JP2726922B2 - Gas turbine combustor - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、ガスタービンの作動
ガスとして利用される高温燃焼ガスを連続的に発生する
するためのガスタービン用燃焼器に関し、特にガスター
ビン用燃焼器のセラミック製ライナをガスタービン本体
のセラミック製スクロールに支持する構造に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas turbine combustor for continuously generating high-temperature combustion gas used as a working gas for a gas turbine, and more particularly to a ceramic liner for a gas turbine combustor. The present invention relates to a structure for supporting a gas turbine body on a ceramic scroll.
【0002】[0002]
【従来の技術】昨今のセラミックの成形・焼成技術の急
速な進歩によって、各種耐熱構造部品から高い精度が要
求される内燃機関ピストン等の作動部品に至るまでセラ
ミックで製造されるようになった。一方、熱と電気の負
荷変動に柔軟に対応でき且つ暖機運転時間が短くて済む
コージェネレーションシステムの開発が注目されるよう
になり、コンパクトで高出力のガスタービンが組み込ま
れるようになった。そして、その一層の熱効率の向上を
図るべくセラミック製部品の採用が検討されるようにな
り、セラミックを使用してガスタービンのスクロールや
ノズル、タービンブレード及びロータを製作し、燃焼器
から高温の燃焼ガスを冷却せずにそのまま導入するもの
が開発された。従って、燃焼器においてもより高温の燃
焼ガスを発生させる必要があり、ガスタービンと同様に
ライナ等にセラミックを利用するようになった。因み
に、このようなセラミック製部品を使用した燃焼器とガ
スタービン本体との組合わせでは、タービンのガス入口
温度が1350°C前後の極めて高い温度に達するよう
になり、冷却損失が大幅に減少すると同時に、再生熱交
換器におけるタービン排気ガスと燃焼器用吸入空気との
対向熱交換によって熱回収を行うことで、熱効率を大幅
に(42%程度まで)高めることが出来るようになる。2. Description of the Related Art With the rapid progress of ceramic forming / firing technology in recent years, ceramics from various heat-resistant structural parts to working parts such as internal combustion engine pistons, etc., which require high precision, have come to be manufactured. On the other hand, attention has been paid to the development of a cogeneration system that can flexibly cope with heat and electric load fluctuations and requires a short warm-up operation time, and a compact, high-output gas turbine has been incorporated. In order to further improve the thermal efficiency, the use of ceramic parts has been considered. A system was introduced that introduced the gas without cooling it. Therefore, it is necessary to generate higher-temperature combustion gas also in the combustor, and ceramics have been used for liners and the like as in gas turbines. Incidentally, in the combination of the combustor using such ceramic parts and the gas turbine body, the gas inlet temperature of the turbine reaches an extremely high temperature of about 1350 ° C., and the cooling loss is greatly reduced. At the same time, by performing heat recovery by facing heat exchange between the turbine exhaust gas and the intake air for the combustor in the regenerative heat exchanger, the thermal efficiency can be greatly increased (to about 42%).
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかし、セラミック製
部品の寸法精度が確保されるようになって耐熱性が要求
されるような部分に積極的に使用され得るようになった
とは言え、金属製部品に比較して脆く且つ熱膨張係数が
非常に小さいために、セラミック製部品と金属製部品を
組み合わせても高温状態で緩んでがたついたり又は取付
力が増大してセラミック製部品に割れが生じたりすると
言った事態によく遭遇するようになった。従って、セラ
ミック製部品同士の高温になる部位での固定には、熱応
力の増大を回避しつつ必要な取付力が残るように弾支す
る必要がある。However, although the dimensional accuracy of ceramic parts has been ensured, they can be used aggressively in parts where heat resistance is required. Because they are brittle and have a very low coefficient of thermal expansion compared to parts, even when ceramic parts and metal parts are combined, they loosen and rattle at high temperatures or the mounting force increases, causing cracks in the ceramic parts. I often come across situations that said it would happen. Therefore, in order to fix the ceramic parts at a high temperature part, it is necessary to support the ceramic parts so that a necessary mounting force remains while avoiding an increase in thermal stress.
【0004】本発明は上述のような高温になる部位での
セラミック製部品の支持上で生じる課題を解決するもの
で、内部で高温ガスを発生するセラミック製ライナを運
転中の振動荷重に対抗し且つ金属製のケーシングとの熱
膨張差を吸収して自動調心的にセンターリングを確保し
つつ片当り等を防止してガスタービン本体のスクロール
に連結することができるガスタービン用燃焼器を提供す
ることを目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problems that occur when supporting a ceramic part in a high-temperature area, and uses a ceramic liner that internally generates a high-temperature gas to resist vibration loads during operation. Further, a gas turbine combustor capable of absorbing a difference in thermal expansion from a metal casing to secure a center ring in a self-centering manner, preventing a side contact or the like, and connecting to a scroll of a gas turbine body. It is intended to be.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明に係るガスタービン用燃焼器は、a)燃料供給
手段と燃料の点火手段とを有し、ガスタービンのセラミ
ック製スクロールに連結して支持される円筒状のセラミ
ック製ライナを備えたガスタービン用燃焼器において、
b)前記スクロールの周囲の金属製スクロールケーシング
に連設される円筒状の金属製燃焼器ケーシング内に前記
ライナを設け、このライナの周囲と燃焼器ケーシングと
の間および前記スクロールの周囲とスクロールケーシン
グとの間を相互に連通する燃焼用空気通路に形成し、c)
前記ライナの内端を開口するとともに、この開口周縁と
前記スクロールの連結部の開口周縁とを、相互に対応す
る球形円弧状に形成し、d)前記燃焼器ケーシング内の前
記ライナの外端側に、円筒状の金属製ライナ・サポート
を固定するとともに、このライナ・サポートの内端部と
前記ライナとの間にセラミック製圧縮スプリングを縮装
して、前記ライナを前記スクロールの連結部側へ付勢し
ている。In order to achieve the above object, a gas turbine combustor according to the present invention has a) a fuel supply means and a fuel ignition means. In a gas turbine combustor having a cylindrical ceramic liner supported by being connected,
b) The liner is provided in a cylindrical metal combustor casing connected to the metal scroll casing around the scroll, and between the periphery of the liner and the combustor casing and between the periphery of the scroll and the scroll casing. To form a combustion air passage communicating with each other, c)
The inner end of the liner is opened, and the opening periphery and the opening periphery of the connecting portion of the scroll are formed in a spherical arc shape corresponding to each other, and d) an outer end side of the liner in the combustor casing. In addition to fixing a cylindrical metal liner support, a ceramic compression spring is compressed between the inner end of the liner support and the liner, and the liner is moved toward the connection portion of the scroll. It is energizing.
【0006】請求項2記載のように、e)前記スクロール
の連結部の開口周縁を凹球形円弧状に形成すると共に、
前記ライナの内端側開口周縁を凸球形円弧状に形成する
ことが好ましい。According to a second aspect of the present invention, e) the peripheral edge of the opening of the connecting portion of the scroll is formed in a concave spherical arc shape,
It is preferable that the inner end side peripheral edge of the liner is formed in a convex spherical arc shape.
【0007】請求項3記載のように、f)前記ライナ外端
部の端壁を、外周部より内側中央に向かって傾斜したリ
ング状に形成し、前記ライナ・サポートの内端側に前記
セラミック製圧縮スプリングの複数個を円周方向に等間
隔に配置したり、請求項4記載のように、g)前記ライナ
・サポートには、前記ライナ外端部に設けた中央開口か
ら燃焼用空気をスワール状(渦巻き状)に供給する案内
羽根(スワーラー)を備えた燃焼用空気供給開口を設け
るとなお好ましい。According to a third aspect of the present invention, f) the end wall of the outer end of the liner is formed in a ring shape inclined toward the inner center from the outer peripheral portion, and the ceramic is formed on the inner end side of the liner support. A plurality of compression springs may be arranged at equal intervals in the circumferential direction, or g) the liner support may be provided with combustion air from a central opening provided at an outer end of the liner. It is even more preferable to provide a combustion air supply opening provided with a swirler (swirl) guide vane (swirl).
【0008】[0008]
【作用】上記の構成を有する本発明のガスタービン用燃
焼器によれば、ガスタービン本体のセラミック製スクロ
ールに連結される燃焼器のセラミック製ライナが、その
開口の内端部においてスクロールの連結部(ガス受給
部)の開口に接続され、また、前記ライナはその外端側
に固定されたライナ・サポートにより、セラミック製圧
縮スプリングを介してスクロールの連結部側へ付勢さ
れ、これによりライナとスクロールの連結状態が維持さ
れている。この際、適当な付勢力を設定することで、セ
ラミック製ライナを運転中の振動荷重に対抗し且つ金属
製ケーシングとの熱膨張差を吸収して安定的にガスター
ビン本体のスクロールに連結して弾性的に支持すること
ができる。ライナおよびスクロールがセラミックからな
るとともに、ライナの付勢手段もセラミック製圧縮スプ
リングからなるため、本燃焼器で例えば1350°Cに
も達するような従来に無い超高温の燃焼ガスを発生させ
ても、クリープ現象等により付勢力が弱まることが無
い。また、ライナとスクロールの連結部の開口周縁を球
形円弧状(球形の一部を構成する円弧形)に形成してい
ることから、ライナあるいはスクロールが若干移動して
も、自動調心的にセンターリングが確保され且つ片当り
等が防がれ、安定した連結状態が確保される。According to the gas turbine combustor of the present invention having the above-described structure, the ceramic liner of the combustor connected to the ceramic scroll of the gas turbine body has a scroll connection portion at the inner end of the opening. The liner is connected to the opening of the gas receiving portion, and the liner is urged toward the connecting portion of the scroll through a ceramic compression spring by a liner support fixed to the outer end of the liner. The connected state of the scroll is maintained. At this time, by setting an appropriate biasing force, the ceramic liner can be stably connected to the scroll of the gas turbine body by resisting the vibration load during operation and absorbing the difference in thermal expansion with the metal casing. It can be elastically supported. Since the liner and the scroll are made of ceramic and the biasing means of the liner are also made of a ceramic compression spring, even if the present combustor generates an unusually high-temperature combustion gas such as 1350 ° C., The biasing force does not weaken due to creep phenomenon or the like. In addition, since the peripheral edge of the opening of the connecting portion between the liner and the scroll is formed in a spherical arc shape (arc shape forming a part of the spherical shape), even if the liner or the scroll slightly moves, the self-centering is performed. The center ring is secured, the one-side contact is prevented, and a stable connection state is secured.
【0009】本燃焼器では、セラミック製ライナ内に、
その周囲のケーシングとの間の空気通路から高温の燃焼
用空気が供給され、また燃料供給手段によって燃料が供
給されて燃焼用空気と混合されたのち、点火手段によっ
て燃料と空気との混合気に点火されることにより、超高
温度の燃焼ガスを発生させることが出来る。このため、
スクロールのほか、例えばノズル、タービンブレードを
各々セラミックから形成したセラミックガスタービンに
対して、途中で冷却すること無しに超高温のままノズル
やタービンブレードに導入させることで、冷却損失を大
幅に低減し、高温燃焼ガスへの排気熱回収と併せて大幅
に熱効率を向上させることが出来る。因みに、従来の金
属製スクロールの場合、供給燃焼ガス温度が960°C
前後と低く抑制されていたものが、セラミック製部品の
採用で1350°C程度まで高めることが可能になるた
め、ガスタービン熱効率を大幅に高める(42%前後ま
で)ことが出来る。In the present combustor, a ceramic liner is
High-temperature combustion air is supplied from an air passage between the surrounding casing and fuel, and fuel is supplied by fuel supply means and mixed with the combustion air. By being ignited, combustion gas at an extremely high temperature can be generated. For this reason,
In addition to scrolls, for example, for a ceramic gas turbine in which the nozzle and turbine blade are each made of ceramic, the cooling loss is greatly reduced by introducing the nozzle and turbine blade at an ultra-high temperature without cooling midway. In addition, the heat efficiency can be greatly improved in conjunction with the recovery of exhaust heat to the high-temperature combustion gas. Incidentally, in the case of the conventional metal scroll, the supply combustion gas temperature is 960 ° C.
Although the temperature has been suppressed to a low level before and after, it is possible to increase the temperature to about 1350 ° C. by adopting ceramic parts, so that the gas turbine thermal efficiency can be greatly increased (to about 42%).
【0010】請求項2記載の燃焼器では、スクロール側
の凹球形円弧状の開口周縁とライナ側の凸球形円弧状の
開口周縁とが無理なく嵌合して連結され、仮にライナが
運転中の振動などによって若干傾倒するようなことがあ
っても、スクロールとのセンタリングが確実に保持さ
れ、連結状態が安定して維持される。[0010] In the combustor according to the second aspect, the concave spherical arc-shaped opening edge on the scroll side and the convex spherical arc-shaped opening edge on the liner side are fitted and connected without difficulty, and if the liner is in operation. The centering with the scroll is reliably maintained even if the tilt is slightly caused by vibration or the like, and the connected state is stably maintained.
【0011】請求項3記載の燃焼器では、セラミック製
圧縮スクロールの付勢力がライナの周辺部から中心部に
向けて作用することにより、例えばスクロール側が若干
移動してセンターがずれたとしてもライナの傾きが許容
され、ライナとスクロールとの連結状態が維持される。According to the third aspect of the present invention, the biasing force of the ceramic compression scroll acts from the peripheral portion to the center portion of the liner, so that the center of the liner is displaced even if the scroll side is slightly moved and the center is displaced. The inclination is allowed, and the connected state between the liner and the scroll is maintained.
【0012】請求項4記載の燃焼器では、前記ライナ内
に供給される燃料と空気との混合が十分に促進され、燃
焼状態が良好に保たれて安定する。[0012] In the combustor according to the fourth aspect, mixing of the fuel and air supplied into the liner is sufficiently promoted, and the combustion state is favorably maintained and stabilized.
【0013】[0013]
【実施例】次に、本発明の高温燃焼ガス発生用燃焼器を
実施例によって添付図を参照にして以下に詳細に説明す
る。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view of a combustor for generating a high-temperature combustion gas according to the present invention.
【0014】図1は本発明の一実施例に係るセラミック
ガスタービンに搭載された、液体燃料拡散燃焼タイプの
高温燃焼ガス発生用燃焼器を示す縦断面図、図2は図1
の燃焼器を備えたガスタービンの正面図、図3は図1の
燃焼器に使用されるライナ・サポートの内面を示す正面
図、図4は図1の燃焼器のサポート・リングの縦断面図
である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a liquid fuel diffusion combustion type high temperature combustion gas generating combustor mounted on a ceramic gas turbine according to one embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 3 is a front view showing an inner surface of a liner support used in the combustor of FIG. 1, and FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a support ring of the combustor of FIG. It is.
【0015】図1に示すように、本実施例に係るガスタ
ービン用燃焼器1は液体燃料拡散燃焼タイプの燃焼器
で、この燃焼器1はガスタービン本体5と組み合わせて
使用するのに好適なもので、これら両者は熱と電気の出
力比の変更に柔軟に対応でき且つ暖機運転時間が短くて
済むコージェネレーションシステムに組み込まれる。こ
の燃焼器1では、ガスタービン本体5の横向きに配置さ
れた金属製ケーシング(スクロールケーシング)51の
外周部連結短管フランジ52に、円筒状の金属製ケーシ
ング(燃焼器ケーシング)10がその内端側フランジ1
2を介して連設され、またこのケーシング10内には、
円筒状のセラミック製ライナ20が同心円状に収容され
ている。ケーシング10の内端側(自由端側)開口の周
囲のフランジ13には、蓋14が気密に取り付けられて
閉塞されており、この蓋14の中央開口部14aを貫通
して燃料供給手段としての液体燃料噴射装置48が気密
に配設され、またケーシング周壁15の開口15aに点
火手段としての点火プラグ49が気密に取り付けられて
いる。As shown in FIG. 1, a gas turbine combustor 1 according to the present embodiment is a liquid fuel diffusion combustion type combustor, and this combustor 1 is suitable for use in combination with a gas turbine body 5. Both are incorporated in a cogeneration system that can flexibly respond to changes in the heat-to-electricity output ratio and requires a short warm-up operation time. In the combustor 1, a cylindrical metal casing (combustor casing) 10 is provided at an inner end thereof on a connecting short pipe flange 52 of an outer peripheral portion of a metal casing (scroll casing) 51 arranged laterally of the gas turbine body 5. Side flange 1
2, and inside the casing 10,
A cylindrical ceramic liner 20 is housed concentrically. A lid 14 is hermetically attached and closed to a flange 13 around an inner end side (free end side) opening of the casing 10. The lid 14 penetrates a central opening 14 a of the lid 14 and serves as a fuel supply means. A liquid fuel injection device 48 is disposed in an airtight manner, and an ignition plug 49 as an ignition means is hermetically attached to the opening 15 a of the casing peripheral wall 15.
【0016】セラミック製ライナ20の内端側21は開
口され、この内端側21は高温燃焼ガスの供給を受ける
ガスタービン本体5側のセラミック製スクロール55の
ガス受給部56に連結して支持される。また、ライナ2
0の外端部22には、外側中央に向けて漸次傾斜し且つ
中央に開口22aを有する端壁23を備えている。その
内端側21の開口周縁21aと、スクロール55のガス
受給部56の開口周縁56aとは、それぞれライナ中心
軸線X上に中心点Oを持ち半径Rの凸球形円弧状(凸球
形の一部をなす円弧形)及び断面凹球形円弧状(凹球形
の一部をなす円弧形)を成しており、これら開口周縁2
1a・56a同士の当接状態を維持しながらライナ20
は中心点Oの周りでいずれの方向にも若干傾倒可能であ
る。上記燃料噴射装置48の噴射ノズル48aは、端壁
23の中央開口22aに臨んでおり、また点火プラグ4
9の点火部49aは、ライナ周壁24の上部端壁側の複
数の開口24aの一つからライナ20の内部に若干差し
込まれている。点火プラグ49の装着に使用されていな
い開口24aは、それらの下方に近接状態で周壁24に
形成されている開口24bと共に、燃焼用空気供給手段
の2次空気供給の役目を担っている。更に、周壁24の
中間部には、補助的に燃焼用空気を供給したり、NOx
の発生量を抑えるための空気噴射又は蒸気噴射を行う空
気又は蒸気の供給管(図示は省略)を差し込んだりする
ための開口24cを設けている。An inner end 21 of the ceramic liner 20 is opened, and the inner end 21 is connected to and supported by a gas receiving portion 56 of a ceramic scroll 55 on the gas turbine main body 5 side supplied with a high-temperature combustion gas. You. Liner 2
0 has an end wall 23 which is gradually inclined toward the outside center and has an opening 22a at the center. The opening edge 21a of the inner end 21 and the opening edge 56a of the gas receiving portion 56 of the scroll 55 have a convex spherical arc shape (part of a convex spherical shape) having a center point O on the liner central axis X and a radius R. ) And a concave spherical arc (a part of a concave sphere) in cross section.
The liner 20 is maintained while maintaining the contact state between 1a and 56a.
Can be slightly tilted in any direction around the center point O. The injection nozzle 48a of the fuel injection device 48 faces the central opening 22a of the end wall 23.
Nine igniters 49 a are slightly inserted into the liner 20 from one of the plurality of openings 24 a on the upper end wall side of the liner peripheral wall 24. The openings 24a not used for mounting the spark plugs 49, together with the openings 24b formed in the peripheral wall 24 below and adjacent thereto, play a role of secondary air supply of combustion air supply means. Further, auxiliary combustion air is supplied to the intermediate portion of the peripheral wall 24,
An opening 24c is provided for inserting an air or steam supply pipe (not shown) for performing air or steam injection for suppressing the generation amount of air.
【0017】上述のようなライナ20の外端部22の端
壁23には、円筒状の金属製ライナ・サポート30がケ
ーシング10の自由端側フランジ13の内周側凹所13
aにフランジ32を介して固定されているが、このライ
ナ・サポート30は蓋14を取り外した状態で、ケーシ
ング10の端部の開口から挿入される。ライナ・サポー
ト30は、そのフランジ32を円筒周壁31の自由端に
取り付けて、円筒周壁31のライナ側端に底円盤33を
取付けると共に、該底円盤33のライナ側外周部にライ
ナ周壁24の上部端壁側を緩く支える短筒34を接続し
ている。On the end wall 23 of the outer end 22 of the liner 20 as described above, a cylindrical metal liner support 30 is provided with an inner peripheral recess 13 of the free end flange 13 of the casing 10.
The liner support 30 is inserted through an opening at the end of the casing 10 with the lid 14 removed. The liner support 30 has a flange 32 attached to a free end of the cylindrical peripheral wall 31, a bottom disk 33 attached to a liner side end of the cylindrical peripheral wall 31, and an upper portion of the liner peripheral wall 24 on the liner side outer peripheral portion of the bottom disk 33. A short tube 34 that loosely supports the end wall side is connected.
【0018】筒周壁31には、ケーシング10との間の
燃焼用空気供給用通路としての環状空間S1からその内
部に燃焼用空気を導入する複数の開口31aが形成され
ている。また底円盤33の内側には、ライナ20の付勢
手段の複数のセラミック製圧縮コイルスプリング35を
個々に収容するための複数の穴33aを円周方向に等間
隔に形成すると共に、燃料噴射装置48の先端部が差し
込まれる中央開口33bの周りに、1次燃焼用空気をス
ワール状にライナ20内に供給する燃焼用空気供給開口
33c(図3)を形成している。この燃焼用空気供給開
口33cには、図3のようにスワール発生用の多数のヘ
リカル状案内羽根(スワーラーともいう)33dが装着
されている。A plurality of openings 31a for introducing combustion air from an annular space S1 as a passage for supplying combustion air to the casing 10 are formed in the cylindrical peripheral wall 31. Inside the bottom disk 33, a plurality of holes 33a for accommodating a plurality of ceramic compression coil springs 35 of the urging means of the liner 20 are formed at equal intervals in a circumferential direction, and the fuel injection device is formed. A combustion air supply opening 33c (FIG. 3) for supplying the primary combustion air into the liner 20 in a swirl shape is formed around the central opening 33b into which the front end of the 48 is inserted. As shown in FIG. 3, a number of helical guide vanes (also referred to as swirlers) 33d for swirl generation are mounted on the combustion air supply opening 33c.
【0019】ライナ20の上部端壁23上には、図4の
ようにセラミック製圧縮コイルスプリング35との当接
面41が平坦で且つ端壁23との当接面42が端壁23
と同じ傾斜を成したセラミック製サポート・リング40
が載置されているため、コイルスプリング35の付勢力
がライナ20の周辺部から作用することになり、ガス受
給部56が多少移動してセンターがずれライナ20が傾
倒しても、ライナ20の内端側21とスクロール55の
ガス受給部56の開口周縁21a・56a同士の当り
を、常に確保することが出来る。On the upper end wall 23 of the liner 20, a contact surface 41 with the ceramic compression coil spring 35 is flat and a contact surface 42 with the end wall 23 is formed on the end wall 23 as shown in FIG.
Ceramic support ring 40 with the same inclination
Is placed, the urging force of the coil spring 35 acts from the periphery of the liner 20, and even if the gas receiving unit 56 moves a little and the center shifts and the liner 20 tilts, the liner 20 is The contact between the inner end side 21 and the opening peripheral edges 21a and 56a of the gas receiving portion 56 of the scroll 55 can always be ensured.
【0020】燃焼用空気通路は、ケーシング10とライ
ナ20及びライナ・サポート30との間の環状空間S1
と、これに連通した円筒周壁31の開口31a及び底円
盤33の1次燃焼用空気供給開口33cと、同じく環状
空間S1に連通したライナ周壁24の2次燃焼用空気供
給開口24a、24b及び上記した補足用開口24cと
から構成されている。The combustion air passage is formed in an annular space S1 between the casing 10 and the liner 20 and the liner support 30.
And the opening 31a of the cylindrical peripheral wall 31 and the primary combustion air supply opening 33c of the bottom disk 33 communicating therewith, and the secondary combustion air supply openings 24a and 24b of the liner peripheral wall 24 also communicating with the annular space S1. And a supplementary opening 24c.
【0021】燃焼用空気の供給システムについて説明す
ると、図2において、ガスタービン本体5内のロータ
(図示せず)によって回転駆動されるコンプレッサーC
によってベルマウスMから吸入され圧縮された圧力空気
は、スクロール55の最外周部空間S2からダクトD1
を経由して再生熱交換器Hに送られ、ここでタービン排
気ガスと対向熱交換によって熱回収を行うことで300
°Cから820°Cに昇温する。加熱された圧力空気
は、次いで再生熱交換器HからダクトD2を経由してス
クロール55(図1)の外周部第2空間S3に送られ、
そこから環状空間S1へ供給されることになり、この燃
焼器1において1350°Cにも達するような高温度の
燃焼ガスを発生することが可能になる。従って、ガスタ
ービン本体5において冷却損失が大幅に減少することに
なり、その熱効率を大幅に(42%前後まで)高めるこ
とが出来るようになる。The system for supplying combustion air will be described. Referring to FIG. 2, a compressor C which is rotationally driven by a rotor (not shown) in the gas turbine body 5 is shown.
The compressed air sucked from the bell mouth M and compressed by the bellows M flows from the outermost space S2 of the scroll 55 to the duct D1.
Through the regenerative heat exchanger H, where the heat is recovered by the counter heat exchange with the turbine exhaust gas.
The temperature rises from 820C to 820C. The heated pressurized air is then sent from the regenerative heat exchanger H via the duct D2 to the outer peripheral second space S3 of the scroll 55 (FIG. 1).
From there, the combustion gas is supplied to the annular space S1, and it becomes possible to generate high-temperature combustion gas that reaches 1350 ° C. in the combustor 1. Therefore, the cooling loss in the gas turbine body 5 is greatly reduced, and the thermal efficiency thereof can be greatly increased (up to about 42%).
【0022】図5は燃料にガスを使用するガス予混合希
薄燃焼タイプの高温燃焼ガス発生用燃焼器を示す縦断面
図で、図1に対応する図面である。本例の燃焼器1’は
上記実施例の燃焼器1とは、燃料の種類が異なる(前者
は液体燃料、後者はガス)だけで、基本的な構造は共通
している。従って、共通する構成部材については上記実
施例と同一の符号を用いて示し、説明を省略する。そし
て、わずかに相違する点だけを説明する。図5に示すよ
うに、蓋14の中央開口部14aを貫通して火種用パイ
ロットバーナー49’が嵌挿され、このパイロットバー
ナー49’の先端部は底円盤33の中央開口33b内に
差し込まれ、ライナー20内に臨ませてある。底円盤3
3の中央開口33bの周りに、ガス燃料と空気との混合
気体を噴射するための複数の燃料供給孔33d’が穿設
され、燃料供給孔33d’にはスワーラー33d”が装
着されている。そして、各燃料供給孔33d’の入口付
近に入口からわずかに離間して、燃料供給手段としての
ガス燃料噴射装置48’の先端が配置され、各ガス燃料
噴射装置48’の基端側は蓋14の中央開口部14aの
周りに穿設した開口14bを貫通している。ライナー2
0の開口24cに臨ませて、空燃比を適正に制御するた
めに空気の流れを変化させるバイパスバルブ24dがケ
ーシング10に取り付けられている。これらの構成が燃
焼器1と相違するが、これらの相違点はいずれも燃料の
種類の相違に基づくものであり、燃焼器自体の基本的な
構成及び作用については両者は全く共通している。FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a gas premixed lean burn type combustor for generating high-temperature combustion gas using gas as fuel, and corresponds to FIG. The combustor 1 'of this embodiment differs from the combustor 1 of the above embodiment only in the type of fuel (the former is liquid fuel and the latter is gas), and has a common basic structure. Therefore, common constituent members are denoted by the same reference numerals as in the above-described embodiment, and description thereof is omitted. Only the differences will be described. As shown in FIG. 5, a pilot pilot burner 49 'is inserted through the central opening 14a of the lid 14, and the tip of the pilot burner 49' is inserted into the central opening 33b of the bottom disk 33. It faces inside the liner 20. Bottom disk 3
A plurality of fuel supply holes 33d 'for injecting a gaseous mixture of gaseous fuel and air are formed around the center opening 33b of the fuel cell 3, and a swirler 33d "is attached to the fuel supply hole 33d'. A distal end of a gas fuel injection device 48 'as a fuel supply means is disposed near the inlet of each fuel supply hole 33d' and slightly apart from the inlet, and the base end side of each gas fuel injection device 48 'is a lid. 14 penetrates an opening 14b formed around a central opening 14a of the liner 2.
A bypass valve 24d that changes the flow of air in order to appropriately control the air-fuel ratio is attached to the casing 10 so as to face the opening 24c of 0. Although these configurations are different from the combustor 1, all of these differences are based on the difference in the type of fuel, and the two have completely the same basic configuration and operation of the combustor itself.
【0023】[0023]
【発明の効果】以上説明したように、本発明のガスター
ビン用燃焼器によれば、次のような優れた効果を享受す
ることが出来る。As described above, according to the gas turbine combustor of the present invention, the following excellent effects can be obtained.
【0024】(1) セラミック製ライナをセラミック製ス
プリングで安定的に弾性支持し組み込むことで、従来に
無い高温度の燃焼ガスを発生が可能になる。(1) By stably and elastically supporting and incorporating a ceramic liner with a ceramic spring, it is possible to generate a high-temperature combustion gas which has never existed before.
【0025】(2) セラミック製ライナを、弾性支持で更
に運転中の振動荷重に対抗し且つ金属製支持構造部材と
の熱膨張差を吸収することが出来、同時に球面当接で自
動調心的にセンターリングを確保しつつ片当り等を防い
でガスタービン本体側のセラミック製スクロールに対し
安定的に連結することが出来る。(2) The ceramic liner can be elastically supported to further withstand the vibration load during operation and absorb the difference in thermal expansion with the metal support structure member, and at the same time, self-centering by spherical contact. In addition, it is possible to stably connect to the ceramic scroll on the gas turbine main body side while securing the center ring and preventing the one-side contact or the like.
【0026】(3) 燃焼器をガスタービンに一体に組み込
むことで、ガス供給経路を短くすることが出来、熱効率
上優れた、コンパクトになる。(3) By integrating the combustor into the gas turbine, the gas supply path can be shortened, and the compactness is excellent in thermal efficiency.
【0027】請求項2の燃焼器では、 (4) ライナが運転中の振動等によって若干傾倒するよう
なことがあっても、スクロールとのセンタリングが確実
に保持され、連結状態が安定して維持される。According to the second aspect of the present invention, (4) even if the liner is slightly tilted due to vibrations during operation or the like, the centering with the scroll is securely held and the connection state is stably maintained. Is done.
【0028】請求項3記載の燃焼器では、 (5) セラミック製圧縮スクロールの付勢力がライナの周
辺部から中心部に向けて作用することによって、例えば
スクロール側が若干移動してセンターがずれたとしても
ライナの傾きが許容され、ライナとスクロールとの連結
状態が維持される。According to the third aspect of the present invention, (5) the biasing force of the ceramic compression scroll acts from the periphery to the center of the liner, for example, when the scroll side slightly moves and the center is displaced. Also, the inclination of the liner is allowed, and the connected state between the liner and the scroll is maintained.
【0029】請求項4記載の燃焼器では、 (6) 前記ライナ内に供給される燃料と空気との混合が十
分に促進され、燃焼状態が良好に保たれて安定する。(6) Mixing of fuel and air supplied into the liner is sufficiently promoted, and a good combustion state is maintained and stabilized.
【図1】本発明の一実施例に係るガスタービンに搭載さ
れた、液体燃料拡散燃焼タイプの高温燃焼ガス発生用燃
焼器を示す縦断面図である。FIG. 1 is a vertical sectional view showing a liquid fuel diffusion combustion type high temperature combustion gas generating combustor mounted on a gas turbine according to one embodiment of the present invention.
【図2】図1の本発明の燃焼器を搭載したガスタービン
の全体を示す正面図である。FIG. 2 is a front view showing the entire gas turbine equipped with the combustor of the present invention shown in FIG. 1;
【図3】図1の燃焼器に使用されているライナ・サポー
トの、ライナとの接合部の内面を示す正面図である。FIG. 3 is a front view showing an inner surface of a joint of the liner support used in the combustor of FIG. 1 with the liner;
【図4】図1の燃焼器のサポート・リングの縦断面図で
ある。FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a support ring of the combustor of FIG. 1;
【図5】燃料にガスを使用するガス予混合希薄燃焼タイ
プの高温燃焼ガス発生用燃焼器を示す縦断面図で、図1
に対応する図面である。FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a gas premixed lean burn type high temperature combustion gas generating combustor using gas as a fuel, and FIG.
FIG.
1・1’ ガスタービン用燃焼器 5 ガスタービン本体 10 金属製ケーシング 12 フランジ 20 セラミック製ライナ 21 ライナ20の内端側 21a開口周縁 22 外端部 23 端壁 30 ライナ・サポート 33dスワール案内羽根 35 セラミック製圧縮コイルスプリング 40 セラミック製サポート・リング 48・48’ 燃料噴射装置 49 点火プラグ 51 金属製ケーシング 52 フランジ 55 スクロール 56 ガス受給部 56a開口周縁 S1 環状空間 1.1 Combustor for Gas Turbine 5 Gas Turbine Main Body 10 Metal Casing 12 Flange 20 Ceramic Liner 21 Inner End Side of Liner 20 21 Opening Edge 22 Outer End 23 End Wall 30 Liner Support 33d Swirl Guide Blade 35 Ceramic Compression coil spring 40 Ceramic support ring 48/48 'Fuel injection device 49 Ignition plug 51 Metal casing 52 Flange 55 Scroll 56 Gas receiving part 56a Opening periphery S1 Annular space
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 特許法第30条第1項適用申請有り THE AMERI CAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEERS. (72)発明者 神社 洋一 兵庫県神戸市東川崎町3丁目1番1号 川崎重工業株式会社 神戸工場内 (56)参考文献 特開 昭59−134333(JP,A) 特開 昭57−88224(JP,A) 実開 平1−111148(JP,U) ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing from the front page Patent application Article 30 (1) is applied for THE AMERI CAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEERS. (72) Inventor Yoichi Shrine 3-1-1 Higashikawasakicho, Kobe City, Hyogo Prefecture In the factory (56) References JP-A-59-134333 (JP, A) JP-A-57-88224 (JP, A) JP-A-1-111148 (JP, U)
Claims (4)
し、ガスタービンのセラミック製スクロールに連結して
支持される円筒状のセラミック製ライナを備えたガスタ
ービン用燃焼器において、 前記スクロールの周囲の金属製スクロールケーシングに
連設される円筒状の金属製燃焼器ケーシング内に前記ラ
イナを設け、このライナの周囲と燃焼器ケーシングとの
間および前記スクロールの周囲とスクロールケーシング
との間を相互に連通する燃焼用空気通路に形成し、 前記ライナの内端を開口するとともに、この開口周縁と
前記スクロールの連結部の開口周縁とを、相互に対応す
る球形円弧状に形成し、 前記燃焼器ケーシング内の前記ライナの外端側に、円筒
状の金属製ライナ・サポートを固定するとともに、この
ライナ・サポートの内端部と前記ライナとの間にセラミ
ック製圧縮スプリングを縮装して、前記ライナを前記ス
クロールの連結部側へ付勢したことを特徴とするガスタ
ービン用燃焼器。1. A gas turbine combustor having a fuel supply means and a fuel ignition means, and having a cylindrical ceramic liner supported by being connected to a ceramic scroll of a gas turbine, The liner is provided in a cylindrical metal combustor casing connected to a surrounding metal scroll casing, and the liner is provided between the periphery of the liner and the combustor casing and between the periphery of the scroll and the scroll casing. A combustion air passage communicating with the scroller, an inner end of the liner being opened, and an opening edge and an opening edge of a connection portion of the scroll formed in a spherical arc shape corresponding to each other; A cylindrical metal liner support is fixed to the outer end of the liner in the casing, and the inner end of the liner support is A gas turbine combustor, wherein a ceramic compression spring is compressed between the liner and the liner to urge the liner toward the connection portion of the scroll.
球形円弧状に形成すると共に、前記ライナの内端側開口
周縁を凸球形円弧状に形成した請求項1記載のガスター
ビン用燃焼器。2. The gas turbine combustor according to claim 1, wherein an opening periphery of the connection portion of the scroll is formed in a concave arc shape, and an inner end side opening periphery of the liner is formed in a convex arc shape.
内側中央に向かって傾斜したリング状に形成し、前記ラ
イナ・サポートの内端側に前記セラミック製圧縮スプリ
ングの複数個を円周方向に等間隔に配置した請求項1又
は2記載のガスタービン用燃焼器。3. An end wall of the outer end of the liner is formed in a ring shape inclined toward an inner center from an outer peripheral portion, and a plurality of the ceramic compression springs are formed in a circle on an inner end side of the liner support. The gas turbine combustor according to claim 1, wherein the combustors are arranged at equal intervals in a circumferential direction.
外端部に設けた中央開口から燃焼用空気をスワール状に
供給する案内羽根を備えた燃焼用空気供給開口を設けた
請求項1〜3のいずれかに記載のガスタービン用燃焼
器。4. A combustion air supply opening provided with a guide blade for supplying combustion air in a swirl shape from a central opening provided at an outer end of the liner, wherein the liner support is provided. A combustor for a gas turbine according to any one of the above.
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JP25439794A JP2726922B2 (en) | 1994-09-21 | 1994-09-21 | Gas turbine combustor |
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JPH0893504A JPH0893504A (en) | 1996-04-09 |
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EP1284392A1 (en) * | 2001-08-14 | 2003-02-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Combustion chamber |
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