[发明专利]燃烧嘴及燃烧器、以及燃气轮机

说明书

技术领域

本发明涉及在喷嘴的周围的轴向流路上设有旋流桨叶的燃烧嘴、以及具备该燃烧嘴的燃烧器及燃气轮机。

背景技术

通常，用于生成燃烧气体的燃烧器具备将空气等氧化剂、燃料向燃烧空间供给而形成火焰的燃烧嘴。例如燃气轮机的燃烧器具备预混合燃烧嘴。预混合燃烧嘴在喷嘴的外周侧形成有供包括压缩空气及燃料在内的预混合气流动的轴向流路。在此类燃烧嘴中，通常为了促进预混合而大多在轴向流路上设置旋流器。

然而，已知在燃烧嘴中形成的火焰的位置由火焰的传播速度即燃烧速度与在轴向流路中流动的气体的轴流速度之间的平衡来决定。在适当的燃烧中，在与燃烧嘴隔开规定距离而向下游侧分离的位置处维持火焰。但是，在燃烧嘴具备旋流器的情况下，有时产生火焰向燃烧嘴侧逆流而上的返火(回火)。这是因为，在由旋流器形成的回旋流的漩涡中心侧形成轴流速度比其周围慢的区域，在该区域中，燃烧速度超过轴流速度而导致火焰向燃烧嘴侧过度传播。当频繁产生返火时，导致产生燃烧嘴的烧损等不良状况。

对此，为了防止返火，例如专利文献1所记载的预混合燃烧嘴在旋流桨叶的内周侧后缘部设置切口部。根据该预混合燃烧嘴，在旋流桨叶的外周侧，沿着弯曲面而形成有回旋空气流，而在旋流桨叶的内周侧，压缩空气通过切口部而流向燃烧嘴的轴向下游侧，因此旋流桨叶的内周侧(回旋流的漩涡中心侧)的轴流速度增大。另外，作为与此相关的技术，在专利文献2中记载有如下所述的烧嘴，该烧嘴具备：分隔半径方向内侧的空气路区域和半径方向外侧的空气路区域的分隔壁；以及在半径方向外侧的空气路区域设置的旋流桨叶。根据该烧嘴，在半径方向内侧的空气路区域中，不对空气赋予回旋而实现内侧的轴流速度的增大。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-285572号公报

专利文献2：日本特开2010-223577号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，专利文献1所记载的燃烧嘴虽然通过借助切口部使旋流器内周侧的轴流成分增加而在某种程度上能够抑制返火，但实际上，在切口部的尾流之中流动剥离而产生乱流，轴流速度随着时间的变动变大。因此，有时难以稳定地维持足够的轴流速度而引起返火。

具体地说，当因乱流而引起的轴流速度的变动成分为正时，切口部尾流处的轴流速度变大，而当轴流速度的变动成分为负时，切口部尾流处的轴流速度减小。因此，当轴流速度的变动成分变为负时，切口部尾流处的轴流速度瞬间变小，变得容易引起返火。

专利文献2所记载的烧嘴利用分隔壁将半径方向内侧的空气路区域和半径方向外侧的空气路区域分隔，因此上述空气路区域内的空气或者燃料被相互混合的位置是比分隔壁靠下游侧的位置，有时可能导致混合不充分。

鉴于上述情况，本发明的至少一实施方式的目的在于，提供一种燃烧嘴及燃烧器，能够良好地维持喷嘴周围的轴向流路中的混合性，并且能够提高旋流器内周侧的返火耐性。

解决方案

本发明的至少一实施方式所涉及的燃烧嘴的特征在于，具备：

喷嘴；以及

旋流桨叶，其设置在轴向流路上，该轴向流路在所述喷嘴的周围沿着所述喷嘴的轴向延伸，

所述旋流桨叶包括：

前端部，其用于使在所述轴向流路中的外周侧的区域流通的气体朝向回旋方向回旋；以及

根部，其从所述前端部观察而位于所述喷嘴的径向上的内侧，且在后缘侧具有切口，

所述轴向流路至少在设有所述旋流桨叶的轴向范围内，使所述外周侧的区域与内周侧的区域不分隔而相互连通，

所述旋流桨叶的所述根部的腹面的下游侧区域被所述切口划定为随着接近所述后缘而朝向与所述回旋方向相反的方向的弯曲面。

需要说明的是，所述旋流桨叶的所述根部的后缘也可以是，与所述前端部的后缘相比，位于所述轴向的上游侧且所述回旋方向的上游侧。