特許 5984770 ガスタービン燃焼器およびこれを備えたガスタービン機関

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5984770

(24)【登録日】2016年8月12日

(45)【発行日】2016年9月6日

(54)【発明の名称】ガスタービン燃焼器およびこれを備えたガスタービン機関

(51)【国際特許分類】

   F23R 3/28 20060101AFI20160823BHJP

   F23R 3/32 20060101ALI20160823BHJP

【ＦＩ】

   F23R3/28 B

   F23R3/28 D

   F23R3/32

【請求項の数】7

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2013-201573(P2013-201573)

(22)【出願日】2013年9月27日

(65)【公開番号】特開2015-68538(P2015-68538A)

(43)【公開日】2015年4月13日

【審査請求日】2015年11月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】514030104

【氏名又は名称】三菱日立パワーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100112737

【弁理士】

【氏名又は名称】藤田 考晴

(74)【代理人】

【識別番号】100118913

【弁理士】

【氏名又は名称】上田 邦生

(72)【発明者】

【氏名】田村 一生

(72)【発明者】

【氏名】斉藤 圭司郎

(72)【発明者】

【氏名】井上 慶

(72)【発明者】

【氏名】赤松 真児

【審査官】 瀬戸 康平

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−９０５３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平８−１３５９７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−３１８５４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−５５３６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２５４９４７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｃ ７／２２， ９／２６

Ｆ２３Ｒ ３／００

ＤＷＰＩ（Ｔｈｏｍｓｏｎ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃焼筒の中心部に配置されたパイロットバーナと、
前記パイロットバーナの周囲を取り囲むように配置された複数のメインバーナと、を備え、
前記メインバーナは、円筒状の予混合ノズルの中心部にメインノズルが設置されて、前記メインノズルの周辺に設けられた燃料噴射孔から、前記予混合ノズルの下流側に接続された延長ノズルの内面に向かって液体燃料が噴射される構成であり、
前記燃料噴射孔から前記延長ノズルの内面に向かって噴射される前記液体燃料の噴射パターンが、前記複数のメインバーナの間で異なるように設定されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。

【請求項2】

前記燃料噴射孔における前記液体燃料の噴射角度を、前記複数のメインバーナの間で異ならせることによって前記噴射パターンを異ならせたことを特徴とする請求項１に記載のガスタービン燃焼器。

【請求項3】

前記メインノズルにおける前記燃料噴射孔の位置を、前記各メインバーナの間で異ならせることによって前記噴射パターンを異ならせたことを特徴とする請求項１に記載のガスタービン燃焼器。

【請求項4】

前記メインノズルにおける前記燃料噴射孔の数量を、前記各メインバーナの間で異ならせることによって前記噴射パターンを異ならせたことを特徴とする請求項１に記載のガスタービン燃焼器。

【請求項5】

前記メインノズルにおける前記燃料噴射孔の孔径を、前記各メインバーナの間で異ならせることによって前記噴射パターンを異ならせたことを特徴とする請求項１に記載のガスタービン燃焼器。

【請求項6】

前記予混合ノズルに対する前記メインノズルの位置を、軸方向および周方向の少なくとも一方向に変更可能にすることによって前記噴射パターンを異ならせたことを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載のガスタービン燃焼器。

【請求項7】

空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機において圧縮された前記空気に燃料を噴き込んで燃焼させる請求項１から６のいずれか１項に記載のガスタービン燃焼器と、該ガスタービン燃焼器から噴出する燃焼ガスの膨張によって駆動されるタービンとを備えることを特徴とするガスタービン機関。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃焼振動の発生を防止するようにしたガスタービン燃焼器およびこれを備えたガスタービン機関に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、環境保全への関心の高まりとともに、窒素酸化物（ＮＯｘ）等のエミッション低減が求められている。ガスタービン機関においても例外ではなく、特に燃焼器に関する種々の研究開発が進められている。

【0003】

多くのガスタービン機関に広く適用されている予混合燃焼方式の燃焼器は、燃焼筒の中心部にパイロットバーナが配置され、このパイロットバーナの周囲を取り囲むように複数のメインバーナが配置されている。ガスタービン機関には、ＬＮＧ等の気体燃料を燃焼させるものと、灯油やＡ重油等の液体燃料を燃焼させるものとがある。

【0004】

気体燃料、液体燃料、いずれの燃料を用いる燃焼器においても、メインバーナの予混合ノズルにおいて、圧縮空気の流れの中に燃料を噴き込むことにより、予め圧縮空気と燃料との混合気を生成し、この混合気がパイロットバーナから噴射される火炎に着火されて燃焼し、高温・高圧な燃焼ガスを生成させて後流側のタービンを駆動する。このように、圧縮空気と燃料とを予め混合させることにより、空気量と燃料量との比を比較的自由に調整でき、燃焼における空気比（空気過剰率）を増大させることができるため、燃焼温度を低下させてＮＯｘの生成量を低減することができる。

【0005】

ところが、予混合燃焼方式のガスタービン燃焼器では、燃焼振動が発生しやすい。燃焼振動が生じると燃焼圧力の変動幅が増幅されて燃焼が不安定になるとともに、燃焼器の圧力の周期的変動による低サイクル振動や騒音が発生するようになる。

【0006】

燃焼振動は、燃焼により燃焼器内に周期的圧力変動が生じ、この圧力変動周期が燃焼器の流体力学的固有振動数と一致したような場合に生じる。特に、従来では、複数のメインバーナから噴射される火炎の形状が全て同一形状となるように設計されていたため、各メインバーナから噴射される噴射火炎による発熱位置が燃焼器の軸方向の同一位置に集中しやすく、この発熱集中領域では温度上昇による急激な燃焼ガスの圧力上昇が生じ、その圧力波が燃焼器内に伝播するようになり、燃焼器内で共鳴して燃焼振動が励起されやすい状態となる。

【0007】

このような燃焼振動を抑制するようにしたガスタービン燃焼器が特許文献１，２に開示されている。
特許文献１に開示されているガスタービン燃焼器は、２つ以上の予混合管に設けられたスワーラのスワール角度を異ならせることにより、各予混合管から燃焼室内に噴射される火炎の長さ（形状）を異ならせ、噴射火炎による発熱位置が燃焼器の軸方向の同一位置に集中することを回避することにより燃焼振動を抑制している。

【0008】

また、特許文献２に開示されているガスタービン燃焼器は、複数のメインノズル（予混合ノズル）の下流側に接続されている楕円延長管の形状を異ならせることにより、全部のメインノズルからの予混合気が燃焼器の軸線方向の同一位置で着火、燃焼することを防止して、噴射火炎による発熱位置の集中を防止し、燃焼振動を抑制している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２００３−１３９３２６号公報

【特許文献2】特開２００１−２５４９４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

しかしながら、上記の特許文献１，２に開示されている従来のガスタービン燃焼器は、ガス燃料を使用するガスタービン燃焼器においては少なからず貢献をもたらすが、液体燃料を使用するガスタービン燃焼器においては、複数の予混合ノズルの間における圧縮空気と液体燃料との混合気の濃度分布を変化させなければ火炎の長さ（形状）に差が出にくいため、大きな効果をもたらすことができなかった。

【0011】

しかも、特許文献１のように予混合管に設けられたスワーラのスワール角度を異ならせたり、特許文献２のように楕円延長管の形状を異ならせたりするのは、ガスタービン燃焼器の構造を大きく変更することになるため、例えば既存のガスタービン燃焼器に改造を施すのに多大なコストが掛かってしまう。

【0012】

しかも、特許文献１，２のガスタービン燃焼器では、各メインノズル（メインバーナ）の間で流入空気の経路の形状が異なってしまうため、空気の形状圧力損失が変化し、空気配分に偏りが生じる可能性がある。そのため、空気量が少ないメインノズルでは平均火炎速度が高くなり、燃焼器全体としてＮＯｘの生成量が増加する傾向がある。

【0013】

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、液体燃料を使用する場合において、簡素でコストパフォーマンスの高い構成により、ＮＯｘの生成量を低減させるとともに、燃焼振動の発生を防止することができるガスタービン燃焼器およびこれを備えたガスタービン機関を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0014】

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
即ち、本発明に係るガスタービン燃焼器は、燃焼筒の中心部に配置されたパイロットバーナと、前記パイロットバーナの周囲を取り囲むように配置された複数のメインバーナと、を備え、前記メインバーナは、円筒状の予混合ノズルの中心部にメインノズルが設置されて、前記メインノズルの周辺に設けられた燃料噴射孔から、前記予混合ノズルの下流側に接続された延長ノズルの内面に向かって液体燃料が噴射される構成であり、前記燃料噴射孔から前記延長ノズルの内面に向かって噴射される前記液体燃料の噴射パターンが、前記複数のメインバーナの間で異なるように設定されていることを特徴とする。

【0015】

このガスタービン燃焼器によれば、複数のメインバーナの間で液体燃料の噴射パターンが異なっているため、これら各メインバーナの間における圧縮空気と液体燃料との混合気の濃度分布を変化させることができ、これによって各メインバーナから噴射される燃焼火炎の長さおよび形状に差を持たせ、複数の燃焼火炎による発熱分布および最高発熱点が燃焼器の軸方向の同一位置に集中することを防止して、燃焼振動を抑制することができる。

【0016】

しかも、複数のメインバーナの間で流入空気の経路の形状が同一形状に保たれるため、空気の形状圧力損失が変化することがなく、空気配分に偏りが生じない。したがって、空気量が少ない特定のメインバーナで平均火炎速度が高くなることによるＮＯｘの生成が抑制され、燃焼器全体としてＮＯｘの生成量を低減させることができる。

【0017】

前記複数のメインバーナの間で前記燃料噴射孔から噴射される前記液体燃料の噴射パターンを異ならせる構造として、前記燃料噴射孔における前記液体燃料の噴射角度を、前記複数のメインバーナの間で異ならせることが考えられる。

【0018】

また、同じく前記液体燃料の噴射パターンを異ならせる構造として、前記メインノズルにおける前記燃料噴射孔の位置を、前記各メインバーナの間で異ならせることも考えられる。ここで言う燃料噴射孔の位置とは、燃料噴射孔のメインノズルにおける軸方向位置、周方向位置、そして燃料噴射孔の設置パターン等が考えられる。

【0019】

同じく前記液体燃料の噴射パターンを異ならせる構造として、前記メインノズルにおける前記燃料噴射孔の数量を、前記各メインバーナの間で異ならせることが考えられる。

【0020】

同じく前記液体燃料の噴射パターンを異ならせる構造として、前記メインノズルにおける前記燃料噴射孔の孔径を、前記各メインバーナの間で異ならせることが考えられる。

【0021】

上記のように、メインノズルにおける燃料噴射孔の燃料噴射角度や、燃料噴射孔の位置、燃料噴射孔の数量、燃料噴射孔の孔径等を、各メインバーナの間で異ならせるようにすれば、簡素でコストの安い構成により、複数のメインバーナの間で液体燃料の噴射パターンを異なせて、各メインバーナから噴射される燃焼火炎の長さや形状に差を持たせ、複数の燃焼火炎による発熱分布（最高発熱点）が燃焼器の同一位置に集中することを防止して燃焼振動を抑制することができる。

【0022】

また、前記の各構成において、前記予混合ノズルに対する前記メインノズルの位置を、軸方向および周方向の少なくとも一方向に変更可能にすることによって前記噴射パターンを異ならせるようにしてもよい。

【0023】

上記構成によれば、メインノズル自体における燃料噴射孔の燃料噴射角度、位置、数量、孔径等は不変であっても、メインノズルの位置を軸方向および周方向の少なくとも一方向に変更することにより、燃料噴射孔の位置を軸方向および周方向に変更することができる。このため、複数のメインバーナから噴射される液体燃料の噴射パターンを、より多彩に設定することができる。

【0024】

また、本発明に係るガスタービン機関は、空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機において圧縮された前記空気に燃料を噴き込んで燃焼させる上記いずれかの構成のガスタービン燃焼器と、該ガスタービン燃焼器から噴出する燃焼ガスの膨張によって駆動されるタービンとを備えることを特徴とする。

【0025】

上記構成によれば、液体燃料を使用するガスタービン機関において、各メインノズルに設けられている燃料噴射孔に変更を加える、もしくはメインノズルの軸方向位置や周方向位置に変更を加えるのみの、比較的簡素で安価な構造により、各メインバーナの間における圧縮空気と液体燃料との混合気の濃度分布を変化させて、各メインバーナから噴射される火炎の長さ（形状）に差を持たせ、複数の噴射火炎による発熱位置（発熱分布）が燃焼器の軸方向の同一位置に集中することを防止して、燃焼振動を抑制することができる。

【発明の効果】

【0026】

以上のように、本発明に係るガスタービン燃焼器およびこれを備えたガスタービン機関よれば、液体燃料を使用するガスタービン燃焼器において、簡素でコストパフォーマンスの高い構成により、燃焼振動の発生を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本発明の第１実施形態を示すガスタービン燃焼器の軸方向に沿う縦断面図である。

【図2】図１のII-II線に沿うガスタービン燃焼器の縦断面図である。

【図3】第１実施形態の作用を示すメインバーナおよび噴射火炎の縦断面図と熱分布のグラフである。

【図4】本発明の第２実施形態を示すメインバーナおよび噴射火炎の縦断面図である。

【図5】本発明の第３実施形態を示すメインバーナ（メインノズル、燃料噴射孔、延長ノズル）の正面図である。

【図6】本発明の第４実施形態を示すメインバーナ（メインノズル、燃料噴射孔、延長ノズル）の正面図である。

【図7】本発明の第５実施形態を示すメインバーナおよび噴射火炎の縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下に、本発明に係るガスタービン燃焼器の複数の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

【0029】

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態を示すガスタービン燃焼器の縦断面図である。
このガスタービン燃焼器１は、図示しないガスタービン機関に搭載されるものである。ガスタービン機関は、広く周知の通り、空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機において圧縮された空気に燃料を噴き込んで燃焼させるガスタービン燃焼器と、このガスタービン燃焼器から噴出する燃焼ガスの膨張によって駆動されるタービンとを備えており、ガスタービン燃焼器において発生した燃焼ガスのエネルギを利用してタービンを高速で回転駆動し、軸出力を得て発電機等を駆動するものである。そして、上記のガスタービン燃焼器として、本発明に係るガスタービン燃焼器１が用いられている。

【0030】

ガスタービン燃焼器１は、その外周部をなす燃焼筒２と、この燃焼筒２の中心軸線Ｃに沿って配置された１基のパイロットバーナ３と、このパイロットバーナ３の周囲を取り囲むように等間隔に配置された複数基（例えば８基）のメインバーナ４とを備えた典型的な予混合方式の構成を持つものである。なお、図示しない圧縮機で圧縮された圧縮空気Ａは、ガスタービン燃焼器１（燃焼筒２）の内部を、図１に向かって左側から右側に向かって流れる。

【0031】

パイロットバーナ３は、その軸心部に軸状のパイロットノズル５を備えている。このパイロットノズル５の下流側の先端部には複数の燃料噴射孔６が穿設されている。また、パイロットノズル５の周囲を、間隔を開けて取り巻くように略ファンネル状のパイロットノズル外筒７が装着されている。このパイロットノズル外筒７は、その径が圧縮空気Ａの流れの下流側に向かって徐々に縮まっている。

【0032】

パイロットノズル外筒７の内周面には、複数の翼状のパイロットスワーラ８が、パイロットノズル５側に向かって起立するように設置されている。これらのパイロットスワーラ８には、同一の方向に傾斜するピッチ角が付与されているため、パイロットノズル外筒７の内部を流れる圧縮空気Ａの流れが旋回流（スワール流）となる。

【0033】

また、パイロットノズル５の周囲を覆うようにパイロットコーン９が設けられている。このパイロットコーン９は、圧縮空気Ａの流れの下流側に向かって径が拡大する略ファンネル状に形成されており、パイロットコーン９の上流側端部の内側に、パイロットノズル外筒７の下流側端部が、径方向に間隔を空けて短く挿入されている。

【0034】

パイロットノズル外筒７の内部を流れる圧縮空気Ａの旋回流（スワール流）には、パイロットノズル５の燃料噴射孔６から液体燃料Ｆ１が噴射され、圧縮空気Ａが旋回していることによって液体燃料Ｆ１との混合が促進される。このように、パイロットバーナ３において圧縮空気Ａに液体燃料Ｆ１が予め混合されることにより、燃料混合気Ｍ１が生成される。

【0035】

燃料混合気Ｍ１は、パイロットコーン９から図示しない燃焼領域に向かって噴出し、図示しない種火によって着火され、パイロットコーン９の内部および下流で拡散燃焼が行われる。なお、パイロットコーン９により、パイロットバーナ３から噴射された燃料混合気Ｍ１およびその燃焼火炎が遠心方向に拡散することが防止され、後述するメインバーナ４からの燃料混合気Ｍ２燃焼火炎に干渉することが防止される。

【0036】

一方、複数のメインバーナ４は、それぞれの軸心部に軸状のメインノズル１１を備えている。これらのメインノズル１１は、圧縮空気Ａの流れの下流側の端部が、先端に向かって細くなるテーパーコーン状である。また、メインノズル１１の周囲を覆うように予混合ノズル１２が設けられている。予混合ノズル１２は略円筒状であり、その上流側の入口部がベルマウス状に拡開され、下流側の出口部には延長ノズル１３が接続されている。延長ノズル１３は、その予混合ノズル１２側の端部の形状が円形であるが、出口側の端部の開口形状は、図２に示すように燃焼筒２の内周面とパイロットコーン９の外周面とに沿う略扇型の形状となっている。

【0037】

メインノズル１１の外周面から放射状に延びる複数の翼状のメインスワーラ１４（図１参照）が予混合ノズル１２の内周面に固定されており、これらのメインスワーラ１４によってメインノズル１１が予混合ノズル１２の中心部に固定されている。各メインスワーラ１４には、同一の方向に傾斜するピッチ角が付与されているため、各予混合ノズル１２の内部を通る圧縮空気Ａの流れに同一回転方向の旋回流（スワール流）が発生する。

【0038】

メインノズル１１は、その先端付近の円錐外周面に複数の燃料噴射孔１５が設けられており、ここから液体燃料Ｆ２が噴射される。液体燃料Ｆ２は、延長ノズル１３の内面１３ａに向かって斜めに噴射され、内面１３ａに当たることによって微粒化されて圧縮空気Ａに混合される。予混合ノズル１２の内部では圧縮空気Ａが旋回しているため、圧縮空気Ａと液体燃料Ｆ２との混合が促進される。

【0039】

このように、メインバーナ４において圧縮空気Ａに液体燃料Ｆ２が予め混合されることにより、燃料混合気Ｍ２が生成され、この燃料混合気Ｍ２は、延長ノズル１３から図示しない燃焼領域に向かって噴出し、パイロットバーナ３から噴射される燃料混合気Ｍ１の燃焼火炎により着火され、燃焼火炎ＦＡ１，ＦＡ２を生成する。なお、燃料噴射孔１５は必ずしもメインノズル１１に設けられていなくてもよく、例えばメインスワーラ１４の翼面等、要するにメインノズル１１の周辺に設けられていればよい。

【0040】

パイロットバーナ３とメインバーナ４から噴出する燃焼火炎の燃焼ガスの膨張圧力によってガスタービン機関の図示しないタービンが駆動され、出力として取り出されるとともに、タービンの主軸と同軸的に設けられた圧縮機が駆動されて圧縮空気Ａが供給される。

【0041】

本発明において、メインノズル１１に設けられた燃料噴射孔１５から延長ノズル１３の内面１３ａに向かって噴射される液体燃料Ｆ２の噴射パターンは、複数のメインバーナ４（メインノズル１１）の間で異なるように設定されている。

【0042】

具体的には、燃料噴射孔１５における液体燃料Ｆ２の噴射角度が、各メインバーナ４（メインノズル１１）の間で異なっている。例えば、図１では、上側のメインノズル１１の燃料噴射孔１５の燃料噴射角度θ１よりも、下側のメインノズル１１の燃料噴射孔１５の燃料噴射角度θ２の方が狭い角度に設定されている。このため、図３の下半分の縦断面図にも示すように、燃料噴射角度がθ１の場合とθ２の場合とでは、液体燃料Ｆ２が延長ノズル１３の内面１３ａに当たる位置が異なっている。これが即ち噴射パターンの違いとなる。

【0043】

図３に示すように、燃料噴射角度がθ１の場合は、噴射された液体燃料Ｆ２が延長ノズル１３の内面１３ａに当たって微粒化される位置が圧縮空気Ａの流れの比較的上流側となるため、燃料混合気Ｍ２への着火が早まり、燃焼火炎ＦＡ１の長さＬ１が比較的短くなる。また、燃料噴射角度がθ１よりも狭いθ２の場合は、噴射された液体燃料Ｆ２が延長ノズル１３の内面１３ａに当たる位置が比較的下流側となるため、着火が遅くなって燃焼火炎ＦＡ２の長さＬ２が比較的長くなる。

【0044】

図３の上半分のグラフは、燃焼火炎ＦＡ１，ＦＡ２による燃焼筒２内の軸方向に沿う熱分布を示している。ここに示すように、燃料噴射孔１５の燃料噴射角度がθ１の場合に生成される燃焼火炎ＦＡ１と、燃料噴射角度がθ２の場合に生成される燃焼火炎ＦＡ２とでは、発熱分布ＨＤ１とＨＤ２の軸方向長さが異なり、最高発熱点Ｈmax１とＨmax２の軸方向位置も異なる。

【0045】

燃料噴射孔１５の燃料噴射角度は、少なくともθ１とθ２の２種類を設定し、その配置は、例えば８基設けられている予混合ノズル１２（メインノズル１１）のうちの半数とし、それらを交互に配置したり、燃料噴射角度θ１のものとθ２のものとを４基ずつグループ分けして対称的に配置したり、全くランダムに配置したりすること等が考えられる。また、燃料噴射角度はθ１とθ２の２種類よりも多く設定してもよい。

【0046】

以上のように構成されたガスタービン燃焼器１によれば、複数のメインバーナ４の間で液体燃料Ｆ２の噴射パターンが異なっているため、各メインバーナ４の間における圧縮空気Ａと液体燃料Ｆ２との燃料混合気Ｍ２の濃度分布を変化させることができる。これにより、各メインバーナ４から噴射される燃焼火炎ＦＡ１，ＦＡ２の長さＬ１，Ｌ２およびその形状に差を持たせ、複数の燃焼火炎ＦＡ１，ＦＡ２による発熱分布ＨＤ１，ＨＤ２（最高発熱点Ｈmax１，Ｈmax２）が燃焼筒２の軸方向の同一位置に集中することを防止して、ガスタービン燃焼器１における燃焼振動を効果的に抑制することができる。

【0047】

本実施形態では、複数のメインバーナ４の間で液体燃料Ｆ２の噴射パターンを異ならせる構造として、メインノズル１１の燃料噴射孔１５における液体燃料Ｆ２の噴射角度θ１，θ２を、複数のメインバーナ４の間で異ならせたため、簡素でコストパフォーマンスの高い構成により、複数のメインバーナ４の間で液体燃料Ｆ２の噴射パターンを異なせて燃焼振動を抑制することができる。

【0048】

しかも、複数のメインバーナ４の間で圧縮空気Ａの流入経路の形状が同一形状に保たれるため、空気の形状圧力損失が変化することがなく、空気配分に偏りが生じない。したがって、空気量が少ない特定のメインバーナ４で平均火炎速度が高くなることによるＮＯｘの生成が抑制され、ガスタービン燃焼器１全体としてＮＯｘの生成量を低減させることができる。

【0049】

なお、上記実施形態では、図２に示すように、全部のメインバーナ４のメインノズル１１に、それぞれ４つの燃料噴射孔１５が正面視において９０度間隔で十字状に配置されている。しかし、必ずしもこの態様である必要はなく、燃料噴射孔１５の数量や配置位置（間隔）等を異ならせてもよい。

【0050】

［第２実施形態］
図４は、本発明の第２実施形態を示すメインバーナ４および噴射火炎の縦断面図である。この実施形態では、燃料噴射孔１５から延長ノズル１３の内面１３ａに向かって噴射される液体燃料Ｆ２の噴射パターンを複数のメインバーナ４の間で異ならせる構造として、各メインバーナ４のメインノズル１１の燃料噴射孔１５の軸方向位置を異ならせている。

【0051】

例えば、各メインノズル１１における燃料噴射孔１５の位置は、軸方向にＰ１，Ｐ２，Ｐ３の３種類が設定されており、Ｐ１→Ｐ２→Ｐ３の順にメインノズル１１の先端側に近付いていく。このように燃料噴射孔１５の位置が軸方向に異なるメインノズル１１を備えた複数のメインバーナ４が燃焼筒２にランダムに、あるいはグループ分けされて設置されている。

【0052】

燃料噴射孔１５の軸方向位置がＰ１→Ｐ２→Ｐ３とメインノズル１１の先端側に近付くにつれて、噴射される液体燃料Ｆ２が延長ノズル１３の内面１３ａに当たって微粒化される位置が圧縮空気Ａの流れの下流側に移動し、燃料混合気Ｍ２への着火が遅くなってゆくため、それぞれの燃焼火炎ＦＡ１，ＦＡ２，ＦＡ３の長さが、Ｌ１→Ｌ２→Ｌ３と伸びてゆく。

【0053】

このように、各メインノズル１１における燃料噴射孔１５の位置を軸方向に変化させれば、非常に簡素でコストパフォーマンスの高い構成により、第１実施形態の場合と同じく、複数の燃焼火炎ＦＡ１，ＦＡ２，ＦＡ３による発熱分布（最高発熱点）が燃焼筒２の軸方向の同一位置に集中することを防止し、ガスタービン燃焼器１における燃焼振動を抑制することができる。

【0054】

［第３実施形態］
図５は、本発明の第３実施形態を示すメインバーナ４（メインノズル１１、燃料噴射孔１５、延長ノズル１３）の正面図である。この実施形態では、複数のメインバーナ４（メインノズル１１）の間において燃料噴射パターンを異ならせる構造として、各メインノズル１１における燃料噴射孔１５の周方向位置と設置パターンとを異ならせている。各燃料噴射孔１５の孔径は同じであるが、異ならせてもよい。

【0055】

例えば、第１実施形態では、図２に示すように、全部のメインバーナ４のメインノズル１１に、それぞれ４つの燃料噴射孔１５が正面視において９０度間隔で十字状に配置されていた。しかし、この第３実施形態では、隣り合うメインバーナ４において、それぞれのメインノズル１１に燃料噴射孔１５が３つずつ形成されており、これらの燃料噴射孔１５の位置が、メインノズル１１の先端円錐面の円周方向Ｒに沿って不等間隔に配置されている。このため、それぞれのメインバーナ４において、各々の燃料噴射孔１５から噴射される液体燃料Ｆ２が、延長ノズル１３の内面１３ａの異なる領域に当たるようになっている。

【0056】

このように、各メインノズル１１における燃料噴射孔１５の周方向位置と設置パターンとを異ならせれば、簡素でコストの安い構成により、第１実施形態および第２実施形態の場合と同様に、各メインバーナ４から噴射される燃焼火炎の発熱分布（最高発熱点）が燃焼筒２の軸方向の同一位置に集中することを防止し、ガスタービン燃焼器における燃焼振動を抑制することができる。

【0057】

［第４実施形態］
図６は、本発明の第４実施形態を示すメインバーナ４（メインノズル１１、燃料噴射孔１５、延長ノズル１３）の正面図である。この実施形態では、複数のメインバーナ４（メインノズル１１）の間において燃料噴射パターンを異ならせる構造として、各メインノズル１１における燃料噴射孔１５の数量と孔径とを異ならせている。

【0058】

例えば、隣り合う一方のメインバーナ４のメインノズル１１には、第３実施形態（図５参照）の場合と同様に、孔径の同じ３つの燃焼噴射孔１５ａが不等間隔で配置されているが、他方のメインバーナ４のメインノズル１１には、４つの燃料噴射孔１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅが不等間隔で設けられており、そのうちの１つ１５ｂは、その孔径が１５ａよりも大きく、他の３つ１５ｃ，１５ｄ，１５ｅは孔径が１５ａよりも小さくなっている。このため、第３実施形態と同じく、それぞれのメインバーナ４において、各々の燃料噴射孔１５ａ〜１５ｅから噴射される液体燃料Ｆ２が、延長ノズル１３の内面１３ａの異なる領域に当たり、噴射量も異なっている。

【0059】

このように、メインノズル１１に設けられる燃料噴射孔１５の数量や孔径を異ならせれば、簡素でコストの安い構成により、第１〜第３実施形態の場合と同様に、複数の燃焼火炎による発熱分布（最高発熱点）が燃焼筒２の軸方向の同一位置に集中することを防止し、ガスタービン燃焼器における燃焼振動を抑制することができる。

【0060】

［第５実施形態］
図７は、本発明の第５実施形態を示すメインバーナ４および噴射火炎の縦断面図である。この実施形態では、複数のメインバーナ４（メインノズル１１）の間において燃料噴射パターンを異ならせる構造として、予混合ノズル１２に対するメインノズル１１の位置を、軸方向Ｌおよび周方向Ｒの少なくとも一方向に変更可能にしている。

【0061】

即ち、メインノズル１１は、予混合ノズル１２に対する固定を解除し、予混合ノズル１２に対して軸方向Ｌおよび周方向Ｒに移動させてから再固定することができ、これによって燃料噴射孔１５の位置を予混合ノズル１２および延長ノズル１３に対して自由に変更することができる。

【0062】

例えば、燃料噴射孔１５の軸方向Ｌの位置については、Ｐ１→Ｐ２→Ｐ３と無段階に調整することができる。これにより、第２実施形態（図４参照）の場合と同じく、燃料噴射孔１５がＰ１，Ｐ２，Ｐ３の各点にある場合における燃焼火炎ＦＡ１，ＦＡ２，ＦＡ３の長さを、それぞれＬ１，Ｌ２，Ｌ３に変更することができる。

【0063】

また、各メインノズル１１における燃料噴射孔１５の周方向Ｒの位置については、３６０度自由に設定することができる。これにより、第３実施形態（図５参照）や第４実施形態（図６参照）と同じく、それぞれのメインバーナ４において、各々の燃料噴射孔１５から噴射される液体燃料Ｆ２を、延長ノズル１３の内面１３ａの異なる領域に当たるようにすることができる。

【0064】

このように、本実施形態では、予混合ノズル１２に対するメインノズル１１の位置を、軸方向および周方向に変更可能にすることによって、複数のメインバーナ４（メインノズル１１）の間において燃料噴射パターンを異ならせる構造とした。
これにより、メインノズル１１自体における燃料噴射孔１５の燃料噴射角度、位置、数量、孔径等は不変であっても、メインノズル１１の位置を軸方向および周方向の少なくとも一方向に変更することにより、燃料噴射孔１５の位置を延長ノズル１３の内面１３ａに対して自在に変更することができる。

【0065】

このため、複数のメインバーナ４から噴射される液体燃料Ｆ２の噴射パターンをより多彩に設定し、複数の燃焼火炎ＦＡ１，ＦＡ２，ＦＡ３…による発熱分布（最高発熱点）が燃焼筒２の軸方向の同一位置に集中することを防止して、ガスタービン燃焼器における燃焼振動を抑制することができる。

【0066】

以上説明したように、本発明に係るガスタービン燃焼器、およびこれを備えたガスタービン機関によれば、液体燃料を使用するガスタービン機関において、各メインノズル１１に設けられている燃料噴射孔１５に変更を加える、もしくはメインノズル１１の軸方向位置や周方向位置に変更を加えるのみの、比較的簡素で安価な構造により、各メインバーナ４の間における圧縮空気Ａと液体燃料Ｆ２との混合気Ｍ２の濃度分布を変化させて、各メインバーナ４から噴射される火炎の長さ（形状）に差を持たせ、複数の噴射火炎による発熱位置（発熱分布）が燃焼筒２の軸方向の同一位置に集中することを防止して、燃焼振動を抑制することができる。

【0067】

なお、本発明は上記実施形態の構成のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更や改良を加えることができ、このように変更や改良を加えた実施形態も本発明の権利範囲に含まれるものとする。例えば、上記の各実施形態および各参考実施形態を相互に組み合わせる等してもよい。

【符号の説明】

【0068】

１ ガスタービン燃焼器
２ 燃焼筒
３ パイロットバーナ
４ メインバーナ
５ パイロットノズル
１１ メインノズル
１２ 予混合ノズル
１３ 延長ノズル
１３ａ 延長ノズル１３の内面
１４ メインスワーラ
１５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ 燃料噴射孔
Ａ 圧縮空気
Ｆ１，Ｆ２ 液体燃料
Ｍ１，Ｍ２ 燃料混合気
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３ 燃料噴射孔の軸方向位置
θ１，θ２ 液体燃料Ｆ２の噴射角度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】