JP4327324B2 - 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係り、特に燃焼室を形成する燃焼器ライナと燃焼器ケーシングとの間に設置した予混合ダクトを運転中、安定状態に維持させるガスタービン燃焼器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
火力発電プラントやコンバインドサイクル発電プラントに適用されるガスタービンは、高プラント熱効率化、高出力化を目指してガスタービン駆動ガスを高温化する傾向にある。
【０００３】
しかし、その反面、ガスタービン駆動ガスの高温化に伴ってＮＯｘ濃度が増加する。ＮＯｘ濃度が高くなるのは、ガスタービン駆動ガスの温度が高くなることが主な要因である。このため、最近のガスタービンでは、例えば特開平２−３０９１２３号公報に示すように、ガスタービン燃焼器に予混合ダクトを設け、この予混合ダクトで燃料に空気を加え、予め燃料希薄状態にしてガスタービン駆動ガスを生成し、ＮＯｘ濃度を低く抑えていた。
【０００４】
ところで、燃料を希薄状態に生成する予混合ダクトは、長筒状の胴体に形成し、この胴体を燃焼室を区画する燃焼器ライナと燃焼器ケーシングとの間に設置するとともに、長筒状の胴体を分岐した複数の出口から燃焼室に燃料希薄状態の予混合気を噴出させていた。
【０００５】
また、予混合ダクトは、胴体の軸方向に沿って長く延びる支持プレートで胴体から分岐した複数の出口を支持させるとともに、支持プレートの端部にばねを介装させてピン固定し、運転中に発生する種々の振動に対して十分に抗することができるようにしていた。
【０００６】
このように、予混合ダクトを組み込んだ従来のガスタービン燃焼器は、運転中、予混合ダクトを安定状態に維持させて予混合気を生成し、ＮＯｘ濃度を法律規制値以下に維持させる運転を行っていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
最近のように、ガスタービン駆動ガスのガスタービン入口温度が高温化してくると、従来のガスタービン燃焼器では、幾つかの問題点があり、その一つに予混合ダクトの振動対策がある。
【０００８】
最近のガスタービン燃焼器は、高温、例えば１５００℃以上のガスタービン駆動ガス（燃焼ガス）を生成させる際、各構成部品が空気圧縮機から供給される高温・高圧空気の流れの中に晒されており、またガスタービン駆動ガスを生成する際の火炎から発生する非定常の圧力振動（燃焼振動）をまともに受けており、各構成部品を加振状態にさせている。このため、予混合ダクトは、高温・高圧空気の流れの中に晒され、常に燃焼振動をまともに受けながら長時間運転していると、その胴体の局所に亀裂が発生したり、あるいはその胴体の出口を支持する支持プレートとの間に燃焼振動等に伴う摩耗を起させたり、予混合気に偏流を与えたりして、高温化・高出力化を目指すガスタービン燃焼器の安定運転を難しくさせていた。
【０００９】
本発明は、このような現況を踏まえてなされたもので、高温化・高出力化に伴う長時間運転に対しても予混合ダクトを安定状態に維持させてガスタービン駆動ガスを生成するガスタービン燃焼器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、燃焼室を区画する燃焼器ライナの頭部側の中央に設けた拡散燃焼用燃料ノズルと、この拡散燃焼用燃料ノズルの外側に設けた予混合燃焼用燃料ノズルに臨み、上記燃焼器ライナの軸方向に沿って長く延びる予混合ダクトとを備えたガスタービン燃焼器において、上記予混合ダクトの胴体の入口側を支持し、上記燃焼器ライナに接続する予混合ダクト支持装置と、上記予混合ダクトの胴体の出口側を支持する予混合ダクト支持装置とを備え、予混合ダクトの胴体の出口側を支持する予混合ダクト支持装置は、燃焼器ライナの軸方向に沿って長く延びる予混合ダクト出口支持プレートと、この予混合ダクト出口支持プレートの端部に板ばねおよび支持リングを装着して支持する支持ピンとを備えたものである。
【００１９】
また、本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述の目的を達成するために、請求項２に記載したように、燃焼室を区画する燃焼器ライナの頭部側の中央に設けた拡散燃焼用燃料ノズルと、この拡散燃焼用燃料ノズルの外側に設けた予混合燃焼用燃料ノズルに臨み、上記燃焼器ライナの軸方向に沿って長く延びる予混合ダクトとを備えたガスタービン燃焼器において、上記予混合ダクトの胴体の入口側を支持し、上記燃焼器ライナに接続する予混合ダクト支持装置と、上記予混合ダクトの胴体の出口側を支持する予混合ダクト支持装置とを備え、予混合ダクトの胴体の出口側を支持する予混合ダクト支持装置は、燃焼器ライナの軸方向に沿って長く延びる予混合ダクト出口支持プレートと、この予混合ダクト出口支持プレートの端部に板ばねおよび支持リングを装着して支持する支持ピンと、上記胴体のうち、ガスタービン駆動ガスの下流側に位置する出口側の上記予混合ダクト出口支持プレートに設けた補強板とを備えたものである。
【００２０】
また、本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述の目的を達成するために、請求項３に記載したように、予混合ダクト出口支持プレートは平板であることを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述の目的を達成するために、請求項４に記載したように、予混合ダクト出口支持プレート、板ばね、支持リングおよび支持ピンのうち、いずれか少なくとも一方は、耐摩耗材をコーティングしたものである。
【００２２】
また、本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述の目的を達成するために、請求項５に記載したように、板ばねは、ピン孔の部分に切欠きを形成するとともに、端部に溶接用小孔を形成したものである。
【００２３】
また、本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述の目的を達成するために、請求項６に記載したように、溶接用小孔は、板ばねを予混合ダクト出口支持プレートに接続させる溶接部を備えたものである。
【００２４】
また、本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述の目的を達成するために、請求項７に記載したように、板ばねは、レーザ光で形成した溶接部で予混合ダクト出口支持プレートに接続させたものである。
【００２５】
また、本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述の目的を達成するために、請求項８に記載したように、板ばねは、ピン孔の部分に切欠きを形成するとともに、端部に溶接用小孔を形成する一方、側端にテーパ部を形成したものである。
【００２６】
また、本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述の目的を達成するために、請求項９に記載したように、支持リングは、板ばね側に向って突出し部を備えたものである。
【００２７】
また、本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述の目的を達成するために、請求項１０に記載したように、燃焼室を区画する燃焼器ライナの頭部側の中央に設けた拡散燃焼用燃料ノズルと、この拡散燃焼用燃料ノズルの外側に設けた予混合燃焼用燃料ノズルに臨み、上記燃焼器ライナの軸方向に沿って長く延びる予混合ダクトとを備えたガスタービン燃焼器において、上記予混合ダクトの胴体の入口側を支持し、上記燃焼器ライナに接続する予混合ダクト支持装置と、上記予混合ダクトの胴体の出口側を支持する予混合ダクト支持装置とを備え、予混合ダクトの胴体の出口側を支持する予混合ダクト出口支持装置は、燃焼器ライナの軸方向に沿って長く延びる予混合ダクト出口支持プレートと、この予混合ダクト出口支持プレートの端部に設けた予混合ダクト振動調整装置とを備えたものである。
【００２８】
また、本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述の目的を達成するために、請求項１１に記載したように、予混合ダクト振動調整装置は、予混合ダクト出口支持プレートにコイルばねおよび支持リングを装着して支持する支持ピンとを備えたものである。
【００２９】
また、本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述の目的を達成するために、請求項１２に記載したように、予混合ダクト振動調整装置は、コイルばねを収容する筒部と、この筒部に螺合して包囲する袋ナット部と、この袋ナット部を支持リングに対して位置決めする位置決め部材と、上記袋ナット部を増締めする突起部とを備えたものである。
【００３０】
また、本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述の目的を達成するために、請求項１３に記載したように、燃焼室を区画する燃焼器ライナの頭部側の中央に設けた拡散燃焼用燃料ノズルと、この拡散燃焼用燃料ノズルの外側に設けた予混合燃焼用燃料ノズルに臨み、上記燃焼器ライナの軸方向に沿って長く延びる予混合ダクトとを備えたガスタービン燃焼器において、上記予混合ダクトの胴体の入口側を支持し、上記燃焼器ライナに接続する予混合ダクト支持装置と、上記予混合ダクトの胴体の出口側を支持する予混合ダクト支持装置とを備え、予混合ダクトの胴体の出口側を支持する予混合ダクト支持装置は、燃焼器ライナの軸方向に沿って長く延びる予混合ダクト出口支持プレートと、この予混合ダクト出口支持プレートに形成され、上記胴体の出口を収容するスリーブを遊嵌接続させる溝を備えたものである。
【００３１】
また、本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述の目的を達成するために、請求項１４に記載したように、スリーブは、予混合ダクト出口支持プレートに形成した溝側に突出し片を備えたものである。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るガスタービン燃焼器の実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
【００３３】
図１は、本発明に係るガスタービン燃焼器の第１実施形態を示す全体概略断面図である。
【００３４】
本実施形態に係るガスタービン燃焼器は、空気圧縮機１およびガスタービン（図示せず）との間のガスタービン側に、その周方向に沿って例えば８缶を設置している。
【００３５】
また、ガスタービン燃焼器は、空気圧縮機１の出口側に連通し、長筒状の燃焼器ケーシング（外筒）２に燃焼器ライナ３で区画した燃焼室（内筒）４を収容する構成になっている。
【００３６】
燃焼器ケーシング２は、頭部側をヘッドプレート５で塞ぐとともに、そのヘッドプレート５の中央に拡散燃焼用燃料ノズル６を、その外側に蒸気噴射用ノズル７を、さらにその外側に予混合燃焼用燃料ノズル８を備えている。
【００３７】
拡散燃焼用燃料ノズル６は、拡散燃焼用燃料ａを、機枠９に組み込まれ、拡開状に配置した平板状のライナキャップ１０で形成した拡散部１１を介してスワラ１２からの旋回高圧空気とともに燃焼室４に供給し、燃焼室４の横断面全域に亘ってガスタービン駆動ガス（燃焼ガス）を生成するようになっている。
【００３８】
また、蒸気噴射用ノズル７は、蒸気Ｓを、拡散燃焼させたガスタービン駆動ガスに投入させ、そのガスタービン駆動ガスの温度を低くしてＮＯｘ濃度を下げるとともに、そのガスタービン駆動ガスの内部エネルギを高めてガスタービン出力を増加させるようになっている。
【００３９】
また、予混合燃焼用燃料ノズル８は、予混合燃焼用燃料ｂを、空気圧縮機１からの高圧空気ＡＲとともに予混合ダクト１３に供給し、ここで燃料希薄状態の予混合気ＭＦＡを生成して燃焼室４に流出させ、上述拡散燃焼のガスタービン駆動ガスを保炎（火種）としてＮＯｘ濃度の低いガスタービン駆動ガスを生成し、そのガスをトラジションピース１４を介してガスタービン（図示せず）に供給するようになっている。なお、ガスタービン燃焼器は、拡散燃焼用燃料ノズル６を、拡散燃焼用燃料ａの着火から予め定められたガスタービン負荷まで運転に使用させ、その後、絞り、代って予混合燃焼用ノズル８を定格運転以後も使用させる。
【００４０】
一方、予混合ダクト１３は、予混合燃焼用燃料ノズル８に臨み、かつ燃焼器ケーシング２と燃焼器ライナ３との間に設けられ、空気圧縮機１からの高圧空気ＡＲを燃焼器ケーシング２の頭部側に案内する空気通路１５を区画するフロースリーブ１６内に収容されている。
【００４１】
この予混合ダクト１３は、図２に示すように、燃焼器ライナ３で形成した燃焼室４に対し、周方向に沿って例えば８缶、点火器１７、隣のガスタービン燃焼器（図示せず）にガスタービン駆動ガスを案内する火炎伝播管１８とともに設置している。
【００４２】
また、予混合ダクト１３は、図１および図３に示すように、燃焼器ライナ３で形成した燃焼室４の軸方向に沿って長く延びる長筒状の胴体１９に形成し、その入口２０に拡開縁２１を設けるとともに、ガスタービン駆動ガスＧの下流側に向って複数の出口２２ａ，２２ｂ，２２ｃを設けている。
【００４３】
また、予混合ダクト１３は、胴体１９の入口２０側および出口２２ａ，２２ｂ，２２ｃ側のそれぞれに予混合ダクト支持装置２３ａ，２３ｂを備え、予混合ダクト支持装置２３ａ，２３ｂを介して燃焼器ライナ３に支持させている。なお、燃焼器ライナ３は、図１に示すように、ライナ支持具３１を介してフロースリーブ１６に支持されている。
【００４４】
一方、胴体１９の出口２０側に備えた予混合ダクト支持装置２３ａは、図３および図４に示すように、拡散部１１を塞ぎ、かつ空気孔２４を備えた円板状の閉塞板２５に固設させた筒状の支持ブロック２６と、この筒状の支持ブロック２６に挿通するボルト２７、ナット２８、ワッシャ２９を介して胴体１９を支持する断面Ｕ字状の支持具３０とを備えた構成になっている。
【００４５】
他方、胴体１９の出口２３ａ，２３ｂ，２３ｃ側に備えた予混合ダクト支持装置２３ｂは、図３に示すように、燃焼器ライナ３に接続させ、出口２０ａ，２０ｂ，２０ｃを収容するスリーブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃと、スリーブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃに当接し、かつ燃焼室４の軸方向に沿って長く延びる平板状の予混合ダクト出口支持プレート３３と、予混合ダクト出口支持プレート３３の端部を板ばね３４および支持リング３５を介装して燃焼器ライナ３に固定させる支持ピン３６とを備えた構成になっている。
【００４６】
また、予混合ダクト支持装置２３ｂは、運転中、火炎による燃焼振動や高圧空気ＡＲによる衝撃力等により偏位し、偏位の際に発生する摩耗を防止するために、予混合ダクト出口支持プレート３３、板ばね３４、支持リング３５、支持ピン３６のうち、少なくとも一つ以上に例えばクロム・カーバイト等の耐摩耗材をコーティングしている。
【００４７】
このように、本実施形態は、予混合ダクト１３の出口２２側と出口２２ａ，２２ｂ，２２ｃ側とのそれぞれに予混合ダクト支持装置２３ａ，２３ｂを設け、予混合ダクト支持装置２３ａ，２３ｂを介して燃焼器ライナ３に支持させたので、燃焼振動や高圧空気ＡＲに伴う押圧力に対し、予混合ダクト１３と燃焼器ライナ３との相対的な移動を防止して摩耗による減肉を抑制することができ、高温化・高出力化に伴う長時間運転に対しても予混合ダクト１３を安定状態に維持させてガスタービン駆動ガスを生成することができる。
【００４８】
図５は、本発明に係るガスタービン燃焼器の第２実施形態を示す一部切欠き概略断面図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
【００４９】
本実施形態に係るガスタービン燃焼器は、予混合ダクト１３の胴体１９の入口２０側を支持する予混合ダクト支持装置２３ａのうち、筒状に形成した支持ブロック２６に設けた挿通孔３７を長円に形成したものである。
【００５０】
また、筒状に形成した支持ブロック２６は、挿通孔３７の長円のうち、短い半径側の孔径をボルト２７の直径に合せた口径に形成している。
【００５１】
このように、本実施形態は、予混合ダクト１３を予混合ダクト支持装置２３ａを介して燃焼器ライナ３に支持させる際、予混合ダクト支持装置２３ａの支持具３０を支持する筒状に形成した支持ブロック２６の挿通孔３７を長円に形成し、長円のうち、短い半径側の孔径をボルト２７の直径に合せて予混合ダクト１３の半径方向側の移動を拘束したので、予混合ダクト１３を安定状態に維持させてガスタービン駆動ガスを生成することができる。
【００５２】
なお、本実施形態は、筒状に形成した支持ブロック２６の挿通孔３７を長円に形成したが、この例に限らず、例えば図６に示すように一部切欠き長円にしてもよい。挿通孔３７を一部切欠き長円にした場合、予混合ダクト支持装置２３ａの分解作業が容易になる点で有効である。
【００５３】
図７は、本発明に係るガスタービン燃焼器の第３実施形態を示す一部切欠き概略断面図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
【００５４】
本実施形態に係るガスタービン燃焼器は、予混合ダクト１３の胴体１９の入口２０側を支持する予混合ダクト支持装置２３ａのうち、支持ブロック２６に接続し、胴体１９を支持する支持具３０を弾性材で作製した平板に形成したものである。
【００５５】
ガスタービン燃焼器は、予混合ダクト１３の出口２２ａ，２２ｂ，２２ｃを燃焼器ライナ３に設けたスリーブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃに収容していると、ガスタービン駆動ガスＧの高温化に伴う熱伸びにより出口２２ａ，２２ｂ，２２ｃとスリーブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃに亀裂が発生するおそれがある。
【００５６】
本実施形態は、このような点を考慮したもので、支持具３０を弾性材で作製した平板に形成し、ガスタービン駆動ガスＧの高温化に伴う熱伸びにより出口２２ａ，２２ｂ，２２ｃとスリーブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃとの互いの接触に基づく過度な押圧力が発生しても、その過度な押圧力を弾性材で作製した平板形状の支持具３０で吸収させたものである。
【００５７】
したがって、本実施形態では、ガスタービン駆動ガスＧの高温化に伴う出口２２ａ，２２ｂ，２２ｃとスリーブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃとの接触に基づく過度な押圧力が発生しても、その押圧力を支持具３０で吸収させるので、出口２２ａ，２２ｂ，２２ｃ等の亀裂損傷を防止することができる。
【００５８】
図８は、本発明に係るガスタービン燃焼器の第４実施形態を示す一部切欠き概略平面図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
【００５９】
本実施形態に係るガスタービン燃焼器は、予混合ダクト１３の胴体１９の出口２ａ，２２ｂ，２２ｃ側を支持する予混合ダクト支持装置２３ｂのうち、予混合ダクト出口支持プレート３３に装着する板ばね３４のピン孔３８の部分に切欠き３９を形成するとともに、板ばね３４の端部に溶接用小孔４０を設けたものである。
【００６０】
本実施形態に係るガスタービン燃焼器は、板ばね３４を予混合ダクト出口支持プレート３３に装着し、ピン孔３８を介して支持ピンで固定させる際、板ばね３４を１枚ものにしていると、予混合ダクト出口支持プレート３３との間の局所に片当りを引き起し、接触部分に摩耗が発生することに着目したもので、板ばね３４に切欠き３９を形成し、板ばね３４を予混合ダクト出口支持プレート３３に均等に接触させるようになっている。
【００６１】
その際、板ばね３４は、端部に溶接用小孔４０を設け、図９に示すように、溶接用小孔４０を介して溶接部４１を形成し、予混合ダクト出口支持プレート３３に固着させる。なお、板ばね３４と予混合ダクト出口支持プレート３３との固定手段は、例えば図１０に示すように、溶接部４１をレーザ光ＬＥで形成してもよい。
【００６２】
このように、本実施形態は、予混合ダクト出口支持プレート３３に装着する板ばね３４の中央部分に切欠き３９を設けるとともに、端部に溶接用小孔４０を設けて溶接部４１を形成するか、あるいはレーザ光ＬＥで溶接部４１を形成するかのいずれかを選択したので、予混合ダクト出口支持プレート３３と板ばね３４とを均等に接触させることができ、摩耗の発生を抑制することができる。
【００６３】
なお、本実施形態は、板ばね３４の中央部分に切欠き３９を設けたが、この例に限らず、例えば図１１に示すように、板ばね３４の側端にテーパ部４２を形成し、予混合ダクト出口支持プレート３３との接触面積を少なくさせてもよい。熱膨張により燃焼器ライナ（図示せず）および予混合ダクト出口支持プレート３３の変動に伴って板ばね３４も追従するが、その際、板ばね３４に過度な応力が発生するおそれがあるので、この点を考慮して板ばね３４の側端をテーパ部４２に形成し、予混合ダクト出口支持プレート３３との接触面積を少なくさせ、亀裂の発生を抑制したものである。
【００６４】
図１２は、本発明に係るガスタービン燃焼器の第５実施形態を示す一部切欠き概略部分断面図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
【００６５】
本実施形態に係るガスタービン燃焼器は、予混合ダクト１３の胴体１９の出口２２ｃ側を支持する予混合ダクト支持装置２３ｂのうち、予混合ダクト出口支持プレート３３に予混合ダクト振動調整装置４３を設けたものである。
【００６６】
この予混合ダクト振動調整装置３２は、予混合ダクト出口支持プレート３３に装着するコイルばね４４と、コイルばね４４に押圧力を与えて固定支持させる支持リング３５、ボルト４５およびナット４６を備えた構成になっている。
【００６７】
なお、本実施形態に係る予混合ダクト振動調整装置４３は、コイルばね４４に支持リング３５、ボルト４５およびナット４６を組み合せたものであるが、この例に限らず、例えば図１３に示す構成にしてもよい。すなわち、この予混合ダクト振動調整装置４３は、例えば図１３に示すように、予混合ダクト出口支持プレート３３に装着するコイルばね４４を収容する筒部４７と、この筒部４７にネジ部４８で螺合して包囲する筒状の袋ナット部４９と、この筒状の袋ナット部４９を支持リング３５に対して位置決めする位置決め部材５０と、袋ナット部４９をスパナ等の工具で増締めする突起部５１とを備えた構成になっている。
【００６８】
このように、本実施形態は、予混合ダクト１３の胴体１９の出口２２ｃ側に設けた予混合ダクト支持装置２３ｂのうち、予混合ダクト出口支持プレート３３に予混合ダクト振動調整装置４３を備えたので、熱膨張による予混合ダクト１３の胴体１９の変位を吸収して予混合ダクト１３を安定状態に維持させることができ、燃焼振動による加振周波数から胴体１９の固有振動数を容易に離調させて予混合ダクト１３に安定運転を行わせることができる。
【００６９】
図１４は、本発明に係るガスタービン燃焼器の第６実施形態を示す一部切欠き概略平面図である。なお、第１および第４実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
【００７０】
本実施形態に係るガスタービン燃焼器は、予混合ダクト１３の胴体１９の出口２２ａ，２２ｂ，２２ｃ側を支持する予混合ダクト支持装置２３ｂのうち、予混合ダクト出口支持プレート３３に装着する板ばね３４のピン孔３８の部分に、第４実施形態と同様に、切欠き３９を形成し、板ばね３４の端部に溶接用小孔４０を設け、板ばね３４の側端にテーパ部４２を形成するとともに、胴体１９の出口２２ｃ側の予混合ダクト出口支持プレート３３に平板状の補強板５２を設けたものである。
【００７１】
本実施形態は、燃焼器ライナ（図示せず）の周方向の熱膨出によって予混合ダクト出口支持プレート３３および板ばね３４が変位し、これに伴って過大な熱応力が発生することを考慮したもので、予混合ダクト１３の胴体１９のうち、ガスタービン駆動ガスの下流側に位置する出口２２ｃ側の予混合ダクト出口支持プレート３３に補強板５２を設け、剛性力を高めたものてある。
【００７２】
したがって、本実施形態では、胴体１９の出口２２ｃ側の予混合ダクト出口支持プレート３３に補強板５２を設け、剛性力を高めたので、予混合ダクト出口支持プレート３３等の亀裂の発生を抑制することができる。
【００７３】
図１５は、本発明に係るガスタービン燃焼器の第７実施形態を示す一部切欠き概略斜視図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
【００７４】
本実施形態に係るガスタービン燃焼器は、予混合ダクト１３の胴体１９の出口２ａ，２２ｂ，２２ｃを収容し、燃焼器ライナ３に固定したスリーブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃを支持する予混合ダクト出口支持プレート３３に溝５３を設け、この溝５３にスリーブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃを遊嵌接続させるようになっている。この溝５３には、運転中、スリーブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃの揺動に対して摩耗しないように、例えばクロムカーバイト等の耐摩耗材がコーティングされている。
【００７５】
また、本実施形態に係るガスタービン燃焼器は、胴体１９の出口２２ａ，２２ｂ，２２ｃに絞り部５４を形成し、予混合気ＭＦＡの流速を高めて予混合気ＭＦＡを燃焼室４に良好に流出させるとともに、燃焼器ライナ３およびスリーブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃのそれぞれに空気孔５５を形成し、高圧空気ＡＲを空気孔５５に供給し、燃焼器ライナ３およびスリーブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃのそれぞれを冷却させるようにしている。なお、符号５６は、燃焼器ライナ内リングであり、また符号５７は、スリーブ冷却フランジである。
【００７６】
このような構成を備えたガスタービン燃焼器は、燃焼器ライナ３およびスリーブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃのそれぞれを高圧空気ＡＲで冷却するとともに、スリーブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃを予混合ダクト出口支持プレート３３の溝５３に遊嵌接続させているので、胴体１９の出口２２ａ，２２ｂ，２２ｃの熱による膨出があっても、スリーブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃと出口２２ａ，２２ｂ，２２ｃとの間の隙間を確保させることができる。
【００７７】
したがって、本実施形態では、スリーブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃと出口２２ａ，２２ｂ，２２ｃとの間の隙間を確実に確保させてスリーブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃおよび出口２２ａ，２２ｂ，２２ｃのそれぞれを安定状態に維持させたので、スリーブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃおよび出口２２ａ，２２ｂ，２２ｃのそれぞれを確実に冷却させ、亀裂等の発生を防止することができ、燃焼室４から予混合ダクト１３の胴体１９へのガスタービン駆動ガス火炎の逆火を確実に防止することができる。
【００７８】
図１６は、本発明に係るガスタービン燃焼器の第８実施形態を示す一部切欠き概略断面図である。なお、第１および第７実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
【００７９】
本実施形態に係るガスタービン燃焼器は、予混合ダクト出口支持プレート３３の溝５３に遊嵌接続するスリーブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃが運転中の揺動によるり摩耗することを考慮したもので、スリーブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃに予混合ダクト出口支持プレート３３と接触する面積を増加させる突出し片５８を設けたものである。
【００８０】
このように、本実施形態は、スリーブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃに予混合ダクト出口支持プレート３３と接触する面積を増加させる突出し片５８を設けたので、予混合ダクト出口支持プレート３３の溝５３に遊嵌接続するスリーブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃの摩耗を少なく抑えることができる。
【００８１】
図１７および図１８は、本発明に係るガスタービン燃焼器の第９実施形態を示す一部切欠き概略断面図である。なお、図１８は、図１７のＤ−Ｄ矢視方向からら見た正面図である。また、第１実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
【００８２】
本実施形態に係るガスタービン燃焼器は、予混合ダクト１３の胴体１９の出口２２ａ，２２ｂ，２２ｃ側を支持する予混合ダクト支持装置２３ｂのうち、予混合ダクト出口支持プレート３３に装着する板ばね３４を支持リング３５および支持ピン３６で固定していても、運転中、折損等の事情により板ばね３４が飛び出すことを考慮したもので、支持リング３５に突出し部５９を設け、板ばね３４の飛び出しを防止させたものである。
【００８３】
したがって、本実施形態では、運転中、折損等により板ばね３４の飛び出しを防止させる突出し部５９を支持リング３５を設けたので、ガスタービン動翼（図示せず）等への衝突による事故の発生を防止し、ガスタービン燃焼器に安定運転を行わせることができる。
【００８４】
【発明の効果】
以上の説明のとおり、本発明に係るガスタービン燃焼器は、予混合ダクトの入口側と出口側とのそれぞれに予混合ダクト支持装置を設けたので、予混合ダクトを安定状態に維持させてガスタービン駆動ガスを生成することができ、高温化・高圧化に対しても長時間に亘って充分に対処させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガスタービン燃焼器の第１実施形態を示す全体概略断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視方向から切断した断面図。
【図３】本発明に係るガスタービン燃焼器の第１実施形態における予混合ダクトを示す概略断面図。
【図４】図３のＢ−Ｂ矢視方向から見た一部切欠き概略正面図。
【図５】本発明に係るガスタービン燃焼器の第２実施形態を示す一部切欠き概略断面図。
【図６】本発明に係るガスタービン燃焼器の第２実施形態における変形例を示す一部切欠き概略断面図。
【図７】本発明に係るガスタービン燃焼器の第３実施形態を示す一部切欠き概略断面図。
【図８】本発明に係るガスタービン燃焼器の第４実施形態を示す一部切欠き概略平面図。
【図９】図８のＣ−Ｃ矢視方向から切断した断面図。
【図１０】本発明に係るガスタービン燃焼器の第４実施形態における第１変形例を示す一部切欠き概略部分断面図。
【図１１】本発明に係るガスタービン燃焼器の第４実施形態における第２変形例を示す一部切欠き概略平面図。
【図１２】本発明に係るガスタービン燃焼器の第５実施形態を示す一部切欠き概略部分断面図。
【図１３】本発明に係るガスタービン燃焼器の第５実施形態における変形例を示す一部切欠き概略部分断面図。
【図１４】本発明に係るガスタービン燃焼器の第６実施形態を示す一部切欠き概略平面図。
【図１５】本発明に係るガスタービン燃焼器の第７実施形態を示す一部切欠き概略斜視図。
【図１６】本発明に係るガスタービン燃焼器の第８実施形態を示す一部切欠き概略断面図。
【図１７】本発明に係るガスタービン燃焼器の第９実施形態を示す一部切欠き概略断面図。
【図１８】図１７のＤ−Ｄ矢視方向から見た正面図。
【符号の説明】
１ 空気圧縮機
２ 燃焼器ケーシング
３ 燃焼器ライナ
４ 燃焼室
５ ヘッドプレート
６ 拡散燃焼用燃料ノズル
７ 蒸気噴射用ノズル
８ 予混合燃焼用燃料ノズル
９ 機枠
１０ ライナキャップ
１１ 拡散部
１２ スワラ
１３ 予混合ダクト
１４ トラジションピース
１５ 空気通路
１６ フロースリーブ
１７ 点火器
１８ 火炎伝播管
１９ 胴体
２０ 入口
２１ 拡開縁
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ 出口
２３ａ，２３ｂ 予混合ダクト支持装置
２４ 空気孔
２５ 閉塞板
２６ 支持ブロック
２７ ボルト
２８ ナット
２９ ワッシャ
３０ 支持具
３１ ライナ支持具
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ スリーブ
３３ 予混合ダクト出口支持プレート
３４ 板ばね
３５ 支持リング
３６ 支持ピン
３７ 挿通孔
３８ ピン孔
３９ 切欠き
４０ 溶接用小孔
４１ 溶接部
４２ テーパ部
４３ 予混合ダクト支持調整装置
４４ コイルばね
４５ ボルト
４６ ナット
４７ 筒部
４８ ネジ部
４９ 袋ナット部
５０ 位置決め部材
５１ 突起部
５２ 補強板
５３ 溝
５４ 絞り部
５５ 空気孔
５６ 燃焼器ライナ内リング
５７ スリーブ冷却フランジ
５８ 突出し片
５９ 突出し部
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービン燃焼器に係り、特に燃焼室を形成する燃焼器ライナと燃焼器ケーシングとの間に設置した予混合ダクトを運転中、安定状態に維持させるガスタービン燃焼器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
火力発電プラントやコンバインドサイクル発電プラントに適用されるガスタービンは、高プラント熱効率化、高出力化を目指してガスタービン駆動ガスを高温化する傾向にある。
【０００３】
しかし、その反面、ガスタービン駆動ガスの高温化に伴ってＮＯｘ濃度が増加する。ＮＯｘ濃度が高くなるのは、ガスタービン駆動ガスの温度が高くなることが主な要因である。このため、最近のガスタービンでは、例えば特開平２−３０９１２３号公報に示すように、ガスタービン燃焼器に予混合ダクトを設け、この予混合ダクトで燃料に空気を加え、予め燃料希薄状態にしてガスタービン駆動ガスを生成し、ＮＯｘ濃度を低く抑えていた。
【０００４】
ところで、燃料を希薄状態に生成する予混合ダクトは、長筒状の胴体に形成し、この胴体を燃焼室を区画する燃焼器ライナと燃焼器ケーシングとの間に設置するとともに、長筒状の胴体を分岐した複数の出口から燃焼室に燃料希薄状態の予混合気を噴出させていた。
【０００５】
また、予混合ダクトは、胴体の軸方向に沿って長く延びる支持プレートで胴体から分岐した複数の出口を支持させるとともに、支持プレートの端部にばねを介装させてピン固定し、運転中に発生する種々の振動に対して十分に抗することができるようにしていた。
【０００６】
このように、予混合ダクトを組み込んだ従来のガスタービン燃焼器は、運転中、予混合ダクトを安定状態に維持させて予混合気を生成し、ＮＯｘ濃度を法律規制値以下に維持させる運転を行っていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
最近のように、ガスタービン駆動ガスのガスタービン入口温度が高温化してくると、従来のガスタービン燃焼器では、幾つかの問題点があり、その一つに予混合ダクトの振動対策がある。
【０００８】
最近のガスタービン燃焼器は、高温、例えば１５００℃以上のガスタービン駆動ガス（燃焼ガス）を生成させる際、各構成部品が空気圧縮機から供給される高温・高圧空気の流れの中に晒されており、またガスタービン駆動ガスを生成する際の火炎から発生する非定常の圧力振動（燃焼振動）をまともに受けており、各構成部品を加振状態にさせている。このため、予混合ダクトは、高温・高圧空気の流れの中に晒され、常に燃焼振動をまともに受けながら長時間運転していると、その胴体の局所に亀裂が発生したり、あるいはその胴体の出口を支持する支持プレートとの間に燃焼振動等に伴う摩耗を起させたり、予混合気に偏流を与えたりして、高温化・高出力化を目指すガスタービン燃焼器の安定運転を難しくさせていた。
【０００９】
本発明は、このような現況を踏まえてなされたもので、高温化・高出力化に伴う長時間運転に対しても予混合ダクトを安定状態に維持させてガスタービン駆動ガスを生成するガスタービン燃焼器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、燃焼室を区画する燃焼器ライナの頭部側の中央に設けた拡散燃焼用燃料ノズルと、この拡散燃焼用燃料ノズルの外側に設けた予混合燃焼用燃料ノズルに臨み、上記燃焼器ライナの軸方向に沿って長く延びる予混合ダクトとを備えたガスタービン燃焼器において、上記予混合ダクトの胴体の入口側を支持し、上記燃焼器ライナに接続する予混合ダクト支持装置と、上記予混合ダクトの胴体の出口側を支持する予混合ダクト支持装置とを備え、予混合ダクトの胴体の出口側を支持する予混合ダクト支持装置は、燃焼器ライナの軸方向に沿って長く延びる予混合ダクト出口支持プレートと、この予混合ダクト出口支持プレートの端部に板ばねおよび支持リングを装着して支持する支持ピンとを備えたものである。
【００１９】
また、本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述の目的を達成するために、請求項２に記載したように、燃焼室を区画する燃焼器ライナの頭部側の中央に設けた拡散燃焼用燃料ノズルと、この拡散燃焼用燃料ノズルの外側に設けた予混合燃焼用燃料ノズルに臨み、上記燃焼器ライナの軸方向に沿って長く延びる予混合ダクトとを備えたガスタービン燃焼器において、上記予混合ダクトの胴体の入口側を支持し、上記燃焼器ライナに接続する予混合ダクト支持装置と、上記予混合ダクトの胴体の出口側を支持する予混合ダクト支持装置とを備え、予混合ダクトの胴体の出口側を支持する予混合ダクト支持装置は、燃焼器ライナの軸方向に沿って長く延びる予混合ダクト出口支持プレートと、この予混合ダクト出口支持プレートの端部に板ばねおよび支持リングを装着して支持する支持ピンと、上記胴体のうち、ガスタービン駆動ガスの下流側に位置する出口側の上記予混合ダクト出口支持プレートに設けた補強板とを備えたものである。
【００２０】
また、本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述の目的を達成するために、請求項３に記載したように、予混合ダクト出口支持プレートは平板であることを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述の目的を達成するために、請求項４に記載したように、予混合ダクト出口支持プレート、板ばね、支持リングおよび支持ピンのうち、いずれか少なくとも一方は、耐摩耗材をコーティングしたものである。
【００２２】
また、本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述の目的を達成するために、請求項５に記載したように、板ばねは、ピン孔の部分に切欠きを形成するとともに、端部に溶接用小孔を形成したものである。
【００２３】
また、本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述の目的を達成するために、請求項６に記載したように、溶接用小孔は、板ばねを予混合ダクト出口支持プレートに接続させる溶接部を備えたものである。
【００２４】
また、本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述の目的を達成するために、請求項７に記載したように、板ばねは、レーザ光で形成した溶接部で予混合ダクト出口支持プレートに接続させたものである。
【００２５】
また、本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述の目的を達成するために、請求項８に記載したように、板ばねは、ピン孔の部分に切欠きを形成するとともに、端部に溶接用小孔を形成する一方、側端にテーパ部を形成したものである。
【００２６】
また、本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述の目的を達成するために、請求項９に記載したように、支持リングは、板ばね側に向って突出し部を備えたものである。
【００２７】
また、本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述の目的を達成するために、請求項１０に記載したように、燃焼室を区画する燃焼器ライナの頭部側の中央に設けた拡散燃焼用燃料ノズルと、この拡散燃焼用燃料ノズルの外側に設けた予混合燃焼用燃料ノズルに臨み、上記燃焼器ライナの軸方向に沿って長く延びる予混合ダクトとを備えたガスタービン燃焼器において、上記予混合ダクトの胴体の入口側を支持し、上記燃焼器ライナに接続する予混合ダクト支持装置と、上記予混合ダクトの胴体の出口側を支持する予混合ダクト支持装置とを備え、予混合ダクトの胴体の出口側を支持する予混合ダクト出口支持装置は、燃焼器ライナの軸方向に沿って長く延びる予混合ダクト出口支持プレートと、この予混合ダクト出口支持プレートの端部に設けた予混合ダクト振動調整装置とを備えたものである。
【００２８】
また、本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述の目的を達成するために、請求項１１に記載したように、予混合ダクト振動調整装置は、予混合ダクト出口支持プレートにコイルばねおよび支持リングを装着して支持する支持ピンとを備えたものである。
【００２９】
また、本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述の目的を達成するために、請求項１２に記載したように、予混合ダクト振動調整装置は、コイルばねを収容する筒部と、この筒部に螺合して包囲する袋ナット部と、この袋ナット部を支持リングに対して位置決めする位置決め部材と、上記袋ナット部を増締めする突起部とを備えたものである。
【００３０】
また、本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述の目的を達成するために、請求項１３に記載したように、燃焼室を区画する燃焼器ライナの頭部側の中央に設けた拡散燃焼用燃料ノズルと、この拡散燃焼用燃料ノズルの外側に設けた予混合燃焼用燃料ノズルに臨み、上記燃焼器ライナの軸方向に沿って長く延びる予混合ダクトとを備えたガスタービン燃焼器において、上記予混合ダクトの胴体の入口側を支持し、上記燃焼器ライナに接続する予混合ダクト支持装置と、上記予混合ダクトの胴体の出口側を支持する予混合ダクト支持装置とを備え、予混合ダクトの胴体の出口側を支持する予混合ダクト支持装置は、燃焼器ライナの軸方向に沿って長く延びる予混合ダクト出口支持プレートと、この予混合ダクト出口支持プレートに形成され、上記胴体の出口を収容するスリーブを遊嵌接続させる溝を備えたものである。
【００３１】
また、本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述の目的を達成するために、請求項１４に記載したように、スリーブは、予混合ダクト出口支持プレートに形成した溝側に突出し片を備えたものである。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るガスタービン燃焼器の実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
【００３３】
図１は、本発明に係るガスタービン燃焼器の第１実施形態を示す全体概略断面図である。
【００３４】
本実施形態に係るガスタービン燃焼器は、空気圧縮機１およびガスタービン（図示せず）との間のガスタービン側に、その周方向に沿って例えば８缶を設置している。
【００３５】
また、ガスタービン燃焼器は、空気圧縮機１の出口側に連通し、長筒状の燃焼器ケーシング（外筒）２に燃焼器ライナ３で区画した燃焼室（内筒）４を収容する構成になっている。
【００３６】
燃焼器ケーシング２は、頭部側をヘッドプレート５で塞ぐとともに、そのヘッドプレート５の中央に拡散燃焼用燃料ノズル６を、その外側に蒸気噴射用ノズル７を、さらにその外側に予混合燃焼用燃料ノズル８を備えている。
【００３７】
拡散燃焼用燃料ノズル６は、拡散燃焼用燃料ａを、機枠９に組み込まれ、拡開状に配置した平板状のライナキャップ１０で形成した拡散部１１を介してスワラ１２からの旋回高圧空気とともに燃焼室４に供給し、燃焼室４の横断面全域に亘ってガスタービン駆動ガス（燃焼ガス）を生成するようになっている。
【００３８】
また、蒸気噴射用ノズル７は、蒸気Ｓを、拡散燃焼させたガスタービン駆動ガスに投入させ、そのガスタービン駆動ガスの温度を低くしてＮＯｘ濃度を下げるとともに、そのガスタービン駆動ガスの内部エネルギを高めてガスタービン出力を増加させるようになっている。
【００３９】
また、予混合燃焼用燃料ノズル８は、予混合燃焼用燃料ｂを、空気圧縮機１からの高圧空気ＡＲとともに予混合ダクト１３に供給し、ここで燃料希薄状態の予混合気ＭＦＡを生成して燃焼室４に流出させ、上述拡散燃焼のガスタービン駆動ガスを保炎（火種）としてＮＯｘ濃度の低いガスタービン駆動ガスを生成し、そのガスをトラジションピース１４を介してガスタービン（図示せず）に供給するようになっている。なお、ガスタービン燃焼器は、拡散燃焼用燃料ノズル６を、拡散燃焼用燃料ａの着火から予め定められたガスタービン負荷まで運転に使用させ、その後、絞り、代って予混合燃焼用ノズル８を定格運転以後も使用させる。
【００４０】
一方、予混合ダクト１３は、予混合燃焼用燃料ノズル８に臨み、かつ燃焼器ケーシング２と燃焼器ライナ３との間に設けられ、空気圧縮機１からの高圧空気ＡＲを燃焼器ケーシング２の頭部側に案内する空気通路１５を区画するフロースリーブ１６内に収容されている。
【００４１】
この予混合ダクト１３は、図２に示すように、燃焼器ライナ３で形成した燃焼室４に対し、周方向に沿って例えば８缶、点火器１７、隣のガスタービン燃焼器（図示せず）にガスタービン駆動ガスを案内する火炎伝播管１８とともに設置している。
【００４２】
また、予混合ダクト１３は、図１および図３に示すように、燃焼器ライナ３で形成した燃焼室４の軸方向に沿って長く延びる長筒状の胴体１９に形成し、その入口２０に拡開縁２１を設けるとともに、ガスタービン駆動ガスＧの下流側に向って複数の出口２２ａ，２２ｂ，２２ｃを設けている。
【００４３】
また、予混合ダクト１３は、胴体１９の入口２０側および出口２２ａ，２２ｂ，２２ｃ側のそれぞれに予混合ダクト支持装置２３ａ，２３ｂを備え、予混合ダクト支持装置２３ａ，２３ｂを介して燃焼器ライナ３に支持させている。なお、燃焼器ライナ３は、図１に示すように、ライナ支持具３１を介してフロースリーブ１６に支持されている。
【００４４】
一方、胴体１９の出口２０側に備えた予混合ダクト支持装置２３ａは、図３および図４に示すように、拡散部１１を塞ぎ、かつ空気孔２４を備えた円板状の閉塞板２５に固設させた筒状の支持ブロック２６と、この筒状の支持ブロック２６に挿通するボルト２７、ナット２８、ワッシャ２９を介して胴体１９を支持する断面Ｕ字状の支持具３０とを備えた構成になっている。
【００４５】
他方、胴体１９の出口２３ａ，２３ｂ，２３ｃ側に備えた予混合ダクト支持装置２３ｂは、図３に示すように、燃焼器ライナ３に接続させ、出口２０ａ，２０ｂ，２０ｃを収容するスリーブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃと、スリーブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃに当接し、かつ燃焼室４の軸方向に沿って長く延びる平板状の予混合ダクト出口支持プレート３３と、予混合ダクト出口支持プレート３３の端部を板ばね３４および支持リング３５を介装して燃焼器ライナ３に固定させる支持ピン３６とを備えた構成になっている。
【００４６】
また、予混合ダクト支持装置２３ｂは、運転中、火炎による燃焼振動や高圧空気ＡＲによる衝撃力等により偏位し、偏位の際に発生する摩耗を防止するために、予混合ダクト出口支持プレート３３、板ばね３４、支持リング３５、支持ピン３６のうち、少なくとも一つ以上に例えばクロム・カーバイト等の耐摩耗材をコーティングしている。
【００４７】
このように、本実施形態は、予混合ダクト１３の出口２２側と出口２２ａ，２２ｂ，２２ｃ側とのそれぞれに予混合ダクト支持装置２３ａ，２３ｂを設け、予混合ダクト支持装置２３ａ，２３ｂを介して燃焼器ライナ３に支持させたので、燃焼振動や高圧空気ＡＲに伴う押圧力に対し、予混合ダクト１３と燃焼器ライナ３との相対的な移動を防止して摩耗による減肉を抑制することができ、高温化・高出力化に伴う長時間運転に対しても予混合ダクト１３を安定状態に維持させてガスタービン駆動ガスを生成することができる。
【００４８】
図５は、本発明に係るガスタービン燃焼器の第２実施形態を示す一部切欠き概略断面図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
【００４９】
本実施形態に係るガスタービン燃焼器は、予混合ダクト１３の胴体１９の入口２０側を支持する予混合ダクト支持装置２３ａのうち、筒状に形成した支持ブロック２６に設けた挿通孔３７を長円に形成したものである。
【００５０】
また、筒状に形成した支持ブロック２６は、挿通孔３７の長円のうち、短い半径側の孔径をボルト２７の直径に合せた口径に形成している。
【００５１】
このように、本実施形態は、予混合ダクト１３を予混合ダクト支持装置２３ａを介して燃焼器ライナ３に支持させる際、予混合ダクト支持装置２３ａの支持具３０を支持する筒状に形成した支持ブロック２６の挿通孔３７を長円に形成し、長円のうち、短い半径側の孔径をボルト２７の直径に合せて予混合ダクト１３の半径方向側の移動を拘束したので、予混合ダクト１３を安定状態に維持させてガスタービン駆動ガスを生成することができる。
【００５２】
なお、本実施形態は、筒状に形成した支持ブロック２６の挿通孔３７を長円に形成したが、この例に限らず、例えば図６に示すように一部切欠き長円にしてもよい。挿通孔３７を一部切欠き長円にした場合、予混合ダクト支持装置２３ａの分解作業が容易になる点で有効である。
【００５３】
図７は、本発明に係るガスタービン燃焼器の第３実施形態を示す一部切欠き概略断面図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
【００５４】
本実施形態に係るガスタービン燃焼器は、予混合ダクト１３の胴体１９の入口２０側を支持する予混合ダクト支持装置２３ａのうち、支持ブロック２６に接続し、胴体１９を支持する支持具３０を弾性材で作製した平板に形成したものである。
【００５５】
ガスタービン燃焼器は、予混合ダクト１３の出口２２ａ，２２ｂ，２２ｃを燃焼器ライナ３に設けたスリーブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃに収容していると、ガスタービン駆動ガスＧの高温化に伴う熱伸びにより出口２２ａ，２２ｂ，２２ｃとスリーブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃに亀裂が発生するおそれがある。
【００５６】
本実施形態は、このような点を考慮したもので、支持具３０を弾性材で作製した平板に形成し、ガスタービン駆動ガスＧの高温化に伴う熱伸びにより出口２２ａ，２２ｂ，２２ｃとスリーブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃとの互いの接触に基づく過度な押圧力が発生しても、その過度な押圧力を弾性材で作製した平板形状の支持具３０で吸収させたものである。
【００５７】
したがって、本実施形態では、ガスタービン駆動ガスＧの高温化に伴う出口２２ａ，２２ｂ，２２ｃとスリーブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃとの接触に基づく過度な押圧力が発生しても、その押圧力を支持具３０で吸収させるので、出口２２ａ，２２ｂ，２２ｃ等の亀裂損傷を防止することができる。
【００５８】
図８は、本発明に係るガスタービン燃焼器の第４実施形態を示す一部切欠き概略平面図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
【００５９】
本実施形態に係るガスタービン燃焼器は、予混合ダクト１３の胴体１９の出口２ａ，２２ｂ，２２ｃ側を支持する予混合ダクト支持装置２３ｂのうち、予混合ダクト出口支持プレート３３に装着する板ばね３４のピン孔３８の部分に切欠き３９を形成するとともに、板ばね３４の端部に溶接用小孔４０を設けたものである。
【００６０】
本実施形態に係るガスタービン燃焼器は、板ばね３４を予混合ダクト出口支持プレート３３に装着し、ピン孔３８を介して支持ピンで固定させる際、板ばね３４を１枚ものにしていると、予混合ダクト出口支持プレート３３との間の局所に片当りを引き起し、接触部分に摩耗が発生することに着目したもので、板ばね３４に切欠き３９を形成し、板ばね３４を予混合ダクト出口支持プレート３３に均等に接触させるようになっている。
【００６１】
その際、板ばね３４は、端部に溶接用小孔４０を設け、図９に示すように、溶接用小孔４０を介して溶接部４１を形成し、予混合ダクト出口支持プレート３３に固着させる。なお、板ばね３４と予混合ダクト出口支持プレート３３との固定手段は、例えば図１０に示すように、溶接部４１をレーザ光ＬＥで形成してもよい。
【００６２】
このように、本実施形態は、予混合ダクト出口支持プレート３３に装着する板ばね３４の中央部分に切欠き３９を設けるとともに、端部に溶接用小孔４０を設けて溶接部４１を形成するか、あるいはレーザ光ＬＥで溶接部４１を形成するかのいずれかを選択したので、予混合ダクト出口支持プレート３３と板ばね３４とを均等に接触させることができ、摩耗の発生を抑制することができる。
【００６３】
なお、本実施形態は、板ばね３４の中央部分に切欠き３９を設けたが、この例に限らず、例えば図１１に示すように、板ばね３４の側端にテーパ部４２を形成し、予混合ダクト出口支持プレート３３との接触面積を少なくさせてもよい。熱膨張により燃焼器ライナ（図示せず）および予混合ダクト出口支持プレート３３の変動に伴って板ばね３４も追従するが、その際、板ばね３４に過度な応力が発生するおそれがあるので、この点を考慮して板ばね３４の側端をテーパ部４２に形成し、予混合ダクト出口支持プレート３３との接触面積を少なくさせ、亀裂の発生を抑制したものである。
【００６４】
図１２は、本発明に係るガスタービン燃焼器の第５実施形態を示す一部切欠き概略部分断面図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
【００６５】
本実施形態に係るガスタービン燃焼器は、予混合ダクト１３の胴体１９の出口２２ｃ側を支持する予混合ダクト支持装置２３ｂのうち、予混合ダクト出口支持プレート３３に予混合ダクト振動調整装置４３を設けたものである。
【００６６】
この予混合ダクト振動調整装置３２は、予混合ダクト出口支持プレート３３に装着するコイルばね４４と、コイルばね４４に押圧力を与えて固定支持させる支持リング３５、ボルト４５およびナット４６を備えた構成になっている。
【００６７】
なお、本実施形態に係る予混合ダクト振動調整装置４３は、コイルばね４４に支持リング３５、ボルト４５およびナット４６を組み合せたものであるが、この例に限らず、例えば図１３に示す構成にしてもよい。すなわち、この予混合ダクト振動調整装置４３は、例えば図１３に示すように、予混合ダクト出口支持プレート３３に装着するコイルばね４４を収容する筒部４７と、この筒部４７にネジ部４８で螺合して包囲する筒状の袋ナット部４９と、この筒状の袋ナット部４９を支持リング３５に対して位置決めする位置決め部材５０と、袋ナット部４９をスパナ等の工具で増締めする突起部５１とを備えた構成になっている。
【００６８】
このように、本実施形態は、予混合ダクト１３の胴体１９の出口２２ｃ側に設けた予混合ダクト支持装置２３ｂのうち、予混合ダクト出口支持プレート３３に予混合ダクト振動調整装置４３を備えたので、熱膨張による予混合ダクト１３の胴体１９の変位を吸収して予混合ダクト１３を安定状態に維持させることができ、燃焼振動による加振周波数から胴体１９の固有振動数を容易に離調させて予混合ダクト１３に安定運転を行わせることができる。
【００６９】
図１４は、本発明に係るガスタービン燃焼器の第６実施形態を示す一部切欠き概略平面図である。なお、第１および第４実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
【００７０】
本実施形態に係るガスタービン燃焼器は、予混合ダクト１３の胴体１９の出口２２ａ，２２ｂ，２２ｃ側を支持する予混合ダクト支持装置２３ｂのうち、予混合ダクト出口支持プレート３３に装着する板ばね３４のピン孔３８の部分に、第４実施形態と同様に、切欠き３９を形成し、板ばね３４の端部に溶接用小孔４０を設け、板ばね３４の側端にテーパ部４２を形成するとともに、胴体１９の出口２２ｃ側の予混合ダクト出口支持プレート３３に平板状の補強板５２を設けたものである。
【００７１】
本実施形態は、燃焼器ライナ（図示せず）の周方向の熱膨出によって予混合ダクト出口支持プレート３３および板ばね３４が変位し、これに伴って過大な熱応力が発生することを考慮したもので、予混合ダクト１３の胴体１９のうち、ガスタービン駆動ガスの下流側に位置する出口２２ｃ側の予混合ダクト出口支持プレート３３に補強板５２を設け、剛性力を高めたものてある。
【００７２】
したがって、本実施形態では、胴体１９の出口２２ｃ側の予混合ダクト出口支持プレート３３に補強板５２を設け、剛性力を高めたので、予混合ダクト出口支持プレート３３等の亀裂の発生を抑制することができる。
【００７３】
図１５は、本発明に係るガスタービン燃焼器の第７実施形態を示す一部切欠き概略斜視図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
【００７４】
本実施形態に係るガスタービン燃焼器は、予混合ダクト１３の胴体１９の出口２ａ，２２ｂ，２２ｃを収容し、燃焼器ライナ３に固定したスリーブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃを支持する予混合ダクト出口支持プレート３３に溝５３を設け、この溝５３にスリーブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃを遊嵌接続させるようになっている。この溝５３には、運転中、スリーブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃの揺動に対して摩耗しないように、例えばクロムカーバイト等の耐摩耗材がコーティングされている。
【００７５】
また、本実施形態に係るガスタービン燃焼器は、胴体１９の出口２２ａ，２２ｂ，２２ｃに絞り部５４を形成し、予混合気ＭＦＡの流速を高めて予混合気ＭＦＡを燃焼室４に良好に流出させるとともに、燃焼器ライナ３およびスリーブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃのそれぞれに空気孔５５を形成し、高圧空気ＡＲを空気孔５５に供給し、燃焼器ライナ３およびスリーブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃのそれぞれを冷却させるようにしている。なお、符号５６は、燃焼器ライナ内リングであり、また符号５７は、スリーブ冷却フランジである。
【００７６】
このような構成を備えたガスタービン燃焼器は、燃焼器ライナ３およびスリーブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃのそれぞれを高圧空気ＡＲで冷却するとともに、スリーブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃを予混合ダクト出口支持プレート３３の溝５３に遊嵌接続させているので、胴体１９の出口２２ａ，２２ｂ，２２ｃの熱による膨出があっても、スリーブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃと出口２２ａ，２２ｂ，２２ｃとの間の隙間を確保させることができる。
【００７７】
したがって、本実施形態では、スリーブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃと出口２２ａ，２２ｂ，２２ｃとの間の隙間を確実に確保させてスリーブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃおよび出口２２ａ，２２ｂ，２２ｃのそれぞれを安定状態に維持させたので、スリーブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃおよび出口２２ａ，２２ｂ，２２ｃのそれぞれを確実に冷却させ、亀裂等の発生を防止することができ、燃焼室４から予混合ダクト１３の胴体１９へのガスタービン駆動ガス火炎の逆火を確実に防止することができる。
【００７８】
図１６は、本発明に係るガスタービン燃焼器の第８実施形態を示す一部切欠き概略断面図である。なお、第１および第７実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
【００７９】
本実施形態に係るガスタービン燃焼器は、予混合ダクト出口支持プレート３３の溝５３に遊嵌接続するスリーブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃが運転中の揺動によるり摩耗することを考慮したもので、スリーブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃに予混合ダクト出口支持プレート３３と接触する面積を増加させる突出し片５８を設けたものである。
【００８０】
このように、本実施形態は、スリーブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃに予混合ダクト出口支持プレート３３と接触する面積を増加させる突出し片５８を設けたので、予混合ダクト出口支持プレート３３の溝５３に遊嵌接続するスリーブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃの摩耗を少なく抑えることができる。
【００８１】
図１７および図１８は、本発明に係るガスタービン燃焼器の第９実施形態を示す一部切欠き概略断面図である。なお、図１８は、図１７のＤ−Ｄ矢視方向からら見た正面図である。また、第１実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
【００８２】
本実施形態に係るガスタービン燃焼器は、予混合ダクト１３の胴体１９の出口２２ａ，２２ｂ，２２ｃ側を支持する予混合ダクト支持装置２３ｂのうち、予混合ダクト出口支持プレート３３に装着する板ばね３４を支持リング３５および支持ピン３６で固定していても、運転中、折損等の事情により板ばね３４が飛び出すことを考慮したもので、支持リング３５に突出し部５９を設け、板ばね３４の飛び出しを防止させたものである。
【００８３】
したがって、本実施形態では、運転中、折損等により板ばね３４の飛び出しを防止させる突出し部５９を支持リング３５を設けたので、ガスタービン動翼（図示せず）等への衝突による事故の発生を防止し、ガスタービン燃焼器に安定運転を行わせることができる。
【００８４】
【発明の効果】
以上の説明のとおり、本発明に係るガスタービン燃焼器は、予混合ダクトの入口側と出口側とのそれぞれに予混合ダクト支持装置を設けたので、予混合ダクトを安定状態に維持させてガスタービン駆動ガスを生成することができ、高温化・高圧化に対しても長時間に亘って充分に対処させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガスタービン燃焼器の第１実施形態を示す全体概略断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視方向から切断した断面図。
【図３】本発明に係るガスタービン燃焼器の第１実施形態における予混合ダクトを示す概略断面図。
【図４】図３のＢ−Ｂ矢視方向から見た一部切欠き概略正面図。
【図５】本発明に係るガスタービン燃焼器の第２実施形態を示す一部切欠き概略断面図。
【図６】本発明に係るガスタービン燃焼器の第２実施形態における変形例を示す一部切欠き概略断面図。
【図７】本発明に係るガスタービン燃焼器の第３実施形態を示す一部切欠き概略断面図。
【図８】本発明に係るガスタービン燃焼器の第４実施形態を示す一部切欠き概略平面図。
【図９】図８のＣ−Ｃ矢視方向から切断した断面図。
【図１０】本発明に係るガスタービン燃焼器の第４実施形態における第１変形例を示す一部切欠き概略部分断面図。
【図１１】本発明に係るガスタービン燃焼器の第４実施形態における第２変形例を示す一部切欠き概略平面図。
【図１２】本発明に係るガスタービン燃焼器の第５実施形態を示す一部切欠き概略部分断面図。
【図１３】本発明に係るガスタービン燃焼器の第５実施形態における変形例を示す一部切欠き概略部分断面図。
【図１４】本発明に係るガスタービン燃焼器の第６実施形態を示す一部切欠き概略平面図。
【図１５】本発明に係るガスタービン燃焼器の第７実施形態を示す一部切欠き概略斜視図。
【図１６】本発明に係るガスタービン燃焼器の第８実施形態を示す一部切欠き概略断面図。
【図１７】本発明に係るガスタービン燃焼器の第９実施形態を示す一部切欠き概略断面図。
【図１８】図１７のＤ−Ｄ矢視方向から見た正面図。
【符号の説明】
１ 空気圧縮機
２ 燃焼器ケーシング
３ 燃焼器ライナ
４ 燃焼室
５ ヘッドプレート
６ 拡散燃焼用燃料ノズル
７ 蒸気噴射用ノズル
８ 予混合燃焼用燃料ノズル
９ 機枠
１０ ライナキャップ
１１ 拡散部
１２ スワラ
１３ 予混合ダクト
１４ トラジションピース
１５ 空気通路
１６ フロースリーブ
１７ 点火器
１８ 火炎伝播管
１９ 胴体
２０ 入口
２１ 拡開縁
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ 出口
２３ａ，２３ｂ 予混合ダクト支持装置
２４ 空気孔
２５ 閉塞板
２６ 支持ブロック
２７ ボルト
２８ ナット
２９ ワッシャ
３０ 支持具
３１ ライナ支持具
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ スリーブ
３３ 予混合ダクト出口支持プレート
３４ 板ばね
３５ 支持リング
３６ 支持ピン
３７ 挿通孔
３８ ピン孔
３９ 切欠き
４０ 溶接用小孔
４１ 溶接部
４２ テーパ部
４３ 予混合ダクト支持調整装置
４４ コイルばね
４５ ボルト
４６ ナット
４７ 筒部
４８ ネジ部
４９ 袋ナット部
５０ 位置決め部材
５１ 突起部
５２ 補強板
５３ 溝
５４ 絞り部
５５ 空気孔
５６ 燃焼器ライナ内リング
５７ スリーブ冷却フランジ
５８ 突出し片
５９ 突出し部
Claims (14)
- 燃焼室を区画する燃焼器ライナの頭部側の中央に設けた拡散燃焼用燃料ノズルと、この拡散燃焼用燃料ノズルの外側に設けた予混合燃焼用燃料ノズルに臨み、上記燃焼器ライナの軸方向に沿って長く延びる予混合ダクトとを備えたガスタービン燃焼器において、上記予混合ダクトの胴体の入口側を支持し、上記燃焼器ライナに接続する予混合ダクト支持装置と、上記予混合ダクトの胴体の出口側を支持する予混合ダクト支持装置とを備え、
予混合ダクトの胴体の出口側を支持する予混合ダクト支持装置は、燃焼器ライナの軸方向に沿って長く延びる予混合ダクト出口支持プレートと、この予混合ダクト出口支持プレートの端部に板ばねおよび支持リングを装着して支持する支持ピンとを備えたことを特徴とするガスタービン燃焼器。 - 燃焼室を区画する燃焼器ライナの頭部側の中央に設けた拡散燃焼用燃料ノズルと、この拡散燃焼用燃料ノズルの外側に設けた予混合燃焼用燃料ノズルに臨み、上記燃焼器ライナの軸方向に沿って長く延びる予混合ダクトとを備えたガスタービン燃焼器において、上記予混合ダクトの胴体の入口側を支持し、上記燃焼器ライナに接続する予混合ダクト支持装置と、上記予混合ダクトの胴体の出口側を支持する予混合ダクト支持装置とを備え、
予混合ダクトの胴体の出口側を支持する予混合ダクト支持装置は、燃焼器ライナの軸方向に沿って長く延びる予混合ダクト出口支持プレートと、この予混合ダクト出口支持プレートの端部に板ばねおよび支持リングを装着して支持する支持ピンと、上記胴体のうち、ガスタービン駆動ガスの下流側に位置する出口側の上記予混合ダクト出口支持プレートに設けた補強板とを備えたことを特徴とするガスタービン燃焼器。 - 予混合ダクト出口支持プレートは平板であることを特徴とする請求項１または２記載のガスタービン燃焼器。
- 予混合ダクト出口支持プレート、板ばね、支持リングおよび支持ピンのうち、いずれか少なくとも一方は、耐摩耗材をコーティングしたことを特徴とする請求項１または２記載のガスタービン燃焼器。
- 板ばねは、ピン孔の部分に切欠きを形成するとともに、端部に溶接用小孔を形成したことを特徴とする請求項１または２記載のガスタービン燃焼器。
- 溶接用小孔は、板ばねを予混合ダクト出口支持プレートに接続させる溶接部を備えたことを特徴とする請求項５記載のガスタービン燃焼器。
- 板ばねは、レーザ光で形成した溶接部で予混合ダクト出口支持プレートに接続させたことを特徴とする請求項１または２記載のガスタービン燃焼器。
- 板ばねは、ピン孔の部分に切欠きを形成するとともに、端部に溶接用小孔を形成する一方、側端にテーパ部を形成したことを特徴とする請求項１または２記載のガスタービン燃焼器。
- 支持リングは、板ばね側に向って突出し部を備えたことを特徴とする請求項１または２記載のガスタービン燃焼器。
- 燃焼室を区画する燃焼器ライナの頭部側の中央に設けた拡散燃焼用燃料ノズルと、この拡散燃焼用燃料ノズルの外側に設けた予混合燃焼用燃料ノズルに臨み、上記燃焼器ライナの軸方向に沿って長く延びる予混合ダクトとを備えたガスタービン燃焼器において、上記予混合ダクトの胴体の入口側を支持し、上記燃焼器ライナに接続する予混合ダクト支持装置と、上記予混合ダクトの胴体の出口側を支持する予混合ダクト支持装置とを備え、
予混合ダクトの胴体の出口側を支持する予混合ダクト出口支持装置は、燃焼器ライナの軸方向に沿って長く延びる予混合ダクト出口支持プレートと、この予混合ダクト出口支持プレートの端部に設けた予混合ダクト振動調整装置とを備えたことを特徴とするガスタービン燃焼器。 - 予混合ダクト振動調整装置は、予混合ダクト出口支持プレートにコイルばねおよび支持リングを装着して支持する支持ピンとを備えたことを特徴とする請求項１０記載のガスタービン燃焼器。
- 予混合ダクト振動調整装置は、コイルばねを収容する筒部と、この筒部に螺合して包囲する袋ナット部と、この袋ナット部を支持リングに対して位置決めする位置決め部材と、上記袋ナット部を増締めする突起部とを備えたことを特徴とする請求項１０記載のガスタービン燃焼器。
- 燃焼室を区画する燃焼器ライナの頭部側の中央に設けた拡散燃焼用燃料ノズルと、この拡散燃焼用燃料ノズルの外側に設けた予混合燃焼用燃料ノズルに臨み、上記燃焼器ライナの軸方向に沿って長く延びる予混合ダクトとを備えたガスタービン燃焼器において、上記予混合ダクトの胴体の入口側を支持し、上記燃焼器ライナに接続する予混合ダクト支持装置と、上記予混合ダクトの胴体の出口側を支持する予混合ダクト支持装置とを備え、
予混合ダクトの胴体の出口側を支持する予混合ダクト支持装置は、燃焼器ライナの軸方向に沿って長く延びる予混合ダクト出口支持プレートと、この予混合ダクト出口支持プレートに形成され、上記胴体の出口を収容するスリーブを遊嵌接続させる溝を備えたことを特徴とするガスタービン燃焼器。 - スリーブは、予混合ダクト出口支持プレートに形成した溝側に突出し片を備えたことを特徴とする請求項１３記載のガスタービン燃焼器。
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