JP5762558B2

JP5762558B2 - ガスタービン燃焼器

Info

Publication number: JP5762558B2
Application number: JP2013544282A
Authority: JP
Inventors: 敏彦齋藤; 赤松　真児; 真児赤松; 直樹安部
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2011-11-16
Filing date: 2012-11-14
Publication date: 2015-08-12
Anticipated expiration: 2032-11-14
Also published as: US20140311151A1; CN103917827B; KR20140077961A; EP2781838A1; JPWO2013073549A1; EP2781838B1; WO2013073549A1; KR101614636B1; EP2781838A4; CN103917827A

Description

本発明は、パイロットバーナ及びメインバーナを円盤状の基盤を介して燃焼器内筒に支持するガスタービン燃焼器に関する。

近年、ガスタービン用の燃焼器においては、ＮＯｘの低減等を図ることを目的として、予混合燃焼方式を採用したものが多くなってきている。そして、このような予混合燃焼方式を採用したガスタービン燃焼器では、予混合燃焼を行うメインバーナ（予混合バーナ）に加えて、拡散燃焼を行うパイロットバーナを備えるようにしている。これにより、パイロットバーナによって生成された拡散炎を、メインバーナが予混合炎を生成するための種火として使用することができるので、予混合燃焼を安定的に行うことができる。

従って、上述した従来のガスタービン燃焼器では、予混合燃焼を安定的に行うためのバーナ配置構成として、複数のメインバーナがパイロットバーナの周囲を取り囲むような配置構成としている。そして、このように配置されたパイロットバーナ及びメインバーナは、円盤状の基盤を介して、燃焼器内筒の内周面に取り付けられている。

また、従来から、基盤の取付構造としては、基盤の外周部を燃焼器内筒の内周面に溶接した構造が採用されている。しかしながら、このような、基盤の取付構造を採用すると、フラッシュバックによる各バーナ及び基盤の損傷時の補修や、燃焼仕様の変更に伴う各バーナの改造及び交換を行う場合には、基盤の着脱が必要となるため、メンテナンス性の低下を招いてしまう。更に、基盤と燃焼器内筒との間の溶接を繰り返し行うと、その基盤や燃焼器内筒に、溶接による歪が生じ易くなり、結果的に、各バーナの取付精度を低下させるおそれがある。

一方、特許文献１には、ケーシングの外周部同士をボルトによって固定するようにしたガスタービン燃焼器が開示されている。

特開２００２−９８１１６号公報

ここで、上記従来のガスタービン燃焼器のような、ケーシングの取付構造を、基盤の取付構造に採用することも考えられるが、基盤の取り付けは、ケーシングの外側で行うものとは違って、燃焼器内筒の内側で行うものであり、メンテナンス性については、なお一層考慮する必要がある。

従って、本発明は上記課題を解決するものであって、パイロットバーナ及びメインバーナを支持する基盤の取り付け及び取り外しを容易にすることにより、メンテナンス性の向上を図ることができるガスタービン燃焼器を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明に係るガスタービン燃焼器は、
燃焼器内筒の中心部に配置されるパイロットバーナと、
前記パイロットバーナの径方向外側で、且つ、前記燃焼器内筒における内周面の周方向に配置される複数のメインバーナと、
前記燃焼器内筒内に配置され、前記パイロットバーナ及び前記メインバーナを支持する基盤と、
前記内周面からその径方向内側に向けて突出し、前記基盤と係合するボルト受け部とを備え、
前記基盤は、前記燃焼器内筒内に供給される圧縮空気の流れ方向上流側に配置される上流側表面を有し、
前記ボルト受け部は、下流側端部における湾曲した横断面が、流れ方向下流側に向かうに従って漸次小さくなるような、圧縮空気の流れ方向に流線型となり、
前記基盤と前記ボルト受け部とを、前記上流側表面側から挿入したボルトにより固定する
ことを特徴とする。

従って、本発明に係るガスタービン燃焼器によれば、基盤を燃焼器内筒の内周面から突出した係合部に係合させ、基盤と係合部または内周面とをボルトによって固定することにより、パイロットバーナ及びメインバーナを支持する基盤の取り付け及び取り外しを容易に行うことができるので、メンテナンス性の向上を図ることができる。

本発明の一実施例に係るガスタービン燃焼器の概略構成図である。基盤の正面図である。（ａ）は本発明の第１実施例に係るガスタービン燃焼器における基盤の取付構造を示した図、（ｂ）は同図（ａ）のIII−III矢視断面図である。本発明の第２実施例に係るガスタービン燃焼器における基盤の取付構造を示した図である。本発明の第３実施例に係るガスタービン燃焼器における基盤の取付構造を示した図である。本発明の第４実施例に係るガスタービン燃焼器における基盤の取付構造を示した図である。本発明の第５実施例に係るガスタービン燃焼器における基盤の取付構造を示した図である。本発明の第６実施例に係るガスタービン燃焼器における基盤の取付構造を示した図である。本発明の第７実施例に係るガスタービン燃焼器における基盤の取付構造を示した図である。

以下、本発明に係るガスタービン燃焼器について、図面を用いて詳細に説明する。

先ず、本発明の第１実施例に係るガスタービン燃焼器について、図１乃至図３を用いて詳細に説明する。

図１に示すように、ガスタービン用の燃焼器１は、予混合燃焼方式を採用したものであって、燃料Ｆと燃焼用の圧縮空気Ａとを混合させる燃焼器内筒１１と、その混合された燃料Ｆと圧縮空気Ａとを燃焼させる燃焼器尾筒１２とを備えている。即ち、燃焼器１は、燃焼器内筒１１の下流側開口端部と、燃焼器尾筒１２の上流側開口端部とを、接続することにより構成されている。なお、上流側及び下流側とは、燃料Ｆ及び圧縮空気Ａの流れ方向を示すものである。

更に、燃焼器内筒１１の内部には、パイロットバーナ１３と複数のメインバーナ（予混合バーナ）１４とが設けられている。そして、パイロットバーナ１３及びメインバーナ１４は、円盤状の基盤１５を介して、燃焼器内筒１１の内周面１１ａに支持されている。

パイロットバーナ１３は、燃焼器内筒１１の中心部に配置されており、パイロットコーン２１、パイロットノズル２２、及び、パイロットスワラ２３から構成されている。パイロットコーン２１内には、パイロットノズル２２が、そのパイロットコーン２１と同軸になるように挿入されている。そして、パイロットコーン２１の内周面とパイロットノズル２２の外周面との間には、パイロットスワラ２３が介在されている。

また、メインバーナ１４は、パイロットバーナ１３の径方向外側において、燃焼器内筒１１における内周面１１ａの周方向に等角度間隔で８つ設けられており、スワラ筒３１、延長管３２、メインノズル（予混合ノズル）３３、及び、メインスワラ３４から構成されている。スワラ筒３１内及び延長管３２内には、メインノズル３３が、そのスワラ筒３１及び延長管３２と同軸になるように挿入されている。そして、スワラ筒３１の内周面とメインノズル３３の外周面との間には、メインスワラ３４が介在されている。

従って、燃焼器１の運転時においては、高温・高圧の圧縮空気Ａが、燃焼器内筒１１の上流側開口端部内に流れ込んだ後、パイロットバーナ１３の内部及びその周囲や、メインバーナ１４の内部及びその周囲に供給される。また、これと同時に、燃料Ｆが、パイロットバーナ１３のパイロットノズル２２内及びメインバーナ１４のメインノズル３３内に供給される。

これにより、パイロットバーナ１３においては、先ず、供給された圧縮空気Ａが、パイロットスワラ２３によって旋回されることにより、パイロットノズル２２から噴射された燃料Ｆと混合される。次いで、このように混合された燃料混合気に対して、着火を行うことにより、パイロットコーン２１の内部及び下流側（燃焼器尾筒１２の内部）において、拡散燃焼が行われる。そして、その拡散燃焼によって発生した燃焼ガスは、燃焼器尾筒１２の内部において、その下流側に供給される。

また、メインバーナ１４においては、先ず、供給された圧縮空気Ａが、メインスワラ３４によって旋回されることにより、メインノズル３３から噴射された燃料Ｆと混合される。次いで、このように混合された予混合気が、延長管３２から燃焼器尾筒１２の内部に向けて、旋回しながら流される。これにより、その予混合気がパイロットバーナ１３により生成された拡散炎によって保炎されるため、予混合燃焼が安定的に行われる。そして、その予混合燃焼によって発生した燃焼ガスは、燃焼器尾筒１２の内部において、その下流側に供給される。

ここで、図２に示すように、基盤１５には、パイロットバーナ１３と対応した支持孔５１と、メインバーナ１４と対応した支持孔５２とが形成されている。つまり、支持孔５１は、基盤１５の中心部に開口しており、当該支持孔５１には、パイロットバーナ１３のパイロットコーン２１が貫通支持されている。また、支持孔５２は、支持孔５１の周囲に開口しており、当該支持孔５２には、メインバーナ１４の延長管３２が貫通支持されている。

更に、図２及び図３（ａ）に示すように、基盤１５の外周部（支持孔５２の径方向外側）には、複数のボルト孔５３が形成されている。このボルト孔５３は、基盤１５における上流側表面１５ａと下流側表面１５ｂとの間を、その厚さ方向に貫通する貫通孔であって、当該基盤１５の周方向に等角度間隔に配置されている。なお、図２においては、複数のボルト孔５３のうち、２つのボルト孔５３を代表して図示している。

一方、図３（ａ），（ｂ）に示すように、燃焼器内筒１１の内周面１１ａには、複数のボルト受け部材（係合部）４１Ａが、当該内周面１１ａの周方向において、ボルト孔５３の間隔と同じ間隔で設けられている。このボルト受け部材４１Ａは、内周面１１ａからその径方向内側に向けて突出しており、そのボルト受け部材４１Ａの端面４１ａには、ボルト孔４１ｂが開口されている。

そして、基盤１５の上流側表面１５ａは、ボルト孔４１ｂとボルト孔５３とが連通するように、ボルト受け部材４１Ａの端面４１ａと係合しており、このような係合状態において、基盤１５とボルト受け部材４１Ａとは、ボルト６０によって基盤１５の厚さ方向に固定されている。

即ち、基盤１５の上流側表面１５ａを、ボルト受け部材４１Ａの端面４１ａに係合させ、ボルト６０を、下流側表面１５ｂ側からボルト孔４１ｂ，５３に挿入することにより、基盤１５をボルト受け部材４１Ａに固定することができる。

従って、燃焼器内筒１１の内周面１１ａにボルト受け部材４１Ａを設け、このボルト受け部材４１Ａと基盤１５とをボルト６０によって固定することにより、基盤１５の取り付け及び取り外しを容易に行うことができる。これにより、パイロットバーナ１３、メインバーナ１４、基盤１５のメンテナンス性を向上させることができる。

また、基盤１５の上流側表面１５ａを、ボルト受け部材４１Ａの端面４１ａに係合させ、ボルト６０を、基盤１５の下流側表面１５ｂ側から取り付け及び取り外し可能とすることにより、そのボルト６０の取り付け及び取り外し作業を、燃焼器内筒１１の下流側開口端部を通じて、容易に行うことができる。

次に、本発明の第２実施例に係るガスタービン燃焼器について、図４を用いて詳細に説明する。

図４に示すように、ボルト受け部材４１Ｂは、内周面１１ａからその径方向内側に向けて突出すると共に、上流側端部における湾曲した横断面が、縦方向（流れ方向上流側）に向かうに従って漸次小さくなるような、流線型をなしている。

従って、ボルト受け部材４１Ｂを流線型とすることにより、燃焼器内筒１１内に供給された圧縮空気Ａを、乱すことなく流すことができる。これにより、ボルト受け部材４１Ｂによる圧縮空気Ａのウェイク（低流速域）の発生を抑制することができる。

次に、本発明の第３実施例に係るガスタービン燃焼器について、図５を用いて詳細に説明する。

図５に示すように、基盤１５の下流側表面１５ｂは、ボルト孔４１ｂとボルト孔５３とが連通するように、ボルト受け部材４１Ａの端面４１ａと係合している。そして、このような係合状態において、基盤１５とボルト受け部材４１Ａとは、ボルト６０によって基盤１５の厚さ方向に固定されている。

即ち、基盤１５の下流側表面１５ｂを、ボルト受け部材４１Ａの端面４１ａに係合させ、ボルト６０を、上流側表面１５ａ側からボルト孔４１ｂ，５３に挿入することにより、基盤１５をボルト受け部材４１Ａに固定することができる。

従って、基盤１５の取り付け及び取り外しを容易に行うことができるので、パイロットバーナ１３、メインバーナ１４、基盤１５のメンテナンス性を向上させることができる。

また、基盤１５の下流側表面１５ｂを、ボルト受け部材４１Ａの端面４１ａに係合させ、ボルト６０を、基盤１５の上流側表面１５ａ側から取り付け及び取り外し可能とすることにより、仮に、ボルト６０がボルト孔４１ｂ，５３から脱落しても、この脱落したボルト６０の燃焼領域への侵入や、基盤１５の燃焼領域側への倒れを防止することができる。

次に、本発明の第４実施例に係るガスタービン燃焼器について、図６を用いて詳細に説明する。

図６に示すように、ボルト受け部材４１Ｂは、内周面１１ａからその径方向内側に向けて突出すると共に、下流側端部における湾曲した横断面が、縦方向（流れ方向下流側）に向かうに従って漸次小さくなるような、流線型をなしている。

次に、本発明の第５実施例に係るガスタービン燃焼器について、図７を用いて詳細に説明する。

図７に示すように、燃焼器内筒１１は、上流側内筒４２と下流側内筒４３とから構成されている。即ち、燃焼器内筒１１は、上流側内筒４２の下流側開口端部と、下流側内筒４３の上流側開口端部とを、接続することにより構成されている。

上流側内筒４２の内周面４２ａには、環状の環状突起部（係合部）４２ｂが形成されている。この環状突起部４２ｂは、内周面４２ａからその径方向内側に向けて突出すると共に、当該内周面４２ａの周方向に沿うように形成されている。また、環状突起部４２ｂには、複数のボルト孔４２ｃが、その周方向において、ボルト孔５３の間隔と同じ間隔で形成されている。

一方、下流側内筒４３の内周面４３ａには、環状の環状突起部（係合部）４３ｂが形成されている。この環状突起部４３ｂは、内周面４３ａからその径方向内側に向けて突出すると共に、当該内周面４３ａの周方向に沿うように形成されている。また、環状突起部４３ｂには、複数のボルト孔４３ｃが、その周方向において、ボルト孔５３の間隔と同じ間隔で形成されている。

つまり、燃焼器内筒１１においては、上流側内筒４２の下流側開口端部と下流側内筒４３の上流側開口端部とが突き合わされることにより、環状突起部４２ｂ，４３ｂが燃焼器内筒１１の軸方向に並設されると共に、ボルト孔４２ｃ，４３ｃが同軸上に配置される。このとき、環状突起部４２ｂ，４３ｂの間には、基盤１５の厚さ分だけの隙間が形成される。

そして、基盤１５は、ボルト孔４２ｃ，４３ｃとボルト孔５３とが連通するように、環状突起部４２ｂ，４３ｂの間に係合しており、このような係合状態において、基盤１５と環状突起部４２ｂ，４３ｂとは、ボルト６０によって基盤１５の厚さ方向に固定されている。

即ち、上流側内筒４２と下流側内筒４３とを突き合わせるときに、これらの環状突起部４２ｂ，４３ｂによって基盤１５を挟持して、ボルト６０を下流側表面１５ｂ側からボルト孔４２ｃ，４３ｃ，５３に挿入することにより、上流側内筒４２と下流側内筒４３とを接続すると同時に、基盤１５をそれらの環状突起部４２ｂ，４３ｂに固定することができる。

従って、燃焼器内筒１１を上流側内筒４２と下流側内筒４３とを突き合わせて構成する際に、それらの内周面４２ａ，４３ａに形成した環状突起部４２ｂ，４３ｂの間に基盤１５を係合させた状態で、基盤１５と環状突起部４２ｂ，４３ｂとをボルト６０によって固定することにより、基盤１５の取り付け及び取り外しを容易に行うことができる。これにより、パイロットバーナ１３、メインバーナ１４、基盤１５のメンテナンス性を向上させることができる。

また、基盤１５を環状突起部４２ｂ，４３ｂの間に係合させ、ボルト６０を基盤１５の下流側表面１５ｂ側から取り付け及び取り外し可能とすることにより、そのボルト６０の取り付け及び取り外し作業を、燃焼器内筒１１の下流側開口端部を通じて、容易に行うことができる。

次に、本発明の第６実施例に係るガスタービン燃焼器について、図８を用いて詳細に説明する。

図８に示すように、基盤１５は、ボルト孔４２ｃ，４３ｃとボルト孔５３とが連通するように、環状突起部４２ｂ，４３ｂの間に係合している。そして、このような係合状態において、基盤１５と環状突起部４２ｂ，４３ｂとは、ボルト６０によって基盤１５の厚さ方向に固定されている。

即ち、上流側内筒４２と下流側内筒４３とを突き合わせるときに、これらの環状突起部４２ｂ，４３ｂによって基盤１５を挟持して、ボルト６０を上流側表面１５ａ側からボルト孔４２ｃ，４３ｃ，５３に挿入することにより、上流側内筒４２と下流側内筒４３とを接続すると同時に、基盤１５をそれらの環状突起部４２ｂ，４３ｂに固定することができる。

次に、本発明の第７実施例に係るガスタービン燃焼器について、図９を用いて詳細に説明する。

図２及び図９に示すように、基盤１５の外周部（支持孔５２の径方向外側）には、複数のボルト孔５４が形成されている。このボルト孔５４は、基盤１５の外周端面１５ｃをその径方向に貫通する貫通孔であって、当該基盤１５の周方向に等角度間隔に配置されている。なお、図２においては、複数のボルト孔５４のうち、２つのボルト孔５４を代表して図示している。

一方、図９に示すように、燃焼器内筒１１の内周面１１ａには、環状の環状段部（係合部）４４が形成されている。この環状段部４４は、内周面１１ａからその径方向内側に向けて突出すると共に、当該内周面１１ａの周方向に沿うように形成されている。

更に、環状段部４４の直下における内周面１１ａには、複数のボルト孔４５が形成されている。このボルト孔４５は、燃焼器内筒１１をその径方向に貫通する貫通孔であって、内周面１１ａの周方向において、ボルト孔５４の間隔と同じ間隔で形成されている。

そして、基盤１５は、ボルト孔４５とボルト孔５４とが連通するように、環状段部４４と係合しており、このような係合状態において、燃焼器内筒１１と基盤１５とは、ボルト６０によって燃焼器内筒１１及び基盤１５の径方向に固定されている。

即ち、基盤１５を環状段部４４に係合させ、ボルト６０を燃焼器内筒１１の径方向外側からボルト孔４５，５４に挿入することにより、基盤１５を燃焼器内筒１１の内周面１１ａに固定することができる。

従って、燃焼器内筒１１の内周面１１ａに環状段部４４を形成し、この環状段部４４と基盤１５とを係合させた状態で、燃焼器内筒１１の内周面１１ａと基盤１５の外周端面１５ｃとをボルト６０によって固定することにより、基盤１５の取り付け及び取り外しを容易に行うことができる。これにより、パイロットバーナ１３、メインバーナ１４、基盤１５のメンテナンス性を向上させることができる。

また、燃焼器内筒１１の内周面１１ａと基盤１５の外周端面１５ｃとをボルト６０によって固定することにより、ボルト６０が燃焼器内筒１１内に配置されることがないので、燃焼器内筒１１内に供給された圧縮空気Ａを、乱すことなく流すことができる。

本発明は、パイロットバーナ及びメインバーナを高精度に取り付けることができるガスタービン燃焼器に適用可能である。

Claims

燃焼器内筒の中心部に配置されるパイロットバーナと、
前記パイロットバーナの径方向外側で、且つ、前記燃焼器内筒における内周面の周方向に配置される複数のメインバーナと、
前記燃焼器内筒内に配置され、前記パイロットバーナ及び前記メインバーナを支持する基盤と、
前記内周面からその径方向内側に向けて突出し、前記基盤と係合するボルト受け部とを備え、
前記基盤は、前記燃焼器内筒内に供給される圧縮空気の流れ方向上流側に配置される上流側表面を有し、
前記ボルト受け部は、下流側端部における湾曲した横断面が、流れ方向下流側に向かうに従って漸次小さくなるような、圧縮空気の流れ方向に流線型となり、
前記基盤と前記ボルト受け部とを、前記上流側表面側から挿入したボルトにより固定する
ことを特徴とするガスタービン燃焼器。