JPS6027816B2 - 燃焼タ−ビンの中間ダクト - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は工業用及び発電電用の大型燃焼タービンに関し
、特にそこに用いられタービン燃焼器からタービン羽根
へ高温駆動ガスを導く中間ダクトに関するものである。

大型プラント燃焼タービンの構造設計で、燃焼器が機関
軸の周囲にぎつちり配置されている航空燃焼機関と区別
される点は、燃焼器を比較的半径方向外側位置でタービ
ン長手軸の周辺に配置する必要があることである。各燃
焼器は中間ダクトに接続されるのが一般的であり、この
中間ダクトは燃焼器の断面同様の円形断面を上流端（入
口）に有し、タービン羽根が回転する環状室の断面に対
応する横断面を下流端（出口）に有する構成になってい
る。更に、中間ダクトは通常、燃焼器ガスが半径方向外
側の燃焼器位置から下流のタービン羽根のより内側の半
径方向位置に流れるように、その長さに沿って半径方向
側に延びる。改良ステンレス鋼或はハスタロィ （Ｈａｓね１ｌｏｙ）又はインコ（Ｉｎｃｏ）６１７の
如きニッケル基合金を用いても、中間ダクトを適切に冷
却して、ダクト寿袷を長くしたり、回転羽根及び固定羽
根及び固定羽根の寿伶をある程度長くすることが難しく
なってきた。

また、駆動ガスの温度は通常１２６０００であるが、中
間ダクトに使用する特殊金属の作動温度限界は約８１６
００である。タービンの駆動ガス温度は将来においても
さらに上昇することが予想されている。中間ダクトの冷
却は現在〜ダクトの外面周囲を循環してから燃焼器バス
ケットに取り入れられそこで液体又は気体燃料の燃焼を
維持する圧縮機のＪ排出空気で行なわれる。

中間ダクトのこのような外側からの冷却は大体において
適当に行なわれていた。しかし、既に示した理由による
タービン駆動ガス温度の上昇に伴ってそれ程適当ではな
くなりつつある。更に、ダクトの外側冷却はある点で過
去において同様に不適当であった。

従って、現在の低いタービン駆動ガス温度でさえも、あ
る中間ダクトは、特にタービン羽根に隣接する湾曲部分
での熱応力疲労により、作動時に損傷することがあった
。ダクト湾曲部分及び同様の構造部分は駆動ガス温度の
上昇に伴ってクリープ寿命を更に低下させるであろう。
更に、ダクトが内側から外側に受ける熱応力及び圧力力
差において、ダクト下流端で環状断面を有するダクト部
分は、ダクト上流端で円形横断面を有するダクト部分ほ
ど構造的に強くないので、環状面を有するダクト部分に
損傷が生じていた。

ダクト壁を更に冷却するために、ダクト壁の内側面に沿
って冷却材空気を導入し、内側境界層の冷却をすること
ができる。しかし、この方法はガス流を横断する方向の
温度プロフィールを歪め、タービン回転羽根及び固定羽
根の寿命を低下させる。更に、冷却材空気をこのように
使用するとタービン効率が低下する。本発明の目的は、
先行技術のこれ等の欠点に灯ち勝つことを考えて、燃焼
タービン用の改良中間ダクトを提供することにある。

この目的から本発明は、上流端で燃焼室に接続され、下
流端で支持されて高温駆動ガスを環状のタービン羽根室
に通すように配置された細長い管状の外壁部材を備える
大型プラント用燃焼タービンの中間ダクトにおいて、前
記外壁部材は、フィルム冷却が行なわれず且つ構造的に
不連続ではなし・内側表面を有すると共に、壁内部の冷
却が可能に構成された壁部分を前記タービン羽根室に隣
接した湾曲部分に少なくとも有し、該壁部分は、管状の
外殻部材と、連続な前記内側表面の一部を形成する管状
の連続な内側表面及び前記外殻部材の管状内側表面に当
接したり離れたりして周辺に固定された外側表面を有す
る内皮部材とを備え、前記内皮部村内には、前記外殻部
材に臨むように周囲に冷却材遍路が配設されていて冷却
材を前記外殻部村及び内皮部材の間で実質的に前記壁部
分の長手方向に流しており、前記外殻部村は圧縮機が排
出する中間ダクト外部からの冷却材空気を前記冷却材通
路に導いてそこを貫流させる入口を有し、更に「前記外
壁部材は、前記冷却材通路の冷却材を前記入口から長手
方向に間隔を置いた少なくとも一つの場所から中間ダク
ト内部の高温駆動ガス流に排出する排出部を備えること
を特徴とするものである。

本発明は添加図面に示すその好適な実施例については下
記の説明から一層容易に明らかとなるつｏ特に、複数の
本体円筒形の燃焼室、即ち燃焼器亀２を有する大型プラ
ント用燃焼タービン１０が第１図に示されている。

燃料はノズル構造−４を通って燃焼器１２に供給され、
空気は燃焼ケーシング２０内の空気流室１８を通って圧
縮機１６により燃焼器１２に供給される。燃焼による高
温ガス生成物は各燃焼器１２から中間ダクト２２の上流
端を通ってダクト下流端に流れ、そこで、膨張ガスの駆
動力によりタービンン羽根が回転している環状室に排出
される。

この場合、タービン羽根の三つの段２４，２６，２８に
対応する固定羽根３０，３２，３４に沿って配置される
。圧縮機の排出空気は第１図の図示流路で示すように管
状中間ダクト２２の外側回りを流れて、同中間ダクト外
壁を外部から冷却する。高タービン運転効率をもたらす
と共に、中間ダクト２２と回転羽根及び固定羽根及び固
定羽根との運転寿袷を延ばすため、中間ダクト２２は本
発明に従って壁内部の冷却を強めた構造になっている。
中間ダクト２２の好適な構造を第２図〜第３図に示す。
中間ダクト２２（第２図）は、円形断面（第３図）の薄
肉管状構造を有する入口端部分３６を備える。

中間ダクト２２の第２部分３８は入口端部分３６に溶接
され、その上端で円形断面を形成する薄い管状壁を有す
る。上記の中間ダクト部分３６及び３８は通常、中間ダ
クト内の高温駆動ガス流の通路がタービン長手方向に沿
っていくから半径方向内側に延びるように鏡斜し且つ方
向付けられている。第３部分、即ち口状の壁部分４２は
、第２部分３８の出口端に上流端４３で溶接された外側
管状壁を備える。第２部分３８及び第３部分４３の管状
壁は、上流での円形横断面から、環状体の断面に対応す
る下流端４５での横断面へとその長さに沿って形状や漸
次変化する。第３部分４２は参照符号４８で示すような
湾曲部分であり、タービン羽根の回転する環状室を横切
る長手方向に大体高温駆動ガスを向けている。

中間ダクト壁の高温金属から熱は中間ダクト壁の外側表
面から圧縮機１６の循環冷却材空気に伝達される。加え
て、圧縮機１６の冷却材空気は中間ダクト壁内部の冷却
材通路内に流れて、高温金属の効率的且つ強力な冷却を
行い、中間ダクト、回転羽根及びび固定羽根の寿命を延
長する。少なくとも第３部分４２が壁内部からの冷却を
行う構造を有する。所望ならば、タービン運転条件に応
じて同様の冷却材供給を値の中間ダクト部分に行っても
よい。更に、ここに記載された冷却特徴を有する中間ダ
クトは現在運転中のタービンに取り付けるように改変可
能であり、また新しく製造した燃焼タービンにも取り付
けることができる。

第７図及び第８図に示すように、第３部分４２はケーシ
ング構造に取り付け可能な支持腕５９（第２図）を有す
る外殻部材５０を備える。

第３部分４２の長さに沿った略々中央の場所で、第３部
分４２の内部周辺回りに、半径方向内側に面する冷却材
通路５２が設けられている。外殻部材５０を貫通する複
数の入口５７が設けられていて、圧縮機１６からの冷却
材空気をこの冷却材通路５２に通す。外殻部材５０、内
皮部材５４及びその他のダクト壁構造に用いる金属は例
えば前に記した合金のいずれかであり得る。半径方向外
側、即ち中間ダクト壁内部側に溝を切った金属製内皮部
材５４は溶接等により外殻部材５０の内側表面に取り付
けられる。

内皮部材５４の外側表面には外殻部材５０‘こ臨むよう
に複数の冷却材通路５６が設けられており、周通路は第
３部分４２の上下流端へ長手方向に互いに平行に延びる
のが好ましい。冷却材通路５６は例えば幅．７６脚、深
さ．７６肋であり、互いに、７６肋の距離をおいている
。内皮部村５４の冷却材通路５６の全ては外殻部材５川
こなる横方向の冷却材通路５２に運通しており、中間ダ
クトの外部から入口５７を通って来る冷却材空気を第３
部分の入口端、出口端へ上流及び下流に分配する。

従って、冷却材空気は上流と下流方向に中間ダクト壁内
部を流れるので、実質的に第３部分壁内部の全周辺の回
りに分配される。第４図に示す如く、冷却材空気は長手
方向の内皮部材５４の冷却材通路５６の排出部、即ち開
放下流端４５から高温駆動ガス流の中へ直接排出される
。

該冷却材通路５６の上流端には、第２部分３８の壁端と
の間にも排出部として環状スペース４７が設けられてい
て、下流での中間ダクト壁内部の流れへの冷却材の流入
に備えている。代表的に２５．４物の長さを有する第３
部分４２を冷却するのに本発明の装置を使用して得た計
算結果が第９図に示されている。内皮部材５４の管状側
表面は構造的に連続しており且つ中間ダクト内部への冷
却材放出がない、即ち該内側表面のフィルム冷却がない
ので、該内側表面は容易にセラミックその他の熱バリヤ
ー被覆材を受け付けるようになっている。

更に、中間ダクト内部の高温駆動ガス流を横切る望まし
くない温度プロフィールを避けることにより、タービン
回転羽根及び固定羽根の寿命を短くする結果を回避する
ことができる。また、必要な冷却作用は比較的少ない冷
却材流量により達成できるし、それによりタービン効率
への影響が少なくなる。中間ダクト壁冷却の他の方式は
、第６図及び第８図に示す中実で同質の内皮部材５４よ
りもむしろ第１０図〜第１５図に示した内杏部材、即ち
放散性材料６０を用いる。ジヱネラル・モータ社（Ｑｎ
ｅｒａＩ ＭｏｔｏｒｓＣｏｐｏｒ−ａｔｉｏｎ）のＤ
ＤＡ部により製作される“ラミ。

ィ”（Ｌａ−ｍｍｏｙ）のような放散性材料又はロール
ス・ロイス（Ｒｏｌｌｓ Ｒｏｙｃｅ）の“トランスプ
ラィ”（Ｔｒａｎｃｐｌｙ）のような同様のラミネート
を使用する。この冷却構造では、下向きに面する溝６１
が外殻部材６２の内面に加工される。

溝６１の側辺６４はラミネートされた放散性材料６０と
の接触表面を少なくするため斜めに切り取られている。
空気処理は、冷却材通路６３がラミネートの多孔性外側
表面に冷却材空気を配る分配装置として働くことを除き
前述のものと同様である。冷却材空気は冷却材通路６３
の終りでは出ず、その代わり多孔性の放射性材料６０を
通って流れる。長手方向の溝６１の内皮部材６０の緑で
終わる（第１３図及び第１４図参照）。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例に従って冷却すべ〈中間ダク
トが組み込まれた燃焼タービンの長手方向断面図、第２
図は中間ダクトをその長手方向に沿って示す断面図、第
３図は中間ダクトの入口部分の上流端面図、第４図は中
間ダクトの出口部分又は口状部分の下流端面図、第５図
は第４図に示した中間ダクトの下流側側口状部分の領域
Ｃの拡大図、第６図及び第７図は第２図の中間ダクト長
手方向断面における各領域Ａ及びＢの拡大図、第８図は
第６図の線Ｗ−風に沿う中間ダクト横断面の一部を示す
図、第９図は本発明により構成した中間ダクトの金属温
度特性を示すグラフ図、第１０図は第１２図に示した別
の中間ダクトの下流部分を通る拡大断面図、第１１図は
第１０図の幻−幻線断面図、第１２図は冷却力を増す放
散性内皮構造を用いる中間ダクトの略図、第１３図は第
１２図における領域Ｄの拡大図、第１４図の領域Ｅの拡
大図、第１５図は第１４図の中間ダクト拡大領域の頂面
図である。 １０・・・燃焼タービン、１２・・・燃焼室、１６・・
・圧縮機、２２…中間ダクト、４２・・・壁部分、４５
・・・排出部（下流端）、４７…排出部（環状スべ‐ス
）、４８…湾曲部分、５０・・・外殻部材、５４・・・
内皮部村、５６…冷却材通路、５７…入口。 第２図第３図 第４図 図 船 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図 第１０図 第１１図 第１２図 第１３図 第１４図 第１５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 上流端で燃焼室１２に接続され、下流端４５で支持
   されて高温駆動ガスを環状のタービン羽根室に通すよう
   に配置された細長い管状の外壁部材を備える大型プラン
   ト用燃焼タービン１０の中間ダクト２２において、前記
   外壁部材は、フイルム冷却が行なわれず且つ構造的に不
   連続ではないが内側表面を有すると共に、壁内部の冷却
   が可能に構成された壁部分４２を前記タービン羽根室に
   隣接した湾曲部分４８に少なくとも有し、該壁部分４２
   は、環状の外殻部材５０と、連続な前記内側表面の一部
   を形成する管状の連続な内側表面の一部を形成する管状
   の連続な内側表面及び前記外殻部材５０の管状内側表面
   に当接したり離れたりして周辺に固定された外側表面を
   有する内皮部材５４とを備え、前記内皮部材５４には、
   前記外殻部材５０に臨むように周囲に冷却材通路５６が
   配設されていて冷却材を前記外殻部材５０及び内皮部材
   ５４の間で実質的に前記壁部分４２の長手方向に流して
   おり、前記外殻部材５０は圧縮機が排出する中間ダクト
   ２２外部から冷却材空気を前記冷却材通路５６に導いて
   そこを貫通させる入口５７を有し、更に、前記外壁部材
   は、前記冷却材通路５６の冷却材を前記入口５７から長
   手方向に間隔を置いた少なくとも一つの場所から中間ダ
   クト２２内部の高温駆動ガス流に排出する排出部を備え
   ることを特徴とする燃焼タービンの中間ダクト。