JP7262364B2 - ガスタービン燃焼器 - Google Patents

Description

本発明は、ガスタービン燃焼器に関する。

ガスタービン燃焼器は、液化天然ガスを燃料として使用する場合がある。そして、この場合は、地球環境保全の観点から大気汚染の一因となる窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量を抑制するため、燃料と空気とを予め混合させ、その後、燃焼させる予混合燃焼方式が採用される場合がある。

予混合燃焼方式は、燃料と空気とを予め混合させるため、燃焼時に局所的な高温燃焼領域の発生を抑制することができ、高温燃焼領域から発生する窒素酸化物の発生を抑制することができる。

一般的に、予混合燃焼方式は、窒素酸化物の発生量を抑制することができるが、燃焼状態が不安定となる場合があり、燃焼室の圧力が周期的に変動する燃焼振動が発生する場合がある。このため、予混合燃焼方式を採用する場合には、燃焼状態の安定性に優れた拡散燃焼方式を併用する。

しかし、更に窒素酸化物の発生量を抑制するため、拡散燃焼と予混合燃焼とを併用する際に、予混合燃焼の割合を多くする場合や全予混合燃焼とする場合がある。このような場合には、燃焼振動の発生による圧力変動を減衰するため、燃焼室を形成する燃焼器内筒の外周面に、燃焼振動の発生による圧力変動を減衰させる音響ライナを設置する場合がある。

こうした本技術分野の背景技術に、ＷＯ２０１３／０７７３９４（特許文献１）がある。

特許文献１には、燃焼筒と、燃焼筒の外側に設置され、燃焼筒の外周面との間で空間を形成する音響ライナと、を有するガスタービン燃焼器であって、燃焼筒に貫通孔群が形成され、貫通孔群は、周方向に間隔をあけて配列された複数の貫通孔列が、軸方向に間隔をあけて複数配列されるガスタービン燃焼器が記載される（要約参照）。

ＷＯ２０１３／０７７３９４

特許文献１には、音響ライナを有するガスタービン燃焼器が記載され、特許文献１に記載される音響ライナは、燃焼筒（燃焼器内筒）に設置される。

しかし、燃焼器内筒は高温部品であり、この高温部品に音響ライナを設置する場合には、機械的な信頼性を確保するため、音響ライナの空間にパージ空気を供給する冷却対策が必要となる。

そこで、本発明は、機械的な信頼性を確保しつつ、比較的簡単な構造で、燃焼振動の発生による圧力変動を減衰するガスタービン燃焼器を提供する。

上記課題を解決するため、本発明のガスタービン燃焼器は、燃焼ガスを生成する燃焼室を形成する燃焼器内筒と、燃焼器内筒の外周側に設置される燃焼器外筒と、燃焼器内筒と燃焼器外筒との間を流通する空気と燃料供給系統から供給される燃料とを燃焼室に供給するバーナと、を有し、燃焼器内筒の外周側に設置されるベーンと、燃焼器外筒の内側に設置され、ベーンを外筒にのみ固定する複数個のサポートと、ベーンに対向する位置の燃焼器内筒に、燃焼室と連通する圧力波導入孔と、を有し、ベーンは複数個のサポートによってのみ固定され、複数個のサポートは外筒にのみ設置されることを特徴とする。

本発明によれば、機械的な信頼性を確保しつつ、比較的簡単な構造で、燃焼振動の発生による圧力変動を減衰するガスタービン燃焼器を提供することができる。

なお、上記した以外の課題、構成及び効果については、下記する実施例の説明により、明らかにされる。

実施例１に記載するガスタービン燃焼器３を有するガスタービン発電設備を概念的に説明する説明図である。 実施例１に記載するガスタービン燃焼器３の主要部分を概略的に説明する部分拡大断面図である。 実施例２に記載するガスタービン燃焼器３の主要部分を概略的に説明する部分拡大断面図である。 実施例３に記載するガスタービン燃焼器３の主要部分を概略的に説明する部分拡大断面図である。 実施例３に記載するガスタービン燃焼器３の燃焼室側から見た概略図である。 実施例３に記載するガスタービン燃焼器３の運転方法を説明する概略図である。

以下、図面を使用して、本発明の実施例を説明する。なお、実質的に同一又は類似の構成には、同一の符号を付し、説明が重複する場合には、その説明を省略する場合がある。

まず、実施例１に記載するガスタービン燃焼器（以下、燃焼器）３を有するガスタービン発電設備を概念的に説明する。

図１は、実施例１に記載する燃焼器３を有するガスタービン発電設備を概念的に説明する説明図である。

実施例１に記載する燃焼器３を有するガスタービン発電設備（ガスタービン発電プラント）は、タービン２、タービン２に連結され、燃焼用の圧縮空気５を生成する圧縮機１、複数のガスタービン燃焼器３、タービン２に連結され、タービン２の駆動に伴って発電する発電機４、を有する。なお、図１では、説明の都合上、１個の燃焼器３を記載する。

圧縮機１から排出される圧縮空気５は、圧縮空気流路６を流通し、燃焼器３に供給される。圧縮空気５と燃料とが、燃焼器内筒（以下、内筒）７の内部に形成される燃焼室８で燃焼し、燃焼ガス９が生成される。燃焼ガス９は、トランジションピース１０を流通し、タービン２に供給され、タービン２を駆動する。

燃焼器３は、拡散バーナ２０、予混合バーナ３０、内筒７、トランシジョンピース１０、燃焼器外筒（以下、外筒）１１、エンドカバー１２、を有する。なお、拡散バーナ２０には、拡散燃料供給系統２１から燃料が供給され、予混合バーナ３０には、予混合燃料供給系統３１からり燃料が供給される。

拡散バーナ２０では、燃料流路（燃料ノズル）２２を流通する拡散燃料が、燃料噴出孔２５から噴出する。また、拡散バーナ２０は、燃焼用空気（圧縮空気５）に旋回成分が付与する旋回器２３を有する。そして、拡散バーナ２０は、拡散燃料と旋回器２３により旋回成分が付与される燃焼用空気と混合し、拡散バーナ２０の下流側に拡散火炎を形成する。

予混合バーナ３０では、予混合器３４で、燃料流路（燃料ノズル）３２から噴出する予混合燃料と燃焼用空気（圧縮空気５）とを予め混合する。そして、混合された予混合燃料と圧縮空気５との混合気が、保炎器３５の下流側に予混合火炎を形成する。

そして、燃焼器３は、燃焼ガス９を生成する燃焼室８を形成する内筒７と内筒７を内包する（内筒７の外周側に設置される）外筒１１との間に形成される環状流路１３に、ベーン４０及び複数個のサポート４１を有する。ベーン４０は、環状流路１３であって、内筒７の外周側に設置される。サポート４１は、環状流路１３であって、外筒１１の内側に設置され、ベーン４０を固定する。

更に、燃焼器３は、ベーン４０に対向する位置の内筒７に、燃焼室８と連通する圧力波導入孔４２を有する。

次に、実施例１に記載する燃焼器３の主要部分を概略的に説明する。

図２は、実施例１に記載する燃焼器３の主要部分を概略的に説明する部分拡大断面図である。

拡散バーナ２０では、燃料流路２２を流通する拡散燃料２４が、燃料噴出孔２５から噴出する。そして、拡散燃料２４と旋回器２３により旋回成分が付与される燃焼用空気（圧縮空気５）５ａとが混合し、拡散バーナ２０の下流側に拡散火炎を形成する。つまり、拡散バーナ２０は、燃焼室８へ燃焼用空気５ａと拡散燃料２４とを供給する。

予混合バーナ３０では、予混合器３４で、燃料流路３２から噴出する予混合燃料３３と燃焼用空気（圧縮空気５）５ｂとが混合する。そして、予混合燃料３３と圧縮空気５ｂと十分に混合した混合気が、保炎器３５の下流側に予混合火炎を形成する。つまり、予混合バーナ３０は、拡散バーナ２０の外周側に設置され、燃焼室８へ燃焼用空気５ｂと予混合燃料３３とを供給する。

予混合火炎は、拡散火炎から熱エネルギーが供給され、燃焼室８で安定に燃焼（燃焼時に局所的な高温燃焼領域の発生を抑制）する。これにより、窒素酸化物の発生量を抑制することができる。

そして、燃焼器３は、燃焼室８を形成する内筒７と内筒７を内包する外筒１１との間に形成される環状流路１３に、ベーン４０及び複数のサポート４１を有する。ベーン４０は、環状流路１３であって、内筒７の外周側に設置される。サポート４１は、環状流路１３であって、外筒１１の内側に設置され、ベーン４０を固定する。更に、燃焼器３は、ベーン４０に対向する位置の内筒７（ベーン４０が設置される位置の内筒７）に、燃焼室８と連通する圧力波導入孔４２を有する。

ベーン４０及びサポート４１は、燃焼室８の外周側に設置される環状流路１３に設置され、特に、環状流路１３を流通する圧縮空気５の流通方向における下流側（保炎器３５の外周側の近傍）に設置されることが好ましい。

サポート４１は、外筒１１の内側から中心方向に伸び、外筒１１の周方向に複数個が設置され、ベーン４０を外筒１１に固定する。例えば、サポート４１は、周方向に４個が設置される。なお、サポート４１の断面形状は、圧縮空気５の乱れを抑制するため、流線形状を有することが好ましい。

ベーン４０は、サポート４１に設置され、内筒７の軸方向に所定の幅を有し、環状流路１３に設置される環状部材（内筒７の外周側を周回して形成される環状部材）である。つまり、ベーン４０は、外筒１１の内周側及び内筒７の外周側（環状流路１３）に設置され、複数個のサポート４１を介して、外筒１１に固定される。そして、ベーン４０は、環状流路１３の半径方向に、内筒７と略平行に、設置される。つまり、ベーン４０は、内筒７と外筒１１との間に形成される環状流路１３であって、保炎器３５の外周側の近傍（環状流路１３を流通する圧縮空気５の流通方向における下流側）に設置される。

圧力波導入孔４２は、ベーン４０が設置される位置の内筒７（ベーン４０と半径方向に相対する内筒７、つまり、ベーン４０に対向する位置の内筒７）に、燃焼室８と環状流路１３とを連通して形成される。

圧力波導入孔４２は、内筒７の周方向の列に複数個が形成され、この周方向の列を、軸方向に複数列が形成される。なお、複数個が形成される圧力導入孔４２の周方向の間隔は一定であっても、不規則であってよい。また、ある列に形成される複数個の圧力波導入孔４２が周方向に一定の間隔で形成される場合、ある列に形成される複数個の圧力波導入孔４２と次の列に形成される複数個の圧力波導入孔４２とは千鳥状に形成されることが好ましい。

つまり、実施例１に記載する燃焼器３は、燃焼ガス９を生成する燃焼室８を形成する内筒７と、内筒７を内包し、内筒７の外周側に設置される外筒１１と、内筒７と外筒１１とで形成される環状流路１３を流通する燃焼用空気及び燃料供給系統（拡散燃料供給系統２１、予混合燃料供給系統３１）から供給される燃料（拡散燃料２４、予混合燃料３３）を、燃焼室８に供給するバーナ（燃焼室８へ燃焼用空気５ａと拡散燃料２４とを供給する拡散バーナ２０、拡散バーナ２０の外周側に設置され、燃焼室８へ燃焼用空気５ｂと予混合燃料３３とを供給する予混合バーナ３０）と、を有する。

そして、燃焼器３は、内筒７と外筒１１との間に形成される環状流路１３（内筒７の外周側、外筒１１の内周側）であって、環状流路１３を流通する圧縮空気５の流通方向における下流端に設置されるベーン４０と、外筒１１の内側に設置され、ベーン４０を固定する複数個のサポート４１と、ベーン４０が設置される位置の内筒７に、燃焼室８と連通する圧力波導入孔４２と、を有する。

これにより、機械的な信頼性を確保しつつ、比較的簡単な構造で、燃焼振動の発生による圧力変動を減衰する燃焼器３を提供することができる。また、ベーン４０及びサポート４１は、環状流路１３を流通する圧縮空気５を、圧力損失を抑制しつつ、スムーズに流通させることができる。

なお、圧力波導入孔４２が形成される位置（ベーン４０が設置される位置）は、保炎器３５により形成される予混合火炎の基点となる位置に対応することが好ましい。これにより、予混合火炎の基点となる位置に、圧力波導入孔４２から、圧縮空気５を導入することができる。

特に、圧力波導入孔４２を周方向に不規則に形成する場合には、予混合火炎の特性（火炎形状や火炎温度）を、リング状に形成される予混合火炎の周方向で、不均一にすることができる。そして、予混合火炎の特性を周方向で不均一にすることで燃焼振動の振幅値の増加が抑制される燃焼振動の現象（特性）に対しては、燃焼振動の振幅値の増加を抑制することができる。

また、燃焼室８の内部における燃焼振動により発生する圧力波は、内筒７に形成される圧力波導入孔４２を介して、環状流路１３に伝搬し、ベーン４０で反射する。つまり、環状流路１３に伝搬する圧力波は、ベーン４０で反射することにより、減衰し、燃焼振動の振幅値の増加を抑制する。なお、圧力波は、燃焼振動のエネルギーが減衰することにより、減衰する。

更に、燃焼振動により発生する圧力波の周波数に基づいて、内筒７の外周側（外周面）からベーン４０の内周側（内周面）までの間隙ｇ１を設計することが好ましい。そして、環状流路１３に伝搬する圧力波の位相とベーン４０で反射する反射波の位相とを考慮し、間隙ｇ１を設計することが好ましい。これにより、環状流路１３に伝搬する圧力波を減衰させ、燃焼振動の振幅値の増加を抑制することができる。

なお、減衰する圧力波の周波数は、燃焼条件（タービン２の負荷、つまり、燃料流量や圧縮空気５の流量）により変化するため、例えば、運転時間が長いと想定されるタービン２の定格負荷の燃焼条件において発生する圧力波の周波数を使用することが好ましい。

このように、実施例１によれば、窒素酸化物の発生量を抑制し、安定な燃焼状態（火炎の安定な燃焼）を維持し、燃焼室８の圧力が周期的に変動する燃焼振動を抑制する（燃焼振動の振幅値を一定レベル以下とする）ことができる。

そして、実施例１によれば、比較的簡単な構造で、燃焼時に発生する燃焼振動の振幅値の増加を抑制することができ、燃焼振動の発生による圧力変動を減衰させる部材（ベーン４０）などの機械的な信頼性を確保することができる。

次に、実施例２に記載する燃焼器３の主要部分を概略的に説明する。

図３は、実施例２に記載する燃焼器３の主要部分を概略的に説明する部分拡大断面図である。

実施例２に記載する燃焼器３は、実施例１に記載する燃焼器３と比較して、サポート４１及びベーン４０の代わりに、フロースリーブ５０を設置する点で、相違する。

フロースリーブ５０は、環状流路１３に設置される環状部材である。フロースリーブ５０は、圧縮空気５が流通する環状流路１３を狭めるように、環状流路１３の半径方向に、内筒７と略平行に、設置される。

そして、フロースリーブ５０は、環状流路１３を流通する圧縮空気５の流通方向における下流側（保炎器３５の外周側の近傍）で、外周側に広がるように、設置される。なお、フロースリーブ５０は、外筒１１の内周側に、固定される。

つまり、フロースリーブ５０は、内筒７と略平行に設置される部分と外周側に広がるように設置される部分とを有する。

フロースリーブ５０は、内筒７に形成される圧力波導入孔４２を介して、環状流路１３０（狭められた環状流路１３）に伝搬する圧力波を反射する。なお、圧力波導入孔４２は、内筒７と略平行に設置される部分のフロースリーブ５０に対向する位置の内筒７に、形成される。

つまり、実施例２に記載する燃焼器３は、燃焼ガス９を生成する燃焼室８を形成する内筒７と、内筒７の外周側に設置される外筒１１と、内筒７と外筒１１との間を流通する圧縮空気５と燃料供給系統（拡散燃料供給系統２１や予混合燃料供給系統３１）から供給される燃料（拡散燃料２４や予混合燃料３３）とを燃焼室８に供給するバーナ（拡散バーナ２０や予混合バーナ３０）と、を有する。

そして、燃料器３は、内筒７の外周側に設置されるフロースリーブ５０と、フロースリーブ５０に対向する位置の内筒７に、燃焼室８と連通する圧力波導入孔４２と、を有する。

燃焼室８の内部における燃焼振動により発生する圧力波は、内筒７に形成される圧力波導入孔４２を介して、環状流路１３０に伝搬し、フロースリーブ５０で反射する。環状流路１３０に伝搬する圧力波は、フロースリーブ５０で反射することにより減衰し、燃焼振動の振幅値の増加を抑制する。そして、フロースリーブ５０は、燃焼振動の発生による圧力変動を減衰させると共に、内筒７の冷却効果、圧縮空気５の流速、圧縮空気５の整流効果を向上させる。

燃焼器３にフロースリーブ５０を設置する場合、燃焼振動により発生する圧力波の周波数に基づいて、内筒７の外周側（外周面）からフロースリーブ５０の内周側（内周面）までの間隙ｇ１を設計する。つまり、燃焼器３に応じて、間隙ｇ１を設計し、環状流路１３の断面積を調整する。また、フロースリーブ５０は、燃焼器３の所定の性能（内筒７の冷却、圧縮空気５の流速、圧縮空気５の整流）を考慮して設計される。

このように、間隙ｇ１は、燃焼振動により発生する圧力波の周波数や燃焼器３の所定の性能に基づいて、設計される。

また、圧力波導入孔４２が形成される位置は、保炎器３５により形成される予混合火炎の基点となる位置に対応することが好ましい。これにより、予混合火炎の基点となる位置に、圧力波導入孔４２から、圧縮空気５を導入することができる。

特に、圧力波導入孔４２を周方向に不規則に形成する場合には、予混合火炎の特性を、リング状に形成される予混合火炎の周方向で、不均一にすることができる。そして、予混合火炎の特性を周方向で不均一にすることで燃焼振動の振幅値の増加が抑制される燃焼振動の現象に対しては、燃焼振動の振幅値の増加を抑制することができる。

このように、圧力波導入孔４２は、環状流路１３を流通する圧縮空気５の流通方向における下流側（保炎器３５の外周側の近傍）に、燃焼室８と環状流路１３とを連通して形成される。圧力波導入孔４２は、内筒７の周方向の列に複数個、この周方向の列を、軸方向に複数列（実施例２では２列）が形成される。なお、圧力波導入孔４２は、１列でも、３列以上でも、燃焼振動の振幅値の増加を抑制することができる。

なお、圧力波導入孔４２は、軸方向に多く列が形成されると、圧力波導入孔４２から燃焼室８に導入される圧縮空気５の流量が増加するため、燃焼振動の振幅値の増加の抑制効果は大きくなる。しかし、燃焼用空気の流量が減少するため、窒素酸化物の発生量が増加する。そこで、圧力波導入孔４２は、圧力波導入孔４２から燃焼室８に導入される圧縮空気５の流量と燃焼用空気の流量とのバランスを考慮して設計される。

また、燃焼器３は、圧力波導入孔４２の下流側（環状流路１３を流通する圧縮空気５の流通方向における下流側）であって、内筒７の外周側に、環状部材であるリブ５１を有することが好ましい。なお、リブ５１は、仕様（大きさや形状など）や設置位置により、内筒７の外周側とフロースリーブ５０の内周側との間に形成される環状流路１３０を流通する圧縮空気５の流速を調整することができる。

燃焼室８の内部における燃焼振動により発生する圧力波は、圧力波導入孔４２を介して、環状流路１３０に伝搬し、フロースリーブ５０で反射する。環状流路１３０を流通する圧縮空気５の流速が、圧力波の減衰性能に影響を及ぼす可能性がある。そこで、リブ５１を設置することにより、環状流路１３０を流通する圧縮空気５の流速を調整し、圧力波の減衰性能を維持することができる。

なお、実施例２では、リブ５１を圧力波導入孔４２の下流側の内筒７の外周側に設置する。しかし、リブ５１は、圧力波導入孔４２の上流側の内筒７の外周側、又は、圧力波導入孔４２の上流側及び下流側の内筒７の外周側に設置してもよく、いずれの場合も、環状流路１３０を流通する圧縮空気５の流速を調整することができる。

なお、実施例１に記載する燃焼器３が、リブ５１を有してもよい。また、実施例２に記載する燃焼器３は、必ずしもリブ５１を有さなくてもよい。

このように、実施例２によれば、窒素酸化物の発生量を抑制し、安定な燃焼状態（火炎の安定な燃焼）を維持し、燃焼室８の圧力が周期的に変動する燃焼振動を抑制する（燃焼振動の振幅値を一定レベル以下とする）ことができる。

そして、実施例２によれば、比較的簡単な構造で、燃焼時に発生する燃焼振動の振幅値の増加を抑制することができ、燃焼振動の発生による圧力変動を減衰させる部材（フロースリーブ５０）などの機械的な信頼性を確保することができる。

次に、実施例３に記載する燃焼器３の主要部分を概略的に説明する。

図４は、実施例３に記載する燃焼器３の主要部分を概略的に説明する部分拡大断面図である。

実施例３に記載する燃焼器３は、実施例１に記載する燃焼器３と比較して、サポート４１及びベーン４０の周方向における設置状態が相違する。

実施例１に記載する燃焼器３は、内筒７の外周側（外周面）とベーン４０の内周側（内周面）との間の間隙ｇ１が周方向で一定である。一方、実施例３に記載する燃焼器３は、内筒７の外周側（外周面）とベーン４０の内周側（内周面）との間の間隙が周方向で一定でない。

つまり、実施例３では、内筒７の外周側からベーン４０の内周側までの間隙を、内筒７の周方向で変化させる。内筒７の周方向のある位置（Ａ）においては、内筒７の外周面とベーン４０ａの内周面との間に形成される間隙を間隙ｇ１に形成し、内筒７の周方向のある位置（Ｂ）においては、内筒７の外周面とベーン４３ａの内周面との間に形成される間隙を間隙ｇ２に形成する。

このように、実施例３では、内筒７の外周面とベーン４０の内周面との間に形成される間隙が、内筒７の周方向で相違する。

次に、実施例３に記載する燃焼器３の燃焼室側から見た概略を説明する。

図５は、実施例３に記載するガスタービン燃焼器３の燃焼室側から見た概略図である。

実施例３に記載する燃焼器３は、予混合バーナ３０が、４枚の予混合バーナ仕切板３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄにより、分割される。そして、予混合器３４が、４個の予混合器３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄに分割される。予混合バーナ３０に予混合燃料を供給する予混合燃料供給系統３１も、これに対応し、予混合燃料供給系統３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄの４系統に分割され、４個の予混合器３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄに、個別に予混合燃料を供給する。

４個の予混合器３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄのそれぞれに対応するように、４個の予混合器３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄのそれぞれの外周側であって、周方向の中央に、４個のサポート４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄが、設置される。４個のサポート４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄは、外筒１１の内側から中心方向に伸び、外筒１１の周方向に等間隔に設置される。

そして、４個のサポート４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄに、ベーン４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄが固定される。つまり、サポート４１ａと４１ｂとの間に、ベーン４０ｂが設置され、サポート４１ｂと４１ｃとの間に、ベーン４０ｃが設置され、サポート４１ｃと４１ｄとの間に、ベーン４０ｄが設置され、サポート４１ｄと４１ａとの間に、ベーン４０ｄが設置される。

そして、内筒７の外周側とベーン４０ａの内周側との間の間隔及び内筒７の外周側とベーン４０ｃの内周側との間の間隔が、間隔ｇ１であり、内筒７の外周側とベーン４０ｂの内周側との間の間隔及び内筒７の外周側とベーン４０ｄの内周側との間の間隔が、間隔ｇ２である。

なお、図４における内筒７の周方向のある位置（Ａ）は、図５における位置（Ａ）であり、図４における内筒７の周方向のある位置（Ｂ）は、図５における位置（Ｂ）である。

また、符号２６は、拡散バーナ２０を支持するコーン２６であり、符号２７は、コーン２６に形成される空気孔である。

このように、実施例３に記載する燃焼器３は、２種類の間隔（ｇ１及びｇ２）を形成することができるため、燃焼振動により発生する２種類の圧力波の周波数に対して、燃焼振動の振幅値の増加を抑制することができる。つまり、２種類の圧力波の位相を相殺する２種類の位相（ベーン４０で反射する反射波の位相）を考慮することができる。

次に、実施例３に記載するガスタービン燃焼器３の運転方法を説明する。

図６は、実施例３に記載するガスタービン燃焼器３の運転方法を説明する概略図であり、横軸がタービン２の負荷、縦軸が各バーナ（拡散バーナ２０及び予混合バーナ３０）に供給する燃料流量を示す。

拡散バーナ２０の燃料流量は燃料Ｆ－２1で示し、予混合器３４ａに供給する予混合燃料は燃料Ｆ－３４ａで、予混合器３４ｂに供給する予混合燃料は燃料Ｆ－３４ｂで、予混合器３４ｃに供給する予混合燃料は燃料Ｆ－３４ｃで、予混合器３４ｄに供給する予混合燃料は燃料Ｆ－３４ｄで示す。ａ点は、定格回転数無負荷、ｆ点は、定格負荷を示す。

ａ点の負荷からｂ点の負荷までは、拡散バーナ２０に燃料Ｆ－２１を供給する。

ｂ点の負荷に到達すると、燃料Ｆ－２１を低下し、予混合器３４ａに燃料Ｆ－３４ａを供給し、予混合燃焼を開始する。

負荷の増加に伴い、ｂ点の負荷からｃ点の負荷までは、燃料Ｆ－２１と燃料Ｆ－３４ａとを増加する。

ｃ点の負荷に到達すると、燃料Ｆ－２１と燃料Ｆ－３４ａとを低下し、予混合器３４ｂに燃料Ｆ－３４ｂを供給する。

負荷の増加に伴い、ｃ点の負荷からｄ点の負荷までは、燃料Ｆ－２１と燃料Ｆ－３４ａと燃料Ｆ－３４ｂとを増加する。

ｄ点の負荷に到達すると、燃料Ｆ－２１と燃料Ｆ－３４ａと燃料Ｆ－３４ｂとを低下し、予混合器３４ｄに燃料Ｆ－３４ｄを供給する。

負荷の増加に伴い、ｄ点の負荷からｅ点の負荷までは、燃料Ｆ－２１と燃料Ｆ－３４ａと燃料Ｆ－３４ｂと燃料Ｆ－３４ｄとを増加する。

ｅ点の負荷に到達すると、燃料Ｆ－２１と燃料Ｆ－３４ａと燃料Ｆ－３４ｂと燃料Ｆ－３４ｄとを低下し、予混合器３４ｃに燃料Ｆ－３４ｃを供給する。

そして、負荷の増加に伴い、ｅ点の負荷からｆ点の負荷までは、全バーナ燃焼を開始する。

また、ｆ点の負荷（定格負荷）では、窒素酸化物の発生量を抑制するため、拡散バーナ２０に供給する燃料Ｆ－２１を低下させ、予混合器３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄに供給する予混合燃料（燃料Ｆ－３４ａ、燃料Ｆ－３４ｂ、燃料Ｆ－３４ｃ、燃料Ｆ－３４ｄ）の割合を多くする。

図６に示すように、燃焼器３は、様々な燃焼条件を通過し、定格負荷に到達する。このため、タービン２の負荷を増加する過程では、燃焼振動により発生する複数の圧力波の周波数に対して、燃焼振動の振幅値の増加を抑制することが好ましい。実施例３によれば、燃焼振動により発生する２種類の圧力波の周波数に対して、燃焼振動の振幅値の増加を抑制することができる。つまり、２種類の周波数の燃焼振動に対して、燃焼振動を抑制することができる。

なお、タービン２の定格負荷の燃焼条件における圧力波の周波数（定格負荷で発生する燃焼振動の周波数）に合致させるように、間隙を形成することが好ましい。しかし、定格負荷の場合であっても、燃料の性質、燃料の状態、燃料の発熱量が変化する場合には、複数の周波数の燃焼振動が発生する可能性がある。実施例３によれば、こうした複数の周波数の燃焼振動が発生する場合であっても、燃焼振動を抑制することができる。

また、実施例３では、図５に示すように、予混合器３４ａの外周側であって、周方向の中央に、サポート４１ａが設置され、サポート４１ａの予混合器３４ｄ側にはベーン４０ａを、サポート４１ａの予混合器３４ｂ側にはベーン４０ｂを設置する。

つまり、１つの予混合器３４ａの周方向で、サポート４１ａの両側で、内筒７の外周面とベーン４０の内周面と間に形成される間隙が相違する。これにより、予混合器３４に導入される燃焼用空気の流れの様相が、予混合器３４ａの周方向で、変化する。

これにより、予混合火炎の特性を、リング状に形成される予混合火炎の周方向で、不均一にすることができる。そして、予混合火炎の特性を周方向で不均一にすることで燃焼振動の振幅値の増加が抑制される燃焼振動の現象に対しては、燃焼振動の振幅値の増加を抑制することができる。

また、実施例３に記載する燃焼器３に、圧力導入孔４２の上流側及び下流側の両方に、リブ５１を設置することが好ましい。これにより、圧力波の減衰性能を維持することができる。

このように、実施例３によれば、窒素酸化物の発生量を抑制し、安定な燃焼状態（火炎の安定な燃焼）を維持し、燃焼室８の圧力が周期的に変動する燃焼振動を抑制する（燃焼振動の振幅値を一定レベル以下とする）ことができる。

そして、実施例３によれば、比較的簡単な構造で、燃焼時に発生する燃焼振動の振幅値の増加を抑制することができ、燃焼振動の発生による圧力変動を減衰させる部材（ベーン４０）などの機械的な信頼性を確保することができる。

なお、実施例１及び実施例２においても、図６に示す運転方法を実行することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために、具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を有するものに限定されない。また、ある実施例の構成の一部を、他の実施例の構成の一部に置き換えることが可能である。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の一部を、追加、削除、置換をすることも可能である。

１…圧縮機、２…タービン、３…燃焼器、４…発電機、５…圧縮空気、６…圧縮空気流路、７…内筒、８…燃焼室、９…燃焼ガス、１０…トランジションピース、１１…外筒、１２…エンドカバー、１３…環状流路、２０…拡散バーナ、２１…拡散燃料供給系統、２２…燃料ノズル、２３…旋回器、２４…拡散燃料、２５…燃料噴出孔、２６…コーン、２７…空気孔、３０…予混合バーナ、３１…予混合燃料供給系統、３２…燃料ノズル、３３…予混合燃料、３４…予混合器、３５…保炎器、３６…予混合バーナ仕切板仕切板、４０…ベーン、４１…サポート、４２…圧力波導入孔、５０…フロースリーブ、５１…リブ。

Claims (9)

1. 燃焼ガスを生成する燃焼室を形成する内筒と、前記内筒の外周側に設置される外筒と、前記内筒と前記外筒との間を流通する空気と燃料供給系統から供給される燃料とを前記燃焼室に供給するバーナと、を有するガスタービン燃焼器であって、
   前記内筒の外周側に設置されるベーンと、前記外筒の内側に設置され、前記ベーンを前記外筒にのみ固定する複数個のサポートと、前記ベーンに対向する位置の内筒に、前記燃焼室と連通する圧力波導入孔と、を有し、前記ベーンは前記複数個のサポートによってのみ固定され、前記複数個のサポートは前記外筒にのみ設置されることを特徴とするガスタービン燃焼器。
2. 請求項１に記載するガスタービン燃焼器であって、
   前記サポートは、断面形状が流線形状を有することを特徴とするガスタービン燃焼器。
3. 請求項１に記載するガスタービン燃焼器であって、
   前記内筒の外周面と前記ベーンの内周面との間に形成される間隙が、前記内筒の周方向で相違することを特徴とするガスタービン燃焼器。
4. 請求項１に記載するガスタービン燃焼器であって、
   前記内筒の外周面と前記ベーンの内周面との間に形成される間隙が、前記サポートの両側で相違することを特徴とするガスタービン燃焼器。
5. 請求項４に記載するガスタービン燃焼器であって、
   前記サポートは、前記外筒の内側に、等間隔に４つ設置されることを特徴とするガスタービン燃焼器。
6. 燃焼ガスを生成する燃焼室を形成する内筒と、前記内筒の外周側に設置される外筒と、前記内筒と前記外筒との間を流通する空気と燃料供給系統から供給される燃料とを前記燃焼室に供給するバーナと、を有するガスタービン燃焼器であって、
   前記内筒の外周側に設置され、前記外筒にのみ固定されるフロースリーブと、前記フロースリーブに対向する位置の内筒に、前記燃焼室と連通する圧力波導入孔と、を有することを特徴とするガスタービン燃焼器。
7. 請求項６に記載するガスタービン燃焼器であって、
   前記圧力波導入孔の下流側であって、前記内筒の外周側に、環状部材であるリブを有することを特徴とするガスタービン燃焼器。
8. 請求項１に記載するガスタービン燃焼器であって、
   前記内筒の外周面と前記ベーンの内周面との間に形成される間隙は、燃焼振動により発生する圧力波の周波数に基づいて設定されることを特徴とするガスタービン燃焼器。
9. 請求項８に記載するガスタービン燃焼器であって、
   前記内筒の外周面と前記ベーンの内周面との間に形成される間隙は、環状流路を伝搬する前記圧力波の位相と前記ベーンで反射する反射波の位相とを考慮して設定されることを特徴とするガスタービン燃焼器。

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