JPH0345816A - ガスタービン燃焼器の冷却構造 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は低カロリーガスを燃料とするガスタービン燃焼
器に係り、特に、インピンジメント冷却とフィルム冷却
を組合せたライナの冷却構造に関する。

〔従来の技術〕

従来のインピンジメント冷却とフィルム冷却を組合せた
ライナの冷却法は、特開昭５８−７２８２２号公報に記
載のように、ライナに供給される冷却空気のみでインピ
ンジメント冷却を行い、その後、フィルム冷却でライナ
を冷却する構造としていた。

この冷却法は、燃焼器ライナに供給される空気のうち、
冷却に必要な空気（冷却空気）をインピンジメント冷却
空気として用い、衝突噴流でライナを冷却するものであ
る。そして、インピンジメント冷却を行った空気は、そ
の後、フィルム冷却空気として用いられ、ライナ内壁に
フィルム状の膜を形威し１強制対流で冷却する。

これは、ライナに供給される冷却空気のみでライナを冷
却する構造としであるため、本発明の内容とは異なる。

本発明は、尾筒を冷却した空気をライナフロースリーブ
の外側に、−旦、取出し、衝突噴流でライナを冷却し、
その後で燃焼用空気と冷却用空気に分配する構造とした
。特に、インピンジメント冷却では、ライナの各スロッ
トのフィルムが一番弱くなる所にインピンジの冷却空気
を配分し冷却の効率を上げる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、ライナの冷却空気が少ないときライナ
の冷却を強化する考慮がされておらず、燃焼器ライナ頭
部の様な熱負荷の高い所のライナのメタル温度分布を一
様にするのが困難であり、問題であった。

また、従来の冷却構造は複雑であり、製作上問題があっ
た。

本発明の目的は、燃焼用空気と冷却用空気のインピンジ
プント冷却用空気に用い、衝突噴流でライナを冷却し、
特に、ライナ頭部の様な熱負荷の高い所では、ライナの
各スロットのフィルム冷却の一番弱くなる所にインピン
ジの冷却空気を配分し、冷却の効率を上げてライナのメ
タル温度分布を一様にし熱応力の発生を防ぐガスタービ
ン燃焼器の冷却構造を提供することにある。

［１１１１題を解決するための手段〕 上記目的を達成するために１本発明はライナに供給され
る燃焼用空気と冷却用空気をインピンジメント冷却空気
として用いる構造とし、かつ、ライナの熱負荷の高くな
る所では、ライナの各スロットのフィルム冷却の一番の
弱くなる所、即ち、ライナメタル温度の高くなる所に全
てインピンジの冷却空気を配分する構造とした。

低カロリーガス焚燃焼器は、燃料の特異性から高カロリ
ーガス焚燃焼器に比ベライナに供給できる空気量が少な
くなるため、効率良くライナを冷却する必要がある。ラ
イナに供給できる空気量のうち、６３％は燃焼用空気で
残りの３７％は冷却用空気となる。この冷却空気はフィ
ルム冷却空気として使われ、低カロリーガス焚燃焼器の
様に、ライナの表面積（長さ）が大きくなる場合、フィ
ルムの冷却空気でライナを冷却するのは困難であるウ ライナの冷却空気が少ないために、各スロットのフィル
ム冷却も弱くなリライナメタル温度が高くなる。この様
なことから、ライナの各スロットのフィルム冷却の一番
弱くなる所に全てインピンジの冷却空気を配分するので
ある。

〔作用〕

本発明は、インピンジメント冷却とフィルム冷却を組合
せて、ライナを冷却するものである。特にインピンジの
冷却孔は、ライナの熱負荷の高くなる領域における各ス
ロットのフィルムの一番弱くなる所に、ライナ周方向に
複数個配置するのが特徴である。

尾筒を冷却した空気は、−旦、フロースリーブの外側に
取出し衝突噴流でライナを冷却する。インピンジメント
冷却を行った空気は、その後、ライナの燃焼空気や冷却
空気として分配され、冷却空気はフィルム冷却空気とし
て使われる。

フィルム冷却は、ライナの内壁を強制対流で冷却すると
同時に、燃焼ガスからライナに入射する熱量を遮断する
役目をしている。

ライナの冷却空気が少ない場合、フィルム冷却空気でラ
イナを冷却するのは困難であり、この様なことからフィ
ルムの一番弱くなる所、即ち、各スロットのライナメタ
ル温度の高くなる所に全てインピンジの冷却空気を配分
し、ライナメタル温度の低減を図る。

〔実施例〕

以下、本発明の詳細な説明する。第３図にガスタービン
の構成を示す、ガスタービンは、圧縮機、燃焼器、ター
ビンの３つで戒り立っている。

燃焼器は、燃焼器ライナ４．ライナを冷却するためのラ
イナフロースリーブ３．高温ガスをタービンへ導くため
の尾筒８．空気旋回羽根、及び、ガス燃料ノズル５１等
で構成されている。

圧縮機ｌから吐出された空気２は、デイフユーザを経て
、尾筒８を冷却しながら、その後、ライナへ供給される
。ライナ４へ供給される空気は。

ライナフロースリーブ３の外側に、−旦、取り出され、
衝突噴流でライナ４を冷却する。その後、空気は、燃焼
孔や冷却孔、空気旋回羽根へと供給される。

燃焼器には、油焚とガス焚ができるように油燃料の供給
ライナ６と高炉から得られる低カロリーガスライン７が
設けである。

ガスタービンの起動は、初めにディーゼルエンジン１０
等の外部動力によって圧縮機１を回転させ、回転数が最
大回転数の約２０％程度になったときに、燃焼器への着
火準備に入る。

燃焼器への着火は、油ノズルから噴出される霧状の油燃
料と着火栓から飛ばされる火花で行われる。着火後、油
燃料の流量を徐々に増加し圧縮機回転数が定格になると
タービンから負荷を取出すことが可能な状態となる。そ
の後、ガスタービン２０％〜２５％負荷で高炉から得ら
れる低カロリーガスが燃焼器へ供給され、油燃焼からガ
ス燃焼へと切替わる。

燃焼ガス１０は、尾筒８によってタービン９へ導かれ、
その回転によって発電機上１を動かして発電をする。

第２図は、燃焼器冷却の具体例である。衝突冷却を施し
ている場所は、フィルム冷却を行っても比較的高温にな
りやすい燃焼器頭部で、燃焼器下流は尾筒の冷却方法を
そのまま延長している。

尾筒８を冷却した空気２は、ライナフロースリーブ３の
外側に集められ、衝突噴流２ａでライナ４を冷却する。

第１図は、燃焼器ライナとライナフロースリーブの部分
拡大図である。インピンジメント冷却を行った空気２ａ
は、燃焼孔１２や冷却孔１３に配分され、冷却孔に配分
されたフィルム冷却空気２ｂは、ライナ内壁に沿って流
れ、対流でライナの内壁を冷却するとともに、燃焼ガス
１０からライナ内に入射する熱を遮断する。

インピンジの冷却孔１４は、インピンジ冷却領域の各ス
ロットのフィルムの一番弱くなるところに、ライナ周方
向に複数個配置されている。フィルム冷却の弱いところ
は、インピンジの冷却空気２ａでライナの熱を奪う。

第４図は、従来のインピンジメント冷却とフィルム冷却
の組合せ冷却におけるライナメタル温度の一例である。

ライナの冷却孔の近く、即ち、フィルム冷却の強いとこ
ろはメタル温度は、低くなっておりフィルム冷却が弱く
なるところは、メタル温度が急激に高くなっている。イ
ンピンジフロースリーブ３は、インピンジ冷却孔１４と
冷却孔ピッチの比率を求め設計するのが一般的である。

従って、ライナ冷却孔１３の近くにインピンジ冷却空気
２ａが配分されるところがある。この様な場合、冷却孔
の近くのメタル温度は低く、フィルム冷却の弱いところ
は、メタル温度が高くなるため、熱応力が発生しやすく
なる。

第５図は、本発明による冷却効果の一例である。

第４図の従来タイプに比べ、ライナ軸方向のメタル温度
差が小さくなっている。そしてフィルムの弱くなるとこ
ろでは、約１００℃もメタル温度を下げることができた
。この様なことからインピンジの冷却空気をフィルムの
一番弱くなるところに全て配分することによって、冷却
の効率を上げることができ、かつ、ライナの軸方向にお
けるメタル温度差を小さくすることができるため、熱応
力の発生を防ぐことができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、インピンジ冷却領域におけるライナの
各スロットのフィルムの一番弱くなるところにインピン
ジの冷却空気を配分する構造としているため、ライナの
冷却空気が少なくてもインピンジの冷却空気で対応する
ことができ、また、そうすることによって、ライナメタ
ル温度を均一化することができるため、熱応力の発生を
防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の燃焼器冷却部の部分断面図
、第２図は本発明の燃焼器冷却構造の断面図、第３図は
ガスタービン主要部の系統図、第・４図は従来の冷却部
の断面図（ａ）とメタル温度特性図（ｂ）、第５図は本
発明による冷却効果の特性図である６ １・・・圧縮機、２ａ・・・インピンジメント冷却空気
、２ｂ・・・フィルム冷却空気、３・・・ライナフロー
スリーブ、４・・・ライナ、１４・・・インピンジ冷却
孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ライナのフィルム冷却とインピンジメント冷却を組
   合せた冷却構造をもつ低カロリーガス焚用ガスタービン
   燃焼器において、 前記インピンジの冷却の領域における前記ライナの各ス
   ロットのフィルムが一番弱くなる所に、前記インピンジ
   メント冷却の空気を配分することを特徴とするガスター
   ビン燃焼器の冷却構造。 ２、前記ライナの各スロットを冷却するために設けられ
   たインピンジメントの冷却孔を、前記ライナの周方向に
   それぞれ複数個配置することを特徴とする請求項１記載
   のガスタービン燃焼器の冷却構造。 ３、前記ライナに供給される燃焼用空気と冷却用空気と
   を合わせて前記インピンジメント冷却空気として使うこ
   とを特徴とする請求項１に記載のガスタービン燃焼器の
   冷却構造。