JPH0953824A - ガスタービンの燃焼器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガスタービンの燃焼器において、構造の簡素
化をはかる。 【解決手段】 筒形をしたセラミック製ライナ１を金属
製燃焼筒５の内側に介装し、燃焼筒５をライナ１を挟ん
で複数の筒状部材５ａ，５ｂに分割し、燃焼筒５とライ
ナ１の燃焼室壁が段差無く連続するように各筒状部材５
ａ，５ｂにライナ１と係合する環状凸部２１を形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミック製ライ
ナを備えるガスタービンの燃焼器の改良に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】高温雰囲気の中で使用されるライナをセ
ラミック材により形成したガスタービンにあっては、脆
性材料であるセラミック材に応力が集中することを避け
なければならない。

【０００３】従来のガスタービンの燃焼器として、例え
ば図５に示すようなものがある(特開平５−１１８５４
９号公報、参照)。

【０００４】これについて説明すると、ガスタービンの
燃焼器は、燃焼室１１を画成する筒形をしたセラミック
製ライナ１を備える。ライナ１の基端部にはスワーラ３
が接続し、スワーラ３の内側に燃料噴射弁６が配設され
ている。

【０００５】スワーラ３はスプリング４を介してライナ
１の端部に押し付けられ、スプリング４の付勢力により
複数のアーム１９を介して弾性的に支持される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のガスタービンの燃焼器にあっては、セラミッ
ク製ライナ１の周囲には複数のアーム１９が設けられる
構造のため、構造が複雑化し、生産性、整備性等の悪化
を招くという問題点があった。

【０００７】本発明は上記の問題点を解消し、ガスター
ビンの燃焼器において、構造の簡素化をはかることを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載のガスタ
ービンの燃焼器は、燃焼室を画成する金属製燃焼筒を筒
形に形成し、筒形をしたセラミック製ライナを燃焼筒の
内側に介装し、燃焼筒をライナを挟んで複数の筒状部材
に分割し、燃焼筒とライナの燃焼室壁が段差無く連続す
るように各筒状部材にライナと係合する環状凸部を形成
する。

【０００９】請求項２に記載のガスタービンの燃焼器
は、請求項１に記載の発明において、前記各筒状部材を
ライナの外周で互いに接合させ、各筒状部材の接合部を
溶接により固着する。

【００１０】請求項３に記載のガスタービンの燃焼器
は、請求項２に記載の発明において、前記燃焼筒に軸方
向に延びる二次空気導入口を開口させ、ライナに二次空
気導入口と燃焼室を連通して周方向に延びるスリットを
開口させる。

【００１１】請求項４に記載のガスタービンの燃焼器
は、請求項１に記載の発明において、前記各筒状部材を
ライナを挟んで互いに離し、各筒状部材を結ぶ複数の連
結ロッドを備える。

【００１２】請求項５に記載のガスタービンの燃焼器
は、請求項４に記載の発明において、前記ライナに各筒
状部材の間に面して二次空気導入口を開口する。

【００１３】

【作用】請求項１に記載のガスタービンの燃焼器におい
て、ライナは金属製燃焼筒に挿入される構造により、金
属製燃焼筒によって燃焼器の構造強度が担われ、脆性材
料であるセラミックからなるライナに働く機械的応力を
低減する。

【００１４】ライナの端部を他の部材に接合させて燃焼
室を密封する構造を持たないため、構造の簡素化がはか
れるとともに、ライナに導入される二次空気流量等にバ
ラツキが生じることを防止し、所期の燃焼性能が得られ
る。

【００１５】ガスタービンの運転停止時に生じるライナ
と外筒の熱収縮差は、ライナと燃焼筒の間に画成される
隙間により吸収され、ライナに働く熱応力を低減する。

【００１６】燃焼室を画成する壁面は、燃焼筒とライナ
の間で段差無く連続しているため、火炎が燃焼筒からラ
イナの壁面に沿って伝播することを促し、高い燃焼性が
得られる。

【００１７】ガスタービンの運転時、拡散燃焼する火炎
に晒されるライナは高温となるが、ライナは耐熱性の高
いセラミックを材質として形成することにより、耐熱性
が向上する。

【００１８】金属製燃焼筒は、ライナの下流側に位置し
て燃焼室を画成しており、拡散燃焼する火炎に晒され
ず、その耐熱性および耐高温酸化性を十分に確保でき
る。

【００１９】ライナの燃焼室に面する壁面は熱面となっ
て、ガスタービンの運転中に燃料噴射弁からの燃料噴霧
の噴射が瞬間的に途絶えて失火しても、次の瞬間に噴射
が再開された燃料噴霧がライナの熱面に触れることによ
り再着火し、運転を継続することができる。

【００２０】燃焼室の壁面に段差部が無いため、燃焼室
壁面の温度が局部的に高まるヒートスポットが発生する
ことを防止できるとともに、燃焼室壁面にカーボン等が
堆積することを防止できる。

【００２１】セラミック製ライナは筒形に形成され、断
面形が急激に変化する部位を持っていないため、ガスタ
ービンの運転時に応力集中が発生することを防止でき
る。また、ライナの成形、焼成中に割れや変形が生じる
ことが抑えられ、生産性を高められ、製品のコストダウ
ンがはかれる。

【００２２】請求項２に記載のガスタービンの燃焼器に
おいて、ライナは溶接により固着される各筒状部材の間
に挟持され、構造の簡素化がはかれる。

【００２３】請求項３に記載のガスタービンの燃焼器に
おいて、燃焼筒の軸方向に延びる二次空気導入口とライ
ナの周方向に延びるスリットとが互いに連通する開口面
積は、ライナが燃焼筒に対して回転しても変化せず、二
次空気導入口を介して燃焼室に導入される空気量特性が
変化することを防止して、所期の燃焼性能が得られる。

【００２４】請求項４に記載のガスタービンの燃焼器に
おいて、ライナは連結ロッドを介して固着される各筒状
部材の間に挟持される構造により、構造の簡素化がはか
れるとともに、燃焼室に導かれる空気流に晒され、ライ
ナの温度が上昇することにより、熱面による再着火性が
低下するものの、セラミック製ライナの耐熱性を高めら
れる。

【００２５】各筒状部材がライナの両端部のみを覆うよ
うにして、各筒状部材の長さを短縮することが可能とな
り、生産性を向上がはかれる。

【００２６】請求項５に記載のガスタービンの燃焼器に
おいて、ライナの形状が簡素化されることにより、生産
性の向上がはかれるとともに、ライナが燃焼筒に対して
回転しても二次空気導入口を介して燃焼室に導入される
空気量特性が変化することを防止して、所期の燃焼性能
が得られる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。

【００２８】図１に示すように、ガスタービンの燃焼器
は、燃焼室１１を画成する筒形をした金属製燃焼筒５を
備える。

【００２９】図２に示すように、燃焼筒５の上流端部に
は椀形をしたドーム４を介して金属製保炎用スワーラ３
が接続され、スワーラ３がフランジ１０に結合され、フ
ランジ１０が燃焼器の図示しないケーシングに締結され
る。フランジ１０には燃料噴射弁６や点火栓９が取付け
られる。

【００３０】燃焼筒５の下流側端部が図示しないスクロ
ールの入口に嵌合して、燃焼室１１で発生した燃焼ガス
は図示しないスクロールを通って図示しないタービンへ
と送られる。

【００３１】図示しないコンプレッサから送られる加圧
空気は、熱交換器によって加熱された後、燃焼筒５の外
側に画成される流路１５を通ってスワーラ３に向けて流
れ、スワーラ３を介して燃焼室１１に旋回しながら流入
する。

【００３２】スワーラ３の内側には燃焼室１１に臨む燃
料噴射弁６が配設される。スワーラ３の外側には燃焼室
１１に臨む点火栓９が配設される。

【００３３】燃料噴射弁６から噴射された燃料は、スワ
ーラ３から導入される空気と混合しながら拡散燃焼し、
燃焼筒５に開口した二次空気導入口１２および希釈空気
導入口１３から取り込まれる空気と混合しながら燃焼す
る。

【００３４】燃焼室１１は、燃料噴射弁６から噴射され
た燃料がスワーラ３から導入される空気と混合しながら
拡散燃焼する拡散燃焼領域１１ａと、二次空気導入口１
２および希釈空気導入口１３から取り込まれる空気と混
合しながら燃焼する希薄燃焼領域１１ｂとに分けられ
る。拡散燃焼領域１１ａでは希釈燃焼領域１１ｂに比べ
て高温となり、金属製燃焼筒５が拡散燃焼する火炎に晒
されると、その耐熱性を十分に確保できない。

【００３５】そこで、金属製燃焼筒５の内側に筒形をし
たセラミック製ライナ１が挿入される。ライナ１は拡散
燃焼領域１１ａに面して設けられ、拡散燃焼する火炎に
晒されるが、セラミックを材質として形成することによ
り、その耐熱性を十分に確保できる。

【００３６】燃焼筒５にはライナ１に係合する環状凸部
２１が一体形成される。環状凸部２１はライナ１の外周
面および両端部に対峙するようにコの字形断面をもって
外径方向に膨出して形成される。

【００３７】ライナ１の燃焼室壁は、燃焼筒５の燃焼室
壁と略同一径で形成される。これにより、燃焼室１１を
画成する壁面は、燃焼筒５からライナ１へと段差無く連
続するようになっている。

【００３８】本実施形態では、燃焼筒５はライナ１を挟
むように２つの筒状部材５ａ，５ｂに分割して形成され
る。各筒状部材５ａ，５ｂは、両者の間にライナ１を介
装した状態で、ライナ１の外周に位置する互いの接合部
２２が溶接により固着される。

【００３９】燃焼筒５に開口した二次空気導入口１２
は、ライナ１の外径方向に位置して、燃焼筒５の軸方向
に延びる長円形に形成される。

【００４０】図３にも示すように、ライナ１には二次空
気導入口１２と燃焼室１１を連通するスリット１４が形
成される。スリット１４はライナ１の周方向に延びる帯
状に形成される。

【００４１】以上のように構成され、次に作用について
説明する。

【００４２】ガスタービンの運転時、拡散燃焼領域１１
ａでは燃料噴射弁６から噴射された燃料がスワーラ３か
ら導入される空気と混合しながら拡散燃焼する。拡散燃
焼する火炎に晒されるライナ１は高温となるが、ライナ
１は耐熱性の高いセラミックを材質とすることにより、
高い耐熱性が得られる。

【００４３】ライナ１の燃焼室１１に面する壁面は熱面
となって、ガスタービンの運転中に燃料噴射弁６からの
燃料噴霧の噴射が瞬間的に途絶えて失火しても、次の瞬
間に噴射が再開された燃料噴霧がライナ１の熱面に触れ
ることにより再着火し、運転を継続することができる。

【００４４】燃焼室１１を画成する壁面は、燃焼筒５と
ライナ１の間で段差無く連続しているため、火炎が燃焼
筒５からライナ１の壁面に沿って伝播することを促し、
高い燃焼性が得られる。また、燃焼室１１の壁面に段差
部が無いため、燃焼室壁面の温度が局部的に高まるヒー
トスポットが発生することを防止できるとともに、燃焼
室壁面にカーボン等が堆積することを防止できる。

【００４５】二次空気導入口１２および希釈空気導入口
１３から取り込まれる空気と混合しながら燃焼する希薄
燃焼領域１１ｂは、拡散燃焼領域１１ａに比べて低温と
なり、希釈燃焼領域１１ｂに面する金属製燃焼筒５の耐
熱性および耐高温酸化性を十分に確保できる。

【００４６】ライナ１は燃焼筒５に挿入されて支持され
る構造により、金属製燃焼筒５によって燃焼器の構造強
度が担われ、燃焼器に働く機械的応力がライナ１に作用
しない。したがって、脆性材料であるセラミックからな
るライナ１の強度が十分に確保される。

【００４７】セラミック製ライナ１はその肉厚な筒形に
形成され、断面形が急激に変化する部位を持っていない
ため、ガスタービンの運転時に応力集中が発生すること
を防止できる。また、ライナ１の成形、焼成中に割れや
変形が生じることが抑えられ、生産性を高められ、製品
のコストダウンがはかれる。

【００４８】なお、耐熱金属製燃焼筒５の熱膨張係数が
１６〜１８×１０^-6（１／Ｋ）であるのに対して、セラ
ミック製ライナ１の熱膨張係数が３〜５×１０^-6（１／
Ｋ）である。ガスタービンの運転停止時に生じるライナ
１と外筒５等の熱収縮差は、ライナ１と燃焼筒５の間に
画成される隙間により吸収され、ライナ１に熱応力が生
じることを抑えられる。

【００４９】燃焼筒５の軸方向に延びる長円形に形成さ
れた二次空気導入口１２とライナ１の周方向に延びる帯
状に形成されたスリット１４とが互いに連通する開口面
積は、ライナ１が燃焼筒５に対して回転しても変化せ
ず、二次空気導入口１２を介して燃焼室１１に導入され
る空気量特性が変化することを防止して、所期の燃焼性
能が得られる。

【００５０】次に、図４に示す実施の形態について説明
する。なお、図１等との対応部分には同一符号を用い
る。

【００５１】ライナ１には流路１５と燃焼室１１を結ぶ
複数の二次空気導入口２４が開口する。各二次空気導入
口２４は略円形に形成される。

【００５２】燃料噴射弁６から噴射された燃料は、スワ
ーラ３から導入される空気と混合しながら拡散燃焼しラ
イナ１に開口した二次空気導入口１２および燃焼筒５に
開口した希釈空気導入口１３から取り込まれる空気と混
合しながら燃焼する。

【００５３】燃焼筒５はライナ１を挟むように２つの筒
状部材５ａ，５ｂに分割して形成される。各筒状部材５
ａ，５ｂは、両者の間にライナ１を介装した状態で、ラ
イナ１の外周面の大部分が流路１５に露出するように形
成される。

【００５４】各筒状部材５ａ，５ｂを結ぶ複数の金属製
棒状の連結ロッド２３が設けられる。各連結ロッド２３
の両端部が各筒状部材５ａ，５ｂに溶接により固着され
る。

【００５５】この場合も、燃焼筒５にはライナ１に係合
する環状凸部２１が一体形成される。環状凸部２１はラ
イナ１の外周面および両端部に対峙するようにコの字形
断面をもって外径方向に膨出して形成され、燃焼室１１
を画成する壁面は、燃焼筒５からライナ１へと段差無く
連続するようになっている。

【００５６】以上のように構成され、次に作用について
説明する。

【００５７】ガスタービンの運転時、ライナ１の外周面
が流路１５を流れる空気流に晒され、ライナ１の温度上
昇が抑えられることにより、熱面による再着火性が低下
するものの、セラミック製ライナ１の耐熱性を高められ
る。

【００５８】ライナ１に開口した各二次空気導入口２４
は略円形に形成され、ライナ１の形状が簡素化されるこ
とにより、生産性の向上がはかれる。

【００５９】２つの筒状部材５ａ，５ｂは、ライナ１の
両端部のみを覆うように形成されることにより、各筒状
部材５ａ，５ｂの長さを短縮し、生産性を向上がはかれ
る。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように請求項１に記載のガ
スタービンの燃焼器は、ライナは燃焼室の壁面に段差部
を設けることなく金属製燃焼筒に挿入される構造によ
り、燃焼室壁面にヒートスポットが発生したり、カーボ
ン等が堆積することを防止できるとともに、構造の簡素
化がはかれ、生産性、整備性等を改善することができ
る。

【００６１】請求項２に記載のガスタービンの燃焼器
は、ライナは溶接により固着される各筒状部材の間に挟
持され、構造を簡素化して、製品のコストダウンがはか
れる。

【００６２】請求項３に記載のガスタービンの燃焼器
は、ライナが燃焼筒に対して回転しても、二次空気導入
口を介して燃焼室に導入される空気量特性が変化せず、
所期の燃焼性能が得られる。

【００６３】請求項４に記載のガスタービンの燃焼器
は、ライナは連結ロッドを介して固着される各筒状部材
の間に挟持される構造により、構造を簡素化して、製品
のコストダウンがはかれるとともに、セラミック製ライ
ナは燃焼室に導かれる空気流に晒されることによりその
耐熱性を高められる。

【００６４】請求項５に記載のガスタービンの燃焼器
は、ライナの形状を簡素化して、製品のコストダウンが
はかれるとともに、ライナが燃焼筒に対して回転しても
二次空気導入口を介して燃焼室に導入される空気量特性
が変化することを防止して、所期の燃焼性能が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す燃焼器の断面図。

【図２】同じく燃焼器の斜視図。

【図３】同じくライナの斜視図。

【図４】他の実施の形態を示す燃焼器の断面図。

【図５】従来例を示す燃焼器の断面図。

【符号の説明】

１ ライナ ３ スワーラ ５ 燃焼筒 ５ａ筒状部材 ５ｂ筒状部材 ６ 燃料噴射弁 １１ 燃焼室 １１ａ拡散燃焼領域 １１ｂ希薄燃焼領域 １２ 二次空気導入口 １４ スリット ２１ 環状凸部 ２２ 接合部 ２３ 連結ロッド ２４ 二次空気導入口

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃焼室を画成する金属製燃焼筒を筒形に形
   成し、 筒形をしたセラミック製ライナを燃焼筒の内側に介装
   し、 燃焼筒をライナを挟んで複数の筒状部材に分割し、 燃焼筒とライナの燃焼室壁が段差無く連続するように各
   筒状部材にライナと係合する環状凸部を形成したことを
   特徴とするガスタービンの燃焼器。
2. 【請求項２】前記各筒状部材をライナの外周で互いに接
   合させ、 各筒状部材の接合部を溶接により固着したことを特徴と
   する請求項１に記載のガスタービンの燃焼器。
3. 【請求項３】前記燃焼筒に軸方向に延びる二次空気導入
   口を開口させ、 ライナに二次空気導入口と燃焼室を連通して周方向に延
   びるスリットを開口させたことを特徴とする請求項２に
   記載のガスタービンの燃焼器。
4. 【請求項４】前記各筒状部材をライナを挟んで互いに離
   し、 各筒状部材を結ぶ複数の連結ロッドを備えたことを特徴
   とする請求項１に記載のガスタービンの燃焼器。
5. 【請求項５】前記ライナに各筒状部材の間に面して二次
   空気導入口を開口したことを特徴とする請求項４に記載
   のガスタービンの燃焼器。