JPH0783439A - タービン燃焼器 - Google Patents

タービン燃焼器

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JPH0783439A
JPH0783439A JP6241849A JP24184994A JPH0783439A JP H0783439 A JPH0783439 A JP H0783439A JP 6241849 A JP6241849 A JP 6241849A JP 24184994 A JP24184994 A JP 24184994A JP H0783439 A JPH0783439 A JP H0783439A
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/42—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the arrangement or form of the flame tubes or combustion chambers
    • F23R3/46—Combustion chambers comprising an annular arrangement of several essentially tubular flame tubes within a common annular casing or within individual casings
    • F23R3/48—Flame tube interconnectors, e.g. cross-over tubes

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 クロス火炎管のためのカップリングを備える
ガスタービン燃焼器を提供する。 【構成】 カップリング（16）は、内側スリーブ（40）
及び内側スリーブを包囲して内側スリーブとの間に環状
の通路（34）を形成する外側スリーブ（42）を有する。
外側スリーブに設けた孔（30）により環状通路（34）に
冷却用空気が流入するようになっている。複数のランド
（52）及び凹み（53）を備えたリング状の薄板金スカー
トであるバッフル（36）が内側スリーブに設けられてい
る。ランドは壁に近接して配置され、凹みは前記壁から
距離を置いて配置されて複数の通路（35）を形成し、複
数の燃焼器通路は環状通路（34）と連通している。冷却
用空気が、孔（30）、環状通路（34）、そして燃焼器通
路（35）を通って流れて燃焼器の内壁（48）を冷却して
その過熱を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ガスタービンの燃焼器
に関する。より詳細には、本発明は、燃焼器をクロス火
炎管（cross-flame tube）に連結するためのカップリン
グ又は継手を形成するガスタービン燃焼器の部分に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービン燃焼器は代表的には、ター
ビンロータを包囲した状態で燃焼器シェル内に円周方向
に配置された複数のほぼ円筒形の燃焼器で構成される。
燃焼器はクロス火炎管により列状に相互連結される。ま
た、これらのうち２つの隣り合う燃焼器には、高エネル
ギ電気式イグナイタ（又は点火装置）が設けられてい
る。始動時、イグナイタを備えた燃焼器内で、燃料と空
気の混合物（以下、「混合気」という）に点火を行い、
それにより火炎を生じさせる。すると、クロス火炎管は
この火炎を燃焼器列に沿ってぐるりと燃焼器から燃焼器
へと運び、最終的には火炎が全ての燃焼器内で得られる
ようになる。イグナイタを備えた２つの隣り合う燃焼器
と反対側に位置した２つの隣り合う燃焼器に設けられた
火炎検出器により、火炎が各燃焼器内に達成されたこと
が分かる。作動中、クロス火炎管はフレームアウト（fl
ame-out)が起きた燃焼器内での燃焼を再び行わせるのに
役立つ。
【０００３】従来、クロス火炎管は、各端部にフランジ
を備えた可撓性の金属ホースで構成されていた。クロス
火炎管は、燃焼器から突き出たカップリングと組み合わ
せられるリング形の圧縮クランプ（「マーモン（marmo
n）」クランプと通称される）により燃焼器に取り付け
られていた。各カップリングは、基端部を燃焼器に取り
付け、外端部にフランジを設けた実質的に半径方向に延
びる管で構成される。
【０００４】一般に、燃焼器は、複数の同心状のリング
を波形部により結合して形成したものである。これらリ
ングを冷却するには、冷却用空気をリングの内壁に沿っ
て流し、それにより燃焼器内の燃焼領域から出る熱に対
する熱障壁が得られるようにする。この冷却用空気を導
入するには、隣り合うリング間に形成した環状の冷却用
空気通路を用い、冷却用空気はかかる環状通路を通って
燃焼器に流入し、下流側のリングの内壁に沿って流れ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】残念なことに、クロス
火炎管用カップリングが存在しているために、リングの
内壁に沿う冷却用空気の流れが妨害される。その結果、
この冷却用空気は、クロス火炎管用カップリングの下流
側に位置するリングの部分及び管状カップリングへの流
入口では役立たないことが判明した。従来試みられた一
対策は、多数の小さな孔をリングに隣接するカップリン
グの周囲に、或いは、リング自体のカップリング包囲部
分に設けることにより、冷却用空気をカップリングの付
近に追加供給することであった。しかしながら、この試
みは好結果を全くもたらさなかった。
【０００６】したがって、本発明の目的は、冷却用空気
の流れを管状カップリングの端部に差し向けると共にカ
ップリングに隣接した燃焼器の壁に沿って流すようにな
ったクロス火炎管用カップリングを備えるガスタービン
燃焼器を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この目的を考慮して、本
発明の要旨は、圧縮空気室を形成するシェルと、前記室
内に配置された複数の相互に連結された燃焼器とが設け
られ、各燃焼器が燃焼室を包囲する壁を有し、クロス火
炎管が前記壁から延びているタービンにおいて、前記ク
ロス火炎管のカップリングが、内側スリーブ、内側スリ
ーブを包囲して内側スリーブとの間に導管通路を形成す
る外側スリーブ、及び内側スリーブと関連していて、複
数のランド及び凹みを備えたスカートを有し、ランドは
前記壁に近接して配置され、凹みは前記壁から距離を置
いて配置されて複数の燃焼器通路を形成するようになっ
ており、複数の燃焼器通路は導管通路と連通し、外側ス
リーブは孔を有し、圧縮空気が前記孔、前記導管通路、
そして前記複数の燃焼器通路を通って流れて前記外側ス
リーブ及び前記壁を冷却するようになっていることを特
徴とするタービンにある。
【０００８】本発明の内容は、添付の図面に例示的に示
す好ましい実施例についての以下の読むと、一層明らか
になろう。
【０００９】
【実施例】図面を参照すると、図１にはガスタービンの
燃焼区分１が示されている。燃焼区分は内側シェル２及
び外側シェル３で構成されており、これらのシェル２，
３の間には環状の室５が形成され、圧縮機区分（図示せ
ず）からの圧縮空気がこの環状室５を通って流れる。代
表的なガスタービンの圧縮機区分及び燃焼区分は、米国
特許第４，９９１，３９１号（発明者：Kosinski）に示
されており、かかる米国特許の内容を本明細書の一部を
形成するものとしてここに引用する。内側シェル２は中
央に配置されたロータ４を包囲している。
【００１０】複数のほぼ円筒形の燃焼器６が室５の周り
に円周方向に配列されている。イグナイタ８（これはス
パークギャップ形式のものであるのが良い）が、２つの
隣り合う燃焼器６′内に配置されている。火炎検出器９
（これは、紫外線検出形式のものであるのが良い）が、
イグナイタ８の設けられている燃焼器６′から見て反対
側の２つの隣り合う燃焼器６″の中に配置されている。
クロス火炎管７が燃焼器６を一つずつ連結している。
【００１１】点火時、各燃焼器６′内の混合気がイグナ
イタ８によって発生したスパークによって点火され、そ
れにより、図２に示すように燃焼器６の各々の中に形成
された燃焼領域１０中に火炎を生じさせる。クロス火炎
管７が設けられているので、火炎は、燃焼器のすべての
中の混合気が点火されるまで、燃焼器から燃焼器へと列
に沿ってぐるりと伝播することができる。火炎検出器に
よって燃焼器６″内の火炎が検出されると、燃焼器が全
て点火されたことが確認される。
【００１２】図２に示すように、各クロス火炎管７は、
各端部にフランジを有する可撓性の金属ホース１２で構
成されている。マーモンクランプ１４が、クロス火炎管
のフランジの各々と、クロス火炎管のカップリング１６
に形成された合せフランジ１８（図４に最も良く示され
ている）とを相互に結合しており、カップリング１６は
燃焼器からほぼ半径方向外方へ延びている。
【００１３】図３に示すように、各燃焼器６の前側部分
は、燃焼器の入口４１に連結されたドーム１９から後方
へ延びる同心状のリング２０〜２２によって形成されて
いる。燃料２８及び圧縮空気２９が燃焼器の入口４１に
導入され、燃焼領域１０中で着火する。室５からの追加
の圧縮空気４４が燃焼器のリング２０，２２に形成され
た孔２４を通って燃焼器６に流入し、混合されて二次燃
焼領域４３中で燃焼ガス４６を冷却する。
【００１４】図４に最も良く示されているように、波形
ストリップ２３が、第１のリング１９の後縁と第２のリ
ング２０の前縁との間に配置されている。ストリップ２
３によって形成されるリング間の環状ギャップにより、
室５からの冷却用空気２６の層がリング２０の内壁４８
に沿って流れることができ、それにより高温の燃焼ガス
４６に対する熱障壁となる。
【００１５】クロス火炎管のカップリング１６は、図４
に示すようにリングに形成された開口部５０を包囲する
ように基端部がリング２０に取り付けられた外側スリー
ブ４２を有する。外側スリーブ４２を種々の方法でリン
グ２０に取り付けることができるが、図４に示す実施例
では、スリーブは隅肉溶接部３９によって固着されてい
る。マーモンクランプ１４のためのフランジ１８は外側
スリーブ４２の外端部に取り付けられ、それによりクロ
ス火炎管７を燃焼器６に固定することができる。
【００１６】上述のように、カップリング１６が設けら
れているので、リングの内壁４８に沿う層状の冷却用空
気２６の流れが妨害される。従来、この問題により、リ
ング２０がカップリング１６の下流側で過熱すると共に
外側スリーブ４２が開口部５０の付近で過熱するという
結果が生じていた。
【００１７】本発明によれば、この過熱の問題は、図４
に示すようにリング２０の開口部５０を貫通する内側ス
リーブ４０を用いることによって解決できる。内側スリ
ーブ４０は外側スリーブ４２内に同心状に設けられると
共にこれによって包囲され、従ってスリーブの間には環
状通路３４が形成される。図６に最も良く示されている
ように、多数の孔３０が外側スリーブ４２の周囲に沿っ
て分布して配設されている。これらの孔３０により、室
５からの冷却用空気２８は図４に示されているように通
路３４に入ることができる。追加の冷却用空気が、フラ
ンジ１８のすぐ下に設けられた多くの一層小さな孔３２
を通って通路３４に入る。内側スリーブ４０の外径は開
口部５０の直径よりも小さく、通路３４からの冷却用空
気２８が半径方向内方へ流れて、内側スリーブ４０と開
口部５０の内周部との間の環状通路を通って流れ、それ
により外側スリーブ４２を孔の付近において冷却するよ
うになっている。
【００１８】本発明の重要な特徴によれば、バッフル３
６が内側スリーブ４０の基端部に取り付けられている。
バッフル３６は内側スリーブ４０の軸線に対して実質的
に半径方向に延びている。バッフル３６を種々の方法で
内側スリーブ４０に取り付けることができるが、図４〜
図６に示す実施例では、バッフルは内側スリーブに一体
的に形成されている。図５に示すようにバッフル３６
は、内側スリーブ４０の周囲を包囲するリング状の薄板
金スカートによって形成されている。このスカートは波
形になっていて隆起ランド５２及び凹み５３を形成して
いる。
【００１９】隆起ランド５２は各々、スポット溶接部３
８（図４に一つ示す）によってリング２０の内壁４８に
固定されている。かくして、凹み５３は、燃焼器の軸線
に関し内壁４８から半径方向内方に変位し、即ち、距離
を置いていて凹みと内壁との間に通路３５を形成してい
る。通路３５は、環状通路３４からの半径方向に差し向
けられた冷却用空気２８の流れを受入れ、それによりか
かる冷却用空気２８の流れの向きを約９０°変えて内壁
４８の表面に沿って流れるようにする。かくして、冷却
用空気２８の層が、カップリング１６の下流側で内壁４
８上に形成され、これは、高温燃焼ガス４６に対する熱
障壁として働き、それにより過度の過熱を防止する。
【００２０】図４〜図６に示す実施例では、スカートは
３つの凹み５３を有する。ランド５２のうち最も大きな
ものは、開口部５０の軸線方向下流側の位置でリングの
内壁４８に取り付けられている。その結果、凹み５３
は、冷却用空気２８の流れを、図５に示すように３つの
方向に、即ち、下流方向では軸線方向に、時計回り及び
反時計回りの両方向においては円周方向に差し向けるよ
う配向している。しかしながら、冷却用空気の流れを他
の方法で同様に、例えば軸線方向上流側の方向に差し向
けるようランド５２と凹み５３のパターンを形成しても
良い。
【００２１】内側スリーブ４０はリング２０の開口部５
０よりも直径が小さいので、スポット溶接部３８が破損
した場合には、内側スリーブは外側スリーブ４２から滑
り出て燃焼器内へ落下する恐れがある。このような事態
になると、内側スリーブ４０がガス流の進路に入ってタ
ービン部分中へ移動し、それによりタービンの回転翼に
対して相当に大きな損傷をもたらす。
【００２２】従って、好ましい実施例では、例えバッフ
ル３６をリング２０に固定するスポット溶接部３８が破
損しても、外側スリーブ４２内における内側スリーブ４
０の動きを拘束する手段が採用される。図４〜図６に示
す実施例では、これは２組のタブを形成することによっ
て達成される。タブ５６の第１の組は、開口部５０内へ
半径方向内方に延びるようリング２０に形成されてい
る。タブ５８の第２の組は、半径方向外方に延びるよう
内側スリーブ４０の周囲に形成されている。リングのタ
ブ５６は、スリーブのタブ５８の間の空間５９よりも僅
かに小さく、スリーブのタブ５８はリングのタブ５６間
の空間５７よりも僅かに小さい。
【００２３】組立て時、内側スリーブ４０のタブ５８が
リングのタブ５６の間の空間を滑って通過すると共にリ
ングのタブがスリーブのタブの間の空間を滑って通過す
るよう内側スリーブ４０を差し向けた状態で、内側スリ
ーブ４０を開口部５０を通して外側スリーブ４２に挿入
する。次に、スリーブ４０を回してタブ５６，５８がス
リーブの軸線に対して整列するようにし、バッフル３６
をリング２０にスポット溶接する。スポット溶接部３８
が破損しても、外側スリーブ４２内の内側スリーブ４０
の軸方向運動は、タブ５６とタブ５８の係合により拘束
される。
【００２４】図７〜図１０は、本発明のもう一つの実施
例を示している。この変形例では、内側スリーブ４０′
と外側スリーブ４２′は環状通路３４′を形成し、この
環状通路３４′には上述の実施例と同様に外側スリーブ
の孔３０を通って冷却用空気２８が供給される。しかし
ながら、バッフル３６′は、燃焼器のリングの内壁４８
の曲率に適合した弧状のプレートによって形成されてい
る。また、ランド５２′はバッフルプレート３６′に設
けられたディンプルによって形成されている。各ランド
５２′は先の実施例と同様にスポット溶接部３８によっ
て内壁４８に固定されている。図７及び図１０に示すよ
うに、４つの比較的小さなランド５２′がバッフル３
６′の周りに分布して形成され、従って内壁４８とバッ
フルとの間に通路３５′を形成する４つの大きな凹み５
３′が存在している。
【００２５】図１０に示すように、凹み部５３′は、冷
却用空気２８の流れが本質的には３６０°の円弧（ラン
ド５２′によってのみ中断される）にわたり通路３５′
から流出するよう差し向けられている。その結果、冷却
用空気２８の流れは内側スリーブ４０の軸線に関し半径
方向外方に差し向けられる。すると、冷却用空気２８は
燃焼器の軸線に関し、上流側と下流側の両方向において
軸線方向に、そして時計回りと反時計回りの両方向にお
いて円周方向に流れる。
【００２６】この実施例では、スポット溶接部が破損し
た場合であっても、外側スリーブ４２′に対する内側ス
リーブ４０′の軸方向の変位は、図８に示すように内側
スリーブ４０′及び外側スリーブ４２′にそれぞれ設け
られている相互に係合する突起６０，６２によって拘束
される。これらの突起を種々の方法で形成することがで
きる。好ましい実施例では、内側スリーブ４０′の突起
６０は、３６０°にわたり外方に延びるリブによって形
成され、外側スリーブ４２′の突起６２は、外側スリー
ブの周囲に間隔を置いて設けられた内方に延びるディン
プルによって形成されている。組立ての際、内側スリー
ブ４０′を押し上げると、弾性変形により突起６０は突
起６２を滑り越えることができる。スポット溶接部が破
損しても、突起６０，６２は外側スリーブ４２′に対す
る内側スリーブ４０′の動きを拘束して内側スリーブが
燃焼器６内に落下しないようにする。
【００２７】本発明は、その精神から逸脱することなく
他の特定の形態で実施でき、従って本発明の技術的範囲
を定めるにあたり上記の開示内容ではなく特許請求の範
囲を参照すべきである。
【００２８】
【図面の簡単な説明】
【図１】ガスタービンの燃焼区分の部分横断面図であ
り、本発明の燃焼器を示す図である。
【図２】本発明による図１に示す燃焼器のうち２つの詳
細図である。
【図３】図２に示す燃焼器のうちの１つの前側部分の部
分切欠き側面図である。
【図４】図３に示す燃焼器のクロス火炎管用カップリン
グ部分の縦断面図である。
【図５】図４に示すクロス火炎管カップリングの内側ス
リーブのスカート部分の等角図であり、内側スリーブが
想像線で示されている図である。
【図６】図４に示すクロス火炎管カップリングの分解図
である。
【図７】本発明の燃焼器のクロス火炎管カップリング部
分の変形例の平面図である。
【図８】図７に示すVIII−VIII線における断面図であ
る。
【図９】図７に示すIX−IX線における断面図である。
【図１０】図７〜図９に示すクロス火炎管カップリング
の内側スリーブの基端部の等角図である。
【符号の説明】
１ 燃焼区分 ２ 内側シェル ３ 外側シェル ５ 環状室 ６ 円筒形燃焼器 ７ クロス火炎管 ８ イグナイタ ９ 火炎検出器 １０ 燃焼領域 １６ カップリング ２０，２１，２２ リング ２３ 波形ストリップ ２８ 冷却用空気の流れ ３０，３２ 孔 ３４ 環状通路 ３５ 燃焼器通路 ３６ バッフル又はスカート ４０ 内側スリーブ ４２ 外側スリーブ ４６ 高温燃焼ガスの流れ ４８ 燃焼器の内壁 ５０ 開口部 ５２ ランド ５３ 凹み ５６，５８ タブ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェフリー クリストファー エディ アメリカ合衆国 フロリダ州 オビエド ティンバーウッド・テーアール 362

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 圧縮空気室を形成するシェルと、前記室
    内に配置された複数の相互に連結された燃焼器とが設け
    られ、各燃焼器が燃焼室を包囲する壁を有し、クロス火
    炎管が前記壁から延びているタービンにおいて、前記ク
    ロス火炎管のカップリングが、内側スリーブ、内側スリ
    ーブを包囲して内側スリーブとの間に導管通路を形成す
    る外側スリーブ、及び内側スリーブと関連していて、複
    数のランド及び凹みを備えたスカートを有し、ランドは
    前記壁に近接して配置され、凹みは前記壁から距離を置
    いて配置されて複数の燃焼器通路を形成するようになっ
    ており、複数の燃焼器通路は導管通路と連通し、外側ス
    リーブは孔を有し、圧縮空気が前記孔、前記導管通路、
    そして前記複数の燃焼器通路を通って流れて前記外側ス
    リーブ及び前記壁を冷却するようになっていることを特
    徴とするタービン。
  2. 【請求項２】 スカートは波形になっていて前記複数の
    ランド及び凹みを形成していることを特徴とする請求項
    １のタービン。
  3. 【請求項３】 スカートは前記複数のランド及び凹みを
    形成する隆起したディンプルを有していることを特徴と
    する請求項１のタービン。
  4. 【請求項４】 ランドは前記壁に溶接されることを特徴
    とする請求項１のタービン。
  5. 【請求項５】 前記クロス火炎管のカップリングは、外
    側スリーブ内での内側スリーブの動きを拘束する拘束手
    段を更に有することを特徴とする請求項１のタービン。
  6. 【請求項６】 拘束手段は、内側スリーブが一組のタブ
    を有すると共に前記壁が一組のタブを有していて前記内
    側スリーブのタブが前記壁のタブに対して整列して該タ
    ブに係合できるようになっていることを特徴とする請求
    項５のタービン。
  7. 【請求項７】 拘束手段は、内側スリーブが外側スリー
    ブに向かって延びる一組の突起を有すると共に外側スリ
    ーブが内側スリーブに向かって延びる一組の突起を有し
    ていて前記内側スリーブの突起が前記外側スリーブの突
    起に対して整列して該突起に係合できるようになってい
    ることを特徴とする請求項５のタービン。
JP24184994A 1993-09-09 1994-09-09 タービン燃焼器 Expired - Lifetime JP3694337B2 (ja)

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US08/118340 1993-09-09
US08/118,340 US5402635A (en) 1993-09-09 1993-09-09 Gas turbine combustor with cooling cross-flame tube connector

Publications (2)

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JPH0783439A true JPH0783439A (ja) 1995-03-28
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