(57)【要約】【課題】ガスタービン燃焼器及びガスタービンにおいて、一酸化炭素などの発生を抑制可能とすると共に不安定燃焼の発生を抑制可能とする。【解決手段】燃焼器内筒４２に対して、燃焼用高圧空気を供給する空気通路５４と、燃料を供給するパイロットノズル４４、メイン燃料ノズル４５、トップハットノズル４７と、フィルム空気（冷却用空気）を供給する開口部６４とを設けると共に、燃焼器内筒４２における燃焼ガスの流動方向の下流部内壁面に周方向に沿って絞り部材７１，７２，７３を設け、この絞り部材７１，７２，７３を、フィルム空気の流れを乱さない貫通部７４，７５，７６を除く周方向における所定の領域に設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧空気と燃料とが内部で燃焼して燃焼ガスを発生させる燃焼筒と、
該燃焼筒に燃焼用高圧空気を供給する燃焼用高圧空気供給手段と、
前記燃焼筒の高温空気に対して燃料を供給する燃料供給手段と、
前記燃焼筒に内壁面に沿って冷却用空気を供給する冷却用空気供給手段と、
前記燃焼筒における燃焼ガスの流動方向の下流部内壁面に周方向に沿って設けられる絞り部材と、
を備えるガスタービン燃焼器において、
前記絞り部材は、冷却用空気の流れを乱さない貫通部を除く周方向における所定の領域に設けられる、
ことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項２】
前記絞り部材は、前記貫通部を介して周方向に複数分割して設けられることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン燃焼器。
【請求項３】
前記絞り部材は、前記燃焼筒の内壁面に周方向に対して非対称な位置に設けられることを特徴とする請求項１または２に記載のガスタービン燃焼器。
【請求項４】
前記絞り部材は、前記燃焼筒の中心部側に突出する角部を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のガスタービン燃焼器。
【請求項５】
前記絞り部材は、燃焼ガスの流動方向に複数設けられることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のガスタービン燃焼器。
【請求項６】
圧縮機で圧縮した圧縮空気に燃焼器で燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給することで回転動力を得るガスタービンにおいて、
前記燃焼器は、
燃焼筒と、
該燃焼筒に燃焼用高圧空気を供給する燃焼用高圧空気供給手段と、
前記燃焼筒の高温空気に対して燃料を供給する燃料供給手段と、
前記燃焼筒に内壁面に沿って冷却用空気を供給する冷却用空気供給手段と、
前記燃焼筒における燃焼ガスの流動方向の下流部内壁面に周方向に沿って設けられる絞り部材と、を有し、
前記絞り部材は、冷却用空気の流れを乱さない貫通部を除く周方向における所定の領域に設けられる、
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】
本発明は、圧縮ガスに燃料を供給して混合し、この混合ガスを燃焼して燃焼ガスを得るガスタービン燃焼器、並びに、このガスタービン燃焼器からの燃焼ガスによりタービンを駆動して回転動力を得るガスタービンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンにより構成されている。そして、空気取入口から取り込まれた空気が圧縮機によって圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となり、燃焼器にて、この圧縮空気に対して燃料を供給して燃焼させることで高温・高圧の燃焼ガスを得て、この燃焼ガスによりタービンを駆動し、このタービンに連結された発電機を駆動する。
【０００３】
このようなガスタービンの燃焼器では、フラッシュバックの防止や壁面焼損防止などのために、予混合ノズルの先端部の近傍に位置する燃焼筒の外壁から外部空気を取り込み、取り込んだ外部空気をフィルム空気として、燃焼筒の内壁面に沿って流している。ところが、このフィルム空気は、燃焼器内の燃焼ガスの温度が低いガスタービンの部分負荷運転領域にて、この燃焼ガスを急冷してしまうことから、燃料ガス（例えば、メタン）が燃焼し、一酸化炭素（ＣＯ）から二酸化炭素（ＣＯ２）に化学反応するタイミングが遅れ、この一酸化炭素や未燃炭化水素（ＵＨＣ）が大量に発生してしまうおそれがある。
【０００４】
このような問題を解決するものとして、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載されたガスタービンの燃焼器では、燃焼器後方の内筒壁に円錐台形をなすリング状の絞り部材を同心状に装着している。従って、フィルム空気が絞り部材により中心部に向かって流れ、高温の燃焼ガスと混合することで燃焼反応を促進し、一酸化炭素や未燃炭化水素の発生を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０５−１４９５４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した従来のガスタービンの燃焼器にあっては、燃焼ガスの温度が低いガスタービンの部分負荷運転領域では、絞り部材によりフィルム空気を高温の燃焼ガスと混合して燃焼反応を促進することで、一酸化炭素や未燃炭化水素の発生を抑制することができる。しかし、燃焼ガスの温度が高いガスタービンの定格負荷運転領域では、絞り部材により発生する渦が燃焼反応を過剰促進すると共に、渦自身の不安定性により不安定燃焼が発生してしまうという可能性がある。
【０００７】
本発明は上述した課題を解決するものであり、一酸化炭素などの発生を抑制可能すると共に不安定燃焼の発生を抑制可能とするガスタービン燃焼器及びガスタービン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】
【０００８】
上述した目的を達成するための本発明のガスタービン燃焼器は、高圧空気と燃料とが内部で燃焼して燃焼ガスを発生させる燃焼筒と、該燃焼筒に燃焼用高圧空気を供給する燃焼用高圧空気供給手段と、前記燃焼筒の高温空気に対して燃料を供給する燃料供給手段と、前記燃焼筒に内壁面に沿って冷却用空気を供給する冷却用空気供給手段と、前記燃焼筒における燃焼ガスの流動方向の下流部内壁面に周方向に沿って設けられる絞り部材と、を備えるガスタービン燃焼器において、前記絞り部材は、冷却用空気の流れを乱さない貫通部を除く周方向における所定の領域に設けられる、ことを特徴とするものである。
【０００９】
本発明のガスタービン燃焼器では、前記絞り部材は、前記貫通部を介して周方向に複数分割して設けられることを特徴としている。
【００１０】
本発明のガスタービン燃焼器では、前記絞り部材は、前記燃焼筒の内壁面に周方向に対して非対称な位置に設けられることを特徴としている。
【００１１】
本発明のガスタービン燃焼器では、前記絞り部材は、前記燃焼筒の中心部側に突出する角部を有することを特徴としている。
【００１２】
本発明のガスタービン燃焼器では、前記絞り部材は、燃焼ガスの流動方向に複数設けられることを特徴としている。
【００１３】
また、本発明のガスタービンは、圧縮機で圧縮した圧縮空気に燃焼器で燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給することで回転動力を得るガスタービンにおいて、前記燃焼器は、燃焼筒と、該燃焼筒に燃焼用高圧空気を供給する燃焼用高圧空気供給手段と、前記燃焼筒の高温空気に対して燃料を供給する燃料供給手段と、前記燃焼筒に内壁面に沿って冷却用空気を供給する冷却用空気供給手段と、前記燃焼筒における燃焼ガスの流動方向の下流部内壁面に周方向に沿って設けられる絞り部材と、を有し、前記絞り部材は、冷却用空気の流れを乱さない貫通部を除く周方向における所定の領域に設けられる、ことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のガスタービン燃焼器によれば、燃焼筒に燃焼用高圧空気を供給する燃焼用高圧空気供給手段と、燃焼筒の高温空気に対して燃料を供給する燃料供給手段と、燃焼筒に内壁面に沿って冷却用空気を供給する冷却用空気供給手段と、燃焼筒における燃焼ガスの流動方向の下流部内壁面に周方向に沿った絞り部材とを設け、この絞り部材を、冷却用空気の流れを乱さない貫通部を除く周方向における所定の領域に設けている。従って、燃焼筒内にて、絞り部材が設けられている領域では、冷却用空気がこの絞り部材により中心部に向かって流れるようにその流れが乱されることで、また、同時に絞り部材下流から流入させた冷却用空気も絞り部材により発生する乱れで、高温の燃焼ガスと混合して燃焼反応を促進し、一酸化炭素や未燃炭化水素の発生を抑制することができる。一方、貫通部が設けられている領域では、冷却用空気の流れが乱されずに内壁面に沿って流れるため、未燃予混合気の異常燃焼を防ぐことができると共に、貫通部の存在により渦の不安定性を回避することができる。その結果、不安定燃焼の発生を抑制することができる。
【００１５】
本発明のガスタービン燃焼器によれば、絞り部材を、貫通部を介して周方向に複数分割して設けるので、貫通部における燃焼の過剰促進が発生しないため、不安定燃焼の発生を抑制することができる。
【００１６】
本発明のガスタービン燃焼器によれば、絞り部材を、燃焼筒の内壁面に周方向に対して非対称な位置に設けるので、火炎形状が周方向に対してアンバランスとなり、燃焼筒内における周方向の温度分布が変化し、軸方向の不安定振動を発生させる加振力を低減することができる。
【００１７】
本発明のガスタービン燃焼器によれば、絞り部材に燃焼筒の中心部側に突出する角部を設けるので、冷却用空気は、絞り部材の角部で渦を発生することとなり、燃焼ガスと冷却用空気との混合を促進することができる。
【００１８】
本発明のガスタービン燃焼器によれば、絞り部材を燃焼ガスの流動方向に複数設けるので、絞り部材での発熱を分散することができると共に、一酸化炭素や未燃炭化水素の発生を抑制することができる。
【００１９】
また、本発明のガスタービンによれば、圧縮機と燃焼器とタービンとで構成し、燃焼器として、燃焼筒に燃焼用高圧空気を供給する燃焼用高圧空気供給手段と、燃焼筒の高温空気に対して燃料を供給する燃料供給手段と、燃焼筒に内壁面に沿って冷却用空気を供給する冷却用空気供給手段と、燃焼筒における燃焼ガスの流動方向の下流部内壁面に周方向に沿った絞り部材とを設け、この絞り部材を、冷却用空気の流れを乱さない貫通部を除く周方向における所定の領域に設けている。従って、燃焼筒内にて、絞り部材が設けられている領域では、冷却用空気がこの絞り部材により中心部に向かって流れるようにその流れが乱されると共に、絞り下流で流入した冷却用空気に対しても乱れによる混合促進効果が期待できるため、高温の燃焼ガスと混合して燃焼反応を促進し、一酸化炭素や未燃炭化水素の発生を抑制することができる一方、貫通部が設けられている領域では、冷却用空気の流れが乱されずに内壁面に沿って流れることで、未燃予混合気の異常燃焼を防ぐことができると共に、貫通部の存在により渦の不安定性を回避することがで、その結果、不安定燃焼の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の実施例１に係るガスタービン燃焼器における尾筒の内部を表す概略図である。
【図２】図２は、図１のII−II断面図である。
【図３】図３は、図２のIII−III断面図である。
【図４】図４は、実施例１のガスタービン燃焼器における軸方向位置における発熱率を表すグラフである。
【図５】図５は、実施例１のガスタービンを表す概略図である。
【図６】図６は、本発明の実施例２に係るガスタービン燃焼器の断面を表す概略図である。
【図７】図７は、本発明の実施例３に係るガスタービン燃焼器の断面を表す概略図である。
【図８】図８は、本発明の実施例４に係るガスタービン燃焼器における尾筒の内部を表す概略図である。
【図９】図９は、図８のIX−IX断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に添付図面を参照して、本発明に係るガスタービン燃焼器及びガスタービンの好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００２２】
図１は、本発明の実施例１に係るガスタービン燃焼器における尾筒の内部を表す概略図、図２は、図１のII−II断面図、図３は、図２のIII−III断面図、図４は、実施例１のガスタービン燃焼器における軸方向位置における発熱率を表すグラフ、図５は、実施例１のガスタービンを表す概略図である。
【００２３】
実施例１のガスタービンは、図５に示すように、圧縮機１１と燃焼器１２とタービン１３により構成されている。このガスタービンには、図示しない発電機が連結されており、発電可能となっている。
【００２４】
圧縮機１１は、空気を取り込む空気取入口２１を有し、圧縮機車室２２内に複数の静翼２３と動翼２４が前後方向（後述するロータ３２の軸方向）に交互に配設されてなり、その外側に抽気室２５が設けられている。燃焼器１２は、圧縮機１１で圧縮された圧縮空気に対して燃料を供給し、点火することで燃焼可能となっている。タービン１３は、タービン車室２６内に複数の静翼２７と動翼２８が前後方向（後述するロータ３２の軸方向）に交互に配設されている。このタービン車室２６の下流側には、排気車室２９を介して排気室３０が配設されており、排気室３０は、タービン１３に連続する排気ディフューザ３１を有している。
【００２５】
また、圧縮機１１、燃焼器１２、タービン１３、排気室３０の中心部を貫通するようにロータ（タービン軸）３２が位置している。ロータ３２は、圧縮機１１側の端部が軸受部３３により回転自在に支持される一方、排気室３０側の端部が軸受部３４により回転自在に支持されている。そして、このロータ３２は、圧縮機１１にて、各動翼２４が装着されたディスクが複数重ねられて固定され、タービン１３にて、各動翼２８が装着されたディスクが複数重ねられて固定されており、排気室３０側の端部に図示しない発電機の駆動軸が連結されている。
【００２６】
そして、このガスタービンは、圧縮機１１の圧縮機車室２２が脚部３５に支持され、タービン１３のタービン車室２６が脚部３６により支持され、排気室３０が脚部３７により支持されている。
【００２７】
従って、圧縮機１１の空気取入口２１から取り込まれた空気が、複数の静翼２３と動翼２４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。燃焼器１２にて、この圧縮空気に対して所定の燃料が供給され、燃焼する。そして、この燃焼器１２で生成された作動流体である高温・高圧の燃焼ガスが、タービン１３を構成する複数の静翼２７と動翼２８を通過することでロータ３２を駆動回転し、このロータ３２に連結された発電機を駆動する。一方、排気ガス（燃焼ガス）のエネルギは、排気室３０の排気ディフューザ３１により圧力に変換され減速されてから大気に放出される。
【００２８】
上述した実施例１の燃焼器１２において、図１に示すように、燃焼器外筒４１の内部に所定間隔をあけて燃焼器内筒４２が支持され、この燃焼器内筒４２の先端部に燃焼器尾筒４３が連結されて燃焼器ケーシングが構成されている。燃焼器内筒４２内には、その中心部にパイロットノズル４４が配設されると共に、燃焼器内筒４２の内周面に周方向に沿ってパイロットノズル４４を取り囲むように複数のメイン燃料ノズル（予混合ノズル）４５が配設されており、パイロットノズル４４の先端部にはパイロットコーン４６が装着されている。また、燃焼器外筒４１の内周面に周方向に沿って複数のトップハットノズル４７が配設されている。
【００２９】
詳細に説明すると、燃焼器外筒４１は、外筒本体５１の基端部に外筒蓋部５２が密着し、複数の締結ボルト５３により締結されて構成されており、この外筒蓋部５２に燃焼器内筒４２の基端部が嵌着され、外筒蓋部５２と燃焼器内筒４２との間に空気通路５４が形成されている。そして、燃焼器内筒４２内にて、その中心部にパイロットノズル４４が配設されると共に、このパイロットノズル４４を取り囲むように複数のメイン燃料ノズル４５が配設され、各メイン燃料ノズル４５の先端部がメインバーナ５５に連通している。
【００３０】
また、外筒蓋部５２には、トップハット部５６が嵌合し、複数の締結ボルト５７により締結されており、上述したトップハットノズル４７は、このトップハット部５６に設けられている。即ち、トップハット部５６の基端部に周方向に沿って燃料キャビティ５８が形成され、この燃料キャビティ５８から先端側に向けて複数の燃料通路５９が形成され、この各燃料通路５９の先端部に噴射口６０が連結されている。
【００３１】
そして、図示しないパイロット燃料ラインがパイロットノズル４４の燃料ポート６１に連結され、メイン燃料ラインがメイン燃料ノズル４５の燃料ポート６２に連結され、トップハット燃料ラインがトップハットノズル４７の燃料ポート６３に連結されている。
【００３２】
また、燃焼器内筒４２には、その外周部に、外部から高圧空気を取り入れ、フィルム空気として内周面を沿わせることで冷却する複数の開口部６４が形成されている。
【００３３】
なお、実施例１にて、燃焼器内筒４２及び燃焼器尾筒４３により本発明の燃焼筒が構成され、空気通路５４により燃焼用高圧空気供給手段が構成され、パイロットノズル４４、メイン燃料ノズル４５、トップハットノズル４７により本発明の燃料供給手段が構成され、開口部６４により本発明の冷却用空気供給手段が構成される。
【００３４】
従って、高温・高圧の圧縮空気の空気流が空気通路５４に流れこむと、この圧縮空気がトップハットノズル４７から噴射された燃料と混合され、この燃料混合気が燃焼器内筒４２内に流れ込む。燃焼器内筒４２内では、この燃料混合気がメイン燃料ノズル４５から噴射された燃料とメインバーナ５５により混合され、予混合気の旋回流となって燃焼器尾筒４３内に流れ込む。また、燃料混合気は、パイロットノズル４４から噴射された燃料と混合され、図示しない種火により着火されて燃焼し、燃焼ガスとなって燃焼器尾筒４３内に噴出する。このとき、燃焼ガスの一部が燃焼器尾筒４３内に火炎を伴って周囲に拡散するように噴出することで、各メイン燃料ノズル４５から燃焼器尾筒４３内に流れ込んだ予混合気に着火されて燃焼する。即ち、パイロットノズル４４から噴射したパイロット燃料による拡散火炎により、メイン燃料ノズル４５からの希薄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。また、高温・高圧の圧縮空気の空気流が開口部６４から取り込まれ、燃焼器内筒４２及び燃焼器尾筒４３の内壁面に沿って流れることで冷却され、燃焼ガスによる燃焼器内筒４２及び燃焼器尾筒４３の高温化が抑制される。
【００３５】
このように構成された実施例１の燃焼器１２では、図１乃至図３に示すように、燃焼器内筒４２における燃焼ガスの流動方向の下流部内壁面に周方向に沿って３つの絞り部材７１，７２，７３が設けられている。この絞り部材７１，７２，７３は、フィルム空気（冷却用空気）の流れを乱さない貫通部７４，７５，７６を除く周方向における所定の領域に設けられている。
【００３６】
具体的に説明すると、各絞り部材７１，７２，７３は、ほぼ同様の形状をなしており、断面がくの字形状をなし、基端部が溶接（またはボルトなど）７７により燃焼器内筒４２の内壁面に固定される一方、先端部が燃焼器内筒４２の内壁面から所定間隔をあけて支持部材７８により支持されている。そのため、各絞り部材７１，７２，７３は、燃焼器内筒４２の内壁面を流れるフィルム空気を燃焼器内筒４２の中心側に向かわせるように所定角度θだけ傾斜した案内面が形成される。また、各絞り部材７１，７２，７３は、燃焼器内筒４２の中心部側に突出する角部７１ａ，７１ｂ，７２ａ，７２ｂ，７３ａ，７３ｂを有している。
【００３７】
一方、貫通部７４，７５，７６は、各絞り部材７１，７２，７３の間に位置し、ほぼ同様の形状をなしている。即ち、絞り部材７１，７２，７３は、貫通部７４，７５，７６を介して、つまり、絞り部材７１，７２，７３と貫通部７４，７５，７６が周方向に複数（本実施例では、３つ）に分割されて周方向に交互に設けられることとなる。この場合、絞り部材７１，７２，７３は、燃焼器内筒４２に内壁面に周方向に対して非対称な位置に設けられることとなる。但し、絞り部材７１，７２，７３を、周方向に非対称とせずに対称位置に設けてもよい。
【００３８】
従って、燃焼器内筒４２内では、中心部に燃焼ガスが流れ、外周部の内壁面に沿ってフィルム空気が流れる。このとき、燃焼器内筒４２内にて、絞り部材７１，７２，７３が設けられている領域では、フィルム空気がこの絞り部材７１，７２，７３により中心部側に向かって流れるように、その流れが乱される。また、同時に、絞り部材７１，７２，７３の下流から流入させた冷却用空気も絞り部材７１，７２，７３によりその流れが乱される。そのため、フィルム空気が高温の燃焼ガスと混合して燃焼反応を促進し、一酸化炭素や未燃炭化水素の発生が抑制される。
【００３９】
また、燃焼器内筒４２内にて、絞り部材７１，７２，７３が設けられている領域では、フィルム空気が燃焼ガスと混合しやすくなる。一方、絞り部材７１，７２，７３がなく、貫通部７４，７５，７６が設けられている領域では、フィルム空気の流れが乱されずに内壁面に沿って流れる。そのため、未燃予混合気の異常燃焼が防止されると共に、貫通部７４，７５，７６の存在により渦の不安定性が回避され、不安定燃焼の発生が抑制される。
【００４０】
この場合、各絞り部材７１，７２，７３が複数に分割され、且つ、角部７１ａ，７１ｂ，７２ａ，７２ｂ，７３ａ，７３ｂを有していることから、絞り部材７１，７２，７３によりその流れが乱されたフィルム空気は、貫通部７４，７５，７６を通過するフィルム空気にも影響を与えることとなり、一酸化炭素や未燃炭化水素の発生、燃焼ガス温度の上昇が効果的に抑制される。
【００４１】
図４は、燃焼器１２における基端部側から先端部に向けての距離に対する発熱率を表すグラフである。図４に示すように、絞り部材が設けられていない従来の燃焼器では、図４にて点線で示すように、中間部で発熱率が最大となる。また、Ｌの位置にリング形状をなす絞り部材が設けられている従来の燃焼器では、図４にて実線で示すように、絞り部材の位置の直後で発熱率が過剰に大きくなる。一方、実施例１の絞り部材７１，７２，７３が設けられた燃焼器１２では、図４にて一点鎖線で示すように、発熱率の最大値が小さくなっている。
【００４２】
また、絞り部材７１，７２，７３が燃焼器内筒４２に内壁面に周方向に対して非対称に設けられており、火炎形状が周方向に対してアンバランスとなり、この部分での火炎面の軸方向の長さが変化する。この結果、絞り部材７１，７２，７３がある領域と貫通部７４，７５，７６がある領域の温度分布が周方向で変化し、燃焼器軸方向の不安定振動を発生させる加振力が低減される。
【００４３】
また、一方、火炎が周方向に対して非対称的な分布を持つことから、断面内振動モードにおいて、「＋」と「−」が反転する振動モードの発生が抑制される。
【００４４】
ここで、絞り部材７１，７２，７３が周方向に非対称な位置に設けられる。周方向に対して非対称な位置とは、燃焼器内筒４２の断面が偶数個に均等分割されるような振動モードにおける直径線（位相が反転する節）が引けないような位置であり、ここでは、絞り部材７１，７２，７３が周方向に重ならず、燃焼器内筒４２の中心に対して点対称とならない位置に設定している。即ち、本実施例では、絞り部材７１，７２，７３（貫通部７４，７５，７６）は周方向に１２０度離間する位置に設定される。
【００４５】
このように実施例１のガスタービン燃焼器にあっては、燃焼器内筒４２に対して、燃焼用高圧空気を供給する空気通路５４と、燃料を供給するパイロットノズル４４、メイン燃料ノズル４５、トップハットノズル４７と、フィルム空気（冷却用空気）を供給する開口部６４とを設けると共に、燃焼器内筒４２における燃焼ガスの流動方向の下流部内壁面に周方向に沿って絞り部材７１，７２，７３を設け、この絞り部材７１，７２，７３を、フィルム空気の流れを乱さない貫通部７４，７５，７６を除く周方向における所定の領域に設けている。
【００４６】
従って、燃焼器内筒４２内にて、絞り部材７１，７２，７３が設けられている領域では、フィルム空気がこの絞り部材７１，７２，７３により中心部に向かって流れるようにその流れが乱されることで、また、同時に、絞り部材７１，７２，７３の下流から流入させた冷却用空気も絞り部材７１，７２，７３によりその流れが乱されることで、高温の燃焼ガスと混合して燃焼反応を促進し、一酸化炭素や未燃炭化水素の発生を抑制することができる。一方、貫通部７４，７５，７６が設けられている領域では、フィルム空気の流れが乱されずに内壁面に沿って流れるため、未燃予混合気の異常燃焼を防ぐことができると共に、貫通部７４，７５，７６の存在により渦の不安定性を回避することができる。その結果、不安定燃焼の発生を抑制することができる。
【００４７】
また、実施例１のガスタービン燃焼器では、絞り部材７１，７２，７３を、貫通部７４，７５，７６を介して周方向に３分割して設けている。従って、絞り部材７１，７２，７３と貫通部７４，７５，７６との間隔が短くなり、未燃予混合気の異常燃焼を防ぐことができると共に、貫通部７４，７５，７６の存在により渦の不安定性を回避することができる。
【００４８】
また、実施例１のガスタービン燃焼器では、絞り部材７１，７２，７３を、燃焼器内筒４２の内壁面に周方向に対して非対称な位置に設けている。従って、火炎形状が周方向に対してアンバランスとなり、燃焼器内筒４２内における温度分布が周方向で変化し、振動モードの発生を抑制し、不安定燃焼の発生を抑制することができる。
【００４９】
また、実施例１のガスタービン燃焼器では、絞り部材７１，７２，７３に燃焼筒の中心部側に突出する角部７１ａ，７１ｂ，７２ａ，７２ｂ，７３ａ，７３ｂを設けている。従って、フィルム空気は、絞り部材７１，７２，７３の角部７１ａ，７１ｂ，７２ａ，７２ｂ，７３ａ，７３ｂで渦を発生することとなり、燃焼ガスと冷却用空気との混合を促進することができる。
【００５０】
なお、実施例１では、絞り部材７１，７２，７３を同形状とすると共に、貫通部７４，７５，７６を同形状とし、周方向に均等間隔で配置したが、絞り部材７１，７２，７３や貫通部７４，７５，７６における周方向の長さを変更したり、絞り部材７１，７２，７３の中心部側への突出量を変更したり、周方向の間隔を変更することで、更に非対称性としてもよい。
【実施例２】
【００５１】
図６は、本発明の実施例２に係るガスタービン燃焼器の断面を表す概略図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００５２】
実施例２では、図６に示すように、燃焼器内筒４２における燃焼ガスの流動方向の下流部内壁面に周方向に沿って絞り部材８１，８２が設けられ、この絞り部材８１，８２は、フィルム空気（冷却用空気）の流れを乱さない貫通部８３，８４を除く周方向における所定の領域に設けられている。
【００５３】
即ち、各絞り部材８１，８２は、周方向の長さが相違し、燃焼器内筒４２の中心部側に突出する角部８１ａ，８１ｂ，８２ａ，８２ｂを有している。一方、貫通部８３，８４は、各絞り部材８１，８２の間に位置し、周方向の長さが相違している。即ち、絞り部材８１，８２は、貫通部８３，８４を介して周方向に複数分割して設けられている。この場合、絞り部材８１，８２及び貫通部８３，８４は、燃焼器内筒４２に内壁面に周方向に対して非対称な位置に設けられることとなる。
【００５４】
従って、燃焼器内筒４２内では、中心部に燃焼ガスが流れ、外周部の内壁面に沿ってフィルム空気が流れる。このとき、燃焼器内筒４２内にて、絞り部材８１，８２が設けられている領域では、フィルム空気がこの絞り部材８１，８２により中心部側に向かって流れるように、その流れが乱される。そのため、フィルム空気が高温の燃焼ガスと混合して燃焼反応を促進し、一酸化炭素や未燃炭化水素の発生が抑制される。
【００５５】
また、燃焼器内筒４２内にて、絞り部材８１，８２が設けられている領域では、フィルム空気が燃焼ガスと混合しやすくなる。一方、絞り部材８１，８２がなく、貫通部８３，８４が設けられている領域では、フィルム空気の流れが乱されずに内壁面に沿って流れる。そのため、未燃予混合気の異常燃焼が防止されると共に、貫通部８３，８４の存在により渦の不安定性が回避され、不安定燃焼の発生が抑制される。
【００５６】
更に、絞り部材８１，８２及び貫通部８３，８４が燃焼器内筒４２に内壁面に周方向に対して非対称に設けられており、火炎形状が周方向に対してアンバランスとなり、この部分での火炎面の軸方向の長さが変化する。そのため、絞り部材８１，８２がある領域と貫通部８３，８４がある領域の温度分布が周方向で変化し、燃焼器軸方向の不安定振動を発生させる加振力が低減される。
【００５７】
このように実施例２のガスタービン燃焼器にあっては、燃焼器内筒４２における燃焼ガスの流動方向の下流部内壁面に周方向に沿って２つの絞り部材８１，８２を設け、この絞り部材８１，８２を、フィルム空気の流れを乱さない貫通部８３，８４を除く周方向における所定の領域に設けている。
【００５８】
従って、絞り部材８１，８２によりフィルム空気の流れが乱されることで、高温の燃焼ガスと混合して燃焼反応を促進し、一酸化炭素や未燃炭化水素の発生を抑制することができる一方、貫通部８３，８４により未燃予混合気の異常燃焼を防ぐことができると共に、貫通部８３，８４の存在により渦の不安定性を回避することができ、不安定燃焼の発生を抑制することができる。
【実施例３】
【００５９】
図７は、本発明の実施例３に係るガスタービン燃焼器の断面を表す概略図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００６０】
実施例３では、図７に示すように、燃焼器内筒４２における燃焼ガスの流動方向の下流部内壁面に周方向に沿って絞り部材９１〜９８が設けられ、この絞り部材９１〜９８は、フィルム空気（冷却用空気）の流れを乱さない貫通部１０１〜１０８を除く周方向における所定の領域に設けられている。
【００６１】
即ち、各絞り部材９１〜９８は同形状をなし、貫通部１０１〜１０８も同形状をなし、周方向に均等間隔で設けられている。なお、必要に応じて、形状、長さ、配置等を変更することで、周方向に対して非対称な位置に設けてもよい。
【００６２】
従って、燃焼器内筒４２内では、中心部に燃焼ガスが流れ、外周部の内壁面に沿ってフィルム空気が流れる。このとき、燃焼器内筒４２内にて、絞り部材９１〜９８が設けられている領域では、フィルム空気がこの絞り部材９１〜９８により中心部側に向かって流れるように、その流れが乱される。そのため、フィルム空気が高温の燃焼ガスと混合して燃焼反応を促進し、一酸化炭素や未燃炭化水素の発生が抑制される。
【００６３】
また、燃焼器内筒４２内にて、絞り部材９１〜９８が設けられている領域では、フィルム空気が燃焼ガスと混合しやすくなる。一方、絞り部材９１〜９８がなく、貫通部１０１〜１０８が設けられている領域では、フィルム空気の流れが乱されずに内壁面に沿って流れる。そのため、未燃予混合気の異常燃焼が防止されると共に、貫通部１０１〜１０８の存在により渦の不安定性が回避され、不安定燃焼の発生が抑制される。
【００６４】
このように実施例３のガスタービン燃焼器にあっては、燃焼器内筒４２における燃焼ガスの流動方向の下流部内壁面に周方向に沿って８つの絞り部材９１〜９８を設け、この絞り部材９１〜９８を、フィルム空気の流れを乱さない貫通部１０１〜１０８を除く周方向における所定の領域に設けている。
【００６５】
従って、絞り部材９１〜９８によりフィルム空気の流れが乱されることで、高温の燃焼ガスと混合して燃焼反応を促進し、一酸化炭素や未燃炭化水素の発生を抑制することができる一方、貫通部１０１〜１０８により未燃予混合気の異常燃焼を防ぐことができると共に、貫通部１０１〜１０８の存在により渦の不安定性を回避することができる。その結果、不安定燃焼の発生を抑制することができる。
【実施例４】
【００６６】
図８は、本発明の実施例４に係るガスタービン燃焼器における尾筒の内部を表す概略図、図９は、図８のIX−IX断面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００６７】
実施例４では、図８及び図９に示すように、燃焼器内筒４２における燃焼ガスの流動方向の下流部内壁面に周方向に沿う３つの絞り部材１１１，１１２，１１３が設けられ、この各絞り部材１１１，１１２，１１３は、フィルム空気（冷却用空気）の流れを乱さない貫通部１１４，１１５，１１６を除く周方向における所定の領域に設けられている。
【００６８】
即ち、各絞り部材１１１，１１２，１１３は、周方向の長さがほぼ同様であり、燃焼ガスの流動方向にずれて設けられると共に、周方向にもずれて設けられている。この場合、３つの絞り部材１１１，１１２，１１３は、燃焼ガスの流動方向に対してその一部が重なるように配置されている。一方、貫通部１１４，１１５，１１６は、各絞り部材１１１，１１２，１１３の周方向にずれて、燃焼ガスの流動方向に対しては同位置に位置し、周方向の長さがほぼ同様となっている。この場合、絞り部材１１１，１１２，１１３及び貫通部１１４，１１５，１１６は、燃焼器内筒４２に内壁面に周方向に対して非対称な位置に設けられることとなる。
【００６９】
従って、燃焼器内筒４２内では、中心部に燃焼ガスが流れ、外周部の内壁面に沿ってフィルム空気が流れる。このとき、燃焼器内筒４２内にて、絞り部材１１１，１１２，１１３が設けられている領域では、フィルム空気がこの絞り部材１１１，１１２，１１３により中心部側に向かって流れるように、その流れが乱される。そのため、フィルム空気が高温の燃焼ガスと混合して燃焼反応を促進し、一酸化炭素や未燃炭化水素の発生が抑制される。
【００７０】
また、燃焼器内筒４２内にて、絞り部材１１１，１１２，１１３が設けられている領域では、フィルム空気が燃焼ガスと混合しやすくなる。一方、絞り部材１１１，１１２，１１３がなく、貫通部１１４，１１５，１１６が設けられている領域では、フィルム空気の流れが乱されずに内壁面に沿って流れる。そのため、未燃予混合気の異常燃焼が防止されると共に、貫通部１１４，１１５，１１６の存在により渦の不安定性が回避され、不安定燃焼の発生が抑制される。
【００７１】
更に、絞り部材１１１，１１２，１１３及び貫通部１１４，１１５，１１６が燃焼器内筒４２に内壁面に周方向に対して非対称に設けられており、火炎形状が周方向に対してアンバランスとなり、この部分での火炎面の軸方向の長さが変化する。そのため、絞り部材１１１，１１２，１１３がある領域と貫通部８３，８４がある領域の温度分布が周方向で変化し、燃焼器軸方向の不安定振動を発生させる加振力が低減される。
【００７２】
このように実施例４のガスタービン燃焼器にあっては、燃焼器内筒４２における燃焼ガスの流動方向の下流部内壁面に周方向に沿って３つの絞り部材１１１，１１２，１１３を燃焼器内筒４２の周方向及び軸方向にずらして設け、この絞り部材１１１，１１２，１１３を、フィルム空気の流れを乱さない貫通部１１４，１１５，１１６を除く周方向における所定の領域に設けている。
【００７３】
従って、絞り部材１１１，１１２，１１３によりフィルム空気の流れが乱されることで、高温の燃焼ガスと混合して燃焼反応を促進し、一酸化炭素や未燃炭化水素の発生を抑制することができる一方、貫通部１１４，１１５，１１６により未燃予混合気の異常燃焼を防ぐことができると共に、貫通部１１４，１１５，１１６の存在により渦の不安定性を回避することができ、不安定燃焼の発生を抑制することができる。
【００７４】
なお、上述した各実施例では、絞り部材が燃焼筒の中心部側に突出する角部を有する形状をなすように構成したが、この形状に限定されるものではない。例えば、半円状をなす板材を燃焼筒の内壁面に固定してもよく、特に、角部を有する形状でなくてもよい。また、絞り部材を配置する位置も、各ノズル４４，４５，４７の直下に位置する燃焼器内筒４２に限らず、燃焼器尾筒４３に設けてもよく、対称、非対称に限るものでもない。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明に係るガスタービン燃焼器及びガスタービンは、絞り部材を冷却用空気の流れを乱さない貫通部を除く周方向における所定の領域に設けることで、一酸化炭素などの発生を抑制可能とすると共に不安定燃焼の発生を抑制可能とするものであり、いずれの種類の燃焼器、ガスタービンにも適用することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１１  圧縮機
１２  燃焼器（ガスタービン燃焼器）
１３  タービン
４１  燃焼器外筒
４２  燃焼器内筒
４３  燃焼器尾筒
４４  パイロットノズル（燃料供給手段）
４５  メイン燃料ノズル（燃料供給手段）
４７  トップハットノズル（燃料供給手段）
５４  空気通路（燃焼用高圧空気供給手段）
６４  開口部（冷却用空気供給手段）
７１，７２，７３，８１，８２，９１〜９８，１１１，１１２，１１３  絞り部材
７１ａ，７１ｂ，７２ａ，７２ｂ，７３ａ，７３ｂ，８１ａ，８１ｂ，８２ａ，８２ｂ  角部
７４，７５，７６，８３，８４，１０１〜１０８，１１４，１１５，１１６  貫通部
【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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