(57)【要約】【課題】フラッシュバックを効果的に防止することができるガスタービン燃焼器を提供する。【解決手段】燃料と燃焼用空気とが混合した予混合流体Ａｍが流れる第１流路部５５（Ｒ１）を形成するとともに、第１流路部５５の下流側に、予混合流体Ａｍが燃焼した燃焼流体が流れる第２流路部５５（Ｒ２）を形成する流路形成部３２，３３と、第１流路部５５で予混合流体を旋回させる旋回部５３と、第１流路部５５における予混合流体Ａｍの旋回流れに合流するように流路形成部３２，３３の内壁面に沿ったフィルム状の空気Ａｆを流すフィルム空気供給部１１，５６とを備え、フィルム空気供給部は、第１流路部５５（Ｒ１）において予混合流体Ａｍの旋回流れの方向に対応した旋回方向にフィルム状の空気Ａｆを流す方向調整部６０を有する。【選択図】図５
2013145077.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と燃焼用空気とが混合した予混合流体が流れる第１流路部を形成するとともに、前記第１流路部の下流側に、前記予混合流体が燃焼した燃焼流体が流れる第２流路部を形成する流路形成部と、
前記第１流路部で前記予混合流体を旋回させる旋回部と、
前記第１流路部における前記予混合流体の旋回流れに合流するように前記流路形成部の内壁面に沿ったフィルム状の空気を流すフィルム空気供給部と、を備え、
前記フィルム空気供給部は、前記第１流路部において前記予混合流体の旋回流れの方向に対応した旋回方向に前記フィルム状の空気を流す方向調整部を有する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、
前記方向調整部は、前記予混合流体の旋回流れの方向に前記フィルム状の空気を流す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、
前記流路形成部は、第１筒部と、前記第１筒部の外周面から径方向外側に隙間をあけて配置された第２筒部とを有し、
前記フィルム空気供給部は、前記第１筒部と前記第２筒部との間の径方向隙間から前記第２筒部の内壁面に沿って前記フィルム状の空気を流すことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項４】
請求項３に記載のガスタービン燃焼器において、
前記方向調整部は、前記第１筒部と前記第２筒部との間の径方向隙間に配置された周方向複数の翼部を有することを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項５】
請求項３または４に記載のガスタービン燃焼器において、
前記方向調整部は、前記第２筒部の径方向外側から前記第１筒部と前記第２筒部との間の径方向隙間に空気を導く貫通孔を有し、該貫通孔は、前記予混合流体の旋回方向に対応して斜めに形成されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれか１項に記載のガスタービン燃焼器において、
前記流路形成部は、前記フィルム状の空気の出口側端部における前記第１筒部と前記第２筒部との間の径方向隙間の流路面積と、該径方向隙間よりも径方向内側における前記第１流路部の流路面積との和が、前記フィルム状の空気の出口側端部の下流側における前記第１流路部の流路面積以上となるように、前記第１流路部および前記第２流路部を形成する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、予混合方式のガスタービン燃焼器に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料と圧縮空気とを予め旋回流によって混合してから燃焼させる、予混合方式のガスタービン燃焼器が知られている（例えば特許文献１（図２１）参照）。この種のガスタービン燃焼器は、ＮＯｘの低減等に効果がある反面、メインバーナの逆火（フラッシュバック）を防止することが重要な課題である。この点、特許文献１記載のガスタービン燃焼器では、予混合気の剥離に起因するフラッシュバックの発生を抑制するために、バーナ外筒とその下流の延長管との間の隙間から、延長管の内壁面に沿ってフィルム状の空気（フィルム空気）を流すようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４０７０７５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１記載のガスタービン燃焼器のように、延長管の内壁面に沿ってフィルム空気を流すようにすれば、延長管の内壁面近傍の流速を高めることが可能であり、この領域におけるフラッシュバック発生の可能性を低減できる。しかしながら、単にフィルム空気を流すだけでは、予混合気とフィルム空気との境に、フラッシュバックを生じやすい低速領域が生じるおそれがあり、フラッシュバックを防止する点で改善の余地がある。
【０００５】
本発明の目的は、フラッシュバックを効果的に防止する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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のガスタービン燃焼器の一態様は、燃料と燃焼用空気とが混合した予混合流体が流れる第１流路部を形成するとともに、第１流路部の下流側に、予混合流体が燃焼した燃焼流体が流れる第２流路部を形成する流路形成部と、第１流路部で予混合流体を旋回させる旋回部と、第１流路部における予混合流体の旋回流れに合流するように流路形成部の内壁面に沿ったフィルム状の空気を流すフィルム空気供給部と、を備え、フィルム空気供給部は、予混合流体の旋回流れの方向に対応した旋回方向にフィルム状の空気を流す方向調整部を有することを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、フィルム状の空気が予混合流体の旋回流れに対応した旋回方向に流れるため、フィルム状の空気が予混合流体に合流した後に、フィルム状の空気の流れが乱されることを抑制できる。このため、燃料の濃度が増加する領域において流速は十分に速くなり、予混合領域の下流の燃焼領域からのフラッシュバックを効果的に防止することができる。
【０００８】
本発明の別の態様によるガスタービン燃焼器では、方向調整部が、予混合流体の旋回流れの方向にフィルム状の空気を流す。
【０００９】
この構成によれば、フィルム状の空気が予混合流体の旋回流れの方向に一致した旋回流れとなり、燃焼領域からのフラッシュバックを効果的に防止することができる。
【００１０】
本発明の別の態様によるガスタービン燃焼器では、流路形成部が、第１筒部と、第１筒部の外周面から径方向外側に隙間をあけて配置された第２筒部とを有し、フィルム空気供給部が、第１筒部と第２筒部との間の径方向隙間から第２筒部の内周面に沿ってフィルム状の空気を流す。
【００１１】
この構成によれば、第１筒部と第２筒部との間の径方向隙間から第１流路部の全周にわたってフィルム状の空気が供給される。このフィルム状の空気の流れ方向は、予混合流体の旋回流れ方向に対応しているため、燃焼領域からのフラッシュバックを効果的に防止することができる。
【００１２】
本発明の別の態様によるガスタービン燃焼器では、方向調整部が、第１筒部と第２筒部との間の径方向隙間に配置された周方向複数の翼部を有する。
【００１３】
この構成によれば、フィルム状の空気の流れ方向を、予混合流体の旋回流れ方向に対応した方向に、翼部により効率よく変更することができる。
【００１４】
本発明の別の態様によるガスタービン燃焼器では、方向調整部が、第２筒部の径方向外側から第１筒部と第２筒部との間の径方向隙間に空気を導く貫通孔を有し、該貫通孔は、予混合流体の旋回方向に対応して斜めに形成されている。
【００１５】
この構成によれば、フィルム状の空気の流れ方向を、予混合流体の旋回流れ方向に対応した方向に、貫通孔によって容易に変更することができる。
【００１６】
本発明の別の態様によるガスタービン燃焼器では、流路形成部が、フィルム状の空気の出口側端部における第１筒部と第２筒部との間の径方向隙間の流路面積と、該径方向隙間よりも径方向内側における第１流路部の流路面積との和が、フィルム状の空気の出口側端部の下流側における第１流路部の流路面積以上となるように、第１流路部および第２流路部を形成する。
【００１７】
この構成によれば、フィルム状の空気の出口側端部の上流側および下流側の相互の流路面積の関係を調整することによって、フラッシュバックを防止することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、燃焼領域からのフラッシュバックを効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係るガスタービン燃焼器を有するガスタービンの概略構成図である。
【図２】図２は、図１の燃焼器の拡大図である。
【図３】図３は、図２の燃焼器の内部構成を概略的に示す図である。
【図４】図４は、フラッシュバックの発生理由を説明する図である。
【図５】図５は、本発明の第１の実施形態に係るガスタービン燃焼器の要部構成を示す図である。
【図６】図６は、図５の風向調整板を平面に展開して示す図である。
【図７】図７は、第１の実施形態に係るガスタービン燃焼器による特性図である。
【図８】図８は、図７の比較例を示す図である。
【図９】図９は、図５の変形例を示す図である。
【図１０】図１０は、図５の別の変形例を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の第２の実施形態に係るガスタービン燃焼器の要部構成を示す図である。
【図１２】図１２は、第２の実施形態に係るガスタービン燃焼器による特性図である。
【図１３】図１３は、図１１の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（第１の実施形態）
以下、図１〜図１０を参照して本発明の第１の実施形態に係るガスタービン燃焼器について説明する。図１は、本実施形態に係るガスタービン燃焼器を有するガスタービンの概略構成図である。
【００２１】
図１に示すように、ガスタービンは、流体の流れ方向の上流側から順番に、圧縮機１１と、ガスタービン燃焼器（以下、燃焼器という）１２と、タービン１３と、排気室１４とを有する。タービン１３には、図示しない発電機が連結されている。ガスタービンは、回転軸Ｌを中心に回転可能なロータ（タービン軸）２４を有する。
【００２２】
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とが交互に配設されている。燃焼器１２は、圧縮機１１で圧縮された圧縮空気（燃焼用空気）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と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。ロータ２４は、圧縮機１１、燃焼器１２、タービン１３、排気室１４の径方向中心部を貫通するように位置する。ロータ２４の圧縮機１１側の端部は、軸受部２５により回転軸Ｌを中心にして回転自在に支持され、排気室１４側の端部は、軸受部２６により回転軸Ｌを中心にして回転自在に支持されている。ロータ２４には、複数のディスクプレートが固定され、各動翼１８，２２が連結されている。ロータ２４の排気室１４側の端部には、図示しない発電機の駆動軸が連結されている。
【００２３】
このようなガスタービンにおいて、圧縮機１１の空気取入口１５から取り込まれた空気は、複数の静翼２１と動翼２２とを通過して圧縮され、高温・高圧の圧縮空気となる。この圧縮空気は、燃焼器１２において、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。燃焼器１２で生成された作動流体である高温・高圧の燃焼ガスは、タービン１３を構成する複数の静翼２１と動翼２２とを通過し、ロータ２４を回転駆動する。これによりロータ２４に連結された発電機を駆動する。ロータ２４を通過した排気ガスは、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。
【００２４】
図２は、燃焼器１２の拡大図である。燃焼器１２は、燃焼器ケーシング３０を有する。燃焼器ケーシング３０は、外筒３１の内部に配置された内筒３２と、内筒３２の先端部に連結された尾筒３３とを有し、回転軸Ｌに対して傾斜した中心軸Ｓに沿って延在する。
【００２５】
外筒３１は、車室ハウジング２７に締結されている。内筒３２は、その基端部が外筒３１に支持され、外筒３１の内側に、外筒３１から所定間隔をあけて配置されている。内筒３２の中心部には、中心軸Ｓに沿ってパイロットバーナ４０が配設されている。パイロットバーナ４０の周囲には、パイロットバーナ４０を取り囲むように等間隔にかつパイロットバーナ４０と平行に複数のメインバーナ５０が配設されている。尾筒３３は、その基端が円筒状に形成されて内筒３２の先端に連結されている。尾筒３３は、先端側にかけて断面積が小さくかつ湾曲して形成され、タービン１３の１段目の静翼２１に向けて開口している。尾筒３３は、内部に燃焼室を形成する。
【００２６】
図３は、燃焼器１２（主に内筒３２）の内部構成を概略的に示す図である。パイロットバーナ４０は、パイロットコーン４１と、パイロットコーン４１の内部に、かつ、中心軸Ｓに沿って配置されたパイロットノズル４２と、パイロットノズル４２の外周部に設けられるパイロットスワラ４３とを有する。メインバーナ５０は、バーナ筒５１と、バーナ筒５１の内部に、かつ、中心軸Ｓと平行に配置されたメインノズル５２と、メインノズル５２の外周部に設けられるメインスワラ５３とを有する。パイロットノズル４２には、燃料ポート４４（図２）を介して不図示のパイロット燃焼ラインから燃料が供給される。メインノズル５２には、燃料ポート５４（図２）を介して不図示のメイン燃料ラインから燃料が供給される。
【００２７】
図２において、圧縮機１１からの高温高圧の圧縮空気は、燃焼器１２の周囲の車室３４に流入する。この圧縮空気は、尾筒３３および内筒３２の外側を、尾筒３３側から内筒３２側へと流れ、内筒３２の基端側から内筒３２の内部に流入する。内筒３２内に流入した圧縮空気は、パイロットバーナ４０およびメインバーナ５０で燃料と混合するとともに燃焼し、燃焼ガスとなる。
【００２８】
すなわち、内筒３２に流入した圧縮空気は、図３のメインスワラ５３で旋回され、メインノズル５２から噴射された燃料と混合し、予混合気の旋回流となって尾筒３３内に流れ込む。これとは別に、内筒３２に流入した圧縮空気は、パイロットスワラ４３で旋回され、パイロットノズル４２から噴射された燃料と混合する。この混合空気は、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３３内に噴出する。このとき、燃焼ガスの一部が尾筒３３内に火炎を伴って周囲に拡散するように噴出する。これにより、各メインバーナ５０のバーナ筒５１から尾筒３３内に流れ込んだ予混合気が着火され、燃焼する。
【００２９】
このように、パイロットノズル４２から噴射した燃料で拡散火炎させることにより、メインノズル５２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。また、メインバーナ５０でメインノズル５２からの燃料と圧縮空気とを予混合させることにより、燃料濃度が均一化され、ＮＯｘを低減することができる。このとき、メインバーナ５０の内部が予混合領域Ｒ１となり、パイロットバーナ４０からの拡散火炎によって予混合気が燃焼する領域が燃焼領域Ｒ２となる。燃焼領域Ｒ２は、パイロットコーン４１の下流であり、尾筒３３の内部にある。したがって、予混合気が燃焼した燃焼ガスは、尾筒３３の内部を流れる。なお、内筒３２が尾筒３３側により延在しているときは、内筒３２の内部から燃焼領域Ｒ２が始まる。
【００３０】
ところで、このような予混合方式の燃焼器１２では、メインスワラ５３の下流において、バーナ筒５１内を流れる予混合気が旋回流となる。このため、燃焼領域から予混合領域への逆火（フラッシュバック）が生じやすい。図４は、フラッシュバックの発生理由を説明する図である。図中の特性ｆ１は、バーナ筒５１の内側の内部通路５５における旋回流としての予混合気の速度分布を示し、特性ｆ２は、燃料の濃度分布を示す。なお、特性ｆ１、ｆ２は、それぞれ内部通路５５の軸線Ｌ１と平行な方向の速度成分、濃度成分を表す。軸線Ｌ１は、燃焼器１２の中心軸Ｓ（図３）とほぼ平行である。
【００３１】
燃料は旋回流によって通路全体にわたって均一化されている。このため、特性ｆ２に示すように、燃料の濃度分布は、内部通路５５の中央部から壁面部（バーナ筒５１の内周面）にかけてほぼ一定である。これに対し、特性ｆ１に示すように、予混合気の速度は、壁面において０となり、壁面から離れるに従い速度が上昇し（速度境界層）、速度境界層の外側（内部通路５５の中央部側）で速度はほぼ一定となる。すなわち、壁面の近傍（領域Ａ）には速度が低い速度境界層が存在するのに対し、その領域Ａにおいて燃料濃度は高いため、領域Ａに燃焼領域からのフラッシュバックが生じやすい。その結果、バーナ筒５１の内壁面が高温となり、燃焼器１２が損傷するおそれがある。これを避けるため、本実施形態では、以下のようにメインバーナ５０を構成する。
【００３２】
図５は、第１の実施形態に係るメインバーナ５０の概略構成を示す図である。バーナ筒５１は、第１バーナ筒５１１と、第２バーナ筒５１２とを有する。第１バーナ筒５１１の先端部５１１ａは、メインノズル５２よりも予混合気の流れ方向下流側まで延在している。その先端部５１１ａを覆うように、先端部５１１ａの外側に、第２バーナ筒５１２の基端部５１２ａが先端部５１１ａから径方向に隙間Δｄをあけて配置されている。すなわち、第２バーナ筒５１２の基端部５１２ａの内周面は第１バーナ筒５１１の先端部５１１ａの外周面よりも大径であり、第１バーナ筒５１１の外周面と第２バーナ筒５１２の内周面との間に、円環状の通路（環状通路５６）が形成されている。
【００３３】
環状通路５６の一端部は、車室３４に連通し、他端部は内部通路５５に連通している。したがって、車室３４に流入した圧縮空気の一部は、環状通路５６を通過してフィルム状の空気（フィルム空気Ａｆ）となり、第２バーナ筒５１２の内周面に沿って流れる。このフィルム空気Ａｆは、環状通路５６の出口５６ａの下流において、内部通路５５内を流れる予混合気Ａｍと合流する。
【００３４】
第１バーナ筒５１１の先端部５１１ａと第２バーナ筒５１２の基端部５１２ａとの間の径方向隙間Δｄは、周方向で一定であり、環状通路５６には周方向等間隔に複数の風向調整板６０が設けられている。風向調整板６０は、例えば隙間Δｄに相当する高さを有する所定厚さの矩形状板部材であり、その高さ方向一端部は第１バーナ筒５１１の外周面に固定され、高さ方向他端部は第２バーナ筒５１２の内周面に固定されている。風向調整板６０は、環状通路５６の出口５６ａにおけるフィルム空気Ａｆの流れ方向が、その出口５６ａにおける予混合気Ａｍの旋回方向と一致するように内部通路５５の軸線Ｌ１に対して傾斜して設けられており、風向調整板６０によりフィルム空気Ａｆに旋回が与えられる。
【００３５】
図６は、環状通路５６内の風向調整板６０を平面に展開して示す図である。予混合気Ａｍの旋回方向は、軸線Ｌ１に対して角度θ１だけ傾斜し、風向調整板６０は、軸線Ｌ１に対して角度θ２だけ傾斜して設けられている。角度θ１と角度θ２とは、例えば同一である。これにより、フィルム空気Ａｆは、環状通路５６から予混合気Ａｍの旋回方向と同一方向に流出する。すなわち、フィルム空気Ａｆは、旋回流となって第２バーナ筒５１２の内周面に沿って流れる。
【００３６】
このようにフィルム空気Ａｆの流れ方向を予混合気Ａｍの流れ方向に一致させると、予混合気Ａｍの径方向外側への流れがフィルム空気Ａｆによってブロックされる。したがって、予混合気Ａｍがフィルム空気Ａｆの層に入り込むことを抑制することができ、予混合気Ａｍが第２バーナ筒５１２の内周面にまで至ることを防止できる。これに対し、例えばフィルム空気Ａｆの旋回角度θ２が０度であると、つまりフィルム空気Ａｆが旋回流でないときは、予混合気Ａｍがフィルム空気Ａｆの層に入り込みやすく、フィルム空気Ａｆの流れが乱される。その結果、第２バーナ筒５１２の内壁面近傍において、フィルム空気Ａｆと予混合気Ａｍとが混合し、混合流れが生じる。
【００３７】
図７，図８は、環状通路５６の出口５６ａの下流側における予混合気Ａｍとフィルム空気Ａｆとの合流後の軸方向流れを説明する図である。図７は、風向調整板６０の傾斜角度θ２を予混合気Ａｍの旋回角度θ１に一致させた場合の流れを示し、図８は、その比較例として角度θ２を０度とした場合の流れを示す。なお、図中の特性ｆ１，ｆ２は、それぞれ図４と同様、速度分布および濃度分布を示す。
【００３８】
風向調整板６０の傾斜角度θ２を予混合気Ａｍの旋回角度θ１に一致させると、予混合気Ａｍの径方向外側への流れはフィルム空気Ａｆによりブロックされ、第２バーナ筒５１２の内壁面近傍における予混合気Ａｍとフィルム空気Ａｆとの混合が抑制される。このため、図７の特性ｆ２に示すように、第２バーナ筒５１２の内壁面近傍、すなわちフィルム空気Ａｆの層内における燃料の濃度は０となり、フィルム空気Ａｆの層の外側に、燃料濃度が増加する濃度境界層が生じる。
【００３９】
これに対し、速度に関しては、図７の特性ｆ１に示すように、第２バーナ筒５１２の内壁面において０となり、その径方向内側に速度境界層が生じる。この速度境界層は、予混合気Ａｍとフィルム空気Ａｆの流れ方向が互いに等しいことから薄くなり、燃料濃度が０の範囲内に速度境界層が収まる。したがって、燃料濃度が増加する範囲において流速は十分に速く、これによりフラッシュバックを防止できる。すなわち、燃料濃度が増加する領域（濃度境界層の領域）と流速が遅い領域（速度境界層の領域）とは互いに異なるため、フラッシュバックを効果的に抑制できる。
【００４０】
一方、風向調整板６０の傾斜角度θ２が０度であると、予混合気Ａｍがフィルム空気Ａｆの層に入り込み、第２バーナ筒５１２の内壁面近傍において、フィルム空気Ａｆと予混合気Ａｍとの混合流れが生じる。このため、図８の特性ｆ２に示すように、第２バーナ筒５１２の内壁面の近傍に濃度境界層の領域が生じる。これに対し速度に関しては、予混合気Ａｍとフィルム空気Ａｆとが合流する領域でフィルム空気Ａｆの流れが乱され、図８の特性ｆ１に示すように、予混合気Ａｍとフィルム空気Ａｆとの境界部で速度が低下し、第２バーナ筒５１２の内壁面近傍に速度欠損部ｖ１が生じる。したがって、環状通路５６の出口５６ａの直後の内部通路５５内において、燃料濃度が比較的高く、かつ、流速が遅い領域が生じることとなり、その結果、フラッシュバックが生じるおそれがある。
【００４１】
このように本実施形態では、第１バーナ筒５１１と第２バーナ筒５１２との間の環状通路５６に周方向等間隔に風向調整板６０を配設し、内部通路５５における予混合気Ａｍの旋回方向と一致する方向に環状通路５６からフィルム空気Ａｆを流すようにした。これにより第２バーナ筒５１２の内壁面の近傍に速度境界層が生じるとともに、その速度境界層よりも径方向内側に濃度境界層が生じることとなる。したがって、燃料濃度が増加する領域で流速は十分に速くなっているため、フラッシュバックを確実に防止することができる。フィルム空気Ａｆと予混合気Ａｍの流れ方向を同一としたたことで、第２バーナ筒５１２の内壁面に沿ったフィルム空気Ａｆの流れは乱されないので、フィルム空気Ａｆにより燃焼器１２を効率的に冷却することもできる。
【００４２】
以上の第１の実施形態では、風向調整板６０によりフィルム空気Ａｆの流れ方向を設定するようにした。すなわち風向調整板６０によりフィルム空気Ａｆが所定方向に流れるように整流したが、風向調整板６０を翼部６１により構成してもよい。図９は、その一例を概略的に示す図である。なお、図９は、下側に、環状通路５６を内部通路５５の軸線Ｌ１に平行な切断面で切断した断面図を、上側に翼部６１を平面に展開した展開図をそれぞれ示す。
【００４３】
図９では、バーナ筒５１の内側に筒体５７が配置され、筒体５７の内側に内部通路５５が形成されている。筒体５７は、内部通路５５の通路面積を縮径するテーパ部５７１と、し、テーパ部５７１に連なり、バーナ筒５１と平行に延在するストレート部５７２とを有する。テーパ部５７１の端部は、バーナ筒５１の内周面に全周にわたって接合され、バーナ筒５１と筒体５７との間に環状通路５６が形成されている。
【００４４】
バーナ筒５１には、車室３４と環状通路５６とが連通するように周方向等間隔に複数の空気導入孔５８が開口され、空気導入孔５８の下流の環状通路５６に翼部６１が配置されている。これにより空気導入孔５８を介してバーナ筒５１の外側の車室３４から環状通路５６に圧縮空気が導入される。導入された空気は、翼部６１の間を通過し、フィルム空気となって環状通路５６の出口５６ａから流出し、バーナ筒５１の内壁面に沿って流れる。なお、図５に示したように第１バーナ筒５１１と第２バーナ筒５１２とを有する構成では、例えば第１バーナ筒５１１の端部にテーパ部５７１とストレート部５７２とを形成するとともに、テーパ部５７１の基端部に第２バーナ筒５１２の端部を接合することで、図９と同様な環状通路５６を構成できる。
【００４５】
図９に示すように、翼部６１は、空気の流れ方向に沿って直線部６１１と曲面部６１２とを有する。直線部６１１は、軸線Ｌ１と平行であり、曲面部６１２は、予混合気の旋回方向に向けて滑らかに曲がっている。これにより環状通路５６から流出したフィルム空気Ａｆが、バーナ筒５１の内壁面に沿って予混合気Ａｍと同一方向に旋回して流れるので、燃焼領域Ｒ２（図３）からのフラッシュバックを防止することができる。風向調整板６０を翼部６１により構成すれば、環状通路５６におけるフィルム空気Ａｆの圧力損失も低減できる。
【００４６】
図１０は、図９の変形例を示す図である。図１０では、翼部６１を省略するとともに、空気導入孔５８をバーナ筒５１の板厚方向に対し斜めに形成している。すなわち、バーナ筒５１の外周面における空気導入孔５８の入口部５８１に対し、内周面における空気導入孔５８の出口部５８２を、予混合気Ａｍの旋回方向に合わせてずらして形成している。これにより空気導入孔５８より導入されたフィルム空気Ａｆは、環状通路５６内を旋回し、内部通路５５の予混合気Ａｍと同一方向に旋回しながら環状通路５６から流出するため、フラッシュバックを防止できる。図１０の例では、翼部６１が不要となるため、構成を簡素化できる。なお、図１０では、空気導入孔５８を斜めに形成することにより翼部６１を省略したが、空気導入孔５８を斜めに形成するとともに、環状通路５６に図９と同様な翼部６１を設けるようにしてもよい。
【００４７】
（第２の実施形態）
図１１〜図１３を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態が第１の実施形態と異なるのは、メインバーナ５０の構成である。図１１は、第２の実施形態に係るガスタービン燃焼器におけるメインバーナ５０の構成を概略的に示す図である。なお、図５と同一箇所には同一符号を付し、以下では、図５との相違点を主に説明する。
【００４８】
図１１では、図５と異なり、第１バーナ筒５１１と第２バーナ筒５１２との間の環状通路５６における風向調整板６０が省略されている。さらに図１１では、環状通路５６の出口５６ａの上流側における内部通路５５の通路面積Ｓ１および環状通路５６全体の通路面積Ｓ２と、環状通路５６の出口５６ａの下流側における内部通路５５の通路面積Ｓ０との間に、Ｓ０≦Ｓ１＋Ｓ２の関係が成立している。すなわち、第２の実施形態では、フィルム空気Ａｆを旋回流とする代わりに、環状通路５６の出口５６ａの下流側において内部通路５５を絞っている。ここで、下流側とは、環状通路５６のフィルム空気Ａｆと内部通路５５の予混合気Ａｍとの境界部において速度低下が生じやすい領域、すなわち図８の速度欠損部ｖ１が生じやすい領域であり、例えば環状通路５６の出口５６ａの直後の領域である。
【００４９】
図１２の特性ｆ１、ｆ２は、それぞれ第２の実施形態に係るガスタービン燃焼器による、環状通路５６の出口の５６ａ下流側における濃度分布および速度分布を示す図である。図８と比較すると、図１２の濃度分布の特性ｆ１は、図８の特性ｆ１とほぼ等しい。一方、速度分布に関しては、第２の実施形態では、第２バーナ筒５１２の内壁面が内部通路５５の径方向内側に縮径して形成されているため、図１２の特性ｆ２は図８の特性ｆ２と比べ、第２バーナ筒５１２の内壁面近傍の速度が増加している。したがって、フィルム空気Ａｆと予混合気Ａｍとの境界部における速度低下が抑えられ、図１２の特性ｆ２では、図８の特性ｆ２に示したような顕著な速度欠損部ｖ１の発生が抑えられている。
【００５０】
これにより環状通路５６の出口５６ａの下流側において、燃料濃度が増加する壁面近傍の領域で流速が増加するため、燃焼領域Ｒ２からのフラッシュバックの発生を抑制することができる。このように環状通路５６の出口５６ａの下流側における内部通路５５の通路面積を絞るだけでも、フラッシュバックの抑制効果が得られるが、さらに図１３に示すように、環状通路５６に図５と同様な風向調整板６０を配置すると、フラッシュバック抑制の効果がより大きい。したがって、内部通路５５を絞るだけでなく、環状通路５６に風向調整板６０を配置することが、より好ましい。
【００５１】
（変形例）
上記実施形態では、環状通路５６の出口５６ａから予混合気Ａｍの旋回方向に向けてフィルム空気Ａｆを流すようにしたが、予混合気Ａｍのフィルム空気Ａｆへの食い込みをブロックすることができるのであれば、フィルム空気Ａｆの旋回方向を予混合気Ａｍの旋回方向に厳密に一致させる必要はない。例えば予混合気Ａｍの旋回角度θ１よりもフィルム空気Ａｆの旋回角度θ２を２〜３度程度大きくする方が、予混合気Ａｍの食い込みをブロックさせやすい場合があり、その場合には、θ２をθ１より大きくしてもよい。
【００５２】
上記実施形態（図５、図９、図１０、図１３）では、風向調整板６０、翼部６１および空気導入孔（貫通孔）５８によりフィルム空気Ａｆを旋回させるようにしたが、予混合流体Ａｍの旋回流れの方向に対応した旋回方向にフィルム状の空気Ａｆを流してフラッシュバックを防止するのであれば、方向調整部の構成は上述したものに限らない。すなわち、本発明は、燃焼器の内壁面に沿って単なる冷却用のフィルム空気を供給するものとは異なり、フラッシュバックを防止するようにフィルム空気Ａｆを整流した点に最大の特徴を有するのであり、この特徴を実現することができるのであれば、方向調整部はいかなる構成でもよい。
【００５３】
内筒３２により、燃料と燃焼用空気とが混合した予混合気（予混合流体）Ａｍが流れる内部通路５５（第１流路部）を形成するとともに、尾筒３３により、予混合気Ａｍが燃焼した燃焼ガス（燃焼流体）が流れる内部通路５５（第２流路部）を形成するようにしたが、流路形成部の構成はこれに限らない。メインスワラ５３で予混合気Ａｍを旋回させるようにしたが、旋回部の構成はいかなるものでもよい。
【００５４】
上記実施形態（図５）では、第１バーナ筒５１１（第１筒部）と、第１バーナ筒５１１の外周面から径方向外側に隙間Δｄをあけて配置された第２バーナ筒５１２（第２筒部）とにより環状通路５６を形成し、圧縮機１１を通過した車室３４内の圧縮空気を環状通路５６に導いて、環状通路５６から第２バーナ筒５１２の内壁面に沿ってフィルム空気を流すようにしたが、予混合領域Ｒ１における予混合気Ａｍの旋回流れに合流するように流路形成部の内壁面に沿ってフィルム空気Ａｆを流すのであれば、フィルム空気供給部の構成はいかなるものでもよい。
【００５５】
上記実施形態（図１１）では、環状通路５６の出口５６ａの下流側で第２バーナ筒５１２の流路面積Ｓ２を絞るようにしたが、フィルム空気Ａｆの出口側端部における第１バーナ筒５１１と第２バーナ筒５１２との間の径方向隙間Δｄの流路面積Ｓ２と、径方向隙間Δｄよりも径方向内側における内部通路５５の流路面積Ｓ１との和が、フィルム空気Ａｆの出口側端部よりも予混合気Ａｍの下流側における内部通路５５の流路面積Ｓ０以上となるように、第１バーナ筒５１１および第２バーナ筒５１２を形成するのであれば、流路形成部の構成はいかなるものでもよい。
【００５６】
以上では、燃焼器１２を発電用のガスタービンに適用したが、本発明のガスタービン燃焼器は、他のガスタービンにも同様に適用することができる。
【００５７】
以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態および変形例の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。すなわち、本発明の技術的思想の範囲内で考えられる他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１１  圧縮機
１２  燃焼器
３０  燃焼器ケーシング
３２  内筒
３３  尾筒
３４  車室
５０  メインバーナ
５１  バーナ筒
５２  メインノズル
５３  メインスワラ
５５  内部通路
５６  環状通路
５６ａ  出口
５７  筒体
５８  空気導入孔
６０  風向調整板
６１  翼部
５１１  第１バーナ筒
５１２  第２バーナ筒
Ａｆ  フィルム空気
Ａｍ  予混合気
Ｒ１  予混合領域
Ｒ２  燃焼領域
Ｓ０  通路面積
Ｓ１  通路面積
Ｓ２  通路面積
【図１】
2013145077.tif 000003
【図２】
2013145077.tif 000004
【図３】
2013145077.tif 000005
【図４】
2013145077.tif 000006
【図５】
2013145077.tif 000007
【図６】
2013145077.tif 000008
【図７】
2013145077.tif 000009
【図８】
2013145077.tif 000010
【図９】
2013145077.tif 000011
【図１０】
2013145077.tif 000012
【図１１】
2013145077.tif 000013
【図１２】
2013145077.tif 000014
【図１３】
2013145077.tif 000015