本發(fā)明涉及具有用于形成回旋流的旋流器的燃燒嘴、以及具備該燃燒嘴的燃燒器及燃氣渦輪。

背景技術(shù)：

通常，作為用于生成燃燒氣體的燃燒嘴，已知有具備使空氣回旋的旋流器的燃燒嘴。例如在具備壓縮機、設(shè)有燃燒嘴的燃燒器、以及渦輪的燃氣渦輪中，作為燃燒嘴而使用先導燒嘴、主燃燒嘴(預混合燃燒嘴)，在這樣的燃燒嘴的空氣流路中設(shè)有旋流器。

在專利文獻1中，記載有在燃燒噴嘴的周圍的空氣通路中呈放射狀地設(shè)有多個回旋葉片(旋流器)的燃燒嘴。另外，在專利文獻1中，還記載有設(shè)有分隔壁的結(jié)構(gòu)，該分隔壁將空氣通路分隔為內(nèi)周側(cè)的空氣通路和外周側(cè)的空氣通路。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，由于燃燒噴嘴的下游側(cè)端部被通過內(nèi)周側(cè)的空氣通路后的空氣層(薄膜層)覆蓋，因此，能夠抑制該部位的高溫化。

此外，專利文獻2記載有如下燒嘴，該燒嘴具備：對半徑方向內(nèi)側(cè)的空氣路域與半徑方向外側(cè)的空氣路域進行分隔的分隔壁、以及設(shè)于半徑方向外側(cè)的空氣路域的旋流器。在該燒嘴中，在半徑方向內(nèi)側(cè)的空氣路域中不對空氣賦予回旋，從而實現(xiàn)內(nèi)側(cè)的軸流速度的增大。

在先技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2010-249449號公報

專利文獻2：日本特開2010-223577號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

然而，在燃燒嘴中，要求抑制噴嘴、噴嘴周邊部位的燒毀等的成為燒嘴不良的一個因素的回火發(fā)生的情況。通常，已知火焰容易朝向軸流速度慢且燃料濃度高的區(qū)域逆流而上。即，在氣體的軸流速度慢的區(qū)域容易發(fā)生回火，并且在氣體中的燃料濃度高的區(qū)域也容易發(fā)生回火。

在燃燒嘴的空氣流路中，在由旋流器形成的回旋流的旋渦中心側(cè)形成軸流速度比其周圍慢的區(qū)域，并且，因形成于空氣流路的壁面附近的層流而形成軸流速度慢的區(qū)域。在這些區(qū)域，火焰的傳播速度超過軸流速度而發(fā)生回火的可能性高。另一方面，氣體的燃料濃度高時，著火性也增加，因此，在該情況下發(fā)生回火的可能性當然高。因此，當在軸流速度慢的區(qū)域中燃料濃度變高時，發(fā)生回火的可能性更進一步提高。

關(guān)于這一點，根據(jù)專利文獻1，由于利用薄膜層覆蓋噴嘴周圍的邊界層處的軸流速度慢的區(qū)域，因此，從軸流速度的觀點出發(fā)，能夠在一定程度上抑制發(fā)生回火的可能性。但是，從回旋葉片的噴射孔噴射出的燃料可能混入到薄膜層中，根據(jù)燃料濃度的觀點，無法避免發(fā)生回火的風險。

另外，在專利文獻2中，為了抑制回火而實現(xiàn)了半徑方向內(nèi)側(cè)的空氣路域中的軸流速度的增大，但未實施任何從燃料濃度的觀點出發(fā)的回火抑制對策。

鑒于上述情況，本發(fā)明的至少一實施方式的目的在于，提供一種能夠有效地抑制回火的發(fā)生的燃燒嘴、燃燒器、以及燃氣渦輪。

解決方案

本發(fā)明的至少一實施方式所涉及的燃燒嘴的特征在于，具備：

噴嘴；

旋流槳葉，其具有用于噴射燃料的燃料噴射孔，并且設(shè)置于在所述噴嘴的周圍沿著所述噴嘴的軸向延伸的環(huán)狀的空氣流路而使在該空氣流路中流動的空氣回旋；以及

環(huán)狀的分隔板，其在所述噴嘴的半徑方向上對所述空氣流路中的至少所述旋流槳葉的下游側(cè)的區(qū)域進行分隔，將所述空氣流路中的至少所述區(qū)域分割為與所述噴嘴的外周面相面對的內(nèi)側(cè)流路以及相對于該內(nèi)側(cè)流路而位于所述半徑方向的外側(cè)的外側(cè)流路，

所述燃料噴射孔位于所述空氣流路的所述外側(cè)流路內(nèi)，

所述分隔板的上游側(cè)的端部在所述軸向上位于比所述燃料噴射孔靠上游側(cè)的位置。

在上述燃燒嘴中，利用分隔板將空氣流路中的至少下游側(cè)的區(qū)域分隔為內(nèi)側(cè)流路和外側(cè)流路，利用在內(nèi)側(cè)流路流動的空氣形成覆蓋噴嘴外周面的薄膜空氣層。此外，形成于外側(cè)流路內(nèi)的燃料噴射孔位于比分隔板靠上游側(cè)的位置，因此，能夠防止從燃料噴射孔噴射出的燃料混入到內(nèi)側(cè)流路中的薄膜空氣層，能夠有效地抑制回火的發(fā)生。

在幾個實施方式中，所述內(nèi)側(cè)流路中的所述空氣的回旋方向與所述外側(cè)流路中的所述空氣的回旋方向相同。

根據(jù)上述實施方式，在分隔板的后游側(cè)的內(nèi)側(cè)流路的空氣與外側(cè)流路的空氣合流的區(qū)域中，彼此的回旋方向相同，因此，通過外側(cè)流路后的包含燃料的空氣難以混入通過內(nèi)側(cè)流路后的空氣。由此，降低了因分隔板的內(nèi)壁面附近所形成的邊界層的影響而使軸流速度較小的區(qū)域(分隔板的后游側(cè)的區(qū)域)中的燃料濃度，從而能夠抑制火焰向該區(qū)域的逆流而上。

在幾個實施方式中，所述內(nèi)側(cè)流路中的所述空氣的流動是沿著所述軸向的流動、或者是具有與所述外側(cè)流路中的所述空氣的回旋方向相反的方向的回旋成分的流動。

根據(jù)上述實施方式，在分隔板的后游側(cè)通過內(nèi)側(cè)流路的空氣的回旋變?nèi)?，能夠提高?nèi)側(cè)流路的后游側(cè)的空氣的軸流速度。因此，能夠抑制火焰向噴嘴后端面的逆流而上(渦芯回火)。

在幾個實施方式中，所述噴嘴包括：噴嘴內(nèi)部流路，其設(shè)于所述噴嘴的內(nèi)部，且與所述內(nèi)側(cè)流路連通；以及空氣噴射孔，其在所述噴嘴的下游側(cè)的端面上開口，且用于噴射來自所述噴嘴內(nèi)部流路的所述空氣。

這樣，將在內(nèi)側(cè)流路流動的空氣的一部分經(jīng)由噴嘴內(nèi)部流路從空氣噴射孔向噴嘴下游側(cè)噴射，因此，噴嘴下游側(cè)的端面被空氣覆蓋而形成燃料濃度低的區(qū)域。由此，火焰難以在噴嘴下游側(cè)的端面逆流而上，能夠防止噴嘴的燒毀。

在幾個實施方式中，在所述噴嘴的下游側(cè)的端部，所述噴嘴的外周面沿著所述軸向延伸，所述分隔板以覆蓋所述噴嘴的下游端的端部處的所述外周面的方式沿著所述軸向延伸。

例如，在噴嘴外周面未沿著軸向延伸且噴嘴外周面變?yōu)榧忸^的情況下，伴隨著流路截面面積的擴大而有可能使通過內(nèi)側(cè)流路的空氣流的軸流速度降低。

關(guān)于這一點，根據(jù)上述實施方式，在噴嘴下游側(cè)的端部，噴嘴外周面沿著噴嘴的軸向延伸，且被沿著軸向延伸的分隔板覆蓋，由此在將空氣流的軸流速度維持得較高的狀態(tài)下使空氣通過內(nèi)側(cè)流路內(nèi)。因此，能夠抑制火焰向內(nèi)側(cè)流路的后游側(cè)的區(qū)域的逆流而上。

在幾個實施方式中，所述分隔板的下游側(cè)的端部在所述軸向上位于比所述噴嘴的下游側(cè)的端面靠上游側(cè)的位置。

在上述實施方式中，噴嘴下游側(cè)的端部未被分隔板覆蓋，因此，通過了內(nèi)側(cè)流路的空氣的流動在分隔板的后游側(cè)卷起而形成旋渦。利用該旋渦，使分隔板的后游側(cè)的燃料濃度降低，因此，能夠抑制火焰向分隔板的下游端的逆流而上。

在一實施方式中，所述噴嘴的下游側(cè)的端部在比所述分隔板的下游側(cè)的端部靠下游側(cè)的位置處具有外周面，該外周面以隨著接近所述噴嘴的下游側(cè)的所述端面而在所述半徑方向上遠離所述噴嘴的中心軸的方式相對于所述軸向傾斜。

由此，在噴嘴的下游側(cè)的端部，通過了內(nèi)側(cè)流路的空氣流被按壓于噴嘴的外周面，噴嘴的外周面附近的邊界層變薄。因此，能夠使噴嘴的外周面附近處的軸流速度分布接近均勻，能夠抑制回火。

在幾個實施方式中，所述燃燒嘴還具備支承構(gòu)件，該支承構(gòu)件在所述內(nèi)側(cè)流路的內(nèi)部沿所述噴嘴的周向設(shè)有多個，且將所述分隔板支承于所述噴嘴。

由此，能夠?qū)⒎指舭謇喂痰刂С杏趪娮臁?/p>

在一實施方式中，所述支承構(gòu)件使通過所述內(nèi)側(cè)流路的所述空氣回旋。

這樣，在支承構(gòu)件不阻礙內(nèi)側(cè)流路的空氣的流動的狀態(tài)下形成回旋流，因此，從分隔板的支承的觀點以及回旋流形成的觀點出發(fā)，均能夠有效利用支承構(gòu)件。

在幾個實施方式中，所述旋流槳葉沿所述噴嘴的周向設(shè)有多個，各個所述旋流槳葉從所述噴嘴的外周面向所述半徑方向的外側(cè)延伸，所述分隔板的至少一部分在周向上相鄰的一對旋流槳葉中的一方的腹面與所述一對旋流槳葉的另一方的背面之間沿所述周向延伸，所述內(nèi)側(cè)流路包括由所述分隔板、所述噴嘴的外周面、所述腹面以及所述背面圍成的葉片間流路。

由此，即便在以從噴嘴外周面向半徑方向外側(cè)延伸的方式設(shè)置旋流槳葉的情況下，也能夠在鄰接的旋流槳葉之間，利用分隔板形成與外側(cè)流路隔離的葉片間流路。因此，能夠防止從位于外側(cè)流路內(nèi)的燃料噴射孔噴射出的燃料混入葉片間流路。

本發(fā)明的至少一實施方式所涉及的燃燒器的特征在于，具備：

上述實施方式中的任一方式所記載的燃燒嘴；以及

燃燒套筒，其用于形成引導來自所述燃燒嘴的燃燒氣體的流路。

根據(jù)上述燃燒器，由于具備能夠有效抑制回火的發(fā)生的燃燒嘴，因此能夠提高燃燒器的耐老化性。

本發(fā)明的至少一實施方式所涉及的燃氣渦輪具備：

壓縮機，其用于生成壓縮空氣；

上述實施方式所記載的燃燒器，其利用來自所述壓縮機的所述壓縮空氣使燃料燃燒而產(chǎn)生燃燒氣體；以及

渦輪，其被來自所述燃燒器的所述燃燒氣體驅(qū)動。

根據(jù)上述燃燒器，由于具備能夠有效抑制回火的發(fā)生的燃燒嘴，因此能夠提高燃氣渦輪的燃燒器的耐老化性。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明的至少一實施方式，能夠防止從旋流槳葉的燃料噴射孔噴射出的燃料混入到空氣流路中的內(nèi)側(cè)流路，能夠有效地抑制回火的發(fā)生。

附圖說明

圖1是示出一實施方式所涉及的燃氣渦輪的概要結(jié)構(gòu)圖。

圖2是示出一實施方式所涉及的燃燒器的剖視圖。

圖3是示出一實施方式所涉及的燃燒器的主要部位的剖視圖。

圖4是示出幾個實施方式所涉及的燃燒嘴的概要的基本結(jié)構(gòu)的剖視圖。

圖5是圖4所示的燃燒嘴的X-X線剖視圖。

圖6是一實施方式所涉及的燃燒嘴的沿著噴嘴軸向的剖視圖。

圖7是另一實施方式所涉及的燃燒嘴的沿著噴嘴軸向的剖視圖。

圖8是另一實施方式所涉及的燃燒嘴的沿著噴嘴軸向的主要部位剖視圖。

圖9是一實施方式中的旋流槳葉以及分隔板的分解立體圖。

圖10是另一實施方式中的旋流槳葉以及分隔板的分解立體圖。

圖11A是另一實施方式中的旋流槳葉以及分隔板的分解立體圖。

圖11B是另一實施方式中的旋流槳葉以及分隔板的分解立體圖。

具體實施方式

以下，參照附圖對本發(fā)明的幾個實施方式進行說明。但是，實施方式中記載的、或者附圖所示的結(jié)構(gòu)部件的尺寸、材質(zhì)、形狀、其相對配置等并非意在將本發(fā)明的范圍限定于此，只不過是說明例。

首先，參照圖1，對作為本實施方式所涉及的燃燒嘴以及燃燒器的應用對象的一例的燃氣渦輪1進行說明。需要說明的是，圖1是示出一實施方式所涉及的燃氣渦輪1的概要結(jié)構(gòu)圖。

如圖1所示，一實施方式所涉及的燃氣渦輪1具備：用于生成作為氧化劑的壓縮空氣的壓縮機2、用于使用壓縮空氣以及燃料而產(chǎn)生燃燒氣體的燃燒器4、以及構(gòu)成為被燃燒氣體驅(qū)動而進行旋轉(zhuǎn)的渦輪6。在發(fā)電用的燃氣渦輪1的情況下，在渦輪6上連結(jié)有未圖示的發(fā)電機，利用渦輪6的旋轉(zhuǎn)能量進行發(fā)電。

對燃氣渦輪1中的各部位的具體構(gòu)成例進行說明。

壓縮機2具備：壓縮機機室10、設(shè)于壓縮機機室10的入口側(cè)且用于導入空氣的空氣導入口12、以同時貫穿壓縮機機室10以及后述的渦輪機室22的方式設(shè)置的轉(zhuǎn)子8、以及配置于壓縮機機室10內(nèi)的各種葉片。各種葉片包括：設(shè)于空氣導入口12側(cè)的入口引導葉片14、固定于壓縮機機室10側(cè)的多個靜葉16、以及以相對于靜葉16交替排列的方式植設(shè)于轉(zhuǎn)子8的多個動葉18。需要說明的是，壓縮機2也可以具備未圖示的抽氣室等其他的構(gòu)成要素。在這樣的壓縮機2中，從空氣導入口12導入到的空氣通過多個靜葉16以及多個動葉18而被壓縮，從而成為高溫高壓的壓縮空氣。然后，將高溫高壓的壓縮空氣從壓縮機2送至后級的燃燒器4。

燃燒器4配置在殼體20內(nèi)。如圖1所示，燃燒器4也可以在殼體20內(nèi)以轉(zhuǎn)子8為中心呈環(huán)狀地配置有多個。向燃燒器4供給燃料和由壓縮機2生成的壓縮空氣，通過使燃料燃燒，產(chǎn)生渦輪6的工作流體即燃燒氣體。然后，將燃燒氣體從燃燒器4送至后級的渦輪6。需要說明的是，關(guān)于燃燒器4的詳細結(jié)構(gòu)例，在后面敘述。

渦輪6具備：渦輪機室22、以及配置于渦輪機室22內(nèi)的各種葉片。各種葉片包括：固定于渦輪機室22側(cè)的多個靜葉24、以及以相對于靜葉24交替排列的方式植設(shè)于轉(zhuǎn)子8的多個動葉26。需要說明的是，渦輪6也可以具備出口引導葉片等其他的構(gòu)成要素。在渦輪6中，燃燒氣體通過多個靜葉24以及多個動葉26而驅(qū)動轉(zhuǎn)子8進行旋轉(zhuǎn)。由此，驅(qū)動與轉(zhuǎn)子8連結(jié)的發(fā)電機。

在渦輪機室22的下游側(cè)，經(jīng)由排氣機室28而連結(jié)有排氣室30。驅(qū)動渦輪6后的燃燒氣體通過排氣機室28以及排氣室30而向外部排出。

接下來，參照圖2以及圖3，對一實施方式所涉及的燃燒器4的詳細結(jié)構(gòu)進行說明。需要說明的是，圖2是示出一實施方式所涉及的燃燒器4的剖視圖。圖3是示出一實施方式所涉及的燃燒器4的主要部位的剖視圖。

如圖2以及圖3所示，一實施方式所涉及的燃燒器4以轉(zhuǎn)子8為中心呈環(huán)狀地配置有多個(參照圖1)。各燃燒器4包括：在被殼體20劃分的燃燒器機室40中設(shè)置的燃燒器套筒46、以及分別配置于燃燒器套筒46內(nèi)的先導燒嘴50及多個主燃燒嘴(預混合燃燒嘴)60。需要說明的是，燃燒器4也可以具備用于使燃燒氣體繞過的旁通管(未圖示)等其他的構(gòu)成要素。

例如，燃燒器套筒46具有：配置于先導燒嘴50以及多個主燃燒嘴60的周圍的內(nèi)筒46a、以及與內(nèi)筒46a的前端部連結(jié)的尾筒46b。

先導燒嘴50沿著燃燒器套筒46的中心軸配置。而且，多個主燃燒嘴60以包圍先導燒嘴50的方式相互分離地排列。

先導燒嘴50具有：與燃料口52連結(jié)的先導噴嘴(噴嘴)54、以包圍先導噴嘴54的方式配置的先導燒嘴筒56、以及設(shè)于先導噴嘴54的外周的旋流器58。需要說明的是，關(guān)于先導燒嘴50的具體結(jié)構(gòu)，在后面敘述。

主燃燒嘴60具有：與燃料口62連結(jié)的主噴嘴(噴嘴)64、以包圍主噴嘴64的方式配置的主燒嘴筒66、以及設(shè)于主噴嘴64的外周的旋流器68。

在具有上述結(jié)構(gòu)的燃燒器4中，由壓縮機2生成的高溫高壓的壓縮空氣從機室入口42向燃燒器機室40內(nèi)供給，進而從燃燒器機室40流入主燒嘴筒66內(nèi)。然后，該壓縮空氣與從燃料口62供給的燃料在主燒嘴筒66內(nèi)進行預混合。此時，預混合氣借助旋流器68而主要形成回旋流并流入燃燒器套筒46。另外，壓縮空氣與經(jīng)由燃料口52而從先導燒嘴50噴射的燃料在燃燒器套筒46內(nèi)混合，并被未圖示的種火點火而燃燒，從而產(chǎn)生燃燒氣體。此時，燃燒氣體的一部分伴隨著火焰而向周圍擴散，由此在從各主燃燒嘴60流入到燃燒器套筒46內(nèi)的預混合氣中點火而燃燒。即，利用從先導燒嘴50噴射出的基于先導燃料的先導火焰，能夠進行用于進行來自主燃燒嘴60的預混合氣(預混合燃料)的穩(wěn)定燃燒的保焰。

以下，作為一例，使用上述的先導燒嘴50對本實施方式所涉及的燃燒嘴的結(jié)構(gòu)詳細進行說明。

需要說明的是，本實施方式所涉及的燃燒嘴并不局限于先導燒嘴50，只要是在噴嘴的周圍的軸向流路上設(shè)有旋流器(旋流槳葉)的燃燒嘴，則能夠應用于任意類型的燃燒嘴。例如，燃燒嘴也可以是設(shè)于燃氣渦輪1的燃燒器4的主燃燒嘴60，還可以是設(shè)于燃氣渦輪1以外的設(shè)備的燃燒嘴。

圖4以及圖5示出一實施方式所涉及的燃燒嘴(先導燒嘴)50的概要的基本結(jié)構(gòu)。在此，圖4是示出幾個實施方式所涉及的燃燒嘴50的概要的基本結(jié)構(gòu)的剖視圖。需要說明的是，該圖是沿著噴嘴54的軸向的剖視圖。為了易于理解，在圖4中，位于噴嘴54的下方的旋流器58示出沿著噴嘴軸向的剖面，而位于噴嘴54的上方的旋流槳葉70示出其側(cè)視圖。圖5是圖4所示的燃燒嘴的X-X線剖視圖。

一實施方式所涉及的燃燒嘴50具備：噴嘴(燃料噴嘴)54、先導燒嘴筒56、旋流器58以及分隔板100。

噴嘴54例如如上述那樣與燃料口52(參照圖2以及圖3)連結(jié)，并從燃料口52被供給燃料。需要說明的是，燃料可以是氣體，也可以是液體，其種類并未特別限定。另外，也可以向先導噴嘴54供給例如如燃料氣體以及燃料油那樣兩種以上的燃料。

先導燒嘴筒56配置為相對于噴嘴54呈同心狀且包圍噴嘴54的至少前端側(cè)。即，先導燒嘴筒56的軸與噴嘴54的軸大致一致，并且先導燒嘴筒56的直徑大于噴嘴54的直徑。先導燒嘴筒56也可以為，在噴嘴54的周圍的上游側(cè)區(qū)域形成為壁面沿著噴嘴54的軸向的圓筒狀，在位于火焰面?zhèn)鹊南掠蝹?cè)區(qū)域形成為壁面朝向端部擴徑的圓錐臺形狀。需要說明的是，在本實施方式中，上游側(cè)是指空氣或燃料的流動方向上的上游側(cè)，下游側(cè)是指空氣或燃料的流動方向上的下游側(cè)。

在噴嘴54的外周面與先導燒嘴筒56的內(nèi)周面之間，形成有在噴嘴54的周圍沿著該噴嘴54的軸向延伸的環(huán)狀的空氣流路90。在該空氣流路90中，空氣從其上游側(cè)(圖4中為左側(cè))朝向下游側(cè)(圖4中為右側(cè))流通。空氣也可以為壓縮空氣。另外，向空氣流路90供給的空氣也可以為不包含燃料的空氣。

旋流器58構(gòu)成為使在空氣流路90中流通的氣體回旋，并且具備至少一片旋流槳葉70。需要說明的是，圖4以及圖5所例示的旋流器58具有以噴嘴54為中心呈放射狀地排列的8片旋流槳葉70。

旋流槳葉70設(shè)于在噴嘴54的周圍沿著噴嘴54的軸向延伸的空氣流路90，且構(gòu)成為向在空氣流路90中流通的氣體賦予回旋力。旋流槳葉70也可以為在俯視觀察下具有翼型形狀的流線形。

另外，旋流槳葉70具有：位于噴嘴54側(cè)的葉片根部71、以及位于比葉片根部71靠外周側(cè)的位置的葉片主體部72。具體而言，葉片根部71豎立設(shè)置于旋流槳葉70的外周面，通過葉片根部71將葉片主體部72與噴嘴54連結(jié)。另外，葉片根部71的噴嘴54的軸向上的長度比葉片主體部72短。

此外，如圖9所示，旋流槳葉70具有：作為壓力面的腹面73、作為負壓面的背面74、氣體的流通方向(噴嘴54的軸向)上的上游側(cè)的端部即前緣75、以及下游側(cè)的端部即后緣76。需要說明的是，圖9是一實施方式中的旋流槳葉70A以及分隔板100A的分解立體圖，關(guān)于圖9，在后面詳細敘述。

返回到圖4以及圖5，在旋流槳葉70上形成有至少一個燃料噴射孔78。在本實施方式中，作為一例，示出在旋流槳葉70的腹面73上形成有一個燃料噴射孔78的結(jié)構(gòu)。作為其他結(jié)構(gòu)，也可以在旋流槳葉70的腹面73或背面74(參照圖9)上形成多個燃料噴射孔78。為了促進燃料與空氣的預混合，也可以將至少一個燃料噴射孔78設(shè)于旋流槳葉70的上游側(cè)區(qū)域。

在噴嘴54以及旋流槳葉70的內(nèi)部，分別設(shè)有用于使從燃料口52(參照圖2以及圖3)供給的燃料流通的燃料流路。

在一結(jié)構(gòu)例中，燃料流路包括：預混合燃燒用燃料流路80、擴散燃燒用燃料流路85(參照圖5以及圖6)、以及旋流器內(nèi)燃料流路79。

預混合燃燒用燃料流路80設(shè)于噴嘴54的內(nèi)部，且具有沿著噴嘴54的軸向的上游側(cè)流路81及下游側(cè)流路82、以及設(shè)于上游側(cè)流路81與下游側(cè)流路82之間的腔室83。下游側(cè)流路82與旋流器內(nèi)燃料流路79連通。

旋流器內(nèi)燃料流路79設(shè)于旋流槳葉70的內(nèi)部(例如葉片根部71的內(nèi)部)，且與旋流槳葉70的燃料噴射孔78連通。

供給至預混合燃燒用燃料流路80的燃料依次通過上游側(cè)流路81、腔室83、下游側(cè)流路82，從旋流槳葉70的燃料噴射孔78向空氣流路90噴射。然后，從燃料噴射孔78噴射出的燃料與在空氣流路90中流動的空氣混合而成為預混合氣(燃料氣體)，并送至燃燒空間進行燃燒。需要說明的是，燃燒空間是噴嘴54的后游側(cè)的區(qū)域，且包括被先導燒嘴筒56包圍的空間。

如圖6所示，擴散燃燒用燃料流路85沿著噴嘴54的軸向而設(shè)于該噴嘴54的內(nèi)部，且具有噴嘴內(nèi)燃料流路86以及與噴嘴內(nèi)燃料流路86連通的腔室87。噴嘴內(nèi)燃料流路86與形成于噴嘴54的下游側(cè)端部的燃料噴射孔88連通。需要說明的是，在圖4中未圖示擴散燃燒用燃料流路85，因此，在圖6的噴嘴下方部分示出包括擴散燃燒用燃料流路85的其他剖面。另外，在其他結(jié)構(gòu)例中，也可以將擴散燃燒用燃料流路85設(shè)置在噴嘴54的中心。

供給至擴散燃燒用燃料流路85的燃料通過腔室87以及噴嘴內(nèi)燃料流路86從燃料噴射孔88向燃燒空間內(nèi)噴射。然后，從燃料噴射孔88噴射出的燃料在燃燒空間內(nèi)與空氣或預混合氣混合并進行燃燒。

返回到圖4以及圖5，分隔板100以包圍噴嘴54的方式形成為環(huán)狀。例如，分隔板100可以通過焊接等將多個構(gòu)件接合而形成為環(huán)狀，也可以利用一個構(gòu)件形成為環(huán)狀。

另外，分隔板100構(gòu)成為，在噴嘴54的半徑方向上將空氣流路90中的至少旋流槳葉70的下游側(cè)的區(qū)域分隔，將空氣流路90中的至少所述區(qū)域分割為，與噴嘴54的外周面相面對的內(nèi)側(cè)流路92以及相對于該內(nèi)側(cè)流路92而位于半徑方向的外側(cè)的外側(cè)流路91。

形成于旋流槳葉70的燃料噴射孔78位于外側(cè)流路91。此外，分隔板100的上游側(cè)端部101在噴嘴54的軸向上位于比燃料噴射孔78靠上游側(cè)的位置。

在一實施方式中，如圖4所示，在內(nèi)側(cè)流路92內(nèi)不存在燃料噴射孔。即，在內(nèi)側(cè)流路92內(nèi)，在噴嘴54內(nèi)的外周面以及旋流槳葉70上均未設(shè)置燃料噴射孔。另外，在一實施方式中，供給至空氣流路90的空氣是不包含燃料的空氣。

在圖4所示的例子中，分隔板100構(gòu)成為，將從旋流槳葉70的上游側(cè)到下游側(cè)的所有區(qū)域分隔。

或者，分隔板100的上游側(cè)端部101也可以位于比旋流槳葉70的前緣75(參照圖9)靠下游側(cè)的位置。在該情況下，分隔板100的上游側(cè)端部101也在噴嘴54的軸向上位于比燃料噴射孔78靠上游側(cè)的位置。

根據(jù)上述實施方式，利用分隔板100將空氣流路90中的至少下游側(cè)的區(qū)域分隔為內(nèi)側(cè)流路92與外側(cè)流路91，利用在內(nèi)側(cè)流路92流動的空氣來形成覆蓋噴嘴54的外周面的薄膜空氣層。此外，形成于外側(cè)流路91內(nèi)的燃料噴射孔78構(gòu)成為位于比分隔板100靠上游側(cè)的位置，因此，能夠防止從燃料噴射孔78噴射出的燃料混入到內(nèi)側(cè)流路92中的薄膜空氣層，能夠有效地抑制回火的發(fā)生。

此外，本實施方式所涉及的燃燒嘴50也可以選擇性地具備以下的結(jié)構(gòu)。

在幾個實施方式中，燃燒嘴50具備用于向空氣流路90噴射燃料的多個燃料噴射部，多個燃料噴射部中的位于最靠上游側(cè)的燃料噴射部是旋流槳葉70的燃料噴射孔78。即，燃料噴射部也可以具備與旋流槳葉70的燃料噴射孔78不同的、例如如圖6所示的燃料噴射孔88那樣的其他燃料噴射部。但是，其他燃料噴射部位于比旋流槳葉70的燃料噴射孔78靠下游側(cè)的位置。另外，燃料噴射部也可以位于設(shè)有分隔板100的軸向范圍內(nèi)，但在該情況下，燃料噴射部僅向外側(cè)流路91噴射燃料(即，不向內(nèi)側(cè)流路92噴射燃料)。

在一實施方式中，如圖5所示，分隔板100的至少一部分在周向上相鄰的一對旋流槳葉70中的一方的腹面73與一對旋流槳葉70的另一方的背面74之間沿周向延伸。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，內(nèi)側(cè)流路92形成有由分隔板100、噴嘴54的外周面、旋流槳葉70的腹面73以及背面74圍成的葉片間流路92A。該葉片間流路92A為內(nèi)側(cè)流路92的至少一部分。

根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，即便在以從噴嘴54的外周面向半徑方向外側(cè)延伸的方式設(shè)置旋流槳葉70的情況下，也能夠在鄰接的旋流槳葉70之間，利用分隔板100形成與外側(cè)流路91隔離的葉片間流路92A。由此，能夠防止從位于外側(cè)流路91內(nèi)的燃料噴射孔78噴射出的燃料混入到葉片間流路92A。

在幾個實施方式中，在噴嘴54的下游側(cè)端部55(實際上包含下游側(cè)端部55的噴嘴下游側(cè)區(qū)域)，噴嘴54的外周面沿著該噴嘴54的軸向。即，噴嘴54的下游側(cè)區(qū)域中的該噴嘴54的外周面形成為在軸向上直徑大致相同的圓筒狀。另一方面，分隔板100以覆蓋噴嘴54的下游端的端部處的外周面的方式沿著軸向延伸。該分隔板100也在噴嘴54的下游側(cè)區(qū)域形成為在軸向上直徑大致相同的圓筒狀。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，噴嘴54的外周面與分隔板100的內(nèi)周面之間的距離在噴嘴54的軸向上大體恒定。另外，在圖4所示的例子中，分隔板100的下游側(cè)端部102與噴嘴54的下游側(cè)端部55的軸向位置一致。但是，分隔板100的下游側(cè)端部102與噴嘴54的下游側(cè)端部55的軸向位置的關(guān)系并不局限于上述結(jié)構(gòu)。

例如，在噴嘴54的外周面未沿著軸向延伸、而是噴嘴54的外周面變成尖頭的情況下，通過內(nèi)側(cè)流路92的空氣流的軸流速度可能伴隨著流路截面面積的擴大而降低。關(guān)于這一點，根據(jù)上述實施方式，在噴嘴54的下游側(cè)的端部，噴嘴54的外周面沿著噴嘴54的軸向并且被沿著軸向延伸的分隔板100覆蓋，由此能夠在將空氣流的軸流速度維持得較高的狀態(tài)下使空氣在內(nèi)側(cè)流路92內(nèi)通過。因此，能夠抑制火焰朝向內(nèi)側(cè)流路92的后游側(cè)的區(qū)域的逆流而上。

另外，如后述那樣，在內(nèi)側(cè)流路92內(nèi)的空氣流具有回旋成分的情況下，空氣流按壓于分隔板100的內(nèi)壁面，形成于分隔板100的內(nèi)壁面附近的邊界層變薄，分隔板100的內(nèi)壁面附近處的軸流速度變大。因此，尤其是能夠抑制火焰朝向分隔板100的后游側(cè)的區(qū)域的逆流而上。

如圖4所示，燃燒嘴50還可以具備支承構(gòu)件110，該支承構(gòu)件110在內(nèi)側(cè)流路92的內(nèi)部沿噴嘴54的周向設(shè)有多個，且將分隔板100支承于噴嘴54。支承構(gòu)件110位于分隔板100的內(nèi)周面與噴嘴54的外周面之間。這樣，通過設(shè)置支承構(gòu)件110，能夠?qū)⒎指舭?00牢固地支承于噴嘴54。

在一實施方式中，各個支承構(gòu)件110位于旋流槳葉70的后游側(cè)。由此，能夠減少支承構(gòu)件110對內(nèi)側(cè)流路92中的空氣的流動造成的影響。各個支承構(gòu)件110也可以隔著間隙93為位于旋流槳葉70的后游側(cè)。

幾個實施方式所涉及的燃燒嘴50除了在上述實施方式中說明的基本結(jié)構(gòu)之外，還可以具備以下結(jié)構(gòu)。圖6～圖8主要示出噴嘴54以及分隔板100的變形例，圖9～圖11A、圖11B主要示出旋流槳葉70以及分隔板100的變形例。需要說明的是，在圖6～圖11A、圖11B中，針對相同的部位標注相同的符號。

圖6是一實施方式所涉及的燃燒嘴50A的沿著噴嘴軸向的剖視圖。

在一實施方式所涉及的燃燒嘴50A中，分隔板100的下游側(cè)端部102在噴嘴54A的軸向上位于比噴嘴54A的下游側(cè)端部55A的端面靠上游側(cè)的位置。即，燃燒嘴50A成為噴嘴54A的下游側(cè)端部55A比分隔板100更向下游側(cè)突出的結(jié)構(gòu)。具體而言，下游側(cè)端部55B形成為在軸向上具有大致相同的直徑的圓筒狀，突出的部位也形成為圓筒狀。

在該情況下，由于噴嘴54A的下游側(cè)端部55A未被分隔板100覆蓋，因此，通過內(nèi)側(cè)流路92后的空氣的流動在分隔板100的后游側(cè)卷起而形成旋渦。利用該旋渦，使分隔板100的后游側(cè)的燃料濃度降低，因此，能夠抑制火焰朝向分隔板100的下游側(cè)端部102的逆流而上。

圖7是另一實施方式所涉及的燃燒嘴50B的沿著噴嘴軸向的剖視圖。

在另一實施方式所涉及的燃燒嘴50B中，分隔板100的下游側(cè)端部102在噴嘴54B的軸向上位于比噴嘴54B的下游側(cè)端部55B的端面靠上游側(cè)的位置。即，燃燒嘴50B成為噴嘴54B的下游側(cè)端部55B比分隔板100更向下游側(cè)突出的結(jié)構(gòu)。另外，噴嘴54B的下游側(cè)端部55B在比分隔板100的下游側(cè)端部102靠下游側(cè)的位置具有外周面(傾斜面)57，該外周面(傾斜面)57以隨著接近噴嘴54B的下游側(cè)的端面而在噴嘴54B的半徑方向上遠離噴嘴54B的中心軸的方式相對于軸向傾斜。即，比分隔板100更向下游側(cè)突出的噴嘴54B的下游側(cè)端部55B成為朝向下游側(cè)擴徑的形狀。需要說明的是，“傾斜”是指，除了以直線狀傾斜的情況(傾斜面57為直線)之外，也包括具有沿軸向傾斜的切線而彎曲的情況(傾斜面57彎曲的曲線)。

根據(jù)上述實施方式，在噴嘴54B的下游側(cè)端部55B，通過內(nèi)側(cè)流路92后的空氣流按壓于噴嘴54B的外周面，噴嘴54B的外周面附近的邊界層變薄。因此，能夠使噴嘴54B的外周面附近處的軸流速度分布接近于均勻，能夠抑制回火。

圖8是另一實施方式所涉及的燃燒嘴50C的沿著噴嘴軸向的主要部位剖視圖。

在幾個實施方式所涉及的燃燒嘴50C中，噴嘴54C還包括噴嘴內(nèi)部流路84和空氣噴射孔89。

噴嘴內(nèi)部流路84設(shè)于噴嘴54C的內(nèi)部，且構(gòu)成為與內(nèi)側(cè)流路92連通。在圖8所示的例子中，噴嘴內(nèi)部流路84的入口向噴嘴54C與支承構(gòu)件110之間的間隙93開口，噴嘴內(nèi)部流路84的出口是在噴嘴54C的下游側(cè)端部55C的端面上開口的空氣噴射孔89。從內(nèi)側(cè)流路92分支而在噴嘴內(nèi)部流路84流通的空氣從空氣噴射孔89向噴嘴54C的后游側(cè)的燃燒空間內(nèi)噴射。在一實施方式中，也可以為，噴嘴內(nèi)部流路84的上游側(cè)沿著噴嘴54C的軸向形成，噴嘴內(nèi)部流路84的下游側(cè)朝向噴嘴54C的內(nèi)側(cè)傾斜。在該情況下，在噴嘴內(nèi)部流路84流通的空氣從空氣噴射孔89朝向噴嘴54C的徑向內(nèi)側(cè)噴射。

這樣，由于將在內(nèi)側(cè)流路92流動的空氣的一部分經(jīng)由噴嘴內(nèi)部流路84從空氣噴射孔89向噴嘴54的后游側(cè)噴射，因此，噴嘴54的下游側(cè)的端面被空氣覆蓋而形成燃料濃度低的區(qū)域。由此，火焰難以沿噴嘴54的下游側(cè)的端面逆流而上，能夠防止噴嘴54的燒毀。

圖9是一實施方式中的旋流槳葉70A以及分隔板100A的分解立體圖。

在一實施方式中，旋流槳葉70A包括葉片主體部72A以及葉片根部71A。分隔板100A包括上游側(cè)端部101、下游側(cè)端部102、圓筒部104、葉片間部105、以及凹部106A。

在該實施方式中，旋流槳葉70A的內(nèi)側(cè)流路92(參照圖4以及圖5)中的空氣的回旋方向122與外側(cè)流路91中的空氣的回旋方向120相同。即，在內(nèi)側(cè)流路92也設(shè)有回旋部，利用該回旋部，向在內(nèi)側(cè)流路流動的空氣施加與外側(cè)流路91中的空氣的回旋方向120為相同方向的回旋。

在一結(jié)構(gòu)例中，用于使通過內(nèi)側(cè)流路92的空氣回旋的回旋部是用于將分隔板100A支承于噴嘴54(參照圖4以及圖5)的支承構(gòu)件110A。在該情況下，支承構(gòu)件110A也可以為在俯視觀察下具有翼型形狀的流線形，還可以作為更簡單的結(jié)構(gòu)而采用擋板那樣的傾斜板，其結(jié)構(gòu)并未特別限定。旋流槳葉70A也可以與支承構(gòu)件110A分體構(gòu)成，且相互分離地配置。例如，支承構(gòu)件110A隔開間隙93而配置于旋流槳葉70A的后游側(cè)。

根據(jù)上述實施方式，在分隔板100A的后游側(cè)的內(nèi)側(cè)流路92(參照圖4以及圖5)的空氣與外側(cè)流路91的空氣合流的區(qū)域內(nèi)，彼此的回旋方向120、122相同，因此，通過了外側(cè)流路91的包含燃料的空氣難以混入到通過了內(nèi)側(cè)流路92的空氣中。由此，降低了由于分隔板100A的內(nèi)壁面附近所形成的邊界層的影響而使軸流速度較小的區(qū)域(分隔板100A的后游側(cè)的區(qū)域)中的燃料濃度，能夠抑制火焰向該區(qū)域的逆流而上。另外，構(gòu)成為在支承構(gòu)件110A不阻礙內(nèi)側(cè)流路92的空氣的流動的狀態(tài)下形成回旋流，因此，從分隔板100A的支承的觀點以及回旋流形成的觀點出發(fā)，均能夠有效利用支承構(gòu)件110A。

另外，雖然未圖示，但在另一實施方式中，內(nèi)側(cè)流路92(參照圖4以及圖5)中的空氣的流動沿著噴嘴54的軸向流動、或者是具有與外側(cè)流路91中的空氣的回旋方向120(參照圖9)為相反方向的回旋成分的流動。

根據(jù)上述實施方式，在分隔板100的后游側(cè)，通過內(nèi)側(cè)流路92的空氣的回旋變?nèi)?，從而能夠提高?nèi)側(cè)流路92的后游側(cè)的空氣的軸流速度。因此，能夠抑制火焰朝向噴嘴54后端面的逆流而上(渦芯回火)。

在圖11A中，也可以為，分隔板100A的下游側(cè)端部102側(cè)是在周向上連續(xù)的圓筒部104，在分隔板100A的上游側(cè)端部101側(cè)設(shè)有供旋流槳葉70A的葉片根部71A卡合的凹部106A。在沿噴嘴54的周向設(shè)有多個旋流槳葉70A的情況下，與多個旋流槳葉70A分別對應地在分隔板100A上形成有多個凹部106A。多個凹部106A在噴嘴54的周向上相互分離地形成有多個。

另外，分隔板100A的上游側(cè)端部101也可以為例如如喇叭口形狀那樣朝向上游側(cè)擴徑的形狀。在圖示的例子中，分隔板100A的上游側(cè)端部101是利用凹部106A間斷形成的葉片間部105，該葉片間部105成為在軸向上朝向上游側(cè)擴徑的結(jié)構(gòu)。

需要說明的是，分隔板100A相對于旋流槳葉70A一體地形成。例如，分隔板100A與旋流槳葉70A可以通過焊接等而被接合并一體地形成，分隔板100A與旋流槳葉70A也可以通過嵌入而一體地形成?；蛘撸指舭?00A與旋流槳葉70A還可以由一個構(gòu)件形成。

在未圖示的另一結(jié)構(gòu)例中，也可以為，分隔板100(參照圖4以及圖5)延伸至比旋流槳葉70的前緣75靠上游側(cè)的位置，在比旋流槳葉70的前緣75靠上游側(cè)的位置處，分隔板100閉合。即，分隔板100也可以設(shè)置為包圍旋流槳葉的整周。

圖10是另一實施方式中的旋流槳葉70B以及分隔板100B的分解立體圖。在此，僅說明與圖9不同的結(jié)構(gòu)。

在另一實施方式中，旋流槳葉70B包括葉片主體部72B以及葉片根部71B。分隔板100B包括上游側(cè)端部101、下游側(cè)端部102、圓筒部104、葉片間部105以及凹部106B。

在該實施方式中，支承構(gòu)件110B構(gòu)成為，向在內(nèi)側(cè)流路92(參照圖4以及圖5)流動的空氣賦予與在外側(cè)流路91流動的空氣相同的方向120上的回旋。支承構(gòu)件110B與旋流槳葉70B一體地形成。即，在葉片根部71B，旋流槳葉70B與支承構(gòu)件110B連結(jié)。例如支承構(gòu)件110B也可以通過與旋流槳葉70B相同的構(gòu)件一體成形，也可以通過焊接等將與旋流槳葉70B不同的構(gòu)件接合而一體地形成。

圖11A以及圖11B是另一實施方式中的旋流槳葉以及分隔板的分解立體圖。

在圖11A所示的實施方式中，旋流槳葉70C包括葉片主體部72C以及葉片根部71C。分隔板100C包括上游側(cè)端部101、下游側(cè)端部102、圓筒部104、葉片間部105以及凹部106C。

在該實施方式中，不存在位于分隔板100C與噴嘴54(參照圖4以及圖5)之間的支承構(gòu)件，但設(shè)有位于內(nèi)側(cè)流路92的回旋部114。回旋部114呈與葉片主體部72C不同的形狀，但構(gòu)成為，使空氣向與外側(cè)流路91的回旋方向120相同的方向或相反的方向回旋。設(shè)于分隔板100C的上游側(cè)端部101側(cè)的凹部106C成為與回旋部114以及葉片根部71C卡合這樣的形狀。

在圖11B所示的實施方式中，旋流槳葉70D包括葉片主體部72D以及葉片根部71D。分隔板100D包括上游側(cè)端部101、下游側(cè)端部102、圓筒部104、葉片間部105以及凹部106D。

在該實施方式中，不存在位于分隔板100D與噴嘴54(參照圖4以及圖5)之間的支承構(gòu)件。另外，旋流槳葉70D具有在噴嘴54的徑向上相同的翼型。設(shè)于分隔板100D的上游側(cè)端部101側(cè)的凹部106D成為與旋流槳葉70D卡合這樣的形狀。

如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實施方式，能夠防止從旋流槳葉70、70A～70D的燃料噴射孔78噴射出的燃料混入到空氣流路90中的內(nèi)側(cè)流路92，能夠有效地抑制回火的發(fā)生。

本發(fā)明并不局限于上述的實施方式，還包括對上述的實施方式加以變形的方式、以及將這些方式適當組合的方式。

例如，在上述實施方式中，作為燃燒嘴而例示出先導燒嘴60并進行了說明，但本發(fā)明的實施方式也能夠應用于預混合燃燒嘴50。另外，在上述實施方式中，主要例示出二維葉片，但本發(fā)明的實施方式也能夠應用于三維葉片。

需要說明的是，在上述實施方式中，例如，表示“在某一方向上”、“沿著某一方向”、“平行”、“正交”、“中心”、“同心”或者“同軸”等的相對或絕對的配置的表達不僅表示嚴格意義上那樣的配置，還表示考慮到公差或得到相同功能的程度的角度、帶有距離而相對位移的狀態(tài)。

例如，表示處于“同一”、“相等”以及“均等”等的事物相等的狀態(tài)的表達不僅表示嚴格意義上相等的狀態(tài)，還表示存在有公差或得到相同功能的程度的差的狀態(tài)。

例如，表示四邊形狀或圓筒形狀等形狀的表達不僅表示幾何學上嚴格意義的四邊形狀或圓筒形狀等形狀，還表示在得到相同效果的范圍內(nèi)包括凹凸部或倒角部等的形狀。

另一方面，“具備”、“包括”或者“具有”一個構(gòu)成要素這樣的表達并非排除其他構(gòu)成要素的存在的排他性表達。

附圖標記說明：

1 燃氣渦輪；

2 壓縮機；

4 燃燒器；

6 渦輪；

10 壓縮機機室；

22 渦輪機室；

28 排氣機室；

30 排氣室；

40 燃燒器機室；

46 燃燒器套筒；

50、50A～50C 燃燒嘴(先導燒嘴)；

52 燃料口；

54、54A～54C 噴嘴(先導噴嘴)；

56 先導燒嘴筒；

57 外周面(傾斜面)；

58 旋流器；

60 主燃燒嘴；

62 燃料口；

64 噴嘴(主噴嘴)；

66 主燒嘴筒；

70、70A～70D 旋流槳葉；

71、71A～71D 葉片根部；

72、72A～72D 葉片主體部；

78 燃料噴射孔；

79 旋流器內(nèi)燃料流路；

84 噴嘴內(nèi)部流路；

88 燃料噴射孔；

89 空氣噴射孔；

90 空氣流路；

91 外側(cè)流路；

92 內(nèi)側(cè)流路；

92A 葉片間流路；

93 間隙；

100、100A～100D 分隔板；

110、110A、110B 支承構(gòu)件。