JP3224436U - 燃焼器の燃料ノズル及び燃焼器並びにガスタービン - Google Patents

Abstract

【課題】燃料ノズルの振動と燃焼振動との共振を抑制可能な燃焼器の燃料ノズル及び燃焼器並びにガスタービンを提供する。【解決手段】燃焼器の燃料ノズル３０は、軸方向に沿って延びる内筒３２と、内筒の径方向外側において軸方向に沿って延び、内筒とともに環状流路を形成する外筒３４と、軸方向における内筒の下流端３２ｂ及び外筒の下流端３４ｂよりも上流側において径方向に沿って延び、一端側において内筒に接続され他端側において外筒に接続されるストラット３６と、を備え、ストラットは、内筒の内側空間と外筒の外側空間とを連通させる連通孔３７を有し、連通孔の下流端の位置でのストラットの軸方向肉厚は、連通孔の上流端の位置でのストラットの軸方向肉厚よりも大きい。【選択図】図３

Description

本開示は、燃焼器の燃料ノズル及び燃焼器並びにガスタービンに関する。

ガスタービンの燃焼器では、燃料ノズルによって噴射した燃料を燃焼させて、タービンの作動流体となる高温の燃焼ガスを発生させる。特に、大流量の燃料を供給するタイプのガスタービンでは、燃料ノズルの中心軸を囲むように形成された比較的大きな環状流路に燃料や空気などの流体を流すように構成された燃料ノズルが用いられることがある。

例えば、特許文献１には、同心に設けられた筒状の周辺壁（外筒）と燃料ガスアニュラス（内筒）とによって、環状の空気通路が形成されたプレミキサ（燃料ノズル）が開示されている。燃料ガスアニュラス（内筒）は、周辺壁（外筒）から径方向内向きに延びる複数のストラットにより支持されている。

特開２０１０−１９７０３９号公報

ところで、ガスタービンの燃焼器においては、燃焼の燃焼に伴い燃焼振動が生じることがある。そして、燃焼振動の周波数と燃料ノズルの固有振動数が重なると共振が生じ、燃料ノズルに損傷が生じる場合がある。
例えば、特許文献１に記載されるような、環状流路を形成する内筒及び外筒を、径方向に延びるストラットで支持する燃料ノズルでは、内筒及び外筒は、ストラットにより支持される固定端を有する片持ち梁構造になっており、径方向にて内筒先端と外筒先端とが近接離間を繰り返すような振動モードが存在する。したがって、このような振動モードの固有振動数と燃焼振動周波数とが重なると共振が生じ、内筒及び外筒とストラットとの接続部にクラック等の損傷が生じやすくなる。
そこで、燃料ノズルにおいて燃焼振動との共振を抑制することが望まれる。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、燃料ノズルの振動と燃焼振動との共振を抑制可能な燃焼器の燃料ノズル及び燃焼器並びにガスタービンを提供することを目的とする。

本発明の少なくとも一実施形態に係る燃焼器の燃料ノズルは、
軸方向に沿って延びる内筒と、
前記内筒の径方向外側において前記軸方向に沿って延び、前記内筒とともに環状流路を形成する外筒と、
前記軸方向における前記内筒の下流端及び前記外筒の下流端よりも上流側の位置において径方向に沿って延び、一端側において前記内筒に接続されるとともに他端側において前記外筒に接続されるストラットと、
を備え、
前記ストラットは、前記内筒の内側空間と前記外筒の外側空間とを連通させる連通孔を有し、
前記軸方向における前記連通孔の下流端の位置での前記ストラットの軸方向肉厚である下流端肉厚は、前記軸方向における前記連通孔の上流端の位置における前記ストラットの軸方向肉厚である上流端肉厚よりも大きい。

また、本発明の少なくとも一実施形態に係る燃焼器は、
上述の燃料ノズルと、
前記燃料ノズルの下流側に設けられ、前記燃料ノズルから噴出される燃料が燃焼される燃焼筒と、
を備える。

また、本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービンは、
上述の燃焼器と、
前記燃焼器で生成した燃料の燃焼ガスにより駆動されるように構成されたタービンと、
を備える。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、燃料ノズルの振動と燃焼振動との共振を抑制可能な燃焼器の燃料ノズル及び燃焼器並びにガスタービンが提供される。

一実施形態に係るガスタービンの概略構成図である。 一実施形態に係る燃焼器及びタービンの入口部分を示す概略図である。 一実施形態に係る燃料ノズルの概略断面図である。 一実施形態に係る燃料ノズルの概略的な拡大断面図である。 一実施形態に係る燃料ノズルの概略的な拡大断面図である。 一実施形態に係るストラットの断面図（図４のＡ−Ａ断面図）である。 図４のＢ−Ｂ断面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

（ガスタービンの構成）
まず、幾つかの実施形態に係るタービン翼が適用されるガスタービンについて説明する。
図１は、一実施形態に係るタービン翼が適用され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、圧縮空気を生成するための圧縮機２と、圧縮空気及び燃料を用いて燃焼ガスを発生させるための燃焼器４と、燃焼ガスによって回転駆動されるように構成されたタービン６と、を備える。発電用のガスタービン１の場合、タービン６には不図示の発電機が連結される。

圧縮機２は、圧縮機車室１０側に固定された複数の静翼１６と、静翼１６に対して交互に配列されるようにロータ８に植設された複数の動翼１８と、を含む。圧縮機２には、空気取入口１２から取り込まれた空気が送られるようになっており、この空気は、複数の静翼１６及び複数の動翼１８を通過して圧縮されることで高温高圧の圧縮空気となる。

燃焼器４には、燃料と、圧縮機２で生成された圧縮空気とが供給されるようになっており、該燃焼器４において燃料と圧縮空気が混合され、燃焼され、タービン６の作動流体である燃焼ガスが生成される。図１に示すように、ケーシング２０内にロータ８を中心として周方向に沿って複数の燃焼器４が配置されていてもよい。

タービン６は、タービン車室２２内に形成される燃焼ガス流路２８を有し、該燃焼ガス流路２８に設けられる複数の静翼２４及び動翼２６を含む。静翼２４はタービン車室２２側に固定されており、ロータ８の周方向に沿って配列される複数の静翼２４が静翼列を構成している。また、動翼２６はロータ８に植設されており、ロータ８の周方向に沿って配列される複数の動翼２６が動翼列を構成している。静翼列と動翼列とは、ロータ８の軸方向において交互に配列されている。

タービン６では、燃焼ガス流路２８に流れ込んだ燃焼器４からの燃焼ガスが複数の静翼２４及び複数の動翼２６を通過することでロータ８が回転駆動され、これにより、ロータ８に連結された発電機が駆動されて電力が生成‘されるようになっている。タービン６を駆動した後の燃焼ガスは、排気室２９を介して外部へ排出される。

（燃焼器の構成）
次に、幾つかの実施形態に係る燃焼器４について説明する。図２は、一実施形態に係るガスタービン１の燃焼器４及びタービン６の入口部分を示す概略図である。図３は、一実施形態に係る燃焼器４を構成する燃料ノズル３０の概略断面図である。

図２に示すように、ロータ８を中心として周方向に複数配置される燃焼器４（図１参照）の各々は、ケーシング２０により画定される燃焼器車室６２に設けられた燃焼筒６６と、燃焼筒６６内に配置される燃料ノズル３０と、を含む。

図２及び図３に示すように、燃料ノズル３０は、軸方向（燃料ノズル３０の中心軸Ｏの方向；図３参照）に沿って延びる内筒３２と、内筒３２の径方向外側にて軸方向に沿って延びる外筒３４と、内筒３２と外筒３４との間において径方向に沿って延びるストラット３６と、を含む。幾つかの実施形態では、燃料ノズル３０は、周方向に間隔を空けて設けられた複数のストラット３６を含む。

燃料ノズル３０の外筒３４は燃焼器４のケーシング２０に支持されており、内筒３２は、ストラット３６を介して外筒３４に支持されている。内筒３２の外周面３２ａと、外筒３４の内周面３４ａとによって、軸方向に沿って延びる環状流路４０が形成される。燃料ノズル３０の環状流路４０には、燃料供給管３１から燃料が供給されるようになっている。燃料供給管３１から燃料ノズル３０に供給された燃料は、環状流路４０を流れ、環状流路４０の下流端４０ａを介して、燃焼筒６６により形成された燃焼室６５内に噴射される。

圧縮機２（図１参照）で生成された圧縮空気は、車室入口６１を介して燃焼器車室６２内に供給され、燃焼筒６６に設けられた空気導入孔６７，６８を介して燃焼筒６６の内部に導入され、燃焼室６５に流入するようになっている。燃焼室６５では、燃料ノズル３０から噴射される燃料と上述のようにして流入した空気との燃焼反応により、燃焼ガスが発生するようになっている。このようにして燃焼器４において燃料の燃焼により発生した燃焼ガスは、燃焼筒６６の下流端部に位置する燃焼器４の出口部６９を介して、タービン６に流入する。

また、燃焼筒６６の内部に導入された空気の一部は、ストラット３６に設けられた連通孔３７を介して、内筒３２の内側空間３３（図３参照）に導入され、燃料ノズル３０の冷却に用いられるようになっている。

（燃料ノズルの構成）
以下、幾つかの実施形態に係る燃料ノズル３０についてより詳細に説明する。
図４及び図５は、それぞれ、一実施形態に係る燃料ノズル３０の概略的な拡大断面図である。図６は一実施形態に係るストラットの断面図（図４のＡ−Ａ断面図）であり、図７は図４のＢ−Ｂ断面図である。なお、図６及び図７は、周方向及び軸方向を含む断面図である。

前述したように、燃料ノズル３０は、軸方向に沿って延びる内筒３２と、軸方向に沿って延び、内筒３２とともに環状流路を形成する外筒３４と、内筒３２を支持するためのストラット３６と、を備えている。燃料ノズル３０は、周方向に間隔を空けて設けられた複数のストラット３６を備えていてもよい。

図３〜図５に示すように、幾つかの実施形態では、ストラット３６は、軸方向における内筒３２の下流端３２ｂ及び外筒３４の下流端３４ｂよりも上流側の位置において径方向に沿って延び、内側端３６ａ側（一端側）において内筒３２に接続されるとともに、外側端３６ｂ側（他端側）において外筒３４に接続されている。また、ストラット３６は、内筒３２の内側空間３３と外筒３４の外側空間３５（燃焼器車室６２）とを連通させる連通孔３７を有している。図６に示すように、連通孔３７は、軸方向における上流端３７ａ及び下流端３７ｂを有する。なお、ストラット３６及び／又は連通孔３７は、軸方向及び周方向を含む断面内にて、軸方向に沿った中心線に関して対称な形状を有していてもよい。

幾つかの実施形態では、例えば図４に示すように、ストラット３６は内筒３２及び外筒３４とは別の独立した部材として形成されていてもよい。図４に示す例示的な実施形態では、ストラット３６は、内側端３６ａ側にて溶接部５４を介して内筒３２に接続されるとともに、外側端３６ｂ側にて溶接部５６を介して外筒３４に接続されている。

幾つかの実施形態では、例えば図５に示すように、ストラット３６は内筒３２又は外筒３４と一体的な部材として形成されていてもよく、あるいは、ストラット３６、内筒３２及び外筒３４が一体的な部材として形成されていてもよい。図５に示す例示的な実施形態では、ストラット３６と内筒３２とが１つの部材として形成されており、外側端３６ｂ側にて溶接部５６を介して外筒３４に接続されている。

また、燃料ノズル３０は、環状流路４０内において、ストラット３６よりも軸方向にて下流側に位置し、内筒３２と外筒３４との間を延びるように設けられた複数のスワラベーン３８をさらに備えている。複数のスワラベーン３８は、周方向に間隔を空けて配置されており、環状流路４０を流れる燃料流れに対して旋回を与えるように構成されている。図７に示すように、スワラベーン３８は、軸方向における上流端３８ａ及び下流端３８ｂを有し、上流端３８ａと下流端３８ｂとが、周方向においてずれて位置するように設けられていてもよい。

図３〜図５に示す例示的な実施形態では、スワラベーン３８は、外筒３４の内周面３４ａに溶接等で固定されている。また、径方向においてストラット３６と内筒３２の外周面３２ａとの間には隙間３９が形成されており、内筒３２及び外筒３４の熱伸びを許容するようになっている。

外筒３４は、上流端側にてケーシング２０に取り付けられている。外筒３４の下流端３４ｂは固定されておらず、自由端となっている。内筒３２は、ストラット３６を介して外筒３４に支持されている。内筒３２の下流端３２ｂは固定されておらず、自由端となっている。すなわち、内筒３２及び外筒３４の下流側部分は、ストラット３６との接続部においてはストラット３６により動きを拘束されるとともに、下流端は固定されていない、片持ち梁構造となっている。

内筒３２の上流側にはキャップ部４６が設けられており、内筒３２の上流側にて内側空間３３が閉じられている。また、燃料ノズル３０の先端部には、内側空間３３からの空気の抜け出しを規制するためのカバー部４２が設けられている。カバー部４２は、軸方向に沿って延びるシャフト４４を介して、キャップ部４６及び内筒３２に支持されている。ストラット３６に設けられた連通孔３７を介して燃焼器車室６２（即ち外側空間３５）から内側空間３３に導入された空気は、燃料ノズル３０の先端部の冷却に用いられる。内側空間３３内の空気は、燃料ノズル３０の先端部のカバー部４２に設けられた排出孔４３や、内筒３２とカバー部４２の間に形成される隙間４５を介して、燃焼室６５に放出される。

幾つかの実施形態では、少なくとも一部の径方向位置範囲内にて、軸方向における連通孔３７の下流端３７ｂの位置でのストラット３６の軸方向肉厚である下流端肉厚ｔｄ（図４及び図６参照）は、軸方向における連通孔３７の上流端３７ａの位置におけるストラット３６の軸方向肉厚である上流端肉厚ｔｕ（図４及び図６参照）よりも大きい。
あるいは、幾つかの実施形態では、ストラット３６の下流端肉厚ｔｄの径方向における平均値は、ストラット３６の上流端肉厚ｔｕの径方向における平均値よりも大きい。

なお、以下において、ストラット３６の下流端肉厚ｔｄを、ストラット３６の下流端肉厚ｔｄの径方向における平均値と読み替えてもよく、ストラット３６の上流端肉厚ｔｕを、ストラット３６の上流端肉厚ｔｕの径方向における平均値と読み替えてもよい。

環状流路４０を形成する内筒３２及び外筒３４を、径方向に延びるストラット３６で支持する燃料ノズル３０では、上述したように、内筒３２及び外筒３４は、ストラット３６により支持される固定端を有する片持ち梁構造になっており、径方向にて内筒３２の先端（下流端３２ｂ）と外筒３４の先端（下流端３４ｂ）とが近接離間を繰り返すような振動モードが存在する。したがって、このような振動モードの燃料ノズル３０の固有振動数と燃焼振動周波数とが重なると共振が生じ、内筒３２及び外筒３４とストラット３６との接続部にクラック等の損傷が生じやすくなる。

この点、上述の実施形態によれば、径方向に沿って延びるとともに内筒３２及び外筒３４に接続されるストラット３６の下流端肉厚ｔｄを上流端肉厚ｔｕよりも大きくしたので、下流端肉厚ｔｄが上流端肉厚ｔｕと同等の場合に比べ、燃料ノズル３０の剛性を高くして、燃料ノズル３０の固有振動数を高くすることができる。よって、ストラット３６の下流端肉厚ｔｄを適切に設定することにより、燃料ノズル３０の固有振動数が燃焼振動周波数からずれた値となるように調整することができる。したがって、燃料ノズル３０の固有振動と燃焼振動との共振を抑制することができ、これにより、燃料ノズル３０に生じ得る損傷（クラック等）を抑制することができる。

幾つかの実施形態では、少なくとも一部の径方向位置範囲内にて、ストラット３６の下流端肉厚ｔｄは、ストラット３６の上流端肉厚ｔｕの２倍以上かつ１２倍以下である。

ストラット３６の下流端肉厚ｔｄが上流端肉厚ｔｕの２倍以上であることにより、下流端肉厚ｔｄと上流端肉厚ｔｕが同等である場合に比べて下流端肉厚ｔｄを十分に大きくできるので、燃料ノズル３０の剛性を十分に高めて、燃料ノズル３０の固有振動数を効果的に調整することができる。また、下流端肉厚ｔｄが上流端肉厚ｔｕの１２倍以下であることにより、上流端肉厚ｔｕに比べて下流端肉厚ｔｄが過度に大きくないので、例えば、環状流路４０においてストラット３６よりも下流側に配置される部材（例えばスワラベーン３８）とストラット３６の干渉を回避しながら、燃料ノズル３０の固有振動数を調整することができる。

幾つかの実施形態では、ストラット３６の下流端肉厚ｔｄと、外筒３４とストラット３６との接続部での軸方向におけるストラット３６の下流端３６ｃと軸方向における外筒３４の下流端３４ｂとの間の軸方向における長さｄ１（図４参照）との比ｔｄ／ｄ１は、０．１以上である。あるいは、幾つかの実施形態では、上記比ｔｄ／ｄ１は、０．２以上である。ここで、上述の長さｄ１は、外筒３４のうち、ストラット３６によって一端が固定され、他端（即ち外筒３４の下流端３４ｂ）が自由端である片持ち梁の長さである。

上述の実施形態によれば、上述の比ｔｄ／ｄ１を０．１以上としたので、外筒３４の下流端３４ｂを含む上述の片持ち梁の一端を拘束して支持するストラット３６の下流端部の肉厚（即ち下流端肉厚ｔｄ）を、上述の片持ち梁の長さｄ１に対して十分大きくすることができる。よって、燃料ノズル３０の剛性を十分に高めて、燃料ノズル３０の固有振動数を効果的に調整することができる。

幾つかの実施形態では、上記比ｔｄ／ｄ１は、１．５以下、又は、１．０以下であってもよい。

幾つかの実施形態では、ストラット３６の下流端肉厚ｔｄと、環状流路４０の径方向における幅ｄ２（図４参照）との比ｔｄ／ｄ２は、０．５以上である。あるいは、幾つかの実施形態では、上記比ｔｄ／ｄ２は、１．０以上であってもよい。ここで、上述の幅ｄ２は、ストラット３６の径方向における両端に接続される内筒３２と外筒３４との間の径方向の距離である。

上述の実施形態によれば、上述の比ｔｄ／ｄ２を０．５以上としたので、外筒３４及び内筒３２を片持ち支持するストラット３６の下流端部の軸方向の肉厚（即ち下流端肉厚ｔｄ）を、上述の幅ｄ２に対して十分大きくすることができる。よって、燃料ノズル３０の剛性を十分に高めて、燃料ノズル３０の固有振動数を効果的に調整することができる。

幾つかの実施形態では、上記比ｔｄ／ｄ２は、２．０以下、又は、２．５以下であってもよい。

幾つかの実施形態では、例えば図６に示すように、径方向から視たとき、ストラット３６に設けられた連通孔３７は、軸方向に沿って延びる長孔である。長孔である連通孔３７の軸方向の長さｄ４（図６参照）と、連通孔３７の長手方向（図６に示す実施形態では軸方向）に直交する方向の幅ｄ５（図６参照）との比ｄ４／ｄ５は、２．０以上であってもよい。また、上述の比ｄ４／ｄ５は、１０以下であってもよい。

上述の実施形態によれば、連通孔３７を、軸方向に沿って延びる長孔として形成するようにしたので、ストラット３６あるいは連通孔３７の加工が比較的容易である。

幾つかの実施形態では、例えば図６に示すように、ストラット３６は、連通孔３７の下流端３７ｂよりも下流側の軸方向位置範囲内において、軸方向の下流側に向かうに従い周方向幅が小さくなるテーパ部５８を有する。図６に示すように、テーパ部５８は、軸方向に対して傾斜して延びる直線形状の平坦部５９を有していてもよい。

上述の実施形態によれば、ストラット３６の下流側部分に、軸方向の下流側に向かうにしたがい周方向幅が小さくなるテーパ部５８を設けたので、テーパ部５８を設けない場合（例えば、ストラット３６の周方向幅が下流端まで一定である場合）に比べて、環状流路４０を流れる流体（燃料）のストラット下流側部分における剥離を抑制することができる。よって、燃料ノズル３０の周方向における流束分布が良好となり、燃料ノズル３０によって噴射される燃料の燃焼安定性の低下を抑制することができる。

幾つかの実施形態では、軸方向及び周方向を含む断面内にて（図７参照）、ストラット３６の下流端３６ｃを通る軸方向の直線Ｌ１と、スワラベーン３８の上流端３８ａを通る軸方向の直線Ｌ２との周方向における距離ｄ３と、周方向におけるストラットの幅ｗ１との比ｄ３／ｗ１は、０以上１／４以下である。

上述の実施形態によれば、上述の比ｄ３／ｗ１を０以上１／４以下としたので、ストラット３６の下流端３６ｃの位置と、スワラベーン３８の上流端３８ａの位置とが、周方向において大きくずれていない。よって、環状流路４０内を流れてストラット３６を通過した流体（燃料）を、周方向に隣り合うスワラベーン３８間に円滑に流入させることができる。これにより、燃料ノズル３０の周方向における流束分布が良好となり、燃料ノズル３０によって噴射される燃料の燃焼安定性の低下を抑制することができる。

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る燃焼器の燃料ノズル（３０）は、
軸方向に沿って延びる内筒（３２）と、
前記内筒の径方向外側において前記軸方向に沿って延び、前記内筒とともに環状流路（４０）を形成する外筒（３４）と、
前記軸方向における前記内筒の下流端（３２ｂ）及び前記外筒の下流端（３４ｂ）よりも上流側の位置において径方向に沿って延び、一端側において前記内筒に接続されるとともに他端側において前記外筒に接続されるストラット（３６）と、
を備え、
前記ストラットは、前記内筒の内側空間（３３）と前記外筒の外側空間（３５）とを連通させる連通孔（３７）を有し、
前記軸方向における前記連通孔の下流端（３７ｂ）の位置での前記ストラットの軸方向肉厚である下流端肉厚（ｔｄ）は、前記軸方向における前記連通孔の上流端（３７ａ）の位置における前記ストラットの軸方向肉厚である上流端肉厚（ｔｕ）よりも大きい。

上記（１）の構成によれば、径方向に沿って延びるとともに内筒及び外筒に接続されるストラットの下流端肉厚を上流端肉厚よりも大きくしたので、下流端肉厚が上流端肉厚と同等の場合に比べ、燃料ノズルの剛性を高くして、燃料ノズルの固有振動数を高くすることができる。よって、ストラットの下流端肉厚を適切に設定することにより、燃料ノズルの固有振動数が燃焼振動周波数からずれた値となるように調整することができる。したがって、燃料ノズルの固有振動と燃焼振動との共振を抑制することができ、これにより、燃料ノズルに生じ得る損傷（クラック等）を抑制することができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記下流端肉厚（ｔｄ）は、前記上流端肉厚（ｔｕ）の２倍以上かつ１２倍以下である。

上記（２）の構成によれば、下流端肉厚が上流端肉厚の２倍以上であり、下流端肉厚と上流端肉厚が同等である場合に比べて下流端肉厚を十分に大きくできるので、燃料ノズルの剛性を十分に高めて、燃料ノズルの固有振動数を効果的に調整することができる。また、下流端肉厚が上流端肉厚の１２倍以下であり、上流端肉厚に比べて下流端肉厚が過度に大きくないので、例えば、環状流路においてストラットよりも下流側に配置される部材（例えばスワラベーン）とストラットの干渉を回避しながら、燃料ノズルの固有振動数を調整することができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
前記下流端肉厚ｔｄと、前記外筒と前記ストラットとの接続部での前記軸方向における前記ストラットの下流端（３６ｃ）と前記軸方向における前記外筒の下流端（３４ｂ）との間の前記軸方向における長さｄ１との比ｔｄ／ｄ１は、０．１以上である。

上述の長さｄ１は、外筒のうち、ストラットによって一端が固定され、他端（即ち外筒の下流端）が自由端である片持ち梁の長さである。上記（３）の構成によれば、上述の比ｔｄ／ｄ１を０．１以上としたので、外筒の下流端を含む上述の片持ち梁の一端を拘束して支持するストラットの下流端部の下流端肉厚ｔｄを、上述の片持ち梁の長さｄ１に対して十分大きくすることができる。よって、燃料ノズルの剛性を十分に高めて、燃料ノズルの固有振動数を効果的に調整することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの構成において、
前記下流端肉厚ｔｄと、前記環状流路（４０）の前記径方向における幅ｄ２との比ｔｄ／ｄ２は、０．５以上である。

上述の幅ｄ２は、ストラットの径方向における両端に接続され、ストラットによって支持される内筒と外筒との間の径方向の距離である。上記（４）の構成によれば、上述の比ｔｄ／ｄ２を０．５以上としたので、外筒及び内筒を片持ち支持するストラットの下流端部の下流端肉厚ｔｄ（軸方向の肉厚）を、上述の幅ｄ２に対して十分大きくすることができる。よって、燃料ノズルの剛性を十分に高めて、燃料ノズルの固有振動数を効果的に調整することができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかの構成において、
前記ストラットは、前記連通孔（３７）の前記下流端（３７ｂ）よりも下流側の軸方向位置範囲において、前記軸方向の下流側に向かうに従い周方向幅が小さくなるテーパ部（５８）を有する。

上記（５）の構成によれば、ストラットの下流側部分に、軸方向の下流側に向かうにしたがい周方向幅が小さくなるテーパ部を設けたので、テーパ部を設けない場合に比べて、環状流路を流れる流体（燃料）のストラット下流側部分における剥離を抑制することができる。よって、燃料ノズルの周方向における流束分布が良好となり、燃料ノズルによって噴射される燃料の燃焼安定性の低下を抑制することができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れかの構成において、
前記径方向から視たとき、前記連通孔（３７）は、前記軸方向に沿って延びる長孔である。

上記（６）の構成によれば、連通孔を、軸方向に沿って延びる長孔として形成することができるので、ストラットの加工が比較的容易である。

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の何れかの構成において、
前記燃料ノズルは、
前記ストラットよりも前記軸方向にて下流側に位置し、前記環状流路内において前記内筒と前記外筒との間を延びるように設けられたスワラベーン（３８）をさらに備え、
前記軸方向及び周方向を含む断面内にて、前記ストラットの下流端（３６ｃ）を通る前記軸方向の直線（Ｌ１）と、前記スワラベーンの上流端（３８ａ）を通る前記軸方向の直線（Ｌ２）との前記周方向における距離ｄ３と、前記周方向における前記ストラットの幅ｗ１との比ｄ３／ｗ１は、０以上１／４以下である。

上記（７）の構成によれば、上記比ｄ３／ｗ１を０以上１／４以下としたので、ストラットの下流端の位置と、スワラベーンの上流端の位置とが、周方向において大きくずれていない。よって、環状流路内を流れてストラットを通過した流体（燃料）を、周方向に隣り合うスワラベーン間に円滑に流入させることができる。これにより、燃料ノズルの周方向における流束分布が良好となり、燃料ノズルによって噴射される燃料の燃焼安定性の低下を抑制することができる。

（８）本発明の少なくとも一実施形態に係る燃焼器（４）は、
上記（１）乃至（７）の何れか一項に記載の燃料ノズル（３０）と、
前記燃料ノズルの下流側に設けられ、前記燃料ノズルから噴出される燃料が燃焼される燃焼筒（６６）と、
を備える。

上記（８）の構成によれば、径方向に沿って延びるとともに内筒及び外筒に接続されるストラットの下流端肉厚を上流端肉厚よりも大きくしたので、下流端肉厚が上流端肉厚と同等の場合に比べ、燃料ノズルの剛性を高くして、燃料ノズルの固有振動数を高くすることができる。よって、ストラットの下流端肉厚を適切に設定することにより、燃料ノズルの固有振動数が燃焼振動周波数からずれた値となるように調整することができる。したがって、燃料ノズルの固有振動と燃焼振動との共振を抑制することができ、これにより、燃料ノズルに生じ得る損傷（クラック等）を抑制することができる。

（９）本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービン（１）は、
上記（８）に記載の燃焼器（４）と、
前記燃焼器で生成した燃料の燃焼ガスにより駆動されるように構成されたタービン（６）と、
を備える。

上記（９）の構成によれば、径方向に沿って延びるとともに内筒及び外筒に接続されるストラットの下流端肉厚を上流端肉厚よりも大きくしたので、下流端肉厚が上流端肉厚と同等の場合に比べ、燃料ノズルの剛性を高くして、燃料ノズルの固有振動数を高くすることができる。よって、ストラットの下流端肉厚を適切に設定することにより、燃料ノズルの固有振動数が燃焼振動周波数からずれた値となるように調整することができる。したがって、燃料ノズルの固有振動と燃焼振動との共振を抑制することができ、これにより、燃料ノズルに生じ得る損傷（クラック等）を抑制することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

１ ガスタービン
２ 圧縮機
４ 燃焼器
６ タービン
８ ロータ
１０ 圧縮機車室
１２ 空気取入口
１６ 静翼
１８ 動翼
２０ ケーシング
２２ タービン車室
２４ 静翼
２６ 動翼
２８ 燃焼ガス流路
２９ 排気室
３０ 燃料ノズル
３１ 燃料供給管
３２ 内筒
３２ａ 外周面
３２ｂ 下流端
３３ 内側空間
３４ 外筒
３４ａ 内周面
３４ｂ 下流端
３５ 外側空間
３６ ストラット
３６ａ 内側端
３６ｂ 外側端
３６ｃ 下流端
３７ 連通孔
３７ａ 上流端
３７ｂ 下流端
３８ スワラベーン
３８ａ 上流端
３８ｂ 下流端
３９ 隙間
４０ 環状流路
４０ａ 下流端
４２ カバー部
４３ 排出孔
４４ シャフト
４５ 隙間
４６ キャップ部
５４ 溶接部
５６ 溶接部
５８ テーパ部
５９ 平坦部
６１ 車室入口
６２ 燃焼器車室
６５ 燃焼室
６６ 燃焼筒
６７ 空気導入孔
６８ 空気導入孔
６９ 出口部
Ｏ 中心軸

Claims (9)

1. 軸方向に沿って延びる内筒と、
   前記内筒の径方向外側において前記軸方向に沿って延び、前記内筒とともに環状流路を形成する外筒と、
   前記軸方向における前記内筒の下流端及び前記外筒の下流端よりも上流側の位置において径方向に沿って延び、一端側において前記内筒に接続されるとともに他端側において前記外筒に接続されるストラットと、
   を備え、
   前記ストラットは、前記内筒の内側空間と前記外筒の外側空間とを連通させる連通孔を有し、
   前記軸方向における前記連通孔の下流端の位置での前記ストラットの軸方向肉厚である下流端肉厚は、前記軸方向における前記連通孔の上流端の位置における前記ストラットの軸方向肉厚である上流端肉厚よりも大きい
   燃焼器の燃料ノズル。
2. 前記下流端肉厚は、前記上流端肉厚の２倍以上かつ１２倍以下である
   請求項１に記載の燃焼器の燃料ノズル。
3. 前記下流端肉厚ｔｄと、前記外筒と前記ストラットとの接続部での前記軸方向における前記ストラットの下流端と前記軸方向における前記外筒の下流端との間の前記軸方向における長さｄ１との比ｔｄ／ｄ１は、０．１以上である
   請求項１又は２に記載の燃焼器の燃料ノズル。
4. 前記下流端肉厚ｔｄと、前記環状流路の前記径方向における幅ｄ２との比ｔｄ／ｄ２は、０．５以上である
   請求項１乃至３の何れか一項に記載の燃焼器の燃料ノズル。
5. 前記ストラットは、前記連通孔の前記下流端よりも下流側の軸方向位置範囲において、前記軸方向の下流側に向かうに従い周方向幅が小さくなるテーパ部を有する
   請求項１乃至４の何れか一項に記載の燃焼器の燃料ノズル。
6. 前記径方向から視たとき、前記連通孔は、前記軸方向に沿って延びる長孔である
   請求項１乃至５の何れか一項に記載の燃焼器の燃料ノズル。
7. 前記ストラットよりも前記軸方向にて下流側に位置し、前記環状流路内において前記内筒と前記外筒との間を延びるように設けられたスワラベーンをさらに備え、
   前記軸方向及び周方向を含む断面内にて、前記ストラットの下流端を通る前記軸方向の直線と、前記スワラベーンの上流端を通る前記軸方向の直線との前記周方向における距離ｄ３と、前記周方向における前記ストラットの幅ｗ１との比ｄ３／ｗ１は、０以上１／４以下である
   請求項１乃至６の何れか一項に記載の燃焼器の燃料ノズル。
8. 請求項１乃至７の何れか一項に記載の燃料ノズルと、
   前記燃料ノズルの下流側に設けられ、前記燃料ノズルから噴出される燃料が燃焼される燃焼筒と、
   を備える燃焼器。
9. 請求項８に記載の燃焼器と、
   前記燃焼器で生成した燃料の燃焼ガスにより駆動されるように構成されたタービンと、
   を備えるガスタービン。

Images