JP2019184157A - Cooling structure and combustor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷却構造及び燃焼器に関するものである。 The present invention relates to a cooling structure and a combustor.
例えば、特許文献1には、燃焼器の冷却構造が開示されている。燃焼器においては、複数の冷却孔が形成されている。この冷却孔から、燃焼用に供給される空気の一部を冷却空気として燃焼器内に導入することにより、燃焼器の内壁が許容温度を超える高温とならないように冷却している。 For example, Patent Document 1 discloses a cooling structure for a combustor. In the combustor, a plurality of cooling holes are formed. Through this cooling hole, a part of the air supplied for combustion is introduced into the combustor as cooling air, thereby cooling the inner wall of the combustor so as not to reach a high temperature exceeding the allowable temperature.
上述のような構造体における冷却は、壁部に形成された冷却孔より流入した冷却流体により行われる。しかしながら、冷却孔から流入した流体は、流体の流れ方向と交差する方向において冷却孔近傍にあたる領域において流量が多く、冷却孔から離れた領域において流量が少なくなる傾向がある。すなわち、冷却孔の形成位置に依存して、構造体の壁面における冷却流体の流量に分布が生じる。このような冷却流体の流量の分布は、壁面における温度分布の原因となる。 The cooling in the structure as described above is performed by the cooling fluid that flows in from the cooling holes formed in the wall. However, the fluid flowing in from the cooling hole tends to have a high flow rate in a region near the cooling hole in a direction intersecting the fluid flow direction, and a low flow rate in a region away from the cooling hole. That is, the flow rate of the cooling fluid on the wall surface of the structure is distributed depending on the formation position of the cooling holes. Such a distribution of the flow rate of the cooling fluid causes a temperature distribution on the wall surface.
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、冷却流体を壁部に対して均一に供給することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to uniformly supply a cooling fluid to a wall portion.
上記目的を達成するために、本発明では、冷却構造に係る第1の手段として、構造物の壁部の冷却を行う冷却構造であって、前記壁部に形成された冷却孔の下流側かつ壁面に設けられると共に、冷却流体が通過可能な多孔質体の拡散部材を備えるという手段を採用する。 In order to achieve the above object, according to the present invention, as a first means related to a cooling structure, a cooling structure that cools a wall portion of a structure, which is downstream of cooling holes formed in the wall portion and A means is provided that includes a porous diffusion member that is provided on the wall surface and through which the cooling fluid can pass.
冷却構造に係る第2の手段として、上記第1の手段において、前記拡散部材は、焼結金属であるという手段を採用する。 As a second means related to the cooling structure, a means is adopted in which, in the first means, the diffusion member is a sintered metal.
冷却構造に係る第3の手段として、上記第1または第2の手段において、前記壁部に設けられ、壁面に沿って前記冷却流体を案内するルーバを備える、という手段を採用する。 As the third means related to the cooling structure, the means of the first or second means is provided with a louver provided on the wall portion and guiding the cooling fluid along the wall surface.
冷却構造に係る第4の手段として、上記第3の手段において、前記冷却孔は、前記ルーバと前記壁面とにより形成される前記冷却流体の流路上に設けられるという手段を採用する。 As the fourth means related to the cooling structure, in the third means, the cooling hole is provided on a flow path of the cooling fluid formed by the louver and the wall surface.
燃焼器に係る第1の手段として、周方向において複数の冷却孔が形成された燃焼器ライナと、請求項1〜4のいずれか一項に記載の冷却構造とを備え、前記拡散部材は、前記燃焼器ライナの内壁面に設けられるという手段を採用する。 As a first means related to the combustor, comprising a combustor liner in which a plurality of cooling holes are formed in the circumferential direction, and the cooling structure according to any one of claims 1 to 4, wherein the diffusion member is A means of being provided on the inner wall surface of the combustor liner is employed.
燃焼器に係る第2の手段として、上記第1の手段において、拡散部材は、環状に形状設定される、という手段を採用する。 As the second means related to the combustor, a means is adopted in which, in the first means, the diffusion member is annularly set.
本発明によれば、冷却孔より流入した冷却流体は、拡散部材を通じて構造体の内部において拡散される。したがって、構造体の内部へと流入する冷却流体の流速及び流量が、構造体の流れ方向に交差する方向において均一化され、構造体の壁部に対して冷却流体を均一に供給することが可能である。 According to the present invention, the cooling fluid flowing in from the cooling hole is diffused in the structure through the diffusion member. Therefore, the flow velocity and flow rate of the cooling fluid flowing into the structure are made uniform in the direction crossing the flow direction of the structure, and the cooling fluid can be uniformly supplied to the wall portion of the structure. It is.
図1に示すように、ガスタービンGは、圧縮機1と、燃焼器2と、タービン3とを有する。圧縮機1は、圧縮機動翼1aと、圧縮機静翼1bと、ハウジング1cとを備えている。圧縮機1は、吸気口H1から吸気した外気を、後述するタービン軸3aに固定され回転自在な圧縮機動翼1aとハウジング1cに固定された圧縮機静翼1bとの間で圧縮して昇圧させて、燃焼器2が配置された圧縮空気室R1に供給する構成となっている。
As shown in FIG. 1, the gas turbine G includes a compressor 1, a
燃焼器2は、燃料供給ノズル2aと、燃焼器ライナ2bと、スワラ2cと、拡散部材2dと、ルーバ2eとを備えている。燃焼器2は、燃料供給ノズル2aを介して供給される燃料と圧縮機1から供給された圧縮空気との混合気体を、燃焼器ライナ2bによって形成される燃焼領域R2内において燃焼させ、その燃焼ガスをタービン3に供給する構成となっている。
The
タービン3は、タービン軸3aと、タービン動翼3bと、タービン静翼3cとを備えている。タービン3は、タービン軸3aに固定され回転自在なタービン動翼3bと、ハウジング1cに固定されたタービン静翼3cとで燃焼器2から供給される燃焼ガスから回転運動エネルギーを得て、各タービン翼を通過した燃焼ガスを、排気口H2を介して外部に排気する構成となっている。
The turbine 3 includes a
図1に示すように、燃焼器2は、圧縮空気室R1内に設置されている。圧縮空気室R1は、ハウジング1c内に設けられ、タービン軸3a周りに環状空間を形成する。燃焼器2は、圧縮空気室R1の環状空間に沿って、略環状を呈する、いわゆるアニュラ形の燃焼器ライナ2bと、スワラ2cと、拡散部材2dと、ルーバ2eとを有する。燃焼器ライナ2bの圧縮機1から圧縮空気が供給される側には、燃料供給ノズル2aが接続される。燃料供給ノズル2aは、環状となった燃焼器ライナ2bに対し、所定間隔毎に複数接続されている。燃料供給ノズル2aの周りには、スワラ2cが設けられている。
As shown in FIG. 1, the
燃焼器ライナ2bは、略円筒形状とされ、周方向に沿って複数の冷却孔2fが形成されている。冷却孔2fは、燃焼器ライナ2bの内側と外側とを連通する貫通孔であり、燃焼器ライナ2bの周方向に沿って等間隔に設けられている。この冷却孔2fは、燃焼器ライナ2bの周方向において多数設けられると共に、燃焼器ライナ2bの軸方向において複数段設けられている。
The
スワラ2cは、圧縮機1から供給された圧縮空気を、燃料供給ノズル2a近傍から燃焼領域R2に導き入れて、混合ガスを生成する構成となっている。
The
拡散部材2dは、略円環状の部材を4分割することにより形成される円弧状の形状とされる。拡散部材2dは、燃焼器ライナ2bの内壁面であって、冷却孔2fの近傍かつ下流側であって、ルーバ2eと燃焼器ライナ2bとの間に設けられている。本実施形態の拡散部材2dは、焼結金属とされ、内部に複数の細孔及び空洞が形成された多孔質部材である。また、4つに分割された拡散部材2dは、燃焼器ライナ2bへの取付時に互いの端部同士が接触状態で燃焼器ライナ2bへと固定されることで、円環を形成する。なお、拡散部材2dは、燃焼器ライナ2bの内壁面に沿う形状とされる。拡散部材2dは、軸方向に沿う断面において略矩形とされる。
The diffusing
ルーバ2eは、図2に示すように、燃焼器ライナ2b内壁面において冷却孔2fに沿って周状かつ燃焼空気の下流方向に向けて設けられている。これにより、ルーバ2eは、燃焼器ライナ2bの周方向において冷却孔2f及び拡散部材2dを覆っている。ルーバ2eと燃焼器ライナ2bの内壁面との間には隙間が形成されており、冷却空気(冷却流体)が該隙間により燃焼器ライナ2bの内壁面に沿って案内される。ルーバ2eと燃焼器ライナ2bの内壁面との隙間には、拡散部材2dが配置されている。また、ルーバ2eには、燃焼器ライナ2b側を向く面において全周に渡って溝が形成されている。この溝に拡散部材2dが嵌合された状態でルーバ2eが固定されることにより、ルーバ2eは、拡散部材2dと全周に渡って接触した状態となる。
As shown in FIG. 2, the
このような拡散部材2d及びルーバ2eは、本発明における冷却構造に相当する。また、燃焼器ライナ2bの壁部は、本発明における構造体の壁部に相当する。
続いて、このような本実施形態に係る燃焼器ライナ2bにおける拡散部材2dの作用について説明する。
Then, the effect | action of the
燃焼器2において燃焼が行われている際には、圧縮空気室R1より燃焼器ライナ2bの内側へと、冷却孔2fを介して冷却空気が流入する。この際、燃焼器ライナ2bへと流入した冷却空気は、ルーバ2eと燃焼器ライナ2bとの間の隙間を通じて、燃焼器ライナ2bの壁面に沿って下流側に向けて流れる。該隙間には拡散部材2dが設けられており、燃焼器ライナ2bへと流入した冷却空気は、拡散部材2dを通過することとなる。冷却空気は、拡散部材2d内において内部に形成された複数の空洞及び細孔を通過することで、燃焼器ライナ2bの周方向において分散される。そして、冷却空気は、拡散部材2dの細孔を通過すると、細孔の径方向外側に向けて拡散されることで、燃焼器ライナ2bの周方向において拡散される。これにより、拡散部材2dの下流側の冷却空気は、燃焼器ライナ2bの周方向において流速及び流量が均一となる。
When combustion is performed in the
そして、燃焼器ライナ2bの壁面に沿って流れる冷却空気により、燃焼器ライナ2bの壁面は冷却される。その後、冷却空気は、燃焼器ライナ2bの下流端より排出される。
The wall surface of the
本実施形態によれば、冷却孔2fの下流側に設けられた拡散部材2dを介することにより、燃焼器ライナ2b内に流入した冷却空気が、周方向において拡散される。したがって、拡散部材2dにより、燃焼器ライナ2bへと流入する冷却空気の流速及び流量が、燃焼器ライナ2bの周方向において均一化され、燃焼器ライナ2bの壁面が均一に冷却される。
According to the present embodiment, the cooling air flowing into the
また、本実施形態によれば、拡散部材2dとして、焼結金属を用いることにより、多孔質構造としつつ、強度を担保することが可能である。
In addition, according to the present embodiment, by using a sintered metal as the diffusing
また、本実施形態によれば、ルーバ2eが冷却孔2fの近傍に設けられており、拡散部材2dから流入した冷却空気を燃焼器ライナ2bの内壁面に沿って案内することが可能である。したがって、燃焼器ライナ2bの内壁面を効果的に冷却することができる。
Further, according to the present embodiment, the
また、本実施形態によれば、ルーバ2eは、拡散部材2dと接触した状態で設けられている。すなわち、ルーバ2eと燃焼器ライナ2bの内壁面とのそれぞれに拡散部材2dが接触した状態とされる。これにより、冷却孔2fより流入する冷却空気が拡散部材2dを通過しやすくなる。したがって、拡散部材2dによる拡散効果をより高めることができる。
Further, according to the present embodiment, the
さらに、拡散部材2dは、燃焼器ライナ2bの内壁面に沿って全周に設けられている。これにより、いずれの冷却孔2fから流入した冷却空気についても拡散部材2dを通過させることができ、拡散部材2dによる拡散効果をより高めることができる。
Furthermore, the diffusing
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
(1)上記実施形態において、拡散部材2dは、ルーバ2eと燃焼器ライナ2bの内壁面とに接触し、ルーバ2eと燃焼器ライナ2bの内壁面との隙間を埋めるように設けられるものとしたが、本発明はこれに限定されない。拡散部材2dは、ルーバ2eとの間に隙間を有して設けられるものとしてもよい。この場合、より多くの冷却空気を燃焼器ライナ2bに取り込むことが可能である。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, For example, the following modifications can be considered.
(1) In the above embodiment, the diffusing
(2)上記実施形態においては、ルーバ2eを設ける構成について説明したが、本発明はこれに限定されない。燃焼器ライナ2bにおいては、中心部に、軸方向に沿う燃焼空気の流れが形成されている。したがって、冷却孔2fより流入した冷却空気は、燃焼空気の流れによって燃焼器ライナ2bの内壁に押し付けられる。すなわち、ルーバ2eを設けない構成においても、冷却空気を燃焼器ライナ2bの内壁面に沿って流すことができる。
(2) In the above embodiment, the configuration in which the
(3)上記実施形態においては、冷却構造を燃焼器ライナ2bに対して設けるものとしたが、本発明はこれに限定されない。高温の壁部を有する構造体であれば、その機能が限定されるものではない。
(3) In the above embodiment, the cooling structure is provided for the
(4)また、燃焼器2は、カン型もしくはカンニュラ型とされ、1つもしくは複数の筒状の燃焼器ライナ2bを備えるものとしてもよい。この場合、燃焼器ライナ2bのそれぞれに対して冷却構造が設けられる。
(4) Further, the
(5)また、上記実施形態においては、冷却流体として空気を用いるものとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、冷却流体は、構造体の機能に応じて変更可能であり、窒素等の不活性ガスや、液体状態の水等としてもよい。 (5) Moreover, in the said embodiment, although air shall be used as a cooling fluid, this invention is not limited to this. For example, the cooling fluid can be changed according to the function of the structure, and may be an inert gas such as nitrogen, water in a liquid state, or the like.
(6)また、上記実施形態においては、拡散部材2dは、焼結金属により構成されるものとしたが、本発明はこれに限定されない。拡散部材2dは、例えば多孔質セラミックスにより構成されるものとしてもよい。
(6) Moreover, in the said embodiment, although the diffusing
1 圧縮機
1a 圧縮機動翼
1b 圧縮機静翼
1c ハウジング
2 燃焼器
2a 燃料供給ノズル
2b 燃焼器ライナ
2c スワラ
2d 拡散部材
2e ルーバ
2f 冷却孔
3 タービン
3a タービン軸
3b タービン動翼
3c タービン静翼
G ガスタービン
H1 吸気口
H2 排気口
R1 圧縮空気室
R2 燃焼領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (6)
前記壁部に形成された冷却孔の下流側かつ壁面に設けられると共に、冷却流体が通過可能な多孔質体の拡散部材を備えることを特徴とする冷却構造。 A cooling structure for cooling the wall of the structure,
A cooling structure comprising a porous diffusion member that is provided on the wall and downstream of the cooling hole formed in the wall and through which a cooling fluid can pass.
請求項1〜4のいずれか一項に記載の冷却構造と
を備え、
前記拡散部材は、前記燃焼器ライナの内壁面に設けられる
ことを特徴とする燃焼器。 A combustor liner having a plurality of cooling holes formed in the circumferential direction;
A cooling structure according to any one of claims 1 to 4, and
The combustor, wherein the diffusion member is provided on an inner wall surface of the combustor liner.
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CN112069622A (en) * | 2020-09-08 | 2020-12-11 | 北京航空航天大学 | Intelligent recommendation system and recommendation method for turbine guide vane cooling structure |
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2018
- 2018-04-10 JP JP2018075440A patent/JP2019184157A/en active Pending
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CN112069622A (en) * | 2020-09-08 | 2020-12-11 | 北京航空航天大学 | Intelligent recommendation system and recommendation method for turbine guide vane cooling structure |
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