JP3999644B2 - ガスタービン燃焼器、及びこれを備えたガスタービン - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービン燃焼器（以下「燃焼器」と記すことがある）、及びこれを備えたガスタービンに関し、特に、低ＮＯｘ（窒素酸化物）化を実現すべく燃焼振動を低減するガスタービン燃焼器、及びガスタービンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりガスタービンは、空気圧縮機（以下「圧縮機」と記すことがある）、燃焼器、及びタービンを主な構成要素とし、互いに主軸で直結された圧縮機とタービンの間に燃焼器が配設されてなり、作動流体となる空気が主軸の回転により圧縮機に吸入されて圧縮され、その圧縮空気が燃焼器に導入されて燃料とともに燃焼し、その高温高圧の燃焼ガスがタービンに吐出されてタービンとともに主軸を回転駆動させる。このようなガスタービンは、主軸の前端に発電機等を接続することでその駆動源として活用され、また、タービンの前方に燃焼ガス噴射用の排気口を配設することでジェットエンジンとして活用される。
【０００３】
ところで、近年、法規制の根幹の１つをなす環境問題に対し、ガスタービンから排出される排気ガス中の特にＮＯｘの低減化が強く望まれてきている。そのため、ＮＯｘを実際に生成する燃焼器には、特にＮＯｘの生成を抑える技術が要求され、これを達成すべく燃焼器に採用される燃焼方式として、燃料と圧縮空気を予め混合させた後に燃焼させるという予混合燃焼方式が主流となっている。この予混合燃焼方式では、燃料が圧縮空気中に均一かつ希薄の状態で分散することから、燃焼火炎温度の局部的な上昇を防止でき、これにより、燃焼火炎温度の上昇に伴って増加するＮＯｘの生成量を低減することが可能となるわけである。
【０００４】
ここで、予混合燃焼方式の燃焼器を適用した従来より一般的なガスタービンについて、図１２を参照しながら説明する。このガスタービン１は、大きくは、圧縮機２、ガスタービン燃焼器３、及びタービン４から構成されている。燃焼器３は、圧縮機２とタービン４の間に形成された空洞を有する車室５に取り付けられており、燃焼領域を有する内筒６、この内筒６の前端に連結された尾筒７、内筒６と同心状に配設された外筒８、内筒６の軸線上に後端から配設されたパイロットノズル９、このパイロットノズル９の周囲に円周方向で等間隔に配設された複数のメインノズル１０、尾筒７の側壁に連結され車室５に開口するバイパスダクト１１、このバイパスダクト１１に配設されたバイパス弁１２、このバイパス弁１２の開閉度合いを調整するバイパス弁可変機構１３より構成される。
【０００５】
このような構成のもと、圧縮機２で圧縮された圧縮空気は、車室５内に流入し（図中の白抜き矢印）、内筒６の外周面と外筒８の内周面とで形成される管状空間を経た後ほぼ１８０度反転して（図中の実線矢印）、内筒６内に後端側から導入される。次いで、パイロットノズル９の前端のパイロットバーナ（不図示）に燃料が噴射されて拡散燃焼するとともに、各メインノズル１０の前端のメインバーナ（不図示）に噴射された燃料と混合して予混合燃焼し、高温高圧の燃焼ガスとなる。この燃焼ガスは、尾筒７内を経由してその前端から吐出され、タービン４を駆動させる。なお、バイパスダクト１１から尾筒７内へ、車室５内の圧縮空気の一部（以下「バイパス空気」と記すことがある）が供給されるが、これは、燃焼ガス濃度を調整する役割を果たす。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２５４６３４号公報
【特許文献２】
特開２００２−１７４４２７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の予混合燃焼方式は一見低ＮＯｘ化に対して優れるが、火炎が薄く狭い範囲で短時間に燃焼するため、単位空間当たりの燃焼エネルギが過大となり、燃焼振動が生じ易いという問題がある。この燃焼振動は、燃焼エネルギの一部が振動エネルギに変換されて発生するものであって、圧力波として伝播して燃焼器及びガスタービン等のケーシングからなる音響系と共鳴する場合、著しい振動や騒音を引き起こすだけでなく、燃焼器内に圧力変動や発熱変動を誘発させて燃焼状態が不安定になり、結果として低ＮＯｘ化を阻害してしまう。
【０００８】
このような燃焼振動の問題に対して、従来は、実際にガスタービンを運転させながら、正常な状態で稼動するよう適宜調整しつつ正規の運転条件を随時設定していた。そのため、煩雑な調整作業が不可欠であった。
【０００９】
そこで、本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、低ＮＯｘ化を安定的に実現すべく、燃焼振動の低減が可能な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目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明によるガスタービン燃焼器は、内部に燃焼領域を有する筒体と、前記筒体における前記燃焼領域又はその下流域に開口するとともに、前記筒体の周囲を形成する車室内に開口し、前記車室から前記筒体内にバイパス空気を供給する燃焼ガス濃度調整用のバイパスダクトと、よりなるガスタービン燃焼器において、前記筒体の外側に配設されて所定容積の第１の内部空間を形成する第１の箱体と、一端が前記バイパスダクト内に開口するとともに、他端が前記第１の内部空間に開口する所定長さの第１のスロートと、を備え、前記第１のスロートにおける前記一端に多数の貫通孔を有する第１の抵抗体が挿嵌されていて、前記第１のスロートにおける前記一端の開口面積が前記他端に対して広くなっている。これにより、燃焼領域で生じた燃焼振動の振動要素である流体粒子は、第１の抵抗体に有効に捕捉されるとともに、第１のスロートで連結された第１の内部空間の空気と共鳴して、第１の抵抗体付近で振動し、その振幅が減衰される。こうして燃焼振動が低減される。例えば、第１のスロートとしては、内周が徐々に拡大するようなラッパ状のものや、内周が中央付近で急拡大するような段付管状のものが適用される。
【００１３】
ここで、第１のスロートにおける一端の開口面積が他端に対して広くなる、すなわち第１のスロート内の容積が大きくなると、第１の抵抗体で隔てられた第１のスロート内の空間と燃焼領域（又はその下流域）の空間とにおける各々の圧力変動に、位相差が生じなくなる場合があり、この場合、第１の抵抗体付近で流体粒子が振動しないため、このままでは低周波数域の燃焼振動を十分に低減させることができなくなる。そこで、この場合でも、第１の内部空間と第１のスロート内の空間とにおける各々の圧力変動には位相差が生じていることから、これを活用して流体粒子を有効に振動させる観点で、前記第１のスロートにおける前記他端側に多数の貫通孔を有する抵抗体が挿嵌されているとよい。
【００１４】
これと同様に流体粒子を有効に振動させる観点から、前記第１のスロートにおける前記他端が前記第１の内部空間に突出しており、この突出部に多数の貫通孔が形成されていてもよい。
【００１５】
また、上記した低周波数域の燃焼振動を全体として、より十分に低減させる目的で、前記第１の箱体が複数並設されていることが好ましい。
【００１６】
更に、周波数域の異なる種々の燃焼振動に漏れなく対応できるように、前記第１のスロートにおける前記各他端側の開口面積又は長さ、若しくは前記各第１の内部空間における容積のうち、少なくとも１つが前記第１の箱体毎に相互に異なることが好ましい。
【００１７】
ここで、高周波数域の燃焼振動の場合、波長が短いことから第１の内部空間そのもので圧力変動の位相差が生じて、第１の抵抗体、又は第１のスロートにおける他端側に挿嵌された抵抗体付近で流体粒子が十分振動しなくなり、このままでは高周波数域の燃焼振動を十分に低減させることができなくなる。そこで、高周波数域の燃焼振動への対応についても考慮して、第１の内部空間で流体粒子を有効に振動させる観点から、前記各第１の内部空間の少なくとも１つに、多数の貫通孔を有する抵抗体が配設されているとよい。
【００１８】
これと同様に第１の内部空間で流体粒子を有効に振動させる観点から、前記各第１の箱体の少なくとも１つに、前記各第１の内部空間に突出して前記第１のスロートにおける前記他端からの連続通路を形成し多数の貫通孔を有した突出板が配設されていてもよい。
【００１９】
また、燃焼振動を効率よく低減させるには、流体粒子を多くの個所で振動させることが望ましく、これを達成するために、前記第１の箱体の外側に少なくとも１つ連設されて各々所定容積の第２の内部空間を形成する第２の箱体と、相互に隣接する前記第１、第２の内部空間にそれぞれ開口する所定長さの第２スロートと、を備え、前記各第２スロートにおいて前記第１の箱体側に位置する一端に多数の貫通孔を有する第２の抵抗体が挿嵌されている。これにより流体粒子は、第１の抵抗体付近での振動に加えて、各第２のスロートで連結された各第２の内部空間の空気と共鳴して、各第２の抵抗体付近で振動し、その振幅が減衰される。
【００２０】
ここで、上記と同様に、低周波数域の燃焼振動への十分な対応を考慮して、前記第２のスロートにおける前記一端の開口面積が他端に対して広いことが好ましく、その際、前記第２のスロートにおける前記他端側に多数の貫通孔を有する抵抗体が挿嵌されていたり、前記第２のスロートにおける前記他端が前記第２の内部空間に突出しており、この突出部に多数の貫通孔が形成されていたりするとよい。また、前記第２の箱体が複数並設されていることが好ましく、その際、前記第２のスロートにおける前記各他端側の開口面積又は長さ、若しくは前記各第２の内部空間における容積のうち、少なくとも１つが前記第２の箱体毎に相互に異なるとよい。
【００２１】
ここで、上記と同様に、高周波数域の燃焼振動への十分な対応を考慮して、前記各第２の内部空間の少なくとも１つに、多数の貫通孔を有する抵抗体が配設されていたり、前記各第２の箱体の少なくとも１つに、前記各第２の内部空間に突出して前記第２のスロートにおける前記他端からの連続通路を形成し多数の貫通孔を有した突出板が配設されていたりすることが好ましい。
【００２２】
そして、上記目的を達成するため、本発明によるガスタービンは、空気圧縮機と、上記したいずれかのガスタービン燃焼器と、タービンと、を備えている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳述する。先ず、本発明の第１実施形態について説明する。図１は本発明の第１実施形態である燃焼器の概念を示す断面図である。なお、図中で図１２と同じ名称で同じ機能を果たす部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。後述する第２〜８実施形態においても同様とする。
【００２４】
本実施形態の燃焼器３は、図１２に示すようなガスタービン１に適用されるものであって、図１に示すように、対象体２０の側壁２０ａの外側に第１の箱体３０が配設されており、この第１の箱体３０内の空洞によって所定容積の第１の内部空間３１が形成されている。また、第１の箱体３０は、所定長さを有する管状の第１のスロート３２を介して側壁２０ａに連結されていて、この第１のスロート３２は、一端３２ａが側壁２０ａから対象体２０内に開口するとともに、他端３２ｂが第１の内部空間３１に開口している。
【００２５】
更に、第１のスロート３２の一端３２ａには、多数の貫通孔を有する第１の抵抗体３３が挿嵌されている。この第１の抵抗体３３は、例えば、パンチングメタル、セラミック焼結金属、焼結金網である。なお、ここでいう対象体２０は、内部に燃焼領域を有する内筒６やその下流域の尾筒７といった筒体、或いはそれらの側壁に連結されたバイパスダクト１１であり、内部に燃焼振動が伝播し得るものである。
【００２６】
このような構成のもと、内筒６内の燃焼領域で生じた燃焼振動に関しては、その振動要素である流体粒子が、対象体２０内を伝播して第１の抵抗体３３に有効に捕捉される。そして、第１のスロート３２で連結された第１の内部空間３１の空気と共鳴して、第１の抵抗体３３付近で振動する。この振動により、流体粒子の振幅が減衰され、その燃焼振動が低減されていく。その結果、安定的な低ＮＯｘ化が実現される。
【００２７】
なお、図１では、第１の箱体３０に対して第１のスロート３２が１つ配設されているが、２つ以上配設されても勿論構わない。
【００２８】
次に、本発明の第２実施形態について、図２を参照しながら説明する。本第２実施形態の特徴は、第１実施形態において、特に低周波数域の燃焼振動へ配慮した点にある。これは、燃焼振動が低周波領域である場合、第１実施形態における第１のスロート３２内の断面積を小さくする必要があるが、そうすると、必然的に第１の抵抗体３３の存在領域が小さくなるため、捕捉できる流体粒子の割合が減り、全体として燃焼振動低減への寄与度が不十分となるからである。
【００２９】
そこで、本実施形態では、第１のスロート３２として、内周が他端３２ｂから一端３２ａに向けて中央付近で急拡大するような段付管状のものが適用されており、一端３２ａの開口面積が他端３２ｂに対して広くなっている。この一端３２ａに、第１の抵抗体３３が挿嵌されている。
【００３０】
このようにして、第１のスロート３２内すなわち他端３２ｂの断面積を小さくしつつ、第１の抵抗体３３の存在領域を拡大させることができるため、低周波数域の流体粒子に対しての捕捉割合が増し、これにより全体として燃焼振動低減への寄与度が十分となる。従って、低周波数域の燃焼振動を全体として十分に低減させることが可能となる。
【００３１】
なお、第１のスロート３２として、内周が徐々に拡大するようなラッパ状のものが適用されても、同様の効果が得られる。
【００３２】
次に、本発明の第３実施形態について、図３を参照しながら説明する。本第３実施形態の特徴は、第２実施形態において生じる弊害に配慮した点にある。これは、第２実施形態のように第１のスロート３２における一端３２ａの開口面積が他端３２ｂに対して広くなる、すなわち第１のスロート３２内の容積が大きくなると、第１の抵抗体３３で隔てられた第１のスロート３２内の空間と対象体２０の空間とにおける各々の圧力変動に、位相差が生じなくなる（図中の「＋」「＋」）場合があり、この場合、第１の抵抗体３３付近で流体粒子が振動しないため、このままでは低周波数域の燃焼振動を十分に低減させることができなくなるという弊害を引き起こすからである。
【００３３】
そこで、本実施形態では、第１のスロート３２における他端３２ｂに、多数の貫通孔を有する抵抗体３４が挿嵌されている。この抵抗体３４は、第１の抵抗体３３と同様に、例えば、パンチングメタル、セラミック焼結金属、焼結金網である。
【００３４】
このようにすると、第１の内部空間３１と第１のスロート３２内の空間とにおける各々の圧力変動には位相差が生じている（図中の「−」「＋」）ことから、これを活用して流体粒子が抵抗体３４付近で有効に振動するため、第１の抵抗体３３付近での流体粒子の振動が不十分であっても、低周波数域の燃焼振動を十分に低減できる。
【００３５】
なお、抵抗体３４の設置位置は、第１のスロート３２における一端３２ａに対して断面積の小さい他端３２ｂ側のいずれの位置であっても、同様の効果が得られる。
【００３６】
次に、本発明の第４実施形態について、図４を参照しながら説明する。本第４実施形態の特徴は、第３実施形態と同様に、第２実施形態において生じる弊害に配慮した点にある。
【００３７】
つまり、本実施形態では、第１のスロート３２における他端３２ｂが第１の内部空間３１に突出しており、この突出部に多数の貫通孔３５が形成されている。このようにすると、第３実施形態における抵抗体３４と同様の作用で、各貫通孔３５で流体粒子が有効に振動するため、第３実施形態と同様に、低周波数域の燃焼振動を十分に低減できる。
【００３８】
次に、本発明の第５実施形態について、図５を参照しながら説明する。本第５実施形態の特徴は、低周波数域の燃焼振動を全体として、より十分に低減させるように図った点にあり、第１〜４実施形態の主要構成である第１の箱体３０等が複数並設されている。
【００３９】
これにより、第１の抵抗体３３の存在領域を全体として拡大させることができるため、低周波数域の流体粒子に対しての捕捉割合がより増し、低周波数域の燃焼振動を全体としてより十分に低減させることが可能となる。
【００４０】
ここで、図５では、第４実施形態の第１の箱体３０等（図４参照）が複数並設されているが、第１のスロート３２における各他端３２ｂ側の開口面積、又は長さ、若しくは各第１の箱体３０で形成される各第１の内部空間３１における容積のうち、少なくとも１つが相互に異なっている。これにより、各第１の箱体３０等毎に対応する振動特性が異なるため、更に、周波数域の異なる種々の燃焼振動に対して漏れなく対応できるようになる。
【００４１】
次に、本発明の第６実施形態について、図６を参照しながら説明する。本第６実施形態の特徴は、第５実施形態において、更に高周波数域の燃焼振動へ配慮した点にある。これは、高周波数域の燃焼振動の場合、波長が短いことから第１の内部空間３１そのもので圧力変動の位相差が生じて、第１の抵抗体３３、又は抵抗体３４付近で流体粒子が十分振動しなくなり、このままでは高周波数域の燃焼振動を十分に低減させることができなくなるからである。
【００４２】
そこで、本実施形態では、各第１の内部空間３１の少なくとも１つに、多数の貫通孔を有する抵抗体３６が配設されている。この抵抗体３６は、第１の抵抗体３３、及び抵抗体３４と同様に、例えば、パンチングメタル、セラミック焼結金属、焼結金網である。
【００４３】
このようにすると、第１の内部空間３１そのもので生じた圧力変動の位相差によって、抵抗体３６付近で流体粒子が振動するため、その高周波域の燃焼振動を低減できる。
【００４４】
次に、本発明の第７実施形態について、図７を参照しながら説明する。本第７実施形態の特徴は、第６実施形態と同様に、第５実施形態における高周波数域の燃焼振動へ配慮した点にある。
【００４５】
つまり、本実施形態では、各第１の箱体３０の少なくとも１つに、各第１の内部空間３１に突出して第１のスロート３２における他端３２ｂからの連続通路を形成する、多数の貫通孔を有した突出板３７が配設されている。このようにすると、第６実施形態における抵抗体３６と同様の作用で、突出板３７の各貫通孔で流体粒子が有効に振動するため、第６実施形態と同様に、高周波数域の燃焼振動を十分に低減できる。
【００４６】
次に、本発明の第８実施形態について、図８を参照しながら説明する。本第８実施形態の特徴は、燃焼振動を効率よく低減させるように図った点にあり、第１〜７実施形態の主要構成である第１の箱体３０等があたかも複数連設されたような態様となっている。
【００４７】
つまり、本実施形態では、第１の箱体３０の外側にこれと同様の第２の箱体４０が連設されており、この第２の箱体４０内の空洞によって所定容積の第２の内部空間４１が形成されている。また、第２の箱体４０は、第１のスロート３２と同様に所定長さを有する管状の第２のスロート４２を介して第１の箱体３０に連結されていて、この第２のスロート４２は、第１の箱体３０側に位置する一端４２ａが第１の内部空間３１に開口するとともに、第２の箱体４０側に位置する他端４２ｂが第２の内部空間４１に開口している。
【００４８】
更に、第２のスロート４２の一端４２ａには、多数の貫通孔を有する第２の抵抗体４３が挿嵌されている。この第２の抵抗体４３は、第１の抵抗体３３と同様に、例えば、パンチングメタル、セラミック焼結金属、焼結金網である。
【００４９】
これにより、流体粒子は、第１の抵抗体３３付近での振動に加えて、各第２のスロート４２で連結された各第２の内部空間４１の空気と共鳴して、各第２の抵抗体４３付近で振動し、その振幅が減衰される。従って、流体粒子を多くの個所で振動させることが可能となり、燃焼振動を効率よく低減できることになる。
【００５０】
なお、図８では、各第１の箱体３０に対して第２の箱体４０が１つ連設されているが、２つ以上連設されても勿論構わない。その場合、隣接する第２の箱体４０同士をそれぞれ上記の第２のスロート４２で連結することで足りる。
【００５１】
また、第２〜５実施形態の趣旨と同様に、低周波数域の燃焼振動へのより十分な対応を考慮して、以下のように変形することも可能である。第２実施形態における第１のスロート３２に準じ、第２のスロート４２における一端４２ａの開口面積が他端４２ｂに対して広くなっている。第３実施形態における第１のスロート３２の抵抗体３４に準じ、第２のスロート４２における他端４２ｂ側に多数の貫通孔を有する抵抗体が挿嵌されている。第４実施形態における第１のスロート３２に準じ、第２のスロート４２における他端４２ｂが第２の内部空間４１に突出しており、この突出部に多数の貫通孔が形成されている。第５実施形態における第１の箱体３０等に準じ、第２の箱体４０等が複数並設されており、第２のスロート４２における各他端４２ｂ側の開口面積又は長さ、若しくは各第２の内部空間４１における容積のうち、少なくとも１つが第２の箱体４０毎に相互に異なっている。
【００５２】
更に、第６、７実施形態の趣旨と同様に、高周波数域の燃焼振動へのより十分な対応を考慮して、以下のように変形することも可能である。第６実施形態における抵抗体３６に準じ、各第２の内部空間４１の少なくとも１つに、多数の貫通孔を有する抵抗体が配設されている。第７実施形態における突出板３７に準じ、各第２の箱体４０の少なくとも１つに、各第２の内部空間４１に突出して第２のスロート４２における他端４２ｂからの連続通路を形成し多数の貫通孔を有した突出板が配設されている。
【００５３】
以上、本発明の基本的な概念を第１〜８実施形態に基づいて説明したが、これらを具体的に適用したガスタービンの一例について、図面を参照しながら以下に述べておく。図９は本発明の燃焼器を具体的に適用したガスタービンの要部縦断面図、図１０は図９のＡ−Ａ断面に相当する横断面図である。また、図１１は本発明の燃焼器を具体的に適用したガスタービンの他の一例を示すものであって、図９のＡ−Ａ断面に相当する横断面図である。なお、図中で図１〜８と同じ名称で同じ機能を果たす部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５４】
図９に示すように、バイパスダクト１１のエルボ部の外側に、これに沿って側面視扇状の第１の箱体３０が配設されている。この第１の箱体３０は、図１０に示すように、横断面が円弧部３０ａとその両端からバイパスダクト１１の側壁１１ａに向く折曲部３０ｂよりなり、これら円弧部３０ａ、折曲部３０ｂと側壁１１ａとによって第１の内部空間３１が形成されている。
【００５５】
また、この第１の内部空間３１には、側壁１１ａから突出する第１のスロート３２が等角度間隔で３つ配設されている。これら第１のスロート３２の各一端３２ａは、側壁１１ａからバイパスダクト１１内に開口し、他方各他端３２ｂは、第１の内部空間３１に開口している。更に、各第１のスロート３２の一端３２ａには、多数の貫通孔を有する第１の抵抗体３３がそれぞれ挿嵌されている。
【００５６】
つまり、図９、１０に示す構成は、対象体２０としてバイパスダクト１１を採用し、上記の第１実施形態に準じたものである。また、図１１に示す構成は、対象体２０としてバイパスダクト１１を採用し、上記の第５実施形態に準じたものである。
【００５７】
ここで、対象体２０としてバイパスダクト１１を採用した理由は、燃焼振動を効果的に低減させるためには、第１の内部空間３１としてある程度の大きさと、第１のスロート３２としてある程度の長さのものが必要とされるからであり、スペースに比較的余裕のあるバイパスダクト１１付近が好適であるからである。これにより、第１の内部空間３１を形成するために配設する第１の箱体３０と、第１のスロート３２と、を容易に設置できる上、燃焼振動の効果的な低減に必要とされるある程度の大きさの第１の内部空間３１と、ある程度の長さの第１のスロート３２と、を十分確保できるという利点がある。
【００５８】
なお、本発明は上記の各実施形態及びこれらを具体的に適用した一例に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。例えば、第１のスロート３２や第２のスロート４２の横断面形状は、円形のみならず多角形であっても構わない。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明のガスタービン燃焼器によれば、内部に燃焼領域を有する筒体と、前記筒体における前記燃焼領域又はその下流域に開口するとともに、前記筒体の周囲を形成する車室内に開口し、前記車室から前記筒体内にバイパス空気を供給する燃焼ガス濃度調整用のバイパスダクトと、よりなるガスタービン燃焼器において、前記筒体の外側に配設されて所定容積の第１の内部空間を形成する第１の箱体と、一端が前記バイパスダクト内に開口するとともに、他端が前記第１の内部空間に開口する所定長さの第１のスロートと、を備え、前記第１のスロートにおける前記一端に多数の貫通孔を有する第１の抵抗体が挿嵌されていて、前記第１のスロートにおける前記一端の開口面積が前記他端に対して広くなっているので、燃焼領域で生じた燃焼振動の振動要素である流体粒子は、第１の抵抗体に有効に捕捉されるとともに、第１のスロートで連結された第１の内部空間の空気と共鳴して、第１の抵抗体付近で振動し、その振幅が減衰される。こうして燃焼振動を低減することが可能となり、安定的な低ＮＯｘ化を実現できる。特に、バイパスダクト内に第１のスロートにおける前記一端が開口しているので、第１の内部空間を形成するために配設する第１の箱体と、第１のスロートと、を容易に設置できる上、燃焼振動の効果的な低減に必要とされるある程度の大きさの第１の内部空間と、ある程度の長さの第１のスロートと、を十分確保できる。しかも、第１のスロートにおける前記一端の開口面積が前記他端に対して広くなっているので、第１のスロート内の断面積を小さくしつつ、第１の抵抗体の存在領域を拡大させることができるため、低周波数域の流体粒子に対しての捕捉割合が増し、これにより全体として燃焼振動低減への寄与度が十分となる。従って、低周波数域の燃焼振動を全体として十分に低減させることが可能となる。
【００６２】
ここで、前記第１のスロートにおける前記他端側に多数の貫通孔を有する抵抗体が挿嵌されていると、この抵抗体付近で流体粒子が振動するため、第１の抵抗体付近での流体粒子の振動が不十分であっても、低周波数域の燃焼振動を十分に低減できる。
【００６３】
また、前記第１のスロートにおける前記他端が前記第１の内部空間に突出しており、この突出部に多数の貫通孔が形成されていても、これら貫通孔で流体粒子が振動するため、上記と同様に、低周波数域の燃焼振動を十分に低減できる。
【００６４】
また、前記第１の箱体が複数並設されていると、低周波数域の燃焼振動を全体として、より十分に低減させることができる。
【００６５】
更に、前記第１のスロートにおける前記各他端側の開口面積又は長さ、若しくは前記各第１の内部空間における容積のうち、少なくとも１つが前記第１の箱体毎に相互に異なると、周波数域の異なる種々の燃焼振動に対して漏れなく対応できるようになる。
【００６６】
ここで、前記各第１の内部空間の少なくとも１つに、多数の貫通孔を有する抵抗体が配設されていると、波長の短い高周波数域の燃焼振動の場合、第１の内部空間そのもので生じた圧力変動の位相差によって、その抵抗体付近、すなわち第１の内部空間で流体粒子が振動するため、その高周波域の燃焼振動を十分に低減できる。
【００６７】
また、前記各第１の箱体の少なくとも１つに、前記各第１の内部空間に突出して前記第１のスロートにおける前記他端からの連続通路を形成し多数の貫通孔を有した突出板が配設されていると、これら貫通孔で流体粒子が振動するため、上記と同様に、高周波数域の燃焼振動を十分に低減できる。
【００６８】
また、前記第１の箱体の外側に少なくとも１つ連設されて各々所定容積の第２の内部空間を形成する第２の箱体と、相互に隣接する前記第１、第２の内部空間にそれぞれ開口する所定長さの第２スロートと、を備え、前記各第２スロートにおいて前記第１の箱体側に位置する一端に多数の貫通孔を有する第２の抵抗体が挿嵌されていると、流体粒子は、第１の抵抗体付近での振動に加えて、各第２のスロートで連結された各第２の内部空間の空気と共鳴して、各第２の抵抗体付近で振動し、その振幅が減衰される。従って、流体粒子を多くの個所で振動させることが可能となり、燃焼振動を効率よく低減できる。
【００６９】
ここで、前記第２のスロートにおける前記一端の開口面積が他端に対して広くなっていて、その際、前記第２のスロートにおける前記他端側に多数の貫通孔を有する抵抗体が挿嵌されていたり、前記第２のスロートにおける前記他端が前記第２の内部空間に突出しており、この突出部に多数の貫通孔が形成されていたりすると、また、前記第２の箱体が複数並設されていて、その際、前記第２のスロートにおける前記各他端側の開口面積又は長さ、若しくは前記各第２の内部空間における容積のうち、少なくとも１つが前記第２の箱体毎に相互に異なると、上記と同様に、低周波数域の燃焼振動への十分な対応がより可能となる。
【００７０】
ここで、前記各第２の内部空間の少なくとも１つに、多数の貫通孔を有する抵抗体が配設されていたり、前記各第２の箱体の少なくとも１つに、前記各第２の内部空間に突出して前記第２のスロートにおける前記他端からの連続通路を形成し多数の貫通孔を有した突出板が配設されていたりすると、上記と同様に、高周波数域の燃焼振動への十分な対応が可能となる。
【００７１】
そして、本発明によるガスタービンは、空気圧縮機と、上記したいずれかのガスタービン燃焼器と、タービンと、を備えているので、ガスタービン燃焼器において燃焼振動を低減して安定的な低ＮＯｘ化を実現でき、これにより、排気ガス中のＮＯｘの低減化を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態である燃焼器の概念を示す断面図である。
【図２】 本発明の第２実施形態である燃焼器の概念を示す断面図である。
【図３】 本発明の第３実施形態である燃焼器の概念を示す断面図である。
【図４】 本発明の第４実施形態である燃焼器の概念を示す断面図である。
【図５】 本発明の第５実施形態である燃焼器の概念を示す断面図である。
【図６】 本発明の第６実施形態である燃焼器の概念を示す断面図である。
【図７】 本発明の第７実施形態である燃焼器の概念を示す断面図である。
【図８】 本発明の第８実施形態である燃焼器の概念を示す断面図である。
【図９】 本発明の燃焼器を具体的に適用したガスタービンの一例を示す要部縦断面図である。
【図１０】 図１０は図９のＡ−Ａ断面に相当する横断面図である。
【図１１】 本発明の燃焼器を具体的に適用したガスタービンの他の一例を示す図９のＡ−Ａ断面に相当する横断面図である。
【図１２】 一般的なガスタービンにおける燃焼器付近の要部縦断面図である。
【符号の説明】
１ ガスタービン
２ 圧縮機
３ ガスタービン燃焼器
４ タービン
５ 車室
６ 内筒
７ 尾筒
８ 外筒
９ パイロットノズル
１０ メインノズル
１１ バイパスダクト
１２ バイパス弁
１３ バイパス弁可変機構
２０ 対象体（内筒６、尾筒７、又はバイパスダクト１１）
２０ａ 対象体の側壁
３０ 第１の箱体
３１ 第１の内部空間
３２ 第１のスロート
３２ａ 第１のスロートの一端
３２ｂ 第１のスロートの他端
３３ 第１の抵抗体
３４ 抵抗体
３５ 貫通孔
３６ 抵抗体
３７ 突出板
４０ 第２の箱体
４１ 第２の内部空間
４２ 第２のスロート
４２ａ 第２のスロートの一端
４２ｂ 第２のスロートの他端
４３ 第２の抵抗体

Claims (16)

1. 内部に燃焼領域を有する筒体と、前記筒体における前記燃焼領域又はその下流域に開口するとともに、前記筒体の周囲を形成する車室内に開口し、前記車室から前記筒体内にバイパス空気を供給する燃焼ガス濃度調整用のバイパスダクトと、よりなるガスタービン燃焼器において、
   前記筒体の外側に配設されて所定容積の第１の内部空間を形成する第１の箱体と、一端が前記バイパスダクト内に開口するとともに、他端が前記第１の内部空間に開口する所定長さの第１のスロートと、を備え、前記第１のスロートにおける前記一端に多数の貫通孔を有する第１の抵抗体が挿嵌されていて、前記第１のスロートにおける前記一端の開口面積が前記他端に対して広いことを特徴とするガスタービン燃焼器。
2. 前記第１のスロートにおける前記他端側に多数の貫通孔を有する抵抗体が挿嵌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. 前記第１のスロートにおける前記他端が前記第１の内部空間に突出しており、この突出部に多数の貫通孔が形成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。
4. 前記第１の箱体が複数並設されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のガスタービン燃焼器。
5. 前記第１のスロートにおける前記各他端側の開口面積又は長さ、若しくは前記各第１の内部空間における容積のうち、少なくとも１つが前記第１の箱体毎に相互に異なることを特徴とする請求項４に記載のガスタービン燃焼器。
6. 前記各第１の内部空間の少なくとも１つに、多数の貫通孔を有する抵抗体が配設されていることを特徴とする請求項４又は５に記載のガスタービン燃焼器。
7. 前記各第１の箱体の少なくとも１つに、前記各第１の内部空間に突出して前記第１のスロートにおける前記他端からの連続通路を形成し多数の貫通孔を有した突出板が配設されていることを特徴とする請求項４又は５に記載のガスタービン燃焼器。
8. 前記第１の箱体の外側に少なくとも１つ連設されて各々所定容積の第２の内部空間を形成する第２の箱体と、相互に隣接する前記第１、第２の内部空間にそれぞれ開口する所定長さの第２スロートと、を備え、前記各第２スロートにおいて前記第１の箱体側に位置する一端に多数の貫通孔を有する第２の抵抗体が挿嵌されていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のガスタービン燃焼器。
9. 前記第２のスロートにおける前記一端の開口面積が他端に対して広いことを特徴とする請求項８に記載のガスタービン燃焼器。
10. 前記第２のスロートにおける前記他端側に多数の貫通孔を有する抵抗体が挿嵌されていることを特徴とする請求項９に記載のガスタービン燃焼器。
11. 前記第２のスロートにおける前記他端が前記第２の内部空間に突出しており、この突出部に多数の貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項９に記載のガスタービン燃焼器。
12. 前記第２の箱体が複数並設されていることを特徴とする請求項８から１１のいずれかに記載のガスタービン燃焼器。
13. 前記第２のスロートにおける前記各他端側の開口面積又は長さ、若しくは前記各第２の内部空間における容積のうち、少なくとも１つが前記第２の箱体毎に相互に異なることを特徴とする請求項１２に記載のガスタービン燃焼器。
14. 前記各第２の内部空間の少なくとも１つに、多数の貫通孔を有する抵抗体が配設されていることを特徴とする請求項１２又は１３に記載のガスタービン燃焼器。
15. 前記各第２の箱体の少なくとも１つに、前記各第２の内部空間に突出して前記第２のスロートにおける前記他端からの連続通路を形成し多数の貫通孔を有した突出板が配設されていることを特徴とする請求項１２又は１３に記載のガスタービン燃焼器。
16. 空気圧縮機と、請求項１から１５のいずれかに記載のガスタービン燃焼器と、タービンと、を備えたガスタービン。

Images