(57)【要約】【課題】ガスタービン燃焼器の燃焼器ライナとケーシングの間を通して、隣接する燃焼器ライナ内部の燃焼室間を連結する火炎伝播管を設けた場合に、当該火炎伝播管が燃焼器ライナとケーシングの間を流れる圧縮空気流を遮るために、圧縮空気流の流速が空間的に不均一になるのを抑制する。またその際、火炎伝播管による隣接燃焼器ライナ間の火移り性能が劣化しないようにする。【解決手段】火炎伝播管１０の断面形状を、例えば圧縮空気流の方向に長径を有する楕円のように扁平な形状にして、圧縮空気流のうち火炎伝播管１０の表面に沿って流れる層の流速が著しく低下しないようにする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機から送り込まれた圧縮空気と燃料とを混合して生成した混合気を燃焼させて、ガスタービンを駆動するための燃焼ガスを生成する少なくとも２個の互いに隔接配置された燃焼器を有するガスタービン燃焼器において、
前記各燃焼器は、その内部に配置された前記混合気を燃焼させる燃焼室を構成する燃焼器ライナ、前記燃焼器ライナを所定の間隙を持って取り囲むように配設されたケーシング、及び前記ケーシングと燃焼器ライナ間の間隙と交叉させて前記隣接する燃焼器ライナ内部の燃焼室間を連通するように配置された燃焼ガスを伝播させる火炎伝播管とを備え、
前記圧縮機から送り込まれた圧縮空気を、前記ケーシング及び前記燃焼器ライナ間の間隙により形成された空間を通して前記燃焼室へ向かって流すようにしてなり、
前記火炎伝播管は、前記圧縮空気の流れに対してその流速の空間的不均一を抑制する断面形状としたことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項２】
前記火炎伝播管の断面形状は、前記圧縮空気の流れの方向に長径を有する楕円であることを特徴とする請求項１記載のガスタービン燃焼器。
【請求項３】
前記火炎伝播管の断面形状は、前記圧縮空気の流れの方向に対称軸を有する紡錘形であることを特徴とする請求項１記載のガスタービン燃焼器。
【請求項４】
前記火炎伝播管の断面形状は、前記圧縮空気の流れの方向に対する先端及び又は後端を尖頭又は扁平形状としたことを特徴とする請求項１記載のガスタービン燃焼器。
【請求項５】
前記火炎伝播管は、外表面に複数の凹部を有することにより、前記圧縮空気の流れを遮るためにその流速が空間的に不均一になるのを抑制することができるようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のガスタービン燃焼器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガスタービンプラントに用いられるガスタービン燃焼器に係り、特に、隣接する燃焼器ライナ内部の燃焼室間を火炎伝播管によって連結する構造を有するガスタービン燃焼器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のガスタービンプラントは、図４に示すように、ガスタービン１、ガスタービン１に連結され吸入空気を圧縮して燃焼用の圧縮空気を得る圧縮機２及び複数の燃焼器３ａ、３ｂ、…から成るガスタービン燃焼器から構成されている。なお、図４は説明を簡潔にするため、燃焼器３ａ及び燃焼器３ｂの２基のみの場合の構成を示しており、以下の説明もその前提で行うが、燃焼器が３基以上の場合にもまったく同様の説明を繰り返し適用することができる。
【０００３】
燃焼器３ａは、燃焼器ライナ４ａ、その内部に形成された燃焼室５ａ、燃料ノズル６ａ及び点火器７から構成され、燃焼器ライナ４ａを所定の間隙をもってケーシング８ａで取り囲む構造となっている。図４中の１２ａは、ケーシング８ａ及び燃焼器ライナ４ａ間の間隙により形成された空間である。燃焼器３ｂの構成も同様であり、燃焼器３ａと対応する構成はすべて同じ数字にｂをつけた符号で示している（例えば、燃焼器ライナは４ｂ。）。なお、点火器は備えていない。
【０００４】
燃焼器３ａから排出される燃焼ガスは、トランジションピース９ａを経てガスタービン１に導かれ、これを駆動する。燃焼器３ｂから排出される燃焼ガスも、同様にトランジションピース９ｂを経てガスタービン１に導かれ、これを駆動する構成となっている。
【０００５】
燃焼器３ａの燃焼器ライナ４ａの内部に形成された燃焼室５ａは、隣接する燃焼器３ｂの燃焼器ライナ４ｂの内部に形成された燃焼室５ｂと、ケーシング８ａと燃焼器ライナ４ａ間に間激と交叉するように設けた火炎伝播管１０で連通されており、火炎伝播管１０の外周を火炎伝播管外筒１１が取り囲む構造となっている。
【０００６】
この構成において、圧縮機２より吐出された圧縮空気流の一部は、ケーシング８ａ及び燃焼器ライナ４ａ間の間隙により形成された空間１２ａを図中の矢印で示すように流れて燃焼室５ａに送り込まれ、燃料ノズル６ａから噴射される燃料と混合されて混合気を生成する。また、同じ圧縮空気流の他の一部は、ケーシング８ｂ及び燃焼器ライナ４ｂ間の間隙により形成された空間１２ｂを流れて燃焼室５ｂに送り込まれ、燃料ノズル６ｂから噴射される燃料と混合されて混合気を生成する。
【０００７】
点火器７によって燃焼室５ａ中の混合気に点火すると、混合気は燃焼して、高温高圧の燃焼ガスを生成する。これにより、燃焼室５ａと火炎伝播管１０によって連通された燃焼室５ｂとの間には圧力差が生じ、燃焼室５ａ中の燃焼ガスは火炎伝播管１０を通して燃焼室５ｂに伝播し、燃焼室５ｂ中の混合気は当該燃焼ガスの熱によって着火する（これを火移りという。）。なお、図４には示されていないが、３基以上の燃焼器が設けられている場合には、上記の火炎伝播管を通じての燃焼ガスの伝播と混合気への着火を連鎖的に繰り返すこととなる。
【０００８】
このようにして、燃焼室３ａ等において生成された燃焼ガスのガス流は、トランジションピース９ａ等を経てガスタービン１に供給され、ガスタービン１を駆動することとなる。
【０００９】
ここで、火炎伝播管１０及びその周辺の構造の一例を、図５に示す。図中の符号はすべて図４と共通であるので、それらについての詳細な説明は省略する。また、火炎伝播管１０の断面図を同図中に示しており、従来のガスタービン燃焼器においては、この図に示すように、円形の断面を有する火炎伝播管１０が用いられている。
【００１０】
火炎伝播管１０は、ケーシング８ａ及び燃焼器ライナ４ａ間の間隙により形成された空間１２ａ並びにケーシング８ｂ及び燃焼器ライナ４ｂ間の間隙により形成された空間１２ｂをそれぞれ横切って設けられているので、圧縮空気流を円滑に流すのには妨げとなる。つまり、図６に示すように、圧縮空気流が火炎伝播管１０の上下を通過する際、当該圧縮空気流のうちで火炎伝播管１０の表面に近い層の空気流ほど、火炎伝播管１０の円形の断面に沿って流れざるを得ないために、火炎伝播管１０の表面から遠い層の空気流よりも長い経路をたどることとなる。このため、火炎伝播管１０の表面に近い層の空気流は遠い層の空気流の流速について行くことができず、各層の空気流間の剥離現象を生じ、空気流の速度分布が空間的に不均一になる。圧縮空気流がこのように不均一な速度分布のままで燃焼室５ａ及び５ｂに流入すると、燃料と空気の均一な混合が妨げられ、燃焼が不安定になったり、燃焼効率が低下したりする原因となる。
【００１１】
これを緩和するための最も直接的な方法は、火炎伝播管１０の断面積を小さくすることであるが、そのようにするとスムーズな火移りが妨げられるという弊害を生じる。
【００１２】
このような圧縮空気のスムーズな流れを妨げる障害物の存在によって、空気流の流速が空間的に不均一になる現象を緩和する（以下これを整流という。）ための発明がなされている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に開示された発明は、ガスタービン燃焼器の燃焼室を形成する筒状部材（燃焼器ライナ）と外筒（ケーシング）との間の環状空間に空気流を流す場合に、当該環状空間中に空気流の整流を行う環状部材を配置することにより、空気流の流速を空間的に均一に保とうとするものである。
【００１３】
【特許文献１】
特開２０００−３５６３４５号公報（第２乃至第７ページ、図１）
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の特許文献１に開示された従来の技術は、空気流の整流のための特別の部材を必要とし、またガスタービン燃焼器の構造や寸法に合わせて整流の効果を高めるため、当該部材の設計や調整の最適化を図る必要がある．そこで、本発明は、より簡便な方法で空気流の整流効果を高めることのできるガスタービン燃焼器を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のガスタービン燃焼器は、圧縮機から送り込まれた圧縮空気と燃料とを混合して生成した混合気を燃焼させて、ガスタービンを駆動するための燃焼ガスを生成する少なくとも２個の互いに隔接配置された燃焼器を有するガスタービン燃焼器において、前記各燃焼器は、その内部に配置された前記混合気を燃焼させる燃焼室を構成する燃焼器ライナ、前記燃焼器ライナを所定の間隙を持って取り囲むように配設されたケーシング、及び前記ケーシングと燃焼器ライナ間の間隙と交叉させて前記隣接する燃焼器ライナ内部の燃焼室間を連通するように配置された燃焼ガスを伝播させる火炎伝播管とを備え、前記圧縮機から送り込まれた圧縮空気を、前記ケーシング及び前記燃焼器ライナ間の間隙により形成された空間を通して前記燃焼室へ向かって流すようにしてなり、前記火炎伝播管は、前記圧縮空気の流れに対してその流速の空間的不均一を抑制する断面形状としたことを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、火炎伝播管の断面形状を変更するだけで圧縮空気流の整流効果を高め、しかも火炎伝播管の本来の機能であるスムーズな火移りが妨げられないようにすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下に、本発明のガスタービン燃焼器の第１の実施の形態を、図１乃至図２を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係るガスタービン燃焼器の構成を示す図である。
【００１８】
図中の符号はすべて図４と共通であるので、それらについての詳細な説明は省略する。図１において、図４及び図５に示した従来の技術に係るガスタービン燃焼器と相違する点は、図中に付記した火炎伝播管１０の断面の形状である。すなわち、火炎伝播管１０の断面の形状を、火移り性能を維持するため所定の断面積を維持しつつ、圧縮空気の流れの方向に長径を有する楕円とすることにより、断面が円形の場合における空気流の各層間の剥離現象の発生を抑え、整流効果を高めることができる。
【００１９】
また、楕円以外であっても、同様の効果を得ることのできる断面形状を、図２に示す。同図（ａ）は圧縮空気の流れの方向に対称軸を有する紡錘形、同図（ｂ）及び（ｃ）は圧縮空気の流れの方向に対する後端を尖頭形状としたもの、同図（ｄ）は先端を扁平形状かつ後端を尖頭形状としたものである。
【００２０】
本発明の第１の実施の形態によれば、図１又は図２に示したいずれの断面形状によっても、断面が円形の場合における空気流の各層間の剥離現象の発生を抑え、圧縮空気流の流速が空間的に不均一になることによる燃焼性能の低下を抑えることができる。
【００２１】
（第２の実施の形態）
次に、本発明のガスタービン燃焼器の第２の実施の形態を、図３を参照して説明する。本発明の第２の実施の形態に係るガスタービン燃焼器は、本発明の第１の実施の形態に係るガスタービン燃焼器と同様に構成されるが、第１の実施の形態との相違点は、火炎伝播管１０の外表面に複数の凹部を有するようにしたもので、図３はその場合の火炎伝播管１０の外形図である。図中の符号はすべて図１と共通であるが、火炎伝播管１０の両端であってケーシング８ａ及び８ｂの内側に位置する部分には、その表面に複数の凹部を設けている。このように構成することにより、同図のＢ１−Ｂ２矢視図に示すように、火炎伝播管１０の圧縮空気流が当る表面に細かい凹凸があるのと等価であるので、表面が平滑である場合に比べて圧縮空気流の各層間の剥離が起こりにくいという特徴がある。したがって、火炎伝播管１０の断面の形状が円形であっても、表面が平滑な場合よりは圧縮空気流の整流効果を高めることができる。
【００２２】
本発明の第２の実施の形態によれば、火炎伝播管１０の断面の形状を製造が容易な円形のままにしても、圧縮空気流の整流効果を高め、燃料との混合の均一性を向上させることができる。また、第１の実施の形態で挙げたように扁平な断面形状を有する火炎伝播管の表面に同様の凹部を設けることにより、それらの効果をさらに高めることが可能である。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、火炎伝播管の断面又は表面の形状により圧縮空気流の速度分布が空間的に不均一になるのを抑え、燃料と圧縮空気の混合気の均一性を高めて安定して燃焼させることができるガスタービン燃焼器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るガスタービン燃焼器の構成図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る火炎伝播管の断面図。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る火炎伝播管の外形図。
【図４】従来の技術に係るガスタービン燃焼器の構成図。
【図５】従来の技術に係るガスタービン燃焼器の火炎伝播管周辺の構成図。
【図６】従来の技術に係る火炎伝播管による圧縮空気流の各層間の剥離現象の説明図。
【符号の説明】
１  ガスタービン
２  圧縮機
３ａ  燃焼器
３ｂ  燃焼器
４ａ  燃焼器ライナ
４ｂ  燃焼器ライナ
５ａ  燃焼室
５ｂ  燃焼室
６ａ  燃料ノズル
６ｂ  燃料ノズル
７  点火器
８ａ  ケーシング
８ｂ  ケーシング
９ａ  トランジションピース
９ｂ  トランジションピース
１０  火炎伝播管
１１  火炎伝播管外筒
１２ａ  ケーシング及び燃焼器ライナ間の間隙により形成された空間
１２ｂ  ケーシング及び燃焼器ライナ間の間隙により形成された空間
【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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