DE112022000298T5 - Zylinder für brennkammer, brennkammer und gasturbine - Google Patents

Zylinder für brennkammer, brennkammer und gasturbine Download PDF

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Ken Ugai
Tetsu Konishi
Teruhiro Matsumoto
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Abstract

Ein Verbrennungszylinder (20) umfasst einen Mantel (21), der eine zylindrische Form bildet, und ein Luftzufuhrrohr (40). Eine Einführöffnung (25) und mehrere Kühlströmungswege (30) sind in dem Mantel (21) gebildet. Ein Teil des Luftzufuhrrohrs ist von der Einführöffnung in eine Innenumfangsseite des Mantels eingeführt. Prallströmungswege (33i), die einige der mehreren Kühlströmungswege sind, weisen jeweils einen Prallumgehungs-Strömungswegabschnitt (34i) auf. Der Prallumgehungs-Strömungswegabschnitt schneidet sich mit einer Kollisionsgas-Achse (Ai), die sich in eine Strömungsrichtung von Verbrennungsgas, das zu einer Rohrmittelachse (At) des Luftzufuhrrohrs hin gerichtet ist, von Verbrennungsgas erstreckt. Darüber hinaus erstreckt sich der Prallumgehungs-Strömungswegabschnitt in eine Richtung, die eine Richtungskomponente einer Stromaufwärtsseite entlang eines Randes der Einführöffnung von der Kollisionsgas-Achse aufweist, und erstreckt sich in eine Richtung, die eine Richtungskomponente einer Stromabwärtsseite entlang des Randes der Einführöffnung von der Kollisionsgas-Achse aufweist. Bei dem Prallumgehungs-Strömungswegabschnitt ist kein Auslass in einem Abschnitt innerhalb eines Bereichs eines vorbestimmten Winkels um die

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brennkammerzylinder, der einen Strömungsweg definiert, durch den ein Verbrennungsgas strömt, eine Brennkammer, die den Brennkammerzylinder enthält, und eine Gasturbine, die die Brennkammer enthält.
  • Es wird Priorität von am 25. Februar 2021 eingereichter japanischer Patentanmeldung Nr. 2021-028331 beansprucht, deren Inhalt hier durch Verweis aufgenommen wird.
  • Stand der Technik
  • Eine Brennkammer einer Gasturbine enthält einen Brennkammerzylinder, der einen Strömungsweg eines Verbrennungsgases definiert, und einen Brennkammerkörper, der einen Brennstoff zusammen mit Luft in den Brennkammerzylinder einspritzt. Innerhalb des Brennkammerzylinders wird der Brennstoff Verbrennung unterzogen, und das durch die Verbrennung des Brennstoffs erzeugte Verbrennungsgas strömt.
  • Als den Brennkammerzylinder gibt es beispielsweise einen Brennkammerzylinder, der in PTL 1 unten offenbart ist. Der Brennkammerzylinder enthält einen Mantel, der eine zylindrische Form um eine Achse aufweist, und ein Luftzufuhrrohr, das an dem Mantel angebracht ist. Der zylindrische Mantel weist eine Öffnung, die eine Innenumfangsfläche davon von einer Außenumfangsfläche davon durchdringt, und mehrere Kühlströmungswege, durch die ein Kühlmedium strömt, auf. Bei den mehreren Kühlströmungswegen sind Auslässe einiger Kühlströmungswege bei einem Rand der Öffnung gebildet. Das Luftzufuhrrohr dient dazu, Sekundärluft für Verbrennung einer Innenumfangsseite des Mantels zuzuführen. Das Luftzufuhrrohr weist einen zylindrischen Rohrkörper und einen in dem Rohrkörper vorgesehenen Lippenabschnitt auf. Ein Teil des Rohrkörpers ist von der Öffnung in die Innenumfangsseite des Mantels eingeführt und steht zu der Innenumfangsseite des Mantels vor. Der oben beschriebene Lippenabschnitt ist an, von beiden Enden des Rohrkörpers, einem Ende der Innenumfangsseite des Mantels vorgesehen.
  • Zitatliste
  • Patentliteratur
  • [PTL 1] Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2009-092373 Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Ein Hochtemperatur-Verbrennungsgas strömt auf der Innenumfangsseite des Mantels in dem in PTL 1 oben offenbarten Brennkammerzylinder. Ein Teil des Verbrennungsgases kollidiert mit einem Abschnitt des Luftzufuhrrohrs, der sich auf der Innenumfangsseite des Mantels befindet. Wenn das Verbrennungsgas mit dem Luftzufuhrrohr kollidiert, steigt ein statischer Druck davon an, während ein dynamischer Druck davon gesenkt wird. Infolgedessen kann bei dem in PTL 1 oben offenbarten Brennkammerzylinder ein Teil des Verbrennungsgases zurück in den Kühlströmungsweg strömen, in dem der Auslass bei dem Rand der Öffnung des Mantels gebildet ist, wodurch möglicherweise verursacht wird, dass der Mantel verbrannt wird.
  • Daher besteht eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung darin, eine Technik zum Verbessern von Haltbarkeit eines Brennkammerzylinders bereitzustellen.
  • Lösung für das Problem
  • Als ein Aspekt gemäß der vorliegenden Offenbarung zum Erfüllen der oben beschriebenen Aufgabe wird ein Brennkammerzylinder bereitgestellt, der einen Mantel, der eine zylindrische Form um eine Zylinderachse bildet und der einen Umfang eines Verbrennungsraums definiert, durch den ein Verbrennungsgas in eine Richtung strömt, die eine Richtungskomponente von, von einer Stromaufwärtsseite und einer Stromabwärtsseite in einer Zylinderachsenrichtung, in der sich die Zylinderachse erstreckt, der Stromaufwärtsseite zu der Stromabwärtsseite aufweist, und ein Luftzufuhrrohr, das an dem Mantel angebracht ist, umfasst. Der zylindrische Mantel weist eine Innenumfangsfläche, die dem Verbrennungsgas zugewandt ist, eine Außenumfangsfläche, die einer der Innenumfangsfläche gegenüberliegenden Seite zugewandt ist, eine Einführöffnung, die die Innenumfangsfläche von der Außenumfangsfläche durchdringt, und mehrere Kühlströmungswege, die sich zwischen der Innenumfangsfläche und der Außenumfangsfläche in einer Richtung entlang der Innenumfangsfläche erstrecken und durch deren Inneres ein Kühlmedium strömt, auf. Ein Teil des Luftzufuhrrohrs ist von der Einführöffnung in eine Innenumfangsseite des Mantels eingeführt und steht zu der Innenumfangsseite des Mantels vor. Jeder der mehreren Kühlströmungswege weist einen Einlass, der dazu konfiguriert ist, das Kühlmedium in den Kühlströmungsweg einzuführen, und einen Auslass, der dazu konfiguriert ist, das in den Kühlströmungsweg strömende Kühlmedium abzugeben, auf. Die mehreren Kühlströmungswege weisen mehrere Öffnungsumfangs-Strömungswege als einige Kühlströmungswege bei den mehreren Kühlströmungswegen auf. Die mehreren Öffnungsumfangs-Strömungswege weisen einen Umgehungs-Strömungswegabschnitt, der sich entlang eines Randes der Einführöffnung erstreckt, auf. Bei den mehreren Öffnungsumfangs-Strömungswegen bildet mindestens ein Öffnungsumfangs-Strömungsweg einen Prallströmungsweg. Der Prallströmungsweg weist einen Prallumgehungs-Strömungswegabschnitt als den Umgehungs-Strömungswegabschnitt auf. sich der Prallumgehungs-Strömungswegabschnitt mit einer Kollisionsgas-Achse, die sich in eine Strömungsrichtung des zu einer Rohrmittelachse hin gerichteten Verbrennungsgases von dem Verbrennungsgas erstreckt und die eine Radialrichtung des Luftzufuhrrohrs in Bezug auf die Rohrmittelachse ist, schneidet, sich in eine Richtung, die eine Richtungskomponente der Stromaufwärtsseite entlang des Randes der Einführöffnung von der Kollisionsgas-Achse aufweist, erstreckt und sich in eine Richtung, die eine Richtungskomponente der Stromabwärtsseite entlang des Randes der Einführöffnung von der Kollisionsgas-Achse aufweist, erstreckt, Bei dem Prallumgehungs-Strömungswegabschnitt befindet sich eine Schnittpunktposition, die sich mit der Kollisionsgas-Achse schneidet, auf der Stromaufwärtsseite der Rohrmittelachse. bei dem Prallumgehungs-Strömungswegabschnitt der Auslass, der sich auf der Innenumfangsfläche öffnet, nicht in einem Abschnitt innerhalb eines Bereichs eines vorbestimmten Winkels um die Kollisionsgas-Achse gebildet ist, der ein Winkel um die Rohrmittelachse ist.
  • Wenn das innerhalb des Mantels strömende Verbrennungsgas mit dem Luftzufuhrrohr kollidiert, steigt ein statischer Druck davon an, während ein dynamischer Druck davon gesenkt wird. Ein Anstiegsbereich von statischem Druck, in dem das Verbrennungsgas mit dem Luftzufuhrrohr kollidiert und der statische Druck des Verbrennungsgases ansteigt, liegt innerhalb eines Bereichs eines vorbestimmten stromaufwärtsseitigen Winkels von der Kollisionsgas-Achse zu der Stromaufwärtsseite, der ein Winkel um die Rohrmittelachse ist, und liegt innerhalb eines Bereichs eines vorbestimmten stromabwärtsseitigen Winkels von der Kollisionsgas-Achse zu der Stromabwärtsseite. Bei dem vorliegenden Aspekt sind die mehreren Öffnungsumfangs-Strömungswege, die den Umgehungs-Strömungswegabschnitt aufweisen, der sich entlang des Randes der Einführöffnung erstreckt, vorgesehen. Daher kann der Rand der Einführöffnung durch das Kühlmedium gekühlt werden, das durch den Umgehungs-Strömungswegabschnitt strömt. Darüber hinaus ist bei dem vorliegenden Aspekt der Auslass des Prallströmungswegs, der den Prallumgehungs-Strömungswegabschnitt aufweist, nicht in einem Abschnitt innerhalb des Anstiegsbereichs von statischem Druck in dem Prallumgehungs-Strömungswegabschnitt gebildet. Daher ist es bei dem vorliegenden Aspekt, selbst wenn das Verbrennungsgas innerhalb des Mantels mit dem Luftzufuhrrohr kollidiert und der statische Druck des Verbrennungsgases innerhalb des Anstiegsbereichs von statischem Druck ansteigt, möglich, einen Rückstrom des Verbrennungsgases in den Prallströmungsweg zu verhindern.
  • Als ein Aspekt gemäß der vorliegenden Offenbarung zum Erfüllen der oben beschriebenen Aufgabe wird eine Brennkammer bereitgestellt, die den Brennkammerzylinder gemäß dem einen Aspekt und einen Brenner, der auf einer Stromaufwärtsseite der Einführöffnung angeordnet ist und dazu konfiguriert ist, einen Brennstoff in den Verbrennungsraum einzuspritzen, umfasst. Der Brenner weist einen Brennerrahmen, der einen ringförmigen Brennstoffeinspritzanschluss um die Zylinderachse aufweist, und einen Verwirbler, der innerhalb des Brennerrahmens vorgesehen und dazu konfiguriert ist, den aus dem Brennstoffeinspritzanschluss ausgestoßenen Brennstoff um die Zylinderachse zu verwirbeln, auf. Der Verwirbler ist so konfiguriert, dass ein Winkel des aus dem Brennstoffeinspritzanschluss ausgestoßenen Brennstoffs in Bezug auf die Zylinderachse ein vorbestimmter Brennstoffwirbelwinkel wird. Ein Winkel der Kollisionsgas-Achse in Bezug auf die Zylinderachse liegt innerhalb eines Bereichs des Brennstoffwirbelwinkels ±15°.
  • Wenn der Brennstoff innerhalb des Verbrennungsraums auf der Innenumfangsseite des Mantels um die Zylinderachse verwirbelt wird, wird der Kollisionsachsenwinkel, der der Winkel der Kollisionsgas-Achse in Bezug auf die Zylinderachse ist, im Wesentlichen der Brennstoffwirbelwinkel. Der Kollisionsachsenwinkel variiert jedoch geringfügig in Abhängigkeit von einer Beziehung zwischen einem Verhältnis einer Einspritzströmungsrate des Brennstoffs zu einer Einspritzströmungsrate der Verbrennungsluft und einem Wirbelwinkel der Verbrennungsluft. Daher muss der Kollisionsachsenwinkel nicht vollständig mit dem Brennstoffwirbelwinkel übereinstimmen und kann ein beliebiger Winkel innerhalb eines Winkelbereichs des Brennstoffwirbelwinkels +15° sein.
  • Als ein Aspekt gemäß der vorliegenden Offenbarung zum Erfüllen der oben beschriebenen Aufgabe wird eine Gasturbine bereitgestellt, die die Brennkammer gemäß dem einen Aspekt, einen Kompressor, der so konfiguriert ist, dass er der Brennkammer komprimierte Luft zuführt, und eine Turbine, die so konfiguriert ist, dass sie durch das Verbrennungsgas von der Brennkammer angetrieben wird, umfasst.
  • Vorteilhafte Effekte der Erfindung
  • Bei einem Aspekt gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, Haltbarkeit eines Brennkammerzylinders zu verbessern.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
    • 1 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration einer Gasturbine bei einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt.
    • 2 ist eine Schnittansicht eines Hauptteils einer Brennkammer gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 3 ist eine Schnittansicht entlang Linie III-III in 2.
    • 4 ist eine Schnittansicht eines Brennkammerzylinders gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 5 ist eine Schnittansicht entlang Linie V-V in 4.
    • 6 ist eine Draufsicht eines Brennkammerzylinders gemäß einem ersten Modifikationsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 7 ist eine Draufsicht eines Brennkammerzylinders gemäß einem zweiten Modifikationsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Beschreibung von Ausführungsformen
  • Nachstehend werden eine Ausführungsform eines Brennkammerzylinders, einer Brennkammer und einer Gasturbine gemäß der vorliegenden Offenbarung sowie verschiedene Modifikationsbeispiele des Brennkammerzylinders detailliert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
  • [Ausführungsform von Gasturbine]
  • Eine Gasturbine der vorliegenden Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
  • Die Gasturbine der vorliegenden Ausführungsform enthält einen Kompressor 1, der Außenluft Ao komprimiert, um komprimierte Luft A zu erzeugen, mehrere Brennkammern 4, die einen Brennstoff F in der komprimierten Luft A verbrennen, um ein Verbrennungsgas G zu erzeugen, und eine Turbine 5, die durch das Verbrennungsgas G angetrieben wird.
  • Der Kompressor 1 enthält einen Kompressorrotor 2, der sich um eine Drehachse Ar dreht, und ein Kompressorgehäuse 3, das den Kompressorrotor 2 so abdeckt, dass er drehbar ist. Die Turbine 5 weist einen Turbinenrotor 6, der sich um die Drehachse Ar dreht, und ein Turbinengehäuse 7, das den Turbinenrotor 6 so abdeckt, dass er drehbar ist, auf.
  • Der Kompressor 1 ist auf einer Stromaufwärtsseite in Bezug auf die Turbine 5, zwischen der Stromaufwärtsseite und einer Stromabwärtsseite in einer Drehachsenrichtung, in der sich die Drehachse Ar erstreckt, angeordnet. Der Kompressorrotor 2 und der Turbinenrotor 6 befinden sich auf derselben Drehachse Ar und sind miteinander verbunden, um einen Gasturbinenrotor 8 zu bilden. Beispielsweise ist ein Rotor eines Generators GEN an den Gasturbinenrotor 8 gekoppelt.
  • Die Gasturbine enthält ferner ein Zwischengehäuse 9. Das Kompressorgehäuse 3, das Zwischengehäuse 9 und das Turbinengehäuse 7 sind in dieser Reihenfolge in der oben beschriebenen Drehachsenrichtung angeordnet und miteinander verbunden. Die mehreren Brennkammern 4 sind in dem Zwischengehäuse 9 vorgesehen.
  • Der Kompressor 1 komprimiert die Außenluft Ao, um die komprimierte Luft A zu erzeugen. Die komprimierte Luft A strömt in die Brennkammer 4. Darüber hinaus wird der Brennstoff F der Brennkammer 4 zugeführt. Innerhalb der Brennkammer 4 wird der Brennstoff F verbrannt, um das Verbrennungsgas G zu erzeugen. Das Verbrennungsgas G wird in die Turbine 5 zugeführt, um den Turbinenrotor 6 zu drehen. Der mit dem Gasturbinenrotor 8 verbundene Rotor des Generators GEN wird durch Drehung des Turbinenrotors 6 gedreht. Infolgedessen erzeugt der Generator GEN Strom. Der Brennstoff F bei der vorliegenden Ausführungsform enthält hauptsächlich ein Hochofengas aus einem Hochofen eines Stahlwerks (nachstehend als ein Hochofengas (blast furnace gas, BFG) bezeichnet), und in einigen Fällen kann ein Koksofengas (coke oven gas, COG) in dem BFG enthalten sein.
  • [Ausführungsform von Brennkammerzylinder und Brennkammer, die denselben enthält]
  • Ein Brennkammerzylinder und die Brennkammer 4, die denselben der vorliegenden Ausführungsform enthält, werden unter Bezugnahme auf 2 bis 5 beschrieben.
  • Die Brennkammer 4 der vorliegenden Ausführungsform enthält einen Verbrennungszylinder 20, der als ein Brennkammerzylinder dient, der einen Verbrennungsraum S definiert, durch den das Verbrennungsgas G strömt, und einen Brennkammerkörper 10, der den Brennstoff F zusammen mit der komprimierten Luft A in den Verbrennungszylinder 20 einspritzt. Der Verbrennungszylinder 20 ist innerhalb des Zwischengehäuses 9 angeordnet, in dem die komprimierte Luft A, die von dem Kompressor 1 komprimiert wurde, schwebt (siehe 1).
  • Wie in 2 und 3 dargestellt, weist der Brennkammerkörper 10 einen Außenzylinder 11, einen Stützzylinder 12, einen Innenzylinder 13, einen Brenner 14 und einen Luftinjektor 17 auf. Der Außenzylinder 11, der Stützzylinder 12 und der Innenzylinder 13 weisen alle eine zylindrische Form um eine Zylinderachse Ac auf. Im Folgenden wird eine Richtung, in der sich die Zylinderachse Ac erstreckt, als eine Zylinderachsenrichtung Da bezeichnet, eine Seite von beiden Seiten in der Zylinderachsenrichtung Da wird als eine Stromaufwärtsseite Dau bezeichnet und die andere Seite wird als eine Stromabwärtsseite Dad bezeichnet. Darüber hinaus wird eine Umfangsrichtung in Bezug auf die Zylinderachse Ac einfach als eine Umfangsrichtung Dc bezeichnet.
  • Der Außenzylinder 11 weist einen Außenzylindermantel 11a, der eine zylindrische Form um die Zylinderachse Ac bildet, und einen Deckel 11b, der eine Öffnung auf der Stromaufwärtsseite Dau des Außenzylindermantels 11a schließt, auf. Ein Ende des Außenzylindermantels 11a auf der Stromabwärtsseite Dad ist mit dem oben unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Zwischengehäuse 9 verbunden.
  • Der Stützzylinder 12 bildet eine zylindrische Form um die Zylinderachse Ac und ist an einer Innenumfangsseite des Außenzylinders 11 angeordnet. Der Stützzylinder 12 weist eine Lufteinführungsöffnung 12a auf, die die Innenumfangsseite von einer Außenumfangsseite durchdringt. Ein Ende des Stützzylinders 12 auf der Stromaufwärtsseite Dau ist mit dem Deckel 11b des Außenzylinders 11 verbunden. Die innerhalb des Zwischengehäuses (siehe 1) schwebende komprimierte Luft A strömt von der Außenumfangsseite des Stützzylinders 12 in die Innenumfangsseite des Stützzylinders 12 durch die Lufteinführungsöffnung 12a.
  • Der Innenzylinder 13 weist einen Mantel 13a mit kleinem Durchmesser, einen Mantel 13b mit zunehmendem Durchmesser und einen Mantel 13c mit großem Durchmesser auf. Der Mantel 13a mit kleinem Durchmesser, der Mantel 13b mit zunehmendem Durchmesser und der Mantel 13c mit großem Durchmesser bilden alle eine zylindrische Form um die Zylinderachse Ac. Der Mantel 13a mit kleinem Durchmesser ist auf der Innenumfangsseite des Stützzylinders 12 angeordnet. Ein Ende des Mantels 13b mit zunehmendem Durchmesser auf der Stromaufwärtsseite Dau ist mit einem Ende des Mantels 13a mit kleinem Durchmesser auf der Stromabwärtsseite Dad verbunden. Ein Innendurchmesser des Mantels 13b mit zunehmendem Durchmesser nimmt zu der Stromabwärtsseite Dad hin graduell zu. Der Innendurchmesser des Endes des Mantels 13b mit zunehmendem Durchmesser auf der Stromabwärtsseite Dad ist im Wesentlichen derselbe wie der Innendurchmesser des Stützzylinders 12. Ein Ende des Mantels 13c mit großem Durchmesser auf der Stromaufwärtsseite Dau ist mit einem Ende des Mantels 13b mit zunehmendem Durchmesser auf der Stromabwärtsseite Dad und mit einem Ende des Stützzylinders 12 auf der Stromabwärtsseite Dad verbunden. Dementsprechend wird der Innenzylinder 13 durch den Stützzylinder 12 gestützt. Ein Raum auf der Innenumfangsseite des Mantels 13b mit zunehmendem Durchmesser und ein Raum auf der Innenumfangsseite des Mantels 13c mit großem Durchmesser bilden einen Abschnitt des Verbrennungsraums S auf der Stromaufwärtsseite Dau.
  • Der Brenner 14 weist einen Brennerrahmen 15 und mehrere Brennstoffverwirbler 16, die den Gasbrennstoff F um die Zylinderachse Ac verwirbeln, auf. Der Brennerrahmen 15 weist einen Brennerzylinder 15a, der eine zylindrische Form um die Zylinderachse Ac bildet, und einen Mittelzylinder 15b, der innerhalb des Brennerzylinders 15a angeordnet ist, auf. Der Brennerzylinder 15a ist auf der Innenumfangsseite des Mantels 13a mit kleinem Durchmesser des Innenzylinders 13 angeordnet. Ein Abschnitt des Brennerzylinders 15a auf der Stromaufwärtsseite Dau durchdringt den Abschnitt von Deckel 11b des Außenzylinders 11. Der Brennerzylinder 15a ist an dem Abschnitt von Deckel 11b des Außenzylinders 11 befestigt. Sowohl das Ende der Stromaufwärtsseite Dau als auch das Ende der Stromabwärtsseite Dad des Brennerzylinders 15a sind offen. Der Brennstoff F strömt aus einer Öffnung bei dem Ende des Brennerzylinders 15a auf der Stromaufwärtsseite Dau in den Brennerzylinder 15a. Der Mittelzylinder 15b bildet eine zylindrische Form um die Zylinderachse Ac und ist so angeordnet, dass sich seine eigene Mittelachse auf der Zylinderachse Ac befindet. Ein ringförmiger Raum zwischen der Innenumfangsseite des Brennerzylinders 15a und der Außenumfangsseite des Mittelzylinders 15b bildet einen Brennstoffströmungsweg, durch den der Brennstoff F strömt. Daher ist ein ringförmiger Brennstoffeinspritzanschluss 14j um die Zylinderachse Ac bei einem Endrand des Brennerzylinders 15a auf der Stromabwärtsseite Dad und bei einem Endrand auf der Außenumfangsseite des Mittelzylinders 15b auf der Stromabwärtsseite Dad gebildet. Die mehreren Brennstoffverwirbler 16 sind innerhalb des Brennstoffströmungswegs angeordnet. Bei dem Brennstoffverwirbler 16 ist ein radial äußeres Ende in Bezug auf die Zylinderachse Ac mit einer Innenumfangsfläche des Brennerzylinders 15a verbunden, und ein radial inneres Ende in Bezug auf die Zylinderachse Ac ist mit einer Außenumfangsfläche des Mittelzylinders 15b verbunden. Der Mittelzylinder 15b ist via die mehreren Brennstoffverwirbler 16 an dem Brennerzylinder 15a befestigt. Die mehreren Brennstoffverwirbler 16 sind so konfiguriert, dass ein Winkel des aus dem Brennstoffeinspritzanschluss 14j in den Verbrennungsraum S ausgestoßenen Brennstoffs F in Bezug auf die Zylinderachse Ac ein vorbestimmter Brennstoffwirbelwinkel θf wird. Insbesondere ist ein Winkel eines Abschnitts auf der Stromabwärtsseite Dad bei dem Brennstoffverwirbler 16 in Bezug auf die Zylinderachse Ac der oben beschriebene Brennstoffwirbelwinkel θf. Beispielsweise beträgt der Brennstoffwirbelwinkel θf 40°.
  • Der Luftinjektor 17 weist einen Lufteinspritzrahmen 18 und mehrere Luftverwirbler 19, die die komprimierte Luft A um die Zylinderachse Ac verwirbeln, auf. Der Lufteinspritzrahmen 18 wird durch den Mantel 13a mit kleinem Durchmesser des Innenzylinders 13 und den Brennerzylinder 15a gebildet. Ein ringförmiger Raum zwischen der Außenumfangsseite des Brennerzylinders 15a und der Innenumfangsseite des Mantels 13a mit kleinem Durchmesser bildet einen Luftströmungsweg, durch den die komprimierte Luft A strömt. Die von der Lufteinführungsöffnung 12a des Stützzylinders 12 in die Innenumfangsseite des Stützzylinders 12 strömende komprimierte Luft A strömt aus einem Spalt zwischen der Außenumfangsseite des Brennerzylinders 15a und einem Endrand des Mantels 13a mit kleinem Durchmesser auf der Stromaufwärtsseite Dau in den Luftströmungsweg. Die komprimierte Luft A strömt innerhalb des Luftströmungswegs und wird aus einem Lufteinspritzanschluss 17j in den Verbrennungsraum S als primäre Verbrennungsluft A1 ausgestoßen. Der Lufteinspritzanschluss 17j weist eine ringförmige Form um die Zylinderachse Ac auf und wird durch den Endrand des Brennerzylinders 15a auf der Stromabwärtsseite Dad und durch einen Endrand des Mantels 13a mit kleinem Durchmesser auf der Stromabwärtsseite Dad gebildet. Die mehreren Luftverwirbler 19 sind innerhalb des Luftströmungswegs angeordnet. Bei dem Luftverwirbler 19 ist ein radial äußeres Ende in Bezug auf die Zylinderachse Ac mit der Innenumfangsfläche des Mantels 13a mit kleinem Durchmesser verbunden, und ein radial inneres Ende in Bezug auf die Zylinderachse Ac ist mit der Außenumfangsfläche des Brennerzylinders 15a verbunden. Die mehreren Luftverwirbler 19 sind so konfiguriert, dass ein Winkel der aus dem Lufteinspritzanschluss 17j in den Verbrennungsraum S ausgestoßenen komprimierten Luft A (primäre Verbrennungsluft A1) in Bezug auf die Zylinderachse Ac ein vorbestimmter Luftwirbelwinkel wird. Insbesondere ist ein Winkel eines Abschnitts auf der Stromabwärtsseite Dad bei dem Luftverwirbler 19 in Bezug auf die Zylinderachse Ac der oben beschriebene Luftwirbelwinkel. Beispielsweise beträgt der Luftwirbelwinkel 35°.
  • Der Verbrennungszylinder 20, der als der Brennkammerzylinder dient, weist einen Mantel 21, der eine zylindrische Form um die Zylinderachse Ac bildet, und ein Luftzufuhrrohr 40, das an dem Mantel 21 angebracht ist, auf. Das Luftzufuhrrohr 40 kann als eine Schaufel bezeichnet werden. Der zylindrische Mantel 21 definiert einen Umfang des Verbrennungsraums S, durch den das Verbrennungsgas G strömt. Ein Ende des Mantels 21 auf der Stromaufwärtsseite Dau ist mit einem Ende des Innenzylinders 13 auf der Stromabwärtsseite Dad verbunden. Darüber hinaus ist, wie in 1 dargestellt, das Ende des Mantels 21 auf der Stromabwärtsseite Dad mit einem Verbrennungsgaseinlass 5i der Turbine 5 verbunden.
  • Der Mantel 21 weist eine Innenumfangsfläche 23i, die dem Verbrennungsgas G zugewandt ist, eine Außenumfangsfläche 22o, die einer der Innenumfangsfläche 23i gegenüberliegenden Seite zugewandt ist, eine kreisförmige Einführöffnung 25, die die Innenumfangsfläche 23i von der Außenumfangsfläche 22o durchdringt, und mehrere Kühlströmungswege 30, durch die ein Kühlmedium zwischen der Innenumfangsfläche 23i und der Außenumfangsfläche 22o strömt, auf. Das Kühlmedium ist hier die komprimierte Luft A, die innerhalb des Zwischengehäuses (siehe 1) schwebt. Die mehreren Kühlströmungswege 30 weisen jeweils einen Einlass 30i, der auf der Außenumfangsfläche 22o des Mantels 21 offen ist, um die komprimierte Luft A in den Kühlströmungsweg einzuführen, und einen Auslass 30o, der auf der Innenumfangsfläche 23i offen ist, um die in den Kühlströmungsweg strömende komprimierte Luft A abzugeben, auf. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Einlass 30i an einem Ende von beiden Enden des Kühlströmungswegs 30 gebildet, und der Auslass 30o ist an dem anderen Ende gebildet.
  • Wie in 5 dargestellt, weist der Mantel 21 eine Außenplatte 22 und eine Innenplatte 23 auf. Eine Oberfläche eines Paars von Oberflächen, die bei der Außenplatte 22 entgegengesetzten Richtungen zugewandt sind, bildet die Außenumfangsfläche 22o des Mantels 21, und die andere Oberfläche bildet eine Verbindungsfläche 22c. Darüber hinaus bildet eine Oberfläche eines Paars von Oberflächen, die bei der Innenplatte 23 entgegengesetzten Richtungen zugewandt sind, eine Verbindungsfläche 23c, und die andere Oberfläche bildet die Innenumfangsfläche 23i des Mantels 21. Auf der Verbindungsfläche 22c der Außenplatte 22 sind mehrere lange Nuten 22d gebildet, die auf einer Außenflächenseite ausgespart und lang sind. Die Außenplatte 22 und die Innenplatte 23 sind so verbunden, dass die Verbindungsflächen 22c und 23c durch Löten miteinander verbunden sind. Da die Außenplatte 22 und die Innenplatte 23 verbunden sind, wird eine Öffnung der bei der Außenplatte 22 gebildeten langen Nut 22d durch die Innenplatte 23 geschlossen, und das Innere der langen Nut 22d dient als der Kühlströmungsweg 30. Daher erstrecken sich die mehreren Kühlströmungswege 30 in einer Richtung entlang der Innenumfangsfläche 23i zwischen der Außenumfangsfläche 22o und der Innenumfangsfläche 23i des Mantels 21.
  • Wie in 2, 4 und 5 dargestellt, weist das Luftzufuhrrohr 40 einen Rohrabschnitt 41, der eine zylindrische Form um eine Rohrmittelachse At bildet, und einen Flanschabschnitt 42, der an dem Rohrabschnitt 41 befestigt ist, auf. Ein Abschnitt des Rohrabschnitts 41 ist in die Innenumfangsseite des Mantels 21 von der Einführöffnung 25 des Mantels 21 eingeführt und steht zu der Innenumfangsseite des Mantels 21 vor. Im Hinblick auf einen Unterschied des Ausmaßes an thermischer Verformung zwischen dem Rohrabschnitt 41 und dem Mantel 21 gibt es einen leichten Spalt zwischen der Außenumfangsfläche des Rohrabschnitts 41 und einem Rand der Einführöffnung 25. Der Flanschabschnitt 42 ist an einem Ende, das zu der Außenumfangsseite des Mantels 21 vorsteht, von beiden Enden des Rohrabschnitts 41 befestigt. Der Flanschabschnitt 42 steht in einer Radialrichtung in Bezug auf die Rohrmittelachse At von dem Rohrabschnitt 41 vor. Mehrere Rohrbefestigungsblöcke 45 sind zwischen dem Flanschabschnitt 42 des Luftzufuhrrohrs 40 und der Außenumfangsfläche 22o des Mantels 21 angeordnet. Eine Oberfläche des Rohrbefestigungsblocks 45 ist mit der Außenumfangsfläche 22o des Mantels 21 verbunden, und die andere Oberfläche des Rohrbefestigungsblocks 45 ist mit dem Flanschabschnitt 42 des Luftzufuhrrohrs 40 verbunden. Das Luftzufuhrrohr 40 ist durch die mehreren Rohrbefestigungsblöcke 45 an dem Mantel 21 befestigt. In einem Zustand, in dem das Luftzufuhrrohr 40 an dem Mantel 21 befestigt ist, erstreckt sich die Rohrmittelachse At des Luftzufuhrrohrs 40 in der Radialrichtung in Bezug auf die Zylinderachse Ac. Das Luftzufuhrrohr 40 führt die innerhalb des Zwischengehäuses 9 (siehe 1) schwebende komprimierte Luft A zu der Innenumfangsseite des Mantels 21 als sekundäre Verbrennungsluft A2 ein.
  • Wie in 5 dargestellt, befinden sich bei der vorliegenden Ausführungsform bei den mehreren Kühlströmungswegen 30 die Auslässe 30o von zwei in der Umfangsrichtung Dc zueinander benachbarten Kühlströmungswegen 30 an in der Zylinderachsenrichtung Da voneinander verschiedenen Positionen. Darüber hinaus kann in einigen Fällen der vorliegenden Ausführungsform bei den mehreren Kühlströmungswegen 30 der Einlass 30i eines Kühlströmungswegs 30 mit dem Einlass 30i eines anderen Kühlströmungswegs 30 geteilt werden. Darüber hinaus kann in einigen Fällen der vorliegenden Ausführungsform bei den mehreren Kühlströmungswegen 30 der Auslass 30o eines Kühlströmungswegs 30 mit dem Auslass 30o eines anderen Kühlströmungswegs 30 geteilt werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform bildet bei den mehreren Kühlströmungswegen 30 ein Teil mehrere normale Strömungswege 31, ein anderer Teil bildet mehrere komplementäre Strömungswege 32 und der verbleibende Teil bildet mehrere Öffnungsumfangs-Strömungswege 33.
  • Jeder der mehreren Öffnungsumfangs-Strömungswege 33 weist einen Umgehungs-Strömungswegabschnitt 34, der sich entlang eines Randes der Einführöffnung 25 erstreckt, einen stromaufwärtsseitigen Strömungswegabschnitt 35, der sich von einem Ende des Umgehungs-Strömungswegabschnitts 34 auf der Stromaufwärtsseite Dau zu der Stromaufwärtsseite Dau in der Zylinderachsenrichtung Da erstreckt, und einen stromabwärtsseitigen Strömungswegabschnitt 36, der sich von einem Ende des Umgehungs-Strömungswegabschnitts 34 auf der Stromabwärtsseite Dad zu der Stromabwärtsseite Dad in der Zylinderachsenrichtung Da erstreckt, auf. Sowohl der stromaufwärtsseitige Strömungswegabschnitt 35 als auch der stromabwärtsseitige Strömungswegabschnitt 36 sind lineare Strömungswegabschnitte, die sich in der Zylinderachsenrichtung Da erstrecken. Andererseits ist der Umgehungs-Strömungswegabschnitt 34 ein bogenförmiger Strömungswegabschnitt, der sich entlang des Randes der kreisförmigen Einführöffnung 25 erstreckt. Der Einlass 30i des Öffnungsumfangs-Strömungswegs 33 ist in einem von dem stromaufwärtsseitigen Strömungswegabschnitt 35 und dem stromabwärtsseitigen Strömungswegabschnitt 36 gebildet. Der Einlass 30i wird mit dem Einlass 30i eines normalen Strömungswegs 31 der mehreren normalen Strömungswege 31 geteilt. Darüber hinaus ist der Auslass 30o des Öffnungsumfangs-Strömungswegs 33 in dem anderen von dem stromaufwärtsseitigen Strömungswegabschnitt 35 und dem stromabwärtsseitigen Strömungswegabschnitt 36 gebildet. Der Auslass 30o teilt sich die komprimierte Luft mit dem Auslass 30o eines anderen normalen Strömungswegs 31 der mehreren normalen Strömungswege 31. Der Einlass 30i und der Auslass 30o des Öffnungsumfangs-Strömungswegs 33 sind nicht in dem Umgehungs-Strömungswegabschnitt 34 gebildet.
  • Hier wird eine Linie, die sich in eine Strömungsrichtung des Verbrennungsgases G, das zu der Rohrmittelachse At hin gerichtet ist, von dem Verbrennungsgas G erstreckt und die die Radialrichtung in Bezug auf die Rohrmittelachse At ist, als eine Kollisionsgas-Achse Ai bezeichnet. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Strömungsrichtung des Verbrennungsgases G, das zu der Rohrmittelachse At hin gerichtet ist, in Bezug auf die Zylinderachse Ac ungefähr gleich dem oben beschriebenen Brennstoffwirbelwinkel θf, der 40° beträgt. Daher beträgt ein Kollisionsachsenwinkel θi, der ein Winkel ist, der durch die Kollisionsgas-Achse Ai der vorliegenden Ausführungsform in Bezug auf die Zylinderachse Ac gebildet wird, 40°. Eine Schnittpunktposition der Kollisionsgas-Achse Ai und der Außenumfangsfläche 22o des Luftzufuhrrohrs 40 bildet eine Hauptkollisionsposition 41p.
  • Ein Teil der mehreren Öffnungsumfangs-Strömungswege 33 bildet mehrere Prallströmungswege 33i, und der Rest bildet mehrere Nicht-Prallströmungswege 33n. Der Umgehungs-Strömungswegabschnitt 34 des Prallströmungswegs 33i bildet einen Prallumgehungs-Strömungswegabschnitt 34i. Wie in 4 dargestellt, wird hier in der Umfangsrichtung Dc eine Seite, auf der die Hauptkollisionsposition 41p existiert, in Bezug auf die Rohrmittelachse At als eine erste Umfangsseite Dc1 bezeichnet, und eine gegenüberliegende Seite wird als eine zweite Umfangsseite Dc2 bezeichnet. Alle der Prallumgehungs-Strömungswegabschnitte 34i für jeden der mehreren Prallströmungswege 33i existieren auf der ersten Umfangsseite Dc1 in Bezug auf die Rohrmittelachse At. Andererseits existieren alle der Umgehungs-Strömungswegabschnitte 34 für jeden der Nicht-Prallströmungswege 33n auf der zweiten Umfangsseite Dc2 in Bezug auf die Rohrmittelachse At.
  • Der Prallumgehungs-Strömungswegabschnitt 34i für jeden der mehreren Prallströmungswege 33i schneidet sich mit der Kollisionsgas-Achse Ai. Eine Schnittpunktposition 34p, die sich mit der Kollisionsgas-Achse Ai schneidet, befindet sich auf der Stromaufwärtsseite Dau der Rohrmittelachse At und auf der ersten Umfangsseite Dc1 der Rohrmittelachse At.
  • Wenn das innerhalb des Mantels 21 strömende Verbrennungsgas G mit dem Luftzufuhrrohr 40 kollidiert, steigt ein statischer Druck davon an, während ein dynamischer Druck davon gesenkt wird. Ein Anstiegsbereich R von statischem Druck, in dem das Verbrennungsgas G mit dem Luftzufuhrrohr 40 kollidiert und der statische Druck des Verbrennungsgases G ansteigt, liegt innerhalb eines Bereichs eines vorbestimmten Winkels (θu + θd) um die Rohrmittelachse At, der ein Winkel um die Kollisionsgas-Achse Ai ist. Insbesondere liegt der Anstiegsbereich R von statischem Druck innerhalb eines Bereichs eines vorbestimmten stromaufwärtsseitigen Winkels θu von der Kollisionsgas-Achse Ai zu der Stromaufwärtsseite Dau, der ein Winkel um die Rohrmittelachse At ist, und liegt innerhalb eines Bereichs eines vorbestimmten stromabwärtsseitigen Winkels θd von der Kollisionsgas-Achse Ai zu der Stromabwärtsseite Dad. Hier variiert der vorbestimmte Winkel (θu + θd) in Abhängigkeit von einer Strömungsgeschwindigkeit unmittelbar vor Kollidieren des Verbrennungsgases G mit dem Luftzufuhrrohr 40. Daher beträgt der vorbestimmte Winkel (θu + θd) 60° ± 20°. Insbesondere betragen der stromaufwärtsseitige Winkel θu und der stromabwärtsseitige Winkel θd 30° ± 10°. Der stromaufwärtsseitige Winkel θu und der stromabwärtsseitige Winkel θd der vorliegenden Ausführungsform betragen 30°.
  • Der Prallumgehungs-Strömungswegabschnitt 34i erstreckt sich in eine Richtung mit einer Richtungskomponente der Stromaufwärtsseite Dau von der Kollisionsgas-Achse Ai entlang des Randes der Einführöffnung 25 und erstreckt sich in eine Richtung mit einer Richtungskomponente der Stromabwärtsseite Dad von der Kollisionsgas-Achse Ai entlang des Randes der Einführöffnung 25. Ein Ende eines Abschnitts, der sich in die Richtung erstreckt, die die Richtungskomponente der Stromaufwärtsseite Dau von der Kollisionsgas-Achse Ai aufweist, ist mit dem stromaufwärtsseitigen Strömungswegabschnitt 35 des Prallströmungswegs 33i verbunden. Darüber hinaus ist ein Ende eines Abschnitts, der sich in die Richtung erstreckt, die die Richtungskomponente der Stromabwärtsseite Dad von der Kollisionsgas-Achse Ai aufweist, mit dem stromabwärtsseitigen Strömungswegabschnitt 36 des Prallströmungswegs 33i verbunden.
  • Wie oben beschrieben, sind der Einlass 30i und der Auslass 30o nicht in dem Umgehungs-Strömungswegabschnitt 34 für jeden der mehreren Öffnungsumfangs-Strömungswege 33 gebildet. Daher sind bei dem Prallumgehungs-Strömungswegabschnitt 34i der Einlass 30i und der Auslass 30o nicht in einem Abschnitt, der in dem Anstiegsbereich R von statischem Druck existiert, innerhalb des Bereichs des stromaufwärtsseitigen Winkels θu von der Kollisionsgas-Achse Ai zu der Stromaufwärtsseite Dau und innerhalb des Bereichs des stromabwärtsseitigen Winkels θd von der Kollisionsgas-Achse Ai zu der Stromabwärtsseite Dad gebildet.
  • Hier wird bei den mehreren Prallströmungswegen 33i der Prallströmungsweg 33i, in dem der Prallumgehungs-Strömungswegabschnitt 34i der Einführöffnung 25 am nächsten ist, als ein erster Prallströmungsweg 33i1 bezeichnet. Der Prallströmungsweg 33i, der zu der ersten Umfangsseite Dc1 in Bezug auf den ersten Prallströmungsweg 33i1 benachbart ist, wird als ein zweiter Prallströmungsweg 33i2 bezeichnet, und der Prallströmungsweg 33i, der zu der ersten Umfangsseite Dc1 in Bezug auf den zweiten Prallströmungsweg 33i2 benachbart ist, wird als ein dritter Prallströmungsweg 33i3 bezeichnet. Wie in 5 dargestellt, ist eine Breite w1 des ersten Prallströmungswegs 33i1 breiter als eine Breite w2 des zweiten Prallströmungswegs 33i2 und eine Breite w3 des dritten Prallströmungswegs 33i3. Daher ist eine Strömungsweg-Querschnittsfläche des ersten Prallströmungswegs 33i1 breiter als eine Strömungsweg-Querschnittsfläche des zweiten Prallströmungswegs 33i2 und eine Strömungsweg-Querschnittsfläche des dritten Prallströmungswegs 33i3.
  • Jeder der mehreren normalen Strömungswege 31 und der mehreren komplementären Strömungswege 32 ist ein linearer Strömungsweg, der sich in der Zylinderachsenrichtung Da erstreckt. Einer von dem Einlass 30i und dem Auslass 30o ist an einem Ende der Stromaufwärtsseite Dau in den mehreren normalen Strömungswegen 31 und den mehreren komplementären Strömungswegen 32 gebildet. Darüber hinaus ist der andere von dem Einlass 30i und dem Auslass 30o an einem Ende der Stromabwärtsseite Dad in den mehreren normalen Strömungswegen 31 und den mehreren komplementären Strömungswegen 32 gebildet.
  • Alle der mehreren komplementären Strömungswege 32 existieren innerhalb des Bereichs in der Umfangsrichtung Dc, in dem der Umgehungs-Strömungswegabschnitt 34 von mindestens einem Öffnungsumfangs-Strömungsweg 33 bei den mehreren Öffnungsumfangs-Strömungswegen 33 existiert, und befinden sich an der gleichen Position in der Zylinderachsenrichtung Da in Bezug auf einen Abschnitt des Umgehungs-Strömungswegabschnitts 34 von mindestens einem Öffnungsumfangs-Strömungsweg 33. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind alle der Einlässe 30i für jeden der mehreren komplementären Strömungswege 32 an den Enden auf der Seite nahe der Einführöffnung 25 in der Zylinderachsenrichtung Da gebildet.
  • Wie oben beschrieben, sind die mehreren normalen Strömungswege 31 Strömungswege mit Ausnahme der mehreren Öffnungsumfangs-Strömungswege 33 und der mehreren komplementären Strömungswege 32 bei den mehreren Kühlströmungswegen 30. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind bei den mehreren normalen Strömungswegen 31 einige der normalen Strömungswege 31 zu einer Seite, die in der Umfangsrichtung Dc fern von der Einführöffnung 25 ist, in Bezug auf den Umgehungs-Strömungswegabschnitt 34 eines Öffnungsumfangs-Strömungswegs 33 benachbart. Wie oben beschrieben, weist der Umgehungs-Strömungswegabschnitt 34 eine Bogenform auf, und der normale Strömungsweg 31 weist eine lineare Form auf. Daher existieren zwischen dem normalen Strömungsweg 31 und dem Umgehungs-Strömungswegabschnitt 34 in der Umfangsrichtung Dc ein Abschnitt mit einem kurzen Abstand dazwischen und ein Abschnitt mit einem langen Abstand dazwischen. Bei den mehreren komplementären Strömungswegen 32 sind einige der komplementären Strömungswege 32a zwischen dem normalen Strömungsweg 31 und dem Umgehungs-Strömungswegabschnitt 34 in der Umfangsrichtung Dc in dem Abschnitt mit dem langen Abstand dazwischen angeordnet und spielen eine Rolle des Kühlens eines Abschnitts davon. Darüber hinaus sind bei den mehreren komplementären Strömungswegen 32 die anderen komplementären Strömungswege 32b zwischen den stromaufwärtsseitigen Strömungswegabschnitten 35 oder zwischen den stromabwärtsseitigen Strömungswegabschnitten 36 der zwei in der Umfangsrichtung Dc zueinander benachbarten Öffnungsumfangs-Strömungswege 33 angeordnet und spielen eine Rolle des Kühlens des Abschnitts dazwischen.
  • Eine Temperatur des Kühlmediums, das durch einen Abschnitt des Kühlströmungswegs 30 strömt, der sich nahe dem Auslass 30o des Kühlströmungswegs 30 befindet, ist höher als eine Temperatur des Kühlmediums, das durch einen Abschnitt des Kühlströmungswegs 30 strömt, der sich nahe dem Einlass 30i des Kühlströmungswegs 30 befindet. Daher ist Kühlkapazität eines Abschnitts nahe dem Auslass 30o des Kühlströmungswegs 30 in dem Kühlströmungsweg 30 kleiner als Kühlkapazität eines Abschnitts nahe dem Einlass 30i des Kühlströmungswegs 30 in dem Kühlströmungsweg 30. Wenn sich die Auslässe 30o der zwei Kühlströmungswege 30, die in der Umfangsrichtung Dc zueinander benachbart sind, an der gleichen Position in der Zylinderachsenrichtung Da befinden, wird daher die Kühlkapazität des Abschnitts nahe jedem Auslass 30o der zwei Kühlströmungswege 30 extrem niedrig. Bei der vorliegenden Ausführungsform befinden sich die Auslässe 30o der zwei Kühlströmungswege 30, die in der Umfangsrichtung Dc zueinander benachbart sind, an in der Zylinderachsenrichtung Da voneinander verschiedenen Positionen. Daher ist es möglich, zu verhindern, dass die Kühlkapazität des Abschnitts nahe jedem Auslass 30o der zwei Kühlströmungswege 30 extrem niedrig wird.
  • Der Mantel 21 der vorliegenden Ausführungsform weist die mehreren Öffnungsumfangs-Strömungswege 33, die den Umgehungs-Strömungswegabschnitt 34 aufweisen, der sich entlang des Randes der Einführöffnung 25 erstreckt, auf. Daher kann bei der vorliegenden Ausführungsform der Rand der Einführöffnung 25 durch das Kühlmedium, das durch den Umgehungs-Strömungswegabschnitt 34 strömt, gekühlt werden.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform ist bei dem Anstiegsbereich R von statischem Druck um das Luftzufuhrrohr 40 der Prallumgehungs-Strömungswegabschnitt 34i des Prallströmungswegs 33i entlang des Randes der Einführöffnung 25 gebildet. Der Auslass 30o des Prallströmungswegs 33i ist nicht in einem Abschnitt innerhalb des Anstiegsbereichs R von statischem Druck in dem Prallumgehungs-Strömungswegabschnitt 34i gebildet. Daher ist es, selbst wenn das Verbrennungsgas G innerhalb des Mantels 21 mit dem Luftzufuhrrohr 40 kollidiert und der statische Druck des Verbrennungsgases G innerhalb des Anstiegsbereichs R von statischem Druck ansteigt, möglich, einen Rückstrom des Verbrennungsgases G in den Prallströmungsweg 33i zu verhindern.
  • Darüber hinaus ist bei der vorliegenden Ausführungsform bei den mehreren Prallströmungswegen 33i die Strömungsweg-Querschnittsfläche des ersten Prallströmungswegs 33i1, in dem der Prallumgehungs-Strömungswegabschnitt 34i der Einführöffnung 25 am nächsten ist, breiter als die Strömungsweg-Querschnittsfläche der anderen Prallströmungswege 33i. Daher ist eine Strömungsrate der komprimierten Luft, die als das Kühlmedium dient, das durch den ersten Prallströmungsweg 33i1 strömt, höher als eine Strömungsrate der komprimierten Luft, die als das Kühlmedium dient, das durch die anderen Prallströmungswege 33i strömt. Des Weiteren sind bei der vorliegenden Ausführungsform alle der Einlässe 30i für jeden der mehreren komplementären Strömungswege 32 an den Enden auf der Seite nahe der Einführöffnung 25 in der Zylinderachsenrichtung Da gebildet. Daher kann bei der vorliegenden Ausführungsform der sich nahe der Einführöffnung 25 befindende Abschnitt des Mantels 21 aktiv gekühlt werden.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform ist es unter dem oben beschriebenen Gesichtspunkt möglich, Verbrennen des Mantels 21 in der Umgebung des Luftzufuhrrohrs 40 zu verhindern, und es ist möglich, Haltbarkeit des Verbrennungszylinders 20 zu verbessern.
  • [Erstes Modifikationsbeispiel von Brennkammerzylinder]
  • Ein erstes Modifikationsbeispiel des Brennkammerzylinders bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
  • Wie bei dem Brennkammerzylinder bei der ersten Ausführungsform ist der Brennkammerzylinder des vorliegenden Modifikationsbeispiels ein Verbrennungszylinder 20a. Der Verbrennungszylinder 20a des vorliegenden Modifikationsbeispiels unterscheidet sich von dem Verbrennungszylinder 20 bei der ersten Ausführungsform in Formen und Anordnung der mehreren Kühlströmungswege, und andere Konfigurationen sind dieselben.
  • Auch bei dem vorliegenden Modifikationsbeispiel bildet, wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform, ein Teil der mehreren Kühlströmungswege 30 mehrere Öffnungsumfangs-Strömungswege 33a, ein anderer Teil bildet den komplementären Strömungsweg 32 und der verbleibende Teil bildet den normalen Strömungsweg 31.
  • Alle der mehreren Öffnungsumfangs-Strömungswege 33a bei dem vorliegenden Modifikationsbeispiel sind die Prallströmungswege 33i. Das heißt, die mehreren Öffnungsumfangs-Strömungswege 33a bei dem vorliegenden Modifikationsbeispiel enthalten nicht den Nicht-Prallströmungsweg 33n bei der oben beschriebenen Ausführungsform.
  • Wie bei dem Prallströmungsweg 33i bei der oben beschriebenen Ausführungsform weist jeder der mehreren Prallströmungswege 33i den Prallumgehungs-Strömungswegabschnitt 34i, der sich entlang des Randes der Einführöffnung 25 erstreckt und eine Bogenform bildet, auf.
  • Wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform schneidet sich der Prallumgehungs-Strömungswegabschnitt 34i für jeden der mehreren Prallströmungswege 33i mit der Kollisionsgas-Achse Ai. Die Schnittpunktposition 34p, die sich mit der Kollisionsgas-Achse Ai schneidet, befindet sich auf der Stromaufwärtsseite Dau der Rohrmittelachse At und in der Umfangsrichtung Dc der Rohrmittelachse At. Der Prallumgehungs-Strömungswegabschnitt 34i erstreckt sich in eine Richtung mit einer Richtungskomponente der Stromaufwärtsseite Dau von der Kollisionsgas-Achse Ai entlang des Randes der Einführöffnung 25 und erstreckt sich in eine Richtung mit einer Richtungskomponente der Stromabwärtsseite Dad von der Kollisionsgas-Achse Ai entlang des Randes der Einführöffnung 25. Der Einlass 30i und der Auslass 30o sind nicht in dem Abschnitt gebildet, der in dem Anstiegsbereich R von statischem Druck in dem Prallumgehungs-Strömungswegabschnitt 34i existiert.
  • Ein erster Prallströmungsweg 33i1a, in dem der Prallumgehungs-Strömungswegabschnitt 34i der Einführöffnung 25 am nächsten ist, von den mehreren Prallströmungswegen 33i weist den stromaufwärtsseitigen Strömungswegabschnitt 35 und den stromabwärtsseitigen Strömungswegabschnitt 36, im Unterschied zu dem ersten Prallströmungsweg 33i1 bei der oben beschriebenen Ausführungsform, nicht auf. Daher ist bei dem Prallumgehungs-Strömungswegabschnitt 34i des ersten Prallströmungswegs 33i1a bei dem vorliegenden Modifikationsbeispiel der Einlass 30i an einem Ende des Prallumgehungs-Strömungswegabschnitts 34i gebildet, und der Auslass 30o ist an dem anderen Ende gebildet. Wie oben beschrieben, ist der Auslass 30o jedoch nicht innerhalb des Anstiegsbereichs R von statischem Druck gebildet. Indessen weisen bei den mehreren Prallströmungswegen 33i, wie bei dem zweiten Prallströmungsweg 33i2 und dem dritten Prallströmungsweg 33i3 bei der ersten Ausführungsform, der zweite Prallströmungsweg 33i2 und der dritte Prallströmungsweg 33i3 den stromaufwärtsseitigen Strömungswegabschnitt 35 und den stromabwärtsseitigen Strömungswegabschnitt 36 zusätzlich zu dem Prallumgehungs-Strömungswegabschnitt 34i auf.
  • Auch bei dem vorliegenden Modifikationsbeispiel ist wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform der Prallumgehungs-Strömungswegabschnitt 34i des Prallströmungswegs 33i entlang des Randes der Einführöffnung 25 in dem Anstiegsbereich R von statischem Druck um das Luftzufuhrrohr 40 gebildet. Der Auslass 30o des Prallströmungswegs 33i ist nicht in einem Abschnitt innerhalb des Anstiegsbereichs R von statischem Druck in dem Prallumgehungs-Strömungswegabschnitt 34i gebildet. Daher ist es, selbst wenn das Verbrennungsgas G innerhalb des Mantels 21 mit dem Luftzufuhrrohr 40 kollidiert und der statische Druck des Verbrennungsgases G innerhalb des Anstiegsbereichs R von statischem Druck ansteigt, möglich, einen Rückstrom des Verbrennungsgases G in den Prallströmungsweg 33i zu verhindern.
  • Wie oben beschrieben, ist es, wenn der Prallumgehungs-Strömungswegabschnitt 34i in dem Anstiegsbereich R von statischem Druck um das Luftzufuhrrohr 40 existiert, nicht erforderlich, im Wesentlichen den gesamten Umfang der Einführöffnung 25 mit dem Umgehungs-Strömungswegabschnitt 34 der mehreren Öffnungsumfangs-Strömungswege 33 wie bei der ersten Ausführungsform abzudecken. Solange der Prallumgehungs-Strömungswegabschnitt 34i vorgesehen ist, muss der Prallströmungsweg 33i darüber hinaus den stromaufwärtsseitigen Strömungswegabschnitt 35 und den stromabwärtsseitigen Strömungswegabschnitt 36 nicht aufweisen. Darüber hinaus können der Einlass 30i und der Auslass 30o in dem Prallumgehungs-Strömungswegabschnitt 34i gebildet sein.
  • Bei den mehreren komplementären Strömungswegen 32 bei dem vorliegenden Modifikationsbeispiel sind die Einlässe 30i einiger der komplementären Strömungswege 32 an den Enden auf der Seite nahe der Einführöffnung 25 in der Zylinderachsenrichtung Da gebildet. Darüber hinaus sind bei den mehreren komplementären Strömungswegen 32 bei dem vorliegenden Modifikationsbeispiel die Einlässe 30i einiger der komplementären Strömungswege 32c an den Enden auf der Seite fern von der Einführöffnung 25 in der Zylinderachsenrichtung Da gebildet. Das heißt, die Einlässe 30i für jeden von allen der komplementären Strömungswege 32 müssen nicht an den Enden auf der Seite nahe der Einführöffnung 25 in der Zylinderachsenrichtung Da gebildet sein.
  • [Zweites Modifikationsbeispiel von Brennkammerzylinder]
  • Ein zweites Modifikationsbeispiel des Verbrennungszylinders bei der ersten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 7 beschrieben.
  • Wie bei dem Brennkammerzylinder bei der oben beschriebenen Ausführungsform ist der Brennkammerzylinder des vorliegenden Modifikationsbeispiels ein Verbrennungszylinder 20b. Der Verbrennungszylinder 20b des vorliegenden Modifikationsbeispiels unterscheidet sich von dem Verbrennungszylinder 20 bei der ersten Ausführungsform in Formen der mehreren Umgehungs-Strömungswegabschnitte, und andere Konfigurationen sind dieselben.
  • Alle der Umgehungs-Strömungswegabschnitte 34 bei der oben beschriebenen Ausführungsform bilden eine Bogenform in Übereinstimmung mit einer Form der kreisförmigen Einführöffnung 25. Andererseits weisen alle der Umgehungs-Strömungswegabschnitte 34b des vorliegenden Modifikationsbeispiels nicht die Bogenform auf und weisen eine Form, bei der mehrere gerade Linienabschnitte miteinander verbunden sind, auf. Selbst wenn der Umgehungs-Strömungswegabschnitt 34b diese Form aufweist, ist es möglich, im Wesentlichen den gleichen vorteilhaften Effekt wie den des Umgehungs-Strömungswegabschnitts 34 bei der oben beschriebenen Ausführungsform zu erzielen, solange sich der Umgehungs-Strömungswegabschnitt 34b entlang des Randes der Einführöffnung 25 erstreckt. Ein Druckverlust der komprimierten Luft A in dem bogenförmigen Umgehungs-Strömungswegabschnitt 34 ist jedoch kleiner als der in dem Umgehungs-Strömungswegabschnitt 34b, der diese Form aufweist. Wenn es nicht schwierig ist, den bogenförmigen Umgehungs-Strömungswegabschnitt 34 herzustellen, ist es dementsprechend bevorzugt, dass der Umgehungs-Strömungswegabschnitt die Bogenform aufweist.
  • [Andere Modifikationsbeispiele]
  • Bei der oben beschriebenen Ausführungsform und jedem Modifikationsbeispiel sind der Brennstoffwirbelwinkel θf und der Kollisionsachsenwinkel Θi im Wesentlichen gleich. In Abhängigkeit von einer Beziehung zwischen einem Verhältnis der Einspritzströmungsrate des Brennstoffs F zu der Einspritzströmungsrate der Verbrennungsluft A1 und dem Wirbelwinkel der Verbrennungsluft A1 kann jedoch der Kollisionsachsenwinkel θi in Bezug auf den Brennstoffwirbelwinkel θf in einigen Fällen innerhalb eines Bereichs des Brennstoffwirbelwinkels θf ±15° variieren. Daher ist der Kollisionsachsenwinkel θi, der ein Winkel der Kollisionsgas-Achse Ai in Bezug auf die Zylinderachse Ac ist, nicht auf 40° beschränkt und kann ein beliebiger Winkel innerhalb eines Bereichs eines Winkels von 40° ± 15° sein.
  • Einige Brennkammern verwirbeln das Verbrennungsgas G nicht um die Zylinderachse Ac innerhalb des Verbrennungsraums. In diesem Fall erstreckt sich die Kollisionsgas-Achse Ai in der Zylinderachsenrichtung Da. Das heißt, der Kollisionsachsenwinkel Θi, der ein Winkel der Kollisionsgas-Achse Ai in Bezug auf die Zylinderachse Ac ist, kann 0° betragen.
  • Bei der oben beschriebenen Ausführungsform und jedem Modifikationsbeispiel ist das Luftzufuhrrohr 40 an dem Mantel 21 des Verbrennungszylinders 20 angebracht. Wenn jedoch die Länge des Mantels 13c mit großem Durchmesser des Innenzylinders 13 in der Zylinderachsenrichtung Da lang ist, kann das Luftzufuhrrohr 40 in einigen Fällen an dem Mantel 13c mit großem Durchmesser angebracht sein. In diesem Fall ist der Mantel des Verbrennungszylinders, der das Luftzufuhrrohr 40 enthält, der Mantel 13c mit großem Durchmesser des Innenzylinders 13.
  • Der Brennstoff F bei der oben beschriebenen Ausführungsform und jedem Modifikationsbeispiel ist hauptsächlich BFG. Der Brennstoff F kann jedoch ein anderer Brennstoff F sein. Insbesondere kann der Brennstoff F ein Erdgas oder COG sein.
  • [Zusätzliche Hinweise]
  • Beispielsweise wird der Brennkammerzylinder bei der oben beschriebenen Ausführungsform und den oben beschriebenen Modifikationsbeispielen wie folgt verstanden.
  • (1) Gemäß einem ersten Aspekt wird der Brennkammerzylinder bereitgestellt, der den Mantel 21, der eine zylindrische Form um die Zylinderachse Ac bildet und der den Umfang des Verbrennungsraums S definiert, durch den das Verbrennungsgas G in eine Richtung strömt, die eine Richtungskomponente von, von der Stromaufwärtsseite Dau und der Stromabwärtsseite Dad in der Zylinderachsenrichtung Da, in der sich die Zylinderachse Ac erstreckt, der Stromaufwärtsseite Dau zu der Stromabwärtsseite Dad aufweist, und das Luftzufuhrrohr 40, das an dem Mantel 21 angebracht ist, umfasst. Der zylindrische Mantel 21 weist die Innenumfangsfläche 23i, die dem Verbrennungsgas G zugewandt ist, die Außenumfangsfläche 22o, die der der Innenumfangsfläche 23i gegenüberliegenden Seite zugewandt ist, die Einführöffnung 25, die die Innenumfangsfläche 23i von der Außenumfangsfläche 22o durchdringt, und die mehreren Kühlströmungswege 30, die sich zwischen der Innenumfangsfläche 23i und der Außenumfangsfläche 22o in der Richtung entlang der Innenumfangsfläche 23i erstrecken und durch deren Inneres das Kühlmedium strömt, auf. Ein Teil des Luftzufuhrrohrs 40 ist von der Einführöffnung 25 in die Innenumfangsseite des Mantels 21 eingeführt und steht zu der Innenumfangsseite des Mantels 21 vor. Jeder der mehreren Kühlströmungswege 30 weist den Einlass 30i, der dazu konfiguriert ist, das Kühlmedium in den Kühlströmungsweg 30 einzuführen, und den Auslass 30o, der dazu konfiguriert ist, das in den Kühlströmungsweg 30 strömende Kühlmedium abzugeben, auf. Die mehreren Kühlströmungswege 30 weisen die mehreren Öffnungsumfangs-Strömungswege 33 als einige Kühlströmungswege 30 bei den mehreren Kühlströmungswegen 30 auf. Die mehreren Öffnungsumfangs-Strömungswege 33 weisen den Umgehungs-Strömungswegabschnitt 34, der sich entlang des Randes der Einführöffnung 25 erstreckt, auf. Bei den mehreren Öffnungsumfangs-Strömungswegen 33 bildet mindestens ein Öffnungsumfangs-Strömungsweg 33 den Prallströmungsweg 33i. Der Prallströmungsweg 33i weist den Prallumgehungs-Strömungswegabschnitt 34i als den Umgehungs-Strömungswegabschnitt 34 auf. Der Prallumgehungs-Strömungswegabschnitt 34i schneidet sich mit der Kollisionsgas-Achse Ai, die sich in die Strömungsrichtung des zu der Rohrmittelachse At hin gerichteten Verbrennungsgases G von dem Verbrennungsgas G erstreckt und die die Radialrichtung des Luftzufuhrrohrs 40 in Bezug auf die Rohrmittelachse At ist, erstreckt sich in die Richtung, die die Richtungskomponente der Stromaufwärtsseite Dau entlang des Randes der Einführöffnung 25 von der Kollisionsgas-Achse Ai aufweist, und erstreckt sich in die Richtung, die die Richtungskomponente der Stromabwärtsseite Dad entlang des Randes der Einführöffnung 25 von der Kollisionsgas-Achse Ai aufweist. Bei dem Prallumgehungs-Strömungswegabschnitt 34i befindet sich die Schnittpunktposition 34p, die sich mit der Kollisionsgas-Achse Ai schneidet, auf der Stromaufwärtsseite Dau der Rohrmittelachse At. Bei dem Prallumgehungs-Strömungswegabschnitt 34i ist der Auslass 30o, der sich auf der Innenumfangsfläche 23i öffnet, nicht in dem Abschnitt innerhalb eines Bereichs eines vorbestimmten Winkels (θu + θd) um die Kollisionsgas-Achse Ai gebildet, der der Winkel um die Rohrmittelachse At ist.
  • Wenn das innerhalb des Mantels 21 strömende Verbrennungsgas G mit dem Luftzufuhrrohr 40 kollidiert, steigt ein statischer Druck davon an, während ein dynamischer Druck davon gesenkt wird. Der Anstiegsbereich R von statischem Druck, in dem das Verbrennungsgas G mit dem Luftzufuhrrohr 40 kollidiert und der statische Druck des Verbrennungsgases G ansteigt, liegt innerhalb des Bereichs des vorbestimmten stromaufwärtsseitigen Winkels θu von der Kollisionsgas-Achse Ai zu der Stromaufwärtsseite Dau, der der Winkel um die Rohrmittelachse At ist, und liegt innerhalb des Bereichs des vorbestimmten stromabwärtsseitigen Winkels θd von der Kollisionsgas-Achse Ai zu der Stromabwärtsseite Dad. Bei dem vorliegenden Aspekt sind die mehreren Öffnungsumfangs-Strömungswege 33, die den Umgehungs-Strömungswegabschnitt 34 aufweisen, der sich entlang des Randes der Einführöffnung 25 erstreckt, vorgesehen. Daher kann der Rand der Einführöffnung 25 durch das Kühlmedium gekühlt werden, das durch den Umgehungs-Strömungswegabschnitt 34 strömt. Darüber hinaus ist bei dem vorliegenden Aspekt der Auslass 30o des Prallströmungswegs 33i, der den Prallumgehungs-Strömungswegabschnitt 34i aufweist, nicht in dem Abschnitt innerhalb des Anstiegsbereichs R von statischem Druck in dem Prallumgehungs-Strömungswegabschnitt 34i gebildet. Daher ist es bei dem vorliegenden Aspekt, selbst wenn das Verbrennungsgas G innerhalb des Mantels 21 mit dem Luftzufuhrrohr 40 kollidiert und der statische Druck des Verbrennungsgases G innerhalb des Anstiegsbereichs R von statischem Druck ansteigt, möglich, einen Rückstrom des Verbrennungsgases G in den Prallströmungsweg 33i zu verhindern.
  • (2) Gemäß einem zweiten Aspekt des Brennkammerzylinders beträgt bei dem Brennkammerzylinder gemäß dem ersten Aspekt der vorbestimmte Winkel (θu + θd) 60° ± 20°.
  • Der vorbestimmte Winkel (θu + θd) variiert in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit unmittelbar vor Kollidieren des Verbrennungsgases G mit dem Luftzufuhrrohr 40. Daher beträgt der vorbestimmte Winkel (θu + θd) 60° ± 20°.
  • (3) Gemäß einem dritten Aspekt des Brennkammerzylinders bildet bei dem Brennkammerzylinder gemäß dem ersten Aspekt oder dem zweiten Aspekt die Kollisionsgas-Achse Ai den Winkel θi von 40° ± 15° in Bezug auf die Zylinderachse Ac.
  • Wenn der Brennstoff F innerhalb des Verbrennungsraums S auf der Innenumfangsseite des Mantels 21 um die Zylinderachse Ac verwirbelt wird, beträgt der Kollisionsachsenwinkel Θi, der der Winkel der Kollisionsgas-Achse Ai in Bezug auf die Zylinderachse Ac ist, ungefähr 40°. Der Kollisionsachsenwinkel Θi variiert jedoch geringfügig in Abhängigkeit von der Beziehung zwischen dem Verhältnis der Einspritzströmungsrate des Brennstoffs F zu der Einspritzströmungsrate der Verbrennungsluft A1 und dem Wirbelwinkel der Verbrennungsluft A1. Daher ist der Kollisionsachsenwinkel Θi nicht auf 40° beschränkt und kann ein beliebiger Winkel innerhalb eines Winkelbereichs von 40° ± 15° sein.
  • (4) Gemäß einem vierten Aspekt des Brennkammerzylinders weisen bei dem Brennkammerzylinder gemäß einem von dem ersten Aspekt bis dem dritten Aspekt die mehreren Öffnungsumfangs-Strömungswege 33 den stromaufwärtsseitigen Strömungswegabschnitt 35, der sich von dem Ende der Stromaufwärtsseite Dau des Umgehungs-Strömungswegabschnitts 34 zu der Stromaufwärtsseite Dau in der Zylinderachsenrichtung Da erstreckt, auf. Der stromaufwärtsseitige Strömungswegabschnitt 35 weist den Einlass 30i oder den Auslass 30o auf.
  • (5) Gemäß einem fünften Aspekt des Brennkammerzylinders weisen bei dem Brennkammerzylinder gemäß einem von dem ersten Aspekt bis dem vierten Aspekt die mehreren Öffnungsumfangs-Strömungswege 33 den stromabwärtsseitigen Strömungswegabschnitt 36, der sich von dem Ende der Stromabwärtsseite Dad des Umgehungs-Strömungswegabschnitts 34 zu der Stromabwärtsseite Dad in der Zylinderachsenrichtung Da erstreckt, auf.
  • (6) Gemäß einem sechsten Aspekt des Brennkammerzylinders weisen bei dem Brennkammerzylinder gemäß einem von dem ersten Aspekt bis dem dritten Aspekt die mehreren Öffnungsumfangs-Strömungswege 33 den stromaufwärtsseitigen Strömungswegabschnitt 35, der sich von dem Ende der Stromaufwärtsseite Dau des Umgehungs-Strömungswegabschnitts 34 zu der Stromaufwärtsseite Dau in der Zylinderachsenrichtung Da erstreckt, und den stromabwärtsseitigen Strömungswegabschnitt 36, der sich von dem Ende der Stromabwärtsseite Dad des Umgehungs-Strömungswegabschnitts 34 zu der Stromabwärtsseite Dad in der Zylinderachsenrichtung Da erstreckt, auf. Einer von dem Einlass 30i und dem Auslass 30o ist in dem stromaufwärtsseitigen Strömungswegabschnitt 35 gebildet, und der andere von dem Einlass 30i und dem Auslass 30o ist in dem stromabwärtsseitigen Strömungswegabschnitt 36 gebildet. Der Einlass 30i und der Auslass 30o sind nicht in dem Umgehungs-Strömungswegabschnitt 34 gebildet.
  • Bei dem vorliegenden Aspekt ist der Auslass 30o des Öffnungsumfangs-Strömungswegs 33 nicht in dem Umgehungs-Strömungswegabschnitt 34, der sich entlang des Randes der Einführöffnung 25 erstreckt, gebildet. Daher ist es bei dem vorliegenden Aspekt möglich, einen Rückstrom des Verbrennungsgases G in den Umgehungs-Strömungswegabschnitt 34 zu verhindern.
  • (7) Gemäß einem siebten Aspekt des Brennkammerzylinders weisen bei dem Brennkammerzylinder gemäß einem von dem ersten Aspekt bis dem sechsten Aspekt die mehreren Kühlströmungswege 30 die komplementären Strömungswege 32, die sich in der Zylinderachsenrichtung Da erstrecken, als einige Kühlströmungswege 30 bei den mehreren Kühlströmungswegen 30 auf. Die komplementären Strömungswege 32 existieren innerhalb des Bereichs in der Umfangsrichtung Dc in Bezug auf die Zylinderachse Ac, in dem der Umgehungs-Strömungswegabschnitt 34 von mindestens einem Öffnungsumfangs-Strömungsweg 33 bei den mehreren Öffnungsumfangs-Strömungswegen 33 existiert, und befinden sich an der gleichen Position in der Zylinderachsenrichtung Da in Bezug auf einen Abschnitt des Umgehungs-Strömungswegabschnitts 34 des mindestens einen Öffnungsumfangs-Strömungswegs 33.
  • In einigen Fällen kann als ein Kühlströmungsweg 30 bei den mehreren Kühlströmungswegen 30 der normale Strömungsweg 31, der sich linear in der Zylinderachsenrichtung Da erstreckt, auf der Seite fern von der Einführöffnung 25 in der Umfangsrichtung Dc in Bezug auf die Zylinderachse Ac, in Bezug auf den Umgehungs-Strömungswegabschnitt 34 des Öffnungsumfangs-Strömungswegs 33, vorgesehen sein. In diesem Fall existieren ein Abschnitt mit einem kurzen Abstand dazwischen und ein Abschnitt mit einem langen Abstand dazwischen zwischen dem normalen Strömungsweg 31 und dem Umgehungs-Strömungswegabschnitt 34 in der Umfangsrichtung Dc. Bei den mehreren komplementären Strömungswegen 32 sind einige der komplementären Strömungswege 32 in dem Abschnitt mit dem langen Abstand dazwischen zwischen dem normalen Strömungsweg 31 und dem Umgehungs-Strömungswegabschnitt 34 in der Umfangsrichtung Dc angeordnet. Dementsprechend kann bei dem vorliegenden Aspekt der Abschnitt mit dem langen Abstand zwischen dem normalen Strömungsweg 31 und dem Umgehungs-Strömungswegabschnitt 34 in der Umfangsrichtung Dc durch das Kühlmedium gekühlt werden, das durch den komplementären Strömungsweg 32 strömt.
  • (8) Gemäß einem achten Aspekt des Brennkammerzylinders ist bei dem Brennkammerzylinder gemäß dem siebten Aspekt der Einlass 30i des komplementären Strömungswegs 32 an, von beiden Enden des komplementären Strömungswegs 32 in der Zylinderachsenrichtung Da, dem Ende auf der Seite nahe der Einführöffnung 25 gebildet.
  • Bei dem vorliegenden Aspekt kann die Umgebung der Einführöffnung 25 durch das Kühlmedium, das von dem Einlass 30i des komplementären Strömungswegs 32 in den komplementären Strömungsweg 32 strömt, aktiv gekühlt werden.
  • (9) Gemäß einem neunten Aspekt des Brennkammerzylinders weisen bei dem Brennkammerzylinder gemäß einem von dem ersten Aspekt bis dem achten Aspekt die mehreren Öffnungsumfangs-Strömungswege 33 mehrere der Prallströmungswege 33i auf. Der Prallumgehungs-Strömungswegabschnitt 34i, von den mehreren Prallströmungswegen 33i, des ersten Prallströmungswegs 33i1 liegt näher an der Einführöffnung 25 als der Prallumgehungs-Strömungswegabschnitt 34i, von den mehreren Prallströmungswegen 33i, eines anderen Prallströmungswegs 33i mit Ausnahme des ersten Prallströmungswegs 33i1. Die Strömungsweg-Querschnittsfläche des ersten Prallströmungswegs 33i1 ist breiter als die Strömungsweg-Querschnittsfläche des anderen Prallströmungswegs 33i.
  • Bei dem vorliegenden Aspekt ist die Strömungsweg-Querschnittsfläche des ersten Prallströmungswegs 33i1 breiter als die Strömungsweg-Querschnittsfläche des anderen Prallströmungswegs 33i. Daher ist die Strömungsrate des Kühlmediums, das durch den ersten Prallströmungsweg 33i1 strömt, höher als die Strömungsrate des Kühlmediums, das durch den anderen Prallströmungsweg 33i strömt. Daher kann bei dem vorliegenden Aspekt bei dem oben beschriebenen Anstiegsbereich R von statischem Druck die Umgebung der Einführöffnung 25 aktiv gekühlt werden.
  • (10) Gemäß einem zehnten Aspekt des Brennkammerzylinders befinden sich bei dem Brennkammerzylinder gemäß einem von dem ersten Aspekt bis dem neunten Aspekt bei den mehreren Kühlströmungswegen 30 die Auslässe 30o von zwei Kühlströmungswegen 30, die in der Umfangsrichtung Dc in Bezug auf die Zylinderachse Ac zueinander benachbart sind, an Positionen, die sich in der Zylinderachsenrichtung Da voneinander unterscheiden.
  • Eine Temperatur des Kühlmediums, das durch einen Abschnitt des Kühlströmungswegs 30 strömt, der sich nahe dem Auslass 30o des Kühlströmungswegs 30 befindet, ist höher als eine Temperatur des Kühlmediums, das durch einen Abschnitt des Kühlströmungswegs 30 strömt, der sich nahe dem Einlass 30i des Kühlströmungswegs 30 befindet. Daher ist Kühlkapazität eines Abschnitts nahe dem Auslass 30o des Kühlströmungswegs 30 in dem Kühlströmungsweg 30 kleiner als Kühlkapazität eines Abschnitts nahe dem Einlass 30i des Kühlströmungswegs 30 in dem Kühlströmungsweg 30. Wenn sich die Auslässe 30o der zwei Kühlströmungswege 30, die in der Umfangsrichtung Dc zueinander benachbart sind, an der gleichen Position in der Zylinderachsenrichtung Da befinden, wird daher die Kühlkapazität des Abschnitts nahe jedem Auslass 30o der zwei Kühlströmungswege 30 extrem niedrig. Bei dem vorliegenden Aspekt befinden sich die Auslässe 30o der zwei Kühlströmungswege 30, die in der Umfangsrichtung Dc zueinander benachbart sind, an in der Zylinderachsenrichtung Da voneinander verschiedenen Positionen. Daher ist es möglich, zu verhindern, dass die Kühlkapazität des Abschnitts nahe jedem Auslass 30o der zwei Kühlströmungswege 30 extrem niedrig wird.
  • Beispielsweise wird die Brennkammer bei der oben beschriebenen Ausführungsform und den oben beschriebenen Modifikationsbeispielen wie folgt verstanden.
  • (11) Gemäß einem elften Aspekt wird die Brennkammer bereitgestellt, die den Brennkammerzylinder gemäß einem von dem ersten Aspekt bis dem zehnten Aspekt und den Brenner 14, der auf der Stromaufwärtsseite Dau der Einführöffnung 25 angeordnet ist und dazu konfiguriert ist, den Brennstoff F in den Verbrennungsraum S einzuspritzen, umfasst. Der Brenner 14 weist den Brennerrahmen 15, der den ringförmigen Brennstoffeinspritzanschluss 14j um die Zylinderachse Ac aufweist, und den Verwirbler 16, der innerhalb des Brennerrahmens 15 vorgesehen und dazu konfiguriert ist, den aus dem Brennstoffeinspritzanschluss 14j ausgestoßenen Brennstoff F um die Zylinderachse Ac zu verwirbeln, auf. Der Verwirbler 16 ist so konfiguriert, dass der Winkel des aus dem Brennstoffeinspritzanschluss 14j ausgestoßenen Brennstoffs F in Bezug auf die Zylinderachse Ac der vorbestimmte Brennstoffwirbelwinkel θf wird. Der Winkel der Kollisionsgas-Achse Ai in Bezug auf die Zylinderachse Ac liegt innerhalb des Bereichs des Brennstoffwirbelwinkels θf ±15°.
  • Wenn der Brennstoff F innerhalb des Verbrennungsraums S auf der Innenumfangsseite des Mantels 21 um die Zylinderachse Ac verwirbelt wird, wird der Kollisionsachsenwinkel θi, der der Winkel der Kollisionsgas-Achse Ai in Bezug auf die Zylinderachse Ac ist, im Wesentlichen der Brennstoffwirbelwinkel θf. Der Kollisionsachsenwinkel θi variiert jedoch geringfügig in Abhängigkeit von der Beziehung zwischen dem Verhältnis der Einspritzströmungsrate des Brennstoffs F zu der Einspritzströmungsrate der Verbrennungsluft A1 und dem Wirbelwinkel der Verbrennungsluft A1. Daher muss der Kollisionsachsenwinkel θi nicht vollständig mit dem Brennstoffwirbelwinkel θf übereinstimmen und kann ein beliebiger Winkel innerhalb des Winkelbereichs des Brennstoffwirbelwinkels θf ± 15° sein.
  • (12) Gemäß einem zwölften Aspekt der Brennkammer umfasst bei der Brennkammer gemäß dem elften Aspekt die Brennkammer ferner den Luftinjektor 17, der auf der Stromaufwärtsseite Dau der Einführöffnung 25 angeordnet und so konfiguriert ist, dass er den von dem Brenner 14 eingespritzten Brennstoff F in dem Verbrennungsraum S durch Einspritzen der Luft in den Verbrennungsraum S zerstreut und verbrennt.
  • Beispielsweise wird die Gasturbine bei der oben beschriebenen Ausführungsform und den oben beschriebenen Modifikationsbeispielen wie folgt verstanden.
  • (13) Gemäß einem dreizehnten Aspekt wird die Gasturbine bereitgestellt, die die Brennkammer gemäß dem elften Aspekt oder dem zwölften Aspekt, den Kompressor 1, der so konfiguriert ist, dass er der Brennkammer die komprimierte Luft A zuführt, und die Turbine 5, die so konfiguriert ist, dass sie durch das Verbrennungsgas G aus der Brennkammer angetrieben wird, umfasst. Industrielle Anwendbarkeit
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, Haltbarkeit des Brennkammerzylinders zu verbessern.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kompressor
    2
    Kompressorrotor
    3
    Kompressorgehäuse
    4
    Brennkammer
    5
    Turbine
    5i
    Verbrennungsgaseinlass
    6
    Turbinenrotor
    7
    Turbinengehäuse
    8
    Gasturbinenrotor
    9
    Zwischengehäuse
    10
    Brennkammerkörper
    11
    Außenzylinder
    11a
    Außenzylindermantel
    11b
    Deckel
    12
    Stützzylinder
    12a
    Lufteinführungsöffnung
    13
    Innenzylinder
    13a
    Mantel mit kleinem Durchmesser
    13b
    Mantel mit zunehmendem Durchmesser
    13c
    Mantel mit großem Durchmesser
    14
    Brenner
    14j
    Brennstoffeinspritzanschluss
    15
    Brennerrahmen
    15a
    Brennerzylinder
    15b
    Mittelzylinder
    16
    Brennstoffverwirbler
    17
    Luftinjektor
    17j
    Lufteinspritzanschluss
    18
    Lufteinspritzrahmen
    19
    Luftverwirbler
    20, 20a, 20b
    Verbrennungszylinder (Brennkammerzylinder)
    21
    Mantel
    22
    Außenplatte
    22o
    Außenumfangsfläche
    22c
    Verbindungsfläche
    22d
    lange Nut
    23
    Innenplatte
    23i
    Innenumfangsfläche
    23c
    Verbindungsfläche
    25
    Einführöffnung
    30
    Kühlströmungsweg
    30i
    Einlass
    30o
    Auslass
    31
    normaler Strömungsweg
    32, 32a, 32b, 32c
    komplementärer Strömungsweg
    33, 33a
    Öffnungsumfangs-Strömungsweg
    33i
    Prallströmungsweg
    33n
    Nicht-Prallströmungsweg
    33i1, 33i1a
    erster Prallströmungsweg
    33i2
    zweiter Prallströmungsweg
    33i3
    dritter Prallströmungsweg
    34, 34b
    Umgehungs-Strömungswegabschnitt
    34i
    Prallumgehungs-Strömungswegabschnitt
    34p
    Schnittpunktposition
    35
    stromaufwärtsseitiger Strömungswegabschnitt
    36
    stromabwärtsseitiger Strömungswegabschnitt
    40
    Luftzufuhrrohr
    41
    Rohrabschnitt
    41p
    Hauptkollisionsposition
    42
    Flanschabschnitt
    45
    Rohrbefestigungsblock
    A
    komprimierte Luft
    Ao
    Außenluft
    A1
    Primärluft
    A2
    Sekundärluft
    F
    Brennstoff
    G
    Verbrennungsgas
    S
    Verbrennungsraum
    R
    Anstiegsbereich von statischem Druck
    Ar
    Drehachse
    Ac
    Zylinderachse
    Ai
    Kollisionsgas-Achse
    At
    Rohrmittelachse
    Da
    Zylinderachsenrichtung
    Dau
    Stromaufwärtsseite
    Dad
    Stromabwärtsseite
    Dc
    Umfangsrichtung
    Dc1
    erste Umfangsseite
    Dc2
    zweite Umfangsseite
    θi
    Kollisionsachsenwinkel
    θu
    stromaufwärtsseitiger Winkel
    θd
    stromabwärtsseitiger Winkel
    θf
    Brennstoffwirbelwinkel
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2021028331 [0002]
    • JP 2009092373 [0005]

Claims (13)

  1. Brennkammerzylinder, umfassend: einen Mantel, der eine zylindrische Form um eine Zylinderachse bildet und der einen Umfang eines Verbrennungsraums definiert, durch den ein Verbrennungsgas in eine Richtung strömt, die eine Richtungskomponente von, von einer Stromaufwärtsseite und einer Stromabwärtsseite in einer Zylinderachsenrichtung, in der sich die Zylinderachse erstreckt, der Stromaufwärtsseite zu der Stromabwärtsseite aufweist; und ein Luftzufuhrrohr, das an dem Mantel angebracht ist, wobei der zylindrische Mantel aufweist: eine Innenumfangsfläche, die dem Verbrennungsgas zugewandt ist, eine Außenumfangsfläche, die einer der Innenumfangsfläche gegenüberliegenden Seite zugewandt ist, eine Einführöffnung, die die Innenumfangsfläche von der Außenumfangsfläche durchdringt, und mehrere Kühlströmungswege, die sich zwischen der Innenumfangsfläche und der Außenumfangsfläche in einer Richtung entlang der Innenumfangsfläche erstrecken und durch deren Inneres ein Kühlmedium strömt, ein Teil des Luftzufuhrrohrs von der Einführöffnung in eine Innenumfangsseite des Mantels eingeführt ist und zu der Innenumfangsseite des Mantels vorsteht, jeder der mehreren Kühlströmungswege aufweist: einen Einlass, der dazu konfiguriert ist, das Kühlmedium in den Kühlströmungsweg einzuführen, und einen Auslass, der dazu konfiguriert ist, das in den Kühlströmungsweg strömende Kühlmedium abzugeben, die mehreren Kühlströmungswege mehrere Öffnungsumfangs-Strömungswege als einige Kühlströmungswege bei den mehreren Kühlströmungswegen aufweisen, Die mehreren Öffnungsumfangs-Strömungswege weisen einen Umgehungs-Strömungswegabschnitt, der sich entlang eines Randes der Einführöffnung erstreckt, auf. Bei den mehreren Öffnungsumfangs-Strömungswegen bildet mindestens ein Öffnungsumfangs-Strömungsweg einen Prallströmungsweg. der Prallströmungsweg einen Prallumgehungs-Strömungswegabschnitt als den Umgehungs-Strömungswegabschnitt aufweist, sich der Prallumgehungs-Strömungswegabschnitt mit einer Kollisionsgas-Achse, die sich in eine Strömungsrichtung des zu einer Rohrmittelachse hin gerichteten Verbrennungsgases von dem Verbrennungsgas erstreckt und die eine Radialrichtung des Luftzufuhrrohrs in Bezug auf die Rohrmittelachse ist, schneidet, sich in eine Richtung, die eine Richtungskomponente der Stromaufwärtsseite entlang des Randes der Einführöffnung von der Kollisionsgas-Achse aufweist, erstreckt und sich in eine Richtung, die eine Richtungskomponente der Stromabwärtsseite entlang des Randes der Einführöffnung von der Kollisionsgas-Achse aufweist, erstreckt, sich bei dem Prallumgehungs-Strömungswegabschnitt eine Schnittpunktposition, die sich mit der Kollisionsgas-Achse schneidet, auf der Stromaufwärtsseite der Rohrmittelachse befindet, und bei dem Prallumgehungs-Strömungswegabschnitt der Auslass, der sich auf der Innenumfangsfläche öffnet, nicht in einem Abschnitt innerhalb eines Bereichs eines vorbestimmten Winkels um die Kollisionsgas-Achse gebildet ist, der ein Winkel um die Rohrmittelachse ist.
  2. Brennkammerzylinder nach Anspruch 1, wobei der vorbestimmte Winkel 60° ± 20° beträgt.
  3. Brennkammerzylinder nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kollisionsgas-Achse einen Winkel von 40° ± 15° in Bezug auf die Zylinderachse bildet.
  4. Brennkammerzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die mehreren Öffnungsumfangs-Strömungswege einen stromaufwärtsseitigen Strömungswegabschnitt, der sich von einem Ende der Stromaufwärtsseite des Umgehungs-Strömungswegabschnitts zu der Stromaufwärtsseite in der Zylinderachsenrichtung erstreckt, aufweisen, und der stromaufwärtsseitige Strömungswegabschnitt den Einlass oder den Auslass aufweist.
  5. Brennkammerzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die mehreren Öffnungsumfangs-Strömungswege einen stromabwärtsseitigen Strömungswegabschnitt, der sich von einem Ende der Stromabwärtsseite des Umgehungs-Strömungswegabschnitts zu der Stromabwärtsseite in der Zylinderachsenrichtung erstreckt, aufweisen.
  6. Brennkammerzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die mehreren Öffnungsumfangs-Strömungswege aufweisen: einen stromaufwärtsseitigen Strömungswegabschnitt, der sich von einem Ende der Stromaufwärtsseite des Umgehungs-Strömungswegabschnitts zu der Stromaufwärtsseite in der Zylinderachsenrichtung erstreckt, und einen stromabwärtsseitigen Strömungswegabschnitt, der sich von einem Ende der Stromabwärtsseite des Umgehungs-Strömungswegabschnitts zu der Stromabwärtsseite in der Zylinderachsenrichtung erstreckt, einer von dem Einlass und dem Auslass in dem stromaufwärtsseitigen Strömungswegabschnitt gebildet ist und der andere von dem Einlass und dem Auslass in dem stromabwärtsseitigen Strömungswegabschnitt gebildet ist, und der Einlass und der Auslass nicht in dem Umgehungs-Strömungswegabschnitt gebildet sind.
  7. Brennkammerzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die mehreren Kühlströmungswege komplementäre Strömungswege, die sich in der Zylinderachsenrichtung erstrecken, als einige Kühlströmungswege bei den mehreren Kühlströmungswegen aufweisen, und die komplementären Strömungswege in einem Bereich in einer Umfangsrichtung in Bezug auf die Zylinderachse, in dem der Umgehungs-Strömungswegabschnitt von mindestens einem Öffnungsumfangs-Strömungsweg bei den mehreren Öffnungsumfangs-Strömungswegen existiert, existieren und sich an der gleichen Position in der Zylinderachsenrichtung in Bezug auf einen Abschnitt des Umgehungs-Strömungswegabschnitts des mindestens einen Öffnungsumfangs-Strömungswegs befinden.
  8. Brennkammerzylinder nach Anspruch 7, wobei der Einlass des komplementären Strömungswegs an, von beiden Enden des komplementären Strömungswegs in der Zylinderachsenrichtung, einem Ende einer Seite nahe der Einführöffnung gebildet ist.
  9. Brennkammerzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die mehreren Öffnungsumfangs-Strömungswege mehrere der Prallströmungswege aufweisen, der Prallumgehungs-Strömungswegabschnitt, von den mehreren Prallströmungswegen, eines ersten Prallströmungswegs näher an der Einführöffnung als der Prallumgehungs-Strömungswegabschnitt, von den mehreren Prallströmungswegen, eines anderen Prallströmungswegs mit Ausnahme des ersten Prallströmungswegs liegt, und eine Strömungsweg-Querschnittsfläche des ersten Prallströmungswegs breiter als eine Strömungsweg-Querschnittsfläche des anderen Prallströmungswegs ist.
  10. Brennkammerzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei sich bei den mehreren Kühlströmungswegen die Auslässe von zwei Kühlströmungswegen, die in einer Umfangsrichtung in Bezug auf die Zylinderachse zueinander benachbart sind, an Positionen befinden, die sich in der Zylinderachsenrichtung voneinander unterscheiden.
  11. Brennkammer, umfassend: den Brennkammerzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 10; und einen Brenner, der auf einer Stromaufwärtsseite der Einführöffnung angeordnet und dazu konfiguriert ist, einen Brennstoff in den Verbrennungsraum einzuspritzen, wobei der Brenner aufweist: einen Brennerrahmen, der einen ringförmigen Brennstoffeinspritzanschluss um die Zylinderachse aufweist, und einen Verwirbler, der innerhalb des Brennerrahmens vorgesehen und dazu konfiguriert ist, den aus dem Brennstoffeinspritzanschluss ausgestoßenen Brennstoff um die Zylinderachse zu verwirbeln, der Verwirbler so konfiguriert ist, dass ein Winkel des aus dem Brennstoffeinspritzanschluss ausgestoßenen Brennstoffs in Bezug auf die Zylinderachse ein vorbestimmter Brennstoffwirbelwinkel wird, und ein Winkel der Kollisionsgas-Achse in Bezug auf die Zylinderachse innerhalb eines Bereichs des Brennstoffwirbelwinkels ±15° liegt.
  12. Brennkammer nach Anspruch 11, ferner umfassend: einen Luftinjektor, der auf der Stromaufwärtsseite der Einführöffnung angeordnet und so konfiguriert ist, dass er den von dem Brenner eingespritzten Brennstoff in dem Verbrennungsraum durch Einspritzen von Luft in den Verbrennungsraum zerstreut und verbrennt.
  13. Gasturbine, umfassend: die Brennkammer nach Anspruch 11 oder 12; einen Kompressor, der so konfiguriert ist, dass er der Brennkammer komprimierte Luft zuführt; und eine Turbine, die so konfiguriert ist, dass sie durch das Verbrennungsgas aus der Brennkammer angetrieben wird.
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