JPH07332113A - ガスタービンおよびガスタービン燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】燃焼器ライナと尾筒との結合部分を流れる冷却
空気の量が少なく、且つ、板ばね体および燃焼器ライナ
の端部が充分に冷却されるガスタービンおよびガスター
ビン燃焼装置を提供すること。 【構成】燃焼器ライナ１と尾筒４との嵌合部の間隙内
で、且つ、板ばね体８の内側の燃焼器ライナ１の部分も
しくは板ばね体８に隣接した部分に、その一方端が例え
ば燃焼器ライナ１の外壁面に固着され、且つ、嵌合部の
間隙に突き出ている他方端が板ばね体８あるいは尾筒４
に接触しないように配置された良熱伝導突起物群１０又
は良熱伝導突起板１０を設けるようにした。

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およびガス
タービン燃焼装置の改良に係り、特に、燃焼室を形成し
ている燃焼器ラインと尾筒との間に湾曲板ばね体を備え
ているガスタービンおよびガスタービン燃焼装置の改良
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般に採用されているガスタービ
ン燃焼装置は、図７にその要部が示されているように、
燃焼室Ｒを形成している燃焼器ライナ１があり、この燃
焼器ライナ１の一方端側には燃料供給装置２が設けら
れ、反対側の端部には動翼３まで燃焼高温ガスを導くた
めの尾筒４が設けられている。

【０００３】図中５として示されているのはガスタービ
ンに駆動される圧縮機で、燃焼用空気の供給、それに高
温部材、例えば燃焼器ライナ１や尾筒４あるいは動翼３
や静翼６を冷却する冷却空気の供給を行う。矢印はその
空気の流れを示している。

【０００４】燃焼装置の燃焼は、燃料供給装置２から供
給された燃料と圧縮機５から供給される燃焼用空気によ
り燃焼室Ｒでなされ、燃焼した高温のガスは燃焼器ライ
ナ１から尾筒４および静翼６を介して回転体側の動翼３
に与えられる。

【０００５】前述した冷却空気による燃焼器ライナ１や
尾筒４の冷却は、その外周表面を流れる冷却空気との熱
交換、それに燃焼器ライナ１および尾筒４に予め設けら
れている冷却孔から燃焼器ライナ１および尾筒４内へ流
入する空気Ａ₁，Ａ₂により行われる。

【０００６】燃焼器ライナ１の一方端、即ち、高温ガス
流（矢印Ｗで示す）の下流側端に尾筒４が設けられ、両
者は結合されているわけであるが、ここで重要なこと
は、両者は結合されているとはいえ、例えば溶接やボル
ト止めのように完全な固定ではなく、遊合状態の嵌合に
よる結合であるということである。

【０００７】即ち、燃焼器ライナ１や尾筒４は高温に熱
せられ、熱伸縮するわけであるが、その熱伸縮量は夫々
異なり、熱応力破壊を避けるためにも、両者間には応力
の逃げ道が必要なのである。

【０００８】図６は、この結合部を拡大して示したもの
で、燃焼器ライナ１と尾筒４の嵌合間には湾曲板ばね体
８が介在されている。

【０００９】即ち、燃焼器ライナ１の外周面には薄板を
円弧状に曲げて製作され、且つ、縮圧状に介在された板
ばね体８が取り付けられている。この板ばね体８の円弧
状の部分には、ばね作用を持たせるために燃焼器ライナ
１の軸方向に多数の細長いスリット８Ｓが切られてお
り、反スリット側が燃焼器ライナ１の外周壁面にスポッ
ト溶接で固定されている。７はその溶接点を示してい
る。

【００１０】板ばね体８は、外径寸法が尾筒４の内径寸
法より大きめに作られているので、尾筒４に挿入された
状態では、板ばね体８の頂部付近で尾筒４の内壁と弾性
的に接し、板ばね体８のばね定数の大きさに応じて反力
が板ばねに作用している。

【００１１】燃焼器ライナ１と尾筒４との嵌合結合部は
このように形成されており、従って燃焼器ライナ１は軸
方向にスライドでき、熱膨張による伸びを許容し、熱応
力の発生を軽減している。また、板ばね体８のばね作用
によって燃焼器ライナ１の振動を抑制している。

【００１２】燃焼器ライナ１および尾筒４は前述したよ
うに冷却空気により冷却されるわけであるが、勿論、板
ばね体８も高温になることから板ばね体８の冷却も必要
であり、この板ばね体８の部分に冷却空気を流す必要が
ある。

【００１３】この場合、板ばね体８にはスリット８Ｓが
設けられていることから、この部分を通して冷却空気が
流れるので、冷却に関しては特に問題はないのである
が、しかし、このスリット８Ｓを通して必要以上に多く
の冷却空気が流入し、燃焼用空気がその分減少してしま
う嫌いがある。勿論、スリット８Ｓの幅を小さくすれば
よいわけであるが、幅を小さくするといっても限界があ
り、やはり多くの冷却空気が流入してしまう。

【００１４】この一つの対策として、例えば、実開昭63
−71433 号公報にも記載されているように、円弧状の板
ばね体８を二つ重ねて用い、しかも、スリット８Ｓ同志
が重ならないようにずらして用いる。

【００１５】これによれば、板ばね体８にはスリット８
Ｓが形成されており、ばねとして充分作用し、また、冷
却空気の流入も防止される。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】このように構成された
燃焼装置であると、確かに嵌合部よりの空気の流入はな
く、その分燃焼用空気を増すことができるが、しかし、
このものでは、ばねの湾曲内面側は全く冷却空気に触れ
ることがなく、即ち、板ばね体湾曲内側面のみ高温とな
り、ばね反力が変化したり、また、同様に板ばね体の湾
曲内面に面している燃焼器ライナの外周壁面が高温とな
り、ライナの一部分が変形したり、応力破壊を生じてし
まう嫌いがあった。

【００１７】本発明は、これに鑑み、なされたもので、
その目的とするところは、燃焼器ライナと尾筒との結合
部分を流れる冷却空気の量は少なく、且つ、板ばね体お
よび燃焼器ライナの端部が充分に冷却されるこの種ガス
タービン燃焼装置を提供するにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、嵌合部
の間隙内で、且つ、板ばね体の内側の燃焼器ライナの部
分もしくは板ばね体に隣接した部分に、その一方端が例
えば燃焼器ライナの外壁面に固着され、且つ、嵌合部の
間隙に突き出ている他方端が板ばね体あるいは尾筒に接
触しないように配置された良熱伝導突起物群あるいは良
熱伝導突起板を設けるようになし所期の目的を達成する
ようにしたものである。

【００１９】

【作用】即ち、この構成であると、板ばね体に形成され
ているスリットを介して燃焼器ライナ外側から尾筒内部
に流入する空気は、燃焼器ライナと尾筒の間の流路に設
けられた良熱伝導突起物群あるいは良熱伝導突起板が流
体抵抗となるため、流量が著しく低下して、空気の多量
の流入は抑制され、さらに、良熱伝導突起物群あるいは
良熱伝導突起板によって冷却空気に熱を伝える伝熱面積
が拡大したり、または、流速と乱れが大きくなり、熱伝
達率が増大するため、燃焼器ライナの尾筒側端部近傍の
熱は、この良熱伝導突起物群あるいは良熱伝導突起板を
通じて、または直接、燃焼器ライナと尾筒の間を流れる
冷却空気に放出される。

【００２０】従って、冷却空気の量は少なく、且つ、板
ばね体および燃焼器ライナが充分に冷却されるこの種ガ
スタービン燃焼装置を得ることができる。

【００２１】また、このように構成された燃焼装置を備
えたガスタービンであると、燃焼用空気が増大するの
で、燃焼温度を下げることができ、低ＮＯｘ化を図るこ
とができる。

【００２２】

【実施例】以下、図示した実施例に基づいて本発明を詳
細に説明する。図１には燃焼器ライナ１が尾筒４に遊合
状態で嵌合されているその嵌合部が示されている。

【００２３】燃焼器ライナ１の下流側の端部、即ち、尾
筒４が結合される側の端部外周面には、従来同様薄板を
円弧状に曲げて製作された板ばね体８が取り付けられて
いる。板ばね体８の円弧状の部分には燃焼器ライナ１の
軸方向に多数の細長いスリットが切られており、燃焼器
ライナ１の外周面にスポット溶接されている。

【００２４】板ばね体８は、外径寸法が尾筒４の内径寸
法より大きく形成され、板ばね体８の頂部付近で尾筒４
の内壁と弾性的に接し、板ばね体８のばね定数の大きさ
に応じて反力が板ばね体８に作用している。

【００２５】この板ばね体８の内側の燃焼器ライナ１の
外壁には、良熱伝導突起物群１０あるいは良熱伝導突起
板（ライナの周方向に突起物が連続して板状になった特
殊な場合）１０が固定されている。この良熱伝導突起物
群１０あるいは良熱伝導突起板１０は尾筒４に向かって
突き出ており、その先端側、即ち外径側は板ばね体８の
内径よりわずかに小さくなっている。即ち、この遊合間
隙より多少短い突起物となっている。

【００２６】このため、良熱伝導突起物群１０あるいは
良熱伝導突起板１０は、燃焼器ライナ１の外壁と板ばね
体８との環状部の隙間を小さくすることになる。

【００２７】このように板ばね体８と良熱伝導突起物群
１０あるいは良熱伝導突起板１０は接触することがない
ので、燃焼器ライナ１は軸方向にスライド可能であり、
軸方向の熱膨張による伸びを許容するとともに、それら
の板ばね体８の作用によって燃焼器ライナ１の振動を抑
制している。

【００２８】また、良熱伝導突起物群１０あるいは良熱
伝導突起板１０が燃焼器ライナ１の外壁と板ばね体８と
の環状部の隙間を小さくしているので、板ばね体８に切
られた細長いスリットを通って燃焼器ライナ１外側から
尾筒４内壁に流入する空気は抑制される。

【００２９】さらに、この良熱伝導突起物群１０あるい
は良熱伝導突起板１０は、燃焼器ライナ１から冷却空気
に熱を伝える働きをする。このため、燃焼器ライナ１か
ら冷却空気Ａに熱を伝える伝熱面積が拡大し、良熱伝導
突起物群１０あるいは良熱伝導突起板１０がないときよ
りも多くの熱が燃焼器ライナ１から奪われ、結果とし
て、燃焼器ライナ１の尾筒４側端部近傍の温度上昇は抑
制される。

【００３０】以上のように、この燃焼装置によれば、板
ばね体８に設けられたスリットを通って燃焼器ライナ１
外側から尾筒４内部に流れ込む空気を極力少なくするこ
とができ、且つ、燃焼器ライナ１の尾筒４側端部近傍で
燃焼器ライナ１の温度が上昇するのを抑制することがで
き、これによって熱応力の低減と材料の強度低下の防止
が図られるのである。

【００３１】板ばね体８が燃焼器ライナ１の外周面にス
ポット溶接されている部分は板ばね体８の反力による荷
重が掛かることになるので、燃焼器ライナ１の他の部分
より大きな応力が生じる。このため、この部分の温度上
昇を抑制し、熱応力を低減するとともに充分な材料強度
を確保することは重要である。

【００３２】図２は板ばね体８の取り付け部（後端部）
に良熱伝導突起物群１０あるいは良熱伝導突起板１０を
設置した実施例であるが、このようにすると、燃焼器ラ
イナ１の熱ばかりでなく、板ばね体８の熱もこの良熱伝
導突起物群１０あるいは良熱伝導突起板１０を通じて冷
却空気Ａに放出することができ良好であろう。

【００３３】以上の説明では良熱伝導突起物群１０ある
いは良熱伝導突起板１０を燃焼器ライナ１側に固定する
ように説明してきたが、常に燃焼器ライナ１側に固定し
なければならないわけではなく、例えば、図３に示すよ
うに尾筒４側に固定するようにしてもよいであろう。

【００３４】この場合、燃焼器ライナ１側の伝熱面積の
増加は見込めないが、板ばね体８と尾筒４の内壁との環
状部の隙間が急激に小さくなることにより、流速と乱れ
が大きくなり、燃焼器ライナ１の外表面や板ばね体８の
外表面の熱伝達率が増大し、結果として、燃焼器ライナ
１や板ばね体８から多くの熱が奪われ、これらの尾筒４
側端部近傍の温度が上昇するのを抑制することができ
る。

【００３５】図４は、図１と図３を組み合わせたもの
で、良熱伝導突起物群１０あるいは良熱伝導突起板１０
を板ばね体８の内側の燃焼器ライナ１の外壁と板ばね体
８の取り付け部に対応する尾筒４の内壁に固定したもの
である。このようにすると、燃焼器ライナ１の尾筒４側
端部近傍全体の温度上昇が抑制され、きわめて良好とな
るであろう。勿論、図１と図２を組み合わせた構造でも
同様の効果が得られる。また、大容量の燃焼装置で、燃
焼器ライナ１外側から尾筒４内部に流入する冷却空気の
量を加減したい場合には良熱伝導突起物群１０あるいは
良熱伝導突起板１０の密度あるいは高さを調整すること
により、簡単に流入する空気量を調整することができ
る。

【００３６】図５は燃焼器ライナ１そのものを波打たせ
ることにより、燃焼器ライナ１が良熱伝導突起物群１０
あるいは良熱伝導突起板１０を兼ねる構造である。燃焼
器ライナ１を成形するときに、燃焼器ライナ１に凹凸を
与えることにより、良熱伝導突起物群１０あるいは良熱
伝導突起板１０が形作られるので、良熱伝導突起物群１
０あるいは良熱伝導突起板１０を製作する手間が省け、
製作性が向上する利点がある。

【００３７】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明は、嵌
合部の間隙に、その一方端が対向壁面の一方壁面に固着
され、且つ、他方端が対向壁面に接触しないように配置
された良熱伝導突起物群あるいは良熱伝導突起板を設け
るようになしたから、板ばね体に形成されているスリッ
トを介して燃焼器ライナ外側から尾筒内部に流入する空
気は、燃焼器ライナと尾筒の間の流路に設けられた良熱
伝導突起物群あるいは良熱伝導突起板が流体抵抗となる
ため、流量が著しく低下して、空気の多量の流入は抑制
され、さらに、良熱伝導突起物群あるいは良熱伝導突起
板は冷却空気に熱を伝える伝熱面積を拡大したり、また
は、冷却空気の流速と乱れを大きくし、熱伝達率を増大
させるため、燃焼器ライナの尾筒側端部近傍の熱は、こ
の良熱伝導突起物群あるいは良熱伝導突起板を通じて、
または直接、燃焼器ライナと尾筒の間を流れる冷却空気
に放出される。

【００３８】従って、冷却空気の量は少なく、且つ、板
ばね体および燃焼器ライナは充分に冷却されるこの種ガ
スタービン燃焼装置を得ることができる。

【００３９】また、このように形成された燃焼装置を備
えたガスタービンであると、燃焼用空気が増大するの
で、燃焼温度を下げることができ、低ＮＯｘ化を図るこ
とができるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明ガスタービン燃焼装置の一実施例の燃焼
器ライナと尾筒との嵌合部を示す縦断側面図である。

【図２】本発明ガスタービン燃焼装置の他の実施例の燃
焼器ライナと尾筒との嵌合部を示す縦断側面図である。

【図３】本発明ガスタービン燃焼装置の他の実施例の燃
焼器ライナと尾筒との嵌合部を示す縦断側面図である。

【図４】本発明ガスタービン燃焼装置の他の実施例の燃
焼器ライナと尾筒との嵌合部を示す縦断側面図である。

【図５】本発明ガスタービン燃焼装置の他の実施例を示
す燃焼器ライナと尾筒との嵌合部を示す縦断側面図であ
る。

【図６】従来ガスタービン燃焼装置の燃焼器ライナと尾
筒との嵌合部を示す一部破断側面図である。

【図７】従来ガスタービンの燃焼装置周囲を示す縦断側
面図である。

【符号の説明】

１…燃焼器ライナ、４…尾筒、８…板ばね体、８Ｓ…ス
リット、１０…良熱伝導突起物群，良熱伝導突起板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 成嘉 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 赤津 茂行 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃焼室を形成している燃焼器ライナと、該
   燃焼器ライナの端部に遊合状態に結合されている筒体
   と、該筒体と前記燃焼器ライナの遊合間隙に介在され、
   該遊合間隙を所定値に保つばね体とを備えてなるガスタ
   ービン燃焼装置において、前記遊合間隙に、その一方端
   が一方壁面に固着され、且つ、他方端が対向壁面に接触
   しないように配置された良熱伝導突起物群あるいは良熱
   伝導突起板を設けたことを特徴とするガスタービン燃焼
   装置。
2. 【請求項２】燃焼室を形成している燃焼器ライナと、該
   燃焼器ライナの高温ガス下流側端に遊合状態に結合さ
   れ、高温ガスを動翼側へ導く尾筒と、該尾筒と前記燃焼
   器ライナの遊合間隙に配置され、該遊合間隙を所定値に
   保つ湾曲ばね体とを備えてなるガスタービン燃焼装置に
   おいて、前記遊合間隙内で、且つ、前記湾曲板ばね体の
   内側の前記燃焼器ライナの部分もしくは前記湾曲板ばね
   体に隣接した部分に、その一方端が一方壁面に固着さ
   れ、且つ、他方端が対向壁面に接触しないように配置さ
   れた良熱伝導突起物群あるいは良熱伝導突起板を設けた
   ことを特徴とするガスタービン燃焼装置。
3. 【請求項３】燃焼装置が、燃焼室を形成している燃焼器
   ライナと、該燃焼器ライナの高温ガス下流側端に遊合状
   態に嵌合され、高温ガスを動翼側へ導く尾筒と、該尾筒
   と前記燃焼器ライナの遊合間隙に配置され、該遊合間隙
   を所定値に保つ湾曲板ばね体とを備えているガスタービ
   ンにおいて、前記燃焼器ライナと尾筒との嵌合間隙内
   で、且つ、前記湾曲板ばね体の内側の前記燃焼器ライナ
   の部分もしくは前記湾曲板ばね体に隣接した部分に、そ
   の一方端が一方壁面に固着され、且つ、他方端が対向壁
   面に接触しないように配置された良熱伝導突起物群ある
   いは良熱伝導突起板を設けたことを特徴とするガスター
   ビン。