JP7130545B2 - ガスタービン燃焼器、ガスタービン及びガスタービン燃焼器の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガスタービン燃焼器、ガスタービン及びガスタービン燃焼器の製造方法に関する。

環境負荷低減についての社会的要請から、ガスタービン燃焼器の開発においても近年はＮＯｘ排出量の低減が重視されている。ＮＯｘ排出量を低減する一つの方法として均一分散燃焼が知られている。均一分散燃焼とは、燃料と空気とをそれぞれ均一に分散させて燃焼室に供給し燃焼させる方法であり、局部的な高温領域の発生を抑えることでＮＯｘ排出量を低減することができる。均一分散燃焼を採用したガスタービン燃焼器は多数提唱されており、例えば多数の燃料ノズルを備え、各ノズルと同軸に多数の空気孔を配置したものが知られている（特許文献１等参照）。

ここで、ガスタービン燃焼器では、内筒（燃焼器ライナ）の外周に円筒状の外周流路を設け、この外周流路に圧縮機からの圧縮機を流すことで内筒を冷却する構成が多く採用されている。外周流路を通過した圧縮空気は燃焼器の端部で折り返し、燃焼室に供給されて燃料と共に燃焼される。このように燃焼器の端部で空気流路が折り返す構造で均一分散燃焼を採用すると、燃焼器の中心軸に近い空気孔に流入する空気流量が増加し、外周側の空気孔に流入する空気流量が減少する傾向にある。空気流量に偏差が生じると空気孔間で燃空比にも偏差が生じ、燃料濃度が高い領域で局所的に火炎温度が上昇しＮＯｘ排出量の増加の要因となる。また空気流量の多い領域で空気孔を通過する際の圧力損失が増加し、ガスタービン全体の効率低下にもつながり得る。従って、空気孔間の空気流量の偏りを改善することは均一分散燃焼において重要な課題である。

それに対し、外周側の空気孔への空気の流入を促して空気流量の偏差を抑制するために、多数の空気孔を設けた空気孔プレートに対し、最外周の空気孔に外周流路から滑らかに繋がるターンガイドを設けた構成が知られている（特許文献２参照）。

特開２００３－１４８７３４号公報 特開２０１７－５３２７６号公報

しかし、特許文献２においては、ターンガイドが空気孔プレートに設けられているため、空気孔プレートの加工精度や内筒に対する組み付け精度によって、内筒に対するターンガイドの位置関係にばらつきが生じる。内筒とターンガイドとの位置関係がばらつくと空気孔間の空気流量の偏差が増加し得る。

本発明の目的は、内筒とターンガイドとの位置関係の変化による空気流量の偏差の増加を抑えることができるガスタービン燃焼器、ガスタービン及びガスタービン燃焼器の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、圧縮機から導入される圧縮空気に燃料を混合して燃焼し、生成した燃焼ガスをタービンに供給するガスタービン燃焼器において、内側に燃焼室を形成する内筒と、前記内筒を覆って前記内筒との間に前記圧縮空気が流れる円筒状の外周流路を形成する外筒と、前記外筒の前記タービンと反対側の端部を塞ぐエンドカバーと、前記内筒の前記エンドカバー側の端部に設けられ、前記内筒の外周面から前記外筒側に突出し前記内筒の内周面に滑らかに接続するターンガイドとを備え、前記ターンガイドが、前記内筒の外周面に沿って流れる空気に干渉して前記空気の勢いを弱めるように前記内筒の外周面から立ち上がる干渉面を有し、前記干渉面に沿って内筒に複数の冷却空気孔が設けられている。

本発明によれば、内筒とターンガイドとの位置関係の変化による空気流量の偏差の増加を抑えることができる。

本発明の第１実施形態に係るガスタービン燃焼器を適用するガスタービンプラントの一例の模式図 図１Ａのガスタービン燃焼器の構造を表す模式的な断面図 図１Ｂ中のII部の拡大図 図２中の矢印III方向から見たバーナの構成図 バーナの他の構成例を表す図 一比較例に係るガスタービン燃焼器の部分断面図 他の比較例に係るガスタービン燃焼器の部分断面図 本発明の第２実施形態に係るガスタービン燃焼器の要部構造を表す部分断面図 本発明の第３実施形態に係るガスタービン燃焼器の要部構造を表す部分断面図 本発明の第４実施形態に係るガスタービン燃焼器の要部構造を表す部分断面図 図９中の矢印Ｘの方向に見た整流ガイドを燃焼器径方向の外周側から見た図 本発明の第５実施形態に係るガスタービン燃焼器の要部構造を表す部分断面図 図１１のXII－XII線による矢視断面図

以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。

（第１実施形態）
－ガスタービンプラント－
図１Ａは本発明の第１実施形態に係るガスタービン燃焼器を適用するガスタービンプラントの一例の模式図である。同図に示したガスタービンプラントは、圧縮機１、ガスタービン燃焼器（以下、燃焼器と略称する）２、タービン３及び負荷機器４を備えている。圧縮機１、燃焼器２及びタービン３は、負荷機器４を駆動するガスタービンを構成する。本実施形態の負荷機器４は発電機であるが、ポンプが適用される場合もある。なお、一般的にガスタービンを「ガスタービンエンジン」と称する場合があり、この場合にはタービンを「ガスタービン」と称する場合がある。

圧縮機１はタービン３により回転駆動され、入口から取り入れた空気Ａ１を圧縮して高圧の圧縮空気（燃焼空気）Ａ２を生成し燃焼器２に供給する。燃焼器２は、圧縮機１から供給された圧縮空気Ａ２と燃料系統（不図示）から供給された燃料ＦＵとを混合し燃焼して火炎ＦＬ（図１Ｂ）を形成し、高温の燃焼ガスＧ１を生成してタービン３に供給する。燃料ＦＵには液体燃料も用いられ得るが、本実施形態の燃料ＦＵは気体燃料であるとする。タービン３は圧縮機１と同軸に連結され、燃焼器２から供給された燃焼ガスＧ１が膨張することにより回転駆動される。タービン３を駆動した燃焼ガスＧ１は排気ガスＧ２としてガスタービンから排出される。タービン３の出力の一部は圧縮機１の動力として、残りは負荷機器４の動力として用いられる。負荷機器４は圧縮機１及びタービン３と同軸に連結され、タービン３の回転出力を電力に変換する。本実施形態では単軸のガスタービンを例示しているが、発明の適用対象には二軸式ガスタービンも含まれる。二軸式ガスタービンは、互いに回転軸が分離された高圧タービン及び低圧タービンを含み、高圧タービンが圧縮機と同軸に連結され、低圧タービンがタービンと同軸に連結された構成である。

－ガスタービン燃焼器－
図１Ｂは図１Ａの燃焼器の構造を表す模式的な断面図である。同図に示した燃焼器２は、ガスタービンのケーシング（不図示）に対して周方向に複数取り付けられている。各燃焼器２は、内筒（燃焼器ライナ）１１、外筒（フロースリーブ）１２、エンドカバー１３、バーナ１４、尾筒（トランジションピース）１５等を含んで構成されている。

内筒１１は内部に燃焼室１１ａを形成する円筒状の部材であり、圧縮機１から供給される圧縮空気Ａ２と燃焼器２で生成される燃焼ガスＧ１とを隔てている。内筒１１のタービン側（図中の右側）の端部は尾筒１５に挿し込まれている。尾筒１５のタービン側の端部は、タービン３の作動流体流路（不図示）に向かって開口している。尾筒１５は燃焼室１１ａで発生した燃焼ガスＧ１をタービン３に導く部材である。

外筒１２は円筒状の部材であり、内筒１１の外周を覆って圧縮空気Ａ２が流れる円筒状の外周流路Ｐ１を内筒１１との間に形成する。外周流路Ｐ１に圧縮空気Ａ２を通すことで内筒１１を対流冷却する構成である。また、外筒１２はタービン側の端部にフランジ１２ａを備えており、このフランジ１２ａを介してガスタービンのケーシングに固定されている。外筒１２のタービンと反対側（図中の左側）の端部はエンドカバー１３で塞がされている。内筒１１の外周面には多数の孔（不図示）が形成されており、外周流路Ｐ１を流れる圧縮空気Ａ２の一部が内筒１１に設けた多数の孔から燃焼室１１ａに導かれ、内筒１１の内周面のフィルム冷却に使用される。内筒１１のフィルム冷却に使用されたものを除く残りの圧縮空気Ａ２は外周流路Ｐ１を流れ、エンドカバー１３で堰き止められて反転しバーナ１４に供給される。バーナ１４に導かれた圧縮空気Ａ２は燃料ＦＵと共に燃焼室１１ａに噴射されて燃焼される。

－バーナ－
図２は図１Ｂ中のII部の拡大図、図３は図２中の矢印III方向から見たバーナの構成図である。図１Ｂと共に図２及び図３を用いてバーナ１４の構成について説明する。これらの図に示したように、本実施形態におけるバーナ１４は、空気孔プレート１６及び複数の燃料ノズル１７を備えている。

空気孔プレート１６は円盤状の部材であり、エンドカバー１３側から内筒１１のエンドカバー側（図中の左側）の端部に挿入されている。この空気孔プレート１６は複数（図２では１つのみ図示）のサポート１６ａを介してエンドカバー１３に取り付けられている。空気孔プレート１６の燃焼室側の端面には、外縁部から燃焼室１１ａに向かって円筒状の部材であるリップ１６ｂが突き出している。リップ１６ｂと空気孔プレート１６の外周面は面一である。また空気孔プレート１６と内筒１１との間（空気孔プレート１６の外周面と内筒１１の内周面との間に形成された内周流路Ｐ２）には、スプリングシール１９が介在して設けられている。このスプリングシール１９を介して、空気孔プレート１６が内筒１１の内周面に保持されている。スプリングシール１９は内周流路Ｐ２を完全にシールするものではなく複数のスリット（不図示）を備えている。

空気孔プレート１６には、エンドカバー側から燃焼室１１ａに向かって貫通する複数の空気孔１８が設けられている。本実施形態では、複数のバーナ（以降、バーナ１４と区別して部分バーナ１４ａと称する）からなるマルチバーナをバーナ１４に採用した場合を例示している（単一の部分バーナ１４ａをバーナ１４とするガスタービン燃焼器にも本発明は適用可能である）。図３において破線の円で囲った空気孔群が１つの部分バーナ１４ａを構成しており、本実施形態では中央の部分バーナ１４ａの周囲を複数（本例では６つ）の部分バーナ１４ａで囲ってバーナ１４が構成されている。各部分バーナ１４ａにおいては、燃焼室１１ａ側から見て複数の空気孔１８が同心円状の複数の環状列をなしている。図２では空気孔１８が燃焼器中心軸に沿って直線状に延びる構成を図示しているが、図４に示したように燃焼室１１ａで旋回流を形成するために燃焼器中心軸に対して角度αだけ傾斜させた構成とすることもある。

複数の燃料ノズル１７は、複数の空気孔１８のうちそれぞれ対応する空気孔１８を介して燃焼室１１ａに燃料ＦＵを噴射するように空気孔プレート１６に対してエンドカバー側に配置され、燃料と空気を均一に分散させて燃焼する均一分散燃焼バーナを形成している。本実施形態では、燃料ノズル１７はエンドカバー１３に支持された構成を例示している。個々の燃料ノズル１７は燃焼器中心軸と平行に延び、対応する空気孔１８（空気孔１８の入口）と同軸に配置されており、先端が空気孔１８に挿し込まれている。また、空気孔１８の内径（直径）は燃料ノズル１７の外径よりも大きく、燃料ノズル１７の外周面と空気孔１８の内周面との間には、圧縮空気Ａ２が流入する隙間が確保してある。なお、燃料ノズル１７の先端を空気孔１８に挿入せず、燃料ノズル１７が空気孔１８から離間した構成とする場合もある。

－ターンガイド－
本実施形態においては、圧縮空気Ａ２の流路の反転部（外周流路Ｐ１のエンドカバー側の端部）に位置するように内筒１１におけるバーナ１４の近傍位置にターンガイド２１及び複数の冷却空気孔２２が設けられている。このように内筒１１にターンガイド２１を設けたことを特徴としている。

ターンガイド２１は各空気孔１８を通過する圧縮空気Ａ２の流量偏差を抑える部材である。このターンガイド２１は内筒１１のエンドカバー側（図２中左側）の端部に設けられており、内筒１１の外周面から外筒側に突出し内筒１１の内周面に滑らかに接続するように干渉面２１ａと案内面２１ｂを含んで構成されている。内筒１１の外周面から外筒側へのターンガイド２１の突出量は特に限定されないが、本願明細書では内筒１１から外筒１２までの距離（外周流路Ｐ１の厚み）の５，６割程度とした場合を各実施形態で例示的に図示している。

干渉面２１ａは外周流路Ｐ１で内筒１１の外周面に沿って流れる圧縮空気Ａ２の流れに干渉し減速させるための要素であり、外周流路Ｐ１で内筒１１の外周面付近を流れる圧縮空気Ａ２に干渉するように内筒１１の外周面から外筒１２側に立ち上がっている。干渉面２１ａは内筒１１との直交面に対してタービン側又はエンドカバー側のいずれに傾斜していても良いが、本実施形態では内筒１１に対して直交する平面状の面とした場合を例示している。

案内面２１ｂは干渉面２１ａに干渉して減速した圧縮空気Ａ２の流れを空気孔プレート１６の外周側に配置された空気孔１８に積極的に導くための要素であり、曲面で構成されて内筒１１の内周面と干渉面２１ａとを滑らかに接続している。この案内面２１ｂは、干渉面２１ａから外筒側に延びてエンドカバー側に（図２の断面では左回りに）弧状に転向し、最終的にタービン側に延びて内筒１１の内周面に繋がる。図２に示したように、燃焼器中心軸を含む面で切断した断面で見ると、ターンガイド２１は内筒１１に厚手のフランジを設け、このフランジの角をとって丸めたような（スムージングしたような）断面形状をしている。この案内面２１ｂのエンドカバー１３に最も近い縁部は、空気孔プレート１６のエンドカバー側の端面よりもエンドカバー側に位置している。

複数の冷却空気孔２２は、ターンガイド２１の干渉面２１ａに沿って内筒１１に設けられている。これら複数の冷却空気孔２２は内筒１１の外周面に周方向に一定間隔で設けられている。本実施形態における冷却空気孔２２はスプリングシール１９よりもエンドカバー側に位置しており、外周流路Ｐ１と内周流路Ｐ２とを接続している。

－動作－
ガスタービンの運転中、空気Ａ１が圧縮機１に取り込まれて圧縮され、高圧の圧縮空気Ａ２として圧縮機１から吐出される。圧縮機１から吐出された圧縮空気Ａ２は燃焼器２に供給され、燃料系統（不図示）から供給された燃料ＦＵと共に燃焼される。これにより発生した高温の燃焼ガスＧ１によりタービン３が駆動され、タービン３の回転出力により負荷機器４が駆動される。

この間の燃焼器２における作動流体の流れについて説明する。まず燃焼器２の内部において内筒１１の外側の領域は圧縮空気Ａ２が送り込まれて昇圧しており、燃焼ガスＧ１を送り出す燃焼室１１ａ（内筒１１の内部）よりも高圧である。従って、外周流路Ｐ１を通過してエンドカバー１３で堰き止められた圧縮空気Ａ２は、上記の圧力差で引っ張られて反転し空気孔プレート１６の空気孔１８に流入する。同時に、燃料ノズル１７から空気孔１８に燃料ＦＵが噴射され、各空気孔１８から燃料ＦＵと圧縮空気Ａ２が混ざり合った状態で燃焼室１１ａに噴出する。また、エンドカバー側の流路入口及び冷却空気孔２２から一部の圧縮空気Ａ２が、内筒１１及び空気孔プレート１６との間の内周流路Ｐ２に流入し、内周流路Ｐ２を流れて空気孔プレート１６を冷却し燃焼室１１ａに噴出する。

このとき、外周流路Ｐ１において内筒１１の外周面付近を流れる一部の圧縮空気Ａ２は、本実施形態においてはターンガイド２１の干渉面２１ａに干渉し減速して静圧を回復させる。干渉面２１ａに干渉して勢いが弱まった圧縮空気Ａ２は冷却空気孔２２に吸入されたり、また小回りしてターンガイド２１の案内面２１ｂにガイドされて空気孔プレート１６の比較的外周に位置する空気孔１８や内周流路Ｐ２に吸入されたりする。このように空気孔プレート１６の外周側にも積極的に圧縮空気Ａ２を導くことで、空気孔プレート１６の内外周における流量偏差が抑制される。

－比較例－
図５は一比較例に係るガスタービン燃焼器の部分断面図である。同図に示したガスタービン燃焼器においては、内筒の端部にターンガイドが存在しない。この場合、外周流路を通過した圧縮空気の流れにより流路の反転部で剥離渦Ｖが発生し、空気孔プレートにおける外周側の空気孔に空気が流入し難い。そのため、空気孔プレートの内周側と外周側の空気孔間の空気流量の偏差が大きくなる。特に空気孔プレートにおける外周側の空気孔から燃焼室に噴出する混合気の燃料濃度が高くなり、これがＮＯｘ排出量の増加要因となる。また、空気孔プレートにおける内周側の空気孔を通過する圧縮空気の流速が速くなるため圧力損失が増加し得る。

図６は他の比較例に係るガスタービン燃焼器の部分断面図である。同図に示した構成は特開２０１７－５３２７６号公報に記載されたものであり、図５の例で生じる空気流量の偏差を抑えるために、空気孔プレートにターンガイドＹを設けている。内筒とターンガイドＹとの間の隙間が内周流路の入口Ｚになっている。しかし、図６の例では、内筒の外周面から外筒側へのターンガイドＹの突出量に対し、空気孔プレートやターンガイド及び内筒の加工精度や組み立て精度が与える影響が大きく、ターンガイドの突出量にばらつきが生じ易い。また運転中の空気孔プレートの熱変形により内周流路の入口Ｚが狭まり、甚だしい場合には塞がってしまう。これにより内周流路に圧縮空気が流入せず、空気孔プレートの冷却空気の不足してしまう。

－効果－
（１）本実施形態においては、外周流路Ｐ１を流れる圧縮空気Ａ２の一部をターンガイド２１の干渉面２１ａに干渉させ、減速した圧縮空気Ａ２を案内面２１ｂによりバーナ１４の外周側にガイドする。これにより、図５の例に示した剥離渦Ｖの発生を抑制でき、バーナ１４の内周側と外周側との間の空気流量の偏差を抑制しＮＯｘの発生も抑制できる。またターンガイド２１を内筒１１と一体に設けたためこれらの中心が一致し、組立精度や加工精度によるターンガイド２１と内筒１１との位置関係のばらつきによって内筒１１の外周面からのターンガイド２１の突出量が変化することも抑制できる。よって内筒１１とターンガイド２１との位置関係の変化による空気流量の偏差の増加を抑えることができる。

（２）また、空気孔プレート１６の熱変形により内周流路Ｐ２の入口開口面積が変化しないので、空気孔プレート１６の熱変形に伴う冷却空気流量の減少を抑えることができる。

（３）空気孔プレート１６に形成された多数の空気孔１８から圧縮空気Ａ２と燃料ＦＵの混合気を燃焼室１１ａに噴出するため、均一分散燃焼によるＮＯｘ低減効果が高い。但し、上記の本質的効果（１）を得る上では、同心円状の配列で複数のバーナが配置されたガスタービン燃焼器（特開２０１８－１８９２８８等参照）であれば、内筒にターンガイドを設置して内外のバーナの混合気の燃空比を均一化して同様の効果が得られ得る。従って適用対象は空気孔プレート１６を用いたガスタービン燃焼器には必ずしも限定されない。

（第２実施形態）
図７は本発明の第２実施形態に係るガスタービン燃焼器の要部構造を表す部分断面図であり、第１実施形態の図２に対応する図である。本実施形態において既に説明した実施形態と同一又は対応する要素には図７において既出図面と同一の符号を付して適宜説明を省略する。

本実施形態が第１実施形態と相違する主な点は、スプリングシール１９よりもタービン側に位置するように複数の冷却空気孔２２を内筒１１に設けた点である。本実施形態のターンガイド２１は第１実施形態に比べて厚みがあり、ターンガイド２１の一部がスプリングシール１９（厳密にはスプリングシール１９の内筒１１との接触部、複数ある場合は全ての接触部）よりもタービン側に位置している。ターンガイド２１のタービン側の縁部（干渉面２１ａ）はスプリングシール１９（内筒１１との接触部）よりもタービン側に、エンドカバー側の縁部はスプリングシール１９（内筒１１との接触部）よりもエンドカバー側に位置している。つまり、ターンガイド２１はスプリングシール１９（内筒１１との接触部）を跨いで存在している。複数の冷却空気孔２２は第１実施形態と同様にターンガイド２１の干渉面２１ａに沿って設けられており、スプリングシール１９（内筒１１との接触部）よりもタービン側に位置している。その他の構造については、本実施形態は第１実施形態と同様である。本実施形態においても第１実施形態と同様の効果が得られる。

ここで、図６のようにターンガイドを空気孔プレートに設ける場合、干渉面に干渉して淀んだ圧縮空気を内周流路に吸引する冷却空気孔を干渉面に沿って形成するとなると、ターンガイドの干渉面と内筒との間に隙間を空け、この隙間を冷却空気孔とせざるを得ない。図６の構造ではターンガイドがあるため内周流路の入口をエンドカバー側に開口させることができず、ターンガイドの干渉面と内筒との間の隙間は内周流路の入口を兼ねることとなる。そして、この入口は、空気孔プレートと内筒との間に介在するスプリングシールに対して必然的にエンドカバー側に位置することとなる。結果として、干渉面付近から内周流路に吸引された圧縮空気は、内周流路に流入する際の他、スプリングシールを通過する際にも圧損を伴う。

それに対し、本実施形態ではターンガイド２１が空気孔プレート１６と離れているため、図５の例のようにターンガイドを持たない構造と同じく、内周流路Ｐ２の入口はエンドカバー側を向いて開口している。従って、ターンガイド２１の干渉面２１ａに沿った冷却空気孔２２を、入口とは別に内筒１１に設けることができる。本実施形態ではターンガイド２１が内筒１１に設けられているので、ターンガイド２１とスプリングシール１９との位置関係に図５の例のような制約を受けない。そのため、ターンガイド２１を厚くして干渉面２１ａがスプリングシール１９よりもタービン側にくるようにし、これにより本実施形態のように干渉面２１ａに沿う冷却空気孔２２をスプリングシール１９よりもタービン側に配置することができる。冷却空気孔２２がスプリングシール１９よりもタービン側に位置するので、冷却空気孔２２から内周流路Ｐ２に流入した圧縮空気Ａ２はスプリングシール１９を通過することなく燃焼室１１ａに噴出する。スプリングシール１９をバイパスする分だけ、冷却空気孔２２から吸引される圧縮空気Ａ２の圧力損失を低減することができる。

－製造方法－
ターンガイド２１とスプリングシール１９との位置関係に図６の例のような制約を受けない利点を活かし、本実施形態においては次のような製造方法を適用することができる。

まず、内筒１１の本体１１ｂとは別個に、ターンガイド２１を含む部品３０を製作する。部品３０は、円筒部１１ｃ、ターンガイド２１及び複数の冷却空気孔２２を備えたユニットである。円筒部１１ｃは内筒１１の一部を構成する部位である。ターンガイド２１は、円筒部１１ｃのエンドカバー側の端部に設けられ、内筒１１（円筒部１１ｃ）の外周面から外筒１２側に突出し内筒１１の内周面（円筒部１１ｃ）に滑らかに接続する。冷却空気孔２２は円筒部１１ｃに設けられている。冷却空気孔２２はターンガイド２１の干渉面２１ａの付近にあれば良いが、本実施形態では第１実施形態と同じく干渉面２１ａに沿って設けてある。

次に、内筒１１（本体１１ｂ）の長さを調整して内筒１１（本体１１ｂ）の端部（エンドカバー側の端部）に部品３０を接合する。具体的には、内筒１１の本体１１ｂのエンドカバー側の端部に部品３０を接合した場合にスプリングシール１９（内筒１１との接触部）よりもタービン側に複数の冷却空気孔２２が位置するように、内筒１１の本体１１ｂの長さを調整する。本体１１ｂが長ければ切断し、短ければリング等を接合して継ぎ足す。そして、内筒１１の本体１１ｂのエンドカバー側の端部に円筒部１１ｃの端部を合わせて溶接等の適宜の接合方法（摩擦攪拌接合でも良い）により接合し、部品３０を内筒１１の本体１１ｂに接合する。

このような製造方法を採用することで、本実施形態に係るガスタービン燃焼器を効率的に製作することができる。

（第３実施形態）
図８は本発明の第３実施形態に係るガスタービン燃焼器の要部構造を表す部分断面図であり、第１実施形態の図２に対応する図である。本実施形態において既に説明した実施形態と同一又は対応する要素には図８において既出図面と同一の符号を付して適宜説明を省略する。

本実施形態が第１実施形態と相違する点は、ターンガイド２１とエンドカバー１３との間、本実施形態ではサポート１６ａに対して外筒側（燃焼器径方向の外側）にターンベーン４０を配置した点である。ターンベーン４０は、エンドカバー側（同図中の左側）に凸の弧状の断面形状をしており、凹状の腹側面（正圧面）をターンガイド２１に向け、凸状の背側面（負圧面）をエンドカバー１３に向けている。ターンベーン４０の腹側面はターンガイド２１の案内面２１ｂに概ね沿った曲面を形成している。ターンベーン４０は複数の燃料ノズル１７を取り囲むリング状の部材であるが、複数のベーンを環状に配置した構成としても良い。本実施形態ではターンガイド２１とエンドカバー１３から概ね等距離となる位置にターンベーン４０を配置してあるが、空気流量等のパラメータに応じて、ターンベーン４０をエンドカバー１３寄りに配置する場合も、ターンガイド２１寄りに配置する場合もある。その他の構成は第１実施形態と同様である。また、本実施形態に第２実施形態の特徴を組み合わせることもできる。

本実施形態においては第１実施形態と同様の効果に加えて以下の効果が得られる。外周流路Ｐ１で内筒１１の外周面付近を流れる圧縮空気Ａ２はターンガイド２１の干渉面２１ａに干渉して減速し、案内面２１ｂに沿って空気孔プレート１６の主に外周側の部分に導かれる。しかし、この圧縮空気Ａ２の流れの一部はターンガイド２１の案内面２１ｂから剥離し得る。本実施形態においてはターンガイド２１の下流側にターンベーン４０を設けたことで案内面２１ｂからの剥離を抑制し、ターンベーン４０の形状に応じた方向に流れを誘導することができる。これにより空気孔プレート１６の内周側及び外周側の空気流量の偏差をより効果的に抑え、圧縮空気Ａ２と燃料ＦＵの混合性能と圧力損失をより柔軟に改善できる。

（第４実施形態）
図９は本発明の第４実施形態に係るガスタービン燃焼器の要部構造を表す部分断面図、図１０は図９中の矢印Ｘの方向に見た整流ガイドを燃焼器径方向の外周側から見た図である。本実施形態において既に説明した実施形態と同一又は対応する要素には図９及び図１０において既出図面と同一の符号を付して適宜説明を省略する。

本実施形態が第１実施形態と相違する点は、内筒１１の外周面に周方向に並べて配置した複数の整流ガイド５０を備えている点である。個々の整流ガイド５０は、図１０に示したように燃焼器２の中心軸方向（圧縮空気Ａ２の流れ方向）に延びる形状をしている。圧力損失を抑えるために整流ガイド５０は長円形状をしているが、例えば流線型、楕円形状等、形状については種々変更可能である。その他の構成は第１実施形態と同様である。また、本実施形態に第２実施形態及び第３実施形態の少なくとも一方の特徴を組み合わせることもできる。

本実施形態においては第１実施形態と同様の効果に加えて以下の効果が得られる。圧縮機１から燃焼器２への圧縮空気Ａ２の流入経路は内筒１１及び外筒１２と同心円状ではないため（特開２０１８－１８９２８８等参照）、外周流路Ｐ１には圧縮空気Ａ２の流量に周方向に偏差が発生し得る。この偏差が整流ガイド５０により改善され、ひいては空気孔プレート１６の内周側及び外周側の流量偏差をより効率良く抑制できる。

（第５実施形態）
図１１は本発明の第５実施形態に係るガスタービン燃焼器の要部構造を表す部分断面図、図１２は図１１のXII－XII線による矢視断面図である。本実施形態において既に説明した実施形態と同一又は対応する要素には図１１及び図１２において既出図面と同一の符号を付して適宜説明を省略する。

本実施形態が第１実施形態と相違する点は、内筒１１の外周面からターンガイド２１の外周面までの距離ｈ（つまり内筒１１の外周面からのターンガイド２１の突出量）が周方向位置によって異なるように形成してある点である。距離ｈの変化の態様は外周流路Ｐ１における圧縮空気Ａ２の流量に応じている。例えば流量が大きいところでは距離ｈを大きくし、流量の小さいところでは距離ｈを小さくする。その他の構成は第１実施形態と同様である。また、本実施形態に第２実施形態－第４実施形態の少なくとも一つの特徴を組み合わせることもできる。

本実施形態においては第１実施形態と同様の効果に加えて以下の効果が得られる。前述した通り外周流路Ｐ１には圧縮空気Ａ２の流量に周方向に偏差が発生し得る。この流方向の流量偏差に応じて距離ｈに変化をつけたターンガイド２１を設置することで、外周流路Ｐ１の周方向の流量偏差が改善され、ひいては空気孔プレート１６の内周側及び外周側の流量偏差をより効率良く抑制できる。

１…圧縮機、２…ガスタービン燃焼器、３…タービン、１１…内筒、１１ａ…燃焼室、１２…外筒、１３…エンドカバー、１６…空気孔プレート、１７…燃料ノズル、１８…空気孔、１９…スプリングシール、２１…ターンガイド、２２…冷却空気孔、３０…部品、４０…ターンベーン、５０…整流ガイド、Ａ２…圧縮空気、ＦＵ…燃料、Ｇ１…燃焼ガス、ｈ…内筒の外周面からターンガイドの外周面までの距離、Ｐ１…外周流路

Claims (8)

1. 圧縮機から導入される圧縮空気に燃料を混合して燃焼し、生成した燃焼ガスをタービンに供給するガスタービン燃焼器において、
   内側に燃焼室を形成する内筒と、
   前記内筒を覆って前記内筒との間に前記圧縮空気が流れる円筒状の外周流路を形成する外筒と、
   前記外筒の前記タービンと反対側の端部を塞ぐエンドカバーと、
   前記内筒のエンドカバー側の端部に設けられ、前記内筒の外周面から外筒側に突出し前記内筒の内周面に滑らかに接続するターンガイドとを備え、
   前記ターンガイドが、前記内筒の外周面に沿って流れる空気に干渉して前記空気の勢いを弱めるように前記内筒の外周面から立ち上がる干渉面を有し、
   前記干渉面に沿って内筒に複数の冷却空気孔が設けられているガスタービン燃焼器。
2. 請求項１のガスタービン燃焼器において、
   前記エンドカバー側から前記内筒に挿入され、前記外周流路を通過して前記エンドカバーで堰き止められた圧縮空気を前記燃焼室に導入する複数の空気孔を有する空気孔プレートと、
   前記複数の空気孔のうち対応付けられた空気孔を介して前記燃焼室に燃料を噴射するように前記空気孔プレートに対して前記エンドカバー側に配置された複数の燃料ノズルと
   を備えているガスタービン燃焼器。
3. 請求項２のガスタービン燃焼器において、
   前記空気孔プレートと前記内筒との間に設けたスプリングシールを備え、
   前記冷却空気孔が前記スプリングシールよりもタービン側に位置するガスタービン燃焼器。
4. 請求項１のガスタービン燃焼器において、前記ターンガイドと前記エンドカバーとの間に配置したターンベーンを備えているガスタービン燃焼器。
5. 請求項１のガスタービン燃焼器において、前記内筒の外周面に周方向に並べて配置した複数の整流ガイドを備えているガスタービン燃焼器。
6. 請求項１のガスタービン燃焼器において、前記内筒の外周面から前記ターンガイドの外周面までの距離が周方向位置によって異なるように形成してあるガスタービン燃焼器。
7. 空気を圧縮して圧縮空気を吐出する圧縮機と、
   前記圧縮機から導入される圧縮空気に燃料を混合して燃焼する請求項１のガスタービン燃焼器と、
   前記ガスタービン燃焼器で生成した燃焼ガスで駆動されるタービンと
   を備えたガスタービン。
8. 圧縮機から導入される圧縮空気に燃料を混合して燃焼し、生成した燃焼ガスをタービンに供給するガスタービン燃焼器であって、
   内側に燃焼室を形成する内筒と、
   前記内筒を覆って前記内筒との間に前記圧縮空気が流れる円筒状の外周流路を形成する
   外筒と、
   前記外筒の前記タービンと反対側の端部を塞ぐエンドカバーと、
   エンドカバー側から前記内筒に挿入され、前記外周流路を通過して前記エンドカバーで堰き止められた圧縮空気を前記燃焼室に導入する複数の空気孔を有する空気孔プレートと、
   前記複数の空気孔のうち対応付けられた空気孔を介して前記燃焼室に燃料を噴射するように前記空気孔プレートに対して前記エンドカバー側に配置された複数の燃料ノズルと、
   前記空気孔プレートと前記内筒との間に設けたスプリングシールと
   を備えたガスタービン燃焼器の製造方法において、
   前記内筒の一部を構成する円筒部と、前記円筒部の前記エンドカバー側の端部に設けられ、前記内筒の外周面から外筒側に突出し前記内筒の内周面に滑らかに接続するターンガイドと、前記円筒部に設けた複数の冷却空気孔とを含む部品を製作し、
   前記内筒の端部に前記部品を接合した場合に前記スプリングシールよりもタービン側に前記複数の冷却空気孔が位置するように前記内筒の長さを調整し、前記内筒の端部に前記部品を接合する
   ガスタービン燃焼器の製造方法。

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