JP6271029B2 - 燃焼器、ガスタービン - Google Patents

Description

本発明は、燃焼器、及びこれを備えるガスタービンに関する。
本願は、２０１４年１０月６日に出願された特願２０１４−２０５８２４、及び特願２０１４−２０５８２５に基づいて優先権を主張し、その記載を援用する。

ガスタービン等に用いられる燃焼器では、圧縮機から送られた圧縮空気（燃焼用空気）に予め燃料を混合して混合気を生成して、この混合気を燃焼させる予混合燃焼方式が広く用いられている。
この種の燃焼器としては、燃焼器の軸線上に設けられた第２のバーナと、この第２のバーナに平行に配置された複数の第１のバーナとを有するものが知られている。そして、第２のバーナと第１のバーナとは、これらの径に対応する支持開口が形成された基板に支持されることで、燃焼器の本体に対して固定されている。さらに、この基板には、メインノズルを径方向外側から覆うようにして配置された楕円筒状の延長管が設けられている。すなわち、延長管によって基板表面は複数の区画に分割されている。
このような構造の第１のバーナは、その内部で燃料と空気とを混合して予混合ガスを生成し、この予混合ガスを燃焼することで延長管の先端から下流側に延びる火炎を形成する。

ここで、予混合燃焼方式を採用したガスタービン燃焼器では、混合気の流速が低い領域（低速領域）において、火炎が混合気の流れ方向に逆流することで生じる、逆火と呼ばれる現象が知られている。
特に、基板上で隣り合う複数の延長管同士の間に形成される領域では、基板空気が下流側に向かって流通するのみであることに加えて、燃焼器の軸線から離間する位置に向かうほど、例えば燃焼器内筒等との摩擦抵抗が生じることから、基板空気流速の損失が大きくなる。これにより、予混合ガスが延長管の内側から外側に向かって巻き込まれて基板の方向へ逆流する可能性が高くなる。すなわち、延長管同士の間に形成される低速領域で逆火が生じる可能性が高くなる。

このように、延長管の近傍で生じる逆火の可能性を低減するための技術として、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１に記載されたガスタービン燃焼器では、延長管の出口における断面形状を、楕円から矩形状に近づけることで、隣り合う延長管同士の間に形成される領域の面積を減少させている。すなわち、該領域で形成される低速領域を小さくすることで、逆火の可能性が低減するとされている。

特許第４０７０７５８号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術では、低速領域の大きさを減少させることのみに留まるため、依然として低速領域自体は存在する。したがって、延長管同士の間に形成される領域に向かって逆流する予混合ガスの流れ成分は依然としてある程度存在することとなる。
すなわち、燃焼器で生じる逆火の可能性低減を図る上で、上記特許文献１に記載された技術にはさらなる改善の余地がある。

上記課題を解決するため、本発明の燃焼器、及びガスタービンは、以下の手段を提案している。
本発明の第一態様によれば、燃焼器は、軸線に沿って延び、周方向に間隔をあけて複数が配列される第１のバーナと、前記複数の第１のバーナを支持する支持開口が形成されるとともに、下流側に向かって基板空気を流通させる複数の貫通孔が形成された基板と、前記第１のバーナに対応するように複数が前記基板に支持されて、前記第１のバーナから噴出される予混合ガスを下流側に向かって案内する延長管と、前記貫通孔から噴出される少なくとも一部の基板空気の方向を、前記基板の下流側で変向する基板空気案内部と、を備える。

上述のような構成によれば、基板の下流側に基板空気案内部が設けられていることによって、貫通孔から噴出された基板空気を、基板の下流側における所望の領域に向かって流れるように案内することができる。これにより、基板空気の流量配分を適正化することができる。

さらに、本発明の第二の態様によれば、上記第一の態様に係る燃焼器では、前記基板空気案内部は、前記貫通孔から噴出される基板空気を前記基板よりもさらに下流側に向かって案内して噴出する基板空気延長部によって形成されていてもよい。

上述のような構成によれば、基板空気延長部が設けられていることによって、貫通孔から噴出された基板空気を基板よりもさらに下流側に向かって案内することができる。これにより、延長管から噴出される予混合ガスによって形成される火炎が上流側の基板に向かって逆流する可能性を低減することができる。

さらに、本発明の第三の態様によれば、上記第二の態様に係る燃焼器では、前記基板空気延長部は、前記基板に形成された前記複数の貫通孔の少なくとも一部に対応するように設けられて、下流側に向かって延びる管体によって形成されていてもよい。

上述の構成によれば、基板空気延長部として貫通孔に対応するように設けられた管体が用いられる。さらに、管体は基板から下流側に向かって延びている。これにより、貫通孔から噴出される基板空気を、基板の下流側に向かって、より確実に案内して噴出することができる。

さらに、本発明の第四の態様によれば、上記第三の態様に係る燃焼器では、前記管体が複数設けられるとともに、前記複数の管体の内径は、前記軸線から離間する位置にある前記管体ほど小さく設定されていてもよい。

一般的に、基板上で軸線から離間する位置であるほど予混合ガスの速度損失が大きいため、逆火の可能性も高いことが知られている。上述のような構成によれば、軸線から離間する位置にある管体ほど内径が小さく形成されている。したがって、軸線から離間するほど、管体を流通する基板空気の流速を大きくすることができる。

さらに、本発明の第五の態様によれば、上記第三又は第四のいずれか一態様に係る燃焼器では、前記複数の管体の前記軸線方向における寸法は、前記軸線から離間する位置にある前記管体になるに従って大きく設定されていてもよい。

上述のような構成によれば、軸線から離間する位置にある管体ほど、軸線方向における寸法が大きく設定されている。したがって、基板上で軸線から離間する位置にある管体ほど、基板空気をより下流側に向かって案内することができる。これにより、逆火の可能性をさらに低減することができる。

さらに、本発明の第六の態様によれば、燃焼器は、前記複数の管体同士の間の間隙を埋める肉厚部をさらに備えてもよい。

上述のような構成によれば、複数の管体同士の間に形成される間隙が、肉厚部によって埋められている。したがって、これら管体同士の間の間隙に向かって予混合ガスが逆流することがない。これにより、逆火の可能性をさらに低減することができる。

さらに、本発明の第七の態様によれば、上記第一の態様に係る燃焼器では、前記基板空気案内部は、前記貫通孔から噴出される少なくとも一部の基板空気の方向を、前記基板の下流側で変向する基板空気変向部によって形成されていてもよい。

上述のような構成によれば、基板の下流側に基板空気変向部が設けられていることによって、貫通孔から噴出された基板空気を、基板の下流側における所望の領域に向かって流れるように変向することができる。これにより、基板空気の流量配分を適正化することができる。

さらに、本発明の第八の態様によれば、上記第七の態様に係る燃焼器では、前記基板空気変向部は、前記基板から下流側に向かって延びる仕切板によって形成されていてもよい。

上述の構成によれば、基板空気変向部として、基板から下流側に向かって延びる仕切板が設けられる。さらに、この仕切板は、基板の下流側の面を複数の区画に分けるように形成される。これにより、貫通孔から噴出される基板空気を、仕切板によって複数の流れに分けるとともに、所望の方向に変向することが可能となる。

さらに、本発明の第九の態様によれば、上記第八の態様に係る燃焼器では、前記複数の仕切板は、基板から下流側に向かうにしたがって、前記軸線から離間する方向に向かって次第に湾曲するように形成されていてもよい。

一般的に、基板上で軸線から離間する位置であるほど予混合ガスの速度損失が大きいため、逆火の可能性も高いことが知られている。上述のような構成によれば、仕切板によって、基板空気の流れる方向を、軸線から離間する方向に変向することで、予混合ガスの速度損失を補うことができる。

さらに、本発明の第十の態様によれば、上記第八又は第九のいずれか一態様に係る燃焼器では、前記仕切板は、前記基板を径方向に沿って分けることで前記複数の区画を形成するとともに、前記軸線から離間する位置にある前記区画ほど、前記貫通孔の設けられる数が多くてもよい。

上述のような構成によれば、軸線から離間する位置にある区画ほど、多くの貫通孔が形成されている。したがって、基板上で軸線から離間する位置にある区画ほど、多くの基板空気を下流側に向かって噴出させて逆火の可能性を低減することができる。

さらに、本発明の第十一の態様によれば、上記第八から第十のいずれか一態様に係る燃焼器では、前記仕切板は、前記基板を径方向に沿って分けることで前記複数の区画を形成するとともに、前記軸線から離間する位置にある前記区画ほど、前記貫通孔の開口径が小さくてもよい。

上述のような構成によれば、軸線から離間する位置にある貫通孔ほど、その開口径が小さくなるように形成されている。これにより、軸線から離間する位置にある貫通孔から噴出される基板空気の流速を上げて逆火の可能性を低減することができる。

さらに、本発明の第十二の態様によれば、上記第一から第十一のいずれか一態様に係る燃焼器において、前記複数の第１のバーナによって前記軸線の径方向外側から囲まれるように前記軸線に沿って配置された第２のバーナをさらに備えてもよい。

上述のような構成によれば、第２のバーナを備えることで、第１のバーナに対する着火をより容易に行うことができる。

さらに、本発明の第十三の態様に係るガスタービンは、上記第一から第十二のいずれか一態様に係る燃焼器と、該燃焼器に圧縮空気を供給する圧縮機と、前記燃焼器で前記予混合ガスが燃焼することで生成される燃焼ガスが供給されるタービンと、を備える。

上述のような構成によれば、逆火の可能性が低減された燃焼器を備えていることから、より安定的な運転が可能なガスタービンを提供することができる。

本発明の燃焼器、及びガスタービンによれば、逆火の可能性をさらに低減することができる。

本発明の第一実施形態に係るガスタービンの概略図である。 本発明の第一実施形態に係る燃焼器の軸線に直交する方向から見た断面概略図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。 図２のＩＶ−ＩＶ線における断面図である。 本発明の第一実施形態に係る燃焼器の要部拡大図である。 本発明の第一実施形態に係る燃焼器の変形例を示す要部拡大図である。 本発明の第二実施形態に係る燃焼器の要部拡大図である。 本発明の第三実施形態に係る燃焼器の軸線に直交する方向から見た断面概略図である。 図８のＩＸ−ＩＸ線における断面図である。 図８のＸ−Ｘ線における断面図である。 本発明の第三実施形態に係る燃焼器の要部拡大図である。 本発明の第三実施形態に係る燃焼器の変形例を示す要部拡大図である。

［第一実施形態］
以下、本発明の第一実施形態について図面を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態に係るガスタービン１は、多量の空気を内部に取り入れて圧縮する圧縮機２と、この圧縮機２にて圧縮された圧縮空気Ａに燃料を混合して燃焼させる燃焼器３と、燃焼器３から導入された燃焼ガスＧの熱エネルギーを回転エネルギーに変換するタービン４とを備えている。

圧縮機２及びタービン４は、互いに一体で回転するように連結されたロータ５と、ロータ５の外周側を囲うステータ６とを備えている。ロータ５は、回転軸７と、軸線Ｏ方向に間隔を空けて固定されている複数の環状動翼群８と、を有している。各々の環状動翼群８は、回転軸７の外周に、周方向に互いの間隔を空けて固定されている複数の動翼を有して構成されている。

ステータ６は、それぞれケーシング９と、ケーシング９内において軸線Ｏ方向に間隔をあけて固定された複数の環状静翼群１０とを備えている。環状静翼群１０は、各々のケーシング９内面に、周方向に互いの間隔をあけて固定されている複数の静翼を有している。
環状静翼群１０は、それぞれ、複数の環状動翼群８と、軸線Ｏ方向に交互に配置されている。

図２に示すように、本実施形態に係る燃焼器３は、ケーシング９の内部に収容された内筒１３と、内筒１３の外周側を覆う外筒１４とを備えている。
内筒１３は、中空の管状部材である。内筒１３の下流側には不図示の尾筒が接続されている。尾筒は、内筒１３、及び外筒１４と同様に、中空管状に形成された部材である。尾筒の内部では、燃焼器３によって形成される火炎が保炎される。
さらに、外筒１４は、管状をなす外筒本体１４Ａと、この外筒本体１４Ａの一方側の端部を支持するフランジ状の外筒基部１４Ｂと、を有している。内筒１３は、複数の固定部材１２によって外筒基部１４Ｂに対して固定されている。
外筒１４の内周面と内筒１３の外周面との間には、圧縮空気Ａが流通する空気流路１５が形成されている。この空気流路１５に流入した圧縮空気Ａは、外筒１４の底部分の反転部１６で転回することで、内筒１３の内部に供給される。なお、上述の固定部材１２は、燃焼器３の周方向に沿って間隔を開けて配列されている。したがって、隣り合う固定部材１２，１２同士の間には間隙が形成されている。これにより、圧縮空気Ａは、この間隙を通じて内筒１３の内部に取り込まれるようになっている。

さらに、燃焼器３は、内筒１３内に第２のバーナ２０と、第１のバーナ２１と、を備えている。第２のバーナ２０は、内筒１３の軸線Ｐに沿って設けられている。さらに、第２のバーナ２０は、後述する複数の第１のバーナによって軸線Ｐの径方向外側から囲まれている。第２のバーナ２０は、外部から供給される燃料をパイロットノズル２２から噴射する。パイロットノズル２２から噴射された燃料に着火することで火炎が形成される。
さらに、第２のバーナ２０にはパイロットコーン２３が設けられている。パイロットコーン２３は、パイロットノズル２２の外周側を囲む筒状の部材である。加えて、パイロットコーン２３は、パイロットノズル２２の近傍から下流側にかけて、その内径寸法が漸次拡大するように形成されたテーパコーン部２４を有している。テーパコーン部２４は、火炎の拡散範囲、方向を規制することで保炎性を高めることを目的としている。

さらに、第２のバーナ２０は、その上流側にパイロットスワラ３０を備えている。詳細には図示しないが、パイロットスワラ３０は第２のバーナ２０の内部で軸線Ｐの周方向に沿って、複数のスワールベーンを等間隔で配列することで形成された装置である。各々のスワールベーンは、上流側から下流側に向かうに従って軸線Ｐに対して角度を成すようにして配置されている。したがって、パイロットスワラ３０を通過した圧縮空気Ａは、スワールベーンによる旋回成分が付加されて、旋回流となる。

さらに、内筒１３の内側には複数の第１のバーナ２１が設けられている。本実施形態では、第２のバーナ２０の周方向に沿って４つの第１のバーナ２１，２１，２１，２１が設けられている。より詳細には、第１のバーナ２１は、第２のバーナ２０の外周側に周方向に等間隔で配置されている。それぞれの第１のバーナ２１は内筒１３の軸線Ｐに沿って延びることで、上述の第２のバーナ２０と平行をなしている。
第１のバーナ２１の先端部には、メインノズル２５が設けられている。メインノズル２５は、下流側から上流側に向かうに従って、すなわち先端側に向かうに従って、その外形が漸次縮小するように円錐状に形成されている。

さらに、それぞれの第１のバーナ２１の外周側には延長管２６が設けられている。延長管２６は、第１のバーナ２１を外周側から囲むようにして、概ね円筒状に形成された部材である。延長管２６における、第１のバーナ２１と接続される側の端部は、第１のバーナ２１の断面形状に対応するようにして、円形とされている。
一方で、軸線Ｐに交差する方向から見て、延長管２６の壁面のうち、パイロットコーン２３に近接する側の壁面は、上流側から下流側に向かうに従って、次第に軸線Ｐから離間するように傾斜して形成されている。

さらに、図３に示すように、それぞれの延長管２６の下流側における開口部２７は、軸線Ｐ方向から見て周方向に沿って延びる略長円状の断面形状を有している。さらに、この断面を成す長円における、パイロットコーン２３のテーパコーン部２４に近接する側の部分は、テーパコーン部２４の外縁をなす円弧に沿うように凹没している。一方で、内筒１３に近接する側の部分は、内筒１３の内縁に沿うようにして緩やかに湾曲しながら突出している。すなわち、延長管２６の断面形状は、上流側から下流側に向かうに従って、円形から次第に変形して、一方向に湾曲した長円状を成すように形成されている。
以上のように形成された延長管２６の内側の領域は、圧縮空気Ａが流れるための主流路２８とされている。

図２に戻って、第１のバーナ２１は、第２のバーナ２０と同様に、延長管２６の内側に設けられたメインスワラ２９を備えている。メインスワラ２９を通過した圧縮空気Ａは、スワールベーンによる旋回成分が付加されて旋回流となる。

このように構成された第１のバーナ２１に対して、不図示の燃料噴射孔から燃料を噴射する。燃料噴射孔は例えばメインスワラ２９に設けられている。
噴射された燃料は、内筒１３内の圧縮空気Ａと混合し、予混合ガスＦを生成する。メインスワラ２９によって生成された旋回流によって、予混合ガスＦは第１のバーナ２１を中心として旋回しながら主流路２８中を下流側に向かって流れる。

さらに、上述のように構成された第２のバーナ２０と第１のバーナ２１とは、それぞれ基板３１によって支持されて、内筒１３の内部に固定されている。図４に示すように、基板３１は内筒１３の断面形状に対応して形成された、概ね円形の板状部材である。基板３１の中心点を含む領域には、第２のバーナ２０をその周方向外側から囲むようにして支持する第２のバーナ支持開口３２が形成されている。第２のバーナ支持開口３２は、第２のバーナ２０の外径寸法に対応する開口径を有している。

この第２のバーナ支持開口３２の周方向外側には、複数（４つ）の第１のバーナ２１，２１，２１，２１を支持するための第１のバーナ支持開口３３，３３，３３，３３が、周方向に等間隔を開けて複数（４つ）形成されている。第１のバーナ支持開口３３は、第２のバーナ支持開口３２と同様に、第１のバーナ２１をその周方向外側から囲むようにして支持する。

さらに、基板３１には、主流路２８中を流通する圧縮空気Ａ（基板空気Ａ）を流通させるための複数の貫通孔３４が設けられている。より詳細には、これら複数の貫通孔３４は、互いに隣り合う第１のバーナ支持開口３３同士の間の領域に設けられている。それぞれの貫通孔３４は、第１のバーナ支持開口３３、又は第２のバーナ支持開口３２よりも小さな開口径を有している。

基板３１上で貫通孔３４が設けられる正確な位置や個数は、設計に応じて適宜決定される。本実施形態に係る貫通孔３４は、一例として基板３１の中心（軸線Ｐ）から径方向外側に離間するに従って、次第にその数が増加するように設けられている。具体的には、中心に最も近接する位置には、１個の貫通孔３４が設けられている。さらに、径方向外側に向かうに従って、１個ずつ個数が増加する。すなわち、中心から径方向に向かって数えて２列目の位置では、２個の貫通孔３４が設けられている。３列目（ｎ列目）の位置には、３つ（ｎ個）の貫通孔３４が設けられている。

上述のように形成された複数の貫通孔３４には、これら複数の貫通孔３４の少なくとも一部に対応するようにして、基板空気延長部３５（基板空気案内部）が設けられている（図１０参照）。基板空気延長部３５は、貫通孔３４を通じて基板３１の上流側から下流側に向かって噴出される圧縮空気Ａ（基板空気Ａ）を、基板３１よりもさらに下流側に向かって案内して噴出するために設けられている。

本実施形態における基板空気延長部３５は、基板３１の下流側の面から軸線Ｐに沿って下流側に向かって延びる複数の管体３６によって形成されている。それぞれの管体３６の内径寸法は、貫通孔３４の開口径と略同一に設定されている。さらに、管体３６の内部は上流側から下流側にかけて、開口径が一定に設定されている。

加えて、これら複数の管体３６は、基板３１から下流側に向かって、延長管２６の開口部２７近傍まで延びている。より詳細には、管体３６の下流側の端部は延長管２６の開口部２７よりも上流側に位置している。

一方で、複数の管体のうち、軸線Ｐに近接する側に設けられた管体３６は、他の管体３６に比較してその軸線Ｐ方向における寸法が小さく設定されている。これにより、パイロットコーン２３のテーパコーン部２４と干渉することを回避している。

以上のように構成された燃焼器３では、基板空気延長部３５が設けられていることによって、貫通孔３４から噴出された基板空気Ａを基板３１よりもさらに下流側に向かって案内することができる。これにより、延長管２６から噴出される予混合ガスＦによって形成される火炎が上流側の基板３１に向かって逆流することで生じる逆火の可能性を低減することができる。

ここで、基板空気延長部３５が設けられていない燃焼器３の内部では、予混合ガスＦの流速が低い領域（低速領域）が生じることが知られている。このような低速領域では、火炎が上流側に逆流することで、逆火（フラッシュバック）と呼ばれる現象が発生しやすい。

特に、基板３１上で隣り合う複数の延長管２６同士の間に形成される領域では、基板空気が下流側に向かって流通するのみであることに加えて、燃焼器３の軸線Ｐから離間する位置に向かうほど、基板空気の流速の損失が大きくなる。これにより、予混合ガスＦが延長管２６の内側から外側に向かって巻き込まれて基板３１の方向へ逆流する可能性が高くなる。すなわち、延長管２６同士の間に形成される低速領域で逆火が生じる可能性が高くなる。
しかしながら、本実施形態に係る燃焼器３では、上述のように基板空気延長部３５（管体３６）が設けられていることより、このような低速領域に対して、高速の基板空気が供給される。これにより、低速領域における流速を高めることで火炎が逆流する可能性を低減することができる。すなわち、燃焼器３で生じる逆火の可能性を低減することができる。

さらに、上述の構成によれば、基板空気延長部３５として貫通孔３４に対応するように設けられた管体３６が用いられる。さらに、管体３６は基板３１から下流側に向かって延びている。これにより、貫通孔３４から噴出される基板空気Ａを基板３１の下流側に向かってより確実に案内して噴出することができる。

［第一実施形態の変形例］
続いて、本発明の第一実施形態における基板空気延長部３５の変形例について図６を参照して説明する。図６に示すように、本変形例に係る基板空気延長部３５は、軸線Ｐから離間する位置にある管体３６ほど、その内径が小さく設定されている。加えて、管体３６の軸線Ｐ方向における寸法は、軸線Ｐから離間する位置にある管体３６ほど大きく設定されている。

上述のように、内筒１３の近傍では圧縮空気Ａ（基板空気Ａ）の流速低下が顕著に見られる。したがって、このような内筒１３の近傍、すなわち軸線Ｐから離間した位置ほど逆火の可能性が高まる。しかしながら、本変形例に係る基板空気延長部３５では、上述のように軸線Ｐから離間する位置にある管体ほど、その内径が小さく設定されているとともに、軸線Ｐ方向における寸法が大きく設定されているため、基板空気の流速をさらに高めることができる。加えて、基板空気延長部３５から基板空気が噴出される位置をさらに下流側にすることができる。これにより、逆火の可能性をさらに低減することができる。

［第二実施形態］
続いて、本発明の第二実施形態について、図７を参照して説明する。第二実施形態に係る燃焼器３では、基板空気延長部３５が以下のように構成される点で上述の第一実施形態とは異なる。
すなわち、本実施形態に係る基板空気延長部３５は、基板３１から下流側に向かって設けられた複数の管体３６同士の間に形成された隙間を埋める肉厚部３７を備えている。

より詳細には、肉厚部３７は、基板３１の下流側の面から、管体３６の下流側端部に至るまでの寸法と略同一の分だけ延びるように一体に形成された部材である。これにより、本実施形態に係る基板空気延長部３５の外形は、一方の面から他方の面に向かって貫通する多数の孔が形成された厚肉板状をなしている。このような基板空気延長部３５を形成するに当たっては、一体に形成されたブロック状の金属材料等に、多数の孔を設けることが望ましい。

このような構成によれば、複数の管体３６同士の間に形成される間隙が、中実に形成された肉厚部３７によって埋められている。したがって、これら管体３６同士の間の間隙に向かって予混合ガスＦが逆流することがない。これにより、逆火の可能性をさらに低減することができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

例えば、本実施形態では、基板３１に形成される貫通孔３４、及びこれに対応する管体３６の開口形状は円形であるものとして説明をした。しかしながら、これら部材の開口形状は円形に限定されず、例えば多角形や楕円形等、設計に応じて適宜変更することが可能である。

さらに、上述の実施形態では、管体３６の内部は上流側から下流側にかけて、開口径が一定であるものとして説明をした。しかしながら、管体３６の開口径はこれに限定されず、例えば上流側から下流側に向かうに従って次第に開口径が増大、又は減少するように形成されていてもよい。

［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態に係る燃焼器３Ａについて、図８から図１２を参照して説明する。

図１０に示すように、本実施形態における基板１３１には、主流路１２８中を流通する圧縮空気Ａ（基板空気Ａ）を流通させるための複数の貫通孔１３４が設けられている。より詳細には、これら複数の貫通孔１３４は、互いに隣り合う第１のバーナ支持開口１３３同士の間の領域Ｓに設けられている。領域Ｓは、第２のバーナ支持開口１３２の円弧、隣接する第１のバーナ支持開口１３３，１３３同士の円弧、及び基板１３１の輪郭線をなす円弧のそれぞれによって囲まれた略三角形状の領域である。それぞれの貫通孔１３４は、第１のバーナ支持開口１３３、又は第２のバーナ支持開口１３２よりも小さな開口径を有している。

基板１３１上の領域Ｓ内で貫通孔１３４が設けられる正確な位置や個数は、設計に応じて適宜決定される。本実施形態に係る貫通孔１３４は、一例として基板１３１の中心（軸線Ｐ）から径方向外側に離間するに従って、次第にその数が増加するように設けられている。具体的には、各領域Ｓにおいて中心に最も近接する位置には、１個の貫通孔１３４が設けられている。さらに、径方向外側に向かうに従って、１個ずつ個数が増加する。すなわち、中心から径方向に向かって数えて２列目の位置では、２個の貫通孔１３４が設けられている。３列目（ｎ列目）の位置には、３つ（ｎ個）の貫通孔１３４が設けられている。

上述のように構成された基板１３１上の領域Ｓには、基板空気変向部１３５（基板空気案内部）として複数の仕切板１３６が設けられている（図１０参照）。これら仕切板１３６は、基板１３１上の領域Ｓを径方向に沿って並ぶ複数の区画Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４に分けている。
これらの区画Ｓ１〜Ｓ４には、それぞれ１〜４個ずつの貫通孔１３４が配置されている。すなわち、区画Ｓ１には１つの貫通孔１３４が設けられ、区画Ｓ２には２つの貫通孔１３４，１３４が設けられている。同様にして、区画Ｓ３には３つの貫通孔１３４が設けられ、区画Ｓ４には４つの貫通孔１３４が設けられている。言い換えると、４列の貫通孔が設けられていることから、これら貫通孔１３４のなす列の間の領域には、３つの仕切板１３６，１３６，１３６が設けられている。

加えて、これら複数（３つ）の仕切板１３６，１３６，１３６は、それぞれ軸線Ｐ方向から見て径方向外側に向かって湾曲した円弧状をなすとともに、いずれも軸線Ｐを中心とする同心円の円弧をなしている。さらに、図１１に示すように、軸線Ｐと直交する方向から見た場合、上流側から下流側に向かうに従って、仕切板１３６は軸線Ｐから離間する方向、すなわち径方向外側に向かって次第に湾曲するように形成されている。言い換えると、仕切板１３６は、その延在中途で、軸線Ｐに向かって湾曲するようにして形成されている。加えて、これら仕切板１３６のうち、径方向内側に位置する仕切板１３６ほど、径方向外側に向かって湾曲する度合いが強くなるように形成されている。

これら複数の仕切板１３６は、基板１３１から下流側に向かって、延長管１２６の開口部１２７近傍まで延びている。より詳細には、仕切板１３６の下流側の端部は延長管１２６の開口部１２７よりもわずかに上流側に位置している。

以上のように構成された燃焼器３Ａでは、基板１３１の下流側に基板空気変向部１３５としての仕切板１３６が設けられていることによって、貫通孔１３４から噴出された基板空気Ａのうち、少なくとも一部の成分を、基板１３１の下流側における所望の領域（例えば低速領域）に向かって流れるように変向することができる。これにより、基板空気Ａの流量配分を適正化することができる。よって、延長管１２６から噴出される予混合ガスＦによって形成される火炎が上流側の基板１３１に向かって逆流することで生じる逆火の可能性を低減することができる。

ここで、基板空気変向部１３５が設けられていない燃焼器１３の内部では、予混合ガスＦの流速が低い領域（低速領域）が生じることが知られている。このような低速領域では、火炎が上流側に逆流することで、逆火（フラッシュバック）と呼ばれる現象が発生しやすい。

特に、基板１３１上で隣り合う複数の延長管１２６同士の間に形成される領域Ｓでは、基板空気Ａが下流側に向かって流通するのみであることに加えて、燃焼器１３の軸線Ｐから離間する位置に向かうほど、基板空気Ａの流速の損失が大きくなる。これにより、予混合ガスＦが延長管１２６の内側から外側に向かって巻き込まれて基板１３１の方向へ逆流する可能性が高くなる。すなわち、延長管１２６同士の間に形成される低速領域で逆火が生じる可能性が高くなる。
しかしながら、本実施形態に係る燃焼器１３では、上述のように基板空気変向部１３５（仕切板１３６）が設けられていることより、逆火の可能性を低減することができる。

さらに、上述の構成によれば、基板空気変向部１３５として貫通孔１３４に対応するように設けられた仕切板１３６が用いられる。さらに、仕切板１３６は基板１３１から下流側に向かって延びている。これにより、貫通孔１３４から噴出される基板空気Ａを基板１３１の下流側に向かってより確実に案内して噴出することができる。

［第三実施形態の変形例］
続いて、上述の実施形態の変形例について図１２を参照して説明する。図１２に示すように、本変形例に係る燃焼器１３では、軸線Ｐから離間する位置にある貫通孔１３４ほど、その内径が小さく設定されている。

上述のように、内筒１１３の近傍では圧縮空気Ａ（基板空気Ａ）の流速低下が顕著に見られる。したがって、このような内筒１１３の近傍、すなわち軸線Ｐから離間した位置ほど逆火の可能性が高まる。しかしながら、本変形例に係る燃焼器１３では、上述のように軸線Ｐから離間する位置にある貫通孔１３４ほど、その内径が小さく設定されている。これにより、軸線Ｐから離間する位置にある貫通孔１３４ほど、基板空気Ａをより高速で噴出させることができる。これにより、予混合ガスＦが逆流することで生じる逆火の可能性をさらに低減することができる。

なお、上述の実施形態、及び変形例では仕切板１３６の軸線Ｐ方向における寸法は略同一であるものとした。しかしながら、仕切板１３６の軸線Ｐ方向における寸法は、軸線Ｐから離間する位置にある仕切板１３６ほど大きく設定されていてもよい。このような構成によれば、軸線Ｐから離間する仕切板１３６ほど、基板空気Ａをさらに下流側に向かって案内することができる。これにより、逆火の可能性をさらに低減することができる。

以上、本発明の第三実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

例えば、上記第三実施形態では、基板１３１に形成される貫通孔１３４の開口形状は円形であるものとして説明をした。しかしながら、これら部材の開口形状は円形に限定されず、例えば多角形や楕円形等、設計に応じて適宜変更することが可能である。

さらに、上記第三実施形態では、仕切板１３６の厚さ（燃焼器１３の径方向における寸法）は上流側から下流側にかけて一定であるものとして説明をした。しかしながら、仕切板１３６の厚さはこれに限定されず、例えば上流側から下流側に向かうに従って次第に厚さが増大、又は減少するように形成されていてもよい。
加えて、上記第三実施形態では、３つの仕切板１３６のうち、径方向外側に位置する仕切板１３６ほど、径方向外側に向かって大きく湾曲している例について説明した。特に、いずれの仕切板１３６も径方向外側に向かって湾曲している例を示した。しかしながら、仕切板１３６の態様はこれに限定されず、例えば１つの仕切板１３６は湾曲せず、軸線Ｐに沿って直線状に延びるように形成されていてもよい。
さらに、上記第三実施形態では、第２のバーナ１２０の周方向に沿って４つの第１のバーナ１２１が設けられているものとして説明した。しかしながら、第１のバーナ１２１の数量はこれに限定されず、例えば、８つなど複数であれば他の数量でもよい。

上述の構成によれば、燃焼器における逆火の可能性をさらに低減することができる。

１…ガスタービン ２…圧縮機 ３…燃焼器 ４…タービン ５…ロータ ６…ステータ ７…回転軸 ８…環状動翼群 ９…ケーシング １０…環状静翼群 １２…固定部材 １３…内筒 １４…外筒 １５…空気流路 １６…反転部 ２０…第２のバーナ ２１…メインノズル ２２…パイロットノズル ２３…パイロットコーン ２４…テーパコーン部 ２５…メインノズル ２６…延長管 ２７…開口部 ２８…主流路 ２９…メインスワラ ３０…パイロットスワラ ３１…基板 ３２…第２のバーナ支持開口 ３３…第１のバーナ支持開口 ３４…貫通孔 ３５…基板空気延長部 ３６…管体 ３７…肉厚部 １３５…基板空気変向部 １３６…仕切板 Ｓ…領域 Ｓ１〜Ｓ４…区画 Ａ…圧縮空気（基板空気） Ｆ…予混合ガス Ｇ…燃焼ガス Ｏ…軸線 Ｐ…軸線

Claims (9)

1. 軸線に沿って延び、周方向に間隔をあけて複数が配列される第１のバーナと、
   前記複数の第１のバーナを支持する支持開口が形成されるとともに、下流側に向かって基板空気を流通させる複数の貫通孔が形成された基板と、
   前記第１のバーナに対応するように複数が前記基板に支持されて、前記第１のバーナから噴出される予混合ガスを下流側に向かって案内する延長管と、
   前記貫通孔から噴出される少なくとも一部の基板空気の方向を、前記基板の下流側で案内するとともに、
   前記貫通孔から噴出される基板空気を前記基板よりもさらに下流側に向かって案内して噴出する基板空気延長部とを備え、
   前記基板空気延長部は、前記基板に形成された前記複数の貫通孔の少なくとも一部に対応するように設けられて、下流側に向かって延びる管体によって形成されている燃焼器。
2. 前記管体が複数設けられるとともに、前記複数の管体の内径は、前記軸線から離間する位置にある前記管体ほど大きく設定されている請求項１に記載の燃焼器。
3. 前記複数の管体の前記軸線方向における寸法は、前記軸線から離間する位置にある前記管体になるに従って大きく設定されている請求項１又は２に記載の燃焼器。
4. 前記複数の管体同士の間の間隙を埋める肉厚部をさらに備える請求項１から３のいずれか一項に記載の燃焼器。
5. 軸線に沿って延び、周方向に間隔をあけて複数が配列される第１のバーナと、
   前記複数の第１のバーナを支持する支持開口が形成されるとともに、下流側に向かって基板空気を流通させる複数の貫通孔が形成された基板と、
   前記第１のバーナに対応するように複数が前記基板に支持されて、前記第１のバーナから噴出される予混合ガスを下流側に向かって案内する延長管と、
   前記貫通孔から噴出される少なくとも一部の基板空気の方向を、前記基板の下流側で変向する基板空気変向部と、を備え、
   前記基板空気変向部は、前記基板から下流側に向かって延びる複数の仕切板によって形成され、
   前記仕切板は、前記基板を径方向に沿って分けることで複数の区画を形成するとともに、前記軸線から離間する位置にある前記区画ほど、前記貫通孔の設けられる数が多い
   燃焼器。
6. 前記複数の仕切板は、基板から下流側に向かうにしたがって、前記軸線から離間する方向に向かって次第に湾曲するように形成されている請求項５に記載の燃焼器。
7. 前記仕切板は、前記基板を径方向に沿って分けることで前記複数の区画を形成するとともに、前記軸線から離間する位置にある前記区画ほど、前記貫通孔の開口径が小さい請求項５または６に記載の燃焼器。
8. 前記複数の第１のバーナによって前記軸線の径方向外側から囲まれるように前記軸線に沿って配置された第２のバーナをさらに備える請求項１から７のいずれか一項に記載の燃焼器。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の燃焼器と、
   該燃焼器に圧縮空気を供給する圧縮機と、
   前記燃焼器で前記予混合ガスが燃焼することで生成される燃焼ガスが供給されるタービンと、を備えるガスタービン。

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