JP2003014236A

JP2003014236A - ガスタービン燃焼器

Info

Publication number: JP2003014236A
Application number: JP2001195310A
Authority: JP
Inventors: Shigemi Bandai; 重実萬代; Keishiro Saito; 圭司郎斎藤; Katsunori Tanaka; 克則田中; Masato Kataoka; 正人片岡; Wataru Akizuki; 渉秋月
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-06-27
Filing date: 2001-06-27
Publication date: 2003-01-15
Anticipated expiration: 2021-06-27
Also published as: CA2433402C; JP3924136B2; CN1243195C; EP1400756B1; WO2003002913A1; US20040074236A1; EP1400756A4; EP1400756A1; CA2433402A1; US7032386B2; CN1463345A

Abstract

(57)【要約】【課題】ガスタービン燃焼室内筒を安定して冷却し、
また振動燃焼を抑制すること。【解決手段】燃焼室内筒１１には、冷却空気層を形成
するリング１００が取付けられており、冷却空気供給孔
４１から圧縮器から送られてくる冷却空気が供給され
る。ガスタービンの運転中は、リング１００と燃焼室内
筒１１の内壁面とによって形成される隙間５１から冷却
用空気が流れ出て、燃焼室内筒１１の内壁面に冷却空気
層を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ガスタービンの
燃焼器に関し、さらに詳しくは、運転時間や運転状況に
関わらず燃焼器の壁面を安定して冷却できるガスタービ
ン燃焼器に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年のガスタービン燃焼器においては、
環境保全等の観点から、サーマルＮＯｘの低減により有
利な予混合燃焼方式が使用されてきている。予混合燃焼
方式とは、燃料と過剰な空気とを予め混合して燃焼させ
るものであり、燃焼器中におけるすべての領域において
燃料が希薄な条件の下で燃焼するため、ＮＯｘを容易に
低減できる。次に、これまで使用されてきた予混合燃焼
器について説明する。

【０００３】図１３は、これまで使用されてきたガスタ
ービンの予混合燃焼器を示す軸方向断面図である。燃焼
器ノズルブロック外筒７００内には、拡散火炎を形成す
るためのパイロットコーン６１０が設けられている。そ
して、燃焼器ノズルブロック外筒７００の出口には燃料
ノズルブロック２９が取付けられており、この燃料ノズ
ルブロック２９は燃焼室内筒１９に挿入されている。ま
た、パイロットコーン６１０は、パイロット燃料供給ノ
ズル（図示せず）から供給されるパイロット燃料と、圧
縮機から供給される燃焼用空気とを反応させて拡散火炎
を形成する。

【０００４】図１３からは明らかではないが、予混合火
炎を形成するための予混合火炎形成ノズル５１０は、前
記パイロットコーン６１０の周囲に８個設けられてい
る。予混合気体は、燃焼用空気と主燃料とを混合させて
作られるものであり、前記予混合火炎形成ノズル５１０
から燃焼器側へ噴射される。予混合火炎形成ノズル５１
０から燃焼器内へ噴射された予混合気体は、上記拡散火
炎から排出される高温の燃焼ガスによって着火され予混
合気体燃焼火炎を形成する。予混合気体火炎からは高温
・高圧の燃焼ガスが排出されて、当該燃焼ガスは燃焼器
尾筒（図示せず）を通ってタービン第一段ノズルへと導
かれる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、燃焼室内筒
の壁面近傍で急激な燃焼が起こると振動燃焼が発生する
が、従来は、この振動燃焼によって燃焼が不安定とな
り、安定した運転ができないという問題があった。ま
た、燃焼室内筒の壁面近傍で燃焼が起こると、燃焼室内
筒が過熱して寿命が短くなるという問題があった。そし
て、燃焼室内筒の寿命が短くなると頻繁に補修や交換が
必要となり、保守や点検に手間を要していた。そこで、
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、運転
時間や運転状況に関わらずガスタービン燃焼器の壁面を
安定して冷却し、安定した運転ができるガスタービン燃
焼器を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、請求項１に係るガスタービン燃焼器は、燃焼室内
筒の内壁面に、前記燃焼室内筒の下流方向に向かう冷却
空気層をガスタービン燃焼器の燃料ノズルブロック直後
から形成する手段を設けたことを特徴とする。

【０００７】このガスタービン燃焼器は、燃焼室内筒の
内壁面に予混合気体の濃度が高いノズルブロック直後か
ら冷却空気層を形成するので、この部分における壁面近
傍での燃焼を抑制できる。したがって、振動燃焼が抑制
でき、また高温の燃焼ガスから燃焼室内筒を保護でき
る。なお、圧縮機から送られてくる冷却空気の代わりに
冷却用の蒸気によって燃焼室内筒の内壁面に冷却蒸気層
を形成してもよい（以下同様）。蒸気は空気よりも冷却
効率が高いので、燃焼室内筒の内壁面における燃焼をよ
り抑制できる。したがって、空気を使用した場合よりも
振動燃焼を確実に抑制できる。

【０００８】また、請求項２に係るガスタービン燃焼器
は、燃焼室内筒との間に一定の間隔をもった隙間を設け
て燃料ノズルブロックを設置し、当該隙間から前記燃焼
室内筒の下流方向に向かって冷却空気を流して前記燃焼
室内筒の内壁面に冷却空気層を形成することを特徴とす
る。

【０００９】このガスタービン燃焼器は、燃料ノズルブ
ロックと燃焼室内筒との間に設けた一定の隙間から冷却
空気を流して燃焼室内筒の内壁面に冷却空気層を形成す
る。冷却空気はこの隙間から燃焼室内筒の内壁面に沿っ
て流れるので、冷却空気の流れは剥離し難くなり均一な
冷却空気層が形成できる。このため、燃焼室内筒を確実
に冷却でき、内壁面近傍における燃焼を防止して振動燃
焼を抑制できる。また、前記隙間は燃焼室内筒の周方向
にわたって開口しているため、燃焼室内筒の周方向全体
には均一に冷却空気層が形成される。このため、燃焼室
内筒の周方向全域にわたって内壁面近傍における燃焼が
防止できるので、振動燃焼の発生をより確実に抑制でき
る。

【００１０】また、請求項３に記載のガスタービン燃焼
器は、燃焼室内筒の内壁面に当該燃焼室内筒の下流方向
に向かって冷却空気層を形成するための冷却空気層形成
リングを、ガスタービン燃焼器の燃料ノズルブロックと
前記燃焼室内筒との間に一定の隙間をもって備えたこと
を特徴とする。

【００１１】このガスタービン燃焼器は、冷却空気層形
成リングを燃焼室内筒と燃料ノズルブロックとの間に設
けたので、燃料ノズルブロックが熱膨張によって変形し
ても、冷却空気層を形成するための一定の隙間を維持で
きる。このため、安定した運転ができ、燃焼器の信頼性
も向上する。また、冷却空気層形成リングが燃料ノズル
ブロックによって高温の燃焼ガスから保護されるので、
冷却空気形成リングが熱変形することはない。したがっ
て、冷却空気層形成リングと燃焼室内筒との間に形成さ
れる隙間は常に一定の間隔に保たれるので、運転中に燃
料ノズルブロックが変形しても冷却空気層は均一に形成
される。このため、ガスタービンの運転時間や運転状況
に関わらず安定して燃焼室内筒を冷却でき、振動燃焼も
抑制できる。

【００１２】また、請求項４に記載のガスタービン燃焼
器は、上記ガスタービン燃焼器において、さらに、上記
冷却空気層形成リングの上流側に冷却空気を蓄えるマニ
ホールド部を備えたことを特徴とする。このガスタービ
ン燃焼器は、冷却空気層形成リングの上流側にマニホー
ルドを備え、このマニホールドに冷却空気を蓄えること
で、冷却空気の脈動を除去し安定して冷却空気を燃焼室
内筒に供給する。このため、冷却空気の脈動に起因する
燃焼室内の圧力変化や燃焼室内筒の壁面近傍における一
時的な燃焼が抑制できるので、振動燃焼を確実に抑制で
きる。

【００１３】また、請求項５に記載のガスタービン燃焼
器は、上記ガスタービン燃焼器において、さらに、上記
冷却空気層形成リングと上記燃料ノズルブロックとの間
に一定の間隔を設けたことを特徴とする。このガスター
ビン燃焼器は、冷却空気層形成リングと燃料ノズルブロ
ックとの間に一定の間隔を設けてあるので、燃料ノズル
ブロックが熱変形してもこの間隔が熱膨張代となってこ
の熱変形を吸収できる。そして冷却空気層形成リングか
らは燃料ノズルブロックの熱変形に関わらず安定して冷
却空気が供給されるので、ガスタービンの運転時間や運
転状況に関わらず安定して冷却空気層が形成できる。ま
た、上記間隔を設けてあるので、燃料ノズルブロックを
燃焼室内筒に組み付ける際の作業が容易になる。さら
に、この一定の間隔から流れる冷却空気によって燃料ノ
ズルブロックが冷却されるため、当該燃料ノズルブロッ
クの熱変形を抑制できる。

【００１４】また、請求項６に記載のガスタービン燃焼
器は、上記ガスタービン燃焼器において、さらに、周方
向に異なる間隔で複数個の塞ぎ部材を上記隙間へ設けた
ことを特徴とする。また、請求項７に記載のガスタービ
ン燃焼器は、上記ガスタービン燃焼器において、さら
に、塞ぎ部材を上記隙間の一箇所に設けたことを特徴と
する。燃焼室内筒の壁面近傍における燃焼が振動燃焼の
原因となるが、燃焼室内筒内部に形成される振動場は、
必ず圧力の腹が偶数個存在することで、振動場のモード
を形成する。

【００１５】このガスタービン燃焼器は、塞ぎ部材の直
後で燃焼を許容して燃焼室内筒の周方向に燃焼箇所を異
なる間隔で形成し、圧力の腹が不規則となるようにする
ことで、振動燃焼の発生を抑制するものである。なお、
燃焼器の軸方向に垂直な断面内において、圧力の腹が１
個であれば振動場のモードを形成できないので、振動燃
焼は発生し難くなる。したがって、塞ぎ部材を一箇所に
設けて燃焼箇所を一箇所としてもよい。このガスタービ
ン燃焼器では塞ぎ部材によって冷却空気が通過する面積
が小さくなるので、冷却空気層を形成するための冷却空
気量が十分確保できない場合でも、振動燃焼を抑制でき
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、この発明につき図面を参照
しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこ
の発明が限定されるものではない。また、下記実施の形
態における構成要素には、当業者が容易に想定できるも
のが含まれるものとする。なお、次の実施の形態におい
ては予混合燃焼方式のガスタービン燃焼器を例にとって
説明するが、この発明を適用できるガスタービン燃焼器
はこれに限定されるものではない。

【００１７】（実施の形態1）図１は、この発明の実施
の形態１に係るガスタービン燃焼器を示す軸方向断面図
である。このガスタービン燃焼器は、ガスタービン燃焼
器の内壁面に、燃料ノズルブロックから燃焼器の軸方向
に向かって冷却空気層を形成する手段を設けた点に特徴
がある。予混合火炎形成ノズル５００およびパイロット
コーン６００を内部に備えた燃料ノズルブロック２０は
燃焼室内筒１０に挿入されている。そして、パイロット
コーン６００から形成される拡散火炎によって、予混合
火炎形成ノズル５００から噴射された予混合気体が着火
し燃焼する。

【００１８】燃焼室内筒１０の内壁面には周方向に向か
って複数のスペーサ３０が設けられている。そして、燃
料ノズルブロック２０と燃焼室内筒１０との間に冷却空
気層を形成する手段として、燃料ノズルブロック２０と
燃焼室内筒１０の内壁面との間に一定の隙間５０を形成
する。また、燃焼室内筒１０には、隙間５０に冷却空気
を送り込むための冷却空気供給孔４０が設けられてい
る。そして、この冷却空気供給孔４０から送り込まれる
冷却空気は隙間５０から流れ出て、燃焼室内筒１０の内
壁面に冷却空気層を形成する。この冷却空気層が高温の
燃焼ガスと燃焼室内筒１０との間に温度境界層を形成し
て燃焼室内筒１０を高温の燃焼ガスから保護する。

【００１９】実施の形態１に係るガスタービン燃焼器に
よれば、燃焼室内筒１０の内壁面に冷却空気層が形成さ
れるので、燃焼室内筒１０の内壁面が高温の燃焼ガスか
ら保護される。これによって、燃焼室内筒１０の昇温を
防止できるので、燃焼室内筒１０の寿命を長くできる。
また、燃焼室内筒１０の内壁面に形成されるこの冷却空
気層によって当該内壁面近傍では急激な燃焼が発生しな
くなり、その結果振動燃焼も抑制できる。

【００２０】（変形例）図２（ａ）は、実施の形態１の
変形例に係るガスタービン燃焼器を示す軸方向断面図で
ある。また、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ矢視図
である。なお、図２（ｂ）では下半分は省略してある。
このガスタービン燃焼器は、燃料ノズルブロック２０の
外縁に、冷却空気供給孔２０ａを設けた点に特徴があ
る。図２（ｂ）に示すように、燃料ノズルブロック２０
の外縁近傍には、周方向に向かって冷却空気供給孔２０
ａが設けられており、この冷却空気供給孔２０ａと上記
隙間５０とから冷却空気を流して、燃焼室内筒１０の内
壁面に冷却空気層を形成する。

【００２１】図３は、ガスタービンの運転中における燃
焼ノズルブロックの状態を示す説明図である。いま、高
温の燃焼ガスによって燃料ノズルブロック２０が燃焼室
内筒１０の内壁面側へ熱膨張すると、スペーサ３０が設
けてある部分で上記熱膨張が拘束される結果、燃料ノズ
ルブロック２０は花形状に変形する（図３（ａ））。そ
の結果、図３（ａ）に示すように、冷却空気供給孔２０
ａを備えていないガスタービン燃焼器では隙間５０の間
隔が不均一になる可能性があるので、燃焼室内筒１０の
内壁面に形成される冷却空気層も不均一になっていた。

【００２２】しかし、図３（ｂ）に示すように、この変
形例に係るガスタービン燃焼器では、燃料ノズルブロッ
ク２０の熱変形によって隙間５０が塞がれた部分にも冷
却空気供給孔２０ａから冷却空気が供給されるので、燃
焼室内筒１０の内壁面には冷却空気層が形成される。こ
のように、燃料ノズルブロック２０の熱膨張に関わら
ず、燃焼室内筒１０の内壁面に冷却空気層を形成できる
ので、当該燃焼室内筒１０は常に高温の燃焼ガスから保
護され、また振動燃焼も抑制できる。

【００２３】（実施の形態２）実施の形態１に係るガス
タービン燃焼器は、運転中何らかの理由で燃料ノズルブ
ロックがその径方向に移動すると、ガスタービン燃焼器
内壁面と当該燃料ノズルブロックとで形成される隙間の
大きさが不均一になってしまう。その結果、ガスタービ
ン燃焼器内壁面に形成される冷却空気層の厚さも不均一
となってしまうため、当該内壁面の冷却が不十分になる
おそれがあった。

【００２４】また、ノズルブロックが熱膨張すると、ス
ペーサが存在する部分で径方向に向かう変形が阻害され
るので、スペーサが存在する部分としない部分とでは変
形の仕方が異なり、正面から見たノズルブロックの形状
は花形状になってしまう（図３（ａ））。このような形
に変形すると、ガスタービン燃焼器内壁面と燃料ノズル
ブロックとで形成される隙間の間隔が不均一になって、
ガスタービン燃焼器内壁面に形成される冷却空気層が均
一に形成されなくなる。その結果、燃焼室内筒の冷却が
不十分になるおそれもあった。

【００２５】実施の形態２に係るガスタービン燃焼器は
このような不具合を解決するものであって、冷却空気層
を形成する手段として、ガスタービン燃焼器の壁面内壁
面と一定の間隔をもって冷却空気層形成リングを設けた
点に特徴がある。図４は、この発明の実施の形態２に係
るガスタービン燃焼器を示す軸方向断面図である。燃焼
室内筒１１の内壁面には、スペーサ３１によって当該内
壁面と一定の間隔をもってリング１００が設けられてい
る。このリング１００は、例えば溶接によって燃焼室内
筒１１の内壁面に取付けることができる。なお、リング
１００の強度が十分であれば、スペーサ３１を設けなく
ともよい。

【００２６】また、図４（ｂ）に示すように、燃焼室内
筒１１の壁面に垂直であるリング１００の側面１００ａ
に、燃料ノズルブロック２１の外縁部２１ａを垂直に当
てるようにしてもよい。このようにすると、熱膨張によ
って燃料ノズルブロック２１ａがリング１００に当たっ
ても、リング１００の側面１００ａには曲げのモーメン
トがほとんど作用しないため、リング１００と燃焼室内
筒１１の内壁面とによって形成される隙間５１がつぶれ
ることはない。このような構造をとれば、リング１００
自体の強度、あるいはリング１００の取り付け部におけ
る強度を特に強くしなくとも、スペーサ３１を設けない
で当該隙間５１を確保できる。

【００２７】燃焼室内筒１１のリング１００が取付けら
れている部分には冷却空気供給孔４１が設けられてお
り、ガスタービンの運転中はここからリング１００に冷
却空気が供給される。そして、リング１００と燃焼室内
筒１１の内壁面とによって形成される隙間５１から冷却
用空気が流れ出て、燃焼室内筒１１の内壁面に冷却空気
層を形成する。この冷却空気層は高温の燃焼ガスと燃焼
室内筒１１との間に温度境界層を形成するため、燃焼室
内筒１１は高温の燃焼ガスから保護される。なお、燃料
ノズルブロック２１は燃焼室内筒１１に挿入されている
が、このとき燃料ノズルブロック２１はリング１００の
内側に一定の間隔をもって配置される。この一定の間隔
によって燃料ノズルブロック２１を燃焼室内筒１１に組
み込み易くなる。また、燃料ノズルブロック２１の熱変
形をこの一定の間隔によって許容できる。さらに、この
一定の間隔から流れる冷却空気によって燃料ノズルブロ
ック２１が冷却されるため、当該燃料ノズルブロック２
１の熱変形を抑制できる。

【００２８】ガスタービンの運転中、高温の燃焼ガスに
よって燃料ノズルブロック２１の温度が上昇すると燃料
ノズルブロック２１が径方向に熱膨張し、リング１００
に接触することがある。実施の形態２に係るガスタービ
ン燃焼器では、熱膨張によって燃料ノズルブロック２１
がリング１００に接触したとしてもリング１００は変形
しないため、前記隙間５１は一定の間隔を保つことがで
きる。したがって、ガスタービンの運転中に燃料ノズル
ブロック２１が変形しても、冷却空気を燃焼室内筒１１
の内壁へ均等に流すことができるため、確実に冷却空気
層を形成できる。また、燃焼ガスはまず燃料ノズルブロ
ック２１に当たりリング１００に直接当たることはない
ので、リング１００の温度は熱変形する程度まで上昇す
ることはない。したがって、ガスタービン運転中にリン
グ１００が熱変形することはなく、リング１００と燃焼
室内筒１１内壁とによって形成される隙間５１の間隔を
一定に保つことができる。

【００２９】実施の形態２に係るガスタービン燃焼器に
よれば、燃料ノズルブロック２１が熱膨張によって変形
しても、燃焼室内筒１１の内壁に冷却空気層を確実に形
成できる。このため、ガスタービンの運転時間や運転状
況に関わらず、確実に燃焼室内筒１１を冷却でき、ま
た、振動燃焼も確実に抑制できるので、安定した運転が
できる。

【００３０】（実施の形態３）図５は、実施の形態３に
係るガスタービン燃焼器を示す軸方向断面図である。こ
のガスタービン燃焼器は、ガスタービン燃焼器の内壁面
に取付けられた冷却空気層形成リングにマニホールドを
備えた点に特徴がある。燃焼室内筒１２の内壁面にはリ
ング１０１が取付けられており、当該内壁面とリング１
０１との間に設けられたスペーサ３２によって隙間５２
を形成する。この隙間５２から燃焼室内筒１２側へ冷却
空気を流して、燃焼室内筒１２の内壁面に冷却空気層を
形成する。

【００３１】リング１０１にはマニホールド２００が設
けられており、燃焼室内筒１２に設けられた冷却空気供
給孔４２から供給された冷却空気がここへ導かれる。こ
の冷却空気は、マニホールド２００内へ蓄えられてから
燃焼室内筒１２側へ向かって流れ出すので、冷却空気を
周方向へ均一に供給できる。このため、燃焼室内筒１２
の内壁面には安定して冷却空気層が形成されるので、燃
焼室内筒１２を確実に高温の燃焼ガスから保護でき、ま
た振動燃焼も安定して抑制できる。

【００３２】（実施の形態４）図６は、実施の形態４に
係るガスタービン燃焼器の一例を示す軸方向断面図であ
る。また、図７は、図６に示したガスタービン燃焼器の
正面図である（予混合ノズル等は省略）。このガスター
ビン燃焼器は、燃焼室内筒と冷却空気層を形成するリン
グとによって形成される冷却空気を供給する隙間を塞ぎ
部材によって塞ぎ、この塞ぎ部材の後流側でのみ燃焼を
許容することで、対称性を崩して圧力の腹を形成するこ
とで振動燃焼を抑制する点に特徴がある。

【００３３】図８は、ガスタービン燃焼器で振動燃焼が
発生した場合における振動場のモードを表した概念図で
ある。図中＋は正圧の腹を、−は負圧の腹を表す。燃焼
室内筒１５の内壁面近傍で急激な燃焼が起こると急激な
圧力変化が発生する結果、図８（ａ）〜（ｄ）に示すい
ずれかのモードで正圧の腹と負圧の腹とが交互に生じて
振動燃焼が発生する。このように、この圧力の腹は必ず
対称に生ずる。したがって、この対称性を崩すように燃
焼室内筒１５の内壁面近傍において燃焼させた場合に
は、圧力の腹は燃焼室内筒１５の周方向へ不規則に発生
するので対称性が崩される結果、振動燃焼は発生し難く
なる。

【００３４】図６および図７に示すように、燃焼室内筒
１５の内部には、冷却空気層を形成するリング１０２が
燃焼室内筒１５の内壁面と一定の間隔をもって挿入され
ており、隙間５５を形成する。また、燃焼室内筒１５に
は冷却空気供給孔４５が設けられており、ここから冷却
空気がリング１０２へ供給される。図７に示すように、
隙間５５には３個の塞ぎ部材３５がそれぞれ周方向に異
なる間隔で備えられており、この部分を冷却空気が通過
することを防止する。

【００３５】なお、ｎ個の塞ぎ部材３５を使用する場合
には、隣り合う塞ぎ部材３５同士の間隔もｎ個存在す
る。このとき少なくとも１つの間隔が他の間隔と異なっ
ていれば、圧力の腹は燃焼室内筒１５の周方向へ不規則
に発生するので、圧力の腹の対称性を崩すことはでき
る。また、塞ぎ部材３５の数があまり多くなると、塞ぎ
部材３５が近接した部分で同時に燃焼が起こり、圧力の
腹が対称に形成される場合がある。したがって、塞ぎ部
材の個数は多くとも１５個程度までであり、塞ぎ部材３
５同士に適当な間隔を設けるという観点および製作の容
易さという観点から、５〜９個が好ましい。

【００３６】塞ぎ部材３５の下流側は冷却空気が流れな
いため、塞ぎ部材３５の下流側における燃焼室内筒１５
の内壁面近傍では予混合気体が燃焼する。しかし、燃焼
室内筒１５の内壁面近傍で燃焼が発生しているのは塞ぎ
部材３５の下流側のみであり、しかも燃焼箇所の間隔は
周方向で異なっている。したがって、圧力の腹は燃焼室
内筒１５の周方向へ不規則に発生するので、圧力の腹の
対称性が崩される。その結果、図８（ａ）〜（ｄ）に示
すような振動場のモードを形成できなくなるため、振動
燃焼は発生し難くなる。なお、上記例において塞ぎ部材
３５は３個としたが、図９に示すように塞ぎ部材３５の
個数を１個としてもよい。振動場のモードは、圧力の腹
が偶数個存在することで形成されるが、圧力の腹が１個
のみでは振動場のモードを形成できないので、振動燃焼
を抑制できるためである。

【００３７】このガスタービン燃焼器は、塞ぎ部材３５
を設けない場合と比較して隙間５５の面積が小さくなる
ので、隙間５５を通過する冷却空気量も、塞ぎ部材３５
を設けない場合と比較して少なくできる。このため、例
えば、冷却空気層を形成するために使用できる冷却空気
の量が少ないために冷却空気層を燃焼室内筒１５の内周
全体にわたって形成することが困難である場合であって
も振動燃焼を抑制できる。

【００３８】（実施の形態５）図１０は、この発明の実
施の形態５に係るガスタービン燃焼器を示す軸方向断面
図である。このガスタービン燃焼器は、燃料ノズルブロ
ック端部の外周部をばね構造とし、当該外周部に燃料ノ
ズルブロックと燃焼室内筒との位置決め機能および燃料
ノズルブロックの熱変形を吸収させる機能を持たせると
ともに、当該外周に冷却空気供給孔を複数設けてガスタ
ービン燃焼室内筒の内壁面に冷却空気層を形成する点に
特徴がある。

【００３９】燃料ノズルブロック２３は、燃焼室内筒１
３の内壁面と一定の隙間５３をもって、燃焼室内筒１３
に挿入されている。また、図１０（ｂ）に示すように、
燃料ノズルブロック２３の外縁部には、その周方向に向
かって冷却空気供給口２３ａが複数設けられている。な
お、図２（ｂ）に示す燃料ノズルブロック２０のよう
に、燃料ノズルブロック２３の外縁部に孔を貫通させる
ことによってこの冷却空気供給口２３ａを形成してもよ
い。しかし、燃料ノズルブロック２３が燃焼室内筒１３
の内壁方向に膨張した場合であっても確実に冷却空気層
を形成できるように、図１０（ｂ）に示すように外縁側
が開口した形状に形成することが望ましい。

【００４０】図１０（ａ）に示すように、燃料ノズルブ
ロック２３には環状のスペーサ８０が取り付けられてい
る。環状のスペーサ８０は燃料ノズルブロック２３に溶
接やリベット締めなどによって取り付けてもよいし、燃
料ノズルブロック２３と一体に成形してもよい。そし
て、環状のスペーサ８０の端部８０ａが燃焼室内筒１３
の内壁面に接触し、湾曲部８０ｂがたわむことで、燃料
ノズルブロック２３を燃焼室内筒１３の中心部に保つよ
うになっている。また、図１０（ａ）に示すように、環
状のスペーサ８０は湾曲部８０ｂを備えているため、燃
料ノズルブロック２３が高温の燃焼ガスによって燃焼室
内筒１３の内壁側へ熱膨張しても、それにともなって環
状のスペーサ８０の湾曲部８０ｂがたわむので、この熱
膨張を吸収できる。そして、このとき環状のスペーサ８
０の湾曲部８０ｂがたわむことによって発生する燃焼室
内筒１３の中心方向に向かう力によって、燃料ノズルブ
ロック２３の位置を燃焼室内筒１３の中心部に保つこと
ができる。

【００４１】なお、スペーサ８０の形状は環状であるた
め、湾曲部８０ｂがたわむときに環状のスペーサ８０を
周方向へ圧縮する力が働く。この力を緩和し、より滑ら
かに環状のスペーサ８０をたわませるため、図１１
（ａ）および（ｂ）に示すように、環状のスペーサ８０
に切り欠き８０ｃを設ける等することで環状のスペーサ
８０を周方向に分割する構造としてもよい。このように
すると、環状のスペーサ８０の湾曲部８０ｂがたわむ際
に発生する環状のスペーサ８０を周方向へ圧縮する力
は、切り欠き８０ｃが狭くなることで吸収される。その
結果、燃料ノズルブロック２３の熱膨張をより滑らかに
吸収して、燃料ノズルブロック２３を燃焼室内筒１３の
中心部に保ちやすくできる。

【００４２】図１０（ａ）に示すように、燃焼室内筒１
３の胴部には冷却空気を供給するための冷却空気供給孔
４３が設けられている。なお、環状のスペーサ８０の湾
曲部８０ｂに冷却空気供給孔を設けて、ここから冷却空
気を供給してもよいし、燃焼室内筒１３に設ける冷却空
気供給孔４３と併用して冷却空気を供給してもよい。冷
却空気供給孔４３から供給された冷却空気は環状のスペ
ーサ８０と燃料ノズルブロック２３と燃焼室内筒１３の
内壁面とで囲まれる空間に導かれる。そして、隙間５３
と燃料ノズルブロック２３の外縁に設けられた冷却空気
供給口２３ａとから冷却空気が燃焼室内筒１３側へ供給
されて、燃焼室内筒１３の内壁面に冷却空気層を形成す
る。

【００４３】このガスタービン燃焼器では、ガスタービ
ンの運転中、高温の燃焼ガスによって燃料ノズルブロッ
ク２３が熱膨張しても、環状のスペーサ８０の湾曲部８
０ｂがたわむことによって燃料ノズルブロック２３の位
置は燃焼室内筒１３の中心部に保たれる。このため、燃
料ノズルブロック２３の熱膨張にともなって隙間５３は
周方向にわたって一定の間隔を保たれながら小さくなる
ので、燃焼室内筒１３の内壁面に形成される冷却空気層
が途切れることはない。

【００４４】さらに燃料ノズルブロック２３が熱膨張し
てその外縁部が燃焼室内筒１３の内壁面に接触しても、
当該外縁に設けられた冷却空気供給口２３ａから常に冷
却空気が供給されるので、燃焼室内筒１３の内壁面には
常に冷却空気層が形成される。この冷却空気層によっ
て、常に燃焼室内筒の内壁面は高温の燃焼ガスから保護
され、また、当該壁面近傍では急激な燃焼が発生し難く
なるので、振動燃焼も抑制できる。

【００４５】（実施の形態６）図１２は、実施の形態６
に係るガスタービン燃焼器を示す軸方向断面図である。
このガスタービン燃焼器は、燃焼室内筒の胴部を斜めに
貫通する冷却空気供給孔を当該胴部に設け、この冷却空
気供給孔から冷却空気を流すことで、燃料ノズルブロッ
クの直後からガスタービン燃焼器の軸方向下流に向かっ
てガスタービン燃焼器１４の内壁面に冷却空気層を形成
する点に特徴がある。

【００４６】冷却空気供給孔４４の中心軸Ｘと燃焼室内
筒１４の軸Ｙとのなす角αが大きくなると、燃焼室内筒
１４の内壁面に冷却空気流のよどみ点が発生するので、
燃焼室内筒１４が十分冷却されない場合がある。このた
め、当該角度αは加工できる範囲でできるだけ小さくす
ることが望ましい。また、図１２（ｂ）に示すように、
冷却空気孔４４の出口下流側へ、冷却空気流が剥離しな
いようにアンダーカット４４ａを設けてもよい。

【００４７】このガスタービン燃焼器では、冷却空気供
給孔４４は、燃料ノズルブロック２４の後端部よりも下
流側における燃焼室内筒１４の内壁面側に開口してい
る。このため、燃料ノズルブロック２４が高温の燃焼ガ
スによって燃焼室内筒１４の内壁面側へ膨張して隙間５
４を塞いだとしても、冷却空気供給孔４４から供給され
る冷却空気によって燃焼室内筒１４の内壁面に冷却空気
層が形成される。したがって、燃料ノズルブロック２４
の変形に関わらず燃焼室内筒１４の内壁面が高温の燃焼
ガスから保護されるため、ガスタービン燃焼器１４の寿
命を長くできる。また、常にこの冷却空気層がガスター
ビン燃焼器１４の内壁面に形成されているので、当該内
壁面近傍では急激な燃焼が発生し難くなる結果、振動燃
焼を抑制して安定した運転ができる。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明に係るガ
スタービン燃焼器（請求項１）では、燃焼室内筒の内壁
面にノズルブロック直後から冷却空気層を形成するよう
にしたので、予混合気体濃度の高いノズルブロック直後
における壁面近傍での燃焼を抑えることができる。これ
によって振動燃焼が抑制でき、また高温の燃焼ガスから
燃焼室内筒を保護できる。

【００４９】また、この発明に係るガスタービン燃焼器
（請求項２）では、燃料ノズルブロックと燃焼室内筒と
の間に設けた一定の隙間から冷却空気を流して燃焼室内
筒の内壁面に冷却空気層を形成するようにした。このた
め、冷却空気はこの隙間から燃焼室内筒の内壁面に沿っ
て流れるので、冷却空気の流れは剥離し難くなる。この
ため、均一な冷却空気層が形成されて燃焼室内筒を確実
に冷却できるので、内壁面近傍における燃焼を防止して
振動燃焼を抑制できる。また、一定の隙間が燃焼室内筒
の周方向にわたって開口しているので、燃焼室内筒の周
方向全域にわたって内壁面近傍における燃焼が防止して
振動燃焼の発生をより確実に抑制できる。

【００５０】また、この発明に係るガスタービン燃焼器
（請求項３）では、冷却空気層形成リングを燃焼室内筒
と燃料ノズルブロックとの間に設けたので、燃料ノズル
ブロックが熱膨張によって変形しても、冷却空気層を形
成する冷却空気を流す一定の隙間を維持して安定した運
転ができる。また、冷却空気層形成リングが燃料ノズル
ブロックによって高温の燃焼ガスから保護されるので冷
却空気層が均一に形成される。その結果、ガスタービン
の運転時間や運転状況に関わらず振動燃焼を抑制し、ま
た燃焼室内筒を冷却して安定した運転ができる。

【００５１】また、この発明に係るガスタービン燃焼器
（請求項４）では、冷却空気層形成リングの上流側にマ
ニホールドを備えるようにしたので、冷却空気の脈動を
除去し安定して冷却空気を燃焼室内筒に供給できる。そ
の結果、冷却空気の脈動に起因する燃焼室内の圧力変化
や燃焼室内筒の壁面近傍における燃焼を抑制して、振動
燃焼を確実に抑制できる。また、燃焼室内筒も安定して
冷却できるので、燃焼器の寿命を長くできる。

【００５２】また、この発明に係るガスタービン燃焼器
（請求項５）では、冷却空気層形成リングと燃料ノズル
ブロックとの間に一定の間隔を設けるようにしたので、
燃料ノズルブロックが熱変形してもこの間隔が熱膨張代
となってこの熱変形を吸収できる。その結果、ガスター
ビンの運転時間や運転状況に関わらず安定して冷却空気
層を形成して振動燃焼を抑制できる。また、上記間隔に
よって、燃料ノズルブロックを燃焼室内筒に組み付ける
際の作業が容易になる。

【００５３】また、この発明に係るガスタービン燃焼器
（請求項６）では、上記ガスタービン燃焼器において、
さらに、周方向に異なる間隔で複数個の塞ぎ部材を上記
隙間へ設け、塞ぎ部材の直後で燃焼を許容し燃焼室内筒
の周方向へ不規則に圧力の腹を形成することで、振動燃
焼の発生を抑えるようにした。また、この発明に係るガ
スタービン燃焼器（請求項７）では、上記ガスタービン
燃焼器において、さらに、塞ぎ部材を上記隙間の一箇所
に設けることで、圧力の腹を燃焼室内筒の一箇所のみに
形成することで、圧力の腹の対称性を崩して振動燃焼を
抑えるようにした。このため、塞ぎ部材によって冷却空
気が通過する面積が小さくなるので、冷却空気層を形成
するための冷却空気量が十分確保できない場合でも、振
動燃焼を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１に係るガスタービン燃
焼器を示す軸方向断面図である。

【図２】実施の形態１の変形例に係るガスタービン燃焼
器を示す説明図である。

【図３】ガスタービンの運転中における燃焼ノズルブロ
ックの状態を示す説明図である。

【図４】この発明の実施の形態２に係るガスタービン燃
焼器を示す軸方向断面図である。

【図５】実施の形態３に係るガスタービン燃焼器を示す
軸方向断面図である。

【図６】実施の形態４に係るガスタービン燃焼器の一例
を示す軸方向断面図である。

【図７】図６に示したガスタービン燃焼器の正面図であ
る。

【図８】ガスタービン燃焼器で振動燃焼が発生した場合
における振動場のモードを表した概念図である。

【図９】実施の形態４に係るガスタービン燃焼器のもう
一つの例を示す正面図である。

【図１０】実施の形態５に係るガスタービン燃焼器を示
す軸方向断面図である。

【図１１】実施の形態５に係るガスタービン燃焼器に使
用するスペーサの一例を示す説明図である。

【図１２】実施の形態６に係るガスタービン燃焼器を示
す軸方向断面図である。

【図１３】これまで使用されてきたガスタービン予混合
燃焼器を示す軸方向断面図である。

【符号の説明】１０、１１、１２、１３、１４、１５、１９燃焼室内
筒２０、２１、２３、２４、２９燃料ノズルブロック２０ａ冷却空気供給孔２１ａ外縁部２３ａ冷却空気供給口３０、３１、３２スペーサ３５部材４０、４１、４２、４３、４４、４５冷却空気供給孔４４ａアンダーカット５０、５１、５２、５３、５４、５５隙間８０環状のスペーサ８０ａ端部８０ｂ湾曲部１００、１０１、１０２リング１００ａ側面２００マニホールド５００、５１０予混合火炎形成ノズル６００、６１０パイロットコーン７００燃焼器ノズルブロック外筒Ｘ中心軸Ｙ燃焼室内筒の軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田中克則兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者片岡正人兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者秋月渉兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号三菱重工業株式会社高砂製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼室内筒の内壁面に、前記燃焼室内筒
の下流方向に向かう冷却空気層をガスタービン燃焼器の
燃料ノズルブロック直後から形成する手段を設けたこと
を特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項２】燃焼室内筒との間に一定の間隔をもった
隙間を設けて燃料ノズルブロックを設置し、当該隙間か
ら前記燃焼室内筒の下流方向に向かって冷却空気を流し
て前記燃焼室内筒の内壁面に冷却空気層を形成すること
を特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項３】燃焼室内筒の内壁面に当該燃焼室内筒の
下流方向に向かって冷却空気層を形成するための冷却空
気層形成リングを、ガスタービン燃焼器の燃料ノズルブ
ロックと前記燃焼室内筒との間に一定の隙間をもって備
えたことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項４】さらに、上記冷却空気層形成リングの上
流側に冷却空気を蓄えるマニホールド部を備えたことを
特徴とする請求項３に記載のガスタービン燃焼器。
【請求項５】さらに、上記冷却空気層形成リングと上
記燃料ノズルブロックとの間に一定の間隔を設けたこと
を特徴とする請求項３または４に記載のガスタービン燃
焼器。
【請求項６】さらに、周方向に異なる間隔で複数個の
塞ぎ部材を上記隙間へ設けたことを特徴とする請求項２
〜５のいずれか一つに記載のガスタービン燃焼器。
【請求項７】さらに、塞ぎ部材を上記隙間の一箇所に
設けたことを特徴とする請求項２〜５のいずれか一つに
記載のガスタービン燃焼器。