JPH1163499A - ガスタービン燃焼器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】冷却機能・空力機能に優れた冷却構造の適用を
可能にしたガスタービン燃焼器を提供する。 【解決手段】本発明に係るガスタービン燃焼器は、燃焼
器内筒２４の燃焼領域部３７側および燃焼器内筒２４の
全域の少なくとも一方にリブ３９を設け、燃焼外筒２３
を上流外筒部２３ｃと下流外筒部２３ｄに分割し、下流
外筒部２３ｄから下流外筒部２３ｃに向ってリング片４
０を設けたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービン燃焼
器に係り、特に限られた冷却媒体で効果的にガスタービ
ン燃焼器の構成部品を冷却するガスタービン燃焼器に関
する。

【０００２】

【従来の技術】最近のガスタービンは、高出力化、高熱
効率を求めて高温化の進展が目覚ましく、ひところの燃
焼ガス温度７００℃、９００℃から１１００℃、１３０
０℃を経て１５００℃以上になりつつある。

【０００３】このように、加速度的に急上昇するガスタ
ービンの高温化の中で、ガスタービン燃焼器は、苛酷な
運転条件が強いられており、その運転条件の中で、冷却
媒体、例えば空気を使用して効果的にその構成部品を冷
却する、冷却化への対応と、高温化に伴って格段と生成
されるＮＯｘの低濃度化への対応がある。

【０００４】ＮＯｘの低濃度化は、希薄予混合燃焼方式
と称して予め燃料に空気を投入させておき、燃焼の際、
燃焼ガス温度を低く抑えることで対応させている。

【０００５】また、ガスタービン燃焼器の構成部品の冷
却化は、各構成部品の壁面に沿って空気をフィルム状に
流す、いわゆるフィルム冷却だと空気を多量に消費する
ので、このフィルム冷却を半減させ、それに代って積極
的に空気に乱を与えて熱伝達係数を高める対流冷却や、
各構成部品に空気を噴流衝突させ、その衝突の際に熱を
奪うインピンジ冷却を組み合わせて対応させている。

【０００６】このように、最近のガスタービン燃焼器で
は、希薄予混合燃焼方式といい、また対流冷却やインピ
ンジ冷却といい、各種の冷却方式を組み合わせて高温化
に対処しており、その構成として図１１に示すものがあ
る。

【０００７】全体を符号１で示すガスタービン燃焼器
は、ケーシング２ａ，２ｂ内に収容され、その上流側か
ら下流側に向って順に、筒状の燃焼器ライナ４（内
筒）、筒状の燃焼器尾筒５（トラジションピース）を備
え、ガスタービン６の入口に設置したガスタービン静翼
７に接続する構成になっている。このガスタービン燃焼
器１は、ガスタービン６の容量（出力）に応じてその缶
数を増減させているが、通常、６〜１２の缶数を設置し
ている。

【０００８】また、ガスタービン燃焼器１は、燃焼器ノ
ズル３から噴出する燃料の燃焼ガスを促進する空気や燃
焼器ライナ４および燃焼器尾筒５を冷却する空気を、空
気圧縮機８から求めており、空気圧縮機８からの高圧空
気ＡＲを中間筒８ａを介して燃焼器ライナ４や燃焼器尾
筒５に案内し、フィルム冷却、対流冷却、インピンジ冷
却を巧みに組み合わせて燃焼器ライナ４や燃焼器尾筒５
を冷却させている。

【０００９】燃焼器尾筒５は、外筒９と内筒１０の２重
筒に形成し、外筒９の周方向に沿ってインピンジ孔１１
を設け、空気圧縮機８からの高圧空気ＡＲをインピンジ
孔１１を介して内筒１０に噴流衝突させて冷却してい
る。

【００１０】また、燃焼器尾筒５は、その固定点をガス
タービン静翼７側に置き、燃焼ガスにより軸方向および
半径方向に熱伸びが生じたとき、燃焼器ライナ４側に移
動できるようその端部を自由端１２にしている。

【００１１】一方、燃焼器ライナ４は、その外側を同心
状に配置したフロースリーブ１３で空気通路１４を形成
している。

【００１２】この空気通路１４は、燃焼器尾筒５の内筒
１０をインピンジ冷却させた後の高圧空気ＡＲに、フロ
ースリーブ１３の自由端１５から流入する高圧空気ＡＲ
を合流させ、その合流空気の一部を燃焼器ライナ４に設
けた冷却孔１６を介してその燃焼器ライナ４の内壁面に
沿って流し、フィルム冷却を行わせると同時に、残りの
合流空気を燃焼器ライナ４の外壁面に対流冷却をさせつ
つ燃焼器ノズル３に案内し、燃料の燃焼ガスの生成の促
進として供給するようになっている。

【００１３】他方、燃焼器ライナ４は、その頭部側のフ
ロースリーブ１３との間にストッパ１７を設けるととも
に、その後流側の燃焼器尾筒５の内筒１０との間に、ス
プリングシール１８を介装させ、その固定点をストッパ
１７に置き、燃焼ガスにより軸方向および半径方向に熱
伸びが生じたとき、スプリングシール１８で吸収するよ
う構成されている。

【００１４】このように、従来のガスタービン燃焼器１
では、燃焼器ライナ４や燃焼器尾筒５等の構成部品に、
フィルム冷却、対流冷却、インピンジ冷却を巧みに組み
合わせ、限られた高圧空気ＡＲの効果的な活用により、
強度維持を図りつつ、高温化に対処させていた。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】さて、ガスタービン
は、その燃焼ガス温度（ガスタービン入口温度）が１５
００℃以上になりつつある今日、ガスタービン燃焼器に
上述のフィルム冷却、対流冷却、インピンジ冷却を組み
合わせて強度確保に努めていても、冷却性能的に、また
空力性能的に自ずと限界があり、以下に示すいくつかの
問題点が発生している。

【００１６】第１に、高温化に対処するために、インピ
ンジ冷却を強化する場合、ガスタービン燃焼器の構成部
品の全域に亘ってインピンジ孔を設けなければならな
い。しかし、ガスタービン燃焼器の構成部品の全域に亘
ってインピンジ孔を設けると、従来よりも過量に高圧空
気を消費する。高圧空気は、本来、燃焼ガスの生成の促
進に供給するものであり、インピンジ冷却によく多く消
費すると、プラント熱効率が従来に較べて格段と低くな
り、不利になる。

【００１７】第２に、対流冷却を強化することが考えら
れる。しかし、燃焼器尾筒とガスタービンとの接続部分
は、構造が複雑になっているため、例えば高圧空気に強
制的な乱れを与えて熱伝達係数を高めるリブ等の突き出
し片を取り付けようとも取り付けることができず、冷却
不足による損傷事故が発生する。

【００１８】第３に、インピンジ冷却と対流冷却との併
用強化が考えられる。しかし、燃焼器ライナと燃焼器尾
筒との接続部分は、互に重ね合わせてオーバラップさ
せ、互の熱膨張による熱伸びをスプリングシールで吸収
させているので、この部分にインピンジ孔や突き出し片
を設けることが構造的に難しい。このため、この部分の
冷却は、フィルム冷却に専ら頼ることになるが、フィル
ム冷却用の孔を設けると、その孔からはずれた周辺部分
との間に熱応力差が出、高温化に伴ってますます熱応力
差が高くなり、強度の維持が難しくなることはもとよ
り、スプリングシールの機能維持も低くなる。

【００１９】第４に、フロースリーブと燃焼器尾筒と
は、別々のケーシングで支持されており、温度分布に応
じて別々に膨張する。特に、フロースリーブは、一端が
燃焼器ノズル側の頭部に支持され、また他端が自由端に
なっているので、熱膨張により燃焼器尾筒の共通の軸心
との間に偏位が生じ、冷却通路の開口面積に広狭変動が
生じる。冷却通路の開口面積が狭くなると、上述合流空
気の流入量も少なくなり、燃焼器ライナの対流冷却が不
足し、局所的に過度な熱応力が発生し、焼損事故の要因
になる。

【００２０】第５に、ケーシング、燃焼器尾筒、フロー
スリーブ等の構成部は、取付精度、組立精度があまり高
くないので、ガスタービン燃焼器の各缶に上述冷却通路
の開口面積の変動に伴って軸心上のバラツキが出、ガス
タービン内に不均一な燃焼ガス温度分布を発生させ、ガ
スタービン効率上、好ましくない。

【００２１】このように、従来のガスタービン燃焼器で
は、構造上の制約があり、また冷却用の高圧空気に限り
があるため、各構成部品を試行錯誤的に検討・改良を加
えても高温化に信頼をもって充分に答えることができて
いなかった。

【００２２】本発明は、このような事情に基づいてなさ
れたもので、冷却性能・空力性能に優れた冷却構造の適
用を可能にしたガスタービン燃焼器を提供することを目
的とする。

【００２３】また、発明は、冷却性能・空力性能に優れ
た冷却構造を適用する場合の信頼性の高い支持構造を備
えたガスタービン燃焼器を提供することを目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明に係るガスタービ
ン燃焼器は、上述の目的を達成するために請求項１に記
載したように、焼器ノズルから噴射した燃料で燃焼ガス
を生成する燃焼領域部とその燃焼ガスをガスタービンに
案内する遷移部とに区分けする燃焼器内筒と、この燃焼
器内筒の外側を包囲して空気通路を形成する燃焼器外筒
とを備えたガスタービン燃焼器において、上記燃焼器内
筒の燃焼領域部側および上記燃焼器内筒の全域の少なく
とも一方にリブを設けるとともに、上記燃焼器外筒を上
流外筒部と下流外筒部とに分割し、この下流外筒部から
上流外筒部に向って延びるリング片を備えたものであ
る。

【００２５】本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述
の目的を達成するために請求項２に記載したように、リ
ング片は、上流外筒部および下流外筒部との間に空気を
案内する空気通路口を形成するとともに、燃焼器内筒の
燃焼領域部側に縮流通路を形成したものである。

【００２６】本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述
の目的を達成するために請求項３に記載したように、リ
ング片は、上流外筒部から突き出たピンで支持すること
を特徴とするものである。

【００２７】本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述
の目的を達成するために請求項４に記載したように、リ
ング片は、上流外筒部から延びたステーで支持すること
を特徴とするものである。

【００２８】本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述
の目的を達成するために請求項５に記載したように、リ
ング片は、平坦部と隆起部とを備え、平坦部を上流外筒
部から延びるステーで支持するとともに、隆起部に下流
外筒部の熱伸びを抑制する手段を備えたものである。

【００２９】本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述
の目的を達成するために請求項６に記載したように、下
流外筒部の熱伸びを抑制する手段は、リング片の隆起部
に設けたシールリングを、上記下流外筒部の端部を覆設
する押え板に挿通したものである。

【００３０】本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述
の目的を達成するために請求項７に記載したように、燃
焼器内筒と上流外筒部との間に空気通路を形成し、この
空気通路は燃焼器ノズル側に向って拡開通路に形成した
ものである。

【００３１】本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述
の目的を達成するために請求項８に記載したように、燃
焼器内筒は、燃焼領域部と遷移部とを連続一体に形成す
る筒状の胴体であることを特徴とするものである。

【００３２】本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述
の目的を達成するために請求項９に記載したように、燃
焼器ライナに遷移内筒ダクトを接続させた燃焼器内筒の
頭部側に、パイロット燃料ノズルと予混合用燃料ノズル
とを備えるとともに、上記燃焼器内筒の外側にメイン燃
料ノズルと予混合ダクトとを備えたメイン燃料部を設け
る一方、上記燃焼器内筒および上記メイン燃料部を包囲
する燃焼器外筒を備えたガスタービン燃焼器において、
上記燃焼器ライナにリブを設けるとともに、上記燃焼器
外筒を上流外筒部と下流外筒部とに分割し、この下流外
筒部から上流外筒部に向って延びるリング片を備える一
方、上記燃焼器ライナと上記遷移内筒ダクトとの接続部
分にシール部を備えたものである。

【００３３】本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述
の目的を達成するために請求項１０に記載したように、
予混合ダクトは、ダクトスプリングを介装させて外被で
覆設するとともに、その予混合ダクト出口を燃焼ライナ
に設けたカラーに挿通させたものである。

【００３４】本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述
の目的を達成するために請求項１１に記載したように、
ダクトスプリングは板ばねであることを特徴とするもの
である。

【００３５】本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述
の目的を達成するために請求項１２に記載したように、
燃焼器ライナと遷移内筒ダクトとの接続部分に設けたシ
ール部は板ばねであり、この板ばねは、一端を上記燃焼
ライナに設けた受け部に当接させる一方、他端を上記燃
焼器ライナの端部に固設し、上記遷移内筒ダクトに押圧
力を与えたものである。

【００３６】本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述
の目的を達成するために請求項１３に記載したように、
板ばねは、スリットを形成することを特徴とするもので
ある。

【００３７】本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述
の目的を達成するために請求項１４に記載したように、
シール部で覆設された燃焼器ライナは、端部に溝を形成
するとともに、上記溝と受け部との間にリブを備えたも
のである。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るガスタービン
燃焼器の実施の形態を添付図面および図中に付した部品
番号を引用して説明する。

【００３９】図１は、本発明に係るガスタービン燃焼器
の第１実施形態を示す一部切欠き概略組立断面図であ
る。

【００４０】本実施形態に係るガスタービン燃焼器２０
は、ケーシング２１ａ，２１ｂ内に収容され、燃焼ガス
の上流側から下流側に向う流れに沿って順に、燃焼器ノ
ズル２２、燃焼器外筒２３、燃焼器内筒２４を備え、そ
の燃焼器内筒２４の出口端を、ガスタービン２５の入口
に設置したガスタービン静翼２６に接続する構成になっ
ている。なお、ガスタービン燃焼器２０は、ガスタービ
ン２５に対し、複数缶を環状に設置している。

【００４１】また、燃焼器外筒２３は、その途中で２分
割し、分割した自由端２３ａ，２３ｂに空気通路口２７
を形成する上流外筒部２３ｃと下流外筒部２３ｄとを備
えている。上流外筒部２３ｃは、燃焼器内筒２４の外側
を同心状に包囲して空気通路２７ａを形成するととも
に、その頭部側を拡開通路２８に形成する一方、その途
中にサポート部２９を備えてケーシング２１ａに固設す
る構成になっている。

【００４２】サポート部２９は、上流外筒部２３ｃに固
設したブロック２９ａと燃焼器内筒２４に固設したブロ
ック２９ｂとを備え、上流外筒部２３ｃに固設したブロ
ック２９ａに形成した溝２９ｃに、燃焼器内筒２４に固
設したブロック２９を差し込んで摺動自在に移動させる
ことができるようになっている。なお、このサポート部
２９は、上流外筒部２３ｃおよび燃焼器内筒２４の周方
向に沿って、例えば３個所設置されている。さらに、燃
焼器内筒２４と燃焼器ノズル２２との接合部は、互に金
属同士を接合させておくか、あるいは板ばねを介装させ
ておくかのいずれかの構造になっている。この部分は、
比較的温度が低いので、万一、軸方向に熱伸びが生じて
もスライドできるようになっているので、過度な応力を
発生させることがない。なお、燃焼器内筒２４と燃焼器
ノズル２２との接合部は、隙間ばめによる接合構造にし
てもよい。

【００４３】下流外筒部２３ｄは、燃焼器内筒２４の外
側を包囲して空気通路３０を形成するとともに、その周
方向に沿ってインピンジ孔３１を設け、空気圧縮機３２
の中間筒３３を介して供給された高圧空気ＡＲをインピ
ンジ孔３１に案内し、ここで燃焼器内筒２４に噴流衝突
させて冷却するようになっている。

【００４４】また、下流外筒部２３ｄは、その内側に取
付け金具３４を介してケーシング２１ｂに固設するとと
もに、その下流側にガスタービン２５から延びる支持部
材３５で支持する構成になっている。さらに、下流外筒
部２３ｄおよび燃焼器内筒２４の出口端は、ともにガス
タービン２５から突き出た支持片３６で支持されてい
る。

【００４５】一方、燃焼器内筒２４は、その上流側に燃
焼ノズル２２から噴射した燃料で燃焼ガスを生成する燃
焼領域部３７と、燃焼領域部３７で生成された燃焼ガス
をガスタービン２５のガスタービン静翼２６に案内する
絞り形状の遷移部３８とに区分けし、燃焼領域部３７と
遷移部３８とを連続一体に形成する筒状の胴体構造にな
っている。

【００４６】燃焼領域部３７の胴体は、その外周側の軸
方向に沿って等間隔に配置した突き出し状のリブ３９を
備えている。このリブ３９は、燃焼領域部３７の胴体と
一体削り出し、または燃焼領域部３７の胴体と別々に作
製し、溶接等で接合させてもよい。また、このリブ３９
は、燃焼領域部３７の胴体から一体削り出しにする場
合、数値制御を備えた切削加工機を用いてその胴体の半
径方向に対し、傾斜状に削成してもよい。なお、燃焼領
域部３７と遷移部３８とは軸方向に沿って連続一体の胴
体に形成しているが、燃焼領域部３７の胴体が円形の筒
状であり、絞り形状の遷移部３８の胴体の出口端が扇状
の四辺形であり、互に異形状になっているので、燃焼領
域部３７の胴体と遷移部３８の胴体との接続部分に溶融
接合または拡散接合を適用すれば低コストで、円滑に接
続することができる。

【００４７】他方、遷移部３８の胴体の外側に配置され
た下流外筒部２３ｄの自由端２３ｂには、リング弁４０
が組み込まれている。このリング片４０は、図２に示す
ように、燃焼領域部３７の胴体の全周を覆うようにその
上流側に延び、上流外筒部２３ｃの自由端２３ａとの間
で空気供給口２７を形成するとともに、その反対側を燃
焼領域部３７の胴体との間で縮流通路４１を形成するよ
うになっている。

【００４８】次に作用を説明する。

【００４９】燃焼領域部３７と遷移部３８とを連続一体
の胴体に形成する燃焼器内筒２４の外表面は、空気圧縮
機３２から供給される高圧空気ＡＲにより冷却される。

【００５０】まず、高圧空気ＡＲは、空気圧縮機３２の
中間筒３３を介して下流外筒部２３ｄの周方向に設けら
れたインピンジ孔３１に供給され、ここで遷移部３８の
胴体に噴流衝突させ、その衝突の際に熱を奪って遷移部
３８の胴体を冷却する。遷移部３８の胴体を冷却させた
高圧空気ＡＲは、図２に示すように、リング片４０と燃
焼領域部３７の胴体とで形成された縮流通路４１に流れ
る。この場合、遷移部３８の胴体に噴流衝突した高圧空
気ＡＲは、その軸流速度が低くなっているが、縮流通路
４１を通過する際、増速され、さらに、燃焼領域部３７
の胴体に設けたリブ３９によりその流れが乱されて熱伝
達係数が向上するので、遷移部３８の胴体および燃焼領
域部３７の胴体を良好に冷却することができる。

【００５１】縮流通路４１を出た高圧空気ＡＲは、リブ
３９によりその流れが乱され圧力損失が大きくなってい
る。しかし、縮流通路４１を出た高圧空気ＡＲは、上流
外筒部２３ｃの自由端２３ａと下流外筒部２３ｄの自由
端２３ｂとの間に形成される空気通路口２７から案内さ
れた高圧空気ＡＲのエジェクタ効果で誘引されるので、
燃焼領域部３７の胴体の空気通路２７ａに良好に合流さ
せて流すことができる。

【００５２】縮流通路４１の出口側で合流した高圧空気
ＡＲは、図１に示すように、空気通路２７ａを流れる
際、リブ３９によりその流れが乱され熱伝達係数を高め
て燃焼領域部３７の胴体を対流冷却させた後、拡開通路
２８で圧力を回復させて、燃料ノズル２２から噴射する
燃料の燃焼ガスの生成の促進として供給される。

【００５３】一方、上流外筒部２３ｃは、その頭部側に
設けたサポート部２９のブロック２９ａ，２９ｂが摺動
できるようになっており、またその端部を自由端２３ａ
にし、熱伸びを遷移部３８の胴体側に逃すようにしてい
るので、燃焼領域部３７の胴体に過度な熱応力を発生さ
せることがない。さらに、下流外筒部２３ｄも、その一
端を自由端２３ｂにし、その他端を支持部材３５および
支持片３６で支持し、熱伸びを燃焼領域部３７の胴体側
に逃すようにしているので、熱伸びに対して充分に対応
することができる。

【００５４】このように、本実施形態では、燃焼領域部
３７と遷移部３８とに区分けする燃焼器内筒２４を連続
一体の胴体に形成し、燃焼器内筒２４を包囲する燃焼器
外筒２３を上流外筒部２３ｃと下流外筒部２３ｄとの２
分割にし、下流外筒部２３ｄに設けたインピンジ孔３１
を介して空気圧縮機３２からの高圧空気ＡＲで遷移部３
８の胴体をインピンジ冷却させ、インピンジ冷却後の高
圧空気ＡＲをリング片４０により形成された縮流通路４
１で増速させて燃焼領域部３７の胴体を対流冷却させ、
さらに、上流外筒部２３ｃと下流外筒部２３ｄとの間で
形成された空気通路口２７から供給された高圧空気ＡＲ
でインピンジ冷却後の高圧空気ＡＲを誘引して合流さ
せ、その合流空気で燃焼領域部３７の胴体に設けたリブ
３９により乱れを与えて燃焼領域部３７の胴体を対流冷
却させたので、限られた高圧空気でも燃焼器内筒に過度
な熱応力を発生させることもなく良好な冷却を行うこと
ができ、高温化に充分に対処することができる。

【００５５】図３は、本発明に係るガスタービン燃焼器
の第１実施形態における燃焼器外筒の第１実施例を示す
部分概略拡大図である。なお、第１実施形態の構成部品
と同一部分または対応する部分には同一符号を付す。

【００５６】本実施例は、燃焼器外筒２３を上流外筒部
２３ｃと下流外筒部２３ｄとの２分割にし、下流外筒部
２３ｄの自由端２３ｂに、燃焼領域部３７の胴体との間
に縮流通路４１を形成するリング片４０を組み込むとと
もに、上流外筒部２３ｃの自由端２３ａに固定したピン
４３を、リング片４０の突き出し片４２に設けたピン穴
４４に挿通させたものである。

【００５７】リング片４０は、燃焼領域部３７の胴体の
周方向に沿って形成し、突き出し片４２のピン穴４４を
ピン４３よりも口径を若干大きくし、ピン穴４４の位置
的誤差や上流外筒部２３ｃの熱伸びを吸引できるように
なっている。

【００５８】本実施例は、下流外筒部２３ｄの自由端２
３ｂにリング片４０と組み込み、リング片４０の突き出
し片４２に、上流外筒部２３ｃの自由端２３ａに固定し
たピン４３を挿通させたので、上流外筒部２３ｃと下流
外筒部２３ｄの運転中の心ずれを防止することができ、
互の熱伸びも吸収することができる。

【００５９】図４は、本発明に係るガスタービン燃焼器
の第２実施形態を示す一部切欠き概略組立断面図であ
る。なお、第１実施形態の構成部品または対応する部分
には同一符号を付す。

【００６０】本実施形態は、燃焼領域部３７と遷移部３
８とに区分けする部分を、連続一体の胴体に形成する燃
焼器内筒２４の外表面全域に亘ってリブ３９を設けると
ともに、燃焼器外筒部２３を上流外筒部２３ｃと下流外
筒部２３ｄとに２分割して空気通路口２７を形成し、下
流外筒部２３ｄの自由端２３ｂにリング片４０を組み込
む一方、リング片４０と上流外筒部２３ｃとの間にステ
ー４５を設けたものである。

【００６１】本実施形態は、第１実施形態と異なり、燃
焼器内筒２４の遷移部３８の胴体まで延長させてリブ３
９を設け、この部分をインピンジ孔３１によるインピン
ジ冷却と、リブ３９による対流冷却を組み合せたので、
空気圧縮機３２から供給される高圧空気ＡＲを少なくさ
せて遷移部３８の胴体を良好に冷却することができ、少
なくさせた高圧空気ＡＲを燃焼ガスの生成に振向けてプ
ラント熱効率を向上させることができる。なお、本実施
形態は、燃焼器内筒２４の遷移部３８の胴体を冷却させ
るにあたり、インピンジ冷却と対流冷却を併用させて冷
却用に消費する高圧空気ＡＲを少なくさせているので、
第１実施形態と異なりインピンジ孔３１のピッチを大き
くし、その口径を小さくしている。

【００６２】また、本実施形態は、図５に示すように、
２分割した上流外筒部２３ｃと下流外筒部２３ｄの、そ
の下流外筒部２３ｄの自由端２３ｂにリング片４０を組
み込む一方、リング片４０と上流外筒部２３ｃとの間に
ステー４５を設けているので、上流外筒部２３ｃと下流
外筒部２３ｄとの心ずれを防ぐことができ、この心ずれ
防止に伴って空気通路口２７から供給された高圧空気Ａ
Ｒで縮流通路４４を通る高圧空気ＡＲを効果的に誘引
し、形状が変化する燃焼領域部３７の胴体と遷移部３８
の胴体とを均一に冷却させることができる。

【００６３】図６は、本発明に係るガスタービン燃焼器
の第２実施形態における燃焼器外筒の第１実施例を示す
部分概略拡大図である。なお、第２実施形態の構成部品
と同一部分または対応する部分には同一符号を付す。

【００６４】本実施例は、２分割した上流外筒部２３ｃ
と下流外筒部２３ｄの、その下流外筒部２３ｄの自由端
２３ｂに組み込んだリング片４０の気密性と、熱伸びに
よる移動の吸収性を図ったものである。

【００６５】リング片４０は、平坦部４６と隆起部４７
とで形成されている。平坦部４６は、上流外筒部２３ｃ
を支持するステー４５を備えている。また、隆起部４７
は、シールリング４８を介して下流外筒部２３ｄの自由
端２３ｂの外側を囲う押え板４９に挿通させている。さ
らに、自由端２３ｂは、下流外筒部２３ｄの端部を支持
して外被５０でシールしている。

【００６６】このように本実施例では、リング片４０の
隆起部４７に設けたシールリング４８を、下流外筒部２
３ｄの自由端２３ｂの押え板４９に挿通させて摩擦接触
を利用するとともに、自由端２３ｂと下流外筒部２３ｄ
の端部とを外被５０でシールしているので、空気通路３
０から縮流通路４４に流れる高圧空気ＡＲのシールを確
実にすることができ、また熱伸びに対しても摩擦接触を
利用して吸収することができ、燃焼器内筒２４のインピ
ンジ冷却と対流冷却との併用を確実に行わせることがで
きる。

【００６７】図７は、本発明に係るガスタービン燃焼器
の第３実施形態を示す一部切欠き概略組立断面図であ
る。なお、第１実施形態の構成部品または対応する部分
には同一符号を付す。

【００６８】本実施形態に係るガスタービン燃焼器２０
は、燃焼ガスを生成する燃焼領域部３７と生成した燃焼
ガスをガスタービン２５のガスタービン静翼２６に案内
する遷移部３８とに区分けして連続一体の胴体に形成し
ていた燃焼器内筒２４を、燃焼ガスを生成する燃焼器ラ
イナ５１と生成した燃焼ガスをガスタービン２５のガス
タービン静翼２６に案内する絞り形状の遷移内筒ダクト
５２との２分割に形成し、燃焼器ライナ５１と遷移内筒
ダクト５２との接続部分にシール部５３を設けるととも
に、燃焼器ライナ５１の外側にメイン燃料部５４を備え
たものである。

【００６９】ガスタービン２５が高温化すると、これに
比例してガスタービン燃焼器２０から生成される燃焼ガ
スのＮＯｘ濃度も高くなることが知られている。このた
め、本実施形態では、燃焼器ライナ５１の頭部に、パイ
ロット燃料ノズル５５と予混合用燃料ノズル５６とを備
え、ガスタービン燃焼器２０の起動運転時、パイロット
燃料ノズル５５から燃焼器ライナ５１に噴射するパイロ
ット燃料で保炎（火種）を確保し、この保炎を基に予混
合用燃料ノズル５６から燃焼器ライナ５１に噴射する燃
料に、空気圧縮機３２から空気通路２７ａ、拡開通路２
８、空気口５７を介して案内された高圧空気ＡＲを加え
た予混合燃料で燃焼ガスを生成し、ガスタービン２５が
中間負荷になると、パイロット燃料ノズル５５から燃焼
器ライナ５１に噴射するパイロット燃料を断ち、メイン
燃料部５４から噴射するメイン燃料に、高圧空気ＡＲを
加えて予混合化し、その予混合燃料ＭＦでガスタービン
駆動用燃焼ガスを生成し、その燃焼ガス中に含まれるＮ
Ｏｘを低濃化したものである。

【００７０】メイン燃料部５４は、メイン燃料口５８か
らヘッドプレート５９のメイン燃料ヘッド６０を介して
接続されたメイン燃料ノズル６１と、ケーシング２１ａ
内に収容され、かつ上流外筒部２３ｃの軸方向に沿う外
被６３で覆設された予混合ダクト６２とを備えた構成に
なっている。

【００７１】予混合ダクト６２は、図８に示すように、
筒状の燃焼器ライナ５１の周方向に沿って例示として８
個設けられている。また、予混合ダクト６２は、外被６
３との間に、例えば板ばね等のダクトスプリング６４を
介装させ、ダクトスプリング６４の弾性力により燃焼器
ライナ５１の中心に向うように押圧支持されている。

【００７２】また、外被６３は、一方の予混合ダクト６
２と隣りの予混合ダクト６２との間を凹状部６５に形成
し、空気通路２７ａの開口面積を小さくし、ここを通過
する高圧空気ＡＲを増速させ、熱伝達係数を高めて燃焼
器ライナ５１の対流冷却の向上を図っている。

【００７３】また、予混合ダクト６２は、燃焼器ライナ
５１の半径方向に向って延びる予混合ダクト出口６６
と、この予混合ダクト出口６６を支持するカラー６７と
を備えている。予混合ダクト出口６６を支持するカラー
６７は、図９に示すように、燃焼器ライナ５１と一体に
形成され、その口径を予混合ダクト出口６６に較べて比
較的大きく設定して隙間６８を設け、予混合燃料ＭＦの
熱で膨出する予混合ダクト出口６６の変位を吸収するよ
うになっている。

【００７４】一方、軸方向に沿ってリブ３９を備えた燃
焼器ライナ５１と遷移内筒ダクト５２とを包囲する燃焼
器外筒２３は、図７に示すように、その途中で２分割
し、分割した自由端２３ａ，２３ｂに空気通路口２７を
形成する上流外筒部２３ｃと下流外筒部２３ｄとを備え
ている。上流外筒部２３ｃは、燃焼器ライナ５１の外側
を包囲して空気通路２７ａを形成し、また、下流外筒部
２３ｄは遷移内筒ダクト５２との間に空気通路３０を形
成している。

【００７５】また、下流外筒部２３ｄは、その自由端２
３ｂから上流側に向って延び、かつ上流外筒部２３ｃの
自由端２３ａにオーバラップさせたリング片４０を組み
込むとともに、燃焼器ライナ５１と遷移内筒ダクト５２
との接続部分にシール部５３を設けている。

【００７６】燃焼器ライナ５１と遷移内筒ダクト５２と
の接続部分は、その具体的構成を図１０で示すと、燃焼
器ライナ５１上に遷移内筒ダクト５２をオーバラップさ
せ、燃焼器ライナ５１と遷移内筒ダクト５２との間に一
端を燃焼器ライナ５１の端部６９に固定し、他端を燃焼
器ライナ５１に設けた受け部７０に当接させた、例えば
板ばね等のシール部５３を設けている。このシール部５
３は、燃焼ライナ５１の周方向に沿って設けられて遷移
内筒ダクト５２を押圧するとともに、その周方向の適宜
の位置にスリット７１を形成している。また、燃焼器ラ
イナ５１は、軸方向と交差する方向にリブ３９を等間隔
に備えるとともに、シール部５３を支持固定する端部６
９に軸方向に延びる凹状の溝７２を形成している。

【００７７】このように構成された燃焼器ライナ５１と
遷移内筒ダクト５２との接続部分において、空気通路３
０から供給された高圧空気ＡＲは、その一部がシール部
５３のスリット７１を介して燃焼器ライナ５１のリブ３
９に流れ、ここで受け部７０側と溝７２側とに分流さ
れ、この間、リブ３９により流れが乱され、熱伝達係数
を高めて対流冷却を行い、燃焼器ライナ５１を冷却す
る。さらに、高圧空気ＡＲは、溝７２に流れ、燃焼器ラ
イナ５１の端部６９を対流冷却させる。一方、受け部７
０に流れた高圧空気ＡＲは、その隙間７３を介して燃焼
器ライナ５１の上流側に流れ、ここで空気通路３０から
の高圧空気ＡＲと合流し、その合流空気をリブ３９によ
り乱れを与え、燃焼器ライナ５１に対流冷却を行わせ
る。

【００７８】このように、本実施形態では、限られた高
圧空気ＡＲで燃焼ライナ５１と遷移内筒ダクト５２との
接続部分を、その周方向の全域に亘って均一に冷却する
ので、その接続部分に過度な熱応力を発生させることな
く、ガスタービン２５の高温化に充分に対処することが
できる。

【００７９】

【発明の効果】以上の説明の通り、本発明に係るガスタ
ービン燃焼器は、燃焼ガスを生成する燃焼領域部と、生
成した燃焼ガスをガスタービンに供給する遷移部とを区
分ける燃焼器内筒の全域および燃焼領域部の胴体のう
ち、いずれか少なくとも一方にリブを設けるとともに、
遷移部の胴体の外側を包囲する下流外筒部にインピンジ
孔を形成し、燃焼器内筒の全域に亘って対流冷却とイン
ピンジ冷却とを組み合わせて冷却させたので、限られた
高圧空気で燃焼器内筒を均一に冷却することができ、ガ
スタービンの高温化に充分に対処することができる。

【００８０】また、本発明に係るガスタービン燃焼器
は、燃焼ガスを生成する燃焼領域部と、生成した燃焼ガ
スをガスタービンに供給する遷移部と区分けする燃焼器
内筒の外側を包囲形成する燃焼器外筒を、上記外筒部と
下流外筒部とに２分割し、２分割した下流外筒部の端部
にリング片を組み込んで縮流通路を形成し、縮流通路を
流れる高圧空気で燃焼領域部の胴体と遷移部の胴体との
接続部分を対流冷却させたので、その接続部分に過度な
熱応力を発生させることなく、ガスタービンの高温化に
対しその強度を充分に高く維持することができる。

【００８１】また、発明に係るガスタービン燃焼器は、
燃焼器外筒を、上流外筒部と下流外筒部とに２分割し、
２分割した下流外筒部の端部にリング片を組み込んで縮
流通路を形成し、縮流通路を通る高圧空気を、リング片
の反対側の空気通路から供給される高圧空気のエジクタ
効果を利用して誘引させたので、高圧空気の圧力損失を
少なくさせて燃焼器内筒の上流側を対流冷却させること
ができる。

【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
態を示す一部切欠き概略組立断面図。

【図２】本発明に係るガスタービン燃焼器の第１実施形
態における燃焼器外筒の部分概略拡大図。

【図３】本発明に係るガスタービン燃焼器の第１実施形
態における燃焼器外筒の第１実施例を示す部分概略拡大
図。

【図４】本発明に係るガスタービン燃焼器の第２実施形
態を示す一部切欠き概略組立断面図。

【図５】本発明に係るガスタービン燃焼器の第２実施形
態における燃焼器外筒の部分概略拡大図。

【図６】本発明に係るガスタービン燃焼器の第２実施形
態における燃焼器外筒の第１実施例を示す部分概略拡大
図。

【図７】本発明に係るガスタービン燃焼器の第３実施形
態を示す一部切欠き概略組立断面図。

【図８】図７のＡ−Ａ矢視切断断面図。

【図９】図８の部分拡大断面図。

【図１０】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と遷移内筒ダクトとの接続部
分を示す概略斜視図。

【図１１】従来のガスタービン燃焼器を示す一部切欠き
概略断面図。

【符号の説明】

１ ガスタービン燃焼器 ２ａ ケーシング ２ｂ ケーシング ３ 燃焼器ノズル ４ 燃焼器ライナ ５ 燃焼器尾筒 ６ ガスタービン ７ ガスタービン静翼 ８ 空気圧縮機 ８ａ 中間筒 ９ 外筒 １０ 内筒 １１ インピンジ孔 １２ 自由端 １３ フロースリーブ １４ 空気通路 １５ 自由端 １６ 冷却孔 １７ ストッパ １８ スプリングシール ２０ ガスタービン燃焼器 ２１ａ ケーシング ２１ｂ ケーシング ２２ 燃焼器ノズル ２３ 燃焼器外筒 ２３ａ 自由端 ２３ｂ 自由端 ２３ｃ 上流外筒部 ２３ｄ 下流外筒部 ２４ 燃焼器内筒 ２５ ガスタービン ２６ ガスタービン静翼 ２７ 空気通路口 ２７ａ 空気通路 ２８ 拡開通路 ２９ サポート部 ２９ａ ブロック ２９ｂ ブロック ２９ｃ 溝 ３０ 空気通路 ３１ インピンジ孔 ３２ 空気圧縮機 ３３ 中間筒 ３４ 取付け金具 ３５ 支持部材 ３６ 支持片 ３７ 燃焼領域部 ３８ 遷移部 ３９ リブ ４０ リング片 ４１ 縮流通路 ４２ 突き出し片 ４３ ピン ４４ ピン穴 ４５ ステー ４６ 平坦部 ４７ 隆起部 ４８ シールリング ４９ 押え板 ５０ 外被 ５１ 燃焼器ライナ ５２ 遷移内筒ダクト ５３ シール部 ５４ メイン燃料部 ５５ パイロット燃料ノズル ５６ 予混合用燃料ノズル ５７ 空気口 ５８ メイン燃料口 ５９ ヘッドプレート ６０ メイン燃料ヘッダ ６１ メイン燃料ノズル ６２ 予混合ダクト ６３ 外被 ６４ ダクトスプリング ６５ 凹状部 ６６ 予混合ダクト出口 ６７ カラー ６８ 隙間 ６９ 端部 ７０ 受け部 ７１ スリット ７２ 溝 ７３ 隙間

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼器ノズルから噴射した燃料で燃焼ガ
   スを生成する燃焼領域部とその燃焼ガスをガスタービン
   に案内する遷移部とに区分けする燃焼器内筒と、この燃
   焼器内筒の外側を包囲して空気通路を形成する燃焼器外
   筒とを備えたガスタービン燃焼器において、上記燃焼器
   内筒の燃焼領域部側および上記燃焼器内筒の全域の少な
   くとも一方にリブを設けるとともに、上記燃焼器外筒を
   上流外筒部と下流外筒部とに分割し、この下流外筒部か
   ら上流外筒部に向って延びるリング片を備えたことを特
   徴とするガスタービン燃焼器。
2. 【請求項２】 リング片は、上流外筒部および下流外筒
   部との間に空気を案内する空気通路口を形成するととも
   に、燃焼器内筒の燃焼領域部側に縮流通路を形成したこ
   とを特徴とする請求項１に記載のガスタービン燃焼器。
3. 【請求項３】 リング片は、上流外筒部から突き出たピ
   ンで支持することを特徴とする請求項１に記載のガスタ
   ービン燃焼器。
4. 【請求項４】 リング片は、上流外筒部から延びたステ
   ーで支持することを特徴とする請求項１に記載のガスタ
   ービン燃焼器。
5. 【請求項５】 リング片は、平坦部と隆起部とを備え、
   平坦部を上流外筒部から延びるステーで支持するととも
   に、隆起部に下流外筒部の熱伸びを抑制する手段を備え
   たことを特徴とする請求項１に記載のガスタービン燃焼
   器。
6. 【請求項６】 下流外筒部の熱伸びを抑制する手段は、
   リング片の隆起部に設けたシールリングを、上記下流外
   筒部の端部を覆設する押え板に挿通したことを特徴とす
   る請求項５に記載のガスタービン燃焼器。
7. 【請求項７】 燃焼器内筒と上流外筒部との間に空気通
   路を形成し、この空気通路は燃焼器ノズル側に向って拡
   開通路に形成したことを特徴とする請求項１に記載のガ
   スタービン燃焼器。
8. 【請求項８】 燃焼器内筒は、燃焼領域部と遷移部とを
   連続一体に形成する筒状の胴体であることを特徴とする
   請求項１に記載のガスタービン燃焼器。
9. 【請求項９】 燃焼器ライナに遷移内筒ダクトを接続さ
   せた燃焼器内筒の頭部側に、パイロット燃料ノズルと予
   混合用燃料ノズルとを備えるとともに、上記燃焼器内筒
   の外側にメイン燃料ノズルと予混合ダクトとを備えたメ
   イン燃料部を設ける一方、上記燃焼器内筒および上記メ
   イン燃料部を包囲する燃焼器外筒を備えたガスタービン
   燃焼器において、上記燃焼器ライナにリブを設けるとと
   もに、上記燃焼器外筒を上流外筒部と下流外筒部とに分
   割し、この下流外筒部から上流外筒部に向って延びるリ
   ング片を備える一方、上記燃焼器ライナと上記遷移内筒
   ダクトとの接続部分にシール部を備えたことを特徴とす
   るガスタービン燃焼器。
10. 【請求項１０】 予混合ダクトは、ダクトスプリングを
    介装させて外被で覆設するとともに、その予混合ダクト
    出口を燃焼ライナに設けたカラーに挿通させたことを特
    徴とする請求項９に記載のガスタービン燃焼器。
11. 【請求項１１】 ダクトスプリングは板ばねであること
    を特徴とする請求項１０に記載のガスタービン燃焼器。
12. 【請求項１２】 燃焼器ライナと遷移内筒ダクトとの接
    続部分に設けたシール部は板ばねであり、この板ばね
    は、一端を上記燃焼ライナに設けた受け部に当接させる
    一方、他端を上記燃焼器ライナの端部に固設し、上記遷
    移内筒ダクトに押圧力を与えたことを特徴とする請求項
    ９に記載のガスタービン燃焼器。
13. 【請求項１３】 板ばねは、スリットを形成することを
    特徴とする請求項１２に記載のガスタービン燃焼器。
14. 【請求項１４】 シール部で覆設された燃焼器ライナ
    は、端部に溝を形成するとともに、上記溝と受け部との
    間にリブを備えたことを特徴とする請求項１２に記載の
    ガスタービン燃焼器。