JP2004084601A - 燃焼器およびガスタービン - Google Patents
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Abstract
【解決手段】圧縮機によって圧縮された空気と燃料とを反応させて燃焼させ、発生した燃焼ガスを燃焼筒を通じてタービンに導入する燃焼器において、
燃焼筒を構成する尾筒5bの側壁部15の内部に、側壁部15の壁面方向に沿って延在する空気流路20を設け、その空気流路20の入口21を側壁部15の外壁面に開設し、出口22を尾筒5bの後端面16に開設する。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明はガスタービン燃焼器を構成する燃焼筒の冷却構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
ガスタービンは、圧縮機、燃焼器およびタービンを主要な構成要素として備えており、圧縮機において空気を圧縮し、圧縮された空気を燃焼器において燃料と反応させて燃焼させ、発生した燃焼ガスの熱や運動エネルギーを取り出して様々な用途に利用するとともに、燃焼ガスによってタービンを回転させ、得られた回転エネルギーをロータを介して圧縮機に伝達して駆動するしくみとなっている。
【0003】
ガスタービンの燃焼器には、燃焼ガスを後方に位置するタービンに導く燃焼筒が設けられているが、燃焼筒の壁面は絶えず高温の燃焼ガスに晒される。そこで、燃焼筒を形成する側壁部の内部に空気通路を設け、燃焼筒の外側から内側に加圧された空気を導入して冷却する構造が採用されている(これをフィルム冷却という)。
【0004】
図4は燃焼器とタービンとの接続部の構造を示す断面図である。同図において、符号100は燃焼筒の後部を構成する尾筒、101はタービンの外側シュラウド、102は同じくタービンの内側シュラウド、103は尾筒100と内外のシュラウド101,102との間に介在して燃焼筒と車室との間を封止するシール部である。
尾筒100の後端にはシール部103に連結される尾筒100と一体のフランジ104が周囲に張り出すように形成されている。また、また、同じく尾筒100の後端には、尾筒100を車室に固定するためのガセットプレート105が、フランジ104に隣接して設けられている。尾筒100を含めて燃焼筒の側壁部110には、フィルム冷却構造をなす空気流路111が燃焼筒の長手方向に沿って内外の壁面と平行に形成されている。
【0005】
同図において、符号112は空気流路111の入口、113は出口である。空気流路111の入口112は側壁部110の外側に、出口113は内側にそれぞれ開設されている。
【0006】
ガスタービンが作動し、燃焼筒の内側を燃焼ガスが高速で流れるようになると、側壁部110の内側と外側との間に圧力差が生じ(外側がより高圧になる)、入口112から空気が吸い込まれて空気流路111を流通し、出口113から燃焼筒の内側に排出される。このとき、空気流路111を流通する空気が側壁部110と熱交換して熱を奪うことによって尾筒100が冷却される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような構造の燃焼器においては、空気流路111が尾筒100の後端に至らず出口113から側壁部110の内側に抜けるので、フランジ104の付け根に当たる部分の冷却が十分ではない。他方、フランジ104自体は過熱する側壁部110から離れるように外側に突出しているので、比較的温度の低い燃焼筒外側の空気によって冷却されている。そのため、過熱し易い尾筒100の後端と過熱し難い冷却フランジ104との間(図中の領域A)で熱応力が生じ、さらにその繰り返しによって燃焼筒が熱疲労を起こし、耐久性を低下させる要因となっている。
【0008】
また、従来の燃焼器においては、出口113から排出される空気が燃焼ガスの流れを妨げることでタービンにおけるエネルギーの回収効率が低められ、ガスタービンの運転効率が低下させる要因となっている。
【0009】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、尾筒後端における熱疲労の発生を防止して燃焼筒の耐久性を向上させることを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための手段として、次のような構成の燃焼器およびガスタービンを採用する。すなわち本発明に係る請求項1記載の燃焼器は、圧縮機によって圧縮された空気と燃料とを反応させて燃焼させ、発生した燃焼ガスを燃焼筒を通じてタービンに導入する燃焼器において、
前記燃焼筒の側壁部の内部に、該側壁部の壁面に沿って延在する空気流路を設け、該空気流路の入口を前記側壁部の外壁面に開設し、前記空気流路の出口を前記燃焼筒の後端面に開設したことを特徴とする。
【0011】
請求項2記載のガスタービンは、請求項1記載の燃焼器を備えることを特徴とする。
【0012】
請求項3記載のガスタービンは、請求項2記載のガスタービンにおいて、前記空気流路を、前記出口から排出される空気が前記燃焼筒と前記タービンとの間に配設されるシール部に当たるように形成したことを特徴とする。
【0013】
本発明においては、燃焼筒の側壁部に設けた空気流路の出口を、燃焼筒の後端面に開設することにより、空気流路によるフィルム冷却が燃焼筒の後端まで行われるようになる。これにより、燃焼筒の後端において過熱し易い状況が改善されるので、後端に設けられるフランジとの間における熱疲労が防止される。
【0014】
また、出口から排出される空気が、燃焼筒の後端面から、燃焼筒の内側を流れる燃焼ガスとほぼ同方向に排出され、燃焼ガスが流れを妨げられることなくタービンに流れ込むので、タービンにおけるエネルギーの回収効率が高められる。
【0015】
さらに、空気流路を、出口から排出される空気が燃焼筒とタービンとの間に配設されるシール部に当たるように形成することにより、シール部の冷却も可能になる。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明に係る実施形態を図1ないし図3に示して説明する。
図1はガスタービンを構成する燃焼器の断面図である。図において符号1は燃焼器、2は車室、3はパイロットノズル、4はメインノズル、5は燃焼筒、6はバイパス管、7はバイパス弁である。メインノズル4は、パイロットノズル3を取り囲むように複数(例えば8本)設けられている。燃焼筒5は、ノズル2,3から供給された燃料と空気とを反応させて燃焼させる部位であり、燃料と空気とを燃焼させる内筒5aと、燃焼ガスの流速を速めて後段のタービンに導入する尾筒5bとに分けられる。バイパス管6はガスタービンの負荷変動により燃焼筒5内の空気が不足する状態になった場合にバイパス弁7を開くことで車室2内の空気を燃焼筒5内に導入する流路となる。
【0017】
同図において、符号8はタービンの静翼、9は同じくタービンの動翼、10は静翼8の外側シュラウド、11は同じく静翼の内側シュラウド、12は尾筒5bと内外のシュラウド10,11との間に介在して燃焼筒5と車室2との間を封止するシール部である。
【0018】
尾筒5bの後端にはシール部12と連結されるフランジ13が周囲に張り出すように設けられている。また、同じく尾筒5bの後端には、尾筒5bを車室2に固定するためのガセットプレート14が、フランジ13に隣接して設けられている。
【0019】
尾筒5bを含めて燃焼筒5の側壁部15には、フィルム冷却構造をなす空気流路20が複数設けられている。空気流路20は、側壁部15を穿つようにして形成され、燃焼筒5の長手方向に向けて内外の壁面と平行に、かつ燃焼筒5の幅方向に離間して設けられている。
【0020】
図2は燃焼器とタービンとの接続部の構造を示す断面図である。同図において、21は空気流路20の入口、22は出口である。空気流路20はフランジ13の付け根の部分を貫通しており、空気流路20の入口21はフランジ13よりも上流側で側壁部15の外側に開設され、出口22はフランジ13よりも下流側に位置する尾筒5bの後端面16にそれぞれ開設されている。出口22は、図3に示すように、尾筒5bの後端面16に、尾筒5bの幅方向に離間して配設されている。
【0021】
尾筒5bの後方には、フランジ13に連結されて燃焼ガス流路の一部をなすシール部12が存在するが、空気流路20の出口22は、シール部12の内側面に形成されたテーパ面12aに向けて開通している。
【0022】
上記のように構成された燃焼器1を備えるガスタービンが作動し、燃焼筒5の内側を燃焼ガスが高速で流れるようになると、側壁部15の内側と外側との間に生じた圧力差によって入口21から空気が吸い込まれて空気流路20を流通し、出口22から燃焼筒5の後方に向けて排出される。
【0023】
このとき、空気流路20を流通する空気が尾筒5bの側壁部15と熱交換して熱を奪うが、空気流路20がフランジ13の付け根の部分を貫通して尾筒5bの後端面16に抜けていることから、空気流路20によるフィルム冷却が燃焼筒5の後端まで行われる。これにより、尾筒5bの後端において過熱し易い状況が改善され、フランジ13との間における熱疲労が防止される。
【0024】
さらに、出口22から排出される空気は、尾筒5bの後端面16から、燃焼筒5の内側を流れる燃焼ガスとほぼ同方向に排出され、燃焼ガスの流れを妨げることがない。
【0025】
また、出口22から排出された空気は、後方に位置するシール部12のテーパ面12aに当たってから、シール部12の内側面に沿って後方に流れ、空気流路20を経た空気によりシール部12も冷却されることになる。
【0026】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、燃焼筒の側壁部に設けた空気流路の出口を、燃焼筒の後端面に開設することにより、燃焼筒の後端において過熱し易い状況が改善され、後端に設けられるフランジとの間における熱疲労が防止されるので、燃焼筒の耐久性を向上させることができる。
【0027】
本発明によれば、出口から排出される空気が、燃焼筒の内側を流れる燃焼ガスとほぼ同方向に排出され、燃焼ガスが流れを妨げられることなくタービンに流れ込むので、タービンにおけるエネルギーの回収効率を向上させることができる。
【0028】
また、空気流路を、出口から排出される空気が燃焼筒とタービンとの間に配設されるシール部に当たるように形成することにより、シール部の冷却も可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る燃焼器の実施形態を示す断面図である。
【図2】燃焼器とタービンとの接続部の構造を示す断面図である。
【図3】同じく、燃焼器とタービンとの接続部の構造を示す斜視断面図である。
【図4】従来のガスタービンにおける燃焼器とタービンとの接続部の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
1 燃焼器
2 車室
5 燃焼筒
12 シール部
13 フランジ
20 空気流路
21 入口
22 出口
Claims (3)
- 圧縮機によって圧縮された空気と燃料とを反応させて燃焼させ、発生した燃焼ガスを燃焼筒を通じてタービンに導入する燃焼器において、
前記燃焼筒を形成する側壁部の内部に、該側壁部の壁面に沿って延在する空気流路を設け、該空気流路の入口を前記側壁部の外壁面に開設し、前記空気流路の出口を前記燃焼筒の後端面に開設したことを特徴とする燃焼器。 - 請求項1記載の燃焼器を備えることを特徴とするガスタービン。
- 前記空気流路を、前記出口から排出される空気が前記燃焼筒と前記タービンとの間に配設されるシール部に当たるように形成したことを特徴とする請求項2記載のガスタービン。
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