JP3526895B2 - ガスタービンの燃焼器 - Google Patents
ガスタービンの燃焼器Info
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- cooling
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/002—Wall structures
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2260/00—Function
- F05B2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
- F05B2260/205—Cooling fluid recirculation, i.e. after having cooled one or more components the cooling fluid is recovered and used elsewhere for other purposes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2260/00—Function
- F05B2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
- F05B2260/221—Improvement of heat transfer
- F05B2260/224—Improvement of heat transfer by increasing the heat transfer surface
- F05B2260/2241—Improvement of heat transfer by increasing the heat transfer surface using fins or ribs
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、環状の燃焼室を備えた
ガスタービンの燃焼器であって、燃焼室の壁が、バーナ
を備えた環状の横断面を有する燃焼器入口から、ガスタ
ービンの入口にまで延びていて、ガスタービンの圧縮機
から供給された空気流に取り囲まれて、該空気流によっ
て冷却されるようになっており、冷却空気が、タービン
ケーシングによって制限された集合室から少なくとも部
分的に取り出されるようになっている形式のものに関す
る。
ガスタービンの燃焼器であって、燃焼室の壁が、バーナ
を備えた環状の横断面を有する燃焼器入口から、ガスタ
ービンの入口にまで延びていて、ガスタービンの圧縮機
から供給された空気流に取り囲まれて、該空気流によっ
て冷却されるようになっており、冷却空気が、タービン
ケーシングによって制限された集合室から少なくとも部
分的に取り出されるようになっている形式のものに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】空気冷却式の火炎管を備えたガスタービ
ンの燃焼器は、例えば米国特許第４０７７２０５号明細
書または同第３９７８６６２号明細書に基づき公知であ
る。この火炎管は、主として、タービン軸線方向でオー
バラップする各壁部分から構成されている。これらの壁
部分は、燃焼室とは反対側に、全周にわたって分配され
たそれぞれ複数の流入開口を有している。これらの流入
開口を介して、空気は、火炎管に配置されて、かつ燃焼
室に連通した分配室に導入される。この冷却システムに
おいては、各火炎管はリップを有しており、このリップ
はスリットを介して延びており、このスリットによって
冷却空気膜が出る。この冷却フィルムは、火炎管の壁に
付着するようになっており、これにより、この火炎管の
ために、冷却遮断層が形成される。
ンの燃焼器は、例えば米国特許第４０７７２０５号明細
書または同第３９７８６６２号明細書に基づき公知であ
る。この火炎管は、主として、タービン軸線方向でオー
バラップする各壁部分から構成されている。これらの壁
部分は、燃焼室とは反対側に、全周にわたって分配され
たそれぞれ複数の流入開口を有している。これらの流入
開口を介して、空気は、火炎管に配置されて、かつ燃焼
室に連通した分配室に導入される。この冷却システムに
おいては、各火炎管はリップを有しており、このリップ
はスリットを介して延びており、このスリットによって
冷却空気膜が出る。この冷却フィルムは、火炎管の壁に
付着するようになっており、これにより、この火炎管の
ために、冷却遮断層が形成される。
【０００３】気体燃料または液体燃料の、有害物質の少
ない燃焼のために、最近では「希薄予混合燃焼」が行な
われている。この場合、燃料と燃焼空気とが、出来るだ
け均一に予混合されて初めて、火炎が供給される。この
ことが、ガスタービンプラントにおいて通常の行なわれ
ているように、高い空気過剰量で行なわれると、比較的
低い火炎温度が生じる。これにより、窒素酸化物は、所
望の僅かな量しか生成されない。
ない燃焼のために、最近では「希薄予混合燃焼」が行な
われている。この場合、燃料と燃焼空気とが、出来るだ
け均一に予混合されて初めて、火炎が供給される。この
ことが、ガスタービンプラントにおいて通常の行なわれ
ているように、高い空気過剰量で行なわれると、比較的
低い火炎温度が生じる。これにより、窒素酸化物は、所
望の僅かな量しか生成されない。
【０００４】しかしながら、上に述べた公知のガスター
ビンの燃焼器は、次のような欠点を有している。すなわ
ち、冷却を目的とする空気消費量が極めて多くなり、し
かも火炎管内部に火炎の下流側に向かって冷却空気が供
給されるので、この空気は本来の燃焼プロセスには利用
できない。したがってこの燃焼器は、必要とされるよう
な高い空気過剰係数では運転できない。
ビンの燃焼器は、次のような欠点を有している。すなわ
ち、冷却を目的とする空気消費量が極めて多くなり、し
かも火炎管内部に火炎の下流側に向かって冷却空気が供
給されるので、この空気は本来の燃焼プロセスには利用
できない。したがってこの燃焼器は、必要とされるよう
な高い空気過剰係数では運転できない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
課題は、ＮＯxの放出を減じるために、冷却空気消費量
を最小限にするような、冒頭で述べた形式のガスタービ
ンの燃焼器を提供することである。
課題は、ＮＯxの放出を減じるために、冷却空気消費量
を最小限にするような、冒頭で述べた形式のガスタービ
ンの燃焼器を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の構成では、（イ） 燃焼室が一次ゾーンと二
次ゾーンとに分割されており、該一次ゾーンおよび二次
ゾーンの、流れを制限する壁が、互いに別個に、かつ互
いに無関係に冷却されるようになっており、（ロ） 一
次ゾーンでは、個別に冷却される複数の冷却セグメント
が、流れを制限する壁を形成しており、該冷却セグメン
トがセグメント支持体に懸吊されており、該セグメント
支持体が、集合室に対する一次ゾーンの外側の制限部を
形成しており、（ハ） 下流側に位置する二次ゾーン
が、二重壁を有する火炎管によって制限されており、該
火炎管のタービン側の入口端部が開いていて、二次ゾー
ンの冷却空気のための入口を形成しており、（ニ） 一
次ゾーンに向いた前記火炎管の出口端部と、一次ゾーン
の冷却セグメントの出口側の各部分とが、燃焼器入口に
設けられたバーナにのみ連通しているようにした。
に本発明の構成では、（イ） 燃焼室が一次ゾーンと二
次ゾーンとに分割されており、該一次ゾーンおよび二次
ゾーンの、流れを制限する壁が、互いに別個に、かつ互
いに無関係に冷却されるようになっており、（ロ） 一
次ゾーンでは、個別に冷却される複数の冷却セグメント
が、流れを制限する壁を形成しており、該冷却セグメン
トがセグメント支持体に懸吊されており、該セグメント
支持体が、集合室に対する一次ゾーンの外側の制限部を
形成しており、（ハ） 下流側に位置する二次ゾーン
が、二重壁を有する火炎管によって制限されており、該
火炎管のタービン側の入口端部が開いていて、二次ゾー
ンの冷却空気のための入口を形成しており、（ニ） 一
次ゾーンに向いた前記火炎管の出口端部と、一次ゾーン
の冷却セグメントの出口側の各部分とが、燃焼器入口に
設けられたバーナにのみ連通しているようにした。
【０００７】
【発明の効果】本発明の利点は、特に、両冷却空気流の
別個の交差流に基づく新たな手段によって、これらの冷
却空気流の圧力損失を小さく維持できることに見られ
る。最終的には、この冷却空気全体は、冷却が行なわれ
た後で、燃焼プロセスに供給される。 セグメント支持
体に、一方ではセグメント冷却空気を導入するための、
集合室に連通する半径方向の開口が配置されており、他
方ではセグメント冷却空気と、二次ゾーンに供給された
冷却空気とを一緒に導出するための、バーナ入口に連通
する軸線方向の通路が配置されていると、特に有利であ
る。セグメント支持体は、この支持機能の他に、冷却空
気流全体の案内機能をも有している。このセグメント支
持体は大抵の場合、鋳造部材なので、必要とされる開口
は極めて容易に製造できる。これにより、付加的な空気
導管は不要である。
別個の交差流に基づく新たな手段によって、これらの冷
却空気流の圧力損失を小さく維持できることに見られ
る。最終的には、この冷却空気全体は、冷却が行なわれ
た後で、燃焼プロセスに供給される。 セグメント支持
体に、一方ではセグメント冷却空気を導入するための、
集合室に連通する半径方向の開口が配置されており、他
方ではセグメント冷却空気と、二次ゾーンに供給された
冷却空気とを一緒に導出するための、バーナ入口に連通
する軸線方向の通路が配置されていると、特に有利であ
る。セグメント支持体は、この支持機能の他に、冷却空
気流全体の案内機能をも有している。このセグメント支
持体は大抵の場合、鋳造部材なので、必要とされる開口
は極めて容易に製造できる。これにより、付加的な空気
導管は不要である。
【０００８】バーナとして、ダブルコーン構造の予混合
バーナが使用される場合には、大抵の場合、それぞれ２
つのバーナが半径方向で互いに上下してフロントセグメ
ントに配置されている。１つの環状体に構成されたこれ
らのフロントセグメントには、互いに隣接するフロント
セグメントのバーナが、スペース上の理由から、それぞ
れ半径方向でずらされている。これにより、周方向でそ
れぞれ２番目のバーナは、直接隣接したバーナよりも、
冷却セグメントに接近して配置されることになる。周方
向で見て、相並んで配置された冷却セグメントの数が、
フロントセグメントの数に相当して、セグメント支持体
における空気流入開口および流出通路の数が、やはり周
方向の冷却セグメントの数に相当していると、例えば流
入孔または流出孔の種々異なる寸法設定によって、冷却
セグメントへの空気導入量を、冷却セグメントの熱負荷
に応じて調量することが容易に行なわれる。
バーナが使用される場合には、大抵の場合、それぞれ２
つのバーナが半径方向で互いに上下してフロントセグメ
ントに配置されている。１つの環状体に構成されたこれ
らのフロントセグメントには、互いに隣接するフロント
セグメントのバーナが、スペース上の理由から、それぞ
れ半径方向でずらされている。これにより、周方向でそ
れぞれ２番目のバーナは、直接隣接したバーナよりも、
冷却セグメントに接近して配置されることになる。周方
向で見て、相並んで配置された冷却セグメントの数が、
フロントセグメントの数に相当して、セグメント支持体
における空気流入開口および流出通路の数が、やはり周
方向の冷却セグメントの数に相当していると、例えば流
入孔または流出孔の種々異なる寸法設定によって、冷却
セグメントへの空気導入量を、冷却セグメントの熱負荷
に応じて調量することが容易に行なわれる。
【０００９】
【実施例】以下に本発明の実施例を、単軸式の軸流ガス
タービンを示した図面につき説明する。本発明の理解の
ために重要な部材のみを図示した。この装置のうち、例
えば、煙道を備えた排ガス管の完全な状態、ならびに、
圧縮機部分の入口部分は図示していない。運転媒体の流
れ方向は矢印で示した。
タービンを示した図面につき説明する。本発明の理解の
ために重要な部材のみを図示した。この装置のうち、例
えば、煙道を備えた排ガス管の完全な状態、ならびに、
圧縮機部分の入口部分は図示していない。運転媒体の流
れ方向は矢印で示した。
【００１０】この装置は、図１では、機械軸線１０より
上半部だけが示されていて、ガスタービン１側では主と
して、回転羽根が配列されたロータ１１と、案内羽根が
装着された羽根支持体１２とから成っている。この羽根
支持体１２は突起を介して、タービンケーシング１３に
設けられた対応受容部に挿入されて懸吊されている。タ
ービンケーシング１３には、排ガスケーシング１４がフ
ランジ結合されており、この排ガスケーシングは主とし
て、ボス側の環状の内側部分１６と、環状の外側部分１
７とから成っており、これら両部分はディフューザ１９
を制限している。これら内側部分１６および外側部分１
７は、大抵の場合、軸線方向の分割面を有する半部シェ
ルである。これら両部分は、複数の半径方向の流れリブ
１８によって互いに結合されており、これらの流れリブ
は、全周にわたって均一に分配して配置されている。内
側部分１６内部の中空室には、ターボ機械の出口側の支
承体が配置されており、ロータ１１は支持ベアリング２
１に挿入されている。
上半部だけが示されていて、ガスタービン１側では主と
して、回転羽根が配列されたロータ１１と、案内羽根が
装着された羽根支持体１２とから成っている。この羽根
支持体１２は突起を介して、タービンケーシング１３に
設けられた対応受容部に挿入されて懸吊されている。タ
ービンケーシング１３には、排ガスケーシング１４がフ
ランジ結合されており、この排ガスケーシングは主とし
て、ボス側の環状の内側部分１６と、環状の外側部分１
７とから成っており、これら両部分はディフューザ１９
を制限している。これら内側部分１６および外側部分１
７は、大抵の場合、軸線方向の分割面を有する半部シェ
ルである。これら両部分は、複数の半径方向の流れリブ
１８によって互いに結合されており、これらの流れリブ
は、全周にわたって均一に分配して配置されている。内
側部分１６内部の中空室には、ターボ機械の出口側の支
承体が配置されており、ロータ１１は支持ベアリング２
１に挿入されている。
【００１１】タービンケーシング１３と羽根支持体１２
とは、機械軸線１０に位置する、水平方向の分割面（図
示せず）を備えている。ここでは、大抵の場合はフラン
ジを備えた前記タービンケーシングおよび羽根支持体の
上下各半部が、それぞれ互いにねじ締結されている。
とは、機械軸線１０に位置する、水平方向の分割面（図
示せず）を備えている。ここでは、大抵の場合はフラン
ジを備えた前記タービンケーシングおよび羽根支持体の
上下各半部が、それぞれ互いにねじ締結されている。
【００１２】図示の実施例の場合、タービンケーシング
１３は、圧縮された燃焼空気のための集合室１５をも取
り囲んでいる。この集合室１５からは、燃焼空気の一部
が環状の燃焼器３に達するようになっており、この燃焼
器自体は、タービン流入部に、すなわち第１の案内列の
上流側に開口している。この集合室には、圧縮機２のデ
ィフューザ２２から、圧縮された空気が到達する。この
圧縮機のうち、最後の３つの段のみが図示されている。
圧縮機およびタービンの案内羽根は、ロータ１１として
形成された共通の軸に装着されている。この軸の中心軸
線は、ガスタービンユニットの長手方向の機械軸線１０
を形成している。
１３は、圧縮された燃焼空気のための集合室１５をも取
り囲んでいる。この集合室１５からは、燃焼空気の一部
が環状の燃焼器３に達するようになっており、この燃焼
器自体は、タービン流入部に、すなわち第１の案内列の
上流側に開口している。この集合室には、圧縮機２のデ
ィフューザ２２から、圧縮された空気が到達する。この
圧縮機のうち、最後の３つの段のみが図示されている。
圧縮機およびタービンの案内羽根は、ロータ１１として
形成された共通の軸に装着されている。この軸の中心軸
線は、ガスタービンユニットの長手方向の機械軸線１０
を形成している。
【００１３】タービンと圧縮機との間に位置する軸部分
は、ドラム２３として形成されている。このドラムは、
その軸方向全長で、ドラムカバー２４によって取り囲ま
れており、このドラムカバーは、リブ（図示せず）を介
して、圧縮機のディフューザ外側ケーシングに固定され
ている。このドラムカバーは、圧縮機側で、最後の圧縮
機案内列の羽根に用いられるカバーバンドを形成してい
る。タービン側では、このドラムカバーはタービンロー
タの端面と共に、半径方向に延びる羽根車側室を制限し
ている。この室は、環状通路２５の出口側の端部を形成
しており、この環状通路は、最後の圧縮機案内列の背後
のボスを起点として、ドラムカバーとドラムとの間で延
びている。この環状通路には、ロータ側の冷却空気全体
が導入される。
は、ドラム２３として形成されている。このドラムは、
その軸方向全長で、ドラムカバー２４によって取り囲ま
れており、このドラムカバーは、リブ（図示せず）を介
して、圧縮機のディフューザ外側ケーシングに固定され
ている。このドラムカバーは、圧縮機側で、最後の圧縮
機案内列の羽根に用いられるカバーバンドを形成してい
る。タービン側では、このドラムカバーはタービンロー
タの端面と共に、半径方向に延びる羽根車側室を制限し
ている。この室は、環状通路２５の出口側の端部を形成
しており、この環状通路は、最後の圧縮機案内列の背後
のボスを起点として、ドラムカバーとドラムとの間で延
びている。この環状通路には、ロータ側の冷却空気全体
が導入される。
【００１４】燃焼器３のヘッド縁部は、例えば、欧州特
許第３２１８０９号明細書に基づき公知のように、予混
合式のバーナ２０を備えている。このような予混合式の
バーナ（図２に概略的に示した）は、ダブルコーン形バ
ーナである。主として、このダブルコーン形バーナは、
中空の２つの部分円錐体２６，２７から成っており、こ
れらの部分円錐体は、流れ方向で互いに内外に嵌め込ま
れている。この場合、両部分円錐体の各中心軸線は互い
にずらされている。これらの両部分円錐体の互いに隣接
する壁は、壁の長手方向長さに沿って、燃焼空気のため
の接線方向のスリット２８を形成していて、これにより
この燃焼空気はバーナ内部に達するようになっている。
ここでは、液体燃料のための燃料ノズル２９が配置され
ている。この燃料は、所定の鋭角を成して中空円錐体内
に噴射される。ここで生じる円錐状の液体燃料形成は、
接線方向に流入する燃焼空気によって取り囲まれる。軸
線方向では、燃料の濃度が、燃焼空気との混合により減
じられてゆく。このバーナは気体燃料を用いて運転され
てもよい。このために、両部分円錐体の壁における接線
方向のスリットの近くに、長手方向に分配されたガス流
入開口が設けられている。これにより、ガス運転中に
は、燃焼空気との混合形成は、すでに流入のためのスリ
ット２８のゾーンで開始される。このようにして、両燃
料種類による混合運転も可能であることが分かる。バー
ナ出口では、きわめて均一な燃料濃度が、負荷された環
状横断面にわたって生ぜしめられる。バーナ出口には、
規定された球欠状の逆流ゾーンが生じ、この逆流ゾーン
の先端で点火が行なわれる。
許第３２１８０９号明細書に基づき公知のように、予混
合式のバーナ２０を備えている。このような予混合式の
バーナ（図２に概略的に示した）は、ダブルコーン形バ
ーナである。主として、このダブルコーン形バーナは、
中空の２つの部分円錐体２６，２７から成っており、こ
れらの部分円錐体は、流れ方向で互いに内外に嵌め込ま
れている。この場合、両部分円錐体の各中心軸線は互い
にずらされている。これらの両部分円錐体の互いに隣接
する壁は、壁の長手方向長さに沿って、燃焼空気のため
の接線方向のスリット２８を形成していて、これにより
この燃焼空気はバーナ内部に達するようになっている。
ここでは、液体燃料のための燃料ノズル２９が配置され
ている。この燃料は、所定の鋭角を成して中空円錐体内
に噴射される。ここで生じる円錐状の液体燃料形成は、
接線方向に流入する燃焼空気によって取り囲まれる。軸
線方向では、燃料の濃度が、燃焼空気との混合により減
じられてゆく。このバーナは気体燃料を用いて運転され
てもよい。このために、両部分円錐体の壁における接線
方向のスリットの近くに、長手方向に分配されたガス流
入開口が設けられている。これにより、ガス運転中に
は、燃焼空気との混合形成は、すでに流入のためのスリ
ット２８のゾーンで開始される。このようにして、両燃
料種類による混合運転も可能であることが分かる。バー
ナ出口では、きわめて均一な燃料濃度が、負荷された環
状横断面にわたって生ぜしめられる。バーナ出口には、
規定された球欠状の逆流ゾーンが生じ、この逆流ゾーン
の先端で点火が行なわれる。
【００１５】圧縮された燃焼空気の一部は、集合室１５
から、孔付きのカバー３０を通って、矢印方向にバーナ
に流入する。この燃焼に際して、燃焼ガスは極めて高い
温度に達する。このことは、冷却しようとする燃焼器壁
に対して課せられた特別な要件となっている。低ＮＯx
バーナ、例えばこの実施例の根底となる予混合バーナが
使用されると、一層有効である。これらの予混合バーナ
は、比較的僅かな冷却空気量しか必要としない。バーナ
開口の下流側では、環状の燃焼室が、タービン入口にま
で延びている。燃焼室は、冷却しようとする壁によって
内側および外側を制限されている。これらの壁は大抵の
場合、自己支持構造体として構成されている。
から、孔付きのカバー３０を通って、矢印方向にバーナ
に流入する。この燃焼に際して、燃焼ガスは極めて高い
温度に達する。このことは、冷却しようとする燃焼器壁
に対して課せられた特別な要件となっている。低ＮＯx
バーナ、例えばこの実施例の根底となる予混合バーナが
使用されると、一層有効である。これらの予混合バーナ
は、比較的僅かな冷却空気量しか必要としない。バーナ
開口の下流側では、環状の燃焼室が、タービン入口にま
で延びている。燃焼室は、冷却しようとする壁によって
内側および外側を制限されている。これらの壁は大抵の
場合、自己支持構造体として構成されている。
【００１６】以上の点においては、ガスタービンに用い
られる環状燃焼器は公知である。
られる環状燃焼器は公知である。
【００１７】前記燃焼器は、７２個の前記バーナ２０を
備えている。四分円を示した図３からは、このバーナの
配置形式が分かる。それぞれ２つのバーナが、半径方向
で互いに上下してフロントセグメント３１に配置されて
いる。相並んだこれら３６個のフロントセグメントは、
閉じられた１つの環状体を形成して、これにより、この
環状体は熱シールドを形成している。互いに隣接するフ
ロントセグメントの両バーナは、半径方向でそれぞれず
らされている。このことは、図２からも分かるように、
それぞれ２番目のフロントセグメントに設けられた半径
方向外側のバーナが、燃焼器の外側の環状壁に直接隣接
していることを意味する。したがって、他方のフロント
セグメントに設けられた半径方向内側のバーナは、内側
の環状壁の直接近くに配置されている。このことから、
対応する両環状壁の不均一な熱負荷が全周にわたって生
ぜしめられる。
備えている。四分円を示した図３からは、このバーナの
配置形式が分かる。それぞれ２つのバーナが、半径方向
で互いに上下してフロントセグメント３１に配置されて
いる。相並んだこれら３６個のフロントセグメントは、
閉じられた１つの環状体を形成して、これにより、この
環状体は熱シールドを形成している。互いに隣接するフ
ロントセグメントの両バーナは、半径方向でそれぞれず
らされている。このことは、図２からも分かるように、
それぞれ２番目のフロントセグメントに設けられた半径
方向外側のバーナが、燃焼器の外側の環状壁に直接隣接
していることを意味する。したがって、他方のフロント
セグメントに設けられた半径方向内側のバーナは、内側
の環状壁の直接近くに配置されている。このことから、
対応する両環状壁の不均一な熱負荷が全周にわたって生
ぜしめられる。
【００１８】燃焼器内部は、ここでは２つのゾーンに分
割されており、これらのゾーンの壁は、互いに異なる形
式で冷却される。下流側に位置して、タービン入口に開
口した二次ゾーン３２は、二重壁を有する火炎管によっ
て制限されている。この火炎管の内側の環状体３３およ
び外側の環状体３４は、フランジのない、溶接された薄
板構造体から成っている。この薄板構造体は、スペーサ
（図示せず）を介して閉じ合わされている。両環状体３
３，３４は、タービン側の端部で開いており、この場所
で冷却空気のための入口を形成している。
割されており、これらのゾーンの壁は、互いに異なる形
式で冷却される。下流側に位置して、タービン入口に開
口した二次ゾーン３２は、二重壁を有する火炎管によっ
て制限されている。この火炎管の内側の環状体３３およ
び外側の環状体３４は、フランジのない、溶接された薄
板構造体から成っている。この薄板構造体は、スペーサ
（図示せず）を介して閉じ合わされている。両環状体３
３，３４は、タービン側の端部で開いており、この場所
で冷却空気のための入口を形成している。
【００１９】図１から分かるように、外側の環状体３４
の二重壁の間の環状室３５は、集合室１５から空気を直
接引き取る。効率的な対流冷却を受けて、空気は燃焼器
流に対する向流で、一次ゾーン３６に向かって流れる。
の二重壁の間の環状室３５は、集合室１５から空気を直
接引き取る。効率的な対流冷却を受けて、空気は燃焼器
流に対する向流で、一次ゾーン３６に向かって流れる。
【００２０】内側の環状体３３の二重壁の間の環状室３
７には、ボスディフューザ３８から空気が供給される。
このボスディフューザは、圧縮機のディフューザ２２に
続いて設けられていて、ドラムカバー２４と環状シェル
３９とによって制限されている。この環状シェルは、リ
ブ（図示せず）を介してドラムカバー２４に結合されて
いる。この環状室３７においても、空気は燃焼器流に対
する向流で、一次ゾーン３６に向かって流れる。
７には、ボスディフューザ３８から空気が供給される。
このボスディフューザは、圧縮機のディフューザ２２に
続いて設けられていて、ドラムカバー２４と環状シェル
３９とによって制限されている。この環状シェルは、リ
ブ（図示せず）を介してドラムカバー２４に結合されて
いる。この環状室３７においても、空気は燃焼器流に対
する向流で、一次ゾーン３６に向かって流れる。
【００２１】本発明によれば、高負荷された一次ゾーン
の壁の冷却は、冷却された個々の冷却セグメント４０に
よって行なわれる。周方向および軸線方向で相並んで配
置されたこれらの冷却セグメントは、一次ゾーン３６の
軸線方向の全長にわたって、流れを制限する一次ゾーン
の壁を形成している。個別の冷却は、圧力降下が僅かし
か生じないという利点を有している。この冷却作用は、
局所的な緒要件に適合させることができる。
の壁の冷却は、冷却された個々の冷却セグメント４０に
よって行なわれる。周方向および軸線方向で相並んで配
置されたこれらの冷却セグメントは、一次ゾーン３６の
軸線方向の全長にわたって、流れを制限する一次ゾーン
の壁を形成している。個別の冷却は、圧力降下が僅かし
か生じないという利点を有している。この冷却作用は、
局所的な緒要件に適合させることができる。
【００２２】熱高負荷されるこの冷却セグメント４０
は、耐高熱性の精密鋳造合金から成っている。これらの
冷却セグメント４０には、支持ギザ歯を備えた各２つの
基部４２が設けられており、これらの基部４２は、支持
構造体に設けられた対応溝に周方向で挿入されて懸吊さ
れている。これは、例えば案内羽根基部が羽根支持体に
固定されているのと似ている。同じく羽根支持体と類似
して、この支持構造体（以下、セグメント支持体４３と
呼ぶ）は、水平方向の分離平面と爪（図示せず）とを備
えた鋳造された２つの半部シェルから成っている。これ
らの爪によって、この支持構造体はタービンケーシング
内に支持されている。
は、耐高熱性の精密鋳造合金から成っている。これらの
冷却セグメント４０には、支持ギザ歯を備えた各２つの
基部４２が設けられており、これらの基部４２は、支持
構造体に設けられた対応溝に周方向で挿入されて懸吊さ
れている。これは、例えば案内羽根基部が羽根支持体に
固定されているのと似ている。同じく羽根支持体と類似
して、この支持構造体（以下、セグメント支持体４３と
呼ぶ）は、水平方向の分離平面と爪（図示せず）とを備
えた鋳造された２つの半部シェルから成っている。これ
らの爪によって、この支持構造体はタービンケーシング
内に支持されている。
【００２３】軸線方向では、このような３つの冷却セグ
メントが互いに隣接して配置されている（図２）。互い
のシールは、互いに隣接する２つの基部の間にシールコ
ードを挿入することによって容易に行なわれる。
メントが互いに隣接して配置されている（図２）。互い
のシールは、互いに隣接する２つの基部の間にシールコ
ードを挿入することによって容易に行なわれる。
【００２４】周方向で見て、相並んで配置された冷却セ
グメント４０の数は、フロントセグメント３１の数に相
当するので、各フロントセグメントと、壁に隣接するバ
ーナとに、１つの冷却セグメントが配属されている（図
３）。閉じられた冷却室４４を形成するために、これら
の冷却セグメントは、周方向で、やはり半径方向に延び
る壁４５を備えている。組付けに際しては、冷却セグメ
ントのこれらの壁同士が当接し合う。これらの壁の各端
面は、セグメント支持体４３の下面に向かってシールし
ている。
グメント４０の数は、フロントセグメント３１の数に相
当するので、各フロントセグメントと、壁に隣接するバ
ーナとに、１つの冷却セグメントが配属されている（図
３）。閉じられた冷却室４４を形成するために、これら
の冷却セグメントは、周方向で、やはり半径方向に延び
る壁４５を備えている。組付けに際しては、冷却セグメ
ントのこれらの壁同士が当接し合う。これらの壁の各端
面は、セグメント支持体４３の下面に向かってシールし
ている。
【００２５】燃焼室とは反対側、すなわち冷却室４４に
向いた側では、各冷却セグメント４０は、リブ状または
波状の表面４１を備えている。これらのリブは、周方向
に延びている（図２）。これにより、原則的には冷却空
気の流れ方向は、冷却室内部で規定される。
向いた側では、各冷却セグメント４０は、リブ状または
波状の表面４１を備えている。これらのリブは、周方向
に延びている（図２）。これにより、原則的には冷却空
気の流れ方向は、冷却室内部で規定される。
【００２６】冷却セグメントに冷却空気を供給するの
は、半径方向に向いた開口４６を介して行なわれる。こ
の開口は、セグメント支持体４３を貫通して、集合室１
５と、周方向に位置する前記冷却室４４の端部とを、壁
４５のできるだけ近くで接続している。この同じ冷却室
の反対側の端部には、やはりこの場所の壁４５の出来る
だけ近くで、流出開口４７がセグメント支持体に配置さ
れている。このような開口４６および流出開口４７は、
個別孔、または軸線方向でセグメント幅の大部分にわた
って延びる長孔であってよい。
は、半径方向に向いた開口４６を介して行なわれる。こ
の開口は、セグメント支持体４３を貫通して、集合室１
５と、周方向に位置する前記冷却室４４の端部とを、壁
４５のできるだけ近くで接続している。この同じ冷却室
の反対側の端部には、やはりこの場所の壁４５の出来る
だけ近くで、流出開口４７がセグメント支持体に配置さ
れている。このような開口４６および流出開口４７は、
個別孔、または軸線方向でセグメント幅の大部分にわた
って延びる長孔であってよい。
【００２７】流出開口４７は通路４８に開口しており、
この通路は、軸線方向全長に沿って、セグメント支持体
４３を貫通していて、両側で開いている。タービン側で
は、この通路は、外側の環状体３４の二重壁の間に設け
られた環状室３５に向かって開いている。図２に概略的
に示したように、この外側の環状体は、セグメント支持
体にフランジ結合されており、内壁の輪郭は冷却セグメ
ントの輪郭に適合している。バーナ側では、通路４８は
ヘッド室４９に向かって開いており、このヘッド室は、
カバー３０とフロントセグメント３１とによって制限さ
れている。このカバー３０は、やはりセグメント支持体
４３にフランジ結合されている。
この通路は、軸線方向全長に沿って、セグメント支持体
４３を貫通していて、両側で開いている。タービン側で
は、この通路は、外側の環状体３４の二重壁の間に設け
られた環状室３５に向かって開いている。図２に概略的
に示したように、この外側の環状体は、セグメント支持
体にフランジ結合されており、内壁の輪郭は冷却セグメ
ントの輪郭に適合している。バーナ側では、通路４８は
ヘッド室４９に向かって開いており、このヘッド室は、
カバー３０とフロントセグメント３１とによって制限さ
れている。このカバー３０は、やはりセグメント支持体
４３にフランジ結合されている。
【００２８】これら軸線方向の各通路４８には、周方向
にそれぞれセグメントが１つずつ配属している。これに
より、これらの通路は、セグメントの冷却空気と、二次
ゾーンに供給された冷却空気とを一緒に案内するのに役
立つ。したがって火炎管として形成された内側および外
側の両環状体３３，３４の、一次ゾーンに向いた出口
と、冷却セグメントの出口とは、通路４８を介して直接
燃焼器入口に開口しているので、冷却空気全体は、大き
な圧力降下なしに燃焼プロセスに供給される。
にそれぞれセグメントが１つずつ配属している。これに
より、これらの通路は、セグメントの冷却空気と、二次
ゾーンに供給された冷却空気とを一緒に案内するのに役
立つ。したがって火炎管として形成された内側および外
側の両環状体３３，３４の、一次ゾーンに向いた出口
と、冷却セグメントの出口とは、通路４８を介して直接
燃焼器入口に開口しているので、冷却空気全体は、大き
な圧力降下なしに燃焼プロセスに供給される。
【００２９】一次ゾーンの内側の壁を冷却するために
は、図３において冷却セグメント４０′で示した通り、
同様の手段が用いられている。
は、図３において冷却セグメント４０′で示した通り、
同様の手段が用いられている。
【００３０】もちろん、本発明は、図示の上記実施例に
限定されるものではない。本発明による燃焼器は、鉢状
構造の燃焼器の壁冷却においても同様に良好に使用でき
る。
限定されるものではない。本発明による燃焼器は、鉢状
構造の燃焼器の壁冷却においても同様に良好に使用でき
る。
【図１】ガスタービンを示した部分的な縦断面図であ
る。
る。
【図２】燃焼器の１次ゾーンの部分を示した拡大図であ
る。
る。
【図３】図２の３−３線に沿って示した燃焼器の１次ゾ
ーンの部分的な横断面図である。
ーンの部分的な横断面図である。
１ ガスタービン、 ２ 圧縮機、 ３ 燃焼器、 １
０ 機械軸線、 １１ロータ、 １２ 羽根支持体、
１３ タービンケーシング、 １４ 排ガスケーシン
グ、 １５ 集合室、 １６ 内側部分、 １７ 外側
部分、 １８流れリブ、 １９ ディフューザ、 ２０
バーナ、 ２１ 支持ベアリング、２２ ディフュー
ザ、 ２３ ドラム、 ２４ ドラムカバー、 ２５
環状通路、 ２６，２７ 部分円錐体、 ２８ スリッ
ト、 ２９ 燃料ノズル、３０ カバー、 ３１ フロ
ントセグメント、 ３２ 二次ゾーン、 ３３，３４
環状体、 ３５ 環状室、 ３６ 一次ゾーン、 ３７
環状室、 ３８ボスディフューザ、 ３９ 環状シェ
ル、 ４０，４０′ 冷却セグメント、４１ 波状の表
面、 ４２ 基部、 ４３ セグメント支持体、 ４４
冷却室、 ４５ 壁、 ４６ 開口、 ４７ 流出開
口、 ４８ 通路、 ４９ ヘッド室
０ 機械軸線、 １１ロータ、 １２ 羽根支持体、
１３ タービンケーシング、 １４ 排ガスケーシン
グ、 １５ 集合室、 １６ 内側部分、 １７ 外側
部分、 １８流れリブ、 １９ ディフューザ、 ２０
バーナ、 ２１ 支持ベアリング、２２ ディフュー
ザ、 ２３ ドラム、 ２４ ドラムカバー、 ２５
環状通路、 ２６，２７ 部分円錐体、 ２８ スリッ
ト、 ２９ 燃料ノズル、３０ カバー、 ３１ フロ
ントセグメント、 ３２ 二次ゾーン、 ３３，３４
環状体、 ３５ 環状室、 ３６ 一次ゾーン、 ３７
環状室、 ３８ボスディフューザ、 ３９ 環状シェ
ル、 ４０，４０′ 冷却セグメント、４１ 波状の表
面、 ４２ 基部、 ４３ セグメント支持体、 ４４
冷却室、 ４５ 壁、 ４６ 開口、 ４７ 流出開
口、 ４８ 通路、 ４９ ヘッド室
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平３−45816（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−1015（ＪＰ，Ａ)
特開 昭57−426（ＪＰ，Ａ)
特公 平２−29936（ＪＰ，Ｂ２)
米国特許4012902（ＵＳ，Ａ)
米国特許4288980（ＵＳ，Ａ)
英国特許出願公開2074308（ＧＢ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F23R 3/02 - 3/42
F02C 7/18
Claims (6)
- 【請求項１】 環状の燃焼室（３２，３６）を備えたガ
スタービンの燃焼器であって、燃焼室の壁が、バーナ
（２０）を備えた環状の横断面を有する燃焼器入口か
ら、ガスタービン（１）の入口にまで延びていて、ガス
タービンの圧縮機（２）から供給された空気流に取り囲
まれて、該空気流によって冷却されるようになってお
り、冷却空気が、タービンケーシング（３）によって制
限された集合室（１５）から少なくとも部分的に取り出
されるようになっている形式のものにおいて、 （イ） 燃焼室が一次ゾーン（３６）と二次ゾーン（３
２）とに分割されており、該一次ゾーンおよび二次ゾー
ンの、流れを制限する壁（４０，３３，３４）が、互い
に別個に、かつ互いに無関係に冷却されるようになって
おり、 （ロ） 一次ゾーン（３６）では、個別に冷却される複
数の冷却セグメント（４０）が、流れを制限する壁を形
成しており、該冷却セグメントがセグメント支持体（４
３）に挿入されて懸吊されており、該セグメント支持体
が、集合室（１５）に対する一次ゾーンの外側の制限部
を形成しており、 （ハ） 下流側に位置する二次ゾーン（３２）が、二重
壁を有する火炎管（３３，３４）によって制限されてお
り、該火炎管のタービン側の入口端部が開いていて、二
次ゾーンの冷却空気のための入口を形成しており、 （ニ） 一次ゾーン（３６）に向いた前記火炎管（３
３，３４）の出口端部と、一次ゾーンの冷却セグメント
（４０）の出口側の各部分とが、燃焼器入口に設けられ
たバーナ（２０）にのみ連通していることを特徴とす
る、ガスタービンの燃焼器。 - 【請求項２】 セグメント支持体（４３）に、一方では
セグメント冷却空気を導入するための、集合室（１５）
に連通する半径方向の開口（４６）が配置されており、
他方ではセグメント冷却空気と、二次ゾーンに供給され
た冷却空気とを一緒に導出するための、バーナユニット
に連通する軸線方向の通路（４８）が配置されている、
請求項１記載の燃焼器。 - 【請求項３】 セグメント支持体（４３）に設けられた
通路（４８）の数が、冷却セグメント（４０）の数に周
方向で相当する、請求項２記載の燃焼器。 - 【請求項４】 バーナ（２０）が、ダブルコーン構造の
予混合バーナであり、それぞれ２つのバーナが、各フロ
ントセグメント（３１）に半径方向で互いに上下して配
置されており、互いに隣接する複数のフロントセグメン
トが１つの環状体を形成しており、周方向で見て、相並
んで配置された冷却セグメント（４０）の数と、フロン
トセグメント（３１）の数とが所定の整数比を成してい
る、請求項１記載の燃焼器。 - 【請求項５】 周方向で見て、相並んで配置された冷却
セグメント(４０)の数が、フロントセグメント(３１)の
数に相当する、請求項４記載の燃焼器。 - 【請求項６】 軸線方向で互いに隣接して配置された少
なくとも３つの冷却セグメント（４０）が、一次ゾーン
（３６）にわたって延びている、請求項２記載の燃焼
器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH92119123.5 | 1992-11-09 | ||
| EP19920119123 EP0597137B1 (de) | 1992-11-09 | 1992-11-09 | Gasturbinen-Brennkammer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06213458A JPH06213458A (ja) | 1994-08-02 |
| JP3526895B2 true JP3526895B2 (ja) | 2004-05-17 |
Family
ID=8210217
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27937293A Expired - Fee Related JP3526895B2 (ja) | 1992-11-09 | 1993-11-09 | ガスタービンの燃焼器 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0597137B1 (ja) |
| JP (1) | JP3526895B2 (ja) |
| DE (1) | DE59208713D1 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998013645A1 (de) * | 1996-09-26 | 1998-04-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Hitzeschildkomponente mit kühlfluidrückführung und hitzeschildanordnung für eine heissgasführende komponente |
| DE59907940D1 (de) | 1998-03-10 | 2004-01-15 | Siemens Ag | Brennkammer und verfahren zum betrieb einer brennkammer |
| SE9801822L (sv) * | 1998-05-25 | 1999-11-26 | Abb Ab | Förbränningsanordning |
| DE59810344D1 (de) | 1998-07-27 | 2004-01-15 | Alstom Switzerland Ltd | Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenbrennkammer mit gasförmigem Brennstoff |
| EP1482246A1 (de) | 2003-05-30 | 2004-12-01 | Siemens Aktiengesellschaft | Brennkammer |
| WO2020245537A1 (fr) * | 2019-06-07 | 2020-12-10 | Safran Helicopter Engines | Procédé de fabrication d'un tube à flamme pour une turbomachine |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4012902A (en) | 1974-03-29 | 1977-03-22 | Phillips Petroleum Company | Method of operating a gas turbine combustor having an independent airstream to remove heat from the primary combustion zone |
| US4288980A (en) | 1979-06-20 | 1981-09-15 | Brown Boveri Turbomachinery, Inc. | Combustor for use with gas turbines |
| GB2074308A (en) | 1980-04-02 | 1981-10-28 | United Technologies Corp | Combustor liner construction |
-
1992
- 1992-11-09 EP EP19920119123 patent/EP0597137B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1992-11-09 DE DE59208713T patent/DE59208713D1/de not_active Expired - Lifetime
-
1993
- 1993-11-09 JP JP27937293A patent/JP3526895B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4012902A (en) | 1974-03-29 | 1977-03-22 | Phillips Petroleum Company | Method of operating a gas turbine combustor having an independent airstream to remove heat from the primary combustion zone |
| US4288980A (en) | 1979-06-20 | 1981-09-15 | Brown Boveri Turbomachinery, Inc. | Combustor for use with gas turbines |
| GB2074308A (en) | 1980-04-02 | 1981-10-28 | United Technologies Corp | Combustor liner construction |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06213458A (ja) | 1994-08-02 |
| EP0597137B1 (de) | 1997-07-16 |
| EP0597137A1 (de) | 1994-05-18 |
| DE59208713D1 (de) | 1997-08-21 |
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