WO2017169950A1 - ガスタービン燃焼器 - Google Patents

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WO2017169950A1
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outer ring
combustor
gas turbine
peripheral surface
turbine combustor
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宮本　健司
智志 瀧口
斉藤　圭司郎
宏太郎 宮内
西田　幸一
赤松　真児
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三菱重工業株式会社
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    • F23R2900/03042—Film cooled combustion chamber walls or domes

Definitions

  • the present invention relates to a gas turbine combustor.
  • Such a gas turbine combustor employing the premixed combustion system includes a pilot burner that performs diffusion combustion in addition to a main burner that performs premixed combustion (premixed burner).
  • premixed burner a pilot burner that performs diffusion combustion in addition to a main burner that performs premixed combustion
  • the diffusion flame generated by the pilot burner can be used as a seed fire for the main burner to generate the premixed flame, so that the premixed gas generated by the main burner using the diffusion flame can be used.
  • Combustion enables premixed combustion.
  • the premixed gas flows along the inner peripheral surface of the main burner, so that a portion where the flow velocity decreases due to the development of the boundary layer is generated, and the portion where the flow velocity decreases is premixed.
  • a high fuel concentration region is generated due to air.
  • flashback in which the flame generated downstream of such a region is burned out.
  • Patent Documents 1 and 2 For example, as shown in FIG. 4, in the gas turbine combustor 100, a plurality of swirler tubes 131 that are provided on the radially outer side of the pilot cone 121 and impart a swirling flow to the premixed gas Fp, and a diameter of the plurality of swirler tubes 131.
  • the outer ring 115 is disposed on the outer side in the direction and is provided with a gap 141 between the inner cylinder 111 and the combusted air Af is burned by injecting the compressed air taken in from the gap 141. It flows along the inner peripheral surface of the stern tube (or outlet outer ring) 112. This prevents flashback fb going up along the inner peripheral surface of the combustor tail cylinder 112 which is a low flow velocity region in the boundary layer (wall surface).
  • the downstream end 115 a of the outer ring 115 is stepped, and the compressed air and the premixed gas Fp are disposed on the outer peripheral surface 115 c of the outer ring 115.
  • the compressed air flow separates from the outer peripheral surface 115c of the outer ring 115 and stagnation S1 occurs, while the premixed gas Fp flows in the outer ring 115.
  • the stagnation is caused by peeling from the peripheral surface 115b, and a low flow velocity region is generated at this location. For this reason, there is a possibility that the area where the stagnation occurs becomes a flame holding portion and flashback occurs.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and suppresses the occurrence of flashback at the downstream end of the outer ring with a simple configuration. It aims at providing the gas turbine combustor which can do.
  • a gas turbine combustor according to a first invention for solving the above-described problem is as follows.
  • a swirler cylinder that is arranged in a plurality of combustor inner cylinders and imparts a swirling flow to a premixed gas in which fuel and combustion air are premixed;
  • Between the plurality of swirler cylinders and the combustor inner cylinder there is a gap with respect to the combustor inner cylinder, and injection is performed from the gap toward the combustor tail cylinder connected to the combustor inner cylinder.
  • An outer ring for generating film-like air in the combustor tail cylinder The outer ring has a tapered surface formed at the downstream end of the outer ring so that the thickness gradually decreases from the upstream side toward the downstream side.
  • a gas turbine combustor according to a second invention for solving the above-described problem is the gas turbine combustor according to the first invention described above,
  • the tapered surface is formed on the inner peripheral surface side of the outer ring.
  • a gas turbine combustor according to a third invention for solving the above-described problem is the gas turbine combustor according to the first invention described above,
  • the tapered surface is formed on both the inner peripheral surface side and the outer peripheral surface side of the outer ring.
  • a gas turbine combustor according to a fourth invention for solving the above-described problem is the gas turbine combustor according to the first invention described above,
  • the tapered surface is formed on the outer peripheral surface side of the outer ring.
  • a gas turbine combustor according to a fifth invention for solving the above-described problem is the gas turbine combustor according to any one of the first to fourth inventions described above,
  • the tapered surface has a curved shape in a cross section cut along the central axis of the outer ring.
  • a gas turbine combustor according to a sixth invention for solving the above-described problem is the gas turbine combustor according to any one of the first to fourth inventions described above,
  • the tapered surface has an angle of 30 to 60 degrees with respect to a radial direction.
  • the outer ring has a tapered surface formed at the downstream end of the outer ring so that the thickness gradually decreases from the upstream side toward the downstream side, so that the premixed gas or the compressed air is outside. Smoothly flows downstream along the inner or outer peripheral surface of the ring, eliminates premixed or compressed air flow separation at the downstream end of the outer ring, and causes stagnation due to gas flow separation The area becomes smaller. Thereby, generation
  • FIG. 5 is an enlarged view of a surrounding line V in FIG. 4.
  • FIG. 1 A gas turbine combustor according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • reference numeral C1 indicates the central axis of the combustor inner cylinder.
  • the gas turbine combustor 1 adopts a premixed combustion method, and combustor inner cylinder 11 that mixes fuel F and compressed air A for combustion, and the inside of the combustor A combustor tail cylinder 12 serving as a combustion chamber connected to a downstream end (rear end) of the cylinder 11 is provided. Further, a pilot burner 13 and a plurality of main burners (premix burners) 14 are accommodated in the upstream end portion (front end portion) of the combustor inner cylinder 11.
  • the pilot burner 13 is arranged coaxially with the combustor inner cylinder 11 and is composed of a pilot cone 21, a pilot nozzle 22, and a pilot swirler 23.
  • a pilot nozzle 22 is inserted into the pilot cone 21 so as to be coaxial with the pilot cone 21.
  • a pilot swirler 23 is interposed between the inner peripheral surface of the pilot cone 21 and the outer peripheral surface of the pilot nozzle 22.
  • the main burner 14 is provided at equal angular intervals in the circumferential direction of the combustor inner cylinder 11 outside the pilot burner 13 in the radial direction, and includes a swirler cylinder 31, a main nozzle (premixing nozzle) 33, and a main swirler 34. ing.
  • a main nozzle 33 is inserted into the swirler cylinder 31 so as to be coaxial with the swirler cylinder 31.
  • a main swirler 34 is interposed between the inner peripheral surface of the swirler cylinder 31 and the outer peripheral surface of the main nozzle 33.
  • the swirler cylinder 31 is supported on the inner peripheral surface of the combustor inner cylinder 11 via the substrate 35.
  • the gas turbine combustor 1 described above has a gap 41 with respect to the combustor inner cylinder 11 between the plurality of swirler cylinders 31 and the combustor inner cylinder 11 and is disposed on the same axis as the combustor inner cylinder 11. It further has a ring 15.
  • the outer ring 15 is supported on the outer peripheral surface of the swirler cylinder 31 provided in each of the plurality of main burners 14 via a fixture such as welding.
  • the outer ring 15 is provided on the inner peripheral surface (inner diameter portion) 15b side on the downstream side, and has an inner peripheral surface side tapered surface 15ba whose thickness gradually decreases from the upstream side toward the downstream side.
  • the outer ring 15 has an inner peripheral surface side tapered surface 15ba at the downstream end 15d of the outer ring 15.
  • the downstream side of the inner peripheral surface side tapered surface 15ba is connected to the downstream end portion 15a of the outer ring 15.
  • high-temperature and high-pressure compressed air A flows into the upstream end of the combustor inner cylinder 11 and then is supplied into the pilot burner 13 and the main burner 14.
  • Fuel F is supplied into the pilot nozzle 22 and the main nozzle 33.
  • the supplied compressed air A is swirled by the pilot swirler 23 and mixed with the fuel F injected from the pilot nozzle 22.
  • diffusion combustion is performed inside and downstream of the pilot cone 21 (inside the combustor tail cylinder 12).
  • the combustion gas generated by the diffusion combustion is supplied to the turbine side inside the combustor tail cylinder 12.
  • the supplied compressed air A is swirled by the main swirler 34 to be mixed with the fuel F injected from the main nozzle 33, and the premixed gas Fp is generated.
  • the swirled premixed gas Fp is guided downstream by the outer ring 15 and the pilot cone 21 and supplied toward the combustor tail cylinder 12.
  • the premixed gas Fp guided downstream along the inner peripheral surface 15b of the outer ring 15 flows smoothly downstream by the inner peripheral surface side tapered surface 15ba.
  • the premixed gas Fp supplied into the combustor tail cylinder 12 is burned by the diffusion flame generated by the pilot burner 13, and premixed combustion is performed.
  • the compressed air A is also supplied around the main burner 14, the compressed air A is always kept in the combustor inner cylinder 11. Is taken into the combustor tail cylinder 12 through a gap (air passage) 41 between the inner peripheral surface 11a of the outer ring 15 and the outer peripheral surface 15c of the outer ring 15. That is, the compressed air A is injected into the combustor tail cylinder 12 through the gap 41 to form film-like air (hereinafter referred to as film air) Af. It flows toward the downstream side along the inner peripheral surface.
  • film air film-like air
  • the gas turbine combustor 1 is disposed between the plurality of swirler cylinders 31 and the combustor inner cylinder 11 with the gap 41 with respect to the combustor inner cylinder 11.
  • the outer ring 15 is downstream of the outer ring 15.
  • the inner peripheral surface side tapered surface 15ba has an angle ⁇ 1 in a range of 30 degrees to 60 degrees with respect to the radial direction. This is because the premixed gas Fp guided downstream along the inner peripheral surface 15b of the outer ring 15 flows more smoothly downstream.
  • FIG. 2 A gas turbine combustor according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • this embodiment changes only an outer ring, and comprises the same member as the gas turbine combustor which concerns on the above-mentioned 1st embodiment other than that.
  • the same members as those in the gas turbine combustor according to the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted as appropriate.
  • FIG. 2 only the internal structure of the upper half of the gas turbine combustor is shown.
  • the gas turbine combustor 1 ⁇ / b> A is similar to the gas turbine combustor 1 according to the first embodiment described above, and the pilot burner 13 accommodated in the combustor inner cylinder 11 and A main burner 14 and a combustor tail cylinder 12 connected to the combustor inner cylinder 11 are provided, and the combustor inner cylinder 11 is disposed between the plurality of swirler cylinders 31 and the combustor inner cylinder 11 of the main burner 14.
  • An outer ring 15 ⁇ / b> A is provided that has a clearance 41 with respect to the peripheral surface 11 a and is arranged coaxially with the combustor inner cylinder 11.
  • the outer ring 15 ⁇ / b> A is supported on the outer peripheral surface of the swirler cylinder 31 provided in each of the plurality of main burners 14 via a fixture such as welding, as with the outer ring 15.
  • the outer ring 15 ⁇ / b> A has an inner peripheral surface side tapered surface 15 ⁇ / b> Aba and an outer peripheral surface side tapered surface 15 ⁇ / b> Aca formed on the downstream side so that the thickness gradually decreases from the upstream side toward the downstream side. That is, the outer ring 15A has an inner peripheral surface side tapered surface 15Aba and an outer peripheral surface side tapered surface 15Aca at the downstream end 15Ad of the outer ring 15A.
  • the inner peripheral surface side tapered surface 15Aba is formed on the inner peripheral surface (inner diameter portion) 15Ab side of the outer ring 15A.
  • the outer peripheral surface side tapered surface 15Aca is formed on the outer peripheral surface (outer diameter portion) 15Ac side of the outer ring 15A.
  • the inner peripheral surface side tapered surface 15Aba has a curved surface shape protruding toward the outer peripheral surface 15Ac side.
  • the outer peripheral surface side tapered surface 15Aca has a curved surface shape protruding toward the inner peripheral surface 15Ab. That is, the inner peripheral surface side tapered surface 15Aba and the outer peripheral surface side tapered surface 15Aca have a curved shape in a cross section cut along the central axis of the outer ring 15A.
  • the downstream side of the inner peripheral surface side tapered surface 15Aba and the outer peripheral surface side tapered surface 15Aca is connected to the downstream end 15Aa of the outer ring 15A.
  • the premixed gas Fp guided downstream along the inner peripheral surface 15Ab of the outer ring 15A flows smoothly at a high flow velocity toward the downstream side by the inner peripheral surface side tapered surface 15Aba.
  • the compressed air A guided downstream along the outer peripheral surface 15Ac of the outer ring 15A flows smoothly at a high flow velocity toward the downstream side by the outer peripheral surface side tapered surface 15Aca.
  • the premixed gas Fp guided downstream along the inner peripheral surface 15Ab of the outer ring 15A, the premixed gas Fp is smoothly increased from the upstream side toward the downstream side by the inner peripheral surface side tapered surface 15Aba.
  • the compressed air A guided downstream along the outer peripheral surface 15Ac of the outer ring 15A flows smoothly from the upstream side toward the downstream side at a high flow rate by the outer peripheral side tapered surface 15Aca. become. Thereby, the separation of the flow of the premixed gas Fp and the separation of the flow of the compressed air A at the downstream end 15Aa of the outer ring 15A are eliminated, and the stagnation region caused by the separation of the gas flow is reduced.
  • the occurrence of flashback at the downstream end 15Aa of the outer ring 15A is suppressed with a simple configuration. Since the premixed gas Fp is promoted to be mixed by the film air Af, a reduction in NOx can be expected. Furthermore, since there is no outward flow of the premixed gas Fp, it is difficult for the premixer Fp to flow on the inner wall of the combustor tail cylinder 12, and it can be expected to suppress flashback generated in the wall boundary layer. Therefore, combustion is stabilized and a decrease in combustion efficiency is suppressed.
  • the inner peripheral surface side taper surface 15Aba and the outer peripheral surface side taper surface 15Aca have a curved shape in a cross section cut along the central axis of the outer ring 15A, these portions become the central axis of the outer ring 15A.
  • the premixed gas Fp and the compressed air A flow more smoothly as compared with the case where the cross section cut along the straight line is straight.
  • the stagnation region generated in the downstream end 15Aa of the outer ring 15A due to the separation of the gas flow is compared with a case where the tapered surface is a straight line in a cross section cut along the central axis of the outer ring 15A. Smaller.
  • the occurrence of flashback at the downstream end 15Aa of the outer ring 15A is further suppressed with a simple configuration. Therefore, combustion is more stable and a decrease in combustion efficiency is further suppressed.
  • a gas turbine combustor according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • this embodiment changes only an outer ring, and comprises the same member as the gas turbine combustor which concerns on the above-mentioned 1st embodiment other than that.
  • the same members as those in the gas turbine combustor according to the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted as appropriate.
  • FIG. 3 only the internal structure of the upper half of the gas turbine combustor is shown.
  • the gas turbine combustor 1B is similar to the gas turbine combustor 1 according to the first embodiment described above, and the pilot burner 13 accommodated in the combustor inner cylinder 11 and A main burner 14 and a combustor tail cylinder 12 connected to the combustor inner cylinder 11 are provided, and the combustor inner cylinder 11 is disposed between the plurality of swirler cylinders 31 and the combustor inner cylinder 11 of the main burner 14.
  • An outer ring 15 ⁇ / b> B that is disposed coaxially with the combustor inner cylinder 11 with a gap 41 with respect to the peripheral surface 11 a is provided.
  • the outer ring 15 ⁇ / b> B is supported on the outer peripheral surface of the swirler cylinder 31 provided in each of the plurality of main burners 14 through a fixture such as welding, like the outer ring 15.
  • the outer ring 15B has an outer peripheral surface side tapered surface 15Bca formed so that its thickness gradually decreases from the upstream side toward the downstream side on the downstream side thereof. That is, the outer ring 15B has an outer peripheral tapered surface 15Bca at the downstream end 15Bd of the outer ring 15B.
  • the outer peripheral surface side tapered surface 15Bca is formed on the outer peripheral surface (outer diameter portion) 15Bc side of the outer ring 15B. Further, the downstream side of the outer peripheral surface side tapered surface 15Bca is connected to the downstream end portion 15Ba of the outer ring 15B.
  • the compressed air A guided downstream along the outer peripheral surface 15Bc of the outer ring 15B flows smoothly and at a high flow velocity toward the downstream side by the outer peripheral surface side tapered surface 15Bca.
  • the premixed gas Fp guided downstream along the inner peripheral surface 15Bb of the outer ring 15B is supplied to the combustor tail cylinder 12 as it is.
  • the gap 41 is disposed between the plurality of swirler cylinders 31 and the combustor inner cylinder 11 with the gap 41 with respect to the combustor inner cylinder 11.
  • an outer ring 15B for generating film air Af in the combustor outer cylinder 12 and the outer ring 15B is connected to the outer ring 15B.
  • the downstream end 15Bd has an outer peripheral surface side tapered surface 15Bca formed on the outer peripheral surface 15Bc side so that the thickness gradually decreases from the upstream side toward the downstream side, so that the downstream side along the outer peripheral surface 15Bc of the outer ring 15B.
  • Compressed air A guided by the air flows smoothly at a high flow rate from the upstream side to the downstream side by the outer peripheral surface side tapered surface 15Bca. This eliminates the separation of the flow of the compressed air A at the downstream end 15Ba of the outer ring 15B and reduces the stagnation region caused by the separation of the gas flow. As a result, the occurrence of flashback at the downstream end 15Ba of the outer ring 15B is suppressed with a simple configuration.
  • the outer peripheral surface side tapered surface 15Bca has an angle ⁇ 3 in a range of 30 degrees to 60 degrees with respect to the radial direction. This is because the compressed air A guided downstream along the outer peripheral surface 15Bc of the outer ring 15B flows more smoothly downstream.
  • the gas turbine combustor 1A described above is applied to the gas turbine combustors 1 and 1B according to the first and third embodiments described above, and the inner peripheral surface side tapered surface and / or the outer peripheral surface side tapered surface are both curved. It is also possible to use a gas turbine combustor. Even such a gas turbine combustor has the same effects as the gas turbine combustor 1A described above.
  • the gas turbine combustors 1 and 1B described above can be combined to form a gas turbine combustor including an outer ring in which an inner peripheral surface side tapered surface and an outer peripheral surface side tapered surface are respectively formed on the inner peripheral surface and the outer peripheral surface. It is. Even such a gas turbine combustor has the same effects as the gas turbine combustors 1 and 1B described above.
  • the gas turbine combustors 1, 1 ⁇ / b> A, 1 ⁇ / b> B described above are applied to a gas turbine combustor including an outer ring that has a shape in which a downstream end extends from a downstream end of a pilot cone to a downstream side in a gas flow direction. It is also possible. Even such a gas turbine combustor has the same effects as the gas turbine combustors 1, 1A, 1B described above.
  • the gas turbine combustors 1, 1 ⁇ / b> A, and 1 ⁇ / b> B described above are connected to a gas turbine combustor in which an extension pipe is provided in each of the swirler cylinders 31 of the plurality of main burners 14, and an inner ring (combustor tail cylinder). It is also possible to apply to a gas turbine combustor in which an outlet outer ring is arranged between the two. Even such a gas turbine combustor has the same effects as the gas turbine combustors 1, 1A, 1B described above.
  • the gas turbine combustor according to the present invention can suppress the occurrence of flashback at the downstream end portion of the outer ring with a simple configuration, the gas turbine combustor can be used extremely beneficially industrially.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Gas Burners (AREA)

Abstract

燃焼器内筒（１１）内に複数配置され、燃料と燃焼用空気とが予め混合された予混合気（Ｆｐ）に旋回流を付与するスワラ筒（３１）と、複数のスワラ筒（３１）と燃焼器内筒（１１）との間で燃焼器内筒（１１）に対し隙間（４１）を有して配置され、隙間（４１）から燃焼器内筒（１１）に接続された燃焼器尾筒（１２）に向け噴射してフィルム状の空気（Ａｆ）を当該燃焼器尾筒（１２）内に生成する外側リング（１５）とを備え、外側リング（１５）は、外側リング（１５）の下流端（１５ｄ）に上流側から下流側に向けて厚さが漸減するように形成されたテーパ面を有するようにした。

Description

ガスタービン燃焼器
　本発明は、ガスタービン燃焼器に関する。
　近年、ガスタービン用の燃焼器においては、ＮＯｘの低減等を図ることを目的として、予混合燃焼方式を採用したものが多くなっている。このような、予混合燃焼方式を採用したガスタービン燃焼器では、予混合燃焼を行うメインバーナ（予混合バーナ）に加えて、拡散燃焼を行うパイロットバーナを備えている。これにより、メインバーナが予混合炎を生成するための種火としてパイロットバーナによって生成された拡散炎を使用することができるため、この拡散炎を用いてそのメインバーナによって生成された予混合気を燃焼させることにより、予混合燃焼を可能としている。
特開２０１４－９２２８６号公報 特開２００５－３１５４５７号公報
　しかしながら、メインバーナの出口付近においては、予混合気がその内周面に沿うように流れるため、境界層の発達により流速が低下した部分が生じてしまい、この流速が低下した部分に、予混合気による燃料高濃度領域が発生する場合がある。このように、メインバーナの出口付近に、低速で、且つ、燃料高濃度の領域が発生すると、このような領域に対して、その下流側に生成された火炎が燃え移るという、所謂、フラッシュバック（逆火）が発生するおそれがある。
　そのため、フラッシュバックの発生を抑制することができるガスタービン燃焼器が種々検討されている（特許文献１，２参照）。例えば、図４に示すように、ガスタービン燃焼器１００では、パイロットコーン１２１の径方向外側に複数設けられ、予混合気Ｆｐに旋回流を付与するスワラ筒１３１と、複数のスワラ筒１３１の径方向外側に配置され、燃焼器内筒１１１との間に隙間１４１を有して配置される外側リング１１５とを備え、取り込んだ圧縮空気を隙間１４１内から噴射してフィルム状の空気Ａｆが燃焼器尾筒（または出口外側リング）１１２の内周面に沿って流れるようになっている。これにより、境界層内の低流速域である燃焼器尾筒１１２の内周面に沿って遡上する（壁面）フラッシュバックｆｂを防止している。
　しかしながら、上述のガスタービン燃焼器１００では、図５に示すように、外側リング１１５の下流側端部１１５ａが段差になっており、前記圧縮空気および予混合気Ｆｐが外側リング１１５の外周面１１５ｃおよび内周面１１５ｂに沿って下流側へ流れていくと、圧縮空気の流れが外側リング１１５の外周面１１５ｃから剥離してよどみＳ１が生じる一方、予混合気Ｆｐの流れが外側リング１１５の内周面１１５ｂから剥離してよどみが生じており、この箇所に低流速域が発生する。そのため、よどみが生じた領域が保炎部となり、フラッシュバックが発生してしまう可能性があった。
　以上のことから、本発明は、上述したような課題を解決するために為されたものであって、簡単な構成にて、外側リングの下流側端部でのフラッシュバックの発生を抑制することができるガスタービン燃焼器を提供することを目的としている。
　上述した課題を解決する第１の発明に係るガスタービン燃焼器は、
　燃焼器内筒内に複数配置され、燃料と燃焼用空気とが予め混合された予混合気に旋回流を付与するスワラ筒と、
　前記複数のスワラ筒と前記燃焼器内筒との間で当該燃焼器内筒に対し隙間を有して配置され、前記隙間から当該燃焼器内筒に接続された燃焼器尾筒に向け噴射してフィルム状の空気を当該燃焼器尾筒内に生成する外側リングと
を備え、
　前記外側リングは、前記外側リングの下流端に上流側から下流側に向けて厚さが漸減するように形成されたテーパ面を有する
ことを特徴とする。
　上述した課題を解決する第２の発明に係るガスタービン燃焼器は、前述した第１の発明に係るガスタービン燃焼器であって、
　前記テーパ面は、前記外側リングの内周面側に形成される
ことを特徴とする。
　上述した課題を解決する第３の発明に係るガスタービン燃焼器は、前述した第１の発明に係るガスタービン燃焼器であって、
　前記テーパ面は、前記外側リングの内周面側および外周面側の両方に形成される
ことを特徴とする。
　上述した課題を解決する第４の発明に係るガスタービン燃焼器は、前述した第１の発明に係るガスタービン燃焼器であって、
　前記テーパ面は、前記外側リングの外周面側に形成される
ことを特徴とする。
　上述した課題を解決する第５の発明に係るガスタービン燃焼器は、前述した第１から第４の何れか一つの発明に係るガスタービン燃焼器であって、
　前記テーパ面は、前記外側リングの中心軸に沿って切断した断面にて曲線形状をなしている
ことを特徴とする。
　上述した課題を解決する第６の発明に係るガスタービン燃焼器は、前述した第１から第４の何れか一つの発明に係るガスタービン燃焼器であって、
　前記テーパ面は、径方向に対して３０度～６０度の角度を有する
ことを特徴とする。
　本発明によれば、外側リングが、前記外側リングの下流端に上流側から下流側に向けて厚さが漸減するように形成されたテーパ面を有することにより、予混合気または圧縮空気が外側リングの内周面または外周面に沿って下流側へ滑らかに流れ、外側リングの下流側端部での予混合気または圧縮空気の流れの剥離が無くなり、ガス流れの剥離に起因して生じるよどみ領域が小さくなる。これにより、簡易な構成にて、外側リングの下流側端部でのフラッシュバックの発生を抑制することができる。
本発明の第一の実施形態に係るガスタービン燃焼器の内部構成を概略的に示す図である。 本発明の第二の実施形態に係るガスタービン燃焼器の内部構成を概略的に示す図である。 本発明の第三の実施形態に係るガスタービン燃焼器の内部構成を概略的に示す図である。 従来のガスタービン燃焼器の一例を示す概略図である。 図４における囲み線Ｖの拡大図である。
　本発明に係るガスタービン燃焼器の実施形態を図面に基づいて説明するが、本発明は、図面に基づいて説明する以下の実施形態のみに限定されるものではない。
［第一の実施形態］
　本発明の第一の実施形態に係るガスタービン燃焼器について、図１を用いて説明する。なお、図１において、符号Ｃ１は、燃焼器内筒の中心軸を示している。
　図１に示すように、ガスタービン燃焼器１は、予混合燃焼方式を採用したものであって、燃料Ｆと燃焼用の圧縮空気Ａとを混合させる燃焼器内筒１１と、この燃焼器内筒１１の下流側端部（後端部）に接続された、燃焼室としての燃焼器尾筒１２とを備えている。さらに、燃焼器内筒１１の上流側端部（前端部）には、パイロットバーナ１３と複数のメインバーナ（予混合バーナ）１４とが収納されている。
　パイロットバーナ１３は、燃焼器内筒１１と同軸上に配置されており、パイロットコーン２１、パイロットノズル２２、パイロットスワラ２３から構成されている。パイロットコーン２１内には、パイロットノズル２２が、そのパイロットコーン２１と同軸になるように挿入されている。パイロットコーン２１の内周面とパイロットノズル２２の外周面との間には、パイロットスワラ２３が介在されている。
　メインバーナ１４は、パイロットバーナ１３の径方向外側において、燃焼器内筒１１の周方向に等角度間隔で設けられており、スワラ筒３１、メインノズル（予混合ノズル）３３、メインスワラ３４から構成されている。スワラ筒３１内には、メインノズル３３が、そのスワラ筒３１と同軸となるように挿入されている。そして、スワラ筒３１の内周面とメインノズル３３の外周面との間には、メインスワラ３４が介在されている。スワラ筒３１は、基板３５を介して、燃焼器内筒１１の内周面に支持されている。
　上述したガスタービン燃焼器１は、複数のスワラ筒３１と燃焼器内筒１１との間で燃焼器内筒１１に対し隙間４１を有して燃焼器内筒１１と同軸上に配置される外側リング１５をさらに有する。外側リング１５は、溶接等の固定具を介して、複数のメインバーナ１４のそれぞれに設けられるスワラ筒３１の外周面に支持されている。外側リング１５は、その下流側にて、内周面（内径部）１５ｂ側に設けられ、上流側から下流側に向けて厚みが漸減する内周面側テーパ面１５ｂａを有する。すなわち、外側リング１５は、外側リング１５の下流端１５ｄに内周面側テーパ面１５ｂａを有する。内周面側テーパ面１５ｂａの下流側は、外側リング１５の下流側端部１５ａと接続している。これにより、外側リング１５の内周面１５ｂに沿って下流側に案内される予混合気Ｆｐは、内周面側テーパ面１５ｂａにより下流側へ滑らかに高流速で流れることになる。
　次に、ガスタービン燃焼器１の運転時における各動作について説明する。
　ガスタービン燃焼器１の運転時においては、高温・高圧の圧縮空気Ａが、燃焼器内筒１１の上流側端部に流れ込んだ後、パイロットバーナ１３内およびメインバーナ１４内に供給されると共に、燃料Ｆがそれらのパイロットノズル２２内およびメインノズル３３内に供給される。
　ここで、パイロットバーナ１３内では、先ず、供給された圧縮空気Ａが、パイロットスワラ２３によって旋回されることにより、パイロットノズル２２から噴射された燃料Ｆと混合される。次いで、このように混合された燃料混合気に対して着火を行うことにより、パイロットコーン２１の内部および下流側（燃焼器尾筒１２の内部）において拡散燃焼が行われる。そして、その拡散燃焼によって発生した燃焼ガスは、燃焼器尾筒１２の内部において、タービン側に供給される。
　一方、メインバーナ１４内では、先ず、供給された圧縮空気Ａが、メインスワラ３４によって旋回されることにより、メインノズル３３から噴射された燃料Ｆと混合され、予混合気Ｆｐが生成される。次いで、旋回した予混合気Ｆｐは、外側リング１５とパイロットコーン２１とで下流側へ案内され燃焼器尾筒１２内に向けて供給される。このとき、外側リング１５の内周面１５ｂに沿って下流側に案内される予混合気Ｆｐは、内周面側テーパ面１５ｂａにより下流側へ滑らかに流れることになる。その後、燃焼器尾筒１２内に供給された予混合気Ｆｐは、パイロットバーナ１３により生成された拡散炎によって燃焼され、予混合燃焼が行われる。
　このとき、上述したような、ガスタービン燃焼器１の運転時においては、メインバーナ１４の周囲にも、圧縮空気Ａが供給されているため、常に、その圧縮空気Ａは、燃焼器内筒１１の内周面１１ａと外側リング１５の外周面１５ｃとの間の隙間（空気通路）４１を介して燃焼器尾筒１２内に取り込まれている。すなわち、圧縮空気Ａが隙間４１を通って燃焼器尾筒１２内に噴射されることにより、フィルム状の空気（以下、フィルム空気という）Ａｆとなり、このフィルム空気Ａｆが、燃焼器尾筒１２の内周面に沿ってその下流側へ向けて流れることになる。
　したがって、本実施形態に係るガスタービン燃焼器１によれば、複数のスワラ筒３１と燃焼器内筒１１との間で、燃焼器内筒１１に対し隙間４１を有して配置され、隙間４１から燃焼器内筒１１に接続された燃焼器尾筒１２に向け噴射してフィルム空気Ａｆを燃焼器尾筒１２内に生成する外側リング１５を備え、外側リング１５が、当該外側リング１５の下流端１５ｄに上流側から下流側に向けて厚さが漸減するように内周面１５ｂ側に形成された内周面側テーパ面１５ｂａを有することにより、外側リング１５の内周面１５ｂに沿って下流側に案内される予混合気Ｆｐが内周面側テーパ面１５ｂａにより上流側から下流側へ向けて滑らかに高流速で流れることになり、外側リング１５の下流側端部１５ａでの予混合気Ｆｐの流れの剥離が無くなり、ガス流れの剥離に起因して生じるよどみ領域が小さくなる。これにより、簡単な構成にて、外側リング１５の下流側端部１５ａでのフラッシュバックの発生が抑制される。また、予混合気Ｆｐがフィルム空気Ａｆにより混合促進されるので、低ＮＯｘ化が期待できる。よって、燃焼が安定し、燃焼効率の低下が抑制される。
　また、内周面側テーパ面１５ｂａは、径方向に対して３０度～６０度の範囲の角度θ１を有することが好ましい。これは、外側リング１５の内周面１５ｂに沿って下流側に案内される予混合気Ｆｐがより滑らかに下流側へ流れるからである。
［第二の実施形態］
　本発明の第二の実施形態に係るガスタービン燃焼器について、図２を用いて説明する。
　なお、本実施形態は、外側リングのみを変更したもので、それ以外は、上述の第一の実施形態に係るガスタービン燃焼器と同じ部材を具備する。本実施形態では、上述の第一の実施形態に係るガスタービン燃焼器と同じ部材については同一符号を付記しその説明を適宜省略する。図２では、ガスタービン燃焼器の上半分の内部構造のみを示している。
　本実施形態に係るガスタービン燃焼器１Ａは、図２に示すように、上述した第一の実施形態に係るガスタービン燃焼器１と同様、燃焼器内筒１１内に収容されるパイロットバーナ１３およびメインバーナ１４と、燃焼器内筒１１に接続された燃焼器尾筒１２とを備えると共に、メインバーナ１４の複数のスワラ筒３１と燃焼器内筒１１との間で燃焼器内筒１１の内周面１１ａに対し隙間４１を有して燃焼器内筒１１と同軸上に配置される外側リング１５Ａを備える。なお、外側リング１５Ａは、外側リング１５と同様、溶接等の固定具を介して、複数のメインバーナ１４のそれぞれに設けられるスワラ筒３１の外周面に支持されている。
　外側リング１５Ａは、その下流側にて、上流側から下流側に向けて厚さが漸減するように形成された内周面側テーパ面１５Ａｂａおよび外周面側テーパ面１５Ａｃａを有する。すなわち、外側リング１５Ａは、外側リング１５Ａの下流端１５Ａｄに内周面側テーパ面１５Ａｂａおよび外周面側テーパ面１５Ａｃａを有する。内周面側テーパ面１５Ａｂａは、外側リング１５Ａの内周面（内径部）１５Ａｂ側に形成される。外周面側テーパ面１５Ａｃａは、外側リング１５Ａの外周面（外径部）１５Ａｃ側に形成される。内周面側テーパ面１５Ａｂａは、外周面１５Ａｃ側に向けて突出する曲面形状をなしている。外周面側テーパ面１５Ａｃａは、内周面１５Ａｂ側に向けて突出する曲面形状をなしている。すなわち、内周面側テーパ面１５Ａｂａおよび外周面側テーパ面１５Ａｃａは、外側リング１５Ａの中心軸に沿って切断した断面にて曲線形状をなしている。また、内周面側テーパ面１５Ａｂａおよび外周面側テーパ面１５Ａｃａの下流側は、外側リング１５Ａの下流側端部１５Ａａと接続している。これにより、外側リング１５Ａの内周面１５Ａｂに沿って下流側に案内される予混合気Ｆｐは、内周面側テーパ面１５Ａｂａにより下流側へ滑らかに高流速で流れることになる。外側リング１５Ａの外周面１５Ａｃに沿って下流側に案内される圧縮空気Ａは、外周面側テーパ面１５Ａｃａにより下流側へ滑らかに高流速で流れることになる。
　したがって、本実施形態に係るガスタービン燃焼器１Ａによれば、複数のスワラ筒３１と燃焼器内筒１１との間で、燃焼器内筒１１に対し隙間４１を有して配置され、隙間４１から燃焼器内筒１１に接続された燃焼器尾筒１２に向けて噴射してフィルム空気Ａｆを燃焼器尾筒１２内に生成する外側リング１５Ａを備え、外側リング１５Ａが、当該外側リング１５Ａの下流端１５Ａｄに上流側から下流側に向けて厚さが漸減するように内周面１５Ａｂ側および外周面１５Ａｃ側のそれぞれに形成された内周面側テーパ面１５Ａｂａおよび外周面側テーパ面１５Ａｃａを有することにより、外側リング１５Ａの内周面１５Ａｂに沿って下流側に案内される予混合気Ｆｐが内周面側テーパ面１５Ａｂａにより上流側から下流側へ向けて滑らかに高流速で流れることになる一方、外側リング１５Ａの外周面１５Ａｃに沿って下流側に案内される圧縮空気Ａが外周面側テーパ面１５Ａｃａにより上流側から下流側へ向けて滑らかに高流速で流れることになる。これにより、外側リング１５Ａの下流側端部１５Ａａでの予混合気Ｆｐの流れの剥離と圧縮空気Ａの流れの剥離が無くなり、ガス流れの剥離に起因して生じるよどみ領域が小さくなる。その結果、簡単な構成にて、外側リング１５Ａの下流側端部１５Ａａでのフラッシュバックの発生が抑制される。予混合気Ｆｐがフィルム空気Ａｆにより混合促進されるので、低ＮＯｘ化が期待できる。さらに、予混合気Ｆｐの外向きの流れがないため、燃焼器尾筒１２の内壁に予混合器Ｆｐが流れにくく、壁面境界層にて発生するフラッシュバックの抑制も期待できる。よって、燃焼が安定し、燃焼効率の低下が抑制される。
　また、内周面側テーパ面１５Ａｂａおよび外周面側テーパ面１５Ａｃａが外側リング１５Ａの中心軸に沿って切断した断面にて曲線形状をなしていることから、これら箇所が外側リング１５Ａの中心軸に沿って切断した断面にて直線である場合と比べて、予混合気Ｆｐおよび圧縮空気Ａがより滑らかに流れることになる。これにより、ガス流れの剥離に起因して外側リング１５Ａの下流側端部１５Ａａに生じるよどみ領域が、テーパ面が外側リング１５Ａの中心軸に沿って切断した断面にて直線である場合と比べてより小さくなる。その結果、簡単な構成にて、外側リング１５Ａの下流側端部１５Ａａでのフラッシュバックの発生がより抑制される。よって、燃焼がより安定し、燃焼効率の低下がより抑制される。
［第三の実施形態］
　本発明の第三の実施形態に係るガスタービン燃焼器について、図３を用いて説明する。
　なお、本実施形態は、外側リングのみを変更したもので、それ以外は、上述の第一の実施形態に係るガスタービン燃焼器と同じ部材を具備する。本実施形態では、上述の第一の実施形態に係るガスタービン燃焼器と同じ部材については同一符号を付記しその説明を適宜省略する。図３では、ガスタービン燃焼器の上半分の内部構造のみを示している。
　本実施形態に係るガスタービン燃焼器１Ｂは、図３に示すように、上述した第一の実施形態に係るガスタービン燃焼器１と同様、燃焼器内筒１１内に収容されるパイロットバーナ１３およびメインバーナ１４と、燃焼器内筒１１に接続された燃焼器尾筒１２とを備えると共に、メインバーナ１４の複数のスワラ筒３１と燃焼器内筒１１との間で燃焼器内筒１１の内周面１１ａに対し隙間４１を有して燃焼器内筒１１と同軸上に配置される外側リング１５Ｂを備える。なお、外側リング１５Ｂは、外側リング１５と同様、溶接等の固定具を介して、複数のメインバーナ１４のそれぞれに設けられるスワラ筒３１の外周面に支持されている。
　外側リング１５Ｂは、その下流側にて、上流側から下流側に向けて厚さが漸減するように形成された外周面側テーパ面１５Ｂｃａを有する。すなわち、外側リング１５Ｂは、外側リング１５Ｂの下流端１５Ｂｄに外周側テーパ面１５Ｂｃａを有する。外周面側テーパ面１５Ｂｃａは、外側リング１５Ｂの外周面（外径部）１５Ｂｃ側に形成される。また、外周面側テーパ面１５Ｂｃａの下流側は、外側リング１５Ｂの下流側端部１５Ｂａと接続している。これにより、外側リング１５Ｂの外周面１５Ｂｃに沿って下流側に案内される圧縮空気Ａは、外周面側テーパ面１５Ｂｃａにより下流側へ滑らかに高流速で流れることになる。なお、外側リング１５Ｂの内周面１５Ｂｂに沿って下流側に案内される予混合気Ｆｐは、そのまま燃焼器尾筒１２内に供給されることになる。
　したがって、本実施形態に係るガスタービン燃焼器１Ｂによれば、複数のスワラ筒３１と燃焼器内筒１１との間で、燃焼器内筒１１に対し隙間４１を有して配置され、隙間４１から燃焼器内筒１１に接続された燃焼器尾筒１２に向けて噴射してフィルム空気Ａｆを燃焼器尾筒１２内に生成する外側リング１５Ｂを備え、外側リング１５Ｂが、当該外側リング１５Ｂの下流端１５Ｂｄに上流側から下流側に向けて厚さが漸減するように外周面１５Ｂｃ側に形成された外周面側テーパ面１５Ｂｃａを有することにより、外側リング１５Ｂの外周面１５Ｂｃに沿って下流側に案内される圧縮空気Ａが外周面側テーパ面１５Ｂｃａにより上流側から下流側へ向けて滑らかに高流速で流れることになる。これにより、外側リング１５Ｂの下流側端部１５Ｂａでの圧縮空気Ａの流れの剥離が無くなり、ガス流れの剥離に起因して生じるよどみ領域が小さくなる。その結果、簡単な構成にて、外側リング１５Ｂの下流側端部１５Ｂａでのフラッシュバックの発生が抑制される。予混合気Ｆｐの外向きの流れがなく、燃焼器尾筒１２の内壁には燃料の混合が少ないフィルム空気Ａｆが流れているため、壁面境界層にて発生するフラッシュバックの抑制も期待できる。よって、燃焼が安定し、燃焼効率の低下が抑制される。
　また、外周面側テーパ面１５Ｂｃａは、径方向に対して３０度～６０度の範囲の角度θ３を有することが好ましい。これは、外側リング１５Ｂの外周面１５Ｂｃに沿って下流側に案内される圧縮空気Ａがより滑らかに下流側へ流れるからである。
　［他の実施形態］
　上述のガスタービン燃焼器１Ａを上述の第一，第三の実施形態に係るガスタービン燃焼器１，１Ｂに適用して内周面側テーパ面または外周面側テーパ面またはこれら両方を曲面形状としたガスタービン燃焼器とすることも可能である。このようなガスタービン燃焼器であっても、上述のガスタービン燃焼器１Ａと同様な作用効果を奏する。
　上述のガスタービン燃焼器１，１Ｂを組み合せて、内周面側テーパ面および外周面側テーパ面が内周面および外周面のそれぞれ形成された外側リングを備えるガスタービン燃焼器とすることも可能である。このようなガスタービン燃焼器であっても、上述のガスタービン燃焼器１，１Ｂと同様な作用効果を奏する。
　上述のガスタービン燃焼器１，１Ａ，１Ｂを、パイロットコーンの下流側端部よりもガスの流通方向下流側へ下流側端部が延在した形状なす外側リングを備えるガスタービン燃焼器に適用することも可能である。このようなガスタービン燃焼器であっても、上述のガスタービン燃焼器１，１Ａ，１Ｂと同様な作用効果を奏する。
　上述のガスタービン燃焼器１，１Ａ，１Ｂを、複数のメインバーナ１４のスワラ筒３１のそれぞれに延長管が設けられたガスタービン燃焼器や外側リングと燃焼器内筒（燃焼器尾筒）との間に出口外側リングが配置されたガスタービン燃焼器に適用することも可能である。このようなガスタービン燃焼器であっても、上述のガスタービン燃焼器１，１Ａ，１Ｂと同様な作用効果を奏する。
　本発明に係るガスタービン燃焼器は、簡単な構成にて、外側リングの下流側端部でのフラッシュバックの発生を抑制することができるので、産業上、極めて有益に利用することができる。
１，１Ａ，１Ｂ　ガスタービン燃焼器
１１　　燃焼器内筒
１２　　燃焼器尾筒
１３　　パイロットバーナ
１４　　メインバーナ
１５，１５Ａ，１５Ｂ　外側リング
１５ａ，１５Ａａ，１５Ｂａ　下流側端部
１５ｂ，１５Ａｂ，１５Ｂｂ　内周面
１５ｂａ，１５Ａｂａ　内周面側テーパ面
１５ｃ，１５Ａｃ，１５Ｂｃ　外周面
１５Ａｃａ，１５Ｂｃａ　　　　外周面側テーパ面
１５ｄ，１５Ａｄ，１５Ｂｄ　下流端
２１　　パイロットコーン
２２　　パイロットノズル
２３　　パイロットスワラ
３１　　スワラ筒
３３　　メインノズル
３４　　メインスワラ
３５　　基板
４１　　隙間（空気流通路）
Ａ　　　圧縮空気
Ａｆ　　フィルム空気
Ｃ１　　燃焼器内筒の中心軸
Ｃ２　　燃焼器内筒の中心軸
Ｆ　　　燃料
Ｆｐ　　予混合気
θ１　　内周面側テーパ面の角度
θ３　　外周面側テーパ面の角度

Claims (6)

  1. 　燃焼器内筒内に複数配置され、燃料と燃焼用空気とが予め混合された予混合気に旋回流を付与するスワラ筒と、
    　前記複数のスワラ筒と前記燃焼器内筒との間で当該燃焼器内筒に対し隙間を有して配置され、前記隙間から当該燃焼器内筒に接続された燃焼器尾筒に向け噴射してフィルム状の空気を当該燃焼器尾筒内に生成する外側リングと
    を備え、
    　前記外側リングは、前記外側リングの下流端に上流側から下流側に向けて厚さが漸減するように形成されたテーパ面を有する
    ことを特徴とするガスタービン燃焼器。
  2. 　請求項１に記載されたガスタービン燃焼器であって、
    　前記テーパ面は、前記外側リングの内周面側に形成される
    ことを特徴とするガスタービン燃焼器。
  3. 　請求項１に記載されたガスタービン燃焼器であって、
    　前記テーパ面は、前記外側リングの内周面側および外周面側の両方に形成される
    ことを特徴とするガスタービン燃焼器。
  4. 　請求項１に記載されたガスタービン燃焼器であって、
    　前記テーパ面は、前記外側リングの外周面側に形成される
    ことを特徴とするガスタービン燃焼器。
  5. 　請求項１から請求項４の何れか一項に記載されたガスタービン燃焼器であって、
    　前記テーパ面は、前記外側リングの中心軸に沿って切断した断面にて曲線形状をなしている
    ことを特徴とするガスタービン燃焼器。
  6. 　請求項１から請求項４の何れか一項に記載されたガスタービン燃焼器であって、
    　前記テーパ面は、径方向に対して３０度～６０度の角度を有する
    ことを特徴とするガスタービン燃焼器。
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