JPH10339440A - ガスタービン燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ガスタービン燃焼器の点火時の火炎伝播管を通
る燃焼ガスの温度を下げることなく、かつ高負荷条件で
は火炎伝播管を均一に冷却し、火炎伝播管の焼損を充分
防止することができるガスタービン燃焼装置を提供す
る。 【解決手段】周方向に並設配置された複数個の燃焼器３
と、この隣接する燃焼器間を連絡する火炎伝播管８と、
この火炎伝播管の外側を覆う伝播管外筒１３と、この伝
播管外筒と前記伝播管の隙間に冷却空気を導入する手段
とを備え、火炎伝播管８と伝播管外筒１３との隙間に冷
却空気を流通せしめて火炎伝播管を冷却するように形成
されているガスタービン燃焼装置において、前記火炎伝
播管８の周壁部に、周方向に傾斜した複数個の冷却孔１
６を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はガスタービン燃焼装
置の改良に係わり、特に複数個の燃焼器が火炎伝播管を
介して結合されているガスタービン燃焼装置に関するも
のである。

【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、複数個の燃焼器を備えており、その各々の
内部で燃料と圧縮空気を反応させて、高温高圧ガスを発
生するように形成されている。

【０００３】この複数個の燃焼器はガスタービンの周長
に沿った円上に配置されており、隣接する全ての燃焼器
は連結パイプ（火炎伝播管外筒）によって結合され、こ
の連結パイプの内部に火炎伝播管が設置されている。火
炎伝播管は管状となっており、接続された燃焼器の圧力
差によってこの中を燃焼ガスが通ることのできる構造と
なっている。

【０００４】始動の際、ガスタービンは、外部エネルギ
によって点火回転数まで回転数を上昇し、その後、全て
の燃焼器に燃料と空気を導入する。１つあるいは２つの
燃焼器に設置した点火プラグをスパークさせて、燃焼反
応を開始させる。燃焼器内で燃焼反応が始まると、高温
ガスが発生するため、燃焼器内部の圧力が上昇する。隣
の燃焼器が未点火な場合、点火した燃焼器との差圧によ
り、高温の燃焼ガスが未点火の燃焼器へ流入する。この
ようにして１つあるいは２つの燃焼器だけの点火から始
まって、隣合う各々の燃焼器が点火される。

【０００５】理論的には、一旦全ての燃焼器が点火され
れば、それらの圧力は等しくなり、火炎伝播管を通る燃
焼ガスの流れは止まることになる。しかし、実際のガス
タービンでは、各燃焼器に流入する空気および燃料流量
の違いにより、燃焼器間に圧力差が発生し、燃焼器を結
合している火炎伝播管内部を燃焼ガスが連続的に流れる
場合がある。当然のことながら、火炎伝播管の中を高温
燃焼ガスおよび炎が連続的に流れると、火炎伝播管を焼
損することがある。

【０００６】このような現象を防止するため、従来にお
いては火炎伝播管の外周部に冷却空気を流通させて火炎
伝播管を外壁より冷却するようにしたり、また、例えば
特開平３−１５８１６９号公報にも開示されているよう
に、火炎伝播管を二重構造にし、内周管の冷却孔の孔径
より、外周管の冷却孔の孔径を小さくすることによっ
て、内周管に冷却空気をジェット状に衝突させ内周管を
対流冷却するようにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように形成されて
いる燃焼装置であると、火炎伝播管が二重構造に形成さ
れ、かつ内周管の冷却孔の孔径より、外周管の冷却孔の
孔径が小さく形成されていることによって伝播管のみの
冷却が行われ、火炎伝播性能を低下することなく負荷運
転時においても火炎伝播管は充分冷却されるように思わ
れる。

【０００８】しかし、このような火炎伝播管の冷却で
は、火炎伝播管が一様に冷却されるとは限らず局部的に
火炎伝播管が損傷したり、また熱変形を生ずる恐れがあ
った。すなわち、このものでは、内周管の冷却孔から流
入した流速の遅い冷却空気は、隣接燃焼器の圧力の低い
燃焼器側に、内周管壁面近傍をすじ状になって流れ冷却
することになる。このため、高温の燃焼ガスが火炎伝播
管内部を流れる場合、火炎伝播管は冷却空気の流れてい
る部分と、流れていない部分で大きな温度差が生じ、ま
た、内周管の冷却孔に角度をつけ、周方向に旋回成分を
与えるように構成しても、内周管の冷却孔から流入する
冷却空気の流速が遅く慣性力が小さいため、冷却空気は
圧力の低い燃焼器側へ偏流し、周方向を均一に冷却する
ことが不可能となり、周方向に大きな温度分布を生じる
恐れがあった。

【０００９】またさらに、火炎伝播管の軸端部、すなわ
ち内筒との境界部は火炎に最も接近していることから熱
的に非常に厳しい条件となるため、前述したように従来
技術では内周管の冷却孔から流入した流速の遅い冷却空
気は、隣接燃焼器の圧力の低い燃焼器側に向かって流れ
るため、圧力の高い燃焼器側の火炎伝播管の軸端部には
冷却空気は流れなくなり、圧力の高い燃焼器側の火炎伝
播管の軸端部を冷却することが不可能となる。

【００１０】一般に、火炎伝播管のような円管では、軸
方向は自由端となっているため、軸方向に温度分布が生
じても自由膨張することによって熱応力の発生は小さ
い。これに対し、火炎伝播管の周方向は拘束されている
ため、周方向に温度分布が生じると、大きな熱応力を発
生しクラックなどが発生する恐れがあるということであ
る。

【００１１】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、ガスタービン燃焼器の点火時の火
炎伝播管を通る燃焼ガスの温度を下げることなく、かつ
高負荷条件では火炎伝播管を均一に冷却し、火炎伝播管
の焼損を充分防止することができるガスタービン燃焼装
置を提供するにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、周方
向に並設配置された複数個の燃焼器と、この隣接する燃
焼器間を連絡する火炎伝播管と、この火炎伝播管の外側
を覆う伝播管外筒と、この伝播管外筒と前記伝播管の隙
間に冷却空気を導入する手段とを備え、火炎伝播管と伝
播管外筒との隙間に冷却空気を流通せしめて火炎伝播管
を冷却するように形成されているガスタービン燃焼装置
において、前記火炎伝播管の周壁部に、周方向に傾斜し
た複数個の冷却孔あるいは冷却スリットを設けるように
なし所期の目的を達成するようにしたものである。

【００１３】また、火炎伝播管の周壁部に、周方向に傾
斜した複数個の冷却孔を設けるとともに、火炎伝播管の
軸方向両端部の周壁部には、軸方向および周方向に傾斜
した複数個の冷却孔を設けるようにしたものである。ま
たこの場合、前記伝播管の外周に周方向に延びたフィン
を設け、このフィンおよび伝播管壁を貫通して前記冷却
孔を設けるようにしたものである。また伝播管の内部で
かつ前記冷却孔に対向する部分に、冷却孔より流入した
冷却空気を周方向に案内するガイドリングを設けるよう
にしたものである。

【００１４】また、周方向に並設配置された複数個の燃
焼器と、この隣接する燃焼器間を連絡する火炎伝播管
と、この火炎伝播管の外側を覆う伝播管外筒と、この伝
播管外筒と前記伝播管の隙間に冷却空気を導入する手段
とを備え、火炎伝播管と伝播管外筒との隙間に冷却空気
を流通せしめて火炎伝播管を冷却するようになしたガス
タービン燃焼装置において、前記火炎伝播管の周壁部
に、周方向に傾斜した複数個の冷却孔を設けるととも
に、火炎伝播管の軸方向両端部を異径に形成し、かつこ
の異径部の径方向壁面に、冷却空気を周方向に旋回させ
る旋回器を設けるようにしたものである。

【００１５】また、周方向に並設配置された複数個の燃
焼器と、この隣接する燃焼器間を連絡する火炎伝播管
と、この火炎伝播管の外側を覆う伝播管外筒と、この伝
播管外筒と前記伝播管の隙間に冷却空気を導入する手段
とを備え、火炎伝播管と伝播管外筒との隙間に冷却空気
を流通せしめて火炎伝播管を冷却するようになしたガス
タービン燃焼装置において、前記火炎伝播管を複数の円
弧状部材の並設により形成するとともに、この円弧状部
材周方向端部を、それぞれ所定の径方向間隙を介して重
なり合うように形成し、この間隙を介して火炎伝播管の
内部に冷却空気が導入されるように形成したものであ
る。

【００１６】すなわちこのように形成されたガスタービ
ン燃焼装置であると、火炎伝播管の周壁部に、周方向に
傾斜した複数個の冷却孔あるいは冷却スリットが設けら
れていることによって、冷却空気は、火炎伝播管の内部
で旋回流を形成し、旋回しながら伝播管の端部に向かう
流れとなる。また、火炎伝播管が１重構造となっている
ため、火炎伝播管内外の差圧を最大限に利用し、火炎伝
播管内に高速で冷却空気を流入することが可能である。
この結果、冷却空気は強い旋回流となって火炎伝播管内
を旋回する。冷却空気は強い旋回により遠心力が作用す
るため、火炎伝播管内周壁に押し付けられる様に流れ、
火炎伝播管の内周壁近傍に膜状の薄い空気膜を周方向に
均一に形成するとともに、火炎伝播管の軸端部へ向かう
流れとなる。このため、燃焼器の点火時において、火炎
伝播管内を通る燃焼ガスと混合することが少なくなるた
め、燃焼ガスの温度を低下することがなく、燃焼器点火
時の火炎伝播に有効である。

【００１７】さらに、高温の燃焼ガスが発生する高負荷
運転時には、火炎伝播管内を通る燃焼ガスと火炎伝播管
内周壁の間に、膜状の冷却空気が全域に切れ目なく形成
されるので、火炎伝播管を均一に冷却することが可能と
なり、火炎伝播管の温度分布を均一にすることができ
る。また、熱的条件の最も厳しい火炎伝播管の軸端部の
冷却を強化することが可能となり、火炎伝播管の焼損や
熱応力による破損を防止することができる。

【００１８】また、前記火炎伝播管の軸方向の複数の位
置に、火炎伝播管の外周壁にフィンを設けたことによ
り、火炎伝播管の伝熱面積が増加するため、圧縮空気に
よる対流冷却の効果により、冷却効率の向上が期待でき
る。さらに、このフィンに複数の冷却孔を設け、この冷
却孔を火炎伝播管の内周壁の接線方向に、かつ、軸方向
に傾斜させて設置したことにより、冷却空気流路長さが
増加するため、慣性力が大きくなり強い旋回流を得るこ
とが可能になる。

【００１９】また、火炎伝播管に設けた冷却孔に対応す
る位置の火炎伝播管内部に、軸方向に延びる内周リング
を設けることにより、冷却孔から流入した冷却空気のう
ち半径方向成分をもった流れが、内周リングに衝突する
ことによって周方向に偏流し、旋回力を強化することか
でき、冷却空気を火炎伝播管の内周壁に沿うように切れ
目なく流すことができる。

【００２０】また、火炎伝播管を火炎伝播管の軸方向位
置で異径にし、異径部の半径方向壁面に旋回器を設ける
ことにより、火炎伝播管内に流入する冷却空気に旋回成
分を作用することができ、冷却空気を火炎伝播管の内周
壁に沿うように切れ目なく流すことができる。

【００２１】また、火炎伝播管の周方向の一部を軸方向
に切断した複数のパイプで構成し、前記パイプの一部が
周方向に重なるように配置するとともに、重なったパイ
プの間には半径方向に一定の間隙が形成されるように構
成することにより、冷却空気は間隙から火炎伝播管内に
流入し、火炎伝播管の内周壁に沿うように切れ目なく流
すことができるのである。

【００２２】

【発明の実施の形態】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にはそのガスタービン燃焼
装置およびガスタービンプラントの一部が示されてい
る。このガスタービンプラントは、主としてガスタービ
ン２と、ガスタービン２に連結され、燃焼用の圧縮空気
を得る圧縮機１と、燃焼器３ａ，３ｂとより構成されて
いる。

【００２３】圧縮機１より吐出された圧縮空気１１は燃
焼器３ａ，３ｂに導かれ燃焼器内筒５ａ，５ｂの内部に
形成されている燃焼室９で燃料とともに燃焼する。燃焼
によって生成された燃焼ガス１２は、トランジションピ
ース１０を経てガスタービン２に噴射されガスタービン
２を駆動する。そして図示してはいないが、一般にガス
タービンに連結されている発電機によって発電するよう
に構成されている。

【００２４】燃焼器３ａは、燃焼ガスを生成する内筒５
ａと、燃料を供給する燃料ノズル６と、燃焼器を点火さ
せるための点火栓４を備えている。この点火栓は外筒７
で密閉されている。燃焼器３ａと隣接する燃焼器３ｂ
は、火炎伝播管８で内筒５ａ，５ｂが連絡されており、
その外側には外筒７を連絡する連結パイプ１３が設置さ
れている。

【００２５】燃焼器３ａに設置してある点火栓４によっ
て、燃料と空気の混合物に点火を行う。点火栓４を持つ
燃焼器３ａの圧力上昇により、火炎伝播管８で連絡され
た燃焼器３ｂとの間に圧力差が生じ、この圧力差によっ
て燃焼ガス１４が燃焼器３ｂへ送り込まれ、燃料と圧縮
空気の混合物に点火する。こうして全ての燃焼器に点火
される。

【００２６】燃焼器点火後の各々の燃焼器に流入する空
気あるいは燃料流量の相違によって、隣接する燃焼器３
ａ，３ｂの間に差圧が生じ、火炎伝播管８の内部を燃焼
ガスが連続的に流れ、高温の燃焼ガスによって火炎伝播
管８を焼損することがある。このため、火炎伝播管８に
は冷却孔１６が設けられており、冷却孔１６から圧縮空
気１１の一部が、火炎伝播管８の内部に流入して、隣接
する燃焼器間の差圧を低下させ、燃焼ガスの流れを減少
するとともに、火炎伝播管８自体をも冷却する。

【００２７】本発明による第一の実施例を図１〜図３を
用いて説明する。なお図２は、図１に示した火炎伝播管
８部分の詳細構造を、また図３は図２のＡ−Ａ矢視図を
示したもので、図２に示すように火炎伝播管８は隣接す
る内筒５ａ，５ｂに挿入されストッパ１９によって支持
されている。

【００２８】第一の実施例は、図２，図３に示されてい
るように、火炎伝播管８を一重管構造とし、火炎伝播管
８に複数の冷却孔１６，１７を設け、軸端部２３ａ，２
３ｂ近傍に形成する冷却孔１６は、火炎伝播管内周壁２
０の接線２２の方向に、かつ、軸方向に傾斜させて形成
し、また、火炎伝播管８の中央部に設けた冷却孔１７
は、火炎伝播管内周壁２０の接線２２の方向に形成した
ものである。

【００２９】この結果、冷却孔１６から流入した冷却空
気２１は、火炎伝播管の軸端部２３ａ，２３ｂに向かう
旋回流を形成する。また、本実施例では、火炎伝播管８
が一重構造となっているため、火炎伝播管８内外の差圧
を最大限に利用し、火炎伝播管８内に高速で冷却空気２
１を流入することが可能である。このため、冷却空気２
１は強い旋回流となって、火炎伝播管内周壁２０を旋回
する。強い旋回流の発生に伴い冷却空気２１には、遠心
力が発生し冷却空気２１は、火炎伝播管内周壁２０に押
し付けられるように流れるため、薄い膜状の空気層を、
火炎伝播内周壁２０近傍に均一に、切れ目なく形成する
ことができる。また、冷却空気２１は軸方向成分が発生
するため、火炎伝播管内周壁２０を旋回しながら軸端部
２３ａ，２３ｂへ流れ内筒５ａ，５ｂに流出する。

【００３０】この結果、燃焼器点火時において、火炎伝
播するのに必要な燃焼ガスが火炎伝播管８の内部を通過
する時、火炎伝播管８の中央部を流れる燃焼ガスと、火
炎伝播管内周壁２０近傍に形成される冷却空気２１は、
混合することが少ないため、燃焼ガスの温度を低下する
ことがなく、燃焼器点火時の火炎伝播特性を向上するこ
とができる。

【００３１】また、高負荷運転時において、隣接する燃
焼器間に差圧が生じ、高温の燃焼ガスが火炎伝播管８の
内部を連続的に流れる場合でも、本実施例によれば、火
炎伝播管内周壁２０近傍に形成された冷却空気２１の旋
回流れによる膜状の空気層によって、火炎伝播管内周壁
２０を均一に冷却することが可能となる。特に、本実施
例では冷却空気２１に強い旋回を作用させることによっ
て、周方向に均一に冷却することが可能である。

【００３２】また、熱的条件の最も厳しい火炎伝播管８
の軸端部２３ａ，２３ｂにおいても、本実施例によれ
ば、火炎伝播管８の軸端部２３ａ，２３ｂに向かう軸流
成分をもった冷却空気２１によって、火炎伝播管８の軸
端部２３ａ，２３ｂの冷却を強化することが可能とな
る。

【００３３】本実施例のような火炎伝播管８を内筒５
ａ，５ｂに設置する場合、火炎伝播管８の軸方向の熱伸
びを考慮し、設置するのが一般的である。このため、火
炎伝播管８の軸方向は、自由端に近い拘束条件となって
おり、熱膨張による熱応力の発生は小さい。これに対
し、周方向は拘束力が大きいため、温度分布が生じると
大きな熱応力を発生することになる。このため、火炎伝
播管８のような円管を冷却する場合、周方向に均一に冷
却することが重要である。本実施例では、前述したよう
に、周方向には均一に冷却することが可能なため、熱応
力による火炎伝播管８の破損を防止することができ、よ
り一層信頼性が向上できる。

【００３４】さらに、本実施例では、火炎伝播管８の中
央部に設けた冷却孔１７から流入する冷却空気２１に
は、旋回成分のみを作用するように構成してあるため、
火炎伝播管８の内部を燃焼ガスが通過する場合、旋回す
る冷却空気２１も隣接する燃焼器間の差圧により、火炎
伝播管８の軸方向成分が発生し、旋回しながら軸方向に
移動する流れを形成することになる。この流れ方向は、
燃焼ガスの流れる方向と同じになるため、火炎伝播管内
周壁２０に形成された旋回流れと、燃焼ガスが衝突して
旋回流れによる膜状の空気層を破損することが少ないた
め、冷却効率は低下することが少ない。

【００３５】また、本実施例によれば、旋回する空気層
を形成することによって、従来の冷却方法より、冷却効
率の向上が期待できる。このため、火炎伝播管８に流入
する冷却空気流量を低減することが可能となる。その結
果、燃焼器点火時の火炎伝播特性は、さらに向上すると
ともに、負荷運転時においても、低減した冷却空気２１
を燃焼用空気として使うことができるため、ＮＯｘ排出
量を低下することも可能である。

【００３６】一般に、強い旋回流が発生すると旋回流の
軸中心部には、循環流が形成される。このため、冷却孔
１６を火炎伝播管８の軸端部２３ａ，２３ｂ、すなわ
ち、内筒５ａ，５ｂの近傍に形成すると、火炎伝播管８
と内筒５ａ，５ｂの境界部に循環流が形成される。燃焼
器３ａ，３ｂの点火時燃料ノズル６から噴出した燃料
は、内筒５ａ，５ｂに充満するが、火炎伝播管８の内部
には流入しない。

【００３７】しかし、この循環流によって、火炎伝播管
８の内部にも燃料が流入することができるため、火炎伝
播性能をより向上することが可能とする。また、本実施
例では、火炎伝播管８中央部に設ける冷却孔１７の形状
は円形に限らず軸方向に伸びるスリット状などでもよい
ことは言うまでもない。

【００３８】次に、本発明による第二の実施例を図４、
５を用いて説明する。図５は、図４のＢ−Ｂ矢視図を示
したもので、本実施例の基本構成部品は、第一の実施例
と同様である。本実施例では、火炎伝播管８の軸方向の
複数の位置に、火炎伝播管８の半径方向に伸びるフィン
２４を設け、このフィン２４に、複数の冷却孔１６，１
７を設け、火炎伝播管８の軸端部２３ａ，２３ｂ近傍の
フィン２４に設ける冷却孔１６には火炎伝播管内周壁２
０の接線２２方向に、かつ、軸方向に傾斜させて形成し
たものである。また、火炎伝播管８の中央部に設ける冷
却孔１７には旋回成分のみを作用するように構成したも
のである。

【００３９】フィン２４を設けたことによって、火炎伝
播管８の伝熱面積が増加するため、圧縮空気１１による
対流冷却の効果が増加し、火炎伝播管８を冷却する。さ
らに、火炎伝播管８のフィン２４に冷却孔１６，１７を
設けたことによって、図５に示す冷却孔１７の直線部Ｌ
が増加するため、慣性力が大きくなり強い旋回流を得る
ことが可能になり、第一の実施例に比べ、さらに火炎伝
播管８を冷却する効果が増す。

【００４０】次に、本発明による第三の実施例を図６、
７を用いて説明する。図７は図６のＣ−Ｃ矢視図を示し
たものである。本実施例の基本構成部品は、第一の実施
例と同様である。本実施例では、火炎伝播管８の冷却孔
１６，１７に対応する火炎伝播管内周壁２０に図５に示
す軸方向に延びるリング２５を設置し、火炎伝播管内周
壁２０とリング２５の外周壁の間に、火炎伝播管８に流
入した冷却空気２１の流れる流路２６を形成したもので
ある。

【００４１】また、冷却孔１６の形成方法は、第一の実
施例と同様に、火炎伝播管８の軸端部２３ａ，２３ｂ近
傍に形成する冷却孔１６は火炎伝播管内壁２０の接線２
２方向に、かつ、軸方向に傾斜させて形成し、また、火
炎伝播管８の中央部に設ける冷却孔１７には旋回成分の
みを作用するように構成してある。

【００４２】冷却孔１６，１７を火炎伝播管内周壁２０
の接線２２方向に形成しているため、火炎伝播管８の内
部に流入した冷却空気２１の大部分は、火炎伝播管内周
壁２０に沿って流れるが、一部の冷却空気２１には、火
炎伝播管８の半径方向、すなわち、火炎伝播管８軸中心
部に向かう流れが発生することが考えられる。

【００４３】軸中心部へ向かう流れがあると、燃焼器３
ａ，３ｂの点火時に、火炎伝播管８の内部を通る燃焼ガ
スの温度を低下させることになるため、火炎伝播にとっ
ては不利になる。そこで、本実施例では、火炎伝播管８
の軸中心へ向かう流れを周方向に変更するため、リング
２５を設置したものである。このため、冷却空気２１
は、流路２６で周方向に沿う流れに加速され、より強い
旋回力を得ることが可能となる。この結果、第一の実施
例と同等以上の効果が期待できる。

【００４４】また、本実施例では、冷却孔１６，１７の
形成方法を火炎伝播管内周壁２０の接線２２方向に限定
して示したが、リング２５を設置したことによって、冷
却空気２１が半径方向成分を持っていても、リング２５
に衝突し、周方向に流れの方向を変えることができる。
このため、冷却孔１６，１７は、火炎伝播管内周壁２０
の接線２２方向に限定する必要はなく、周方向成分を発
生させる形成方法であれば、第一の実施例と同等の効果
を期待できる。

【００４５】次に、本発明による第四の実施例を図８を
用いて説明する。本実施例は、軸方向に分割された火炎
伝播管８に本発明を適用したものである。図８に示すよ
うに火炎伝播管８は、伝播管２７と伝播管２８により構
成されており、伝播管２８を伝播管２７の拡大管部２９
に挿入し、伝播管２７，２８の軸方向に移動可能な構造
となっている。火炎伝播管８を内筒に設置する際、伝播
管２８を伝播管２７に挿入し、火炎伝播管８の軸方向長
さを、隣接する内筒間の距離より短くする。

【００４６】次に伝播管２７の軸方向端部２３ｂを内筒
５ｂに挿入した状態で伝播管２８を軸方向に移動させ
て、伝播管２８の軸方向端部２３ａを内筒５ａに挿入
し、隣接する内筒５ａ，５ｂ管を連絡する。その後、外
筒７に設けた伝播管固定部品３０により、火炎伝播管８
を外筒７に固定し、火炎伝播管８の移動を拘束する。こ
れにより、火炎伝播管８の着脱が容易になり、さらに内
筒５ａ，５ｂを分解しなくても、火炎伝播管８の着脱が
可能となるため、火炎伝播管８の着脱時間を大幅に短縮
することが可能となる。

【００４７】本実施例は、このような火炎伝播管８に本
発明を適用したもので、伝播管２７，２８の軸端部２３
ａ，２３ｂ近傍に形成する冷却孔１６は火炎伝播管内周
壁２０の接線２２方向に、かつ、軸方向に傾斜させて形
成し、拡大管部２９に設ける冷却孔１７は拡大管部内周
壁の接線の方向に形成したものである。本発明では、そ
の効果を得るのに要する構造が簡単なため、いかなる伝
播管にも適用することが可能な特長がある。

【００４８】次に、本発明による第五の実施例を図９を
用いて説明する。本実施例では図９に示すように、冷却
空気２１を火炎伝播管８の軸方向から旋回を与え、火炎
伝播管８の軸端部２３ａ，２３ｂに向かう流れを形成す
るように構成し、さらに、火炎伝播管８の中央部に設け
る冷却孔１７には旋回成分のみを作用するように構成し
てある。火炎伝播管８は、内筒５ａ，５ｂに挿入される
部分より、軸方向の中央側で管径が縮小するように形成
されており、この縮小部の壁に冷却空気２１に旋回力を
与える冷却孔１６を設けたものである。

【００４９】図１０は図９のＤ−Ｄ矢視図であるが、冷
却孔１６は流入する冷却空気２１に旋回力を与えるた
め、火炎伝播管８の中心軸線３１に対し、α度傾けて形
成してある。本発明では、冷却空気２１の旋回力が強い
ほどその効果が増加するため、冷却孔１６を形成する角
度αは、できる限り大きくすることが好ましい。

【００５０】さらに、図１１は、第六の実施例を示した
もので、第五の実施例の冷却孔１６の位置に旋回羽根３
２を設けたものであり、第五の実施例に比べるより強い
旋回力を冷却空気２１に与えることができるため、第五
の実施例と同等以上の効果が得られる。また、火炎伝播
管８の中央部に設ける冷却孔１７には旋回成分のみを作
用するように構成してある。これにより、第一の実施例
と同等の効果を期待できる。

【００５１】次に、本発明による第七の実施例を図１２
〜１４を用いて説明する。図１３は図１２のＥ−Ｅ矢視
図、図１４は図１２のＦ−Ｆ矢視図を示す。本実施例で
は、図１３に示すように周方向にα度、軸方向に切断さ
れた２本の伝播管３３，３４を、周方向２箇所の位置で
β度重なるように配置し、伝播管３３，３４の間にギャ
ップＧが形成されるように構成したものである。

【００５２】伝播管３３，３４の固定方法は、図１４に
示すような固定リング３５に、伝播管３３，３４の断面
と同様な形状の溝３７を設けておき、伝播管３３，３４
の端部を固定リング３５に挿入し固定する。さらに、固
定リング３５の内径を図１２に示すように、テーパ状に
形成したものである。冷却空気流路３６から流入した冷
却空気２１は、伝播管３３，３４が周方向重なる部分で
慣性力が増加し、火炎伝播内周壁の周状に沿うように流
れ、均一な膜状の空気層を形成するため、第一の実施例
と同等以上の効果を期待できる。

【００５３】また、本実施例では、ギャップＧが軸方向
に一定に形成されているため、火炎伝播管８の軸方向に
ついてもより均一に冷却することができる。さらに、本
実施例では、伝播管３３，３４に配置した固定リング３
５が、テーパ状に形成されているため、このテーパ近傍
に形成される旋回流には遠心力の作用により、軸端部２
３ａ，２３ｂに向かう力が発生する。このため、熱的条
件の最も厳しい火炎伝播管８の軸端部２３ａ，２３ｂの
冷却を強化することが可能となる。

【００５４】さらに、図１３に示すように、伝播管３
３，３４の周方向端部をテーパ状にすることにより、冷
却空気流路３６の入口部では、流路を拡大することがで
き、冷却空気２１が流入しやすい構造となっており、さ
らに、冷却空気流路３６の出口部では、剥離渦を防止す
ることができ、より冷却効率が向上する構造となってい
る。

【００５５】以上説明してきたように、このように形成
されたガスタービン燃焼装置であると、火炎伝播管内を
旋回力をもった冷却空気が火炎伝播管内周壁の周状を沿
うように、かつ火炎伝播管の軸端部に向かって流れるこ
とにより、火炎伝播管内周壁近傍に膜状の空気層を均一
に形成することができる。したがって、火炎伝播管内を
流れる燃焼ガスの温度を下げることなく、かつ、火炎伝
播管を均一に冷却することが可能となり、火炎伝播管の
温度分布を均一にすることができる。また、熱的条件の
最も厳しい火炎伝播管の軸端部においても冷却すること
が可能になり、火炎伝播管の焼損や熱応力による破損を
防止、また、燃焼器点火時の火炎伝播性能を向上するこ
とができる効果がある。

【００５６】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、ガスタービン燃焼器の点火時の火炎伝播管を通る燃
焼ガスの温度を下げることなく、かつ高負荷条件では火
炎伝播管を均一に冷却し、火炎伝播管の焼損を充分防止
することができるこの種のガスタービン燃焼装置を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ガスタービンプラントの構成を説明する図であ
る。

【図２】本発明のガスタービン燃焼装置の一実施例を示
す要部断面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

【図４】本発明のガスタービン燃焼装置の他の実施例を
示す要部断面図である。

【図５】図４のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

【図６】本発明のガスタービン燃焼装置の他の実施例を
示す要部断面図である。

【図７】図６のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。

【図８】本発明のガスタービン燃焼装置の他の実施例を
示す要部断面図である。

【図９】本発明のガスタービン燃焼装置の他の実施例を
示す要部断面図である。

【図１０】図９のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。

【図１１】本発明のガスタービン燃焼装置の他の実施例
を示す要部断面図である。

【図１２】本発明のガスタービン燃焼装置の他の実施例
を示す要部断面図である。

【図１３】図１２のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。

【図１４】図１２のＦ−Ｆ線に沿う断面図である。

【符号の説明】

１…圧縮機、２…ガスタービン、３…燃焼器、４…点火
栓、５…内筒、６…燃料ノズル、７…外筒、８…火炎伝
播管、１０…トランジションピース、１１…圧縮空気、
１２…燃焼ガス、１６…冷却孔、２１…冷却空気、２４
…フィン、２５…リング、３２…旋回羽根、３５…固定
リング。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小金沢 知己 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者 小林 成嘉 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者 森脇 文治 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 周方向に並設配置された複数個の燃焼器
   と、この隣接する燃焼器間を連絡する火炎伝播管と、こ
   の火炎伝播管の外側を覆う伝播管外筒と、この伝播管外
   筒と前記伝播管の隙間に冷却空気を導入する手段とを備
   え、火炎伝播管と伝播管外筒との隙間に冷却空気を流通
   せしめて火炎伝播管を冷却するようになしたガスタービ
   ン燃焼装置において、 前記火炎伝播管の周壁部に、周方向に傾斜した複数個の
   冷却孔若しくは冷却スリット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】 周方向に並設配置された複数個の燃焼器
   と、この隣接する燃焼器間を連絡する火炎伝播管と、こ
   の火炎伝播管の外側を覆う伝播管外筒と、この伝播管外
   筒と前記伝播管の隙間に冷却空気を導入する手段とを備
   え、火炎伝播管と伝播管外筒との隙間に冷却空気を流通
   せしめて火炎伝播管を冷却するようになしたガスタービ
   ン燃焼装置において、 前記火炎伝播管の周壁部に、周方向に傾斜した複数個の
   冷却孔を設けるとともに、火炎伝播管の軸方向両端部の
   周壁部には、軸方向および周方向に傾斜した複数個の冷
   却孔を設けるようにしたことを特徴とするガスタービン
   燃焼装置。
3. 【請求項３】 前記伝播管の外周に周方向に延びたフィ
   ンを設けるとともに、このフィンおよび伝播管壁を貫通
   して前記冷却孔を設けるようにした請求項１または２記
   載のガスタービン燃焼装置。
4. 【請求項４】 前記伝播管の内部でかつ前記冷却孔に対
   向する部分に、冷却孔より流入した冷却空気を周方向に
   案内するガイドリングを設けてなる請求項１，２または
   ３記載のガスタービン燃焼装置。
5. 【請求項５】 周方向に並設配置された複数個の燃焼器
   と、この隣接する燃焼器間を連絡する火炎伝播管と、こ
   の火炎伝播管の外側を覆う伝播管外筒と、この伝播管外
   筒と前記伝播管の隙間に冷却空気を導入する手段とを備
   え、火炎伝播管と伝播管外筒との隙間に冷却空気を流通
   せしめて火炎伝播管を冷却するようになしたガスタービ
   ン燃焼装置において、 前記火炎伝播管の周壁部に、周方向に傾斜した複数個の
   冷却孔を設けるとともに、火炎伝播管の軸方向両端部を
   異径に形成し、かつこの異径部の径方向壁面に、冷却空
   気を周方向に旋回させる旋回器を設けるようにしたこと
   を特徴とするガスタービン燃焼装置。
6. 【請求項６】 周方向に並設配置された複数個の燃焼器
   と、この隣接する燃焼器間を連絡する火炎伝播管と、こ
   の火炎伝播管の外側を覆う伝播管外筒と、この伝播管外
   筒と前記伝播管の隙間に冷却空気を導入する手段とを備
   え、火炎伝播管と伝播管外筒との隙間に冷却空気を流通
   せしめて火炎伝播管を冷却するようになしたガスタービ
   ン燃焼装置において、 前記火炎伝播管を複数の円弧状部材の並設により形成す
   るとともに、この円弧状部材周方向端部を、それぞれ所
   定の径方向間隙を介して重なり合うように形成し、この
   間隙を介して火炎伝播管の内部に冷却空気が導入される
   ように形成したことを特徴とするガスタービン燃焼装
   置。