JPH11257663A

JPH11257663A - ガスタービン燃焼器

Info

Publication number: JPH11257663A
Application number: JP10063657A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Ito; 弘行伊東
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-03-13
Filing date: 1998-03-13
Publication date: 1999-09-21

Abstract

(57)【要約】【課題】燃焼ガスを生成する際、燃焼振動の発生を低く
抑えたガスタービン燃焼器を提供する。【解決手段】本発明に係るガスタービン燃焼器は、パイ
ロット燃料部２０の周方向に沿って奇数個の燃料噴出口
２３を備えたものである。

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
器に係り、特に稀薄予混合燃焼方式を用いるガスタービ
ン燃焼器に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ガスタービンプラントは、空気
圧縮機とガスタービンの間にガスタービン燃焼器を複数
個組み込み、これらのガスタービン燃焼器に圧縮機から
の圧縮空気を導き、燃料を着火し、燃焼させ高温の燃焼
ガスを生成し、この高温の燃焼ガスをガスタービンに送
ってタービン軸を回転させることにより動力を得るもの
である。

【０００３】最近のガスタービンプラントは、熱効率の
向上を図るために、ガスタービン燃焼器により生成され
る燃焼ガスの高温化、いわゆるガスタービン入口燃焼ガ
ス温度の高温化が図られている。しかし、ガスタービン
入口燃焼ガス温度の高温化に伴って、ガスタービン燃焼
器は、種々の制約を受けており、そのひとつにＮＯｘ濃
度に関する環境問題がある。

【０００４】ＮＯｘは燃焼ガスの高温化に直接依存し、
燃焼ガスが高温化すればするほど、その発生濃度も高く
なる。つまり、燃料と空気が混合して燃焼ガスを生成す
る際、当量比（燃料流量の空気流量に対して占める割
合）が１に近付くほど生成燃焼ガスが高温となり、この
高温の反応熱の作用により空気に含まれる窒素がより多
くの酸素と結合するためＮＯｘ濃度が高くなる。

【０００５】ガスタービン燃焼器には、ＮＯｘの発生を
低減させる方法として燃料に空気を予め混合させて燃料
稀薄状態で燃焼させる稀薄予混合燃焼方式がある。この
燃焼方式では、燃焼ガス生成の際、従来の拡散燃焼方式
に較べ燃焼ガスのピーク温度を低く抑えることができ、
ＮＯｘの低減が可能である。

【０００６】しかし、稀薄予混合燃焼方式は、拡散燃焼
方式に較べ燃焼の際の火炎安定性が悪く、燃焼によるガ
スタービン燃焼器内の圧力波の変動に起因する燃焼振動
を生じ易いという問題点がある。燃焼振動が特定の単一
もしくは複数の周波数域で発振しガスタービン燃焼器も
しくはガスタービン構成部品と共鳴した場合には、当該
部品を破壊に至らしめる危険性がある。

【０００７】最近、ガスタービン燃焼器内の燃焼振動を
低減する方式が数多く提案されている。その一つとし
て、特開平９−１３７９１９号公報が開示されている。

【０００８】この技術は、ガスタービン燃焼器の燃料ノ
ズルに設けた燃料噴射用枝管を、燃料ノズルの軸方向で
異なった断面に、複数本配設することによって燃料と空
気の混合の均一化を図ったものである。

【０００９】この技術によるガスタービン燃焼器は、図
３０に示すように、燃料の上流側であって、燃料ノズル
１の軸方向に対し、縦方向に延びる燃料噴射用枝管２ａ
と、燃料の下流側であって、燃料ノズル１の軸方向に対
し、横方向に延びる燃料噴射用枝管２ｂが配設される。
これら燃料噴射用枝管２ａ，２ｂには、各枝管毎に複数
個の燃料噴射口３が空気の流れに向って開口して設けら
れ、また燃料噴射用枝管２ａの下流側には、予混合を抑
制する一因となる後流渦の発生を抑制するスタビライザ
４を配置して燃料と空気の混合の均一化ひいては燃焼の
安定化が図られている。

【００１０】また、特開平３−１５５０２号公報に開示
された技術は、旋回器を備えたガスタービン燃焼器にお
いて、燃料ノズル近傍の器壁面を粗面にすることにより
燃焼振動の発生を抑制するものである。

【００１１】この技術によるガスタービン燃焼器は、図
３１および図３２に示すように、燃料ノズル１と旋回器
５を備えた燃焼器ライナ６の器壁面７の燃料ノズル１近
傍に、粗面δを設置することにより、矢印Ｓで示す旋回
流によって生じる渦層の形成を阻害し、燃焼振動発生の
抑制が図られている。

【００１２】また、特開平７−２８０２７０号公報に開
示された技術は、ガスタービン燃焼器に接続されたダク
ト部または車室部に穴を設け、この穴を塞ぐように充填
部材を配置するとともに、穴の開口度を制御する弁を設
け、流体の流れを防いで音響的な特性を変えて燃焼振動
の発生を防止するものである。

【００１３】この技術によるガスタービン燃焼器は、図
３３に示すように、車室９に収容する燃焼器外筒１０お
よび尾筒１１に穴１２ａ，１２ｂを一方の穴１２ａにバ
イパス弁１３を設置するとともに、他方の穴１２ｂに管
１４を接続し、同管１４の先端に開度を全閉から全開に
亘って調整できる制御弁１５を設け、また管内に穴１２
ｂを塞ぎ音響インピーダンスが低く流体インピーダンス
が高い耐熱性の充填部材１６を配置することにより、音
響面からの燃焼振動の制御が図られている。

【００１４】このように、従来のガスタービン燃焼器
は、上述のように予混合ガスの混合を促進して燃焼を
安定させ、燃焼器ライナ周方向に沿った渦層を抑制
し、燃焼器ライナの音響特性を調整する、という手法
を用いて燃焼振動抑制に対処していた。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】最近のガスタービンプ
ラントにおいては、さらなる低ＮＯｘ化の観点から、拡
散燃焼方式よりも稀薄予混合燃焼方式の方が占める割合
が増加している今日、稀薄予混合燃焼割合の増大に伴う
燃焼振動のさらになる低減が求められている。燃焼振動
を抑制することによりガスタービン燃焼器の静粛性、ガ
スタービン燃焼器やタービン機器類の耐久性を強化した
ものの開発が求められている。

【００１６】ところが、図３０で示す従来のガスタービ
ン燃焼器は、燃料ノズル１に設けた燃料噴射用枝管２
ａ，２ｂの位置を、軸方向で複数本ずつずらすことによ
って予混合燃料の混合均一化を行っているが、燃料噴射
用枝管２ａ，２ｂが偶数個であるため混合気が周方向に
偶数に分配され周方向の熱発生位置が偶数になることに
より燃焼室内で生じる音響振動の偶数の圧力の腹と熱発
生位置が一致して周方向の音響燃焼振動が大きくなる可
能性がある。

【００１７】また、図３１および図３２で示す従来のガ
スタービン燃焼器は、器壁面７を粗面８にする範囲が燃
料ノズル１の近傍に限られることにより燃焼室内で生じ
た圧力波を散乱させる部位も燃料ノズル１の近傍に限ら
れる。

【００１８】稀薄予混合燃焼割合を増加させるニーズが
増す状況の中、燃焼振動を生じない、また生じた燃焼振
動を増幅させず減衰する、あるいは特定の周波数で発振
しないガスタービン燃焼器の実現が望まれている。

【００１９】本発明は、このような事情に基づいてなさ
れたもので、拡散燃焼方式よりも燃焼安定性の悪い稀薄
予混合燃焼方式の割合増加においても、燃焼振動を生じ
ないガスタービン燃焼器を提供することを目的とする。

【００２０】また、本発明は、燃焼振動、特に音響学的
共鳴振動のガスタービン燃焼器軸直角面方向の振動に対
し振動を減衰し、特定周波数発振を消失させるガスター
ビン燃焼器を提供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明に係るガスタービ
ン燃焼器は、上記目的を達成するために、請求項１に記
載したように、燃焼室を形成する燃焼器ライナの頭部側
にパイロット燃料部を備え、上記燃焼器ライナの外側に
予混合燃料部を設けたガスタービン燃焼器において、上
記パイロット燃料部の周方向に沿って奇数個の燃料噴出
口を備えたものである。

【００２２】また、本発明に係るガスタービン燃焼器
は、上記目的を達成するために、請求項２に記載したよ
うに、燃焼室を形成する燃焼器ライナの頭部側にパイロ
ット燃料部を備え、上記燃焼器ライナの外側に予混合燃
料部を設けたガスタービン燃焼器において、上記パイロ
ット燃料部の周方向に沿い、かつ軸方向の異なる位置に
奇数個の燃料噴出口を備えたものである。

【００２３】また、本発明に係るガスタービン燃焼器
は、上記目的を達成するために、請求項３に記載したよ
うに、燃料室を形成する燃焼器ライナの頭部側にパイロ
ット燃料部を備え、上記燃焼器ライナの外側に予混合燃
料部を設けたガスタービン燃焼器において、上記パイロ
ット燃料部の周方向に沿って奇数個の旋回羽根を備えた
ものである。

【００２４】また、本発明に係るガスタービン燃焼器
は、上記目的を達成するために、請求項４に記載したよ
うに、燃焼室を形成する燃焼器ライナの頭部側にパイロ
ット燃料部を備え、上記燃焼器ライナの外側に予混合燃
料部を設けたガスタービン燃焼器において、上記パイロ
ット燃料部の周方向に沿って設けた燃料噴出口と、この
燃料噴出口の上流側に設けた旋回羽根とを備え、上記燃
料噴出口の個数をｎ個とするとき、上記旋回羽根の個数
を、ａを正の整数とすると、（ｎ＋２ａ）個および（ｎ
−２ａ）個のいずれか一方を選択したものである。

【００２５】また、本発明に係るガスタービン燃焼器
は、上記目的を達成するために、請求項５に記載したよ
うに、燃焼室を形成する燃焼器ライナの頭部側にパイロ
ット燃料部を備え、上記燃焼器ライナの外側に予混合燃
料部を設けたガスタービン燃焼器において、上記予混合
燃料部の予混合ダクトに、同一周方向線上に対し、奇数
個の吹出口を備えたものである。

【００２６】また、本発明に係るガスタービン燃焼器
は、上記目的を達成するために、請求項６に記載したよ
うに、燃焼室を形成する燃焼器ライナの頭部側にパイロ
ット燃料部を備え、上記燃焼器ライナの外側に予混合燃
料部を設けたガスタービン燃焼器において、上記予混合
燃料部の周方向に沿い、かつ軸方向の異なる位置に奇数
個の予混合ダクトの吹出口を備えたものである。

【００２７】また、本発明に係るガスタービン燃焼器
は、上記目的を達成するために、請求項７に記載したよ
うに、燃焼室を形成する燃焼器ライナの頭部側にパイロ
ット燃料部を備え、上記燃焼器ライナの外側に予混合燃
料部を設けたガスタービン燃焼器において、上記パイロ
ット燃料部の周方向に沿って設けた燃料噴出口と、上記
予混合燃料部の予混合ダクトに設けた吹出口とを備え、
上記燃料噴出口の個数をｎ個とするとき、上記吹出口の
個数を、ａを正の整数とすると、（ｎ＋２ａ）個および
（ｎ−２ａ）個のいずれか一方を選択したものである。

【００２８】また、本発明に係るガスタービン燃焼器
は、上記目的を達成するために、請求項８に記載したよ
うに、燃焼室を形成する燃焼器ライナの頭部側にパイロ
ット燃料部を備え、上記燃焼器ライナの外側に予混合燃
料部を設けたガスタービン燃焼器において、上記予混合
燃料部の予混合ダクトに、上流側の吹出口と後流側の吹
出口とを設け、上流側の同一周方向線上の吹出口の口径
と隣りの吹出口の口径とを互いに異ならしめるととも
に、後流側の同一周方向線上の吹出口の口径と隣りの吹
出口の口径とを互いに異ならしめたものである。

【００２９】また、本発明に係るガスタービン燃焼器
は、上記目的を達成するために、請求項９に記載したよ
うに、燃焼室を形成する燃焼器ライナの頭部側にパイロ
ット燃料部を備え、上記燃焼器ライナの外側に予混合燃
料部を設けたガスタービン燃焼器において、上記燃焼室
の頭部側の開口面積を、後流側の開口面積に較べて相対
的に小さく形成したものである。

【００３０】また、本発明に係るガスタービン燃焼器
は、上記目的を達成するために、請求項１０に記載した
ように、燃焼室を形成する燃焼器ライナの頭部側にパイ
ロット燃料部を備え、上記燃焼器ライナの外側に予混合
燃料部を設けたガスタービン燃焼器において、上記燃焼
器ライナに凹陥部を形成したものである。

【００３１】また、本発明に係るガスタービン燃焼器
は、上記目的を達成するために、請求項１１に記載した
ように、凹陥部は、その底面の形状を円形状にし、その
高さ方向の断面形状を台形状、半球状、および円錐状の
いずれか一方を選択して形成したものである。

【００３２】また、本発明に係るガスタービン燃焼器
は、上記目的を達成するために、請求項１２に記載した
ように、凹陥部は、その底面の形状を三角状にし、その
高さ方向の断面形状を台形状および角錐状のいずれか一
方を選択して形成したものである。

【００３３】また、本発明に係るガスタービン燃焼器
は、上記目的を達成するために、請求項１３に記載した
ように、凹陥部は、その底面の形状を長円状にし、その
高さ方向の断面形状を台形状、半球状、および円錐状の
いずれか一方を選択して形成したものである。

【００３４】また、本発明に係るガスタービン燃焼器
は、上記目的を達成するために、請求項１４に記載した
ように、凹陥部を、燃焼器ライナの軸方向に沿って形成
したものである。

【００３５】また、本発明に係るガスタービン燃焼器
は、上記目的を達成するために、請求項１５に記載した
ように、凹陥部を、燃焼器ライナの周方向に沿って形成
したものである。

【００３６】また、本発明に係るガスタービン燃焼器
は、上記目的を達成するために、請求項１６に記載した
ように、凹陥部を、燃焼器ライナの周方向に沿ってスパ
イラル状に形成したものである。

【００３７】また、本発明に係るガスタービン燃焼器
は、上記目的を達成するために、請求項１７に記載した
ように、燃焼室を形成する燃焼器ライナの頭部側にパイ
ロット燃料部を備え、上記燃焼器ライナの外側に予混合
燃料部を設けたガスタービン燃焼器において、上記燃焼
器ライナに、別個に設置した隣りの燃焼器ライナに接続
する火炎伝播管を備え、この火炎伝播管の中間部分に共
鳴室を設けたものである。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るガスタービン
燃焼器の実施形態を図面および図中に付した符号を引用
して説明する。

【００３９】第１実施形態（図１，図２，図３）図１〜図３は、本発明に係るガスタービン燃焼器の第１
実施形態を示すもので、図１は、ガスタービン燃焼器の
概略断面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ矢視方向に沿
う切断断面図であり、図３は、燃料の噴出に基づく圧力
波を節直径であらわした図である。

【００４０】ガスタービン燃焼器は、ケーシング１７に
収容され、燃焼室１８を形成する燃焼器ライナ１９と、
燃焼器ライナ１９の頭部側に設置されたパイロット燃料
部２０と、燃焼器ライナ１９の外側に設置した予混合燃
料部２１とを備えた構成になっている。

【００４１】燃焼器ライナ１９は、長筒状に形成し、パ
イロット燃料部２０から噴出される燃料を拡散燃焼させ
て燃焼ガスを生成し、その燃焼ガスをガスタービン駆動
ガスとしてガスタービン（図示せず）に供給するように
なっている。

【００４２】また、パイロット燃料部２０は、旋回羽根
２２の後流側に燃料噴出口２３を備え、燃料噴出口２３
から噴出する燃料に、旋回羽根２３からの旋回空気を加
え、燃料に旋回流を与えて燃焼室１８に噴出し、保炎
（火種）としての機能を果している。

【００４３】また、予混合燃料部２１は、燃料ノズル２
４と予混合ダクト２５を備え、燃料ノズル２４から噴出
する燃料を予混合ダクト２５で空気を加え、稀薄予混合
燃料にして吹出口２６から燃焼室１８に噴出し、ガスタ
ービン駆動ガスとしての燃焼ガスを生成している。

【００４４】一方、パイロット燃料部２０は、燃料噴出
口２３から燃焼室２８に噴出する際、いわゆる燃焼振動
を発生させている。この場合、パイロット燃料部２０
を、半径Ｒ、長さｌの円筒容器として模式化すると、音
響学的に取扱う固有振動数ｆは、次式で与えられる。

【００４５】

【数１】ここで、ａは音速、ｎz はゼロを含む任意の正の整数で
振動モード次数、αmnはベッセル関数の解で、無次元数
をそれぞれ表わしている。

【００４６】パイロット燃料部２０を模式化し、実験か
ら求めたデータを基に上式から固有振動数ｆを算出する
と、パイロット燃料部２０の周方向の振動モードは、図
３に示すように、ゼロ次モードから５次モードまでを節
直径で表示するとき、圧力変動の疎密波の腹および節の
数が偶数になっている。このため、燃焼振動を考察する
とき、圧力波の腹の部分に振動の発生要因となる圧力波
発生装置を設置すると、その圧力波の波形はより一層増
幅し、騒音の増加となり、ひいては振動に基づく構成機
器の損傷の要因にもなる。

【００４７】圧力波の波形をより一層低く抑えるために
は、上述の分析結果から圧力波発生装置を奇数個にする
ことが必要とされる。

【００４８】本実施形態は、上述の現象を考慮したもの
で、燃料噴出口２３を、図２に示すように、円筒状のパ
イロット燃料部２０に対し、その周方向に奇数個、例示
として５個を等分角度に配置したものである。

【００４９】このように、本実施形態では、燃料噴出口
２３の個数を奇数にし、圧力波の腹の部分に相当する位
置からずらしたので、パイロット燃料部２０の周方向の
振動を従来に較べて低く抑えることができ、ガスタービ
ン燃焼器に安定した燃焼運転を行わせることができる。

【００５０】第２実施形態（図４，図５）図４および図５は、本発明に係るガスタービン燃焼器の
第２実施形態を示すもので、図４は、パイロット燃料部
の側面図であり、図５は図４のＢ−Ｂ矢視方向に沿う切
断断面図である。なお、第１実施形態の構成部品と同一
部分には同一符号を付す。

【００５１】本実施形態は、燃料噴出口２３を、第１実
施形態と同様に奇数個、具体的には５個にし、燃料噴出
口２３のうち、第１燃料噴出口２３ａ、第２燃料噴出口
２３ｂ、第３燃料噴出口２３ｃ、第４燃料噴出口２３
ｄ、第５燃料噴出口２３ｅのそれぞれをパイロット燃料
部２０の軸方向に対し、設置位置をずらすとともに、図
４に示すように、パイロット燃料部２０の周方向に対
し、等分角度に配置したものである。

【００５２】このように、本実施形態では、燃料噴出口
２３のうち、各燃料噴出口２３ａ〜２３ｅを、パイロッ
ト燃料部２０の軸方向に対して設置位置をずらすととも
に、パイロット燃料部２０の周方向に対し、等分角度に
配置したので、燃焼室から各燃料噴出口２３ａ〜２３ｅ
にフィードバックされる圧力波の位相がずれ、各燃料噴
出口２３ａ〜２３ｅの燃料噴出量に基づく圧力波の位相
もずれ、これに伴ってガスタービン燃焼器の燃焼振動の
発生を低く抑えることができる。

【００５３】第３実施形態（図６，図７）図６および図７は、本発明に係るガスタービン燃焼器の
第３実施形態を示すもので、図６は、ガスタービン燃焼
器の概略断面図であり、図７は、図６のＣ−Ｃ矢視方向
に沿う切断断面図である。なお、第１実施形態の構成部
品と同一部分には同一符号を付す。

【００５４】本実施形態は、燃料噴出口２３の上流側に
設置した旋回羽根２２を、奇数個にしてパイロット燃料
部２０の周方向に沿って設置したものである。

【００５５】旋回羽根２２は、図７に示すように、パイ
ロット燃料部２０の周方向に対し、奇数個、例示として
９個にし、等分角度で設置される。なお、他の構成は、
第１実施形態と同様なので、同一符号を付すにとどめ
る。

【００５６】一般に、パイロット燃料部２０は、燃料噴
出口２３から燃料を噴出させる際、旋回羽根２２から与
えられた燃焼用空気の旋回流とともに燃焼室１８に噴出
し、ここで拡散燃焼が行われる。この場合、旋回流の燃
焼用空気が加えられた燃料には、周方向の速度成分、濃
淡濃度の片寄り分布、これに基づく熱発生率不均等分布
が発生する。この燃料の熱発生率不均等分布に対し、旋
回羽根２２を偶数個にしておくと、上述で説明したよう
に、燃料噴出口２３から噴出する燃料に基づく圧力波の
腹の部分に、旋回羽根２２から与えられた燃焼用空気の
旋回流に基づく圧力波の腹の部分が加わり、燃焼振動を
増幅させる要因になる。

【００５７】本実施形態は、このような点を考慮したも
ので、旋回羽根２２を、パイロット燃料部２２の周方向
に奇数個にして設置し、燃料の噴出に基づく圧力波の腹
の部分と、燃焼用空気の旋回流に基づく圧力波の腹の部
分とが重ならないようにしたものである。

【００５８】したがって、本実施形態では、旋回羽根２
２を奇数個にし、燃料の噴出に基づく圧力波の腹の部分
と燃焼用空気の旋回流に基づく圧力波の腹の部分とが重
ならないようにしたので、燃焼振動の発生を低く抑える
ことができる。

【００５９】第４実施形態（図８，図９，図１０）図８〜図１０は、本発明に係るガスタービン燃焼器の第
４実施形態を示すもので、図８は、ガスタービン燃焼器
の概略断面図であり、図９は、図８のＤ−Ｄ矢視方向に
沿う切断断面図であり、図１０は、図８のＥ−Ｅ矢視方
向に沿う切断断面図である。なお、第１実施形態の構成
部品と同一部分には同一符号を付す。

【００６０】本実施形態は、パイロット燃料部２０の周
方向に沿って設置した燃料噴出口２３および旋回羽根２
２のうち、燃料噴出口２３の個数をｎ個とした場合、旋
回羽根２２の個数を（ｎ＋２ａ）または（ｎ−２ａ）個
（但し、ａは正の整数）に設定したものである。

【００６１】第１実施形態、第２実施形態および第３実
施形態は、旋回羽根２２および燃料噴出口２３の個数を
奇数個に設定しているが、旋回羽根２２および燃料噴出
口２３の奇数の個数が同一の場合、燃焼室１８に供給さ
れる燃料の濃淡濃度分布の数が偶数になることが生じ得
る。例えば、旋回羽根２２の個数を５個とし、燃料噴出
口２３の個数も５個としたとき、これらをパイロット燃
料部２０の周方向に沿ってピッチを半分ずらして設置し
た場合、濃淡濃度分布の数は１０個になり、偶数とな
る。

【００６２】本実施形態は、このような点を考慮したも
ので、燃料噴出口２３の個数を、図９に示すように、ｎ
個にした場合、旋回羽根２２の個数を、図１０に示すよ
うに、（ｎ＋２ａ）または（ｎ−２ａ）にし、それぞれ
を互いに異なる個数に設定したものである。

【００６３】したがって、本実施形態では、パイロット
燃料部２０に設置する旋回羽根２２の個数と燃料噴出口
２３の個数とを互いに異ならしめたので、燃料の噴出に
基づく圧力波の腹の部分と燃焼用空気の旋回流に基づく
圧力波の腹の部分とが互いに重ならず、燃焼振動の発生
を低く抑えることができる。

【００６４】第５実施形態（図１１，図１２）図１１および図１２は、本発明に係るガスタービン燃焼
器の第５実施形態を示すもので、図１１はガスタービン
燃焼器の概略断面図であり、図１２は、図１１のＦ−Ｆ
矢視方向に沿う切断断面図である。なお、第１実施形態
の構成部品と同一部分には同一符号を付す。

【００６５】本実施形態は、図１１および図１２に示す
ように、予混合燃料部２１からの予混合燃料を燃焼室１
８に吹き出す際、燃焼器ライナ１９の周方向に設置した
同一周方向線上の吹出口２６を、奇数個、例示として７
個に設定したものである。

【００６６】このように、本実施形態では、燃焼器ライ
ナ１９の周方向に設定した同一周方向線上の吹出口２６
を、奇数個にし、燃焼室１８の周方向に吹き出す予混合
燃料の濃淡濃度不均等分布を少なくさせたので、燃焼振
動の発生を低く抑えることができる。

【００６７】第６実施形態（図１３，図１４）図１３および図１４は、本発明に係るガスタービン燃焼
器の第６実施形態を示すもので、図１３は、ガスタービ
ン燃焼器の概略断面図であり、図１４は、図１３のＧ−
Ｇ矢視方向に沿う切断断面図である。なお、第１実施形
態の構成部品と同一部分には同一符号を付す。

【００６８】本実施形態は、図１３および図１４に示す
ように、燃焼器ライナ１９の周方向に沿って設置した複
数個、例示として５個の予混合ダクト２５の軸方向に延
び位置を、燃焼器ライナ１９の軸方向に対し、それぞれ
異ならしめたものである。

【００６９】このように、本実施形態は、複数個の予混
合ダクト２５の軸方向に延び位置を、燃焼器ライナ１９
の軸方向に対し、それぞれ異ならしめ、各予混合ダクト
２５から噴出する予混合燃料に基づく圧力波の各位相を
ずらしたので、燃焼室に発生する燃焼振動を低く抑える
ことができる。

【００７０】第７実施形態（図１５，図１６，図１７）図１５〜図１７は、本発明に係るガスタービン燃焼器の
第７実施形態を示すもので、図１５は、ガスタービン燃
焼器の断面図であり、図１６は、図１５のＨ−Ｈ矢視方
向に沿う切断断面図であり、図１７は、図１５のＩ−Ｉ
矢視方向に沿う切断断面図である。なお、第１実施形態
の構成部品と同一部分には同一符号を付す。

【００７１】本実施形態は、図１５〜図１７に示すよう
に、パイロット燃料部２０の周方向に沿って設置した燃
料噴出口２３の個数をｎ個にした場合、燃焼器ライナ１
９の周方向に沿って設置した予混合ダクト２５の吹出口
２６の同一周方向線上の個数を（ｎ＋２ａ）または（ｎ
−２ａ）個（但し、ａは正の整数）に設定したものであ
る。

【００７２】第１実施形態、第２実施形態および第５実
施形態は、燃料噴出口２３および予混合ダクト２５の吹
出口２６を奇数個に設定しているが、燃料噴出口２３お
よび予混合ダクト２５の吹出口２６の奇数が同一の場
合、燃焼室１８に供給される燃料の濃淡濃度分布の数お
よび燃焼室１８に供給される予混合燃料の濃淡濃度分布
の数が第４実施形態で説明した同じ理由により偶数にな
ることが生じ得る。

【００７３】本実施形態は、このような点を考慮したも
ので、燃料噴出口２３の個数を、図１６に示すように、
ｎ個にした場合、予混合ダクト２５の吹出口２６の同一
周方向線上の個数を、図１７に示すように、（ｎ＋２
ａ）または（ｎ−２ａ）個にし、それぞれを互いに異な
る個数に設定したものである。

【００７４】このように、本実施形態では、パイロット
燃料部２０に設置する燃料噴出口２３の個数と、燃焼器
ライナ１９に設置する予混合ダクト２５の吹出口２６の
個数とを互いに異ならしためたので、燃料の噴出に基づ
く圧力波の腹の部分と予混合燃料の噴出に基づく圧力波
の腹の部分とが互いに重ならず、燃焼振動の発生を低く
抑えることができる。

【００７５】第８実施形態（図１８）図１８は、本発明に係るガスタービン燃焼器の第８実施
形態を示すもので、燃焼器ライナを展開した平面図であ
る。なお、第１実施形態の構成部品と同一部分には同一
符号を付す。

【００７６】本実施形態は、燃焼器ライナ１９の周方向
に沿って設置した予混合ダクト２５の燃焼ガスの上流側
に位置し、かつ同一周方向線Ｘ上に形成した吹出口２６
ａ₁の口径と、隣りの吹出口２６ａ₂の口径とを互いに
異ならしめるとともに、燃焼ガスの後流側に位置し、か
つ同一周方向線Ｙ上に順次形成した吹出口２６ｂ₁の口
径と、隣りの吹出口２６ｂ₂の口径とを互いに異ならし
めたものである。

【００７７】このように、本実施形態では、同一周方向
線Ｘ上に順次形成した吹出口２６ａ₁の口径と、隣りの
吹出口２６ａ₂の口径とを互いに異ならしめるととも
に、同一周方向線Ｙ上に順次形成した吹出口２６ｂ₁の
口径と、隣りの吹出口２６ｂ₂の口径とを互いに異なら
しめ、一方の吹出口２６ａ₁，２６ｂ₁から噴出する予
混合燃料に基づく圧力波の腹の部分と隣りの吹出口２６
ａ₂，２６ｂ₂から噴出する予混合燃料に基づく圧力波
の腹の部分とが重ならないようにして燃焼器ライナ１９
の周方向の振動を低く抑えたので、ガスタービン燃焼器
に安定した燃焼運転を行わせることができる。

【００７８】第９実施形態（図１９）図１９は、本発明に係るガスタービン燃焼器の第９実施
形態を示す概略断面図である。なお、第１実施形態の構
成部品と同一部分には同一符号を付す。

【００７９】本実施形態は、燃焼器ライナ１９内に形成
した燃焼室１８の上流側（頭部側）の平均ガス流速Ｖ₁
がその後流側（ガスタービン側）の平均燃焼ガス流速Ｖ
₂に較べて若干高くなる範囲で、その上流側の口径をＤ
₁とし、その後流側の口径をＤ₂とするとき、上流側の
口径Ｄ₁と後流側の口径Ｄ₂との関係を、

【数２】Ｄ₁＜Ｄ₂に設定したものである。

【００８０】一般に、燃焼器ライナ１９の固有振動数
は、既に述べた式（１）に示すように、口径の大小によ
り変化する。特に、燃焼器ライナ１８は、上流側の比較
的小さな口径から後流側に向って徐々に大きな口径に変
化させると、異常な波形の振動が発生しないことが知ら
れている。また、燃焼器ライナ１９は、燃焼ガスの上流
側から後流側に向ってその口径を徐々に大きく変化させ
ると、燃焼ガスの圧力波が壁面に対する反射、燃焼ガス
の干渉が少なくなることが知られている。燃焼ガスの圧
力波の壁面に対する反射を少なくする観点から、燃焼ガ
スの上流側の口径Ｄ₁から燃焼ガスの後流側の口径Ｄ₂
に徐々に大きくする場合、その傾斜長さＬは、燃焼振動
の波長より大きくすることが望ましい。

【００８１】本実施形態は、このような点に着目したも
ので、燃焼器ライナ１９の燃焼ガスの後流側の口径Ｄ₂
を、その上流側の口径Ｄ₁よりも大きくしたものであ
る。

【００８２】したがって、本実施形態では、燃焼器ライ
ナ１９の口径を、燃焼ガスの上流側からその後流側に向
って徐々に大きくして燃焼ガスの壁面に対する反射等を
少なくさせ、火炎の安定化を図ったので、燃焼振動の発
生を低く抑えることができる。

【００８３】第１０実施形態（図２０（ａ），（ｂ），
（ｃ））図２０は、本発明に係るガスタービン燃焼器の第１０実
施形態を示すもので、（ａ）は、燃焼器ライナの一部切
部分斜視図であり、（ｂ）は、燃焼器ライナに形成する
凹陥部を示す平面図であり、（ｃ）は、（ｂ）の側断面
図である。

【００８４】本実施形態は、図２０の（ａ）に示すよう
に、燃焼器ライナ１９の軸方向線Ｚに沿って凹陥部２７
を形成したものである。凹陥部２７は、その底面の形状
を、図２０の（ｂ）に示すように、燃焼振動の大きな波
形を吸収するに必要な直径をＤとする円形状に形成し、
その高さ方向の形状を、図２０の（ｃ）に示すように、
台形状に形成する。なお、凹陥部２７の高さ方向の形状
は、図２１に示すように半球状にしてもよく、また、図
２２に示すように、円錐形状にしてもよい。

【００８５】このように、本実施形態は、燃焼器ライナ
１９の軸方向線Ｚに沿って凹陥部２７を形成し、凹陥部
２７の底面の形状を円形状にし、その高さ方向の形状を
台形状、半球状および円錐形状のいずれか一つに形成
し、燃焼ガスに基づく圧力波のうち、異常波形を凹陥部
２７で吸収または小さくして散乱させたので、燃焼振動
の発生を低く抑えることができる。

【００８６】第１１実施形態（図２３（ａ），（ｂ），
（ｃ））図２３は、本発明に係るガスタービン燃焼器の第１１実
施形態を示すもので、（ａ）は、燃焼器ライナの一部切
部分斜視図であり、（ｂ）は、燃焼器ライナに形成する
凹陥部を示す平面図であり、（ｃ）は、（ｂ）の側断面
図である。

【００８７】本実施形態は、第１０実施形態と同様に、
図２３の（ａ）に示すように、燃焼器ライナ１９の軸方
向線Ｚに沿って凹陥部２７を形成し、その底面形状を図
２３の（ｂ）に示すように、燃焼振動の大きな波形を吸
収するに必要な一辺の長さＬとする三角形状に形成し、
その高さ方向の形状を、図２３の（ｃ）に示すように、
台形状に形成したものである。なお、高さ方向の形状
は、図２２で示した角錐状にしてもよい。

【００８８】このように、本実施形態は、燃焼器ライナ
１９の軸方向線Ｚに沿って凹陥部２７を形成し、凹陥部
２７の底面の形状を三角形状にし、その高さ方向の形状
を台形状に形成し、燃焼ガスに基づく圧力波のうち、異
常波形を凹陥部２７で吸収または小さく散乱させたの
で、台１０実施形態と同様に燃焼振動の発生を低く抑え
ることができる。

【００８９】第１２実施形態（図２４（ａ），（ｂ），
（ｃ））図２４は、本発明に係るガスタービン燃焼器の第１２実
施形態を示すもので、（ａ）は、燃焼器ライナの一部切
部分斜視図であり、（ｂ）は、燃焼器ライナに形成する
凹陥部を示す平面図であり、（ｃ）は、（ｂ）の側断面
図である。

【００９０】本実施形態は、第１０実施形態と同様に、
図２４の（ａ）に示すように、燃焼器ライナ１９の軸方
向線Ｚに沿って凹陥部２７を形成し、その底面形状を図
２４の（ｂ）に示すように、燃焼振動の大きな波形を吸
収するに必要な軸径Ｄとする長円形状に形成し、その高
さ方向の形状を、図２４の（ｃ）に示すように、台形状
に形成したものである。なお、高さ方向の形状は、図２
１に示すように、半球状、または図２２に示すように、
円錐状にしてもよい。

【００９１】このように、本実施形態では、燃焼器ライ
ナ１９の軸方向線Ｚに沿って凹陥部２７を形成し、凹陥
部２７の底面の形状を長円形状にし、その高さ方向の形
状を台形状、半球状および円錐状のいずれかに形成し、
燃焼ガスに基づく圧力波のうち、異常波形を凹陥部２７
で吸収または小さく散乱させたので、第１０実施形態と
同様に燃焼振動との発生を低く抑えることができる。

【００９２】第１３実施形態（図２５）図２５は、本発明に係るガスタービン燃焼器の台１３実
施形態を示すもので、燃焼器ライナを示す一部切欠部分
斜視図である。

【００９３】本実施形態は、燃焼器ライナ１９の軸方向
に沿って長く延び、燃焼振動の大きな波形を吸収するに
必要な幅ｂとする凹陥部２７を形成したものである。な
お、凹陥部２７は、図２６に示すように、燃焼器ライナ
１９の周方向に沿って形成してもよく、また、図２７に
示すように、軸方向に沿ってスパイラル状に形成しても
よい。

【００９４】このように、本実施形態は、燃焼器ライナ
１９に凹陥部２７を形成し、凹陥部２７を軸方向に沿っ
て長く延ばすか、凹陥部２７を周方向に沿って形成する
か、あるいは凹陥部２７をスパイラル状に形成するかの
いずれかを選択し、燃焼ガスに基づく圧力波のうち、異
常波形を凹陥部２７で吸収または小さく散乱させたの
で、第１０実施形態と同様に燃焼振動の発生を低く抑え
ることができる。

【００９５】第１４実施形態（図２８，図２９）図２８および図２９は、本発明に係るガスタービン燃焼
器の第１４実施形態を示すもので、図２８は、火炎伝播
管を示す概略斜視図であり、図２９は、図２８のＪ−Ｊ
矢視方向に沿う断面図である。

【００９６】本実施形態は、図２８に示すように、火炎
伝播管２８の中間部分に共鳴室２９を設けるとともに、
図２９に示すように、火炎伝播管２８を流れる火炎の燃
焼振動を共鳴室２９に吸収させる穴３０を設けたもので
ある。

【００９７】一般に、ガスタービン燃焼器は、ガスター
ビンと空気圧縮機との間に６缶〜３２缶が設けられてお
り、複数缶のうち、数缶だけ燃料着火器を設けて火炎を
生成し、その火炎を火炎伝播管を介して隣りの缶に案内
している。この場合、火炎が火炎伝播管２８を介して隣
りの缶に案内されるとき、ガスタービン燃焼器は、燃焼
振動を発生している。

【００９８】本実施形態は、火焔が火炎伝播管２８を介
して隣りの缶に案内される際に発生する燃焼振動を、穴
３０を介して共鳴室２９で吸収させたものである。

【００９９】このように、本実施形態は、火炎伝播管２
８を流れる火炎の燃焼振動を、共鳴室２９で吸収させた
ので、燃焼振動に基づく騒音を低く抑えることができ
る。

【０１００】

【発明の効果】以上説明のとおり、本発明に係るガスタ
ービン燃焼器は、燃焼振動の発生源となる燃料噴出口、
旋回羽根、予混合ダクトの吹出口を奇数個に設定し、各
発生源から発生する圧力波の腹の部分が燃焼ガスから発
生する圧力波の腹の部分とが重ならないようにしたの
で、燃焼振動の発生を従来に較べて低く抑えることがで
きる。

【０１０１】その際、燃料噴出口と旋回羽根または予混
合ダクトの吹出口とを組み合せて考えた場合、トータル
として燃料の濃淡濃度分布数が偶数個にならないよう
に、一方をｎ個とするとき、他方を（ｎ＋２ａ）または
（ｎ−２ａ）個に設定したので、燃焼振動の発生をより
一層低く抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るガスタービン燃焼器の第１実施形
態を示す概略断面図。

【図２】図１のＡ−Ａ矢視方向に沿う切断断面図。

【図３】燃料の噴出に基づく圧力波を節直径で表わした
図。

【図４】本発明に係るガスタービン燃焼器の第２実施形
態を示すもので、パイロット燃料部の側面図。

【図５】図４のＢ−Ｂ矢視方向に沿う切断断面図。

【図６】本発明に係るガスタービン燃焼器の第３実施形
態を示す概略断面図。

【図７】図６のＣ−Ｃ矢視方向に沿う切断断面図。

【図８】本発明に係るガスタービン燃焼器の第４実施形
態を示す概略断面図。

【図９】図８のＤ−Ｄ矢視方向に沿う切断断面図。

【図１０】図８のＥ−Ｅ矢視方向に沿う切断断面図。

【図１１】本発明に係るガスタービン燃焼器の第５実施
形態を示す概略断面図。

【図１２】図１１のＦ−Ｆ矢視方向に沿う切断断面図。

【図１３】本発明に係るガスタービン燃焼器の第６実施
形態を示す概略断面図。

【図１４】図１３のＧ−Ｇ矢視方向に沿う切断断面図。

【図１５】本発明に係るガスタービン燃焼器の第７実施
形態を示す概略断面図。

【図１６】図１５のＨ−Ｈ矢視方向に沿う切断断面図。

【図１７】図１５のＩ−Ｉ矢視方向に沿う切断断面図。

【図１８】本発明に係るガスタービン燃焼器を示すもの
で、燃焼器ライナを展開した平面図。

【図１９】本発明に係るガスタービン燃焼器の第９実施
形態を示す概略断面図。

【図２０】本発明に係るガスタービン燃焼器の第１０実
施形態を示すもので、（ａ）は、燃焼器ライナの一部切
欠部分斜視図、（ｂ）は、燃焼器ライナに形成する凹陥
部を示す平面図、（ｃ）は、（ｂ）の側断面図。

【図２１】本発明に係るガスタービン燃焼器の第１０実
施形態における第１変形例を示す図。

【図２２】本発明に係るガスタービン燃焼器の第１０実
施形態における第２変形例を示す図。

【図２３】本発明に係るガスタービン燃焼器の第１１実
施形態を示すもので、（ａ）は、燃焼器ライナの一部切
欠部分斜視図、（ｂ）は、燃焼器ライナに形成する凹陥
部を示す平面図、（ｃ）は、（ｂ）の側断面図。

【図２４】本発明に係るガスタービン燃焼器の第１２実
施形態を示すもので、（ａ）は、燃焼器ライナの一部切
欠部分斜視図、（ｂ）は、燃焼器ライナに形成する凹陥
部を示す平面図、（ｃ）は、（ｂ）の側断面図。

【図２５】本発明に係るガスタービン燃焼器の第１３実
施形態を示すもので、燃焼器ライナを示す一部切欠部分
斜視図。

【図２６】本発明に係るガスタービン燃焼器の第１３実
施形態における第１変形例を示す図。

【図２７】本発明に係るガスタービン燃焼器の第１３実
施形態における第２変形例を示す図。

【図２８】本発明に係るガスタービン燃焼器の第１４実
施形態を示すもので、火炎伝播管を示す概略斜視図。

【図２９】図２８のＪ−Ｊ矢視方向に沿う断面図。

【図３０】従来のガスタービン燃焼器を示す概略断面
図。

【図３１】従来の別のガスタービン燃焼器を示す概略断
面図。

【図３２】図３１のＫ−Ｋ矢視方向に沿う切断断面図。

【図３３】従来のさらに別のガスタービン燃焼器を示す
概略断面図。

【符号の説明】

１燃料ノズル２ａ，２ｂ燃料噴射用枝管３燃料噴射口４スタビライザ５旋回器６燃焼器ライナ７器壁面８粗面９車室１０燃焼器外筒１１尾筒１２ａ，１２ｂ穴１３バイパス弁１４管１５制御弁１６充填部材１７ケーシング１８燃焼室１９燃焼器ライナ２０パイロット燃料部２１予混合燃料部２２旋回羽根２３燃料噴出口２４燃料ノズル２５予混合ダクト２６吹出口２７凹陥部２８火炎伝播管２９共鳴室３０穴

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼室を形成する燃焼器ライナの頭部側
にパイロット燃料部を備え、上記燃焼器ライナの外側に
予混合燃料部を設けたガスタービン燃焼器において、上
記パイロット燃料部の周方向に沿って奇数個の燃料噴出
口を備えたことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項２】燃焼室を形成する燃焼器ライナの頭部側
にパイロット燃料部を備え、上記燃焼器ライナの外側に
予混合燃料部を設けたガスタービン燃焼器において、上
記パイロット燃料部の周方向に沿い、かつ軸方向の異な
る位置に奇数個の燃料噴出口を備えたことを特徴とする
ガスタービン燃焼器。
【請求項３】燃料室を形成する燃焼器ライナの頭部側
にパイロット燃料部を備え、上記燃焼器ライナの外側に
予混合燃料部を設けたガスタービン燃焼器において、上
記パイロット燃料部の周方向に沿って奇数個の旋回羽根
を備えたことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項４】燃焼室を形成する燃焼器ライナの頭部側
にパイロット燃料部を備え、上記燃焼器ライナの外側に
予混合燃料部を設けたガスタービン燃焼器において、上
記パイロット燃料部の周方向に沿って設けた燃料噴出口
と、この燃料噴出口の上流側に設けた旋回羽根とを備
え、上記燃料噴出口の個数をｎ個とするとき、上記旋回
羽根の個数を、ａを正の整数とすると、（ｎ＋２ａ）個
および（ｎ−２ａ）個のいずれか一方を選択したことを
特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項５】燃焼室を形成する燃焼器ライナの頭部側
にパイロット燃料部を備え、上記燃焼器ライナの外側に
予混合燃料部を設けたガスタービン燃焼器において、上
記予混合燃料部の予混合ダクトに、同一周方向線上に対
し、奇数個の吹出口を備えたことを特徴とするガスター
ビン燃焼器。
【請求項６】燃焼室を形成する燃焼器ライナの頭部側
にパイロット燃料部を備え、上記燃焼器ライナの外側に
予混合燃料部を設けたガスタービン燃焼器において、上
記予混合燃料部の周方向に沿い、かつ軸方向の異なる位
置に奇数個の予混合ダクトの吹出口を備えたことを特徴
とするガスタービン燃焼器。
【請求項７】燃焼室を形成する燃焼器ライナの頭部側
にパイロット燃料部を備え、上記燃焼器ライナの外側に
予混合燃料部を設けたガスタービン燃焼器において、上
記パイロット燃料部の周方向に沿って設けた燃料噴出口
と、上記予混合燃料部の予混合ダクトに設けた吹出口と
を備え、上記燃料噴出口の個数をｎ個とするとき、上記
吹出口の個数を、ａを正の整数とすると、（ｎ＋２ａ）
個および（ｎ−２ａ）個のいずれか一方を選択したこと
を特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項８】燃焼室を形成する燃焼器ライナの頭部側
にパイロット燃料部を備え、上記燃焼器ライナの外側に
予混合燃料部を設けたガスタービン燃焼器において、上
記予混合燃料部の予混合ダクトに、上流側の吹出口と後
流側の吹出口とを設け、上流側の同一周方向線上の吹出
口の口径と隣りの吹出口の口径とを互いに異ならしめる
とともに、後流側の同一周方向線上の吹出口の口径と隣
りの吹出口の口径とを互いに異ならしめたことを特徴と
するガスタービン燃焼器。
【請求項９】燃焼室を形成する燃焼器ライナの頭部側
にパイロット燃料部を備え、上記燃焼器ライナの外側に
予混合燃料部を設けたガスタービン燃焼器において、上
記燃焼室の頭部側の開口面積を、後流側の開口面積に較
べて相対的に小さく形成したことを特徴とするガスター
ビン燃焼器。
【請求項１０】燃焼室を形成する燃焼器ライナの頭部
側にパイロット燃料部を備え、上記燃焼器ライナの外側
に予混合燃料部を設けたガスタービン燃焼器において、
上記燃焼器ライナに凹陥部を形成したことを特徴とする
ガスタービン燃焼器。
【請求項１１】凹陥部は、その底面の形状を円形状に
し、その高さ方向の断面形状を台形状、半球状、および
円錐状のいずれか一方を選択して形成したことを特徴と
する請求項１０記載のガスタービン燃焼器。
【請求項１２】凹陥部は、その底面の形状を三角状に
し、その高さ方向の断面形状を台形状および角錐状のい
ずれか一方を選択して形成したことを特徴とする請求項
１０記載のガスタービン燃焼器。
【請求項１３】凹陥部は、その底面の形状を長円状に
し、その高さ方向の断面形状を台形状、半球状、および
円錐状のいずれか一方を選択して形成したことを特徴と
する請求項１０記載のガスタービン燃焼器。
【請求項１４】凹陥部を、燃焼器ライナの軸方向に沿
って形成したことを特徴とする請求項１０記載のガスタ
ービン燃焼器。
【請求項１５】凹陥部を、燃焼器ライナの周方向に沿
って形成したことを特徴とする請求項１０記載のガスタ
ービン燃焼器。
【請求項１６】凹陥部を、燃焼器ライナの周方向に沿
ってスパイラル状に形成したことを特徴とする請求項１
０記載のガスタービン燃焼器。
【請求項１７】燃焼室を形成する燃焼器ライナの頭部
側にパイロット燃料部を備え、上記燃焼器ライナの外側
に予混合燃料部を設けたガスタービン燃焼器において、
上記燃焼器ライナに、別個に設置した隣りの燃焼器ライ
ナに接続する火炎伝播管を備え、この火炎伝播管の中間
部分に共鳴室を設けたことを特徴とするガスタービン燃
焼器。