JPH07198142A

JPH07198142A - 気密な燃焼室を対流冷却するための装置

Info

Publication number: JPH07198142A
Application number: JP31726394A
Authority: JP
Inventors: Burkhard Schulte-Werning; シュルテ−ヴェルニングブルクハルト; Daniel Walhood; ウォルフットダニエル
Original assignee: ABB Management AG
Current assignee: ABB Management AG
Priority date: 1993-12-20
Filing date: 1994-12-20
Publication date: 1995-08-01
Also published as: DE4343332C2; DE4343332A1

Abstract

(57)【要約】【目的】ガスタービン群の高負荷される気密な燃焼室
１を対流冷却するための装置であって、ガスタービン群
が、外側の燃焼室壁４と内側の燃焼室壁６と、これらの
燃焼室壁４，６間に存在する冷却区間とから主に成って
いて、有害物質の少ない少なくとも１つの混合バーナに
よって駆動されるようになっており、全冷却空気流が、
バーナを通過する前に前記冷却区間に沿ってこの冷却区
間を通過するようになっている形式のものを改良して、
従来の燃焼室における欠点を取り除いて、小さい熱損失
で燃焼室を効果的に冷却し、しかも燃焼室の耐用年数が
無制限に高く、燃焼室の壁厚が比較的薄いものを提供す
る。【構成】基礎となる（支持作用を有する）外側の燃焼
室壁４が、冷却区間に沿って、比較的薄い内側の燃焼室
壁６に堅固に結合されていて、互いに仕切られた多数の
冷却通路５を形成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガスタービン群の高負
荷される気密な燃焼室を対流冷却するための装置であっ
て、ガスタービン群が、外側の燃焼室壁と内側の燃焼室
壁と、これらの燃焼室壁間に存在する冷却区間とから主
に成っていて、有害物質の少ない少なくとも１つの混合
バーナ、有利にはダブルコーン形のバーナによって駆動
されるようになっており、全冷却空気流が、バーナを通
過する前に前記冷却区間に沿ってこの冷却区間を通過す
るようになっている形式のものに関する。

【０００２】

【従来の技術】現在のガスタービンにおいては効率を改
善するための技術の発展によって、燃焼室内の高温ガス
の温度及び圧力が次第に高くなっている。これによっ
て、燃焼室壁は、従来のものに比較して、圧力及び熱に
よって著しく強く負荷される。

【０００３】それと同時に、今日のガスタービン発電機
においては、有害物質の発生も低下させる必要があり、
従って可能な限りすべての空気量がバーナを通るように
しなければならないので、燃焼室を冷却するために、燃
焼室側において隔離された空気層を連続的に供給するこ
とによって熱流は減少されるが、同時にバーナを通過す
る大量の流量も減少されてしまうような技術は問題とな
らない。これは例えば膜冷却技術に当てはまることであ
る。従って、”気密にシールされた”燃焼室内での純粋
な対流冷却システムが使用されており、これの対流冷却
システムにおいては、全冷却流が、バーナを通過する前
に、内側の燃焼室壁と外側の燃焼室壁との間の冷却通路
内に沿って流れる。

【０００４】熱負荷を導出するための冷却効率は、冷却
空気側で生じる温度差と、冷却媒体によって濡らされた
表面と、空気力学的な効果によって惹起される縁付伝導
係数とに基づいている。

【０００５】圧縮機の圧力が高いと一般的に冷却空気温
度も高くなり、熱負荷が高いと、一般的に規定された炎
側の金属温度において、冷却空気側に低い金属温度が生
じることになる。従って冷却空気側では、駆動される温
度差は不釣り合いに小さくなる。従って、冷却空気をし
ばしば、空気力学的な効果によって増強して形成する必
要がある。従って主要なパラメータの１つは、冷却通路
内の速度であって、しかしながらこの速度は二次的に、
冷却システム内でガスタービン効率を低下させる圧力損
失に結び付く。

【０００６】従来の技術においては、気密な燃焼室は、
本来の燃料室壁、つまり高温ガスと冷却空気との間の仕
切り壁が同時に、全熱負荷にも全圧力負荷にもさらされ
るように構成されている。冷却通路は外部で、小さい圧
力負荷を受容する薄いカバーによってのみ制限されてい
る。従って定置のガスタービンの耐用年数のための高い
要求において、本来の燃焼室壁の壁厚を、例えば５mm〜
７mmの範囲の比較的大きい壁厚にする必要がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の課題
は、前記のような従来の燃焼室における欠点を取り除い
て、強い負荷にさらされる、対流式に冷却される気密な
ガスタービン燃焼室において、小さい熱損失で燃焼室を
効果的に冷却し、しかも燃焼室の耐用年数が無制限に高
く、燃焼室の壁厚が比較的薄いものを提供することであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この課題を解決した本発
明によれば、基礎となる（支持作用を有する）外側の燃
焼室壁が、冷却区間に沿って、比較的薄い内側の燃焼室
壁に堅固に結合されていて、互いに仕切られた多数の冷
却通路を形成している。

【０００９】

【発明の効果】本発明の利点は何よりも、圧力負荷受容
及び熱負荷受容が遮断され、頑丈でコンパクトな冷却構
造が得られたという点にある。冷却時にはわずかな熱損
失しか生じることがなく、燃焼室の得られる耐用年数
は、すぐれた冷却作用のために非常に高く、燃焼室壁の
壁圧は比較的薄くて済む。

【００１０】燃焼室壁が少なくとも、相対運動が生じる
箇所で互いに堅固に結合されていれば特に有利である。

【００１１】さらにまた、内側の燃焼室壁が冷却区間に
沿って長手方向リブを備えており、支持しようとする燃
焼室壁との接続部が、長手方向リブを上方に向かって閉
鎖し、これによって互いに制限された冷却通路が形成さ
れていれば有利である。

【００１２】また、比較的厚い、支持しようとする燃焼
室壁が使用されており、この燃焼室壁内で、高温ガス側
の近くに互いに制限された冷却通路が埋め込まれてお
り、冷却通路の形状、直径及び間隔が変えられるように
なっていれば有利である。これによって、燃焼室内での
特別な状態に部分的に最適に合わせることができる。

【００１３】さらにまた、内側の燃焼室壁の、炎に向け
られた側に、断熱層が設けられていれば有利である。何
故ならば、これによって高温ガス側からの熱の伝達はそ
の源おいて既に減少されるからである。

【００１４】

【実施例】次に図面に示した実施例について本発明の構
成を具体的に説明する。

【００１５】図面においては、本発明の有害物質の少な
い気密な、強く負荷されるガスタービン室の２つの実施
例が示されている。

【００１６】図１には、対流式に冷却された気密なガス
タービン燃焼室１の一部が示されている。非常に少ない
有害物質発生しか許容されない今日の高い要求において
は、冷却空気Ａのすべての大量の流れはバーナ２に装入
される。図示の実施例ではバーナ２としては有害物質の
少ない環境にやさしいダブルコーン形バーナが使用され
ている。冷却空気Ａは燃焼室１の端部から冷却区間３に
侵入し、燃焼室１の始端部で燃焼室から出て、次いでバ
ーナ２を通過する。このようなダブルコーン形バーナを
有する燃焼室１の運転時に特に有利な逆流原理は、別の
実施例においては、直流構造及び交差流構造に置き換え
ることも可能である。

【００１７】図２には、図１に示した本発明の燃焼室壁
セグメントの部分横断面図が示されている。このような
形式の多数のセグメントが燃焼室壁を形成している。こ
れらのセグメントは、接続箇所で空気の１％しか失われ
ず、事実上気密な燃焼室が形成されるように、互いに接
続されている。燃焼室セグメントは、圧力負荷Ｃを受容
するために比較的厚い、基礎となる（支持作用を有す
る）外側の燃焼室壁４より成っており、この燃焼室壁４
内で、冷却区間３に沿って、多数の長い孔の形状の冷却
通路５が埋め込まれている。これらの冷却通路５は、高
温ガスの近くに配置されており、例えばこの実施例で
は、炎室と孔縁部との間隔は２mmである。このような配
置に基づいて、基礎となる燃焼室壁４の前側には、比較
的薄い燃焼室壁６が設けられている。この燃焼室壁６
は、基礎となる燃焼室壁４に直接接続されているので、
形成された全構造体はすべての圧力負荷Ｃを受容するこ
とができる。このような薄い内側の燃焼室壁６は、耐熱
シールドの原理で、基礎となる燃焼室壁４を高熱ガスＢ
の流れに対して保護し、熱負荷Ｄを受容し、例えば対流
式に自己冷却される。

【００１８】所定の熱流において、従来の技術に対して
著しく小さい温度差が、燃焼室壁６を介して生じる。こ
れによって冷却側に生じる温度降下を高めることが保証
される。従って冷却するための空気力学的な費用は著し
く安価になる。

【００１９】圧力負荷Ｃが構造全体によって受容される
ので、燃焼室壁６は、非常に薄く構成することができ、
冷却効率を高めるのに非常に効果的である。

【００２０】冷却通路５の形状、間隔及び直径は、広い
範囲で変えることができるので、燃焼室１内での特別な
状態に部分的に最適に合わせることができる。

【００２１】このような冷却装置の製造は、溶接技術的
な及び又は鋳造技術的な方法で行なうことができる。

【００２２】本発明の別の利点は、基本となる燃焼室壁
４が、従来技術のものに比較してより強く冷却され、従
って高い強度の値を有しているという点にある。

【００２３】図３には、本発明の別の実施例が示されて
いる。この燃焼室セグメントは、内側の燃焼室壁６に、
冷却区間３に沿って長手方向リブ７を有している。これ
らの長手方向リブ７は、上側から、支持構造つまり基礎
となる燃焼室壁４によって閉鎖されている。これによっ
て、互いに分離された個別の冷却通路５が形成され、こ
の冷却通路５を通って冷却空気Ａが流れるようになって
いる。このような冷却構造体によって、前記のような利
点が得られる。

【００２４】冷却効率は、通路の形状、間隔及び直径を
介して、つまりリブ形状を介しても最適にすることがで
きる。２つの実施例に、凹凸部材(Rauhigkeitselement)
を付加的に設けることもできる。

【００２５】図２及び図３に示した実施例においては、
付加的に、炎側に向けられた燃焼室壁６の側が、セラミ
ックの断熱層８が設けられている。この断熱層８は、そ
の源で既に熱の侵入を減少させる。

【００２６】本発明の冷却技術の別の利点は、熱応力基
づく伸張によって、燃焼室壁が全体的に変形するが、冷
却通路５の形状は変化せず、これによって冷却効果は一
定に維持されるという点にある。このような頑丈な構造
によって、通路形状が変化することに基づく冷却効果の
低下を伴なう熱による伸張を招き、及びひいてはさらに
過熱されてより大きい伸張を招くことになる、冷却の”
自殺”回路は効果的に避けられる。

【００２７】圧力負荷及び熱負荷を解除したことによっ
て、本発明の冷却技術によれば、非常に高い熱流におい
ても、比較的少ない圧力損失％及びひいてはより良好な
ガスタービン効率が得られる。しかも、圧縮機圧力を上
昇させる絶対的な圧力負荷においても、非常に頑丈な構
造を提供する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例によるガスタービン燃焼室の
概略的な部分縦断面図である。

【図２】図１の燃焼室壁のII−II線に沿った断面図であ
る。

【図３】本発明の別の実施例による燃焼室の概略的な横
断面図である。

【符号の説明】

１燃焼室、２バーナ、３冷却区間、４基
礎となる燃焼室壁、５冷却通路、６内側の燃焼室
壁、７長手方向リブ、８断熱層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガスタービン群の高負荷される気密な燃
焼室（１）を対流冷却するための装置であって、ガスタ
ービン群が、外側の燃焼室壁（４）と内側の燃焼室壁
（６）と、これらの燃焼室壁（４，６）間に存在する冷
却区間（３）とから主に成っていて、有害物質の少ない
少なくとも１つの混合バーナによって駆動されるように
なっており、全冷却空気流が、バーナを通過する前に前
記冷却区間（３）に沿ってこの冷却区間を通過するよう
になっている形式のものにおいて、基礎となる外側の燃焼室壁（４）が、冷却区間（３）に
沿って、比較的薄い内側の燃焼室壁（６）に堅固に結合
されていて、互いに仕切られた多数の冷却通路（５）を
形成していることを特徴とする、気密な燃焼室を対流冷
却するための装置。
【請求項２】内側の燃焼室壁（６）が冷却区間（３）
に沿って長手方向リブ（７）を備えており、基礎となる
燃焼室壁（４）との接続部が、長手方向リブ（７）を上
方に向かって閉鎖し、これによって互いに制限された冷
却通路（５）が形成されている、請求項１記載の装置。
【請求項３】基礎となる比較的厚い燃焼室壁（４）が
使用されており、この燃焼室壁（４）内で、高温ガス側
の近くに互いに制限された冷却通路（５）が埋め込まれ
ており、冷却通路（５）の形状、直径及び間隔が変えら
れるようになっている、請求項１記載の装置。
【請求項４】内側の燃焼室壁（６）の、炎に向けられ
た側に、断熱層（８）が設けられている、請求項１から
３までのいずれか１項記載の装置。