(57)【要約】【課題】メインバーナの対称性を維持したまま燃焼振動の発生を防止する。【解決手段】ガスタービン燃焼器は、燃焼筒の中心部に配置されたパイロットバーナと、該パイロットバーナの周囲を取り囲むように配置された複数のメインバーナと、を備える。パイロットバーナは、燃焼筒の中心部に配置されたパイロットノズルと、該パイロットノズルの下流側端部の周囲から下流に向けて拡開するように形成された円錐部及び該円錐部の下流側開口端から径方向の外側に向けて延在する環状の鍔部を含むパイロットコーンと、を含む。鍔部は、周方向における第１位置と、該第１位置とは周方向における位置が異なる第２位置であって第１位置とは径方向の幅が異なる第２位置と、を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼筒の中心部に配置されたパイロットバーナと、
前記パイロットバーナの周囲を取り囲むように配置された複数のメインバーナと、
を備え、
前記パイロットバーナは、
前記燃焼筒の前記中心部に配置されたパイロットノズルと、
前記パイロットノズルの下流側端部の周囲から下流に向けて拡開するように形成された円錐部及び前記円錐部の下流側開口端から径方向の外側に向けて延在する環状の鍔部を含むパイロットコーンと、を含み、
前記鍔部は、周方向における第１位置と、前記第１位置とは前記周方向における位置が異なる第２位置であって前記第１位置とは前記径方向の幅が異なる第２位置と、を含む
ことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項２】
前記パイロットコーンは、前記鍔部の外周中心が前記燃焼筒の中心軸と同心であり、且つ前記鍔部の内周中心が前記燃焼筒の前記中心軸に対して偏心するように構成される
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】
前記パイロットコーンは、前記径方向における前記鍔部の幅が前記周方向において異なるようにして、前記鍔部の少なくとも外周が前記燃焼筒の中心軸方向視にて楕円状に形成される
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のガスタービン燃焼器。
【請求項４】
前記パイロットノズルは、前記燃焼筒の中心軸に対して偏心して配置され、
前記パイロットコーンは、前記鍔部の外周中心が前記燃焼筒の前記中心軸と同心に配置され、且つ前記鍔部の内周中心が前記燃焼筒の前記中心軸に対して偏心して配置される
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５】
前記鍔部の内周中心が前記パイロットノズルと同心である
ことを特徴とする請求項４に記載のガスタービン燃焼器。
【請求項６】
前記パイロットコーンは、前記円錐部の上流側端から前記上流側に向けて延設され前記パイロットノズルの周囲に取り付けられた筒状部を含み、
前記パイロットノズルは、前記筒状部に対して偏心して配置される
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載のガスタービン燃焼器。
【請求項７】
前記パイロットコーンは、前記筒状部の中心が前記燃焼筒の中心軸と同心に配置される
ことを特徴とする請求項６に記載のガスタービン燃焼器。
【請求項８】
前記パイロットノズルは、前記燃焼筒の中心軸と同心に配置される
ことを特徴とする請求項６に記載のガスタービン燃焼器。
【請求項９】
前記パイロットノズルは、その外周に、周方向に沿って間隔を隔てて前記径方向の外側に向けて立設された複数のスワラを含み、
前記スワラは、前記周方向の異なる位置で異なる高さに形成される
ことを特徴とする請求項７又は８に記載のガスタービン燃焼器。
【請求項１０】
前記パイロットバーナの周囲を取り囲むように配置されて前記パイロットバーナと前記メインバーナとの間を仕切る延長管であって、
前記筒状部と少なくとも前記パイロットバーナの一部とを内包する第２筒状部と、
前記第２筒状部の下流側端から前記下流側に向けて拡開するように延設され、前記円錐部及び前記鍔部の周囲を囲むように配置される第２円錐部と、を含む前記延長管をさらに備える
ことを特徴とする請求項６〜９の何れか一項に記載のガスタービン燃焼器。
【請求項１１】
空気を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機において圧縮された前記空気に燃料を噴き込んで燃焼させる請求項１〜１０の何れか一項に記載のガスタービン燃焼器と、
前記ガスタービン燃焼器から噴出する燃焼ガスの膨張によって駆動されるガスタービンと、を備える
ことを特徴とするガスタービン機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ガスタービン燃焼器及びこれを備えたガスタービン機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃焼筒の中心部にパイロットバーナが配置され、このパイロットバーナの周囲を取り囲むように複数のメインバーナが配置された予混合燃焼方式のガスタービン燃焼器が知られている。このような予混合燃焼方式のガスタービン燃焼器では、燃焼により燃焼器内に周期的圧力変動が生じ、該圧力変動の周期が燃焼器の音響的固有振動数と一致した際に所謂燃焼振動が発生し得る。燃焼振動が生じると、燃焼が不安定になるとともに、燃焼圧変動による燃焼器損傷などが生じることが問題となる。
【０００３】
上記の問題に鑑み、例えば、特許文献１には、燃焼筒内で該燃焼筒の周方向にメインノズルを不均一に配置することで、メインノズルからの予混合気が燃焼器の軸線方向の同一位置で着火、燃焼すること、すなわち噴射火炎による発熱位置の集中を防止し、燃焼振動の抑制を図らんとした構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−４７４０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ガスタービンの製造、管理及びメンテナンスの観点では、複数のメインバーナが燃焼筒の内部で軸周りに対称且つ軸方向に均一に配置されていることが好ましい。このため、メインバーナの配置の対称性や均一性を維持しつつ燃焼振動を防止乃至抑制する構成が望まれていた。
【０００６】
上記事情に鑑み、本発明の少なくとも一実施形態は、メインバーナの配置の対称性を維持したまま燃焼振動の発生を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本開示の少なくとも一実施形態に係るガスタービン燃焼器は、
燃焼筒の中心部に配置されたパイロットバーナと、
前記パイロットバーナの周囲を取り囲むように配置された複数のメインバーナと、
を備え、
前記パイロットバーナは、
前記燃焼筒の前記中心部に配置されたパイロットノズルと、
前記パイロットノズルの下流側端部の周囲から下流に向けて拡開するように形成された円錐部及び前記円錐部の下流側開口端から径方向の外側に向けて延在する環状の鍔部を含むパイロットコーンと、を含み、
前記鍔部は、周方向における第１位置と、前記第１位置とは前記周方向における位置が異なる第２位置であって前記第１位置とは前記径方向の幅が異なる第２位置と、を含む。
【０００８】
上記（１）の構成によれば、パイロットコーンの鍔部における径方向の幅が周方向の第１位置と第２位置とで異なるから、パイロットノズルから噴射され、パイロットコーンの内周に沿って下流側に案内されたパイロット火炎とメインバーナから噴射されたメイン燃料との混合位置が、上記鍔部の幅に応じて燃焼筒の中心軸方向に異なることになる。つまり、鍔部の幅が広い場合はパイロット燃料とメイン燃料とがより下流側で混合され、鍔部の幅が狭い場合はパイロット燃料とメイン燃料とがより上流側で混合される。従って、上記（１）の構成により、周方向の異なる位置（位相）における保炎位置を軸方向において分散させることができるので、メインバーナの配置の対称性を維持したまま軸方向における特定の位置に保炎位置が集中することを防止でき、燃焼振動を抑制することができる。
【０００９】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の構成において、
前記パイロットコーンは、前記鍔部の外周中心が前記燃焼筒の中心軸と同心であり、且つ前記鍔部の内周中心が前記燃焼筒の前記中心軸に対して偏心するように構成されてもよい。
【００１０】
上記（２）の構成によれば、燃焼筒の中心軸と同心に配置された鍔部の外周に対して鍔部の内周が偏心するように構成されることにより、鍔部の幅を周方向に異ならせて軸方向の保炎位置を分散させることができる。よって、メインバーナの配置の対称性を維持したまま燃焼振動を抑制することができる。
【００１１】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載の構成において、
前記パイロットコーンは、前記径方向における前記鍔部の幅が前記周方向において異なるようにして、前記鍔部の少なくとも外周が前記燃焼筒の中心軸方向視にて楕円状に形成されてもよい。
【００１２】
上記（３）の構成によれば、鍔部の少なくとも外周が燃焼筒の中心軸方向視にて楕円状に構成されることにより、鍔部の幅を周方向に異ならせて軸方向の保炎位置を分散させることができる。よって、メインバーナの配置の対称性を維持したまま燃焼振動を抑制することができる。
【００１３】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の構成において、
前記パイロットノズルは、前記燃焼筒の中心軸に対して偏心して配置され、
前記パイロットコーンは、前記鍔部の外周中心が前記燃焼筒の前記中心軸と同心に配置され、且つ前記鍔部の内周中心が前記燃焼筒の前記中心軸に対して偏心して配置されてもよい。
【００１４】
上記（４）の構成によれば、鍔部の外周中心が燃焼筒の中心軸と同心に配置され、鍔部の内周中心が燃焼筒の中心軸に対して偏心して配置されるから、鍔部の幅を周方向に異ならせて軸方向の保炎位置を分散させることができ、メインバーナの配置の対称性を維持したまま燃焼振動を抑制することができる。
【００１５】
（５）幾つかの実施形態では、上記（４）に記載の構成において、
前記鍔部の内周中心は前記パイロットノズルと同心であってもよい。
上記（５）の構成によっても、メインバーナの配置の対称性を維持したまま燃焼振動を抑制することができる。
【００１６】
（６）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（５）の何れか一つに記載の構成において、
前記パイロットコーンは、前記円錐部の上流側端から前記上流側に向けて延設され前記パイロットノズルの周囲に取り付けられた筒状部を含み、
前記パイロットノズルは、前記筒状部に対して偏心して配置されてもよい。
【００１７】
上記（６）の構成によれば、円錐部の上流側に位置する筒状部に対してパイロットノズルが偏心して配置される。よって、パイロットノズルから噴射される燃料は、円錐部の内周に非対称に案内され、各メインノズルから噴射される燃料とは燃焼筒の中心軸に対して非対称な位置において混合される。従って、軸方向及び軸周りにおける保炎位置を分散させることができ、メインバーナの配置の対称性を維持したまま燃焼振動を抑制することができる。
【００１８】
（７）幾つかの実施形態では、上記（６）に記載の構成において、
前記パイロットコーンは、前記筒状部の中心が前記燃焼筒の中心軸と同心に配置されてもよい。
【００１９】
上記（７）の構成によれば、筒状部の中心に対して偏心して配置されるパイロットノズルは、燃焼筒の中心軸に対して偏心して配置される。このため、パイロットノズルから噴射される燃料は、円錐部の内周に非対称に案内され、各メインノズルから噴射される燃料とは燃焼筒の中心軸に対して非対称な位置において混合される。従って、軸方向及び軸周りにおける保炎位置を分散させることができ、メインバーナの配置の対称性を維持したまま燃焼振動を抑制することができる。
【００２０】
（８）幾つかの実施形態では、上記（６）に記載の構成において、
前記パイロットノズルは、前記燃焼筒の中心軸と同心に配置されてもよい。
上記（８）の構成によれば、燃焼筒の中心軸と同心に配置されたパイロットノズルに対して、パイロットコーンの少なくとも筒状部が偏心して配置される。よってパイロットノズルから噴射される燃料は、円錐部の内周に非対称に案内され、各メインノズルから噴射される燃料とは燃焼筒の中心軸に対して非対称な位置において混合される。従って、軸方向及び軸周りにおける保炎位置を分散させることができ、メインバーナの配置の対称性を維持したまま燃焼振動を抑制することができる。
【００２１】
（９）幾つかの実施形態では、上記（７）又は（８）に記載の構成において、
前記パイロットノズルは、その外周に、周方向に沿って間隔を隔てて前記径方向の外側に向けて立設された複数のスワラを含み、
前記スワラは、前記周方向の異なる位置で異なる高さに形成されてもよい。
【００２２】
上記（９）の構成によれば、パイロットノズルのスワラの高さを周方向で異ならせることにより、軸方向に対して不均一な流れ場を形成して保炎位置を分散させることができる。よって、メインバーナの配置の対称性を維持したまま発熱量の最大値の平均を減少させて燃料ノズルの出口近傍での集中発熱による燃焼振動を抑制することができる。
【００２３】
（１０）幾つかの実施形態では、上記（６）〜（９）の何れか一つに記載の構成において、
前記パイロットバーナの周囲を取り囲むように配置されて前記パイロットバーナと前記メインバーナとの間を仕切る延長管であって、
前記筒状部と少なくとも前記パイロットバーナの一部とを内包する第２筒状部と、
前記第２筒状部の下流側端から前記下流側に向けて拡開するように延設され、前記円錐部及び前記鍔部の周囲を囲むように配置される第２円錐部と、を含む前記延長管をさらに備えていてもよい。
【００２４】
上記（１０）の構成によれば、延長管とその周囲に配置される複数のメインバーナの配置は変更せずに、主として延長管の内側に配置されるパイロットノズル又はパイロットコーンの配置や構成によって保炎位置を分散させることができる。
【００２５】
（１１）本開示の少なくとも一実施形態に係るガスタービン機関は、
空気を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機において圧縮された前記空気に燃料を噴き込んで燃焼させる上記（１）〜（１０）の何れか一つに記載のガスタービン燃焼器と、
前記ガスタービン燃焼器から噴出する燃焼ガスの膨張によって駆動されるガスタービンと、を備えていてもよい。
【００２６】
上記（１１）の構成によれば、周方向の異なる位置における保炎位置を軸方向において分散させることができ、保炎位置が軸方向の特定の位置に集中することを防止して燃焼振動を抑制し得るガスタービン燃焼器を備えたガスタービン機関を得ることができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の幾つかの実施形態によれば、メインバーナの対称性を維持したまま燃焼振動の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】一実施形態に係るガスタービン機関の構成例を示す概略図である。
【図２】一実施形態に係るガスタービン燃焼器の構成例を示す正面図である。
【図３】一実施形態に係るガスタービン燃焼器の構成例を示す側断面図である。
【図４】一実施形態に係るガスタービン燃焼器における軸方向位置と発熱率を従来と比較して示す図である。
【図５】他の実施形態に係るガスタービン燃焼器の構成例を示す正面図である。
【図６】他の実施形態に係るガスタービン燃焼器の構成例を示す側断面図であり、（ａ）は図５におけるＡ断面、（ｂ）は図５におけるＢ断面を示す。
【図７】他の実施形態に係るガスタービン燃焼器の構成例を示す正面図である。
【図８】他の実施形態に係るガスタービン燃焼器の構成例を示す側断面図である。
【図９】他の実施形態に係るガスタービン燃焼器の構成例を示す正面図である。
【図１０】他の実施形態に係るガスタービン燃焼器の構成例を示す側断面図である。
【図１１】他の実施形態に係るガスタービン燃焼器の構成例を示す正面図である。
【図１２】他の実施形態に係るガスタービン燃焼器の構成例を示す側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
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。
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。
【００３０】
図１は、一実施形態に係るガスタービン機関の構成例を示す概略図である。
図１に非限定的に例示するように、本開示の少なくとも一実施形態に係るガスタービン機関１は、酸化剤としての空気を圧縮する圧縮機６と、圧縮機６において圧縮された空気に燃料を噴き込んで燃焼させる本開示の何れかの実施形態に記載のガスタービン燃焼器３と、ガスタービン燃焼器３から噴出する燃焼ガスの膨張によって回転駆動されるガスタービン２と、を備えている。なお、発電用のガスタービン機関１の場合、ガスタービン２には不図示の発電機が連結され、ガスタービン２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】
まず、ガスタービン機関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６は、圧縮機車室１１０と、圧縮機車室１１０の入口側に設けられ、空気を取り込むための空気取入口１１２と、圧縮機車室１１０及び後述するタービン車室１２２を回転軸Ｘ方向に沿って共に貫通するように設けられたロータ１０８と、圧縮機車室１１０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１１２側に設けられた入口案内翼１１４と、圧縮機車室１１０側に固定された複数の静翼１１６と、静翼１１６に対して交互に配列されるようにロータ１０８に植設された複数の動翼１１８と、を含む。なお、圧縮機６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６において、空気取入口１１２から取り込まれた空気は、複数の静翼１１６及び複数の動翼１１８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６から後段のガスタービン燃焼器３に送られる。
【００３２】
ガスタービン燃焼器３は、ケーシング１２０内に配置される。図１に示すように、ガスタービン燃焼器３は、ケーシング１２０内にロータ１０８を中心として環状に複数配置されていてもよい。ガスタービン燃焼器３には燃料と圧縮機６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、ガスタービン２の作動流体である燃焼ガスを発生させる。そして、燃焼ガスはガスタービン燃焼器３から後段のガスタービン２に送られる。なお、ガスタービン燃焼器３の詳細な構成例については後述する。
【００３３】
ガスタービン２は、タービン車室１２２と、タービン車室１２２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１２２側に固定された複数の静翼１２４と、静翼１２４に対して交互に配列されるようにロータ１０８に植設された複数の動翼１２６と、を含む。なお、ガスタービン２は、出口案内翼等の他の構成要素を備えていてもよい。ガスタービン２においては、燃焼ガスが複数の静翼１２４及び複数の動翼１２６を通過することでロータ１０８が回転駆動する。これにより、ロータ１０８に連結された発電機が駆動されるようになっている。
【００３４】
タービン車室１２２の下流側には、排気車室１２８を介して排気室１３０が連結されている。ガスタービン２を駆動した後の燃焼ガスは、排気車室１２８及び排気室１３０を通って外部へ排出される。
【００３５】
続いて、図２及び図３を参照して、一実施形態に係るガスタービン燃焼器３の詳細な構成について説明する。図２は、一実施形態に係るガスタービン燃焼器の構成例を示す正面図であり、図３は、一実施形態に係るガスタービン燃焼器の構成例を示す側断面図である。
図２及び図３に非限定的に例示するように、本開示の少なくとも一実施形態に係るガスタービン燃焼器３は、燃焼筒４の中心部に配置されたパイロットバーナ２０と、このパイロットバーナ２０の周囲を取り囲むように配置された複数のメインバーナ１０（予混合燃焼バーナ）と、を備えている。なお、ガスタービン燃焼器３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】
メインバーナ１０は、図示しない燃料ポートに連結されたメインノズル１１と、メインノズル１１の周囲を囲むように配置されたメインバーナ筒１２と、メインノズル１１の外周に沿って間隔を隔てて配置された複数のスワラ１３とを備えている。
【００３７】
パイロットバーナ２０は、燃焼筒４の中心部に配置されたパイロットノズル２１と、パイロットノズル２１の下流側端部２１Ａの周囲から下流に向けて拡開するように形成された円錐部２５及び円錐部２５の下流側開口端２５Ａから径方向の外側に向けて延在する環状の鍔部２６を含むパイロットコーン２３と、を備えている。
【００３８】
そして、本開示の少なくとも一実施形態における鍔部２６は、周方向における第１位置２６Ａと、第１位置２６Ａとは周方向Ｒにおける位置が異なる第２位置２６Ｂであって第１位置２６Ａとは燃焼筒４の径方向Ｄの幅が異なる第２位置２６Ｂと、を含む。例えば図２及び図３では、鍔部２６において、径方向Ｄの幅が広い部分を第１位置２６Ａとし、第１位置２６Ａよりも径方向Ｄの幅が狭い部分を第２位置２６Ｂとして示している。ただし、第１位置２６Ａと第２位置２６Ｂの幅は大小逆の関係であってもよい。また、互いに異なる幅を有する第１位置２６Ａと第２位置２６Ｂとが周方向Ｒの何れかにおいて少なくとも１箇所ずつあればよく、鍔部２６の周方向Ｒにおいて径方向Ｄの幅が同一の部位が複数存在してもよい。
【００３９】
上記の構成によれば、パイロットコーン２３の鍔部２６における径方向の幅が周方向の第１位置２６Ａと第２位置２６Ｂとで異なるから、パイロットノズル２１から噴射され、パイロットコーン２３の内周に沿って下流側に案内されたパイロット火炎とメインバーナ１０から噴射されたメイン燃料との混合位置が、上記鍔部２６の幅に応じて燃焼筒４の中心軸Ｃ１方向に異なることになる。つまり、鍔部２６の幅が広い場合（例えば第１位置２６Ａ）はパイロット火炎とメイン燃料とがより下流側（例えば図３に示す保炎位置Ｆ２）で混合され、鍔部２６の幅が狭い場合（例えば第２位置２６Ｂ）はパイロット火炎とメイン燃料とがより上流側（例えば図３に示す保炎位置Ｆ１）で混合される。
【００４０】
図４は、一実施形態に係るガスタービン燃焼器における軸方向位置と発熱率を従来と比較して示す図である。図４に示すように、上記の構成により、燃焼筒４の周方向Ｒの異なる位置（位相）における保炎位置を燃焼筒４の中心軸Ｃ１方向において分散させることができるので、中心軸Ｃ１方向の特定の位置に保炎位置が集中することを防止でき、燃焼筒４に対するメインバーナ１０の対称性を維持したまま燃焼振動を抑制することができる。
【００４１】
図２及び図３に非限定的に例示するように、幾つかの実施形態では、上記構成において、パイロットコーン２３は、鍔部２６の外周及び内周がそれぞれ円形をなし、鍔部２６の外周中心Ｃ５が燃焼筒４の中心軸Ｃ１と同心であり、且つ鍔部２６の内周中心Ｃ４が燃焼筒４の中心軸Ｃ１に対して偏心して配置されてもよい。
【００４２】
このように、燃焼筒４の中心軸Ｃ１と同心に配置された鍔部２６の外周に対して鍔部２６の内周が偏心するように構成すれば、鍔部２６が周方向Ｒの異なる位置で異なる幅を有するから、中心軸Ｃ１方向における保炎位置を分散させることができる。よって、メインバーナ１０の対称性を維持したまま燃焼振動を抑制することができる。
【００４３】
なお、上記の構成において、パイロットノズル２１は、その中心軸Ｃ２が燃焼筒４の中心軸Ｃ１と同心になるように配置されてもよい。また、パイロットコーン２３は、円錐部２５の上流側端から上流側に向けて延設されパイロットノズル２１の周囲に取り付けられた筒状部２４を含み、該筒状部２４の中心Ｃ３が燃焼筒４の中心Ｃ１と同心に配置されていてもよい。
【００４４】
図５は他の実施形態に係るガスタービン燃焼器の構成例を示す正面図であり、図６は他の実施形態に係るガスタービン燃焼器の構成例を示す側断面図である。
図５及び図６に非限定的に例示するように、幾つかの実施形態では、上記構成において、パイロットコーン２３は、径方向Ｄにおける鍔部２６の幅が周方向Ｒにおいて異なるようにして、鍔部２６の少なくとも外周が燃焼筒４の中心軸Ｃ１方向視にて楕円状に形成されてもよい。
【００４５】
このように、鍔部２６の少なくとも外周が燃焼筒４の中心軸Ｃ１方向視にて楕円状に構成することにより、鍔部２６の幅を周方向Ｒに異ならせて中心軸Ｃ１方向の保炎位置を分散させることができる。よって、メインバーナ１０の対称性を維持したまま燃焼振動を抑制することができる。
なお、上記構成において、パイロットノズル２１は、その中心軸Ｃ２が燃焼筒４の中心軸Ｃ１と同心になるように配置されてもよい。また、パイロットコーン２３は、筒状部２４の中心Ｃ３が燃焼筒４の中心軸Ｃ１と同心に配置されてもよい。
【００４６】
図７は他の実施形態に係るガスタービン燃焼器の構成例を示す正面図であり、図８は他の実施形態に係るガスタービン燃焼器の構成例を示す側断面図である。
図７及び図８に非限定的に例示するように、幾つかの実施形態では、上記何れかの実施形態におけるパイロットノズル２１の中心軸Ｃ２が、燃焼筒４の中心軸Ｃ１に対して偏心して配置され、パイロットコーン２３は、鍔部２６の外周中心Ｃ５が燃焼筒４の中心軸Ｃ１と同心に配置され、且つ鍔部２６の内周中心Ｃ４が燃焼筒４の中心軸Ｃ１に対して偏心して配置されてもよい。
【００４７】
このように、鍔部２６の外周中心Ｃ５と燃焼筒４の中心軸Ｃ１とが同心になるように配置し、且つ鍔部２６の内周中心Ｃ４が燃焼筒４の中心軸Ｃ１に対して偏心して配置されるように構成することで、鍔部２６の幅を周方向Ｒに異ならせて中心軸Ｃ１方向の保炎位置を分散させることができ、メインバーナ１０の対称性を維持したまま燃焼振動を抑制することができる。
【００４８】
幾つかの実施形態では、上記構成において、鍔部２６の内周中心Ｃ４がパイロットノズル２１の中心Ｃ２と同心であってもよい。また、パイロットコーン２３は、筒状部２４の中心Ｃ３がパイロットノズル２１の中心Ｃ２と同心になるように配置されてもよい（図７及び図８参照）。
このような構成によっても、メインバーナ１０の対称性を維持したまま燃焼振動を抑制することができる。
【００４９】
図９は他の実施形態に係るガスタービン燃焼器の構成例を示す正面図であり、図１０は他の実施形態に係るガスタービン燃焼器の構成例を示す側断面図である。
図９及び図１０に非限定的に例示するように、幾つかの実施形態において、パイロットノズル２１の中心Ｃ２は、パイロットコーン２３の筒状部２４の中心Ｃ３に対して偏心して配置されてもよい。
【００５０】
このように、円錐部２５の上流側に位置する筒状部２４に対してパイロットノズル２１が偏心して配置されることで、パイロットノズル２１から噴射される燃料は、円錐部２５の内周に非対称に案内され、各メインノズル１１から噴射される燃料とは燃焼筒４の中心軸Ｃ１に対して非対称な位置において混合される。従って、中心軸Ｃ１方向及び中心軸Ｃ１周りにおける保炎位置を分散させることができ、メインバーナ１０の対称性を維持したまま燃焼振動を抑制することができる。
【００５１】
なお、上記構成において、筒状部２４の中心Ｃ３は燃焼筒４の中心軸Ｃ１と同心に配置されていてもよい（図９及び図１０参照）。また、鍔部２６は、その内周中心Ｃ４及び外周中心Ｃ５が燃焼筒４の中心軸Ｃ１と同心に配置されていてもよい（図９及び図１０参照）。
【００５２】
幾つかの実施形態では、上記構成におけるパイロットコーン２３の筒状部２４の中心Ｃ３が燃焼筒４の中心軸Ｃ１と同心に配置されてもよい（図９及び図１０参照）。
このようにすれば、筒状部２４の中心Ｃ３に対して偏心して配置されるパイロットノズル２１は、その中心Ｃ２が燃焼筒４の中心軸Ｃ１に対して偏心して配置される。このため、パイロットノズル２１から噴射される燃料は、円錐部２５の内周に非対称に案内され、各メインノズル１１から噴射される燃料とは燃焼筒４の中心軸Ｃ１に対して非対称な位置において混合される。従って、中心軸Ｃ１方向及び中心軸Ｃ１周りにおける保炎位置を分散させることができ、メインバーナ１０の対称性を維持したまま燃焼振動を抑制することができる。
【００５３】
図１１は他の実施形態に係るガスタービン燃焼器の構成例を示す正面図であり、図１２は他の実施形態に係るガスタービン燃焼器の構成例を示す側断面図である。
図１１及び図１２に非限定的に例示するように、幾つかの実施形態では、上記何れかに記載の構成において、パイロットノズル２１は、その中心Ｃ２が燃焼筒４の中心軸Ｃ１と同心に配置されてもよい。
【００５４】
この場合は、燃焼筒４の中心軸Ｃ１と同心に配置されたパイロットノズル２１の中心Ｃ２に対して、パイロットコーン２３の少なくとも筒状部２４の中心Ｃ３が偏心して配置される。よってパイロットノズル２１から噴射される燃料は、円錐部２５の内周に非対称に案内され、各メインノズル１１から噴射される燃料とは燃焼筒４の中心軸Ｃ１に対して非対称な位置において混合される。従って、中心軸Ｃ１方向及び中心軸Ｃ１周りにおける保炎位置を分散させることができ、メインバーナ１０の対称性を維持したまま燃焼振動を抑制することができる。
【００５５】
幾つかの実施形態では、例えば図９〜図１２に非限定的に例示するように、パイロットノズル２１は、その外周に、周方向Ｒに沿って間隔を隔てて径方向Ｄの外側に向けて立設された複数のスワラ２２を含み、スワラ２２は、周方向Ｒの異なる位置で異なる高さに形成されてもよい。
【００５６】
このように構成すれば、パイロットノズル２１のスワラ２２の高さを周方向Ｒで異ならせることにより、中心軸Ｃ１方向に対して不均一な流れ場を形成して保炎位置を分散させることができる。よって、メインバーナ１０の対称性を維持したまま発熱量の最大値の平均を減少させて燃料ノズルの出口近傍での集中発熱による燃焼振動を抑制することができる。
【００５７】
幾つかの実施形態では、上記の何れかに記載の構成において、パイロットバーナ２０の周囲を取り囲むように配置されてパイロットバーナ２０とメインバーナ１０との間を仕切る延長管２７であって、筒状部２４と少なくともパイロットバーナ２０の一部とを内包する第２筒状部２８と、第２筒状部２８の下流側端から下流側に向けて拡開するように延設され、円錐部２５及び鍔部２６の周囲を囲むように配置される第２円錐部２９と、を含む延長管２７をさらに備えてもよい（図３、図６、図８、図１０及び図１２参照）。
【００５８】
このように構成すれば、延長管２７とその周囲に配置される複数のメインバーナ１０の配置は変更せずに、主として延長管２７の内側に配置されるパイロットノズル２１又はパイロットコーン２３の配置や構成によって保炎位置を分散させることができる。
なお、延長管２７の下流側開口端の中心Ｃ６は、燃焼筒４の中心軸Ｃ１及び／又は鍔部２６の外周中心Ｃ５と同心に配置されていてもよい（図７〜図１２参照）。
【００５９】
そして、以上述べた構成により、燃焼筒４の周方向Ｒの異なる位置における保炎位置を燃焼筒４の中心軸Ｃ１方向において分散させることができ、保炎位置が中心軸Ｃ１方向の特定の位置に集中することを防止して燃焼振動を抑制することができるガスタービン燃焼器３を備えたガスタービン機関１を得ることができる。
【００６０】
以上述べたように、本開示の幾つかの実施形態によれば、メインバーナの対称性を維持したまま燃焼振動の発生を防止することができる。
【００６１】
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更を加えた形態や、これらの形態を組み合わせた形態も含む。
【００６２】
本発明の一実施形態に係るガスタービン燃焼器３は、
燃焼筒４の中心部に配置されたパイロットバーナ２０と、
前記パイロットバーナ２０の周囲を取り囲むように配置された複数のメインバーナ１０と、を備え、
前記パイロットバーナ２０は、
前記燃焼筒４の前記中心部に配置されたパイロットノズル２１と、
前記パイロットノズル２１の下流側端部の周囲から下流に向けて拡開するように形成された円錐部２５及び前記円錐部２５の下流側開口端から径方向Ｄの外側に向けて延在する環状の鍔部２６を含むパイロットコーン２３と、を含み、
前記鍔部２６は、周方向における第１位置と、前記第１位置とは前記周方向Ｒにおける位置が異なる第２位置であって前記第１位置とは前記径方向Ｄの幅が異なる第２位置と、を含み、
前記パイロットコーン２３は、前記円錐部２５の上流側端から前記上流側に向けて延設され前記パイロットノズル２１の周囲に取り付けられた筒状部２４を含み、
前記パイロットノズル２１は、前記筒状部２４に対して偏心して配置される
ことを特徴とする。
【符号の説明】
【００６３】
１  ガスタービン機関
２  ガスタービン
３  ガスタービン燃焼器
４  燃焼筒
５  保炎器
６  圧縮機
１０  メインバーナ
１１  メインノズル
１２  メインバーナ筒
２０  パイロットバーナ
２１  パイロットノズル
２２  スワラ
２３  パイロットコーン
２４  筒状部
２５  円錐部
２６  鍔部（フランジ）
２７  延長管
２８  第２筒状部
２９  第２円錐部
Ｃ１  燃焼筒の中心軸
Ｃ２  パイロットノズルの中心軸
Ｃ３  筒状部の中心
Ｃ４  鍔部の内周中心
Ｃ５  鍔部の外周中心
Ｃ６  延長管の下流側開口端の中心
Ｄ  燃焼筒の径方向
Ｒ  燃焼筒の周方向
Ｆ１  保炎位置（上流側）
Ｆ２  保炎位置（下流側）
【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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