JP2023153214A - Fuel nozzle and gas turbine combustor - Google Patents

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義隆 寺田
Yoshitaka Terada
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祥太 五十嵐
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Abstract

To provide a fuel nozzle comprising a plurality of fuel systems, which has less heat stress due to temperature difference of conducting fuel and combustion air, and a gas turbine combustor using the fuel nozzle.SOLUTION: A fuel nozzle comprises a plurality of flow paths, including a first flow path through which fuel or combustion air is conducted, and a second flow path through which fuel or combustion air is conducted and which is different from the first flow path. In the entire range where both the first flow path and the second flow path are arranged in a cross section perpendicular to an axial direction of the fuel nozzle, both the first flow path and the second flow path are divided into a plurality of parts and arranged in a circumferential direction of the fuel nozzle.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、ガスタービン燃焼器に用いられる燃料ノズルの構造に係り、特に、パイロットノズルに適用して有効な技術に関する。 The present invention relates to the structure of a fuel nozzle used in a gas turbine combustor, and particularly relates to a technique that is effective when applied to a pilot nozzle.

ガスタービンに使用する燃料の種類には様々なものがあり、燃料カロリーと燃焼速度により使用する燃焼器を選定している。カロリーの低い燃料については、拡散燃焼器を使用し、カロリーの高い燃料については予混合燃焼器を使用する。予混合燃焼は拡散燃焼に比べ火炎温度を低減できるため、水や蒸気の噴霧なしでNOxの低減が可能であり、現在ガスタービンに広く適用されている。 There are various types of fuel used in gas turbines, and the combustor to be used is selected depending on the fuel calorie and combustion speed. For low calorie fuels, a diffusion combustor is used, and for high calorie fuels, a premix combustor is used. Since premix combustion can reduce the flame temperature compared to diffusion combustion, it is possible to reduce NOx without spraying water or steam, and is currently widely applied to gas turbines.

発電用に使用されているガスタービンでは主に天然ガスを燃料としているが、多くの天然ガス焚き予混合燃焼器はパイロットノズルとメインノズルを備えており、パイロットノズルで形成される火炎によりメイン予混合火炎の安定化を図っている。 Gas turbines used for power generation mainly use natural gas as fuel, and many natural gas-fired premix combustors are equipped with a pilot nozzle and a main nozzle, and the flame formed by the pilot nozzle is used to generate the main premix combustor. Efforts are being made to stabilize the mixed flame.

本技術分野の背景技術として、例えば、特許文献1のような技術がある。特許文献1には「ガスタービンの燃焼器の軸心に配置されてなるガスタービンのパイロット燃焼バーナであって、軸方向に沿って、その内部に複数の予混合燃焼用の燃料流路と、複数の拡散燃焼用の燃料流路とが独立して形成されたパイロット燃焼ノズルと、このパイロット燃焼ノズルに対して同心状で、かつ、その上流側の端部が、前記パイロット燃焼ノズルの下流側の端部を囲繞する状態で配置されるパイロットバーナ筒と、前記パイロット燃焼ノズルの下流側の端部に放射状に配置されて、前記パイロット燃焼ノズルの下流側の端部と、前記バーナ筒の上流側の端部との間に形成されたリング状の空気通路を通過する圧縮空気に旋回力を付与して、この圧縮空気を旋回空気流にする複数枚の旋回翼とを備えているガスタービンのパイロット燃焼バーナ」が開示されている。 As background technology in this technical field, there is a technology such as that disclosed in Patent Document 1, for example. Patent Document 1 describes ``a pilot combustion burner for a gas turbine disposed at the axis of a combustor of a gas turbine, which includes a plurality of premix combustion fuel flow paths therein along the axial direction; a pilot combustion nozzle in which a plurality of fuel channels for diffusive combustion are formed independently; and a pilot combustion nozzle that is concentric with the pilot combustion nozzle and whose upstream end is downstream of the pilot combustion nozzle. a pilot burner tube arranged to surround an end of the pilot combustion nozzle; A gas turbine equipped with a plurality of swirling blades that apply swirling force to the compressed air passing through a ring-shaped air passage formed between the side ends and turn the compressed air into a swirling air flow. A pilot combustion burner is disclosed.

特開2010-249449号公報Japanese Patent Application Publication No. 2010-249449

上述したように、多くの天然ガス焚き予混合燃焼器は1本のパイロットノズルと8本のメインノズルを備えており、燃料系統はメイン系統とパイロット系統の2系統から構成される。パイロット比率(パイロット燃料流量/全体燃料流量)は着火時に最も多く、負荷上昇と共に低下させ、定格負荷ではパイロット比率を最も低くしNOxの排出量を抑えている。 As mentioned above, many natural gas-fired premix combustors are equipped with one pilot nozzle and eight main nozzles, and the fuel system consists of two systems: the main system and the pilot system. The pilot ratio (pilot fuel flow rate/total fuel flow rate) is highest at the time of ignition and decreases as the load increases, and the pilot ratio is lowest at rated load to suppress NOx emissions.

また、燃料中のメタン濃度が変化した場合、燃焼性が変化するため、空気バイパス弁の調節により燃焼領域の燃空比を調整したり、パイロット比率を変化させて、安定な燃焼状態に調整することが必要となる。 Additionally, if the methane concentration in the fuel changes, the combustibility will change, so adjust the fuel-air ratio in the combustion area by adjusting the air bypass valve, or change the pilot ratio to achieve a stable combustion state. This is necessary.

ところで、ガスタービン燃焼器の燃料ノズルでは燃焼空気と燃料との温度差に起因した熱応力の発生がしばしば問題となる。過大な熱応力が発生すると低サイクル疲労寿命が不足し、運用上の制限が発生する。特に、上述した天然ガス焚き予混合燃焼器のように複数の燃料系統を備えた燃料ノズルにおいては、運転状態に応じて燃料及び燃焼空気(パージ空気)などの温度が異なる流体が導通し、これに起因して熱応力が増大する場合がある。
燃料ノズルに発生する熱応力は、燃料ノズルの信頼性及び耐久性の低下に繋がる。
Incidentally, in the fuel nozzle of a gas turbine combustor, the occurrence of thermal stress due to the temperature difference between combustion air and fuel often poses a problem. If excessive thermal stress occurs, low cycle fatigue life will be insufficient and operational limitations will occur. In particular, in a fuel nozzle equipped with multiple fuel systems, such as the above-mentioned natural gas-fired premix combustor, fluids with different temperatures, such as fuel and combustion air (purge air), are conducted depending on the operating conditions. Thermal stress may increase due to
Thermal stress generated in the fuel nozzle leads to reduced reliability and durability of the fuel nozzle.

上記特許文献1によれば、圧縮空気が流動することによって生じる振動を低減させることができ、かつ、起動時における吹き消えを防止することができるが、上記のような燃料及び燃焼空気(パージ空気)などの温度が異なる流体の導通に起因して発生する燃料ノズルの熱応力については何ら考慮されていない。 According to the above-mentioned Patent Document 1, it is possible to reduce vibrations caused by the flow of compressed air and prevent blow-off at the time of startup. ), no consideration is given to the thermal stress in the fuel nozzle that occurs due to the conduction of fluids with different temperatures.

そこで、本発明の目的は、複数の燃料系統を備える燃料ノズルにおいて、導通する燃料及び燃焼空気の温度差に起因する熱応力の少ない燃料ノズル及びそれを用いたガスタービン燃焼器を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel nozzle with a plurality of fuel systems that has less thermal stress caused by the temperature difference between the conducting fuel and combustion air, and a gas turbine combustor using the same. be.

上記課題を解決するために、本発明は、複数の流路を備える燃料ノズルであって、燃料または燃焼空気が導通する第1の流路と、燃料または燃焼空気が導通し、前記第1の流路とは異なる第2の流路と、を有し、前記燃料ノズルの軸方向に垂直な断面において前記第1の流路と前記第2の流路の両方が配置される範囲全体において、前記第1の流路および前記第2の流路がいずれも前記燃料ノズルの周方向に複数に分割されて配置されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention provides a fuel nozzle including a plurality of flow paths, the first flow path through which fuel or combustion air flows, and the first flow path through which fuel or combustion air flows through. a second flow path different from the flow path, and in the entire range where both the first flow path and the second flow path are arranged in a cross section perpendicular to the axial direction of the fuel nozzle, The fuel nozzle is characterized in that both the first flow path and the second flow path are divided into a plurality of parts and arranged in a circumferential direction of the fuel nozzle.

また、本発明は、燃料と燃焼空気の混合気を燃焼させる燃焼室を構成する燃焼器ライナと、前記燃焼室からタービンに燃焼ガスを導く尾筒と、前記燃焼室に燃料と燃焼空気を供給するパイロットノズルと、前記パイロットノズルの周囲に複数配置され、前記燃焼室に燃料と燃焼空気を供給するメインノズルと、を備え、前記パイロットノズルは、燃料または燃焼空気が導通する第1の流路と、燃料または燃焼空気が導通し、前記第1の流路とは異なる第2の流路と、を有し、前記パイロットノズルの軸方向に垂直な断面において前記第1の流路と前記第2の流路の両方が配置される範囲全体において、前記第1の流路および前記第2の流路がいずれも前記パイロットノズルの周方向に複数に分割されて配置されていることを特徴とする。 The present invention also provides a combustor liner that constitutes a combustion chamber that combusts a mixture of fuel and combustion air, a transition piece that guides combustion gas from the combustion chamber to a turbine, and a transition piece that supplies fuel and combustion air to the combustion chamber. and a plurality of main nozzles arranged around the pilot nozzle to supply fuel and combustion air to the combustion chamber, the pilot nozzle having a first flow path through which fuel or combustion air flows. and a second flow path different from the first flow path through which fuel or combustion air is conducted, the first flow path and the second flow path being different from the first flow path in a cross section perpendicular to the axial direction of the pilot nozzle. The first flow path and the second flow path are both divided into a plurality of parts in the circumferential direction of the pilot nozzle and arranged in the entire range where both of the second flow paths are arranged. do.

本発明によれば、複数の燃料系統を備える燃料ノズルにおいて、導通する燃料及び燃焼空気の温度差に起因する熱応力の少ない燃料ノズル及びそれを用いたガスタービン燃焼器を実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize a fuel nozzle having a plurality of fuel systems, which has less thermal stress caused by a temperature difference between conducting fuel and combustion air, and a gas turbine combustor using the fuel nozzle.

これにより、信頼性及び耐久性に優れた高性能なガスタービン燃焼器を提供することができる。 This makes it possible to provide a high-performance gas turbine combustor with excellent reliability and durability.

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 Problems, configurations, and effects other than those described above will be made clear by the following description of the embodiments.

一般的なガスタービンの構成例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a general gas turbine. 一般的な燃焼器の構成例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a general combustor. 本発明の実施例1に係る燃料ノズルの構造を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing the structure of a fuel nozzle according to Example 1 of the present invention. 図3のA-A’断面図である。4 is a sectional view taken along line A-A' in FIG. 3. FIG. 図3のB-B’断面図である。4 is a sectional view taken along line B-B' in FIG. 3. FIG. 従来の燃料ノズルの構造を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional fuel nozzle. 図5のC-C’断面図である。6 is a sectional view taken along the line C-C' in FIG. 5. FIG. 図5のD-D’断面図である。6 is a sectional view taken along the line DD' in FIG. 5. FIG.

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、各図面において同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that in each drawing, the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed explanations of overlapping parts will be omitted.

先ず、図1,図2及び図5から図6Bを参照して、本発明の対象となるガスタービン燃焼器と従来の問題点について説明する。図1は、一般的なガスタービンの構成例を示す図である。図2は、一般的な燃焼器の構成例を示す図であり、燃焼室15を構成する燃焼器ライナ4及び尾筒(トランジションピース)5を含む燃焼器として示している。図5は、従来のパイロットノズル7の構造を示す断面図であり、図6A,図6Bは、それぞれ図5のC-C’断面、D-D’断面を示している。 First, with reference to FIGS. 1, 2, and 5 to 6B, a gas turbine combustor to which the present invention is applied and conventional problems will be described. FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a general gas turbine. FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of a general combustor, and is shown as a combustor including a combustor liner 4 and a transition piece 5 that constitute a combustion chamber 15. FIG. 5 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional pilot nozzle 7, and FIGS. 6A and 6B show a CC' cross section and a D-D' cross section in FIG. 5, respectively.

図1に示すように、ガスタービンは大きく分けて圧縮機1、燃焼器2及びタービン3から構成されている。圧縮機1は大気から吸い込んだ空気を作動流体として断熱圧縮し、燃焼器2は圧縮機1から供給された圧縮空気に燃料を混合し燃焼させることで高温高圧の燃焼ガスを生成し、タービン3では燃焼器2から導入された燃焼ガスが膨張する際に回転動力を発生する。タービン3からの排気は大気中に放出される。 As shown in FIG. 1, a gas turbine is broadly divided into a compressor 1, a combustor 2, and a turbine 3. The compressor 1 adiabatically compresses air sucked in from the atmosphere as a working fluid, and the combustor 2 mixes fuel with the compressed air supplied from the compressor 1 and combusts it to generate high-temperature, high-pressure combustion gas. In this case, rotational power is generated when the combustion gas introduced from the combustor 2 expands. Exhaust gas from turbine 3 is released into the atmosphere.

図2に示すように、燃焼器2は、燃料と燃焼空気の混合気を燃焼させる燃焼室15を構成する燃焼器ライ4と、燃焼室15からタービン3に燃焼ガスを導く(燃焼ガスの流れ方向8)尾筒(トランジションピース)5と、燃焼室15に燃料と燃焼空気を供給するメインノズル6及びパイロットノズル7を備えている。メインノズル6は、上述したように、1本のパイロットノズル7の周囲に複数(例えば8本)配置されている。 As shown in FIG. 2, the combustor 2 includes a combustor lie 4 that constitutes a combustion chamber 15 that combusts a mixture of fuel and combustion air, and a combustor lie 4 that guides combustion gas from the combustion chamber 15 to a turbine 3 (combustion gas flow Direction 8) It includes a transition piece 5, a main nozzle 6 and a pilot nozzle 7 that supply fuel and combustion air to the combustion chamber 15. As described above, a plurality of main nozzles 6 (for example, eight) are arranged around one pilot nozzle 7.

図5に示すように、従来のパイロットノズル7は、ドリル等による穴加工により流路A13や流路B14が予め形成されたノズル構成部材9,10,11を接合部12で互いに接合することで構成されている。ノズル構成部材9,10,11の接合には、例えば、ロウ付けによる溶接が用いられる。 As shown in FIG. 5, the conventional pilot nozzle 7 is constructed by joining together nozzle component members 9, 10, 11 in which flow passages A13 and flow passages B14 are formed in advance by drilling or the like at a joint portion 12. It is configured. For example, welding by brazing is used to join the nozzle constituent members 9, 10, and 11.

一般的に、ガスタービンの定格負荷時には、流路A13に相対的に温度の高いスイープ空気(燃焼空気)が導通し、流路B14に相対的に温度の低い天然ガス等の燃料が導通する。このため、パイロットノズル7の主として径方向の温度差、及びそれに起因する径方向、軸方向の熱伸び差により、熱応力が発生する。一般に溶接部においては、未溶着部等による形状の不連続性に起因して熱応力が助長されやすく、また溶接部では母材に比べて疲労強度が低下する。 Generally, when the gas turbine is under rated load, relatively high-temperature sweep air (combustion air) is conducted through the flow path A13, and relatively low-temperature fuel such as natural gas is conducted through the flow path B14. Therefore, thermal stress is generated mainly due to the temperature difference in the radial direction of the pilot nozzle 7 and the resulting difference in thermal expansion in the radial direction and the axial direction. Generally, in a welded part, thermal stress is likely to be exacerbated due to the discontinuity of the shape due to unwelded parts, etc., and the fatigue strength of the welded part is lower than that of the base metal.

以上より、従来のパイロットノズル7では、特に流路A13と流路B14の両方が配置される部位の接合部12が、流路A13と流路B14のそれぞれを導通する燃料または燃焼空気の温度差に起因して強度のボトルネックとなり、低サイクル疲労により運用が制限される。 As described above, in the conventional pilot nozzle 7, the temperature difference between the fuel or combustion air that conducts the flow path A13 and the flow path B14, respectively, is This causes a strength bottleneck, and low cycle fatigue limits operation.

また、図6Aに示すように、従来のパイロットノズル7の根元部においては、流路A13と流路B14の両方がパイロットノズル7の周方向に環状(アニュラ状:Annular)に配置されているため、パイロットノズル7は径方向において流路A13及び流路B14により熱的に分断された構造となる。このため、流路A13と流路B14のそれぞれを導通する燃料または燃焼空気の温度差によるパイロットノズル7への熱応力がさらに助長される。 Further, as shown in FIG. 6A, in the root portion of the conventional pilot nozzle 7, both the flow path A13 and the flow path B14 are arranged in an annular shape in the circumferential direction of the pilot nozzle 7. , the pilot nozzle 7 has a structure that is thermally separated by a flow path A13 and a flow path B14 in the radial direction. Therefore, the thermal stress on the pilot nozzle 7 due to the temperature difference between the fuel or combustion air flowing through the flow path A13 and the flow path B14 is further aggravated.

また、図6Bに示すように、従来のパイロットノズル7の先端近傍においては、流路B14はパイロットノズル7の周方向に複数に分割して配置されているが、流路A13は根元部と同様に、パイロットノズル7の周方向に環状(アニュラ状)に配置されており、パイロットノズル7は径方向において流路A13により熱的に分断された構造となる。 Further, as shown in FIG. 6B, near the tip of the conventional pilot nozzle 7, the flow path B14 is divided into a plurality of parts in the circumferential direction of the pilot nozzle 7, but the flow path A13 is similar to the root part. The pilot nozzle 7 is arranged in an annular shape in the circumferential direction of the pilot nozzle 7, and the pilot nozzle 7 has a structure that is thermally separated by the flow path A13 in the radial direction.

次に、図3から図4Bを参照して、本発明の実施例1に係る燃料ノズルについて説明する。図3は、本実施例のパイロットノズル7の構造を示す断面図であり、図4A,図4Bは、それぞれ図3のA-A’断面、B-B’断面を示している。 Next, a fuel nozzle according to Example 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 4B. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of the pilot nozzle 7 of this embodiment, and FIGS. 4A and 4B show the A-A' cross-section and the B-B' cross-section of FIG. 3, respectively.

図3に示すように、本実施例のパイロットノズル7は、燃料または燃焼空気が導通する流路A13(第1の流路)と、燃料または燃焼空気が導通し、流路A13(第1の流路)とは異なる流路B14(第2の流路)を有しており、パイロットノズル7のノズル構成部材9,10の内、少なくとも流路A13(第1の流路)と流路B14(第2の流路)の両方が配置されている部位は、接合部12の無い一体のノズル構成部材10で構成されている。 As shown in FIG. 3, the pilot nozzle 7 of this embodiment has a flow path A13 (first flow path) through which fuel or combustion air flows and a flow path A13 (first flow path) through which fuel or combustion air conducts. It has a flow path B14 (second flow path) different from the flow path), and among the nozzle constituent members 9 and 10 of the pilot nozzle 7, at least the flow path A13 (first flow path) and the flow path B14 (Second flow path) The portion where both of the two flow paths are arranged is constituted by an integral nozzle component 10 without a joint portion 12.

図3のように、流路A13(第1の流路)と流路B14(第2の流路)の両方が配置される部位を接合部12の無い一体のノズル構成部材10で構成することにより、上述したような、流路A13と流路B14のそれぞれを導通する燃料または燃焼空気の温度差に起因して接合部12が強度のボトルネックとなるのを防ぐことができ、パイロットノズル7の信頼性及び耐久性を向上することができる。 As shown in FIG. 3, the part where both the flow path A13 (first flow path) and the flow path B14 (second flow path) are arranged is configured with an integral nozzle component 10 without a joint part 12. Therefore, it is possible to prevent the joint 12 from becoming a strength bottleneck due to the temperature difference between the fuel or combustion air that conducts the flow path A13 and the flow path B14, as described above, and the pilot nozzle 7 The reliability and durability of the system can be improved.

また、図4A及び図4Bに示すように、本実施例のパイロットノズル7は、流路A13(第1の流路)及び流路B14(第2の流路)が、パイロットノズル7の周方向において、いずれも複数に分割して配置されている。 Further, as shown in FIGS. 4A and 4B, in the pilot nozzle 7 of this embodiment, the flow path A13 (first flow path) and the flow path B14 (second flow path) are arranged in the circumferential direction of the pilot nozzle 7. Both are divided into multiple parts and arranged.

図4A及び図4Bのように、流路A13(第1の流路)と流路B14(第2の流路)の両方を、パイロットノズル7の周方向において、複数に分割して配置することで、パイロットノズル7が径方向において、流路A13(第1の流路)及び流路B14(第2の流路)により熱的に完全に分断されるのを防いでいる。これにより、流路A13と流路B14のそれぞれを導通する燃料または燃焼空気の温度差によるパイロットノズル7への熱応力を緩和することができる。 As shown in FIGS. 4A and 4B, both the flow path A13 (first flow path) and the flow path B14 (second flow path) are divided into a plurality of parts and arranged in the circumferential direction of the pilot nozzle 7. This prevents the pilot nozzle 7 from being completely thermally separated by the flow path A13 (first flow path) and flow path B14 (second flow path) in the radial direction. Thereby, thermal stress on the pilot nozzle 7 due to the temperature difference between the fuel or combustion air flowing through the flow path A13 and the flow path B14 can be alleviated.

例えば、流路A13(第1の流路)に燃焼空気を導通させ、流路B14(第2の流路)に燃焼空気より温度の低い燃料を導通させるような場合であっても、燃料及び燃焼空気の温度差によるパイロットノズル7への熱応力が緩和されるため、接合部12の無い一体のノズル構成部材10で構成することによる効果に加えて、パイロットノズル7の信頼性及び耐久性をさらに向上することができる。 For example, even if combustion air is conducted through the flow path A13 (first flow path) and fuel whose temperature is lower than that of the combustion air is conducted through the flow path B14 (second flow path), the fuel and Since the thermal stress on the pilot nozzle 7 due to the temperature difference of the combustion air is alleviated, in addition to the effect of configuring the nozzle component 10 as a single piece without a joint 12, the reliability and durability of the pilot nozzle 7 are improved. Further improvements can be made.

また、図3に示すように、パイロットノズル7の先端近傍のノズル構成部材9は、流路A13(第1の流路)及び流路B14(第2の流路)の内、流路A13(第1の流路)のみが配置されており、流路A13(第1の流路)のみが配置されているノズル構成部材9は、流路A13(第1の流路)と流路B14(第2の流路)の両方が配置されているノズル構成部材10と、例えば、ロウ付けによる溶接または熱間等方圧加圧(HIP:Hot Isostatic Pressing)法により接合されている。 Further, as shown in FIG. 3, the nozzle component 9 near the tip of the pilot nozzle 7 has a flow path A13 (first flow path) and a flow path B14 (second flow path). The nozzle component 9 has only the flow path A13 (first flow path) and the flow path B14 (first flow path). The second flow path) is joined to the nozzle component 10 in which both are arranged, for example, by welding by brazing or by hot isostatic pressing (HIP).

図3のように、流路A13(第1の流路)及び流路B14(第2の流路)の内、一方の流路A13(第1の流路)のみが形成されている領域に限定して接合部12が配置されるような構造とすることで、流路を導通する燃料または燃焼空気の温度差によるパイロットノズル7への熱応力の発生を防止することができ、接合部12の接合信頼性を担保することができる。 As shown in FIG. 3, in a region where only one of the flow paths A13 (first flow path) and flow path B14 (second flow path) is formed, By arranging the joints 12 in a limited manner, it is possible to prevent thermal stress from occurring on the pilot nozzle 7 due to a temperature difference between the fuel or combustion air flowing through the flow path, and the joints 12 can be arranged in a limited manner. The bonding reliability can be guaranteed.

なお、ノズル構成部材9とノズル構成部材10との接合部12での接合には、上述した熱間等方圧加圧(HIP:Hot Isostatic Pressing)法を用いるのが望ましい。熱間等方圧加圧(HIP)法を用いることにより、未溶着部を極力無くすことができるため、接合部12における形状の不連続性に起因する熱応力を抑制することができる。 Note that it is desirable to use the above-mentioned hot isostatic pressing (HIP) method for joining the nozzle component 9 and the nozzle component 10 at the joint 12. By using the hot isostatic pressing (HIP) method, unwelded parts can be eliminated as much as possible, so thermal stress caused by shape discontinuity in the joint part 12 can be suppressed.

以上説明したように、本発明によれば、導通する燃料及び燃焼空気の温度差に起因する熱応力の少ない燃料ノズル及びそれを用いたガスタービン燃焼器を実現することができ、ガスタービン燃焼器の信頼性及び耐久性を向上することができる。 As explained above, according to the present invention, it is possible to realize a fuel nozzle with less thermal stress caused by the temperature difference between conducting fuel and combustion air, and a gas turbine combustor using the same. The reliability and durability of the system can be improved.

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。
例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications.
For example, the embodiments described above are described in detail to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and the present invention is not necessarily limited to having all the configurations described. Furthermore, it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to add, delete, or replace a part of the configuration of each embodiment with other configurations.

1…圧縮機
2…燃焼器
3…タービン
4…燃焼器ライナ
5…尾筒(トランジションピース)
6…メインノズル
7…パイロットノズル
8…燃焼ガスの流れ方向
9,10,11…ノズル構成部材
12…接合部
13…流路A
14…流路B
15…燃焼室
1... Compressor 2... Combustor 3... Turbine 4... Combustor liner 5... Transition piece (transition piece)
6... Main nozzle 7... Pilot nozzle 8... Flow direction of combustion gas 9, 10, 11... Nozzle constituent members 12... Joint portion 13... Flow path A
14...Flow path B
15...Combustion chamber

Claims (10)

複数の流路を備える燃料ノズルであって、
燃料または燃焼空気が導通する第1の流路と、
燃料または燃焼空気が導通し、前記第1の流路とは異なる第2の流路と、を有し、
前記燃料ノズルの軸方向に垂直な断面において前記第1の流路と前記第2の流路の両方が配置される範囲全体において、前記第1の流路および前記第2の流路がいずれも前記燃料ノズルの周方向に複数に分割されて配置されていることを特徴とする燃料ノズル。
A fuel nozzle including a plurality of flow paths, the fuel nozzle comprising:
a first flow path through which fuel or combustion air is conducted;
a second flow path different from the first flow path through which fuel or combustion air is conducted;
In the entire range where both the first flow path and the second flow path are arranged in a cross section perpendicular to the axial direction of the fuel nozzle, both the first flow path and the second flow path are arranged. A fuel nozzle, characterized in that the fuel nozzle is divided into a plurality of parts and arranged in a circumferential direction.
請求項1に記載の燃料ノズルであって、
前記燃料ノズルは、少なくとも前記燃料ノズルの軸方向に垂直な断面において前記第1の流路と前記第2の流路の両方が配置される範囲の部位が、接合部の無い一体の部材で構成されていることを特徴とする燃料ノズル。
The fuel nozzle according to claim 1,
The fuel nozzle is configured such that at least a region in a cross section perpendicular to the axial direction of the fuel nozzle in which both the first flow path and the second flow path are arranged is an integral member with no joints. A fuel nozzle characterized by:
請求項1または2に記載の燃料ノズルであって、
前記第1の流路を燃焼空気が導通し、
前記第2の流路を前記燃焼空気より温度の低い燃料が導通することを特徴とする燃料ノズル。
The fuel nozzle according to claim 1 or 2,
Combustion air is conducted through the first flow path,
A fuel nozzle, characterized in that fuel having a lower temperature than the combustion air flows through the second flow path.
請求項1から3のいずれか1項に記載の燃料ノズルであって、
前記燃料ノズルの先端近傍は、前記第1の流路および前記第2の流路の内、前記第1の流路のみが配置されており、
前記第1の流路のみが配置されている部位は、前記第1の流路と前記第2の流路が配置されている部位と接合されていることを特徴とする燃料ノズル。
The fuel nozzle according to any one of claims 1 to 3,
Of the first flow path and the second flow path, only the first flow path is arranged near the tip of the fuel nozzle,
A fuel nozzle characterized in that a portion where only the first flow path is arranged is joined to a portion where the first flow path and the second flow path are arranged.
請求項4に記載の燃料ノズルであって、
前記第1の流路のみが配置されている部位は、前記第1の流路と前記第2の流路が配置されている部位と、溶接または熱間等方圧加圧(HIP)法により接合されていることを特徴とする燃料ノズル。
The fuel nozzle according to claim 4,
The region where only the first channel is arranged is separated from the region where the first channel and the second channel are arranged by welding or hot isostatic pressing (HIP). A fuel nozzle characterized in that it is joined.
燃料と燃焼空気の混合気を燃焼させる燃焼室を構成する燃焼器ライナと、
前記燃焼室からタービンに燃焼ガスを導く尾筒と、
前記燃焼室に燃料と燃焼空気を供給するパイロットノズルと、
前記パイロットノズルの周囲に複数配置され、前記燃焼室に燃料と燃焼空気を供給するメインノズルと、を備え、
前記パイロットノズルは、燃料または燃焼空気が導通する第1の流路と、
燃料または燃焼空気が導通し、前記第1の流路とは異なる第2の流路と、を有し、
前記パイロットノズルの軸方向に垂直な断面において前記第1の流路と前記第2の流路の両方が配置される範囲全体において、前記第1の流路および前記第2の流路がいずれも前記パイロットノズルの周方向に複数に分割されて配置されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。
a combustor liner that constitutes a combustion chamber that combusts a mixture of fuel and combustion air;
a transition piece that guides combustion gas from the combustion chamber to the turbine;
a pilot nozzle that supplies fuel and combustion air to the combustion chamber;
A plurality of main nozzles are arranged around the pilot nozzle and supply fuel and combustion air to the combustion chamber,
The pilot nozzle includes a first flow path through which fuel or combustion air is conducted;
a second flow path different from the first flow path through which fuel or combustion air is conducted;
In the entire range where both the first flow path and the second flow path are arranged in a cross section perpendicular to the axial direction of the pilot nozzle, both the first flow path and the second flow path are arranged. A gas turbine combustor characterized in that the pilot nozzle is divided into a plurality of parts and arranged in a circumferential direction.
請求項6に記載のガスタービン燃焼器であって、
前記パイロットノズルは、少なくとも前記パイロットノズルの軸方向に垂直な断面において前記第1の流路と前記第2の流路の両方が配置される範囲の部位が、接合部の無い一体の部材で構成されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。
The gas turbine combustor according to claim 6,
The pilot nozzle is configured such that at least a region in a cross section perpendicular to the axial direction of the pilot nozzle in which both the first flow path and the second flow path are arranged is an integral member with no joints. A gas turbine combustor characterized by:
請求項6または7に記載のガスタービン燃焼器であって、
前記第1の流路を燃焼空気が導通し、
前記第2の流路を前記燃焼空気より温度の低い燃料が導通することを特徴とするガスタービン燃焼器。
The gas turbine combustor according to claim 6 or 7,
Combustion air is conducted through the first flow path,
A gas turbine combustor, wherein fuel having a temperature lower than that of the combustion air flows through the second flow path.
請求項6から8のいずれか1項に記載のガスタービン燃焼器であって、
前記パイロットノズルの先端近傍は、前記第1の流路および前記第2の流路の内、前記第1の流路のみが配置されており、
前記第1の流路のみが配置されている部位は、前記第1の流路と前記第2の流路が配置されている部位と接合されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。
The gas turbine combustor according to any one of claims 6 to 8,
Of the first flow path and the second flow path, only the first flow path is arranged near the tip of the pilot nozzle,
A gas turbine combustor characterized in that a portion where only the first flow path is arranged is joined to a portion where the first flow path and the second flow path are arranged.
請求項9に記載のガスタービン燃焼器であって、
前記第1の流路のみが配置されている部位は、前記第1の流路と前記第2の流路が配置されている部位と、溶接または熱間等方圧加圧(HIP)法により接合されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。
The gas turbine combustor according to claim 9,
The region where only the first channel is arranged is separated from the region where the first channel and the second channel are arranged by welding or hot isostatic pressing (HIP). A gas turbine combustor characterized by being joined.
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