JP2000145479A - ガスタービン燃焼器の冷却構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガスタービン燃焼器の冷却構造に関し、冷却
媒体を壁内部の溝に流す構造において、溝内の媒体の流
速、圧損、熱伝達率の調整を可能とし、冷却効果を高め
る。 【解決手段】 燃焼器尾筒の壁は外側板１、内側板４を
接合した二重構造からなる。外側板１には空気吸込穴３
が直線状に明けられ、内部に溝２が加工され内側板４の
接合面で閉じられて空気の流路となる。内側板４には溝
２の位置に空気吐出穴５が直線状に配列される。溝２は
空気吸込穴３と空気吐出穴５とに連通し、かつその幅は
穴３から穴５へ向かってテーパ状に拡大し、更に深さ方
向も一定もしくはテーパ状に変化させ、溝断面形状を２
次元又は３次元的に変化させる。冷却空気は尾筒表面の
空気吸込穴３より溝２に流入し、両側に流れて壁を冷却
して膨張し、流速が増加して圧損が増すが、流路が穴５
出口で拡大するので流速を抑え、圧損を小さくできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はガスタービン燃焼器
の冷却構造に関し、燃焼器の壁を二重構造として内部に
冷却用の空気や蒸気を流通させて冷却する構造において
冷却効率を高めるような構造としたものである。

【０００２】

【従来の技術】図１４はガスタービン燃焼器の一般的な
構造とその冷却方式を示す図であり、（ａ），（ｂ）は
空気冷却方式を、（ｃ）は蒸気冷却方式を採用した例で
ある。これらの概要を要約して説明すると、図１４
（ａ）において１００はパイロットノズルでパイロット
燃料を噴射し、燃焼させるもの、１０１はメインノズル
であり、アニユラーノズル方式と呼ばれ、パイロット内
筒１０２の周囲に複数本配置され、メイン燃料を噴射
し、パイロット内筒１０２でのパイロット燃料の燃焼に
よってメイン燃料が点火され、燃焼する。１０３はメイ
ン内筒、１０４は接続筒、１０５は尾筒であり、これら
はメイン燃料が燃焼して高温となった燃焼ガスをガスタ
ービンの燃焼ガス通路に導くものである。１０６は空気
バイパス弁であり、低負荷時において余分な圧縮機から
の空気をバイパスダクトより尾筒１０５を通り、ガスタ
ービン燃焼ガス通路に逃すためのものである。このよう
な形式の燃焼器においては尾筒１０５の壁内部は図１５
により後述するように空気により冷却するための冷却構
造が採用されている。

【０００３】図１４（ｂ）の燃焼器はマルチノズル方式
と呼ばれ、１０７はパイロットノズルであり、その周囲
には複数のメインノズル１０８が配置され、内筒１０９
内へメインノズル１０８からメイン燃料が噴射され、パ
イロットノズル１０７からのパイロット燃料の燃焼によ
ってメイン燃料が点火され、燃焼する。１１０は尾筒で
あり、１０６は空気バイパス弁である。このような構造
の燃焼器においても尾筒１１０の壁内部が図１５におい
て後述するように空気により冷却される。

【０００４】図１４（ｃ）の燃焼器はマルチノズル方式
の燃焼器に蒸気冷却方式を採用した例である。図におい
て、１１１はパイロットノズル、１１２はその周囲に配
列された複数のメインノズルであり、１１３はスワラー
ホルダである。１１４は内筒一体型の尾筒であり、スワ
ラーホルダ１１３に接続され、高温の燃焼ガスをガスタ
ービンの燃焼ガス通路へ導く。尾筒１１４には壁内部に
冷却用の蒸気通路が多数設けられており、１１５は蒸気
供給通路、１１６，１１７は蒸気回収通路である。冷却
用の蒸気２００は蒸気供給通路１１５より尾筒１１４の
壁内の通路に供給され、壁内を流れて壁面を冷却し、そ
れぞれ両端側に設けられた蒸気回収通路１１６，１１７
より蒸気２０１，２０２として回収され、蒸気発生源に
戻されて有効利用される。

【０００５】図１５は前述の図１４（ａ），（ｂ）の燃
焼器尾筒１０５，１１０の壁の一部を示す斜視図であ
る。図において壁は二重構造となっており、外側板１２
０と内側板１２３とが接合されて構成されている。外側
板１２０は尾筒の外表面を構成し、多数の断面形状が一
定の溝１２１がほぼ燃焼ガス流れ方向に向かって配列し
て穿設されており、溝１２１の開口側が内側板１２３の
接合面で閉じられている。又、外側板１２０には各溝１
２１に連通する空気吸込穴１２２がそれぞれ設けられ、
この空気吸込穴１２２は１本の溝１２１に沿って所定の
間隔をおいて設けられている。

【０００６】又、内側板１２３には空気吐出穴１２４が
開けられている。この空気吐出穴１２４は、互いに接合
する外側板１２０に穿設された溝１２１の開口部に連通
するように配置され、溝１２１に沿って２個の空気吸込
穴１２２の中間位置に配置されている。外側板１２０と
内側板１２３とはハステロイＸ、トミロイ、ＳＵＳ材等
の耐熱材が用いられ、接合されている。この接合は加熱
と加圧によって熱間圧接させる拡散溶接によってなされ
る。

【０００７】このような壁構造において尾筒の周囲から
冷却用の空気３００が多数の空気吸込穴１２２を通り、
それぞれ溝１２１内へ流入し、溝１２１内を流れて壁面
を冷却し、各溝１２１の空気吐出穴１２４より空気３０
１として尾筒内に流出する。このような溝１２１、この
溝１２１に連通する空気吸込穴１２２及び空気吐出穴１
２４が尾筒の壁全周囲に多数配列して設けられ、外側周
囲より空気を吸い込み、壁内部を流れて尾筒全周を冷却
し、その空気はそれぞれ空気吐出穴１２４より尾筒内に
流出し、燃焼ガスに混入される。

【０００８】図１６は図１４（ｃ）に示す蒸気冷却方式
の燃焼器の拡大図である。図示のように車室１３０に取
付けられた燃焼器のスワラホルダ１１３には内筒一体型
の尾筒１１４が連結されており、尾筒１１４の壁内部に
は多数の蒸気通路１１８，１１９がほぼガス流れ方向に
向かって全周に設けられている。各蒸気通路１１８，１
１９は断面形状一定の通路であり、それぞれ蒸気供給通
路１１５に連通し、蒸気２００の一部は供給通路１１５
から多数の蒸気通路１１８を通ってノズル側に供給さ
れ、それぞれ壁を冷却して蒸気回収通路１１６から回収
蒸気２０１として回収され、又、供給通路１１５からの
残りの蒸気は多数の蒸気通路１１９を通って後流側に供
給され、それぞれ壁を冷却して蒸気回収通路１１７から
回収蒸気２０２として回収される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前述のように従来のガ
スタービン燃焼器の冷却構造においては、空気冷却方
式、蒸気冷却方式のいずれかにおいても壁内部の溝形状
が一定で、かつ直線状に配置されている。そのために短
区間の尾筒壁においては均一な冷却が必要な部位で必要
冷却範囲をカバーするために相当数の直線状の冷却用溝
を必要としている。しかも、冷却区間が短区間であるた
めに冷却媒体の冷却能力を使い切らぬまま排出され、そ
の結果、必要以上の冷却媒体の使用を余儀なくされてい
た。又、冷却用溝断面が一定形状であるため、冷却媒体
の流速、圧力損失、熱伝達率は断面形状に支配されるの
で、冷却通路の冷却媒体の吸込穴から吐出穴までの冷却
条件が断面形状により一義的に決まり、調整ができず最
適化を計ることもできなかった。

【００１０】そこで本発明は、燃焼器の壁内部の冷却通
路の断面積を変化させ、又その流路長を直線状でなく変
化させ、冷却空気や冷却蒸気の供給に合わせた冷却媒体
の流速、圧力損失、熱伝達率の調整を可能とし、更に冷
却流路長や幅を変化させることにより冷却効果を高める
ようにした最適な冷却設計ができるようになり、燃焼器
壁の温度分布を改善し、熱応力を軽減して割れ等の不具
合が発生しない信頼性を向上するようにしたガスタービ
ン燃焼器の冷却構造を提供することを課題としてなされ
たものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を解
決するために次の（１）乃至（１６）の手段を提供す
る。

【００１２】（１）ガスタービン燃焼器の壁内部に冷却
用空気の通路を燃焼ガス流れ方向に複数列設け、同各通
路には空気吸込穴と空気吐出穴とを順次所定の間隔で配
列して連通させ、同空気吸込穴より同通路内に冷却用空
気を流して同空気吐出穴より燃焼器内部へ流出させる空
気冷却構造において、前記通路の空気吸込穴と空気吐出
穴との区間は、通路断面の幅又は深さ、或いはこれら両
方がなめらかに変化していることを特徴とするガスター
ビン燃焼器の冷却構造。

【００１３】（２）上記（１）において、前記通路の所
定区間には複数のタービュレータを設けた冷却構造。

【００１４】（３）上記（１）において、前記通路の所
定空間の壁面には空気の流れ方向に直交するように複数
の凹形状の溝を設けた冷却構造。

【００１５】（４）ガスタービン燃焼器の壁内部に冷却
用空気の通路を燃焼ガス流れ方向に複数列設け、同各通
路には空気吸込穴と空気吐出穴とを順次所定の間隔で配
列して連通させ、同空気吸込穴より同通路内に冷却用空
気を流して同空気吐出穴より燃焼器内部へ流出させる空
気冷却構造において、前記通路の空気吸込穴と空気吐出
穴との区間は断面形状が不変の区間と同区間の断面積よ
り小さく流路が狭い区間とを交互に連通させて構成され
ていることを特徴とするガスタービン燃焼器の冷却構
造。

【００１６】（５）ガスタービン燃焼器の壁内部に冷却
用空気の通路を燃焼ガス流れ方向に複数列設け、同各通
路には空気吸込穴と空気吐出穴とを順次所定の間隔で配
列して連通させ、同空気吸込穴より同通路内に冷却用空
気を流して同空気吐出穴より燃焼器内部へ流出させる空
気冷却構造において、前記通路は波形状に蛇行している
ことを特徴とするガスタービン燃焼器の冷却構造。

【００１７】（６）上記（１），（４），（５）のいず
れかにおいて、前記空気吐出穴は、燃焼器内に燃焼ガス
流れ方向に空気が流出するように傾斜して設けられてい
る冷却構造。

【００１８】（７）上記（１），（４），（５）のいず
れかにおいて、前記空気吐出穴の出口周辺には、空気が
燃焼ガス流れ方向に流出するようにカバーが設けられて
いる冷却構造。

【００１９】（８）上記（１），（４），（５）のいず
れかにおいて、前記各通路の空気吸込穴及び吐出穴の配
列は、通路を流れる空気の流れ方向が隣接する通路の流
れ方向と互いに逆方向となるように構成されている冷却
構造。

【００２０】（９）上記（１），（４），（５）のいず
れかにおいて、前記各通路の壁接続部における終端部
は、同各終端部に対応して壁外側から内側へ貫通する穴
の途中にそれぞれ連通し、同各穴には外側又は内側のい
ずれかから蓋が挿入されて閉じられている冷却構造。

【００２１】（１０）ガスタービン燃焼器の壁内部に冷
却用蒸気通路を連通して複数列設け、同通路には蒸気供
給口から冷却用蒸気を流入し、蒸気回収口より回収され
る蒸気冷却構造において、前記通路の所定区間は、通路
断面の幅又は深さ、或いはこれら両方が蒸気の流れ方向
に向かってなめらかに変化していることを特徴とするガ
スタービン燃焼器の冷却構造。

【００２２】（１１）上記（１０）において、前記通路
の所定区間には複数のタービュレータを設けた冷却構
造。

【００２３】（１２）上記（１０）において、前記通路
の所定区間の壁面には蒸気の流れ方向に直交するように
複数の凹形状の溝を設けた冷却構造。

【００２４】（１３）上記（１０）において、前記各通
路は、断面形状が不変の区間と同区間の断面積より小さ
く流路が狭い区間とを交互に連通させて構成されている
冷却構造。

【００２５】（１４）上記（１０）において、前記通路
は、波形状に蛇行している冷却構造。

【００２６】（１５）上記（１０）から（１４）のいず
れかにおいて、前記各通路は、同通路を流れる蒸気の流
れ方向が隣接する通路の流れ方向と互いに逆方向となる
ように前記蒸気供給口又は蒸気回収口に接続されている
冷却構造。

【００２７】（１６）上記（１０）から（１５）のいず
れかにおいて、前記燃焼器の壁接続部には内部に接続部
溝が設けられ、前記各通路は同接続部溝にそれぞれ連通
している冷却構造。

【００２８】本発明は上記（１），（４），（５）及び
（１０）を基本的な発明としており、（１），（４），
（５）は空気冷却方式に、（１０）は蒸気冷却方式に適
用されるものである。従来の冷却構造においてはその通
路形状が均一な断面であり、冷却用空気の流速、圧力損
失、熱伝達率は断面形状により一義的に決まっており、
温度分布の異る壁面の場所によってこれらの条件を調整
することができなかった。本発明の（１）においては、
通路の断面形状を幅や深さを２次元的又は３次元的に変
化させているので温度分布の異なる壁面の場所により流
速を変化させ、これにより圧力損失も低下させることが
でき、冷却条件に合わせて流速、圧力損失、熱伝達率が
調整可能となり、これにより最適条件での冷却通路の設
計が可能となり温度分布を改善して熱応力を軽減させ、
割れ、等の発生を防止することができ、燃焼器の信頼性
が向上する。

【００２９】又、（２）や（３）においてはタービュレ
ータや凹みの作用により、冷却空気の流れを攪拌して熱
伝達率を一層向上させることができ、（４）では通路の
流路をオリフィス効果により絞ったり、流路を拡大して
流速を調整することができ、（５）においては通路を波
形に蛇行させて流路長を稼ぐことができ、場所によって
冷却効果を高めたい場合には特に有効となる。

【００３０】又、（６）においては、空気を空気吐出穴
より流出させる際に、壁面に沿って燃焼ガス流れ方向に
流出させ、吐出穴近辺を有効に冷却しながら燃焼器内に
流出させることができる。又、（７）では（６）と同様
の効果をカバーを設けることにより実現可能としてい
る。又、（８）では隣接する通路では空気の流れが互い
に逆方向となっているので、冷却のアンバランスが解消
される。又、燃焼器の壁は溶接による接続により構成さ
れており、この接続部では通路が途中で終端となり、冷
却空気が流れずに滞溜する部分が生ずる場合があるが、
（９）においては、この場合には通路終端部に貫通穴を
設け、蓋で外側又は内側を塞ぐことにより、空気を外側
から吸い込んだり、又は燃焼器内に吐出させたりするこ
とができ、接続部においても効果的な冷却を可能として
いる。

【００３１】本発明の基本発明の（１０）は蒸気冷却方
式を対象としており、蒸気通路の断面積を変化させるこ
とにより（１）の空気冷却方式と同様に、蒸気の流速、
圧力損失、熱伝達率を調整可能としている。即ち、燃焼
器の壁面の温度分布の異なる場所により蒸気通路の断面
積を２次元的、又は３次元的に変化させ、上記のように
冷却条件を変化させ、最適条件での冷却通路の設計が可
能となり温度分布を改善して熱応力を軽減し、蒸気冷却
方式の信頼性を向上させることができる。

【００３２】又、（１１）や（１２）のようにタービュ
レータや凹みの作用により冷却蒸気の流れを攪拌して熱
伝達率を一層向上させることがてき、（１３）では通路
の流路をオリフィス効果により絞ったり、流路を拡大し
て流速を調整することができ、（１４）においては、通
路を波形に蛇行させて流路長を稼ぐことができ、場所に
よって冷却効果を高めることができる。又、（１５）に
おいては隣接する通路では互いに蒸気の流れが逆になっ
ているので、冷却のアンバランスが解消され、冷却効果
を高めることができる。更に、燃焼器の壁は溶接による
接続により構成されており、この接続部では蒸気の通路
が途中で終端となり、冷却蒸気が流れずに滞溜する部分
が生ずる場合があるが、（１６）においては接続部に接
続溝を設け、通路終端部をこの溝にすべて連通させてい
るので蒸気の供給又は回収が連続的になされ、接続部に
おいても効果的な蒸気による冷却がなされる。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実
施の一形態に係るガスタービン燃焼器の冷却構造の壁の
一部を示す平面図、図２は図１におけるＡ−Ａ断面図で
あり、（ａ）は内部溝の断面形状が一定のもの、
（ｂ），（ｃ）はその変形例で内部溝の断面形状を変化
させたものをそれぞれ示す。図１に示す壁構造は従来例
で説明した図１４（ａ），（ｂ）のガスタービン燃焼器
の尾筒１０５，１１０の壁として適用され、燃焼器尾筒
が空気冷却されるものである。

【００３４】図１において、１は外側板であり、尾筒の
外表面を構成している。２は外側板１内部に設けられた
溝であり、その断面形状は幅がテーパ状に変化してい
る。このテーパ形状は直線状、あるいはなめらかな曲線
で構成される。外側板１には空気吸込穴３が開けられて
おり、内部に設けられた溝２に連通している。４は内側
板であり、空気吐出穴５が貫通して開けられており、外
側板１下面に接してこれと接合している。これら外側板
１、内側板４の材料は従来と同様にハステロイＸ、トミ
ロイ、ＳＵＳ材等の耐熱材料からなる。

【００３５】内側板４の空気吐出穴５は外側板１の溝２
の開口上に沿って、かつ外側板１の空気吸込穴３の両側
に所定のピッチで配置され、溝２に連通するように配置
される。溝２の幅は空気吸込穴３から空気吐出穴５へ向
かって直線状に拡大しており、空気吸込穴３の位置で最
小の幅、空気吐出穴５の位置で最大の幅となっており、
この溝２はそれぞれ両穴３，５に連通している。これら
の溝２はそれぞれ尾筒の前流側から尾筒のガス出口側端
部まで伸び、かつ尾筒の周囲壁内部に所定のピッチで、
例えば３．４mmピッチで配置される。

【００３６】図２（ａ）は図１のＡ−Ａ断面図であり、
外側板１と内側板４との接合部には溝２が一定の高さｈ
で形成されており、深さは一定であるが図１に示すよう
に幅方向には直線状に拡大している。空気吸込穴３は外
側板１に開けられ、空気吐出穴５は内側板４に開けら
れ、これら両穴３，５は溝２に連通して設けられてい
る。又、空気吐出穴５の径は空気吸込穴３の径よりも大
きくなっており、溝２の拡大する体積分の流出量を確保
するようになっている。具体的寸法の一例としては外側
板１の厚さが３．２mm、内側板４の厚さが０．６mm、ｈ
が１．６mm程度である。

【００３７】図２（ｂ）は（ａ）の変形例であり、溝２
ａの高さを空気吸込穴３から空気吐出穴５へ向かって直
線状に狭め、かつ、幅方向には図１に示すようにテーパ
状に拡大した例である。又、（ｃ）は（ｂ）の形状とは
逆に溝２ｂの高さを空気吸込穴３で狭くテーパ状に変化
させて拡大させ、空気吐出穴５において広くし、かつ図
１に示すように幅方向にもテーパ状に拡大した例であ
る。なお、このテーパ状の深さ方向の変化も直線状で
も、又なめらかな曲線でも良いものである。

【００３８】このような（ｂ），（ｃ）の例では溝２の
形状を３次元的に変化させた例であり、テーパの形状を
適切に設定し、溝２内を流れる冷却空気の流速、圧力損
失を場所によって調整可能とし、尾筒の温度分布や熱応
力の分布状況により、流速や圧力損失を適切な値となる
ように設定し、設計することができる。これらの溝２，
２ａ，２ｂの加工はミーリング加工ではむずかしいので
放電加工や電解加工で行なわれる。

【００３９】図１，図２に示すように冷却空気３００は
尾筒周囲の多数の空気吸込穴３より溝２，２ａ又は２ｂ
内に流入し、両側に分かれて流れて壁を冷却し、それぞ
れ等しい間隔で配置された空気吐出穴５より尾筒内に３
０１のように流出する。空気吸込穴３に流入する空気の
温度は３５０°Ｃ〜４００°Ｃであり、壁面を冷却する
過程で加熱され、約６００°Ｃ程度に上昇して尾筒内に
流出する。

【００４０】空気吸込穴３より吸い込まれた空気は溝
２，２ａ，２ｂ内を流れる過程において加熱されて膨張
し、体積が増加し、従来のような溝形状一定の断面では
空気吐出穴で流速が増し、空気の圧損が増加してしまう
が、本実施の第１形態のように空気吐出穴５に近づくに
従って溝２の断面形状が２次元的又は３次元的に拡大し
ているので速度を抑え、圧損を少くすることができる。

【００４１】又、本実施の第１形態では空気吸込穴３と
空気吐出穴５とを多数設けた構造において溝２，２ａ，
２ｂの断面形状を２次元的又は３次元的に変化させる例
で説明したが、図１，図２に示す断面形状は図１４
（ｃ）又は図１６に示すような空気吸込穴や空気吐出穴
がなく、蒸気供給通路１１５と蒸気回収通路１１６，１
１７のある蒸気冷却方式の蒸気冷却用溝の断面形状にも
同様に適用されるものであり、空気冷却方式と同様の効
果が得られるものである。

【００４２】図３は本発明の実施の第２形態に係るガス
タービン燃焼器の冷却構造を示し、（ａ）は溝内にター
ビュレータを設けた例、（ｂ）は凹みを設けた例であ
る。両図において、符号１乃至５は図１，図２に示す実
施の第１形態のものと同じであり、本実施の第２形態に
おいては図３（ａ）では溝２の内周面に凸形状のタービ
ュレータ６を設け、流れ方向に直交するように多数配列
し、冷却空気の流れを攪拌することにより熱伝達率を向
上させるものである。又、図３（ｂ）はタービュレータ
６の代わりに凹形状の凹み７を多数設けたものであり、
（ａ）は同様に冷却空気の流れを攪拌し、熱伝達率を向
上させる効果を有する。なお、これらタービュレータ６
や凹み７は溝２の全長でも良く、又部分的に所定区間必
要に応じて設けても良い。

【００４３】図４は図３における溝の断面形状を示し、
図４（ａ）は図３（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、図４
（ｂ）は図３（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図である。図４
（ａ）のように溝２の周囲には凸形状のタービュレータ
６が形成されており、又図４（ｂ）においては溝２の全
周の壁面に凹み７を設けており、このようなタービュレ
ータ６や凹み７を流れ方向と直交するように設けること
により冷却空気の流れが乱流となって熱伝達率が向上す
る。

【００４４】図１，図２に示す実施の第１形態では空気
吸込穴３から空気吐出穴５へ向かって溝２の断面形状が
徐々に拡大し、冷却空気の熱膨張による流速の増大を抑
え、圧損を小さくするようにしているが、その反面、冷
却性能は空気吐出穴５近辺では低下することになる。本
実施の第２形態においてはタービュレータ６や凹み７を
設けることにより熱伝達率を向上させ、この分の冷却性
能の低下分を補うことができる。なお、実施の第２形態
の構造はもちろん図１６に示す蒸気冷却方式の溝に適用
することができるものである。

【００４５】図５は本発明の実施の第３形態に係るガス
タービン燃焼器の冷却構造の壁の一部を示す平面図であ
る。図において外側板１には従来と同じ空気吸込穴３が
開けられている。内部には溝１２が加工されているが、
この溝１２は断面形状が一定の溝であり、空気吸込穴３
の前後両側部分には所定の長さだけ幅を狭くしたオリフ
ィス１２ａとしている。内側板４には従来と同様に空気
吐出穴５が開けられている。

【００４６】このような構造の実施の第２形態において
は、冷却用空気は尾筒の外周囲より空気吸込穴３を通
り、溝１２ａへ流入し、両側に分かれて溝１２へ入り、
それぞれ空気吐出穴５に向かって流れ、壁を冷却しなが
ら加熱されて膨張するが、溝１２の幅は空気吐出穴５の
近くで拡大し、断面積が増すのでその流速の増大が抑え
られ、圧損の上昇が防止され、実施の第１形態と同様の
効果が得られる。

【００４７】なお、図５における実施の第３形態におい
ては溝１２の断面形状が一定として説明したが溝１２の
深さ方向を空気吐出穴５に向かって徐々に拡大させるよ
うにして２次元的に変化させても良く、又、溝１２の部
分にタービュレータや凹みを設けるようにすればより熱
伝達率が向上し、冷却性能を良くすることができる。
又、もちろん図１６に示す蒸気冷却方式の溝形状に適用
され、同様の効果を奏するものである。

【００４８】図６は本発明の実施の第４形態に係るガス
タービン燃焼器の冷却構造の壁の断面図であり、（ａ）
は空気吐出穴を斜めに設けた例、（ｂ）は空気吐出穴出
口部にカバーを設けた例である。図６（ａ）では図１，
図２に示す実施の第１，第２形態、図５に示す実施の第
３形態と異なる部分は空気吐出穴を燃焼ガス流れ方向Ｇ
の方向に傾斜させた空気吐出穴１５とした構造であり、
その他の部分は図１，図２，図５と同じである。

【００４９】このような構造により、冷却空気３００は
尾筒の周囲より空気吸込穴３から溝２又は１２内に流入
し壁を冷却して空気吐出穴１５より斜め方向に尾筒内に
流出するが、内側板４に沿って燃焼ガス流れ方向Ｇに流
出するので空気吐出穴１５近辺の壁面を冷却しながら流
出し、冷却効果を増大させる。

【００５０】図６（ｂ）は空気吐出穴１５のような傾斜
した穴の代わりに、空気吐出穴は図１，図２，図５のよ
うに空気吐出穴５のままとし、出口部にカバー８を設け
たものである。その他の構造は図１，図２，図５に示す
ものと同じである。このような構造においても空気吐出
穴５から尾筒内に流出する空気は内側板４に沿って燃焼
ガス流れ方向Ｇに流出するので図６（ａ）と同様の効果
が得られ、冷却効果が増す。

【００５１】図７は本発明の実施の第５形態に係るガス
タービン燃焼器の冷却構造の壁の一部を示す平面図、図
８はその斜視図である。両図において、外側板１には空
気吸込穴３が明けられ、その内部に溝９が加工されてい
る。又、内側板４には空気吐出穴５又は１５が明けられ
ている。溝９は図示のようにＳ字状に蛇行して波形に設
けられており、空気吸込穴３と空気吐出穴５又は１５と
がそれぞれ連通し、空気吸込穴３の両側にそれぞれ空気
吐出穴５又は１５が等間隔に配置されている。

【００５２】上記構成の実施の第５形態においては、尾
筒の外周囲より冷却用空気が空気吸込穴を通って溝９内
に流入し、Ｓ字状に蛇行して流れて壁を冷却し、空気吐
出穴５又は１５より尾筒内に流出するが、溝９が波形で
あるので、特に短い区間等ではその流路長が直線形状の
溝よりも長くなり、冷却流路長を長くすることができ
る。これにより最小限の冷却空気で必要な冷却効果を得
るような設計が可能となり、温度分布、冷却流路長に合
わせて冷却空気の流速、圧力損失、熱伝達率の調整を行
い、熱応力を軽減して割れ等を防ぎ、信頼性を向上する
ことができる。

【００５３】なお、図７，図８に示す溝９には図３に示
すタービュレータ６や凹み７を設けることもでき、又、
図５に示すオリフィスを空気吸込口の両側の所定区間に
設けたり、あるいは必要に応じて図１に示すような２次
元的、又は３次元的な断面形状の変化を設けることも可
能である。又、この溝９の形状はもちろん図１６に示す
蒸気冷却方式の蒸気通路に用いることもでき、同様の効
果が得られるものである。

【００５４】図９は本発明の実施の第６形態に係るガス
タービン燃焼器の冷却構造の壁の一部を示す平面図で、
（ａ）は直線状の溝の例、（ｂ）は波形の溝の例をそれ
ぞれ示す。図９（ａ）は図１に示す構造において、空気
吸込穴３と空気吐出穴５とを互いに隣接する溝２間で配
置を互いに前後逆にして溝２内を流れる冷却空気３００
の流れ方向が互いに隣接する溝２において逆になるよう
にしたものである。

【００５５】又、図９（ｂ）においても空気吸込穴３と
空気吐出穴５とを隣接する溝９間で互いに前後逆に配置
して隣接する溝９において冷却空気の流れ方向が互いに
逆となるようにしている。なお、図示省略しているが、
図５に示す構造においても同様に冷却空気を流すことが
できる。又、図２に示すタービュレータ６や凹み７を設
けても良く、又空気吐出穴は図６に示すような空気吐出
穴１５やカバー８を適用することができる。

【００５６】上記構成の実施の第６形態においては、冷
却空気３００が壁内部で互いに隣接する溝において互い
に逆方向に流れるので壁全体において均一な冷却が可能
となり、尾筒の冷却による温度分布を均一化し、熱応力
の発生のアンバランスが解消される。なお、このような
図９に示す冷却構造は当然図１６に示す蒸気冷却方式に
おける蒸気通路に適用でき、互いに隣接する蒸気通路に
おいて冷却用蒸気を互いに逆方向に流し、冷却のアンバ
ランスを解消することができるものである。

【００５７】図１０は本発明の実施の第７形態に係るガ
スタービン燃焼器の冷却構造の壁の一部を示す平面図
で、（ａ）は壁の接続部に空気吐出穴を構成した例、
（ｂ）は壁の接続部に空気吸込穴を構成した例である。
これらの接続部の冷却構造は前述の実施の第１〜第６形
態の冷却構造における壁の溶接接続部のすべてに適用で
きるものである。

【００５８】図１０（ａ）において、２０は接続部であ
り、尾筒を構成する壁の接続部となり、溶接接続されて
尾筒を形成する。外側板１は溝２が形成され、溝２に沿
って空気吸込穴３が所定のピッチで設けられ、又外側板
１に接する内側板４には空気吐出穴５が空気吸込穴３の
両側に所定の間隔で配置されている。従って接続部２０
においては必ずしもこれら穴３，５の配置が端部に所定
の寸法で配置されるとは限らない。

【００５９】上記状況より、図１０（ａ）に示すように
壁の接続部２０の端部で溝２に連通し、かつ外側板１と
内側板４とを貫通する貫通穴１０を穿設する。貫通穴１
０には空気吸込穴３より冷却用空気３００が流入するの
で、この空気を尾筒内に流出させるために外側板１の外
側より貫通穴１０へ蓋１１を挿入し、外側を閉じて空気
は反対側の内側板４側へ流出させ、端部において空気を
尾筒内へ流出させる。

【００６０】図１１（ａ）は図１０（ａ）におけるＤ−
Ｄ断面図の一部を示し、外側板１及び内側板４には貫通
穴１０が穿設されており、この貫通穴１０の外側板１に
は蓋１１が挿入され、溝２内を流れてきた冷却用空気は
内側板４側、即ち、尾筒内部へ３０１として流出するよ
うにしている。

【００６１】図１０（ｂ）においては接続部２０端部に
は同様に貫通穴１０が設けられている。これら貫通穴１
０は溝２に連通しており、貫通穴１０の上流側は空気吐
出穴５となっており、空気をこの上流側の空気吐出穴５
から尾筒内に流出するように流す必要がある。従って貫
通穴１０には内側板４側から蓋１１が挿入され、端部に
おいては貫通穴１０を通り、外側板１の尾筒外周より空
気が溝２内へ流入し、上流側の空気吐出穴５から尾筒内
に流出させることができる。

【００６２】図１１（ｂ）は図１０（ｂ）におけるＥ−
Ｅ断面図であり、外側板１と内側板４とには貫通穴１０
が穿設され、貫通穴１０には内側板４側から蓋１１が挿
入され、貫通穴１０へは尾筒外周より空気３００が流入
し、溝２内へ流れるようにしている。

【００６３】上記に説明の実施の第７形態の接続部の構
造をガスタービン燃焼器の空気冷却構造に採用すること
により、尾筒の壁の接続部において端部の溝内すべてに
冷却空気を流し、接続部２０の壁を均一に冷却すること
ができる。

【００６４】図１２は本発明の実施の第８形態に係るガ
スタービン燃焼器の冷却構造の壁接続部の平面図であ
り、蒸気冷却方式の尾筒に適用される例である。図にお
いて、２０は外側板１の接続部であり、溶接により接続
され、尾筒が構成される。外側板１内部には蒸気通路１
１８，１１９が多数加工されており、これら蒸気通路１
１８，１１９は図１６で説明したように蒸気供給通路１
１５から蒸気２００が供給されている。蒸気通路１１
８，１１９を通って壁を冷却し、加熱された蒸気は蒸気
回収通路２０１，２０２に集まり、回収されるようにな
っている。従って、これら蒸気通路１１８，１１９は接
続部２０においても後流側の通路（図示省略）と連通す
る必要があり、このために接続部２０においては接続部
溝２１が形成されており、各蒸気通路１１８，１１９は
この接続部溝２１に接続されている。

【００６５】図１３は図１２における溝の断面図で、
（ａ）はＦ−Ｆ断面図、（ｂ）はＧ−Ｇ断面図である。
これら図において、外側板１の接続部には所定の間隔を
おいて接続部溝２１が形成され、これに接合される内側
板４は接続部２０で溶接されている。外側板１側からは
接続部溝２１に蓋１６が挿入され溝内を閉じて蒸気溜ま
りが形成される。又、接続溝２１には多数の蒸気通路１
１８，１１９が連通し、流れてきた蒸気が接続溝２１内
に流入し、ここから隣接する壁内の蒸気通路（図示省
略）に蒸気を供給し、又は回収されるようになってい
る。

【００６６】上記構造の実施の第８形態における接続部
は、実施の第１〜第３，第５，第６の形態の溝断面形
状、溝配置を用いた蒸気冷却方式のガスタービン燃焼器
の冷却構造の壁接続部に適用できるものであり、蒸気通
路の接続部での構造を簡単な構成で実現できるものであ
る。

【００６７】

【発明の効果】本発明のガスタービン燃焼器の冷却構造
は、（１）ガスタービン燃焼器の壁内部に冷却用空気の
通路を燃焼ガス流れ方向に複数列設け、同各通路には空
気吸込穴と空気吐出穴とを順次所定の間隔で配列して連
通させ、同空気吸込穴より同通路内に冷却用空気を流し
て同空気吐出穴より燃焼器内部へ流出させる空気冷却構
造において、前記通路の空気吸込穴と空気吐出穴との区
間は、通路断面の幅又は深さ、或いはこれら両方が空気
の流れ方向に向かってなめらかに変化していることを基
本的な構成としている。このような構成により冷却用空
気の通路内での流速、圧力損失、熱伝達率を変化させて
調整することができ、これにより最適条件での冷却通路
の設計が可能となり壁面の場所により異なる温度分布を
改善して熱応力を軽減させ、壁の割れ等の損傷を防止
し、信頼性を著しく向上することができる。又、（２）
や（３）においてはタービュレータや凹みの作用によ
り、冷却空気の流れを攪拌して熱伝達率を一層向上させ
ることができる。

【００６８】本発明の（４）は、ガスタービン燃焼器の
空気冷却構造において、前記通路の空気吸込穴と空気吐
出穴との区間は断面形状が不変の区間と同区間の断面積
より小さく流路が狭い区間とを交互に連通させたことを
基本的な構成としている。このような構成により、通路
の流路をオリフィス効果により絞ったり、流路を拡大し
て流速を調整することができる。

【００６９】本発明の（５）は、ガスタービン燃焼器の
空気冷却構造において、前記通路は波形状に蛇行してい
ることを基本的な構成としている。このような構成によ
り、通路を波形に蛇行させて流路長を稼ぐことができ、
場所によって冷却効果を高めたい場合には特に有効とな
り、冷却効果を高めることができる。

【００７０】又、（６）においては、空気を空気吐出穴
より流出させる際に、壁面に沿って燃焼ガス流れ方向に
流出させ、吐出穴近辺を有効に冷却しながら燃焼器内に
流出させることができる。又、（７）では（６）と同様
の効果をカバーを設けることにより実現可能としてい
る。又、（８）では隣接する通路では空気の流れが互い
に逆方向となっているので、冷却のアンバランスが解消
される。又、燃焼器の壁は溶接による接続により構成さ
れており、この接続部では通路が途中で終端となり、冷
却空気が流れずに滞溜する部分が生ずる場合があるが、
（９）においては、この場合には通路終端部に貫通穴を
設け、蓋で外側又は内側を塞ぐことにより、空気を外側
から吸い込んだり、又は燃焼器内に吐出させたりするこ
とができ、接続部においても効果的な冷却を可能として
いる。

【００７１】本発明の（１０）は、ガスタービン燃焼器
の壁内部に冷却用蒸気通路を連通して複数列設け、同通
路には蒸気供給口から冷却用蒸気を流入し、蒸気回収口
より回収される蒸気冷却構造において、前記通路の所定
区間は、通路断面の幅又は深さ、或いはこれら両方が蒸
気流れ方向に向かってなめらかに変化していることを基
本的な構成としている。このような構造により、上記
（１）と同じように蒸気通路内の蒸気の流速、圧力損
失、熱伝達率を変化させて調整することができ、これに
より最適条件での蒸気冷却通路の設計が可能となり壁面
の場所により異なる温度分布を改善して熱応力を軽減さ
せ、壁の割れ等を損傷を防止し、蒸気冷却方式の信頼性
を著しく向上させることができる。

【００７２】又、（１１）や（１２）のようにタービュ
レータや凹みの作用により冷却蒸気の流れを攪拌して熱
伝達率を一層向上させることがてき、（１３）では通路
の流路をオリフィス効果により絞ったり、流路を拡大し
て流速を調整することができ、（１４）においては、通
路を波形に蛇行させて流路長を稼ぐことができ、場所に
よって冷却効果を高めることができる。又、（１５）に
おいては隣接する通路では互いに蒸気の流れが逆になっ
ているので、冷却のアンバランスが解消され、冷却効果
を高めることができる。

【００７３】更に、燃焼器の壁は溶接による接続により
構成されており、この接続部では蒸気の通路が途中で終
端となり、冷却蒸気が流れずに滞溜する部分が生ずる場
合があるが、（１６）においては接続部に接続溝を設
け、通路終端部をこの溝にすべて連通させているので蒸
気の供給又は回収が連続的になされ、接続部においても
効果的な蒸気による冷却がなされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の第１形態に係るガスタービン燃
焼器の冷却構造の壁の一部を示す平面図である。

【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図であり、（ａ）は溝
断面の深さ一定、（ｂ）は深さが空気吐出穴へ向かって
減少、（ｃ）は深さが空気吐出穴に向かって拡大した例
をそれぞれ示す。

【図３】本発明の実施の第２形態に係るガスタービン燃
焼器の冷却構造の壁の一部を示す平面図で、（ａ）は溝
内にタービュレータを設けた例、（ｂ）は凹みを設けた
例である。

【図４】図３における溝の断面形状を示し、（ａ）は図
４（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、（ｂ）は図４（ｂ）に
おけるＣ−Ｃ断面図である。

【図５】本発明の実施の第３形態に係るガスタービン燃
焼器の冷却構造の壁の一部を示す平面図である。

【図６】本発明の実施の第４形態に係るガスタービン燃
焼器の冷却構造の溝断面図を示し、（ａ）は空気吐出穴
を斜めに設けた例、（ｂ）は空気吐出穴出口にカバーを
設けた例である。

【図７】本発明の実施の第５形態に係るガスタービン燃
焼器の冷却構造の壁の一部を示す平面図である。

【図８】図７に示す冷却構造の斜視図である。

【図９】本発明の実施の第６形態に係るガスタービン燃
焼器の冷却構造の壁の一部を示す平面図で、（ａ）は直
線状の溝、（ｂ）は波形状の溝をそれぞれ示す。

【図１０】本発明の実施の第７形態に係るガスタービン
燃焼器の冷却構造の壁接続部の一部を示す平面図で、
（ａ）は空気吐出穴を設けた例、（ｂ）は空気吸込穴を
設けた例をそれぞれ示す。

【図１１】図１０における断面図であり、（ａ）は図１
０（ａ）におけるＤ−Ｄ断面図、（ｂ）は図１０（ｂ）
におけるＥ−Ｅ断面図である。

【図１２】本発明の実施の第８形態に係るガスタービン
燃焼器の冷却構造の壁接続部の一部を示す平面図であ
る。

【図１３】図１２における断面を示し、（ａ）はＦ−Ｆ
断面図、（ｂ）はＧ−Ｇ断面図である。

【図１４】ガスタービン燃焼器の一般的な構成図であ
り、（ａ），（ｂ）は空気冷却方式を、（ｃ）は蒸気冷
却方式を採用した例をそれぞれ示す。

【図１５】従来の空気冷却方式のガスタービン燃焼器の
壁構造の斜視図である。

【図１６】従来の蒸気冷却方式を採用したガスタービン
燃焼器の側面図である。

【符号の説明】

１ 外側板 ２，２ａ，２ｂ，９，１２ 溝 ３ 空気吸込穴 ４ 内側板 ５，１５ 空気吐出穴 ６ タービュレータ ７ 凹み ８ カバー １０ 貫通穴 １１，１６ 蓋 １２ａ オリフィス ２０ 接続部 ２１ 接続部溝

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガスタービン燃焼器の壁内部に冷却用空
   気の通路を燃焼ガス流れ方向に複数列設け、同各通路に
   は空気吸込穴と空気吐出穴とを順次所定の間隔で配列し
   て連通させ、同空気吸込穴より同通路内に冷却用空気を
   流して同空気吐出穴より燃焼器内部へ流出させる空気冷
   却構造において、前記通路の空気吸込穴と空気吐出穴と
   の区間は、通路断面の幅又は深さ、或いはこれら両方が
   空気の流れ方向に向かってなめらかに変化していること
   を特徴とするガスタービン燃焼器の冷却構造。
2. 【請求項２】 前記通路の所定区間には複数のタービュ
   レータを設けたことを特徴とする請求項１記載のガスタ
   ービン燃焼器の冷却構造。
3. 【請求項３】 前記通路の所定空間の壁面には空気の流
   れ方向に直交するように複数の凹形状の溝を設けたこと
   を特徴とする請求項１記載のガスタービン燃焼器の冷却
   構造。
4. 【請求項４】 ガスタービン燃焼器の壁内部に冷却用空
   気の通路を燃焼ガス流れ方向に複数列設け、同各通路に
   は空気吸込穴と空気吐出穴とを順次所定の間隔で配列し
   て連通させ、同空気吸込穴より同通路内に冷却用空気を
   流して同空気吐出穴より燃焼器内部へ流出させる空気冷
   却構造において、前記通路の空気吸込穴と空気吐出穴と
   の区間は断面形状が不変の区間と同区間の断面積より小
   さく流路が狭い区間とを交互に連通させて構成されてい
   ることを特徴とするガスタービン燃焼器の冷却構造。
5. 【請求項５】 ガスタービン燃焼器の壁内部に冷却用空
   気の通路を燃焼ガス流れ方向に複数列設け、同各通路に
   は空気吸込穴と空気吐出穴とを順次所定の間隔で配列し
   て連通させ、同空気吸込穴より同通路内に冷却用空気を
   流して同空気吐出穴より燃焼器内部へ流出させる空気冷
   却構造において、前記通路は波形状に蛇行していること
   を特徴とするガスタービン燃焼器の冷却構造。
6. 【請求項６】 前記空気吐出穴は、燃焼器内に燃焼ガス
   流れ方向に空気が流出するように傾斜して設けられてい
   ることを特徴とする請求項１，４，５のいずれかに記載
   のガスタービン燃焼器の冷却構造。
7. 【請求項７】 前記空気吐出穴の出口周辺には、空気が
   燃焼ガス流れ方向に流出するようにカバーが設けられて
   いることを特徴とする請求項１，４，５のいずれかに記
   載のガスタービン燃焼器の冷却構造。
8. 【請求項８】 前記各通路の空気吸込穴及び吐出穴の配
   列は、通路を流れる空気の流れ方向が隣接する通路の流
   れ方向と互いに逆方向となるように構成されていること
   を特徴とする請求項１，４，５のいずれかに記載のガス
   タービン燃焼器の冷却構造。
9. 【請求項９】 前記各通路の壁接続部における終端部
   は、同各終端部に対応して壁外側から内側へ貫通する穴
   の途中にそれぞれ連通し、同各穴には外側又は内側のい
   ずれかから蓋が挿入されて閉じられていることを特徴と
   する請求項１，４，５のいずれかに記載のガスタービン
   燃焼器の冷却構造。
10. 【請求項10】 ガスタービン燃焼器の壁内部に冷却用蒸
    気通路を連通して複数列設け、同通路には蒸気供給口か
    ら冷却用蒸気を流入し、蒸気回収口より回収される蒸気
    冷却構造において、前記通路の所定区間は、通路断面の
    幅又は深さ、或いはこれら両方が蒸気の流れ方向に向か
    ってなめらかに変化していることを特徴とするガスター
    ビン燃焼器の冷却構造。
11. 【請求項11】 前記通路の所定区間には複数のタービュ
    レータを設けたことを特徴とする請求項１０記載のガス
    タービン燃焼器の冷却構造。
12. 【請求項12】 前記通路の所定区間の壁面には蒸気の流
    れ方向に直交するように複数の凹形状の溝を設けたこと
    を特徴とする請求項１０記載のガスタービン燃焼器の冷
    却構造。
13. 【請求項13】 前記各通路は、断面形状が不変の区間と
    同区間の断面積より小さく流路が狭い区間とを交互に連
    通させて構成されていることを特徴とする請求項１０記
    載のガスタービン燃焼器の冷却構造。
14. 【請求項14】 前記通路は、波形状に蛇行していること
    を特徴とする請求項１０記載のガスタービン燃焼器の冷
    却構造。
15. 【請求項15】 前記各通路は、同通路を流れる蒸気の流
    れ方向が隣接する通路の流れ方向と互いに逆方向となる
    ように前記蒸気供給口又は蒸気回収口に接続されている
    ことを特徴とする請求項１０から１４のいずれかに記載
    のガスタービン燃焼器の冷却構造。
16. 【請求項16】 前記燃焼器の壁接続部には内部に接続部
    溝が設けられ、前記各通路は同接続部溝にそれぞれ連通
    していることを特徴とする請求項１０から１５のいずれ
    かに記載のガスタービン燃焼器の冷却構造。