JP3054420B2 - Gas turbine combustor - Google Patents
Gas turbine combustorInfo
- Publication number
- JP3054420B2 JP3054420B2 JP1131282A JP13128289A JP3054420B2 JP 3054420 B2 JP3054420 B2 JP 3054420B2 JP 1131282 A JP1131282 A JP 1131282A JP 13128289 A JP13128289 A JP 13128289A JP 3054420 B2 JP3054420 B2 JP 3054420B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- transition piece
- air
- cooling
- gas turbine
- sleeve
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明はガスタービン燃焼器に係り、特に空気を用い
て燃焼器トランジションピースを冷却するガスタービン
燃焼器に関する。The present invention relates to a gas turbine combustor, and more particularly to a gas turbine combustor that cools a combustor transition piece using air.
(従来の技術) 従来、ガスタービン燃焼器のトランジションピース冷
却構造は、特開昭62−218732号公報に開示されているよ
うに、燃焼器トランジションピースにフロースリーブを
設け、このフロースリーブの一部に孔を穿設し冷却空気
をトランジションピースに向けて噴出することにより、
トランジションピースを冷却する方式である。(Prior Art) Conventionally, a transition piece cooling structure of a gas turbine combustor has a flow sleeve provided on a combustor transition piece as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-218732. By drilling a hole in and blowing out cooling air toward the transition piece,
This is a method for cooling the transition piece.
従来の燃焼器トランジションピースは第11図に示すよ
うに構成されており、圧縮機aにて圧縮された圧縮空気
の一部はフロースリーブbに穿設した冷却孔cより噴出
してトランジションピースdを冷却する。フロースリー
ブbに穿設した孔は小径の冷却孔cの外に、空気取入用
の大径の空気孔eがあり、これら各々の孔c、eに流入
させた空気は、フロースリーブb、fを通過する間にト
ランジションピースdおよびライナーgを冷却させた
後、燃焼用空気としてガスタービン燃焼器の頭部に案内
されていた。The conventional combustor transition piece is configured as shown in FIG. 11, and a part of the compressed air compressed by the compressor a is blown out from a cooling hole c formed in the flow sleeve b to make the transition piece d. To cool. The hole formed in the flow sleeve b has a large-diameter air hole e for air intake, in addition to the small-diameter cooling hole c. After cooling the transition piece d and the liner g while passing through f, it was guided to the head of the gas turbine combustor as combustion air.
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、ガスタービン燃焼器のトランジション
ピースdは、ライナーgとの接続部が円形断面をなして
いるものの、タービンhとの接続部は第12図に示すよう
にほぼ扇形をなしている。このため、空気通路iもほぼ
扇形となり、フロースリーブbとトランジションピース
dとの間を流れる空気は、その形状の相違から流動抵抗
が異なっており、流れがガスタービンの軸芯側に偏って
ガスタービン燃焼器の頭部に流入していた。(Problems to be Solved by the Invention) However, the transition piece d of the gas turbine combustor has a circular cross section at the connection with the liner g, but the connection with the turbine h as shown in FIG. It is almost fan-shaped. For this reason, the air passage i also has a substantially fan shape, and the air flowing between the flow sleeve b and the transition piece d has a different flow resistance due to the difference in the shape, and the flow is biased toward the axis of the gas turbine and the gas flows. It was flowing into the head of the turbine combustor.
すなわち、第11図に示す燃焼器フロースリーブfとラ
イナーg間に流入する周方向分布を第9図に破線で示
す。この従来例では流入する空気がガスタービン回転軸
芯側に多く、外側は反対に減少している。このような空
気流量配分になった時の燃焼状態を検討すると、第10図
に示すように、ガスタービン回転軸芯側とその外側とで
は燃料と空気の混合比(燃空比)にむらがあり、均等で
ないことになる。そして、燃料と空気の混合比は燃焼の
重要な因子であり、この値が大きいと安定して燃焼し、
小さくなると火炎が消失してしまい、燃焼を持続するこ
とができなくなる。That is, the circumferential distribution flowing between the combustor flow sleeve f and the liner g shown in FIG. 11 is shown by a broken line in FIG. In this conventional example, the amount of inflowing air is large toward the rotation axis of the gas turbine, and the outside decreases in the opposite direction. When examining the combustion state when such an air flow distribution is made, as shown in FIG. 10, the mixture ratio of fuel and air (fuel-air ratio) is uneven between the shaft side of the gas turbine and the outside thereof. Yes, it will not be even. And the mixture ratio of fuel and air is an important factor of combustion, and if this value is large, it will burn stably,
If it becomes smaller, the flame disappears and it becomes impossible to sustain combustion.
ところが、これまでのガスタービン燃焼器では、安定
して燃焼するように可燃限界より高い値に燃空比が設定
されていたが、現在では排気ガスに含まれる窒素酸化物
(NOx)を低減させるため、燃空比の小さい希薄燃焼
(低温燃焼)が要求されている。このような希薄燃焼を
行うため燃空比は可燃限界の近傍に設定されるため、上
述のように燃焼器の周方向に空気流量の偏りがあると、
部分的に可燃限界を下回る場所が発生し、その結果未燃
成分である一酸化炭素(CO)やハイドロカーボン(UH
C)を多量に排出することになる。However, in the conventional gas turbine combustor, the fuel-air ratio was set to a value higher than the flammability limit so as to stably burn, but now the nitrogen oxide (NOx) contained in the exhaust gas is reduced. Therefore, lean combustion (low temperature combustion) having a small fuel-air ratio is required. Since the fuel-air ratio is set near the flammability limit to perform such lean combustion, if there is a bias in the air flow rate in the circumferential direction of the combustor as described above,
Some areas are below the flammable limit. As a result, unburned components such as carbon monoxide (CO) and hydrocarbons (UH
C) will be released in large quantities.
このような場合、燃焼が極めて不安定になり、燃焼器
のライナー内部に大きな圧力変動が発生し、燃焼器部品
であるライナーに割れが発生したり、フロースリーブ溶
接部の割れ、接続部の摩耗等が発生し、部品の修理や交
換が必要になり、またガスタービン全体を励振し、振動
過大でガスタービンの停止させる問題がある。In such a case, combustion becomes extremely unstable, and large pressure fluctuations occur inside the liner of the combustor, causing cracks in the liner, which is a combustor part, cracks in the flow sleeve weld, and wear of the connection. This causes a problem that parts need to be repaired or replaced, and that the entire gas turbine is excited, and the gas turbine is stopped due to excessive vibration.
また、ガスタービン燃焼器のトランジションピースd
は、圧縮機aにその冷却用空気源を求めているが、その
トランジションピースdにより多くの冷却用空気として
振り分けると、本来、タービンhに供給すべき燃焼ガス
が減少し、このためガスタービン熱効率が低下し、ガス
タービンの高出力化が図れない等の問題がある。Also, the transition piece d of the gas turbine combustor
Demands a cooling air source from the compressor a, but if the cooling air is distributed to the transition piece d as a large amount of cooling air, the amount of combustion gas to be supplied to the turbine h is reduced. And the output of the gas turbine cannot be increased.
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、排気ガ
ス中の有害廃棄物をより一層低く抑えるために、燃焼用
空気を均一かつ安定供給できるように図ったガスタービ
ン燃焼器を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a gas turbine combustor capable of uniformly and stably supplying combustion air in order to further reduce toxic waste in exhaust gas. With the goal.
さらに、本発明の他の目的は、限られた冷却用空気を
有効に活用し、トランジションピースの燃焼ガスの熱負
荷に充分に対処できるようにしたガスタービン燃焼器を
提供することにある。It is a further object of the present invention to provide a gas turbine combustor that can effectively utilize limited cooling air and sufficiently cope with the heat load of the combustion gas of the transition piece.
さらに、また本発明の目的は、冷却運転中、トランジ
ョンピースを事故なく安定状態に維持させることのでき
るガスタービン燃焼器を提供することにある。It is still another object of the present invention to provide a gas turbine combustor which can maintain a stable state of a transit piece without any trouble during a cooling operation.
(課題を解決するための手段) 本発明によるガスタービン燃焼器は、ライナー内筒の
外側を包囲させるライナー外筒を設けて燃焼用空気通路
を形成するとともに、上記ライナー内筒内で生成された
燃焼ガスをガスタービンに案内するトランジションピー
スを設けたガスタービン燃焼器において、上記トランジ
ションピースの外側を包囲させるスリーブを設けて冷却
用通路を形成し、この冷却用通路の上記スリーブに対し
て所定間隔の距離を置き、かつ上記トランジションピー
スに中実状の伝熱促進体を格子状に配置さて設ける一
方、伝熱促進体を中心に軸方向に沿って上記トランジシ
ョンピースに孔を穿設するとともに、上記伝熱促進体を
中心に周方向に沿って上記スリーブに孔を穿設したもの
である。(Means for Solving the Problems) The gas turbine combustor according to the present invention is provided with a liner outer cylinder surrounding the outside of the liner inner cylinder to form a combustion air passage and formed in the liner inner cylinder. In a gas turbine combustor provided with a transition piece for guiding a combustion gas to a gas turbine, a sleeve for surrounding the outside of the transition piece is provided to form a cooling passage, and the cooling passage is provided at a predetermined distance from the sleeve. While placing a solid heat transfer enhancer arranged in a lattice on the transition piece, while drilling a hole in the transition piece along the axial direction with the heat transfer enhancer as the center, A hole is formed in the sleeve along the circumferential direction around the heat transfer enhancer.
(作用) 上記の構成を有する本発明においては、圧縮空気がト
ランジションピースを冷却する空気と、燃焼ガスの生成
を促進させる燃焼用空気とに分離して流れる。この燃焼
用空気はライナー内筒の冷却や燃料と反応し高温の燃焼
ガスを発生しタービンを駆動する。その際、トランジシ
ョンピース外周より流入する空気は、スリーブに穿設し
て孔よりトランジションピースに噴流衝突してトランジ
ションピースにインピンジ冷却を行わせる。(Operation) In the present invention having the above configuration, the compressed air flows separately into air for cooling the transition piece and combustion air for promoting the generation of combustion gas. The combustion air reacts with the cooling of the liner inner cylinder and the fuel to generate high-temperature combustion gas to drive the turbine. At this time, the air flowing from the outer periphery of the transition piece is perforated in the sleeve and jet-collides with the transition piece from the hole to cause the transition piece to perform impingement cooling.
トランジションピースにインピンジ冷却を行わせた空
気は、伝熱促進体に衝突してその流れを乱し、その際熱
伝達係数を高めてスリーブおよびトランジションピース
に対流冷却を行わせる。The air that causes the transition piece to perform impingement cooling impinges on the heat transfer enhancer and disrupts its flow, thereby increasing the heat transfer coefficient and causing the sleeve and the transition piece to perform convective cooling.
また、トランジションピース側に設けたた伝熱促進体
は、その一端を自由端にし、運転中に発生する熱伸縮に
対処させるとともに、中実状に形成し、より多くの伝熱
面積を確保する。Further, the heat transfer enhancer provided on the transition piece side has one end made free so as to cope with thermal expansion and contraction occurring during operation, and is formed in a solid shape to secure a larger heat transfer area.
このように、本発明に係るガスタービン燃焼機は、燃
焼用空気と冷却用空気とを別々に分けた手段を講じてい
るので、燃焼器の頭部に均一、かつ安定した空気を案内
することができる。As described above, the gas turbine combustor according to the present invention employs means for separately dividing combustion air and cooling air, so that uniform and stable air is guided to the head of the combustor. Can be.
また、本発明に係るガスタービン燃焼器は、インピン
ジ冷却と対流冷却とを組み合わせて冷却のより一層の促
進を図っているので、限られた冷却用空気であってもト
ランジションピースを充分に冷却することができ、燃焼
ガスの熱負荷に対して充分に保護することができる。In addition, the gas turbine combustor according to the present invention further enhances cooling by combining impingement cooling and convection cooling, so that the transition piece is sufficiently cooled even with limited cooling air. Therefore, it is possible to sufficiently protect against the heat load of the combustion gas.
また、本発明に係るガスタービン燃焼器は、伝熱促進
体の一端を自由端にするとともに、伝熱促進体を中実状
にしているので、運転の際、熱伸縮によるスリーブとの
衝突がなく、損傷事故を防止でき、中実状のより一層の
伝熱面積の確保により効果的な冷却を行うことができ
る。Further, in the gas turbine combustor according to the present invention, since one end of the heat transfer enhancer is a free end and the heat transfer enhancer is solid, there is no collision with the sleeve due to thermal expansion and contraction during operation. Thus, damage accidents can be prevented, and more effective cooling can be performed by securing a more solid heat transfer area.
(実施例) 以下、本発明に係るガスタービン燃焼器の一実施例に
ついて添付図面を参照して説明する。Hereinafter, an embodiment of a gas turbine combustor according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
第1図は本発明に係るガスタービン燃焼器の一実施例
を示し、ガスタービン燃焼器1は圧縮機2と発電機3を
駆動させるガスタービン4との間に設けられ、圧縮機2
からの吐出チャンバを画成する燃焼器外部ケーシング5
および燃焼器内部ケーシング6の間に収容される。この
燃焼器外部ケーシング5および燃焼器内部ケーシング6
は、圧縮機2とガスタービン4の各ケーシングを一体あ
るいは一体的に連結するとともに、ガスタービン燃焼器
1は燃焼器外部ケーシング5内の周方向に複数個、例え
ば10個あるいは14個配置される。FIG. 1 shows an embodiment of a gas turbine combustor according to the present invention, in which a gas turbine combustor 1 is provided between a compressor 2 and a gas turbine 4 driving a generator 3, and a compressor 2
Combustor outer casing 5 defining discharge chamber from
And between the combustor inner casing 6. The combustor outer casing 5 and the combustor inner casing 6
The compressor 2 and the casings of the gas turbine 4 are integrally or integrally connected, and a plurality, for example, ten or fourteen, of the gas turbine combustors 1 are arranged in a circumferential direction in the outer casing 5 of the combustor. .
ガスタービン燃焼器1は、燃焼器本体を構成するライ
ナー外筒(燃焼器フロースリーブ)11とライナー内筒12
(燃焼器ライナー)とから二重筒構造に形成され、その
環状空間が燃焼用空気通路11aとして画成される。ライ
ナー内筒12内には、燃焼室12aが画成され、この燃焼室1
2a内に燃料と燃焼用空気とを供給して、混合せしめ、燃
焼に供される。また、燃焼器内部ケーシング6には燃焼
器ヘッドプレート16が設けられ、このヘッドプレート6
に燃料ノズルセット17が取付けられている。The gas turbine combustor 1 includes a liner outer cylinder (combustor flow sleeve) 11 and a liner inner cylinder 12
(Combustor liner) and a double cylinder structure, and its annular space is defined as a combustion air passage 11a. A combustion chamber 12a is defined in the liner inner cylinder 12, and the combustion chamber 1a
Fuel and combustion air are supplied into 2a, mixed, and provided for combustion. The combustor inner casing 6 is provided with a combustor head plate 16.
The fuel nozzle set 17 is attached to the.
一方、ライナー内筒12の先端部にはスワーラ23が設け
られ、ライナー外筒11と内筒12との間を流れる空気はス
ワーラ23の空気孔を通過するときに強い旋回流が与えら
れる。また、ライナー内筒12の後端部にはトランジショ
ンピース13が装着され、トランジションピース13の外側
を所定間隔を置いてスリーブ14で包囲し、冷却用通路14
cが形成される。On the other hand, a swirler 23 is provided at the tip of the liner inner cylinder 12, and the air flowing between the liner outer cylinder 11 and the inner cylinder 12 is given a strong swirling flow when passing through the air hole of the swirler 23. A transition piece 13 is attached to the rear end of the liner inner cylinder 12, and the outside of the transition piece 13 is surrounded by a sleeve 14 at a predetermined interval, and a cooling passage 14 is provided.
c is formed.
スリーブ14には、第2図(A),(B),(C)に示
すように多数の円形の冷却孔24が穿設され、この冷却孔
24より冷却空気を導きトランジションピース13に向けて
噴出させる。そして、トランジションピース13の冷却用
通路14c側の周面には冷却孔24からの冷却空気を乱すた
めのペレット状、円柱状の伝熱促進体15が設けられてい
る。As shown in FIGS. 2 (A), 2 (B) and 2 (C), a large number of circular cooling holes 24 are formed in the sleeve 14.
The cooling air is guided from 24 and jetted toward the transition piece 13. Further, on the peripheral surface of the transition piece 13 on the side of the cooling passage 14c, a pellet-shaped or column-shaped heat transfer promoting body 15 for disturbing the cooling air from the cooling hole 24 is provided.
伝熱促進体15は、燃焼ガスによるスリーブ14およびト
ランジションピース13の伸縮・変形を考慮してその端部
をスリーブ14との間に所定間隔Gの距離をもたせてい
る。また、伝熱促進体15は、中実状に形成し、伝熱面積
をより一層増加させている。また、トランジションピー
ス13には冷却用空気をフィルム状に流すことができるよ
うに、複数の円形のフィルム冷却孔26が穿設され、この
冷却孔26はスリーブ14の冷却孔24より噴出した冷却空気
が直接吹抜けないように相対位置を異なるように配置し
てある。The heat transfer enhancer 15 has an end portion provided with a predetermined gap G between the sleeve 14 and the sleeve 14 in consideration of expansion and contraction and deformation of the sleeve 14 and the transition piece 13 due to combustion gas. Further, the heat transfer enhancer 15 is formed in a solid shape, and further increases the heat transfer area. Further, a plurality of circular film cooling holes 26 are formed in the transition piece 13 so that cooling air can flow in a film shape, and the cooling holes 26 are formed by cooling air ejected from the cooling holes 24 of the sleeve 14. Are arranged so that their relative positions are different so as not to blow through directly.
すなわち、スリーブ14に穿設した冷却孔24と、トラン
ジションピース13に穿設したフィルム冷却孔26との相対
位置関係は、第2図(A)に示すように、格子状に配置
した伝熱促進体15を中心に、軸方向に沿ってトランジシ
ョンピース13にフィルム冷却孔36を穿設するとともに、
周方向に沿ってスリーブ14に冷却孔24を穿設している。That is, as shown in FIG. 2 (A), the relative positional relationship between the cooling holes 24 formed in the sleeve 14 and the film cooling holes 26 formed in the transition piece 13, Around the body 15, a film cooling hole 36 is bored in the transition piece 13 along the axial direction,
Cooling holes 24 are formed in the sleeve 14 along the circumferential direction.
さらに、スリーブ14およびトランジションピース13は
前部サポート19および後部サポート20により支持され、
前部サポート19はスリーブおよびトランジションピース
13がガスタービン軸方向に延伸可能に固定しており、後
部サポート20はスリーブ14で囲むことが困難であるため
第3図に示すように別のインピンジプレート27および伝
熱促進体15を設け、トランジションピースサポート部も
均一な冷却が行われるようになっている。Further, the sleeve 14 and the transition piece 13 are supported by a front support 19 and a rear support 20,
Front support 19 is sleeve and transition piece
13 is fixed so as to be extendable in the gas turbine axial direction, and since the rear support 20 is difficult to surround with the sleeve 14, another impingement plate 27 and a heat transfer enhancer 15 are provided as shown in FIG. The transition piece support section is also configured to perform uniform cooling.
次に、本実施例の作用を説明する。 Next, the operation of the present embodiment will be described.
圧縮機2により圧縮された空気は、燃焼器外部ケーシ
ング5および燃焼器内部ケーシング6により形成される
空気室21に流入し、ここからトランジションピース13を
冷却する冷却用通路14aと、燃焼ガスを生成させる燃焼
用空気通路11aとに分かれて流れる。ここで、圧縮機2
からの吐出空気は高周波の乱れをもって流入するが、空
気室21がその整流効果を有しているため大幅に減衰し、
ライナー外筒11と内筒12との間に流入し、内筒12に複数
穿設された燃焼空気孔22より内筒12の燃焼室12aに流入
する。The air compressed by the compressor 2 flows into an air chamber 21 formed by the combustor outer casing 5 and the combustor inner casing 6, from which a cooling passage 14a for cooling the transition piece 13 and a combustion gas are generated. The air flows separately from the combustion air passage 11a. Here, the compressor 2
Although the air discharged from flows in with high-frequency turbulence, it is greatly attenuated because the air chamber 21 has its rectifying effect,
It flows between the liner outer cylinder 11 and the inner cylinder 12, and flows into the combustion chamber 12 a of the inner cylinder 12 through the combustion air holes 22 formed in the inner cylinder 12.
さらに、ライナー外筒11と内筒12との間を流れる空気
は、スワーラ23に設けられた空気孔を通り燃焼室12aに
流入する。スワーラ23の空気孔を通過するとき空気は強
い旋回流が与えられ、燃焼室12aで燃料との混合を良好
にし、燃焼の安定化が図られる。そして、燃焼室12aで
燃焼された高温の燃焼ガスはトランジションピース13に
より断面が円形の流路からガスタービン3の入口部に案
内される。Further, the air flowing between the liner outer cylinder 11 and the inner cylinder 12 flows into the combustion chamber 12a through an air hole provided in the swirler 23. When the air passes through the air holes of the swirler 23, a strong swirling flow is given to the air, so that the air and the fuel are mixed well in the combustion chamber 12a, and the combustion is stabilized. The high-temperature combustion gas burned in the combustion chamber 12a is guided by the transition piece 13 from the flow path having a circular cross section to the inlet of the gas turbine 3.
他方、トランジションピース13の冷却用通路14cには
空気室21に流入した空気の一部が冷却用として案内され
る。この冷却空気は、第2図に示すように、スリーブ14
に穿設した多数の冷却孔24よりトランジションピース13
に向けて噴流衝突させることにより、トランジションピ
ース13にインピンジ冷却を行わせる。そして、トランジ
ションピース13の表面をインピンジ冷却した冷却空気は
伝熱促進体15により流れが乱され、流れの乱れに伴って
熱伝達係数が高くなるのでトランジションピース13の対
流冷却がより一層促進される。On the other hand, a part of the air flowing into the air chamber 21 is guided to the cooling passage 14c of the transition piece 13 for cooling. This cooling air is supplied to the sleeve 14 as shown in FIG.
Transition piece 13 from the large number of cooling holes 24
The transition piece 13 is subjected to impingement cooling by causing a jet collision. The flow of the cooling air obtained by impinging the surface of the transition piece 13 is disturbed by the heat transfer enhancer 15, and the heat transfer coefficient increases with the disturbance of the flow, so that the convective cooling of the transition piece 13 is further promoted. .
次いで、トランジションピース13を冷却した冷却用空
気は、冷却用通路14cを流れる間にフィルム冷却孔26を
通り、トランジションピース13の内面に沿ってフィルム
状に流れ、フィルム冷却を行う。このフィルム冷却によ
ってトランジションピース13は、燃焼ガスの熱負荷から
保護される。Next, the cooling air that has cooled the transition piece 13 passes through the film cooling hole 26 while flowing through the cooling passage 14c, flows in the form of a film along the inner surface of the transition piece 13, and performs film cooling. This film cooling protects the transition piece 13 from the thermal load of the combustion gas.
トランジションピース13をフィルム冷却した冷却用空
気は、やがて燃焼ガスに混合、拡散し、設計条件に見合
うように燃焼ガス温度を低下させ、ガスタービンに供給
される。The cooling air obtained by film-cooling the transition piece 13 is mixed and diffused with the combustion gas, and the temperature of the combustion gas is lowered to meet the design conditions.
このように、本実施例によれば、圧縮機からの高圧空
気を燃焼室12aとトランジションピース13とに分けて案
内する燃焼用空気通路11aと冷却用通路14cとを形成した
ことにより、燃料を希薄にした燃焼が安定して行え、そ
の結果、燃焼排気ガスの低NOx化が達成されるととも
に、COやUHCの排出が極めて少いガスタービン燃焼器を
提供することができる。また、燃焼器1において空気流
量が一定で、かつ均一に配分されるため燃焼器1内での
不安定な圧力変動がなくなり、ライナー外筒11、トラン
ジションピース13および前後部サポート19,20等の割れ
や摩耗が著しく減少し、信頼性が向上する。そして、ラ
イナー外筒11やトランジションピース13の冷却空気配分
が安定し、しかも偏り等が発生しないので、部分的に冷
却不足等の現象も発生せず、信頼性を一段と向上させる
ことができる。As described above, according to the present embodiment, fuel is formed by forming the combustion air passage 11a and the cooling passage 14c that guide the high-pressure air from the compressor separately to the combustion chamber 12a and the transition piece 13. Lean combustion can be performed stably, and as a result, it is possible to provide a gas turbine combustor that achieves low NOx in combustion exhaust gas and extremely low CO and UHC emissions. Further, since the air flow rate is constant and uniformly distributed in the combustor 1, unstable pressure fluctuations in the combustor 1 are eliminated, and the liner outer cylinder 11, the transition piece 13, and the front and rear support 19, 20, etc. Cracking and wear are significantly reduced, and reliability is improved. Since the distribution of the cooling air to the liner outer cylinder 11 and the transition piece 13 is stable and no deviation or the like occurs, the phenomenon such as insufficient cooling does not occur partially, and the reliability can be further improved.
また、冷却用通路14cに伝熱促進体15を備えることに
より、冷却用空気に乱れを与えて熱伝達係数を高めたの
で、対流冷却をより一層効果的に行うことができる。Further, by providing the heat transfer enhancer 15 in the cooling passage 14c, the turbulence is given to the cooling air to increase the heat transfer coefficient, so that convection cooling can be performed more effectively.
また、伝熱促進体15は、スリーブ14側に臨む端部を自
由端にしているので、運転中に発生する熱伸縮に対し、
スリーブ14に衝突することがなく、損傷事故を防止する
ことができる。Further, since the heat transfer promoting body 15 has an end facing the sleeve 14 side as a free end, heat expansion and contraction generated during operation is reduced.
Without colliding with the sleeve 14, damage accidents can be prevented.
また、伝熱促進体15は中実状に形成しているので、伝
熱面積をより一層増加させることができ、効果的な冷却
を行うことができる。Further, since the heat transfer promoting body 15 is formed in a solid shape, the heat transfer area can be further increased, and effective cooling can be performed.
第4図(A),(B),(C)はスリーブの他の実施
例を示し、第4図(A)に示されるスリーブ14は分割可
能な半割れ体14a,14bを組み合せて構成され、上記半割
れ体14a,14bの分割面に接続固定用の金具18を複数設け
てあり、第4図(B)は接続固定用の金具18aをほぼ接
続部全長に亘って延長し半割れ体14a,14bを接続してい
る。そして、接続部は溶接、ボルト等による連結が可能
であり、第4図(C)に示すように半割れ体14a,14bの
双方のフランジ32を複数の止め板29で連結固定すること
もでき、第5図(A)に示すように止め板29にスプリン
グ効果を持たせ、双方のフランジ32を弾性保持するよう
にしてもよい。また、第5図(B)に示すようにフラン
ジ32の互いの当接面に凹凸を形成し、接続部のずれを防
止するようにしてもよい。そして、半割れ体14a,14bは
図示しないピンによって位置決めすることも可能であ
る。FIGS. 4 (A), (B) and (C) show another embodiment of the sleeve, and the sleeve 14 shown in FIG. 4 (A) is constituted by combining split half halves 14a and 14b. A plurality of metal fittings 18 for connection and fixing are provided on the divided surfaces of the half-split bodies 14a and 14b. FIG. 4 (B) shows that the metal fitting 18a for connecting and extending extends over substantially the entire length of the connecting portion. 14a and 14b are connected. The connection portion can be connected by welding, bolts, or the like, and both flanges 32 of the half-split bodies 14a and 14b can be connected and fixed by a plurality of stopper plates 29 as shown in FIG. 4 (C). As shown in FIG. 5 (A), the stopper plate 29 may have a spring effect to elastically hold both flanges 32. Further, as shown in FIG. 5 (B), irregularities may be formed on the contact surfaces of the flanges 32 so as to prevent the connection portions from shifting. The half-split bodies 14a and 14b can be positioned by pins (not shown).
また、スリーブ14およびトランジションピース13は、
第6図(A)に示すように、燃焼ガスによる熱伸び変形
を許容できるようにスリーブ14の端部にスライド部33を
固着してもよく、このスライド部33はライナー外筒11側
以外に、タービン側やこれらの中間に配置し、その数も
複数設けることもできる。このスライド部33の代わりに
第6図(B)に示すようにスリーブ14の端部を折曲形成
してベローズ30とし、このベローズ30によって燃焼ガス
による熱伸び変形を吸収するようにしてもよい。Also, the sleeve 14 and the transition piece 13 are
As shown in FIG. 6 (A), a slide portion 33 may be fixed to the end of the sleeve 14 so as to allow thermal expansion deformation due to the combustion gas. , Or on the turbine side or between them, and the number thereof may be plural. As shown in FIG. 6B, instead of the slide portion 33, the end of the sleeve 14 may be bent to form a bellows 30, and the bellows 30 may absorb the thermal expansion deformation caused by the combustion gas. .
さらに、伝熱促進体15の形状は、第3図に示す円柱状
の他に、第7図(A)に示すように円錐状であってもよ
く、要するにトランジションピース13の表面に新しい冷
却空気を供給するように乱れを誘発するものであればよ
い。また、トランジションピース13に穿設したフィルム
冷却孔26は第7図(B)に示すように斜めに設けること
で、フィルム冷却効率を一段と高めることができ、その
形状も円形以外にスリットのような長孔でもよく、しか
もスリーブ14の冷却孔24より径が大きくてもよい。そし
て、スリーブ14およびトランジションピース13の板厚は
上記実施例に限らず、スリーブ14側を厚くしたり、同一
であっても同様の作用を有する。加えて、スリーブ14の
冷却孔24および伝熱促進体15も上記実施例に限らず、そ
の配置や間隔は一定でなくてもよい。伝熱促進体15は必
ずしもトランジションピース13に取付けることなく、ス
リーブ14に取付けたり、これら双方に取付けるようにし
てもよい。Further, the shape of the heat transfer promoting body 15 may be conical as shown in FIG. 7 (A) in addition to the columnar shape shown in FIG. Anything that induces turbulence so as to supply the pressure may be used. Further, by providing the film cooling holes 26 formed in the transition piece 13 at an angle as shown in FIG. 7 (B), the film cooling efficiency can be further increased. It may be a long hole, and may be larger in diameter than the cooling hole 24 of the sleeve 14. The thicknesses of the sleeve 14 and the transition piece 13 are not limited to those in the above-described embodiment, and the same effect can be obtained even if the sleeve 14 side is made thicker or the same. In addition, the cooling holes 24 and the heat transfer enhancers 15 of the sleeve 14 are not limited to those in the above-described embodiment, and their arrangement and intervals may not be constant. The heat transfer enhancer 15 may not necessarily be attached to the transition piece 13 but may be attached to the sleeve 14 or to both of them.
第8図(A)はライナー外筒の他の実施例を示してお
り、この図に示すようにライナー外筒11の先端を外周方
向に湾曲形成して燃焼用空気の入口ガイド31を設け、こ
の入口ガイド31によって燃焼用空気流路11aへの空気の
流入を均一にでき、特に燃焼状態を安定させることがで
きる。また、第8図(B)は入口ガイド31を中空パイプ
状に成形してライナー外筒11に溶着したものであり、こ
の入口ガイド31は案内部材と補強部材を兼用し、同図
(A)の入口ガイド31の機能の他に、強度を高めること
もできる。そして、ライナー外筒11とトランジションピ
ース13とが近接するような場合には、第8図(A),
(B)に示すようにトランジションピース13の端面の角
を切り取った形状とすれば、空気の流入を一段と均等化
することができる。第9図および第10図にそれぞれ実線
で示すように、空気の周方向分布や燃空比の周方向分布
を均一化することができる。FIG. 8 (A) shows another embodiment of the liner outer cylinder. As shown in FIG. 8, the front end of the liner outer cylinder 11 is formed to be curved in the outer peripheral direction, and a combustion air inlet guide 31 is provided. By this inlet guide 31, the inflow of air into the combustion air passage 11a can be made uniform, and in particular, the combustion state can be stabilized. FIG. 8 (B) shows the inlet guide 31 formed into a hollow pipe shape and welded to the liner outer cylinder 11. The inlet guide 31 serves both as a guide member and a reinforcing member. In addition to the function of the entrance guide 31, the strength can be increased. In the case where the liner outer cylinder 11 and the transition piece 13 are close to each other, FIG.
If the corner of the end face of the transition piece 13 is cut off as shown in FIG. 3B, the inflow of air can be further equalized. As shown by solid lines in FIGS. 9 and 10, the circumferential distribution of air and the circumferential distribution of fuel-air ratio can be made uniform.
以上に述べたように本発明に係るガスタービン燃焼器
においては、ライナー内筒およびトランジションピース
を流れる空気は安定であり、かつ均等に流れているため
各部は健全な温度に保持され燃焼不安定がない。その結
果、可燃限界付近での希薄(低温)燃焼を安定して持続
することができ、低NOx化と未燃成分(CO,UHC)の排出
量を減少させ、燃焼効率を高くしガスタービン燃焼器の
効率向上を図ることができる。As described above, in the gas turbine combustor according to the present invention, the air flowing through the liner inner cylinder and the transition piece is stable and evenly flows, so that each part is maintained at a healthy temperature, and combustion instability is reduced. Absent. As a result, lean (low temperature) combustion near the flammable limit can be sustained stably, reducing NOx and reducing unburned component (CO, UHC) emissions, increasing combustion efficiency and increasing gas turbine combustion. The efficiency of the vessel can be improved.
また、燃焼不安定を防止できるので、燃焼器部品の損
傷がなくなり、信頼性を大幅に向上させたガスタービン
燃焼器を提供することができる。Further, since combustion instability can be prevented, damage to the combustor components is eliminated, and a gas turbine combustor with significantly improved reliability can be provided.
また、本発明に係るガスタービン燃焼器においては、
冷却用通路に伝熱促進体を設けて冷却空気の流れを乱
し、対流冷却をより一層促進させたので、インピンジ冷
却と組合せて、限られた冷却用空気でもトラジションピ
ースを燃焼ガスの熱負荷に対して充分に保護することが
できる。In the gas turbine combustor according to the present invention,
A heat transfer enhancer is provided in the cooling passage to disturb the flow of cooling air and further promote convection cooling.In combination with impingement cooling, the transition piece can also be used to generate heat from the combustion gas even with limited cooling air. It is possible to sufficiently protect against a load.
さらにまた、本発明に係るガスタービン燃焼器におい
ては、伝熱促進体のスリーブ側に臨む端部を自由端にし
て運転中に発生する熱伸縮を考慮したので、スリーブと
の衝突による損傷事故を防止することができる。Furthermore, in the gas turbine combustor according to the present invention, since the end of the heat transfer promoting body facing the sleeve side is a free end and thermal expansion and contraction occurring during operation is taken into account, damage accidents due to collision with the sleeve are avoided. Can be prevented.
その際、伝熱促進体を中実状に形成し、伝熱面積をよ
り一層増加させたので、損傷事故の防止と相埃って効果
的な冷却運転を行うことができる。At this time, since the heat transfer promoting body is formed in a solid shape and the heat transfer area is further increased, it is possible to prevent a damage accident and perform an effective cooling operation with dust.
第1図は本発明の一実施例によるガスタービン燃焼器を
示す部分断面図、第2図(A),(B),(C)はトラ
ンジションピース冷却構造を示し、同図(A)はその拡
大図、同図(B)は第2図(A)のB−B線断面図、同
図(C)は第2図(A)のC−C線断面図、第3図はト
ランジションピースの後部サポートを示す断面図、第4
図(A),(B),(C)はスリーブの他の実施例を示
す斜視図、第5図(A),(B)はスリーブの接合部を
示す断面図、第6図(A),(B)はトランジションピ
ースとスリーブの端部を示す断面図、第7図(A),
(B)はトランジションピース冷却構造の他の実施例を
示す断面図、第8図(A),(B)はライナー外筒先端
部の他の実施例を示す断面図、第9図は燃焼器フロース
リーブ入口における空気の周方向分布を示す説明図、第
10図は燃焼器ライナー内における燃料と空気の流量比
(燃空比)の周方向分布を示す説明図、第11図は従来の
ガスタービン燃焼器を示す部分断面図、第12図は第11図
に示すトランジションピースのタービンとの接続部を示
す正面図である。 1……ガスタービン燃焼器、2……圧縮機、4……発電
機、11……ライナー外筒、11a……燃焼用空気通路、12
……ライナー内筒、13……トランジションピース、14…
…スリーブ、14c……冷却用通路、15……伝熱促進体、2
4……冷却孔、26……フィルム冷却孔。FIG. 1 is a partial sectional view showing a gas turbine combustor according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 (A), (B) and (C) show a transition piece cooling structure, and FIG. FIG. 2 (A) is an enlarged view, FIG. 2 (B) is a sectional view taken along line BB of FIG. 2 (A), FIG. 2 (C) is a sectional view taken along line CC of FIG. 2 (A), and FIG. Sectional view showing rear support, fourth
FIGS. 5A, 5B and 5C are perspective views showing another embodiment of the sleeve, FIGS. 5A and 5B are sectional views showing a joint portion of the sleeve, and FIG. 6A. , (B) is a cross-sectional view showing the transition piece and the end of the sleeve, and FIG.
(B) is a cross-sectional view showing another embodiment of the transition piece cooling structure, FIGS. 8 (A) and (B) are cross-sectional views showing another embodiment of the tip of the liner outer cylinder, and FIG. 9 is a combustor. Explanatory diagram showing the circumferential distribution of air at the inlet of the flow sleeve, FIG.
FIG. 10 is an explanatory view showing a circumferential distribution of a fuel-air flow ratio (fuel-air ratio) in a combustor liner, FIG. 11 is a partial cross-sectional view showing a conventional gas turbine combustor, and FIG. It is a front view which shows the connection part with the turbine of the transition piece shown in the figure. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Gas turbine combustor, 2 ... Compressor, 4 ... Generator, 11 ... Liner outer cylinder, 11a ... Combustion air passage, 12
…… Liner inner tube, 13… Transition piece, 14…
... Sleeve, 14c ... Cooling passage, 15 ... Heat transfer enhancer, 2
4 ... cooling holes, 26 ... film cooling holes.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 前田 福夫 神奈川県横浜市鶴見区末広町2―4 株 式会社東芝京浜事業所内 (56)参考文献 特開 昭61−231330(JP,A) 特開 昭63−15011(JP,A) 特開 昭58−72822(JP,A) 特開 昭63−131924(JP,A) 実開 昭61−154450(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F23R 3/06 F02C 7/18 F23R 3/42 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Fukuo Maeda 2-4 Suehirocho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Toshiba Keihin Plant (56) References JP-A-61-231330 (JP, A) JP-A-63-15011 (JP, A) JP-A-58-72822 (JP, A) JP-A-63-131924 (JP, A) Full-scale application Sho-61-154450 (JP, U) (58) Fields investigated (Int) .Cl. 7 , DB name) F23R 3/06 F02C 7/18 F23R 3/42
Claims (1)
外筒を設けて燃焼用空気通路を形成するとともに、上記
ライナー内筒内で生成された燃焼ガスをガスタービンに
案内するトランジションピースを設けたガスタービン燃
焼器において、上記トランジションピースの外側を包囲
させるスリーブを設けて冷却用通路を形成し、この冷却
用通路の上記スリーブに対して所定間隔の距離を置き、
かつ上記トランジションピースに中実状の伝熱促進体を
格子状に配置して設ける一方、伝熱促進体を中心に軸方
向に沿って上記トランジションピースに孔を穿設すると
ともに、上記伝熱促進体を中心に周方向に沿って上記ス
リーブに孔を穿設したことを特徴とするガスタービン燃
焼器。A liner outer cylinder surrounding the outside of a liner inner cylinder is provided to form a combustion air passage, and a transition piece for guiding combustion gas generated in the liner inner cylinder to a gas turbine is provided. In the gas turbine combustor, a sleeve for surrounding the outside of the transition piece is provided to form a cooling passage, and the cooling passage is spaced a predetermined distance from the sleeve,
And, while providing the solid-state heat transfer promoting body in the form of a lattice in the transition piece, a hole is formed in the transition piece along the axial direction around the heat transfer promoting body, and the heat transfer promoting body is provided. A gas turbine combustor characterized in that a hole is formed in the sleeve along the circumferential direction around the center.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1131282A JP3054420B2 (en) | 1989-05-26 | 1989-05-26 | Gas turbine combustor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1131282A JP3054420B2 (en) | 1989-05-26 | 1989-05-26 | Gas turbine combustor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH031015A JPH031015A (en) | 1991-01-07 |
JP3054420B2 true JP3054420B2 (en) | 2000-06-19 |
Family
ID=15054303
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1131282A Expired - Lifetime JP3054420B2 (en) | 1989-05-26 | 1989-05-26 | Gas turbine combustor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3054420B2 (en) |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6494044B1 (en) * | 1999-11-19 | 2002-12-17 | General Electric Company | Aerodynamic devices for enhancing sidepanel cooling on an impingement cooled transition duct and related method |
JP4191552B2 (en) | 2003-07-14 | 2008-12-03 | 三菱重工業株式会社 | Cooling structure of gas turbine tail tube |
US7137241B2 (en) * | 2004-04-30 | 2006-11-21 | Power Systems Mfg, Llc | Transition duct apparatus having reduced pressure loss |
US7878002B2 (en) * | 2007-04-17 | 2011-02-01 | General Electric Company | Methods and systems to facilitate reducing combustor pressure drops |
US7757492B2 (en) * | 2007-05-18 | 2010-07-20 | General Electric Company | Method and apparatus to facilitate cooling turbine engines |
US8490400B2 (en) | 2008-09-15 | 2013-07-23 | Siemens Energy, Inc. | Combustor assembly comprising a combustor device, a transition duct and a flow conditioner |
US8549861B2 (en) * | 2009-01-07 | 2013-10-08 | General Electric Company | Method and apparatus to enhance transition duct cooling in a gas turbine engine |
US8141363B2 (en) * | 2009-10-08 | 2012-03-27 | General Electric Company | Apparatus and method for cooling nozzles |
JP5743115B2 (en) * | 2011-02-22 | 2015-07-01 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | Combustion device |
JP5696566B2 (en) * | 2011-03-31 | 2015-04-08 | 株式会社Ihi | Combustor for gas turbine engine and gas turbine engine |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62111132A (en) * | 1985-11-08 | 1987-05-22 | Hitachi Ltd | Tail cylinder cooling construction for gas turbine |
JPS63131924A (en) * | 1986-11-21 | 1988-06-03 | Hitachi Ltd | Cooling structure for tail of combustor |
JPH0663648B2 (en) * | 1986-12-05 | 1994-08-22 | 株式会社日立製作所 | Gas turbine combustor |
-
1989
- 1989-05-26 JP JP1131282A patent/JP3054420B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH031015A (en) | 1991-01-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6546732B1 (en) | Methods and apparatus for cooling gas turbine engine combustors | |
US6442940B1 (en) | Gas-turbine air-swirler attached to dome and combustor in single brazing operation | |
KR101044662B1 (en) | Effusion cooled transition duct with shaped cooling holes | |
JP5166659B2 (en) | Combustor liner cooling thimble and related methods | |
US8028529B2 (en) | Low emissions gas turbine combustor | |
US7509809B2 (en) | Gas turbine engine combustor with improved cooling | |
US6920758B2 (en) | Gas turbine and the combustor thereof | |
US20100095679A1 (en) | Dual wall structure for use in a combustor of a gas turbine engine | |
CA2383463C (en) | Methods and apparatus for cooling gas turbine engine combustors | |
US20090120093A1 (en) | Turbulated aft-end liner assembly and cooling method | |
JP5599584B2 (en) | Center body cap and method for turbomachine combustor | |
JP7109884B2 (en) | Gas Turbine Flow Sleeve Installation | |
JP5052783B2 (en) | Gas turbine engine and fuel supply device | |
US8261554B2 (en) | Fuel nozzle tip assembly | |
US20040074236A1 (en) | Gas turbine combustor | |
JP3054420B2 (en) | Gas turbine combustor | |
US8596071B2 (en) | Method and apparatus for assembling a gas turbine engine | |
JP3590666B2 (en) | Gas turbine combustor | |
US20110041507A1 (en) | Integral Liner and Venturi for Eliminating Air Leakage | |
EP2230456A2 (en) | Combustion liner with mixing hole stub | |
JPH09196377A (en) | Gas turbine combustor | |
US20240230093A1 (en) | Multi-stage axial fuel injection system with discrete air supplies | |
CN113464979A (en) | Compact turbine combustor | |
EP4105557A1 (en) | Combustor having fuel sweeping structures |