(57)【要約】【課題】本発明は、各燃焼器に設置される燃料ノズルの微粒化性能を損なうことなく、各燃料ノズルから噴出する燃料流量を均一にすることを目的とする。【解決手段】上記課題を解決するために、本発明はメイン燃料を噴出するメイン噴孔を燃料ノズルの軸線部に対し平行な環状流路であって、環状流路の流路断面積が変化しない直線部を有する構造としたことを特徴とする。【効果】本発明に依れば、各燃焼器に設置される燃料ノズルの微粒化性能を損なうことなく、燃料流量偏差を抑制することが可能となり、信頼性の高い燃料ノズルを提供することが可能である。【選択図】図１
2007155170.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メイン燃料を噴出するためのメイン噴孔流路を形成するノズルキャップと、該ノズルキャップの内部に収納され、メイン燃料に旋回を付与するためのメイン旋回器及びパイロット燃料を噴出するためのパイロット噴孔を有し、前記ノズルキャップ内周壁との環状流路でメイン噴孔を形成するノズルチップと、該ノズルチップ内に収納されパイロット燃料に旋回を付与するためのパイロット旋回器を有するパイロットチップからなるガスタービン燃焼器の燃料ノズルにおいて、
メイン燃料を噴出する前記メイン噴孔を燃料ノズルの軸線部に対し平行な環状流路であって、該環状流路の流路断面積が変化しない直線部を有する構造としたことを特徴とするガスタービン燃焼器の燃料ノズル。
【請求項２】
請求項１に記載のガスタービン燃焼器の燃料ノズルにおいて、
前記メイン燃料に旋回を付与する手段として、前記燃料ノズルには前記メイン噴孔の上流に位置し、メイン燃料の旋回を促進させる旋回室を有する構造であって、該旋回室の上流に位置する前記メイン旋回器は前記旋回室の接線方向に複数の旋回流路を有する構成としたことを特徴とするガスタービン燃焼器の燃料ノズル。
【請求項３】
請求項１に記載のガスタービン燃焼器の燃料ノズルにおいて、
前記メイン噴孔は燃料ノズルの軸線部に対し平行であって、流路断面積が変化しない直線部を有する環状流路とし、前記メイン燃料に旋回を付与する旋回器には該旋回室の接線方向に複数の旋回流路を有する構成としたことを特徴とするガスタービン燃焼器の燃料ノズル。
【請求項４】
請求項１に記載のガスタービン燃焼器の燃料ノズルにおいて、
前記パイロット噴孔の噴孔端の軸方向位置を前記メイン噴孔の噴孔端位置と同等、若しくは下流側に位置したことを特徴とするガスタービン燃焼器の燃料ノズル。
【請求項５】
請求項２に記載のガスタービン燃焼器の燃料ノズルにおいて、
前記燃料ノズルには、前記旋回流路の上流側に位置し、複数の該旋回流路に液体燃料を分配するための環状空間を有する構造で、該環状空間の上流には前記環状空間に液体燃料を供給するためのメイン燃料供給孔が旋回流路と同数有する構造であって、該メイン燃料供給孔と前記旋回流路の入口端との相対位置を周方向に所望の角度だけ異ならしめる位置に前記旋回流路を形成したことを特徴とするガスタービン燃焼器の燃料ノズル。
【請求項６】
メイン燃料を噴出するためのメイン噴孔流路を形成するノズルキャップと、該ノズルキャップの内部に収納され、メイン燃料に旋回を付与するためのメイン旋回器及びパイロット燃料を噴出するためのパイロット噴孔を有し、前記ノズルキャップ内周壁との環状流路でメイン噴出孔を形成するノズルチップと、該ノズルチップ内に収納されパイロット燃料に旋回を付与するためのパイロット旋回器を有するパイロットチップからなる燃料ノズルにおいて、
メイン燃料を噴出する該メイン噴出孔を燃料ノズルの軸線部に対し平行な環状流路で、且つ、流路断面積が変化しない直線部を有する構造としたことを特徴とする燃料ノズル。
【請求項７】
メイン燃料を噴出するためのメイン噴孔流路を形成するノズルキャップと、該ノズルキャップの内部に収納され、メイン燃料に旋回を付与するためのメイン旋回器及びパイロット燃料を噴出するためのパイロット噴孔を有し、前記ノズルキャップ内周壁との環状流路でメイン噴孔を形成するノズルチップと、該ノズルチップ内に収納されパイロット燃料に旋回を付与するためのパイロット旋回器を有するパイロットチップからなるガスタービン燃焼器において、
メイン燃料を噴出する前記メイン噴孔を燃料ノズルの軸線部に対し平行な環状流路であって、該環状流路の流路断面積が変化しない直線部を有する構造としたことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項８】
メイン燃料及びパイロット燃料の流路を有するノズルボディと、該ノズルボディを内部に納めたノズルキャップと、該ノズルボディと該ノズルキャップとを夫々に設けられた取り付けねじによって固定され、該ノズルボディから供給されたメイン燃料とパイロット燃料を前記ノズルキャップの噴孔から噴出するガスタービン燃焼器の改造方法であって、
前記ノズルキャップを取り外す第１の工程と、
パイロット燃料に旋回を付与するためのパイロット旋回器を有するパイロットチップを取り付ける第２の工程と、
メイン燃料に旋回を付与するためのメイン旋回器及びパイロット燃料を噴出するためのパイロット噴孔を有し、前記ノズルキャップ内周壁との環状流路でメイン噴孔を形成するノズルチップを取り付ける第３の工程と、
メイン燃料を噴出する前記メイン噴孔を燃料ノズルの軸線部に対し平行な環状流路であって、該環状流路の流路断面積が変化しない直線部を有するように形成したノズルキャップを前記ノズルボディに取り付ける第４の工程を備えたことを特徴とするガスタービン燃焼器の改造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ノズル，ガスタービン燃焼器，ガスタービン燃焼器の燃料ノズル及びガスタービン燃焼器の改造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、液体燃料焚きの燃焼器では、液体燃料を燃料ノズルから微粒化させ、小径の燃料液滴群と燃焼空気との混合を促進させて燃焼させる。
【０００３】
液体燃料を微粒化させる燃料ノズルには、液体燃料以外の媒体、例えば、高圧空気などを用い空気のせん断力を利用して微粒化する方式が挙げられる。しかし、本方式では高圧空気を供給するための空気源やそれに付随する補機が必要となるため初期コストが増加するという課題がある。さらに、燃料を微粒化する高圧空気をガスタービンの圧縮機から抽気して用いる場合には、抽気した空気を昇圧する必要があるため、昇圧するための動力が必要となり、ガスタービン全体の効率低下を招く可能性がある。
【０００４】
これに対し、高圧空気などを必要としない燃料ノズルとして、いわゆる一流体方式の燃料ノズルがある。この燃料ノズルは、液体燃料の供給圧力を高くして液体燃料の噴射速度を加速させ微粒化する燃料ノズルである。一流体燃料ノズルを用いると、噴霧空気を供給するための圧縮機やそれに付随する補機が不要となるため初期コストを低減できる。さらには、噴霧空気の供給源となる圧縮機からの抽気空気も不要となりガスタービンの効率を低下させない利点がある。しかし、一流体燃料ノズルは、液体燃料の噴出速度が小さくなる低燃料流量域で微粒化が損なわれる可能性がある。燃焼器の着火条件などの低燃料流量域では微粒化が促進されず、着火の不具合やそれに伴い有色煙の排出量が生じる可能性がある。
【０００５】
そこで、特公平７−６２５２２号公報には、燃料ノズルの軸中心に液体燃料に旋回を付与して噴出させる一次燃料ノズルと、その外周に位置し、一次燃料ノズルと同様に旋回を付与して噴出させる二次燃料ノズルとを有する、デュアルオリフィス型燃料ノズルを開示する。デュアルオリフィス型燃料ノズルの特徴は、着火などの低燃料流量条件においては一次燃料ノズルで燃料を噴出するため、着火などの低燃料流量条件においても液体燃料の供給圧力を確保できる。そのため、微粒化性能を損なうことがない。また、燃料流量が増加する高負荷条件では二次燃料ノズルからも液体燃料を噴出することができるため、燃料供給圧力を過上昇することなく、起動から高負荷条件に亘る広い範囲で微粒化性能に優れた燃料噴霧が可能となる。
【０００６】
【特許文献１】特公平７−６２５２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
通常、中型から大型のガスタービン発電設備に搭載される燃焼器は複数缶で構成されることが多く、それに伴い燃料ノズルも複数設置される。この場合、各燃料ノズルの流量特性、すなわち、燃料供給圧力に対する噴霧燃料流量の関係は均一であることが望まれる。燃料ノズルの流量特性に不均一が生じた場合、各燃焼器から生成される燃焼ガスの温度に偏差が発生するため、燃焼器下流のタービンには温度偏差をもった燃焼ガスが供給されてしまう。そのため、発電効率の低下やタービン翼の短寿命化を招く可能性があるためである。
【０００８】
そこで本発明は、各燃焼器に設置される燃料ノズルの微粒化性能を損なうことなく、各燃料ノズルから噴出する燃料流量を均一にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明はメイン燃料を噴出するメイン噴孔を燃料ノズルの軸線部に対し平行な環状流路であって、環状流路の流路断面積が変化しない直線部を有する構造としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に依れば、各燃焼器に設置される燃料ノズルの微粒化性能を損なうことなく、燃料流量偏差を抑制することが可能となり、信頼性の高い燃料ノズルを提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の内容を説明する前に、先に比較例について説明する。
【００１２】
図６は比較例１における燃料ノズルの概略構造を示したものである。燃料ノズルは、ノズルカバー２０１，二次チップ２０４，一次チップ２０３，ノズルブロック２０２で構成されている。一次チップ２０３には、液体燃料に旋回を付与するための一次旋回器２０５と一次旋回室２１１と一次噴孔２０９が設けられている。
【００１３】
二次チップ２０４には、二次旋回器２０６と二次旋回器２０６に接続され、二次チップ２０４と一次チップ２０３によって構成される環状空間の二次旋回室２１２、さらに、その下流に二次噴孔２１０が設けられている。各ノズルチップには、燃料を供給するための一次，二次燃料流路２０７，２０８が接続されている。
【００１４】
一次燃料流路２０７から供給された液体燃料は、一次旋回器２０５で旋回を与えられ、一次旋回室２１１で旋回し、一次噴孔２０９から釣鐘状（円錐状）の噴霧となって噴出する。従って、一次燃料ノズルは一次燃料流路２０７,一次旋回器２０５,一次旋回室２１１，一次墳孔２０９によって構成される。二次燃料においても、一次燃料同様に、二次旋回器２０６で旋回を与えられ、二次旋回室２１２で旋回し、二次噴孔２１０から噴出する構成になっている。従って、二次燃料ノズルは二次燃料流路２０８，二次旋回器２０６，二次旋回室２１２，二次墳孔２１０によって構成される。
【００１５】
このような燃料ノズルの場合、燃料流量の大部分を噴出するのは二次燃料ノズルである。そして、その流量を支配するのは、二次燃料ノズルの中で最も流路断面積の小さい二次噴孔２１０であり、この断面積の管理が燃料ノズルの流量特性を決定する上で重要となる。
【００１６】
二次噴孔２１０の流路断面積は、二次チップ２０４内部の絞り部２１３と一次チップ
２０３の外周壁面との間隙で構成される環状流路となる。この流路断面積を決定する一次チップ２０３の外周壁は先細りの円錐形状となっており、円錐形状の外表面や内周面の寸法を精度良く管理するのは非常に難しい。また、二次噴孔２１０の流路断面積は、一次チップ２０３，二次チップ２０４の軸方向の相対位置が異なると変化する。
【００１７】
一般に、比較例１のような燃料ノズルは、ノズルカバー２０１の内部にノズルブロック２０２，一次チップ２０３，二次チップ２０４を挿入し、ノズルカバー２０１とノズルボディ２１４に形成した取り付けねじによって固定する。ノズルカバー２０１をノズルボディ２１４に締めこむ際に締め込みトルクは管理されているが、締め込みトルクが変化すると一次チップ２０３，二次チップ２０４の軸方向の相対位置が変化してしまう。そのため、燃料ノズルの流量特性に偏差が生じ、燃料流量が不均一となることが懸念される。
【００１８】
また、図７は、燃料の旋回付与手段の一例であり、比較例２を示す。図７（ａ）は比較例２における燃料ノズルの縦断面図を、図７（ｂ）は図７（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図を、図７（ｃ）は図７（ｂ）のＣ−Ｃ断面図を示したものである。比較例２における燃料ノズルは、ノズルカバー３００，ノズルチップ３０１，ノズルボディ３０２で構成される。図７（ｃ）に示すように、燃料の旋回方向は、燃料ノズルのＢ−Ｂ断面に対して、ノズルチップ３０１に設けられている複数の燃料孔３０６を仰角αだけ燃料の噴出孔方向に傾けて形成する。これにより、燃料孔３０６を通過した燃料３０７には旋回が付与されることとなる。その後、ノズルカバー３００とノズルチップ３０１によって形成される旋回室308で旋回流を形成し噴孔３０５から噴出する。このような比較例２の旋回付与手段の場合、メイン燃料孔３０６を通過した燃料は、周方向の旋回成分に加え、軸流成分も作用した流れを形成することとなる。しかし、図７（ｂ），（ｃ）を見ても分かるとおり、ノズルチップ３０１から燃料を噴出する面に対して燃料孔３０６が傾斜して設けられている。そのため、燃料孔の加工が困難である。また、燃料孔から噴出した燃料は周方向の旋回成分に加え、軸流成分も作用するため、周方向の旋回成分がその分低下する可能性がある。燃料流量が少ない燃焼器の起動時には、特に燃料の周方向の旋回成分を十分に得ることが出来ず、燃料の微粒化が低下する可能性があった。
【実施例１】
【００１９】
以下、本発明を適用したガスタービン燃焼器における燃料ノズルの実施形態について図面を参照し説明する。
【００２０】
実施例１について図１乃至図３を参照しつつ以下に説明する。
【００２１】
図３は、ガスタービンプラントの全体構成を概略的に示す概略構成図である。図３に示すように、ガスタービンプラントは、主として、空気を圧縮して高圧の燃焼用空気を生成する圧縮機１と、この圧縮機１から導入される燃焼空気１３と燃料とを混合して燃焼ガス１４を生成する燃焼器３と、この燃焼器３で生成された燃焼ガス１４が導入されるタービン２とを有する。なお、圧縮機１とタービン２の軸は連結されている。
【００２２】
上記燃焼器３は、燃焼ガスを生成する内筒７と燃料を微粒化するための燃料ノズル９と、燃焼空気１３に旋回を付与する旋回器１０と、燃料に点火する点火栓１１を外筒５とエンドカバー６とで密閉した圧力容器である。内筒７の上流側における軸中心位置には、燃料を噴射する燃料ノズル９が配置され、その周囲に拡散火炎１６を保持するための旋回器１０が設けられており、その外周には内筒キャップ１２が設けられている。ここで、内筒７の内部を流れる燃焼ガス１４に対し、燃料ノズル９が設置された側が上流側であり、タービン２に供給する方向が下流方向（下流側）である。
【００２３】
このような構成により、圧縮機１からの燃焼空気１３は、外筒５と内筒７で構成される環状の空気流路を通って、内筒７の壁や内筒キャップ１２に設けられた燃焼孔や冷却孔、及び旋回器１０から内筒７の内部に導入される。内筒７に供給された空気は燃料と混合し、この混合ガスが内筒７の内部で点火栓１１により点火されて燃焼する。燃焼によって生成した燃焼ガス１４はトランジションピース８を介してタービン２に供給されてタービン２を駆動する。これにより、タービン２に連結された発電機４を駆動して発電する。
【００２４】
燃料供給系統は、燃料タンク１８，移送ポンプ１９，移送圧調整弁２０，高圧ポンプ
２１，圧力調節弁２２，燃料遮断弁２４，流量調節弁２３，流量分配器２６，燃料流量計２５，燃料配管１７を備える。液体燃料は移送ポンプ１９，高圧ポンプ２１によって昇圧され、高圧ポンプ２１のバイパスラインに設置されている圧力調節弁２２で所定の圧力に設定される。昇圧された液体燃料は所定の弁開度に調整された流量調節弁２３，燃料遮断弁２４，燃料流量計２５を通過して流量分配器２６で各燃焼器に分配され、燃料ノズル９に供給される。
【００２５】
図２は、燃料ノズル９の燃料供給系統の詳細を示したものである。本実施例の燃料ノズル９は、着火時などの低燃料流量条件で微粒化性能に優れたパイロット系統と、高負荷条件などの大燃料流量条件で供給圧力を過上昇させることなく燃料を噴出することができるメイン系統とに別れている。メイン流路３５の下流側には、加圧弁２９が設置されており、その上流側の分配管３６でパイロット流路３４と合流して連絡している。さらに、分配管３６の上流には逆止弁２８が設けられ、前述のポンプ，バルブなどからなる燃料供給系統に接続されている。また、分配管３６の他端にはパイロット系統のパージ空気流路３０が連絡し、メイン流路３５の加圧弁２９の下流にはメインパージ空気流路３１が連絡されている。パージ空気流路３０，メインパージ空気流路３１の上流側には、パイロットパージ空気遮断弁３７，メインパージ空気遮断弁３８，圧力調節弁３９，パージ空気圧縮機
２７が設けられている。
【００２６】
このように構成された燃料供給系統，パージ空気供給系統の動作概要について説明する。高圧ポンプ２１から供給される燃料は流量調節弁２３，燃料遮断弁２４を通過した後、流量分配器２６によって各燃焼器に分配され、逆止弁２８を介して分配管３６に導かれる。この逆止弁２８は、燃焼空気や燃焼ガス，パージ空気などがポンプなどの燃料系統補機に逆流することを防止するためのものである。分配管３６に供給された燃料は、パイロット流路３４とメイン流路３５に分配される。ここで、着火条件のような燃料流量の少ない条件では、メイン流路３５の途中に設置されている加圧弁２９に作用する燃料圧力が低いため加圧弁２９を押し開くことができず、パイロット流路３４にのみ燃料が供給される。
【００２７】
その後、昇速、負荷上昇に伴い燃料流量が増加すると加圧弁２９に負荷される燃料圧力が上昇し、加圧弁２９を押し開く。そして、パイロット流路３４に加えメイン流路３５にも燃料が供給される。
【００２８】
次に、ガスタービン停止時における動作概要について説明する。燃料の供給が停止するガスタービン停止時において、燃料ノズル内部に燃料が滞留している場合、燃焼器各部からの熱を受けて、燃料が炭化し燃料ノズル９やその内部で固着するコーキングが発生する可能性がある。この場合、最悪のケースでは燃料噴出孔を閉塞し燃料を噴出できない可能性がある。
【００２９】
そこで、本実施例の液体燃料焚きの燃焼器では、燃料ノズル内部に滞留している燃料を燃焼室などへ排出する目的で、空気などを供給する手段が設けられている。本実施例のパイロット流路３４及びメイン流路３５においても、同様の目的でパージ空気を供給する手段が設けられている。ガスタービン停止後には、パージ空気圧縮機２７から供給されたパージ空気を圧力調節弁３９で所定の圧力に調整し、パイロット，メインパージ空気遮断弁３７，３８を介して燃料ノズルの各流路に供給するように構成されている。
【００３０】
また、本実施例のデュアルオリフィス型の燃料ノズル９では、着火条件のようなメイン流路３５に燃料が供給されない低燃料流量条件においては、メイン流路３５のみにパージ空気を供給することで、パイロットノズルから噴出される燃料の微粒化をメインノズルから噴出するパージ空気で助勢することができる構成となっており、パイロットの微粒化を促進し着火の信頼性を高めることが可能である。
【００３１】
図１は、前述の燃料供給系統を備えた燃料ノズル９において、実施例１におけるデュアルオリフィス型燃料ノズルの先端部詳細構造である。図１（ａ）は燃料ノズルの縦断面図を、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ矢視部の断面図を示したものである。燃料ノズル９はノズルキャップ１００，ノズルチップ１０１，パイロットチップ１０２とノズルボディ１０３を備える。パイロットチップ１０２は、ノズルチップ１０１の内部に収納される。さらに、ノズルチップ１０１はノズルキャップ１００内部に収納され、ノズルボディ103とノズルキャップ１００に形成した取り付けネジで固定する。また、ノズルチップ１０１の外周側には、メイン旋回器１０６を備える。その際、ノズルボディ１０３がノズルチップ１０１との接触面を強固に押し付けることによって、ノズルキャップ１００とノズルチップ１０１を堅持している。
【００３２】
ノズルボディ１０３には、パイロット流路１０５とメイン流路１０４とが設けられており、各流路はそれぞれパイロットチップ１０２及びノズルチップ１０１のパイロット，メイン供給系統に接続されている。パイロットチップ１０２にはパイロットチップ１０２とノズルチップ１０１で構成されるパイロット旋回室１１０が設けられており、その接線方向にパイロット旋回孔１０７が形成されている。パイロット流路１０５から供給されたパイロット燃料３２は、パイロットチップ１０２の外周からパイロット旋回孔１０７に流入し旋回を付与されて、パイロット旋回室１１０内部で旋回させる。そして、パイロット旋回室１１０の壁面に沿って薄い液膜を形成し、パイロット噴孔１０８から微細な液滴となって噴出するように構成されている。
【００３３】
メイン流路１０４から供給されるメイン燃料３３は、ノズルチップ１０１に設けられているメイン燃料供給孔１１２を通過し、ノズルキャップ１００とノズルチップ１０１からなる環状流路１１３を経由してメイン旋回器１０６に流入する。メイン燃料３３はメイン旋回器１０６で旋回を付与されて、ノズルキャップ１００内周壁とノズルチップ１０１外周壁で形成される旋回室１１１で旋回させ、メイン噴孔１０９から噴出する。
【００３４】
ここでパイロット噴孔１０８とは、ノズルキャップ１００の内部に設けられ、パイロット燃料を噴出する機能を有する。また、パイロット噴孔１０８は、ノズルチップ１０１に形成されたパイロット旋回室１１０と、パイロット燃料を燃焼室に噴出するノズルチップ１０１の末端部との間の部分である。次に、メイン噴孔１０９とは、ノズルキャップの内部に設けられ、メイン燃料を噴出する機能を有する。また、メイン噴孔１０９は、メイン旋回器１０６によって旋回成分を与えられたメイン燃料を旋回させる旋回室１１１と、パイロット燃料を燃焼室に噴出するノズルチップ１０１の末端部との間の部分であり、ノズルチップ１０１の外周面とノズルキャップ１００の内周面による環状流路である。なお、旋回室１１１は、メイン旋回器１０６とメイン噴孔１０９とを連絡しており、メイン噴孔１０９から噴出したメイン燃料を旋回させつつ、メイン噴孔１０９に供給する。この旋回室１１１は、ノズルキャップ１００を円錐状にくり抜かれた内周面とノズルチップ１０１の円錐状外周面とによる環状流路を構成する。
【００３５】
ここで、メイン系統，パイロット系統それぞれの役割について説明する。パイロット系統は着火のような低燃料流量条件においても燃料の供給圧力を高くして微粒化を促進させるためのものである。これに対し、メイン系統は燃料流量を多く必要とする高負荷条件においても、燃料の供給圧力を過上昇させることなく噴出させるためのものである。したがって、高負荷条件においては燃料流量の大部分を供給するのはメイン系統となる。
【００３６】
そして、本実施例の燃料ノズルでは、ノズルキャップ１００とノズルチップ１０１で形成されるメイン噴孔１０９を燃料ノズルの軸線部に対し平行な環状流路であり、流路断面積が変化しない直線部を有する構造としたことである。
【００３７】
複数缶の燃焼器で構成されるガスタービン発電装置においては、各燃焼器に供給する燃料流量は均一であることが望まれる。一般には、各燃焼器に燃料を分配する流量分配器
２６は均等に流量を配分できる構造となっている。しかしながら、燃料ノズルの噴出量偏差が大きい場合には、流量分配器２６で均等に分配できる許容量を超えてしまうため、均等に配分できなくなることがある。本実施例のデュアルオリフィス型燃料ノズルでは、前述したように燃料流量の大部分はメイン系統から噴出されるメイン燃料３３である。したがって、設計時のメイン系統の噴出量に対し、実際にメイン系統から噴出する量の偏差は各燃焼器の流量偏差となって表れる。このメイン系統の噴出量を支配するのは、メイン系統の中で最も流路断面積が小さくなるメイン噴孔１０９である。言い換えると、メイン噴孔１０９の断面積はノズルチップ１０１が形成するパイロット流路の最下流部（即ち、パイロット噴孔１０８の端部）におけるメイン流路の断面積である。このメイン噴孔１０９の流路断面積のばらつきを低減することが流量偏差低減にとっては重要となる。
【００３８】
図６に示すような比較例１の燃料ノズルの場合、メイン噴孔に相当する二次噴孔２１０は、二次チップ２０４内部の絞り部２１３と一次チップ２０３の外周壁面との間隙で構成される環状流路となる。この流路断面積を決定する一次チップ２０３の外周壁は先細りの円錐形状となっており、円錐形状の外表面や内周面の寸法を精度良く管理するのは非常に難しくなることが考えられる。また、比較例１のような燃料ノズルでは、ノズルカバー
２０１の内部にノズルブロック２０２，一次チップ２０３，二次チップ２０４を挿入し、ノズルカバー２０１とノズルボディ２１４に形成した取り付けねじによって固定する。ノズルカバー２０１をノズルボディ２１４に締めこむ際に締め込みトルクは管理されている。しかし、締め込みトルクが変化すると、一次チップ２０３，二次チップ２０４の軸方向の相対位置が変化し、二次噴孔２１０の流路断面積が変化することとなり、他の燃料ノズルに対して流量偏差を生じる可能性がある。
【００３９】
本実施例では、メイン噴孔１０９をノズルキャップ１００先端の内周壁１１４とノズルチップ１０１先端の外周壁１１５で構成される直線部を有する環状流路とすることで、噴孔の断面積を決定するノズルキャップ１００，ノズルチップ１０１の加工性が容易になる。さらには、加工精度も向上することができるため、製作誤差による噴孔断面積のばらつきを低減する効果が期待できる。
【００４０】
また、本実施例の燃料ノズルであれば、ノズルボディ１０３にノズルキャップ１００を締めこむ際、締め込みトルクが変化して、ノズルキャップ１００とノズルチップ１０１の軸方向における相対位置が変化してもメイン噴孔１０９の流路断面積には影響を及ぼさない。そのため、燃料ノズルの組立てによる噴孔断面積のばらつきを防止することができる。
【００４１】
次に、本実施例のメイン旋回器１０６は、図３（ｂ）に示すように旋回室１１１の接線方向に燃料流路を形成している。即ち、パイロット流路１０５の軸中心と垂直な平面内でメイン燃料が旋回するように、メイン旋回器１０６を構成する。これにより、メイン旋回器１０６を通過した燃料の流れ方向は、旋回室１１１に沿った周方向の旋回成分のみとすることが出来る。
【００４２】
本実施例のように燃料噴孔が直線部を有する燃料ノズルにおいては、旋回の作用した燃料と噴孔流路の接触距離が長くなる。そのため、管路摩擦によって旋回強度が減衰し、燃料墳孔からの噴霧角度を狭め、微粒化性能が損なわれる可能性がある。特に、図７に示したような比較例２の旋回付与手段では、十分な燃料の旋回強度が得られず、燃料の旋回強度がさらに低下する可能性がある。この場合、燃料液滴が大きくなったり、噴霧角が狭くなったりして燃料と空気の混合が損なわれる可能性もある。そこで、本実施例のように旋回室１１１に沿った周方向の旋回成分のみで燃料を旋回させることで、比較例２に比べ旋回を強化することができる。また、メイン噴孔１０９の流路における直線部（即ち、ノズルキャップ１００先端の内周壁１１４とノズルチップ１０１先端の外周壁１１５）でメイン燃料と管路摩擦を生じても、メイン燃料に十分な旋回強度を維持することが可能となり、微粒化性能を損なうことなく、燃料を噴出することができる。従って、残留炭素を多く含む燃料を用いた場合などでも、燃焼過程に生成される煤粒子を肥大化することが抑制できる。そして、煤塵の排出量を減少させ、有色煙の発生を抑制したり環境規制を満たすことが可能となる。
【００４３】
なお、本実施例に示す燃料ノズルは、既存の燃料ノズルを改造することで本実施例の効果を得ることが可能である。例えば、比較例１のような既存の燃料ノズルにおいて、ノズルカバー２０１を取り外し、更に、内部の二次チップ２０４，一次チップ２０３，ノズルブロック２０２を取り外す。次に、ノズルボディ２１４に対して本実施例のパイロットチップ１０２，ノズルチップ１０１を取り付け、最後にノズルキャップ１００をはめ込むことが可能である。このように、燃料ノズル全体を取りかえなくても、一部の部品を取りかえるのみで、本実施例の効果を得ることが可能である。
【実施例２】
【００４４】
次に、実施例２について図４を参照し説明する。図４は、本実施例の燃料ノズルの縦断面図を示したものである。燃料ノズルを構成する基本部品は実施例１と同様である。本実施例では、パイロット噴孔１０８とメイン噴孔１０９の噴孔端の軸方向の相対位置を同等としている。
【００４５】
実施例１では、パイロット噴孔１０８の噴孔端をメイン噴孔１０９の噴孔端よりも上流側に形成していた。実施例１では、パイロットノズルから噴出される燃料の微粒化を、メインノズルから噴出するパージ空気で助勢する構成となっていたためである。パイロット噴孔１０８の噴孔端をメイン噴孔１０９の噴孔端よりも上流側に形成することで、メインノズルから噴出するパージ空気とパイロットノズルから噴出する燃料との混合を促進することが可能となり、着火条件における微粒化特性を向上することができる。
【００４６】
しかしながら、比較例１や実施例１のように、パイロット噴孔１０８の噴孔端がメイン噴孔１０９の噴孔端よりも上流側に形成されている場合、パイロット，メインの両方に燃料が供給されるような燃料流量の多い高負荷条件では、パイロット噴孔１０８から噴出された液滴群１１６は、メイン噴孔１０９から噴出された液滴群１１７と衝突することが考えられる。
【００４７】
通常、燃料液滴の大きいもの同士が衝突したときには、それぞれの液滴がもつ運動エネルギーが大きいため、衝突によって液滴が破裂し更なる微粒化の効果も期待できる。しかしながら、パイロット噴孔１０８から噴出された液滴の場合、燃料の供給圧力が高いため、液滴の大きさは比較的小さいものであることが予測される。このような液滴がメイン噴孔１０９から噴出された液滴と衝突しても、パイロット側の液滴の運動エネルギーが小さいため衝突によって液滴を破裂することができず、逆に液滴同士が結合し液滴径を肥大化させる可能性がある。特に、メイン側への燃料供給が開始される低負荷条件においては、メイン側の燃料圧力が低い。そのため、メイン単独での微粒化が損なわれることも加味すると、液滴径の肥大化はより一層顕著となることが考えられる。
【００４８】
そこで本実施例では、パイロットとメインの燃料噴出位置を軸方向に同じ位置としている。また、パイロット噴孔１０８の流路が長くなることで管路摩擦による旋回強度の減衰によってパイロット燃料の噴霧角が狭くなる。そのため、パイロットからの液滴群１１６とメインからの液滴群１１７を分離して噴出することが可能となる。したがって、メインとパイロットの液滴の結合を抑制でき、燃料液滴径の肥大化を抑制できるため、排ガス中の煤の排出量を減少することが可能となる。高負荷条件のような燃焼ガス温度が高い場合には、生成された煤粒子が小さいものであれば高温の燃焼ガスによって燃え尽き消滅することが可能となり、排ガス中に含まれる煤の量は減少することが考えられる。しかしながら、本実施例では、低負荷条件でも生成された煤粒子が大きくなることを抑制する。そのため、燃焼ガス温度も低く、煤粒子を消滅させることが困難でも、排ガス中の煤の量が増大することを抑制することが可能である。
【００４９】
また、本実施例では、パイロット噴孔１０８とメイン噴孔１０９の噴孔端の軸方向の相対位置を同等としているが、パイロット噴孔端をメイン噴孔端よりも下流に位置しても同等以上の効果は期待できる。
【実施例３】
【００５０】
次に、実施例３によるガスタービン燃焼器の燃料ノズルについて図５を参照し説明する。図５（ａ）は、本実施例の燃料ノズルの縦断面図を、図５（ｂ）は図５（ａ）のＤ−Ｄ矢視断面図を示したものである。本実施例の基本構成部品も実施例１と同様である。
【００５１】
本実施例では、図５（ｂ）に示す通り、メイン燃料供給孔１１２の設置位置をメイン旋回器１０６の入口部を基準に周方向へ角度βだけ位相を与えて形成した。
【００５２】
例えば、メイン燃料供給孔１１２とメイン旋回器１０６の入口部の相対位置を同位相で形成した場合、メイン系統への燃料流量が少ない低負荷条件では、旋回流路１５０の流路体積に対して燃料の供給量が少なくなるため、燃料の圧力損失が小さくなり旋回流路150に燃料を均等に分配できない可能性があるためである。特に、メイン供給系統へ燃料が供給され始める条件では、メイン燃料供給孔１１２から噴出した燃料がその供給孔に対応した位置の旋回流路１５０に直接流入することになるため、各旋回流路１５０に供給される燃料流量に偏差を生じ、微粒化特性を損なう可能性がある。
【００５３】
そこで本実施例では、メイン燃料供給孔１１２を通過したメイン燃料３３は環状流路
１１３内部に流入し、環状流路１１３で一旦滞留する。その後、メイン旋回器１０６を構成する複数の旋回流路１５０に均等に分配される。この時、メイン燃料供給孔１１２とメイン旋回器１０６の入口部との位相（相対位置）をずらすことで、燃料流量の少ない条件においても、メイン燃料供給孔１１２から噴出されたメイン燃料３３が旋回流路１５０に直接流入することを防止できる。さらには、環状流路１１３内で一旦燃料を滞留することができ、旋回流路１５０に供給される燃料流量の偏差を低減することが可能となり、微粒化特性を損なうことなく燃料を噴出することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
ガスタービン燃焼器のみならず、液体燃料を燃焼する燃料ノズルに広く適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】実施例１の燃料ノズルの先端部詳細断面図である。
【図２】実施例１の燃料ノズル及び燃料供給系統の詳細を表す図である。
【図３】ガスタービン燃焼器の全体構成を表す断面図である。
【図４】実施例２の燃料ノズルの先端部詳細断面図である。
【図５】実施例３の燃料ノズルの先端部詳細断面図である。
【図６】比較例１の燃料ノズルの先端部詳細断面図である。
【図７】比較例２の燃料ノズルの先端部詳細断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１…圧縮機、２…タービン、３…燃焼器、４…発電機、５…外筒、６…エンドカバー、７…内筒、８…トランジションピース、９…燃料ノズル、１０…旋回器、１１…点火栓、１２…内筒キャップ、１３…燃焼空気、１４…燃焼ガス、１６…拡散火炎、１７…燃料配管、１８…燃料タンク、１９…移送ポンプ、２０…移送圧調整弁、２１…高圧ポンプ、
２２，３９…圧力調節弁、２３…流量調節弁、２４…燃料遮断弁、２５…燃料流量計、
２６…流量分配器、２７…パージ空気圧縮機、２８…逆止弁、２９…加圧弁、３０…パージ空気流路、３１…メインパージ空気流路、３２…パイロット燃料、３３…メイン燃料、３４…パイロット流路、３５，１０４…メイン流路、３６…分配管、３７…パイロットパージ空気遮断弁、３８…メインパージ空気遮断弁、１００…ノズルキャップ、１０１…ノズルチップ、１０２…パイロットチップ、１０３，２１４…ノズルボディ、１０５…パイロット流路、１０６…メイン旋回器、１０７…パイロット旋回孔、１０８…パイロット噴孔、１０９…メイン噴孔、１１０…パイロット旋回室、１１１…旋回室、１１２…メイン燃料供給孔、１１３…環状流路、１１４…内周壁、１１５…外周壁、１１６，１１７…液滴群、１５０…旋回流路、２０１…ノズルカバー、２０２…ノズルブロック、２０３…一次チップ、２０４…二次チップ、２１０…二次噴孔、２１３…絞り部。
【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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