(57)【要約】【課題】  部分負荷になっても、ＣＯやＵＨＣの発生を抑制して高効率燃焼を実現する。【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、バーナー筒１２０内に備えた予混合燃焼バーナー１００を、複数本備えて燃焼器５００が構成される。各旋回翼１３０には噴射孔１３３ａ，１３３ｂが形成されている。ガスタービンが全負荷状態になっているときには、全ての旋回翼１３０の噴射孔１３３ａ，１３３ｂから燃料噴射をし、部分負荷になったときには、周方向に隣接する特定枚数の旋回翼１３０の噴射孔１３３ａ，１３３ｂからのみ燃料を噴射し、残りの旋回翼１３０の噴射孔１３３ａ，１３３ｂからの燃料噴射を停止するステージング制御をする。このように、旋回翼１３０ごとに燃料噴射・停止のステージング制御をすることにより、部分負荷であっても、局所的に燃空比を上げることができ、ＣＯやＵＨＣの発生を抑制して高効率燃焼を実現できる。【選択図】        図１
2006336995.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、燃料ノズルの周囲で燃料ノズルの軸方向に沿い流通する空気を旋回させるため、この空気の流れの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備えた燃焼バーナーを有するガスタービンの燃焼器において、
前記各旋回翼にそれぞれ形成されて燃料を噴射する噴射孔と、
各旋回翼に形成された噴射孔に個別に燃料を供給する燃料通路と、
各燃料通路に備えられた弁と、
前記弁の開閉制御をする制御部とを有し、
前記制御部は、
ガスタービンが全負荷状態の時には、前記弁を全て開状態とし、
ガスタービンが部分負荷状態になった時には、前記弁のうちの特定のものの開度を負荷に応じて制御し、残りの弁を閉とすることを特徴とするガスタービンの燃焼器。
【請求項２】
燃料ノズルと、
前記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、燃料ノズルの周囲で燃料ノズルの軸方向に沿い流通する空気を旋回させるため、この空気の流れの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備えた燃焼バーナーを有するガスタービンの燃焼器において、
前記各旋回翼にそれぞれ形成されて燃料を噴射する噴射孔と、
各旋回翼に形成された噴射孔に個別に燃料を供給する燃料通路と、
各燃料通路に備えられた弁と、
前記弁の開閉制御をする制御部とを有し、
前記制御部は、
ガスタービンが全負荷状態の時には、前記弁を全て開状態とし、
ガスタービンが部分負荷状態になった時には、周方向に並んで隣接した特定枚数の旋回翼に形成された噴射孔に燃料を供給する燃料通路に備えられている弁の開度を負荷に応じて制御し、残りの弁を閉とすることを特徴とするガスタービンの燃焼器。
【請求項３】
燃料ノズルと、
前記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、燃料ノズルの周囲で燃料ノズルの軸方向に沿い流通する空気を旋回させるため、この空気の流れの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備えた燃焼バーナーを複数本有するガスタービンの燃焼器において、
前記各旋回翼にそれぞれに、内周側と外周側に形成されて燃料を噴射する内周側の噴射孔及び外周側の噴射孔と、
各旋回翼に形成された内周側の噴射孔及び外周側の噴射孔に個別に燃料を供給する燃料通路と、
各燃料通路に備えられた弁と、
前記弁の開閉制御をする制御部とを有し、
前記制御部は、複数の各燃焼バーナーに対して、
ガスタービンが全負荷状態の時には、前記弁を全て開状態とし、
ガスタービンが部分負荷状態になった時には、内周側の噴射孔に燃料を供給する燃料通路に備えられている弁の開度を負荷に応じて制御し、外周側の噴射孔に燃料を供給する燃料通路に備えられている弁を閉とすることを特徴とするガスタービンの燃焼器。
【請求項４】
燃料ノズルと、
前記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、燃料ノズルの周囲で燃料ノズルの軸方向に沿い流通する空気を旋回させるため、この空気の流れの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備えた燃焼バーナーを複数本有するガスタービンの燃焼器において、
前記各旋回翼に形成されて燃料を噴射する噴射孔及び前記燃料ノズルに形成されて燃料を噴射する噴射孔と、
各旋回翼に形成された噴射孔及び前記燃料ノズルに形成された噴射孔に個別に燃料を供給する燃料通路と、
各燃料通路に備えられた弁と、
前記弁の開閉制御をする制御部とを有し、
前記制御部は、複数の各燃焼バーナーに対して、
ガスタービンが全負荷状態の時には、前記弁を全て開状態とし、
ガスタービンが部分負荷状態になった時には、前記燃料ノズルに形成された噴射孔に燃料を供給する燃料通路に備えられている弁の開度を負荷に応じて制御し、前記旋回翼に形成された噴射孔に燃料を供給する燃料通路に備えられている弁を閉とすることを特徴とするガスタービンの燃焼器。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか一項において、
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燃焼器。
【請求項６】
請求項１乃至請求項４の何れか一項において、
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燃焼器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガスタービンの燃焼器に関するものである。本発明では、新規なステージング制御を実現することができる構成を採用することにより、ガスタービンを低負荷運転しても、排ガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）や未燃燃料（ＵＨＣ：未燃炭化水素）を低減しつつ高効率運転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１２を参照しつつ説明する。
図１２に示すように、この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１２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１３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】
図１２，図１３の例では、燃料ノズル１６が、内筒１５に備えたスワラー１８に挿入されるタイプとなっているが、燃料ノズルの外周面に複数枚のスワラー（旋回翼）を備え、このスワラーから燃料を噴射するタイプの燃焼器も存在する。
【０００６】
燃料ノズルの外周面に複数枚のスワラー（旋回翼）を備えたタイプの燃焼器では、ＣＯやＵＨＣの発生を低減しつつ、ガスタービンの高効率化を図る手法として、希薄予混合燃焼が採用されている。このような希薄予混合燃焼を採用した場合、ＣＯやＵＨＣの発生を同時に抑制するためには、燃料と空気との混合比（燃空比：Ｆ／Ａ）を、「特定の範囲」に維持しなければならない。
【０００７】
【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】
【０００８】
燃料ノズルの外周面に複数枚のスワラー（旋回翼）を備えたタイプの燃焼器を備えたガスタービンでは、負荷が低減し部分負荷になった場合には、燃焼器に供給する燃料量を少なくしていく。このように部分負荷になった場合であっても、従来では燃焼器の燃料ノズルの外周面に備えた全ての旋回翼から燃料を噴射して燃焼運転させているので、燃焼器の燃空比Ｆ／Ａが低くなりすぎ、前述した「特定の範囲」から外れてしまうことがある。
このように部分負荷時において、従来技術では、燃空比Ｆ／Ａが低くなり過ぎてしまうことがあり、この場合には、ＣＯやＵＨＣの発生量が増えてしまう。また、このように燃空比Ｆ／Ａが低い、即ち燃料濃度が低いため、燃焼効率が悪化してしまう。
【０００９】
本発明は、上記従来技術に鑑み、燃料ノズルの外周面に複数枚のスワラー（旋回翼）を備えたタイプの燃焼器において、ガスタービンを低負荷運転した場合であっても、排ガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）や未燃燃料（ＵＨＣ：未燃炭化水素）を低減しつつ高効率運転ができる、ガスタービンの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】
【００１０】
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、燃料ノズルの周囲で燃料ノズルの軸方向に沿い流通する空気を旋回させるため、この空気の流れの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備えた燃焼バーナーを有するガスタービンの燃焼器において、
前記各旋回翼にそれぞれ形成されて燃料を噴射する噴射孔と、
各旋回翼に形成された噴射孔に個別に燃料を供給する燃料通路と、
各燃料通路に備えられた弁と、
前記弁の開閉制御をする制御部とを有し、
前記制御部は、
ガスタービンが全負荷状態の時には、前記弁を全て開状態とし、
ガスタービンが部分負荷状態になった時には、前記弁のうちの特定のものの開度を負荷に応じて制御し、残りの弁を閉とす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、燃料ノズルの周囲で燃料ノズルの軸方向に沿い流通する空気を旋回させるため、この空気の流れの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備えた燃焼バーナーを有するガスタービンの燃焼器において、
前記各旋回翼にそれぞれ形成されて燃料を噴射する噴射孔と、
各旋回翼に形成された噴射孔に個別に燃料を供給する燃料通路と、
各燃料通路に備えられた弁と、
前記弁の開閉制御をする制御部とを有し、
前記制御部は、
ガスタービンが全負荷状態の時には、前記弁を全て開状態とし、
ガスタービンが部分負荷状態になった時には、周方向に並んで隣接した特定枚数の旋回翼に形成された噴射孔に燃料を供給する燃料通路に備えられている弁の開度を負荷に応じて制御し、残りの弁を閉とすることを特徴とする。
【００１２】
また本発明の構成は、
燃料ノズルと、
前記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、燃料ノズルの周囲で燃料ノズルの軸方向に沿い流通する空気を旋回させるため、この空気の流れの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備えた燃焼バーナーを複数本有するガスタービンの燃焼器において、
前記各旋回翼にそれぞれに、内周側と外周側に形成されて燃料を噴射する内周側の噴射孔及び外周側の噴射孔と、
各旋回翼に形成された内周側の噴射孔及び外周側の噴射孔に個別に燃料を供給する燃料通路と、
各燃料通路に備えられた弁と、
前記弁の開閉制御をする制御部とを有し、
前記制御部は、複数の各燃焼バーナーに対して、
ガスタービンが全負荷状態の時には、前記弁を全て開状態とし、
ガスタービンが部分負荷状態になった時には、内周側の噴射孔に燃料を供給する燃料通路に備えられている弁の開度を負荷に応じて制御し、外周側の噴射孔に燃料を供給する燃料通路に備えられている弁を閉とすることを特徴とする。
【００１３】
また本発明の構成は、
燃料ノズルと、
前記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、燃料ノズルの周囲で燃料ノズルの軸方向に沿い流通する空気を旋回させるため、この空気の流れの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備えた燃焼バーナーを複数本有するガスタービンの燃焼器において、
前記各旋回翼に形成されて燃料を噴射する噴射孔及び前記燃料ノズルに形成されて燃料を噴射する噴射孔と、
各旋回翼に形成された噴射孔及び前記燃料ノズルに形成された噴射孔に個別に燃料を供給する燃料通路と、
各燃料通路に備えられた弁と、
前記弁の開閉制御をする制御部とを有し、
前記制御部は、複数の各燃焼バーナーに対して、
ガスタービンが全負荷状態の時には、前記弁を全て開状態とし、
ガスタービンが部分負荷状態になった時には、前記燃料ノズルに形成された噴射孔に燃料を供給する燃料通路に備えられている弁の開度を負荷に応じて制御し、前記旋回翼に形成された噴射孔に燃料を供給する燃料通路に備えられている弁を閉とすることを特徴とする。
【００１４】
また本発明の構成は、
上述のガスタービンの燃焼器において、
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。
【００１５】
また本発明の構成は、
上述のガスタービンの燃焼器において、
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。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、燃料ノズルの外周面に複数枚の旋回翼を備え、この旋回翼に噴射孔を備えた燃焼バーナーを有するガスタービンの燃焼器において、部分負荷になったときには、特定の旋回翼に備えた噴射孔からのみ燃料を噴射し、残りの旋回翼に備えた噴射孔からは燃料を噴射しないようにしたステージング制御をするため、燃焼バーナー全体でみると燃空比が低くなるが、各旋回翼の近傍では（つまり局所的には）燃空比を高くすることができる。この結果、部分負荷になっても、ＣＯやＵＨＣの発生量を抑制することができると共に、燃焼効率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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。
なお本願発明者は、燃料ノズルの外周面に旋回翼（スワラーベーン）を備えた、新規な構成となっているガスタービンの予混合燃焼バーナーの開発をした。開発した新規な予混合燃焼バーナーは、燃料を十分に混合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。
以下の実施例では、この新規な予混合燃焼バーナーを採用した燃焼器に、本願発明を適用した実施例について説明する。
【実施例１】
【００１８】
＜実施例１の全体構成＞
図１に示すように、本発明の実施例１に係るガスタービンの燃焼器５００では、パイロット燃焼バーナー２００の周囲を囲む状態で、予混合燃焼バーナー１００が複数個（例えば８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。
周方向に並んで複数配置された（例えば８個）の予混合燃焼バーナー１００と、１本のパイロット燃焼バーナー２００により、１つの燃焼器５００が構成され、ガスタービンにはこのように構成された燃焼器５００が複数設置される。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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）。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
なお、本実施例の技術的ポイントである、燃料通路の配置状態や、ステージング制御の手法については後述する。
【００２９】
ここで、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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
＜実施例１における、燃料通路の配置状態およびステージング制御手法＞
次に本実施例１における、燃料通路の配置状態及びステージング制御手法について説明する。
【００４５】
本実施例１のガスタービンの燃焼器５００では、図８に示すように、１本のパイロット燃焼バーナー２００の周囲を囲む状態で、８本の予混合燃焼バーナー１００が周方向に並んで複数個配置されている。
なお以降の説明では、個々の予混合燃焼バーナーを区別する場合には、符号として１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆ，１００Ｇ，１００Ｈを用い、各予混合燃焼バーナーを区別することなく示す場合には符号として１００を用いる。
【００４６】
各予混合燃焼バーナー１００Ａ〜１００Ｈは、それぞれ、６枚の旋回翼１３０を有している。そして、各旋回翼１３０に噴射孔１３０ａ，１３０ｂが形成されている。
ここでは、
（ａ）予混合燃焼バーナー１００Ａに備えられた６枚の旋回翼を、符号１３０Ａ１，１３０Ａ２，１３０Ａ３，１３０Ａ４，１３０Ａ５，１３０Ａ６とし、
（ｂ）予混合燃焼バーナー１００Ｂに備えられた６枚の旋回翼を、符号１３０Ｂ１，１３０Ｂ２，１３０Ｂ３，１３０Ｂ４，１３０Ｂ５，１３０Ｂ６とし、
（ｃ）予混合燃焼バーナー１００Ｃに備えられた６枚の旋回翼を、符号１３０Ｃ１，１３０Ｃ２，１３０Ｃ３，１３０Ｃ４，１３０Ｃ５，１３０Ｃ６とし、
（ｄ）予混合燃焼バーナー１００Ｄに備えられた６枚の旋回翼を、符号１３０Ｄ１，１３０Ｄ２，１３０Ｄ３，１３０Ｄ４，１３０Ｄ５，１３０Ｄ６とし、
（ｅ）予混合燃焼バーナー１００Ｅに備えられた６枚の旋回翼を、符号１３０Ｅ１，１３０Ｅ２，１３０Ｅ３，１３０Ｅ４，１３０Ｅ５，１３０Ｅ６とし、
（ｆ）予混合燃焼バーナー１００Ｆに備えられた６枚の旋回翼を、符号１３０Ｆ１，１３０Ｆ２，１３０Ｆ３，１３０Ｆ４，１３０Ｆ５，１３０Ｆ６とし、
（ｇ）予混合燃焼バーナー１００Ｇに備えられた６枚の旋回翼を、符号１３０Ｇ１，１３０Ｇ２，１３０Ｇ３，１３０Ｇ４，１３０Ｇ５，１３０Ｇ６とし、
（ｈ）予混合燃焼バーナー１００Ｈに備えられた６枚の旋回翼を、符号１３０Ｈ１，１３０Ｈ２，１３０Ｈ３，１３０Ｈ４，１３０Ｈ５，１３０Ｈ６として、各旋回翼を区別して示す。
なお、各旋回翼を区別することなく示す場合には符号１３０を用いる。
【００４７】
本実施例１における燃料通路系統は、概略系統図である図９に示すようになっている。図９に示すように、燃料ポンプＰから供給された燃料は、燃料ポンプＰから分岐していった燃料通路Ｌを介して、個々の旋回翼１３０の噴射孔１３３ａ，１３３ｂに供給されるようになっている。
なお、パイロット燃焼バーナー２００にも燃料供給がされるが、パイロット燃焼バーナー２００に燃料を供給する燃料通路は図示省略している。
【００４８】
噴射孔１３３ａ，１３３ｂをそれぞれ有する各旋回翼１３０Ａ１〜１３０Ａ６，１３０Ｂ１〜１３０Ｂ６，１３０Ｃ１〜１３０Ｃ６，１３０Ｄ１〜１３０Ｄ６，１３０Ｅ１〜１３０Ｅ６，１３０Ｆ１〜１３０Ｆ６，１３０Ｇ１〜１３０Ｇ６，１３０Ｈ１〜１３０Ｈ６に個別に燃料を供給するため分岐した各燃料通路ＬＡ１〜ＬＡ６，ＬＢ１〜ＬＢ６，ＬＣ１〜ＬＣ６，ＬＤ１〜ＬＤ６，ＬＥ１〜ＬＥ６，ＬＦ１〜ＬＦ６，ＬＧ１〜ＬＧ６，ＬＨ１〜ＬＨ６には、それぞれ、弁３００Ａ１〜３００Ａ６，３００Ｂ１〜３００Ｂ６，３００Ｃ１〜３００Ｃ６，３００Ｄ１〜３００Ｄ６，３００Ｅ１〜３００Ｅ６，３００Ｆ１〜３００Ｆ６，３００Ｇ１〜３００Ｇ６，３００Ｈ１〜３００Ｈ６を備えている。
なお、各弁を区別することなく示す場合には符号３００を用いる。
【００４９】
制御部３１０は、ガスタービンの負荷に応じて、各弁３００Ａ１〜３００Ａ６，３００Ｂ１〜３００Ｂ６，３００Ｃ１〜３００Ｃ６，３００Ｄ１〜３００Ｄ６，３００Ｅ１〜３００Ｅ６，３００Ｆ１〜３００Ｆ６，３００Ｇ１〜３００Ｇ６，３００Ｈ１〜３００Ｈ６の開度調整をすることにより、各旋回翼１３０Ａ１〜１３０Ａ６，１３０Ｂ１〜１３０Ｂ６，１３０Ｃ１〜１３０Ｃ６，１３０Ｄ１〜１３０Ｄ６，１３０Ｅ１〜１３０Ｅ６，１３０Ｆ１〜１３０Ｆ６，１３０Ｇ１〜１３０Ｇ６，１３０Ｈ１〜１３０Ｈ６に供給する燃料の量を制御するものである。
【００５０】
制御部３１０は、ガスタービンの負荷に応じて、例えば、各弁３００を次のように開閉（開度）調整する。
【００５１】
ガスタービンの負荷が全負荷であるときには、制御部３１０は、全ての弁３００を開状態とする。これにより全ての旋回翼１３０の噴射孔１３３ａ，１３３ｂから燃料が噴射される。
【００５２】
ガスタービンの負荷が部分負荷になったときには、制御部３１０は、予混合燃焼バーナー１００Ａにおいては、弁３００Ａ１〜３００Ａ３を開状態にすると共にその開度を負荷量に応じて開閉し、弁３００Ａ４〜３００Ａ６を閉状態にする。このような制御により、旋回翼１３０Ａ１〜１３０Ａ３の噴射孔１３３ａ，１３３ｂから燃料が噴射される。このとき、旋回翼１３０Ａ１〜１３０Ａ３は、周方向に並んで隣接した旋回翼である。
【００５３】
しかも、各旋回翼１３０は旋回しているため、旋回空気流ａ（図１参照）は、大きく分けて、内周側（半径方向中心側）に向かって巻き込んでいくものと、外周側（半径方向外周側）に向かって巻き込んでいくものとになる。旋回翼１３０Ａ１〜１３０Ａ３は、内周側に向かって巻き込んでいく旋回空気流ａが流れる部分に配置された旋回翼としている。
【００５４】
このように全ての旋回翼１３０から燃料を噴射するのではなく、特定の旋回翼１３０Ａ１〜１３０Ａ３からのみ燃料を噴射するようにしたので、予混合燃焼バーナー１００Ａ全体では燃空比Ｆ／Ａは低いが、各旋回翼１３０Ａ１〜１３０Ａ３ごとに見ると、つまり局所的に見ると燃空比Ｆ／Ａが高くなる。しかも、各旋回翼１３０Ａ１〜１３０Ａ３は周方向に隣接したものであるため（つまり、周方向に１つ飛びとなっているのではなく、グループとなっているため）、旋回翼１３０Ａ１〜１３０Ａ３から噴射された燃料が周囲の空気で拡散混合される割合が少なくなる。このため旋回翼１３０Ａ１〜１３０Ａ３の近くの局所的な部分では、燃空比Ｆ／Ａが高くなる。この結果、部分負荷になっても、ＣＯやＵＨＣの排出量を低減することができると共に、高効率な燃焼を確保することができる。
【００５５】
更に、各旋回翼１３０Ａ１〜１３０Ａ３から噴射された燃料は、内周側に向かって巻き込んでいく旋回空気流ａに乗って、燃焼バーナー１００Ａの近くで燃焼する。このように燃焼バーナー１００Ａの近くで燃焼することによっても、噴射された燃料が周囲の空気で拡散混合される割合が少なくなり、局所的な燃空比Ｆ／Ａが高くなり、部分負荷になっても、ＣＯやＵＨＣの排出量を低減することができると共に、高効率な燃焼を確保することができる。
【００５６】
なお、仮に外周側に向かって巻き込んでいく旋回空気流ａに燃料を噴射すると、この燃料は外周側に広がりつつ下流に流れ、バーナー筒１２０（図１参照）にて絞られてから燃焼するため、燃焼位置は旋回翼１３０から下流側に向かって離れた位置となり、空気で拡散混合され易い。このため、ＣＯやＵＨＣの排出量低減や、高効率燃焼確保の点で有利ではない。
【００５７】
また上記例では、ガスタービンの負荷が部分負荷になったときには、制御部３１０は、予混合燃焼バーナー１００Ａにおいては、弁３００Ａ１〜３００Ａ３を開状態にすると共にその開度を負荷量に応じて開閉し、弁３００Ａ４〜３００Ａ６を閉状態にしているが、弁３００Ａ１〜３００Ａ３を開状態にすると共にその開度を負荷量に応じて開閉し、弁３００Ａ４〜３００Ａ６を全閉にすることなく弁３００Ａ１〜３００Ａ３の開度よりも小さい所定の開度（この開度は予め決めていてもよいし、または、負荷に応じて設定してもよい）にするようにしてもよい。
【００５８】
部分負荷になったときに、制御部３１０は、予混合燃焼バーナー１００Ａに対する上述した制御と同様な制御を、予混合燃焼バーナー１００Ｂ〜１００Ｈに対しても同時に行う。
【００５９】
即ち、部分負荷になったときに、制御部３１０は、予混合燃焼バーナー１００Ｂ〜１００Ｈにおいては、弁３００Ｂ１〜３００Ｂ３，３００Ｃ１〜３００Ｃ３，３００Ｄ１〜３００Ｄ３，３００Ｅ１〜３００Ｅ３，３００Ｆ１〜３００Ｆ３，３００Ｇ１〜３００Ｇ３，３００Ｈ１〜３００Ｈ３を開状態にすると共にその開度を負荷量に応じて開閉し、残りの弁を閉状態にする。このような制御により、旋回翼１３０Ｂ１〜１３０Ｂ３，１３０Ｃ１〜１３０Ｃ３，１３０Ｄ１〜１３０Ｄ３，１３０Ｅ１〜１３０Ｅ３，１３０Ｆ１〜１３０Ｆ３，１３０Ｇ１〜１３０Ｇ３，１３０Ｈ１〜１３０Ｈ３の各噴射孔１３３ａ，１３３ｂから燃料が噴射される。このとき、旋回翼１３０Ｂ１〜１３０Ｂ３，１３０Ｃ１〜１３０Ｃ３，１３０Ｄ１〜１３０Ｄ３，１３０Ｅ１〜１３０Ｅ３，１３０Ｆ１〜１３０Ｆ３，１３０Ｇ１〜１３０Ｇ３，１３０Ｈ１〜１３０Ｈ３は、周方向に並んで隣接した旋回翼である。
【００６０】
このため、各予混合燃焼バーナー１００Ｂ〜１００Ｈにおいても、予混合燃焼バーナー１００Ａと同様に、部分負荷になっても、局所的な燃空比Ｆ／Ａが高くなり、ＣＯやＵＨＣの排出量を低減することができると共に、高効率な燃焼を確保することができる。
【００６１】
結局、部分負荷となったときに、全ての予混合燃焼バーナー１００Ａ〜１００Ｈは、バーナー全体として見ると休止することなく燃焼運転しているが、個々の予混合燃焼バーナー１００に着目すると、複数の旋回翼の一部からのみ燃料を噴射するようにしている。したがって、部分負荷になっても局所的な燃空比Ｆ／Ａが高くなり、ＣＯやＵＨＣの排出量を低減することができると共に、高効率な燃焼を確保することができる。更に周方向に関して発熱量が均一化し、熱応力による歪力が尾筒に作用することもなくなる。
【００６２】
＜ステージング制御の変形例＞
なお上述した制御部３１０によるステージング制御は一例であり、部分負荷のときに、隣接して並んだグループとする旋回翼（つまり燃料を噴射する旋回翼）の枚数を変更することもできる。
また部分負荷のときに燃料を噴射する複数の旋回翼１３０を、上述した実施例では周方向に隣接したグループのものとしているが、周方向に１つ飛びとなった旋回翼１３０から燃料を噴射するようにすることも可能である。
【００６３】
また、上述した例では、全ての旋回翼１３０に噴射孔１３３ａと噴射孔１３３ｂを備えているが、旋回翼１３０Ａ１、１３０Ｂ１，１３０Ｃ１，１３０Ｄ１，１３０Ｅ１，１３０Ｆ１，１３０Ｇ１，１３０Ｈ１には翼腹面側の噴射孔１３３ａのみを備え、旋回翼１３０Ａ２、１３０Ｂ２，１３０Ｃ２，１３０Ｄ２，１３０Ｅ２，１３０Ｆ２，１３０Ｇ２，１３０Ｈ２には翼腹面側と翼背面側の噴射孔１３３ａ，１３３ｂを備え、旋回翼１３０Ａ３、１３０Ｂ３，１３０Ｃ３，１３０Ｄ３，１３０Ｅ３，１３０Ｆ３，１３０Ｇ３，１３０Ｈ３には翼背面側の噴射孔１３３ｂのみを備えるようにしてもよい。他の旋回翼１３０には、噴射孔１３３ａ，１３３ｂを備える。
【００６４】
このようにすれば、部分負荷のときには、複数ある空気通路１１１のうち特定のもの（予混合燃焼バーナー１００Ａでいえば、旋回翼１３０Ａ１と旋回翼１３０Ａ２とで挟んだ空気通路と、旋回翼１３０Ａ２と旋回翼１３０Ａ３とで挟んだ空気通路）に、集中して燃料噴射をすることができ、局所的な燃空比Ｆ／Ａを高くすることができる。
【００６５】
更に、部分負荷の時に、予混合燃焼バーナー１００Ａ，１００Ｃ，１００Ｅ，１００Ｇについては、上述したように、複数の旋回翼のうち特定の旋回翼からのみ燃料を噴射し、予混合燃焼バーナー１００Ｂ，１００Ｄ，１００Ｆ，１００Ｈについては、完全に燃料噴射を停止するようにすることも可能である。
【実施例２】
【００６６】
次に本発明の実施例２を説明する。なお、実施例１と同様な構成部分については説明を省略し、実施例２に独特な部分について説明をする。
この実施例２においても、部分負荷となったときに、複数の予混合燃焼バーナー１００は、バーナー全体として見ると休止することなく燃焼運転しているが、個々の予混合燃焼バーナー１００に着目すると、複数の旋回翼１３０の一部からのみ燃料を噴射するようにしている。
【００６７】
図１０に示すように、実施例２の燃焼器５２０では、各旋回翼１３０には、内周側の噴射孔１３３ｃと外周側の噴射孔１３３ｄが備えられている。また、各噴射孔１３３ｃ、１３３ｄに個別に燃料を供給する燃料通路（図中では点線で示している）が配置され、各燃料通路には、弁３００ｃ，３００ｄが介装されている。制御部３２０は弁３００ｃ，３００ｄを開閉制御してステージング制御する。他の部分の構成は、実施例１と同様である。
【００６８】
実施例２では、ガスタービンの負荷が全負荷のときには、制御部３２０は、弁３００ｃ，３００ｄを開として、各噴射孔１３３ｃ，１３３ｄから燃料を噴射する。
【００６９】
ガスタービンの負荷が部分負荷になったときには、制御部３２０は、弁３００ｄを閉として外周側の各噴射孔１３３ｄからの燃料噴射を停止すると共に、負荷量に応じて弁３００ｃの開度を調整して内周側の各噴射孔１３３ｃからの燃料噴射量を調整する。
【００７０】
内周側では周方向長が短いので、部分負荷になったときに、内周側の噴射孔１３３ｃから噴射した燃料が周囲の空気で拡散混合される割合が少なくなる。また予混合燃焼バーナー１００の全体としては燃空比Ｆ／Ａは低くなるが、噴射孔１３３ｃの近くでみると局所的に燃空比Ｆ／Ａが高くなる。このため部分負荷になっても、ＣＯやＵＨＣの排出量を低減することができると共に、高効率な燃焼を確保することができる。
【００７１】
なお部分負荷のときに、６枚の旋回翼１３０のうち、周方向に並んで隣接した所定枚数（例えば３枚）の旋回翼１３０に備えた内周側の噴射孔１３３ｃからのみ燃料を噴射するようにしてもよい。
【００７２】
なお図１１に示すように、内周側の噴射孔１３３ｃを、旋回翼１３０ではなく、燃料ノズル１１０のうち旋回翼１３０に近い部分に配置するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施例１に係る、ガスタービンの燃焼器を示す構成図。
【図２】実施例１に係る燃焼器に備えた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に係る燃焼器に備えた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に係る燃焼器に備えた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】本発明の実施例１に係る燃焼器の配置状態を示す構成図図。
【図９】本発明の実施例１に係る燃焼器における配管配置系統を示す系統図。
【図１０】本発明の実施例２に係る燃焼器を示す構成図。
【図１１】本発明の実施例２の変形例を示す構成図。
【図１２】従来のガスタービンの燃焼器を示す構成図。
【図１３】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】
【００７４】
１００，１００Ａ〜１００Ｈ  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，１３３ｃ，１３３ｄ  噴射孔
２００  パイロット燃焼バーナー
３００Ａ１〜３００Ａ６，３００Ｂ１〜３００Ｂ６，３００Ｃ１〜３００Ｃ６，３００Ｄ１〜３００Ｄ６，３００Ｅ１〜３００Ｅ６，３００Ｆ１〜３００Ｆ６，３００Ｇ１〜３００Ｇ６，３００Ｈ１〜３００Ｈ６，３００ｃ，３００ｄ  弁
３１０、３２０  制御部
５００，５２０  燃焼器
Ｌ，ＬＡ１〜ＬＡ６，ＬＢ１〜ＬＢ６，ＬＣ１〜ＬＣ６，ＬＤ１〜ＬＤ６，ＬＥ１〜ＬＥ６，ＬＦ１〜ＬＦ６，ＬＧ１〜ＬＧ６，ＬＨ１〜ＬＨ６  燃料通路
Ａ  圧縮空気
ａ  旋回空気流
ｕ  渦空気流
【図１】
2006336995.tif 000003
【図２】
2006336995.tif 000004
【図３】
2006336995.tif 000005
【図４】
2006336995.tif 000006
【図５】
2006336995.tif 000007
【図６】
2006336995.tif 000008
【図７】
2006336995.tif 000009
【図８】
2006336995.tif 000010
【図９】
2006336995.tif 000011
【図１０】
2006336995.tif 000012
【図１１】
2006336995.tif 000013
【図１２】
2006336995.tif 000014
【図１３】
2006336995.tif 000015