燃气轮机燃烧器的制作方法

本发明涉及燃气轮机燃烧器。

背景技术：

出于减小废气对环境所造成的负荷的目的，对燃气轮机运转时排出的nox设定有严格的环境基准。由于nox的排出量随着火焰温度的高温化而增加，因此在燃气轮机的燃烧器(以下，称作“燃气轮机燃烧器”或者“燃烧器”)中，需要抑制在燃烧室内局部地形成高温火焰从而实现均匀燃烧。为了在燃烧室内进行均匀燃烧，需要在燃气轮机燃烧器设置多个用于喷射燃料的燃料喷嘴，来提高燃料的分散性。

专利文献1中记载了具备多个燃料喷嘴的燃气轮机燃烧器的例子。该燃气轮机燃烧器中，在燃料喷嘴的后端部(上游侧)设有平行的外螺纹，在燃料喷嘴头部的燃料喷嘴设置孔内周侧设有平行的内螺纹，通过将这些螺纹彼此紧固，从而将燃料喷嘴固定在燃料喷嘴头部。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-014297号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

燃气轮机燃烧器中，如果为了提高从燃料喷嘴喷射的燃料的分散性而增加燃料喷嘴的数量，则燃料喷嘴彼此的距离缩短，燃料喷嘴的周围空间变得狭隘。为了确保用于将燃料喷嘴与燃料喷嘴板接合的空间、作为空气流道的燃料喷嘴间的空间，需要随着增加燃料喷嘴的数量使燃料喷嘴更细。

另一方面，设置在压缩空气的流场的燃料喷嘴中有可能发生流体力导致的振动。通过扩大燃料喷嘴的外径能够减小在燃料喷嘴所产生的振动应力。但是，如果为了提高燃料分散性而使用细的燃料喷嘴，则减小振动应力从而确保针对振动的构造可靠性是困难的。为了在提高燃料喷嘴的燃料分散性的同时确保针对振动的构造可靠性，需要不扩大燃料喷嘴外径地提高针对燃料喷嘴振动的衰减性能。

本发明的目的在于提供一种燃气轮机燃烧器，其具有针对流体力所导致的燃料喷嘴振动的构造可靠性、和燃烧室内均匀燃烧带来的高环境性能。

用于解决课题的手段

本发明提供的燃气轮机燃烧器具备喷射燃料的燃料喷嘴和具有插入部所插入的孔部的燃料喷嘴板，该插入部位于所述燃料喷嘴的根部侧，所述燃料喷嘴在所述插入部中的至少从燃料流动方向看的下游侧部分的外周面具备外螺纹部，所述燃料喷嘴板在所述孔部具备与所述外螺纹部螺纹结合的内螺纹部，所述燃料喷嘴中的所述插入部的上游侧端部以冶金方式与所述燃料喷嘴板的上游侧端部接合。

发明的效果

根据本发明，能提供具有针对流体力所导致的燃料喷嘴振动的构造可靠性和燃烧室内的均匀燃烧带来的高环境性能的燃气轮机燃烧器。

附图说明

图1是表示具备本发明的实施例的燃气轮机燃烧器的燃气轮机设备的结构的一个例子的图。

图2是表示燃烧嘴的结构要素的分解图。

图3是表示现有燃气轮机燃烧器中在燃烧嘴的燃料喷嘴板固定有燃料喷嘴的结构的、燃料喷嘴和燃料喷嘴板的截面图。

图4是表示本发明的实施例1的燃气轮机燃烧器中在燃烧嘴的燃料喷嘴板固定有燃料喷嘴的结构的、燃料喷嘴和燃料喷嘴板的截面图。

图5是表示在图4所示的燃料喷嘴板固定有燃料喷嘴的结构的变形例的、燃料喷嘴和燃料喷嘴板的截面图。

图6是表示本发明的实施例2的燃气轮机燃烧器中在燃烧嘴的燃料喷嘴板固定有燃料喷嘴的结构的、燃料喷嘴和燃料喷嘴板的截面图。

图7a是表示本发明的实施例3的燃气轮机燃烧器中在燃烧嘴的燃料喷嘴板固定有燃料喷嘴的结构的、燃料喷嘴和燃料喷嘴板的截面图。

图7b是沿图7a的剖切线a-a的燃料喷嘴和燃料喷嘴板的截面图。

图8是表示本发明的实施例4的燃气轮机燃烧器中在燃烧嘴的燃料喷嘴板固定有燃料喷嘴的结构的、燃料喷嘴和燃料喷嘴板的截面图。

图中：

1—燃气轮机设备，2—空气，3—压缩机，4—压缩空气，5—燃料，6—燃烧气体，7—燃烧器，8—燃气轮机，9—发电机，10—端缘，11—外筒，12—空气孔板，13—燃料喷嘴板，14—燃料喷嘴，14a—燃料喷嘴的燃料流道，15—内衬，16—压缩空气的流道，17—燃烧嘴，18—冷却空气，19—燃料供给管，20—空气孔，21—混合气体，22—燃烧室，23—火焰，30—燃料喷嘴的上游侧端部，31—燃料喷嘴的下游侧端部，41—燃料喷嘴板的上游侧端部，44—燃料喷嘴板的燃料喷嘴安装用孔，45—接合部，46—插入部，50—燃料喷嘴的插入部的下游侧部分，51—燃料喷嘴的螺纹部(外螺纹部)，60—燃料喷嘴的阶梯部，61—燃料喷嘴板的阶梯部，62—燃料喷嘴的插入部的上游侧部分，70—燃料喷嘴的燃料流道的上游侧端部，81—燃料喷嘴板的螺纹部(内螺纹部)。

具体实施方式

以下，使用附图说明本发明的实施例的燃气轮机燃烧器。而且，本说明书中所使用的附图中，对同一要素标注同一符号，对于这些要素有时省略重复的描述。

首先，使用图1说明具备本发明的实施例的燃气轮机燃烧器的燃气轮机设备的结构例。图1是表示具备本发明的实施例的燃气轮机燃烧器的燃气轮机设备的结构的一个例子的图。图1中，燃烧器7以截面图表示。

燃气轮机设备1具备压缩机3、燃烧器7、燃气轮机8以及发电机9。压缩机3从大气取入空气2并压缩。燃烧器7使压缩机3生成的压缩空气4与燃料5燃烧，生成高温高压的燃烧气体6。燃气轮机8由燃烧器7所生成的燃烧气体6驱动，将燃烧气体6的能量作为旋转动力输出。发电机9使用燃气轮机8的旋转动力发电。

燃烧器7具备端缘10、外筒11、燃烧嘴17、内衬15以及燃烧室22。燃烧嘴17具备空气孔板12、燃料喷嘴板13以及多个燃料喷嘴14。

压缩机3所生成的压缩空气4流经外筒11与内衬15之间的流道16，流入燃烧嘴17。但是，压缩空气4的一部分作为用于冷却内衬15的冷却空气18流入内衬15内。

燃料5流经端缘10的燃料供给管19，流入燃料喷嘴板13，流经各燃料喷嘴14的燃料流道并从各燃料喷嘴14向空气孔板12喷射。在空气孔板12的空气孔20的燃料喷嘴14侧的入口，从燃料喷嘴14喷射的燃料5与流入燃烧嘴17的压缩空气4混合。燃料5与压缩空气4的混合气体21向着燃烧室22喷射，形成火焰23。燃料5不仅能使用天然气，还能使用焦炉气、炼油厂废气、或者煤气化气体等气体。

在下文中，关于燃料5的流向，称作“上游”或者“下游”。图1中，左侧为上游，右侧为下游。

图2是表示燃烧嘴17的结构要素的分解图。图2中，燃烧嘴17以截面图表示。燃烧嘴17具备空气孔板12、燃料喷嘴板13以及多个燃料喷嘴14。

燃料喷嘴14在内部具备燃料5所流经的燃料流道14a，以从上游侧向下游侧延伸方式被燃料喷嘴板13支撑，将从上游侧供给的燃料5向下游侧喷射。

燃料喷嘴板13具备孔部即燃料喷嘴安装用孔44，在燃料喷嘴安装用孔44中设置燃料喷嘴14。燃料喷嘴板13支撑燃料喷嘴14，将从上游侧流入的燃料5向燃料喷嘴14供给。

燃料喷嘴14的上游侧端部30与燃料喷嘴板13的上游侧端部41以冶金方式接合，其接合部密封成燃料5不泄露。燃料喷嘴14的下游侧端部31与空气孔板12的空气孔20不接触，压缩空气4能自由流入空气孔20。燃料喷嘴14的上游侧端部30与燃料喷嘴板13的上游侧端部41通过焊接、钎焊等彼此接合。在下文中，描述燃料喷嘴14的上游侧端部30与燃料喷嘴板13的上游侧端部41通过焊接彼此接合的例子。

此处，说明现有燃气轮机燃烧器中燃烧嘴的结构，尤其是在燃料喷嘴板固定有燃料喷嘴的结构。

图3是表示现有燃气轮机燃烧器中在燃烧嘴的燃料喷嘴板13固定有燃料喷嘴14的结构的图，是燃料喷嘴14和燃料喷嘴板13的截面图。

现有的燃气轮机燃烧器中，燃料喷嘴14的上游侧端部30通过焊接与燃料喷嘴板13的上游侧端部41接合。燃料喷嘴14通过该焊接固定于燃料喷嘴板13。将燃料喷嘴14的上游侧端部30与燃料喷嘴板13的上游侧端部41相接合的部分称作“接合部45”。将燃料喷嘴14的被燃料喷嘴板13支撑的部分、即位于燃料喷嘴14的根部侧并进入燃料喷嘴安装用孔44中的部分称作“插入部46”。燃料喷嘴14的插入部46的外周面与燃料喷嘴板13的燃料喷嘴安装用孔44的壁面接触，从而减小作用于接合部45的负荷(作用于接合部45的振动应力)。另外，随着燃料喷嘴14的插入部46的外周面与燃料喷嘴板13的燃料喷嘴安装用孔44的壁面的接触产生摩擦力，通过该摩擦力使燃料喷嘴14的振动衰减。

但是，现有的燃气轮机燃烧器中，由于燃料喷嘴14的插入部46的外周面与燃料喷嘴板13的燃料喷嘴安装用孔44的壁面之间存在间隙，因此有时它们不能实现充分接触，使燃料喷嘴14的振动衰减的效果受到限制。

本发明的实施例的燃气轮机燃烧器中，燃料喷嘴14具备在插入部46的至少下游侧部分的外周面具备螺纹部(具有螺纹牙的部分)、并且插入部46的上游侧端部30以冶金方式与燃料喷嘴板13接合的结构。燃料喷嘴14的插入部46的下游侧部分是包括燃料喷嘴14的插入部46的下游侧端部的部分。设在燃料喷嘴14的插入部46的至少下游侧部分的外周面的螺纹部与设在燃料喷嘴板13的燃料喷嘴安装用孔44的壁面的螺纹部螺纹结合，通过这些螺纹部的接触所产生的摩擦力，能使燃料喷嘴的振动衰减。本发明的实施例的燃气轮机燃烧器，由于燃料喷嘴14的插入部46的至少下游侧部分与燃料喷嘴板13螺纹结合，因此相比图3所示那样的现有燃气轮机燃烧器，能加大燃料喷嘴14与燃料喷嘴板13的接触所产生的摩擦力，能提高针对燃料喷嘴14振动的衰减性能。

本发明的实施例的燃气轮机燃烧器，基于这样的结构，燃料喷嘴14主要在插入部46的螺纹部被燃料喷嘴板13支撑，能提高针对燃料喷嘴14振动的衰减性能，能确保很高的针对燃料喷嘴14振动的构造可靠性。另外，本发明的实施例的燃气轮机燃烧器，由于不扩大燃料喷嘴14的外径就能确保很高的构造可靠性，因此能通过增加燃料喷嘴14的数量实现燃烧室22内均匀燃烧，得到很高的环境性能。

实施例1

图4是表示本发明的实施例1的燃气轮机燃烧器中在燃烧嘴的燃料喷嘴板13固定有燃料喷嘴14的结构的图，是燃料喷嘴14和燃料喷嘴板13的截面图。

燃料喷嘴14在插入部46的整个外周面具备螺纹部(外螺纹部)51。燃料喷嘴板13具有燃料喷嘴安装用孔44，该燃料喷嘴安装用孔44是插入位于燃料喷嘴14根部侧的插入部46的孔部，在燃料喷嘴安装用孔44的壁面且支撑燃料喷嘴14的部分(与燃料喷嘴14的螺纹部51对应的位置)具备螺纹部(内螺纹部)81。燃料喷嘴14的螺纹部(外螺纹部)51与燃料喷嘴板13的螺纹部(内螺纹部)81螺纹结合。

并且，燃料喷嘴14的插入部46的上游侧端部30以冶金方式与燃料喷嘴板13的上流侧端部41接合。燃料喷嘴14与燃料喷嘴板13以冶金方式相接合的接合部45发挥燃料喷嘴14与燃料喷嘴板13之间密封以及停止燃料喷嘴14旋转的功能。

图5表示在图4所示的燃料喷嘴板13固定有燃料喷嘴14的结构的变形例的、燃料喷嘴14和燃料喷嘴板13的截面图。

在图5所示的结构中，燃料喷嘴14仅在插入部46的下游侧部分50的外周面具备螺纹部(外螺纹部)51。燃料喷嘴板13在燃料喷嘴安装用孔44壁面的与燃料喷嘴14的螺纹部51对应的位置具备螺纹部(内螺纹部)81。燃料喷嘴14的螺纹部(外螺纹部)51与燃料喷嘴板13的螺纹部(内螺纹部)81螺纹结合。燃料喷嘴14的插入部46的上游侧端部30在接合部45以冶金方式与燃料喷嘴板13的上游侧端部41接合。

图4和图5所示的结构中，在构造上，燃料喷嘴14主要在螺纹部51相对于燃料喷嘴板13被支撑。燃料喷嘴14在插入部46的至少下游侧部分50的外周面具备螺纹部51，燃料喷嘴板13在燃料喷嘴安装用孔44的壁面具备螺纹部81，从而即使燃料喷嘴14由于流体力等而振动，也通过螺纹部51与螺纹部81的摩擦，针对燃料喷嘴14的振动也能得到很高的衰减性能。并且，燃料喷嘴14主要在螺纹部51被燃料喷嘴板13支撑，因此能减小作用于位于插入部46的上游侧的接合部45的负荷(振动应力)。本实施例的燃气轮机燃烧器中，基于这样的结构，能提高构造可靠性。

燃料喷嘴14在由于流体力等而振动时，从该燃料喷嘴板13突出的部分的前端、即下游侧端部31的振动振幅最大。本实施例的燃气轮机燃烧器中，燃料喷嘴14在位于上游侧端部30的接合部45以冶金方式与燃料喷嘴板13接合，通过在位于接合部45与下游侧端部31之间的螺纹部51与燃料喷嘴板13的摩擦，使振动衰减。燃料喷嘴14由于在最远离振动振幅最大部分、即下游侧端部31的位置(上游侧端部30)与燃料喷嘴板13接合，因此能进一步加大位于接合部45与下游侧端部31之间的螺纹部51与燃料喷嘴板13的摩擦，能进一步加大该摩擦带来的振动衰减效果。

如图4所示，如果燃料喷嘴14在整个插入部46具备螺纹部51，则能增大燃料喷嘴14的振动衰减效果。但是，该结构中，使燃料喷嘴14的螺纹部51的上游侧端部以冶金方式与燃料喷嘴板13接合，因此难以进行冶金方式的接合(焊接、钎焊)，有可能导致接合强度、接合面的平坦度降低等接合质量下降。这样的情况下，能采用图5所示那样的、燃料喷嘴14仅在插入部46的下游侧部分50具备螺纹部51的结构。而且，螺纹部51的存在长度(燃料5的流动方向的方式，即燃料喷嘴14的轴向长度)优选为燃料喷嘴14从燃料喷嘴板13突出的部分长度(燃料喷嘴板13与燃料喷嘴14的下游侧端部31的距离)的20％以上。可以认为，只要螺纹部51为这样的长度，就能有效使燃料喷嘴14的振动衰减。

而且，图4和图5所示的结构中，燃料喷嘴14中插入部46的外径大于从燃料喷嘴板13突出的部分的外径。燃料喷嘴14也可以是插入部46的外径与从燃料喷嘴板13突出部分的外径相同。

实施例2

图6是表示本发明的实施例2的燃气轮机燃烧器中在燃烧嘴的燃料喷嘴板13固定有燃料喷嘴14的结构的图，是燃料喷嘴14和燃料喷嘴板13的截面图。

燃料喷嘴14在插入部46具备下游侧部分50和上游侧部分62。燃料喷嘴14的插入部46的上游侧部分62是包括燃料喷嘴14的插入部46的上游侧端部30的部分。燃料喷嘴14仅在插入部46的下游侧部分50的外周面具备螺纹部(外螺纹部)51，螺纹部51的根部直径(螺纹部51的槽部分的直径)大于插入部46的上游侧部分62的外径。燃料喷嘴14在上游侧部分62的外周面不具备螺纹部51。燃料喷嘴板13具备形状与这样的燃料喷嘴14对应的燃料喷嘴安装用孔44。燃料喷嘴安装用孔44的壁面中与燃料喷嘴14的螺纹部51对应的位置具备螺纹部(内螺纹部)81。

燃料喷嘴14具备连接插入部46的下游侧部分50与上游侧部分62的阶梯部60。燃料喷嘴板13在燃料喷嘴安装用孔44的壁面具备形状与燃料喷嘴14的阶梯部60对应的阶梯部61。燃料喷嘴14的段差部60与燃料喷嘴板13的阶梯部61彼此抵接。燃料喷嘴14的阶梯部60和燃料喷嘴板13的阶梯部61优选为垂直于燃料喷嘴14的轴向(长度方向)的面。

燃料喷嘴14的螺纹部(外螺纹部)51与燃料喷嘴板13的螺纹部(内螺纹部)81螺纹结合。燃料喷嘴14的插入部46的上游侧端部30以冶金方式与燃料喷嘴板13的上游侧端部41在接合部45接合。

本实施例的燃气轮机燃烧器具备在组装燃烧嘴17时将燃料喷嘴14从下游侧相对于燃料喷嘴板13拧入的构造。本实施例的燃气轮机燃烧器除了具备实施例1中所示的效果，还具备通过在组装燃烧嘴17时使燃料喷嘴14的阶梯部60与燃料喷嘴板13的阶梯部61彼此接触从而容易在燃料喷嘴14的轴向(长度方向)定位的效果。因此，本实施例的燃气轮机燃烧器中，能正确执行燃烧嘴17的组装，针对燃料喷嘴14的振动也能得到高的构造可靠性。

实施例3

图7a是表示本发明的实施例3的燃气轮机燃烧器中在燃烧嘴的燃料喷嘴板13固定有燃料喷嘴14的结构的图，是燃料喷嘴14和燃料喷嘴板13的截面图。图7b是沿图7a的剖切线a-a的燃料喷嘴14和燃料喷嘴板13的截面图。

本实施例的燃气轮机燃烧器的燃烧嘴17除了具备实施例2的燃气轮机燃烧器的燃烧嘴17的结构，还具备下述结构。即，燃料喷嘴14中，燃料流道14a的上游侧端部70的垂直于燃料流道14a的截面为多边形。

组装燃烧嘴17时，将燃料喷嘴14从下游侧插入燃料喷嘴板13的燃料喷嘴安装用孔44，旋转燃料喷嘴14从而使燃料喷嘴14的螺纹部(外螺纹部)51与燃料喷嘴板13的螺纹部(内螺纹部)81螺纹结合。旋转燃料喷嘴14的作业通过从燃料流道14a的上游侧端部70向燃料流道14a插入工具(例如扳手)来进行。于是，为了能在燃料流道14a从上流侧端部70插入工具来使燃料喷嘴14旋转，燃料喷嘴14的燃料流道14a的上游侧端部70中垂直于燃料流道14a的截面为多边形。

燃料流道14a的上游侧端部70的该截面的形状能根据组装燃烧嘴17所使用的工具的形状来确定。图7a和图7b中表示燃料流道14a的上游侧端部70的该截面为六边形的例子。图7a和图7b的例子中，使用六角螺丝扳手，能将燃料喷嘴14拧入燃料喷嘴板13。

本实施例的燃气轮机燃烧器中，由于燃料喷嘴14的燃料流道14a的上游侧端部70的形状对应于组装燃烧嘴17所使用工具的形状，因此能可靠执行燃烧嘴17的组装，针对燃料喷嘴14的振动也能得到高的构造可靠性。

而且，实施例1的燃气轮机燃烧器(图4、5)，也同本实施例的燃气轮机燃烧器那样，能具备燃料喷嘴14的燃料流道14a的上游侧端部70中垂直于燃料流道14a的截面为多边形的结构。

实施例4

图8是表示本发明的实施例4的燃气轮机燃烧器中在燃烧嘴的燃料喷嘴板13固定有燃料喷嘴14的结构的图，是燃料喷嘴14和燃料喷嘴板13的截面图。

燃料喷嘴14的插入部46具备下游侧部分50和上游侧部分62。燃料喷嘴14仅在插入部46的下游侧部分50的外周面具备螺纹部(外螺纹部)51，螺纹部51的顶径(螺纹部51的顶部的直径)小于插入部46的上游侧部分62的外径。燃料喷嘴14在上游侧部分62的外周面不具备螺纹部51。燃料喷嘴板13具备形状与这样的燃料喷嘴14对应的燃料喷嘴安装用孔44。燃料喷嘴安装用孔44的壁面中与燃料喷嘴14的螺纹部51对应的位置具备螺纹部(内螺纹部)81。

燃料喷嘴14具备连接插入部46的下游侧部分50与上游侧部分62的阶梯部60。燃料喷嘴板13在燃料喷嘴安装用孔44的壁面具备形状与燃料喷嘴14的阶梯部60对应的阶梯部61。燃料喷嘴14的段差部60与燃料喷嘴板13的阶梯部61彼此抵接。燃料喷嘴14的阶梯部60和燃料喷嘴板13的阶梯部61优选为垂直于燃料喷嘴14的轴向(长度方向)的面。

燃料喷嘴14的螺纹部(外螺纹部)51与燃料喷嘴板13的螺纹部(内螺纹部)81螺纹结合。燃料喷嘴14的插入部46的上游侧端部30以冶金方式与燃料喷嘴板13的上游侧端部41在接合部45接合。

本实施例的燃气轮机燃烧器具备在组装燃烧嘴17时将燃料喷嘴14从上游侧相对于燃料喷嘴板13拧入的构造。本实施例的燃气轮机燃烧器除了具备实施例1中所示的效果外，还具备通过组装燃烧嘴17时使燃料喷嘴14的阶梯部60与燃料喷嘴板13的阶梯部61彼此接触从而容易在燃料喷嘴14的轴向(长度方向)定位的效果。并且，即使在燃料喷嘴14与燃料喷嘴板13的接合部45产生损伤，也能防止燃料喷嘴14从燃料喷嘴板13向下游侧脱落导致燃烧器7的其他部件损伤。因此，本实施例的燃气轮机燃烧器中，能正确执行燃烧嘴17的组装并且能防止燃烧器7损伤，针对燃料喷嘴14的振动，也能得到高的构造可靠性。

本实施例的燃气轮机燃烧器，同实施例3的燃气轮机燃烧器那样，能具备燃料喷嘴14的燃料流道14a的上游侧端部70中垂直于燃料流道14a的截面为多边形的结构。

而且，本发明不限定于上述的实施例，能进行各种变形。例如，上述实施例是为了易于理解本发明而详细进行描述的实施例，本发明不限定于一定具备所描述的所有结构的形态。另外，能将某一实施例的结构的一部分置换为其他实施例的结构。另外，也能将某一实施例的结构追加到其他实施例的结构。另外，还能对各实施例的结构的一部分进行删除，或者追加或置换其他结构。