JPH07332668A - ガスタービン燃焼器ライナの冷却構造 - Google Patents
ガスタービン燃焼器ライナの冷却構造Info
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- JPH07332668A JPH07332668A JP13009394A JP13009394A JPH07332668A JP H07332668 A JPH07332668 A JP H07332668A JP 13009394 A JP13009394 A JP 13009394A JP 13009394 A JP13009394 A JP 13009394A JP H07332668 A JPH07332668 A JP H07332668A
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- cooling
- cooling air
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Abstract
(57)【要約】
【目的】ライナ壁冷却熱量の増大を図り、合せ冷却空気
孔への冷却空気流入量増大によるライナ壁冷却促進によ
り、ライナ壁温度の低減を図ることを目的とする。 【構成】ライナ２の外周側に拡大伝熱面上流端１０を冷
却空気孔１１に近接させて設ける。拡大伝熱面上流端１
０を冷却空気孔１１の垂直面上に突き出るように設け
る。冷却空気孔噴射軸１２を燃焼ガスの流れ方向に傾斜
させて設ける。
孔への冷却空気流入量増大によるライナ壁冷却促進によ
り、ライナ壁温度の低減を図ることを目的とする。 【構成】ライナ２の外周側に拡大伝熱面上流端１０を冷
却空気孔１１に近接させて設ける。拡大伝熱面上流端１
０を冷却空気孔１１の垂直面上に突き出るように設け
る。冷却空気孔噴射軸１２を燃焼ガスの流れ方向に傾斜
させて設ける。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ガスタービン燃焼器ラ
イナの冷却構造に関する。
イナの冷却構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の技術としては、特公昭59−49493
号公報に記載のようにガスタービン燃焼器ライナの外側
を流れる冷却空気をライナの周方向に設けた複数の冷却
孔を通して燃焼ガスの流れるライナ内側に張出しリップ
を経て燃焼ガスの流れ方向に冷却空気を噴き出させる構
造となっていた。この構造では、ライナの冷却には主
に、ライナ外側面での冷却空気による対流冷却と、ライ
ナ外側の冷却空気側圧力と燃焼ガスの流れるライナ内側
圧力との圧力差によりライナ周方向に設けた冷却空気孔
を通って流れ込む冷却空気による膜冷却とによってライ
ナ壁の冷却を行っていた。上記構造となっている為に、
ライナ外側面は波打ち状になっていても、平面であり、
その平面が冷却表面積となっていた。冷却空気孔は、ラ
イナ外側と内側との連通孔として、ライナ周方向に複数
開孔されている構造であった。
号公報に記載のようにガスタービン燃焼器ライナの外側
を流れる冷却空気をライナの周方向に設けた複数の冷却
孔を通して燃焼ガスの流れるライナ内側に張出しリップ
を経て燃焼ガスの流れ方向に冷却空気を噴き出させる構
造となっていた。この構造では、ライナの冷却には主
に、ライナ外側面での冷却空気による対流冷却と、ライ
ナ外側の冷却空気側圧力と燃焼ガスの流れるライナ内側
圧力との圧力差によりライナ周方向に設けた冷却空気孔
を通って流れ込む冷却空気による膜冷却とによってライ
ナ壁の冷却を行っていた。上記構造となっている為に、
ライナ外側面は波打ち状になっていても、平面であり、
その平面が冷却表面積となっていた。冷却空気孔は、ラ
イナ外側と内側との連通孔として、ライナ周方向に複数
開孔されている構造であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】燃焼器ライナの冷却を
行う際に、対流による冷却を強化することにより膜冷却
の受けもつ冷却熱量を低減させ、ひいては膜冷却に使わ
れる冷却空気量を減少させ、その余った空気を燃焼空気
として使用する。合せ冷却空気孔入口状態を改良するこ
とにより、冷却空気が冷却空気孔へ流入し易くする。
行う際に、対流による冷却を強化することにより膜冷却
の受けもつ冷却熱量を低減させ、ひいては膜冷却に使わ
れる冷却空気量を減少させ、その余った空気を燃焼空気
として使用する。合せ冷却空気孔入口状態を改良するこ
とにより、冷却空気が冷却空気孔へ流入し易くする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】冷却空気の流れる燃焼器
ライナ外側に冷却空気と接触Ｌ、放熱を促進する拡大伝
熱面を設ける。拡大伝熱面の上流端は、膜冷却を行う為
の空気孔に近接するように設ける。拡大伝熱面の上流端
が、空気孔の垂直面上に突き出るように設ける。噴出軸
線が燃焼ガスの流れ方向に傾斜している冷却孔に近接し
て拡大伝熱面の上流端を設けることを特徴としている。
ライナ外側に冷却空気と接触Ｌ、放熱を促進する拡大伝
熱面を設ける。拡大伝熱面の上流端は、膜冷却を行う為
の空気孔に近接するように設ける。拡大伝熱面の上流端
が、空気孔の垂直面上に突き出るように設ける。噴出軸
線が燃焼ガスの流れ方向に傾斜している冷却孔に近接し
て拡大伝熱面の上流端を設けることを特徴としている。
【０００５】
【作用】冷却空気の流れる燃焼器ライナ外側に冷却空気
と接触する拡大伝熱面を設けたので、冷却空気温度をＴ
c、燃焼器ライナ壁の温度をＴw、拡大伝熱面を設ける前
の表面積をＡ0、拡大伝熱面の表面積をＡ1、ライナ壁の
熱伝達率をα、冷却熱量をｑとすると、冷却熱量ｑは次
式で表わされる。
と接触する拡大伝熱面を設けたので、冷却空気温度をＴ
c、燃焼器ライナ壁の温度をＴw、拡大伝熱面を設ける前
の表面積をＡ0、拡大伝熱面の表面積をＡ1、ライナ壁の
熱伝達率をα、冷却熱量をｑとすると、冷却熱量ｑは次
式で表わされる。
【０００６】ｑ＝α(Ａ0＋Ａ1）(Ｔw−Ｔc) 概略冷却熱量は拡大伝熱面の表面積が増加した分増加
し、一般に拡大伝熱面を設けたことにより熱伝達率αも
増加するのでその分も冷却熱量が増加する。ライナを冷
却する膜冷却の冷却空気は、冷却空気側の圧力と燃焼ガ
ス側との圧力差で燃焼ガス側へ冷却孔を通って流入する
が、冷却孔に近接させて拡大伝熱面の冷却空気の流れ方
向上流端を設けるので、拡大伝熱面の上流端に衝突する
冷却空気は減速され、圧力を回復するので一層冷却孔に
冷却空気が流入し易くなり、膜冷却の空気流量が増え
る。
し、一般に拡大伝熱面を設けたことにより熱伝達率αも
増加するのでその分も冷却熱量が増加する。ライナを冷
却する膜冷却の冷却空気は、冷却空気側の圧力と燃焼ガ
ス側との圧力差で燃焼ガス側へ冷却孔を通って流入する
が、冷却孔に近接させて拡大伝熱面の冷却空気の流れ方
向上流端を設けるので、拡大伝熱面の上流端に衝突する
冷却空気は減速され、圧力を回復するので一層冷却孔に
冷却空気が流入し易くなり、膜冷却の空気流量が増え
る。
【０００７】更に拡大伝熱面の上流端が、空気孔の垂直
面上に突き出した形状では、空気孔垂直面上の拡大伝熱
面上流端に衝突した冷却空気が、冷却空気の流れ方向に
流れようとする冷却空気と、冷却孔を通って燃焼ガス側
へ流入しようとする空気とが入り乱れ、拡大伝熱面上流
端の熱伝達率を一層増加させ、拡大伝熱面によるライナ
壁の冷却を一層促進させる。
面上に突き出した形状では、空気孔垂直面上の拡大伝熱
面上流端に衝突した冷却空気が、冷却空気の流れ方向に
流れようとする冷却空気と、冷却孔を通って燃焼ガス側
へ流入しようとする空気とが入り乱れ、拡大伝熱面上流
端の熱伝達率を一層増加させ、拡大伝熱面によるライナ
壁の冷却を一層促進させる。
【０００８】噴出軸が燃焼ガスの流れ方向に傾斜してい
る冷却孔に近接させて拡大伝熱面の先端を設けたもの
は、拡大伝熱面先端部での圧力増大と合せ、拡大伝熱面
上流端がガイドベーンの働きを合せ行うので冷却空気を
流れ易くするので冷却空気孔への流入空気量が増大す
る。
る冷却孔に近接させて拡大伝熱面の先端を設けたもの
は、拡大伝熱面先端部での圧力増大と合せ、拡大伝熱面
上流端がガイドベーンの働きを合せ行うので冷却空気を
流れ易くするので冷却空気孔への流入空気量が増大す
る。
【０００９】
【実施例】本発明の実施例を示す。図９はガスタービン
の構成図である。圧縮機にて加圧，昇温された空気は燃
焼器へ送られる。この空気は燃焼器では燃料を燃焼させ
更に高温の燃焼ガスとなってタービンへ送られる。この
高圧，高温ガスがタービンを回転させ動力を得ることが
出来る。例えば負荷として発電機を接続回転させれば電
気を得ることができる。
の構成図である。圧縮機にて加圧，昇温された空気は燃
焼器へ送られる。この空気は燃焼器では燃料を燃焼させ
更に高温の燃焼ガスとなってタービンへ送られる。この
高圧，高温ガスがタービンを回転させ動力を得ることが
出来る。例えば負荷として発電機を接続回転させれば電
気を得ることができる。
【００１０】図１０は前記した燃焼器の構成図である。
圧縮機１で加圧，昇温された空気は矢印で示した方向へ
送られ、別配管より供給される燃料がパイロットバーナ
４ｃ，Ｆ1 燃料ノズル４ａ，Ｆ2 燃料ノズル４ｂより噴
射され、主燃焼室Ｒ1 ，副燃焼室Ｒ2 の燃焼ゾーンで燃
焼する。燃焼ガスはトラジションピース７を経てタービ
ン６へ送り込まれる。主燃焼室Ｒ1 のライナ２は、内側
を高温の燃焼ガスが流れ、ライナ２の外側は圧縮空気が
流れる。この圧縮空気の一部がライナ２壁に設けられた
冷却空気孔１１を通ってライナ壁の膜冷却空気としてラ
イナ内側に流れ込む。このライナ２壁は、内側を流れる
高温の燃焼ガス(１４５０℃程度)により加熱され、ライ
ナ２壁温度は高温となる。一方、ライナ２壁の外側を流
れる空気は加圧，昇温されているとは言え、燃焼ガス温
度よりは低温（３８０℃程度）なので、ライナ２壁外側
を流れる空気にて、ライナ２壁温度が材料許容温度以内
となるように冷却する必要がある。
圧縮機１で加圧，昇温された空気は矢印で示した方向へ
送られ、別配管より供給される燃料がパイロットバーナ
４ｃ，Ｆ1 燃料ノズル４ａ，Ｆ2 燃料ノズル４ｂより噴
射され、主燃焼室Ｒ1 ，副燃焼室Ｒ2 の燃焼ゾーンで燃
焼する。燃焼ガスはトラジションピース７を経てタービ
ン６へ送り込まれる。主燃焼室Ｒ1 のライナ２は、内側
を高温の燃焼ガスが流れ、ライナ２の外側は圧縮空気が
流れる。この圧縮空気の一部がライナ２壁に設けられた
冷却空気孔１１を通ってライナ壁の膜冷却空気としてラ
イナ内側に流れ込む。このライナ２壁は、内側を流れる
高温の燃焼ガス(１４５０℃程度)により加熱され、ライ
ナ２壁温度は高温となる。一方、ライナ２壁の外側を流
れる空気は加圧，昇温されているとは言え、燃焼ガス温
度よりは低温（３８０℃程度）なので、ライナ２壁外側
を流れる空気にて、ライナ２壁温度が材料許容温度以内
となるように冷却する必要がある。
【００１１】図１に示したように、空気の流れる主室の
ライナ２の外周面に、空気への放熱面積を増やすべく拡
大伝熱面９を設ける。拡大伝熱面上流端１０と衝突した
空気が冷却空気孔１１へ入り易くなるように拡大伝熱面
上流端１０を冷却空気孔１１に近接して設ける。拡大伝
熱面９の空気流れ方向の長さは、図２に示したように冷
却空気孔１１と次の冷却空気孔１１との間に連続してあ
っても良いが、図３に示したように拡大伝熱面上流端１
０が複数出来るように区切った方が、拡大伝熱面の上流
端のエッジ効果（前縁効果）によりライナ壁の冷却は更
に促進される。図４〜図７は、拡大伝熱面９の上流端が
冷却空気孔１１の垂直面上に突き出るように設けた例で
ある。拡大伝熱面９の上流端のエッジ効果と合せ、拡大
伝熱面上流端１０が冷却空気孔１１への流入ガイドベー
ンの働きをするので冷却空気孔１１へ冷却空気が入り易
くなる。図８に示した例は、拡大伝熱面９の上流端を冷
却空気孔１１に近接させて設け、冷却空気孔噴射軸１２
を燃焼ガスが流れた方向にα度傾斜させて設けたので、
冷却空気孔１１を流れる空気は、拡大伝熱面上流端１０
部での圧力回復、拡大伝熱面９の上流端がガイドベーン
の働きと合せ、流れ易くなる（リターンフローし易くな
る）。これまで冷却空気孔への冷却空気の流れ易さ、冷
却空気流量増大による冷却効果大の場合について述べた
が、ライナ壁の冷却に裕度がある場合には、冷却空気孔
１１の径を絞って、冷却流入空気量を減らし、その減じ
た空気を予混合燃焼空気として使い、一層の低ＮＯｘ化
を図る他の効果をもたらすこともできる。
ライナ２の外周面に、空気への放熱面積を増やすべく拡
大伝熱面９を設ける。拡大伝熱面上流端１０と衝突した
空気が冷却空気孔１１へ入り易くなるように拡大伝熱面
上流端１０を冷却空気孔１１に近接して設ける。拡大伝
熱面９の空気流れ方向の長さは、図２に示したように冷
却空気孔１１と次の冷却空気孔１１との間に連続してあ
っても良いが、図３に示したように拡大伝熱面上流端１
０が複数出来るように区切った方が、拡大伝熱面の上流
端のエッジ効果（前縁効果）によりライナ壁の冷却は更
に促進される。図４〜図７は、拡大伝熱面９の上流端が
冷却空気孔１１の垂直面上に突き出るように設けた例で
ある。拡大伝熱面９の上流端のエッジ効果と合せ、拡大
伝熱面上流端１０が冷却空気孔１１への流入ガイドベー
ンの働きをするので冷却空気孔１１へ冷却空気が入り易
くなる。図８に示した例は、拡大伝熱面９の上流端を冷
却空気孔１１に近接させて設け、冷却空気孔噴射軸１２
を燃焼ガスが流れた方向にα度傾斜させて設けたので、
冷却空気孔１１を流れる空気は、拡大伝熱面上流端１０
部での圧力回復、拡大伝熱面９の上流端がガイドベーン
の働きと合せ、流れ易くなる（リターンフローし易くな
る）。これまで冷却空気孔への冷却空気の流れ易さ、冷
却空気流量増大による冷却効果大の場合について述べた
が、ライナ壁の冷却に裕度がある場合には、冷却空気孔
１１の径を絞って、冷却流入空気量を減らし、その減じ
た空気を予混合燃焼空気として使い、一層の低ＮＯｘ化
を図る他の効果をもたらすこともできる。
【００１２】ここでは主燃焼室Ｒ1 のライナ２の冷却に
ついて述べたが、図２に示す副燃焼室Ｒ2 の副室ライナ
５の冷却に対しても同様の構成とすることにより効果的
な冷却を行うことができる。
ついて述べたが、図２に示す副燃焼室Ｒ2 の副室ライナ
５の冷却に対しても同様の構成とすることにより効果的
な冷却を行うことができる。
【００１３】
【発明の効果】拡大伝熱面９を燃焼器ライナ外表面に設
けたので、拡大伝熱面の伝熱面積をＡ1 、冷却熱量をｑ
とすると ｑ＝α(Ａ0＋Ａ1）(Ｔw−Ｔc) …（１） の関係が成り立ち、拡大伝熱面の伝熱面積が増加した
分、概略冷却熱量は増加する。
けたので、拡大伝熱面の伝熱面積をＡ1 、冷却熱量をｑ
とすると ｑ＝α(Ａ0＋Ａ1）(Ｔw−Ｔc) …（１） の関係が成り立ち、拡大伝熱面の伝熱面積が増加した
分、概略冷却熱量は増加する。
【００１４】但し α：ライナ壁の熱伝達率，Ａ0 ：拡
大伝熱面を設ける前の表面積，Ｔw：ライナ壁の温度，
Ｔc ：空気温度である。
大伝熱面を設ける前の表面積，Ｔw：ライナ壁の温度，
Ｔc ：空気温度である。
【００１５】もとのライナ外壁平滑面に対し、冷却空気
流路面に拡大伝熱面９を設けたので平滑面の熱伝達率α
0 に対し α／α0＞１ となりαが増大した分（１）式により冷却熱量が増加す
る。従って拡大伝熱面の面積増加分と合せ、熱伝達率の
増加分も冷却熱量を増加できるので拡大伝熱面を設ける
ことによりライナ壁を効果的に冷却することができる。
拡大伝熱面上流端１０を冷却空気孔１１に近接させて設
けたので、空気が拡大伝熱面上流端１０に衝突，減速し
圧力を回復するので冷却空気孔１１へ冷却空気が流入し
易くなり、冷却空気量を増加させることができ、膜冷却
によるライナ壁の冷却を効果的に行うことができる。
流路面に拡大伝熱面９を設けたので平滑面の熱伝達率α
0 に対し α／α0＞１ となりαが増大した分（１）式により冷却熱量が増加す
る。従って拡大伝熱面の面積増加分と合せ、熱伝達率の
増加分も冷却熱量を増加できるので拡大伝熱面を設ける
ことによりライナ壁を効果的に冷却することができる。
拡大伝熱面上流端１０を冷却空気孔１１に近接させて設
けたので、空気が拡大伝熱面上流端１０に衝突，減速し
圧力を回復するので冷却空気孔１１へ冷却空気が流入し
易くなり、冷却空気量を増加させることができ、膜冷却
によるライナ壁の冷却を効果的に行うことができる。
【００１６】拡大伝熱面上流端１０を冷却空気孔１１の
垂直面上に突き出して設けたので、冷却空気が前記理由
で流入し易くなるのと合せ、拡大伝熱面上流端１０が冷
却空気孔１１への流入空気のガイドベーンとなり、一層
冷却空気孔１１へ冷却空気が流入し易くなり、冷却空気
量を増加させることができるので膜冷却によるライナ壁
の冷却を効果的に行うことができる。
垂直面上に突き出して設けたので、冷却空気が前記理由
で流入し易くなるのと合せ、拡大伝熱面上流端１０が冷
却空気孔１１への流入空気のガイドベーンとなり、一層
冷却空気孔１１へ冷却空気が流入し易くなり、冷却空気
量を増加させることができるので膜冷却によるライナ壁
の冷却を効果的に行うことができる。
【００１７】冷却空気孔１１の噴射軸１２方向を燃焼ガ
ス流れ方向に傾斜させたので、拡大伝熱面上流端１０に
衝突した空気が冷却空気孔１１に流入し易くなり、冷却
空気量が増えるのでライナ壁膜冷却の効果を促進するこ
とができる。
ス流れ方向に傾斜させたので、拡大伝熱面上流端１０に
衝突した空気が冷却空気孔１１に流入し易くなり、冷却
空気量が増えるのでライナ壁膜冷却の効果を促進するこ
とができる。
【図１】拡大伝熱面のライナ傾視部分図である。
【図２】拡大伝熱面の構成を示すライナ側面の部分図で
ある。
ある。
【図３】同じくライナ側面の部分図である。
【図４】拡大伝熱面上流端１０が冷却空気孔１１の垂直
面上に突き出した状態を示すライナ側面の部分図であ
る。
面上に突き出した状態を示すライナ側面の部分図であ
る。
【図５】同じくライナ側面の部分図である。
【図６】同じくライナ側面の部分図である。
【図７】同じくライナ側面の部分図である。
【図８】冷却空気孔の噴出軸線が燃焼ガス流れ方向に傾
斜した状態を示すライナ側面の部分図である。
斜した状態を示すライナ側面の部分図である。
【図９】ガスタービンの構成図である。
【図１０】燃焼器の構成断面図である。
【図１１】従来の膜冷却構造を示すライナ側面の部分図
である。
である。
１…圧縮機、２…ライナ、３…燃料、４ａ…Ｆ1 燃料ノ
ズル、４ｂ…Ｆ2 燃料ノズル、４ｃ…パイロットバー
ナ、５…副室ライナ、６…タービン、７…トラジション
ピース、８…リップ、９…拡大伝熱面、１０…拡大伝熱
面上流端、１１…冷却空気孔、１２…冷却空気孔噴射
軸。
ズル、４ｂ…Ｆ2 燃料ノズル、４ｃ…パイロットバー
ナ、５…副室ライナ、６…タービン、７…トラジション
ピース、８…リップ、９…拡大伝熱面、１０…拡大伝熱
面上流端、１１…冷却空気孔、１２…冷却空気孔噴射
軸。
Claims (3)
- 【請求項１】ガスタービン燃焼器のライナ外周側に拡大
伝熱面を設け、冷却空気孔にその拡大伝熱面の上流端を
近接させて設けたことを特徴とするガスタービン燃焼器
ライナの冷却構造。 - 【請求項２】燃焼器ライナ外周側に設けた拡大伝熱面の
上流端を空気孔の垂直面に突き出して設けた事を特徴と
する請求項１記載のガスタービン燃焼器ライナの冷却構
造。 - 【請求項３】燃焼器ライナ外周側に、空気孔の噴出軸方
向を燃焼ガスの流れ方向に傾斜させた空気孔に近接し
て、拡大伝熱面の上流端を設けた事を特徴とする請求項
１記載のガスタービン燃焼器ライナの冷却構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13009394A JPH07332668A (ja) | 1994-06-13 | 1994-06-13 | ガスタービン燃焼器ライナの冷却構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13009394A JPH07332668A (ja) | 1994-06-13 | 1994-06-13 | ガスタービン燃焼器ライナの冷却構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07332668A true JPH07332668A (ja) | 1995-12-22 |
Family
ID=15025801
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13009394A Pending JPH07332668A (ja) | 1994-06-13 | 1994-06-13 | ガスタービン燃焼器ライナの冷却構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07332668A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007292451A (ja) * | 2006-04-24 | 2007-11-08 | General Electric Co <Ge> | ガスタービンエンジンの圧力損失を減少するシステム |
| JP2010175239A (ja) * | 2009-01-27 | 2010-08-12 | General Electric Co <Ge> | その中で燃焼が行われるガスタービン構成要素内で使用するための流れ調整装置 |
| JP2015010526A (ja) * | 2013-06-28 | 2015-01-19 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | ガスタービン用燃焼器 |
| JP2017180303A (ja) * | 2016-03-30 | 2017-10-05 | 株式会社Ihi | 燃焼装置及びガスタービン |
-
1994
- 1994-06-13 JP JP13009394A patent/JPH07332668A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007292451A (ja) * | 2006-04-24 | 2007-11-08 | General Electric Co <Ge> | ガスタービンエンジンの圧力損失を減少するシステム |
| JP2010175239A (ja) * | 2009-01-27 | 2010-08-12 | General Electric Co <Ge> | その中で燃焼が行われるガスタービン構成要素内で使用するための流れ調整装置 |
| JP2015010526A (ja) * | 2013-06-28 | 2015-01-19 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | ガスタービン用燃焼器 |
| JP2017180303A (ja) * | 2016-03-30 | 2017-10-05 | 株式会社Ihi | 燃焼装置及びガスタービン |
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