JP4838682B2

JP4838682B2 - 燃焼器

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Publication number: JP4838682B2
Application number: JP2006266109A
Authority: JP
Inventors: 聡谷村; 健太栗原; 敏彦齋藤; ロドリゲスホセ
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2006-02-27
Filing date: 2006-09-28
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2026-09-28
Also published as: DE102007008995B4; US20070199325A1; JP2007232347A; DE102007008995A1; US7770395B2; CN101050867B; CN101050867A

Description

本発明は、ガスタービンの燃焼器に関するもので、特に、その内部を流れる空気流の偏流及び乱れを減少させる構造とされる燃焼器に関する。

図１１の断面図に、一般的なガスタービンの構成を示す。この図１１に示すように、ガスタービンは空気を圧縮する圧縮機１と、圧縮機１で圧縮された空気と燃料が供給されて燃焼動作を行う燃焼器２と、燃焼器２からの燃焼ガスにより回転駆動するタービン３と、を備える。この圧縮機１、燃焼器２、及びタービン３はそれぞれ、車室４で覆われ、又、燃焼器２が、圧縮機１とタービン３とを１軸とするロータ５の外周に等間隔で、例えば、１６個のように複数配置される。

このガスタービンにおいて、圧縮機１で圧縮された空気が、車室４内を通じて燃焼器２やロータ５に供給される。そして、燃焼器２に供給された圧縮空気は、燃焼器２に供給される燃料の燃焼に使用される。又、タービン３側の車室４内及びロータ５内に供給された圧縮空気は、燃焼器２からの燃焼ガスにより高温に曝される車室４に固定された静翼３１とロータ５に固定された動翼３２とを冷却するために使用される。

このような構成のガスタービンに設置される燃焼器２は、燃料供給側に設置される内筒２ａと、内筒２ａと接続されて燃焼ガスをタービン３側の第１段静翼３１に噴出する尾筒２ｂと、車室４の内壁に沿うように挿入されるとともに内筒２ａを覆う外筒２ｃとを備える。又、燃焼器２周辺の詳細な構成を説明するために、燃焼器２周辺における拡大断面図を図１２に示す。

図１２に示すように、燃焼器２は、内筒２ａにおいて、その中心に拡散燃焼を行うパイロットノズル２１と、パイロットノズル２１の外周に等間隔に配置されて予混合燃焼を行う複数のメインノズル２２と、パイロットノズル２１の下流側先端部分を覆うように設置されたパイロットコーン２３と、メインノズル２２の下流側先端部分を覆うように設置されたメインバーナ２４と、を備える。又、圧縮機１は、燃焼器２が挿入される車室４内に圧縮空気を供給するための圧縮機出口１１を備え、この圧縮機出口１１から排出される圧縮空気が内筒２ａ内に供給される。

更に、燃焼器２の詳細な構成を説明するために、燃焼器２の内筒２ａにおける拡大断面図を図１３に示す。図１３に示すように、燃焼器２は、パイロットコーン２３内の上流側においてパイロットノズル２１外周に当接するように設置されたパイロットスワラ２５と、メインバーナ２４内の上流側においてメインノズル２２外周に当接するように設置されたメインスワラ２６とを備える。これにより、パイロットコーン２３に供給される空気がパイロットスワラ２５で整流されるとともに、メインバーナ２４に供給される空気がメインスワラ２６で整流される。

又、燃焼器２は、上流側で内筒２ａの更に外周に複数の支柱２７が設けられるとともに、下流側における外筒２ｃと内筒２ａとの間の空間への入り口部分に設けられた多孔板によって構成されるパンチメタル２８を支持するリブ２９が設けられる。この支柱２７とリブ２９とが外筒２ｃ及び内筒２ａに接続されることで、外筒２ｃに内筒２ａが支持固定される。更に、パイロットノズル２１の下流側において、パイロットノズル２１の外周面とメインノズル２２とを接続する支柱３０を設けることによって、メインノズル２２が固定される。

このように構成される燃焼器２に対して、圧縮機出口１１から車室４内に排出される圧縮空気が、外筒２ｃと内筒２ａとの間にできる空間に、パンチメタル２８を通じて流れ込む。このパンチメタル２８は、多孔板とすることで抵抗を与えることで、燃焼器２に流れ込む圧縮空気を整流させる役割を果たす。パンチメタル２８を通じて、外筒２ｃと内筒２ａとの間の空間に流れ込んだ圧縮空気は、外筒２ｃの内壁に沿って流れる。

よって、圧縮空気が外筒２ｃの底部分（パイロットノズル２１及びメインノズル２２の基部）で１８０°転回することで、内筒２ａを支持する支柱２７の間に圧縮空気が流れ込み、内筒２ａ内部に圧縮空気が供給される。そして、最終的に、燃焼器２のパイロットスワラ２５及びメインスワラ２６で旋回流が与えられて、パイロットノズル２１による拡散燃焼及びメインノズル２２による予混合燃焼に使用される。

しかしながら、図１２に示すように、外筒２ｃと内筒２ａとの間に形成される圧縮空気入口の各位置と圧縮機出口１１との相対距離が異なる。そのため、燃焼器２に供給される圧縮空気の流量は、外筒２ｃと内筒２ａとの間に形成される圧縮空気入口の各位置で不均一になってしまう。そのため、燃焼器２内における圧縮空気の流れが不安定なものとなり、その燃焼が不安定となる。これにより、ＮＯｘの発生率が高くなるだけでなく、燃焼振動が発生することによる耐久性劣化などの問題も生じる。

これに対して、本出願人は、半円形断面形状で且つリング状となるフローリングを支柱２７と内筒２ａとの接続位置に設置することで、内筒２ａ内における圧縮空気の流れの乱れや偏流を抑制させた燃焼器を提案している（特許文献１参照）。この特許文献１において、この圧縮機出口１１から排出される圧縮空気が均一な流れで燃焼器２内に供給されるように、圧縮空気の流れを設定するためのフローガイドが圧縮機出口１１に設けられることを開示している。
特開２０００−３４６３６１号公報

このようにフローガイドを設けることにより、圧縮機出口１１の外側に設置された燃焼器に向かう圧縮空気の流れを形成して、燃焼器２へ供給される圧縮空気の流量に均一性を与えるものとしている。しかしながら、外筒２ｃと内筒２ａとの間に形成される圧縮空気入口における各位置と圧縮機出口１１との経路が異なることにより、その経路によっては圧縮空気の流れやすさが異なる。そのため、結果的に、内筒２ａ内に供給される圧縮空気の流れが不均一なものとなっている。更に、燃焼器２よりも外側の車室４内壁を沿う流れが多くを占めることにより、その不均一性を大きくしている。

このような問題を鑑みて、本発明は、その流れが均一な状態となるように、空気が内部に供給される燃焼器を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の燃焼器は、燃焼器の軸心に設置されて拡散燃焼を行うパイロットノズルと、前記パイロットノズルの外周側で周方向に等間隔となるように設置されて予混合燃焼を行うメインノズルと、前記パイロットノズル及び前記メインノズルの外周側を覆う内筒と、前記内筒の外周側に設けられてその内壁と前記内筒の外壁との間を圧縮空気の通路とする外筒と、を備える燃焼器において、前記外筒の圧縮空気の入口側となる先端に接続されるテーパ形状の側面を備えた筒型のスリーブを備えるとともに、前記スリーブの側面の長さを、圧縮空気を排出する圧縮機出口との距離が遠い側が長く、圧縮空気を排出する該圧縮機出口との距離が近い側が短くなるように、変化させることを特徴とする。

このような燃焼器において、前記スリーブの形状を、円錐に対して、頂点側を底面と平行となるように切断し、底面側を底面と交わるように斜めに切断した形状とするものとする。

そして、ガスタービンの車室に設置されたとき、前記スリーブが前記車室の内壁面より前記車室室内に突出し、前記圧縮機出口との距離が遠い側ほど前記スリーブの突出する長さが長いものとする。

更に、前記圧縮機出口が、前記燃焼器に向かって屈曲したフローガイドを備えるものとしても構わない。

本発明によると、外筒の先端に設けられたスリーブの側面の長さを、圧縮機出口との距離が遠い側が長くなるようにすることで、燃焼器が設置される車室内壁を沿って流れる圧縮空気を、圧縮機出口との距離が近い側まで回り込ませることができる。即ち、車室内壁を沿って流れる圧縮空気が、車室内壁とスリーブの外側との間の空間を回り込むことによって、スリーブの圧縮機出口との距離が近い側に供給される圧縮空気の量を増加させることができる。これにより、スリーブより外筒内に供給される圧縮空気の流れを均一なものとすることができ、燃焼器における燃焼を安定化させることができる。

本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、燃焼器が挿入される燃焼器室内部の構成を示す概略断面図である。又、図２は、図１に示す燃焼器における内筒内部の構成を示す概略断面図である。尚、図１及び図２の各部の構成において、図１２及び図１３と同一の目的で使用する部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。又、以下の説明において、内筒内では、尾筒側を下流とし、又、外筒と内筒との間の空間では、尾筒側を上流とする。

図１に示すように、車室４で構成される燃焼器室内には、外部より挿入される燃焼器２０が、ロータ５の外周において周方向に等間隔となるように、複数配置される。この燃焼器２０は、図２に示すように、図１２の燃焼器２と同様、その中心に設置されるとともに拡散燃焼を行うパイロットノズル２１と、パイロットノズル２１の外周側の周方向に等間隔となるように複数配置されるとともに予混合燃焼を行うメインノズル２２と、パイロットノズル２１の先端側を覆うように設置されるパイロットコーン２３と、メインノズル２２の先端側を覆うように設置されるメインバーナ２４と、パイロットノズル２１の外壁とパイロットコーン２３の内壁との間に設置されるパイロットスワラ２５と、メインノズル２２の外壁とメインバーナ２４の内壁との間に設置されるメインスワラ２６と、を備える。

そして、この燃焼器２０は、図１及び図２に示すように、パイロットノズル２１及びメインノズル２２を覆うように形成される内筒２ａと、内筒２ａに嵌合されるとともにパイロットノズル２１及びメインノズル２２による燃焼ガスをタービン３側に誘導する尾筒２ｂと、内筒２ａの外周側を覆うとともに車室４の内壁に当接された外筒２ｃと、外筒２ｃの下流を閉じる背面壁２ｄと、外筒２ｃの上流側先端より燃焼器室に向かって開いたテーパ形状を備えた円筒となるスリーブ２ｅと、を備える。

更に、燃焼器２０は、内筒２ａと外筒２ｃとの間の空間における外筒２ｃの上流側を覆うリング状の多孔板となるパンチメタル５１と、パンチメタル５１を支持するとともに内筒２ａと外筒２ｃとに接続されたリブ５２と、内筒２ａの上流側に接続されて外筒２ｃに対して膨らみを備えたベルマウス構造となる円筒５３と、メインノズル２２の間を覆うように円筒５３の上流側先端近傍に設置されるリング状のターニングベーン５４と、を備える。

このように構成される燃焼器２０において、内筒２ａの下流側の内壁に複数のメインバーナ２４が周方向に等間隔となるように接続され、このメインバーナ２４それぞれに当接するように内筒２ａの中心位置にパイロットコーン２３が接続される。これにより、パイロットコーン２３及びメインバーナ２４が内筒２ａの下流側に固定される。逆に、内筒２ａの上流側先端に対して、その内壁が内筒２ａの内壁と同一壁面を構成するように、円筒５３が接続されて、円筒５３が固定される。

そして、外筒２ｃの上流側を覆うように、内筒２ａの外壁と外筒２ｃの内壁とにパンチメタル５１が接続され、パンチメタル５１を固定する複数のリブ５２が周方向に等間隔に設置される。このリブ５２が、内筒２ａの外壁と外筒２ｃの内壁とに接続されることで、外筒２ｃの内側に内筒２ａが固定される。又、背面壁２ｄに対して、その中心位置にパイロットノズル２１が挿入されるとともに、パイロットノズル２１の周囲に周方向に対して等間隔にメインノズル２２が挿入される。そして、隣接する２つのメインノズル２２にターニングベーン５４を接続することで、メインノズル２２の周方向の間隔にターニングベーン５４を設置する。このパイロットノズル２１及びメインノズル２２が挿入された背面壁２ｄが、外筒２ｃの下流側から挿入される。

このように、背面壁２ｄが外筒２ｃに嵌合されて固定されることで、パイロットノズル２１及びメインノズル２２それぞれが内筒２ａ内部に挿入された状態となるように、背面壁２ｄによってパイロットノズル２１及びメインノズル２２の上流側が支持される。又、パイロットノズル２１の下流側先端の外壁がパイロットコーン２３のパイロットスワラ２５の内壁に当接するように、パイロットノズル２１がパイロットスワラ２５に挿入されることで、パイロットノズル２１の下流側が支持される。同様に、メインノズル２２の下流側先端の外壁がメインバーナ２４のメインスワラ２６の内壁に当接するように、メインノズル２２がメインスワラ２６に挿入されることで、メインノズル２２の下流側が支持される。

そして、この内筒２ａ、外筒２ｃ、及び背面壁２ｄそれぞれが接続された部位が燃焼器室を形成する車室４に挿入されて固定される。この燃焼器室内において、挿入された内筒２ａが尾筒２ｂに挿入されて燃焼器２０が形成される。このとき、燃焼器室内では、車室４の燃焼器２０が挿入される穴を囲むようにスリーブ２ｅが設置され、このスリーブ２ｅに内筒２ａ、外筒２ｃ、及び背面壁２ｄそれぞれが接続された部位が挿入される。よって、燃焼器室内で設置された燃焼器２０において、その外筒２ｃの上流側先端にスリーブ２ｅが接続されて固定される。

又、図１に示すように、圧縮機１は、ロータ５に設置された動翼１２と、車室４に設置された静翼１３とを備え、ロータ５がタービン３の回転により回転して、動翼１２と静翼１３とが作用することで、外部からの空気が圧縮される。そして、圧縮機１で得られた圧縮空気は、圧縮機１の圧縮機出口１１より燃焼器室に排出される。この圧縮機出口１１の下流側先端には、圧縮機出口１１から排出される圧縮空気を燃焼器室内の燃焼器２０におけるスリーブ２ｅに向かって流れるように導くフローガイド１４が設置される。よって、圧縮機１で圧縮された圧縮空気が圧縮機出口１１より排出されると、フローガイド１４によって、圧縮空気が、車室４の内壁側に誘導されて、燃焼器２０の挿入部分近傍に設置されたスリーブ２ｅに向かって流れる。

（スリーブ及びフローガイドの構成）
このように、車室４による燃焼器室内で固定される燃焼器２０に備えられるスリーブ２ｅの構成と、圧縮機１の圧縮機出口１１に設置されたフローガイド１４の構成とを説明する。まず、スリーブ２ｅの形状は、図３（ａ）の斜視図に示すように、点線で示すような円錐に対して、頂点Ｘ側を底面Ｙに平行となるように切断し、底面Ｙ側を底面Ｙに対して交わるように斜めに切断した形状とする。即ち、スリーブ２ｅにおいて、頂点Ｘ側の面積の狭い端面２００が底面Ｙと平行な面となり、底面Ｙ側の面積の広い端面２０１が底面Ｙに対して角度を備えた面となる。

又、このスリーブ２ｅは、図３（ｂ）の断面図に示すように、底面Ｙの中心と頂点Ｘとを結ぶ軸に対する側面２０２の角度θ１と、端面２００と端面２０１との角度θ２と、側面２０２において長さが最短となる部分の長さＬとが、スリーブ２ｅに流れ込む圧縮空気の流れが均一になるための最適な値に設定される。例えば、この角度θ１、θ２及び長さＬの関係を、θ１＝２０度、θ２＝１５度、Ｌ＝１００ｍｍのような構成とすることで、圧縮空気の流れを均一にすることができる。このように各部の値が設定されたスリーブ２ｅは、図１に示すように、側面２０２の長さが最短となる部分がロータ５に最も近い位置となるように設置される。このとき、面積の狭い端面２００が外筒２ｃの上流側先端に接続されている。

即ち、側面２０２の長さが最短となる部分が車室４の内壁面と同一面となるとともに、この長さが最短となる部分以外の側面２０２が車室４の内壁面より燃焼器室内へ突出するように、スリーブ２ｅが設置される。又、このスリーブ２ｅは、軸に対する側面２０２の角度θ１が適当な値に設定されることで、その車室４の内壁面より突出した側面２０２と車室４の内壁面との間に空間が形成される。

又、フローガイド１４は、ロータ５の外周に二重筒形状で構成された圧縮気出口１１の先端に設置される二重筒形状とされる。即ち、フローガイド１４が、図４に示すように、圧縮機出口１１の内側環１１ａを燃焼器室側に延長する内側環１４ａと、圧縮機出口１１の外側環１１ｂを燃焼器室側に延長する外側環１４ｂと、を備える。このとき、内側環１４ａが、圧縮機１とタービン３とを１軸に接続するための中間軸の一部として形成され、又、外側環１４ｂが、車室４における燃焼器２の支持部材４０が設置される突出部分４１に接続される。

そして、フローガイド１４の内側環１４ａが、圧縮機出口１１から燃焼器室への方向において、ロータ５側の内環ロータ５から車室４の内壁に向かって屈曲する曲面形状とされる。又、外側環１４ｂは、圧縮機出口１１から燃焼器室への方向において、ロータ５側の内環ロータ５から車室４の内壁に向かって屈曲する曲面を、燃焼器室側に備える。このように、フローガイド１４の内側環１４ａ及び外側環１４ｂそれぞれが車室４の内壁側に屈曲した面を備えることで、燃焼器２０のスリーブ２ｅの開口側に圧縮空気を誘導することができる。

このようなスリーブ２ｅ及びフローガイド１４が設置されることで、圧縮機１で圧縮された圧縮空気の燃焼器室内での流れが、図５の概略図における矢印によって示される流れとなる。即ち、フローガイド１４の屈曲によって、ロータ５よりも外周側に圧縮空気が誘導されることで、燃焼器２０のスリーブ２ｅに向かって圧縮空気の流れ（矢印Ａ１）が形成される。

このとき、燃焼器２０よりも外周側となる車室４の内壁に沿って流れる圧縮空気が、矢印Ａ２に示すように、スリーブ２ｅの外周側と車室４の内壁との間の空間に流れ込む。そして、このスリーブ２ｅの外周側と車室４の内壁との間の空間に流れ込んだ圧縮空気は、矢印Ａ２に示すように、スリーブ２ｅの外周側に沿って流れて、スリーブ２ｅのロータ５側まで回り込むことで、スリーブ２ｅのロータ５側よりスリーブ２ｅ内に流れ込む。

よって、スリーブ２ｅと尾筒２ｂとの間の空間に流れ込む圧縮空気の流れを均一とすることができるため、外筒２ｃと内筒２ａとの間を流れる圧縮空気の流れを、内筒２ａの外周の周方向に対して均一なものとすることができる。これにより、内筒２ａ内に流れ込む圧縮空気の流れを均一なものとすることができ、燃焼器２０に設置されるパイロットノズル２１及びメインノズル２２それぞれにおける燃焼を安定なものとすることができる。

（背面壁、円筒、及び、ターニングベーンの構成）
又、図２に示す燃焼器２０における背面壁２ｄ、円筒５３、及びターニングベーン５４の構成を説明する。上述したように、円筒５３の外壁側が外筒２ｃに向かって膨らみを備えたベルマウス構造とされる。このベルマウス構造となる円筒５３は、図６の断面図に示すように、その上流側先端から下流側に向かって外筒２ｃの内壁との距離が近くなるテーパ形状部分５３ａと、テーパ形状部分の下流側において外筒２ｃの内壁との距離が一定となる平坦部分５３ｂと、下流側先端において略半円状の断面となる半円形状部分５３ｃと、を備える。そして、テーパ形状部分５３ａの上流側の傾きの始まる部分と、テーパ形状部分５３ａと平坦部分５３ｂとの接続部分とを、滑らかな丸みを帯びた形状とする。

このように、円筒５３が構成されることにより、円筒５３の外壁が下流側に向かって外筒２ｃの内壁に近づくように構成されるため、外筒２ｃの内壁と円筒５３の外壁の間に構成される圧縮空気の通路の断面積が下流に向かって、緩やかに狭められる。これにより、圧縮空気の流れを絞り、円筒５３下流側での流れに対して燃焼器の周方向の均一性を与えることとなる。又、円筒５３のテーパ形状部分５３ａを滑らかな丸みを帯びた形状とすることで、パンチメタル５１を通じて流れる圧縮空気が剥離することを防ぐことができる。

又、背面壁２ｄは、図７の断面図に示すように、円筒５３よりも外周側が曲面で構成される円弧形状部分２ｘとされるとともに、円筒５３より内周側が平坦となる平坦部分２ｙとされることで、その内壁面がすり鉢形状の凹曲面とされる。このとき、円弧形状部分２ｘの曲率は、円筒５３の半円形状部分５３ｃの外周面側に応じた曲率となり、背面壁２ｄの円弧形状部分２ｘの内壁面と円筒５３の半円形状部分５３ｃの外壁面との距離が一定とされる。又、背面壁２ｄにおける円弧形状部分２ｘと平坦部分２ｙとの接続部分が、円筒５３における半円形状部分５３ｃの下流側先端からの軸方向の延長線上に形成される。

このように、背面壁２ｄを構成することによって、背面壁２ｄの円弧形状部分２ｘの内壁面と円筒５３の半円形状部分５３ｃの外壁面とにおける断面積を、外筒２ｃの内壁と円筒５３の平坦部分５３ｂとにおける断面積に等しい面積で、一定とすることができる。これにより、円筒５３の外壁と外筒２ｃの内壁との間を流れる圧縮空気を、円筒５３の内側に均一の流れで誘導させることができ、背面壁２ｄで圧縮空気の流れを安定して１８０度転回させることができる。尚、背面壁２ｄの円弧形状部分２ｘの内壁と円筒５３の半円形状部分５３ｃの外壁との距離ｈ（図７参照）と、円筒５３の半円形状部分５３ｃの半径ｒ（図７参照）とが、圧力損失係数ζと内筒２ａ及び円筒５３の内径Ｄ（図２参照）との関係において、圧力損失係数ζが小さくなる値に設定される。

又、ターニングベーン５４が、円筒５３よりも上流側から下流側に向かって、メインノズル２２より外周側よりメインノズル２２の軸位置まで屈曲した一枚の板で形成される。そして、ターニングベーン５４の曲率が、円筒５３の半円形状部分５３ｃの内壁面と同等となるように形成される。更に、このターニングベーン５４は、図８に示すように、メインノズル２２側面を接続する円弧状の板とされる。このように構成されるターニングベーン５４により、背面壁２ｄで１８０度転回された圧縮空気が、パイロットコーン２３及びメインバーナ２４に誘導される。そして、このターニングベーン５４を単一のベーンとすることで、圧力抵抗を抑制するとともに、圧縮空気を均一な流れとすることができる。

この背面壁２ｄ、円筒５３、及びターニングベーン５４それぞれが、上述のように構成されることによって、外筒２ｃと円筒５３との間に流れ込む圧縮空気が、円筒５３のテーパ形状部５３ａで整流された後、背面壁２ｄで均一な流れのままで１８０度転回される。そして、背面壁２ｄで均一な流れのままで転回された圧縮空気が、ターニングベーン５４によって整流されて、パイロットコーン２３及びメインバーナ２４に誘導される。又、パイロットコーン２３及びメインバーナ２４に誘導される圧縮空気の流れを均一に保持することができるため、従来と比べて、円筒５３の上流側先端からパイロットコーン２３及びメインバーナ２４までの距離を短くすることができる。

（パンチメタル及びリブの構成）
又、図２に示す燃焼器２０におけるパンチメタル５１及びリブ５２の構成を説明する。図９（ａ）の外筒２ｃの下流側から見た正面図に示すように、パンチメタル５１は、内筒２ａの外壁と外筒２ｃの内壁との間の圧縮空気の通路入口を覆うリング状の構成とされるとともに複数の孔を備えた多孔板で構成される。そして、図９（ａ）の正面図に示すように、リブ５２が、内筒２ａの外壁と外筒２ｃの内壁とに両端が接するように、燃焼器の軸に対して放射状に設けられる。又、リブ５２は複数設けられ、この複数のリブ５２が燃焼器の周方向に対して等間隔となるように配置されるとともに外筒２ｃに接続されることで、内筒２ａを支持する。

更に、リブ５２は、図９（ｂ）の断面図に示すように、パンチメタル５１の外周側に接続される固定用部材５２ａと、固定用部材５２ａから内筒２ａに突起するように形成されて内筒２ａと接する板状部材５２ｂと、を備える。そして、固定用部材５２ａは、パンチメタル５１の上流側及び下流側それぞれに突起した、断面が半円形状の柱状の構造となり、ボルト５２ｃが挿入される貫通したねじ穴を内部に備える。この固定用部材５２ａの上流側は、ボルト５２ｃのヘッド部分が埋まるような凹部５２ｄが設けられ、ボルト５２ｃが挿入された後、この凹部５２ｄを金属部品で埋め込むことにより平坦な端面を形成する。

又、外筒２ｃは、図９（ｂ）の断面図に示すように、その内壁に、リブ５２の固定用部材５２ａと接続する、軸方向に略柱状となるリブ接続用部材５２ｅを備える。このリブ接続用部材５２ｅは、ボルト５２ｃが挿入されるねじ穴を備える。これにより、固定用部材５２ａのねじ穴を貫通するボルト５２ｃがリブ接続用部材５２ｅのねじ穴に挿入されて、固定用部材５２ａがリブ接続用部材５２ｅに固定されることで、パンチメタル５１及びリブ５２が外筒２ｃに固定される。又、下流側端面が略１／４球状の曲面とすることにより、圧縮空気の流れに乱れをできるだけ与えないようにすることができる。

このように、外筒２ｃに固定されたリブ５２を放射状に設けることによって、内筒２ａをリブ５２によって、周方向に抑えて固定することができる。これにより、メインノズル２２の下流側先端を、内筒２ａに接続されたメインバーナ２４におけるメインスワラ２６によって支持することができる。よって、上述の背面壁２ｄ、円筒５３、及び、ターニングベーン５４の構成により内筒２ａを流れる圧縮空気を均一な流れとすることで、パイロットノズル２１及びメインノズル２２の軸方向の長さを短くすることができることから、メインノズル２２の下流側を支持するパイロットノズル２１に接続された支柱が不要となる。更に、圧縮空気が均一な流れとされるため、従来と比べて、パンチメタル５１による抵抗を小さくすることができ、パンチメタル５１における圧損を抑制することができる。

尚、本実施形態において、燃焼器２０として、図２に示す構成のものを例に挙げて説明したが、外筒２ｃの上流側先端に、図３に示す形状のスリーブ２ｅを備える構成であれば、他の構成の燃焼器としても構わない。よって、例えば、従来と同様の図１３に示す構成や特開２０００−３４３６１号公報に示す構成に、更にスリーブ２ｅを設けるような構成としても構わない。又、円筒５３を内筒２ａと異なる部品としたが、図１０に示すように、内筒２ａの上流側先端が円筒５３のようなベルマウス構造となるように構成するものとしても構わない。

は、本発明の実施形態における燃焼器周囲の構成を示す断面図である。は、図１の燃焼器における内筒内部の構成を示す断面図である。は、図２の燃焼器のスリーブの構成を示す概略斜視図及び断面図である。は、図１の圧縮機における圧縮機出口の構成を示す断面図である。は、図１の燃焼器室内の圧縮空気の流れを示す図である。は、図１の燃焼器の円筒の構成を示す断面図である。は、図１の燃焼器の背面壁の構成を示す断面図である。は、図１の燃焼器のターニングベーンとメインノズルとの関係を示す断面図である。は、図１の燃焼器における外筒の下流側から見た正面図、及び、リブ周辺の断面図である。は、円筒と内筒とを一体としたときの燃焼器の構成を示す断面図である。は、一般的なガスタービンの構成を示す概略断面図である。は、従来のガスタービンにおける燃焼器の拡大断面図である。は、従来のガスタービンにおける燃焼器における内筒の拡大断面図である。

符号の説明

１圧縮機
２，２０燃焼器
３タービン
４車室
５ロータ
１１圧縮機出口
１２，３２動翼
１３，３１静翼
１４フローガイド
２ａ内筒
２ｂ尾筒
２ｃ外筒
２ｄ背面壁
２ｅスリーブ
２１パイロットノズル
２２メインノズル
２３パイロットコーン
２４メインバーナ
２５パイロットスワラ
２６メインスワラ
５１パンチメタル
５２リブ
５３円筒
５４ターニングベーン

Claims

燃焼器の軸心に設置されて拡散燃焼を行うパイロットノズルと、前記パイロットノズルの外周側で周方向に等間隔となるように設置されて予混合燃焼を行うメインノズルと、前記パイロットノズル及び前記メインノズルの外周側を覆う内筒と、前記内筒の外周側に設けられてその内壁と前記内筒の外壁との間を圧縮空気の通路とする外筒と、を備える燃焼器において、
前記外筒の圧縮空気の入口側となる先端に接続されるテーパ形状の側面を備えた筒型のスリーブを備えるとともに、
前記スリーブの側面の長さを、圧縮空気を排出する圧縮機出口との距離が遠い側が長く、圧縮空気を排出する該圧縮機出口との距離が近い側が短くなるように、変化させることを特徴とする燃焼器。
前記スリーブの形状を、円錐に対して、頂点側を底面と平行となるように切断し、底面側を底面と交わるように斜めに切断した形状とすることを特徴とする請求項１に記載の燃焼器。
ガスタービンの車室に設置されたとき、前記スリーブが前記車室の内壁面より前記車室室内に突出し、前記圧縮機出口との距離が遠い側ほど前記スリーブの突出する長さが長いことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃焼器。
前記圧縮機出口が、前記燃焼器に向かって屈曲したフローガイドを備えることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の燃焼器。