JP2001254947A - 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の燃焼振動を抑制する。 【解決手段】 燃焼器１の中心にパイロットノズル３１
を設け、パイロット炎を形成するとともに、パイロット
ノズル周囲に複数のメインノズル３３を配置して空気と
燃料との予混合気を噴射し、パイロット炎により着火さ
せて燃焼器１内に予混合炎を形成する。メインノズル３
３から噴射された予混合気をパイロットノズル出口周囲
に設けたパイロットコーン３６出口周囲に導く楕円延長
管３４を設ける。一部のメインノズルの楕円延長管の出
口形状（開口面積、形状等）が他と異なるようにして、
全部のメインノズルからの予混合気が燃焼器の内筒５ｂ
軸線方向の同一位置で着火、燃焼することを防止する。
これにより、内筒内の狭い領域に燃焼による発熱が集中
することが防止され、燃焼振動が抑制される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、タービンに駆動さ
れる圧縮機で昇圧した空気により燃料を燃焼させ、ター
ビンを駆動するための燃焼ガスを生成するガスタービン
燃焼器に関する。

【０００２】

【従来の技術】事業用、産業用のガスタービンでは、高
出力化、高効率化とともに、近年の低公害化の強い要請
があり、排気中のＮＯ_X （窒素酸化物）の低減が大きな
課題となっている。排気中のＮＯ_X は、燃焼器での燃焼
温度が高くなるにつれて増大し、例えば燃焼温度が１６
００℃を越えると急激に増大する。

【０００３】このため、近年のガスタービンでは拡散燃
焼の割合を低下させ、予混合燃焼主体の燃焼を行なう、
いわゆる低ＮＯ_X 型燃焼器が使用されるようになってい
る。拡散燃焼は、燃焼空気中に燃料を噴射して、燃料と
空気との境界部分に形成される燃料と空気との混合気を
燃焼させるため、燃焼における空気比（空気過剰率）は
比較的低くなる。このため、拡散燃焼では燃焼は安定す
るものの、燃焼温度が高くなりＮＯ_X の生成量が大きく
なる。一方、予混合燃焼は予め燃焼空気と燃料との予混
合気を形成し、この予混合気を燃焼器内に噴射して燃焼
させるものである。予混合燃焼では、空気量と燃料量と
の比を比較的自由に調整でき燃焼における空気比（空気
過剰率）を増大させることができるため、燃焼温度を低
下させてＮＯ_X の生成量を低減することが可能となる。
しかし、予混合燃焼では空気比を増大すると混合気が希
薄になるため燃焼が不安定になり、吹き消えなどの問題
が生じやすくなる。そこで、実際のガスタービン燃焼器
では、比較的少量の燃料を燃焼器内に噴射して拡散燃焼
させ安定したパイロット炎を形成し、このパイロット炎
により燃焼器内に噴射した予混合気に着火するようにし
て安定した予混合燃焼炎を生成するようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、予混合燃焼
主体のガスタービン燃焼器では燃焼振動が生じやすくな
る問題が生じている。燃焼振動は、燃焼により燃焼器内
に周期的圧力変動が生じ、この圧力変動周期が燃焼器の
流体力学的固有振動数と一致したような場合に生じる。
燃焼振動が生じると燃焼圧力の変動幅が増幅されて燃焼
が不安定になるとともに、燃焼器の圧力の周期的変動に
よる低サイクル振動や騒音が発生するようになる。

【０００５】燃焼振動は、例えばパイロット炎が不安定
になった場合、或いは予混合気の燃焼速度が過大になっ
た場合等に生じやすい。例えば、パイロット炎が不安定
になると燃焼器内に噴射される予混合気の着火が安定し
なくなるため、噴射された予混合気は着火と消火とを繰
り返すようになり、燃焼器内で間欠的に燃焼が生じるよ
うになる。このため、燃焼器内に周期的圧力変動が生じ
燃焼振動に発展しやすくなる。

【０００６】また、燃焼器内に噴射された予混合気は燃
焼器内を出口に向けて流動しつつ着火し、ある程度の時
間をかけて燃焼して燃焼ガスとなって燃焼器出口から排
出されるが、この場合予混合気の供給速度と燃焼速度と
が適合していれば、燃焼器内での予混合気流動経路上で
予混合気の燃焼が生じる領域はほぼ一定に維持されて安
定した火炎が形成されるようになる。ところが、予混合
気の燃焼速度が予混合気供給速度より大幅に大きくなる
と、着火した予混合気が瞬時に燃焼してしまい、次に充
分な量の予混合気が燃焼器内に供給されるまで燃焼が停
止するようになる。すなわち、予混合気の燃焼速度が過
大になると予混合気の供給が燃焼に追いつかなくなるた
め燃焼器内では燃焼が間欠的に生じるようになり、周期
的な圧力変動が生じ燃焼振動に発展しやすくなる。

【０００７】また、上述したような間欠的な燃焼に至ら
ない場合でも予混合気の燃焼速度が大きくなると、着火
後の予混合気が短時間で燃焼するようになり燃焼中に予
混合気が燃焼器内を流動する距離が短くなるため、予混
合気の流れ方向の狭い範囲で燃焼が生じるようになる。
また、複数のメインノズルから予混合気を噴射する場合
には、各メインノズルからの予混合気の燃焼領域が燃焼
器の軸線方向の狭い領域に集中するようになる。この場
合、狭い燃焼領域に発熱が集中し温度上昇によりこの領
域で急激に燃焼ガスの圧力が上昇するため、燃焼器内に
大きな圧力波（平面波）が発生し、燃焼器内で共鳴して
周期的な圧力変動が発生し、燃焼振動が生じやすくな
る。

【０００８】一方、予混合気の燃焼速度は空気比が低い
ほど、また、温度と圧力とが高い程大きくなるため、空
気比を高く、温度と圧力とを低く設定すれば予混合気の
燃焼速度はある程度まで低下させることができる。とこ
ろが、ガスタービン全体としての出力と効率とは、ター
ビン入口の温度と圧力とが高いほど高くなるため、予混
合気の空気比は、ＮＯ_X の発生量が増大しない範囲で燃
焼温度ができるだけ高くなるように比較的低い値に設定
され、燃焼器内の圧力も上記燃焼温度設定に応じた高い
圧力に設定されるのが一般的である。従って、実際の低
ＮＯ_X 型ガスタービン燃焼器では予混合気の燃焼速度は
比較的大きな値にならざるを得ず、燃焼振動が生じやす
くなっている。

【０００９】本発明は上記問題に鑑み、ガスタービン燃
焼器における燃焼振動の発生を効果的に抑制することが
可能な手段を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
よれば、タービンに駆動される圧縮機で昇圧した空気に
より燃料を燃焼させ、前記タービンを駆動する燃焼ガス
を生成するガスタービン燃焼器であって、燃焼室を形成
する内筒と、前記内筒の中心に配置され、燃料を燃焼さ
せてパイロット炎を形成するパイロットノズルと、前記
パイロットノズルの周囲に配置され、前記圧縮機から供
給された空気と燃料との予混合気を噴射する複数のメイ
ンノズルと、前記それぞれのメインノズル出口に接続さ
れ、メインノズルから噴射された予混合気を前記パイロ
ット炎の外周面に沿って内筒軸線方向に流し、パイロッ
ト炎により前記予混合気に着火して予混合炎を形成する
ノズル延長管と、を備え、前記ノズル延長管のうち少な
くとも１つは、他のノズル延長管を通る予混合気により
形成される予混合炎と異なる形状の予混合炎を形成する
ようにノズル延長管開口形状または開口面積が設定され
ている、ガスタービン燃焼器が提供される。

【００１１】すなわち、請求項１の発明では、パイロッ
トノズルの周囲のメインノズルのうち少なくとも１つ
は、メインノズルから噴射される予混合気により形成さ
れる予混合炎の火炎形状、すなわち火炎直径、長さ、着
火位置等のいずれか一つ以上が他のメインノズルの予混
合炎と異なるようにノズル延長管の開口形状または面積
が設定されている。メインノズルからの予混合気により
形成される予混合炎の火炎形状が全部のメインノズルで
同一になっていると、内筒の軸線方向の各位置における
各メインノズルからの予混合炎の発熱量は同一になる。
すなわち、この場合には、内筒軸線方向の各位置での内
筒周方向での発熱量の分布が均一になってしまうため、
燃焼器内部で平面波（圧力波）が発生しやすくなり共鳴
により燃焼振動が生じやすくなる。

【００１２】本発明では、少なくとも１つのメインノズ
ルの火炎形状を他と異なるようにノズル延長管開口形状
または開口面積を設定しているため、全部のメインノズ
ルの火炎形状が同一にならず、内筒軸線方向の各位置で
周方向に発熱量が不均一に分布するようになる。これに
より、燃焼器内部での平面波の発生が抑制され、燃焼振
動が生じにくくなる。なお、火炎形状の異なるメインノ
ズルの配置と数とは、できるだけ内筒周方向で発熱量が
均一になることを防止するように設定する。例えば、異
なる開口形状または面積を有する２種類のノズル延長管
をパイロットノズル周りに交互に配置するようにしても
良いし、周方向２つ毎に１つずつ異なる形状のノズル延
長管を配置するようにしても良い。

【００１３】請求項２に記載の発明によれば、タービン
に駆動される圧縮機で昇圧した空気により燃料を燃焼さ
せ、前記タービンを駆動する燃焼ガスを生成するガスタ
ービン燃焼器であって、燃焼室を形成する内筒と、前記
内筒の中心に配置され、燃料を燃焼させてパイロット炎
を形成するパイロットノズルと、前記パイロットノズル
の周囲に配置され、前記圧縮機から供給された空気と燃
料との予混合気を噴射し、前記パイロット炎により着火
して予混合炎を形成する複数のメインノズルと、を備
え、前記複数のメインノズルのうち少なくとも１つは、
他のメインノズルの予混合気噴射速度と異なる速度で予
混合気を噴射するように、メインノズル開口面積と予混
合気流量との少なくとも一方が設定されている、ガスタ
ービン燃焼器が提供される。

【００１４】すなわち、請求項２の発明では、少なくと
も１つのメインノズルは他のメインノズルと異なる速度
で予混合気を噴射する。メインノズルから噴射された予
混合気は、パイロット炎により着火して燃焼速度に応じ
た時間で燃焼する。この場合、着火から燃焼完了までに
予混合気が移動（流動）する距離は予混合気の流速に比
例し、燃焼速度に反比例する。このため、燃焼速度が同
一であっても流速が異なれば予混合気の燃焼に要する距
離（火炎長さ）は異なってくる。このため、一部のメイ
ンノズルからの予混合気噴射速度を他のメインノズルと
変えることにより、各メインノズルの予混合炎の長さが
不均一になる。この場合、予混合炎単位長さ当たりの発
熱量は火炎長さが短い程大きくなり、長い程小さくな
る。従って、各メインノズルの予混合炎長さを不均一に
することにより、内筒軸線に直角な平面上では内筒周方
向の予混合炎の発熱量の分布が不均一になるようにな
る。

【００１５】これにより、燃焼器内部での平面波の発生
が抑制され、燃焼振動が生じにくくなる。なお、予混合
気の噴射速度は、各メインノズルの開口面積を同一に維
持したまま一部のメインノズルの予混合気流量を変える
ことにより変化させても良いし、各メインノズルの予混
合気流量は同一に維持したまま、一部のメインノズルの
開口面積を変えることにより変化させても良い。

【００１６】また、流速の異なるメインノズルの配置と
数とは、できるだけ内筒周方向で発熱量が均一になるこ
とを防止するように設定する。例えば、互いに予混合気
噴射速度が異なるメインノズルをパイロットノズル周囲
に交互に配置するようにしても良いし、周方向２つ毎に
１つずつ異なる予混合気噴射速度を有するメインノズル
を配置するようにしても良い。

【００１７】請求項３に記載の発明によれば、タービン
に駆動される圧縮機で昇圧した空気により燃料を燃焼さ
せ、前記タービンを駆動する燃焼ガスを生成するガスタ
ービン燃焼器であって、燃焼室を形成する内筒と、前記
内筒の中心に配置され、内筒内に燃料を噴射してパイロ
ット炎を形成するパイロットノズルと、前記パイロット
ノズルの周囲に配置され、前記圧縮機から供給された空
気と燃料との予混合気を内筒内に噴射し、前記パイロッ
ト炎により着火して予混合炎を形成する複数のメインノ
ズルとを備え、前記それぞれのメインノズルは、メイン
ノズル中心に配置され燃料を噴射する燃料ノズルと、該
燃料ノズルの周囲に形成された空気通路と、前記燃料ノ
ズル周囲の空気通路内に配置され、空気通路を通る空気
流に旋回速度成分を付与し空気と燃料との混合を促進す
る複数の放射状スワーラベーンとを備え、該複数の放射
状スワーラベーンは前記燃料ノズル周りに不等角度ピッ
チで配置されている、ガスタービン燃焼器が提供され
る。

【００１８】すなわち、請求項３の発明ではメインノズ
ル内のスワーラベーンは不等角度ピッチで配置されてい
る。スワーラベーンは、燃焼空気と燃料ノズルから噴射
された燃料との混合を促進し燃料濃度分布の均一な予混
合気を形成するように、通常燃料ノズル周囲に等角度ピ
ッチで配置される。しかし、各メインノズルから均一な
予混合気が噴射されると噴射された予混合気の着火、燃
焼領域の内筒軸線方向位置が一致してしまい、軸線方向
の各位置で内筒周方向の発熱量分布が均一になってしま
うため、前述したように燃焼振動が生じやすくなる。

【００１９】本発明では、これを防止するために、スワ
ーラベーンを不等角度ピッチで配置することにより、各
メインノズルから噴射される予混合気の燃料濃度分布が
ある程度不均一になるようにしている。すなわち、それ
ぞれのメインノズルから噴射される予混合気内に燃料濃
度分布を持たせることにより、噴射された予混合気内で
着火、燃焼領域の内筒軸線方向位置が異なる部分が生じ
るようになる。このため、内筒周方向での発熱量分布が
均一になることが防止され、燃焼振動が生じにくくな
る。

【００２０】請求項４に記載の発明によれば、タービン
に駆動される圧縮機で昇圧した空気により燃料を燃焼さ
せ、前記タービンを駆動する燃焼ガスを生成するガスタ
ービン燃焼器であって、燃焼室を形成する内筒と、前記
内筒の中心に配置され、内筒内に燃料を噴射してパイロ
ット炎を形成するパイロットノズルと、前記パイロット
ノズルの周囲に配置され、前記圧縮機から供給された空
気と燃料との予混合気を内筒内に噴射し、前記パイロッ
ト炎により着火して予混合炎を形成する複数のメインノ
ズルと、前記パイロットノズル出口周囲を包囲し、前記
メインノズルからの予混合気がメインノズル出口直近で
着火することを防止する拡管形状のパイロットコーン
と、を備え、前記パイロットコーンの管壁は、出口周縁
が鋸歯状または波状を形成するように出口周縁部の全周
にわたって複数の切欠が設けられている、ガスタービン
燃焼器が提供される。

【００２１】すなわち、請求項４の発明ではパイロット
コーンの出口周縁は鋸歯状または波状になるように全周
にわたって切欠かれている。パイロットコーンは、メイ
ンノズルから噴射された予混合気がメインノズル出口直
後に着火することを防止するために、パイロット炎とメ
インノズル出口直後の予混合炎とを隔離するために設け
られている。従ってメインノズルから噴射された予混合
炎は、パイロットコーン出口周縁部でパイロット炎と接
触して着火するようになる。このため、パイロットコー
ン出口周縁が平坦形状であると各メインノズルからの予
混合気の内筒軸線方向での着火位置が一致してしまい、
各メインノズルからの予混合気が内筒軸線方向の狭い領
域で燃焼するようになり、発熱量の集中により燃焼振動
が生じやすくなる。一方、本発明ではパイロットコーン
出口周縁は鋸歯状または波形に切欠かれている。このた
め、例えばパイロットコーン出口周縁部を通過する予混
合気のうち、鋸歯または波形の谷部を通過する予混合気
は早い時期にパイロット炎と接触して着火し、山部を通
過する予混合気はパイロット炎との接触による着火が遅
れることになる。従って、本発明では予混合炎の着火、
燃焼の軸線方向位置は内筒周方向でばらつくようにな
り、発熱量の集中が緩和されるため、燃焼振動が生じに
くくなる。

【００２２】請求項５に記載の発明によれば、タービン
に駆動される圧縮機で昇圧した空気により燃料を燃焼さ
せ、前記タービンを駆動する燃焼ガスを生成するガスタ
ービン燃焼器であって、燃焼室を形成する内筒と、前記
内筒内に燃料を噴射してパイロット炎を形成するパイロ
ットノズルと、前記圧縮機から供給された空気と気体燃
料との予混合気を内筒内に噴射し、前記パイロット炎に
より着火して予混合炎を形成するメインノズルと、前記
メインノズルに供給される気体燃料中に不燃性の気体を
混入させる手段と、を備えた、ガスタービン燃焼器が提
供される。

【００２３】すなわち、請求項５の発明では、メインノ
ズルに供給する予混合気形成用の気体燃料中にはＮ₂ 、
ＣＯ₂ 等の不燃性気体（不活性ガス）が混入される。燃
料中に混入された不活性ガスは燃焼には寄与しない。こ
のため、燃料に不活性ガスを混入することによりメイン
ノズルで形成される予混合気の単位体積当たりの発熱量
は低下するとともに、予混合気の燃焼速度が低下するよ
うになる。このため、本発明では、予混合気の燃焼温度
が低下するとともに、予混合気の燃焼に要する時間が長
くなり、狭い領域に発熱が集中することが防止され、燃
焼振動が生じにくくなる。

【００２４】請求項６に記載の発明によれば、タービン
に駆動される圧縮機で昇圧した空気により燃料を燃焼さ
せ、前記タービンを駆動する燃焼ガスを生成するガスタ
ービン燃焼器であって、燃焼室を形成する内筒と、前記
内筒の中心に配置され、内筒内に燃料を噴射してパイロ
ット炎を形成するパイロットノズルと、前記パイロット
ノズルの周囲に配置され、前記圧縮機から供給された空
気と燃料との予混合気内筒内にを噴射し、前記パイロッ
ト炎により着火して予混合炎を形成する複数のメインノ
ズルと、前記パイロットノズル出口周囲を包囲し、前記
メインノズルからの予混合気がメインノズル出口直近で
着火することを防止する拡管形状のパイロットコーン
と、前記パイロットコーンの拡管出口周囲に配置され、
パイロットコーン出口部周囲から燃料を噴射する複数の
パイロットコーンノズルと、を備えたガスタービン燃焼
器が提供される。

【００２５】すなわち、請求項６の発明では、パイロッ
トコーンの出口周囲にはそれぞれが燃料を噴射する複数
のパイロットコーンノズルが設けられている。パイロッ
トコーンノズルから噴射された燃料はパイロット炎と接
触して着火し、パイロットコーン周縁部から延びる火炎
を形成する。前述したように、パイロット炎は拡散燃焼
炎であるため、火炎温度が高くＮＯ_X の生成量が多い。
このため、ガスタービン燃焼器では、ＮＯ_X 量を低減す
るために、できるだけパイロットノズルに供給する燃料
量を低減することが好ましい。しかし、パイロットノズ
ルに供給する燃料量を低減するとパイロット炎が短くな
るため、予混合気の着火が不安定になり燃焼振動が生じ
やすくなる。これに対して、本発明ではパイロットコー
ン出口周縁部から燃料を噴射するパイロットコーンノズ
ルを設けているため、パイロットコーン出口周縁部には
常に安定した火炎が形成されている。このため、パイロ
ットノズルに供給する燃料量を低減し、パイロット炎を
短くした場合でも予混合気の安定した着火が得られるよ
うになり、着火不安定による燃焼振動の発生が防止され
る。なお、パイロットコーンノズルから噴射された燃料
は、パイロットコーン周縁に火炎を形成するため、予混
合気に着火を生じやすい。このため、パイロットコーン
ノズルからの燃料噴射量は、パイロットノズルからの燃
料噴射量に較べて大幅に少ない量とすることができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を用いて本発明の
実施形態について説明する。図１は、本発明のガスター
ビン燃焼器の基本構造の一例を示す断面図である。以下
に説明する各実施形態においても、特に言及しない限り
図１の基本構造は共通している。

【００２７】図１において、１は燃焼器全体を示す。燃
焼器１は燃焼器部５と、燃焼器部５内に燃料を噴射する
ノズルが設けられたノズル部３とにより構成されてい
る。本実施形態の燃焼器部５は噴射された燃料を燃焼さ
せる燃焼室としての内筒５ｂと、燃焼により生成した燃
焼ガスをタービン入口に導く尾筒５ａとが一体に形成さ
れたワンピース構造とされている。燃焼器１は図示しな
いサポートによりタービンケーシング７内に保持されて
いる。実際のガスタービンでは、図１に示す燃焼器が円
周上に複数個等間隔に配置され、それぞれタービンに燃
焼ガスを供給している。

【００２８】燃焼用空気１１は、図示しないタービン駆
動のガスタービン圧縮機により大気から昇圧され、ケー
シング７内に供給される。燃焼空気１１はケーシング７
から燃焼器１のノズル部３に設けられた燃焼空気入口３
５を通ってノズル部３に入り、ノズル部３からパイロッ
トノズル３１とメインノズル３３とを通って燃焼器部５
内に噴射される。

【００２９】ノズル部３は円筒状のシェル内の中央部に
パイロットノズル３１を、パイロットノズル３１周囲に
複数の（本実施形態では８つの）メインノズル３３を等
間隔に配置した構成とされる。パイロットノズル３１
は、内筒５ｂ内に燃料を噴射するパイロット燃料ノズル
３１ａを備えており、噴射された燃料は図示しないイグ
ナイタにより点火され、燃焼空気入口３５からパイロッ
トノズル３１を通って流れる燃焼空気と内筒５ｂ内で混
合しつつ拡散燃焼を行い、パイロット炎を形成する。

【００３０】また、メインノズル３３は予混合ノズルと
され、燃焼空気入口３５からノズル部３に供給された燃
焼空気中に燃料ノズル３３ａから燃料を噴射し、予混合
気を形成して内筒５ｂに噴射する。図１に３７で示すの
はメインノズル３３内の燃料ノズル３３ａ周囲に放射状
に配置されたスワーラベーンである。スワーラベーン３
７は、メインノズル３３を流れる燃焼空気流にに旋回速
度成分を付与するように、流方向に角度を持って配置さ
れた翼形状を有するベーンである。スワーラベーン３７
を通過した燃焼空気は、メインノズル３３内で旋回流を
生じる。燃料（本実施形態では都市ガス、天然ガス等の
気体燃料や重油等の液体燃料が使用される）は、燃料ノ
ズル３３ａのスワーラベーン３７下流側に設けられた燃
料噴射孔（図示せず）から上述した燃焼空気の旋回流中
に噴射される。このため、噴射された燃料と燃焼空気と
の混合が促進され、メインノズル３３内で均一な予混合
気が形成されるようになる。

【００３１】パイロットノズル３１の出口部には、拡管
形状のパイロットコーン３６が設けられている。パイロ
ットコーン３６は、パイロットノズル３１で生成される
パイロット炎がメインノズル３３から噴射される予混合
気とメインノズル３３直近の位置で接触することを防止
することにより、メインノズル出口近傍で予混合気が着
火してメインノズル内への逆火が生じることを防止する
ものである。

【００３２】また、メインノズル３３出口には、メイン
ノズルから噴射された予混合気がパイロットコーン３６
側面に衝突して乱れを生じることを防止するために、メ
インノズルから噴射された予混合気をパイロットコーン
３６側面に沿って導くノズル延長管３４が接続されてい
る。ノズル延長管３４の内筒への開口（出口）形状は、
パイロットコーンとの干渉をさけるために楕円形状とさ
れているため、以下の説明では楕円延長管と称する。

【００３３】図１に９で示すのは空気バイパス弁であ
る。空気バイパス弁９は燃焼器部５の尾筒５ａをケーシ
ング７内に直接連通させるゲート弁からなり、ノズル部
３から燃焼器部５に流入する燃焼空気量を負荷に応じて
制御する機能を有する。例えば、ガスタービン起動時や
軽負荷時等でノズル部３から燃焼器部５に供給すべき燃
焼空気量が少ない場合には、空気バイパス弁９は図示し
ないアクチュエータにより開弁され、ケーシング７内の
燃焼空気の一部をノズル部３を介さずに直接尾筒５ａ内
に導入する。これにより、ノズル部３の燃焼空気入口３
５から流入する燃焼空気量が減少しメインノズル３３で
適切な予混合気を形成することが可能となる。

【００３４】また、本実施形態では燃焼器部５の内筒５
ｂと尾筒５ａの壁には冷却蒸気通路が設けられている。
冷却蒸気は内筒５ｂと尾筒５ａとの境界部付近に設けら
れた冷却蒸気入口管５０７から供給され、それぞれ内筒
５ｂと尾筒５ａの壁を冷却した後、冷却蒸気出口管５０
９ａ、５０９ｂから回収される。メインノズル３３から
楕円延長管３４を通ってパイロットコーン３４周囲に噴
射された予混合気は、パイロットノズル３１により生成
されたパイロット炎とパイロットコーン３６出口周縁部
で接触することにより、メインノズル３３出口から充分
に離れた位置で予混合炎を生成する。

【００３５】すなわち、予混合気はパイロットコーン３
６出口付近で着火し、燃焼しつつ内筒５ｂ内を流れ、燃
焼ガスとして尾筒５ａからタービン（図示せず）に流入
する。ところが、前述したようにメインノズルから供給
される予混合気の燃焼速度は比較的大きいため、着火
後、燃焼が完了するまでに予混合気が内筒５ｂ内を流れ
る距離は比較的短くなりやすく、燃焼による発熱が内筒
５ｂ軸線方向の比較的狭い領域に集中しやすくなる。こ
のため、この発熱集中領域では温度上昇による急激な燃
焼ガスの圧力上昇が生じ、この圧力波が燃焼器１内に伝
播するようになり、燃焼器１内で共鳴して燃焼振動が生
じやすくなる。

【００３６】本発明のガスタービン燃焼器では、以下の
実施形態に説明する方法により上記燃焼振動を抑制して
いる。 （１）第１の実施形態 本実施形態では、メインノズルからの予混合気の燃焼に
より生成される火炎 (予混合炎）の形状が全部同一にな
ることを防止することにより、燃焼振動を抑制する。

【００３７】通常、パイロットノズル３１周囲に配置さ
れる複数のメインノズルは同一の形状、寸法のものを使
用して、内筒５ｂ内に形成される予混合炎が内筒の周方
向に均一になるようにしている。ところが、全部のメイ
ンノズルからの予混合炎が同一の形状になると、内筒軸
線方向（予混合気流れ方向）にみて各予混合炎の発熱領
域が同一の位置に集中し、しかもこの発熱領域では内筒
５ｂ円周方向に発熱量が均一に分布することになる。す
なわち、この位置では内筒軸線方向に垂直な平面上では
均等に発熱が生じるようになり、大きな圧力平面波が発
生して燃焼振動が生じやすくなる。

【００３８】本実施形態では、例えば火炎の直径、長
さ、着火位置などのいずれか一つ以上が、各メインノズ
ルで不均一になるようにすることにより、内筒円周方向
に発熱量が均一に分布することを防止する。例えば、火
炎直径が異なると、各メインノズルの予混合炎の発熱領
域が内筒軸線方向で同一の領域に集中した場合でも、こ
の領域では各メインノズルの発熱量が異なってくるた
め、内筒円周方では発熱量の分布が不均一になる。この
ため、この位置で発生する圧力波に内筒円周方向に強弱
の分布が生じるようになり、共鳴による燃焼振動が発生
しにくくなる。

【００３９】また、火炎長さ、着火位置を変えると、メ
インノズルの予混合炎の発熱領域は内筒軸線方向にみて
ばらつくようになる。このため、火炎直径を変えた場合
と同様に内筒円周方向で発熱量の分布が不均一になり、
燃焼振動が発生しにくくなる。図２、図３は、メインノ
ズル３３の予混合炎の火炎形状を不均一にすることによ
り燃焼振動を抑制する場合を示す図である。

【００４０】図２の例では、メインノズル３３出口に接
続される楕円延長管の出口断面形状を変えることによ
り、火炎形状を変更するようにしている。図２は、図１
の燃焼器のノズル部分を拡大した軸線に沿った断面図、
図３は図２のIII − III線に沿った断面図である。図
２、図3 において、図１と同じ参照符号は同一の要素を
表している。

【００４１】図２に示すように、楕円延長管３４は円形
断面形状を有するメインノズル３３出口から噴射される
予混合気を拡管形状のパイロットコーン３６側面に沿っ
て、コーン３６出口周縁部まで導く形状とされている。
このため、楕円延長管３４の断面は、メインノズル３３
との接続部ではメインノズルと同一の円形となっている
が、延長管３４出口ではパイロットコーン３６出口部と
の干渉を避けるために図３に示すように接続部と同一の
断面積を維持したまま楕円形状となっている。

【００４２】通常、楕円延長管３４出口部の形状は、全
部のメインノズルについて同一とされているが、本実施
形態では図２、図３に示すように、一部のメインノズル
の楕円延長管３４ｂの形状が他の延長管３４ｂの出口形
状と異なるようにされている。すなわち、楕円延長管３
４ｂでは、出口部の短径が他の延長管３４ａに較べて小
さく、予混合気の噴射位置が他の延長管３４ａに較べて
パイロットコーンから離れた位置になるようにしてい
る。このため、楕円延長管３４ｂの出口部断面積は他の
延長管３４ａに較べてやや小さくなっている。

【００４３】従って、楕円延長管３４ｂから噴射される
予混合気により生成される火炎は他の楕円延長管３４ａ
から噴射される予混合気により生成される火炎に較べて
直径が小さくなり、各断面での発熱量が他の延長管３４
ａの火炎に較べて小さくなる。また、楕円延長管３４ｂ
の出口部断面積を小さくした結果、楕円延長管３４ｂを
流れる予混合気は流路抵抗が大きくなり、他の延長管３
４ａに較べて流速が多少低下する。このため、内筒軸線
方向にみた場合延長管３４ａと３４ｂとでは燃焼（発
熱）領域の位置が異なるようになるとともに、火炎長さ
も短くなる。更に、楕円延長管３４ｂでは、出口位置が
他の延長管３４ａに較べてパイロット炎から遠くなるた
め、延長管３４ｂから噴射された予混合気の着火は他の
延長管３４ａから噴射される予混合気に較べて遅れるよ
うになり、着火位置が異なってくる。

【００４４】このように、本実施形態では楕円延長管３
４ｂを用いたメインノズル３３では、他のメインノズル
に較べて、火炎直径、火炎長さ、着火位置等の火炎形状
が異なってくる。このため、内筒の各軸線方向位置で
は、内筒円周方向に発熱量の分布が均一にならず、燃焼
振動が生じにくくなる。なお、図２、図３の実施形態で
は延長管３４ａと３４ｂとをそれぞれ同数（４つずつ）
使用して交互に配置しているが、２種類の延長管３４
ａ、３４ｂを用いる場合でも、他の数と配置とが可能で
ある。例えば、延長管３４ｂの数は１つ以上であれば燃
焼振動抑制効果が得られることが判明している。また、
延長管３４ｂは延長管３４ａ３つ毎に１つ配置（この場
合には延長管３４ａ６つに対して３４ｂを２つ使用す
る）するようにしても良い。更に、不等間隔で延長管３
４ｂを配置する事（例えば、延長管３４ａを５つ、延長
管３４ｂを３つ使用する場合等）も可能である。

【００４５】また、同様に、出口形状の異なる３種類以
上の延長管を使用するようにしても良い。 （２）第２の実施形態 本実施形態では、メインノズルからの予混合気噴射速度
を不均一にすることにより燃焼振動を抑制する。

【００４６】燃焼速度が一定の条件下では、予混合気噴
射速度を変えることにより火炎長さが変化するため、燃
焼（発熱）領域の内筒軸線方向位置が変化する。このた
め、一部のメインノズルの予混合気噴射速度を他のメイ
ンノズルと異なる値に設定することにより内筒軸線方向
各位置における内筒周方向の発熱量分布が不均一にな
り、燃焼振動が抑制されるようになる。

【００４７】予混合気噴射速度を変化させる手段として
は、例えばメインノズル流量を一定に維持したままメイ
ンノズル（または楕円延長管）の開口面積を変化させる
方法と、メインノズル、楕円延長管は他のノズルと同一
のものを使用し、メインノズルを通る予混合気の流量を
変化させる方法との２つの方法がある。前述した第１の
実施形態のように、メインノズル（または楕円延長管）
の出口開口面積のみを変化させて予混合気流速を変化さ
せると、メインノズルを通過する流路抵抗も変化してし
まい、流速とともに予混合気流量が変化してしまう。こ
のため本実施形態では、メインノズル（または楕円延長
管）の出口開口面積を変化させて流速を変える場合に
は、メインノズル全体として流路抵抗が変化しないよう
にメインノズルの他の部分（例えばメインノズル入口部
分）の開口面積を変化させるようにしている。例えば、
一部のメインノズルからの予混合気噴射速度を増加させ
る場合には、メインノズル出口開口面積を絞るとともに
メインノズル入口部分の開口面積を拡げるようにして、
予混合気流量は一定に維持したまま流速のみを変化させ
るようにしている。

【００４８】また、本実施形態では、流速とともに流量
を変化させる場合には、全部のメインノズルの形状、寸
法は同一として、例えばスワーラベーン３７の形状、個
数等を変える等により、一部のメインノズルのみ流路抵
抗を変化させるようにしている。なお、本実施形態にお
いても、流速を変化させるメインノズルの個数及び配置
は、第１の実施形態で説明したように変更可能である。

【００４９】なお、本実施形態ではメインノズルの流量
または流速を変化させているが、各メインノズルからの
予混合気の流量、流速を同一に維持したまま予混合気の
空気比を変えることによっても燃焼振動を抑制すること
が可能である。例えば、一部のメインノズルからの予混
合気の空気比を増大（或いは低減）すると、この予混合
気の燃焼速度は低下（或いは増大）するため、流速、流
量が同一であってもこのメインノズルの火炎長さは長く
（或いは短く）なり、発熱（燃焼）領域の内筒軸線方向
位置も他のメインノズルのものから変化する。このた
め、第１と第２の実施形態と同様、内筒軸線方向各位置
における内筒周方向の発熱量分布が不均一になり、燃焼
振動が抑制されるようになる。

【００５０】一部のメインノズルの予混合気の空気比を
変化させるためには、例えば一部のメインノズルの燃料
ノズル３３ａから噴射する燃料量を変化させるようにす
れば良い。一部の燃料ノズル３３ａからの燃料噴射量を
変化させることは、例えば一部の燃料ノズル３３ａの燃
料通路径またはノズル孔径を変更するか、燃料通路に流
量調整用オリフィスを設置することにより可能である。

【００５１】（３）第３の実施形態 上述の第１と第２の実施形態では、内筒の各軸線方向位
置での発熱量を周方向に不均一にするために、各メイン
ノズルの予混合炎の各軸線方向位置での発熱量が均一に
なることを防止していた。しかし、第１と第２の実施形
態では、それぞれのメインノズルから噴射される予混合
気は燃料と空気とが均一に混合されており、一様な燃料
濃度分布を有している。このため、第１と第２の実施形
態では各予混合炎間では内筒軸線方向の燃焼（発熱）位
置または内筒の各軸線方向位置での発熱量は不均一にな
っているものの、１つの予混合炎内について見ると予混
合気全体がほぼ同時に着火、燃焼するため、予混合炎内
の燃焼領域は狭い範囲に集中している。

【００５２】これに対して、本実施形態では各メインノ
ズルからの予混合気の燃料濃度分布をそれぞれ不均一に
することにより、各メインノズルからの予混合気内で着
火、燃焼領域にばらつきを生じるようにした点が相違し
ている。このように、各メインノズルから燃料濃度分布
の不均一な予混合気を噴射するようにしたことにより、
１つのメインノズルから噴射された予混合気内で予混合
気の着火、燃焼位置が内筒軸線方向にばらつきを生じる
ようになる。このため、各内筒軸線方向位置において狭
い範囲に発熱が集中することが防止され、燃焼振動が抑
制されるようになる。

【００５３】本実施形態では、それぞれのメインノズル
３３内に配置されたスワーラベーン３７の角度ピッチを
不等間隔にすることにより、それぞれのメインノズル３
３通過する予混合気中の燃料濃度分布を不均一にしてい
る。図４は、本実施形態のスワーラベーンを示す図２と
同様な図である。各メインノズル３３には、中心に燃料
ノズル３３ａが挿通されており、スワーラベーン３７は
このノズル３３ａの外周とメインノズル３３ａ内周との
間に放射状に配置されている。スワーラベーン３７下流
側の燃料ノズル３３ａ部分の外周には、燃料を噴射する
複数のノズル孔３３１が等間隔で配置されている。

【００５４】スワーラベーン３７は空気抵抗の少ない翼
形状の断面を有するベーンであり、メインノズル３３を
通過する空気流に円周方向の旋回速度成分を付与するよ
うに、メインノズル半径方向から見て、断面が空気流に
対して所定の迎え角（ねじり角）を有するように配置さ
れている。メインノズル３３を流れる空気流は、スワー
ラベーン３７を通過する際に旋回速度成分を持った旋回
流となるため、スワーラベーン３７の下流側のノズル孔
３３１から噴射された燃料と空気との混合が促進され
る。

【００５５】図５は、本実施形態のスワーラベーンの配
置を模式的に説明する図である。通常、スワーラベーン
３７は、メインノズル３３内で均一な予混合気を生成す
るために、図５ (A)に示すように燃料ノズル３３ａ周り
に均等な角度ピッチ（図５ (A)にαで示す角度間隔）で
配置されており、各スワーラベーンのねじり角も同一と
されている。

【００５６】これに対して、本実施形態では、図５(B)
に示すように各スワーラベーン３７の角度ピッチは均等
ではなく、小さい角度ピッチ（図５(B) にβで示す角
度）と大きい角度ピッチ（図５(B) にγで示す角度）と
が混在するようにされている。角度ピッチβの部分とγ
の部分とは規則的に配置しても、不規則に配置しても良
い。また、角度ピッチβの部分とγの部分との数の比率
も特に制限はない。

【００５７】このように、スワーラベーン３７を不等角
度ピッチで配置したことにより、例えば大きい角度ピッ
チγ部分を通過する空気流では、小さい角度ピッチβ部
分を通過する空気流に較べて旋回流の影響が小さくな
り、燃料と空気との混合が不均一になる。このため、メ
インノズル３３で形成される予混合気はメインノズル横
断方向に不均一の燃料濃度分布を持つようになる。

【００５８】予混合気の着火容易性、燃焼速度は予混合
気の空気比（すなわち燃料濃度）により変化する。この
ため、メインノズルから噴射された予混合気内が不均一
な燃料濃度分布を有すると、予混合気各部分で着火位置
と燃焼速度が不均一になり、一つの予混合気噴流中の各
部分で、燃焼（発熱）領域の内筒軸線方向位置がばらつ
くようになる。この結果、燃焼器１全体として見た場
合、内筒軸線方向各位置における内筒周方向の発熱量分
布が不均一になり、燃焼振動が抑制されるようになる。

【００５９】なお、図５(B) ではスワーラベーン３７の
角度ピッチを不均一にしており、各スワーラベーンのね
じり角は同一にしているが、角度ピッチに代えて、また
は角度ピッチに加えて、各スワーラベーンのねじり角を
変えるようにしても、予混合気中の燃料濃度分布を不均
一にすることができる。 （４）第４の実施形態 次に、本発明の第４の実施形態について説明する。本実
施形態では、各メインノズルから噴射される予混合気内
での各部分の着火、燃焼位置を不均一にして発熱量の集
中を防止することにより燃焼振動を抑制する。

【００６０】図６は、本実施形態のパイロットノズル３
１部分を示す図２と同様な断面図である。図６に示すよ
うに、パイロットノズル３１中心部にはパイロット燃料
ノズル３１ａが挿入されており、パイロットノズル３１
周囲には、メインノズル３３のスワーラベーン３７と同
様にパイロットノズルを通過する空気流に旋回速度成分
を与えるパイロットスワーラベーン３８が放射状に配置
されている。パイロット燃料ノズル３１ａは、その先端
の外周に等間隔に配置された複数のノズル孔３１１を備
えており、各ノズル孔３１１から噴射された燃料は、パ
イロットスワーラベーン３８通過後の空気と混合しつつ
図示しないイグナイタにより点火されて拡散炎からなる
パイロット炎を形成する。

【００６１】メインノズル３３から噴射された予混合気
は、パイロット炎と接触し着火するが、予混合気の着火
点がメインノズル出口に近接すると、逆火が生じノズル
内に火炎が進入しやすくなる。このため、通常パイロッ
トノズル３１出口にはテーパ拡管状のパイロットコーン
３６が接続され、メインノズル直下流領域の予混合気を
パイロット炎とを隔離している。このため、メインノズ
ルからの予混合気の着火は、パイロットコーン３６出口
周縁部で生じることになる。

【００６２】通常、パイロットコーン３６出口周縁部
は、図６に点線で示したように平坦な円弧形状とされて
いる。これに対して本実施形態では、図６に実線で示す
ように、パイロットコーン３６出口には複数の切欠３６
１が全周にわたって設けられており、パイロットコーン
出口周縁部は全周にわたっては鋸歯状、或いは波形にな
っている。このため、例えば切欠３６１の谷部（図６、
３６１ａ）部分ではメインノズルから噴射された予混合
気はパイロット炎と早く接触し、着火、燃焼を開始す
る。また、切欠３６１の山部（図６、３６１ｂ）では谷
部３６１ａに較べて予混合気のパイロット炎との接触が
遅れるため、山部３６１ｂを通過した予混合気は谷部３
６１ａを通過した予混合気より下流側で着火、燃焼を生
じるようになる。

【００６３】本実施形態では、パイロットコーン出口周
縁部全周にわたって切欠３６１が設けられているため、
内筒５ｂ周方向では予混合気の着火、燃焼位置が内筒軸
線方向にばらつくようになる。このため、内筒軸線方向
の狭い領域に発熱量が集中することが防止され、燃焼振
動が抑制される。なお、図６はパイロットコーン３６出
口周縁部に波形の切欠を形成した例を示したが、切欠の
形状はパイロット炎と予混合炎との接触位置を変えるこ
とができる形状であれば他の形状とすることもでき、三
角形（鋸歯状切欠）或いは四角形（矩形切欠）等の切欠
を使用することも可能である。

【００６４】（５）第５の実施形態 次に、本発明の第５の実施形態について説明する。前述
の第１から第４の実施形態では、各メインノズルからの
予混合気の着火位置や燃焼領域が一致することにより内
筒内の狭い領域に発熱量が集中することを防止するため
に、予混合気の着火位置や燃焼領域にばらつきを生じる
ようにして燃焼振動を抑制していた。

【００６５】これに対して、本実施形態では予混合気の
燃焼速度そのものを低下させることにより、内筒内の狭
い領域に発熱量が集中することを防止している。予混合
気の燃焼速度が低下すると、前述したように着火から燃
焼が完了するまでの間に予混合気が流れる距離が大きく
なるため、予混合気の燃焼領域が内筒軸線方向に拡大さ
れるようになる。このため、燃焼による発熱が狭い領域
に集中することが防止され、燃焼振動が抑制されるよう
になる。

【００６６】本実施形態では、気体燃料を使用する場合
に、燃焼器に供給する前に燃料中に窒素、二酸化炭素等
の不燃性ガスまたは不活性ガスを混入する。これによ
り、不活性ガスとの混合後の燃料の単位体積当たりに含
まれる可燃燃料の量が低下するようになり、燃料の単位
体積当たりの発熱量が低下するとともに、メインノズル
で空気と混合した後の予混合気の燃焼速度が低下する。

【００６７】このため、燃焼器内では、予混合気の燃焼
温度が低下するとともに、予混合気の燃焼領域が広く
（長く）なり、狭い範囲に発熱が集中することが防止さ
れる。図７は、本実施形態の燃料供給系統を説明する図
である。図７において、７００は燃料ガス圧縮機、加圧
燃料ガスタンク等の加圧燃料供給源、７０１は燃料供給
配管を示す、燃料供給配管７０は、パイロット燃料ノズ
ル３１ａに接続されるパイロット燃料配管７０３とメイ
ン燃料ノズル３３ａに接続されるメイン燃料配管７０５
とに分岐しており、パイロット燃料とメイン燃料とは、
それぞれ配管７０３、７０５に配置された流量制御弁７
０９、７１１により調量されてパイロット燃料ノズル３
１ａ、３３ａに供給される。

【００６８】図７に７１５で示すのは窒素発生装置、二
酸化炭素発生装置等の加圧不燃性ガス供給源、７１７は
メイン燃料配管７０５と加圧不燃性ガス供給源７１５と
を接続する不燃ガス配管、７１９は配管７１７上に配置
された流量制御弁である。各流量制御弁７０９、７１
１、７１９は図示しないガスタービン制御装置からの制
御信号に応じて、それぞれ配管７０３、７０５、７１７
を流れてガスタービンに供給されるガス量を制御する。

【００６９】供給源７１５から供給された不燃性ガス
は、流量制御弁７１９でメイン燃料ガス流量に応じた所
定の流量に制御され、メイン燃料配管７０５に供給され
燃料と混合した状態で燃焼器１のメイン燃料ノズル３３
ａに供給される。予混合気の燃焼速度を低下させるため
に、予混合気に不活性ガスを混入させる方法としては、
燃料に不活性ガスを混入させる以外にも燃焼空気に不活
性ガスを混入させることも可能である。しかし、ガスタ
ービンでは燃焼空気量が極めて多いため、燃焼空気に多
量の不活性ガスを均一に混合することは困難である。本
実施形態によれば、燃焼空気に較べて流量の少ない燃料
側に不活性ガスを混合するようにしたことにより、燃料
と不活性ガスとの均一な混合気を容易に生成することが
可能となっている。

【００７０】（６）第６の実施形態 本実施形態では、予混合気の着火を安定させることによ
り燃焼振動の発生を防止している。前述したように、パ
イロット炎から予混合気への着火が安定していないと予
混合気の燃焼が間欠的になり、燃焼振動が発生しやすく
なる。従って、予混合気への着火を安定させるためには
パイロットノズルで形成されるパイロット炎の火炎長さ
を充分に長くして予混合気への着火を確実にする必要が
ある。ところが、パイロット炎は拡散燃焼炎であるため
燃焼温度が高く生成するＮＯ_X 量も多くなる。このた
め、実際の運転ではＮＯ_X 量を低減するために、パイロ
ットノズルへの燃料供給量をできるだけ低減してパイロ
ット比（全体の燃料量に占めるパイロット燃料量の比）
を低下させた運転が行なわれる。

【００７１】従って、実際の運転ではパイロット炎の火
炎長さは必要最小限になるように設定されるため、予混
合気への着火が不安定になりやすく燃焼振動が生じる場
合がある。本実施形態では、パイロット比の低い運転状
態においても予混合気への安定した着火を可能とするこ
とにより、燃焼振動の発生を防止している。

【００７２】本実施形態では、少量のパイロット燃料を
パイロットコーン出口周縁部から噴射し、比較的小さい
第２のパイロット炎を形成する。パイロットコーン出口
周縁部は予混合気と接触する位置であるため、この位置
に形成される第２のパイロット炎は小さい火炎であって
も確実に予混合気を着火させることができる。このた
め、パイロット比を低下させてパイロット炎長さが短く
なった場合でも第２のパイロット炎により予混合気の安
定した着火が得られるようになり、着火不安定による燃
焼振動を確実に防止することが可能となる。

【００７３】図８は、本実施形態のパイロットコーン外
周部を示す断面図である。本実施形態では、パイロット
コーン３６出口周縁部には、少量の燃料を噴射するパイ
ロットコーンノズル３６３が、それぞれのメインノズル
３３の楕円延長管３４出口に対応する位置にパイロット
コーン３６出口全周にわたって配置されている。それぞ
れのパイロットコーンノズル３６３はパイロットコーン
３６と各メインノズルの楕円延長管３４との間に配置さ
れた燃料配管３６５を介して、パイロット燃料をパイロ
ット燃料ノズル３１ａに供給するパイロット燃料配管に
接続されている。パイロットコーンノズル３６３から噴
射された燃料は、パイロットノズル３１で形成されるパ
イロット炎により着火、燃焼し、比較的小さい第２のパ
イロット炎を形成する。各パイロットコーンノズル３６
３で生成される第２のパイロット炎はパイロットコーン
３６外側を流れる予混合気と常時接触するため、低パイ
ロット比運転時にパイロット炎長さが短くなった場合に
も、予混合炎を確実に着火させることが可能となってい
る。

【００７４】

【発明の効果】各請求項に記載の発明によれば、ガスタ
ービン燃焼器における燃焼振動の発生を効果的に抑制す
ることが可能となる共通の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】ガスタービン燃焼器の基本構造を説明する断面
図である。

【図２】本発明の第１の実施形態の構成を説明する図で
ある。

【図３】本発明の第１の実施形態の構成を説明する図で
ある。

【図４】本発明の第３の実施形態の構成を説明する図で
ある。

【図５】本発明の第３の実施形態の構成を説明する図で
ある。

【図６】本発明の第４の実施形態の構成を説明する図で
ある。

【図７】本発明の第５の実施形態の構成を説明する図で
ある。

【図８】本発明の第６の実施形態の構成を説明する図で
ある。

【符号の説明】

１…ガスタービン燃焼器 ５…燃焼器部 ３１…パイロットノズル ３１ａ…パイロット燃料ノズル ３３…メインノズル ３３ａ…メイン燃料ノズル ３４…楕円延長管 ３６…パイロットコーン ３７…メインスワーラベーン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋村 淳司 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 萬代 重実 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 平崎 丈尾 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 (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 タービンに駆動される圧縮機で昇圧した
   空気により燃料を燃焼させ、前記タービンを駆動する燃
   焼ガスを生成するガスタービン燃焼器であって、 燃焼室を形成する内筒と、 前記内筒の中心に配置され、燃料を燃焼させてパイロッ
   ト炎を形成するパイロットノズルと、 前記パイロットノズルの周囲に配置され、前記圧縮機か
   ら供給された空気と燃料との予混合気を噴射する複数の
   メインノズルと、 前記それぞれのメインノズル出口に接続され、メインノ
   ズルから噴射された予混合気を前記パイロット炎の外周
   面に沿って内筒軸線方向に流し、パイロット炎により前
   記予混合気に着火して予混合炎を形成するノズル延長管
   と、を備え、前記ノズル延長管のうち少なくとも１つ
   は、他のノズル延長管を通る予混合気により形成される
   予混合炎と異なる形状の予混合炎を形成するようにノズ
   ル延長管開口形状または開口面積が設定されている、ガ
   スタービン燃焼器。
2. 【請求項２】 タービンに駆動される圧縮機で昇圧した
   空気により燃料を燃焼させ、前記タービンを駆動する燃
   焼ガスを生成するガスタービン燃焼器であって、 燃焼室を形成する内筒と、 前記内筒の中心に配置され、燃料を燃焼させてパイロッ
   ト炎を形成するパイロットノズルと、 前記パイロットノズルの周囲に配置され、前記圧縮機か
   ら供給された空気と燃料との予混合気を噴射し、前記パ
   イロット炎により着火して予混合炎を形成する複数のメ
   インノズルと、を備え、 前記複数のメインノズルのうち少なくとも１つは、他の
   メインノズルの予混合気噴射速度と異なる速度で予混合
   気を噴射するように、メインノズル開口面積と予混合気
   流量との少なくとも一方が設定されている、ガスタービ
   ン燃焼器。
3. 【請求項３】 タービンに駆動される圧縮機で昇圧した
   空気により燃料を燃焼させ、前記タービンを駆動する燃
   焼ガスを生成するガスタービン燃焼器であって、 燃焼室を形成する内筒と、 前記内筒の中心に配置され、内筒内に燃料を噴射してパ
   イロット炎を形成するパイロットノズルと、 前記パイロットノズルの周囲に配置され、前記圧縮機か
   ら供給された空気と燃料との予混合気を内筒内に噴射
   し、前記パイロット炎により着火して予混合炎を形成す
   る複数のメインノズルとを備え、 前記それぞれのメインノズルは、メインノズル中心に配
   置され燃料を噴射する燃料ノズルと、該燃料ノズルの周
   囲に形成された空気通路と、前記燃料ノズル周囲の空気
   通路内に配置され、空気通路を通る空気流に旋回速度成
   分を付与し空気と燃料との混合を促進する複数の放射状
   スワーラベーンとを備え、 該複数の放射状スワーラベーンは前記燃料ノズル周りに
   不等角度ピッチで配置されている、ガスタービン燃焼
   器。
4. 【請求項４】 タービンに駆動される圧縮機で昇圧した
   空気により燃料を燃焼させ、前記タービンを駆動する燃
   焼ガスを生成するガスタービン燃焼器であって、 燃焼室を形成する内筒と、 前記内筒の中心に配置され、内筒内に燃料を噴射してパ
   イロット炎を形成するパイロットノズルと、 前記パイロットノズルの周囲に配置され、前記圧縮機か
   ら供給された空気と燃料との予混合気を内筒内に噴射
   し、前記パイロット炎により着火して予混合炎を形成す
   る複数のメインノズルと、 前記パイロットノズル出口周囲を包囲し、前記メインノ
   ズルからの予混合気がメインノズル出口直近で着火する
   ことを防止する拡管形状のパイロットコーンと、を備
   え、 前記パイロットコーンの管壁は、出口周縁が鋸歯状また
   は波状を形成するように出口周縁部の全周にわたって複
   数の切欠が設けられている、ガスタービン燃焼器。
5. 【請求項５】 タービンに駆動される圧縮機で昇圧した
   空気により燃料を燃焼させ、前記タービンを駆動する燃
   焼ガスを生成するガスタービン燃焼器であって、 燃焼室を形成する内筒と、 前記内筒内に燃料を噴射してパイロット炎を形成するパ
   イロットノズルと、 前記圧縮機から供給された空気と気体燃料との予混合気
   を内筒内に噴射し、前記パイロット炎により着火して予
   混合炎を形成するメインノズルと、 前記メインノズルに供給される気体燃料中に不燃性の気
   体を混入させる手段と、を備えた、ガスタービン燃焼
   器。
6. 【請求項６】 タービンに駆動される圧縮機で昇圧した
   空気により燃料を燃焼させ、前記タービンを駆動する燃
   焼ガスを生成するガスタービン燃焼器であって、 燃焼室を形成する内筒と、 前記内筒の中心に配置され、内筒内に燃料を噴射してパ
   イロット炎を形成するパイロットノズルと、 前記パイロットノズルの周囲に配置され、前記圧縮機か
   ら供給された空気と燃料との予混合気内筒内にを噴射
   し、前記パイロット炎により着火して予混合炎を形成す
   る複数のメインノズルと、 前記パイロットノズル出口周囲を包囲し、前記メインノ
   ズルからの予混合気がメインノズル出口直近で着火する
   ことを防止する拡管形状のパイロットコーンと、 前記パイロットコーンの拡管出口周囲に配置され、パイ
   ロットコーン出口部周囲から燃料を噴射する複数のパイ
   ロットコーンノズルと、を備えたガスタービン燃焼器。