CN105980777A - 喷嘴、烧嘴、燃烧器、燃气涡轮机、燃气涡轮机系统 - Google Patents

Abstract

燃烧器(10)具备：喷嘴(25)，所述喷嘴(25)形成有从前端部(25s)喷射空气的空气喷射部(51)；筒状构件(26)，所述筒状构件(26)从外周侧覆盖喷嘴(25)，并且与喷嘴(25)之间形成空气流道；以及，压力损失部(27)，所述压力损失部(27)设置在空气流道上，使在空气流道中流动的空气产生压力损失，喷嘴(25)具备：空气吸入部(52)，所述空气吸入部(52)从压力损失部(27)的上游侧的外周面吸入空气；以及，流道形成部(50)，所述流道形成部(50)形成将从空气吸入部(52)吸入的空气引导到空气喷射部(51)的喷出空气流道(R2)。

Description

喷嘴、烧嘴、燃烧器、燃气涡轮机、燃气涡轮机系统

技术领域

本发明涉及一种用于燃烧器的喷嘴、烧嘴、燃烧器、燃气涡轮机、燃气涡轮机系统。

本申请依据2014年3月20日向日本提出申请的日本专利特愿2014-059127号主张优先权，并在此处援用其内容。

背景技术

燃气涡轮机的燃烧器中，预混合燃烧方式被广泛使用，所述预混合燃烧方式预先向由压缩机输送的压缩空气(燃烧用空气)中混合燃料后生成混合气，并使该混合气燃烧(例如参照专利文献1～3)。

已知这种燃烧器具有设置在燃烧器中心轴线上的引燃喷嘴以及与该引燃喷嘴平行配置的多个主喷嘴。

采用这种预混合燃烧方式的燃气涡轮机燃烧器中，在混合气的低流速区域中，有时会发生火焰向混合气流动方向逆行的逆火。

专利文献4已公示如下结构，即在旋转叶片的下游端部附近具备喷射空气等流体的流体喷射孔，所述旋转叶片设置在主喷嘴的外周侧，使由压缩机送入的压缩空气旋转。在该结构中，通过以高速从流体喷射孔喷射流体，来缩小混合气的低流速区域，并且通过降低下游端部的燃料浓度，来抑制逆火发生。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2000-46333号公报

专利文献2：日本专利特许第3139978号公报

专利文献3：日本专利特开平8-261466号公报

专利文献4：日本专利特开2011-17334号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，如专利文献4所示，旋转叶片下游端部附近具备流体喷射孔的结构中，能够利用流体喷射抑制逆火发生的部位有限。例如，对于主喷嘴的前端而言，就无法发挥利用流体喷射抑制逆火发生的效果。

主喷嘴的前端部附近为由旋转叶片产生的旋流的涡核，所以流速慢。因此，发生逆火时，火焰向主喷嘴的前端部逆流而上。

如果逆流而上的火焰在喷嘴前端附近停滞，则喷嘴前端可能烧损。

本发明提供一种可切实抑制向喷嘴前端部发生逆火的喷嘴、烧嘴、燃烧器、燃气涡轮机、燃气涡轮机系统。

技术方案

本发明的第一方式中，喷嘴是喷射燃料的燃烧器的喷嘴，其具备空气喷射部，所述空气喷射部从前端部喷射空气。

本发明的第二方式中，烧嘴具备上述喷嘴，喷射燃料。

本发明的第三方式中，燃烧器是具备第二方式中的烧嘴的燃烧器，其具备：筒状构件，所述筒状构件从外周侧覆盖所述喷嘴，并且在与所述喷嘴之间形成空气流道；以及，压力损失部，所述压力损失部设置在所述空气流道上，使在所述空气流道中流动的空气产生压力损失，所述喷嘴具备：空气吸入部，所述空气吸入部从所述压力损失部的上游侧的外周面吸入空气；以及，流道形成部，所述流道形成部形成将从所述空气吸入部吸入的空气引导到所述空气喷射部的流道。

本发明的第四方式中，燃烧器的第三方式中的空气吸入部在所述喷嘴的外周面上设置多个，所述流道形成部还能够具备合流部，所述合流部使从多个所述空气吸入部吸入的空气在所述空气喷射部的上游侧合流。

本发明的第五方式中，燃烧器的第三方式中的流道形成部还能够形成截面圆环状的流道。

本发明的第六方式中，燃烧器的第三方式中的流道形成部还能够形成配置在同心圆上的多个流道。

本发明的第七方式中，燃气涡轮机具备：燃烧器，所述燃烧器是第三方式至第五方式中的任意一种方式；以及，涡轮机主体，所述涡轮机主体具备利用从所述燃烧器送出的燃烧气体进行旋转的转子。

本发明的第八方式中，燃气涡轮机系统具备：燃烧器，所述燃烧器具备第一方式中的喷嘴；涡轮机主体，所述涡轮机主体具备利用从所述燃烧器送出的燃烧气体进行旋转的转子；机室空气供应部，所述机室空气供应部向所述空气喷射部供应所述涡轮机主体的机室内的空气；控制阀，所述控制阀对从所述机室空气供应部中的所述机室向所述空气喷射部供应所述空气进行控制；检测部，所述检测部对所述燃烧器中的逆火的发生进行检测；以及，控制装置，所述控制装置根据所述检测部的检测结果对所述控制阀进行开闭控制。

有益效果

上述喷嘴、烧嘴、燃烧器、燃气涡轮机、燃气涡轮机系统能够切实抑制向喷嘴前端部发生逆火。

附图说明

图1是表示该实施方式的燃气涡轮机的大致结构的半截面图。

图2是表示上述燃气涡轮机的第一实施方式中的燃烧器的截面图。

图3是表示上述燃烧器的结构的截面图。

图4是表示上述燃烧器的主喷嘴的结构的截面图。

图5是与上述主喷嘴的轴线垂直相交的截面图。

图6是表示上述主喷嘴的改进例的图。

图7是表示第二实施方式中的燃气涡轮机系统的大致结构的图。

具体实施方式

下面根据附图说明本发明的实施方式的喷嘴、烧嘴、燃烧器、燃气涡轮机、燃气涡轮机系统。

(第一实施方式)

图1是表示该实施方式的燃气涡轮机的大致结构的半截面图。图2是表示上述燃气涡轮机所具备的燃烧器的截面图。图3是表示上述燃烧器的结构的截面图。

如图1所示，该实施方式的燃气涡轮机1具备压缩机2、多个燃烧器10、以及涡轮机(涡轮机主体)3。

压缩机2从空气吸入口吸入空气作为工作流体，生成压缩空气。

燃烧器10与压缩机2的排出口连接。燃烧器10向从压缩机2排出的压缩空气喷射燃料，产生高温高压的燃烧气体。

涡轮机3将从燃烧器10送出的燃烧气体的热能转换成转子3a的转动动能，产生驱动力。该涡轮机3将产生的驱动力传输给与转子3a连接的发电机(无图示)。

如图2所示，各燃烧器10具备燃烧器主体11、以及尾筒30。燃烧器主体11作为使供应的燃料与压缩空气A进行反应的燃烧室发挥作用。尾筒30加快从燃烧器主体11流入的燃烧气体B的流速，导入至下游的涡轮机3。

如图2、图3所示，燃烧器主体11具备内筒12、以及外筒13。内筒12形成为圆筒状。外筒13在内筒12的中心轴向一端侧的外周侧设置为同心圆状。

从外筒13与内筒12之间流入燃烧器主体11内的压缩空气A在外筒13的一端侧13a旋转180°，供应至内筒12的内部。

如图3所示，燃烧器主体11在内筒12内具备引燃烧嘴21、以及主烧嘴(烧嘴)22。

引燃烧嘴21沿内筒12的中心轴O设置。引燃烧嘴21从前端部21a喷射从外部供应的燃料。引燃烧嘴21通过点燃该喷射的燃料来生成火焰。引燃烧嘴21具备引燃锥24。引燃锥24形成为包围引燃烧嘴21的前端部21a的外周侧的筒状。引燃锥24具有圆锥部24c，所述圆锥部24c从引燃烧嘴21的前端部21a附近向火焰的生成方向，其内径逐渐扩大。圆锥部24c限制火焰的扩散范围、方向，提高火焰稳定性。

主烧嘴22在内筒12内设置多根。这些主烧嘴22在引燃烧嘴21的外周侧沿周向隔开间隔配置。各主烧嘴22与内筒12的中心轴O平行延伸。

主烧嘴22的前端部设置有主喷嘴(喷嘴)25。主喷嘴25呈向前端部25s其外径逐渐缩小的圆锥状。

主烧嘴22在主喷嘴25的外周侧具备锥形构件(筒状构件)26。锥形构件26呈筒状，设置为从外周侧包围主喷嘴25。锥形构件26形成为与内筒12的中心侧的引燃锥24接近的一侧26a向火焰的生成方向逐渐向外周侧倾斜。锥形构件26在与主烧嘴22之间形成流动压缩空气A的主流道R1。

主烧嘴22在锥形构件26内具备主旋流器(压力损失部)27。主旋流器27向主流道R1中的气流赋予旋转力。

主烧嘴22例如从主旋流器27上设置的燃料喷嘴(无图示)向主烧嘴22的外周面侧喷射燃料(主燃料)。燃料喷嘴(无图示)在主旋流器27以外的部位，例如在主烧嘴22的外周面侧，能够设置在下述空气吸入口52的下游侧的部位等。该燃料与内筒12内的压缩空气A混合，生成预混合气F。利用由主旋流器27生成的旋流，预混合气F一边在主烧嘴22周围旋转，一边在主流道R1中向下游流动。

图4是表示上述燃烧器的主喷嘴的结构的截面图。图5是与上述主喷嘴的轴线垂直相交的截面图。

如图4所示，主喷嘴25具备流道孔(流道形成部)50、空气喷射口(空气喷射部)51、以及空气吸入口(空气吸入部)52。

流道孔50向主喷嘴25的轴向延伸。如图4、图5所示，该实施方式中，形成多个流道孔50。这些流道孔50沿主喷嘴25的周向隔开间隔配置。这些流道孔50分别与主喷嘴25配置在同心圆上。图5例举出形成3个流道孔50的情况，但是流道孔50也可以是2个以上。利用这些多个流道孔50构成本发明的流道形成部。

如图4所示，空气喷射口51形成为在主喷嘴25的前端部25s开口。

空气吸入口52在主喷嘴25的外周面上形成多个。各空气吸入口52形成为各自流道孔50的一端在主喷嘴25的外周面开口。各空气吸入口52在主喷嘴25的外周面中，在主旋流器27的上游侧开口。

多个流道孔50在主喷嘴25内的合流部54合流成一个，与一个空气喷射口51连通。如此，流道孔50形成喷出空气流道R2，所述喷出空气流道R2将从主旋流器27的上游侧的空气吸入口52吸入的压缩空气A引导到主喷嘴25的前端部25s的空气喷射口51。

具备这种主喷嘴25的主烧嘴22中，在主流道R1中流动的压缩空气A的一部分从空气吸入口52流入流道孔50内，从主喷嘴25的前端部25s的空气喷射口51喷出。从空气喷射口51喷射压缩空气A后，主喷嘴25的前端部25s附近的预混合气F的燃料浓度降低。此外，利用从空气喷射口51喷射的压缩空气A，主喷嘴25的前端部25s的预混合气F的流速变快。

主喷嘴25与锥形构件26之间形成的主流道R1中，利用主旋流器27使预混合气F旋转后，在主流道R1中流动的预混合气F产生压力损失。主喷嘴25在主旋流器27的上游侧具有空气吸入口52，在主旋流器27的下游侧具有主喷嘴25的前端部25s的空气喷射口51。如此，空气吸入口52与空气喷射口51之间因主旋流器27的压力损失而产生压力差。具体而言，空气吸入口52侧的压力高于空气喷射口51侧。利用该压力差，在由流道孔50形成的喷出空气流道R2中，产生从空气吸入口52流向空气喷射口51的气流。如此，便能从主喷嘴25的外周面上形成的空气吸入口52将空气良好地吸入到喷出空气流道R2内。

因此，根据上述第一实施方式，在主喷嘴25的前端部25s设置空气喷射口51，从该空气喷射口51喷射压缩空气A后，主喷嘴25的前端部25s附近的预混合气F的燃料浓度降低。因而，在主喷嘴25的前端部25s难以产生火焰。进而，利用从空气喷射口51喷射的压缩空气A，主喷嘴25的前端部25s的预混合气F的流速变快。因而，发生逆火时，火焰难以向主喷嘴25的前端部25s逆流而上。

如此，能够切实抑制逆火向主喷嘴25的前端部25s逆流而上以及逆火的发生。其结果，还能够避免主喷嘴25的烧损。

而且，与空气喷射口51连通的流道孔50在主旋流器27的上游侧具有空气吸入口52，在主旋流器27的下游侧具有主喷嘴25的前端部25s的空气喷射口51。因而，利用由主旋流器27的压力损失在空气吸入口52与空气喷射口51之间产生的压力差，能够从空气吸入口52将空气良好地吸入到喷出空气流道R2内。如此，便能切实且高效地抑制逆火。

此外，主喷嘴25具有多组空气吸入口52和流道孔50，这些在合流部54合流。如此，从多个空气吸入口52吸入的空气通过流道孔50上形成的喷出空气流道R2，在合流部54合流。其后，该合流的空气从空气喷射口51喷射。因而，能够增加来自空气喷射口51的空气喷射量。

进而，流道形成部形成同心圆上的多个流道孔50，因而能够轻易地增加流道截面积，并且还能够提高流道形成部的施工性。

(第一实施方式的改进例)

上述第一实施方式中，主喷嘴25具备多个流道孔50，但是并不限定于此。

图6是表示上述主喷嘴的改进例的图。

如图6所示，流道孔50B的截面形状可以呈圆环状。将主喷嘴25设为双重管结构便可实现该形状。

如此构成，与同时设置多个流道孔50的情况相比，能够轻易地增加流道截面积，确保足够的流道截面积。如此，能够增加来自空气喷射口51的空气喷射量。

(第二实施方式)

接着，说明本发明所述的燃气涡轮机系统。下面说明的第二实施方式中，对与第一实施方式相同的部分标记相同符号进行说明，并省略重复说明。

图7是表示第二实施方式中的燃气涡轮机系统的大致结构的图。

如图7所示，该实施方式的燃气涡轮机系统100具备燃烧器10、涡轮机3(参照图1)、机室空气供应管(机室空气供应部)60、控制阀61、检测传感器(检测部)62、以及控制装置63。

燃烧器10上设置的主烧嘴22的主喷嘴25B在前端部25s具备空气喷射口51。主喷嘴25B形成有一端与空气喷射口51连通的流道孔50。

机室空气供应管60与主喷嘴25B的流道孔50的另一端连接。机室空气供应管60将涡轮机3的机室内的压缩空气A供应到空气喷射口51。如此，从主喷嘴25B的空气喷射口51喷射空气。

控制阀61设置在机室空气供应管60上。控制阀61通过进行开闭操作，对从机室空气供应管60中的机室向空气喷射口51供应压缩空气A进行控制。

检测传感器62对燃烧器10中的逆火的发生进行检测。作为这种检测传感器62，能够使用设置在主烧嘴22的主喷嘴25B附近的温度传感器、压力传感器、光度传感器等。检测传感器62对主喷嘴25B附近的温度、压力、光度等进行检测，将该检测数据输出到控制装置63。

控制装置63根据检测传感器62的检测结果对控制阀61进行开闭控制。控制装置63监视用检测传感器62检测的主喷嘴25B附近的温度、压力、光度等参数变化，对主喷嘴25B附近是否发生逆火进行判定。而且，判定发生逆火时，控制装置63打开控制阀61。

控制阀61打开后，涡轮机3的机室内的压缩空气A通过机室空气供应管60供应到空气喷射口51。如此，从主喷嘴25B的空气喷射口51喷射空气，能够抑制逆火向主喷嘴25的前端部25s逆流而上以及逆火的发生。其结果，能够避免主喷嘴25的烧损。

燃气涡轮机1的运行状态变为预先规定的状态时，控制装置63可以打开控制阀61，从主喷嘴25B的空气喷射口51喷射空气。

这种燃气涡轮机系统100通过控制装置63的控制，在发生逆火或者处于容易发生逆火的状态等情况下，能够从空气喷射口51喷射压缩空气A。如此，能够抑制逆火向主喷嘴25的前端部25s逆流而上以及逆火的发生。

通过进行这种控制，能够在不需要时使空气停止从空气喷射口51喷射。

(其他的改进例)

上述实施方式中，将主旋流器27作为压力损失部，但是并不限定于此。只要能够使在空气流道中流动的空气产生压力损失，可采用任意结构。

工业上的可利用性

本发明可运用在喷嘴、烧嘴、燃烧器、燃气涡轮机、燃气涡轮机系统上，能够切实抑制向喷嘴前端部发生的逆火。

符号说明

1 燃气涡轮机

2 压缩机

3 涡轮机(涡轮机主体)

3a 转子

10 燃烧器

11 燃烧器主体

12 内筒

13 外筒

13a 一端侧

21 引燃烧嘴

21a 前端部

22 主烧嘴(烧嘴)

24 引燃锥

24c 圆锥部

25，25B 主喷嘴(喷嘴)

25s 前端部

26 锥形构件(筒状构件)

27 主旋流器(压力损失部)

30 尾筒

50，50B 流道孔(流道形成部)

51 空气喷射口(空气喷射部)

52 空气吸入口(空气吸入部)

54 合流部

60 机室空气供应管(机室空气供应部)

61 控制阀

62 检测传感器(检测部)

63 控制装置

100 燃气涡轮机系统

A 压缩空气

B 燃烧气体

F 预混合气

O 中心轴

R1 主流道

R2 喷出空气流道

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.[修改后]一种喷嘴，为喷射燃料的燃烧器的喷嘴，

其特征在于，具备空气喷射部，所述空气喷射部呈向前端部其外径逐渐缩小的圆锥状，从所述圆锥状的前端喷射空气。

2.[修改后]一种烧嘴，在前端部具备权利要求1所述的喷嘴，具有喷射燃料的燃料喷嘴。

3.一种燃烧器，具备权利要求2所述的烧嘴，其特征在于，

具备：筒状构件，所述筒状构件从外周侧覆盖所述喷嘴，并且在与所述喷嘴之间形成空气流道；

以及，压力损失部，所述压力损失部设置在所述空气流道上，使在所述空气流道中流动的空气产生压力损失，

所述喷嘴具备：空气吸入部，所述空气吸入部从所述压力损失部的上游侧的外周面吸入空气；

以及，流道形成部，所述流道形成部形成将从所述空气吸入部吸入的空气引导到所述空气喷射部的流道。

4.根据权利要求3所述的燃烧器，其特征在于，所述空气吸入部在所述喷嘴的外周面上设置多个，

所述流道形成部具备合流部，所述合流部使从多个所述空气吸入部吸入的空气在所述空气喷射部的上游侧合流。

5.根据权利要求3所述的燃烧器，其特征在于，所述流道形成部形成截面圆环状的流道。

6.根据权利要求3所述的燃烧器，其特征在于，所述流道形成部形成配置在同心圆上的多个流道。

7.一种燃气涡轮机，具备：燃烧器，所述燃烧器为权利要求3至5中任一项所述的燃烧器；

以及，涡轮机主体，所述涡轮机主体具备利用从所述燃烧器送出的燃烧气体进行旋转的转子。

8.一种燃气涡轮机系统，具备：燃烧器，所述燃烧器具备权利要求1所述的喷嘴；

涡轮机主体，所述涡轮机主体具备利用从所述燃烧器送出的燃烧气体进行旋转的转子；

机室空气供应部，所述机室空气供应部向所述空气喷射部供应所述涡轮机主体的机室内的空气；

控制阀，所述控制阀对从所述机室空气供应部中的所述机室向所述空气喷射部供应所述空气进行控制；

检测部，所述检测部对所述燃烧器中的逆火的发生进行检测；

以及，控制装置，所述控制装置根据所述检测部的检测结果对所述控制阀进行开闭控制。

说明或声明(按照条约第19条的修改)

基于条约第19条(1)的说明书

权利要求1中增加了“呈向前端部其外径逐渐缩小的圆锥状，从所述圆锥状的前端”的内容。

该内容基于国际公开文本的说明书的段落[0025]，[0030]。

进而，权利要求2中将“一种烧嘴，具备权利要求1所述的喷嘴，喷射燃料”的内容记载为“一种烧嘴，在前端部具备权利要求1所述的喷嘴，具有喷射燃料的燃料喷嘴”。

该权利要求2的修改基于国际公开文本的说明书的段落[0025]，[0027]。

Claims (8)

1.一种喷嘴，为喷射燃料的燃烧器的喷嘴，其特征在于，

具备空气喷射部，所述空气喷射部从前端部喷射空气。

2.一种烧嘴，具备权利要求1所述的喷嘴，喷射燃料。

3.一种燃烧器，具备权利要求2所述的烧嘴，其特征在于，

具备：筒状构件，所述筒状构件从外周侧覆盖所述喷嘴，并且在与所述喷嘴之间形成空气流道；

以及，压力损失部，所述压力损失部设置在所述空气流道上，使在所述空气流道中流动的空气产生压力损失，

所述喷嘴具备：空气吸入部，所述空气吸入部从所述压力损失部的上游侧的外周面吸入空气；

以及，流道形成部，所述流道形成部形成将从所述空气吸入部吸入的空气引导到所述空气喷射部的流道。

4.根据权利要求3所述的燃烧器，其特征在于，所述空气吸入部在所述喷嘴的外周面上设置多个，

所述流道形成部具备合流部，所述合流部使从多个所述空气吸入部吸入的空气在所述空气喷射部的上游侧合流。

5.根据权利要求3所述的燃烧器，其特征在于，所述流道形成部形成截面圆环状的流道。

6.根据权利要求3所述的燃烧器，其特征在于，所述流道形成部形成配置在同心圆上的多个流道。

7.一种燃气涡轮机，具备：燃烧器，所述燃烧器为权利要求3至5中任一项所述的燃烧器；

以及，涡轮机主体，所述涡轮机主体具备利用从所述燃烧器送出的燃烧气体进行旋转的转子。

8.一种燃气涡轮机系统，具备：燃烧器，所述燃烧器具备权利要求1所述的喷嘴；

涡轮机主体，所述涡轮机主体具备利用从所述燃烧器送出的燃烧气体进行旋转的转子；

机室空气供应部，所述机室空气供应部向所述空气喷射部供应所述涡轮机主体的机室内的空气；

控制阀，所述控制阀对从所述机室空气供应部中的所述机室向所述空气喷射部供应所述空气进行控制；

检测部，所述检测部对所述燃烧器中的逆火的发生进行检测；

以及，控制装置，所述控制装置根据所述检测部的检测结果对所述控制阀进行开闭控制。