專利名稱：預(yù)混合噴嘴、燃燒器及燃?xì)廨啓C(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃?xì)廨啓C(jī)，更詳細(xì)地是涉及一種可以抑制返火的預(yù)混合噴嘴、燃燒器及燃?xì)廨啓C(jī)。
背景技術(shù)：
在近年的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器中，從保護(hù)環(huán)境等的觀點出發(fā)，使用著通過降低氮氧化物(NOx)而對環(huán)保有利的預(yù)混合燃燒方式的燃燒器。所謂預(yù)混合燃燒方式，指的是預(yù)先混合燃料和過剩的燃燒空氣進(jìn)行燃燒的方式，在燃燒器中的全部區(qū)域中，由于在燃料稀薄的條件下進(jìn)行燃燒，可以容易地降低NOX。以下，一邊對燃?xì)廨啓C(jī)的預(yù)混合燃燒器進(jìn)行說明、一邊對過去使用著的預(yù)混合噴嘴進(jìn)行說明。
圖14是表示過去使用著的燃?xì)廨啓C(jī)的預(yù)混合燃燒器及預(yù)混合噴嘴的說明圖。在燃燒器外筒600內(nèi)，隔著一定的間隔設(shè)置著燃燒噴嘴部件505，在該燃燒噴嘴部件505的中央部設(shè)置用于形成擴(kuò)散火焰的控制錐形構(gòu)件60。該燃燒噴嘴部件505插入燃燒室內(nèi)筒515。另外控制錐形構(gòu)件60使從控制燃料供給噴嘴62供給的控制燃料與從壓縮機(jī)(未圖示)供給燃燒用空氣反應(yīng)而形成擴(kuò)散火焰。
雖然在圖14中沒有明確表示，用于形成預(yù)混合火焰的預(yù)混合噴嘴820在上述控制錐形構(gòu)件60的周圍設(shè)置8個。在噴嘴殼體10的內(nèi)部安裝著用于使燃燒用空氣旋轉(zhuǎn)的旋流器葉片320。該旋流器葉片320通過使從壓縮機(jī)(未圖示)送來的燃燒用空氣旋轉(zhuǎn)而制作出燃燒用空氣的旋流，由此，使燃料與燃燒用空氣混合。另外，在旋流器葉片320的中心部安裝著用保持后述的燃料噴嘴軸220的輪轂120。
用于供給燃料的燃料噴嘴軸220插入上述輪轂120中，由旋流器葉片320和輪轂120將其支承在噴嘴殼體10的大致中心。另外，在該燃料噴嘴軸220上設(shè)置著中空的氣體燃料供給翼29，從設(shè)置在燃料噴嘴軸220內(nèi)部的燃料供給通送來的氣體燃料被導(dǎo)入到該氣體燃料供給翼29內(nèi)部。然后，該氣體燃料從設(shè)置在氣體燃料供給翼29的側(cè)面的氣體燃料供給孔49向噴嘴殼體10內(nèi)供給。
供給到噴嘴殼體10內(nèi)的燃料在經(jīng)過其內(nèi)部流到下流側(cè)的過程中，與由旋流器葉片320賦予了旋轉(zhuǎn)的燃燒用空氣充分混合而形成預(yù)混合氣體。該預(yù)混合氣體從噴嘴殼體10的出口10a向燃燒室內(nèi)筒515內(nèi)噴射，由從上述擴(kuò)散火焰排出的高溫的燃燒氣體點火而形成預(yù)混合氣體燃燒火焰。從預(yù)混合氣體火焰排出高溫高壓的燃燒氣體，該燃燒氣體通過燃燒器尾筒(未圖示)被導(dǎo)入到氣輪機(jī)第一級噴嘴。
可是，在過去的預(yù)混合燃燒器中使用的預(yù)混合噴嘴820是由旋流器葉片320對燃燒用空氣賦予旋轉(zhuǎn)來促進(jìn)燃料與燃燒用空氣混合的預(yù)混合噴嘴。但是，當(dāng)由旋流器葉片320對燃燒用空氣賦予旋轉(zhuǎn)時，由于該旋轉(zhuǎn)所引起的離心力，噴嘴殼體10的中心附近的流速變慢(參照圖3(a))。當(dāng)在噴嘴殼體10的中心附近流速變慢時，會導(dǎo)致在流速慢的部分預(yù)混合氣體容易逆流，結(jié)果造成返火的現(xiàn)象，有時會燒壞噴嘴殼體10和燃料噴嘴軸220。由于該燒壞縮短了預(yù)混合噴嘴的壽命，因此需要頻繁地進(jìn)行修理或更換，有在維護(hù)檢修上花費較多的時間的問題。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種通過減少噴嘴殼體內(nèi)的低流速區(qū)的存在來抑制返火的產(chǎn)生，從而可以抑制預(yù)混合噴嘴等的燒壞的預(yù)混合噴嘴、燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器及燃?xì)廨啓C(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的預(yù)混合噴嘴，是在噴嘴殼體內(nèi)部具有旋流器葉片、與該旋流器葉片連接的管狀的輪轂、燃料噴嘴軸的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的預(yù)混合噴嘴，其特征在于，在上述輪轂的內(nèi)周面與位于上述輪轂內(nèi)部的燃料噴嘴軸之間設(shè)置燃料用氣體通過的空間，而且將通過了上述空間的燃燒用氣體流入到上述噴嘴殼體的中心部。
該預(yù)混合噴嘴在用于供給燃料的燃料噴嘴軸與連接著旋流器葉片的輪轂之間設(shè)置使燃燒用氣體通過的空間。在現(xiàn)有的預(yù)混合噴嘴中，由旋流器賦予了旋轉(zhuǎn)的燃燒用氣體在旋轉(zhuǎn)的離心力的作用下朝向噴嘴殼體的內(nèi)壁側(cè)流動，其結(jié)果，在噴嘴殼體中心部產(chǎn)生了低流速區(qū)。而且，由于該低流速區(qū)的存在導(dǎo)致了返火，有使預(yù)混合噴嘴燒壞的危險。在該預(yù)混合噴嘴中，由于燃燒用氣體通過使上述燃燒用氣體通過的空間流到噴嘴殼體的中心部，因此，可以提高該部分處的流速。由此降低了返火的危險性，可以抑制預(yù)混合噴嘴的燒壞。該預(yù)混合噴嘴適用于氣體燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器及燃?xì)廨啓C(jī)(以下相同)。而且，使用了該預(yù)混合噴嘴的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器及燃?xì)廨啓C(jī)抑制了返火，可以實現(xiàn)穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)。
在現(xiàn)有的預(yù)混合噴嘴中也在燃料噴嘴軸與輪轂之間設(shè)置了間隙，但是該間隙的大小是容易將燃料嘴軸組裝入輪轂程度的大小。因此，燃燒用氣體不能通過該間隙，不能獲得本發(fā)明的預(yù)混合噴嘴那樣的作用、效果。
該預(yù)混合噴嘴中的使燃燒用氣體通過的上述空間的大小較好是2.0mm以上，最好是3.0mm以上。另外，所謂燃燒用氣體除了使天然氣等的氣體燃料或重油、輕油等的液體燃料與燃燒用空氣混合的燃燒用氣體之外，也包括從壓縮機(jī)送來的燃燒用空氣。
下一個發(fā)明的預(yù)混合噴嘴是在噴嘴殼體內(nèi)部具有旋流器葉片、與該旋流器葉片連接的管狀的輪轂、燃料噴嘴軸的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的預(yù)混合噴嘴，其特征在于，將朝向上述噴嘴殼體的出口漸漸變細(xì)的上述燃料噴嘴軸的前端部分配置在上述輪轂內(nèi)部，而且，在上述燃料噴嘴軸的前端與上述輪轂之間形成的空間中使燃燒用氣體通過。
該預(yù)混合噴嘴將朝向噴嘴殼體的出口漸漸變細(xì)的上述燃料噴嘴軸的前端部分配置在輪轂的內(nèi)部，使燃燒用氣體通過形成于燃料噴嘴軸的前端與輪轂之間的空間。因此，燃料噴嘴軸具有一定間隔地配置在燃料噴嘴的前端與輪轂之間，該間隔較好是2.0mm以上，最好是3.0mm以上。在該預(yù)混合噴嘴中，由于在確保了旋流器葉片的長度的同時、使燃燒用氣體通過的空間充分大，因此，可以提高噴嘴殼體中心部分處的流速，可以抑制返火的產(chǎn)生。另外，由于只要使燃料噴嘴軸的位置移動到噴嘴殼體出口側(cè)即可，因此，不需要進(jìn)行大幅度的設(shè)計變更。另外，使用該預(yù)混合噴嘴的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器和燃?xì)廨啓C(jī)通過抑制返火也可以實現(xiàn)穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)。
下一個發(fā)明的預(yù)混合噴嘴，是在噴嘴殼體內(nèi)部具有旋流器葉片、與該旋流器葉片連接的管狀的輪轂、燃料噴嘴軸的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的預(yù)混合噴嘴，其特征在于，使上述燃料噴嘴軸一部分變細(xì)，將該燃料噴嘴軸的細(xì)的部分配置在上述輪轂的內(nèi)部，而且使燃燒用氣體通過形成在上述燃料噴嘴軸與上述輪轂內(nèi)周面之間的空間。
該預(yù)混合噴嘴由于使燃料噴嘴軸的一部分變細(xì)，且將該部分配置在輪轂的內(nèi)部，形成于燃料噴嘴軸與輪轂內(nèi)周面之間的燃料用氣體通過用的空間相對于燃燒用空氣的流動方向一定。因此，該空間中的燃燒用氣體通過的橫截面積沿燃燒用氣體的流動方向基本一致，因此，燃燒用空氣的流速幾乎不變低。因此，該預(yù)混合噴嘴與上述預(yù)混合噴嘴相比，可以使噴嘴殼體內(nèi)的流速分布更加均勻。其結(jié)果，可以進(jìn)一步抑制返火的產(chǎn)生。而且，使用了該預(yù)混合噴嘴的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器和燃?xì)廨啓C(jī)也進(jìn)一步抑制了返火從而可以實現(xiàn)穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)。
下一個發(fā)明的預(yù)混合噴嘴，是在噴嘴殼體內(nèi)部具有旋流器葉片、與該旋流器葉片連接的管狀的輪轂、燃料噴嘴軸的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的預(yù)混合噴嘴，其特征在于，在朝向上述預(yù)混合噴嘴的出口直徑漸漸變小的上述輪轂的內(nèi)部配置朝向預(yù)混合噴嘴的出口直徑漸漸變小的燃料噴嘴軸的前端部分，在上述輪轂內(nèi)周與上述噴嘴軸前端的空間中通過燃燒用氣體。
該預(yù)混合噴嘴由于將輪轂的直徑朝向下游漸漸變小，因此，噴嘴殼體與輪轂之間的橫截面積隨著向下游去而變大。因此，該部分、即通過了旋流器葉片的燃燒用的氣體的流速，旋流器葉片的出口側(cè)比入口側(cè)低。因此，由于在通過旋流器葉片的燃燒用氣體的流速與通過了燃料噴嘴軸與輪轂內(nèi)周之間的燃燒用氣體的流速之間速度差變少，因此，噴嘴殼體內(nèi)部的流速分布比上述預(yù)混合噴嘴更加一樣。因此，在該預(yù)混合噴嘴中可以進(jìn)一步抑制返火的產(chǎn)生。另外，形成于燃料噴嘴軸與輪轂內(nèi)周面之間的空間較好是2.0mm以上，最好是3.0mm以上。而且，使用了該預(yù)混合噴嘴的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器和燃?xì)廨啓C(jī)也進(jìn)一步抑制了返火而可以實現(xiàn)穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)。
下一個發(fā)明的預(yù)混合噴嘴，是在噴嘴殼體內(nèi)部具有旋流器葉片、與該旋流器葉片連接的管狀的輪轂、燃料噴嘴軸的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的預(yù)混合噴嘴，其特征在于，使上述燃料噴嘴軸的一部分變細(xì)，將該燃料噴嘴軸的細(xì)的部分配置在朝向下游方向漸漸變細(xì)的上述輪轂的內(nèi)部。
該預(yù)混合噴嘴，形成于噴嘴殼體與輪轂之間的空間朝向流動方向其橫截面積漸漸變大，形成于輪轂與燃料噴嘴軸之間的空間朝向流動方向其斷面漸漸變小。因此，通過噴嘴殼體與輪轂之間的燃燒用氣體的流速，出口側(cè)的流速比入口側(cè)低，通過輪轂與燃料噴嘴軸之間的燃燒用氣體的流速入口側(cè)比出口側(cè)高。因此，旋流器葉片下游的噴嘴殼體內(nèi)部的流速分布比上述預(yù)混合噴嘴更加一樣。因此，在該預(yù)混合噴嘴中，可比上述混合噴嘴進(jìn)一步降低返火的危險性。另外，使用了該預(yù)混合噴嘴的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器和燃?xì)廨啓C(jī)也進(jìn)一步抑制了返火而可以實現(xiàn)穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)。
下一個發(fā)明的預(yù)混合噴嘴，是在噴嘴殼體內(nèi)部具有旋流器葉片、與該旋流器葉片連接的管狀的輪轂、燃料噴嘴軸的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的預(yù)混合噴嘴，其特征在于，將上述燃料噴嘴軸的前端配置在上述輪轂的上游側(cè)，而且在上述輪轂與上述燃料噴嘴軸之間使燃燒用氣體通過。
在該預(yù)混合噴嘴中，由于將燃料噴嘴軸的前端配置在比輪轂的入口更靠上游側(cè)，因此，可以增多流過輪轂內(nèi)部的燃燒用氣體的流量。因此，由于噴嘴殼體內(nèi)部的流速分布均勻，可以在存在于現(xiàn)有的預(yù)混合噴嘴內(nèi)部的低速流速區(qū)抑制預(yù)混合氣體逆流，從而可以抑制返火的產(chǎn)生。燃料噴嘴軸的前端與輪轂入口的距離最好是燃料噴嘴軸的直徑的四分之一以上。這是因為如果離開至少該以上的距離，可以充分確保通過輪轂內(nèi)部的燃燒用氣體的量。另外，使用了該預(yù)混合噴嘴的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器和燃?xì)廨啓C(jī)也進(jìn)一步抑制了返火而可以實現(xiàn)穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)。
下一個發(fā)明的預(yù)混合噴嘴，是在噴嘴殼體內(nèi)部具有旋流器葉片、與該旋流器葉片連接的管狀的輪轂、燃料噴嘴軸的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的預(yù)混合噴嘴，其特征在于，在上述噴嘴殼體內(nèi)部設(shè)有形成朝向上述噴嘴殼體的中心的燃燒用氣體的流動的流動偏向裝置。
在該預(yù)混合噴嘴中，具有用于使燃燒用氣體朝向噴嘴殼體的中心的流動的偏向裝置，在現(xiàn)有的預(yù)混合噴嘴中，由旋流器給予了旋轉(zhuǎn)的燃燒用氣體由于旋轉(zhuǎn)的離心力而朝向噴嘴殼體的內(nèi)壁側(cè)流動，其結(jié)果，在噴嘴殼體中心產(chǎn)生低流速區(qū)。因此，如果使燃燒氣體形成朝向噴嘴殼體中心的向內(nèi)的流動，則可以抵消上述離心力，因此，可以將噴嘴殼體內(nèi)部的流速分布接近一樣的狀態(tài)。由此，抑制預(yù)混合氣體的逆流，從而可以抑制返火。另外，由于不需要在燃料噴嘴軸與輪轂之間設(shè)置燃燒用氣體通過的大的間隙，因此即使在燃料噴嘴軸振動等時，也可以由輪轂約束燃料噴嘴軸的運(yùn)動。由此，在該使用了該預(yù)混合噴嘴的燃燒中，可以抑制由振動等引起的燃燒器的不良現(xiàn)象，從而可以實現(xiàn)穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)。而且，使用了該預(yù)混合噴嘴的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器和燃?xì)廨啓C(jī)也進(jìn)一步抑制了返火而可以實現(xiàn)穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)。
下一個發(fā)明的預(yù)混合噴嘴，具有噴嘴殼體、旋流器葉片、燃料噴嘴軸，該旋流器葉片其一端安裝在上述噴嘴殼體的內(nèi)壁上、且另一方端部開放，上述燃料噴嘴軸配置在由上述旋流器葉片的端部圍著的空間中，其特征在于，通過使燃燒用氣體沿上述燃料噴嘴軸流動，而使燃燒用氣體流到上述噴嘴殼體的中心部分。
該預(yù)混合噴嘴，使旋流器葉片的葉片端開放，在由該開放端圍著的空間中配置燃料噴嘴軸。在該預(yù)混合噴嘴中，由于在燃料噴嘴軸的周圍不存在輪轂，因此，燃燒用氣體的流動不被輪轂妨礙而沿燃料噴嘴軸順利地流動。因此，由于在噴嘴殼的中心部分也流動燃燒用氣體，因此，可以提高該部分的流速，可以使噴嘴殼體內(nèi)部的流速分布接近一樣。其結(jié)果，可以抑制預(yù)混合氣體的逆流從而降低返火的危險性。另外，使用了該預(yù)混合噴嘴的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器和燃?xì)廨啓C(jī)也進(jìn)一步抑制了返火而可以實現(xiàn)穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)。
下一個發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器，其特征在于，具有燃燒器內(nèi)筒和筒狀的燃燒室，上述燃燒器內(nèi)筒在其內(nèi)部具有上述預(yù)混合噴嘴，上述筒狀的燃燒室在其入口側(cè)具有上述燃燒器內(nèi)筒、而且使從上述預(yù)混合噴嘴噴射的預(yù)混合氣體燃燒而形成燃燒氣體。該燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器由于具有上述預(yù)混合噴嘴，因此抑制了返火而可以實現(xiàn)穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，由于可以抑制燃燒器的燒壞，可以延長燃燒器的壽命、也可以減輕保養(yǎng)、檢修的工作量。另外，由于減少了預(yù)混合噴嘴內(nèi)的低流速區(qū)，因此可以更加確實地在燃燒室內(nèi)使預(yù)混合氣體燃燒。因此，由于燃料和燃燒用氣體在前進(jìn)到燃燒室以前被充分的混合，因此，在燃燒時抑制了局部高溫部的產(chǎn)生，可以抑制NOX的產(chǎn)生。
下一個發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)，其特征在于，具有壓縮機(jī)、上述的燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器及氣輪機(jī)，上述壓縮機(jī)壓縮空氣形成燃燒用空氣，上述燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器使燃料混合于從該壓縮機(jī)送來的燃燒用空氣中，再通過使作為兩者的混合氣體的預(yù)混合氣體燃燒而形成燃燒氣體，上述氣輪機(jī)通過噴射在該燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器中形成的燃燒氣體而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力。該燃?xì)廨啓C(jī)由于具有上述燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器，因此抑制返火而可以實現(xiàn)穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)。而且可以抑制由返火帶來的燃燒器等的燒壞，從而可以延長燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器等的壽命。其結(jié)果，可以使維護(hù)、檢修的間隔變長，使用了該燃?xì)廨啓C(jī)的設(shè)備可以使實際運(yùn)轉(zhuǎn)時間變長。
另外，由于可以在燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的燃燒室內(nèi)更加確實地使預(yù)混合氣體燃燒，因此，預(yù)混合氣體被充分混合，從而也可以減少NOX的產(chǎn)生。


圖1是表示本發(fā)明的實施例1的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的預(yù)混合噴嘴的說明圖。
圖2是表示使用于該預(yù)混合噴嘴的燃料噴嘴軸的說明圖。
圖3是表示現(xiàn)有的預(yù)混合噴嘴和實施例1的預(yù)混合噴嘴的噴嘴殼體中的軸向流速分布的說明圖。
圖4是表示本發(fā)明的實施例1的預(yù)混合噴嘴的第一變型例的軸向剖面圖。
圖5是表示本發(fā)明的實施例1的預(yù)混合噴嘴的第二變型例的軸向剖面圖。
圖6是表示本發(fā)明的實施例1的預(yù)混合噴嘴的第三變型例的軸向剖面圖。
圖7是表示本發(fā)明的實施例2的預(yù)混合噴嘴的軸向剖面圖。
圖8是表示本發(fā)明的實施例3的預(yù)混合噴嘴的說明圖。
圖9是表示本發(fā)明的實施例4的預(yù)混合噴嘴的說明圖。
圖10是表示本發(fā)明的實施例5的預(yù)混合噴嘴的說明圖。
圖11是表示本發(fā)明的實施例5的變型例的預(yù)混合噴嘴的說明圖。
圖12是使用了本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的預(yù)混合噴嘴的燃輪機(jī)的燃燒器的說明圖。
圖13是表示使用了本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的預(yù)混合噴嘴的燃輪機(jī)的局部剖面圖。
圖14是表示過去使用的燃?xì)廨啓C(jī)的預(yù)混合燃燒器及預(yù)混合噴嘴的說明圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明。本發(fā)明不由該實施例限定。而且，在下述實施例中的構(gòu)成要素中包含本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員容易設(shè)想的技術(shù)。
(實施例1)圖1是表示本發(fā)明的實施例1的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的預(yù)混合噴嘴的說明圖。該預(yù)混合噴嘴的特征在于，將朝向前端漸漸變細(xì)的燃料噴嘴軸的前端部配置在旋流器的輪轂內(nèi)周，使燃燒用空氣流入該燃料噴嘴軸的前端部與旋流器的輪轂內(nèi)周面的之間的間隙。而且，由該燃燒用空氣提高噴嘴殼體中心附近的流速而使噴嘴殼體內(nèi)的流速分布接近一樣。
實施例1的預(yù)混合噴嘴800具有燃料噴嘴軸200，該燃料噴嘴軸200是可以將輕油和重油等的液體燃料及天然氣等的氣體燃料供給于作為燃燒用氣體的燃燒用空氣的方式的燃料噴嘴軸。圖2是表示使用于該預(yù)混合噴嘴的燃料噴嘴軸的說明圖。如圖2(a)所示，為了供給氣體燃料和液體燃料，燃料噴嘴軸200在其內(nèi)部具有液體燃料通路200d和氣體燃料通路200e。液體燃料從設(shè)在燃料噴嘴軸200的前端部200a上的液體燃料供給孔30供給到噴嘴殼體內(nèi)，與燃燒用氣體混合。
而且，氣體燃料在被導(dǎo)入安裝在燃料噴嘴軸200的上游側(cè)的中空的氣體燃料供給翼20后，從設(shè)在該氣體燃料供給翼20的側(cè)面上的氣體燃料供給孔40噴射到燃燒用空氣中，形成氣體燃料與燃燒用空氣混合的混合氣體、即燃燒用氣體。可以使用于實施例1中的燃料噴嘴軸不限于此，也可以是只供給氣體燃料的方式的燃料噴嘴軸或只供給液體燃料的方式的燃料噴嘴軸(以下同樣)。另外，氣體燃料即可以使用氣體燃料供給翼20供給，也可以通過在燃料噴嘴軸200上設(shè)置氣體燃料供給孔40進(jìn)行供給(以下同樣)。
另外，為了使燃燒用氣體順利地流動，燃料噴嘴軸200的前端部200a上帶有朝向該燃料噴嘴軸200的前端漸漸變細(xì)的錐部。如圖2(a)所示，既可以只在燃料噴嘴軸200的前端部200a上帶有錐部，也可以如圖2(b)那樣地形成為沿燃料噴嘴軸201整體形成朝向前端漸漸變細(xì)的錐狀。這樣，由于沿燃料噴嘴軸201整體燃料用氣體的通過的橫截面積漸漸地進(jìn)行變化，因此，抑制燃燒用氣體的剝離，從而可以使燃燒用氣體更加順利地流動。
該預(yù)混合噴嘴800在噴嘴殼體10內(nèi)部具有用于攪拌燃燒用氣體的旋流器葉片300(參照圖1)。在此，旋流器葉片300如果至少有一片，則可以獲得攪拌燃燒用空氣的作用，但是為了更加有效地攪拌燃燒用氣體，最好是設(shè)置多片旋流器葉片。如圖1(b)所示，在該例子中使用了四片旋流器葉片300。在該旋流器葉片300的中心部安裝著輪轂100，由此使多個旋流器葉片300相互結(jié)合而提高其整體剛性。而且，該輪轂100在由于運(yùn)動中的振動等而使燃料噴嘴軸300產(chǎn)生活動時，也有限制其活動的作用。
燃料噴嘴軸200的前端部200a的一部分配置在輪轂100的內(nèi)部。而且，從壓縮機(jī)器(未圖示)送來的燃燒用空氣從燃料噴嘴軸200的前端部200a與輪轂100的上游側(cè)端部100e之間流入輪轂100內(nèi)，通過該前端部200a與輪轂100的內(nèi)周面之間流向輪轂100的出口側(cè)端部100a側(cè)。即，將存在于燃料噴嘴軸200的前端部200a與輪轂100內(nèi)周面之間的空間作為燃燒用氣體的通路。若將該空間的間隔d做成為現(xiàn)有技術(shù)的2～3倍，則有使噴嘴殼體10內(nèi)的低速區(qū)域減少的效果。具體地講，最好將在現(xiàn)有技術(shù)中為1.0～1.5mm左右的該空間形成為2.0～3.0mm以上。另外，也可以將該間隔d做成為燃料噴嘴軸200的直徑的1/4以上。
但是，由于想要使燃燒器的大小盡量小不能使噴嘴殼體10的直徑過分地變大，而且燃料噴嘴軸200需要在內(nèi)部設(shè)置燃料的通路，因此其直徑不能太小。而且，如果噴嘴殼體10的中心部分的流速是噴嘴殼體10內(nèi)部的平均流速的1/2以上則幾乎不產(chǎn)生返火。因此，在噴嘴10的中心部的流速滿足該條件的范圍內(nèi)、且在滿足上述設(shè)計上的要求的范圍內(nèi)確定間隔d。
從壓縮機(jī)(未圖示)送來的燃燒用空氣在從噴嘴殼體10的入口10b流入后，由旋流器葉片300給予旋轉(zhuǎn)后流入噴嘴殼體10內(nèi)。在其過程中，從氣體燃料供給孔40供給的氣體燃料及從液體燃料供給孔30供給的液體燃料被充分混合而形成預(yù)混合氣體。預(yù)混合氣體然后從噴嘴殼體10的出口10a噴射到燃燒室50內(nèi)，由控制錐形構(gòu)件(未圖示)形成的擴(kuò)散火焰著火而形成預(yù)混合火焰。
圖3是表示現(xiàn)有的預(yù)混合噴嘴與實施例1的預(yù)混合噴嘴的噴嘴殼體內(nèi)的軸向流速分布的說明圖。如圖3(a)所示，在現(xiàn)有的預(yù)混合噴嘴810(參照圖14)中，受由旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力的影響，噴嘴殼體內(nèi)的流速分布成為中心部具有低流速區(qū)的分布。但是，如上所述，在實施例1的預(yù)混合噴嘴800中，從燃料噴嘴軸200的前端部200a與輪轂100內(nèi)周面之間的空間流動燃燒用氣體的一部分。由從該空間流動用的燃燒用氣體，實施例1的噴嘴殼體內(nèi)的軸向的流向分布如圖3(b)所示地與現(xiàn)有的預(yù)混合噴嘴相比可以提高中心部的流速。因此，可以抑制噴嘴殼體中心附近產(chǎn)生的低流速區(qū)引起的預(yù)混合氣體的逆流，可以降低返火的產(chǎn)生。
另外，在現(xiàn)有的預(yù)混合噴嘴中，由于在燃料噴嘴軸的前端部附近存在上述低流速區(qū)，因此，在該前端部附近預(yù)混合火焰容易穩(wěn)定。但是，當(dāng)在該部分預(yù)混合火焰被穩(wěn)定時，在使用輕油等的液體燃料時，蒸發(fā)時間變短，而且與空氣的混合距離變短，不能與燃燒用空氣充分混合，其結(jié)果有時難以抑制NOX的產(chǎn)生。而且，在使用了氣體燃料時，由于與燃燒用空氣的混合距離變短，因此，兩者的混合不充分，燃料濃度高的部分燃燒而產(chǎn)生局部高溫部，其結(jié)果有時難以充分抑制NOX的產(chǎn)生。
在實施例1的預(yù)混合噴嘴中，由于噴嘴殼體中心部的低流速區(qū)域的流速比現(xiàn)有的高，預(yù)混合火焰在噴嘴殼體的出口的下游側(cè)被穩(wěn)定。因此，在使用液體燃料時，可以充分地獲得蒸發(fā)時間及混合距離。因此，可以抑制由于燃料的不均勻的混合引起的局部高溫部的產(chǎn)生，NOX的產(chǎn)生也可以比現(xiàn)有的預(yù)混合噴嘴低。同樣的理由，即使在使用氣體燃燒的情況下，由于也可以充分地取得氣體燃料與燃燒用空氣的混合距離，因此，與現(xiàn)有的預(yù)混合噴嘴相比可以降低NOX的產(chǎn)生。
另外，在該預(yù)混合噴嘴中，如圖1(a)所示，將具有錐部的燃料噴嘴軸200的前端部200a配置在輪轂100的內(nèi)部。因此，即使縮小輪轂100的直徑，如果調(diào)整燃料噴嘴軸200的前端部200a的位置則可以確保由燃料噴嘴軸200與輪轂100的內(nèi)周形成的空間。因此，通過縮小輪轂100的直徑可以加大旋流器葉片300的長度，由此可以由燃燒用氣體給予更強(qiáng)的旋轉(zhuǎn)。其結(jié)果，可以充分地攪拌燃料與燃燒用氣體而可以獲得更加均勻的預(yù)混合氣體，因此，在燃燒時抑制了局部高溫部的產(chǎn)生，從而可以抑制NOX的產(chǎn)生。
另外，也可以通過使旋流器葉片的長度比現(xiàn)有技術(shù)的短來在燃料噴嘴軸與輪轂內(nèi)周面之間設(shè)置燃燒用氣體通過的空間。而且，如圖2(c)及(d)所示，也可以在燃料噴嘴軸202的周圍設(shè)置溝202f，使燃燒用氣體在該溝202f中通過。
(變型例1)圖4是表示本發(fā)明的實施例1的預(yù)混合噴嘴的第一變型例的軸向剖面圖。該預(yù)混合噴嘴的特征在于，使燃料噴嘴軸的一部分比其它部分細(xì)，并將該部分配置在旋流器的輪轂內(nèi)周中，將存在于兩者之間的空間作為燃燒用空氣的通路。而且，將燃燒用氣體從該空間通向旋流器的輪轂下游側(cè)。
燃料噴嘴軸203其一部分的直徑變細(xì)，該部分被配置在輪轂100內(nèi)。而且燃料噴嘴軸203配置在輪轂100內(nèi)的部分在軸向上與輪轂100的內(nèi)軸面大致平行。因此，形成于兩者之間的空間、即間隙成為大致一定的間隔。另外，在燃料噴嘴軸203的前端部201a上具有用于將液體燃料供給到燃燒用空氣的液體燃料供給孔33。在燃料噴嘴軸203的上游側(cè)從設(shè)在氣體燃料供給翼23的側(cè)面上的氣體燃料供給孔43向燃燒用空氣供給。
從噴嘴殼體10的入口10b流入的燃燒用空氣首先從氣體燃料供給孔43供給天然氣等的氣體燃料而形成燃燒用氣體，在噴嘴殼體10內(nèi)流到下游。接著該燃燒用氣體由旋流器葉片300施加旋轉(zhuǎn)而一邊在噴嘴殼體10內(nèi)旋轉(zhuǎn)一邊進(jìn)行流動。在此，上述燃燒用氣體的一部分通過形成于燃料噴嘴軸203與輪轂100內(nèi)周面之間的間隙流向輪轂100的下游。該燃燒用氣體與由旋流器葉片300賦予了旋轉(zhuǎn)的燃燒用氣體在輪轂100下游合流。
這時，由旋流器葉片300賦予了旋轉(zhuǎn)的燃燒用氣體以一定的角速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。另外，由于通過形成于燃料噴嘴軸203與輪轂100內(nèi)周面之間的空間的燃燒用氣體幾乎不旋轉(zhuǎn)，因此，幾乎不具有角速度。由該角速度的不同產(chǎn)生的剪切力而充分地攪動通過了旋流器葉片300的燃燒用氣體和通過了上述空間的燃燒用氣體。
在輪轂100的下游從液體燃料供給孔33供給液體燃料，由于由旋流器葉片300產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)效果和角速度的不同產(chǎn)生的上述攪動效果，被供給的液體燃料被充分混合而形成預(yù)混合氣體。然后，該預(yù)混合氣體從噴嘴殼體10的出口10a噴射到燃燒室50。
該預(yù)混合噴嘴803使燃料噴嘴軸203的一部分變細(xì)，并將該部分配置于旋流器葉片300的輪轂100內(nèi)部。因此，在燃料噴嘴軸203與輪轂100內(nèi)周面之間形成的空間相對于燃燒用氣體的流動方向為一定。在此，在上述預(yù)混合噴嘴800(參照圖1)中，形成于燃料噴嘴軸200與輪轂100內(nèi)周面之間的空間由于朝向燃燒用氣體流動方向變大，燃燒用氣體在通過該部分時其流速稍微變慢。
但是，在該預(yù)混合噴嘴803中，上述空間相對于流動方向基本保持為一定，因此在該部分中燃燒用氣體的流速幾乎不變慢。因此，變型例1的預(yù)混合噴嘴803與上述預(yù)混合噴嘴800相比，可以使噴嘴殼體10內(nèi)的流速分布更加均勻。其結(jié)果，返火的危險更低，另外，由于在比噴嘴殼體10的出口10a更下游可以更加確實地使預(yù)混合火焰穩(wěn)定，也可以降低NOX的產(chǎn)生。
(變型例2)圖5是表示本發(fā)明實施例1的預(yù)混合噴嘴的第二變型例的軸向斷面圖。該預(yù)混合噴嘴其特征在于，將朝向前端漸漸變細(xì)的燃料噴嘴軸的前端部配置在朝向流動方向直徑漸漸變細(xì)的旋流器的輪轂內(nèi)周內(nèi)，在該燃料噴嘴軸的前端部與旋流器的輪轂內(nèi)周之間的間隙中流過燃燒用氣體。
如圖5所示，與旋流器葉片304的一端連接的輪轂104朝向燃燒用空氣的流動方向其直徑漸漸變小。而且，燃料噴嘴軸204的前端部204a帶有朝向前端直徑漸漸變小的錐部，該前端部204a配置在輪轂104內(nèi)。因此，作為燃燒用氣體的通路的燃料噴嘴軸204的前端側(cè)面與輪轂104的內(nèi)周面之間的間隙保持為基本一定的間隔。
該間隔既可以沿輪轂104的軸向一定，也可以沿該軸向使間隙的間隔變化。特別是當(dāng)朝向噴嘴殼體10的下游使該間隙變小時，通過輪轂104和噴嘴殼體10之間的燃燒用氣體的流速在輪轂104的出口變慢，通過上述間隙的燃燒用氣體的流速在輪轂104的出口變快。因此，在旋流器葉片304的下游兩者間的速度差變小，由此可以使噴嘴殼體10內(nèi)的流速分布更加接近均勻。
從噴嘴殼體10的入口10b流入來的燃燒用空氣，從氣體燃料供給孔44供給氣體燃料而形成燃燒用氣體后，其一部分由旋流器葉片304給予旋轉(zhuǎn)。而且，剩余的一部分通過形成于輪轂104內(nèi)周面與燃料噴嘴軸204前端部204a側(cè)面之間的空間后而向輪轂104的下游流動。在輪轂104的下游，通過旋流器葉片304的燃燒用氣體與通過了上述空間的燃燒用氣體合流，再從液體燃料供給孔34供給輕油等的液體燃料而形成預(yù)混合氣體。該預(yù)混合氣體從噴嘴殼體10的出口10a噴射到燃燒室50。
該預(yù)混合噴嘴804由于輪轂104的直徑朝向下游變小，噴嘴殼體10與輪轂104之間的橫截面積隨著朝向下游去而漸漸變大。因此，通過噴嘴殼體10與輪轂104之間的燃燒用氣體、即通過了旋流器葉片304燃燒用氣體出口側(cè)的其流速比入口側(cè)低。因此，在通過旋流器葉片304的燃燒用氣體流速與通過輪轂104與燃料噴嘴軸204的間隙的燃燒用氣體流速之間速度差變少，因此，噴嘴殼體10內(nèi)部的流速分布比上述變型例1的預(yù)混合噴嘴803更一樣。因此，在變型例2的預(yù)混合噴嘴中，返火的危險更低，另外，由于在比噴嘴殼體10的出口10a更靠下游處可以更加確實地使預(yù)混合火焰穩(wěn)定，因此可以使NOX的產(chǎn)生變低。
(變型例3)圖6是表示本發(fā)明的實施例1的預(yù)混合噴嘴的第三變型例的軸向剖面圖。該預(yù)混合噴嘴的特征在于，將燃料噴嘴軸的一部分比其它部分細(xì)，將該部分配置到朝向流動方向直徑變小的旋流器的輪轂內(nèi)周中，將存在于兩者之間的間隙作為燃燒用空氣的通路。即，變型例3的預(yù)混合噴嘴805是組合變型例1的燃料噴嘴軸203(參照圖4)和變型例2的輪轂104(參照圖5)而成的。
從氣體燃燒供給孔45向從壓縮機(jī)(未圖示)送來的燃燒用氣體中供給氣體燃料而形成燃燒用氣體。該燃燒用氣體被分到形成于噴嘴殼體10與輪轂104之間的第一流路1及形成于燃料噴嘴軸203與輪轂104內(nèi)周面之間的第二流路2中流動。如圖6所示，第一流路1隨著朝向噴嘴殼體10的下游前進(jìn)燃燒用氣體所通過的橫截面積變大，相反，第二流路2燃燒用氣體所通過橫截面積變小。
因此，通過了第一流路1燃燒用氣體其流路出口的流速比流路入口的流速低，但是，通過了第二流路2的燃燒用氣體的流速是流路出口方比流路入口方快。因此，噴嘴殼體10內(nèi)的流速分布比上述變型例2的預(yù)混合噴嘴804(參照圖5)更均勻。其結(jié)果，在變型例3的預(yù)混合噴嘴中，返火的危險進(jìn)一步變低，而且，在比噴嘴殼體10的出口10a更靠下游處，可以更加確實地使預(yù)混合火焰穩(wěn)定，可以更加降低NOX的產(chǎn)生。
(實施例2)圖7是表示本發(fā)明的實施例2的預(yù)混合噴嘴的軸向剖面圖。該預(yù)混合噴嘴的特征在于，將燃料噴嘴軸的前端配置在比輪轂的入口更上游側(cè)。該預(yù)混合噴嘴806由于特別適合于只使用氣體燃料的情況，因此首先對只由氣體燃料形成混合氣體的情況進(jìn)行說明。
在噴嘴殼體10的內(nèi)部安裝旋流器葉片306，旋流器葉片306在其中心部具有輪轂106。燃料噴嘴軸206其前端部206a的直徑朝向流動方向漸漸變小，前端部206a配置在比輪轂106的入口106b更靠上游側(cè)。從設(shè)在氣體燃料供給翼26上的氣體燃料供給孔46將氣體燃料供給到從壓縮機(jī)(未圖示)送來的燃燒用空氣中，形成燃燒用氣體。
該燃燒用氣體的一部分在通過噴嘴殼體10與輪轂106之間的期間由旋流器葉片306使其旋轉(zhuǎn)。剩余的燃燒用氣體通過形成于燃料噴嘴軸206的前端206a與輪轂106的入口106b之間的空間流向輪轂106內(nèi)。被分為二的燃燒用氣體在輪轂106的出口106a的下游合流，在流向噴嘴殼體10的下游的過程中兩者被充分地混合。
在該預(yù)混合噴嘴806中，由于可以使在輪轂106內(nèi)流動的燃燒用氣體流量變多，因此，可以將噴嘴殼體10內(nèi)的流速分布接近一樣。因此，通過抑制預(yù)混合氣體的逆流可以抑制返火的產(chǎn)生。另外，由于預(yù)混合氣體不向流速變低的部分逆流，在燃燒室50內(nèi)預(yù)混合火焰被保持。因此，可以充分地確保氣體燃料與燃燒用空氣的混合距離，因此，可以通過抑制局部高溫部的產(chǎn)生來抑制NOX的產(chǎn)生。如圖7(b)所示，也可以將輪轂107的直徑朝向下游變小。這樣，輪轂107的出口107a處的燃燒用氣體的流速由于比入口107b處的流速高，因此可以使噴嘴殼體10內(nèi)的流速分布更加均勻。由此，可以進(jìn)一步抑制返火及NOX的產(chǎn)生。
當(dāng)在使用于該預(yù)混合噴嘴806的燃料噴嘴軸206的前端部206a上設(shè)置液體燃料供給孔來供給液體燃料時，由下游側(cè)的輪轂106妨礙液體燃料的分散。因此，在該預(yù)混合噴嘴806中使液體燃料燃燒時，也可以如圖7(c)所示地使用中空的旋流器葉片307，在下游側(cè)的旋流器葉片307的邊緣上設(shè)置液體燃料供給孔37，從該處將液體燃料供給于燃燒用氣體。這樣，即使在實施例2的預(yù)混合噴嘴中也可以使用液體燃料。
(實施例3)圖8是表示本發(fā)明的實施例3的預(yù)混合噴嘴的說明圖。該預(yù)混合噴嘴的特征在于，在噴嘴殼體內(nèi)具有使燃燒用氣體的流動方向朝向噴嘴殼體的中心的裝置。在噴嘴殼體的中心產(chǎn)生低流速區(qū)的原因是，由旋流器施加了旋轉(zhuǎn)的燃燒用氣體由于旋轉(zhuǎn)的離心力而朝向噴嘴殼體的徑向外側(cè)去。實施例3的預(yù)混合噴嘴由使上述流動方向朝向噴嘴殼體的中心的裝置使欲向噴嘴殼體外側(cè)去的流動朝向內(nèi)側(cè)，而使噴嘴殼體內(nèi)的流速分布均勻。
如圖8(a)所示，該預(yù)混合噴嘴807作為使流動方向朝向噴嘴殼體10的中心的裝置使用的是朝向流動方向直徑變小的筒狀的偏向環(huán)80。該偏向環(huán)80安裝在旋流器葉片308上。天然氣等氣體燃料供給到從噴嘴殼體10的入口10b流入來的燃燒用空氣中而形成燃燒用氣體。該燃燒用氣體由設(shè)置在噴嘴殼體10內(nèi)的旋流器葉片308給予旋轉(zhuǎn)。同時，在該燃燒用氣體上由安裝在旋流器葉片308上的偏向環(huán)80給予朝向噴嘴殼體10的中心的流動。
實施例3的預(yù)混合噴嘴807由于由朝向該中心的流動緩和由旋轉(zhuǎn)引起的離心力，因此，可以使噴嘴殼體10內(nèi)的流速分布均勻。而且，該預(yù)混合噴嘴807即使將燃料噴嘴軸207與輪轂107的間隔加大，也可以由偏向環(huán)80使噴嘴殼體10內(nèi)的流速分布接近均勻。因此，即使在燃料噴嘴軸207由于振動等而活動時，也可以由輪轂107將其活動限制小，因此，與實施例1或2中的預(yù)混合噴嘴相比，耐振動等的外干擾的能力強(qiáng)。另外，由于偏向環(huán)80也可以起到加強(qiáng)構(gòu)件的作用，因此，通過抑制旋流器葉片308的振動等可以實現(xiàn)穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)。
在上述例子中，將偏向環(huán)80安裝在了旋流器葉片308上，但是，也可以將偏向環(huán)80配置在旋流器葉片308的下游。另外，也可以將偏向環(huán)80配置在旋流器葉片308的上游，但是這時緩和由旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力的作用稍微變?nèi)酢?br> 另外，作為使燃燒用氣體的流向朝向噴嘴殼體10的中心的手段，也可以是如圖8(d)所示地在旋流器葉片309的輪轂107側(cè)設(shè)置流動偏向部309a，在該部分使燃燒用氣體朝向噴嘴殼體10的中心的流動。這樣，由于是相對于過去的預(yù)混合噴嘴幾乎沒有改變構(gòu)造，因此，在現(xiàn)有技術(shù)的延長線上可以實現(xiàn)制造或保護(hù)、檢修。
(實施例4)圖9是表示本發(fā)明的實施例4的預(yù)混合噴嘴的說明圖。該預(yù)混合噴嘴特征在于，使用具有沿軸向貫通燃料噴嘴軸的燃燒用氣體的通過孔的燃料噴嘴軸。在該預(yù)混合噴嘴808中，在噴嘴殼體10內(nèi)具有燃料噴嘴軸208，該燃料噴嘴軸208具有用于使作為燃燒用氣體的燃燒用空氣流向旋流器葉片310的下游側(cè)的通過孔。
如圖9(b)所示，燃料噴嘴軸208，在其內(nèi)部具有作為燃料空氣用通過孔的、沿其軸向貫通燃料噴嘴軸208的內(nèi)筒150。該內(nèi)筒150的入口150b對燃料噴嘴軸208的上游側(cè)開口(圖9(a))，為了容易取入燃燒用空氣，入口150b的形狀形成為漏斗狀。入口150b的形狀不限于漏斗狀。
內(nèi)筒150的出口150a(如圖9(b))所示在燃燒噴嘴軸208的前端部208a開口，流入入口150b的燃燒用空氣從該出口150a流向旋流器葉片310的下游側(cè)。如圖9(b)所示，當(dāng)在內(nèi)筒150的出口150a上設(shè)置節(jié)流部時，可以使燃燒用空氣的流速變高，因此，可以更加使噴嘴殼體10內(nèi)的流速分布接近于一定。
從壓縮機(jī)(未圖示)送來的燃燒用空氣的一部分從內(nèi)筒150的入口150b流向內(nèi)筒150內(nèi)部。剩余的燃燒用空氣與從氣體燃料供給孔48供給的氣體燃料形成燃燒用氣體后朝向噴嘴殼體10的下游流動。而且，該燃燒用氣體由旋流器葉片310賦予旋轉(zhuǎn)，在旋流器葉片310的下游由于旋轉(zhuǎn)離心力而成為朝向噴嘴殼體10的徑向外側(cè)的旋轉(zhuǎn)流進(jìn)行流動。
當(dāng)然這樣不變時，在噴嘴殼體10的中心部附近形成低流速區(qū)，但是，在該預(yù)混合噴嘴808中由于從內(nèi)筒150的出口150a流出燃燒用空氣，因此噴嘴殼體10的中心部的流速不降低。因此，噴嘴殼體10內(nèi)的流速分布接近一樣，由此可以降低返火或NOX。另外在實施例4的預(yù)混合噴嘴808中，不必要向?qū)嵤├?或?qū)嵤├?的預(yù)混合噴嘴那樣將燃料噴嘴軸208與輪轂108的間隔形成的那樣大。因此，即使在燃料噴嘴軸208由于振動等而活動時，也可以由輪轂108減小其活動。因此，該與混合噴嘴808與實施例1或?qū)嵤├?的預(yù)混合噴嘴相比，抵抗振動等的外部干擾的能力強(qiáng)，不管其運(yùn)轉(zhuǎn)狀況如何都可以獲得穩(wěn)定的燃燒。
(實施例5)圖10是表示本發(fā)明的實施例5的預(yù)混合噴嘴的說明圖。該預(yù)混合噴嘴的特征在于，不使用旋流器的輪轂，在由端部開放的多個旋流器葉片圍著的空間中配置燃料噴嘴軸。在噴嘴殼體10內(nèi)安裝旋流器葉片311的一端，其另一端部被開放。在由旋流器葉片311的開放端部311a圍成的空間(由圖10(b)的A包圍的部分)中配置燃料噴嘴軸209。
從壓縮機(jī)(未圖示)送來的作為燃燒用氣體的燃燒用空氣的一部分與從氣體燃料供給孔49供給的氣體燃料形成燃燒用氣體并流向噴嘴殼體10的下游。而且，該燃燒用氣體由旋流器葉片311賦予旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)的離心力作用下成為朝向噴嘴殼體10的徑向外側(cè)去的旋轉(zhuǎn)流進(jìn)行流動。在現(xiàn)有的預(yù)混合噴嘴中，如圖14所示，將燃料噴嘴軸220配置在輪轂120的內(nèi)部，因此，由輪轂120阻礙了燃燒用氣體的流動，其結(jié)果，在噴嘴殼體10的中心附近，燃燒用氣體不流動。但是，在該預(yù)混合噴嘴869中由于不使用輪轂，不會妨礙燃燒用氣體的流動。而且，燃燒用氣體沿燃料噴嘴軸209的表面不剝離地進(jìn)行順利地流動，因此，燃燒用氣體也在噴嘴殼體10的中心附近流動，因此，噴嘴殼體內(nèi)的流速分布平均化。其結(jié)果，噴嘴殼體10內(nèi)的流速分布接近一樣，因此可以降低返火或NOX。
(變型例)圖11是表示實施例5的變型例的混合噴嘴的說明圖。該預(yù)混合噴嘴的特征在于，在燃料噴嘴軸的表面形成著溝，在該溝中插入旋流器葉片的開放端部。實施例5的預(yù)混合噴嘴由于不使用輪轂，因此只由旋流器葉片的端保持燃料噴嘴軸。因此在運(yùn)轉(zhuǎn)中，在燃料噴嘴軸產(chǎn)生振動等時，不能充分地抑制該振動，有給燃料供給帶來障礙或給燃燒器的各部施加不良影響的危險。該預(yù)混合噴嘴是用于解決該問題。
在燃料噴嘴軸210的表面上形成著用于插入旋流器葉片的開放端部的溝210f。在噴嘴殼體10內(nèi)安裝著旋流器葉片311的一端，另一端部開放著。與實施例5的預(yù)混合噴嘴809(參照圖10)同樣，在由旋流器葉片311的開放端部圍著的空間中配置燃料噴嘴軸210。這時，在形成于燃料噴嘴軸210上的溝210f中插入旋流器葉片311的開放部311a。由于容易將燃料噴嘴軸210組裝入旋流器葉片311中，因此，可以如圖11(c)所示地與燃料噴嘴軸210上形成的溝210f平行地形成旋流器葉片311的開放端部311a。這樣，由于可以容易地將燃料噴嘴軸210組裝入旋流器葉片311，因此，組裝作業(yè)不費事。
該預(yù)混合噴嘴810通過將旋流器葉片311的開放端部311a插入溝210f來保持燃料噴嘴軸210，因此，可以抑制燃料噴嘴軸210的自由運(yùn)動。因此，該預(yù)混合噴嘴810除了在上述實施例5的預(yù)混合噴嘴809中獲得的效果之外，還可以獲得抵抗振動等的外部干擾的能力強(qiáng)、不管燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況如何都可以獲得穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)的效果。
(實施例6)在實施例6中，對在燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器及燃?xì)廨啓C(jī)中使用了本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的預(yù)混合噴嘴的例子進(jìn)行說明。圖12是表示使用了本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的預(yù)混合噴嘴的燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器的說明圖。該燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器730在擴(kuò)散火焰形成噴嘴63與燃燒器內(nèi)筒之間具有本發(fā)明的預(yù)混合噴嘴800(參照圖1)。從圖12雖然不能看清楚，但是，預(yù)混合噴嘴800在擴(kuò)散火焰形成噴嘴63的周圍設(shè)置有8個。該數(shù)量不限定于8個，可以根據(jù)燃燒器或燃?xì)廨啓C(jī)的規(guī)格適當(dāng)?shù)馗淖儭？梢允褂糜谏鲜鋈紵?30的預(yù)混合噴嘴不限定于此，上述的本發(fā)明的預(yù)混合噴嘴都可以使用。在燃燒器內(nèi)筒510的出口設(shè)置燃燒室內(nèi)筒515，由該燃燒室內(nèi)筒515圍成的筒狀的空間形成燃燒室50。另外，在燃燒器內(nèi)筒510及燃燒室內(nèi)筒515的內(nèi)側(cè)設(shè)有燃燒器外筒600，由此，保持燃燒器內(nèi)筒510及燃燒室內(nèi)筒515。
圖13是表示使用了本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的預(yù)混合噴嘴的燃?xì)廨啓C(jī)的局部剖面圖。該燃?xì)廨啓C(jī)700具有壓縮機(jī)720、燃燒器730、氣輪機(jī)740，該壓縮機(jī)720壓縮被導(dǎo)入的空氣形成燃燒用空氣，上述燃燒器730向從壓縮機(jī)720送來的燃燒用空氣中噴射天然氣等的氣體燃料或輕油等的液體燃料而使其產(chǎn)生高溫的燃燒氣體，該氣輪機(jī)740由該燃燒氣體使其產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力。在此，燃燒器730是上述的燃燒器730。
下面參照圖12及圖13說明該燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器及燃?xì)廨啓C(jī)的動作，燃?xì)廨啓C(jī)700的壓縮機(jī)720與氣輪機(jī)740連接，由氣輪機(jī)740的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動而將從壓縮機(jī)入口721取入的空氣壓縮。由壓縮機(jī)720壓縮的空氣的大半部分作為燃燒用空氣使用，剩余的壓縮空氣用于冷卻燃?xì)廨啓C(jī)的動葉片、靜葉片或稱為尾筒的高溫構(gòu)件。
從壓縮機(jī)720送來的燃燒用空氣通過燃燒器外筒600與燃燒內(nèi)筒510之間從燃燒器內(nèi)筒510的入口側(cè)進(jìn)入預(yù)混合噴嘴800及擴(kuò)散火焰形成噴嘴63內(nèi)。擴(kuò)散火焰形成噴嘴63在其中心部分具有控制燃料供給噴嘴62，從該處將控制燃料噴射到燃燒用空氣中而形成擴(kuò)散火焰。另外，在擴(kuò)散火焰形成噴嘴63的出口具有擴(kuò)散火焰形成錐60，從此將擴(kuò)散火焰噴射到燃燒室50內(nèi)。
流入到混合噴嘴800內(nèi)的壓縮空氣由旋流器葉片300賦予旋轉(zhuǎn)并在噴嘴殼體10內(nèi)流動。在其過程中，從氣體燃料供給孔40供給的氣體燃料及從液體燃料供給孔30供給的液體燃料被充分地混合而形成預(yù)混合氣體。其后，預(yù)混合氣體從噴嘴殼體10的出口10a向燃燒室50內(nèi)噴射，由以控制錐60形成的擴(kuò)散火焰點火形成預(yù)混合火焰。在預(yù)混合燃燒中由于相對于燃料是在空氣過剩的狀態(tài)下進(jìn)行燃燒，因此與擴(kuò)散燃燒相比可以降低火焰溫度，由此可以抑制NOX的產(chǎn)生。
另外，在該燃燒器730中由于使用了本發(fā)明的預(yù)混合噴嘴，因此抑制了預(yù)混合氣體的逆流，從而抑制了返火，可以穩(wěn)定地形成預(yù)混合火焰。而且，在該燃燒器730中由于幾乎不產(chǎn)生預(yù)混合氣體的逆流，因此預(yù)混合氣體在燃燒室50內(nèi)穩(wěn)定地進(jìn)行燃燒。因此，在燃料被供給后到前進(jìn)到燃燒室50的過程中，由于燃料和燃燒用空氣被充分地混合，因此，在作為兩者的混合氣體的預(yù)混合氣體中幾乎不存在燃料濃度高的部分。其結(jié)果，在預(yù)混合氣體燃燒時由于抑制了局部高溫部的產(chǎn)生，因此，可以進(jìn)一步降低NOX的產(chǎn)生。
從預(yù)混合火焰產(chǎn)生的高溫高壓燃燒氣體從燃燒室50導(dǎo)引向燃燒器尾筒750，向氣輪機(jī)740噴射。氣輪機(jī)740在該燃燒氣體作用下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)動力。其一部分由于驅(qū)動壓縮機(jī)720而被消耗，剩余的動力用于驅(qū)動發(fā)電機(jī)等。驅(qū)動了氣輪機(jī)740的燃燒氣體成為廢氣被排出到氣輪機(jī)外部。由于該廢氣還保持著高溫度，因此，由HRSG(Heat Recovery Steam Generator排熱回收鍋爐)等也可以回收其熱能。
該燃?xì)廨啓C(jī)由于使用該發(fā)明這樣的預(yù)混合噴嘴，因此抑制了返火而可以獲得穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，該發(fā)明的預(yù)混合噴嘴由于也獲得了抑制NOX的效果，因此，對于環(huán)境的影響也小。另外，通過抑制返火也可抑制燃燒器的燒壞，其結(jié)果，可以延長燃燒器等的壽命，減輕了保養(yǎng)、檢修的負(fù)擔(dān)。其結(jié)果，使用該氣輪機(jī)的設(shè)備可以加長其實際運(yùn)轉(zhuǎn)時間，可以容易地進(jìn)行合乎需要的柔性的運(yùn)轉(zhuǎn)。
如以上說明的那樣，在該發(fā)明的預(yù)混合噴嘴中，在用于供給燃料的燃料噴嘴軸與連接了旋流器葉片的輪轂之間設(shè)有使燃燒用氣體通過的空間。因此，由于燃燒用氣體通過使上述燃燒用氣體通過的空間流到噴嘴殼體的中心部，因此可以提高該部分處的流速。由此，使噴嘴殼體內(nèi)部的燃燒用氣體的流速分布接近一樣，而降低了返火的危險性，從而可以抑制預(yù)混合噴嘴的燒壞。
在接下來的發(fā)明的預(yù)混合噴嘴中，在輪轂的內(nèi)部配置朝向噴嘴殼體的出口漸漸變細(xì)的上述燃料噴嘴軸的前端部分，在燃料噴嘴軸的前端與輪轂之間形成的空間中使燃料氣體通過。因此，可以一邊確保旋流器葉片的長度一邊充分地獲得燃燒用氣體所通過的空間，因此可以一邊對燃燒用氣體賦予強(qiáng)的旋轉(zhuǎn)一邊提高噴嘴殼體中心部分的流速。由此，可以抑制返火的產(chǎn)生，而且可以由強(qiáng)的旋轉(zhuǎn)充分地使燃料與燃燒用空氣混合，從而可以降低NOX。另外，由于只要將燃料噴嘴軸的位置移動到噴嘴殼體出口側(cè)即可，因此，不需要大幅度地進(jìn)行設(shè)計變更。
在接下來的發(fā)明的預(yù)混合噴嘴中，由于將燃料噴嘴軸的一部分變細(xì)，將該部分配置在輪轂的內(nèi)部，因此，形成在燃料噴嘴軸與輪轂內(nèi)周面之間的燃燒用氣體通過用的空間相對于燃燒用空氣的流動方向為一定。因此，由于該空間的燃燒用氣體所通過的橫截面積基本一定，因此通過該空間的燃燒用氣體的流速幾乎不變小。因此，該預(yù)混合噴嘴與上述預(yù)混合噴嘴相比，可以使噴嘴殼體內(nèi)的流速分布更加均勻，因此可以進(jìn)一步抑制返火的產(chǎn)生。
在接下來的發(fā)明的預(yù)混合噴嘴中，由于使輪轂的直徑朝向噴嘴殼體的下游漸漸變小，因此，噴嘴殼體與輪轂之間的橫截面積隨著向噴嘴殼體的下游前進(jìn)而漸漸變大。因此，通過旋流器葉片的燃燒用氣體的流速在旋流器葉片的出口變慢，可以縮小其與通過燃料噴嘴軸與輪轂內(nèi)周面之間的燃燒用氣體的速度差。因此，噴嘴殼體內(nèi)部的流速分布比上述預(yù)混合噴嘴更加一樣，因此，可以進(jìn)一步降低返火的危險。
在接下來的發(fā)明的預(yù)混合噴嘴中，將燃料噴嘴軸的一部分變細(xì)，將該燃料噴嘴軸的細(xì)的部分配置在朝向下游側(cè)漸漸變細(xì)的輪轂的內(nèi)部。因此，通過噴嘴殼體與輪轂之間的燃燒用氣體的流速出口側(cè)方比入口側(cè)小，通過輪轂與燃料噴嘴軸之間的燃燒用氣體的流速出口側(cè)方比入口側(cè)快。因此，旋流器下游的兩者的流速差變少，因此旋流器葉片的下游的噴嘴殼體內(nèi)部的流速分布可以比上述預(yù)混合噴嘴更加一樣。其結(jié)果，可以比上述預(yù)混合噴嘴更加降低返火的危險性，可以延長預(yù)混合噴嘴的壽命。
在接下來的發(fā)明的預(yù)混合噴嘴中，由于將燃燒噴嘴的前端配置在比輪轂的入口更靠上游側(cè)，因此，可以獲得多的流過輪轂內(nèi)部燃燒用氣體的流量。因此，可以使噴嘴殼體內(nèi)部的流速分布接近一樣，因此，可以抑制在存在于現(xiàn)有的預(yù)混合噴嘴內(nèi)部的低流速區(qū)中預(yù)混合氣體逆流的現(xiàn)象，抑制返火的產(chǎn)生，從而可以抑制預(yù)混合噴嘴的燒壞。
在接下來的發(fā)明的預(yù)混合噴嘴中，在噴嘴殼體內(nèi)部具有用于將燃燒用氣體朝向噴嘴殼體中心流動的偏向裝置。因此，可以將在旋轉(zhuǎn)離心力作用下產(chǎn)生的朝向噴嘴殼體的內(nèi)壁側(cè)的燃燒用氣體的流動朝向噴嘴殼體中心部，因此，可以使噴嘴殼體內(nèi)部的流速分布接近一樣的狀態(tài)。由此，可以抑制預(yù)混合氣體的逆流，從而可以抑制返火。
在接下來的發(fā)明的預(yù)混合噴嘴中，使旋流器葉片的葉片端開放，在由開放端圍著的空間中配置燃料噴嘴軸。因此，在燃料噴嘴軸的周圍由于不存在輪轂，因此燃燒用氣體沿燃料噴嘴軸順利地流動。其結(jié)果，在噴嘴殼體的中心部也流動燃燒用氣體，可以使該部分的流速提高，因此，可以使噴嘴殼體內(nèi)部的流速分布接近一樣。因此，抑制了預(yù)混合氣體的逆流，從而可以降低返火危險性。
在接下來的發(fā)明的預(yù)混合噴嘴中，由于由上述預(yù)混合噴嘴形成預(yù)混合氣體并使其燃燒，因此抑制了返火，可以獲得穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)。而且，由于也可以抑制燃燒器的燒壞，燃燒器的壽命變長，可以減輕保養(yǎng)、檢修的負(fù)擔(dān)。
在接下來的發(fā)明的預(yù)混合噴嘴中，由于由上述燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器具有燃燒氣體，因此抑制了返火，可以獲得穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，由于可以抑制返火，因此，抑制了燃燒器等的燒壞，燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的壽命也變長，其結(jié)果，加長了保養(yǎng)、檢修的間隔。因此，在使用了該燃?xì)廨啓C(jī)的設(shè)備中可以加長實際運(yùn)轉(zhuǎn)時間，可以容易進(jìn)行符合需要的運(yùn)轉(zhuǎn)。
如上所述，本發(fā)明的預(yù)混合噴嘴、燃燒器以及燃?xì)廨啓C(jī)對于燃?xì)廨啓C(jī)有用，適用于抑制返火的產(chǎn)生來抑制預(yù)混合噴嘴或燃燒器的燒壞。
權(quán)利要求
1.一種預(yù)混合噴嘴，它是在噴嘴殼體內(nèi)部具有旋流器葉片、與該旋流器葉片連接的管狀的輪轂、燃料噴嘴軸的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的預(yù)混合噴嘴，其特征在于，在上述輪轂的內(nèi)周面與位于上述輪轂內(nèi)部的燃料噴嘴軸之間設(shè)置燃料用氣體通過的空間，而且將通過了上述空間的燃燒用氣體流到上述噴嘴殼體的中心部。
2.一種預(yù)混合噴嘴，它是在噴嘴殼體內(nèi)部具有旋流器葉片、與該旋流器葉片連接的管狀的輪轂、燃料噴嘴軸的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的預(yù)混合噴嘴，其特征在于，將朝向上述噴嘴殼體的出口漸漸變細(xì)的上述燃料噴嘴軸的前端部分配置在上述輪轂的內(nèi)部，而且使燃燒用氣體通過在上述燃料噴嘴軸的前端與上述輪轂之間形成的空間中。
3.一種預(yù)混合噴嘴，它是在噴嘴殼體內(nèi)部具有旋流器葉片、與該旋流器葉片連接的管狀的輪轂、燃料噴嘴軸的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的預(yù)混合噴嘴，其特征在于，使上述燃料噴嘴軸一部分變細(xì)，將該燃料噴嘴軸的細(xì)的部分配置在上述輪轂的內(nèi)部，而且使燃料用氣體通過在形成在上述燃料噴嘴軸與上述輪轂內(nèi)周面之間的空間中。
4.一種預(yù)混合噴嘴，它是在噴嘴殼體內(nèi)部具有旋流器葉片、與該旋流器葉片連接的管狀的輪轂、燃料噴嘴軸的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的預(yù)混合噴嘴，其特征在于，在朝向上述預(yù)混合噴嘴的出口直徑漸漸變小的上述輪轂的內(nèi)部配置朝向預(yù)混合噴嘴的出口直徑漸漸變小的燃料噴嘴軸的前端部分，使燃燒用氣體通過在上述輪轂內(nèi)周與上述噴嘴軸前端的空間中。
5.一種預(yù)混合噴嘴，它是在噴嘴殼體內(nèi)部具有旋流器葉片、與該旋流器葉片連接的管狀的輪轂、燃料噴嘴軸的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的預(yù)混合噴嘴，其特征在于，使上述燃料噴嘴軸的一部分變細(xì)，將該燃料噴嘴軸的細(xì)的部分配置在朝向下游方向漸漸變細(xì)的上述輪轂的內(nèi)部。
6.一種預(yù)混合噴嘴，它是在噴嘴殼體內(nèi)部具有旋流器葉片、與該旋流器葉片連接的管狀的輪轂、燃料噴嘴軸的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的預(yù)混合噴嘴，其特征在于，將上述燃料噴嘴軸的前端配置在上述輪轂的上游側(cè)，而且使燃燒用氣體通過上述輪轂與上述燃料噴嘴軸之間。
7.一種預(yù)混合噴嘴，它是在噴嘴殼體內(nèi)部具有旋流器葉片、與該旋流器葉片連接的管狀的輪轂、燃料噴嘴軸的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的預(yù)混合噴嘴，其特征在于，在上述噴嘴殼體內(nèi)部設(shè)有形成朝向上述噴嘴殼體的中心的燃燒用氣體的流動的流動偏向裝置。
8.一種預(yù)混合噴嘴，其特征在于，具有噴嘴殼體、旋流器葉片、燃料噴嘴軸，該旋流器葉片其一端安裝在上述噴嘴殼體的內(nèi)壁上、且其另一方端部開放，上述燃料噴嘴軸配置在由上述旋流器葉片的端部圍成的空間中，通過使燃燒用氣體沿上述燃料噴嘴軸流動而使燃燒用氣體流到上述噴嘴殼體的中心部。
9.一種燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器，其特征在于，在具有燃燒器內(nèi)筒和筒狀的燃燒室，上述燃燒器內(nèi)筒在其內(nèi)部具有權(quán)利要求1～8中的任何一項所述的預(yù)混合噴嘴，上述筒狀的燃燒室在其入口側(cè)具有上述燃燒器內(nèi)筒、而且使從上述預(yù)混合噴嘴噴射的預(yù)混合氣體燃燒而形成燃燒氣體。
10.一種燃?xì)廨啓C(jī)，其特征在于，具有壓縮機(jī)、權(quán)利要求9的燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器及氣輪機(jī)，上述壓縮機(jī)壓縮空氣而形成燃燒用空氣，上述燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器使燃料混合于從該壓縮機(jī)送來的燃燒用空氣中，再通過使作為兩者的混合氣體的預(yù)混合氣體燃燒形成燃燒氣體，上述氣輪機(jī)通過噴射在該燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器中形成的燃燒氣體而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種預(yù)混合噴嘴，該預(yù)混合噴嘴(800)在噴嘴殼體(10)內(nèi)部具有用于攪拌燃燒用空氣的旋流器葉片(300)。旋流器葉片(300)的一端安裝在噴嘴殼體(10)，其另一端與輪轂(100)連接。燃料噴嘴軸(200)的前端部(200a)形成為圓錐狀，前端部(200a)的一部分配置輪轂(100)的內(nèi)部。燃燒用氣體從燃料噴嘴軸(200)的前端部(200a)與輪轂(100)的上游側(cè)端部(100b)之間流入輪轂(100)內(nèi)，通過該前端部(200a)與輪轂(100)的內(nèi)周面之間流到輪轂(100)的下游側(cè)。
文檔編號F23R3/28GK1464958SQ02802306
公開日2003年12月31日 申請日期2002年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月10日
發(fā)明者萬代重實, 齋藤圭司郎, 田中克則, 秋月涉 申請人:三菱重工業(yè)株式會社