JP3204371B2 - ガスタービン燃焼器への空気供給方法および空気供給構造 - Google Patents

ガスタービン燃焼器への空気供給方法および空気供給構造

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はガスタービン燃焼器
への空気供給方法および空気供給構造に関する。さらに
詳しくは、スクロールを充分に冷却しながら、しかも圧
力損失も少ないガスタービン燃焼器への空気供給方法お
よび空気供給構造に関する。
【0002】
【従来の技術】中型や小型のガスタービンにおいては燃
焼器Cから出た燃焼ガスは、図4および図5に示すよう
に、かたつむり状に形成されたスクロールSによりター
ビンに供給されている。このスクロールS内を流れる燃
焼ガスは千数百度の温度を有しているため、スクロール
Sの外周を通って燃焼器Cに供給されている燃焼用空気
(以下、単に空気という)の一部が、スクロールSに形
成されている噴射孔(図示省略)からスクロールS内に
噴出させられ、この噴出空気によりスクロールS内壁に
空気のフィルムが形成され、そしてこのフィルムにより
スクロールS内壁のフィルム冷却がなされて燃焼ガスに
よるスクロールS内壁の焼損防止が図られている。
【0003】しかしながら、この空気は遠心圧縮機によ
り昇圧された後、このスクロールS外周に導入されてい
るため、この導入された空気は遠心圧縮機により付与さ
れた旋回成分を有している(図5の矢符j,k,l参
照)。それ故、このスクロールS外周に供給された空気
は、図4に示すようにスクロールS外周に沿って流れず
に、スクロールSの外方に位置するガスタービンの外周
を形成しているハウジングH内壁に沿って流れる。つま
り、空気は、図4においてb点からb´点方向に流れ、
スクロールS背面外周(図4におけるc点)およびスク
ロールS内側外周(図4におけるd点)において剥離す
る。その結果、その部分の冷却が不十分となり、その部
分が焼損するという問題がある。
【0004】また、図5に示すように、スクロールSの
エンジン回転軸方向の高さwは、f−b部からa−e部
にかけて順に低くなっているため、旋回成分を持って流
入した空気は、より抵抗の少ないa−e部に向かって流
れる。その結果、空気の大部分が図5のi点側から燃焼
器Cに流入する(図5の矢符l参照)。このように、燃
焼器Cへの流入空気が1ヶ所に集中すると、空気の燃焼
室への突入流速が速くなるとともに、空気がその速い流
速のままで方向転換するために、大きな圧力損失が生じ
る。その結果、所望の燃焼ができないためにエンジン出
力の低下および効率の低下を招来しているという問題も
ある。
【0005】さらに、燃焼器Cへの空気の一部をバイパ
スさせてフィルム冷却に使用しているため、燃焼の際の
燃焼用空気が不足気味となる結果、窒素酸化物が増加す
るという問題もある。
【0006】なお、実用新案登録第3001224号の
明細書には、かかるスクロール構造を有するガスタービ
ンの燃焼器Cへ均一に空気を供給するために、燃焼器C
への空気流路の燃焼室への開放端近くに圧力損失が小さ
くなる整流手段を設けたガスタービン用燃焼器Cが提案
されているが(図6参照)、同明細書には空気によるス
クロールSの冷却は、開示あるいは示唆はなされていな
い。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来技
術の課題に鑑みなされたものであって、スクロールを充
分に冷却しながら、しかも圧力損失も少ないガスタービ
ン燃焼器への空気供給方法および空気供給構造を提供す
ることを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明のガスタービン燃
焼器への空気供給方法は、ディフューザの出口に整流体
を設け、圧縮機により付与された燃焼用空気の旋回成分
該整流体により除去し、かつ同燃焼用空気の流れを軸
方向にスムーズに方向転換し、ついでこの燃焼用空気を
スクロール外周の外方に所定の間隔を設けて配設にされ
ている整流カバーとスクロール外周との隙間を通して
スタービン燃焼器に供給することを特徴とする。
【0009】 本発明のガスタービン燃焼器への空気供
給方法においては、前記燃焼用空気に、整流カバー内面
に設けられた旋回成分付与部材により圧縮機およびター
ビンの旋回方向とは逆方向の旋回成分を付与するのが好
ましい。
【0010】 一方、本発明のガスタービン燃焼器への
空気供給構造の第1形態は、スクロールを有するガスタ
ービン燃焼器への空気供給構造であって、ディフューザ
の出口に燃焼用空気から圧縮機により付与された旋回成
分を除去するとともに、空気の流れを軸方向にスムーズ
に方向転換ができるように形成されている整流が配設
されてなることを特徴とする。
【0011】本発明のガスタービン燃焼器への空気供給
構造の第2形態は、スクロールの背面外周および内側外
周を所定の間隔を設けて覆う整流カバーが設けられてな
ることを特徴とする。
【0012】 本発明のガスタービン燃焼器への空気供
給構造の第3形態は、ディフューザの出口に燃焼用空気
から圧縮機により付与された旋回成分を除去するととも
に、空気の流れを軸方向にスムーズに方向転換ができる
ように形成されている整流が配設され、かつ、スクロ
ールの背面外周および内側外周を所定の間隔を設けて覆
う整流カバーが設けられてなることを特徴とする。
【0013】 こで、前記間隔は、その間を通過する
燃焼用空気がスクロールに対して所望の冷却がなし得る
速度となるように調整されているまた、本発明のガス
タービン燃焼器への空気供給構造においては、前記整流
カバー内に燃焼用空気に圧縮機およびタービンの旋回方
向とは逆方向の旋回成分を付与する複数の旋回成分付与
部材、例えば複数のベーンが設けられてなるのが好まし
い。
【0014】
【作用】本発明によれば、ディフューザから燃焼器への
圧力損失を小さくしながら、スクロールの充分な冷却が
なし得る。そのため、従来スクロールでなされていたフ
ィルム冷却が不要となる。また、フィルム冷却が不要と
なるため、燃焼の際の燃焼用空気も不足しないので、窒
素酸化物の生成が抑制される。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明を実施の形態に基づいて説明するが、本発明はかか
る実施の形態のみに限定されるものではない。
【0016】本発明のガスタービン燃焼器Cへの空気供
給方法に用いられる空気供給構造(以下、単に供給構造
という)Kの一実施の形態の要部を図1に軸方向断面図
で示し、図2に正面図(タービン側から見た図)で示
す。
【0017】この供給構造Kは、図1および図2に示す
ように、ディフューザDの出口D1に配設された整流体
1と、従来構造において空気流が剥離するスクロールS
外周部に配設された整流カバー2と、この整流カバー2
内に配設されたベーン3とを備えてなるものである。
【0018】整流体1は、圧縮機により空気に付与され
た旋回成分を除去するとともに、空気の流れを軸方向に
スムーズに方向転換ができるような曲面に形成されてい
る(図3参照)。このため、ディフューザDを出た空気
はその旋回成分が除去される。また、空気流は整流体1
の曲面に沿って方向転換する際に減速されるが、その減
速はスムーズになされるので、その減速に伴う圧力損失
も小さくなる。つまり、圧力回復率が従来のものに比較
して高くなる。なお、かかる特性を有する整流体1の形
状は、例えばコンピュータによりこの部分の流れを3次
元解析することにより得られる。
【0019】整流カバー2は、図1および図2示すよう
に、スクロールS外周の空気流の剥離が生じていた個
所、すなわちスクロールS背面外周およびスクロールS
内側外周の外方に所定の間隔を設けて配設されている。
整流カバー2がかかる位置関係にて配設されているた
め、整流体1により旋回成分を除去されて軸方向に方向
転換された空気は、ガスタービンの外周を形成している
ハウジングH内壁に沿って流れて図1のb点まで到達す
ると、この整流カバー2により強制的に方向転換されて
スクロールS外周に沿って内側に向けて流れ、つまりス
クロールS外周から剥離することなく内側に向けて流
れ、ガスタービンの軸心側に案内される。この場合、整
流カバー2とスクロールS外周との間隔を適当に選択す
ることにより、この間を流れる空気をスクロールSに所
望の空冷がなし得る流速に制御できる。
【0020】また、図1および図2に示すように、この
整流カバー2内にはベーン3が設けられている。このベ
ーン3の向きは、空気に同一軸により同一方向に回転さ
れている圧縮機およびタービンの旋回方向とは逆方向の
旋回力を付与するように調整されている。これがため、
空気は整流カバー2内をスクロールS断面積の小さいa
−e部から断面積の大きなb−f部に向けてスクロール
Sを取り巻くように流れる。すなわち、整流カバー2に
より空気流速が適当に制御されるとともに、ベーン3に
よりスクロールS断面積の小さいa−e部から断面積の
大きなb−f部に向けてスクロールSを取り巻くような
流れが形成されるので、スクロールS全体が均等に冷却
されるとともに、燃焼器ケーシング入口においてケーシ
ングと燃焼器Cとの間に形成されている空気流路4に均
等に空気が分配され、その個所における圧力損失も低減
される。
【0021】このように、この実施の形態によれば、従
来よりスクロールSに設けられていたフィルム冷却用の
噴射孔が不要となり、スクロールSの構造が簡素化され
る。また、フィルム冷却用の空気が不要となり、燃焼用
空気が充分に得られるので、窒素酸化物の生成が抑制さ
れる。さらに、燃焼器Cへの空気供給が均一になされる
とともに、その供給途中での圧力損失も低減されている
ので、所望の燃焼がなされ、エンジン出力および効率の
低下を招来することもない。その上、スクロールSの冷
却が充分になされるので、スクロールSの寿命が伸び
る。
【0022】以上、本発明を実施の形態に基づいて説明
してきたが、本発明はかかる実施の形態のみに限定され
るものではなく、種々改変が可能である。例えば、整流
カバーに設けられているベーンの数は、図示例に限定さ
れるものではなく、ガスタービンのサイズに応じて適宜
増減されてもよい。
【0023】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば次
のような優れた効果が得られる。
【0024】(1)従来よりスクロールに設けられてい
たフィルム冷却用の噴射孔が不要となり、スクロールの
構造が簡素化される。つまり、スクロールを低コストと
することができる。
【0025】(2)フィルム冷却用の空気が不要とな
り、燃焼用空気が充分に得られるので、窒素酸化物の生
成が抑制される。
【0026】(3)燃焼器への空気供給が均一になされ
るとともに、その供給途中での圧力損失も低減されてい
るので、所望の燃焼がなされ、エンジン出力および効率
の低下を招来することがない。
【0027】(4)スクロールの冷却が充分になされる
ので、スクロールの寿命が伸びる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のガスタービン燃焼器への空気供給構造
の一実施の形態の要部の軸方向断面図である。
【図2】同正面図である。
【図3】同実施の形態に用いられている整流体の概略図
である。
【図4】従来のガスタービン燃焼器への空気供給構造の
要部の軸方向断面図である。
【図5】同正面図である。
【図6】実用新案登録第3001224号に提案されて
いるガスタービン燃焼器の概略斜視図である。
【符号の説明】
1 整流体 2 整流カバー 3 ベーン 4 空気流路 K 燃焼器への空気供給構造 D ディフューザ C 燃焼器 S スクロール H ハウジング
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大賀 信一 明石市川崎町1番1号 川崎重工業株式 会社 明石工場内 (72)発明者 位高 訓 明石市川崎町1番1号 川崎重工業株式 会社 明石工場内 (72)発明者 川西 月波 明石市川崎町1番1号 川崎重工業株式 会社 明石工場内 (72)発明者 合田 真琴 明石市川崎町1番1号 川崎重工業株式 会社 明石工場内 (56)参考文献 実開 平2−133555(JP,U) 実開 昭63−63542(JP,U) 実用新案登録3001224(JP,Y2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F23R F02C 7/18

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ディフューザの出口に整流体を設け、
    縮機により付与された燃焼用空気の旋回成分を該整流体
    により除去し、かつ同燃焼用空気の流れを軸方向にスム
    ーズに方向転換し、ついでこの燃焼用空気をスクロール
    外周の外方に所定の間隔を設けて配設にされている整流
    カバーとスクロール外周との隙間を通してガスタービン
    燃焼器に供給することを特徴とするガスタービン燃焼器
    への空気供給方法。
  2. 【請求項2】 前記燃焼用空気に、整流カバー内面に設
    けられた旋回成分付与部材により圧縮機およびタービン
    の旋回方向とは逆方向の旋回成分を付与することを特徴
    とする請求項1記載のガスタービン燃焼器への空気供給
    方法。
  3. 【請求項3】 ディフューザの出口に燃焼用空気から圧
    縮機により付与された旋回成分を除去するとともに、空
    気の流れを軸方向にスムーズに方向転換ができるように
    形成されている整流が配設されてなることを特徴とす
    スクロールを有するガスタービン燃焼器への空気供給
    構造。
  4. 【請求項4】 スクロールの背面外周および内側外周を
    所定の間隔を設けて覆う整流カバーが設けられてなるこ
    とを特徴とするガスタービン燃焼器への空気供給構造。
  5. 【請求項5】 ディフューザの出口に燃焼用空気から圧
    縮機により付与された旋回成分を除去するとともに、空
    気の流れを軸方向にスムーズに方向転換ができるように
    形成されている整流が配設され、かつ、スクロールの
    背面外周および内側外周を所定の間隔を設けて覆う整流
    カバーが設けられてなることを特徴とするガスタービン
    燃焼器への空気供給構造。
  6. 【請求項6】 前記所定の間隔が、その間を通過する燃
    焼用空気がスクロールに対して所望の冷却がなし得る速
    度となるように調整されていることを特徴とする請求項
    4または5記載のガスタービン燃焼器への空気供給構
    造。
  7. 【請求項7】 前記整流カバー内に燃焼用空気に圧縮機
    およびタービンの旋回方向とは逆方向の旋回成分を付与
    する旋回成分付与部材が設けられてなることを特徴とす
    る請求項4または5記載のガスタービン燃焼器への空気
    供給構造。
  8. 【請求項8】 請求項3ないし請求項7に記載のガスタ
    ービン燃焼器への空気供給構造を備えてなることを特徴
    とするガスタービン。
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