JP2010090866A - 燃焼器およびガスタービン - Google Patents
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Abstract
【解決手段】内部に高温ガスが流れるケーシング8Aの内周面を構成する内側板部11Aと、ケーシング8Aの外周面を構成する外側板部13Aと、少なくとも内側板部11Aと、内側板部11Aに隣接する板部とにより構成され、ケーシング8Aを冷却する冷却流体が流れる内側流路21Aと、少なくとも外側板部13Aと、外側板部13Aに隣接する板部とにより構成されるとともに、内側流路21Aよりも外側板部13A側に配置され、冷却流体が流れる外側流路22Aと、ケーシング8Aにおける高温ガスの流れの下流側端部近傍に配置され、内側流路21Aおよび外側流路22Aを接続する接続流路と、が設けられていることを特徴とする。
【選択図】図3
Description
本発明の燃焼器は、内部に高温ガスが流れるケーシングの内周面を構成する内側板部と、前記ケーシングの外周面を構成する外側板部と、少なくとも前記内側板部と、前記内側板部に隣接する板部とにより構成され、前記ケーシングを冷却する冷却流体が流れる内側流路と、少なくとも前記外側板部と、前記外側板部に隣接する板部とにより構成されるとともに、前記内側流路よりも前記外側板部側に配置され、前記冷却流体が流れる外側流路と、前記ケーシングにおける前記高温ガスの流れの下流側端部近傍に配置され、前記内側流路および前記外側流路を接続する接続流路と、が設けられていることを特徴とする。
さらに、冷却に用いた冷却流体を回収できるため、ケーシング内側の高温ガスの流れに冷却流体を吹き出す必要がない。
そのため、例えば、ケーシングを4つ以上の板部材から構成する場合と比較して、ケーシングを容易に製造することができるとともに、ケーシングの製造コストの低減を図ることができる。一方、ケーシングを2つの板部材から構成する場合と比較して、内側流路および外側流路を干渉させることなく設けることが容易となる。
そのため、例えば、ケーシングを3つ以上の板部材から構成する場合と比較して、ケーシングを容易に製造することができるとともに、ケーシングの製造コストの低減を図ることができる。
そのため、例えば、ケーシングを5つの板部材から構成する場合と比較して、ケーシングを容易に製造することができるとともに、ケーシングの製造コストの低減を図ることができる。一方、ケーシングを3つ以下の板部材から構成する場合と比較して、ケーシングの強度を確保することが容易となる。
そのため、例えば、ケーシングを3つ以下の板部材から構成する場合と比較して、ケーシングの強度を確保することが容易となる。
さらに、冷却に用いた冷却流体を回収できるため、ケーシング内側の高温ガスの流れに冷却流体を吹き出す必要がない。
さらに、内側流路や外側流路の流路幅や、流路深さや、流路の配置間隔を容易に変更することができるため、燃焼器出口付近を効率的に冷却することができるという効果を奏する。
以下、本発明の第1の実施形態について図1から図6を参照して説明する。
図1は、本実施形態のガスタービンの構成を説明する模式図である。
なお、圧縮機2としては、公知の構成を用いることができ、特にその構成を限定するものではない。
燃焼器3Aは、図1に示すように、圧縮機2により圧縮された空気、および、外部から供給された燃料を混合させ、混合された混合気を燃焼させることにより、高温ガス(燃焼ガス)を生成するものである。
燃焼器3Aには、図2に示すように、空気入口6と、燃料ノズル7と、ケーシング8Aと、が主に設けられている。
なお、空気入口6としては、公知の形状を用いることができ、特に限定するものではない。
なお、燃料ノズル7としては、公知の形状を用いることができ、特に限定するものではない。
ケーシング8Aには、図3および図4に示すように、内側板部11Aと、中間板部(内側板部と隣接する板部,外側板部と隣接する板部)12Aと、外側板部13Aと、端板部14Aと、内側流路21Aと、外側流路22Aと、接続流路23Aと、が設けられている。ケーシング8Aを構成する内側板部11A、中間板部12A、外側板部13A、および、端板部14Aは、耐熱性を有する金属から構成されており、例えば、ニッケル合金から構成されている。
内側板部11Aは中間板部12Aに接合されており、接合方法としてはロウ付けを挙げることができる。
本実施形態では、内側溝31Aおよび外側溝32Aは、機械加工などの方法により中間板部12Aに形成された溝として説明するが、内側溝31Aおよび外側溝32Aの形成方法を特に限定するものではない。
外側板部13Aは中間板部12Aに接合されており、接合方法としてはロウ付けを挙げることができる。
なお、冷却流体としては、空気を例示することができる。
その一方、内側流路21Aは、外側流路22Aと断面積が略等しくなるように形成されている。
さらに、一つの接続流路23Aは、一つの内側流路21Aと、一つの外側流路22Aとを接続するものである。
なお、回転軸5としては、公知の構成を用いることができ、特にその構成を限定するものではない。
本実施形態の燃焼器3Aにおけるケーシング8Aの冷却は、図3および図4に示すように、内側流路21Aにケーシング8Aを冷却する冷却流体を供給するとともに、ケーシング8Aを冷却した冷却流体を外側流路22Aから回収することにより行われる。
なお、上述の実施形態のように、中間板部12Aに内側溝31Aおよび外側溝32Aを設けることにより、内側流路21Aおよび外側流路22Aを形成してもよいし、図5に示すように、内側板部11Bにおける中間板部12Bと対向する面に内側溝31Bを設けることにより内側流路21Bを形成し、かつ、外側板部13Bにおける中間板部12Bと対向する面に外側溝32Bを設けることにより外側流路22Bを形成してもよく、特に限定するものではない。
さらに、図6に示すように、中間板部12Cにおける内側板部11Cと対向する面に内側溝31Cを設けることにより内側流路21Cを形成し、かつ、外側板部13Cにおける中間板部12Cと対向する面に外側溝32Cを設けることにより外側流路22Cを形成してもよく、特に限定するものではない。
次に、本発明の第2の実施形態について図7および図8を参照して説明する。
本実施形態のガスタービンの基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、ケーシングの構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図7および図8を用いてケーシングの構成のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図7は、本実施形態のガスタービンの燃焼器におけるケーシングの構成を説明する模式図である。図8は、図7のケーシングの構成を説明するY−Y断面視図である。
なお、第1の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
接続流路23Dは、図7および図8に示すように、2つの貫通孔24Dから構成されている。
さらに、貫通孔24Dの内周面には、内側流路21Aおよび外側流路22Aの一方の開口が設けられている。
このようにすることで、内側流路21Aと外側流路22Aとは、接続流路23Dを介して接続されている。
次に、本発明の第3の実施形態について図9から図11を参照して説明する。
本実施形態のガスタービンの基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、ケーシングの構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図9から図11を用いてケーシングの構成のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図9は、本実施形態のガスタービンの燃焼器におけるケーシングの構成を説明する模式図である。図10は、図9のケーシングの構成を説明するZ1−Z1断面視図である。図11は、図9のケーシングの構成を説明するZ2−Z2断面視図である。
なお、第1の実施形態等と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
拡大部24Eは、内側流路21Aおよび外側流路22Aにおけるケーシング8Eの出口側(図10および図11の右側)の端部に形成されたものであって、内側溝31Aおよび外側溝32Aの溝幅を広げるとともに、溝深さを深くした部分である。
次に、本発明の第4の実施形態について図12および図13を参照して説明する。
本実施形態のガスタービンの基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、ケーシングの構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図12および図13を用いてケーシングの構成のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図12は、本実施形態のガスタービンの燃焼器におけるケーシングの構成を説明する模式図である。
なお、第1の実施形態等と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
なお、上述の実施形態のように1つの内側流路21Aと、1つの外側流路22Aとが、1つの接続流路23Aにより接続されていてもよいし、図13に示すように、複数の内側流路21Aと、複数の外側流路22Aとが、1つの接続流路23Fにより接続されていてもよく、特に限定するものではない。
次に、本発明の第5の実施形態について図14を参照して説明する。
本実施形態のガスタービンの基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、ケーシングの構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図14を用いてケーシングの構成のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図14は、本実施形態のガスタービンの燃焼器におけるケーシングの構成を説明する模式図である。
なお、第1の実施形態等と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
次に、本発明の第6の実施形態について図15を参照して説明する。
本実施形態のガスタービンの基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、ケーシングの構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図15を用いてケーシングの構成のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図15は、本実施形態のガスタービンの燃焼器におけるケーシングの構成を説明する模式図である。
なお、第1の実施形態等と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
このようにすることで、1つの内側流路21Aを流れた冷却流体は、接続流路23Hを介して2つの外側流路22Aに流入する。言い換えると、内側板部11Aを冷却する際の冷却流体の流路断面積は、外側板部13Aを冷却する際の流路断面積よりも小さくなる。その結果、内側板部11Aは外側板部13Aよりも圧力損失が小さくなる。
次に、本発明の第7の実施形態について図16を参照して説明する。
本実施形態のガスタービンの基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、ケーシングの構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図16を用いてケーシングの構成のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図16は、本実施形態のガスタービンの燃焼器におけるケーシングの構成を説明する模式図である。
なお、第1の実施形態等と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
このようにすることで、2つの内側流路21Aを流れた冷却流体は、接続流路23Hを介して1つの外側流路22Aに流入する。言い換えると、外側板部13Aを冷却する際の流路断面積は、内側板部11Aを冷却する際の冷却流体の流路断面積よりも小さくなる。その結果、外側板部13Aは内側板部11Aよりも圧力損失が小さくなる。
次に、本発明の第8の実施形態について図17を参照して説明する。
本実施形態のガスタービンの基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、ケーシングの構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図17を用いてケーシングの構成のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図17は、本実施形態のガスタービンの燃焼器におけるケーシングの構成を説明する模式図である。
なお、第1の実施形態等と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
次に、本発明の第9の実施形態について図18および図19を参照して説明する。
本実施形態のガスタービンの基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、ケーシングの構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図18および図19を用いてケーシングの構成のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図18は、本実施形態のガスタービンの燃焼器におけるケーシングの構成を説明する模式図である。
なお、第1の実施形態等と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
なお、上述の実施形態のように、吹出し孔25Lは、内側流路21Lから高温ガスが流れる領域に向かって冷却流体を吹出させるものであってもよいし、図19に示すように、外側流路22Lから高温ガスが流れる領域に向かって冷却流体を吹出させるものであってもよく、特に限定するものではない。
次に、本発明の第10の実施形態について図20を参照して説明する。
本実施形態のガスタービンの基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、ケーシングの構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図20を用いてケーシングの構成のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図20は、本実施形態のガスタービンの燃焼器におけるケーシングの構成を説明する模式図である。
なお、第1の実施形態等と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
その一方で、内側板部11Mは外側板部13Mに接合されており、接合方法としてはロウ付けを挙げることができる。
このようにすることで、内側溝31Mおよび外側溝32Mは互いに独立した流路となる。
次に、本発明の第11の実施形態について図21を参照して説明する。
本実施形態のガスタービンの基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、ケーシングの構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図21を用いてケーシングの構成のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図21は、本実施形態のガスタービンの燃焼器におけるケーシングの構成を説明する模式図である。
なお、第1の実施形態等と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
次に、本発明の第12の実施形態について図22を参照して説明する。
本実施形態のガスタービンの基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、ケーシングの構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図22を用いてケーシングの構成のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図22は、本実施形態のガスタービンの燃焼器におけるケーシングの構成を説明する模式図である。
なお、第1の実施形態等と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
3A,3D,3E,3F,3G,3H,3J,3K,3L,3M,3N,3P 燃焼器
8A,8D,8E,8F,8G,8H,8J,8K,8L,8M,8N,8P ケーシング
11A,11B,11C 内側板部
11M 内側板部(外側板部と隣接する板部)
12A,12B,12C,12D 中間板部(内側板部と隣接する板部,外側板部と隣接する板部)
12N−1,12P−1 内側中間板部(内側板部と隣接する板部)
12N−2,12P−2 外側中間板部(外側板部と隣接する板部)
12P−3 中央板部
13A,13B,13C 外側板部
13M 外側板部(内側板部と隣接する板部)
21A,21B,21C,21G,21K,21L,21M,21N,21P 内側流路
22A,22B,22C,22G,22K,22L,22M,22N,22P 外側流路
23A,23D,23E,23F,23H,23J,23K,23L 接続流路
25L 吹出し孔(貫通孔)
31A,31B,31C,31M,31N,31P 内側溝
32A,32B,32C,32M,32N,32P 外側溝
Claims (13)
- 内部に高温ガスが流れるケーシングの内周面を構成する内側板部と、
前記ケーシングの外周面を構成する外側板部と、
少なくとも前記内側板部と、前記内側板部に隣接する板部とにより構成され、前記ケーシングを冷却する冷却流体が流れる内側流路と、
少なくとも前記外側板部と、前記外側板部に隣接する板部とにより構成されるとともに、前記内側流路よりも前記外側板部側に配置され、前記冷却流体が流れる外側流路と、
前記ケーシングにおける前記高温ガスの流れの下流側端部近傍に配置され、前記内側流路および前記外側流路を接続する接続流路と、
が設けられていることを特徴とする燃焼器。 - 前記内側板部に隣接する板部と、前記外側板部に隣接する板部とが、前記内側板部および前記外側板部の間に配置された同一の中間板部であることを特徴とする請求項1記載の燃焼器。
- 前記中間板部における前記内側板部と対向する面、および、前記内側板部における前記中間板部と対向する面のいずれか一方には、前記内側流路を構成する内側溝が設けられ、
前記中間板部における前記外側板部と対向する面、および、前記外側板部における前記中間板部と対向する面のいずれか一方には、前記外側流路を構成する外側溝が設けられていることを特徴とする請求項2記載の燃焼器。 - 一つの前記内側流路と、一つの前記外側流路と、が一つの前記接続流路により接続されていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の燃焼器。
- 前記内側流路の流路断面積が、前記外側流路の流路断面積よりも小さいことを特徴とする請求項4記載の燃焼器。
- 一つの前記内側流路と、複数の前記外側流路と、が一つの前記接続流路により接続されていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の燃焼器。
- 複数の前記内側流路と、一つの前記外側流路と、が一つの前記接続流路により接続されていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の燃焼器。
- 複数の前記内側流路と、複数の前記外側流路と、が一つの前記接続流路により接続されていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の燃焼器。
- 前記内側流路または前記外側流路と、前記高温ガスが流れる領域とを接続する貫通孔がもうけられていることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の燃焼器。
- 前記内側板部に隣接する板部は前記外側板部であり、かつ、前記外側板部に隣接する板部は前記内側板部であることを特徴とする請求項1記載の燃焼器。
- 前記内側板部に隣接する板部と、前記外側板部に隣接する板部とが別の板部であり、
前記内側板部、前記内側板部に隣接する板部、前記外側板部に隣接する板部、および、前記外側板部の順に積層されていることを特徴とする請求項1記載の燃焼器。 - 前記内側板部に隣接する板部と、前記外側板部に隣接する板部と、の間の中央板部が設けられ、
前記内側流路は、前記内側板部、前記内側板部に隣接する板部、および、前記中央板部により構成され、
前記外側流路は、前記外側板部、前記外側板部に隣接する板部、および、前記中央板部により構成されていることを特徴とする請求項11記載の燃焼器。 - 請求項1から請求項12のいずれかに記載の燃焼器が設けられていることを特徴とするガスタービン。
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