JP2014092286A5 - - Google Patents

Description

ガスタービン燃焼器及びガスタービン

本発明は、予混合燃焼方式のガスタービン燃焼器、及びガスタービン燃焼器を備えるガスタービンに関するものである。

従来、燃料と燃焼用空気とを予め混合した予混合気を燃焼させる、予混合燃焼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１参照）。このガスタービン燃焼器は、予混合気が流通するメインバーナを有し、メインバーナは、バーナ外筒と、その下流の延長管とを含んで構成されている。メインバーナからの予混合気を燃焼させると、メインバーナの内部に亘って逆火（燃焼）する現象であるフラッシュバックが発生する。このため、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）を流している。

特許第４０７０７５８号公報

ところで、ガスタービン燃焼器に取り込まれる空気量は、上記した燃焼用空気、フィルム空気の他、冷却空気として、それぞれ分配される。このとき、ガスタービン燃焼器に取り込まれる空気量は、ガスタービンの出力性能に応じて予め規定されている。このため、フィルム空気及び冷却空気として使用する空気量が多いと、その分、燃焼用空気として使用する空気量が少なくなってしまう。この場合、予混合気の燃料成分が濃くなってしまうことから、燃焼時に発生するＮＯｘの低減が困難となる。

そこで、本発明は、フラッシュバックを抑制しつつ、燃焼時に発生するＮＯｘを低減することができるガスタービン燃焼器及びガスタービンを提供することを課題とする。

本発明のガスタービン燃焼器は、燃料と燃焼用空気とを予め混合させた予混合気が燃焼することで、内部に燃焼領域が形成されるガスタービン燃焼器において、予混合気が流通する予混合気供給通路と、予混合気供給通路に設けられ、予混合気供給通路の内壁面に沿わせたフィルム状のフィルム空気を供給するためのフィルム空気供給口と、形成される燃焼領域と対向する内壁面を冷却するための冷却空気が流通する冷却通路と、を備え、冷却通路は、その流出側がフィルム空気供給口に接続されていることを特徴とする。

この構成によれば、冷却空気をフィルム空気として使用することができるため、冷却空気とフィルム空気とをそれぞれ使用する場合に比して、使用する空気量を低減させることができ、これにより、燃焼用空気として使用する空気量を増大させることができる。よって、予混合気の燃料成分を薄めることができるため、フラッシュバックを抑制しつつ、燃焼室の内壁面を冷却することができ、且つ予混合気を燃焼させることで発生するＮＯｘを低減することができる。

この場合、冷却通路は、内壁面を挟んで燃焼領域の反対側の面となる内面に沿わせて形成されていることが好ましい。

この構成によれば、冷却空気を内面に沿わせて流通させることができるため、内壁面を好適に冷却することができる。

この場合、冷却通路には、冷却空気を内面に吹き当てるように貫通形成されるインピンジ孔を含むインピンジ部材が介設されていることが好ましい。

この構成によれば、冷却通路を流通する冷却空気を、インピンジ部材を通過させることで、内面に吹き当てることができるため、燃焼領域と対向する内壁面を好適に冷却することができる。このとき、インピンジ孔を通過した空気は、その流速を速くでき、内面の冷却効率を向上させることができることから、冷却空気として使用される空気量を低減させることができる。

この場合、フィルム空気供給口は、予混合気供給通路の上流側の内壁面と、上流側の内壁面の外側に設けられる下流側の内壁面との間に形成される開口であることが好ましい。

この構成によれば、フィルム空気供給口から供給されるフィルム空気を、予混合気供給通路の内壁面に沿わせて好適に流通させることができる。

この場合、フィルム空気供給口は、予混合気供給通路の内壁面に形成されるスリット開口であることが好ましい。

この構成によれば、フィルム空気供給口から供給されるフィルム空気を、予混合気供給通路の内壁面から供給することができるため、内壁面を同一面とすることができる。

本発明のガスタービンは、上記のガスタービン燃焼器と、ガスタービン燃焼器において、予混合気を燃焼させることで発生する燃焼ガスにより回転するタービンと、を備える。

この構成によれば、フラッシュバックを抑制しつつ、低ＮＯｘとなる燃焼によって、タービンを回転させることができる。

図１は、実施例１に係るガスタービンの概略構成図である。 図２は、図１のガスタービン燃焼器における拡大図である。 図３は、ガスタービン燃焼器の内部構成を概略的に示す図である。 図４は、パイロットコーンの冷却通路周りの構成を示す模式図である。 図５は、実施例２に係るガスタービン燃焼器のパイロットコーンの冷却通路周りの構成を示す模式図である。 図６は、実施例３に係るガスタービン燃焼器のバーナの冷却通路周りの構成を示す模式図である。 図７は、実施例３の変形例に係るガスタービン燃焼器のバーナの冷却通路周りの構成を示す模式図である。 図８は、実施例４に係るガスタービン燃焼器のバーナの冷却通路周りの構成を示す模式図である。 図９は、実施例４の変形例に係るガスタービン燃焼器のバーナの冷却通路周りの構成を示す模式図である。

以下に、本発明に係る実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、実施例１に係るガスタービンの概略構成図である。図１に示すように、ガスタービン１は、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とを備えており、タービン１３に図示しない発電機が連結されている。

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と複数の動翼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と複数の動翼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。また、圧縮機１１、燃焼器１２、タービン１３、排気室１４の中心部を貫通するようにロータ（タービン軸）２４が位置しており、圧縮機１１側の端部が軸受部２５により回転自在に支持される一方、排気室１４側の端部が軸受部２６により回転自在に支持されている。そして、このロータ２４に複数のディスクプレートが固定され、各動翼１８，２２が連結されると共に、排気室１４側の端部に図示しない発電機の駆動軸が連結されている。

従って、圧縮機１１の空気取入口１５から取り込まれた空気が、複数の静翼２１と複数の動翼２２とを通過して圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となり、燃焼器１２にて、この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。そして、この燃焼器１２で生成された作動流体である高温・高圧の燃焼ガスが、タービン１３を構成する複数の静翼１７と複数の動翼１８とを通過することでロータ２４を駆動回転させて、このロータ２４に連結された発電機を駆動する。一方、ロータ２４を駆動回転させた後の燃焼ガスである排気ガスは、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。

図２は、図１のガスタービン燃焼器における拡大図である。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、ロータ２４の回転軸Ｌに対して傾斜した中心軸Ｓに沿って延在する。

外筒３１は、圧縮機１１からの圧縮空気が流入する車室３４を形成する車室ハウジング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。

図３は、ガスタービン燃焼器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料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。

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。

すなわち、内筒３２に流入した圧縮空気は、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バーナ筒５１から尾筒３３内に流れ込む。このため、バーナ筒５１は、予混合気を尾筒３３へ向かって供給する予混合気供給通路として機能する。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し、予混合気となって尾筒３３内に流れ込む。パイロットノズル４２からの予混合気は、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。

このように、パイロットノズル４２から噴射した燃料を拡散燃焼させることにより、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を低減可能となっている。

図４は、パイロットコーンの冷却通路周りの構成を示す模式図である。図４に示すように、予混合気が燃焼しない未燃焼領域Ｒ２は、メインバーナ５０の内部を含む領域となっている。また、予混合気が燃焼する燃焼領域Ｒ１は、パイロットノズル４２の下流であり、パイロットコーン４１の内部及び尾筒３３の内部を含む領域となっている。このため、予混合気が燃焼した燃焼ガスは、尾筒３３の内部を流れる。このように、燃焼領域Ｒ１は、内筒３２の内部から尾筒３３の内部に亘って形成される。

ところで、このような予混合方式の燃焼器１２では、メインノズル５２の下流において、バーナ筒５１内を流れる予混合気の流速が、バーナ筒５１の内壁面側で低下する。この場合、燃焼領域Ｒ１における燃焼が、低速となる予混合気へ向かって広がるため、燃焼領域Ｒ１から未燃焼領域Ｒ２への逆火（フラッシュバック）が生じ易くなる。このため、燃焼領域Ｒ１から未燃焼領域Ｒ２へのフラッシュバックを抑制すべく、メインバーナ５０のバーナ筒５１には、バーナ筒５１の内壁面に沿ってフィルム空気が供給されている。

加えて、燃焼領域Ｒ１は、高温となることから、燃焼領域Ｒ１と対向する内壁面を冷却する必要がある。具体的に、燃焼領域Ｒ１と対向する内壁面としては、パイロットコーン４１の内壁面及び後述するバックステップ面６５がある。このパイロットコーン４１の内壁面及びバックステップ面６５を冷却すべく、パイロットコーン４１の内部には、冷却空気が供給されている。

以上から、圧縮機１１の空気取入口１５から取り込まれた空気は、燃焼用空気、フィルム空気、冷却空気として使用される。ここで、取り込まれる空気量は、ガスタービン１の出力性能に応じて、予め規定されている。このため、フィルム空気及び冷却空気として使用する空気量が多いと、その分、燃焼用空気として使用する空気量が少なくなってしまう。そこで、実施例１では、下記の構成とすることで、燃焼用空気の空気量の低減を抑制している。以下、図４を参照して、パイロットコーン４１及びバーナ筒５１周りの構成について説明する。

図４に示すように、バーナ筒５１は、第１バーナ筒５６と、第２バーナ筒５７とを有する。第１バーナ筒５６の先端部５６ａ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５６ａを覆うように、先端部５６ａの外側に、第２バーナ筒５７の基端部５７ａが、先端部５６ａから径方向に隙間をあけて配置されている。すなわち、第２バーナ筒５７の基端部５７ａの内周面は第１バーナ筒５６の先端部５６ａの外周面よりも大径であり、第１バーナ筒５６の外周面と第２バーナ筒５７の内周面との間に、円環状の開口が形成されている。この円環状の開口が、フィルム空気を供給するフィルム空気供給口６１となっている。また、パイロットコーン４１は、その先端部４１ａが、予混合気の流れ方向下流側へ向かって広がるテーパ形状となっている。

パイロットコーン４１の内周面（内壁面）の先端部４１ａと、第２バーナ筒５７（バーナ筒５１）の内周面の先端部５７ｂとは、バックステップ面６５によって接続されている。バックステップ面６５は、中心軸Ｓに対して直交する面となっており、燃焼領域Ｒ１に対向する面となっている。

パイロットコーン４１は、その内部に冷却空気が流通する冷却通路７１が形成されている。冷却通路７１は、パイロットコーン４１の外周面とバーナ筒５１の外周面との間に形成されている。この冷却通路７１は、その一端部が、圧縮空気が流入する車室３４に接続され、その他端部が、フィルム空気供給口６１に接続されている。冷却通路７１は、上流側冷却通路７１ａと、中流側冷却通路７１ｂと、下流側冷却通路７１ｃと、フィルム空気供給通路７１ｄとを含んで構成されている。

上流側冷却通路７１ａは、パイロットコーン４１の外周面に沿う冷却通路であり、パイロットコーン４１の基端側から先端側に向かって冷却空気が流れる。中流側冷却通路７１ｂは、バックステップ面６５の内部側（反対側）の面（内面）に沿う冷却通路であり、パイロットコーン４１から各第２バーナ筒５７に向かって冷却空気が流れる。下流側冷却通路７１ｃは、第２バーナ筒５７の外周面に沿う冷却通路であり、第２バーナ筒５７の先端側から基端側に向かって冷却空気が流れる。フィルム空気供給通路７１ｄは、第１バーナ筒５６の外周面と第２バーナ筒５７の内周面との間の冷却通路であり、第２バーナ筒５７の基端側から先端側に向かって冷却空気が流れ、フィルム空気供給口６１から冷却空気が排出される。

このように構成された冷却通路７１に、車室３４の圧縮空気の一部が冷却空気として流入する。すると、冷却空気は、上流側冷却通路７１ａを流れることで、パイロットコーン４１の外周面に沿って流れ、これにより、パイロットコーン４１の内周面を冷却する。この後、冷却空気は、中流側冷却通路７１ｂを流れることで、バックステップ面６５の内面に沿って流れ、これにより、バックステップ面６５を冷却する。そして、冷却空気は、下流側冷却通路７１ｃを流れることで、第２バーナ筒５７の外周面に沿って流れ、これにより、第２バーナ筒５７の内周面を冷却する。このため、冷却空気は、上流側冷却通路７１ａと下流側冷却通路７１ｃとで相互に反対方向に流れる。続いて、冷却空気は、フィルム空気供給通路７１ｄを流れることで、第２バーナ筒５７の内周面に沿って流れ、これにより、フィルム空気供給口６１からフィルム空気として排出される。

フィルム空気供給口６１から排出されたフィルム空気は、第２バーナ筒５７の内周面に沿って流れると共に、フィルム空気供給口６１の下流において、第２バーナ筒５７内を流れる予混合気と合流する。

以上のように、実施例１の構成によれば、冷却空気をフィルム空気として使用することができるため、冷却空気とフィルム空気とをそれぞれ使用する場合に比して、使用する空気量を低減させることができ、これにより、燃焼用空気として使用する空気量を増大させることができる。よって、予混合気の燃料成分を薄めることができるため、フラッシュバックを抑制しつつ、燃焼領域Ｒ１と対向する面、すなわちバックステップ面６５等を冷却することができ、且つ予混合気を燃焼させることで発生するＮＯｘを低減することができる。

次に、図５を参照して、実施例２に係るガスタービン燃焼器１００について説明する。図５は、実施例２に係るガスタービン燃焼器のパイロットコーンの冷却通路周りの構成を示す模式図である。なお、実施例２では、実施例１と重複する記載を避けるべく、実施例１と異なる部分についてのみ説明する。実施例１のガスタービン燃焼器１２では、パイロットバーナ４０の周囲に複数のメインバーナ５０が設けられていた。これに対し、実施例２のガスタービン燃焼器では、パイロットバーナ４０の周囲に環状のメインバーナ１０５が設けられる、いわゆるアニュラー型燃焼器となっている。

図５に示すように、実施例２に係るガスタービン燃焼器１００では、パイロットバーナ４０の周囲に環状のメインバーナ１０５が設けられることから、フィルム空気は、メインバーナ１０５の内側内周面と、メインバーナ１０５の内側内周面に対向する外側内周面とに沿って流れる。このため、フィルム空気供給口６１は、内側内周面に設けられる内側フィルム空気供給口６１ａと、外側内周面に設けられる外側フィルム空気供給口６１ｂとを含んで構成されている。内側フィルム空気供給口６１ａは、環状のバーナ筒１０６の内周面にスリット状に開口されたスリット開口となっている。スリット開口となる内側フィルム空気供給口６１ａは、バーナ筒１０６の上流側から下流側に向かうように傾斜させて形成されている。

そして、パイロットバーナ４０のパイロットコーン４１を冷却する冷却通路７１は、内側フィルム空気供給口６１ａに接続されている。一方で、外側フィルム空気供給口６１ｂは、車室３４に接続されている。このため、冷却通路７１は、上流側冷却通路７１ａと、中流側冷却通路７１ｂと、下流側冷却通路７１ｃとを含んで構成されている。なお、上流側冷却通路７１ａ、中流側冷却通路７１ｂ及び下流側冷却通路７１ｃは、実施例１と同様である。このとき、内側フィルム空気供給口６１ａは、下流側冷却通路７１ｃに接続されている。

このように構成された冷却通路７１に、車室３４の圧縮空気の一部が冷却空気として流入する。すると、冷却空気は、上流側冷却通路７１ａを流れることで、パイロットコーン４１の外周面に沿って流れ、これにより、パイロットコーン４１の内周面を冷却する。この後、冷却空気は、中流側冷却通路７１ｂを流れることで、バックステップ面６５の内面に沿って流れ、これにより、バックステップ面６５を冷却する。そして、冷却空気は、下流側冷却通路７１ｃを流れることで、バーナ筒１０６の内側に沿って流れ、これにより、バーナ筒１０６の内側内周面を冷却する。このため、冷却空気は、上流側冷却通路７１ａと下流側冷却通路７１ｃとで相互に反対方向に流れる。続いて、冷却空気は、下流側冷却通路７１ｃに接続された内側フィルム空気供給口６１ａからフィルム空気として排出される。

内側フィルム空気供給口６１ａから排出されたフィルム空気は、バーナ筒１０６の内側内周面に沿って流れると共に、内側フィルム空気供給口６１ａの下流において、バーナ筒１０６内を流れる予混合気と合流する。

以上のように、実施例２の構成によれば、アニュラー型燃焼器であっても、冷却空気をフィルム空気として使用することができるため、冷却空気とフィルム空気とをそれぞれ使用する場合に比して、使用する空気量を低減させることができ、これにより、燃焼用空気として使用する空気量を増大させることができる。よって、予混合気の燃料成分を薄めることができるため、フラッシュバックを抑制しつつ、燃焼領域Ｒ１と対向する面、すなわちバックステップ面６５等を冷却することができ、且つ予混合気を燃焼させることで発生するＮＯｘを低減することができる。

次に、図６を参照して、実施例３に係るガスタービン燃焼器１１０について説明する。図６は、実施例３に係るガスタービン燃焼器のバーナの冷却通路周りの構成を示す模式図である。なお、実施例３でも、実施例１と重複する記載を避けるべく、実施例１と異なる部分についてのみ説明する。実施例１のガスタービン燃焼器１２では、パイロットバーナ４０の周囲に複数のメインバーナ５０が設けられていた。これに対し、実施例３のガスタービン燃焼器１１０は、中心軸Ｓを中心として、内側の環状となる内側バーナ１１１と、内側バーナ１１１の外側の周囲に設けられる環状の外側バーナ１１２とが設けられる燃焼器となっている。

図６に示すように、実施例３に係るガスタービン燃焼器１１０において、内側バーナ１１１は、環状の内側筒１１４と、内側筒１１４の内部に設けられる内側燃料ノズル１１５とを有する。また、外側バーナ１１２は、環状の外側筒１１６と、外側筒１１６の内部に設けられる外側燃料ノズル１１７とを有する。内側燃料ノズル１１５及び外側燃料ノズル１１７には、不図示の燃料ラインから燃料が供給される。また、内側燃料ノズル１１５及び外側燃料ノズル１１７は、旋回流を生じさせるスワラとして機能している。

内側バーナ１１１の内側筒１１４には、圧縮空気が流入する。内側筒１１４に流入した圧縮空気は、内側燃料ノズル１１５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内側筒１１４から尾筒３３内に流れ込む。このため、内側筒１１４は、予混合気を尾筒３３へ向かって供給する予混合気供給通路として機能する。これとは別に、外側バーナ１１２の外側筒１１６には、圧縮空気が流入する。外側筒１１６に流入した圧縮空気は、外側燃料ノズル１１７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外側筒１１６から尾筒３３内に流れ込む。このため、外側筒１１６も、予混合気を尾筒３３へ向かって供給する予混合気供給通路として機能する。内側バーナ１１１の内側筒１１４からの予混合気は、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、外側バーナ１１２の外側筒１１６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。

図６に示すように、予混合気が燃焼しない未燃焼領域Ｒ２は、内側筒１１４及び外側筒１１６の下流側において形成される。また、予混合気が燃焼する燃焼領域Ｒ１は、内側筒１１４の内側におけるバックステップ面６５の下流側から尾筒３３の内部に至る領域、及び内側筒１１４と外側筒１１６との間におけるバックステップ面６５の下流側から尾筒３３の内部に至る領域となっている。

このような燃焼器１１０において、フィルム空気は、内側バーナ１１１の内側筒１１４の内側の内周面と、外側バーナ１１２の外側筒１１６の内側の内周面とに沿って流れる。このため、内側筒１１４の内側の内周面には、内側フィルム空気供給口１２５が設けられ、外側筒１１６の内側の内周面には、外側フィルム空気供給口１２６が設けられている。内側フィルム空気供給口１２５は、環状の内側筒１１４の内側の内周面にスリット状に開口されたスリット開口となっている。また、外側フィルム空気供給口１２６は、環状の外側筒１１６の内側の内周面にスリット状に開口されたスリット開口となっている。

そして、内側筒１１４の内側のバックステップ面６５を冷却する内側冷却通路１２１は、内側フィルム空気供給口１２５に接続されている。また、内側筒１１４と外側筒１１６との間のバックステップ面６５を冷却する外側冷却通路１２２は、外側フィルム空気供給口１２６に接続されている。

内側冷却通路１２１は、上流側内側冷却通路１２１ａと、下流側内側冷却通路１２１ｂとを含んで構成されている。上流側内側冷却通路１２１ａは、内側筒１１４の内側のバックステップ面６５の内部側（反対側）の面（内面）に沿う冷却通路であり、中心軸Ｓから内側筒１１４に向かって冷却空気が流れる。下流側内側冷却通路１２１ｂは、内側筒１１４の内側の内周面の内部側（反対側）の面（内面）に沿う冷却通路であり、内側筒１１４の先端側から基端側に向かって冷却空気が流れる。このとき、内側フィルム空気供給口１２５は、下流側内側冷却通路１２１ｂに接続されている。

外側冷却通路１２２は、上流側外側冷却通路１２２ａと、下流側外側冷却通路１２２ｂとを含んで構成されている。上流側外側冷却通路１２２ａは、内側筒１１４と外側筒１１６との間のバックステップ面６５の内部側（反対側）の面（内面）に沿う冷却通路であり、内側筒１１４から外側筒１１６に向かって冷却空気が流れる。下流側外側冷却通路１２２ｂは、外側筒１１６の内側の内周面の内部側（反対側）の面（内面）に沿う冷却通路であり、外側筒１１６の先端側から基端側に向かって冷却空気が流れる。このとき、外側フィルム空気供給口１２６は、下流側外側冷却通路１２２ｂに接続されている。

このように構成された内側冷却通路１２１及び外側冷却通路１２２に、車室３４の圧縮空気の一部が冷却空気として流入する。すると、内側冷却通路１２１において、冷却空気は、上流側内側冷却通路１２１ａを流れることで、内側筒１１４の内側のバックステップ面６５の内面に沿って流れ、これにより、バックステップ面６５を冷却する。そして、冷却空気は、下流側内側冷却通路１２１ｂを流れることで、内側筒１１４の内面に沿って流れ、これにより、内側筒１１４の内側の内周面を冷却する。続いて、冷却空気は、下流側内側冷却通路１２１ｂに接続された内側フィルム空気供給口１２５からフィルム空気として排出される。同様に、外側冷却通路１２２において、冷却空気は、上流側外側冷却通路１２２ａを流れることで、内側筒１１４と外側筒１１６との間のバックステップ面６５の内面に沿って流れ、これにより、バックステップ面６５を冷却する。そして、冷却空気は、下流側外側冷却通路１２２ｂを流れることで、外側筒１１６の内面に沿って流れ、これにより、外側筒１１６の内側の内周面を冷却する。続いて、冷却空気は、下流側外側冷却通路１２２ｂに接続された外側フィルム空気供給口１２６からフィルム空気として排出される。

内側フィルム空気供給口１２５から排出されたフィルム空気は、内側筒１１４の内側の内周面に沿って流れると共に、内側フィルム空気供給口１２５の下流において、内側筒１１４内を流れる予混合気と合流する。また、外側フィルム空気供給口１２６から排出されたフィルム空気は、外側筒１１６の内側の内周面に沿って流れると共に、外側フィルム空気供給口１２６の下流において、外側筒１１６内を流れる予混合気と合流する。

以上のように、実施例３の構成に係るガスタービン燃焼器１１０であっても、冷却空気をフィルム空気として使用することができるため、冷却空気とフィルム空気とをそれぞれ使用する場合に比して、使用する空気量を低減させることができ、これにより、燃焼用空気として使用する空気量を増大させることができる。よって、予混合気の燃料成分を薄めることができるため、フラッシュバックを抑制しつつ、燃焼領域Ｒ１と対向する面、すなわちバックステップ面６５等を冷却することができ、且つ予混合気を燃焼させることで発生するＮＯｘを低減することができる。

なお、実施例３では、内側冷却通路１２１及び外側冷却通路１２２を設けたが、図７に示す変形例としてもよい。図７は、実施例３の変形例に係るガスタービン燃焼器のバーナの冷却通路周りの構成を示す模式図である。図７に示すように、内側冷却通路１２１及び外側冷却通路１２２には、インピンジ部材１３１が介設されている。インピンジ部材１３１には、複数のインピンジ孔１３２が形成されている。各インピンジ孔１３２は、冷却空気をバックステップ面６５に吹き当てるように貫通形成されている。そして、内側冷却通路１２１において、インピンジ部材１３１を通過した冷却空気は、内側冷却通路１２１の上流側内側冷却通路１２１ａに流入する。同様に、外側冷却通路１２２において、インピンジ部材１３１を通過した冷却空気は、外側冷却通路１２２の上流側外側冷却通路１２２ａに流入する。

この構成によれば、内側冷却通路１２１及び外側冷却通路１２２を流通する冷却空気を、インピンジ部材１３１を通過させることで、バックステップ面６５の内面に吹き当てることができるため、バックステップ面６５を好適に冷却することができる。このとき、インピンジ孔１３２を通過した冷却空気は、その流速を速くでき、バックステップ面６５の冷却効率を向上させることができることから、冷却空気として使用される空気量をより低減させることができる。

次に、図８を参照して、実施例４に係るガスタービン燃焼器１４０について説明する。図８は、実施例４に係るガスタービン燃焼器のバーナの冷却通路周りの構成を示す模式図である。なお、実施例４でも、実施例１と重複する記載を避けるべく、実施例１と異なる部分についてのみ説明する。実施例１のガスタービン燃焼器１２では、パイロットバーナ４０の周囲に複数のメインバーナ５０が設けられていた。これに対し、実施例４のガスタービン燃焼器１１０は、中心軸Ｓを中心として、複数のバーナ１４１が周方向に所定の間隔を空けて配設される燃焼器となっている。

図８に示すように、実施例４に係るガスタービン燃焼器１４０において、バーナ１４１は、バーナ筒１４２と、バーナ筒１４２の内部に、かつ、中心軸Ｓと平行に配置された燃料ノズル１４３とを有する。燃料ノズル１４３には、不図示のメイン燃料ラインから燃料が供給される。また、燃料ノズル１４３は、旋回流を生じさせるスワラとして機能している。

バーナ１４１のバーナ筒１４２には、圧縮空気が流入する。バーナ筒１４２に流入した圧縮空気は、燃料ノズル１４３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バーナ筒１４２から尾筒３３内に流れ込む。このため、バーナ筒１４２は、予混合気を尾筒３３へ向かって供給する予混合気供給通路として機能する。複数のバーナ１４１のバーナ筒１４２からの予混合気は、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。

図８に示すように、予混合気が燃焼しない未燃焼領域Ｒ２は、バーナ筒１４２の下流側において形成される。また、予混合気が燃焼する燃焼領域Ｒ１は、各バーナ筒１４２の先端部５７ｂ同士を接続するバックステップ面６５の下流側から尾筒３３の内部に至る領域となっている。

このような燃焼器１４０において、フィルム空気は、バーナ筒１４２の内周面に沿って流れる。このため、バーナ筒１４２の内周面には、フィルム空気供給口１４６が設けられている。フィルム空気供給口１４６は、内周面にスリット状に開口されたスリット開口となっている。そして、バックステップ面６５を冷却する冷却通路１４５は、フィルム空気供給口１４６に接続されている。

冷却通路１４５は、上流側冷却通路１４５ａと、下流側冷却通路１４５ｂとを含んで構成されている。上流側冷却通路１４５ａは、中心軸Ｓの内周側のバックステップ面６５の内部側（反対側）の面（内面）に沿う冷却通路と、中心軸Ｓの外周側のバックステップ面６５の内部側（反対側）の面（内面）に沿う冷却通路とを含んでいる。このため、上流側冷却通路１４５ａは、中心軸Ｓの中心側からバーナ筒１４２に向かって冷却空気が流れると共に、中心軸Ｓの外周側からバーナ筒１４２に向かって冷却空気が流れる。下流側冷却通路１４５ｂは、バーナ筒１４２の外周面に沿う冷却通路であり、バーナ筒１４２の先端側から基端側に向かって冷却空気が流れる。このとき、フィルム空気供給口１４６は、下流側冷却通路１４５ｂに接続されている。

このように構成された冷却通路１４５に、車室３４の圧縮空気の一部が冷却空気として流入する。すると、冷却空気は、上流側冷却通路１４５ａを流れることで、中心軸Ｓの内周側及び外周側のバックステップ面６５の内面に沿って流れ、これにより、バックステップ面６５を冷却する。そして、冷却空気は、下流側冷却通路１４５ｂを流れることで、バーナ筒１４２の外周面に沿って流れ、これにより、バーナ筒１４２の内周面を冷却する。続いて、冷却空気は、下流側冷却通路１４５ｂに接続されたフィルム空気供給口１４６からフィルム空気として排出される。

フィルム空気供給口１４６から排出されたフィルム空気は、バーナ筒１４２の内周面に沿って流れると共に、フィルム空気供給口１４６の下流において、バーナ筒１４２内を流れる予混合気と合流する。

以上のように、実施例４の構成に係るガスタービン燃焼器１４０であっても、冷却空気をフィルム空気として使用することができるため、冷却空気とフィルム空気とをそれぞれ使用する場合に比して、使用する空気量を低減させることができ、これにより、燃焼用空気として使用する空気量を増大させることができる。よって、予混合気の燃料成分を薄めることができるため、フラッシュバックを抑制しつつ、燃焼領域Ｒ１と対向する面、すなわちバックステップ面６５等を冷却することができ、且つ予混合気を燃焼させることで発生するＮＯｘを低減することができる。

なお、実施例４では、冷却通路１４５を設けたが、図９に示す変形例としてもよい。図９は、実施例４の変形例に係るガスタービン燃焼器のバーナの冷却通路周りの構成を示す模式図である。図９に示すように、冷却通路１４５には、インピンジ部材１５１が介設されている。インピンジ部材１５１には、複数のインピンジ孔１５２が形成されている。各インピンジ孔１５２は、冷却空気をバックステップ面６５に吹き当てるように貫通形成されている。そして、冷却通路１４５において、インピンジ部材１５１を通過した冷却空気は、冷却通路１４５の上流側冷却通路１４５ａに流入する。

この構成によれば、冷却通路１４５を流通する冷却空気を、インピンジ部材１５１を通過させることで、バックステップ面６５の内面に吹き当てることができるため、バックステップ面６５を好適に冷却することができる。このとき、インピンジ孔１５２を通過した冷却空気は、その流速を速くでき、バックステップ面６５の冷却効率を向上させることができることから、冷却空気として使用される空気量をより低減させることができる。

１ ガスタービン
１１ 圧縮機
１２ ガスタービン燃焼器
１３ タービン
１４ 排気室
１６ 圧縮機車室
２０ タービン車室
２３ 排気ディフューザ
２４ ロータ
２７ 車室ハウジング
３１ 外筒
３２ 内筒
３３ 尾筒
３４ 車室
４０ パイロットバーナ
４１ パイロットコーン
４２ パイロットノズル
４３ パイロットスワラ
５０ メインバーナ
５１ バーナ筒
５２ メインノズル
５４ 燃料ポート
５６ 第１バーナ筒
５７ 第２バーナ筒
６１ フィルム空気供給口
６５ バックステップ面
７１ 冷却通路
１００ ガスタービン燃焼器（実施例２）
１０５ メインバーナ（実施例２）
１０６ バーナ筒（実施例２）
１１０ ガスタービン燃焼器（実施例３）
１１１ 内側バーナ
１１２ 外側バーナ
１１４ 内側筒
１１５ 内側燃料ノズル
１１６ 外側筒
１１７ 外側燃料ノズル
１２１ 内側冷却通路
１２２ 外側冷却通路
１２５ 内側フィルム空気供給口
１２６ 外側フィルム空気供給口
１３１ インピンジ部材
１３２ インピンジ孔
１４０ ガスタービン燃焼器（実施例４）
１４１ バーナ
１４２ バーナ筒
１４３ 燃料ノズル
１４５ 冷却通路
１４６ フィルム空気供給口
１５１ インピンジ部材
１５２ インピンジ孔
Ｓ 中心軸
Ｒ１ 燃焼領域
Ｒ２ 未燃焼領域

Claims (5)

1. 燃料と燃焼用空気とを予め混合させた予混合気が燃焼することで、内部に燃焼領域が形成されるガスタービン燃焼器において、
   前記予混合気が流通する予混合気供給通路と、
   前記予混合気供給通路に設けられ、前記予混合気供給通路の内壁面に沿わせたフィルム状のフィルム空気を供給するためのフィルム空気供給口と、
   形成される前記燃焼領域と対向する内壁面を冷却するための冷却空気が流通する冷却通路と、を備え、
   前記冷却通路は、その流出側が前記フィルム空気供給口に接続されており、前記冷却空気の流れ方向において、前記内壁面を挟んで前記燃焼領域の反対側の面となる内面に沿った上流側の冷却通路と、前記予混合気供給通路の内面に沿った下流側の冷却通路と、を有していることを特徴とするガスタービン燃焼器。
2. 前記冷却通路には、前記冷却空気を前記内面に吹き当てるように貫通形成されるインピンジ孔を含むインピンジ部材が介設されていることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン燃焼器。
3. 前記フィルム空気供給口は、前記予混合気供給通路の上流側の前記内壁面と、上流側の前記内壁面の外側に設けられる下流側の前記内壁面との間に形成される開口であることを特徴とする請求項１または２に記載のガスタービン燃焼器。
4. 前記フィルム空気供給口は、前記予混合気供給通路の前記内壁面に形成されるスリット開口であることを特徴とする請求項１または２に記載のガスタービン燃焼器。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載のガスタービン燃焼器と、
   前記ガスタービン燃焼器において、前記予混合気を燃焼させることで発生する燃焼ガスにより回転するタービンと、を備えることを特徴とするガスタービン。