JPH08270947A - ガスタービン燃焼器 - Google Patents
ガスタービン燃焼器Info
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- JPH08270947A JPH08270947A JP7365195A JP7365195A JPH08270947A JP H08270947 A JPH08270947 A JP H08270947A JP 7365195 A JP7365195 A JP 7365195A JP 7365195 A JP7365195 A JP 7365195A JP H08270947 A JPH08270947 A JP H08270947A
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- Japan
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- liner
- inner cylinder
- gas turbine
- cooling
- turbine combustor
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
- F23R2900/03043—Convection cooled combustion chamber walls with means for guiding the cooling air flow
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
- F23R2900/03045—Convection cooled combustion chamber walls provided with turbolators or means for creating turbulences to increase cooling
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】少ない冷却空気配分により低ＮＯｘ化の実現と
メタル温度を許容値以下に抑えることを可能とするガス
タービン燃焼器を提供するにある。 【構成】ガスタービン燃焼器は、インピンジ冷却と対流
冷却とによる冷却方式を有する低ＮＯｘ型の燃焼器であ
る。このガスタービン燃焼器はインピンジ冷却空気の直
撃部分となるライナ内筒１の胴部下流側はフィルム冷却
孔を有しない無孔構造とし、ライナ内筒１の外表面に伝
熱を促進するための突起状部２５を形成し、末端のライ
ナスプリングシール３部にはその上流側に近接して少な
くとも１列のフィルム冷却孔２６を配設したものであ
る。
メタル温度を許容値以下に抑えることを可能とするガス
タービン燃焼器を提供するにある。 【構成】ガスタービン燃焼器は、インピンジ冷却と対流
冷却とによる冷却方式を有する低ＮＯｘ型の燃焼器であ
る。このガスタービン燃焼器はインピンジ冷却空気の直
撃部分となるライナ内筒１の胴部下流側はフィルム冷却
孔を有しない無孔構造とし、ライナ内筒１の外表面に伝
熱を促進するための突起状部２５を形成し、末端のライ
ナスプリングシール３部にはその上流側に近接して少な
くとも１列のフィルム冷却孔２６を配設したものであ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明はインピンジ冷却に加え
対流冷却方式を有する低ＮＯｘタイプのガスタービン燃
焼器に関する。
対流冷却方式を有する低ＮＯｘタイプのガスタービン燃
焼器に関する。
【０００２】
【従来の技術】タービンの入口温度が１３００℃級のガ
スタービン燃焼器には、インピンジ冷却と対流冷却方式
とを有するバックサイドフロー冷却方式と呼ばれる冷却
システムがある。この冷却システムはトランジションピ
ースにフィルム冷却を施すことなく冷却空気の低減を可
能としている。
スタービン燃焼器には、インピンジ冷却と対流冷却方式
とを有するバックサイドフロー冷却方式と呼ばれる冷却
システムがある。この冷却システムはトランジションピ
ースにフィルム冷却を施すことなく冷却空気の低減を可
能としている。
【０００３】バックサイドフロー冷却方式を採用した従
来の技術として、特開昭６３−１４３４２２号公報（図
８参照）や特公平５−２４３３７号公報（図９参照）に
示されるガスタービン燃焼器が知られている。
来の技術として、特開昭６３−１４３４２２号公報（図
８参照）や特公平５−２４３３７号公報（図９参照）に
示されるガスタービン燃焼器が知られている。
【０００４】このうち、図８に示されるガスタービン燃
焼器の構成を代表例として説明すると、ライナ１はライ
ナ内筒を構成してトランジションピース内筒２にスプリ
ングシール３を介して取り付けられ、ライナ（ライナ内
筒）１の外側にはライナ外筒を兼ねるフロースリーブ４
が、トランジションピース内筒２の外周にはトランジシ
ョンピース外筒５がそれぞれ取り付けられており、フロ
ースリーブ４はトランジションピース外筒５にシールリ
ング６により接続されて連続した環状通路７，８を形成
している。上記ライナ１とフロースリーブ４とから燃焼
器ライナ１０が構成される。
焼器の構成を代表例として説明すると、ライナ１はライ
ナ内筒を構成してトランジションピース内筒２にスプリ
ングシール３を介して取り付けられ、ライナ（ライナ内
筒）１の外側にはライナ外筒を兼ねるフロースリーブ４
が、トランジションピース内筒２の外周にはトランジシ
ョンピース外筒５がそれぞれ取り付けられており、フロ
ースリーブ４はトランジションピース外筒５にシールリ
ング６により接続されて連続した環状通路７，８を形成
している。上記ライナ１とフロースリーブ４とから燃焼
器ライナ１０が構成される。
【０００５】一方、冷却空気の流れは、圧縮機８から出
た吐出空気Ａの一部はまずトランジションピース外筒５
の空気孔９より環状流路８に流入し、トランジションピ
ース内筒２の外面をインピンジ冷却してトランジション
ピース内，外筒２，５間をライナ１側に流れて対流冷却
する。残りの大半の空気はフロースリーブ空気孔１１か
ら流入してライナ１の外面をインピンジ冷却し、ライナ
内外筒であるフロースリーブ４とライナ１の間の環状通
路７を対流冷却する。
た吐出空気Ａの一部はまずトランジションピース外筒５
の空気孔９より環状流路８に流入し、トランジションピ
ース内筒２の外面をインピンジ冷却してトランジション
ピース内，外筒２，５間をライナ１側に流れて対流冷却
する。残りの大半の空気はフロースリーブ空気孔１１か
ら流入してライナ１の外面をインピンジ冷却し、ライナ
内外筒であるフロースリーブ４とライナ１の間の環状通
路７を対流冷却する。
【０００６】トランジションピース内筒２を冷却した後
の空気とライナ１を冷却した後の空気は前述の環状通路
７内で合流し、その一部は燃焼用空気Ａａとなって燃焼
ノズル１３からら噴射された燃料１４と混合して燃焼火
炎Ｂを形成し、残りは燃焼器ライナフィルム用冷却空気
Ａｂとなってライナ１の内面をフィルム冷却した後燃焼
火炎Ｂと合流し、燃焼ガスＣとなってガスタービン１７
へと送られる。図９の構成も基本的には図８と同様であ
る。
の空気とライナ１を冷却した後の空気は前述の環状通路
７内で合流し、その一部は燃焼用空気Ａａとなって燃焼
ノズル１３からら噴射された燃料１４と混合して燃焼火
炎Ｂを形成し、残りは燃焼器ライナフィルム用冷却空気
Ａｂとなってライナ１の内面をフィルム冷却した後燃焼
火炎Ｂと合流し、燃焼ガスＣとなってガスタービン１７
へと送られる。図９の構成も基本的には図８と同様であ
る。
【０００７】従来のガスタービン燃焼器のバックサイド
フロー方式によれば、トランジションピースを積極的に
衝突冷却し、その使用済みの冷却空気をさらに対流さ
せ、燃焼用空気やライナフィルム冷却に有効利用するこ
とにより、冷却空気を節約することができるという利点
を有する。
フロー方式によれば、トランジションピースを積極的に
衝突冷却し、その使用済みの冷却空気をさらに対流さ
せ、燃焼用空気やライナフィルム冷却に有効利用するこ
とにより、冷却空気を節約することができるという利点
を有する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかるに従来の技術で
は、ガスタービンの入口温度の高温化に伴い稀薄予混合
燃焼方式を有する低ＮＯｘタイプのガスタービン燃焼器
をさらに低ＮＯｘ化するうえで予混合当量比をある範囲
内に低く抑えなければならないとき燃焼用空気の割合を
増加させる必要があるのに対し、冷却用空気流量割合を
従来の割合よりさらに低くせざるを得なくなり、より一
層のフィルム冷却空気の低減が必要となる。
は、ガスタービンの入口温度の高温化に伴い稀薄予混合
燃焼方式を有する低ＮＯｘタイプのガスタービン燃焼器
をさらに低ＮＯｘ化するうえで予混合当量比をある範囲
内に低く抑えなければならないとき燃焼用空気の割合を
増加させる必要があるのに対し、冷却用空気流量割合を
従来の割合よりさらに低くせざるを得なくなり、より一
層のフィルム冷却空気の低減が必要となる。
【０００９】この発明は、上述した事情を考慮してなさ
れたもので、従来に比してより少ない冷却空気配分によ
りさらなる低ＮＯｘ化を実現することを可能とし、かつ
メタル温度が許容値以下になることを可能とするガスタ
ービン燃焼器を提供することを目的とする。
れたもので、従来に比してより少ない冷却空気配分によ
りさらなる低ＮＯｘ化を実現することを可能とし、かつ
メタル温度が許容値以下になることを可能とするガスタ
ービン燃焼器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明では、燃焼器ライナおよびトランジション
ピースが嵌合されてそれぞれ二重構造とされ、両外筒に
穿設された孔から流入した空気が両内筒外面をインピン
ジ冷却した後、さらに内外筒間に形成された連続環状通
路を対流冷却し、燃焼用空気として消費される冷却方式
を有するガスタービン燃焼器において、フロースリーブ
インピンジ冷却空気の直撃部分となるライナ内筒の胴部
下流部はフィルム冷却孔を有しない無孔構造とするとと
もにライナ内筒の外表面に伝熱を促進するための突起状
部を形成し、末端のライナスプリングシール部にはその
上流側に近接して少なくとも１列のフィルム冷却孔を配
設したものである。
め、この発明では、燃焼器ライナおよびトランジション
ピースが嵌合されてそれぞれ二重構造とされ、両外筒に
穿設された孔から流入した空気が両内筒外面をインピン
ジ冷却した後、さらに内外筒間に形成された連続環状通
路を対流冷却し、燃焼用空気として消費される冷却方式
を有するガスタービン燃焼器において、フロースリーブ
インピンジ冷却空気の直撃部分となるライナ内筒の胴部
下流部はフィルム冷却孔を有しない無孔構造とするとと
もにライナ内筒の外表面に伝熱を促進するための突起状
部を形成し、末端のライナスプリングシール部にはその
上流側に近接して少なくとも１列のフィルム冷却孔を配
設したものである。
【００１１】上記突起状部は、断面円弧状ないしは断面
角形状とされていることを請求項２，３とし、前記スプ
リングシールの溶接箇所を特定したものが請求項４，５
とするものである。
角形状とされていることを請求項２，３とし、前記スプ
リングシールの溶接箇所を特定したものが請求項４，５
とするものである。
【００１２】
【作用】上記構成により、ライナ内筒の下流側をインピ
ンジ冷却プラス対流冷却としながらライナ内筒にフィル
ム冷却孔を有しないことからこの空気が燃焼用空気とし
て使用され、これによりＮＯｘの発生量が低減される。
またライナ内筒の外表面に突起状部が形成されているこ
とにより対流冷却時に突起状部の上流側に渦流が生じ、
これにより対流熱伝達率が上昇し、冷却効果が高められ
る。したがって、ライナ内筒の下流側にフィルム冷却孔
を有しない無孔構造とすることができる。
ンジ冷却プラス対流冷却としながらライナ内筒にフィル
ム冷却孔を有しないことからこの空気が燃焼用空気とし
て使用され、これによりＮＯｘの発生量が低減される。
またライナ内筒の外表面に突起状部が形成されているこ
とにより対流冷却時に突起状部の上流側に渦流が生じ、
これにより対流熱伝達率が上昇し、冷却効果が高められ
る。したがって、ライナ内筒の下流側にフィルム冷却孔
を有しない無孔構造とすることができる。
【００１３】一方、上記のようにライナ内筒の下流側が
無孔構造とすると、スプリングシール部の上流側近傍が
冷却されなくなるが、スプリングシールのバネ接触点の
上流側近傍に少なくとも１列のフィルム冷却孔を有する
ことによりスプリングシールの位置の内面に空気が流れ
るので冷却不足は生じない。
無孔構造とすると、スプリングシール部の上流側近傍が
冷却されなくなるが、スプリングシールのバネ接触点の
上流側近傍に少なくとも１列のフィルム冷却孔を有する
ことによりスプリングシールの位置の内面に空気が流れ
るので冷却不足は生じない。
【００１４】
【実施例】以下、この発明の実施例を添付図面を参照し
て説明し、図８と共通する部分には同一符号を用いて説
明する。
て説明し、図８と共通する部分には同一符号を用いて説
明する。
【００１５】図１はこの発明の一実施例の断面を示し、
図２はその要部の拡大断面を示すもので、燃焼器ライナ
１０はライナ内筒としてのライナ１がトランジションピ
ース内筒２にスプリングシール３を介して取り付けら
れ、トランジションピース外筒５にはライナ外筒を兼ね
るフロースリーブ４がシールリング６を介して接続され
ており、これらにより燃焼器ライナ１０およびトランジ
ションピースはそれぞれ二重構造とされ、連続した環状
通路７，８が形成されている。
図２はその要部の拡大断面を示すもので、燃焼器ライナ
１０はライナ内筒としてのライナ１がトランジションピ
ース内筒２にスプリングシール３を介して取り付けら
れ、トランジションピース外筒５にはライナ外筒を兼ね
るフロースリーブ４がシールリング６を介して接続され
ており、これらにより燃焼器ライナ１０およびトランジ
ションピースはそれぞれ二重構造とされ、連続した環状
通路７，８が形成されている。
【００１６】燃焼器ライナ１０には、ライナ（ライナ内
筒）１のヘッド側外周にメイン燃料と空気とを予混合さ
せる予混合管としての予混合ダクト１８が設けられ、こ
の予混合ダクト１８内に燃焼器ライナ１０の軸方向に沿
って延びるメイン予混合室１９が形成されており、その
周囲には燃焼器ケーシング２０が設けられ、この燃焼器
ケーシング２０の一端側にはヘッドプレート２１が取り
付けられるとともに燃焼器ライナ１０の頭部上流側には
パイロット燃料ノズル２３が取り付けられている。
筒）１のヘッド側外周にメイン燃料と空気とを予混合さ
せる予混合管としての予混合ダクト１８が設けられ、こ
の予混合ダクト１８内に燃焼器ライナ１０の軸方向に沿
って延びるメイン予混合室１９が形成されており、その
周囲には燃焼器ケーシング２０が設けられ、この燃焼器
ケーシング２０の一端側にはヘッドプレート２１が取り
付けられるとともに燃焼器ライナ１０の頭部上流側には
パイロット燃料ノズル２３が取り付けられている。
【００１７】トランジションピース外筒５およびフロー
スリーブ４には空気流入用の孔１０，２４が穿設され、
フロースリーブ４の孔２４から入る冷却空気が直撃する
部位に対向するライナ１の胴部は孔なし構造とされてお
り、かつその部位のライナ１の外周面には伝熱を促進す
るための周方向に突出する複数条の突起状部２５が配設
されている。突起状部２５を設けることにより熱交換面
積を大きくとることができる。
スリーブ４には空気流入用の孔１０，２４が穿設され、
フロースリーブ４の孔２４から入る冷却空気が直撃する
部位に対向するライナ１の胴部は孔なし構造とされてお
り、かつその部位のライナ１の外周面には伝熱を促進す
るための周方向に突出する複数条の突起状部２５が配設
されている。突起状部２５を設けることにより熱交換面
積を大きくとることができる。
【００１８】スプリングシール３の上流側の近接した位
置のライナ１には、少なくとも１列のフィルム冷却孔２
６が下流側に向くように形成されており、この孔２６か
ら入った空気２７がスプリングシール３が存在する部位
の内面に沿って下流方向に流れるようになっている。
置のライナ１には、少なくとも１列のフィルム冷却孔２
６が下流側に向くように形成されており、この孔２６か
ら入った空気２７がスプリングシール３が存在する部位
の内面に沿って下流方向に流れるようになっている。
【００１９】突起状部２５の形状は、図１，図２に示し
たように半円形状に湾曲して突出するようにしたもの
（コルゲート構造）、あるいは図３に示すように角形状
断面として鋭角状に突出するようにしたもの（フィン構
造）などがあり、要すればその表面を流れる空気に突起
状部２５の上流側で渦流２８を生じるような形態であれ
ばよい。突起状部２５は軸方向に突設あるいは凹設した
ものであってもよい。
たように半円形状に湾曲して突出するようにしたもの
（コルゲート構造）、あるいは図３に示すように角形状
断面として鋭角状に突出するようにしたもの（フィン構
造）などがあり、要すればその表面を流れる空気に突起
状部２５の上流側で渦流２８を生じるような形態であれ
ばよい。突起状部２５は軸方向に突設あるいは凹設した
ものであってもよい。
【００２０】スプリングシール３は、円環筒状部材の一
端から一定間隔でスリット３ａが入れられて複数のバネ
片３ｂが形成され、これらバネ片３ｂが波形状に湾曲さ
れていてライナ１とトランジションピース内筒２との間
で弾撥シールするようになされ、その他端が燃焼器ライ
ナ１０に溶接２９により固着されている。
端から一定間隔でスリット３ａが入れられて複数のバネ
片３ｂが形成され、これらバネ片３ｂが波形状に湾曲さ
れていてライナ１とトランジションピース内筒２との間
で弾撥シールするようになされ、その他端が燃焼器ライ
ナ１０に溶接２９により固着されている。
【００２１】図１において、符号３０はタービンケーシ
ングであり、このタービンケーシング３０にガスタービ
ン燃焼器が複数台周方向に間隔をおいて据え付けられ
る。ガスタービン燃焼器には圧縮機（図示せず）から吐
出される吐出空気が吐出通路３１を経て供給されるよう
になっている。また上記各図における矢印は空気や燃料
の流れを示し、これに付した符号は作用の説明に使用す
る。
ングであり、このタービンケーシング３０にガスタービ
ン燃焼器が複数台周方向に間隔をおいて据え付けられ
る。ガスタービン燃焼器には圧縮機（図示せず）から吐
出される吐出空気が吐出通路３１を経て供給されるよう
になっている。また上記各図における矢印は空気や燃料
の流れを示し、これに付した符号は作用の説明に使用す
る。
【００２２】次に上記実施例の作用を説明する。
【００２３】図示されていない圧縮機から送られた空気
Ａは吐出通路（流入口）３１から入ってタービンケーシ
ング３０内を流れ、その空気Ａの一部がトランジション
ピース外筒５の孔１０からその内部の環状通路８に流入
し、残りの空気は燃焼器ライナ１０のライナ外筒を兼ね
るフロースリーブ４の孔２４からその内部の環状通路７
に流入する。
Ａは吐出通路（流入口）３１から入ってタービンケーシ
ング３０内を流れ、その空気Ａの一部がトランジション
ピース外筒５の孔１０からその内部の環状通路８に流入
し、残りの空気は燃焼器ライナ１０のライナ外筒を兼ね
るフロースリーブ４の孔２４からその内部の環状通路７
に流入する。
【００２４】トランジションピース冷却用の空気ａはト
ランジションピース内筒２の外面をインピンジ冷却した
後、トランジションピース内筒２と外筒５との間の環状
通路８を対流冷却しながら燃焼器ライナ１０に向って流
れる。この空気の一部はライナスプリングシール３のヘ
ッド部側近傍に設けられた孔２６からライナ１内に流入
し、フィルム冷却空気ｂとなってスプリングシール３が
設けられている部位の内面に沿って下流方向へ流れ、ス
プリングシール部位の燃焼器ライナ１０のライナ１内面
を冷却する。
ランジションピース内筒２の外面をインピンジ冷却した
後、トランジションピース内筒２と外筒５との間の環状
通路８を対流冷却しながら燃焼器ライナ１０に向って流
れる。この空気の一部はライナスプリングシール３のヘ
ッド部側近傍に設けられた孔２６からライナ１内に流入
し、フィルム冷却空気ｂとなってスプリングシール３が
設けられている部位の内面に沿って下流方向へ流れ、ス
プリングシール部位の燃焼器ライナ１０のライナ１内面
を冷却する。
【００２５】またフロースリーブ冷却用の空気Ｃは、ラ
イナ１の外面をインピンジ冷却しながらかつその空気の
直撃箇所であるライナ１の外面に形成されている突起状
部２５により流れが乱され、各突起状部２５の下流側で
渦流２８を起こし、これにより対流熱伝達率が向上す
る。
イナ１の外面をインピンジ冷却しながらかつその空気の
直撃箇所であるライナ１の外面に形成されている突起状
部２５により流れが乱され、各突起状部２５の下流側で
渦流２８を起こし、これにより対流熱伝達率が向上す
る。
【００２６】こうしてインピンジ冷却およびライナ１の
対流冷却を終了した空気はライナ１のヘッド部に到達
し、燃焼用空気ｅとして使用される。すなわちその空気
の一部はパイロット燃料ノズル２３内に入り、拡散燃料
３４のパイロット燃焼用として消費され、他の一部は予
混合燃料３５の一部と混合してライナ１内に噴射され、
パイロット燃焼火炎Ｂを形成する。さらに残りの燃焼用
空気ｅはメイン予混合燃料ノズル２３から噴射されたメ
イン燃料３７とメイン予混合室１９内で予混合され、こ
の予混合燃料がライナ１内に噴射されて予混合燃焼せし
められ、メイン燃焼火炎Ｂａを形成する。なおこれら予
混合当量比は、低ＮＯｘを達成するに最適な混合比に設
定されている。
対流冷却を終了した空気はライナ１のヘッド部に到達
し、燃焼用空気ｅとして使用される。すなわちその空気
の一部はパイロット燃料ノズル２３内に入り、拡散燃料
３４のパイロット燃焼用として消費され、他の一部は予
混合燃料３５の一部と混合してライナ１内に噴射され、
パイロット燃焼火炎Ｂを形成する。さらに残りの燃焼用
空気ｅはメイン予混合燃料ノズル２３から噴射されたメ
イン燃料３７とメイン予混合室１９内で予混合され、こ
の予混合燃料がライナ１内に噴射されて予混合燃焼せし
められ、メイン燃焼火炎Ｂａを形成する。なおこれら予
混合当量比は、低ＮＯｘを達成するに最適な混合比に設
定されている。
【００２７】燃焼用空気ｅのさらに残りの分は、燃焼器
ライナ１０のヘッド側のライナ１のフィルム冷却やシー
ル空気等として消費される。また燃焼火炎Ｂ，Ｂａと冷
却空気ｂとはライナ１内で混合し、燃焼ガスＣの流れと
なってトランジションピース内筒２内を通過し、ガスタ
ービン１７へ送られる。
ライナ１０のヘッド側のライナ１のフィルム冷却やシー
ル空気等として消費される。また燃焼火炎Ｂ，Ｂａと冷
却空気ｂとはライナ１内で混合し、燃焼ガスＣの流れと
なってトランジションピース内筒２内を通過し、ガスタ
ービン１７へ送られる。
【００２８】図４は冷却空気の割合とＮＯｘ発生量との
関係を示すグラフであり、ＮＯｘ発生量は従来のガスタ
ービン燃焼器ではＡ点であったものがこの発明によるガ
スタービン燃焼器によればＢ点に低減される。また図５
は燃焼器ライナ１０のライナ１胴部軸方向位置とライナ
メタル温度との関係を示すグラフである。この発明のガ
スタービン燃焼器によれば、ライナメタル温度分布が従
来と同じであるのに加え、スプリングシール３部のフィ
ルム冷却によりフィルム冷却がないガスタービン燃焼器
に較べ著しく低くなっている。
関係を示すグラフであり、ＮＯｘ発生量は従来のガスタ
ービン燃焼器ではＡ点であったものがこの発明によるガ
スタービン燃焼器によればＢ点に低減される。また図５
は燃焼器ライナ１０のライナ１胴部軸方向位置とライナ
メタル温度との関係を示すグラフである。この発明のガ
スタービン燃焼器によれば、ライナメタル温度分布が従
来と同じであるのに加え、スプリングシール３部のフィ
ルム冷却によりフィルム冷却がないガスタービン燃焼器
に較べ著しく低くなっている。
【００２９】フィルム冷却用の空気量は、目標とするＮ
Ｏｘレベルに不足な燃焼用空気分だけ確保されればよ
く、その使用されて不足した分の冷却不足は燃焼器ライ
ナ１０のライナ１の突起状部２５を対流冷却に充分な最
適なピッチや形状を選択することによって補うことかで
きる。概ね燃焼反応の終了した部分については燃焼ガス
側の熱伝達率も低く、最終燃焼空気孔の下流側範囲、つ
まり燃焼器ライナ１０のライナ全長に対しトランジショ
ンピース側１／２〜１／３程度の範囲については従来存
在したフィルム冷却空気の孔を省略することができるこ
とである。
Ｏｘレベルに不足な燃焼用空気分だけ確保されればよ
く、その使用されて不足した分の冷却不足は燃焼器ライ
ナ１０のライナ１の突起状部２５を対流冷却に充分な最
適なピッチや形状を選択することによって補うことかで
きる。概ね燃焼反応の終了した部分については燃焼ガス
側の熱伝達率も低く、最終燃焼空気孔の下流側範囲、つ
まり燃焼器ライナ１０のライナ全長に対しトランジショ
ンピース側１／２〜１／３程度の範囲については従来存
在したフィルム冷却空気の孔を省略することができるこ
とである。
【００３０】一方、インピンジ冷却方式に依存しずきる
と、下記のようなホットスポットが生じてしまう。すな
わちライナ内筒であるライナ１がトランジションピース
内筒２の内側にスプリングシール３を介して取り付けら
れているため、スプリングシール３部付近のライナ１は
トランジションピース内筒２が邪魔することにより衝突
噴流が直接当たりにくくなり、さらに燃焼ガス温度の高
温化と相俟って冷却不足になるという点である。
と、下記のようなホットスポットが生じてしまう。すな
わちライナ内筒であるライナ１がトランジションピース
内筒２の内側にスプリングシール３を介して取り付けら
れているため、スプリングシール３部付近のライナ１は
トランジションピース内筒２が邪魔することにより衝突
噴流が直接当たりにくくなり、さらに燃焼ガス温度の高
温化と相俟って冷却不足になるという点である。
【００３１】この点従来ではライナ１の全域にフィルム
冷却用孔があってフィルム冷却されているためライナ１
の下流部分が冷却不足になることはないが、ライナ１の
下流側をこの発明のガスタービン燃焼器のように無孔構
造とした場合、スプリングシール３部の上流側にフィル
ム冷却用空気の孔が無い無孔構造になり、無冷却同然の
状態になって、図５の線ｃのようにライナメイル温度が
許容値を超えてしまう。この箇所はスプリングシール３
がライナ１に溶接されている部分であり、メタル温度上
昇に伴う溶接部およびライナ１の機械的信頼性を損うこ
とになる。特にスプリングシール３は前述のように円環
筒状の板状素材により形成されるため、その接合部分に
は必ずラップする部分が生じ、半径方向からのインピン
ジ冷却では冷却空気がどうしても行き届かず、高温域が
生じることは避けられない。
冷却用孔があってフィルム冷却されているためライナ１
の下流部分が冷却不足になることはないが、ライナ１の
下流側をこの発明のガスタービン燃焼器のように無孔構
造とした場合、スプリングシール３部の上流側にフィル
ム冷却用空気の孔が無い無孔構造になり、無冷却同然の
状態になって、図５の線ｃのようにライナメイル温度が
許容値を超えてしまう。この箇所はスプリングシール３
がライナ１に溶接されている部分であり、メタル温度上
昇に伴う溶接部およびライナ１の機械的信頼性を損うこ
とになる。特にスプリングシール３は前述のように円環
筒状の板状素材により形成されるため、その接合部分に
は必ずラップする部分が生じ、半径方向からのインピン
ジ冷却では冷却空気がどうしても行き届かず、高温域が
生じることは避けられない。
【００３２】この点、この発明では、上記スプリングシ
ール３がラップしている箇所に、低ＮＯｘ化のための予
混合当量比に影響を与えることのない量の冷却空気をフ
ィルム冷却として当該部分に及ばせ、冷却を図ることに
より上述の高温化の問題を解消している。
ール３がラップしている箇所に、低ＮＯｘ化のための予
混合当量比に影響を与えることのない量の冷却空気をフ
ィルム冷却として当該部分に及ばせ、冷却を図ることに
より上述の高温化の問題を解消している。
【００３３】図６はこの発明の他の実施例の要部の断面
図を示すもので、スプリングシール３の溶接２９の箇所
をヘッド部（ライナ上流）側としたものである。こうす
ることにより、図５に示す温度分布からも分かるように
溶接２９の箇所の温度が低くなり、熱による影響を低減
してスプリングシール３の飛散防止等を予防し、機械的
信頼度の一層の向上を図ることができる。
図を示すもので、スプリングシール３の溶接２９の箇所
をヘッド部（ライナ上流）側としたものである。こうす
ることにより、図５に示す温度分布からも分かるように
溶接２９の箇所の温度が低くなり、熱による影響を低減
してスプリングシール３の飛散防止等を予防し、機械的
信頼度の一層の向上を図ることができる。
【００３４】図７はこの発明のさらに他の実施例を示す
もので、スプリングシール３をライナ１に取り付けず、
トランジションピース内筒２の内面にバネ片３ｂが内向
きで、かつ溶接２９箇所が上流側に位置するように取り
付けたるものである。これによれば、高温ガス３９が接
触しないようトランジションピース内筒２の最上流部に
溶接２９の箇所が位置することになり、この溶接部の温
度をさらに低く抑えることができ、機械的信頼性をより
一層高めることができる。
もので、スプリングシール３をライナ１に取り付けず、
トランジションピース内筒２の内面にバネ片３ｂが内向
きで、かつ溶接２９箇所が上流側に位置するように取り
付けたるものである。これによれば、高温ガス３９が接
触しないようトランジションピース内筒２の最上流部に
溶接２９の箇所が位置することになり、この溶接部の温
度をさらに低く抑えることができ、機械的信頼性をより
一層高めることができる。
【００３５】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、ライナ
内筒下流部分のフィルム冷却用空気を燃焼用空気に廻
し、フィルム冷却用空気の流入孔が存在していた部分の
ライナ内筒外面に伝熱促進用の突起状部を配設して対流
冷却を強化したことにより低ＮＯｘ化およびライナ内筒
のメタル温度を許容値以下に抑えることができる。
内筒下流部分のフィルム冷却用空気を燃焼用空気に廻
し、フィルム冷却用空気の流入孔が存在していた部分の
ライナ内筒外面に伝熱促進用の突起状部を配設して対流
冷却を強化したことにより低ＮＯｘ化およびライナ内筒
のメタル温度を許容値以下に抑えることができる。
【００３６】またライナスプリングシールが設けられる
部位の上流側近傍位置に少なくとも１列のフィルム冷却
空気の流入孔を配設したことにより、最適予混合当量比
に影響を与えない程度の空気をライナスプリングシール
部を冷却することができ、衝突流入する空気が到達しに
くいスプリングシール部のライナメタル温度を低減させ
ることができ、スプリングシールの溶接部に加わる温度
を低減して該部の損傷を防ぎ、機械的信頼性を著しく高
め、インピンジ冷却プラス対流冷却方式のみではカバー
しきれない燃焼器ライナおよびトランジションピースの
接続部分の冷却問題を解決することが可能となるなどの
効果を有する。
部位の上流側近傍位置に少なくとも１列のフィルム冷却
空気の流入孔を配設したことにより、最適予混合当量比
に影響を与えない程度の空気をライナスプリングシール
部を冷却することができ、衝突流入する空気が到達しに
くいスプリングシール部のライナメタル温度を低減させ
ることができ、スプリングシールの溶接部に加わる温度
を低減して該部の損傷を防ぎ、機械的信頼性を著しく高
め、インピンジ冷却プラス対流冷却方式のみではカバー
しきれない燃焼器ライナおよびトランジションピースの
接続部分の冷却問題を解決することが可能となるなどの
効果を有する。
【図１】この発明によるガスタービン燃焼器の一実施例
を示す断面図。
を示す断面図。
【図２】図１の一部拡大断面図。
【図３】図２における突起状部の変形例を示す図２相当
図。
図。
【図４】冷却空気割合とＮＯｘ発生量との関係を示す特
性線図。
性線図。
【図５】ライナ胴部軸方向位置とメタル温度との関係を
示す特性線図。
示す特性線図。
【図６】この発明によるガスタービン燃焼器の他の実施
例を示す図２相当図。
例を示す図２相当図。
【図７】この発明に係るガスタービン燃焼器のさらに他
の実施例を示す図２相当図。
の実施例を示す図２相当図。
【図８】従来のガスタービン燃焼器を示す断面図。
【図９】他の従来のガスタービン燃焼器を示す断面図。
１ ライナ（ライナ内筒） ２ トランジションピース内筒 ３ スプリングシール ４ フロースリーブ（ライナ外筒） ５ トランジションピース外筒 ７，８ 環状通路 １０ 燃焼器ライナ １７ ガスタービン １８ 予混合ダクト（予混合管） １９ メイン予混合室 ２０ 燃焼器ケーシング ２２ メイン予混合燃料ノズル ２３ パイロット燃料ノズル ２５ 突起状部
Claims (5)
- 【請求項１】 燃焼器ライナおよびトランジションピー
スが嵌合されてそれぞれ二重構造とされ、両外筒に穿設
された孔から流入した空気が両内筒外面をインピンジ冷
却した後、さらに内外筒間に形成された連続環状通路を
対流冷却し、燃焼用空気として消費される冷却方式を有
するガスタービン燃焼器において、インピンジ冷却空気
の直撃部分となるライナ内筒の胴部下流部はフィルム冷
却孔を有しない無孔構造とするとともにライナ内筒の外
表面に伝熱を促進するための突起状部を形成し、末端の
ライナスプリングシール部にはその上流側に近接して少
なくとも１列のフィルム冷却孔を配設したことを特徴と
するガスタービン燃焼器。 - 【請求項２】 前記突起状部は、ライナ内筒下流部の外
表面が外側に断面円弧状に突出するようにした請求項１
記載のガスタービン燃焼器。 - 【請求項３】 前記突起状部は、ライナ内筒下流部の外
表面に断面角形状の突起からなる請求項１記載のガスタ
ービン燃焼器。 - 【請求項４】 前記ライナスプリングシールのライナ内
筒胴部への取付のための溶接部がトランジションピース
に対するバネ接触点より上流側とされている請求項１記
載のガスタービン燃焼器。 - 【請求項５】 前記トランジションピース内筒とライナ
内筒との間に設けられるスプリングシールの取付のため
の溶接部がトランジションピース内筒の内面であり、か
つその溶接部がライナ内筒に対するバネ接触点より上流
側とされている請求項１記載のガスタービン燃焼器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07365195A JP3590666B2 (ja) | 1995-03-30 | 1995-03-30 | ガスタービン燃焼器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07365195A JP3590666B2 (ja) | 1995-03-30 | 1995-03-30 | ガスタービン燃焼器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08270947A true JPH08270947A (ja) | 1996-10-18 |
| JP3590666B2 JP3590666B2 (ja) | 2004-11-17 |
Family
ID=13524411
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07365195A Expired - Lifetime JP3590666B2 (ja) | 1995-03-30 | 1995-03-30 | ガスタービン燃焼器 |
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| JP (1) | JP3590666B2 (ja) |
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003013747A (ja) * | 2001-06-29 | 2003-01-15 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ガスタービン燃焼器 |
| US7617684B2 (en) * | 2007-11-13 | 2009-11-17 | Opra Technologies B.V. | Impingement cooled can combustor |
| JP2010159753A (ja) * | 2009-01-07 | 2010-07-22 | General Electric Co <Ge> | ガスタービンエンジン内における移行ダクト冷却を強化するための方法及び装置 |
| CN101858256A (zh) * | 2009-04-13 | 2010-10-13 | 通用电气公司 | 组合型对流/泻流冷却的一件式筒形燃烧器 |
| JP2010281568A (ja) * | 2004-06-04 | 2010-12-16 | General Electric Co <Ge> | 低エミッションガスタービン発電のための方法及び装置 |
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| JP2011220335A (ja) * | 2010-04-08 | 2011-11-04 | General Electric Co <Ge> | 流れスリーブを有する燃焼器 |
| JP2011226481A (ja) * | 2010-04-19 | 2011-11-10 | General Electric Co <Ge> | トランジションダクト界面における燃焼器ライナ冷却及びその関連する方法 |
| CN102251857A (zh) * | 2010-05-20 | 2011-11-23 | 通用电气公司 | 用于冷却涡轮机燃烧器过渡件的系统 |
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| CN103075744A (zh) * | 2011-09-22 | 2013-05-01 | 通用电气公司 | 对燃烧器的一部分温度控制和阻尼的涡轮机燃烧器及方法 |
| CN103443421A (zh) * | 2011-03-30 | 2013-12-11 | 三菱重工业株式会社 | 燃烧器及具备该燃烧器的燃气涡轮 |
| EP1865261A3 (en) * | 2006-05-31 | 2014-10-08 | General Electric Company | Inlet flow conditioner for gas turbine engine fuel nozzle |
| US8950188B2 (en) | 2011-09-09 | 2015-02-10 | General Electric Company | Turning guide for combustion fuel nozzle in gas turbine and method to turn fuel flow entering combustion chamber |
| EP2993403A1 (en) * | 2014-09-05 | 2016-03-09 | Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. | Gas turbine combustor |
| EP3106755A3 (en) * | 2015-06-16 | 2017-02-08 | Doosan Heavy Industries & Construction Co. Ltd. | Combustion duct assembly for gas turbine |
| WO2017077955A1 (ja) * | 2015-11-05 | 2017-05-11 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 燃焼用筒、ガスタービン燃焼器及びガスタービン |
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|---|---|---|---|---|
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-
1995
- 1995-03-30 JP JP07365195A patent/JP3590666B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (30)
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