特許 6092007 ガスタービン燃焼器

(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】6092007

(24)【登録日】2017年2月17日

(45)【発行日】2017年3月8日

(54)【発明の名称】ガスタービン燃焼器

(51)【国際特許分類】

   F23R 3/12 20060101AFI20170227BHJP

   F23R 3/00 20060101ALI20170227BHJP

   F23R 3/28 20060101ALI20170227BHJP

   F02C 7/22 20060101ALI20170227BHJP

【ＦＩ】

   F23R3/12

   F23R3/00 D

   F23R3/28 B

   F23R3/28 D

   F02C7/22 C

【請求項の数】8

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2013-119393(P2013-119393)

(22)【出願日】2013年6月6日

(65)【公開番号】特開2014-238177(P2014-238177A)

(43)【公開日】2014年12月18日

【審査請求日】2016年5月12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】110000350

【氏名又は名称】ポレール特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】三浦 圭祐

(72)【発明者】

【氏名】小金沢 知己

(72)【発明者】

【氏名】阿部 一幾

(72)【発明者】

【氏名】松原 慶典

【審査官】 山崎 孔徳

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−７５１７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−６５９６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１４４９７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１５４５７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２５６００３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２３Ｒ ３／１２

Ｆ０２Ｃ ７／２２

Ｆ２３Ｒ ３／００

Ｆ２３Ｒ ３／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料および空気を噴射する複数の空気孔が形成された空気孔プレートと、前記空気孔から噴射された燃料と空気を燃焼させる燃焼室を形成するライナとを有し、前記空気孔が円周上に複数配置されて空気孔列が形成され、１重以上の前記空気孔列によって構成されるバーナを備えた燃焼器であって、
前記空気孔の空気孔中心軸を含みかつバーナ中心軸と平行な平面に投影したバーナ中心軸投影線と前記空気孔中心軸とのなす角度である周方向傾斜角度または空気孔中心軸の空気孔出口平面上の投影線とバーナ中心軸を中心とし空気孔出口の中心を通過する円の接線とのなす角度である内向角度のうち少なくともいずれか一方が、同一の円周上に配置された他の空気孔と異なる空気孔を有することを特徴とする燃焼器。

【請求項2】

請求項１に記載の燃焼器であって、
前記ライナに向かって傾斜する空気孔の周方向傾斜角度が、同一の円周上に配置された他の空気孔よりも小さいことを特徴とする燃焼器。

【請求項3】

請求項１または２に記載の燃焼器であって、
前記ライナに向かって傾斜する空気孔の内向角度が、同一の円周上に配置された他の空気孔よりも大きいことを特徴とする燃焼器。

【請求項4】

請求項１乃至３に記載の燃焼器であって、
前記バーナを複数備え、
隣り合う２つの前記バーナと前記ライナとで囲われた空間に向かって傾斜している空気孔の周方向傾斜角度が、同一の円周上に配置された他の空気孔よりも大きいことを特徴とする燃焼器。

【請求項5】

請求項１乃至４に記載の燃焼器であって、
前記バーナを複数備え、
隣り合う２つの前記バーナと前記ライナとで囲われた空間に向かって傾斜している空気孔の内向角度が、同一の円周上に配置された他の空気孔よりも小さいことを特徴とする燃焼器。

【請求項6】

請求項１乃至５に記載の燃焼器を複数組合せて構成された燃焼器であって、
隣り合う燃焼器の燃焼室同士を繋ぐ火炎伝播管が前記ライナに接続され、
同一の円周上に配置された複数の空気孔の中心軸が前記火炎伝播管に向かって傾斜していることを特徴とする燃焼器。

【請求項7】

請求項６に記載の燃焼器であって、
各燃焼器が、複数の前記バーナによって構成されたマルチバーナを備え、
前記マルチバーナが、中央に配置された中央バーナとその周囲に配置された外側バーナとで構成され、前記外側バーナのうち火炎伝播管近傍に配置された外側バーナにおいて、同一の円周上に配置された複数の空気孔の中心軸が前記火炎伝播管に向かって傾斜していることを特徴とする燃焼器。

【請求項8】

請求項７に記載の燃焼器の運転方法であって、
燃焼器の点火時に、中央バーナと火炎伝播管近傍の外側バーナに燃料を供給することを特徴とする燃焼器の運転方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はガスタービン燃焼器に関する。

【背景技術】

【0002】

環境保護の観点からガスタービンにはさらなる低ＮＯｘ化が求められている。ガスタービン燃焼器を低ＮＯｘ化するための一方策として、予混合燃焼器があげられる。また、特許文献１には、燃焼室に燃料を供給する燃料ノズルと、この燃料ノズルの下流側に位置し、空気を供給する空気孔とを多数備え、燃料ノズルの噴出孔と空気孔とを同軸上に配置した燃料燃焼用ノズルから構成される燃焼器が示されており、耐逆火性と低ＮＯｘ燃焼を兼ね備えた燃焼器を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開2003-148734号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

燃焼安定性の改善とライナメタル温度の低減の相反する２つの課題に対し、同時に解決する方策について特許文献１では検討されていなかった。

【0005】

そこで本発明の目的は、燃焼室に燃料を供給する燃料ノズルと、この燃料ノズルの下流側に位置し、空気を供給する空気孔とを多数備えた燃焼器において、火炎を任意の形状に形成可能な燃焼器を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、燃料および空気を噴射する複数の空気孔が形成された空気孔プレートと、前記空気孔から噴射された燃料と空気を燃焼させる燃焼室を形成するライナとを有し、前記空気孔が円周上に複数配置されて空気孔列が形成され、１重以上の前記空気孔列によって構成されるバーナを備え、前記空気孔の空気孔中心軸を含みかつバーナ中心軸と平行な平面に投影したバーナ中心軸投影線と前記空気孔中心軸とのなす角度である周方向傾斜角度または空気孔中心軸の空気孔出口平面上の投影線とバーナ中心軸を中心とし空気孔出口の中心を通過する円の接線とのなす角度である内向角度のうち少なくともいずれか一方が、同一の円周上に配置された他の空気孔と異なる空気孔を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、火炎を任意の形状に形成可能な燃焼器を提供できる。これにより、例えば火炎の安定性を維持しつつライナのメタル温度の低減や火炎伝播特性の改善、燃焼器出口での燃焼ガス温度分布の均一化等を達成することできる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施例１におけるガスタービン燃焼器のバーナ部の詳細断面図と燃料系統および制御装置を示す図である。

【図2】図１に示した実施例１のバーナを燃焼室側から見た正面図である。

【図3】実施例１のガスタービン燃焼器が適用されるガスタービンプラントの概略構成を示すプラントの系統図である。

【図4】従来予混合燃焼器の断面図である。

【図5】従来予混合燃焼器のバーナを燃焼室側から見た正面図である。

【図6】本発明の空気孔を燃焼室から見た正面図および側面展開図である。

【図7】従来燃焼器の燃焼器断面図である。

【図8】従来燃焼器の燃焼器断面図である。

【図9】空気孔を燃焼室から見た正面図と空気孔から噴出された燃料と空気の流線をバーナ軸方向位置とバーナ半径方向位置の2次元平面に投影した図である。

【図10】実施例１の外側バーナを燃焼室側から見た正面図の拡大図である。

【図11】空気孔断面図である。

【図12】空気孔断面図である。

【図13】実施例２のバーナを燃焼室側から見た正面図である。

【図14】実施例２の外側バーナの空気孔プレートを上流側から見た正面図である。

【図15】実施例２の外側バーナの空気孔プレートを下流側から見た正面図である。

【図16】従来燃焼器の燃焼室内を下流側から上流側に見たときの燃焼ガス分布の模式図である。

【図17】実施例２の燃焼器の燃焼室内を下流側から上流側に見たときの燃焼ガス分布の模式図である。

【図18】実施例３のバーナと火炎伝播管を燃焼室側から見た正面図である。

【図19】実施例３を示した図１８のＡ-Ａ断面の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、各実施例について説明する。

【0010】

（第１の実施例）
図３は発電用ガスタービンプラントの全体構成を表すシステム図である。図３において、発電用ガスタービンは、吸い込み空気１５を加圧して高圧空気１６を生成する圧縮機１と、圧縮機１で生成した高圧空気１６と気体燃料５０とを燃焼させて高温燃焼ガス１８を生成する燃焼器２と、燃焼器２で生成した高温燃焼ガス１８によって駆動されるタービン３と、タービン３の駆動によって回転され電力を発生させる発電機８と、圧縮機１、タービン３及び発電機８を一体に連結するシャフト７を備える。

【0011】

そして、燃焼器２は、ケーシング４の内部に格納されている。また、燃焼器２は、その頭部にマルチバーナ６を備え、このマルチバーナ６の下流側となる燃焼器２の内部に、高圧空気と燃焼ガスとを隔てる概略円筒状の燃焼器ライナ１０を備える。この燃焼器ライナ１０の外周に、高圧空気を流下させる空気流路を形成する外周壁となるフロースリーブ１１が配設されている。フロースリーブ１１は燃焼器ライナ１０よりも直径が大きく、燃焼器ライナ１０とほぼ同心円の円筒状に配設されている。燃焼器ライナ１０の下流側には、燃焼器２の燃焼室５で発生した高温燃焼ガス１８をタービン３に導くための尾筒内筒１２が配設されている。また、尾筒内筒１２の外周側に、尾筒外筒１３が配設されている。

【0012】

吸い込み空気１５は、圧縮機１によって圧縮された後に高圧空気１６となる。高圧空気１６は、ケーシング４内に充満した後、尾筒内筒１２と尾筒外筒１３の間の空間に流入し、尾筒内筒１２を外壁面から対流冷却する。さらに高圧空気１６は、フロースリーブ１１と燃焼器ライナ１０との間に形成された環状の流路を通って燃焼器の頭部に向かって流れる。マルチバーナ６に流入した高圧空気１６は、燃焼室５の上流側壁面に位置する空気孔プレート３１に設けられた多数の空気孔３２に流入する。

【0013】

空気孔３２に流入した高圧空気１６は、燃料ノズル２０から噴出される気体燃料とともに燃焼室５に流入する。気体燃料は燃焼室５で燃焼して高温燃焼ガス１８を生成し、この高温燃焼ガス１８は尾筒内筒１２を通じてタービン３に供給される。高温燃焼ガス１８は、タービン３を駆動した後に排出されて、排気ガス１９となる。タービン３で得られた駆動力は、シャフト７を通じて圧縮機１及び発電機８に伝えられる。タービン３で得られた駆動力の一部は、圧縮機１を駆動して空気を加圧し高圧空気を生成する。また、タービン３で得られた駆動力の他の一部は、発電機８を回転させて電力を発生させる。

【0014】

マルチバーナ６は気体燃料系統５１〜５３の３つの燃料系統を備える。それぞれの燃料系統は燃料流量調整弁６１〜６３を備えており、各気体燃料系統の流量は制御装置６４の信号で弁開度を調節することにより制御し、ガスタービンプラント９の発電量が制御される。また、３つの燃料系統に分岐する分岐点の上流側には、燃料を遮断するための燃料遮断弁６０が備えられている。

【0015】

マルチバーナ６の詳細を図１の断面図に示し、空気孔プレート３１を燃焼室５側から見た正面図を図２に示す。本実施例のマルチバーナ６は、中央バーナ６６とその外周に配置された６つの外側バーナ６７とから構成される。各バーナは多数の燃料ノズル２０と、気体燃料を多数の燃料ノズル２０に分配する燃料ヘッダ２１と、空気および燃料が通過する空気孔３２が燃料ノズルに１対１に対応して配置された空気孔プレート３１から構成される。また、図２の正面図に示すように、各バーナの空気孔３２は３列の同心円上に配置されているが、この空気孔が配設される位置は、完全な円周上でなくても良い。中央バーナには気体燃料系統５１が接続しており、６つの外側バーナは２つの群に分けられ、それぞれ気体燃料系統５２、５３が接続している。

【0016】

図１に示すように空気孔プレート３１に設けられた空気孔３２は、火炎を保持するため、バーナ中心軸４３に対し周方向に傾斜させており、バーナ下流に旋回流４０を形成する。旋回流４０の中心部は負圧になるため循環流４１が形成される。循環流４１が燃焼室下流から高温の燃焼ガスを上流側に輸送し、空気孔３２から噴出された燃料に熱を供給することによって火炎４２が安定に保炎され、バーナの中心から1列目の空気孔を起点に火炎４２を形成することができる。また、２、３列目の空気孔については、空気孔出口から火炎４２に到達するまでの距離が1列目の空気孔よりも大きく、空気孔３２から噴出された燃料と空気の混合が進むため、低NOx燃焼させることができる。

【0017】

ここで本発明の効果を説明するために、比較例として従来燃焼器について説明する。複数の予混合バーナ２４を備えた従来予混合燃焼器の概略図を図４に示し、燃焼室５から予混合バーナ２４を見た正面図を図５に示す。従来予混合燃焼器の予混合バーナ２４は旋回羽根２２で空気流に旋回成分を付与し、バーナ下流に旋回流４０を形成している。そして、旋回流４０に伴って発生する循環流４１によって火炎４２を安定に保炎する。

【0018】

旋回羽根で旋回流を形成する場合、旋回流を安定化させるため旋回羽根２２はバーナ中心軸４３に対し対称性を有する構造とし、旋回羽根の形状は一様とすることが一般的である。この場合、保炎性能を向上するためには旋回羽根の角度を大きくし、旋回成分を強くする方法があるが、旋回流４０がバーナ外周に広がるため火炎４２が外側に大きく広がり、ライナ１０と火炎４２が近接することによってライナ１０のメタル温度が上昇する。このように保炎性能とライナのメタル温度がトレードオフの関係にある。

【0019】

次に、本発明の実施例と同様に多数の空気孔と燃料ノズルから構成され、空気孔を同心円状の複数の列に配置したバーナを備えた燃焼器について、図６乃至図９を用いて説明する。なお、図６に定義するように、空気孔中心軸３４を含みかつバーナ中心軸４３と平行な平面に投影したバーナ中心軸投影線４６と空気孔中心軸３４の成す角を周方向傾斜角度３７とし、空気孔中心軸３４の空気孔出口平面投影線３８とバーナ中心軸４３を中心とし空気孔出口の中心を通過する円３５の接線３６とのなす角度を内向角度３９として説明する。なお、内向角度３９は、接線３６を基準（０度）とし、これよりバーナ中心軸４３側に傾くほど正の値として増加し、反対に外周側に傾く場合は負の値を取るものとする。

【0020】

まず、空気孔の周方向傾斜角度３７および内向角度３９を、同一列内ですべて同じにした場合について説明する。この場合、図７、８に示すように各バーナのバーナ中心軸４３に対し対称な火炎４２が形成されることとなる。

【0021】

この時、外側バーナ６７の空気孔周方向傾斜角度３７を大きくすると、図７に示すように強い旋回流４０が形成され、バーナ下流に大きな循環流４１が形成されることによって外側バーナ６７の保炎性能を高めることができるが、火炎４２がバーナ外周方向に大きく広がり、ライナ１０のメタル温度が上昇する。逆に、外側バーナ６７の空気孔周方向傾斜角度３７を小さくすると、図８に示すように旋回流４０が弱まり、火炎４２の広がりが小さくなってライナ１０のメタル温度の上昇を抑制することができるが、外側バーナ６７下流に形成される循環流４１が小さくなってバーナの保炎性能が低下する。即ち、保炎性能とライナのメタル温度がトレードオフの関係になる。

【0022】

図９の(a)に空気孔を燃焼室から見た正面図を示し、空気孔から噴出された燃料と空気の流線をバーナ軸方向位置とバーナ半径方向位置の２次元平面に投影した図を図９の(ｂ)に示す。空気孔３２ｂのように内向角度３９をゼロにし、空気孔３２ｂを接線方向に傾ける場合、図９の２次元流線図(b)に示すように燃料と空気の流線４４ｂは空気孔出口からバーナ外側に広がって噴出され、バーナ下流に形成される循環流領域が大きく拡大される。そのため、外側バーナ６７の複数配置された空気孔の内向角度３９を一様に小さくすることでバーナの保炎性能を高めることができるが、図７に示したように火炎４２がバーナ外周方向に大きく広がり、ライナ１０のメタル温度を上昇させる。

【0023】

逆に、空気孔３２ａのように内向角度３９を大きくし、バーナ中心軸４３側に寄せて空気孔中心軸を傾ける場合、燃料と空気の流線４４ａは一度バーナ中心軸４３に近づいてからバーナ外側に広がっていく。そのため、外側バーナ６７の複数配置された空気孔の内向角度３９を一様に大きくすることで図８に示したようにバーナ下流に形成される循環流４１が小さくなり火炎４２の広がりを抑えることができる。そのため、ライナ１０のメタル温度の上昇を抑制することができるが、循環流領域が小さくなり、バーナの保炎性能が低下する。

【0024】

以上のように、同一列に配置された空気孔の傾斜角および空気孔中心軸の空気孔出口平面投影線とバーナ中心軸を中心とし空気孔出口の中心を通過する円の接線のなす角度を一様とした従来構造の場合、バーナの保炎性能とライナのメタル温度がトレードオフの関係になる。

【0025】

そこで本実施例では、保炎性能とライナのメタル温度のトレードオフの関係を解決するため、図１０の外側バーナ６７の拡大正面図に示すように、同一列内に配置した複数の空気孔において、空気孔の位置によって図６で定義する周方向傾斜角度３７および内向角度３９を変化させている。図１０中の矢印３８（３８ａ、３８ｂ）は空気孔３２の中心軸３４の空気孔出口平面投影線３８であり、長さは周方向傾斜角度３７の大きさを示す。

【0026】

ライナ１０に向かって傾斜している空気孔３２aの断面図を図１１に示し、隣り合う外側バーナまたは中央バーナ側に向かって傾斜している空気孔３２ｂの断面図を図１２に示す。図１１と図１２を比較してわかるように、空気孔３２aの周方向傾斜角度３７aは、空気孔３２bの周方向傾斜角度３７bより小さくなっている。ライナに向かって傾斜している空気孔３２aの周方向傾斜角度３７aを小さくすると、空気孔から噴出される燃料と空気がバーナ外側に広がらずに下流方向に流れ、図１に示すように外側バーナ６７の下流に形成される火炎４２がライナ１０側に広がることを抑え、火炎４２とライナ１０が干渉することを抑制することでメタル温度の上昇を抑制することができる。

【0027】

一方で、隣り合う外側バーナ６７や中央バーナ６６に向かって傾斜している空気孔３２ｂの周方向傾斜角度３７ｂを大きくすることで、旋回流４０が隣り合う外側バーナ６７や中央バーナ６６の方へ広がり、バーナ下流に形成される循環流４１が拡大されて保炎性能を高めることができる。本発明は、旋回羽根ではなく複数の空気孔から噴出される噴流の集合によって旋回流を形成するため、周方向に並んだ空気孔で傾斜角が異なりバーナ中心軸４３に対し非対称な旋回流４２が形成されても流れが不安定化せず、安定した火炎４２を形成することができる。

【0028】

また、本実施例では、ライナ１０に向かって傾斜した空気孔３２aの中心軸３４ａは、図６で定義した内向角度３９を大きくし、円３５の接線３６よりもバーナ中心側に傾斜させている。また、隣り合う外側バーナまたは中央バーナ側に向かって傾斜している空気孔３２ｂの中心軸３４ｂは、内向角度３９を小さくして円３５の接線３６に近い方向に傾斜させている。前述の通り、内向角度３９を小さくすると、図９の２次元流線図(b)に示したように燃料と空気の流線４４ｂは空気孔出口からバーナ外側に大きく広がって噴出される。一方、内向角度３９を大きくすると空気孔から噴出された燃料と空気の流線４４ａは一度バーナ中心軸４３に近づいてからバーナ外側に広がる流れとなるため、流線４４ｂよりも広がりが抑制される。

【0029】

そのため、本実施例の構成によれば、ライナ方向への火炎の広がりを抑制しつつ、バーナ中心部の循環流領域を拡大でき、周方向傾斜角度３７に加えて内向角度３９も空気孔の配置位置によって変えることでより効果的にライナのメタル温度上昇の抑制と保炎性能の向上を両立することができる。

【0030】

このように、周方向傾斜角度３７または内向角度３９のうち少なくともいずれか一方が同一の円周上に配置された他の空気孔と異なる空気孔を設けることにより、形成される火炎の形状を設定することができる。そして、本実施例のように、ライナ１０に向かって傾斜する空気孔３２aの周方向傾斜角度３７を同一の円周上に配置された他の空気孔よりも小さくしたり、内向角度３９を同一の円周上に配置された他の空気孔よりも大きくした場合には、火炎のライナ１０側への広がりを抑制することができるため、ライナのメタル温度の低減が可能となる。

【0031】

なお、本実施例では、より顕著な効果が得られる例として、ライナ１０に向かって傾斜した空気孔３２aの周方向傾斜角度３７を他の空気孔よりも小さくすると同時に内向角度３９を他の空気孔よりも大きくした構成について説明したが、周方向傾斜角度３７のみを変化させても良いし、内向角度３９のみを変化させても良い。

【0032】

(第２の実施例)
第２の実施例を図１３〜１５に示す。本実施例の燃焼器は、第１の実施例と同様に空気孔と空気孔に燃料を噴出する燃料ノズルが対となっており、これらの空気孔と燃料ノズルを多数配置して構成されるバーナを備えている。図１３は下流側である燃焼室側からバーナを見た正面図、図１４は外側バーナ６７の空気孔プレート３１を上流側から見た拡大図、図１５は空気孔プレート３１を下流側から見た拡大図をそれぞれ示している。本実施例のバーナは、第１の実施例と同様に空気孔と空気孔に燃料を噴出する燃料ノズルが対となっており、これらの空気孔と燃料ノズルを多数配置して構成される。図１５中の矢印３８は空気孔３２の中心軸３４の空気孔出口平面投影線３８であり、長さは図６で定義した周方向傾斜角度３７の大きさを示す。

【0033】

本実施例では、図１４の上流側から空気孔プレート３１を見た拡大図に示すように、空気孔３２は空気孔入口面を基準に3列の同心円上に配置されている。そして、図１５に示すように隣接する２つの外側バーナ６７とライナ１０との間の空間６８に向かって傾斜している空気孔３２ｂの中心軸は、同じ列に配置された他の空気孔３２ａの中心軸に比べ傾斜しており、図１１、１２に示すように空気孔３２ｂの周方向傾斜角度３７ｂは空気孔３２ａの周方向傾斜角度３７ａより大きい。

【0034】

燃焼室下流側から空気孔プレート３１を見た場合、空気孔入口面では図１４に示すように同心円状に空気孔が配置されているが、同一列内で空気孔の傾斜角が異なるため、図１５に示すように空気孔出口面では完全な円周上には並んでいない。なお、第１の実施例においても、空気孔の入口側を基準に空気孔を円周上に配置した場合は、図６で定義した周方向傾斜角度３７や内向角度３９を同一列内で配置することで空気孔出口側では完全な円周上には並ばない。

【0035】

図７や図８で説明した同一列内に配置された空気孔の傾斜角を同一にしたバーナの場合、バーナ中心軸に対称な旋回流が形成され、バーナ周方向に均等に燃焼ガス１８が広がる。そのため、図１６に示すように隣り合う２つの外側バーナとライナ１０とで囲まれた空間６８に到達する燃焼ガス１８が相対的に少なくなり、燃焼室５の断面内で温度偏差が生じる。燃焼室内の温度偏差がそのままタービンに流入すると、タービン翼に温度分布が生じて大きな熱応力が発生し、長期にわたって運用した場合にタービン翼の寿命を消耗する可能性がある。

【0036】

これに対し、本実施例のように隣り合う２つのバーナとライナとで囲まれた空間６８に向かって傾斜した空気孔３２ｂの周方向傾斜角度３７ｂを他の空気孔より大きくすることにより、空間６８に燃料がより広がって噴出される。これにより、図１７に示すように燃焼ガス１８が外側バーナと外側バーナの間の空間６８に多く広がることによって燃焼室５に均等に燃焼ガスを分布させることができる。その結果、燃焼室５においてより均一な温度分布を形成することができ、タービン翼に生じる熱応力を低減することができ、ガスタービンの信頼性を向上することができる。

【0037】

また、隣り合う２つのバーナとライナとで囲まれた空間６８に向かって傾斜した空気孔３２ｂの内向角度３９を他の空気孔よりも小さくすることによっても、より多くの燃料を空間６８に供給することが可能である。当然、周方向傾斜角度を大きくしつつ内向角度を小さくしても良い。

【0038】

なお、本実施例の構成に加え、第１の実施例のように、外側バーナと外側バーナの間の空間６８に向かって傾斜している空気孔や外側バーナまたは中央バーナに向かって傾斜している空気孔に比べて、ライナに向かって傾斜している空気孔の周方向傾斜角度３７を小さくしたり内向角度３９を大きくしたりすることにより、ライナ側への燃焼ガスの広がりを抑制しつつ燃焼室内で均一な温度分布を形成することができ、ライナのメタル温度の上昇も抑制できる。

【0039】

また、本実施例では燃焼室内の温度偏差の要因の一つとなり得るデッドスペースとして隣り合う２つのバーナとライナとに接する円に囲まれた空間６８を例に説明したが、本実施例の空間６８をその他のデッドスペースに置き換えて適用しても良い。デッドスペースに起因した燃焼室内の温度偏差を抑制し、ガスタービンの信頼性を向上することが可能である。

【0040】

(第３の実施例)
ガスタービンは一台で複数の燃焼器を備えており、複数の燃焼器のうち一部の燃焼器のみに点火栓を設け、点火時は点火栓を設けた燃焼器から燃焼ガスを火炎伝播管によって隣り合う燃焼器に供給し、高温の燃焼ガスによって点火栓のない燃焼器に火炎を着火させることが一般的である。そのため、火炎伝播管近傍に燃料を供給することができれば、点火栓を設けた燃焼器においては、燃焼器内で着火した火炎が火炎伝播管まで到達し、容易に隣り合う燃焼器に高温燃焼ガスを供給することができる。また、点火栓を設けていない燃焼器においては、火炎伝播管から高温の燃焼ガスが流入した際に、火炎伝播管近傍に燃料を供給することで燃料が容易に着火し、隣り合う燃焼器に火炎を伝播させることができる。

【0041】

ここで、第３の実施例のバーナを燃焼室から見た正面図を図１８に示し、図１８のＡ−Ａ断面におけるバーナ断面図を図１９に示す。本実施例のバーナは、第１の実施例、第２の実施例と同様に空気孔と空気孔に燃料を噴出する燃料ノズルが対となっており、これらの空気孔と燃料ノズルを多数配置して構成される。

【0042】

本実施例では、火炎伝播管７０近傍の外側バーナ６７Ａにおいて、火炎伝播管７０からバーナの旋回方向４５の逆側（上流側）に位置する空気孔３２ｃについて、図６に定義する周方向傾斜角度３７および内向角度３９を同一列内の他の空気孔と変えることによって、空気孔３２ｃの中心軸３４が火炎伝播管７０の近傍を通過するようにしている。

【0043】

具体的には、第二の実施例で説明したように、他の空気孔と比べて、火炎伝播管に向かって傾斜する空気孔３２ｃの周方向傾斜角度を大きくしたり、内向角度を小さくしたりすることによって、火炎伝播管７０に向かって火炎が広がるように形成している。また、周方向傾斜角度と内向角度を調節することによって、同一の円周上に配置された複数の空気孔を火炎伝播管７０に向かって傾斜させ、より多くの燃料を火炎伝播管７０の近傍に供給し、火炎の広がりを促進する構成としている。

【0044】

点火時において、中央バーナ６６に加えて火炎伝播管近傍の外側バーナ６７Ａに燃料を供給することによって、火炎伝播管７０近傍に燃料を効果的に供給することができる。そのため、点火栓を備えた燃焼器においては、図１９に示すように中央バーナ６６と外側バーナ６７Ａに火炎４２が着火するが、火炎伝播管７０近傍に燃焼ガスが供給され、隣り合う燃焼器に燃焼ガスを供給することができる。また点火栓のない隣り合う燃焼器においては、上述したように空気孔３２ｃから火炎伝播管近傍に燃料が供給されやすくなっているため、火炎伝播管から流入してきた高温の燃焼ガスによって容易に外側バーナ６７Ａに着火することができ、次に外側バーナ６７Ａからの燃焼ガスによって中央バーナ６６が着火し、火炎を移すことができる。

【0045】

さらに、効率よく火炎伝播管７０の近傍に燃料を供給することができるため、バーナ全体に供給する燃料の総量を少なくすることができ、点火時の温度上昇を抑制することができる。点火時にタービンに流入するガスの温度が急激に上昇すると、タービン翼等に大きな熱応力が発生し寿命を消耗する可能性があることから、本実施例により点火時の温度上昇を抑制することでガスタービンの信頼性を向上させることができる。

【0046】

なお、マルチバーナではなく一つのバーナの周囲にライナを配置した燃焼器の場合においても、本実施例と同様に、火炎伝播管近傍から旋回方向逆側に位置する空気孔の中心軸を火炎伝播管の近傍を通過するように傾斜させることによって同様の効果を得ることができる。

【0047】

以上の各実施例では、ライナ１０に向かって傾斜する空気孔や、隣り合う２つのバーナとライナとで囲まれた空間６８に向かって傾斜した空気孔、火炎伝播管７０に向かって傾斜した空気孔を例に挙げて説明したが、必要な火炎形状に応じて他の空気孔の周方向傾斜角度や内向角度を変化させても良い。

【0048】

なお、各空気孔がどこに向かって傾斜しているかは、例えば、空気孔中心軸の空気孔出口平面上の投影線を考慮すると分かり易い。投影線を基準に考える場合、例えば投影線が最初にライナにぶつかる空気孔はライナ１０に向かって傾斜する空気孔と言えるし、最初に空間６８にぶつかる空気孔は空間６８に向かって傾斜した空気孔と言える。また、投影線がライナ１０のうち火炎伝播管７０が設けられた位相と同位相の領域にぶつかる空気孔が火炎伝播管７０に向かって傾斜した空気孔であることは言うまでもない。

【符号の説明】

【0049】

１ 圧縮機
２ 燃焼器
３ タービン
４ ケーシング
５ 燃焼室
６ マルチバーナ
７ シャフト
８ 発電機
９ ガスタービンプラント
１０ 燃焼器ライナ
１１ フロースリーブ
１２ 尾筒内筒
１３ 尾筒外筒
１５ 吸い込み空気
１６ 高圧空気
１８ 高温燃焼ガス
１９ 排気ガス
２０ 燃料ノズル
２１ 燃料ヘッダ
２２ 旋回羽根
２３ 予混合器
２４ 予混合バーナ
３１ 空気孔プレート
３２ 空気孔
３４ 空気孔中心軸
３５ 円
３６ 円の接線
３７ 空気孔傾斜角
３８ 空気孔中心軸の空気孔出口面への投影線
３８ 空気孔中心軸の空気孔出口面への投影線と円の接線のなす角度
４０ 旋回流
４１ 循環流
４２ 火炎
４３ バーナ中心軸
４４ 燃料と空気の流線
４５ バーナ旋回方向
４６ バーナ中心軸投影線
５０〜５３ 気体燃料系統
６０ 燃料遮断弁
６１〜６３ 燃料流量調節弁
６４ 制御装置
６６ 中央バーナ
６７ 外側バーナ
６８ 隣り合う外側バーナ間の空間（デッドスペース）
７０ 火炎伝播管

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】