JP3697093B2 - ガスタービン燃焼器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガスタービン燃焼器に関し、燃焼用空気の吸込の均一化を計り、燃焼効率を高めると共に、燃焼器の冷却性を向上させ、更に燃焼器のメインスワラーやパイロットコーン等の熱応力に弱い構造部分の取付構造を改善して高温度に影響されない構造とし、燃焼ガスの高温化に伴うガスタービン燃焼器の総合的な効率を高めるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１９はガスタービン燃焼器の全体を示す構成図である。図において、２０は燃焼器全体を示し、車室５０内に収納されている。２１はメイン燃料ノズルであり、円周状に複数本が配置され、油又はガスのメイン燃料が供給される。２２はパイロット燃料ノズルであり、複数本のメイン燃料ノズル２１の中心に配置され、メイン燃料ノズル２１に点火するものである。２３は燃焼室、２４は尾筒であり、燃焼室２３で燃焼した高温ガスが尾筒２４からガスタービンに導かれる。６２は圧縮機、６３は空気出口、６４はエアセパレータで外部の空気をガスタービンの翼へ冷却用として供給するもの、６５はガスタービンの静翼、６６はガスタービンの動翼である。
【０００３】
上記構成の燃焼器において、圧縮機６２からの空気４０は空気出口６３から車室内へ流入し、４０ａ，４０ｂで示すように燃焼器２０の周囲より燃焼器のステイで形成される空間から燃焼器２０内に流入し燃焼に供される。この時の空気４０の流れは空気出口６３に近い空気４０ａと空気出口６３から遠い空気４０ｂとでは流量、圧力が異なっており、燃焼器２０へ流入する空気は周囲により不均一となる。この結果燃焼器内筒内で空気に偏流が起こり、燃料の流れも不均一となってＮＯX 排出量が多くなる。
【０００４】
図２０は上記に説明のガスタービン燃焼器の全体を示し、このような燃焼器においては種々の解決すべき課題をかかえており、これらの構造部分を示した図である。図において、（Ｘ−１）及び（Ｘ−２）は燃料ノズルへの空気吸込部分、（Ｘ−３）はメインスワラーの取付構造部分、（Ｘ−４）はパイロットコーンの取付構造部分、（Ｘ−５）は尾筒の冷却構造部分であり、これらの各部はガスタービン燃焼器の高温化、高効率化に対し、種々の問題点が存在する。次にこれら各部分の現状の問題点について順次詳しく説明する。
【０００５】
まず（Ｘ−１）の空気吸込部分について説明する。図２１は燃焼ノズル部分の断面図であり、図において、圧縮機からの空気は４０ａ，４０ｂで示すように燃焼器２０の周囲より流入し、ステイ２５で形成される空間より燃焼器２０内に流入し、燃焼に供されるが、空気４０は圧縮機に遠い側の空気流れ４０ｂと圧縮機に近い４０ａとでは空間の形状、流路が異なっており、そのため燃焼室２３への空気流入量は周囲において不均一となり偏流が生じてしまう。空気の偏流が生ずると燃料の燃焼室内の流れも不均一となり、ＮＯX 量も多く発生する。従って、燃焼器への空気の流入は周囲において均一に流入することが要求される。
【０００６】
又、図２１の燃焼器はトップハット型を採用した燃焼器であり、車室５０には外筒ケーシング５１が燃料ノズルの挿入部分を覆って取付けられている。一方、図１９で示した燃焼器は空気吸込部分が円筒状の車室５０のケーシングで形成される空間に配置されている。図２１の例では空気吸込部分であるステイ２５の周囲は円筒状の外筒ケーシング５１で周囲が覆われ、外筒ケーシング５１がハット状に外側へ突出する形状となっている。この型式の燃焼器では車室５０の外筒ケーシング５１のセンタ６１と燃焼器センタ６０とは同一ではなく、外筒ケーシング５１に対して燃焼器が少し傾斜して取付けられている。この理由は詳しい説明は省略するが、内筒からの燃焼ガスが尾筒を通ってガスタービン燃焼通路へ導く際にそのガス流れにより温度分布をできるだけ均一にする必要があり、燃焼器の取付位置を最適に決定するために外筒ケーシング５１のセンタ６１から燃焼器センタ６０が傾斜している。
【０００７】
上記のような燃焼器の配置により、空気吸込部であるステイ２５の周囲は外筒ケーシング５１とステイ２５とで形成される空間の面積が異なっており、空気の吸込は周囲によって不均一となる原因となっている。この型式の燃焼器では、外筒ケーシング５１が整流筒の機能をある程度はたすので、図１９に示す燃焼器よりは燃焼器への空気の流れはある程度周囲では整流効果を有するが、吸込んだ空気が反転してステイ２５の周囲よりノズル部へ流入する流れを更に均一な流れとするために改善することが望まれていた。
【０００８】
次に（Ｘ−２）の空気吸込部分の問題点につき説明する。図２２は上記に説明の燃焼器１０の内筒部分の側面図である。図において内筒２８内には高温燃焼ガス１６１が流れており、高温となるので、周囲には図示省略の細かい冷却孔が多数設けられており、これら冷却孔より流入した空気も内筒２８を冷却した後、内部に流入し、燃焼ガス中に混入される。一方、燃焼ガス中には内筒２８内で未燃分の燃料が残っており、この未燃分があるとＮＯX の発生量が多くなるので、これを燃焼させる必要がある。そのために内筒２８には図示のように空気孔１０−１，１０−２，１０−３が設けられており、これら空気孔１０−１，１０−２，１０−３はそれぞれ各位置において円周方向に均等に６カ所ずつ配分されている。
【０００９】
上記構成の内筒においては、メイン燃料ノズル２１で燃焼した高温燃焼ガス１６１は内筒２８内を流れ、尾筒２４へ流出するが、高温燃焼ガス１６１には未燃分の燃料が存在するので最初の空気孔１０−１の周囲６ヶ所及び２列目の空気孔１０−２の周囲６ヶ所から空気１３０がそれぞれ流入し、内筒２８内で未燃分の燃焼に供される。更に、後流の３列目の空気孔１０−３の周囲６ヶ所から空気１３１が流入し、空気１３０の流入でも未だ燃焼しない残りの未燃カーボン分を燃焼させるようにしている。
【００１０】
燃焼器２０に流入する空気量は、燃焼器のノズル部で燃焼に供されるために流入する空気と、冷却のために内筒周囲の細孔より流入する空気と、前述の空気孔１０−１，１０−２，１０−３から流入する空気１３０，１３１が全量の空気である。これら全量の空気を１００％とすると従来の燃焼器では一例として空気孔１０−１，１０−２の流入量はそれぞれ約１４％程度、空気孔１０−３から流入する空気量は約１９〜２０％程度である。これらを空気孔１０−１，１０−２，１０−３の比率で表すと１：１：（１．３〜１．４）程度となっており、内筒２８の後段の空気孔１０−３から流入する空気量が多くなっている。しかしながら空気孔１０−３から流入する空気が過多になると、燃焼されずに高温燃焼ガスの火炎を冷却することになり、これにより有色の煙が発生してしまう。
【００１１】
次に、（Ｘ−３）のメインスワラー部分の問題点について説明する。 従来のガスタービンのマルチ型予混合燃焼器においては、中央に位置するパイロットスワラーの周囲に８個のメインスワラーを配置し、これらメインスワラーを１．６mm前後の薄板固定片で燃焼器本体周囲に溶接で固定して取付けている。図２３はこのような従来の燃焼器のスワラー部分を示す図、図２４は図２３におけるＨ−Ｈ矢視図である。これら図において２０は燃焼器本体、３１は中心のパイロットスワラーであり、先端にコーン３３が取付けられている。３２はメインスワラーであり、パイロットスワラー３１の周囲に８個が配置されている。３４は円形の基板であり、中心部にパイロットスワラー３１を挿通し、支持する穴、その周囲にはメインスワラー３２を挿通し支持する８個の穴が明けられており、その周囲は燃焼器本体２０の内壁に溶接で固定されている。
【００１２】
３５は固定金具であり、板金製で、図２４に示すようにそれぞれ８個のメインスワラー３２を燃焼器本体２０の端部周囲３６の内壁にそれぞれ溶接で固定している。図２４のＨ−Ｈ矢視図において、メインスワラー３２が燃焼器の端部周囲３６に固定金具３５で取付けられている状態を示している。メインスワラー３２には図示省略しているが、メイン燃料ノズルの先端が挿通され、中心のパイロットスワラー３１にはパイロット燃料ノズルが挿通されており、メイン燃料ノズルから噴射される燃料は、パイロットスワラー３１のコーン３３からの空気と混合してパイロット燃料ノズルからのパイロット燃料の燃焼により、点火されて燃焼に供される。このような燃焼器本体２０はガスタービンの車室内のロータ周囲に数１０個、例えばロータ周囲に円形に１６個が配置され、高温の燃焼ガスをガスタービンの燃焼ガス通路に供給し、ロータを回転させるものである。
【００１３】
このような溶接構造のガスタービンにおいては、運転中の振動や熱応力によって変形を生じ、固定金具３５の溶接部に割れが生じ、補修作業を行う必要が度々発生し、固定金具３５の取替えや溶接作業をしなければならない。この固定金具３５の取付部は溶接の作業スペースに乏しく、良好な溶接を施工するには悪条件であり、作業者に高度の技能を要求することになる。又、溶接構造であるため製造時の加工精度に問題があり、取付け時の微調整ができず、精度を維持するのに限度があった。
【００１４】
次に、（Ｘ−４）のパイロットコーン部分の問題点について説明する。図２３で説明の燃焼器においてはメインスワラー３２の中心部にはメインノズルが挿通され、メインノズルから噴出するメイン燃料にメインスワラーからの空気とを予混合させ、一方パイロットスワラー３１の中心部にはパイロットノズルが挿通され、パイロットノズルからのパイロット燃料とパイロットスワラ−３１からの空気とでパイロット燃料を燃焼させ、燃焼筒内でメイン予混合燃料に点火させ、燃焼させて高温の燃焼ガスを発生させる。
【００１５】
図２５は図２３におけるパイロットコーン３３の詳細を示す図で従来のパイロットコーンの取付部の断面図である。図において、パイロットコーン３３の周囲にはコーンリング３８が溶接Ｗ２で取付けられている。コーンリング３８は基板３９と一体の取付材３９ｂに溶接Ｗ１で取付けられている。パイロットコーン３３は又基板３９の円筒部３９ａ内に挿入され、溶接Ｗ３で基板３９に固定されている。パイロットスワラー３１の端部３１ａはパイロットコーン３３に挿入され、溶接Ｗ４でパイロットコーン３３と結合されている。なお、矢印は溶接方向を示している。このようにパイロットコーン３３はコーンリング３８を介した溶接Ｗ１及び溶接Ｗ３とで基板３９に取付けられ、パイロットスワラー３１は溶接Ｗ４でパイロットコーン３３と結合されている。基板３９は前述のように中心のパイロットスワラー３１及びパイロットコーン３３と８個のメインスワラー３２を上記のように溶接で固定し、基板ブロックに保持している。
【００１６】
上記に説明の溶接取付構造においては、その組立順序はまず、コーンリング３８が基板３９の取付材３９ｂ周囲に溶接Ｗ１で取付けられ、次にパイロットコーン３３を溶接Ｗ２でコーンリング３８に取付ける。続いてパイロットコーン３３の端部周囲を溶接Ｗ３で基板３９に取付ける。その後パイロットスワラー３１をパイロットコーン３３端部に挿入し、周囲を溶接Ｗ４でパイロットコーン３３に取付けている。従ってこの溶接構造ではパイロットコーン３３を取外す場合には溶接Ｗ２とＷ３，Ｗ４を取外す必要があるが、溶接Ｗ２，Ｗ３の場所はメインスワラー３２が配置されており、狭くて作業スペースがなく、そのため基板ブロック全体を解体しなければならない。そのために溶接の精度も低下し、高温ガスの熱応力の影響を受けやすくなっている。
【００１７】
パイロットスワラー３１やパイロットコーン３３は絶えず高温の燃焼ガスの影響を受け、前述のようにその基板ブロックは薄い板全構造であり、熱応力の歪によって溶接個所の割れが生じ、再々補修作業を行う必要があり、高度な溶接作業が要求されており、このような溶接構造の改善が望まれていた。
【００１８】
次に、（Ｘ−５）の尾筒冷却部分の問題点について説明する。近年のガスタービンの高温化に伴い燃焼ガスが１５００°Ｃ程度の高温度となる燃焼器が実現するようになってきており、その冷却方式も空気冷却方式から蒸気冷却方式の採用が検討されている。図２６は蒸気冷却方式の代表的な燃焼器の一例を示す図であり、本出願人が開発したものである。図２６（ａ）において、２０は燃焼器本体であり、燃焼筒と尾筒２４からなっている。２２は燃焼筒の中心部に配置されたパイロット燃料ノズル、２１はメイン燃料ノズルであり、パイロット燃料ノズル２２の周囲に８本が配置されている。２６はメイン燃料供給口であり、メイン燃料ノズルに燃料１４１を供給するもの、２７はパイロット燃料供給口であり、パイロット燃料ノズル２２へパイロット燃料１４０を供給するものである。
【００１９】
１２５は冷却蒸気供給管で冷却用の蒸気１３３が供給される。１２６は冷却蒸気回収管で、燃焼器の尾筒２４を冷却した冷却後の蒸気１３４を回収する管である。１２７は冷却蒸気供給管であり尾筒出口部より冷却用蒸気１３２を供給し、後述するように尾筒２４を冷却するためのものである。
【００２０】
図２６（ｂ）は尾筒２４の壁の一部を示し、壁２０ａ内部には多数の蒸気通路１５０が設けられており、これら通路の内部を蒸気が通って壁２０ａ内を冷却する構造となっでいる。図２６（ｃ）は（ｂ）におけるＪ−Ｊ断面図であり、蒸気通路１５０には蒸気供給穴１５０ａと蒸気回収穴１５０ｂとが設けられ、蒸気が供給され、蒸気通路１５０内を流れて壁２０ａを冷却し、冷却後の蒸気が回収される。
【００２１】
上記構成の燃焼器においてメイン燃料１４１はメイン燃料供給口２６から８個のメインノズル２１に供給され、一方パイロット燃料１４０はパイロット燃料供給口２７からパイロットノズル２１に供給され燃焼し、周囲のメインノズル２１から噴出する燃料に点火させてメイン燃料が燃焼し、その燃焼ガスは燃焼筒から高温の燃焼ガスとなって尾筒を通り、図示省略のガスタービンの燃焼ガス通路へ供給され、動翼・静翼間を流れて仕事をしてロータを回転させる。このような燃焼器はロータ周囲に複数個、機種や型式により異なるが例えば、１６個が配置されており、各燃焼器の尾筒２４出口においては１５００°Ｃ程度の高温ガスが通過しており、そのため燃焼器本体２０は空気又は蒸気で冷却する必要がある。
【００２２】
図２６における燃焼器では蒸気冷却方式を採用しており、図示省略の蒸気源から抽気された冷却用蒸気１３２，１３３はそれぞれ冷却蒸気供給管１２５，１２７から供給され、尾筒２４の壁２０ａ内に設けられた複数の蒸気通路１５０内を流れ、壁面を蒸気で冷却しながら冷却蒸気回収管１２６に集り、冷却により高温となった蒸気は回収蒸気１３４として回収され、図示省略の蒸気源に戻され、有効利用される。
【００２３】
図２７は図２６（ａ）におけるＫ−Ｋ矢視図であり、尾筒２４の出口部を示し、１６０は燃焼ガス通路で１５００°Ｃ程度の高温の燃焼ガスが放出される。出口部の周囲にはガスタービン燃焼ガス通路と接続するためのフランジ７１が形成されている。図２８は図２７におけるＬ−Ｌ矢視図であり、従来の尾筒出口部の蒸気冷却構造を示している。図において壁２０ａ内には前述したように多数の蒸気通路１５０が平行に設けられ、蒸気通路１５０のフランジ７１側にはキャビティ７５が全周に設けられており、多数の蒸気通路１５０はこのキャビティ７５に連通している。
【００２４】
尾筒外周囲の壁２０ａとフランジ７１との間の全周囲には部材７２で覆われてマニホールド７３が形成され、マニホールド７３とそれぞれの蒸気通路１５０とは蒸気供給穴７４で連通している。蒸気通路１５０のフランジ７１側はキャビティ７５に連通しており、キャビティ７５はフランジ７１の内周部に形成されている。
【００２５】
上記の蒸気冷却構造において、燃焼ガス通路１６０内には１５００°Ｃ程度の高温の燃焼ガス１６１が流出しており、一方、外側のマニホールド７３側の車室の空気温度は４００〜４５０°Ｃ程度である。高温の燃焼ガス１６１にさらされる壁２０ａの内周面と出口部の内周面はマニホールド７３より蒸気供給穴７４を通り、蒸気通路１５０に流入する冷却用蒸気１３２で充分に冷却されているが、キャビティ７５内の蒸気は高温の燃焼ガス１６１にさらされない２０ｂの部分も冷却しており、更に２０ｃの部分はマニホールド７３内の蒸気でも冷却されている。従って内側の壁２０ａに比べ、２０ｂ，２０ｃの部分は過冷却となっており、両者の間で熱応力に差が生じてこの部分の周囲に無理な力が発生し、場合によっては割れ、等が発生する恐れがある。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように従来のガスタービン燃焼器においては、図２０に基づいて説明したように、（Ｘ−１）及び（Ｘ−２）の空気吸込部分での空気吸込の不均一性、（Ｘ−３）のメインスワラーの取付部及び（Ｘ−４）のパイロットコーンの取付部での溶接組立の加工順序及び加工精度に伴う熱応力の影響、（Ｘ−５）の尾筒冷却部分の冷却の不均一性による熱応力の影響等が、ガスタービン燃焼器の高温化、高効率化を促進するための障害となっており、実用化するためには、これら（Ｘ−１）〜（Ｘ−５）の各部でのより一層の改善が強く望まれていた。
【００２７】
そこで本発明では、ガスタービン燃焼器の高温化による性能向上において、燃焼器における（Ｘ−１）の空気吸込部分での空気の吸込を均一化すると共に燃焼用空気量の最適化を計り、（Ｘ−４）のパイロットコーン部分の熱応力の特に厳しい部分での熱応力の影響を緩和させる取付構造を採用し、更に（Ｘ−５）の尾筒冷却部分での冷却の均一性を確保できる冷却構造を採用することにより、燃焼器の高温化に伴う障害を総合的に解決して高性能化を実現することのできる燃焼器を提供することを課題としてなされたものである。また、併せ（Ｘ−２）、（Ｘ−３）における問題解決も検討した。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述の課題を解決するために次の（１）乃至（３）の手段を提供する。
【００２９】
（１）第１の手段は、下記のガスタービン燃焼器を提供する。
すなわち、燃料の入口側から順次連接された燃焼器内筒、接続筒、及び尾筒で構成され、前記内筒の中心にはパイロットスワラー、その周囲に複数のメインスワラーがそれぞれ配置され、且つ同パイロットスワラー及びメインスワラーの先端部がそれぞれ円形の基板に挿通されるとともに同基板は前記内筒の内周面に固定され、前記尾筒の出口部はガスタービン入口部に連結されて構成されたガスタービン燃焼器において、前記内筒には燃焼器への空気流入を均一にする空気流入手段、前記パイロット又はメインスワラーには保持手段及び前記尾筒出口部には冷却手段をそれぞれ具備した。
【００３０】
上記の構成により、空気流入手段が燃焼器へ流入する空気を均一に流入させるので燃焼が良好となり、ＮＯx の発生量も少く、燃焼によって生ずる白煙も抑えることができる。本発明ではガスタービンの高温化に伴う燃焼の均一性や、熱応力の厳しい部分の構造部分の改良、尾筒出口部での熱応力の発生を防ぐ冷却構造を採用することによりガスタービン燃焼器の燃焼ガスの高温化による性能向上が可能となるものである。
【００３１】
また、前記空気流入手段は、前記燃料入口側の内筒周囲を、所定の間隔を保って取り付けられた複数のステイによって所定の空間を保って覆って設けられた整流筒を有し、同整流筒はフランジでボルト連結される２分割で構成される円筒形状であり、一端が前記車室壁に固定され、他端が開口している。
【００３２】
そのため、圧縮機からの空気は整流筒の他端の開口から燃焼器周囲に流入し、この整流筒と燃焼器内筒周囲との一定の隙間を通り整流されて周囲において均一な流入量となり、複数のステイで形成される隙間から燃焼室内に流入する。流入した空気は周囲において一様な流れであり、空気の偏流がなくなり、ノズル出口での燃料濃度も均一となって良好な燃焼がなされ、ＮＯX 量の増加も抑えることができる。又、上記整流筒は燃焼器の空気流入部の周囲の車室内空間が広い型式の燃焼器や、空気流入部分の周囲がケーシングで覆われている、いわゆるトップハット型の燃焼器のいずれにも適用することができ、同様の効果を奏することができる。
【００３３】
そしてさらに、前記整流筒の一端周囲には、径が徐々に縮小する傾斜部を有するガスタービン燃焼器である。
【００３４】
したがってさらに、整流筒の一端周囲が径が小さくなる傾斜部を有しているので、流入した空気はこの傾斜部の周面に当たり、流れをスムーズに燃焼室内へ向く流れに変えるため均一な空気の流れが燃焼器の中心部に向かって流れ、整流効果が増して上記の均一な空気の流れの効果がより一層確実となるものである。
【００３５】
（２）第２の手段としては、上記の第１の手段のガスタービン燃焼器において、前記保持手段は、前記パイロットスワラー出口側のコーン入口側端部の外径がほぼ前記パイロットスワラーの出口端部外径と等しく同コーン入口端部は同パイロットスワラー出口端部と当接し、コーン内側から溶接を施して同パイロットスワラーとコーンとが結合されて構成されているガスタービン燃焼器を提供する。
【００３６】
第２の手段においては、パイロットスワラーやメインスワラーの熱応力の影響を最も受けやすい構造部分の熱応力を吸収し、補修点検が容易で高精度の溶接が可能な構造とすることにより溶接割れ、等の不具合を抑えることができる。又、パイロットスワラーが基板中心の円筒部に挿通され、パイロットコーンの後端が当接し、パイロットコーンの内側から溶接が施され結合されている。従ってパイロットコーンが運転中に焼損し、その取り替えが必要となった場合にはパイロットコーンの内側から溶接部を取外し、コーンと基板の取付材との溶接も内側から外すことにより、パイロットコーンのみを容易に取出すことができ、その取り替え作業も容易になされる。従来はパイロットコーンを取外す場合には基板ブロックごとにスワラー全体を分解しないと取外すことができなかったが、本発明ではパイロットスワラーを基板に取付けた後パイロットコーンを後付けで溶接する構造とし、この溶接もコーンの内側より施され、取外しを容易な構造としたので補修、取り替えを可能とし、作業性も改善される。このような溶接構造によれば作業性が良いので溶接の精度も向上し、ガスタービンを高温化に対して信頼性が向上する。
【００３７】
（３）また、第３の手段として、第１の手段のガスタービン燃焼器において、前記冷却手段は、前記尾筒出口部の外周囲を覆い端部フランジとで密閉した蒸気用マニホールドを形成し、前記尾筒を構成する壁内部に前記接続筒側から前記尾筒端部フランジ近辺まで延びる複数の蒸気通路を形成し、同複数の蒸気通路は前記端部フランジ近辺内部全周に形成したキャビティに連通すると共に前記蒸気用マニホールドに連通させて構成され、前記蒸気用マニホールドは内部をリブで仕切り、一方の前記端部フランジ側を空洞とし、同空洞は少くとも前記キャビティの外側を覆うように構成し、他方を蒸気用としたガスタービン燃焼器を提供する。
【００３８】
第３の手段においては、尾筒の冷却手段により、蒸気冷却を採用する場合には、尾筒出口部の冷却の不均一性をなくし、出口端部を均一に冷却して熱応力による割れ、等を防止することができる。また、フランジ側外周囲に空洞が設けられており、この空洞がキャビティの外側を覆っている。従って、キャビティの外側が空洞内の空気層に接することとなり、蒸気用マニホールドの蒸気で冷却されることがない。従来はこの部分がキャビティ内の蒸気とマニホールド内の蒸気とで冷却され、過冷却となっており、尾筒出口部の内周面と外側構成部品との間で温度差が生じ、熱応力が発生したが、本発明では過冷却をなくしたので尾筒出口部構成部品の温度差を軽減し、熱応力の緩和を図ることができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。本発明の構成は、先に図２０で説明したガスタービン燃焼器の諸問題を解決したものであり、図１はその全体の構成を示している。図１において（Ｘ−１）部分を実施の第１形態、（Ｘ−２）部分を検討例１、（Ｘ−３）部分を検討例２、（Ｘ−４）部分を実施の第２形態、（Ｘ−５）部分を実施の第３形態とし、以下に順を追って詳しく説明する。
【００４０】
まず、燃焼器の（Ｘ−１）部分である実施の第１形態について、図２乃至図６により説明する。図２は本発明の特徴である整流筒を装着した図であり、図３は図２におけるＡ−Ａ断面図、図４は整流筒の斜視図である。まず図２において、燃焼器２０は車室５０内に収納されており、内筒２８には周囲に所定間隔を保って複数のステイ２５が取付けられている。これらステイ２５の周囲には所定の空間を保って整流筒１１がかぶせられている。整流筒１１は、ステイ２５の先端部付近で車室５０側に整流筒１１の取付フランジ５によって、ボルト６により取付けられ、固定されている。
【００４１】
図３において整流筒１１は半円形状の円筒１、円筒２を組合せて構成されている。円筒１にはフランジ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ（図２参照）が設けられ、同様に円筒２にもフランジ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ（４ｂ，４ｄは図示省略）が設けられている。これらフランジは３ａと４ａ、３ｂと４ｂ、３ｃと４ｃ、３ｄと４ｄとがそれぞれ合わされてボルトナット７で連結され、円筒状の整流筒１１を構成している。
【００４２】
円筒状の整流筒１１の一端周囲には、図３に示すように複数の取付フランジ５が形成されており、図２に示すように車室５０側にボルト６により取付けられている。又、整流筒１１の他端は空気の流入側として開口している。整流筒１１の取付フランジ５側も開口しているが、この開口部にはメイン燃料ノズル２１、パイロット燃料ノズル２２が挿通されている。このような形状の整流筒１１のみの外観を図４に示している。
【００４３】
上記構成のガスタービンの燃焼器においては、圧縮機からの空気４０ａ，４０ｂは燃焼器２０の内筒２８周囲を通り、内筒２８と整流筒１１との一定の隙間から流入し、整流筒１１の傾斜して径が縮小する傾斜部１１ａの周囲で流れが変えられて整流され、スティ２５が形成する隙間から一様な流れとなって流入し、内筒２８内に均一に流入する。
【００４４】
従来はこのような整流筒１１がなかったので燃焼器の周囲より流入する空気は車室５０の壁面と燃焼器との広い空間からステイ２５の隙間へ流入するため、流入する場所によって空間部が広い所や狭い所があり、流入する空気も均一には流入しなかった。
【００４５】
これに対し、本実施の形態のように、整流筒１１により空気が流入するステイ２５の隙間周囲を一定の空間を保って覆い、空気が一定の圧力、速度を保った状態でこの空間部を通り、ステイ２５で形成される隙間より燃焼器内へ流入し、かつ整流筒１１の傾斜部１１ａでその流れ方向をなめらかに変えて内部に均一に流入するので、内筒２８への空気が偏流することなく、燃焼器２０のノズル出口での燃料濃度の均一化が計れ、これによりＮＯX 発生を抑えることができる。
【００４６】
図５は本発明の実施の第１形態の他の例を示し、整流筒１１をトップハット型の燃焼器に適用したものである。図５において車室５０には外筒ケーシング５１が外側に突出して設けられており、燃焼器の内筒の取付部を構成している。このような燃焼器取付構造は一般にはトップハット型と呼ばれており、燃焼器のメイン燃料ノズル周囲で内筒を支持しているステイ２５の周囲を外筒ケーシング５１及び外筒ケーシング蓋５１ａとで囲んで覆っている。このような外筒ケーシング５１は燃焼器の数だけロータ周囲に突出して配置され、車室５０の延長部分を構成している。
【００４７】
整流筒１１は円筒形状で、前述のように２分割で構成されている。整流筒１１には円形状に取付フランジ５が形成されており、所定の間隔でボルト６により内筒取付フランジ５２に連結され、取付フランジ５に続く部分に傾斜部１１ａが形成されている。整流筒１１は円筒形状であり、燃焼器センタ６０と同軸に取付けられ、外筒ケーシング５１の内周壁面と接触しない程度の隙間を保ってステイ２５の周囲を均一の寸法となるように覆い、空気吸込空間を覆っている。
【００４８】
上記構成の燃焼器において、圧縮機からの空気８０は整流筒１１の開口部より流入し、整流筒と内筒間の隙間の周囲で均一な流れ８０ａとなって傾斜部１１ａとステイ２５とで形成される空間内に反転して８０ｂとして流入する。この流れ８０ｂの反転は整流筒１１の傾斜部１１ａより流れ８０ｂがスムーズに方向を変えて空間内へ流入するのでスワラー部に均一な流れとなって流入し、均一な旋回流を生成し、燃焼性能を良好にする。
【００４９】
図６は本発明の実施の第１形態における更に別の応用例を示したもので、燃焼器のトップハットの構造部が分割された構造である。即ち、外筒ケーシング１５１には外筒ケーシング蓋１５１ａが取外し可能にボルト１５２で取付けられており、ボルト１５２を外し、外筒ケーシング蓋１５１ａを燃焼器ごと一体的に取外し可能とした構造である。
【００５０】
図６において整流筒１１は取付フランジ５が内筒取付フランジ５２と一体的にボルト１６により外筒ケーシング蓋１５１ａに締付けられた構成となっており、整流筒１１を取付けるための専用のボルトが不要となり、その分取付部の構造が簡素化される。その他の構成は図５と同じであり、図５の例と同様の効果を奏するものである。
【００５１】
次に、図１における燃焼器の（Ｘ−２）部分である検討例１について、図７乃至図１０により説明する。図７は燃焼器の内筒部分を示し、図において内筒２８内には、パイロットノズル及びメインノズルからの燃料が空気と共に燃焼し、高温燃焼ガス１６１となって流入する。内筒２８には従来と同じように前流側に空気孔１０−１が周囲６ヶ所に均等に設けられ、又空気孔１０−１の後流側にも空気穴１０−２が周囲６ヶ所に均等に配置されており、これらの空気孔１０−１，１０−２の配置は図２２に示す従来例と同じである。本検討例１では後流側の空気孔１０−３は周囲に３ヶ所のみ設けられ、従来の６ヶ所より少なくなっている。
【００５２】
図８は空気穴１０−３の配置を示す図であり、（ａ）は図７におけるＢ−Ｂ断面図、（ｂ）は（ａ）の変形例を示す図である。図８（ａ）において、内筒２８の周囲には空気孔１０−３ａ，１０−３ｃ，１０−３ｄが均等に３ヶ所配置されている。図８（ｂ）は同じく３ヶ所の空気孔を均等に配置するために、従来の６ヶ所の空気孔１０−３ａ，１０−３ｂ、１０−３ｃ，１０−３ｄ，１０−３ｅ，１０−３ｆのうち１０−３ｂ，１０−３ｄ，１０−３ｆを栓１４でふさぎ、１０−３ａ、１０−３ｃ、１０−３ｅのみ残して図８（ａ）と同じ配置の３ヶ所としたものである。
【００５３】
図９は図８（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図であり、空気孔１０−３ｂには、この孔径よりもやや小さな径を有し、周囲にフランジ１４ａを有する栓１４が嵌入され、溶接等で固定されてふたをして空気孔１０−３ｂを閉じた状態を示している。このような栓１４を用いると従来の内筒をそのまま用い、改修により本検討例１の構成が容易に得られる。
【００５４】
上記構成の検討例１においては、燃焼器２０全体に流入する空気は、従来例でも説明したように、ノズル部に流入して燃焼に供される空気、内筒表面の細孔より流入して内筒を冷却する空気及び空気孔１０−１，１０−２，１０−３より導入される空気で全量となっている。この全量の空気を１００％として空気孔１０−１，１０−２から流入する空気量はそれぞれ従来と同じ１４％程度とし、空気孔１０−３から流入する空気量は、従来の６ヶ所の空気孔から３ヶ所に減少し、７〜１２％程度となるように押えている。
【００５５】
これらの空気孔１０−１，１０−２，１０−３を従来と同様に比率で表すと１：１：（０．５〜０．８５）程度の比率となり、従来の１：１：（１．３〜１．４）と比べると内筒後流側の空気孔１０−３から流入する空気流入量をほぼ半減している。この結果、内筒２８の後流側の空気孔１０−３から流入する空気１３１は、高温燃焼ガス１６１で未燃となったカーボンを燃焼させるのに充分消費されるが、高温燃焼ガスが冷却される程多くはない適量の空気量となり、その結果、燃焼効率が良好となり、排ガスからの青色の煙の発生が防げるようになる。
【００５６】
上記の検討例１により発生する煙の色を従来の燃焼器と比較して図１０に示す。図において、横軸は負荷、縦軸は煙の可視程度を示す数値（ＢＳＮ）であり、この数値が大きい程煙の色が人間の眼で識別されやすくなって色が濃くなり、この数値が小さい程見えにくく、煙の色が薄いことを示している。この結果によれば、図２２に示す従来の構造の燃焼器による煙の色Ｘ2 よりも本検討例１の煙の色Ｘ1 の方がより煙の色が薄くなり、煙の発生を抑える効果があることがわかる。
【００５７】
次に図１における燃焼器の（Ｘ−３）部分である検討例２について図１１乃至図１４により説明する。図１１において燃焼器本体２０には中心にパイロットスワラー３１とその先端のコーン３３が配設されており、その周囲に８個のメインスワラー３２が配置され、円形状の基板３４にこれらスワラー３１，３２が取付けられ、基板３４の周囲は燃焼器本体２０の内壁に溶接されている。これらの構造は従来のものと同じである。又、メインスワラー３２の外周部にはブロック１７が取付けられ、メインスワラー３２の端部は、ボルト１２が座金１３を介して燃焼器本体２０の端部周囲３６の外側からブロック１７に挿通されて螺合し、固定されている。
【００５８】
図１２は上記のＤ部の拡大図であり、メインスワラー３２にはブロック１７が溶接で取付けられており、燃焼器本体２０の端部周囲３６の内壁には取付用の肉盛を行った取付座３６ａが形成され、又、対応する端部周囲３６の外表面には座金１３が当接する凹部３６ｂが形成され、ボルト１２が座金１３を介して端部周囲３６に明けられたボルト穴より挿入され、ブロック１７に螺合してメインスワラー３２を燃焼器本体２０に固定している。
【００５９】
図１３は図１１におけるＥ−Ｅ矢視図であり、ブロック１７は８個のメインスワラー３２のそれぞれの周囲に沿って溶接で取付けられており、各メインスワラー３２のブロック１７はそれぞれ２本のボルト１２で燃焼器本体２０の端部周囲３６に固定されている状態を示している。各２本のボルト１２は共通の１個の座金１３を介してブロック１７に螺合されている。
【００６０】
図１４は図１３におけるＦ部を示し、ボルト１２、座金１３の拡大詳細図であり、凹部３６ｂは端部周囲３６の外表面に曲面ではなく直線状の座を形成しており、座金１３は直線形状の平板からなり２本のボルト１２はそれぞれ平行に穿設されたボルト穴３６ｃに挿通され、ブロック１７に螺合してブロック１７に取付けられたメインスワラー３２を燃焼器本体２０に支持している。又、廻り止め溶接１８によりボルト１２の廻り止めが施されている。このような構造にすることによりボルト取付部の製作を容易にし、座金１３がフラットで凹部３６ｂに当接しているので、ボルトのゆるみや廻り止めに対し効果的となる。更に、加工、取付精度も良好にすることができる。
【００６１】
以上説明したように、従来のガスタービン燃焼器においては、運転中の振動や熱応力等でメインスワラー３２を取付けている固定金具３５の溶接部に割れが生ずることが多く、又、薄肉板金の溶接構造であり、取付、組立上の精度に問題があり、更に溶接部と板金の残留歪みにより変形が生じ、メインスワラー３２とその内部のメインノズルとが接触し、摩耗を増長させていた。更に、又固定金具３５の取付部は溶接の作業スペースに乏しく、良好な溶接を施工する困難で高い技能が要求されている。
【００６２】
これに対し、本検討例２の構造によれば、ボルト１２と座金１３とによりメインスワラー３２に固定されたブロック１７に結合するようにしたので組立精度も向上し、溶接による歪み、等もなく、又、狭い場所での溶接作業も不要となる。又平板状の座金１３を凹部３６ｂに当接させ、２本のボルト１２でメインスワラー３２を燃焼器本体２０に固定するのでボルト１２のゆるみがなく、正確な位置調整が可能となる。更に取換え等のメインテナンスも容易となり、上記の欠点がすべて改善されるものである。
【００６３】
次に、図１における燃焼器の（Ｘ−４）部分である実施の第２形態について図１５乃至図１７により説明する。図１５は燃焼器内のパイロットコーンの取付部を示し、図２３の従来例に相当する図であり、図１６は図１５におけるＧ部詳細図である。図１６は燃焼器のパイロットコーン取付構造を示す断面図であり、図１５におけるＧ部詳細に相当する図であり、図２５に示す従来のものと対応する図である。
【００６４】
図において、パイロットスワラ３１、パイロットコーン３３、メインスワラー３２、基板３９、円筒部３９ａ、取付材３９ｂ、コーンリング３８は図２５に示す従来の構造と同じ機能を有するので同一の符号を用い、詳しい説明は省略し、そのまま引用して説明するが、本発明の特徴部分は符号３１ａ，３３ａで示す形状部分、及び溶接Ｘ１〜Ｘ４の部分にあり、以下に詳しく説明する。
【００６５】
図１６において、パイロットスワラー端部３１ａは、従来はパイロットコーン３３ａの端部内周囲に接して挿入される構造であったが、本発明では基板３９の円筒部３９ａに挿入する構造としている。そのためにパイロットコーン３３の端部３３ａは、従来の基板３９の円筒部３９ａよりも長い円筒部を有し、本発明では、パイロットコーン端部３３ａはパイロットスワラー３１の端部３１ａの外径とほぼ等しくし、３１ａの周端部に接して溶接される構造である。
【００６６】
上記の溶接構造において、組立順序はまず、パイロットスワラー３１が基板３９の円筒部３９ａ内に挿入され、溶接Ｘ１でその周囲に取付けられる。次に基板３９と一体の取付材３９ｂの周囲に溶接Ｘ２でコーンリング３８を取付ける。その後パイロットコーン３３の端部３３ａをパイロットスワラー３１の端部３１ａの周端部に当接した状態で溶接Ｘ３でパイロットコーン３３をコーンリング３８へ取付け、その後パイロットスワラ端部３１ａとパイロットコーン端部３３ａの当接部全周をコーン内側から溶接Ｘ４で取付ける。なお、溶接Ｘ３，Ｘ４はどちらを先にしても良く、順序が逆になっても良い。又、矢印は溶接方向を示している。
【００６７】
上記のような溶接構造によれば、補修を行う際にはパイロットコーン３３の内側から溶接Ｘ４を外すと共にコーン出口の溶接Ｘ３を外すことによりパイロットコーン３３が容易に取外すことができる。従来は溶接Ｗ３，Ｗ４が作業スペースがなく基板ブロック全体を解体しなければパイロットコーン３３が取外せなかったが、本実施の第２形態においては、溶接組立の精度向上による溶接強度の向上と取外しの作業性が著しく改善されるものである。
【００６８】
図１７は従来のパイロットコーン３３の溶接取付構造と本発明の実施の第２形態による溶接取付構造とを対比させて示した拡大詳細図であり、（ａ）は従来の構造を、（ｂ）は本発明の構造を示している。両図において、パイロットコーン３３の端部は従来は基板３９の円筒部３９ａ内に挿入されているのに対し、本実施の第２形態ではパイロットスワラー３１の端部３１ａに当接している構造である。
【００６９】
そのために（ｂ）においてはパイロットコーン３３は溶接Ｘ４でパイロットスワラー３１を介して基板３９に支持されており、その取外しも溶接Ｘ４を矢印で示すようにパイロットコーン３３内側から作業をしてパイロットスワラー３１から取外すだけで容易に取出せることがわかる。
【００７０】
本実施の第２形態によれば、上記に説明したように、パイロットスワラー３１をまず基板３９に取付け、その後パイロットコーン３３を後付けする溶接構造とし、その溶接Ｘ４もパイロットコーン３３の内側から行うようにしたので、補修や、パイロットコーン３３のみの取外しを容易とし、作業性が著しく改善され、補修のための多大な労力と時間も節約され、溶接の精度が向上することにより熱応力による歪を最少限度に抑えることができる。
【００７１】
次に、図１における燃焼器の（Ｘ−５）部分である実施の第３形態について、図１８により説明する。図１８は本発明の実施の第３形態に係る燃焼器尾筒出口部蒸気冷却構造の断面図であり、図２６に示す尾筒２４出口部に適用される構造である。本発明の図１８は尾筒出口部の断面図であり、従来例の図２８に示す断面図に対応する図である。
【００７２】
図１８において、尾筒出口部の壁２０ａ内には従来と同じく多数の蒸気通路１５０が設けられており、フランジ７１側にはキャビティ７５が設け、キャビティ７５は出口部のフランジ７１内側全周に設けられている。尾筒出口部の壁２０ａ外周囲とフランジ７１との間の全周囲には部材７２で覆われてマニホールド７３と空洞７７がリブ７６で仕切られて形成されている。マニホールド７３は図示省略の冷却蒸気供給管に接続され、空洞７７はリブ７６でマニホールド７３とは仕切られており、この空洞７７で空気層が形成されている。
【００７３】
上記の冷却構造において、冷却用蒸気１３２は図示省略の冷却蒸気供給管からマニホールド７３内に導かれ、ここから蒸気供給穴７４を通して蒸気通路１５０内を流れ、１５００°Ｃの高温燃焼ガス１６１にさらされる壁２０ａ内を冷却し、又、キャビティ７５内に流入した蒸気は高温ガスにさらされる端部２０ｂ，２０ｃも冷却する。キャビティ７５内の蒸気で冷却される２０ｂの部分はフランジ側面では車室側の４００〜４５０°Ｃ程度の空気にさらされ、又２０ｃの部分は空洞７７内の空気層にさらされ、直接冷却用蒸気１３２にさらされることがない。従って、この２０ｂの部分は従来では冷却用蒸気１３２に直接さらされて過冷却となっていたが、本実施の第３形態においてはこのような過冷却が防止される。
【００７４】
以上説明の実施の第３形態によれば、燃焼器尾筒出口部の高温燃焼ガス１６１に直接さらされる内部壁面は、マニホールド７３から蒸気供給穴７４を通って蒸気通路１５０内に流れる冷却用蒸気１３２で充分に冷却される。一方、出口端部のキャビティ７５内の蒸気は、高温燃焼ガス１６１にさらされる壁面を冷却するが、高温燃焼ガス１６１に直接さらされない部分２０ｃは冷却しない。この２０ｃの部分は空洞７７内の空気層に接しており、この部分が過冷却となることがない。従って尾筒出口部における内周面と外周構成部品の温度差を軽減し、熱応力の緩和を図ることができる。
【００７５】
なお、本実施の第３形態では、図２６において尾筒２４出口部の冷却蒸気供給管１２７及び燃焼筒側の冷却蒸気供給管１２５からそれぞれ蒸気を供給し、冷却蒸気回収管１２６から回収する冷却用蒸気の流れの例で説明したが、蒸気の供給と回収とを逆にし、１２６から供給し、１２５，１２７から回収するようにしても同様の効果があることはもちろんである。
【００７６】
【発明の効果】
（１）請求項１の発明によれば、燃料の入口側から順次連接された燃焼器内筒、接続筒、及び尾筒で構成され、前記内筒の中心にはパイロットスワラー、その周囲に複数のメインスワラーがそれぞれ配置され、且つ同パイロットスワラー及びメインスワラーの先端部がそれぞれ円形の基板に挿通されるとともに同基板は前記内筒の内周面に固定され、前記尾筒の出口部はガスタービン入口部に連結されて構成されたガスタービン燃焼器において、前記内筒には燃焼器への空気流入を均一にする空気流入手段、前記パイロット又はメインスワラーには保持手段及び前記尾筒出口部には冷却手段をそれぞれ具備したことを基本的な構成としている。このような構成により、空気流入手段が燃焼器へ流入する空気を均一に流入させるので燃焼が良好となり、ＮＯx の発生量も少く、燃焼によって生ずる白煙も抑えることができる。本発明ではガスタービンの高温化に伴う燃焼の均一性や、熱応力の厳しい部分の構造部分の改良、尾筒出口部での熱応力の発生を防ぐ冷却構造を採用することによりガスタービン燃焼器の燃焼ガスの高温化による性能向上が可能となる。
【００７７】
また、燃料入口側の内筒周囲を、所定の間隔を保って取り付けられた複数のステイによって所定の空間を保って覆う円筒形状であって、フランジでボルト連結される２分割に構成された整流筒を設けたので、圧縮機からの空気は整流筒の他端の開口から燃焼器周囲に流入し、この整流筒と燃焼器内筒周囲との一定の隙間を通り整流されて周囲において均一な流入量となり、複数のステイで形成される隙間から燃焼室内に流入する。流入した空気は周囲において一様な流れであり、空気の偏流がなくなり、ノズル出口での燃料濃度も均一となって良好な燃焼がなされ、ＮＯX 量の増加も抑えることができる。
【００７８】
そしてさらに、整流筒の一端周囲が径が小さくなる傾斜部を有しているので、流入した空気はこの傾斜部の周面に当たり、流れをスムーズに燃焼室内へ向く流れに変えるので均一な空気の流れが燃焼器の中心部に向かって流れ、整流効果が増して上記の均一な空気の流れの効果がより一層確実となるものである。
【００７９】
（２）請求項２の発明によれば、請求項１に記載のガスタービン燃焼器において、パイロットスワラーが基板中心の円筒部に挿通され、パイロットコーンの後端が当接し、パイロットコーンの内側から溶接が施され結合されている。従って、請求項１の発明の効果に加え、パイロットスワラーやメインスワラーの熱応力の影響を最も受けやすい構造部分の熱応力を吸収し、補修点検が容易で高精度の溶接が可能な構造とすることにより溶接割れ、等の不具合を抑えることができるとともに、パイロットコーンが運転中に焼損し、その取り替えが必要となった場合にはパイロットコーンの内側から溶接部を取外し、コーンと基板の取付材との溶接も内側から外すことにより、パイロットコーンのみを容易に取出すことができ、その取り替え作業も容易になされる。このような溶接構造によれば作業性が良いので溶接の精度も向上し、ガスタービンを高温化に対して信頼性が向上する。
【００８０】
（３）請求項３の発明によれば、請求項１に記載のガスタービン燃焼器において、フランジ側外周囲に空洞が設けられており、この空洞がキャビティの外側を覆っている。従って、請求項１の発明の効果に加え、尾筒の冷却手段により、蒸気冷却を採用する場合には尾筒出口部の冷却の不均一性をなくし、出口端部を均一に冷却して熱応力による割れ、等を防止することができるとともに、キャビティの外側が空洞内の空気層に接することとなり、蒸気用マニホールドの蒸気で冷却されることがない。従来はこの部分がキャビティ内の蒸気とマニホールド内の蒸気とで冷却され、過冷却となっており、尾筒出口部の内周面と外側構成部品との間で温度差が生じ、熱応力が発生したが、本発明では過冷却をなくしたので尾筒出口部構成部品の温度差を軽減し、熱応力の緩和を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態の全体を示すガスタービン燃焼器の構成図である。
【図２】 本発明の実施の第１形態に係るガスタービン燃焼器の整流筒の取付状態を示す断面図である。
【図３】 図１におけるＡ−Ａ矢視図である。
【図４】 図２に示す整流筒の斜視図である。
【図５】 本発明の実施の第１形態に係る他の型式の燃焼器に整流筒を取付けた状態を示す断面図である。
【図６】 本発明の実施の第１形態に係る更に異なる型式の燃焼器に整流筒を取付けた状態を示す断面図である。
【図７】 本発明に係り検討された検討例１のガスタービン燃焼器の内筒の側面図である。
【図８】 図７における断面図で、（ａ）はＢ−Ｂ断面、（ｂ）はその変形例を示す。
【図９】 図８（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図１０】 検討例１に係る効果を示す図で、煙の可視度と負荷との関係を示す図である。
【図１１】 本発明に係り検討された検討例２のガスタービン燃焼器のメインスワラーの一部断面図である。
【図１２】 図１１におけるＤ部詳細図である。
【図１３】 図１１におけるＥ−Ｅ矢視図である。
【図１４】 図１３におけるＦ部詳細図である。
【図１５】 本発明の実施の第２形態に係るガスタービン燃焼器のパイロットコーン部分を示す側面図である。
【図１６】 図１５におけるＧ部詳細図である。
【図１７】 本発明の実施の第２形態に係るパイロットコーン取付構造と従来例との対比を示し、（ａ）が従来例、（ｂ）が本発明の例である。
【図１８】 本発明の実施の第３形態に係るガスタービン燃焼器の尾筒部の断面図である。
【図１９】 ガスタービン燃焼器の代表的な構成を示す全体図である。
【図２０】 従来のガスタービン燃焼器の全体を示す配置図である。
【図２１】 従来のガスタービン燃焼器のトップハット型の例を示す断面図である。
【図２２】 従来のガスタービン燃焼器の内筒を示す側面図である。
【図２３】 従来のガスタービン燃焼器のパイロットコーン近辺の側面図である。
【図２４】 図２３におけるＨ−Ｈ矢視図である。
【図２５】 従来のガスタービン燃焼器のパイロットコーンの取付部を示す断面図である。
【図２６】 従来のガスタービン燃焼器の尾筒の冷却構造を示し、（ａ）が全体図、（ｂ）は尾筒の壁の一部を示す斜視図、（ｃ）が（ｂ）におけるＪ−Ｊ断面図である。
【図２７】 図２６におけるＫ−Ｋ断面図である。
【図２８】 図２６におけるＬ−Ｌ断面図である。
【符号の説明】
１，２ 円筒
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ フランジ
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ フランジ
５ 取付フランジ
６，７，１２，１６ ボルト
１０−１，１０−２，１０−３ 空気穴
１１ 整流筒
１１ａ 傾斜部
１３ 座金
１４ 栓
１７ ブロック
２０ 燃焼器
２１ メイン燃料ノズル
２２ パイロット燃料ノズル
２３ 燃焼室
２４ 尾筒
２５ ステイ
２８ 内筒
３０ 冷却用蒸気
３１ パイロットスワラー
３２ メインスワラー
３３ コーン
３４，３９ 基板
３６ａ 取付座
３８ コーンリング
５０ 車室
５１，１５１ 外筒外側ケーシング
５１ａ，１５１ａ 外筒外側ケーシング蓋
５２ 内筒取付フランジ
７１ フランジ
７３ マニホールド
７４ 蒸気供給穴
７５ キャビティ
７６ リブ
７７ 空洞
【発明の属する技術分野】
本発明はガスタービン燃焼器に関し、燃焼用空気の吸込の均一化を計り、燃焼効率を高めると共に、燃焼器の冷却性を向上させ、更に燃焼器のメインスワラーやパイロットコーン等の熱応力に弱い構造部分の取付構造を改善して高温度に影響されない構造とし、燃焼ガスの高温化に伴うガスタービン燃焼器の総合的な効率を高めるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１９はガスタービン燃焼器の全体を示す構成図である。図において、２０は燃焼器全体を示し、車室５０内に収納されている。２１はメイン燃料ノズルであり、円周状に複数本が配置され、油又はガスのメイン燃料が供給される。２２はパイロット燃料ノズルであり、複数本のメイン燃料ノズル２１の中心に配置され、メイン燃料ノズル２１に点火するものである。２３は燃焼室、２４は尾筒であり、燃焼室２３で燃焼した高温ガスが尾筒２４からガスタービンに導かれる。６２は圧縮機、６３は空気出口、６４はエアセパレータで外部の空気をガスタービンの翼へ冷却用として供給するもの、６５はガスタービンの静翼、６６はガスタービンの動翼である。
【０００３】
上記構成の燃焼器において、圧縮機６２からの空気４０は空気出口６３から車室内へ流入し、４０ａ，４０ｂで示すように燃焼器２０の周囲より燃焼器のステイで形成される空間から燃焼器２０内に流入し燃焼に供される。この時の空気４０の流れは空気出口６３に近い空気４０ａと空気出口６３から遠い空気４０ｂとでは流量、圧力が異なっており、燃焼器２０へ流入する空気は周囲により不均一となる。この結果燃焼器内筒内で空気に偏流が起こり、燃料の流れも不均一となってＮＯX 排出量が多くなる。
【０００４】
図２０は上記に説明のガスタービン燃焼器の全体を示し、このような燃焼器においては種々の解決すべき課題をかかえており、これらの構造部分を示した図である。図において、（Ｘ−１）及び（Ｘ−２）は燃料ノズルへの空気吸込部分、（Ｘ−３）はメインスワラーの取付構造部分、（Ｘ−４）はパイロットコーンの取付構造部分、（Ｘ−５）は尾筒の冷却構造部分であり、これらの各部はガスタービン燃焼器の高温化、高効率化に対し、種々の問題点が存在する。次にこれら各部分の現状の問題点について順次詳しく説明する。
【０００５】
まず（Ｘ−１）の空気吸込部分について説明する。図２１は燃焼ノズル部分の断面図であり、図において、圧縮機からの空気は４０ａ，４０ｂで示すように燃焼器２０の周囲より流入し、ステイ２５で形成される空間より燃焼器２０内に流入し、燃焼に供されるが、空気４０は圧縮機に遠い側の空気流れ４０ｂと圧縮機に近い４０ａとでは空間の形状、流路が異なっており、そのため燃焼室２３への空気流入量は周囲において不均一となり偏流が生じてしまう。空気の偏流が生ずると燃料の燃焼室内の流れも不均一となり、ＮＯX 量も多く発生する。従って、燃焼器への空気の流入は周囲において均一に流入することが要求される。
【０００６】
又、図２１の燃焼器はトップハット型を採用した燃焼器であり、車室５０には外筒ケーシング５１が燃料ノズルの挿入部分を覆って取付けられている。一方、図１９で示した燃焼器は空気吸込部分が円筒状の車室５０のケーシングで形成される空間に配置されている。図２１の例では空気吸込部分であるステイ２５の周囲は円筒状の外筒ケーシング５１で周囲が覆われ、外筒ケーシング５１がハット状に外側へ突出する形状となっている。この型式の燃焼器では車室５０の外筒ケーシング５１のセンタ６１と燃焼器センタ６０とは同一ではなく、外筒ケーシング５１に対して燃焼器が少し傾斜して取付けられている。この理由は詳しい説明は省略するが、内筒からの燃焼ガスが尾筒を通ってガスタービン燃焼通路へ導く際にそのガス流れにより温度分布をできるだけ均一にする必要があり、燃焼器の取付位置を最適に決定するために外筒ケーシング５１のセンタ６１から燃焼器センタ６０が傾斜している。
【０００７】
上記のような燃焼器の配置により、空気吸込部であるステイ２５の周囲は外筒ケーシング５１とステイ２５とで形成される空間の面積が異なっており、空気の吸込は周囲によって不均一となる原因となっている。この型式の燃焼器では、外筒ケーシング５１が整流筒の機能をある程度はたすので、図１９に示す燃焼器よりは燃焼器への空気の流れはある程度周囲では整流効果を有するが、吸込んだ空気が反転してステイ２５の周囲よりノズル部へ流入する流れを更に均一な流れとするために改善することが望まれていた。
【０００８】
次に（Ｘ−２）の空気吸込部分の問題点につき説明する。図２２は上記に説明の燃焼器１０の内筒部分の側面図である。図において内筒２８内には高温燃焼ガス１６１が流れており、高温となるので、周囲には図示省略の細かい冷却孔が多数設けられており、これら冷却孔より流入した空気も内筒２８を冷却した後、内部に流入し、燃焼ガス中に混入される。一方、燃焼ガス中には内筒２８内で未燃分の燃料が残っており、この未燃分があるとＮＯX の発生量が多くなるので、これを燃焼させる必要がある。そのために内筒２８には図示のように空気孔１０−１，１０−２，１０−３が設けられており、これら空気孔１０−１，１０−２，１０−３はそれぞれ各位置において円周方向に均等に６カ所ずつ配分されている。
【０００９】
上記構成の内筒においては、メイン燃料ノズル２１で燃焼した高温燃焼ガス１６１は内筒２８内を流れ、尾筒２４へ流出するが、高温燃焼ガス１６１には未燃分の燃料が存在するので最初の空気孔１０−１の周囲６ヶ所及び２列目の空気孔１０−２の周囲６ヶ所から空気１３０がそれぞれ流入し、内筒２８内で未燃分の燃焼に供される。更に、後流の３列目の空気孔１０−３の周囲６ヶ所から空気１３１が流入し、空気１３０の流入でも未だ燃焼しない残りの未燃カーボン分を燃焼させるようにしている。
【００１０】
燃焼器２０に流入する空気量は、燃焼器のノズル部で燃焼に供されるために流入する空気と、冷却のために内筒周囲の細孔より流入する空気と、前述の空気孔１０−１，１０−２，１０−３から流入する空気１３０，１３１が全量の空気である。これら全量の空気を１００％とすると従来の燃焼器では一例として空気孔１０−１，１０−２の流入量はそれぞれ約１４％程度、空気孔１０−３から流入する空気量は約１９〜２０％程度である。これらを空気孔１０−１，１０−２，１０−３の比率で表すと１：１：（１．３〜１．４）程度となっており、内筒２８の後段の空気孔１０−３から流入する空気量が多くなっている。しかしながら空気孔１０−３から流入する空気が過多になると、燃焼されずに高温燃焼ガスの火炎を冷却することになり、これにより有色の煙が発生してしまう。
【００１１】
次に、（Ｘ−３）のメインスワラー部分の問題点について説明する。 従来のガスタービンのマルチ型予混合燃焼器においては、中央に位置するパイロットスワラーの周囲に８個のメインスワラーを配置し、これらメインスワラーを１．６mm前後の薄板固定片で燃焼器本体周囲に溶接で固定して取付けている。図２３はこのような従来の燃焼器のスワラー部分を示す図、図２４は図２３におけるＨ−Ｈ矢視図である。これら図において２０は燃焼器本体、３１は中心のパイロットスワラーであり、先端にコーン３３が取付けられている。３２はメインスワラーであり、パイロットスワラー３１の周囲に８個が配置されている。３４は円形の基板であり、中心部にパイロットスワラー３１を挿通し、支持する穴、その周囲にはメインスワラー３２を挿通し支持する８個の穴が明けられており、その周囲は燃焼器本体２０の内壁に溶接で固定されている。
【００１２】
３５は固定金具であり、板金製で、図２４に示すようにそれぞれ８個のメインスワラー３２を燃焼器本体２０の端部周囲３６の内壁にそれぞれ溶接で固定している。図２４のＨ−Ｈ矢視図において、メインスワラー３２が燃焼器の端部周囲３６に固定金具３５で取付けられている状態を示している。メインスワラー３２には図示省略しているが、メイン燃料ノズルの先端が挿通され、中心のパイロットスワラー３１にはパイロット燃料ノズルが挿通されており、メイン燃料ノズルから噴射される燃料は、パイロットスワラー３１のコーン３３からの空気と混合してパイロット燃料ノズルからのパイロット燃料の燃焼により、点火されて燃焼に供される。このような燃焼器本体２０はガスタービンの車室内のロータ周囲に数１０個、例えばロータ周囲に円形に１６個が配置され、高温の燃焼ガスをガスタービンの燃焼ガス通路に供給し、ロータを回転させるものである。
【００１３】
このような溶接構造のガスタービンにおいては、運転中の振動や熱応力によって変形を生じ、固定金具３５の溶接部に割れが生じ、補修作業を行う必要が度々発生し、固定金具３５の取替えや溶接作業をしなければならない。この固定金具３５の取付部は溶接の作業スペースに乏しく、良好な溶接を施工するには悪条件であり、作業者に高度の技能を要求することになる。又、溶接構造であるため製造時の加工精度に問題があり、取付け時の微調整ができず、精度を維持するのに限度があった。
【００１４】
次に、（Ｘ−４）のパイロットコーン部分の問題点について説明する。図２３で説明の燃焼器においてはメインスワラー３２の中心部にはメインノズルが挿通され、メインノズルから噴出するメイン燃料にメインスワラーからの空気とを予混合させ、一方パイロットスワラー３１の中心部にはパイロットノズルが挿通され、パイロットノズルからのパイロット燃料とパイロットスワラ−３１からの空気とでパイロット燃料を燃焼させ、燃焼筒内でメイン予混合燃料に点火させ、燃焼させて高温の燃焼ガスを発生させる。
【００１５】
図２５は図２３におけるパイロットコーン３３の詳細を示す図で従来のパイロットコーンの取付部の断面図である。図において、パイロットコーン３３の周囲にはコーンリング３８が溶接Ｗ２で取付けられている。コーンリング３８は基板３９と一体の取付材３９ｂに溶接Ｗ１で取付けられている。パイロットコーン３３は又基板３９の円筒部３９ａ内に挿入され、溶接Ｗ３で基板３９に固定されている。パイロットスワラー３１の端部３１ａはパイロットコーン３３に挿入され、溶接Ｗ４でパイロットコーン３３と結合されている。なお、矢印は溶接方向を示している。このようにパイロットコーン３３はコーンリング３８を介した溶接Ｗ１及び溶接Ｗ３とで基板３９に取付けられ、パイロットスワラー３１は溶接Ｗ４でパイロットコーン３３と結合されている。基板３９は前述のように中心のパイロットスワラー３１及びパイロットコーン３３と８個のメインスワラー３２を上記のように溶接で固定し、基板ブロックに保持している。
【００１６】
上記に説明の溶接取付構造においては、その組立順序はまず、コーンリング３８が基板３９の取付材３９ｂ周囲に溶接Ｗ１で取付けられ、次にパイロットコーン３３を溶接Ｗ２でコーンリング３８に取付ける。続いてパイロットコーン３３の端部周囲を溶接Ｗ３で基板３９に取付ける。その後パイロットスワラー３１をパイロットコーン３３端部に挿入し、周囲を溶接Ｗ４でパイロットコーン３３に取付けている。従ってこの溶接構造ではパイロットコーン３３を取外す場合には溶接Ｗ２とＷ３，Ｗ４を取外す必要があるが、溶接Ｗ２，Ｗ３の場所はメインスワラー３２が配置されており、狭くて作業スペースがなく、そのため基板ブロック全体を解体しなければならない。そのために溶接の精度も低下し、高温ガスの熱応力の影響を受けやすくなっている。
【００１７】
パイロットスワラー３１やパイロットコーン３３は絶えず高温の燃焼ガスの影響を受け、前述のようにその基板ブロックは薄い板全構造であり、熱応力の歪によって溶接個所の割れが生じ、再々補修作業を行う必要があり、高度な溶接作業が要求されており、このような溶接構造の改善が望まれていた。
【００１８】
次に、（Ｘ−５）の尾筒冷却部分の問題点について説明する。近年のガスタービンの高温化に伴い燃焼ガスが１５００°Ｃ程度の高温度となる燃焼器が実現するようになってきており、その冷却方式も空気冷却方式から蒸気冷却方式の採用が検討されている。図２６は蒸気冷却方式の代表的な燃焼器の一例を示す図であり、本出願人が開発したものである。図２６（ａ）において、２０は燃焼器本体であり、燃焼筒と尾筒２４からなっている。２２は燃焼筒の中心部に配置されたパイロット燃料ノズル、２１はメイン燃料ノズルであり、パイロット燃料ノズル２２の周囲に８本が配置されている。２６はメイン燃料供給口であり、メイン燃料ノズルに燃料１４１を供給するもの、２７はパイロット燃料供給口であり、パイロット燃料ノズル２２へパイロット燃料１４０を供給するものである。
【００１９】
１２５は冷却蒸気供給管で冷却用の蒸気１３３が供給される。１２６は冷却蒸気回収管で、燃焼器の尾筒２４を冷却した冷却後の蒸気１３４を回収する管である。１２７は冷却蒸気供給管であり尾筒出口部より冷却用蒸気１３２を供給し、後述するように尾筒２４を冷却するためのものである。
【００２０】
図２６（ｂ）は尾筒２４の壁の一部を示し、壁２０ａ内部には多数の蒸気通路１５０が設けられており、これら通路の内部を蒸気が通って壁２０ａ内を冷却する構造となっでいる。図２６（ｃ）は（ｂ）におけるＪ−Ｊ断面図であり、蒸気通路１５０には蒸気供給穴１５０ａと蒸気回収穴１５０ｂとが設けられ、蒸気が供給され、蒸気通路１５０内を流れて壁２０ａを冷却し、冷却後の蒸気が回収される。
【００２１】
上記構成の燃焼器においてメイン燃料１４１はメイン燃料供給口２６から８個のメインノズル２１に供給され、一方パイロット燃料１４０はパイロット燃料供給口２７からパイロットノズル２１に供給され燃焼し、周囲のメインノズル２１から噴出する燃料に点火させてメイン燃料が燃焼し、その燃焼ガスは燃焼筒から高温の燃焼ガスとなって尾筒を通り、図示省略のガスタービンの燃焼ガス通路へ供給され、動翼・静翼間を流れて仕事をしてロータを回転させる。このような燃焼器はロータ周囲に複数個、機種や型式により異なるが例えば、１６個が配置されており、各燃焼器の尾筒２４出口においては１５００°Ｃ程度の高温ガスが通過しており、そのため燃焼器本体２０は空気又は蒸気で冷却する必要がある。
【００２２】
図２６における燃焼器では蒸気冷却方式を採用しており、図示省略の蒸気源から抽気された冷却用蒸気１３２，１３３はそれぞれ冷却蒸気供給管１２５，１２７から供給され、尾筒２４の壁２０ａ内に設けられた複数の蒸気通路１５０内を流れ、壁面を蒸気で冷却しながら冷却蒸気回収管１２６に集り、冷却により高温となった蒸気は回収蒸気１３４として回収され、図示省略の蒸気源に戻され、有効利用される。
【００２３】
図２７は図２６（ａ）におけるＫ−Ｋ矢視図であり、尾筒２４の出口部を示し、１６０は燃焼ガス通路で１５００°Ｃ程度の高温の燃焼ガスが放出される。出口部の周囲にはガスタービン燃焼ガス通路と接続するためのフランジ７１が形成されている。図２８は図２７におけるＬ−Ｌ矢視図であり、従来の尾筒出口部の蒸気冷却構造を示している。図において壁２０ａ内には前述したように多数の蒸気通路１５０が平行に設けられ、蒸気通路１５０のフランジ７１側にはキャビティ７５が全周に設けられており、多数の蒸気通路１５０はこのキャビティ７５に連通している。
【００２４】
尾筒外周囲の壁２０ａとフランジ７１との間の全周囲には部材７２で覆われてマニホールド７３が形成され、マニホールド７３とそれぞれの蒸気通路１５０とは蒸気供給穴７４で連通している。蒸気通路１５０のフランジ７１側はキャビティ７５に連通しており、キャビティ７５はフランジ７１の内周部に形成されている。
【００２５】
上記の蒸気冷却構造において、燃焼ガス通路１６０内には１５００°Ｃ程度の高温の燃焼ガス１６１が流出しており、一方、外側のマニホールド７３側の車室の空気温度は４００〜４５０°Ｃ程度である。高温の燃焼ガス１６１にさらされる壁２０ａの内周面と出口部の内周面はマニホールド７３より蒸気供給穴７４を通り、蒸気通路１５０に流入する冷却用蒸気１３２で充分に冷却されているが、キャビティ７５内の蒸気は高温の燃焼ガス１６１にさらされない２０ｂの部分も冷却しており、更に２０ｃの部分はマニホールド７３内の蒸気でも冷却されている。従って内側の壁２０ａに比べ、２０ｂ，２０ｃの部分は過冷却となっており、両者の間で熱応力に差が生じてこの部分の周囲に無理な力が発生し、場合によっては割れ、等が発生する恐れがある。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように従来のガスタービン燃焼器においては、図２０に基づいて説明したように、（Ｘ−１）及び（Ｘ−２）の空気吸込部分での空気吸込の不均一性、（Ｘ−３）のメインスワラーの取付部及び（Ｘ−４）のパイロットコーンの取付部での溶接組立の加工順序及び加工精度に伴う熱応力の影響、（Ｘ−５）の尾筒冷却部分の冷却の不均一性による熱応力の影響等が、ガスタービン燃焼器の高温化、高効率化を促進するための障害となっており、実用化するためには、これら（Ｘ−１）〜（Ｘ−５）の各部でのより一層の改善が強く望まれていた。
【００２７】
そこで本発明では、ガスタービン燃焼器の高温化による性能向上において、燃焼器における（Ｘ−１）の空気吸込部分での空気の吸込を均一化すると共に燃焼用空気量の最適化を計り、（Ｘ−４）のパイロットコーン部分の熱応力の特に厳しい部分での熱応力の影響を緩和させる取付構造を採用し、更に（Ｘ−５）の尾筒冷却部分での冷却の均一性を確保できる冷却構造を採用することにより、燃焼器の高温化に伴う障害を総合的に解決して高性能化を実現することのできる燃焼器を提供することを課題としてなされたものである。また、併せ（Ｘ−２）、（Ｘ−３）における問題解決も検討した。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述の課題を解決するために次の（１）乃至（３）の手段を提供する。
【００２９】
（１）第１の手段は、下記のガスタービン燃焼器を提供する。
すなわち、燃料の入口側から順次連接された燃焼器内筒、接続筒、及び尾筒で構成され、前記内筒の中心にはパイロットスワラー、その周囲に複数のメインスワラーがそれぞれ配置され、且つ同パイロットスワラー及びメインスワラーの先端部がそれぞれ円形の基板に挿通されるとともに同基板は前記内筒の内周面に固定され、前記尾筒の出口部はガスタービン入口部に連結されて構成されたガスタービン燃焼器において、前記内筒には燃焼器への空気流入を均一にする空気流入手段、前記パイロット又はメインスワラーには保持手段及び前記尾筒出口部には冷却手段をそれぞれ具備した。
【００３０】
上記の構成により、空気流入手段が燃焼器へ流入する空気を均一に流入させるので燃焼が良好となり、ＮＯx の発生量も少く、燃焼によって生ずる白煙も抑えることができる。本発明ではガスタービンの高温化に伴う燃焼の均一性や、熱応力の厳しい部分の構造部分の改良、尾筒出口部での熱応力の発生を防ぐ冷却構造を採用することによりガスタービン燃焼器の燃焼ガスの高温化による性能向上が可能となるものである。
【００３１】
また、前記空気流入手段は、前記燃料入口側の内筒周囲を、所定の間隔を保って取り付けられた複数のステイによって所定の空間を保って覆って設けられた整流筒を有し、同整流筒はフランジでボルト連結される２分割で構成される円筒形状であり、一端が前記車室壁に固定され、他端が開口している。
【００３２】
そのため、圧縮機からの空気は整流筒の他端の開口から燃焼器周囲に流入し、この整流筒と燃焼器内筒周囲との一定の隙間を通り整流されて周囲において均一な流入量となり、複数のステイで形成される隙間から燃焼室内に流入する。流入した空気は周囲において一様な流れであり、空気の偏流がなくなり、ノズル出口での燃料濃度も均一となって良好な燃焼がなされ、ＮＯX 量の増加も抑えることができる。又、上記整流筒は燃焼器の空気流入部の周囲の車室内空間が広い型式の燃焼器や、空気流入部分の周囲がケーシングで覆われている、いわゆるトップハット型の燃焼器のいずれにも適用することができ、同様の効果を奏することができる。
【００３３】
そしてさらに、前記整流筒の一端周囲には、径が徐々に縮小する傾斜部を有するガスタービン燃焼器である。
【００３４】
したがってさらに、整流筒の一端周囲が径が小さくなる傾斜部を有しているので、流入した空気はこの傾斜部の周面に当たり、流れをスムーズに燃焼室内へ向く流れに変えるため均一な空気の流れが燃焼器の中心部に向かって流れ、整流効果が増して上記の均一な空気の流れの効果がより一層確実となるものである。
【００３５】
（２）第２の手段としては、上記の第１の手段のガスタービン燃焼器において、前記保持手段は、前記パイロットスワラー出口側のコーン入口側端部の外径がほぼ前記パイロットスワラーの出口端部外径と等しく同コーン入口端部は同パイロットスワラー出口端部と当接し、コーン内側から溶接を施して同パイロットスワラーとコーンとが結合されて構成されているガスタービン燃焼器を提供する。
【００３６】
第２の手段においては、パイロットスワラーやメインスワラーの熱応力の影響を最も受けやすい構造部分の熱応力を吸収し、補修点検が容易で高精度の溶接が可能な構造とすることにより溶接割れ、等の不具合を抑えることができる。又、パイロットスワラーが基板中心の円筒部に挿通され、パイロットコーンの後端が当接し、パイロットコーンの内側から溶接が施され結合されている。従ってパイロットコーンが運転中に焼損し、その取り替えが必要となった場合にはパイロットコーンの内側から溶接部を取外し、コーンと基板の取付材との溶接も内側から外すことにより、パイロットコーンのみを容易に取出すことができ、その取り替え作業も容易になされる。従来はパイロットコーンを取外す場合には基板ブロックごとにスワラー全体を分解しないと取外すことができなかったが、本発明ではパイロットスワラーを基板に取付けた後パイロットコーンを後付けで溶接する構造とし、この溶接もコーンの内側より施され、取外しを容易な構造としたので補修、取り替えを可能とし、作業性も改善される。このような溶接構造によれば作業性が良いので溶接の精度も向上し、ガスタービンを高温化に対して信頼性が向上する。
【００３７】
（３）また、第３の手段として、第１の手段のガスタービン燃焼器において、前記冷却手段は、前記尾筒出口部の外周囲を覆い端部フランジとで密閉した蒸気用マニホールドを形成し、前記尾筒を構成する壁内部に前記接続筒側から前記尾筒端部フランジ近辺まで延びる複数の蒸気通路を形成し、同複数の蒸気通路は前記端部フランジ近辺内部全周に形成したキャビティに連通すると共に前記蒸気用マニホールドに連通させて構成され、前記蒸気用マニホールドは内部をリブで仕切り、一方の前記端部フランジ側を空洞とし、同空洞は少くとも前記キャビティの外側を覆うように構成し、他方を蒸気用としたガスタービン燃焼器を提供する。
【００３８】
第３の手段においては、尾筒の冷却手段により、蒸気冷却を採用する場合には、尾筒出口部の冷却の不均一性をなくし、出口端部を均一に冷却して熱応力による割れ、等を防止することができる。また、フランジ側外周囲に空洞が設けられており、この空洞がキャビティの外側を覆っている。従って、キャビティの外側が空洞内の空気層に接することとなり、蒸気用マニホールドの蒸気で冷却されることがない。従来はこの部分がキャビティ内の蒸気とマニホールド内の蒸気とで冷却され、過冷却となっており、尾筒出口部の内周面と外側構成部品との間で温度差が生じ、熱応力が発生したが、本発明では過冷却をなくしたので尾筒出口部構成部品の温度差を軽減し、熱応力の緩和を図ることができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。本発明の構成は、先に図２０で説明したガスタービン燃焼器の諸問題を解決したものであり、図１はその全体の構成を示している。図１において（Ｘ−１）部分を実施の第１形態、（Ｘ−２）部分を検討例１、（Ｘ−３）部分を検討例２、（Ｘ−４）部分を実施の第２形態、（Ｘ−５）部分を実施の第３形態とし、以下に順を追って詳しく説明する。
【００４０】
まず、燃焼器の（Ｘ−１）部分である実施の第１形態について、図２乃至図６により説明する。図２は本発明の特徴である整流筒を装着した図であり、図３は図２におけるＡ−Ａ断面図、図４は整流筒の斜視図である。まず図２において、燃焼器２０は車室５０内に収納されており、内筒２８には周囲に所定間隔を保って複数のステイ２５が取付けられている。これらステイ２５の周囲には所定の空間を保って整流筒１１がかぶせられている。整流筒１１は、ステイ２５の先端部付近で車室５０側に整流筒１１の取付フランジ５によって、ボルト６により取付けられ、固定されている。
【００４１】
図３において整流筒１１は半円形状の円筒１、円筒２を組合せて構成されている。円筒１にはフランジ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ（図２参照）が設けられ、同様に円筒２にもフランジ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ（４ｂ，４ｄは図示省略）が設けられている。これらフランジは３ａと４ａ、３ｂと４ｂ、３ｃと４ｃ、３ｄと４ｄとがそれぞれ合わされてボルトナット７で連結され、円筒状の整流筒１１を構成している。
【００４２】
円筒状の整流筒１１の一端周囲には、図３に示すように複数の取付フランジ５が形成されており、図２に示すように車室５０側にボルト６により取付けられている。又、整流筒１１の他端は空気の流入側として開口している。整流筒１１の取付フランジ５側も開口しているが、この開口部にはメイン燃料ノズル２１、パイロット燃料ノズル２２が挿通されている。このような形状の整流筒１１のみの外観を図４に示している。
【００４３】
上記構成のガスタービンの燃焼器においては、圧縮機からの空気４０ａ，４０ｂは燃焼器２０の内筒２８周囲を通り、内筒２８と整流筒１１との一定の隙間から流入し、整流筒１１の傾斜して径が縮小する傾斜部１１ａの周囲で流れが変えられて整流され、スティ２５が形成する隙間から一様な流れとなって流入し、内筒２８内に均一に流入する。
【００４４】
従来はこのような整流筒１１がなかったので燃焼器の周囲より流入する空気は車室５０の壁面と燃焼器との広い空間からステイ２５の隙間へ流入するため、流入する場所によって空間部が広い所や狭い所があり、流入する空気も均一には流入しなかった。
【００４５】
これに対し、本実施の形態のように、整流筒１１により空気が流入するステイ２５の隙間周囲を一定の空間を保って覆い、空気が一定の圧力、速度を保った状態でこの空間部を通り、ステイ２５で形成される隙間より燃焼器内へ流入し、かつ整流筒１１の傾斜部１１ａでその流れ方向をなめらかに変えて内部に均一に流入するので、内筒２８への空気が偏流することなく、燃焼器２０のノズル出口での燃料濃度の均一化が計れ、これによりＮＯX 発生を抑えることができる。
【００４６】
図５は本発明の実施の第１形態の他の例を示し、整流筒１１をトップハット型の燃焼器に適用したものである。図５において車室５０には外筒ケーシング５１が外側に突出して設けられており、燃焼器の内筒の取付部を構成している。このような燃焼器取付構造は一般にはトップハット型と呼ばれており、燃焼器のメイン燃料ノズル周囲で内筒を支持しているステイ２５の周囲を外筒ケーシング５１及び外筒ケーシング蓋５１ａとで囲んで覆っている。このような外筒ケーシング５１は燃焼器の数だけロータ周囲に突出して配置され、車室５０の延長部分を構成している。
【００４７】
整流筒１１は円筒形状で、前述のように２分割で構成されている。整流筒１１には円形状に取付フランジ５が形成されており、所定の間隔でボルト６により内筒取付フランジ５２に連結され、取付フランジ５に続く部分に傾斜部１１ａが形成されている。整流筒１１は円筒形状であり、燃焼器センタ６０と同軸に取付けられ、外筒ケーシング５１の内周壁面と接触しない程度の隙間を保ってステイ２５の周囲を均一の寸法となるように覆い、空気吸込空間を覆っている。
【００４８】
上記構成の燃焼器において、圧縮機からの空気８０は整流筒１１の開口部より流入し、整流筒と内筒間の隙間の周囲で均一な流れ８０ａとなって傾斜部１１ａとステイ２５とで形成される空間内に反転して８０ｂとして流入する。この流れ８０ｂの反転は整流筒１１の傾斜部１１ａより流れ８０ｂがスムーズに方向を変えて空間内へ流入するのでスワラー部に均一な流れとなって流入し、均一な旋回流を生成し、燃焼性能を良好にする。
【００４９】
図６は本発明の実施の第１形態における更に別の応用例を示したもので、燃焼器のトップハットの構造部が分割された構造である。即ち、外筒ケーシング１５１には外筒ケーシング蓋１５１ａが取外し可能にボルト１５２で取付けられており、ボルト１５２を外し、外筒ケーシング蓋１５１ａを燃焼器ごと一体的に取外し可能とした構造である。
【００５０】
図６において整流筒１１は取付フランジ５が内筒取付フランジ５２と一体的にボルト１６により外筒ケーシング蓋１５１ａに締付けられた構成となっており、整流筒１１を取付けるための専用のボルトが不要となり、その分取付部の構造が簡素化される。その他の構成は図５と同じであり、図５の例と同様の効果を奏するものである。
【００５１】
次に、図１における燃焼器の（Ｘ−２）部分である検討例１について、図７乃至図１０により説明する。図７は燃焼器の内筒部分を示し、図において内筒２８内には、パイロットノズル及びメインノズルからの燃料が空気と共に燃焼し、高温燃焼ガス１６１となって流入する。内筒２８には従来と同じように前流側に空気孔１０−１が周囲６ヶ所に均等に設けられ、又空気孔１０−１の後流側にも空気穴１０−２が周囲６ヶ所に均等に配置されており、これらの空気孔１０−１，１０−２の配置は図２２に示す従来例と同じである。本検討例１では後流側の空気孔１０−３は周囲に３ヶ所のみ設けられ、従来の６ヶ所より少なくなっている。
【００５２】
図８は空気穴１０−３の配置を示す図であり、（ａ）は図７におけるＢ−Ｂ断面図、（ｂ）は（ａ）の変形例を示す図である。図８（ａ）において、内筒２８の周囲には空気孔１０−３ａ，１０−３ｃ，１０−３ｄが均等に３ヶ所配置されている。図８（ｂ）は同じく３ヶ所の空気孔を均等に配置するために、従来の６ヶ所の空気孔１０−３ａ，１０−３ｂ、１０−３ｃ，１０−３ｄ，１０−３ｅ，１０−３ｆのうち１０−３ｂ，１０−３ｄ，１０−３ｆを栓１４でふさぎ、１０−３ａ、１０−３ｃ、１０−３ｅのみ残して図８（ａ）と同じ配置の３ヶ所としたものである。
【００５３】
図９は図８（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図であり、空気孔１０−３ｂには、この孔径よりもやや小さな径を有し、周囲にフランジ１４ａを有する栓１４が嵌入され、溶接等で固定されてふたをして空気孔１０−３ｂを閉じた状態を示している。このような栓１４を用いると従来の内筒をそのまま用い、改修により本検討例１の構成が容易に得られる。
【００５４】
上記構成の検討例１においては、燃焼器２０全体に流入する空気は、従来例でも説明したように、ノズル部に流入して燃焼に供される空気、内筒表面の細孔より流入して内筒を冷却する空気及び空気孔１０−１，１０−２，１０−３より導入される空気で全量となっている。この全量の空気を１００％として空気孔１０−１，１０−２から流入する空気量はそれぞれ従来と同じ１４％程度とし、空気孔１０−３から流入する空気量は、従来の６ヶ所の空気孔から３ヶ所に減少し、７〜１２％程度となるように押えている。
【００５５】
これらの空気孔１０−１，１０−２，１０−３を従来と同様に比率で表すと１：１：（０．５〜０．８５）程度の比率となり、従来の１：１：（１．３〜１．４）と比べると内筒後流側の空気孔１０−３から流入する空気流入量をほぼ半減している。この結果、内筒２８の後流側の空気孔１０−３から流入する空気１３１は、高温燃焼ガス１６１で未燃となったカーボンを燃焼させるのに充分消費されるが、高温燃焼ガスが冷却される程多くはない適量の空気量となり、その結果、燃焼効率が良好となり、排ガスからの青色の煙の発生が防げるようになる。
【００５６】
上記の検討例１により発生する煙の色を従来の燃焼器と比較して図１０に示す。図において、横軸は負荷、縦軸は煙の可視程度を示す数値（ＢＳＮ）であり、この数値が大きい程煙の色が人間の眼で識別されやすくなって色が濃くなり、この数値が小さい程見えにくく、煙の色が薄いことを示している。この結果によれば、図２２に示す従来の構造の燃焼器による煙の色Ｘ2 よりも本検討例１の煙の色Ｘ1 の方がより煙の色が薄くなり、煙の発生を抑える効果があることがわかる。
【００５７】
次に図１における燃焼器の（Ｘ−３）部分である検討例２について図１１乃至図１４により説明する。図１１において燃焼器本体２０には中心にパイロットスワラー３１とその先端のコーン３３が配設されており、その周囲に８個のメインスワラー３２が配置され、円形状の基板３４にこれらスワラー３１，３２が取付けられ、基板３４の周囲は燃焼器本体２０の内壁に溶接されている。これらの構造は従来のものと同じである。又、メインスワラー３２の外周部にはブロック１７が取付けられ、メインスワラー３２の端部は、ボルト１２が座金１３を介して燃焼器本体２０の端部周囲３６の外側からブロック１７に挿通されて螺合し、固定されている。
【００５８】
図１２は上記のＤ部の拡大図であり、メインスワラー３２にはブロック１７が溶接で取付けられており、燃焼器本体２０の端部周囲３６の内壁には取付用の肉盛を行った取付座３６ａが形成され、又、対応する端部周囲３６の外表面には座金１３が当接する凹部３６ｂが形成され、ボルト１２が座金１３を介して端部周囲３６に明けられたボルト穴より挿入され、ブロック１７に螺合してメインスワラー３２を燃焼器本体２０に固定している。
【００５９】
図１３は図１１におけるＥ−Ｅ矢視図であり、ブロック１７は８個のメインスワラー３２のそれぞれの周囲に沿って溶接で取付けられており、各メインスワラー３２のブロック１７はそれぞれ２本のボルト１２で燃焼器本体２０の端部周囲３６に固定されている状態を示している。各２本のボルト１２は共通の１個の座金１３を介してブロック１７に螺合されている。
【００６０】
図１４は図１３におけるＦ部を示し、ボルト１２、座金１３の拡大詳細図であり、凹部３６ｂは端部周囲３６の外表面に曲面ではなく直線状の座を形成しており、座金１３は直線形状の平板からなり２本のボルト１２はそれぞれ平行に穿設されたボルト穴３６ｃに挿通され、ブロック１７に螺合してブロック１７に取付けられたメインスワラー３２を燃焼器本体２０に支持している。又、廻り止め溶接１８によりボルト１２の廻り止めが施されている。このような構造にすることによりボルト取付部の製作を容易にし、座金１３がフラットで凹部３６ｂに当接しているので、ボルトのゆるみや廻り止めに対し効果的となる。更に、加工、取付精度も良好にすることができる。
【００６１】
以上説明したように、従来のガスタービン燃焼器においては、運転中の振動や熱応力等でメインスワラー３２を取付けている固定金具３５の溶接部に割れが生ずることが多く、又、薄肉板金の溶接構造であり、取付、組立上の精度に問題があり、更に溶接部と板金の残留歪みにより変形が生じ、メインスワラー３２とその内部のメインノズルとが接触し、摩耗を増長させていた。更に、又固定金具３５の取付部は溶接の作業スペースに乏しく、良好な溶接を施工する困難で高い技能が要求されている。
【００６２】
これに対し、本検討例２の構造によれば、ボルト１２と座金１３とによりメインスワラー３２に固定されたブロック１７に結合するようにしたので組立精度も向上し、溶接による歪み、等もなく、又、狭い場所での溶接作業も不要となる。又平板状の座金１３を凹部３６ｂに当接させ、２本のボルト１２でメインスワラー３２を燃焼器本体２０に固定するのでボルト１２のゆるみがなく、正確な位置調整が可能となる。更に取換え等のメインテナンスも容易となり、上記の欠点がすべて改善されるものである。
【００６３】
次に、図１における燃焼器の（Ｘ−４）部分である実施の第２形態について図１５乃至図１７により説明する。図１５は燃焼器内のパイロットコーンの取付部を示し、図２３の従来例に相当する図であり、図１６は図１５におけるＧ部詳細図である。図１６は燃焼器のパイロットコーン取付構造を示す断面図であり、図１５におけるＧ部詳細に相当する図であり、図２５に示す従来のものと対応する図である。
【００６４】
図において、パイロットスワラ３１、パイロットコーン３３、メインスワラー３２、基板３９、円筒部３９ａ、取付材３９ｂ、コーンリング３８は図２５に示す従来の構造と同じ機能を有するので同一の符号を用い、詳しい説明は省略し、そのまま引用して説明するが、本発明の特徴部分は符号３１ａ，３３ａで示す形状部分、及び溶接Ｘ１〜Ｘ４の部分にあり、以下に詳しく説明する。
【００６５】
図１６において、パイロットスワラー端部３１ａは、従来はパイロットコーン３３ａの端部内周囲に接して挿入される構造であったが、本発明では基板３９の円筒部３９ａに挿入する構造としている。そのためにパイロットコーン３３の端部３３ａは、従来の基板３９の円筒部３９ａよりも長い円筒部を有し、本発明では、パイロットコーン端部３３ａはパイロットスワラー３１の端部３１ａの外径とほぼ等しくし、３１ａの周端部に接して溶接される構造である。
【００６６】
上記の溶接構造において、組立順序はまず、パイロットスワラー３１が基板３９の円筒部３９ａ内に挿入され、溶接Ｘ１でその周囲に取付けられる。次に基板３９と一体の取付材３９ｂの周囲に溶接Ｘ２でコーンリング３８を取付ける。その後パイロットコーン３３の端部３３ａをパイロットスワラー３１の端部３１ａの周端部に当接した状態で溶接Ｘ３でパイロットコーン３３をコーンリング３８へ取付け、その後パイロットスワラ端部３１ａとパイロットコーン端部３３ａの当接部全周をコーン内側から溶接Ｘ４で取付ける。なお、溶接Ｘ３，Ｘ４はどちらを先にしても良く、順序が逆になっても良い。又、矢印は溶接方向を示している。
【００６７】
上記のような溶接構造によれば、補修を行う際にはパイロットコーン３３の内側から溶接Ｘ４を外すと共にコーン出口の溶接Ｘ３を外すことによりパイロットコーン３３が容易に取外すことができる。従来は溶接Ｗ３，Ｗ４が作業スペースがなく基板ブロック全体を解体しなければパイロットコーン３３が取外せなかったが、本実施の第２形態においては、溶接組立の精度向上による溶接強度の向上と取外しの作業性が著しく改善されるものである。
【００６８】
図１７は従来のパイロットコーン３３の溶接取付構造と本発明の実施の第２形態による溶接取付構造とを対比させて示した拡大詳細図であり、（ａ）は従来の構造を、（ｂ）は本発明の構造を示している。両図において、パイロットコーン３３の端部は従来は基板３９の円筒部３９ａ内に挿入されているのに対し、本実施の第２形態ではパイロットスワラー３１の端部３１ａに当接している構造である。
【００６９】
そのために（ｂ）においてはパイロットコーン３３は溶接Ｘ４でパイロットスワラー３１を介して基板３９に支持されており、その取外しも溶接Ｘ４を矢印で示すようにパイロットコーン３３内側から作業をしてパイロットスワラー３１から取外すだけで容易に取出せることがわかる。
【００７０】
本実施の第２形態によれば、上記に説明したように、パイロットスワラー３１をまず基板３９に取付け、その後パイロットコーン３３を後付けする溶接構造とし、その溶接Ｘ４もパイロットコーン３３の内側から行うようにしたので、補修や、パイロットコーン３３のみの取外しを容易とし、作業性が著しく改善され、補修のための多大な労力と時間も節約され、溶接の精度が向上することにより熱応力による歪を最少限度に抑えることができる。
【００７１】
次に、図１における燃焼器の（Ｘ−５）部分である実施の第３形態について、図１８により説明する。図１８は本発明の実施の第３形態に係る燃焼器尾筒出口部蒸気冷却構造の断面図であり、図２６に示す尾筒２４出口部に適用される構造である。本発明の図１８は尾筒出口部の断面図であり、従来例の図２８に示す断面図に対応する図である。
【００７２】
図１８において、尾筒出口部の壁２０ａ内には従来と同じく多数の蒸気通路１５０が設けられており、フランジ７１側にはキャビティ７５が設け、キャビティ７５は出口部のフランジ７１内側全周に設けられている。尾筒出口部の壁２０ａ外周囲とフランジ７１との間の全周囲には部材７２で覆われてマニホールド７３と空洞７７がリブ７６で仕切られて形成されている。マニホールド７３は図示省略の冷却蒸気供給管に接続され、空洞７７はリブ７６でマニホールド７３とは仕切られており、この空洞７７で空気層が形成されている。
【００７３】
上記の冷却構造において、冷却用蒸気１３２は図示省略の冷却蒸気供給管からマニホールド７３内に導かれ、ここから蒸気供給穴７４を通して蒸気通路１５０内を流れ、１５００°Ｃの高温燃焼ガス１６１にさらされる壁２０ａ内を冷却し、又、キャビティ７５内に流入した蒸気は高温ガスにさらされる端部２０ｂ，２０ｃも冷却する。キャビティ７５内の蒸気で冷却される２０ｂの部分はフランジ側面では車室側の４００〜４５０°Ｃ程度の空気にさらされ、又２０ｃの部分は空洞７７内の空気層にさらされ、直接冷却用蒸気１３２にさらされることがない。従って、この２０ｂの部分は従来では冷却用蒸気１３２に直接さらされて過冷却となっていたが、本実施の第３形態においてはこのような過冷却が防止される。
【００７４】
以上説明の実施の第３形態によれば、燃焼器尾筒出口部の高温燃焼ガス１６１に直接さらされる内部壁面は、マニホールド７３から蒸気供給穴７４を通って蒸気通路１５０内に流れる冷却用蒸気１３２で充分に冷却される。一方、出口端部のキャビティ７５内の蒸気は、高温燃焼ガス１６１にさらされる壁面を冷却するが、高温燃焼ガス１６１に直接さらされない部分２０ｃは冷却しない。この２０ｃの部分は空洞７７内の空気層に接しており、この部分が過冷却となることがない。従って尾筒出口部における内周面と外周構成部品の温度差を軽減し、熱応力の緩和を図ることができる。
【００７５】
なお、本実施の第３形態では、図２６において尾筒２４出口部の冷却蒸気供給管１２７及び燃焼筒側の冷却蒸気供給管１２５からそれぞれ蒸気を供給し、冷却蒸気回収管１２６から回収する冷却用蒸気の流れの例で説明したが、蒸気の供給と回収とを逆にし、１２６から供給し、１２５，１２７から回収するようにしても同様の効果があることはもちろんである。
【００７６】
【発明の効果】
（１）請求項１の発明によれば、燃料の入口側から順次連接された燃焼器内筒、接続筒、及び尾筒で構成され、前記内筒の中心にはパイロットスワラー、その周囲に複数のメインスワラーがそれぞれ配置され、且つ同パイロットスワラー及びメインスワラーの先端部がそれぞれ円形の基板に挿通されるとともに同基板は前記内筒の内周面に固定され、前記尾筒の出口部はガスタービン入口部に連結されて構成されたガスタービン燃焼器において、前記内筒には燃焼器への空気流入を均一にする空気流入手段、前記パイロット又はメインスワラーには保持手段及び前記尾筒出口部には冷却手段をそれぞれ具備したことを基本的な構成としている。このような構成により、空気流入手段が燃焼器へ流入する空気を均一に流入させるので燃焼が良好となり、ＮＯx の発生量も少く、燃焼によって生ずる白煙も抑えることができる。本発明ではガスタービンの高温化に伴う燃焼の均一性や、熱応力の厳しい部分の構造部分の改良、尾筒出口部での熱応力の発生を防ぐ冷却構造を採用することによりガスタービン燃焼器の燃焼ガスの高温化による性能向上が可能となる。
【００７７】
また、燃料入口側の内筒周囲を、所定の間隔を保って取り付けられた複数のステイによって所定の空間を保って覆う円筒形状であって、フランジでボルト連結される２分割に構成された整流筒を設けたので、圧縮機からの空気は整流筒の他端の開口から燃焼器周囲に流入し、この整流筒と燃焼器内筒周囲との一定の隙間を通り整流されて周囲において均一な流入量となり、複数のステイで形成される隙間から燃焼室内に流入する。流入した空気は周囲において一様な流れであり、空気の偏流がなくなり、ノズル出口での燃料濃度も均一となって良好な燃焼がなされ、ＮＯX 量の増加も抑えることができる。
【００７８】
そしてさらに、整流筒の一端周囲が径が小さくなる傾斜部を有しているので、流入した空気はこの傾斜部の周面に当たり、流れをスムーズに燃焼室内へ向く流れに変えるので均一な空気の流れが燃焼器の中心部に向かって流れ、整流効果が増して上記の均一な空気の流れの効果がより一層確実となるものである。
【００７９】
（２）請求項２の発明によれば、請求項１に記載のガスタービン燃焼器において、パイロットスワラーが基板中心の円筒部に挿通され、パイロットコーンの後端が当接し、パイロットコーンの内側から溶接が施され結合されている。従って、請求項１の発明の効果に加え、パイロットスワラーやメインスワラーの熱応力の影響を最も受けやすい構造部分の熱応力を吸収し、補修点検が容易で高精度の溶接が可能な構造とすることにより溶接割れ、等の不具合を抑えることができるとともに、パイロットコーンが運転中に焼損し、その取り替えが必要となった場合にはパイロットコーンの内側から溶接部を取外し、コーンと基板の取付材との溶接も内側から外すことにより、パイロットコーンのみを容易に取出すことができ、その取り替え作業も容易になされる。このような溶接構造によれば作業性が良いので溶接の精度も向上し、ガスタービンを高温化に対して信頼性が向上する。
【００８０】
（３）請求項３の発明によれば、請求項１に記載のガスタービン燃焼器において、フランジ側外周囲に空洞が設けられており、この空洞がキャビティの外側を覆っている。従って、請求項１の発明の効果に加え、尾筒の冷却手段により、蒸気冷却を採用する場合には尾筒出口部の冷却の不均一性をなくし、出口端部を均一に冷却して熱応力による割れ、等を防止することができるとともに、キャビティの外側が空洞内の空気層に接することとなり、蒸気用マニホールドの蒸気で冷却されることがない。従来はこの部分がキャビティ内の蒸気とマニホールド内の蒸気とで冷却され、過冷却となっており、尾筒出口部の内周面と外側構成部品との間で温度差が生じ、熱応力が発生したが、本発明では過冷却をなくしたので尾筒出口部構成部品の温度差を軽減し、熱応力の緩和を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態の全体を示すガスタービン燃焼器の構成図である。
【図２】 本発明の実施の第１形態に係るガスタービン燃焼器の整流筒の取付状態を示す断面図である。
【図３】 図１におけるＡ−Ａ矢視図である。
【図４】 図２に示す整流筒の斜視図である。
【図５】 本発明の実施の第１形態に係る他の型式の燃焼器に整流筒を取付けた状態を示す断面図である。
【図６】 本発明の実施の第１形態に係る更に異なる型式の燃焼器に整流筒を取付けた状態を示す断面図である。
【図７】 本発明に係り検討された検討例１のガスタービン燃焼器の内筒の側面図である。
【図８】 図７における断面図で、（ａ）はＢ−Ｂ断面、（ｂ）はその変形例を示す。
【図９】 図８（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図１０】 検討例１に係る効果を示す図で、煙の可視度と負荷との関係を示す図である。
【図１１】 本発明に係り検討された検討例２のガスタービン燃焼器のメインスワラーの一部断面図である。
【図１２】 図１１におけるＤ部詳細図である。
【図１３】 図１１におけるＥ−Ｅ矢視図である。
【図１４】 図１３におけるＦ部詳細図である。
【図１５】 本発明の実施の第２形態に係るガスタービン燃焼器のパイロットコーン部分を示す側面図である。
【図１６】 図１５におけるＧ部詳細図である。
【図１７】 本発明の実施の第２形態に係るパイロットコーン取付構造と従来例との対比を示し、（ａ）が従来例、（ｂ）が本発明の例である。
【図１８】 本発明の実施の第３形態に係るガスタービン燃焼器の尾筒部の断面図である。
【図１９】 ガスタービン燃焼器の代表的な構成を示す全体図である。
【図２０】 従来のガスタービン燃焼器の全体を示す配置図である。
【図２１】 従来のガスタービン燃焼器のトップハット型の例を示す断面図である。
【図２２】 従来のガスタービン燃焼器の内筒を示す側面図である。
【図２３】 従来のガスタービン燃焼器のパイロットコーン近辺の側面図である。
【図２４】 図２３におけるＨ−Ｈ矢視図である。
【図２５】 従来のガスタービン燃焼器のパイロットコーンの取付部を示す断面図である。
【図２６】 従来のガスタービン燃焼器の尾筒の冷却構造を示し、（ａ）が全体図、（ｂ）は尾筒の壁の一部を示す斜視図、（ｃ）が（ｂ）におけるＪ−Ｊ断面図である。
【図２７】 図２６におけるＫ−Ｋ断面図である。
【図２８】 図２６におけるＬ−Ｌ断面図である。
【符号の説明】
１，２ 円筒
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ フランジ
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ フランジ
５ 取付フランジ
６，７，１２，１６ ボルト
１０−１，１０−２，１０−３ 空気穴
１１ 整流筒
１１ａ 傾斜部
１３ 座金
１４ 栓
１７ ブロック
２０ 燃焼器
２１ メイン燃料ノズル
２２ パイロット燃料ノズル
２３ 燃焼室
２４ 尾筒
２５ ステイ
２８ 内筒
３０ 冷却用蒸気
３１ パイロットスワラー
３２ メインスワラー
３３ コーン
３４，３９ 基板
３６ａ 取付座
３８ コーンリング
５０ 車室
５１，１５１ 外筒外側ケーシング
５１ａ，１５１ａ 外筒外側ケーシング蓋
５２ 内筒取付フランジ
７１ フランジ
７３ マニホールド
７４ 蒸気供給穴
７５ キャビティ
７６ リブ
７７ 空洞
Claims (3)
- 燃料の入口側から順次連接された燃焼器内筒、接続筒、及び尾筒で構成され、前記内筒の中心にはパイロットスワラー、その周囲に複数のメインスワラーがそれぞれ配置され、且つ同パイロットスワラー及びメインスワラーの先端部がそれぞれ円形の基板に挿通されるとともに同基板は前記内筒の内周面に固定され、前記尾筒の出口部はガスタービン入口部に連結されて構成されたガスタービン燃焼器において、前記内筒には燃焼器への空気流入を均一にする空気流入手段、前記パイロット又はメインスワラーには保持手段及び前記尾筒出口部には冷却手段をそれぞれ具備し、前記空気流入手段は、前記燃料入口側の内筒周囲を、所定の間隔を保って取り付けられた複数のステイによって所定の空間を保って覆って設けられた整流筒を有し、同整流筒はフランジでボルト連結される２分割で構成される円筒形状であり、一端が前記車室壁に固定され、他端が開口しており、前記整流筒の一端周囲には、径が徐々に縮小する傾斜部を有してなることを特徴とするガスタービン燃焼器。
- 前記保持手段は、前記パイロットスワラー出口側のコーン入口側端部の外径がほぼ前記パイロットスワラーの出口端部外径と等しく同コーン入口端部は同パイロットスワラー出口端部と当接し、コーン内側から溶接を施して同パイロットスワラーとコーンとが結合されて構成されていることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン燃焼器。
- 前記冷却手段は、前記尾筒出口部の外周囲を覆い端部フランジとで密閉した蒸気用マニホールドを形成し、前記尾筒を構成する壁内部に前記接続筒側から前記尾筒端部フランジ近辺まで延びる複数の蒸気通路を形成し、同複数の蒸気通路は前記端部フランジ近辺内部全周に形成したキャビティに連通すると共に前記蒸気用マニホールドに連通させて構成され、前記蒸気用マニホールドは内部をリブで仕切り、一方の前記端部フランジ側を空洞とし、同空洞は少くとも前記キャビティの外側を覆うように構成し、他方を蒸気用としたことを特徴とする請求項１に記載のガスタービン燃焼器。
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1998
- 1998-12-08 JP JP34883898A patent/JP3697093B2/ja not_active Expired - Lifetime
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