(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルと、
前記ノズルの周囲において前記ノズルの軸方向に沿って延在する軸方向流路に設けられるスワラベーンとを備え、
前記スワラベーンは、
前記軸方向流路のうち外周側の領域を流通する気体を旋回方向に旋回させるための先端部と、
前記先端部からみて前記ノズルの径方向における内側に位置し、後縁側に切欠きを有する根本部と、を含み、
前記軸方向流路は、少なくとも前記スワラベーンが設けられた軸方向範囲において、前記外周側の領域と内周側の領域とが仕切られずに互いに連通しており、
前記スワラベーンの前記根本部の腹面の下流側領域は、前記切欠きによって、前記後縁に近づくにつれて前記旋回方向の逆に向かう湾曲面として画定され、
前記スワラベーンの前記先端部の腹面は、後縁に近づくにつれて前記旋回方向に向かう湾曲面を有し、
前記スワラベーンの腹面は、前記先端部の前記湾曲面と前記根本部の前記湾曲面との間で段差を有することを特徴とする燃焼バーナ。
【請求項２】
前記根本部の翼型は、上流側領域において前記先端部の翼型と形状が一致しており、下流側領域において前記切欠きに相当する部位が前記先端部の翼型から切り欠かれた形状を有することを特徴とする請求項１に記載の燃焼バーナ。
【請求項３】
ノズルと、
前記ノズルの周囲において前記ノズルの軸方向に沿って延在する軸方向流路に設けられるスワラベーンとを備え、
前記スワラベーンは、
前記軸方向流路のうち外周側の領域を流通する気体を旋回方向に旋回させるための先端部と、
前記先端部からみて前記ノズルの径方向における内側に位置し、後縁側に切欠きを有する根本部と、を含み、
前記軸方向流路は、少なくとも前記スワラベーンが設けられた軸方向範囲において、前記外周側の領域と内周側の領域とが仕切られずに互いに連通しており、
前記スワラベーンの前記根本部の腹面の下流側領域は、前記切欠きによって、前記後縁に近づくにつれて前記旋回方向の逆に向かう湾曲面として画定され、
前記スワラベーンの前記根本部の後縁は、前記先端部の後縁に比べて、前記軸方向の上流側、且つ、前記旋回方向の上流側に位置することを特徴とする燃焼バーナ。
【請求項４】
前記スワラベーンの前記根本部の後縁は、前記ノズルの周方向における位置が前記根本部の前縁と一致していることを特徴とする請求項３に記載の燃焼バーナ。
【請求項５】
前記スワラベーンの前記根本部の翼型は、少なくとも後縁側において、前記後縁を通り前記軸方向に平行な直線に対して線対称である形状を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の燃焼バーナ。
【請求項６】
前記スワラベーンの前記根本部の後縁は、前記ノズルの周方向において、前記前縁を通り前記軸方向に平行な直線を挟んで、前記先端部の後縁とは反対側に位置することを特徴とする請求項３に記載の燃焼バーナ。
【請求項７】
ノズルと、
前記ノズルの周囲において前記ノズルの軸方向に沿って延在する軸方向流路に設けられるスワラベーンとを備え、
前記スワラベーンは、
前記軸方向流路のうち外周側の領域を流通する気体を旋回方向に旋回させるための先端部と、
前記先端部からみて前記ノズルの径方向における内側に位置し、後縁側に切欠きを有する根本部と、を含み、
前記軸方向流路は、少なくとも前記スワラベーンが設けられた軸方向範囲において、前記外周側の領域と内周側の領域とが仕切られずに互いに連通しており、
前記スワラベーンの前記根本部の腹面の下流側領域は、前記切欠きによって、前記後縁に近づくにつれて前記旋回方向の逆に向かう湾曲面として画定され、
前記根本部の前記湾曲面は、前記軸方向流路の前記内周側の領域を流通する前記気体を前記旋回方向とは逆方向に旋回させるように構成されたことを特徴とする燃焼バーナ。
【請求項８】
ノズルと、
前記ノズルの周囲において前記ノズルの軸方向に沿って延在する軸方向流路に設けられるスワラベーンとを備え、
前記スワラベーンは、
前記軸方向流路のうち外周側の領域を流通する気体を旋回方向に旋回させるための先端部と、
前記先端部からみて前記ノズルの径方向における内側に位置し、後縁側に切欠きを有する根本部と、を含み、
前記軸方向流路は、少なくとも前記スワラベーンが設けられた軸方向範囲において、前記外周側の領域と内周側の領域とが仕切られずに互いに連通しており、
前記スワラベーンの前記根本部の腹面の下流側領域は、前記切欠きによって、前記後縁に近づくにつれて前記旋回方向の逆に向かう湾曲面として画定され、
前記根本部の前記後縁を通る腹面の接線と前記根本部の前記後縁を通る背面の接線とで形成される角の二等分線は、前記後縁よりも下流側において、前記軸方向に対して前記旋回方向とは逆に傾斜していることを特徴とする燃焼バーナ。
【請求項９】
前記スワラベーンの前縁は、少なくとも先端部側において、前記ノズルの径方向において外側に近づくにつれて前記軸方向の上流側に向かうように前記径方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の燃焼バーナ。
【請求項１０】
前記先端部は、前記先端部の下流側領域において、前記切欠きによって形成される切欠き空間に対して前記径方向の外側に位置して該切欠き空間に面する切欠き空間形成面を有し、
前記切欠き空間形成面は、下流に向かうほど前記切欠き空間の前記径方向における幅が広がるような形状を有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の燃焼バーナ。
【請求項１１】
前記切欠き空間形成面は、下流に向かうほど前記切欠き空間の前記径方向における幅が広がるように前記軸方向に対して直線状に傾斜した平坦面であることを特徴とする請求項１０に記載の燃焼バーナ。
【請求項１２】
ノズルと、
前記ノズルの周囲において前記ノズルの軸方向に沿って延在する軸方向流路に設けられ、前記軸方向流路を流通する気体の少なくとも一部を旋回方向に旋回させるように構成されたスワラベーンとを備え、
前記スワラベーンの前縁は、先端部側のみにおいて、前記ノズルの径方向において外側に近づくにつれて前記軸方向の上流側に向かうように前記径方向に対して傾斜していることを特徴とする燃焼バーナ。
【請求項１３】
ノズルと、
前記ノズルの周囲において前記ノズルの軸方向に沿って延在する軸方向流路に設けられるスワラベーンとを備え、
前記スワラベーンは、
前記軸方向流路のうち外周側の領域を流通する気体を旋回方向に旋回させるための先端部と、
前記先端部からみて前記ノズルの径方向における内側に位置し、後縁側に切欠きを有する根本部と、を含み、
前記軸方向流路は、少なくとも前記スワラベーンが設けられた軸方向範囲において、前記外周側の領域と内周側の領域とが仕切られずに互いに連通しており、
前記先端部は、前記先端部の下流側領域において、前記切欠きによって形成される切欠き空間に対して前記径方向の外側に位置して該切欠き空間に面する切欠き空間形成面を有し、
前記切欠き空間形成面は、下流に向かうほど前記切欠き空間の前記径方向における幅が広がるように前記軸方向に対して直線状に傾斜した平坦面であることを特徴とする燃焼バーナ。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の燃焼バーナと、
前記燃焼バーナからの燃焼ガスを導く流路を形成するための燃焼器ライナと、を備えることを特徴とする燃焼器。
【請求項１５】
圧縮空気を生成するための圧縮機と、
前記圧縮機からの前記圧縮空気により燃料を燃焼させて燃焼ガスを発生させるように構成された請求項１４に記載の燃焼器と、
前記燃焼器からの前記燃焼ガスによって駆動されるように構成されたタービンと、を備えることを特徴とするガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ノズルの周囲の軸方向流路にスワラベーンが設けられた燃焼バーナ、並びに該燃焼バーナを備えた燃焼器及びガスタービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、燃焼ガスを生成するための燃焼器は、空気等の酸化剤や燃料を燃焼空間に供給して火炎を形成する燃焼バーナを備えている。例えばガスタービンの燃焼器には予混合燃焼バーナを備えたものがある。予混合燃焼バーナは、ノズルの外周側に、圧縮空気及び燃料を含む予混合気が流れる軸方向流路が形成される。この種の燃焼バーナにおいては、通常、予混合促進のために軸方向流路にスワラが設けられることが多い。
【０００３】
ところで、燃焼バーナで形成される火炎の位置は、火炎の伝播速度である燃焼速度と、軸方向流路を流れる気体の軸流速度とのバランスによって決定することが知られている。適正な燃焼においては、燃焼バーナから所定距離だけ下流側に離れた位置に火炎が維持される。ところが、燃焼バーナがスワラを備える場合、火炎が燃焼バーナ側に遡上するフラッシュバック（逆火）が発生することがある。これは、スワラによって形成された旋回流の渦中心側にその周囲よりも軸流速度の遅い領域が形成され、この領域において燃焼速度が軸流速度を上回って火炎が燃焼バーナ側に過剰に伝播してしまうことによる。フラッシュバックが頻繁に発生すると、燃焼バーナの焼損等の不具合の発生につながる。
【０００４】
そこで、フラッシュバックの防止を目的として、例えば特許文献１に記載される予混合燃焼バーナは、スワラベーンの内周側後縁部に切欠部を設けている。この予混合燃焼バーナによれば、スワラベーンの外周側では湾曲面に沿って旋回空気流が形成されるが、スワラベーンの内周側では圧縮空気が切欠部を通って燃焼バーナの軸方向下流側に流れるので、スワラベーンの内周側（旋回流の渦中心側）における軸流速度が増加する。また、これに関連した技術として、特許文献２には、半径方向内側の空気路域と半径方向外側の空気路域とを仕切る仕切り壁と、半径方向外側の空気路域に設けられたスワラベーンと、を備えたバーナが記載されている。このバーナによれば、半径方向内側の空気路域では空気に旋回を与えず、内側における軸流速度の増大を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２８５５７２号公報
【特許文献２】特開２０１０−２２３５７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載される燃焼バーナは、切欠部によるスワラ内周側の軸流成分の増加によりフラッシュバックをある程度は抑制可能であるが、実際には、切欠部の後流において流れが剥離して乱流が発生し、軸流速度の時間的な変動が大きくなる。そのため、十分な軸流速度を安定的に維持することは難しく、フラッシュバックが起きてしまうことがある。
具体的には、乱流に起因した軸流速度の変動成分が正であるときには、切欠部後流における軸流速度は大きくなるが、軸流速度の変動成分が負であるときには切欠部後流における軸流速度は減少する。このため、軸流速度の変動成分が負になったとき、瞬間的に、切欠部後流における軸流速度は小さくなり、フラッシュバックが起きやすくなる。
【０００７】
特許文献２に記載されるバーナは、半径方向内側の空気路域と半径方向外側の空気路域とが仕切り壁によって仕切られているので、これらの空気路域内の空気又は燃料が互いに混合されるのは仕切り壁よりも下流側となり、混合が不十分となるおそれがある。
【０００８】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、ノズル周囲の軸方向流路における混合性を良好に維持しながら、スワラ内周側におけるフラッシュバック耐性を向上し得る燃焼バーナ及び燃焼器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の少なくとも一実施形態に係る燃焼バーナは、
ノズルと、
前記ノズルの周囲において前記ノズルの軸方向に沿って延在する軸方向流路に設けられるスワラベーンとを備え、
前記スワラベーンは、
前記軸方向流路のうち外周側の領域を流通する気体を旋回方向に旋回させるための先端部と、
前記先端部からみて前記ノズルの径方向における内側に位置し、後縁側に切欠きを有する根本部と、を含み、
前記軸方向流路は、少なくとも前記スワラベーンが設けられた軸方向範囲において、前記外周側の領域と内周側の領域とが仕切られずに互いに連通しており、
前記スワラベーンの前記根本部の腹面の下流側領域は、前記切欠きによって、前記後縁に近づくにつれて前記旋回方向の逆に向かう湾曲面として画定されたことを特徴とする。
なお、前記スワラベーンの前記根本部の後縁は、前記先端部の後縁に比べて、前記軸方向の上流側、且つ、前記旋回方向の上流側に位置していてもよい。
【００１０】
上記燃焼バーナによれば、スワラベーンの先端部において、軸方向流路のうち外周側の領域（以下、外周側流路領域と称する）を流通する気体を旋回させるようになっている。これにより、先端部で形成された旋回流によって、軸方向流路に供給される燃料と気体との予混合を促進できる。一方、スワラベーンの根本部は下流側に切欠きが形成されており、この切欠きによって、根本部の腹面の下流側領域には、後縁に近づくにつれて旋回方向の逆に向かう湾曲面が形成されている。そのため、軸方向流路のうち内周側の領域（以下、内周側流路領域と称する）においては、コアンダ効果によって気体が湾曲面に引き寄せられて旋回方向とは逆の方向に整流される。その結果、根本部の腹面の上流側領域で気体に与えられた旋回成分が根本部の腹面の下流側領域において弱まり、内周側流路領域における平均軸流速度が増加し、フラッシュバック耐性を向上させることができる。さらに根本部の腹面の下流側領域の湾曲面に沿って気体が流れるため、切欠き後流において流れの剥離による乱流の発生を抑制でき、乱流に起因した負の変動成分により軸流速度が不安定になることを防止できる。このため、内周側流路領域における軸流速度の変動を抑制し、フラッシュバック耐性を向上させることができる。
また、燃焼バーナの軸方向流路は、少なくともスワラベーンが設けられた軸方向範囲において、外周側流路領域と内周側流路領域とが仕切られずに互いに連通している。これにより、外周側流路領域を流れる気体と内周側流路領域を流れる気体との混合が促進される。よって、軸方向流路に供給される燃料の濃度分布が燃焼バーナの径方向において均一化される。
【００１１】
幾つかの実施形態において、前記スワラベーンの前記先端部の腹面は、後縁に近づくにつれて前記旋回方向に向かう湾曲面を有し、
前記スワラベーンの腹面は、前記先端部の前記湾曲面と前記根本部の前記湾曲面との間で段差を有する。
上記実施形態によれば、スワラベーンの腹面に形成された段差において、先端部の湾曲面に沿う旋回方向の流れと、根本部の湾曲面に沿う旋回方向とは逆の流れとの間にせん断層が形成される。そして、このせん断層で渦が発生し、外周側流路領域を流れる気体と内周側流路領域を流れる気体との混合が促進される。そのため、スワラベーン上流側で燃料が供給される場合には、燃焼バーナの径方向における燃料濃度分布をより一層均一にすることができる。
【００１２】
幾つかの実施形態において、前記根本部の翼型は、上流側領域において前記先端部の翼型と形状が一致しており、下流側領域において前記切欠きに相当する部位が前記先端部の翼型から切り欠かれた形状を有する。
これにより、翼高さの全長にわたって翼型が実質的に同一である翼部材を形成し、この翼部材の根本部の下流側領域に切欠きを設けることで、旋回方向の逆に向かう湾曲面が根本部に設けられたスワラベーンを容易に製造することができる。
【００１３】
一実施形態において、前記スワラベーンの前記根本部の後縁は、前記ノズルの周方向における位置が前記根本部の前縁と一致している。
上記実施形態によれば、スワラベーンの根本部の後縁が前縁に対して旋回方向下流側にずれている場合に比べて、旋回方向の逆に向かう湾曲によって根本部の後縁が前縁と同じ周方向位置まで戻っているため、内周側流路領域における流れの旋回成分を十分に弱めて平均軸流速度を確実に増大できる。
【００１４】
一実施形態において、前記スワラベーンの前記根本部の翼型は、少なくとも後縁側において、前記後縁を通り前記軸方向に平行な直線に対して線対称である形状を有する。
これにより、内周側流路領域における平均軸流速度の増大が図れるとともに、根本部の断面形状を簡素化することもでき、その場合スワラベーンの製造性の向上が可能となる。
【００１５】
他の実施形態において、前記スワラベーンの前記根本部の後縁は、前記ノズルの周方向において、前記前縁を通り前記軸方向に平行な直線を挟んで、前記先端部の後縁とは反対側に位置する。
これにより、前縁よりも旋回方向上流側に根本部の後縁が位置するので、内周側流路領域の流れを旋回方向とは逆に確実に向かわせることができ、内周側流路領域における旋回成分をより効果的に低減することができ、よって、内周側流路領域の平均軸流速度を確実に増加させることができる。
【００１６】
幾つかの実施形態において、前記根本部の前記湾曲面は、前記軸方向流路の前記内周側の領域を流通する前記気体を前記旋回方向とは逆方向に旋回させるように構成されている。
これにより、内周側流路領域において外周側流路領域の旋回方向とは逆方向に気体が旋回するので、より一層効果的に内周側流路領域における旋回成分を弱めることができる。
【００１７】
幾つかの実施形態において、前記根本部の前記後縁を通る腹面の接線と前記根本部の前記後縁を通る背面の接線とで形成される角の二等分線は、前記後縁よりも下流側において、前記軸方向に対して前記旋回方向とは逆に傾斜している。
上記実施形態によれば、外周側流路領域では気体が旋回方向に旋回しているのに対して、内周側流路領域では、気体が前記旋回方向とは逆に向かうこととなる。これにより、内周側流路領域における旋回成分をより効果的に弱めることができる。
【００１８】
幾つかの実施形態において、前記スワラベーンの前縁は、少なくとも先端部側において、前記ノズルの径方向において外側に近づくにつれて前記軸方向の上流側に向かうように前記径方向に対して傾斜している。
これにより、スワラベーンの翼面上における径方向の圧力勾配に沿って、気体の流れは内周側流路領域に寄っていくため、内周側流路領域における流量が相対的に増加し、その結果内周側流路領域における平均軸流速度が増大する。
【００１９】
幾つかの実施形態において、前記先端部は、前記先端部の下流側領域において、前記切欠きによって形成される切欠き空間に対して前記径方向の外側に位置して該切欠き空間に面する切欠き空間形成面を有し、
前記切欠き空間形成面は、下流に向かうほど前記切欠き空間の前記径方向における幅が広がるような形状を有する。
これにより、外周側流路領域における旋回流を主とした流れと、内周側流路領域の切欠きを通過する軸流を主とした流れとが混合する幅を大きくとることができ、軸方向流路よりも下流側における流速分布を均一化できる。保炎位置における流速分布が均一なほど、火炎面形状が平坦に近づき、火炎面を上流遡上させるｂａｒｏｃｌｉｎｉｃ  ｔｏｒｑｕｅは小さくなる。よって、軸方向流路よりも下流側における流速分布が均一化されることで、内周側流路領域におけるフラッシュバック耐性を効果的に向上させることができる。
なお、前記切欠き空間形成面は、下流に向かうほど前記切欠き空間の前記径方向における幅が広がるように前記軸方向に対して直線状に傾斜した平坦面であってもよい。
【００２０】
本発明の少なくとも一実施形態に係る燃焼バーナは、
ノズルと、
前記ノズルの周囲において前記ノズルの軸方向に沿って延在する軸方向流路に設けられ、前記軸方向流路を流通する気体の少なくとも一部を旋回方向に旋回させるように構成されたスワラベーンとを備え、
前記スワラベーンの前縁は、少なくとも先端部側において、前記ノズルの径方向において外側に近づくにつれて前記軸方向の上流側に向かうように前記径方向に対して傾斜していることを特徴とする。
【００２１】
上記実施形態によれば、スワラベーンの翼面上における径方向の圧力勾配に沿って、気体の流れは内周側流路領域に寄っていくため、内周側流路領域における流量が相対的に増加し、その結果内周側流路領域における平均軸流速度が増大する。よって、フラッシュバック耐性を向上させることができる。
【００２２】
本発明の少なくとも一実施形態に係る燃焼バーナは、
ノズルと、
前記ノズルの周囲において前記ノズルの軸方向に沿って延在する軸方向流路に設けられるスワラベーンとを備え、
前記スワラベーンは、
前記軸方向流路のうち外周側の領域を流通する気体を旋回方向に旋回させるための先端部と、
前記先端部からみて前記ノズルの径方向における内側に位置し、後縁側に切欠きを有する根本部と、を含み、
前記軸方向流路は、少なくとも前記スワラベーンが設けられた軸方向範囲において、前記外周側の領域と内周側の領域とが仕切られずに互いに連通しており、
前記先端部は、前記先端部の下流側領域において、前記切欠きによって形成される切欠き空間に対して前記径方向の外側に位置して該切欠き空間に面する切欠き空間形成面を有し、
前記切欠き空間形成面は、下流に向かうほど前記切欠き空間の前記径方向における幅が広がるような形状を有することを特徴とする。
【００２３】
上記燃焼バーナによれば、外周側流路領域における旋回流を主とした流れと、内周側流路領域の切欠きを通過する軸流を主とした流れとが混合する幅を大きくとることができ、軸方向流路よりも下流側における流速分布を均一化できる。保炎位置における流速分布が均一なほど、火炎面形状が平坦に近づき、火炎面を上流遡上させるｂａｒｏｃｌｉｎｉｃ  ｔｏｒｑｕｅは小さくなる。よって、軸方向流路よりも下流側における流速分布が均一化されることで、内周側流路領域におけるフラッシュバック耐性を効果的に向上させることができる。
また、燃焼バーナの軸方向流路は、少なくともスワラベーンが設けられた軸方向範囲において、外周側流路領域と内周側流路領域とが仕切られずに互いに連通している。これにより、外周側流路領域を流れる気体と内周側流路領域を流れる気体との混合が促進される。よって、軸方向流路に供給される燃料の濃度分布が燃焼バーナの径方向において均一化される。
【００２４】
本発明の少なくとも一実施形態に係る燃焼器は、
上記実施形態のいずれかに記載の燃焼バーナと、
前記燃焼バーナからの燃焼ガスを導く流路を形成するための燃焼器ライナと、を備えることを特徴とする。
【００２５】
本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービンは、
圧縮空気を生成するための圧縮機と、
前記圧縮機からの前記圧縮空気により燃料を燃焼させて燃焼ガスを発生させるように構成された上記燃焼器と、
前記燃焼器からの前記燃焼ガスによって駆動されるように構成されたタービンと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、軸方向流路の内周側流路領域における平均軸流速度を増大させることができ、フラッシュバック耐性を効果的に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】一実施形態に係るガスタービンを示す概略構成図である。
【図２】一実施形態に係る燃焼器を示す断面図である。
【図３】一実施形態に係る燃焼器の要部を示す断面図である。
【図４】一実施形態に係る燃焼バーナの断面図である。
【図５】図４に示される燃焼バーナのＡ方向矢視図である。
【図６】一実施形態におけるノズル及びスワラを示す側面図である。
【図７】スワラの一構成例を示す平面図である。
【図８】比較例におけるノズル及びスワラを示す側面図である。
【図９】実施形態および比較例の延長管出口における半径方向距離と平均軸流速度との関係を示すグラフである。
【図１０】一実施形態におけるスワラの斜視図である。
【図１１】他の実施形態におけるノズル及びスワラの側面図である。
【図１２】図１１に示したスワラベーンの構成例を示す平面図である。
【図１３】図１１に示したスワラベーンの他の構成例を示す平面図である。
【図１４】他の実施形態におけるノズル及びスワラの側面図である。
【図１５】実施形態および比較例の延長管出口における半径方向距離と平均軸流速度との関係を示すグラフである。
【図１６】他の実施形態におけるノズル及びスワラの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２９】
最初に、本実施形態に係る燃焼バーナ及び燃焼器の適用先の一例であるガスタービンについて、図１を参照して説明する。なお、図１は、一実施形態に係るガスタービン１を示す概略構成図である。
【００３０】
図１に示すように、一実施形態に係るガスタービン１は、酸化剤としての圧縮空気を生成するための圧縮機２と、圧縮空気及び燃料を用いて燃焼ガスを発生させるための燃焼器４と、燃焼ガスによって回転駆動されるように構成されたタービン６と、を備える。発電用のガスタービン１の場合、タービン６には不図示の発電機が連結され、タービン６の回転エネルギーによって発電が行われるようになっている。
【００３１】
ガスタービン１における各部位の具体的な構成例について説明する。
圧縮機２は、圧縮機車室１０と、圧縮機車室１０の入口側に設けられ、空気を取り込むための空気取入口１２と、圧縮機車室１０及び後述するタービン車室２２を共に貫通するように設けられたロータ８と、圧縮機車室１０内に配置された各種の翼と、を備える。各種の翼は、空気取入口１２側に設けられた入口案内翼１４と、圧縮機車室１０側に固定された複数の静翼１６と、静翼１６に対して交互に配列されるようにロータ８に植設された複数の動翼１８と、を含む。なお、圧縮機２は、不図示の抽気室等の他の構成要素を備えていてもよい。このような圧縮機２において、空気取入口１２から取り込まれた空気は、複数の静翼１６及び複数の動翼１８を通過して圧縮されることで高温高圧の圧縮空気となる。そして、高温高圧の圧縮空気は圧縮機２から後段の燃焼器４に送られる。
【００３２】
燃焼器４は、ケーシング２０内に配置される。図１に示すように、燃焼器４は、ケーシング２０内にロータ８を中心として環状に複数配置されていてもよい。燃焼器４には燃料と圧縮機２で生成された圧縮空気とが供給され、燃料を燃焼させることによって、タービン６の作動流体である燃焼ガスを発生させる。そして、燃焼ガスは燃焼器４から後段のタービン６に送られる。なお、燃焼器４の詳細な構成例については後述する。
【００３３】
タービン６は、タービン車室２２と、タービン車室２２内に配置された各種の翼と、を備える。各種の翼は、タービン車室２２側に固定された複数の静翼２４と、静翼２４に対して交互に配列されるようにロータ８に植設された複数の動翼２６と、を含む。なお、タービン６は、出口案内翼等の他の構成要素を備えていてもよい。タービン６においては、燃焼ガスが複数の静翼２４及ぶ複数の動翼２６を通過することでロータ８が回転駆動する。これにより、ロータ８に連結された発電機が駆動されるようになっている。
タービン車室２２の下流側には、排気車室２８を介して排気室３０が連結されている。タービン６を駆動した後の燃焼ガスは、排気車室２８及び排気室３０を介して外部へ排出される。
【００３４】
次に、図２及び図３を参照して、一実施形態に係る燃焼器４の詳細な構成について説明する。なお、図２は、一実施形態に係る燃焼器を示す断面図である。図３は、一実施形態に係る燃焼器の要部を示す断面図である。
【００３５】
図２及び図３に示すように、一実施形態に係る燃焼器４は、ロータ８を中心として環状に複数配置されている（図１参照）。各燃焼器４は、ケーシング２０により画定される燃焼器車室４０に設けられた燃焼器ライナ４６と、燃焼器ライナ４６内にそれぞれ配置されたパイロット燃焼バーナ５０及び複数の予混合燃焼バーナ（メイン燃焼バーナ）６０と、を含む。なお、燃焼器４は、燃焼ガスをバイパスさせるためのバイパス管（不図示）等の他の構成要素を備えていてもよい。
【００３６】
例えば、燃焼器ライナ４６は、パイロット燃焼バーナ５０及び複数の予混合燃焼バーナ６０の周囲に配置される内筒４６ａと、内筒４６ａの先端部に連結された尾筒４６ｂと、を有している。
パイロット燃焼バーナ５０は、燃焼器ライナ４６の中心軸に沿って配置されている。そして、パイロット燃焼バーナ５０を囲むように、複数の予混合燃焼バーナ６０が互いに離間して配列されている。
パイロット燃焼バーナ５０は、燃料ポート５２に連結されたパイロットノズル（ノズル）５４と、パイロットノズル５４を囲むように配置されたパイロットコーン５６と、パイロットノズル５４の外周に設けられたスワラ５８と、を有している。
予混合燃焼バーナ６０は、燃料ポート６２に連結されたメインノズル（ノズル）６４と、ノズル６４を囲むように配置されたバーナ筒６６と、バーナ筒６６と燃焼器ライナ４６（例えば内筒４６ａ）をつなぐ延長管６５と、ノズル６４の外周に設けられたスワラ７０と、を有している。なお、予混合燃焼バーナ６０の具体的な構成については後述する。
なお、図３に示すように、延長管６５は、バーナ筒６６に接続される上流側端面から下流側端面（延長管出口６５ａ）まで延在している。また、図３には、延長管出口６５ａの中心位置を通過する流路中心線Ｏ’を示している。
【００３７】
上記構成を有する燃焼器４において、圧縮機２で生成された高温高圧の圧縮空気は車室入口４２から燃焼器車室４０内に供給され、さらに燃焼器車室４０からバーナ筒６６内に流入する。そして、この圧縮空気と、燃料ポート６２から供給された燃料とがバーナ筒６６内で予混合される。この際、予混合気はスワラ７０により主として旋回流を形成し、燃焼器ライナ４６内に流れ込む。また、圧縮空気と、燃料ポート５２を介してパイロット燃焼バーナ５０から噴射された燃料とが燃焼器ライナ４６内で混合され、図示しない種火により着火されて燃焼し、燃焼ガスが発生する。このとき、燃焼ガスの一部が火炎を伴って周囲に拡散することで、各予混合燃焼バーナ６０から燃焼器ライナ４６内に流れ込んだ予混合気に着火されて燃焼する。すなわち、パイロット燃焼バーナ５０から噴射されたパイロット燃料によるパイロット火炎によって、予混合燃焼バーナ６０からの予混合気（予混合燃料）の安定燃焼を行うための保炎を行うことができる。その際、燃焼領域は例えば内筒４６ａに形成される。
【００３８】
以下、本実施形態に係る燃焼バーナの構成について、一例として上述した予混合燃焼バーナ６０を用いて詳細に説明する。
なお、本実施形態に係る燃焼バーナは、予混合燃焼バーナ６０に限定されるものではなく、ノズルの周囲の軸方向流路にスワラ（スワラベーン）が設けられた燃焼バーナであればどのタイプの燃焼バーナに対しても本実施形態の構成を適用可能である。例えば、燃焼バーナは、ガスタービン１の燃焼器４に設けられるパイロット燃焼バーナ５０のように主として拡散燃焼するタイプの燃焼バーナであってもよいし、ガスタービン１以外の機器に設けられる燃焼バーナであってもよい。
【００３９】
一実施形態に係る燃焼バーナ（予混合燃焼バーナ）６０の概略構成を図４及び図５に示す。ここで、図４は一実施形態に係る燃焼バーナ６０のノズル軸方向に沿った断面図であり、図５は図４に示される燃焼バーナのＡ方向矢視図である。
一実施形態に係る燃焼バーナ６０は、ノズル（燃料ノズル）６４と、バーナ筒６６と、スワラ７０と、を備えている。
【００４０】
ノズル６４は、例えば上述したように燃料ポート６２（図２及び図３参照）に連結され、燃料ポート６２から燃料が供給される。燃料は、気体であっても液体であってもよく、その種類も特に限定されない。また、パイロットノズル５４に供給される燃料とノズル６４に供給される燃料とを異ならせてもよく、例えば、パイロットノズル５４に油燃料が供給され、ノズル６４に天然ガス等のガス燃料が供給されてもよい。
【００４１】
バーナ筒６６は、ノズル６４に対して同心状に、且つノズル６４を囲むように配置されている。すなわち、バーナ筒６６の軸はノズル６４の軸Ｏと略一致し、且つバーナ筒６６の径はノズル６４の径よりも大きい。
そして、ノズル６４の外周面とバーナ筒６６の内周面との間には、ノズル６４の軸方向に沿って環状の軸方向流路６８が形成されている。この軸方向流路６８には、その上流側（図４において左側）から下流側（図４において右側）に向かって、圧縮空気等の気体Ｇが流通する。
【００４２】
スワラ７０は、軸方向流路６８を流通する気体を旋回させるように構成され、少なくとも一枚のスワラベーン７２を備える。なお、図４及び図５に示すスワラ７０は、ノズル６４を中心として放射状に６枚のスワラベーン７２が設けられた場合を例示している。ただし、図４では、便宜上、周方向に沿う角度０度と角度１８０度の位置に配置した２枚のスワラベーン７２のみを示している（図４の状態では、実際には合計で４枚のスワラベーン７２が見える）。
【００４３】
スワラベーン７２は、ノズル６４の周囲においてノズル６４の軸方向（軸Ｏ方向）に沿って延在する軸方向流路６８に設けられ、軸方向流路６８を流通する気体に旋回力を付与するように構成されている。スワラベーン７２は、圧力面である腹面８１と、負圧面である背面８２と、気体の流通方向（ノズル６４の軸方向）における上流側の端部である前縁８３と、気体の流通方向（ノズル６４の軸方向）における下流側の端部である後縁８４と、を有している。
【００４４】
また、スワラベーン７２には、複数の噴射孔７４〜７７が形成されている。本実施形態では一例として、スワラベーン７２の腹面８１に２個の噴射孔７４，７５が形成され、スワラベーン７２の背面８２に２個の噴射孔７６，７７が形成された構成を示している。複数の噴射孔７４〜７７はスワラベーン７２の前縁８３側に設けられていてもよい。また、同一面に開口する２個の噴射孔７４及び７５、又は噴射孔７６及び７７は、ノズル６４の軸方向や径方向に対して互いに位置をずらして設けられていてもよい。これらの噴射孔７４〜７７は、スワラベーン７２の内部において互いに連通しており、さらにノズル６４内の燃料通路にも連通している。そして、噴射孔７４〜７７から噴射された燃料は、気体（例えば酸化剤としての圧縮空気）と混合されて予混合気（燃料ガス）となり、燃焼器ライナ４６に送られて燃焼することとなる。
【００４５】
さらにまた、スワラベーン７２は、軸方向流路６８のうち内周側の領域（以下、内周側流路領域と称する）６８ｂに位置する後縁８４に切欠き９０が形成されている。すなわち、スワラベーン７２は、軸方向流路６８のうち外周側の領域（以下、外周側流路領域と称する）６８ａでは主として旋回流を形成し、内周側流路領域６８ｂでは切欠き９０によって主として軸流を形成するように構成されている。なお、切欠き９０の具体的な構成については後述する。
【００４６】
ここで、図６〜図１７に示す実施形態を参照して、スワラベーン７２の具体的な構成例について説明する。ただし、図８は比較例におけるスワラベーンを示している。なお、図６〜図１７において、同一の部位については同一の符号を付している。
【００４７】
図６〜図１７に示すスワラベーン７２ａ〜７２ｄは、外周側流路領域６８ａ（図４参照）を流通する気体を旋回方向に旋回させるための先端部８５と、先端部８５からみてノズル６４の径方向における内側、すなわち内周側流路領域６８ｂ（図４参照）に位置し、切欠き９０ａ〜９０ｄによって後縁９３が画定される根本部８６と、を有している。
【００４８】
スワラベーン７２ａ〜７２ｄの先端部８５の腹面８１には、主として軸方向流路６８を流通する気体に旋回力を付与するように、上流側から下流側に向かうにしたがって湾曲する湾曲面９１が形成されている。具体的に、スワラベーン７２ａ〜７２ｄの先端部８５の腹面８１は、上流側から下流側に向かうにしたがって、そのキャンバーラインＣ（図７参照）と気体の流れ方向（すなわちノズル６４の軸方向）とのなす角度θが徐々に大きくなるように構成されている。スワラベーン７２ａ〜７２ｄの先端部８５の下流側領域において、キャンバーラインＣと気体の流れ方向とのなす角度θは、２０°以上３０°以下の範囲であってもよい。このように構成された先端部８５の腹面８１の湾曲面９１によって、外周側流路領域６８ａを流通する気体は、旋回方向に向けて旋回する旋回流Ｄを形成する。
【００４９】
一方、スワラベーン７２ａ〜７２ｄの根本部８６の腹面８１の下流側領域は、切欠き９０ａ〜９０ｄによって、根本部８６の後縁９３に近づくにつれて旋回方向の逆に向かう湾曲面９２ａ〜９２ｄとして画定されている。すなわち、根本部８６の下流側領域は、先端部８５とは逆の方向に湾曲している。このように構成された根本部８６の腹面８１の湾曲面９２ａ〜９２ｄによって、内周側領域では気体流れＥ，Ｆが形成される。
スワラベーン７２ａ〜７２ｄの根本部８６の後縁９３は、先端部８５の後縁に比べて、軸方向の上流側、且つ、旋回方向の上流側に位置していてもよい。
【００５０】
また、少なくともスワラベーン７２ａ〜７２ｄが設けられた軸方向範囲において、軸方向流路６８は外周側流路領域６８ａと内周側流路領域６８ｂとが仕切られずに互いに連通している。なお、軸方向範囲とは、ノズル６４の軸Ｏに沿った範囲をいう。
すなわち、既に説明した図５に示すようにノズル６４の先端部からみて、複数の軸方向流路６８は、隣接するスワラベーン７２（７２ａ〜７２ｄ）の間に、軸Ｏを中心としてノズル６４の外周側に放射状に形成されている。そして、各々の軸方向流路６８において、外周側流路領域６８ａと内周側流路領域６８ｂとが連通しており、ノズル６４の径方向に一つの空間が形成されるようになっている。なお、軸方向流路６８は、外周側流路領域６８ａと内周側流路領域６８ｂとの間に他の部位が存在せず、外周側流路領域６８ａと内周側流路領域６８ｂとが連通した構成（図示される構成）であってもよいし、外周側流路領域６８ａと内周側流路領域６８ｂとの間に他の部位（図示しない部位）は存在するが外周側流路領域６８ａと内周側流路領域６８ｂとが一部連通した構成であってもよい。
【００５１】
上記構成によれば、スワラベーン７２ａ〜７２ｄの先端部８５において、軸方向流路６８のうち外周側流路領域６８ａを流通する気体を旋回させるようになっているので、先端部８５で形成された旋回流Ｄによって、軸方向流路６８に供給される燃料と気体との予混合を促進できる。一方、スワラベーン７２ａ〜７２ｄの根本部８６は下流側に切欠き９０ａ〜９０ｄが形成されており、この切欠き９０ａ〜９０ｄによって、根本部８６の腹面８１の下流側領域には、後縁９３に近づくにつれて旋回方向の逆に向かう湾曲面９２ａ〜９２ｄが形成されている。そのため、軸方向流路６８のうち内周側流路領域６８ｂにおいては、コアンダ効果によって気体が湾曲面９２ａ〜９２ｄに引き寄せられて旋回方向とは逆の方向に整流される。その結果、根本部８６の腹面８１の上流側領域で気体に与えられた旋回成分が根本部８６の腹面８１の下流側領域において弱まり、内周側流路領域６８ｂにおける平均軸流速度が増加し、フラッシュバック耐性を向上させることができる。さらに根本部８６の腹面８１の下流側領域の湾曲面９２ａ〜９２ｄに沿って気体が流れるため、切欠き９０ａ〜９０ｄの後流において流れの剥離による乱流の発生を抑制でき、乱流に起因した負の変動成分により軸流速度が不安定になることを防止できる。このため、内周側流路領域６８ｂにおける軸流速度の変動を抑制し、フラッシュバック耐性を効果的に向上させることができる。
また、燃焼バーナ６０の軸方向流路６８は、少なくともスワラベーン７２ａ〜７２ｄが設けられた軸方向範囲において、外周側流路領域６８ａと内周側流路領域６８ｂとが仕切られずに互いに連通している。これにより、外周側流路領域６８ａを流れる気体と内周側流路領域６８ｂを流れる気体との混合が促進される。よって、軸方向流路６８に供給される燃料の濃度分布が燃焼バーナ６０の径方向において均一化される。
【００５２】
ここで、図９を参照して、本実施形態における燃焼バーナと比較例における燃焼バーナとのフラッシュバック耐性を比較する。なお、図９は、実施形態および比較例の延長管出口における半径方向距離と平均軸流速度との関係を示すグラフである。同図では、実施形態として、図６及び図７に示すノズル６４及びスワラ７０ａを含む燃焼バーナが用いられ、比較例として、図８に示すノズル１２０及びスワラ１０２を含む燃焼バーナが用いられた場合の夫々の平均軸流速度を示している。
なお、図８に示す比較例において、スワラ１０２は、ノズル１２０の周囲に放射状に設けられた複数のスワラベーン１０４を備える。スワラベーン１０４は、外周側の先端部１１６と、内周側の根本部１１８とを有する。また、スワラベーン１０４は、圧力面である腹面１０６と、負圧面である背面１０８と、前縁１１０及び後縁１１２とを有する。これらの構成（例えばスワラベーンの数や配置）において比較例は本実施形態の構成と略同一である。さらにスワラベーン１０４は、本実施形態とは構成が異なる切欠き１１５を有している。切欠き１１５は、スワラベーン１０４の根本部１１８の下流側領域に形成されており、この切欠き１１５によって、根本部１１８の後縁１１４が、ノズル１２０の軸Ｏに対して直交する平面状に画定されている。すなわち、根本部１１８の後縁１１４は、根本部１１８の腹面１０６と背面１０８との間に、ノズル１２０の軸Ｏに対して直交する端面によって形成される。
【００５３】
上述したように、本発明者らの知見によって、燃焼バーナにおいて発生するフラッシュバック（特に渦芯フラッシュバック）は、燃焼バーナの平均軸流速度が内周側流路領域６８ｂにおいて極端に低下した際に起こりやすいことがわかっている。そこで、本実施形態における燃焼バーナ及び比較例における燃焼バーナのそれぞれにおいて、流体解析（ＣＦＤ；Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ  Ｆｌｕｉｄ  Ｄｙｎａｍｉｃｓ）を用いて、ノズル６４，１２０の半径方向距離に対する平均軸流速度を算出した。ここでいう平均軸流速度とは、ノズル６４，１２０の下流側の延長管出口における軸流速度を、規定時間で平均した値である。
【００５４】
その結果、比較例における燃焼バーナでは、内周側流路領域においては、外周側流路領域よりも大幅に平均軸流速度が小さくなり、延長管出口における平均軸流速度分布（図９の点線）において、流路中心軸Ｏ’における平均軸流速度が低下した。その理由として、比較例におけるスワラベーン１０４は、根本部１１８の後縁１１４がノズル１２０の軸Ｏに対して直交する端面によって形成されているので、根本部１１８の上流側領域に沿って流れてきた気体は後縁１１４において根本部１１８から剥離し、切欠き１１５の下流側で乱流が発生するためと考えられる。
【００５５】
一方、本実施形態における燃焼バーナでは、内周側流路領域６８ｂにおける平均軸流速度が比較例よりも大きくなったため、延長管出口６５ａにおける平均軸流速度分布（図９の実線）において、流路中心軸Ｏ’における平均軸流速度の低下が抑制された。すなわち、本実施形態によれば、延長管出口６５ａにおける平均軸流速度分布が、比較例に比べて、均一化された。これは、上述したように、内周側流路領域６８ｂにおいて切欠き９０ａによって気体が旋回方向とは逆の方向に整流され、根本部８６の腹面８１の上流側領域で気体に与えられた旋回成分が根本部８６の腹面８１の下流側領域において弱まり、内周側流路領域６８ｂにおける平均軸流速度が増加したものと考えられる。
このように、本実施形態によれば、内周側流路領域６８ｂにおける軸流速度の変動を抑制し、フラッシュバック耐性を向上させることができるものである。
【００５６】
上述した本実施形態における燃焼バーナの基本的な構成に加えて、本実施形態における燃焼バーナは、以下のいずれかの構成をさらに備えていてもよい。なお、一実施形態においては、異なる図に示される複数の構成を組み合わせてもよいことは勿論である。
【００５７】
図６は、一実施形態におけるノズル６４及びスワラ７０ａを示す側面図である。図７は、スワラ７０ａの一構成例を示す平面図である。
図６及び図７に示すように、スワラベーン７２ａにおいて、根本部８６の翼型（ノズル６４の径方向と直交する平面で見た断面形状。以下、同様）は、上流側領域において先端部８５の翼型と形状が一致しており、下流側領域において切欠き９０ａに相当する部位が先端部８５の翼型から切り欠かれた形状を有する。なお、この構成は、２次元翼において好適に用いられる。
これにより、スワラベーン７２ａの翼高さの全長にわたって翼型が実質的に同一である翼部材を形成し、この翼部材の根本部８６の下流側領域に切欠き９０ａを設けることで、旋回方向の逆に向かう方向の湾曲面が根本部８６に設けられたスワラベーン７２ａを容易に製造することができる。
【００５８】
図７に示すように、スワラベーン７２ａの根本部８６の後縁９３は、ノズル６４の周方向における位置が根本部８６の前縁８３と一致していてもよい。すなわち、スワラベーン７２ａの前縁８３を通ってノズル６４の軸Ｏに沿った直線Ｌ１上に、根本部８６の後縁９３が位置している。
上記実施形態によれば、スワラベーン７２ａの根本部８６の後縁９３が前縁８３に対して旋回方向下流側にずれている場合に比べて、旋回方向の逆に向かう湾曲によって根本部８６の後縁９３が前縁８３と同じ周方向位置まで戻っているため、内周側流路領域６８ｂにおける流れの旋回成分を十分に弱めて平均軸流速度を確実に増大できる。
【００５９】
また、スワラベーン７２ａの根本部８６の翼型は、少なくとも後縁９３側において、後縁９３を通り軸方向に平行な直線Ｌ１に対して線対称である形状を有していてもよい。例えば、スワラベーン７２ａの根本部８６の翼型は、楕円形状、涙型形状、長円形状などが挙げられる。なお、上記構成に加えて根本部８６の翼型は、前縁８３側と後縁９３側とが、軸方向に直交する直線に対して線対称であってもよい（例えば楕円形状や長円形状）。
これにより、内周側流路領域６８ｂにおける平均軸流速度の増大が図れるとともに、根本部８６の断面形状を簡素化することもでき、その場合スワラベーン７２ａの製造性の向上が可能となる。
【００６０】
図１０は、一実施形態におけるスワラの斜視図である。
図１０に示すように、一実施形態において、スワラベーン７２ａの先端部８５の腹面８１は、後縁８４に近づくにつれて旋回方向に向かう湾曲面９１を有しているとともに、スワラベーン７２ａの腹面８１は、先端部８５の湾曲面９１と根本部８６の湾曲面９２ａとの間で段差９５を有する。
上記実施形態によれば、スワラベーン７２ａの腹面８１に形成された段差９５において、先端部８５の湾曲面９１に沿う旋回方向の流れＤと、根本部８６の湾曲面９２ａに沿う旋回方向とは逆の流れＥとの間にせん断層が形成される。そして、このせん断層で渦が発生し、外周側流路領域６８ａを流れる気体と内周側流路領域６８ｂを流れる気体との混合が促進される。そのため、スワラベーン７２ａの上流側で燃料が供給される場合には、燃焼バーナ６０の径方向における燃料濃度分布をより一層均一にすることができる。
【００６１】
図１１は、他の実施形態におけるノズル及びスワラの側面図である。図１２は、図１１に示したスワラベーンの構成例を示す平面図である。図１３は、図１１に示したスワラベーンの他の構成例を示す平面図である。
図１１に示すように、他の実施形態におけるスワラ７０ｂにおいて、根本部８６の湾曲面９２ｂは、軸方向流路の内周側流路領域６８ｂを流通する気体を旋回方向とは逆方向に旋回させるように構成されていてもよい。これにより、内周側流路領域６８ｂにおいて外周側流路領域６８ａの旋回方向とは逆方向に気体が旋回するので、より一層効果的に内周側流路領域６８ｂにおける旋回成分を弱めることができる。
【００６２】
図１１及び図１２に示すように、他の実施形態において、スワラベーン７２ｂの根本部８６の後縁９３は、ノズル６４の周方向において、前縁８３を通り軸方向に平行な直線Ｌ２を挟んで、先端部８５の後縁８４とは反対側に位置してもよい。これにより、前縁８３よりも旋回方向上流側に根本部８６の後縁９３が位置するので、内周側流路領域６８ｂ（図５参照）の流れを旋回方向とは逆に確実に向かわせることができ、内周側流路領域６８ｂにおける旋回成分をより効果的に低減することができ、よって、内周側流路領域６８ｂの平均軸流速度を確実に増加させることができる。
【００６３】
図１１及び図１３に示すように、他の実施形態において、スワラベーン７２ｂの根本部８６の後縁９３を通る背面８２の接線Ｌ３と、根本部８６の後縁９３を通る腹面８１の接線Ｌ４と、で形成される角αの二等分線Ｌ５は、根本部８６の後縁９３よりも下流側において、軸方向に対して旋回方向とは逆に傾斜していてもよい。
上記実施形態によれば、外周側流路領域６８ａ（図５参照）では気体が旋回方向に旋回しているのに対して、内周側流路領域６８ｂ（図５参照）では、気体が旋回方向とは逆に向かうこととなる。これにより、内周側流路領域６８ｂにおける旋回成分をより効果的に弱めることができる
【００６４】
図１４は、他の実施形態におけるノズル及びスワラの側面図である。
図１４に示すように、他の実施形態では、スワラベーン７２ｃの先端部８５は、先端部８５の下流側領域において、切欠き９０ｃによって形成される切欠き空間に対して径方向の外側に位置して、切欠き空間に面する切欠き空間形成面９６を有している。この切欠き空間形成面９６は、下流に向かうほど切欠き空間の径方向における幅が広がるような形状を有する。具体的には、切欠き空間の径方向における幅、すなわち切欠き空間形成面９６とノズル６４の外周面との距離に関して、切欠き９０ｃの上流側（例えば根本部８６の後縁９３の軸方向位置）の距離Ｈ１よりも、下流側（例えば先端部８５の後縁８４の軸方向位置）の距離Ｈ２が大きい。さらに、上流側の距離Ｈ１から下流側の距離Ｈ２まで徐々に大きくなるように、切欠き空間形成面９６が形成されていてもよい。あるいは、切欠き空間形成面９６は、下流に向かうほど切欠き空間の径方向における幅が広がるように軸方向に対して直線状に傾斜した平坦面であってもよい。また、上流側の距離Ｈ１から下流側の距離Ｈ２まで、スワラベーン７２ｃの径方向高さＨの３％以上２０％以下であってもよい。例えば、下限値である上流側の距離Ｈ１は３％以上であり、上限値である下流側の距離Ｈ２は２０％以下とする。
【００６５】
上記実施形態によれば、外周側流路領域６８ａにおける旋回流を主とした流れと、内周側流路領域６８ｂの切欠き９０ｃを通過する軸流を主とした流れとが混合する幅を大きくとることができ、軸方向流路６８よりも下流側における流速分布を均一化できる。保炎位置における流速分布が均一なほど、火炎面形状が平坦に近づき、火炎面を上流遡上させるｂａｒｏｃｌｉｎｉｃ  ｔｏｒｑｕｅは小さくなる。よって、軸方向流路６８よりも下流側における流速分布が均一化されることで、内周側流路領域６８ｂにおけるフラッシュバック耐性を効果的に向上させることができる。
【００６６】
なお、図１４に示す他の実施形態におけるスワラ７０ｃにおいて、スワラベーン７２ｃでは、根本部８６の後縁９３が湾曲面９２ｃを有する場合について例示しているが、根本部８６の後縁９３が湾曲面９２ｃを有していない構成としてもよい。すなわち、スワラベーン７２ｃは、切欠き空間形成面９６が、下流に向かうほど切欠き空間の径方向における幅が広がるような形状を有するとともに、根本部８６の後縁９３が比較例の後縁１１４と同様に平面状に形成された構成となっている。具体的には、スワラベーン７２ｃは、軸方向流路６８のうち外周側流路領域６８ａを流通する気体を旋回方向に旋回させるための先端部８５と、先端部８５からみてノズル６４の径方向における内側に位置し、後縁側に切欠き９０ｃを有する根本部８６と、を含む。また、軸方向流路６８は、少なくともスワラベーン７２ｃが設けられた軸方向範囲において、外周側流路領域６８ａと内周側流路領域６８ｂとが仕切られずに互いに連通している。さらに、先端部８５は、先端部８５の下流側領域において、切欠き９０ｃによって形成される切欠き空間に対して径方向の外側に位置して該切欠き空間に面する切欠き空間形成面９６を有し、切欠き空間形成面９６は、下流に向かうほど切欠き空間の径方向における幅が広がるような形状を有する。
【００６７】
ここで、図１５を参照して、本実施形態における燃焼バーナと比較例における燃焼バーナとのフラッシュバック耐性を比較する。なお、図１５は、実施形態および比較例の延長管出口における半径方向距離と平均軸流速度との関係を示すグラフである。同図では、実施形態として、図１４に示すノズル６４及びスワラ７０ｃを含む燃焼バーナが用いられ、比較例として、図８に示すノズル及びスワラを含む燃焼バーナが用いられた場合の夫々の平均軸流速度を示している。
なお、図１４では、根本部８６の後縁９３が湾曲面９２ｃを有する場合について例示しているが、以下の解析においては、根本部８６の後縁９３が湾曲面９２ｃを有しないスワラベーンを用いている。すなわち、本実施形態における燃焼バーナとして、切欠き空間形成面９６が、下流に向かうほど切欠き空間の径方向における幅が広がるような形状を有するとともに、根本部８６の後縁９３が比較例と同様に平面状に形成されている燃焼バーナを用いる。
【００６８】
本実施形態における燃焼バーナ及び比較例における燃焼バーナのそれぞれにおいて、流体解析（ＣＦＤ；Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ  Ｆｌｕｉｄ  Ｄｙｎａｍｉｃｓ）を用いて、ノズル６４，１２０の半径方向距離に対する平均軸流速度を算出した。
その結果、比較例における燃焼バーナでは、内周側流路領域においては、外周側流路領域よりも大幅に平均軸流速度が小さくなり、延長管出口における平均軸流速度分布（図１５の点線）において、流路中心軸Ｏ’における平均軸流速度が低下した。
一方、本実施形態における燃焼バーナでは、内周側流路領域６８ｂにおける平均軸流速度が比較例よりも大きくなったため、延長管出口６５ａにおける平均軸流速度分布（図１５の実線）において、流路中心軸Ｏ’における平均軸流速度の低下が抑制された。すなわち、本実施形態によれば、延長管出口６５ａにおける平均軸流速度分布が、比較例に比べて、均一化された。これは、上述したように、外周側流路領域６８ａにおける旋回流を主とした流れと、内周側流路領域６８ｂの切欠き９０ｃを通過する軸流を主とした流れとが混合する幅を大きくとることができるので、軸方向流路６８よりも下流側における流速分布を均一化できるものと考えられる。
このように、本実施形態によれば、軸方向流路６８よりも下流側における流速分布が均一化されることで、内周側流路領域６８ｂにおけるフラッシュバック耐性を効果的に向上させることができる。
【００６９】
図１６は、他の実施形態におけるノズル及びスワラの側面図である。
図１６に示すように、スワラベーン７２ｄの前縁８３’は、少なくとも先端部８５側において、ノズル６４の径方向において外側に近づくにつれて軸方向の上流側に向かうように径方向に対して傾斜している。前縁８３’の傾斜は、ノズル６４の径方向におけるスワラベーン７２ｄの前縁８３’の全ての領域に設けられてもよい。あるいは、前縁８３’の傾斜は、ノズル６４の径方向における少なくとも一部の前縁８３’の領域に設けられてもよく、特に、ノズル６４の径方向における外周側（外周側流路領域６８ａに相当する部位）に設けられてもよい。
これにより、スワラベーン７２ｄの翼面上における径方向の圧力勾配に沿って、気体の流れは内周側流路領域６８ｂ（図５参照）に寄っていくため、内周側流路領域６８ｂにおける流量が相対的に増加し、その結果内周側流路領域６８ｂにおける平均軸流速度が増大する。
【００７０】
なお、図１６に示す他の実施形態におけるスワラ７０ｄにおいて、スワラベーン７２ｄは、根本部８６の下流側に切欠き９０ｄが形成された構成について例示したが、切欠き９０ｄが形成されていなくてもよい。また、図１６に示す他の実施形態におけるスワラベーン７２ｄは、図１４の実施形態にて説明＋したように、下流に向かうほど切欠き空間の径方向における幅が広がるような切欠き空間形成面を有する切欠きを備えていてもよい。
【００７１】
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
例えば、上記実施形態では一例として予混合燃焼方式の燃焼バーナについて説明した。予混合燃焼方式の燃焼バーナは、燃焼温度が局所的に上昇することを抑制できるため、ＮＯＸの生成抑制に有効である。ただし、本発明の実施形態は、拡散燃焼方式の燃焼バーナに対しても適用可能である。その場合、スワラベーンは燃料噴射孔を有しておらず、軸方向流路には燃料が殆ど存在しない形態も含む。
また、上記実施形態では、主として２次元翼を例示しているが、本発明の実施形態は、３次元翼にも適用可能である。
【００７２】
なお、上記実施形態において、例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【符号の説明】
【００７３】
１          ガスタービン
２          圧縮機
４          燃焼器
６          タービン
８          ロータ
１０        圧縮機車室
２２        タービン車室
２８        排気車室
４０        燃焼器車室
４６        燃焼器ライナ
４６ａ      内筒
４６ｂ      尾筒
５０        燃焼バーナ（パイロット燃焼バーナ）
５２        燃料ポート
５４        ノズル（パイロットノズル）
５６        パイロットコーン
５８        スワラ
６０        燃焼バーナ（予混合燃焼バーナ）
６２        燃料ポート
６４        ノズル（メインノズル）
６５        延長管
６５ａ      延長管出口
６６        バーナ筒
６８        軸方向流路
６８ａ      外周側流路領域
６８ｂ      内周側流路領域
７０，７０ａ〜７０ｄ    スワラ
７２，７２ａ〜７２ｄ    スワラベーン
７４〜７７  噴射孔
８１        腹面
８２        背面
８３，８３’  前縁
８４        後縁
８５        先端部
８６        根本部
８６ａ      外周側流路領域
８６ｂ      内周側流路領域
９０，９０ａ〜９０ｄ    切欠き
９１        湾曲面
９２ａ〜９２ｄ  湾曲面
９３        後縁
９５        段差
９６        切欠き空間形成面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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