(57)【要約】【課題】  フラッシュバックを防止し、且つ、燃料濃度を均一とする。【解決手段】  外周面に複数枚の旋回翼１３０を備えた燃料ノズル１１０を、クリアランス１２１をとって、バーナー筒１２０内に備える。各旋回翼１３０は、空気通路１１１を流通する圧縮空気Ａを旋回させて旋回空気流ａとするため、上流側から下流側に向かうに従い次第に湾曲している（周方向に沿い傾いている）。このとき、各旋回翼１３０の湾曲は、内周側よりも外周側で大きくしている。このため、内周側から外周側に向かう空気流線の発生を抑えることにより、内周側流速と外周側流速が均等になり内周側でのフラッシュバックを防止できる。また内周側と外周側での周方向の単位長当たりの旋回付与力が等しくなり、内周側燃料濃度と外周側燃料濃度が均等になる。更に、翼背面側からクリアランス１２１を通って翼腹面側に洩れる漏れ流れにより渦空気流が発生して、燃料と空気の混合が促進される。【選択図】        図１
2006336996.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ノズルと、
前記燃料ノズルを囲繞する状態で配置されており、前記燃料ノズルとの間に空気通路を形成するバーナー筒と、
燃料ノズルの外周面の周方向に沿う複数箇所に、前記燃料ノズルの軸方向に沿う状態で配置されており、前記空気通路を上流側から下流側に流通する空気を旋回させるため、上流側から下流側に向かうに従い次第に湾曲している旋回翼と、
を有するガスタービンの予混合燃焼バーナーであって、
前記旋回翼の平均反り線に対して前記旋回翼の後縁で接する接線と、前記燃料ノズルの軸方向に沿う軸線とでなす角度が、前記旋回翼の後縁の内周側では０〜１０度になっており、前記旋回翼の後縁の外周側では、前記旋回翼の後縁の内周側の角度よりも大きい角度になっていることを特徴とするガスタービンの予混合燃焼バーナー。
【請求項２】
燃料ノズルと、
前記燃料ノズルを囲繞する状態で配置されており、前記燃料ノズルとの間に空気通路を形成するバーナー筒と、
燃料ノズルの外周面の周方向に沿う複数箇所に、前記燃料ノズルの軸方向に沿う状態で配置されており、前記空気通路を上流側から下流側に流通する空気を旋回させるため、上流側から下流側に向かうに従い次第に湾曲している旋回翼と、
を有するガスタービンの予混合燃焼バーナーであって、
前記旋回翼の平均反り線に対して前記旋回翼の後縁で接する接線と、前記燃料ノズルの軸方向に沿う軸線とでなす角度が、前記旋回翼の後縁の内周側では０〜１０度になっており、前記旋回翼の後縁の外周側では２５〜３５度になっていることを特徴とするガスタービンの予混合燃焼バーナー。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のガスタービンの予混合燃焼バーナーにおいて、
前記旋回翼の外周側端面と、前記バーナー筒の内周面との間にクリアランスを設け、
前記旋回翼の翼高さと前記クリアランスの長さとの比（クリアランスの長さ／翼高さ）を、１〜１０％にしたことを特徴とするガスタービンの予混合燃焼バーナー。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のガスタービンの予混合燃焼バーナーにおいて、
前記旋回翼の外周側端面と前記バーナー筒の内周面との間のクリアランスを一定にするために、前記旋回翼の外周側端面の一部に、前記バーナー筒の内周面に緊密に接触するクリアランス設定用リブを設けたことを特徴とするガスタービンの予混合燃焼バーナー。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載のガスタービンの予混合燃焼バーナーにおいて、
前記旋回翼の翼弦長と前記翼高さとのアスペクト比（翼高さ／翼弦長）を、０．２〜０．７５にしたことを特徴とするガスタービンの予混合燃焼バーナー。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載のガスタービンの予混合燃焼バーナーにおいて、
前記旋回翼の翼厚は、前記旋回翼の翼弦長の０．１〜０．３倍の長さになっていることを特徴とするガスタービンの予混合燃焼バーナー。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載のガスタービンの予混合燃焼バーナーにおいて、
前記旋回翼の後縁における翼の厚みは、スロート長の０．２倍よりも小さくなっていることを特徴とするガスタービンの予混合燃焼バーナー。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載のガスタービンの予混合燃焼バーナーにおいて、
前記旋回翼には、前記燃料ノズルから燃料通路を介して供給された燃料を噴射する燃料噴射孔が形成されており、
しかも、隣接する旋回翼の相対向する翼面に形成された燃料噴射孔は、一方の翼面に形成された燃料噴射孔の位置と、他方の翼面に形成された燃料噴射孔の位置とで、位置ズレをさせていることを特徴とするガスタービンの予混合燃焼バーナー。
【請求項９】
燃料ノズルと、
前記燃料ノズルを囲繞する状態で配置されており、前記燃料ノズルとの間に空気通路を形成するバーナー筒と、
燃料ノズルの外周面の周方向に沿う複数箇所に、前記燃料ノズルの軸方向に沿う状態で配置されており、前記空気通路を上流側から下流側に流通する空気を旋回させるため、上流側から下流側に向かうに従い次第に湾曲している旋回翼と、
を有するガスタービンの予混合燃焼バーナーであって、
前記旋回翼の外周側端面と、前記バーナー筒の内周面との間にクリアランスを設けたことを特徴とするガスタービンの予混合燃焼バーナー。
【請求項１０】
請求項９に記載のガスタービンの予混合燃焼バーナーにおいて、
前記旋回翼の翼高さと前記クリアランスの長さとの比（クリアランスの長さ／翼高さ）を、１〜１０％にしたことを特徴とするガスタービンの予混合燃焼バーナー。
【請求項１１】
請求項９または請求項１０に記載のガスタービンの予混合燃焼バーナーにおいて、
前記旋回翼の外周側端面と前記バーナー筒の内周面との間のクリアランスを一定にするために、前記旋回翼の外周側端面の一部に、前記バーナー筒の内周面に緊密に接触するクリアランス設定用リブを設けたことを特徴とするガスタービンの予混合燃焼バーナー。
【請求項１２】
請求項９乃至請求項１１の何れか一項に記載のガスタービンの予混合燃焼バーナーにおいて、
前記旋回翼の翼弦長と前記翼高さとのアスペクト比（翼高さ／翼弦長）を、０．２〜０．７５にしたことを特徴とするガスタービンの予混合燃焼バーナー。
【請求項１３】
請求項９乃至請求項１２の何れか一項に記載のガスタービンの予混合燃焼バーナーにおいて、
前記旋回翼の翼厚は、前記旋回翼の翼弦長の０．１〜０．３倍の長さになっていることを特徴とするガスタービンの予混合燃焼バーナー。
【請求項１４】
請求項９乃至請求項１３の何れか一項に記載のガスタービンの予混合燃焼バーナーにおいて、
前記旋回翼の後縁における翼の厚みは、スロート長の０．２倍よりも小さくなっていることを特徴とするガスタービンの予混合燃焼バーナー。
【請求項１５】
請求項９乃至請求項１４の何れか一項に記載のガスタービンの予混合燃焼バーナーにおいて、
前記旋回翼には、前記燃料ノズルから燃料通路を介して供給された燃料を噴射する燃料噴射孔が形成されており、
しかも、隣接する旋回翼の相対向する翼面に形成された燃料噴射孔は、一方の翼面に形成された燃料噴射孔の位置と、他方の翼面に形成された燃料噴射孔の位置とで、位置ズレをさせていることを特徴とするガスタービンの予混合燃焼バーナー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガスタービンの予混合燃焼バーナーに関するものである。本発明では、燃料と空気との効果的な予混合をして均一濃度の燃料ガスとすることができると共に、燃料ガスの流速を均一にして逆火の防止を確実に図ることができるように工夫したものである。
【背景技術】
【０００２】
発電等に用いられるガスタービンは、圧縮機、燃焼器、タービンを主要部材として構成されている。ガスタービンは複数の燃焼器を有しているものが多く、圧縮機により圧縮された空気と、燃焼器に供給された燃料を混合させ、各々の燃焼器内で燃焼させて高温の燃焼ガスを発生させる。この高温の燃焼ガスをタービンへ供給してタービンの回転駆動をしている。
【０００３】
ここで従来のガスタービンの燃焼器の一例を、図１１を参照しつつ説明する。
図１１に示すように、ガスタービンの燃焼器１０は、燃焼器ケーシング１１に環状に複数個配置されている（図１１では１個のみ示している）。燃焼器ケーシング１１とガスタービンケーシング１２には圧縮空気が充満し、車室１３を形成する。この車室１３には、圧縮機により圧縮された空気が導入される。導入された圧縮空気は、燃焼器１０の上流部に設けられた空気流入口１４から、燃焼器１０の内部に入る。燃焼器１０の内筒１５の内部では、燃料ノズル１６から供給された燃料と圧縮空気が混合されて燃焼する。燃焼によって生じた燃焼ガスは、尾筒１７を通ってタービン室側へ供給され、タービンロータを回転させる。
【０００４】
図１２は、燃料ノズル１６と、内筒１５と、尾筒１７とを分離して示す斜視図である。同図に示すように、燃料ノズル１６は、複数本の予混合燃料ノズル１６ａと、１本のパイロット燃料ノズル１６ｂを有している。内筒１５には複数のスワラー１８が備えられている。複数本の予混合燃料ノズル１６ａは、それぞれ、スワラー１８を貫通してから、内筒１５に挿入されている。
このため、予混合燃料ノズル１６ａから噴射された燃料は、スワラー１８により旋回流となった空気と予混合され、内筒１５内で燃焼する。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１４０５５号公報
【特許文献２】特開２００４−１２０３９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１２に示す従来技術では、内筒１５側にスワラー１８を備え、予混合燃料ノズル１６ａ側にスワラー（スワラーベーン：旋回翼）を備えていないタイプの燃焼バーナーであった。
本願発明者は、上記タイプとは異なり、予混合燃料ノズルの外周面に旋回翼（スワラーベーン）を備えた、ガスタービンの予混合燃焼バーナーの開発をしている。
【０００７】
予混合燃料ノズルの外周面に旋回翼を備えた予混合燃焼バーナーは、従来から存在していたが、
（１）燃料を十分に混合して均一濃度の燃料ガスとすること、
（２）燃料ガスの流速を均一にして逆火の防止を確実に図ること、
ができる性能の良い予混合燃焼バーナーはなかった。
【０００８】
本願発明者は、予混合燃料ノズルの外周面に旋回翼を備えた予混合燃焼バーナーについて鋭意研究した結果、従来技術にはない独特な構成と優れた効果を有する、ガスタービンの予混合燃焼バーナーを開発するに至り、その成果を特許出願することにした。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する本発明の構成は、
燃料ノズルと、
前記燃料ノズルを囲繞する状態で配置されており、前記燃料ノズルとの間に空気通路を形成するバーナー筒と、
燃料ノズルの外周面の周方向に沿う複数箇所に、前記燃料ノズルの軸方向に沿う状態で配置されており、前記空気通路を上流側から下流側に流通する空気を旋回させるため、上流側から下流側に向かうに従い次第に湾曲している旋回翼と、
を有するガスタービンの予混合燃焼バーナーであって、
前記旋回翼の平均反り線に対して前記旋回翼の後縁で接する接線と、前記燃料ノズルの軸方向に沿う軸線とでなす角度が、前記旋回翼の後縁の内周側では０〜１０度になっており、前記旋回翼の後縁の外周側では、前記旋回翼の後縁の内周側の角度よりも大きい角度になっていることを特徴とする。
【００１０】
また本発明の構成は、
燃料ノズルと、
前記燃料ノズルを囲繞する状態で配置されており、前記燃料ノズルとの間に空気通路を形成するバーナー筒と、
燃料ノズルの外周面の周方向に沿う複数箇所に、前記燃料ノズルの軸方向に沿う状態で配置されており、前記空気通路を上流側から下流側に流通する空気を旋回させるため、上流側から下流側に向かうに従い次第に湾曲している旋回翼と、
を有するガスタービンの予混合燃焼バーナーであって、
前記旋回翼の平均反り線に対して前記旋回翼の後縁で接する接線と、前記燃料ノズルの軸方向に沿う軸線とでなす角度が、前記旋回翼の後縁の内周側では０〜１０度になっており、前記旋回翼の後縁の外周側では２５〜３５度になっていることを特徴とする。
【００１１】
また本発明の構成は、
燃料ノズルと、
前記燃料ノズルを囲繞する状態で配置されており、前記燃料ノズルとの間に空気通路を形成するバーナー筒と、
燃料ノズルの外周面の周方向に沿う複数箇所に、前記燃料ノズルの軸方向に沿う状態で配置されており、前記空気通路を上流側から下流側に流通する空気を旋回させるため、上流側から下流側に向かうに従い次第に湾曲している旋回翼と、
を有するガスタービンの予混合燃焼バーナーであって、
前記旋回翼の外周側端面と、前記バーナー筒の内周面との間にクリアランスを設けたことを特徴とする。
【００１２】
また本発明の構成は、上記のいずれかのガスタービンの予混合燃焼バーナーにおいて、
前記旋回翼の外周側端面と、前記バーナー筒の内周面との間にクリアランスを設け、
前記旋回翼の翼高さと前記クリアランスの長さとの比（クリアランスの長さ／翼高さ）を、１〜１０％にしたことを特徴とする。
【００１３】
また本発明の構成は、上記のいずれかのガスタービンの予混合燃焼バーナーにおいて、
前記旋回翼の外周側端面と前記バーナー筒の内周面との間のクリアランスを一定にするために、前記旋回翼の外周側端面の一部に、前記バーナー筒の内周面に緊密に接触するクリアランス設定用リブを設けたことを特徴とする。
【００１４】
また本発明の構成は、上記のいずれかのガスタービンの予混合燃焼バーナーにおいて、
前記旋回翼の翼弦長と前記翼高さとのアスペクト比（翼高さ／翼弦長）を、０．２〜０．７５にしたことを特徴とする。
【００１５】
また本発明の構成は、上記のいずれかのガスタービンの予混合燃焼バーナーにおいて、
前記旋回翼の翼厚は、前記旋回翼の翼弦長の０．１〜０．３倍の長さになっていることを特徴とする。
【００１６】
また本発明の構成は、上記のいずれかのガスタービンの予混合燃焼バーナーにおいて、
前記旋回翼の後縁における翼の厚みは、スロート長の０．２倍よりも小さくなっていることを特徴とする。
【００１７】
また本発明の構成は、上記のいずれかのガスタービンの予混合燃焼バーナーにおいて、
前記旋回翼には、前記燃料ノズルから燃料通路を介して供給された燃料を噴射する燃料噴射孔が形成されており、
しかも、隣接する旋回翼の相対向する翼面に形成された燃料噴射孔は、一方の翼面に形成された燃料噴射孔の位置と、他方の翼面に形成された燃料噴射孔の位置とで、位置ズレをさせていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、旋回翼の平均反り線に対して旋回翼の後縁で接する接線と、燃料ノズルの軸方向に沿う軸線とでなす角度が、旋回翼の後縁の内周側では０〜１０度になっており、旋回翼の後縁の外周側では、旋回翼の後縁の内周側の角度よりも大きい角度（２５〜３５度）になっているため、空気通路の内周側でも外周側でも空気の流速が均一となり、逆火の発生を防止することができると共に、燃料濃度が均一となる。
【００１９】
また本発明では、旋回翼の外周側端面と、バーナー筒の内周面との間にクリアランスを設けたため、クリアランスを通って翼背面から翼腹面に流れる漏れ流れと、軸方向流れとの作用により渦空気流が発生し、この渦空気流により、燃料と空気との混合を促進することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に本発明の実施の形態を、実施例に基づき詳細に説明する。
【実施例１】
【００２１】
本発明の実施例１に係るガスタービンの予混合燃焼バーナー１００は、図１に示すように、パイロット燃焼バーナー２００の周囲を囲む状態で、複数個配置されている。パイロット燃焼バーナー２００には、図示は省略するが、パイロット燃焼ノズルが組み込まれている。
予混合燃焼バーナー１００と、パイロット燃焼バーナー２００は、ガスタービンの内筒の内部に配置されるものである。
【００２２】
予混合燃焼バーナー１００は、燃料ノズル１１０と、バーナー筒１２０と、旋回翼（スワラーベーン）１３０を主要部材として構成されている。
【００２３】
バーナー筒１２０は、燃料ノズル１１０に対して同心状で且つこの燃料ノズル１１０を囲繞する状態で配置されている。このため、燃料ノズル１１０の外周面とバーナー筒１２０の内周面との間に、リング状の空気通路１１１が形成される。
この空気通路１１１には、その上流側（図１では左側）から下流側（図１では右側）に向かい、圧縮空気Ａが流通する。
【００２４】
旋回翼１３０は、図１、斜視図である図２、上流側から見た図３、下流側から見た図４に示すように、燃料ノズル１１０の周方向に沿う複数箇所（本例では６箇所）に配置されて、燃料ノズル１１０の軸方向に沿い伸びて配置されている。
なお図１では、理解を容易にするため、周方向に沿う角度０度と角度１８０度の位置に配置した２枚の旋回翼１３０のみを示している（図１の状態では、実際には合計で４枚の旋回翼が見える）。
【００２５】
各旋回翼１３０は、空気通路１１１を流通する圧縮空気Ａに旋回力を付与して、この圧縮空気Ａを旋回空気流ａにするものである。このため、各旋回翼１３０は、圧縮空気Ａを旋回させることができるように、上流側から下流側に向かうに従い次第に湾曲している（周方向に沿い傾いている）。旋回翼１３０の湾曲状態についての詳細は後述する。
【００２６】
各旋回翼１３０の外周側端面（チップ）と、バーナー筒１２０の内周面との間には、クリアランス（隙間）１２１が取られている。
【００２７】
更に、各旋回翼１３０の外周側端面（チップ）の前縁側には、クリアランス設定用リブ１３１が固定されている。各クリアランス設定用リブ１３１は、旋回翼１３０が備えられた燃料ノズル１１０をバーナー筒１２０の内部に組みつけた際に、バーナー筒１２０の内周面に緊密に接触する高さ（径方向長さ）となっている。
【００２８】
このため、各旋回翼１３０とバーナー筒１２０との間に形成される各クリアランス１２１の長さ（径方向長さ）は均等になる。また旋回翼１３０が備えられた燃料ノズル１１０をバーナー筒１２０の内部に組みつける際の組つけ作業が容易になる。
クリアランス１２１の長さと旋回翼１３０の翼高さとの関係については後述する。
【００２９】
各旋回翼１３０の翼背面１３２ｂには噴射孔１３３ｂ（図１，図２では点線の円で示している）が形成され、各旋回翼１３０の翼腹面１３２ａには噴射孔１３３ａ（図１，図２では実線の円で示している）が形成されている。この場合、噴射孔１３３ｂと噴射孔１３３ａの形成位置は、千鳥状にズレて配置されている。
このため、隣接する旋回翼１３１で見ると、隣接する一方の旋回翼１３１の翼腹面１３２ａに形成された噴射孔１３３ａの位置と、隣接する他方の旋回翼１３１の翼背面１３２ｂに形成された噴射孔１３３ｂとの位置とが、位置ズレしている。
【００３０】
図示は省略するが、燃料ノズル１１０の内部及び各旋回翼１３０の内部には燃料通路が形成されており、燃料ノズル１１０の燃料通路及び各旋回翼１３０の燃料通路を介して、各噴射孔１３３ａ、１３３ｂに燃料が供給される。
このため、各噴射孔１３３ａ、１３３ｂから空気通路１１１に向かって燃料が噴射される。このとき、噴射孔１３３ａの配置位置と噴射孔１３３ｂの配置位置が位置ズレしているため、噴射孔１３３ａから噴射された燃料と、噴射孔１３３ｂから噴射された燃料とが干渉（衝突）することはない。
噴射された燃料は、空気Ａ（ａ）と混合されて燃料ガスとなり、内筒の内部空間に送られて燃焼する。
【００３１】
次に、旋回翼１３０の湾曲状態に付いて、図１〜図４を参照して説明する。
（１）概略的に言うと、各旋回翼１３０は、圧縮空気Ａを旋回させることができるように、上流側から下流側に向かうに従い次第に湾曲している。
（２）軸方向（燃料ノズル１１０の長手方向）に関しては、上流側から下流側に向かうに従い湾曲が大きくなっている。
（３）旋回翼１３０の後縁では、径方向（燃料ノズル１１０の半径方向（放射方向））に関して、内周側よりも外周側に向かうに従い湾曲が大きくなっている。
【００３２】
上述した（３）の旋回翼１３０の後縁での湾曲について、図５を参照しつつ、更に説明する。
図５において、点線は旋回翼１３０の内周側（最内周面）での翼形状（翼断面形状）を示しており、実線は旋回翼１３０の外周側（最外周面）での翼形状（翼断面形状）を示している。
点線で示す内周側の翼形状において、平均反り線（骨格線）をＬ１１、この平均反り線Ｌ１１に対して旋回翼の後縁で接する接線をＬ１２としている。
実線で示す外周側の翼形状において、平均反り線（骨格線）をＬ２１、この平均反り線Ｌ２１に対して旋回翼の後縁で接する接線をＬ２２としている。
燃料ノズル１１０の軸方向に沿う軸線をＬ０としている。
【００３３】
図５に示すように、本実施例では、旋回翼１３０の後縁において、内周側での接線Ｌ１２と軸線Ｌ０とでなす角度を０度としており、外周側での接線Ｌ２２と軸線Ｌ０とでなす角度を、内周側での角度よりも大きくしている。
【００３４】
本願発明者の研究によれば、内周側から外周側に向かうに従い、平均反り線に対して旋回翼の後縁で接する接線と軸線とでなす角度を大きくしていく場合、
（ａ）内周側の角度を０〜１０度にし、
（ｂ）外周側の角度を２５〜３５度にする、
ことが「最適」であることが究明された。
ここでいう「最適」とは、
（i）空気通路１１１の内周側であっても外周側であっても、空気Ａ（ａ）の流速が均一となってフラッシュバック（逆火）の発生を防止でき、
（ii）空気通路１１１の内周側であっても外周側であっても、燃料濃度が均一となることを意味する。
【００３５】
上記（i）となる理由を説明する。
仮に、平均反り線に接する接線と、軸線とでなす角度を、内周側と外周側で同じにしたとすると、内周側から外周側に向かう流線（空気流れ）が発生する。この結果、空気通路１１１の内周側で流通（軸方向に沿い流通）する空気Ａ（ａ）の流速が遅くなり、空気通路１１１の外周側で流通（軸方向に沿い流通）する空気Ａ（ａ）の流速が速くなる。このようにして、内周側での空気流速が遅くなると、内周側においてフラッシュバックが発生する恐れがある。
【００３６】
しかし、本願発明では、平均反り線に接する接線と、軸線とでなす角度は、内周側から外周側に向かうに従い大きくなるので、内周側から外周側に向かう流線の発生を抑制することができ、空気通路１１１の内周側であっても外周側であっても、空気Ａ（ａ）の流速が均一となってフラッシュバック（逆火）の発生を防止できるのである。
【００３７】
上記（ii）となる理由を説明する。
空気通路１１１の周方向長さは、内周側で短く、外周側で長い。本願発明では、平均反り線に接する接線と、軸線とでなす角度は、内周側から外周側に向かうに従い大きくなるので、圧縮空気Ａに対して旋回を付与する力（効果）は、周長の短い内周側よりも、周長の長い外周側ほど強くなる。この結果、単位長さ当たりでは、内周側でも外周側でも、圧縮空気Ａに対する旋回付与力が均一となり、内周側でも外周側でも燃料濃度が均一となるのである。
【００３８】
更に、平均反り線に対して旋回翼の後縁で接する接線と軸線とでなす角度を、
（ａ）内周側の角度を０〜１０度に特定し、
（ｂ）外周側の角度を２５〜３５度に特定した理由を、
実験結果を示す特性図である図６及び図７を参照して説明する。なお図６及び図７において示す「角度」は、平均反り線に対して旋回翼の後縁で接する接線と軸線とでなす角度である。
【００３９】
図６は縦軸に旋回翼１３０の高さ（％）をとり、横軸に空気Ａ（ａ）の流速をとった特性図である。旋回翼の高さが１００％とは、旋回翼の最外周位置を意味し、旋回翼の高さが０％とは、旋回翼の最内周位置を意味する。
【００４０】
図６には、内周側の角度が０度，外周側の角度が５度の特性と、内周側の角度が０度，外周側の角度が３０度の特性と、内周側の角度が０度，外周側の角度が３５度の特性と、内周側の角度も外周側の角度も２０度の特性を示している。
【００４１】
図７は縦軸に燃料濃度分布をとり、横軸に外周側の角度をとった特性図である。燃料濃度分布とは、最大燃料濃度と最小燃料濃度との差であり、この燃料濃度分布の値が小さいほど濃度が一定であることを意味する。
【００４２】
図７には、内周側の角度も外周側の角度も２０度の特性と、内周側の角度を０度にして外周側の角度を変化させた特性を示している。
【００４３】
燃料濃度分布を示す図７から分かるように、燃料濃度は、外周側の角度が２５度以上になると均一化する。
また、図６から分かるように、外周側の角度が２５度以上において、流速の翼高さ方向の分布が一様となるのは、内周側の角度が０〜１０度、外周側の角度が２５〜３５度である。
【００４４】
このように、図６，図７の特性からも、
（ａ）内周側の角度を０〜１０度にし、
（ｂ）外周側の角度を２５〜３５度にすることにより、
（i）空気通路１１１の内周側であっても外周側であっても、空気Ａ（ａ）の流速が均一となってフラッシュバック（逆火）の発生を防止でき、
（ii）空気通路１１１の内周側であっても外周側であっても、燃料濃度を均一にすることができることが分かる。
【００４５】
前述したように、本実施例では、各旋回翼１３０の外周側端面（チップ）と、バーナー筒１２０の内周面との間に、意図的に、クリアランス（隙間）１２１をとっている。
旋回翼１３０の翼背面１３２ｂは負圧で、翼腹面１３２ａは正圧であり、翼背面１３２ｂと翼腹面１３２ａとの間に圧力差がある。このため、クリアランス１２１を通って、翼腹面１３２ａから翼背面１３２ｂに回り込む、空気の漏れ流れが生ずる。この漏れ流れと、空気通路１１１内を軸方向に流通する圧縮空気Ａとが作用して、渦空気流が発生する。この渦空気流により、噴射孔１３３ａ、１３３ｂから噴射された燃料と、空気とがより効果的に混合され、燃料ガスの均一化が促進される。
【００４６】
本実施例では、旋回翼１３０の翼高さとクリアランス１２１の長さとの比（クリアランスの長さ／翼高さ）を、１〜１０％にしている。このようにすることにより、圧力損失を大きくすることなく、燃料の濃度分布の均一化の促進を図ることができる。
【００４７】
比（クリアランスの長さ／翼高さ）を、１〜１０％にすることにより、圧力損失を大きくすることなく、燃料の濃度分布の均一化の促進を図ることができる理由を、実験結果である図８（ａ）（ｂ）を参照して説明する。
【００４８】
図８（ａ）は、縦軸に燃料濃度分布をとり、横軸に比（クリアランスの長さ／翼高さ）をとった特性図である。燃料濃度分布とは、最大燃料濃度と最小燃料濃度との差であり、この燃料濃度分布の値が小さいほど濃度が一定であることを意味する。
図８（ｂ）は、縦軸に損失をとり、横軸に比（クリアランスの長さ／翼高さ）をとった特性図である。
【００４９】
図８（ａ）（ｂ）から分かるように、比（クリアランスの長さ／翼高さ）が１％未満では、燃料と空気との混合効果が不足し、且つ、微小クリアランスとなり組立誤差の影響が大きくなる。逆に、比（クリアランスの長さ／翼高さ）が１０％を越えると、損失が大きくなると共に翼列としての流れのコントロールが困難になる。
【００５０】
結局、流れ場をコントロールしつつ圧力損失を大きくすることなく、渦空気流による混合促進を図って燃料の濃度分布を均一にするには、比（クリアランスの長さ／翼高さ）が１〜１０％であれば良い。
理想的には、比（クリアランスの長さ／翼高さ）が７〜１０％であれば良い。
【００５１】
また本実施例では、旋回翼１３０の翼弦長（コード長）ｃと翼高さｈとのアスペクト比（翼高さｈ／翼弦長ｃ）を、０．２〜０．７５にしている（図９（ａ）参照）。
【００５２】
前述したように、本実施例では、クリアランス１２１を通って翼背面１３２ｂから翼腹面１３２ａに回り込む漏れ流れと、軸方向に流通する圧縮空気Ａとが作用して、渦空気流ｕが発生する。
アスペクト比ｈ／ｃを、０．２〜０．７５にすると、図９（ｂ）に示すように、渦空気流ｕによる混合の領域が、翼高さｈの５０％以上になる。これにより燃料と空気との混合が良好に行われる。
アスペクト比ｈ／ｃとしては、０．５程度が最適である。
【００５３】
アスペクト比ｈ／ｃを０．７５よりも大きくすると、図９（ｃ）に示すように、渦空気流ｕによる混合の領域が、翼高さｈの５０％未満になり、燃料と空気との混合効率が低下する。また、コード長ｃが短くなり過ぎて、旋回翼１３０の内部構造（燃料通路等）を作る余裕がなくなる。
【００５４】
図９（ｄ）に示すように、アスペクト比ｈ／ｃを０．２よりも小さくすると、空気損失が大きくなると共に、渦空気流ｕによる混合の効率が悪い。また、二次流れ（渦空気流ｕ）が主流に占める領域が大きくなりすぎて、流れのコントロールが難しくなる。
【００５５】
結局、渦空気流ｕにより噴射された燃料と空気とを混合して燃料ガスの均一化を促進すると共に、内部構造用の十分なスペースを確保して流れのコントロールをするためには、アスペクト比ｈ／ｃを、０．２〜０．７５にすることがよい。
【００５６】
また本実施例では、旋回翼１３０の翼厚を、旋回翼１３０の翼弦長ｃの０．１〜０．３倍の長さにしている。これにより、翼内部に十分の燃料通路を確保しつつ、圧損の低減ができる。
【００５７】
仮に、旋回翼１３０の翼厚を、旋回翼１３０の翼弦長ｃの０．１倍の長さよりも薄くすると、旋回翼１３０の内部に十分な燃料通路を確保できないため、燃料供給のための圧損が大きくなると共に、燃料の吹き出し量が不均一になる。
【００５８】
逆に、旋回翼１３０の翼厚を、旋回翼１３０の翼弦長ｃの０．３倍の長さよりも厚くすると、旋回翼１３０の翼面境界層が肥大し、空気の圧損が大きくなり、条件によっては、空気流れが翼面で剥離する。
【００５９】
また本実施例では、旋回翼１３０の後縁における翼の厚みは、スロート長の０．２倍よりも小さくしている。
このように、旋回翼１３０の後縁における翼の厚みを小さくしているため、後流（ｗａｋｅ）が細く浅いため、フラッシュバックの発生を防止することができる。
【実施例２】
【００６０】
上述した実施例１では、旋回翼１３０は、図２に示すように、旋回翼１３０の平均反り線に対して旋回翼１３０の後縁で接する接線と、燃料ノズル１１０の軸方向に沿う軸線とでなす角度が、旋回翼１３０の後縁の内周側では０〜１０度になっており、旋回翼１３０の後縁の外周側では、２５〜３５度になっている。
実施例２では、図１０に示すように、旋回翼１３０の平均反り線に対して旋回翼１３０の後縁で接する接線と、燃料ノズル１１０の軸方向に沿う軸線とでなす角度を、旋回翼１３０の後縁の内周側と外周側とで同じにした旋回翼１３０を採用する。
【００６１】
このように、旋回翼１３０の平均反り線に対して旋回翼１３０の後縁で接する接線と、燃料ノズル１１０の軸方向に沿う軸線とでなす角度を、旋回翼１３０の後縁の内周側と外周側とで同じにした旋回翼１３０を燃料ノズル１１０の外周面に備えたものを、図１と同様な態様でバーナ筒１２０内に組みつけたものが、実施例２である。
【００６２】
他の部分の構成は、実施例１と同様であり、実施例１と同様な効果を得ることができる。
つまり、実施例２おいても、
旋回翼１３０の翼高さとクリアランスの長さとの比（クリアランスの長さ／翼高さ）を、１〜１０％にし、
旋回翼１３０の外周側端面の一部に、バーナー筒１２０の内周面に緊密に接触するクリアランス設定用リブ１３１を設け、
旋回翼１３０の翼弦長と前記翼高さとのアスペクト比（翼高さ／翼弦長）を、０．２〜０．７５にし、
旋回翼１３０の翼厚は、旋回翼１３０の翼弦長の０．１〜０．３倍の長さにし、
旋回翼１３０の後縁における翼の厚みは、スロート長の０．２倍よりも小さくし、
旋回翼１３０に、噴射孔１３３ａと噴射孔１３３ｂとを位置ズレして、形成することができる。
【００６３】
実施例２では、旋回翼１３０の平均反り線に対して旋回翼１３０の後縁で接する接線と、燃料ノズル１１０の軸方向に沿う軸線とでなす角度を、旋回翼１３０の後縁の内周側と外周側とで同じにしたこと以外の構成は、実施例１と同じ構成であり、実施例１と同じ構成部分により、実施例１と同様な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施例１に係る、ガスタービンの予混合燃焼バーナーを示す構成図。
【図２】実施例１に係る予混合燃焼バーナーの燃料ノズル及び旋回翼を示す斜視図。
【図３】実施例１に係る予混合燃焼バーナーの燃料ノズル及び旋回翼を上流側から示す構成図。
【図４】実施例１に係る予混合燃焼バーナーの燃料ノズル及び旋回翼を下流側から示す構成図。
【図５】旋回翼の湾曲状態を示す説明図。
【図６】旋回翼高さと空気流速との関係を示す特性図。
【図７】燃料濃度分布と旋回翼の外周側の角度との関係を示す特性図。
【図８】図８（ａ）は濃度分布と比（クリアランスの長さ／翼長さ）との関係を示す特性図、図８（ｂ）は損失と比（クリアランスの長さ／翼長さ）との関係を示す特性図。
【図９】アスペクト比の異なる旋回翼と渦空気流との関係を示す説明図。
【図１０】実施例２に係る予混合燃焼バーナーの燃料ノズル及び旋回翼を示す斜視図。
【図１１】従来のガスタービンの燃焼器を示す構成図。
【図１２】従来のガスタービンの燃焼器の燃料ノズル，内筒，尾筒を分解して示す斜視図。
【符号の説明】
【００６５】
１００  予混合燃焼バーナー
１１０  燃料ノズル
１１１  空気通路
１２０  バーナー筒
１２１  クリアランス
１３０  旋回筒
１３１  クリアランス設定用リブ
１３２ａ  翼腹面
１３２ｂ  翼背面
１３３ａ，１３３ｂ  噴射孔
２００  パイロット燃焼バーナー
Ａ  圧縮空気
ａ  旋回空気流
ｕ  渦空気流
【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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