(57)【要約】【課題】ガスタービン燃焼器において、燃焼器内筒から燃焼器尾筒へ流れる予混合気の燃焼器壁面近傍流速を増加させることでフラッシュバックの発生を抑制可能とする。【解決手段】燃焼器内筒３２の先端部に燃焼器尾筒３３を連結し、この燃焼器内筒３２の中心部にパイロットノズル３４を配設すると共に、内周面に周方向に沿ってパイロットノズル３４を取り囲むように複数の予混合ノズル３５を配設して構成し、燃焼器内筒３２の先端部にガス通路断面積が縮小する曲面形状をなす絞り部４３を設ける。【選択図】      図１
2007147125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼器内筒と、該燃焼器内筒の先端部に連結された燃焼器尾筒と、前記燃焼器内筒の中心部に配設されたパイロットノズルと、前記燃焼器内筒の内周面に周方向に沿って前記パイロットノズルを取り囲むように配設された複数の予混合ノズルとを具えたガスタービン燃焼器において、前記燃焼器内筒の先端部にガス通路断面積が縮小する曲面形状をなす絞り部が設けられ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に記載のガスタービン燃焼器において、前記絞り部は、前記予混合ノズルの先端部よりもガス流れ方向における下流側に設けられた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または２に記載のガスタービン燃焼器において、前記予混合ノズルの先端部に、前記燃焼器内筒に設けられた前記絞り部に沿った屈曲部が設けられ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から３のいずれか一つに記載のガスタービン燃焼器において、前記絞り部は、前記燃焼器内筒内を流れるガスの旋回流軌跡に沿った形状に形成され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から４のいずれか一つに記載のガスタービン燃焼器において、前記燃焼器内筒の先端部に、前記絞り部からガス通路断面積が拡大して前記燃焼器尾筒に滑らかに連続する平面部が設けられたことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項６】
請求項５に記載のガスタービン燃焼器において、前記燃焼器内筒の内径に対する前記絞り部の内径の比率が、０．８以上１．０未満に設定されると共に、前記予混合ノズルの先端から前記燃焼器内筒の先端までの長さに対する前記予混合ノズルの先端から前記絞り部における最小内径位置までの長さの比率が、０．０５以上０．３以下に設定されたことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一つに記載のガスタービン燃焼器において、前記燃焼器内筒の内周面に、前記複数の予混合ノズルの外周面と周方向に沿ってほぼ均一な幅を有する流路を形成するガイド部が設けられたことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一つに記載のガスタービン燃焼器において、前記燃焼器内筒の先端部に、外部から前記燃焼器尾筒の内周面に空気を流入する空気流入孔が設けられたことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項９】
燃焼器内筒と、該燃焼器内筒の先端部に連結された燃焼器尾筒と、前記燃焼器内筒の内周面に周方向に沿って配設された複数の予混合ノズルと、該複数の予混合ノズルに囲繞されるように前記燃焼器内筒の中心部に配設されたパイロットノズルとを具えたガスタービン燃焼器において、前記燃焼器内筒の先端部に、前記燃焼器内筒内を流れるガスの旋回流軌跡に沿ってガス通路断面積が拡大する湾曲部が設けられたことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項１０】
請求項９に記載のガスタービン燃焼器において、前記燃焼器内筒の先端部に、前記湾曲部から前記燃焼器尾筒に滑らかに連続する平面部が設けられ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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮した圧縮空気に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して回転動力を得るガスタービンにおいて、希薄予混合燃料の安定燃焼を行うためにパイロット拡散火炎を用いた保炎を行うガスタービン燃焼器に関する。
【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おり、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、高温・高圧の燃焼ガスがタービンを駆動し、このタービンに連結された発電機を駆動する。この場合、タービンは、車室内に複数の静翼及び動翼が交互に配設されて構成されており、燃焼ガスにより動翼を駆動することで発電機の連結される出力軸を回転駆動している。そして、タービンを駆動した燃焼ガスは、排気車室のディフューザにより静圧に変換されてから大気に放出される。
【０００３】
図１０は、従来のガスタービン燃焼器を表す要部概略図である。従来のガスタービン燃焼器において、図１０に示すように、図示しない燃焼器外筒に燃焼器内筒００１が支持され、この燃焼器内筒００１の先端部に燃焼器尾筒００２が連結されてケーシングが構成されている。この燃焼器内筒００１内には、その中心部にパイロットノズル００３が配設されると共に、燃焼器内筒００１の内周面に周方向に沿ってパイロットノズル００３を取り囲むように複数の予混合ノズル００４が配設されている。そして、パイロットノズル００３内にパイロット燃料棒００５が配置され、各予混合ノズル００４内にメイン燃料棒００６が配置されており、パイロット燃料棒００５及びメイン燃料棒００６は、基端部に図示しない燃料供給装置から燃料が供給され、先端部から燃料を噴射することができる。また、パイロットノズル００３内にはパイロットスワールベーン００７が配置されると共に、各予混合ノズル００４内には予混合スワールベーン００８が配置されている。
【０００４】
従って、圧縮機によって圧縮された高温・高圧の圧縮空気の空気流がガスタービン燃焼器に流れこむと、各予混合ノズル００４内では、この空気流がメイン燃料棒００６から噴射された燃料と混合され、予混合気の旋回流となって尾筒００２内に流れ込む。一方、パイロットノズル００３内では、圧縮空気の空気流がパイロット燃料棒００５から噴射された燃料と混合され、この混合気は図示しない種火により着火されて燃焼し、燃焼ガスとなって尾筒００２内に噴出する。このとき、燃焼ガスの一部が尾筒００２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、各予混合ノズル００４から尾筒００２内に流れ込んだ予混合気に着火されて燃焼する。即ち、パイロット燃料棒００５から噴射したパイロット燃料による拡散火炎により、予混合ノズル００４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。
【０００５】
このようなガスタービンとしては、下記特許文献１、２に記載されたものがある。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３７２２３８号公報
【特許文献２】特開平０６−３４７０４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した従来のガスタービンでは、高温・高圧の圧縮空気の空気流が各予混合ノズル００４内でメイン燃料棒００６から噴射された燃料と混合され、予混合気の旋回流となって尾筒００２内に流れ込み、パイロットノズル００３からの燃焼ガスの一部により着火されて燃焼する。このとき、各予混合ノズル００４から噴出した予混合気は、燃焼器内筒００１の内壁面に沿って燃焼器尾筒００２に流れ込むが、燃焼器内筒００１から燃焼器尾筒００２にかけてその内径が広がっており、ここに予混合気の低流速域または剥離域が生じてしまう。即ち、予混合気が燃焼器内筒００１から燃焼器尾筒００２に滑らかに流れ込むようにその内径が広がっているが、この燃焼器内筒００１と燃焼器尾筒００２との間に形成された段差により、燃焼器内筒００１の壁面に沿って流れる予混合気の一部が燃焼器尾筒００２に滑らかに流れずに、ここに渦を形成して低流速域または剥離域が発生してしまう。すると、ここでは、所定の燃焼速度よりも予混合気の流速が遅くなり、着火後の火炎が戻る、所謂、フラッシュバックが発生し、燃焼が不安定となって燃焼効率が低下してしまう。
【０００８】
なお、特許文献２のガスタービンでは、ケーシングの先端部に容器１５を連結し、ケーシング内に形成した同心の３つの環状通路を中心側に湾曲させることで、容器との間に段差を形成し、ここに再循環流の渦を形成して火炎の吹き消えを阻止するようにしているが、この再循環流の渦によりフラッシュバックが発生してしまう。
【０００９】
本発明は上述した課題を解決するものであり、燃焼器内筒から燃焼器尾筒へ流れる予混合気の燃焼器壁面近傍流速を増加させることでフラッシュバックの発生を抑制可能としたガスタービン燃焼器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】
【００１０】
上記の目的を達成するための請求項１の発明のガスタービン燃焼器は、燃焼器内筒と、該燃焼器内筒の先端部に連結された燃焼器尾筒と、前記燃焼器内筒の中心部に配設されたパイロットノズルと、前記燃焼器内筒の内周面に周方向に沿って前記パイロットノズルを取り囲むように配設された複数の予混合ノズルとを具えたガスタービン燃焼器において、前記燃焼器内筒の先端部にガス通路断面積が縮小する曲面形状をなす絞り部が設けられたことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項２の発明のガスタービン燃焼器では、前記絞り部は、前記予混合ノズルの先端部よりもガス流れ方向における下流側に設けられたことを特徴としている。
【００１２】
請求項３の発明のガスタービン燃焼器では、前記予混合ノズルの先端部に、前記燃焼器内筒に設けられた前記絞り部に沿った屈曲部が設けられたことを特徴としている。
【００１３】
請求項４の発明のガスタービン燃焼器では、前記絞り部は、前記燃焼器内筒内を流れるガスの旋回流軌跡に沿った形状に形成されたことを特徴としている。
【００１４】
請求項５の発明のガスタービン燃焼器では、前記燃焼器内筒の先端部に、前記絞り部からガス通路断面積が拡大して前記燃焼器尾筒に滑らかに連続する平面部が設けられたことを特徴としている。
【００１５】
請求項６の発明のガスタービン燃焼器では、前記燃焼器内筒の内径に対する前記絞り部の内径の比率が、０．８以上１．０未満に設定されると共に、前記予混合ノズルの先端から前記燃焼器内筒の先端までの長さに対する前記予混合ノズルの先端から前記絞り部における最小内径位置までの長さの比率が、０．０５以上０．３以下に設定されたことを特徴としている。
【００１６】
請求項７の発明のガスタービン燃焼器では、前記燃焼器内筒の内周面に、前記複数の予混合ノズルの外周面と周方向に沿ってほぼ均一な幅を有する流路を形成するガイド部が設けられたことを特徴としている。
【００１７】
請求項８の発明のガスタービン燃焼器では、前記燃焼器内筒の先端部に、外部から前記燃焼器尾筒の内周面に空気を流入する空気流入孔が設けられたことを特徴としている。
【００１８】
また、請求項９の発明のガスタービン燃焼器は、燃焼器内筒と、該燃焼器内筒の先端部に連結された燃焼器尾筒と、前記燃焼器内筒の内周面に周方向に沿って配設された複数の予混合ノズルと、該複数の予混合ノズルに囲繞されるように前記燃焼器内筒の中心部に配設されたパイロットノズルとを具えたガスタービン燃焼器において、前記燃焼器内筒の先端部に、前記燃焼器内筒内を流れるガスの旋回流軌跡に沿ってガス通路断面積が拡大する湾曲部が設けられたことを特徴とするものである。
【００１９】
請求項１０の発明のガスタービン燃焼器では、前記燃焼器内筒の先端部に、前記湾曲部から前記燃焼器尾筒に滑らかに連続する平面部が設けられたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１の発明のガスタービン燃焼器によれば、燃焼器内筒の先端部に燃焼器尾筒を連結し、この燃焼器内筒の中心部にパイロットノズルを配設すると共に、内周面に周方向に沿ってパイロットノズルを取り囲むように複数の予混合ノズルを配設して構成し、燃焼器内筒の先端部にガス通路断面積が縮小する曲面形状をなす絞り部を設けたので、予混合ノズルから燃焼器内筒に噴出された予混合気は、曲面形状をなす絞り部によりその流速が増加するため、この燃焼器内筒から燃焼器尾筒にスムースに流れ込むこととなり、予混合気の低流速域または剥離域の発生を抑制し、所謂、燃焼器内筒から燃焼器尾筒へ流れる予混合気の燃焼器壁面近傍流速を増加させることでフラッシュバックの発生を抑制することができる。
【００２１】
請求項２の発明のガスタービン燃焼器によれば、絞り部を予混合ノズルの先端部よりもガス流れ方向における下流側に設けたので、予混合ノズルから燃焼器内筒に噴出された予混合気の流速を絞り部により確実に増加させることができ、増速した予混合気をスムースに燃焼器尾筒に流し込むことができる。
【００２２】
請求項３の発明のガスタービン燃焼器によれば、予混合ノズルの先端部に燃焼器内筒に設けられた絞り部に沿った屈曲部を設けたので、燃焼器内筒と予混合ノズルの間を流れる空気が予混合ノズルから噴出された予混合気とスムースに合流して絞り部で増速されることとなり、燃焼器内筒と燃焼器尾筒との連結部での予混合気の低流速域または剥離域の発生を確実に抑制することができる。
【００２３】
請求項４の発明のガスタービン燃焼器では、絞り部を、燃焼器内筒内を流れるガスの旋回流軌跡に沿った形状に形成したので、予混合ノズルから燃焼器内筒に噴出された予混合気は旋回流であるため、絞り部によりスムースに増速することができ、燃焼器内筒と燃焼器尾筒との連結部での予混合気の低流速域または剥離域の発生を確実に抑制することができる。
【００２４】
請求項５の発明のガスタービン燃焼器によれば、燃焼器内筒の先端部に、絞り部からガス通路断面積が拡大して燃焼器尾筒に滑らかに連続する平面部を設けたので、絞り部で増速した予混合気は平面部により燃焼器尾筒にスムースに流れ込むこととなり、低流速域または剥離域の発生を確実に抑制することができる。
【００２５】
請求項６の発明のガスタービン燃焼器によれば、燃焼器内筒の内径に対する絞り部の内径の比率を０．８以上１．０未満に設定すると共に、予混合ノズルの先端から燃焼器内筒の先端までの長さに対する予混合ノズルの先端から絞り部における最小内径位置までの長さの比率を０．０５以上０．３以下に設定したので、絞り部の大きさと位置を適正値に設定することで、予混合気の低流速域または剥離域の発生を抑制し、フラッシュバックの発生を確実に抑制することができる。
【００２６】
請求項７の発明のガスタービン燃焼器によれば、燃焼器内筒の内周面に複数の予混合ノズルの外周面と周方向に沿ってほぼ均一な幅を有する流路を形成するガイド部を設けたので、燃焼器内筒と予混合ノズルの間を流れる空気がガイド部により増速され、予混合ノズルから噴出された予混合気とスムースに合流することとなり、燃焼器内筒と燃焼器尾筒との連結部での予混合気の低流速域または剥離域の発生を確実に抑制することができる。
【００２７】
請求項８の発明のガスタービン燃焼器によれば、燃焼器内筒の先端部に外部から燃焼器尾筒の内周面に空気を流入する空気流入孔を設けたので、空気流入孔から燃焼器尾筒の内周面に流入する空気により燃焼器内筒から燃焼器尾筒に流入する予混合気を増速させ、燃焼器内筒と燃焼器尾筒との連結部での予混合気の低流速域または剥離域の発生を確実に抑制することができる。
【００２８】
また、請求項９の発明のガスタービン燃焼器によれば、燃焼器内筒の先端部に燃焼器尾筒を連結し、この燃焼器内筒の中心部にパイロットノズルを配設すると共に、内周面に周方向に沿ってパイロットノズルを取り囲むように複数の予混合ノズルを配設して構成し、燃焼器内筒の先端部に燃焼器内筒内を流れるガスの旋回流軌跡に沿ってガス通路断面積が拡大する湾曲部を設けたので、予混合ノズルから燃焼器内筒に噴出された予混合気は、ガスの旋回流軌跡に沿った湾曲部により燃焼器内筒から燃焼器尾筒にスムースに流れ込むこととなり、予混合気の低流速域または剥離域の発生を抑制し、所謂、燃焼器内筒から燃焼器尾筒へ流れる予混合気の燃焼器壁面近傍流速を増加させることでフラッシュバックの発生を抑制することができる。
【００２９】
請求項１０の発明のガスタービン燃焼器によれば、燃焼器内筒の先端部に湾曲部から燃焼器尾筒に滑らかに連続する平面部を設けたので、湾曲部で安定化した予混合気は平面部により燃焼器尾筒にスムースに流れ込むこととなり、低流速域または剥離域の発生を確実に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
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、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００３１】
図１は、本発明の実施例１に係るガスタービン燃焼器を表す要部概略図、図２−１は、実施例１のガスタービン燃焼器における絞り部の旋回流軌跡形状の説明図、図２−２は、実施例１のガスタービン燃焼器における予混合スワールベーンの説明図、図３は、実施例１のガスタービンの概略構成図、図４は、実施例１のガスタービン燃焼器の概略構成図である。
【００３２】
実施例１のガスタービンは、図３に示すように、圧縮機１１と燃焼器（ガスタービン燃焼器）１２とタービン１３と排気室１４により構成され、このタービン１３に図示しない発電機が連結されている。この圧縮機１１は、空気を取り込む空気取入口１５を有し、圧縮機車室１６内に複数の静翼１７と動翼１８が交互に配設されてなり、その外側に抽気マニホールド１９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、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１３は、タービン車室２０内に複数の静翼２１と動翼２２が交互に配設されている。排気室１４は、タービン１３に連続する排気ディフューザ２３を有している。また、圧縮機１１、燃焼器１２、タービン１３、排気室１４の中心部を貫通するようにロータ（タービン軸）２４が位置しており、圧縮機１１側の端部が軸受部２５により回転自在に支持される一方、排気室１４側の端部が軸受部２６により回転自在に支持されている。そして、このロータ２４に複数のディスクプレートが固定され、各動翼１８，２２が連結されると共に、排気室１４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。
【００３３】
従って、圧縮機１１の空気取入口１５から取り込まれた空気が、複数の静翼２１と動翼２２を通過して圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となり、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ることで燃焼する。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２１と動翼２２を通過することでロータ２４を駆動回転し、このロータ２４に連結された発電機を駆動する一方、排気ガスは排気室１４の排気ディフューザ２３で静圧に変換されてから大気に放出される。
【００３４】
上述した燃焼器１２において、図４に示すように、燃焼器外筒３１に燃焼器内筒３２が支持され、この燃焼器内筒３２の先端部に燃焼器尾筒３３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３２内には、その中心部にパイロットノズル３４が配設されると共に、燃焼器内筒３２の内周面に周方向に沿ってパイロットノズル３４を取り囲むように複数の予混合ノズル３５が配設されており、パイロットノズル３４の先端部にはパイロットコーン３６が装着されている。
【００３５】
詳細に説明すると、図１に示すように、燃焼器内筒３２は、先端部、つまり、混合気の流れ方向における下流端部の外周面に燃焼器尾筒３３の基端部、つまり、混合気の流れ方向における上流端部の内周面が連結部材３７を介して連結されている。そして、この燃焼器内筒３２の内周側には、所定の空気流路３８を介して複数の予混合ノズル３５が配設され、その中心部にパイロットノズル３４が配設されている。そして、パイロットノズル３４内にパイロット燃料棒３９が配置され、各予混合ノズル３５内にメイン燃料棒４０が配置されており、パイロット燃料棒３９及びメイン燃料棒４０は、基端部に図示しない燃料供給装置からの燃料が供給され、先端部から燃料を噴射することができる。また、パイロットノズル３４内にはパイロットスワールベーン４１が配置されると共に、各予混合ノズル３５内には予混合スワールベーン４２が配置されている。
【００３６】
そして、本実施例では、燃焼器内筒３２の先端部にガス通路断面積が縮小する曲面形状をなす絞り部４３が設けられている。この絞り部４３は、予混合ノズル３５の先端部よりもガス流れ方向における下流側に設けられており、燃焼器内筒３２内を流れるガスの旋回流軌跡に沿った形状に形成されている。また、予混合ノズル３５の先端部にこの絞り部４３に沿って略平行をなす屈曲部４４が設けられている。
【００３７】
この絞り部４３における旋回流軌跡形状について説明する。図２−１及び図２−２に示すように、燃焼器内筒３２の中心から絞り部４３における最小内径位置までの径をＲ１、予混合ノズル３５の先端から燃焼器内筒３２の先端までの距離をＬ１、混合ノズル３５の屈曲部４４の先端角度をθ、予混合スワールベーン４２のスワラ角度をαとすると、下記数式（１）（２）（３）が成り立つ。
【数１】
2007147125.tif 000003
従って、下記数式（４）（５）（６）を満たす旋回流軌跡形状を得ることができる。
【数２】
2007147125.tif 000004
【００３８】
即ち、予混合ノズル３５では、予混合スワールベーン４２により空気の旋回流が生成され、この空気の旋回流に対してメイン燃料棒４０から燃料が噴射されることで混合され、予混合気として燃焼器内筒３２に流れ込む。このとき、絞り部４３の形状を予混合気の旋回流が自然に外側へ広がっていく旋回流軌跡形状とすることで、燃焼器内筒３２の内壁面に沿った予混合気の流速が低下することなく、また、剥離することなくスムースに燃焼器尾筒３３に流すことができる。
【００３９】
従って、図１に示すように、高温・高圧の圧縮空気の空気流が燃焼器１２に流れこむと、各予混合ノズル３５内では、この空気流がメイン燃料棒４０から噴射された燃料と混合され、予混合気の旋回流となって燃焼器内筒３２内に流れ込む。このとき、予混合ノズル３５から燃焼器内筒３２に流れ込む予混合気は、曲面形状をなす絞り部４３によりその流速が増加するため、この燃焼器内筒３２から燃焼器尾筒３３にスムースに流れ込むこととなり、予混合気の低流速域または剥離域の発生を抑制することができる。
【００４０】
一方、パイロットノズル３４内では、圧縮空気の空気流がパイロット燃料棒３９から噴射された燃料と混合され、この混合気は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内筒３２内に噴出する。そして、燃焼ガスの一部が燃焼器内筒３２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、各予混合ノズル３５から燃焼器内筒３２、燃焼器尾筒３３に流れ込んだ予混合気に着火されて燃焼する。
【００４１】
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３２の先端部に燃焼器尾筒３３を連結し、この燃焼器内筒３２の中心部にパイロットノズル３４を配設すると共に、内周面に周方向に沿ってパイロットノズル３４を取り囲むように複数の予混合ノズル３５を配設して構成し、燃焼器内筒３２の先端部にガス通路断面積が縮小する曲面形状をなす絞り部４３を設けている。
【００４２】
従って、予混合ノズル３５から燃焼器内筒３２に噴出された予混合気は、曲面形状をなす絞り部４３によりその流速が増加するため、この燃焼器内筒３２から燃焼器尾筒３３にスムースに流れ込むこととなり、予混合気の低流速域または剥離域の発生を抑制し、燃焼器内筒３２から燃焼器尾筒３３へ流れる予混合気の燃焼器壁面近傍流速を増加させることで、所謂、フラッシュバックの発生を抑制することができる。
【００４３】
また、実施例１のガスタービン燃焼器では、絞り部４３を予混合ノズル３５の先端部よりもガス流れ方向における下流側に設けており、予混合ノズル３５から燃焼器内筒３２に噴出された予混合気の流速を絞り部４３により確実に増加させることができ、増速した予混合気をスムースに燃焼器尾筒３２に流し込むことができる。そして、予混合ノズル３５の先端部に絞り部４３に沿った屈曲部４４を設けており、燃焼器内筒３２と予混合ノズル３５の間の空気流路３８を流れる空気が予混合ノズル３５から噴出された予混合気とスムースに合流して絞り部４３で増速されることとなり、燃焼器内筒３２と燃焼器尾筒３３との連結部での予混合気の低流速域または剥離域の発生を確実に抑制することができる。
【００４４】
更に、実施例１のガスタービン燃焼器では、絞り部４３を、燃焼器内筒内３２を流れるガスの旋回流軌跡に沿った形状に形成している。従って、予混合ノズル３５にて、予混合スワールベーン４２により空気の旋回流が生成され、この空気の旋回流に対してメイン燃料棒４０から燃料が噴射されて混合され、予混合気として燃焼器内筒３２に流れ込むとき、絞り部４３の形状を予混合気の旋回流が自然に外側へ広がっていく旋回流軌跡形状とすることで、燃焼器内筒３２の内壁面に沿った予混合気の流速が低下することなく、また、剥離することなくスムースに燃焼器尾筒３３に流すことができる。
【実施例２】
【００４５】
図５は、本発明の実施例２に係るガスタービン燃焼器を表す要部概略図である。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。
【００４６】
実施例２のガスタービン燃焼器において、図５に示すように、燃焼器内筒３２の先端部に燃焼器尾筒３３が連結され、この燃焼器内筒３２内の中心部にパイロットノズル３４が配設されると共に、燃焼器内筒３２の内周面に周方向に沿ってパイロットノズル３４を取り囲むように複数の予混合ノズル３５が配設されており、燃焼器内筒３２と複数の予混合ノズル３５の間に空気流路３８が設けられている。そして、パイロットノズル３４内にパイロット燃料棒３９が配置され、各予混合ノズル３５内にメイン燃料棒４０が配置されると共に、パイロットノズル３４内にパイロットスワールベーン４１が配置され、各予混合ノズル３５内に予混合スワールベーン４２が配置されている。
【００４７】
そして、本実施例では、燃焼器内筒３２の先端部に、ガス通路断面積が縮小する旋回流軌跡形状をなす絞り部４３が設けられると共に、この絞り部４３からガス通路断面積が拡大して燃焼器尾筒３３の内壁面に滑らかに連続する平面部４５が設けられている。また、予混合ノズル３５の先端部にこの絞り部４３に沿って略平行をなす屈曲部４４が設けられている。
【００４８】
この絞り部４３及び平面部４５の形状において、燃焼器内筒３２の内径Ｄに対する絞り部４３の内径ｄの比率を０．８以上で１．０未満、つまり、０．８≦ｄ／Ｄ＜１．０に設定することが望ましく、０．８≦ｄ／Ｄ＜０．９に設定することが最適である。また、予混合ノズル３５の先端から燃焼器内筒３２の先端までの長さＸに対する予混合ノズル３５の先端から絞り部４３における最小内径位置までの長さｘの比率を０．０５以上０．３以下、つまり、０．０５≦ｘ／Ｘ≦０．３に設定することが望ましく、ｘ／Ｘ＝０．２に設定することが最適である。
【００４９】
従って、高温・高圧の圧縮空気の空気流が燃焼器１２に流れこむと、各予混合ノズル３５内では、この空気流がメイン燃料棒４０から噴射された燃料と混合され、予混合気の旋回流となって燃焼器内筒３２内に流れ込む。このとき、予混合ノズル３５から燃焼器内筒３２に流れ込む予混合気は、曲面形状をなす絞り部４３によりその流速が増加した後、平面部４５によりスムースに拡散するため、この燃焼器内筒３２から燃焼器尾筒３３に滑らかに流れ込むこととなり、予混合気の低流速域または剥離域の発生を抑制することができる。
【００５０】
一方、パイロットノズル３４内では、圧縮空気の空気流がパイロット燃料棒３９から噴射された燃料と混合され、この混合気は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内筒３２内に噴出する。そして、燃焼ガスの一部が燃焼器内筒３２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、各予混合ノズル３５から燃焼器内筒３２、燃焼器尾筒３３に流れ込んだ予混合気に着火されて燃焼する。
【００５１】
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３２の先端部に燃焼器尾筒３３を連結し、この燃焼器内筒３２の中心部にパイロットノズル３４を配設すると共に、内周面に周方向に沿ってパイロットノズル３４を取り囲むように複数の予混合ノズル３５を配設して構成し、燃焼器内筒３２の先端部にガス通路断面積が縮小する曲面形状をなす絞り部４３を設けると共に、この絞り部４３からガス通路断面積が拡大して燃焼器尾筒３３の内壁面に滑らかに連続する平面部４５を設けている。
【００５２】
従って、予混合ノズル３５から燃焼器内筒３２に噴出された予混合気は、曲面形状をなす絞り部４３によりその流速が増加し、且つ、平面部４５に沿って流動するため、この燃焼器内筒３２から燃焼器尾筒３３にスムースに流れ込むこととなり、予混合気の低流速域または剥離域の発生を抑制し、燃焼器内筒３２から燃焼器尾筒３３へ流れる予混合気の燃焼器壁面近傍流速を増加させることで、所謂、フラッシュバックの発生を抑制することができる。
【００５３】
また、実施例２のガスタービン燃焼器では、絞り部４３及び平面部４５の形状にて、燃焼器内筒３２の内径Ｄに対する絞り部４３の内径ｄの比率を０．８以上で１．０未満に設定すると共に、予混合ノズル３５の先端から燃焼器内筒３２の先端までの長さＸに対する予混合ノズル３５の先端から絞り部４３における最小内径位置までの長さｘの比率を０．０５以上０．３以下に設定している。従って、絞り部４３の大きさと位置を適正値に設定することで、予混合気の低流速域または剥離域の発生を抑制し、フラッシュバックの発生を確実に抑制することができる。
【００５４】
なお、上述した実施例１、２では、燃焼器内筒３２の先端部に絞り部４３を設けたり、燃焼器内筒３２の先端部に絞り部４３及び平面部４５を設けたが、この燃焼器内筒３２を外筒と内筒とから形成すると共に、絞り部４３や平面部４５を有する出口外側リングを形成し、この出口外側リングの基端部を内筒の先端部に溶接などにより固定すると共に先端部を外筒の先端部に溶接などにより固定するようにしてもよい。
【実施例３】
【００５５】
図６は、本発明の実施例３に係るガスタービン燃焼器における予混合ノズル先端部で破断した要部断面図である。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。
【００５６】
実施例３のガスタービン燃焼器において、図６に示すように、燃焼器内筒３２内の中心部にパイロットノズル（図示略）が配設されると共に、燃焼器内筒３２の内周面に周方向に沿ってパイロットノズルを取り囲むように複数の予混合ノズル３５が配設されており、各予混合ノズル３５内にメイン燃料棒４０が配置されると共に、予混合スワールベーン４２が配置されている。そして、燃焼器内筒３２の内周面に、各予混合ノズルの外周面に沿ったガイド部５１を装着することで、各予混合ノズル３５の外周面とこのガイド部５１との間に、この各予混合ノズル３５の周方向に沿ってほぼ均一な幅Ｗを有する空気流路３８が設けられている。なお、このガイド部５１の装着位置は、各予混合ノズル３５における長手方向全域に設けることが望ましいが、空気流が空気流路３８から燃焼器内筒３２に噴出する位置、つまり、燃焼器内筒３２の先端部だけに設けてもよい。
【００５７】
従って、高温・高圧の圧縮空気の空気流が燃焼器１２に流れこむと、各予混合ノズル３５内では、この空気流がメイン燃料棒４０から噴射された燃料と混合され、予混合気の旋回流となって燃焼器内筒３２内に流れ込む。このとき、空気流路３８を流れる空気流がガイド部５１により増速されて燃焼器内筒３２の内壁面に沿って流れ込むことで、予混合ノズル３５から燃焼器内筒３２に流れ込む予混合気の低速化や剥離が阻止される。そして、この予混合気は、パイロットノズルからの燃焼ガスにより着火されて燃焼する。
【００５８】
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３２の中心部にパイロットノズルを配設すると共に、内周面に周方向に沿ってパイロットノズルを取り囲むように複数の予混合ノズル３５を配設して構成し、燃焼器内筒３２の内周面に複数の予混合ノズル３５の外周面と周方向に沿ってほぼ均一な幅を有する空気流路３８を形成するガイド部５１を設けている。
【００５９】
従って、予混合ノズル３５から予混合気の旋回流が燃焼器内筒３２内に噴出される一方、空気流路３８を流れる空気流がガイド部５１により増速されて燃焼器内筒３２の内壁面に沿って流れ込むことで、予混合気は増速された空気流とスムースに合流して燃焼器内筒３２から燃焼器尾筒３３に流れ込むこととなり、予混合気の低流速域または剥離域の発生を抑制し、燃焼器内筒３２から燃焼器尾筒３３へ流れる予混合気の燃焼器壁面近傍流速を増加させることで、所謂、フラッシュバックの発生を抑制することができる。
【実施例４】
【００６０】
図７は、本発明の実施例４に係るガスタービン燃焼器を表す要部概略図である。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。
【００６１】
実施例４のガスタービン燃焼器において、図７に示すように、燃焼器内筒３２の先端部に燃焼器尾筒３３が連結され、この燃焼器内筒３２内の中心部にパイロットノズル３４が配設されると共に、このパイロットノズル３４を取り囲むように複数の予混合ノズル３５が配設されている。そして、パイロットノズル３４内にパイロット燃料棒３９が配置され、各予混合ノズル３５内にメイン燃料棒４０が配置されると共に、パイロットノズル３４内にパイロットスワールベーン４１が配置され、各予混合ノズル３５内に予混合スワールベーン４２が配置されている。
【００６２】
そして、本実施例では、燃焼器内筒３２の先端部にガス通路断面積が縮小する旋回流軌跡形状をなす絞り部４３が設けられると共に、この絞り部４３からガス通路断面積が拡大して燃焼器尾筒３３の内壁面に滑らかに連続する平面部４５が設けられている。また、予混合ノズル３５の先端部にこの絞り部４３に沿って略平行をなす屈曲部４４が設けられている。更に、燃焼器内筒３２の先端部に外部からこの先端部の内周面に空気を流入する空気流入孔６１が設けられている。
【００６３】
従って、高温・高圧の圧縮空気の空気流が燃焼器１２に流れこむと、各予混合ノズル３５内では、この空気流がメイン燃料棒４０から噴射された燃料と混合され、予混合気の旋回流となって燃焼器内筒３２内に流れ込む。そして、予混合ノズル３５から燃焼器内筒３２に流れ込む予混合気は、絞り部４３によりその流速が増加されて平面部４５に沿って燃焼器尾筒３３側に流れ込む。このとき、燃焼器内筒３２の内外の圧力差により外部の空気が空気流入孔６１を通して内筒３２の先端部の内周面に吸入されるため、この先端部の内壁面に沿って流入した空気により燃焼器内筒３２から燃焼器尾筒３３に流れる予混合気の壁面近傍の流速が増速され、予混合気の低流速域または剥離域の発生を抑制することができる。
【００６４】
一方、パイロットノズル３４内では、圧縮空気の空気流がパイロット燃料棒３９から噴射された燃料と混合され、この混合気は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内筒３２内に噴出する。そして、燃焼ガスの一部が燃焼器内筒３２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、各予混合ノズル３５から燃焼器内筒３２、燃焼器尾筒３３に流れ込んだ予混合気に着火されて燃焼する。
【００６５】
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３２の先端部に燃焼器尾筒３３を連結し、この燃焼器内筒３２の中心部にパイロットノズル３４を配設すると共に、内周面に周方向に沿ってパイロットノズル３４を取り囲むように複数の予混合ノズル３５を配設して構成し、燃焼器内筒３２の先端部にガス通路断面積が縮小する曲面形状をなす絞り部４３を設けると共に、この絞り部４３からガス通路断面積が拡大して燃焼器尾筒３３の内壁面に滑らかに連続する平面部４５を設け、また、燃焼器内筒３２の先端部に外部からこの先端部の内周面に空気を流入する空気流入孔６１を設けている。
【００６６】
従って、予混合ノズル３５から燃焼器内筒３２に噴出された予混合気は、曲面形状をなす絞り部４３によりその流速が増加し、且つ、平面部４５に沿って流動し、また、外部空気が空気流入孔６１から燃焼器内筒３２の先端部の内周面に流入してこの予混合気の壁面近傍の流速を増速するため、この燃焼器内筒３２から燃焼器尾筒３３にスムースに流れ込むこととなり、予混合気の低流速域または剥離域の発生を抑制し、燃焼器内筒３２から燃焼器尾筒３３へ流れる予混合気の燃焼器壁面近傍流速を増加させることで、所謂、フラッシュバックの発生を抑制することができる。
【実施例５】
【００６７】
図８は、本発明の実施例５に係るガスタービン燃焼器を表す要部概略図である。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。
【００６８】
実施例５のガスタービン燃焼器において、図８に示すように、燃焼器内筒３２の先端部に燃焼器尾筒３３が連結され、この燃焼器内筒３２内の中心部にパイロットノズル３４が配設されると共に、燃焼器内筒３２の内周面に周方向に沿ってパイロットノズル３４を取り囲むように複数の予混合ノズル３５が配設されており、燃焼器内筒３２と複数の予混合ノズル３５の間に空気流路３８が設けられている。そして、パイロットノズル３４内にパイロット燃料棒３９が配置され、各予混合ノズル３５内にメイン燃料棒４０が配置されると共に、パイロットノズル３４内にパイロットスワールベーン４１が配置され、各予混合ノズル３５内に予混合スワールベーン４２が配置されている。そして、本実施例では、燃焼器内筒３２の先端部に、ガス通路断面積が拡大する旋回流軌跡形状をなす湾曲部７１が設けられている。
【００６９】
即ち、予混合ノズル３５では、予混合スワールベーン４２により空気の旋回流が生成され、この空気の旋回流に対してメイン燃料棒４０から燃料が噴射されることで混合され、予混合気として燃焼器内筒３２に流れ込む。このとき、湾曲部７１の形状を予混合気の旋回流が自然に外側へ広がっていく旋回流軌跡形状とすることで、燃焼器内筒３２の内壁面に沿った予混合気の流速が低下することなく、また、剥離することなくスムースに燃焼器尾筒３３に流すことができる。
【００７０】
従って、高温・高圧の圧縮空気の空気流が燃焼器１２に流れこむと、各予混合ノズル３５内では、この空気流がメイン燃料棒４０から噴射された燃料と混合され、予混合気の旋回流となって燃焼器内筒３２内に流れ込む。このとき、予混合ノズル３５から燃焼器内筒３２に流れ込む予混合気は、旋回流軌跡形状をなす湾曲部７１によりスムースに拡散するため、この燃焼器内筒３２から燃焼器尾筒３３に滑らかに流れ込むこととなり、予混合気の低流速域または剥離域の発生を抑制することができる。
【００７１】
一方、パイロットノズル３４内では、圧縮空気の空気流がパイロット燃料棒３９から噴射された燃料と混合され、この混合気は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内筒３２内に噴出する。そして、燃焼ガスの一部が燃焼器内筒３２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、各予混合ノズル３５から燃焼器内筒３２、燃焼器尾筒３３に流れ込んだ予混合気に着火されて燃焼する。
【００７２】
このように実施例５のガスタービン燃焼器にあっては、燃焼器内筒３２の先端部に燃焼器尾筒３３を連結し、この燃焼器内筒３２の中心部にパイロットノズル３４を配設すると共に、内周面に周方向に沿ってパイロットノズル３４を取り囲むように複数の予混合ノズル３５を配設して構成し、燃焼器内筒３２の先端部にガス通路断面積が拡大する旋回流軌跡形状をなす湾曲部７１を設けている。
【００７３】
従って、予混合ノズル３５から燃焼器内筒３２に噴出された予混合気は、旋回流軌跡形状をなす湾曲部７１に沿って拡散して流動するため、この燃焼器内筒３２から燃焼器尾筒３３にスムースに流れ込むこととなり、予混合気の低流速域または剥離域の発生を抑制し、燃焼器内筒３２から燃焼器尾筒３３へ流れる予混合気の燃焼器壁面近傍流速を増加させることで、所謂、フラッシュバックの発生を抑制することができる。
【実施例６】
【００７４】
図９は、本発明の実施例６に係るガスタービン燃焼器を表す要部概略図である。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。
【００７５】
実施例６のガスタービン燃焼器において、図９に示すように、燃焼器内筒３２の先端部に燃焼器尾筒３３が連結され、この燃焼器内筒３２内の中心部にパイロットノズル３４が配設されると共に、燃焼器内筒３２の内周面に周方向に沿ってパイロットノズル３４を取り囲むように複数の予混合ノズル３５が配設されており、燃焼器内筒３２と複数の予混合ノズル３５の間に空気流路３８が設けられている。そして、パイロットノズル３４内にパイロット燃料棒３９が配置され、各予混合ノズル３５内にメイン燃料棒４０が配置されると共に、パイロットノズル３４内にパイロットスワールベーン４１が配置され、各予混合ノズル３５内に予混合スワールベーン４２が配置されている。そして、本実施例では、燃焼器内筒３２の先端部に、ガス通路断面積が拡大する旋回流軌跡形状をなす湾曲部７１が設けられると共に、この湾曲部７１から燃焼器尾筒３３の内壁面に滑らかに連続する平面部７２が設けられている。
【００７６】
即ち、予混合ノズル３５では、予混合スワールベーン４２により空気の旋回流が生成され、この空気の旋回流に対してメイン燃料棒４０から燃料が噴射されることで混合され、予混合気として燃焼器内筒３２に流れ込む。このとき、湾曲部７１の形状を予混合気の旋回流が自然に外側へ広がっていく旋回流軌跡形状とし、この湾曲部７１に続く平面部７２を設けることで、燃焼器内筒３２の内壁面に沿った予混合気の流速が低下することなく、また、剥離することなくスムースに燃焼器尾筒３３に流すことができる。
【００７７】
従って、高温・高圧の圧縮空気の空気流が燃焼器１２に流れこむと、各予混合ノズル３５内では、この空気流がメイン燃料棒４０から噴射された燃料と混合され、予混合気の旋回流となって燃焼器内筒３２内に流れ込む。このとき、予混合ノズル３５から燃焼器内筒３２に流れ込む予混合気は、旋回流軌跡形状をなす湾曲部７１によりスムースに拡散し、且つ、平面部７２に沿ってスムースに流動するため、予混合気の低流速域または剥離域の発生を抑制することができる。
【００７８】
一方、パイロットノズル３４内では、圧縮空気の空気流がパイロット燃料棒３９から噴射された燃料と混合され、この混合気は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内筒３２内に噴出する。そして、燃焼ガスの一部が燃焼器内筒３２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、各予混合ノズル３５から燃焼器内筒３２、燃焼器尾筒３３に流れ込んだ予混合気に着火されて燃焼する。
【００７９】
このように実施例６のガスタービン燃焼器にあっては、燃焼器内筒３２の先端部に燃焼器尾筒３３を連結し、この燃焼器内筒３２の中心部にパイロットノズル３４を配設すると共に、内周面に周方向に沿ってパイロットノズル３４を取り囲むように複数の予混合ノズル３５を配設して構成し、燃焼器内筒３２の先端部にガス通路断面積が拡大する旋回流軌跡形状をなす湾曲部７１を設けると共に、湾曲部７１に連続する平面部７２を設けている。
【００８０】
従って、予混合ノズル３５から燃焼器内筒３２に噴出された予混合気は、旋回流軌跡形状をなす湾曲部７１に沿って拡散して平面部７２に沿って流動するため、この燃焼器内筒３２から燃焼器尾筒３３にスムースに流れ込むこととなり、予混合気の低流速域または剥離域の発生を抑制し、燃焼器内筒３２から燃焼器尾筒３３へ流れる予混合気の燃焼器壁面近傍流速を増加させることで、所謂、フラッシュバックの発生を抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明に係るガスタービン燃焼器は、燃焼器内筒から燃焼器尾筒へ流れる予混合気の燃焼器壁面近傍流速を増加させることでフラッシュバックの発生を抑制可能とするものであり、いずれの種類のガスタービンにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の実施例１に係るガスタービン燃焼器を表す要部概略図である。
【図２−１】実施例１のガスタービン燃焼器における絞り部の旋回流軌跡形状の説明図である。
【図２−２】実施例１のガスタービン燃焼器における予混合スワールベーンの説明図である。
【図３】実施例１のガスタービンの概略構成図である。
【図４】実施例１のガスタービン燃焼器の概略構成図である。
【図５】本発明の実施例２に係るガスタービン燃焼器を表す要部概略図である。
【図６】本発明の実施例３に係るガスタービン燃焼器における予混合ノズル先端部で破断した要部断面図である。
【図７】本発明の実施例４に係るガスタービン燃焼器を表す要部概略図である。
【図８】本発明の実施例５に係るガスタービン燃焼器を表す要部概略図である。
【図９】本発明の実施例６に係るガスタービン燃焼器を表す要部概略図である。
【図１０】従来のガスタービン燃焼器を表す要部概略図である。
【符号の説明】
【００８３】
１１  圧縮機
１２  燃焼器
１３  タービン
１４  排気室
３２  燃焼器内筒
３３  燃焼器尾筒
３４  パイロットノズル
３５  予混合ノズル
３８  空気流路
３９  パイロット燃料棒
４０  メイン燃料棒
４１  パイロットスワールベーン
４２  予混合スワールベーン
４３  絞り部
４４  屈曲部
４５  平面部
５１  ガイド部
６１  空気流入孔
７１  湾曲部
７２  平面部
【図１】
2007147125.tif 000005
【図２−１】
2007147125.tif 000006
【図２−２】
2007147125.tif 000007
【図３】
2007147125.tif 000008
【図４】
2007147125.tif 000009
【図５】
2007147125.tif 000010
【図６】
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【図７】
2007147125.tif 000012
【図８】
2007147125.tif 000013
【図９】
2007147125.tif 000014
【図１０】
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