JP2005002899A - Gas turbine burner - Google Patents

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JP2005002899A
JP2005002899A JP2003167603A JP2003167603A JP2005002899A JP 2005002899 A JP2005002899 A JP 2005002899A JP 2003167603 A JP2003167603 A JP 2003167603A JP 2003167603 A JP2003167603 A JP 2003167603A JP 2005002899 A JP2005002899 A JP 2005002899A
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Takeo Saito
武雄 斉藤
Yoji Ishibashi
洋二 石橋
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas turbine burner whose easiness of manufacturing can be improved while preserving its cooling performance. <P>SOLUTION: A burner 140 blends and burns fuel and high-pressure air compressed by a compressor 110 to feed the produced burning gas to a turbine 150. The burner 140 is equipped with a cylindrical liner 2 for producing internally the burning gas, a tail pipe 4 that has a plurality of depressions 10 in an outer surface 4a and leads the burning gas produced in the liner 2 to the turbine 150, and a tail pipe free sleeve 5 provided so as to encompass at least part of an outer surface 4a of the tail pipe 4. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮機で圧縮した高圧空気と燃料とを混合して燃焼することにより、タービンに導入する燃焼ガスを生成するガスタービン燃焼器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、ガスタービン燃焼器は、圧縮機から導入される高圧空気と燃料とを混合して高温・高圧の燃焼ガスを発生させる燃焼室を形成するライナと、このライナからの燃焼ガスをタービンに導く尾筒とを備えている。
【0003】
上記尾筒を冷却する方式として、従来より、尾筒の外表面(外壁面)のライナ側をフロースリーブ(案内壁)で覆うことによって、圧縮機からの高圧空気をフロースリーブと尾筒外表面との間隙に導入して尾筒のライナ側を対流冷却すると共に、尾筒のタービン側の上記フロースリーブに覆われていない部分に尾筒の内外を連通する複数の空気導入孔(小孔群)を設けることによって、尾筒内に高圧空気を導入して燃焼ガスと尾筒内表面との間に冷却空気の層を形成し、尾筒のタービン側をフィルム冷却する方式がある(例えば、特許文献1参照。)。
【0004】
また、尾筒の外表面をインピンジカバー(被覆筒)で覆い、このインピンジカバーに設けた冷却空気孔(インピンジ穴)から尾筒に対して高圧空気の噴流を衝突させて尾筒を冷却するインピンジ冷却方式がある(例えば、特許文献2及び特許文献3参照。)。
【0005】
近年、ガスタービンプラントに対する更なる高出力化・高効率化が要求される機運の中、燃焼ガス温度は年々上昇する傾向にあり、尾筒を構成する部材温度を許容温度以下に下げるためにも尾筒の冷却性能を向上する必要が生じている。
【0006】
しかしながら、上述した特許文献1に記載のような対流冷却方式において冷却性能を向上させようとした場合、尾筒とフロースリーブとの間隙距離を減縮して高圧空気の流路を狭め、流速を増大させる必要があるが、その結果、高圧空気が間隙を流れる際の圧力損失が増大してガスタービン効率が低下してしまう。
【0007】
また、上述した特許文献2及び特許文献3に記載のようなインピンジ冷却方式において冷却性能を向上させようとした場合、空気噴流の尾筒に対する衝突速度を増大する必要があるが、そのためには冷却空気孔の径を小さくしなければならず、その結果、これによっても高圧空気の圧力損失が増大してガスタービン効率が低下してしまう。
【0008】
このような背景から、尾筒の外表面に円周方向にリブ(リブ状のフィン)を設けることにより、尾筒とフロースリーブ間の間隙を流れる高圧空気の乱流を促進させて冷却を行うガスタービン燃焼器がある(例えば、特許文献4参照。)。この場合、尾筒とフロースリーブ間の間隙を狭めなくとも、乱流促進効果により対流熱伝達率が増加すると共にリブにより伝熱面積が増大されることから放熱量を増加することができるため、高圧空気の圧力損失の増大を抑制しつつ冷却性能を向上することが可能である。
【0009】
【特許文献1】
特開平5−141269号公報
【特許文献2】
特公昭54−11443号公報
【特許文献3】
特開2001−289060号公報
【特許文献4】
特開平10−82527号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では以下のような課題が存在する。
すなわち、上記特許文献4に記載のような尾筒の外表面にリブを設ける構造のガスタービン燃焼器によれば、上述したように高圧空気の圧力損失の増大を抑制しつつ尾筒の冷却性能を向上することができるものの、リブの成形は通常、尾筒の外表面をリブ部分を残して削り取ることにより行われるために削り加工量が非常に多く、且つ尾筒の外表面は複雑な三次元曲面を有しているために上記削り加工は容易でないことから、リブの加工作業に要する時間が長くなり、その結果、製作コストの増大を招いていた。
【0011】
本発明はこのような問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、冷却性能を維持しつつ製作容易性を向上することができるガスタービン燃焼器を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
(1)上記目的を達成するために、本発明は、圧縮機で圧縮した高圧空気と燃料とを混合して燃焼し、生成した燃焼ガスをタービンに供給するガスタービン燃焼器において、前記燃焼ガスを内部で生成する筒状のライナと、外表面に複数の窪みを有し、前記ライナで生成された燃焼ガスを前記タービンに導く尾筒と、この尾筒の外表面の少なくとも一部を包み込むように設けたフロースリーブとを備えるものとする。
【0013】
本発明のガスタービン燃焼器においては、圧縮機からの高圧空気を尾筒とフロースリーブとの間隙に導入し、対流冷却により尾筒の冷却を行う。このとき、尾筒の外表面には複数の窪みが設けられているので、尾筒外表面の伝熱面積が増大されて放熱量が増加する上に、その窪みの下流域において尾筒とフロースリーブとの間隙内を流れる冷却空気に二次流れが発生して乱流流れが促進されるため、対流熱伝達率が増加する。その結果、本発明のガスタービン燃焼器においては尾筒外表面が平らな場合と比べて効果的に尾筒を冷却できるようになっており、例えば前述した尾筒の外表面にリブを設けて乱流促進冷却を行う従来構造と比較しても同等以上の冷却性能を有している。
【0014】
ここで、上記の外表面にリブを設けた従来構造の尾筒の製作は、通常、尾筒の外表面をリブ部分を残して削り取ることにより行われるために削り加工量が非常に多く、且つ尾筒の外表面は複雑な三次元曲面を有しているために上記削り加工は容易でないことから、リブの加工作業に要する時間が長くなり、その結果、製作コストの増大を招いていた。
【0015】
これに対し、本発明においては、例えばリーマー又はドリル等の切削工具を用いて尾筒外表面に窪みを設けるのみで足り、上記リブを設ける場合に比べて削り加工量を格段に少なくすることができる。さらに、リブを設ける場合のように複雑な三次元曲面に沿って尾筒の外表面を削り取るといった作業が必要ないため、上記従来構造と比較して加工作業を容易にすることができる。これにより、尾筒の製作期間を短縮でき、その結果、製作コストを低減することができる。以上のことから、本発明によれば、冷却性能を維持しつつ製作容易性を向上することができる。
【0016】
(2)上記目的を達成するために、また本発明は、圧縮機で圧縮した高圧空気と燃料とを混合して燃焼し、生成した燃焼ガスをタービンに供給するガスタービン燃焼器において、前記燃焼ガスを内部で生成する筒状のライナと、外表面に複数の窪みを有し、前記ライナで生成された燃焼ガスを前記タービンに導く尾筒と、複数の冷却空気孔が穿設され、前記尾筒の外表面の少なくとも一部を包み込むように設けたインピンジカバーとを備えるものとする。
【0017】
(3)上記(1)又は(2)において、好ましくは、前記尾筒の前記フロースリーブ又は前記インピンジカバーに覆われていない部分に前記尾筒の内外を連通する複数の空気導入孔を設けるものとする。
【0018】
(4)上記(1)乃至(3)のいずれかにおいて、また好ましくは、前記窪みの開口面積、深さ、及び設置間隔のうち少なくとも1つを前記尾筒の部位に応じて変化させるものとする。
【0019】
一般に、尾筒がライナで生成される燃焼ガスから受ける熱負荷はその部位によって異なるため、要求される冷却性能も部位によって異なる。したがって、尾筒の各部位において要求される冷却性能を満たすように、窪みの開口面積、深さ、及び設置間隔を部位に応じて変化させることが好ましい。
【0020】
ここで、通常、尾筒内を流れる燃焼ガスの流速は入口側であるライナ側より出口側であるタービン側の方が流路面積が絞られることから大きくなっており、尾筒が燃焼ガスから受ける熱負荷もタービン側の方が大きくなる。
【0021】
そこで本発明においては、例えば尾筒の外表面に設けた窪みの設置間隔をライナ側からタービン側に向かうに従って狭くすると共に、窪みの開口面積を尾筒のライナ側からタービン側に向かうに従って小さくする。これにより、尾筒のタービン側に設けた窪みの数をライナ側よりも多くすることができ、タービン側の冷却性能を部分的に向上することができる。その結果、尾筒全体の温度分布を均一化し、局所的な熱応力の発生を抑制することができる。
【0022】
(5)上記(4)において、さらに好ましくは、前記尾筒の外表面に設けた前記窪みの設置間隔を、前記ライナ側から前記タービン側に向かうに従って狭くするものとする。
【0023】
(6)上記(4)又は(5)において、また好ましくは、前記尾筒の外表面に設けた前記窪みの開口面積を、前記ライナ側から前記タービン側に向かうに従って小さくするものとする。
【0024】
(7)上記(1)乃至(6)のいずれかにおいて、前記窪みの開口形状は円形であるものとする。
【0025】
(8)上記(1)乃至(7)のいずれかにおいて、前記窪みの開口形状は楕円形であるものとする。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のガスタービン燃焼器の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
まず、本発明の第1の実施の形態を図1乃至図7を参照しつつ以下に説明する。
【0027】
図1は、本発明のガスタービン燃焼器の第1の実施の形態を備えるガスタービンの全体構成を概略的に示す概略構成図である。
この図1に示すように、ガスタービン100は、空気を圧縮する圧縮機110と、この圧縮機110で圧縮された高圧空気がディフューザ120を介して導入される車室130と、この車室130から導入される高圧空気と燃料とを混合して燃焼ガスを生成する燃焼器140と、この燃焼器140で生成された燃焼ガスが導入されるタービン150と、このタービン150で燃焼ガスが断熱膨張する際に発生する仕事量を軸回転力に転換することによって電力を発生する発電機160とを備えている。なお、上記燃焼器140は、ガスタービン100の周方向に複数配列されている。
【0028】
上記燃焼器140は、車室130から導入される高圧空気と燃料系統170から供給される燃料とを混合して燃焼させる燃焼室1を内部に形成する略円筒状のライナ2と、このライナ2の端部に設けられ、燃焼室1で火炎を発生させるバーナ3と、ライナ2内で生成された燃焼ガスをタービン150に導く尾筒4と、この尾筒4のライナ側を包み込むように設けた尾筒フロースリーブ5と、ライナ2を包み込むように外周側に同心円状に設けたライナフロースリーブ6とを備えている。
【0029】
上記尾筒フロースリーブ5及びライナフロースリーブ6は尾筒4及びライナ2に対しそれぞれ所定の距離を介して配置されており、尾筒フロースリーブ5と尾筒4との間に高圧空気(以下、適宜冷却空気と記載する)が流れる流路間隙S1、ライナフロースリーブ6とライナ2との間に流路間隙S2をそれぞれ形成している。すなわち、圧縮機110で圧縮された高圧空気は車室130から流路間隙S1に導入され、さらに流路間隙S2内を流れた後に、向きを反転させて燃焼室1に導入されるようになっている。
【0030】
図2は燃焼器140の尾筒4付近の詳細構造を示す側断面図、図3は図2中III−III断面による断面図である。
これら図2及び図3に示すように、車室130から流路間隙S1に導入された高圧空気は高速の空気流f1となり、高温の燃焼ガスに曝されて熱負荷を受ける尾筒4を対流冷却するようになっている。また、尾筒4の外表面4aには複数の円形状の窪み10が略等間隔に設けられている。
【0031】
以上において、燃焼器140は特許請求の範囲各項記載のガスタービン燃焼器を構成し、尾筒フロースリーブ5は尾筒の外表面の少なくとも一部を包み込むように設けたフロースリーブを構成する。
【0032】
次に、上記構成の本発明のガスタービン燃焼器の第1の実施の形態により得られる作用を以下に説明する。
本実施の形態のガスタービン燃焼器においては、上述したように圧縮機110で圧縮された高圧空気が車室130から流路間隙S1に導入され、高速の空気流f1となって尾筒4を対流冷却する。このとき、尾筒4の外表面4aには複数の窪み10が設けられているので、尾筒外表面4aの伝熱面積が増大されて放熱量が増加する上に、その窪み10の下流域において流路間隙S1内を流れる冷却空気に二次流れが発生して乱流流れが促進されるため、対流熱伝達率が増加する。その結果、本実施の形態の燃焼器140においては尾筒外表面4aが平らな場合と比べて効果的に尾筒4を対流冷却できるようになっており、例えば前述した従来技術の特許文献4(特開平10−82527号公報)に記載されているような尾筒の外表面にリブを設けて乱流促進冷却を行う構造と比較しても同等以上の冷却性能を有している。
【0033】
このように、本実施の形態のガスタービン燃焼器によれば、上記リブを設けた構造と同等以上の冷却性能を有することができ、さらに尾筒4の製作容易性を向上することができる。この製作容易性について、上記従来技術の特許文献4に記載されているような尾筒の外表面にリブを設けた構造を比較例として挙げつつ、以下に説明する。
【0034】
図4は、上記尾筒の外表面にリブを設けた比較例の構造を表す側断面図である。なお、この図4において、前述した図2と同様の部分には同符号を付し、説明を省略する。
この図4に示すように、尾筒4′にはその外表面4′aに周方向1周に渡ってリブ11が設けられており、さらにこのリブ11は尾筒4′の軸方向(図4中左右方向)に沿って複数段に設けられている。このような構造により、冷却空気の乱流を促進して冷却性能を向上するようになっている。
【0035】
ここで、一般に、尾筒はその上側半分と下側半分に該当する2つの母材平板がそれぞれ別個にプレス加工により成型された後、溶接により接合されて製作されるようになっている。このとき、上記比較例の尾筒4′を製作する方法としては以下の2つがある。
【0036】
1つは、上側と下側の母材平板をプレス成型した後に溶接接合した尾筒4′に対して、リブ11を削り出す方法である。しかしながら、この加工方法では以下の問題が存在する。すなわち、本加工方法ではリブ11部分を残して他の部分を削り取らなければならず、削り加工量が非常に多くなる。その上、尾筒には耐高温高圧性が要求されるために強度の強い材料が使用されているために、尾筒をこのように多量に削るには多大な手間を要することとなり、製作加工に要する時間が長くなってしまう。
【0037】
さらに、加工精度に関しても以下のような問題が存在する。すなわち、一般にプレス加工の際には精度良く製作した押し型でプレスしても弾性により母材が若干元に戻るスプリングバック現象と呼ばれる現象があり、このために成型された尾筒4′の曲面形状が設計形状からずれてしまう可能性がある。この場合、リブ11を三次元工作機械で削り出す際に尾筒4′の曲面形状が設計形状からずれていることから削り量が設計値と異なってしまい、リブ11の高さ等が設計値と異なってしまうことが考えられる。このようにして、リブ11の加工精度が低下すると、冷却性能が低下する恐れがある。また、上述したように尾筒には耐高温高圧性が要求されるために強度の強い材料が使用されていることから、上記切削加工を行う際には尾筒4′を強力な力で固定する必要があり、その結果、尾筒4′が変形してしまう可能性もある。
【0038】
尾筒4′を製作する2つ目の方法は、図5に示すように尾筒4′の上側半分及び下側半分のそれぞれの母材平板4′Aに予めリブ11を成形しておき、その上でそれぞれの母材平板4′Aにプレス加工を行い、その後溶接で接合する方法である。しかしながら、この加工方法では以下の問題が存在する。すなわち、まず上記1つ目の方法と同様に削り加工量が非常に多いことに変わりはなく、製作加工に要する時間が長くなってしまう。また、加工精度に関しては、母材平板4′Aをプレスする際に予め設けたリブ11が押し型により潰れて変形する恐れがある。なお、この場合には押し型の方も破損する恐れがある。さらに、上側と下側の母材平板4′Aにリブ11を別々に加工するため、プレス時における上・下側の母材平板4′Aの圧縮・伸びの差異によっては、溶接で接合した際に上下のリブ11の位置が合わないといった事態が生じる可能性がある。このように、リブ11の加工精度が低下して冷却性能が低下する恐れがある。
【0039】
なお、リブ11を成形する方法としては上述したような削り出す方法以外にもリブ11を溶接で母材平板4′Aに接合する方法が考えられるが、この場合、熱によりリブ11が変形・破損する恐れがあり、また接合してもリブ11の接合面の中心部が母材平板4′Aの表面から浮いてしまって伝熱効率が低下することが考えられるため、通常は上述した削り出す方法が行われる。
【0040】
以上説明したように、上記比較例のようなリブ構造の尾筒を製作する場合には削り加工量が非常に多く、且つ精度よく加工するには非常な困難を伴うことから、その製作加工には多大な手間を要することとなり、製作加工に要する時間が長くなってしまっていた。その結果、製作コストの増大を招いていた。
【0041】
これに対し、本実施の形態では尾筒4の外表面4aに窪み10を設けるが、その製作加工の際には例えば図6及び図7に示すようにリーマー12(又はドリル等でもよい)を用いて母材平板4Aに窪み10を設けるようにすれば足りる。これにより、上記比較例に比べて削り加工量を格段に少なくすることができるため、製作加工に要する時間を大幅に短縮することができる。しかも、リブ11を設ける場合のように複雑な三次元曲面に沿って母材平板4Aの表面を削り取るといった複雑な作業を必要としないので、加工作業を極めて容易にすることができる。さらに加工精度の面でも、上述した2つ目の製作方法、すなわち母材平板4Aに予め窪み10を成形しておき、その上で上・下側の母材平板4Aにプレス加工を行って溶接で接合する方法で製作すれば、リブ11のように母材平板から出っ張った部材が存在しないため、窪み10が変形して冷却性能が低下するといった事態がない。且つ、押し型を破損することも防止できる。
【0042】
以上のように、本実施の形態によれば、尾筒4の製作作業を容易にすることができるので、製作期間を短縮でき、その結果、製作コストを低減することができる。したがって、前述した従来技術のような尾筒の外表面にリブを設けて乱流促進冷却を行う構造と同等以上の冷却性能を維持しつつ、製作容易性を向上することができる。
【0043】
次に、本発明のガスタービン燃焼器の第2の実施の形態を図8及び図9を用いて以下に説明する。本実施の形態は、前述の第1の実施の形態では尾筒を対流冷却で冷却したのに対し、インピンジ冷却により冷却を行うものである。
図8は本実施の形態における尾筒4付近の詳細構造を示す側断面図、図9は図8中IX−IX断面による断面図である。なお、これら図8及び図9において、前述の本発明の第1の実施の形態における図2及び図3と同様の部分には同符号を付し、説明を省略する。
【0044】
これら図8及び図9において、15は尾筒4の外表面4aのほぼ全体を包み込むように設けたインピンジカバーであり、このインピンジカバー15には複数の冷却空気孔16が穿設されている。本実施の形態においては、圧縮機110で圧縮された高圧空気は車室130から上記インピンジカバー15に設けられた複数の冷却空気孔16を介して噴出空気流f2となって尾筒外表面4aにそれぞれ衝突し、高温の燃焼ガスに曝されて熱負荷を受ける尾筒4をインピンジ冷却するようになっている。
【0045】
このような構成の本実施の形態においても、尾筒4の外表面4aに複数の窪み10が設けられているので、伝熱面積が増大されて放熱量が増加すると共に流路間隙S1を流れる冷却空気の対流熱伝達率が増加し、その結果、例えばリブを設けた尾筒表面をインピンジ冷却するような構造(図示せず)と比較しても同等以上の冷却性能を有する。したがって、前述した第1の実施の形態と同様に冷却性能を維持しつつ、製作容易性を向上することができる。
【0046】
なお、本実施の形態において、尾筒外表面4aの窪み10の設置位置をインピンジカバー15に設けた冷却空気孔16と合わせるようにしてもよい。この場合、冷却性能を更に向上することができる。
【0047】
次に、本発明のガスタービン燃焼器の第3の実施の形態を図10を用いて以下に説明する。本実施の形態は、前述の第1の実施の形態における対流冷却に加え、さらにフィルム冷却により尾筒の冷却を行うようにしたものである。
図10は本実施の形態における尾筒のタービン側端部の詳細構造を示す側断面図である。なお、この図10において、前述の本発明の第1の実施の形態における図2と同様の部分には同符号を付し、説明を省略する。
【0048】
この図10において、20は尾筒4のタービン側の尾筒フロースリーブ5に覆われていない部分に設けた尾筒4の内外を連通する複数の空気導入孔である。このような構成により、本実施の形態においては、空気導入孔20から尾筒4内に冷却空気を導入して燃焼ガスと尾筒4の内表面4bとの間に冷却空気の層を形成し、尾筒4のタービン側端部をフィルム冷却するようになっている。これにより、尾筒フロースリーブ5に覆われていないことから対流冷却性能が低下している尾筒4のタービン側端部についても効果的に冷却することが可能である。
【0049】
このような構成の本実施の形態においても、前述した第1及び第2の実施の形態と同様に冷却性能を維持しつつ、製作容易性を向上することができる。
【0050】
なお、本実施の形態では前述の第1の実施の形態のように対流冷却を行う構造に空気導入孔20を設けてフィルム冷却を行うようにしたが、これに限らず、前述の第2の実施の形態のようにインピンジ冷却を行う構造に空気導入孔20を設けてフィルム冷却を行うようにしてもよい。
【0051】
ここで、以上説明してきた本発明の第1、第2及び第3の実施の形態においては、同形状の窪み10を一様な設置間隔で尾筒外表面4aに設けてきたが、一般に、尾筒4が燃焼ガスから受ける熱負荷はその部位によって異なるため、要求される冷却性能も部位によって異なる。したがって、尾筒4の各部位において要求される冷却性能を満たすように、窪み10の径(すなわち窪み10の開口の径)、深さ、及び設置間隔を部位に応じて変化させることが好ましい。以下の実施の形態は、尾筒4の部位に応じて窪み10の径、深さ、設置間隔のうち少なくとも1つを変化させた例である。
【0052】
次に、本発明のガスタービン燃焼器の第4の実施の形態を図11を用いて以下に説明する。本実施の形態は、前述の第1の実施の形態のように尾筒の対流冷却を行う構造において、尾筒4の部位に応じて窪み10の設置間隔を変化させたものである。
図11は本実施の形態における尾筒4付近の詳細構造を示す側面図である。なお、この図11において、前述の本発明の第1の実施の形態における図2と同様の部分には同符号を付し、説明を省略する。
【0053】
この図11に示すように、本実施の形態では尾筒外表面4aに設ける窪み10の尾筒4に対する周方向及び軸方向(どちらか一方でもよい)の設置間隔を、ライナ2側からタービン150側に向かうに従って狭くする構造としている。すなわち、一般に、尾筒4内を流れる燃焼ガスの流速は入口側であるライナ2側より出口側であるタービン150側の方が流路面積が絞られることから大きくなっており、尾筒4が燃焼ガスから受ける熱負荷についてもタービン150側の方が大きくなる。本実施の形態においては、上述したように窪み10の設置間隔をライナ2側からタービン150側に向かうに従って狭くするので、熱負荷の大きいタービン150側における窪み10の設置数をライナ2側に比べて多くすることができる。これにより、尾筒4のタービン側の冷却性能を部分的に向上することができる。その結果、本実施の形態によれば、前述した第1、第2及び第3の実施の形態と同様に冷却性能を維持しつつ製作容易性を向上することができる上に、尾筒4全体の温度分布を均一化し、局所的な熱応力の発生を抑制することができる。
【0054】
次に、本発明のガスタービン燃焼器の第5の実施の形態を図12を用いて以下に説明する。本実施の形態は、上述の第4の実施の形態が尾筒4の部位に応じて窪み10の設置間隔を変化させたのに対し、それに加えて窪み10の径を変化させたものである。
図12は本実施の形態における尾筒4付近の詳細構造を示す側面図である。なお、この図12において、前述の本発明の第1の実施の形態における図2と同様の部分には同符号を付し、説明を省略する。
【0055】
この図12に示すように、本実施の形態では尾筒外表面4aに設ける窪み10の(開口の)径を、ライナ2側からタービン150側に向かうに従って小さくする構造としている。このようにすることで、熱負荷の大きいタービン150側における窪み10の設置数をライナ2側に比べて多くすることができる。これにより、尾筒4のタービン側の冷却性能を部分的に向上することができる。したがって、上述の第4の実施の形態と同様に冷却性能を維持しつつ製作容易性を向上することができる上に、尾筒4全体の温度分布を均一化し、局所的な熱応力の発生を抑制することができる。
【0056】
なお、以上説明してきた本発明の第1乃至第5の実施の形態においては、窪み10の開口形状を円形としたが、これに限らず、例えば楕円形状でもよい。さらに、窪み10の断面形状については図6に示すように円弧状(半円形状)としたが、これに限らず、例えば図13に示すように先端が略円錐形状のリーマー12′を用いて略円錐形状に凹んだ窪み10′を設けてもよい。また、例えば図14に示すようにリーマー12″を用いて断面が略台形形状の窪み10″を設けるようにしてもよい。
【0057】
また、上記本発明の第4及び第5の実施の形態においては、窪み10の設置間隔及び径について変化させるようにしたが、例えば窪み10の深さをライナ2側からタービン150側に向かうに従って深くする構造としてもよい。すなわち、窪み10を深くすることで表面積が大きくなり伝熱面積を増大することができ、且つ乱流促進効果を強くすることができるので、上述したように熱負荷の大きいタービン150側ほど窪み10を深くすることにより、尾筒4のタービン側の冷却性能を部分的に向上し、局所的な熱応力の発生を抑制することができる。
【0058】
【発明の効果】
本発明によれば、尾筒の外表面に複数の窪みを設けることで、尾筒の外表面にリブを設けて乱流促進冷却を行う構造の場合と同等以上の冷却性能を有することができる。その上で、リブを設ける場合に比べて製作の際の削り加工量を格段に少なくすることができ、さらにリブを設ける場合のように複雑な三次元曲面に沿って尾筒の外表面を削り取るといった作業が必要ないため、加工作業を容易にすることができる。これにより、尾筒の製作期間を短縮でき、その結果、製作コストを低減することができる。したがって、本発明によれば、冷却性能を維持しつつ製作容易性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のガスタービン燃焼器の第1の実施の形態を備えるガスタービンの全体構成を概略的に示す概略構成図である。
【図2】本発明のガスタービン燃焼器の第1の実施の形態を構成する尾筒付近の詳細構造を示す側断面図である。
【図3】本発明のガスタービン燃焼器の第1の実施の形態を構成する尾筒付近の詳細構造を示す図2中III−III断面による断面図である。
【図4】本発明のガスタービン燃焼器の第1の実施の形態の製作容易性を説明するために用いた比較例の構造を表す側断面図である。
【図5】本発明のガスタービン燃焼器の第1の実施の形態の製作容易性を説明するために用いた比較例の製作に用いる母材平板の全体構造を表す斜視図である。
【図6】本発明のガスタービン燃焼器の第1の実施の形態を構成する尾筒の母材平板への窪みの加工方法を示す図である。
【図7】本発明のガスタービン燃焼器の第1の実施の形態を構成する尾筒の母材平板の全体構造を表す斜視図である。
【図8】本発明のガスタービン燃焼器の第2の実施の形態を構成する尾筒付近の詳細構造を示す側断面図である。
【図9】本発明のガスタービン燃焼器の第2の実施の形態を構成する尾筒付近の詳細構造を示す図8中IX−IX断面による断面図である。
【図10】本発明のガスタービン燃焼器の第3の実施の形態を構成する尾筒のタービン側端部の詳細構造を示す側断面図である。
【図11】本発明のガスタービン燃焼器の第4の実施の形態を構成する尾筒付近の詳細構造を示す側面図である。
【図12】本発明のガスタービン燃焼器の第5の実施の形態を構成する尾筒付近の詳細構造を示す側面図である。
【図13】本発明のガスタービン燃焼器の実施の形態を構成する尾筒の母材平板へ設ける窪みの形状の変形例を示す図である。
【図14】本発明のガスタービン燃焼器の実施の形態を構成する尾筒の母材平板へ設ける窪みの形状の変形例を示す図である。
【符号の説明】
2 ライナ
4 尾筒
4a 外表面
5 尾筒フロースリーブ(フロースリーブ)
10 窪み
15 インピンジカバー
16 冷却空気孔
20 空気導入孔
110 圧縮機
140 燃焼器(ガスタービン燃焼器)
150 タービン
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas turbine combustor that generates combustion gas to be introduced into a turbine by mixing and burning high-pressure air compressed by a compressor and fuel.
[0002]
[Prior art]
Generally, a gas turbine combustor mixes high-pressure air introduced from a compressor and fuel to form a combustion chamber that generates high-temperature and high-pressure combustion gas, and guides the combustion gas from the liner to the turbine. And a tail tube.
[0003]
As a method of cooling the above-mentioned tail tube, conventionally, the liner side of the outer surface (outer wall surface) of the tail tube is covered with a flow sleeve (guide wall), so that high-pressure air from the compressor is supplied to the outer surface of the flow sleeve and the tail tube. A plurality of air introduction holes (small hole groups) that communicate the inside and outside of the transition piece to a portion of the transition piece that is not covered by the flow sleeve on the turbine side of the transition piece. ) To introduce high-pressure air into the transition piece, form a layer of cooling air between the combustion gas and the inner surface of the transition piece, and film cool the turbine side of the transition piece (for example, (See Patent Document 1).
[0004]
In addition, the impingement that covers the outer surface of the tail cylinder with an impingement cover (covering cylinder) and cools the tail cylinder by colliding a jet of high-pressure air against the tail cylinder from the cooling air hole (impingement hole) provided in the impingement cover There is a cooling system (see, for example, Patent Document 2 and Patent Document 3).
[0005]
In recent years, with the demand for higher output and higher efficiency for gas turbine plants, the combustion gas temperature tends to increase year by year, and in order to lower the temperature of the members constituting the tail cylinder to below the allowable temperature There is a need to improve the cooling performance of the transition piece.
[0006]
However, when trying to improve the cooling performance in the convection cooling method as described in Patent Document 1 described above, the gap distance between the tail tube and the flow sleeve is reduced to narrow the flow path of high-pressure air and increase the flow velocity. As a result, the pressure loss when high-pressure air flows through the gap increases, and the gas turbine efficiency decreases.
[0007]
Moreover, when it is going to improve cooling performance in the impingement cooling system as described in Patent Document 2 and Patent Document 3 described above, it is necessary to increase the collision speed of the air jet against the tail cylinder. The diameter of the air hole must be reduced, and as a result, the pressure loss of the high-pressure air also increases and the gas turbine efficiency decreases.
[0008]
From such a background, by providing ribs (rib-like fins) in the circumferential direction on the outer surface of the tail tube, turbulence of high-pressure air flowing through the gap between the tail tube and the flow sleeve is promoted for cooling. There is a gas turbine combustor (see, for example, Patent Document 4). In this case, even if the gap between the transition piece and the flow sleeve is not narrowed, the convective heat transfer coefficient is increased by the turbulent flow promoting effect and the heat transfer area is increased by the rib, so that the heat radiation amount can be increased. It is possible to improve the cooling performance while suppressing an increase in pressure loss of high-pressure air.
[0009]
[Patent Document 1]
JP-A-5-141269
[Patent Document 2]
Japanese Patent Publication No.54-11443
[Patent Document 3]
JP 2001-289060 A
[Patent Document 4]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-82527
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, there are the following problems in the above-described prior art.
That is, according to the gas turbine combustor having the structure in which the rib is provided on the outer surface of the transition piece as described in Patent Document 4, the cooling performance of the transition piece is suppressed while suppressing the increase in the pressure loss of the high-pressure air as described above. However, since the molding of the rib is usually performed by scraping the outer surface of the tail tube leaving the rib portion, the amount of machining is very large, and the outer surface of the tail tube is a complicated tertiary. Since it has an original curved surface, the above-described cutting process is not easy, so that the time required for the rib processing work becomes long, resulting in an increase in manufacturing cost.
[0011]
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a gas turbine combustor capable of improving manufacturability while maintaining cooling performance.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
(1) In order to achieve the above object, the present invention provides a gas turbine combustor that mixes and burns high-pressure air compressed by a compressor and fuel, and supplies the generated combustion gas to a turbine. A cylindrical liner that internally generates a plurality of indentations on the outer surface, and guides the combustion gas generated by the liner to the turbine, and wraps at least a part of the outer surface of the tail cylinder And a flow sleeve provided as described above.
[0013]
In the gas turbine combustor of the present invention, high-pressure air from the compressor is introduced into the gap between the tail cylinder and the flow sleeve, and the tail cylinder is cooled by convection cooling. At this time, since the outer surface of the transition piece is provided with a plurality of recesses, the heat transfer area on the outer surface of the transition piece is increased to increase the amount of heat dissipation, and in addition to the transition between the transition piece and the flow in the downstream area of the recess. Since the secondary flow is generated in the cooling air flowing in the gap with the sleeve and the turbulent flow is promoted, the convective heat transfer coefficient is increased. As a result, in the gas turbine combustor of the present invention, it is possible to cool the tail cylinder effectively compared to the case where the outer surface of the tail cylinder is flat. For example, a rib is provided on the outer surface of the tail cylinder described above. Compared to a conventional structure that performs turbulent flow enhanced cooling, the cooling performance is equivalent or better.
[0014]
Here, the production of the tail tube having the conventional structure in which the rib is provided on the outer surface is usually performed by scraping the outer surface of the tail tube while leaving the rib portion, so that the amount of machining is very large, and Since the outer surface of the tail tube has a complicated three-dimensional curved surface, the above-described cutting process is not easy, so that the time required for the rib processing work becomes long, resulting in an increase in manufacturing cost.
[0015]
On the other hand, in the present invention, for example, it is sufficient to provide a recess on the outer surface of the tail cylinder using a cutting tool such as a reamer or a drill, and the amount of machining can be significantly reduced compared to the case where the rib is provided. it can. Furthermore, since it is not necessary to scrape the outer surface of the tail tube along a complicated three-dimensional curved surface as in the case of providing a rib, the machining operation can be facilitated as compared with the conventional structure. Thereby, the production period of the transition piece can be shortened, and as a result, the production cost can be reduced. From the above, according to the present invention, the ease of manufacturing can be improved while maintaining the cooling performance.
[0016]
(2) In order to achieve the above object, the present invention is also directed to a gas turbine combustor that mixes and burns high-pressure air compressed by a compressor and fuel and supplies the generated combustion gas to a turbine. A cylindrical liner that generates gas inside, a plurality of depressions on the outer surface, a tail cylinder that guides the combustion gas generated by the liner to the turbine, and a plurality of cooling air holes, An impingement cover provided so as to wrap at least part of the outer surface of the tail tube.
[0017]
(3) In the above (1) or (2), preferably, a plurality of air introduction holes that communicate the inside and the outside of the tail tube are provided in a portion of the tail tube that is not covered by the flow sleeve or the impingement cover. And
[0018]
(4) In any one of the above (1) to (3), and preferably, at least one of an opening area, a depth, and an installation interval of the depression is changed according to a portion of the tail tube. To do.
[0019]
In general, since the heat load that the tail tube receives from the combustion gas generated by the liner differs depending on the part, the required cooling performance also differs depending on the part. Therefore, it is preferable to change the opening area, depth, and installation interval of the depressions according to the part so as to satisfy the cooling performance required in each part of the tail tube.
[0020]
Here, normally, the flow velocity of the combustion gas flowing in the transition piece is larger because the flow passage area is narrowed on the turbine side, which is the outlet side, than the liner side, which is the inlet side. The heat load to be received is larger on the turbine side.
[0021]
Therefore, in the present invention, for example, the installation interval of the depressions provided on the outer surface of the transition piece is reduced as it goes from the liner side to the turbine side, and the opening area of the depression is reduced as it goes from the liner side of the transition piece to the turbine side. . Thereby, the number of depressions provided on the turbine side of the transition piece can be made larger than that on the liner side, and the cooling performance on the turbine side can be partially improved. As a result, the temperature distribution of the entire transition piece can be made uniform, and the occurrence of local thermal stress can be suppressed.
[0022]
(5) In said (4), More preferably, the installation space | interval of the said hollow provided in the outer surface of the said tail cylinder shall become narrow as it goes to the said turbine side from the said liner side.
[0023]
(6) In the above (4) or (5), preferably, the opening area of the depression provided on the outer surface of the tail tube is reduced from the liner side toward the turbine side.
[0024]
(7) In any one of the above (1) to (6), the opening shape of the recess is circular.
[0025]
(8) In any one of the above (1) to (7), the opening shape of the recess is an ellipse.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a gas turbine combustor according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
First, a first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
[0027]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram schematically showing an overall configuration of a gas turbine including a first embodiment of a gas turbine combustor according to the present invention.
As shown in FIG. 1, the gas turbine 100 includes a compressor 110 that compresses air, a passenger compartment 130 into which high-pressure air compressed by the compressor 110 is introduced via a diffuser 120, and the passenger compartment 130. A combustor 140 that generates a combustion gas by mixing high-pressure air introduced from the fuel and fuel, a turbine 150 into which the combustion gas generated by the combustor 140 is introduced, and the combustion gas adiabatically expanded in the turbine 150. And a generator 160 that generates electric power by converting the amount of work generated during the operation into a shaft rotational force. A plurality of the combustors 140 are arranged in the circumferential direction of the gas turbine 100.
[0028]
The combustor 140 includes a substantially cylindrical liner 2 that internally forms a combustion chamber 1 in which high-pressure air introduced from the vehicle interior 130 and fuel supplied from the fuel system 170 are mixed and combusted, and the liner 2. The burner 3 is provided at the end of the combustion chamber 1 to generate a flame in the combustion chamber 1, the tail cylinder 4 that guides the combustion gas generated in the liner 2 to the turbine 150, and the liner side of the tail cylinder 4 so as to be wrapped. And a liner flow sleeve 6 provided concentrically on the outer peripheral side so as to wrap the liner 2.
[0029]
The transition pipe flow sleeve 5 and the liner flow sleeve 6 are arranged at a predetermined distance from the transition cylinder 4 and the liner 2, respectively. A flow passage gap S1 through which the cooling air flows), and a flow passage gap S2 are formed between the liner flow sleeve 6 and the liner 2, respectively. That is, the high-pressure air compressed by the compressor 110 is introduced from the passenger compartment 130 into the flow passage gap S1, and after flowing in the flow passage gap S2, the direction is reversed and introduced into the combustion chamber 1. ing.
[0030]
FIG. 2 is a side sectional view showing the detailed structure of the combustor 140 in the vicinity of the transition piece 4, and FIG. 3 is a sectional view taken along the line III-III in FIG.
As shown in FIGS. 2 and 3, the high-pressure air introduced from the passenger compartment 130 into the flow passage gap S1 becomes a high-speed air flow f1, and is convected through the tail cylinder 4 exposed to high-temperature combustion gas and receiving a heat load. It is designed to cool. A plurality of circular recesses 10 are provided on the outer surface 4a of the tail cylinder 4 at substantially equal intervals.
[0031]
In the above, the combustor 140 constitutes a gas turbine combustor described in the claims, and the tail cylinder flow sleeve 5 constitutes a flow sleeve provided so as to enclose at least a part of the outer surface of the tail cylinder.
[0032]
Next, the operation obtained by the first embodiment of the gas turbine combustor of the present invention having the above configuration will be described below.
In the gas turbine combustor according to the present embodiment, as described above, the high-pressure air compressed by the compressor 110 is introduced from the passenger compartment 130 into the flow passage gap S1, and becomes a high-speed air flow f1 so that the tail cylinder 4 is moved. Cool by convection. At this time, since a plurality of depressions 10 are provided on the outer surface 4a of the tail cylinder 4, the heat transfer area of the outer surface 4a of the tail cylinder 4 is increased and the heat radiation amount is increased, and the downstream area of the depression 10 is increased. , The secondary flow is generated in the cooling air flowing in the flow passage gap S1 and the turbulent flow is promoted, so that the convective heat transfer coefficient is increased. As a result, in the combustor 140 of the present embodiment, the tail cylinder 4 can be convectively cooled more effectively than when the outer surface 4a of the tail cylinder is flat. Compared to a structure in which ribs are provided on the outer surface of the tail cylinder as described in JP-A-10-82527 to perform turbulent flow enhanced cooling, the cooling performance is equivalent or better.
[0033]
Thus, according to the gas turbine combustor of the present embodiment, it is possible to have a cooling performance equivalent to or higher than that of the structure provided with the ribs, and to further improve the ease of manufacturing the tail cylinder 4. This ease of manufacture will be described below with reference to a structure in which ribs are provided on the outer surface of the tail cylinder as described in Patent Document 4 of the above-mentioned prior art as a comparative example.
[0034]
FIG. 4 is a side sectional view showing the structure of a comparative example in which ribs are provided on the outer surface of the transition piece. In FIG. 4, the same parts as those in FIG. 2 described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
As shown in FIG. 4, a rib 11 is provided on the outer surface 4'a of the tail cylinder 4 'over the circumference in the circumferential direction. Further, the rib 11 is arranged in the axial direction of the tail cylinder 4' (see FIG. 4). 4 in the left-right direction). With such a structure, the cooling performance is improved by promoting the turbulent flow of the cooling air.
[0035]
Here, in general, the tail tube is manufactured by joining two base metal flat plates corresponding to the upper half and the lower half separately by press working and then joining them by welding. At this time, there are the following two methods for manufacturing the transition piece 4 'of the comparative example.
[0036]
One is a method in which the rib 11 is cut out from the tail tube 4 'welded and joined after press-molding the upper and lower base metal plates. However, this processing method has the following problems. That is, in this processing method, the rib 11 portion must be left and other portions must be scraped off, resulting in a very large amount of shaving. In addition, since a strong material is used because the high temperature and high pressure resistance is required for the tail tube, it takes a lot of work to cut the tail tube in such a large amount. It takes a long time to complete.
[0037]
Furthermore, the following problems also exist regarding processing accuracy. That is, in general, there is a phenomenon called a springback phenomenon in which the base material is slightly restored by elasticity even if it is pressed with a precisely manufactured stamping die at the time of pressing, and the curved surface of the tail cylinder 4 'molded for this purpose. The shape may deviate from the design shape. In this case, when the rib 11 is machined with a three-dimensional machine tool, the curved shape of the tail cylinder 4 'is deviated from the design shape, so that the amount of machining differs from the design value, and the height of the rib 11 is the design value. It may be different from that. In this way, when the processing accuracy of the ribs 11 decreases, the cooling performance may decrease. Further, as described above, since the high temperature and high pressure resistance is required for the tail tube, a strong material is used. Therefore, when performing the above cutting, the tail tube 4 'is fixed with a strong force. As a result, the tail cylinder 4 'may be deformed.
[0038]
As shown in FIG. 5, the second method of manufacturing the tail tube 4 'is to preliminarily mold the ribs 11 on the base plate 4'A of the upper half and the lower half of the tail tube 4'. Then, each base material flat plate 4'A is pressed and then joined by welding. However, this processing method has the following problems. That is, first of all, as in the first method, there is no change in the amount of machining, and the time required for production becomes long. Regarding processing accuracy, there is a possibility that the rib 11 provided in advance when the base plate 4'A is pressed is crushed and deformed by the pressing die. In this case, the pressing die may be damaged. Further, since the ribs 11 are separately processed on the upper and lower base metal flat plates 4′A, depending on the difference in compression / extension of the upper and lower base metal flat plates 4′A during pressing, they are joined by welding. In some cases, the upper and lower ribs 11 may not be aligned. As described above, the processing accuracy of the ribs 11 may be reduced and the cooling performance may be reduced.
[0039]
As a method for forming the rib 11, in addition to the above-described cutting method, a method of joining the rib 11 to the base metal plate 4 ′ A by welding is conceivable, but in this case, the rib 11 is deformed by heat. There is a risk of breakage, and even if they are joined, the center part of the joining surface of the ribs 11 may float from the surface of the base material flat plate 4'A, so that the heat transfer efficiency is lowered. The method is done.
[0040]
As described above, when producing a tail tube having a rib structure as in the above comparative example, the amount of machining is very large, and it is very difficult to machine with high precision. Requires a lot of labor, and the time required for manufacturing and processing has become longer. As a result, the manufacturing cost has been increased.
[0041]
On the other hand, in this embodiment, the depression 10 is provided on the outer surface 4a of the tail cylinder 4, but in the manufacturing process, for example, a reamer 12 (or a drill or the like) may be used as shown in FIGS. It is sufficient to provide the depression 10 in the base material flat plate 4A. Thereby, since the amount of machining can be remarkably reduced as compared with the comparative example, the time required for manufacturing can be greatly reduced. In addition, since the complicated work of scraping the surface of the base metal plate 4A along the complicated three-dimensional curved surface as in the case of providing the ribs 11 is not required, the working work can be extremely facilitated. Further, in terms of processing accuracy, the second manufacturing method described above, that is, the depression 10 is formed in advance on the base material flat plate 4A, and then the upper and lower base material flat plates 4A are pressed and welded. If there is no member protruding from the base material flat plate like the rib 11, there is no situation where the recess 10 is deformed and the cooling performance is deteriorated. Moreover, it is possible to prevent the pressing mold from being damaged.
[0042]
As described above, according to the present embodiment, the production work of the transition piece 4 can be facilitated, so that the production period can be shortened, and as a result, the production cost can be reduced. Therefore, it is possible to improve manufacturability while maintaining a cooling performance equal to or higher than that of a structure in which ribs are provided on the outer surface of the tail tube as in the prior art to perform turbulent flow enhanced cooling.
[0043]
Next, a second embodiment of the gas turbine combustor according to the present invention will be described below with reference to FIGS. In the present embodiment, the tail cylinder is cooled by convection cooling in the first embodiment described above, but is cooled by impingement cooling.
8 is a side sectional view showing a detailed structure in the vicinity of the transition piece 4 in the present embodiment, and FIG. 9 is a sectional view taken along a section IX-IX in FIG. In FIGS. 8 and 9, the same parts as those in FIGS. 2 and 3 in the first embodiment of the present invention described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
[0044]
8 and 9, reference numeral 15 denotes an impingement cover provided so as to wrap almost the entire outer surface 4 a of the tail cylinder 4, and the impingement cover 15 has a plurality of cooling air holes 16 formed therein. In the present embodiment, the high-pressure air compressed by the compressor 110 becomes a blown air flow f2 from the casing 130 through the plurality of cooling air holes 16 provided in the impingement cover 15, and the outer surface 4a of the tail cylinder. And the tail cylinder 4 that is exposed to a high-temperature combustion gas and receives a heat load is impingement cooled.
[0045]
Also in the present embodiment having such a configuration, since the plurality of depressions 10 are provided on the outer surface 4a of the transition piece 4, the heat transfer area is increased, the heat radiation amount is increased, and the flow gap S1 flows. As a result, the convective heat transfer coefficient of the cooling air is increased, and as a result, the cooling performance is equal to or higher than that of a structure (not shown) that impinges cools the surface of the tail cylinder provided with ribs, for example. Therefore, it is possible to improve manufacturability while maintaining the cooling performance as in the first embodiment described above.
[0046]
In the present embodiment, the installation position of the depression 10 on the outer surface 4a of the tail tube may be matched with the cooling air hole 16 provided in the impingement cover 15. In this case, the cooling performance can be further improved.
[0047]
Next, a third embodiment of the gas turbine combustor of the present invention will be described below with reference to FIG. In this embodiment, in addition to the convection cooling in the first embodiment described above, the tail tube is further cooled by film cooling.
FIG. 10 is a side sectional view showing the detailed structure of the turbine side end portion of the transition piece in the present embodiment. In FIG. 10, parts similar to those in FIG. 2 in the first embodiment of the present invention described above are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0048]
In FIG. 10, reference numeral 20 denotes a plurality of air introduction holes that communicate with the inside and outside of the tail cylinder 4 provided in a portion of the tail cylinder 4 that is not covered with the turbine sleeve on the turbine side. With this configuration, in the present embodiment, cooling air is introduced into the transition piece 4 from the air introduction hole 20 to form a cooling air layer between the combustion gas and the inner surface 4b of the transition piece 4. The turbine side end portion of the transition piece 4 is film-cooled. Thereby, it is possible to effectively cool the turbine side end portion of the tail cylinder 4 whose convection cooling performance is lowered because it is not covered with the tail cylinder flow sleeve 5.
[0049]
Also in the present embodiment having such a configuration, it is possible to improve manufacturability while maintaining the cooling performance as in the first and second embodiments described above.
[0050]
In the present embodiment, the air introduction hole 20 is provided in the structure for performing the convection cooling as in the first embodiment described above to perform the film cooling. However, the present invention is not limited to this. The film cooling may be performed by providing the air introduction hole 20 in the structure for impingement cooling as in the embodiment.
[0051]
Here, in the first, second, and third embodiments of the present invention described above, the depressions 10 having the same shape are provided on the outer surface 4a of the tail cylinder at a uniform installation interval. Since the heat load that the tail cylinder 4 receives from the combustion gas differs depending on the part, the required cooling performance also differs depending on the part. Therefore, it is preferable to change the diameter of the recess 10 (that is, the diameter of the opening of the recess 10), the depth, and the installation interval according to the site so as to satisfy the cooling performance required at each site of the tail tube 4. The following embodiment is an example in which at least one of the diameter, depth, and installation interval of the recess 10 is changed in accordance with the part of the transition piece 4.
[0052]
Next, a fourth embodiment of the gas turbine combustor of the present invention will be described below with reference to FIG. In the present embodiment, the convection cooling of the transition piece is performed as in the first embodiment, and the installation interval of the depressions 10 is changed according to the position of the transition piece 4.
FIG. 11 is a side view showing a detailed structure near the transition piece 4 in the present embodiment. In FIG. 11, the same parts as those in FIG. 2 in the first embodiment of the present invention described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
[0053]
As shown in FIG. 11, in this embodiment, the installation interval in the circumferential direction and the axial direction (whichever is sufficient) of the recess 10 provided on the outer surface 4 a of the tail tube with respect to the tail tube 4 is set from the liner 2 side to the turbine 150. The structure is narrower toward the side. That is, in general, the flow velocity of the combustion gas flowing in the transition piece 4 is larger because the flow passage area is narrowed on the turbine 150 side, which is the outlet side, than the liner 2 side, which is the inlet side. The heat load received from the combustion gas is also larger on the turbine 150 side. In the present embodiment, as described above, the installation interval of the depressions 10 is narrowed from the liner 2 side toward the turbine 150 side. Therefore, the number of depressions 10 installed on the turbine 150 side with a large thermal load is compared with that on the liner 2 side. Can do a lot. Thereby, the cooling performance on the turbine side of the transition piece 4 can be partially improved. As a result, according to the present embodiment, the ease of manufacture can be improved while maintaining the cooling performance as in the first, second and third embodiments described above, and the entire tail cylinder 4 can be improved. Can be made uniform, and the occurrence of local thermal stress can be suppressed.
[0054]
Next, a fifth embodiment of the gas turbine combustor of the present invention will be described below with reference to FIG. In the present embodiment, the installation distance of the depressions 10 is changed according to the portion of the tail cylinder 4 in the fourth embodiment described above, but in addition, the diameter of the depressions 10 is changed. .
FIG. 12 is a side view showing a detailed structure near the transition piece 4 in the present embodiment. In FIG. 12, the same parts as those in FIG. 2 in the first embodiment of the present invention described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
[0055]
As shown in FIG. 12, in this embodiment, the diameter of the recess 10 (opening) provided on the outer surface 4a of the tail cylinder is reduced from the liner 2 side toward the turbine 150 side. By doing in this way, the number of installation of the hollow 10 in the turbine 150 side with a large heat load can be increased compared with the liner 2 side. Thereby, the cooling performance on the turbine side of the transition piece 4 can be partially improved. Therefore, in the same manner as in the above-described fourth embodiment, the ease of manufacture can be improved while maintaining the cooling performance, and the temperature distribution of the entire tail tube 4 can be made uniform to generate local thermal stress. Can be suppressed.
[0056]
In the first to fifth embodiments of the present invention described above, the opening shape of the recess 10 is circular. However, the shape is not limited to this, and may be, for example, an elliptical shape. Further, the cross-sectional shape of the recess 10 is an arc shape (semicircular shape) as shown in FIG. 6, but is not limited to this. For example, as shown in FIG. 13, a reamer 12 'having a substantially conical tip is used. You may provide the hollow 10 'dented in the substantially cone shape. Further, for example, as shown in FIG. 14, a reamer 12 ″ may be used to provide a recess 10 ″ having a substantially trapezoidal cross section.
[0057]
Moreover, in the said 4th and 5th embodiment of this invention, although it changed about the installation space | interval and diameter of the hollow 10, for example, as the depth of the hollow 10 goes to the turbine 150 side from the liner 2 side, it changes. A deeper structure may be used. That is, by deepening the recess 10, the surface area can be increased, the heat transfer area can be increased, and the effect of promoting turbulence can be strengthened. By deepening, the cooling performance on the turbine side of the transition piece 4 can be partially improved, and the occurrence of local thermal stress can be suppressed.
[0058]
【The invention's effect】
According to the present invention, by providing a plurality of depressions on the outer surface of the transition piece, it is possible to have a cooling performance equal to or higher than that in the case of providing a rib on the outer surface of the transition piece and performing turbulent flow enhanced cooling. . In addition, the amount of shaving during production can be significantly reduced compared to the case of providing ribs, and the outer surface of the tail tube is scraped along a complicated three-dimensional curved surface as in the case of providing ribs. Therefore, the machining work can be facilitated. Thereby, the production period of the transition piece can be shortened, and as a result, the production cost can be reduced. Therefore, according to the present invention, it is possible to improve manufacturability while maintaining the cooling performance.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram schematically showing an overall configuration of a gas turbine including a first embodiment of a gas turbine combustor according to the present invention.
FIG. 2 is a side sectional view showing a detailed structure in the vicinity of a transition piece constituting the first embodiment of the gas turbine combustor of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG. 2, showing a detailed structure in the vicinity of the transition piece constituting the first embodiment of the gas turbine combustor of the present invention.
FIG. 4 is a side sectional view showing the structure of a comparative example used for explaining the ease of manufacture of the first embodiment of the gas turbine combustor of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view showing the overall structure of a base material flat plate used for manufacturing a comparative example used for explaining the ease of manufacturing of the first embodiment of the gas turbine combustor of the present invention.
FIG. 6 is a view showing a method of processing a recess in a base material flat plate of a tail tube constituting the first embodiment of the gas turbine combustor of the present invention.
FIG. 7 is a perspective view showing the overall structure of the base plate of the tail cylinder constituting the first embodiment of the gas turbine combustor of the present invention.
FIG. 8 is a side sectional view showing a detailed structure in the vicinity of a transition piece constituting a second embodiment of a gas turbine combustor according to the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line IX-IX in FIG. 8 showing a detailed structure in the vicinity of the transition piece constituting the second embodiment of the gas turbine combustor of the present invention.
FIG. 10 is a side sectional view showing a detailed structure of a turbine side end portion of a transition piece constituting a third embodiment of a gas turbine combustor of the present invention.
FIG. 11 is a side view showing a detailed structure in the vicinity of a transition piece constituting a fourth embodiment of a gas turbine combustor of the present invention.
FIG. 12 is a side view showing a detailed structure in the vicinity of a transition piece constituting a fifth embodiment of a gas turbine combustor of the present invention.
FIG. 13 is a view showing a modification of the shape of the recess provided in the base plate of the tail cylinder constituting the gas turbine combustor according to the embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a view showing a modified example of the shape of the recess provided in the base plate of the tail tube constituting the embodiment of the gas turbine combustor of the present invention.
[Explanation of symbols]
2 liner
4 tail pipe
4a outer surface
5 Tail tube flow sleeve (flow sleeve)
10 depression
15 Impinge cover
16 Cooling air hole
20 Air introduction hole
110 Compressor
140 Combustor (gas turbine combustor)
150 turbine

Claims (8)

圧縮機で圧縮した高圧空気と燃料とを混合して燃焼し、生成した燃焼ガスをタービンに供給するガスタービン燃焼器において、
前記燃焼ガスを内部で生成する筒状のライナと、
外表面に複数の窪みを有し、前記ライナで生成された燃焼ガスを前記タービンに導く尾筒と、
この尾筒の外表面の少なくとも一部を包み込むように設けたフロースリーブとを備えたことを特徴とするガスタービン燃焼器。
In a gas turbine combustor that mixes and burns high-pressure air compressed by a compressor and fuel, and supplies the generated combustion gas to a turbine.
A cylindrical liner for generating the combustion gas therein;
A plurality of depressions on the outer surface, and a transition piece that guides the combustion gas generated by the liner to the turbine;
A gas turbine combustor comprising: a flow sleeve provided so as to wrap at least a part of an outer surface of the tail tube.
圧縮機で圧縮した高圧空気と燃料とを混合して燃焼し、生成した燃焼ガスをタービンに供給するガスタービン燃焼器において、
前記燃焼ガスを内部で生成する筒状のライナと、
外表面に複数の窪みを有し、前記ライナで生成された燃焼ガスを前記タービンに導く尾筒と、
複数の冷却空気孔が穿設され、前記尾筒の外表面の少なくとも一部を包み込むように設けたインピンジカバーとを備えたことを特徴とするガスタービン燃焼器。
In a gas turbine combustor that mixes and burns high-pressure air compressed by a compressor and fuel, and supplies the generated combustion gas to a turbine.
A cylindrical liner for generating the combustion gas therein;
A plurality of depressions on the outer surface, and a transition piece that guides the combustion gas generated by the liner to the turbine;
A gas turbine combustor comprising: an impingement cover provided with a plurality of cooling air holes, and provided so as to wrap at least a part of an outer surface of the transition piece.
請求項1又は2記載のガスタービン燃焼器において、前記尾筒の前記フロースリーブ又は前記インピンジカバーに覆われていない部分に前記尾筒の内外を連通する複数の空気導入孔を設けたことを特徴とするガスタービン燃焼器。3. The gas turbine combustor according to claim 1, wherein a plurality of air introduction holes that communicate the inside and outside of the tail cylinder are provided in a portion of the tail cylinder that is not covered with the flow sleeve or the impingement cover. Gas turbine combustor. 請求項1乃至3のいずれか1項記載のガスタービン燃焼器において、前記窪みの開口面積、深さ、及び設置間隔のうち少なくとも1つを前記尾筒の部位に応じて変化させることを特徴とするガスタービン燃焼器。The gas turbine combustor according to any one of claims 1 to 3, wherein at least one of an opening area, a depth, and an installation interval of the recess is changed according to a portion of the tail tube. Gas turbine combustor. 請求項4記載のガスタービン燃焼器において、前記尾筒の外表面に設けた前記窪みの設置間隔を、前記ライナ側から前記タービン側に向かうに従って狭くすることを特徴とするガスタービン燃焼器。5. The gas turbine combustor according to claim 4, wherein an interval between the depressions provided on an outer surface of the transition piece is narrowed from the liner side toward the turbine side. 6. 請求項4又は5記載のガスタービン燃焼器において、前記尾筒の外表面に設けた前記窪みの開口面積を、前記ライナ側から前記タービン側に向かうに従って小さくすることを特徴とするガスタービン燃焼器。6. The gas turbine combustor according to claim 4, wherein an opening area of the recess provided on an outer surface of the tail tube is reduced from the liner side toward the turbine side. . 請求項1乃至6のいずれか1項記載のガスタービン燃焼器において、前記窪みの開口形状は円形であることを特徴とするガスタービン燃焼器。The gas turbine combustor according to any one of claims 1 to 6, wherein an opening shape of the recess is circular. 請求項1乃至7のいずれか1項記載のガスタービン燃焼器において、前記窪みの開口形状は楕円形であることを特徴とするガスタービン燃焼器。The gas turbine combustor according to any one of claims 1 to 7, wherein an opening shape of the recess is an ellipse.
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