燃气涡轮燃烧器和具备该燃气涡轮燃烧器的燃气涡轮发动机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及能够防止发生燃烧振动的燃气涡轮燃烧器和具备该燃气涡轮燃烧器的燃气涡轮发动机。
【背景技术】
[0002]近年来，随着对于环境保护的关心的提高，要求减少氮氧化物(N0X)等的排放。燃气涡轮发动机中也不例外，尤其是关于燃烧器的各种研究开发不断发展。
[0003]多数燃气涡轮发动机中广泛使用的预混合燃烧方式的燃烧器，在燃烧筒的中心部配置有辅助燃烧器，并以将该辅助燃烧器的周围包围的方式配置有多个主燃烧器。燃气涡轮发动机有燃烧LNG等的气体燃料的发动机和燃烧煤油或A重油等的液体燃料的发动机。
[0004]在使用气体燃料、液体燃料中任一种燃料的燃烧器中，在主燃烧器的预混合喷嘴中，均通过在压缩空气流中喷入燃料而预先生成压缩空气和燃料的混合气体，该混合气体被从辅助燃烧器喷出的火焰点燃进行燃烧，生成高温、高压的燃烧气体，从而驱动下游侧的涡轮机。由此，通过预先将压缩空气和燃料进行混合，能够比较自由地调节空气量与燃料量之比，能够增大燃烧中的空气比(过量空气系数)，因而能够降低燃烧温度，从而减少N0X的生成量。
[0005]然而，在预混合燃烧方式的燃气涡轮燃烧器中，容易产生燃烧振动。若产生燃烧振动，则燃烧压力的变动幅度增大而导致燃烧变得不稳定，并且会因为燃烧器的压力的周期性变动而产生低循环振动或噪音。
[0006]在下述情况下会产生燃烧振动，S卩:通过燃烧而在燃烧器内产生周期性的压力变动，且该压力变动周期与燃烧器的流体力学固有振动频率一致这样的情况。尤其是在现有技术下，由于被设计为从多个主燃烧器喷出的火焰的形状全部呈相同形状，因此，从各主燃烧器喷出的喷射火焰的发热位置容易集中于燃烧器的轴向上的同一位置处，在该发热集中区域中，会因为温度升高而导致燃烧气体的压力急剧升高，且该压力波传播至燃烧器内，呈在燃烧器内共振而容易激起燃烧振动的状态。
[0007]专利文献1、2中公开了抑制这样的燃烧振动的燃气涡轮燃烧器。
[0008]专利文献1公开的燃烧涡轮燃烧器，通过使两个以上的预混合管中设置的旋流器的旋流角度不同，而使各预混合管喷射到燃烧室内的火焰的长度(形状)不同，从而通过避免喷射火焰的发热位置集中于燃烧器的轴向上的同一位置而抑制燃烧振动。
[0009]另外，专利文献2公开的燃烧涡轮燃烧器，通过使连接在多个主喷嘴(预混合喷嘴)的下游侧的椭圆延长管的形状不同，而防止来自全部主喷嘴的预混合气体在燃烧器的轴线方向的同一位置处着火、燃烧，从而防止喷射火焰的发热位置的集中，由此来抑制燃烧振动。
[0010]在先技术文献
[0011]专利文献
[0012]专利文献1:日本专利特开2003-139326号公报
[0013]专利文献2:日本专利特开2001-254947号公报
【发明内容】
[0014]发明要解决的课题
[0015]但是，上述专利文献1、2中公开的现有燃气涡轮燃烧器，对于使用气体燃料的燃气涡轮燃烧器带来了很多贡献，但是，在使用液体燃料的燃气涡轮燃烧器中，如果不改变多个预混合喷嘴之间的压缩空气与液体燃料的混合气体的浓度分布，便很难使火焰的长度(形状)产生差异，因而无法产生大的效果。
[0016]而且，如专利文献1那样使预混合管中设置的旋流器的旋流角度不同、或者如专利文献2那样使椭圆延长管的形状不同，会大幅改变燃气涡轮燃烧器的结构，因此，例如对现有的燃气涡轮燃烧器实施改造会花费很大的成本。
[0017]而且，在专利文献1、2的燃气涡轮燃烧器中，各主喷嘴(主燃烧器)之间流入空气的路径的形状不同，因此，空气的形状压力损失发生变化，从而空气分配产生偏差。因此，在空气量少的主喷嘴中，平均火焰速度变高，燃烧器整体呈N0X的生成量增加的趋势。
[0018]本发明是鉴于上述情况而作成的，其目的在于，提供一种在使用液体燃料的情况下，能够通过简单且性价比高的构成而减少N0X的生成量，并且能够防止发生燃烧振动的燃气涡轮燃烧器和具备该燃气涡轮燃烧器的燃气涡轮发动机。
[0019]用于解决课题的方法
[0020]为解决上述课题，本发明采用以下方法。
[0021]S卩，本发明的第1方式涉及的燃气涡轮燃烧器具备:配置在燃烧筒的中心部处的辅助燃烧器、和被配置为将所述辅助燃烧器的周围包围的多个主燃烧器，所述主燃烧器被构成为:在圆筒状的预混合喷嘴的中心部处设有主喷嘴，从设置于所述主喷嘴的周围的燃料喷射孔朝向连接在所述预混合喷嘴的下游侧的延长喷嘴的内表面喷射液体燃料，并且从所述燃料喷射孔朝向所述延长喷嘴的内表面喷射的所述液体燃料的喷射模式被设定为在多个所述主燃烧器之间互不相同。
[0022]根据该燃气涡轮燃烧器，由于液体燃料的喷射模式在多个主燃烧器之间互不相同，因而能够改变该各个主燃烧器之间的压缩空气与液体燃料的混合气体的浓度分布，由此能够使从各主燃烧器喷出的燃烧火焰的长度和形状具有差异，从而能够防止多个燃烧火焰的发热分布和最高发热点集中于燃烧器的轴向上的同一位置处，能够抑制燃烧振动。
[0023]而且，由于流入空气的路径的形状在多个主燃烧器之间保持为同一形状，因此，空气的形状压力损失不会发生变化，从而空气分配不会产生偏差。因此，能够抑制在空气量少的特定主燃烧器中因为平均火焰速度变高而生成N0X，从而燃烧器整体能够减少N0X的生成量。
[0024]作为使从所述燃料喷射孔喷出的所述液体燃料的喷射模式在多个所述主燃烧器之间互不相同的结构，可以考虑使所述燃料喷射孔中的所述液体燃料的喷射角度在多个所述主燃烧器之间互不相同。
[0025]另外，作为同样使所述液体燃料的喷射模式互不相同的结构，可以考虑使所述主喷嘴中的所述燃料喷射孔的位置在各个所述主燃烧器之间互不相同。此处所说的燃料喷射孔的位置，可以认为是燃料喷射孔在主喷嘴的轴向上的位置、圆周方向上的位置以及燃料喷射孔的设置模式等。
[0026]作为同样使所述液体燃料的喷射模式互不相同的结构，可以考虑使所述主喷嘴中的所述燃料喷射孔的数量在各个所述主燃烧器之间互不相同。
[0027]作为同样使所述液体燃料的喷射模式互不相同的结构，可以考虑使所述主喷嘴中的所述燃料喷射孔的孔径在各个所述主燃烧器之间互不相同。
[0028]由此，只要使主喷嘴中的燃料喷射孔的燃料喷射角度、或者燃料喷射孔的位置、燃料喷射孔的数量、燃料喷射孔的孔径等在各主燃烧器之间互不相同，便可通过简单且成本低的构成而使液体燃料的喷射模式在多个主燃烧器之间互不相同，从而使从各主燃烧器喷出的燃烧火焰的长度或形状具有差异，由此能够防止多个燃烧火焰的发热分布(最高发热点)集中于燃烧器的同一位置处，能够抑制燃烧振动。
[0029]另外，在上述各个构成中，也可以通过使所述主喷嘴相对于所述预混合喷嘴的位置在轴向和圆周方向的至少一个方向上能够改变，从而使所述喷射模式互不相同。
[0030]根据上述构成，即使主喷嘴本身的燃料喷射孔的燃料喷射角度、位置、数量、孔径等不变，通过在轴向和圆周方向的至少一个方向上改变主喷嘴的位置，也能够在轴向和圆周方向上改变燃料喷射孔的位置。因此，能够更加多样地设置从多个主燃烧器喷出的液体燃料的喷射模式。
[0031]另外，本发明的第2方式涉及的燃气涡轮发动机具备:压缩空气的压缩机、向该压缩机中压缩后的所述空气中喷入燃料并使其燃烧的上述任一种构成的燃气涡轮燃烧器、以及通过从该燃气涡轮燃烧器喷出的燃烧气体的膨胀而被驱动的涡轮机。
[0032]根据上述构成，在使用液体燃料的燃气涡轮发动机中，能够通过仅改变各主喷嘴上设置的燃料喷射孔、或者仅改变主喷嘴的轴向位置或圆周方向上的位置这样的比较简单且廉价的结构，而改变各主燃烧器之间的压缩空气与液体燃料的混合气体的浓度分布，使从各主燃烧器喷出的火焰的长度(形状)具有差异，从而能够防止多个喷射火焰的发热位置(发热分布)集中于燃烧器的轴向上的同一位置，能够抑制燃烧振动。
[0033]发明效果
[0034]如上所述，根据本发明涉及的燃气涡轮燃烧器和具备该燃气涡轮燃烧器的燃气涡轮发动机，在使用液体燃料的燃气涡轮燃烧器中，能够通过简单且性价比高的构成而防止发生燃烧振动。
【附图说明】
[0035]图1是表示本发明的第1实施方式的沿燃气涡轮燃烧器的轴向的纵剖面图。
[0036]图2是沿图1的I1-1I线的燃气涡轮燃烧器的纵剖面图。
[0037]图3是表示第1实施方式的作用的主燃烧器和喷射火焰的纵剖面图和热分布的图表。
[0038]图4是表示本发明的第2实施方式的主燃烧器和喷射火焰的纵剖面图。
[0039]图5是表示本发明的第3实施方式的主燃烧器(主喷嘴、燃料喷射孔、延长喷嘴)的主视图。
[0040]图6是表示本发明的第4实施方式的主燃烧器(主喷嘴、燃料喷射孔、延长喷嘴)的主视图。
[0041]图7是表示本发明的第5实施方式的主燃烧器和喷射火焰的纵剖面图。
【具体实施方式】
[0042]以下，参照附图对本发明涉及的燃气涡轮燃烧器的多个实施方式进行说明。
[0043][第1实施方式]<