JPH05215337A - ガスタービンの燃焼器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ガスタービンの燃焼器において、燃焼用空気
量と希釈用空気量の割合を簡単な構成で制御してＮＯｘ
の発生を抑制すると共に良好な燃焼効率を確保する。 【構成】 第１筒状部材２の下流側端部２ａは第２筒状
部材４の上流側端部４ａ内に摺動可能に嵌入される。１
次燃焼用空気孔８および２次燃焼用空気孔１０を介して
１次燃焼領域６ａ内および２次燃焼領域６ｂ内に燃焼用
空気が流入する。また希釈用空気孔１２を介して希釈領
域６ｃ内に希釈用空気が流入する。機関低負荷運転時に
は図１に示されるように希釈用空気孔１２が全開状態に
保たれる。一方、機関高負荷運転時には燃焼室６内で発
生する熱量が増加するので第１筒状部材２が熱膨張し、
その結果希釈用空気孔１２の一部が第２筒状部材４の上
流側端部４ａ周壁面によって閉鎖される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はガスタービンの燃焼器に
関する。

【０００２】

【従来の技術】燃焼室を形成する筒状部材の壁面上に燃
焼用空気孔を形成し、圧縮機により圧縮された空気を燃
焼用空気孔を介して燃焼室内に供給して燃焼室内に供給
された燃料を燃焼させると共に、燃焼用空気孔下流の筒
状部材壁面上に希釈用空気孔を形成し、圧縮機により圧
縮された空気を希釈用空気孔を介して燃焼室内に供給し
て既燃ガスを希釈し、希釈用空気孔内に連通する希釈用
空気供給通路内に希釈用空気供給通路の流路面積を制御
する希釈用空気量制御弁を配置してこの希釈用空気量制
御弁をアクチュエータによって駆動し、機関低負荷運転
時には希釈用空気量制御弁の開度を大きくし、機関高負
荷運転時には希釈用空気量制御弁の開度を小さくするよ
うにしたガスタービン機関の燃焼器が公知である（実開
平２−１４９８３６号公報参照）。このガスタービン機
関の燃焼器では機関低負荷運転時には希釈用空気量制御
弁の開度を大きくすることにより燃焼室内に供給される
希釈用空気量に対する燃焼用空気量の比率を低減させ、
一方機関高負荷運転時には希釈用空気量制御弁の開度を
小さくすることにより希釈用空気量に対する燃焼用空気
量の比率を増大させるようにしている。このようにこの
ガスタービン機関の燃焼器では機関負荷に応じて希釈用
空気量に対する燃焼用空気量の比率を変化させることに
より、機関負荷に拘らず常に良好な燃焼効率が得られる
ようにすることを目指している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述のガ
スタービン機関の燃焼器では機関運転状態に応じて希釈
用空気量制御弁の開度をアクチュエータにより変化させ
るようにしているので、機関運転状態を検出する検出
器、希釈用空気量制御弁を駆動するアクチュエータ、ア
クチュエータの制御装置等が必要となり、その結果コス
トの上昇を招くと共に構造が複雑になるので故障要因が
増大してしまうという問題を生ずる。特に燃焼器の近傍
は高温を呈するのでアクチュエータ等の良好な耐久信頼
性を確保しにくい。またアクチュエータはガスタービン
の圧縮機から燃焼器に至る希釈用空気供給通路を含めた
空気供給通路の外部に設置されることになるので、希釈
用空気量制御弁とアクチュエータとの連結部の周りから
空気が空気供給通路の外部に漏洩してしまいやすいとい
う問題も生ずる。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明によれば、燃焼室を形成する筒状部材の壁面
上に燃焼用空気孔を形成し、圧縮機により圧縮された空
気を燃焼用空気孔を介して燃焼室内に供給して燃焼室内
に供給された燃料を燃焼させると共に、燃焼用空気孔下
流の筒状部材壁面上に希釈用空気孔を形成し、圧縮機に
より圧縮された空気を希釈用空気孔を介して燃焼室内に
供給して既燃ガスを希釈するようにしたガスタービンの
燃焼器において、燃焼用空気孔の下流において筒状部材
を上流側の第１の筒状部材と下流側の第２の筒状部材と
に分割すると共に第１筒状部材の下流側の端部と第２筒
状部材の上流側の端部とを摺動自在に嵌合せしめ、第１
筒状部材の下流側端部近傍の周壁面および第２筒状部材
の上流側端部近傍の周壁面のいずれか一方または両方に
希釈用空気孔を形成し、燃焼室内の燃焼温度が高くなる
につれて第１筒状部材が熱膨張することにより第１筒状
部材の下流側端部周壁面または第２筒状部材の上流側端
部周壁面によって閉鎖される希釈用空気孔の面積が増大
するようにしている。

【０００５】更に、上記問題点を解決するために本発明
によれば、燃焼室を形成する筒状部材の壁面上に燃焼用
空気孔を形成し、圧縮機により圧縮された空気を燃焼用
空気孔を介して燃焼室内に供給して燃焼室内に供給され
た燃料を燃焼させると共に、燃焼用空気孔下流の筒状部
材壁面上に希釈用空気孔を形成し、圧縮機により圧縮さ
れた空気を希釈用空気孔を介して燃焼室内に供給して既
燃ガスを希釈するようにしたガスタービンの燃焼器にお
いて、希釈用空気孔内に連通する希釈用空気供給通路内
に希釈用空気供給通路の流路面積を制御する希釈用空気
量制御自動弁を配置し、希釈用空気量制御自動弁を弾性
部材により常時開弁方向に向けて付勢せしめ、機関回転
数が高くなるにつれて希釈用空気量制御自動弁が希釈用
空気供給通路内を流れる空気から受ける抗力が増大する
ことにより希釈用空気量制御自動弁の開度が低減するよ
うに希釈用空気量制御自動弁を形成している。

【０００６】更に、上記問題点を解決するために本発明
によれば、燃焼室を形成する筒状部材の壁面上に燃焼用
空気孔を形成し、圧縮機により圧縮された空気を燃焼用
空気孔を介して燃焼室内に供給して燃焼室内に供給され
た燃料を燃焼させると共に、燃焼用空気孔下流の筒状部
材壁面上に希釈用空気孔を形成し、圧縮機により圧縮さ
れた空気を希釈用空気孔を介して燃焼室内に供給して既
燃ガスを希釈するようにしたガスタービンの燃焼器にお
いて、希釈用空気孔内に連通する希釈用空気供給通路内
に希釈用空気供給通路の流路面積を制御する希釈用空気
量制御自動弁を配置すると共に燃焼用空気孔内に連通す
る燃焼用空気供給通路内に希釈用空気量制御自動弁と一
体的に作動して燃焼用空気供給通路の流路面積を制御す
る燃焼用空気量制御自動弁を配置し、希釈用空気量制御
自動弁と燃焼用空気量制御自動弁とを弾性部材により希
釈用空気量制御自動弁の開弁方向でかつ燃焼用空気量制
御自動弁の閉弁方向に向けて常時付勢せしめ、機関回転
数が高くなるにつれて希釈用空気量制御自動弁が希釈用
空気供給通路内を流れる空気から受ける抗力が増大する
と共に燃焼用空気量制御自動弁が燃焼用空気供給通路内
を流れる空気から受ける抗力が増大することにより希釈
用空気量制御自動弁の開度が低減すると共に燃焼用空気
量制御自動弁の開度が増大するように希釈用空気量制御
自動弁および燃焼用空気量制御自動弁を形成している。

【０００７】

【作用】請求項１に記載の発明では、機関高負荷運転時
には機関低負荷運転時に比べて燃焼室内の燃焼ガスの温
度が高くなるので第１筒状部材が熱膨張し、その結果第
１筒状部材と第２筒状部材との軸線方向の嵌合長さが増
大する。その結果、第１筒状部材の下流側端部周壁面ま
たは第２筒状部材の上流側端部周壁面によって閉鎖され
る希釈用空気孔の面積が増大せしめられる。斯くして機
関高負荷運転時には機関低負荷運転時に比べて希釈用空
気孔の開口面積が低減せしめられるので、希釈用空気孔
を介して燃焼室内に供給される希釈用空気量に対して燃
焼用空気孔を介して燃焼室内に供給される燃焼用空気量
の比率が増大せしめられる。

【０００８】請求項２に記載の発明では、機関高回転運
転時には機関低回転運転時に比べて燃焼器の圧力損失が
増大するので希釈用空気供給通路内を流れる空気の流速
が大きくなる。その結果、希釈用空気量制御自動弁が希
釈用空気供給通路内を流れる空気から受ける抗力が増大
し、斯くして希釈用空気量制御自動弁の開度が弾性部材
の付勢力に抗して低減せしめられる。その結果希釈用空
気量に対する燃焼用空気量の比率が増大せしめられる。

【０００９】請求項３に記載の発明では、機関高回転運
転時には機関低回転運転時に比べて燃焼器の圧力損失が
増大するので、希釈用空気供給通路内を流れる空気の流
速が大きくなると共に燃焼用空気供給通路内を流れる空
気の流速が大きくなる。その結果、希釈用空気量制御自
動弁が希釈用空気供給通路内を流れる空気から受ける抗
力が増大すると共に燃焼用空気量制御自動弁が燃焼用空
気供給通路内を流れる空気から受ける抗力が増大する。
斯くして希釈用空気量制御自動弁および燃焼用空気量制
御自動弁は、希釈用空気量制御自動弁の開度が低減する
と共に燃焼用空気量制御自動弁の開度が増大する方向に
向けて弾性部材の付勢力に抗して一体的に作動せしめら
れる。その結果希釈用空気量に対する燃焼用空気量の比
率が増大せしめられる。

【００１０】

【実施例】図１に本発明によるガスタービン機関の燃焼
器の第１の実施例を示す。なお図１において一点鎖線の
下側は燃焼器の側面図であり、一点鎖線の上側は燃焼器
の側面断面図である。図１を参照すると、２は第１の筒
状部材、４は第２の筒状部材、６は第１筒状部材２と内
周壁面と第２筒状部材４の内周壁面とにより形成された
燃焼室を夫々示す。第１筒状部材２の円筒状をなす下流
側端部２ａは、第２筒状部材４の円筒状をなす上流側端
部４ａ内に半径方向にわずかな隙間を有して軸線方向に
摺動可能に嵌入されている。また第１筒状部材２の上流
側端部は例えば機関ハウジングに固定され、第２筒状部
材４も例えば機関ハウジングに固定されている。

【００１１】図１に示されるように燃焼室６は上流側か
ら、円筒状をなす１次燃焼領域または副室６ａ、大径の
円筒状をなす２次燃焼領域または主室６ｂ、および円筒
状をなす希釈領域６ｃの三つの領域に分けられる。１次
燃焼領域６ａを形成する第１筒状部材２部分の周壁面上
には１次燃焼用空気孔８が形成される。また２次燃焼領
域６ｂを形成する第１筒状部材２部分の周壁面上には多
数の円形をなす２次燃焼用空気孔１０が形成される。ま
た希釈領域６ｃの一部を形成する第１筒状部材２部分、
即ち第１筒状部材２の下流側端部２ａの周壁面上には複
数の円形をなす希釈用空気孔１２が形成される。一方、
これら希釈用空気孔１２に対面する第２筒状部材４の上
流側端部４ａの周壁面部分には夫々円弧状をなす切欠き
１４が形成されている。第１筒状部材２と第２筒状部材
４とが組付けられる時（冷間時）には、希釈用空気孔１
２が第２筒状部材４の上流側端部４ａ周壁面によって全
く閉鎖されない状態、即ち全開状態になるように組付け
られる。

【００１２】図１に示す実施例では図示しない圧縮機に
より圧縮された空気が熱交換器（図示しない）により加
熱され、この加熱された空気が図１において白抜き矢印
で示されるように１次燃焼用空気孔８と２次燃焼用空気
孔１０と希釈用空気孔１２とを介して燃焼室６内に夫々
供給される。１次燃焼領域６ａに配置された燃料噴射弁
（図示しない）から燃料が噴射され、この噴射燃料が１
次燃焼用空気孔８および２次燃焼用空気孔１０から供給
された空気と混合されて１次燃焼領域６ａおよび２次燃
焼領域６ｂにおいて燃焼が行われる。次いでこの高温の
燃焼ガスは希釈領域６ｃにおいて希釈用空気孔１２から
供給された空気によって希釈され、これによりガス温が
タービン（図示しない）の許容温度まで低下せしめられ
る。次いでこの希釈された既燃ガスがタービン内に送り
込まれる。

【００１３】次に、図２を参照して図１に示される実施
例の機関低負荷運転時および機関高負荷運転時における
作動について説明する。なお、図２において（ａ）は機
関低負荷運転時の状態を示しており、（ｂ）は機関高負
荷運転時の状態を示している。機関低負荷運転時には燃
焼室６内の燃焼ガスの温度が比較的低く、このとき希釈
用空気孔１２は図２（ａ）に示されるように全開状態に
保たれる。即ち、希釈用空気孔１２は第２筒状部材４の
上流側端部４ａ周壁面によって全く閉鎖されていない状
態に保たれる。ところで、１次燃焼領域６ａおよび２次
燃焼領域６ｂにおいて燃焼せしめられる混合気の燃空比
Ｆ／Ａは、１次燃焼用空気孔８と２次燃焼用空気孔１０
と希釈用空気孔１２との開口面積比、即ち各空気孔８，
１０，１２から夫々供給される空気量の比率と、燃料噴
射弁から噴射される燃料噴射量とに依存する。図１に示
す実施例では図２（ａ）に示されるように希釈用空気孔
１２が全開状態にあるときに１次燃焼領域６ａおよび２
次燃焼領域６ｂにおいて燃空比Ｆ／Ａが比較的高いリッ
チな混合気（図３に示されるように燃空比Ｆ／Ａが例え
ば０．００５程度の混合気）が形成されるように、１次
燃焼用空気孔８と２次燃焼用空気孔１０と希釈用空気孔
１２との開口面積比が設定されていると共に燃料噴射弁
から噴射される燃料噴射量が機関負荷に応じて制御され
る。従って、希釈用空気孔１２が全開状態に保たれる機
関低負荷運転時には１次燃焼領域６ａおよび２次燃焼領
域６ｂにおいて燃空比Ｆ／Ａが比較的リッチな混合気が
燃焼せしめられることになる。その結果、燃焼温度がよ
り上昇するので図３に示されるように燃焼効率ηを向上
させることができ、その結果未燃ＨＣおよび未燃ＣＯの
発生も低減させることができる。

【００１４】一方、機関高負荷運転時には機関低負荷運
転時に比べて燃焼室６内で発生する熱量が増加するので
第１筒状部材２の温度が高温になり、第１筒状部材２が
熱膨張せしめられる。このとき第１筒状部材２の上流側
端部が図１に示されるように機関ハウジングに固定され
ているので第１筒状部材２の下流側端部２ａが図１にお
いて右側に移動せしめられ、その結果図２（ｂ）に示さ
れるように第２筒状部材４内に嵌入する第１筒状部材２
の下流側端部２ａの軸線方向の嵌入長さが増大せしめら
れる。斯くして機関高負荷運転時には希釈用空気孔１２
の一部が第２筒状部材４の上流側端部４ａ周壁面によっ
て閉鎖されることになる。その結果１次燃焼用空気孔８
および２次燃焼用空気孔１０の開口面積に対する希釈用
空気孔１２の開口面積の比率が低減せしめられる。斯く
して、圧縮機から熱交換器を介して燃焼室６内に供給さ
れる空気の内で希釈用空気孔１２を介して希釈領域６ｃ
内に供給される希釈用空気量の割合が低減せしめられる
と共に、１次燃焼用空気孔８および２次燃焼用空気孔１
０を介して１次燃焼領域６ａ内および２次燃焼領域６ｂ
内に供給される燃焼用空気量の割合が増大せしめられ
る。図３に示されるようにもし仮に燃焼用空気孔８，１
０の開口面積に対する希釈用空気孔１２の開口面積の比
率が機関運転状態に拘らず一定に保たれる場合には機関
高負荷運転時に１次燃焼領域６ａおよび２次燃焼領域６
ｂに形成される混合気の燃空比Ｆ／Ａが例えば０．０４
程度になるが、図１および図２に示す実施例では上述の
ように機関高負荷運転時に上述の開口面積比が低減せし
められるので燃空比Ｆ／Ａが比較的低いリーンな混合気
（燃空比Ｆ／Ａが例えば０．０３程度の混合気）が燃焼
せしめられることになる。その結果燃焼用空気量が燃料
量に対してより余剰に供給された状態で燃焼が行われる
ので燃焼温度が低下し、その結果図３に示されるように
ＮＯｘの発生を抑制することができる。

【００１５】このように図１および図２に示す実施例で
は機関高負荷運転時には機関低負荷運転時に比べて希釈
領域６ｃ内に供給される希釈用空気量に対して１次燃焼
領域６ａ内および２次燃焼領域６ｂ内に供給される燃焼
用空気量の比率を増大させることにより、機関運転状態
に拘らずＮＯｘ、未燃ＨＣおよび未燃ＣＯの発生を抑制
すると共に機関運転状態に拘らず良好な燃焼効率ηを確
保するようにしている。しかもこのことを、希釈用空気
量または燃焼用空気量を制御するための弁やアクチュエ
ータ等を何ら用いることなくシンプルな構造で実現して
いるので、高い信頼性を確保することができる。更に、
互いに摺動可能に嵌合する第１筒状部材２と第２筒状部
材４とにより燃焼室６が形成されるので、筒状部材の熱
膨張が嵌合部の嵌合長さの変化によって吸収され、従っ
て筒状部材が熱膨張によって変形したり折損したりする
ことが防止される。

【００１６】次に図４から図６に第２の実施例を示す。
なお、以下に記載する各実施例では図１および図２に示
す実施例と同様の構成要素に対しては同一の参照符号を
用いる。図４を参照すると、２０は燃焼室６を形成する
筒状部材を示す。図１に示す実施例と同様に燃焼室６は
上流側から１次燃焼領域６ａ、２次燃焼領域６ｂ、およ
び希釈領域６ｃの三つの領域に分けられる。図４に示す
実施例では希釈領域６ｃは切頭円錐形状をなす。この筒
状部材２０は機関ハウジング（図示しない）内に形成さ
れた空気供給通路２１内に配置され、圧縮機（図示しな
い）で圧縮された空気が熱交換器（図示しない）を介し
て空気供給通路２１内に送り込まれる。

【００１７】筒状部材２０の上流側端部の中央部には１
次燃焼用空気孔８が形成され、この１次燃焼用空気孔８
の中心部に燃料噴射弁２２が配置されると共に燃料噴射
弁２２の周囲に旋回羽根２４が配置される。圧縮機から
熱交換器を介して空気供給通路２１内に供給された空気
の一部はこの旋回羽根２４を介して１次燃焼領域６ａ内
に流入する。この空気は旋回羽根２４を通過する際に旋
回流を与えられ、従ってこの空気は旋回しつつ１次燃焼
領域６ａ内に流入する。一方、２次燃焼領域６ｂを形成
する筒状部材２０部分の周壁面上には複数の円形をなす
２次燃焼用空気孔１０が形成され、圧縮機から熱交換器
を介して空気供給通路２１内に供給された空気の一部は
これらの２次燃焼用空気孔１０を介して２次燃焼領域６
ｂ内に流入する。一方、希釈領域６ｃを形成する筒状部
材２０の周壁面部分２０ａ上には複数の円形をなす希釈
用空気孔１２が形成される。また筒状部材２０の周壁面
部分２０ａには希釈域外筒２６が気密的に固定され、希
釈域外筒２６の内周壁面と希釈域外筒２６の底壁面２６
ａと筒状部材２０の周壁面部分２０ａとにより閉鎖空間
２８が形成される。また希釈域外筒２６の周壁面上には
希釈用空気供給管３０が連結される。なお、この希釈用
空気供給管３０も空気供給通路２１内に配置される。従
って、圧縮機から熱交換器を介して空気供給通路２１内
に供給された空気の一部は希釈用空気供給管３０、閉鎖
空間２８および希釈用空気孔１２を介して希釈領域６ｃ
内に流入する。

【００１８】図４および図５に示されるように希釈用空
気供給管３０内には希釈用空気供給管３０の流路面積を
制御する希釈用空気量制御自動弁３２が配置される。こ
の希釈用空気量制御自動弁３２は図５において矢印Ｂで
示されるようにピン３４回りに旋回自在に取り付けられ
る。また希釈用空気量制御自動弁３２と一体的に形成さ
れた棒３６が希釈用空気供給管３０の壁面上に形成され
た小穴３８を介して希釈用空気供給管３０の外部に突出
されている。この棒３６は希釈用空気供給管３０の外壁
面上に固定された棒４０に引張ばね４２を介して連結さ
れる。図５からわかるように希釈用空気量制御自動弁３
２は引張ばね４２により常時開弁方向に向けて付勢せし
められる。

【００１９】次に、図６を参照して図４および図５に示
される実施例の作動について説明する。なお、ガスター
ビンは一般的にその運転期間中の大部分において定格運
転状態、即ち機関高回転全負荷運転状態（機関回転数Ｎ
が例えば６００００rpm から８００００rpm 程度）で使
用され、運転期間の残りの部分のほとんどが機関始動時
および機関停止時におけるアイドル運転状態、即ち機関
低回転無負荷運転状態（機関回転数Ｎが例えば３０００
０rpm から４００００rpm 程度）での使用に相当する。
従って機関高回転運転時が機関高負荷運転時にほぼ対応
し、一方機関低回転運転時が機関低負荷運転時にほぼ対
応する。図６において（ａ）は機関低回転運転時の状態
を示しており、（ｂ）は機関高回転運転時の状態を示し
ている。

【００２０】機関低回転運転時には図７に示されるよう
に燃焼器の圧力損失Ｌ_P が小さく、このとき希釈用空気
量制御自動弁３２は図６（ａ）に示されるように引張ば
ね４２の付勢力により開度が大きい状態に保持される。
図４および図５に示される実施例では図１および図２に
示す実施例と同様に図６（ａ）に示されるように希釈用
空気量制御自動弁３２の開度が大きい状態にあるときに
１次燃焼領域６ａおよび２次燃焼領域６ｂにおいて燃空
比Ｆ／Ａが比較的高いリッチな混合気が形成されるよう
に、１次燃焼用空気孔８と２次燃焼用空気孔１０と希釈
用空気孔１２との開口面積比が設定されている。従って
機関低回転運転時には図１および図２に示す実施例と同
様に比較的リッチな混合気が燃焼せしめられることにな
り、その結果燃焼効率ηを向上させることができると共
に未燃ＨＣおよび未燃ＣＯの発生を抑制することができ
る。

【００２１】一方、機関高回転運転時には図７に示され
るように燃焼器の圧力損失Ｌ_P が比較的大きくなり、そ
の結果希釈用空気供給管３０内を流れる空気の流速が大
きくなる。その結果希釈用空気量制御自動弁３２が希釈
用空気供給管３０内を流れる空気から受ける抗力が増大
し、斯くして希釈用空気量制御自動弁３２の開度が図６
（ｂ）に示されるように引張ばね４２の付勢力に抗して
低減せしめられ、希釈用空気供給管３０内を流れる空気
流量が低減せしめられる。斯くして、圧縮機から熱交換
器を介して燃焼室６内に供給される空気の内で希釈用空
気孔１２を介して希釈領域６ｃ内に供給される希釈用空
気量の割合が低減せしめられると共に、１次燃焼用空気
孔８および２次燃焼用空気孔１０を介して１次燃焼領域
６ａ内および２次燃焼領域６ｂ内に供給される燃焼用空
気量の割合が増大せしめられる。その結果機関高回転運
転時には図１および図２に示す実施例と同様に１次燃焼
領域６ａおよび２次燃焼領域６ｂにおいて燃空比Ｆ／Ａ
が比較的低いリーンな混合気が燃焼せしめられることに
なり、その結果ＮＯｘの発生が抑制される。

【００２２】このように図４から図６に示す実施例では
機関高回転運転時には機関低回転運転時に比べて希釈領
域６ｃ内に供給される希釈用空気量に対して１次燃焼領
域６ａ内および２次燃焼領域６ｂ内に供給される燃焼用
空気量の比率を増大させることにより、機関運転状態に
拘らずＮＯｘの発生を抑制すると共に良好な燃焼効率η
を確保するようにしている。しかも燃焼室６内に供給さ
れる希釈用空気量と燃焼用空気量との比率の制御が希釈
用空気量制御自動弁３２によって自動的に行われるの
で、希釈用空気量制御自動弁３２を駆動するためのアク
チュエータやこのアクチュエータを制御するための制御
装置等が不要である。燃焼器の近傍は高温を呈するがこ
のようにシンプルな構造で希釈用空気量および燃焼用空
気量の制御が行われるので、高い信頼性を確保すること
ができる。更に、空気供給通路２１の外部に希釈用空気
量制御自動弁３２のアクチュエータを設ける必要がない
ので、希釈用空気量制御自動弁３２とアクチュエータと
の連結部周りの機関ハウジングにシール構造を備える必
要がないと共に空気が空気供給通路２１の外部に漏洩す
る恐れがない。

【００２３】次に図８から図１０に第３の実施例を示
す。図８から図１０に示す実施例では図８に示されるよ
うに燃焼室６を形成する筒状部材２０の周囲に筒状部材
２０のほぼ全体を覆う円筒状の外筒５０が気密的に固定
されている。この外筒５０内には外筒５０の内周壁面と
筒状部材２０の外周壁面間に形成される空間を二つの領
域に圧力分割する隔壁５２が設けられる。隔壁５２と外
筒５０の内周壁面と外筒５０の底壁面５０ａと筒状部材
２０の外周壁面とにより、１次燃焼用空気孔８および２
次燃焼用空気孔１０に連通する燃焼領域側閉鎖空間５４
が形成される。一方、隔壁５２と外筒５０の内周壁面と
外筒５０の底壁面５０ｂと筒状部材２０の外周壁面とに
より、希釈用空気孔１２に連通する希釈領域側閉鎖空間
５６が形成される。

【００２４】また燃焼領域側閉鎖空間５４を形成する外
筒５０の周壁面部分上には燃焼用空気供給管５８が連結
され、一方希釈領域側閉鎖空間５６を形成する外筒５０
の周壁面部分上には希釈用空気供給管３０が連結され
る。図８に示されるように燃焼用空気供給管５８および
希釈用空気供給管３０は夫々Ｌ字形状をなし、燃焼用空
気供給管５８の一部と希釈用空気供給管３０の一部とが
互いに隣接配置されている。また外筒５０、燃焼用空気
供給管５８および希釈用空気供給管３０は機関ハウジン
グ（図示しない）内に形成された空気供給通路２１内に
配置されている。従って、圧縮機から熱交換器を介して
空気供給通路２１内に供給された空気の一部が燃焼用空
気供給管５８および１次燃焼用空気孔８を介して１次燃
焼領域６ａ内に流入し、空気供給通路２１内に供給され
た空気の一部が燃焼用空気供給管５８および２次燃焼用
空気孔１０を介して２次燃焼領域６ｂ内に流入し、空気
供給通路２１内に供給された空気の残りの部分が希釈用
空気供給管３０および希釈用空気孔１２を介して希釈領
域６ｃ内に流入する。このとき、互いに隣接配置された
燃焼用空気供給管５８部分と希釈用空気供給管３０部分
を夫々流れる空気は互いに反対向きに流れる。

【００２５】図８および図９に示されるように互いに隣
接配置された燃焼用空気供給管５８部分内および希釈用
空気供給管３０部分内にＬ字形状をなす空気量制御自動
弁６０が配置される。図９に示されるように隣接する燃
焼用空気供給管５８壁面と希釈用空気供給管３０壁面間
にピン６２が配置され、Ｌ字形状をなす空気量制御自動
弁６０の折曲部がピン６２上に旋回自在に支持される。
従って空気量制御自動弁６０は図９において矢印Ｄで示
されるようにピン６２回りに旋回自在に配置されてい
る。従って燃焼用空気供給管５８内に位置する空気量制
御自動弁６０の部分６０ａが燃焼用空気供給管５８の流
路面積を制御する燃焼用空気量制御自動弁を構成すると
共に、希釈用空気供給管３０内に位置する空気量制御自
動弁６０の部分６０ｂが希釈用空気供給管３０の流路面
積を制御する希釈用空気量制御自動弁を構成している。
また燃焼用空気供給管５８の外部に配置されたレバー６
４の一端がピン６２上に空気量制御自動弁６０と一体的
に連結され、レバー６４の他端は燃焼用空気供給管５８
の外壁面上に固定された棒６６に引張ばね６８を介して
連結される。図９からわかるように空気量制御自動弁６
０は引張ばね６８により燃焼用空気供給管５８の流路面
積を低減させる方向、即ち燃焼用空気量制御自動弁６０
ａの閉弁方向でかつ希釈用空気供給管３０の流路面積を
増大させる方向、即ち希釈用空気量制御自動弁６０ｂの
開弁方向に向けて常時付勢せしめられる。

【００２６】次に、図１０を参照して図８および図９に
示される実施例の作動について説明する。なお図１０に
おいて（ａ）は機関低回転運転時の状態を示しており、
（ｂ）は機関高回転運転時の状態を示している。また図
１０では引張ばね６８の作用がわかりやすいように、引
張ばね６８が燃焼用空気供給管５８内に固定された棒６
６と燃焼用空気量制御自動弁６０ａとを連結するように
図示している。機能的には図８および図９に示される配
置の場合と同様である。

【００２７】機関低回転運転時には図７に示されるよう
に燃焼器の圧力損失Ｌ_P が小さく、このとき空気量制御
自動弁６０は図１０（ａ）に示されるように引張ばね６
８の付勢力により燃焼用空気供給管５８の流路面積が小
さくて希釈用空気供給管３０の流路面積が大きい位置に
保持される。図１および図２に示す実施例と同様に図８
および図９に示す実施例では空気量制御自動弁６０が図
１０（ａ）に示される位置にあるときに１次燃焼領域６
ａおよび２次燃焼領域６ｂにおいて燃空比Ｆ／Ａが比較
的高いリッチな混合気が形成されるように、１次燃焼用
空気孔８と２次燃焼用空気孔１０と希釈用空気孔１２と
の開口面積比が設定されている。従って機関低回転運転
時には図１および図２に示す実施例および図４から図６
に示す実施例と同様に比較的リッチな混合気が燃焼せし
められることになり、その結果未燃ＨＣおよび未燃ＣＯ
の発生が抑制され、燃焼効率ηが向上する。

【００２８】一方、機関高回転運転時には図７に示され
るように燃焼器の圧力損失Ｌ_P が比較的大きくなり、そ
の結果燃焼用空気供給管５８内を流れる空気の流速およ
び希釈用空気供給管３０内を流れる空気の流速が大きく
なる。その結果燃焼用空気量制御自動弁６０ａが燃焼用
空気供給管５８内を流れる空気から受ける抗力が増大す
ると共に希釈用空気量制御自動弁６０ｂが希釈用空気供
給管３０内を流れる空気から受ける抗力が増大する。図
１０からわかるように、燃焼用空気供給管５８内を流れ
る空気と希釈用空気供給管３０内を流れる空気とは互い
に反対向きに流れるので、燃焼用空気量制御自動弁６０
ａが受ける抗力および希釈用空気量制御自動弁６０ｂが
受ける抗力はいずれも空気量制御自動弁６０をピン６２
回りに図１０において反時計回りに回転させるべく作用
する。従って、機関高回転運転時にこれらの抗力が増大
すると、空気量制御自動弁６０は図１０（ｂ）に示され
るように燃焼用空気供給管５８の流路面積が大きくて希
釈用空気供給管３０の流路面積が小さい位置に保持され
る。斯くして、圧縮機から熱交換器を介して燃焼室６内
に供給される空気の内で１次燃焼領域６ａ内および２次
燃焼領域６ｂ内に供給される燃焼用空気量の割合が増大
せしめられると共に希釈領域６ｃ内に供給される希釈用
空気量の割合が低減せめしられる。その結果機関高回転
運転時には図１および図２に示す実施例および図４から
図６に示す実施例と同様に燃空比Ｆ／Ａが比較的低いリ
ーンな混合気が燃焼せしめられることになり、その結果
ＮＯｘの発生が抑制される。

【００２９】図８から図１０に示す実施例では燃焼用空
気量制御自動弁６０ａと希釈用空気量制御自動弁６０ｂ
とが一体的に形成されたＬ字形状の空気量制御自動弁６
０を用いて燃焼用空気量と希釈用空気量との比率を制御
している。もしこの代わりに燃焼用空気供給管５８内お
よび希釈用空気供給管３０内に夫々独立した燃焼用空気
量制御自動弁および希釈用空気量制御自動弁を配置する
と共にこれらの自動弁を夫々別々のばねで付勢するよう
にすると、適切なばね等の選択が難しく、従って機関運
転状態に応じて燃焼用空気量と希釈用空気量との比率を
適切に制御することが困難になる。図８から図１０に示
す実施例では燃焼用空気量制御自動弁６０ａと希釈用空
気量制御自動弁６０ｂとが一体的に形成された空気量制
御自動弁６０を用いているので、燃焼用空気量と希釈用
空気量との比率を適切かつ確実に制御することができ
る。

【００３０】次に図１１に第４の実施例を示す。図１１
に示す実施例は図８から図１０に示す実施例とほぼ同様
の構造を有する。図８から図１０に示す実施例との相違
点について説明する。図１１に示す実施例では互いに隣
接配置された燃焼用空気供給管５８部分を流れる空気と
希釈用空気供給管３０部分を流れる空気とが同じ向きに
流れるように燃焼用空気供給管５８および希釈用空気供
給管３０が配置されている。図１１に示されるように互
いに隣接配置された燃焼用空気供給管５８部分内および
希釈用空気供給管３０部分内にショートケーキ形の空気
量制御自動弁７０が配置される。この空気量制御自動弁
７０は直線状をなす部分７０ａと円弧状をなす部分７０
ｂとを有する。隣接する燃焼用空気供給管５８壁面と希
釈用空気供給管３０壁面間にピン７２が配置され、空気
量制御自動弁部分７０ａの一端がピン７２上に旋回自在
に支持される。従って空気量制御自動弁７０はピン７２
回りに旋回自在に配置されており、空気量制御自動弁部
分７０ａが燃焼用空気供給管５８の流路面積を制御する
燃焼用空気量制御自動弁を構成すると共に、空気量制御
自動弁部分７０ｂが希釈用空気供給管３０の流路面積を
制御する希釈用空気量制御自動弁を構成している。図１
１からわかるように空気量制御自動弁７０は引張ばね７
４により燃焼用空気供給管５８の流路面積を低減させる
方向、即ち燃焼用空気量制御自動弁７０ａの閉弁方向で
かつ希釈用空気供給管３０の流路面積を増大させる方
向、即ち希釈用空気量制御自動弁７０ｂの開弁方向に向
けて常時付勢せしめられる。なお図１１では引張ばね７
４が燃焼用空気供給管５８の内部に配置されているが、
図８および図９に示す実施例と同様に引張ばね７４を燃
焼用空気供給管５８の外部に配置するようにしてもよ
い。

【００３１】次に、図１１に示す実施例の作動について
説明する。機関低回転運転時には空気量制御自動弁７０
は図１１において実線で示されるように引張ばね７４の
付勢力により燃焼用空気供給管５８の流路面積が小さく
て希釈用空気供給管３０の流路面積が大きい位置に保持
される。従って図８から図１０に示す実施例と同様に機
関低回転運転時には１次燃焼領域６ａおよび２次燃焼領
域６ｂにおいて燃空比Ｆ／Ａが比較的高いリッチな混合
気が燃焼せしめられる。一方、機関高回転運転時には燃
焼用空気供給管５８内を流れる空気の流速および希釈用
空気供給管３０内を流れる空気の流速が大きくなり、そ
の結果空気量制御自動弁７０が空気供給管５８，３０内
を流れる空気から受ける抗力が増大する。このとき燃焼
用空気量制御自動弁７０ａが受ける抗力は空気量制御自
動弁７０をピン７２回りに図１１において時計回りに回
転させるべく作用する。一方、希釈用空気量制御自動弁
７０ｂは円弧状をなすので希釈用空気量制御自動弁７０
ｂが受ける抗力は空気量制御自動弁７０を回転させる作
用を生じせしめない。従って、機関高回転運転時にこれ
らの抗力が増大すると、空気量制御自動弁７０は図１１
において２点鎖線で示されるように燃焼用空気供給管５
８の流路面積が大きくて希釈用空気供給管３０の流路面
積が小さい位置に保持される。斯くして図８から図１０
に示す実施例と同様に１次燃焼領域６ａ内および２次燃
焼領域６ｂ内に供給される燃焼用空気量の割合が増大せ
しめられると共に希釈領域６ｃ内に供給される希釈用空
気量の割合が低減せしめられる。

【００３２】次に図１２に第５の実施例を示す。図１２
に示す実施例は図８から図１０に示す実施例とほぼ同様
の構造を有し、空気量制御自動弁６０の作動は図８から
図１０に示す実施例の場合と同じである。一方、図１２
に示す実施例では点火栓８０が空気量制御自動弁６０の
動きに連動して筒状部材２０の内外に移動する構造にな
っている。即ち、外筒５０の周壁面上には２次燃焼用空
気孔１０の一つと整列配置された穴８２が形成されてお
り、点火栓８０がこの穴８２内に挿入され、この点火栓
８０は第１のアーム８４とリンク板８６と第２のアーム
８８とを具備するリンク機構９０を介して空気量制御自
動弁６０に連結されている。機関低回転運転時には点火
栓８０が２次燃焼用空気孔１０を介して筒状部材２０の
内部、即ち２次燃焼領域６ｂ内に配置される。一方、機
関高回転運転時には上述した空気量制御自動弁６０の動
きにリンク機構９０を介して点火栓８０が連動せしめら
れ、その結果点火栓８０が筒状部材２０の外部に移動せ
しめられる。斯くして機関高回転運転時（機関定格運転
時）に点火栓８０を火炎の熱から確実に防御することが
できる。次いで機関運転状態が機関低回転運転状態に移
行すると、空気量制御自動弁６０の動きに連動して点火
栓８０が再び筒状部材２０の内部に挿入されるので、必
要があれば再点火を行うことも可能である。

【００３３】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば機関高負
荷運転時には機関低負荷運転時に比べて希釈用空気孔の
開口面積が低減せしめられることにより、燃焼室内に供
給される希釈用空気量に対して燃焼用空気量の比率を増
大させることができる。斯くして機関運転状態に拘らず
ＮＯｘの発生を抑制することができると共に良好な燃焼
効率を確保することができる。このとき弁やアクチュエ
ータを用いることなく希釈用空気量および燃焼用空気量
を制御することができるので、高い信頼性を確保するこ
とができる。

【００３４】請求項２に記載の発明によれば機関高回転
運転時には機関低回転運転時に比べて希釈用空気量制御
自動弁の開度が低減せしめられることにより、燃焼室内
に供給される希釈用空気量に対して燃焼用空気量の比率
を増大させることができる。斯くして機関運転状態に拘
らずＮＯｘの発生を抑制することができると共に良好な
燃焼効率を確保することができる。このとき希釈用空気
量制御自動弁を駆動するためのアクチュエータを用いる
ことなく希釈用空気量および燃焼用空気量を制御するこ
とができるので、高い信頼性を確保することができる。

【００３５】請求項３に記載の発明によれば機関高回転
運転時には機関低回転運転時に比べて希釈用空気量制御
自動弁の開度が低減すると共に燃焼用空気量制御自動弁
の開度が増大するように、希釈用空気量制御自動弁およ
び燃焼用空気量制御自動弁が一体的に作動せしめられ
る。その結果機関高回転運転時には燃焼室内に供給され
る希釈用空気量に対して燃焼用空気量の比率を増大させ
ることができる。斯くして機関運転状態に拘らずＮＯｘ
の発生を抑制することができると共に良好な燃焼効率を
確保することができる。このとき希釈用空気量制御自動
弁と燃焼用空気量制御自動弁とが一体的に作動するの
で、希釈用空気量と燃焼用空気量との比率を適切かつ確
実に制御することができる。更に希釈用空気量制御自動
弁および燃焼用空気量制御自動弁を駆動するためのアク
チュエータが必要ないので高い信頼性を確保することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ガスタービンの燃焼器の一部断面側面図であ
る。

【図２】機関低負荷運転時と機関高負荷運転時における
希釈用空気孔の近傍領域を示す拡大図である。

【図３】燃焼効率およびＮＯｘ発生量の燃空比に対する
関係を示す線図である。

【図４】第２の実施例の燃焼器を示す斜視図である。

【図５】希釈用空気量制御自動弁の近傍領域を示す拡大
斜視図である。

【図６】機関低回転運転時と機関高回転運転時における
希釈用空気量制御自動弁の作動を説明するための拡大側
面断面図である。

【図７】機関回転数と燃焼器の圧力損失との関係を示す
線図である。

【図８】第３の実施例の燃焼器を示す斜視図である。

【図９】空気量制御自動弁の近傍領域を示す拡大斜視図
である。

【図１０】機関低回転運転時と機関高回転運転時におけ
る空気量制御自動弁の作動を説明するための概略的に示
した拡大側面断面図である。

【図１１】第４の実施例の空気量制御自動弁の近傍領域
を示す拡大側面断面図である。

【図１２】第５の実施例の燃焼器を示す斜視図である。

【符号の説明】

２…第１の筒状部材 ４…第２の筒状部材 ６…燃焼室 ６ａ…１次燃焼領域 ６ｂ…２次燃焼領域 ６ｃ…希釈領域 ８…１次燃焼用空気孔 １０…２次燃焼用空気孔 １２…希釈用空気孔 ２０…筒状部材 ２１…空気供給通路 ２２…燃料噴射弁 ２４…旋回羽根 ２６…希釈域外筒 ３０…希釈用空気供給管 ３２…希釈用空気量制御自動弁 ４２…引張ばね ５０…外筒 ５２…隔壁 ５８…燃焼用空気供給管 ６０，７０…空気量制御自動弁 ６０ａ，７０ａ…燃焼用空気量制御自動弁 ６０ｂ，７０ｂ…希釈用空気量制御自動弁 ６８，７４…引張ばね ８０…点火栓 ９０…リンク機構

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼室を形成する筒状部材の壁面上に燃
   焼用空気孔を形成し、圧縮機により圧縮された空気を該
   燃焼用空気孔を介して燃焼室内に供給して燃焼室内に供
   給された燃料を燃焼させると共に、該燃焼用空気孔下流
   の筒状部材壁面上に希釈用空気孔を形成し、該圧縮機に
   より圧縮された空気を該希釈用空気孔を介して燃焼室内
   に供給して既燃ガスを希釈するようにしたガスタービン
   の燃焼器において、上記燃焼用空気孔の下流において上
   記筒状部材を上流側の第１の筒状部材と下流側の第２の
   筒状部材とに分割すると共に該第１筒状部材の下流側の
   端部と該第２筒状部材の上流側の端部とを摺動自在に嵌
   合せしめ、該第１筒状部材の下流側端部近傍の周壁面お
   よび該第２筒状部材の上流側端部近傍の周壁面のいずれ
   か一方または両方に上記希釈用空気孔を形成し、燃焼室
   内の燃焼温度が高くなるにつれて該第１筒状部材が熱膨
   張することにより第１筒状部材の下流側端部周壁面また
   は第２筒状部材の上流側端部周壁面によって閉鎖される
   該希釈用空気孔の面積が増大するようにしたガスタービ
   ンの燃焼器。
2. 【請求項２】 燃焼室を形成する筒状部材の壁面上に燃
   焼用空気孔を形成し、圧縮機により圧縮された空気を該
   燃焼用空気孔を介して燃焼室内に供給して燃焼室内に供
   給された燃料を燃焼させると共に、該燃焼用空気孔下流
   の筒状部材壁面上に希釈用空気孔を形成し、該圧縮機に
   より圧縮された空気を該希釈用空気孔を介して燃焼室内
   に供給して既燃ガスを希釈するようにしたガスタービン
   の燃焼器において、上記希釈用空気孔内に連通する希釈
   用空気供給通路内に該希釈用空気供給通路の流路面積を
   制御する希釈用空気量制御自動弁を配置し、該希釈用空
   気量制御自動弁を弾性部材により常時開弁方向に向けて
   付勢せしめ、機関回転数が高くなるにつれて該希釈用空
   気量制御自動弁が該希釈用空気供給通路内を流れる空気
   から受ける抗力が増大することにより希釈用空気量制御
   自動弁の開度が低減するように希釈用空気量制御自動弁
   を形成したガスタービンの燃焼器。
3. 【請求項３】 燃焼室を形成する筒状部材の壁面上に燃
   焼用空気孔を形成し、圧縮機により圧縮された空気を該
   燃焼用空気孔を介して燃焼室内に供給して燃焼室内に供
   給された燃料を燃焼させると共に、該燃焼用空気孔下流
   の筒状部材壁面上に希釈用空気孔を形成し、該圧縮機に
   より圧縮された空気を該希釈用空気孔を介して燃焼室内
   に供給して既燃ガスを希釈するようにしたガスタービン
   の燃焼器において、上記希釈用空気孔内に連通する希釈
   用空気供給通路内に該希釈用空気供給通路の流路面積を
   制御する希釈用空気量制御自動弁を配置すると共に上記
   燃焼用空気孔内に連通する燃焼用空気供給通路内に該希
   釈用空気量制御自動弁と一体的に作動して該燃焼用空気
   供給通路の流路面積を制御する燃焼用空気量制御自動弁
   を配置し、該希釈用空気量制御自動弁と該燃焼用空気量
   制御自動弁とを弾性部材により希釈用空気量制御自動弁
   の開弁方向でかつ燃焼用空気量制御自動弁の閉弁方向に
   向けて常時付勢せしめ、機関回転数が高くなるにつれて
   該希釈用空気量制御自動弁が該希釈用空気供給通路内を
   流れる空気から受ける抗力が増大すると共に該燃焼用空
   気量制御自動弁が該燃焼用空気供給通路内を流れる空気
   から受ける抗力が増大することにより希釈用空気量制御
   自動弁の開度が低減すると共に燃焼用空気量制御自動弁
   の開度が増大するように希釈用空気量制御自動弁および
   燃焼用空気量制御自動弁を形成したガスタービンの燃焼
   器。