JP2007309247A

JP2007309247A - ガスタービン

Info

Publication number: JP2007309247A
Application number: JP2006140198A
Authority: JP
Inventors: Tomohito Nagai; 友人永井; Yukihiro Hashimoto; 幸弘橋本; Eigo Kato; 永護加藤; Satoru Konishi; 哲小西
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2006-05-19
Filing date: 2006-05-19
Publication date: 2007-11-29

Abstract

【課題】燃焼器の内筒あるいは尾筒の冷却空気通路の出口部におけるクラックの発生を抑制できるガスタービンを提供すること。
【解決手段】このガスタービンは、燃焼ガスを生成する燃焼器を備える。そして、燃焼器が燃焼ガスの通路を構成する尾筒および内筒を有すると共に尾筒の壁部３２１内あるいは内筒の壁部内に冷却空気通路３２２を有する。また、冷却空気通路３２２の出口部のうち燃焼ガスの通路に開口する出口部３２４には、燃焼ガスの通路側の縁部に面取り加工が施されている。
【選択図】図４

Description

この発明は、ガスタービンに関し、さらに詳しくは、燃焼器の内筒あるいは尾筒の冷却空気通路の出口部におけるクラックの発生を抑制できるガスタービンに関する。

ガスタービンの燃焼器では、高温高圧の燃焼ガスが生成されるため、その尾筒や内筒の温度が上昇する。このため、尾筒の壁部や内筒の壁部には冷却空気通路が形成されており、この冷却空気通路に冷却空気（圧縮空気）を流通させることにより、尾筒や内筒の冷却が行われる。

かかる構成を採用する従来のガスタービンには、特許文献１に記載される技術が知られている。従来のガスタービン（ガスタービン燃焼器）は、燃料と空気の混合気がその内部で燃焼反応を起こす筒状のライナ内で発生した高温燃焼ガスをタービン翼まで導く流路である尾筒と、該尾筒の外周側を包み込むよう所望の間隙をもって配置された尾筒フロースリーブと、前記タービン翼側で、前記尾筒と前記尾筒フロースリーブとの間隙に空気を導入する開口部と、前記尾筒フロースリーブの前記タービン翼側に設けられた対流冷却用空気導入孔（冷却空気通路）とを備える。

特開２００３−２８６８６３号公報

しかしながら、従来のガスタービンでは、冷却空気通路の出口部のうち燃焼ガスの通路に開口している出口部に熱応力が集中し、この出口部にクラックが発生するという課題がある。

そこで、この発明は、上記に鑑みてされたものであって、燃焼器の内筒あるいは尾筒の冷却空気通路の出口部におけるクラックの発生を抑制できるガスタービンを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、この発明にかかるガスタービンは、燃焼ガスを生成する燃焼器を備えるガスタービンであって、前記燃焼器が燃焼ガスの通路を構成する尾筒および内筒を有すると共に前記尾筒の壁部内あるいは前記内筒の壁部内に冷却空気通路を有し、且つ、前記冷却空気通路の出口部のうち燃焼ガスの通路に開口する出口部には、燃焼ガスの通路側の縁部に面取り加工が施されていることを特徴とする。

このガスタービンでは、冷却空気通路の出口部に面取り加工が施されているので、この出口部における応力集中が緩和される。これにより、冷却空気通路の出口部におけるクラックの発生が抑制される利点がある。

また、この発明にかかるガスタービンは、前記面取り加工がＣ面取り加工により行われる。

このガスタービンでは、出口部にＲ面取り加工が施される構成と比較して、加工が容易な点で好ましい。

また、この発明にかかるガスタービンは、前記面取り加工がＲ面取り加工により行われる。

このガスタービンでは、出口部にＣ面取り加工が施される構成と比較して、出口部における応力集中がより緩和される。これにより、出口部におけるクラックの発生がより効果的に抑制される利点がある。

また、この発明にかかるガスタービンは、前記面取り加工がレーザー加工により施される。

このガスタービンでは、冷却空気通路の出口部の面取り加工がレーザー加工により施されるので、面取り加工の加工精度が向上する利点がある。

また、この発明にかかるガスタービンは、前記面取り加工が電解加工により施される。

このガスタービンでは、出口部の面取り加工が電解加工により施されるので、面取り加工の能率性が向上する利点がある。

また、この発明にかかるガスタービンは、前記面取り加工が放電加工により施される。

このガスタービンでは、出口部の面取り加工が放電加工により施されるので、面取り加工の加工精度が向上する利点がある。

この発明にかかるガスタービンでは、冷却空気通路の出口部に面取り加工が施されているので、この出口部における応力集中が緩和される。これにより、冷却空気通路の出口部におけるクラックの発生が抑制される利点がある。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、この実施例の構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的同一のものが含まれる。また、この実施例に記載された複数の変形例は、当業者自明の範囲内にて任意に組み合わせが可能である。

図１は、この発明の実施例にかかるガスタービンを示す構成図である。図２は、図１に記載したガスタービンの燃焼器を示す構成図である。図３は、図２に記載した燃焼器の尾筒を示す斜視図である。図４は、図３に記載した尾筒の壁部を示す破断面図である。図５は、図４に記載した尾筒の壁部の冷却孔を示す断面図である。図６は、図５に記載した冷却孔の変形例を示す説明図である。

［ガスタービン］
このガスタービン１は、圧縮機２と、燃焼器３と、タービン４とを有する（図１参照）。圧縮機２は、空気取込口から取り込まれた空気を圧縮して圧縮空気を生成する。燃焼器３は、この圧縮空気に燃料を噴射して高温・高圧の燃焼ガスを発生させる。タービン４は、この燃焼ガスの熱エネルギーをロータ５の回転エネルギーに変換して駆動力を発生させる。そして、この駆動力がロータ５に連結された発電機（図示省略）などに伝達される。

また、燃焼器３は、圧縮機２の出口部後方であってタービン４の入口部前方に設置される。また、複数の燃焼器３がタービン４の周方向に環状に配置される。各燃焼器３は、内筒３１と、尾筒３２と、燃料ノズル３３とを有する。内筒３１は、燃焼器３の燃焼室を構成する筒状部材であり、圧縮機２の車室２１に固定されて設置される。尾筒３２は、内筒３１とタービン４の入口部４１とを接続する筒状部材である。燃料ノズル３３は、燃焼室に燃料を噴射するためのノズルであり、内筒３１に挿入されて配置される。

このガスタービン１では、圧縮機２にて圧縮された空気（圧縮空気）が燃焼器３の内筒３１および尾筒３２から燃焼器３内部に供給される。燃焼器３の燃焼室では、この圧縮空気と燃料ノズル３３から噴射された燃料との混合気が燃焼し、高温高圧の燃焼ガスとなる。そして、この燃焼ガスが尾筒３２を介してタービン４に供給される。

［燃焼器の冷却構造］
ここで、燃焼器３では、上記のように高温の燃焼ガスが発生するため、その内筒３１および尾筒３２に以下の冷却構造が設けられている。ここでは、一例として、尾筒３２に採用される冷却構造について説明する（図３〜図５参照）。なお、内筒３１においても尾筒と同様の冷却構造が採用され得る（図示省略）。

燃焼器３の尾筒３２は、その壁部３２１内に多数の冷却空気通路３２２を有する（図４参照）。これらの冷却空気通路３２２は、尾筒３２の壁部３２１の略全域に渡って形成されている。また、冷却空気通路３２２の入口部３２３および出口部３２４は、壁部３２１の外面、内面あるいは端部にて開口している（図３参照）。また、これらの入口部３２３および出口部３２４は、尾筒３２の壁部３２１に多数設けられている。ここで、燃焼器３では、尾筒３２の内部より外部の方が高圧となる。このため、尾筒３２の冷却時には、圧縮機２からの圧縮空気が尾筒３２の外部から入口部３２３を経て冷却空気通路３２２に流入し、冷却空気通路３２２を通って尾筒３２の壁部３２１を対流冷却した後、出口部３２４から尾筒３２の内部（燃焼ガスの通路）に流出する（図４参照）。これにより、尾筒３２の壁部３２１が冷却される。

［冷却空気通路の出口部の形状］
ここで、冷却空気通路３２２の出口部３２４には、燃焼ガスの通路側（尾筒３２の壁部３２１の内面側）の開口部に面取り加工が施されている（図５参照）。具体的には、出口部３２４の開口部にＣ面取り加工（テーパ）が施されている。なお、出口部３２４の面取り加工は、燃焼ガスによる熱条件が厳しい一部の出口部３２４に対してのみ施されても良いし、すべての出口部３２４に施されても良い。

かかる構成では、冷却空気通路３２２の出口部３２４に面取り加工が施されているので、この出口部３２４における応力集中が緩和される。これにより、冷却空気通路３２２の出口部３２４におけるクラックの発生が抑制される利点がある。また、出口部３２４のクラックの発生が抑制されれば疲労クラック発生に対するメタル温度の裕度が増えるため、冷却空気量を減らすことが出来る。すると、燃焼器３での燃料の燃焼に用いられる圧縮ガスの量が増加するので、燃料の燃焼効率が向上する利点がある。

また、かかる構成では、冷却空気が冷却空気通路３２２から燃焼ガスの通路（内筒３１の内部あるいは尾筒３２の内部）に流出するときに、冷却空気通路３２２の出口部３２４の面取り加工部にガイドされて燃焼ガスの通路の壁面（内筒３１の内壁面あるいは尾筒３２の内壁面）に沿って流れる。これにより、内筒３１の内壁面あるいは尾筒３２の内壁面が効率的に冷却されて、出口部３２４におけるクラックの発生が効果的に抑制される利点がある。

なお、このガスタービン１では、冷却空気通路３２２の出口部３２４の面取り加工がＣ面取り加工により行われるが、これは、出口部３２４にＲ面取り加工が施される構成と比較して、加工が容易な点で好ましい。

しかし、これに限らず、出口部３２４の面取り加工がＲ面取り加工により行われても良い（図６参照）。かかる構成では、出口部３２４にＣ面取り加工が施される構成と比較して、出口部３２４における応力集中がより緩和される。これにより、出口部３２４におけるクラックの発生がより効果的に抑制される利点がある。

また、このガスタービン１では、冷却空気通路３２２の出口部３２４の面取り加工がレーザー加工により施されることが好ましい。これにより、面取り加工の加工精度が向上する利点がある。

また、これに限らず、出口部３２４の面取り加工が電解加工により施されることが好ましい。これにより、面取り加工の能率性が向上する利点がある。

また、これに限らず、出口部３２４の面取り加工が放電加工により施されることが好ましい。例えば、面取り加工がワイヤーカット放電加工により行われる。これにより、面取り加工の加工精度が向上する利点がある。

以上のように、本発明にかかるガスタービンは、燃焼器の内筒あるいは尾筒の冷却空気通路の出口部におけるクラックの発生を抑制できる点で有用である。

この発明の実施例にかかるガスタービンを示す構成図である。図１に記載したガスタービンの燃焼器を示す構成図である。図２に記載した燃焼器の尾筒を示す斜視図である。図３に記載した尾筒の壁部を示す破断面図である。図４に記載した尾筒の壁部の冷却孔を示す断面図である。図５に記載した冷却孔の変形例を示す説明図である。

符号の説明

１ガスタービン
２圧縮機
２１車室
３燃焼器
４タービン
４１入口部
５ロータ
３１内筒
３２尾筒
３２１壁部
３２２冷却空気通路
３２３入口部
３２４出口部
３３燃料ノズル

Claims

燃焼ガスを生成する燃焼器を備えるガスタービンであって、
前記燃焼器が燃焼ガスの通路を構成する尾筒および内筒を有すると共に前記尾筒の壁部内あるいは前記内筒の壁部内に冷却空気通路を有し、且つ、前記冷却空気通路の出口部のうち燃焼ガスの通路に開口する出口部には、燃焼ガスの通路側の縁部に面取り加工が施されていることを特徴とするガスタービン。
前記面取り加工がＣ面取り加工により行われる請求項１に記載のガスタービン。
前記面取り加工がＲ面取り加工により行われる請求項１に記載のガスタービン。
前記面取り加工がレーザー加工により施される請求項１〜３のいずれか一つに記載のガスタービン。
前記面取り加工が電解加工により施される請求項１〜３のいずれか一つに記載のガスタービン。
前記面取り加工が放電加工により施される請求項１〜３のいずれか一つに記載のガスタービン。