JP2021101152A - 燃焼器及びガスタービン - Google Patents

Abstract

【課題】窒素酸化物の増加、及び燃焼振動の発生をそれぞれ抑制することができる燃焼器及びガスタービンを提供する。【解決手段】燃焼器は、メインバーナーを備え、メインバーナーは、混合気を生成する第一メインバーナーと、第一メインバーナーよりも燃料濃度が不均一な混合気を生成する第二メインバーナーと、を備え、第一メインバーナーと第二メインバーナーとは、周方向の全周に渡って非周期的な配置パターンで配置され、第二メインバーナーは、メインノズルを中心とした周方向の第一側に配置されて燃料を吐出する第一燃料吐出孔と、第一側とは反対側となる第二側に配置されて燃料を吐出する第二燃料吐出孔と、を備え、第一燃料吐出孔と第二燃料吐出孔とは、燃焼器軸線を中心とした周方向に分かれて配置され、第一メインバーナーと第二メインバーナーとが非周期的な配置パターンで配置されている。【選択図】図６

Description

この発明は、燃焼器及びガスタービンに関する。

ガスタービンの燃焼器としては、パイロットバーナーの周りに、複数のメインバーナーを等間隔に並べて備えたものが知られている。このような燃焼器においては、メインバーナーに圧力変動が生じた場合に、火炎が周方向で同じ変動を起こす、いわゆる燃焼振動が生じる可能性が有った。
特許文献１には、燃焼振動を抑制するために、複数のメイン予混合ノズルのうち、一部のメイン予混合ノズルから供給する燃料量を少なくする技術が提案されている。この特許文献１の技術によれば、少ない燃料量を供給した希薄予混合気の火炎を、燃料濃度を薄くしていない予混合気の火炎と比較して、長火炎とすることが可能となっている。
特許文献２には、燃焼振動を抑制するために、一部のメインノズルの楕円延長管の出口形状を、他のメインノズルの出口形状と異ならせて、着火位置をずらす技術が提案されている。この特許文献２の技術によれば、内筒内の狭い領域に発熱が集中することを防止して燃焼振動を抑制できる。

その一方で、ガスタービンの燃焼器においては、窒素酸化物（ＮＯｘ）等を低減することが望まれている。
特許文献３には、窒素酸化物の発生を抑制するために、冷却空気が混入したとしても軸方向において火炎面が均一になるように予混合気の燃料濃度をノズルの中心軸周りに変化させる技術が記載されている。

特開平１１−２９４７７０号公報 特開２００１−２５４９４７号公報 国際公開第２０１３／１２８５７２号

しかしながら、特許文献１に記載された燃焼器は、一部のメイン予混合ノズルから供給する燃料量を少なくしているため、燃焼器全体の燃料濃度分布のバラつきが大きくなり過ぎて、窒素酸化物（ＮＯｘ）が増加してしまう可能性が有る。
特許文献２に記載のメインバーナーは、全てのメインノズルからの予混合気が同一位置で着火、燃焼することを防止できるものの、やはり、燃焼器全体の燃料濃度分布のバラつきが大きくなり過ぎて、窒素酸化物（ＮＯｘ）が増加してしまう可能性が有る。
その一方で、特許文献１，２において、窒素酸化物（ＮＯｘ）を抑制しようとして燃料濃度分布のバラつきを小さくしようとすると、燃焼振動が増大する可能性が有る。
また、特許文献３のようにして窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減しようとすると、燃焼振動が増大してしまう可能性が有る。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、窒素酸化物の増加、及び燃焼振動の発生をそれぞれ抑制することができる燃焼器及びガスタービンを提供するものである。

上記の課題を解決するために以下の構成を採用する。
この発明の第一態様によれば、燃焼器は、周方向に間隔をあけて複数配置されたメインバーナーを備え、前記メインバーナーは、混合気を生成する第一メインバーナーと、前記第一メインバーナーよりも燃料濃度が不均一な混合気を生成する第二メインバーナーと、を備え、前記第一メインバーナーと前記第二メインバーナーとは、周方向の全周に渡って非周期的な配置パターンで配置され、前記第二メインバーナーは、前記混合気の燃料濃度を、メインノズルを中心とした周方向で、前記第一メインバーナーよりも不均一とし、前記第二メインバーナーは、前記メインノズルを中心とした周方向の第一側に配置されて燃料を吐出する第一燃料吐出孔と、前記第一側とは反対側となる前記メインノズルを中心とした周方向の第二側に配置されて前記燃料を吐出する第二燃料吐出孔と、を備え、前記第一燃料吐出孔と前記第二燃料吐出孔とは、燃焼器軸線を中心とした周方向に分かれて配置され、前記第一メインバーナーと前記第二メインバーナーとが、周方向の全周に渡って非周期的な配置パターンで配置されている。

この発明の第二態様によれば、燃焼器は、周方向に間隔をあけて複数配置されたメインバーナーを備え、前記メインバーナーは、混合気を生成する第一メインバーナーと、前記第一メインバーナーよりも燃料濃度が不均一な混合気を生成する第二メインバーナーと、を備え、前記第一メインバーナーと前記第二メインバーナーとは、周方向の全周に渡って非周期的な配置パターンで配置され、前記第二メインバーナーは、前記混合気の燃料濃度を、メインノズルを中心とした周方向で、前記第一メインバーナーよりも不均一とし、前記第二メインバーナーは、前記メインノズルを中心とした周方向の第一側に配置されて燃料を吐出する第一燃料吐出孔と、前記第一側とは反対側となる前記メインノズルを中心とした周方向の第二側に配置されて前記燃料を吐出する第二燃料吐出孔と、を備え、前記第一燃料吐出孔と前記第二燃料吐出孔とは、燃焼器軸線を中心とした周方向に分かれて配置され、前記第一メインバーナーと前記第二メインバーナーとが、周方向の全周に渡って非周期的な配置パターンで配置されている。

この発明の第三態様によれば、燃焼器は、周方向に間隔をあけて複数配置されたメインバーナーを備え、前記メインバーナーは、混合気を生成する第一メインバーナーと、前記第一メインバーナーよりも燃料濃度が不均一な混合気を生成する複数の第二メインバーナーと、を備え、前記第一メインバーナーと前記第二メインバーナーとは、周方向の全周に渡って非周期的な配置パターンで配置され、前記第二メインバーナーは、前記混合気の燃料濃度を、メインノズルを中心とした周方向で、前記第一メインバーナーよりも不均一とし、前記第二メインバーナーは、前記メインノズルを中心とした周方向の第一側に配置されて燃料を吐出する第一燃料吐出孔と、前記第一側とは反対側となる前記メインノズルを中心とした周方向の第二側に配置されて前記燃料を吐出する第二燃料吐出孔と、を備え、前記第一燃料吐出孔と前記第二燃料吐出孔とは、燃焼器軸線を中心とした径方向で内側と外側とに分かれるように配置され、前記メインバーナーは、複数の前記第二メインバーナーとして、前記第一燃料吐出孔が燃焼器軸線を中心とした径方向の内側に配置された第二メインバーナーと、前記第一燃料吐出孔が燃焼器軸線を中心とした径方向の外側に配置された第二メインバーナーと、の両方を含み、前記第一メインバーナーと前記第二メインバーナーとが、周方向の全周に渡って非周期的な配置パターンで配置されている。

この発明の第四態様によれば、燃焼器は、周方向に間隔をあけて複数配置されたメインバーナーを備え、前記メインバーナーは、混合気を生成する第一メインバーナーと、前記第一メインバーナーよりも燃料濃度が不均一な混合気を生成する複数の第二メインバーナーと、を備え、前記第一メインバーナーと前記第二メインバーナーとは、周方向の全周に渡って非周期的な配置パターンで配置され、前記第二メインバーナーは、前記混合気の燃料濃度を、メインノズルを中心とした周方向で、前記第一メインバーナーよりも不均一とし、前記メインバーナーは、複数の前記第二メインバーナーとして、前記メインノズルを中心とした径方向の第一側に配置されて燃料を吐出する第一燃料吐出孔と、前記メインノズルを中心とした径方向の第一側とは反対側となる前記メインノズルを中心とした径方向の第二側に配置されて前記燃料を吐出する第二燃料吐出孔と、を有する第二メインバーナーと、前記メインノズルを中心とした周方向の第一側に配置されて燃料を吐出する第一燃料吐出孔と、前記メインノズルを中心とした周方向の第一側とは反対側となる前記メインノズルを中心とした周方向の第二側に配置されて前記燃料を吐出する第二燃料吐出孔と、を有する第二メインバーナーと、を含み、前記第一メインバーナーと前記第二メインバーナーとが、周方向の全周に渡って非周期的な配置パターンで配置されている。

この発明の第五態様によれば、前記第二燃料吐出孔は、前記第一燃料吐出孔よりも大きい孔径を有する。

この発明の第六態様によれば、燃焼器は、前記第一燃料吐出孔に前記燃料を供給する第一燃料供給系統と、前記第一燃料供給系統とは異なる圧力で前記第二燃料吐出孔に前記燃料を供給する第二燃料供給系統と、を備える。
この発明の第七の態様によれば、ガスタービンは、第一から第六のいずれか一態様に係る燃焼器を備える。

上記燃焼器及びガスタービンによれば、窒素酸化物の増加、及び燃焼振動の発生をそれぞれ抑制することができる。

この発明の第一実施形態におけるガスタービンの概略構成を示す図である。 この発明の第一実施形態における燃焼器の概略構成を示す図である。 この発明の第一実施形態におけるメインバーナーの配置を示す図である。 この発明の第一実施形態における第一メインバーナーの概略構成を示す正面図である。 この発明の第一実施形態における第二メインバーナーの概略構成を示す正面図である。 この発明の第一実施形態における第一メインバーナーと第二メインバーナーとの配置を示す正面図である。 この発明の第一実施形態の変形例における図６に相当する正面図である。 この発明の第二実施形態における図６に相当する図である。 この発明の第三実施形態における図６に相当する図である。 この発明の第四実施形態における図６に相当する正面図である。

（第一実施形態）
次に、この発明の第一実施形態における燃焼器及びガスタービンを図面に基づき説明する。
図１は、この発明の第一実施形態におけるガスタービンの概略構成を示す図である。 図１に示すように、ガスタービン１は、圧縮機２と、燃焼器３と、タービン４と、を備えている。
圧縮機２は、空気Ａを圧縮して圧縮空気を生成する。燃焼器３は、燃料Ｆを圧縮機２で生成した圧縮空気中で燃焼させて高温高圧の燃焼ガスを生成する。タービン４は、燃焼器３により生成された燃焼ガスにより駆動され、燃焼ガスのエネルギーを回転エネルギーに変換する。

圧縮機２は、圧縮機ロータ６と、圧縮機ケーシング７と、を備えている。また、タービン４は、タービンロータ８と、タービンケーシング９と、を備えている。
圧縮機ロータ６とタービンロータ８は、直列に配置されて回転軸線Ａｒを中心に回転する。タービンロータ８と圧縮機ロータ６とは一体に連結されており、これら圧縮機ロータ６とタービンロータ８とによってガスタービンロータ１０が構成されている。このガスタービンロータ１０には、例えば、発電機ＧＥＮのロータが連結されている。

圧縮機ケーシング７は、圧縮機ロータ６を覆うとともに回転可能に支持している。同様に、タービンケーシング９は、タービンロータ８を覆うとともに回転可能に支持している。圧縮機ケーシング７とタービンケーシング９とは連結されており、これら圧縮機ケーシング７とタービンケーシング９とによってガスタービンケーシング１１が構成されている。このガスタービンケーシング１１には、燃焼器３が固定されている。

図２は、この発明の第一実施形態における燃焼器の概略構成を示す図である。図３は、この発明の第一実施形態におけるメインバーナーの配置を示す図である。
図２に示すように、燃焼器３は、燃焼筒（又は尾筒）１３と、燃料噴射器１４Ａとを備えている。燃焼筒１３は、その内部で燃料Ｆを燃焼させて、この燃料Ｆの燃焼により生成される燃焼ガスをタービン４に送る。燃料噴射器１４Ａは、燃焼筒１３内に燃料Ｆ及び圧縮空気Ａを噴出する。

図３に示すように、燃料噴射器１４Ａは、パイロットバーナー１５と、メインバーナー１６と、バーナー保持筒１７と、を備えている。
パイロットバーナー１５は、燃焼器軸線Ａｃ上に配置され、燃料を拡散燃焼させる。このパイロットバーナー１５は、パイロットノズル１８と、パイロットバーナー筒１９と、パイロットスワラ（図示せず）と、を備えている。

パイロットノズル１８は、燃焼器軸線Ａｃを中心とした軸線方向Ｄａに延びるように形成されている。このパイロットノズル１８は、例えば、その下流側端部に燃料噴射用の噴射孔１８ａを有している。

パイロットバーナー筒１９は本体部２１と、コーン部２２と、を備えている。本体部２１は、パイロットノズル１８の外周を覆っている。コーン部２２は、本体部２１の下流側に配置されて、下流側向かって次第に拡径するように形成されている。

パイロットスワラ（図示せず）は、パイロットノズル１８の噴射孔が形成されている位置よりも軸線方向Ｄａで上流側に配置されている。このパイロットスワラ（図示せず）は、上流側から流れてきた圧縮空気（一次空気）Ａを、燃焼器軸線Ａｃを旋回中心にして旋回させる。パイロットスワラ（図示せず）は、例えば、パイロットバーナー筒１９の本体部２１の内周面から径方向内側に延びている。これらパイロットスワラ（図示せず）は、例えば、周方向に間隔をあけて複数形成されている。

上述した構成を備えるパイロットバーナー１５は、そのパイロットバーナー筒１９内に、圧縮機２で圧縮された圧縮空気Ａが上流側から流入する。また、パイロットノズル１８の噴射孔から燃料が噴射される。この燃料は、パイロットスワラ（図示せず）により旋回成分を付与された圧縮空気Ａと共に、パイロットバーナー筒１９から燃焼筒１３に向けて噴出され、燃焼筒１３内で拡散燃焼する。

メインバーナー１６は、複数設けられ、パイロットバーナー１５の外周を囲むように配置され、燃料を予混合燃焼させる。これらメインバーナー１６は、燃焼器軸線Ａｃを中心とした周方向に間隔をあけて、より具体的には等間隔に配置されている。この実施形態におけるメインバーナー１６としては、第一メインバーナー１６Ａと、第二メインバーナー１６Ｂとがある。なお、以下の説明において、第一メインバーナー１６Ａと第二メインバーナー１６Ｂとを区別する必要のない場合には、単にメインバーナー１６と称する場合がある。また、第一メインバーナー１６Ａと第二メインバーナー１６Ｂとにおいて、共通する部分については同一符号を付して重複する説明を省略する。

第一メインバーナー１６Ａ、及び第二メインバーナー１６Ｂは、メインノズル２３と、メインバーナー筒２４と、メインスワラ２５と、をそれぞれ備えている。
メインノズル２３は、燃焼器軸線Ａｃと平行に延びている。これらメインノズル２３は、内部に燃料が流れる燃料流路（図示せず）を備えている。

メインバーナー筒２４は、メインノズル２３の外周を覆っている。図３に例示するメインバーナー筒２４は、燃焼器軸線Ａｃを中心とした径方向における内側に配置される部分が、パイロットバーナー筒１９の一部を兼ねている。

メインスワラ２５は、上流側から流れてきた圧縮空気（一次空気）Ａを、メインノズル２３を旋回中心にして旋回させる。メインスワラ２５は、それぞれメインノズル２３の外周面からメインバーナー筒２４の内周面に向かって延びている。メインスワラ２５は、複数設けられたメインバーナー１６において、それぞれメインノズル２３を中心とした周方向に間隔をあけて複数設けられている。

バーナー保持筒１７は、上述したパイロットバーナー１５及びメインバーナー１６を保持している。より具体的には、複数のメインバーナー１６がパイロットバーナー１５の外周を囲むように、パイロットバーナー１５及びメインバーナー１６を保持している。

図４は、この発明の第一実施形態における第一メインバーナーの概略構成を示す正面図である。図５は、この発明の第一実施形態における第二メインバーナーの概略構成を示す正面図である。
図４に示すように、第一メインバーナー１６Ａのメインスワラ２５は、それぞれ燃料吐出部２６，２７を備えている。

燃料吐出部２６，２７は、メインスワラ２５の圧力面２５ａ及び負圧面２５ｂに形成された一対の燃料吐出孔２８によってそれぞれ構成されている。燃料吐出部２６は、メインスワラ２５の径方向外方側の端部に近い位置に形成され、燃料吐出部２７は、燃料吐出部２６よりも径方向内方側に形成されている。

燃料吐出孔２８は、それぞれメインノズル２３の燃料流路に連通している。これら燃料吐出孔２８は、燃料吐出部２６，２７のそれぞれにおいて、圧力面２５ａに形成された燃料吐出孔２８が、負圧面２５ｂに形成された燃料吐出孔２８よりも径方向外方側にオフセットしている。

第一メインバーナー１６Ａに形成された燃料吐出孔２８は、メインノズル２３のノズル中心軸Ｐ３周りで、圧縮空気Ａに混合される燃料Ｆの濃度が実質的に均一となるように形成されている。この実施形態においては、第一メインバーナー１６Ａに設けられた燃料吐出部２６の全ての燃料吐出孔２８が同一孔径とされている。同様に、第一メインバーナー１６Ａに設けられた燃料吐出部２７の全ての燃料吐出孔２８が同一孔径とされている。なお、上記周方向で燃料濃度が実質的に均一となる孔径であれば、上記のように燃料吐出孔２８の孔径を同一にする場合に限られない。

図５に示すように、第二メインバーナー１６Ｂのメインスワラ２５は、それぞれ燃料吐出部３０，３１を備えている。

燃料吐出部３０，３１は、メインスワラ２５の圧力面２５ａ及び負圧面２５ｂに形成された一対の燃料吐出孔３２によってそれぞれ構成されている。燃料吐出部３０は、メインスワラ２５の径方向外方側の端部に近い位置に形成され、燃料吐出部３１は、燃料吐出部３０よりも径方向内方側に形成されている。

燃料吐出孔３２は、それぞれメインノズル２３の燃料流路に連通している。これら燃料吐出孔３２は、燃料吐出部３０，３１のそれぞれにおいて、圧力面２５ａに形成された燃料吐出孔３２が、負圧面２５ｂに形成された燃料吐出孔３２よりも径方向外方側にオフセットしている。

第二メインバーナー１６Ｂは、第一メインバーナー１６Ａよりも、ノズル中心軸Ｐ３周りおける燃料濃度を変化させて予混合気を燃焼筒１３に供給する。この実施形態における第二メインバーナー１６Ｂは、ノズル中心軸Ｐ３周りに燃料濃度を変化させて予混合気を燃焼筒に供給する。言い換えれば、第二メインバーナー１６Ｂは、第一メインバーナー１６Ａよりも燃料濃度が不均一な予混合気を生成する。

第二メインバーナー１６Ｂに形成された複数の燃料吐出孔３２は、第一グループＧ１と第二グループＧ２とに分けられている。第一グループＧ１の燃料吐出孔３２は、それぞれの吐出した燃料が、燃焼器軸線Ａｃを中心とした径方向で内側の第一の範囲Ｓ１（図３参照）に到達する。第二グループＧ２の燃料吐出孔３２は、それぞれの吐出した燃料が燃焼器軸線Ａｃを中心とした径方向で外側の第二の範囲Ｓ２（図３参照）に到達する。

この第一実施形態における第二メインバーナー１６Ｂは、燃焼器軸線Ａｃ（図３参照）を中心とした径方向内方側（周方向の第二側）に位置する二つの燃料吐出部３０及びこれら二つの燃料吐出部３０に対して旋回方向に隣接する一つの燃料吐出部３０とにより第一グループＧ１が構成されている。さらに、第二メインバーナー１６Ｂは、燃焼器軸線Ａｃ（図３参照）を中心とした径方向外方側（周方向の第一側）に位置する二つの燃料吐出部３０を含む残りの三つの燃料吐出部３０により、第二グループＧ２が形成されている。これら第一グループＧ１に属する燃料吐出部３０と第二グループＧ２に属する燃料吐出部３０とは、それぞれの燃料吐出孔３２の開口面積が異なっている。なお、六つのメインスワラ２５の各燃料吐出部３１が備える燃料吐出孔３２の大きさは全て同一である。

この第一実施形態の燃料吐出孔３２の開口面積は、例えば、燃料吐出部３１に属する燃料吐出孔３２の孔径を「１」とすると、第一グループＧ１の燃料吐出部３０に属する燃料吐出孔３２の孔径が「０．９」に設定され、第二グループＧ２の燃料吐出部３０に属する燃料吐出孔３２の孔径が「１．１」に設定されている。このような構成により、メインノズル２３の燃料流路における燃料Ｆに圧力を作用させると、各燃料吐出孔３２から開口面積に応じた量の燃料Ｆが圧縮空気Ａに吐出される。

つまり、一つのメインスワラ２５に形成された複数の燃料吐出孔３２のうち、メインノズル２３のノズル中心軸Ｐ３を中心とした径方向外方側に配置された燃料吐出孔３２の燃料吐出量と、径方向内方側に配置された燃料吐出孔３２とは、燃料吐出量とがそれぞれ異なっている。さらに、六つのメインスワラ２５の各燃料吐出部３０の燃料吐出量は、メインノズル２３のノズル中心軸Ｐ３周りで二種類に分かれている。

図６は、この発明の第一実施形態における第一メインバーナーと第二メインバーナーとの配置を示す正面図である。
図６に示すように、燃料噴射器１４Ａは、燃焼器軸線Ａｃを中心とした周方向で連続して並ぶ五つの第一メインバーナー１６Ａと、同じく周方向で連続して並ぶ三つの第二メインバーナー１６Ｂとを備えている。

ここで、図６に示す燃料噴射器１４Ａは、８つのメインバーナー１６を備える場合を示しているが、メインバーナー１６の数は、複数であれば９つ以上や、７つ以下であっても良い。また、第一メインバーナー１６Ａの個数と第二メインバーナー１６Ｂの個数とは、上記の個数に限られない。燃料噴射器１４Ａは、第一メインバーナー１６Ａと第二メインバーナー１６Ｂとを両方備えていればよい。なお、図６において、周方向に並んだ８つのメインバーナー１６の位置をそれぞれ配置番号「１」から「８」で示している。

この第一実施形態における燃料噴射器１４Ａは、第一メインバーナー１６Ａと第二メインバーナー１６Ｂとが、周方向の全周に渡って非周期的な配置パターンで配置されている。ここで、「周期的な配置パターン」とは、燃焼器軸線Ａｃを中心として周方向に一周する間に、第一メインバーナー１６Ａと第二メインバーナー１６Ｂとの配置されている順序のパターンが同一のパターンのみで繰り返されることである。周期的な場合の一例としては、第一メインバーナー１６Ａと第二メインバーナー１６Ｂとが周方向に交互に配置されている場合や、第一メインバーナー１６Ａのみが配置される場合や、第二メインバーナー１６Ｂのみが配置される場合などを挙げることができる。

つまり、この第一実施形態における燃料噴射器１４Ａにおけるメインバーナー１６の配置パターンは、燃焼器軸線Ａｃを中心として周方向に一周する間に、第一メインバーナー１６Ａと第二メインバーナー１６Ｂとの配置されている順序のパターンが同一のパターンのみで繰り返されていない。

また、この第二実施形態における燃料噴射器１４Ａは、第一メインバーナー１６Ａと第二メインバーナー１６Ｂとが、燃焼器軸線Ａｃを中心とした周方向で非対称な配置パターンで配置されている。この「周方向で非対称な配置パターン」とは、いわゆる回転対称となるような順序で第一メインバーナー１６Ａと第二メインバーナー１６Ｂが配置されていないことを意味している。

燃料噴射器１４Ａの第二メインバーナー１６Ｂは、第一グループＧ１と第二グループＧ２とが、燃焼器軸線Ａｃを中心とした径方向で内側と外側とに分かれるように配置されている。つまり、燃料噴射器１４Ａは、第二メインバーナーの１６Ｂが配置される箇所において、予混合気の燃料濃度が、燃焼器軸線Ａｃを中心とした径方向で不均一となっている。言い換えれば、第二メインバーナー１６Ｂは、メインノズル２３を中心とした周方向で、予混合気の燃料濃度が不均一になっている。この第一実施形態においては、第一グループＧ１が径方向の内側に配置され、第二グループＧ２が径方向の外側に配置される場合を例示している。

したがって、上述した第一実施形態によれば、第一メインバーナー１６Ａによる火炎と、第二メインバーナー１６Ｂによる火炎とを僅かに異なるものとすることができる。そのため、メインバーナー１６の配置される燃料噴射器１４Ａの周方向で、燃料濃度分布が一様になることを抑制できる。その一方で、第一メインバーナー１６Ａと第二メインバーナー１６Ｂとにより吐出される燃料量のバラつきは抑制できるので、燃焼器３全体で燃料濃度分布が過度にバラつくことを抑制できる。その結果、窒素酸化物（ＮＯｘ）の増加、及び燃焼振動の発生をそれぞれ抑制することができる。

さらに、第一メインバーナー１６Ａと第二メインバーナー１６Ｂとを回転対称に配置しないため、周方向で一様な燃料濃度分布となることを抑制できる。
また、ノズル中心軸Ｐ３を中心とした周方向で、第二メインバーナー１６Ｂによる火炎の形状を第一メインバーナー１６Ａによる火炎に対して僅かに変化させることができる。

さらに、第一グループＧ１の燃料吐出孔３２（第一燃料吐出孔）の孔径よりも第二グループＧ２の燃料吐出孔３２（第二燃料吐出孔）の孔径を大きくしている。そのため、第一グループＧ１の燃料吐出孔３２から吐出される燃料量よりも第二グループＧ２の燃料吐出孔３２から吐出される燃料量を増加させることができる。その結果、第二メインバーナー１６Ｂにおいて容易にメインノズル２３周りの燃料濃度を不均一にすることができる。

また、燃焼振動により運転状態が不安定になることを低減できるとともに、窒素酸化物の発生を抑制することができるため、燃焼器３の商品性を向上することができる。

（第一実施形態の変形例）
図７は、この発明の第一実施形態の変形例における図６に相当する正面図である。
上述した第一実施形態の燃料噴射器１４Ａにおいては、第一グループＧ１と第二グループＧ２とが燃焼器軸線Ａｃを中心とした径方向にそれぞれ分かれて配置される場合について説明した。しかし、第二メインバーナー１６Ｂにおける第一グループＧ１と第二グループＧ２との配置は、第一実施形態で例示した配置に限られない。
例えば、図７に示す燃料噴射器１４Ａａように、第二メインバーナー１６Ｂは、第一グループＧ１と第二グループＧ２とが、燃焼器軸線Ａｃを中心とした周方向でそれぞれ分かれて配置されていても良い。

また、上述した第一実施形態では、第一グループＧ１が燃焼器軸線Ａｃを中心とした径方向の内側に配置され、第二グループＧ２が燃焼器軸線Ａｃを中心とした径方向の外側に配置される場合を例示した。しかし、他の変形例として、第一グループＧ１が燃焼器軸線Ａｃを中心とした径方向の外側に配置され、第二グループＧ２が燃焼器軸線Ａｃを中心とした径方向の内側に配置されていてもよい。

さらに、全ての第一グループＧ１が、燃焼器軸線Ａｃを中心とした径方向の内側と外側との何れか一方に配置される場合について説明したが、一つの燃料噴射器１４Ａにおいて、第一グループＧ１が燃焼器軸線Ａｃを中心とした径方向の内側に配置された第二メインバーナー１６Ｂと、第一グループＧ１が燃焼器軸線Ａｃを中心とした径方向の外側に配置された第二メインバーナー１６Ｂとをそれぞれ両方設けるようにしても良い。

また、上述した第一実施形態や変形例においては、第一グループＧ１と第二グループＧ２とを燃焼器軸線Ａｃを中心とした径方向に分けて配置した第二メインバーナー１６Ｂのみを備える場合、又は、第一グループＧ１と第二グループＧ２とを燃焼器軸線Ａｃを中心とした周方向に分けて配置した第二メインバーナー１６Ｂのみを備える場合について説明した。しかし、燃料噴射器１４Ａには、第一グループＧ１と第二グループＧ２との配置が燃焼器軸線Ａｃを中心とした径方向で分けられた第二メインバーナー１６Ｂと、第一グループＧ１と第二グループＧ２との配置が燃焼器軸線Ａｃを中心とした周方向で分けられた第二メインバーナー１６Ｂとを混在させるようにしてもよい。

（第二実施形態）
次に、この発明の第二実施形態を図面に基づき説明する。この第二実施形態は、上述した第一実施形態に対してメインバーナーの配置パターンを変化させたものである。そのため、上述した第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複する説明を省略する。
図８は、この発明の第二実施形態における図６に相当する図である。
図８に示すように、この第二実施形態における燃料噴射器１４Ｂは、上述した第一実施形態の燃料噴射器１４Ａと同様に、複数のメインバーナー１６として第一メインバーナー１６Ａと、第二メインバーナー１６Ｂと、を備えている。これら第一メインバーナー１６Ａと第二メインバーナー１６Ｂとは、第一実施形態で説明したように、燃料濃度の分布が異なる点を除いて同一の構成となっている。

この第二実施形態における燃料噴射器１４Ｂは、７つの第一メインバーナー１６Ａが周方向に連続して配置されるとともに、１つだけ第二メインバーナー１６Ｂが配置されている。図８に示す燃料噴射器１４Ｂは、図６と同様に、８つのメインバーナー１６を備える場合を示しているが、メインバーナー１６の数は、複数であれば９つ以上や、７つ以下であっても良い。

燃料噴射器１４Ｂは、第二メインバーナー１６Ｂが一つだけ設けられていることで、第一実施形態の燃料噴射器１４Ａと同様に、周方向の全周に渡って非周期的な配置パターンで第一メインバーナー１６Ａと第二メインバーナー１６Ｂとが配置されている。
さらに、燃料噴射器１４Ｂは、第一メインバーナー１６Ａと第二メインバーナー１６Ｂとが、燃焼器軸線Ａｃを中心とした周方向で非対称な配置パターン（回転対称ではない配置パターン）で配置されている。

図８においては、燃焼器軸線Ａｃを中心とした径方向の外側に第一グループＧ１が配置され、内側に第二グループＧ２が配置される場合を例示したが、この配置に限られない。例えば、図８の第一グループＧ１と第二グループＧ２との配置は入れ替えてもよい。また、第一グループＧ１と第二グループＧ２とは、燃焼器軸線Ａｃを中心とし径方向及び周方向等、何れの方向に向くようにしても良い。

したがって、上述した第二実施形態によれば、第一実施形態と同様に、第一メインバーナー１６Ａによる燃料濃度分布と、第二メインバーナー１６Ｂによる燃料濃度分布とを僅かに異なるものとすることができる。そのため、メインバーナー１６の配置される燃料噴射器１４Ａの周方向で、火炎が一様になることを抑制できる。その一方で、第一メインバーナー１６Ａと第二メインバーナー１６Ｂとにより吐出される燃料量は均一になるので、燃焼器３全体で燃料濃度分布が過度にバラつくことを抑制できる。その結果、窒素酸化物（ＮＯｘ）の増加、及び燃焼振動の発生をそれぞれ抑制することができる。

（第三実施形態）
次に、この発明の第三実施形態を図面に基づき説明する。この第三実施形態は、第二実施形態と同様に、上述した第一実施形態に対してメインバーナーの配置パターンを変化させたものである。そのため、上述した第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複する説明を省略する。

図９は、この発明の第三実施形態における図６に相当する図である。
図９に示すように、この第三実施形態における燃料噴射器１４Ｃは、上述した第一実施形態の燃料噴射器１４Ａと同様に、複数のメインバーナー１６として第一メインバーナー１６Ａと、第二メインバーナー１６Ｂと、を備えている。これら第一メインバーナー１６Ａと第二メインバーナー１６Ｂとは、第一実施形態で説明したように、燃料濃度の分布が異なる点を除いて同一の構成となっている。

この第三実施形態における燃料噴射器１４Ｃは、４つの第一メインバーナー１６Ａを備えるとともに、４つの第二メインバーナー１６Ｂを備えている。この第三実施形態における燃料噴射器１４Ｃは、第一実施形態と同様に、８つのメインバーナー１６を備える場合を示しているが、メインバーナー１６の数は、複数であれば９つ以上や、７つ以下であっても良い。

この第三実施形態における燃料噴射器１４Ｃは、燃焼器軸線Ａｃを中心とした周方向で第一メインバーナー１６Ａと第二メインバーナー１６Ｂとが交互に配置されている。
なお、この第三実施形態における第二メインバーナー１６Ｂも、第一、第二実施形態と同様に、第一グループＧ１と第二グループＧ２との配置は図９に示す配置に限られるものではない。

したがって、上述した第三実施形態によれば、第一実施形態と同様に、第一メインバーナー１６Ａによる燃料濃度分布と、第二メインバーナー１６Ｂによる燃料濃度分布とを僅かに異なるものとすることができる。そのため、メインバーナー１６の配置される燃料噴射器１４Ａの周方向で、燃料濃度分布が一様になることを抑制できる。その一方で、第一メインバーナー１６Ａと第二メインバーナー１６Ｂとにより吐出される燃料量は均一になるので、燃焼器３全体で燃料濃度分布が過度にバラつくことを抑制できる。その結果、窒素酸化物（ＮＯｘ）の増加、及び燃焼振動の発生をそれぞれ抑制することができる。

（第四実施形態）
次に、この発明の第四実施形態を図面に基づき説明する。この第四実施形態は、メインバーナー１６Ｂにおける第一グループＧ１の燃料噴射量と第二グループＧ２の燃料噴射量を異ならせる構成のみが上述した第一実施形態と相違する。そのため、上述した第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複する説明を省略する。

図１０は、この発明の第四実施形態における図６に相当する正面図である。
図１０に示すように、この第四実施形態におけるメインバーナー１６Ｂは、メインノズル２３が、互いに独立した第一燃料供給系統Ｆ１と、第二燃料供給系統Ｆ２と、を備えている。メインバーナー１６Ｂは、第一燃料供給系統Ｆ１に連通し第一グループＧ１に属する燃料吐出孔３２と、第二燃料供給系統Ｆ２に連通し第二グループＧ２に属する燃料吐出孔３２とを備えている。

第一燃料供給系統Ｆ１及び第二燃料供給系統Ｆ２は、それぞれ燃料Ｆの供給圧力が異なる。第一燃料供給系統Ｆ１及び第二燃料供給系統Ｆ２は、例えば、第一グループＧ１に属するメインスワラ２５の燃料吐出孔３２から吐出する燃料Ｆの吐出量と、第二グループＧ２に属するメインスワラ２５の燃料吐出孔３２から吐出する燃料Ｆの吐出量とを、それぞれ調整可能としてもよい。なお、この第四実施形態においては、第一実施形態における第一グループＧ１と第二グループＧ２とにおける各燃料吐出孔３２の孔径の比率と同様に、第一燃料供給系統Ｆ１と第二燃料供給系統Ｆ２とによって供給される燃料Ｆの圧力比を０．９：１．１としてもよい。

したがって、上述した第四実施形態によれば、第一グループＧ１の燃料吐出孔３２と第二グループＧ２の燃料吐出孔３２との孔径を変えることなく、第一グループＧ１の燃料吐出孔３２と第二グループＧ２の燃料吐出孔３２とから吐出される燃料量を異ならせることができる。したがって、第二メインバーナー１６Ｂにおいて、容易にメインノズル２３周りの燃料濃度を不均一にすることができる。

（その他の実施形態）
第一実施形態から第四実施形態においては、それぞれ第一メインバーナー１６Ｂと第二メインバーナー１６Ｂとの配置パターンを異なるものとしたが、上述した以外の配置パターンであっても良い。第一メインバーナー１６Ｂと第二メインバーナー１６Ｂとの両方を備えていればよく、例えば、以下の表に示すケース１からケース２２までの配置パターンとしても良い。以下の表において、最も左側の列に記載された数字「１」から「２２」がケースであり、各列における最も上に記載した「１」から「８」の数字は、上述した各実施形態の周方向におけるメインバーナー１６の位置「１」から「８」に対応している。また、最も右側の列は、一つの燃料噴射器における第二メインバーナー１６Ｂの「本数」である。さらに、上記の表の各ケースにおいて、第一メインバーナー１６Ａが配置されている場合に「０」、第二メインバーナー１６Ｂが配置されている場合に「１」としている。なお、メインバーナー１６の配置パターンについては、以下の表のものに限られず、以下の表の配置パターンを、周方向に回転させた配置パターンであっても良い。

次に、上述した各実施形態の燃料噴射器を有する燃焼器の実施例について説明する。 第一メインバーナー１６Ａ及び第二メインバーナー１６Ｂが配置される配置パターンについて、シミュレーションにより上記の表に示すケース「１」からケース「２２」のそれぞれの燃焼振動の大きさを求めた。

（実施例）
ここで、ケース「１」は、第二実施形態の配置パターンをノズル中心軸Ｐ３周りに回転させた配置パターンであり、これらは実質的に同一の結果が得られた。また、ケース「６」も、第一実施形態の配置パターンをノズル中心軸Ｐ３周りに回転させた配置パターンでありこれらは実質的に同一の結果が得られた。ケース「２２」は、第三実施形態と同じ配置パターンである。ここでは、これらケース「１」、ケース「６」、ケース「２２」の三パターンを代表的な実施例として説明する。

（比較例）
上記の表にはない、燃料噴射器１４Ａ〜１４Ｃが備えるメインバーナー１６の全てが、第一メインバーナー１６Ｂの場合を比較例１、及び、メインバーナー１６の全てが第二メインバーナーの場合を比較例２とした。

（燃焼振動）
ケース「１」、ケース「６」、ケース「２２」、比較例１および比較例２について、圧力と周波数をパラメータに、燃焼振動による圧力変動のシミュレーション計算を行った。 シミュレーション結果を比較した結果、ケース「１」、「６」、「２２」において、それぞれ比較例１，２よりも燃焼振動が低減される傾向が確認された。
これらケース「１」、「６」、「２２」は、何れも、第一メインバーナー１６Ａと第二メインバーナー１６Ｂとの両方を備えている。特に、ケース「６」において、燃焼振動の低減が顕著となった。
つまり、第一メインバーナー１６Ａと第二メインバーナー１６Ｂとの両方を備える配置パターンと、燃焼振動の低減との間に相関があることが確認された。

この発明は上述した各実施形態の構成に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。
各実施形態においては、第一メインバーナー１６Ａにおける周方向の燃料濃度が実質的に均一となる場合について説明した。しかし、第一メインバーナー１６Ａにおける周方向の燃料濃度のバラつきは、第二メインバーナー１６Ｂよりも少なければよく、燃料濃度が均一な場合に限られない。

また、各実施形態においては、第二メインバーナー１６Ｂがそれぞれ燃料噴射量の異なる第一グループＧ１と第二グループＧ２とを備える場合について説明した。しかし、燃料噴射量の異なるグループは二つに限られない。三つ以上のグループを形成するようにしても良い。また、第二メインバーナー１６Ｂの備えるグループ数に応じて、噴射量の種類は、三種類以上としてもよい。

さらに、第二メインバーナー１６Ｂがノズル中心軸Ｐ３を中心とした周方向で燃料濃度が不均一な予混合気を生成する構成について説明した。しかし、第二メインバーナー１６Ｂは、第一メインバーナー１６Ａにより生成した予混合気による火炎と、異なる火炎にしつつ、燃焼器３全体の火炎のバラつきを抑えることができる構成であれば、ノズル中心軸Ｐ３を中心とした周方向で燃料濃度を不均一にする構成に限られるものでは無い。

また、各実施形態においては、燃料吐出孔２８，３２がメインスワラ２５に形成される場合について説明したが、燃料吐出孔２８，３２は、メインスワラ２５に形成されているものに限られない。例えば、メインノズル２３の外周面に、燃料吐出孔２８，３２を形成するようにしても良い。

さらに、第一グループＧ１の燃料吐出孔３２の孔径と第二グループＧ２の燃料吐出孔３２の孔径との比率や、第一グループＧ１の燃料吐出孔３２と第二グループＧ２の燃料吐出孔３２とから吐出される燃料量の比率は、上述した各実施形態の比率に限られない。

１ ガスタービン
２ 圧縮機
３ 燃焼器
４ タービン
６ 圧縮機ロータ
７ 圧縮機ケーシング
８ タービンロータ
９ タービンケーシング
１０ タービンロータ
１１ ビンケーシング
１３ 燃焼筒
１４Ａ，１４Ａａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ 燃料噴射器
１５ パイロットバーナー
１６ メインバーナー
１６Ａ，１６Ｂ メインバーナー
１７ バーナー保持筒
１８ パイロットノズル
１８ａ 噴射孔
１９ パイロットバーナー筒
２１ 本体部
２２ コーン部
２３ メインノズル
２４ インバーナー筒
２５ メインスワラ
２５ａ 圧力面
２５ｂ 負圧面
２６，２７，３０，３１ 燃料吐出部
２８，３２ 燃料吐出孔
Ａ 圧縮空気
Ａｃ 燃焼器軸線
Ａｒ 回転軸線
Ｄａ 軸線方向
Ｆ 燃料
Ｆ１ 第一燃料供給系統
Ｆ２ 第二燃料供給系統
Ｇ１ 第一グループ
Ｇ２ 第二グループ
ＧＥＮ 発電機
Ｐ３ ノズル中心軸
Ｓ１ 第一の範囲
Ｓ２ 第二の範囲

Claims (7)

1. 周方向に間隔をあけて複数配置されたメインバーナーを備え、
   前記メインバーナーは、
   混合気を生成する第一メインバーナーと、
   前記第一メインバーナーよりも燃料濃度が不均一な混合気を生成する第二メインバーナーと、を備え、
   前記第一メインバーナーと前記第二メインバーナーとは、周方向の全周に渡って非周期的な配置パターンで配置され、
   前記第二メインバーナーは、前記混合気の燃料濃度を、メインノズルを中心とした周方向で、前記第一メインバーナーよりも不均一とし、
   前記第二メインバーナーは、
   前記メインノズルを中心とした周方向の第一側に配置されて燃料を吐出する第一燃料吐出孔と、
   前記第一側とは反対側となる前記メインノズルを中心とした周方向の第二側に配置されて前記燃料を吐出する第二燃料吐出孔と、を備え、
   前記第一燃料吐出孔と前記第二燃料吐出孔とは、燃焼器軸線を中心とした径方向で内側と外側とに分かれるように配置され、
   前記第一メインバーナーと前記第二メインバーナーとが、周方向の全周に渡って非周期的な配置パターンで配置されている燃焼器。
2. 周方向に間隔をあけて複数配置されたメインバーナーを備え、
   前記メインバーナーは、
   混合気を生成する第一メインバーナーと、
   前記第一メインバーナーよりも燃料濃度が不均一な混合気を生成する第二メインバーナーと、を備え、
   前記第一メインバーナーと前記第二メインバーナーとは、周方向の全周に渡って非周期的な配置パターンで配置され、
   前記第二メインバーナーは、前記混合気の燃料濃度を、メインノズルを中心とした周方向で、前記第一メインバーナーよりも不均一とし、
   前記第二メインバーナーは、
   前記メインノズルを中心とした周方向の第一側に配置されて燃料を吐出する第一燃料吐出孔と、
   前記第一側とは反対側となる前記メインノズルを中心とした周方向の第二側に配置されて前記燃料を吐出する第二燃料吐出孔と、を備え、
   前記第一燃料吐出孔と前記第二燃料吐出孔とは、燃焼器軸線を中心とした周方向に分かれて配置され、
   前記第一メインバーナーと前記第二メインバーナーとが、周方向の全周に渡って非周期的な配置パターンで配置されている燃焼器。
3. 周方向に間隔をあけて複数配置されたメインバーナーを備え、
   前記メインバーナーは、
   混合気を生成する第一メインバーナーと、
   前記第一メインバーナーよりも燃料濃度が不均一な混合気を生成する複数の第二メインバーナーと、を備え、
   前記第一メインバーナーと前記第二メインバーナーとは、周方向の全周に渡って非周期的な配置パターンで配置され、
   前記第二メインバーナーは、前記混合気の燃料濃度を、メインノズルを中心とした周方向で、前記第一メインバーナーよりも不均一とし、
   前記第二メインバーナーは、
   前記メインノズルを中心とした周方向の第一側に配置されて燃料を吐出する第一燃料吐出孔と、
   前記第一側とは反対側となる前記メインノズルを中心とした周方向の第二側に配置されて前記燃料を吐出する第二燃料吐出孔と、を備え、
   前記第一燃料吐出孔と前記第二燃料吐出孔とは、燃焼器軸線を中心とした径方向で内側と外側とに分かれるように配置され、
   前記メインバーナーは、複数の前記第二メインバーナーとして、
   前記第一燃料吐出孔が燃焼器軸線を中心とした径方向の内側に配置された第二メインバーナーと、
   前記第一燃料吐出孔が燃焼器軸線を中心とした径方向の外側に配置された第二メインバーナーと、の両方を含み、
   前記第一メインバーナーと前記第二メインバーナーとが、周方向の全周に渡って非周期的な配置パターンで配置されている燃焼器。
4. 周方向に間隔をあけて複数配置されたメインバーナーを備え、
   前記メインバーナーは、
   混合気を生成する第一メインバーナーと、
   前記第一メインバーナーよりも燃料濃度が不均一な混合気を生成する複数の第二メインバーナーと、を備え、
   前記第一メインバーナーと前記第二メインバーナーとは、周方向の全周に渡って非周期的な配置パターンで配置され、
   前記第二メインバーナーは、前記混合気の燃料濃度を、メインノズルを中心とした周方向で、前記第一メインバーナーよりも不均一とし、
   前記メインバーナーは、複数の前記第二メインバーナーとして、
   前記メインノズルを中心とした径方向の第一側に配置されて燃料を吐出する第一燃料吐出孔と、前記メインノズルを中心とした径方向の第一側とは反対側となる前記メインノズルを中心とした径方向の第二側に配置されて前記燃料を吐出する第二燃料吐出孔と、を有する第二メインバーナーと、
   前記メインノズルを中心とした周方向の第一側に配置されて燃料を吐出する第一燃料吐出孔と、前記メインノズルを中心とした周方向の第一側とは反対側となる前記メインノズルを中心とした周方向の第二側に配置されて前記燃料を吐出する第二燃料吐出孔と、を有する第二メインバーナーと、を含み、
   前記第一メインバーナーと前記第二メインバーナーとが、周方向の全周に渡って非周期的な配置パターンで配置されている燃焼器。
5. 前記第二燃料吐出孔は、前記第一燃料吐出孔よりも大きい孔径を有する請求項１から４の何れか一項に記載の燃焼器。
6. 前記第一燃料吐出孔に前記燃料を供給する第一燃料供給系統と、
   前記第一燃料供給系統とは異なる圧力で前記第二燃料吐出孔に前記燃料を供給する第二燃料供給系統と、を備える請求項１から５の何れか一項に記載の燃焼器。
7. 請求項１から６の何れか一項に記載の燃焼器を備えるガスタービン。

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