特許 6021705 燃焼器、および、ガスタービン

(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】6021705

(24)【登録日】2016年10月14日

(45)【発行日】2016年11月9日

(54)【発明の名称】燃焼器、および、ガスタービン

(51)【国際特許分類】

   F23R 3/20 20060101AFI20161027BHJP

   F23R 3/28 20060101ALI20161027BHJP

   F02C 7/22 20060101ALI20161027BHJP

【ＦＩ】

   F23R3/20

   F23R3/28 A

   F23R3/28 D

   F02C7/22 Z

【請求項の数】9

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-59587(P2013-59587)

(22)【出願日】2013年3月22日

(65)【公開番号】特開2014-185791(P2014-185791A)

(43)【公開日】2014年10月2日

【審査請求日】2015年10月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100134544

【弁理士】

【氏名又は名称】森 隆一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100108578

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 詔男

(74)【代理人】

【識別番号】100126893

【弁理士】

【氏名又は名称】山崎 哲男

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(72)【発明者】

【氏名】磯野 充典

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 敏彦

(72)【発明者】

【氏名】宮内 宏太郎

【審査官】 瀬戸 康平

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−０８５１２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６４９０８６４（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特開２０１１−１３７６２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１１７６５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００２−５２２７４１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｃ ７／００

Ｆ２３Ｒ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃焼器本体の軸線方向に延びて、燃焼室側に配される噴射孔から燃料を噴射可能な複数の燃料ノズルを備えた燃焼器であって、
前記複数の燃料ノズルのうち、少なくとも二つの燃料ノズル間で前記燃料の流量変動の位相が一致しないように、少なくとも一つの燃料ノズルの流路断面積を前記軸線方向で部分的に変化させる位相調整部を備え、
前記位相調整部を備える前記燃料ノズルは、前記位相調整部により生じる圧力損失の大きさに応じた大きさの噴射孔を有することを特徴とする燃焼器。

【請求項2】

燃焼器本体の軸線方向に延びて、燃焼室側に配される噴射孔から燃料を噴射可能な複数の燃料ノズルを備えた燃焼器であって、
前記複数の燃料ノズルのうち、少なくとも二つの燃料ノズル間で前記燃料の流量変動の位相が一致しないように、少なくとも一つの燃料ノズルの流路断面積を前記軸線方向で部分的に変化させる位相調整部を備え、
前記位相調整部は、前記流路内に多孔質材料を備える燃焼器。

【請求項3】

前記複数の燃料ノズルは、それぞれ前記位相調整部を備え、
隣り合う前記燃料ノズルの前記位相調整部は、互いに前記軸線方向にずらして配される請求項１又は２に記載の燃焼器。

【請求項4】

前記複数の燃料ノズルは、列をなして配され、一つ置きに前記位相調整部を備える請求項１又は２に記載の燃焼器。

【請求項5】

前記位相調整部は、隣り合う前記燃料ノズル同士の前記燃料の流量変動の位相を、互いに逆相とする請求項１から４の何れか一項に記載の燃焼器。

【請求項6】

前記位相調整部は、前記流路断面積を増加させるキャビティ部を備える請求項１，３から５の何れか一項に記載の燃焼器。

【請求項7】

前記位相調整部は、前記流路断面積を減少させるオリフィス部を備える請求項１，３から５の何れか一項に記載の燃焼器。

【請求項8】

前記複数の燃料ノズルは、マニホールドから分岐接続される請求項１から７の何れか一項に記載の燃焼器。

【請求項9】

請求項１から８の何れか一項に記載の燃焼器を備えることを特徴とするガスタービン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、燃焼器、および、燃焼器を備えるガスタービンに関し、特にその燃焼振動を防止する構造に係るものである。

【背景技術】

【0002】

一般的なガスタービンは、圧縮空気を生成する圧縮機と、圧縮機で生成された圧縮空気を用いて燃焼ガスを生成する燃焼器と、燃焼器で生成された燃焼ガスによって回転駆動するタービンと、を備えている。
上記ガスタービンの燃焼器は、圧縮機で圧縮された圧縮空気と燃料とを混合して燃焼させるが、その際に、大きな燃焼振動が発生する場合がある。この燃焼振動は、燃焼室の圧力変動が燃料を噴射するメインノズル内の燃料流量を変動させてしまうことが一因となっている。メインノズル内の燃料流量が変動すると、流量変動に伴って燃料を燃焼させる際の発熱変動となり、これが更なる燃焼器の圧力変動を引き起こしてしまう。
そこで特許文献１には、メインノズル内の燃料流量が燃焼室内の圧力変動に応答し難い音響特性を実現するために、メインノズルが分岐接続されるマニホールドの上流側の燃料配管に、その流路断面積を減少させるオリフィスを設ける技術が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０−２８５２３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上述した燃焼器は、メインノズルが分岐される前の上流側の燃料配管の音響インピーダンスを増大させて流量変動の抑制を図っているが、複数のメインノズルが同じ音響特性を有している場合には、各メインノズルにおいて同位相で流量変動が生じてしまう。そして、同位相で流量変動された燃料が各メインノズルから噴射されると、メインノズルの周囲に配されたスワラ内の燃料／空気比変動の振幅が燃焼室内で合算されてしまう。そのため、燃焼室内における燃料／空気比変動の振幅が増大し、燃焼室に大きな発熱変動ならびに圧力変動が生じて、燃焼振動を十分に低減することができないという課題がある。
ここで、メインノズルに生じる流量変動の位相をずらすためには、例えば、各メインノズルの内径を変化させて音響特性を変化させることが考えられる。しかしながら、この場合、燃料変動の位相はずれるものの、各メインノズルの圧力損失が不均一となるため、各メインノズルから供給される燃料流量に偏りが生じてしまう。そのため、燃焼領域における燃焼の不安定化が誘発されたり、火炎にホットスポットが形成されたりして、ＮＯｘ（窒素酸化物）が増加してしまう。

【0005】

この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、燃焼領域に供給される燃料の流量変動を抑制して、十分な燃焼振動の低減を図ることが可能な燃焼器、および、ガスタービンを提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の課題を解決するために以下の構成を採用する。
この発明に係る燃焼器は、燃焼器本体の軸線方向に延びて、燃焼室側に配される噴射孔から燃料を噴射可能な複数の燃料ノズルを備えた燃焼器であって、前記複数の燃料ノズルのうち、少なくとも二つの燃料ノズル間で前記燃料の流量変動の位相が一致しないように、少なくとも一つの燃料ノズルの流路断面積を前記軸線方向で部分的に変化させる位相調整部を備え、前記位相調整部を備える前記燃料ノズルは、前記位相調整部により生じる圧力損失の大きさに応じた大きさの噴射孔を有することを特徴としている。
このように位相調整部によって燃料ノズルの流路断面積を部分的に変化させることで、燃料ノズルの音響特性を変化させることができるため、燃料ノズルにおける燃料の流量変動の位相を変化させることができる。そして、少なくとも二つの燃料ノズル間で燃料の流量変動の位相が一致しないようにすることができるため、これら流量変動が合算される燃焼室の燃料／空気比の変動の振幅の大きさを低減することができる。また、燃料ノズルの流路断面積を軸線方向で部分的に変化させているだけであるので、複数の燃料ノズル間で圧力損失がばらつくことを抑制できる。
さらに、位相調整部によって生じる圧力損失の変化分を、噴射孔の大きさによって調整することができる。また、位相調整部を備えていない燃料ノズルと位相調整部を備える燃料ノズルとから供給される燃料の流量を揃えることができる。
さらに、この発明に係る燃焼器は、燃焼器本体の軸線方向に延びて、燃焼室側に配される噴射孔から燃料を噴射可能な複数の燃料ノズルを備えた燃焼器であって、前記複数の燃料ノズルのうち、少なくとも二つの燃料ノズル間で前記燃料の流量変動の位相が一致しないように、少なくとも一つの燃料ノズルの流路断面積を前記軸線方向で部分的に変化させる位相調整部を備え、前記位相調整部は、流路内に配される多孔質材料である。
このように構成することで、軸線方向で部分的に流路断面積を減少させた場合と同様に、燃料ノズル内で生じる燃料の流量変動の位相をずらすことができる。また、燃料ノズル内における圧力変動すなわち流量変動の振幅を低減することができる。

【0007】

さらに、この発明に係る燃焼器は、上記燃焼器の前記複数の燃料ノズルが、それぞれ前記位相調整部を備え、隣り合う前記燃料ノズルの前記位相調整部が、互いに前記軸線方向にずらして配されていてもよい。
このように構成することで、軸線方向における位相調整部の配置に応じて各燃料ノズルの音響特性を変化させることができるため、位相調整部の配置に応じて燃料ノズルに生じる燃料の流量変動の位相を変化させることができる。そして、隣り合う燃料ノズル同士で、燃料の流量変動の位相をずらすことができる。また、各燃料ノズルに位相調整部を備えていることで、各燃料ノズルの圧力損失を揃えることができる。

【0008】

さらに、この発明に係る燃焼器は、上記燃焼器の前記複数の燃料ノズルが、列をなして配され、一つ置きに前記位相調整部を備えていてもよい。
このように構成することで、位相調整部を備える燃料ノズルと、位相調整部を備えていない燃料ノズルとが交互に配され、隣り合う燃料ノズル同士で、燃料の流量変動の位相をずらすことができる。

【0010】

さらに、この発明に係る燃焼器は、上記燃焼器の前記位相調整部が、隣り合う前記燃料ノズル同士の前記燃料の流量変動の位相を、互いに逆相とするようにしてもよい。
このように構成することで、各燃料ノズルにおける燃料の流量変動が、隣り合う燃料同士で互いに打ち消しあうようにすることができる。

【0011】

さらに、この発明に係る燃焼器は、上記燃焼器の前記位相調整部が、前記流路断面積を増加させるキャビティ部であってもよい。
このように構成することで、軸線方向で部分的に流路断面積を増加させることができるため、燃料ノズル内の圧力損失が変動することを抑制しつつ燃料の流量変動の位相をずらすことができる。

【0012】

さらに、この発明に係る燃焼器は、上記燃焼器の前記位相調整部が、前記流路断面積を減少させるオリフィス部であってもよい。
このように構成することで、軸線方向で部分的に流路断面積を減少させることができるため、各燃料ノズルに生じる圧力損失の増加を最小限にしつつ燃料ノズル内で生じる燃料の流量変動の位相をずらすことができる。また、位相調整部を燃料ノズルの外側に突出させずに燃料ノズル内で生じる燃料の流量変動の位相をずらすことができる。

【0014】

さらに、この発明に係る燃焼器は、上記燃焼器の前記複数の燃料ノズルが、マニホールドから分岐接続されていてもよい。
このように構成することで、とりわけマニホールドよりも燃焼室側に複数の燃料ノズルが設けられている場合に、燃焼室の圧力変動に応じて発生する燃料の流量変動の影響が、燃焼室で行われる燃焼に及ぶことを防止できる。

【0015】

この発明に係るガスタービンは、上記燃焼器を備えることを特徴としている。
このように構成することで、燃焼器の燃焼室に供給される燃料の流量変動を低減することができるため、燃焼器の燃焼振動を抑制することができる。

【発明の効果】

【0016】

この発明に係る燃焼器によれば、燃焼領域に供給される燃料の流量変動を抑制して、十分な燃焼振動の低減を図ることができる。
さらに、この発明に係るガスタービンによれば、燃焼器における燃焼振動を低減できるため、この燃焼振動に起因する部品の損傷を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】この発明の第一実施形態におけるガスタービンの部分断面図である。

【図2】上記ガスタービンの燃焼器の構成を示す断面図である。

【図3】上記燃焼器のメインノズルと、メインノズルへメイン燃料を供給するマニホールドおよび燃料配管の概略構成図である。

【図4】上記メインノズルにおける流量変動の関係を示す模式図である。

【図5】この発明の第二実施形態における図３に相当する概略構成図である。

【図6】この発明の第三実施形態における図３に相当する概略構成図である。

【図7】上記第三実施形態の変形例における図３に相当する概略構成図である。

【図8】この発明の第四実施形態における図３に相当する概略構成図である。

【図9】上記各実施形態の変形例における隣り合うメインノズルに設けられた各位相調整部の部分拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

次に、この発明の第一実施形態におけるガスタービン、および、燃焼器について図面に基づき説明する。
図１は、この実施形態のガスタービンを示す部分断面図である。
図１に示すように、この実施形態におけるガスタービン１は、その軸線Ｐ方向の一端から他端に向かって、空気取入口２と、圧縮機３と、燃焼器４と、タービン５とを備えている。ガスタービン１は、まず、空気取入口２から取り入れた空気を、圧縮機３によって圧縮し、次いで、圧縮機３により圧縮された圧縮空気を、燃焼器４によって燃料と混合燃焼して高温高圧の燃焼ガスとする。そして、高温高圧の燃焼ガスをタービン５に供給することで、タービン５を回転させる。このタービン５の回転力は、例えば、発電機などで電力に変換される。

【0019】

図２に示すように、燃焼器４は、燃焼器内筒１０と、燃焼器外筒１１とを備えている。燃焼器内筒１０および燃焼器外筒１１は、それぞれ中空状に形成され、燃焼器内筒１０を覆うように燃焼器外筒１１が配置されている。燃焼器内筒１０および燃焼器外筒１１の中心軸は、燃焼器４の軸線Ｏ上に配され、軸線Ｏ方向において燃焼器内筒１０の基部側（紙面左側）の径方向外側に、上記燃焼器外筒１１が配置されている。また、燃焼器内筒１０は、その内筒本体部１２の基部側に内筒サポート１３を備えている。内筒サポート１３は、内筒本体部１２と、燃焼器外筒１１の背面壁１４との間に配されている。そして、内筒本体部１２は、内筒サポート１３を介して、背面壁１４に支持されている。

【0020】

燃焼器４は、更に、その軸線Ｏ上に、軸線Ｏ方向に延びるパイロットノズル１５を備えている。パイロットノズル１５は、保炎性を高めるためにパイロット燃料を噴射して拡散燃焼を行うためのものであり、その先端部１５ａには、圧縮空気と混合された燃料を噴射するためのパイロット噴射口１６が形成されている。このパイロットノズル１５の先端部１５ａは、間隔を空けてパイロットコーン１７により外側から覆われている。このパイロットコーン１７は、パイロットノズル１５の外周面と対向する部分では軸線Ｏ方向で太さが一定な管状とされ、パイロット噴射口１６から軸線Ｏ方向に離間するにつれて拡径されている。

【0021】

燃焼器４は、更に、パイロットノズル１５の周囲に、複数（例えば、８つ）のメインノズル２０を備えている。複数のメインノズル２０は、軸線Ｏ方向に平行に延びて形成され、各メインノズル２０の軸線Ｏ方向の長さは、同一長さＬ１（図３参照）とされている。これらメインノズル２０は、パイロットノズル１５を囲むように互いに周方向に間隔を空けて軸線Ｏを中心にする環状に配列されている。各メインノズル２０の先端部２１は、徐々に縮径した先細り形状とされ、これら先端部２１の近傍のノズル本体部２２の周壁２３に、燃料を噴射するための複数のメイン噴射孔２４が形成されている。各メインノズル２０のノズル本体部２２の内径すなわち流路断面積は、後述する位相調整部３３が配される部分を除き、同一流路断面積とされている。メインノズル２０は、メイン噴射孔２４から燃料を噴射することで予混合燃焼を行う。なお、メインノズル２０の本数は、偶数であることが好ましい。

【0022】

燃焼器４は、更に、メインバーナ２６を備えている。メインバーナ２６は、メインノズル２０の先端部２１側に配され、先端部２１に対して径方向に間隔を空けて外側から覆うように形成されている。メインバーナ２６とメインノズル２０との間には、圧縮機３から供給される圧縮空気と、メインノズル２０から噴射されるメイン燃料とを混合するためのメインスワラ２７が配されている。なお、図示都合上、図２では、パイロットノズル１５の周囲に配されるパイロット燃料と圧縮空気とを混合するためのパイロットスワラの図示を省略している。

【0023】

燃焼器４は、燃焼器内筒１０と燃焼器外筒１１との間に、圧縮機３から供給された圧縮空気が流れる空気流路２８を備えている。空気流路２８は、軸線Ｏ方向で燃焼器外筒１１の背面壁１４とは反対側に、パンチングメタル等よりなる整流板２９が取り付けられた入口３０に接続されている。ここで、上述した内筒サポート１３は、例えば、周方向で隣り合うメインノズル２０間から、燃焼器外筒１１の背面壁１４に向かって延びている。空気流路２８に流入した圧縮空気は、上記内筒サポート１３の間から径方向内側、換言すれば軸線Ｏ側に向かって流入する。そして、圧縮空気は、軸線Ｏ方向で流れの向きを１８０度変えて、メインノズル２０およびパイロットノズル１５に沿って各先端部２１，１５ａ側に向かって均一に流れる。

【0024】

図３は、上述した燃焼器４のメインノズル２０と、メインノズル２０へメイン燃料を供給するマニホールド３１および燃料配管３２の概略構成を示している。
図３に示すように、燃焼器４は、メインノズル２０が分岐接続されるマニホールド３１を備えている。このマニホールド３１には、燃料配管３２を介してメイン燃料が供給される。マニホールド３１は、燃料配管３２から供給されたメイン燃料を、複数のメインノズル２０に対して均等に分配する。ここで、メインノズル２０の内部を流れるメイン燃料は、燃焼器４の燃焼室（図示せず）の内部の圧力変動を受けて、その流量が周期的に変動する。そのため、各メインノズル２０からの燃料噴射量も周期的に変動してしまう。

【0025】

メインノズル２０は、それぞれ位相調整部３３を備えている。これら位相調整部３３は、各メインノズル２０の内部に生じるメイン燃料の流量変動の位相（以下、単に流量変動の位相と称する）が、隣り合うメインノズル２０同士で一致しないように各メインノズル２０の音響特性をずらすべく設けられている。この実施形態における位相調整部３３は、メインノズル２０の流路断面積を軸線Ｏ方向（図３中、矢印の方向）で部分的に増加させるキャビティ部からなる。

【0026】

ここで、メインノズル２０は、位相調整部３３によって、その流路断面積が軸線Ｏ方向で部分的に増加されると、流路断面積が増加されていないメインノズル２０に対して、その音響特性が変化する。換言すれば、位相調整部３３を設けることで流量変動の位相をずらすことができる。また、例えば、キャビティ部からなる位相調整部３３の形状が同一である場合、位相調整部３３の軸線Ｏ方向における配置に応じて、メインノズル２０の音響特性が変化して流量変動の位相が変化する。

【0027】

この実施形態における各メインノズル２０は、軸線Ｏ方向における位相調整部３３の位置が、その隣に配置されるメインノズル２０の位相調整部３３の位置と一致しないようになっている。より具体的には、隣り合うメインノズル２０に設けられる各位相調整部３３は、必ず軸線Ｏ方向にずらして配置されている。

【0028】

また、各位相調整部３３は、隣り合うメインノズル２０同士の流量変動の位相が互いに逆相となるように配置されている。つまり、図４に示すように、メインノズル２０の流量変動は、配列方向で交互にピーク（図４中、「＋」で示す）とボトム（図４中「−」で示す）とが現れるようになっている。なお、互いに位相が逆相となる位相調整部３３の配置関係は、メインノズル２０の配管径、厚さなど種々条件によって変化する。そのため、種々条件におけるメインノズル２０の音響特性をシミュレーションなどにより求めることで、互いに位相が逆相となる配置関係を求めることができる。

【0029】

したがって、上述した第一実施形態の燃焼器４によれば、位相調整部３３によってメインノズル２０の流量変動の位相をずらすことができるため、メインノズル２０同士の流量変動の位相が一致することを防止できる。その結果、複数のメインノズル２０の流量変動が合算される燃焼室における燃料／空気比の変動の振幅を低減して、燃焼振動を十分に低減することが可能となる。

【0030】

また、位相調整部３３が、各メインノズル２０に設けられていることで、各メインノズル２０の内部で生じる圧力損失がばらつくことを防止できる。さらに、位相調整部３３が軸線Ｏ方向で部分的に形成されていることで、メインノズル２０の周囲に形成される空気流路への影響を最小限にすることができる。

【0031】

また、位相調整部３３の軸線Ｏ方向の配置に応じて各メインノズル２０の音響特性を変化させることができるため、容易に各メインノズル２０に生じる流量変動の位相を調整することができる。
さらに、隣り合うメインノズル２０に生じる互いの流量変動の位相を逆相とすることで、隣り合うメインノズル２０同士の流量変動が互いの流量変動を打ち消すように作用するため、燃焼室における燃料／空気比の変動の振幅を抑制して、燃焼振動の更なる低減を図ることができる。

【0032】

また、とりわけマニホールド３１に対して複数のメインノズル２０が分岐接続されている場合に、マニホールド３１よりも燃焼室側の各メインノズル２０内において、燃焼室の圧力変動に応じて発生する流量変動の影響が燃焼室での燃焼に及ぶことを防止できる。

【0033】

さらに、上記燃焼器４を備えるガスタービン１によれば、燃焼室に供給される燃料の変動を低減して、燃焼器４の燃焼振動を抑制することができるため、燃焼振動に起因する部品損傷などを防止できる。

【0034】

次に、この発明の第二実施形態における燃焼器４について図５に基づき説明する。なお、この第二実施形態の燃焼器４は、上述した第一実施形態の燃焼器４の位相調整部３３を、キャビティ部ではなくオリフィス部としたものである。そのため、第二実施形態では、上述した第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明する。

【0035】

図３に示すように、この実施形態における燃焼器４は、上述した第一実施形態の燃焼器４と同様に、複数のメインノズル２０を備えている。複数のメインノズル２０は、軸線Ｏ方向に平行に延びて形成され、軸線Ｏ方向における長さが同一長さＬ１とされている。これらメインノズル２０は、互いに周方向に間隔を空けて軸線Ｏを中心にする環状に配列されている。各メインノズル２０は、徐々に縮径する先細りの先端部２１を備えており、これら先端部２１の近傍のノズル本体部２２の周壁に、燃料を噴射するための複数の噴射孔２４が形成されている。各ノズル本体部２２の流路断面積は、位相調整部１３３を除き、同一流路断面積とされている。そして、これらメインノズル２０は、軸線Ｏ方向で部分的に流路断面積を変化させる位相調整部１３３を備えている。

【0036】

この実施形態における位相調整部１３３は、軸線Ｏ方向において部分的に流路断面積を減少させるオリフィス部からなる。これらオリフィス部からなる位相調整部１３３を設けることで、上述した第一実施形態の位相調整部３３の場合と同様に、位相調整部１３３を設けていないメインノズル２０に対して音響特性を変化させて流量変動の位相をずらすことができる。また、オリフィス部からなる位相調整部１３３の形状が同一である場合、位相調整部１３３の軸線Ｏ方向における配置に応じて、メインノズル２０の音響特性が変化する。そのため、位相調整部１３３の軸線Ｏ方向における配置を変化させることで、流量変動の位相を変化させることができる。

【0037】

そして、この実施形態における各メインノズル２０が備える位相調整部１３３は、第一実施形態の位相調整部３３と同様に、隣り合うメインノズル２０同士で軸線Ｏ方向における位置が一致しないように配置されている。より具体的には、隣り合うメインノズル２０同士の互いの流量変動の位相が逆相となるように配置されている。

【0038】

各メインノズル２０は、位相調整部１３３により増加する圧力損失の大きさに応じた大きさの噴射孔２４を有している。つまり、オリフィス部からなる位相調整部１３３により増加する圧力損失分だけ、噴射孔２４が大きく形成され、メインノズル２０全体の圧力損失が、位相調整部１３３を設けていない場合のメインノズル２０の全体の圧力損失と同等になるように調整されている。

【0039】

したがって、上述した第二実施形態の燃焼器４によれば、軸線Ｏ方向において部分的に流路断面積を減少させるため、各メインノズル２０に生じる圧力損失の増加を最小限にしつつ、燃料ノズル内で生じる燃料の流量変動の位相をずらすことができる。その結果、メインノズル２０内部の流量変動に伴う燃焼振動を十分に低減することが可能となる。
また、位相調整部１３３をメインノズル２０の周壁２３よりも外側に突出させずにメインノズル２０内で生じる燃料の流量変動の位相をずらすことができるため、例えば、メインノズル２０の周囲における部品等の配置自由度を向上できる。
さらに、位相調整部１３３により増加する圧力損失分を噴射孔２４の大きさを調整することで補っているので、メイン燃料を供給する圧力を増加させる必要がなく、容易に燃焼振動の低減を図ることができる。

【0040】

次に、この発明の第三実施形態における燃焼器４について図面に基づき説明する。なお、この第三実施形態の燃焼器４は、上述した第一実施形態の燃焼器４に対し、列をなして配された複数のメインノズル２０に、配列方向で一つ置きに位相調整部３３が設けられる点でのみ相違するため、同一部分に同一符号を付して説明する。

【0041】

図６に示すように、この実施形態における燃焼器４は、上述した第一実施形態の燃焼器４と同様に、複数のメインノズル２０を備えている。複数のメインノズル２０は、軸線Ｏ方向（図６中、矢印で示す）に平行に延びて形成され、軸線Ｏ方向における長さが同一長さＬ１とされている。これらメインノズル２０は、互いに周方向に間隔を空けて軸線Ｏを中心にする環状に配列されている。各メインノズル２０は、徐々に縮径する先細りの先端部２１を備えており、これら先端部２１の近傍のノズル本体部２２の周壁２３に、メイン燃料を噴射するための複数の噴射孔２４が形成されている。各ノズル本体部２２の流路断面積は、位相調整部３３が配された箇所を除き、同一流路断面積とされている。

【0042】

環状に列をなして配された複数のメインノズル２０は、その配列方向で一つ置きに位相調整部３３を備えている。この実施形態における位相調整部３３は、メインノズル２０の流路断面積を軸線Ｏ方向で部分的に拡大させるキャビティ部からなる。ここで、位相調整部３３を備えるメインノズル２０の流量変動の位相は、位相調整部３３を備えていないメインノズル２０の流量変動の位相とずれている。そして、位相調整部３３は、隣り合うメインノズル２０の流量変動の位相同士が互いに逆相となる軸線Ｏ方向の所定位置に配されている。そして、複数のメインノズル２０に設けられた各位相調整部３３は、軸線Ｏ方向で同じ位置に配されている。

【0043】

さらに、位相調整部３３を有するメインノズル２０は、位相調整部３３を設けることにより変化する圧力損失の大きさに応じた大きさの噴射孔２４を有している。つまり、位相調整部３３を有するメインノズル２０の全体の圧力損失は、位相調整部３３を有していないメインノズル２０の全体の圧力損失と同等になるように、噴射孔２４の大きさによって調整されている。

【0044】

したがって、上述した第三実施形態の燃焼器４によれば、第一実施形態の燃焼器４と同様に、燃焼振動を低減することができる。さらに、軸線Ｏ方向で位相調整部３３を同じ位置に配置できることから、位相調整部３３の有無の違いだけの二種類のメインノズル２０を用意して、これら二種類のメインノズル２０を交互に配置すればよく、組立作業が複雑化することを防止できる。その結果、組立作業者の負担軽減を図ることができる。

【0045】

なお、上述した第三実施形態においては、キャビティ部からなる位相調整部３３を備える場合について説明したが、例えば、この際三実施形態の変形例として図７に示すように、オリフィス部からなる位相調整部１３３に置き換えてもよい。

【0046】

次に、この発明の第四実施形態における燃焼器４について図面に基づき説明する。なお、この第四実施形態の燃焼器４は、上述した第一実施形態の燃焼器４と、位相調整部の構成が異なるだけであるため、同一部分に同一符号を付して説明する。

【0047】

図８に示すように、この実施形態における燃焼器４は、上述した第一実施形態の燃焼器４と同様に、複数のメインノズル２０を備えている。複数のメインノズル２０は、軸線Ｏ方向（図８中、矢印で示す）に平行に延びて形成され、軸線Ｏ方向における長さが同一長さＬ１とされている。これらメインノズル２０は、互いに周方向に間隔を空けて軸線Ｏを中心にする環状に配列されている。各メインノズル２０は、徐々に縮径する先細りの先端部２１を備えており、これら先端部２１の近傍のノズル本体部２２の周壁２３に、メイン燃料を噴射するための複数の噴射孔２４が形成されている。各メインノズル２０の流路断面積は、同一流路断面積とされている。そして、これらメインノズル２０は、軸線Ｏ方向で部分的に流路断面積を変化させる位相調整部２３３を備えている。

【0048】

この実施形態における位相調整部２３３は、軸線Ｏ方向において部分的に流路断面積を減少させる発砲金属などの多孔質材料からなる。ここで、位相調整部２３３は、メインノズル２０の流路内に詰め込むことで配されている。上記多孔質材料からなる位相調整部２３３は、内部に形成された気孔が繋がっており、その内部をメイン燃料が通過可能となっている。つまり、メインノズル２０の流路断面積は、位相調整部２３３により減少されている。

【0049】

そして、上述した第一実施形態の位相調整部３３と同様に、上記位相調整部２３３を備えるメインノズル２０は、位相調整部２３３を備えていないメインノズル２０に対して、その音響特性が変化されて流量変動の位相がずれている。また、位相調整部２３３の形状、すなわち、位相調整部２３３全体に対する気孔の占める割合や、軸線Ｏ方向の長さなどが同一である場合、位相調整部２３３の軸線Ｏ方向における配置に応じて、メインノズル２０の音響特性が変化する。そのため、位相調整部２３３の軸線Ｏ方向における配置を変化させることで、メインノズル２０内で生じる流量変動の位相を変化させることが可能となっている。

【0050】

さらに、各位相調整部２３３は、隣り合うメインノズル２０内部の流量変動の位相が互いに逆相となるように軸線Ｏ方向にずらして配置されている。
また、上記メインノズル２０は、第二実施形態の噴射孔２４と同様に、位相調整部２３３により増加する圧力損失に応じた大きさの噴射孔２４を備えている。これにより、位相調整部２３３を設けることでメインノズル２０全体の圧力損失が増加しないようになっている。

【0051】

したがって、上述した第四実施形態の燃焼器４によれば、メインノズル２０に多孔質材料からなる位相調整部２３３を設けることで、メインノズル２０の内部における音響インピーダンスを増加させることができる。そのため、上述した各実施形態と同様に隣り合うメインノズル２０同士の流量変動の位相をずらして燃焼室の燃料／空気比の振幅を低減させることができる。また、音響インピーダンスが増加されるので、メインノズル２０内の流量変動の振幅自体を低減できる。

【0052】

なお、この発明は上述した各実施形態の構成に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。
例えば、上述した第一実施形態の圧縮機４おいて、位相調整部３３を設けることによる圧力損失の変化分だけ噴射孔２４の大きさを調整するようにしてもよい。

【0053】

また、第二実施形態の燃焼器４においては、オリフィス部からなる位相調整部１３３の圧力損失に応じて噴射孔２４の大きさを調整する場合について説明したが、噴射孔２４の大きさを調整せずに、燃料を供給する圧力を増加させるようにしてもよい。

【0054】

また、上述した各実施形態の隣り合うメインノズル２０においては、軸線Ｏ方向における位相調整部３３，１３３，２３３の配置をずらすことで、燃料変動の位相をずらしていたが、これに限られるものではない。例えば、キャビティ部、オリフィス部、および、多孔質材料の軸線Ｏ方向の長さや、キャビティ部、オリフィス部における径方向の大きさ、多孔質材料における気孔の割合などを変化させて、隣り合うメインノズル２０同士の流量変動の位相をずらすようにしてもよい。

【0055】

また、上述した各実施形態においては、隣り合うメインノズル２０同士の流量変動の位相が逆相となるように構成したが、これに限られるものではない。各メインノズル２０の流量変動の位相が少しでもずれていれば、当該位相が一致している場合と比較して燃焼室における燃料／空気比の変動の振幅を低減する効果が得られる。

【0056】

さらに、第一実施形態では、配列された複数のメインノズル２０の全てに位相調整部３３を設ける場合を説明し、第三実施形態では、一つ置きに位相調整部３３を設ける場合を説明したが、複数のメインノズル２０のうち、少なくとも一つのメインノズル２０に位相調整部３３を設け、少なくとも二つのメインノズル２０に生じる流量変動の位相をずらすようにすればよい。この場合、少なくとも二つのメインノズル２０内に生じる流量変動の位相差の分だけ、燃焼室における燃料／空気比の変動の振幅を低減する効果が得られる。

【0057】

また、上述した第三実施形態の燃焼器４においては、複数のメインノズル２０に設けられた各位相調整部３３が、軸線Ｏ方向で同じ位置に配置される場合について説明したが、隣り合うメインノズル２０同士の流量変動の位相が逆相になるか、又は、単にずれる配置であればよく、軸線Ｏ方向における位置は異なっていてもよい。

【0058】

さらに、メインノズル２０同士でメイン燃料の流量変動の位相をずらす場合を一例に説明したが、パイロットノズル１５とメインノズル２０との流量変動の位相が一致してしまう場合などには、パイロットノズル１５とメインノズル２０との少なくとも一方に位相調整部３３（１３３，２３３）を設けて、パイロットノズル１５とメインノズル２０における流量変動の位相をずらすようにしてもよい。

【0059】

さらに、位相調整部３３（１３３，２３３）の有無と、位相調整部３３（１３３，２３３）の軸線Ｏ方向における配置とによって、メインノズル２０内の流量変動の位相を変化させる場合について説明したが、これに限られるものではない。キャビティ部からなる位相調整部３３、オリフィス部からなる位相調整部１３３、および、多孔質材料からなる位相調整部２３３をメインノズル２０に取り付けたときの各音響特性は、それぞれ異なるため、例えば、図９に示すように、隣り合うメインノズル２０のうち、例えば、一方のメインノズル２０にキャビティ部からなる位相調整部３３を設け、他方のメインノズル２０にオリフィス部からなる位相調整部１３３を設けるなど、位相調整部の種類を変化させて流量変動の位相をずらすようにしてもよい。また、種類の異なる位相調整部３３，１３３，２３３を、軸線Ｏ方向にずらして配置したり、メインノズル２０の配列方向で一つ置きに配置したりしてもよい。

【符号の説明】

【0060】

１ ガスタービン
２ 空気取入口
３ 圧縮機
４ 燃焼器
５ タービン
１０ 燃焼器内筒
１１ 燃焼器外筒
１２ 内筒本体部
１３ 内筒サポート
１４ 背面壁
１５ パイロットノズル（燃料ノズル）
１６ 噴射口
１７ パイロットコーン
２０ メインノズル（燃料ノズル）
２１ 先端部
２２ ノズル本体部
２３ 周壁
２４ メイン噴射孔
２５ 位相調整部
２６ メインバーナ
２７ メインスワラ
２８ 空気流路
２９ 整流板
３１ マニホールド
３２ 燃料配管
３３ 位相調整部
１３３ 位相調整部
２３３ 位相調整部
Ｏ 軸線
Ｐ 軸線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】