JPH0854119A - ガスタービン用の燃焼器を運転する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 タービンの広範な負荷範囲にわたって放出物
に悪影響を及ぼすことなく、静かで安定した運転を実現
することのできるガスタービン用の燃焼器を運転する方
法を提供する。 【構成】 タービン１０用の燃焼器１４を予混合モード
で運転する方法は、燃焼器１４を横切る方向に非対称な
燃料パターンを生成するように、対称に環状配列された
燃料ノズル３２を通して燃料を流す工程を含んでいる。
各ノズル３２は、空気スワラ５０を含んでおり、燃料は
スワラ５０の両側の軸線方向に離れた位置で噴射され
る。拡散モードと予混合モードとの移行前の拡散モード
の運転中及び移行中に非対称な燃料流れが生成される。
フルパワー近くでは、予混合モードで動作している燃料
ノズルの間で燃料は均等に供給される。非対称な燃料流
れによって、燃焼器１４を安定化すると共に大きな燃焼
騒音を防止し、又、燃料の軸線方向段切り換えによっ
て、予混合モードの運転中の放出物を低減させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、気体及び液体燃料が供
給されるタービンに関し、特に、予混合モードの動作状
態にある多数のノズルを有しているタービン用の燃焼器
を運転する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】タービンは一般に、圧縮機セクション
と、１つ以上の燃焼器と、燃料噴射システムと、タービ
ン・セクションとを含んでいる。典型的には、圧縮機セ
クションは入口空気を加圧し、次にこの圧縮空気は順方
向又は反対方向に燃焼器へ送られ、そこで圧縮空気は、
燃焼器を冷却すると共に燃焼過程に空気を供給するため
に用いられる。多重燃焼器タービンでは、複数の燃焼器
が通常、タービンの周りに環状に配列されており、移行
ダクトが各燃焼器の出口端をタービン・セクションの入
口端に連結して、燃焼過程からの高熱燃焼生成物をター
ビンに送る。

【０００３】ＮＯｘ放出物及びＣＯ放出物のような放出
物（エミッション）を減少させる努力を続けた結果とし
て、燃焼器の設計では様々な開発が行われている。過去
には、例えば米国特許番号第４２９２８０１号及び同第
４９８２５７０号に記載されているような二段燃焼器が
設計された。更に、本出願人に譲渡された米国特許番号
第５２５９１８４号には、単段、即ち単一燃焼室又は燃
焼区域の二重モード（拡散及び予混合モード）燃焼器が
開示されており、この燃焼器は、低いタービン負荷では
拡散モードで、高いタービン負荷では予混合モードで動
作する。この燃焼器では、複数のノズルが燃焼器の軸線
の周りに環状に配列されている。各ノズルは、拡散燃料
セクション又は管を含んでいるので、拡散燃料をノズル
の下流の燃焼区域に供給することができ、又、専用の予
混合セクション又は管を含んでいるので、予混合モード
で、単一燃焼区域で燃焼させる前に燃料を空気と予混合
することができる。更に具体的には、上述の特許には、
環状に配列された拡散／予混合燃料ノズルが開示されて
おり、この燃料ノズルは、燃焼器端部カバー・アセンブ
リに装着されており、ノズル内の同心環状通路を通して
燃料をノズルチップ及びチップの上流のスワラに供給
し、拡散及び予混合モードの燃料流れをそれぞれ与え
る。

【０００４】しかしながら、拡散モードから予混合モー
ドへの移行期に、燃焼器は不安定になる傾向を示し、大
きな振幅の燃焼騒音を発生することを見出した。その
上、タービンの運転サイクルによる必要に応じて燃焼器
への空気流と燃料流とを変化させるにつれて、燃焼器の
安定性と騒音レベルとが悪影響を受けるおそれがある。
燃焼器の安定性が不十分であると、結果として燃焼器の
ターンダウンが制限される。燃焼器の騒音レベルが受け
入れられないほど高いと、結果として燃焼器の構造要素
の早期摩耗又は高サイクル疲労亀裂が生じる。ドライ低
ＮＯｘ燃焼器を設計するためには、ＮＯｘ放出量、ＣＯ
放出量、燃焼動力学及び燃焼安定性が、空気力学的観点
から考慮しなければならない因子である。燃焼過程の性
質から、これらの因子は相互に依存する。

【０００５】前掲の米国特許番号第５２５９１８４号に
開示された燃焼器の設計では、拡散モードから予混合モ
ードへの燃料切り換え（トランスファ）を同時に行う。
即ち、燃料をすべての拡散ノズルから同時にすべての予
混合ノズルに切り換える。このために、燃料を拡散供給
マニホールドから予混合供給マニホールドに向け直すだ
けで、燃料切り換えを行う。燃料ノズル端部カバーの内
部を、５つの予混合ノズルのうち４つの予混合ノズルへ
の内部マニホールドに燃料を供給する燃料供給フランジ
と、５番目の予混合ノズルへの内部マニホールドに燃料
を供給する燃料供給フランジとで分岐しているが、この
マニホールド配置は、予混合モードで動作している間の
発電機トリップ事故に対処するためにのみ設けられてい
る。すべての予混合ノズルは、等しい流量の燃料を燃焼
器に流すようになっている。従って、燃焼安定性と燃焼
動力学とから、この単段型燃焼器を使用する上で、特に
拡散モードから予混合モードへの移行期に困難が生じて
いる。

【０００６】これらの問題を克服するために、本出願人
により本出願と同日に出願された特許出願（整理番号Ｗ
４００）（米国特許出願番号第０８／２５８１１２号）
に記載されているように、拡散モードから予混合モード
への移行期の燃料供給、及び予混合モードでの定常状態
動作中の燃料供給を段切り換え（ステージング）してい
る。即ち、ノズルを通る燃料の流れの制御を変化させ
て、拡散モードの運転から予混合モードの運転への移行
期の間に、及び予混合モードの運転の一部の間に、燃焼
器に非対称な燃料流れを与える。上述の出願の発明で
は、移行の開始時に、５つの予混合ノズルのうち１つの
ノズルを作動させて予混合燃料を単一燃焼区域に流す一
方、残りの４つのノズルは拡散モードでの動作を続け
る。従って、５番目のノズルによって燃焼区域に供給さ
れる燃料の全燃料に対する割合は、拡散ノズルのいずれ
か１つによって供給される燃料の全燃料に対する割合よ
りも大きく、こうして、燃焼器を横切る非対称な燃料装
填を実現する。負荷がそれよりも高いときには、拡散マ
ニホールドからの燃料を停止し、燃料を予混合マニホー
ルドから残りの４つの予混合ノズルに供給する。この移
行期に、５番目のノズルの燃料／空気比は残りの４つの
予混合ノズルのいずれよりも高い。従って、５番目のノ
ズルは、リッチ（濃厚）且つ安定になり、残りの４つの
ノズルを安定化する。全負荷時には、予混合モードでの
種々のノズル間での燃料分割は均等である。従って、移
行期、及び全負荷未満での予混合運転中に、ノズルに不
均等に燃料を供給することにより、燃焼器を横切る燃料
のアンバランスの結果として、過酷な燃焼動力学、即ち
大きな音響ノイズと共鳴とを防止する。

【０００７】しかしながら、燃焼器のノズル間で燃料／
空気比を変化させることによって、ＮＯｘ放出量及びＣ
Ｏ放出量が増加する傾向があることを見出した。燃焼器
の軸線の周りのノズルの環状配列において、予混合ノズ
ルのすべてに供給する燃料の量が等しいか又はほぼ等し
いときに、即ち、全数のノズルに対する１つのノズルの
割合（％）に対応する全燃料に対する割合（％）の燃料
を各ノズルに供給するときに、放出物レベルが最も低く
なることが明らかである。燃焼器のノズルへの不均等な
燃料供給を行うことにより達成される動的圧力レベルの
低下が、負荷範囲の種々の部分でのＮＯｘ放出量及び／
又はＣＯ放出量の増加により相殺されることを見出し
た。従って、燃焼器のノズルに非対称な燃料供給を行う
ことにより動的圧力レベルは低くなるが、それは、予混
合モードでの運転において放出物が増加するという犠牲
を払って実現している。

【０００８】

【発明の概要】本発明によれば、燃焼器を横切る燃料を
非対称に段切り換え（ステージング）するのに加えて、
燃料を軸線方向にも段切り換え（ステージング）して、
排気性能に悪影響を与えることなく、又、火炎安定性を
低減することによる燃焼器の運転範囲を狭めることな
く、低い動的圧力レベルを達成する。このことを達成す
るために、前掲の特許出願で開示した非対称な燃料供給
を維持する。その上で、予混合モードの運転中に、全燃
料の一部を全ノズルのうちの数本又はすべてにスワラの
上流の位置で供給する。この燃料の再分配を、燃焼器に
流れる全燃料流れを変化させることなく達成する。例え
ば、スワラの上流側に各ノズルから放射状に突出してい
る複数の半径方向ペグを設けることにより、軸線方向上
流の燃料噴射を行うことができる。又は、ノズル端部カ
バーから前方ケーシング・プレナムに延在しているペグ
から、又はケーシング外壁を通して燃料供給を受けるペ
グから、燃料を噴射することができる。

【０００９】上流燃料の量は、その全燃料に対する割合
を固定しても可変としてもよい。上流燃料を他のマニホ
ールドを通して供給することにより、他の制御弁を用い
ることで全燃料に基づく上流燃料の割合を変化させるこ
とができる。上流燃料が４つの予混合ノズル及び／又は
１つの予混合ノズルと共通のマニホールドを共有する場
合、上流燃料の流れは、これらのマニホールド内の燃料
流れに対して固定した割合となる。共通マニホールド上
の下流燃料噴射ペグに対する上流燃料噴射ペグの有効面
積を適切に設定することにより、上述の割合を固定す
る。いずれの方法でも、４つの予混合ノズルと１つの予
混合ノズルとの間での全燃料の分割を独立に制御するこ
とができる。更に、上流燃料を５つのノズルのすべてに
均等に供給するか、又は１つの予混合ノズルと４つの予
混合ノズルとの間で不均等に分割してもよい。いずれの
場合にも、下流ペグを通して供給する燃料の分割を同時
に調節することにより、１つの予混合ノズルと４つの予
混合ノズルとの間での全燃料の分割を、やはり別々に制
御することができる。

【００１０】本発明による好適な実施例では、予混合モ
ードでの運転中に、ガスタービンの燃焼器にその燃焼器
に沿った軸線方向に離れた複数の位置で燃料を流す工程
と、燃焼器を横切る燃料の非対称な流れを生成するよう
に下流の燃焼区域への燃料の流れを可変制御する工程と
を含んでいるガスタービン用の燃焼器を運転する方法が
提供される。

【００１１】本発明による他の好適な実施例では、燃焼
器の周りに環状に配列された複数の燃料ノズルと、各ノ
ズルの周りに設けられており、燃焼器を通過する空気を
旋回させるスワラとを有しているガスタービン用の燃焼
器を予混合運転モードで運転する方法であって、燃焼器
に沿った軸線方向に離れた複数の位置で且つスワラの軸
線方向両側から、ノズルの下流の燃焼区域に燃料を流す
工程と、燃焼区域に燃焼器を横切る燃料の非対称な流れ
を与える工程とを含んでいるガスタービン用の燃焼器を
予混合運転モードで運転する方法が提供される。

【００１２】本発明による他の好適な実施例では、複数
のノズルを有しているガスタービン用の燃焼器を予混合
モードで運転する方法であって、複数のノズルのうちの
少なくとも数本を通して且つ燃焼器に沿った軸線方向に
離れた複数の位置で、燃料を燃焼器に流す工程を含んで
いるガスタービン用の燃焼器を予混合モードで運転する
方法が提供される。

【００１３】従って、本発明の主要な目的は、タービン
用の燃焼器において、予混合モードでの運転で、タービ
ンの広範な負荷範囲にわたって、放出物に悪影響を及ぼ
すことなく、静かで安定した運転となるように燃焼器の
燃料ノズルへの燃料を段切り換え（ステージング）する
方法を提供することにある。

【００１４】

【実施例】図１において、ガスタービン１０は、圧縮機
１２（一部のみを図示）と、複数の燃焼器１４（１つの
みを図示）と、タービン（図面では単一のブレード１６
で代表させている）とを含んでいる。特に図示していな
いが、タービンは共通軸線に沿って、圧縮機１２に駆動
連結されている。圧縮機１２は入口空気を加圧し、次い
でその圧縮空気を方向転換させて燃焼器１４に流し、こ
うして圧縮空気を用いて燃焼器１４を冷却すると共に、
燃焼過程に空気を供給する。

【００１５】前述したように、ガスタービンは、ガスタ
ービンの周囲に配置されている複数の燃焼器１４を含ん
でいる。二重壁移行ダクト１８が各燃焼器の出口端をタ
ービンの入口端に連結しており、高熱の燃焼生成物をタ
ービンに送り出す。クロス・ファイア管２２（１つのみ
を図示）と組み合わされたスパーク・プラグ２０によっ
て、通常の態様で種々の燃焼器１４での点火を行う。

【００１６】各燃焼器１４は、実質的に円筒形の燃焼器
ケーシング２４を含んでいる。燃焼器ケーシング２４
は、開口した前端の位置でタービン・ケーシング２６に
ボルト２８によって固定されている。燃焼器ケーシング
２４の後端は、端部カバー・アセンブリ３０によって閉
じられている。端部カバー・アセンブリ３０は、後で詳
しく説明するように気体、液体燃料及び空気（そして、
所望により水）を燃焼器１４に供給するための通常の供
給管、マニホールド及び関連した弁等を含んでいる。端
部カバー・アセンブリ３０は、複数（例えば、５つ）の
燃料ノズル・アセンブリ３２（便宜上、１つのみを図
示）を受け入れており、これらの燃料ノズル・アセンブ
リは、燃焼器１４の長さ方向軸線の周りに対称に円形配
列を成して設けられている（図５を参照）。

【００１７】燃焼器ケーシング２４内には、実質的に円
筒形の流れスリーブ３４が実質的に同心関係にて装着さ
れている。流れスリーブ３４の前端は、二重壁移行ダク
ト１８の外壁３６に連結されている。流れスリーブ３４
の後端は半径方向フランジ３５によって、燃焼器ケーシ
ング２４の前方部分と後方部分を接合している突き合わ
せ継手３７の位置で、燃焼器ケーシング２４に連結され
ている。

【００１８】流れスリーブ３４内には、燃焼ライナ３８
が同心に配設されている。燃焼ライナ３８の前端は、移
行ダクト１８の内壁４０に連結されている。燃焼ライナ
３８の後端は、燃焼ライナ・キャップ・アセンブリ４２
によって支持されており、一方、燃焼ライナ・キャップ
・アセンブリ４２は、複数の支柱３９及び関連した装着
用フランジ・アセンブリ４１によって燃焼器ケーシング
２４内に支持されている（これは図５に明示されてい
る。）。移行ダクト１８の外壁３６、及び燃焼器ケーシ
ング２４をタービン・ケーシング２６にボルト２８によ
ってボルト締めしている位置の前方に延在している流れ
スリーブ３４の部分には、それぞれの外周面にわたって
配列した透孔（アパーチャ）４４が形成されており、こ
れにより空気が、（図１に流れ矢印で示すように）圧縮
機１２からこれらの透孔４４を通って、流れスリーブ３
４とライナ３８との間の環状空間内へ、燃焼器１４の上
流端又は後端に向かって反対方向に流れる。

【００１９】燃焼ライナ・キャップ・アセンブリ４２
は、各燃料ノズル・アセンブリ３２当たり１つずつの複
数の予混合管４６を支持している。具体的には、各予混
合管４６は、その前端及び後端で前部プレート４７及び
後部プレート４９によって燃焼ライナ・キャップ・アセ
ンブリ４２内に支持されており、前部プレート４７及び
後部プレート４９の各々には、端部の開口した予混合管
４６と心合わせされた開口が設けられている。この配置
は図５に明示されており、開口４３が前部プレート４７
に設けられていることがわかる。前部プレート４７（所
定の配列の冷却孔が設けられた衝突板）をシールド板４
５によって燃焼器火炎の熱輻射から遮蔽することがよ
い。

【００２０】後部プレート４９には、後方に延在してい
る複数の浮遊カラー４８（各予混合管４６について１
つ）が、後部プレート４９の開口と実質的に心合わせ関
係に配列されて装着されている。浮遊カラー４８の各々
は、空気スワラ５０を包囲関係で燃料ノズル・アセンブ
リ３２の半径方向最外側の管に支持している。これらの
要素は、空気が以下の順路で流れるように構成されてい
る。ライナ３８と流れスリーブ３４との間の環状空間に
流れる空気は、再度反対方向に（端部キャップ・アセン
ブリ３０とスリーブ・キャップ・アセンブリ４２との間
で）燃焼器１４の後端に押し込まれ、次いで、スワラ５
０及び予混合管４６に流れ、その後、予混合管４６の下
流のライナ３８内の燃焼区域に入る。

【００２１】ここで図２、図３及び図４に移ると、各燃
料ノズル・アセンブリ３２は、後方供給部５２と、前方
送り出し部５４とを含んでいる。後方供給部５２は、液
体燃料、噴霧用空気、拡散気体燃料及び予混合気体燃料
を受け取る複数の入口を有していると共に、後述するよ
うに、これらの流体の各々を前方送り出し部５４内の対
応する通路に供給する適当な連結通路を有している。

【００２２】燃料ノズル・アセンブリ３２の前方送り出
し部５４は、一連の同心管５６及び５８から構成されて
いる。管５６及び５８は、配管６４によって通路６０に
連結されている入口６２から予混合気体燃料を受け取る
予混合気体通路６０を画定している。予混合気体通路６
０は、複数の（例えば、１１個の）放射状燃料インジェ
クタ（ペグ）６６とも連通している。燃料インジェクタ
６６の各々には、予混合管４６内に配置されている予混
合区域６９に気体燃料を排出するための複数の燃料噴射
ポート又は孔６８が設けられている。噴射された燃料
は、圧縮機１２から反対方向に流れてきた空気と混ざり
合って、放射状インジェクタ６６の上流で燃料ノズル・
アセンブリ３２を取り囲んでいる環状スワラ５０によっ
て渦流とされる。

【００２３】予混合通路６０は、燃料ノズル・アセンブ
リ３２の前端又は吐き出し端でＯ（オー）リング７２に
よって密封されているので（図３）、予混合燃料は放射
状燃料インジェクタ６６を通してしか外に出ることがで
きない。次に隣接する通路７４は、同心管５８と同心管
７６との間に形成されており、燃料ノズル・アセンブリ
３２の最前端のオリフィス７８を通して拡散気体を燃焼
器の燃焼区域７０に供給する。ノズルの最前端又は吐き
出し端は、予混合管４６内に位置しているが、その前端
に比較的近接している。拡散気体通路７４は入口８０か
ら配管８２を通して拡散気体を受け取る。

【００２４】第３の通路８４は、同心管７６と同心管８
６との間に画定されており、噴霧用空気をオリフィス８
８を通して燃焼器の燃焼区域７０に供給し、ここで噴霧
用空気は、オリフィス７８から出てくる拡散燃料と混ざ
り合う。噴霧用空気は入口９０から配管９２を通して通
路８４に供給される。燃料ノズル・アセンブリ３２には
又、当業者に理解され得る態様でＮＯｘの低減を達成す
るために、（所望に応じて）水を燃焼区域７０に供給す
る通路９４が設けられている。水通路９４は、管８６
と、隣接した同心管９６との間に画定されている。水
は、噴霧用空気オリフィス８８より半径方向内側のオリ
フィス９８を通してノズルから出る。

【００２５】燃料インジェクタ・ノズルを形成している
一連の同心管のうち最も内側の管である管９６自身は、
液体燃料用の中心通路１００を形成している。液体燃料
は入口１０２から通路１００に入る。液体燃料は、ノズ
ルの中心の吐き出しオリフィス１０４を通してノズルか
ら外に出る。当業者には理解され得るように、液体燃料
供給機構は、バックアップ・システムとして設けられて
おり、そしてタービンが平常の気体燃料モードにあると
きには、通路１００を通常、圧縮機吐き出し空気でパー
ジする。

【００２６】図１及び図２を参照すると、本発明によれ
ば、各ノズルごとに、スワラ５０の上流に半径方向に延
在している複数の燃料インジェクタ（ペグ）１０５が円
周方向に間隔をあけて設けられている。図２に示すよう
に、ペグ１０５は、各ノズルの外側管５６の周りのマニ
ホールド１０６と連通している。その結果、予混合燃料
をマニホールド１０６に供給し、圧縮機からの空気の逆
流中に噴射し、こうして予混合燃料が空気と共にスワラ
を通り、下流のインジェクタ６６を通過して流れるよう
にする。このようにして、予混合燃料の噴射位置として
軸線方向に離れた２つの位置、即ちスワラ５０の上流と
下流との位置が得られる。

【００２７】上述したノズルの動作を簡単に説明する
と、拡散モードの運転時には、拡散気体燃料を入口８
０、配管８２及び通路７４を通して供給し、オリフィス
７８を介して燃焼区域７０に吐き出し、そこで拡散気体
燃料を噴霧用空気と混合し、スパーク・プラグ２０によ
って点火して、ライナ３８内の燃焼区域７０で燃焼させ
る。負荷がもっと大きい場合には、予混合気体燃料を入
口６２及び配管６４から通路６０に供給し、下流の放射
状インジェクタ６６のオリフィス６８を通して吐き出
す。予混合燃料は、スワラ５０を通して予混合管４６に
入ってくる空気と混ざり合い、得られた混合気は、拡散
モードの運転時から予め存在する火炎によって、ライナ
３８内の燃焼区域７０で点火される。予混合運転中、拡
散通路７４への燃料は停止されるが、予混合運転中に
は、予混合燃料をマニホールド１０６に供給して、スワ
ラ５０の上流の半径方向に突出しているペグ１０５を通
して流す。従って、放射状ペグ１０５を通して圧縮機か
らの空気流に入る燃料流れは、スワラ５０を通過して流
れ、ペグ６６から空気流中に噴射された予混合燃料と一
緒になる。その結果、ペグ６６及び１０５は、燃焼器へ
の燃料流れを軸線方向に離れた位置で段切り換え供給
（ステージング）する。

【００２８】前述したように、予混合モードの運転中
に、不安定性と高振幅燃焼ノイズとを生じる傾向が発現
する。本発明は、以下に説明する態様で、燃料ノズルへ
の燃料を段切り換え（ステージング）して、上述の傾向
を抑制するか又はなくし、そして、放出物に悪影響を生
じることなく、従来可能と考えられていたものよりも広
いタービンの負荷範囲にわたって予混合モードでの運転
を可能にする。

【００２９】ここで図６に移ると、種々のノズル３２の
拡散燃料入口通路８０に拡散燃料を供給する拡散燃料マ
ニホールド１１０が線図的に図示されている。弁１１２
をマニホールド１１０に配置して、マニホールド１１０
からノズルへの燃料の供給を開閉することができる。更
に、弁１１４を１つ以上の拡散燃料ノズルへの拡散燃料
ラインに配設することができる。図６には更に、予混合
燃料を数本のノズルに供給するための第１の下流予混合
マニホールド１１６と、燃料を残りの１つ以上のノズル
に供給する第２の下流予混合マニホールド１１８とが示
されている。第１及び第２の下流予混合マニホールド１
１６及び１１８は、弁１２０及び１２２をそれぞれ有し
ており、これらの弁は、燃料を連結されたノズルに供給
する開位置と燃料をノズルに供給しない閉位置との間で
移動することができる。個別の弁を所望に応じて個別の
供給ラインに配置することができる。尚、マニホールド
弁及び燃料供給ラインに配設された弁はいずれも、通常
の態様で操作される。第１の上流予混合燃料マニホール
ド１３０が設けられており、予混合燃料を４つのノズル
の各々にそれらのノズルの周りのマニホールド１０６を
介して供給する。第１の上流予混合燃料マニホールド１
３０は、マニホールド１３０からノズルへの燃料の供給
を開閉する弁１３２の制御の下にある。第２の上流予混
合燃料マニホールド１３４が設けられており、予混合燃
料を５番目の予混合ノズルにそのノズルの周りのマニホ
ールド１０６を介して供給する。第２の上流予混合燃料
マニホールド１３４に弁１３６が配設されており、マニ
ホールド１３４から５番目のノズルへの燃料の供給を開
閉する。

【００３０】燃焼器の動作中に燃料の段切り換え（ステ
ージング）を行うために、始動時に、弁１１２を開いて
マニホールド１１０からの拡散燃料を、ノズル３２の各
々に供給するか、又は例えば、弁１１４を閉じることに
より若しくは１つ以上のノズルへの拡散燃料供給ライン
を完全に除外することにより、全部よりも少ない数のノ
ズルに供給する。今、すべてのノズル又は全部よりも少
ない数のノズルに拡散燃料を供給した状態で、タービン
燃焼器が拡散モードで動作しているので、タービンに負
荷を掛ける。好適な運転形態では、図示のように、拡散
燃料を５つのノズルのうち４つのノズルのみに供給し、
５番目のノズルを拡散燃料マニホールドから完全に切り
離し、始動時に５番目のノズルには空気のみを供給す
る。負荷を掛けるにつれて、例えばフルパワーの３０％
〜５０％の範囲内で負荷を掛けるにつれて、燃焼器は、
前掲の本出願人による特許出願（整理番号Ｗ４００）
（米国特許出願番号第０８／２５８１１２号）に記載さ
れた態様で、拡散モードでの動作から予混合モードでの
動作に移行する。

【００３１】予混合モードでの動作が確立されたら、燃
料の一部を第１の下流予混合マニホールド１１６から第
１の上流予混合マニホールド１３０に、又、第２の下流
予混合マニホールド１１８から第２の上流予混合マニホ
ールド１３４に切り換える調節を、弁１２０、１３２、
１２２及び１３６の位置をそれぞれ適切に決めることに
よって開始する。好適な実施例では、第１及び第２の上
流予混合マニホールド１３０及び１３４を組み合わせ
て、５つのノズル３２のすべてに対称的に且つ同時に燃
料を供給する単一の予混合マニホールドとする。

【００３２】更に、全負荷近く、即ち９０％では、予混
合ノズルの間での燃料分割を調節して実質的に等しい燃
料流れを各予混合ノズルに与えるが、上流予混合インジ
ェクタ１０５を通しての燃料流れの割合を下流インジェ
クタ６６への全燃料流れの割合よりも著しく小さくす
る。従って、燃焼器に対する燃料分割を変化させること
ができるので、低ＮＯｘ及びＣＯ排気性能となるよう設
計された、望ましい安定性と燃焼動力学特性とを呈する
予混合ノズルを利用することが可能になる。

【００３３】上述した動作において、軸線方向に離間し
たインジェクタの各組に対して同様のシステムを用いる
ことにより、上流インジェクタへの燃料の供給は下流イ
ンジェクタへの燃料の供給に追随する。もちろん、４つ
の上流予混合ノズルと１つの上流予混合ノズルとに共通
の１つのマニホールドを用いることができ、これにより
燃料流れは、下流マニホールドへの燃料流れに対して固
定した割合となる。この割合（％）は、弁によって燃料
流れを変化させるのではなくて、共通なマニホールド上
の下流燃料噴射ペグに対する上流燃料噴射ペグの有効面
積を適切に設定することにより固定される。別々の上流
燃料マニホールドを有している上述した配置において、
上流燃料の全燃料に対する割合（％）を固定としても可
変としてもよい。又は、上流燃料を５つのノズルのすべ
てに均等に供給するか、又は１つの予混合ノズルと４つ
の予混合ノズルとの間で不均等に分割してもよい。いず
れの場合でも、下流ペグを通して供給する燃料の分割を
同時に調節することによって、１つのノズルと４つのノ
ズルとの間での全燃料の分割を別々に制御することがで
きる。更に他の代替案では、上流予混合燃料を単一マニ
ホールドを通して５つのノズルのすべてに均等に配布す
ることができる。従って、その単一マニホールドは、各
ノズルを包囲しているマニホールド１０６に燃料を供給
し、独立に制御された燃料供給部を有していることにな
るので、上流燃料対全燃料の比は可変となる。従って、
上流燃料流れを増加させるにつれて、１つの予混合ノズ
ル及び４つの予混合ノズルへの下流燃料流れを等しい割
合で削減して、１つのノズルと４つのノズルとの間に一
定の燃料分割を維持することができる。

【００３４】本発明は、その動作理論によって限定され
るものではないが、燃料の軸線方向段切り換え（ステー
ジング）の背後にある理論を論述して、放出物（エミッ
ション）に悪影響を与えることなく動圧力レベルを低減
させることを説明するための一助とする。燃焼器が低排
気モードにあり、予混合モードの燃料のすべてを共通な
軸線方向平面にあるインジェクタによって供給すると仮
定すると、動的圧力振動は火炎区域から上流に移動す
る。これらの音響振動が１つの軸線方向位置にある主燃
料噴射ペグの平面を横断すると、パルスを発生させ、こ
のパルスは、燃料及び空気流の状態を変え、下流の火炎
区域に擾乱を生じさせる。更に詳しくは、主燃料噴射ペ
グでの摂動が下流に伝播し、これが火炎区域に大きな又
は小さな燃料／空気揺らぎの波を生成する。下流燃料噴
射平面の上流に予混合燃料噴射用の追加の軸線方向平面
を設けることにより、圧力振動を、圧力振動波間の干渉
によって減衰させる。

【００３５】以上、本発明を現在のところ最も実用的且
つ好適と考えられる実施例について説明したが、本発明
は、開示した実施例に限定されず、本発明の要旨の範囲
内に含まれる種々の変更及び均等構成を包含する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な実施例によるタービンの燃焼器
の１つを示す断面図である。

【図２】上述の燃焼器の燃料噴射ノズルの断面図であ
る。

【図３】ノズルの前方端の拡大断面図である。

【図４】ノズルを前方から見た図である。

【図５】燃焼ライナ・キャップ・アセンブリを前方から
見た図である。

【図６】予混合燃料供給マニホールド及び拡散燃料供給
マニホールドと組み合わせたノズルの配置を示す説明図
である。

【符号の説明】

１０ ガスタービン １４ 燃焼器 ３２ 燃料ノズル・アセンブリ ４６ 予混合管 ５０ スワラ ６６ 下流インジェクタ １０５ 上流インジェクタ １０６ マニホールド

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガスタービン用の燃焼器を運転する方法
   であって、 予混合モードでの運転中に、前記燃焼器に該燃焼器に沿
   った軸線方向に離れた複数の位置で燃料を流す工程と、 前記燃焼器を横切る燃料の非対称な流れを生成するよう
   に、下流の燃焼区域への燃料の流れを可変制御する工程
   とを備えたガスタービンの燃焼器の運転方法。
2. 【請求項２】 拡散モードでの運転中に燃料の非対称な
   流れを生成する工程を更に含んでいる請求項１に記載の
   方法。
3. 【請求項３】 拡散流れモードでの運転と予混合モード
   での運転との間の移行期に燃料の非対称な流れを生成す
   る工程を更に含んでいる請求項１に記載の方法。
4. 【請求項４】 ガスタービン用の燃焼器を運転する方法
   であって、前記燃焼器は、該燃焼器の軸線の周りに環状
   に配列された複数の燃料ノズルと、該ノズルの各々の周
   りに設けられており、前記燃焼器を通過する空気に渦を
   与えるスワラとを有しており、 予混合モードでの運転中に、前記ノズルの下流の燃焼区
   域に前記スワラの軸線方向両側から燃料を流す工程と、 前記燃焼区域に前記燃焼器を横切る燃料の非対称な流れ
   を生成する工程とを備えたガスタービン用の燃焼器を運
   転する方法。
5. 【請求項５】 拡散モードでの運転中、及び拡散モード
   での運転と予混合モードでの運転との間の移行期の両方
   で燃料の非対称な流れを生成する工程を更に含んでいる
   請求項４に記載の方法。
6. 【請求項６】 拡散モードでの運転と予混合モードでの
   運転との間の移行期、及び予混合モードでの運転中の両
   方で燃料の非対称な流れを生成する工程を更に含んでい
   る請求項４に記載の方法。
7. 【請求項７】 ガスタービン用の燃焼器を運転する方法
   であって、前記燃焼器は、複数のノズルを有しており、 拡散モードで動作している前記複数のノズルのうち少な
   くとも数本のノズルを通して燃料を該ノズルの下流の単
   一燃焼区域に流す工程と、 拡散モードでの運転から予混合モードでの運転への移行
   期に、予混合モードで動作している前記複数のノズルの
   うち少なくとも１つのノズルを通して燃料を前記燃焼区
   域に流し、この際に前記拡散モードで動作している前記
   数本のノズルを維持する工程と、 予混合モードでの運転中に前記燃焼器に該燃焼器に沿っ
   た軸線方向に離れた複数の位置で燃料を流す工程とを備
   えたガスタービン用の燃焼器を運転する方法。
8. 【請求項８】 前記ノズルは、前記燃焼器の軸線の周り
   に環状に配列されており、 前記燃焼器を横切る燃料の非対称な流れを前記ノズルの
   下流の燃焼区域に生成するように、前記ノズルを通る燃
   料の流れを可変制御する工程と、 前記燃焼区域の上流にスワラを設けて前記燃焼器に流れ
   る空気を旋回させる工程と、 燃料を前記燃焼器内に前記スワラの上流及び下流の軸線
   方向位置で噴射する工程とを更に含んでいる請求項７に
   記載の方法。
9. 【請求項９】 前記移行期の後に、すべてのノズルを予
   混合モードで動作させる工程を含んでいる請求項７に記
   載の方法。
10. 【請求項１０】 前記ノズルは、前記燃焼器の軸線の周
    りに環状に配列されており、 前記移行期の後に、すべてのノズルを予混合モードで動
    作させる工程と、 前記すべてのノズルが予混合モードで動作している間
    に、前記燃焼器を横切る燃料の非対称な流れを生成する
    ように該すべてのノズルを通る燃料の流れを可変制御す
    る工程とを更に含んでいる請求項７に記載の方法。