JP2002349288A - Cooling structure of combustor guide cylinder of gas turbine - Google Patents

Cooling structure of combustor guide cylinder of gas turbine

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JP2002349288A
JP2002349288A JP2001150807A JP2001150807A JP2002349288A JP 2002349288 A JP2002349288 A JP 2002349288A JP 2001150807 A JP2001150807 A JP 2001150807A JP 2001150807 A JP2001150807 A JP 2001150807A JP 2002349288 A JP2002349288 A JP 2002349288A
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JP
Japan
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guide cylinder
cylinder
inner cylinder
gas turbine
combustor
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Takeshi Inoue
剛 井上
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Yanmar Co Ltd
Original Assignee
Yanmar Diesel Engine Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cooling structure of a combustor guide cylinder of a gas turbine for lengthening a replacing interval of the guide cylinder arranged in a combustor of the gas turbine. SOLUTION: The combustor of the gas turbine provided with the guide cylinder for allowing air to flow in an inner cylinder by projecting in the inner cylinder from a cylindrical side wall of the inner cylinder, and leaks the air from a downstream side wall of a flow of combustion gas in the inner cylinder of the guide cylinder to cool the downstream side wall. Slits or a plurality of holes are arranged in the downstream side wall of the guide cylinder to leak the air.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンの燃
焼器の燃焼ガスを生成する内筒に案内筒を設け、案内筒
から空気を内筒内に流入させることにより、燃焼ガスの
燃焼が均一に行われるようにしたガスタービンの燃焼器
案内筒の冷却構造に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a combustion chamber for a gas turbine, in which a guide cylinder is provided in an inner cylinder for generating combustion gas, and air flows from the guide cylinder into the inner cylinder so that combustion of the combustion gas is uniform. And a cooling structure for a combustor guide cylinder of a gas turbine.

【0002】[0002]

【従来の技術】内筒に案内筒を設けた従来のガスタービ
ンにおいては、外筒と内筒の間に形成された環状空気通
路から内筒内に空気を流入させ、内筒内の燃焼ガスの主
流(火炎)の流速を遅らせることにより保炎効果を向上
させている。この案内筒の燃焼ガスの主流に対する下流
側に空気がよどむよどみ領域が生じる。このよどみ領域
の空気は高温であり、よどみ領域は案内筒の形状を変形
させる要因になりうる。したがって、従来から案内筒は
消耗品扱いとし、メンテナンス時に取り替えられてい
る。
2. Description of the Related Art In a conventional gas turbine in which a guide cylinder is provided in an inner cylinder, air flows into the inner cylinder through an annular air passage formed between the outer cylinder and the inner cylinder, and combustion gas in the inner cylinder is formed. The flame holding effect is improved by delaying the flow rate of the main stream (flame) of the flame. A stagnation region in which air stagnates occurs downstream of the main flow of the combustion gas in the guide cylinder. The air in the stagnation region is at a high temperature, and the stagnation region can be a factor that deforms the shape of the guide cylinder. Therefore, conventionally, the guide tube is treated as a consumable item and is replaced at the time of maintenance.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明では、
このよどみ領域を解消し、案内筒を保護することができ
交換間隔を長くすることができるガスタービンの燃焼器
案内筒の冷却構造を提供することを課題としている。
Therefore, in the present invention,
It is an object of the present invention to provide a cooling structure for a combustor guide cylinder of a gas turbine, which can eliminate the stagnation region, protect the guide cylinder, and extend the replacement interval.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項1の発明では、内筒の円筒側壁から内筒内に
突出し空気を内筒内に流入させる案内筒を設けたガスタ
ービンの燃焼器において、前記案内筒の内筒内における
燃焼ガスの流れの下流側の側壁から空気をリークさせ、
前記下流側の側壁を冷却可能にした。また、請求項2の
発明では請求項1の発明において、前記案内筒の燃焼ガ
スの流れの下流側の側壁にスリットを設けた。さらに請
求項3の発明では請求項1の発明において、前記案内筒
の燃焼ガスの流れの下流側の側壁に複数の貫通孔を設け
た。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a gas turbine having a guide cylinder which projects from the cylindrical side wall of the inner cylinder into the inner cylinder to allow air to flow into the inner cylinder. In the combustor, leak air from a downstream side wall of the flow of the combustion gas in the inner cylinder of the guide cylinder,
The downstream side wall can be cooled. According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a slit is provided in the side wall of the guide cylinder on the downstream side of the flow of the combustion gas. According to a third aspect of the present invention, in the first aspect, a plurality of through holes are provided in a side wall of the guide cylinder on the downstream side of the flow of the combustion gas.

【0005】[0005]

【発明の実施の形態】図1は、請求項1〜3の発明を実
施することができるガスタービン100の燃焼器50の
断面略図である。ガスタービン100は、燃焼器50,
スクロール12,タービン14等から構成されている。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a combustor 50 of a gas turbine 100 capable of implementing the first to third aspects of the present invention. The gas turbine 100 includes a combustor 50,
It is composed of a scroll 12, a turbine 14, and the like.

【0006】燃焼器50は、外筒5と内筒6とを備えて
おり、外筒5のフランジ部5aがガスタービン100の
ハウジング3にボルト15で一体固着されている。外筒
5と内筒6の間には環状空気通路11が形成されてい
る。この環状空気通路11には、図示しないコンプレッ
サから圧縮空気が供給されており、圧縮空気は空気流2
0,21として環状空気通路11内を流れる。
The combustor 50 has an outer cylinder 5 and an inner cylinder 6, and a flange portion 5 a of the outer cylinder 5 is integrally fixed to the housing 3 of the gas turbine 100 with bolts 15. An annular air passage 11 is formed between the outer cylinder 5 and the inner cylinder 6. Compressed air is supplied to the annular air passage 11 from a compressor (not shown).
It flows inside the annular air passage 11 as 0,21.

【0007】内筒6の上端には燃料供給管9から燃料が
供給される燃料噴射弁16が設置されている。この燃料
噴射弁16の周囲には旋回羽根1を備えた空気流入口2
が設けてある。さらに内筒6の上部には点火プラグ10
が設置されている。燃料噴射弁16から燃料が噴射さ
れ、空気流入口2から環状空気通路11内の空気が内筒
6内に流入し、これらの燃料と空気が混合して混合気と
なり、この混合気は点火プラグ10により着火されて燃
焼し燃焼ガスが生じる。
A fuel injection valve 16 to which fuel is supplied from a fuel supply pipe 9 is provided at an upper end of the inner cylinder 6. An air inlet 2 having a swirl vane 1 is provided around the fuel injection valve 16.
Is provided. Further, a spark plug 10 is provided above the inner cylinder 6.
Is installed. Fuel is injected from the fuel injection valve 16, air in the annular air passage 11 flows from the air inlet 2 into the inner cylinder 6, and the fuel and air are mixed to form an air-fuel mixture. The fuel is ignited by 10 and burns to produce combustion gas.

【0008】図2は、図1のII−II矢視図である。図2
に示すように内筒6の上部円筒側壁には円周方向に複数
(図2に示すように例えば4つ)の孔18が設けてあ
る。この孔18には内筒6の内側へ延びる案内筒7が溶
接により固着されている。案内筒7の燃焼ガスの流れの
下流側(図1で見て下側,図2で見て紙面の手前側)の
側壁には、案内筒7の長手方向(つまり、内筒6の半径
方向)に延びるスリット30又は案内筒7の長手方向に
並ぶ複数の孔31が設けてある。
FIG. 2 is a view taken in the direction of arrows II-II in FIG. FIG.
As shown in FIG. 2, a plurality (for example, four as shown in FIG. 2) of holes 18 are provided in the upper cylindrical side wall of the inner cylinder 6 in the circumferential direction. The guide cylinder 7 extending inside the inner cylinder 6 is fixed to the hole 18 by welding. The side wall on the downstream side of the flow of the combustion gas in the guide cylinder 7 (the lower side in FIG. 1 and the front side in FIG. 2) is in the longitudinal direction of the guide cylinder 7 (that is, in the radial direction of the inner cylinder 6). ), Or a plurality of holes 31 arranged in the longitudinal direction of the guide cylinder 7.

【0009】また、図1に示すように内筒6のさらに下
流側の円筒側壁には燃焼ガスの温度を下げる希釈用の空
気を取り入れるための希釈空気流入口8が設けてある。
内筒6の下端はスクロール12の入口と接続されてお
り、スクロール12の出口にはハウジング3に固定され
るノズルフランジ22及びタービンシュラウド23に溶
着されたノズル13が設置されている。
Further, as shown in FIG. 1, a dilution air inlet 8 for taking in dilution air for lowering the temperature of the combustion gas is provided on the cylindrical side wall further downstream of the inner cylinder 6.
The lower end of the inner cylinder 6 is connected to the inlet of the scroll 12, and the outlet of the scroll 12 is provided with a nozzle flange 22 fixed to the housing 3 and a nozzle 13 welded to a turbine shroud 23.

【0010】ノズル13のさらに下流側にはタービン1
4が配置されている。ノズル13から流入した燃焼ガス
は、タービン14を回転させた後、排気ガスとして排気
通路4を介して外部へ排出される。
Further downstream of the nozzle 13 is the turbine 1
4 are arranged. After rotating the turbine 14, the combustion gas flowing from the nozzle 13 is discharged to the outside via the exhaust passage 4 as exhaust gas.

【0011】図3(a)は、燃焼ガスの流れ方を示す従
来の案内筒7aの正面図であり、図3(b)は、燃焼ガ
ス等の流れ方を示す本発明(請求項1,2の発明)の案
内筒7の正面図である。
FIG. 3 (a) is a front view of a conventional guide cylinder 7a showing the flow of combustion gas, and FIG. 3 (b) is the present invention showing the flow of combustion gas and the like. FIG. 2 is a front view of a guide cylinder 7 of the second invention).

【0012】図3(a),(b)ともに案内筒7a,7
内を紙面の手前側へ空気が流れる(内筒6内に流入す
る)が、図3(a)では燃焼ガスの流れの下流側に燃焼
ガスがよどむよどみ領域60が生じる。このよどみ領域
60の空気(燃焼ガス)は高温であり、長時間高温の空
気が滞留すると、案内筒7aが破損(焼損)する恐れが
ある。
3 (a) and 3 (b), the guide cylinders 7a, 7
Air flows toward the near side of the drawing (flows into the inner cylinder 6), but in FIG. 3A, a stagnation region 60 where the combustion gas stagnates occurs downstream of the flow of the combustion gas. The air (combustion gas) in the stagnation region 60 has a high temperature, and if the high-temperature air stays for a long time, the guide cylinder 7a may be damaged (burned).

【0013】図3(b)では、案内筒7内の空気の一部
がスリット30を介してリークし、案内筒7の先端部に
到達する前に空気流62として案内筒7の側壁から流出
する。この空気流62により、図3(a)のよどみ領域
60が解消し、案内筒7が部分的に高温になることを回
避することができる。案内筒7は、内筒6と同じ耐熱素
材(例えばIN601)で形成されている。
In FIG. 3B, a part of the air in the guide tube 7 leaks through the slit 30 and flows out of the side wall of the guide tube 7 as an air flow 62 before reaching the tip of the guide tube 7. I do. The air flow 62 eliminates the stagnation region 60 in FIG. 3A and can prevent the guide cylinder 7 from being partially heated. The guide cylinder 7 is formed of the same heat-resistant material as the inner cylinder 6 (for example, IN601).

【0014】図2では、スリット30を内筒6の内壁
(根元)から先端まで設けた例を示したが、スリット3
0は少なくとも図3(a)に示すよどみ領域60を解消
させることができる長さ分だけ設ければよい。孔31
(図2)についてもスリット30と同様に、よどみ領域
60を解消させることができるように設ける(大きさ及
び個数を設定する)。
FIG. 2 shows an example in which the slit 30 is provided from the inner wall (root) of the inner cylinder 6 to the tip thereof.
0 may be provided at least as long as the stagnation area 60 shown in FIG. 3A can be eliminated. Hole 31
Similarly to the slit 30 (FIG. 2), it is provided so that the stagnation region 60 can be eliminated (the size and the number are set).

【0015】図2では、案内筒7を4つ設けた例を示し
たが、ガスタービン100の種類,大きさ,用途等に応
じて個数は適宜変更し、内筒6内における燃焼が均一に
行われる環境が維持できるように配慮する。また、図2
では、スリット30を設けた案内筒7を2つと孔31を
設けた案内筒7を2つを内筒6に設けた例を示したが、
全ての案内筒7にスリット30のみを設けるようにして
もよく、また、逆に全ての案内筒7に孔31のみを設け
るようにしてもよい。
FIG. 2 shows an example in which four guide cylinders 7 are provided. However, the number is appropriately changed according to the type, size, application, and the like of the gas turbine 100, so that combustion in the inner cylinder 6 is uniform. Care should be taken to maintain the environment in which the activities take place. FIG.
In the above, an example in which two guide cylinders 7 provided with the slits 30 and two guide cylinders 7 provided with the holes 31 are provided in the inner cylinder 6 has been described.
Only the slits 30 may be provided in all the guide cylinders 7, or conversely, only the holes 31 may be provided in all the guide cylinders 7.

【0016】[0016]

【発明の効果】内筒6内において均一な燃焼が行われる
ように案内筒7が設けられ、その案内筒7の効果が永続
する(つまり、交換間隔を長くできる)ように案内筒7
内を流れる空気の一部が燃焼ガスの主流の下流側から噴
出可能にしたので、請求項1の発明によると、案内筒7
の燃焼ガスの流れの下流側によどみ領域60を生じさせ
ずに済み、高温のガスにより案内筒7が破損することを
回避することができる。
According to the present invention, the guide cylinder 7 is provided so as to perform uniform combustion in the inner cylinder 6, and the guide cylinder 7 is provided so that the effect of the guide cylinder 7 is maintained (that is, the replacement interval can be lengthened).
According to the first aspect of the present invention, a part of the air flowing through the inside can be ejected from the downstream side of the main flow of the combustion gas.
The stagnation region 60 does not need to be generated on the downstream side of the flow of the combustion gas, and it is possible to prevent the guide cylinder 7 from being damaged by the high-temperature gas.

【0017】請求項2の発明によると、案内筒7にスリ
ット30を設けるようにしたので、案内筒7は、加工が
容易で、かつ、安価に製造することができる。
According to the second aspect of the present invention, since the slit 30 is provided in the guide cylinder 7, the guide cylinder 7 can be easily processed and manufactured at low cost.

【0018】請求項3の発明によると、案内筒7に複数
の孔31を設けるようにしたので、既設の燃焼器50に
設けた案内筒7に対して加工がし易い。スリット30を
設けた場合と比較して案内筒の剛性が高く、新設の場合
は内筒6に溶接する際に溶接歪みが生じにくい。
According to the third aspect of the present invention, since the plurality of holes 31 are provided in the guide cylinder 7, the guide cylinder 7 provided in the existing combustor 50 can be easily processed. The rigidity of the guide tube is higher than that in the case where the slit 30 is provided, and in the case of the newly provided guide tube, welding distortion hardly occurs when welding to the inner tube 6.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 請求項1〜3の発明を実施することができる
ガスタービンの燃焼器の断面略図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view of a combustor of a gas turbine in which the inventions of claims 1 to 3 can be implemented.

【図2】 図1のII−II矢視図である。FIG. 2 is a view taken in the direction of arrows II-II in FIG.

【図3】 (a)は、燃焼ガスの流れ方を示す従来の案
内筒の正面図である。(b)は、燃焼ガス等の流れ方を
示す本発明(請求項1,2の発明)の案内筒の正面図で
ある。
FIG. 3 (a) is a front view of a conventional guide cylinder showing a flow of combustion gas. (B) is a front view of the guide cylinder of the present invention (the inventions of claims 1 and 2) showing the flow of the combustion gas and the like.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3 ハウジング 5 外筒 6 内筒 7 案内筒 11 環状空気通路 18 孔 30 スリット 31 孔 50 燃焼器 60 よどみ領域 61 燃焼ガス流 62 空気流 100 ガスタービン Reference Signs List 3 housing 5 outer cylinder 6 inner cylinder 7 guide cylinder 11 annular air passage 18 hole 30 slit 31 hole 50 combustor 60 stagnation region 61 combustion gas flow 62 air flow 100 gas turbine

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 内筒の円筒側壁から内筒内に突出し空気
を内筒内に流入させる案内筒を設けたガスタービンの燃
焼器において、前記案内筒の内筒内における燃焼ガスの
流れの下流側の側壁から空気をリークさせ、前記下流側
の側壁を冷却可能にしたことを特徴とするガスタービン
の燃焼器案内筒の冷却構造。
In a gas turbine combustor provided with a guide cylinder projecting from a cylindrical side wall of the inner cylinder into the inner cylinder and allowing air to flow into the inner cylinder, a downstream side of a flow of combustion gas in the inner cylinder of the guide cylinder is provided. Air is leaked from the side wall on the side, and the side wall on the downstream side is made coolable.
【請求項2】 前記案内筒の燃焼ガスの流れの下流側の
側壁にスリットを設けた請求項1に記載のガスタービン
の燃焼器案内筒の冷却構造。
2. The structure for cooling a combustor guide cylinder of a gas turbine according to claim 1, wherein a slit is provided in a side wall of the guide cylinder on the downstream side of the flow of combustion gas.
【請求項3】 前記案内筒の燃焼ガスの流れの下流側の
側壁に複数の貫通孔を設けた請求項1に記載のガスター
ビンの燃焼器案内筒の冷却構造。
3. The cooling structure for a combustor guide cylinder of a gas turbine according to claim 1, wherein a plurality of through holes are provided in a side wall of the guide cylinder on a downstream side of a flow of combustion gas.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112484077A (en) * 2020-11-25 2021-03-12 中国科学院工程热物理研究所 Efficient cooling structure for head of flame tube

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112484077A (en) * 2020-11-25 2021-03-12 中国科学院工程热物理研究所 Efficient cooling structure for head of flame tube
CN112484077B (en) * 2020-11-25 2022-04-01 中国科学院工程热物理研究所 Efficient cooling structure for head of flame tube

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