JPH06323544A - ガスタービン燃焼器のトランジションピース - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】外筒の熱伸びを、簡単な構造で吸収できるよう
にする。 【構成】トランジションピース１を、外筒１ａと内筒２
ｂとで構成する。内筒２ｂの上流側にリブ付きリング２
０を固定する。このリブ付きリング２０を、スプリング
シール３ａ，３ｂを介してフロースリーブ４および燃焼
器ライナ５で支持する。内筒２ｂの下流側を、マウント
ベース１４を用いてサポートアーム１３に固定する。内
筒２ｂ下流端のピクチャフレーム１７とタービン一段静
翼１９との間を、トランジションピースシール１８によ
りシールする。外筒２ａの上流側を、リブ付きリング２
０で摺動可能に支持する。外筒２ａの下流側を、ピクチ
ャフレーム１７の近くで、連結機構２２により内筒２ｂ
に直接固定し、サポートアーム１３に対してフリーとす
る。これにより、外筒２ａの熱伸びが上流方向だけとな
り、簡単な構造で吸収できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、メタル温度低減および
冷却空気量低減を図るため内筒と外筒とから二重筒構造
としたガスタービン燃焼器のトランジションピースに関
する。

【０００２】

【従来の技術】現在では発電プラント熱効率向上を目的
として、ガスタービン入口温度は上昇の傾向にある。圧
縮機より供給された圧縮空気に燃料を噴射し燃焼した燃
焼ガスをタービンに供給する通路を構成するトランジシ
ョンピースは高温に晒される。ガスタービンを高温化す
ればする程、トランジションピースのメタル温度低減を
達成する必要がある。

【０００３】一方、全世界的に環境問題がクローズアッ
プされ、原動機より排出されるＮＯｘは益々規制が厳し
くなっている。プラントにおけるガスタービンも同様で
あり、排出ＮＯｘを下げるために従来の拡散燃焼方式に
代り、希薄予混合燃焼方式の低ＮＯｘ燃焼器を採用し、
脱硝装置のコンバクト化を図りつつある。希薄予混合燃
焼方式の場合、燃焼器ライナにとっては予混合空燃比を
低くすることが低ＮＯｘ化に有効であることから、より
多くの空気を燃焼器予混合部に回さなければならない。

【０００４】このトランジションピースの冷却向上と予
混合空燃比の希薄化を両立させた従来技術として、図３
に示す冷却方法がある。

【０００５】図３に示す冷却方法の場合、トランジショ
ンピース１は外筒２ａと内筒２ｂをもつ二重筒構造とな
っており、周辺部品とはシールされている。圧縮機高圧
空気のほぼ全量は、外筒２ａに開けられた冷却用空気孔
より流入し、内筒２ｂの外面をインピンジ冷却した後、
外筒２ａと内筒２ｂとの間を通って、そのままフロース
リーブ４とライナ５との間を通り、燃焼用空気として使
われる。

【０００６】このように、冷却効率の高いインピンジ冷
却を用いて無駄無く冷却空気を燃焼器ライナ側に回し、
燃焼空気、中でも予混合燃焼用空気割合（空燃比）を増
やすことにより、トランジションピースのメタル温度低
減と、低ＮＯｘ化の両立を達成している。

【０００７】こういった冷却方法を持つ場合、外筒２ａ
と内筒２ｂとの間のクリアランスが冷却性能を左右する
ため、このクリアランスが管理でき、かつ外筒２ａと内
筒２ｂのホット／コールド時の軸方向熱伸び差を吸収で
きるような固定方法を持つ構造でなければならない。

【０００８】図４は、トランジションピースの外筒２ａ
と内筒２ｂとの従来の固定構造を示すもので、内筒２ｂ
のサポート部分であるマウントベース１４において、外
筒２ａと内筒２ｂとサポートアーム１３とが、ボルト８
およびナット９を介し同位置で固定されている。サポー
トアーム１３は、タービンケーシング１５と一体あるい
は一体的に設けられる。

【０００９】外筒２ａと内筒２ｂとは、固定点としての
マウントベース４を起点として、互いの温度差に応じて
上流および下流の両方向に独立に熱伸びする。

【００１０】外筒２ａは上流側が内筒２ｂと一体になっ
たリブ付きリング２０と摺動可能な構造で接続され、下
流側はピクチャフレーム１７とエキスパンション１２を
介して接続される。

【００１１】また、内筒２ｂは、上流側接続に関して、
内筒自身と一体になったリブ付きリング２０の先に取り
付けられたスプリングシール３ａを介し、フロースリー
ブ４と接続されており、また燃焼器ライナ５とは、その
下流側に取り付けられたスプリングシール３ｂを介して
接続される。さらに、内筒２ｂの下流側接続に関して
は、タービン一段静翼１９とトランジションピース１８
を介して接続される。

【００１２】トランジションピース１はこうした二重筒
構造をもつことから双軸方向に関して熱伸びを吸収可能
としている。

【００１３】内外筒クリアランス管理に関しては、上流
側において、リブ付きリング２０は内筒２ｂと一体にな
っており、外筒２ａはそのリブ付きリングに摺動可能な
ように接続されていることから、自ずと上流側クリアラ
ンスが決定され、また、下流側においては、途中がマウ
ントベース１４で両筒２ａ，２ｂとも共に固定されるこ
とで、下流側クリアランス管理を可能としている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】従来のガスタービン燃
焼器トランジションピースにおいては、固定点がトラン
ジションピースのほぼ中央にあることから、上流にも下
流にも両方向に熱伸びしてしまう。したがって、シール
部分が多いばかりでなく、それに必要な高温部シール部
品の機械的信頼性向上とリーク量の低減が課題となって
くる。

【００１５】特にタービンに近く高温に晒されるピクチ
ャフレーム１７は熱変形量が多く、また外筒エキスパン
ション１２も高温状態で繰り返し熱応力を受けるので、
外筒２ａの下流側に対する熱伸びに関する信頼性が低
い。

【００１６】本発明は、上述した事情を考慮してなされ
たもので、極めて簡単な構造で内外両筒のクリアランス
を管理でき、しかも外筒の熱伸びを高い機械的信頼性を
もって容易に吸収することができるガスタービン燃焼器
のトランジションピースを提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明に係るガスタービ
ン燃焼器のトランジションピースは、前述した課題を解
決するために、請求項１に記載したように、内筒と外筒
とからなる二重筒構造のガスタービン燃焼器のトランジ
ションピースにおいて、前記内筒は、上流側および下流
側の２箇所で、タービンケーシングに固定した支持金具
によりそれぞれ支持される一方、前記外筒は、上流側が
内筒と一体の支持リングに摺動可能に支持されると共
に、下流側が内筒最下流部に連結機構を介して位置決め
固定されているものである。

【００１８】また、上述した課題を解決するために、本
発明に係るガスタービン燃焼器のトランジションピース
においては、請求項１に記載した内容に加えて、請求項
２に記載したように、連結機構は、内筒と一体の内筒側
ブラケット部と、外筒と一体で内筒側ブラケット部を両
側から挟む外筒側ブラケット部と、これらのブラケット
部を固定する固定手段とを備えたものである。

【００１９】

【作用】本発明に係るガスタービン燃焼器のトランジシ
ョンピースにおいて、内筒の下流側は、タービンケーシ
ングに固定した支持金具により支持され、一方外筒の下
流側は、この支持金具では支持されず、内筒最下流部に
直接連結機構を介して位置決め固定される。このため、
外筒は上流方向にのみ熱伸びすることになり、外筒とピ
クチャフレームとの間のシール部品が不要となる。ま
た、外筒の固定具が最下流部であるので、外筒とピクチ
ャフレームとの間のクリアランス量を極力小さくするこ
とができ、その変化量もコールド／ホット時の差は極め
て小さい。したがって、シール部品を減らして機械的信
頼性を向上させることが可能となり、またシール量の低
減も可能となる。

【００２０】そして、本発明において、連結機構を、内
筒側ブラケット部と、外筒側ブラケット部と、これらを
固定する固定手段とから構成することにより、簡単な構
造で安定した固定が期待できる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面を参照し
て説明する。

【００２２】図１は、本発明に係るガスタービン燃焼器
のトランジションピースの一例を示すもので、図中、符
号１はトランジションピースであり、このトランジショ
ンピース１は、外筒２ａと内筒２ｂとから二重筒構造に
構成されていて、周辺部品との間はシールされている。
そして、圧縮機から供給される圧縮空気１０は、まず外
筒２ａに穿けられた冷却空気孔を入って内筒２ｂをイン
ピンジ冷却した後、外筒２ａと内筒２ｂとの間を対流
し、その後フロースリーブ４と燃焼器ライナ５との間を
通って、燃焼器ライナ５内に案内され、この燃焼器ライ
ナ５内において図示しない燃料と反応して燃焼した後、
内筒２ｂ内部にて燃焼ガス１１の流れとなってタービン
一段静翼１９へ送られるようになっている。

【００２３】トランジションピース１のタービンケーシ
ング１５への固定に関し、内筒２ｂは、図１に示すよう
に、上流部において一体となっているリブ付きリング２
０が、前部サポートアーム２１を通じて吐出ケーシング
１６と固定されており、また内筒２ｂの下流部において
は、マウントベース１４がサポートアーム１３を通じて
タービンケーシング１５に固定されているが、外筒２ａ
とサポートアーム１３とはフリーとなっている。

【００２４】また、トランジションピース１の内筒２ｂ
は、上流側部品との接続に関しては、図１に示すよう
に、燃焼器ライナ５とスプリングシール３ｂとを介して
接続されており、また内筒２ｂと一体となったリブ付き
リング２０は、スプリングシール３ａを介してフロース
リーブ４に接続されている。さらに、下流側部品との接
続に関しては、内筒２ｂの一部であるピクチャフレーム
１７が、タービン一段静翼１９にトランジションピース
シール１８により接続されている。したがって、内筒２
ｂは双方向に熱伸びを吸収できるようになっている。

【００２５】一方、トランジションピース１の下流側に
おける外筒２ａと内筒２ｂとの固定に関しては、トラン
ジションピース１最下流部のピクチャフレーム１７の手
前において、図２に示すように連結機構２２を介して内
外両筒２ａ，２ｂのみが一体に位置決め固定されてい
る。

【００２６】この連結機構２２は、図２に示すように、
外筒２ａと一体になっている一対の外筒側ブラケット部
６と、内筒２ｂと一体で両外筒側ブラケット部６により
両側から挟まれる内筒側ブラケット部７とを備えてお
り、これらのブラケット部６，７は、ブラケット部６，
７に穿けられたボルト孔（図示せず）に挿通されるボル
ト８およびナット９等の固定手段により一体に連結固定
されている。そして、前記ボルト孔の半径方向位置によ
り、トランジションピース１下流側の内外筒クリアラン
スが決定されるようになっている。なお、前記ボルト８
としては、ノックピンのようにクリアランスの小さなも
のを用いることが好ましい。

【００２７】次に、本実施例の作用につい説明する。

【００２８】トランジションピース１の外筒２ａの下流
側は、ピクチャフレーム１７の手前において、連結機構
２２を介して内筒２ｂに一体あるいは一体的に固定され
ている。このため外筒２ａは、連結機構２２の固定手段
であるボルト８を始点として上流方向にしか熱伸びしな
いことになり、外筒２ａとピクチャフレーム１７との間
のシール部品が不要となる。また、外筒２ａとピクチャ
フレーム１７との間の軸方向のクリアランス量を極力小
さくすることができ、その変化量も、コールド／ホット
時の差は極めて小さい。

【００２９】一方、トランジションピース１の上流側に
おける外筒２ａと内筒２ｂとの固定に関しては、リブ付
きリング２０と外筒２ａとは、軸方向に摺動可能な構造
になっているため、外筒２ａの上流方向のみへの熱伸び
は、全ての摺動部で吸収され、しかもリブ付きリング２
０は内筒２ｂと一体になっているため、トランジション
ピース１上流側の内外筒クリアランスは、自ずと一定に
管理される。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、トランジ
ションピースの内筒と外筒との下流側の固定位置を、ト
ランジションピース最下流部にしているので、外筒と上
流方向にしか熱伸びしない。このため、外筒とピクチャ
フレームとの間のシール部品が不要となると共に、外筒
とピクチャフレームとの間のクリアランス量を極力小さ
くすることができ、高温部シール部品を減らして機械的
信頼性を向上させることができ、また、シール量も低減
できる。

【００３１】また、本発明においては、トランジション
ピースの内筒と外筒との下流側を固定する連結機構を、
内筒側ブケット部と、外筒側ブラケット部と、これらの
ブラケット部を固定する固定手段とで構成することによ
り、簡単な構造で安定的に固定させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るガスタービン燃焼器の
トランジションピースを示す部分断面図。

【図２】図１のII−II線断面図。

【図３】従来のガスタービン燃焼器のトランジションピ
ースの要部構成を示す断面図。

【図４】図３のIV−IV線断面図。

【符号の説明】

１ トランジションピース ２ａ 外筒 ２ｂ 内筒 ３ａ，３ｂ スプリングシール ４ フロースリーブ ５ 燃焼器ライナ ６ 外筒側ブラケット部 ７ 内筒側ブラケット部 ８ ボルト（固定手段） ９ ナット（固定手段） １３ サポートアーム １４ マウントベース １７ ピクチャフレーム １８ トランジションピースシール １９ タービン一段静翼 ２０ リブ付きリング

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内筒と外筒とからなる二重筒構造のガス
   タービン燃焼器のトランジションピースにおいて、前記
   内筒は、上流側および下流側の２箇所で、タービンケー
   シングに固定した支持金具によりそれぞれ支持される一
   方、前記外筒は、上流側が内筒と一体の支持リングに摺
   動可能に支持されると共に、下流側が内筒最下流部に連
   結機構を介して位置決め固定されていることを特徴とす
   るガスタービン燃焼器のトランジションピース。
2. 【請求項２】 連結機構は、内筒と一体の内筒側ブラケ
   ット部と、外筒と一体で内筒側ブラケット部を両側から
   挟む外筒側ブラケット部と、これらのブラケット部を固
   定する固定手段とを備えた請求項１記載のガスタービン
   燃焼器のトランジションピース。