JPH09209778A - ガスタービンプラント - Google Patents

ガスタービンプラント

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JPH09209778A
JPH09209778A JP8043903A JP4390396A JPH09209778A JP H09209778 A JPH09209778 A JP H09209778A JP 8043903 A JP8043903 A JP 8043903A JP 4390396 A JP4390396 A JP 4390396A JP H09209778 A JPH09209778 A JP H09209778A
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cooling
pressure
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Fukuo Maeda
福夫 前田
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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
    • 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
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/005—Combined with pressure or heat exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12—Cooling of plants
    • F02C7/16—Cooling of plants characterised by cooling medium
    • F02C7/18—Cooling of plants characterised by cooling medium the medium being gaseous, e.g. air
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ガスタービン燃焼器のケーシングに収容された
内筒部を、少ない圧力損失の状態の下で、効果的な冷却
を行う。 【解決手段】ガスタービン燃焼器９のケーシング１３に
収容された内筒部１４に冷却通路部１６を設け、この冷
却通路部１６に設けた循環路１８に、上記ケーシング１
３の器内圧をバランスさせる一方、上記冷却通路部１６
からの冷却空気を循環させる均圧ヘッダ部１９と、この
均圧ヘッダ部１９からの冷却空気を再冷却する熱交換部
２０と、再冷却後の冷却空気の圧力損失分を補って上記
冷却通路部１６に還流させる送風機部２１とを介装させ
た。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンプラ
ントにかかり、とりわけガスタービン燃焼器の内筒部を
効果的に冷却するガスタービンプラントに関する。
【０００２】
【従来の技術】最近のガスタービンプラントは、高効率
化が求められており、このため、ガスタービン燃焼器で
生成される燃焼ガス温度（ガスタービン入口燃焼ガス温
度）の高温化が模索されている。
【０００３】高温化の対処策として、ガスタービン燃焼
器に多量の燃料を投入するか、あるいは高カロリー燃料
を使用することで所期の目的を達成することができる反
面、燃焼ガスの高温化に伴ってその排ガスに多くのＮＯ
ｘが含まれ、環境問題につながっている。
【０００４】環境問題対策として、従来、ガスタービン
燃焼器では、２段燃焼法と称して、燃料の一部をいわゆ
る火種にする拡散燃焼を行い、残り大部分の燃料を燃料
希薄状態の予混合燃料として燃焼させることにより燃焼
ガス温度を低下させＮＯｘの低減化を図っていた。
【０００５】また、他の対策として、ガスタービン燃焼
器では、燃焼ガス中に水または蒸気を投入し、燃焼ガス
温度を比較的低温化しＮＯｘの低減化を図るなどの手段
が講じられていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、燃焼ガスの
高温化と、燃焼排ガスの低ＮＯｘ化という相反する機能
を一挙に満す上述２段燃焼法を採用したガスタービン燃
焼器であっても以下の問題点を有していた。
【０００７】ＮＯｘは燃焼ガス温度の上昇とともに急激
に増大する性質がある。そのため、市条例等に対応して
ＮＯｘ濃度を従来より低減するには燃焼ガス温度を低下
させる必要がある。この燃焼ガス温度を低下させる方法
の一つに予混合燃焼法がある。また、ガスタービン燃焼
器でＮＯｘを抑制できる予混合燃焼の条件は、燃焼器の
壁面を冷却するフィルム冷却空気量と密接な関係があ
る。
【０００８】図１４の縦軸は冷却空気割合であり、横軸
はガスタービン入口ガス温度（燃焼器出口温度）であ
る。パラメータは予混合燃焼当量比（理論燃空比に対す
る実燃空比の割合）であり、ＮＯｘの発生を抑制するた
めには当量比０．６未満の燃焼条件を選定する必要があ
る。当量比０．６を超えるとＮＯｘは急増する傾向にな
る。
【０００９】図１４よりわかるように、ガスタービンの
高温化とともに冷却空気割合は減少する傾向となり、例
えばガスタービン入口温度が約１６００℃の場合、冷却
空気割合はゼロになる。この傾向は予混合燃焼当量比が
小さいほど著しい。すなわち、ガスタービンの高温化と
ＮＯｘ低減化を実現する燃焼条件の選定は、燃焼器の壁
面を冷却するフィルム冷却空気量の激減を意味してお
り、壁面冷却に対する問題点があった。
【００１０】このようにガスタービンの高効率化を求め
てガスタービン燃焼器で生成される燃焼ガス温度（燃焼
器出口温度）を高温化すると、ガスタービン燃焼器自体
の冷却が必要となる一方、充分な冷却が困難になること
を考慮して図１５に示される冷却構造が従来から提案さ
れている。
【００１１】このガスタービン燃焼器１は、図示しない
圧縮機とガスタービンの間に位置し、圧縮機からの高圧
空気を燃焼空気として使用するものであり、燃焼空気に
燃料が投入され、燃焼ガスを生成し、生成された燃焼ガ
スをガスタービンに送給するものである。
【００１２】このガスタービン燃焼器１は、図１５にも
示されているように、ケーシング２と、このケーシング
２内に同軸的に収容された内筒部３とを有する。ケーシ
ング２と内筒部３との間にはフロースリーブ４が設けら
れ、このフロースリーブ４により燃焼空気通路５が区画
され、高圧空気を燃焼空気として内筒部３の燃料ノズル
６に案内され、ここで燃料ノズル６の燃料と混合し、燃
焼ガスが生成される。
【００１３】また、上記内筒部３には、突出片７が燃焼
空気通路５側に向って設けられ、突出片７により高圧空
気が燃焼空気として燃焼空気通路５を通過する際、強制
的に衝突させ空気の流れに乱れを与えて熱伝達率を高
め、熱伝達率の増加の下、燃焼空気を、高温にさらされ
ている内筒部３の冷却用にも使用されている。
【００１４】ところが、このような冷却流路構成のガス
タービン燃焼器１では、燃焼空気と冷却空気とを併用す
る高圧空気が冷却性能の向上を目指すために、突出片７
に衝突させるとその流れに圧力損失が出、さらに内筒部
３の壁面通過の際、結果として壁面摩擦係数の増大によ
り、圧力損失の増加となりガスタービンプラント全体の
熱効率低下の問題があった。
【００１５】本発明は、このような事情にもとずいてな
されたものであり、圧縮機からの限られた高圧空気を、
冷却空気として有効に活用する一方、冷却空気として有
効活用する高圧空気の圧力損失を極力少なくさせてガス
タービン燃焼器を効果的に冷却するガスタービンプラン
トを提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明にかかるガスター
ビンプラントでは、上記目的を達成するために、請求項
１に記載したように、一つの軸に圧縮機とガスタービン
を直結し、圧縮機からの高圧空気に燃料を加えて燃焼ガ
スを生成するガスタービン燃焼器を備え、このガスター
ビン燃焼器で生成された燃焼ガスを上記ガスタービンに
送給して膨張仕事により動力を得るガスタービンプラン
トにおいて、上記ガスタービン燃焼器のケーシングに収
容される内筒部の外周側に沿って設けた冷却通路部と、
この冷却通路部内の冷却空気を循環させる循環路とを備
え、この循環路は、上記ガスタービン燃焼器のケーシン
グ内と圧力バランスさせる一方、上記冷却通路部の冷却
空気を上記循環路に送給する均圧ヘッダ部と、この均圧
ヘッダ部を出る冷却空気を再冷却させる熱交換部と、再
冷却後の冷却空気を上記冷却通路部に還流させる送風機
部とをそれぞれ備えたものである。
【００１７】また、本発明にかかるガスタービンプラン
トでは、上記目的を達成するために請求項３に記載した
ように、ガスタービン燃焼器のケーシングに収容される
内筒部に、冷却通路部の冷却空気とケーシングの高圧空
気とをフィルム状に案内するフィルム冷却孔を穿設した
ものである。
【００１８】また、本発明にかかるガスタービンプラン
トでは、上記目的を達成するために請求項４に記載した
ように、均圧ヘッダ部は、密閉室で構成され、この密閉
室の一側をガスタービン燃焼器のケーシングに連通する
均圧配管と、内筒部の外周側に沿って設けた冷却通路部
に連通する冷却空気管と、この冷却空気管の冷却空気を
循環路に送給する出口部とを備えるとともに、上記密閉
室に区画室を形成する透口板をそれぞれ備えたものであ
る。
【００１９】また、本発明にかかるガスタービンプラン
トでは、上記目的を達成するために請求項７に記載した
ように、内筒部の外周側に沿う冷却通路部は、入口室と
出口室とをそれぞれ備え、この入口室と出口室とは噴口
部を有する仕切板により区画される一方、入口室と出口
室との個々にマニホールドをそれぞれ備えたものであ
る。
【００２０】また、本発明にかかるガスタービンプラン
トでは、上記目的を達成するために請求項８に記載した
ように、内筒部の外周側に沿う冷却通路部は、入口室と
出口室とをそれぞれ備え、この入口室と出口室とは仕切
板により区画される反転冷却通路に形成する一方、入口
室と出口室との個々にマニホールドを備えたものであ
る。
【００２１】また、本発明にかかるガスタービンプラン
トでは、上記目的を達成するために請求項９に記載した
ように、内筒部の外周側に沿う冷却通路部は、内筒部の
壁面に乱流促進体を設けたものである。
【００２２】また、本発明にかかるガスタービンプラン
トでは、上記目的を達成するために請求項１１に記載し
たように、冷却通路部に設けたリブまたはフィンは、冷
却空気の流れに沿ってツリー状に形成される主幹片と分
枝片とを有する構成にしたものである。
【００２３】また、本発明にかかるガスタービンプラン
トでは、上記目的を達成するために請求項１２に記載し
たように、冷却通路部は、内筒部の伸縮移動に応動する
ように伸縮部材により構成され、その一端側に進退自在
なシールリングを設けたものである。
【００２４】また、本発明にかかるガスタービンプラン
トでは、上記目的を達成するために請求項１３に記載し
たように、送風機部は、均圧ヘッダ部と圧力バランスす
るように密閉室に構成され、この密閉室にブロアを収容
したものである。
【００２５】また、本発明にかかるガスタービンプラン
トでは、上記目的を達成するために請求項１４に記載し
たように、一つの軸に圧縮機とガスタービンを直結し、
圧縮機からの高圧空気に燃料を加えて燃焼ガスを生成す
るガスタービン燃焼器を備え、このガスタービン燃焼器
で生成された燃焼ガスを上記ガスタービンに送給して膨
張仕事により動力を得るガスタービンプラントにおい
て、上記ガスタービン燃焼器のケーシングに収容される
内筒部の外周側に沿って設けた冷却通路部と、この冷却
通路部の冷却空気を循環させる循環路とを備え、この循
環路は上記ガスタービン燃焼器のケーシング内と圧力バ
ランスさせる一方、上記冷却通路部の冷却空気を上記循
環路に送給する均圧ヘッダ部と、この均圧ヘッダ部を出
る冷却空気を再冷却させる熱交換部と、再冷却後の冷却
空気を上記冷却通路部に還流させる送風機部とをそれぞ
れ備える一方、上記ケーシングに圧力センサを設け、ケ
ーシング内の圧力変動に基づいて上記送風機部を作動さ
せる関数発生器を備えたものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、本発明にかかるガスタービ
ンプラントの第１実施の形態を図面を参照して説明す
る。
【００２７】図１は、本発明にかかるガスタービンプラ
ントを示す概略系統図である。
【００２８】全体を符号ＧＰで示すガスタービンプラン
トは、ガスタービン系ＧＣ、ガスタービン燃焼器系Ｃ
Ｃ、冷却空気循環系ＣＲ、および蒸気サイクル系ＳＴと
をそれぞれ有する構成になっている。
【００２９】ガスタービン系ＧＣは、一つの軸に圧縮機
１０、ガスタービン１１、発電機１２を串形に直結配置
して構成されている。
【００３０】ガスタービン燃焼器系ＣＣは、ガスタービ
ン燃焼器９のケーシング１３内に同軸的に収容された内
筒部１４を備え、この内筒部１４の頭部側に設けた燃料
ノズル１５を有するとともに、内筒部１４の外周側に沿
って設けた例えばスリーブ状の冷却通路部１６を有する
構成になっている。また、内筒部１４は、燃料ノズル１
５からの燃料と燃焼空気とを混合させて燃焼ガスを生成
する燃焼域ＦＣと、この燃焼域ＦＣからの燃焼ガスをガ
スタービン１１に送給するトランジションピース１７と
から構成されており、これら燃焼域ＦＣおよびトランジ
ションピース１７に対応して冷却通路部１６，１６が使
い分けられている。
【００３１】冷却空気循環系ＣＲは、ガスタービン燃焼
器系ＣＣの冷却通路１６，１６に接続された循環路１８
を有し、この循環路１８にガスタービン燃焼器系ＣＣの
ケーシング１３と圧力バランスさせる均圧ヘッダ部１９
と、均圧ヘッダ部１９の冷却空気を再冷却させる熱交換
部２０と、この熱交換部２０で再冷却させる際に生ずる
圧力損失分を補ってガスタービン燃焼器ＣＣの冷却通路
部１６，１６に再冷却空気を還流させる送風機部２１と
を介装させた構成になっている。
【００３２】蒸気サイクル系ＳＴは、蒸気発生器２２、
蒸気タービン２３、復水器２４、給水ポンプ２５を備え
た蒸気タービンプラント４３で構成され、ガスタービン
系ＧＣのガスタービン１１の排熱を熱源として蒸気発生
器２２で蒸気を発生せしめ、この発生蒸気を蒸気タービ
ン２３に送給して膨張仕事による動力を得、膨張仕事後
の蒸気を復水器２４で冷却し、復水・給水として給水ポ
ンプ２５を経て蒸気発生器２２に還流させるようになっ
ている。また、給水ポンプ出口側の復水・給水は、供給
管４４を介して上記冷却空気循環系ＣＲの熱交換部２０
に冷却媒体として案内され、ここで加熱され昇温後、回
収管４５を介して蒸気発生器２２に還流するガスタービ
ン１１の排熱の熱回収が図られている。
【００３３】ところで、上記冷却空気循環系ＣＲの均圧
ヘッダ部１９は、密閉室１９ａで構成され、この密閉室
１９ａの一側にガスタービン燃焼器系ＣＣのケーシング
１３と連通する均圧配管１９ｂと、上記ガスタービン燃
焼器系ＣＣの内筒部１４に沿って設ける冷却通路部１
６，１６に連通する冷却空気管１９ｃと、この冷却空気
管１９ｃの冷却空気を熱交換部２０に案内する出口部１
９ｄとを有する構成になっている。また、上記密閉室１
９ａには、透口板１９ｅにより仕切られた区画室１９
ｆ，１９ｇが形成されている。この区画室１９ｆ，１９
ｇは、上記ケーシング１３の器内圧とバランスさせるも
のである。
【００３４】密閉室１９ａ内の区画室１９ｆ，１９ｇ
は、ガスタービンプラントが定常運転のとき、ケーシン
グ１３から出る高圧空気を徐々に減圧させることにより
密閉室１９ａの出口部１９ｂ側で、冷却空気管１９ｃの
冷却空気と混合させないようにしたものである。その結
果、ケーシング１３内の圧力が一定であれば、ケーシン
グ１３の高圧空気は均圧ヘッダ部１９の密閉室１９ａに
流れなくなり、冷却空気管１９ｃの冷却空気のみが循環
路１８を流れることになる。
【００３５】また、ガスタービン１１が負荷変動し、こ
れに伴ってケーシング１３内の圧力が変動すれば、高圧
空気は均圧配管１９ｂを介してケーシング１３と均圧ヘ
ッダ部１９の密閉室１９ａとの間の出入の繰返しをする
ことになる。したがって、この均圧配管１９ｂはケーシ
ング１３内の圧力と均圧ッダ部１９の密閉室１９ａ内の
圧力とを自動的にバランスさせる機能を有する。
【００３６】このように、サージング１３と均圧ヘッダ
部１９の密閉室１９ａとを自動的に圧力バランスさせる
ことにより、冷却通路部１６，１６の耐圧強度設計が楽
になり、信頼性向上につながる。また、後述、ブロア２
１ｂの動力低減に寄与する。
【００３７】一方、冷却空気循環系ＣＲの循環路１８に
介装される送風機部２１は、ブロア２１ｂを収容をする
密閉室２１ａで構成されている。この密閉室２１ａは、
均圧ヘッダ部１９の器内圧力とバランスさせるために設
けられたものである。ブロア２１ｂを大気開放状態に設
置しておくと、ブロア２１ｂは、冷却通路部１６，１６
に冷却空気を還流させる際、昇圧に必要な多くの動力を
必要とするが、密閉室２１ａが均圧ヘッダ部１９と圧力
的にバランスする状態にしてあれば、冷却空気を冷却通
路部１６，１６に送給するとき冷却空気の圧力損失分だ
けを補えばよいことになる。したがって、密閉室２１ａ
のブロア２１ｂは、冷却空気を冷却通路部１６，１６に
還流させる際、冷却空気の圧力損失分に相当するだけの
消費動力で済むことになるので動力消費の削減に寄与す
る。
【００３８】次に上記構成に基づく作用を説明する。
【００３９】ガスタービン系ＧＣの圧縮機１０は、ガス
タービン１１の回転トルクにより大気を吸い込んで高圧
化し、高圧空気を燃焼空気としてガスタービン燃焼器９
のケーシング１３に送給する。
【００４０】ケーシング１３に送給される燃焼空気とし
ての高圧空気は、燃料ノズル１５の燃料と混合し、燃焼
域ＦＣで燃焼ガスを生成する。この燃焼ガスは、燃焼域
ＦＣからトランジションピース１７を経て作動ガスとし
てガスタービン１１に送給され、ここで膨張仕事により
回転トルクを得、回転トルクにより発電機１２を廻して
電気出力を得る。
【００４１】また、ケーシング１３に送給された燃焼空
気としての高圧空気の一部は、冷却空気循環系ＣＲの均
圧配管１９ｂを経て均圧ヘッダ部１９の区画室１９ｆに
案内され、ここでケーシング１３の器内圧とバランスさ
せるようになっている。すなわち、区画室１９ｆに案内
された高圧空気は、ここで一旦閉じ込められ、ケーシン
グ１３の器内圧とバランスさせておき、高圧空気の一部
を透口板１９ｅにより形成された各室で減圧させ、最
終、区画室１９ｇでバリアとして均圧ヘッダ部１９の出
口部１９ｄに流れないように抑制される。
【００４２】しかしながら、起動時のように、ケーシン
グ１３の器内圧と、区画室１９ｆ，１９ｇの室内圧とで
圧力差が極めて高い場合には、高圧空気は、最終の区画
室１９ｇを経て流出し、ガスタービン燃焼器系ＣＣの冷
却通路部１６，１６への冷却空気として使用されるよう
になっている。なお、ガスタービン燃焼器９が定常運転
になると、ケーシング１３の器内圧と、各区画室１９
ｆ，１９ｇの室内圧とは圧力バランスしているので、高
圧空気は区画室１９ｆ内にのみ閉じ込められるが、負荷
変化のように運転が変化すると、逆に各区画室１９ｆ，
１９ｇの高圧空気がケーシング１３に戻されるようにな
り、こうしてケーシング１３と均圧ヘッダ部１９とは常
に圧力バランスするよう保持される。
【００４３】均圧ヘッダ部１９の出口部１９ｄを出る冷
却空気は、循環路１８から熱交換部２０に案内され、こ
こで蒸気サイクル系ＳＴの復水・給水と熱交換し、再冷
却されて送風機部２１の密閉室２１ａに送られる。この
場合、熱交換部２０で再冷却される冷却空気の総熱量の
中には、冷却通路１６，１６を通過する際、吸収した熱
のほかに、ブロア２１ｂの消費動力（ブロア２１ｂの機
械的熱損失）が含まれているので、その熱量は比較的高
い。この比較的熱量の高い冷却空気を熱交換する蒸気サ
イクル系ＳＴの復水・給水は、その熱量の多くを吸収す
ることができる。したがって、冷却空気の比較的高い熱
量を吸収する蒸気サイクル系ＳＴの復水・給水は吸収熱
量分だけ昇温するので、蒸気サイクル系ＳＴに投入する
燃料が節約される結果、プラント全体の熱効率を向上さ
せることができる。
【００４４】送風部２１の密閉室２１ａは、均圧ヘッダ
部１９と圧力バランスさせるようになっている。このた
め、ブロア２１ｂは再冷却後の冷却空気をガスタービン
燃焼器系ＣＣの冷却通路部１６，１６に送給するときに
その圧力損失分を補えばたりる。
【００４５】このようにしてブロア２１ｂから送給され
る冷却空気は、冷却通路部１６，１６を流通する間に、
内筒部１４の燃焼域ＦＣ壁、トランジションピース１７
を冷却し、冷却後、循環路１８を経て均圧ヘッダ部１９
の冷却空気管１９ｃに戻され、以後上述手順を経て内筒
部１４の冷却を連続的に繰り返するようになっている。
【００４６】したがって、本発明にかかるガスタービン
プラントでは、ガスタービン燃焼器系ＣＣのケーシング
１３と、冷却空気循環系ＣＲの均圧ヘッダ部１９とを互
いに圧力バランスさせる構成になっているので、ガスタ
ービン燃焼器９の冷却通路部１６，１６の冷却空気を循
環させる際、極めて少ない動力で循環させることができ
る。
【００４７】また、本発明にかかるガスタービンプラン
トでは、ガスタービン燃焼器系ＣＣの冷却通路１６を循
環する冷却空気は、ガスタービン系ＧＣの高圧空気の流
れとは別ループで送風機２１ｂによって送気循環されて
いる。すなわちこの循環するための冷却空気の圧力損失
（送風機２１ｂの駆動動力）は、ガスタービン系ＧＣの
圧縮機１０より吐出される高圧空気の圧力損失とは無関
係になっている。したがって、図１５に示す従来の実施
例の場合と異なり、ガスタービン燃焼器９の内筒部１４
を冷却する冷却空気の圧力損失が極めて少ないので、ガ
スタービン燃焼器９の全圧損失を必要最小限にでき、ガ
スタービンプラントの熱効率向上にも貢献できる。
【００４８】図２は、本発明にかかる内筒部１４に設け
られる冷却通路部１６のうち、燃焼領域ＦＣに沿う燃焼
領域冷却通路部１６ａをインピンジ冷却するための第１
実施例を示す概略図である。
【００４９】内筒部１４には、燃焼ガスを生成する燃焼
領域ＦＣが形成されている。この燃焼領域ＦＣでは燃料
ノズル１５の燃料にスワラ１５ｂの旋回空気が加わって
一次燃焼が行われ、さらに予混合ノズル１５ａの稀薄燃
料が加わって二次燃焼が行われ、このようにして燃焼ガ
スが生成されている。
【００５０】燃焼領域ＦＣの外壁側には例えばスリーブ
状の燃焼領域冷却通路部１６ａが設けられている。この
燃焼領域冷却通路部１６ａは、アニラュー状あるいはス
リーブ状の入口室１６ｂおよび出口室１６ｃをそれぞれ
備えており、多孔状あるいはパンチング状の噴口部１６
ｄを有する仕切板１６ｅにより外周側の入口室１６ｂ、
内周側の出口室１６ｄを区画する。また、入口室１６ｂ
には入口マニホールド１６ｆが、出口室１６ｃに出口マ
ニホールド１６ｇがそれぞれ設けられている。
【００５１】このような構成を有する燃焼領域冷却通路
部１６ａは、入口マニホールド１６ｆで冷却空気の圧力
が均質化され、さらに噴口部１６ｄにより燃焼領域ＦＣ
の壁面に向って冷却空気を噴流衝突させ、噴流衝突後、
出口室１６ｃから出口マニホールド１６ｇを経て再度圧
力の均質化を図っている。
【００５２】したがって、冷却通路１６ａは冷却空気の
圧力均質化の下、噴流衝突によるインピンジ冷却が行わ
れるので、燃焼領域ＦＣの壁は全域にわたって均一に冷
却をすることができる。
【００５３】図６、図７および図８は、冷却通路部１６
のうち、燃焼領域冷却通路部１６ａの第２実施例、第３
実施例および第４実施例のそれぞれを示す概略図であ
る。
【００５４】各実施例は、上述インピンジ冷却（図２）
と異なり対流冷却を可能にした点を共通とするものであ
る。すなわち、図６、図７および図８は、ともに燃焼領
域冷却通路部１６ａに、例えばリブまたはフィン等の乱
流促進体２７を設けたものである。この乱流促進体２７
により冷却空気の流れが乱れ、熱伝達率が向上する。し
たがって、熱伝達率の向上した冷却空気で燃焼領域ＦＣ
の壁面を冷却するので、冷却性能は従来以上に高くな
る。
【００５５】また、図６は、内筒部１４にフィルム冷却
孔４２を穿設し、内筒部１４の一部をフィルム冷却可能
としたものである。内筒部１４には、燃焼領域冷却通路
部１６ａを除く領域に火炎伝播管、火炎検知器、トラン
ジションピースの接続構造物（ともに図示せず）が取り
付けらている。このため、これら取付領域は高温燃焼ガ
スにさらされ、過酷な状態になっているにも拘らず、冷
却をすることが難しい。
【００５６】本実施例は、ケーシング１３の高圧空気４
１を冷却用としてフィルム冷却孔４２から内筒部１４の
壁面に沿って流すことにより上記構造物も併せて良好に
冷却することができ、その強度の維持を図ることができ
る。また、燃焼領域冷却通路部１６ａの一部にもフィル
ム冷却孔４２を穿設することにより、燃焼領域冷却通路
部１６ａの端部領域壁面に沿って冷却空気４０を流する
ことができるので、冷却効果はさらに増す。特に、冷却
空気４０が不足する場合、効果的な冷却を行うことがで
きる。
【００５７】図８は、内筒部１４の外周側に沿う燃焼領
域冷却通路部１６ａに入口室１６ｂ、出口室１６ｃのそ
れぞれを区画する仕切板１６ｈを設け、反転冷却通路構
造にしたものである。また、入口室１６ｂに入口マニホ
ールド１７ｆが、出口室１６ｃに出口マニホールド１６
ｇがそれぞれ設けられる。
【００５８】図８に示す実施例では、燃焼領域冷却通路
部１６ａを反転冷却通路構造にし、冷却空気を蛇行させ
て流すので、蛇行中に冷却空気の脈動を緩和させること
ができる。また、燃焼領域冷却通路部１６ａを反転冷却
通路構造にするので、入口室１６ｂの入口マニホールド
１６ｆと出口室１６ｃの出口マニホールド１６ｇとが互
いに接近し、取付・組立工事を容易に行うことができ
る。さらに、本実施例のガスタービン燃焼器９は、複数
缶、例えば１８缶設けられているので、燃焼領域冷却通
路部１６ａを反転冷却通路構造にすることにより、複数
の入口室１６ｂに対して一つにまとめた入口マニホール
ド１６ｆにすることができ、また複数の出口室１６ｃに
対して一つにまとめた出口マニホールド１６ｇにするこ
とができる。したがって、取付・組立工事の簡素化を図
ることができる。
【００５９】図３および図４は、図１に示される内筒部
１４のうち、トランジションピース１７のうち、トラン
ジションピース冷却通路部２８を設けた第１実施例およ
び第２実施例のそれぞれを示す概略図である。
【００６０】本実施例は、トランジションピース１７の
冷却性能を向上させるため、インピンジ冷却方式、対流
冷却方式を採用したものである。
【００６１】すなわち、図３は、インピンジ冷却を採用
したものであり、また図４は対流冷却を採用したもので
あり、ともに高温燃焼ガスにさらされているトランジシ
ョンピース１７の冷却向上を図ったものです。
【００６２】図３について、具体的な説明をすると、ト
ランジションピース１７の外周側には例えばスリーブ状
のトランジションピース冷却通路部２８が設けられてい
る。このトランジションピース冷却通路部２８は、アニ
ュラー状あるいはスリーブ状の入口室２８ａおよび出口
室２８ｂをそれぞれ備えており、多孔状あるいはパンチ
ング状の噴口部２８ｃを有する仕切板２８ｄにより外周
側の入口室２８ａ、内周側の出口室２８ｂを区画する。
また、入口室２８ａには、入口マニホールド２８ｄが、
出口室２８ｂには出口マニホールド２８ｅがそれぞれ設
けられている。
【００６３】このような構成により、インピンジ冷却に
伴う冷却性能を向上させることができ、また入口マニホ
ールド２８ｄ、出口マニホールド２８ｅにより冷却空気
の圧力均質化を図ることができる。
【００６４】図４は、対流冷却によりトランジションピ
ース１７の冷却性能の向上を図ったもので、トランジシ
ョンピース冷却通路部２８内に乱流促進体２９を設け、
冷却空気の熱伝達係数を高めたものである。
【００６５】図５は、冷却通路１６のうち、燃焼領域冷
却通路部１６ａの第７実施例を示す概略図である。
【００６６】内筒部１４は、燃焼領域ＦＣの高温燃焼ガ
スの熱をまともに受け、伸縮移動することがある。この
ため、燃焼領域冷却通路部１６ａは、内筒部１４に応動
するように、伸縮部材で作製され、入口端２９の冷却空
気が乱流促進体２７を経て出口端３０に向う間の伸縮部
材の移動に追従できるようリングホルダ３１に装着した
シールリング３２を設けたものである。
【００６７】このような構成により、燃焼領域冷却通路
部１６ａは進退自在に移動でき、内筒部１４との温度差
による過度な熱応力の発生を回避でき、材力強度上の安
全性を保証することができる。
【００６８】図１０および図１１は、冷却通路部１６に
設けられる乱流促進体２７としてリブまたはフィンが適
用される第８実施例を示す概略図である。
【００６９】乱流促進体２７としてのリブまたはフィン
は、図示実線矢印に示す冷却空気の流れに沿ってツリー
状に形成され、主幹片２７ａと分枝片２７ｂとを有する
構成になっている。
【００７０】このような構成の乱流促進体２７としての
リブまたはフィンでは、冷却空気が主幹片２７ａや分枝
片２７ｂに衝突を繰り返しながら流れるので、熱伝達率
が従来以上に高まり、その結果、冷却性能を向上させる
ことができる。
【００７１】図９は、本発明にかかるガスタービンプラ
ントの第２実施の形態を示す概略系統図である。
【００７２】本実施の形態は、冷却空気循環系ＣＲの熱
交換部２０の冷却媒体ＣＷとして例えば海水、燃料、他
のプラントの冷却水等を用いた点で、第１の実施の形態
である蒸気サイクル系ＳＴの復水・給水を用いたものと
異なっている。本実施の形態も熱回収という点で有効で
ある。なお、他の構成は、第１実施の形態と同じであ
り、その説明を省略する。
【００７３】図１２は、本発明にかかるガスタービンプ
ラントの第３実施の形態を示す概略系統図である。
【００７４】本実施の形態は、冷却空気循環系ＣＲの送
風機部２１に収容されたブロアを自動的に作動させるよ
うにしたものである。
【００７５】詳述すると、ガスタービン燃焼器系ＣＣの
ケーシング１３には器内圧の変動を検出する圧力センサ
３３が設けられている。この圧力センサ３３は、器内圧
が変動した場合、検出信号を関数発生器３４に送り、そ
の検出信号に見合った信号が選び出され、作動信号とし
てブロア２１ｂを作動させるようになっている。したが
って、例えばケーシング１３の器内圧が負荷変動等によ
り変動した場合、その変化信号を圧力センサ３３で検出
し、検出信号を関数発生器３４によりブロア２１ｂの作
動信号として選び出せるため、器内圧変動に対応してブ
ロア２１ｂを迅速に作動させることができ、内筒部１４
の冷却をタイミング良く、効果的に行うことができる。
【００７６】図１３は、関数発生器３４に内蔵される関
数線図を示すグラフである。横軸は圧力センサ３３の検
出信号であり、縦軸はブロア２１ｂの作動信号としての
軸動力信号である。
【００７７】ブロア２１ｂより送気循環される冷却空気
の体積流量は、全ての運転条件において充分な壁面冷却
を行なうため、冷却通路１６，１６における冷却空気流
速がほぼ一定の条件になるように供給される。冷却空気
流速が一定の場合、ブロア２１ｂより送気される冷却空
気の重量流量は、冷却通路１６，１６内の圧力に比例し
て増減する。
【００７８】また、ブロア２１ｂの駆動動力はその重量
流量に比例する。すなわち、壁面冷却のためには、冷却
通路１６，１６の器内圧力に比例したブロア軸動力が必
要である。
【００７９】図１３に示すように器内圧力（横軸）に比
例した軸動力信号（縦軸）を作動信号として用いること
により、全ての運転条件に対応して充分な冷却条件が確
立でき、しかも運転条件（冷却通路１６，１６の器内圧
力）に対応した必要最小限のブロア２１ｂ動力による適
正な運転が可能になる。
【００８０】
【発明の効果】以上の説明のとおり、本発明にかかるガ
スタービンプラントでは、ガスタービン燃焼器のケーシ
ングに収容される内筒部に冷却通路部を設け、この冷却
通路部に設けた循環路に、上記ケーシングの器内圧とバ
ランスさせる一方、上記冷却通路部の冷却空気を循環さ
せる均圧ヘッダ部と、この均圧ヘッダ部の冷却空気を再
冷却させる熱交換部と、再冷却後の冷却空気の圧力損失
分を補って上記冷却通路部に還流させる送風機部とを介
装させたので、冷却空気の圧力損失の少ない状態の下、
比較的少ない冷却空気量で内筒部を良好に冷却すること
ができる。
【００８１】また、本発明にかかるガスタービンプラン
トでは、均圧ヘッダ部を密閉室に構成し、この密閉室を
ガスタービン燃焼器のケーシングに連通する均圧配管
と、冷却通路部に連通する冷却空気管と、冷却空気管の
冷却空気を循環路に送給する出口部とをそれぞれ備える
とともに、上記密閉室に区画室を形成する透口板を備え
ているので、上記ケーシングと区画室とは圧力バランス
する。この結果、冷却通路部からの冷却空気は、安定し
た圧力状態の下で循環路を循環させることができる。
【００８２】また、本発明にかかるガスタービンプラン
トでは、循環路に熱交換器を設けて冷却媒体と熱交換さ
せるので、冷却空気の熱を他のプラントに効果的に回収
させることができる。
【００８３】また、本発明にかかるガスタービンプラン
トでは、冷却通路部にフィルム冷却孔を穿設したので、
複雑な構造のために冷却が行き亘らいない領域があって
も、比較的容易に冷却空気を流すことができ、内筒部の
強度維持を図ることができる。 また、本発明にかかる
ガスタービンプラントでは、冷却通路部を入口室と出口
室に構成し、入口室と出口室とを噴口部を有する仕切板
によって区画する一方、入口室、出口室に個々にマニホ
ールドを設けているので、冷却通路部を熱伝達率の高い
インピンジ冷却ができ、また、マニホールドにより冷却
空気を均圧に分配することができる。
【００８４】また、本発明にかかるガスタービンプラン
トでは、冷却通路部を反転冷却通路構造にしたので、入
口室と出口室とのそれぞれが互いに接近できる。このた
め、入口室、出口室のそれぞれに設けられる各マニホー
ルドを一つにまとめて同時に組立・取付工事ができ、作
業の簡素化を図ることができる。
【００８５】さらにまた、本発明にかかるガスタービン
プラントでは、冷却通路部に乱流促進体を設けているの
で、効果的な対流冷却をすることができる。
【００８６】さらにまた、本発明にかかるガスタービン
プラントでは、冷却通路部に乱流促進体としてツリー状
に形成される主幹片と分枝片とを有する構成にしている
ので、冷却空気がより多く蛇行し、熱伝達率を従来以上
に向上させることができる。
【００８７】さらにまた、本発明にかかるガスタービン
プラントでは、冷却通路部を、内筒部の温度差による伸
縮移動に応動するようにしているので、熱による過度な
応力の発生を回避することができる。
【００８８】さらにまた、本発明にかかるガスタービン
プラントでは、送風機部を密閉室にして均圧ヘッダ部と
圧力バランスさせているので、密閉室に収容されている
ブロアは、少ない動力で冷却空気を冷却通路部に還流さ
せることができる。
【００８９】さらにまた、本発明にかかるガスタービン
プラントでは、ガスタービン燃焼器のケーシング器内圧
を検出し、器内圧の変化に基づいて送風機部のブロアを
作動させる関数発生器を設けているので、送風機の自動
運転をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるガスタービンプラントの第１実
施の形態を示す概略系統図。
【図２】本発明にかかる冷却通路部の第１実施例を示す
概略図。
【図３】本発明に係るトランジションピースの第１実施
例を示す概略図。
【図４】本発明に係るトランジションピースの第２実施
例を示す概略図。
【図５】本発明に係る冷却通路部の第７実施例を示す概
略図。
【図６】本発明に係る冷却通路部の第２実施例を示す概
略図。
【図７】本発明に係る冷却通路部の第３実施例を示す概
略図。
【図８】本発明に係る冷却通路部の第４実施例を示す概
略図。
【図９】本発明に係るガスタービンプラントの第２実施
の形態を示す概略系統図。
【図１０】本発明に係る冷却通路部の第８実施例の乱流
促進体を示す概略図。
【図１１】図１０のＡ−Ａ矢視方向から見た第８実施例
の概略側面図。
【図１２】本発明に係るガスタービンプラントの第３実
施の形態を示す概略系統図。
【図１３】関数発生器に内蔵される関数線図を示すグラ
フ。
【図１４】予混合燃料当量比をパラメータとして冷却空
気割合と燃焼ガス温度との関係を示す特性線図。
【図１５】従来のガスタービン燃焼器の構成を示す概略
図。
【符号の説明】
１，９ ガスタービン燃焼器 ２，１３ ケーシング ３，１４ 内筒部 ６，１５ 燃料ノズル １６ 冷却通路部 １６ａ 燃焼領域冷却通路 １６ｂ 入口室 １６ｃ 出口室 １６ｄ，２８ｃ 噴口部 １６ｅ，１６ｈ，２８ｄ 仕切板 １６ｆ 入口マニホールド １６ｇ 出口マニホールド １７ トランジションピース １８ 循環路 １９ 均圧ヘッダ部 １９ａ，２１ａ 密閉室 １９ｂ 均圧配管 １９ｃ 冷却空気管 １９ｅ 透口板 １９ｆ，１９ｇ 区画室 ２０ 熱交換部 ２１ 送風機部 ２１ｂ ブロア ２７ 乱流促進体 ２７ａ 主幹片 ２７ｂ 分枝片 ２８ トランジションピース冷却通路部 ３１ リングホルダ ３２ シールリング ３３ 圧力センサ ３４ 関数発生器 ４２ フィルム冷却孔 ４３ 蒸気タービンプラント ４４ 供給管 ４５ 回収管

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一つの軸に圧縮機とガスタービンを直結
    し、圧縮機からの高圧空気に燃料を加えて燃焼ガスを生
    成するガスタービン燃焼器を備え、このガスタービン燃
    焼器で生成された燃焼ガスを上記ガスタービンに送給し
    て膨張仕事により動力を得るガスタービンプラントにお
    いて、上記ガスタービン燃焼器のケーシングに収容され
    る内筒部の外周側に沿って設けた冷却通路部と、この冷
    却通路部内の冷却空気を循環させる循環路とを備え、こ
    の循環路は、上記ガスタービン燃焼器のケーシング内と
    圧力バランスさせる一方、上記冷却通路部の冷却空気を
    上記循環路に送給する均圧ヘッダ部と、この均圧ヘッダ
    部を出る冷却空気を再冷却させる熱交換部と、再冷却後
    の冷却空気を上記冷却通路部に還流させる送風機部とを
    それぞれ備えたことを特徴とするガスタービンプラン
    ト。
  2. 【請求項２】 ガスタービン燃焼器のケーシングに収容
    された内筒部の外周側に沿って設けられる冷却通路部
    は、上記内筒部およびトランジションピースの少なくと
    も一方に設けたことを特徴とする請求項１記載のガスタ
    ービンプラント。
  3. 【請求項３】 ガスタービン燃焼器のケーシングに収容
    される内筒部に、冷却通路部の冷却空気とケーシングの
    高圧空気とをフィルム状に案内するフィルム冷却孔を穿
    設したことを特徴する請求項１または２記載のガスター
    ビンプラント。
  4. 【請求項４】 均圧ヘッダ部は、密閉室で構成され、こ
    の密閉室の一側をガスタービン燃焼器のケーシングに連
    通する均圧配管と、内筒部の外周側に沿って設ける冷却
    通路部に連通する冷却空気管と、この冷却空気管の冷却
    空気を循環路に送給する出口部とを備えるとともに、上
    記密閉室に区画室を形成する透口板をそれぞれ備えたこ
    とを特徴とする請求項１記載のガスタービンプラント。
  5. 【請求項５】 熱交換部に供給される冷却媒体は、蒸気
    タービンプラントの復水・給水、海水、燃料、他のプラ
    ントからの冷却水のうち、いずれか一種であることを特
    徴とする請求項１記載のガスタービンプラント。
  6. 【請求項６】 熱交換部は、冷却媒体としての復水・給
    水を蒸気タービンプラントから案内される供給管と、上
    記冷却媒体としての復水・給水を加温して上記蒸気ター
    ビンプラントに戻す回収管とをそれぞれ備えたことを特
    徴とする請求項５記載のガスタービンプラント。
  7. 【請求項７】 内筒部の外周側に沿う冷却通路部は、入
    口室と出口室とをそれぞれ備え、この入口室と出口室と
    は噴口部を有する仕切板により区画される一方、入口室
    と出口室との個々にマニホールドを備えたことを特徴と
    する請求項１または２記載のガスタービンプラント。
  8. 【請求項８】 内筒部の外周側に沿う冷却通路部は、入
    口室と出口室とをそれぞれ備え、この入口室と出口室と
    は仕切板により区画される反転冷却通路に形成する一
    方、入口室と出口室との個々にマニホールドをそれぞれ
    備えたことを特徴とする請求項１または２記載のガスタ
    ービンプラント。
  9. 【請求項９】 内筒部の外周側に沿う冷却通路部は、内
    筒部の壁面に乱流促進体を設けたことを特徴とする請求
    項１または２記載のガスタービンプラント。
  10. 【請求項１０】 乱流促進体は、リブまたはフィンのい
    ずれか一方を選択して使用することを特徴とする請求項
    ９記載のガスタービンプラント。
  11. 【請求項１１】 冷却通路部に設けたリブまたはフィン
    は、冷却空気の流れに沿ってツリー状に形成される主幹
    片と分枝片とを有する構成にしたことを特徴とする請求
    項１０記載のガスタービンプラント。
  12. 【請求項１２】 冷却通路部は、内筒部の伸縮移動に応
    動するように伸縮部材により構成され、その一端側に進
    退自在なシールリングを設けたことを特徴とする請求項
    １または２記載のガスタービンプラント。
  13. 【請求項１３】 送風機部は、均圧ヘッダ部と圧力バラ
    ンスするように密閉室に構成され、この密閉室にブロア
    を収容したことを特徴とする請求項１記載のガスタービ
    ンプラント。
  14. 【請求項１４】 一つの軸に圧縮機とガスタービンを直
    結し、圧縮機からの高圧空気に燃料を加えて燃焼ガスを
    生成するガスタービン燃焼器を備え、このガスタービン
    燃焼器で生成された燃焼ガスを上記ガスタービンに送給
    して膨張仕事により動力を得るガスタービンプラントに
    おいて、上記ガスタービン燃焼器のケーシングに収容さ
    れる内筒部の外周側に沿って設けた冷却通路部と、この
    冷却通路部の冷却空気を循環させる循環路とを備え、こ
    の循環路は上記ガスタービン燃焼器のケーシング内と圧
    力バランスさせる一方、上記冷却通路部の冷却空気を上
    記循環路に送給する均圧ヘッダ部と、この均圧ヘッダ部
    を出る冷却空気を再冷却させる熱交換部と、再冷却後の
    冷却空気を上記冷却通路部に還流させる送風機部とをそ
    れぞれ備える一方、上記ケーシングに圧力センサを設
    け、ケーシング内の圧力変動に基づいて上記送風機部を
    作動させる関数発生器を備えたことを特徴とするガスタ
    ービンプラント。
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