(57)【要約】【課題】本発明の目的は燃料と空気の同軸噴流を形成する燃料ノズルと燃料ノズルヘッダを備えたガスタービン燃焼器で、燃料ノズルヘッダに発生する熱応力を抑制して寿命の向上を図るガスタービン燃焼器を提供する。【解決手段】本発明のガスタービン燃焼器は、燃料ノズルヘッダに備えた複数個の燃料ノズルから噴出する燃料噴流と空気孔プレートの複数個の空気孔から噴出する空気噴流とを同軸噴流となるように形成したガスタービン燃焼器において、燃料ノズルヘッダ３０に燃料ノズル３１を配設する設置孔４０を設け、前記燃料ノズルヘッダの設置孔の内部で前記燃料ノズルの外周側と該設置孔の内周側との間に空気層４２の空間部又は中空の円筒形状の断熱層４４を設置し、前記燃料ノズルの後端部に前記燃料ノズルヘッダの設置孔又はこの設置孔を開口した該燃料ノズルヘッダの端面と係合する係合手段を設置して前記燃料ノズルを前記燃料ノズルヘッダに固定した。【選択図】図３
2009014297.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を燃料噴流として噴出する複数個の燃料ノズルと、噴出させる燃料が供給され前記燃料ノズルを設置した燃料ノズルヘッダと、前記燃料ノズルから噴出する燃料噴流と共に噴出させる空気を導く複数個の空気孔をこの燃料ノズルの下流側に配設した空気孔プレートを有し、この空気孔プレートに配設した前記空気孔から燃料噴流と空気噴流とを同軸噴流として燃焼室に供給する燃料供給部を備えたガスタービン燃焼器において、前記燃料ノズルヘッダに前記燃料ノズルを配設する設置孔を設け、前記燃料ノズルヘッダに設けた設置孔の内部で前記燃料ノズルの外周側と該設置孔の内周側との間に空気層の空間部又は中空の円筒形状の断熱層を設置し、前記燃料ノズルの後端部に前記燃料ノズルヘッダの設置孔又はこの設置孔を開口した該燃料ノズルヘッダの端面と係合する係合手段を設置して前記燃料ノズルを前記燃料ノズルヘッダに固定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、前記燃料ノズルの外周側にリブ状突起部を形成し、前記燃料ノズルに設けたリブ状突起部と前記燃料ノズルヘッダの設置孔との間の間隙を封止する封止手段を設置し、前記係合手段として前記燃料ノズルの後端部に雄ネジ部を形成すると共に前記燃料ノズルヘッダの設置孔に該燃料ノズルの雄ネジ部と係合する雌ネジ部を形成してい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２に記載のガスタービン燃焼器において、前記燃料ノズルの外周側に形成したリブ状突起部を軸方向に相互に離間して複数個設置し、前記複数個のリブ状突起部の外径を前記燃料ノズルヘッダに設けた設置孔の内部にこれらのリブ状突起部が配設可能なように該設置孔の内径とほぼ同径に形成し、前記複数個のリブ状突起部のうち一方のリブ状突起部と前記燃料ノズルヘッダの設置孔との間の間隙に前記封止手段を設置し、更に前記複数個のリブ状突起部のうち他方のリブ状突起部の端部に前記燃料ノズルヘッダの設置孔の内径よりも大径に形成したストッパー部を設けて前記燃料ノズルが燃料ノズルヘッダの端面にこのストッパー部を介して固定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４】
請求項２に記載のガスタービン燃焼器において、前記燃料ノズルの外周側に形成したリブ状突起部の外径を前記燃料ノズルヘッダに設けた設置孔の内径よりも大径となるように形成し、前記燃料ノズルヘッダに設けた設置孔の内部で前記燃料ノズルの外周側と該設置孔の内周側との間に空気層の空間部を形成すると共にこの空間部に面する前記燃料ノズルの外面は前記雄ネジ部の外径よりも小径の非ネジ部を形成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２に記載のガスタービン燃焼器において、前記燃料ノズルの外周側に形成したリブ状突起部の外径を前記燃料ノズルヘッダに設けた設置孔の内径よりも大径に形成し、前記燃料ノズルヘッダに設けた設置孔の内部で前記燃料ノズルの外周側と該設置孔の内周側との間には中空の円筒形状の断熱層を設置し、前記係合手段として前記燃料ノズルの後端部に雄ネジ部を形成すると共にこの燃料ノズルの雄ネジ部と係合する雌ネジ部を有するナット部を設置して前記燃料ノズルが燃料ノズルヘッダの端面にこのナット部を介して固定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２に記載のガスタービン燃焼器において、前記燃料ノズルの外周側に形成したリブ状突起部の外径を前記燃料ノズルヘッダに設けた設置孔の内部にこのリブ状突起部が配設可能なように該設置孔の内径とほぼ同径に形成し、前記燃料ノズルヘッダに設けた設置孔の内部で前記燃料ノズルの外周側と該設置孔の内周側との間には中空の円筒形状の断熱層を設置し、前記係合手段として前記燃料ノズルの後端部に雄ネジ部を形成すると共にこの燃料ノズルの雄ネジ部と係合する雌ネジ部を有するナット部を設置して前記燃料ノズルが燃料ノズルヘッダの端面にこのナット部を介して固定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７】
請求項１に記載のガスタービン燃焼器において、空気を圧縮する圧縮機と、この圧縮機で圧縮した空気を加湿する増湿器と、空気と燃料とを燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、この燃焼器で生成した燃焼ガスによって駆動されて排ガスを排出するタービンと、このタービンから排出した排ガスによって前記増湿器で加湿した加湿空気を加熱して前記燃焼器にこの加熱した加湿空気を燃焼用空気として供給する再生器とを備えた高湿分ガスタービンを構成する前記燃焼器に前記ガスタービン燃焼器を使用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】
本発明はガスタービン燃焼器に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境に対する規制や社会的要求が日増しに強くなっており、ガスタービンにおいてもさらなる高効率化と低ＮＯｘ化が求められている。
【０００３】
ガスタービンを高効率化させるためには、タービン入口ガス温度を上昇させる必要があるが、タービン入口ガス温度を上昇させるガスタービン燃焼器での火炎温度の上昇に伴なってＮＯｘの排出量増加が懸念される。
【０００４】
また、ＮＯｘの排出量の低減のために燃料と空気を予め混合した混合気をガスタービン燃焼器に供給して燃焼させるガスタービン燃焼器を使用する場合には、火炎温度の上昇に伴ない火炎がガスタービン燃焼器に設けた燃料供給部の上流の未燃側に入り込む逆火の可能性が増加する。
【０００５】
そのため、ＮＯｘ排出量の抑制と耐逆火性を兼ね備えたガスタービン燃焼器が必要となる。
【０００６】
そこで、燃料を噴流として噴出する燃料ノズルを多数設置し、これらの燃料ノズルの１本１本に対応して多数の空気孔を形成した空気孔プレートを設置し、この燃料ノズルから噴出する燃料噴流と空気孔から噴出する空気の噴流とを同軸の噴流となるように形成したガスタービン燃焼器を用いて、燃料と空気を均一に混合して燃焼させる耐逆火性と低ＮＯｘ燃焼の両立を図るガスタービン燃焼器の技術が特開２００３−１４８７３４号公報、及び特開２００４−１７００１０号公報にそれぞれ開示されている。
【０００７】
また、ガスタービン作動流体（空気）に水分を添加して加湿し、この加湿空気によってガスタービン排ガスのもつ熱エネルギーを回収することで、ガスタービンの出力の向上及び効率の向上を図る高湿分ガスタービンプラントの技術が特開２０００−２３０４３２号公報に開示されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１４８７３４号公報
【特許文献２】特開２００４−１７００１０号公報
【特許文献３】特開２０００−２３０４３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで特開２０００−２３０４３２号公報に記載されたような高湿分ガスタービンプラントは、ガスタービン燃焼器に供給する空気に水分を添加して加湿し、この加湿空気によってガスタービンから排出される排ガスの熱エネルギーを回収して加熱した加湿空気をガスタービン燃焼器に供給することで、ガスタービンの出力向上及び効率の向上を図っている。
【００１０】
そのため、高湿分ガスタービンプラントのガスタービン燃焼器に供給される加熱した加湿空気は高温となっている。
【００１１】
前記高湿分ガスタービンプラントのガスタービン燃焼器として、前記特開２００３−１４８７３４号公報、及び特開２００４−１７００１０号公報にそれぞれ記載されたような燃料と空気の同軸噴流を形成するガスタービン燃焼器を用いた場合に、高温の加湿空気の流路上に位置する燃料ノズルおよび燃料ノズルヘッダが加熱されることになる。
【００１２】
そしてこの加熱された状態の燃料ノズルに低温の燃料が供給されると、燃料ノズルは急激に冷却され、燃料ノズルを冷却した燃料による冷熱が熱伝導により燃料ノズルを設置した燃料ノズルヘッダを局所的に冷却することになるので、燃料ノズルヘッダに過渡的に急激な温度分布が生じて熱応力が発生する。
【００１３】
この熱応力が高湿分ガスタービンプラントの長期運用で燃料供給状態への切替時に繰り返し生じることになるので、燃料ノズルヘッダに熱疲労が生じて寿命を短くする可能性がある。
【００１４】
また高湿分ガスタービンプラントの効率を向上するために、燃焼器入口空気温度を上昇させると燃料供給状態への切替時に過渡的に生じる温度差がさらに大きくなり、燃料ノズルヘッダに生じる熱応力が更に大きくなることが予想される。
【００１５】
また、高湿分ガスタービンプラントは再生サイクルの一種であることから、前記した構成のガスタービン燃焼器を一般の再生サイクルのガスタービンに適用した場合においても程度問題の差はあるとしても同様の熱応力の問題が生じることが予想される。
【００１６】
本発明の目的は、燃料と空気の同軸噴流を形成する燃料ノズルと燃料ノズルヘッダを備えたガスタービン燃焼器で、燃料ノズルヘッダに発生する熱応力を抑制して寿命の向上を図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】
【００１７】
本発明のガスタービン燃焼器は、燃料を燃料噴流として噴出する複数個の燃料ノズルと、噴出させる燃料が供給され前記燃料ノズルを設置した燃料ノズルヘッダと、前記燃料ノズルから噴出する燃料噴流と共に噴出させる空気を導く複数個の空気孔をこの燃料ノズルの下流側に配設した空気孔プレートを有し、この空気孔プレートに配設した前記空気孔から燃料噴流と空気噴流とを同軸噴流として燃焼室に供給する燃料供給部を備えたガスタービン燃焼器において、前記燃料ノズルヘッダに前記燃料ノズルを配設する設置孔を設け、前記燃料ノズルヘッダに設けた設置孔の内部で前記燃料ノズルの外周側と該設置孔の内周側との間に空気層の空間部又は中空の円筒形状の断熱層を設置し、前記燃料ノズルの後端部に前記燃料ノズルヘッダの設置孔又はこの設置孔を開口した該燃料ノズルヘッダの端面と係合する係合手段を設置して前記燃料ノズルを前記燃料ノズルヘッダに固定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、燃料と空気の同軸噴流を形成する燃料ノズルと燃料ノズルヘッダを備えたガスタービン燃焼器で、燃料ノズルヘッダに発生する熱応力を抑制して寿命の向上を図るガスタービン燃焼器が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の一実施例であるガスタービン燃焼器の構成について図面を参照して以下に説明する。
【実施例１】
【００２０】
まず、本発明の実施例であるガスタービン燃焼器を採用した高湿分ガスタービンプラントについて説明する。
【００２１】
図１は本発明の実施例であるガスタービン燃焼器を採用した発電用の高湿分ガスタービンプラントの全体構成を表すシステム図である。
【００２２】
図１において、発電用の高湿分ガスタービンは、吸い込み空気１００を加圧して高圧空気１０２を生成する圧縮機１と、前記圧縮機１で生成した高圧空気１０２と燃料２００とを燃焼させて高温燃焼ガス１０６を生成するガスタービン燃焼器２と、前記ガスタービン燃焼器２で生成した高温燃焼ガス１０６によって駆動されるタービン３と、前記タービン３の駆動によって回転され電力を発生させる発電機２０と、前記圧縮機１、タービン３及び発電機２０を一体に連結するシャフト２１を備えたガスタービン装置に、前記圧縮機１で生成した高圧空気１０２を加湿して低温高湿分空気１０４を生成する増湿器４と、前記増湿器４で加湿された低温高湿分空気１０４を前記タービン３から排出される高温の排ガス１０７と熱交換して加熱し高温高湿分空気１０５を生成する再生器５とを備えさせて、この再生器５で生成した高温高湿分空気１０５を前記ガスタービン燃焼器２で燃料と共に燃焼する燃焼用空気として該ガスタービン燃焼器２に供給する構成となっている。
【００２３】
前記ガスタービン燃焼器２は、ガスタービン装置の本体ケーシング６と、この本体ケーシング６に設置された燃焼器ケーシング７と、前記燃焼器ケーシング７に取り付けられた燃焼器カバー８との内部に格納されている。
【００２４】
また、前記ガスタービン燃焼器２の頭部には図示していない燃料ノズルに外部から燃料２００を供給する燃料供給部９が設置されており、この燃料供給部９の下流側となるガスタービン燃焼器２の内部には高圧空気と燃焼ガスとを隔てる概略円筒状の燃焼器ライナ１０が配設されている。
【００２５】
この燃焼器ライナ１０の外周には高圧空気を流下させる空気流路を形成する外周壁となるフロースリーブ１１が配設されており、前記フロースリーブ１１は燃焼器ライナ１０よりも直径が大きく、該燃焼器ライナ１０とほぼ同心円の円筒状に配設されている。
【００２６】
燃焼器ライナ１０の下流側には、ガスタービン燃焼器２の燃焼室で燃焼して発生した高温燃焼ガス１０６をタービン３に導くための尾筒内筒１２が配設されており、この尾筒内筒１２の外周には尾筒外筒１３が配設されている。
【００２７】
また、前記高湿分ガスタービンプラントでは、圧縮機１の入口の吸い込み空気１００に水３００を噴霧する吸気噴霧装置２７が設置されている。
【００２８】
吸気噴霧装置２７で水噴霧後の空気１０１は、圧縮機１によって圧縮された後に高圧空気１０２となる。
【００２９】
高圧空気１０２は、本体ケーシング６内に充満した後、尾筒内筒１２と尾筒外筒１３の間の空間に流入し、尾筒内筒１２を外壁面から対流冷却する。
【００３０】
尾筒内筒１２を冷却した後の高圧空気１０３は、尾筒内筒１２と尾筒外筒１３との間に形成された流路１４を通って本体ケーシング６の外に抽気される。
【００３１】
本体ケーシング６の外に抽気された高圧空気１０３は、増湿器４において水分を添加された加湿空気の低温高湿分空気１０４に生成される。
【００３２】
増湿器４における空気の加湿方法としては、濡壁塔或いは増湿塔による加湿が知られている。
【００３３】
増湿器４で水分を添加された低温高湿分空気１０４は再生熱交換器５に導かれ、この再生熱交換器５においてタービン３から排出された高温の排ガス１０７との熱交換によって加熱されて高温高湿分空気１０５に生成され、燃焼器ケーシング７に燃焼用空気として供給される。
【００３４】
燃焼器ケーシング７内に供給された燃焼用空気の高温高湿分空気１０５は、フロースリーブ１１と燃焼器ライナ１０との間に形成された環状の流路を通って燃焼器の頭部に向かって流下するが、この流下する途中で燃焼器ライナ１０の対流冷却に使用される。
【００３５】
また、流下する高温高湿分空気１０５の一部は燃焼器ライナ１０に設けられた多数の冷却孔から燃焼器ライナ内へ流入し、燃焼器ライナ１０のフィルム冷却に使用される。
【００３６】
そして燃焼器ライナ内の流入に使用されなかった高温高湿分空気１０５は、ガスタービン燃焼器２の上流側端部に設けた燃料供給部９に形成した図示していない多数の空気孔から燃焼器ライナ１０内に流入する。
【００３７】
高温高湿分空気１０５は、同じく図示していない燃料ノズルから噴出される燃料（Ｆ１燃料２０１〜Ｆ４燃料２０４）と共に燃焼器ライナ１０の内部に形成された燃焼室で燃焼させて高温燃焼ガス１０６を生成し、この高温燃焼ガス１０６が尾筒内筒１２を通じてタービン３に供給される。
【００３８】
タービン３を駆動して該タービン３から排出された高温の排ガス１０７は、再生器５に流入して該再生器５にて増湿器４から供給された低温高湿分空気１０４との熱交換によって熱回収される。
【００３９】
そして前記再生器５を経た排ガス１０８は、該再生器５の下流側に配設された給水加熱器２２、排ガス再過熱器２３、及び水回収装置２４を順次流下して熱回収された後に、排ガス１０９として排気塔２５から大気に排気される。
【００４０】
また、排ガス１０８に含まれる水分は水回収装置２４によって回収して再利用されるが、本実施例では水回収の方式として水回収装置２４内で排ガス１０８を流下する煙道に冷却装置２９で冷却した水を噴霧し、排ガス１０８中の水分を凝集して落下させて該水回収装置２４の底部に溜め、この溜まった水を回収する水回収方式を採用している。
【００４１】
ガスタービン燃焼器２で生成した高温燃焼ガス１０６によって駆動されるタービン３で得られた駆動力はシャフト２１を通じて圧縮機１及び発電機２０に伝えられる。
【００４２】
タービン３で得られた駆動力の一部は圧縮機１を駆動して空気を加圧し高圧空気を生成することに用いられ、また、タービン３で得られた駆動力の他の一部は発電機２０を回転させて電力を発生させることに用いられる。
【００４３】
水回収装置２４及び増湿器４の底部に溜まって回収された水は水回収装置２４への噴霧水あるいは増湿塔４への加湿水として再利用するが、その際に回収水を回収水の循環系等に設置された水処理装置２６に供給して不純物を取り除いた水を前記水回収装置２４への噴霧水あるいは前記増湿塔４への加湿水の給水３０１として使用するようにしている。
【００４４】
そしてこの給水３０１の給水量は噴霧水量制御弁３１１によって制御されている。
【００４５】
また、水処理装置２６で不純物を取り除いた水は吸気噴霧装置２７に供給されて、圧縮機１の入口の吸い込み空気１００に噴霧水３００を噴霧するが、この噴霧に使用される水の供給量は噴霧水量制御弁３１１で制御されている。
【００４６】
発電用の高湿分ガスタービンプラントの出力である発電量ＭＷは、ガスタービン燃焼器２に燃料２００を供給するＦ１燃料２０１〜Ｆ４燃料２０４の燃料量を調節する燃料流量調整弁２１１〜２１４の弁開閉を調節することにより制御される。
【００４７】
一方、増湿器４で高圧空気１０２に加湿して低温高湿分空気１０４を生成する水の加湿量は、増湿器４に供給する加湿水量を調節する調整弁３１１の弁開度を調節することにより制御される。
【００４８】
次に、図１に示した発電用の高湿分ガスタービンプラントに使用されている本発明の第１の実施例であるガスタービン燃焼器２の構成について図２を用いて説明する。
【００４９】
ここで図２は、本発明の実施例であるガスタービン燃焼器２の頭部に設けられた燃料供給部９の構造を示した部分拡大図である。
【００５０】
図２に示した本実施例のガスタービン燃焼器２の燃料供給部９は、燃焼器カバー８に設けた燃料ノズルヘッダ３０に燃料を噴出する多数の燃料ノズル３１が取り付けられており、これらの燃料ノズル３１の１本１本に対応した空気孔３２を多数備えた空気孔プレート３３が、前記燃料ノズル３１の先端から若干の寸法だけ離間して下流側に位置するようにサポート３４を介して燃焼器カバー８に取り付けられた構造となっている。
【００５１】
図３は図２に記載した本実施例のガスタービン燃焼器２の燃料供給部９の詳細構造を示す本発明の第１の実施例のガスタービン燃焼器２に設置した燃料供給部９の構成を示すものであり、燃料ノズルヘッダ３０に設けた一対の燃料ノズル３１と空気孔プレート３３に設けた空気孔３２との配置関係をあらわしている。
【００５２】
図３において、燃料ノズルヘッダ３０に設けた一対の燃料ノズル３１と空気孔プレート３３に設けた空気孔３２とは両者を通る軸線が同一線上に位置するように、空気孔３２の内径を燃料ノズル３１の外径よりも若干大きくして両者をほぼ同心状に形成している。
【００５３】
従って燃料２００として供給されて燃料ノズル３１から噴出される燃料噴流３５は、図３に示したように燃料噴流３５の周囲を空気噴流３６が包み込むように流れる流れを生成する。
【００５４】
このように、該燃料ノズル３１の下流側の空気孔３２に流入する燃料噴流３５及び空気噴流３６の同軸噴流を燃料ノズル３１と空気孔３２と対の数だけ多数形成することができる。
【００５５】
この燃料噴流３５と空気噴流３６との同軸噴流を形成することによって、空気孔プレート３３に設けた空気孔３２内では燃料−空気は同軸噴流として流下するため、予混合燃焼器と比べて逆火が生じにくい。
【００５６】
そのため、本実施例のガスタービン燃焼器２が採用される高湿分ガスタービンの様にガスタービン燃焼器２に供給される空気の温度が高温となる場合であっても、ガスタービン燃焼器２に供給された燃料の自発火や、空気孔プレート３３の溶損が防止できるので、信頼性の高いガスタービン燃焼器を提供することができる。
【００５７】
また、上記した燃料噴流３５と空気噴流３６との小さな同軸噴流を多数形成することにより、燃料と空気の界面が増加して空気孔３２の出口側では燃料噴流３５と空気噴流３６との混合が促進した混合気が形成されるため、前記の混合が促進した混合気をガスタービン燃焼器２の燃焼室で燃焼させることによって局所的に火炎が高温となる領域の発生が抑制されてＮＯｘの発生量を抑制することができる。
そして、図１１に示すように、燃料ノズル３１の中心軸に対して空気孔の中心軸を傾斜して配置することも可能である。
【００５８】
この場合にも、空気孔３２の入口部では、燃料噴流３５の外周側に空気噴流３６が形成される。
【００５９】
そのため、空気孔３２の内部で混合された後、燃焼室で急速混合されてＮＯｘの発生を抑制できる。
【００６０】
かくして、ガスタービン燃焼器２に供給される空気の温度が高温となる高湿分ガスタービンにおいても低ＮＯｘと安定燃焼を両立することが可能となる。
【００６１】
図４は図２乃至図３に示されたガスタービン燃焼器２の頭部に設けられた燃料供給部９の空気孔プレート３３を燃焼室側から見た正面図である。
【００６２】
図４に示された前記燃料供給部９の空気孔プレート３３の例においては、多数の空気孔３２が同心状に該空気孔プレート３３の中心から半径方向外方に向かって環状に８列配置されている。
【００６３】
また、空気孔プレート３３の裏側となるので図示されていないが、この空気孔３２と対をなして同軸噴流を形成するように燃料ノズル３１が配設されている。
【００６４】
図４に示された空気孔プレート３３に配置された８列の環状の空気孔３２は、該空気孔プレート３３の中心から４列（第１列〜第４列）が第１群（Ｆ１）、第５列が第２群（Ｆ２）、その外側の２列（第６、７列）が第３群（Ｆ３）、最外周（第８列）が第４群（Ｆ４）と群分けされている。
【００６５】
そして図２に示したガスタービン燃焼器２に燃料２００を供給する燃料系統のように、空気孔３２のＦ１〜Ｆ４のそれぞれの群に対応させて前記ガスタービン燃焼器２の燃料供給部９に設けた燃料ノズルヘッダ３０に設けたフランジ５１〜５４（ただし第３群に対応するフランジ５３は図示せず）を通して燃料が前記Ｆ１〜Ｆ４のそれぞれの群の空気孔３２に対応した燃料ノズル３１に供給できるように構成されている。
【００６６】
即ち、燃料制御弁２１１を備えた燃料系統を通じてＦ１燃料２０１がフランジ５１から第１群（Ｆ１）の空気孔３２に対応した燃料ノズル３１に供給され、同様に燃料制御弁２１２を備えた燃料系統を通じてＦ２燃料２０２がフランジ５２から第２群（Ｆ２）の空気孔３２に対応した燃料ノズル３１に供給され、燃料制御弁２１３を備えた燃料系統を通じてＦ３燃料２０３がフランジ５３から第３群（Ｆ３）の空気孔３２に対応した燃料ノズル３１に供給され、燃料制御弁２１４を備えた燃料系統を通じてＦ４燃料２０４がフランジ５４から第４群（Ｆ４）の空気孔３２に対応した燃料ノズル３１にそれぞれ供給されている。
【００６７】
このような燃料系統を群分けした構造を採用するにより、ガスタービンの負荷変化に対応した燃料流量変化に対してＦ１〜Ｆ４燃料２０１〜２０４が供給されるガスタービン燃焼器２の燃料供給部９に設けた燃料ノズル３１の本数を段階的に調節する燃料ステージングが可能となり、ガスタービンの部分負荷運転時の燃焼安定性を高めると共に低ＮＯｘ化が可能となる。
【００６８】
さらに空気孔プレート３３に形成した中央の１列〜４列の第１群（Ｆ１）の空気孔３２はピッチ円接線方向に角度α（図４の本実施例では角度α＝１５°）を持った斜め穴に形成することで、この第１群（Ｆ１）の空気孔３２から噴出する燃料噴流と空気噴流の同軸噴流の噴流全体に旋回をかけて燃焼室５０の内部に噴出させ、前記燃焼室５０内に循環流を生じさせることによって燃焼室５０内でこの燃料噴流と空気噴流の同軸噴流を燃焼して形成する火炎を安定化させている。
【００６９】
前記第１群（Ｆ１）の周囲の５列の第２群（Ｆ２）、６列から７列の第３群（Ｆ３）、８列の第４群（Ｆ４）の各空気孔３２からは燃料噴流と空気噴流の同軸噴流が旋回をかけずに直進流として燃焼室５０の内部に噴出させて燃焼するが、中央の前記第１群（Ｆ１）から噴出した同軸噴流を燃焼した火炎の燃焼熱によって燃焼するので形成される火炎を安定化させることができる。
【００７０】
このようにガスタービンの負荷変化に応じて燃料ノズル３１の本数を段階的に調節する燃料ステージングは、ガスタービンの部分負荷運転時の燃焼安定性の確保および低ＮＯｘ化において重要である。
【００７１】
ところで、燃料ステージングに伴う燃料非供給状態から燃料供給状態への切替時に燃料ノズルヘッダ３０に過渡的に大きな熱応力が生じやすいという問題がある。
【００７２】
次に図１０に示したガスタービン燃焼器の燃料供給部及び燃料ノズルと燃料ノズルヘッダとの配置関係を示す模式図を用いて燃料ノズルヘッダに熱応力が発生するメカニズムについて説明する。
【００７３】
図１０（ａ）にガスタービン燃焼器の燃料供給部を構成する燃料ノズルと、この燃料ノズルを備えた燃料ノズルヘッダの配置関係を示す概略構成図、図１０（ｂ）に第１群（Ｆ１）から第４群（Ｆ４）全体の燃料ノズルと燃料ノズルヘッダとの関係を示す部分図、図１０（ｃ）に燃料ノズルと、この燃料ノズルを設置した燃料ノズルヘッダとの配置関係を示す部分拡大図をそれぞれ示す。
【００７４】
ここでは熱応力が発生する一例として、第１群（Ｆ１）から第３群（Ｆ３）までが燃料供給状態、すなわち燃焼状態にあって、これから第４群（Ｆ４）に燃料を供給し始める状況を考える。
【００７５】
図１０において、燃料を供給している第１群（Ｆ１）から第３群（Ｆ３）に対応する燃料ノズル３１ａは、燃料噴流との同軸噴流を形成するために供給される高温の空気噴流３６により加熱されるが、燃料を流通させるために燃料ノズル３１の内部に形成された燃料流路３７を流れる燃料によって冷却される冷却効果の方が強い。
【００７６】
このため、図１０（ｃ）に示した燃料ノズル３１のＡ部は燃料流路３７を流れる燃料によって冷却されて低温となる。
【００７７】
また、第１群（Ｆ１）から第３群（Ｆ３）に対応する燃料ノズルヘッダ３０ａは、燃料ノズル３１の燃料流路３７近傍となる図１０（ｃ）に示したＢ部と、供給される燃料と接している図１０（ｃ）に示したＥ部で燃料ノズルヘッダ３０のプレート材の温度が低く、前記第１群（Ｆ１）から第３群（Ｆ３）に対応する燃料ノズル３１ａから半径方向に十分離れている図１０（ｃ）に示したＣ部と、空気噴流３６に曝される図１０（ｃ）に示したＤ部は高温とはなるが、燃料ノズルヘッダ３０ａ全体としては緩やかな温度分布を持った状態で静定しており、特に問題はない。
【００７８】
一方、燃料を供給していない第４群（Ｆ４）に対応する燃料ノズル３１ｂでは、図１０（ｃ）に示した燃料ノズル３１のＡ部は燃料ノズル３１ａと異なり、燃料ノズル３１の内部に形成した燃料流路３７に燃料が供給されていないために燃料ノズル３１は燃料によって冷却されず、高温の空気噴流３６により加熱される。
【００７９】
また、第４群（Ｆ４）に対応する燃料ノズルヘッダ３０ｂは、同じく燃料系統に燃料が供給されていないため、燃料ノズルヘッダ３０ａと異なり図１０（ｃ）に示したＢ〜Ｅ部はＡ部およびＤ部からの熱伝導によって加熱されて高温の状態で静定している。
【００８０】
この高温に加熱された状態で、ガスタービンの負荷が増加して燃料ステージングにより第４群（Ｆ４）に燃料が供給されると、燃料の冷熱が燃料ノズル３１ｂおよび燃料ノズルヘッダ３０ｂを急激に冷却するので図１０（ｃ）に示したＢ部とＥ部は温度が急激に低下する。
【００８１】
ところで燃料ノズルヘッダ３０ｂは自身の持つ熱容量が大きいので、第４群（Ｆ４）の燃料供給直後において図１０（ｃ）に示したＢ部とＥ部以外の部分（Ｃ部およびＤ部）は高温のままとなり、燃料ノズルヘッダ３０ｂには急激な温度分布が生じることになる。
【００８２】
特に、燃料ノズル３１に燃料を流通させる燃料流路３７に近い図１０（ｃ）に示したＢ部は急冷されて収縮しようとするが、その他の部分は高温なので、燃料流路３７内面に過大な引張応力が発生する。
【００８３】
なお、第４群（Ｆ４）の燃料供給後しばらくすると、燃料ノズルヘッダ３０ｂの温度分布が静定して、この引張応力は小さくなる。
【００８４】
そこで燃料ノズルヘッダ３０に発生する熱応力を回避するために、本発明の実施例では図３乃至図９に示したように、ガスタービン燃焼器２の燃料供給部９を構成する燃料供給のための燃料流路３７を内部に形成した概略円筒状の燃料ノズル３１と、この燃料ノズル３１を取り付ける台座となる燃料ノズルヘッダ３０とを別部材で構成している。
【００８５】
このように燃料ノズル３１と燃料ノズルヘッダ３０とを別部材で構成することで、燃料ノズル３１のいずれか一本に流路の目詰まりなどの不具合が発生した場合においても、不具合のある燃料ノズル３１のみを交換すれば良く、燃料ノズル３１と燃料ノズルヘッダ３０とを一体に形成した場合と比較してコストの削減と製作期間の短縮を図ることができる。
【００８６】
また、前記燃料ノズル３１の中央部外面にはリブ状突起３８を設けており、このリブ状突起３８を燃料ノズルヘッダ３０下流側の面に突き当てるようにして前記燃料ノズル３１を燃料ノズルヘッダ３０に設置することで、燃料ノズルヘッダ３０に対する燃料ノズル３１の燃料の流れ方向の位置決めを正確に行なうことができる。
【００８７】
前記燃料ノズル３１はその後端部に端面から数ｍｍ程度の範囲に亘って平行雄ネジ３９が加工されており、燃料ノズルヘッダ３０に設けた燃料ノズル３１を取り付ける設置孔４０の内周側にも平行雌ネジ４１を加工して設けてあり、この燃料ノズル３１の平行雄ネジ３９と燃料ノズルヘッダ３０の設置孔４０に形成した平行雌ネジ４１との両者を前記ネジによって締結することで燃料ノズル３１を燃料ノズルヘッダ３０に固定する。
【００８８】
このように燃料ノズル３１を燃料ノズルヘッダ３０にネジで締結する構造にすることにより、万一燃料供給圧が上昇した場合にも燃料ノズル３１が燃料ノズルヘッダ３０から空気孔プレート３３側に脱離することが防止できる。
【００８９】
また、燃料ノズル３１を燃料ノズルヘッダ３０の設置孔４０に前記ネジで締結することで、燃料ノズル３１は燃料ノズルヘッダ３０の外面に対して鉛直な角度に固定される。
【００９０】
なお、燃料ノズル３１の外周に設けたリブ状突起３８は燃料ノズル３１を燃料ノズルヘッダ３０にネジで締結する時に容易となるように、例えば六角形状に形成すれば良い。
【００９１】
この燃料ノズル３１を燃料ノズルヘッダ３０に取り付ける場合には、燃料ノズルヘッダ３０に設けられた燃料ノズル３１を設置するための貫通孔である設置孔４０の下流側から燃料ノズル３１を取り付ける。
【００９２】
燃料ノズルヘッダ３０に設けた設置孔４０は段つきの二種類の内径を有するように形成され、燃料ノズルヘッダ３０の下流側の端面から形成されている内径の大きい非ネジ穴部分と、燃料ノズルヘッダ３０の上流側の端面から数ｍｍ程度の範囲に亘って形成されている内径の小さな平行雌ネジ４１が設けられたネジ穴部分で構成される。
【００９３】
なお、燃料ノズルヘッダ３０の設置孔４０に形成した平行雌ネジ４１は、燃料ノズル３１に設けた平行雄ネジ３９に対応しており、これらのネジを係合させて燃料ノズル３１を燃料ノズルヘッダ３０に締結する。
【００９４】
設置孔４０の非ネジ穴部分は、燃料ノズル３１の高さ方向の位置決めのために該燃料ノズル３１に形成したリブ状突起３８の直径よりも小さな内径とするが、前記燃料ノズル３１の位置決めに支障ない程度に出来るだけ大きな内径（例えば、燃料ノズル３１の後端部に形成した雄ネジ３９の外径よりも数ｍｍ程度大きな内径）にして設置孔４０の内側に空気層４２の空間を形成する。
【００９５】
この構成は、燃料ノズル３１の外面と燃料ノズルヘッダ３０の設置孔４０の内面との間で空気層４２を形成する空間を設けるためであり、両者の間にこの空気層４２の空間を形成することによって燃料ノズル３１と燃料ノズルヘッダ３０の間を断熱し、且つ、燃料ノズル３１の位置決めの際に生じる燃料ノズル３１のリブ状突起３８と燃料ノズルヘッダ３０の接触部分の面積をできるだけ小さくして、燃料ノズル３１から燃料ノズルヘッダ３０への冷熱の流入を防ぐためである。
【００９６】
前記空気層４２は多孔質材料などの断熱材料による略円筒状の断熱層４４を設置することで置き換えることも可能である。
【００９７】
なお、ネジによる燃料ノズル３１と燃料ノズルヘッダ３０との締結において、燃料ノズル３１を燃料ノズルヘッダ３０の設置孔４０の軸心に対して鉛直かつ同心状に配置するために、燃料ノズルヘッダ３０の設置孔４０の内周側に設ける平行雌ネジ４１のネジ穴は設置孔４０の軸心と平行に加工する。
【００９８】
燃料ノズル３１の後端部の外面に設ける平行雄ネジ３９に対しても同様に、前記燃料ノズル３１の軸心に沿って形成した燃料流路３７を中心軸としてこの軸心に平行に前記平行雄ネジ３９のネジ山を加工する。
【００９９】
また、前記したネジによる燃料ノズル３１と燃料ノズルヘッダ３０との締結では、燃料ノズル３１と燃料ノズルヘッダ３０とは設置孔４０の内周の全長に亘って完全に接触しないため、両者が完全に接触する場合に比べてある程度断熱されるが、設置孔４０の内側に前記空気層４２を形成することによる断熱は前記ネジによる断熱に比べて断熱性能の点で非常に優れている。
【０１００】
そこで、燃料ノズルヘッダ３０の設置孔４０に対する燃料ノズル３１の鉛直度を確保し、燃料ノズル３１を燃料ノズルヘッダ３０に固定することができる範囲で、前記ネジによる締結部分は可能な限り短くした方が良い。
【０１０１】
燃料ノズル３１は燃料ノズルヘッダ３０の設置孔４０に設置した後、燃料ノズル３１に設けたリブ状突起３８と燃料ノズルヘッダ３０との間隙全周を封止手段４３により封止して、燃料ノズル３１と燃料ノズルヘッダ３０の間隙から燃料リークを防ぐ。
【０１０２】
封止手段４３の例としては、主としてロー付けを用いているが、ロー付け以外の他の封止手段を用いても構わない。
【０１０３】
ロー付けの長所としては、例えばその他の封止手段として考えられる溶接の場合は一本一本の燃料ノズル３１を燃料ノズルヘッダ３０と溶接する必要があるが、ロー付けの場合はローを複数の燃料ノズル３１の封止部位に配置して燃料ノズル３１と燃料ノズルヘッダ３０全体を炉に入れて加熱すれば良く、作業工数を低減できる。
【０１０４】
さらに、溶接では封止する際に溶接ひずみが生じる不安があるが、ローによる封止ではその心配がほとんどない。
【０１０５】
一方で、ロー付けの場合にはローが加工の際に設置孔４０に流入することによって燃料ノズル３１と燃料ノズルヘッダ３０の断熱が損なわれる心配があるが、本実施例では設置孔４０の内部に空気層４２を形成していることから、仮にロー付けのローの一部が空気層４２の空間に流入したとしても広い空気層４２がローによって完全に埋まることはないので、燃料ノズル３１と燃料ノズルヘッダ３０との間の断熱は維持される。
【０１０６】
また、仮にロー付けのローがネジの締結部に流入してしまうと、同様に断熱性が損なわれる可能性があるが、本実施例ではネジの締結部にローが流入する前に設置孔４０の内部に空気層４２が形成されているため、ネジ締結部にローが直接流入する心配はない。
【０１０７】
ロー付け、溶接以外の封止手段としては、ハンダ付けや耐熱エポキシ接着剤、セラミック接着剤等による封止が考えられる。
【０１０８】
ハンダ付けは基本的にはロー付けと同様で、ガスタービン燃焼器に流入する空気温度が比較的低い場合においては有用な方法である。
【０１０９】
耐熱エポキシ接着剤の場合も、ハンダ付け同様にガスタービン燃焼器に流入する空気温度が比較的低い場合には適用可能である。
【０１１０】
セラミック接着剤は、ロー付けよりも耐熱温度が高く燃焼用空気が高温である場合に有効である。
【０１１１】
かくして、上記した発電用の高湿分ガスタービンプラントに使用されている本実施例のガスタービン燃焼器２においては、燃料供給部９を構成する複数の燃料ノズル３１の外周側に設けたリブ状突起３８により該燃料ノズル３１を燃料ノズルヘッダ３０に設けた複数の設置孔４０に対して軸方向の位置決めを行い、燃料ノズル３１のリブ状突起３８と燃料ノズルヘッダ３０との間隙をロー付けなどの封止手段４３により封止して燃料リークを防ぐことができる。
【０１１２】
この燃料ノズル３１は燃料ノズルヘッダ３０の設置孔４０にネジ締結によって固定する構成にしたことから、燃料ノズル３１を設置孔４０に対して鉛直、且つ同心状に設置することができるだけでなく、ネジ締結により燃料ノズル３１が燃料ノズルヘッダ３０から脱離することが防止できる。
【０１１３】
更に、燃料ノズルヘッダ３０の設置孔４０の内側に設けた空気層４２によって燃料ノズル３１と燃料ノズルヘッダ３０との間を断熱することで、燃料供給時に燃料ノズル３１が急激に冷却されることによって燃料ノズルヘッダ３０に過渡的に生じ得る熱応力を緩和することができる。
【０１１４】
また、前記燃料ノズル３１は燃料ノズルヘッダ３０にネジで固定する構造を採用したため、燃料ノズル３１と燃料ノズルヘッダ３０との組み立てが非常に容易となる。
【０１１５】
上記した本発明の実施例によれば、燃料と空気の同軸噴流を形成する燃料ノズルと燃料ノズルヘッダを備えたガスタービン燃焼器で、燃料ノズルヘッダに発生する熱応力を抑制して寿命の向上を図るガスタービン燃焼器が実現できる。
【実施例２】
【０１１６】
次に、本発明の第２の実施例であるガスタービン燃焼器について図５を用いて説明する。
【０１１７】
本実施例のガスタービン燃焼器の構成は、図１乃至図４に示した先の第１の実施例のガスタービン燃焼器の構成と基本的な部分が共通しているので、両者に共通した構成の説明は省略して相違した構成についてのみ以下に説明する。
【０１１８】
図５は本実施例のガスタービン燃焼器２の燃料供給部９を構成する燃料ノズルヘッダ３０に設けた一対の燃料ノズル３１と空気孔プレート３３に設けた空気孔３２との配置関係を示している。
【０１１９】
図５に示した本実施例の構成で図３に示した先の実施例の構成と異なっているのは、燃料ノズルヘッダ３０の設置孔４０に取り付けられる燃料ノズル３１に、該燃料ノズル３１の後部に設けた非ネジ部３９ｂの外径が燃料ノズル３１の後部端に設けた平行雄ネジ３９の外径よりも小さくなるように形成し、燃料ノズルヘッダ３０に設けた設置孔４０の内径は全長に亘って同一の直径を有する平行雌ネジ４１に加工したことである。
【０１２０】
すなわち、燃料ノズル３１の後部に設けた非ネジ部３９ｂの外径が燃料ノズルヘッダ３０の設置孔４０に設けた平行雌ネジ４１の内径よりも小径に形成されていることで、燃料ノズル３１と燃料ノズルヘッダ３０との間に空間部を形成する空気層４２を設けて燃料ノズル３１と燃料ノズルヘッダ３０とを断熱する構造となっている。
【０１２１】
本実施例では、図３に示した先の実施例の燃料ノズル３１及び燃料ノズルヘッダ３０と同じく組み立てが容易であり、燃料ノズル３１のリブ状突起３８と燃料ノズルヘッダ３０との間隙を封止する封止手段４３のロー付けのローが燃料ノズルヘッダ３０の設置孔４０に流入した場合であっても設置孔４０の内部に形成した空気層４２がローによって完全に埋まることはないので、燃料ノズル３１と燃料ノズルヘッダ３０との間の断熱は維持される。
【０１２２】
更に、燃料ノズルヘッダ３０に設けた設置孔４０の全長に亘って平行雌ネジ４１が加工されているため、仮にロー付けのローが平行雌ネジ４１の部分にまで流入したとしても燃料ノズル３１に設けた平行雄ネジ３９とのネジ締結部にまでローが流入することが抑制され、よって燃料ノズル３１と燃料ノズルヘッダ３０との間の断熱を維持することができる。
【０１２３】
上記した本発明の実施例によれば、燃料と空気の同軸噴流を形成する燃料ノズルと燃料ノズルヘッダを備えたガスタービン燃焼器で、燃料ノズルヘッダに発生する熱応力を抑制して寿命の向上を図るガスタービン燃焼器が実現できる。
【実施例３】
【０１２４】
次に、本発明の第３の実施例であるガスタービン燃焼器について図６を用いて説明する。
【０１２５】
本実施例のガスタービン燃焼器の構成は、図１乃至図４に示した先の第１の実施例のガスタービン燃焼器の構成と基本的な部分が共通しているので、両者に共通した構成の説明は省略して相違した構成についてのみ以下に説明する。
【０１２６】
図６は本実施例のガスタービン燃焼器２の燃料供給部９を構成する燃料ノズルヘッダ３０に設けた一対の燃料ノズル３１と空気孔プレート３３に設けた空気孔３２との配置関係を示している。
【０１２７】
図６に示した本実施例の構成で図３に示した先の実施例の構成と異なっているのは、燃料ノズル３１の外周側に設けたリブ状突起３８の外径を燃料ノズルヘッダ３０に設けた設置孔４０の内径とほぼ等しい寸法に形成し、前記設置孔４０の内側に該燃料ノズル３１の位置決め用の中空の円筒形状にした多孔質材料の断熱材料（例えば焼結金属）からなる断熱層４４を設置したことである。
【０１２８】
すなわち、燃料ノズル３１に設けたリブ状突起３８の側面が前記設置孔４０の内側に設けた中空円筒形状の断熱材料４４と突合わさることで、該燃料ノズル３１が軸方向に位置決めされることになる。
【０１２９】
本実施例では、燃料ノズル３１の外周側に設けたリブ状突起３８の全体あるいは一部が設置孔４０の内部に位置するため、リブ状突起３８の外径は前記設置孔４０の非ネジ部の内径とほぼ等しい直径の円筒形状となる。
【０１３０】
また、本実施例では、燃料ノズル３１と燃料ノズルヘッダ３０との間に配設した断熱材料４４によって断熱されるため、燃料ノズル３１のリブ状突起３８と燃料ノズルヘッダ３０との間隙を封止する封止手段にロー付けを用いた場合に、燃料ノズルヘッダ３０の設置孔４０の内部に仮にローが流入しても前記中空円筒形状の断熱材料４４によってローがネジ締結部に流入することは防止される。
【０１３１】
更に、燃料ノズル３１は燃料ノズルヘッダ３０の設置孔４０にネジ締結によって固定するだけでなく、この設置孔４０の内部に中空円筒形状の断熱材料４４と、燃料ノズル３１に設けたリブ状突起３８とを配設するようにしたことにより、燃料ノズルヘッダ３０の設置孔４０に対して前記燃料ノズル３１を確実に鉛直、且つ同心状に設置することができる。
【０１３２】
上記した本発明の実施例によれば、燃料と空気の同軸噴流を形成する燃料ノズルと燃料ノズルヘッダを備えたガスタービン燃焼器で、燃料ノズルヘッダに発生する熱応力を抑制して寿命の向上を図るガスタービン燃焼器が実現できる。
【実施例４】
【０１３３】
次に、本発明の第４の実施例であるガスタービン燃焼器について図７を用いて説明する。
【０１３４】
本実施例のガスタービン燃焼器の構成は、図１乃至図４に示した先の第１の実施例のガスタービン燃焼器の構成と基本的な部分が共通しているので、両者に共通した構成の説明は省略して相違した構成についてのみ以下に説明する。
【０１３５】
図７は本実施例のガスタービン燃焼器２の燃料供給部９を構成する燃料ノズルヘッダ３０に設けた一対の燃料ノズル３１と空気孔プレート３３に設けた空気孔３２との配置関係を示している。
【０１３６】
図７に示した本実施例の構成で図３に示した先の実施例の構成と異なっているのは、燃料ノズル３１の外周側にリブ状突起３８だけでなくこの第１のリブ状突起３８の上流側となる燃料ノズル３１の後端部に軸方向に離間した第２のリブ状突起４５をそれぞれ設け、これらのリブ状突起３８及び第２のリブ状突起４５の外径を燃料ノズルヘッダ３０に設けた設置孔４０の内径とほぼ等しい寸法に形成させたものである。
【０１３７】
そして上記のように構成したことによって、燃料ノズル３１のリブ状突起３８及び第２のリブ状突起４５は燃料ノズルヘッダ３０に設けた設置孔４０の内部に配設できることになる。
【０１３８】
上記の構成を採用したことによって、燃料ノズルヘッダ３０の設置孔４０に対して前記燃料ノズル３１を確実に鉛直、且つ同心状に設置することができる。
【０１３９】
更に本実施例では、先の第１の実施例のようなネジによる燃料ノズル３１と燃料ノズルヘッダ３０との締結に替わって、燃料ノズル３１の上流側となる下端部に設置孔４０の内径よりも大きな外径を有するリブ状突起のストッパー４６を設け、この大径のストッパー４６を燃料ノズルヘッダ３０の下流側の端面に突き当てることで、燃料ノズルヘッダ３０に対する燃料ノズル３１の軸方向の位置を設定する。
【０１４０】
前記燃料ノズル３１のストッパー４６が燃料ノズルヘッダ３０に突き当たる部分は、燃料ノズル３１の燃料の流れ方向の位置を正確に管理するために段を付けると良い。
【０１４１】
また、前記燃料ノズルヘッダ３０の設置孔４０の内周と前記燃料ノズル３１のリブ状突起３８及び第２のリブ状突起４５の間で空気層４２となる空間部を形成することにより、燃料ノズル３０と燃料ノズルヘッダ３１との間を断熱させることができる。
【０１４２】
尚、前記空気層４２は先の第１の実施例と同様な断熱材料の断熱層４４で置き換えることが可能である。
【０１４３】
このように本実施例では、燃料ノズル３１を燃料ノズルヘッダ３０に固定し、燃料ノズル３１の空気孔プレート３３側への脱離防止を目的としたネジ締結構造が不要となるため、燃料ノズルヘッダ３０に設ける設置孔４０は同一直径の穴を形成すればよく、よって燃料ノズルヘッダ３０の設置孔４０の加工は容易となる。
【０１４４】
また、燃料ノズル３１の外面に設けたリブ状突起３８と第２のリブ状突起４５、及びストッパー４６は燃料ノズル３１と一体構造となるために燃料ノズル３１を頑丈な構造にすることができる。
【０１４５】
加えて本実施例では、燃料ノズル３１の後端部に設けたストッパー４６を燃料ノズルヘッダ３０の上流側の端面となる設置孔４０の開口に当接させてこの燃料ノズル３１を燃料ノズルヘッダ３０の設置孔４０に対して位置決めし、燃料ノズル３１に設けた同径のリブ状突起３８と第２のリブ状突起４５を燃料ノズルヘッダ３０の設置孔４０の内部に配設することによって、前記設置孔４０に対して燃料ノズル３１を確実に鉛直、且つ同心状に設置できる。
【０１４６】
また、燃料ノズル３１と燃料ノズルヘッダ３０の設置孔４０との間を封止する封止手段４３は、先の第１の実施例と同様に燃料ノズル３１と燃料ノズルヘッダ３０との間隙を封止して燃料リークを防いでいるが、この封止手段４３として溶接を用いる構造も考えられる。
【０１４７】
上記した本発明の実施例によれば、燃料と空気の同軸噴流を形成する燃料ノズルと燃料ノズルヘッダを備えたガスタービン燃焼器で、燃料ノズルヘッダに発生する熱応力を抑制して寿命の向上を図るガスタービン燃焼器が実現できる。
【実施例５】
【０１４８】
次に、本発明の第５の実施例であるガスタービン燃焼器について図８を用いて説明する。
【０１４９】
本実施例のガスタービン燃焼器の構成は、図１乃至図４に示した先の第１の実施例のガスタービン燃焼器の構成と基本的な部分が共通しているので、両者に共通した構成の説明は省略して相違した構成についてのみ以下に説明する。
【０１５０】
図８は本実施例のガスタービン燃焼器２の燃料供給部９を構成する燃料ノズルヘッダ３０に設けた一対の燃料ノズル３１と空気孔プレート３３に設けた空気孔３２との配置関係を示している。
【０１５１】
図８に示した本実施例の構成で図３に示した先の第１の実施例の構成と異なっているのは、燃料ノズルヘッダ３０に設けた設置孔４０の内部に配設された燃料ノズル３１と該設置孔４０の内周面との間隙を埋める中空円筒形状の断熱材料の断熱層４４を設置し、この設置孔４０の内部に配設された燃料ノズル３１を燃料ノズルヘッダ３０の下流側の端面となる設置孔４０の開口に固定するように前記燃料ノズル３１の後端部に形成した平行雄ネジ３９と係合するナット４７を該燃料ノズル３１の端部に備えさせたものである。
【０１５２】
そして燃料ノズル３１の外周側に設けたリブ状突起３８を燃料ノズルヘッダ３０の設置孔４０の下流側端面に当接させることによって前記設置孔４０に対する燃料ノズル３１の軸方向の位置決めを図っている。
【０１５３】
燃料ノズル３１のリブ状突起３８は、燃料ノズル３１の組み立ての都合上、六角ボルトのような外形形状であるとよい。
【０１５４】
燃料ノズル３１の後端部には、雌ネジ４８を形成した固定用のナット４７を取り付けるために、端面から数ｍｍの範囲に亘って前記ナット４７の雌ネジ４８と係合する平行雄ネジ３９を設けている。
【０１５５】
燃料ノズルヘッダ３０に設けた設置孔４０は全長に亘って同一の内径で形成されているおり、設置孔４０の内部の燃料ノズル３１の外面と設置孔４０の内面との間には中空円筒形状の断熱材料（例えば焼結金属）の断熱層４４が設置孔４０は全長に亘って挿入されているので、燃料ノズル３１と燃料ノズルヘッダ３０との間を断熱し、同時に設置孔４０に対して燃料ノズル３１を確実に鉛直、且つ同心状に設置することができる。
【０１５６】
断熱層４４の下流側となる燃料ノズル３１の後端部に設けた平行雄ネジ３９に雌ネジ４８を有するナット４７を取り付けることで、燃料ノズル３１を燃料ノズルヘッダ３０に固定することができる。
【０１５７】
この固定用のナット４７は燃料ノズルヘッダ３０の下流側の端面となる設置孔４０の開口を塞ぐように固定される。
【０１５８】
そして燃料ノズル３１のリブ状突起３８と燃料ノズルヘッダ３０の設置孔４０との間隙は封止手段４３により封止され、燃料リークを防いでいる。
【０１５９】
本実施例では、燃料ノズル３１の後端部に燃料ノズルヘッダ３０の上流側からナット４７を取り付けて固定する必要があるが、一つ一つの部材の構造が単純であり加工は容易である。
【０１６０】
また本実施例では、燃料ノズルヘッダ３０の設置孔４０の軸方向長さの全体に断熱層４４を設置する構造を挙げたが、例えば設置孔４０の軸方向の長さの一部に断熱材料、あるいは中空円筒の断熱層を挿入することでも断熱の効果を実現できる。
【０１６１】
上記した本発明の実施例によれば、燃料と空気の同軸噴流を形成する燃料ノズルと燃料ノズルヘッダを備えたガスタービン燃焼器で、燃料ノズルヘッダに発生する熱応力を抑制して寿命の向上を図るガスタービン燃焼器が実現できる。
【実施例６】
【０１６２】
次に、本発明の第６の実施例であるガスタービン燃焼器について図９を用いて説明する。
【０１６３】
本実施例のガスタービン燃焼器の構成は、図１乃至図４に示した先の第１の実施例のガスタービン燃焼器の構成と基本的な部分が共通しているので、両者に共通した構成の説明は省略して相違した構成についてのみ以下に説明する。
【０１６４】
図９は本実施例のガスタービン燃焼器２の燃料供給部９を構成する燃料ノズルヘッダ３０に設けた一対の燃料ノズル３１と空気孔プレート３３に設けた空気孔３２との配置関係を示している。
【０１６５】
図９に示した本実施例の構成で図３に示した先の第１の実施例の構成と異なっているのは、燃料ノズル３１の外周側に設けたリブ状突起３８の外径を燃料ノズルヘッダ３０に設けた設置孔４０の内径とほぼ等しい寸法に形成させたものである。
【０１６６】
そして上記のように構成したことによって、燃料ノズル３１のリブ状突起３８は燃料ノズルヘッダ３０に設けた設置孔４０の内部に配設できることになる。
【０１６７】
上記の構成を採用したことによって、燃料ノズルヘッダ３０の設置孔４０に対して前記燃料ノズル３１を確実に鉛直、且つ同心状に設置することができる。
【０１６８】
燃料ノズルヘッダ３０に設けた設置孔４０の内部には該燃料ノズル３１の位置決め用の中空円筒形状にした多孔質材料の断熱材料（例えば焼結金属）からなる断熱層４４を設置して、燃料ノズル３１に設けたリブ状突起３８の側面が前記設置孔４０の内側に設けた中空円筒形状の断熱材料４４と突合わさることで、該燃料ノズル３１の軸方向の位置決めを行なっている。
【０１６９】
そして燃料ノズル３１の後端部には、雌ネジ４８を形成した固定用のナット４７を取り付けるために、端部から数ｍｍの範囲に亘って前記ナット４７の雌ネジ４８と係合する平行雄ネジ３９を設けてあり、この固定用のナット４７は燃料ノズルヘッダ３０の下流側の端面となる設置孔４０の開口を塞ぐように固定される。
【０１７０】
本実施例では、燃料ノズル３１の後端部に燃料ノズルヘッダ３０の上流側からナット４７を取り付けて固定する必要があるが、一つ一つの部材の構造が単純であり加工は容易である。
【０１７１】
また本実施例では、燃料ノズルヘッダ３０の設置孔４０の軸方向長さの全体に断熱層４４を設置する構造を挙げたが、例えば設置孔４０の軸方向の長さの一部に断熱材料、あるいは中空円筒の断熱層を挿入することでも断熱の効果を実現できる。
【０１７２】
上記した本発明の実施例によれば、燃料と空気の同軸噴流を形成する燃料ノズルと燃料ノズルヘッダを備えたガスタービン燃焼器で、燃料ノズルヘッダに発生する熱応力を抑制して寿命の向上を図るガスタービン燃焼器が実現できる。
【産業上の利用可能性】
【０１７３】
本発明は発電用のガスタービン燃焼器だけでなく、熱と電力を併給可能なコジェネレーションシステム、あるいはポンプ・圧縮機などの機械駆動用エンジンとしてのガスタービン燃焼器に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１７４】
【図１】本発明の実施例のガスタービン燃焼器が適用される高湿分ガスタービンプラントの概略構成を示すプラントの系統図。
【図２】本発明の実施例であるガスタービン燃焼器に設置されている燃料供給部を示す概略構造図。
【図３】本発明の第１の実施例であるガスタービン燃焼器の燃料供給部を構成する燃料ノズルヘッダと燃料ノズル及び空気孔プレートとの配置状況の詳細を示す部分構造図。
【図４】図３に示した本発明の第１実施例の空気プレートを燃焼室側から見た正面図。
【図５】本発明の第２の実施例であるガスタービン燃焼器の燃料供給部を構成する燃料ノズルヘッダと燃料ノズル及び空気孔プレートとの配置状況の詳細を示す部分構造図。
【図６】本発明の第３の実施例であるガスタービン燃焼器の燃料供給部を構成する燃料ノズルヘッダと燃料ノズル及び空気孔プレートとの配置状況の詳細を示す部分構造図。
【図７】本発明の第４の実施例であるガスタービン燃焼器の燃料供給部を構成する燃料ノズルヘッダと燃料ノズル及び空気孔プレートとの配置状況の詳細を示す部分構造図。
【図８】本発明の第５の実施例であるガスタービン燃焼器の燃料供給部を構成する燃料ノズルヘッダと燃料ノズル及び空気孔プレートとの配置状況の詳細を示す部分構造図。
【図９】本発明の第６の実施例であるガスタービン燃焼器の燃料供給部を構成する燃料ノズルヘッダと燃料ノズル及び空気孔プレートとの配置状況の詳細を示す部分構造図。
【図１０】ガスタービン燃焼器の燃料供給部及び燃料ノズルと燃料ノズルヘッダとの配置関係を示す模式図。
【図１１】図３に示した本発明の第１の実施例であるガスタービン燃焼器の燃料供給部の変形例であって、燃料ノズルヘッダと燃料ノズル及びこの燃料ノズルに対して空気孔を傾斜配置した空気孔プレートとの配置状況の詳細を示す部分構造図。
【符号の説明】
【０１７５】
１：圧縮機、２：ガスタービン燃焼器、３：タービン、４：増湿器、５：再生器、６：本体ケーシング、７：燃焼器ケーシング、８：燃焼器カバー、９：燃料供給部、１０：燃焼器ライナ、１１：フロースリーブ、１２：燃焼器尾筒内筒、１３：尾筒外筒、１４：流路、１５：配管、１６：隔壁部材、１７：圧縮機吸気ケーシング、２０：発電機、２１：シャフト、２２：給水加熱器、２３：排ガス再過熱器、２４：水回収装置、２５：排気塔、２６：水処理装置、２７：吸気噴霧装置、２９：熱交換器、３０：燃料ノズルヘッダ、３１：燃料ノズル、３２：空気孔、３３：空気孔プレート、３４：サポート、３５：燃料噴流、３６：空気噴流、３７：燃料流路、３８：リブ状突起、３９：平行雄ネジ、４０：設置孔、４１：平行雌ネジ、４２：空気層、４３：封止手段、４４：断熱層、４５：第二のリブ状突起、４６：ストッパー、４７：ナット、４８：雌ネジ、５１：Ｆ１燃料フランジ、５２：Ｆ２燃料フランジ、５４：Ｆ４燃料フランジ、１００：吸い込み空気、１０１：水噴霧後の吸い込み空気、１０２：高圧空気、１０３：高圧空気、１０４：低温高湿分空気、１０５：高温高湿分空気、１０６：高温燃焼ガス、１０７〜１０９：排ガス、２００：燃料、２０１：Ｆ１燃料、２０２：Ｆ２燃料、２０３：Ｆ３燃料、２０４：Ｆ４燃料、２１０：燃料遮断弁、２１１：Ｆ１燃料制御弁、２１２：Ｆ２燃料制御弁、２１３：Ｆ３燃料制御弁、２１４：Ｆ４燃料制御弁、３００：噴霧水、３０１：給水、３１０：噴霧水量制御弁、３１１：給水量制御弁。
【図１】
2009014297.tif 000003
【図２】
2009014297.tif 000004
【図３】
2009014297.tif 000005
【図４】
2009014297.tif 000006
【図５】
2009014297.tif 000007
【図６】
2009014297.tif 000008
【図７】
2009014297.tif 000009
【図８】
2009014297.tif 000010
【図９】
2009014297.tif 000011
【図１０】
2009014297.tif 000012
【図１１】
2009014297.tif 000013