JPH1082527A - ガスタービン燃焼器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】燃焼に関与しない空気量の増大防止、低ＮＯｘ
化の特性の維持、タービン性能の向上、空気冷却性能お
よび構造強度の向上等を図る。 【解決手段】筒状の燃焼器ライナ２１、燃料を燃焼室内
に供給するパイロット燃料ノズル１８、燃料と空気との
予混合燃料を供給する予混合ダクト１９、燃焼ガスをタ
ービン１３側に導入する尾筒２０を備える。パイロット
燃料ノズルの燃料吹出し部および予混合ダクト内に燃焼
用空気を導入する空気流路を、燃焼器ライナとその外周
側に設けたフロースリーブとの間の環状空間２２によっ
て形成する。空気流路内で燃焼用空気を燃焼器ライナの
下流側から上流側に向って流動させることにより燃焼器
ライナの冷却空気として使用する。環状空間に面する燃
焼器ライナの外周面に、冷却空気の乱流促進手段とし
て、燃焼器ライナ軸方向と交差するリブ状のフィン２９
を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、火力発電プラン
ト、コンバインドサイクル発電プラント等に適用される
ガスタービン燃焼器に係り、特に燃焼用空気を燃焼器ラ
イナまたは尾筒の冷却空気としても使用するガスタービ
ン燃焼器の冷却性能改善技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、火力発電プラントやコンバインド
サイクル発電プラント等に適用されるガスタービンは、
一層の高効率化を目指して作動条件が高温、高圧化さ
れ、それに伴って燃焼ガス温度が高まる傾向にある。

【０００３】燃焼ガス温度が高まると、ガスタービン燃
焼器やタービン部品の耐用寿命長期化の観点から、構造
強度や材料強度の向上および過熱防止のための冷却性能
の向上等が必要となる。一般にガスタービンでは、ガス
タービン圧縮機からの圧縮空気をガスタービン燃焼器や
タービン部品の冷却に使用する空気冷却方式が多く採用
されており、この方式においては、ガスタービン燃焼器
の過熱防止のために冷却空気を多量に供給して冷却機能
を高めることが必要となる。

【０００４】また、燃焼ガス温度が高まると、排気ガス
中に含まれるＮＯｘ濃度が高くなり易いことから、その
防止手段として燃焼用空気を多量に供給して対燃料割合
を高める必要等も生じる。この排気ガス中のＮＯｘ低減
のために、燃焼用空気の対燃料割合を高める技術として
は、燃焼用空気と燃料とを予め混合させて稀薄燃料とし
て燃焼器に供給する予混合稀薄燃焼方式が開発されてい
る。この予混合稀薄燃焼方式によると、燃焼器ライナに
供給される燃料と空気とが均一に混合し、局所的火炎の
高温化が防止され、燃焼室内温度が均一となって低ＮＯ
ｘ化が図られる。

【０００５】ところで、予混合稀薄燃焼方式のガスター
ビン燃焼器においては、予混合用空気もガスタービン圧
縮器から供給される空気を利用している。したがって、
この予混合用空気の供給量を増大させると、ガスタービ
ン圧縮機からの空気を冷却空気として使用できる量が相
対的に低減することになる。このため、ガスタービンの
冷却性と予混合用空気量とを共に増大させつつ、ガスタ
ービンの高効率化を図るためには、ガスタービン燃焼器
の空気冷却能率をより一層向上させることが必要とな
る。

【０００６】図１３は、このような観点から開発された
高能率冷却手段の一例として、インピンジメント冷却に
よるガスタービン燃焼器１の冷却構造を示している。こ
のガスタービン燃焼器１では、燃焼器ライナ２の外周側
がスリーブ３によって覆われてその間に環状空間４が形
成されている。これらスリーブ３および燃焼器ライナ２
に、位置を異ならせて多数の空気孔５、６がそれぞれ穿
設してある。そして、スリーブ３の外周側を流れる高圧
空気ａを、そのスリーブ３の空気孔５から燃焼器ライナ
２に向かって噴出させ、その際の空気ａの燃焼器ライナ
２の外周面への衝突（インピンジメント）よって、燃焼
器ライナ２を高能率で冷却させることができる。冷却に
使用された空気ａは、その後燃焼器ライナ２の空気孔６
から燃焼室内７に導入され、燃焼に供される。

【０００７】また、図１４は他の例として、フィルム冷
却による燃焼器の冷却構造を示している。この技術で
は、燃焼器ライナ２が軸方向に多段構造とされ、その段
部に軸方向に沿う空気孔８が穿設されるとともに、その
燃焼器ライナ２の空気孔８下流側に軸方向に沿うガイド
板９が設けてある。そして、燃焼器ライナ２の外周面側
から空気孔８を介して流入した空気ａが、ガイド板９に
より燃焼器ライナ２の内周面に沿って薄い膜となって拡
散流動し、燃焼器ライナ２の内周面と燃焼室７内の高温
の燃焼ガスとの間でフィルム状の境界層を形成するよう
になっている。この境界層を形成する空気ａは、燃焼器
ライナ２から熱を奪って冷却作用を行うとともに、自ら
温度上昇して燃焼ガスと燃焼器ライナ２との間に温度勾
配層を形成して熱伝達率を低下させることで、燃焼器ラ
イナ２の温度を低下させる。なお、このフィルム冷却
は、図１３に示したインピンジメント冷却と同時採用さ
れる場合が多い。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図１３に示したインピ
ンジメント冷却において高い冷却性能を得るためには、
熱伝達率を高めるべく、スリーブ３の外周側空間と、内
周側空間つまり環状空間４との間で高い差圧を必要とす
る。しかし、この差圧の増大は燃焼器圧力損失の増大に
つながり、ガスタービン圧縮器の吐出圧力の上昇、また
は燃焼器出口圧力の低下を招くこととなり、ガスタービ
ン性能の向上に不利な影響を与える可能性がある。

【０００９】一方、図１４に示したフィルム冷却におい
て高い冷却性能を得るためには、燃焼器ライナ２の内周
面に沿う冷却空気の流量を増大させる必要がある。しか
し、この冷却空気は燃焼に関与しない空気であるから、
前述した予混合稀薄燃焼方式のガスタービン燃焼器に適
用した場合には、予混合燃料の当量比を高くする結果と
なり、局所的な火炎温度の上昇や温度分布の不均一を生
じて、低ＮＯｘ化の特性を損なう結果を招く可能性があ
る。

【００１０】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、差圧の増大や燃焼に関与しない空気量の増大を
防止して予混合稀薄燃焼方式による低ＮＯｘ化の特性を
維持しつつ、タービン性能の向上が図れるとともに、空
気冷却性能および構造強度の向上等が図れるガスタービ
ン燃焼器を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に記載の発明では、内部を燃焼室とする
筒状の燃焼器ライナと、この燃焼器ライナの上流側端部
に設けられ、燃料を前記燃焼室内に供給するパイロット
燃料ノズルと、このパイロット燃料ノズルの下流側に位
置して前記燃焼器ライナの周壁に接続され、燃料と空気
との予混合燃料を供給する予混合ダクトと、前記燃焼器
ライナの下流側端部に連結され、燃焼ガスをタービン側
に導入する尾筒とを備えた予混合稀薄燃焼方式のガスタ
ービン燃焼器であって、前記パイロット燃料ノズルの燃
料吹出し部および前記予混合ダクト内に燃焼用空気を導
入する空気流路を、前記燃焼器ライナとその外周側に設
けたフロースリーブとの間の環状空間によって形成し、
その空気流路内で燃焼用空気を前記燃焼器ライナの下流
側から上流側に向って流動させることにより前記燃焼器
ライナの冷却空気として使用するものにおいて、前記環
状空間に面する燃焼器ライナの外周面に、前記冷却空気
の乱流促進手段として、燃焼器ライナ軸方向と交差する
リブ状のフィンを設けたことを特徴とするガスタービン
燃焼器を提供する。

【００１２】請求項２の発明では、内部を燃焼室とする
筒状の燃焼器ライナと、この燃焼器ライナの上流側端部
に設けられ、燃料を前記燃焼室内に供給するパイロット
燃料ノズルと、このパイロット燃料ノズルの下流側に位
置して前記燃焼器ライナの周壁に接続され、燃料と空気
との予混合燃料を供給する予混合ダクトと、前記燃焼器
ライナの下流側端部に連結され、燃焼ガスをタービン側
に導入する尾筒とを備えた予混合稀薄燃焼方式のガスタ
ービン燃焼器であって、前記パイロット燃料ノズルの燃
料吹出し部および前記予混合ダクト内に燃焼用空気を導
入する空気流路を、前記燃焼器ライナおよび前記尾筒
と、これらの外周側にそれぞれ設けたフロースリーブお
よび尾筒外筒との間の環状空間によって形成し、その空
気流路内で空気を前記尾筒および前記燃焼器ライナの下
流側から上流側に向って流動させることにより前記尾筒
および前記燃焼器ライナの冷却空気として使用するもの
において、前記環状空間に面する尾筒および燃焼器ライ
ナの外周面に、前記冷却空気の乱流促進手段として、燃
焼器ライナ軸方向と交差するリブ状のフィンを設けたこ
とを特徴とするガスタービン燃焼器を提供する。

【００１３】請求項３の発明では、請求項１または２記
載のガスタービン燃焼器において、燃焼器ライナおよび
尾筒を囲むガスタービンケーシング内の空間がガスター
ビン圧縮器から供給される圧縮空気の流路とされてお
り、前記燃焼器ライナのフロースリーブの下流側端部ま
たは前記尾筒外筒の下流側端部に、前記圧縮空気の流路
から環状空間に連通する複数の空気流入孔を開口させた
ことを特徴とするガスタービン燃焼器を提供する。

【００１４】請求項４の発明では、請求項３記載のガス
タービン燃焼器において、空気流入孔は燃焼器ライナの
フロースリーブまたは尾筒外筒の軸方向に沿って複数開
口させ、これにより環状空間内での空気流れに沿う順流
方向で冷却空気の追加流入が行われるようにし、前記冷
却空気流入孔の数、その開口面積、または前記環状空間
の径方向高さを、前記フロースリーブおよび前記尾筒の
冷却空気圧力、流量、流速、または前記環状空間内の空
気圧力バランスに基づいて設定したことを特徴とするガ
スタービン燃焼器を提供する。

【００１５】請求項５の発明では、請求項２から４まで
のいずれかに記載のガスタービン燃焼器において、燃焼
器ライナとフロースリーブとによって形成される環状空
間は、尾筒外筒に設けた空気流入孔から流入される空気
量と、前記フロースリーブに設けられる空気流入孔から
流入される空気量との合算分に対応して、前記尾筒外周
側の環状空間よりも流路断面積を拡大させた設定とし、
かつ前記フロースリーブの空気流入孔部位には、前記尾
筒側の環状空間を流れる空気を尾筒外周面に向ける円錐
台形の案内筒を設けたことを特徴とするガスタービン燃
焼器を提供する。

【００１６】請求項６の発明では、請求項１から５まで
のいずれかに記載のガスタービン燃焼器において、燃焼
器ライナの外周面または尾筒の外周面に設けられた乱流
促進手段としてのリブ状のフィンに加え、フロースリー
ブの内周面または尾筒外筒の内周面側にも乱流促進手段
としてのリブ状のフィンを前記フィンと対向配置で設け
たことを特徴とするガスタービン燃焼器を提供する。

【００１７】請求項７の発明では、請求項６記載のガス
タービン燃焼器において、燃焼器ライナの外周面または
尾筒の外周面に設けられたフィンと、フロースリーブ内
周面または尾筒外筒の内周面側に設けられたフィンとの
相対位置は、燃焼器軸方向で一致する面対象位置となる
正則配列、あるいは燃焼器軸方向でピッチをずらした互
い違い配置であることを特徴とするガスタービン燃焼器
を提供する。

【００１８】請求項８の発明では、請求項１から７まで
のいずれかに記載のガスタービン燃焼器において、乱流
促進手段としてのフィンは、燃焼器ライナまたは尾筒の
周方向に連続または不連続な形状として設けられ、また
は環状空間部における軸方向熱伝達率の分布勾配に基づ
いて形状、寸法、配列数、軸方向距離を変化して設けら
れ、さらに環状空間の径方向高さは、前記環状空間部に
おける軸方向熱伝達率の分布勾配に基づいて変化してい
ることを特徴とするガスタービン燃焼器を提供する。

【００１９】請求項９の発明では、請求項１から８まで
のいずれかに記載のガスタービン燃焼器において、燃焼
器ライナの外周面または尾筒の外周面と、フロースリー
ブの内周面または尾筒外筒の内周面側との少なくともい
ずれか一方に、環状空間内での空気流れを燃焼器ライナ
軸方向に沿って規制する複数の整流板を設けたことを特
徴とするガスタービン燃焼器を提供する。

【００２０】請求項１０の発明では、請求項９記載のガ
スタービン燃焼器において、整流板は、燃焼器ライナ軸
方向に沿って形成されて冷却空気を直進させる直線状の
アクシャルリブ、または燃焼器ライナ軸方向に螺旋状に
湾曲形成されて冷却空気に旋回流を発生させる曲線状の
アクシャルリブであることを特徴とするガスタービン燃
焼器を提供する。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るガスタービン
燃焼器の実施形態について図１〜図１２を参照して説明
する。

【００２２】第１実施形態（図１〜図４） 本実施形態のガスタービン燃焼器は予混合稀薄燃焼方式
のものであり、図１はガスタービン燃焼器の全体構成を
示す断面図であり、図２は図１に示したガスタービン燃
焼器の燃焼器ライナ部分を一部断面で示す斜視図であ
り、図３は図２の一部を拡大して示す断面図であり、図
４は図１に示したガスタービン燃焼器の尾筒部分を示す
断面図である。

【００２３】図１に示すように、このガスタービン燃焼
器１１は、ガスタービン圧縮器１２とタービン１３との
間に位置してケーシング１４に支持されており、タービ
ン軸１５回りに間隔的に複数配置されている。

【００２４】このガスタービン燃焼器１１は、内部を燃
焼室１６とする筒状の燃焼器ライナ１７と、この燃焼器
ライナ１７の上流側端部に設けられ、燃料を燃焼室１６
内に供給するパイロット燃料ノズル１８と、このパイロ
ット燃料ノズル１８の下流側に位置して燃焼器ライナ１
７の周壁に連通接続され、燃料と空気との予混合燃料を
燃焼室１６に供給する複数の予混合ダクト１９と、燃焼
器ライナ１７の下流側端部に連結され、燃焼ガスをター
ビン１３側に導入する尾筒２０とを備えた構成とされて
いる。

【００２５】燃焼器ライナ１７の外周側はライナ外筒と
してのフロースリーブ２１で囲まれ、それらの間に環状
空間２２が形成されている。このフロースリーブ２１の
一端側がタービンケーシング１４にヘッドプレート１４
ａを介してパイロット燃料ノズル１８とともに固定され
ている。ヘッドプレート１４ａには、パイロット燃料ノ
ズル１８を囲む配置で予混合用燃料ｂを供給する予混合
燃料ノズル２３が設けられ、この予混合燃料ノズル２３
が予混合ダクト１９の空気入口端部２４に臨んでいる。
そして、空気入口端部２４が環状空間２２内に配置され
ている。

【００２６】一方、尾筒２０の外周側は尾筒外筒２５に
よって覆われ、これらの間に環状空間２６が形成されて
いる。この尾筒外筒２５がフロースリーブ２１に連結さ
れて両環状空間２２、２６が連通状態となっている。つ
まり、尾筒２０は燃焼器ライナ１７の外周面に当接する
状態で嵌合し、また尾筒外筒２５はフロースリーブ２１
の内周面に当接する状態で嵌合している。これにより、
両環状空間２２、２６が互いに連通しているものであ
る。

【００２７】本実施形態では、この尾筒外筒２５の燃焼
器ライナ軸方向最下流側端部位置に空気流入孔２７が開
口しており、ガスタービン圧縮器１２から送られる圧縮
空気ａが、ガスタービンケーシング内の空気の流路２８
を介して空気流入孔２７から環状空間２２、２６に流入
するようになっている。この環状空間２２、２６に流入
した空気ａは、尾筒２０の外周面および燃焼器ライナ１
７の外周面に接してこれらを冷却した後、その空気自信
が予熱されてパイロット燃料ノズル１８の周囲部および
予混合ダクト１９の空気入口端部２４に供給される。即
ち、空気ａは環状空間２２、２６内で冷却空気として使
用された後、燃焼用空気として使用されるものであり、
環状空間２２、２６は冷却空気流路となっている。

【００２８】そして、図２および図３に示すように、環
状空間２２に面する燃焼器ライナ１７の外周面に、冷却
空気の乱流促進手段として、燃焼器ライナ１７軸方向と
交差するリブ状のフィン２９が設けられている。このフ
ィン２９は、燃焼器ライナ１７の周方向に沿って連続し
たリブとして燃焼器ライナ１７と一体に形成されてお
り、かつ軸方向に沿って一定のピッチで間隔的に配置さ
れている。また、これらのフィン２９の断面は四角形状
であり、その突出高さは略一定とされている。

【００２９】また、図４に示すように、環状空間２６に
面する尾筒２０の外周面にも、その軸方向と交差する方
向に沿ってリブ状のフィン３０が設けられている。この
フィン３０は、尾筒２０の周方向に沿って連続したリブ
として尾筒２０と一体に形成されており、かつ軸方向に
沿って一定のピッチで間隔的に配置されている。また、
これらのフィン３０の断面も四角形状であり、その突出
高さは略一定とされている。

【００３０】しかして、ガスタービン圧縮器１２から供
給される空気ａはガスタービンケーシング１４内の空気
の流路２８から尾筒２０の下流側端部位置に開口した空
気流入孔２７を介して環状空間２６に流入する。流入し
た空気ａは、冷却空気として環状空間２２を通る間に尾
筒２０を冷却し、次いで燃焼器ライナ１７側の環状空間
２２に流動して燃焼器ライナ１７を冷却し、空気自体は
予熱された状態になって燃焼器ライナ１７の上流側に流
動する。そして前記のように、パイロット燃料ノズル１
８の周囲に移動して空気吹出し部から燃焼室１６内に流
入してパイロット燃料ノズル１８から噴出するパイロッ
ト燃料の燃焼に供されるとともに、環状空間２２内に配
置している予混合ノズル１９の空気入口端部２４から予
混合ダクト１９に入って燃料ｂと予混合され、予混合稀
薄燃料となって、吹出し口１９ａから燃焼室１６に噴出
される。

【００３１】このような本実施形態において、環状空間
２６、２２に面する尾筒２０および燃焼器ライナ１７の
外周面に、冷却空気の乱流促進手段として、燃焼器ライ
ナ１７軸方向と交差するリブ状のフィン３０、２９が設
けられているので、環状空間２６、２２を流れる空気の
乱流が促進される。

【００３２】即ち、環状空間２６、２２の軸方向に沿っ
て冷却空気が流れ、この冷却空気は、尾筒２０の外周面
および燃焼器ライナ１７の外周面に沿って層状に流れる
が、尾筒２０の外周面および燃焼器ライナ１７の外周面
に接する部位では境界層を形成する。この境界層となっ
た冷却空気の流れが、フィン３０、２９によって乱流と
なる。つまり、冷却空気の境界層は、各フィン３０、２
９の先端によって一旦剥離される状態となり、フィン３
０、２９を越えた後の下流側では尾筒２０の外周面およ
び燃焼器ライナ１７の外周面に再付着する状態となる。
再付着点近傍の境界層は薄くなり、境界層が薄いほうが
熱伝達率が大きくなることから、尾筒２０および燃焼器
ライナ１７に、複数の乱流促進手段としてのフィン３
０、２９が配列することによって、周期的な境界層の剥
離と再付着を行うことによって、熱伝達の促進効果が極
めて大きくなるものである。

【００３３】以上のように、冷却空気は、空気流入孔２
７、尾筒２０の環状空間２６、燃焼器ライナ１７の環状
空間２２の順に流れ、途中の乱流促進手段であるリブ状
のフィン３０、２９による冷却効果によって、尾筒２０
および燃焼器ライナ１７を適正な温度に冷却し、これら
の構造強度を保つように作用する。また、本実施形態の
冷却構造では、燃焼に直接関与しないで燃焼室１６に流
入する冷却用空気の量を低減し、燃焼用空気を冷却空気
として最大限に利用することができ、燃焼器全体の冷却
性能を向上させることができると同時に、低ＮＯｘ化に
有効な燃料の予混合化を可能とする等の効果が奏され
る。

【００３４】なお、本実施形態においては、燃焼器ライ
ナ１７および尾筒２０の両方にフィン２９、３０をそれ
ぞれ設けたが、燃焼器ライナ１７または尾筒２０のいず
れか一方のみにフィン２９，３０を設けた構成としても
よい。

【００３５】第２実施形態（図５） 図５は本実施形態によるガスタービン燃焼器の構成を示
す全体構成図である。

【００３６】本実施形態が前記の第１実施形態と異なる
点は、尾筒外筒２５の空気流入孔２７に加えて、燃焼器
ライナ１７を覆うフロースリーブ２１にも空気流入孔３
２を設けた点にある。他の構成は第１実施形態とほぼ同
様であるから、重複する説明は省略する。

【００３７】これら尾筒外筒２５の空気流入孔２７およ
びフロースリーブ２１の空気流入孔３２により、燃焼器
ライナ１７の軸方向に沿って環状空間２２に複数カ所か
ら空気が流入し、尾筒１７側の環状空間２６内から燃焼
器ライナ１７側の環状空間２２に流れる空気の順流方向
で冷却空気の追加流入が行われるようになっている。こ
れらの空気流入孔２７、３２の数、その開口面積、また
は環状空間２６、２２の径方向高さは、燃焼器ライナ１
７および尾筒２０の冷却空気圧力、流量、流速、または
環状空間２６、２２内の空気圧力バランス等が適正にな
るように設定されている。

【００３８】また、燃焼器ライナ１７とフロースリーブ
２１とによって形成される環状空間２２は、尾筒外筒２
５に設けられた空気流入孔２７から流入される空気量
と、フロースリーブ２１に設けられた空気流入孔３２か
ら流入される空気量との合算分に対応して、尾筒２０側
の環状空間２６よりも流路断面積を拡大させた設定とさ
れる。

【００３９】さらに、フロースリーブ２１の空気流入孔
３２部位には、尾筒２０側の環状空間２６を流れる空気
を尾筒２０の外周面に向ける円錐台形の案内筒３３が設
けられている。この合流部に設けられている円錐台形の
案内筒３３は、冷却用空気の流入を円滑にすると同時
に、尾筒２０側の環状空間２６からの冷却用空気との合
流による乱れを低減する機能を発揮するものである。

【００４０】本実施形態においては、ガスタービン圧縮
器１２から吐出された空気ａが、尾筒外筒２５の空気流
入孔２７と、フロースリーブ２１の空気流入孔３２との
軸方向二位置から環状空間２６、２２に流入する。そし
て、尾筒２０の冷却に供された空気が尾筒２０の燃焼器
ライナ１７側の端部でフロースリーブ２１の冷却空気孔
３２から流入してきた空気と合流する。この場合、合流
部に設けられている円錐台形の案内筒３３は、冷却用空
気の流入を円滑にすると同時に、尾筒２０側の環状空間
２６からの冷却用空気との合流による乱れを低減する。
また、尾筒２０側の空気流入孔２７と燃焼器ライナ１７
側の空気流入孔３２との関係から、各空気流れ部での空
気流量を得る圧力は適正にバランスし、かつ乱流促進用
のフィン３０、２９で発生する圧力損失と冷却性能とが
適性になる。

【００４１】したがって、以上の冷却構造を有する本実
施形態のガスタービン燃焼器においても、燃焼に直接関
与しないで燃焼室１６に流入する冷却用空気の量が低減
され、燃焼用空気を冷却空気として最大限に利用するこ
とができるとともに、燃焼器全体の冷却性能を向上させ
ることができ、かつ低ＮＯｘ化に有効な燃料の予混合化
が可能となる。特に本実施形態においては、２カ所に分
けた空気流入口２７、３２から冷却用の空気が供給され
ることで、一部の空気が環状空間２６、２２の途中位置
である燃焼器ライナ１７部分から流入し、この部位から
未加熱の状態の冷却用の空気が供給されることになって
冷却性能の一層の向上が図られる。

【００４２】第３実施形態（図６，７） 図６は本実施形態によるガスタービン燃焼器の燃焼器ラ
イナ１７部分を一部断面で示す斜視図であり、図７は図
６の一部を拡大して示す断面図である。

【００４３】本実施形態のガスタービン燃焼器が前記各
実施形態と異なる点は、燃焼器ライナ１７側の環状空間
２２内に、空気流れを燃焼器ライナ１７の軸方向に沿う
ように規制する複数の整流板、即ちアクシャルリブ３４
を設けた点にある。他の構成は前記各実施形態とほぼ同
様であるから、重複する説明は省略する。

【００４４】本実施形態におけるアクシャルリブ３４
は、燃焼器ライナ１７の外周面に一体的に突出して設け
られ、軸方向に沿って直線形状に配置されるとともに、
複数本のものが周方向に間隔的に配置され、冷却空気を
燃焼器ライナ１７の軸方向に沿って直進させるようにな
っている。

【００４５】このような本実施形態の構成によると、燃
焼器ライナ１７の乱流促進用のフィン２９に沿う周方向
の流れや、加工組立て誤差によって環状空間２２が偏心
した場合の周方向に沿う不均一な流れが、アクシャルリ
ブ３４によって抑制または調整されるので、冷却空気の
流れを燃焼器ライナ１７の軸方向に沿って円滑かつ均一
化できるようになる。

【００４６】また、アクシャルリブ３４を燃焼器ライナ
１７に一体的に設けた本実施形態によると、空気流れの
整流作用と同時に放熱フィンとしての機能も有するもの
となり、燃焼器ライナ１７の冷却を促進する効果も奏さ
れる。したがって、このアクシャルリブ３４の列ピッチ
等の寸法形状については、燃焼器ライナ１７に必要な冷
却性能およびリブ状フィン２９の形状、冷却性能等との
関連において、適正に決定することが望ましい。

【００４７】なお、図示しないが、本実施形態のアクシ
ャルリブ３４に加えて、尾筒の外周面側にもアクシャル
リブを設けてもよく、またフロースリーブ２１側のアク
シャルリブ３４を省略し、尾筒側のアクシャルリブのみ
を設けることも可能である。

【００４８】第４実施形態（図８，９） 図８は本実施形態のガスタービン燃焼器における燃焼器
ライナ１７部分を一部断面で示す斜視図であり、図９は
図８の一部を拡大して示す断面図である。

【００４９】本実施形態のガスタービン燃焼器は、前記
第３実施形態の構成を変形したもので、整流板としての
フロースリーブ２１側にアクシャルリブ３５が設けられ
ている。他の構成については前記第３実施形態とほぼ同
様であるから、重複する説明は省略する。

【００５０】本実施形態のアクシャルリブ３５も、燃焼
器ライナ１７の軸方向に沿って直線形状に配置されると
ともに、複数本のものが周方向に間隔的に配置され、冷
却空気を燃焼器ライナ１７の軸方向に沿って直進させる
ようになっている。

【００５１】このような本実施形態の構成によっても、
燃焼器ライナ１７の乱流促進用のフィン２９に沿う周方
向の流れや、加工組立て誤差によって環状空間２２が偏
心した場合の周方向に沿う不均一な流れが、アクシャル
リブ３５によって抑制または調整されるので、冷却空気
の流れを燃焼器ライナ１７の軸方向に沿って円滑かつ均
一化できるようになる。

【００５２】そして、特に本実施形態の場合には、燃焼
器ライナ１７に対するフロースリーブ２１の最終組立て
時において、アクシャルリブ３５が環状空間２２を仕切
るように構成されているので、燃焼器ライナ１７の加工
が単純化できる等の利点が得られる。

【００５３】なお、本実施形態のアクシャルリブ３５に
加え、図示しないが尾筒の外周面側にもアクシャルリブ
を設けてもよく、またフロースリーブ２１側のアクシャ
ルリブ３５を省略し、尾筒側のアクシャルリブのみを設
けることも可能である。

【００５４】第５実施形態（図１０） 図１０は本実施形態のガスタービン燃焼器における燃焼
器ライナ１７部分を拡大して示す断面図である。

【００５５】本実施形態のガスタービン燃焼器では、燃
焼器ライナ１７（または尾筒２０）の外周面に設けられ
た乱流促進手段としてのリブ状のフィン２９、３０に加
えて、フロースリーブ２１（または尾筒外筒２５）の内
周面側に、乱流促進手段としてのリブ状のフィン３６が
設けられている。他の構成については前記各実施形態と
ほぼ同様であるから、重複する説明は省略する。

【００５６】図示の例では、フロースリーブ２１に設け
られるフィン３６が、燃焼器ライナ１７に設けられるフ
ィン２９と対向し、かつ半ピッチずれた互い違いの位置
に規則的に配列されている。なお、図示しないが両フィ
ン２９、３６を軸方向で一致した面対象位置に同ピッチ
で正則配列として設けてもよく、また異なるピッチで不
正則な配置としてもよい。なお、図示しないが尾筒外筒
の内周面側にフィンを設ける場合も同様である。

【００５７】このような構成の本実施形態によると、フ
ロースリーブ２１等の側に設けたフィン３６が燃焼器ラ
イナ１７等の側に設けたフィン２９と同様に機能し、冷
却用空気流れに直角な流れ方向の速度分布を発生させる
ので、燃焼器ライナ１７等のフィン２９で発生する境界
層の剥離およびその下流部での再付着作用を、さらに積
極的に促進させる機能が付与され、これにより燃焼器ラ
イナ１７等の冷却効果を一層向上できる効果が奏され
る。なお、本実施形態においては、各フィン２９、３６
が全体組立て時に対向する配置となるので、燃焼器ライ
ナ１７の加工が特に複雑となることもなく、冷却効果が
向上できる利点もある。

【００５８】第６実施形態（図１１） 図１１は本実施形態のガスタービン燃焼器における燃焼
器ライナ１７部分を拡大して示す断面図である。

【００５９】本実施形態のガスタービン燃焼器では、環
状空間２２の断面積が冷却空気の流れ方向（燃焼器軸方
向）に沿って次第に縮小されるとともに、同様に冷却空
気の流れ方向で燃焼器ライナ１７の外周面に設けられた
フィン２９の高さが次第に低く、かつフィンピッチが次
第に小さくなっている。他の構成については前記各実施
形態とほぼ同様である。

【００６０】このような本実施形態の構成によれば、環
状空間２２の軸方向熱伝達率分布勾配および分布形態を
任意に設定することが容易となり、燃焼器内部の軸方向
燃焼ガス温度分布によって生じる燃焼器ライナ１７のメ
タル温度分布を一様にすることが可能となる。

【００６１】なお、前記構成と関連して、乱流促進手段
としてのフィンは、燃焼器ライナ１７または尾筒２０の
周方向に連続または不連続な形状として設けることが任
意に選択でき、また環状空間２２、２６部における軸方
向熱伝達率の分布勾配に基づいて形状、寸法、配列数、
軸方向距離を変化して設けることが可能である。さら
に、環状空間２２の径方向高さは、前記環状空間２２部
における軸方向熱伝達率の分布勾配に基づいて種々変化
させることができる。

【００６２】第７実施形態（図１２） 図１２は本実施形態のガスタービン燃焼器における燃焼
器ライナ１７部分を一部断面で示す斜視図である。

【００６３】本実施形態のガスタービン燃焼器では、整
流板としてのアクシャルリブが、燃焼器ライナ１７の軸
方向に沿って螺旋状に湾曲形成され、冷却空気に旋回流
を発生させる曲線状のアクシャルリブ３７とされてい
る。他の構成については前記各実施形態とほぼ同様であ
る。

【００６４】このような本実施形態の構成によれば、曲
線状のアクシャルリブ３７に沿って空気流れが旋回流と
なり、環状空間２２内での冷却性能を選択的に変化させ
ることが可能となる。

【００６５】なお、本実施形態では曲線状のアクシャル
リブ３７をフロースリーブ２１の内周面側に設けた場合
を図示したが、これは燃焼器ライナ１７の加工を容易に
する点で有利な場合を例示したものであって、この曲線
状のアクシャルリブ３７を燃焼器ライナ１７の外周面に
設けることも可能である。

【００６６】また、前記の各構成を尾筒側に設けること
が可能なことも勿論である。

【００６７】他の実施形態 以上の実施形態のほか、本発明においては種々の変形が
可能である。例えばフィンの断面形状を三角形、Ｖ形、
その他各種形状としたり、フィンを環状空間内で傾斜配
置とする等である。このようにして、ガスタービン燃焼
器の型式、大きさ等に適合した構成とすることができ
る。

【００６８】

【発明の効果】以上で詳述したように、本発明によれ
ば、燃焼器軸方向に配列した乱流促進手段としてのリブ
状フィンによって燃焼器ライナまたは尾筒の外周におけ
る冷却空気による冷却性を高めるようにしたので、特に
燃焼器空気圧力損失を増大させたり、燃焼に直接関与し
ない冷却水流量を増大させることもなく、予混合燃焼用
空気流量を増大させることが可能となる。したがって、
冷却性能の向上と同時に、燃焼器の高温化およびＮＯｘ
生成主要因となる火炎温度を低下させる超稀薄燃焼条件
を成立させることが容易に可能とすることができ、ガス
タービン燃焼器の一層の高温化および低ＮＯｘ化に有効
に対処できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るガスタービン燃焼器の第１実施形
態を示す全体構成図。

【図２】前記第１実施形態における燃焼器ライナ部分を
一部断面で示す斜視図。

【図３】図２の一部を示す拡大断面図。

【図４】前記第１実施形態における尾筒部分示す拡大断
面図。

【図５】本発明に係るガスタービン燃焼器の第２実施形
態を示す全体構成図。

【図６】本発明に係るガスタービン燃焼器の第３実施形
態における燃焼器ライナ部分を一部断面で示す斜視図。

【図７】図６の一部を示す拡大断面図。

【図８】本発明に係るガスタービン燃焼器の第４実施形
態における燃焼器ライナ部分を一部断面で示す斜視図。

【図９】図８の一部を示す拡大断面図。

【図１０】本発明に係るガスタービン燃焼器の第５実施
形態における燃焼器ライナ部分を示す拡大断面図。

【図１１】本発明に係るガスタービン燃焼器の第６実施
形態における燃焼器ライナ部分を示す拡大断面図。

【図１２】本発明に係るガスタービン燃焼器の第７実施
形態における燃焼器ライナ部分を一部断面で示す斜視
図。

【図１３】従来例を説明するための燃焼器ライナ部分を
示す拡大断面図。

【図１４】他の従来例を説明するための燃焼器ライナ部
分を示す拡大断面図。

【符号の説明】

１１ ガスタービン燃焼器 １２ ガスタービン圧縮器 １３ タービン １４ ケーシング １４ａ ヘッドプレート １５ タービン軸 １６ 燃焼室 １７ 燃焼器ライナ １８ パイロット燃料ノズル １９ 予混合ダクト ２０ 尾筒 ２１ フロースリーブ ２２ 環状空間 ２３ 予混合燃料ノズル ２４ 空気入口端部 ２５ 尾筒外筒 ２６ 環状空間 ２７ 空気流入孔 ２８ 空気の流路 ２９ フィン ３０ フィン ３２ 空気流入孔 ３３ 案内筒 ３４ アクシャルリブ ３５ アクシャルリブ ３６ フィン ３７ アクシャルリブ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部を燃焼室とする筒状の燃焼器ライナ
   と、この燃焼器ライナの上流側端部に設けられ、燃料を
   前記燃焼室内に供給するパイロット燃料ノズルと、この
   パイロット燃料ノズルの下流側に位置して前記燃焼器ラ
   イナの周壁に接続され、燃料と空気との予混合燃料を供
   給する予混合ダクトと、前記燃焼器ライナの下流側端部
   に連結され、燃焼ガスをタービン側に導入する尾筒とを
   備えた予混合稀薄燃焼方式のガスタービン燃焼器であっ
   て、前記パイロット燃料ノズルの燃料吹出し部および前
   記予混合ダクト内に燃焼用空気を導入する空気流路を、
   前記燃焼器ライナとその外周側に設けたフロースリーブ
   との間の環状空間によって形成し、その空気流路内で燃
   焼用空気を前記燃焼器ライナの下流側から上流側に向っ
   て流動させることにより前記燃焼器ライナの冷却空気と
   して使用するものにおいて、前記環状空間に面する燃焼
   器ライナの外周面に、前記冷却空気の乱流促進手段とし
   て、燃焼器ライナ軸方向と交差するリブ状のフィンを設
   けたことを特徴とするガスタービン燃焼器。
2. 【請求項２】 内部を燃焼室とする筒状の燃焼器ライナ
   と、この燃焼器ライナの上流側端部に設けられ、燃料を
   前記燃焼室内に供給するパイロット燃料ノズルと、この
   パイロット燃料ノズルの下流側に位置して前記燃焼器ラ
   イナの周壁に接続され、燃料と空気との予混合燃料を供
   給する予混合ダクトと、前記燃焼器ライナの下流側端部
   に連結され、燃焼ガスをタービン側に導入する尾筒とを
   備えた予混合稀薄燃焼方式のガスタービン燃焼器であっ
   て、前記パイロット燃料ノズルの燃料吹出し部および前
   記予混合ダクト内に燃焼用空気を導入する空気流路を、
   前記燃焼器ライナおよび前記尾筒と、これらの外周側に
   それぞれ設けたフロースリーブおよび尾筒外筒との間の
   環状空間によって形成し、その空気流路内で空気を前記
   尾筒および前記燃焼器ライナの下流側から上流側に向っ
   て流動させることにより前記尾筒および前記燃焼器ライ
   ナの冷却空気として使用するものにおいて、前記環状空
   間に面する尾筒および燃焼器ライナの外周面に、前記冷
   却空気の乱流促進手段として、燃焼器ライナ軸方向と交
   差するリブ状のフィンを設けたことを特徴とするガスタ
   ービン燃焼器。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載のガスタービン燃
   焼器において、燃焼器ライナおよび尾筒を囲むガスター
   ビンケーシング内の空間がガスタービン圧縮器から供給
   される圧縮空気の流路とされており、前記燃焼器ライナ
   のフロースリーブの下流側端部または前記尾筒外筒の下
   流側端部に、前記圧縮空気の流路から環状空間に連通す
   る複数の空気流入孔を開口させたことを特徴とするガス
   タービン燃焼器。
4. 【請求項４】 請求項３記載のガスタービン燃焼器にお
   いて、空気流入孔は燃焼器ライナのフロースリーブまた
   は尾筒外筒の軸方向に沿って複数開口させ、これにより
   環状空間内での空気流れに沿う順流方向で冷却空気の追
   加流入が行われるようにし、前記冷却空気流入孔の数、
   その開口面積、または前記環状空間の径方向高さを、前
   記フロースリーブおよび前記尾筒の冷却空気圧力、流
   量、流速、または前記環状空間内の空気圧力バランスに
   基づいて設定したことを特徴とするガスタービン燃焼
   器。
5. 【請求項５】 請求項２から４までのいずれかに記載の
   ガスタービン燃焼器において、燃焼器ライナとフロース
   リーブとによって形成される環状空間は、尾筒外筒に設
   けた空気流入孔から流入される空気量と、前記フロース
   リーブに設けられる空気流入孔から流入される空気量と
   の合算分に対応して、前記尾筒外周側の環状空間よりも
   流路断面積を拡大させた設定とし、かつ前記フロースリ
   ーブの空気流入孔部位には、前記尾筒側の環状空間を流
   れる空気を尾筒外周面に向ける円錐台形の案内筒を設け
   たことを特徴とするガスタービン燃焼器。
6. 【請求項６】 請求項１から５までのいずれかに記載の
   ガスタービン燃焼器において、燃焼器ライナの外周面ま
   たは尾筒の外周面に設けられた乱流促進手段としてのリ
   ブ状のフィンに加え、フロースリーブの内周面または尾
   筒外筒の内周面側にも乱流促進手段としてのリブ状のフ
   ィンを前記フィンと対向配置で設けたことを特徴とする
   ガスタービン燃焼器。
7. 【請求項７】 請求項６記載のガスタービン燃焼器にお
   いて、燃焼器ライナの外周面または尾筒の外周面に設け
   られたフィンと、フロースリーブ内周面または尾筒外筒
   の内周面側に設けられたフィンとの相対位置は、燃焼器
   軸方向で一致する面対象位置となる正則配列、あるいは
   燃焼器軸方向でピッチをずらした互い違い配置であるこ
   とを特徴とするガスタービン燃焼器。
8. 【請求項８】 請求項１から７までのいずれかに記載の
   ガスタービン燃焼器において、乱流促進手段としてのフ
   ィンは、燃焼器ライナまたは尾筒の周方向に連続または
   不連続な形状として設けられ、または環状空間部におけ
   る軸方向熱伝達率の分布勾配に基づいて形状、寸法、配
   列数、軸方向距離を変化して設けられ、さらに環状空間
   の径方向高さは、前記環状空間部における軸方向熱伝達
   率の分布勾配に基づいて変化していることを特徴とする
   ガスタービン燃焼器。
9. 【請求項９】 請求項１から８までのいずれかに記載の
   ガスタービン燃焼器において、燃焼器ライナの外周面ま
   たは尾筒の外周面と、フロースリーブの内周面または尾
   筒外筒の内周面側との少なくともいずれか一方に、環状
   空間内での空気流れを燃焼器ライナ軸方向に沿って規制
   する複数の整流板を設けたことを特徴とするガスタービ
   ン燃焼器。
10. 【請求項１０】 請求項９記載のガスタービン燃焼器に
    おいて、整流板は、燃焼器ライナ軸方向に沿って形成さ
    れて冷却空気を直進させる直線状のアクシャルリブ、ま
    たは燃焼器ライナ軸方向に螺旋状に湾曲形成されて冷却
    空気に旋回流を発生させる曲線状のアクシャルリブであ
    ることを特徴とするガスタービン燃焼器。