JPH05340540A - ガスタービン燃焼器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ガスタービン燃焼器において、冷却空気との接
触によるセラミック部材の急激な冷却を抑制し、セラミ
ック部材に発生する熱応力を低減させて破損等の防止を
図る。 【構成】円筒形燃焼器本体１１の燃焼室１１ａ形成用周
壁１２の内面をセラミック部材１４で覆うとともに、そ
の周壁１２を貫通する金属製の空気導入管１６から二次
的な燃焼用空気ｂを燃焼器本体１１内の燃焼ガスａに供
給し、かつ金属製の空気導入管１６をその外周側に設け
た冷却路１８を介して吹込まれる冷却空気ｃによって冷
却するガスタービン燃焼器において、冷却路１８の燃焼
室１１ａ内への冷却空気排出口１８ａと、空気導入管１
６の燃焼室１１ａ内への燃焼用空気吹込口１６ａとを、
両空気ｂ，ｃが直接的に合流する配置構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はガスタービン燃焼器に係
り、とりわけ燃焼室を形成する周壁内面をセラミック材
料で構成したガスタービン燃焼器の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、発電用ガスタービン設備は出力増
加の傾向にあり、とりわけ冷却翼の開発によってタービ
ン入口の燃焼ガス温度が１５００℃以上のものも適用可
能になっている。

【０００３】このような超高温燃焼ガスを取扱うガスタ
ービン燃焼器においては、高熱負荷を考慮して、内筒と
外筒とからなる二重構造のものが多く採用されている。
すなわち、燃焼室を形成する内筒に耐熱材料、例えばニ
ッケル基合金等が適用され、また内筒と外筒との間に圧
縮機の吐出空気の一部を導く通路が形成されている。こ
の通路内の空気を利用して燃焼室内の燃焼ガス温度希釈
化と内筒の冷却が図られ、燃焼室が苛酷な状態に晒され
ても、熱衝撃的または熱応力的に十分抗し得る強度が保
持されている。

【０００４】ところで最近では、燃料多様化の観点から
石炭ガス化ガスを燃料とするガスタービン燃焼器の適用
が検討されており、また一般燃料のガスタービン燃焼器
においても環境問題から低NOx 化が進められ、いずれの
場合もタービン入口温度の上昇とあいまって、燃焼用空
気が増加し、燃焼器壁面の冷却に必要な空気が減少する
傾向となっている。このように、燃焼器壁面の冷却に必
要な空気が減少する場合には、金属製内筒では十分な耐
用性が確保できない可能性があるため、金属材料と比較
して耐熱性が高く冷却空気量が小量で済むセラミック材
料を適用することが検討されている。

【０００５】しかるに、セラミック材料は脆性が高く、
その適用方法は金属材料と異なることから、内筒をセラ
ミック部材とした場合の保持手段や、熱応力抑制のため
温度差を生じさせない構成等が提案されている（例えば
特開昭６３−２４３６３０号等）。

【０００６】一方、ガスタービン燃焼器では、燃焼室に
二次的な燃焼用空気を導入する空気導入管が設けられ、
この導入管の孔部は３５０℃程度となるとともに、燃焼
器内への吹込口は１３００℃以上の高温に晒される。こ
の温度差による熱応力に耐えるためには、燃焼器内面に
前記のようなセラミック部材を用いた燃焼器の場合で
も、空気導入管は破損を避けるために金属製とすること
が望まれる。

【０００７】そこで、このような構成においては、燃焼
器本体の周壁を貫通する金属製の空気導入管を、その外
周側に設けた冷却路に沿って供給される冷却空気によっ
て冷却する構成が採用される。

【０００８】図５は、このような冷却空気の供給を行っ
て燃焼用の空気導入管を冷却する構成の従来例を示して
いる。燃焼室１ａを形成する燃焼器本体１の周壁２は、
外筒としての金属部材３と、内筒としてのセラミック部
材４とによって構成され、両部材３，４の間に緩衝材５
が配設されている。燃焼室１ａに二次的な燃焼用空気を
供給する空気導入管６は金属によって構成され、この空
気導入管６の外周側に金属製枠部材７で囲まれた冷却路
８が形成されている。

【０００９】燃焼室１ａの軸方向（ｘ方向）に沿って流
動する燃焼ガスａに対し、燃焼用空気ｂは空気導入管６
から燃焼ガスａに向って直交する方向に吹出し、また冷
却用空気ｃは、空気導入管６を冷却した後、燃焼器内面
側に開けられた多数の吹出孔９から燃焼ガスに向って吹
出すようになっている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが上記の構成に
よると、冷却用空気ｃが燃焼室１ａ内の主流ガスである
燃焼ガスａによって軸方向（ｘ方向）に曲げられる。こ
のため、燃焼器内面に沿空気導入管６周辺のセラミック
部材４が冷却用空気ｃによって急激に冷却され、セラミ
ック部材４が過大な熱応力によって破損することがあ
る。

【００１１】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、冷却空気との接触によるセラミック部材の急
激な冷却を抑制し、セラミック部材に発生する熱応力を
低減させて破損等の防止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。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め本発明は、円筒形燃焼器本体の燃焼室形成用周壁内面
をセラミック部材で覆うとともに、その周壁を貫通する
金属製の空気導入管から二次的な燃焼用空気を前記燃焼
器本体内の燃焼ガスに供給し、かつ前記金属製の空気導
入管をその外周側に設けた冷却路を介して吹込まれる冷
却空気によって冷却するガスタービン燃焼器において、
前記冷却路の燃焼室内への冷却空気排出口と、前記空気
導入管の燃焼室内への燃焼用空気吹込口とを、両空気が
直接的に合流する配置構成としたことを特徴とする。

【００１３】

【作用】本発明に係るガスタービン燃焼器によれば、空
気導入管を冷却した冷却空気は、その空気導入管から燃
焼室内に吹込まれる燃焼用空気と合流して燃焼器内部に
導かれる。

【００１４】このため、冷却空気が直接、空気導入管周
辺のセラミック部材に触れることがなく、セラミック部
材に過大な熱応力を発生させることが防止される。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。

【００１６】図１は本発明に係るガスタービン燃焼器の
一実施例の要部構成を示し、図２は全体構成を示してい
る。

【００１７】図１および図２に示すように、本実施例の
ガスタービン燃焼器では、円筒形燃焼器本体１１の周壁
１２によって燃焼室１１ａが形成されており、燃焼器本
体１１の軸方向（ｘ方向）に沿う一端側にノズル部１１
ｂから燃料ガスａ0 および燃焼用一次空気ｂ0 が導入さ
れて燃焼し、燃焼ガスａが燃焼器本体１１の他端側に流
動するようになっている。

【００１８】燃焼器本体１１の周壁１２は、外筒として
の金属部材１３と、内筒としてのセラミック部材１４と
によって構成され、両部材１３，１４の間には、緩衝材
１５が配設されている。セラミック部材１４は例えばタ
イル状のセグメントとして構成され、周壁１２の内面を
覆う配置で多数布設されている。

【００１９】そして、燃焼室１１ａに二次的な燃焼用空
気を供給する金属製の空気導入管１６が、燃焼器本体１
１の周壁１２を貫通して設けられ、この空気導入管１６
の外周側に、金属製枠部材１７で囲まれた冷却路１８が
形成されている。

【００２０】このものにおいて、本実施例では冷却路１
８の燃焼室内への冷却空気排出口１８ａが、空気導入管
１６の燃焼室１１ａ内への燃焼用空気吹込口１６ａを囲
む配置で形成され、これにより燃焼用空気ｂと冷却空気
ｃとが、直接的に合流して燃焼室１１ａの内方の深い位
置まで供給されるようになっている。すなわち、図１に
示すように、金属製枠部材１７が冷却路１８の略全面を
燃焼器本体１１の内面側で略閉塞する形状となってお
り、燃焼用空気吹込口１６ａの周りに同心円状に突出す
る円筒状のガイド壁１９によって、冷却空気排出口１８
ａが一定の長さで燃焼室１１ａ内に開口している。な
お、燃焼ガスａの流れ方向下流側には、複数の補助的な
燃焼用空気導入管２０が設けられている。

【００２１】しかして、本実施例においては、燃焼室１
１ａの軸方向（ｘ方向）に沿って、高温の燃焼ガスａが
流速５０〜１００ｍ／ｓにて流れる。この流動する燃焼
ガスａに対し、燃焼用空気ｂが空気導入管１６から燃焼
ガスに向って直交する状態で吹出す。この燃焼用空気ｂ
は、空気導入管１６内を１００〜１２０ｍ／ｓの速度で
流動し、燃焼室１１ａ内へ流入する。

【００２２】一方、冷却空気ｃは流速３０〜５０ｍ／ｓ
で空気導入管１６を冷却し、燃焼器本体１１の内面側に
流入して燃焼用空気ｂと合流し、燃焼ガスａに向って吹
出される。燃焼用空気ｂは燃焼ガスａに対して９０°の
角度で衝突し、燃焼ガスａの影響をあまり受けずに燃焼
室１１ａの中心部付近まで到達するので、冷却空気ｃは
燃焼用空気ｂとともに燃焼室１１ａの中心部付近まで到
達する。

【００２３】したがって、冷却空気ｃが空気導入管１６
の周辺のセラミック部材１４に影響を与えることがなく
なり、セラミック部材１４に冷却空気ｃによる過大な熱
応力が発生することが有効的に防止される。

【００２４】なお、本発明は前記一実施例の構成の他
に、種々の変形、応用が可能である。例えば図３に示す
ように、燃焼用空気吹込口１６ａの周りに突出する円筒
状のガイド壁１９を空気導入管１６の中心側に向って鍔
状に折曲し、冷却空気ｃを燃焼用空気ｂに対してさらに
混合し易くしてもよい。また、図４に示すように、ガイ
ド壁１９の突出長さを大きくして噴出度を増大させるこ
とで、前記同様に混合性を向上することも可能である。

【００２５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、冷却路
の燃焼室内への冷却空気排出口と空気導入管の燃焼室内
への燃焼用空気吹込口とを、両空気が直接的に合流する
配置構成とし、これにより空気導入管を冷却した冷却空
気が空気導入管から燃焼室内に吹込まれる燃焼用空気と
合流して燃焼器内部に導かれるようにし、冷却空気が直
接空気導入管周辺のセラミック部材に触れることを防止
したので、セラミック部材の急激な冷却を抑制でき、セ
ラミック部材に発生する熱応力を低減させて破損等の防
止が図れ、ガスタービン燃焼器の信頼性が向上できると
いう優れた効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガスタービン燃焼器の一実施例を示す
要部の断面斜視図。

【図２】同実施例のガスタービン燃焼器全体を示す断面
図。

【図３】本発明のガスタービン燃焼器の他の実施例を示
す要部の断面斜視図。

【図４】本発明のガスタービン燃焼器の異なる他の実施
例を示す要部の断面斜視図。

【図５】従来のガスタービン燃焼器を示す要部の断面斜
視図。

【符号の説明】

１１ 燃焼器本体 １１ａ 燃焼室 １２ 周壁 １４ セラミック部材 １６ 空気導入管 １６ａ 燃焼用空気吹込口 １８ 冷却路 １８ａ 冷却空気排出口 ａ 燃焼ガス ｂ 燃焼用空気 ｃ 冷却空気

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒形燃焼器本体の燃焼室形成用周壁内
   面をセラミック部材で覆うとともに、その周壁を貫通す
   る金属製の空気導入管から二次的な燃焼用空気を前記燃
   焼器本体内の燃焼ガスに供給し、かつ前記金属製の空気
   導入管をその外周側に設けた冷却路を介して吹込まれる
   冷却空気によって冷却するガスタービン燃焼器におい
   て、前記冷却路の燃焼室内への冷却空気排出口と、前記
   空気導入管の燃焼室内への燃焼用空気吹込口とを、両空
   気が直接的に合流する配置構成としたことを特徴とする
   ガスタービン燃焼器。