JPH10325543A - ガスタービンの燃焼器用火炎伝ぱ管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】火炎伝ぱ管によってつながれたガスタービン燃
焼室間の高温燃焼ガス或は未燃焼燃料の横断流を阻止
し、火炎伝ぱ管通路内への燃料油の吸込みをなくす火炎
伝ぱ管を提供する。 【解決手段】ガスタービンの隣接する燃焼器を接続する
火炎伝ぱ管がその両開放端に継手を有する中空管状体を
含み、中空管状体は略円形断面形状であり、両継手のほ
ぼ中間部で最大直径を有し、開放端のより小さい直径に
向って両方向にテーパが付けられている。更に、最大直
径領域に複数のパージ孔が配置される。

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燃焼器に関
し、特に、複数の燃焼室、或は、「缶」、がガスタービ
ンの軸中心線の周りの円周上に配列された構成に於いて
隣接する燃焼室間に延在する独特な形状の火炎伝ぱ管
（クロスファイ・チューブ）に関する。

【０００２】

【従来の技術】本出願人によって製造されるガスタービ
ンは所謂「カンニュラ」設計によるもので、これには、
１０、１４、或は、１８個の燃焼室、或は、缶がガスタ
ービンの軸中心線の周りの円周上に配列される。隣接す
る缶の間の火炎伝ぱ管の接続を除いて、燃焼缶は互いに
隔離されている。これらの管の名前がその作用、即ち、
点火期間に或缶から次の缶への火炎の横断を意味する。
現在のガスタービンの設計では、２個の缶に点火装置
（点火プラグ）を組込み、他の缶は隣接する点火された
缶から火炎伝ぱ管を通り抜ける火炎によって点火され
る。更に、本出願人によって製造される現在の乾式低Ｎ
Ｏx ガスタービンに於いて、予混合モードから希薄−希
薄モードへの移行期間に、火炎伝ぱ管は燃焼缶の点火さ
れた予混合領域から未点火の予混合領域へ火炎を通過さ
せなければならない。予混合モードでは、火炎伝ぱ管に
よって接続された燃焼器の領域には火炎がなく、その領
域は燃料と空気を予混合するのに使われ、希薄−希薄モ
ードではその同じ領域に火炎がある。予混合域の点火期
間であろうと、再点火期間であろうと、火炎伝ぱ管の具
体的な作用は、隣接する燃焼缶からの火炎を単に通過さ
せることである。この作用が生じるのは、普通、約数秒
である。ガスタービン動作の他の期間では、火炎伝ぱ管
は特別な作用をしない。

【０００３】火炎伝ぱ管が使用されていないときは、そ
れらは、隣接する缶からの燃焼による高温ガス或は予混
合域の未燃焼燃料の望ましくない通過に抵抗しなければ
ならない。室と室との圧力差によるこの連続する横断流
は、燃焼機器の幾何学的な僅かな差、各室への燃料の不
均等な分布、ガスタービン第一段ノズル通路の面積にば
らつき、等に起因する。高温ガスの連続する横断流は、
金属を融点まで加熱するために、燃焼ライナ或は火炎伝
ぱ管を永久的に破壊する。この横断流から保護するため
に、ライナ及び火炎伝ぱ管に対して何らかの冷却が行わ
れるが、高レベルの横断流に於いて保護するほど強いも
のではない。或缶から次の缶への未燃焼燃料の通過は、
受取る方の缶内に、付加的な燃料が燃焼器を突抜ける燃
料線を生じる状態を発生する。この付加的な燃料の燃焼
による高温線は燃焼構成部材の局所的な加熱を生じ、或
は、予混合モードで、火炎が燃料線と上流へ伝播し、逆
火現象が生じる状態を引起こすかもしれない。逆火現象
は予混合モード運転期間の予混合域の早すぎる望ましく
ない再点火であり、これは予混合モードからの一時的な
移行によりＮＯx 排出が桁の大きさで増加する。

【０００４】油燃料を用いて予混合モードで乾式低ＮＯ
x を運転する特定の要件は、油を火炎伝ぱ管に吸込ませ
さないことである。設計により保護がなされなければ、
点火の火炎伝播をするため火炎伝ぱ管の両端が燃料ノズ
ルに近接して配置されるので、この現象が起る可能性が
高い。十分な時間が与えられると、ガスタービン運転に
普通用いられる第２燃料油は４００乃至５００°Ｆより
上の温度で自動点火する。基準の動作温度は６００°Ｆ
より上であり、もしも実際に油が火炎伝ぱ管内にある
と、自動点火するか、高温ガスの横断流によって燃焼す
るまで、そこに留まる。

【０００５】本発明前は、火炎伝ぱ管の構造は、第１に
述べた問題、即ち、高温ガス及び／又は未燃焼燃料の横
断流を処理するように設計された。しかし、空気パージ
流の計算機流体動力学（ＣＦＤ：ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｆ
ｌｕｉｄ ｄｙｎａｍｉｃ）モデルは、管を通る横断流
を阻止するのは効果がないことを示している。従来のや
り方では、管の壁にドリル加工された４個の等間隔の対
抗する穴を有するそれぞれの端から管にパージ流は導入
される。管に入るパージ流によって生じる複数の空気ジ
ェットは、パージ空気が長軸の両方向に流れるように、
管軸中心線で合流する。横断流に対する主な抵抗は管中
心線に沿って生じ、管壁に向って減少することが分かっ
た。パージ空気流のこのようなパターンで、高温ガス或
は未燃焼燃料は、空気ジェット自身とは一致しない領域
を通して管壁に沿って空気パージ・ジェットを迂回する
可能性がある。したがって、冷却流が管の両端に存在し
ていても、流れる状態が存在する可能性があり、室間の
圧力差によって、室から室へガスの連続流が存在する。

【０００６】

【発明の目的】本発明の目的は次の通りである。 １．火炎伝ぱ管によってつながれた燃焼室間の高温燃焼
ガス或は未燃焼燃料の連続した横断流に対する改良した
抵抗を提供すること。 ２．火炎伝ぱ管通路内への燃料油の吸込みをなくすこ
と。

【０００７】３．機械の点火期間中、火炎伝ぱ管によっ
てつながれた一方の室から他方の室へ燃焼火炎を通す手
段を提供すること。 ４．ＧＥ式乾式低ＮＯx1燃焼システムに於いて、予混合
モードから希薄−希薄動作モードへの普通の機械移行期
間中に火炎伝ぱ管によってつながれた一方の室から他方
の室へ燃焼火炎を通す手段を提供すること。

【０００８】５．ＧＥ式乾式低ＮＯx1燃焼システムの燃
焼器予混合域への自動点火或は燃焼炎逆火の場合に、火
炎伝ぱ管によってつながれた一方の室から他方の室へ燃
焼火炎を通す手段を提供すること。

【０００９】

【発明の概要】本発明の特徴は、管の中間部でパージ空
気を導入することに関し、管の中間部から管の両端へ狭
まっていくテーパを含む管の再設計に関する。特に管の
外側端の面積が狭まっていくテーパは、管の両端で全断
面をパージ空気で埋まるようにパージ空気を加速し、且
つ、管壁に向わされる。したがって、管両端で一様な高
速流が生じ、これにより、油の吸込み及び室間の横断流
を抑制する。

【００１０】したがって、広い観点では、本発明はガス
タービンの隣接する燃焼器を接続する火炎伝ぱ管に関
し、火炎伝ぱ管は両開放端を有する中空管状体を含み、
中空管状体は略円形断面形状であり、管の中間部で最大
直径を有し、開放端のより小さい直径に向って両方向に
テーパが付けられている。別の観点では、本発明はガス
タービンの隣接する燃焼器を接続する火炎伝ぱ管に関
し、火炎伝ぱ管はその両開放端を有する中空管状体を含
み、中空管状体は略円形断面形状であり、管の中間部で
最大直径を有し、更に、中間部に設けられ複数のパージ
孔を含む。

【００１１】本発明の別の目的及び利点は次の詳細な説
明から明らかになる。

【００１２】

【本発明を実施する最適例】最初に図１をみると、従来
の設計による火炎伝ぱ管１０は略円筒形の雄部１２及び
略円筒形の雌部１４を含み、雌部は雄部１２をはめ込み
式に受入れ、適当な手段によってその部分に固定する拡
大端１６を有している。火炎伝ぱ管の内部は略一様な直
径の内壁２０、２０′によって特徴づけられている。複
数の空気パージ孔２２、２４がそれぞれの雄部１２及び
雌部１４のそれぞれの燃焼缶ライナー２６、２８に近接
した領域にドリル加工されている。この従来の火炎伝ぱ
管の設計による問題は上述したので、ここでは繰返さな
い。

【００１３】図２をみると、本発明の実施例による火炎
伝ぱ管は、雌部３２及び雄部３４を有する管状体３０を
含んでいる。雌部３２は一端に直径拡大部３６を有して
いて、管状体の中間部で雄部３４の対応する一端３８を
受けるようにされている。管の直径が最大のはめ込み継
手の領域で、雄部の内径は約２インチである。管中間部
にある結合領域の両側で火炎伝ぱ管の両部分の直径は両
端のより小さい直径である１インチに向って一様にテー
パが付けられ、小さい直径の両端はそれぞれ継手４４、
４６（継手自体は本発明の部分を構成しない）によって
隣接缶４０、４２に接続されている。管の全体の長さは
約１５インチである。雄部と雌部の界面における形状
は、即ち、直径は変化し、僅かに中間部で非対称である
が、下記の理由により管の動作には重要な影響を与えな
い。テーパの程度及び一様性は比較的重要な要素である
が、ここでの具体的な寸法は例示であって、必ずしも必
要とされているものではないことを了解されたい。

【００１４】火炎伝ぱ管組立体の雄部３４は、管の長さ
方向中間点の近く、即ち、雌部３６の自由端の近くで、
管壁をドリル加工で貫通した等間隔で特定の直径（０．
２９インチ）の多数の（実施例では６個）空気パージ孔
４８を有している。パージ孔の直径はガスタービンの特
定の用途に依存する。したがって、テーパを付けた火炎
伝ぱ管の設計の寸法上の重要な特徴は管の中間部の空気
パージ孔の位置であり、空気パージ孔の直径であり、且
つ、中間部から管端までのテーパの程度である。

【００１５】図示のように、火炎伝ぱ管組立体は圧力保
持容器５０によって囲まれていて、この圧力保持容器は
圧縮機排出ケーシングの外部の円筒形管である。他の用
途では、火炎伝ぱ管を圧縮機排出ケーシング内に含ませ
ることができる。圧縮機排出ケーシング５０又は燃焼流
スリーブとライナーよって形成される環体内から、空気
は火炎伝ぱ管の空気パージ孔４８に移送される。空気パ
ージ孔４８を通って流れるとき、形成される複数のジェ
ット流は合体し、従来の火炎伝ぱ管の設計の流れの特性
と同様に両長さ方向（図２において流の矢印）に向きを
転ずる。しかし、本発明では空気パージ流が管の両端に
向って外方に向けれるとき、テーパを付けた両半部分３
２、３４は空気パージ流を加速させ、管壁に向って移動
させる。管の両端では、空気パージ流は分布が一様にな
り、且つ、一定直径（円筒状）管であるよりも更に高速
になる。この流れの特徴は油が管に入るのを妨げるのに
必要な空気の運動量を発生する。更に、この特徴は、高
温ガス及び未燃焼燃料の連続した横断流を阻止するのに
際し従来の管の設計より効果的である。空気流が流路の
最後の約半分（両方向に於いて）に達するまで空気流は
管壁に十分に接触しないから、中間部の構造的不連続性
は、管の動作に害にならない。

【００１６】要約すると、本発明の独特な特徴は、
（１）管の中間部でパージ空気を導入する、（２）管の
ほぼ中間部から両方向外方に内部断面にテーパを付け
て、管の両端で狭くし、そこで隣接する燃焼ライナーに
結合する。従って、本発明は、火炎伝ぱ管で結合された
一燃焼室から他の燃焼室への高温燃焼ガス或は未燃焼燃
料の横断流をより効果的に阻止し、且つ、ＧＥ式乾式低
ＮＯx1燃焼器における予混合油動作期間に火炎伝ぱ管内
へ油燃料が吸込まれるのをなくすために、空気で火炎伝
ぱ管をパージする新しい方法を提供する。

【００１７】以上、本発明の最も実際的且つ好適実施例
と現在考えられるものについて説明したが、本発明は開
示した実施例に限定されるものではなく、特許請求の範
囲にの思想及びその範囲に含まれる様々な改変と均等な
構成が包含されることを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術の設計による火炎伝ぱ管の断面図であ
る。

【図２】隣接燃焼ライナー間に装着された、本発明によ
る火炎伝ぱ管の一部断面の側面図である。

【符号の説明】

３０ 管状体 ３２ 雌部 ３４ 雄部 ４８ 空気パージ孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョン・ルイージ・バタッグリオリ アメリカ合衆国、ニューヨーク州、グレン ヴィル、ノウルウッド・ドライブ、４番 (72)発明者 ウィリアム・シアドア・ベッヘテル，ザ・ セカンド アメリカ合衆国、ニューヨーク州、スコテ ィア、オールデ・コーチ・ロード、15番

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガスタービンの隣り合う燃焼器を接続する
   火炎伝ぱ管であって、該火炎伝ぱ管は両開放端を有する
   中空管状体を含み、該中空管状体は管の中間部で最大直
   径を有した略円形断面形状であり、該開放端のより小さ
   い直径に向って両方向にテーパが付けられている火炎伝
   ぱ管。
2. 【請求項２】更に、前記中間部に配置された複数のパー
   ジ空気孔を含む請求項１記載の火炎伝ぱ管。
3. 【請求項３】前記中空管状体は前記中間部で結合される
   ２つの部分で形成される請求項２記載の火炎伝ぱ管。
4. 【請求項４】前記２つの部分は雄部と雌部を含み、該雄
   部は前記中間部で該雌部にはめ込み式に受入られる請求
   項３記載の火炎伝ぱ管。