JP4167224B2 - ガスタービン用燃焼室 - Google Patents

Description

本発明は、燃焼室内室への入口としてマンホールを備え、マンホールをマンホール蓋で閉鎖できるガスタービン用燃焼室に関する。

ガスタービンは多くの分野において発電機あるいは作業機械を駆動するために使用されている。その場合、燃料の含有エネルギーがタービン軸の回転運動を発生するために利用される。そのために、燃料は燃焼室で燃焼され、空気圧縮機によって圧縮された空気が導入される。燃焼室内で燃料の燃焼によって発生された高温高圧の作動媒体は、燃焼室の後に接続されたタービン装置を通して導かれ、そこで仕事をしながら膨張する。

そのようなガスタービンを設計する際、達成可能な出力に加えて、通常、特に高い効率が設計目標とされる。その効率増大は、熱力学的理由から基本的に、作動媒体が燃焼室から出てタービン装置に流入する際の出口温度の上昇によって達成できる。従って、そのようなガスタービン用として約１２００℃〜１５００℃の温度が努めて求められ、また達成されている。

ガスタービンの運転中にそのような高温に曝される燃焼室は、例えば点検目的で、内側から接近できなければならない。独国特許出願公開第１９９２４６０７号明細書から、マンホール入口を通って検査できる少なくとも１つの部分領域を有する燃焼室を備えたガスタービンが知られている。また、独国特許出願公開第１９８０９５６８号明細書から、火炎室への入口（マンホール）が設けられ、その入口を通って作業員が火炎室の中に入り込める環状燃焼室を備えたガスタービンが知られている。しかし通常、特に１２００℃〜１３００℃の高い燃焼温度を有するガスタービンの場合、燃焼室のマンホールがマンホールにかかる熱的負荷に耐えられないあるいは少なくとも燃焼室の気密性を保証できないために、マンホールは断念されている。これは、特に内面に内張りいわゆるライニングが張られた燃焼室に対して当てはまる。従って、作業員が燃焼室の中に入り込むことを可能にするために、非常に手間のかかる分解作業が必要とされる。

本発明の課題は、特に高い燃焼温度を有するガスタービンに適し、作業員が簡単に入り込むことのできるガスタービン用燃焼室を提供することにある。

この課題は、本発明に基づいて、燃焼室内室の中に入り込むための入口としてマンホールを備え、マンホールをマンホール蓋で閉鎖できるガスタービン用燃焼室において、マンホール蓋の内部に冷却室が設けられていることによって解決される。ガスタービン用燃焼室は燃焼室内室への入口としてマンホールを備え、マンホールはマンホール蓋で閉鎖できる。本発明に基づいて、マンホール蓋は内部冷却室を有している。内部冷却室、即ち、マンホール蓋の内部における冷却室は、燃焼室内室を閉鎖するマンホール蓋の的確な冷却を可能にする。従って、マンホール蓋は、燃焼室内室での大きな熱的負荷の下でも、許容できないほどの変形を生ずることなしに利用できる。全運転状態において、マンホール蓋による燃焼室内室の気密閉鎖が保証される。

好適には、マンホール蓋に加えて、燃焼室壁の、少なくともガスタービン用燃焼室の熱的に特に大きく負荷される範囲が内部冷却される。この場合、燃焼室壁はいわゆる壁冷却室を有している。好適には、マンホール蓋の内部冷却室が、流れ技術的に、例えば接続管によって、燃焼室壁の壁冷却室に接続される。これによって、燃焼室内室を囲い込む種々の部品、特に、マンホール蓋ならびにマンホール蓋を包囲する燃焼室壁に、簡単に、少なくとも類似の熱的条件を生じさせることができる。

マンホール蓋の内部冷却室と燃焼室壁の壁冷却室との流れ技術的な接続は、有利な実施態様において、マンホール蓋をマンホールに嵌め込めることによって、特に簡単に直接に行なうことができる。これによって特に、燃焼室壁の壁冷却室は横断面積の低減なしにマンホール蓋の内部冷却室に移行できる。マンホール蓋を含むガスタービン用燃焼室の全ての壁が一様な冷却室を形成すると好ましい。

本発明の有利な実施態様において、マンホール蓋あるいはマンホール蓋の少なくとも１つの蓋部品（例えば、マンホール蓋の内部冷却室を燃焼室内室に向けて閉鎖する蓋内張り）が固定要素によって燃焼室内室に向けて支持される。この固定要素は、同時に、マンホール蓋に隣接する内張り要素を燃焼室壁に保持する。この固定要素の多重機能によって、燃焼室における固定要素の数の低減ができる。

固定要素は好適には少なくとも断面ほぼＵ形に形成され、そのＵ字の第１脚部がマンホール蓋の蓋部品を支持し、Ｕ字の第２脚部が内張り要素を燃焼室壁に保持する。固定要素全体は好適にはレールの形を有している。固定要素がＵ形レールとして形成されていることによって、この固定要素は十分な強度ならびに弾性を有する。

固定要素は、好適には、固定要素の部分部材（特にＵ字の一方の脚部）がマンホールの中に突入しそこでマンホール蓋の蓋内張りを燃焼室内室に向けて支持し且つ（固定要素を解放することなしに）マンホール蓋がマンホールから取外しできるように、燃焼室壁に保持されている。これは、内張り要素ならびに蓋内張りを燃焼室壁ないしはマンホール蓋に保持する固定要素全体が一度取付けられるだけで済み、マンホールを通ってガスタービン用燃焼室内に入り込むことがその固定要素を除去することなしに可能であるという利点を有する。

本発明の利点は、特に、マンホール蓋が内部冷却室に基づいて高い熱的負荷に耐えることができ、マンホール蓋をその内部冷却室を含めて、マンホールから非常に簡単に取外しできることにある。

以下において本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。
図１はガスタービンの半部断面側面図、
図２は図１のガスタービンのガスタービン用燃焼室の一部断面図を示す。
各図において同一部分には同一符号が付されている。

図１におけるガスタービン１は、燃焼空気用の圧縮機２、燃焼室すなわちガスタービン用燃焼室４、および圧縮機２と図示されていない発電機あるいは作業機械とを駆動するためのタービン６を有している。そのためにタービン６および圧縮機２は、タービンロータとも呼ばれる共通のタービン軸８上に配置されている。タービン軸８はその回転中心線９を中心に回転可能に支持され、発電機ないしは作業機械に結合されている。

燃焼室４は、液体燃料あるいは気体燃料を燃焼するための多数のバーナ１０を装備している。燃焼室４はさらにその内壁あるいは燃焼室壁２３に内張り要素２５を備えている。

タービン６はタービン軸８に取付けられた多数の動翼１２を有している。これらの動翼１２はタービン軸８に輪状に配置され、これによって多数の動翼列を形成している。またタービン６は多数の静翼１４を有している。これらの静翼１４も同様に輪状に配置されて静翼列を形成し、タービン６の内部車室１６に取付けられている。動翼１２は、タービン６を貫流する作動媒体Ｍの衝撃伝達によってタービン軸８を駆動するために使われる。これに対して静翼１４は、作動媒体Ｍの流れ方向に見て連続する２つの動翼列間において作動媒体Ｍの流れを案内するために使われる。互いに連続して位置する一対の静翼輪つまり静翼列１４と動翼輪つまり動翼列１２はタービン段とも呼ばれる。

各静翼１４は翼根元部１９とも呼ばれる翼台座１８を有し、この翼台座１８はそれぞれの静翼１４をタービン６の内部車室１６に固定するために壁要素として配置されている。翼台座１８は、タービン６を貫流する作動媒体Ｍに対する高温ガス通路の外側境界部を形成し、熱的に比較的強く負荷される部品である。各動翼１２も同じように、翼台座１８とも呼ばれる翼根元部１９を介してタービン軸８に取付けられている。その翼根元部１９はそれぞれ翼軸線に沿って延びる羽根２０を支えている。

隣接する２つの静翼列の静翼１４の互いに間隔を隔てて配置された翼台座１８間にそれぞれ案内輪２１が配置され、タービン６の内部車室１６に固定されている。各案内輪２１の内側面も同様に、タービン６を貫流する高温の作動媒体Ｍに曝され、これに対向して位置する動翼１２の外側端２２から半径方向に隙間によって間隔を隔てられている。隣接する静翼列間に配置された案内輪２１は、特に、内部車室１６あるいは他の車室組込み部品を、タービン６を貫流する高温の作動媒体Ｍによる熱的過負荷から保護する覆い要素として使われる。

比較的大きな効率を得るために、ガスタービン１は、燃焼室４から出る作動媒体Ｍの比較的高い約１２００℃〜１３００℃の出口温度用として設計されている。これを可能にするために、燃焼室壁２３は内部冷却される。燃焼室壁２３と、この燃焼室壁２３に固定され燃焼室内室２４を包囲する内張り要素２５との間を、燃焼空気が作動媒体Ｍすなわち燃焼ガスと対向流で、壁冷却室２６を通ってバーナ１０に向かって流れる。この燃焼空間の冷却によって同時に望み通りに燃焼空気が加熱される。

図２には、マンホール２７を備え、マンホール２７にマンホール蓋２８が嵌め込まれた燃焼室壁２３の一部分が断面図で示されている。マンホール蓋２８は、燃焼室壁２３と同様に形成された蓋上部２９ならびに蓋内張り３０を有し、これらの部品２９、３０は蓋部品とも呼ばれる。蓋上部２９と蓋内張り３０との間に、マンホール蓋２８の内部冷却室３１が囲い込まれている。それと同様に、燃焼室壁２３と、この燃焼室壁２３に固定された内張り要素２５との間に、壁冷却室２６が囲い込まれている。マンホール蓋２８の内部冷却室３１は燃焼室壁２３の壁冷却室２６に、燃焼空気が紙面に対して垂直に支障なしに流れるように接続されている。

蓋上部２９はその縁に張出し部３３を有し、蓋上部２９はその張出し部３３で燃焼室壁２３の対応した保持用凹所３４に嵌め込まれる。マンホール壁２８は全体として矩形の基本形状を有している。蓋上部２９ならびに燃焼室壁２３は、これらの両部品の結合範囲において、即ち、張出し部３３および保持用凹所３４の範囲において、強度を高めるために、燃焼室内室２４に向けて厚肉に形成されている。蓋上部２９はこの厚肉部位３５に接触支持面３６を有し、この接触支持面３６に蓋内張り３０の内張り縁３７が当接している。この内張り縁３７は、内張り主要面３８に続いて、内張り主要面３８と一体につながり、内張り主要面３８から折り曲げて形成されている。同じように、燃焼室壁２３の厚肉部位４０の接触支持面３９に、内張り要素２５の内張り縁４１が当接している。

マンホール蓋２８は、燃焼室外側４２に向けて、図示されていない固定装置によって支持されている。蓋内張り３０ならびに内張り要素２５は、燃焼室内室２４に向けて、断面Ｕ形レールとして形成された固定要素４３によって支持されている。この場合、そのＵ字の第１脚部４４がマンホール蓋２８の内張り縁３７に当接し、Ｕ字の第２脚部４５が内張り要素２５の内張り縁４１に当接している。Ｕ字のこれらの両脚部４４、４５は固定要素４３の部分部材とも呼ばれる。従って、マンホール蓋２８を燃焼室内室２４に向けて支持するために、全部で２つの固定要素４３しか必要とされない。これらの固定要素４３は、燃焼室壁２３の厚肉部位４０にねじ込まれるボルト４６によって、燃焼室壁２３に保持されている。

ボルト４６は燃焼室内室２４から燃焼室壁２３内にねじ込まれている。内張り要素２５を厚肉部位４０に補助的に固定することは不要である。ボルト４６で燃焼室壁２３に保持された断面Ｕ形の固定要素４３は、内張り要素２５を燃焼室壁２３に保持するため並びに蓋内張り３０を燃焼室内室２４に向けて支持するために十分である。ライニングとも呼ばれる内張り２５、３０は固定要素４３によって漏れ止めされている。これによって、固定要素４３の範囲における冷却空気の漏れが防止されている。内張り縁３７ないしは内張り縁４１のところで冷却空気が内部冷却室３１ないしは壁冷却室２６から漏出するが、その漏出した冷却空気は断面Ｕ形の固定要素４３によって、燃焼室内室２４に流入することを阻止される。他方で、断面Ｕ形の固定要素４３で捕捉された冷却空気はレールとして形成された固定要素４３に沿って支障なしにバーナ１０に流入する。

マンホール蓋２８をマンホール２７から取外すために、固定要素４３の除去あるいはボルト４６の弛緩は不要である。これは、固定要素４３が内張り要素２５ならびに蓋内張り３０を燃焼室内室２４に向けて支持するフック形状を有していることによって可能にされている。燃焼室４がマンホール蓋２８で閉じられている場合、固定要素４３は、マンホール蓋２８の蓋内張り縁３７と内張り要素２５の内張り縁４１との間の隙間を橋絡し、これにより高温作動媒体Ｍは燃焼室内室２４から燃焼室壁２３にも蓋上部２９にも到達しない。従って、燃焼室４はマンホール蓋２８を含めて完全に内張りされている。

ガスタービンの半部の断面側面図 図１のガスタービンのガスタービン用燃焼室の一部断面図

符号の説明

１ ガスタービン
４ ガスタービン用燃焼室
２３ 燃焼室壁
２４ 燃焼室内室
２５ 内張り要素
２６ 壁冷却室
２７ マンホール
２８ マンホール蓋
２９ 蓋上部
３０ 蓋内張り
３１ 内部冷却室
４３ 固定要素
４４ Ｕ字の第１脚部
４５ Ｕ字の第２脚部

Claims (7)

1. 燃焼室内室（２４）の中に入り込むための入口としてマンホール（２７）を備え、マンホール（２７）をマンホール蓋（２８）で閉鎖できるガスタービン用燃焼室（４）において、マンホール蓋（２８）の内部に冷却室（３１）が設けられていることを特徴とするガスタービン用燃焼室。
2. 燃焼室壁（２３）が壁冷却室（２６）を有していることを特徴とする請求項１記載のガスタービン用燃焼室。
3. マンホール蓋（２８）の内部冷却室（３１）が、流れ技術的に、燃焼室壁（２３）の壁冷却室（２６）に接続されていることを特徴とする請求項２記載のガスタービン用燃焼室。
4. マンホール蓋（２８）の内部冷却室（３１）が、マンホール蓋（２８）をマンホール（２７）に嵌め込めることによって、燃焼室壁（２３）の壁冷却室（２６）に直結されることを特徴とする請求項３記載のガスタービン用燃焼室。
5. マンホール蓋（２８）の少なくとも１つの蓋部品（２９、３０）を燃焼室内室（２４）に向けて支持し且つマンホール蓋（２８）に隣接する内張り要素（２５）を燃焼室壁（２３）に保持する固定要素（４３）が設けられていることを特徴とする請求項２乃至４の１つに記載のガスタービン用燃焼室。
6. 固定要素（４３）が少なくとも断面Ｕ形に形成され、そのＵ字の第１脚部（４４）が蓋部品（２９、３０）を支持し、Ｕ字の第２脚部（４５）が内張り要素（２５）を保持することを特徴とする請求項５記載のガスタービン用燃焼室。
7. 固定要素（４３）の部分部材（４４、４５）が、マンホール蓋（２８）の蓋内張り（３０）が燃焼室内室（２４）に向けて支持されマンホール蓋（２８）がマンホール（２７）から取出せるように、マンホール（２７）の中に突入していることを特徴とする請求項５又は６記載のガスタービン用燃焼室。

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