JP2017180351A - 燃焼器およびガスタービン - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼器尾筒のフランジ部におけるピン孔近傍の熱応力を緩和し、繰り返し疲労を軽減する。【解決手段】尾筒シール１５を介在させてタービン１３と接続される燃焼器尾筒２３を備えた燃焼器１２であって、前記燃焼器尾筒２３における流体流れ方向下流側の端部に設けられ、径方向内側に向けて突出すると共に周方向に延在するフランジ部４１を備え、前記フランジ部４１は、前記尾筒シール１５を位置決めするピン１６が挿通されるピン孔４２と、前記ピン孔４２が形成される径方向の範囲内、または、前記ピン孔４２よりも径方向外側に位置して周方向に延びる周方向スリット部４３ｃと、前記周方向スリット部４３ｃの一部が臨む穴部４４とを有して成る。【選択図】図５Ａ

Description

本発明は、燃焼器およびガスタービンに関する。

ガスタービンは、燃料の燃焼によって得られた高温の燃焼ガスを膨張させてタービンを回転することにより動力を得る内燃機関であり、ガスタービンには、空気を圧縮する圧縮機と、圧縮機において生成された圧縮空気を燃料と混合して燃焼する燃焼器と、燃焼器において生成された燃焼ガスを膨張させてロータ軸を回転するタービンとが設けられている。

ガスタービンにおいては、圧縮機および燃焼器において生成された熱エネルギがタービンにおいて回転運動エネルギに直接変換されるようになっており、このエネルギの変換が効率良く行われるように、圧縮空気や燃焼ガス等の流体が流れる流路には、当該流路からの流体の流出（漏洩）を防止するための種々のシール構造が設けられている。

例えば、燃焼ガスが流れる流路であって、燃焼器とタービンとの接続部には、燃焼ガスの流出を防止するための尾筒シールが設けられている。尾筒シールは、燃焼器の流体流れ方向最下流側に位置する燃焼器尾筒の端部（フランジ部）およびタービンの流体流れ方向最上流側に位置する静翼のシュラウドの端部（フランジ部）に取り付けられると共に、燃焼器尾筒のフランジ部とピン結合されることによって周方向における位置決めがなされている。ここで、尾筒シールと燃焼器尾筒のフランジ部とのピン結合は、尾筒シールおよび燃焼器尾筒のフランジ部に形成されたピン孔にピンを挿通することによってなされる。

実開平５−９６７６０号公報

燃焼器尾筒は、圧縮空気と燃料とを混合させた混合気体を燃焼させ、この燃焼によって生成された燃焼ガスを流体流れ方向下流側のタービンに導くためのものであり、その内周側部分は、ガスタービンの運転中には、常に高温の燃焼ガスに曝されている。一方、燃焼器尾筒のフランジ部には、尾筒シールが取り付けられてガスタービンの運転中においても高温の燃焼ガスに曝されない領域（低温領域）と、尾筒シールが取り付けられる近傍であって高温の燃焼ガスに曝され得ると共に内周側部分からの熱が伝達される領域（高温領域）とが存在する。

よって、燃焼器尾筒のフランジ部には、これら低温領域と高温領域との温度差による熱応力が生じてしまう。この熱応力は、燃焼器尾筒のフランジ部を構成する材料が低温領域から高温領域へ引っ張られる熱ひずみによって生じるものであり、ピン孔の縁部には、大きな熱応力（応力集中）が生じてしまう。

ピン孔の縁部における応力集中は、フランジ部に低温領域と高温領域とが存在するガスタービンの運転中に生じるものであり、ガスタービンの停止中には熱応力および応力集中は発生しない。よって、ガスタービンの運転と停止とが繰り返されると、当該ピン孔の縁部には、繰り返し疲労（低サイクル疲労）が作用することとなる。

なお、高温ガス流路に沿って配設されて、繰り返し熱応力を受ける高温下使用の板金性構造部材に関する技術としては、特許文献１に記載のものがある。この技術は、熱応力吸収用のスリットの内端部に形成するストップホールの周縁各部に対する応力集中がなく、ストップホールとしての機能を十分に発揮させるものであり、燃焼器尾筒のフランジ部におけるピン孔近傍の熱応力を緩和する技術ではない。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、燃焼器尾筒のフランジ部におけるピン孔近傍の熱応力を緩和し、繰り返し疲労を軽減することを目的とする。

上記課題を解決する第一の発明に係る燃焼器は、尾筒シールを介在させてタービンと接続される燃焼器尾筒を備えた燃焼器であって、前記燃焼器尾筒における流体流れ方向下流側の端部に設けられ、径方向内側に向けて突出すると共に周方向に延在するフランジ部を備え、前記フランジ部は、前記尾筒シールを位置決めするピンが挿通されるピン孔と、前記ピン孔が形成される径方向の範囲内、または、前記ピン孔よりも径方向外側に位置して周方向に延びる周方向スリット部と、前記周方向スリット部の一部が臨む穴部とを有するものであることを特徴とする。

上記課題を解決する第二の発明に係る燃焼器は、第一の発明に係る燃焼器において、前記フランジ部は、当該フランジ部における径方向内側の端縁に臨んで径方向に延びる径方向スリット部を有するものであり、前記径方向スリット部は、前記ピン孔を中心として周方向において対称に形成されると共に、前記ピン孔から周方向へ所定距離離間して形成されるものであり、前記周方向スリット部は、前記ピン孔を中心として周方向において対称に形成されると共に、一端が前記径方向スリット部の径方向外側の端部と接続され、周方向においてそれぞれ前記ピン孔と離間する側へ延びて形成されるものであり、前記穴部は、前記ピン孔を中心として周方向において対称に形成されると共に、前記周方向スリット部の他端が臨んで形成されるものであることを特徴とする。

上記課題を解決する第三の発明に係る燃焼器は、第二の発明に係る燃焼器において、前記フランジ部は、前記径方向スリット部と前記周方向スリット部との接続部に曲線から成る曲線スリット部を有するものであることを特徴とする。

上記課題を解決する第四の発明に係る燃焼器は、第一の発明に係る燃焼器において、前記フランジ部は、当該フランジ部における径方向内側の端縁に臨んで径方向に延びる径方向スリット部を有するものであり、前記径方向スリット部は、前記ピン孔と周方向において同じ位置であって、一端が前記ピン孔に臨んで形成されるものであることを特徴とする。

上記課題を解決する第五の発明に係る燃焼器は、第一または第四の発明に係る燃焼器において、前記周方向スリット部は、前記ピン孔を中心として周方向において対称に形成されると共に、一端が前記ピン孔に臨んで形成されるものであり、前記穴部は、前記ピン孔を中心として周方向において対称に形成されると共に、前記周方向スリット部の他端が臨んで形成されるものであることを特徴とする。

上記課題を解決する第六の発明に係るガスタービンは、第一から第五のいずれか一つの発明に係る燃焼器を備えたことを特徴とする。

第一の発明に係る燃焼器によれば、フランジ部に生じる熱ひずみ差（熱応力）が周方向スリット部によって緩和されるため、ピン孔の近傍における熱応力を緩和し、繰り返し疲労（低サイクル疲労）を軽減することができる。

第二の発明に係る燃焼器によれば、径方向スリット部によってピン孔の近傍における熱応力を確実に緩和し、繰り返し疲労（低サイクル疲労）を軽減することができる。また、径方向スリット部と接続される周方向スリット部および周方向スリット部が臨む穴部によって、ピン孔の近傍以外における応力集中を回避することができる。

第三の発明に係る燃焼器によれば、径方向スリット部と周方向スリット部との接続部における応力集中を回避することができる。

第四の発明に係る燃焼器によれば、フランジ部がピン孔の近傍において周方向に分断されるため、ピン孔近傍の周方向における熱応力の作用を緩和し、繰り返し疲労（低サイクル疲労）を軽減することができる。

第五の発明に係る燃焼器によれば、フランジ部に生じる熱ひずみ差（熱応力）が周方向スリット部によって緩和されるため、ピン孔の近傍における熱応力を緩和し、繰り返し疲労（低サイクル疲労）を軽減することができる。

第六の発明に係るガスタービンによれば、尾筒シールを介在させてタービンと接続される燃焼器尾筒のフランジ部における熱応力を緩和し、繰り返し疲労（低サイクル疲労）を軽減することができる。よって、部材の交換周期やメンテナンス周期等を長期化することができる。

実施例１に係る燃焼器を備えたガスタービンの構造を示す説明図である。 実施例１に係る燃焼器の構造を示す説明図である。 実施例１に係る燃焼器における流体流れ方向下流側の端部を示す説明図である。 実施例１に係る燃焼器における流体流れ方向下流側の端部を示す部分拡大図（図２におけるIV部分の拡大図）である。 実施例１に係る燃焼器における流体流れ方向下流側の端部を示す部分拡大図（図３におけるＶ部分の拡大図）である。 実施例１に係る燃焼器における流体流れ方向下流側の端部の変形例を示す部分拡大図（図３におけるＶ部分の拡大図）である。 実施例１に係る燃焼器における流体流れ方向下流側の端部の変形例を示す部分拡大図（図３におけるＶ部分の拡大図）である。 実施例１に係る燃焼器における流体流れ方向下流側の端部の変形例を示す部分拡大図（図３におけるＶ部分の拡大図）である。 実施例１に係る燃焼器における流体流れ方向下流側の端部の変形例を示す部分拡大図（図３におけるＶ部分の拡大図）である。

以下に、本発明に係る燃焼器を備えたガスタービンの実施例について、添付図面を参照して詳細に説明する。もちろん、本発明は以下の実施例に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各種変更が可能であることは言うまでもない。

本発明の実施例１に係る燃焼器を備えたガスタービンの構造について、図１から図５Ａを参照して説明する。

図１に示すように、ガスタービン１には、外気を取り込んで圧縮する圧縮機１１が設けられており、この圧縮機１１の流体流れ方向（図１における矢印参照）下流側には、燃焼器１２を介してタービン１３が設けられている。圧縮機１１において生成された圧縮空気は、燃焼器１２において燃料と混合されると共に燃焼され、燃焼器１２において生成された燃焼ガスは、タービン１３において膨張され、ロータ軸（回転軸）１４が回転されるようになっている。

ガスタービン１は、発電機２と並設されており、この発電機２は、ガスタービン１のロータ軸１４と同軸上に設けられている。つまり、発電機２は、ロータ軸１４と機械的に接続されており、ロータ軸１４の回転運動は、発電機２に伝達されるようになっている。よって、ガスタービン１の圧縮機１１および燃焼器１２において生成された熱エネルギは、タービン１３においてロータ軸１４の回転運動エネルギに変換され、この回転運動エネルギは、発電機２において電気的エネルギに変換される。

図２に示すように、燃焼器１２には、図示しないハウジングと接続される燃焼器外筒２１と、この燃焼器外筒２１の内側に配置される燃焼器内筒２２と、この燃焼器内筒２２の流体流れ方向（図２における矢印参照）下流側に配置されてタービン１３と接続される燃焼器尾筒２３とが設けられている。圧縮機１１において生成された圧縮空気は、燃焼器外筒２１と燃焼器内筒２２との間を通って燃焼器１２（燃焼器内筒２２および燃焼器尾筒２３）内の空間Ｓ₁に供給されるようになっている。

また、燃焼器１２には、パイロットノズル２４ａを備えたパイロットバーナ２４および予備混合ノズル２５ａを備えた複数の予備混合バーナ２５が設けられている。燃焼器尾筒２３内に供給された圧縮空気は、パイロットノズル２４ａおよび予備混合ノズル２５ａから噴射される燃料と混合されると共に、パイロットバーナ２４および予備混合バーナ２５によって着火されて燃焼されるようになっている。

なお、ガスタービン１においては、燃焼器尾筒２３の流体流れ方向下流側（図３においては、紙面右手前側）の端部が円を描くように、複数の燃焼器１２が周方向に並んで設けられている（図３参照）。

タービン１３には、図示しないハウジングに支持される静翼３１と、ロータ軸１４に支持される図示しない動翼とが、ロータ軸１４の周方向に複数枚かつ軸方向に複数段設けられている。燃焼器１２（燃焼器尾筒２３）において生成された燃焼ガスは、タービン１３の各段において、静翼３１によって整流されると共に、図示しない動翼によって周方向の力に変換され、ロータ軸１４が回転されるようになっている。

図３および図４に示すように、燃焼器尾筒２３の流体流れ方向下流側（図４においては、右方側）の端部には、外部空間（燃焼器１２およびタービン１３の径方向内側の空間であって、図３および図４においては下方側の空間）Ｓ₂へ向かって突出し、周方向に延びるフランジ部４１が設けられている。

一方、図４に示すように、シュラウド３２の流体流れ方向上流側（図４においては、左方側）の端部には、燃焼器尾筒２３のフランジ部４１へ向かって流体流れ方向（図４においては、左右方向）に延びるフランジ部５１が設けられている。

ここで、シュラウド３２は、タービン１３において静翼３１の径方向内側および径方向外側を支持するものであり、流体流れ方向最上流側に配置される静翼３１のシュラウド３２は、燃焼器尾筒２３と対向して配置されている。なお、図４においては、燃焼器尾筒２３と静翼３１の径方向内側のシュラウド３２との接続部を示している。

図４に示すように、燃焼器１２とタービン１３との接続部には、尾筒シール１５が設けられている。尾筒シール１５は、燃焼器尾筒２３の流体流れ方向下流側端部における径方向内側に配置され、燃焼器尾筒２３のフランジ部４１およびシュラウド３２のフランジ部５１に沿って周方向に延在するものである。

尾筒シール１５には、燃焼器尾筒２３のフランジ部４１の一方側（流体流れ方向上流側であって、図４においては左方側）に位置して径方向（図４においては、上下方向）に延在する第一径方向延在部６１と、燃焼器尾筒２３のフランジ部４１の他方側（流体流れ方向下流側であって、図４においては右方側）に位置して径方向に延在する第二径方向延在部６２と、これら第一径方向延在部６１および第二径方向延在部６２の径方向内側（図４においては、下方側）の縁端部を接続する接続部６３とが設けられている。

つまり、尾筒シール１５の第一径方向延在部６１および第二径方向延在部６２は、燃焼器尾筒２３のフランジ部４１を流体流れ方向（ロータ軸１４の軸方向）に挟持するように配置されており、これら第一径方向延在部６１および第二径方向延在部６２によって、尾筒シール１５の流体流れ方向における位置決めがなされている。

また、尾筒シール１５には、第二径方向延在部６２から他方側（流体流れ方向下流側）へ突出する第一軸方向延在部６４および第二軸方向延在部６５が設けられている。第一軸方向延在部６４は、シュラウド３２のフランジ部５１の径方向外側（図４においては、上方側）に位置し、第二軸方向延在部６５は、シュラウド３２のフランジ部５１の径方向内側に位置している。

つまり、尾筒シール１５の第一軸方向延在部６４および第二軸方向延在部６５は、シュラウド３２のフランジ部５１を径方向に挟持するように配置されており、これら第一軸方向延在部６４および第二軸方向延在部６５によって、尾筒シール１５の径方向における位置決めがなされている。

また、尾筒シール１５は、位置決めピン１６によって燃焼器尾筒２３（フランジ部４１）とピン結合されている。尾筒シール１５には、位置決めピン１６を挿通可能な丸穴６６が設けられており、フランジ部４１には、位置決めピン１６を挿通可能で径方向に延びる長穴（ピン孔）４２が設けられている。これら尾筒シール１５の丸穴６６と燃焼器尾筒２３のフランジ部４１における長穴４２とに位置決めピン１６が挿通される、すなわち、尾筒シール１５と燃焼器尾筒２３（フランジ部４１）とが位置決めピン１６によってピン結合されることにより、尾筒シール１５の燃焼器尾筒２３に対する周方向（図４においては、紙面前後方向）の位置決めがなされるようになっている。

つまり、尾筒シール１５は、燃焼器１２において流体流れ方向最下流側に配置される燃焼器尾筒２３と、タービン１３において流体流れ方向最上流側に配置される静翼３１のシュラウド３２との間に設けられており、この尾筒シール１５によって、燃焼器１２からタービン１３へ流れる燃焼ガスがその流体流路（燃焼器１２およびタービン１３内の空間）Ｓ₁から外部空間（燃焼器１２およびタービン１３外の空間）Ｓ₂へ流出しないようになっている。

ここで、燃焼器尾筒２３のフランジ部４１には、材料温度が高温となり得る高温領域（図４においては、境界線Ｂの上方側の領域）Ｔ₁と、材料温度が高温となり得ない低温領域（図４においては、境界線Ｂの下方側の領域）Ｔ₂とが存在する。よって、フランジ部４１には、高温領域Ｔ₁と低温領域Ｔ₂との温度差による熱応力が生じ、長穴４２の一方側端縁部（図４においては、下方側縁部）４２ａには、応力集中が生じ得る。

ここで、高温領域Ｔ₁は、ガスタービン１の運転中に高温の燃焼ガスに曝される内周面２３ａの近傍であって、当該内周面２３ａから熱が伝達されると共に、燃焼器尾筒２３とシュラウド３２との間の空間Ｓ₃に流入した燃焼ガスに曝され得る領域であり、低温領域Ｔ₂は、尾筒シール１５と接触して燃焼器尾筒２３とシュラウド３２との間の空間Ｓ₃に流入した燃焼ガスに曝されることのない領域である。

そこで、本実施例に係る燃焼器１２を備えたガスタービン１においては、以下に示す応力緩和構造としてのスリット４３とストップホール（穴部）４４とをフランジ部４１に設けることにより（図５Ａ参照）、燃焼器尾筒２３のフランジ部４１における長穴４２の近傍の熱応力を緩和し、ガスタービン１の運転と停止とを繰り返すことによる繰り返し疲労を軽減するようにしている。

図５Ａに示すように、フランジ部４１には、長穴４２の近傍に位置すると共に、長穴４２を中心として周方向（図５Ａにおいては、左右方向）において略対称に形成されるスリット４３およびストップホール４４が設けられている。

スリット４３は、フランジ部４１における径方向内側（図５Ａにおいては、下方側）の端縁４１ａに臨んで径方向（図５Ａにおいては、上下方向）に延びる径方向スリット４３ａ（径方向スリット部）と、この径方向スリット４３ａの径方向外側端部（図５においては、上方側端部）と接続して長穴４２から離れるように向きを変えて湾曲する湾曲スリット（曲線スリット部）４３ｂと、この湾曲スリット４３ｂの周方向端部と接続して周方向（温度境界線Ｂに沿う方向）に延びる周方向スリット（周方向スリット部）４３ｃとから成る。

ストップホール４４は、長穴４２から周方向に所定距離だけ離れた位置に形成されており、周方向スリット４３ｃは、ストップホール４４内に臨むようになっている。

つまり、スリット４３は、湾曲スリット４３ｂを介して径方向スリット４３ａと周方向スリット４３ｃとが連続して形成されると共に、一方側の端部がフランジ部４１の端縁４１ａに臨み、他方側の端部がストップホール４４に臨んで形成されている。

周方向スリット４３ｃは、長穴４２における径方向外側（図５Ａにおいては、上方側）の端縁部４２ｂと径方向において略同じ位置に形成されている。もちろん、本発明における周方向スリット部はこれに限定されず、長穴４２の他部と径方向において同じ位置（長穴４２が形成される径方向の範囲内）、または、長穴４２よりも径方向外側に位置して形成されるものであっても良い。

本発明の実施例１に係る燃焼器を備えたガスタービンの作用について、図１から図５Ａを参照して説明する。

ガスタービン１の運転が開始されると、図示しない空気取り込み口から圧縮機１１内に外気が取り込まれ、圧縮機１１において圧縮空気が生成される（図１参照）。圧縮空気は、燃焼器１２に供給されて燃料と混合されると共に燃焼され、この燃焼によって生じた燃焼ガスは、タービン１３へ送られる。タービン１３において燃焼ガスが膨張され、ロータ軸１４が回転されることによって、発電機２において発電がなされる。

以上のように、本実施例においては、ガスタービン１の圧縮機１１および燃焼器１２において生成された熱エネルギがタービン１３において回転運動エネルギに変換され、この回転運動エネルギが発電機２において電気的エネルギに変換される。

そして、本実施例に係る燃焼器には、応力緩和構造としてのスリット４３とストップホール４４とが設けられており（図５Ａ参照）、ガスタービン１の運転中に燃焼器尾筒２３のフランジ部４１における長穴４２の近傍（縁部４２ａ）に生じる熱応力が緩和され、ガスタービン１の運転と停止とを繰り返すことによる当該縁部４２ａにおける繰り返し疲労（低サイクル疲労）が軽減されるようになっている。

ガスタービン１の運転中において、フランジ部４１の高温領域Ｔ₁と低温領域Ｔ₂との温度差によって生じる熱ひずみ差（熱応力）は、連続する材料間で発生するものであり、この熱ひずみ差（熱応力）は、スリット４３によって緩和される。また、フランジ部４１の長穴４２の近傍においては、低温領域Ｔ₂が高温領域Ｔ₁に引っ張られる熱ひずみ（熱応力）は、スリット４３間の範囲（図５Ａにおいては、スリット４３間の距離（Ｗ＋Ｗ）の範囲）で伝達される。

よって、従来（スリット４３およびストップホール４４が設けられていないもの）と比較して、発生する熱ひずみ差が小さく、また、長穴４２の縁部４２ａまで熱ひずみ（熱応力）が伝達される範囲が狭いので、長穴４２の縁部４２ａに発生する熱応力が緩和されることとなる。

ここで、フランジ部４１においては、周方向スリット４３ｃの周方向長さＬを十分に長くすると共に、ストップホール４４の内径Ｄを十分に大きくすることにより、ストップホール４４の周縁部における過度の応力集中が回避され、湾曲スリット４３ｂの曲率Ｒを十分に大きくすることにより、湾曲スリット４３ｂの周縁部における過度の応力集中が回避されるようになっている。

なお、本実施例においては、長穴４２の縁部４２ａにおける熱応力を緩和しつつ、ストップホール４４の周縁部においても過度の応力集中が生じないように、フランジ部４１におけるスリット４３およびストップホール４４を、下式（１）の関係となるように形成している。
（Ｘ×１／６）＜（Ｌ×２＋Ｗ×２）＜（Ｘ×１／３） ・・・式（１）

ここで、Ｘは、フランジ部４１の周方向長さであり（図３参照）、Ｌは、径方向スリット４３ａとストップホール４４との周方向における距離（周方向スリット４３ｃの周方向長さ）であり（図５Ａ参照）、Ｗは、長穴４２の中心からスリット４３（径方向スリット４３ａ）までの周方向における距離である。

本実施例においては、燃焼器尾筒２３のフランジ部４１に応力緩和構造としてのスリット４３およびストップホール４４を設けることにより、燃焼器尾筒２３のフランジ部４１における長穴４２近傍の熱応力を緩和し、繰り返し疲労を軽減するようにした（図５Ａ参照）。

例えば、燃焼器尾筒２３のフランジ部４１に、以下に示す応力緩和構造を設けることによっても、燃焼器尾筒２３のフランジ部４１における長穴４２近傍の熱応力を緩和し、繰り返し疲労を軽減することができる（図５Ｂから図５Ｅ参照）。なお、図５Ｂから図５Ｅには、燃焼器尾筒２３のフランジ部４１における応力緩和構造の変更例を示しており、上述した実施例と同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を適宜省略する。

まず、図５Ｂに示すように、フランジ部４１に応力緩和構造としてのスリット１４３およびストップホール１４４を設けるようにしても良い。

スリット１４３は、フランジ部４１における径方向内側（図５Ｂにおいては、下方側）の端縁４１ａに臨んで径方向（図５Ｂにおいては、上下方向）に延びる径方向スリット１４３ａと、長穴４２における径方向外側（図５Ｂにおいては、上方側）の端縁４２ｂと径方向において同じ位置（長穴４２が形成される径方向の範囲内）で周方向に延びる周方向スリット１４３ｂとから成る。ストップホール１４４は、長穴４２から周方向に所定距離だけ離れた位置に形成されており、周方向スリット１４３ｂは、ストップホール１４４内に臨むようになっている。

径方向スリット１４３ａは、長穴４２と周方向（図５Ｂにおいては、左右方向）において同じ位置に形成され、一端（径方向外側の端部であって、図５Ｂにおいては上方側端部）が長穴４２の径方向内側の端縁部４２ａまで延びて（長穴４２に臨んで）形成されている。

周方向スリット１４３ｂは、一端が長穴４２に臨んで形成されると共に、長穴４２から周方向一方側および周方向他方側へ延びるように、長穴４２を中心として周方向において略対称に形成され、他端がストップホール１４４に臨んで形成されている。

このように応力緩和構造としてのスリット１４３とストップホール１４４とを設けることにより、ガスタービン１の運転中のフランジ部４１（長穴４２の径方向内側の端縁部４２ａ）における熱応力が緩和され、ガスタービン１の運転と停止とを繰り返すことによる繰り返し疲労が軽減される。

具体的には、長穴４２の径方向内側の端縁部４２ａは、径方向スリット１４３ａによって周方向において分断されているため、フランジ部４１の高温領域Ｔ₁と低温領域Ｔ₂との温度差による熱ひずみ差によって、周方向両側に引っ張られて大きな熱応力が生じることはない。

また、ガスタービン１の運転中において、フランジ部４１の高温領域Ｔ₁と低温領域Ｔ₂との温度差によって生じる熱ひずみ差（熱応力）は、連続する材料間で発生するものであり、この熱ひずみ差（熱応力）は、スリット１４３によって緩和される。つまり、スリット１４３によって、フランジ部４１における高温領域Ｔ₁と低温領域Ｔ₂とが切り離され、各領域（高温領域Ｔ₁および低温領域Ｔ₂）がそれぞれ自由熱伸びする。よって、フランジ部４１においては、低温領域Ｔ₂が高温領域Ｔ₁に引っ張られることによって長穴４２の近傍において生じ得る熱応力は緩和されるようになっている。

また、図５Ｃに示すように、フランジ部４１に応力緩和構造としてのスリット２４３を設けるようにしても良い。

スリット２４３は、フランジ部４１における径方向内側（図５Ｃにおいては、下方側）の端縁４１ａに臨んで径方向（図５Ｃにおいては、上下方向）に延びる複数の径方向スリット２４３ａ，２４３ｂ，２４３ｃが、それぞれ長穴４２を中心として周方向（図５Ｃにおいては、左右方向）において対称に設けられて成る。径方向スリット２４３ａ，２４３ｂ，２４３ｃは、長穴４２の近傍において周方向に並んで形成されるものであり、フランジ部４１においては、長穴４２の近傍から順に、第一の径方向スリット２４３ａ、第二の径方向スリット２４３ｂ、第三の径方向スリット２４３ｃがそれぞれ対称配置されている。

このように応力緩和構造としてのスリット２４３を設けることにより、ガスタービン１の運転中のフランジ部４１（長穴４２の径方向内側の端縁部４２ａ）における熱応力が緩和され、ガスタービン１の運転と停止とを繰り返すことによる繰り返し疲労が軽減される。

具体的には、ガスタービン１の運転中に、フランジ部４１の長穴４２の近傍においては、高温領域Ｔ₁が低温領域Ｔ₂に引っ張られる熱応力は、第一の径方向スリット２４３ａ間の範囲で伝達される。

よって、従来（スリット２４３（第一の径方向スリット２４３ａ）が設けられていないもの）と比較して、長穴４２の縁部４２ａまで熱応力が伝達される範囲が狭いので、長穴４２の縁部４２ａに発生する熱応力が緩和されることとなる。

また、第二の径方向スリット２４３ｂおよび第三の径方向スリット２４３ｃが設けられているので、低温領域Ｔ₂が高温領域Ｔ₁に引っ張られる熱応力は、各スリット間（第一の径方向スリット２４３ａと第二の径方向スリット２４３ｂとの間、および、第二の径方向２４３ｂと第三の径方向スリット２４３ｃとの間）の狭い範囲で伝達される。つまり、低温領域Ｔ₂が高温領域Ｔ₁に引っ張られる熱応力は、各スリット２４３ａ，２４３ｂ，２４３ｃ間で分散されるので、フランジ部４１の各所において大きな熱応力（応力集中）が生じることはない。

また、図５Ｄに示すように、フランジ部４１に応力緩和構造としてのスリット３４３およびストップホール３４４を設けるようにしても良い。

スリット３４３は、フランジ部４１における径方向内側（図５Ｄにおいては、下方側）の端縁４１ａに臨んで径方向（図５Ｄにおいては、上下方向）および周方向（図５Ｄにおいては、左右方向）と異なる方向へ延びると共に、長穴４２を中心として周方向において対称に設けられて成る。つまり、スリット３４３は、端縁４１ａから径方向外側（図５Ｄにおいては、上方側）に向かって互いに（長穴４２から）周方向に離間するように（開くように）対称配置されている。ストップホール３４４は、長穴４２から周方向に所定距離だけ離れた位置に形成されており、スリット３４３は、ストップホール３４４内に臨むようになっている。

このように応力緩和構造としてのスリット３４３およびストップホール３４４を設けることにより、ガスタービン１の運転中のフランジ部４１（長穴４２の径方向内側の端縁部４２ａ）における熱応力が緩和され、ガスタービン１の運転と停止とを繰り返すことによる繰り返し疲労が軽減される。

具体的には、ガスタービン１の運転中に、フランジ部４１の長穴４２の近傍においては、高温領域Ｔ₁が低温領域Ｔ₂に引っ張られる熱応力は、対称配置されたスリット３４３間の範囲で伝達される。

よって、従来（スリット３４３およびストップホール３４４が設けられていないもの）と比較して、長穴４２の縁部４２ａまで熱応力が伝達される範囲が狭いので、長穴４２の縁部４２ａに発生する熱応力が緩和されることとなる。

また、ストップホール３４４が設けられているので、スリット３４３の径方向外側の端部において、大きな応力集中が生じることはない。

また、図５Ｅに示すように、フランジ部４１に応力緩和構造としてのスリット４４３およびストップホール４４４を設けるようにしても良い。

スリット４４３は、フランジ部４１における径方向内側（図５Ｅにおいては、下方側）の端縁４１ａに臨んで径方向（図５Ｅにおいては、上下方向）に延びる径方向スリット４４３ａと、この径方向スリット４４３ａの径方向外側端部（図５Ｅにおいては、上方側端部）と接続して長穴４２から離れるように向きを変えて湾曲する湾曲スリット４４３ｂとから成る。ストップホール４４４は、長穴４２から周方向に所定距離だけ離れた位置に形成されており、湾曲スリット４４３ｂは、ストップホール４４４内に臨むようになっている。

このように応力緩和構造としてのスリット４４３とストップホール４４４とを設けることにより、ガスタービン１の運転中のフランジ部４１（長穴４２の径方向内側の端縁部４２ａ）における熱応力が緩和され、ガスタービン１の運転と停止とを繰り返すことによる繰り返し疲労が軽減される。

具体的には、ガスタービン１の運転中に、フランジ部４１の長穴４２の近傍においては、高温領域Ｔ₁が低温領域Ｔ₂に引っ張られる熱応力は、スリット４４３（径方向スリット４４３ａおよび湾曲スリット４４３ｂ）間の範囲で伝達される。

よって、従来（スリット４４３が設けられていないもの）と比較して、長穴４２の縁部４２ａまで熱応力が伝達される範囲が狭いので、長穴４２の縁部４２ａに発生する熱応力が緩和されることとなる。

また、湾曲スリット４４３ｂが設けられているので、スリット４４３（径方向スリット４４３ａ）の径方向外側の端部において、大きな応力集中が生じることはなく、ストップホール４４４が設けられているので、湾曲スリット４４３ｂの径方向外側の端部において、大きな応力集中が生じることはない。

１ ガスタービン
２ 発電機
１１ 圧縮機
１２ 燃焼器
１３ タービン
１４ ロータ軸（回転軸）
１５ 尾筒シール
１６ 位置決めピン
２１ 燃焼器外筒
２２ 燃焼器内筒
２３ 燃焼器尾筒
２３ａ 燃焼器尾筒の内周面
２４ パイロットバーナ
２４ａ パイロットノズル
２５ 予備混合バーナ
２５ａ 予備混合ノズル
３１ 静翼
３２ シュラウド
４１ 燃焼器尾筒のフランジ部
４１ａ フランジ部における径方向内側の端縁
４２ フランジ部の長穴（ピン孔）
４２ａ 長穴の端縁部（径方向内側の端縁部）
４２ｂ 長穴の端縁部（径方向外側の端縁部）
４３ フランジ部のスリット
４３ａ 径方向スリット（径方向スリット部）
４３ｂ 湾曲スリット（曲線スリット部）
４３ｃ 周方向スリット（周方向スリット部）
４４ フランジ部のストップホール（穴部）
５１ シュラウドのフランジ部
５２ シュラウドの縦フランジ部
５３ シュラウドの横フランジ部
６１ 尾筒シールの第一径方向延在部
６２ 尾筒シールの第二径方向延在部
６３ 尾筒シールの接続部
６４ 尾筒シールの第一軸方向延在部
６５ 尾筒シールの第二軸方向延在部
６６ 尾筒シールの丸穴（ピン孔）
１４３ フランジ部のスリット
１４３ａ 径方向スリット（径方向スリット部）
１４３ｂ 周方向スリット（周方向スリット部）
１４４ フランジ部のストップホール（穴部）
２４３ フランジ部のスリット
２４３ａ 第一の径方向スリット
２４３ｂ 第二の径方向スリット
２４３ｃ 第三の径方向スリット
３４３ フランジ部のスリット
３４４ フランジ部のストップホール
４４３ フランジ部のスリット
４４３ａ 径方向スリット
４４３ｂ 曲線スリット
４４４ フランジ部のストップホール

Claims (6)

1. 尾筒シールを介在させてタービンと接続される燃焼器尾筒を備えた燃焼器であって、
   前記燃焼器尾筒における流体流れ方向下流側の端部に設けられ、径方向内側に向けて突出すると共に周方向に延在するフランジ部を備え、
   前記フランジ部は、
   前記尾筒シールを位置決めするピンが挿通されるピン孔と、
   前記ピン孔が形成される径方向の範囲内、または、前記ピン孔よりも径方向外側に位置して周方向に延びる周方向スリット部と、
   前記周方向スリット部の一部が臨む穴部と
   を有するものである
   ことを特徴とする燃焼器。
2. 前記フランジ部は、当該フランジ部における径方向内側の端縁に臨んで径方向に延びる径方向スリット部を有するものであり、
   前記径方向スリット部は、前記ピン孔を中心として周方向において対称に形成されると共に、前記ピン孔から周方向へ所定距離離間して形成されるものであり、
   前記周方向スリット部は、前記ピン孔を中心として周方向において対称に形成されると共に、一端が前記径方向スリット部の径方向外側の端部と接続され、周方向においてそれぞれ前記ピン孔と離間する側へ延びて形成されるものであり、
   前記穴部は、前記ピン孔を中心として周方向において対称に形成されると共に、前記周方向スリット部の他端が臨んで形成されるものである
   ことを特徴とする請求項１に記載の燃焼器。
3. 前記フランジ部は、前記径方向スリット部と前記周方向スリット部との接続部に曲線から成る曲線スリット部を有するものである
   ことを特徴とする請求項２に記載の燃焼器。
4. 前記フランジ部は、当該フランジ部における径方向内側の端縁に臨んで径方向に延びる径方向スリット部を有するものであり、
   前記径方向スリット部は、前記ピン孔と周方向において同じ位置であって、一端が前記ピン孔に臨んで形成されるものである
   ことを特徴とする請求項１に記載の燃焼器。
5. 前記周方向スリット部は、前記ピン孔を中心として周方向において対称に形成されると共に、一端が前記ピン孔に臨んで形成されるものであり、
   前記穴部は、前記ピン孔を中心として周方向において対称に形成されると共に、前記周方向スリット部の他端が臨んで形成されるものである
   ことを特徴とする請求項１または請求項４に記載の燃焼器。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の燃焼器を備えたことを特徴とするガスタービン。

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