JP3993484B2

JP3993484B2 - Combustor cooling structure

Info

Publication number: JP3993484B2
Application number: JP2002205441A
Authority: JP
Inventors: 達男石黒; 克則田中; 貢生長谷川
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-07-15
Filing date: 2002-07-15
Publication date: 2007-10-17
Anticipated expiration: 2022-07-15
Also published as: JP2004044538A

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の冷却構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ガスタービンの燃焼器においては、その壁面が高温の燃焼ガスに曝されるとともにフレームからの輻射熱を受けるため、そのままでは非常に高温となるので、これを冷却するために壁部を二重壁構造とし、間に冷却媒体を通す構成が一般に採用されている。
【０００３】
具体的には、特開平５−４４９２７号公報に記載されている如く、壁内部に設けられた燃焼ガスの流れ方向と同方向の複数の空気流溝と、前記壁の内・外両面に設けられ、前記空気流溝に連通する空気流溝の断面積より面積の大きい空気穴とを有してなる構成のものが開示されている。
【０００４】
また、特開平９−３０３７７７号公報に記載されている如く、内部に隔壁で区画された多数の流路を有する二重構造となった燃焼器の壁面に、該流路と導通する冷却空気の入口孔、出口孔を設けると共に、燃焼器外壁面に任意の間隔をもって、第三の冷却供給ヘッダーと回収ヘッダーを備え、該両ヘッダー内にあって、流路と導通するそれぞれ冷却媒体入口孔、出口孔を設け、かつ、冷却空気と第三の冷却媒体との流路を異にする構成としたものが開示されている。
【０００５】
これらは何れも本出願人により出願されたものである。以上のような構成とすることにより、燃焼器壁部の冷却を効率的に行うことができるとともに、ＮＯｘの発生を抑制することができる等としている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の構成を用いるにあたっては、溶接部やシール部等、燃焼器の構造に起因する冷却構造の様々な制約が生じており、最適な設計が行い難い状況となっている。本発明は、このような問題に鑑み、効果的な冷却をするための最適な設計を行うことが可能な燃焼器冷却構造を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の燃焼器冷却構造は、燃焼器壁部に、燃焼器を冷却する冷却媒体が流れる冷却流溝が複数配列される燃焼器冷却構造において、複数の冷却流溝から成る第一の冷却流溝群と、同様に複数の前記冷却流溝から成る第二の冷却流溝群と、燃焼器の外周の一部を覆うとともにその内部に燃焼器壁部を貫通する音響孔を備えた音響ライナーと、を備え、第一の冷却流溝群を構成する前記冷却流溝と、第二の冷却流溝群を構成する前記冷却流溝と、が燃焼器の軸方向と略平行であり当該冷却流溝を流れる冷却媒体の流れる方向が略等しく、第一の冷却流溝群と第二の冷却流溝群との間に、燃焼器の周方向に延びて備えられるとともに第一の冷却流溝群から冷却媒体を流入させることで一時的に冷却媒体を集合させ、次段の第二の冷却流溝群へ冷却媒体を分配し、流出するとともに冷却通路を構成するヘッダー溝を設け、音響ライナーがヘッダー溝と重ならない位置で第二の冷却流溝群を構成する冷却流溝と交差するとともに、当該冷却流溝が音響孔と重ならない位置に設けられることを特徴とする。
【０００８】
ここで冷却流溝とは、燃焼器壁部に設けた冷却媒体の流路であり、従来よりこのような冷却流溝は、二重壁構造である燃焼器壁部の内側板或いは外側板の接合面をカッターで加工することにより形成されている。また、冷却媒体としては、空気或いは蒸気その他の流体が用いられる。
【０００９】
また、燃焼器尾筒の溶接部を溝加工し、その溝に蓋を被せることにより冷却通路を形成したことを特徴とする。また、前記冷却通路は、前記燃焼器尾筒の壁部に配列された複数の冷却流溝間に渡って配置されたヘッダー溝であることを特徴とする。また、前記蓋にインピンジ孔を設けたことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃焼器冷却構造を示す図であり、燃焼器壁部に設けた冷却媒体の流路である冷却流溝の配置の一例を模式的に示す図である。従来よりこのような冷却流溝は、二重壁構造である燃焼器壁部の内側板或いは外側板の接合面をカッターで加工することにより形成されていた。
【００１４】
従って、途中で配列ピッチや溝巾を容易に変更することができず、また配列ピッチを途中で変更する場合は基本ピッチの倍数でしか設定できない等の制約があり、効果的な冷却のための最適な構造とすることは困難であった。そこで、同図に示すように、例えば燃焼器の軸方向（紙面の左右方向）に延びる冷却流溝１に対して、その途中に各冷却流溝１間に渡って燃焼器の周方向（紙面の上下方向）に延びるヘッダー溝２を配置した構成としている。
【００１５】
これにより、ヘッダー溝２の前後で冷却流溝１の配列ピッチや溝巾等を容易に変更することができるので、燃焼器の構造に合わせて溝の引き回しを行うことができ、効果的な冷却のための最適な構造とすることが可能となる。なお、同図の各冷却流溝１に付された○印は燃焼器の外側に開口する入口孔の配置を例示しており、×印は燃焼器の内側に開口する出口孔の配置を例示している。
【００１６】
図２は、本発明の第２の実施形態に係る燃焼器冷却構造を示す図であり、燃焼振動低減のため燃焼器周囲に設けられる音響ライナーの付近を模式的に示す図である。まず、同図（ａ），（ｂ）は従来の音響ライナー部構造を示す平面図及び縦断面図であり、空気冷却の場合を描いている。但し、平面図は音響ライナー上部を仮に開放した状態で示してある。これらに示すように、音響ライナー３内の燃焼器壁部４には音響孔４ａが開けられているため、冷却流溝１はそれらの間に配設しなければならず、全体の配列ピッチが粗くなってしまう。
【００１７】
なお、１ａは燃焼器の外側に開口する入口孔であり、１ｂは燃焼器の内側に開口する出口孔であって、矢印は冷却空気が出入り或いは通過する様子を示している（以下同様）。但し蒸気冷却の場合は、これら入口孔，出口孔の代わりに、供給ヘッダー及び回収ヘッダーが設けられる。また、音響ライナー３の天面に開けられた３ａは、音響ライナー３内を冷却しつつキャビティー部に入り込んだ燃焼ガスをパージするための空気を導入するインピンジ孔である。
【００１８】
さて、同図（ｃ），（ｄ）は本実施形態における音響ライナー部構造の一例を示す平面図及び縦断面図である。従来のように冷却流溝１全体の配列ピッチが粗くなってしまうことを防止するため、ここでは冷却流溝１が音響ライナー３から外側へ延びた位置に、上記第１の実施形態で説明したヘッダー溝２を設け、冷却流溝１の配列ピッチや溝巾等を変化させている。これにより、効果的な冷却のための最適な構造とすることが可能となる。なお、ここでも蒸気冷却の構成を用いても良い。
【００１９】
さらに、同図（ｅ），（ｆ）は本実施形態における音響ライナー部構造の他の例を示す平面図及び縦断面図である。ここでは音響ライナー３のインピンジ孔を無しとし、音響ライナー３外部で燃焼器の外側に開口する入口孔１ａと、音響ライナー３内部でこれも燃焼器の外側に開口する出口孔１ｂとを設けた構成としている。
【００２０】
この構成において、燃焼器壁部４を冷却した後の冷却空気を音響ライナー３のキャビティー部３ｂに放出し、その後、音響孔４ａを通して燃焼ガス中に放出する。これにより、音響ライナー３を冷却しつつキャビティー部３ｂに入り込んだ燃焼ガスをパージすることができるとともに、冷却能力を確保しながら冷却空気量を減少させることが可能となる。
【００２１】
なお、上記（ｃ），（ｄ）で示した例で蒸気冷却の場合と、本例とを組み合わせた構成としても良い。また、冷却媒体としては、上記各実施形態で示した空気や蒸気に限定されるものではなく、その他の流体であっても良い。これは、以下の実施形態についても同様である。
【００２２】
ところで図３は、従来からの燃焼器の尾筒を模式的に示す斜視図である。同図（ａ）は空気冷却式の尾筒における溶接接合状態を示しており、同図（ｂ）は蒸気冷却式の尾筒における溶接接合状態を示している。空気冷却式の尾筒は、同図（ａ）に示すように、本体５上に溶接部ａが軸方向に設けられており、後端部には溶接部ｂが周方向に設けられている。さらに、バイパスエルボ５ａ周りには溶接部ｃが設けられている。
【００２３】
また、蒸気冷却式の尾筒は、同図（ｂ）に示すように、本体６上に溶接部ｄが軸方向にのみ設けられている。このように、燃焼器の尾筒は、現状では２〜４枚のパネルを溶接により接合し、製作しているが、これらの溶接部には冷却媒体を通すことができず、無冷却となっていた。このため、溶接部の寿命は他の部分より短くなっていた。なお、各溶接部は図中に波線で示している。
【００２４】
そこで、例えば溶接部に溝加工を施し、蓋を取り付けることにより、冷却通路を形成することが挙げられる。これにより、溶接部の強制冷却が可能となり、メタル温度を低減し、信頼性を向上させることが可能となる。以下、本発明の第３の実施形態に係る燃焼器冷却構造として、このような溶接部における冷却構造の具体例について説明する。
【００２５】
図４は、本発明の第３の実施形態に係る、空気冷却式の尾筒における軸方向の溶接部の冷却構造を模式的に示す図である。同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は横断面図、同図（ｃ）は縦断面図となっている。これらの図に示すように、溶接部ａの本体５外側部分を溝加工し、その溝に蓋７を被せることで、冷却流溝１に沿った冷却通路８を形成している。そして、本体５の外側に開口する入口孔７ａと、内側に開口する出口孔７ｂとを設けた構成としている。
【００２６】
また、同図（ｄ），（ｅ）はそれぞれ冷却空気の流れ方が異なる構成を示す縦断面図である。同図（ｄ）では、１本の溶接部ａに対して入口孔７ａは１つとして、ここから入った冷却空気を上流及び下流に分配し、各端部から放出する構成としている。また同図（ｅ）では、１本の溶接部ａに対して入口孔７ａは１つとして一端付近に設け、ここから入った冷却空気を他端部から放出する構成としている。
【００２７】
図５は、本実施形態に係る、空気冷却式の尾筒における周方向の溶接部の冷却構造を模式的に示す斜視図である。同図に示すように、溶接部ｂの本体５外側部分を溝加工し、その溝に蓋７を被せることで、各冷却流溝１間に渡ったヘッダー溝８ａを形成している。そして、そのヘッダー溝８ａに冷却流溝１からの冷却空気が流れ込むようにすることで、溶接部ｂを冷却する構成としている。
【００２８】
図６は、本実施形態に係る、空気冷却式の尾筒におけるバイパスエルボ周りの冷却構造を模式的に示す縦断面図である。従来は同図（ａ）に示すように、本体５には冷却流溝１が設けられ、冷却構造が形成されていたが、溶接部ｃを隔てたバイパスエルボ５ａまでは冷却されていなかった（図中１ｂは出口孔であり、入口孔は不図示）。
【００２９】
そこで、本実施形態では、同図（ｂ）に示すように、バイパスエルボ５ａダクト部に冷却流溝１を形成し、それぞれ入口孔１ａ及び出口孔１ｂを設けた構成としている。また、加えて同図（ｃ）に示すように、溶接部ｃの本体５外側部分を溝加工し、その溝に蓋７を被せることで、各冷却流溝１間に渡ったヘッダー溝８ａを形成している。そして、そのヘッダー溝８ａに冷却流溝１からの冷却空気が流れ込むようにすることで、溶接部ｃを冷却する構成としている。
【００３０】
図７は、本実施形態に係る、蒸気冷却式の尾筒における軸方向の溶接部の冷却構造を模式的に示す斜視図である。ここでは同図に示すように、溶接部ｄの本体６外側部分を溝加工し、その溝に蓋７を被せることで、冷却通路８を形成している。そして、尾筒の周方向に設けた蒸気ジャケット９に覆われた部分のみ、蓋７に開口部７ｃを設けることで、ここから冷却通路８に対して蒸気を供給し、或いは回収する構成としている。なお、同図では開口部７ｃ付近の蒸気ジャケット９を仮に切り欠いた状態で描いてある。
【００３１】
図８は、本実施形態における蓋にインピンジ孔を設けた例を示す斜視図である。溶接部は材料強度が低下するので、このようなインピンジ孔を設けて冷却するようにしても良い。同図（ａ）は空気冷却の場合である。ここでは蓋７に開けられたインピンジ孔７ｄから、車室内の冷却空気を直接取り入れる構成としている。同図（ｂ）は蒸気冷却の場合である。ここでは蓋７を覆うように蒸気ジャケット９を設け、ここからインピンジ孔７ｄを通して冷却通路８に蒸気を取り入れる構成としている。
【００３２】
図９は、本実施形態における溶接部を溝加工しない例を示す図である。まず、同図（ａ）は斜視図である。これまで述べてきた冷却流溝１と溶接部の冷却通路との接続が必要ない場合は、溶接部に溝加工は不用である。従って、この図に示すように、尾筒の本体１０に設けられたこのような溶接部ｅには溝加工を施さない状態で、これを覆うように冷媒ジャケット１１を設けている。そして、冷媒ジャケット１１内に冷却媒体を通すことで、溶接部ｅを冷却する構成としている。
【００３３】
また、同図（ｂ），（ｃ）はそれぞれ冷却媒体の流れ方が異なる構成を示す縦断面図である。同図（ｂ）では、冷却媒体（ここでは主に冷却空気）が冷媒ジャケット１１に開けられた入口孔１１ａから入って、溶接部ｅに開けられた出口孔１１ｂから出て行く構成としている。また同図（ｃ）では、入口孔，出口孔の類は設けずに、冷媒ジャケット１１の一端から他端までを冷却媒体が通過する構成としている。
【００３４】
図１０は、本発明の第４の実施形態に係る燃焼器冷却構造として、尾筒外側の冷却構造を模式的に示す図である。まず、同図（ａ）は従来の構造を示す正面図、同図（ｂ）は側面横断面図である。同図（ａ）に示すように、図示しない圧縮機からの吐出空気がディフューザ１３を出て吹き上げられ、矢印で示すように尾筒１２の下部に吹き付けられて、尾筒１２の表面を冷却するといった構成が従来より採られている。
【００３５】
ところが、従来の構成では、同図（ｂ）に示すように、尾筒１２の下部に吹き付けられた吐出空気は側部で剥離を起こし、上部（車室側）は表面での空気流速が遅くなる。このため、尾筒１２から吐出空気への熱伝達率が低くなり、即ち尾筒１２に対する冷却能力が低くなるという問題があった。そこで、本実施形態では、下記のようにカバーを設けた構成としている。
【００３６】
さて、同図（ｃ），（ｄ）は本実施形態における構造を示す正面図及び側面横断面図である。ここでは尾筒１２の車室側に、その表面に対して隙間を有する状態でカバー１４を設け、圧縮機からの吐出空気を導く構成としている。これにより、吐出空気は剥離を起こすことなく上端まで導かれるので、表面での空気流速が保たれ、冷却能力が改善される。
【００３７】
なお、カバー１４は尾筒１２から支持棒等で支持するか、或いは車室の天井等から吊り下げるといった方法で配置される。またカバー１４には、尾筒１２のバイパスエルボ１２ａを通すための孔１４ａが開けられている。以上のようにして、燃焼器圧損や冷却空気量を増加させることなく、尾筒の冷却能力を向上させることができる。
【００３８】
図１１は、本発明の第５の実施形態に係る燃焼器冷却構造として、空気冷却式の尾筒における尾筒シールの冷却構造を模式的に示す縦断面図である。まず、同図（ａ）は従来の構造を示している。同図に示すように、従来より尾筒５の鍔状をした出口部５ｂには、断面がフック形状の尾筒シール１５が全周に渡って設けられており、これにより尾筒５と第一段静翼シュラウド１６とが接続されつつシールされている。
【００３９】
ところが、従来は冷却流溝１からの冷却空気は、尾筒５の出口部５ｂ付近の出口孔１ｂより内側に放出するのみであったので、尾筒シール１５が十分に冷却されないという不具合が生じていた。そこで、本実施形態では、下記のように尾筒シールの冷却或いはオフセットを行い、尾筒シールの加熱を防止する構成としている。
【００４０】
さて、同図（ｂ）は本実施形態に係る、空気冷却式の尾筒における尾筒シールの冷却構造の一例を示す図である。ここでは冷却流溝１が尾筒５の後端まで貫通しており、ここから冷却空気を尾筒シール１５に吹き付ける構成としている。これにより尾筒シール１５を冷却している。
【００４１】
また、同図（ｃ）は本実施形態に係る、空気冷却式の尾筒における尾筒シールの冷却構造の他の例を示す図である。ここでは尾筒５の後端が第一段静翼シュラウド１６まで延びており、尾筒シール１５が尾筒５の外側に離れて配置されている。即ち、尾筒シール１５が燃焼ガス通過部からオフセットされた構成となっている。これにより尾筒シール１５が過熱することを防止している。なお、冷却流溝１は尾筒５の後端まで貫通しており、ここから冷却空気を放出する。
【００４２】
図１２は、本実施形態に係る、蒸気冷却式の尾筒における尾筒シールの冷却構造の一例を模式的に示す図である。同図（ａ）は平面断面図、同図（ｂ）は縦断面図を示している。ここではまず、前記図１１（ｃ）の構成と同様にして、尾筒６の後端が第一段静翼シュラウド１６まで延びており、尾筒シール１５が尾筒６の外側に離れて配置されている。即ち、尾筒シール１５が燃焼ガス通過部からオフセットされた構成としている。
【００４３】
さらに、配列された冷却流溝１には、一つ置きに尾筒６の外側に開口する出口孔１ｂが設けられている。加えて、尾筒６の後端部には各冷却流溝１間に渡ってヘッダー溝２が設けられている。そして、各冷却流溝１を通る冷却蒸気は、直接或いはヘッダー溝２で迂回した後に出口孔１ｂから放出される。放出された冷却蒸気は、出口部６ｂの前部に設けられた回収ジャケット１７に回収される。
【００４４】
また、同図（ｃ），（ｄ）は蒸気冷却式の尾筒における尾筒シールの冷却構造に空気冷却を加えた例を示す図であり、それぞれ平面断面図，縦断面図である。ここでは上記と同様にして、尾筒６の後端が第一段静翼シュラウド１６まで延びており、尾筒シール１５が尾筒６の外側に離れて配置されている。そして、蒸気流溝２０と空気流溝２１とが交互に配列されている。
【００４５】
まず、蒸気流溝２０端部には、尾筒６の外側に開口する出口孔２０ａが設けられている。そして、蒸気流溝２０を通る冷却蒸気は、直接に出口孔２０ａから放出される。放出された冷却蒸気は、出口部６ｂの前部に設けられた回収ジャケット１７に回収される。一方、空気流溝２１には、尾筒６の外側に開口する入口孔２１ａが設けられており、ここから冷却空気が導入される。そして、空気流溝２１が尾筒６の後端まで貫通しており、ここから冷却空気を放出する。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、効果的な冷却をするための最適な設計を行うことが可能な燃焼器冷却構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃焼器冷却構造を示す図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る燃焼器冷却構造を示す図。
【図３】従来からの燃焼器の尾筒を模式的に示す斜視図。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る、空気冷却式の尾筒における軸方向の溶接部の冷却構造を模式的に示す図。
【図５】本実施形態に係る、空気冷却式の尾筒における周方向の溶接部の冷却構造を模式的に示す斜視図。
【図６】本実施形態に係る、空気冷却式の尾筒におけるバイパスエルボ周りの冷却構造を模式的に示す縦断面図。
【図７】本実施形態に係る、蒸気冷却式の尾筒における軸方向の溶接部の冷却構造を模式的に示す斜視図。
【図８】本実施形態における蓋にインピンジ孔を設けた例を示す斜視図。
【図９】本実施形態における溶接部を溝加工しない例を示す図。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る燃焼器冷却構造として、尾筒外側の冷却構造を模式的に示す図。
【図１１】本発明の第５の実施形態に係る燃焼器冷却構造として、空気冷却式の尾筒における尾筒シールの冷却構造を模式的に示す縦断面図。
【図１２】本実施形態に係る、蒸気冷却式の尾筒における尾筒シールの冷却構造の一例を模式的に示す図。
【符号の説明】
１冷却流溝
２ヘッダー溝
３音響ライナー
４燃焼器壁部
５，６，１０本体
７蓋
８冷却通路
９蒸気ジャケット
１１冷媒ジャケット
１２尾筒
１３ディフューザ
１４カバー
１５尾筒シール
１６第一段静翼シュラウド
１７回収ジャケット
２０蒸気流溝
２１空気流溝[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a cooling structure for a gas turbine combustor.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a gas turbine combustor, its wall surface is exposed to high-temperature combustion gas and receives radiant heat from the frame, so that it becomes very hot as it is. A configuration in which a heavy wall structure is used and a cooling medium is passed between the two is generally employed.
[0003]
Specifically, as described in Japanese Patent Laid-Open No. 5-44927, a plurality of air flow grooves provided in the wall in the same direction as the flow direction of the combustion gas are provided on both the inside and outside of the wall. In addition, there is disclosed a configuration having an air hole having a larger area than the cross-sectional area of the air flow groove communicating with the air flow groove.
[0004]
Further, as described in Japanese Patent Laid-Open No. 9-303777, on the wall surface of the combustor having a double structure having a large number of flow paths partitioned by partition walls, cooling air conducting to the flow paths is provided. Provided with an inlet hole and an outlet hole, and provided with a third cooling supply header and a recovery header at an arbitrary interval on the outer wall surface of the combustor, and in each of the headers, each cooling medium inlet hole that is in communication with the flow path, A configuration in which an outlet hole is provided and the flow paths of the cooling air and the third cooling medium are different is disclosed.
[0005]
These are all filed by the present applicant. With the above configuration, the combustor wall portion can be efficiently cooled and the generation of NOx can be suppressed.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, when using the above-described conventional configuration, there are various restrictions on the cooling structure caused by the structure of the combustor, such as a welded portion and a seal portion, and it is difficult to perform an optimal design. In view of such a problem, an object of the present invention is to provide a combustor cooling structure capable of performing an optimum design for effective cooling.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a combustor cooling structure according to the present invention is a combustor cooling structure in which a plurality of cooling flow grooves in which a cooling medium for cooling the combustor flows are arranged in the combustor wall. A first cooling flow groove group composed of flow grooves, a second cooling flow groove group composed of a plurality of the cooling flow grooves, and a part of the outer periphery of the combustor, and a combustor wall portion inside thereof. An acoustic liner having an acoustic hole therethrough, wherein the cooling flow groove constituting the first cooling flow groove group and the cooling flow groove constituting the second cooling flow groove group are included in the combustor. The direction of flow of the cooling medium flowing through the cooling flow groove is substantially equal to the axial direction, and extends in the circumferential direction of the combustor between the first cooling flow groove group and the second cooling flow groove group. together provided are assembled temporarily cooling medium by flowing a cooling medium from the first cooling flow groove group, Distributes coolant to the second coolant flow groove groups stage, the header grooves constituting the cooling passages with flows provided, constituting a second cooling flow groove group at the position where the acoustic liner does not overlap with the header groove cooling The cooling flow groove is provided at a position that intersects the flow groove and does not overlap with the acoustic hole .
[0008]
Here, the cooling flow groove is a flow path of the cooling medium provided in the combustor wall. Conventionally, such a cooling flow groove is a double wall structure of the inner plate or the outer plate of the combustor wall. It is formed by processing the joint surface with a cutter. As the cooling medium, air, steam, or other fluid is used.
[0009]
Further, the present invention is characterized in that a cooling passage is formed by machining a groove in the welded portion of the combustor tail tube and covering the groove with a lid. Further, the cooling passage is a header groove disposed across a plurality of cooling flow grooves arranged in the wall portion of the combustor tail tube. Further, an impingement hole is provided in the lid.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a combustor cooling structure according to a first embodiment of the present invention, and schematically shows an example of arrangement of cooling flow grooves that are cooling medium flow paths provided on a combustor wall. FIG. Conventionally, such a cooling flow groove has been formed by processing a joint surface of an inner plate or an outer plate of a combustor wall portion having a double wall structure with a cutter.
[0014]
Therefore, the arrangement pitch and the groove width cannot be easily changed in the middle, and when the arrangement pitch is changed in the middle, there is a restriction that it can be set only by a multiple of the basic pitch, for effective cooling. It was difficult to achieve an optimal structure. Therefore, as shown in the figure, for example, with respect to the cooling flow groove 1 extending in the axial direction of the combustor (left and right direction of the paper surface), the circumferential direction of the combustor (paper surface) across the cooling flow grooves 1 in the middle thereof The header groove 2 extending in the vertical direction) is arranged.
[0015]
Thereby, since the arrangement pitch, groove width, etc. of the cooling flow grooves 1 can be easily changed before and after the header grooves 2, the grooves can be routed according to the structure of the combustor, and effective cooling can be performed. It is possible to obtain an optimum structure for the above. In addition, in the figure, the ○ mark given to each cooling flow groove 1 illustrates the arrangement of the inlet holes that open to the outside of the combustor, and the x mark illustrates the arrangement of the outlet holes that open to the inside of the combustor. is doing.
[0016]
FIG. 2 is a diagram showing a combustor cooling structure according to the second embodiment of the present invention, and schematically showing the vicinity of an acoustic liner provided around the combustor for reducing combustion vibration. First, FIGS. 4A and 4B are a plan view and a longitudinal sectional view showing a conventional acoustic liner portion structure, and depict a case of air cooling. However, the plan view shows a state in which the upper portion of the acoustic liner is temporarily opened. As shown in these figures, since the acoustic holes 4a are formed in the combustor wall portion 4 in the acoustic liner 3, the cooling flow grooves 1 must be disposed between them, and the entire arrangement pitch is reduced. It becomes rough.
[0017]
In addition, 1a is an inlet hole that opens to the outside of the combustor, 1b is an outlet hole that opens to the inside of the combustor, and arrows indicate the manner in which cooling air enters and exits or passes (the same applies hereinafter). However, in the case of steam cooling, a supply header and a recovery header are provided instead of these inlet holes and outlet holes. Further, 3a opened on the top surface of the acoustic liner 3 is an impingement hole for introducing air for purging the combustion gas that has entered the cavity while cooling the inside of the acoustic liner 3.
[0018]
FIGS. 2C and 2D are a plan view and a longitudinal sectional view showing an example of the acoustic liner portion structure in the present embodiment. In order to prevent the arrangement pitch of the entire cooling flow grooves 1 from becoming coarse as in the prior art, here, the cooling flow grooves 1 have been described in the first embodiment at positions where they extend outward from the acoustic liner 3. A header groove 2 is provided, and the arrangement pitch and groove width of the cooling flow grooves 1 are changed. As a result, an optimum structure for effective cooling can be obtained. Here, a steam cooling configuration may also be used.
[0019]
Furthermore, (e) and (f) in the figure are a plan view and a longitudinal sectional view showing another example of the acoustic liner structure in the present embodiment. Here, the impingement hole of the acoustic liner 3 is omitted, and an inlet hole 1a that opens to the outside of the combustor outside the acoustic liner 3 and an outlet hole 1b that also opens to the outside of the combustor inside the acoustic liner 3 are provided. It is configured.
[0020]
In this configuration, the cooling air after cooling the combustor wall portion 4 is discharged into the cavity portion 3b of the acoustic liner 3, and then discharged into the combustion gas through the acoustic hole 4a. As a result, the combustion gas that has entered the cavity 3b can be purged while cooling the acoustic liner 3, and the amount of cooling air can be reduced while ensuring the cooling capacity.
[0021]
In addition, it is good also as a structure which combined the case of steam cooling and the example in the example shown by said (c), (d). Further, the cooling medium is not limited to the air or steam shown in the above embodiments, but may be other fluids. The same applies to the following embodiments.
[0022]
FIG. 3 is a perspective view schematically showing a conventional combustor tail tube. The figure (a) has shown the welding joining state in the air-cooling type tail tube, and the figure (b) has shown the welding joining state in the steam-cooling type tail tube. As shown in FIG. 2A, the air-cooled tail tube is provided with a welded portion a on the main body 5 in the axial direction and a welded portion b at the rear end portion in the circumferential direction. . Further, a welded portion c is provided around the bypass elbow 5a.
[0023]
In addition, the steam-cooled transition piece is provided with a welded portion d on the main body 6 only in the axial direction, as shown in FIG. Thus, although the tail tube of the combustor is currently manufactured by joining 2 to 4 panels by welding, a cooling medium cannot be passed through these welds, and no cooling is performed. It was. For this reason, the lifetime of the welded part was shorter than the other parts. In addition, each welding part is shown with the wavy line in the figure.
[0024]
Therefore, for example, it is possible to form a cooling passage by grooving the welded portion and attaching a lid. This makes it possible to forcibly cool the welded portion, reduce the metal temperature, and improve the reliability. Hereinafter, as a combustor cooling structure according to the third embodiment of the present invention, a specific example of such a cooling structure in a welded portion will be described.
[0025]
FIG. 4 is a diagram schematically showing a cooling structure of an axially welded portion in an air-cooled transition piece according to the third embodiment of the present invention. The figure (a) is a perspective view, the figure (b) is a transverse sectional view, and the figure (c) is a longitudinal sectional view. As shown in these drawings, a cooling passage 8 along the cooling flow groove 1 is formed by grooving the outer portion of the main body 5 of the welded portion a and covering the groove with a lid 7. And it is set as the structure which provided the inlet hole 7a opened outside the main body 5, and the outlet hole 7b opened inside.
[0026]
FIGS. 4D and 4E are longitudinal sectional views showing configurations in which the cooling air flows are different from each other. In FIG. 4D, the number of inlet holes 7a is one for one welded portion a, and cooling air that has entered from here is distributed upstream and downstream, and discharged from each end. Further, in FIG. 4E, one inlet hole 7a is provided in the vicinity of one end with respect to one welded portion a, and the cooling air entering from here is discharged from the other end portion.
[0027]
FIG. 5 is a perspective view schematically showing a cooling structure of a welded portion in the circumferential direction in the air-cooled transition piece according to the present embodiment. As shown in the figure, the outer portion of the main body 5 of the welded portion b is grooved, and a lid 7 is placed over the groove, thereby forming a header groove 8 a extending between the cooling flow grooves 1. And it is set as the structure which cools the welding part b by making the cooling air from the cooling flow groove | channel 1 flow into the header groove | channel 8a.
[0028]
FIG. 6 is a longitudinal sectional view schematically showing a cooling structure around the bypass elbow in the air-cooled tail cylinder according to the present embodiment. Conventionally, as shown in FIG. 2A, the cooling flow groove 1 is provided in the main body 5 and the cooling structure is formed, but the bypass elbow 5a across the welded portion c is not cooled ( In the figure, 1b is an outlet hole, and the inlet hole is not shown).
[0029]
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 5B, the cooling flow groove 1 is formed in the duct portion of the bypass elbow 5a, and the inlet hole 1a and the outlet hole 1b are provided respectively. In addition, as shown in FIG. 3C, the outer portion of the main body 5 of the welded portion c is grooved, and the lid 7 is covered with the groove 7 so that the header groove 8a across the cooling flow grooves 1 is formed. Forming. And it is set as the structure which cools the welding part c by making the cooling air from the cooling flow groove | channel 1 flow into the header groove | channel 8a.
[0030]
FIG. 7 is a perspective view schematically showing a cooling structure of an axial welded portion in the steam-cooled transition piece according to the present embodiment. Here, as shown in the figure, a cooling passage 8 is formed by forming a groove in the outer portion of the main body 6 of the welded portion d and covering the groove with a lid 7. And only the part covered with the steam jacket 9 provided in the circumferential direction of the transition piece is configured to supply or recover steam from here to the cooling passage 8 by providing the lid 7 with the opening 7c. . In the figure, the steam jacket 9 in the vicinity of the opening 7c is drawn in a notched state.
[0031]
FIG. 8 is a perspective view showing an example in which an impingement hole is provided in the lid in the present embodiment. Since the material strength of the welded portion is reduced, such an impingement hole may be provided and cooled. FIG. 4A shows the case of air cooling. Here, it is set as the structure which takes in the cooling air of a vehicle interior directly from the impingement hole 7d opened in the lid | cover 7. FIG. FIG. 2B shows the case of steam cooling. Here, a steam jacket 9 is provided so as to cover the lid 7, and steam is taken into the cooling passage 8 from the impingement hole 7d.
[0032]
FIG. 9 is a diagram illustrating an example in which the welded portion is not grooved in the present embodiment. FIG. 1A is a perspective view. When the connection between the cooling flow groove 1 described so far and the cooling passage of the welded portion is not necessary, groove processing is unnecessary in the welded portion. Therefore, as shown in this figure, such a welded portion e provided on the main body 10 of the transition piece is provided with a refrigerant jacket 11 so as to cover the welded portion e without being grooved. And it is set as the structure which cools the welding part e by letting a cooling medium pass in the refrigerant | coolant jacket 11. FIG.
[0033]
FIGS. 7B and 7C are longitudinal sectional views showing configurations in which the cooling medium flows differently. In FIG. 5B, the cooling medium (mainly cooling air here) enters from the inlet hole 11a opened in the refrigerant jacket 11 and exits from the outlet hole 11b opened in the welded part e. Further, in FIG. 5C, the cooling medium passes from one end to the other end of the refrigerant jacket 11 without providing the inlet hole and the outlet hole.
[0034]
FIG. 10 is a diagram schematically showing a cooling structure on the outer side of the transition piece as the combustor cooling structure according to the fourth embodiment of the present invention. 1A is a front view showing a conventional structure, and FIG. 1B is a side cross-sectional view. As shown in FIG. 2A, the discharge air from a compressor (not shown) is blown out of the diffuser 13 and blown to the lower part of the tail cylinder 12 as indicated by the arrow to cool the surface of the tail cylinder 12. Such a configuration is conventionally employed.
[0035]
However, in the conventional configuration, as shown in FIG. 5B, the discharge air blown to the lower part of the tail cylinder 12 is peeled off at the side part, and the air flow velocity at the surface of the upper part (vehicle compartment side) is slow. Become. For this reason, there is a problem that the heat transfer rate from the transition piece 12 to the discharge air is lowered, that is, the cooling capacity for the transition piece 12 is lowered. Therefore, in this embodiment, the cover is provided as follows.
[0036]
FIGS. 3C and 3D are a front view and a side cross-sectional view showing the structure in the present embodiment. Here, a cover 14 is provided on the passenger compartment side of the transition piece 12 with a gap with respect to the surface thereof, and the discharge air from the compressor is guided. Thereby, since discharge air is guide | induced to an upper end, without raise | generating peeling, the air flow rate on the surface is maintained and a cooling capability is improved.
[0037]
The cover 14 is arranged by a method of supporting the cover 14 from the tail cylinder 12 with a support rod or the like, or hanging it from the ceiling of the passenger compartment. The cover 14 has a hole 14a through which the bypass elbow 12a of the tail cylinder 12 is passed. As described above, the cooling capacity of the transition piece can be improved without increasing the combustor pressure loss and the amount of cooling air.
[0038]
FIG. 11: is a longitudinal cross-sectional view which shows typically the cooling structure of the tail-cylinder seal in an air-cooled tail pipe as a combustor cooling structure which concerns on the 5th Embodiment of this invention. First, FIG. 1A shows a conventional structure. As shown in the figure, a tail tube seal 15 having a hook-shaped cross section is provided over the entire circumference of the outlet portion 5b having a hook shape of the tail tube 5 from the past. The first stage stationary blade shroud 16 is connected and sealed.
[0039]
However, conventionally, the cooling air from the cooling flow groove 1 is only discharged to the inner side of the outlet hole 1b in the vicinity of the outlet portion 5b of the tail tube 5, so that there is a problem that the tail tube seal 15 is not sufficiently cooled. It was. Therefore, in the present embodiment, the tail tube seal is cooled or offset as described below to prevent heating of the tail tube seal.
[0040]
FIG. 5B is a view showing an example of the cooling structure of the transition piece seal in the air cooling type transition piece according to the present embodiment. Here, the cooling flow groove 1 penetrates to the rear end of the transition piece 5, and the cooling air is blown to the transition piece seal 15 from here. As a result, the transition piece seal 15 is cooled.
[0041]
FIG. 6C is a view showing another example of the cooling structure of the tail tube seal in the air-cooled tail tube according to the present embodiment. Here, the rear end of the tail cylinder 5 extends to the first stage stationary blade shroud 16, and the tail cylinder seal 15 is arranged away from the outer side of the tail cylinder 5. That is, the transition piece seal 15 is offset from the combustion gas passage portion. This prevents the tail tube seal 15 from overheating. In addition, the cooling flow groove 1 penetrates to the rear end of the tail cylinder 5, and discharges cooling air from here.
[0042]
FIG. 12 is a diagram schematically illustrating an example of the cooling structure of the transition piece seal in the steam cooling type transition piece according to the present embodiment. The figure (a) shows a plane sectional view, and the figure (b) shows the longitudinal section. Here, first, similarly to the configuration of FIG. 11C, the rear end of the transition piece 6 extends to the first stage stationary vane shroud 16, and the transition piece seal 15 is arranged away from the outer side of the transition piece 6. Has been. That is, the transition piece seal 15 is offset from the combustion gas passage portion.
[0043]
Further, the arranged cooling flow grooves 1 are provided with outlet holes 1b that open to the outside of the tail tube 6 every other one. In addition, a header groove 2 is provided between the cooling flow grooves 1 at the rear end portion of the transition piece 6. And the cooling vapor | steam which passes through each cooling flow groove | channel 1 is discharge | released from the exit hole 1b directly or after detouring by the header groove | channel 2. FIG. The discharged cooling steam is recovered by a recovery jacket 17 provided at the front of the outlet portion 6b.
[0044]
FIGS. 3C and 3D are views showing an example in which air cooling is applied to the cooling structure of the tail tube seal in the steam cooling type tail tube, and are a plan sectional view and a longitudinal sectional view, respectively. Here, in the same manner as described above, the rear end of the tail cylinder 6 extends to the first stage stationary blade shroud 16, and the tail cylinder seal 15 is arranged away from the outside of the tail cylinder 6. The steam flow grooves 20 and the air flow grooves 21 are alternately arranged.
[0045]
First, an outlet hole 20 a that opens to the outside of the tail cylinder 6 is provided at the end of the steam flow groove 20. Then, the cooling steam passing through the steam flow groove 20 is directly discharged from the outlet hole 20a. The discharged cooling steam is recovered by a recovery jacket 17 provided at the front of the outlet portion 6b. On the other hand, the air flow groove 21 is provided with an inlet hole 21a that opens to the outside of the tail cylinder 6, from which cooling air is introduced. And the air flow groove | channel 21 has penetrated to the rear end of the tail cylinder 6, and discharges cooling air from here.
[0046]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a combustor cooling structure capable of performing an optimum design for effective cooling.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a combustor cooling structure according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing a combustor cooling structure according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view schematically showing a transition piece of a conventional combustor.
FIG. 4 is a diagram schematically showing a cooling structure of an axial welded portion in an air-cooled transition piece according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view schematically showing a cooling structure of a welded portion in a circumferential direction in an air-cooled tail cylinder according to the present embodiment.
FIG. 6 is a longitudinal sectional view schematically showing a cooling structure around a bypass elbow in an air-cooled transition piece according to the present embodiment.
FIG. 7 is a perspective view schematically showing a cooling structure of an axially welded portion in a steam-cooled transition piece according to the present embodiment.
FIG. 8 is a perspective view showing an example in which an impingement hole is provided in a lid in the present embodiment.
FIG. 9 is a diagram showing an example in which the welded portion is not grooved in the present embodiment.
FIG. 10 is a diagram schematically showing a cooling structure on the outer side of a transition piece as a combustor cooling structure according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a longitudinal sectional view schematically showing a cooling structure of a tail cylinder seal in an air-cooled tail cylinder as a combustor cooling structure according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram schematically illustrating an example of a cooling structure of a transition piece seal in a steam cooling type transition piece according to the present embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cooling flow groove 2 Header groove 3 Acoustic liner 4 Combustor wall part 5, 6, 10 Main body 7 Cover 8 Cooling passage 9 Steam jacket 11 Refrigerant jacket 12 Tail cylinder 13 Diffuser 14 Cover 15 Tail cylinder seal 16 First stage stationary blade shroud 17 Recovery jacket 20 Steam flow groove 21 Air flow groove

Claims

In the combustor cooling structure in which a plurality of cooling flow grooves through which a cooling medium for cooling the combustor flows are arranged on the combustor wall,
A first cooling flow groove group comprising a plurality of cooling flow grooves;
Similarly, a second cooling flow groove group consisting of a plurality of the cooling flow grooves ,
An acoustic liner that covers a part of the outer periphery of the combustor and includes an acoustic hole that penetrates the combustor wall inside the combustor ;
The cooling flow groove constituting the first cooling flow groove group and the cooling flow groove constituting the second cooling flow groove group are substantially parallel to the axial direction of the combustor, and the cooling flow groove The direction of flow of the cooling medium flowing through
The cooling medium is provided between the first cooling flow groove group and the second cooling flow groove group so as to extend in the circumferential direction of the combustor and to allow the cooling medium to flow from the first cooling flow groove group. And temporarily collecting the cooling medium, distributing the cooling medium to the second cooling flow groove group in the next stage, and providing a header groove that flows out and constitutes a cooling passage ,
The acoustic liner intersects with the cooling flow groove constituting the second cooling flow groove group at a position where the acoustic liner does not overlap with the header groove, and is provided at a position where the cooling flow groove does not overlap with the acoustic hole. Combustor cooling structure.

The interval between the cooling flow grooves constituting the first cooling flow groove group and the interval between the cooling flow grooves constituting the second cooling flow groove group are different from each other. Combustor cooling structure.

The outlet holes of the cooling flow grooves made open to the interior of the acoustic liner is provided, after the cooling medium exiting from the outlet hole was purged cavity portion of the acoustic liner, from said sound hole of the acoustic liner The combustor cooling structure according to claim 1 , wherein the combustor cooling structure is discharged into the combustor.

A welded portion of a combustor tail cylinder constituted by welding a plurality of panels is grooved, a cooling passage is formed by covering the groove with a lid, and the cooling passage is used as the header groove. The combustor cooling structure according to any one of claims 1 to 3 .

The combustor cooling structure according to claim 4 , wherein an impingement hole is provided in the lid of the cooling passage.