(57)【要約】【課題】簡便かつ安価な構成で大気温度に応じて燃焼用空気流量を調整でき、大きな出力変動を伴わずに柔軟に負荷調整を行うことができるガスタービン燃焼器を提供する。【解決手段】圧縮機からの圧縮空気と燃料とを混合した混合気を燃焼させ、発生させた燃焼ガスをタービンに供給するガスタービン燃焼器において、内部に燃焼室１を形成する内筒２と、内筒２の外周側を覆うと共に内筒２との間に圧縮空気流路４を形成する外筒３と、燃焼室１内に供給する予混合燃料を噴射する複数の予混合燃料ノズル７と、外筒の外側から着脱可能に取付けられ、大気温度に応じて圧縮空気流路４を流れる圧縮空気の一部を燃焼室１内に排出する燃焼用空気流量調整手段２０とを備える。【選択図】　図１
2004053209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機からの圧縮空気と燃料とを混合した混合気を燃焼させ、発生させた燃焼ガスをタービンに供給するガスタービン燃焼器において、
内部に燃焼室を形成する内筒と、
前記内筒の外周側を覆うと共に、前記内筒との間に圧縮空気流路を形成する外筒と、
前記燃焼室内に供給する予混合燃料を噴射する複数の予混合燃料ノズルと、
これら複数の予混合燃料ノズルに接続し、負荷に応じてそれぞれ独立的に供給燃料の流量が制御される複数の燃料系統と、
前記内筒の外壁に穿設した少なくとも１つの圧縮空気排出口と、
前記外筒の外壁に穿設した少なくとも１つの取付用開口と、
前記外筒に着脱可能に取付けられ、前記取付用開口を介して前記圧縮空気排出口に接続すると共に、大気温度に応じて前記圧縮空気流路を流れる圧縮空気の一部を前記圧縮空気排出口を介して前記燃焼室内に排出する燃焼用空気流量調整手段と
を備えたことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項２】
請求項１記載のガスタービン燃焼器において、前記燃焼用空気流量調整手段は、側壁が前記圧縮空気流路に臨むように径方向に延設され、前記側壁に大気温度に応じた開口面積の圧縮空気取込口を少なくとも１つ穿設した略円筒状の部材であることを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項３】
請求項１又は２記載のガスタービン燃焼器において、前記圧縮空気排出口は、前記取付用開口よりも燃焼ガスの流れ方向下流側に設けられ、前記燃焼用空気流量調整手段を前記圧縮空気排出口に接続するダクトを更に設けたことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項記載のガスタービン燃焼器において、前記燃焼用空気流量調整手段を、前記外筒の周方向にほぼ等間隔に複数設けたことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか１項記載のガスタービン燃焼器において、前記燃焼用空気流量調整手段を、前記外筒の外周における前記タービン側に複数設けたことを特徴とする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、ガスタービン燃焼器に係わり、特に、簡便かつ安価な構成で大気温度に応じて燃焼用空気流量を調整でき、大きな出力変動を伴わずに柔軟に負荷調整を行うことができるガスタービン燃焼器を提供することにある。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、ガスタービン燃焼器における燃焼方式には、いわゆる拡散燃焼方式と予混合燃焼方式とがある。
拡散燃焼方式とは、燃焼室内に燃料を直接供給して燃焼させる方式であり、予混合燃焼方式とは、予混合器内にて噴射した燃料を予め空気と混合した混合気を燃焼室に供給して燃焼させる方式である。
【０００３】
拡散燃焼方式にあっては、火炎の安定性に優れている反面、局所的な高温領域が形成され易く、大気汚染の原因となる窒素酸化物（以下、ＮＯｘと記載する）が発生し易い傾向がある。ガスタービン燃焼器において、燃料を燃焼させる際に発生するＮＯｘの排出量を低減させることは、地球環境保護の観点から極めて重要な課題となる。これに対し、予混合燃焼方式は、燃料を予め空気と混合して燃焼させることにより、火炎温度を下げることが可能となり、サーマルＮＯｘの低減に有効となる。このことから、予混合燃焼を主体としたガスタービン燃焼器に関して多くの提案がなされている。
【０００４】
予混合燃焼の安定性に関しては、ガスタービン燃焼器の全運用条件において失火や逆火が発生しないこと、また、ガスタービン設備が長期間健全に維持できる範囲に燃焼振動レベルを抑制することが最低限必要である。予混合燃焼の安定範囲に影響を及ぼす要因としては、燃空比（燃料と燃焼用空気との重量割合）、予混合気流速、予混合気温度等が挙げられるが、特に燃空比は最も直接的に安定性の指標になるもので、ガスタービン燃焼器の構造や運用方法を決定する際には、運転中の燃空比が安定範囲に余裕を持って入るように配慮される。
【０００５】
そのため、予混合燃焼方式においては、通常、予混合燃焼の安定範囲を維持しつつガスタービン負荷を上昇させるために、燃料系統を複数設けて、ガスタービン負荷の増大に応じて燃料を供給する系統数を順次増加させる方法が採られる場合が多い。また、予混合燃焼の安定範囲を維持する観点においては、燃料供給のみならず、燃焼用空気（圧縮機からの圧縮空気）流量を調整する場合もあり、この場合、ガスタービン負荷に連動する燃料流量と合わせて燃空比を調整できるという利点があり、より木目細かい燃空比の調整が可能となる。
【０００６】
このように燃焼用空気流量を調整する技術としては、例えば、特公平３−４５２８７公報や特許第３１９７１０１号公報等に記載のような予混合器へ供給する燃焼用空気の流路の開度を調節することにより直接的に燃焼用空気流量を調整するものや、例えば特開平５−５２１２５公報等に記載のように、燃焼用空気の一部を燃焼領域に供給する前に、燃焼反応に直接的に寄与しない燃焼室の下流域にバイパス（排出）する構成とし、この排出量を調整することにより燃焼用空気流量を調整するものが提唱されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ガスタービン燃焼器において、地域や季節等によって大気温度が異なると、ガスタービン設備に流入する空気流量そのものが変動する。一般的に、ガスタービン設備に流入する空気流量は、大気温度の上昇にほぼ比例して減少する。例えば大気温度が−２０℃の条件と３０℃の条件とでは、ガスタービン設備に吸込まれる空気流量に約１６％の偏差が生じる。つまり、大気温度が−２０℃の場合、３０℃の場合よりも燃焼用空気が約１６％多くなる。
【０００８】
ここで、通常、ガスタービン設備においては、タービン出口の排気温度がほぼ一定となるよう供給燃料流量の制御を行っている。そのため、比較的大気温度が低い時には、燃焼用空気流量が増大することから、排気温度を維持するため供給燃料流量が増加する傾向がある。つまり、比較的大気温度が低い場合、ガスタービン出力が上昇する傾向にあるが、ガスタービン出力が年間を通してあまり大きく変動することは望ましくない。そのため、定格運転に達する前にガスタービン出力が所要最大出力（リミット）に達してしまい、結果的に部分負荷での運用となってしまう場合がある。
【０００９】
またここで、燃料系統を複数設ける場合、燃料を供給する系統数を変えるときには燃焼状態が一時的に変化するためにガスタービン出力が変動し易い。このため、ガスタービン負荷は、燃料を供給する系統数の切替えを伴わない範囲で調整できるようにすることが望ましい。ところが、部分負荷運用の場合には、燃料を供給する系統数を最も多くした時点における切替え負荷と所要最大出力との出力差が小さくなるため、大きな出力変動を伴わずに負荷調整できる範囲が狭くなってしまう。
【００１０】
それに対し、前述の各従来技術のように燃焼用空気流量を調整できる構成とすれば、比較的大気温度が燃焼用空気流量が増加しがちな場合であっても、燃焼用空気流量を低減させることができ、燃料流量が少なく低い負荷で燃料を供給する系統数を切替えていくことができるので、大きな出力変動を伴わずに負荷調整できる範囲をそれだけ拡大することができる。
【００１１】
しかしながら、上記した各従来技術においては、負荷に応じて燃焼用空気流量を制御する構成としているため、大掛かりな駆動機構や配管設備、また弁装置や制御機器等を要する。そのため、ガスタービン設備全体として構造が複雑化し、また高価なものとなってしまう。
【００１２】
本発明は、以上に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡便かつ安価な構成で大気温度に応じて燃焼用空気流量を調整でき、大きな出力変動を伴わずに柔軟に負荷調整を行うことができるガスタービン燃焼器を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、圧縮機からの圧縮空気と燃料とを混合した混合気を燃焼させ、発生させた燃焼ガスをタービンに供給するガスタービン燃焼器において、内部に燃焼室を形成する内筒と、前記内筒の外周側を覆うと共に、前記内筒との間に圧縮空気流路を形成する外筒と、前記燃焼室内に供給する予混合燃料を噴射する複数の予混合燃料ノズルと、これら複数の予混合燃料ノズルに接続し、負荷に応じてそれぞれ独立的に供給燃料の流量が制御される複数の燃料系統と、前記内筒の外壁に穿設した少なくとも１つの圧縮空気排出口と、前記外筒の外壁に穿設した少なくとも１つの取付用開口と、前記外筒に着脱可能に取付けられ、前記取付用開口を介して前記圧縮空気排出口に接続すると共に、大気温度に応じて前記圧縮空気流路を流れる圧縮空気の一部を前記圧縮空気排出口を介して前記燃焼室内に排出する燃焼用空気流量調整手段とを備える。
【００１４】
本発明においては、外筒及び内筒の間の圧縮空気流路を流れる圧縮空気の一部を、内筒に設けた圧縮空気排出口を介して燃焼室内に排出する燃焼用空気流量調整手段を設ける。この燃焼用空気流量調整手段は、外筒に対して着脱可能な構成であるため、排出する空気流量がそれぞれ異なるように構成したものを幾つか用意しておけば、大気温度によって燃焼用空気流量が変動しても、排出空気流量が適当量となるものを選択的に用いることで、大気温度に関わらず燃焼用空気流量を概ね一定に保つことができる。こうした燃焼用空気流量調整手段としては、例えば側壁が上記の圧縮空気流路に臨むように径方向に延設され、その側壁に圧縮空気取込口を穿設した筒状部材を用い、その圧縮空気取込口の開口面積の異なるものを幾つか用意しておけば、大気温度に応じた開口面積のものを取付けることにより燃焼用空気流量を年間を通して概ね一定に保つことができる。
【００１５】
このように、本発明は、燃焼用空気流量が調整可能な構成であるため、比較的大気温度が低く燃焼用空気流量が増加しがちな場合であっても、燃焼用空気流量の増加を抑制することができる。そのため、燃料流量が少なく低い負荷帯で燃料を供給する系統数を切替えていくことができるので、大きな出力変動を伴わずに負荷調整できる範囲をそれだけ拡大することができる。加えて、本発明によれば、燃焼用空気流量調整手段は、外筒に設けた取付用開口を介して内筒に設けた圧縮空気排出口に接続する構成であるため、外筒の外側から着脱することができる。従って、燃焼用空気流量調整手段を容易に交換することができ、かつ、大掛かりな駆動機構や配管設備、また弁装置や制御機器等を必要とせず、簡便かつ安価な構成とすることができる。
【００１６】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記燃焼用空気流量調整手段は、側壁が前記圧縮空気流路に臨むように径方向に延設され、前記側壁に大気温度に応じた開口面積の圧縮空気取込口を少なくとも１つ穿設した略円筒状の部材である。
【００１７】
（３）上記（１）又は（２）において、また好ましくは、前記圧縮空気排出口は、前記取付用開口よりも燃焼ガスの流れ方向下流側に設けられ、前記燃焼用空気流量調整手段を前記圧縮空気排出口に接続するダクトを更に設ける。
【００１８】
（４）上記（１）乃至（３）のいずれか１つにおいて、また好ましくは、前記燃焼用空気流量調整手段を、前記外筒の周方向にほぼ等間隔に複数設ける。
【００１９】
（５）上記（１）乃至（３）のいずれか１つにおいて、また好ましくは、前記燃焼用空気流量調整手段を、前記外筒の外周における前記タービン側に複数設ける。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のガスタービン燃焼器の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１は本発明のガスタービン燃焼器の第１の実施の形態の全体構成を表す断面図である。この図１に示すガスタービン燃焼器は、圧縮機（図示せず）からの圧縮空気と燃料とを混合した混合気を燃焼させ、発生させた燃焼ガスをタービン（ガスタービン、図示せず）に供給するものであって、タービンの周囲に複数缶配置される。各ガスタービン燃焼器は、内部に燃焼室１を形成する内筒（燃焼室ライナ）２と、この内筒２の外周側を覆う外筒３とを備えている。これら内筒２及び外筒３の間の間隙は、圧縮機からの燃焼用空気（圧縮空気）を流す圧縮空気流路４を形成している。
【００２１】
ガスタービン燃焼器の上流側（図１中左側）端部には、先端が燃焼室１内に臨むようにガスタービン燃焼器のほぼ中心に設けた拡散燃料ノズル５を有する拡散燃焼バーナ６が設けられている。また、この拡散燃焼バーナ６の周囲には、燃焼室１内に供給する予混合燃料を噴射する予混合燃料ノズル７を備えた予混合燃焼バーナ８が複数設けられている。圧縮空気流路４を流れる燃焼用空気は、拡散燃焼バーナ６と予混合燃焼バーナ８に到達する。また、拡散燃料ノズル５及び予混合燃料ノズル７には、それぞれ燃料系統９，１０が接続している。
【００２２】
拡散燃焼バーナ６は、燃料系統９から供給された燃料を拡散燃料ノズル５を介して燃料室１内に直接噴射するものであって、この拡散燃料ノズル５から噴射された燃料は、旋回器１１により旋回させた燃焼用空気と混合され、点火装置（図示せず）により着火されて拡散燃焼火炎１２を形成する。一方、予混合燃焼バーナ８は、予混合燃料ノズル７から噴射した燃料を予混合器１３内で燃焼用空気と混合した後、保炎リング１４を介して燃焼領域に供給して燃焼させる。
【００２３】
ここで、その数量に特別な限定はないが、本実施の形態においては、例えば予混合燃料ノズル７を複数設ける構成とし、これら複数の予混合燃料ノズル７を周方向に複数（例えば４つ）の領域に区画する構成とする。即ち、仮に８つの予混合燃料ノズル７を設け４つの領域に区画する場合には、各領域に２つづつの予混合燃料ノズル７を有する予混合燃焼バーナ８が配置されることになる。そして、これら複数の領域には、それぞれ独立して接続する複数（上記の場合は４つ）の燃料系統１０が設けられ、各燃料系統１０は供給燃料の流量や遮断がそれぞれ独立して制御可能な構成となっている。
【００２４】
図２（ａ）に、拡散燃焼バーナ６用の燃料系統９及び予混合燃焼バーナ８用の各燃料系統１０の燃料供給パターンと、大気条件（大気温度）及びガスタービン出力とのそれぞれの相関関係を例示した。この図２（ａ）に示すように、ガスタービン負荷が増加すると、これに連動して拡散燃焼バーナ６及び予混合燃焼バーナ８へのトータルの供給燃料の流量が増加することになるが、燃料供給パターンは負荷帯により異なる。予混合燃焼バーナ８への供給燃料流量は、ガスタービン負荷の上昇に伴いステップ状に増大しているが、このステップ状の流量変化は、予混合燃焼バーナ８に燃料を供給する状態にある燃料系統１０の数を順次増加させることによるものである。即ち、拡散燃焼バーナ６の燃料噴射量の増加によりガスタービン負荷がある値まで上昇すると、燃料を噴射する上記領域を１つづつ増やしていく（新たな燃料系統１０に燃料を供給する）要領である。その際（新たな燃料系統１０に燃料を供給する際）、トータルの燃料噴射量が大きく変動しないよう、拡散燃焼バーナ６への燃料供給量を一時的に減少させる。
【００２５】
上記のように予混合燃焼バーナ８への供給燃料流量をステップ状に変化させる理由は、第一には、安定した予混合燃焼が達成できるよう各予混合燃焼バーナ８に投入する燃料流量の変化幅を小さくしたいためであり、第二には、予混合燃料を供給する燃料系統１０の数を切替える際、予混合燃料流量を安定な燃空比範囲に迅速に推移させる必要があるためである。そのため、予混合燃料においては、供給燃料流量を増加させる際、流量変化率が大きくなる。従って、結果的に、予混合燃料の流量を変化させる場合には、燃焼形態が大きく変化するため、出力変動が大きくなるのは避けられない。
【００２６】
また、図２（ａ）に示すように、大気温度が−２０℃の場合では、大気温度が３０℃の場合に比べて、燃料供給量の切替えが全体的に高負荷条件となった場合に行われている。これは、大気温度が低い程、圧縮機吸込み空気流量が増加することから、各予混合燃焼バーナ８の燃空比を安定燃焼範囲にするために、燃料を供給する予混合燃料系統１０の数が変わる負荷が高負荷側にシフトするためである。更に、同じガスタービン設備であっても、大気温度が低い程、定格運転での出力も増加する傾向にあるため、年間を通して最大出力をある値以下に抑える必要がある場合、大気温度が低いと部分負荷運用を余儀なくされる場合がある。
【００２７】
また、所要最大出力をＰｍａｘと設定すると、予混合燃料系統数の切替えが最も高負荷となるガスタービン出力（便宜上、以下において適宜、最高負荷切替出力と記載する）と所要最大出力Ｐｍａｘとの幅が、大きな負荷変動を伴わずにガスタービン負荷を調整できる範囲となる。ところが、図２（ａ）に示すように、大気温度が−２０℃の場合の最高負荷切替出力Ｐ２は、大気温度が３０℃の場合の最高負荷切替出力Ｐ１に比べて高くなり、それだけ大きな負荷変動を伴わずにガスタービン負荷を調整できる範囲が狭くなるため、周辺環境における電力消費量の変動への対応の柔軟性が低下してしまう場合があり、運用上望ましくない。
【００２８】
本実施の形態の最も大きな特徴は、上記の事象に対処するために、燃焼用空気流量調整手段２０を着脱可能に設けたことにある。この燃焼用空気調整手段２０は、外筒３を介して取付けられ、図１に示すように、圧縮空気流路４に臨むように設けられている。この燃焼用空気流量調整手段２０は、圧縮空気流路４を流れる燃焼用空気の一部を抽気して燃焼室１内に排出することで、拡散燃焼バーナ６や予混合燃焼バーナ８への燃焼用空気を減少させるものであり、燃焼室１への空気排出量により燃焼に寄与する燃焼用空気流量を調整するようになっている。従って、燃焼用空気流量調整手段２０は、燃焼室１内上流側に形成される燃焼領域から下流側に離間するような位置に設けることが好ましい。
【００２９】
図３は、燃焼用空気流量調整手段２０近傍の詳細構造を表す拡大断面図である。この図３に示すように、本実施の形態においては、燃焼用空気流量調整手段２０は略円筒状の部材により構成されているが、必ずしもこの形状に限定されるものではなく、角筒形状等であっても良い。また、内筒２の外壁には圧縮空気排出口２１が、外筒３の外壁には圧縮空気排出口２１に対向するように取付用開口２２がそれぞれ穿設されている。圧縮空気排出口２１には、内筒２の外周側に位置するよう、カラー２３を挟持したフランジ２４ａを有する管２４が設けられている。また、取付用開口２２には、外筒３の外周側に位置するよう、取付座２５が設けられている。上記の燃焼用空気流量調整手段２０には、取付用フランジ２６が取付けられている。燃焼用空気流量調整手段２０と取付用フランジ２６との接合方法は、特に限定されるものではないが、例えば溶接やボルト締結、或いはピン止め等が考えられる。
【００３０】
燃焼用空気流量調整手段２０は、外筒３の外部から取付用開口２２を介してカラー２３に嵌合され、これによりカラー２３及び管２４を介して圧縮空気排出口２１に接続し、取付用フランジ２６を上記取付座２５にボルト締結することにより、固定されるようになっている。このとき、上記カラー２３は、軸方向及び周方向への若干の移動を可能とするのが望ましく、これにより、燃焼用空気流量調整手段２０の熱伸びや加工のバラツキを許容することができる。また、カラー２３と燃焼用空気流量調整手段２０との接触面には耐磨耗処理をするのが望ましい。また、燃焼用空気流量調整手段２０の固定には、取付用フランジ２６を介したボルト締結を採用したが、これに限られず、例えばピンによる固定方法であっても良いし、ネジ加工を適宜施し、燃焼用空気流量調整手段２０をねじ込む方式の固定方法であっても構わない。
【００３１】
ここで、燃焼用空気流量調整手段２０は、その側壁に圧縮空気取込口２７が少なくとも１つ（この例では４つ）穿設されており、図３に示すように、この圧縮空気取込口２７を有する側壁が圧縮空気流路４に臨むように径方向に延設された状態で取付けられている。これにより、圧縮空気流路４を流れる燃焼用空気の一部が圧縮空気取込口２７を介して燃焼用空気流量調整手段２０内に取込まれ、圧縮空気排出口２１を介して燃焼室１内に排出されるようになっている。即ち、圧縮空気取込口２７の開口面積の異なる燃焼用空気流量調整手段２０を複数用意しておき、大気温度に応じて選択した燃焼用空気流量調整手段２０を外筒３に取付けることにより、燃焼用空気流量が調整可能な構成となっている。
【００３２】
なお、圧縮空気流路４の燃焼用空気が全て拡散燃焼バーナ６や予混合燃焼バーナ８に供給されても良いような場合には、圧縮空気排出口２１から燃焼用空気の一部を排出する必要がないので、例えば圧縮空気取込口２７のない燃焼用空気流量調整手段２０を別途用意して取付ければ足りる。
【００３３】
以上の構成の燃焼用空気流量調整手段２０を設けることにより、圧縮空気流路４を流れる燃焼用空気の一部は、燃焼用空気流量調整手段２０の圧縮空気取込口２７を通過して燃焼室１の内部に流入する。燃焼用空気流量調整手段２０は、主要な燃焼反応領域から下流側に離れた位置に配置されるから、流入した圧縮空気は、実質的に燃焼には寄与しない。従って、燃焼用空気流量調整手段２０に穿設した圧縮空気取込口２７の開口面積が大きい程（即ち、開口面積の大きな圧縮空気取込口２７を有する燃焼用空気流量調整手段２０を取付ければ）、その分だけ主要な燃焼反応領域に供給される燃焼用空気量を減少させ、燃空比を増加させることができる。そのため、大気温度に応じて開口面積の異なる燃焼用空気流量調整手段２０を外筒３に取付けることにより、燃焼用空気流量を調整することができる。
【００３４】
図２（ｂ）に、圧縮空気取込口２７の開口面積が比較的大きい燃焼用空気流量調整手段２０を取付けた場合における拡散燃焼バーナ６用の燃料系統９及び予混合燃焼バーナ８用の各燃料系統１０の燃料供給パターンと、大気条件（大気温度）及びガスタービン出力とのそれぞれの相関関係を例示した。この図２（ｂ）に示すように、燃焼用空気流量調整手段２０によって、燃焼室１の燃焼反応に寄与しない領域に、予め燃焼用空気を比較的多く排出しておくことで、燃焼反応に用いられる燃焼用空気量を減少させることができる結果、先の図２（ａ）に示した場合と比較して、燃焼を供給する予混合燃料系統１０の数が変る負荷を低負荷側にシフトさせることができる。従って、出力変動を大きくせずに運用負荷を調整できる範囲をそれだけ拡大させることができる。即ち、例えば冬期間等、比較的大気温度が低い場合でも、それに応じた開口面積の圧縮空気取込口２７を有する燃焼用空気流量調整手段２０に交換することにより、大気温度に関わらず年間を通して燃焼用空気流量を概ね一定に保つことができる。これにより、ガスタービン設備の運用を安定化させることができ、また、周辺環境における電力消費量の変動等にも柔軟に対応できるようになる。
【００３５】
またそれに加えて、本実施の形態によれば、燃焼用空気流量調整手段２０は、外筒３に設けた取付用開口２２を介して内筒２に設けた圧縮空気排出口２１に接続する構成であるため、外筒３の外側から着脱し容易に交換することができる。即ち、従来のように、ガスタービン負荷を検出し、それに応じて圧縮空気流路の開口面積を制御するような場合に比べ、大掛かりな駆動機構や配管設備、また弁装置や制御機器等を必要とせず、簡便かつ安価な構成とすることができる。
【００３６】
本発明のガスタービン燃焼器の第２の実施の形態を図４を用いて説明する。
図４は、本実施の形態における燃焼用空気流量調整手段２０近傍の詳細構造を表す拡大断面図であって、先の図３に対応する図である。但し、この図４において、図３と同様の部分及び同様と見なせる部分には同符号を付し説明を省略する。図４に示すように、本実施の形態と、先の第１の実施の形態との異なる点は、圧縮空気排出口２１に上記管２４を直接接続せずに、管２４と圧縮空気排出口２１とをダクト３０を介して接続した点である。このダクト３０は、管２４から内筒２の下流側に延設した後に圧縮空気排出口２１に接続するものであって、この点を除く形状は特に限定されるものではない。本実施の形態における他の構成は、第１の実施の形態と同様である。
【００３７】
前述のように、燃焼用空気流量調整手段２０は、排出する圧縮空気が主要な燃焼反応領域に混入しないようなるべく下流側に配置することが望ましい。ところが、ガスタービン燃焼器は、圧縮機（又はタービン）のケーシングの外周に設けられるのが通常であって、図１に示すように、圧縮機（又はタービン）のケーシングとの取付部材等の配置によっては、燃焼用空気流量調整手段２０を十分に下流側に設けることが構成的に難しい場合もある。そこで、本実施の形態においては、ダクト３０を設けることにより、燃焼用空気流量調整手段２０が十分な下流側位置に設けられない場合であっても、ダクト３０を介して圧縮空気を下流側に導き、所望の下流側位置に設けた圧縮空気排出口２１を介して燃焼室１内に排出させる構成とすることができる。これにより、燃焼用空気流量調整手段２０を通過する燃焼用空気を、主要な燃焼反応領域から下流側に離れた位置に確実に排出できる。また、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることは言うまでもない。
【００３８】
本発明のガスタービン燃焼器の第３の実施の形態を図５及び図６を用いて説明する。
図５は本発明のガスタービン燃焼器の第３の実施の形態の全体構成を表す断面図、図６は図５中ＶＩ−ＶＩ断面による断面図である。但し、これら図５及び図６において、先の各図と同様の部分及び同様と見なせる部分には同符号を付し説明を省略する。
【００３９】
燃焼用空気流量調整手段２０は、第１の実施の形態のように、燃料系統を複数有するガスタービン燃焼器であれば、その態様に関わらず適用可能である。本実施の形態のガスタービン燃焼器は、図１のガスタービン燃焼器と同様、拡散燃焼バーナ６の周囲に予混合燃焼バーナ８を複数配置したものであるが、予混合燃焼バーナ８の態様が異なり、安定した予混合燃焼を達成する手段として、保炎リング１４（図１参照）に代えて旋回器３１を予混合燃料ノズル７の上流側に設け、この旋回器３１からの燃焼用空気により予混合燃料ノズル７の後流に循環渦を形成するようになっている。
【００４０】
また、各予混合燃焼バーナ８への燃料供給パターンは、図２（ａ）及び図２（ｂ）と同様である。即ち、図６に示すように、本実施の形態においては、予混合燃焼バーナ８を８つ設けているが、第１の実施の形態と同様、２本づつを１つの領域にまとめ、計４つの領域にそれぞれ独立して接続する燃料系統１０を４つ設ける構成として、これら各燃焼系統１０を独立的に制御する構成となっている。
【００４１】
燃焼用空気流量調整手段２０の数量及び配置については、必ずしも次に限定されるものではなく、少なくとも１つ設ける構成とすれば本発明の本質的効果を得ることは可能であるが、本実施の形態においては、例として周方向にほぼ等間隔に４つ配置する構成とする。燃焼用空気流量調整手段２０の構成については、図３及び図４に示したもののいずれでも構わない。
【００４２】
本実施の形態においても、第１及び第２の実施の形態と同様の効果を得ることができると共に、燃焼用空気流量調整手段２０を通過して燃焼室に流入する燃焼用空気の流量が大きい場合には、燃焼室１内に周方向から等間隔で噴出する空気噴流により燃焼ガスが混合されるので、ガスタービン燃焼器出口（下流側端部）における燃焼ガス温度が局所的に高くなるポテンシャルの軽減にも効果的に寄与する。これにより、後流のタービンのタービン翼に及ぼす負担を低減できるメリットが得られる。
【００４３】
本発明のガスタービン燃焼器の第４の実施の形態を図７を用いて説明する。
図７は本発明のガスタービン燃焼器の第４の実施の形態の全体構成を表す断面図であって、図６に対応する図である。但し、この図７において、図６と同様の部分及び同様と見なせる部分には同符号を付し説明を省略する。この図７に示すように、本実施の形態は、燃焼用空気流量調整手段２０の周方向の配置が異なる点を除いて図６に示した第３の実施の形態と同様の構成である。本実施の形態においては、燃焼用空気流量調整手段２０を、外筒３におけるいわゆる腹側（圧縮機やタービン側）に複数（この例では３つ）配置してある。
【００４４】
本実施の形態においても、勿論、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。これに加えて、本実施の形態においては、後流のタービンのロータ側に直接的に供給される内周側の燃焼ガスに圧縮空気を混合することにより、タービンロータ側に干渉する燃焼ガス温度を低下させることができる。これにより、タービンロータの熱負荷を抑制する効果が得られる。本実施の形態は、燃焼用空気流量調整手段２０を通過して燃焼室１に流入する燃焼用空気の流量が比較的小さい場合でも、ロータ側の燃焼ガス温度を低減させタービンロータの加熱を効果的に防止することができ、タービンロータに及ぼす負担を低減できるというメリットが得られる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、燃焼用空気流量調整手段を設けることで、主要な燃焼領域における燃焼用空気流量を調整することができる。これにより、例えば、冬期間等のように大気温度が低く、圧縮機吸込み空気流量が増加して所要最大出力が部分負荷の状態となるような場合であっても、燃料系統数が変る最大負荷を低減することができ、出力変動が少ない運用負荷領域を拡大させることができる。しかも、燃焼用空気流量調整手段は、外筒の外側から着脱することができ、所望の空気排出量となる燃焼用空気流量調整手段と容易に交換することができ、大掛かりな駆動機構や配管設備、また弁装置や制御機器等を必要とせず、簡便かつ安価な構成とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガスタービン燃焼器の第１の実施の形態の全体構成を表す断面図である。
【図２】拡散燃焼バーナ用の燃料系統及び予混合燃焼バーナ用の各燃料系統の燃料供給パターンと、大気条件（大気温度）及びガスタービン出力とのそれぞれの相関関係を表す図である。
【図３】本発明のガスタービン燃焼器の第１の実施の形態に備えられた燃焼用空気流量調整手段近傍の詳細構造を表す拡大断面図である。
【図４】本発明のガスタービン燃焼器の第２の実施の形態に備えられた燃焼用空気流量調整手段近傍の詳細構造を表す拡大断面図である。
【図５】本発明のガスタービン燃焼器の第３の実施の形態の全体構成を表す断面図である。
【図６】図５中ＶＩ−ＶＩ断面による断面図である。
【図７】本発明のガスタービン燃焼器の第４の実施の形態の全体構成を表す断面図である。
【符号の説明】
１　　　燃焼室
２　　　内筒
３　　　外筒
４　　　圧縮空気流路
７　　　予混合燃料ノズル
１０　　燃料系統
２０　　燃焼用空気流量調整手段
２１　　圧縮空気排出口
２２　　取付用開口
２７　　圧縮空気取込口
３０　　ダクト
【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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