(57)【要約】【課題】低ＮＯｘを維持しながら、燃焼振動の発生を抑制すること。【解決手段】この発明は、８本のメインノズル５１〜５８と、８本のトップハットノズル６１〜６８と、メイン燃料系統７と、トップハット燃料系統８と、燃焼器２の燃焼振動を検知するセンサ９と、トップハット燃料６の流量を制御する燃料制御装置と、を備える。トップハット燃料系統８が、２つに分割されている。燃料制御装置が、トップハット燃料６の総流量を一定に保ちながら、２つに分割されたトップハット燃料系統８１、８２毎に、トップハット燃料６の流量を増減制御する。この結果、この発明は、低ＮＯｘを維持しながら、燃焼振動の発生を抑制することができる。【選択図】図１
2011111964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予混合燃焼方式のガスタービン燃焼器において、
複数本のメインノズルと、
複数本のトップハットノズルと、
前記複数本のメインノズルにメイン燃料をそれぞれ供給するメイン燃料系統と、
前記複数本のトップハットノズルにトップハット燃料をそれぞれ供給するトップハット燃料系統と、
燃焼器の燃焼振動を検知するセンサと、
前記センサからの検知信号に基づいて、前記トップハット燃料系統を介して前記複数本のトップハットノズルにそれぞれ供給されるトップハット燃料の流量を制御する燃料制御装置と、
を備え、
前記トップハット燃料系統は、複数に分割されていて、
前記燃料制御装置は、トップハット燃料の総流量を一定に保ちながら、複数に分割された前記トップハット燃料系統毎に、トップハット燃料の流量を増減制御する、
ことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項２】
前記トップハット燃料系統は、２つに分割されていて、
前記燃料制御装置は、トップハット燃料の総流量を一定に保ちながら、２つに分割された一方の前記トップハット燃料系統のトップハット燃料の流量を増加制御し、２つに分割された他方の前記トップハット燃料系統のトップハット燃料の流量を減少制御する、
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】
予混合燃焼方式のガスタービン燃焼器において、
複数本のメインノズルと、
複数本のトップハットノズルと、
前記複数本のメインノズルにメイン燃料をそれぞれ供給するメイン燃料系統と、
前記複数本のトップハットノズルにトップハット燃料をそれぞれ供給するトップハット燃料系統と、
燃焼器の燃焼振動を検知するセンサと、
前記センサからの検知信号に基づいて、前記トップハット燃料系統を介して前記複数本のトップハットノズルにそれぞれ供給されるトップハット燃料の流量、および、前記メイン燃料系統を介して前記複数本のメインノズルにそれぞれ供給されるメイン燃料の流量を制御する燃料制御装置と、
を備え、
前記メイン燃料系統は、複数に分割されていて、
前記トップハット燃料系統は、複数に分割されていて、
前記燃料制御装置は、トップハット燃料の総流量を一定に保ちながら、複数に分割された前記トップハット燃料系統毎に、トップハット燃料の流量を増減制御すると同時に、メイン燃料の総流量を一定に保ちながら、複数に分割された前記メイン燃料系統毎に、メイン燃料の流量を増減制御する、
ことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項４】
前記メイン燃料系統は、２つに分割されていて、
前記トップハット燃料系統は、２つに分割されていて、
前記燃料制御装置は、トップハット燃料の総流量を一定に保ちながら、２つに分割された一方の前記トップハット燃料系統のトップハット燃料の流量を増加制御し、２つに分割された他方の前記トップハット燃料系統のトップハット燃料の流量を減少制御すると同時に、メイン燃料の総流量を一定に保ちながら、２つに分割された一方の前記メイン燃料系統のメイン燃料の流量を増加制御し、２つに分割された他方の前記メイン燃料系統のメイン燃料の流量を減少制御する、
ことを特徴とする請求項３に記載のガスタービン燃焼器。
【請求項５】
前記メイン燃料系統と前記トップハット燃料系統とは、相互に対応して複数に分割されていて、
前記燃料制御装置は、トップハット燃料の総流量を一定に保ちながら、複数に分割された前記トップハット燃料系統毎に、トップハット燃料の流量を増減制御すると同時に、メイン燃料の総流量を一定に保ちながら、複数に分割された前記メイン燃料系統毎に、相互に対応する前記トップハット燃料系統毎のトップハット燃料の流量の増減の比率と逆の比率で、メイン燃料の流量を増減制御する、
ことを特徴とする請求項３または４に記載のガスタービン燃焼器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、予混合燃焼方式のガスタービン燃焼器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
予混合燃焼方式のガスタービン燃焼器は、従来からある（たとえば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４）。かかるガスタービン燃焼器は、低ＮＯｘを維持しながら、燃焼振動の発生を抑制すること（振動燃焼を起こし難くすること）が重要である。特許文献１は、燃焼器の直前の空気量の変動を検出して燃料量を補正することにより、燃焼振動の発生を抑制している。特許文献２は、予混合式燃焼器において、周方向に不均一なパイロット火炎を形成することにより、燃焼振動の発生を抑制している。特許文献３は、燃焼器の中心軸方向における一定の領域への発熱量の集中を少なくすることにより、燃焼振動の発生を抑制している。特許文献４は、燃焼器の出口の下流で部分的に不均一な燃料濃度となり、平均火炎温度より温度の高い部分的に高温の燃焼ガス流が発生することにより、燃焼振動の発生を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−３２３１６５号公報
【特許文献２】特開平８−２８５２４０号公報
【特許文献３】特開２０００−５５３６７号公報
【特許文献４】特表２００４−５２６９３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この発明が解決しようとする課題は、ガスタービン燃焼器において、低ＮＯｘを維持しながら、燃焼振動の発生を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明（請求項１にかかる発明）は、複数本のメインノズルと、複数本のトップハットノズルと、複数本のメインノズルにメイン燃料をそれぞれ供給するメイン燃料系統と、複数本のトップハットノズルにトップハット燃料をそれぞれ供給するトップハット燃料系統と、燃焼器の燃焼振動を検知するセンサと、センサからの検知信号に基づいて、トップハット燃料系統を介して複数本のトップハットノズルにそれぞれ供給されるトップハット燃料の流量を制御する燃料制御装置と、を備え、トップハット燃料系統が、複数に分割されていて、燃料制御装置が、トップハット燃料の総流量を一定に保ちながら、複数に分割されたトップハット燃料系統毎に、トップハット燃料の流量を増減制御する、ことを特徴とする。
【０００６】
この発明（請求項２にかかる発明）は、トップハット燃料系統が、２つに分割されていて、燃料制御装置が、トップハット燃料の総流量を一定に保ちながら、２つに分割された一方のトップハット燃料系統のトップハット燃料の流量を増加制御し、２つに分割された他方のトップハット燃料系統のトップハット燃料の流量を減少制御する、ことを特徴とする。
【０００７】
この発明（請求項３にかかる発明）は、複数本のメインノズルと、複数本のトップハットノズルと、複数本のメインノズルにメイン燃料をそれぞれ供給するメイン燃料系統と、複数本のトップハットノズルにトップハット燃料をそれぞれ供給するトップハット燃料系統と、燃焼器の燃焼振動を検知するセンサと、センサからの検知信号に基づいて、トップハット燃料系統を介して複数本のトップハットノズルにそれぞれ供給されるトップハット燃料の流量、および、メイン燃料系統を介して複数本のメインノズルにそれぞれ供給されるメイン燃料の流量を制御する燃料制御装置と、を備え、メイン燃料系統が、複数に分割されていて、トップハット燃料系統が、複数に分割されていて、燃料制御装置が、トップハット燃料の総流量を一定に保ちながら、複数に分割されたトップハット燃料系統毎に、トップハット燃料の流量を増減制御すると同時に、メイン燃料の総流量を一定に保ちながら、複数に分割されたメイン燃料系統毎に、メイン燃料の流量を増減制御する、ことを特徴とする。
【０００８】
この発明（請求項４にかかる発明）は、メイン燃料系統が、２つに分割されていて、トップハット燃料系統が、２つに分割されていて、燃料制御装置が、トップハット燃料の総流量を一定に保ちながら、２つに分割された一方のトップハット燃料系統のトップハット燃料の流量を増加制御し、２つに分割された他方のトップハット燃料系統のトップハット燃料の流量を減少制御すると同時に、メイン燃料の総流量を一定に保ちながら、２つに分割された一方のメイン燃料系統のメイン燃料の流量を増加制御し、２つに分割された他方のメイン燃料系統のメイン燃料の流量を減少制御する、ことを特徴とする。
【０００９】
この発明（請求項５にかかる発明）は、メイン燃料系統とトップハット燃料系統とが、相互に対応して複数に分割されていて、燃料制御装置が、トップハット燃料の総流量を一定に保ちながら、複数に分割されたトップハット燃料系統毎に、トップハット燃料の流量を増減制御すると同時に、メイン燃料の総流量を一定に保ちながら、複数に分割されたメイン燃料系統毎に、相互に対応するトップハット燃料系統毎のトップハット燃料の流量の増減の比率と逆の比率で、メイン燃料の流量を増減制御する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
この発明（請求項１にかかる発明）のガスタービン燃焼器は、複数に分割されたトップハット燃料系統毎にトップハット燃料の流量を増減制御することにより、複数本のメインノズル周辺のフィルム空気中のトップハット燃料の流量が複数に分割されたトップハット燃料系統毎に増減する。これにより、この発明（請求項１にかかる発明）のガスタービン燃焼器は、複数本のメインノズルから形成される火炎のうち、トップハット燃料の流量が増加して燃料濃度が濃い部分の火炎は燃焼器軸方向の長さが短くなり、一方、トップハット燃料の流量が減少して燃料濃度が薄い部分の火炎は燃焼器軸方向の長さが長くなる。この結果、この発明（請求項１にかかる発明）のガスタービン燃焼器は、火炎の燃焼器軸方向の分布が分散し、燃焼器周方向に不均一な火炎が形成され、集中発熱（発熱集中）の程度が減少されるので、燃焼振動の発生を抑制することができる。
【００１１】
しかも、この発明（請求項１にかかる発明）のガスタービン燃焼器は、複数に分割されたトップハット燃料系統毎にトップハット燃料の流量を増減制御しても、トップハット燃料の総流量が一定であるから、メイン燃料の総流量を一定に保つように制御することにより、ガスタービンの出力を一定に保つことができる。しかも、複数本のメインノズルのメイン燃料の流量を増減せずに一定に保つように制御することにより、火炎の燃焼器軸方向の長さのアンバランスを保つことができるので、前記の燃焼振動の発生を抑制することができる。その上、トップハット燃料の流量制御と、メイン燃料の流量制御とを、それぞれ独立して行うことができるので、制御システムの簡便化を図ることができる。
【００１２】
この発明（請求項２にかかる発明）のガスタービン燃焼器は、２つに分割された一方のトップハット燃料系統のトップハット燃料の流量を増加制御し、２つに分割された他方のトップハット燃料系統のトップハット燃料の流量を減少制御するので、トップハット燃料の流量の増減制御を容易にかつ確実に行うことができる。この結果、この発明（請求項２にかかる発明）のガスタービン燃焼器は、燃焼振動の発生を容易にかつ確実に抑制することができる。
【００１３】
この発明（請求項３にかかる発明）のガスタービン燃焼器は、複数に分割されたトップハット燃料系統毎にトップハット燃料の流量を増減制御すると同時に複数に分割されたメイン燃料系統毎にメイン燃料の流量を増減制御することにより、複数本のメインノズル周辺のフィルム空気中のトップハット燃料の流量が複数に分割されたトップハット燃料系統毎に増減すると同時に、複数本のメインノズルのメイン燃料の流量が複数に分割されたメイン燃料系統毎に増減する。これにより、この発明（請求項３にかかる発明）のガスタービン燃焼器は、複数本のメインノズルから形成される火炎のうち、トップハット燃料の流量およびメイン燃料の流量が増加して燃料濃度が濃い部分の火炎は燃焼器軸方向の長さが短くなり、一方、トップハット燃料の流量およびメイン燃料の流量が減少して燃料濃度が薄い部分の火炎は燃焼器軸方向の長さが長くなる。この結果、この発明（請求項３にかかる発明）のガスタービン燃焼器は、火炎の燃焼器軸方向の分布が分散し、燃焼器周方向に不均一な火炎が形成され、集中発熱（発熱集中）の程度が減少されるので、燃焼振動の発生を抑制することができる。
【００１４】
しかも、この発明（請求項３にかかる発明）のガスタービン燃焼器は、複数に分割されたトップハット燃料系統毎にトップハット燃料の流量を増減制御すると同時に複数に分割されたメイン燃料系統毎にメイン燃料の流量を増減制御しても、トップハット燃料の総流量およびメイン燃料の総流量が一定であるから、ガスタービンの出力を一定に保つことができる。しかも、トップハット燃料の流量制御と、メイン燃料の流量制御とを、それぞれ独立して行うことにより、火炎の燃焼器軸方向の長さのアンバランスおよび火炎の燃焼器周方向のアンバランスを保つことができるので、前記の燃焼振動の発生を抑制することができる。その上、トップハット燃料の流量制御と、メイン燃料の流量制御とを、それぞれ独立して行うことができるので、制御システムの簡便化を図ることができる。
【００１５】
この発明（請求項４にかかる発明）のガスタービン燃焼器は、２つに分割された一方のトップハット燃料系統のトップハット燃料の流量を増加制御し、２つに分割された他方のトップハット燃料系統のトップハット燃料の流量を減少制御すると同時に、２つに分割された一方のメイン燃料系統のメイン燃料の流量を増加制御し、２つに分割された他方のメイン燃料系統のメイン燃料の流量を減少制御するので、トップハット燃料の流量およびメイン燃料の流量の増減制御を容易にかつ確実に行うことができる。この結果、この発明（請求項４にかかる発明）のガスタービン燃焼器は、燃焼振動の発生を容易にかつ確実に抑制することができる。
【００１６】
この発明（請求項５にかかる発明）のガスタービン燃焼器は、複数に分割されたトップハット燃料系統毎に、トップハット燃料の流量を増減制御すると同時に、複数に分割されたメイン燃料系統毎に、相互に対応するトップハット燃料系統毎のトップハット燃料の流量の増減の比率と逆の比率で、メイン燃料の流量を増減制御するものであるから、１本のメインノズルとその１本のメインノズルの両側の２本のトップハットノズルとを含む扇形状の三角セクター内におけるトップハット燃料とメイン燃料との混合燃料の平均濃度が一定であるから、三角セクターで見ると、一見火炎位置は変わらないように見える。ところが、トップハット燃料の流量の増減の比率とメイン燃料の流量の増減の比率とを変えることにより、火炎形態が変わり、火炎の燃焼器軸方向の長さも変わり、発熱分散効果が得られる。すなわち、トップハット燃料の流量を増加すると（フィルム濃度を高くすると）火炎の燃焼器軸方向の長さが短くなる傾向にある。しかも、トップハット燃料とメイン燃料とが混合された燃料の燃焼器周方向の濃度がほぼ均一化されるので、低ＮＯｘを確実に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、この発明にかかるガスタービン燃焼器の実施例１を示す燃料系統の説明図である。
【図２】図２は、同じく、制御系統を示す説明図である。
【図３】図３は、同じく、トップハット燃料の流量の増減を示す説明図である。
【図４】図４は、同じく、ガスタービンの主構成を示す説明図である。
【図５】図５は、同じく、燃焼器を示す断面図であって、図６におけるＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】図６は、同じく、燃焼器の火炎の状態を示す説明断面図であって、図５におけるＶＩ−ＶＩ線説明断面図である。
【図７】図７は、同じく、燃焼器の発熱率とメインバーナ出口から燃焼器中心軸方向距離との相対関係を示す説明図である。
【図８】図８は、この発明にかかるガスタービン燃焼器の実施例２を示す燃料系統の説明図である。
【図９】図９は、同じく、制御系統を示す説明図である。
【図１０】図１０は、同じく、トップハット燃料の流量の増減およびメイン燃料の流量の増減を示す説明図である。
【図１１】図１１は、既存のガスタービン燃焼器の燃料系統を示す説明図である。
【図１２】図１２は、既存のガスタービン燃焼器の火炎の状態を示す説明断面図である。
【図１３】図１３は、既存のガスタービン燃焼器の軸方向モード燃焼振動を示す説明図である。
【図１４】図１４は、既存のガスタービン燃焼器の燃焼器断面内モード燃焼振動を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、この発明にかかるガスタービン燃焼器の実施例のうちの２例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００１９】
図１〜図７は、この発明にかかるガスタービン燃焼器の実施例１を示す。以下、この実施例１におけるガスタービン燃焼器の構成について説明する。
【００２０】
ガスタービン１００は、図４に示すように、圧縮機１と燃焼器（予混合燃焼方式のガスタービン燃焼器）２とタービン３と排気室４とから構成されている。前記タービン３には、発電機（図示せず）が連結されている。前記圧縮機１は、空気を取り込む空気取入口１１を有し、圧縮機車室１２内に複数の静翼１３と動翼１４が交互に配設されてなる。前記圧縮機１の外側には、抽気マニホールド１５が設けられている。燃焼器２は、圧縮機１で圧縮された圧縮空気に対して燃料を供給し、バーナで点火することで燃焼可能となっている。タービン３は、タービン車室３１内に複数の静翼３２と動翼３３が交互に配設されている。前記排気室４は、前記タービン３に連続する排気ディフューザ４１を有している。
【００２１】
前記圧縮機１、前記燃焼器２、前記タービン３、前記排気室４の中心部には、ロータ（タービン軸）１０１が貫通するように位置している。前記ロータ１０１は、前記圧縮機１側の端部が軸受部により回転自在に支持される一方、前記排気室４側の端部が軸受部により回転自在に支持されている。前記ロータ１０１には、複数のディスクプレートが固定されていて、前記動翼１４、３３が連結されている。前記ロータ１０１の前記排気室４側の端部には、発電機（図示せず）の駆動軸が連結されている。
【００２２】
前記圧縮機１の前記空気取入口１１から取り込まれた空気は、複数の前記静翼１３と動翼１４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。高温・高圧の圧縮空気は、前記燃焼器２において、所定の燃料が供給されることで燃焼する。前記燃焼器２で生成された作動流体である高温・高圧の燃焼ガスは、前記タービン３を構成する複数の前記静翼３２と前記動翼３３を通過することで前記ロータ１０１を駆動回転し、前記ロータ１０１に連結された発電機を駆動する。排気ガスは、前記排気室４の前記排気ディフューザ４１で静圧に変換されてから大気に放出される。
【００２３】
前記燃焼器２は、図５、図６に示すように、燃焼器外筒２１の内部に所定間隔をあけて燃焼器内筒２２が支持されている。前記燃焼器内筒２２の先端部には、燃焼器尾筒が連結されていて、燃焼器ケーシングが構成されている。前記燃焼器外筒２１と前記燃焼器内筒２２により燃焼筒が構成されている。前記燃焼器内筒２２内の中心部には、１本のパイロットノズル２３が配設されている。前記パイロットノズル２３の先端部には、パイロットバーナ（パイロットコーン）２４およびパイロットスワーラ２５が装着されている。
【００２４】
前記燃焼器内筒２２の内周面には、複数（この例では、８本）のメインノズル（予混合ノズル）５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８が前記燃焼器内筒２２の周方向に沿ってかつ前記パイロットノズル２３を取り囲むように等間隔に配設されている。前記メインノズル５１〜５８の先端部には、メインバーナ５０およびメインスワーラ５９が装着されている。前記メインバーナ５０は、前記パイロットバーナ２４を取り囲むように等間隔に配置されている。
【００２５】
前記燃焼器外筒２１は、外筒本体の基端部に外筒蓋部が密着し、複数の締結ボルト（図示せず）により締結されて構成されている。前記燃焼器外筒２１の前記外筒蓋部には、前記燃焼器内筒２２の基端部が嵌着されている。前記燃焼器外筒２１の前記外筒蓋部と前記燃焼器内筒２２との間には、空気通路（燃焼用高圧空気供給通路）２６が形成されている。前記空気通路２６中には、前記圧縮機１で圧縮された高温・高圧の圧縮空気（図６中の白抜きの矢印）２７が供給される。前記圧縮空気２７の一部は、前記空気通路２６を経て前記燃焼器内筒２２内の前記パイロットバーナ２４および前記メインバーナ５０中に供給される。前記圧縮空気２７の残りは、前記空気通路２６を経て前記燃焼器内筒２２内であって、前記パイロットバーナ２４の外周および前記メインバーナ５０の外周中（前記メインノズル５１〜５８の周辺）にフィルム空気として供給される。
【００２６】
前記燃焼器外筒２１の内周面には、複数（この例では、８本）のトップハットノズル６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７、６８が前記燃焼器外筒２１の周方向に沿って等間隔に配設されている。前記トップハットノズル６１〜６８は、前記パイロットノズル２３の中心と前記メインノズル５１〜５８の中心とを結ぶ線分に対して約２２．５°ずれた位置（すなわち、前記パイロットノズル２３の中心と前記メインノズル５１〜５８の中心とを結ぶ線分とその線分と隣り合う線分との間の中央）に位置する。前記トップハットノズル６１〜６８は、前記メインノズル５１〜５８よりも前記圧縮空気２７の流れに対して上流側に位置する。前記外筒蓋部には、トップハット部６０が嵌合して複数の締結ボルト（図示せず）により締結されている。前記トップハットノズル６１〜６８は、前記トップハット部６０に設けられている。すなわち、前記トップハット部６０の基端部には、燃料キャビティが周方向に沿って形成されている。前記燃料キャビティから先端側に向けて複数の燃料通路が形成されている。前記各燃料通路の先端部には、ペグが連結されている。
【００２７】
図１、図５、図６に示すように、パイロット燃料ラインとしてのパイロット燃料系統（図中の実線矢印）２８は、前記パイロットノズル２３の燃料ポートに連結されている。パイロット燃料（図中の実線矢印）２０は、前記パイロット燃料系統２８を通って前記パイロットノズル２３に供給される。メイン燃料ラインとしてのメイン燃料系統（図中の実線矢印）７は、複数本の前記メインノズル５１〜５８の燃料ポートにそれぞれ連結されている。メイン燃料（図中の実線矢印）５は、前記メイン燃料系統７を通って複数本の前記メインノズル５１〜５８にそれぞれ供給される。トップハット燃料ラインとしてのトップハット燃料系統（図中の実線矢印）８は、複数本の前記トップハットノズル６１〜６８の燃料ポートにそれぞれ連結されている。トップハット燃料（図中の実線矢印）６は、前記トップハット燃料系統８を介して複数本の前記トップハットノズル６１〜６８にそれぞれ供給される。燃料の一部である前記トップハット燃料６は、複数本の前記メインノズル５１〜５８の周辺のフィルム空気に混入されることにより、前記燃焼器２における火炎の保炎性が向上される。
【００２８】
１本の前記パイロットノズル２３から噴射される前記パイロット燃料２０の流量は、全燃料流量の１〜５％である。複数本の前記トップハットノズル６１〜６８から噴射される前記トップハット燃料６の流量は、全燃料流量の最大約３０％程度である。
【００２９】
図１に示すように、前記トップハット燃料系統８は、複数、この例では、第１トップハット燃料系統８１と第２トップハット燃料系統８２との２つに分割されている。前記第１トップハット燃料系統８１は、８本の前記トップハットノズル６１〜６８のうち３本の前記トップハットノズル６１、６２、６３を有する。前記第２トップハット燃料系統８２は、８本の前記トップハットノズル６１〜６８のうち残りの５本の前記トップハットノズル６４、６５、６６、６７、６８を有する。
【００３０】
図６に示すように、前記燃焼器内筒２２の外周には、センサ（内圧変動センサ）９が設けられている。前記センサ９は、前記燃焼器２の燃焼振動を検知し、検知信号を燃料制御装置に出力するものである。
【００３１】
前記燃料制御装置は、図１、図２に示すように、制御装置９０と、第１トップハット燃料の流量増減制御器９１と、第２トップハット燃料の流量増減制御器９２と、から構成されている。前記第１トップハット燃料の流量増減制御器９１および前記第２トップハット燃料の流量増減制御器９２は、流量制御弁などから構成されている。
【００３２】
図２に示すように、前記制御装置９０は、信号線９３を介して、前記センサ９と前記第１トップハット燃料の流量増減制御器９１と前記第２トップハット燃料の流量増減制御器９２とにそれぞれ接続されている。図１に示すように、前記第１トップハット燃料の流量増減制御器９１は、３本の前記トップハットノズル６１、６２、６３を有する前記第１トップハット燃料系統８１に接続されている。前記第２トップハット燃料の流量増減制御器９２は、５本の前記トップハットノズル６４、６５、６６、６７、６８を有する前記第２トップハット燃料系統８２に接続されている。
【００３３】
前記燃料制御装置（前記制御装置９０、前記第１トップハット燃料の流量増減制御器９１、前記第２トップハット燃料の流量増減制御器９２）は、前記センサ９からの検知信号に基づいて、前記トップハット燃料系統８を介して複数本の前記トップハットノズル６１〜６８にそれぞれ供給される前記トップハット燃料６の流量を制御するものである。この実施例１における前記燃料制御装置は、前記トップハット燃料６の総流量を一定に保ちながら、２つに分割された一方の前記トップハット燃料系統８１（または８２）の前記トップハット燃料６の流量を増加制御し、２つに分割された他方の前記トップハット燃料系統８２（または８１）の前記トップハット燃料６の流量を減少制御するものである。
【００３４】
この実施例１におけるガスタービン燃焼器は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。
【００３５】
図６に示すように、ガスタービン１００の圧縮機１で圧縮された高温・高圧の圧縮空気２７は、燃焼器２の空気通路２６中に供給され、かつ、燃焼器２の基端部において反転する。この圧縮空気２７の一部は、燃焼器内筒２２内のパイロットバーナ２４およびメインバーナ５０中に供給され、かつ、圧縮空気２７の残りは、燃焼器内筒２２内であって、パイロットバーナ２４の外周およびメインバーナ５０の外周中にフィルム空気として供給される。
【００３６】
図１、図５、図６に示すように、パイロット燃料２０は、パイロット燃料系統２８を経て燃焼器２の１本のパイロットノズル２３に供給され、このパイロットノズル２３から噴射してパイロットバーナ２４において圧縮空気２７により燃焼する。メイン燃料５は、メイン燃料系統７を経て燃焼器２の複数本のメインノズル５１〜５８に供給され、このメインノズル５１〜５８から噴射してメインバーナ５０において圧縮空気２７によりまたパイロット燃料２０の燃焼を火種として燃焼する。トップハット燃料６は、トップハット燃料系統８を経て燃焼器２の複数本のトップハットノズル６１〜６８に供給され、このトップハットノズル６１〜６８から噴射してメインノズル５１〜５８の周辺のフィルム空気に混入してメイン燃料５と共に燃焼する。
【００３７】
図４に示すように、燃焼器２で生成された作動流体である高温・高圧の燃焼ガスは、タービン３および発電機を駆動して、排気ガスとして排気室４から大気に放出される。
【００３８】
ここで、既存の燃焼器の燃焼モードについて説明する。既存の燃焼器は、図１１に示すように、メイン燃料系統７およびトップハット燃料系統８がそれぞれ１つの燃料系統から構成されている。このために、既存の燃焼器において、１本のメインノズルから噴射されるメイン燃料５の流量は、複数本この例では８本のメインノズル５１〜５８から噴射されるメイン燃料５の総流量の８等分であり、また、１本のトップハットノズルから噴射されるトップハット燃料６の流量は、複数本この例では８本のトップハットノズル６１〜６８から噴射されるトップハット燃料６の総流量の８等分である。
【００３９】
このために、既存の燃焼器２００は、複数本のメインノズル５１〜５８および複数本のトップハットノズル６１〜６８から噴射されるメイン燃料５およびトップハット燃料６の濃度分布が燃焼器２００の周方向において均一である。これにより、図１２に示すように、既存の燃焼器２００内においては、周方向に均一な予混合火炎９６が形成され、燃焼器２００の軸方向に対して集中発熱が起き易くなる。この結果、既存の燃焼器２００は、図１３に示す燃焼器２００の軸方向モード燃焼振動や図１４に示す燃焼器２００の断面内モード燃焼振動が発生し易くなる。なお、図１３中の符号「９９」は、燃焼器２００の軸方向の圧力定在波を示す。図１４中の符号「＋」、「−」は、燃焼器２００の断面内モード燃焼振動の１つのモードを示す。
【００４０】
そこで、この実施例１におけるガスタービン燃焼器は、燃焼振動が発生すると、センサ９が燃焼振動を検知してその検知信号を制御装置９０に出力する。制御装置９０は、センサ９からの検知信号に基づいて流量増減制御信号を第１トップハット燃料の流量増減制御器９１と第２トップハット燃料の流量増減制御器９２とにそれぞれ出力する。第１トップハット燃料の流量増減制御器９１と第２トップハット燃料の流量増減制御器９２とは、制御装置９０からの流量増減制御信号に基づいてトップハット燃料６の総流量を一定に保ちながらトップハット燃料６の流量を増減する。
【００４１】
以下、図３を参照して、トップハット燃料６の流量増減の制御を詳細に説明する。図３において、複数本のトップハットノズル６１〜６８から噴射されるトップハット燃料６の総流量は、複数本のメインノズル５１〜５８から噴射されるメイン燃料５の総流量と複数本のトップハットノズル６１〜６８から噴射されるトップハット燃料６の総流量との和を１とした場合において、２０％程度であって、一定である。１本のトップハットノズルから噴射されるトップハット燃料６の流量は、総流量（２０％）÷８（本）＝２．５％である。一方、複数本のメインノズル５１〜５８から噴射されるメイン燃料５の総流量は、複数本のメインノズル５１〜５８から噴射されるメイン燃料５の総流量と複数本のトップハットノズル６１〜６８から噴射されるトップハット燃料６の総流量との和を１とした場合において、８０％程度であって、一定である。１本のメインノズルから噴射されるメイン燃料５の流量は、総流量（８０％）÷８（本）＝１０％である。
【００４２】
ここで、制御装置９０は、センサ９からの検知信号に基づいて、流量増加制御信号を第１トップハット燃料の流量増減制御器９１に、逆に、流量減少制御信号を第２トップハット燃料の流量増減制御器９２に、それぞれ出力する。すると、第１トップハット燃料の流量増減制御器９１は、３本のトップハットノズル６１、６２、６３に供給するトップハット燃料６を、７．５％（２．５％×３本）から９％（３％×３本）に増加する。すなわち、３本のトップハットノズル６１、６２、６３の各トップハットノズルに供給するトップハット燃料６を、２．５％から０．５％増加して３％とする。第１トップハット燃料の流量増減制御器９１により７．５％から９％に増加されたトップハット燃料６は、第１トップハット燃料系統８１を経て３本のトップハットノズル６１、６２、６３に供給されてこの３本のトップハットノズル６１、６２、６３から噴射される。
【００４３】
また、第２トップハット燃料の流量増減制御器９２は、５本のトップハットノズル６４、６５、６６、６７、６８に供給するトップハット燃料６を、１２．５％（２．５％×５本）から１１％（２．２％×５本）に減少する。すなわち、５本のトップハットノズル６４、６５、６６、６７、６８の各トップハットノズルに供給するトップハット燃料６を、２．５％から０．３％減少して２．２％とする。第２トップハット燃料の流量増減制御器９２により１２．５％から１１％に減少されたトップハット燃料６は、第２トップハット燃料系統８２を経て５本のトップハットノズル６４、６５、６６、６７、６８に供給されてこの５本のトップハットノズル６４、６５、６６、６７、６８から噴射される。
【００４４】
図３に示すように、トップハット燃料系統８のトップハット燃料６の総流量、すなわち、８本のトップハットノズル６１〜６８から噴射されるトップハット燃料６の総流量は、制御前の７．５％＋１２．５％＝２０％と、制御後の９％＋１１％＝２０％と、一定である。一方、メイン燃料系統７のメイン燃料５の総流量、すなわち、８本のメインノズル５１〜５８から噴射されるメイン燃料５の総流量は、制御前の８０％と、制御後の８０％と、一定である。
【００４５】
以上のように、燃焼器２において燃焼振動が発生すると、センサ９が燃焼器２の燃焼振動を検知してその検知信号を制御装置９０に出力する。制御装置９０は、センサ９からの検知信号に基づいて流量増減制御信号を第１トップハット燃料の流量増減制御器９１と第２トップハット燃料の流量増減制御器９２とにそれぞれ出力する。第１トップハット燃料の流量増減制御器９１と第２トップハット燃料の流量増減制御器９２とは、制御装置９０からの流量増減制御信号に基づいてトップハット燃料６の総流量を一定に保ちながらトップハット燃料６の流量を増減する。
【００４６】
これにより、図６、図７に示すように、複数本のメインノズル５１〜５８から形成される火炎のうち、トップハット燃料６の流量が増加して燃料濃度が濃い部分の火炎（第１トップハット燃料系統８１による火炎）９４は、燃焼器軸方向の長さが短くなる。一方、トップハット燃料６の流量が減少して燃料濃度が薄い部分の火炎９５（第２トップハット燃料系統８２による火炎）は、燃焼器軸方向の長さが長くなる。この結果、火炎９４、９５の燃焼器軸方向の分布は、図７の符号「９００」および実線曲線に示すように、分散する。また、同時に、燃焼器周方向に不均一な火炎９４、９５が形成され、集中発熱（発熱集中）の程度が減少されるので、燃焼振動の発生を抑制することができる。すなわち、図１３に示す燃焼器の軸方向モード燃焼振動を低減することができる。また、同時に、燃焼器周方向の火炎の不均一性が増すことにより、加振源のエネルギーが減じられて、図１４に示す燃焼器の断面内モード燃焼振動をも低減することができる。
【００４７】
燃焼器２における燃焼振動が抑制されて収まると、センサ９が燃焼器２の燃焼振動の抑制を検知してその検知信号を制御装置９０に出力する。制御装置９０は、センサ９からの検知信号に基づいて、トップハット燃料６の供給状態を制御前の状態に戻す流量増減制御信号を第１トップハット燃料の流量増減制御器９１と第２トップハット燃料の流量増減制御器９２とにそれぞれ出力する。第１トップハット燃料の流量増減制御器９１と第２トップハット燃料の流量増減制御器９２とは、制御装置９０からの流量増減制御信号に基づいてトップハット燃料６の流量を制御前の状態に戻す。
【００４８】
この実施例１におけるガスタービン燃焼器は、以上のごとき構成および作用からなり、以下、その効果について説明する。
【００４９】
この実施例１におけるガスタービン燃焼器は、２つに分割されたトップハット燃料系統８１、８２毎にトップハット燃料６の流量を増減制御することにより、複数本のメインノズル５１〜５８周辺のフィルム空気中のトップハット燃料６の流量が２つに分割されたトップハット燃料系統８１、８２毎に増減する。これにより、この実施例１におけるガスタービン燃焼器は、複数本のメインノズル５１〜５８から形成される火炎のうち、トップハット燃料６の流量が増加して燃料濃度が濃い部分の火炎９４は燃焼器軸方向の長さが短くなり、一方、トップハット燃料６の流量が減少して燃料濃度が薄い部分の火炎９５は燃焼器軸方向の長さが長くなる。この結果、この実施例１におけるガスタービン燃焼器は、火炎９４、９５の燃焼器軸方向の分布が分散し、燃焼器周方向に不均一な火炎９４、９５が形成され、集中発熱（発熱集中）の程度が減少されるので、燃焼振動の発生を抑制することができる。
【００５０】
しかも、この実施例１におけるガスタービン燃焼器は、２つに分割されたトップハット燃料系統８１、８２毎にトップハット燃料６の流量を増減制御しても、トップハット燃料６の総流量が一定であるから、メイン燃料５の総流量を一定に保つように制御することにより、ガスタービン１００の出力を一定に保つことができる。しかも、８本のメインノズル５１〜５８のメイン燃料５の流量を増減せずに一定に保つように制御することにより、火炎９４、９５の燃焼器軸方向の長さのアンバランスを保つことができるので、前記の燃焼振動の発生を抑制することができる。その上、トップハット燃料６の流量制御と、メイン燃料５の流量制御とを、それぞれ独立して行うことができるので、制御システムの簡便化を図ることができる。
【００５１】
この実施例１におけるガスタービン燃焼器は、２つに分割された一方のトップハット燃料系統８１（または８２）のトップハット燃料６の流量を増加制御し、２つに分割された他方のトップハット燃料系統８２（または８１）のトップハット燃料６の流量を減少制御するので、トップハット燃料６の流量の増減制御を容易にかつ確実に行うことができる。この結果、この実施例１におけるガスタービン燃焼器は、燃焼振動の発生を容易にかつ確実に抑制することができる。
【実施例２】
【００５２】
図８〜図１０は、この発明にかかるガスタービン燃焼器の実施例２を示す。以下、この実施例２におけるガスタービン燃焼器の構成について説明する。図中、図１〜図７、図１１〜図１４と同符号は、同一のものを示す。
【００５３】
この実施例２におけるガスタービン燃焼器は、図８に示すように、メイン燃料系統７を、トップハット燃料系統８の第１トップハット燃料系統８１および第２トップハット燃料系統８２と同様に、複数、この例では、第１メイン燃料系統７１と第２メイン燃料系統７２との２つに分割するものである。前記第１メイン燃料系統７１は、８本のメインノズル５１〜５８のうち３本のメインノズル５１、５２、５３を有する。前記第２メイン燃料系統７２は、８本のメインノズル５１〜５８のうち残りの５本のメインノズル５４、５５、５６、５７、５８を有する。
【００５４】
２つに分割された前記第１メイン燃料系統７１の３本の前記メインノズル５１、５２、５３と、前記第２メイン燃料系統７２の５本の前記メインノズル５４、５５、５６、５７、５８とは、同じく２つに分割された前記第１トップハット燃料系統８１の３本の前記トップハットノズル６１、６２、６３と、前記第２トップハット燃料系統８２の５本の前記トップハットノズル６４、６５、６６、６７、６８とに、それぞれ対応する。
【００５５】
この実施例２におけるガスタービン燃焼器の燃料制御装置は、図８、図９に示すように、制御装置９０と、第１メイン燃料の流量増減制御器９７と、第２メイン燃料の流量増減制御器９８と、第１トップハット燃料の流量増減制御器９１と、第２トップハット燃料の流量増減制御器９２と、から構成されている。前記第１メイン燃料の流量増減制御器９７および前記第２メイン燃料の流量増減制御器９８および前記第１トップハット燃料の流量増減制御器９１および前記第２トップハット燃料の流量増減制御器９２は、流量制御弁などから構成されている。
【００５６】
図９に示すように、前記制御装置９０は、全燃料の流量増減制御器９０１と、トップハット燃料の流量増減制御器９０２と、メイン燃料の流量増減制御器９０３と、から構成されている。前記全燃料の流量増減制御器９０１は、信号線９３を介して、前記トップハット燃料の流量増減制御器９０２と前記メイン燃料の流量増減制御器９０３とにそれぞれ接続されている。前記トップハット燃料の流量増減制御器９０２と前記メイン燃料の流量増減制御器９０３とは、信号線９３を介して、それぞれ相互に接続されている。前記センサ９は、信号線９３を介して、前記制御装置９０の前記トップハット燃料の流量増減制御器９０２と前記メイン燃料の流量増減制御器９０３とにそれぞれ接続されている。前記制御装置９０の前記トップハット燃料の流量増減制御器９０２は、信号線９３を介して、前記第１トップハット燃料の流量増減制御器９１と前記第２トップハット燃料の流量増減制御器９２とにそれぞれ接続されている。前記制御装置９０の前記メイン燃料の流量増減制御器９０３は、信号線９３を介して、前記第１メイン燃料の流量増減制御器９７と前記第２メイン燃料の流量増減制御器９８とにそれぞれ接続されている。図８に示すように、前記第１メイン燃料の流量増減制御器９７は、３本の前記メインノズル５１、５２、５３を有する前記第１メイン燃料系統７１に接続されている。前記第２メイン燃料の流量増減制御器９８は、５本の前記メインノズル５４、５５、５６、５７、５８を有する前記第２メイン燃料系統７２に接続されている。前記第１トップハット燃料の流量増減制御器９１は、３本の前記トップハットノズル６１、６２、６３を有する前記第１トップハット燃料系統８１に接続されている。前記第２トップハット燃料の流量増減制御器９２は、５本の前記トップハットノズル６４、６５、６６、６７、６８を有する前記第２トップハット燃料系統８２に接続されている。
【００５７】
前記燃料制御装置（前記制御装置９０、前記第１メイン燃料の流量増減制御器９７、前記第２メイン燃料の流量増減制御器９８、前記第１トップハット燃料の流量増減制御器９１、前記第２トップハット燃料の流量増減制御器９２）は、前記センサ９からの検知信号に基づいて、前記メイン燃料系統７を介して複数本の前記メインノズル５１〜５８にそれぞれ供給される前記メイン燃料５の流量を制御すると同時に、前記トップハット燃料系統８を介して複数本の前記トップハットノズル６１〜６８にそれぞれ供給される前記トップハット燃料６の流量を制御するものである。
【００５８】
この実施例２における前記燃料制御装置は、前記トップハット燃料６の総流量を一定に保ちながら、２つに分割された一方の前記トップハット燃料系統８１（または８２）の前記トップハット燃料６の流量を増加制御し、２つに分割された他方の前記トップハット燃料系統８２（または８１）の前記トップハット燃料６の流量を減少制御すると同時に、前記メイン燃料５の総流量を一定に保ちながら、２つに分割された一方の前記メイン燃料系統７１（または７２）の前記メイン燃料５の流量を増加制御し、２つに分割された他方の前記メイン燃料系統７２（または７１）の前記メイン燃料５の流量を減少制御するものである。
【００５９】
また、この実施例２における前記燃料制御装置は、２つに分割された前記メイン燃料系統７１、７２毎に、相互に対応する前記トップハット燃料系統８１、８２毎のトップハット燃料６の流量の増減の比率と逆の比率で、メイン燃料５の流量を増減制御するものである。
【００６０】
この実施例２におけるガスタービン燃焼器は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。この実施例２におけるガスタービン燃焼器は、前記の実施例１におけるガスタービン燃焼器とほぼ同様の作用を行う。
【００６１】
以下、図１０を参照して、トップハット燃料６の流量増減の制御およびメイン燃料５の流量増減の制御を詳細に説明する。図１０において、複数本のトップハットノズル６１〜６８から噴射されるトップハット燃料６の総流量は、複数本のメインノズル５１〜５８から噴射されるメイン燃料５の総流量と複数本のトップハットノズル６１〜６８から噴射されるトップハット燃料６の総流量との和を１とした場合において、２０％程度であって、一定である。１本のトップハットノズルから噴射されるトップハット燃料６の流量は、総流量（２０％）÷８（本）＝２．５％である。一方、複数本のメインノズル５１〜５８から噴射されるメイン燃料５の総流量は、複数本のメインノズル５１〜５８から噴射されるメイン燃料５の総流量と複数本のトップハットノズル６１〜６８から噴射されるトップハット燃料６の総流量との和を１とした場合において、８０％程度であって、一定である。１本のメインノズルから噴射されるメイン燃料５の流量は、総流量（８０％）÷８（本）＝１０％である。
【００６２】
ここで、制御装置９０は、センサ９からの検知信号に基づいて、流量増加制御信号を第１トップハット燃料の流量増減制御器９１に、逆に、流量減少制御信号を第２トップハット燃料の流量増減制御器９２に、それぞれ出力すると同時に、流量減少制御信号を第１メイン燃料の流量増減制御器９７に、逆に、流量増加制御信号を第２メイン燃料の流量増減制御器９８に、それぞれ出力する。すなわち、２つに分割されたメイン燃料系統７１、７２毎に、相互に対応するトップハット燃料系統８１、８２毎のトップハット燃料６の流量の増減の比率と逆の比率で、メイン燃料５の流量を増減制御する。
【００６３】
すると、第１トップハット燃料の流量増減制御器９１は、３本のトップハットノズル６１、６２、６３に供給するトップハット燃料６を、７．５％（２．５％×３本）から９％（３％×３本）に増加する。すなわち、３本のトップハットノズル６１、６２、６３の各トップハットノズルに供給するトップハット燃料６を、２．５％から０．５％増加して３％とする。第１トップハット燃料の流量増減制御器９１により７．５％から９％に増加されたトップハット燃料６は、第１トップハット燃料系統８１を経て３本のトップハットノズル６１、６２、６３に供給されてこの３本のトップハットノズル６１、６２、６３から噴射される。
【００６４】
また、第２トップハット燃料の流量増減制御器９２は、５本のトップハットノズル６４、６５、６６、６７、６８に供給するトップハット燃料６を、１２．５％（２．５％×５本）から１１％（２．２％×５本）に減少する。すなわち、５本のトップハットノズル６４、６５、６６、６７、６８の各トップハットノズルに供給するトップハット燃料６を、２．５％から０．３％減少して２．２％とする。第２トップハット燃料の流量増減制御器９２により１２．５％から１１％に減少されたトップハット燃料６は、第２トップハット燃料系統８２を経て５本のトップハットノズル６４、６５、６６、６７、６８に供給されてこの５本のトップハットノズル６４、６５、６６、６７、６８から噴射される。
【００６５】
さらに、第１メイン燃料の流量増減制御器９７は、３本のメインノズル５１、５２、５３に供給するメイン燃料５を、相互に対応する第１トップハット燃料の流量増減制御器９１が３本のトップハットノズル６１、６２、６３に供給するトップハット燃料６の流量の増減の比率と逆の比率で、３０％（１０％×３本）から２８．５％（９．５％×３本）に減少する。すなわち、３本のメインノズル５１、５２、５３の各メインノズルに供給するメイン燃料５を、１０％から０．５％減少して９．５％とする。第１メイン燃料の流量増減制御器９７により３０％から２８．５％に減少されたメイン燃料５は、第１メイン燃料系統７１を経て３本のメインノズル５１、５２、５３に供給されてこの３本のメインノズル５１、５２、５３から噴射される。
【００６６】
さらにまた、第２メイン燃料の流量増減制御器９８は、５本のメインノズル５４、５５、５６、５７、５８に供給するメイン燃料５を、相互に対応する第２トップハット燃料の流量増減制御器９２が５本のトップハットノズル６４、６５、６６、６７、６８に供給するトップハット燃料６の流量の増減の比率と逆の比率で、５０％（１０％×５本）から５１．５％（１０．３％×５本）に増加する。すなわち、５本のメインノズル５４、５５、５６、５７、５８の各メインノズルに供給するメイン燃料５を、１０％から０．３％増加して１０．３％とする。第２メイン燃料の流量増減制御器９８により５０％から５１．５％に増加されたメイン燃料５は、第２メイン燃料系統７２を経て５本のメインノズル５４、５５、５６、５７、５８に供給されてこの５本のメインノズル５４、５５、５６、５７、５８から噴射される。
【００６７】
図１０に示すように、トップハット燃料系統８のトップハット燃料６の総流量、すなわち、８本のトップハットノズル６１〜６８から噴射されるトップハット燃料６の総流量は、制御前の７．５％＋１２．５％＝２０％と、制御後の９％＋１１％＝２０％と、一定である。一方、メイン燃料系統７のメイン燃料５の総流量、すなわち、８本のメインノズル５１〜５８から噴射されるメイン燃料５の総流量は、制御前の３０％＋５０％＝８０％と、制御後の２８．５％＋５１．５％＝８０％と、一定である。
【００６８】
以上のように、燃焼器２において燃焼振動が発生すると、センサ９が燃焼器２の燃焼振動を検知してその検知信号を制御装置９０に出力する。制御装置９０は、センサ９からの検知信号に基づいて流量増減制御信号を第１トップハット燃料の流量増減制御器９１と第２トップハット燃料の流量増減制御器９２と第１メイン燃料の流量増減制御器９７と第２メイン燃料の流量増減制御器９８とにそれぞれ出力する。第１トップハット燃料の流量増減制御器９１と第２トップハット燃料の流量増減制御器９２とは、制御装置９０からの流量増減制御信号に基づいてトップハット燃料６の総流量を一定に保ちながらトップハット燃料６の流量を増減すると同時に、第１メイン燃料の流量増減制御器９７と第２メイン燃料の流量増減制御器９８とは、制御装置９０からの流量増減制御信号に基づいてメイン燃料５の総流量を一定に保ちながら、２つに分割されたメイン燃料系統７１、７２毎に、相互に対応するトップハット燃料系統８１、８２毎のトップハット燃料６の流量の増減の比率と逆の比率で、メイン燃料５の流量を増減制御する。
【００６９】
この実施例２におけるガスタービン燃焼器は、以上のごとき構成および作用からなり、以下、その効果について説明する。この実施例２におけるガスタービン燃焼器は、前記の実施例１におけるガスタービン燃焼器とほぼ同様の効果を達成することができる。
【００７０】
この実施例２におけるガスタービン燃焼器は、２つに分割されたトップハット燃料系統毎８１、８２にトップハット燃料６の流量を増減制御すると同時に２つに分割されたメイン燃料系統７１、７２毎にメイン燃料５の流量を増減制御することにより、８本のメインノズル５１〜５８周辺のフィルム空気中のトップハット燃料６の流量が２つに分割されたトップハット燃料系統８１、８２毎に増減すると同時に、８本のメインノズル５１〜５８のメイン燃料５の流量が２つに分割されたメイン燃料系統７１、７２毎に増減する。これにより、この実施例２におけるガスタービン燃焼器は、８本のメインノズル５１〜５８から形成される火炎のうち、トップハット燃料６の流量およびメイン燃料５の流量が増加して燃料濃度が濃い部分の火炎は燃焼器軸方向の長さが短くなり、一方、トップハット燃料６の流量およびメイン燃料５の流量が減少して燃料濃度が薄い部分の火炎は燃焼器軸方向の長さが長くなる。この結果、この実施例２におけるガスタービン燃焼器は、火炎の燃焼器軸方向の分布が分散し、燃焼器周方向に不均一な火炎が形成され、集中発熱（発熱集中）の程度が減少されるので、燃焼振動の発生を抑制することができる。
【００７１】
しかも、この実施例２におけるガスタービン燃焼器は、２つに分割されたトップハット燃料系統８１、８２毎にトップハット燃料６の流量を増減制御すると同時に２つに分割されたメイン燃料系統７１、７２毎にメイン燃料５の流量を増減制御しても、トップハット燃料６の総流量およびメイン燃料５の総流量が一定であるから、ガスタービン１００の出力を一定に保つことができる。しかも、トップハット燃料６の流量制御と、メイン燃料５の流量制御とを、それぞれ独立して行うことにより、火炎の燃焼器軸方向の長さのアンバランスおよび火炎の燃焼器周方向のアンバランスを保つことができるので、前記の燃焼振動の発生を抑制することができる。その上、トップハット燃料６の流量制御と、メイン燃料５の流量制御とを、それぞれ独立して行うことができるので、制御システムの簡便化を図ることができる。
【００７２】
この実施例２におけるガスタービン燃焼器は、２つに分割された一方のトップハット燃料系統８１（または８２）のトップハット燃料６の流量を増加制御し、２つに分割された他方のトップハット燃料系統８２（または８１）のトップハット燃料６の流量を減少制御すると同時に、２つに分割された一方のメイン燃料系統７２（または７１）のメイン燃料５の流量を増加制御し、２つに分割された他方のメイン燃料系統７１（または７２）のメイン燃料５の流量を減少制御するので、トップハット燃料６の流量およびメイン燃料５の流量の増減制御を容易にかつ確実に行うことができる。この結果、この実施例２におけるガスタービン燃焼器は、燃焼振動の発生を容易にかつ確実に抑制することができる。
【００７３】
この実施例２におけるガスタービン燃焼器は、２つに分割されたトップハット燃料系統８１、８２毎に、トップハット燃料６の流量を増減制御すると同時に、２つに分割されたメイン燃料系統７１、７２毎に、相互に対応するトップハット燃料系統８１、８２毎のトップハット燃料６の流量の増減の比率と逆の比率で、メイン燃料５の流量を増減制御するものであるから、１本のメインノズルとその１本のメインノズルの両側の２本のトップハットノズルとを含む扇形状の三角セクター内におけるトップハット燃料６とメイン燃料５との混合燃料の平均濃度が一定であるから、三角セクターで見ると、一見火炎位置は変わらないように見える。ところが、トップハット燃料６の流量の増減の比率とメイン燃料５の流量の増減の比率とを変えることにより、火炎形態が変わり、火炎の燃焼器軸方向の長さも変わり、発熱分散効果が得られる。すなわち、トップハット燃料６の流量を増加すると（フィルム濃度を高くすると）火炎の燃焼器軸方向の長さが短くなる傾向にある。しかも、トップハット燃料６とメイン燃料５とが混合された燃料の燃焼器周方向の濃度がほぼ均一化されるので、低ＮＯｘを確実に維持することができる。
【００７４】
なお、前記の実施例１、２においては、ガスタービン燃焼器の構造および燃料制御を簡単にするために、メイン燃料系統７およびトップハット燃料系統８をそれぞれ２つの燃料系統、すなわち、第１メイン燃料系統７１と第２メイン燃料系統７２とに、第１トップハット燃料系統８１と第２トップハット燃料系統８２とに、それぞれ分割するものである。ところが、この発明においては、メイン燃料系統７およびトップハット燃料系統８をそれぞれ複数すなわち３つ以上の燃料系統に分割しても良い。
【００７５】
また、前記の実施例１、２においては、トップハット燃料系統８を２つに分割した一方の第１トップハット燃料系統８１には８本のトップハットノズル６１〜６８のうち３本のトップハットノズル６１、６２、６３を有し、他方の第２トップハット燃料系統８２には８本のトップハットノズル６１〜６８のうち残りの５本のトップハットノズル６４、６５、６６、６７、６８を有し、また、メイン燃料系統７を２つに分割した一方の第１メイン燃料系統７１には８本のメインノズル５１〜５８のうち３本のメインノズル５１、５２、５３を有し、他方の第２メイン燃料系統７２には８本のメインノズル５１〜５８のうち残りの５本のメインノズル５４、５５、５６、５７、５８を有するものである。ところが、この発明においては、燃焼振動の発生を抑制することができるものであれば、第１トップハット燃料系統８１には１本のトップハットノズルを有して第２トップハット燃料系統８２には７本のトップハットノズルを有しても良いし、第１トップハット燃料系統８１には２本のトップハットノズルを有して第２トップハット燃料系統８２には６本のトップハットノズルを有しても良いし、第１トップハット燃料系統８１には４本のトップハットノズルを有して第２トップハット燃料系統８２には４本のトップハットノズルを有しても良いし、また、第１メイン燃料系統７１には１本のメインノズルを有して第２メイン燃料系統７２には７本のメインノズルを有しても良いし、第１メイン燃料系統７１には２本のメインノズルを有して第２メイン燃料系統７２には６本のメインノズルを有しても良いし、第１メイン燃料系統７１には４本のメインノズルを有して第２メイン燃料系統７２には４本のメインノズルを有しても良い。
【符号の説明】
【００７６】
１００  ガスタービン
１０１  ロータ
１  圧縮機
１１  空気取入口
１２  圧縮機車室
１３  静翼
１４  動翼
１５  抽気マニホールド
２  燃焼器（予混合燃焼方式のガスタービン燃焼器）
２０  パイロット燃料
２１  燃焼器外筒
２２  燃焼器内筒
２３  パイロットノズル
２４  パイロットバーナ
２５  パイロットスワーラ
２６  空気通路
２７  圧縮空気
２８  パイロット燃料系統
３  タービン
３１  タービン車室
３２  静翼
３３  動翼
４  排気室
４１  排気ディフューザ
５  メイン燃料
５０  メインバーナ
５１〜５８  メインノズル
５９  メインスワーラ
６  トップハット燃料
６０  トップハット部
６１〜６８  トップハットノズル
７  メイン燃料系統
７１  第１メイン燃料系統
７２  第２メイン燃料系統
８  トップハット燃料系統
８１  第１トップハット燃料系統
８２  第２トップハット燃料系統
９  センサ
９０  制御装置（燃料制御装置）
９１  第１トップハット燃料の流量増減制御器（燃料制御装置）
９２  第２トップハット燃料の流量増減制御器（燃料制御装置）
９３  信号線
９４〜９６  火炎
９７  第１メイン燃料の流量増減制御器（燃料制御装置）
９８  第２メイン燃料の流量増減制御器（燃料制御装置）
９９  燃焼器の軸方向の圧力定在波
９００  火炎の燃焼器軸方向の分布
２００  既存の燃焼器
９０１  全燃料の流量増減制御器
９０２  トップハット燃料の流量増減制御器
９０３  メイン燃料の流量増減制御器
【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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