JP2013108423A - Gas turbine combustor having seal plate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シールプレートを備えたガスタービン燃焼器に関する。 The present invention relates to a gas turbine combustor including a seal plate.
ガスタービン燃焼器で発生するＮＯｘは、窒素含有量の少ない燃料（天然ガスや灯油、軽油等）を用いる場合、空気中の窒素が酸化されて発生するサーマルＮＯｘが大部分である。 Most of the NOx generated in the gas turbine combustor is thermal NOx generated when nitrogen in the air is oxidized when a fuel having a low nitrogen content (natural gas, kerosene, light oil or the like) is used.
サーマルＮＯｘの生成は温度依存性が高いため、これらの燃料を使用するガスタービンでは、一般に、火炎温度の低減が低ＮＯｘ燃焼法の基本思想である。 Since generation of thermal NOx is highly temperature dependent, in gas turbines using these fuels, generally, the reduction in flame temperature is the basic idea of the low NOx combustion method.
火炎温度を低減する方策として、燃料と空気を予め混合した後に燃焼させる予混合燃焼が知られている。 As a measure for reducing the flame temperature, premixed combustion in which fuel and air are mixed in advance and then burned is known.
しかし、従来型の予混合燃焼方式のガスタービン燃焼器の場合は、燃焼用空気の温度が高い場合や、燃料の自発火温度が低い場合などに、予混合器内部で燃料が燃焼する「逆火」が発生する可能性がある。 However, in the case of a conventional premixed combustion type gas turbine combustor, when the temperature of the combustion air is high or when the self-ignition temperature of the fuel is low, the fuel burns inside the premixer. "Fire" may occur.
そのため、逆火を防止しつつ、火炎温度を適度に制御して低ＮＯｘ化を図るために、特許３９６０１６６号公報に開示されているような、燃料と空気を多数の小径の同軸噴流として燃焼室に噴出する技術が有効である。 Therefore, in order to reduce the NOx by appropriately controlling the flame temperature while preventing backfire, the combustion chamber is made up of fuel and air as many small-diameter coaxial jets as disclosed in Japanese Patent No. 3960166. The technology to erupt is effective.
また、燃料と空気を多数の小径の同軸噴流として燃焼室に噴出させる場合に、空気ノズルプレートに形成した空気流路の一部に傾斜角を持たせることで空気流に旋回をかけて火炎を安定に保持することに加え、その空気流路の上流部には傾斜角を持たない直管部を設けて燃料を直管部内で噴出させて、燃料濃度の非対称性を緩和し十分なＮＯｘ低減効果を発揮させるガスタービン燃焼器に関する技術が特開２００８−１１１６５１号公報に開示されている。 Also, when fuel and air are jetted into the combustion chamber as a large number of small-diameter coaxial jets, the air flow is swirled by providing a tilt angle to a part of the air flow path formed in the air nozzle plate. In addition to keeping it stable, a straight pipe part without an inclination angle is provided in the upstream part of the air flow path, and fuel is jetted in the straight pipe part to alleviate fuel concentration asymmetry and sufficiently reduce NOx Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-111651 discloses a technology related to a gas turbine combustor that exhibits the effect.
また、特開２０１１−５８７５８号公報には、空気流路となる多数の空気孔を備えた空気ノズルプレートに形成される空気流路を、空気流路の直管部を構成する空気ノズルプレートのベースプレートと、前記空気流路の傾斜部を構成する空気ノズルプレートの旋回プレートとの別部材として構成するガスタービン燃焼器に関する技術が開示されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-58758 discloses an air flow path formed on an air nozzle plate having a large number of air holes serving as air flow paths. A technology related to a gas turbine combustor configured as a separate member of a base plate and a swirl plate of an air nozzle plate that forms an inclined portion of the air flow path is disclosed.
一方、前記特開２００８−１１１６５１号公報に開示された構造のガスタービン燃焼器のバーナを燃焼室に対向して配設させる際には、燃焼室を形成する燃焼器ライナとバーナとの隙間から空気が燃焼室内に漏れることを抑制するため、バーナの外周にシール部材を取り付けることが考えられるが、このようなシール部材の一例が前記特許３９６０１６６号公報の図面に開示されている。 On the other hand, when the burner of the gas turbine combustor having the structure disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-111651 is disposed to face the combustion chamber, the gap between the combustor liner and the burner that forms the combustion chamber is used. In order to prevent air from leaking into the combustion chamber, it is conceivable to attach a seal member to the outer periphery of the burner. An example of such a seal member is disclosed in the drawing of the aforementioned Japanese Patent No. 3960166.
特開２００８−１１１６５１号公報に記載されたガスタービン燃焼器のように、一体構造の空気ノズルプレートに空気流路となる空気孔を形成する場合に、空気流路として直管部と旋回角を有する傾斜部とがつながった形状の空気流路を加工することは、空気ノズルプレートの表側と裏側の両側から直管部と傾斜部をそれぞれ機械加工することになるので加工精度を保つことが難しい。しかも、前記した複雑な形状の空気流路を多数、空気ノズルプレートに設けなければならないので、前記した複雑な形状の空気流路の機械加工が非常に困難である。 As in the case of the gas turbine combustor described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-111651, when an air hole serving as an air flow path is formed in an integrated air nozzle plate, a straight pipe portion and a swivel angle are used as the air flow path. It is difficult to maintain the processing accuracy because machining the air flow path with the shape of the slanted part has to machine the straight pipe part and slanted part from both the front and back sides of the air nozzle plate. . In addition, since the air nozzle plate has to be provided with a large number of the air channels having the complicated shapes described above, it is very difficult to machine the air channels having the complicated shapes.
また、特開２０１１−５８７５８号公報に記載されたガスタービン燃焼器のように、空気流路を形成した空気ノズルプレートを、空気流路の直管部を構成するベースプレートと、前記空気流路の傾斜部を構成する旋回プレートとの２つの別部材として構成する場合、空気ノズルプレートの空気流路の加工は容易となるが、燃焼室を形成する燃焼器ライナとバーナとの隙間から空気が燃焼室内に漏れることを抑制するために、特許３９６０１６６号公報に記載されているようなシール部材を燃焼器ライナとバーナとの間に設置した場合には、以下のような課題が生じることになる。 Moreover, like the gas turbine combustor described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-58758, an air nozzle plate in which an air flow path is formed, a base plate that constitutes a straight pipe portion of the air flow path, and the air flow path When configured as two separate members with the swirl plate that constitutes the inclined portion, the air flow path of the air nozzle plate can be easily processed, but air is combusted from the gap between the combustor liner and the burner forming the combustion chamber. In order to suppress leakage into the room, when a sealing member as described in Japanese Patent No. 3960166 is installed between the combustor liner and the burner, the following problems occur.
即ち、空気流路の直管部を備えた空気ノズルプレートのベースプレートは燃焼室内に直接面していないため、燃焼ガスからの加熱が無い上、空気流路を通過する空気によって冷却されるため、空気流路の傾斜部を備えた空気ノズルプレートの旋回プレート（燃焼ガスに面するため加熱される）に比べて温度が低くなる。 That is, since the base plate of the air nozzle plate provided with the straight pipe portion of the air flow path does not directly face the combustion chamber, there is no heating from the combustion gas, and it is cooled by the air passing through the air flow path, The temperature is lower than the swirl plate (heated to face the combustion gas) of the air nozzle plate having the inclined portion of the air flow path.
一方、燃焼器ライナは内部が燃焼ガスの流路となるため、その温度は傾斜部を備えた空気ノズルプレートの旋回プレートと同等の温度となる。その結果、直管部を備えたベースプレートの外周面と燃焼器ライナの内周面との間の間隙が大きくなり、燃焼器ライナとバーナとの間に設置したシール部材に加わる押し付け力が低下してシール性が悪化する可能性が大きくなる。 On the other hand, since the inside of the combustor liner is a flow path for the combustion gas, the temperature thereof is the same as that of the swirl plate of the air nozzle plate provided with the inclined portion. As a result, the gap between the outer peripheral surface of the base plate having the straight pipe portion and the inner peripheral surface of the combustor liner is increased, and the pressing force applied to the seal member installed between the combustor liner and the burner is reduced. This increases the possibility that the sealing performance will deteriorate.
つまり、直管部と傾斜部を有する空気流路となる空気孔を多数形成した空気孔プレートの加工の容易性と、空気孔プレートと燃焼器ライナの間隙に設けたシールプレートの寿命を損なわずに適切なシール性を確保すること、との両立を図ることは非常に困難である。 In other words, it does not impair the processability of the air hole plate in which a large number of air holes serving as air flow paths having straight pipe portions and inclined portions are formed, and the life of the seal plate provided in the gap between the air hole plate and the combustor liner. It is very difficult to achieve a balance between ensuring adequate sealing performance.
本発明の目的は、直管部と傾斜部を有する空気流路となる空気孔を多数形成した空気孔プレートの加工を容易にすると共に、空気孔プレートと燃焼器ライナの間隙に設けたシールプレートの変形量を適度に保持して、シールプレートの寿命を損なわずに適切なシール性を確保することが可能な、シールプレートを備えたガスタービン燃焼器を提供することにある。 An object of the present invention is to facilitate processing of an air hole plate in which a large number of air holes serving as air flow paths having straight pipe portions and inclined portions are formed, and a seal plate provided in the gap between the air hole plate and the combustor liner An object of the present invention is to provide a gas turbine combustor equipped with a seal plate that can maintain an appropriate amount of deformation and ensure an appropriate sealing performance without deteriorating the life of the seal plate.
本発明のシールプレートを備えたガスタービン燃焼器は、気体燃料をガスタービン燃焼器の燃焼室に噴出する複数の燃料ノズルと、燃焼用空気をガスタービン燃焼器の燃焼室に噴出する複数の空気孔を備えた空気孔プレートを設け、気体燃料と燃焼用空気を同軸噴流としてガスタービン燃焼器の燃焼室に噴出するように前記燃料ノズルと空気孔プレートに備えた前記空気孔とが対となるように概略同軸上にそれぞれ配置し、前記ガスタービン燃焼器の燃焼室を形成する燃焼器ライナと前記空気孔プレートとが嵌め合う部分にシール部材を配設し、前記空気孔プレートに備えた複数の空気孔のうち、前記燃料ノズルの近傍に位置し、空気の流れの上流側となる空気孔の部分は前記燃料ノズルと同軸となる直管状に形成した直管部を備え、前記空気孔プレートに備えた複数の空気孔のうち、前記燃焼室の近傍に位置し、空気の流れの下流側となる空気孔の部分は前記燃焼室の軸に対して傾斜角を付与した傾斜状に形成した傾斜部を備え、前記複数の空気孔を設けた空気孔プレートは、前記直管部を形成した直管空気孔プレートと、この直管空気孔プレートの下流側に配置されて前記傾斜部を形成した傾斜空気孔プレートによって構成し、前記直管空気孔プレートの部材の材質は、前記傾斜空気孔プレートの部材の材質と異なる材質によって形成されていることを特徴とする。 A gas turbine combustor including a seal plate according to the present invention includes a plurality of fuel nozzles that eject gaseous fuel into a combustion chamber of a gas turbine combustor, and a plurality of air that ejects combustion air into a combustion chamber of the gas turbine combustor. An air hole plate having a hole is provided, and the fuel nozzle and the air hole provided in the air hole plate are paired so that gaseous fuel and combustion air are jetted into the combustion chamber of the gas turbine combustor as a coaxial jet. A plurality of seal members are provided on the air hole plate, each of which is arranged substantially coaxially, and a seal member is provided at a portion where the combustor liner forming the combustion chamber of the gas turbine combustor and the air hole plate are fitted. Among the air holes, a portion of the air hole that is located in the vicinity of the fuel nozzle and is upstream of the air flow includes a straight pipe portion that is formed in a straight tube shape that is coaxial with the fuel nozzle. Of the plurality of air holes provided in the hole plate, the air hole portion located in the vicinity of the combustion chamber and downstream of the air flow is inclined with an inclination angle with respect to the axis of the combustion chamber. The air hole plate having the formed inclined part and provided with the plurality of air holes is arranged in the straight pipe air hole plate in which the straight pipe part is formed and on the downstream side of the straight pipe air hole plate. The material of the member of the straight pipe air hole plate is different from the material of the member of the inclined air hole plate.
本発明によれば、直管部と傾斜部を有する空気流路となる空気孔を多数形成した空気孔プレートの加工を容易にすると共に、空気孔プレートと燃焼器ライナの間隙に設けたシールプレートの変形量を適度に保持して、シールプレートの寿命を損なわずに適切なシール性を確保することが可能な、シールプレートを備えたガスタービン燃焼器が実現できる。 According to the present invention, it is easy to process an air hole plate in which a large number of air holes serving as an air flow path having a straight pipe part and an inclined part are formed, and a seal plate provided in the gap between the air hole plate and the combustor liner. A gas turbine combustor equipped with a seal plate can be realized that can maintain an appropriate amount of deformation and ensure an appropriate sealing performance without deteriorating the life of the seal plate.
本発明の実施例であるガスタービン燃焼器について図面を参照して以下に説明する。 A gas turbine combustor which is an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本発明の第１実施例であるガスタービン燃焼器について図１及び図２を用いて説明する。 A gas turbine combustor according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
図１は本発明の第１実施例であるガスタービン燃焼器２の構成を側断面図で示すと共に、本実施例のガスタービン燃焼器２を備えたガスタービンプラントの全体構成を示した概略構成図である。
FIG. 1 is a side sectional view showing a configuration of a
図１に示したように、ガスタービンプラントは、空気１０１を圧縮して高圧の燃焼用空気１０２を生成する圧縮機１と、この圧縮機１から導入される圧縮空気１０２と燃料（２０１、２０２）とを混合して燃焼ガス１０５を生成するガスタービン燃焼器２と、このガスタービン燃焼器２で生成された燃焼ガス１０５が導入されて駆動されるガスタービン３と、このガスタービン３の回転によって駆動されて発電する発電機４から構成されている。
As shown in FIG. 1, the gas turbine plant includes a
なお、圧縮機１とガスタービン３及び発電機４とはロータ２０によって相互に連結されており、前記ガスタービン３の回転によって圧縮機１を駆動するとともに、圧縮機１に連結された発電機４を駆動するように構成されている。
The
上記ガスタービン燃焼器２は、燃料（２０１、２０２）を噴射する多数の燃料ノズル５、各燃料ノズルに対向し燃焼用空気１０４が通過する空気孔６を多数備えた概略円盤状の空気孔プレート７、空気孔プレート７の下流かつ外周に配置され、空気孔６を出た燃料と空気の混合気を燃焼させる燃焼室８を形成する概略円筒状の燃焼器ライナ９、これらの構成部品を内部に収納する概略円筒状の燃焼器外筒１０、燃焼器外筒の端部に配置され燃料ノズル５が取り付けられるとともに燃料の供給流路となっている概略円盤状の燃焼器カバー１１から構成されている。
The
圧縮機１で圧縮された空気１０２は、ガスタービン燃焼器２に流入し、燃焼器外筒１０と燃焼器ライナ９の間を流れる。その空気１０２の一部は、燃焼器ライナ９の冷却空気１０３として燃焼室８に流入する。
The
また、その空気の残りは燃焼用空気１０４として空気孔プレート７に設けられた空気孔６を通り、ガスタービン燃焼器２の燃焼室８に流入する。
The remainder of the air passes through the air holes 6 provided in the
本実施例のガスタービン燃焼器２では、燃料供給系統２０１および燃料供給系統２０２が配設され、これらの燃料供給系統２０１及び燃料供給系統２０２には、それぞれ遮断弁２１１、２１２、及び流量制御弁２２１、２２２を備えており、複数設置された燃料ノズル５に供給する燃料流量を個別に制御することができるように構成されている。
In the
図１に示すように、本実施例のガスタービン燃焼器２は複数の燃料ノズル５を備えており、これらの燃料ノズル５は、それぞれの燃料ノズル５に燃料を分配する燃料ヘッダー２３１、２３２に接続されている。
As shown in FIG. 1, the
本実施例のガスタービン燃焼器２では、燃料ヘッダー２３１は燃焼器軸中心に位置しており、概略円盤状の空間を構成している。また、燃料ヘッダー２３２は燃料ヘッダー２３１の周囲に位置しており、概略環状の空間を構成している。
In the
これらの燃料ヘッダー２３１、２３２には、それぞれ燃料供給系統２０１、２０２から燃料を個別に供給している。このような構成により複数設置された燃料ノズル５は、２系統の燃料系統（燃料ヘッダー２３１に接続するＦ１群および燃料ヘッダー２３２に接続するＦ２群）に群分けすることができ、群分けされた燃料系統をまとめて燃料の供給量を制御することができる。
These
図２に本実施例のガスタービン燃焼器２に設置された燃料ノズル５と、前記燃料ノズル５の近傍に位置し、上流側に配置された円盤状の空気孔プレートを構成する直管空気孔プレート７aに設けられた空気流路の上流側となる空気孔の直管部６aと、燃焼室８の近傍に位置し、下流側に配置された円盤状の空気孔プレートを構成する傾斜空気孔プレート７ｂに設けられた空気流路の下流側となる旋回角を有する空気孔の傾斜部６ｂの詳細を示す。
FIG. 2 shows a fuel nozzle 5 installed in the
上流側に配置された前記直管空気孔プレート７aの材質は、耐熱合金よりも線膨張係数の大きなステンレス鋼で形成され、下流側に配置された前記傾斜空気孔プレート７ｂの材質は耐熱合金で形成され、前記直管空気孔プレート７aと前記傾斜空気孔プレート７ｂとが材質の異なる別部材によって形成されている。
The material of the straight
図２に示した燃料ノズルについて、バーナ中央の燃料ヘッダー２３１に接続するＦ１群のうちの１本の燃料ノズル５を例に説明すると、燃料ノズル５は概略円筒状であり、その一端は燃料ヘッダー２３１に接続しており、燃料ノズル５の内部には燃料ヘッダー２３１から供給された燃料２０１が流れる構造となっている。
The fuel nozzle shown in FIG. 2 will be described by taking one fuel nozzle 5 of the F1 group connected to the
燃料ノズル５の他端は、燃焼室８に面して設置され、上流側に配置された円盤状の空気孔プレートを構成する直管空気孔プレート７aに設けられた空気流路の上流側となる空気孔の直管部６aに対してほぼ同軸上に対向するように配設されており、燃料ノズル５を流下する燃料２０１は前記直管空気孔プレート７aに形成した空気流路の上流側となる空気孔の直管部６aを通過する空気１０４に包み込まれて前記直管部６aに流入し、その後、下流側に配置された円盤状の空気孔プレートを構成する傾斜空気孔プレート７ｂに設けられた空気流路の下流側となる空気孔の傾斜部６ｂを通過して燃焼室８内へ噴出される。
The other end of the fuel nozzle 5 faces the
ここで空気孔プレートは、燃料ノズル５の近傍に位置する上流側の直管空気孔プレート７ａと、燃焼室８の近傍に位置する下流側の傾斜空気孔プレート７ｂとの２つのプレート部材から構成されている。
Here, the air hole plate is composed of two plate members: an upstream straight pipe
燃料ノズル５に近い上流側の直管空気孔プレート７ａに設けられた複数の空気孔の直管部６ａは、その円筒軸が燃料ノズル５の軸と同軸となっており、空気孔の直管部６aの内部に先端部分が挿入された燃料ノズル５とあいまって、燃料と空気が偏り無く空気孔の直管部６aの内部に流入できるようになっている。
A plurality of air hole
一方、ガスタービン燃焼器２の燃焼室８に近い下流側の傾斜空気孔プレート７ｂに設けられた複数の空気孔の傾斜部６ｂは、その円筒軸が燃料ノズル５の軸に対してそれぞれ傾斜角を持って、環状に沿って配設されている。
On the other hand, the
この空気孔の傾斜部６ｂを通って燃焼室８内に噴出される空気流は、個々の空気流の集合体としてバーナ軸周りに旋回がかかるようになっており、燃焼室８内でこの旋回流によって生じる中央の低流速域に火炎が保持されるようになっている。
The air flow ejected into the
このように、直管空気孔プレート７ａに設けられた上流側の空気孔の直管部６ａを直管状とすることで燃料と空気の偏りをなくして混合を均一化し、傾斜空気孔プレート７ｂに設けられた下流側の空気孔の傾斜部６ｂを傾斜状とすることで全体の保炎性能を向上させることができる。
In this way, the
また、この場合、内部に空気孔の直管部６aを形成した前記直管空気孔プレート７ａの部材と、内部に空気孔の傾斜部６ｂを形成した前記傾斜空気孔プレート７ｂの部材とをそれぞれ別部材として構成することで、空気流路の途中で角度が変化する空気孔の直管部６aと空気孔の傾斜部６ｂを容易に加工できる。
Further, in this case, a member of the straight tube
図１に示すように、本実施例のガスタービン燃焼器２においては、バーナ中央の燃料ヘッダー２３１に接続するＦ１部分の空気孔プレートを構成する燃料ノズル５の近傍に位置する上流側の直管空気孔プレート７ａと、該直管空気孔プレート７ａの下流側となる燃焼室８の近傍に位置する傾斜空気孔プレート７ｂのうち、前記傾斜空気孔プレート７ｂに形成した空気流路には空気孔の傾斜部６ｂを設けているが、バーナ中央の周囲となる燃料ヘッダー２３１の周囲に位置する燃料ヘッダー２３２に接続するＦ２部分の空気孔プレートを構成する燃料ノズル５の近傍に位置する上流側の直管空気孔プレート７ａと、該直管空気孔プレート７ａの下流側となる燃焼室８の近傍に位置する傾斜空気孔プレート７ｂのうち、前記傾斜空気孔プレート７ｂに形成した空気流路には空気孔の傾斜部６ｂが設けられていない。
As shown in FIG. 1, in the
これは、バーナ中央のＦ１部分では旋回流によって火炎を確実に保炎し燃焼の安定性を確保しているが、その周囲のＦ２部分の火炎は中央のＦ１火炎の燃焼熱によって保炎しているため、保炎のための旋回流を必要としていないためである。 This is because the flame is surely held by the swirling flow in the center F1 portion of the burner to ensure the stability of the combustion, but the surrounding F2 portion flame is held by the combustion heat of the center F1 flame. This is because a swirl flow for flame holding is not required.
この結果、Ｆ２空気に旋回をかけないことでＦ２火炎が燃焼器ライナ９に接近することが無く、燃焼器ライナ９を高温の燃焼ガスから保護することができる。
As a result, by not swirling the F2 air, the F2 flame does not approach the
前記傾斜空気孔プレート７ｂに形成した空気孔の傾斜部６ｂのうち、Ｆ２部分の傾斜部６ｂの傾斜角については、本実施例のガスタービン燃焼器２の構造以外にも、Ｆ１部分と同様に全体に旋回をかけることで、バーナ全体としての保炎性を向上させることや、傾斜部６ｂの傾斜角をライナ軸に対して内向き（軸中央向き）とすることで、Ｆ２火炎を燃焼器ライナ９からさらに遠ざけることもできる。
Among the
いずれにしても、空気孔の傾斜部６ｂの加工性向上のためには、空気孔の直管部６aのみを設けた直管空気孔プレート７ａの部材と、傾斜した空気孔の傾斜部６ｂを設けた傾斜空気孔プレート７ｂの複数の部材で空気孔プレート７の部材とをそれぞれ別部材として構成することが肝要である。
In any case, in order to improve the workability of the
空気孔の直管部６aを加工した後の直管空気孔プレート７ａと、空気孔の傾斜部６ｂを加工した後の傾斜空気孔プレート７ｂは、ボルト締結することで一体構造の空気孔プレートを構成することができる。
The straight
この場合、直管空気孔プレート７ａと傾斜空気孔プレート７ｂの間には微視的な空隙ができるため接触熱抵抗が発生し、燃焼ガスから傾斜空気孔プレート７ｂに伝わった熱が直管空気孔プレート７ａには伝熱しにくくなる。このことは、直管空気孔プレート７ａの温度を下げる効果がある。
In this case, since a microscopic gap is formed between the straight pipe
尚、前記したボルト締結以外に、溶接や摩擦接合などによって、接触熱抵抗を生じさせること無く直管空気孔プレート７ａと傾斜空気孔プレート７ｂとを一体化する方法も考えられるが、これらの場合は直管空気孔プレート７ａの温度が下がりにくくなる。
In addition to the bolt fastening described above, a method of integrating the straight pipe
次に、図３から図５を用いて、本実施例のガスタービン燃焼器２における直管空気孔プレート７ａ及び傾斜空気孔プレート７ｂと、燃焼器ライナ９との間隙に設けたシールプレート１２との関係について詳細に説明する。
Next, referring to FIGS. 3 to 5, a
図３は本実施例のガスタービン燃焼器２における直管空気孔プレート７ａ及び傾斜空気孔プレート７ｂを燃焼器ライナ９に挿入する前の状態、即ち、ガスタービン燃焼器２の組立前の状態を示しており、燃焼器ライナ９と、燃料ノズルと空気プレートから構成されるバーナとの隙間から空気が燃焼室８内に漏れることを抑制するために、シールプレート１２が上流側の直管空気孔プレート７ａの外周面の取り付け位置１３ａで取り付けられている。
FIG. 3 shows a state before the straight tube
図４は本実施例のガスタービン燃焼器２において、直管空気孔プレート７ａ及び傾斜空気孔プレート７ｂと燃焼器ライナ９の間隙に設けたシールプレート１２について、ガスタービン燃焼器２の直管空気孔プレート７ａ及び傾斜空気孔プレート７ｂを燃焼器ライナ９に挿入した後の状態、即ち、ガスタービン燃焼器２の組立後の状態を示している。
FIG. 4 shows a straight pipe air of the
この図４では、シールプレート１２について、図３に示した直管空気孔プレート７ａ及び傾斜空気孔プレート７ｂが燃焼器ライナ９に挿入前の状態は点線で示しており、直管空気孔プレート７ａ及び傾斜空気孔プレート７ｂが燃焼器ライナ９に挿入した後の状態は実線で示し、直管空気孔プレート７ａ及び傾斜空気孔プレート７ｂを燃焼器ライナ９に挿入する前後の状態、即ち、ガスタービン燃焼器２の組立前後の状態を比較できるようにしてある。
In FIG. 4, with respect to the
ここで、図３中にｈで示したガスタービン燃焼器２の組立前のシールプレート１２の高さは、燃焼器ライナ９と直管空気孔プレート７ａ及び傾斜空気孔プレート７ｂとの半径方向の間隙（図４中にＨで示した）よりも大きいので、ガスタービン燃焼器２の組立時に直管空気孔プレート７ａ及び傾斜空気孔プレート７ｂを燃焼器ライナ９に挿入した際に、シールプレート１２の状態は、図４に点線で示したガスタービン燃焼器２の組立前の状態から、実線で示したガスタービン燃焼器２の組立後の状態に、該シールプレート１２を取り付けた直管空気孔プレート７ａの外周面の位置１３ａを支点として半径方向内方に弾性変形する。
Here, the height of the
そして、前記シールプレート１２は半径方向内方への弾性変形によって、前記直管空気孔プレート７ａの外周面に取り付けられた取り付け位置１３aよりも下流側の位置で、このシールプレート１２に燃焼器ライナ９の内周面と接触する第１の接触部１３ｂを備えると共に、この第１の接触部１３ｂよりも下流側の位置で前記シール部材１２が傾斜空気孔プレート７ｂの外周面と接触する第２の接触部を備えるように配置される。
The
即ち、前記シールプレート１２は、前記燃焼器ライナ外周面に取り付けられた位置１３aよりも下流側に位置する第１の接触部１３ｂで燃焼器ライナ９の内周面と接触し、更に傾斜空気孔プレート７ｂの外面とは第１の接触部１３ｂよりも下流側に位置する第２の接触部１３ｃで接触することでシールの働きをする。
That is, the
このとき前記シールプレート１２は、点線で示した変形前の形状から、実線で示した変形後の形状へと弾性変形しているため応力が発生している。また、元の形状に戻ろうとする力でシール性を保っている。
At this time, since the
ところで、シールプレート１２の弾性変形が過剰であると、シール性は保たれるが発生応力が大きくなり、シールプレート１２の寿命を損なうことになる。反対にシールプレート１２の弾性変形が過小であるとシール性が不足する。そのため、シールプレート１２の変形量を適度に保つ必要がある。
By the way, if the elastic deformation of the
そこで、図５に、本実施例のガスタービン燃焼器２において、直管空気孔プレート７ａ及び傾斜空気孔プレート７ｂと燃焼器ライナ９の間隙に設けたシールプレート１２について、ガスタービン燃焼器２の直管空気孔プレート７ａ及び傾斜空気孔プレート７ｂを燃焼器ライナ９に挿入したガスタービン燃焼器２の組立後に、ガスタービン燃焼器を燃焼させた高温時の状況であるガスタービン燃焼器の運転時の状態を示す。
Therefore, in FIG. 5, in the
図５に示すように、直管空気孔プレート７ａの材質を傾斜空気孔プレート７ｂの材質の耐熱合金よりも線膨張係数の大きなステンレス鋼で形成した場合は、温度が低い直管空気孔プレート７ａの半径方向外方への熱伸び量は、点線で示したガスタービン燃焼器の燃焼前の状態から、実線で示したガスタービン燃焼器の燃焼時の状態に線膨張係数が大きい分だけ大きくなる。
As shown in FIG. 5, when the material of the straight tube
また、温度が高い傾斜空気孔プレート７ｂの半径方向外方への熱伸び量は、点線で示したガスタービン燃焼器の燃焼前の状態から、実線で示したガスタービン燃焼器の燃焼時の状態に線膨張係数が小さい分だけ少さくなり、前記傾斜空気孔プレート７ｂの半径方向外方への熱伸び量と前記傾斜空気孔プレート７ｂの半径方向外方への熱伸び量が実線で示したように同じ半径方向外方への熱伸び量とすることが可能となる。
Further, the amount of thermal expansion outward in the radial direction of the inclined
その結果、シールプレート１２についてみると、点線で示したガスタービン燃焼器燃焼前の変形前の状態から、実線で示したガスタービン燃焼器燃焼時の変形後の形状へと弾性変形する。
As a result, the
このシールプレート１２の変形状態は、図４に示したガスタービン燃焼器組立後のシールプレート１２の変形状態の場合と同様となる。
The deformation state of the
そのため本実施例のガスタービン燃焼器２においては、燃料ノズル５の近傍に位置する直管空気孔プレート７ａと、前記直管空気孔プレート７ａの下流側となる燃焼室の近傍に位置する傾斜空気孔プレート７ｂとを２つの異なる部材で構成すると共に、前記直管空気孔プレート７ａの材質を、前記傾斜空気孔プレート７ｂの材質である耐熱合金よりも線膨張係数の大きなステンレス鋼で形成することにより、前記シールプレート１２の変形量は適度な変形量の範囲に保つことができ、この結果、シールプレート１２の寿命を損なうことなく、シールプレート１２によって燃焼器ライナと前記直管空気孔プレート７ａ及び傾斜空気孔プレート７ｂとの間で適切なシール性を確保することができる。また、ガスタービン燃焼器２の組立て性を損なう恐れも無くなる。
Therefore, in the
また、直管空気孔プレート７ａの材質に使用するステンレス鋼は、耐熱合金に比べると切削加工性が良いため、直管空気孔プレート７ａの材料及び傾斜空気孔プレート７ｂの材料を共に耐熱合金とした場合に比べて加工が容易になる利点もある。
Since the stainless steel used for the material of the straight tube
更に、直管空気孔プレート７ａの材料に使用するステンレス鋼は、耐熱合金に比べると材料コストが安いため、直管空気孔プレート７ａの材料及び傾斜空気孔プレート７ｂの材料を共に耐熱合金とした場合に比べて低コストになる利点もある。
Further, since the stainless steel used for the material of the straight tube
本実施例のガスタービン燃焼器２では、図５に示したように、直管空気孔プレート７ａは燃焼ガスからの加熱を受けず、燃焼器ライナ９に比べると温度が低いため、直管空気孔プレートに取り付けたシールプレートのほうが低温となり、変形力に対する強度が高まるほか、クリープ変形も発生しにくくなり、シール部材としての信頼性が向上する利点がある。
In the
また、直管空気孔プレート７ａの円筒の外側にシールプレート１２を取り付けることができるので、燃焼器ライナ９の円筒の内側に取り付ける場合に比べると、作業性が良くなる利点もある。
Further, since the
次に、図１〜図５に示した上記した本実施例のガスタービン燃焼器についての理解を深めるために、参考までに比較例のガスタービン燃焼器について説明する。 Next, in order to deepen the understanding of the gas turbine combustor of the above-described embodiment shown in FIGS. 1 to 5, a gas turbine combustor of a comparative example will be described for reference.
図６は比較例のガスタービン燃焼器を燃焼させた場合のシール部材の状況を示す部分断面図であり、空気プレートが直管空気孔プレート７ａの部材と、傾斜空気孔プレート７ｂの部材とを別体に構成し、空気孔の直管部６aを有する直管空気孔プレート７ａの材質及び空気孔の傾斜部６ｂを有する傾斜空気孔プレート７ｂの材質を、燃焼器ライナ９の材質と同じ耐熱合金で形成している。
FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing the state of the seal member when the gas turbine combustor of the comparative example is combusted. The air plate includes a member of the straight
図６に示した比較例のガスタービン燃焼器では、直管空気孔プレート７ａ及び傾斜空気孔プレート７ｂが、燃焼器ライナ９と同一の材質を用いているので、ガスタービン燃焼器が燃焼時に傾斜空気孔プレート７ｂと燃焼器ライナ９はともに燃焼ガスによって加熱されるため、ほぼ同等の温度となる。
In the gas turbine combustor of the comparative example shown in FIG. 6, since the straight pipe
一方、直管空気孔プレート７ａは燃焼ガスからの加熱を受けないため、直管空気孔プレート７ａの温度は傾斜空気孔プレート７ｂや燃焼器ライナ９の温度よりも低くなる。
On the other hand, since the straight pipe
ところが、これらの部材の材料にはいずれも耐熱合金が使用されているので、傾斜空気孔プレート７ｂと燃焼器ライナ９の熱伸びは同等となる（図６中の点線から実線への変形）が、直管空気孔プレート７ａの熱伸びはライナ９の熱伸びよりも小さくなる。
However, since heat resistant alloys are used for the materials of these members, the thermal expansion of the inclined
その結果、直管空気孔プレート７ａとライナ９の間隙が広がることにより、シールプレート１２についてみると、点線で示した変形前の形状から実線で示した変形後の形状の差（変形量）は小さくなってシールプレート１２の寿命は保たれるものの、シール性が不足することが懸念される。
As a result, when the gap between the straight
このようなシールプレート１２のシール性の不足に対して、ガスタービン燃焼器の燃焼前の状態においてシールプレート１２のつぶれ量を予め大きくしておき、図６に示したガスタービン燃焼器の燃焼時の高温の状態において適度なシール性を確保できるようにすることも考えられが、しかしその場合は、燃焼前にシールプレート１２に発生する応力が大きくなるため、シールプレート１２の寿命が短くなる。また、燃焼器ライナ９に空気孔プレート７を挿入する際の組立てに必要な力が大きくなるため、特別な機械や工具が必要となってガスタービン燃焼器の組立の容易性を損なうことになる。
For such a lack of sealing performance of the
これに対して上記したように本実施例によれば、直管部と傾斜部を有する空気流路となる空気孔を多数形成した空気孔プレートの加工を容易にすると共に、空気孔プレートと燃焼器ライナの間隙に設けたシールプレートの変形量を適度に保持して、シールプレートの寿命を損なわずに適切なシール性を確保することが可能な、シールプレートを備えたガスタービン燃焼器が実現できる。 On the other hand, as described above, according to the present embodiment, it is easy to process an air hole plate in which a large number of air holes serving as an air flow path having a straight pipe portion and an inclined portion are formed, and the air hole plate and the combustion A gas turbine combustor equipped with a seal plate that can maintain an appropriate level of sealing performance without deteriorating the life of the seal plate while maintaining the amount of deformation of the seal plate provided in the gap between the reactor liners. it can.
図７は本発明の第２の実施例であるガスタービン燃焼器２の概略構成を示した部分断面図であり、図１に示した第１実施例のガスタービン燃焼器２と異なる点は、シールプレート１２が燃焼器ライナ９の内周面に取り付け位置１３ａ’の位置で取り付けられている点にある。
FIG. 7 is a partial sectional view showing a schematic configuration of a
前記シールプレート１２は、前記燃焼器ライナ９の内周面に取り付けられた取り付け位置１３a’よりも下流側の位置で、このシールプレート１２に直管空気孔プレート７ａの外周面と接触する第１の接触部１３ｂ’を備えると共に、この第１の接触部１３ｂ’よりも下流側の位置で前記シール部材１２が前記燃焼器ライナ９の内周面と接触する第２の接触部１３ｃ’を備えるように配置されることで、シールの働きをしている。
The
本実施例のガスタービン燃焼器２の燃焼時には、燃焼器ライナ９と直管空気孔プレート７ａの間隙の変化によってシールプレート１２のシール性が影響を受ける。そのため、空気孔プレートを本実施例のように、空気孔の直管部６ａを備えた直管空気孔プレート７ａと、旋回角を有する空気孔の傾斜部６ｂを備えた傾斜空気孔プレート７ｂとの２つの異なる部材で構成すると共に、前記直管空気孔プレート７ａの材質を、前記傾斜空気孔プレート７ｂの材質である耐熱合金よりも線膨張係数の大きなステンレス鋼で形成することにより、前記シールプレート１２の変形量は適度な変形量の範囲に保つことができ、この結果、シールプレート１２の寿命を損なうことなく、シールプレート１２によって燃焼器ライナ９と前記直管空気孔プレート７ａ及び傾斜空気孔プレート７ｂとの間で適切なシール性を確保することができる。
During combustion of the
また、本実施例のガスタービン燃焼器２を図７に示したような構造とすることで、燃焼器ライナ９に直管空気孔プレート７ａ及び傾斜空気孔プレート７ｂで構成した空気孔プレートを挿入する際のガスタービン燃焼器の組立がスムーズになる利点もある。
Further, by configuring the
即ち、ガスタービン燃焼器の組立時に、燃焼器ライナ９の内周面に設置されたシールプレート１２は、取り付け位置１３ａ’の位置を基点に第１の接触部１３ｂおよび第２の接触部１３ｃ’の位置が図７の右方向にスライドするように変形するため、図７に示したように燃焼器ライナ９にシールプレート１２を取り付けて、直管空気孔プレート７ａ及び傾斜空気孔プレート７ｂで構成した空気孔プレートを図７の左側から右方向に挿入した場合に、シールプレート１２を折り曲げるような組立時の不具合を防止できる。
That is, when the gas turbine combustor is assembled, the
本実施例によれば、直管部と傾斜部を有する空気流路となる空気孔を多数形成した空気孔プレートの加工を容易にすると共に、空気孔プレートと燃焼器ライナの間隙に設けたシールプレートの変形量を適度に保持して、シールプレートの寿命を損なわずに適切なシール性を確保することが可能な、シールプレートを備えたガスタービン燃焼器が実現できる。 According to the present embodiment, it is easy to process an air hole plate in which a large number of air holes serving as an air flow path having a straight pipe part and an inclined part are formed, and a seal provided in the gap between the air hole plate and the combustor liner. A gas turbine combustor including a seal plate that can appropriately maintain the amount of deformation of the plate and ensure an appropriate sealing performance without deteriorating the life of the seal plate can be realized.
本発明は空気孔プレートと燃焼器ライナとの間にシールプレートを備えたガスタービン燃焼器に適用可能である。 The present invention is applicable to a gas turbine combustor having a seal plate between an air hole plate and a combustor liner.
１：圧縮機、２：ガスタービン燃焼器、３：タービン、４：発電機、５：燃料ノズル、６ａ：直管部、６ｂ：傾斜部、７ａ：直管空気孔プレート、７ｂ：傾斜空気孔プレート７、８：燃焼室、９：燃焼器ライナ、１０：燃焼器外筒、１１：燃焼器カバー、１２：シールプレート、１３a、１３ａ’：取り付け位置、１３ｂ、１３ｂ’：第１の接触部、１３ｃ、１３ｃ’：第２の接触部、２０：ロータ、１０１：ガスタービン吸い込み空気（大気圧）、１０２：圧縮空気、１０３：冷却空気、１０４：燃焼用空気、１０５：燃焼ガス、１０６：タービン排ガス、２０１：Ｆ１燃料、２０２：Ｆ２燃料、２１１：Ｆ１燃料遮断弁、２１２：Ｆ２燃料遮断弁、２２１：Ｆ１燃料制御弁、２２２：Ｆ２燃料制御弁、２３１：Ｆ１燃料ヘッダー、２３２：Ｆ２燃料ヘッダー。
1: compressor, 2: gas turbine combustor, 3: turbine, 4: generator, 5: fuel nozzle, 6a: straight pipe part, 6b: inclined part, 7a: straight pipe air hole plate, 7b: inclined
Claims (4)
気体燃料と燃焼用空気を同軸噴流としてガスタービン燃焼器の燃焼室に噴出するように前記燃料ノズルと空気孔プレートに備えた前記空気孔とが対となるように概略同軸上にそれぞれ配置し、
前記ガスタービン燃焼器の燃焼室を形成する燃焼器ライナと前記空気孔プレートとが嵌め合う部分にシール部材を配設し、
前記空気孔プレートに備えた複数の空気孔のうち、前記燃料ノズルの近傍に位置し、空気流路の上流側となる空気孔の部分に前記燃料ノズルと同軸となる直管状に形成した直管部を備え、
前記空気孔プレートに備えた複数の空気孔のうち、前記燃焼室の近傍に位置し、空気流路の下流側となる空気孔の部分に前記燃焼室の軸に対して傾斜角を付与した傾斜状に形成した傾斜部を備え、
前記複数の空気孔を設けた空気孔プレートは、前記直管部を形成した直管空気孔プレートの部材と、この直管空気孔プレートの下流側に配置されて前記傾斜部を形成した傾斜空気孔プレートの部材との複数の部材によって構成し、
前記直管空気孔プレートの部材の材質は、前記傾斜空気孔プレートの部材の材質と異なる材質によって形成されていることを特徴とするシールプレートを備えたガスタービン燃焼器。 A plurality of fuel nozzles for injecting gaseous fuel into the combustion chamber of the gas turbine combustor, and an air hole plate having a plurality of air holes for injecting combustion air into the combustion chamber of the gas turbine combustor,
Each of the fuel nozzle and the air hole provided in the air hole plate is arranged substantially coaxially so that the gaseous fuel and combustion air are jetted into the combustion chamber of the gas turbine combustor as a coaxial jet, respectively.
A seal member is disposed in a portion where the combustor liner forming the combustion chamber of the gas turbine combustor and the air hole plate are fitted,
Of the plurality of air holes provided in the air hole plate, a straight pipe that is located in the vicinity of the fuel nozzle and is formed in a straight tube shape that is coaxial with the fuel nozzle at a portion of the air hole on the upstream side of the air flow path. Part
Of the plurality of air holes provided in the air hole plate, an inclination is provided in the vicinity of the combustion chamber, and an inclination angle is given to an axis of the combustion chamber at a portion of the air hole on the downstream side of the air flow path Provided with an inclined portion formed in a shape,
The air hole plate provided with the plurality of air holes includes a member of the straight pipe air hole plate that forms the straight pipe part, and inclined air that is disposed on the downstream side of the straight pipe air hole plate and forms the inclined part. Consists of a plurality of members with a hole plate member,
A gas turbine combustor provided with a seal plate, wherein the material of the member of the straight pipe air hole plate is formed of a material different from the material of the member of the inclined air hole plate.
前記直管空気孔プレートの部材の材質は、その線膨張率が前記傾斜空気孔プレートの部材の材質の線膨張率よりも大きな線膨張率を有する材質によって形成されていることを特徴とするシールプレートを備えたガスタービン燃焼器。 A gas turbine combustor comprising the seal plate according to claim 1.
The straight pipe air hole plate member is made of a material having a linear expansion coefficient larger than that of the inclined air hole plate member. Gas turbine combustor with plates.
前記シール部材は前記直管空気孔プレートの外周面に取り付けられており、更に前記シール部材は前記燃焼器ライナ外周面の取り付け位置よりも下流側の位置で該シール部材が前記燃焼器ライナの内周面と接触する第１の接触部を備えると共に、前記第１の接触部よりも下流側の位置で該シール部材が前記傾斜空気孔プレートの外周面と接触する第２の接触部を備えるように配置されていることを特徴とするシールプレートを備えたガスタービン燃焼器。 A gas turbine combustor comprising the seal plate according to claim 1 or 2,
The seal member is attached to the outer peripheral surface of the straight pipe hole plate, and the seal member is located at a position downstream of the attachment position of the outer peripheral surface of the combustor liner, and the seal member is located inside the combustor liner. A first contact portion that contacts the peripheral surface is provided, and the seal member includes a second contact portion that contacts the outer peripheral surface of the inclined air hole plate at a position downstream of the first contact portion. A gas turbine combustor provided with a seal plate, wherein
前記シール部材は前記燃焼器ライナの内周面に取り付けられており、更に前記シール部材は前記燃焼器ライナ内周面の取り付け位置よりも下流側の位置で該シール部材が前記直管空気孔プレートの外周面と接触する第１の接触部を備えると共に、前記第１の接触部よりも下流側の位置で該シール部材が前記燃焼器ライナ内周面と接触する第２の接触部を備えるように配置されていることを特徴とするシールプレートを備えたガスタービン燃焼器。 A gas turbine combustor comprising the seal plate according to claim 1 or 2,
The seal member is attached to the inner peripheral surface of the combustor liner, and the seal member is further downstream than the attachment position of the inner peripheral surface of the combustor liner, and the seal member is the straight pipe hole plate. A first contact portion that comes into contact with the outer peripheral surface of the combustion chamber, and a second contact portion that comes into contact with the inner peripheral surface of the combustor liner at a position downstream of the first contact portion. A gas turbine combustor provided with a seal plate, wherein
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