JP2016035336A - ガスタービン燃焼器 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼ノズルの周囲の空間が狭隘であっても、燃焼ノズルと燃料ノズルプレートの接合を容易にして燃焼ノズルと燃料ノズルプレートを接合する精度の向上を図り、構造の信頼性を高めたガスタービン燃焼器を提供する。
【解決手段】燃料を供給する複数の燃料ノズル１５と、これらの燃料ノズルの端部を構造的に支持して上流側から流入する燃料を該燃料ノズルに配分する役割を担う燃料ノズルプレート１４と、燃焼用空気を供給する複数の空気孔を有する空気孔プレートから構成したバーナを備えたガスタービン燃焼器において、燃料ノズルプレート１４に燃料ノズル１５を挿入する燃焼ノズル取り付け用孔４４を形成し、燃料ノズルプレート１４と燃焼ノズル取り付け用孔４４に挿入された燃料ノズル１５とを、この燃料ノズルプレート１４の上流側から接合するように構成したガスタービン燃焼器。
【選択図】図３

Description

本発明はガスタービン燃焼器に係り、特に燃料を噴射する燃料ノズルを備えたガスタービン燃焼器に関するものである。

ガスタービン燃焼器では、排ガスが環境に与える負荷の低減を目的として、ガスタービン燃焼器の運転時に排出されるＮＯｘに対して厳しい環境基準が設定されている。

ＮＯｘの排出量は火炎温度の高温化に伴い増加するため、ガスタービン燃焼器で局所的に高温な火炎の形成を抑制して均一な燃焼を実現させる必要がある。

ガスタービン燃焼器で均一な燃焼を行うためには燃料の分散性向上が有効であり、例えば公知例の特開２０１３−１０８６６７号公報に記載されたガスタービン燃焼器の技術では、ガスタービン燃焼器の空気孔プレートの周方向及び半径方向に複数の燃料ノズルをそれぞれ設置することで、燃料の分散性を高めている。

また、公知例の特開２０１３−０５３８１４号公報に記載されたガスタービン燃焼器では、燃焼室を形成する燃焼筒の頭部に設けられた予混合型のパイロットバーナと、その外周に配置された予混合型のメインバーナを設置して、空気と燃料の十分な予混合化を図って低ＮＯｘ化を実現している。

特開２０１３−１０８６６７号公報 特開２０１３−０５３８１４号公報

特許文献１に記載された技術のガスタービン燃焼器では、燃料の分散性向上を目的として燃料ノズルの本数を増加させると、燃料ノズル同士の距離もしくは燃料ノズルと付近の壁との距離が短くなるという課題がある。

そして、燃料ノズル同士の距離や、燃料ノズルと付近の壁との距離が短くなると、燃料ノズルの周囲の空間が狭隘になるため、特許文献２に記載された技術のガスタービン燃焼器では、燃料ノズルを構造的に支持する燃料ノズルプレートに対して、該燃料ノズルの端部を下流側から接合しようとすると、接合のための十分な空間を確保することができないという課題がある。

本発明の目的は、燃焼ノズルの周囲の空間が狭隘であっても、燃焼ノズルと燃料ノズルプレートの接合を容易にして燃焼ノズルと燃料ノズルプレートを接合する精度の向上を図り、構造の信頼性を高めたガスタービン燃焼器を提供することにある。

本発明のガスタービン燃焼器は、燃料を供給する複数の燃料ノズルと、これらの燃料ノズルの端部を構造的に支持して上流側から流入する燃料を該燃料ノズルに配分する役割を担う燃料ノズルプレートと、燃焼用空気を供給する複数の空気孔を有する空気孔プレートから構成したバーナを備えたガスタービン燃焼器において、燃料ノズルプレートに燃料ノズルを挿入する燃焼ノズル取り付け用孔を形成し、燃料ノズルプレートと、燃焼ノズル取り付け用孔に挿入された燃料ノズルとを、この燃料ノズルプレートの上流側から接合するように構成した。

本発明によれば、燃料ノズルの周囲の空間が狭隘であっても、燃焼ノズルと燃料ノズルプレートの接合を容易にして燃焼ノズルと燃料ノズルプレートを接合する精度の向上を図り、構造の信頼性を高めたガスタービン燃焼器が実現できる。

本発明の実施例１であるガスタービン燃焼器における燃料及び空気の流れと燃焼過程の概略を示すガスタービン燃焼器の断面図。 図１に示した本発明の実施例１であるガスタービン燃焼器におけるバーナ部の構成部品を示す部分断面図。 図１に示した本発明の実施例１であるガスタービン燃焼器における燃料ノズルと燃料ノズルプレートの接合方法を示す部分断面図。 比較例のガスタービン燃焼器のバーナ部を構成する燃料ノズルと燃料ノズルプレートの接合方法を示す部分断面図。 本発明の実施例２であるガスタービン燃焼器における燃料ノズルと燃料ノズルプレートの接合方法を示す部分断面図。 本発明の実施例３であるガスタービン燃焼器における燃料ノズルと燃料ノズルプレートの接合方法を示す部分断面図。 本発明の実施例４であるガスタービン燃焼器における燃料ノズルと燃料ノズルプレートの接合方法を示す部分断面図。 本発明の実施例５であるガスタービン燃焼器における燃料ノズルと燃料ノズルプレートの接合方法を示す部分断面図。 本発明の実施例６であるガスタービン燃焼器における燃料ノズルと燃料ノズルプレートの接合方法を示す部分断面図。 本発明の実施例７であるガスタービン燃焼器における燃料ノズルと燃料ノズルプレートの接合方法を示す部分断面図。

本発明のガスタービン燃焼器の実施例について、図面を用いて以下に説明する。

本発明の実施例１であるガスタービン燃焼器が適用されるガスタービンプラントの構成について、図１を用いて説明する。

図１に示した実施例１のガスタービン燃焼器が適用されるガスタービンプラント１において、ガスタービンプラント１を構成するガスタービンは、大気より空気２を取り込み圧縮する圧縮機３と、圧縮機３において圧縮した圧縮空気４と燃料５を燃焼させ、高温高圧の燃焼ガス６を生成するガスタービン燃焼器７と、このガスタービン燃焼器７で発生した燃焼ガス６により駆動され、燃焼ガス６のエネルギーを回転動力として取り出すガスタービン８と、ガスタービン８の回転動力を使用して発電する発電機９とから構成される。

前記ガスタービン燃焼器７は、ガスタービン燃焼器７の端部に設置されるエンドカバー１０と、エンドカバー１０に取り付けられる円筒状の前側外筒１１と、前側外筒１１の後ろ側に取り付けられる長い円筒状の後側外筒１２を備えている。

前記前側外筒１１及び後側外筒１２の内側には、複数の空気孔２１を形成した円盤状の空気孔プレート１３が設置され、この空気孔プレート１３の上流側に、燃料を空気孔プレート１３に形成された空気孔２１に向けて噴出する複数の燃料ノズル１５を設けた燃料ノズルプレート１４が設置され、この空気孔プレート１３の下流側に、その内側に燃料と空気が混合して燃焼させる燃焼室２３を形成する長い円筒状のライナ１６が設置されている。

そして、前記圧縮機３で圧縮された圧縮空気４は、後側外筒１２とライナ１６との間に形成された円環状の流路１７を通り、ガスタービン燃焼器７に形成されたバーナ１８に流入する。

このバーナ１８は、燃料を噴射する複数の燃料ノズル１５と、燃料ノズル１５の端部を構造的に支持し、上流側から流入する燃料を前記燃料ノズル１５に配分する役割を担う燃料ノズルプレート１４と、前記複数の燃料ノズル１５を備えた燃料ノズルプレート１４の下流側に、燃焼用の空気が供給される複数の空気孔２１を形成した空気孔プレート１３から構成されている。

また、圧縮空気４の一部は、ライナ１６を冷却するための冷却空気１９として前記ライナ１６に設けた多数の冷却孔からライナ１６内に流入する。

ガスタービン燃焼器７に供給される燃料５は、エンドカバー１０に設けた燃料供給管２０を通って燃料ノズルプレート１４に流入し、燃料ノズルプレート１４から各燃料ノズル１５を通過して空気孔プレート１３に形成した複数の空気穴２１に向けて噴射される。

そして、空気孔プレート１３の空気孔２１の燃料ノズル側入り口において、燃料ノズル１５から噴射された燃料５と、後側外筒１２とライナ１６との間に形成された円環状の流路１７を通って供給された圧縮空気４とが混合されて混合気２２となり、この燃料５と圧縮空気４の混合気２２が燃焼室２３に向かって噴射されて燃焼し、高温の火炎２４を形成する。

本実施例のガスタービン燃焼器７は、燃料５として天然ガスだけでなくコークス炉ガスや製油所オフガス、石炭ガス化ガスなどの燃料も使用できる。

次に、図２に実施例１であるガスタービン燃焼器７のバーナ１８の構成を示す。図２に示すように、本実施例のガスタービン燃焼器７に設けられたバーナ１８は、空気孔プレート１３と、燃料ノズルプレート１４、及び燃料ノズル１５から構成されている。

燃料を噴射する燃料ノズル１５の上流側端部４０は、燃料ノズルプレート１４に対して接合され、その接合部は燃料５が漏洩しないようにシールされている。

燃料ノズル１５の下流側端部３０と、空気孔プレート１３の空気孔２１は、接合もしくは接触しておらず、圧縮空気４が空気孔プレート１３に形成された空気孔２１に対して自由に流入することができるように構成されている。

そして、燃料ノズル１５の上流側端部４０と、燃料ノズルプレート１４との接合方法は、通常、ボルト締結、溶接、ろう付けなどが利用される。

次に実施例１であるガスタービン燃焼器７のバーナ１８を構成する燃料ノズル１５と、燃料ノズルプレート１４との接合方法について、図３及び図４の部分拡大図を用いて説明する。

図３の部分拡大図は、本実施例のガスタービン燃焼器７のバーナ１８を構成する燃料ノズル１５と、燃料ノズルプレート１４とを溶接によって接合した場合の接合方法を示している。

ただし本実施例は、ガスタービン燃焼器７のバーナ１８を構成する燃料ノズル１５と、燃料ノズルプレート１４とを接合する接合方法について、溶接による接合に限定するものではなく、溶接以外の接合方法も利用できるものである。

図３の部分拡大図に示したように、本実施例のガスタービン燃焼器７のバーナ１８を構成する燃料ノズル１５と燃料ノズルプレート１４との接合方法では、燃料ノズルプレート１４に燃料ノズル１５を挿入するための燃焼ノズル取り付け用孔４４を貫通させて形成し、燃料ノズル１５の上流側端部４０と、前記燃焼ノズル取り付け用孔４４に挿入した燃料ノズルプレート１４の上流側端部４１との双方に、燃料ノズルプレート１４に対して上流側から溶接を施して接合部４５を形成し、燃料ノズル１５の上流側端部４０と燃料ノズルプレート１４の上流側端部４１との両者を接合するように構成する。

図４は、ガスタービン燃焼器７のバーナ１８を構成する燃料ノズル１５と燃料ノズルプレート１４とを接合する比較例の接合方法を示したものであり、この図４に示した比較例の接合方法では、燃料ノズル１５の上流側近傍の側面４０ｂと、燃料ノズルプレート１４の下流側端部４１ｂとの双方を、燃料ノズルプレート１４に対して下流側４２から接合部４２を形成して接合している。

しかしながら、図４に示した燃料ノズル１５と燃料ノズルプレート１４を接合する比較例の接合方法では、燃料ノズルプレート１４の下流側で、多数の燃料ノズル１５が密に配設されていて燃料ノズル１５の周囲の空間４３が狭隘な場合に、燃料ノズル１５と燃料ノズルプレート１４を接合する接合作業を行うための十分な作業空間を燃料ノズルプレート１４の下流側に確保することができないという課題がある。

また、図４に示した比較例の燃料ノズル１５と燃料ノズルプレート１４を接合する比較例の接合方法においては、図４に示した構造から明らかなように、燃料ノズルプレート１４の上流側には燃料ノズル１５と燃料ノズルプレート１４との接合を行うための作業空間は存在していない。

そこで、図３に示した本実施例のガスタービン燃焼器７においては、ガスタービン燃焼器７のバーナ１８を構成する燃料ノズル１５と、燃料ノズルプレート１４との接合方法において、多数の燃料ノズル１５が密に配置されている場合であっても、本実施例のガスタービン燃焼器における燃料ノズル１５と燃料ノズルプレート１４との接合方法では、燃料ノズルプレート１４に燃料ノズル１５を挿入するための燃焼ノズル取り付け用孔４４を貫通させて形成し、この燃焼ノズル取り付け用孔４４に挿入した燃料ノズル１５が燃料ノズルプレート１４の下流側に突き出るように配設している。

そして、この燃焼ノズル取り付け用孔４４に挿入した前記燃料ノズル１５の上流側端部４０と、前記燃料ノズルプレート１４の上流側端部４１との双方に、燃料ノズルプレート１４に対して上流側から溶接を施して接合部４５を形成し、燃料ノズル１５の上流側端部４０と燃料ノズルプレート１４の上流側端部４１との両者を接合するように構成したものである。

即ち、本実施例のガスタービン燃焼器７では、燃料ノズルプレート１４の上流側には前記燃料ノズル１５が配設されていない構造を採用しているので、燃料ノズルプレート１４の上流側では燃料ノズル１５と燃料ノズルプレート１４との接合を実施する上で十分に広い作業空間が確保されており、燃料ノズル１５と燃料ノズルプレート１４との接合精度が向上すると共に、この接合精度向上に伴なって燃料ノズル１５と燃料ノズルプレート１４との接合部の構造信頼性が高くなる。

また、本実施例のガスタービン燃焼器７のバーナ１８を構成する燃料ノズル１５と、燃料ノズルプレート１４との接合方法においては、ガスタービン燃焼器７の燃焼室２３内で燃料５と圧縮空気４との混合気２２が燃焼する際に燃焼振動が発生して燃料ノズル１５が該燃料ノズル１５の中心軸と直角方向に振動する場合に、前記燃料ノズル１５の側面と、燃料ノズルプレート１４に燃料ノズル１５を挿入するために形成した燃焼ノズル取り付け用孔４４の内面とが接触して振動を抑制するので、両者を溶接するために形成した接合部４５に作用する負荷を低減することが可能となる。

さらには、燃料ノズル１５の側面と、燃料ノズルプレート１４の燃焼ノズル取り付け用孔４４の内面との間に、わずかな隙間を設けるようにすることで、燃料ノズル１５の側面と燃料ノズルプレート１４の燃焼ノズル取り付け用孔４４の内面との間に両者の接触に伴なって摩擦力を発生させることができるので、この摩擦力によって燃料ノズル１５に作用する振動を減衰させる効果を得ることが可能となる。

本実施例によれば、燃料ノズルの周囲の空間が狭隘であっても、燃焼ノズルと燃料ノズルプレートの接合を容易にして接合の精度向上を図り、構造の信頼性を高めたガスタービン燃焼器が実現できる。

次に本発明の実施例２であるガスタービン燃焼器７のバーナ１８を構成する燃料ノズル１５と、燃料ノズルプレート１４との接合方法について図５の部分拡大図を用いて説明する。

図５の部分拡大図は実施例２であるガスタービン燃焼器に設けたバーナ８の構造の詳細を示しており、先に説明した本発明の実施例１のガスタービン燃焼器７のバーナ１８を構成する燃料ノズル１５と燃料ノズルプレート１４とを接合する接合方法と基本的な構成は類似しているので、両者に共通した構成の説明は省略し、相違する部分について以下に説明する。

図５の部分拡大図は、実施例２のガスタービン燃焼器７のバーナ１８において、燃料ノズル１５がその上流側端部４０で燃料ノズルプレート１４の上流側端部４１に対して接合されている様子を示している。

図５に示した実施例２のガスタービン燃焼器７のバーナ１８では、燃料ノズルプレート１４に貫通して形成された燃焼ノズル取り付け用孔４４の上流側に、燃焼ノズル取り付け用孔４４の下流側の孔の直径よりも大径に形成された段差部５１を設けると共に、前記燃焼ノズル取り付け用孔４４の内部に挿入された燃焼ノズル１５の上流側端部４０に、燃焼ノズル１５の下流側の部分の直径よりも大径に形成された段差部５０を設け、この燃焼ノズル１５の上流側端部４０に設けた段差部５０が、燃焼ノズル取り付け用孔４４の上流側に設けた段差部５１と当接するように構成している。

そして、燃料ノズル１５に設けた大径の前記段差部５０の上流側端部４０と、燃焼ノズル取り付け用孔４４に形成した大径の前記段差部５１の上流側に面した前記燃料ノズルプレート１４の上流側端部４１との双方に、燃料ノズルプレート１４に対して上流側から溶接を施して接合部４５を形成し、前記燃料ノズル１５の上流側端部４０と前記燃料ノズルプレート１４の上流側端部４１との両者を接合している。

図５に示した実施例２のガスタービン燃焼器７のバーナ１８では、燃料ノズル１５の上流側端部に設けた段差部５０の外形が燃料ノズル１５の下流側の外径よりも大きな直径を有する構造にすると共に、燃料ノズルプレート１４の燃料ノズル取り付け用孔４４の上流側に形成した段差部５１の内径が燃料ノズル取り付け用孔４４の下流側の内径よりも大きな直径を有する構造にすることで、燃料ノズル１５に設けた大径の前記段差部５０の下面が、燃料ノズル取り付け用孔４４に設けた大径の段差部５１の下面に当接して、燃料ノズル１５が燃料ノズル取り付け用孔４４から下流側に抜け落ちることを阻止するように構成されている。

上記した構成を採用することによって、燃料ノズル１５の上流側端部と、燃料ノズルプレート１４に貫通して形成された燃焼ノズル取り付け用孔４４の上流側端部との接合部４５に損傷が発生して破損した場合においても、燃料ノズル１５の上流側端部４０に設けた大径の段差部５０の下面が、燃料ノズルプレート１４に設けた燃料ノズル取り付け用孔４４に形成した大径の段差部５１の下面と当接して前記燃料ノズル１５の移動を阻止するように構成していることから、燃料ノズル１５が燃料ノズルプレート１４の燃料ノズル取り付け用孔４４から下流側に抜け落ちてガスタービン燃焼器の他の部品が損傷することを防止するものである。

また、前記段差部５０，５１は、燃料ノズル１５の軸方向５２の位置決めを行うことも可能となる。

本実施例によれば、燃料ノズルの周囲の空間が狭隘であっても、燃焼ノズルと燃料ノズルプレートの接合を容易にして接合の精度向上を図り、構造の信頼性を高めたガスタービン燃焼器が実現できる。

次に本発明の実施例３であるガスタービン燃焼器７のバーナ１８を構成する燃料ノズル１５と燃料ノズルプレート１４との接合方法について、図６の部分拡大図を用いて説明する。

図６の部分拡大図は、実施例３のガスタービン燃焼器７におけるバーナ１８の構造の詳細を示しており、先に示した本発明の実施例１のガスタービン燃焼器７のバーナ１８を構成する燃料ノズル１５の上流側端部４０と燃料ノズルプレート１４の上流側端部４１とを接合する接合方法と基本的な構成は類似しているので、両者に共通した構成の説明は省略し、相違する部分について以下に説明する。

図６に、実施例３のガスタービン燃焼器７におけるバーナ１８の構造の詳細を示す。

図６に示した実施例３のガスタービン燃焼器７のバーナ１８では、燃料ノズルプレート１４に貫通して形成された燃焼ノズル取り付け用孔４４に挿入された燃料ノズル１５の上流側端部４０と、燃料ノズルプレート１４の上流側端部４１とに、燃料ノズルプレート１４の上流側から溶接を施して溶接部４５を形成し、燃料ノズル１５の上流側端部４０がこの接合部４５によって燃料ノズルプレート１４の上流側端部４１に接合されている様子を示している。

実施例３のガスタービン燃焼器７のバーナ１８では、燃料ノズルプレート１４に貫通して形成された燃焼ノズル取り付け用孔４４から下流側に突き出た燃料ノズル１５の部分の外形が、根元部から下流側端部３０に向かって外径が徐々に小さくなる外形漸減形状部６０を有するように形成されている。

実施例３のガスタービン燃焼器７のバーナ１８では、燃焼ノズル取り付け用孔４４から下流側に突き出た燃料ノズル１５の外径が下流側端部３０に向かって徐々に小さくなる形状の外形漸減形状部６０を有するように形成されていることから、燃料ノズル１５の外径が徐々に小さくなっている分だけ燃料ノズル１５が軽量化され、この結果、燃焼振動に伴って燃料ノズル１５の上流側端部４０と燃料ノズルプレート１４の上流側端部４１を接合する接合部４５に作用する負荷を低減することができる。

本実施例によれば、燃料ノズルの周囲の空間が狭隘であっても、燃焼ノズルと燃料ノズルプレートの接合を容易にして接合の精度向上を図り、構造の信頼性を高めたガスタービン燃焼器が実現できる。

次に本発明の実施例４であるガスタービン燃焼器７のバーナ１８を構成する燃料ノズル１５と、燃料ノズルプレート１４との接合方法について図７の部分拡大図を用いて説明する。

図７の部分拡大図は実施例２のガスタービン燃焼器におけるバーナ８の構造の詳細を示しており、先に示した本発明の実施例２のガスタービン燃焼器７のバーナ１８を構成する燃料ノズル１５の上流側端部４０と燃料ノズルプレート１４の上流側端部４１とを接合する接合方法と基本的な構成は類似しているので、両者に共通した構成の説明は省略し、相違する部分について以下に説明する。

図７に示した実施例４のガスタービン燃焼器７のバーナ１８では、燃料ノズル１５の上流側端部に設けた段差部５０の外形が燃料ノズル１５の下流側の外径よりも大きな直径を有する構造にすると共に、燃料ノズルプレート１４の燃料ノズル取り付け用孔４４の上流側に形成した段差部５１の内径が燃料ノズル取り付け用孔４４の下流側の内径よりも大きな直径を有する構造に形成することで、燃料ノズル１５に設けた大径の前記段差部５０の下面が、燃料ノズル取り付け用孔４４に設けた大径の段差部５１の下面に当接して、燃料ノズル１５が燃料ノズル取り付け用孔４４から下流側に抜け落ちを阻止するように構成されている。

上記した構成を採用することによって、燃料ノズル１５の上流側端部４０と、燃料ノズルプレート１４の上流側端部４１との接合部４５に損傷が発生して破損した場合においても、燃料ノズル１５に大径に形成した段差部５０の下面が、燃料ノズルプレート１４に設けた燃料ノズル取り付け用孔４４の上流側に大径に形成した段差部５１の下面と当接して前記燃料ノズル１５の移動を阻止するように構成していることから、燃料ノズル１５が燃料ノズルプレート１４の燃料ノズル取り付け用孔４４から下流側に抜け落ちてガスタービン燃焼器の他の部品が損傷することを防止するものである。

更に、燃料ノズル１５は、実施例３に記載した燃料ノズル１５の形状と同様に、燃料ノズルプレート１４に貫通して形成された燃焼ノズル取り付け用孔４４から下流側に燃料ノズル１５が突き出た部分において、この燃料ノズル１５の外形が、根元部から下流側端部３０に向かって外径が徐々に小さくなる形状の外形漸減形状部６０を有するように形成されている。

実施例４のガスタービン燃焼器７のバーナ１８では、燃料ノズルプレート１４に形成された燃焼ノズル取り付け用孔４４から下流側に突き出た燃料ノズル１５の外形が、根元部から下流側端部３０に向かって外径が徐々に小さくなる形状の外形漸減形状部６０を有するように形成されていることから、燃料ノズル１５の外径が徐々に小さくなっている分だけ燃料ノズル１５が軽量化されており、この結果、燃焼振動に伴って燃料ノズル１５の上流側端部４０と燃料ノズルプレート１４の上流側端部４１を接合する接合部４５に作用する負荷を低減することができる。
図７に示した実施例４のガスタービン燃焼器７のバーナ１８では、強度を維持しつつ燃料ノズル１５が軽量化され、燃焼振動に伴い燃料ノズル１５と燃料ノズルプレート１４とを接合する接合部４５に作用する負荷を低減することができる。

本実施例によれば、燃料ノズルの周囲の空間が狭隘であっても、燃焼ノズルと燃料ノズルプレートの接合を容易にして接合の精度向上を図り、構造の信頼性を高めたガスタービン燃焼器が実現できる。

次に本発明の実施例５であるガスタービン燃焼器７のバーナ１８を構成する燃料ノズル１５と、燃料ノズルプレート１４との接合方法について図８の部分拡大図を用いて説明する。

図８の部分拡大図は実施例５のガスタービン燃焼器７のバーナ１８の構造の詳細を示しており、先に示した本発明の実施例１のガスタービン燃焼器７のバーナ１８を構成する燃料ノズル１５の上流側端部４０と燃料ノズルプレート１４の上流側端部４１とを接合する接合方法と基本的な構成は類似しているので、両者に共通した構成の説明は省略し、相違する部分について以下に説明する。

図８に示した実施例５のガスタービン燃焼器７におけるバーナ１８において、本実施例のガスタービン燃焼器７のバーナ１８では、燃料ノズルプレート１４に貫通して形成された燃焼ノズル取り付け用孔４４が途中から上流側に向かって外径が徐々に大きくなるテーパー部７０の内壁面を有するように形成されており、この燃焼ノズル取り付け用孔４４のテーパー部７０の内壁面の形状に対応するように、前記燃焼ノズル取り付け用孔４４に挿入される燃料ノズル１５の外壁面にも、途中から上流側に向かって外径が徐々に大きくなるテーパー部７２の外壁面を有するように形成されている。

そして、燃料ノズルプレート１４の上流側端部４１の近傍に形成したテーパー部７０の内壁面と、燃焼ノズル取り付け用孔４４に挿入された燃料ノズル１５の上流側端部４０の近傍に形成されたテーパー部７２の外壁面に対して、燃料ノズルプレート１４の上流側から溶接を施して溶接部４５を形成し、燃料ノズル１５がこの接合部４５によって燃料ノズルプレート１４に接合されている様子を示している。

燃料ノズル１５の上流側端部４０近傍に形成した外径が下流側部分の外径よりも大径となるテーパー部７２の外壁面を有するように形成すると共に、燃料ノズルプレート１４の上流側端部４１近傍となる燃料ノズル取り付け用孔４４に形成した内径が下流側部分の内径よりも大径となるテーパー部７０の内壁面を有するように形成することで、燃料ノズル１５に設けた前記テーパー部７２の外壁面が、燃料ノズル取り付け用孔４４に設けたテーパー部７０の内壁面に当接して、燃料ノズル１５が燃料ノズル取り付け用孔４４から下流側に抜け落ちを阻止するように構成されている。

上記した構成を採用することによって、燃料ノズル１５の上流側端部４０と、燃料ノズルプレート１４の上流側端部４１との接合部４５に損傷が発生して破損した場合においても、燃料ノズル１５の上流側端部４０の近傍に形成したテーパー部７２の外壁面が、燃料ノズルプレート１４の上流側端部４１の近傍の燃料ノズル取り付け用孔４４に形成したテーパー部７０の内壁面と当接して前記燃料ノズル１５の移動を阻止するように構成していることから、燃料ノズル１５が燃料ノズルプレート１４の燃料ノズル取り付け用孔４４から下流側に抜け落ちてガスタービン燃焼器の他の部品が損傷することを防止するものである。

また、燃料ノズル１５にテーパー部７２を設けたことによって、燃料ノズルプレート１４に形成された燃焼ノズル取り付け用孔４４のテーパー部７０に対して、燃料ノズル１５の軸方向５２と、半径方向７１の位置決めを行うことができる。

本実施例によれば、燃料ノズルの周囲の空間が狭隘であっても、燃焼ノズルと燃料ノズルプレートの接合を容易にして接合の精度向上を図り、構造の信頼性を高めたガスタービン燃焼器が実現できる。

次に本発明の実施例６であるガスタービン燃焼器７のバーナ１８を構成する燃料ノズル１５と、燃料ノズルプレート１４との接合方法について、図９の部分拡大図を用いて説明する。

図９の部分拡大図は、実施例６のガスタービン燃焼器７におけるバーナ１８の構造の詳細を示しており、先に示した本発明の実施例１のガスタービン燃焼器７のバーナ１８を構成する燃料ノズル１５と燃料ノズルプレート１４とを接合する接合方法と基本的な構成は類似しているので、両者に共通した構成の説明は省略し、相違する部分について以下に説明する。

図９に示した実施例６のガスタービン燃焼器７におけるバーナ１８の構造において、本実施例のガスタービン燃焼器７のバーナ１８では、燃料ノズルプレート１４に貫通して形成された燃焼ノズル取り付け用孔４４に挿入された燃料ノズル１５の上流側端部４０に、該燃料ノズル１５の下流側の外径よりも大径に形成したフランジ部８０を設けている。

そして、燃料ノズルプレート１４の上流側端部４１と、燃料ノズル１５の上流側端部４０に設けた大径のフランジ部８０に対して、燃料ノズルプレート１４の上流側から溶接を施して溶接部４５を形成し、燃料ノズル１５の上流側端部４０の下面がこの接合部４５によって燃料ノズルプレート１４の上流側端部４１に接合されている様子を示している。

本実施例では、燃料ノズル１５の上流側端部４０に設けたフランジ部８０の外径を、燃料ノズルプレート１４の燃料ノズル取り付け用孔４４の内径よりも大径に形成することで、燃料ノズル１５の上流側端部４０の下面と燃料ノズルプレート１４の上流側端部４１とを接合する接合部４５に損傷が発生した場合においても、燃料ノズル１５が燃料ノズルプレート１４の燃料ノズル取り付け用孔４４から下流側に抜け落ちてガスタービン燃焼器の他の部品が損傷することを防止するものである。

また、燃料ノズル１５のフランジ部８０である該燃料ノズル１５の上流側端部４０の下面が燃料ノズルプレート１４の上流側端部４１と接触する接触部８１において、燃料ノズル１５の軸方向５２の位置決めを行うことができる。

本実施例によれば、燃料ノズルの周囲の空間が狭隘であっても、燃焼ノズルと燃料ノズルプレートの接合を容易にして接合の精度向上を図り、構造の信頼性を高めたガスタービン燃焼器が実現できる。

次に本発明の実施例７であるガスタービン燃焼器７のバーナ１８を構成する燃料ノズル１５と、燃料ノズルプレート１４との接合方法について、図１０の部分拡大図を用いて説明する。

図１０の部分拡大図は、実施例７のガスタービン燃焼器におけるバーナ８の構造の詳細を示しており、先に示した本発明の実施例２のガスタービン燃焼器７のバーナ１８を構成する燃料ノズル１５の上流側端部４０と燃料ノズルプレート１４の上流側端部４１とを接合する接合方法と基本的な構成は類似しているので、両者に共通した構成の説明は省略し、相違する部分について以下に説明する。

図１０に示した実施例７のガスタービン燃焼器７におけるバーナ１８の構造において、本実施例のガスタービン燃焼器７のバーナ１８では、燃料ノズル１５の燃料流路の途中にオリフィス部９０を設けており、そして、燃料ノズル１５に設けた大径の前記段差部５０の上流側端部４０と、燃料ノズルプレート１４に形成した燃焼ノズル取り付け用孔４４に設けた大径の前記段差部５１の上流側となる前記燃料ノズルプレート１４の上流側端部４１との双方に、燃料ノズルプレート１４の上流側から溶接を施して接合部４５を形成し、前記燃料ノズル１５の上流側端部４０と前記燃料ノズルプレート１４の上流側端部４１との両者を接合するように構成している。

燃料ノズル１５と燃料ノズルプレート１４を溶接で接合した場合、図４に示した比較例の接合方法では溶接による熱変形が発生して燃料ノズル１５の燃料流路の途中に設けたオリフィス部９０の内径が変化することになるが、実施例７のガスタービン燃焼器７におけるバーナ８の構造では、溶接による熱変形の方向が燃料ノズル１５の半径方向７１ではなく軸方向５２であるため、燃料ノズル１５のオリフィス部９０に生じる変形が小さく抑制され、燃料流量を高い精度で制御できる。

本実施例によれば、燃料ノズルの周囲の空間が狭隘であっても、燃焼ノズルと燃料ノズルプレートの接合を容易にして接合の精度向上を図り、構造の信頼性を高めたガスタービン燃焼器が実現できる。

１：ガスタービンプラント、２：空気、３：圧縮機、４：圧縮空気、５：燃料、６：燃焼ガス、７：ガスタービン燃焼器、８：ガスタービン、９：発電機、１０：エンドカバー、１１：前側外筒、１２：後側外筒、１３：空気孔プレート、１４：燃料ノズルプレート、１５：燃料ノズル、１６：ライナ、１７：後側外筒とライナの間の流路、１８：バーナ、１９：冷却するための冷却空気、２０：燃料供給管、２１：空気孔プレートの空気孔、２２：燃料と圧縮機の混合気、２３：燃焼室、２４：火炎、３０：燃焼ノズルの下流側端部、４０：燃料ノズルの上流側端部、４０ｂ：燃料ノズルの上流側近傍の側面、４１：燃料ノズルプレートの上流側端部、４１ｂ：燃料ノズルプレートの下流側、４３：燃料ノズルの周囲の空間、４４：燃焼ノズル取り付け用孔、４２、４５：接合部、５０：燃焼ノズルの段差部、５１：燃焼ノズル取り付け用孔の段差部、５２：燃料ノズルの軸方向、６０：外形漸減形状部、７０、７１：テーパー部、７１：燃料ノズルの半径方向、８０：燃料ノズルの上流側端部のフランジ部、８１：燃料ノズルのフランジ部と燃料ノズルプレートの接触部、９０：オリフィス部。

Claims (9)

1. 燃料を供給する複数の燃料ノズルと、これらの燃料ノズルの端部を構造的に支持して上流側から流入する燃料を該燃料ノズルに配分する役割を担う燃料ノズルプレートと、燃焼用空気を供給する複数の空気孔を有する空気孔プレートから構成したバーナを備えたガスタービン燃焼器において、
   燃料ノズルプレートに燃料ノズルを挿入する燃焼ノズル取り付け用孔を形成し、
   燃料ノズルプレートと、燃焼ノズル取り付け用孔に挿入された燃料ノズルとを、この燃料ノズルプレートの上流側から接合するように構成したことを特徴とするガスタービン燃焼器。
2. 請求項１に記載のガスタービン燃焼器において、
   燃料ノズルプレートに設けた燃焼ノズル取り付け用孔に挿入された燃料ノズルのうち、燃料ノズルプレートの燃焼ノズル取り付け用孔の内部に位置する前記燃料ノズルの上流側部分の外径が、前記燃料ノズルの下流側部分の外径に対して大径となるように形成したことを特徴とするガスタービン燃焼器。
3. 請求項２に記載のガスタービン燃焼器において、
   燃料ノズルプレートに設けられた燃料ノズルを挿入する燃焼ノズル取り付け用孔のうち、前記燃焼ノズル取り付け用孔の上流側部分の内径が、前記燃焼ノズル取り付け用孔の下流側部分の内径に対して大径となるように形成したことを特徴とするガスタービン燃焼器。
4. 請求項１に記載のガスタービン燃焼器において、
   燃焼ノズルの上流側端部に、燃料ノズルプレートに設けた燃料ノズルを挿入する燃焼ノズル取り付け用孔の内径よりも大きい外径を有するフランジを設けるように構成したことを特徴とするガスタービン燃焼器。
5. 請求項３に記載のガスタービン燃焼器において、
   燃料ノズルプレートに設けられた燃料ノズルを挿入する燃焼ノズル取り付け用孔のうち、前記燃焼ノズル取り付け用孔の上流側部分の内径が前記燃焼ノズル取り付け用孔の下流側部分の内径に対して大径となるように構成した第一の段差部を設けると共に、燃焼ノズル取り付け用孔に挿入された前記燃料ノズルの上流側部分の外形が前記燃料ノズルの下流側部分の外径に対して大径となるように構成した第二の段差部を設け、
   前記燃料ノズルの第二の段差部が前記燃焼ノズル取り付け用孔の第一の段差部と当接するように構成したことを特徴とするガスタービン燃焼器。
6. 請求項３に記載のガスタービン燃焼器において、
   燃料ノズルプレートに形成された前記燃焼ノズル取り付け用孔の上流側部分の内径が前記燃焼ノズル取り付け用孔の下流側部分の内径よりも大径となるように形成した第一のテーパー部を設けると共に、燃焼ノズル取り付け用孔に挿入された前記燃料ノズルの上流側部分の外径が前記燃焼ノズル取り付け用孔の下流側部分の外径よりも大径となるように形成した第二のテーパー部を設け、
   前記燃料ノズルの第二のテーパー部の外面が前記燃焼ノズル取り付け用孔の第一のテーパー部と当接するように構成したことを特徴とするガスタービン燃焼器。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載のガスタービン燃焼器において、
   燃料ノズルプレートに形成された燃料ノズルを挿入する燃焼ノズル取り付け用孔の内面と、前記燃焼ノズル取り付け用孔に挿入された前記燃料ノズルの外面との間に、隙間が形成されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載のガスタービン燃焼器において、
   燃料ノズルプレートの燃焼ノズル取り付け用孔から下流側に突き出た燃料ノズルの部分の外径が、前記燃料ノズルの下流側端部に向かって小径となるように形成されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載のガスタービン燃焼器において、
   燃料ノズルの内部に形成された燃料流路内に、流路を狭めるオリフィスを備えたことを特徴とするガスタービン燃焼器。

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