JP2011111964A - ガスタービン燃焼器 - Google Patents
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Abstract
【課題】低NOxを維持しながら、燃焼振動の発生を抑制すること。
【解決手段】この発明は、8本のメインノズル51〜58と、8本のトップハットノズル61〜68と、メイン燃料系統7と、トップハット燃料系統8と、燃焼器2の燃焼振動を検知するセンサ9と、トップハット燃料6の流量を制御する燃料制御装置と、を備える。トップハット燃料系統8が、2つに分割されている。燃料制御装置が、トップハット燃料6の総流量を一定に保ちながら、2つに分割されたトップハット燃料系統81、82毎に、トップハット燃料6の流量を増減制御する。この結果、この発明は、低NOxを維持しながら、燃焼振動の発生を抑制することができる。
【選択図】図1
【解決手段】この発明は、8本のメインノズル51〜58と、8本のトップハットノズル61〜68と、メイン燃料系統7と、トップハット燃料系統8と、燃焼器2の燃焼振動を検知するセンサ9と、トップハット燃料6の流量を制御する燃料制御装置と、を備える。トップハット燃料系統8が、2つに分割されている。燃料制御装置が、トップハット燃料6の総流量を一定に保ちながら、2つに分割されたトップハット燃料系統81、82毎に、トップハット燃料6の流量を増減制御する。この結果、この発明は、低NOxを維持しながら、燃焼振動の発生を抑制することができる。
【選択図】図1
Description
この発明は、予混合燃焼方式のガスタービン燃焼器に関するものである。
予混合燃焼方式のガスタービン燃焼器は、従来からある(たとえば、特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4)。かかるガスタービン燃焼器は、低NOxを維持しながら、燃焼振動の発生を抑制すること(振動燃焼を起こし難くすること)が重要である。特許文献1は、燃焼器の直前の空気量の変動を検出して燃料量を補正することにより、燃焼振動の発生を抑制している。特許文献2は、予混合式燃焼器において、周方向に不均一なパイロット火炎を形成することにより、燃焼振動の発生を抑制している。特許文献3は、燃焼器の中心軸方向における一定の領域への発熱量の集中を少なくすることにより、燃焼振動の発生を抑制している。特許文献4は、燃焼器の出口の下流で部分的に不均一な燃料濃度となり、平均火炎温度より温度の高い部分的に高温の燃焼ガス流が発生することにより、燃焼振動の発生を抑制している。
この発明が解決しようとする課題は、ガスタービン燃焼器において、低NOxを維持しながら、燃焼振動の発生を抑制することにある。
この発明(請求項1にかかる発明)は、複数本のメインノズルと、複数本のトップハットノズルと、複数本のメインノズルにメイン燃料をそれぞれ供給するメイン燃料系統と、複数本のトップハットノズルにトップハット燃料をそれぞれ供給するトップハット燃料系統と、燃焼器の燃焼振動を検知するセンサと、センサからの検知信号に基づいて、トップハット燃料系統を介して複数本のトップハットノズルにそれぞれ供給されるトップハット燃料の流量を制御する燃料制御装置と、を備え、トップハット燃料系統が、複数に分割されていて、燃料制御装置が、トップハット燃料の総流量を一定に保ちながら、複数に分割されたトップハット燃料系統毎に、トップハット燃料の流量を増減制御する、ことを特徴とする。
この発明(請求項2にかかる発明)は、トップハット燃料系統が、2つに分割されていて、燃料制御装置が、トップハット燃料の総流量を一定に保ちながら、2つに分割された一方のトップハット燃料系統のトップハット燃料の流量を増加制御し、2つに分割された他方のトップハット燃料系統のトップハット燃料の流量を減少制御する、ことを特徴とする。
この発明(請求項3にかかる発明)は、複数本のメインノズルと、複数本のトップハットノズルと、複数本のメインノズルにメイン燃料をそれぞれ供給するメイン燃料系統と、複数本のトップハットノズルにトップハット燃料をそれぞれ供給するトップハット燃料系統と、燃焼器の燃焼振動を検知するセンサと、センサからの検知信号に基づいて、トップハット燃料系統を介して複数本のトップハットノズルにそれぞれ供給されるトップハット燃料の流量、および、メイン燃料系統を介して複数本のメインノズルにそれぞれ供給されるメイン燃料の流量を制御する燃料制御装置と、を備え、メイン燃料系統が、複数に分割されていて、トップハット燃料系統が、複数に分割されていて、燃料制御装置が、トップハット燃料の総流量を一定に保ちながら、複数に分割されたトップハット燃料系統毎に、トップハット燃料の流量を増減制御すると同時に、メイン燃料の総流量を一定に保ちながら、複数に分割されたメイン燃料系統毎に、メイン燃料の流量を増減制御する、ことを特徴とする。
この発明(請求項4にかかる発明)は、メイン燃料系統が、2つに分割されていて、トップハット燃料系統が、2つに分割されていて、燃料制御装置が、トップハット燃料の総流量を一定に保ちながら、2つに分割された一方のトップハット燃料系統のトップハット燃料の流量を増加制御し、2つに分割された他方のトップハット燃料系統のトップハット燃料の流量を減少制御すると同時に、メイン燃料の総流量を一定に保ちながら、2つに分割された一方のメイン燃料系統のメイン燃料の流量を増加制御し、2つに分割された他方のメイン燃料系統のメイン燃料の流量を減少制御する、ことを特徴とする。
この発明(請求項5にかかる発明)は、メイン燃料系統とトップハット燃料系統とが、相互に対応して複数に分割されていて、燃料制御装置が、トップハット燃料の総流量を一定に保ちながら、複数に分割されたトップハット燃料系統毎に、トップハット燃料の流量を増減制御すると同時に、メイン燃料の総流量を一定に保ちながら、複数に分割されたメイン燃料系統毎に、相互に対応するトップハット燃料系統毎のトップハット燃料の流量の増減の比率と逆の比率で、メイン燃料の流量を増減制御する、ことを特徴とする。
この発明(請求項1にかかる発明)のガスタービン燃焼器は、複数に分割されたトップハット燃料系統毎にトップハット燃料の流量を増減制御することにより、複数本のメインノズル周辺のフィルム空気中のトップハット燃料の流量が複数に分割されたトップハット燃料系統毎に増減する。これにより、この発明(請求項1にかかる発明)のガスタービン燃焼器は、複数本のメインノズルから形成される火炎のうち、トップハット燃料の流量が増加して燃料濃度が濃い部分の火炎は燃焼器軸方向の長さが短くなり、一方、トップハット燃料の流量が減少して燃料濃度が薄い部分の火炎は燃焼器軸方向の長さが長くなる。この結果、この発明(請求項1にかかる発明)のガスタービン燃焼器は、火炎の燃焼器軸方向の分布が分散し、燃焼器周方向に不均一な火炎が形成され、集中発熱(発熱集中)の程度が減少されるので、燃焼振動の発生を抑制することができる。
しかも、この発明(請求項1にかかる発明)のガスタービン燃焼器は、複数に分割されたトップハット燃料系統毎にトップハット燃料の流量を増減制御しても、トップハット燃料の総流量が一定であるから、メイン燃料の総流量を一定に保つように制御することにより、ガスタービンの出力を一定に保つことができる。しかも、複数本のメインノズルのメイン燃料の流量を増減せずに一定に保つように制御することにより、火炎の燃焼器軸方向の長さのアンバランスを保つことができるので、前記の燃焼振動の発生を抑制することができる。その上、トップハット燃料の流量制御と、メイン燃料の流量制御とを、それぞれ独立して行うことができるので、制御システムの簡便化を図ることができる。
この発明(請求項2にかかる発明)のガスタービン燃焼器は、2つに分割された一方のトップハット燃料系統のトップハット燃料の流量を増加制御し、2つに分割された他方のトップハット燃料系統のトップハット燃料の流量を減少制御するので、トップハット燃料の流量の増減制御を容易にかつ確実に行うことができる。この結果、この発明(請求項2にかかる発明)のガスタービン燃焼器は、燃焼振動の発生を容易にかつ確実に抑制することができる。
この発明(請求項3にかかる発明)のガスタービン燃焼器は、複数に分割されたトップハット燃料系統毎にトップハット燃料の流量を増減制御すると同時に複数に分割されたメイン燃料系統毎にメイン燃料の流量を増減制御することにより、複数本のメインノズル周辺のフィルム空気中のトップハット燃料の流量が複数に分割されたトップハット燃料系統毎に増減すると同時に、複数本のメインノズルのメイン燃料の流量が複数に分割されたメイン燃料系統毎に増減する。これにより、この発明(請求項3にかかる発明)のガスタービン燃焼器は、複数本のメインノズルから形成される火炎のうち、トップハット燃料の流量およびメイン燃料の流量が増加して燃料濃度が濃い部分の火炎は燃焼器軸方向の長さが短くなり、一方、トップハット燃料の流量およびメイン燃料の流量が減少して燃料濃度が薄い部分の火炎は燃焼器軸方向の長さが長くなる。この結果、この発明(請求項3にかかる発明)のガスタービン燃焼器は、火炎の燃焼器軸方向の分布が分散し、燃焼器周方向に不均一な火炎が形成され、集中発熱(発熱集中)の程度が減少されるので、燃焼振動の発生を抑制することができる。
しかも、この発明(請求項3にかかる発明)のガスタービン燃焼器は、複数に分割されたトップハット燃料系統毎にトップハット燃料の流量を増減制御すると同時に複数に分割されたメイン燃料系統毎にメイン燃料の流量を増減制御しても、トップハット燃料の総流量およびメイン燃料の総流量が一定であるから、ガスタービンの出力を一定に保つことができる。しかも、トップハット燃料の流量制御と、メイン燃料の流量制御とを、それぞれ独立して行うことにより、火炎の燃焼器軸方向の長さのアンバランスおよび火炎の燃焼器周方向のアンバランスを保つことができるので、前記の燃焼振動の発生を抑制することができる。その上、トップハット燃料の流量制御と、メイン燃料の流量制御とを、それぞれ独立して行うことができるので、制御システムの簡便化を図ることができる。
この発明(請求項4にかかる発明)のガスタービン燃焼器は、2つに分割された一方のトップハット燃料系統のトップハット燃料の流量を増加制御し、2つに分割された他方のトップハット燃料系統のトップハット燃料の流量を減少制御すると同時に、2つに分割された一方のメイン燃料系統のメイン燃料の流量を増加制御し、2つに分割された他方のメイン燃料系統のメイン燃料の流量を減少制御するので、トップハット燃料の流量およびメイン燃料の流量の増減制御を容易にかつ確実に行うことができる。この結果、この発明(請求項4にかかる発明)のガスタービン燃焼器は、燃焼振動の発生を容易にかつ確実に抑制することができる。
この発明(請求項5にかかる発明)のガスタービン燃焼器は、複数に分割されたトップハット燃料系統毎に、トップハット燃料の流量を増減制御すると同時に、複数に分割されたメイン燃料系統毎に、相互に対応するトップハット燃料系統毎のトップハット燃料の流量の増減の比率と逆の比率で、メイン燃料の流量を増減制御するものであるから、1本のメインノズルとその1本のメインノズルの両側の2本のトップハットノズルとを含む扇形状の三角セクター内におけるトップハット燃料とメイン燃料との混合燃料の平均濃度が一定であるから、三角セクターで見ると、一見火炎位置は変わらないように見える。ところが、トップハット燃料の流量の増減の比率とメイン燃料の流量の増減の比率とを変えることにより、火炎形態が変わり、火炎の燃焼器軸方向の長さも変わり、発熱分散効果が得られる。すなわち、トップハット燃料の流量を増加すると(フィルム濃度を高くすると)火炎の燃焼器軸方向の長さが短くなる傾向にある。しかも、トップハット燃料とメイン燃料とが混合された燃料の燃焼器周方向の濃度がほぼ均一化されるので、低NOxを確実に維持することができる。
以下、この発明にかかるガスタービン燃焼器の実施例のうちの2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。
図1〜図7は、この発明にかかるガスタービン燃焼器の実施例1を示す。以下、この実施例1におけるガスタービン燃焼器の構成について説明する。
ガスタービン100は、図4に示すように、圧縮機1と燃焼器(予混合燃焼方式のガスタービン燃焼器)2とタービン3と排気室4とから構成されている。前記タービン3には、発電機(図示せず)が連結されている。前記圧縮機1は、空気を取り込む空気取入口11を有し、圧縮機車室12内に複数の静翼13と動翼14が交互に配設されてなる。前記圧縮機1の外側には、抽気マニホールド15が設けられている。燃焼器2は、圧縮機1で圧縮された圧縮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3は、タービン車室31内に複数の静翼32と動翼33が交互に配設されている。前記排気室4は、前記タービン3に連続する排気ディフューザ41を有している。
前記圧縮機1、前記燃焼器2、前記タービン3、前記排気室4の中心部には、ロータ(タービン軸)101が貫通するように位置している。前記ロータ101は、前記圧縮機1側の端部が軸受部により回転自在に支持される一方、前記排気室4側の端部が軸受部により回転自在に支持されている。前記ロータ101には、複数のディスクプレートが固定されていて、前記動翼14、33が連結されている。前記ロータ101の前記排気室4側の端部には、発電機(図示せず)の駆動軸が連結されている。
前記圧縮機1の前記空気取入口11から取り込まれた空気は、複数の前記静翼13と動翼14を通過して圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となる。高温・高圧の圧縮空気は、前記燃焼器2において、所定の燃料が供給されることで燃焼する。前記燃焼器2で生成された作動流体である高温・高圧の燃焼ガスは、前記タービン3を構成する複数の前記静翼32と前記動翼33を通過することで前記ロータ101を駆動回転し、前記ロータ101に連結された発電機を駆動する。排気ガスは、前記排気室4の前記排気ディフューザ41で静圧に変換されてから大気に放出される。
前記燃焼器2は、図5、図6に示すように、燃焼器外筒21の内部に所定間隔をあけて燃焼器内筒22が支持されている。前記燃焼器内筒22の先端部には、燃焼器尾筒が連結されていて、燃焼器ケーシングが構成されている。前記燃焼器外筒21と前記燃焼器内筒22により燃焼筒が構成されている。前記燃焼器内筒22内の中心部には、1本のパイロットノズル23が配設されている。前記パイロットノズル23の先端部には、パイロットバーナ(パイロットコーン)24およびパイロットスワーラ25が装着されている。
前記燃焼器内筒22の内周面には、複数(この例では、8本)のメインノズル(予混合ノズル)51、52、53、54、55、56、57、58が前記燃焼器内筒22の周方向に沿ってかつ前記パイロットノズル23を取り囲むように等間隔に配設されている。前記メインノズル51〜58の先端部には、メインバーナ50およびメインスワーラ59が装着されている。前記メインバーナ50は、前記パイロットバーナ24を取り囲むように等間隔に配置されている。
前記燃焼器外筒21は、外筒本体の基端部に外筒蓋部が密着し、複数の締結ボルト(図示せず)により締結されて構成されている。前記燃焼器外筒21の前記外筒蓋部には、前記燃焼器内筒22の基端部が嵌着されている。前記燃焼器外筒21の前記外筒蓋部と前記燃焼器内筒22との間には、空気通路(燃焼用高圧空気供給通路)26が形成されている。前記空気通路26中には、前記圧縮機1で圧縮された高温・高圧の圧縮空気(図6中の白抜きの矢印)27が供給される。前記圧縮空気27の一部は、前記空気通路26を経て前記燃焼器内筒22内の前記パイロットバーナ24および前記メインバーナ50中に供給される。前記圧縮空気27の残りは、前記空気通路26を経て前記燃焼器内筒22内であって、前記パイロットバーナ24の外周および前記メインバーナ50の外周中(前記メインノズル51〜58の周辺)にフィルム空気として供給される。
前記燃焼器外筒21の内周面には、複数(この例では、8本)のトップハットノズル61、62、63、64、65、66、67、68が前記燃焼器外筒21の周方向に沿って等間隔に配設されている。前記トップハットノズル61〜68は、前記パイロットノズル23の中心と前記メインノズル51〜58の中心とを結ぶ線分に対して約22.5°ずれた位置(すなわち、前記パイロットノズル23の中心と前記メインノズル51〜58の中心とを結ぶ線分とその線分と隣り合う線分との間の中央)に位置する。前記トップハットノズル61〜68は、前記メインノズル51〜58よりも前記圧縮空気27の流れに対して上流側に位置する。前記外筒蓋部には、トップハット部60が嵌合して複数の締結ボルト(図示せず)により締結されている。前記トップハットノズル61〜68は、前記トップハット部60に設けられている。すなわち、前記トップハット部60の基端部には、燃料キャビティが周方向に沿って形成されている。前記燃料キャビティから先端側に向けて複数の燃料通路が形成されている。前記各燃料通路の先端部には、ペグが連結されている。
図1、図5、図6に示すように、パイロット燃料ラインとしてのパイロット燃料系統(図中の実線矢印)28は、前記パイロットノズル23の燃料ポートに連結されている。パイロット燃料(図中の実線矢印)20は、前記パイロット燃料系統28を通って前記パイロットノズル23に供給される。メイン燃料ラインとしてのメイン燃料系統(図中の実線矢印)7は、複数本の前記メインノズル51〜58の燃料ポートにそれぞれ連結されている。メイン燃料(図中の実線矢印)5は、前記メイン燃料系統7を通って複数本の前記メインノズル51〜58にそれぞれ供給される。トップハット燃料ラインとしてのトップハット燃料系統(図中の実線矢印)8は、複数本の前記トップハットノズル61〜68の燃料ポートにそれぞれ連結されている。トップハット燃料(図中の実線矢印)6は、前記トップハット燃料系統8を介して複数本の前記トップハットノズル61〜68にそれぞれ供給される。燃料の一部である前記トップハット燃料6は、複数本の前記メインノズル51〜58の周辺のフィルム空気に混入されることにより、前記燃焼器2における火炎の保炎性が向上される。
1本の前記パイロットノズル23から噴射される前記パイロット燃料20の流量は、全燃料流量の1〜5%である。複数本の前記トップハットノズル61〜68から噴射される前記トップハット燃料6の流量は、全燃料流量の最大約30%程度である。
図1に示すように、前記トップハット燃料系統8は、複数、この例では、第1トップハット燃料系統81と第2トップハット燃料系統82との2つに分割されている。前記第1トップハット燃料系統81は、8本の前記トップハットノズル61〜68のうち3本の前記トップハットノズル61、62、63を有する。前記第2トップハット燃料系統82は、8本の前記トップハットノズル61〜68のうち残りの5本の前記トップハットノズル64、65、66、67、68を有する。
図6に示すように、前記燃焼器内筒22の外周には、センサ(内圧変動センサ)9が設けられている。前記センサ9は、前記燃焼器2の燃焼振動を検知し、検知信号を燃料制御装置に出力するものである。
前記燃料制御装置は、図1、図2に示すように、制御装置90と、第1トップハット燃料の流量増減制御器91と、第2トップハット燃料の流量増減制御器92と、から構成されている。前記第1トップハット燃料の流量増減制御器91および前記第2トップハット燃料の流量増減制御器92は、流量制御弁などから構成されている。
図2に示すように、前記制御装置90は、信号線93を介して、前記センサ9と前記第1トップハット燃料の流量増減制御器91と前記第2トップハット燃料の流量増減制御器92とにそれぞれ接続されている。図1に示すように、前記第1トップハット燃料の流量増減制御器91は、3本の前記トップハットノズル61、62、63を有する前記第1トップハット燃料系統81に接続されている。前記第2トップハット燃料の流量増減制御器92は、5本の前記トップハットノズル64、65、66、67、68を有する前記第2トップハット燃料系統82に接続されている。
前記燃料制御装置(前記制御装置90、前記第1トップハット燃料の流量増減制御器91、前記第2トップハット燃料の流量増減制御器92)は、前記センサ9からの検知信号に基づいて、前記トップハット燃料系統8を介して複数本の前記トップハットノズル61〜68にそれぞれ供給される前記トップハット燃料6の流量を制御するものである。この実施例1における前記燃料制御装置は、前記トップハット燃料6の総流量を一定に保ちながら、2つに分割された一方の前記トップハット燃料系統81(または82)の前記トップハット燃料6の流量を増加制御し、2つに分割された他方の前記トップハット燃料系統82(または81)の前記トップハット燃料6の流量を減少制御するものである。
この実施例1におけるガスタービン燃焼器は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。
図6に示すように、ガスタービン100の圧縮機1で圧縮された高温・高圧の圧縮空気27は、燃焼器2の空気通路26中に供給され、かつ、燃焼器2の基端部において反転する。この圧縮空気27の一部は、燃焼器内筒22内のパイロットバーナ24およびメインバーナ50中に供給され、かつ、圧縮空気27の残りは、燃焼器内筒22内であって、パイロットバーナ24の外周およびメインバーナ50の外周中にフィルム空気として供給される。
図1、図5、図6に示すように、パイロット燃料20は、パイロット燃料系統28を経て燃焼器2の1本のパイロットノズル23に供給され、このパイロットノズル23から噴射してパイロットバーナ24において圧縮空気27により燃焼する。メイン燃料5は、メイン燃料系統7を経て燃焼器2の複数本のメインノズル51〜58に供給され、このメインノズル51〜58から噴射してメインバーナ50において圧縮空気27によりまたパイロット燃料20の燃焼を火種として燃焼する。トップハット燃料6は、トップハット燃料系統8を経て燃焼器2の複数本のトップハットノズル61〜68に供給され、このトップハットノズル61〜68から噴射してメインノズル51〜58の周辺のフィルム空気に混入してメイン燃料5と共に燃焼する。
図4に示すように、燃焼器2で生成された作動流体である高温・高圧の燃焼ガスは、タービン3および発電機を駆動して、排気ガスとして排気室4から大気に放出される。
ここで、既存の燃焼器の燃焼モードについて説明する。既存の燃焼器は、図11に示すように、メイン燃料系統7およびトップハット燃料系統8がそれぞれ1つの燃料系統から構成されている。このために、既存の燃焼器において、1本のメインノズルから噴射されるメイン燃料5の流量は、複数本この例では8本のメインノズル51〜58から噴射されるメイン燃料5の総流量の8等分であり、また、1本のトップハットノズルから噴射されるトップハット燃料6の流量は、複数本この例では8本のトップハットノズル61〜68から噴射されるトップハット燃料6の総流量の8等分である。
このために、既存の燃焼器200は、複数本のメインノズル51〜58および複数本のトップハットノズル61〜68から噴射されるメイン燃料5およびトップハット燃料6の濃度分布が燃焼器200の周方向において均一である。これにより、図12に示すように、既存の燃焼器200内においては、周方向に均一な予混合火炎96が形成され、燃焼器200の軸方向に対して集中発熱が起き易くなる。この結果、既存の燃焼器200は、図13に示す燃焼器200の軸方向モード燃焼振動や図14に示す燃焼器200の断面内モード燃焼振動が発生し易くなる。なお、図13中の符号「99」は、燃焼器200の軸方向の圧力定在波を示す。図14中の符号「+」、「−」は、燃焼器200の断面内モード燃焼振動の1つのモードを示す。
そこで、この実施例1におけるガスタービン燃焼器は、燃焼振動が発生すると、センサ9が燃焼振動を検知してその検知信号を制御装置90に出力する。制御装置90は、センサ9からの検知信号に基づいて流量増減制御信号を第1トップハット燃料の流量増減制御器91と第2トップハット燃料の流量増減制御器92とにそれぞれ出力する。第1トップハット燃料の流量増減制御器91と第2トップハット燃料の流量増減制御器92とは、制御装置90からの流量増減制御信号に基づいてトップハット燃料6の総流量を一定に保ちながらトップハット燃料6の流量を増減する。
以下、図3を参照して、トップハット燃料6の流量増減の制御を詳細に説明する。図3において、複数本のトップハットノズル61〜68から噴射されるトップハット燃料6の総流量は、複数本のメインノズル51〜58から噴射されるメイン燃料5の総流量と複数本のトップハットノズル61〜68から噴射されるトップハット燃料6の総流量との和を1とした場合において、20%程度であって、一定である。1本のトップハットノズルから噴射されるトップハット燃料6の流量は、総流量(20%)÷8(本)=2.5%である。一方、複数本のメインノズル51〜58から噴射されるメイン燃料5の総流量は、複数本のメインノズル51〜58から噴射されるメイン燃料5の総流量と複数本のトップハットノズル61〜68から噴射されるトップハット燃料6の総流量との和を1とした場合において、80%程度であって、一定である。1本のメインノズルから噴射されるメイン燃料5の流量は、総流量(80%)÷8(本)=10%である。
ここで、制御装置90は、センサ9からの検知信号に基づいて、流量増加制御信号を第1トップハット燃料の流量増減制御器91に、逆に、流量減少制御信号を第2トップハット燃料の流量増減制御器92に、それぞれ出力する。すると、第1トップハット燃料の流量増減制御器91は、3本のトップハットノズル61、62、63に供給するトップハット燃料6を、7.5%(2.5%×3本)から9%(3%×3本)に増加する。すなわち、3本のトップハットノズル61、62、63の各トップハットノズルに供給するトップハット燃料6を、2.5%から0.5%増加して3%とする。第1トップハット燃料の流量増減制御器91により7.5%から9%に増加されたトップハット燃料6は、第1トップハット燃料系統81を経て3本のトップハットノズル61、62、63に供給されてこの3本のトップハットノズル61、62、63から噴射される。
また、第2トップハット燃料の流量増減制御器92は、5本のトップハットノズル64、65、66、67、68に供給するトップハット燃料6を、12.5%(2.5%×5本)から11%(2.2%×5本)に減少する。すなわち、5本のトップハットノズル64、65、66、67、68の各トップハットノズルに供給するトップハット燃料6を、2.5%から0.3%減少して2.2%とする。第2トップハット燃料の流量増減制御器92により12.5%から11%に減少されたトップハット燃料6は、第2トップハット燃料系統82を経て5本のトップハットノズル64、65、66、67、68に供給されてこの5本のトップハットノズル64、65、66、67、68から噴射される。
図3に示すように、トップハット燃料系統8のトップハット燃料6の総流量、すなわち、8本のトップハットノズル61〜68から噴射されるトップハット燃料6の総流量は、制御前の7.5%+12.5%=20%と、制御後の9%+11%=20%と、一定である。一方、メイン燃料系統7のメイン燃料5の総流量、すなわち、8本のメインノズル51〜58から噴射されるメイン燃料5の総流量は、制御前の80%と、制御後の80%と、一定である。
以上のように、燃焼器2において燃焼振動が発生すると、センサ9が燃焼器2の燃焼振動を検知してその検知信号を制御装置90に出力する。制御装置90は、センサ9からの検知信号に基づいて流量増減制御信号を第1トップハット燃料の流量増減制御器91と第2トップハット燃料の流量増減制御器92とにそれぞれ出力する。第1トップハット燃料の流量増減制御器91と第2トップハット燃料の流量増減制御器92とは、制御装置90からの流量増減制御信号に基づいてトップハット燃料6の総流量を一定に保ちながらトップハット燃料6の流量を増減する。
これにより、図6、図7に示すように、複数本のメインノズル51〜58から形成される火炎のうち、トップハット燃料6の流量が増加して燃料濃度が濃い部分の火炎(第1トップハット燃料系統81による火炎)94は、燃焼器軸方向の長さが短くなる。一方、トップハット燃料6の流量が減少して燃料濃度が薄い部分の火炎95(第2トップハット燃料系統82による火炎)は、燃焼器軸方向の長さが長くなる。この結果、火炎94、95の燃焼器軸方向の分布は、図7の符号「900」および実線曲線に示すように、分散する。また、同時に、燃焼器周方向に不均一な火炎94、95が形成され、集中発熱(発熱集中)の程度が減少されるので、燃焼振動の発生を抑制することができる。すなわち、図13に示す燃焼器の軸方向モード燃焼振動を低減することができる。また、同時に、燃焼器周方向の火炎の不均一性が増すことにより、加振源のエネルギーが減じられて、図14に示す燃焼器の断面内モード燃焼振動をも低減することができる。
燃焼器2における燃焼振動が抑制されて収まると、センサ9が燃焼器2の燃焼振動の抑制を検知してその検知信号を制御装置90に出力する。制御装置90は、センサ9からの検知信号に基づいて、トップハット燃料6の供給状態を制御前の状態に戻す流量増減制御信号を第1トップハット燃料の流量増減制御器91と第2トップハット燃料の流量増減制御器92とにそれぞれ出力する。第1トップハット燃料の流量増減制御器91と第2トップハット燃料の流量増減制御器92とは、制御装置90からの流量増減制御信号に基づいてトップハット燃料6の流量を制御前の状態に戻す。
この実施例1におけるガスタービン燃焼器は、以上のごとき構成および作用からなり、以下、その効果について説明する。
この実施例1におけるガスタービン燃焼器は、2つに分割されたトップハット燃料系統81、82毎にトップハット燃料6の流量を増減制御することにより、複数本のメインノズル51〜58周辺のフィルム空気中のトップハット燃料6の流量が2つに分割されたトップハット燃料系統81、82毎に増減する。これにより、この実施例1におけるガスタービン燃焼器は、複数本のメインノズル51〜58から形成される火炎のうち、トップハット燃料6の流量が増加して燃料濃度が濃い部分の火炎94は燃焼器軸方向の長さが短くなり、一方、トップハット燃料6の流量が減少して燃料濃度が薄い部分の火炎95は燃焼器軸方向の長さが長くなる。この結果、この実施例1におけるガスタービン燃焼器は、火炎94、95の燃焼器軸方向の分布が分散し、燃焼器周方向に不均一な火炎94、95が形成され、集中発熱(発熱集中)の程度が減少されるので、燃焼振動の発生を抑制することができる。
しかも、この実施例1におけるガスタービン燃焼器は、2つに分割されたトップハット燃料系統81、82毎にトップハット燃料6の流量を増減制御しても、トップハット燃料6の総流量が一定であるから、メイン燃料5の総流量を一定に保つように制御することにより、ガスタービン100の出力を一定に保つことができる。しかも、8本のメインノズル51〜58のメイン燃料5の流量を増減せずに一定に保つように制御することにより、火炎94、95の燃焼器軸方向の長さのアンバランスを保つことができるので、前記の燃焼振動の発生を抑制することができる。その上、トップハット燃料6の流量制御と、メイン燃料5の流量制御とを、それぞれ独立して行うことができるので、制御システムの簡便化を図ることができる。
この実施例1におけるガスタービン燃焼器は、2つに分割された一方のトップハット燃料系統81(または82)のトップハット燃料6の流量を増加制御し、2つに分割された他方のトップハット燃料系統82(または81)のトップハット燃料6の流量を減少制御するので、トップハット燃料6の流量の増減制御を容易にかつ確実に行うことができる。この結果、この実施例1におけるガスタービン燃焼器は、燃焼振動の発生を容易にかつ確実に抑制することができる。
図8〜図10は、この発明にかかるガスタービン燃焼器の実施例2を示す。以下、この実施例2におけるガスタービン燃焼器の構成について説明する。図中、図1〜図7、図11〜図14と同符号は、同一のものを示す。
この実施例2におけるガスタービン燃焼器は、図8に示すように、メイン燃料系統7を、トップハット燃料系統8の第1トップハット燃料系統81および第2トップハット燃料系統82と同様に、複数、この例では、第1メイン燃料系統71と第2メイン燃料系統72との2つに分割するものである。前記第1メイン燃料系統71は、8本のメインノズル51〜58のうち3本のメインノズル51、52、53を有する。前記第2メイン燃料系統72は、8本のメインノズル51〜58のうち残りの5本のメインノズル54、55、56、57、58を有する。
2つに分割された前記第1メイン燃料系統71の3本の前記メインノズル51、52、53と、前記第2メイン燃料系統72の5本の前記メインノズル54、55、56、57、58とは、同じく2つに分割された前記第1トップハット燃料系統81の3本の前記トップハットノズル61、62、63と、前記第2トップハット燃料系統82の5本の前記トップハットノズル64、65、66、67、68とに、それぞれ対応する。
この実施例2におけるガスタービン燃焼器の燃料制御装置は、図8、図9に示すように、制御装置90と、第1メイン燃料の流量増減制御器97と、第2メイン燃料の流量増減制御器98と、第1トップハット燃料の流量増減制御器91と、第2トップハット燃料の流量増減制御器92と、から構成されている。前記第1メイン燃料の流量増減制御器97および前記第2メイン燃料の流量増減制御器98および前記第1トップハット燃料の流量増減制御器91および前記第2トップハット燃料の流量増減制御器92は、流量制御弁などから構成されている。
図9に示すように、前記制御装置90は、全燃料の流量増減制御器901と、トップハット燃料の流量増減制御器902と、メイン燃料の流量増減制御器903と、から構成されている。前記全燃料の流量増減制御器901は、信号線93を介して、前記トップハット燃料の流量増減制御器902と前記メイン燃料の流量増減制御器903とにそれぞれ接続されている。前記トップハット燃料の流量増減制御器902と前記メイン燃料の流量増減制御器903とは、信号線93を介して、それぞれ相互に接続されている。前記センサ9は、信号線93を介して、前記制御装置90の前記トップハット燃料の流量増減制御器902と前記メイン燃料の流量増減制御器903とにそれぞれ接続されている。前記制御装置90の前記トップハット燃料の流量増減制御器902は、信号線93を介して、前記第1トップハット燃料の流量増減制御器91と前記第2トップハット燃料の流量増減制御器92とにそれぞれ接続されている。前記制御装置90の前記メイン燃料の流量増減制御器903は、信号線93を介して、前記第1メイン燃料の流量増減制御器97と前記第2メイン燃料の流量増減制御器98とにそれぞれ接続されている。図8に示すように、前記第1メイン燃料の流量増減制御器97は、3本の前記メインノズル51、52、53を有する前記第1メイン燃料系統71に接続されている。前記第2メイン燃料の流量増減制御器98は、5本の前記メインノズル54、55、56、57、58を有する前記第2メイン燃料系統72に接続されている。前記第1トップハット燃料の流量増減制御器91は、3本の前記トップハットノズル61、62、63を有する前記第1トップハット燃料系統81に接続されている。前記第2トップハット燃料の流量増減制御器92は、5本の前記トップハットノズル64、65、66、67、68を有する前記第2トップハット燃料系統82に接続されている。
前記燃料制御装置(前記制御装置90、前記第1メイン燃料の流量増減制御器97、前記第2メイン燃料の流量増減制御器98、前記第1トップハット燃料の流量増減制御器91、前記第2トップハット燃料の流量増減制御器92)は、前記センサ9からの検知信号に基づいて、前記メイン燃料系統7を介して複数本の前記メインノズル51〜58にそれぞれ供給される前記メイン燃料5の流量を制御すると同時に、前記トップハット燃料系統8を介して複数本の前記トップハットノズル61〜68にそれぞれ供給される前記トップハット燃料6の流量を制御するものである。
この実施例2における前記燃料制御装置は、前記トップハット燃料6の総流量を一定に保ちながら、2つに分割された一方の前記トップハット燃料系統81(または82)の前記トップハット燃料6の流量を増加制御し、2つに分割された他方の前記トップハット燃料系統82(または81)の前記トップハット燃料6の流量を減少制御すると同時に、前記メイン燃料5の総流量を一定に保ちながら、2つに分割された一方の前記メイン燃料系統71(または72)の前記メイン燃料5の流量を増加制御し、2つに分割された他方の前記メイン燃料系統72(または71)の前記メイン燃料5の流量を減少制御するものである。
また、この実施例2における前記燃料制御装置は、2つに分割された前記メイン燃料系統71、72毎に、相互に対応する前記トップハット燃料系統81、82毎のトップハット燃料6の流量の増減の比率と逆の比率で、メイン燃料5の流量を増減制御するものである。
この実施例2におけるガスタービン燃焼器は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。この実施例2におけるガスタービン燃焼器は、前記の実施例1におけるガスタービン燃焼器とほぼ同様の作用を行う。
以下、図10を参照して、トップハット燃料6の流量増減の制御およびメイン燃料5の流量増減の制御を詳細に説明する。図10において、複数本のトップハットノズル61〜68から噴射されるトップハット燃料6の総流量は、複数本のメインノズル51〜58から噴射されるメイン燃料5の総流量と複数本のトップハットノズル61〜68から噴射されるトップハット燃料6の総流量との和を1とした場合において、20%程度であって、一定である。1本のトップハットノズルから噴射されるトップハット燃料6の流量は、総流量(20%)÷8(本)=2.5%である。一方、複数本のメインノズル51〜58から噴射されるメイン燃料5の総流量は、複数本のメインノズル51〜58から噴射されるメイン燃料5の総流量と複数本のトップハットノズル61〜68から噴射されるトップハット燃料6の総流量との和を1とした場合において、80%程度であって、一定である。1本のメインノズルから噴射されるメイン燃料5の流量は、総流量(80%)÷8(本)=10%である。
ここで、制御装置90は、センサ9からの検知信号に基づいて、流量増加制御信号を第1トップハット燃料の流量増減制御器91に、逆に、流量減少制御信号を第2トップハット燃料の流量増減制御器92に、それぞれ出力すると同時に、流量減少制御信号を第1メイン燃料の流量増減制御器97に、逆に、流量増加制御信号を第2メイン燃料の流量増減制御器98に、それぞれ出力する。すなわち、2つに分割されたメイン燃料系統71、72毎に、相互に対応するトップハット燃料系統81、82毎のトップハット燃料6の流量の増減の比率と逆の比率で、メイン燃料5の流量を増減制御する。
すると、第1トップハット燃料の流量増減制御器91は、3本のトップハットノズル61、62、63に供給するトップハット燃料6を、7.5%(2.5%×3本)から9%(3%×3本)に増加する。すなわち、3本のトップハットノズル61、62、63の各トップハットノズルに供給するトップハット燃料6を、2.5%から0.5%増加して3%とする。第1トップハット燃料の流量増減制御器91により7.5%から9%に増加されたトップハット燃料6は、第1トップハット燃料系統81を経て3本のトップハットノズル61、62、63に供給されてこの3本のトップハットノズル61、62、63から噴射される。
また、第2トップハット燃料の流量増減制御器92は、5本のトップハットノズル64、65、66、67、68に供給するトップハット燃料6を、12.5%(2.5%×5本)から11%(2.2%×5本)に減少する。すなわち、5本のトップハットノズル64、65、66、67、68の各トップハットノズルに供給するトップハット燃料6を、2.5%から0.3%減少して2.2%とする。第2トップハット燃料の流量増減制御器92により12.5%から11%に減少されたトップハット燃料6は、第2トップハット燃料系統82を経て5本のトップハットノズル64、65、66、67、68に供給されてこの5本のトップハットノズル64、65、66、67、68から噴射される。
さらに、第1メイン燃料の流量増減制御器97は、3本のメインノズル51、52、53に供給するメイン燃料5を、相互に対応する第1トップハット燃料の流量増減制御器91が3本のトップハットノズル61、62、63に供給するトップハット燃料6の流量の増減の比率と逆の比率で、30%(10%×3本)から28.5%(9.5%×3本)に減少する。すなわち、3本のメインノズル51、52、53の各メインノズルに供給するメイン燃料5を、10%から0.5%減少して9.5%とする。第1メイン燃料の流量増減制御器97により30%から28.5%に減少されたメイン燃料5は、第1メイン燃料系統71を経て3本のメインノズル51、52、53に供給されてこの3本のメインノズル51、52、53から噴射される。
さらにまた、第2メイン燃料の流量増減制御器98は、5本のメインノズル54、55、56、57、58に供給するメイン燃料5を、相互に対応する第2トップハット燃料の流量増減制御器92が5本のトップハットノズル64、65、66、67、68に供給するトップハット燃料6の流量の増減の比率と逆の比率で、50%(10%×5本)から51.5%(10.3%×5本)に増加する。すなわち、5本のメインノズル54、55、56、57、58の各メインノズルに供給するメイン燃料5を、10%から0.3%増加して10.3%とする。第2メイン燃料の流量増減制御器98により50%から51.5%に増加されたメイン燃料5は、第2メイン燃料系統72を経て5本のメインノズル54、55、56、57、58に供給されてこの5本のメインノズル54、55、56、57、58から噴射される。
図10に示すように、トップハット燃料系統8のトップハット燃料6の総流量、すなわち、8本のトップハットノズル61〜68から噴射されるトップハット燃料6の総流量は、制御前の7.5%+12.5%=20%と、制御後の9%+11%=20%と、一定である。一方、メイン燃料系統7のメイン燃料5の総流量、すなわち、8本のメインノズル51〜58から噴射されるメイン燃料5の総流量は、制御前の30%+50%=80%と、制御後の28.5%+51.5%=80%と、一定である。
以上のように、燃焼器2において燃焼振動が発生すると、センサ9が燃焼器2の燃焼振動を検知してその検知信号を制御装置90に出力する。制御装置90は、センサ9からの検知信号に基づいて流量増減制御信号を第1トップハット燃料の流量増減制御器91と第2トップハット燃料の流量増減制御器92と第1メイン燃料の流量増減制御器97と第2メイン燃料の流量増減制御器98とにそれぞれ出力する。第1トップハット燃料の流量増減制御器91と第2トップハット燃料の流量増減制御器92とは、制御装置90からの流量増減制御信号に基づいてトップハット燃料6の総流量を一定に保ちながらトップハット燃料6の流量を増減すると同時に、第1メイン燃料の流量増減制御器97と第2メイン燃料の流量増減制御器98とは、制御装置90からの流量増減制御信号に基づいてメイン燃料5の総流量を一定に保ちながら、2つに分割されたメイン燃料系統71、72毎に、相互に対応するトップハット燃料系統81、82毎のトップハット燃料6の流量の増減の比率と逆の比率で、メイン燃料5の流量を増減制御する。
この実施例2におけるガスタービン燃焼器は、以上のごとき構成および作用からなり、以下、その効果について説明する。この実施例2におけるガスタービン燃焼器は、前記の実施例1におけるガスタービン燃焼器とほぼ同様の効果を達成することができる。
この実施例2におけるガスタービン燃焼器は、2つに分割されたトップハット燃料系統毎81、82にトップハット燃料6の流量を増減制御すると同時に2つに分割されたメイン燃料系統71、72毎にメイン燃料5の流量を増減制御することにより、8本のメインノズル51〜58周辺のフィルム空気中のトップハット燃料6の流量が2つに分割されたトップハット燃料系統81、82毎に増減すると同時に、8本のメインノズル51〜58のメイン燃料5の流量が2つに分割されたメイン燃料系統71、72毎に増減する。これにより、この実施例2におけるガスタービン燃焼器は、8本のメインノズル51〜58から形成される火炎のうち、トップハット燃料6の流量およびメイン燃料5の流量が増加して燃料濃度が濃い部分の火炎は燃焼器軸方向の長さが短くなり、一方、トップハット燃料6の流量およびメイン燃料5の流量が減少して燃料濃度が薄い部分の火炎は燃焼器軸方向の長さが長くなる。この結果、この実施例2におけるガスタービン燃焼器は、火炎の燃焼器軸方向の分布が分散し、燃焼器周方向に不均一な火炎が形成され、集中発熱(発熱集中)の程度が減少されるので、燃焼振動の発生を抑制することができる。
しかも、この実施例2におけるガスタービン燃焼器は、2つに分割されたトップハット燃料系統81、82毎にトップハット燃料6の流量を増減制御すると同時に2つに分割されたメイン燃料系統71、72毎にメイン燃料5の流量を増減制御しても、トップハット燃料6の総流量およびメイン燃料5の総流量が一定であるから、ガスタービン100の出力を一定に保つことができる。しかも、トップハット燃料6の流量制御と、メイン燃料5の流量制御とを、それぞれ独立して行うことにより、火炎の燃焼器軸方向の長さのアンバランスおよび火炎の燃焼器周方向のアンバランスを保つことができるので、前記の燃焼振動の発生を抑制することができる。その上、トップハット燃料6の流量制御と、メイン燃料5の流量制御とを、それぞれ独立して行うことができるので、制御システムの簡便化を図ることができる。
この実施例2におけるガスタービン燃焼器は、2つに分割された一方のトップハット燃料系統81(または82)のトップハット燃料6の流量を増加制御し、2つに分割された他方のトップハット燃料系統82(または81)のトップハット燃料6の流量を減少制御すると同時に、2つに分割された一方のメイン燃料系統72(または71)のメイン燃料5の流量を増加制御し、2つに分割された他方のメイン燃料系統71(または72)のメイン燃料5の流量を減少制御するので、トップハット燃料6の流量およびメイン燃料5の流量の増減制御を容易にかつ確実に行うことができる。この結果、この実施例2におけるガスタービン燃焼器は、燃焼振動の発生を容易にかつ確実に抑制することができる。
この実施例2におけるガスタービン燃焼器は、2つに分割されたトップハット燃料系統81、82毎に、トップハット燃料6の流量を増減制御すると同時に、2つに分割されたメイン燃料系統71、72毎に、相互に対応するトップハット燃料系統81、82毎のトップハット燃料6の流量の増減の比率と逆の比率で、メイン燃料5の流量を増減制御するものであるから、1本のメインノズルとその1本のメインノズルの両側の2本のトップハットノズルとを含む扇形状の三角セクター内におけるトップハット燃料6とメイン燃料5との混合燃料の平均濃度が一定であるから、三角セクターで見ると、一見火炎位置は変わらないように見える。ところが、トップハット燃料6の流量の増減の比率とメイン燃料5の流量の増減の比率とを変えることにより、火炎形態が変わり、火炎の燃焼器軸方向の長さも変わり、発熱分散効果が得られる。すなわち、トップハット燃料6の流量を増加すると(フィルム濃度を高くすると)火炎の燃焼器軸方向の長さが短くなる傾向にある。しかも、トップハット燃料6とメイン燃料5とが混合された燃料の燃焼器周方向の濃度がほぼ均一化されるので、低NOxを確実に維持することができる。
なお、前記の実施例1、2においては、ガスタービン燃焼器の構造および燃料制御を簡単にするために、メイン燃料系統7およびトップハット燃料系統8をそれぞれ2つの燃料系統、すなわち、第1メイン燃料系統71と第2メイン燃料系統72とに、第1トップハット燃料系統81と第2トップハット燃料系統82とに、それぞれ分割するものである。ところが、この発明においては、メイン燃料系統7およびトップハット燃料系統8をそれぞれ複数すなわち3つ以上の燃料系統に分割しても良い。
また、前記の実施例1、2においては、トップハット燃料系統8を2つに分割した一方の第1トップハット燃料系統81には8本のトップハットノズル61〜68のうち3本のトップハットノズル61、62、63を有し、他方の第2トップハット燃料系統82には8本のトップハットノズル61〜68のうち残りの5本のトップハットノズル64、65、66、67、68を有し、また、メイン燃料系統7を2つに分割した一方の第1メイン燃料系統71には8本のメインノズル51〜58のうち3本のメインノズル51、52、53を有し、他方の第2メイン燃料系統72には8本のメインノズル51〜58のうち残りの5本のメインノズル54、55、56、57、58を有するものである。ところが、この発明においては、燃焼振動の発生を抑制することができるものであれば、第1トップハット燃料系統81には1本のトップハットノズルを有して第2トップハット燃料系統82には7本のトップハットノズルを有しても良いし、第1トップハット燃料系統81には2本のトップハットノズルを有して第2トップハット燃料系統82には6本のトップハットノズルを有しても良いし、第1トップハット燃料系統81には4本のトップハットノズルを有して第2トップハット燃料系統82には4本のトップハットノズルを有しても良いし、また、第1メイン燃料系統71には1本のメインノズルを有して第2メイン燃料系統72には7本のメインノズルを有しても良いし、第1メイン燃料系統71には2本のメインノズルを有して第2メイン燃料系統72には6本のメインノズルを有しても良いし、第1メイン燃料系統71には4本のメインノズルを有して第2メイン燃料系統72には4本のメインノズルを有しても良い。
100 ガスタービン
101 ロータ
1 圧縮機
11 空気取入口
12 圧縮機車室
13 静翼
14 動翼
15 抽気マニホールド
2 燃焼器(予混合燃焼方式のガスタービン燃焼器)
20 パイロット燃料
21 燃焼器外筒
22 燃焼器内筒
23 パイロットノズル
24 パイロットバーナ
25 パイロットスワーラ
26 空気通路
27 圧縮空気
28 パイロット燃料系統
3 タービン
31 タービン車室
32 静翼
33 動翼
4 排気室
41 排気ディフューザ
5 メイン燃料
50 メインバーナ
51〜58 メインノズル
59 メインスワーラ
6 トップハット燃料
60 トップハット部
61〜68 トップハットノズル
7 メイン燃料系統
71 第1メイン燃料系統
72 第2メイン燃料系統
8 トップハット燃料系統
81 第1トップハット燃料系統
82 第2トップハット燃料系統
9 センサ
90 制御装置(燃料制御装置)
91 第1トップハット燃料の流量増減制御器(燃料制御装置)
92 第2トップハット燃料の流量増減制御器(燃料制御装置)
93 信号線
94〜96 火炎
97 第1メイン燃料の流量増減制御器(燃料制御装置)
98 第2メイン燃料の流量増減制御器(燃料制御装置)
99 燃焼器の軸方向の圧力定在波
900 火炎の燃焼器軸方向の分布
200 既存の燃焼器
901 全燃料の流量増減制御器
902 トップハット燃料の流量増減制御器
903 メイン燃料の流量増減制御器
101 ロータ
1 圧縮機
11 空気取入口
12 圧縮機車室
13 静翼
14 動翼
15 抽気マニホールド
2 燃焼器(予混合燃焼方式のガスタービン燃焼器)
20 パイロット燃料
21 燃焼器外筒
22 燃焼器内筒
23 パイロットノズル
24 パイロットバーナ
25 パイロットスワーラ
26 空気通路
27 圧縮空気
28 パイロット燃料系統
3 タービン
31 タービン車室
32 静翼
33 動翼
4 排気室
41 排気ディフューザ
5 メイン燃料
50 メインバーナ
51〜58 メインノズル
59 メインスワーラ
6 トップハット燃料
60 トップハット部
61〜68 トップハットノズル
7 メイン燃料系統
71 第1メイン燃料系統
72 第2メイン燃料系統
8 トップハット燃料系統
81 第1トップハット燃料系統
82 第2トップハット燃料系統
9 センサ
90 制御装置(燃料制御装置)
91 第1トップハット燃料の流量増減制御器(燃料制御装置)
92 第2トップハット燃料の流量増減制御器(燃料制御装置)
93 信号線
94〜96 火炎
97 第1メイン燃料の流量増減制御器(燃料制御装置)
98 第2メイン燃料の流量増減制御器(燃料制御装置)
99 燃焼器の軸方向の圧力定在波
900 火炎の燃焼器軸方向の分布
200 既存の燃焼器
901 全燃料の流量増減制御器
902 トップハット燃料の流量増減制御器
903 メイン燃料の流量増減制御器
Claims (5)
- 予混合燃焼方式のガスタービン燃焼器において、
複数本のメインノズルと、
複数本のトップハットノズルと、
前記複数本のメインノズルにメイン燃料をそれぞれ供給するメイン燃料系統と、
前記複数本のトップハットノズルにトップハット燃料をそれぞれ供給するトップハット燃料系統と、
燃焼器の燃焼振動を検知するセンサと、
前記センサからの検知信号に基づいて、前記トップハット燃料系統を介して前記複数本のトップハットノズルにそれぞれ供給されるトップハット燃料の流量を制御する燃料制御装置と、
を備え、
前記トップハット燃料系統は、複数に分割されていて、
前記燃料制御装置は、トップハット燃料の総流量を一定に保ちながら、複数に分割された前記トップハット燃料系統毎に、トップハット燃料の流量を増減制御する、
ことを特徴とするガスタービン燃焼器。 - 前記トップハット燃料系統は、2つに分割されていて、
前記燃料制御装置は、トップハット燃料の総流量を一定に保ちながら、2つに分割された一方の前記トップハット燃料系統のトップハット燃料の流量を増加制御し、2つに分割された他方の前記トップハット燃料系統のトップハット燃料の流量を減少制御する、
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。 - 予混合燃焼方式のガスタービン燃焼器において、
複数本のメインノズルと、
複数本のトップハットノズルと、
前記複数本のメインノズルにメイン燃料をそれぞれ供給するメイン燃料系統と、
前記複数本のトップハットノズルにトップハット燃料をそれぞれ供給するトップハット燃料系統と、
燃焼器の燃焼振動を検知するセンサと、
前記センサからの検知信号に基づいて、前記トップハット燃料系統を介して前記複数本のトップハットノズルにそれぞれ供給されるトップハット燃料の流量、および、前記メイン燃料系統を介して前記複数本のメインノズルにそれぞれ供給されるメイン燃料の流量を制御する燃料制御装置と、
を備え、
前記メイン燃料系統は、複数に分割されていて、
前記トップハット燃料系統は、複数に分割されていて、
前記燃料制御装置は、トップハット燃料の総流量を一定に保ちながら、複数に分割された前記トップハット燃料系統毎に、トップハット燃料の流量を増減制御すると同時に、メイン燃料の総流量を一定に保ちながら、複数に分割された前記メイン燃料系統毎に、メイン燃料の流量を増減制御する、
ことを特徴とするガスタービン燃焼器。 - 前記メイン燃料系統は、2つに分割されていて、
前記トップハット燃料系統は、2つに分割されていて、
前記燃料制御装置は、トップハット燃料の総流量を一定に保ちながら、2つに分割された一方の前記トップハット燃料系統のトップハット燃料の流量を増加制御し、2つに分割された他方の前記トップハット燃料系統のトップハット燃料の流量を減少制御すると同時に、メイン燃料の総流量を一定に保ちながら、2つに分割された一方の前記メイン燃料系統のメイン燃料の流量を増加制御し、2つに分割された他方の前記メイン燃料系統のメイン燃料の流量を減少制御する、
ことを特徴とする請求項3に記載のガスタービン燃焼器。 - 前記メイン燃料系統と前記トップハット燃料系統とは、相互に対応して複数に分割されていて、
前記燃料制御装置は、トップハット燃料の総流量を一定に保ちながら、複数に分割された前記トップハット燃料系統毎に、トップハット燃料の流量を増減制御すると同時に、メイン燃料の総流量を一定に保ちながら、複数に分割された前記メイン燃料系統毎に、相互に対応する前記トップハット燃料系統毎のトップハット燃料の流量の増減の比率と逆の比率で、メイン燃料の流量を増減制御する、
ことを特徴とする請求項3または4に記載のガスタービン燃焼器。
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