JPH11344224A - ガスタービン燃焼器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】排出ＮＯｘ量を低減するために希薄予混合燃焼
方式を用いるガスタービン燃焼器において、燃焼振動が
発生しにくく、また仮に発生したとしてもその振動レベ
ルが低い燃焼器を提供する。 【解決手段】パイロットノズル４０６，旋回羽根４０
７，フローガイド４０７から構成される旋回流保炎器
と、リング状保炎器４１０を、燃焼室４０３の中心軸４
０４とは異なる軸４０５を中心として対称に配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はガスタービン燃焼器
に関わり、特に燃焼振動の発生しにくい燃焼器構造に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービン燃焼器では、排出するＮＯ
ｘ量を低減するため、希薄予混合燃焼方式が採られるこ
とが多い。希薄予混合燃焼において火炎を安定に保炎す
るためには、高温の既燃焼気体を一定の場所にとどめて
おく必要がある。高温気体の保持には循環流が利用さ
れ、そのため燃焼器には、循環流を発生させる保炎装置
が設けられている。保炎装置としては、燃焼器内の流れ
の中に設置され、その下流に循環領域を発生させるブラ
フボディなどの障害物保炎器や、旋回噴流を発生し、燃
焼室内でボルテックスブレークダウンと呼ばれる現象に
より循環流を形成させる旋回流保炎器がある。

【０００３】従来のガスタービン燃焼器では、障害物保
炎器や旋回流保炎器を単独で、あるいは複数個を組み合
わせて用いている。旋回流保炎器を単独で用いた例とし
ては、特願平2−215378 号出願（参照）がある。複数個
の旋回流保炎器を用いたいわゆるマルチバーナーと呼ば
れる方式には特開平5−322169 号公報がある。単一の旋
回流保炎器と単一の障害物保炎器を組み合わせた例とし
ては、リング状のブラフボディを用いた特開平9−33010
号公報がある。複数の旋回流保炎器と単一の障害物保炎
器を組み合わせた例には、コーン状の障害物保炎器を用
いた特開平9−303716 号公報がある。

【０００４】ここで少し、従来の技術による燃焼器を例
として、請求項の内容について説明する。図１は円筒状
の燃焼室１の中央に旋回流保炎器２を有し、その周囲に
４つの旋回流保炎器３ａ〜３ｄを有したマルチバーナー
形式の燃焼器の断面図である。図１の燃焼器では、旋回
流保炎器２の中心軸は燃焼室１の中心軸と一致するよう
に設置され、その周囲の旋回流保炎器３ａ〜３ｄは燃焼
室１の中心軸から等距離に、９０度間隔で配置されてい
る。このような配置は従来の燃焼器において典型的に用
いられてきたものの一つである。

【０００５】図１（ａ）を燃焼室１の中心軸を中心とし
て４５度回転移動したのが図１(ｂ)であり、９０度回転
移動したのが図１（ｃ）である。図１（ｃ）をもとの形
状である図１（ａ）に重ねたとき、それぞれの図はほぼ
重なり合う。もちろん、図１（ａ）の旋回流保炎器３ａ
の位置にあるのは、図１（ｃ）では旋回流保炎器３ｄで
あり、重なり合った位置に存在するもの自体は異なる。

【０００６】しかし、保炎器３ａ〜３ｄはすべて合同な
形状であり、細かな部分を除けばそれぞれの区別はつけ
にくい。このような状況を以降では、「図１の燃焼器
は、燃焼室の中心軸に対する９０度の回転に関して不変
である」というように表現することにする。

【０００７】一方で図１（ｂ）を図１（ａ）に重ねたと
き、燃焼室１と中央の旋回流保炎器２はほぼ重なり合う
が、周囲の旋回流保炎器３ａ〜３ｄは重なり合わない。
すなわち図１の燃焼器は、燃焼室の中心軸に対する４５
度の回転に関しては不変ではない。９０度を４倍すると
３６０度になるので、図１の燃焼器は本発明に係る発明
ではない。

【０００８】請求項１では、３６０度を３以上の自然数
で除して得られるいかなる角度に対しても、回転に関し
て不変となるような軸が存在しないような配置で、燃焼
室および保炎装置が設置されたガスタービン燃焼器を権
利の範囲としている。ちなみに請求項１の条件が満たさ
れているとき、１８０度の回転に関して不変であるよう
な燃焼器は、請求項１の権利の範囲に含まれているが、
請求項２の権利の範囲には含まれない。

【０００９】上述のような観点で、従来のガスタービン
燃焼器における保炎装置の配置についてみてみる。従来
の燃焼器では、断面形状が円形である燃焼室の上流側に
保炎装置が設置されている。その設置方法は、旋回流保
炎器を単独で用いた特願平2−215378号出願（参照）で
は、旋回流保炎器の中心軸が燃焼室の断面の中心とほぼ
一致している。旋回流保炎器はほぼ軸対称形状であるた
め、この配置は燃焼室の中心軸に対して任意の角度の回
転に関して不変なものとなっている。

【００１０】マルチバーナータイプの特開平5−322169
号公報では燃焼室の中心軸と中央の旋回流保炎器の中心
軸がほぼ一致する位置に旋回流保炎器を一つ設け、さら
に燃焼室の中心軸が対称軸となるような位置に複数個の
旋回流保炎器を配置している。この例では周囲に配置さ
れた旋回流保炎器は８つであり、燃焼室の中心軸に対し
て４５度の回転に関して不変な配置となっている。なお
４５度に８を乗じると３６０度となる。

【００１１】単一の旋回流保炎器とリング状のブラフボ
ディ保炎器を用いた特開平9−33010号公報においても、
旋回流保炎器の中心軸は燃焼室の中心軸とほぼ一致し、
軸対称形状であるリング状保炎装置の中心軸もまた、燃
焼室の中心軸とほぼ一致する位置にある。この例では燃
焼室の中心軸に対し、任意の角度の回転に関して不変な
配置になっている。

【００１２】複数の旋回流保炎器とコーン状の障害物保
炎器を有する特開平9−303716 号公報でも、中央に設置
された旋回流保炎器の中心軸は燃焼室の中心軸とほぼ一
致し、周囲に複数個設置された旋回流保炎器は燃焼室の
中心軸を中心として対称に配置され、またコーン状の障
害物はほぼ軸対称形であり、その中心軸は燃焼室の中心
軸とほぼ一致している。この例では周囲に配置された旋
回流保炎器の個数については言及されていないが、その
個数がＮ個だとすると、燃焼室の中心軸に対し、３６０
／Ｎ度の回転に関して不変な配置となる。

【００１３】以上のように、従来のガスタービン燃焼器
では、断面形状が円形である燃焼室の上流側に、燃焼室
の中心軸を対称軸とする配置で保炎装置を設置してお
り、その配置は燃焼室の中心軸に対する回転に関し不変
となる角度が存在するようなものとなっていて、その形
状は対称性に富んだものとなっていた。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】従来の燃焼器において
は、燃焼器の気柱共鳴に同期して発熱が変動し、それに
伴って特定の周波数の圧力変動振幅が卓越して大きくな
る燃焼振動と呼ばれる現象が発生することがあった。燃
焼振動が発生すると、燃焼室内の火炎は圧力変動によっ
て誘起された速度変動のためにダイナミックに変形，移
動する。その結果、燃焼室内壁や保炎装置などと火炎と
の直接的な接触が生じ、これらの燃焼器内構造物は熱的
なダメージを受ける。また、火炎が保炎装置よりも上流
に戻ったり、あるいは消炎したりする恐れもある。さら
に、圧力振動に燃焼器が共振した場合には、燃焼器その
ものが破損する恐れもある。

【００１５】燃焼振動は、振動のモードが形成される方
向により二種類に分類できる。一つは燃焼器の流れに沿
った方向にモードを持つ振動であり、一つは燃焼室内の
径方向にモードを持つ振動である。流れ方向に積算した
燃焼器の長さは数メートルのオーダーであり、燃焼室の
径は数十センチメートルのオーダーであるため、流れ方
向にモードを持つ振動の周波数は相対的に低く、燃焼室
の径方向にモードを持つ振動の周波数は相対的に高い。
ここでは前者を低周波振動、後者を高周波振動と呼ぶ。

【００１６】低周波振動は一次元的な圧力変動モードを
持つので、ここでは燃焼器を一次元的に考える。燃焼振
動は、発熱変動に伴い生じる燃焼気体の圧縮・膨張によ
る仕事が、燃焼器内の気柱系に正のエネルギーを与える
ことにより維持される。気柱系に与えられるエネルギー
量は、燃焼器を一次元で見たときの、発熱変動が生じて
いる位置に応じて決まり、エネルギー量が大きいほど振
動の振幅も大きくなる。燃焼器内のトータルの発熱変動
量が等しいとき、発熱変動が狭い範囲に集中している場
合の方が、広い範囲に分散している場合よりも気柱系に
与えられるエネルギー量は大きくなりやすく、したがっ
て振幅も大きくなりやすい傾向を持つ。発熱変動の主な
要因は希薄予混合燃焼の場合、火炎と燃焼器内壁との接
触位置の変動である。図２に示すように、保炎装置１０
１で保炎された火炎１０２は燃焼室内壁１０３と位置１
０４ａで接触する。ここで流れ方向への速度変動がある
とき、火炎１０２はそれに合わせて移動し、燃焼室内壁
１０３との接触位置も１０４ｂから１０４ｃの間で変動
する。この火炎の揺らぎにより、位置１０４ａでは、あ
る瞬間には火炎が存在するので発熱があり、またある瞬
間には火炎が存在しないため発熱がないことになる。こ
のような発熱領域の出現、消失の繰り返しによる発熱変
動は、例えば燃料濃度の変動に伴う発熱変動などに比べ
て大きく、したがって燃焼振動への寄与としても大きな
ものとなる。

【００１７】ところで従来のガスタービン燃焼器では、
「燃焼室の中心軸に対する回転に関して不変となるよう
な角度が存在する保炎装置の配置」で、もう少しかみく
だいて言えば、燃焼室の中心軸を中心とした対称な配置
で保炎装置が設置されていて、保炎装置で保炎された火
炎もほぼ軸対称に分布する。したがって、火炎と燃焼器
内壁との接触位置の変動による発熱変動は、燃焼器の中
心軸方向の一次元座標系において比較的狭い範囲で発生
する。そのため従来のガスタービン燃焼器では、燃焼振
動が生じたときに圧力変動の振幅が大きくなりやすく、
問題であった。一方で高周波振動は、燃焼室内の径方向
に振動モードを持つ。従来のガスタービン燃焼器では、
火炎が燃焼室の中心軸を中心とした軸対称な形状になり
やすい。これは、圧力変動を伝える媒質である未燃気体
あるいは既燃気体が、燃焼室の中心軸を中心として軸対
称に分布していることに相当し、したがって燃焼器内壁
とこの中心軸とが圧力変動の腹となるモードが形成され
やすい。このため、従来のガスタービン燃焼器では、高
周波振動が生じる恐れがあった。

【００１８】低周波振動も、高周波振動も、その振動振
幅が大きくなると燃焼器の安定な運転の妨げになり、ま
た燃焼器の破損にもつながる恐れがあるため、そのどち
らも発生を防ぐか、あるいは発生したとしても振幅があ
まり大きくならないようにする必要がある。

【００１９】本発明の目的は、これらの燃焼振動が生じ
にくい燃焼器構造を提案することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】以上のように、従来の燃
焼器では、保炎装置の配置が「燃焼室の中心軸に対する
回転に関して不変となる角度が存在する配置」になって
いたため、低周波振動においては振動振幅が大きくなり
やすく、また、高周波振動も生じやすい構造となってい
た。本発明では上記の課題を解決するため、請求項１に
記載されたように保炎装置を「回転に関して不変となる
ような軸および角度が、３以上の自然数を乗じたときに
３６０度となるような角度に対して存在しない」配置で
設置するか、あるいは請求項２に記載されたように「回
転に関して不変となるような軸および角度が、２以上の
自然数を乗じたときに３６０度となるような角度に対し
て存在しない」配置で設置する。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
述べる。

【００２２】はじめに本発明による作用について、従来
例と比較して説明する。図２では円筒状の燃焼室１０５
の中心軸１０６上に、軸対称形状の障害物保炎器１０１
が、その対称軸が燃焼室の中心軸１０６と一致するよう
に配置されている。一方、図４では円筒状の燃焼室１０
５内に、軸対称形状の障害物保炎器１０１が、その対称
軸が燃焼室の中心軸１０６とは一致しないように配置さ
れている。図２は従来例における燃焼室および保炎装置
の配置の特徴を模式的に示したものであり、中心軸１０
６に垂直な断面を図３に示す。図２の形状は、中心軸１
０６を中心として任意の角度の回転に関し不変となって
いる。

【００２３】図４は本発明の保炎器配置となっており、
その断面が図５に示される。図４は１８０度以下のいか
なる角度に対しても、回転に関し不変となるような軸が
存在せず、したがって請求項１および請求項２のどちら
にも係る本発明の実施例の一形態である。火炎１０２と
燃焼器内壁との平均的な接触位置は図２の場合104ａで
あり、発熱変動は位置１０４ａを中心とした範囲で生じ
る。一方図４では、保炎装置を燃焼室の中心軸からずら
した位置に配置してあるので、火炎と燃焼室内壁との平
均的な接触位置は周方向に一定ではなく、１０４ｄから
１０４ｅの範囲をとる。したがって発熱変動はさらに広
い１０４ｆから１０４ｇの範囲で生じることになる。

【００２４】発明が解決しようとする課題において述べ
たように、低周波振動は発熱変動が狭い範囲で生じてい
る方が振幅が大きくなりやすく、これを低減するには発
熱変動の発生領域を広い範囲に分散させた方がよい。本
発明では図４で示したように発熱領域が広範囲に分散し
ており、従来の燃焼器に比べて低周波振動の振幅の低減
が期待できる。

【００２５】次に高周波振動に対する作用について述べ
る。図３は図２の燃焼室の中心軸に垂直な断面を示して
おり、図５は図４の同じく中心軸に垂直な断面を示して
いる。図３において、低温の未燃焼気体１０７と高温の
既燃焼気体１０８は燃焼室の中心軸１０６を中心として
軸対称に分布している。一方で図５では、未燃焼気体１
０７と既燃焼気体１０８は中心軸１０６を中心とした軸
対称分布にはなっていない。未燃焼気体と既燃焼気体と
では、温度が異なるために音速が異なる。燃焼振動にお
ける圧力変動は、未燃気体，既燃気体中をそれぞれの音
速で伝播する。燃焼室の径方向にモードを持つ高周波振
動では、圧力変動は燃焼室の内壁１０３で反射して燃焼
室の中心軸方向に伝播する。

【００２６】図３のように未燃気体と既燃気体が燃焼室
の中心軸１０６を中心に軸対称に分布しているとき、圧
力変動が燃焼室内壁から中心軸まで伝播するのに要する
時間は周方向に一定である。したがって、同時刻に燃焼
室壁面の周方向の各位置で反射した同位相の圧力波は、
一定時間後には同位相で燃焼室中心軸に収歛し、さらに
一定時間後には反対側の壁面にやはり同位相で到達する
ことになる。

【００２７】このことから、図３のような未燃気体と既
燃気体の軸対称な分布においては、燃焼室内壁と燃焼室
の中心軸とがどちらも圧力変動の腹となるモードの高周
波振動が発生しやすい。一方で図５においては、既燃焼
気体１０８の占める領域は燃焼室の中心軸１０６を中心
とした分布とはなっていないので、燃焼室内壁で反射し
た圧力波が燃焼室の中心軸に収歛することはない。した
がって図５では、燃焼室の径方向の圧力変動モードは形
成されにくい。このため本発明による保炎器配置におい
ては高周波振動が生じにくい。

【００２８】図６に請求項１および請求項２に係る実施
の一形態を示す。図６では円筒状の燃焼室１０５内に、
軸対称形状ではない障害物保炎器１０９が、燃焼室の中
心軸１０６上に配置されている。保炎器１０９が軸対称
形状ではないため、図２の燃焼器と同様に保炎器が中心
軸１０６上に設置されてはいても、回転に関して不変と
なるような軸および角度は存在せず、請求項１及び請求
項２を満たす実施例となっている。図６の燃焼器では、
保炎器１０９が非対称な形状をしているため保炎特性が
周方向に一様ではない。したがって火炎１０２の形状は
軸対称形状にならず、図４で示した実施例と同様な燃焼
振動に関する特性をもつことが期待される。

【００２９】図７は請求項１に係り、請求項２には係ら
ない実施例の一形態の断面図である。本実施例の燃焼器
は、その断面が楕円である燃焼室１１０を有し、その楕
円の長軸と短軸の交点を通る中心軸１１１上に軸対称形
状の障害物保炎器１０１が設置されている。本実施例
は、軸１１１に対して１８０度の回転に関して不変であ
るが、それより小さい角度については、回転に関して不
変となるような軸を有していない。本実施例では、燃焼
室１１０が楕円形状であるため、火炎と燃焼室１１０の
内壁とが接触する位置は、周方向でばらつき、発熱変動
領域が広い範囲に分散する。したがって低周波振動の低
減が期待できる。ただし、未燃気体107と未燃気体１０
８の分布は比較的対称性の良いものとなっているため、
図４で示した実施例ほどには高周波振動の防止効果は期
待できない。

【００３０】図８には請求項１および請求項２に係る実
施例を示す。本実施例による燃焼器では、断面形状が楕
円である燃焼室１１０を有し、その楕円の長軸と短軸の
交点を通る中心軸１１１とは異なる位置に軸対称形状の
障害物保炎器１０１が設置されている。本実施例では、
回転に関して不変となるような角度および軸が存在しな
い。本実施例では、燃焼室１１０が楕円形状であり、し
かも保炎器１０１が燃焼室１１０の中心軸１１１上には
ないため、火炎と燃焼室１１０の内壁とが接触する位置
は、周方向でばらつき、発熱変動領域が広い範囲に分散
する。また、未燃気体１０７および既燃気体１０８は燃
焼室１１０の片側に偏って分布する。したがって本実施
例による燃焼器には、図４で示した実施例と同様の効果
が期待できる。

【００３１】図９は本発明による請求項１および請求項
２に係る実施例の一つを示しており、図１０は図９のＡ
−Ａ矢視図である。本実施例では円筒状の外筒２０１の
内側に円筒状の内筒２０２を有し、内筒２０２により囲
まれた空間が燃焼室２０３となっている。この燃焼室２
０３の中心軸２０４とは異なる軸２０５を中心としてパ
イロットノズル２０６が設けられ、パイロットノズル２
０６の外縁には旋回流れを発生させるために旋回羽根２
０７が設けられている。さらにその周囲にはフローガイ
ド２０８が設けられている。

【００３２】このパイロットノズル２０６と旋回羽根２
０７およびフローガイド２０８により、旋回流保炎器が
構成されており、この旋回流保炎器は軸２０５を中心と
した回転対称形となっている。旋回流保炎器の外周側に
はメインノズル２０９が軸２０５を中心として１２本設
置されている。パイロットノズル２０６には燃料２１２
が流入し、燃料噴口２１３から燃焼室２０３内に噴出さ
れて拡散燃焼し拡散火炎２１４を形成する。

【００３３】フロースリーブ２１０をとおり流入した空
気２１１は旋回羽根２０７により速度に旋回成分が与え
られ、旋回噴流２１５として燃焼室２０３に流入する。
流入した旋回噴流２１５はボルテックスブレークダウン
現象により、燃焼室２０３内で循環流２１６を形成す
る。メインノズル２０９に流入した燃料２１７は、燃料
噴口２１８より流出し、予混合領域２１９において空気
と混合し、予混合気体２２０となる。予混合気体２２０
は循環流２１６で保持された高温の既燃焼気体と接触し
て燃焼し、予混合火炎２２１を形成する。

【００３４】本実施例において、パイロットノズル２０
６と旋回羽根２０７およびフローガイド２０８により構
成された旋回流保炎器は、燃焼室の中心軸２０４とは異
なる軸２０５を中心に配置されているため、予混合火炎
２２１の分布は燃焼室２０３内でやや偏ったものにな
る。そのため内筒２０２は、対称軸２０５に近い側では
より上流において、遠い側ではより下流において予混合
火炎２２１との接触することになる。

【００３５】図１１は本発明の請求項１および請求項２
に係る実施例の一つであり、旋回流保炎器を複数有する
マルチバーナー方式における適用例である。また図１２
は図１１のＡ−Ａ矢視図である。本実施例では円筒状の
外筒３０１の内側に円筒状の内筒３０２を有し、内筒３
０２により囲まれた空間が燃焼室３０３となっている。
この燃焼室３０３の中心軸３０４とは異なる軸３０５を
中心としてパイロットノズル３０６が設けられ、パイロ
ットノズル３０６の外縁には旋回流れを発生させるため
に旋回羽根３０７が設けられている。さらにその周囲に
はパイロットバーナー外筒３０８が設けられている。

【００３６】このパイロットノズル３０６と旋回羽根３
０７およびパイロットバーナー外筒３０８により、パイ
ロットバーナー用の旋回流保炎器が構成されており、こ
れらは軸３０５を中心として設置されている。パイロッ
トバーナー用旋回流保炎器の外周側にはメインノズル３
０９，旋回羽根３１０，メインバーナー外筒３１１から
構成されるメインバーナー用の旋回流保炎装置が８個あ
り、それらは軸３０５を中心として配置されている。

【００３７】すなわちパイロットバーナー用旋回流保炎
器およびメインバーナー用旋回流保炎器は、軸３０５を
中心に対称に配置されている。パイロットノズル３０６
には燃料３１４が流入し、燃料噴口３１５から燃焼室３
０３内に噴出されて拡散燃焼し、拡散火炎３１６を形成
する。フロースリーブ３１２をとおり流入した空気３１
３は旋回羽根３０７により速度に旋回成分が与えられ、
旋回噴流３１７として燃焼室３０３に流入する。流入し
た旋回噴流３１７はボルテックスブレークダウン現象に
より燃焼室３０３内で循環流３１８を形成する。

【００３８】メインノズル３０９に流入した燃料３１９
は、燃料噴口３２０より流出し、予混合領域３２１にお
いて空気と混合し、予混合気体３２２となる。予混合気
体３２２は旋回羽根３１０により旋回がかけられ、燃焼
室３０３内に旋回噴流323として流入し、循環流３２４
となる。予混合気体は循環流３２４および循環流３１８
で保炎され、予混合火炎３２５を形成する。

【００３９】本実施例においては、予混合火炎３２５は
燃焼室の中心軸３０４を中心とした分布とはならない。
図９，図１０で説明した実施例と同様に、予混合火炎３
２５と内筒３０２の接触する位置は、内筒３０２の軸３
０５に近い側の壁面では上流側に、遠い側の壁面では下
流側になる。

【００４０】図１３は本発明の請求項１および請求項２
に係る実施例の一つであり、旋回流保炎器を一つもち、
その周囲にリング状保炎器を有する燃焼器への適用例で
ある。また図１４は図１３のＡ−Ａ矢視図である。本実
施例では円筒状の外筒４０１の内側に円筒状の内筒４０
２を有し、内筒４０２により囲まれた空間が燃焼室４０
３となっている。この燃焼室４０３の中心軸４０４とは
異なる軸４０５を中心としてパイロットノズル４０６が
設けられ、パイロットノズル４０６の外縁には旋回流れ
を発生させるために旋回羽根４０７が設けられている。
さらにその周囲にはフローガイド４０８が設けられてい
る。

【００４１】このパイロットノズル４０６と旋回羽根４
０７およびフローガイド４０８により、旋回流保炎器が
構成されており、この旋回流保炎器は軸４０５を中心軸
とした回転対称形となっている。旋回流保炎器の外周側
にはメインノズル４０９が複数本設置され、その下流側
にはリング状保炎器４１０が設置されている。リング状
保炎器は軸対称形状であり、その中心は軸４０５と一致
させてある。パイロットノズル４０６には燃料４１３が
流入し、燃料噴口４１４から燃焼室４０３内に噴出され
て拡散燃焼し、拡散火炎４１５を形成する。フロースリ
ーブ４１１をとおり流入した空気４１２は旋回羽根４０
７により速度に旋回成分が与えられ、旋回噴流４１６と
して燃焼室４０３に流入する。

【００４２】流入した旋回噴流４１６はボルテックスブ
レークダウン現象により燃焼室403内で循環流４１７を
形成する。メインノズル４０９に流入した燃料４１８
は、燃料噴口４１９より流出し、予混合領域４２０にお
いて空気と混合し、予混合気体４２１となる。燃焼室４
０３に流入した予混合気体４２１はリング状保炎器410
の下流に形成された循環流４２２および旋回流保炎器に
より形成された循環流４１７によって保持された高温気
体と反応して燃焼し、予混合火炎４２３を形成する。本
実施例においても予混合火炎４２３は燃焼室の中心軸４
０４を中心とした分布とはならない。

【００４３】図１５は本発明の請求項１および請求項２
に係る実施例の一つであり、旋回流保炎器を複数有し、
さらにコーン状保炎器を有する燃焼器での適用例であ
る。また図１６は図１５のＡ−Ａ矢視図である。本実施
例では円筒状の外筒５０１の内側に円筒状の内筒５０２
を有し、内筒５０２により囲まれた空間が燃焼室５０３
となっている。この燃焼室５０３の中心軸５０４とは異
なる軸５０５を中心としてパイロットノズル５０６が設
けられ、パイロットノズル５０６の外縁には旋回流れを
発生させるために旋回羽根５０７が設けられている。さ
らにその周囲には回転対称な形状のコーン状保炎器５０
８が設けられている。

【００４４】このパイロットノズル５０６と旋回羽根５
０７およびコーン状保炎器５０８により、パイロットバ
ーナー用の旋回流保炎器が構成される。このパイロット
バーナー用の旋回流保炎器は軸５０５を中心とした回転
対称形となっている。さらに外周側にはメインノズル５
０９が８数本設置され、メインノズル５０９の外縁には
旋回羽根５１０が設けられている。更にその周囲には円
筒状のメインバーナー外筒５１１が設けられている。メ
インノズル５０９，旋回羽根５１０，メインバーナー外
筒５１１からメインバーナー用の旋回流保炎器が構成さ
れる。

【００４５】メインバーナー用の旋回流保炎装置は８個
あり、それらは軸５０５を中心として対称に配置されて
いる。パイロットノズル５０６には燃料５１４が流入
し、燃料噴口５１５から燃焼室５０３内に噴出されて拡
散燃焼し、拡散火炎５１６を形成する。フロースリーブ
５１２をとおり流入した空気５１３は旋回羽根５０７に
より速度に旋回成分が与えられ、旋回噴流５１７として
燃焼室５０３に流入する。流入した旋回噴流５１７はボ
ルテックスブレークダウン現象により燃焼室５０３内で
循環流５１８を形成する。メインノズル５０９に流入し
た燃料５１９は、燃料噴口５２０より流出し、旋回羽根
５１０で旋回を与えられた空気と、予混合領域５２１に
おいて混合する。予混合領域５２１における流れは旋回
流５２２となっており、燃料と空気の混合が促進され
る。メインバーナー外筒５１１より燃焼室５０３に流入
した予混合気体は、コーン状保炎器５０８により形成さ
れた流れと干渉し、循環流５２３を形成する。この循環
流５２３により予混合火炎５２４が保炎される。本実施
例においても予混合火炎５２４は燃焼室の中心軸５０４
を中心とした分布とはならない。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
によるガスタービン燃焼器では、回転に関して不変とな
るような軸および角度が、３以上の自然数を乗じたとき
に３６０度となるような全ての角度に対して存在しない
ように保炎装置と燃焼室が配置される。このような配置
により、燃焼室内の火炎は燃焼室の中心軸を中心とした
対称な分布とはならず、発明の実施の形態の項において
述べた理由により低周波振動が低減され、高周波振動は
発生しにくくなる。請求項２によるガスタービン燃焼器
においては、回転に関して不変となるような軸および角
度が、２以上の自然数を乗じたときに３６０度となるよ
うな全ての角度に対して存在しないように保炎装置と燃
焼室が配置され、請求項１に係る燃焼器と同様の効果が
期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）ないし（ｃ）は従来技術における保炎装
置の燃焼室の中心軸を中心に回転した時の各断面図であ
る。

【図２】従来のモデル燃焼器の縦断面図。

【図３】図２の横断面図。

【図４】本発明の実施例であるモデル燃焼器の縦断面
図。

【図５】図４の横断面図。

【図６】本発明の請求項１および請求項２の一実施例で
ある燃焼器の縦断面図。

【図７】本発明の請求項１の一実施例である燃焼器の横
断面図。

【図８】本発明の請求項１および請求項２の一実施例で
ある燃焼器の横断面図。

【図９】本発明の請求項１および請求項２の一実施例で
ある燃焼器の縦断面図。

【図１０】図９の燃焼器のＡ−Ａ矢視図。

【図１１】本発明の請求項１および請求項２の一実施例
である燃焼器の縦断面図。

【図１２】図１１の燃焼器のＡ−Ａ矢視図。

【図１３】本発明の請求項１および請求項２の一実施例
である燃焼器の縦断面図。

【図１４】図１３の燃焼器のＡ−Ａ矢視図。

【図１５】本発明の請求項１および請求項２の一実施例
である燃焼器の縦断面図。

【図１６】図１５の燃焼器のＡ−Ａ矢視図。

【符号の説明】

１…円筒状燃焼室、２…中央の旋回流保炎器、３ａ〜３
ｄ…周囲の旋回流保炎器、１０１…軸対称形状の保炎装
置、１０２…火炎、１０３…燃焼室内壁、１０４ａ〜１
０４ｇ…燃焼室内壁への火炎の接触位置、１０５，２０
３，３０３，５０３…燃焼室、１０６，２０４，３０
４，４０４，５０４…燃焼室中心軸、１０７…未燃焼気
体、１０８…既燃焼気体、１０９…軸対称形状でない保
炎装置、１１０…断面が楕円形状である燃焼室、１１１
…燃焼室１１０の中心軸、201,３０１，４０１，５０４
…外筒、２０２，３０２,４０２,５０２…内筒、２０
５，３０５，４０５，５０５…保炎装置の対称配置の中
心軸、２０６，３０６，４０６，５０６…パイロットノ
ズル、２０７，３０７，３１０，３２３，４０７，５０
７，５１０…旋回羽根、２０８，４０８…フローガイ
ド、２０９，３０９，４０９，５０９…メインノズル、
２１０，３１２，４１１，５１２…フロースリーブ、２
１１，３１３，４１２，５１３…空気、２１２，２１
７，３１４，３１９，４１３，４１８，５１４，５１９
…燃料、２１３，２１８，３１５，３２０，４１４，４
１９，５１５，５２０…燃料噴口、２１４，３１６，４
１５，５１６…拡散火炎、２１５，３１７，４１６，５
１７…旋回噴流、２１６，３１８，３２４，４１７，４
２２，５１８，５２３…循環流、２１９，３２１，４２
０，５２１…予混合領域、２２０，３２２，４２１…予
混合気体、２２１，３２５，４２３…予混合火炎、３０
８…パイロットバーナー外筒、３１１…メインバーナー
内筒、４０３…燃料室、４０４…燃料室中心軸、４１０
…リング状保炎器、５０８…コーン状保炎器、５１１…
メインバーナー、５２２…旋回流。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平田 義隆 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】循環流を形成して保炎を行う保炎装置を備
   えたガスタービン燃焼器であり、特定の軸を中心とし
   て、３以上である自然数を乗じたときに３６０度となる
   角度だけ燃焼室と前記の保炎装置を回転移動したときの
   燃焼室、および保炎装置の配置が、回転移動する前の燃
   焼室および保炎装置の配置とほぼ等しくなるような回転
   の中心軸および角度が存在しないように、前記の燃焼室
   および保炎装置が設置されたことを特徴とするガスター
   ビン燃焼器。
2. 【請求項２】循環流を形成して保炎を行うための保炎装
   置を備えたガスタービン燃焼器であり、特定の軸を中心
   として、２以上である自然数を乗じたときに３６０度と
   なる角度だけ燃焼室と前記の保炎装置を回転移動したと
   きの燃焼室および保炎装置の配置が、回転移動する前の
   燃焼室および保炎装置の配置とほぼ等しくなるような回
   転の中心軸および角度が存在しないように、前記の燃焼
   室および保炎装置が設置されたことを特徴とするガスタ
   ービン燃焼器。