JPH03158619A - ガスタービンの火炎伝播管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、火炎の通路となる部材の温度を適切に保って
熱損傷を防ぎ、かつ火炎を安定に伝播させてガスタービ
ンを確実に起動させることのできるガスタービンの火炎
伝播管に関する。

（従来の技術） ガスタービンは高温・高圧の燃焼ガスを膨脹させてター
ビンを回し、回転力を得る回転式の内燃機関で、発電、
機関車、船舶、航空機などに使用される。第５図は、主
に発電所で用いられるガスタービン１の断面図である。

空気インテーク２から空気３を取入れ、圧縮機４でこの
空気３を圧縮する。圧縮した空気３は次いで燃焼器５へ
送り、ここで燃料６と混合した上点火する。こうして空
気と混合した燃料を燃焼させて高温・高圧の膨脹した燃
焼ガスを得、この燃焼ガスで燃焼器５に隣接するタービ
ン７を回し、回転力を得る。空気３はタービン７を回し
た後、排気ノズル８から排出される。

なおガスタービン１の起動時には、圧縮機４とタービン
７は外部駆動機構（図示せず）により駆動し、燃焼ガス
によるタービン７の回転力が増してきたら、圧縮機４は
タービン７の回転を利用して駆動させる。このガスター
ビン１は、燃焼器５内への圧縮空気３と燃料６の流量を
調節することによりタービン７の出力を調節できる。

第６図は、燃焼器５の斜視図である。燃焼器５はシリン
ダ状で、かつ周方向に複数個配置される。

そして隣り合う燃焼器５は、火炎伝播管９で互いに連結
される。また１個ないし２個（第６図では２個）の燃焼
器５には、点火器】０が接続される。

各燃焼器５は圧縮空気と燃料を混合して混合気を形成す
るが、点火器１０は電気スパークを発するため、点火器
１０が接続した燃焼器５内の混合気は着火して火炎を生
じ膨張する。すると点火器１０が接続した燃焼器５とそ
うでない燃焼器５とでは内部の圧力に差が生じるため、
点火器１０が接続した燃焼器５から火炎伝播管９を通じ
て火炎が、隣接する点火器１０が接続しない燃焼器５へ
伝播する。そして以降同様の原理で次々に隣接する燃焼
器５に火炎が伝播し、最終的にすべての燃焼器５におい
て混合気の燃焼が得られる。このように複数個の燃焼器
５を火炎伝播管９で連結すれば、点火器１０の数を減ら
してコスト減を図ることができ、また何らかの理由によ
り燃焼器５が失火した場合でも、隣接する燃焼器５から
直ちに再着火して出力変動の少ないガスタービンを得る
ことができる。

第７図は、火炎伝播管９の断面図である。隣接する２個
の燃焼器５を連結する火炎伝播管９は、燃焼器５の外側
に同軸に設けられる圧縮空気のフロースリーブ１１に、
支持具１２を介して支持される。そして火炎伝播管９に
は複数個のバランスホール１３が設けられる。

これらのバランスホール１３は、火炎伝播管９外の空気
を火炎伝播管９内に取込むためのものである。すなわち
、燃焼器５間に圧力差があるときはバランスホール１３
から空気が入り込むことにより燃焼器５間の圧力バラン
スを保ち、高温の燃焼ガスが燃焼器５間を流動して火炎
伝播管９の部材を熱で損傷しないようにする。またバラ
ンスホール１３から入り込む空気は、同時に燃焼器５間
を伝播する火炎と混合されて火炎の温度を下げることに
より、上述の効果を増幅させる。ただし、この場合火炎
伝播管９外においては空気の流動がないため、火炎伝播
管９壁の対流冷却はほとんど生じない。

（発明が解決しようとする課題） 第８図は、上述の火炎伝播管９で連結される燃焼器にお
ける着火限界温度と火炎伝播限界温度を示す。横軸は燃
焼器内に流入する圧縮空気の流量であるが、この場合燃
焼器内に流入する燃焼と空気の流量比（Ｆ／Ａ）は一定
に保たれている。

同図から、着火限界温度と火炎伝播限界温度は、圧縮空
気の流量が変化しても、Ｆ／Ａが一定であるかぎりは変
化しないこと、および火炎伝播限界温度は着火限界温度
より高いことが分かる。

すなわち、燃焼器においては、第８図の着火温度が達成
されれば着火は可能な訳であるが、上述の火炎伝播管９
で連結され火炎の伝播元となる燃焼器においては、この
着火温度より高い火炎伝播温度以上の温度が得られない
と、火炎が火炎伝播管９を通過する間に、バランスホー
ル１３から流入する空気によって冷却され、火炎が伝播
する燃焼器においては着火温度が得られないことになる
。

このような事態を防ぐためには、火炎の伝播元となる燃
焼器において燃料の流量を増加して火炎伝播温度を確保
すればよいわけであるが、燃焼器における火炎の温度を
あまり高くすると燃焼器やタービンの高温ガス通路部が
熱で損傷するおそれがある。

昨今ではガスタービン用いてコンバインドサイクルを構
成した発電装置が採用され始めたが、この発電装置は例
えば夜間の消費電力が少ないときには、ガスタービンを
停止させ、電力消費の上昇に合わせてガスタービンを起
動させることが多い。

すなわち、このような発電装置ではガスタービンの起動
、すなわち燃焼器の点火、火炎の伝播を行う頻度が高い
。したがってこのような発電装置においては、燃焼器の
温度が低い起動時においても火炎が安定に伝播し、ガス
タービンを確実に起動することが求められる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、火炎の通路
となる部材の温度を適切に保って熱損傷を防ぎ、かつ火
炎を安定に伝播させてガスタービンを確実に起動させる
ことのできるガスタービンの火炎伝播管を提供すること
を目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は上記課題を解決するために、ガスタービンの隣
合う燃焼器を連結し、一方の燃焼器から他方の燃焼器へ
火炎を伝播するガスタービンの火炎伝播管において、前
記ガスタービンの火炎伝播管は、冷却空気流入孔を有す
る外筒と、この外筒内に外筒との間に冷却空気流路を保
持しながら収められ、冷却空気流出孔を有しかつ火炎の
流路となる内筒とを備え、さらに前記冷却空気流出孔は
前記冷却空気流入口孔よりも孔径が大きいことを特徴と
するガスタービンの火炎伝播管を提供する。

（作用） 本発明に係るガスタービンの火炎伝播管は、火炎の流路
となる内筒と、この内筒を冷却空気流路を開けて取囲む
外筒とを備える。そして、これら外筒と内筒はそれぞれ
冷却空気流入孔と冷却空気流出孔を有し、かつこの冷却
空気流出孔は冷却空気流入口孔よりも孔径が大きい。こ
のため、本発明の火炎伝播管においては火炎の流路とな
る内筒に外部から空気が入り込んでくるが、この空気は
まず外筒の冷却空気流入孔から入り込み、外筒と内筒の
間の冷却空気流路に噴出する。すると、この空気はノズ
ルから吹き出す場合と同様にジェット気流となって冷却
空気流路を流通するため、対流冷却効果によって内筒を
外側から冷却する。

次いでこの空気は、内筒の冷却空気流出孔から内筒の内
側に流出する。ところが、冷却空気流出孔は、冷却空気
流入孔より孔径が大きい。このため冷却空気流出孔から
内筒の内側に入り込む空気は、冷却空気流入孔から冷却
空気流路に入り込む空気のような流速はなく、内筒を通
る火炎の流れに衝突して火炎の流れを取囲む膜状の流れ
となる。

すなわち、内筒に入り込む空気は火炎と混り合うこと５
が少ないため、火炎の温度を下げる効果はほとんどない
。

したがって、本発明の火炎伝播管によれば、火炎の通過
する内筒は冷却されるが、火炎自体の温度はあまり低下
しない。よって本発明の火炎伝播管を用いて燃焼器に火
炎を伝播させる場合は、火炎の伝播光となる燃焼器にお
いて火炎の温度をあまり高くしなくても、隣接する燃焼
器において十分に着火温度は得られる。すなわち本発明
の火炎伝播管は、冷却空気流路を流通する空気によって
まず内筒が熱損傷から保護される。そして、従来より低
い温度でも火炎の確実な伝播を可能にし、これによって
燃焼器をも熱損傷から保護する。

（実施例） 以下第１図ないし第４図を参照して本発明の詳細な説明
する。

第１図は本発明の第１実施例に係る火炎伝播管１９の断
面図、第２図は第１図のｎ−ｎ線断面図である。

隣合う２つの燃焼器２０のそれぞれの開口部２■には、
本実施例にかかる火炎伝播管２０の外筒２２が気密に接
続される。外筒２２は内側に、両燃焼器５に連通する内
筒２３を接着して収めるが、内筒２３の筒壁は、外側が
軸方向に複数個陥没しており、この陥没した箇所が冷却
空気流路２４となる。

そして、各冷却流路２４は、内筒２３の外側に周方向に
垂設された２個のリブ２５、および内筒２３の外側に周
方向に突出する４個の仕切突起２６によって計６箇所で
遮断される。ただし、内筒２３の両端部の仕切突起２６
と外筒２２の間にはギャップ２７が保たれる。一方、リ
ブ２５は、各燃焼器５の外側にそれぞれ同軸的に設置さ
れる圧縮空気のフロースリーブ２８に支持具２９を介し
て接続する。

外筒２２と内筒２３には、それぞれ複数個の冷却空気流
入孔３０と冷却空気流出孔３１が設けられる。また、内
筒２３のうち、隣合う冷却空気流路２９の間に位置する
部分は、冷却フィン３２となる。なお冷却空気流路２４
の幅径は冷却空気流入孔３０と冷却空気流出孔３１の孔
径よりも広く、冷却空気流出孔３１の孔径は冷却空気流
入孔３０の孔径よりも広い。第１図、第２図とも冷却空
気の流れを実線の矢印で示す。

本実施例の火炎伝播管１９においては、内筒２３は火炎
の伝播に伴って温度が玉貸する。しかし、一方で火炎伝
播管２０外に滞留する空気が、外筒２２の冷却空気流入
孔３０を介して冷却空気流路２４に入り込む。この際、
空気は孔径の狭い冷却空気流入孔３０から幅径の広い冷
却空気流路２４に導入される訳であるから、空気は冷却
空気流入孔３０の出【１でジェット気流となり、冷却空
気流路２４の隅々まで行き渡る。そして、冷却フィン３
２のおかげで空気との熱交換面積が広くなった内筒２３
を冷却する。なお内筒２３両端部のギャップ２７は、冷
却空気流路２４を流通する空気を一部流通させ、燃焼器
内の高温の燃焼ガスに触れるおそれのある内筒２３両端
部を熱損傷から保護する役目を果たす。

内筒２３を冷却した空気は、次いで冷却空気流出孔３１
を通って冷却空気流路２４から流出し、内筒２３に入り
込む。この際、冷却空気流出孔３１の孔径は冷却空気流
入孔３０の孔径に比べて広いため、冷却空気流出孔３１
を通過する空気は、流速の速いジェット気流になること
はない。したがってこの空気は、内筒２３を通過する火
炎の流れに衝突すると火炎とは混じり合えず、火炎の流
れに跳ね返されて内筒２３の筒壁に沿う膜状の流れにな
る。

ここで冷却空気流入孔３０と冷却空気流出孔３１は、火
炎伝播管１９の軸方向に設けると、冷却空気を均一に流
通させ、内筒２３の温度分布を均一化することができる
。

このように、本実施例の火炎伝播管１９に入り込む空気
は、内筒２３は外側から十分に冷却するものの、内筒２
３を通過する火炎とは混合しないためその温度を低下さ
せる効果はほとんどない。

よって本実施例の火炎伝播管１９を用いれば、火炎の伝
播中の温度低下を心配する必要がないため、火炎の伝播
光となる燃焼器において低い温度で着火させることがで
きる。

第３図は、本実施例の火炎伝播管１９で連結される燃焼
器２０における着火限界温度と火炎伝播限界温度を第８
図と同様にして示したものである。

本実施例によれば、従来と比べ燃焼器２０内での着火限
界温度は変化しないが、火炎伝播限界温度は大幅に下げ
ることができる。よって本実施例の火炎伝播管１９は、
冷却空気流路２４を流通する空気によって内筒を熱損傷
から保護できるだけでなく、着火温度を下げて燃焼器を
も熱損傷から護ることができる。そして低い着火温度で
も火炎を伝゛播させることができるため、低温の環境下
でも確実にガスタービンを起動させることができる。

なお本実施例における冷却フィン３２は、内筒２３の冷
却効果を上げることによって例えば冷却空気流入孔３０
の数を減らすことを可能にする。

したがって本実施例の外筒２２は強度が高く、製造も容
易である。また外筒２２と内筒２３は密着させる必要は
なく、冷却空気流路２４が相互に連通ずるようにしても
よい。

第４図は、本発明の第２実施例に係る火炎伝播管４０の
断面図である。第１図と同様の箇所には同一の符号を付
して説明を省略する。

本実施例の火炎伝播管４０は、内筒２３の両端部はベル
マウス状にして、燃焼器内の高温の燃焼ガスに触れるお
それのある内筒２３両端部の面積を可能な限り減少させ
ている。

なお冷却空気流入孔３０および冷却空気流出孔３１の形
状は円形に限らず、角状その他の形状でもよい。また冷
却空気流入孔３０と冷却空気流出孔３１はテーパ加工し
て、空気の吹出し角度を調節することもできる。

その他、仕切突起２６の数や冷却空気流路２４の形状も
、本発明の目的の範囲内で種々に変更することができる
。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明に係るガスタービンの火炎
伝播管は、火炎の流路となる内筒と、この内筒を冷却空
気流路を開けて取囲む外筒とを備える。そして、これら
外筒と内筒はそれぞれ冷却空気流入孔と冷却空気流出孔
を有し、かつこの冷却空気流出孔は冷却空気流入口孔よ
りも孔径が大きい。このため、本発明の火炎伝播管にお
いては火炎の流路となる内筒に外部から空気が入り込ん
でくるが、この空気はまず外筒の冷却空気流入孔から入
り込み、外筒と内筒の間の冷却空気流路に噴出する。す
ると、この空気はノズルから吹き出す場合と同様にジェ
ット気流となって冷却空気流路を流通するため、対流冷
却効果によって内筒を外側から冷却する。

次いでこの空気は、内筒の冷却空気流出孔から内筒の内
側に流出する。ところが、冷却空気流出孔は、冷却空気
流入孔より孔径が大きい。このため冷却空気流出孔から
内筒の内側に入り込む空気は、冷却空気流入孔から冷却
空気流路に入り込む空気のような流速はなく、内筒を通
る火炎の流れに衝突して火炎の流れを取囲む膜状の流れ
となる。

すなわち、内筒に入り込む空気は火炎と混り合うことが
少ないため、火炎の温度を下げる効果はほとんどない。

したがって、本発明の火炎伝播管によれば、火炎の通過
する内筒は冷却されるが、火炎自体の温度はあまり低下
しない。よって本発明の火炎伝播管を用いて燃焼器に火
炎を伝播させる場合は、火炎の伝播光となる燃焼器にお
いて火炎の温度をあまり高くしなくても、隣接する燃焼
器において十分に着火温度は得られる。すなわち本発明
の火炎伝播管は、冷却空気流路を流通する空気によって
まず内筒が熱損傷から保護される。そして、従来より低
い温度でも火炎の確実な伝播を可能にし、これによって
燃焼器をも熱損傷から保護する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係る火炎伝播管の断面図
、第２図は第１図のｎ−ｎ線断面図、第３図は第１実施
例の燃焼器における着火限界温度と火炎伝播限界温度を
示す図、第４図は本発明の第１実施例に係る火炎伝播管
の断面図、第５図はガスタービンの断面図、第６図は燃
焼器の斜視図、第７図は従来の火炎伝播管の断面図、第
８図は従来の火炎伝播管で連結させる燃焼器における着
火限界温度と火炎伝播限界温度を示す図である。 ２２・・・外筒、２３・・・内筒、２４・・・冷却空気
流路、３０・・・冷却空気流入孔、３１・・・冷却空気
流出孔。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ガスタービンの隣合う燃焼器を連結し、一方の燃焼器か
   ら他方の燃焼器へ火炎を伝播するガスタービンの火炎伝
   播管において、前記ガスタービンの火炎伝播管は、冷却
   空気流入孔を有する外筒と、この外筒内に外筒との間に
   冷却空気流路を保持しながら収められ、冷却空気流出孔
   を有しかつ火炎の流路となる内筒とを備え、さらに前記
   冷却空気流出孔は前記冷却空気流入口孔よりも孔径が大
   きいことを特徴とするガスタービンの火炎伝播管。