JP4838763B2

JP4838763B2 - 燃焼振動検出装置の取付構造

Info

Publication number: JP4838763B2
Application number: JP2007154398A
Authority: JP
Inventors: 聡谷村; 聡介中村
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2007-06-11
Filing date: 2007-06-11
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2027-06-11
Also published as: EP2154434B1; US20100132375A1; KR101003652B1; WO2008152964A1; CN101568767A; EP2154434A4; CN101568767B; US8418475B2; KR20090089312A; EP2154434A1; JP2008303861A

Description

本発明は、燃焼器で燃料を燃焼させた際に発生する燃焼振動を監視する燃焼振動検出装置を、燃焼器に取り付ける際に用いられる燃焼振動検出装置の取付構造に関するものである。

従来、燃焼器で燃料を燃焼させた際に発生する燃焼振動は、例えば、特許文献１に開示されたガスタービンの燃焼器内の圧力計測装置を用いて監視されていた。
特開平６−３３１１４６号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されたものでは、一つの燃焼器に対して、一つの圧力センサー（燃焼振動検出装置）が必要となる、すなわち、高価な圧力センサーが燃焼器の数と同じ数だけ必要となるため、製造コストが高騰するだけでなく、高温条件下で使用されることもあり、圧力センサーの寿命は比較的短く、２〜３年で交換する必要があるため、ランニングコストも高騰化してしまうといった問題点があった。
さらに、従来の、内筒（燃焼筒）の壁部に圧力センサーを取り付ける方式では、燃焼器ケーシング内の各内筒の位置関係によって、圧力センサーを取り付ける位置が異なる場合があり、このため、内筒の共通化が図れず、数種類の内筒を設計・製造しなければならず、この点からも、コストや保守性において課題があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、製造コストおよびランニングコストを低減させることができる燃焼振動検出装置の取付構造を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係る燃焼振動検出装置の取付構造は、燃焼器ケーシングに環状に配置された複数個の燃焼器を互いに連結する複数本の火炎伝播管に、燃焼振動検出装置を収容するケーシングを取り付ける燃焼振動検出装置の取付構造であって、前記燃焼振動検出装置を収容するケーシングが取り付けられた前記火炎伝播管と、前記燃焼振動検出装置を収容するケーシングが取り付けられていない前記火炎伝播管とが、交互に配置されている。

本発明に係る燃焼振動検出装置の取付構造によれば、高価な燃焼振動検出装置（圧力センサー）を半減させることができる（例えば、１６個の燃焼器を有するものでは、従来、１６個の燃焼振動検出装置が必要であったが、本発明に係る燃焼振動検出装置の取付構造を用いれば、燃焼振動検出装置を８個とすることができる）ので、製造コストおよびランニングコストを大幅に低減させることができる。
また、本発明に係る燃焼振動検出装置の取付構造によれば、圧力センサーが火炎伝播管に取り付けられることとなるため、燃焼器の内筒自体の共通化を図ることができるだけでなく、火炎伝播管が長手方向軸線まわりに回転可能に構成されている場合には、圧力センサーの取付位置を容易に変更することができ、圧力センサーの取付位置の設計自由度を高めることができて、コスト低減と保守性の向上を図ることができる。
なお、燃焼器は火炎伝播管と連通しているので、燃焼器内で発生した燃焼振動は火炎伝播管においても検出することができ、圧力センサーが取り付けれられている火炎伝播管を挟む二つの燃焼器の燃焼振動を一つの圧力センサーで検出することができる。

上記燃焼振動検出装置の取付構造において、前記燃焼振動検出装置を収容するケーシングと前記火炎伝播管との間に、整流板が配置されているとさらに好適である。

このような燃焼振動検出装置の取付構造によれば、燃焼振動による圧力変動が、整流板を介して燃焼振動検出装置（圧力センサー）に伝達されることとなるので、安定した圧力検出が行われることとなり、燃焼振動検出装置の誤作動を防止することができる。

また、本発明に係るガスタービンの燃焼器によれば、製造コストおよびランニングコストを大幅に低減させることができる燃焼振動検出装置の取付構造を備えている。

本発明に係るガスタービンの燃焼器によれば、燃焼器全体としての製造コストおよびランニングコストを大幅に低減させることができる。

本発明に係るガスタービンは、製造コストおよびランニングコストを大幅に低減させることができる燃焼器を備えている。

本発明に係るガスタービンによれば、ガスタービン全体としての製造コストおよびランニングコストを大幅に低減させることができる。

本発明によれば、製造コストおよびランニングコストを低減させることができるという効果を奏する。

以下、本発明に係る燃焼振動検出装置の取付構造の一実施形態について、図１から図５を参照しながら説明する。
発電等に用いられるガスタービンは、主に圧縮機、燃焼器、タービンから構成されており、タービンにより発電機を回転させて発電している。ガスタービンは、複数の燃焼器を有しているものが多く、圧縮機により圧縮された空気と燃焼器に供給された燃料を混合させ、各々の燃焼器内で燃焼させて高温の燃焼ガスを発生させて、この高温の燃焼ガスをタービンへ供給している。

図１は、本実施形態に係る燃焼振動検出装置の取付構造を具備したガスタービンの燃焼器周りを示す側断面図である。なお、車室内における燃焼器の配置を示すため、一部を断面にて示している。

ガスタービンの燃焼器１０は、燃焼器ケーシング１１に環状に複数個配置されている（図１には１個のみ示す）。燃焼器ケーシング１１とガスタービンケーシング１２の内側には車室１３が形成され、この車室１３には圧縮空気が充満している。図示していないが、上流側に設けられた圧縮機により圧縮された空気は、車室１３に導入され、燃焼器１０の上流部に設けられた空気流入口１４から燃焼器１０の内部に入り、燃焼器１０の上部に複数設けられた燃料ノズル１５から導入された燃料と混合された後、燃焼器１０の内筒（燃焼筒）１６内部で燃焼されて燃焼ガスとなる。そして、この燃焼ガスは、タービンへ供給されて、タービンローターを回転させる。

図２に示すように、燃焼器ケーシング１１に環状に配置された複数個（本実施形態では１６個）の燃焼器１０の内筒１６は、連結管（火炎伝播管）１７により互いに連結されており、図示しない一つ若しくは二つの点火栓で燃焼器１０の内筒１６内部に点火すると、未着火の他の燃焼器１０との差圧により、連結管１７内を火炎（着火した燃焼ガス）が走る（通過する：伝播する）ことで、他の燃焼器１０へ点火することができるようになっている。すなわち、連結管１７は、燃焼器１０の着火装置または火炎維持装置の役割を有している。

さて、図３に示すように、本実施形態に係る燃焼振動検出装置の取付構造２０は、圧力センサー（燃焼振動検出装置）２１を収容するケーシング２２と、連結管１７の内部とケーシング２２の内部とを連通し、かつ、連結管１７内を伝播する圧力変動を圧力センサー２１に導く導管２３とを備えている。そして、この燃焼振動検出装置の取付構造２０は、一本おきの連結管１７に対してそれぞれ一つずつ設けられている。すなわち、燃焼振動検出装置の取付構造２０を備えた連結管１７と、燃焼振動検出装置の取付構造２０を備えていない連結管１７とが、交互に配置されている。
圧力センサー２１は、燃焼振動による圧力変動を検知（監視）するものであり、圧力センサー２１としては、例えば、ピエゾ素子（圧電素子）を用いたセンサーを採用することができる。
導管２３は、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）を材料として作られたものであり、その入口側（連結管１７側）の一端部は、アダプター２４を介して連結管１７の側面に取り付けられた取付座２５に固定されている。また、取付座２５の入口側（連結管１７側）の一端部には、板厚方向に貫通する貫通孔２６ａ（図５参照）を複数個（本実施形態では７個）有する整流板２６が配置されている。
また、内筒１６と連結管１７とはそれぞれ、図４に示すようなマーマンカップリング（商品名）２７と呼ばれる結合（連結）部材を介して結合（連結）されている。

本実施形態に係る燃焼振動検出装置の取付構造２０によれば、高価な圧力センサー２１を半減させることができる（例えば、１６個の燃焼器１０を有するものでは、従来、１６個の圧力センサー２１が必要であったが、本発明に係る燃焼振動検出装置の取付構造２０を用いれば、圧力センサー２１を８個とすることができる）ので、製造コストおよびランニングコストを大幅に低減させることができる。
また、ガスタービン運転時における圧力センサー２１の温度を低減させることができる（従来、圧力センサー２１は内筒１６の壁部に直に取り付けられていたためかなりの高温状態になっていたが、本発明に係る燃焼振動検出装置の取付構造２０を用いれば、圧力センサー２１が内筒１６から離れた位置に設けられることとなり、ガスタービン運転時における圧力センサー２１の温度を低減させることができる）ので、熱による圧力センサー２１の損傷を防止することができ、圧力センサー２１の長寿命化を図ることができる。

さらに、従来は圧力センサー２１を内筒１６の壁部に取り付けていたために、燃焼器ケーシング１１内の内筒１６の配置により、個々に圧力センサー２１の取り付け位置が異なる場合があり、個別に内筒１６を設計・製造する必要があったが、本実施形態によれば、センサー２１を連結管１７に取り付けるので、内筒１６自体の共通化を図ることができる。
また、連結管１７が、その長手方向軸線まわりに回転可能に構成されているので、圧力センサー２１の取付位置を容易に変更することができ、圧力センサー２１の取付位置の設計自由度を高めることができるため、コスト低減と保守性の向上を図ることができる。

さらにまた、燃焼振動による圧力変動は、整流板２６を介して圧力センサー２１に伝達されることとなるので、安定した圧力検出が行われることとなり、圧力センサー２１の誤作動を防止することができる。

さらにまた、圧力センサー２１を、火炎に近い連結管１７の近傍に置く（配置する）ことができるので、燃焼振動による圧力変動を正確、かつ、確実に検知（監視）することができる。

なお、上述した実施形態において、圧力センサー２１が異常な圧力変動を検知した場合に、そのレベル（度合い）に応じて警報を発したり、警報を発するとともにガスタービンを緊急停止させたりするシーケンスが組み込まれているとさらに好適である。
また、圧力センサー２１は連結管１７に取り付けられているので、連結管１７の両側の燃焼器１０の少なくとも一方において圧力変動の異常が生じれば、この圧力センサー２１が異常を検知し、前述のシーケンスを動作させることができる。

さらに、本発明は上述した実施形態では、連結管１７に、導管２３を介してケーシング２２を取り付けるようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、導管２３をなくして、連結管１７にケーシング２２を直に取り付けたり、あるいは連結管１７に圧力センサー２１を直に取り付けるようにすることもできる。

本発明の一実施形態に係る燃焼振動検出装置の取付構造を具備したガスタービンの燃焼器周りを示す側断面図である。本発明の一実施形態に係る燃焼振動検出装置の取付構造の取付位置を説明するための正面図である。本発明の一実施形態に係る燃焼振動検出装置の取付構造を説明するための横断面図である。内筒と連結管とをそれぞれ結合する結合部材の正面図である。圧力センサーの上流側に配置された整流板の正面図である。

符号の説明

１０燃焼器
１１燃焼器ケーシング
１７連結管（火炎伝播管）
２０燃焼振動検出装置の取付構造
２１圧力センサー（燃焼振動検出装置）
２２ケーシング
２６整流板

Claims

燃焼器ケーシングに環状に配置された複数個の燃焼器を互いに連結する複数本の火炎伝播管に、燃焼振動検出装置を収容するケーシングを取り付ける燃焼振動検出装置の取付構造であって、
前記燃焼振動検出装置を収容するケーシングが取り付けられた前記火炎伝播管と、前記燃焼振動検出装置を収容するケーシングが取り付けられていない前記火炎伝播管とが、交互に配置されていることを特徴とする燃焼振動検出装置の取付構造。
前記燃焼振動検出装置を収容するケーシングと前記火炎伝播管との間に、整流板が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の燃焼振動検出装置の取付構造。
請求項１または２に記載の燃焼振動検出装置の取付構造を備えてなることを特徴とするガスタービンの燃焼器。
請求項３に記載のガスタービンの燃焼器を備えてなることを特徴とするガスタービン。