JP2000171038A - ガスタービン燃焼器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガスタービン燃焼器に関し、空気の吸込の均
一化、熱応力の軽減、冷却の均一化を図り、燃焼器の性
能を高める。 【解決手段】 燃焼器２０の内筒２８内には中心にパイ
ロット燃料ノズル及びパイロットコーン３３が、その周
囲にメイン燃料ノズル及びメインスワラー３２が配置さ
れている。空気吸込部分（Ｘ−１）には整流筒１１が設
けられ、吸込空気を均一にすると共に、空気吸込部分
（Ｘ−２）では内筒２８周囲の空気穴を適切な数とし、
メインスワラー部分（Ｘ−３）及びパイロットコーン部
分（Ｘ−４）ではそれぞれメインスワラー３２をボルト
結合、パイロットスワラー３３の溶接個所の溶接最適化
を行い熱応力の影響を小さくする構造とし、尾筒冷却部
分（Ｘ−５）では尾筒２４のフランジ部７１の冷却構造
を冷却が均一となるようにして熱応力の影響を小さく
し、これら（Ｘ−１）〜（Ｘ−５）の改善により、燃焼
器の高温化に伴う障害をなくし、性能向上を図る。

Description

【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
に関し、燃焼用空気の吸込の均一化を計り、燃焼効率を
高めると共に、燃焼器の冷却性を向上させ、更に燃焼器
のメインスワラーやパイロットコーン等の熱応力に弱い
構造部分の取付構造を改善して高温度に影響されない構
造とし、燃焼ガスの高温化に伴うガスタービン燃焼器の
総合的な効率を高めるようにしたものである。

【０００２】

【従来の技術】図１９はガスタービン燃焼器の全体を示
す構成図である。図において、２０は燃焼器全体を示
し、車室５０内に収納されている。２１はメイン燃料ノ
ズルであり、円周状に複数本が配置され、油又はガスの
メイン燃料が供給される。２２はパイロット燃料ノズル
であり、複数本のメイン燃料ノズル２１の中心に配置さ
れ、メイン燃料ノズル２１に点火するものである。２３
は燃焼室、２４は尾筒であり、燃焼室２３で燃焼した高
温ガスが尾筒２４からガスタービンに導かれる。６２は
圧縮機、６３は空気出口、６４はエアセパレータで外部
の空気をガスタービンの翼へ冷却用として供給するも
の、６５はガスタービンの静翼、６６はガスタービンの
動翼である。

【０００３】上記構成の燃焼器において、圧縮機６２か
らの空気４０は空気出口６３から車室内へ流入し、４０
ａ，４０ｂで示すように燃焼器２０の周囲より燃焼のス
ティで形成される空間から燃焼器２０内に流入し燃焼に
供される。この時の空気の流れは出口の空気４０に近い
空気４０ａと出口から遠い空気４０ｂとでは流量、圧力
が異なっており、燃焼器２０へ流入する空気は周囲によ
り不均一となる。この結果燃焼器内筒内で空気に偏流が
起こり、燃料の流れも不均一となってＮＯ_X 排出量が多
くなる。

【０００４】図２０は上記に説明のガスタービン燃焼器
の全体を示し、このような燃焼器においては種々の解決
すべき課題をかかえており、これらの構造部分を示した
図である。図において、（Ｘ−１）及び（Ｘ−２）は燃
料ノズルへの空気吸込部分、（Ｘ−３）はメインスワラ
ーの取付構造部分、（Ｘ−４）はパイロットコーンの取
付構造部分、（Ｘ−５）は尾筒の冷却構造部分であり、
これらの各部はガスタービン燃焼器の高温化、高効率化
に対し、種々の問題点が存在する。次にこれら各部分の
現状の問題点について順次詳しく説明する。

【０００５】まず（Ｘ−１）の空気吸込部分について説
明する。図２１は燃焼ノズル部分の断面図であり、図に
おいて、圧縮機からの空気は４０ａ，４０ｂで示すよう
に燃焼器２０の周囲より流入し、スティ２５で形成され
る空間より燃焼器２０内に流入し、燃焼に供されるが、
空気４０は圧縮機に遠い側の空気流れ４０ｂと圧縮機に
近い４０ａとでは空間の形状、流路が異なっており、そ
のため燃焼室２３への空気流入量は周囲において不均一
となり偏流が生じてしまう。空気の偏流が生ずると燃料
の燃焼室内の流れも不均一となり、ＮＯ_X 量も多く発生
する。従って、燃焼器への空気の流入は周囲において均
一に流入することが要求される。

【０００６】又、図２１の燃焼器はトップハット型を採
用した燃焼器であり、車室５０には外筒ケーシング蓋５
１が燃料ノズルの挿入部分を覆って取付けられている。
一方、図１９で示した燃焼器は空気吸込部分が円筒状の
車室５０のケーシングで形成される空間に配置されてい
る。図２１の例では空気吸込部分であるスティ２５の周
囲は円筒状の外筒ケーシング蓋５１で周囲が覆われ、外
筒ケーシング蓋５１がハット状に外側へ突出する形状と
なっている。この型式の燃焼器では車室５０の外筒ケー
シング５１のセンタ６１と燃焼器センタ６０とは同一で
はなく、ケーシングに対して燃焼器が少し傾斜して取付
けられている。この理由は詳しい説明は省略するが、内
筒からの燃焼ガスが尾筒を通ってガスタービン燃焼通路
へ導く際にそのガス流れにより温度分布をできるだけ均
一にする必要があり、燃焼器の取付位置を最適に決定す
るためにケーシングのセンタ６１から燃焼器センタ６０
が傾斜している。

【０００７】上記のような燃焼器の配置により、空気吸
込部であるスティ２５の周囲は外筒ケーシング５１とス
ティ２５とで形成される空間の面積が異なっており、空
気の吸込は周囲によって不均一となる原因となってい
る。この型式の燃焼器では、外筒ケーシング蓋５１が整
流筒の機能をある程度はたすので、図１９に示す燃焼器
よりは燃焼器への空気の流れはある程度周囲では整流効
果を有するが、吸込んだ空気が反転してスティ２５の周
囲よりノズル部へ流入する流れを更に均一な流れとする
ために改善することが望まれていた。

【０００８】次に（Ｘ−２）の空気吸込部分の問題点に
つき説明する。図２２は上記に説明の燃焼器１０の内筒
部分の側面図である。図において内筒２８内には高温燃
焼ガス１６１が流れており、高温となるので、周囲には
図示省略の細かい冷却孔が多数設けられており、これら
冷却孔より流入した空気も内筒２８を冷却した後、内部
に流入し、燃焼ガス中に混入される。一方、燃焼ガス中
には内筒２８内で未燃分の燃料が残っており、この未燃
分があるとＮＯ_X の発生量が多くなるので、これを燃焼
させる必要がある。そのために内筒２８には図示のよう
に空気孔１０−１，１０−２，１０−３が設けられてお
り、これら空気孔１０−１，１０−２，１０−３はそれ
ぞれ各位置において円周方向に均等に６カ所ずつ配分さ
れている。

【０００９】上記構成の内筒においては、メイン燃料ノ
ズル２１で燃焼した高温燃焼ガス１６１は内筒２８内を
流れ、尾筒２４へ流出するが、高温燃焼ガス１６１には
未燃分の燃料が存在するので最初の空気孔１０−１の周
囲６ヶ所及び２列目の空気孔１０−２の周囲６ヶ所から
空気１３０がそれぞれ流入し、内筒２８内で未燃分の燃
焼に供される。更に、後流の３列目の空気孔１０−３の
周囲６ヶ所から空気１３１が流入し、空気１３０の流入
でも未だ燃焼しない残りの未燃カーボン分を燃焼させる
ようにしている。

【００１０】燃焼器２０に流入する空気量は、燃焼器の
ノズル部で燃焼に供されるために流入する空気と、冷却
のために内筒周囲の細孔より流入する空気と、前述の空
気孔１０−１，１０−２，１０−３から流入する空気１
３０，１３１が全量の空気である。これら全量の空気を
１００％とすると従来の燃焼器では一例として空気孔１
０−１，１０−２の流入量はそれぞれ約１４％程度、空
気孔１０−３から流入する空気量は約１９〜２０％程度
である。これらを空気孔１０−１，１０−２，１０−３
の比率で表すと１：１：（１．３〜１．４）程度となっ
ており、内筒２８の後段の空気孔１０−３から流入する
空気量が多くなっている。しかしながら空気１０−３か
ら流入する空気が過多になると、燃焼されずに高温燃焼
ガスの火炎を冷却することになり、これにより有色の煙
が発生してしまう。

【００１１】次に、（Ｘ−３）のメインスワラー部分の
問題点について説明する。 従来のガスタービンのマル
チ型予混合燃焼器においては、中央に位置するパイロッ
トスワラーの周囲に８個のメインスワラーを配置し、こ
れらメインスワラーを１．６mm前後の薄板固定片で燃焼
器本体周囲に溶接で固定して取付けている。図２３はこ
のような従来の燃焼器のスワラー部分を示す図、図２４
は図２３におけるＨ−Ｈ矢視図である。これら図におい
て２０は燃焼器本体、３１は中心のパイロットスワラー
であり、先端にコーン３３が取付けられている。３２は
メインスワラーであり、パイロットスワラー３１の周囲
に８個が配置されている。３４は円形の基板であり、中
心部にパイロットスワラー３１を挿通し、支持する穴、
その周囲にはメインスワラー３２を挿通し支持する８個
の穴が明けられており、その周囲は燃焼器本体２０の内
壁に溶接で固定されている。

【００１２】３５は固定金具であり、板金製で、図２４
に示すようにそれぞれ８個のメインスワラー３２を燃焼
器本体２０の端部周囲３６の内壁にそれぞれ溶接で固定
している。図２４のＨ−Ｈ矢視図において、メインスワ
ラー３２が燃焼器の端部周囲３６に固定金具３５で取付
けられている状態を示している。メインスワラー３２に
は図示省略しているが、メイン燃料ノズルの先端が挿通
され、中心のパイロットスワラー３２にはパイロット燃
料ノズルが挿通されており、メイン燃料ノズルから噴射
される燃料は、パイロットスワラー３１のコーン３３か
らの空気と混合してパイロット燃料ノズルからのパイロ
ット燃料の燃焼により、点火されて燃焼に供される。こ
のような燃焼器本体２０はガスタービンの車室内のロー
タ周囲に数１０個、例えばロータ周囲に円形に１６個が
配置され、高温の燃焼ガスをガスタービンの燃焼ガス通
路に供給し、ロータを回転させるものである。

【００１３】このような溶接構造のガスタービンにおい
ては、運転中の振動や熱応力によって変形を生じ、固定
金具３５の溶接部に割れが生じ、補修作業を行う必要が
度々発生し、固定金具３５の取替えや溶接作業をしなけ
ればならない。この固定金具３５の取付部は溶接の作業
スペースに乏しく、良好な溶接を施工するには悪条件で
あり、作業者に高度の技能を要求することになる。又、
溶接構造であるため製造時の加工精度に問題があり、取
付け時の微調整ができず、精度を維持するのに限度があ
った。

【００１４】次に、（Ｘ−４）のパイロットコーン部分
の問題点について説明する。図２３で説明の燃焼器にお
いてはメインスワラー３２の中心部にはメインノズルが
挿通され、メインノズルから噴出するメイン燃料にメイ
ンスワラーからの空気とを予混合させ、一方パイロット
スワラー３１の中心部にはパイロットノズルが挿通さ
れ、パイロットノズルからのパイロット燃料とパイロッ
トスワラ−３１からの空気とでパイロット燃料を燃焼さ
せ、燃焼筒内でメイン予混合燃料に点火させ、燃焼させ
て高温の燃焼ガスを発生させる。

【００１５】図２５は図２３におけるパイロットコーン
３３の詳細を示す図で従来のパイロットコーンの取付部
の断面図である。図において、パイロットコーン３３の
周囲にはコーンリング材３８が溶接Ｗ２で取付けられて
いる。コーンリング材３８は基板３９と一体の取付材３
９ｂに溶接Ｗ１で取付けられている。パイロットコーン
３３は又基板３９の円筒部３９ａ内に挿入され、溶接Ｗ
３で基板３９に固定されている。パイロットスワラー３
１の端部３１ａはパイロットコーン３３に挿入され、溶
接Ｗ４でパイロットコーン３３と結合されている。な
お、矢印は溶接方向を示している。このようにパイロッ
トコーン３３はコーンリング材３８を介した溶接Ｗ１及
び溶接Ｗ３とで基板３９に取付けられ、パイロットスワ
ラー３１は溶接Ｗ４でパイロットコーン３３と結合され
ている。基板３９は前述のように中心のパイロットスワ
ラー３１及びパイロットコーン３３と８個のメインスワ
ラー３２を上記のように溶接で固定し、基板ブロックに
保持している。

【００１６】上記に説明の溶接取付構造においては、そ
の組立順序はまず、コーンリング材３８が基板３９の取
付材３９ｂ周囲に溶接Ｗ１で取付けられ、次にパイロッ
トコーン３３を溶接Ｗ２でコーンリング材３８に取付け
る。続いてパイロットコーン３３の端部周囲を溶接Ｗ３
で基板３９に取付ける。その後パイロットスワラー３１
をパイロットコーン３３端部に挿入し、周囲を溶接Ｗ４
でパイロットコーン３３に取付けている。従ってこの溶
接構造ではパイロットコーン３３を取外す場合には溶接
Ｗ２とＷ３，Ｗ４を取外す必要があるが、溶接Ｗ２，Ｗ
３の場所はメインスワラー３２が配置されており、狭く
て作業スペースがなく、そのため基板ブロック全体を解
体しなければならない。そのために溶接の精度も低下
し、高温ガスの熱応力の影響を受けやすくなっている。

【００１７】パイロットスワラー３１やパイロットコー
ン３３は絶えず高温の燃焼ガスの影響を受け、前述のよ
うにその基板ブロックは薄い板全構造であり、熱応力の
歪によって溶接個所の割れが生じ、再々補修作業を行う
必要があり、高度な溶接作業が要求されており、このよ
うな溶接構造の改善が望まれていた。

【００１８】次に、（Ｘ−５）の尾筒冷却部分の問題点
について説明する。近年のガスタービンの高温化に伴い
燃焼ガスが１５００°Ｃ程度の高温度となる燃焼器が実
現するようになってきており、その冷却方式も空気冷却
方式から蒸気冷却方式の採用が検討されている。図２６
は蒸気冷却方式の代表的な燃焼器の一例を示す図であ
り、本出願人が開発したものである。図２６（ａ）にお
いて、２０は燃焼器本体であり、燃焼筒と尾筒２４から
なっている。２２は燃焼筒の中心部に配置されたパイロ
ット燃料ノズル、２１はメイン燃料ノズルであり、パイ
ロット燃料ノズル２２の周囲に８本が配置されている。
２６はメイン燃料供給口であり、メイン燃料ノズルに燃
料１４１を供給するもの、２７はパイロット燃料供給口
であり、パイロット燃料ノズル２２へパイロット燃料１
４０を供給するものである。

【００１９】１２５は冷却蒸気供給管で冷却用の蒸気１
３３が供給される。１２６は冷却蒸気回収管で、燃焼器
の尾筒２４を冷却した冷却後の蒸気１３４を回収する管
である。１２７は冷却蒸気供給管であり尾筒出口部より
冷却用蒸気１３２を供給し、後述するように尾筒２４を
冷却するためのものである。

【００２０】図２６（ｂ）は尾筒２４の壁の一部を示
し、壁２０ａ内部には多数の蒸気通路１５０が設けられ
ており、これら通路の内部を蒸気が通って壁２０ａ内を
冷却する構造となっでいる。図２６（ｃ）は（ｂ）にお
けるＪ−Ｊ断面図であり、蒸気通路１５０には蒸気供給
穴１５０ａと蒸気回収穴１５０ｂとが設けられ、蒸気が
供給され、蒸気通路１５０内を流れて壁２０ａを冷却
し、冷却後の蒸気が回収される。

【００２１】上記構成の燃焼器においてメイン燃料１４
１はメイン燃料供給口２６から８個のメインノズル２１
に供給され、一方パイロット燃料１４０はパイロット燃
料供給口２７からパイロットノズル２１に供給され燃焼
し、周囲のメインノズル２１から噴出する燃料に点火さ
せてメイン燃料が燃焼し、その燃焼ガスは燃焼筒から高
温の燃焼ガスとなって尾筒を通り、図示省略のガスター
ビンの燃焼ガス通路へ供給され、動翼・静翼間を流れて
仕事をしてロータを回転させる。このような燃焼器はロ
ータ周囲に複数個、機種や型式により異なるが例えば、
１６個が配置されており、各燃焼器の尾筒２４出口にお
いては１５００°Ｃ程度の高温ガスが通過しており、そ
のため燃焼器本体２０は空気又は蒸気で冷却する必要が
ある。

【００２２】図２６における燃焼器では蒸気冷却方式を
採用しており、図示省略の蒸気源から抽気された冷却用
蒸気１３２，１３３はそれぞれ冷却蒸気供給管１２５，
１２７から供給され、尾筒２４の壁２０ａ内に設けられ
た複数の蒸気通路１５０内を流れ、壁面を蒸気で冷却し
ながら冷却蒸気回収管１２６に集り、冷却により高温と
なった蒸気は回収蒸気１３２として回収され、図示省略
の蒸気源に戻され、有効利用される。

【００２３】図２７は図２６（ａ）におけるＫ−Ｋ矢視
図であり、尾筒２４の出口部を示し、１６０は燃焼ガス
通路で１５００°Ｃ程度の高温の燃焼ガスが放出され
る。出口部の周囲にはガスタービン燃焼ガス通路と接続
するためのフランジ７１が形成されている。図２８は図
２７におけるＬ−Ｌ矢視図であり、従来の尾筒出口部の
蒸気冷却構造を示している。図において壁２０ａ内には
前述したように多数の蒸気通路１５０が平行に設けら
れ、蒸気通路１５０のフランジ７１側にはキャビティ７
５が全周に設けられており、多数の蒸気通路１５０はこ
のキャビティ７５に連通している。

【００２４】尾筒外周囲の壁２０ａとフランジ７５との
間の全周囲には部材７２で覆われてマニホールド７３が
形成され、マニホールド７３とそれぞれの蒸気通路１５
０とは蒸気供給穴７４で連通している。蒸気通路１５０
のフランジ７１側はキャビティ７５に連通しており、キ
ャビティ７５はフランジ７１の内周部に形成されてい
る。

【００２５】上記の蒸気冷却構造において、燃焼ガス通
路１６０内には１５００°Ｃ程度の高温の燃焼ガス１６
１が流出しており、一方、外側のマニホールド７３側の
車室の空気温度は４００〜４５０°Ｃ程度である。高温
の燃焼ガス１６１にさらされる壁２０ａの内周面と出口
部の内周面はマニホールド７３より蒸気供給穴７４を通
り、蒸気通路１５０に流入する冷却用蒸気１３２で充分
に冷却されているが、キャビティ７５内の蒸気は高温の
燃焼ガス１６１にさらされない２０ｂの部分も冷却して
おり、更に２０ｃの部分はマニホールド７３内の蒸気で
も冷却されている。従って内側の壁２０ａに比べ、２０
ｂ，２０ｃの部分は過冷却となっでおり、両者の間で熱
応力に差が生じてこの部分の周囲に無理な力が発生し、
場合によっては割れ、等が発生する恐れがある。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】前述のように従来のガ
スタービン燃焼器においては、図２０に基づいて説明し
たように、（Ｘ−１）及び（Ｘ−２）の空気吸込部分で
の空気吸込の不均一性、（Ｘ−３）のメインスワラーの
取付部及び（Ｘ−４）のパイロットスワラーの取付部で
の溶接組立の加工順序及び加工精度に伴う熱応力の影
響、（Ｘ−５）の尾筒冷却部分の冷却の不均一性による
熱応力の影響等が、ガスタービン燃焼器の高温化、高効
率化を促進するための障害となっており、実用化するた
めには、これら（Ｘ−１）〜（Ｘ−５）の各部でのより
一層の改善が強く望まれていた。

【００２７】そこで本発明では、ガスタービン燃焼器の
高温化による性能向上において、燃焼器における（Ｘ−
１）及び（Ｘ−２）の空気吸込部分での空気の吸込を均
一化すると共に燃焼用空気量の最適化を計り、（Ｘ−
３）のメインスワラー部分及び（Ｘ−４）のパイロット
コーン部分の熱応力の特に厳しい部分での熱応力の影響
を緩和させる取付構造を採用し、更に（Ｘ−５）尾筒冷
却部分での冷却の均一性を確保できる冷却構造を採用す
ることにより、燃焼器の高温化に伴う障害を総合的に解
決して高性能化を実現することのできる燃焼器を提供す
ることを課題としてなされたものである。

【００２８】

【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を解
決するために次の（１）乃至（７）の手段を提供する。

【００２９】（１）燃料の入口側から順次連接された燃
焼器内筒、接続筒、及び尾筒で構成され、前記内筒の中
心にはパイロットスワラー、その周囲に複数のメインス
ワラーがそれぞれ配置され、且つ同パイロットスワラー
及びメインスワラーの先端部がそれぞれ円形の基板に挿
通されるとともに同基板は前記内筒の内周面に固定さ
れ、前記尾筒の出口部はガスタービン入口部に連結され
て構成されたガスタービン燃焼器において、前記内筒に
は燃焼器への空気流入を均一にする空気流入手段、前記
パイロット又はメインスワラーには熱応力を軽減する保
持手段及び前記尾筒出口部には冷却を均一にする冷却手
段をそれぞれ具備したことを特徴とするガスタービン燃
焼器。

【００３０】本発明は上記（１）を基本発明としてお
り、空気流入手段が燃焼器へ流入する空気を均一に流入
させ、又、内筒周囲の壁に設けられた空気穴から流入す
る空気も適量に調整するので燃焼が良好となり、ＮＯ_x
の発生量も少く、燃焼によって生ずる白煙も抑えること
ができる。又、パイロットスワラーやメインスワラーの
熱応力の影響を最も受けやすい構造部分の熱応力を吸収
し、補修点検が容易で高精度の溶接が可能な構造とする
ことにより溶接割れ、等の不具合を抑えることができ
る。更に尾筒の冷却手段により、蒸気冷却を採用する場
合には、尾筒出口部の冷却の不均一性をなくし、出口端
部を均一に冷却して熱応力による割れ、等を防止するこ
とができる。このように本発明の（１）ではガスタービ
ンの高温化に伴う燃焼の均一性や熱応力の厳しい部分の
構造部分の改良、尾筒出口部での熱応力の発生を防ぐ均
一な冷却構造を採用することによりガスタービン燃焼器
の燃焼ガスの高温化による性能向上が可能となるもので
ある。

【００３１】（２）上記（１）の発明において、前記空
気流入手段は、前記燃料入口側の内筒周囲を所定の空間
を保って覆って設けられた整流筒を有し、同整流筒は一
端が前記車室壁に固定され、他端が開口しているガスタ
ービン燃焼器。

【００３２】本発明の（２）においては、圧縮機からの
空気は整流筒の他端の開口から燃焼器周囲に流入し、こ
の整流筒と燃焼器内筒周囲との一定の隙間を通り整流さ
れて周囲において均一な流入量となり、複数のスティで
形成される隙間から燃焼室内に流入する。流入した空気
は周囲において一様な流れであり、空気の偏流がなくな
り、ノズル出口での燃料濃度も均一となって良好な燃焼
がなされ、ＮＯ_X 量の増加も抑えることができる。又、
上記整流筒は燃焼器の空気流入部の周囲の車室内空間が
広い型式の燃焼器や、空気流入部分の周囲がケーシング
で覆われている、いわゆるトップハット型の燃焼器のい
ずれにも適用することができ、同様の効果を奏すること
ができる。

【００３３】（３）上記（２）の発明において前記整流
筒の一端周囲には、径が徐々に縮小する傾斜部を有する
ガスタービン燃焼器。

【００３４】本発明の（３）では、整流筒の一端周囲が
径が小さくなる傾斜部を有しているので、流入した空気
はこの傾斜部の周面に当たり、流れをスムーズに燃焼室
内へ向く流れに変えるので均一な空気の流れが燃焼器の
中心部に向かって流れ、整流効果が増して上記（２）の
効果がより一層確実となるものである。

【００３５】（４）上記（１）の発明において、前記空
気流入手段は、燃焼器内筒の周囲に配設された複数個の
空気流入孔を有し、同円周方向の空気流入孔は前記内筒
の燃焼ガス前流から後流方向に複数列配設されて構成さ
れ、前記最後列の空気流入孔は、燃料ノズル部より流入
し燃焼に供される空気、燃焼器冷却用の空気及び前記空
気流入孔から内筒に流入する空気を全量として、その７
％〜１２％の空気を流入させるガスタービン燃焼器。

【００３６】ガスタービン燃焼器には、メインノズル、
パイロットノズルからの燃料を燃焼させる空気、燃焼器
内筒表面の冷却孔より内筒内に流入し、内筒を冷却する
空気及び内筒の空気流入孔から流入し、未燃分の燃料を
燃焼させる空気がそれぞれ流入する。そのうちの空気流
入孔は、円周方向に複数個が配設され、更に前後方向に
複数列、例えば３列設けられ、従来は、前流側の２列は
同量の空気量が、最後列の３列目が前流側よりも多く、
例えば、燃焼器に流入する全空気量の２０％程度が流入
していた。最後列の空気流入孔より流入する空気が低負
荷時等に過多となると、燃焼ガスが冷却され、有色の煙
が多くなるが、本発明の（４）では最後列の空気流入孔
から流入する空気の全量が７〜１２％に抑え、従来の半
分程度としたので、有色の煙の発生が抑えられる。

【００３７】（５）上記（１）から（４）の発明のいず
れかにおいて、前記保持手段は、前記複数のメインスワ
ラーの入口側がそれぞれ取付部材を介して前記内筒内周
面に固定して構成され、前記各メインスワラーの入口側
と前記取付部材との固定は前記内筒にボルト結合されて
いるガスタービン燃焼器。

【００３８】上記（５）においては、メインスワラーの
先端部は中心のパイロットスワラーと共に基板によって
支持され、基板が燃焼器本体内周面に取付けられてい
る。メインスワラーの後端は取付部材を介して燃焼器本
体内周面にボルトで結合されているのでその取付作業が
容易となり、取付時の微調整も容易になされ、取付位置
の精度が向上する。

【００３９】従来の保持構造は溶接構造であり、運転中
の振動、熱応力等でメインスワラーの取付部材の溶接部
に割れが生じやすく、又、薄肉板金の溶接構造では製品
精度に限度があり、又、溶接部の残留歪みと熱応力が加
わることにより変形が生じ、メインスワラーとメインノ
ズルに接触も生じ摩耗を増長させていた。更に取付部材
の溶接作業のスペースも狭く作業性が悪かったが、本発
明の（５）によればこれらの欠点が改善され、製品の信
頼性が向上すると共に、製作コストも低減されるもので
ある。

【００４０】（６）上記（１）から（４）の発明のいず
れかにおいて、前記保持手段は、前記パイロットスワラ
ー出口側のコーン入口側端部の外径がほぼ前記パイロッ
トスワラーの出口端部外径と等しく同コーン入口端部は
同パイロットスワラー出口端部と当接し、コーン内側か
ら溶接を施して同パイロットスワラーとコーンとが結合
されて構成されているガスタービン燃焼器。

【００４１】上記（６）においては、パイロットスワラ
ーが基板中心の円筒部に挿通され、パイロットコーンの
後端が当接し、パイロットコーンの内側から溶接が施さ
れ結合されている。従ってパイロットコーンが運転中に
焼損し、その取り替えが必要となった場合にはパイロッ
トコーンの内側から溶接部を取外し、コーンと基板の取
付材との溶接も内側から外すことにより、パイロットコ
ーンのみを容易に取出すことができ、その取り替え作業
も容易になされる。従来はパイロットコーンを取外す場
合には基板ブロックごとにスワラ全体を分解しないと取
外すことができなかったが、本発明ではパイロットスワ
ラを基板に取付けた後パイロットコーンを後付けで溶接
する構造とし、この溶接もコーンの内側より施され、取
外しを容易な構造としたので補修、取り替えを可能と
し、作業性も改善される。このような溶接構造によれば
作業性が良いので溶接の精度も向上し、ガスタービンを
高温化に対して信頼性が向上する。

【００４２】（７）上記（１）から（４）の発明のいず
れかにおいて、前記冷却手段は、前記尾筒出口部の外周
囲を覆い端部フランジとで密閉した蒸気用マニホールド
を形成し、前記尾筒を構成する壁内部に前記接続筒側か
ら前記尾筒端部フランジ近辺まで延びる複数の蒸気通路
を形成し、同複数の蒸気通路は前記端部フランジ近辺内
部全周に形成したキャビティに連通すると共に前記蒸気
用マニホールドに連通させて構成され、前記蒸気用マニ
ホールドは内部をリブで仕切り、一方の前記端部フラン
ジ側を空洞とし、同空洞は少くとも前記キャビティの外
側を覆うように構成し、他方を蒸気用としたガスタービ
ン燃焼器。

【００４３】上記（７）においては、フランジ側外周囲
に空洞が設けられており、この空洞がキャビティの外側
を覆っている。従って、キャビティの外側が空洞内の空
気層に接することとなり、蒸気用マニホールドの蒸気で
冷却されることがない。従来はこの部分がキャビティ内
の蒸気とマニホールド内の蒸気とで冷却され、過冷却と
なっており、尾筒出口部の内周面と外側構成部品との間
で温度差が生じ、熱応力が発生したが、本発明では過冷
却をなくしたので尾筒出口部構成部品の温度差を軽減
し、熱応力の緩和を図ることができる。

【００４４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて説明する。本発明の構成は、先に図２
０で説明したガスタービン燃焼器の諸問題を解決したも
のであり、図１はその全体の構成を示している。図１に
おいて（Ｘ−１）部分を実施の第１形態、（Ｘ−２）部
分を実施の第２形態、（Ｘ−３）部分を実施の第３形
態、（Ｘ−４）部分を実施の第４形態、（Ｘ−５）部分
を実施の第５形態とし、以下に順を追って詳しく説明す
る。

【００４５】まず、燃焼器の（Ｘ−１）部分である実施
の第１形態について、図２乃至図６により説明する。図
２は本発明の特徴である整流筒を装着した図であり、図
３は図２におけるＡ−Ａ断面図、図４は整流筒の斜視図
である。まず図２において、燃焼器２０は車室５０内に
収納されており、内筒２８には周囲に所定間隔を保って
複数のスティ２５が取付けられている。これらスティ２
５の周囲には所定の空間を保って整流筒１１がかぶせら
れている。整流筒１１は、スティ２５の先端部付近で車
室５０側に整流筒１１の取付フランジ５によって、ボル
ト６により取付けられ、固定されている。

【００４６】図３において整流筒１１は半円形状の円筒
１、円筒２を組合せて構成されている。円筒１にはフラ
ンジ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ（図２参照）が設けられ、
同様に円筒２にもフランジ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ（４
ｂ，４ｄは図示省略）が設けられている。これらフラン
ジは３ａと４ａ、３ｂと４ｂ、３ｃと４ｃ、３ｄと４ｄ
とがそれぞれ合わされてボルトナット７で連結され、円
筒状の整流筒１１を構成している。

【００４７】円筒状の整流筒１１の一端周囲には、図３
に示すように複数の取付フランジ５が形成されており、
図２に示すように車室５０側にボルト６により取付けら
れている。又、整流筒１１の他端は空気の流入側として
開口している。整流筒１１の取付フランジ５側も開口し
ているが、この開口部にはメイン燃料ノズル２１、パイ
ロット燃料ノズル２２が挿通されている。このような形
状の整流筒１１のみの外観を図４に示している。

【００４８】上記構成のガスタービンの燃焼器において
は、圧縮機からの空気４０ａ，４０ｂは燃焼器２０の内
筒２８周囲を通り、内筒２８と整流筒１１との一定の隙
間から流入し、整流筒１１の傾斜して径が縮小する傾斜
部１１ａの周囲で流れが変えられて整流され、スティ２
５が形成する隙間から一様な流れとなって流入し、内筒
２８内に均一に流入する。

【００４９】従来はこのような整流筒１１がなかったの
で燃焼器の周囲より流入する空気は車室５０の壁面と燃
焼器との広い空間からスティ２５の隙間へ流入するた
め、流入する場所によって空間部が広い所や狭い所があ
り、流入する空気も均一には流入しなかった。

【００５０】これに対し、本実施の形態のように、整流
筒１１により空気が流入するスティ２５の隙間周囲を一
定の空間を保って覆い、空気が一定の圧力、速度を保っ
た状態でこの空間部を通り、スティ２５で形成される隙
間より燃焼器内へ流入し、かつ整流筒１１の傾斜部１１
ａでその流れ方向をなめらかに変えて内部に均一に流入
するので、内筒２８への空気が偏流することなく、燃焼
器２０のノズル出口での燃料濃度の均一化が計れ、これ
によりＮＯ_X 発生を抑えることができる。

【００５１】図５は本発明の実施の第１形態の他の例を
示し、整流筒１１をトップハット型の燃焼器に適用した
ものである。図５において車室５０には外筒ケーシング
５１が外側に突出して設けられており、燃焼器の内筒の
取付部を構成している。このような燃焼器取付構造は一
般にはトップハット型と呼ばれており、燃焼器のメイン
燃料ノズル周囲で内筒を支持しているスティ２５の周囲
を外筒ケーシング５１及び外筒ケーシング蓋５１ａとで
囲んで覆っている。このような外筒ケーシング５１は燃
焼器の数だけロータ周囲に突出して配置され、車室５０
の延長部分を構成している。

【００５２】整流筒１１は円筒形状で、前述のように２
分割で構成されている。整流筒１１には円形状に取付フ
ランジ５が形成されており、所定の間隔でボルト６によ
り内筒取付フランジ５２に連結され、取付フランジ５に
続く部分に傾斜部１１ａが形成されている。整流筒１１
は円筒形状であり、燃焼器センタ６０と同軸に取付けら
れ、外筒ケーシング５１の内周壁面と接触しない程度の
隙間を保ってスティ２５の周囲を均一の寸法となるよう
に覆い、空気吸込空間を覆っている。

【００５３】上記構成の燃焼器において、圧縮機からの
空気８０は整流筒１１の開口部より流入し、整流筒と内
筒間の隙間の周囲で均一な流れ８０ａとなって傾斜部１
１ａとスティ２５とで形成される空間内に反転して８０
ｂとして流入する。この流れ８０ｂの反転は整流筒１１
の傾斜部１１ａより流れ８０ｂがスムーズに方向を変え
て空間内へ流入するのでスワラー部に均一な流れとなっ
て流入し、均一な旋回流を生成し、燃焼性能を良好にす
る。

【００５４】図６は本発明の実施の第１形態における更
に別の応用例を示したもので、燃焼器のトップハットの
構造部が分割された構造である。即ち、外筒ケーシング
１５１には外筒ケーシング蓋１５１ａが取外し可能にボ
ルト１５２で取付けられており、ボルト１５２を外し、
外筒ケーシング蓋１５１ａを燃焼器ごと一体的に取外し
可能とした構造である。

【００５５】図６において整流筒１１は取付フランジ５
が内筒取付フランジ５２と一体的にボルト１６により外
筒ケーシング蓋１５１ａに締付けられた構成となってお
り、整流筒１１を取付けるための専用のボルトが不要と
なり、その分取付部の構造が簡素化される。その他の構
成は図５と同じであり、図５の例と同様の効果を奏する
ものである。

【００５６】次に、図１における燃焼器の（Ｘ−２）部
分である実施の第２形態について、図７乃至図１０によ
り説明する。図７は燃焼器の内筒部分を示し、図におい
て内筒２８内には、パイロットノズル及びメインノズル
からの燃料が空気と共に燃焼し、高温燃焼ガス１６１と
なって流入する。内筒２８には従来と同じように前流側
に空気孔１０−１が周囲６ヶ所に均等に設けられ、又空
気孔１０−１の後流側にも空気穴１０−２が周囲６ヶ所
に均等に配置されており、これらの空気孔１０−１，１
０−２の配置は図２２に示す従来例と同じである。本実
施の第２形態では後流側の空気孔１０−３は周囲に３ヶ
所のみ設けられ、従来の６ヶ所より少なくなっている。

【００５７】図８は空気穴１０−３の配置を示す図であ
り、（ａ）は図７におけるＢ−Ｂ断面図、（ｂ）は
（ａ）の変形例を示す図である。図８（ａ）において、
内筒２８の周囲には空気孔１０−３ａ，１０−３ｃ，１
０−３ｄが均等に３ヶ所配置されている。図８（ｂ）は
同じく３ヶ所の空気孔を均等に配置するために、従来の
６ヶ所の空気孔１０−３ａ，１０−３ｂ、１０−３ｃ，
１０−３ｄ，１０−３ｅ，１０−３ｆのうち１０−３
ｂ，１０−３ｄ，１０−３ｆを栓１４でふさぎ、１０−
３ａ、１０−３ｃ、１０−３ｅのみ残して図８（ａ）と
同じ配置の３ヶ所としたもである。

【００５８】図９は図８（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図で
あり、空気孔１０−３ｂには、この孔径よりもやや小さ
な径を有し、周囲にフランジ１４ａを有する栓１４が嵌
入され、溶接等で固定されてふたをして空気孔１０−３
ｂを閉じた状態を示している。このような栓１４を用い
ると従来の内筒をそのまま用い、改修により本実施の第
２形態の構成が容易に得られる。

【００５９】上記構成の本実施の第２形態においては、
燃焼器２０全体に流入する空気は、従来例でも説明した
ように、ノズル部に流入して燃焼に供される空気、内筒
表面の細孔より流入して内筒を冷却する空気及び空気孔
１０−１，１０−２，１０−３より導入される空気で全
量となっている。この全量の空気を１００％として空気
孔１０−１，１０−２から流入する空気量はそれぞれ従
来と同じ１４％程度とし、空気孔１０−３から流入する
空気量は、従来の６ヶ所の空気孔から３ヶ所に減少し、
７〜１２％程度となるように押えている。

【００６０】これらの空気孔１０−１，１０−２，１０
−３を従来と同様に比率で表すと１：１：（０．５〜
０．８５）程度の比率となり、従来の１：１：（１．３
〜１．４）と比べると内筒後流側の空気孔１０−３から
流入する空気流入量をほぼ半減している。この結果、内
筒２８の後流側の空気孔１０−３から流入する空気１３
１は、高温燃焼ガス１６１で未燃となったカーボンを燃
焼させるのに充分消費されるが、高温燃焼ガスが冷却さ
れる程多くはない適量の空気量となり、その結果、燃焼
効率が良好となり、排ガスからの青色の煙の発生が防げ
るようになる。

【００６１】上記の実施の第２形態により発生する煙の
色を従来の燃焼器と比較して図１０に示す。図におい
て、横軸は負荷、縦軸は煙の可視程度を示す数値（ＢＳ
Ｎ）であり、この数値が大きい程煙の色が人間の眼で識
別されやすくなって色が濃くなり、この数値が小さい程
見えにくく、煙の色が薄いことを示している。この結果
によれば、図２２に示す従来の構造の燃焼器による煙の
色Ｘ₂ よりも本実施の第２形態の煙の色Ｘ₁ の方がより
煙の色が薄くなり、煙の発生を抑える効果があることが
わかる。

【００６２】次に図１における燃焼器の（Ｘ−３）部分
である実施の第３形態について図１１乃至図１４により
説明する。図１１において燃焼器本体２０には中心にパ
イロットスワラー３１とその先端のコーン３３が配設さ
れており、その周囲に８個のメインスワラー３２が配置
され、円形状の基板３４にこれらスワラー３１，３２が
取付けられ、基板３４の周囲は燃焼器本体２０の内壁に
溶接されている。これらの構造は従来のものと同じであ
る。又、メインスワラー３２の外周部にはブロック１７
が取付けられ、メインスワラー３２の端部は、ボルト１
２が座金１３を介して燃焼器本体２０の端部周囲３６の
外側からブロック１７に挿通されて螺合し、固定されて
いる。

【００６３】図１２は上記のＤ部の拡大図であり、メイ
ンスワラー３２にはブロック１７が溶接で取付けられて
おり、燃焼器本体２０の端部周囲３６の内壁には取付用
の肉盛を行った取付座３６ａが形成され、又、対応する
端部周囲３６の外表面には座金１３が当接する凹部３６
ｂが形成され、ボルト１２が座金１３を介して端部周囲
３６に明けられたボルト穴より挿入され、ブロック１７
に螺合してメインスワラー３２を燃焼器本体２０に固定
している。

【００６４】図１３は図１１におけるＥ−Ｅ矢視図であ
り、ブロック１７は８個のメインスワラー３２のそれぞ
れの周囲に沿って溶接で取付けられており、各メインス
ワラー３２のブロック１７はそれぞれ２本のボルト１２
で燃焼器本体２０の端部周囲３６に固定されている状態
を示している。各２本のボルト１２は共通の１個の座金
１３を介してブロック１７に螺合されている。

【００６５】図１４は図１３におけるＦ部を示し、ボル
ト１２、座金１３の拡大詳細図であり、凹部３６ｂは端
部周囲３６の外表面に曲面ではなく直線状の座を形成し
ており、座金１３は直線形状の平板からなり２本のボル
ト１２はそれぞれ平行に穿設されたボルト穴３６ｃに挿
通され、ブロック１７に螺合してブロック１７に取付け
られたメインスワラー３２を燃焼器本体２０に支持して
いる。又、廻り止め溶接１８によりボルト１２の廻り止
めが施されている。このような構造にすることによりボ
ルト取付部の製作を容易にし、座金１３がフラットで凹
部３６ｂに当接しているので、ボルトのゆるみや廻り止
めに対し効果的となる。更に、加工、取付精度も良好に
することができる。

【００６６】以上説明したように、従来のガスタービン
燃焼器においては、運転中の振動や熱応力等でメインス
ワラー３２を取付けている固定金具３５の溶接部に割れ
が生ずることが多く、又、薄肉板金の溶接構造であり、
取付、組立上の精度に問題があり、更に溶接部と板金の
残留歪みにより変形が生じ、メインスワラー３２とその
内部のメインノズルとが接触し、摩耗を増長させてい
た。更に、又固定金具３５の取付部は溶接の作業スペー
スに乏しく、良好な溶接を施工する困難で高い技能が要
求されている。

【００６７】これに対し、本実施の第３形態の構造によ
れば、ボルト１２と座金１３とによりメインスワラー３
２に固定されたブロック１７に結合するようにしたので
組立精度も向上し、溶接による歪み、等もなく、又、狭
い場所での溶接作業も不要となる。又平板状の座金１３
を凹部３６ｂに当接させ、２本のボルト１２でメインス
ワラー３２を燃焼器本体２０に固定するのでボルト１２
のゆるみがなく、正確な位置調整が可能となる。更に取
換え等のメインテナンスも容易となり、上記の欠点がす
べて改善されるものである。

【００６８】次に、図１における燃焼器の（Ｘ−４）部
分である実施の第４形態について図１５乃至図１７によ
り説明する。図１５は燃焼器内のパイロットコーンの取
付部を示し、図２３の従来例に相当する図であり、図１
６は図１５におけるＧ部詳細図である。図１６は燃焼器
のパイロットコーン取付構造を示す断面図であり、図１
５におけるＧ部詳細に相当する図であり、図２５に示す
従来のものと対応する図である。

【００６９】図において、パイロットスワラ３１、パイ
ロットコーン３３、メインスワラー３２、基板３９、円
筒部３９ａ、取付材３９ｂ、コーンリング材３８は図２
５に示す従来の構造と同じ機能を有するので同一の符号
を用い、詳しい説明は省略し、そのまま引用して説明す
るが、本発明の特徴部分は符号３１ａ，３３ａで示す形
状部分、及び溶接Ｘ１〜Ｘ４の部分にあり、以下に詳し
く説明する。

【００７０】図１６において、パイロットスワラー端部
３１ａは、従来はパイロットコーン３３ａの端部内周囲
に接して挿入される構造であったが、本発明では基板３
９の円筒部３９ａに挿入する構造としている。そのため
にパイロットコーン３３の端部３３ａは、従来の基板３
９の円筒部３９ａよりも長い円筒部を有し、本発明で
は、パイロットコーン端部３３ａはパイロットスワラー
３１の端部３１ａの外径とほぼ等しくし、３１ａの周端
部に接して溶接される構造である。

【００７１】上記の溶接構造において、組立順序はま
ず、パイロットスワラー３１が基板３９の円筒部３９ａ
内に挿入され、溶接Ｘ１でその周囲に取付けられる。次
に基板３９と一体の取付材３９ｂの周囲に溶接Ｘ２でコ
ーンリング材３８を取付ける。その後パイロットコーン
３３の端部３３ａをパイロットスワラー３１の端部３１
ａの周端部に当接した状態で溶接Ｘ３でパイロットコー
ン３３をコーンリング３８へ取付け、その後パイロット
スワラ端部３１ａとパイロットコーン端部３３ａの当接
部全周をコーン内側から溶接Ｘ４で取付ける。なお、溶
接Ｘ３，Ｘ４はどちらを先にしても良く、順序が逆にな
っても良い。又、矢印は溶接方向を示している。

【００７２】上記のような溶接構造によれば、補修を行
う際にはパイロットコーン３３の内側から溶接Ｘ４を外
すと共にコーン出口の溶接Ｘ３を外すことによりパイロ
ットコーン３３が容易に取外すことができる。従来は溶
接Ｗ３，Ｗ４が作業スペースがなく基板ブロック全体を
解体しなければパイロットコーン３３が取外せなかった
が、本実施の第４形態においては、溶接組立の精度向上
による溶接強度の向上と取外しの作業性が著しく改善さ
れるものである。

【００７３】図１７は従来のパイロットコーン３３の溶
接取付構造と本発明の実施の第４形態による溶接取付構
造とを対比させて示した拡大詳細図であり、（ａ）は従
来の構造を、（ｂ）は本発明の構造を示している。両図
において、パイロットコーン３３の端部は従来は基板３
９の円筒部３９ａ内に挿入されているのに対し、本実施
の第４形態ではパイロットスワラー３１の端部３１ａに
当接している構造である。

【００７４】そのために（ｂ）においてはパイロットコ
ーン３３は溶接Ｘ４でパイロットスワラー３１を介して
基板３９に支持されており、その取外しも溶接Ｘ４を矢
印で示すようにパイロットコーン３３内側から作業をし
てパイロットスワラー３１から取外すだけで容易に取出
せることがわかる。

【００７５】本実施の第４形態によれば、上記に説明し
たように、パイロットスワラ３１をまず基板３９に取付
け、その後パイロットコーン３３を後付けする溶接構造
とし、その溶接Ｘ４もパイロットコーン３３の内側から
行うようにしたので、補修や、パイロットコーン３３の
みの取外しを容易とし、作業性が著しく改善され、補修
のための多大な労力と時間も節約され、溶接の精度が向
上することにより熱応力による歪を最少限度に抑えるこ
とができる。

【００７６】次に、図１における燃焼器の（Ｘ−５）部
分である実施の第５形態について、図１８により説明す
る。図１８は本発明の実施の第５形態に係る燃焼器尾筒
出口部蒸気冷却構造の断面図であり、図２６に示す尾筒
２４出口部に適用される構造である。本発明の図１８は
尾筒出口部の断面図であり、従来例の図２８に示す断面
図に対応する図である。

【００７７】図１８において、尾筒出口部の壁２０ａ内
には従来と同じく多数の蒸気通路１５０が設けられてお
り、フランジ７１側にはキャビティ７５が設け、キャビ
ティ７５は出口部のフランジ７１内側全周に設けられて
いる。尾筒出口部の壁２０ａ外周囲とフランジ７１との
間の全周囲には部材７２で覆われてマニホールド７３と
空洞７７がリブ７６で仕切られて形成されている。マニ
ホールド７３は図示省略の冷却蒸気供給管に接続され、
空洞７７はリブ７６でマニホールド７３とは仕切られて
おり、この空洞７７で空気層が形成されている。

【００７８】上記の冷却構造において、冷却用蒸気１３
２は図示省略の冷却蒸気供給管からマニホールド７３内
に導かれ、ここから蒸気供給穴７４を通して蒸気通路１
５０内を流れ、１５００°Ｃの高温燃焼ガス１６１にさ
らされる壁２０ａ内を冷却し、又、キャビティ７５内に
流入した蒸気は高温ガスにさらされる端部２０ｂ，２０
ｃも冷却する。キャビティ７５内の蒸気で冷却される２
０ｂの部分はフランジ側面では車室側の４００〜４５０
°Ｃ程度の空気にさらされ、又２０ｃの部分は空洞７７
内の空気層にさらされ、直接冷却用蒸気１３２にさらさ
れることがない。従って、この２０ｂの部分は従来では
冷却用蒸気１３２に直接さらされて過冷却となっていた
が、本実施の第５形態においてはこのような過冷却が防
止される。

【００７９】以上説明の実施の第５形態によれば、燃焼
器尾筒出口部の高温燃焼ガス１６１に直接さらされる内
部壁面は、マニホールド７３から蒸気供給穴７４を通っ
て蒸気通路１５０内に流れる冷却用蒸気１３２で充分に
冷却される。一方、出口端部のキャビティ７５内の蒸気
は、高温燃焼ガス１６１にさらされる壁面を冷却する
が、高温燃焼ガス１６１に直接さらされない部分２０ｃ
は冷却しない。この２０ｃの部分は空洞７７内の空気層
に接しており、この部分が過冷却となることがない。従
って尾筒出口部における内周面と外周構成部品の温度差
を軽減し、熱応力の緩和を図ることができる。

【００８０】なお、本実施の第５形態では、図２６にお
いて尾筒２４出口部の冷却蒸気供給管１２７及び燃焼筒
側の冷却蒸気供給管１２５からそれぞれ蒸気を供給し、
冷却蒸気回収管１２６から回収する冷却用蒸気の流れの
例で説明したが、蒸気の供給と回収とを逆にし、１２６
から供給し、１２５，１２７から回収するようにしても
同様の効果があることはもちろんである。

【００８１】

【発明の効果】本発明のガスタービン燃焼器は、（１）
燃料の入口側から順次連接された燃焼器内筒、接続筒、
及び尾筒で構成され、前記内筒の中心にはパイロットス
ワラー、その周囲に複数のメインスワラーがそれぞれ配
置され、且つ同パイロットスワラー及びメインスワラー
の先端部がそれぞれ円形の基板に挿通されるとともに同
基板は前記内筒の内周面に固定され、前記尾筒の出口部
はガスタービン入口部に連結されて構成されたガスター
ビン燃焼器において、前記内筒には燃焼器への空気流入
を均一にする空気流入手段、前記パイロット又はメイン
スワラーには熱応力を軽減する保持手段及び前記尾筒出
口部には冷却を均一にする冷却手段をそれぞれ具備した
ことを基本的な構成としている。このような構成によ
り、空気流入手段が燃焼器へ流入する空気を均一に流入
させ、又、内筒周囲の壁に設けられた空気穴から流入す
る空気も適量に調整するので燃焼が良好となり、ＮＯ_x
の発生量も少く、燃焼によって生ずる白煙も抑えること
ができる。又、パイロットスワラーやメインスワラーの
熱応力の影響を最も受けやすい構造部分の熱応力を吸収
し、補修点検が容易で高精度の溶接が可能な構造とする
ことにより溶接割れ、等の不具合を抑えることができ
る。更に尾筒の冷却手段により、蒸気冷却を採用する場
合には尾筒出口部の冷却の不均一性をなくし、出口端部
を均一に冷却して熱応力による割れ、等を防止すること
ができる。このように本発明の（１）ではガスタービン
の高温化に伴う燃焼の均一性や熱応力の厳しい部分の構
造部分の改良、尾筒出口部での熱応力の発生を防ぐ均一
な冷却構造を採用することによりガスタービン燃焼器の
燃焼ガスの高温化による性能向上が可能となるものであ
る。

【００８２】本発明の（２）では、燃料入口側の内筒周
囲を覆う整流筒を設けたので、圧縮機からの空気は整流
筒の他端の開口から燃焼器周囲に流入し、この整流筒と
燃焼器内筒周囲との一定の隙間を通り整流されて周囲に
おいて均一な流入量となり、複数のスティで形成される
隙間から燃焼室内に流入する。流入した空気は周囲にお
いて一様な流れであり、空気の偏流がなくなり、ノズル
出口での燃料濃度も均一となって良好な燃焼がなされ、
ＮＯ_X 量の増加も抑えることができる。

【００８３】本発明の（３）では、整流筒の一端周囲が
径が小さくなる傾斜部を有しているので、流入した空気
はこの傾斜部の周面に当たり、流れをスムーズに燃焼室
内へ向く流れに変えるので均一な空気の流れが燃焼器の
中心部に向かって流れ、整流効果が増して上記（２）の
効果がより一層確実となるものである。

【００８４】本発明の（４）では、空気流入手段が空気
流入孔を複数列配設し、最後列の空気流入孔から流入す
る空気量を全量の７〜１２％としたので、全量が燃焼に
供されて燃焼ガスを冷却することがなく、燃焼効率が高
まり、そのために有色の煙も発生しない。

【００８５】本発明の（５）では、メインスワラーの先
端部は中心のパイロットスワラーと共に基板によって支
持され、基板が燃焼器本体内周面に取付けられている。
メインスワラーの後端は取付部材を介して燃焼器本体内
周面にボルトで結合されているのでその取付作業が容易
となり、取付時の微調整も容易になされ、取付位置の精
度が向上する。従来の保持構造は溶接構造であり、運転
中の振動、熱応力等でメインスワラーの取付部材の溶接
部に割れが生じやすく、又、薄肉板金の溶接構造では製
品精度に限度があり、又、溶接部の残留歪みと熱応力が
加わることにより変形が生じ、メインスワラーとメイン
ノズルに接触も生じ摩耗を増長させていた。更に取付部
材の溶接作業のスペースも狭く作業性が悪かったが、本
発明によれば、メインスワラーが燃焼器本体にボルト結
合されているので、これらの欠点が改善され、製品の信
頼性が向上すると共に、製作コストも低減されるもので
ある。

【００８６】本発明の（６）ではパイロットスワラーが
基板中心の円筒部に挿通され、パイロットコーンの後端
が当接し、パイロットコーンの内側から溶接が施され結
合されている。従ってパイロットコーンが運転中に焼損
し、その取り替えが必要となった場合にはパイロットコ
ーンの内側から溶接部を取外し、コーンと基板の取付材
との溶接も内側から外すことにより、パイロットコーン
のみを容易に取出すことができ、その取り替え作業も容
易になされる。このような溶接構造によれば作業性が良
いので溶接の精度も向上し、ガスタービンを高温化に対
して信頼性が向上する。

【００８７】本発明の（７）では、フランジ側外周囲に
空洞が設けられており、この空洞がキャビティの外側を
覆っている。従って、キャビティの外側が空洞内の空気
層に接することとなり、蒸気用マニホールドの蒸気で冷
却されることがない。従来はこの部分がキャビティ内の
蒸気とマニホールド内の蒸気とで冷却され、過冷却とな
っており、尾筒出口部の内周面と外側構成部品との間で
温度差が生じ、熱応力が発生したが、本発明では過冷却
をなくしたので尾筒出口部構成部品の温度差を軽減し、
熱応力の緩和を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の全体を示すガスタービン
燃焼器の構成図である。

【図２】本発明の実施の第１形態に係るガスタービン燃
焼器の整流筒の取付状態を示す断面図である。

【図３】図１におけるＡ−Ａ矢視図である。

【図４】図２に示す整流筒の斜視図である。

【図５】本発明の実施の第１形態に係る他の型式の燃焼
器に整流筒を取付けた状態を示す断面図である。

【図６】本発明の実施の第１形態に係る更に異なる型式
の燃焼器に整流筒を取付けた状態を示す断面図である。

【図７】本発明の実施の第２形態に係るガスタービン燃
焼器の内筒の側面図である。

【図８】図７における断面図で、（ａ）はＢ−Ｂ断面、
（ｂ）はその変形例を示す。

【図９】図８（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図である。

【図１０】本発明の実施の第２形態に係る効果を示す図
で、煙の可視度と負荷との関係を示す図である。

【図１１】本発明の実施の第３形態に係るガスタービン
燃焼器のメインスワラーの一部断面図である。

【図１２】図１１におけるＤ部詳細図である。

【図１３】図１１におけるＥ−Ｅ矢視図である。

【図１４】図１３におけるＦ部詳細図である。

【図１５】本発明の実施の第４形態に係るガスタービン
燃焼器のパイロットコーン部分を示す側面図である。

【図１６】図１５におけるＧ部詳細図である。

【図１７】本発明の実施の第４形態に係るパイロットコ
ーン取付構造と従来例との対比を示し、（ａ）が従来
例、（ｂ）が本発明の例である。

【図１８】本発明の実施の第５形態に係るガスタービン
燃焼器の尾筒部の断面図である。

【図１９】ガスタービン燃焼器の代表的な構成を示す全
体図である。

【図２０】従来のガスタービン燃焼器の全体を示す配置
図である。

【図２１】従来のガスタービン燃焼器のトップハット型
の例を示す断面図である。

【図２２】従来のガスタービン燃焼器の内筒を示す側面
図である。

【図２３】従来のガスタービン燃焼器のパイロットコー
ン近辺の側面図である。

【図２４】図２３におけるＨ−Ｈ矢視図である。

【図２５】従来のガスタービン燃焼器のパイロットコー
ンの取付部を示す断面図である。

【図２６】従来のガスタービン燃焼器の尾筒の冷却構造
を示し、（ａ）が全体図、（ｂ）は尾筒の壁の一部を示
す斜視図、（ｃ）が（ｂ）におけるＪ−Ｊ断面図であ
る。

【図２７】図２６におけるＫ−Ｋ断面図である。

【図２８】図２６におけるＬ−Ｌ断面図である。

【符号の説明】

１，２ 円筒 ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ フランジ ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ フランジ ５ 取付フランジ ６，７，１２，１６ ボルト １０−１，１０−２，１０−３ 空気穴 １１ 整流筒 １１ａ 傾斜部 １３ 座金 １４ 栓 １７ ブロック ２０ 燃焼器 ２１ メイン燃料ノズル ２２ パイロット燃料ノズル ２３ 燃焼室 ２４ 尾筒 ２５ スティ ２８ 内筒 ３０ 冷却用蒸気 ３１ パイロットスワラー ３２ メインスワラー ３３ コーン ３４，３９ 基板 ３６ａ 取付座 ３８ コーンリング ５０ 車室 ５１，１５１ 外筒外側ケーシング ５１ａ，１５１ａ 外筒外側ケーシング蓋 ５２ 内筒取付フランジ ７１ フランジ ７３ マニホールド ７４ 蒸気供給穴 ７５ キャビティ ７６ リブ ７７ 空洞

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 赤城 弘一 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者 千頭 倫太郎 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 小林 一弥 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者 西田 幸一 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者 赤松 真児 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者 春田 秀樹 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者 宮内 宏太郎 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料の入口側から順次連接された燃焼器
   内筒、接続筒、及び尾筒で構成され、前記内筒の中心に
   はパイロットスワラー、その周囲に複数のメインスワラ
   ーがそれぞれ配置され、且つ同パイロットスワラー及び
   メインスワラーの先端部がそれぞれ円形の基板に挿通さ
   れるとともに同基板は前記内筒の内周面に固定され、前
   記尾筒の出口部はガスタービン入口部に連結されて構成
   されたガスタービン燃焼器において、前記内筒には燃焼
   器への空気流入を均一にする空気流入手段、前記パイロ
   ット又はメインスワラーには熱応力を軽減する保持手段
   及び前記尾筒出口部には冷却を均一にする冷却手段をそ
   れぞれ具備したことを特徴とするガスタービン燃焼器。
2. 【請求項２】 前記空気流入手段は、前記燃料入口側の
   内筒周囲を所定の空間を保って覆って設けられた整流筒
   を有し、同整流筒は一端が前記車室壁に固定され、他端
   が開口していることを特徴とする請求項１記載のガスタ
   ービン燃焼器。
3. 【請求項３】 前記整流筒の一端周囲には、径が徐々に
   縮小する傾斜部を有することを特徴とする請求項２記載
   のガスタービン燃焼器。
4. 【請求項４】 前記空気流入手段は、燃焼器内筒の周囲
   に配設された複数個の空気流入孔を有し、同円周方向の
   空気流入孔は前記内筒の燃焼ガス前流から後流方向に複
   数列配設されて構成され、前記最後列の空気流入孔は、
   燃料ノズル部より流入し燃焼に供される空気、燃焼器冷
   却用の空気及び前記空気流入孔から内筒に流入する空気
   を全量として、その７％〜１２％の空気を流入させるこ
   とを特徴とする請求項１記載のガスタービン燃焼器。
5. 【請求項５】 前記保持手段は、前記複数のメインスワ
   ラーの入口側がそれぞれ取付部材を介して前記内筒内周
   面に固定して構成され、前記各メインスワラーの入口側
   と前記取付部材との固定は前記内筒にボルト結合されて
   いることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載
   のガスタービン燃焼器。
6. 【請求項６】 前記保持手段は、前記パイロットスワラ
   ー出口側のコーン入口側端部の外径がほぼ前記パイロッ
   トスワラーの出口端部外径と等しく同コーン入口端部は
   同パイロットスワラー出口端部と当接し、コーン内側か
   ら溶接を施して同パイロットスワラーとコーンとが結合
   されて構成されていることを特徴とする請求項１から４
   のいずれかに記載のガスタービン燃焼器。
7. 【請求項７】 前記冷却手段は、前記尾筒出口部の外周
   囲を覆い端部フランジとで密閉した蒸気用マニホールド
   を形成し、前記尾筒を構成する壁内部に前記接続筒側か
   ら前記尾筒端部フランジ近辺まで延びる複数の蒸気通路
   を形成し、同複数の蒸気通路は前記端部フランジ近辺内
   部全周に形成したキャビティに連通すると共に前記蒸気
   用マニホールドに連通させて構成され、前記蒸気用マニ
   ホールドは内部をリブで仕切り、一方の前記端部フラン
   ジ側を空洞とし、同空洞は少くとも前記キャビティの外
   側を覆うように構成し、他方を蒸気用としたことを特徴
   とする。請求項１から４のいずれかに記載のガスタービ
   ン燃焼器。