)件 111、112、113以使該薄膜空氣朝向中心部側(cè)流動的方式擾亂其流動。由此，薄膜空氣與高溫的燃燒氣體混合而促進燃燒反應(yīng)，一氧化碳或未燃烴的產(chǎn)生得到抑制。另外，在燃燒器內(nèi)筒42內(nèi)，在設(shè)有節(jié)流構(gòu)件111、112、113的區(qū)域，薄膜空氣容易與燃燒氣體混合。另一方面，在沒有節(jié)流構(gòu)件111、112、113而設(shè)有貫穿部114、115、116的區(qū)域，薄膜空氣的流動不受擾亂地沿著內(nèi)壁面流動。由此，就可以防止未燃預(yù)混合氣的異常燃燒，并且可以利用貫穿部114、115、116的存在來避免渦流的不穩(wěn)定性，從而可以抑制不穩(wěn)定燃燒的發(fā)生。此外，節(jié)流構(gòu)件111、112、113及貫穿部114、115、116在燃燒器內(nèi)筒42中相對于周向不對稱地設(shè)在內(nèi)壁面上，火焰形狀在周向上變得不平衡，該部分的火焰面的軸向的長度發(fā)生變化。由此，節(jié)流構(gòu)件111、112、113所在的區(qū)域與貫穿部83、84所在的區(qū)域的溫度分布在周向上發(fā)生變化，產(chǎn)生燃燒器軸向的不穩(wěn)定振動的激振力得到減少。如此所述，在實施例4的燃氣輪機燃燒器中，在燃燒器內(nèi)筒42的燃燒氣體的流動方向的下游部內(nèi)壁面沿著周向?qū)?個節(jié)流構(gòu)件111、112、113在燃燒器內(nèi)筒42的周向及軸向上錯開地設(shè)置，將該節(jié)流構(gòu)件111、112、113設(shè)于除了不會擾亂薄膜空氣的流動的貫穿部 114、115、116以外的周向的規(guī)定的區(qū)域。所以，通過利用節(jié)流構(gòu)件111、112、113擾亂薄膜空氣的流動，就可以與高溫的燃燒氣體混合而促進燃燒反應(yīng)，抑制一氧化碳或未燃烴的產(chǎn)生，另一方面，可以利用貫穿部 114、115、116防止未燃預(yù)混合氣的異常燃燒，并且可以利用貫穿部114、115、116的存在來避免渦流的不穩(wěn)定性，從而可以抑制不穩(wěn)定燃燒的發(fā)生。而且，雖然在上述的各實施例中，將節(jié)流構(gòu)件以制成具有向燃燒筒的中心部側(cè)突出的角部的形狀的方式構(gòu)成，然而并不限定于該形狀。例如也可以將制成半圓狀的板材固定于燃燒筒的內(nèi)壁面，特別是，也可以并非具有角部的形狀。另外，配置節(jié)流構(gòu)件的位置也不限于位于各噴嘴44、45、47的正下方的燃燒器內(nèi)筒42，也可以設(shè)于燃燒器尾筒43中，并不限定于對稱、不對稱。工業(yè)上的可利用性本發(fā)明的燃氣輪機燃燒器及燃氣輪機通過將節(jié)流構(gòu)件設(shè)于除了不會擾亂冷卻用空氣的流動的貫穿部以外的周向的規(guī)定的區(qū)域，而可以抑制一氧化碳等的產(chǎn)生，并且可以抑制不穩(wěn)定燃燒的發(fā)生，在任意種類的燃燒器、燃氣輪機中都可以適用。符號說明11壓縮機12燃燒器(燃氣輪機燃燒器)13 葉輪41燃燒器外筒似燃燒器內(nèi)筒43燃燒器尾筒44導(dǎo)引噴嘴(燃料供給機構(gòu))45主燃料噴嘴(燃料供給機構(gòu))47縮頂噴嘴(燃料供給機構(gòu))54空氣通路(燃燒用高壓空氣供給機構(gòu))64開口部(冷卻用空氣供給機構(gòu))71、72、73、81、82、91 98、111、112、113 節(jié)流構(gòu)件71a、71b、72a、72b、73a、73b、81a、81b、82a、82b 角部74、75、76、83、84、101 108、114、115、116 貫穿部
權(quán)利要求
1.一種燃氣輪機燃燒器，其具備使高壓空氣和燃料在內(nèi)部燃燒而產(chǎn)生燃燒氣體的燃燒筒；向該燃燒筒中供給燃燒用高壓空氣的燃燒用高壓空氣供給機構(gòu)；對所述燃燒筒的高溫空氣供給燃料的燃料供給機構(gòu)；向所述燃燒筒中沿著內(nèi)壁面供給冷卻用空氣的冷卻用空氣供給機構(gòu)；在所述燃燒筒的燃燒氣體的流動方向的下游部內(nèi)壁面沿著周向設(shè)置的節(jié)流構(gòu)件，所述燃氣輪機燃燒器的特征在于，所述節(jié)流構(gòu)件設(shè)置在除了不會擾亂冷卻用空氣的流動的貫穿部以外的周向的規(guī)定的區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃氣輪機燃燒器，其特征在于， 所述節(jié)流構(gòu)件夾隔著所述貫穿部在周向分割成多個地設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃氣輪機燃燒器，其特征在于，所述節(jié)流構(gòu)件在所述燃燒筒的內(nèi)壁面中設(shè)置在相對于周向不對稱的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的燃氣輪機燃燒器，其特征在于， 所述節(jié)流構(gòu)件具有向所述燃燒筒的中心部側(cè)突出的角部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的燃氣輪機燃燒器，其特征在于， 所述節(jié)流構(gòu)件在燃燒氣體的流動方向設(shè)有多個。
6.一種燃氣輪機，通過在燃燒器中對由壓縮機壓縮了的壓縮空氣供給燃料進行燃燒， 并將所產(chǎn)生的燃燒氣體向葉輪供給，來獲得旋轉(zhuǎn)動力，其特征在于，所述燃燒器具有 燃燒筒；向該燃燒筒供給燃燒用高壓空氣的燃燒用高壓空氣供給機構(gòu)； 對所述燃燒筒的高溫空氣供給燃料的燃料供給機構(gòu)； 向所述燃燒筒中沿著內(nèi)壁面供給冷卻用空氣的冷卻用空氣供給機構(gòu)； 在所述燃燒筒的燃燒氣體的流動方向的下游部內(nèi)壁面沿著周向設(shè)置的節(jié)流構(gòu)件， 所述節(jié)流構(gòu)件設(shè)置在除了不會擾亂冷卻用空氣的流動的貫穿部以外的周向的規(guī)定的區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明提供燃氣輪機燃燒器及燃氣輪機，針對燃燒器內(nèi)筒(42)，設(shè)置供給燃燒用高壓空氣的空氣通路(54)、供給燃料的導(dǎo)引噴嘴(44)、主燃料噴嘴(45)、縮頂噴嘴(47)、供給薄膜空氣(冷卻用空氣)的開口部(64)，并且在燃燒器內(nèi)筒(42)的燃燒氣體的流動方向的下游部內(nèi)壁面中沿著周向設(shè)置節(jié)流構(gòu)件(71、72、73)，將該節(jié)流構(gòu)件(71、72、73)設(shè)于除了不擾亂薄膜空氣的流動的貫穿部(74、75、76)以外的周向的規(guī)定的區(qū)域，而可以抑制一氧化碳等的產(chǎn)生，并且可以抑制不穩(wěn)定燃燒的發(fā)生。
文檔編號F23R3/42GK102472493SQ201080034079
公開日2012年5月23日 申請日期2010年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月10日
發(fā)明者萬代重實, 佐藤賢治, 赤松真兒, 齊藤圭司郎 申請人:三菱重工業(yè)株式會社