JP4848240B2 - 燃焼器 - Google Patents

Description

本発明は、ガスタービンの燃焼器に関するもので、特に、その内部を流れる空気流の偏流及び乱れを減少させる構造とされる燃焼器に関する。

図１２の断面図に、一般的なガスタービンの構成を示す。この図１２に示すように、ガスタービンは空気を圧縮する圧縮機１と、圧縮機１で圧縮された空気と燃料が供給されて燃焼動作を行う燃焼器２と、燃焼器２からの燃焼ガスにより回転駆動するタービン３と、を備える。この圧縮機１、燃焼器２、及びタービン３はそれぞれ、車室４で覆われ、又、燃焼器２が、圧縮機１とタービン３とを１軸とするロータ５の外周に等間隔で、例えば、１６個のように複数配置される。

このガスタービンにおいて、圧縮機１で圧縮された空気が、車室４内を通じて燃焼器２やロータ５に供給される。そして、燃焼器２に供給された圧縮空気は、燃焼器２に供給される燃料の燃焼に使用される。又、タービン３側の車室４内及びロータ５内に供給された圧縮空気は、燃焼器２からの燃焼ガスにより高温に曝される車室４に固定された静翼３１とロータ５に固定された動翼３２とを冷却するために使用される。

このような構成のガスタービンに設置される燃焼器２は、燃料供給側に設置される内筒２ａと、内筒２ａと接続されて燃焼ガスをタービン３側の第１段静翼３１に噴出する尾筒２ｂと、車室４の内壁に沿うように挿入されるとともに内筒２ａを覆う外筒２ｃとを備える。又、燃焼器２周辺の詳細な構成を説明するために、燃焼器２周辺における拡大断面図を図１３に示す。

図１３に示すように、燃焼器２は、内筒２ａにおいて、その中心に拡散燃焼を行うパイロットノズル２１と、パイロットノズル２１の外周に等間隔に配置されて予混合燃焼を行う複数のメインノズル２２と、パイロットノズル２１の下流側先端部分を覆うように設置されたパイロットコーン２３と、メインノズル２２の下流側先端部分を覆うように設置されたメインバーナ２４と、を備える。又、圧縮機１は、燃焼器２が挿入される車室４内に圧縮空気を供給するための圧縮機出口１１を備え、この圧縮機出口１１から排出される圧縮空気が内筒２ａ内に供給される。

更に、燃焼器２の詳細な構成を説明するために、燃焼器２の内筒２ａにおける拡大断面図を図１４に示す。図１４に示すように、燃焼器２は、パイロットコーン２３内の上流側においてパイロットノズル２１外周に当接するように設置されたパイロットスワラ２５と、メインバーナ２４内の上流側においてメインノズル２２外周に当接するように設置されたメインスワラ２６とを備える。これにより、パイロットコーン２３に供給される空気がパイロットスワラ２５で整流されるとともに、メインバーナ２４に供給される空気がメインスワラ２６で整流される。

又、燃焼器２は、上流側で内筒２ａの更に外周に複数の支柱２７が設けられるとともに、下流側における外筒２ｃと内筒２ａとの間の空間への入り口部分に設けられた多孔板によって構成されるパンチメタル２８を支持するリブ２９が設けられる。この支柱２７とリブ２９とが外筒２ｃ及び内筒２ａに接続されることで、外筒２ｃに内筒２ａが支持固定される。更に、パイロットノズル２１の下流側において、パイロットノズル２１の外周面とメインノズル２２とを接続する支柱３０を設けることによって、メインノズル２２が固定される。

このように構成される燃焼器２に対して、圧縮機出口１１から車室４内に排出される圧縮空気が、外筒２ｃと内筒２ａとの間にできる空間に、パンチメタル２８を通じて流れ込む。このパンチメタル２８は、多孔板とすることで抵抗を与えることで、燃焼器２に流れ込む圧縮空気を整流させる役割を果たす。パンチメタル２８を通じて、外筒２ｃと内筒２ａとの間の空間に流れ込んだ圧縮空気は、外筒２ｃの内壁に沿って流れる。

よって、圧縮空気が外筒２ｃの底部分（パイロットノズル２１及びメインノズル２２の基部）で１８０°転回することで、内筒２ａを支持する支柱２７の間に圧縮空気が流れ込み、内筒２ａ内部に圧縮空気が供給される。そして、最終的に、燃焼器２のパイロットスワラ２５及びメインスワラ２６で旋回流が与えられて、パイロットノズル２１による拡散燃焼及びメインノズル２２による予混合燃焼に使用される。

しかしながら、このように燃焼器２に供給する圧縮空気は、燃焼器２内における流れが不安定なものとなる。即ち、メインノズル２２の外側となる内筒２ａの内壁に、流れの剥離による渦流が、パイロットノズル２１の基部に、圧縮空気の流れが転回することによる渦流が、それぞれ生じる。又、パイロットノズル２１に沿って流れる渦流や、内筒２ａの出口に向かって内筒２ａ内壁を沿って流れる渦流なども発生する。これらの渦流によって、燃焼器２内における圧縮空気の流れが不安定なものとなる。

そのため、パイロットノズル２１及びメインノズル２２の先端部における圧縮空気の圧力分布が不均衡なものとなり、その燃焼が不安定となる。これにより、ＮＯｘの発生率が高くなるだけでなく、燃焼振動が発生することによる耐久性劣化などの問題も生じる。これに対して、本出願人は、半円形断面形状で且つリング状となるフローリングを支柱２７と内筒２ａとの接続位置に設置することで、圧縮空気の流れの乱れや偏流を抑制させた燃焼器を提案している（特許文献１参照）。

この特許文献１において、パイロットノズル２１の外側とメインノズル２２の内側の間にパンチメタルを更に設置して抵抗を与えることで、内筒２ａ内を流れる圧縮空気の流れにおける均一性を保持することを開示している。又、フローリングよりもパイロットノズル２１の基部側にガイドベーンを設置することで、圧縮空気が１８０°転回する際における流れの均一性を保持することを開示している。
特開２０００−３４６３６１号公報

このように構成することで、内筒２ａ内で１８０°転回して流れる圧縮空気の流れを比較的安定なものとすることができる。しかしながら、転回する際における内側と外側の圧縮空気の流れに差異が生じるため、その均一性が十分ではなく、フローリングの設置位置からパイロットノズル２１及びメインノズル２２それぞれの先端位置までの距離を長くして、その均一性を補償する必要がある。

よって、燃焼器２を大きくする必要があるだけでなく、メインノズル２２の先端部分を固定するための支柱３０が必然的に必要となり、この支柱３０が圧縮空気の流れの妨げとなる。即ち、メインノズル２２の先端部分を固定するための支柱３０によって、圧縮空気の燃焼器２内の流れの均一性を悪化させる要因となってしまう。又、この支柱３０だけでなく、圧縮空気が１８０°転回する位置において、外筒２ｃの底部（背面部）が転回を目的とした構造でないため、この外筒２ｃにおける流れの不安定性は解消されない。更に、フローリングやガイドベーンによる屈曲に基づく抵抗が大きく、大きな圧損が生じるという問題も生じる。

このような問題を鑑みて、本発明は、内筒の外側から内側に転回する圧縮空気の流れを均一化することのできる燃焼器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の燃焼器は、燃焼器の軸心に設置されて拡散燃焼を行うパイロットノズルと、前記パイロットノズルの外周側で周方向に等間隔となるように設置されて予混合燃焼を行うメインノズルと、前記パイロットノズル及び前記メインノズルの外周側を覆う内筒と、を備える燃焼器において、前記内筒の前記メインノズルの基部側における先端に接続され、前記メインノズルの先端から基部側に向かって外壁にふくらみが設けられるとともに、前記メインノズルの基部側の先端が半円形状の断面とされる円筒と、前記内筒及び前記円筒の外周側に設けられて、その内壁と前記内筒及び前記円筒それぞれの外壁との間を圧縮空気の通路とする外筒と、前記外筒の前記メインノズルの基部側を覆い、前記外筒の内壁側に曲面が設けられて、前記メインノズルの基部側に対してすり鉢状の凹面となる背面壁と、前記メインノズルの周方向の間に設けられるとともに、前記メインノズルの基部から先端に向かって前記メインノズルの外周側から中心軸に向かうように屈曲するターニングベーンと、を有することを特徴とする。

このとき、前記円筒において、前記メインノズルの先端からふくらみが設けられることで形成されるテーパ部分が、緩やかな丸みを帯びた曲げによって構成される。そして、前記円筒の外壁における半円形状の曲面と前記背面壁の内壁における曲面とによって形成される空間の断面積が略一定となるようにしても構わない。

又、前記ターニングベーンの曲率を、前記円筒の外壁における半円形状の曲面の曲率と略等しいものとしても構わない。

本発明によると、円筒及び背面壁を備えることによって、外筒及び内筒の間の空間に流れ込む空気を転回して内筒内部に流す際、その流れを均一にすることができる。又、ターニングベーンを設けることによって、メインノズル先端まで空気の流れを均一なものとすることができる。これらにより、メインノズル及びパイロットノズルの軸方向の長さを短くすることができるため、燃焼器の軸方向の長さを短くすることができるとともに、メインノズルを支持するための支柱を不要とすることができる。

＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態における燃焼器における内筒内部の構成を示す概略断面図である。尚、図１の燃焼器の構成において、図１３及び図１４に示す燃焼器と同一の目的で使用する部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。又、以下の説明において、内筒内では、尾筒側を下流とし、又、外筒と内筒との間の空間では、尾筒側を上流とする。

本実施形態における燃焼器は、図１に示すように、図１３の燃焼器と同様、その中心に設置されるとともに拡散燃焼を行うパイロットノズル２１と、パイロットノズル２１の外周側の周方向に等間隔となるように複数配置されるとともに予混合燃焼を行うメインノズル２２と、パイロットノズル２１の先端側を覆うように設置されるパイロットコーン２３と、メインノズル２２の先端側を覆うように設置されるメインバーナ２４と、パイロットノズル２１の外壁とパイロットコーン２３の内壁との間に設置されるパイロットスワラ２５と、メインノズル２２の外壁とメインバーナ２４の内壁との間に設置されるメインスワラ２６と、を備える。

そして、この図１に示す燃焼器は、パイロットノズル２１及びメインノズル２２を覆うように形成される内筒２ａと、内筒２ａに嵌合されるとともにパイロットノズル２１及びメインノズル２２による燃焼ガスをタービン３（図１２参照）側に誘導する尾筒２ｂと、内筒２ａの外周側を覆うとともに車室４の内壁に当接された外筒２ｃと、外筒２ｃの下流を閉じる背面壁２ｄと、を備える。更に、この燃焼器は、従来の燃焼器と異なり、内筒２ａと外筒２ｃとの間の空間における外筒２ｃの上流側を覆うリング状の多孔板となるパンチメタル５１と、パンチメタル５１を支持するとともに内筒２ａと外筒２ｃとに接続されたリブ５２と、内筒２ａの上流側に接続されて外筒２ｃに対して膨らみを備えたベルマウス構造となる円筒５３と、メインノズル２２の間を覆うように円筒５３の上流側先端近傍に設置されるリング状のターニングベーン５４と、を備える。

このように構成される燃焼器において、内筒２ａの下流側の内壁に複数のメインバーナ２４が周方向に等間隔となるように接続され、このメインバーナ２４それぞれに当接するように内筒２ａの中心位置にパイロットコーン２３が接続される。これにより、パイロットコーン２３及びメインバーナ２４が内筒２ａの下流側に固定される。逆に、内筒２ａの上流側先端に対して、その内壁が内筒２ａの内壁と同一壁面を構成するように、円筒５３が接続されて、円筒５３が固定される。

そして、外筒２ｃの上流側を覆うように、内筒２ａの外壁と外筒２ｃの内壁とにパンチメタル５１が接続され、パンチメタル５１を固定する複数のリブ５２が周方向に等間隔に設置される。このリブ５２が、内筒２ａの外壁と外筒２ｃの内壁とに接続されることで、外筒２ｃの内側に内筒２ａが固定される。又、背面壁２ｄに対して、その中心位置にパイロットノズル２１が挿入されるとともに、パイロットノズル２１の周囲に周方向に対して等間隔にメインノズル２２が挿入される。そして、隣接する２つのメインノズル２２にターニングベーン５４を接続することで、メインノズル２２の周方向の間隔にターニングベーン５４を設置する。このパイロットノズル２１及びメインノズル２２が挿入された背面壁２ｄが、外筒２ｃの下流側から挿入される。

このように、背面壁２ｄが外筒２ｃに嵌合されて固定されることで、パイロットノズル２１及びメインノズル２２それぞれが内筒２ａ内部に挿入された状態となるように、背面壁２ｄによってパイロットノズル２１及びメインノズル２２の上流側が支持される。又、パイロットノズル２１の下流側先端の外壁がパイロットコーン２３のパイロットスワラ２５の内壁に当接するように、パイロットノズル２１がパイロットスワラ２５に挿入されることで、パイロットノズル２１の下流側が支持される。同様に、メインノズル２２の下流側先端の外壁がメインバーナ２４のメインスワラ２６の内壁に当接するように、メインノズル２２がメインスワラ２６に挿入されることで、メインノズル２２の下流側が支持される。

（背面壁、円筒、及び、ターニングベーンの構成）
図１に示す燃焼器における背面壁２ｄ、円筒５３、及びターニングベーン５４の構成を説明する。上述したように、円筒５３の外壁側が外筒２ｃに向かって膨らみを備えたベルマウス構造とされる。このベルマウス構造となる円筒５３は、図２の断面図に示すように、その上流側先端から下流側に向かって外筒２ｃの内壁との距離が近くなるテーパ形状部分５３ａと、テーパ形状部分の下流側において外筒２ｃの内壁との距離が一定となる平坦部分５３ｂと、下流側先端において略半円状の断面となる半円形状部分５３ｃと、を備える。そして、テーパ形状部分５３ａの上流側の傾きの始まる部分と、テーパ形状部分５３ａと平坦部分５３ｂとの接続部分とを、滑らかな丸みを帯びた形状とする。

このように、円筒５３が構成されることにより、円筒５３の外壁が下流側に向かって外筒２ｃの内壁に近づくように構成されるため、外筒２ｃの内壁と円筒５３の外壁の間に構成される圧縮空気の通路の断面積が下流に向かって、緩やかに狭められる。これにより、圧縮空気の流れを絞り、円筒５３下流側での流れに対して燃焼器の周方向の均一性を与えることとなる。又、円筒５３のテーパ形状部分５３ａを滑らかな丸みを帯びた形状とすることで、パンチメタル５１を通じて流れる圧縮空気が剥離することを防ぐことができる。

又、背面壁２ｄは、図３の断面図に示すように、円筒５３よりも外周側が曲面で構成される円弧形状部分２ｘとされるとともに、円筒５３より内周側が平坦となる平坦部分２ｙとされることで、その内壁面がすり鉢形状の凹曲面とされる。このとき、円弧形状部分２ｘの曲率は、円筒５３の半円形状部分５３ｃの外周面側に応じた曲率となり、背面壁２ｄの円弧形状部分２ｘの内壁面と円筒５３の半円形状部分５３ｃの外壁面との距離が一定とされる。又、背面壁２ｄにおける円弧形状部分２ｘと平坦部分２ｙとの接続部分が、円筒５３における半円形状部分５３ｃの下流側先端からの軸方向の延長線上に形成される。

このように、背面壁２ｄを構成することによって、背面壁２ｄの円弧形状部分２ｘの内壁面と円筒５３の半円形状部分５３ｃの外壁面とにおける断面積を、外筒２ｃの内壁と円筒５３の平坦部分５３ｂとにおける断面積に等しい面積で、一定とすることができる。これにより、円筒５３の外壁と外筒２ｃの内壁との間を流れる圧縮空気を、円筒５３の内側に均一の流れで誘導させることができ、背面壁２ｄで圧縮空気の流れを安定して１８０度転回させることができる。尚、背面壁２ｄの円弧形状部分２ｘの内壁と円筒５３の半円形状部分５３ｃの外壁との距離ｈ（図３参照）と、円筒５３の半円形状部分５３ｃの半径ｒ（図３参照）とが、圧力損失係数ζと内筒２ａ及び円筒５３の内径Ｄ（図１参照）との関係において、圧力損失係数ζが小さくなる値に設定される。

又、ターニングベーン５４が、円筒５３よりも上流側から下流側に向かって、メインノズル２２より外周側よりメインノズル２２の軸位置まで屈曲した一枚の板で形成される。そして、ターニングベーン５４の曲率が、円筒５３の半円形状部分５３ｃの内壁面と同等となるように形成される。更に、このターニングベーン５４は、図４に示すように、メインノズル２２側面を接続する円弧状の板とされる。このように構成されるターニングベーン５４により、背面壁２ｄで１８０度転回された圧縮空気が、パイロットコーン２３及びメインバーナ２４に誘導される。そして、このターニングベーン５４を単一のベーンとすることで、圧力抵抗を抑制するとともに、圧縮空気を均一な流れとすることができる。

この背面壁２ｄ、円筒５３、及びターニングベーン５４それぞれが、上述のように構成されることによって、外筒２ｃと円筒５３との間に流れ込む圧縮空気が、円筒５３のテーパ形状部５３ａで整流された後、背面壁２ｄで均一な流れのままで１８０度転回される。そして、背面壁２ｄで均一な流れのままで転回された圧縮空気が、ターニングベーン５４によって整流されて、パイロットコーン２３及びメインバーナ２４に誘導される。又、パイロットコーン２３及びメインバーナ２４に誘導される圧縮空気の流れを均一に保持することができるため、従来と比べて、円筒５３の上流側先端からパイロットコーン２３及びメインバーナ２４までの距離を短くすることができる。

（パンチメタル及びリブの構成）
又、図１に示す燃焼器におけるパンチメタル５１及びリブ５２の構成を説明する。図５（ａ）の外筒２ｃの下流側から見た正面図に示すように、パンチメタル５１は、内筒２ａの外壁と外筒２ｃの内壁との間の圧縮空気の通路入口を覆うリング状の構成とされるとともに複数の孔を備えた多孔板で構成される。そして、図５（ａ）の正面図に示すように、リブ５２が、内筒２ａの外壁と外筒２ｃの内壁とに両端が接するように、燃焼器の軸に対して放射状に設けられる。又、リブ５２は複数設けられ、この複数のリブ５２が燃焼器の周方向に対して等間隔となるように配置されるとともに外筒２ｃに接続されることで、内筒２ａを支持する。

更に、リブ５２は、図５（ｂ）の断面図に示すように、パンチメタル５１の外周側に接続される固定用部材５２ａと、固定用部材５２ａから内筒２ａに突起するように形成されて内筒２ａと接する板状部材５２ｂと、を備える。そして、固定用部材５２ａは、パンチメタル５１の上流側及び下流側それぞれに突起した、断面が半円形状の柱状の構造となり、ボルト５２ｃが挿入される貫通したねじ穴を内部に備える。この固定用部材５２ａの上流側は、ボルト５２ｃのヘッド部分が埋まるような凹部５２ｄが設けられ、ボルト５２ｃが挿入された後、この凹部５２ｄを金属部品で埋め込むことにより平坦な端面を形成する。

又、外筒２ｃは、図５（ｂ）の断面図に示すように、その内壁に、リブ５２の固定用部材５２ａと接続する、軸方向に略柱状となるリブ接続用部材５２ｅを備える。このリブ接続用部材５２ｅは、ボルト５２ｃが挿入されるねじ穴を備える。これにより、固定用部材５２ａのねじ穴を貫通するボルト５２ｃがリブ接続用部材５２ｅのねじ穴に挿入されて、固定用部材５２ａがリブ接続用部材５２ｅに固定されることで、パンチメタル５１及びリブ５２が外筒２ｃに固定される。又、下流側端面が略１／４球状の曲面とすることにより、圧縮空気の流れに乱れをできるだけ与えないようにすることができる。

このように、外筒２ｃに固定されたリブ５２を放射状に設けることによって、内筒２ａをリブ５２によって、周方向に抑えて固定することができる。これにより、メインノズル２２の下流側先端を、内筒２ａに接続されたメインバーナ２４におけるメインスワラ２６によって支持することができる。よって、上述の背面壁２ｄ、円筒５３、及び、ターニングベーン５４の構成により内筒２ａを流れる圧縮空気を均一な流れとすることで、パイロットノズル２１及びメインノズル２２の軸方向の長さを短くすることができることから、メインノズル２２の下流側を支持するパイロットノズル２１に接続された支柱が不要となる。更に、圧縮空気が均一な流れとされるため、従来と比べて、パンチメタル５１による抵抗を小さくすることができ、パンチメタル５１における圧損を抑制することができる。

＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態の燃焼器は、パイロットノズル２１及びメインノズル２２の基部側に設けられた円筒を、第１の実施形態における燃焼器とは別の構成とする。それ以外の構成については、第１の実施形態の燃焼器と同一の構成である。よって、以下では、この円筒における第１の実施形態と異なる構成部分について説明する。尚、図６は、本実施形態の燃焼器における円筒の一部の概略構成を示す斜視図であり、図７は、パイロットノズル２１及びメインノズル２２の基部側から見た円筒の上流側先端の正面図を示す。

本実施形態における燃焼器に備えられる円筒５３ｘは、第１の実施形態における燃焼器に備えられる円筒５３（図２参照）と同様、内筒２ａに接続されるテーパ形状部分５３ａと、外筒２ｃとの距離が一定となる平坦形状部分５３ｂと、外壁２ｄとの距離が一定となるような曲面を備える半円形状部分５３ｃと、を備える。更に、この円筒５３ｘは、半円形状部分５３ｃの先端部分に、図６に示すような切欠部６０が設けられる。

この切欠部６０は、図７に示すように、隣接するメインノズル２２の中間位置（ターニングベーン５４の設置位置）と燃焼器の軸中心とを結ぶ放射線上となる位置に設置され、半円形状部分５３ｃにおいて、切欠部６０の面が切欠部６０以外の面よりも窪んだ溝のような形状で構成される。又、切欠部６０は、半円形状部分５３ｃの外壁において、図８（ａ）に示すように、内筒２ａ側から背面壁２ｄに対向する先端に向かって広がった形状とされるとともに、半円形状部分５３ｃの内壁においても、図８（ｂ）に示すように、内筒２ａ側から背面壁２ｄに対向する先端に向かって広がった形状とされる。

このように切欠部６０を形成することによって、切欠部６０に沿った圧縮空気の流れが形成される。そのため、図９に示すように、円筒２ａの内壁側において、切欠部６０の中央位置から２つのメインバーナ２４の隣接位置を結ぶ中心軸Ｆ０を対称にして、切欠部６０の内側に、圧縮空気の流れの渦Ｆ１ａ，Ｆ１ｂが形成される。この圧縮空気の流れＦ１ａ，Ｆ１ｂの外側に、切欠部６０の中央位置にある軸Ｆ０に対して対称となる渦Ｆ２ａ，Ｆ２ｂが形成される。この渦Ｆ２ａ，Ｆ２ｂは、渦Ｆ１ａ，Ｆ１ｂより大きく、又、切欠部６０の外側に沿うとともにメインバーナ２４に向かって形成される。そして、この渦Ｆ２ａ，Ｆ２ｂの両側には、渦Ｆ２ａ，Ｆ２ｂに沿うようにして、切欠部６０の両側に位置するメインバーナ２４に向かって流れる圧縮空気の流れＦ３ａ，Ｆ３ｂが形成される。

図９に示す圧縮空気の流れから観察されるように、切欠部６０が形成することで、圧縮空気の流れにおいて、渦Ｆ１ａ，Ｆ１ｂを切欠部６０による段差位置に固定して形成することができる。そして、この圧縮空気の流れにおける渦Ｆ１ａ，Ｆ１ｂによって、メインバーナ２４に向かう圧縮空気の流れの方向性を決定することができる。これにより、メインバーナ２４へ供給する圧縮空気の流れを均一な流れとし、メインバーナ２４に流れ込む圧縮空気の流れに対する乱れが抑制される。

更に、燃焼器内に供給される圧縮空気の圧力が、例えば、２０気圧のように高圧力とされるため、図９の示す圧縮空気の流れにおける渦Ｆ１ａ，Ｆ１ｂ，Ｆ２ａ，Ｆ２ｂを小さくすることができる。これにより、大気圧などの低気圧の場合において流れに対して抵抗や乱れとなる渦Ｆ１ａ，Ｆ１ｂ，Ｆ２ａ，Ｆ２ｂが小さくなり、その抵抗及び乱れを抑制するだけでなく、圧縮空気の流れの方向付けに対して機能して、より大きな効果を与える。よって、円筒５３ｘの内壁に沿って流れる圧縮空気をより均一にメインバーナ２４に向かって流すことができる。

第１の実施形態のように切欠部６０が設けられなかった場合、円筒５３の内側に流れ込む圧縮空気に発生する渦の位置が、円筒５３の周方向に移動するため、メインバーナ２４に流れ込む圧縮空気の流れを不均一なものとしてしまう。それに対して、本実施形態では、切欠部６０が円筒５３の周方向に隣接するメインバーナ２４の中間位置に設置されるため、渦Ｆ１ａ，Ｆ１ｂ，Ｆ２ａ，Ｆ２ｂを切欠部６０によって固定し、メインバーナ２４に流入する圧縮空気の流れへの悪影響を少なくして、均一な流れを出来るだけ維持することができる。

尚、本実施形態において、切欠部６０を、図６〜図８によって示されるような構成のものとしたが、円筒５３ｘの上流側先端（メインノズル２２の基部側）に対して段差となる溝をメインノズル２２に対応する位置に形成することで構成されるものであれば、他の形状としても構わない。又、このように他の形状で構成される切欠部６０についても、メインバーナ２４に向かう圧縮空気の流れに、図９のような渦Ｆ１ａ，Ｆ１ｂを固定して形成するものあれば良い。

又、上述の第１及び第２の実施形態において、円筒５３，５３ｘが内筒２ａと異なる部品としたが、図１０に示すように、内筒２ａの上流側先端が円筒５３，５３ｘのようなベルマウス構造となるように構成するものとしても構わない。このとき、第２の実施形態の場合は、円筒５３ｘに設けられる切欠部６０が、内筒２ａの上流側先端において、各メインノズル２２に対向する位置に構成されることとなる。

更に、上述の第１及び第２の実施形態において、図１１に示すように、リブ接続用材５２ｅの代わりに、外筒２ｃの内壁面を固定用部材５２ａの内筒２ａ側の先端と同一の位置とするものとしても構わない。そして、この外筒２ｃの圧縮空気入口側の端面にねじ穴を設けることで、固定用部材５２ａのねじ穴を貫通するボルト５２ｃが挿入され、外筒２ｃに固定用部材５２ａが固定されて、パンチメタル５１及びリブ５２が外筒２ｃに固定される。

は、第１の実施形態における燃焼器における内筒内部の構成を示す断面図である。 は、図１の燃焼器の円筒の構成を示す断面図である。 は、図１の燃焼器の背面壁の構成を示す断面図である。 は、図１の燃焼器のターニングベーンとメインノズルとの関係を示す断面図である。 は、図１の燃焼器における外筒の下流側から見た正面図とリブ周辺の断面図とである。 は、第２の実施形態の燃焼器における円筒の一部の概略構成を示す斜視図である。 は、メインノズルの基部側から見た図６に示す円筒の上流側先端の正面図である。 は、図６の円筒の外壁及び内壁の構成を示す図である。 は、図６の円筒における切欠部による圧縮空気の流れを示す図である。 は、円筒と内筒とを一体としたときの燃焼器の構成を示す断面図である。 は、リブの別の構成例を示す図である。 は、一般的なガスタービンの構成を示す概略断面図である。 は、従来のガスタービンにおける燃焼器の拡大断面図である。 は、従来のガスタービンにおける燃焼器における内筒の拡大断面図である。

符号の説明

１ 圧縮機
２，２０ 燃焼器
３ タービン
４ 車室
５ ロータ
１１ 圧縮機出口
３１ 静翼
３２ 動翼
１４ フローガイド
２ａ 内筒
２ｂ 尾筒
２ｃ 外筒
２ｄ 背面壁
２ｅ スリーブ
２１ パイロットノズル
２２ メインノズル
２３ パイロットコーン
２４ メインバーナ
２５ パイロットスワラ
２６ メインスワラ
５１ パンチメタル
５２ リブ
５３ 円筒
５４ ターニングベーン
６０ 切欠部

Claims (4)

1. 燃焼器の軸心に設置されて拡散燃焼を行うパイロットノズルと、前記パイロットノズルの外周側で周方向に等間隔となるように設置されて予混合燃焼を行うメインノズルと、前記パイロットノズル及び前記メインノズルの外周側を覆う内筒と、を備える燃焼器において、
   前記内筒の前記メインノズルの基部側における先端に接続され、前記メインノズルの先端から基部側に向かって外壁にふくらみが設けられるとともに、前記メインノズルの基部側の先端が半円形状の断面とされる円筒と、
   前記内筒及び前記円筒の外周側に設けられて、その内壁と前記内筒及び前記円筒それぞれの外壁との間を圧縮空気の通路とする外筒と、
   前記外筒の前記メインノズルの基部側を覆い、前記外筒の内壁側に曲面が設けられて、前記メインノズルの基部側に対してすり鉢状の凹面となる背面壁と、
   前記メインノズルの周方向の間に設けられるとともに、前記メインノズルの基部から先端に向かって前記メインノズルの外周側から中心軸に向かうように屈曲するターニングベーンと、
   を有することを特徴とする燃焼器。
2. 前記円筒において、前記メインノズルの先端からふくらみが設けられることで形成されるテーパ部分が、緩やかな丸みを帯びた曲げによって構成されることを特徴とする請求項１に記載の燃焼器。
3. 前記円筒の外壁における半円形状の曲面と前記背面壁の内壁における曲面とによって形成される空間の断面積が略一定となることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃焼器。
4. 前記ターニングベーンの曲率が、前記円筒の外壁における半円形状の曲面の曲率と略等しいことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の燃焼器。

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