JP2007309644A - Combustor for gas turbine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a combustor for a gas turbine with uniform combustion in both gas firing and oil firing. <P>SOLUTION: An inner cylinder of the combustor is formed into a trumpet shape with a diameter getting larger along toward a downstream. Oil is prevented from accumulating because a low-velocity area is not generated in the trumpet shape. The oil is further film-cooled by cooling air from a cooling hole having a shape free from a step difference of depositing the oil. A spacer getting to a cause of the low-velocity area of depositing the oil is not installed in the cooling hole. The oil in the vicinity of the cooling hole is blown off by the cooling air. The cooling hole is constituted to make an opening get larger in a portion with a higher calorific value. The used cooling air is small in a portion with a lower calorific value, and the air saved thereby is used for combustion. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、ガスタービン用の燃焼器に関する。   The present invention relates to a combustor for a gas turbine.

ガスタービン用の燃焼器は高温になるため、効果的な冷却手段が求められている。さらに、環境への配慮からNOxを低減する燃焼器が求められている。さらに、ガスと油の両方を燃料とする燃焼器の開発が進められている。   Since the combustor for gas turbine becomes high temperature, an effective cooling means is required. Furthermore, a combustor that reduces NOx is required for environmental considerations. Furthermore, the development of combustors that use both gas and oil as fuel is underway.

燃料と圧縮された空気とを反応させて燃焼ガスを生成し、その燃焼ガスをタービン部に導く燃焼器において、その燃焼ガスを生成する内筒部と、その燃焼ガスをタービン部に導く尾筒とが、一体的に形成されていることを特徴とする燃焼器が知られている。その燃焼器は、内筒部と尾筒とからなる燃焼器部の壁面を冷却する壁面冷却手段を備えている(特許文献1参照)。   In a combustor that reacts fuel and compressed air to generate combustion gas and guides the combustion gas to the turbine part, an inner cylinder part that generates the combustion gas, and a tail cylinder that leads the combustion gas to the turbine part And a combustor characterized in that they are integrally formed. The combustor is provided with wall surface cooling means for cooling the wall surface of the combustor part composed of an inner cylinder part and a tail cylinder (see Patent Document 1).

特開2003−201863号公報JP 2003-201863 A

本発明の目的は、壁面が均一に冷却される燃焼器を提供することである。
本発明の他の目的は、燃焼が均一に行われる燃焼器を提供することである。
本発明の更に他の目的は、油を燃料に用いた場合に油をより完全に燃焼する燃焼器を提供することである。
本発明の更に他の目的は、燃焼振動が小さい燃焼器を提供することである。
本発明の更に他の目的は、冷却空気を節約して燃焼用の空気をより多くする燃焼器を提供することである。
An object of the present invention is to provide a combustor whose wall surface is uniformly cooled.
Another object of the present invention is to provide a combustor in which combustion is performed uniformly.
Still another object of the present invention is to provide a combustor that burns oil more completely when oil is used as fuel.
Still another object of the present invention is to provide a combustor with low combustion vibration.
Still another object of the present invention is to provide a combustor that saves cooling air and provides more combustion air.

以下に、[発明を実施するための最良の形態]で使用される番号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、[特許請求の範囲]の記載と[発明を実施するための最良の形態]との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、[特許請求の範囲]に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。   In the following, means for solving the problem will be described using the numbers used in [Best Mode for Carrying Out the Invention] in parentheses. These numbers are added to clarify the correspondence between the description of [Claims] and [Best Mode for Carrying Out the Invention]. However, these numbers should not be used to interpret the technical scope of the invention described in [Claims].

本発明におけるガスタービン燃焼器(1)は、内部に燃焼領域(8)を形成する燃焼筒(2)と、燃焼筒(2)の燃焼領域(8)の外側の所定領域に設置された音響箱(5)を具備している。音響箱(5)は、油を排出するためのドレン孔(49)を有する。   The gas turbine combustor (1) according to the present invention includes a combustion cylinder (2) that forms a combustion area (8) therein, and an acoustic wave installed in a predetermined area outside the combustion area (8) of the combustion cylinder (2). A box (5) is provided. The acoustic box (5) has a drain hole (49) for discharging oil.

本発明によるガスタービン燃焼器(1)において、燃焼筒(2)は、燃焼領域(8)に面する内壁面と燃焼筒(2)の外部に面する外壁面との間に冷却材が流れる冷却溝(36a、45、46、47)を有する。燃焼筒(2)には所定領域において音響箱(5)の内部と燃焼領域(8)とをつなげる複数の吸音孔(16)が設けられている。冷却溝は、所定領域において吸音孔(16)と連通しないように設けられた第1冷却溝(45)と、所定領域以外の領域に設けられた第2冷却溝(46)とを含む。   In the gas turbine combustor (1) according to the present invention, in the combustion cylinder (2), the coolant flows between the inner wall surface facing the combustion region (8) and the outer wall surface facing the outside of the combustion cylinder (2). It has a cooling groove (36a, 45, 46, 47). The combustion cylinder (2) is provided with a plurality of sound absorbing holes (16) that connect the inside of the acoustic box (5) and the combustion region (8) in a predetermined region. The cooling groove includes a first cooling groove (45) provided so as not to communicate with the sound absorbing hole (16) in a predetermined region, and a second cooling groove (46) provided in a region other than the predetermined region.

本発明によるガスタービン燃焼器(1)において、吸音孔(16)は、燃焼領域(8)に燃料を噴射するノズル(14)を下流側に延長した延長線に近い部分において開口率が大きい。   In the gas turbine combustor (1) according to the present invention, the sound absorption hole (16) has a large opening ratio in a portion close to an extension line in which the nozzle (14) for injecting fuel into the combustion region (8) is extended downstream.

本発明によるガスタービン燃焼器(1)において、所定領域のうち、燃焼筒(2)の中心軸に対して、燃焼領域(8)に燃料を噴射するノズル(14)を下流側に延長した延長線から、燃焼筒(2)の周方向に所定の角度以上離れている部分は、吸音孔(16)が設けられていない。   In the gas turbine combustor (1) according to the present invention, the nozzle (14) for injecting fuel into the combustion region (8) is extended to the downstream side with respect to the central axis of the combustion cylinder (2) in the predetermined region. A portion that is separated from the line by a predetermined angle or more in the circumferential direction of the combustion cylinder (2) is not provided with the sound absorbing hole (16).

本発明によるガスタービン燃焼器(1)において、ドレン孔(49)は、当該ガスタービン燃焼器が運転される状態に設置されたときに、音響箱の鉛直方向の一番低い位置に設けられている。   In the gas turbine combustor (1) according to the present invention, the drain hole (49) is provided at the lowest position in the vertical direction of the acoustic box when the gas turbine combustor is installed in an operating state. Yes.

本発明によるガスタービン燃焼器(1)において、ドレン孔(49)は複数設けられている。当該ガスタービン燃焼器が運転される状態に設置されたときに、燃焼筒(2)に設置された全ての音響箱(5)は、複数のドレン孔(49)のうちのいずれかが鉛直方向の一番低い位置となる。   In the gas turbine combustor (1) according to the present invention, a plurality of drain holes (49) are provided. When all the acoustic boxes (5) installed in the combustion cylinder (2) are installed in a state where the gas turbine combustor is operated, any one of the plurality of drain holes (49) is in the vertical direction. The lowest position.

本発明によれば、壁面が均一に冷却される燃焼器が提供される。
更に本発明によれば、燃焼が均一に行われる燃焼器が提供される。
更に本発明によれば、油を燃料に用いた場合に油をより完全に燃焼する燃焼器が提供される。
更に本発明によれば、燃焼振動が小さい燃焼器が提供される。
更に本発明によれば、冷却空気を節約して燃焼用の空気をより多くする燃焼器が提供される。
According to the present invention, a combustor whose wall surface is uniformly cooled is provided.
Furthermore, according to the present invention, a combustor in which combustion is performed uniformly is provided.
Furthermore, the present invention provides a combustor that burns oil more completely when oil is used as fuel.
Furthermore, according to the present invention, a combustor with low combustion vibration is provided.
Furthermore, the present invention provides a combustor that saves cooling air and increases the amount of combustion air.

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

図1を参照すると、ガスタービンの燃焼器1が示されている。燃焼器1は、地面に対して固定された車室壁により形成される車室4の内部に設置されている。燃焼器1は、内部に燃焼領域を形成する燃焼筒2と、燃焼筒2の下流側(タービンに近い側)に接続された尾筒3とを備えている。燃焼筒は、従来は中心軸に垂直な断面積がほぼ一定のストレート型の円筒形の燃焼筒であるのが通常であった。本実施の形態における燃焼筒2は、より尾筒に近い側ほど幅がより広い、すなわち中心軸に垂直な断面の直径がより大きいラッパ型をしている。ラッパ型の母線は直線であることが好ましい。   Referring to FIG. 1, a gas turbine combustor 1 is shown. The combustor 1 is installed in a passenger compartment 4 formed by a passenger compartment wall fixed to the ground. The combustor 1 includes a combustion cylinder 2 that forms a combustion region therein, and a tail cylinder 3 connected to the downstream side of the combustion cylinder 2 (the side close to the turbine). Conventionally, the combustion cylinder is usually a straight cylindrical combustion cylinder having a substantially constant cross-sectional area perpendicular to the central axis. The combustion cylinder 2 in the present embodiment has a trumpet shape that is wider toward the side closer to the tail cylinder, that is, has a larger cross-sectional diameter perpendicular to the central axis. The trumpet bus is preferably a straight line.

燃焼筒2にはバイパス空気を取り込むためのバイパス6が取り付けられている。燃焼筒2の外壁には、音響箱5が設置されている。音響箱5は、図1においては燃焼筒2を周方向に全周取り巻く帯状の形状をしているが、この形状に限られず、他の形状でもよい。   A bypass 6 for taking in bypass air is attached to the combustion cylinder 2. An acoustic box 5 is installed on the outer wall of the combustion cylinder 2. In FIG. 1, the acoustic box 5 has a belt-like shape that surrounds the entire circumference of the combustion cylinder 2 in the circumferential direction, but is not limited to this shape, and may have other shapes.

図2を参照すると、燃焼器1の燃焼筒2の付近の断面図が示されている。燃焼筒2の内部の空間は燃焼領域8である。燃焼領域8には、段差(壁面の形状の不連続な変化)がない。   Referring to FIG. 2, a cross-sectional view of the vicinity of the combustion cylinder 2 of the combustor 1 is shown. A space inside the combustion cylinder 2 is a combustion region 8. The combustion region 8 has no step (discontinuous change in the shape of the wall surface).

燃焼筒2の上流側には、外側リング構造Aを介して、略円筒形のノズル保持筒13が接続されている。ノズル保持筒13の中心軸上にはパイロットノズル12が設置されている。ノズル保持筒13の中心軸から所定の半径上には、パイロットノズル12を取り巻くように複数のメインノズル14が設置されている。   A substantially cylindrical nozzle holding cylinder 13 is connected to the upstream side of the combustion cylinder 2 via an outer ring structure A. A pilot nozzle 12 is installed on the central axis of the nozzle holding cylinder 13. A plurality of main nozzles 14 are installed on a predetermined radius from the central axis of the nozzle holding cylinder 13 so as to surround the pilot nozzle 12.

パイロットノズル12と複数のメインノズル14とは、天然ガスを噴出することができる。パイロットノズル12と複数のメインノズル14とは、オペレーターが運転のモードを切り替えることにより、油燃料を噴出することができる。   The pilot nozzle 12 and the plurality of main nozzles 14 can eject natural gas. The pilot nozzle 12 and the plurality of main nozzles 14 can eject oil fuel when the operator switches the operation mode.

メインノズル14の下流側には、燃料と空気の流れを一旦絞るための延長管15が設けられている。延長管がない場合、燃料と空気が十分に混合する前に広い空間に放出されることとなるため、混合が不十分な状態で燃焼してしまい、NOxの低減が不十分となる。さらに、低流速域が存在することになり、燃料濃度の濃い部分ができるため、逆火(フラッシュバック、下流側の火炎が上流側に残存する火炎に燃えうつる現象)が発生しやすくなる。   An extension pipe 15 is provided on the downstream side of the main nozzle 14 for once restricting the flow of fuel and air. When there is no extension pipe, the fuel and air are discharged into a wide space before being sufficiently mixed, and thus combustion occurs in an insufficiently mixed state, resulting in insufficient NOx reduction. Further, since a low flow velocity region exists and a portion having a high fuel concentration is formed, backfire (flashback, a phenomenon in which the flame on the downstream side burns into the flame remaining on the upstream side) is likely to occur.

延長管は、燃料と空気が混合するための領域の軸方向の距離を確保するためのものであり、流速も低下させないことから、逆火の可能性を低減し、燃料と空気が十分に混合された予混合気が生成される。この延長管の下流側の先端部から下流側に400mmまでの壁面の温度が著しく高温となるため、特に冷却が必要となる。   The extension pipe is to secure the axial distance of the area where fuel and air are mixed, and since the flow velocity is not reduced, the possibility of flashback is reduced and the fuel and air are mixed sufficiently. A premixed gas mixture is generated. Since the temperature of the wall surface from the downstream end portion of the extension pipe to the downstream side is extremely high up to 400 mm, cooling is particularly necessary.

燃焼筒2の下流側の端の近くには、出口絞り17が設置されている。燃焼筒2の下流側には尾筒3が接続されている。出口絞り17は、燃焼筒2の内壁に取り付けられ、燃焼領域8の中心側へ突き出た構造となっている。出口絞り17により、壁面近傍のフィルム空気などの冷たい空気と燃焼器の中心部の高温ガスとが混合される。壁面近傍のフィルム空気などの冷たい空気と燃焼器の中心部の高温ガスとが混合せずにそのままタービン部に流入するとタービンの信頼性が低下するため、出口絞り17を設けることはタービンの信頼性向上に有益である。   An exit throttle 17 is installed near the downstream end of the combustion cylinder 2. A tail cylinder 3 is connected to the downstream side of the combustion cylinder 2. The outlet throttle 17 is attached to the inner wall of the combustion cylinder 2 and protrudes toward the center of the combustion region 8. The outlet throttle 17 mixes cold air such as film air near the wall surface with hot gas at the center of the combustor. If the cold air such as film air near the wall surface and the high temperature gas at the center of the combustor flow into the turbine section without mixing, the reliability of the turbine is lowered. Useful for improvement.

音響箱5が設置されている領域における燃焼筒2の壁面には、多数の吸音孔16が設けられている。吸音孔16により、燃焼領域8と音響箱5の内部とは連通している。音響箱5と吸音孔16とを合わせて音響ライナと呼ばれる。吸音孔16の開口率は、燃焼筒2の周方向に変化する。燃焼筒2のうち、メインノズル14の下流に近い部分は高温となり、メインノズルから周方向の角度が離れている部分は相対的に低温となる。吸音孔16は、メインノズルの下流に位置し高温になる部分で開口率が大きく、メインノズルから周方向の角度が離れている部分では開口率が小さい。又は、メインノズルを下流に延長した延長線から、燃焼筒2の周方向の角度が所定の角度以上、離れている部分には、吸音孔16が設けられていない。   A number of sound absorbing holes 16 are provided in the wall surface of the combustion cylinder 2 in the region where the acoustic box 5 is installed. The combustion area 8 and the inside of the acoustic box 5 communicate with each other through the sound absorbing holes 16. The acoustic box 5 and the sound absorption holes 16 are collectively referred to as an acoustic liner. The aperture ratio of the sound absorbing holes 16 changes in the circumferential direction of the combustion cylinder 2. A portion of the combustion cylinder 2 that is close to the downstream of the main nozzle 14 is hot, and a portion that is away from the main nozzle in the circumferential direction is relatively cold. The sound absorbing hole 16 has a large opening ratio at a portion that is located downstream of the main nozzle and becomes high temperature, and has a small opening ratio at a portion that is away from the main nozzle in the circumferential direction. Or the sound absorption hole 16 is not provided in the part which the angle of the circumferential direction of the combustion cylinder 2 is more than the predetermined angle from the extension line which extended the main nozzle downstream.

図3を参照すると、外側リング構造Aの付近の構造が示されている。外側リング構造Aの付近で、燃焼筒2は上流端においてノズル保持筒取付部19の下流端に接続されている。ノズル保持筒取付部19(車室4に面した壁)は、ノズル保持筒13の近くで直径が大きくなる方向に屈曲して、ノズル保持筒13の下流側の端部に接続している。   Referring to FIG. 3, the structure near the outer ring structure A is shown. In the vicinity of the outer ring structure A, the combustion cylinder 2 is connected to the downstream end of the nozzle holding cylinder mounting portion 19 at the upstream end. The nozzle holding cylinder mounting portion 19 (the wall facing the vehicle compartment 4) is bent in the direction of increasing the diameter near the nozzle holding cylinder 13 and is connected to the downstream end of the nozzle holding cylinder 13.

ノズル保持筒取付部19の内周側、かつ延長管15の外周側には、延長管外側スペース20がある。ノズル保持筒取付部19には、延長管外側スペース20に冷却用空気を取り込むための冷却用空気孔22が設けられている。延長管15の下流端とノズル保持筒取付部19との間には、隙間24が設けられている。   There is an extension pipe outer space 20 on the inner peripheral side of the nozzle holding cylinder mounting portion 19 and on the outer peripheral side of the extension pipe 15. The nozzle holding cylinder mounting portion 19 is provided with a cooling air hole 22 for taking cooling air into the extension pipe outer space 20. A gap 24 is provided between the downstream end of the extension pipe 15 and the nozzle holding cylinder mounting portion 19.

延長管15の下流端に対応する位置の燃焼筒2には、外側リング18が燃焼筒2の全内周にわたって連続して設けられている。すなわち、外側リング18は燃焼筒2の中心軸を中心とした回転対称形をしている。   An outer ring 18 is provided continuously over the entire inner circumference of the combustion cylinder 2 in the combustion cylinder 2 at a position corresponding to the downstream end of the extension pipe 15. That is, the outer ring 18 has a rotationally symmetric shape around the central axis of the combustion cylinder 2.

外側リング18は、ガイド23を備えている。ガイド23も、燃焼筒2の全内周にわたって連続して設けられている。すなわち、燃焼筒2の中心軸を中心とした回転対称形をしている。外側リング18とガイドによって形成されるスペースは以後、ガイドスペース28と呼ばれる。   The outer ring 18 includes a guide 23. The guide 23 is also provided continuously over the entire inner circumference of the combustion cylinder 2. That is, it has a rotationally symmetrical shape around the central axis of the combustion cylinder 2. The space formed by the outer ring 18 and the guide is hereinafter referred to as the guide space 28.

ガイド23が設けられている位置に対応する燃焼筒2の壁には車室4からガイドスペース28に冷却空気を導入するための吸気孔27が設けられている。ガイドスペース28の下流端は開口しており、その開口は以後、噴出口29と呼ばれる。   An intake hole 27 for introducing cooling air from the vehicle compartment 4 to the guide space 28 is provided in the wall of the combustion cylinder 2 corresponding to the position where the guide 23 is provided. The downstream end of the guide space 28 is open, and the opening is hereinafter referred to as a spout 29.

吸気孔27から噴出口29までの距離は、充分に小さい。そのため、噴出口29から噴出する冷却空気は、ガイド23に沿って流れる冷却空気の流れによる動圧を有する。言い換えれば、ガイド23は、吸気孔27からガイドスペース28に冷却空気が導入されるときに有する燃焼筒2の内周向きの運動量を、燃焼筒2の下流向きの運動量に変えて、噴出口29から冷却空気を下流側へ向けて噴出する。   The distance from the intake hole 27 to the jet outlet 29 is sufficiently small. Therefore, the cooling air ejected from the ejection port 29 has a dynamic pressure due to the flow of the cooling air flowing along the guide 23. In other words, the guide 23 changes the momentum in the inner peripheral direction of the combustion cylinder 2 when the cooling air is introduced from the intake hole 27 into the guide space 28 to the momentum in the downstream direction of the combustion cylinder 2, and Cooling air is ejected from the downstream.

その結果、得られる動圧の寄与は、ガイドスペース28の気圧と燃焼領域8の気圧との差による静圧の寄与よりも大きい。すなわち、ガイドスペース28から噴出口29を介して燃焼領域8に噴出する冷却空気の流れの運動エネルギーの相当な部分は、車室4から吸気孔27を介して吹き込むときの冷却空気の流れの運動エネルギーによって供給される。   As a result, the dynamic pressure contribution obtained is greater than the static pressure contribution due to the difference between the pressure in the guide space 28 and the pressure in the combustion region 8. That is, a substantial portion of the kinetic energy of the flow of cooling air ejected from the guide space 28 to the combustion region 8 via the ejection port 29 is the motion of the cooling air flow when blown from the vehicle compartment 4 via the intake hole 27. Supplied by energy.

図4を参照すると、噴出口29の付近の冷却空気の流れが示されている。吸気孔27から吹き込んだ冷却空気の一部は、ガイド23の壁面に衝突して向きを変え、噴出口29に向かう。吸気孔27から噴出口29への距離は短いため、吸気孔27を通過する空気の動圧が有効にフィルム空気の形成に利用される。吸気孔27から吹き込んだ冷却空気の他の一部は、ガイド23の壁面に衝突して向きを変えていったん噴出口29の反対方向へ向く流れとなった後、ガイド23と外側リング18とによって形成される空間の奥の壁面に衝突して流れの向きが反転し、噴出口29に向かう。この場合の吸気孔27から噴出口29までの距離も、吸気孔27を通過する空気の動圧が有効にフィルム空気の形成に利用されるように短いことが好ましい。これにより、燃焼筒2の内部における主な流れの方向に速い速度でフィルム空気を噴出できるので、逆流の巻き込みが防止され、高いフィルム効率が達成される。高いフィルム効率を達成するためには、吸気孔27と噴出口29との間の流路に支持用の部材などがないことが好ましい。支持用の部材があると、その下流側で流速が落ち、逆流を巻き込む可能性が生じる。   Referring to FIG. 4, the flow of cooling air near the jet outlet 29 is shown. A part of the cooling air blown from the intake hole 27 collides with the wall surface of the guide 23 and changes its direction, and goes to the jet outlet 29. Since the distance from the suction hole 27 to the jet outlet 29 is short, the dynamic pressure of the air passing through the suction hole 27 is effectively used for forming film air. The other part of the cooling air blown from the intake hole 27 collides with the wall surface of the guide 23 and changes its direction to once flow in the direction opposite to the ejection port 29, and then is guided by the guide 23 and the outer ring 18. It collides with the inner wall of the space to be formed, the direction of the flow is reversed, and it heads toward the jet outlet 29. In this case, the distance from the intake hole 27 to the jet outlet 29 is also preferably short so that the dynamic pressure of the air passing through the intake hole 27 is effectively used for forming film air. Thereby, since film air can be ejected at a high speed in the direction of the main flow in the inside of the combustion cylinder 2, the entrainment of the backflow is prevented and high film efficiency is achieved. In order to achieve high film efficiency, it is preferable that there is no supporting member or the like in the flow path between the intake hole 27 and the ejection port 29. If there is a supporting member, the flow velocity is lowered on the downstream side, and there is a possibility that a reverse flow is involved.

なお、図4に示すガイド23、吸気孔27、ガイドスペース28、噴出口29の構造は、燃焼筒の特に冷却したい他の部分にも設けることが可能である。その場合でも、図4に示す構造による冷却は、油燃料が溜まる場所を形成せずに行うことが可能である。   The structure of the guide 23, the intake hole 27, the guide space 28, and the jet port 29 shown in FIG. 4 can be provided also in other portions of the combustion cylinder that are particularly desired to be cooled. Even in that case, the cooling by the structure shown in FIG. 4 can be performed without forming a place where the oil fuel is accumulated.

図5を参照すると、燃焼筒2の壁面を形成する板の基本的な構造が破断斜視図により示されている。燃焼筒2は、燃焼領域8に面する内壁36と、車室4に面する外壁37とを一体に接合することにより形成されている。内壁36と外壁37との間には冷却用の空気または水蒸気が通る多数の溝36aが設けられている。溝36aは、ラッパ型の母線に概ね平行な方向を向いている。外壁37には入口37aが設けられている。車室4と溝36aとは入口37を介して連通する。内壁36には出口37bが設けられている。燃焼領域8と溝36aとは出口37bを介して連通する。   Referring to FIG. 5, the basic structure of the plate forming the wall surface of the combustion cylinder 2 is shown by a broken perspective view. The combustion cylinder 2 is formed by integrally joining an inner wall 36 facing the combustion region 8 and an outer wall 37 facing the vehicle compartment 4. A large number of grooves 36 a through which cooling air or water vapor passes are provided between the inner wall 36 and the outer wall 37. The groove 36a faces in a direction substantially parallel to the trumpet bus. The outer wall 37 is provided with an inlet 37a. The vehicle compartment 4 and the groove 36 a communicate with each other through an entrance 37. The inner wall 36 is provided with an outlet 37b. The combustion region 8 and the groove 36a communicate with each other through an outlet 37b.

溝36a、入口37a、及び出口37bの位置は、燃焼筒2に設けられている構造物に応じて多少変化する。その変化が図6(a)および図6(b)に示されている。   The positions of the groove 36 a, the inlet 37 a, and the outlet 37 b slightly change according to the structure provided in the combustion cylinder 2. The change is shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b).

図6(a)および図6(b)を参照すると、音響箱5が設けられている付近における冷却用の溝の配置が示されている。図6(a)は燃焼筒2の中心軸を含む平面で燃焼筒2の壁面を切断した断面図であり、右側が下流側である。図6(b)は燃焼筒2の壁面が延長する方向に平行に壁面を切断した断面図であり、図6(a)に位置対応して右側が下流側である。   6A and 6B, the arrangement of cooling grooves in the vicinity where the acoustic box 5 is provided is shown. FIG. 6A is a cross-sectional view of a wall surface of the combustion cylinder 2 cut along a plane including the central axis of the combustion cylinder 2, and the right side is the downstream side. FIG. 6B is a cross-sectional view in which the wall surface is cut parallel to the direction in which the wall surface of the combustion cylinder 2 extends, and the right side corresponds to the downstream side corresponding to the position in FIG.

燃焼筒2の壁面のうち音響箱5と吸音孔16により音響ライナが形成されている領域には、音響ライナ冷却溝45が設けられている。音響ライナ冷却溝45は、図5における溝36aに対応する。音響ライナ冷却溝45は、吸音孔16が設けられている位置を避けて、すなわち吸音孔16と連通しないように設けられている。音響ライナ冷却溝45は、音響ライナよりも上流側の外壁に設けられた入口42を介して車室4に連通している。入口42は、図5における入口37aに対応している。音響ライナ冷却溝45は、音響ライナよりも下流側まで延長している。   An acoustic liner cooling groove 45 is provided in a region of the wall surface of the combustion cylinder 2 where the acoustic liner is formed by the acoustic box 5 and the sound absorbing holes 16. The acoustic liner cooling groove 45 corresponds to the groove 36a in FIG. The acoustic liner cooling groove 45 is provided so as to avoid the position where the sound absorbing hole 16 is provided, that is, so as not to communicate with the sound absorbing hole 16. The acoustic liner cooling groove 45 communicates with the vehicle compartment 4 via an inlet 42 provided on the outer wall on the upstream side of the acoustic liner. The inlet 42 corresponds to the inlet 37a in FIG. The acoustic liner cooling groove 45 extends to the downstream side of the acoustic liner.

燃焼筒2の壁面のうち音響ライナよりも下流側には、音響ライナ冷却溝45に平行に並行して、冷却溝46が設けられている。冷却溝46は、図5における溝36aに対応する。冷却溝46は、その上流側の延長線上に吸音孔16がある位置に設けられている。冷却溝46の上流側の端は、音響箱5よりも少し下流側の外壁に設けられた入口42aを介して車室4に連通している。   A cooling groove 46 is provided in parallel with the acoustic liner cooling groove 45 on the downstream side of the acoustic liner in the wall surface of the combustion cylinder 2. The cooling groove 46 corresponds to the groove 36a in FIG. The cooling groove 46 is provided at a position where the sound absorbing hole 16 is located on the extension line on the upstream side. The upstream end of the cooling groove 46 communicates with the vehicle compartment 4 via an inlet 42 a provided on the outer wall slightly downstream of the acoustic box 5.

音響ライナ冷却溝45と冷却溝46とのうち、下流側の延長線上に出口絞り17、スプリングクリップ、またはバギークリップの溶接部等の障害物がある溝は、下流側の端が出口絞り17よりも少し上流側の外壁に設けられた出口44を介して車室4に連通している。   Among the acoustic liner cooling groove 45 and the cooling groove 46, a groove having an obstacle such as a welded portion of the outlet throttle 17, the spring clip, or the buggy clip on the downstream extension line has a downstream end from the outlet throttle 17. Further, it communicates with the passenger compartment 4 through an outlet 44 provided on the outer wall slightly upstream.

音響ライナ冷却溝45と冷却溝46とのうち、出口44を有しない溝である出口端面冷却溝47は、出口44よりさらに下流側まで延長している。出口端面冷却溝47は、出口絞り17、スプリングクリップ、またはバギークリップの溶接部等の近傍を通り、燃焼筒2の下流側の端で燃焼領域8と連通している。   Of the acoustic liner cooling groove 45 and the cooling groove 46, the outlet end surface cooling groove 47, which is a groove that does not have the outlet 44, extends further downstream than the outlet 44. The outlet end surface cooling groove 47 passes through the vicinity of the outlet throttle 17, the spring clip, or the welded portion of the buggy clip, and communicates with the combustion region 8 at the downstream end of the combustion cylinder 2.

図6(a)および図6(b)に示される音響ライナ冷却溝45と冷却溝46による対流冷却、及びフィルム冷却を行うための出口44は、上述のように延長管の下流端から400mm以内が高温となるため、延長管の出口から下流側に400mm以内に設けられている。それ以上メインノズル14から離れている部位においては、冷却用の空気はまったく用いられないか、または少量だけ用いられることが好ましい。   The outlet 44 for performing convection cooling and film cooling by the acoustic liner cooling groove 45 and the cooling groove 46 shown in FIGS. 6A and 6B is within 400 mm from the downstream end of the extension pipe as described above. Since it becomes high temperature, it is provided within 400 mm downstream from the outlet of the extension pipe. In a part further away from the main nozzle 14, it is preferable that no cooling air is used or only a small amount is used.

音響箱5の壁面には、ドレン孔49が設けられている。燃料として油が使用された場合、音響箱5の内部に侵入した油はドレン孔49から排出されるため音響箱5の内部に溜まらない。なお、音響箱5を備えた燃焼筒2は、ガスタービンの周方向に複数設置されるが、どの位置に設置されても、油が排出されるようにドレン孔49は、燃焼筒2がガスタービンに設置されたときに、音響箱5の下部に位置するように形成される。または、ドレン孔49は音響箱5に複数、設けられ、音響箱がガスタービンの周方向のどの位置に設置されても、複数のドレン孔49のうちのいずれかは、音響箱5の下部に位置するように形成される。 A drain hole 49 is provided on the wall surface of the acoustic box 5. When oil is used as the fuel, the oil that has entered the inside of the acoustic box 5 is discharged from the drain hole 49 and therefore does not accumulate inside the acoustic box 5. Note that a plurality of combustion cylinders 2 including the acoustic box 5 are installed in the circumferential direction of the gas turbine. However, the drain hole 49 is configured so that the combustion cylinder 2 is a gas so that oil is discharged at any position. When installed in the turbine, it is formed so as to be positioned below the acoustic box 5. Alternatively, a plurality of drain holes 49 are provided in the acoustic box 5, and any one of the plurality of drain holes 49 is formed in the lower part of the acoustic box 5, no matter where the acoustic box is installed in the circumferential direction of the gas turbine. It is formed to be located.

以上の構成を備えた燃焼器は、以下のように動作する。   The combustor having the above configuration operates as follows.

燃焼器1を含むガスタービンプラントが起動されると、図示しない圧縮機から吐出された圧縮空気が車室4に送り込まれる。圧縮空気はさらに、車室4から燃焼器1に送り込まれる。   When the gas turbine plant including the combustor 1 is started, compressed air discharged from a compressor (not shown) is sent into the vehicle compartment 4. The compressed air is further fed from the passenger compartment 4 to the combustor 1.

燃焼器1に送り込まれた空気は、パイロットノズル12から噴射される燃料と混合されて着火され、パイロットノズル12の下流に火炎が生成される。メインノズル14が吹き出す燃料はパイロットノズル12の火炎に着火され、各々のメインノズル14の下流に火炎が生成される。燃焼領域8は高温の燃焼ガスで満たされる。燃焼ガスは、尾筒3を介して下流側に接続された図示しないタービンに導入される。   The air sent to the combustor 1 is mixed with fuel injected from the pilot nozzle 12 and ignited, and a flame is generated downstream of the pilot nozzle 12. The fuel blown from the main nozzle 14 is ignited by the flame of the pilot nozzle 12, and a flame is generated downstream of each main nozzle 14. The combustion region 8 is filled with hot combustion gas. The combustion gas is introduced into a turbine (not shown) connected to the downstream side via the transition piece 3.

燃焼筒2には燃焼振動が発生する。燃焼筒2に固有の振動数の燃焼振動は、音響箱5で共鳴し、吸音孔16で減衰される。その結果、燃焼振動は低減する。   Combustion vibration is generated in the combustion cylinder 2. Combustion vibration having a frequency unique to the combustion cylinder 2 resonates in the acoustic box 5 and is attenuated by the sound absorption hole 16. As a result, combustion vibration is reduced.

燃焼筒2は連続して直径が増加するラッパ型をなしているため、燃焼ガスの流れに淀み(周辺に比べて流速が低い領域)が発生することが防止されている。そのため、油焚き運転(パイロットノズル12、メインノズル14から油が噴射されて燃焼される運転状態)のときに淀みに油が溜まる現象が防止される。   Since the combustion cylinder 2 has a trumpet shape in which the diameter continuously increases, the combustion gas flow is prevented from stagnation (a region where the flow velocity is lower than the surroundings). For this reason, a phenomenon in which oil accumulates in the stagnation during oil burning operation (an operation state in which oil is injected and burned from the pilot nozzle 12 and the main nozzle 14) is prevented.

噴出口29の付近に油燃料が付着した場合、噴出口29から吹き出される冷却空気は下流側へ向かう動圧を有するために、油燃料は吹き飛ばされる。噴出口29は外側リング21の全周にわたって開口しており、冷却空気の噴出を妨げるスペーサ等の障害物が無いため、噴出口29の付近に油燃料が溜まることが防止される。   When oil fuel adheres to the vicinity of the jet outlet 29, the cooling air blown out from the jet outlet 29 has a dynamic pressure toward the downstream side, so that the oil fuel is blown away. The jet port 29 is opened over the entire circumference of the outer ring 21 and there is no obstacle such as a spacer that prevents the cooling air from being jetted, so that oil fuel is prevented from accumulating in the vicinity of the jet port 29.

噴出口29から噴出される冷却空気は、動圧の寄与が大きいために、強い力で燃焼筒2の内壁付近を流れる。そのため、噴出口29の下流側における燃焼筒2の内壁付近の圧力分布に影響を受けることが少なく、内壁は均一に冷却される。   Since the cooling air ejected from the ejection port 29 greatly contributes to the dynamic pressure, it flows near the inner wall of the combustion cylinder 2 with a strong force. Therefore, it is less affected by the pressure distribution near the inner wall of the combustion cylinder 2 on the downstream side of the jet port 29, and the inner wall is cooled uniformly.

車室4の圧縮空気は、圧力差により冷却用空気孔22から延長管外側スペース20に吹き込む。吹き込んだ冷却用の空気は、隙間24を通って燃焼領域8の方向に噴出され、フィルム冷却に用いられる。   The compressed air in the passenger compartment 4 is blown into the extension pipe outer space 20 from the cooling air hole 22 due to a pressure difference. The cooling air blown in is blown out toward the combustion region 8 through the gap 24 and used for film cooling.

噴出口29から噴出される空気、及び隙間24から噴出される空気により、燃焼筒2の内壁がフィルム冷却される。フィルム冷却により、内壁の近傍における燃料の濃度が低下する。その結果、内壁の近傍でも燃焼が防止され、下流側から上流側へ火炎が戻る現象が防止される。そのため、外側リングの壁面が過熱状態になること、及び燃焼が不均一になることが防止される。さらに、メインノズル14から延びる火炎が下流方向に長い火炎となるため、予混合気が燃焼器内で混合され、NOxが低下する。さらに、熱が均一になり集中しないため、軸方向モードの振動が抑制される。さらに、壁面の近傍での発熱量は小さいため、周方向モードの振動燃焼が抑制される。   The inner wall of the combustion cylinder 2 is film-cooled by the air ejected from the ejection port 29 and the air ejected from the gap 24. Film concentration reduces the concentration of fuel in the vicinity of the inner wall. As a result, combustion is prevented even in the vicinity of the inner wall, and a phenomenon in which the flame returns from the downstream side to the upstream side is prevented. Therefore, the wall surface of the outer ring is prevented from being overheated and the combustion is prevented from becoming uneven. Further, since the flame extending from the main nozzle 14 becomes a long flame in the downstream direction, the premixed gas is mixed in the combustor and NOx is lowered. Furthermore, since the heat becomes uniform and does not concentrate, the vibration in the axial direction is suppressed. Further, since the amount of heat generated in the vicinity of the wall surface is small, vibration combustion in the circumferential mode is suppressed.

車室4の空気は、入口42より音響ライナ冷却溝45に流入する。音響ライナ冷却溝45に流れる冷却空気により、吸音孔16が開けられている部分の壁面も冷却される。   The air in the passenger compartment 4 flows into the acoustic liner cooling groove 45 from the inlet 42. The wall surface of the portion where the sound absorbing hole 16 is opened is also cooled by the cooling air flowing through the acoustic liner cooling groove 45.

車室4の空気は、入口42aより冷却溝46に流入する。音響ライナよりも下流側では、音響ライナ冷却溝45と冷却溝46とにより壁面が効果的に冷却される。   The air in the passenger compartment 4 flows into the cooling groove 46 from the inlet 42a. On the downstream side of the acoustic liner, the wall surface is effectively cooled by the acoustic liner cooling groove 45 and the cooling groove 46.

音響ライナ冷却溝45を流れる冷却空気と冷却溝46を流れる冷却空気のうちの一部は、出口44より燃焼領域8の側に噴出して内壁をフィルム冷却する。この形状の出口44には、フィルム冷却をするための噴出口の付近に低流速の領域がないため、油焚きによって燃焼器1が運転されるときに油が付着し溜まることが防止される。   A part of the cooling air flowing through the acoustic liner cooling groove 45 and the cooling air flowing through the cooling groove 46 is jetted from the outlet 44 toward the combustion region 8 to cool the inner wall with a film. Since the outlet 44 of this shape does not have a low flow velocity region in the vicinity of the jet outlet for cooling the film, oil is prevented from adhering and accumulating when the combustor 1 is operated by oiling.

出口44から噴出された空気により、燃焼筒2の内壁と尾筒3の内壁とがフィルム冷却される。フィルム冷却により、内壁の近傍における燃料の濃度が低下する。その結果、内壁の近傍でも燃焼が防止され、下流側から上流側へ火炎が戻る現象が防止される。そのため、外側リングの壁面が過熱状態になること、及び燃焼が不均一になることが防止される。さらに、メインノズル14から延びる火炎が下流方向に長い火炎となるため、予混合気が燃焼器内で混合され、NOxが低下する。さらに、熱が均一になり集中しないため、軸方向モードの振動が抑制される。さらに、壁面の近傍での発熱量は小さいため、周方向モードの振動燃焼が抑制される。   The air jetted from the outlet 44 cools the inner wall of the combustion cylinder 2 and the inner wall of the tail cylinder 3 with film. Film concentration reduces the concentration of fuel in the vicinity of the inner wall. As a result, combustion is prevented even in the vicinity of the inner wall, and a phenomenon in which the flame returns from the downstream side to the upstream side is prevented. Therefore, the wall surface of the outer ring is prevented from being overheated and the combustion is prevented from becoming uneven. Further, since the flame extending from the main nozzle 14 becomes a long flame in the downstream direction, the premixed gas is mixed in the combustor and NOx is lowered. Furthermore, since the heat becomes uniform and does not concentrate, the vibration in the axial direction is suppressed. Further, since the amount of heat generated in the vicinity of the wall surface is small, vibration combustion in the circumferential mode is suppressed.

出口44は、出口絞り17の直前に設けられている。出口絞り17はガスパス中に設置された部品であるため冷却が困難であるが、出口44から噴出する冷却空気によるフィルム冷却により、出口絞り17のメタル温度が低下し、寿命が延びる。   The outlet 44 is provided immediately before the outlet throttle 17. Although the outlet throttle 17 is a component installed in the gas path, it is difficult to cool the outlet throttle 17, but the metal temperature of the outlet throttle 17 is lowered by the film cooling by the cooling air ejected from the outlet 44, thereby extending the life.

出口端面冷却溝47は、出口絞り17よりも下流の壁面を冷却する。そのため、出口絞り17、スプリングクリップ、またはバギークリップの溶接部等がある壁面も冷却され、その部位のメタル温度が低下し、寿命が延びる。   The outlet end surface cooling groove 47 cools the wall surface downstream of the outlet throttle 17. Therefore, the wall surface on which the outlet throttle 17, the spring clip, the buggy clip welded portion, and the like are also cooled, the metal temperature of the portion is lowered, and the life is extended.

メインノズル14から下流側に400mm以上離れている部位においては、冷却用の空気はまったく用いられないか、または少量だけ用いられない。そのため、より多くの空気を燃焼用に使用することができ、NOxが低減される。   In the part which is separated from the main nozzle 14 by 400 mm or more on the downstream side, the cooling air is not used at all or only a small amount is not used. Therefore, more air can be used for combustion, and NOx is reduced.

こうした燃焼器1によれば、燃焼筒と尾筒の壁面温度が低く保たれ、寿命が延びる。さらに、火炎が長い長火炎となるため、NOxが低減され、振動燃焼を起こすことを防ぐことができる。   According to such a combustor 1, the wall surface temperature of a combustion cylinder and a tail cylinder is kept low, and lifetime is extended. Furthermore, since the flame becomes a long flame, NOx can be reduced and vibration combustion can be prevented from occurring.

図1は、ガスタービン燃焼器を示す。FIG. 1 shows a gas turbine combustor. 図2は、燃焼筒の断面図を示す。FIG. 2 shows a cross-sectional view of the combustion cylinder. 図3は、外側リング構造を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing the outer ring structure. 図4は、外側リングスペースにおける冷却ガスの流れを示す。FIG. 4 shows the cooling gas flow in the outer ring space. 図5は、燃焼筒の壁面の構造を示す破断斜視図である。FIG. 5 is a cutaway perspective view showing the structure of the wall surface of the combustion cylinder. 図6は、冷却用の溝の配置を示す側面図及び上面図である。FIG. 6 is a side view and a top view showing the arrangement of the cooling grooves.

符号の説明Explanation of symbols

1…燃焼器
2…燃焼筒
3…尾筒
4…車室
5…音響箱
6…バイパス
8…燃焼領域
12…パイロットノズル
13…ノズル保持筒
14…メインノズル
15…延長管
16…吸音孔
17…出口絞り
18…外側リング
19…ノズル保持筒取付部
20…延長管外側スペース
21…外側リング
22…冷却用空気孔
24…隙間
27…吸気孔
28…ガイドスペース
29…噴出口
36…内壁
37…外壁
36a…溝
37a…入口
37b…出口
42、42a…入口
44…出口
45…音響ライナ冷却溝
46…冷却溝
47…出口端面冷却溝
49…ドレン孔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Combustor 2 ... Combustion cylinder 3 ... Tail cylinder 4 ... Cabin 5: Acoustic box 6 ... Bypass 8 ... Combustion area 12 ... Pilot nozzle 13 ... Nozzle holding cylinder 14 ... Main nozzle 15 ... Extension pipe 16 ... Sound absorption hole 17 ... Outlet throttle 18 ... Outer ring 19 ... Nozzle holding cylinder mounting portion 20 ... Extension pipe outer space 21 ... Outer ring 22 ... Cooling air hole 24 ... Gap 27 ... Intake hole 28 ... Guide space 29 ... Jet outlet 36 ... Inner wall 37 ... Outer wall 36a ... groove 37a ... inlet 37b ... outlet 42, 42a ... inlet 44 ... outlet 45 ... acoustic liner cooling groove 46 ... cooling groove 47 ... outlet end face cooling groove 49 ... drain hole

Claims (6)

内部に燃焼領域を形成する燃焼筒と、
前記燃焼筒の外側の所定領域に設置された音響箱と、
前記燃焼領域に燃焼用の油を噴射するノズルとを具備し、
前記音響箱は、油を排出するためのドレン孔を有する
ガスタービン燃焼器。
A combustion cylinder forming a combustion region therein;
An acoustic box installed in a predetermined area outside the combustion cylinder;
A nozzle for injecting combustion oil into the combustion region;
The acoustic box has a drain hole for discharging oil. Gas turbine combustor.
請求項1に記載されたガスタービン燃焼器であって、
前記燃焼筒は、前記燃焼領域に面する内壁面と前記燃焼筒の外部に面する外壁面との間に冷却材が流れる冷却溝を有し、
前記燃焼筒には前記所定領域において前記音響箱の内部と前記燃焼領域とをつなげる複数の吸音孔が設けられ、
前記冷却溝は、
前記所定領域において前記吸音孔と連通しないように設けられた第1冷却溝と、
前記所定領域以外の領域に設けられた第2冷却溝とを含む
ガスタービン燃焼器。
A gas turbine combustor according to claim 1, comprising:
The combustion cylinder has a cooling groove through which a coolant flows between an inner wall surface facing the combustion region and an outer wall surface facing the outside of the combustion cylinder,
The combustion cylinder is provided with a plurality of sound absorption holes that connect the inside of the acoustic box and the combustion region in the predetermined region,
The cooling groove is
A first cooling groove provided not to communicate with the sound absorption hole in the predetermined region;
A gas turbine combustor including a second cooling groove provided in a region other than the predetermined region.
請求項2に記載されたガスタービン燃焼器であって、
前記吸音孔は、前記燃焼領域に燃料を噴射するノズルを下流側に延長した延長線に近い部分において開口率が大きい
ガスタービン燃焼器。
A gas turbine combustor according to claim 2, comprising:
The sound absorption hole has a large opening ratio in a portion close to an extended line obtained by extending a nozzle for injecting fuel into the combustion region on the downstream side.
請求項2または3に記載されたガスタービン燃焼器であって、
前記所定領域のうち、前記燃焼筒の中心軸に対して、前記燃焼領域に燃料を噴射するノズルを下流側に延長した延長線から、前記燃焼筒の周方向に所定の角度以上離れている部分は、前記吸音孔が設けられていない
ガスタービン燃焼器。
A gas turbine combustor according to claim 2 or 3,
Of the predetermined region, a portion that is separated from the central axis of the combustion cylinder by a predetermined angle or more in the circumferential direction of the combustion cylinder from an extension line extending downstream of a nozzle that injects fuel into the combustion area Is a gas turbine combustor in which the sound absorption hole is not provided.
請求項1から4のうちのいずれか1項に記載されたガスタービン燃焼器であって、
前記ドレン孔は、当該ガスタービン燃焼器が運転される状態に設置されたときに、前記音響箱の鉛直方向の一番低い位置に設けられている
ガスタービン燃焼器。
A gas turbine combustor according to any one of claims 1-4,
The drain hole is provided at the lowest position in the vertical direction of the acoustic box when the drain hole is installed in a state where the gas turbine combustor is operated.
請求項1から4のうちのいずれか1項に記載されたガスタービン燃焼器であって、
前記ドレン孔は複数設けられ、
当該ガスタービン燃焼器が運転される状態に設置されたときに、前記燃焼筒に設置された全ての音響箱は、複数の前記ドレン孔のうちのいずれかが鉛直方向の一番低い位置となる
ガスタービン燃焼器。
A gas turbine combustor according to any one of claims 1-4,
A plurality of the drain holes are provided,
When the gas turbine combustor is installed in a state where the gas turbine combustor is operated, all of the acoustic boxes installed in the combustion cylinder are at the lowest position in the vertical direction of any of the plurality of drain holes. Gas turbine combustor.
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