JP3082047B2 - ガスタービン燃焼装置 - Google Patents

ガスタービン燃焼装置

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JP3082047B2 JP03514969A JP51496991A JP3082047B2 JP 3082047 B2 JP3082047 B2 JP 3082047B2 JP 03514969 A JP03514969 A JP 03514969A JP 51496991 A JP51496991 A JP 51496991A JP 3082047 B2 JP3082047 B2 JP 3082047B2
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ヨーロピアン ガス タービンズ リミテッド
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    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/42Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the arrangement or form of the flame tubes or combustion chambers
    • F23R3/46Combustion chambers comprising an annular arrangement of several essentially tubular flame tubes within a common annular casing or within individual casings
    • F23R3/48Flame tube interconnectors, e.g. cross-over tubes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ガスタービン燃焼装置、特に以下燃焼器と
呼ぶ多数の燃焼室を備えた種類の装置に関する。
ガスタービン・プラントの燃焼装置は一般に軸流に平
行に配置された多数の燃焼器で構成され、少なくとも幾
つかの燃焼器が連続して点火されるようになっている。
始動時には一以上の燃焼器が点火され、その炎は連結チ
ューブを介して他の燃焼器に広がり、連結燃焼器間の圧
力差により炎の伝播が拡大させられる。従来の装置が図
1に示されているが、ここでは3つの燃焼器1,2,3がチ
ューブ4により相互に連結されている。勿論、実際には
燃焼器はそれ以上多く、一般に6又は8個の燃焼器が閉
リング状に連結されている。
この点火技術に関連して寿命を短くする1つの問題、
すなわち、点火後正規運転の間燃焼器間の高温ガス流に
よりチューブあるいはチューブに取り付けられた燃焼器
が損傷するという問題がある。連結チューブの空気冷却
を行うと、流入冷却空気によって相互点火機能が悪くな
るので、空気冷却をうまく行くことが難しい傾向があ
る。高温燃焼ガスが空気流により燃焼器間で移動するの
が原因である。
連結チューブの設計においては、一般にしみだし冷
却、衝突冷却あるいは薄膜冷却の原理を利用している。
しみだし冷却は、小径の冷却穴をピッチ間隔を密にし
てチューブ壁面全体にたってずらりと並べたものであ
る。各穴から壁面を通して冷却空気が噴出されるが、そ
の際冷却層が形成されるように、貫通性を持たせないよ
うにしている。この方法は空気の利用の仕方が非能率的
で、相互点火機能が悪くなるか冷却機能が不十分になる
かのどちらかである。
衝突冷却は、チューブに二重壁構造を利用するもの
で、冷却空気を外側チューブにずらりと並んだ穴から注
入し、強制的に内側のチューブに衝突させることにより
冷却する。したがって、冷却空気は強制的に内外チュー
ブのギャップに流される。この方法の不利な点は機械的
な複雑さで、特に部品が小さいときに顕著になる。
薄膜冷却は、冷却空気を連結チューブの一端から取込
みチューブの内壁に接触させながら内壁に沿って流れる
ようにしたもので、エジェクタ効果をおこしやく、それ
ゆえに1の燃焼器の高温ガスが冷却空気流と共に他の燃
焼器に運ばれる傾向がある。このエジェクタ効果は、正
規運転条件、すなわち2燃焼器間の圧力差がほとんど無
くなったときでも起こる。したがって冷却空気流が高温
燃焼ガスを運ぶ傾向があるので、好ましくない効果とし
て空気取入口の上流側のチューブを絶えず加熱する傾向
がある。その結果として、連結チューブがひび割れ又は
焼損し、定期的に取替えが必要となる。
そこで、本発明の目的は、従来例の前述の問題を軽減
したガスタービン燃焼装置を提供することにある。
本発明によれば、多数の燃焼器で構成され、その燃焼
器が点火燃焼器の炎を他の燃焼器に伝えるチューブ手段
により相互に連結されているガスタービン燃焼装置を提
供でき、この装置においては、前記チューブ手段は、そ
の末端の中間にある1以上の取入口で空気を注入させ、
かつ空気が各燃焼器に向けて互いに反対方向に移動する
ように構成され、各取入口でのチューブ手段の形状は、
装置の運転が行われたとき、空気が実質的に強制されて
チューブ手段の内面に沿って流れ、チューブ手段の冷却
を行うようにされている。
チューブ手段は外壁とその外壁上の取入口を有する環
状のダクト部で構成され、ダクト部はチューブ手段に向
けて開口し、空気を強制的に流入させる。好ましくは、
チューブ手段は2つの環状ダクト部で構成され、各取入
口はダクト部の1つに近接して設けられる。
本発明の好ましい実施例においては、チューブ手段は
セントラル・チューブとそのセントラル・チューブに嵌
め込まれた2つのエンド・チューブで構成され、各環状
ダクト部はセントラル・チューブとそれに重ね合わされ
たエンド・チューブの一方の端とで構成される。前記取
入口は重ね合わせ端部におけるエンド・チューブの壁面
沿って等間隔にかつ貫通して設けた多数の穴を各エンド
・チューブ毎に設けることにより形成さている。好まし
くは、重ね合わせ部の付近において、各エンド・チュー
ブは取入口の空気をチューブ手段の端に向けるように形
成することが望ましい。
好ましくは、セントラル・チューブと重ね合わされた
少なくとも一方のエンド・チューブとの間の結合はチュ
ーブ手段の熱膨張が可能なようにされていることが望ま
しい。
本発明もまた前述したようにガスタービン燃焼装置の
中で使用するために改良されたチューブ手段を有する。
本発明に従ったガスタービン燃焼装置は、一例ではあ
るが添付図面を参照して以下説明する。ここで、 図1は、前述参照したもので、従来のガスタービン燃
焼装置を構成する多数の燃焼器のうち、3つを示したも
の、そして、 図2は、本発明によるガスタービン燃焼装置の一部の
詳細を断面図で示したものである。これらの図を参照し
て説明すると、図1は、燃焼器1,2及び3とそれらと図
示されていない燃焼器を相互に接続するチューブ4を有
する多燃焼器装置を示したものである。チューブと言っ
たのはダクトを意味し、形状は円形、角形あるいはその
他の断面形状でもよい。初期点火は燃焼器2で起こるよ
うに配置されており、炎はチューブ4を介して燃焼器1
及び3に伝わり、次いで図示しない他の燃焼器に伝播さ
れる。図2は、本発明に従った装置で2つの燃焼器を相
互に接続する連結チューブの組立構造の詳細を示したも
のである。この装置はセントラル・チューブ16と2つの
エンド・チューブ15,17で構成されている。エンド・チ
ューブ15及び17は、それぞれ図1の一般型装置の燃焼器
11及び12(一部図示)にそれらの端9で接続されてい
る。各エンド・チューブの末端とセントラル・チューブ
との接続は重ね合わせることにより環状ダクト部13が形
成されている。エンド・チューブ15,17は冷却空気18が
各エンド・チューブに設けた多数の穴19を通してダクト
13内に取り込まれ、その流れが矢印14で示すようにほぼ
強制的にチューブの内面に沿って燃焼器11及び12方向に
向くような形状に形成されている。この冷却空気18の薄
膜は通常タービンの圧縮機から吐出する空気により形成
されることになるが、装置の運転が行われるときチュー
ブ15及び17を炎の熱から保護する役目をする。空気流14
の双方向性は、正規運転条件のもとで、すなわち一旦全
ての燃焼器が点火されたならば、高温の主燃焼ガスの流
れ10が2つの燃焼器11及び12間で生じるような機構が起
こらないようにする役目をする。
図2に一例のみ示したように、各エンド・チューブ1
5,17は拡壁部22、すなわち幅がセントラル・チューブ16
に向けて徐々に拡開し、続いて縮小する縮壁部23により
構成されている。縮壁部23と拡壁部22の一部はセントラ
ル・チューブ16の端と重ね合わされている。空気取入口
の穴19は各エンド・チューブ15,17の縮壁部の円周回り
に一定間隔で設けられている。穴19は空気の取入口で、
そこに流入する空気はダクト部13に近づき、エンド・チ
ューブの端にある燃焼器側に向けられることが判る。セ
ントラル・チューブ16は円筒形で、その直径はエンド・
チューブの最も狭い部分の直径とほぼ同じである。重ね
合わせ部、すなわちセントラル・チューブの両端がエン
ド・チューブ内に突出した部分は環状のダクト部13を形
成し、そのセントラル・チューブの突出部20は矢印14で
示すように空気流18をチューブ15,17の内面に沿った方
向に向ける役目をする。重ね合わせ部で、セントラル・
チューブ16とエンド・チューブ15又は17は流入空気の通
路となるように環状ダクト13に形成され、その流入空気
がエンド・チューブの端にある燃焼器方向に向くように
形成されていることが判る。
セントラル・チューブ16はエンド・チューブ15又は17
のどちらか一方と完全に固定してもよく、またある範囲
で自由に動けるようにエンド・チューブ間で保持しても
よい。ここで必要なことは、セントラル・チューブと少
なくとも一方のエンド・チューブとの嵌合において部品
の組立代を取ることと熱膨張による部品の相対移動を可
能にすることである。こう言う理由で、エンド・チュー
ブ17には、例えば図2の参照符号21で示すようにセント
ラル・チューブを入れ易くする拡湾部が必要である。も
う一方のエンド・チューブ15は図示するようにセントラ
ル・チューブに溶接してもよい。
本発明の実施例で、2つの燃焼器間の連結チューブの
構造が3つのチューブからなることを図2を参照して述
べたが、本発明はこれに制限されないことは明らかであ
る。別の適当なチューブ構造、すなわち接続された2つ
の燃焼器の中間にある1以上の点で取り入れられた空気
が2つの燃焼器に向けて互いに反対方向に流れ、空気が
ほぼ強制的にチューブ構造の内面に沿って流れるという
要求を満たした構造のものを当業者が思いつくかもしれ
ない。例えば、別の実施例(図示せず)の1つとして
は、図2の構造にある2つのエンド・チューブの切れ目
を無くし、セントラル・チューブをその主チューブ内で
同心に配置して主チューブの両端の燃焼器の中間に環状
ダクト部を形成しもよい。主チューブには1以上の取入
穴を設けて内部チューブのほぼ中央軸部に冷却空気の取
入口を設けてもよい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アイゴウ,ブライアン マーシャル 英国 エルエヌ6 9ビージー,リンカ ン,ソープ―オン―ザ―ヒル,メイン ストリート 14,ロウパー ハウス (72)発明者 ミルナー,グリン ロイド 英国 エルエヌ1 3ユービー,リンカ ン,バートン ロード 231 (72)発明者 ウッド,ジョン アンドリュ レスリー 英国 エルエヌ2 5ビージェイ,リン カン,トーマス ストリート 8 (56)参考文献 特開 昭51−94009(JP,A) 米国特許3811274(US,A)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数の燃焼器を有し、該燃焼器(11、12)
    は点火燃焼器からの炎を他の燃焼器に伝播させるチュー
    ブ手段(15、16、17)により相互に連結され、該チュー
    ブ手段(15、16、17)はそれらの両端の中間に冷却空気
    が供給されている型式のガスタービン燃焼装置であっ
    て、前記各チューブ手段(15、16、17)は、実質的に1
    つの壁で構成され、該チューブ手段(15、16、17)の中
    央の両側に環状ダクト部(13)と該チューブ手段(15、
    16、17)の外側から各ダクト部(13)に少なくとも一つ
    の取入口(19)が設けられ、各ダクト部(13)は、該チ
    ューブ手段(15、16、17)の近い方の端(9)の方向に
    向いて内部に開き、反対方向には閉じられ、そして前記
    取入口(19)を通ってダクト部(13)へ注入される空気
    (18)はチューブ手段の内面に沿ってチューブ手段(1
    5、16、17)の近い方の端(9)へ強制的に流され、そ
    れによって該チューブ手段内の燃焼ガスを該チューブ手
    段の壁から離して該チューブ手段の過熱を阻止するよう
    にしたことを特徴とするガスタービン燃焼装置。
  2. 【請求項2】前記チューブ手段はセントラル・チューブ
    (16)と該セントラル・チューブに重ね合わされた二つ
    のエンド・チューブ(15、17)で構成され、前記各環状
    ダクト部(13)はセントラル・チューブ(16)と各エン
    ド・チューブ(15、17)の一方側の重ね合わせた端との
    間で形成され、前記取入口(19)は各エンド・チューブ
    (15、17)に対して重ね合わせ端部のエンド・チューブ
    (15、17)の壁面の回りに間隔を置いて形成された複数
    の穴を有する請求項1記載のガスタービン燃焼装置。
  3. 【請求項3】前記重ね合わせ部におけるセントラル・チ
    ューブ(16)と少なくとも一方のエンド・チューブ(1
    7)との結合はチューブ手段の熱膨張が可能にされてい
    る請求項2記載のガスタービン燃焼装置。
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