JP6543756B1 - 燃焼器部品、燃焼器、ガスタービン及び燃焼器部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便な構成で溶接部近傍を冷却できる燃焼器部品を提供する。【解決手段】本発明の少なくとも一実施形態に係る燃焼器部品は、燃焼室を内側に有するとともに、前記燃焼室に開口する複数の貫通孔が形成された溶接部を有する筒体と、前記溶接部の一部を覆うように前記筒体の外周側に配置されて、少なくとも、１以上の前記貫通孔を介して前記燃焼室と連通する音響減衰空間を画定するハウジングと、を備え、前記溶接部における前記複数の貫通孔の形成密度は、前記溶接部のうち前記ハウジングによって覆われる第１領域の方が、前記溶接部のうち前記ハウジングの外部に位置する第２領域よりも高い。【選択図】図７

Description

本開示は、燃焼器部品、燃焼器、ガスタービン及び燃焼器部品の製造方法に関する。

ガスタービンにおける燃焼器は、高温の燃焼ガスが内部を流れるため、圧縮機からの圧縮空気等によって冷却するための構造を有している。燃焼器を冷却するための構造の一例としては、例えば、燃焼器を構成する筒体の壁の内部に設けられた冷却通路を挙げることができる。該冷却通路に圧縮空気等を流通させることで筒体を冷却することができる。
一般的に、燃焼器を構成する筒体は、溶接部を介して複数のセクションを接合することで形成されている。そのため、溶接部の近傍には、上記冷却通路を設けることが難しい。
その点、例えば特許文献１には、燃焼器の尾筒の外周側から溶接部を覆う冷媒ジャケットを設け、該冷媒ジャケット内に冷却空気等の冷却媒体を流すことで溶接部近傍を冷却することが記載されている（特許文献１参照）。

特開２００６−２７５０５４号公報

しかし、特許文献１に記載の燃焼器では、溶接部に沿って冷媒ジャケットを取り付けなければならず、燃焼器の製造コスト増を招くおそれがある。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、簡便な構成で溶接部近傍を冷却できる燃焼器部品を提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る燃焼器部品は、
燃焼室を内側に有するとともに、前記燃焼室に開口する複数の貫通孔が形成された溶接部を有する筒体と、
前記溶接部の一部を覆うように前記筒体の外周側に配置されて、少なくとも、１以上の前記貫通孔を介して前記燃焼室と連通する音響減衰空間を画定するハウジングと、
を備え、
前記溶接部における前記複数の貫通孔の形成密度は、
前記溶接部のうち前記ハウジングによって覆われる第１領域の方が、
前記溶接部のうち前記ハウジングの外部に位置する第２領域よりも
高い。

燃焼室を内側に有する燃焼器部品がガスタービンの燃焼器部品であり、音響減衰空間内に圧縮機からの圧縮空気を導入できるようにハウジングにパージ孔が形成されていれば、上記第１領域に貫通孔を設けても、燃焼室への圧縮空気の流入がハウジングのパージ孔によって制限されるが、上記第２領域に貫通孔を設けると、燃焼室へ圧縮空気が直接流入することとなる。そのため、必要以上に多くの貫通孔を第２領域に設けることはガスタービンの効率上、好ましいことではない。その点、上記（１）の構成によれば、溶接部における貫通孔の形成密度が、第１領域の方が第２領域よりも高いので、燃焼室への圧縮空気の流入量を抑制しつつ、温度が高くなりがちな溶接部の近傍を冷却できる。また、特許文献１に記載されたような冷媒ジャケットを追加で設ける必要がなく、簡便な構成で溶接部近傍を冷却できる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記ハウジングは、前記筒体の周方向に沿って延在し、
前記溶接部は、少なくとも一部が前記筒体の軸方向に沿って延在する。

上述したように、一般的に、燃焼器を構成する筒体は、溶接部を介して複数のセクションを接合することで形成される。また、音響減衰空間と燃焼室とを連通する音響孔を筒体が有する場合、一般的には、上記複数のセクションを接合する前に音響孔を形成する。したがって、溶接部の近傍には音響孔を設けないことが多い。ハウジングが筒体の周方向に沿って延在する場合、音響孔は、筒体の周方向に沿って複数形成される。しかし、溶接部が筒体の軸方向に沿って延在する場合には、溶接部近傍では音響孔の形成密度が低くなる。そのため、筒体の周方向で温度差が生じ、筒体にクラックが生じるおそれがある。
その点、上記（２）の構成によれば、上記（１）の構成を採用しているので、クラックの発生を抑制できる。すなわち、上記（２）の構成では、溶接部における複数の貫通孔の形成密度は、溶接部のうちハウジングによって覆われる第１領域の方が溶接部のうちハウジングの外部に位置する第２領域よりも高い。そのため、ハウジングで覆われている領域、及び、ハウジングで覆われていない領域の双方で、筒体の周方向の温度差を抑制でき、クラック発生を抑制できる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、前記音響減衰空間は、前記溶接部の前記第１領域に設けられた前記貫通孔、及び、該貫通孔とは別に前記筒体に設けられ、前記燃焼室に開口する複数の音響孔を介して、前記燃焼室に連通する。

上記（３）の構成のように、音響孔を設ける場合であっても、上述したように、筒体における溶接部の近傍には、音響孔を設けないことが多い。そのため、溶接部の近傍の領域と、溶接部から離れた領域とでは、上述したように、音響孔の形成密度に起因して筒体に温度差が生じることとなる。その点、上記（３）の構成では、溶接部の第１領域に貫通孔が形成されるので、音響孔の形成密度に起因する筒体の温度差を抑制できる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（３）の構成において、
複数の前記貫通孔の少なくとも一部は、前記筒体の軸方向に沿って第１ピッチで配置され、
複数の前記音響孔の少なくとも一部は、前記軸方向に沿って前記第１ピッチの７０％以上１３０％以下の第２ピッチで配置されている。

上記（４）の構成によれば、貫通孔と音響孔とで、筒体の軸方向に沿って配置されるピッチを近づけることで、溶接部の近傍の領域と、溶接部から離れた領域との温度差を抑制できる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかの構成において、前記筒体は、前記筒体を構成する壁の内部で前記筒体の軸方向に沿って延在する複数の冷却通路が前記筒体の周方向に沿って間隔をあけて形成されている。

溶接部を挟んで隣り合う２つの冷却通路の間隔は、溶接部を挟まずに隣り合う２つの冷却通路の間隔よりも広くなる傾向にある。そのため、溶接部の近傍の領域と、溶接部から離れた領域との温度差が拡大する傾向にある。
その点、上記（５）の構成によれば、上記（１）の構成を有するので、溶接部に形成された貫通孔を流れる圧縮空気によって溶接部とその近傍を冷却でき、溶接部の近傍の領域と、溶接部から離れた領域との温度差を抑制できる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（５）の構成において、
前記音響減衰空間は、前記溶接部の前記第１領域に設けられた前記貫通孔、及び、該貫通孔とは別に設けられた複数の音響孔を介して、前記燃焼室に連通し、
複数の前記音響孔は、前記周方向で隣り合う２つの前記冷却通路の間に形成されている。

隣り合う２つの冷却通路の間に音響孔が存在することで、筒体はより一層冷却されることになるが、上述したように、筒体における溶接部の近傍には、音響孔を設けないことが多い。そのため、溶接部の近傍の領域と、溶接部から離れた領域との温度差が拡大してしまう。その点、上記（６）の構成によれば、上記（１）の構成を備えるので、貫通孔を流れる圧縮空気によって溶接部とその近傍を冷却でき、溶接部の近傍の領域と、溶接部から離れた領域との温度差を抑制できる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（５）又は（６）の構成において、前記溶接部を挟んで前記周方向で隣り合う２つの前記冷却通路の間隔は、前記溶接部を挟まずに前記周方向で隣り合う２つの前記冷却通路の間隔よりも大きい。

隣り合う２つの冷却通路の間隔が大きくなるほど筒体の温度は高くなりがちである。そのため、溶接部を挟んで周方向で隣り合う２つの冷却通路の間隔が、溶接部を挟まずに周方向で隣り合う２つの冷却通路の間隔よりも大きいと、溶接部の近傍の領域と、溶接部から離れた領域との温度差が拡大してしまう。
その点、上記（７）の構成によれば、上記（１）の構成を備えるので、貫通孔を流れる圧縮空気によって溶接部とその近傍を冷却でき、溶接部の近傍の領域と、溶接部から離れた領域との温度差を抑制できる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れかの構成において、複数の前記貫通孔は、前記第１領域にのみ形成されている。

上述したように、上記第２領域に貫通孔を設けると、燃焼室へ圧縮空気が直接流入することとなるため、必要以上に多くの貫通孔を第２領域に設けることはガスタービンの効率上、好ましいことではない。その点、上記（８）の構成によれば、第２領域には貫通孔を設けないので、ガスタービンの効率低下を抑制できる。

（９）本発明の少なくとも一実施形態に係る燃焼器部品は、
周方向に複数に分割された複数の板状のセクションの周方向端部同士を軸方向に沿って溶接した複数の溶接部を形成するとともに、内部に筒状の燃焼室を形成した筒体と、
前記筒体を前記周方向に沿って外周側から覆うハウジングと、
を備え、
前記筒体は、前記複数のセクションのそれぞれにおいて、燃焼器に開口した複数の音響孔が前記軸方向に１列に並んだ音響孔列が周方向に複数列形成され、
前記ハウジングは、前記複数列の音響孔列を覆うとともに、前記複数のセクションの一部と前記複数の溶接部の一部とを覆い、前記音響孔列を介して前記燃焼室と連通して燃焼振動を減衰させる音響減衰空間を画定し、
前記ハウジングで覆われた前記複数の溶接部の一部に軸方向に沿って複数の貫通孔を形成した。

上述したように、燃焼器部品がガスタービンの燃焼器部品であり、音響減衰空間内に圧縮機からの圧縮空気を導入できるようにハウジングにパージ孔が形成されていれば、ハウジングで覆われた溶接部に貫通孔を設けても、燃焼室への圧縮空気の流入がハウジングのパージ孔によって制限されるので、燃焼室への圧縮空気の流入量を抑制できる。したがって、上記（９）の構成によれば、燃焼室への圧縮空気の流入量を抑制しつつ、温度が高くなりがちな溶接部の近傍を冷却できる。また、特許文献１に記載されたような冷媒ジャケットを追加で設ける必要がなく、簡便な構成で溶接部近傍を冷却できる。

（１０）本発明の少なくとも一実施形態に係る燃焼器は、
燃料を燃焼させるためのバーナと、
上記構成（１）乃至（９）の何れかの燃焼器部品と、
を備える。

上記（１０）の構成によれば、上記（１）の構成による燃焼器部品を備えるので、燃焼室への圧縮空気の流入量を抑制しつつ、温度が高くなりがちな溶接部の近傍を冷却できる。また、特許文献１に記載されたような冷媒ジャケットを追加で設ける必要がなく、簡便な構成で溶接部近傍を冷却できる。

（１１）本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービンは、
圧縮空気を生成する圧縮機と、
上記（１０）の構成の燃焼器と、
前記燃焼器によって生成された燃焼ガスによって回転駆動されるタービンと、
を備える。

上記（１１）の構成によれば、上記（１０）の構成による燃焼器を備えるので、燃焼室への圧縮空気の流入量を抑制しつつ、温度が高くなりがちな溶接部の近傍を冷却できる。また、特許文献１に記載されたような冷媒ジャケットを追加で設ける必要がなく、簡便な構成で溶接部近傍を冷却できる。

（１２）本発明の少なくとも一実施形態に係る燃焼器部品の製造方法は、
溶接部を介して複数のセクションを接合することで、燃焼室を内側に有する筒体を形成するステップと、
前記燃焼室に開口する複数の貫通孔を前記溶接部に形成するステップと、
少なくとも、１以上の前記貫通孔を介して前記燃焼室と連通する音響減衰空間を画定するハウジングを、前記溶接部の一部を覆うように前記筒体の外周側に配置するステップと、
を備え、
前記溶接部における前記複数の貫通孔の形成密度は、
前記溶接部のうち前記ハウジングによって覆われる第１領域の方が、
前記溶接部のうち前記ハウジングの外部に位置する第２領域よりも
高い。

上述したように、上記第２領域に貫通孔を設けると、燃焼室へ圧縮空気が直接流入することとなるため、必要以上に多くの貫通孔を第２領域に設けることはガスタービンの効率上、好ましいことではない。その点、上記（１２）の方法によれば、溶接部における貫通孔の形成密度が、第１領域の方が第２領域よりも高くなるので、燃焼室への圧縮空気の流入量を抑制しつつ、温度が高くなりがちな溶接部の近傍を冷却可能な燃焼器部品を製造できる。また、特許文献１に記載されたような冷媒ジャケットを追加で設ける必要がなく、簡便な構成で溶接部近傍を冷却可能な燃焼器部品を製造できる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、簡便な構成で溶接部近傍を冷却できる燃焼器部品を提供できる。

本発明の一実施形態に係るガスタービンの構成を概略的に示す図である。 ガスタービンの燃焼器周辺の構成を説明するための図である。 一実施形態に係る音響装置を、燃焼器の内筒周辺とともに示す模式的な縦断面図である。 図３中の領域ＩＶを拡大して示す部分断面図である。 図３の模式的なＶ−Ｖ矢視断面図である。 図５のＶＩ−ＶＩ矢視断面図である。 内筒の外周面の一部の領域を径方向外側から見た図である。 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ矢視断面図である。 他の実施形態に係る、内筒の軸方向から見たときの筒体の一部の断面を示す図である。 幾つかの実施形態に係る燃焼器部品の製造方法における手順を示したフローチャートである。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、本発明の一実施形態に係るガスタービン１の構成を概略的に示す図である。図１に示すように、本実施形態に係るガスタービン１は、圧縮機２、燃焼器３、及び、タービン４を備えており、例えば発電機６等の外部機器を駆動するものである。
圧縮機２は、外部の空気である大気を吸入して圧縮し、圧縮された空気を１つ以上の燃焼器３に供給するものである。

燃焼器３は、圧縮機２により圧縮された空気を用いて、外部から供給された燃料を燃焼させることにより、高温ガス（燃焼ガス）を生成するものである。
タービン４は、燃焼器３により生成された高温ガスの供給を受けて回転駆動力を発生させ、発生した回転駆動力を圧縮機２及び外部機器に出力するものである。

図２は、ガスタービン１の燃焼器３周辺の構成を説明するための図である。図２に示したように、ガスタービン１のケーシング７内には、燃焼器設置スペース８が設けられ、燃焼器設置スペース８は、圧縮機２の出口とタービン４の入口との間に位置している。燃焼器３は、燃焼器設置スペース８に配置され、圧縮空気が燃焼器３の一端側から燃焼器３内に流入する。一方、燃焼器３には、外部から燃料が供給される。

より詳しくは、燃焼器３は、燃焼器部品としての、ノズル部１０、内筒１２、及び、尾筒１４を有している。ノズル部１０は、外部から供給された燃料を内筒１２内に向けて噴射するノズル１６を備えた１つ以上のバーナ１５を有する。図３は、内筒１２の軸方向に沿った、内筒１２の近傍の断面を模式的に示す図である。図３に示すように、バーナ１５は、例えば、パイロットノズル１６ａを備えた１つのパイロットバーナ１５ａと、パイロットバーナ１５ａの周りに同心上に配置され、メインノズル１６ｂを備えた複数のメインバーナ１５ｂと含む。

内筒１２は筒形状を有し、例えば円筒形状を有する筒体１２ａである。内筒１２の一端側（上流端側）にノズル部１０が結合されている。

尾筒１４は、筒形状を有する筒体１４ａであり、内筒１２の他端側（下流端側）に結合されている。尾筒１４の断面形状は、燃焼器３の軸線方向、換言すれば、燃焼ガスの流動方向にて徐々に変化し、尾筒１４は、内筒１２とタービン４の入口とを繋いでいる。

筒体１２ａ及び筒体１４ａは、ノズル１６から噴射された燃料が燃焼する燃焼室１８を内側に有する。なお、燃焼室１８には、ノズル１６間の隙間、又は、図２に示すバイパスダクト１９を通じて圧縮空気が供給され、燃料が圧縮空気と反応して燃焼し、燃焼ガスが発生する。

幾つかの実施形態に係る内筒１２及び尾筒１４は、後述するように、筒体１２ａ、１４ａを構成する壁の内部で筒体１２ａ、１４ａの軸方向に沿って延在する複数の冷却通路４０が筒体１２ａ、１４ａの周方向に沿って間隔をあけて形成されている。

一実施形態に係るガスタービン１は、燃焼器３に取り付けられた音響装置２０を有する。

図３は、一実施形態に係る音響装置２０を、燃焼器３の内筒１２周辺とともに示す模式的な縦断面図である。
図４は、図３中の領域ＩＶを拡大して示す部分断面図である。
図５は、図３の模式的なＶ−Ｖ矢視断面図である。なお、図５では、後述する冷却通路４０、音響孔２８、及び、貫通孔５１の記載を省略している。
図６は、図５のＶＩ−ＶＩ矢視断面図である。なお、図６は、後述する溶接部５０の断面を示している。
図７は、内筒１２の外周面の一部の領域を径方向外側から見た図である。なお、図７は、溶接部５０を含む、内筒１２の外周面の一部の領域について示す図であり、音響装置２０の後述するハウジング２２の取り付け前の状態を示している。
図８は、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ矢視断面図であり、内筒１２の軸方向から見たときの筒体１２ａの一部の断面を示す図である。
図９は、他の実施形態に係る、内筒１２の軸方向から見たときの筒体１２ａの一部の断面を示す図である。

図３〜図５に示すように、音響装置２０は、ハウジング２２、及び、音響孔２８を有する。内筒１２は、ハウジング２２によって覆われる領域２６を有し、領域２６には、少なくとも１つの音響孔２８が形成されている。例えば、領域２６には、複数の音響孔２８が形成され、各音響孔２８は円形の断面形状を有する。図７によく示すように、幾つかの実施形態では、後述する複数のセクション１２１のそれぞれにおいて、燃焼器３に開口した複数の音響孔２８が軸方向に１列に並んだ音響孔列２９が形成されている。音響孔列２９は、周方向に複数列形成される。

ハウジング２２は、後述する溶接部５０の一部を覆うように筒体１２ａの外周側に配置されて、音響孔２８を介して燃焼室１８と連通する音響減衰空間３２を画定する。ハウジング２２は、筒体１２ａの周方向に沿って延在し、筒体１２ａを周方向に沿って外周側から覆う。すなわち、ハウジング２２は、複数列の音響孔列２９を覆うとともに、複数のセクション１２１の一部と複数の溶接部５０の一部とを覆い、音響孔列２９を介して燃焼室１８と連通して燃焼振動を減衰させる音響減衰空間を画定する。
ハウジング２２は、例えば溶接によって内筒１２に固定される。
ハウジング２２には、圧縮機２からの圧縮空気を音響減衰空間３２に導くためのパージ孔３４が複数形成されている。

一実施形態に係るガスタービン１では、燃焼器３に取り付けられた一実施形態の音響装置２０によって、燃焼振動による燃焼器３内の圧力変動が減衰される。図３〜５に示す例では、一実施形態に係る音響装置２０を内筒１２に設けたが、内筒１２及び尾筒１４に設けてもよく、内筒１２にだけ設けてもよく、尾筒１４にだけ設けてもよい。
なお、一実施形態に係る音響装置２０は、いわゆる音響ライナと呼ばれる音響装置であり、燃焼振動に起因する、比較的高周波の音を吸音することができる。しかし、音響装置２０は、燃焼振動に起因する、比較的低周波の音を吸音することができる音響ダンパであってもよい。また、一実施形態に係る音響装置２０とともに、不図示の音響ダンパを設けてもよい。

以下の説明では、主に、内筒１２に設けた音響装置２０を例に挙げて説明し、尾筒１４に音響装置２０を設けた場合についての説明を省略することもある。しかし、尾筒１４に音響装置２０を設けた場合も内筒１２に音響装置２０を設けた場合と同様である。

上述したように、ハウジング２２には、パージ孔３４が複数形成されている。パージ孔３４から音響減衰空間３２に流入した圧縮空気は、複数の音響孔２８を介して燃焼室１８へ流入する。そのため、圧縮空気は、複数の音響孔２８を流れることで各音響孔２８の内周面を冷却する。また、音響孔２８から燃焼室１８内に流入した圧縮空気は、筒体１２ａの内周面をフィルム冷却する。

また、上述したように、幾つかの実施形態に係る内筒１２及び尾筒１４は、図７〜９に示すように、筒体１２ａ、１４ａを構成する壁の内部で筒体１２ａ、１４ａの軸方向に沿って延在する複数の冷却通路４０が筒体１２ａ、１４ａの周方向に沿って間隔をあけて形成されている。なお、図７〜９では、内筒１２の筒体１２ａに形成された冷却通路４０を図示しているが、尾筒１４の筒体１４ａについても同様である。
音響孔２８は、周方向で隣り合う２つの冷却通路４０の間に形成されている。

ところで、幾つかの実施形態に係る内筒１２は、例えば図５に示すように、それぞれ、溶接部５０を介して複数のセクション１２１を接合することで、燃焼室１８を内側に有する筒体１２ａが形成される。すなわち、筒体１２ａは、周方向に複数に分割された複数の板状のセクション１２１の周方向端部同士を軸方向に沿って溶接した複数の溶接部５０を形成するとともに、内部に筒状の燃焼室１８を形成する。
溶接部５０は、図７によく示すように、少なくとも一部が筒体１２ａの軸方向に沿って延在する。
なお、幾つかの実施形態に係る尾筒１４についても同様に、それぞれ、溶接部を介して複数のセクションを接合することで、燃焼室１８を内側に有する筒体１４ａが形成される。尾筒１４の筒体１４ａにおける溶接部５０は、少なくとも一部が筒体１４ａの軸方向に沿って延在する。

このように、筒体１２ａ及び１４ａは、溶接部５０を有するので、溶接によって接合されることとなる各セクション１２１の端部近傍には、冷却通路４０を設けることが難しい。すなわち、溶接によって接合されることとなる各セクション１２１の周方向の端部と、該端部に最も近い冷却通路４０である、図８における冷却通路４３や図９における冷却通路４４とは、溶接による冷却通路４３、４４の損傷を防止するために必要な最低限度の距離を確保する必要がある。
換言すると、該端部に最も近い冷却通路４３、４４は、可能な限り該端部に近づけて設けられるため、溶接によって各セクション１２１を接合する前に、該端部と冷却通路４３、４４との間に音響孔２８を予め設けることも難しい。そのため、溶接部５０を挟んで隣り合う音響孔２８同士の間隔も、溶接部５０を挟まずに隣り合う音響孔２８同士の間隔よりも広くなってしまうため、溶接部５０に近傍の領域では、音響孔２８から燃焼室１８内に流入した圧縮空気によるフィルム冷却の効果も及び難い。

そのため、従来、図８や図９に示すように、該端部に最も近い冷却通路４３、４４は、他の冷却通路４１よりも流路断面積が大きくなるように形成されていることもある。なお、図８に示す冷却通路４３では、冷却通路４３と隣り合う冷却通路４１との配置ピッチＰ２が、隣り合う他の冷却通路４１同士の配置ピッチＰ１よりも狭くなるようにしている。また、図９に示す冷却通路４４では、図８に示した冷却通路４３よりもさらに流路断面積が大きくなるように形成されている。

図８、９に示すように、冷却通路４３、４４は、他の冷却通路４１よりも流路断面積が大きくなるように形成しても、溶接部５０を挟んで隣り合う冷却通路４３，４４同士の間隔Ｐ４、Ｐ５は、溶接部５０を挟まずに隣り合う冷却通路４１どうしの間隔Ｐ３よりも大きくなってしまうことが多い。そのため、従来、筒体１２ａには、溶接部５０の近傍の領域と、溶接部５０から離れた領域とで、周方向に沿って温度差が生じてしまうこととなっていた。

そこで、幾つかの実施形態では、図８、９によく示すように、溶接部５０において、燃焼室１８に開口する複数の貫通孔５１を設けることとした。これにより、燃焼器設置スペース８に供給されている圧縮機２からの圧縮空気が、複数の貫通孔５１を介して燃焼室１８へ流入することができるようになる。そのため、圧縮空気は、複数の貫通孔５１を流れることで各貫通孔５１の内周面を冷却する。また、貫通孔５１から燃焼室１８内に流入した圧縮空気は、筒体１２ａの内周面をフィルム冷却する。これにより、溶接部５０から離れた領域よりも温度が高くなりがちな溶接部５０の近傍の領域を圧縮空気によって冷却できる。幾つかの実施形態では、貫通孔５１の孔径は、音響孔２８の孔径と等しいが、音響孔２８の孔径とは異なっていてもよい。

なお、図６、７に示すように、溶接部５０のうちハウジング２２によって覆われる領域を第１領域６１とし、溶接部５０のうちハウジング２２の外部に位置する領域を第２領域６２とする。

貫通孔５１が第１領域６１に形成されている場合、該貫通孔５１には、燃焼器設置スペース８に供給されている圧縮機２からの圧縮空気が、ハウジング２２のパージ孔３４及び該貫通孔５１を介して燃焼室に直接流入することとなる。
また、貫通孔５１が第２領域６２に形成されている場合、該貫通孔５１には、燃焼器設置スペース８に供給されている圧縮機２からの圧縮空気が、直接該貫通孔５１を介して燃焼室に直接流入することとなる。
すなわち、第１領域６１に貫通孔５１を設けても、燃焼室１８への圧縮空気の流入がハウジング２２のパージ孔３４によって制限されるが、第２領域６２に貫通孔５１を設けると、燃焼室１８へ圧縮空気が直接流入することとなる。そのため、必要以上に多くの貫通孔５１を第２領域６２に設けることはガスタービン１の効率上、好ましいことではない。

そこで、幾つかの実施形態では、ハウジング２２で覆われた複数の溶接部５０の一部、すなわち第１領域６１に軸方向に沿って複数の貫通孔５１を形成した。幾つかの実施形態では、上記第１領域６１の方が上記第２領域６２よりも溶接部５０における複数の貫通孔５１の形成密度が高くなるように、複数の貫通孔５１を形成している。
これにより、燃焼室１８への圧縮空気の流入量を抑制しつつ、温度が高くなりがちな溶接部５０の近傍を冷却できる。また、内筒１２の外周側から溶接部５０の延在方向に沿って溶接部５０を覆う冷媒ジャケットを設け、該冷媒ジャケット内に圧縮空気等を流通させるような構成を採用しなくてもよいので、簡便な構成で溶接部５０近傍を冷却できる。

上述したように、筒体１２ａは、溶接部５０を介して複数のセクション１２１を接合することで形成される。また、一般的には、音響孔２８は、上記複数のセクション１２１を接合する前に形成される。したがって、従来は、溶接部５０の近傍には音響孔２８を設けないことが多い。なお、音響孔２８は、ハウジング２２の延在方向である筒体１２ａの周方向に沿って複数形成される。したがって、溶接部５０近傍では音響孔２８の形成密度が低くなる。そのため、筒体１２ａの周方向で温度差が生じ、筒体１２ａにクラックが生じるおそれがある。

その点、上述した幾つかの実施形態では、ハウジング２２が筒体１２ａの周方向に沿って延在し、溶接部５０の少なくとも一部が筒体１２ａの軸方向に沿って延在するので、上記クラックの発生を抑制できる。
すなわち、上述した幾つかの実施形態では、溶接部５０における複数の貫通孔５１の形成密度は、第１領域６１の方が第２領域６２よりも高い。
そのため、ハウジング２２で覆われている領域２６では、音響孔２８の形成密度が低かった溶接部５０の近傍において比較的多くの貫通孔５１が形成されることとなる。これにより、燃焼室１８に連通する孔、すなわち音響孔２８及び貫通孔５１の領域２６内での形成密度の不均一が抑制されることとなり、筒体１２ａの周方向における温度差が抑制され、クラック発生が抑制される。
また、ハウジング２２で覆われていない領域では、音響孔２８がほとんど形成されていないので、溶接部５０において比較的少ない貫通孔５１が形成されたとしても、燃焼室１８に連通する孔の該領域での形成密度の不均一が抑制されることとなり、筒体１２ａの周方向における温度差が抑制され、クラック発生が抑制される。

幾つかの実施形態では、音響減衰空間３２は、溶接部５０の第１領域６１に設けられた貫通孔５１、及び、該貫通孔５１とは別に筒体１２ａに設けられ、燃焼室１８に開口する複数の音響孔２８を介して、燃焼室１８に連通する。
上述したように、筒体１２ａにおける溶接部５０の近傍には、音響孔２８を設けないことが多い。そのため、溶接部５０の近傍の領域と、溶接部５０から離れた領域とでは、上述したように、音響孔２８の形成密度に起因して筒体１２ａに温度差が生じることとなる。その点、幾つかの実施形態では、溶接部５０の第１領域６１に貫通孔５１が形成されるので、音響孔２８の形成密度に起因する筒体１２ａの温度差を抑制できる。

幾つかの実施形態では、複数の貫通孔５１の少なくとも一部は、図７に示すように、筒体１２ａの軸方向に沿って第１ピッチＰ１１で配置されている。また、幾つかの実施形態では、複数の音響孔２８の少なくとも一部は、軸方向に沿って第１ピッチの７０％以上１３０％以下の第２ピッチＰ１２（０．７×Ｐ１１≦Ｐ１２≦１．３×Ｐ１）で配置されている。
これにより、貫通孔５１と音響孔２８とで、筒体１２ａの軸方向に沿って配置されるピッチを近づけることで、溶接部５０の近傍の領域と、溶接部５０から離れた領域との温度差を抑制できる。

上述したように、幾つかの実施形態では、筒体１２ａは、筒体１２ａを構成する壁の内部で筒体１２ａの軸方向に沿って延在する複数の冷却通路４０が筒体１２ａの周方向に沿って間隔をあけて形成されている。
上述したように、溶接部５０を挟んで隣り合う２つの冷却通路４３、４４の間隔Ｐ４、Ｐ５は、溶接部５０を挟まずに隣り合う２つの冷却通路４１の間隔Ｐ３よりも広くなる傾向にある。そのため、溶接部５０の近傍の領域と、溶接部５０から離れた領域との温度差が拡大する傾向にある。
その点、幾つかの実施形態によれば、溶接部５０に形成された貫通孔５１を流れる圧縮空気によって溶接部５０とその近傍を冷却でき、溶接部５０の近傍の領域と、溶接部５０から離れた領域との温度差を抑制できる。

幾つかの実施形態では、音響減衰空間３２は、溶接部５０の第１領域６１に設けられた貫通孔５１、及び、該貫通孔５１とは別に設けられた複数の音響孔２８を介して、燃焼室１８に連通している。また、幾つかの実施形態では、複数の音響孔２８は、周方向で隣り合う２つの冷却通路４０の間に形成されている。
隣り合う２つの冷却通路４０の間に音響孔２８が存在することで、筒体１２ａはより一層冷却されることになるが、上述したように、筒体１２ａにおける溶接部５０の近傍には、音響孔２８を設けないことが多い。そのため、溶接部５０の近傍の領域と、溶接部５０から離れた領域との温度差が拡大してしまう。その点、幾つかの実施形態によれば、貫通孔５１を流れる圧縮空気によって溶接部５０とその近傍を冷却でき、溶接部５０の近傍の領域と、溶接部５０から離れた領域との温度差を抑制できる。

実施形態では、上述したように、溶接部５０を挟んで周方向で隣り合う２つの冷却通路４３、４４の間隔Ｐ４、Ｐ５は、溶接部５０を挟まずに周方向で隣り合う２つの冷却通路４１の間隔Ｐ３よりも大きい。
隣り合う２つの冷却通路４０の間隔が大きくなるほど筒体１２ａの温度は高くなりがちである。そのため、溶接部５０を挟んで周方向で隣り合う２つの冷却通路４３、４４の間隔Ｐ４、Ｐ５が、溶接部５０を挟まずに周方向で隣り合う２つの冷却通路４１の間隔Ｐ３よりも大きいと、溶接部５０の近傍の領域と、溶接部５０から離れた領域との温度差が拡大してしまう。
その点、上述した幾つかの実施形態によれば、貫通孔５１を流れる圧縮空気によって溶接部５０とその近傍を冷却でき、溶接部５０の近傍の領域と、溶接部５０から離れた領域との温度差を抑制できる。

幾つかの実施形態では、複数の貫通孔５１を第１領域６１にのみ形成してもよい。
上述したように、第２領域６２に貫通孔５１を設けると、燃焼室１８へ圧縮空気が直接流入することとなるため、必要以上に多くの貫通孔５１を第２領域６２に設けることはガスタービン１の効率上、好ましいことではない。その点、複数の貫通孔５１を第１領域６１にのみ形成し、第２領域６２に貫通孔５１を設けなければ、ガスタービン１の効率低下を抑制できる。

本発明の少なくとも一実施形態に係る燃焼器３によれば、燃料を燃焼させるためのバーナ１５と、燃焼器部品である内筒１２及び尾筒１４を備えるので、燃焼室１８への圧縮空気の流入量を抑制しつつ、温度が高くなりがちな溶接部５０の近傍を冷却できる。また、内筒１２の外周側から溶接部５０の延在方向に沿って溶接部５０を覆う冷媒ジャケットを設け、該冷媒ジャケット内に圧縮空気等を流通させるような構成を採用しなくてもよいので、簡便な構成で溶接部５０近傍を冷却できる。

本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービン１によれば、圧縮空気を生成する圧縮機２と、燃焼器３と、燃焼器３によって生成された燃焼ガスによって回転駆動されるタービン４とを備えるので、燃焼室１８への圧縮空気の流入量を抑制しつつ、温度が高くなりがちな溶接部５０の近傍を冷却できる。また、内筒１２の外周側から溶接部５０の延在方向に沿って溶接部５０を覆う冷媒ジャケットを設け、該冷媒ジャケット内に圧縮空気等を流通させるような構成を採用しなくてもよいので、簡便な構成で溶接部５０近傍を冷却できる。

（燃焼器部品の製造方法）
以下、上述した幾つかの実施形態に係る燃焼器部品の製造方法について説明する。
図１０は、上述した幾つかの実施形態に係る燃焼器部品の製造方法における手順を示したフローチャートである。幾つかの実施形態に係る燃焼器部品の製造方法は、溶接ステップＳ１０と、貫通孔形成ステップＳ２０と、ハウジング取り付けステップＳ３０とを備える。

溶接ステップＳ１０は、溶接部５０を介して複数のセクション１２１を接合することで、燃焼室１８を内側に有する筒体１２ａを形成するステップである。
まず、溶接ステップＳ１０に先立って、内部に冷却通路４０が形成された板状部材に音響孔２８を形成するとともに、各セクション１２１に対応する形状に加工された複数のセクション１２１を予め作成しておく。そして、溶接ステップＳ１０において、複数のセクション１２１の端部同士を溶接によって接合する。

貫通孔形成ステップＳ２０は、燃焼室１８に開口する複数の貫通孔５１を溶接部５０に形成するステップである。貫通孔形成ステップＳ２０では、例えば電動ドリル等を用いて、筒体１２ａの溶接部５０に複数の貫通孔５１を形成する。なお、貫通孔形成ステップＳ２０では、上述した幾つかの実施形態に係る筒体１２ａにおける複数の貫通孔５１と同様の形成位置、形成数等となるように、複数の貫通孔５１を形成する。
このようにして形成された複数の貫通孔５１の形成密度は、第１領域６１の方が第２領域６２よりも高い。

ハウジング取り付けステップＳ３０は、少なくとも、１以上の貫通孔５１を介して燃焼室１８と連通する音響減衰空間３２を画定するハウジング２２を、溶接部５０の一部を覆うように筒体１２ａの外周側に配置するステップである。ハウジング取り付けステップＳ３０では、例えば溶接によってハウジング２２を筒体１２ａに固定する。

上述したように、第２領域６２に貫通孔５１を設けると、燃焼室１８へ圧縮空気が直接流入することとなるため、必要以上に多くの貫通孔５１を第２領域６２に設けることはガスタービン１の効率上、好ましいことではない。その点、上述した幾つかの実施形態に係る燃焼器部品の製造方法によれば、溶接部５０における貫通孔５１の形成密度が、第１領域６１の方が第２領域６２よりも高くなるので、燃焼室１８への圧縮空気の流入量を抑制しつつ、温度が高くなりがちな溶接部５０の近傍を冷却可能な燃焼器部品を製造できる。また、内筒１２の外周側から溶接部５０の延在方向に沿って溶接部５０を覆う冷媒ジャケットを設け、該冷媒ジャケット内に圧縮空気等を流通させるような構成を採用しなくてもよいので、簡便な構成で溶接部５０近傍を冷却可能な燃焼器部品を製造できる。

なお、既設の燃焼器部品における溶接部５０に貫通孔５１を設ける場合、上記領域２６における開口面積の割合の変化を抑制するため、貫通孔５１の追加によって増えた開口面積に相当する分だけ、既設の音響孔２８を閉止することが望ましい。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
例えば、上述した幾つかの実施形態では、主に、内筒１２における貫通孔５１について説明したが、本発明は、尾筒１４に適用してもよい。また、燃焼器３が、燃焼筒とスワラ支持筒とを含む場合、少なくとも燃焼筒に対して本発明を適用してもよい。

上述した幾つかの実施形態では、音響装置２０は、いわゆる音響ライナと呼ばれる音響装置であったが、本発明は、音響装置２０がいわゆる音響ダンパである場合にも適用可能である。

１ ガスタービン
２ 圧縮機
３ 燃焼器
４ タービン
１２ 内筒
１２ａ 筒体
１４ 尾筒
１４ａ 筒体
１５ バーナ
１８ 燃焼室
２０ 音響装置
２２ ハウジング
２８ 音響孔
３２ 音響減衰空間
４０、４１、４３、４４ 冷却通路
５０ 溶接部
５１ 貫通孔
６１ 第１領域
６２ 第２領域
１２１ セクション

Claims (12)

1. 燃焼室を内側に有するとともに、前記燃焼室に開口する複数の貫通孔が形成された溶接部を有する筒体と、
   前記溶接部の一部を覆うように前記筒体の外周側に配置されて、少なくとも、１以上の前記貫通孔を介して前記燃焼室と連通する音響減衰空間を画定するハウジングと、
   を備え、
   前記溶接部における前記複数の貫通孔の形成密度は、
   前記溶接部のうち前記ハウジングによって覆われる第１領域の方が、
   前記溶接部のうち前記ハウジングの外部に位置する第２領域よりも
   高い
   燃焼器部品。
2. 前記ハウジングは、前記筒体の周方向に沿って延在し、
   前記溶接部は、少なくとも一部が前記筒体の軸方向に沿って延在する
   請求項１に記載の燃焼器部品。
3. 前記音響減衰空間は、前記溶接部の前記第１領域に設けられた前記貫通孔、及び、該貫通孔とは別に前記筒体に設けられ、前記燃焼室に開口する複数の音響孔を介して、前記燃焼室に連通する
   請求項１又は２に記載の燃焼器部品。
4. 複数の前記貫通孔の少なくとも一部は、前記筒体の軸方向に沿って第１ピッチで配置され、
   複数の前記音響孔の少なくとも一部は、前記軸方向に沿って前記第１ピッチの７０％以上１３０％以下の第２ピッチで配置されている
   請求項３に記載の燃焼器部品。
5. 前記筒体は、前記筒体を構成する壁の内部で前記筒体の軸方向に沿って延在する複数の冷却通路が前記筒体の周方向に沿って間隔をあけて形成されている
   請求項１乃至４の何れか一項に記載の燃焼器部品。
6. 前記音響減衰空間は、前記溶接部の前記第１領域に設けられた前記貫通孔、及び、該貫通孔とは別に設けられた複数の音響孔を介して、前記燃焼室に連通し、
   複数の前記音響孔は、前記周方向で隣り合う２つの前記冷却通路の間に形成されている
   請求項５に記載の燃焼器部品。
7. 前記溶接部を挟んで前記周方向で隣り合う２つの前記冷却通路の間隔は、前記溶接部を挟まずに前記周方向で隣り合う２つの前記冷却通路の間隔よりも大きい
   請求項５又は６に記載の燃焼器部品。
8. 複数の前記貫通孔は、前記第１領域にのみ形成されている
   請求項１乃至７の何れか一項に記載の燃焼器部品。
9. 周方向に複数に分割された複数の板状のセクションの周方向端部同士を軸方向に沿って溶接した複数の溶接部を形成するとともに、内部に筒状の燃焼室を形成した筒体と、
   前記筒体を前記周方向に沿って外周側から覆うハウジングと、
   を備え、
   前記筒体は、前記複数のセクションのそれぞれにおいて、燃焼器に開口した複数の音響孔が前記軸方向に１列に並んだ音響孔列が周方向に複数列形成され、
   前記ハウジングは、前記複数列の音響孔列を覆うとともに、前記複数のセクションの一部と前記複数の溶接部の一部とを覆い、前記音響孔列を介して前記燃焼室と連通して燃焼振動を減衰させる音響減衰空間を画定し、
   前記ハウジングで覆われた前記複数の溶接部の一部に軸方向に沿って複数の貫通孔を形成した、
   燃焼器部品。
10. 燃料を燃焼させるためのバーナと、
    請求項１乃至９の何れか一項に記載の燃焼器部品と、
    を備える燃焼器。
11. 圧縮空気を生成する圧縮機と、
    請求項１０に記載の燃焼器と、
    前記燃焼器によって生成された燃焼ガスによって回転駆動されるタービンと、
    を備えるガスタービン。
12. 溶接部を介して複数のセクションを接合することで、燃焼室を内側に有する筒体を形成するステップと、
    前記燃焼室に開口する複数の貫通孔を前記溶接部に形成するステップと、
    少なくとも、１以上の前記貫通孔を介して前記燃焼室と連通する音響減衰空間を画定するハウジングを、前記溶接部の一部を覆うように前記筒体の外周側に配置するステップと、
    を備え、
    前記溶接部における前記複数の貫通孔の形成密度は、
    前記溶接部のうち前記ハウジングによって覆われる第１領域の方が、
    前記溶接部のうち前記ハウジングの外部に位置する第２領域よりも
    高い
    燃焼器部品の製造方法。

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