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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkammer und eine Gasturbine.
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Eine Brennkammer, die in einer Gasturbine verwendet wird, beinhaltet eine erste Brennstoffdüse zum Ausbilden einer Diffusionsflamme oder einer vorgemischten Flamme und eine zweite Brennstoffdüse zum Ausbilden einer vorgemischten Flamme durch Zünden der obigen Flamme. Ein stromabwärtsseitiger Endabschnitt der ersten Brennstoffdüse ist im Allgemeinen mit einem Flammenstabilisator zum Stabilisieren der vorgemischten Flamme abgedeckt, die durch die zweite Brennstoffdüse (siehe
JP H11-344224 A ) ausgebildet ist. Der Flammenstabilisator, der in
JP H11-344224 A beschrieben ist, hat eine Kegelform, die sich im Durchmesser von der stromaufwärtigen Seite zu der stromabwärtigen Seite aufweitet.
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Aus der
JP 2003-130 351 A ist eine Brennkammer mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 bekannt. Diese Brennkammer hat im Bereich des radialen Flansches des konischen Flammenstabilisators um den Umfang verteilte radiale Schlitze.
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Jedoch ist durch Vorsehen des oben beschriebenen Flammenstabilisators der Flammenstabilisator in der Lage, eine Stabilisierung der Flamme an der vorgemischten Flamme zu realisieren, wohingegen der Flammenstabilisator selbst der Flamme ausgesetzt ist, sodass es einen Fall gibt, bei dem im Flammenstabilisator eine thermische Verformung auftritt. In einem Fall, bei dem der Flammenstabilisator verformt wird, wird die Form der vorgemischten Flamme, die sich auf der stromabwärtigen Seite des Flammenstabilisators ausbildet, oder die Eigenschaft des Verbrennungsgases beeinflusst, sodass es einen Fall gibt, bei dem der stabile Betrieb der Brennkammer beeinträchtigt ist.
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Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um das obige Problem zu lösen und hat eine Aufgabe, eine Brennkammer, die stabil betrieben werden kann, selbst in einem Fall, bei dem eine thermische Verformung in dem Flammenstabilisator auftritt, und eine Gasturbine vorzusehen, die mit der Brennkammer versehen ist.
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Gemäß der vorliegende Erfindung ist eine Brennkammer mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 vorgesehen, die beinhaltet: eine erste Düse, die sich entlang einer Achse erstreckt und Brennstoff zu einer stromabwärtigen Seite einspritzt, einen Flammenstabilisator, der einen stromabwärtsseitigen Endabschnitt der ersten Düse von einer äußeren Umfangsseite abdeckt, und eine Vielzahl von zweiten Düsen, die in Abständen in einer Umfangsrichtung um die Achse herum an der äußeren Umfangsseite des Flammenstabilisators angeordnet sind, wobei der Flammenstabilisator einen Kegelabschnitt, der sich im Durchmesser von der stromaufwärtigen Seite zu der stromabwärtigen Seite aufweitet, und einen Flanschabschnitt, der sich von einer stromabwärtsseitigen Endkante des Kegelabschnitts radial nach außen erstreckt, aufweist, und ein Durchdringungsabschnitt, der den Flanschabschnitt in einer Axialrichtung durchdringt, in zumindest dem Flanschabschnitt ausgebildet ist.
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Gemäß diesem Aufbau ist der Durchdringungsabschnitt in zumindest dem Flanschabschnitt angeordnet und deswegen absorbiert der Durchdringungsabschnitt selbst in einem Fall, bei dem der Flammenstabilisator der Wärme der Flamme ausgesetzt ist, thermische Spannungen in einem Umfangsabschnitt des Durchdringungsabschnitts, wodurch es möglich ist, thermische Verformungen zu unterbinden. Das heißt, dass es möglich ist, eine Möglichkeit zu reduzieren, dass der Einfluss der thermischen Verformung andere Abschnitte als den Flanschabschnitt erreicht.
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Gemäß einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann in der Brennkammer der Durchdringungsabschnitt einen Flanschabschnittschlitz, der sich von außen nach innen in der Radialrichtung des Flanschabschnitts erstreckt, und einen Kegelabschnittschlitz, der mit dem Flanschabschnittschlitz kommuniziert und in einem Bereich ausgebildet ist, der einen stromabwärtsseitigen Endabschnitt des Kegelabschnitts beinhaltet, beinhalten.
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Bei diesem Aufbau ist der Flanschabschnittschlitz in dem Flanschabschnitt ausgebildet und zusätzlich ist der Kegelabschnittschlitz, der mit dem Flanschabschnittschlitz kommuniziert, in dem Kegelabschnitt ausgebildet. Auf diese Weise wird in einem Fall, bei dem der Flammenstabilisator Wärme ausgesetzt ist, die thermische Verformung durch den Flanschabschnittschlitz absorbiert und die thermische Spannung wird auch durch den Kegelabschnittschlitz absorbiert. Auf diese Weise ist es möglich, die thermische Verformung zu reduzieren, die in einem Verbindungsabschnitt zwischen dem Flanschabschnitt und dem Kegelabschnitt (eine Endkante an der Außenseite in der Radialrichtung des Kegelabschnitts) auftritt. Das heißt, dass die Haltbarkeit des Flammenstabilisators verbessert werden kann.
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Gemäß einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann in der Brennkammer der Durchdringungsabschnitt ein Loch sein, das den Flanschabschnitt in der Axialrichtung durchdringt.
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Gemäß diesem Aufbau ist das Loch als Durchdringungsabschnitt in dem Flanschabschnitt ausgebildet und deswegen kann selbst in einem Fall, bei dem der Flammenstabilisator der Wärme der Flamme ausgesetzt ist, die thermische Spannung durch das Loch absorbiert werden. Das heißt, dass es möglich ist, eine Möglichkeit zu reduzieren, dass der Einfluss der thermischen Spannung den Kegelabschnitt erreicht.
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Gemäß einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung können in der Brennkammer eine Vielzahl von Durchdringungsabschnitten in Abständen in Umfangsrichtung um die Achse in zumindest dem Flanschabschnitt ausgebildet sein.
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Bei diesem Aufbau ist die Vielzahl der Durchdringungsabschnitte in Abständen in Umfangsrichtung um die Achse ausgebildet. Auf diese Weise kann selbst in einem Fall, bei dem der Flammenstabilisator Wärme ausgesetzt ist, die thermische Spannung in Umfangsrichtung gleichmäßig absorbiert werden. In anderen Worten es ist möglich, die Möglichkeit zu reduzieren, dass der Flammenstabilisator in Umfangsrichtung ungleichmäßig verformt wird.
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Gemäß einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Brennkammer ferner eine Vielzahl von Verlängerungsrohren beinhalten, die jeweils an der stromabwärtigen Seite von jeder zweiten Düse vorgesehen sind und die eine Rohrform haben, die sich in der Axialrichtung erstreckt, wobei die Vielzahl der Verlängerungsrohre in Abständen in der Umfangsrichtung um die Achse angeordnet sind, in der eine Position in der Umfangsrichtung, bei der der Durchdringungsabschnitt an dem Flanschabschnitt vorgesehen ist, zwischen einem Paar von zueinander benachbarten Verlängerungsrohren sein kann.
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Die Flamme, die an der stromabwärtigen Seite der zweiten Düse ausgebildet ist, erstreckt sich zu der stromabwärtigen Seite innerhalb jedes der Verlängerungsrohre. Andererseits strömt Luft, die von außerhalb der Brennkammer geführt wird, von der stromaufwärtigen Seite des Flammenstabilisators zu der stromabwärtigen Seite. In einem Fall, bei dem in Umfangsrichtung die Position des Durchdringungsabschnitts, der in dem Flammenstabilisator ausgebildet ist, mit der Position jedes Verlängerungsrohrs in Umfangsrichtung überlappt, ändert sich die Zusammensetzung eines Luft-Brennstoffgemisches, das der Flamme zugeführt wird, sodass eine Möglichkeit besteht, dass die Brennbarkeit beeinflusst wird. Jedoch ist in dem obigen Aufbau die Position des Durchdringungsabschnitts in Umfangsrichtung zwischen den Verlängerungsrohren. In anderen Worten ist der Durchdringungsabschnitt an einer Position ausgebildet, die sich von jedem Verlängerungsrohr in der Umfangsrichtung unterscheidet. Ferner strömt Luft von der stromaufwärtigen Seite in den Raum zwischen den Verlängerungsrohren. Auf diese Weise ist es möglich, eine Möglichkeit zu reduzieren, dass Luft, die den Durchdringungsabschnitt passiert hat, mit der Flamme kollidiert.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Brennkammer ferner eine (Einstell-) Platte auf, die den Durchdringungsabschnitt von der stromabwärtigen Seite abdeckt, und in der ein Ausschnitt, der einen Öffnungsbereich hat, der kleiner ist als ein Öffnungsbereich des Durchdringungsabschnitts und mit dem Durchdringungsabschnitt kommuniziert, ausgebildet ist.
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Bei diesem Aufbau ist der Durchdringungsabschnitt von der stromabwärtigen Seite mit der Platte abgedeckt, in der der Ausschnitt ausgebildet ist. Auf diese Weise kann die thermische Spannung durch den Durchdringungsabschnitt abgebaut werden und zusätzlich kann die Luftmenge, die den Durchdringungsabschnitt passiert, durch den Ausschnitt der Platte eingestellt werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Gasturbine mit den Merkmalen des Patentanspruches 6 vorgesehen, die beinhaltet: einen Kompressor, der Hochdruckluft erzeugt, eine Brennkammer nach der Erfindung, die ein Verbrennungsgas durch Mischen der Hochdruckluft und des Brennstoffs und Verbrennen des Gemisches erzeugt, und eine Turbine, die durch das Verbrennungsgas angetrieben wird.
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Gemäß diesem Aufbau ist es möglich, eine Gasturbine vorzusehen, die stabil betrieben werden kann.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Brennkammer, die stabil betrieben werden kann, selbst in einem Fall, bei dem eine thermische Verformung in dem Flammenstabilisator auftritt, und eine Gasturbine vorzusehen, die mit der Brennkammer versehen ist.
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- 1 ist eine schematische Darstellung, die einen Aufbau einer Gasturbine gemäß einem Beispiel zur Erläuterung von Merkmalen der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 2 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Aufbau einer Brennkammer gemäß dem Beispiel zur Erläuterung von Merkmalen der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 3 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Hauptteils der Brennkammer gemäß dem Beispiel zur Erläuterung von Merkmalen der vorliegenden Erfindung.
- 4 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Aufbau eines Flammenstabilisators gemäß dem Beispiel zur Erläuterung von Merkmalen der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 5 ist eine Ansicht, die die Brennkammer gemäß dem Beispiel zur Erläuterung von Merkmalen der vorliegenden Erfindung zeigt, in einer Axialrichtung gesehen (die stromabwärtige Seite).
- 6 ist eine Darstellung, die ein Modifikationsbeispiel des Flammenstabilisators gemäß dem Beispiel zur Erläuterung von Merkmalen der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 7 ist eine Darstellung, die ein anderes Modifikationsbeispiel des Flammenstabilisators gemäß dem Beispiel zur Erläuterung der Ausführung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Ein Beispiel zur Erläuterung von Merkmalen der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug zu den 1 bis 5 beschrieben. Wie in 1 gezeigt ist, beinhaltet eine Gasturbine 100 gemäß diesem Beispiel einen Kompressor 1, der Hochdruckluft erzeugt, eine Brennkammer 3, die durch Mischen von Brennstoff mit der Hochdruckluft und Verbrennen des Gemisches ein Verbrennungsgas erzeugt, und eine Turbine 2, die durch das Verbrennungsgas angetrieben wird.
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Der Kompressor 1 hat einen Kompressorrotor 11, der sich um eine Hauptachse Am dreht, und ein Kompressorgehäuse 12, das den Kompressorrotor 11 von der äußeren Umfangsseite abdeckt. Der Kompressorrotor 11 hat eine Säulenform, die sich entlang der Hauptachse Am erstreckt. Eine Vielzahl von Kompressorlaufschaufelstufen 13, die in Richtung der Hauptachse Am in Abständen angeordnet sind, sind an der äußeren Umfangsoberfläche des Kompressorrotors 11 angeordnet. Jede der Kompressorlaufschaufelstufen 13 hat eine Vielzahl von Kompressorlaufschaufeln 14, die in Abständen in einer Umfangsrichtung um die Hauptachse Am an der äußeren Umfangsoberfläche des Kompressorrotors 11 angeordnet sind.
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Das Kompressorgehäuse 12 hat eine Rohrform, die auf die Hauptachse Am zentriert ist. Eine Vielzahl von Kompressorleitschaufelstufen 15, die in Abständen in Richtung der Hauptachse Am angeordnet sind, sind an einer inneren Umfangsoberfläche des Kompressorgehäuses 12 angeordnet. Die Kompressorleitschaufelstufen 15 sind in Richtung der Hauptachse Am gesehen bezüglich der Kompressorlaufschaufelstufen 13 abwechselnd angeordnet. Jede der Kompressorleitschaufelstufen 15 hat eine Vielzahl von Kompressorleitschaufeln 16, die in Abständen in Umfangsrichtung um die Hauptachse Am auf der inneren Umfangsoberfläche des Kompressorgehäuses 12 angeordnet sind.
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Die Brennkammer 3 ist zwischen dem oben beschriebenen Kompressorgehäuse 12 und einem Turbinengehäuse 22 (später beschrieben) vorgesehen. Die Hochdruckluft, die in dem Kompressor 1 erzeugt wird, wird mit einem Brennstoff im Inneren der Brennkammer 3 vermischt, um ein vorgemischtes Gas zu werden. Das vorgemischte Gas verbrennt in der Brennkammer 3, wodurch ein Hochtemperatur- und Hochdruckverbrennungsgas erzeugt wird. Das Verbrennungsgas wird in das Turbinengehäuse 22 geführt, um die Turbine 2 anzutreiben.
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Die Turbine 2 hat einen Turbinenrotor 21, der sich um die Hauptachse Am dreht, und das Turbinengehäuse 22, das den Turbinenrotor 21 von der äußeren Umfangsseite abdeckt. Der Turbinenrotor 21 hat eine Säulenform, die sich entlang der Hauptachse Am erstreckt. Eine Vielzahl von Turbinenlaufschaufelstufen 23, die in Abständen in Richtung der Hauptachse Am angeordnet sind, sind an der äußeren Umfangsoberfläche des Turbinenrotors 21 angeordnet. Jede der Turbinenlaufschaufelstufen 23 hat eine Vielzahl von Turbinenlaufschaufeln 24, die in Abständen in der Umfangsrichtung um die Hauptachse Am an der äußeren Umfangsoberfläche des Turbinenrotors 21 angeordnet sind. Der Turbinenrotor 21 ist mit dem Kompressorrotor 11 in Richtung der Hauptachse Am integral verbunden, um einen Gasturbinenrotor 91 zu bilden.
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Das Turbinengehäuse 22 hat eine Rohrform, die auf die Hauptachse Am zentriert ist. Eine Vielzahl von Turbinenleitschaufelstufen 25, die in Richtung der Hauptachse Am angeordnet sind, sind an der inneren Umfangsoberfläche des Turbinengehäuses 22 angeordnet. Die Turbinenleitschaufelstufen 25 sind in Richtung der Hauptachse Am gesehen bezüglich der Turbinenlaufschaufelstufen 23 abwechselnd angeordnet. Jede der Turbinenleitschaufelstufen 25 hat eine Vielzahl von Turbinenleitschaufeln 26, die in Abständen in Umfangsrichtung um die Hauptachse Am auf der inneren Umfangsoberfläche des Turbinengehäuses 22 angeordnet sind. Das Turbinengehäuse 22 ist mit dem Kompressorgehäuse 12 in Richtung der Hauptachse Am verbunden, um ein Gasturbinengehäuse 92 zu bilden. Das heißt, dass der Gasturbinenrotor 91 integral drehbar um die Hauptachse Am in dem Gasturbinengehäuse 92 ist.
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Anschließend wird mit Bezug zu den 2 und 3 ein detaillierter Aufbau der Brennkammer 3 gemäß dem Beispiel beschrieben. Wie in 2 gezeigt ist, hat die Brennkammer 3 einen rohrförmigen Brennkammerhauptkörper 3M, der auf eine Brennkammerachse Ac (eine Achse) zentriert ist, und eine Brennstoffdüse 3N, die Brennstoff zu dem Brennkammerhauptkörper 3M zuführt. Der Brennkammerhauptkörper 3M hat einen ersten rohrförmigen Körper 41, der die Brennstoffdüse 3N aufnimmt, und einen zweiten rohrförmigen Körper 42, der mit dem ersten rohrförmigen Körper 41 entlang der Brennkammerachse Ac verbunden ist. In der folgenden Beschreibung wird die Seite, an der der erste rohrförmige Körper 41 angeordnet ist, von dem zweiten rohrförmigen Körper 42 in einer Richtung, in die sich die Brennkammerachse Ac erstreckt, gesehen, als die stromaufwärtige Seite und die Seite, an der der zweite rohrförmige Körper 42 angeordnet ist, von dem ersten rohrförmigen Körper 41 gesehen, als die stromabwärtige Seite bezeichnet. Das heißt, dass das Verbrennungsgas, das in der Brennkammer 3 erzeugt wurde, von der stromaufwärtigen zu der stromabwärtigen Seite strömt.
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Die Größe des Außendurchmessers des ersten rohrförmigen Körpers 41 ist so gesetzt, dass sie kleiner ist als die Größe des Innendurchmessers des zweiten rohrförmigen Körpers 42. Auf diese Weise ist ein stromabwärtsseitiger Endabschnitt des ersten rohrförmigen Körpers 41 in einem Zustand des Einsetzens in einen stromaufwärtsseitigen Endabschnitt des zweiten rohrförmigen Körpers 42. Der erste rohrförmige Körper 41 hat eine Zylinderform, die auf der Brennkammerachse Ac zentriert ist. Der zweite rohrförmige Körper 42 nimmt im Durchmesser von der stromaufwärtigen Seite zu der stromabwärtigen Seite allmählich ab. Die Brennstoffdüse 3N führt Brennstoff von der stromaufwärtigen Seite hauptsächlich in das Innere des zweiten rohrförmigen Körpers 42 zu.
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Wie in einer vergrößerten Weise in 3 gezeigt ist, ist eine scheibenförmige Basisplatte 43, die auf der Brennkammerachse Ac zentriert ist, in einem Bereich nahe des stromabwärtsseitigen Endabschnitts auf der inneren Umfangsseite des ersten rohrförmigen Körpers 41 vorgesehen. Die Größe eines Durchmessers der Basisplatte 43 ist so gesetzt, dass sie gleich oder etwas kleiner als die Größe des inneren Durchmessers des ersten rohrförmigen Körpers 41 ist. Düsenunterstützungsöffnungen 44 (eine erste Unterstützungsöffnung 44A und eine zweite Unterstützungsöffnung 44B) zum Unterstützen der Brennstoffdüse 3N in dem ersten rohrförmigen Körper 41 sind in der Basisplatte 43 ausgebildet.
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Die Brennstoffdüse 3N beinhaltet eine erste Düse 51 und eine zweite Düse 52. Eine erste Düse 51 ist in dem ersten rohrförmigen Körper 41 entlang der Brennkammerachse Ac vorgesehen. Die erste Düse 51 hat eine Rohrform, die auf der Brennkammerachse Ac zentriert ist, und ein Strömungsweg (nicht gezeigt) zum Führen des Brennstoffs ist im Inneren der ersten Düse 51 ausgebildet. Ferner ist ein Einspritzloch (nicht gezeigt) zum Einspritzen des Brennstoffs, der durch den Strömungsweg zu dem Inneren des ersten rohrförmigen Körpers 41 geführt wird, an einem stromabwärtsseitigen Endabschnitt der ersten Düse 51 ausgebildet.
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Eine Vielzahl von zweiten Düsen 52 sind in Abständen in einer Umfangsrichtung um die Brennkammerachse Ac angeordnet. Jede der zweiten Düsen 52 beinhaltet einen zweiten Düsenhauptkörper 52M, der sich parallel zu der Brennkammerachse Ac erstreckt, eine Verwirbelungsleitschaufel 60, die auf einer äußeren Oberfläche des zweiten Düsenhauptkörpers 52M vorgesehen ist, und einen Düsenzylinder 70, der den zweiten Düsenhauptkörper 52M und die Verwirbelungsleitschaufel 60 von der äußeren Umfangsseite abdeckt.
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Der zweite Düsenhauptkörper 52M ist derart ausgebildet, dass er sich von der stromaufwärtigen Seite zu der stromabwärtigen Seite allmählich verjüngt. Das heißt, dass ein Außenendabschnitt des zweiten Düsenhauptkörpers 52M eine spitze Form aufweist. Ein Strömungsweg (nicht gezeigt), durch den Brennstoff strömt, ist im Inneren des zweiten Düsenhauptkörpers 52M ausgebildet. Dieser Strömungsweg kommuniziert nach außen durch eine Vielzahl von Einspritzlöchern, die in der Leitschaufeloberfläche der Verwirbelungsleitschaufel 60 ausgebildet sind.
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Ferner ist ein rohrförmiges Verlängerungsrohr 80, das sich koaxial mit dem Düsenzylinder 70 erstreckt, an einer stromabwärtigen Seite von jedem der Düsenzylinder 70 vorgesehen. Eine Vielzahl von (acht) Verlängerungsrohren 80 sind in Abständen in der Umfangsrichtung um die Brennkammerachse Ac angeordnet. Auch wenn es nicht im Detail gezeigt ist, ist die Querschnittform von jedem der Verlängerungsrohre 80 von der stromabwärtigen Seite zu der stromaufwärtigen Seite allmählich verformt, sodass sie sich von einer Kreisform zu einer Rechteckform ändert. Das heißt, dass ein stromaufwärtsseitiger Endabschnitt des Verlängerungsrohrs 80 einen Kreisquerschnitt hat, während ein stromabwärtsseitiger Endabschnitt des Verlängerungsrohrs 80 einen Rechteckquerschnitt hat. Ferner ist die radial innere Oberfläche jedes Verlängerungsrohrs 80 von innen nach außen in der Radialrichtung, wenn sie von der stromaufwärtigen Seite zu der stromabwärtigen Seite verläuft, gewölbt. Auf diese Weise stören sich das Verlängerungsrohr 80 und ein Flammenstabilisator 52C (später beschrieben) nicht gegenseitig.
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Der Flammenstabilisator 52C, der den stromabwärtsseitigen Endabschnitt der ersten Düse 51 von der äußeren Umfangsseite abdeckt, ist an dem stromabwärtsseitigen Endabschnitt der ersten Düse 51 vorgesehen. Der Flammenstabilisator 52C ist zum Zweck des Stabilisierens der Flamme (Diffusionsflamme) vorgesehen, die durch das Einspritzen von Brennstoff von der ersten Düse 51 ausgebildet wird. Genauer gesagt hat der Flammenstabilisator 52C gemäß diesem Beispiel einen rohrförmigen Abschnitt C1, der den stromabwärtsseitigen Endabschnitt der ersten Düse 51 von der äußeren Umfangsseite abdeckt, und einen Kegelabschnitt C2 und einen Flanschabschnitt C3, der an der stromabwärtigen Seite des rohrförmigen Abschnitts C1 vorgesehen ist.
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Der rohrförmige Abschnitt C1 hat eine Zylinderform, die auf der Brennkammerachse Ac zentriert ist. Der Kegelabschnitt C2 und der Flanschabschnitt C3 sind mit dem stromabwärtsseitigen Endabschnitt des rohrförmigen Abschnitts C1 integral verbunden. Der Kegelabschnitt C2 weitet sich im Durchmesser von der stromaufwärtigen Seite zu der stromabwärtigen Seite auf, um eine Kegelform zu bilden. Der Flanschabschnitt C3 erstreckt sich von einer stromabwärtsseitigen Endkante (d.h., der äußerste Umfangsabschnitt) des Kegelabschnitts C2 nach außen in der Radialrichtung der Brennkammerachse Ac. Die Position des Flanschabschnitts C3 in Richtung der Brennkammerachse Ac ist gleich der Position des stromabwärtsseitigen Endabschnitts des Verlängerungsrohrs 80. Ferner ist der rohrförmigen Abschnitt C1 in das erste Unterstützungsloch 44A eingebracht, das in der Basisplatte 43 ausgebildet ist, wodurch es von der äußeren Umfangsseite getragen wird.
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Ferner ist, wie in 5 gezeigt ist, eine Vielzahl von Schlitzen S (Durchdringungsabschnitte) in dem Flammenstabilisator 52C gemäß diesem Beispiel ausgebildet. Genauer gesagt sind die Schlitze S in gleichen Abständen in Umfangsrichtung um die Brennkammerachse Ac über dem Flanschabschnitt C3 ausgebildet und Teil des zweiten Kegelabschnitts C2. Jeder der Schlitze S setzt sich zusammen aus einem Flanschabschnittschlitz Sf, der sich von innen nach außen in der Radialrichtung des Flanschabschnitts C3 erstreckt, und einem Kegelabschnittschlitz Sc, der mit dem Flanschabschnittschlitz Sf kommuniziert und in einem Abschnitt ausgebildet ist, der den stromabwärtsseitigen Endabschnitt des Kegelabschnitts C2 beinhaltet. Der Flanschabschnittschlitz Sf und der Kegelabschnittschlitz Sc werden durch Ausbilden von Ausschnitten erhalten, die sich in der Radialrichtung in dem Flanschabschnitt C3 und dem Kegelabschnitt C2 jeweils erstrecken. Der Flanschabschnitt C3 ist durch die Schlitze S gleichmäßig in Umfangsrichtung aufgeteilt. Ferner ist ein Spalt, der sich in Umfangsrichtung erweitert, zwischen den Stirnflächen in Umfangsrichtung des Schlitzes S ausgebildet.
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Wie in 4 gezeigt ist, liegt in Umfangsrichtung die Position des Schlitzes S, der in dem Flammenstabilisator 52C ausgebildet ist, zwischen einem Paar von zueinander benachbarten Verlängerungsrohren 80. In anderen Worten, die Position des Schlitzes S in Umfangsrichtung unterscheidet sich von der Position des Verlängerungsrohrs 80 selbst in Umfangsrichtung und der Schlitz S und das Verlängerungsrohr 80 sind derart angeordnet, dass sie sich in Umfangsrichtung nicht gegenseitig überlappen. Ferner ist die Größe des Schlitzes S in Umfangsrichtung so gesetzt, dass sie ausreichend kleiner ist als die Größe zwischen den Verlängerungsrohren 80 in Umfangsrichtung.
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Anschließend wird der Betrieb der Gasturbine 100 und der Brennkammer 3 gemäß diesem Beispiel beschrieben. Beim Betrieb der Gasturbine 100 wird zuerst der Kompressorrotor 11 (der Gasturbinenrotor 91) durch eine externe Antriebsquelle drehend angetrieben. Außenluft wird mit der Drehung des Kompressorrotors 11 sequenziell verdichtet, wodurch Hochdruckluft erzeugt wird. Diese Hochdruckluft wird durch einen Raum innerhalb des Kompressorgehäuses 12 in das Innere der Brennkammer 3 zugeführt. In der Brennkammer 3 wird der Brennstoff, der von der Brennstoffdüse 3N zugeführt wird, mit der Hochdruckluft vermischt und verbrennt, wodurch ein Hochtemperatur- und Hochdruckverbrennungsgas erzeugt wird. Das Verbrennungsgas wird durch einen Raum innerhalb des Turbinengehäuses 22 dem Inneren der Turbine 2 zugeführt. In der Turbine 2 kollidiert das Verbrennungsgas sequenziell mit den Turbinenlaufschaufelstufen 23 und den Turbinenleitschaufelstufen 25, sodass eine Drehantriebskraft auf den Turbinenrotor 21 (den Gasturbinenrotor 91) aufgebracht wird. Diese Drehenergie wird zum Antrieb des Stromerzeugers oder Ähnlichem, das mit einer Welle verbunden ist, verwendet.
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Als nächstes wird der detaillierte Betrieb der Brennkammer 3 mit erneutem Bezug auf 3 beschrieben. Wie in der Zeichnung dargestellt ist, wird die Hochdruckluft, die in dem Kompressor 1 erzeugt wird, von einer Seite (der stromaufwärtigen Seite) der Brennkammerachse Ac in das Innere des ersten rohrförmigen Körpers 41 zugeführt. Die Hochdruckluft, die in den ersten rohrförmigen Körper 41 eingebracht wird, erreicht das Innere des zweiten rohrförmigen Körpers 42 auf der stromabwärtigen Seite durch den Raum auf der inneren Umfangsseite des Düsenzylinders 70. Hier, in dem Düsenzylinder 70, wird der Brennstoff, der durch das Einspritzloch eingespritzt wird, das in der Verwirbelungsleitschaufel 60 ausgebildet ist, mit der Hochdruckluft vermischt. Auf diese Weise wird in dem Düsenzylinder 70 ein vorgemischtes Gas erzeugt, das den Brennstoff und die Hochdruckluft beinhaltet. In diesem Moment ist eine wirbelnde Strömungskomponente, die durch die Verwirbelungsleitschaufel 60 gegeben wird, in der Strömung des vorgemischten Gases enthalten.
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Andererseits wird der Brennstoff, der durch die erste Düse 51 eingespritzt wird, durch ein Zündgerät (nicht gezeigt) gezündet, wodurch sich die Diffusionsflamme (oder vorgemischte Flamme) ausbildet, die sich von der ersten Düse 51 stromabwärts erstreckt. Diese Flamme breitet sich zu dem vorgemischten Gas aus, das in dem Düsenzylinder 70 vorhanden ist, wodurch sich eine vorgemischte Flamme an der stromabwärtigen Seite der Vielzahl der zweiten Düsen 52 ausbildet. Diese vorgemischte Flamme erstreckt sich in dem zweiten rohrförmigen Körper 42 mit der wirbelnden Strömungskomponente von der stromaufwärtigen Seite zu der stromabwärtigen Seite und erzeugt ein Hochtemperatur- und Hochdruckverbrennungsgas. Das Verbrennungsgas strömt in dem zweiten rohrförmigen Körper 42 von der stromaufwärtigen Seite zu der stromabwärtigen Seite und wird dann in das Turbinengehäuse 22 eingebracht, um die Turbine 2 anzutreiben.
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Die vorgemischte Flamme, die durch die zweite Düse 52 ausgebildet wird, wird durch den Flammenstabilisator 52C stabilisiert, der nahe der zweiten Düse 52 angeordnet ist. Genauer gesagt ist es wünschenswert, dass die Form der vorgemischten Flamme oder die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung des Verbrennungsgases durch den Flammenstabilisator 52C über den gesamten Bereich in Umfangsrichtung gleichmäßig gehalten wird. Hier breitet sich Wärme aufgrund der Flamme zu dem Flammenstabilisator 52C aus. Aufgrund dieser Wärme gibt es einen Fall, bei dem eine thermische Spannung an dem Flammenstabilisator 52C aufgebracht wird. In einem Fall, bei dem aufgrund der thermischen Spannung eine übermäßige thermische Verformung in dem Flammenstabilisator 52C auftritt, gibt es Bedenken, dass die Flammenform oder die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung des Verbrennungsgases, wie oben beschrieben, gestört werden können. Diese Störung betrifft einen stabilen Betrieb der Brennkammer 3.
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Deswegen sind in diesem Beispiel, wie oben beschrieben ist, eine Vielzahl von Schlitzen S in dem Flammenstabilisator 52C ausgebildet. Insbesondere ist der Flanschabschnittschlitz Sf in dem Flanschabschnitt C3 des Flammenstabilisators 52C ausgebildet und deswegen, können selbst in einem Fall, bei dem der Flammenstabilisator 52C der Hitze der Flamme ausgesetzt ist, thermische Spannungen in einem Umfangsabschnitt des Flanschabschnittschlitzes Sf abgebaut werden. Das heißt, dass es möglich ist, eine Möglichkeit zu reduzieren, dass thermische Verformungen in dem Kegelabschnitt C2, der mit dem Flanschabschnitt C3 integral ausgebildet ist, auftreten können. Ferner, in anderen Worten, ist im Vergleich zu einem Aufbau, bei dem der Schlitz S nicht ausgebildet ist, ein Bereich, bei dem thermische Verformung auftritt, nur auf den Umfang des Flanschabschnitt C3 begrenzt und der Bereich davon kann reduziert werden.
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Ferner ist in dem obigen Aufbau der Kegelabschnittsschlitz Sc, der mit dem Flanschabschnittschlitz Sf kommuniziert, in dem Kegelabschnitt C2 ausgebildet. Auf diese Weise wird in einem Fall, bei dem der Flammenstabilisator 52C Wärme ausgesetzt ist, die thermische Spannung auch durch den Kegelabschnitt Sc absorbiert. Als Ergebnis ist es möglich, eine thermische Verformung in einem Verbindungsabschnitt zwischen dem Flanschabschnitt C3 und dem Kegelabschnitt C2 (eine Endkante an der Außenseite in der Radialrichtung des Kegelabschnitts C2) zu unterbinden. Auf diese Weise kann die Haltbarkeit des Flammenstabilisators 52C verbessert werden. Andererseits konzentriert sich in einem Fall, bei dem nur der Flanschabschnittschlitz Sf ausgebildet ist, die Spannung auf den Verbindungsabschnitt und deswegen bestehen Bedenken, dass ein Ermüdungsbruch oder dergleichen auftreten kann.
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Zusätzlich sind in dem obigen Aufbau die Vielzahl von Schlitzen S in dem Flammenstabilisator 52C in Abständen in der Umfangsrichtung um die Brennkammerachse Ac vorgesehen. Auf diese Weise ist es selbst in einem Fall, bei dem der Flammenstabilisator 52C Wärme ausgesetzt wird, möglich, die auf den Flammenstabilisator 52C aufgebrachte thermische Spannung in Umfangsrichtung gleichmäßig zu machen. Auf diese Weise ist es möglich, eine Möglichkeit zu reduzieren, dass der Flammenstabilisator 52C in Umfangsrichtung ungleichmäßig verformt wird. Deswegen ist es möglich, eine Möglichkeit zu reduzieren, dass die Flammenform durch die in dem Flammenstabilisator 52C auftretende thermische Verformung beeinflusst wird.
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Ferner ist in der oben beschriebenen Brennkammer 3 die Position des Schlitzes S in dem Flanschabschnitt C3 in Umfangsrichtung zwischen den Verlängerungsrohren 80. Hier erstreckt sich die Flamme, die sich auf der stromabwärtigen Seite der zweiten Düse 52 ausbildet, zu der stromabwärtigen Seite innerhalb jedes Verlängerungsrohrs 80. Andererseits strömt Luft, die von außerhalb der Brennkammer 3 geführt wird, von der stromaufwärtigen Seite des Flammenstabilisators 52C zu der stromabwärtigen Seite. In einem Fall, bei dem die Position des Schlitzes S2, der in dem Flammenstabilisator 52C ausgebildet ist, in Umfangsrichtung mit der Position von jedem Verlängerungsrohr 80 in Umfangsrichtung überlappt, wird Luft, die durch den Schlitz S strömt, der Flamme zugeführt, die auf der stromabwärtigen Seite jedes Verlängerungsrohrs 80 ausgebildet ist und deswegen ändert sich die Zusammensetzung eines Luft-Brennstoffgemisches, das der Flamme zugeführt wird, sodass eine Möglichkeit besteht, dass die Brennbarkeit beeinflusst werden kann.
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Jedoch ist in dem obigen Aufbau die Position des Schlitzes in dem Flanschabschnitt C3 in Umfangsrichtung zwischen den Verlängerungsrohren 80. In anderen Worten ist der Schlitz S in einer Position ausgebildet, die sich von jedem Verlängerungsrohr 80 in Umfangsrichtung unterscheidet. Ferner strömt Luft von der stromaufwärtigen Seite in den Raum zwischen den Verlängerungsrohren 80 ein. Auf diese Weise ist es möglich, eine Möglichkeit zu reduzieren, dass Luft, die durch den Schlitz S läuft, die Brennbarkeit beeinflussen kann. Deswegen ist es möglich, die Brennkammer 3 stabiler zu betreiben.
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Das Beispiel zur Erläuterung von Merkmalen der vorliegenden Erfindung wurde oben beschrieben. Es ist möglich, eine Vielzahl von Modifikationen an dem obigen Aufbau zu tätigen. Zum Beispiel ist in dem obigen Beispiel beschrieben, dass als Durchdringungsabschnitt der Schlitz S in dem Flammenstabilisator 52 ausgebildet ist. Jedoch ist der Aspekt des Durchdringungsabschnitts nicht auf den Schlitz S beschränkt.
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Als ein anderes Beispiel (ein Modifikationsbeispiel) ist, wie in 6 gezeigt ist, auch ein Aufbau denkbar, bei dem eine Vielzahl von Löchern H, die den Flanschabschnitt in Richtung der Brennkammerachsenlinie Ac durchdringen, in dem Flanschabschnitt C3 ausgebildet sind. Genauer gesagt hat jedes der Löcher H eine rechteckige Öffnungsform in Richtung der Brennkammerachse Ac gesehen. Ferner sind die Löcher H in gleichen Abständen in Umfangsrichtung auf dem Flanschabschnitt C3 angeordnet. Auch kann mit diesem Aufbau, ähnlich zu dem obigen Beispiel, eine thermische Spannung um das Loch H abgebaut werden und deswegen ist es möglich, eine Möglichkeit zu reduzieren, dass eine Formänderung in dem gesamten Flammenstabilisator 52 C auftreten kann.
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Der Schlitz S und das Loch H, die oben beschrieben sind, können auch in dem gleichen Flammenstabilisator 52C ausgebildet sein. Zum Beispiel ist es möglich, dass der Schlitz S und das Loch H in Umfangsrichtung des Flammenstabilisators 52C abwechselnd angeordnet sind.
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Erfindungsgemäß ist, wie in 7 gezeigt ist, in dem Flammenstabilisator 52C eine plattenförmige Einstellplatte (Platte) 53 vorgesehen, die den Schlitz S (oder das Loch H) von der stromabwärtigen Seite abdeckt. Ein Einstelldurchdringungsabschnitt (Ausschnitt) 53H, der einen Öffnungsbereich hat, der kleiner als der Öffnungsbereich des Schlitzes S ist, ist in der Einstellplatte 53 ausgebildet. Genauer gesagt hat der Einstelldurchdringungsabschnitt 53H eine Ausschnittform, die von einer Endkante auf der äußeren Umfangsseite der Einstellplatte 53 zu dem Inneren in der Radialrichtung ausgespart ist. Ferner kommunizieren der Einstelldurchdringungsabschnitt 53H und der Schlitz S miteinander. Gemäß einem derartigen Aufbau ist es möglich, thermische Spannungen durch den Schlitz abzubauen und zusätzlich ist es möglich, die Luftmenge, die durch den Schlitz S geht, durch den Einstelldurchdringungsabschnitt 53H der Einstellplatte 53 einzustellen. Auf diese Weise ist es möglich, die Möglichkeit weiter zu reduzieren, dass Luft, die durch den Schlitz S geht, die Brennbarkeit beeinflussen kann.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Brennkammer, die stabil betrieben werden kann, selbst in einem Fall, bei dem in dem Flammenstabilisator eine thermische Verformung auftritt, und eine Gasturbine vorzusehen, die mit der Brennkammer versehen ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1:
- Kompressor
- 2:
- Turbine
- 3:
- Brennkammer
- 3M:
- Brennkammerhauptkörper
- 3N:
- Brennstoffdüse
- 11:
- Kompressorrotor
- 12:
- Kompressorgehäuse
- 13:
- Kompressorlaufschaufelstufe
- 14:
- Kompressorlaufschaufel
- 15:
- Kompressorleitschaufelstufe
- 16:
- Kompressorleitschaufel
- 21:
- Turbinenrotor
- 22:
- Turbinengehäuse
- 23:
- Turbinenlaufschaufelstufe
- 24:
- Turbinenlaufschaufel
- 25:
- Turbinenleitschaufelstufe
- 26:
- Turbinenleitschaufel
- 41:
- erster rohrförmigen Körper
- 42:
- zweiter rohrförmigen Körper
- 43:
- Basisplatte
- 44:
- Düsenunterstützungsöffnung
- 44A:
- erste Unterstützungsöffnung
- 44B:
- zweite Unterstützungsöffnung
- 51:
- erste Düse
- 52:
- zweite Düse
- 52C:
- Flammenstabilisator
- 52M:
- zweiter Düsenhauptkörper
- 60:
- Verwirbelungsleitschaufel
- 70:
- Düsenzylinder
- 80:
- Verlängerungsrohr
- 91:
- Gasturbinenrotor
- 92:
- Gasturbinengehäuse
- 100
- Gasturbine
- Ac:
- Brennkammerachse
- Am:
- Hauptachse
- C1:
- rohrförmiger Abschnitt
- C2:
- Kegelabschnitt
- C3:
- Flanschabschnitt
- H:
- Loch
- S:
- Schlitz
- Sc:
- Kegelabschnittschlitz
- Sf:
- Flanschabschnittschlitz
