(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体燃料運転から液体燃料運転に切り換え可能としたガスタービン用バーナにおける前記液体燃料運転用の燃料ランス（５）であって、前記燃料ランス（５）は、少なくとも２つの燃料ノズル（７）をノズル表面（２３）に有する１つの尖端部（２１）を備え、かつ、前記ノズル表面には燃料ノズル間に複数のスリット（３３）が設けられ、前記ノズル表面は円錐環状面（２３）であり、前記複数のスリット（３３）が、前記円錐環状面（２３）の円周方向に対して垂直であって、頭部から底部までの円錐環状面（２３）の全長にわたって延びており、前記尖端部（２１）は、裁頭円錐の形態を有し、前記円錐の外周面（２３）がノズル表面を形成していることを特徴とする燃料ランス。
【請求項２】
前記尖端部（２１）において、燃料ノズル（７）間においてノズル表面（２３）の下側を延びる複数の冷却空気路（２５）が存在し、複数のスリット（３３）がノズル表面（２３）からそれぞれの冷却空気路（２５）まで達していることを特徴とする請求項１に記載の燃料ランス。
【請求項３】
前記尖端部（２１）が裁頭円錐の形態を有し、裁頭円錐の外周面（２３）がノズル表面を形成し、複数の冷却空気路（２５）が少なくとも裁頭円錐の天井面に向いた開口部（２７）を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料ランス。
【請求項４】
前記複数の燃料ノズル（７）の周りに前記複数の冷却空気路（２５）に流体技術的に接続されている複数の通路開口（３０）が存在していることを特徴とする請求項２又は３に記載の燃料ランス。
【請求項５】
隣り合う燃料ノズル（７）の通路開口部（３０）間にそれぞれ１つのスリット（３３）が配置されていることを特徴とする請求項４に記載の燃料ランス。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の燃料ランス（５）を備えていることを特徴とするガスタービン用バーナ。
【請求項７】
前記燃料ランス（５）が液体燃料を供給するために利用され、該燃料ランス（５）に加えて気体燃料用の複数の燃料ノズル（１９）を有していることを特徴とする請求項６に記載のガスタービン用バーナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は例えばガスタービンバーナにおける燃料ランスおよび特に液体燃料用の燃料ランスに関する。
【背景技術】
【０００２】
かかる燃料ランスは例えば液体燃料並びに気体燃料で運転され得るバーナに採用される。そのランスは一般に液体燃料例えば油での運転に対して設計されている。その場合、油はランスを通って流れ、その尖端部で油ノズルから燃焼室の中に噴出される。その油はノズルからの噴出後において圧縮空気も注入される燃焼室内で燃焼される。これに対して気体燃料は通常はノズルランスを取り囲む空気供給路に噴射注入され、そこで圧縮空気と混合気が燃焼室に供給される前に混合される。
【０００３】
気体燃料での運転中にランス尖端部は近くの火炎のために一般に約１０００℃までの範囲の高温に曝される。この高温はノズルランスにおける液体燃料残滓をコークス化させることがある。従って、バーナを液体燃料運転に切り換える前に一般に場合による付着物を洗浄除去するために、燃料ランスにおける燃料通路の冷却水による洗浄が行われる。しかしその冷却水の温度は約２５℃でしかなく、これは高温燃料ランスに熱衝撃を生じさせる。その場合、ノズル部分に大きな温度勾配が生じ、これによって、ランス尖端部にかなりの熱応力が生ずることがある。かかる熱応力の繰返し発生によってノズルの部位に割れが生じ、このために始動回数および従って燃料ノズルの寿命が減少される。
特許文献１は１つの尖端部を有する燃料ランスを開示しており、この尖端部は２つの燃料ノズルを備えたノズル表面を有し、このノズル表面には燃料ノズル間に複数のスリットが設けられている。
特許文献２は複数のスリットを有する燃料ランスを開示している。
特許文献３はガスタービン用燃料ノズルを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００１／００４２７９８Ａ１号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００６／００２７２３２Ａ１号明細書
【特許文献３】欧州特許出願公開第１７６０４０３Ａ２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って本発明の課題は、上述の欠点を克服できるバーナ特にガスタービンバーナに利用される燃料ランスを提供することにある。また本発明の課題は有利なバーナ、特にガスタービンバーナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の課題は請求項１に応じたバーナ特にガスタービン用バーナにおける燃料ランスによって解決され、第２の課題は請求項６に応じたガスタービン用バーナによって解決される。従属請求項は本発明の有利な実施態様を含んでいる。
【０００６】
バーナ、特にガスタービンバーナにおける燃料ランスは少なくとも２つの燃料ノズルをノズル表面に有する１つの尖端部を備えている。このノズル表面には燃料ノズル間に複数のスリットが設けられている。このノズル表面は特に環状面、例えば円錐状環状面として形成することができ、その場合、これらのスリットは環状面の円周方向に対して垂直にこれを貫いて延びている。
【０００７】
ノズル表面におけるこれらのスリットは自由変形によりランス尖端部からの熱応力の低減を可能にし、これによって熱勾配は燃料ランスを僅かしか負荷しない。スリットは燃料ランスに沿って流れる空気や燃料ノズルを通って空気流に噴射注入される燃料に空気力学的影響を及ぼさない。またスリットは燃料ランスの微々たる変更しか意味せず、またその変更は僅かな経費で実施できる。従って、既存の燃料ランスは安価な経費で改装でき、これによって、この燃料ランスの始動可能回数および寿命が高められる。
【０００８】
尖端部に、燃料ノズル間においてノズル表面の下側を延びる複数の冷却空気路を設けることができる。尖端部の温度をできるだけ低く保ち、そのようにして燃料ランスの洗浄中における熱応力の発生を一層低減するために、例えばその冷却空気路を通して導かれる圧縮空気によって、バーナの運転中に燃料ランスの尖端部を冷却することができる。その場合理想的にはこれらのスリットはノズル表面からそれぞれの冷却空気路まで達している。換言すれば、これらのスリットはノズル表面から冷却流体路まで複数の通路開口を形成している。この形態は熱応力を低減すべく、相応した材料部位の特に高い柔軟性を可能にする。
【０００９】
環状面が円錐環状面であるとき、燃料ランスの尖端部は裁頭円錐形の形にできる。この場合、裁頭円錐形の外周面はノズル表面を形成し、複数の冷却流体路は少なくとも裁頭円錐形の天井面に向いて開いた複数の流出開口を有している。その代わりにあるいは上述の流出開口に加えて、燃料ノズルの周りに、複数の空気供給路に流体技術的に接続された複数の通路開口を設けることができる。これらの開口を通して流出する圧縮空気は、ランスの尖端部を、特にその洗浄すべきノズルの部位において冷却するために利用することができる。これらの通路開口が存在する場合には、隣り合う燃料ノズルの通路開口間に、特にそれぞれ１つのスリットを配置することができる。
【００１０】
特にガスタービンバーナである本発明に基づくバーナには、本発明に基づく燃料ランスが装備されている。この場合、この燃料ランスは液体燃料を供給するために利用でき、燃料ランスに加えて気体燃料用の複数の燃料ノズルを設けることができる。
【００１１】
本発明に基づくバーナにおける本発明に基づく燃料ランスを利用すれば、燃料ランスの増大された寿命によりかかるバーナに対する点検インターバルを長くすることができ、これは運転経費を低減する。
【００１２】
以下の添付図を参照した説明から本発明の他の利点、特性および利点が明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に基づくバーナの断面図。
【図２】図１における本発明に基づくバーナのノズルランスの尖端部の斜視図。
【図３】図２に示された尖端部の正面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明に基づくバーナの一実施例として図１にガスタービンバーナが示されている。これはほぼ円筒状の壁１で境界づけられた空気供給路３を有し、その空気供給路中央を燃料ランス５が延びている。燃料ランスの尖端部に空気供給路３を通して供給される空気に燃料を噴射注入するための複数の燃料ノズル７が存在している。この実施例において燃料ランス５は液体燃料を供給するための油用ランスである。
【００１５】
バーナはこの燃料ランスのほかに第２の燃料供給系９を有し、この燃料供給系９は燃料ランス５の終端部位１３だけがそこからから突出するように燃料ランス５が貫通して導かれる軸方向の貫通路１１を有している。燃料供給系９はその流出側端に存在し空気供給路３を通って延びる複数の旋回羽根１５に結合されている。燃料は、この実施例では気体燃料は、燃料供給路１７を通して旋回羽根１５に導かれ、そこで空気供給路３を通って流れる空気に複数のノズル開口１９を通して噴射注入される。
【００１６】
図１に示されたバーナはいわゆる「２燃料バーナ」であり、即ち、気体燃料並びに液体燃料で運転され得るバーナである。しかし本発明は燃料供給系を通して並びに燃料ランスを通してそれぞれ同じ集合状態の燃料が供給されるバーナとしても、即ち、例えば燃料供給系を通して並びに燃料ランスを通してそれぞれ気体燃料が供給されるバーナとしても実現することができる。その場合、例えば、燃料ランスはパイロットバーナとして利用することができる。
【００１７】
図２に燃料ランス５の終端部位１３が斜視図で示されている。また図３はその終端部位を燃料ランス５の軸方向に沿った正面図で示している。
【００１８】
次いで図１〜図３を参照して終端部位１３を詳細に説明する。終端部位１３はほぼ円筒状の部分２０を有しており、これにほぼ裁頭円錐状の尖端部２１が続いている。特に図３から理解できるように、裁頭円錐状尖端部２１の外周面２３に３個の燃料ノズル７が円周方向に一様に分布して配置されている。しかしここでは、３個の燃料ノズルを備えた尖端部は単なる一例に過ぎず、より多くの、あるいは、より少数の燃料ノズル、又は外周面におけるノズルの異なった分布が可能である。
【００１９】
尖端部２１はこれを冷却するために中央開口部２７に開口する複数の冷却空気路２５が設けられている。その中央開口部は裁頭円錐形の天井面が在る場所に存在している。冷却空気路２５はノズルランス５の終端部位１３の円筒状部分２０における供給開口部２９を通して供給される。バーナの運転中、空気供給路３を通して流入する空気の一部が供給開口部２９を通して冷却空気路２５に流入する。この空気は尖端部２１の温度より冷たい温度を有している。それにもかかわらず、図示されたバーナの気体燃料運転中、尖端部２１は火炎室を支配する火炎によって約８００〜１０００℃の温度に加熱されている。
【００２０】
気体燃料が燃料供給系９を通して供給される気体燃料運転から燃料が燃料ランスを通して供給される油運転に切り換えらるとき、コークス化を防止するために燃料ランス５の燃料通路３１および燃料ノズル７の洗浄が行わる。この洗浄は典型的には約２５℃の温度を有する水で実施される。この場合、一方では洗浄水と、他方では尖端部２１との間の大きな温度差のために尖端部に熱応力が生じ、この熱応力は確実に低減しなければならない。この熱応力の確実な低減を可能とするために、尖端部２１のノズル表面を形成する外周面２３に複数のスリット３３が設けられている。この実施例においてこれらのスリット３３は外周面２３を貫いて冷却空気路２５まで延び、従って、冷却空気はバーナの運転中において高温燃焼ガスの流入を阻止するためにこれらのスリット３３を通って流出できる。
【００２１】
またこの実施例においてこれらのスリット３３は供給開口部２９まで達している。しかしこれらのスリットは、スリット部分が円筒状部分２０を貫いて延びないように、裁頭円錐形の外周面２３にのみ配置することもできる。
【００２２】
この実施例においてこれらのスリット３３はそれぞれ２つの燃料ノズル７の中間に配置されている。しかし、スリット３３は尖端部の領域における流体技術的事情に関係して（例えば旋回羽根１５で発生される渦を考慮して）図に示された実施例に比べて時計方向に又は反時計方向にずらすこともできる。さらにスリットが裁頭円錐形２１の外周面２３だけを貫いて延び、円筒状部分２０を貫いていない場合には、より多くのスリットを設けることができる。冷却空気路２５の領域における複数のスリット３３により可能となる裁頭円錐形外周面２３の変形により、洗浄過程中に生ずる熱応力の低減が可能となる。
【００２３】
またこの実施例において燃料ノズル７の周りに、冷却空気路２５まで延び冷却流体の貫流を可能とする複数の付属貫通孔３０が存在している。これによって、洗浄すべきノズル開口７の領域におけるランス尖端部の材料の効果的冷却が達成でき、これによって、洗浄中における熱衝撃および従って低減すべき熱応力も減少される。
【００２４】
本発明に基づくバーナの燃料ランスにおける複数のスリット３３の存在は、洗浄水による燃料ランスの洗浄中における熱応力の低減を、これらのスリットが燃料ランスの尖端部の領域における空気力学状況に悪影響を及ぼすことなしに有利に可能とする。熱応力の低減を改善することによって、燃料ランスの寿命が延長される。またスリットを持たない既存の燃料ランスへのスリットの設置は大きな経費が要らずに実現できるので、既存の燃料ランスが安価な経費で改装できる。
【符号の説明】
【００２５】
３：空気供給路、５：燃料ランス、７：燃料ノズル、９：第２の燃料供給系、１９：気体燃料用の燃料ノズル、２１：先端部、２３：ノズル表面（先端部の外周面）、２５：冷却空気路、２７：中央開口部、２９：供給開口部、３０：通路開口（付属貫通孔）、３３：スリット。
【図１】
0005340410.tif 000002
【図２】
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【図３】
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