JP2004177108A - 可燃性流体混合物を燃焼させる燃焼器 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼器のライナ要素の取付け方を、ライナの内側からの組立の簡単化を達成できるように改良する。
【解決手段】本発明の燃焼器は、燃焼器（１）に配置されたバーナ（２）、燃焼器内に配置されたライナ（４）および出口開口（３）を備え、前記ライナは各々ガイドレール要素（６）によって燃焼器容器（７）に弾性的に取付け可能である複数のライナ要素（５）を含み、ガイドレール要素は燃焼器側に配置され、隣接配置された２つのライナ要素の間で外周側に突出している。
【選択図】図３

Description

本発明は、燃焼器に配置されたバーナを有し、可燃性流体混合物を燃焼させる燃焼器に関する。本発明は、更に本発明による燃焼器の冷却方法に関する。

燃焼器、特にガスタービン用燃焼器は、通常その内部にライナと称される通流案内体を備えている。基本的には燃焼装置のために種々の考え方が知られている。例えば共通の開口に連通する複数の単位燃焼器から組み立てた燃焼装置が用いられる。ガスタービンの場合、この開口は特に環状開口として構成され、同時にタービン室への移行部を形成する。燃焼器に設けられるバーナを経て可燃性流体混合物が導入されて燃焼器内で点火され、更にライナを貫流して出口開口の方向へ導かれる。燃焼装置の他の考え方では、複数の単位燃焼器の代わりに単一の環状燃焼器を設ける。この燃焼器にバーナで点火された可燃性流体混合物が流入し、そこで燃焼し、出口開口方向に膨張する。

燃焼器の壁は燃焼器内の燃焼に伴い高い熱的負荷に曝されるので、燃焼器の壁部材は冷却せねばならない。これは、通常燃焼器を対流冷却する冷却媒体を導く空隙空間により達せられる。

燃焼器内に配置されたライナは特に大きな物理的応力に曝され、損耗を免れない。そのためライナ、特にその部品の交換可能性を持つ装置が提案されている。そこで従来技術では、ガイドレール状棒体を配置し、該棒体を経て各ライナ要素を燃焼器壁に結合する。ライナと容器の間に配置されたガイドレールが燃焼器の比較的冷たい領域内に配置され、その結果、内部からの分解を簡単に行えない。しかし全体としてライナも内部に向かって取付けるため、製造が非常に複雑になる。更に側壁が非常に高温故熱応力が大きい。

従って本発明の課題は、ライナの内側からの組立を簡単化でき、燃焼器のライナ部材の取付け構造を提供することである。

この課題の解決のため、本発明によれば、燃焼器に配置されたバーナ、燃焼器に配置されたライナおよび出口開口を備え、ライナは各々ガイドレール要素により燃焼器容器に弾性的に取付けられる複数のライナ要素を含み、ガイドレール要素が燃焼器側に配置され、隣接配置された２つのライナ要素間で外周側に突出する。

初めにガイドレールが高温ガス側に配置され、燃焼器内壁の一部を形成する。それにより外周側へのライナ結合が行われる。そのためライナが構造的に簡単になり、加えて燃焼器をより平坦に構成できる。更に内部応力を低減できる。ライナ要素の内部へと向かう分解および内部からの組立を達成できる。

更に本発明に従い、ライナ要素はガイドレール要素の外周側に設けられた取付け部材により取付け可能に構成される。ライナ要素をガイドレール要素に取付けるべく、標準取付け手段を適用するとよい。費用と組立時間を減らせる。

更に取付け部材はねじで形成するのがよい。そうすると、従来周知の工具により実施可能な、分解可能な結合を達成できる。取付け作業のための特殊工具は不要になる。

更に取付け部材は締付け要素、特に締付けばねで形成するとよい。締付けばねで、ライナ要素の特に簡単で迅速な組立、分解が可能になる。これは、例えばガスタービン設備の停止期間が実質的な費用要因である際に特に有利に作用する。停止期間を短縮できる。

更なる構成では、ガイドレール要素は少なくとも燃焼器側に被覆を備える。被覆は、一方で規定どおりの運転時の、物理的応力ならびに損耗の減少に資する故、保守点検間隔を延長させられる。しかし、例えば燃焼器内に存在する流体燃料に対し不活性な表面を形成すべく被覆を設けてもよい。例えば被覆プロセスを簡単にするよう、ガイドレール要素の全面に被覆を施してもよい。

ガイドレール要素の冷却のため、該要素に、その冷却媒体流路とライナ要素の冷却媒体流路との間で冷却媒体を流体技術的に接続するライナ状部材を設ける。ライナ要素の冷却と同時にガイドレール要素の冷却をも可能にする冷却システムを達成できる利点がある。

更に、燃焼器に閉じた冷却システムを設けてもよい。これにより冷却媒体を燃焼器に導き、その冷却機能の領域内で取り出したエネルギをプロセスに再導入できる。従って一方で冷却機能に基づきエネルギ損失を減らし、他方で冷却媒体を燃焼器内の燃焼のために利用できる。かくして高効率を達成できる。

他の構成では、燃焼器を流体機械、特にガスタービン内に配置する。ガスタービンの保守点検費用と運転停止期間を減らせる。

更に本発明によれば、ガイドレール要素を通流する冷却媒体を、ライナ要素の方向において、少なくとも部分的に燃焼器の周方向に通流し、ライナ要素の流路内で、燃焼器の通流方向に又は逆向きに方向転換させる燃焼器の冷却方法を提供する。例えばライナ要素の冷却のために該要素内に設けられる流路を、ガイドレール要素を通流する冷却媒体の通流のために使用できる利点がある。燃焼器用の閉じた冷却システムの場合、冷却媒体を通流させるための構造的費用を減少させられる。また、例えば別々の冷却媒体通流部が節約できれば、部品および組立費用の低減も可能である。

本発明の好ましい構成では、冷却媒体として空気を使用する。これにより、例えばガスタービンの場合、吸入空気からその一部を分岐させ、それを冷却のために利用できる。特に冷却のために用いる空気の一部を再び燃焼器に導入することで、一方では冷却機能により取り出した熱およびエネルギを冷却空気の供給のため、プロセスに少なくとも部分的に再導入できる。こうして更なる効率向上を図れる。

本発明によれば、ライナの構造が簡単になり、燃焼器をより平坦に構成できる。更に内部応力を低減し、ライナ要素の内部へと向かう分解と内部からの組立を達成できる。

本発明の更なる詳細構成、特徴および利点は以下に記載する実施例の説明から明らかにする。図において実質的に同一構造部品には同一符号を付して示している。更に同一特徴ないし機能に関しては、図１の実施例の説明を参照されたい。

図１は本発明による燃焼器１を備えたガスタービンの要部を示す。ここで燃焼器１は環状燃焼器として構成されている。燃焼器１は容器７を備え、その中にライナ４が配置されている。ライナ４の一端にバーナ２が連通し、該バーナ２を経て流体燃料が導入される。ライナ４の反対側端に出口開口３があり、該開口は出力側に配置された、図示しないガスタービンの流路に至る入口に接続される。中心部にロータ軸１４が配置される。図２は燃焼器１の上半部の拡大断面図である。バーナ２を経て導入された流体燃料はライナ４内の燃焼室１５で点火され、出口開口３の方向に通流し、更にタービンへと流れる。

ライナ４は、複数のライナ要素５からセグメント状に組み立てられ、各ライナ要素５は各々ガイドレール要素６を経て互いに隣同士で相互接続される（図３）。ライナ要素５はガイドレール要素６を経て同時に燃焼器１の燃焼器容器７に弾性的に取付けられる。ガイドレール要素６は、本発明に従い燃焼器側に配置され、隣接配置された２つのライナ要素５間で外周方向へ向かって突出している。ガイドレール要素６は取付け用の複数の孔１７を備え、これら孔１７を経て取付け部材８を挿入できる。ガイドレール要素６を、取付け部材８を経て燃焼器１の容器７に弾性的に取付ける。生じる膨張を補償すべく、取付け部材８はその長手方向に弾性的に構成される。ガイドレール要素６とライナ要素５間の封止のため各々封止部材１６が設けられる。

ガイドレール要素６の高温ガス側は隣接する２つのライナ要素５間の、外周側にある図示しないライナ係止部上に載置され、ライナ要素５をきつく緊張させる。ガイドレール要素６は更にその長手方向にわたり梯子形に構成された取付け領域１９と冷却領域１８を交互に備える（図４）。更にガイドレール要素６に複数の孔１１が形成され、冷却媒体がガイドレール要素６から孔１１とライナ要素５の縁部領域に設けられた流路２０を経てライナ要素５の流路１３を通流する。冷却媒体が流路１３内を燃焼器１の通流方向に対し逆向きに流れるこの構成により、流路２０を経て導入される冷却媒体は通流方向２１に方向転換される。ガイドレール要素６は燃焼器側に、燃焼器１内の高温ガス流に対し熱絶縁体として働く被覆９を備える（図３）。被覆９は同時にガイドレール要素６の老化を減少させる保護部を形成する。ガイドレール要素６の冷却媒体流路１２とライナ要素５の冷却媒体流路１３との間を流体技術的に接続すべく、ガイドレール要素６はライナ状小部屋１０を備えており、その中でライナ要素５が燃焼器１の容器７に取付けられる。冷却媒体流はここからライナ要素６を周方向に通流する。この結果、被冷却面が、周方向に通流される取付け領域１９と、軸心方向に通流される冷却領域１８とに分割される。

この構造では、冷却媒体として空気を用い、それを図示しないガスタービンの吸入圧縮機の後方で取り出しガスタービンの冷却システムに導入する。ガスタービンは閉じた冷却システムを持つ燃焼器を備え、それでプロセスから取り出した空気を冷却のため燃焼器に再導入する。また、冷却機能により取り出した熱エネルギをプロセスに再導入できる。

図示の実施例は本発明の説明のためにのみ用いたものであって、本発明を何ら限定するものではない。特にライナ要素とガイドレールの形状と構造は種々変形できる。

ガスタービンの環状燃焼器の断面図。 図１の環状燃焼器の上部の拡大図。 隣接配置される２つのライナ要素を結合するガイドレールの概略斜視図。 本発明の装置を冷却するための冷却媒体を通流させる流路の概略斜視図。

符号の説明

１ 燃焼器、２ バーナ、３ 出口開口、４ ライナ、５ ライナ要素、６ ガイドレール、７ 燃焼器容器、８ 取付け部材、９ 被覆、１０ ライナ状小部屋、１１ 、１７ 孔、１２、１３ 冷却媒体流路、１４ ロータ軸、１５ 燃焼室、１６ 封止部材、１８ 冷却領域、１９ 取付け領域、２０ 流路、２１ 通流方向

Claims (11)

1. 燃焼器（１）に配置されたバーナ（２）、燃焼器（１）内に配置されたライナ（４）および出口開口（３）を備え、前記ライナ（４）は各々ガイドレール要素（６）によって燃焼器容器（７）に弾性的に取付けられた複数のライナ要素（５）を含む可燃性流体混合物を燃焼させる燃焼器において、前記ガイドレール要素（６）が燃焼器側に配置され、隣接配置された２つのライナ要素（５）の間で外周側に突出することを特徴とする燃焼器。
2. ライナ要素（５）が、前記ガイドレール要素（６）の外周側に設けられた取付け部材（８）により取付けられたことを特徴とする請求項１記載の燃焼器。
3. 取付け部材（８）がねじにより形成されたことを特徴とする請求項２記載の燃焼器。
4. 取付け部材（８）が締付け要素、特に締付けばねにより形成されたことを特徴とする請求項２記載の燃焼器。
5. ガイドレール要素（６）が少なくとも燃焼器側に被覆（９）を備えることを特徴とする請求項１から４の１つに記載の燃焼器。
6. ガイドレール要素（６）が冷却されることを特徴とする請求項１から５の１つに記載の燃焼器。
7. ガイドレール要素（６）が、該要素（６）の冷却媒体流路（１２）とライナ要素（５）の冷却媒体流路（１３）間を流体技術的に接続する孔（１１）を持つライナ要素（５）を取付けるためのライナ状部材（１０）を備えることを特徴とする請求項１から６の１つに記載の燃焼器。
8. 閉じた冷却システムを備えることを特徴とする請求項１から７の１つに記載の燃焼器。
9. 流体機械、特にガスタービン内に配置されることを特徴とする請求項１から８の１つに記載の燃焼器。
10. ガイドレール要素（６）を通流する冷却媒体を、ライナ要素（５）の方向で少なくとも局所的に燃焼器（１）の周方向に通流させ、ライナ要素（５）の流路（１３）内又は燃焼器（１）の通流方向と逆向きに方向転換させる請求項１から９の１つに記載の燃焼器の冷却方法。
11. 冷却媒体として空気を用いることを特徴とする請求項１０記載の方法。
    
    
    

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