JP2020118391A - ガスタービン燃焼器及びガスタービン - Google Patents

Abstract

【課題】空気孔プレートにおいて最外周列に位置しながらターンガイドから距離のある空気孔内の空気流の剥離を抑制する。【解決手段】ガスタービン燃焼器において、燃焼室を形成する内筒と、上記内筒との間に圧縮空気が流れる円筒状の外周流路を形成する外筒と、上記外筒の端部を塞ぐエンドカバーと、上記外周流路を通過した圧縮空気を上記燃焼室に導入する複数の空気孔を有する空気孔プレートと、上記空気孔を介して上記燃焼室に燃料を噴射する複数の燃料ノズルと、上記内筒又は上記空気孔プレートに設けられて上記外周流路を通過した圧縮空気の転向をガイドするターンガイドと、上記ターンガイドの内周側に位置するように上記空気孔プレートの燃料ノズルとの対向面の外周部に設けた補助ガイド３１とを備える。【選択図】 図４

Description

本発明は、ガスタービン燃焼器及びガスタービンに関する。

環境負荷低減についての社会的要請から、ガスタービン燃焼器の開発においても近年はＮＯｘ排出量の低減が重視されている。ＮＯｘ排出量を低減する一つの方法として均一分散燃焼が知られている。均一分散燃焼とは、燃料と空気とをそれぞれ均一に分散させて燃焼室に供給し燃焼させる方法であり、局部的な高温領域の発生を抑えることでＮＯｘ排出量を低減することができる。均一分散燃焼を採用したガスタービン燃焼器は多数提唱されており、例えば多数の燃料ノズルを備え、各ノズルと同軸に多数の空気孔を配置したものが知られている（特許文献１等参照）。

ここで、ガスタービン燃焼器では、内筒（燃焼器ライナ）の外周に円筒状の外周流路を設け、この外周流路に圧縮機からの圧縮機を流すことで内筒を冷却する構成が多く採用されている。外周流路を通過した圧縮空気は燃焼器の端部で折り返し、燃焼室に供給されて燃料と共に燃焼される。このように燃焼器の端部で空気流路が折り返す構造で均一分散燃焼を採用すると、燃焼器の中心軸に近い空気孔に流入する空気流量が増加し、外周側の空気孔に流入する空気流量が減少する傾向にある。空気流量に偏差が生じると空気孔間で燃空比にも偏差が生じ、燃料濃度が高い領域で局所的に火炎温度が上昇しＮＯｘ排出量の増加の要因となる。また空気流量の多い領域で空気孔を通過する際の圧力損失が増加し、ガスタービン全体の効率低下にもつながり得る。従って、空気孔間の空気流量の偏りを改善することは均一分散燃焼において重要な課題である。

それに対し、外周側の空気孔への空気の流入を促して空気流量の偏差を抑制するために、多数の空気孔を設けた空気孔プレートに対し、最外周列の空気孔に外周流路から滑らかに繋がるターンガイドを設けた構成が知られている（特許文献２参照）。

特開２００３−１４８７３４号公報 特開２０１７−５３２７６号公報

ターンガイドを円環状に形成した場合、空気孔プレートに対する空気孔のレイアウトによっては、最外周列の空気孔同士でも空気孔プレートにおける径方向位置が異なり、ターンガイドからの距離に差が生じる。外周側に位置する空気孔においては、ターンガイドからの距離が近く、流入する圧縮空気の速度ベクトルに占める燃焼器軸方向成分が大きいため内部で流れの剥離は生じ難い。しかし、内周側に位置する空気孔においては、ターンガイドからの距離が遠く、流入する圧縮空気の速度ベクトルに占める燃焼器径方向成分が大きいため、内部（特に入口付近）で流れの剥離が生じ易くなる。

本発明の目的は、空気孔内の空気流の剥離を抑制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にある。

上記目的を達成するために、本発明は、圧縮機から導入される圧縮空気に燃料を混合して燃焼し、生成した燃焼ガスをタービンに供給するガスタービン燃焼器において、内側に燃焼室を形成する内筒と、前記内筒を覆って前記内筒との間に前記圧縮空気が流れる円筒状の外周流路を形成する外筒と、前記外筒の前記タービンと反対側の端部を塞ぐエンドカバーと、エンドカバー側から前記内筒に挿入され、前記外周流路を通過して前記エンドカバーで堰き止められた圧縮空気を前記燃焼室に導入する複数の空気孔を有する空気孔プレートと、前記複数の空気孔のうち対応付けられた空気孔を介して前記燃焼室に燃料を噴射するように前記空気孔プレートに対してエンドカバー側に配置された複数の燃料ノズルと、前記内筒又は前記空気孔プレートに設けられ、前記外周流路を通過した圧縮空気の転向をガイドするターンガイドと、前記ターンガイドの内周側に位置するように前記空気孔プレートの前記燃料ノズルとの対向面の外周部に設けられ、前記エンドカバーから見て径方向内側に突出した形状を有する補助ガイドとを備える。

本発明によれば、空気孔内の空気流の剥離を抑制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ができる。

本発明の第１実施形態に係るガスタービン燃焼器を適用するガスタービンプラントの一例の模式図 図１Ａのガスタービン燃焼器の構造を表す模式的な断面図 図１Ｂ中のII部の拡大図 エンドカバー側から見た空気孔プレート及びターンガイドの構成図 図３中のIV−IV線による断面図 バーナの他の構成例を表す図 本発明の第２実施形態に係るガスタービン燃焼器の要部構造を表す部分断面図 本発明の第２実施形態に係るガスタービン燃焼器におけるエンドカバー側から見た空気孔プレート及びターンガイドの構成図 図７中のVIII−VIII線による断面図 本発明の第３実施形態に係るガスタービン燃焼器の要部構造を表す部分断面図 本発明の第４実施形態に係るガスタービン燃焼器の要部構造を表す部分断面図 一比較例に係るガスタービン燃焼器の部分断面図

以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。

（第１実施形態）
−ガスタービンプラント−
図１Ａは本発明の第１実施形態に係るガスタービン燃焼器を適用するガスタービンプラントの一例の模式図である。同図に示したガスタービンプラントは、圧縮機１、ガスタービン燃焼器（以下、燃焼器と略称する）２、タービン３及び負荷機器４を備えている。圧縮機１、燃焼器２及びタービン３は、負荷機器４を駆動するガスタービンを構成する。本実施形態の負荷機器４は発電機であるが、ポンプが適用される場合もある。なお、一般的にガスタービンを「ガスタービンエンジン」と称する場合があり、この場合にはタービンを「ガスタービン」と称する場合がある。

圧縮機１はタービン３により回転駆動され、入口から取り入れた空気Ａ１を圧縮して高圧の圧縮空気（燃焼空気）Ａ２を生成し燃焼器２に供給する。燃焼器２は、圧縮機１から供給された圧縮空気Ａ２と燃料系統（不図示）から供給された燃料ＦＵとを混合し燃焼して火炎ＦＬ（図１Ｂ）を形成し、高温の燃焼ガスＧ１を生成してタービン３に供給する。燃料ＦＵには液体燃料も用いられ得るが、本実施形態の燃料ＦＵは気体燃料であるとする。タービン３は圧縮機１と同軸に連結され、燃焼器２から供給された燃焼ガスＧ１が膨張することにより回転駆動される。タービン３を駆動した燃焼ガスＧ１は排気ガスＧ２としてガスタービンから排出される。タービン３の出力の一部は圧縮機１の動力として、残りは負荷機器４の動力として用いられる。負荷機器４は圧縮機１及びタービン３と同軸に連結され、タービン３の回転出力を電力に変換する。本実施形態では単軸のガスタービンを例示しているが、発明の適用対象には二軸式ガスタービンも含まれる。二軸式ガスタービンは、互いに回転軸が分離された高圧タービン及び低圧タービンを含み、高圧タービンが圧縮機と同軸に連結され、低圧タービンがタービンと同軸に連結された構成である。

−ガスタービン燃焼器−
図１Ｂは図１Ａの燃焼器の構造を表す模式的な断面図である。同図に示した燃焼器２は、ガスタービンのケーシング（不図示）に対して周方向に複数取り付けられている。各燃焼器２は、内筒（燃焼器ライナ）１１、外筒（フロースリーブ）１２、エンドカバー１３、バーナ１４、尾筒（トランジションピース）１５等を含んで構成されている。

内筒１１は内部に燃焼室１１ａを形成する円筒状の部材であり、圧縮機１から供給される圧縮空気Ａ２と燃焼器２で生成される燃焼ガスＧ１とを隔てている。内筒１１のタービン側（図中の右側）の端部は尾筒１５に挿し込まれている。尾筒１５のタービン側の端部は、タービン３の作動流体流路（不図示）に向かって開口している。尾筒１５は燃焼室１１ａで発生した燃焼ガスＧ１をタービン３に導く部材である。

外筒１２は円筒状の部材であり、内筒１１の外周を覆って圧縮空気Ａ２が流れる円筒状の外周流路Ｐ１を内筒１１との間に形成する。外周流路Ｐ１に圧縮空気Ａ２を通すことで内筒１１を対流冷却する構成である。また、外筒１２はタービン側の端部にフランジ１２ａを備えており、このフランジ１２ａを介してガスタービンのケーシングに固定されている。外筒１２のタービンと反対側（図中の左側）の端部はエンドカバー１３で塞がれている。内筒１１の外周面には多数の孔（不図示）が形成されており、外周流路Ｐ１を流れる圧縮空気Ａ２の一部が内筒１１に設けた多数の孔から燃焼室１１ａに導かれ、内筒１１の内周面のフィルム冷却に使用される。内筒１１のフィルム冷却に使用されたものを除く残りの圧縮空気Ａ２は外周流路Ｐ１を流れ、エンドカバー１３で堰き止められて反転しバーナ１４に供給される。バーナ１４に導かれた圧縮空気Ａ２は燃料ＦＵと共に燃焼室１１ａに噴射されて燃焼される。

−バーナ−
図２は図１Ｂ中のII部の拡大図、図３はエンドカバー側から見た空気孔プレート及びターンガイドの構成図、図４は図３中のIV−IV線による断面図である。図１Ｂと共に図２−図４を用いてバーナ１４の構成について説明する。これらの図に示したように、本実施形態におけるバーナ１４は、空気孔プレート１６及び複数の燃料ノズル１７を備えている。

空気孔プレート１６は円盤状の部材であり、エンドカバー１３側から内筒１１のエンドカバー側（図中の左側）の端部に挿入されている。この空気孔プレート１６はサポート１６ａ（図３及び図４）を介してエンドカバー１３に取り付けられている。空気孔プレート１６の燃焼室側の端面の外縁部からは、燃焼室１１ａに向かって円筒状の部材であるリップ１６ｂが突出している。リップ１６ｂと空気孔プレート１６の外周面は面一である。また空気孔プレート１６と内筒１１との間（空気孔プレート１６の外周面と内筒１１の内周面との間に形成された内周流路Ｐ２）には、スプリングシール１９が介在して設けられている。このスプリングシール１９を介して、空気孔プレート１６が内筒１１の内周面に保持されている。スプリングシール１９は内周流路Ｐ２を完全にシールするものではなく複数のスリット（不図示）を備えている。

空気孔プレート１６には、エンドカバー側から燃焼室１１ａに向かって貫通する複数の空気孔１８が設けられている。本実施形態では、複数のバーナ（以降、バーナ１４と区別して部分バーナ１４ａと称する）からなるマルチバーナをバーナ１４に採用した場合を例示している（単一の部分バーナ１４ａをバーナ１４とするガスタービン燃焼器にも本発明は適用可能である）。図３において破線の円で囲った空気孔群が１つの部分バーナ１４ａを構成しており、本実施形態では中央の部分バーナ１４ａの周囲を複数（本例では６つ）の部分バーナ１４ａで囲った構成を例示している。各部分バーナ１４ａにおいては、エンドカバー１３から見て複数の空気孔１８が同心円状の複数の環状列をなしている。図２及び図４では空気孔１８が燃焼器中心軸に沿って直線状に延びる構成を図示しているが、図５に示したように燃焼室１１ａで旋回流を形成するために燃焼器中心軸に対して角度αだけ傾斜させた構成とすることもある。第２実施形態以降の各実施形態においても同様である。

複数の燃料ノズル１７は、複数の空気孔１８のうちそれぞれ対応する空気孔１８を介して燃焼室１１ａに燃料ＦＵを噴射するように空気孔プレート１６に対してエンドカバー側に配置され、燃料と空気を均一に分散させて燃焼する均一分散燃焼バーナを形成している。本実施形態では、燃料ノズル１７はエンドカバー１３に支持された構成を例示している。個々の燃料ノズル１７は燃焼器中心軸と平行に延び、対応する空気孔１８（対応する空気孔１８の入口）と同軸に配置されており、先端が空気孔１８に挿し込まれている。また、空気孔１８の内径（直径）は燃料ノズル１７の外径よりも大きく、燃料ノズル１７の外周面と空気孔１８の内周面との間には、圧縮空気Ａ２が流入する隙間が確保してある。なお、燃料ノズル１７の先端を空気孔１８に挿入せず、燃料ノズル１７が空気孔１８から離間した構成とする場合もある。

−ターンガイド−
本実施形態においては、圧縮空気Ａ２の流路の反転部（外周流路Ｐ１のエンドカバー側の端部）に位置するように内筒１１におけるバーナ１４の近傍位置にターンガイド２１及び複数の冷却空気孔２２が設けられている。ターンガイド２１は、外周流路Ｐ１を通過した圧縮空気Ａ２の転向をガイドし、各空気孔１８を通過する圧縮空気Ａ２の流量偏差を抑える円環状の部材である。本実施形態におけるターンガイド２１は、後述する補助ガイド３１とは別部材である。このターンガイド２１は内筒１１のエンドカバー側（図２中左側）の端部に設けられており、内筒１１の外周面から外筒側に突出して内筒１１の内周面に滑らかに接続するように干渉面２１ａと案内面２１ｂを含んで構成されている。内筒１１の外周面から外筒側へのターンガイド２１の突出量は、本実施形態では内筒１１から外筒１２までの距離（外周流路Ｐ１の厚み）の５，６割程度とした場合を本実施形態では例示的に図示している。但し、この点は特に限定されるものではなく、突出量はより小さく又は大きくしても良い。

干渉面２１ａは外周流路Ｐ１で内筒１１の外周面に沿って流れる圧縮空気Ａ２の流れに干渉し減速させるための要素であり、外周流路Ｐ１で内筒１１の外周面付近を流れる圧縮空気Ａ２に干渉するように外周流路Ｐ１に臨んでいる。本実施軽形態では、内筒１１の径方向に延びる（燃焼器中心軸に対して直交する）平面状の干渉面２１ａを例示している。

案内面２１ｂは、外周流路Ｐ１を通過して干渉面２１ａに干渉し減速した圧縮空気Ａ２の転向をガイドし、空気孔プレート１６の外周側に配置された空気孔１８に積極的に導くための要素である。案内面２１ｂは曲面で構成されていて内筒１１の内周面と干渉面２１ａとを滑らかに接続している。具体的には、この案内面２１ｂは、干渉面２１ａから外筒側に延びてエンドカバー側に（図２の断面では左回りに）弧状に転向し、最終的にタービン側に延びて内筒１１の内周面に繋がる。図２及び図４に示したように、燃焼器中心軸を含む面で切断した断面で見ると、ターンガイド２１は内筒１１に厚手のフランジを設け、このフランジの角をとって丸めたような（スムージングしたような）断面形状をしている。この案内面２１ｂのエンドカバー１３に最も近い縁部は、空気孔プレート１６のエンドカバー側の端面よりもエンドカバー側に位置している。

複数の冷却空気孔２２は、ターンガイド２１の干渉面２１ａに沿って内筒１１に設けられている。これら複数の冷却空気孔２２は内筒１１の外周面に周方向に一定間隔で設けられている。本実施形態における冷却空気孔２２はスプリングシール１９よりもエンドカバー側に位置しており、外周流路Ｐ１と内周流路Ｐ２とを接続している。

−補助ガイド−
本実施形態においては、ターンガイド２１の内周側に位置するように複数の補助ガイド３１が設けられている。これら補助ガイド３１は、空気孔プレート１６の燃料ノズル１７との対向面（つまりエンドカバー１３の方を向いた面）の外周部に間隔を空けて設けられており、上記対向面からエンドカバー１３側に突出している。補助ガイド３１と空気孔プレート１６は一体をなしており、両者を別々に製作した後で接合しても良いし、一体削り出し等の方法で当初から両者を一体に成形しても良い。本実施形態における補助ガイド３１は、前述した通りターンガイド２１とは別部材である。なお、変形例として、補助ガイド３１は、空気孔プレート１６の周方向に隣り合ったもの同士が接続されていても良く、全て接続された単一部材としても良い。

エンドカバー１３から見ると、個々の補助ガイド３１は空気孔プレート１６の外周（或いはターンガイド２１の内周）から径方向内側に突出した形状を有している。具体的には、エンドカバー１３から見て、周方向に隣接する２つの部分バーナ１４ａと空気孔プレート１６の外周とで囲まれた三角形状の各領域Ｘ（図３及び図４）において、これら領域Ｘに対応した形状で補助ガイド３１が形成されている。補助ガイド３１は領域Ｘに対応した位置に設けられている。そのため、空気孔プレート１６の外周列の部分バーナ１４ａと補助ガイド３１は同数（本実施形態では６つ）である。前述したサポート１６ａ（図３及び図４）は空気孔１８への圧縮空気Ａ２の流れに与える影響を抑えるために周方向に隣接する２つの部分バーナ１４ａの間に配置され、本実施形態においては補助ガイド３１を介して空気孔プレート１６に連結されている。つまりサポート１６ａは直接的には補助ガイド３１とエンドカバー１３とを接続している。また、サポート１６ａは図３及び図４に示したように径方向の外側から補助ガイド３１に接続している。

そして、補助ガイド３１は、曲面で形成された案内面３１ａを有している。案内面３１ａは空気孔プレート１６の中心線及びエンドカバー１３に向かって凸形状の曲面である。この案内面３１ａは、空気孔プレート１６の中心線を含む平面で切断した断面（図４）で見ると、空気孔プレート１６の径方向中心（中心線）に向かう方向からタービン側（燃焼室１１ａに向かう方向）に滑らかに転向している。案内面３１ａに段差や角は存在しない。また、ターンガイド２１と補助ガイド３１の互いのエンドカバー側の縁部の燃焼器軸方向位置は合わせてあり、案内面２１ｂに案内面３１ａが継ぎ足されて案内面２１ｂよりも径方向内側に延長された案内面を形成している。案内面３１ａは案内面２１ｂと協働し、案内面２１ｂのみに沿った流路（図２に示す流れ）と比較して、外周流路Ｐ１を通過した圧縮空気Ａ２を幾分径方向内側までガイドするようになっている（図４）。本実施形態においては、図４に示したように補助ガイド３１がエンドカバー１３に向かって径方向外側に傾斜して延び、案内面２１ｂ，３１ａの隙間が抑えられており、案内面２１ｂ，３１ａの間の隙間を跨ぐ際の流れへの影響が抑えられている。

補助ガイド３１は空気孔１８のレイアウト、具体的には空気孔プレート１６における空気孔１８の径方向の最外周列の形状に応じて形成されている。逆に言えば、空気孔プレート１６の最外周列の空気孔１８はターンガイド２１又は補助ガイド３１に沿って配置されている。但し、ここで言う空気孔プレート１６の最外周列は、部分バーナ１４ａの最外周列とは異なり、全ての部分バーナ１４ａの空気孔１８を１つの空気孔群と捉え、この空気孔群における最も外周側に位置する空気孔の列を指す。空気孔プレート１６の中心から径方向外側に延びる直線上に自己よりも外側に他の空気孔が存在しない空気孔１８で構成される列である。そして、補助ガイド３１の内周側は最外周列の空気孔１８の配置に応じた凹凸形状となる。補助ガイド３１は最外周列の空気孔１８が他の最外周列の空気孔１８よりも内径側に位置する周方向位置において径方向内側に突出した形状を有することとなる。

−動作−
ガスタービンの運転中、空気Ａ１が圧縮機１に取り込まれて圧縮され、高圧の圧縮空気Ａ２として圧縮機１から吐出される。圧縮機１から吐出された圧縮空気Ａ２は燃焼器２に供給され、燃料系統（不図示）から供給された燃料ＦＵと共に燃焼される。これにより発生した高温の燃焼ガスＧ１によりタービン３が駆動され、タービン３の回転出力により負荷機器４が駆動される。

この間の燃焼器２における作動流体の流れについて説明する。まず燃焼器２の内部において内筒１１の外側の領域は圧縮空気Ａ２が送り込まれて昇圧しており、燃焼ガスＧ１を送り出す燃焼室１１ａ（内筒１１の内部）よりも高圧である。従って、外周流路Ｐ１を通過してエンドカバー１３で堰き止められた圧縮空気Ａ２は、上記の圧力差で引っ張られて反転し空気孔プレート１６の空気孔１８に流入する。同時に、燃料ノズル１７から空気孔１８に燃料ＦＵが噴射され、各空気孔１８から燃料ＦＵと圧縮空気Ａ２が混ざり合った状態で燃焼室１１ａに噴出する。また、エンドカバー側の流路入口及び冷却空気孔２２から一部の圧縮空気Ａ２が、内筒１１及び空気孔プレート１６との間の内周流路Ｐ２に流入し、内周流路Ｐ２を流れて空気孔プレート１６を冷却し燃焼室１１ａに噴出する。

このとき、外周流路Ｐ１において内筒１１の外周面付近を流れる一部の圧縮空気Ａ２は、本実施形態においてはターンガイド２１の干渉面２１ａに干渉し減速して静圧を回復させる。干渉面２１ａに干渉して勢いが弱まった圧縮空気Ａ２は冷却空気孔２２に吸入されたり、小回りしてターンガイド２１の案内面２１ｂにガイドされて空気孔プレート１６の比較的外周に位置する空気孔１８や内周流路Ｐ２に吸入されたりする。またターンガイド２１の案内面２１ｂに案内される圧縮空気Ａ２のうちサポート１６ａの近くを通る流れは、案内面２１ｂ，３１ａの間の隙間から内周流路Ｐ２に吸入されたり、補助ガイド３１の案内面３１ａにガイドされて空気孔１８に流入したりする。このように案内面２１ｂ，３１ａにより空気孔プレート１６の外周側にも積極的に圧縮空気Ａ２を導くことで、空気孔プレート１６の内外周における流量偏差が抑制される。

−比較例−
図１１は一比較例に係るガスタービン燃焼器の部分断面図である。同図に示したガスタービン燃焼器においては、内筒の端部にターンガイドが存在しない。この場合、外周流路を通過した圧縮空気の流れにより流路の反転部で剥離渦Ｖが発生し、空気孔プレートにおける外周側の空気孔に空気が流入し難い。そのため、空気孔プレートの内周側と外周側の空気孔間の空気流量の偏差が大きくなる。特に空気孔プレートにおける外周側の空気孔から燃焼室に噴出する混合気の燃料濃度が高くなり、これがＮＯｘ排出量の増加要因となる。また、空気孔プレートにおける内周側の空気孔を通過する圧縮空気の流速が速くなるため圧力損失が増加し得る。

−効果−
（１）本実施形態においては、外周流路Ｐ１を流れる圧縮空気Ａ２の一部をターンガイド２１の干渉面２１ａに干渉させ、減速した圧縮空気Ａ２を案内面２１ｂによりバーナ１４の外周側にガイドする。これにより、図１１の例に示した剥離渦Ｖの発生を抑制でき、バーナ１４の内周側と外周側との間の空気流量の偏差を抑制しＮＯｘの発生も抑制できる。

ここで、補助ガイド３１がなければ、ターンガイド２１に案内された圧縮空気Ａ２の一部が空気孔プレート１６のエンドカバー側の端面における空気孔１８が存在しない領域Ｘに衝突し、短距離ながら空気孔プレート１６の端面に沿って流れる。この流れは進行方向に存在する空気孔１８に間もなく流入するが、空気孔プレート１６の端面に沿って流れることで径方向内向きの速度成分が支配的となり、空気孔１８の内部で剥離し易くなる。

それに対し、本実施形態ではターンガイド２１の内側に補助ガイド３１を設置したことにより、ターンガイド２１のみでは領域Ｘに案内される圧縮空気Ａ２を補助ガイド３１で更に案内する。補助ガイド３１で案内された圧縮空気Ａ２は領域Ｘを迂回し、ターンガイド２１からは若干距離があるものの補助ガイド３１に沿って配置された空気孔１８に対して燃焼器軸方向成分の大きな速度ベクトルで流入する。こうして空気孔１８に流入した圧縮空気Ａ２の流れに空気孔１８の内部において剥離は生じ難い。従って、空気孔プレート１６において最外周列に位置しながらターンガイド２１から距離のある空気孔１８の内部の空気流の剥離を抑制することができる。

（２）補助ガイド３１は空気孔プレート１６の中心に向かう方向からタービン側に滑らかに転向する案内面３１ａを有しているので、圧縮空気Ａ２の流れを円滑に転向させて空気孔１８に効果的に軸方向から流入させることができる。

（３）補助ガイド３１はターンガイド２１とは別部材であり、ターンガイド２１は内筒１１のエンドカバー側の端部に設けられている。ターンガイド２１が内筒１１と一体であるため、ターンガイド２１と内筒１１の中心が一致し、組立や加工の精度によるターンガイド２１と内筒１１の位置関係のばらつきに起因して内筒１１の外周面からのターンガイド２１の突出量がばらつくことを抑制できる。外周流路Ｐ１におけるターンガイド２１の突出量がばらつくと各空気孔１８に流入する空気流量に偏差が生じ得るが、ターンガイド２１を内筒１１と一体とすることでこの偏差の増加を抑えることができる。但し、上記の本質的な効果（１）を得る上では、ターンガイド２１と内筒１１は別部材であっても良い（第２実施形態、第４実施形態等）。

（４）ターンガイド２１を内筒１１に設ける場合、ターンガイド２１との干渉を避けるため、燃焼器中心軸と平行に又は平行に近い角度で空気孔プレート１６にサポート１６ａを接続しなければならない。それに対し、空気孔プレート１６からエンドカバー１３に向かって補助ガイド３１が設置されているので、この補助ガイド３１を利用して径方向外側からサポート１６ａをアクセスして空気孔プレート１６を支持することができる。こうして空気孔１８とサポート１６ａとの間の距離を拡大することで、各空気孔１８に流入する空気流にサポート１６ａが与える影響を抑えることができる。但し、上記の本質的な効果（１）を得る上では、補助ガイド３１を介してサポート１６ａを空気孔プレート１６に接続する必要はない。

（５）外周流路Ｐ１に臨むターンガイド２１の干渉面２１ａが内筒１１の径方向に延びているので、外周流路Ｐ１を流れる圧縮空気Ａ２の流れを積極的に干渉面２１ａに干渉させて減速させることで、圧縮空気Ａ２に沿った圧縮空気Ａ２の転向を促すことができる。そのため、空気孔プレート１６の外周側の空気孔１８に案内面２１ｂで効率的に圧縮空気Ａ２を案内することができる。

（第２実施形態）
図６は本発明の第２実施形態に係るガスタービン燃焼器の要部構造を表す部分断面図、図７はエンドカバー側から見た本実施形態における空気孔プレート及びターンガイドの構成図、図８は図７中のVIII−VIII線による断面図である。図６は第１実施形態の図２に、図７は図３に、図８は図４に対応する図である。本実施形態において既に説明した実施形態と同一又は対応する要素には図６−図８において既出図面と同一の符号を付して適宜説明を省略する。

本実施形態が第１実施形態と相違する点は、補助ガイド３１がターンガイド２１と一体に空気孔プレート１６に設けられている点である。つまり本実施形態ではターンガイド２１が空気孔プレート１６に設けられており、補助ガイド３１と一体に形成されている。複数の周方向位置において、ターンガイド２１の内周面から補助ガイド３１が径方向内側に突出した構成である。言い換えれば、他の周方向位置よりも径方向内側に突出した部位が補助ガイド３１であり、その外周側にターンガイド２１が接続された構造である。補助ガイド３１の位置や大きさ、案内面３１ａの形状については第１実施形態と実質的に同様である。サポート１６ａはターンガイド２１とエンドカバーとを接続しており、径方向の外側からターンガイド２１に連結している。また、本実施形態ではターンガイド２１を空気孔プレート１６に設けているため、内筒１１のエンドカバー側の端面とターンガイド２１の干渉面２１ａとの間の隙間２３が内周流路Ｐ２の入口になっている。この入口は第１実施形態の冷却空気孔２２（図２）にも対応する。その他の構造については、本実施形態は第１実施形態と同様である。

本実施形態においても、補助ガイド３１が設けられていることで第１実施形態と同様の効果が得られる。また、補助ガイド３１がターンガイド２１と一体に形成されているため、ターンガイド２１と補助ガイド３１の間の隙間や段差をなくすことができ、補助ガイド３１による圧縮空気Ａ２の案内性能をより向上させることができる。また、ターンガイド２１が空気孔プレート１６に設けられているため、ターンガイド２１とエンドカバー１３とをサポート１６ａで接続することで、各空気孔１８の入口とサポート１６ａとの距離をより大きくとることができる。

（第３実施形態）
図９は本発明の第３実施形態に係るガスタービン燃焼器の要部構造を表す部分断面図であり、第１実施形態の図４に対応する図である。本実施形態において既に説明した実施形態と同一又は対応する要素には図９において既出図面と同一の符号を付して適宜説明を省略する。

本実施形態が第１実施形態と相違する点は、ターンガイド２１の干渉面２１ａが内筒１１の径方向の外側に向かってエンドカバー側（図９中の左側）に傾斜している点である。干渉面２１ａが内筒１１の外周面との直交面との間になす角度よりも、干渉面２１ａが内筒１１の外周面との間になす角度が小さい構成である。冷却空気孔２２は省略されているが、第１実施形態と同様に設けても良い。その他の構成は第１実施形態と同様である。

本実施形態においても補助ガイド３１を設置したことにより第１実施形態と同様の効果が得られる。また、外周流路Ｐ１を流れる圧縮空気Ａ２の流れに沿ってターンガイド２１の干渉面２１ａを傾斜させている。これは干渉面２１ａからの流れの剥離を抑えることを重視した構成である。この構成により円滑に案内面２１ｂに圧縮空気Ａ２を到達させることができる。

（第４実施形態）
図１０は本発明の第４実施形態に係るガスタービン燃焼器の要部構造を表す部分断面図であり、第１実施形態の図４に対応する図である。本実施形態において既に説明した実施形態と同一又は対応する要素には図１０において既出図面と同一の符号を付して適宜説明を省略する。

本実施形態は第２実施形態と第３実施形態の構成を組み合わせた例である。つまり、補助ガイド３１がターンガイド２１と一体に空気孔プレート１６に設けられており、かつターンガイド２１の干渉面２１ａが内筒１１の径方向の外側に向かってエンドカバー側に傾斜した構成である。本実施形態によれば、第２実施形態と第２実施形態で得られる効果が得られる。このように各実施形態は適宜組み合わせることができ、組み合わせに応じた効果を奏することができる。

（変形例）
前述した通り、本発明はマルチバーナに限らず単一の部分バーナ１４ａをバーナ１４とするガスタービン燃焼器にも適用可能である。例えば最外周列の空気孔のピッチが広い場合、隣接する空気孔間に補助ガイド３１を設置する構成とすることができる。また、例えば特開２０１０−２５６００３号公報に開示されているように空気孔列の一部の空気孔を省略する構成を単一のバーナの最外周列の空気孔に適用した場合、空気孔を省略した領域に補助ガイド３１を適用することができる。

１…圧縮機、２…ガスタービン燃焼器、３…タービン、１１…内筒、１１ａ…燃焼室、１２…外筒、１３…エンドカバー、１６…空気孔プレート、１６ａ…サポート、１７…燃料ノズル、１８…空気孔、２１…ターンガイド、２１ａ…干渉面、２１ｂ…案内面、３１…補助ガイド、３１ａ…案内面、Ａ２…圧縮空気、ＦＵ…燃料、Ｇ１…燃焼ガス、Ｐ１…外周流路

Claims (11)

1. 圧縮機から導入される圧縮空気に燃料を混合して燃焼し、生成した燃焼ガスをタービンに供給するガスタービン燃焼器において、
   内側に燃焼室を形成する内筒と、
   前記内筒を覆って前記内筒との間に前記圧縮空気が流れる円筒状の外周流路を形成する外筒と、
   前記外筒の前記タービンと反対側の端部を塞ぐエンドカバーと、
   エンドカバー側から前記内筒に挿入され、前記外周流路を通過して前記エンドカバーで堰き止められた圧縮空気を前記燃焼室に導入する複数の空気孔を有する空気孔プレートと、
   前記複数の空気孔のうち対応付けられた空気孔を介して前記燃焼室に燃料を噴射するように前記空気孔プレートに対してエンドカバー側に配置された複数の燃料ノズルと、
   前記内筒又は前記空気孔プレートに設けられ、前記外周流路を通過した圧縮空気の転向をガイドするターンガイドと、
   前記ターンガイドの内周側に位置するように前記空気孔プレートの前記燃料ノズルとの対向面の外周部に設けられ、前記エンドカバーから見て径方向内側に突出した形状を有する補助ガイドと
   を備えたガスタービン燃焼器。
2. 請求項１のガスタービン燃焼器において、前記空気孔プレートの中心線を含む平面で切断した断面で見て、前記補助ガイドは、前記空気孔プレートの中心に向かう方向からタービン側に滑らかに転向する曲面で形成された案内面を有しているガスタービン燃焼器。
3. 請求項２のガスタービン燃焼器において、前記空気孔プレートの径方向の最外周列の空気孔は、前記ターンガイド又は前記補助ガイドに沿って配置されているガスタービン燃焼器。
4. 請求項２のガスタービン燃焼器において、前記ターンガイドは、前記補助ガイドとは別部材であり、前記内筒のエンドカバー側の端部に設けられているガスタービン燃焼器。
5. 請求項４のガスタービン燃焼器において、前記補助ガイドと前記エンドカバーとを接続するサポートを備えているガスタービン燃焼器。
6. 請求項２のガスタービン燃焼器において、前記ターンガイドは、前記補助ガイドと一体に前記空気孔プレートに設けられているガスタービン燃焼器。
7. 請求項６のガスタービン燃焼器において、前記ターンガイドと前記エンドカバーとを接続するサポートを備えているガスタービン燃焼器。
8. 請求項２のガスタービン燃焼器において、前記ターンガイドは、前記外周流路に臨む干渉面、及び前記外周流路を通過した圧縮空気の転向をガイドする曲面で形成された案内面を含んで構成されているガスタービン燃焼器。
9. 請求項８のガスタービン燃焼器において、前記干渉面は、前記内筒の径方向に延びているガスタービン燃焼器。
10. 請求項８のガスタービン燃焼器において、前記干渉面は、前記内筒の径方向の外側に向かってエンドカバー側に傾斜しているガスタービン燃焼器。
11. 空気を圧縮して圧縮空気を吐出する圧縮機と、
    前記圧縮機から導入される圧縮空気に燃料を混合して燃焼する請求項１のガスタービン燃焼器と、
    前記ガスタービン燃焼器で生成した燃焼ガスで駆動されるタービンと
    を備えたガスタービン。

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