DE112016005084B4

DE112016005084B4 - Verbrennungszylinder, Gasturbinenbrennkammer und Gasturbine

Info

Publication number: DE112016005084B4
Application number: DE112016005084.4T
Authority: DE
Inventors: Kenji Sato; Kentaro Tokuyama
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2015-11-05
Filing date: 2016-10-28
Publication date: 2022-09-22
Anticipated expiration: 2036-10-29
Also published as: US10961910B2; JPWO2017077955A1; CN108350809A; TW201730427A; US20180320595A1; CN108350809B; KR20180064481A; DE112016005084T5; TWI654367B; WO2017077955A1; KR102075901B1; JP6564872B2

Abstract

Verbrennungszylinder (42) einer Gasturbine, in dem im Betrieb Druckluft und Brennstoff gemischt und verbrannt werden, wobei ein Endabschnitt (71) des Verbrennungszylinders (42) auf einer stromabwärtigen Seite in einer Strömungsrichtung eines Verbrennungsgases (G) in ein Übergangsstück (43) eingeführt und mit dem Übergangsstück (43) durch einen dazwischen belassenen radialen Spalt (S) verbunden ist, der sich entlang einer Umfangsrichtung erstreckt, und der im Betrieb durch ein Kühlmedium in einem Kühlteil (81,91) gekühlt wird, der an einem Verbindungsabschnitt (C) mit dem Übergangsstück (43) bereitgestellt ist, wobei:ein Außenseitenbereich des Kühlteils (81,91), der ein Bereich ist, der sich weiter auf einer Außenseite in einer Radialrichtung der Gasturbine (10) als eine erste Bezugslinie (L1) befindet, wobei die erste Bezugslinie (L1) eine gerade Linie ist, die orthogonal zu der Radialrichtung und einer Axialrichtung der Gasturbine (10) ist und durch eine Zentrumsachse (O) des Verbrennungszylinders (42) verläuft, undein Innenseitenbereich des Kühlteils (81,91), der ein Bereich ist, der sich weiter auf einer Innenseite in der Radialrichtung der Gasturbine (10) als die erste Bezugslinie (L1) befindet, eingestellt sind;ein Verbindungswinkel (a) an einem Schnittpunkt (D) zwischen einer Verlängerungslinie (L) einer Außenfläche des Verbrennungszylinders (42) in der Richtung der Zentrumsachse (O) des Verbrennungszylinders (42) und einer Innenfläche des Übergangsstücks (43) eingestellt ist;ein erster Bereich (θ1, θ2), der an einer Position nahe der ersten Bezugslinie (L1) entweder im Außenseitenbereich oder im Innenseitenbereich eingestellt ist, und ein zweiter Bereich (θ3, θ4), der mit einem größeren Verbindungswinkel (α1) als der erste Bereich (θ1, θ2) an einer Position weiter von der ersten Bezugslinie (L1) entfernt als der erste Bereich (θ1, θ2) eingestellt ist, eingestellt sind; undder zweite Bereich (θ3, θ4) derart eingestellt ist, dass er eine höhere Strömungsrate des Kühlmediums als der erste Bereich (θ1, θ2) aufweist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbrennungszylinder, eine Gasturbinenbrennkammer, in der ein Übergangsstück mit einer Außenseite an einem Endabschnitt eines Brennkammerkorbs mit einem dazwischen belassenen Spalt verbunden ist, und eine Gasturbine, die mit der Gasturbinenbrennkammer bereitgestellt ist.
Stand der Technik
Eine typische Gasturbine ist durch einen Kompressor, eine Brennkammer und eine Turbine konfiguriert. Luft, die durch eine Luftansaugöffnung angesaugt wird, wird vom Kompressor komprimiert, um Hochtemperatur- und Hochdruck-Druckluft zu erhalten, Brennstoff wird der Druckluft zugeführt und von der Brennkammer verbrannt, um Hochtemperatur- und Hochdruckverbrennungsgas (Arbeitsfluid) zu erhalten. Die Turbine wird von dem Verbrennungsgas angetrieben, wobei ein Generator, der mit der Turbine verbunden ist, angetrieben wird.
Die Brennkammer, die auf diese Weise konfiguriert ist, schließt einen Brennkammerkorb, in den die Druckluft von dem Kompressor eingeführt wird und Verbrennungsgas erzeugt wird, und ein Übergangsstück ein, welches das erzeugte Verbrennungsgas zur Turbine führt. Ferner ist für den Brennkammerkorb und das Übergangsstück ein Endabschnitt des Brennkammerkorbs an einer stromabwärtigen Seite an einer Innenseite eines Endabschnitts des Übergangsstücks auf einer stromaufwärtigen Seite eingefügt, und ein Federelement ist in einem komprimierten Zustand in einem Spalt dazwischen angeordnet. Daher sind der Brennkammerkorb und das Übergangsstück durch eine Federkraft des Federelements verbunden, um zu verhindern, dass dieses herunterfällt.
Ein Beispiel einer solchen Gasturbinenbrennkammer ist in der JP 2006 - 312 903 A offenbart.
Aus der EP 2 693 021 A1 ist eine Brennkammer einer Gasturbine bekannt, bei der ein Brennkammerkorb und ein Übergangsstück unter Bildung eines Umfangsspaltes ineinandergesteckt sind und über eine in dem Umfangsspalt angeordnete Federklemme miteinander verbunden sind. Druckluft kann als Kühlmittel durch den Umfangsspalt durch einen Zwischenraum zwischen der Federklemme und dem Übergangsstücks zu einem Endabschnitt des Brennkammerkorbs strömen. An dem Endabschnitt des Brennkammerkorbs ist eine Verengung der Austrittsöffnung des Umfangsspalts in Umfangsrichtung vorgesehen, um die Strömungsrate des Kühlmediums zu erhöhen.
Kurzdarstellung der Erfindung
Technisches Problem
Der Brennkammerkorb und das Übergangsstück sind mit einer Stufe in einer Radialrichtung verbunden, und daher strömt das Gas, wenn das Verbrennungsgas in dem Brennkammerkorb in das Übergangsstück strömt, zu einer Endabschnittsseite des Übergangsstücks, das an einer äußeren Seite vom Endabschnitt des Brennkammerkorbs positioniert ist, sodass sich der Endabschnitt des Brennkammerkorbs auf eine hohe Temperatur erhöht. Daher verwendet der Brennkammerkorb eine Kühlstruktur zum Kühlen des Endabschnitts. Eine Mehrzahl von Gasturbinenbrennkammern ist derart angeordnet, dass sie eine Ringform zwischen dem Kompressor und der Turbine bildet, wobei ein Endabschnitt jedes Übergangsstücks auf einer Kompressorseite eine zylindrische Form bildet, während ein Abschnitt eines Endabschnitts davon auf einer Turbinenseite zur Bildung einer rechteckigen Form gezogen wird. Daher ist eine Verbindungsform an einer Position, an welcher der Brennkammerkorb und das Übergangsstück verbunden sind, in einer Umfangsrichtung unterschiedlich, und somit kann ein Abschnitt des Endabschnitts des Brennkammerkorbs in der Umfangsrichtung möglicherweise nicht ausreichend gekühlt werden.
Zur Lösung der oben erwähnten Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verbrennungszylinder, eine Gasturbinenbrennkammer und eine Gasturbine bereitzustellen, die eine lange Lebensdauer erzielen und die Zuverlässigkeit durch effizientes Kühlen des Verbrennungszylinders verbessern.
Lösung der Probleme
Ein Verbrennungszylinder zum Erzielen der oben erwähnten Aufgabe ist ein Verbrennungszylinder einer Gasturbine mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 oder 5, in dem Druckluft und Brennstoff gemischt und verbrannt werden, wobei ein Endabschnitt auf einer stromabwärtigen Seite in einer Strömungsrichtung des Verbrennungsgases eingeführt und mit einem Übergangsstück durch einen dazwischen belassenen radialen Spalt verbunden ist, der sich entlang einer Umfangsrichtung erstreckt, und der durch ein Kühlmedium in einem Kühlteil gekühlt wird, der an einem Verbindungsabschnitt mit dem Übergangsstück bereitgestellt ist. Bei dem Verbrennungszylinder gemäß dem Patentanspruch 1 sind ein Außenseitenbereich des Kühlteils, der ein Bereich ist, der sich weiter auf einer Außenseite in einer Radialrichtung der Gasturbine als eine erste Bezugslinie befindet, wobei die erste Bezugslinie eine gerade Linie ist, die orthogonal zur Radialrichtung und einer Axialrichtung der Gasturbine ist, und durch eine Zentrumsachse des Verbrennungszylinders verläuft, und ein Innenseitenbereich des Kühlteils, der ein Bereich ist, der sich weiter auf einer Innenseite in der Radialrichtung der Gasturbine als die erste Bezugslinie befindet, eingestellt; ein Verbindungswinkel ist an einem Schnittpunkt einer Verlängerungslinie einer Außenfläche des Verbrennungszylinders entlang der Richtung der Zentrumsachse und einer Innenfläche des Übergangsstücks eingestellt; ein erster Bereich, der an einer Position nahe der ersten Bezugslinie entweder im Außenseitenbereich oder im Innenseitenbereich eingestellt ist, und ein zweiter Bereich, der mit einem größeren Verbindungswinkel als der erste Bereich an einer Position weiter von der ersten Bezugslinie entfernt als der erste Bereich eingestellt ist, sind eingestellt; und der zweite Bereich ist derart eingestellt, dass er eine höhere Strömungsrate des Kühlmediums als der erste Bereich aufweist.
Daher ist der Kühlteil, der durch ein Kühlmedium gekühlt wird, an dem Verbindungsabschnitt des Verbrennungszylinders und des Übergangsstücks bereitgestellt, und somit wird verhindert, dass der Endabschnitt des Verbrennungszylinders aufgrund von Verbrennungsgas durch das Kühlmedium des Kühlteils eine hohe Temperatur erreicht. Zu dieser Zeit ist es in dem zweiten Bereich mit einem großen Verbindungswinkel wahrscheinlicher, dass der Endabschnitt des Verbrennungszylinders aufgrund des Verbrennungsgases eine hohe Temperatur erreicht. Daher ist der Kühlteil so eingestellt, dass er eine höhere Strömungsrate des Kühlmediums in dem zweiten Bereich mit einem großen Verbindungswinkel im Vergleich zu der Strömungsrate des Kühlmediums in dem ersten Bereich mit einem kleinen Verbindungswinkel aufweist. Daher kann der Endabschnitt des Verbrennungszylinders unabhängig von der Form des Übergangsstücks in geeigneter Weise durch das Kühlmedium gekühlt werden. Infolgedessen wird der Verbrennungszylinder effizient gekühlt, und auf diese Weise kann die Zuverlässigkeit verbessert werden und eine lange Lebensdauer erreicht werden.
In dem Verbrennungszylinder der vorliegenden Erfindung ist der Kühlteil vorzugsweise derart eingestellt, dass er eine höhere Strömungsrate des Kühlmediums im zweiten Bereich mit einem schmaleren radialen Spalt als der erste Bereich im Vergleich zu der Strömungsrate des Kühlmediums im ersten Bereich aufweist.
Daher ist die Strömungsrate des Kühlmediums in dem zweiten Bereich, in dem der radiale Spalt schmaler als in dem ersten Bereich ist, hoch eingestellt, wobei der Endabschnitt des Verbrennungszylinders aufgrund von Verbrennungsgas wahrscheinlicher eine hohe Temperatur erreicht. Somit kann der Endabschnitt des Verbrennungszylinders ungeachtet der Form des Übergangsstücks auf geeignete Weise durch das Kühlmedium gekühlt werden.
Bei dem Verbrennungszylinder gemäß dem Patentanspruch 5 sind ein Außenseitenbereich des Kühlteils, der ein Bereich ist, der sich weiter auf einer Außenseite in einer Radialrichtung der Gasturbine als eine erste Bezugslinie befindet, wobei die erste Bezugslinie eine gerade Linie ist, die orthogonal zur Radialrichtung und einer Axialrichtung der Gasturbine ist und durch eine Zentrumsachse des Verbrennungszylinders verläuft, und ein Innenseitenbereich des Kühlteils, der ein Bereich ist, der sich weiter auf einer Innenseite in der Radialrichtung der Gasturbine als die erste Bezugslinie befindet, eingestellt;
ein erster Bereich, der an einer Position nahe der ersten Bezugslinie entweder im Außenseitenbereich oder im Innenseitenbereich eingestellt ist, und ein zweiter Bereich mit einem schmaleren radialen Spalt als der erste Bereich, der an einer Position weiter von der ersten Bezugslinie entfernt als der erste Bereich eingestellt ist, sind eingestellt; und der zweite Bereich ist derart eingestellt, dass er eine höhere Strömungsrate des Kühlmediums als der erste Bereich aufweist.
Daher ist der Kühlteil, der durch ein Kühlmedium gekühlt wird, an dem Verbindungsabschnitt des Verbrennungszylinders und des Übergangsstücks bereitgestellt, und somit wird verhindert, dass der Endabschnitt des Verbrennungszylinders aufgrund von Verbrennungsgas durch das Kühlmedium des Kühlteils eine hohe Temperatur erreicht. Zu dieser Zeit ist es in dem zweiten Bereich mit einem schmaleren radialen Spalt als der erste Bereich wahrscheinlicher, dass der Endabschnitt des Verbrennungszylinders aufgrund des Verbrennungsgases eine hohe Temperatur erreicht. Daher ist der Kühlteil derart eingestellt, dass er eine höhere Strömungsrate des Kühlmediums in dem zweiten Bereich mit einem schmaleren radialen Spalt als der erste Bereich im Vergleich zu der Strömungsrate des Kühlmediums in dem ersten Bereich mit einem breiteren radialen Spalt aufweist. Daher kann der Endabschnitt des Verbrennungszylinders unabhängig von der Form des Übergangsstücks in geeigneter Weise durch das Kühlmedium gekühlt werden. Infolgedessen wird der Verbrennungszylinder effizient gekühlt, und auf diese Weise kann die Zuverlässigkeit verbessert werden und eine lange Lebensdauer erreicht werden.
In dem Verbrennungszylinder der vorliegenden Erfindung gemäß dem Patentanspruch 5 ist der Verbindungsabschnitt durch einen Endabschnitt des Verbrennungszylinders in der Axialrichtung (Richtung der Zentrumsachse) und einen Endabschnitt des Übergangsstücks in der Axialrichtung (Richtung der Zentrumsachse) überlappend in der Radialrichtung konfiguriert und der Kühlteil ist in dem Endabschnitt des Verbrennungszylinders in der Axialrichtung (Richtung der Zentrumsachse) oder dem Endabschnitt des Übergangsstücks in der Axialrichtung (Richtung der Zentrumsachse) bereitgestellt.
Daher ist der Kühlteil in dem Endabschnitt des Verbrennungszylinders in der Axialrichtung (Richtung der Zentrumsachse) bereitgestellt, und somit kann der Endabschnitt des Verbrennungszylinders effizient durch das Kühlmedium gekühlt werden.
In dem Verbrennungszylinder der vorliegenden Erfindung gemäß dem Patentanspruch 5 weist der Kühlteil eine Mehrzahl von Kühlkanälen auf, die in dem Endabschnitt des Verbrennungszylinders auf einer stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases in vorbestimmten Intervallen in der Umfangsrichtung bereitgestellt sind, sodass sie entlang der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases verlaufen, und ein Durchschnittsintervall der Mehrzahl von Kühlkanälen im zweiten Bereich kleiner als ein Durchschnittsintervall der Mehrzahl von Kühlkanälen im ersten Bereich eingestellt ist.
Daher ist der Kühlteil eine Mehrzahl von Kühlkanälen, die entlang der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases verlaufen, sodass der Kühlteil vereinfacht werden kann. Daher ist der Durchschnittsintervall der Mehrzahl von Kühlkanälen im zweiten Bereich kleiner eingestellt als der Durchschnittsintervall der Mehrzahl von Kühlkanälen im ersten Bereich, sodass der Endabschnitt des Verbrennungszylinders im zweiten Bereich durch eine einfache Konfiguration effizient gekühlt werden kann.
In dem Verbrennungszylinder der vorliegenden Erfindung weist die Mehrzahl von Kühlkanälen vorzugsweise erste Endabschnitte, die sich zu dem radialen Spalt öffnen, und zweite Endabschnitte auf, die sich in einer Endfläche des Verbrennungszylinders auf einer stromabwärtigen Seite der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases öffnen.
Daher sind die ersten Endabschnitte der Mehrzahl von Kühlkanälen zu dem radialen Spalt geöffnet und die zweiten Endabschnitte davon sind in der Endfläche des Verbrennungszylinders derart geöffnet, dass der Endabschnitt des Verbrennungszylinders durch das Kühlmedium gekühlt wird, das von außen angesaugt wird, wobei dann dieses Kühlmedium an einen Verbrennungsgaskanal abgegeben wird, sodass eine Verringerung der Brennkammereffizienz verhindert werden kann.
In dem Verbrennungszylinder der vorliegenden Erfindung weist die Mehrzahl von Kühlkanälen, die im zweiten Bereich bereitgestellt ist, vorzugsweise erste Kanäle, von denen sich erste Endabschnitte zu dem radialen Spalt öffnen, zweite Kanäle in einer höheren Anzahl als die ersten Kanäle, von denen sich erste Endabschnitte in der Endfläche des Verbrennungszylinders öffnen, und einen Vereinigungsabschnitt auf, an dem zweite Endabschnitte der ersten Kanäle und zweite Endabschnitte der zweiten Kanäle verbunden sind.
Daher strömt das Kühlmedium, nachdem es von der Mehrzahl von ersten Kanälen zu dem Vereinigungsabschnitt geströmt ist und sich dort vereinigt, in einer höheren Anzahl durch die zweiten Kanäle und wird dann ausgestoßen. Somit wird der Kühlbereich in dem Endabschnitt des Verbrennungszylinders, der eine hohe Temperatur erreicht, erhöht, und der Endabschnitt des Verbrennungszylinders kann effizient gekühlt werden.
In dem Verbrennungszylinder der vorliegenden Erfindung weist das Übergangsstück vorzugsweise eine zylindrische Form auf einer stromaufwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases auf und weist auf einer stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases eine rechteckige zylindrische Form mit einer Länge einer zweiten Seite entlang der Umfangsrichtung der Gasturbine auf, die länger als eine Länge einer ersten Seite entlang der Radialrichtung der Gasturbine ist, wobei der erste Bereich auf der ersten Seite und der zweite Bereich auf der zweiten Seite bereitgestellt ist.
Selbst mit einem Übergangsstück, das von einer zylindrischen Form zu einer rechteckigen zylindrischen Form wechselt, kann daher der Endabschnitt des Verbrennungszylinders, der mit dem Übergangsstück verbunden ist, effizient um den gesamten Umfang herum gekühlt werden.
In dem Verbrennungszylinder der vorliegenden Erfindung weist der Kühlteil vorzugsweise eine Mehrzahl von Kühlkanälen auf, die in einem Endabschnitt des Verbrennungszylinders auf einer stromabwärtigen Seite in einer Strömungsrichtung des Verbrennungsgases in vorbestimmten Intervallen in der Umfangsrichtung bereitgestellt sind, sodass sie entlang der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases verlaufen, und eine Querschnittsfläche der Kühlkanäle pro Längeneinheit in der Umfangsrichtung ist derart eingestellt, dass sie in dem zweiten Bereich größer als in dem ersten Bereich ist.
Daher ist die Querschnittsfläche des Kühlkanals in dem zweiten Bereich derart eingestellt, dass sie größer als die Querschnittsfläche des Kühlkanals in dem ersten Bereich ist, sodass der Endabschnitt des Verbrennungszylinders in dem zweiten Bereich durch eine einfache Konfiguration effizient gekühlt werden kann.
In dem Verbrennungszylinder der vorliegenden Erfindung ist der Außenseitenbereich vorzugsweise in einem ersten Außenseitenbereich, der den ersten Bereich bildet, und in einem zweiten Außenseitenbereich, der den zweiten Bereich weiter auf einer Außenseite in der Radialrichtung der Gasturbine als der erste Außenseitenbereich bildet, eingestellt und der zweite Außenseitenbereich ist größer als der erste Außenseitenbereich eingestellt.
Daher ist der zweite Außenseitenbereich derart eingestellt, dass er größer als der erste Außenseitenbereich ist, sodass der Endabschnitt des Verbrennungszylinders in dem zweiten Außenseitenbereich effizient gekühlt werden kann.
In dem Verbrennungszylinder der vorliegenden Erfindung ist der Innenseitenbereich vorzugsweise in einem ersten Innenseitenbereich, der den ersten Bereich bildet, und in einem zweiten Innenseitenbereich, der den zweiten Bereich weiter auf einer Außenseite in der Radialrichtung der Gasturbine als der erste Innenseitenbereich bildet, eingestellt und der zweite Innenseitenbereich ist kleiner als der erste Innenseitenbereich eingestellt.
Daher ist der zweite Innenseitenbereich derart eingestellt, dass er kleiner als der erste Innenseitenbereich ist, sodass der Endabschnitt des Verbrennungszylinders in dem zweiten Außenseitenbereich effizient gekühlt werden kann.
In dem Verbrennungszylinder der vorliegenden Erfindung ist der Außenseitenbereich vorzugsweise in einem ersten Außenseitenbereich, der den ersten Bereich bildet, und in einem zweiten Außenseitenbereich, der den zweiten Bereich weiter auf einer Außenseite in der Radialrichtung der Gasturbine als der erste Außenseitenbereich bildet, eingestellt und der zweite Außenseitenbereich ist größer als der erste Außenseitenbereich eingestellt. Der Innenseitenbereich ist in einem ersten Innenseitenbereich, der den ersten Bereich bildet, und in einem zweiten Innenseitenbereich, der den zweiten Bereich weiter auf einer Innenseite in der Radialrichtung der Gasturbine als der erste Innenseitenbereich bildet, eingestellt und der zweite Außenseitenbereich ist größer als der zweite Innenseitenbereich eingestellt.
Daher ist der zweite Außenseitenbereich derart eingestellt, dass er größer als der zweite Innenseitenbereich ist, sodass der zweite Außenseitenbereich, der tendenziell eine hohe Temperatur erreicht, effizient gekühlt werden kann.
In dem Verbrennungszylinder der vorliegenden Erfindung sind der erste Bereich und der zweite Bereich vorzugsweise jeweils achsensymmetrisch in Bezug auf eine zweite Bezugslinie eingestellt, die orthogonal zur ersten Bezugslinie und zur Axialrichtung (Richtung der Zentrumsachse) des Verbrennungszylinders ist.
Daher sind der erste Bereich und der zweite Bereich in Bezug auf die zweite Bezugslinie achsensymmetrisch eingestellt, sodass der Verbrennungszylinder wohl ausgeglichen gekühlt werden kann.
In dem Verbrennungszylinder der vorliegenden Erfindung weist der Kühlteil vorzugsweise eine Mehrzahl von Kühlkanälen auf, die in dem Endabschnitt des Verbrennungszylinders auf einer stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases in vorbestimmten Intervallen in der Umfangsrichtung bereitgestellt sind, sodass sie entlang der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases verlaufen, und die Anzahl der Kühlkanäle im Außenseitenbereich ist höher eingestellt als die Anzahl der Kühlkanäle im Innenseitenbereich.
Daher ist die Anzahl der Kühlkanäle in dem Außenseitenbereich höher eingestellt als die Anzahl der Kühlkanäle im Innenseitenbereich, sodass der Endabschnitt des Verbrennungszylinders in dem zweiten Bereich durch eine einfache Konfiguration effizient gekühlt werden kann.
In dem Verbrennungszylinder der vorliegenden Erfindung weist der Kühlteil vorzugsweise eine Mehrzahl von Kühlkanälen auf, die in einem Endabschnitt des Verbrennungszylinders auf einer stromabwärtigen Seite in einer Strömungsrichtung des Verbrennungsgases in vorbestimmten Intervallen in der Umfangsrichtung bereitgestellt sind, sodass sie entlang der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases verlaufen, und die Anzahl der Kühlkanäle im ersten Bereich ist geringer eingestellt als die Anzahl der Kühlkanäle im zweiten Bereich.
Daher ist die Anzahl der Kühlkanäle im ersten Bereich niedriger eingestellt als die Anzahl der Kühlkanäle im zweiten Bereich, sodass der Endabschnitt des Verbrennungszylinders im zweiten Bereich durch eine einfache Konfiguration effizient gekühlt werden kann.
In dem Verbrennungszylinder der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise ein Durchschnittsintervall der Mehrzahl von Kühlkanälen im ersten Bereich innerhalb von 5,5 mm bis 8,5 mm und im zweiten Bereich innerhalb von 2,0 mm bis 5,0 mm eingestellt.
Daher ist das Durchschnittsintervall der Mehrzahl von Kühlkanälen auf einen optimalen Wert im ersten Bereich und im zweiten Bereich eingestellt, sodass der Endabschnitt des Verbrennungszylinders effizient gekühlt werden kann.
In dem Verbrennungszylinder der vorliegenden Erfindung sind vorzugsweise der erste Außenseitenbereich und der zweite Außenseitenbereich in der Umfangsrichtung des Verbrennungszylinders benachbart und eine Grenzposition des ersten Außenseitenbereichs und des zweiten Außenseitenbereichs ist in einem Bereich von 15 Grad bis 30 Grad von der ersten Bezugslinie eingestellt.
Daher ist die Grenzposition des ersten Außenseitenbereichs und des zweiten Außenseitenbereichs auf eine optimale Position eingestellt, sodass der Endabschnitt des Verbrennungszylinders effizient gekühlt werden kann.
In dem Verbrennungszylinder der vorliegenden Erfindung sind vorzugsweise der erste Innenseitenbereich und der zweite Innenseitenbereich in der Umfangsrichtung des Verbrennungszylinders benachbart und eine Grenzposition des ersten Innenseitenbereichs und des zweiten Innenseitenbereichs ist in einem Bereich von 60 Grad bis 75 Grad von der ersten Bezugslinie eingestellt.
Daher ist die Grenzposition des ersten Innenseitenbereichs und des zweiten Innenseitenbereichs auf eine optimale Position eingestellt, sodass der Endabschnitt des Verbrennungszylinders effizient gekühlt werden kann.
In dem Verbrennungszylinder der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise der Verbindungswinkel an einer Position, an der sich der Verbrennungszylinder und die erste Bezugslinie schneiden, auf 0 Grad eingestellt, der Verbindungswinkel ist an einer Position, die sich mit der zweiten Bezugslinie in dem Außenseitenbereich schneidet, innerhalb von 12 Grad bis 16 Grad eingestellt und der Verbindungswinkel an einer Position, die sich mit der zweiten Bezugslinie in dem Innenseitenbereich schneidet, ist auf innerhalb von 8 Grad bis 12 Grad eingestellt.
Daher werden der Verbindungswinkel an einer Position, welche die zweite Bezugslinie in dem Außenseitenbereich schneidet, und der Verbindungswinkel an einer Position, welche die zweite Bezugslinie in dem Innenseitenbereich schneidet, auf eine optimale Position eingestellt, sodass der Endabschnitt des Verbrennungszylinders effizient gekühlt werden kann.
Darüber hinaus weist eine Gasturbinenbrennkammer der vorliegenden Erfindung die Merkmale des Patentanspruches 20 auf, umfassend: einen erfindungsgemäßen Verbrennungszylinder, in dem Druckluft und Brennstoff gemischt und verbrannt werden; und ein Übergangsstück, in das ein Endabschnitt des Verbrennungszylinders auf einer stromabwärtigen Seite in einer Strömungsrichtung des Verbrennungsgases eingeführt und durch einen dazwischen belassenen radialen Spalt entlang der Umfangsrichtung verbunden ist.
Auf diese Weise wird der Verbrennungszylinder effizient gekühlt, und somit kann die Zuverlässigkeit der Gasturbine verbessert werden und eine lange Lebensdauer erreicht werden.
Eine Gasturbine der vorliegenden Erfindung besitzt die Merkmale des Patentanspruches 21, umfassend: einen Kompressor, der Luft komprimiert; eine erfindungsgemäße Gastrubinenbrennkammer, die Brennstoff und Druckluft, die von dem Kompressor komprimiert wird, mischt und verbrennt; und eine Turbine, die eine Drehkraft durch Verbrennungsgas produziert, das von der Brennkammer erzeugt wird.
Daher kann der Endabschnitt des Verbrennungszylinders in geeigneter Weise durch das Kühlmedium gekühlt werden, und der Verbrennungszylinder wird unabhängig von der Form des Übergangsstücks effizient gekühlt, sodass die Zuverlässigkeit der Gasturbine verbessert werden kann und eine lange Lebensdauer erzielt werden kann.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Mit dem Verbrennungszylinder, der Gasturbinenbrennkammer und der Gasturbine der vorliegenden Erfindung wird der Verbrennungszylinder effizient gekühlt, sodass die Zuverlässigkeit verbessert werden kann und eine lange Lebensdauer erzielt werden kann.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht, die einen Verbindungsabschnitt eines Brennkammerkorbs und eines Brennkammerübergangsstücks in einer Gasturbinenbrennkammer gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht.
2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II aus 1, die den Verbindungsabschnitt des Brennkammerkorbs und des Brennkammerübergangsstücks veranschaulicht.
3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie III-III aus 2, die den Verbindungsabschnitt des Brennkammerkorbs und des Brennkammerübergangsstücks veranschaulicht.
4 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV aus 1, die den Verbindungsabschnitt des Brennkammerkorbs und des Brennkammerübergangsstücks veranschaulicht.
5 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie V-V aus 4, die den Verbindungsabschnitt des Brennkammerkorbs und des Brennkammerübergangsstücks veranschaulicht.
6 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das eine Gasturbine gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
7 ist eine schematische Ansicht, welche die Gasturbinenbrennkammer veranschaulicht.
8 ist eine perspektivische Ansicht, die das Brennkammerübergangsstück veranschaulicht.
9 ist eine Querschnittsansicht, die einen Verbindungsabschnitt eines Brennkammerkorbs und eines Brennkammerübergangsstücks in einer Gasturbinenbrennkammer gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
10 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie X-X aus 9, die den Verbindungsabschnitt des Brennkammerkorbs und des Brennkammerübergangsstücks veranschaulicht.
11 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie XI-XI aus 9, die den Verbindungsabschnitt des Brennkammerkorbs und des Brennkammerübergangsstücks veranschaulicht.
12 ist eine Querschnittsansicht, die einen Verbindungsabschnitt eines Brennkammerkorbs und eines Brennkammerübergangsstücks in einer Gasturbinenbrennkammer gemäß einer dritten Ausführungsform veranschaulicht.
13 ist eine Querschnittsansicht, die ein modifiziertes Beispiel des Verbindungsabschnitts des Brennkammerkorbs und des Brennkammerübergangsstücks in der Gasturbinenbrennkammer gemäß der dritten Ausführungsform veranschaulicht.
14 ist eine Querschnittsansicht, die einen Verbindungsabschnitt eines Brennkammerkorbs und eines Brennkammerübergangsstücks in einer Gasturbinenbrennkammer gemäß einer vierten Ausführungsform veranschaulicht.

Beschreibung von Ausführungsformen
Bevorzugte Ausführungsformen eines Brennkammerzylinders, einer Gasturbinenbrennkammer und einer Gasturbine gemäß der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert beschrieben. Es sei klargestellt, dass die vorliegende Erfindung nicht durch die Ausführungsformen eingeschränkt ist und Konfigurationen aufweist, die verschiedene Ausführungsformen kombinieren, wenn eine Mehrzahl von Ausführungsformen bereitgestellt ist.
Erste Ausführungsform
6 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das eine Gasturbine gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht, 7 ist eine schematische Ansicht, welche eine Gasturbinenbrennkammer veranschaulicht, und 8 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Brennkammerübergangsstück veranschaulicht.
Wie in 6 veranschaulicht, ist eine Gasturbine 10 in der ersten Ausführungsform durch einen Kompressor 11, eine Brennkammer 12 und eine Turbine 13 konfiguriert. Die Gasturbine 10 ist mit einem Generator koaxial verbunden, der in den Zeichnungen nicht veranschaulicht ist, und kann Strom erzeugen.
Der Kompressor 11 weist eine Luftansaugöffnung 20, durch die Luft angesaugt wird, eine Einlassleitschaufel (IGV) 22, die innerhalb eines Kompressorgehäuses 21 angeordnet ist, eine Mehrzahl von Schaufeln 23 und Flügeln 24, die alternierend in einer Vorwärts-/Rückwärtsrichtung (die Axialrichtung eines später beschriebenen Rotors 32) innerhalb des Kompressorgehäuses angeordnet sind, und eine Entlüftungskammer 25 auf, die an einer Außenseite des Kompressorgehäuses angeordnet ist. Die Brennkammer 12 führt der Druckluft, die von dem Kompressor 11 komprimiert wird, Brennstoff zu und ermöglicht eine Verbrennung durch Entzünden. Die Turbine 13 weist eine Mehrzahl von Schaufeln 27 und Flügeln 28 auf, die alternierend in der Vorwärts-/Rückwärtsrichtung (die Axialrichtung des später beschriebenen Rotors 32) innerhalb eines Turbinengehäuses 26 angeordnet sind. Eine Abgaskammer 30 ist auf einer stromabwärtigen Seite des Turbinengehäuses 26 durch ein Abgasgehäuse 29 bereitgestellt, wobei die Abgaskammer 30 einen Abgasdiffusor 31 aufweist, der mit der Turbine 13 verbunden ist.
Darüber hinaus ist der Rotor (Drehwelle) 32 derart positioniert, dass er durch Zentren des Kompressors 11, der Brennkammer 12, der Turbine 13 und der Abgaskammer 30 verläuft. Ein Endabschnitt des Rotors 32 an einem Kompressor 11 ist drehbar von einem Stützabschnitt 33 gestützt, und ein Endabschnitt des Rotors 32 auf einer Seite einer Abgaskammer 30 ist drehbar von einem Stützabschnitt 34 gestützt. Ferner ist ein Stapel einer Mehrzahl von Scheiben, auf denen die Flügel 24 angebracht sind, an dem Rotor 32 in dem Kompressor 11 befestigt, ein Stapel einer Mehrzahl von Scheiben, auf denen die Flügel 28 angebracht sind, ist an dem Rotor 32 in der Turbine 13 befestigt, und eine Antriebswelle eines Generators, die in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, ist mit dem Endabschnitt auf der Seite der Abgaskammer 30 verbunden.
Darüber hinaus ist das Kompressorgehäuse 21 des Kompressors 11 in der Gasturbine 10 durch einen Bügelabschnitt 35 gestützt, das Turbinengehäuse 26 der Turbine 13 ist durch einen Bügelabschnitt 36 gestützt und die Abgaskammer 30 ist durch einen Bügelabschnitt 37 gestützt.
Daher wird Luft, die durch die Luftansaugöffnung 20 des Kompressors 11 angesaugt wird, komprimiert, indem sie durch die Einlassleitschaufel 22 und die Mehrzahl von Schaufeln 23 und Flügeln 24 strömt, um Druckluft mit hoher Temperatur und hohem Druck zu erhalten. Ein vorbestimmter Brennstoff wird der Druckluft in den Brennkammern 12 zugeführt und verbrannt. Ferner strömt Hochtemperatur- und HochdruckVerbrennungsgas, das als ein von den Brennkammern 12 erzeugtes Arbeitsfluid dient, durch die Mehrzahl von Schaufeln 27 und Flügeln 28, welche die Turbine 13 konfigurieren, um den Rotor 32 drehbar anzutreiben, sodass der mit dem Rotor 32 verbundene Generator angetrieben wird. Andererseits wird das Verbrennungsgas, das die Turbine 13 angetrieben hat, als Abgas an die Atmosphäre abgegeben.
In der oben beschriebenen Brennkammer 12 ist ein Brennkammerkorb 42 in einem vorbestimmten Intervall innerhalb eines äußeren Brennkammerzylinders 41 gestützt, und ein Brennkammerübergangsstück 43 ist mit einem vorderen Endabschnitt des Brennkammerkorbs 42 verbunden, sodass ein Brennkammergehäuse konfiguriert wird, wie in 7 veranschaulicht. Ein Pilotverbrennungsbrenner 44 ist zentral innerhalb des Brennkammerkorbs 42 angeordnet, und eine Mehrzahl von Hauptverbrennungsbrennern 45 ist an einer inneren Umfangsfläche des Brennkammerkorbs 42 angeordnet, um den Pilotverbrennungsbrenner 44 entlang einer Umfangsrichtung zu umgeben. Ferner ist das Übergangsstück 43 mit einer Bypassleitung 46 verbunden, wobei die Bypassleitung 46 ein Bypassventil 47 aufweist.
Im Detail beschrieben, ist ein Basisendabschnitt des Brennkammerkorbs 42 an einem Basisendabschnitt des äußeren Brennkammerzylinders 41 angebracht, um dazwischen einen Luftströmungskanal 51 zu bilden. Darüber hinaus ist der Pilotverbrennungsbrenner 44 in einer Mitte innerhalb des Brennkammerkorbs 42 angeordnet, und die mehreren Hauptverbrennungsbrenner 45 sind an einem Umfang davon angeordnet.
Der Pilotverbrennungsbrenner 44 ist durch einen Pilotkegel 52, der an dem Brennkammerkorb 42 gestützt ist, eine Pilotdüse 53, die innerhalb des Pilotkegels 52 angeordnet ist, und eine Verwirblerschaufel 54 konfiguriert, die an einem äußeren Umfangsabschnitt der Pilotdüse 53 bereitgestellt ist. Ferner ist jeder Hauptverbrennungsbrenner 45 durch einen Brennerzylinder 55, eine Hauptdüse 56, die innerhalb des Brennerzylinders 55 angeordnet ist, und eine Verwirblerschaufel 57 konfiguriert, die an einem äußeren Umfangsabschnitt der Hauptdüse 56 bereitgestellt ist.
Außerdem ist für den äußeren Brennkammerzylinder 41 eine in den Zeichnungen nicht dargestellte Pilotbrennstoffleitung mit einer Brennstofföffnung 58 der Pilotdüse 53 verbunden, und eine in den Zeichnungen nicht dargestellte Hauptbrennstoffleitung ist mit einer Brennstofföffnung 59 der Hauptdüse 56 verbunden.
Wenn daher die Luftströmung der Hochtemperatur- und Hochdruck-Druckluft in den Luftströmungskanal 51 strömt, strömt die Druckluft in den Brennkammerkorb 42 und die Druckluft wird mit Brennstoff gemischt, der von den Hauptbrennern 45 eingepresst wird, um eine Wirbelströmung eines vorgemischten Gases in dem Brennkammerkorb 42 zu bilden. Darüber hinaus wird die Druckluft mit Brennstoff gemischt, der von dem Pilotverbrennungsbrenner 44 eingepresst wird, wird von einem Pilotlicht entzündet, das in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, und verbrannt, um Verbrennungsgas zu erhalten, und wird dann in den Brennkammerkorb 42 ausgestoßen. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Teil des Verbrennungsgases ausgestoßen, um in einer Peripherie mit einer Flamme innerhalb des Brennkammerkorbs 42 zu diffundieren, und wird daher von einem vorgemischten Gas, das aus den Hauptbrennern 45 in den Brennkammerkorb 42 strömt, entzündet und verbrannt. Mit anderen Worten kann die Flammenstabilisierung zum Durchführen einer stabilen Verbrennung eines mageren vorgemischten Brennstoffs aus den Hauptbrennern 45 von der Diffusionsflamme basierend auf dem Pilotbrennstoff ausgeführt werden, der von dem Pilotbrenner 44 eingepresst wird.
Wie in 8 dargestellt, wird das Brennkammerübergangsstück 43 durch Biegen einer flachen Platte und Schweißen von Endabschnitten (geschweißter Abschnitt W) aneinander in eine Zylinderform geformt. Zu diesem Zeitpunkt weist das Brennkammerübergangsstück 43 einen ersten Endabschnitt, der in eine zylindrische Form gebogen ist, und einen zweiten Endabschnitt auf, der zu einer rechteckigen Form gebogen und gezogen ist. Daher ist das Brennkammerübergangsstück 43 aus einem zylindrischen Abschnitt 61, einem Formübergangsabschnitt 62 und einem rechteckigen zylindrischen Abschnitt 63 konfiguriert, und der zylindrische Abschnitt 61 und der rechteckige zylindrische Abschnitt 63 sind durch den Formübergangsabschnitt 62 nahtlos verbunden. Eine Mehrzahl der Brennkammerübergangsstücke 43 ist in vorbestimmten Intervallen in der Umfangsrichtung der Gasturbine 10 in einer Ringform angeordnet (siehe 6). Daher sind die Brennkammerübergangsstücke 43 in einer geneigten Weise angeordnet, sodass sich ein Spitzenendabschnitt eines Achsenzentrums O, wo das Verbrennungsgas G strömt, einem Achsenzentrum des Rotors 32 annähert (siehe 6). Darüber hinaus ist eine Öffnung des rechteckigen zylindrischen Abschnitts 63 durch erste Seiten 64a, 64b entlang der Radialrichtung der Gasturbine 10 und zweite Seiten 65a, 65b entlang der Umfangsrichtung der Gasturbine 10 gebildet, und eine Umfangslänge der zweiten Seite 65a, die an einer Außenseite in der Radialrichtung der Gasturbine 10 positioniert ist, ist länger als eine Länge der zweiten Seite 65b, die an einer Innenseite in der Radialrichtung der Gasturbine 10 positioniert ist.
Wie zudem in 7 veranschaulicht, ist ein Endabschnitt 71 des Brennkammerkorbs 42 auf einer stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases G in einen Endabschnitt (zylindrischer Abschnitt 61) des Brennkammerübergangsstücks 43 auf einer stromaufwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases G mit einem dazwischen belassenen radialen Spalt, der sich in der Umfangsrichtung erstreckt, bereitgestellt. Ferner ist eine Federklammer (Federelement) 66 in der Umfangsrichtung an einer Position angeordnet, in der sich der Endabschnitt 71 des Brennkammerkorbs 42 und der zylindrische Abschnitt 61 des Brennkammerübergangsstücks 43 in der Radialrichtung überlappen, sodass der Brennkammerkorb 42 und das Brennkammerübergangsstück 43 verbunden sind.
Hierin ist ein Verbindungsabschnitt des Brennkammerkorbs 42 und des Brennkammerübergangsstücks 43 im Detail beschrieben. 1 ist eine Querschnittsansicht, die den Verbindungsabschnitt des Brennkammerkorbs und des Brennkammerübergangsstücks in der Gasturbinenbrennkammer gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht; 2 ist eine Querschnittsansicht entlang der II-II aus 1, die den Verbindungsabschnitt des Brennkammerkorbs und des Brennkammerübergangsstücks veranschaulicht; 3 ist eine Querschnittsansicht entlang der III-III aus 2, die den Verbindungsabschnitt des Brennkammerkorbs und des Brennkammerübergangsstücks veranschaulicht; 4 ist eine Querschnittsansicht entlang IV-IV aus 1, die den Verbindungsabschnitt des Brennkammerkorbs und des Brennkammerübergangsstücks veranschaulicht; und 5 ist eine Querschnittsansicht entlang V-V aus 4, die den Verbindungsabschnitt des Brennkammerkorbs und des Brennkammerübergangsstücks veranschaulicht.
Wie in 1 und 2 veranschaulicht, bildet der Brennkammerkorb 42 eine zylindrische Form, wobei ein Außendurchmesser des Endabschnitts 71 auf der stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases G auf eine kleinere Abmessung als ein Innendurchmesser des Endabschnitts des Brennkammerübergangsstücks 43 auf der stromaufwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases G, mit anderen Worten, ein Innendurchmesser des zylindrischen Abschnitts 61, eingestellt ist. In diesem Fall ist der Endabschnitt 71 des Brennkammerkorbes 42 in den zylindrischen Abschnitt 61 des Brennkammerübergangsstücks 43 mit einem dazwischen belassenen radialen Spalt S eingeführt, der sich entlang der Umfangsrichtung erstreckt, sodass ein Bereich, in dem sich der Endabschnitt 71 des Brennkammerkorbs 42 und der zylindrische Abschnitt 61 des Brennkammerübergangsstücks 43 in der Radialrichtung überlappen, zu einem Verbindungsabschnitt C werden. Ferner ist die Federklammer 66 in dem radialen Spalt S zwischen dem Endabschnitt 71 des Brennkammerkorbs 42 und dem zylindrischer Abschnitt 61 des Brennkammerübergangsstücks 43 angeordnet.
Der Brennkammerkorb 42 weist eine plattenförmige Einspannklammer 67 auf, die sich elastisch verformen kann und an einer äußeren Umfangsfläche des Endabschnitts 71 befestigt ist. Die Einspannklammer 67 bildet eine gekrümmte Form, bei der ein Mittelabschnitt in der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases G zu einer Außenseite hervorsteht und an der äußeren Umfangsfläche des Endabschnitts 71 befestigt ist. Die Federklammer 66 erfüllt die Aufgabe, den Brennkammerkorb 42 mit dem Brennkammerübergangsteil 43 zu verbinden, um so zu verhindern, dass der Brennkammerkorb 42 herunterfällt. Die Federklammer 66 ist ein Blattfederelement, das sich elastisch verformen kann, wobei ein Endabschnitt davon auf der stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases G an einer äußeren Umfangsfläche des Endabschnitts 71 in dem Brennkammerkorb 42 befestigt ist, während ein Endabschnitt davon auf der stromaufwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases G von der äußeren Umfangsfläche des Brennkammerkorbs 42 schwimmt und zwischen einer Innenfläche des zylindrischen Abschnitts 61 und der Einspannklammer 67 gehalten wird.
Der Federklammer 66 und die Einspannklammer 67 sind an einer Außenseite des Brennkammerkorbs 42 entlang seines gesamten Umfangs angeordnet. Ferner wird die Federklammer 66 an der inneren Umfangsfläche des Brennkammerübergangsstücks 43 durch eine Kraft gedrückt, mit der die zwischen dem Brennkammerkorb 42 und dem Brennkammerübergangsstück 43 eingeklemmte Einspannklammer 67 versucht, in eine ursprüngliche Form in einen Zustand zurückversetzt zu werden, in dem der Endabschnitt 71 des Brennkammerkorbs 42 in den zylindrischen Abschnitt 61 des Brennkammerübergangsstücks 43 eingeführt ist. Auf diese Weise wird verhindert, dass der Brennkammerkorb 42 von dem Brennkammerübergangsstück 43 fällt.
Darüber hinaus sind in der ersten Ausführungsform, wie in 1 bis 5 dargestellt, Kühlteile 81, 91, die unter Verwendung von Druckluft als Kühlmedium kühlen, an einem Verbindungsabschnitt C des Brennkammerkorbs (Verbrennungszylinders) 42 und des Brennkammerübergangsstücks 43 bereitgestellt. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Kühlteile 81, 91 in dem Endabschnitt 71 des Brennkammerkorbs 42 bereitgestellt und derart eingestellt, dass die Strömungsrate der Druckluft in dem zweiten Kühlteil 91 in den zweiten Bereichen θ3, θ4, in denen sich der Formübergangsabschnitt 62 des Brennkammerübergangsstücks 43 dem Endabschnitt 71 des Brennkammerkorbs 42 nähert, höher als die Strömungsrate der Druckluft in dem ersten Kühlteil 81, der in den ersten Bereichen θ1, θ2 bereitgestellt ist, in denen der Formübergangsabschnitt 62 des Brennkammerübergangsstücks 43 von dem Endabschnitt 71 des Brennkammerkorbs 42 getrennt ist.
Wie oben beschrieben, bilden für das Brennkammerübergangsstück 43 der Formübergangsabschnitt 62 und der rechteckige zylindrische Abschnitt 63 eine gezogene Form in Bezug auf den zylindrischen Abschnitt 61, weshalb ein hinterer Endabschnitt des Formübergangsabschnitts 62 des Brennkammerübergangsstücks 43 zu einer zentralen Seite in Bezug auf den Endabschnitt 71 des Brennkammerkorbs 42 gebogen wird, ein Verbindungswinkel α eingestellt wird und der Verbindungswinkel α in der Umfangsrichtung variiert.
Wie spezifisch in 2 und 4 dargestellt, berührt eine Verlängerungslinie L, die sich in einer geraden Linie zur stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases G von einer Außenfläche des Brennkammerkorbs 42 entlang der Axialrichtung erstreckt, eine Innenfläche des Formübergangsabschnitts 62 des Brennkammerübergangsstücks 43 an einem Schnittpunkt (Verbindungspunkt D). Zu diesem Zeitpunkt ist ein Winkel, der durch die Verlängerungslinie L und die Innenfläche des Formübergangsabschnitts 62 an dem Schnittpunkt (Verbindungspunkt D) gebildet ist, als der Verbindungswinkel α definiert. Daher wird in der vorliegenden Ausführungsform die Strömungsrate der Druckluft in dem zweiten Kühlteil 91, der in den zweiten Bereichen θ3, θ4 mit einem großen Verbindungswinkel α bereitgestellt ist, höher eingestellt als die Strömungsrate der Druckluft in dem ersten Kühlteil 81, der in den ersten Bereichen θ1, θ2 mit einem kleinen Verbindungswinkel α bereitgestellt ist.
Hierin ist der Abstand von einem hinteren Ende des Brennkammerkorbs 42 zu dem Verbindungspunkt D in der Umfangsrichtung konstant, und eine Position eines gebogenen Verbindungsabschnitts zwischen dem zylindrischen Abschnitt 61 und dem Formübergangsabschnitt 62 variiert in der Umfangsrichtung. Allerdings kann die Position des gebogenen Verbindungsabschnitts in der Umfangsrichtung konstant sein, und der Abstand von dem hinteren Ende des Brennkammerkorbs 42 zu dem Verbindungspunkt D kann in der Umfangsrichtung variieren. In einem Fall, in dem die Außenfläche des Brennkammerkorbs 42 gekrümmt ist, ist eine Tangente an der Position des hinteren Endes die Verlängerungslinie L, und in einem Fall, in dem die Innenfläche des Brennkammerübergangsstücks 43 gekrümmt ist, ist ein Winkel, der durch die Verlängerungslinie L und die Tangente der Innenfläche an dem Verbindungspunkt D an der Innenfläche des Brennkammerübergangsstücks 43 gebildet wird, der Verbindungswinkel a. Wenn darüber hinaus der Formübergangsabschnitt 62 nicht geneigt ist und sich die Verlängerungslinie L nicht mit der Innenfläche des Formübergangsabschnitts 62 schneidet, ist der Verbindungswinkel α = 0.
Wie in 1 und 4 dargestellt, ist ein Neigungswinkel einer Wandfläche des Formübergangsabschnitts 62 klein, weshalb ein Verbindungswinkel a2 in den ersten Bereichen θ1, θ2 auf beiden Seiten in der Umfangsrichtung der Gasturbine 10 klein ist. Andererseits ist ein Neigungswinkel einer Wandfläche des Formübergangsabschnitts 62 groß, weshalb ein Verbindungswinkel α1 in den zweiten Bereichen θ3, θ4 auf der Innenseite und der Außenseite in der Radialrichtung der Gasturbine 10 groß ist. Daher strömt in den zweiten Bereichen θ3, θ4 das Verbrennungsgas G, das durch den Brennkammerkorb 42 strömt, von dem Endabschnitt 71 zu einer Innenseite des Formübergangsabschnitts 62, wobei der Endabschnitt 71 des Brennkammerkorbs 42 eine hohe Temperatur erreicht und somit eine Verringerung der Dicke aufgrund von Hochtemperaturoxidation auftreten kann. Daher müssen die zweiten Bereiche θ3, θ4 mit dem großen Verbindungswinkel α1 im Vergleich zu den ersten Bereichen θ1, θ2 mit dem kleinen Verbindungswinkel a2 effizient gekühlt werden.
In diesem Fall ist der erste Kühlteil 81 in den ersten Bereichen θ1, θ2 mit dem kleinen Verbindungswinkel α2 bereitgestellt, und der zweite Kühlteil 91 in den zweiten Bereichen θ3, θ4 ist mit dem großen Verbindungswinkel α1 bereitgestellt. Darüber hinaus sind die ersten Bereiche θ1, θ2 auf den ersten Seiten 64a, 64b (siehe 8) bereitgestellt und die zweiten Bereiche θ3, θ4 sind auf den zweiten Seiten 65a, 65b (siehe 8) bereitgestellt. In diesem Fall ist die zweite Seite 65a länger als die zweite Seite 65b, und daher ist eine Länge in der Umfangsrichtung des zweiten Bereichs θ3 länger als eine Länge in der Umfangsrichtung des zweiten Bereichs θ4 eingestellt. Es sei klargestellt, dass die Längen der ersten Seiten 64a, 64b gleich sind und daher die Längen in der Umfangsrichtung der ersten Bereiche θ1, θ2 derart eingestellt sind, dass sie gleich sind. Es sei klargestellt, dass der geschweißte Abschnitt W (siehe 8) in dem Brennkammerübergangsstück 43 in dem ersten Bereich θ2 angeordnet ist.
Wie in 1, 4 und 5 dargestellt, ist der erste Kühlteil 81 in dem Endabschnitt 71 in der Axialrichtung des Brennkammerkorbs 42, in den ersten Bereichen θ1, θ2 (Seite der ersten Seiten 64a, 64b) bereitgestellt. Der erste Kühlteil 81 ist eine Mehrzahl von Kühlkanälen, die in dem Endabschnitt 71 des Brennkammerkorbs 42 auf der stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases G bereitgestellt sind, um sich entlang der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases G zu erstrecken und den Endabschnitt 71 in vorbestimmten Intervallen in der Umfangsrichtung des Brennkammerkorbs 42 zu durchdringen. Genauer ist der erste Kühlteil 81 aus einer Mehrzahl von ersten Kühlkanälen 82, die entlang der Axialrichtung des Brennkammerkorbs 42 mit vorbestimmten Intervallen in der Umfangsrichtung gebildet sind, und einer Mehrzahl von ersten Kühllöchern 83 konfiguriert, die entlang der Radialrichtung des Brennkammerkorbs 42 mit vorbestimmten Intervallen in der Umfangsrichtung gebildet sind. Die ersten Kühlkanäle 82 weisen erste Endabschnitte, die mit den ersten Kühllöchern 83 verbunden sind, und zweite Endabschnitte auf, die sich in einer Endfläche des Brennkammerkorbs 42 öffnen. Die ersten Kühllöcher 83 öffnen sich zu dem radialen Spalt S.
Wie in 1 bis 3 dargestellt, ist der zweite Kühlteil 91 in dem Endabschnitt 71 in der Axialrichtung des Brennkammerkorbs 42, in den zweiten Bereichen θ3, θ4 (Seite der zweiten Seiten 65a, 65b) bereitgestellt. Der zweite Kühlteil 91 ist eine Mehrzahl von Kühlkanälen, die in dem Endabschnitt 71 des Brennkammerkorbs 42 auf der stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases G bereitgestellt sind, um sich entlang der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases G zu erstrecken und den Endabschnitt 71 in vorbestimmten Intervallen in der Umfangsrichtung des Brennkammerkorbs 42 zu durchdringen. Genauer ist der zweite Kühlteil 91 durch eine Mehrzahl von ersten Kanälen 92 und zweiten Kanälen 93, die entlang der Axialrichtung des Brennkammerkorbs 42 in vorbestimmten Intervallen in der Umfangsrichtung ausgebildet sind, einen Vereinigungsabschnitt 94, an dem die ersten Kanäle 92 und die zweiten Kanäle 93 entlang der Umfangsrichtung des Brennkammerkorbs 42 verbunden sind, und eine Mehrzahl von zweiten Kühllöchern 95 konfiguriert, die entlang der Radialrichtung des Brennkammerkorbs 42 in vorbestimmten Intervallen in der Umfangsrichtung ausgebildet sind. Hierin sind die zweiten Kühlkanäle durch die ersten Kanäle 92, die zweiten Kanäle 93 und den Vereinigungsabschnitt 94 gebildet. Die ersten Kühlkanäle 92 weisen erste Endabschnitte, die mit den zweiten Kühllöchern 95 verbunden sind, und zweite Endabschnitte auf, die mit dem Vereinigungsabschnitt 94 verbunden sind. Die zweiten Kanäle 93 weisen erste Endabschnitte, die mit dem Vereinigungsabschnitt 94 verbunden sind, und zweite Endabschnitte auf, die sich in einer Endfläche des Brennkammerkorbs 42 öffnen. Die zweiten Kühllöcher 95 öffnen sich zu dem radialen Spalt S.
Wie zudem in 5 dargestellt, ist die Mehrzahl von ersten Kühlkanälen 82 in dem ersten Kühlteil 81 mit einem vorbestimmten Abstand (Intervall) P1 in der Umfangsrichtung angeordnet. Andererseits, wie in 3 dargestellt, ist die Mehrzahl von ersten Kanälen 92 in dem zweiten Kühlteil 91 mit dem vorbestimmten Abstand (Intervall) P1 in der Umfangsrichtung angeordnet, und die Mehrzahl von zweiten Kanälen 93 ist mit einem vorbestimmten Abstand (Intervall) P2 in der Umfangsrichtung angeordnet. Hierin sind der Abstand P1 der ersten Kühlkanäle 82 in dem ersten Kühlteil 81 und der Abstand P1 der ersten Kanäle 92 in dem zweiten Kühlteil 91 auf den gleichen Abstand eingestellt. Andererseits ist der Abstand (Intervall) P2 der zweiten Kanäle 93 in dem zweiten Kühlteil 91 derart eingestellt, dass er kleiner ist als die Abstände P1 der ersten Kühlkanäle 82 und der ersten Kanäle 92 (P1 > P2), sodass die Anzahl der zweiten Kanäle 93 höher ist. Es sei klargestellt, dass die Innendurchmesser der ersten Kühlkanäle 82, der ersten Kanäle 92 und der zweiten Kanäle 93 den gleichen Durchmesser aufweisen.
Daher sind der erste Kühlteil 81 und der zweite Kühlteil 91 derart bereitgestellt, dass sie eine Plattendicke des Brennkammerkorbs 42 durchdringen, weshalb eine Kanalgesamtfläche von Druckluft in dem zweiten Kühlteil 91 (zweite Kanäle 93), die in den zweiten Bereichen θ3, θ4 mit dem großen Verbindungswinkel α1 bereitgestellt ist, größer als eine Kanalgesamtfläche von Druckluft in dem ersten Kühlteil 81 (erste Kühlkanäle 82) ist, die in den ersten Bereichen θ1, θ2 mit dem kleinen Verbindungswinkel α2 bereitgestellt sind. Infolgedessen ist die Strömungsrate von Druckluft in dem zweiten Kühlteil 91, der in den zweiten Bereichen θ3, θ4 mit dem großen Verbindungswinkel α1 bereitgestellt ist, höher als die Strömungsrate von Druckluft in dem ersten Kühlteil 81, der in den ersten Bereichen θ1, θ2 mit dem kleinen Verbindungswinkel α2 bereitgestellt ist.
Wie in 2 und 4 dargestellt, wird daher ein Teil der von dem Kompressor 11 komprimierten Druckluft durch einen Spalt in der Federklammer 66 in den radialen Spalt S eingepresst. In dem ersten Kühlteil 81 wird die Druckluft in dem radialen Spalt S aus den ersten Kühllöchern 83 in die ersten Kühlkanäle 82 eingepresst und strömt durch die ersten Kühlkanäle 82, um die ersten Bereiche θ1, θ2 in dem Endabschnitt 71 des Brennkammerkorbs 42 zu kühlen. Ferner wird in dem zweiten Kühlteil 91 die Druckluft in dem radialen Spalt S aus den zweiten Kühllöchern 95 in die ersten Kanäle 92 eingepresst und vereinigt sich an dem Vereinigungsabschnitt 94. Darüber hinaus wird die Druckluft aus dem Vereinigungsabschnitt 94 in die zweiten Kanäle 93 eingepresst und strömt durch die zweiten Kanäle 93, um die zweiten Bereiche θ3, θ4 in dem Endabschnitt 71 des Brennkammerkorbs 42 zu kühlen.
Hier hat das Brennkammerübergangsstück 43 den kleinen Verbindungswinkel a2 in den ersten Bereichen θ1, θ2 und den großen Verbindungswinkel α1 in den zweiten Bereichen θ3, θ4, weshalb, in den zweiten Bereichen θ3, θ4, das Verbrennungsgas G durch den Brennkammerkorb 42 von dem Endabschnitt 71 zu der Innenseite des Formübergangsabschnitts 62 strömt und somit der Endabschnitt 71 des Brennkammerkorbs 42 leicht eine hohe Temperatur erreicht. Allerdings strömt im Vergleich zu dem ersten Kühlteil 81 in Bezug auf den zweiten Kühlteil 91 eine große Menge Druckluft in den zweiten Kanälen 93, weshalb die zweiten Bereiche θ3, θ4 in dem Endabschnitt 71 des Brennkammerkorbs 42, der tendenziell eine hohe Temperatur erreicht, effizient gekühlt werden können.
Somit ist die Gasturbinenbrennkammer der ersten Ausführungsform mit dem Brennkammerkorb 42, in dem Druckluft und Brennstoff gemischt und verbrannt werden, mit dem Brennkammerübergangsstück 43, in das der Endabschnitt 71 des Brennkammerkorbs 42 auf der stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases G eingeführt ist und mit dem dazwischen belassenen radialen Spalt S verbunden ist, der sich entlang der Umfangsrichtung erstreckt, und den Kühlteilen 81, 91 bereitgestellt, die unter Verwendung von Druckluft (Kühlmedium) kühlen, das an dem Verbindungsabschnitt C des Brennkammerkorbs 42 und des Brennkammerübergangsstück 43 bereitgestellt ist. Die Strömungsrate von Druckluft in dem zweiten Kühlteil 91, der die zweiten Bereiche θ3, θ4 mit dem großen Verbindungswinkel α1 kühlt, ist höher eingestellt als die Strömungsrate von Druckluft in dem ersten Kühlteil 81, der die ersten Bereiche θ1, θ2 mit dem kleinen Verbindungswinkel α2 kühlt.
Daher sind die Kühlteile 81, 91, die unter Verwendung von Druckluft kühlen, an dem Verbindungsabschnitt C des Brennkammerkorbs 42 und des Brennkammerübergangsstücks 43 bereitgestellt, und der Endabschnitt 71 des Brennkammerkorbs 42 wird aufgrund von Verbrennungsgas durch die Druckluft in den Kühlteilen 81, 91 daran gehindert, eine hohe Temperatur zu erreichen. Zu diesem Zeitpunkt ist es wahrscheinlicher, dass die Temperatur des Endabschnitts 71 des Brennkammerkorbs 42 in den zweiten Bereichen θ3, θ4 mit dem großen Verbindungswinkel α1 aufgrund des Verbrennungsgases eine hohe Temperatur erreicht. Daher ist die Strömungsrate der Druckluft in dem zweiten Kühlteil 91 höher als die Strömungsrate der Druckluft durch den ersten Kühlteil 81, sodass der Endabschnitt 71 des Brennkammerkorbs 42 unabhängig von der Form des Brennkammerübergangsstücks 43 durch die Druckluft in Umfangsrichtung in geeigneter Weise gekühlt werden kann. Infolgedessen wird der Brennkammerkorb 42 effizient gekühlt, und auf diese Weise kann die Zuverlässigkeit verbessert werden, Reparaturkosten können reduziert werden, und eine lange Lebensdauer kann erzielt werden.
In der Gasturbinenbrennkammer der ersten Ausführungsform ist der Verbindungsabschnitt C durch den Endabschnitt 71 des Brennkammerkorbs 42 und den zylindrischen Abschnitt 61 des Brennkammerübergangsstücks 43 konfiguriert, die sich in der Radialrichtung überlappen, wobei die Kühlteile 81, 91 in dem Endabschnitt 71 in der Axialrichtung des Brennkammerkorbs 42 bereitgestellt sind. Der Endabschnitt 71 des Brennkammerkorbs 42 kann effizient durch die Druckluft gekühlt werden.
In der Gasturbinenbrennkammer der ersten Ausführungsform ist die Mehrzahl von ersten Kühlkanälen 82, die in vorbestimmten Intervallen in der Umfangsrichtung bereitgestellt sind, als der erste Kühlteil 81 bereitgestellt, wobei die Mehrzahl der ersten Kanäle 92, die in vorbestimmten Intervallen in der Umfangsrichtung bereitgestellt sind, als der zweite Kühlteil 91 bereitgestellt ist, und der Abstand P2 der Mehrzahl der zweiten Kanäle 93 derart eingestellt ist, dass er kleiner als der Abstand P1 der Mehrzahl der ersten Kühlkanäle 82 ist. Daher sind die Kühlteile 81, 91 als die Mehrzahl von Kühlkanälen 82, 92, 93 entlang der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases bereitgestellt, sodass die Kühlteile 81, 91 vereinfacht werden können. Der Abstand P2 der zweiten Kanäle 93 ist derart eingestellt, dass er kleiner als der Abstand P1 der ersten Kühlkanäle 82 ist, und somit kann der Endabschnitt 71 des Brennkammerkorbs 42 in den zweiten Bereichen θ3, θ4 mit dem großen Verbindungswinkel α1 durch eine einfache Konfiguration effizient gekühlt werden.
In der Gasturbinenbrennkammer der ersten Ausführungsform öffnen sich die ersten Endabschnitte der Kanäle 82, 92, 93 der Kühlteile 81, 91 zu dem radialen Spalt, und die zweiten Endabschnitte davon öffnen sich in der Endfläche des Brennkammerkorbs 42 auf der stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases. Auf diese Weise wird der Endabschnitt 71 des Brennkammerkorbs 42 durch von außen angesaugte Druckluft gekühlt und dann wird diese Druckluft an einen Verbrennungsgaskanal abgegeben, sodass eine Verringerung der Brennkammereffizienz verhindert werden kann.
In der Gasturbinenbrennkammer der ersten Ausführungsform sind die zweiten Kühllöcher 95 mit den ersten Endabschnitten, die sich zu dem radialen Spalt S öffnen, die ersten Kanäle 92 mit den ersten Endabschnitten, welche mit den zweiten Kühllöchern 95 verbunden sind, die zweiten Kanäle 93 in einer höheren Anzahl als die ersten Kanäle 92 mit den ersten Endabschnitten, die sich in der Endfläche des Brennkammerkorbs 42 öffnen, und der Vereinigungsabschnitt 94, an dem sich die zweiten Endabschnitte der ersten Kanäle 92 und die zweiten Endabschnitte der zweiten Kanäle 93 verbinden, als der zweite Kühlteil 91 bereitgestellt. Daher strömt die Druckluft, nachdem sie von der Mehrzahl von zweiten Kühllöchern 95 durch die ersten Kanäle 92 zu dem Vereinigungsabschnitt 94 strömt und sich dort mit diesen vereinigt, durch die zweiten Kanäle 93 mit einer höheren Anzahl und wird dann ausgestoßen, sodass die Kühlfläche in dem Endabschnitt 71 des Brennkammerkorbs 42, der eine hohe Temperatur erreicht, erhöht wird und der Endabschnitt 71 des Brennkammerkorbs 42 effizient gekühlt werden kann.
In der Gasturbinenbrennkammer der ersten Ausführungsform ist das Brennkammerübergangsstück 43 durch den zylindrischen Abschnitt 61, den Formübergangsabschnitt 62 konfiguriert, und die ersten Bereiche θ1, θ2 sind auf den ersten Seiten 64a, 64b entlang der Radialrichtung bereitgestellt, und die zweiten Bereiche θ3, θ4 sind auf den zweiten Seiten 65a, 65b entlang der Umfangsrichtung bereitgestellt. Selbst wenn das Brennkammerübergangsstück 43 von einer zylindrischen Form zu einer rechteckigen zylindrischen Form wechselt, kann daher der Endabschnitt 71 des Brennkammerkorbs 42, der mit dem Brennkammerübergangsstück 43 verbunden ist, effizient um den gesamten Umfang gekühlt werden.
In der Gasturbinenbrennkammer der ersten Ausführungsform ist die Länge in der Umfangsrichtung des zweiten Bereichs θ3, der an einer Außenseite in der Radialrichtung der Gasturbine 10 positioniert ist, länger als die Länge in der Umfangsrichtung des zweiten Bereichs θ4 eingestellt, der an einer Innenseite in der Radialrichtung der Gasturbine 10 positioniert ist. Daher werden die Längen in der Umfangsrichtung der zweiten Bereiche θ3, θ4 basierend auf der Form des Brennkammerübergangsstücks 43 eingestellt, sodass der Endabschnitt 71 des Brennkammerkorbs 42 effizient um den gesamten Umfang gekühlt werden kann.
Ferner ist die Gasturbine der ersten Ausführungsform mit dem Kompressor 11, der Luft komprimiert, der Brennkammer 12, die Brennstoff und die von dem Kompressor 11 komprimierte Druckluft mischt und verbrennt, und der Turbine 13 bereitgestellt, die eine Drehkraft durch Verbrennungsgas produziert, das von der Brennkammer 12 erzeugt wird, und die Kühlteile 81, 91, die unter Verwendung der Druckluft (Kühlmedium) kühlen, sind an dem Verbindungsabschnitt C des Brennkammerkorbs 42 und des Brennkammerübergangsstücks 43 in der Brennkammer 12 bereitgestellt. Auf diese Weise wird der Brennkammerkorb 42 effizient gekühlt, und somit kann die Zuverlässigkeit verbessert und eine lange Lebensdauer kann erzielt werden.
Zweite Ausführungsform
9 ist eine Querschnittsansicht, die einen Verbindungsabschnitt eines Brennkammerkorbs und eines Brennkammerübergangsstücks in einer Gasturbinenbrennkammer gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht; 10 ist eine Querschnittsansicht entlang X-X aus 9, die den Verbindungsabschnitt des Brennkammerkorbs und des Brennkammerübergangsstücks veranschaulicht; und 11 ist eine Querschnittsansicht entlang XI-XI aus 9, die den Verbindungsabschnitt des Brennkammerkorbs und des Brennkammerübergangsstücks veranschaulicht. Es sei klargestellt, dass die gleichen Bezugszeichen auf Elemente mit den gleichen Funktionen wie in der ersten Ausführungsform verwendet werden und dass auf detaillierte Beschreibungen davon verzichtet wird.
Darüber hinaus sind in der zweiten Ausführungsform, wie in 9 bis 11 dargestellt, Kühlteile 81, 91, die unter Verwendung von Druckluft als Kühlmedium kühlen, an dem Verbindungsabschnitt C des Brennkammerkorbs 42 und des Brennkammerübergangsstücks 43 bereitgestellt. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Kühlteile 81, 91 in dem Endabschnitt 71 des Brennkammerkorbs 42 bereitgestellt und derart eingestellt, dass die Strömungsrate der Druckluft in dem zweiten Kühlteil 91, der in den zweiten Bereichen θ3, θ4 mit einem schmaleren radialen Spalt S2 als der radiale Spalt S1 bereitgestellt ist, höher als die Strömungsrate der Druckluft in dem ersten Kühlteil 81 ist, der in den ersten Bereichen θ1, θ2 mit dem breiten radialen Spalt S1 bereitgestellt ist.
Für das Brennkammerübergangsstück 43 bilden der Formübergangsabschnitt 62 und der rechteckige zylindrische Abschnitt 63 eine gezogene Form in Bezug auf den zylindrischen Abschnitt 61, wie oben beschrieben, weshalb die radialen Spalte S1, S2 zwischen dem Endabschnitt 71 des Brennkammerkorbs 42 und dem Formübergangsabschnitt 62 des Brennkammerübergangsstücks 43 in Bezug auf die Umfangsrichtung variieren. Genauer bildet in den ersten Bereichen θ1, θ2 auf beiden Seiten in der Umfangsrichtung der Gasturbine 10 eine Wandfläche des Formübergangsabschnitts 62 eine gerade Linie, weshalb der radiale Spalt S1 zwischen dem Brennkammerkorb 42 und dem Brennkammerübergangsstück 43 breiter als der radiale Spalt S2 in den zweiten Bereichen θ3, θ4 ist. Andererseits ist in den zweiten Bereichenθ3, θ4 auf der Außenseite und der Innenseite in der Radialrichtung der Gasturbine 10 eine Wandfläche des Formübergangsabschnitts 62 zu einer Seite des mittleren Abschnitts geneigt, weshalb der radiale Spalt S2 zwischen dem Brennkammerkorb 42 und dem Brennkammerübergangsstück 43 schmaler als der radiale Spalt S1 in den ersten Bereichen θ1, θ2 ist. Daher strömt in den zweiten Bereichen θ3, θ4 das Verbrennungsgas G, das durch den Brennkammerkorb 42 strömt, von dem Endabschnitt 71 zu einer Innenseite des Formübergangsabschnitts 62, und der Endabschnitt 71 des Brennkammerkorbs 42 erreicht eine hohe Temperatur und somit eine Verringerung der Dicke aufgrund von Hochtemperaturoxidation auftreten kann. Daher müssen die zweiten Bereiche θ3, θ4 mit dem schmaleren radialen Spalt S2 als der radiale Spalt S1 in den ersten Bereichen θ1, θ2 im Vergleich zu den ersten Bereichen θ1, θ2 mit dem breiten Spalt S1 in der Radialrichtung effizienter gekühlt werden.
In diesem Fall ist der erste Kühlteil 81 in den ersten Bereichen θ1, θ2 mit einem breiten radialen Spalt S1 bereitgestellt und der zweite Kühlteil 91 ist in den zweiten Bereichen θ3, θ4 mit einem schmaleren radialen Spalt S2 als der radiale Spalt S1 in den ersten Bereichen 01, θ2 bereitgestellt. Darüber hinaus sind die ersten Bereiche θ1, θ2 auf den ersten Seiten 64a, 64b (siehe 8) bereitgestellt und die zweiten Bereiche θ3, θ4 sind auf den ersten Seiten 65a, 65b (siehe 8) bereitgestellt. In diesem Fall ist die zweite Seite 65a länger als die zweite Seite 65b, und daher ist die Länge in der Umfangsrichtung des zweiten Bereichs θ3 länger als die Länge in der Umfangsrichtung des zweiten Bereichs θ4 eingestellt. Es sei klargestellt, dass die Längen der ersten Seiten 64a, 64b gleich sind und daher die Längen in der Umfangsrichtung der ersten Bereiche θ1, θ2 derart eingestellt sind, dass sie gleich sind. Es sei klargestellt, dass der geschweißte Abschnitt W (siehe 8) in dem Brennkammerübergangsstück 43 in dem ersten Bereich θ2 angeordnet ist.
Es sei klargestellt, dass der erste Kühlteil 81 und der zweite Kühlteil 91 die gleichen wie in der ersten Ausführungsform sind und daher auf eine Beschreibung verzichtet wird.
Daher sind der erste Kühlteil 81 und der zweite Kühlteil 91 derart bereitgestellt, dass sie eine Plattendicke des Brennkammerkorbs 42 durchdringen, weshalb eine Kanalgesamtfläche von Druckluft in dem zweiten Kühlteil 91 (zweite Kanäle 93), die in den zweiten Bereichen θ3, θ4 mit einem schmaleren radialen Spalt S2 als der radiale Spalt S1 in den ersten Bereichen θ1, θ2 bereitgestellt sind, größer als eine Kanalgesamtfläche von Druckluft in dem ersten Kühlteil 81 (erste Kühlkanäle 82) ist, die in den ersten Bereichen θ1, θ2 mit dem breiten radialen Spalt S2 bereitgestellt sind. Infolgedessen ist die Strömungsrate der Druckluft in dem zweiten Kühlteil 91, der in den zweiten Bereichen θ3, θ4 mit dem schmaleren radialen Spalt S2 als der radiale Spalt S1 in den ersten Bereichen θ1, θ2 bereitgestellt ist, höher als die Strömungsrate der Druckluft in dem ersten Kühlteil 81, der in den ersten Bereichen θ1, θ2 mit dem breiten radialen Spalt S1 bereitgestellt ist.
Daher wird ein Teil der von dem Kompressor 11 komprimierten Druckluft durch einen Spalt in der Federklammer 66 in den radialen Spalt S eingepresst. In dem ersten Kühlteil 81 wird die Druckluft in dem radialen Spalt S aus den ersten Kühllöchern 83 in die ersten Kühlkanäle 82 eingepresst und strömt durch die ersten Kühlkanäle 82, um die ersten Bereiche θ1, θ2 in dem Endabschnitt 71 des Brennkammerkorbs 42 zu kühlen. Ferner wird in dem zweiten Kühlteil 91 die Druckluft in dem radialen Spalt S aus den zweiten Kühllöchern 95 in die ersten Kanäle 92 eingepresst und vereinigt sich an dem Vereinigungsabschnitt 94. Darüber hinaus wird die Druckluft aus dem Vereinigungsabschnitt 94 in die zweiten Kanäle 93 eingepresst und strömt durch die zweiten Kanäle 93, um die zweiten Bereiche θ3, θ4 in dem Endabschnitt 71 des Brennkammerkorbs 42 zu kühlen.
Hierin hat das Brennkammerübergangsstück 43 den breiten radialen Spalt S1 in den ersten Bereichen θ1, θ2 und den schmalen radialen Spalt S2 in den zweiten Bereichen θ3, θ4, weshalb, in den zweiten Bereichen θ3, θ4, das Verbrennungsgas G durch den Brennkammerkorb 42 von dem Endabschnitt 71 zu einer Innenseite des Formübergangsabschnitts 62 strömt und der Endabschnitt 71 des Brennkammerkorbs 42 tendenziell eine hohe Temperatur erreicht. Allerdings strömt im Vergleich zu dem ersten Kühlteil 81 in Bezug auf den zweiten Kühlteil 91 eine große Menge Druckluft in den zweiten Kanälen 93, weshalb die zweiten Bereiche θ3, θ4 in dem Endabschnitt 71 des Brennkammerkorbs 42, der tendenziell eine hohe Temperatur erreicht, effizient gekühlt werden können.
Somit ist die Gasturbinenbrennkammer der zweiten Ausführungsform mit dem Brennkammerkorb 42, in dem Druckluft und Brennstoff gemischt und verbrannt werden, mit dem Brennkammerübergangsstück 43, in das der Endabschnitt des Brennkammerkorbs 42 auf der stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases eingeführt ist und mit dem dazwischen belassenen radialen Spalt S verbunden ist, und den Kühlteilen 81, 91 bereitgestellt, die unter Verwendung von Druckluft (Kühlmedium) kühlen, das an dem Verbindungsabschnitt C des Brennkammerkorbs 42 und des Brennkammerübergangsstücks 43 bereitgestellt ist. Die Strömungsrate von Druckluft in dem zweiten Kühlteil 91, der die zweiten Bereiche θ3, θ4 mit dem schmalen radialen Spalt S2 kühlt, ist höher eingestellt als die Strömungsrate von Druckluft in dem ersten Kühlteil 81, der die ersten Bereiche θ1, θ2 mit dem breiten radialen Spalt S1 kühlt.
Daher sind die Kühlteile 81, 91, die unter Verwendung von Druckluft kühlen, an dem Verbindungsabschnitt C des Brennkammerkorbs 42 und des Brennkammerübergangsstücks 43 bereitgestellt, und der Endabschnitt 71 des Brennkammerkorbs 42 wird aufgrund von Verbrennungsgas durch die Druckluft in den Kühlteilen 81, 91 daran gehindert, eine hohe Temperatur zu erreichen. Zu diesem Zeitpunkt ist es wahrscheinlicher, dass die Temperatur des Endabschnitts 71 des Brennkammerkorbs 42 in den zweiten Bereichen 83, 84 mit dem schmalen radialen Spalt S2 aufgrund des Verbrennungsgases eine hohe Temperatur erreicht. Daher ist die Strömungsrate der Druckluft in dem zweiten Kühlteil 91 höher als die Strömungsrate der Druckluft durch den ersten Kühlteil 81, sodass der Endabschnitt 71 des Brennkammerkorbs 42 unabhängig von der Form des Brennkammerübergangsstücks 43 durch die Druckluft in Umfangsrichtung in geeigneter Weise gekühlt werden kann. Infolgedessen wird der Brennkammerkorb 42 effizient gekühlt, und auf diese Weise kann die Zuverlässigkeit verbessert werden, Reparaturkosten können reduziert werden, und eine lange Lebensdauer kann erzielt werden.
Es sei klargestellt, dass in der ersten Ausführungsform die Strömungsrate der Druckluft zu den zweiten Bereichen θ3, θ4 mit dem großen Verbindungswinkel α1 höher als die Strömungsrate der Druckluft zu den ersten Bereichen θ1, θ2 mit dem kleinen Verbindungswinkel a2 ist, und in der zweiten Ausführungsform ist die Strömungsrate der Druckluft zu den zweiten Bereichen θ3, θ4 mit dem schmalen radialen Spalt S2 höher eingestellt als die Strömungsrate der Druckluft zu den ersten Bereichen θ1, θ2 mit dem breiten radialen Spalt S1. Hierin kann durch Hinzufügen der zweiten Ausführungsform zu der ersten Ausführungsform die Strömungsrate der Druckluft zu den zweiten Bereichen θ3, θ4 mit dem großen Verbindungswinkel α1 und dem schmalen radialen Spalt S2 höher als die Strömungsrate der Druckluft zu den ersten Bereichen θ1, θ2 mit dem kleinen Verbindungswinkel α2 und dem breiten radialen Spalt S1 in eingestellt werden.
Dritte Ausführungsform
12 ist eine Querschnittsansicht, die einen Verbindungsabschnitt eines Brennkammerkorbs und eines Brennkammerübergangsstücks in einer Gasturbinenbrennkammer gemäß einer dritten Ausführungsform veranschaulicht. Es sei klargestellt, dass die gleichen Bezugszeichen auf Elemente mit den gleichen Funktionen wie in den oben beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden und dass auf detaillierte Beschreibungen davon verzichtet wird.
In der dritten Ausführungsform, wie in 12 dargestellt, ist der Endabschnitt 71 des Brennkammerkorbs 42 in den zylindrischen Abschnitt 61 des Brennkammerübergangsstücks 43 durch den dazwischen belassenen radialen Spalt S eingeführt, sodass ein Bereich, in dem sich der Endabschnitt 71 des Brennkammerkorbs 42 und der zylindrische Abschnitt 61 des Brennkammerübergangsstücks 43 in der Radialrichtung überlappen, zu dem Verbindungsabschnitt C werden. Ferner ist die Federklammer 66 in dem radialen Spalt S zwischen dem Endabschnitt 71 des Brennkammerkorbs 42 und dem zylindrischer Abschnitt 61 des Brennkammerübergangsstücks 43 angeordnet.
Darüber hinaus ist in der dritten Ausführungsform ein Kühlteil 101, der unter Verwendung von Druckluft (Kühlmedium) kühlt, an dem Verbindungsabschnitt C des Brennkammerkorbs 42 und des Brennkammerübergangsstücks 43 bereitgestellt. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Kühlteil 101 in dem zylindrischen Abschnitt 61 des Brennkammerübergangsstücks 43 bereitgestellt und ist derart eingestellt, dass die Strömungsrate der Druckluft in einem zweiten Kühlteil, der in den zweiten Bereichen θ3, θ4 (siehe Figur) mit dem schmalen radialen Spalt S2 bereitgestellt ist, höher ist als die Strömungsrate der Druckluft in einem ersten Kühlteil, der in den ersten Bereichen θ1, θ2 (siehe Figur) mit dem breiten radialen Spalt S1 bereitgestellt ist. Genauer ist der zweite Kühlteil 101 eine Mehrzahl von Kühlkanälen 102, die in dem Endabschnitt (zylindrischer Abschnitt 61) des Brennkammerübergangsstücks 43 auf der stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases G bereitgestellt sind, um sich entlang der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases G zu erstrecken und den Endabschnitt in vorbestimmten Intervallen in der Umfangsrichtung des Brennkammerübergangsstücks 43 zu durchdringen. Die Kühlkanäle 102 weisen erste Endabschnitte, die sich in einer Außenfläche des Brennkammerübergangsstücks 43 öffnen, und zweite Endabschnitte auf, die sich in einer Innenfläche des Brennkammerübergangsstücks 43 öffnen und einem Endabschnitt des Brennkammerkorbs 42 zugewandt sind.
In der dritten Ausführungsform, wenngleich dies in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, ist die Anzahl der Kühlkanäle 102, die in den zweiten Bereichen θ3, θ4 (siehe 1) mit dem schmalen radialen Spalt S2 bereitgestellt sind, höher als die Anzahl der Kühlkanäle 102 eingestellt, die ähnlich der ersten Ausführungsform in den ersten Bereichen θ1, θ2 (siehe 1) mit dem breiten radialen Spalt S1 bereitgestellt sind.
Daher wird ein Teil der Druckluft, die von dem Kompressor 11 komprimiert wird, in den radialen Spalt S von der Mehrzahl von Kühlkanälen 102 eingeführt und berührt den Endabschnitt 71 des Brennkammerkorbs 42, um den Endabschnitt 71 des Brennkammerkorbs 42 zu kühlen. Hierin ist die Anzahl der Kühlkanäle 102 in den zweiten Bereichen θ3, θ4 mit dem schmalen radialen Spalt S2 hoch, weshalb die zweiten Bereiche θ3, θ4 an dem Endabschnitt 71 des Brennkammerkorbs 42, der zum Erreichen einer hohen Temperatur neigt, effizient gekühlt werden können.
Es sei klargestellt, dass der Kühlteil 101 als die Mehrzahl von Kühlkanälen 102 eingestellt ist, die in dem zylindrischen Abschnitt 61 des Brennkammerübergangsstücks 43 bereitgestellt sind, dass jedoch die Konfiguration nicht darauf beschränkt ist. 13 ist eine Querschnittsansicht, die ein modifiziertes Beispiel des Verbindungsabschnitts des Brennkammerkorbs und des Brennkammerübergangsstücks in der Gasturbinenbrennkammer gemäß der dritten Ausführungsform veranschaulicht.
In dem modifizierten Beispiel der dritten Ausführungsform, wie in 13 dargestellt, ist ein Kühlteil 111, das unter Verwendung von Druckluft (Kühlmedium) kühlt, an dem Verbindungsabschnitt C des Brennkammerkorbs 42 und des Brennkammerübergangsstücks 43 bereitgestellt. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Kühlteil 111 in dem Formübergangsabschnitt 62 und dem zylindrischen Abschnitt 61 des Brennkammerübergangsstücks 43 bereitgestellt und ist derart eingestellt, dass die Strömungsrate der Druckluft in einem zweiten Kühlteil, der in den zweiten Bereichen θ3, θ4 (siehe Figur) mit dem schmaleren radialen Spalt S2 als der radiale Spalt S1 in den ersten Bereichen θ1, θ2 (siehe Figur) bereitgestellt ist, höher ist als die Strömungsrate der Druckluft in einem ersten Kühlteil, der in den ersten Bereichen θ1, θ2 mit dem breiten radialen Spalt S1 bereitgestellt ist. Genauer ist der zweite Kühlteil 111 eine Mehrzahl von Kühlkanälen 112, 113, die in dem zylindrischen Abschnitt 61 und dem Formübergangsabschnitt 62 des Brennkammerübergangsstücks 43 auf der stromaufwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases G bereitgestellt sind, um sich entlang der radialen Richtung des Verbrennungsgases G zu erstrecken und diese Abschnitte in vorbestimmten Intervallen in der Umfangsrichtung des Brennkammerübergangsstücks 43 zu durchdringen. Die Kühlkanäle 112, 113 sind in der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases G angeordnet und weisen erste Endabschnitte, die sich in einer Außenfläche des Brennkammerübergangsstücks 43 öffnen, und zweite Endabschnitte auf, die sich an einer Innenfläche des Brennkammerübergangsstücks 43 öffnen und dem Endabschnitt 71 des Brennkammerkorbs 42 zugewandt sind.
In dem modifizierten Beispiel der dritten Ausführungsform, wenngleich dies in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, ist die Anzahl der Kühlkanäle 112, 113, die in den zweiten Bereichen θ3, θ4 (siehe 1) mit dem schmaleren radialen Spalt S2 als der radiale Spalt S1 in den ersten Bereichen θ1, θ2 (siehe 1) bereitgestellt sind, höher als die Anzahl der Kühlkanäle 112, 113 eingestellt, die ähnlich der dritten Ausführungsform in den ersten Bereichen θ1, θ2 mit dem breiten radialen Spalt S bereitgestellt sind. Es sei klargestellt, dass die Wirkung der dritten Ausführungsform ähnlich ist, weshalb auf eine diesbezügliche Beschreibung verzichtet wird.
Daher ist die Gasturbinenbrennkammer der dritten Ausführungsform mit den Kühlteilen 101, 111 bereitgestellt, die unter Verwendung von Druckluft (Kühlmedium) an dem Verbindungsabschnitt C des Brennkammerkorbs 42 und des Brennkammerübergangsstücks 43 kühlen, wobei die Strömungsrate der Druckluft in dem zweiten Kühlteil, der die zweiten Bereiche θ3, θ4 mit dem schmaleren radialen Spalt S2 als der radiale Spalt S1 kühlt, höher eingestellt ist als die Strömungsrate der Druckluft in dem ersten Kühlteil, der die ersten Bereiche θ1, θ2 mit dem breiten radialen Spalt S1 kühlt.
Daher kann der Endabschnitt 71 des Brennkammerkorbs 42 ungeachtet der Form des Brennkammerübergangsstücks 43 in der Umfangsrichtung in geeigneter Weise durch die Druckluft gekühlt werden. Infolgedessen wird der Brennkammerkorb 42 effizient gekühlt, und auf diese Weise kann die Zuverlässigkeit verbessert werden und eine lange Lebensdauer erreicht werden.
Vierte Ausführungsform
14 ist eine Querschnittsansicht, die einen Verbindungsabschnitt eines Brennkammerkorbs und eines Brennkammerübergangsstücks in einer Gasturbinenbrennkammer gemäß einer vierten Ausführungsform veranschaulicht. Es sei klargestellt, dass die gleichen Bezugszeichen auf Elemente mit den gleichen Funktionen wie in den oben beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden und dass auf detaillierte Beschreibungen davon verzichtet wird.
In der vierten Ausführungsform, wie in 14 dargestellt, sind ein Außenseitenbereich der Kühlteile 81, 91 (siehe 2 und 4) in einem Bereich weiter auf einer Außenseite in der Radialrichtung der Gasturbine als eine erste Bezugslinie L1 und ein Innenseitenbereich der Kühlteile 81, 91 in einem Bereich weiter auf einer Innenseite in der Radialrichtung der Gasturbine als die erste Bezugslinie L1 in Bezug auf die erste Bezugslinie L1, die eine gerade Linie ist, die zur Radial- und Axialrichtung der Gasturbine orthogonal ist und ein Achsenzentrum (Zentrumsachse) O des Brennkammerkorbs 42 durchläuft, eingestellt. Darüber hinaus ist ein Verbindungswinkel a an einem Schnittpunkt (Verbindungspunkt D) zwischen der Verlängerungslinie L einer Außenfläche des Brennkammerkorbs 42 entlang der Axialrichtung und einer Innenfläche des Brennkammerübergangsstücks 43 eingestellt. Ferner sind die ersten Bereiche θ1, θ2, die an Positionen nahe der ersten Bezugslinie L1 entweder in dem Außenseitenbereich oder dem Innenseitenbereich eingestellt sind, und die zweiten Bereiche θ3, θ4 mit einem größeren Verbindungswinkel a als in den ersten Bereichen θ1, θ2 eingestellt, die an Positionen eingestellt sind, die weiter von der ersten Bezugslinie L1 entfernt ist als die ersten Bereiche θ1, θ2. Ferner sind die zweiten Bereiche θ3, θ4 (zweiter Kühlteil 91) derart eingestellt, dass die Strömungsrate der Druckluft (Kühlmedium) höher als in den ersten Bereichen θ1, θ2 (erster Kühlteil 81) ist. Die Konfiguration ist im Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie in der ersten Ausführungsform.
Ferner sind die ersten Bereiche θ1, θ2, die an Positionen nahe der ersten Bezugslinie L1 entweder in dem Außenseitenbereich oder dem Innenseitenbereich eingestellt sind, und die zweiten Bereiche θ3, θ4, die mit dem schmaleren radialen Spalt S als die ersten Bereiche θ1, θ2 eingestellt sind, die an Positionen weiter von der ersten Bezugslinie L1 entfernt als die ersten Bereiche θ1, θ2 eingestellt sind, und die zweiten Bereiche θ3, θ4 sind mit einer höheren Strömungsrate der Druckluft (Kühlmedium) als die ersten Bereiche θ1, θ2 eingestellt. Die Konfiguration ist im Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie in der zweiten Ausführungsform.
Eine Beziehung zwischen den ersten Bereichen θ1, θ2 und den zweiten Bereichen θ3, θ4 und eine Beziehung zwischen dem ersten Kühlteil 81 und dem zweiten Kühlteil 91 werden im Folgenden genauer beschrieben.
Eine Querschnittsfläche der Kühlteile 81, 91 pro Einheitslänge in der Umfangsrichtung des Brennkammerkorbs 42 und des Brennkammerübergangsstücks 43 ist in den zweiten Bereichen θ3, θ4 größer als in den ersten Bereichen θ1, θ2 eingestellt. Mit anderen Worten ist die Querschnittsfläche pro Einheitslänge in dem ersten Kühlteil 81 in der Umfangsrichtung größer als die Querschnittsfläche pro Einheitslänge des zweiten Kühlteils 91 in der Umfangsrichtung.
Der Außenseitenbereich ist in ersten Außenseitenbereichen θ11, θ21, die einen Abschnitt der ersten Bereiche θ1, θ2 bilden, und einen zweiten Außenseitenbereich θ3 eingestellt, der den zweiten Bereich weiter auf einer Außenseite in der Radialrichtung der Gasturbine als die ersten Außenseitenbereiche θ11, θ21 bildet, wobei der zweite Außenseitenbereich θ3 größer als ein Gesamtbereich der ersten Außenseitenbereiche θ11, θ21 eingestellt ist.
Der Innenseitenbereich ist in ersten Innenseitenbereichen θ12, θ22, die einen Abschnitt der ersten Bereiche θ1, θ2 bilden, und einen zweiten Innenseitenbereich θ4 eingestellt, der den zweiten Bereich weiter auf einer Innenseite in der Radialrichtung der Gasturbine als die ersten Innenseitenbereiche θ12, θ22 bildet, wobei der zweite Innenseitenbereich θ4 kleiner als ein Gesamtbereich der ersten Innenseitenbereiche θ12, θ22 eingestellt ist.
In diesem Fall ist der zweite Außenseitenbereich θ3 größer eingestellt als der zweite Innenseitenbereich θ4.
Die ersten Bereiche θ1, θ2 und die zweiten Bereiche θ3, θ4 sind jeweils achsensymmetrisch in Bezug auf die zweite Bezugslinie L2 eingestellt, die orthogonal zu der ersten Bezugslinie L1 und der Axialrichtung des Brennkammerkorbs 42 ist.
Die Anzahl der Kühlkanäle in dem Außenseitenbereich ist derart eingestellt, dass sie höher als die Anzahl der Kühlkanäle in dem Innenseitenbereich ist. Ferner ist die Anzahl der Kühlkanäle in den ersten Bereichen θ1, θ2 derart eingestellt, dass sie niedriger als die Anzahl der Kühlkanäle in den zweiten Bereichen θ3, θ4 ist.
Ein Durchschnittsintervall der Mehrzahl von Kühlkanälen ist in den ersten Bereichen θ1, θ2 innerhalb von 5,5 mm bis 8,5 mm eingestellt und in den zweiten Bereichen θ3, θ4 innerhalb von 2,0 mm bis 5,0 mm eingestellt. Mit anderen Worten ist das Durchschnittsintervall der Kühlkanäle in dem ersten Kühlteil 81 auf innerhalb von 5,5 mm bis 8,5 mm eingestellt, und ein Durchschnittsintervall der Kühlkanäle in dem zweiten Kühlteil 91 ist auf innerhalb von 2,0 mm bis 5,0 mm eingestellt.
Die ersten Außenseitenbereiche θ11, θ21 und der zweite Außenseitenbereich θ3 sind in der Umfangsrichtung des Brennkammerkorbs 42 benachbart und eine Grenzposition zwischen jedem der ersten Außenseitenbereiche θ11, θ21 und dem zweiten Außenseitenbereich θ3 ist in einem Bereich von 15 Grad bis 30 Grad von der ersten Bezugslinie L1 eingestellt.
Die ersten Innenseitenbereiche θ1, θ22 und der zweite Innenseitenbereich θ4 sind in der Umfangsrichtung des Brennkammerkorbs 42 benachbart und eine Grenzposition zwischen jedem der ersten Innenseitenbereiche θ12, θ22 und dem zweiten Innenseitenbereich θ4 ist in einem Bereich von 60 Grad bis 75 Grad von der ersten Bezugslinie L1 eingestellt.
Der Verbindungswinkel a an einer Position, an der sich der Brennkammerkorb 42 und die erste Bezugslinie L1 schneiden, ist auf 0 Grad eingestellt, der Verbindungswinkel a an einer Position, die sich mit der zweiten Bezugslinie L2 in den Außenseitenbereichen schneidet, ist von innerhalb von 12 Grad bis 16 Grad eingestellt und der Verbindungswinkel a an einer Position, die sich mit der zweiten Bezugslinie L2 in den Innenseitenbereichen schneidet, ist innerhalb von 8 Grad bis 12 Grad eingestellt.
Die Beziehung zwischen den ersten Bereichen θ1, θ2 und den zweiten Bereichen θ3, θ4 und die Beziehung zwischen dem ersten Kühlteil 81 und dem zweiten Kühlteil 91 sind vorzugsweise innerhalb der oben erwähnten Bereiche eingestellt, sodass der Brennkammerkorb 42 durch diese Konfiguration effizient gekühlt werden kann.
Es sei klargestellt, dass in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform die Kühlteile 81, 91 als die Kanäle 82, 92, 93 bereitgestellt sind, welche die Plattendicke des Brennkammerkorbs 42 entlang der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases G durchdringen, und die Kühlteile 101, 111 sind als die Kanäle 102, 112, 113 bereitgestellt, die in dem Brennkammerübergangsstück 43 ausgebildet sind, allerdings sind die Kühlteile nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Zum Beispiel können die Kanäle in Bezug auf die Strömungsrichtung des Verbrennungsgases G geneigt sein oder können entlang der Umfangsrichtung des Brennkammerkorbs 42 verlaufen.
Bezugszeichenliste

10: Gasturbine
11: Kompressor
12: Brennkammer
13: Turbine
41: Äußerer Brennkammerzylinder
42: Brennkammerkorb (Verbrennungszylinder)
43: Brennkammerübergangsstück
61: Zylindrischer Abschnitt
64a, 64b: Erste Seite
65a, 65b: Zweite Seite
66: Federklammer
67: Einspannklammer
71: Endabschnitt
81: Erster Kühlteil
82: Erster Kühlkanal
83: Erste Kühlöffnung
91: Zweiter Kühlteil
92: Erster Kanal (zweiter Kühlkanal)
93: Zweiter Kanal (zweiter Kühlkanal)
94: Vereinigungsabschnitt (zweiter Kühlkanal)
95: Zweite Kühlöffnung
101, 111: Kühlteil
102, 112, 113: Kühlkanal
D: (Verbindungspunkt (Schnittpunkt)
L: Verlängerungslinie
L1: Erste Bezugslinie
L2: Zweite Bezugslinie
S, S1, S2: radialer Spalt
α, α1, α2: Verbindungswinkel
θ1, θ2: Erster Bereich
θ3: Zweiter Außenseitenbereich (zweiter Bereich)
θ4: Zweiter Innenseitenbereich (zweiter Bereich)
θ11, θ21: Erster Außenseitenbereich
θ12, θ22: Erster Innenseitenbereich

Claims

Verbrennungszylinder (42) einer Gasturbine, in dem im Betrieb Druckluft und Brennstoff gemischt und verbrannt werden, wobei ein Endabschnitt (71) des Verbrennungszylinders (42) auf einer stromabwärtigen Seite in einer Strömungsrichtung eines Verbrennungsgases (G) in ein Übergangsstück (43) eingeführt und mit dem Übergangsstück (43) durch einen dazwischen belassenen radialen Spalt (S) verbunden ist, der sich entlang einer Umfangsrichtung erstreckt, und der im Betrieb durch ein Kühlmedium in einem Kühlteil (81,91) gekühlt wird, der an einem Verbindungsabschnitt (C) mit dem Übergangsstück (43) bereitgestellt ist, wobei: ein Außenseitenbereich des Kühlteils (81,91), der ein Bereich ist, der sich weiter auf einer Außenseite in einer Radialrichtung der Gasturbine (10) als eine erste Bezugslinie (L1) befindet, wobei die erste Bezugslinie (L1) eine gerade Linie ist, die orthogonal zu der Radialrichtung und einer Axialrichtung der Gasturbine (10) ist und durch eine Zentrumsachse (O) des Verbrennungszylinders (42) verläuft, und ein Innenseitenbereich des Kühlteils (81,91), der ein Bereich ist, der sich weiter auf einer Innenseite in der Radialrichtung der Gasturbine (10) als die erste Bezugslinie (L1) befindet, eingestellt sind; ein Verbindungswinkel (a) an einem Schnittpunkt (D) zwischen einer Verlängerungslinie (L) einer Außenfläche des Verbrennungszylinders (42) in der Richtung der Zentrumsachse (O) des Verbrennungszylinders (42) und einer Innenfläche des Übergangsstücks (43) eingestellt ist; ein erster Bereich (θ1, θ2), der an einer Position nahe der ersten Bezugslinie (L1) entweder im Außenseitenbereich oder im Innenseitenbereich eingestellt ist, und ein zweiter Bereich (θ3, θ4), der mit einem größeren Verbindungswinkel (α1) als der erste Bereich (θ1, θ2) an einer Position weiter von der ersten Bezugslinie (L1) entfernt als der erste Bereich (θ1, θ2) eingestellt ist, eingestellt sind; und der zweite Bereich (θ3, θ4) derart eingestellt ist, dass er eine höhere Strömungsrate des Kühlmediums als der erste Bereich (θ1, θ2) aufweist.
Verbrennungszylinder (42) nach Anspruch 1, wobei der Kühlteil (81,91) derart eingestellt, dass er eine höhere Strömungsrate des Kühlmediums im zweiten Bereich (θ3, θ4) mit einem schmaleren radialen Spalt (S2) als der erste Bereich (θ1, θ2) im Vergleich zu der Strömungsrate des Kühlmediums im ersten Bereich (θ1, θ2) aufweist.
Verbrennungszylinder nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Verbindungsabschnitt (C) durch einen Endabschnitt (71) des Verbrennungszylinders (42) in der Richtung der Zentrumsachse (O) des Verbrennungszylinders (42) und einen Endabschnitt des Übergangsstücks (43) in der Richtung der Zentrumsachse (O) des Verbrennungszylinders (42) überlappend in der Radialrichtung konfiguriert ist und der Kühlteil (81,91) in dem Endabschnitt (71) des Verbrennungszylinders (42) oder dem Endabschnitt des Übergangsstücks (43) bereitgestellt ist.
Verbrennungszylinder nach Anspruch 3, wobei der Kühlteil (81,91) eine Mehrzahl von Kühlkanälen (82,92,93) aufweist, die in dem Endabschnitt (71) des Verbrennungszylinders (42) auf einer stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases (G) in vorbestimmten Intervallen in der Umfangsrichtung bereitgestellt sind, sodass sie entlang der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases (G) verlaufen, und ein Durchschnittsintervall der Mehrzahl von Kühlkanälen (92,93) im zweiten Bereich (θ3, θ4) kleiner als ein Durchschnittsintervall der Mehrzahl von Kühlkanälen (82) im ersten Bereich (θ1, θ2) eingestellt ist.
Verbrennungszylinder (42) einer Gasturbine, in dem im Betrieb Druckluft und Brennstoff gemischt und verbrannt werden, wobei ein Endabschnitt (71) des Verbrennungszylinders (42) auf einer stromabwärtigen Seite in einer Strömungsrichtung eines Verbrennungsgases (G) in ein Übergangsstück (43) eingeführt und mit dem Übergangsstück (43) durch einen dazwischen belassenen radialen Spalt (S) verbunden ist, der sich entlang einer Umfangsrichtung erstreckt, und der im Betrieb durch ein Kühlmedium in einem Kühlteil (81,91) gekühlt wird, der an einem Verbindungsabschnitt (C) mit dem Übergangsstück (43) bereitgestellt ist, wobei: ein Außenseitenbereich des Kühlteils (81,91), der ein Bereich ist, der sich weiter auf einer Außenseite in einer Radialrichtung der Gasturbine (10) als eine erste Bezugslinie (L1), wobei die erste Bezugslinie (L1) eine gerade Linie ist, die orthogonal zu der Radialrichtung und einer Axialrichtung der Gasturbine (10) ist und durch eine Zentrumsachse (O) des Verbrennungszylinders (42) verläuft, und ein Innenseitenbereich des Kühlteils (81,91), der ein Bereich ist, der sich weiter auf einer Innenseite in der Radialrichtung der Gasturbine (10) als die erste Bezugslinie (L1) befindet, eingestellt sind; ein erster Bereich (θ1, θ2), der an einer Position nahe der ersten Bezugslinie (L1) entweder im Außenseitenbereich oder im Innenseitenbereich eingestellt ist, und ein zweiter Bereich (θ3, θ4) mit einem schmaleren radialen Spalt (S2) als der erste Bereich (θ1, θ2), der an einer Position weiter von der ersten Bezugslinie (L1) entfernt als der erste Bereich (θ1, θ2) eingestellt ist, eingestellt sind; und der zweite Bereich (θ3, θ4) derart eingestellt ist, dass er eine höhere Strömungsrate des Kühlmediums als der erste Bereich (θ1, θ2) aufweist, der Verbindungsabschnitt (C) durch einen Endabschnitt (71) des Verbrennungszylinders (42) in der Richtung der Zentrumsachse (O) des Verbrennungszylinders (42) und einen Endabschnitt des Übergangsstücks (43) in der Richtung der Zentrumsachse (O) des Verbrennungszylinders (42) überlappend in der Radialrichtung konfiguriert ist und der Kühlteil (81,91) in dem Endabschnitt (71) des Verbrennungszylinders (42) bereitgestellt ist, und wobei der Kühlteil (81,91) eine Mehrzahl von Kühlkanälen (82,92,93) aufweist, die in dem Endabschnitt (71) des Verbrennungszylinders (42) auf einer stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases (G) in vorbestimmten Intervallen in der Umfangsrichtung bereitgestellt sind, sodass sie entlang der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases (G) verlaufen, und ein Durchschnittsintervall der Mehrzahl von Kühlkanälen (92,93) im zweiten Bereich (θ3, θ4) kleiner als ein Durchschnittsintervall der Mehrzahl von Kühlkanälen (82) im ersten Bereich (θ1, θ2) eingestellt ist.
Verbrennungszylinder (42) nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Mehrzahl von Kühlkanälen (82,92) erste Endabschnitte, die sich zu dem radialen Spalt (S) öffnen, und zweite Endabschnitte aufweisen, die sich in einer Endfläche des Verbrennungszylinders (42) auf einer stromabwärtigen Seite der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases (G) öffnen.
Verbrennungszylinder (42) nach Anspruch 6, wobei die Mehrzahl von Kühlkanälen (82,92), die im zweiten Bereich (θ3, θ4) bereitgestellt ist, erste Kanäle (92), von denen sich erste Endabschnitte zu dem radialen Spalt (S) öffnen, zweite Kanäle (93) in einer höheren Anzahl als die ersten Kanäle (92), von denen sich erste Endabschnitte in der Endfläche des Verbrennungszylinders (42) öffnen, und einen Vereinigungsabschnitt (94) aufweist, an dem zweite Endabschnitte der ersten Kanäle (92) und zweite Endabschnitte der zweiten Kanäle (93) verbunden sind.
Verbrennungszylinder (42) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Übergangsstück (43) eine zylindrische Form auf einer stromaufwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases (G) aufweist und auf einer stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases (G) eine rechteckige zylindrische Form mit einer Länge einer zweiten Seite (65a,65b) entlang der Umfangsrichtung der Gasturbine (10) aufweist, die länger als eine Länge einer ersten Seite (64a,64b) entlang der Radialrichtung der Gasturbine (10) ist, wobei der erste Bereich (θ1, θ2) auf der ersten Seite und der zweite Bereich (θ3, θ4) auf der zweiten Seite bereitgestellt ist.
Verbrennungszylinder (42) nach Anspruch 3 oder 5, wobei der Kühlteil (81,91) eine Mehrzahl von Kühlkanälen aufweist, die in einem Endabschnitt des Verbrennungszylinders (42) auf einer stromabwärtigen Seite in einer Strömungsrichtung des Verbrennungsgases (G) in vorbestimmten Intervallen in der Umfangsrichtung bereitgestellt sind, sodass sie entlang der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases (G) verlaufen, und eine Querschnittsfläche der Kühlkanäle pro Längeneinheit in der Umfangsrichtung derart eingestellt ist, dass sie in dem zweiten Bereich (θ3, θ4) größer als in dem ersten Bereich (θ1, θ2) ist.
Verbrennungszylinder (42) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Außenseitenbereich in einem ersten Außenseitenbereich (011,021), der den ersten Bereich (θ1, θ2) bildet, und in einem zweiten Außenseitenbereich (θ3), der den zweiten Bereich (θ3, θ4) weiter auf einer Außenseite in der Radialrichtung der Gasturbine (10) als der erste Außenseitenbereich (θ11, θ21) bildet, eingestellt ist und der zweite Außenseitenbereich (3) größer als der erste Außenseitenbereich (θ11, θ21) eingestellt ist.
Verbrennungszylinder (42) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Innenseitenbereich in einem ersten Innenseitenbereich (012,022), der den ersten Bereich (θ1, θ2) bildet, und in einem zweiten Innenseitenbereich (θ4), der den zweiten Bereich (θ3, θ4) weiter auf einer Innenseite in der Radialrichtung der Gasturbine (10) als der erste Innenseitenbereich (θ12, θ22) bildet, eingestellt ist und der zweite Innenseitenbereich (θ4) kleiner als der erste Innenseitenbereich (θ12, θ22) eingestellt ist.
Verbrennungszylinder (42) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei wobei der Außenseitenbereich in einem ersten Außenseitenbereich (011,021), der den ersten Bereich (θ1, θ2) bildet, und in einem zweiten Außenseitenbereich (θ3), der den zweiten Bereich (θ3, θ4) weiter auf einer Außenseite in der Radialrichtung der Gasturbine (10) als der erste Außenseitenbereich (θ11, θ21) bildet, eingestellt ist und der zweite Außenseitenbereich (θ3) größer als der erste Außenseitenbereich (θ11, θ21) eingestellt ist, und der Innenseitenbereich in einem ersten Innenseitenbereich (012,022), der den ersten Bereich (θ1, θ2) bildet, und in einem zweiten Innenseitenbereich (θ4), der den zweiten Bereich (θ3, θ4) weiter auf einer Innenseite in der Radialrichtung der Gasturbine (10) als der erste Innenseitenbereich (θ12, θ22) bildet, eingestellt ist und der zweite Außenseitenbereich (θ3) größer als der zweite Innenseitenbereich (θ4) eingestellt ist.
Verbrennungszylinder (42) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der erste Bereich (θ1, θ2) und der zweite Bereich (θ3, θ4) jeweils achsensymmetrisch in Bezug auf eine zweite Bezugslinie (L2), die orthogonal zu der ersten Bezugslinie (L1) und zu der Richtung der Zentrumsachse (O) des Verbrennungszylinders (42) ist, eingestellt sind.
Verbrennungszylinder (42) nach Anspruch 3 oder 5, wobei der Kühlteil (81,91) eine Mehrzahl von Kühlkanälen (82,92,93) aufweist, die in dem Endabschnitt (71) des Verbrennungszylinders (42) auf einer stromabwärtigen Seite in einer Strömungsrichtung des Verbrennungsgases (G) in vorbestimmten Intervallen in der Umfangsrichtung bereitgestellt sind, sodass sie entlang der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases (G) verlaufen, und die Anzahl der Kühlkanäle (82,92,93) im Außenseitenbereich höher eingestellt ist als die Anzahl der Kühlkanäle (82,92,93) im Innenseitenbereich.
Verbrennungszylinder (42) nach Anspruch 3 oder 5, wobei der Kühlteil (81,91) eine Mehrzahl von Kühlkanälen (82,92,93) aufweist, die in dem Endabschnitt (71) des Verbrennungszylinders (42) auf einer stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases (G) in vorbestimmten Intervallen in der Umfangsrichtung bereitgestellt sind, sodass sie entlang der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases (G) verlaufen, und die Anzahl der Kühlkanäle (82,92,93) im ersten Bereich (θ1, θ2) geringer eingestellt ist als die Anzahl der Kühlkanäle (82,92,93) im zweiten Bereich (θ3, θ4).
Verbrennungszylinder (42) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei ein Durchschnittsintervall der Mehrzahl von Kühlkanälen (82,92,93) im ersten Bereich (θ1, θ2) innerhalb von 5,5 mm bis 8,5 mm und im zweiten Bereich (θ3, θ4) innerhalb von 2,0 mm bis 5,0 mm eingestellt ist.
Verbrennungszylinder (42) nach Anspruch 10 oder 12, wobei der erste Außenseitenbereich (θ11, θ21) und der zweite Außenseitenbereich (θ3) in der Umfangsrichtung des Verbrennungszylinders (42) benachbart sind und eine Grenzposition des ersten Außenseitenbereichs (θ11, θ21) und des zweiten Außenseitenbereichs (θ3) in einem Bereich von 15 Grad bis 30 Grad von der ersten Bezugslinie (L1) eingestellt ist.
Verbrennungszylinder (42) nach Anspruch 11 oder 12, wobei der erste Innenbereich und der zweite Innenbereich in der Umfangsrichtung des Verbrennungszylinders (42) benachbart sind und eine Grenzposition des ersten Innenbereichs und des zweiten Innenbereichs in einem Bereich von 60 Grad bis 75 Grad von der ersten Bezugslinie (L1) eingestellt ist.
Verbrennungszylinder (42) nach Anspruch 13, wobei der Verbindungswinkel (a) an einer Position, an der sich der Verbrennungszylinder (42) und die erste Bezugslinie (L1) schneiden, auf 0 Grad eingestellt ist, der Verbindungswinkel an einer Position, die sich mit der zweiten Bezugslinie (L2) in den Außenseitenbereichen schneidet, innerhalb von 12 Grad bis 16 Grad eingestellt ist und der Verbindungswinkel an einer Position, die sich mit der zweiten Bezugslinie (L2) der Innenseitenbereiche schneidet, innerhalb von 8 Grad bis 12 Grad eingestellt ist.
Gasturbinenbrennkammer, umfassend: einen Verbrennungszylinder (42) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, in dem im Betrieb Druckluft und Brennstoff gemischt und verbrannt werden; und ein Übergangsstück (43), in das der Endabschnitt (71) des Verbrennungszylinders (42) auf einer stromabwärtigen Seite in einer Strömungsrichtung des Verbrennungsgases (G) eingeführt und durch einen dazwischen belassenen radialen Spalt (S), der in der Umfangsrichtung verläuft, verbunden ist.
Gasturbine (10), umfassend: einen Kompressor (11), der konfiguriert ist, um Luft zu komprimieren; eine Brennkammer (12) nach Anspruch 20, die konfiguriert ist, um Brennstoff und Druckluft, die von dem Kompressor (11) komprimiert wird, zu mischen und zu verbrennen; und eine Turbine (13), die konfiguriert ist, um eine Drehkraft durch Verbrennungsgas (G) zu produzieren, das von der Brennkammer (12) erzeugt wird.