JP2013072316A

JP2013072316A - 燃焼器の尾筒、これを備えているガスタービン、及び尾筒の製造方法

Info

Publication number: JP2013072316A
Application number: JP2011210710A
Authority: JP
Inventors: Satoru Haneda; 哲羽田; Sosuke Nakamura; 聡介中村; Katsunori Tanaka; 克則田中; Koichi Akagi; 弘一赤城; Satoru Konishi; 哲小西; Hiroki Shibata; 宏樹柴田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2011-09-27
Filing date: 2011-09-27
Publication date: 2013-04-22
Anticipated expiration: 2031-09-27
Also published as: CN103764974A; EP2762708B1; KR101567266B1; JP5804872B2; CN103764974B; KR20140042903A; US8769957B2; WO2013046825A1; EP2762708A1; EP2762708A4; US20130074502A1

Abstract

【課題】熱的環境がより厳しい条件下でも耐え得る燃焼器の尾筒を提供する。
【解決手段】燃焼器の尾筒２０は、筒状の胴本体２１と、胴本体の下流端に接合されて、胴本体と協同して胴体Ｂを成す筒状の出口胴体３２と、出口胴体の下流端部から出口胴体の外周側に向って延びる内フランジ３６と、を有する。出口胴体３２と内フランジ３６とは、一体成形物である。出口胴体３２には、内フランジの上流側であって内フランジに沿った位置に、外周側から内周側へ凹み且つ周方向に延びる溝３５が形成されていると共に、胴体Ｂの軸線Ａｃに沿った方向に延び、溝で開口している冷却流体通路３３が形成されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、燃焼器の尾筒、これを備えているガスタービン、及び尾筒の製造方法に関する。

ガスタービンの燃焼器は、高温・高圧の燃焼ガスをタービンに送る尾筒を備えている。
この尾筒は、筒状に形成された胴体と、胴体の下流端に設けられ、タービンの第一段入口と接続するためのフランジと、を備えている。

燃焼器の胴体は、一般的に、下流側に向うにつれて断面面積が小さくなり、内部を流れる燃焼ガスの流速が高まる。このため、尾筒のうちで、胴体の下流端部及びフランジに対して、燃焼ガスの熱伝達率が高まる。すなわち、尾筒のうちで、胴体の下流端部及びフランジが最も熱的に厳しい環境下にさらされる。

そこで、特許文献１に記載の尾筒には、フランジを冷却するために、この接続フランジを貫通する冷却空気通路が形成されている。

特開２０１０−３８１６６号公報

近年、タービンの熱効率を高めるために、尾筒内を流れる燃焼ガスの温度の高温化が進み、尾筒の下流側端部の熱的環境がより厳しくなっている。このため、熱的環境がより厳しい条件下でも耐え得る尾筒が望まれている。

そこで、本発明は、このような要望に応えるべく、熱的環境がより厳しい条件下でも耐え得る燃焼器の尾筒、及びこれを備えているガスタービン、尾筒の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための発明に係る燃焼器の尾筒は、
筒状に形成された胴体を有し、該胴体の内周側を高温の燃焼ガスが流れて、該燃焼ガスをタービンへ送る燃焼器の尾筒において、筒状の胴本体と、前記胴本体の下流端に接合されて、該胴本体と協同して前記胴体を成す筒状の出口胴体と、前記出口胴体の下流端部から該出口胴体の外周側に向って延びるフランジと、を有し、
前記出口胴体と前記フランジとは、一体成形物であり、前記出口胴体には、前記フランジの上流側であって該フランジに沿った位置に、外周側から内周側へ凹み且つ周方向に延びる溝が形成されていると共に、前記胴体の軸線に沿った方向に延び、該溝で開口している冷却流体通路が形成されていることを特徴とする。

当該尾筒では、出口胴体とこの出口胴体の下流端部から外周側に延びるフランジとの一体成形品で、尾筒の下流端部の燃焼ガスに晒される部分を形成し、この部分中に溶接部をなくしているので、尾筒の下流端部の溶接部における熱疲労割れ等を回避することができる。

また、当該尾筒では、出口胴体の冷却流体通路に冷却流体を流すことで、尾筒の下流端部を冷却することができる。しかも、当該尾筒では、冷却流体が、出口胴体の冷却流体通路から、出口胴体におけるフランジの上流側であってこのフランジに沿った位置に形成されている溝内に噴出され、この溝で上下流方向で対向している一対の溝側面のうち、下流側の溝側面、及びこの下流側の溝側面に連なっているフランジの上流端面に衝突する。よって、当該尾筒では、フランジを冷却効率の極めて高いインピンジメント冷却することができる。

したがって、当該尾筒によれば、熱的環境がより厳しい条件下でも耐え得ることができる。

ここで、前記燃焼器の尾筒において、前記溝から前記燃焼ガスが存在する領域側に貫通する冷却流体通路が形成されていてもよい。

当該尾筒では、冷却流体として、圧縮機で圧縮された圧縮空気を用いた場合、出口胴体及びフランジを冷却した圧縮空気を燃焼ガス中に放出することができる。

なお、冷却流体として、圧縮空気の代わりに蒸気を用いてもよい。この場合、前記出口胴体の前記冷却流体通路から前記溝を経て、該溝の開口から出た前記冷却流体を一時的に蓄えるジャケットが、該出口胴体の外周側に設けられ、このジャケット内から出た蒸気を回収できるようにすることが好ましい。

ここで、前記燃焼器の尾筒において、前記出口胴体の内周面は、前記胴本体との接合部から下流側に向って直線状に延びていることが好ましい。

当該尾筒では、出口胴体とフランジとの一体成形品を比較的容易に形成することができる。さらに、当該尾筒では、冷却流体通路も直線状に形成できるため、この冷却流体通路も容易に形成することができる。

また、前記燃焼器の尾筒において、前記胴本体を形成する胴本体板には、前記胴体の軸線に沿った方向に延びる冷却流体通路が形成され、該冷却流体通路は、前記出口胴体の前記冷却流体通路と連通していることが好ましい。

当該尾筒では、尾筒の下流端部と共に胴本体も、冷却流体により冷却することができる。よって、少ない冷却流体で尾筒の広い領域を効率よく冷却することができる。

また、前記目的を達成するための発明に係るガスタービンは、
前記尾筒を有する前記燃焼器と、前記燃焼器へ圧縮空気を送る圧縮機と、前記燃焼器からの前記燃焼ガスにより駆動する前記タービンと、を備えていることを特徴とするものである。

当該ガスタービンでも、前記尾筒を備えているので、熱的環境がより厳しい条件下でも耐え得ることができる。よって、ガスタービンをより高温で作動させることができ、ガスタービンの高出力・高効率化を図ることができる。

また、前記目的を達成するための尾筒の製造方法は、
筒状に形成された胴体を有し、該胴体の内周側を高温の燃焼ガスが流れて、該燃焼ガスをタービンへ送る燃焼器の尾筒の製造方法において、筒状の胴本体を製造する胴本体製造工程と、前記胴本体の下流端に接合され、該胴本体と協同して前記胴体を成す筒状の出口胴体と、前記出口胴体の下流端部から該出口胴の外周側に向って延びるフランジとが一体成形された成形品を製造する出口部製造工程と、前記胴本体の下流端と前記出口胴体の上流端とを接合して前記胴体を形成する接合工程と、を有し、
前記出口部製造工程は、前記出口胴体中で、前記フランジの上流側であって該フランジに沿った位置に、外周側から内周側へ凹み且つ周方向に延びる溝を形成する溝形成工程と、該出口胴板に、前記胴体の軸線に沿った方向に延び、該溝で開口する冷却流体通路を形成する通路形成工程と、を含むことを特徴とする。

当該製造方法では、出口胴体とこの出口胴体の下流端部から外周側に延びるフランジとの一体成形品で、尾筒の下流端部の燃焼ガスに晒される部分を形成し、この部分中に溶接部をなくしているので、尾筒の下流端部の溶接部における熱疲労割れ等を回避することができる。

また、当該製造方法で製造された尾筒では、出口胴体の冷却流体通路に冷却流体を流すことで、尾筒の下流端部を冷却することができる。しかも、当該製造方法で製造された尾筒では、冷却流体が、出口胴体の冷却流体通路から、出口胴体におけるフランジの上流側であってこのフランジに沿った位置に形成されている溝内に噴出され、この溝で上下流方向で対向している一対の溝側面のうち、下流側の溝側面、及びこの下流側の溝側面に連なっているフランジの上流端面に衝突する。よって、当該製造方法で製造された尾筒では、フランジを冷却効率の極めて高いインピンジメント冷却することができる。

ここで、前記尾筒の製造方法において、前記胴本体製造工程は、前記胴本体を形成する胴本体板に、前記胴体の軸線に沿った方向に延びる冷却流体通路を形成する通路形成
工程と、該胴本体板の下流端部に該胴本体板の外周側から内周側に凹み該冷却流体通路とつながる切欠部を形成する切欠形成工程と、を含み、前記出口部製造工程は、前記出口胴体の上流端部に、該出口胴体の外周側から内周側に凹み該出口胴体の前記冷却流体通路とつながる切欠部を形成する切欠形成工程を含み、前記接合工程は、前記胴本体の下流端と前記出口胴体の上流端とを接合する胴接合工程と、前記胴本体の前記切欠部と前記出口胴体の前記切欠部とで形成される溝の開口を塞ぐ蓋を、該胴本体の下流端部と該出口胴体の上流端部とに外周側から接合する蓋接合工程と、を含んでもよい。

当該製造方法では、胴本体及び出口胴体の冷却流体通路を簡易な構成で接続することができる。そのため、当該製造方法で製造された尾筒では、尾筒の下流端部と共に胴本体も、冷却流体により効率よく冷却することができる。

また、前記尾筒の製造方法において、前記胴本体製造工程は、前記胴本体に、前記胴体の軸線に沿った方向に延びる冷却流体通路を形成する通路形成工程を含み、前記接合工程は、前記胴本体の下流端と前記出口胴体の上流端とを接合する胴接合工程と、前記胴本体の下流端と前記出口胴体の上流端との接合部を外周側から切り欠いて、外周側から内周側に凹んで前記胴本体の前記冷却流体通路及び前記出口胴体の前記冷却流体通路につながり、且つ周方向に伸びる溝を形成する溝形成工程と、該溝の開口を塞ぐ蓋を、該胴本体の下流端部と該出口胴体の上流端部とに外周側から接合する蓋接合工程と、を含んでもよい。

本発明では、尾筒の下流端部の燃焼ガスに晒される部分を一体成形品で形成し、この部分中に溶接部をなくしているので、尾筒の下流端部の溶接部における熱疲労割れ等を回避することができる。また、本発明では、出口胴体の冷却流体通路に冷却流体を流すことで、尾筒の下流端部を冷却することができる。しかも、本発明では、フランジを冷却効率の極めて高いインピンジメント冷却することができる。

したがって、本発明に係る尾筒によれば、熱的環境がより厳しい条件下でも耐え得ることができる。

本発明に係る一実施形態におけるガスタービンの要部を切り欠いた全体側面図である。本発明に係る一実施形態におけるガスタービンの燃焼器周りの断面図である。本発明に係る一実施形態における尾筒の斜視図である。本発明に係る一実施形態における胴本体の要部切欠斜視図である。本発明に係る一実施形態における尾筒の下流端部の断面図である。本発明に係る一実施形態における胴本体と出口部との接合過程を示す説明図（その１）である。本発明に係る一実施形態における胴本体と出口部との接合過程を示す説明図（その２）である。本発明に係る一実施形態の尾筒の製造手順を示すフローチャートである。本発明に係る一実施形態の変形例における胴本体と出口部との接合過程を示す説明図であり、同図（ａ）は胴本体と出口胴体との溶接過程を示し、同図（ｂ）は溝形成過程を示し、同図（ｃ）は蓋溶接過程を示す。本発明に係る一実施形態の尾筒の他の製造手順を示すフローチャートである。本発明に係る一実施形態の変形例における尾筒の下流端部の断面図である。本発明に係る一実施形態の他の変形例における尾筒の下流端部の断面図である。

以下、本発明に係る燃焼器の尾筒、及びこれを備えているガスタービン、並びに尾筒の製造方法の実施形態について、図１〜図８を参照して詳細に説明する。

本実施形態のガスタービンは、図１に示すように、外気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機１と、燃料供給源からの燃料を圧縮空気に混合して燃焼させ燃焼ガスを生成する複数の燃焼器１０と、燃焼ガスにより駆動するタービン２と、を備えている。

タービン２は、ケーシング３と、このケーシング３内で回転するタービンロータ４とを備えている。このタービンロータ４は、例えば、このタービンロータ４の回転で発電する発電機（図示されていない。）と接続されている。複数の燃焼器１０は、タービンロータ４の回転軸線Ａｒを中心として、周方向に互いに等間隔でケーシング３に固定されている。

燃焼器１０は、図２に示すように、高温・高圧の燃焼ガスＧをタービン２に送る尾筒２０と、この尾筒２０内に燃料及び圧縮空気を供給する燃料供給器１１と、を備えている。燃料供給器１１は、パイロット燃料Ｘ及び圧縮空気Ａを尾筒２０内に供給して、この尾筒２０内に拡散火炎を形成するパイロットバーナ１２と、メイン燃料Ｙ及び圧縮空気Ａを予混合して、予混合気体として尾筒２０内に供給し、この尾筒２０内に予混合火炎を形成する複数のメインノズル１３と、を備えている。

尾筒２０は、図２及び図３に示すように、筒状を成し、内周側に燃焼ガスが流れる胴本体２１と、胴本体２１の上流端に接合され、燃料供給器１１に接続される入口部２７と、胴本体２１の下流端に接合され、タービン２の第一段入口５と接続される出口部３１と、燃料供給器１１を介さずに圧縮機１からの圧縮空気Ａを胴本体２１内に導くバイパス配管６に接続されるバイパス接続部２６と、胴本体２１の外周に設けられている蒸気入ジャケット２８と、出口部３１の外周に設けられている蒸気出ジャケット２９とを備えている。

次に、この尾筒２０の製造手順について、図８に示すフローチャートに従って説明する。
尾筒２０は、胴本体２１の製造工程（Ｓ１０）、入口部２７及びバイパス接続部２６の製造工程（Ｓ１８）、出口部３１の製造工程（Ｓ２０）、蒸気ジャケット２８，２９の製造工程（Ｓ２８）、さらに、以上の工程で製造されたものを接合する接合工程（Ｓ３０）の実行で製造される。

胴本体２１の製造工程（Ｓ１０）では、まず、図４に示すように、所望の形状及び寸法に加工した２枚の板２２ｏ，２２ｉを接合して胴本体板２２を形成する。２枚の板２２ｏ，２２ｉは、いずれも耐熱性の優れたＮｉ基合金である。２枚の板２２ｏ，２２ｉのうち、胴本体板２２の外周側を形成する外胴板２２ｏの内周面には、外周側に凹み且つ尾筒２０の軸線Ａｃに沿った方向に延びる複数の通路用溝２３ｏを形成する（Ｓ１１）。次に、ろう材を介して２枚に板２２ｏ，２２ｉを重ね合わせて、例えば、真空加熱炉内で、２枚の板２２ｏ，２２ｉ相互をろう付接合して、胴本体板２２を形成する（Ｓ１２）。外胴板２２ｏに形成した通路用溝２３ｏは、この外胴板２２ｏと内胴板２２ｉとが接合されることで、この通路用溝２３ｏの開口が塞がれ、冷却流体通路２３を形成する。胴本体板２２は、これらの工程を経て、複数枚製造する。

次に、図６に示すように、複数の胴本体板２２のうち、胴本体２１の下流端部を形成する胴本体板２２の下流端部に、この胴本体板２２の外周側から内周側に凹み、胴本体２１の周方向となる方向に延びる切欠部２４を形成する（Ｓ１３）。この切欠部２４は、冷却流体通路２３とつながるよう、胴本体板２２を形成する外胴板２２ｏのみならず、内胴板２２ｉの一部も切り欠いて形成される。この切欠部２４は、例えば、放電加工又は機械加工等により形成される。

次に、複数の胴本体板２２のそれぞれに対して曲げ加工（Ｓ１４）を施した後、複数の胴本体板２２相互を溶接で接合して、筒状の胴本体２１を形成する（Ｓ１５）。この筒状の胴本体２１は、下流側に向うにつれて断面面積が次第に小さくなっている。

出口部３１は、図５に示すように、胴本体２１の下流端に接合されて胴本体２１と協同して尾筒２０の胴体Ｂを成す筒状の出口胴体３２と、出口胴体３２の下流端部から出口胴体３２の外周側に向って延びる内フランジ３６と、この内フランジ３６の外周に接合される外フランジ３８と、尾筒２０の支持するためのガセット３９と、を有している。これらの部分のうち、出口胴体３２と内フランジ３６とは、一体成形品で、出口本体３７を成す。

出口部３１の製造工程（Ｓ２０）では、まず、出口本体３７の鋳型に例えばＮｉ基合金を流し込み、この出口本体３７の中間品を鋳造する（Ｓ２１）。なお、この中間品は、出口胴体３２と内フランジ３６とを有している。次に、この中間品に、冷却流体通路３３、溝３５及び切欠部３４を形成し、出口本体３７を完成させる（Ｓ２２）。

溝３５は、出口胴体３２における内フランジ３６の上流側であって、この内フランジ３６に沿った位置に、外周側から内周側へ凹み且つ周方向に延びている。また、切欠部３４は、出口胴体３２の上流端部に、この出口胴体３２の外周側から内周側に凹み、出口胴体３２の周方向に延びている。また、冷却流体通路３３は、出口胴体３２の上流端から出口胴体３２の下流端部の溝３５までの間で尾筒２０（又は胴体Ｂ）の軸線Ａｃに沿った方向、より具体的には、この軸線Ａｃ中で出口胴体３２の軸線に沿った方向に延びている。溝３５は、冷却流体通路３３の下流側開口の全体が溝側面から臨めるよう、出口胴体３２の外周面から冷却流体通路３３の尾筒２０の軸線Ａｃ側の縁までの距離より、出口胴体３２の外周面から溝底までの距離の方が長くなるよう形成されている。また、切欠部３４は、冷却流体通路３３の上流側開口の全体が臨めるよう、出口胴体３２の外周面から冷却流体通路３３の尾筒２０の軸線Ａｃ側の縁までの距離より、出口胴体３２の外周面から切欠部３４の底までの距離の方が長くなるよう形成されている。切欠部３４及び溝３５は、例えば、放電加工又は機械加工等により形成される。また、冷却流体通路３３は、例えば、放電加工や電解加工等により形成される。

出口胴体３２の内周面は、出口胴体３２の上流端から下流側に向って直線状に延びている。なお、これは、尾筒２０（又は胴体Ｂ）の軸線Ａｃとタービンロータ４の回転軸線Ａｒ（図１に示す）とを含む仮想平面による出口胴体３２の断面形状が、図２及び図５に示すように、長方形に限定されることを意味するものではなく、図１１に示すように、出口胴体３２ｘの同断面形状が台形であってもよい。この場合、台形の斜辺が出口胴体３２ｘの内周面の断面を示し、上辺が出口胴体３２ｘの下流端、つまり燃焼ガスの出口縁３１ｅを示す。

これらの出口胴体３２，３２ｘに形成される冷却流体通路３３は、これらの出口胴体３２，３２ｘの内周面に平行に、且つ前述したように尾筒２０，２０ｘ（又は胴体Ｂ）の軸線Ａｃに沿った方向に延びている。このように、出口胴体３２，２０ｘの内周面を下流側に向って直線状に形成することで、鋳造を比較的容易に行うことができる上に、冷却流体通路３３をこの出口胴体３２，２０ｘに直線状に形成することができるので、冷却流体通路３３を放電加工や電解加工等で容易に形成することができる。

出口部３１の製造工程（Ｓ２０）では、出口本体３７の形成（Ｓ２１，Ｓ２２）に並行して、又は前後して他の部品、つまり、外フランジ３８やガセット３９も形成する（Ｓ２３）。

そして、出口部３１の製造工程（Ｓ２０）では、一体成形品である出口本体３７の出口胴体３２の外周にガセット３９を溶接し、出口本体３７の内フランジ３６の外周に外フランジ３８を溶接する（Ｓ２４）。以上で、出口部３１の製造工程（Ｓ２０）が終了する。なお、本実施形態において、内フランジ３６と外フランジ３８とで、尾筒２０をタービン２の第一段入口５と接続するためのタービン接続フランジを構成すると共に、冷却用蒸気が一時的に溜まる蒸気出ジャケット２９ａも成し、これらと出口胴体３２とで囲まれた領域が蒸気滞留領域になる。

接合工程（Ｓ３０）では、胴本体２１、入口部２７及びバイパス接続部２６が完成した時点で、これら相互を溶接で接合する（Ｓ３１）。さらに、接合工程（Ｓ３０）では、図６に示すように、胴本体２１の下流端と出口胴体３２の上流端とを突き合わせて、これら相互を溶接する（Ｓ３２）。この溶接で、胴本体２１の下流端部と出口胴体３２の上流端部とのそれぞれ形成されている切欠部２４，３４が向かい合い、一つの溝４５が形成される。

次に、図７に示すように、胴本体２１と出口胴体３２との溶接で形成された溝４５中の溶接部Ｗの一部を研削等して、この溝４５の溝底を平坦に仕上げた後、蓋４１を胴本体２１の下流端部及び出口胴体３２の上流端部に外周側から溶接して、溝４５の開口を塞ぐ（Ｓ３４）。この溝４５内の空間は、出口胴体３２に形成された冷却流体通路３３に冷却用蒸気を供給する蒸気ヘッダ室４２を形成する。以上で、胴本体２１と出口部３１との接合が完了する。

なお、ここでは、胴本体２１、入口部２７及びバイパス接続部２６を相互に接合した後、胴本体２１と出口部３１とを接合しているが、胴本体２１と出口部３１とを接合した後、胴本体２１、入口部２７及びバイパス接続部２６を相互に接合してもよい。また、ここでは、出口本体３７に外フランジ３８やガセット３９を接合して、出口部３１を完成させてから、これを胴本体２１に接合しているが、外フランジ３８やガセット３９が接合されていない出口本体３７を胴本体２１に接合した後、この出口本体３７に外フランジ３８やガセット３９を接合してもよい。

次に、胴本体２１の上下流方向のほぼ中央部に、ジャケット製造工程（Ｓ２８）で製造した蒸気入ジャケット２８を溶接すると共に、胴本体２１の下流端部及び出口部３１の出口胴体３２に、ジャケット製造工程（Ｓ２８）で製造した蒸気出ジャケット２９を溶接する（Ｓ３５）。以上で、接合工程（Ｓ３０）は終了する。

その後、胴本体２１、入口部２７、出口部３１、バイパス接続部２６等が相互に接合されたものに対して、必要に応じて熱処理、さらに、胴本体２１、入口部２７、出口部３１、バイパス接続部２６等で燃焼ガスに晒される部分に対してコーティング処理等を行って、尾筒２０が完成する。

以上のように完成した尾筒２０は、その上流端部に別途製造された燃料供給器１１等が取り付けられ、燃焼器１０が完成する。

尾筒２０の筒状の胴体Ｂ内には、前述したように、燃料供給器１１から燃料及び圧縮空気が噴射されて、この胴体Ｂ内で燃料が燃焼し、高温の燃焼ガスＧが生成される。筒状の胴本体２１は、前述したように、下流側に向うにつれて断面面積が次第に小さくなっている。このため、尾筒２０のうちで、胴体Ｂの下流端部及び内フランジ３６に対して、燃焼ガスＧの熱伝達率が高まる。よって、この尾筒２０では、尾筒２０の下流端部が最も熱的に厳しい環境下に晒される。そこで、本実施形態では、尾筒２０の下流端部に対して、以下の（１）（２）に示す熱対策を施している。

（１）筒状の胴本体２１の下流端に接合される筒状の出口胴体３２とこの出口胴体３２の下流端部から外周側に延びる内フランジ３６とを一体成形した出口本体３７で、尾筒２０の下流端部の燃焼ガスＧに晒される部分を形成し、この部分中に溶接部をなくしている。

このため、本実施形態では、尾筒２０の下流端部の溶接部における熱疲労割れ等を回避することができる。

（２）尾筒２０の下流端部を形成する出口部３１の冷却流体通路３３に、空気よりも熱容量の大きい蒸気を流すことで、尾筒２０の下流端部を冷却する。

冷却用蒸気Ｓは、外部から蒸気入ジャケット２８内に流入し、この蒸気入ジャケット２８内から胴本体２１の複数の冷却流体通路２３に流れ込む。冷却用蒸気Ｓは、図５に示すように、この胴本体２１の各冷却流体通路２３を通る過程で、胴本体２１を冷却する。この冷却用蒸気Ｓは、胴本体２１の各冷却流体通路２３から胴本体２１と出口胴体３２との境界部に形成されている蒸気ヘッダ室４２に流れ込む。この蒸気ヘッダ室４２は、胴本体２１と出口胴体３２との溶接部Ｗの全体に渡って形成されているため、この溶接部Ｗ全体を蒸気ヘッダ室４２内に流入した冷却用蒸気Ｓで確実に冷却することができる。蒸気ヘッダ室４２内に流入した冷却用蒸気Ｓは、出口胴体３２の複数の冷却流体通路３３に流れ込み、ここを通る過程で出口胴体３２を冷却する。

冷却用蒸気Ｓは、出口胴体３２の冷却流体通路３３から、出口胴体３２における内フランジ３６の上流側であってこの内フランジ３６に沿った位置に形成されている溝３５内に噴出し、この溝３５で上下流方向で対向している一対の溝側面のうち、下流側の溝側面、及びこの下流側の溝側面に連なっている内フランジ３６の上流端面に衝突し、内フランジ３６をインピンジメント冷却する。

内フランジ３６の上流端面に衝突した冷却用蒸気Ｓは、胴本体２１の下流端部及び出口胴体３２の外周側に設けられている蒸気出ジャケット２９ａ，２９内に流入し、この蒸気出ジャケット２９ａ，２９から配管を介して回収される。この蒸気出ジャケット２９ａ，２９は、胴本体２１の下流端部及び出口胴体３２の外周側に設けられ、内容積が比較的大きく、出口胴体３２の冷却流体通路３３から噴出した冷却用蒸気Ｓの流れ抵抗を少なくすることができるため、胴本体２１及び出口胴体３２の冷却流体通路２３，３３に流す冷却用蒸気Ｓの流量を多くすることができる。

以上、本実施形態では、尾筒２０の下流端部で燃焼ガスＧに晒される部分を一体成形品で形成し、この部分中に溶接部をなくしていると共に、出口部３１の下流端を成す内フランジ３６を冷却効率の極めて高いインピンジメント冷却しているので、本実施形態の尾筒２０は熱的環境が極めて厳しい条件下でも耐え得ることができる。よって、本実施形態によれば、ガスタービンをより高温で作動させることができ、ガスタービンの高出力・高効率化を図ることができる。

また、本実施形態では、冷却用流体としての蒸気Ｓが尾筒２０を冷却することにより加熱され、この加熱された蒸気を回収することでプラントの熱効率向上を図っている。

なお、本実施形態では、冷却用流体としての蒸気Ｓを用いているが、この代わりに圧縮機１（図１に示す）からの圧縮空気Ａを使用してもよい。この場合も、図１２に示すように、蒸気Ｓと同様、圧縮空気Ａは、出口胴体３２の冷却流体通路３３から溝３５内に噴出し、この溝３５の下流側の溝側面、及びこの下流側の溝側面に連なっている内フランジ３６の上流端面に衝突し、内フランジ３６をインピンジメント冷却する。そして、この場合、内フランジ３６をインピンジメント冷却した圧縮空気Ａを、内フランジ３６の下流端面３６ｅから下流側に放出させたり、出口胴体の内周面から燃焼ガス側にフィルム状に噴出させたりするとよい。すなわち、溝３５から燃焼ガスＧが存在する領域に貫通する冷却用流体通路３３ｘを形成し、溝３５内から圧縮空気Ａを燃焼ガスＧが存在する領域に放出する構成としてもよい。

次に、図９及び図１０を用いて、胴本体２１と出口部３１の接合方法の変形例について説明する。

以上の実施形態は、胴本体２１の下流端と出口胴体３２の上流端とを突き合わせて両者を溶接（Ｓ３２）する前に、蒸気ヘッダ室４２を形成するための切欠き部２４，３４を胴本体２１の下流端部と出口胴体３２の上流端部とのそれぞれに予め形成（Ｓ１３，Ｓ２２）するものである。一方、本変形例は、胴本体２１の下流端と出口胴体３２の上流端とを突き合わせて両者を溶接した後に、この溶接部Ｗを切り欠いて、蒸気ヘッダ室４２を形成するための溝４５を形成するものである。

図１０のフローチャートに示すように、本変形例の胴本体２１の製造工程（Ｓ１０ａ）では、以上の実施形態における胴本体２１の製造工程（Ｓ１０）のように、胴本体板２２に切欠部２４を形成しない。また、本変形例の出口部３１の製造工程（Ｓ２０ａ）におけるステップ２２ａでも、以上の実施形態における出口部３１の製造工程（Ｓ２０）におけるステップ２２のように、出口胴体３２に切欠部３４を形成しない。

本変形例では、図９（ａ）に示すように、接合工程（Ｓ３０ａ）において、胴本体２１の下流端と出口胴体３２の上流端とを突き合わせて両者を溶接した後（Ｓ３２）、図９（ｂ）に示すように、この溶接部Ｗを含む領域を外周側から切欠き、外周側から内周側に凹んで胴本体２１の冷却流体通路２３及び出口胴体３２の冷却流体通路３３につながり、且つ周方向に伸びる溝４５を形成する（Ｓ３３）。この溝４５は、例えば、放電加工や機械加工等で形成する。

そして、同図（ｃ）に示すように、胴本体２１の下流端部及び出口胴体３２の上流端部に蓋４１を外周側から溶接して、溝４５の開口を蓋４１で塞ぎ、蒸気ヘッダ室４２を形成する（Ｓ３４）。以上、本変形例では、胴本体２１の下流端と出口胴体３２の上流端との溶接（Ｓ３２）、溝４５の形成（Ｓ３３）、蓋４１の溶接（Ｓ３４）で、胴本体２１と出口部３１との接合が完了する。

以上、本変形例では、胴本体２１の下流端と出口胴体３２の上流端とを溶接した後、１胴本体２１の下流端部と出口胴体３２の上流端部とを切り欠くことで、１工程で溝４５を形成することができる。一方、以上の実施形態では、胴本体２１の下流端部の切欠部２４と出口胴体３２の上流端部の切欠部３４とをそれぞれ別工程（Ｓ１３，Ｓ２２）で形成する必要があるものの、胴本体２１を形成する胴本体板２２が曲げられる前の平坦な状態で、そこに切欠部２４を形成することができる。

以上のように、本変形例と以上の実施形態とでは、溝４５の形成手順に関して一長一短があるため、いずれの方法を採用するかは、切り欠きの加工方法等に応じて適宜決定することが好ましい。

１：圧縮機、２：タービン、１０：燃焼器、２０：尾筒、２１：胴本体、２２：タービンロータ、１０：燃焼器、２０：尾筒、２１：胴本体、２２：胴本体板、２３：冷却流体通路、２４：切欠部、２６：バイパス接続部、２７：入口部、２８：蒸気入ジャケット、２９：蒸気出ジャケット、３１：出口部、３２：出口胴体、３３，３３ｘ：冷却流体通路、３４：切欠部、３５：溝、３６：内フランジ、３７：出口本体（成形品）、３８：外フランジ、４１：蓋、４２：蒸気ヘッダ室

Claims

筒状に形成された胴体を有し、該胴体の内周側を高温の燃焼ガスが流れて、該燃焼ガスをタービンへ送る燃焼器の尾筒において、
筒状の胴本体と、
前記胴本体の下流端に接合されて、該胴本体と協同して前記胴体を成す筒状の出口胴体と、
前記出口胴体の下流端部から該出口胴体の外周側に向って延びるフランジと、
を有し、
前記出口胴体と前記フランジとは、一体成形物であり、
前記出口胴体には、前記フランジの上流側であって該フランジに沿った位置に、外周側から内周側へ凹み且つ周方向に延びる溝が形成されていると共に、前記胴体の軸線に沿った方向に延び、該溝で開口している冷却流体通路が形成されている、
ことを特徴とする燃焼器の尾筒。
請求項１に記載の燃焼器の尾筒において、
前記溝から前記燃焼ガスが存在する領域側に貫通する冷却流体通路が形成されている、
ことを特徴とする燃焼器の尾筒。
請求項１又は２に記載の燃焼器の尾筒において、
前記出口胴体の内周面は、前記胴本体との接合部から下流側に向って直線状に延びている、
ことを特徴とする燃焼器の尾筒。
請求項１から３のいずれか一項に記載の燃焼器の尾筒において、
前記胴本体を形成する胴本体板には、前記胴体の軸線に沿った方向に延びる冷却流体通路が形成され、該冷却流体通路は、前記出口胴体の前記冷却流体通路と連通している、
ことを特徴とする燃焼器の尾筒。
請求項１から４のいずれか一項に記載の尾筒を有する前記燃焼器と、
前記燃焼器へ圧縮空気を送る圧縮機と、
前記燃焼器からの前記燃焼ガスにより駆動する前記タービンと、
を備えていることを特徴とするガスタービン。
筒状に形成された胴体を有し、該胴体の内周側を高温の燃焼ガスが流れて、該燃焼ガスをタービンへ送る燃焼器の尾筒の製造方法において、
筒状の胴本体を製造する胴本体製造工程と、
前記胴本体の下流端に接合され、該胴本体と協同して前記胴体を成す筒状の出口胴体と、前記出口胴体の下流端部から該出口胴の外周側に向って延びるフランジとが一体成形された成形品を製造する出口部製造工程と、
前記胴本体の下流端と前記出口胴体の上流端とを接合して前記胴体を形成する接合工程と、
を有し、
前記出口部製造工程は、前記出口胴体中で、前記フランジの上流側であって該フランジに沿った位置に、外周側から内周側へ凹み且つ周方向に延びる溝を形成する溝形成工程と、該出口胴板に、前記胴体の軸線に沿った方向に延び、該溝で開口する冷却流体通路を形成する通路形成工程と、を含む、
ことを特徴とする尾筒の製造方法。
請求項６に記載の尾筒の製造方法において、
前記胴本体製造工程は、前記胴本体を形成する胴本体板に、前記胴体の軸線に沿った方向に延びる冷却流体通路を形成する通路形成工程と、該胴本体板の下流端部に該胴本体板の外周側から内周側に凹み該冷却流体通路とつながる切欠部を形成する切欠形成工程と、を含み、
前記出口部製造工程は、前記出口胴体の上流端部に、該出口胴体の外周側から内周側に凹み該出口胴体の前記冷却流体通路とつながる切欠部を形成する切欠形成工程を含み、
前記接合工程は、前記胴本体の下流端と前記出口胴体の上流端とを接合する胴接合工程と、前記胴本体の前記切欠部と前記出口胴体の前記切欠部とで形成される溝の開口を塞ぐ蓋を、該胴本体の下流端部と該出口胴体の上流端部とに外周側から接合する蓋接合工程と、を含む、
ことを特徴とする尾筒の製造方法。
請求項６に記載の尾筒の製造方法において、
前記胴本体製造工程は、前記胴本体に、前記胴体の軸線に沿った方向に延びる冷却流体通路を形成する通路形成工程を含み、
前記接合工程は、前記胴本体の下流端と前記出口胴体の上流端とを接合する胴接合工程と、前記胴本体の下流端と前記出口胴体の上流端との接合部を外周側から切り欠いて、外周側から内周側に凹んで前記胴本体の前記冷却流体通路及び前記出口胴体の前記冷却流体通路につながり、且つ周方向に伸びる溝を形成する溝形成工程と、該溝の開口を塞ぐ蓋を、該胴本体の下流端部と該出口胴体の上流端部とに外周側から接合する蓋接合工程と、を含む、
ことを特徴とする尾筒の製造方法。