特許 6037812 燃料ノズル、燃焼バーナ、ガスタービン燃焼器及びガスタービン

(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】6037812

(24)【登録日】2016年11月11日

(45)【発行日】2016年12月7日

(54)【発明の名称】燃料ノズル、燃焼バーナ、ガスタービン燃焼器及びガスタービン

(51)【国際特許分類】

   F02C 7/232 20060101AFI20161128BHJP

   F23R 3/14 20060101ALI20161128BHJP

   F23R 3/28 20060101ALI20161128BHJP

   F23R 3/30 20060101ALI20161128BHJP

【ＦＩ】

   F02C7/232 B

   F23R3/14

   F23R3/28 B

   F23R3/28 D

   F23R3/30

【請求項の数】8

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2012-272855(P2012-272855)

(22)【出願日】2012年12月13日

(65)【公開番号】特開2014-118845(P2014-118845A)

(43)【公開日】2014年6月30日

【審査請求日】2015年9月3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】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(74)【代理人】

【識別番号】100118762

【弁理士】

【氏名又は名称】高村 順

(72)【発明者】

【氏名】橋村 淳司

(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】江川 拓

(72)【発明者】

【氏名】西海 高史

【審査官】 佐藤 健一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−３３６９９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００３／０１０６３２０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−２５５８９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５９８３６４２（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第０２９６３８６２（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０２５６９５４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０４３３７６１６（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１７００５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−１４０７１２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｃ ７／２３２

Ｆ２３Ｒ ３／１４、２８−３２

ＤＷＰＩ（Ｔｈｏｍｓｏｎ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料と燃焼用空気とを予め混合させた予混合気が流通する予混合気流通通路の内部に、前記燃料を噴射する燃料ノズルにおいて、
前記燃料が流通する燃料通路と、
前記燃料通路に連通し、前記燃料が噴射される低圧噴射孔と、
前記燃料通路に連通し、前記燃料が噴射される高圧噴射孔と、
前記燃料通路内の燃圧に応じて、前記高圧噴射孔からの前記燃料の噴射を切り替え可能な噴射切替機構と、を備え、
前記噴射切替機構は、前記燃料通路内の前記燃圧が低い場合に、前記高圧噴射孔から前記燃料を噴射させずに、前記低圧噴射孔から前記燃料を噴射させる一方で、前記燃料通路内の前記燃圧が高い場合に、少なくとも前記高圧噴射孔から前記燃料を噴射させ、
前記予混合気流通通路は、パイロットバーナの外側に設けられ、
前記低圧噴射孔は、前記予混合気流通通路の内部において、前記パイロットバーナ側における前記燃料の濃度が、前記パイロットバーナの反対側における前記燃料の濃度に比して濃くなるような位置に設けられていることを特徴とする燃料ノズル。

【請求項2】

前記予混合気の流れ方向に沿って延在するノズル棒と、
前記ノズル棒の周囲に、所定の間隔を空けて設けられた複数の旋回翼と、を有し、
前記燃料通路は、前記ノズル棒の内部から前記各旋回翼の内部に亘って形成され、
前記低圧噴射孔は、複数の前記旋回翼のうち、一部の前記旋回翼に形成され、
前記高圧噴射孔は、複数の前記旋回翼のうち、他の一部の前記旋回翼に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料ノズル。

【請求項3】

前記予混合気流通通路は、パイロットバーナの外側に設けられ、
前記低圧噴射孔は、複数の前記旋回翼のうち、前記パイロットバーナの反対側に設けられる前記旋回翼に形成され、
前記高圧噴射孔は、複数の前記旋回翼のうち、前記パイロットバーナ側に設けられる前記旋回翼に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の燃料ノズル。

【請求項4】

前記予混合気の流れ方向に沿って延在するノズル棒と、
前記ノズル棒の周囲に、所定の間隔を空けて設けられた複数の旋回翼と、を有し、
前記燃料通路は、前記ノズル棒の内部から前記各旋回翼の内部に亘って形成され、
前記低圧噴射孔は、前記各旋回翼の低圧噴射位置に形成され、
前記高圧噴射孔は、前記各旋回翼の前記低圧噴射位置とは異なる高圧噴射位置に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料ノズル。

【請求項5】

燃料と燃焼用空気とを予め混合させた予混合気が流通する予混合気流通通路の内部に、前記燃料を噴射する燃料ノズルにおいて、
前記燃料が流通する燃料通路と、
前記燃料通路に連通し、前記燃料が噴射される低圧噴射孔と、
前記燃料通路に連通し、前記燃料が噴射される高圧噴射孔と、
前記燃料通路内の燃圧に応じて、前記高圧噴射孔からの前記燃料の噴射を切り替え可能な噴射切替機構と、
前記予混合気の流れ方向に沿って延在するノズル棒と、
前記ノズル棒の周囲に、所定の間隔を空けて設けられた複数の旋回翼と、を備え、
前記噴射切替機構は、前記燃料通路内の前記燃圧が低い場合に、前記高圧噴射孔から前記燃料を噴射させずに、前記低圧噴射孔から前記燃料を噴射させる一方で、前記燃料通路内の前記燃圧が高い場合に、少なくとも前記高圧噴射孔から前記燃料を噴射させ、
前記燃料通路は、前記ノズル棒の内部から前記各旋回翼の内部に亘って形成され、
前記低圧噴射孔は、複数の前記旋回翼のうち、一部の前記旋回翼に形成され、
前記高圧噴射孔は、複数の前記旋回翼のうち、他の一部の前記旋回翼に形成され
前記予混合気流通通路は、パイロットバーナの外側に設けられ、
前記低圧噴射孔は、複数の前記旋回翼のうち、前記パイロットバーナの反対側に設けられる前記旋回翼に形成され、
前記高圧噴射孔は、複数の前記旋回翼のうち、前記パイロットバーナ側に設けられる前記旋回翼に形成されていることを特徴とする燃料ノズル。

【請求項6】

請求項１から５のいずれか１項に記載の燃料ノズルと、
前記燃料ノズルが内部に配置され、前記燃料ノズルから噴射された前記燃料と、前記燃焼用空気とを予め混合させた前記予混合気が流通する前記予混合気流通通路と、を備えることを特徴とする燃焼バーナ。

【請求項7】

中央に設けられるパイロットバーナと、
前記パイロットバーナの周囲に複数配置される、請求項６に記載の燃焼バーナと、を備えることを特徴とするガスタービン燃焼器。

【請求項8】

請求項７に記載のガスタービン燃焼器と、
前記ガスタービン燃焼器において、前記予混合気を燃焼させることで発生する燃焼ガスにより回転するタービンと、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】

本発明は、燃料を噴射する燃料ノズル、燃焼バーナ、ガスタービン燃焼器及びガスタービンに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、燃料ノズルとして、燃料圧力（燃圧）に応じて、燃料が通過する面積の大きさを変化させる可変面積燃料ノズルが知られている（例えば、特許文献１参照）。この燃料ノズルは、ガスタービンエンジンの部品として用いられる場合、タービンの負荷等に応じて、燃料が通過する面積の大きさを変化させており、これにより、燃料の噴射量を変化させている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１−２０８６３８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、ガスタービン燃焼器には、燃料ノズルと、燃料ノズルから噴射された燃料と燃焼用空気とを予め混合させた予混合気が流通する予混合気流通通路と、が設けられている。この燃料ノズルは、内部を流通する燃料の圧力（燃圧）が、発電機負荷に応じて変化する。つまり、ガスタービン燃焼器における燃料の噴射量は、所定の割合となるように調整されることから、発電機負荷を上げれば、燃料の噴射量を多くすべく燃圧を高くする一方で、発電機負荷を下げれば、燃料の噴射量を少なくすべく燃圧を低くする。ガスタービンの発電機負荷が低い場合としては、例えば、ガスタービンが着火（起動）してから定格運転に到達するまでの運転である部分負荷運転を行う場合である。

【0005】

ここで、ガスタービン燃焼器は、ガスタービンが全負荷運転を行う場合、燃料ノズルの燃圧と予混合気流通通路内の圧力との燃料差圧が高くなる一方で、ガスタービンが部分負荷運転を行う場合、燃料ノズルの燃圧と予混合気流通通路内の圧力との燃料差圧が低くなる。予混合気流通通路内の燃料の濃度分布を一定にし、薄くなると燃料の燃焼が好適に行われない場合がある。この場合、予混合気の燃料成分の全てを燃焼させることが困難となることから、未燃成分が発生し、燃焼を保つことが難しくなる。

【0006】

ここで、特許文献１に示す燃料ノズルは、タービンの負荷等に応じて、燃料が通過する面積の大きさを変化させているものの、燃料差圧に応じて、予混合気流通通路内の燃料の濃度分布を最適に形成する構成とはなっておらず、燃料差圧に適した燃料の濃度分布にすることは依然として困難である。

【0007】

そこで、本発明は、燃料差圧に適した燃料の濃度分布とすることで、燃料を好適に燃焼させることができる燃料ノズル、燃焼バーナ、ガスタービン燃焼器及びガスタービンを提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の燃料ノズルは、燃料と燃焼用空気とを予め混合させた予混合気が流通する予混合気流通通路の内部に、燃料を噴射する燃料ノズルにおいて、燃料が流通する燃料通路と、燃料通路に連通し、燃料が噴射される低圧噴射孔と、燃料通路に連通し、燃料が噴射される高圧噴射孔と、燃料通路内の燃圧に応じて、高圧噴射孔からの燃料の噴射を切り替え可能な噴射切替機構と、を備え、噴射切替機構は、燃料通路内の燃圧が低い場合に、高圧噴射孔から燃料を噴射させずに、低圧噴射孔から燃料を噴射させる一方で、燃料通路内の燃圧が高い場合に、少なくとも高圧噴射孔から燃料を噴射させることを特徴とする。

【0009】

この構成によれば、燃料通路内の燃圧が低い場合、低圧噴射孔から燃料を噴射することができる。このため、予混合気流通通路を流通する予混合気の燃料の濃度分布は、低圧噴射孔から噴射された燃料によって形成することができる。つまり、低圧噴射孔を所定の位置に設け、低圧噴射孔から燃料を噴射することで、低い燃圧となる運転時（例えば、燃料差圧の低い部分負荷運転時）に最適な燃料の濃度分布とすることができる。一方で、燃料通路内の燃圧が高い場合、少なくとも高圧噴射孔から燃料を噴射することができる。このため、予混合気流通通路を流通する予混合気の燃料の濃度分布は、高圧噴射孔から噴射された燃料によって形成することができる。つまり、高圧噴射孔を所定の位置に設け、高圧噴射孔から燃料を噴射することで、高い燃圧となる運転時（例えば、燃料差圧の高い全負荷運転時）に最適な燃料の濃度分布とすることができる。なお、燃料通路内の燃圧が高い場合、高圧噴射孔と低圧噴射孔とから燃料を噴射する構成であることが好ましい。以上から、予混合気流通通路内の燃料の濃度分布を、燃料差圧に応じた最適な分布にすることができる。このため、予混合気を好適に燃焼させることができ、未燃成分の発生を抑制することができるため、燃焼安定性が向上する。

【0010】

この場合、予混合気流通通路は、パイロットバーナの外側に設けられ、低圧噴射孔は、予混合気流通通路の内部において、パイロットバーナ側における燃料の濃度が、パイロットバーナの反対側における燃料の濃度に比して濃くなるような位置に設けられていることが好ましい。

【0011】

この構成によれば、予混合気流通通路内において、パイロットバーナ側の燃料の濃度を濃くすることができる。このため、予混合気流通通路を流通する予混合気の燃料成分を、パイロットバーナの燃焼によって燃焼させることができるため、未燃成分の発生をさらに抑制することができる。

【0012】

この場合、予混合気の流れ方向に沿って延在するノズル棒と、ノズル棒の周囲に、所定の間隔を空けて設けられた複数の旋回翼と、を有し、燃料通路は、ノズル棒の内部から各旋回翼の内部に亘って形成され、低圧噴射孔は、複数の旋回翼のうち、一部の旋回翼に形成され、高圧噴射孔は、複数の旋回翼のうち、他の一部の旋回翼に形成されていることが好ましい。

【0013】

この構成によれば、燃料通路内の燃圧が低い場合、低圧噴射孔が形成された旋回翼から燃料を噴射することができる。一方で、燃料通路内の燃圧が高い場合、少なくとも高圧噴射孔が形成された旋回翼から燃料を噴射することができる。なお、燃料通路内の燃圧が高い場合、高圧噴射孔が形成された旋回翼と低圧噴射孔が形成された旋回翼とから燃料を噴射する構成であることが好ましい。このため、複数の旋回翼のうち、燃圧に応じて、旋回翼を選択することができることから、予混合気流通通路内の燃料の濃度分布を、最適な分布にすることができる。

【0014】

この場合、予混合気流通通路は、パイロットバーナの外側に設けられ、低圧噴射孔は、複数の旋回翼のうち、パイロットバーナの反対側に設けられる旋回翼に形成され、高圧噴射孔は、複数の旋回翼のうち、パイロットバーナ側に設けられる旋回翼に形成されていることが好ましい。

【0015】

この構成によれば、燃料通路内の燃圧が低い場合、パイロットバーナの反対側に位置する旋回翼の低圧噴射孔から燃料を噴射する。このとき、噴射された燃料と燃焼用空気との予混合気は、予混合気流通通路内を旋回することで、予混合気の燃料成分がパイロットバーナ側に移動する。このため、予混合気流通通路内の燃料の濃度分布は、パイロットバーナ側における燃料の濃度が、パイロットバーナの反対側における燃料の濃度に比して濃くすることができ、適切な分布を形成することができる。

【0016】

この場合、予混合気の流れ方向に沿って延在するノズル棒と、ノズル棒の周囲に、所定の間隔を空けて設けられた複数の旋回翼と、を有し、燃料通路は、ノズル棒の内部から各旋回翼の内部に亘って形成され、低圧噴射孔は、各旋回翼の低圧噴射位置に形成され、高圧噴射孔は、各旋回翼の低圧噴射位置とは異なる高圧噴射位置に形成されていることが好ましい。

【0017】

この構成によれば、燃料通路内の燃圧が低い場合、各旋回翼において、低圧噴射位置に形成された低圧噴射孔から燃料を噴射することができる。一方で、燃料通路内の燃圧が高い場合、各旋回翼において、少なくとも高圧噴射位置に形成された高圧噴射孔から燃料を噴射することができる。なお、燃料通路内の燃圧が高い場合、各旋回翼の低圧噴射孔と高圧噴射孔とから燃料を噴射する構成であることが好ましい。このため、燃圧に応じて、各旋回翼における燃料の噴射位置を選択することができることから、予混合気流通通路内の燃料の濃度分布を、最適な分布にすることができる。

【0018】

本発明の燃焼バーナは、上記の燃料ノズルと、燃料ノズルが内部に配置され、燃料ノズルから噴射された燃料と、燃焼用空気とを予め混合させた予混合気が流通する予混合気流通通路と、を備えることを特徴とする。

【0019】

この構成によれば、予混合気流通通路内において、燃料ノズルから噴射された燃料の濃度分布、つまり、予混合気中の燃料成分の分布を、燃料差圧に応じた最適な分布にすることができる。

【0020】

本発明のガスタービン燃焼器は、中央に設けられるパイロットバーナと、パイロットバーナの周囲に複数配置される、上記の燃焼バーナと、を備えることを特徴とする。

【0021】

この構成によれば、パイロットバーナの燃焼により、燃焼バーナの予混合気流通通路からの予混合気を好適に燃焼させることができる。

【0022】

本発明の他のガスタービン燃焼器は、中央に設けられるパイロットバーナと、パイロットバーナの周囲に配置される複数の燃焼バーナと、を備え、各燃焼バーナは、燃料を噴射する燃料ノズルと、燃料ノズルが内部に配置され、燃料ノズルから噴射された燃料と、燃焼用空気とを予め混合させた予混合気が流通する予混合気流通通路と、を有し、複数の燃料ノズルは、燃料が噴射される低圧燃料ノズルと、燃料が噴射される高圧燃料ノズルと、を含み、燃料の圧力に応じて、高圧燃料ノズルからの燃料の噴射を切り替え可能な噴射切替機構と、を備え、噴射切替機構は、燃料ノズル内の燃圧が低い場合に、高圧燃料ノズルから燃料を噴射させずに、低圧燃料ノズルから燃料を噴射させる一方で、燃料ノズル内の燃圧が高い場合に、少なくとも高圧燃料ノズルから燃料を噴射させることを特徴とする。

【0023】

この構成によれば、燃料ノズル内の燃圧が低い場合、低圧燃料ノズルから燃料を噴射することができる。一方で、燃料ノズル内の燃圧が高い場合、少なくとも高圧燃料ノズルから燃料を噴射することができる。なお、燃料ノズル内の燃圧が高い場合、低圧燃料ノズルと高圧燃料ノズルとから燃料を噴射する構成であることが好ましい。このため、燃圧に応じて、燃料ノズルを選択することができることから、燃料の濃度分布を、最適な分布にすることができる。

【0024】

この場合、低圧燃料ノズルは、複数の燃料ノズルの個数の半分以下の個数となっていることが好ましい。

【0025】

この構成によれば、燃圧が低い場合には、少ない燃料ノズルで燃料を噴射する分、燃圧を高めて、燃料差圧を高くすることができるため、燃料を好適に噴射することができる。

【0026】

本発明のガスタービンは、上記のガスタービン燃焼器と、ガスタービン燃焼器において、予混合気を燃焼させることで発生する燃焼ガスにより回転するタービンと、を備えることを特徴とする。

【0027】

この構成によれば、燃料を好適に燃焼できるため、低ＮＯｘとなる燃焼によって、タービンを回転させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】図１は、実施例１に係るガスタービンの概略構成図である。

【図2】図２は、図１のガスタービン燃焼器における拡大図である。

【図3】図３は、ガスタービン燃焼器の内部構成を概略的に示す図である。

【図4】図４は、ガスタービン燃焼器の各種バーナの配置を示す図である。

【図5】図５は、ガスタービン燃焼器の燃料通路を概略的に示す図である。

【図6】図６は、燃圧が低いときの理想となる燃料の濃度分布を示す図である。

【図7】図７は、実施例１の燃圧が低いときのメインノズルの状態を示す断面図である。

【図8】図８は、実施例１の燃圧が高いときのメインノズルの状態を示す断面図である。

【図9】図９は、実施例２の燃圧が低いときのメインノズルの状態を示す断面図である。

【図10】図１０は、実施例２の燃圧が高いときのメインノズルの状態を示す断面図である。

【図11】図１１は、実施例３の燃圧が低いときのガスタービン燃焼器の燃料通路の状態を示す断面図である。

【図12】図１２は、実施例３の燃圧が高いときのガスタービン燃焼器の燃料通路の状態を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下に、本発明に係る実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

【実施例1】

【0030】

図１は、実施例１に係るガスタービンの概略構成図である。図１に示すように、ガスタービン１は、圧縮機１１とガスタービン燃焼器（以下、燃焼器という）１２とタービン１３と排気室１４とを備えており、タービン１３に図示しない発電機が連結されている。

【0031】

圧縮機１１は、空気を取り込む空気取入口１５を有し、圧縮機車室１６内に複数の静翼１７と複数の動翼１８とが交互に配設されている。燃焼器１２は、圧縮機１１で圧縮された圧縮空気（燃焼用空気）に対して燃料を供給し、バーナで点火することで燃焼可能となっている。タービン１３は、タービン車室２０内に複数の静翼２１と複数の動翼２２とが交互に配設されている。排気室１４は、タービン１３に連続する排気ディフューザ２３を有している。また、圧縮機１１、燃焼器１２、タービン１３、排気室１４の中心部を貫通するようにロータ（タービン軸）２４が位置しており、圧縮機１１側の端部が軸受部２５により回転自在に支持される一方、排気室１４側の端部が軸受部２６により回転自在に支持されている。そして、このロータ２４に複数のディスクプレートが固定され、各動翼１８，２２が連結されると共に、排気室１４側の端部に図示しない発電機の駆動軸が連結されている。

【0032】

従って、圧縮機１１の空気取入口１５から取り込まれた空気が、複数の静翼１７と複数の動翼１８とを通過して圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となり、燃焼器１２にて、この圧縮空気に対して所定の燃料が供給されることで燃焼する。そして、この燃焼器１２で生成された作動流体である高温・高圧の燃焼ガスが、タービン１３を構成する複数の静翼２１と複数の動翼２２とを通過することでロータ２４を駆動回転させて、このロータ２４に連結された発電機を駆動する。一方、ロータ２４を駆動回転させた後の燃焼ガスである排気ガスは、排気室１４の排気ディフューザ２３で静圧に変換されてから大気に放出される。

【0033】

図２は、図１のガスタービン燃焼器における拡大図である。図３は、ガスタービン燃焼器の内部構成を概略的に示す図である。図４は、ガスタービン燃焼器の各種バーナの配置を示す図である。燃焼器１２は、燃焼器ケーシング３０を有する。燃焼器ケーシング３０は、外筒３１の内部に配置された内筒３２と、内筒３２の先端部に連結された尾筒３３とを有し、ロータ２４の回転軸Ｉに対して傾斜した中心軸Ｓに沿って延在する。

【0034】

図２に示すように、外筒３１は、圧縮機１１からの圧縮空気が流入する車室３４を形成する車室ハウジング２７に締結されている。内筒３２は、その基端部が外筒３１に支持され、外筒３１の内側に、外筒３１から所定間隔をあけて配置されている。内筒３２の中心部には、中心軸Ｓに沿ってパイロットバーナ４０が配設されている。パイロットバーナ４０の周囲には、パイロットバーナ４０を取り囲むように等間隔にかつパイロットバーナ４０と平行に複数のメインバーナ（燃焼バーナ）５０が配設されている（図４参照）。尾筒３３は、その基端が円筒状に形成されて内筒３２の先端に連結されている。尾筒３３は、先端側にかけて断面積が小さくかつ湾曲して形成され、タービン１３の１段目の静翼２１に向けて開口している。尾筒３３は、内部に燃焼室を形成する。

【0035】

図３に示すように、パイロットバーナ４０は、パイロットコーン４１と、パイロットコーン４１の内部に、かつ、中心軸Ｓに沿って配置されたパイロットノズル４２と、パイロットノズル４２の外周部に設けられるパイロットスワラ４３とを有する。メインバーナ５０は、バーナ筒５１と、バーナ筒５１の内部に、かつ、中心軸Ｓと平行に配置されたメインノズル（燃料ノズル）５２とを有する。パイロットノズル４２には、燃料ポート４４（図２）を介して不図示のパイロット燃料ラインから燃料が供給される。メインノズル５２には、燃料ポート５４（図２及び図５）を介して不図示のメイン燃料ラインから燃料が供給される。

【0036】

図２において、圧縮機１１からの高温高圧の圧縮空気は、燃焼器１２の周囲の車室３４に流入する。この圧縮空気は、尾筒３３及び内筒３２の外側を、尾筒３３側から内筒３２側へと流れ、内筒３２の基端側から内筒３２の内部に流入する。内筒３２内に流入した圧縮空気は、パイロットバーナ４０およびメインバーナ５０で燃料と混合すると共に燃焼し、燃焼ガスとなる。

【0037】

すなわち、内筒３２に流入した圧縮空気は、メインノズル５２から噴射された燃料と混合し、予混合気の旋回流となってバーナ筒５１から尾筒３３内に流れ込む。このため、バーナ筒５１は、予混合気を尾筒３３へ向かって供給する予混合気流通通路として機能する。これとは別に、内筒３２に流入した圧縮空気は、パイロットスワラ４３で旋回され、パイロットノズル４２から噴射された燃料と混合し、予混合気となって尾筒３３内に流れ込む。パイロットノズル４２からの予混合気は、図示しない種火により着火されて燃焼し、燃焼ガスとなって尾筒３３内に噴出する。このとき、燃焼ガスの一部が尾筒３３内に火炎を伴って周囲に拡散するように噴出する。これにより、各メインバーナ５０のバーナ筒５１から尾筒３３内に流れ込んだ予混合気が着火され、燃焼する。

【0038】

このように、パイロットノズル４２から噴射した燃料で拡散火炎させることにより、メインノズル５２からの希薄予混合燃料の安定燃焼を行うための保炎を行うことができる。また、メインバーナ５０でメインノズル５２からの燃料と圧縮空気とを予混合させることにより、燃料濃度が均一化され、ＮＯｘを低減可能となっている。

【0039】

図５は、ガスタービン燃焼器の燃料通路を概略的に示す図である。図５に示すように、ガスタービン燃焼器１２には、燃料ポート５４から複数のメインノズル５２の内部に亘って、燃料通路Ｌが形成されている。つまり、燃料通路Ｌは、燃料ポート５４が設けられる第１部材６１と、第１部材６１に隣接して設けられる第２部材６２と、第２部材６２に取り付けられる複数のメインノズル５２とにより形成されている。このため、燃料通路Ｌは、第１部材６１に形成されるポート側燃料通路Ｌ１と、メインノズル５２に形成されるノズル側燃料通路Ｌ２とを含んで構成される。

【0040】

第１部材６１は、中心軸Ｓを中心とする円柱状に形成されており、第２部材６２が隣接する面とは反対側の面に、燃料ポート５４が突出して設けられている。燃料ポート５４には、図示しない燃料供給装置が接続されており、燃料供給装置から燃料が供給される。第１部材６１は、その内部に円環状のポート側燃料通路Ｌ１が形成されている。このポート側燃料通路Ｌ１は、燃料ポート５４に連通すると共に、複数のメインノズル５２のノズル側燃料通路Ｌ２に連通する。第２部材６２は、複数のメインノズル５２を保持している。

【0041】

各メインノズル５２は、ノズル棒６５と、ノズル棒６５の周囲に所定の間隔を空けて配置される複数の旋回翼（いわゆる、スワラ）６６とを有する。ノズル棒６５は、中心軸Ｓと同方向に延在して形成され、中心軸Ｓと平行に配置されている。ノズル棒６５は、その中心に、ノズル側燃料通路Ｌ２の一部が、つまり、ノズル側燃料通路Ｌ２の燃料の流れ方向の上流側の部分が形成されている。このノズル棒６５は、燃料の流れ方向の上流側となる基端部が、第２部材６２に取り付けられている。また、ノズル棒６５は、燃料の流れ方向の下流側となる先端部に、複数の旋回翼６６が設けられている。

【0042】

複数の旋回翼６６は、バーナ筒５１を流通する空気が通過することで、空気と燃料とを混合させて予混合気とし、この予混合気を尾筒３３へ向けて旋回させる。各旋回翼６６は、その内部に、ノズル側燃料通路Ｌ２の他の一部が、つまり、ノズル側燃料通路Ｌ２の燃料の流れ方向の下流側の部分が形成されている。また、各旋回翼６６は、燃料が噴射される噴射孔７１が複数形成されている。この噴射孔７１は、ノズル側燃料通路Ｌ２に連通している。なお、複数の噴射孔７１は、例えば、４つ形成されている。４つの噴射孔７１のうち、２つの噴射孔７１は、燃料の流れ方向の下流側に形成されると共にノズル棒６５側に寄せた位置に形成されている。残りの２つの噴射孔７１は、燃料の流れ方向の上流側に形成されると共にノズル棒６５から離れた位置に形成されている。

【0043】

従って、燃料ポート５４から燃料が供給されると、燃料は、ポート側燃料通路Ｌ１を流通することで、複数のメインノズル５２へ向けて供給される。各メインノズル５２にポート側燃料通路Ｌ１から燃料が供給されると、燃料は、ノズル側燃料通路Ｌ２を流通する。ノズル側燃料通路Ｌ２を流通する燃料は、ノズル棒６５の基端側から先端側へ向かって流れ、この後、ノズル棒６５から旋回翼６６へ向かって流れる。旋回翼６６に流入した燃料は、噴射孔７１からバーナ筒５１内に噴射されることで、バーナ筒５１内を流通する空気と混合される。

【0044】

このように構成されたガスタービン燃焼器１２は、燃料通路Ｌ内の燃圧が、ガスタービン１の発電機負荷に応じて変化する。つまり、ガスタービン燃焼器１２において、噴射孔７１から噴射される燃料の噴射量は、所定の割合となるように調整される。このため、発電機負荷を上げれば、燃料の噴射量を多くすべく、燃料供給装置によって燃料通路Ｌ内の燃圧を高くする。一方で、発電機負荷を下げれば、燃料の噴射量を少なくすべく、燃料供給装置によって燃料通路Ｌ内の燃圧を低くする。

【0045】

このとき、ガスタービン１の発電機負荷が低い場合としては、ガスタービン１が起動し、ガスタービン燃焼器１２が着火してから定格運転に到達するまでの運転である部分負荷運転を行う場合である。

【0046】

ここで、ガスタービン１が定格運転を行う場合、ガスタービン燃焼器１２において、メインノズル５２（燃料通路Ｌ）の燃圧と、バーナ筒５１内の圧力との差である燃料差圧は高くなっている。つまり、燃料通路Ｌの燃圧が高くなれば、燃料差圧も高くなる。燃料差圧が高い場合、バーナ筒５１内における燃料の濃度分布、すなわち、予混合気の燃料成分の分布は、均一の濃度分布に形成されることが好ましい。

【0047】

一方で、ガスタービン１が部分負荷運転を行う場合、ガスタービン燃焼器１２において、燃料差圧は低くなっている。つまり、燃料通路Ｌの燃圧が低くなれば、燃料差圧も低くなる。ここで、図６は、燃圧が低いときの理想となる燃料の濃度分布を示す図である。燃料差圧が低い場合、バーナ筒５１の流出側における燃料の濃度分布は、図６に示すように形成されることが好ましい。つまり、バーナ筒５１の流出側における燃料の濃度分布は、パイロットバーナ４０側における燃料の濃度が、パイロットバーナ４０の反対側における燃料の濃度に比して濃くなる分布に形成されることが好ましい。

【0048】

そこで、実施例１では、燃料差圧に適した燃料の濃度分布を形成するために、メインノズル５２に、燃圧に応じて作動する噴射切替機構７５を設けている。以下、図７及び図８を参照して、噴射切替機構７５について説明する。図７は、実施例１の燃圧が低いときのメインノズルの状態を示す断面図である。図８は、実施例１の燃圧が高いときのメインノズルの状態を示す断面図である。

【0049】

噴射切替機構７５は、燃料通路Ｌの燃圧が低い場合、複数の旋回翼６６のうち、一部の旋回翼６６の噴射孔７１から燃料を噴射させる一方で、燃料通路Ｌの燃圧が高い場合、複数の旋回翼６６の全ての噴射孔７１から燃料を噴射させている。噴射切替機構７５の説明に先立ち、複数の旋回翼６６について具体的に説明する。

【0050】

複数の旋回翼６６は、燃圧が低い場合に、燃料を噴射する旋回翼６６ａと、燃料を噴射しない旋回翼６６ｂとに分けられる。このとき、旋回翼６６ａに形成された噴射孔７１が、低圧噴射孔７１ａとして機能する。また、旋回翼６６ｂに形成された噴射孔７１が、高圧噴射孔７１ｂとして機能する。そして、複数の旋回翼６６のうち、パイロットバーナ４０とは反対側に位置する一部の旋回翼６６が、旋回翼６６ａとなっており、パイロットバーナ４０側に位置する他の旋回翼６６が、旋回翼６６ｂとなっている。

【0051】

このため、燃料通路Ｌの燃圧が低い場合、パイロットバーナ４０とは反対側に位置する旋回翼６６ａは、その低圧噴射孔７１ａから燃料を噴射する。このとき、噴射された燃料と圧縮空気との予混合気は、バーナ筒５１内を旋回することで、予混合気の燃料成分がパイロットバーナ４０側に移動する。このため、バーナ筒５１から尾筒３３へ流出する燃料の濃度分布は、パイロットバーナ４０側における燃料の濃度が、パイロットバーナ４０の反対側における燃料の濃度に比して濃くなる分布に形成される。

【0052】

一方で、燃料通路Ｌの燃圧が高い場合、旋回翼６６ａの低圧噴射孔７１ａ、及び旋回翼６６ｂの高圧噴射孔７１ｂから燃料が噴射される。このとき、噴射された燃料と圧縮空気との予混合気は、その燃料成分が均等に分布している。このため、予混合気がバーナ筒５１内を旋回しても、バーナ筒５１から尾筒３３へ流出する燃料の濃度分布は、均一の濃度分布に形成される。

【0053】

ノズル側燃料通路Ｌ２は、ノズル棒６５の内部のノズル側燃料通路Ｌ２である棒燃料通路Ｌａと、旋回翼６６ａの内部のノズル側燃料通路Ｌ２である低圧側翼燃料通路Ｌｂと、棒燃料通路Ｌａと低圧側翼燃料通路Ｌｂとを連通する低圧側連通通路Ｌｃとを有する。また、ノズル側燃料通路Ｌ２は、旋回翼６６ｂの内部のノズル側燃料通路Ｌ２である高圧側翼燃料通路Ｌｄと、棒燃料通路Ｌａと高圧側翼燃料通路Ｌｄとを連通する高圧側連通通路Ｌｅとを有する。そして、低圧側連通通路Ｌｃは、高圧側連通通路Ｌｅに比して、燃料の流れ方向の上流側に位置している。

【0054】

続いて、噴射切替機構７５について説明する。噴射切替機構７５は、仕切り板７６と、弾性部材７７と、パージ孔７８とを有する。パージ孔７８は、棒燃料通路Ｌａとノズル棒６５の外部とを連通しており、高圧側連通通路Ｌｅに比して、燃料の流れ方向の下流側に位置している。

【0055】

仕切り板７６は、ノズル棒６５の棒燃料通路Ｌａに設けられる。仕切り板７６は、棒燃料通路Ｌａを閉止する形状に形成されており、棒燃料通路Ｌａの燃料の流れ方向に沿って移動可能となっている。このとき、仕切り板７６は、低圧側連通通路Ｌｃの下流側と、パージ孔７８の上流側との間で往復移動する。つまり、仕切り板７６は、高圧側連通通路Ｌｅを挟んで上流側及び下流側に向けて往復移動する。

【0056】

弾性部材７７は、仕切り板７６と棒燃料通路Ｌａの先端部との間に設けられる。つまり、弾性部材７７は、パージ孔７８と連通する空間に設けられる。弾性部材７７は、例えば、圧縮バネであり、その一端が仕切り板７６に連結され、その他端が棒燃料通路Ｌａの先端部に連結されている。このため、弾性部材７７は、仕切り板７６を棒燃料通路Ｌａの上流側へ向けて付勢している。弾性部材７７は、燃圧が低い場合、棒燃料通路Ｌａにおいて、仕切り板７６が低圧側連通通路Ｌｃと高圧側連通通路Ｌｅとの間に位置するような付勢力となっている。一方で、弾性部材７７は、燃圧が高い場合、棒燃料通路Ｌａにおいて、仕切り板７６が高圧側連通通路Ｌｅとパージ孔７８との間に位置するような付勢力となっている。なお、パージ孔７８は、仕切り板７６によって仕切られた弾性部材７７が設けられる空間の変位を許容すべく、この空間とバーナ筒５１の内部とで空気を流通させる。

【0057】

図７に示すように、上記のメインノズル５２において、ガスタービン１が部分負荷運転を行うと、燃料通路Ｌの燃圧は、全負荷運転に比して低いものとなる。燃料通路Ｌの燃圧が低いと、噴射切替機構７５の弾性部材７７は、仕切り板７６を低圧側連通通路Ｌｃと高圧側連通通路Ｌｅとの間に位置させる。これにより、棒燃料通路Ｌａと低圧側連通通路Ｌｃとが連通する一方で、棒燃料通路Ｌａと高圧側連通通路Ｌｅとが閉止される。このため、棒燃料通路Ｌａを流通する燃料は、棒燃料通路Ｌａから低圧側連通通路Ｌｃを介して低圧側翼燃料通路Ｌｂに流通する。よって、複数の旋回翼６６のうち、旋回翼６６ａの低圧噴射孔７１ａからのみ燃料が噴射される。

【0058】

一方で、図８に示すように、上記のメインノズル５２において、ガスタービン１が全負荷運転を行うと、燃料通路Ｌの燃圧は、部分負荷運転に比して高いものとなる。燃料通路Ｌの燃圧が高いと、噴射切替機構７５の弾性部材７７は、仕切り板７６を高圧側連通通路Ｌｅとパージ孔７８との間に位置させる。これにより、棒燃料通路Ｌａと低圧側連通通路Ｌｃとが連通し、また、棒燃料通路Ｌａと高圧側連通通路Ｌｅとが連通する。このため、棒燃料通路Ｌａを流通する燃料は、棒燃料通路Ｌａから低圧側連通通路Ｌｃを介して低圧側翼燃料通路Ｌｂに流通すると共に、棒燃料通路Ｌａから高圧側連通通路Ｌｅを介して高圧側翼燃料通路Ｌｄに流通する。よって、旋回翼６６ａの低圧噴射孔７１ａ及び旋回翼６６ｂの高圧噴射孔７１ｂから、つまり、全ての旋回翼６６の噴射孔７１から燃料が噴射される。

【0059】

以上のように、実施例１の構成によれば、燃料通路Ｌ内の燃圧が低い場合、低圧噴射孔７１ａから燃料を噴射することができる。このため、バーナ筒５１内を流通する予混合気の燃料の濃度分布は、低圧噴射孔７１ａから噴射された燃料によって形成することができる。つまり、低圧噴射孔７１ａから燃料を噴射することで、低い燃圧となる運転時（例えば、燃料差圧の低い部分負荷運転時）に最適な燃料の濃度分布とすることができる。一方で、燃料通路Ｌ内の燃圧が高い場合、低圧噴射孔７１ａ及び高圧噴射孔７１ｂから燃料を噴射することができる。このため、バーナ筒５１内を流通する予混合気の燃料の濃度分布は、低圧噴射孔７１ａ及び高圧噴射孔７１ｂから噴射された燃料によって形成することができる。つまり、低圧噴射孔７１ａ及び高圧噴射孔７１ｂから燃料を噴射することで、高い燃圧となる運転時（例えば、燃料差圧の高い全負荷運転時）に最適な燃料の濃度分布とすることができる。以上から、バーナ筒５１内の燃料の濃度分布を、燃料差圧に応じた最適な分布にすることができる。このため、予混合気を好適に燃焼させることができ、未燃成分の発生を抑制することができるため、燃焼安定性が向上する。

【0060】

また、実施例１の構成によれば、バーナ筒５１の流出側の内部において、パイロットバーナ４０側の燃料の濃度を濃くすることができる。このため、バーナ筒５１を流通した予混合気の燃料成分を、パイロットバーナ４０の燃焼によって燃焼させることができるため、未燃成分の発生をさらに抑制することができる。

【0061】

また、実施例１の構成によれば、燃料通路Ｌ内の燃圧が低い場合、低圧噴射孔７１ａが形成された旋回翼６６ａから燃料を噴射することができる。一方で、燃料通路Ｌ内の燃圧が高い場合、低圧噴射孔７１ａが形成された旋回翼６６ａ、及び高圧噴射孔７１ｂが形成された旋回翼６６ｂから燃料を噴射することができる。このため、複数の旋回翼６６のうち、燃圧に応じて、旋回翼６６を選択することができることから、バーナ筒５１の流出側の内部の燃料の濃度分布を、最適な分布にすることができる。

【0062】

なお、実施例１では、燃料通路Ｌ内の燃圧が高い場合、低圧噴射孔７１ａが形成された旋回翼６６ａ、及び高圧噴射孔７１ｂが形成された旋回翼６６ｂから燃料を噴射したが、高圧噴射孔７１ｂが形成された旋回翼６６ｂからのみ燃料を噴射してもよい。このとき、噴射切替機構７５は、燃圧が高い場合に、棒燃料通路Ｌａと低圧側連通通路Ｌｃとを閉止し、また、棒燃料通路Ｌａと高圧側連通通路Ｌｅとを連通させる構成とすることが好ましい。

【実施例2】

【0063】

次に、図９及び図１０を参照して、実施例２に係るメインノズル１００について説明する。図９は、実施例２の燃圧が低いときのメインノズルの状態を示す断面図である。図１０は、実施例２の燃圧が高いときのメインノズルの状態を示す断面図である。なお、実施例２では、実施例１と重複する記載を避けるべく、実施例１と異なる部分についてのみ説明する。実施例１のメインノズル５２では、噴射切替機構７５により、燃圧に応じて、旋回翼６６の燃料の噴射を切り替えていた。実施例２のメインノズル１００では、噴射切替機構１０１により、燃圧に応じて、各旋回翼６６における燃料の噴射位置を切り替えている。噴射切替機構１０１の説明に先立ち、複数の旋回翼６６について具体的に説明する。

【0064】

図９及び図１０に示すように、実施例２に係るメインノズル１００において、各旋回翼６６には、燃料が噴射される複数の噴射孔７１が形成されている。この噴射孔７１は、燃料通路Ｌの燃圧が低い場合に、燃料を噴射する低圧噴射孔７１ａと、燃料を噴射しない高圧噴射孔７１ｂとに分けられる。低圧噴射孔７１ａは、高圧噴射孔７１ｂに比して、燃料の流れ方向の上流側に形成されている。つまり、低圧噴射孔７１ａは、各旋回翼６６の上流側となる低圧噴射位置に形成され、高圧噴射孔７１ｂは、各旋回翼６６の下流側となる高圧噴射位置に形成されている。このため、低圧噴射孔７１ａと高圧噴射孔７１ｂとは、異なる位置となっている。

【0065】

旋回翼６６の内部のノズル側燃料通路Ｌ２は、低圧側翼燃料通路Ｌｂと、高圧側翼燃料通路Ｌｄとに区分けされている。旋回翼６６の内部において、低圧側翼燃料通路Ｌｂは、高圧側翼燃料通路Ｌｄに比して、燃料の流れ方向の上流側に形成されている。このため、低圧噴射孔７１ａは、低圧側翼燃料通路Ｌｂに連通し、高圧噴射孔７１ｂは、高圧側翼燃料通路Ｌｄに連通する。そして、低圧側連通通路Ｌｃは、棒燃料通路Ｌａと旋回翼６６の低圧側翼燃料通路Ｌｂとを連通する。また、高圧側連通通路Ｌｅは、棒燃料通路Ｌａと旋回翼６６の高圧側翼燃料通路Ｌｄとを連通する。なお、低圧側連通通路Ｌｃは、実施例１と同様に、高圧側連通通路Ｌｅに比して、燃料の流れ方向の上流側に位置している。

【0066】

続いて、実施例２に係る噴射切替機構１０１について説明する。噴射切替機構１０１は、仕切り板７６と、弾性部材７７と、パージ孔７８とを有する。なお、仕切り板７６、弾性部材７７、及びパージ孔７８は、実施例１とほぼ同様であるため、説明を省略する。

【0067】

図９に示すように、上記のメインノズル１００において、ガスタービン１が部分負荷運転を行うと、燃料通路Ｌの燃圧は、全負荷運転に比して低いものとなる。燃料通路Ｌの燃圧が低いと、噴射切替機構１０１の弾性部材７７は、仕切り板７６を低圧側連通通路Ｌｃと高圧側連通通路Ｌｅとの間に位置させる。これにより、棒燃料通路Ｌａと低圧側連通通路Ｌｃとが連通する一方で、棒燃料通路Ｌａと高圧側連通通路Ｌｅとが閉止される。このため、棒燃料通路Ｌａを流通する燃料は、棒燃料通路Ｌａから低圧側連通通路Ｌｃを介して低圧側翼燃料通路Ｌｂに流通する。よって、複数の旋回翼６６の低圧噴射孔７１ａからのみ燃料が噴射される。

【0068】

一方で、図１０に示すように、上記のメインノズル１００において、ガスタービン１が全負荷運転を行うと、燃料通路Ｌの燃圧は、部分負荷運転に比して高いものとなる。燃料通路Ｌの燃圧が高いと、噴射切替機構１０１の弾性部材７７は、仕切り板７６を高圧側連通通路Ｌｅとパージ孔７８との間に位置させる。これにより、棒燃料通路Ｌａと低圧側連通通路Ｌｃとが連通し、また、棒燃料通路Ｌａと高圧側連通通路Ｌｅとが連通する。このため、棒燃料通路Ｌａを流通する燃料は、棒燃料通路Ｌａから低圧側連通通路Ｌｃを介して低圧側翼燃料通路Ｌｂに流通すると共に、棒燃料通路Ｌａから高圧側連通通路Ｌｅを介して高圧側翼燃料通路Ｌｄに流通する。よって、複数の旋回翼６６の低圧噴射孔７１ａ及び高圧噴射孔７１ｂから、つまり、全ての旋回翼６６の噴射孔７１から燃料が噴射される。

【0069】

以上のように、実施例２の構成においても、燃料通路Ｌ内の燃圧が低い場合、低圧噴射孔７１ａから燃料を噴射することができる。一方で、燃料通路Ｌ内の燃圧が高い場合、低圧噴射孔７１ａ及び高圧噴射孔７１ｂから燃料を噴射することができる。このため、バーナ筒５１内の燃料の濃度分布を、燃料差圧に応じた最適な分布にすることができる。このため、予混合気を好適に燃焼させることができ、未燃成分の発生を抑制することができるため、燃焼安定性が向上する。

【0070】

また、実施例２の構成によれば、燃料通路Ｌ内の燃圧が低い場合、各旋回翼６６の低圧噴射孔７１ａから燃料を噴射することができる。一方で、燃料通路Ｌ内の燃圧が高い場合、各旋回翼６６の低圧噴射孔７１ａ及び高圧噴射孔７１ｂから燃料を噴射することができる。このため、燃圧に応じて、各旋回翼６６における燃料の噴射位置を選択することができることから、バーナ筒５１内の燃料の濃度分布を、最適な分布にすることができる。

【0071】

なお、実施例２では、噴射切替機構１０１は、燃料通路Ｌ内の燃圧が高い場合、各旋回翼６６の低圧噴射孔７１ａ及び高圧噴射孔７１ｂから燃料を噴射したが、各旋回翼６６の高圧噴射孔７１ｂからのみ燃料を噴射してもよい。このとき、噴射切替機構１０１は、燃圧が高い場合に、棒燃料通路Ｌａと低圧側連通通路Ｌｃとを閉止し、また、棒燃料通路Ｌａと高圧側連通通路Ｌｅとを連通させる構成とすることが好ましい。

【実施例3】

【0072】

次に、図１１及び図１２を参照して、実施例３に係るガスタービン燃焼器１１０について説明する。図１１は、実施例３の燃圧が低いときのガスタービン燃焼器の燃料通路の状態を示す断面図である。図１２は、実施例３の燃圧が高いときのガスタービン燃焼器の燃料通路の状態を示す断面図である。なお、実施例３では、実施例１と重複する記載を避けるべく、実施例１と異なる部分についてのみ説明する。実施例１及び２では、噴射切替機構７５，１０１をメインノズル５２，１００に設けた。実施例３では、噴射切替機構１１１を、ガスタービン燃焼器１１０の燃料通路Ｌのポート側燃料通路Ｌ１とノズル側燃料通路Ｌ２との間に設けている。

【0073】

図１１及び図１２に示すように、実施例３に係るガスタービン燃焼器１１０において、噴射切替機構１１１は、燃料通路Ｌの燃圧が低い場合、複数のメインバーナ５０における複数のメインノズル５２のうち、一部のメインノズル５２から燃料を噴射させる一方で、燃料通路Ｌの燃圧が高い場合、複数のメインノズル５２の全てから燃料を噴射させている。噴射切替機構１１１の説明に先立ち、複数のメインノズル５２について具体的に説明する。

【0074】

複数のメインノズル５２は、燃圧が低い場合に、燃料を噴射する低圧メインノズル（低圧燃料ノズル）５２ａと、燃料を噴射しない高圧メインノズル（高圧燃料ノズル）５２ｂとに分けられる。このとき、低圧メインノズル５２ａの旋回翼６６に形成された噴射孔７１が、低圧噴射孔７１ａとして機能する。また、高圧メインノズル５２ｂの旋回翼６６に形成された噴射孔７１が、高圧噴射孔７１ｂとして機能する。低圧メインノズル５２ａは、複数のメインノズル５２の個数の半分以下の個数となっている。このため、複数のメインノズル５２が、例えば８個である場合、低圧メインノズル５２ａは、１〜４個のいずれかの個数となっており、また、高圧メインノズル５２ｂは、７〜４個のいずれかの個数となっている。ここで、低圧メインノズル５２ａが複数である場合、複数の低圧メインノズル５２ａは、相互に隣接して設けられている。

【0075】

続いて、実施例３に係る噴射切替機構１１１について説明する。噴射切替機構１１１は、第１部材６１のポート側燃料通路Ｌ１と高圧メインノズル５２ｂのノズル側燃料通路Ｌ２との間の第２部材６２に形成される切替用燃料通路Ｌ３に設けられている。切替用燃料通路Ｌ３は、ポート側燃料通路Ｌ１に連通すると共に、ノズル側燃料通路Ｌ２に連通している。

【0076】

噴射切替機構１１１は、仕切り板１１６と、弾性部材１１７と、パージ孔１１８とを有する。パージ孔１１８は、切替用燃料通路Ｌ３と外部とを連通している。このとき、切替用燃料通路Ｌ３は、その上流側にノズル側燃料通路Ｌ２が連通され、その下流側にパージ孔１１８が連通している。

【0077】

仕切り板１１６は、第２部材６２の切替用燃料通路Ｌ３に設けられる。仕切り板１１６は、切替用燃料通路Ｌ３を閉止する形状に形成されており、切替用燃料通路Ｌ３の燃料の流れ方向に沿って移動可能となっている。このとき、仕切り板１１６は、ノズル側燃料通路Ｌ２を閉止する閉位置と、ノズル側燃料通路Ｌ２を切替用燃料通路Ｌ３と連通させる開位置との間で往復移動する。

【0078】

弾性部材１１７は、仕切り板１１６と切替用燃料通路Ｌ３の下流側の端部との間に設けられる。弾性部材１１７は、例えば、圧縮バネであり、その一端が仕切り板１１６に連結され、その他端が切替用燃料通路Ｌ３の下流側の端部に連結されている。このため、弾性部材１１７は、仕切り板１１６を切替用燃料通路Ｌ３の上流側へ向けて付勢している。弾性部材１１７は、燃圧が低い場合、切替用燃料通路Ｌ３において、仕切り板１１６が閉位置となるような付勢力となっている。一方で、弾性部材１１７は、燃圧が高い場合、切替用燃料通路Ｌ３において、仕切り板１１６が開位置となるような付勢力となっている。

【0079】

図１１に示すように、上記のガスタービン燃焼器１１０において、ガスタービン１が部分負荷運転を行うと、燃料通路Ｌの燃圧は、全負荷運転に比して低いものとなる。燃料通路Ｌの燃圧が低いと、噴射切替機構１１１の弾性部材１１７は、仕切り板１１６を閉位置に位置させる。このため、高圧メインノズル５２ｂのノズル側燃料通路Ｌ２と切替用燃料通路Ｌ３とが、仕切り板１１６により閉止される。これにより、ポート側燃料通路Ｌ１を流通する燃料は、ポート側燃料通路Ｌ１から低圧メインノズル５２ａのノズル側燃料通路Ｌ２に流通する。よって、複数のメインノズル５２のうち、低圧メインノズル５２ａからのみ燃料が噴射される。

【0080】

一方で、図１２に示すように、上記のガスタービン燃焼器１１０において、ガスタービン１が全負荷運転を行うと、燃料通路Ｌの燃圧は、部分負荷運転に比して高いものとなる。燃料通路Ｌの燃圧が高いと、噴射切替機構１１１の弾性部材１１７は、仕切り板１１６を開位置に位置させる。このため、高圧メインノズル５２ｂのノズル側燃料通路Ｌ２と、切替用燃料通路Ｌ３とが、仕切り板１１６により連通される。これにより、ポート側燃料通路Ｌ１を流通する燃料は、ポート側燃料通路Ｌ１から、低圧メインノズル５２ａのノズル側燃料通路Ｌ２と、高圧メインノズル５２ｂのノズル側燃料通路Ｌ２とに流通する。よって、低圧メインノズル５２ａ及び高圧メインノズル５２ｂから、つまり、全てのメインノズル５２から燃料が噴射される。

【0081】

以上のように、実施例３の構成に係るガスタービン燃焼器１１０によれば、燃料通路Ｌ内の燃圧が低い場合、低圧メインノズル５２ａから燃料を噴射することができる。一方で、燃料通路Ｌ内の燃圧が高い場合、低圧メインノズル５２ａ及び高圧メインノズル５２ｂから燃料を噴射することができる。このため、燃圧に応じて、メインノズル５２を選択することができることから、尾筒３３内の燃料の濃度分布を、最適な分布にすることができる。

【0082】

なお、実施例３では、噴射切替機構１１１は、燃料通路Ｌ内の燃圧が高い場合、低圧メインノズル５２ａ及び高圧メインノズル５２ｂから燃料を噴射したが、高圧メインノズル５２ｂからのみ燃料を噴射してもよい。このとき、噴射切替機構１１１は、燃圧が高い場合に、仕切り板１１６によって低圧メインノズル５２ａのノズル側燃料通路Ｌ２を閉止し、また、仕切り板１１６によって高圧メインノズル５２ｂのノズル側燃料通路Ｌ２を切替用燃料通路Ｌ３と連通させる構成とすることが好ましい。

【0083】

また、実施例１から３では、燃料通路Ｌの燃圧が低い場合として、ガスタービン１が部分負荷運転を行っている場合とし、燃料通路Ｌの燃圧が高い場合として、ガスタービン１が全負荷運転を行っている場合としたが、この構成に限定されない。例えば、燃料通路Ｌの燃圧が低い場合として、ガスタービン１が着火（起動）から全負荷の２５％程度となる部分負荷に到達するまでの運転を行っている場合とし、燃料通路Ｌの燃圧が高い場合として、ガスタービン１が全負荷の２５％程度となる部分負荷から全負荷までの運転を行っている場合としてもよい。つまり、燃料差圧に適した燃料の濃度分布が形成可能であれば、燃圧の高低は、ガスタービン１の運転状態がいずれの場合であってもよい。

【0084】

また、実施例１から３では、噴射切替機構７５，１１１は、仕切り板７６，１１６、弾性部材７７，１１７及びパージ孔７８，１１８を含む構成としたが、燃圧に応じて、燃料の噴射を切替可能な機構であれば、特に限定されない。

【符号の説明】

【0085】

１ ガスタービン
１１ 圧縮機
１２ ガスタービン燃焼器
１３ タービン
１４ 排気室
１６ 圧縮機車室
２０ タービン車室
２３ 排気ディフューザ
２４ ロータ
２７ 車室ハウジング
３１ 外筒
３２ 内筒
３３ 尾筒
３４ 車室
４０ パイロットバーナ
４１ パイロットコーン
４２ パイロットノズル
４３ パイロットスワラ
５０ メインバーナ
５１ バーナ筒
５２ メインノズル
５４ 燃料ポート
６１ 第１部材
６２ 第２部材
６５ ノズル棒
６６ 旋回翼
７１ 噴射孔
７１ａ 低圧噴射孔
７１ｂ 高圧噴射孔
７５ 噴射切替機構
７６ 仕切り板
７７ 弾性部材
７８ パージ孔
１００ メインノズル（実施例２）
１０１ 噴射切替機構（実施例２）
１１０ ガスタービン燃焼器
１１１ 噴射切替機構
１１６ 仕切り板
１１７ 弾性部材
１１８ パージ孔
Ｓ 中心軸
Ｌ 燃料通路
Ｌ１ ポート側燃料通路
Ｌ２ ノズル側燃料通路
Ｌ３ 切替用燃料通路
Ｌａ 棒燃料通路
Ｌｂ 低圧側翼燃料通路
Ｌｃ 低圧側連通通路
Ｌｄ 高圧側翼燃料通路
Ｌｅ 高圧側連通通路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】