KR102059327B1

KR102059327B1 - 연소기용 통, 연소기 및 가스 터빈

Info

Publication number: KR102059327B1
Application number: KR1020187006862A
Authority: KR
Inventors: 신 가토; 다이키 기노시타; 신고 사토
Original assignee: 미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤
Priority date: 2015-09-15
Filing date: 2016-09-09
Publication date: 2019-12-26
Also published as: TWI653389B; US20180259185A1; TW201723305A; WO2017047516A1; JPWO2017047516A1; DE112016004185T5; US10782025B2; KR20180039687A; JP6691919B2; CN107923318B; CN107923318A

Abstract

연소기용 통의 온도가 상승하는 부분을 효율 좋게 냉각을 할 수 있고, 가스 터빈의 효율을 저하시키지 않고, 연소용 통의 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있다. 입구와 출구를 갖는 정익이 설치된 정익 슈라우드와 연결하는 연소기용 통으로서, 내측의 공간이 연소 가스를 통과시키는 유로로 되고, 유로로 되는 벽면에 냉각 매체가 통과하는 제1 냉각 유로가 형성된 내측 통과, 내측 통의 외주에 배치되고, 내측 통에 고정된 외측 통을 가지며, 내측 통의 외주면과 외측 통의 내주면 사이에 냉각 매체가 통과하고, 또한 제1 냉각 유로와 연소기용 통의 출구 근방에서 이어지는 제2 냉각 유로가 형성되고, 외측 통은, 제2 냉각 유로의 제1 냉각 유로의 근방에 냉각 촉진 구조가 형성되어 있다.

Description

연소기용 통, 연소기 및 가스 터빈

본 발명은 가스 터빈에 이용할 수 있는 연소기용 통(筒), 연소기 및 이 연소기를 구비한 가스 터빈에 관한 것이다.

가스 터빈의 연소기는 가스 터빈의 운전 중, 고온의 연소 가스를 생성하고, 생성한 연소 가스가 통과하기 때문에, 연소 가스에 의해 가열된다. 이 때문에, 연소기는 공기 또는 증기 등의 기체를 냉각 매체로서 유통시켜 각 부분을 냉각하여 온도의 상승을 억제한다. 이러한 가스 터빈의 연소기에 있어서는, 냉각 매체를 이용하여 연소기의 연소기용 통(미통(尾筒), 연소 통)을 냉각하는 가스 터빈 연소기가 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1). 특허문헌 1에 기재된 가스 터빈은 미통의 하류의 단부로부터 정익(靜翼)을 지지하는 정익 슈라우드(stator vane shroud)를 향해 냉각 공기를 분사하고 있다.

일본 공개특허공보 제2006-105076호

특허문헌 1에 기재된 장치는 미통으로부터 정익 슈라우드를 향해 냉각 공기를 분사하여 미통과 정익 슈라우드 사이로의 연소 가스의 침입을 방지하고 있다. 특허문헌 1에 기재된 가스 터빈은 미통과 정익 슈라우드 사이의 틈새 부분의 소손(燒損)을 막을 수 있지만, 냉각 공기를 연소 가스의 유로 안에 분사하게 된다. 이 때문에, 가스 터빈의 효율(소정량의 연료를 연소시켜 발생시킬 수 있는 에너지의 양)이 저하한다.

본 발명은 냉각 공기를 분사하지 않고, 연소기용 통의 온도가 상승하는 부분을 효율 좋게 냉각을 할 수 있고, 가스 터빈의 효율을 저하시키지 않고, 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있는 연소기용 통, 연소기 및 이 연소기를 구비한 가스 터빈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 입구와 출구를 갖는 연소기용 통에 있어서, 내측의 공간이 연소 가스를 통과시키는 유로로 되고, 상기 유로로 되는 벽면에 냉각 매체가 통과하는 제1 냉각 유로가 형성된 내측 통과, 상기 내측 통의 외주에 배치되고, 상기 내측 통에 고정된 외측 통을 가지며, 상기 내측 통의 외주면과 상기 외측 통의 내주면 사이에 냉각 매체가 통과하고, 또한 상기 제1 냉각 유로와 상기 연소기용 통의 출구 근방에서 이어지는 제2 냉각 유로가 형성되고, 상기 외측 통은, 상기 제2 냉각 유로의 상기 제1 냉각 유로의 근방에 냉각 촉진 구조가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉각 촉진 구조는, 상기 내측 통과의 거리가 위치에 의해 변화하는 요철 형상인 것이 바람직하다.

또한, 상기 냉각 촉진 구조는, 상기 요철 형상의 볼록부의 적어도 일부가 상기 내측 통과 접하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 냉각 촉진 구조는, 상기 냉각 매체가 통과하는 복수의 관통 구멍(貫通孔)인 것이 바람직하다.

또한, 상기 냉각 촉진 구조는, 상기 내측 통보다도 가스 터빈의 회전축 측의 상기 외측 통의 변(邊)에 형성되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 출구 측의 단부가, 정익이 설치된 정익 슈라우드와 연결하고, 상기 냉각 촉진 구조는, 가스 터빈의 로터의 회전 방향에 있어서, 상기 정익의 상류 측의 단부와 겹치는 위치를 포함하는 범위에 한 군데 이상 형성되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 출구 측의 단부가, 정익이 설치된 정익 슈라우드와 연결하고, 상기 냉각 촉진 구조는 가스 터빈의 로터의 회전 방향에 있어서, 상기 정익의 피치(P)의 1/3 P 이상 3 P 이하의 범위에 배치되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 출구 측의 단부가, 정익이 설치된 정익 슈라우드와 연결하고, 상기 내측 통은 상기 정익 슈라우드 측의 단부에 상기 외측 통을 향해 연재(延在)하는 플랜지부를 갖고, 상기 외측 통의 상기 정익 슈라우드 측의 단부와 상기 플랜지부의 단부를 용접으로 접속하는 용접부를 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 용접부는 상기 플랜지부의 상기 정익 슈라우드 측과는 반대 측의 면과 상기 외측 통을 접속하는 것이 바람직하다.

본 발명은, 연소기에 있어서, 상기의 어느 것인가에 기재된 연소기용 통을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 가스 터빈에 있어서, 압축기와, 상기 압축기에 의해 압축된 공기와 연료를 연소시켜 연소 가스를 생성하는 상기에 기재된 연소기와, 상기 연소기로부터의 상기 연소 가스가 공급되어 구동되는 터빈을 포함한다.

본 발명은 연소기용 통의 온도가 상승하는 부분을 효율 좋게 냉각을 할 수 있고, 가스 터빈의 효율을 저하시키지 않고, 연소용 통의 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 실시형태에 관한 연소기를 갖는 가스 터빈의 개략 구성도이다.
도 2는 연소기의 확대도이다.
도 3은 연소기의 미통과 1단(段) 정익과의 관계를 나타내는 모식도이다.
도 4는 연소기의 미통의 일부를 나타내는 사시도이다.
도 5는 연소기의 미통의 출구의 구조를 나타내는 사시도이다.
도 6은 연소기의 미통을 출구 측에서 본 설명도이다.
도 7은 연소기의 미통과 정익 슈라우드의 단면도이다.
도 8은 도 7의 A-A 단면도이다.
도 9는 냉각 촉진 구조의 개략 구성을 나타내는 사시도이다.
도 10은 연소기의 미통과 1단 정익과의 관계의 다른 예를 나타내는 모식도이다.
도 11은 미통의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 12는 냉각 촉진 구조의 다른 예의 개략 구성을 나타내는 사시도이다.
도 13은 냉각 촉진 구조의 다른 예의 개략 구성을 나타내는 사시도이다.
도 14는 미통의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 15는 도 14의 B-B 단면도이다.
도 16은 미통의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 17은 도 16의 C-C 단면도이다.
도 18은 도 16에 나타내는 냉각 촉진 구조의 개략 구성을 나타내는 사시도이다.

본 발명을 실시하기 위한 형태(실시형태)에 대해, 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

도 1은 본 실시형태에 관한 연소기를 갖는 가스 터빈의 개략 구성도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 가스 터빈(1)은, 유체의 흐름 방향의 상류 측으로부터 순서대로 압축기(11)와, 가스 터빈용 연소기(이하, 연소기라고 한다)(12)와, 터빈(13)과, 배기실(14)을 갖는다. 터빈(13)에는, 예를 들어 발전기가 연결되어 있다. 가스 터빈은 회전 중심축(L)을 중심으로 회전 가능한 로터(터빈 축)(24)를 갖는다.

압축기(11)는 공기를 취입하는 공기 취입구(15)와 이어지고 있으며, 공기가 흐르는 유로가 설치되는 압축기 차실(車室)(16)을 갖는다. 압축기(11)는, 압축기 차실(16) 내의 공기의 유로에 복수의 정익(17)과 동익(動翼)(18)이 교대로 배치되어 있다. 연소기(12)는 압축기(11)에서 압축된 압축 공기(연소용 공기)에 연료를 공급하고, 연료와 연소용 공기와의 혼합기(混合氣)를 연소시켜 연소 가스를 생성한다. 터빈(13)은, 연소기(12)에서 생성된 연료용 가스가 유입하는 유로가 설치된 터빈 차실(20)이 형성되어 있다. 터빈(13)은, 터빈 차실(20)의 연소 가스의 유로 내에 복수의 정익(21)과 동익(22)이 유체로서의 연소 가스의 흐름 방향에 있어서의 상류로부터 하류를 향해 교대로 배치되어 있다. 정익(21)은 터빈 차실(20)의 일부인 정익 슈라우드(50)에 지지되어 있다. 정익 슈라우드(50)는, 내부에 연소 가스가 통과하는 공간이 형성되어 있다. 정익 슈라우드(50)는, 연소 가스가 통과하는 공간에 정익(21)을 고정하고 있다. 또한, 정익 슈라우드(50)에는, 연소기(12)가 연결하고 있다.

배기실(14)은 터빈(13)을 통과한 연소 가스가 유입하는 배기 디퓨저(exhaust diffuser)(23)를 갖고 있다. 로터(24)는 압축기(11), 연소기(12), 터빈(13) 및 배기실(14)의 직경 방향 중심부를 관통하도록 위치한다. 로터(24)의 압축기(11) 측의 단부는 베어링부(25)에 의해 회전 중심축(L)을 중심으로 하여 회전 자유자재로 지지되고, 배기실(14) 측의 단부는 베어링부(26)에 의해 회전 중심축(L)을 중심으로 하여 회전 자유자재로 지지되어 있다. 로터(24)에는, 복수의 디스크 플레이트가 고정되고, 각 동익(18, 22)이 연결되어 있다.

이러한 가스 터빈(1)에 있어서, 압축기(11)의 공기 취입구(15)로부터 취입된 공기는 복수의 정익(17)과 동익(18)을 통과하여 압축되어 고온·고압의 압축 공기로 된다. 이 압축 공기는, 연소기(12)에 있어서, 압축 공기에 대해 소정의 연료가 공급됨으로써 연료와의 혼합기로 된다. 이 혼합기는 연소기(12)에서 연소되어 연소 가스로 된다. 연소기(12)에서 생성된 작동 유체인 고온·고압의 연소 가스는, 터빈(13)이 구비하는 복수의 정익(21)과 동익(22)을 통과하여 로터(24)를 회전시킨다. 로터(24)가 회전함으로써, 로터(24)에 연결된 발전기가 구동되어 전력을 발생한다. 로터(24)를 통과한 배기 가스는 배기 가스로서 대기에 방출된다.

도 2는 연소기의 확대도이다. 연소기(12)는 연소기 케이싱(30)을 갖는다. 연소기 케이싱(30)은, 외통(31)의 내부에 배치된 내통(32)과, 내통(32)의 선단부에 연결된 미통(33)을 갖고, 회전 중심축(L)에 대해 경사진 중심축(La)을 따라 연재한다. 여기서, 가스 터빈(1)은, 차실 하우징(27)과 연소기 케이싱(30) 사이의 공간이 연소 겸용 압력 차실(燃兼壓車室)(34)로 된다. 연소 겸용 압력 차실(34)은, 압축기(11)에서 압축된 압축 공기가 추기(抽氣)된다. 연소 겸용 압력 차실(34)에 추기된 압축 공기는 연소기(12)의 내통(32)에 유입한다.

외통(31)은 차실 하우징(27)에 체결되어 있다. 내통(32)은, 그 기단부가 외통(31)에 지지되고, 외통(31)의 내측에, 외통(31)으로부터 소정 간격을 두고 배치되어 있다. 내통(32)의 중심부에는, 중심축(La)을 따라 파일럿 노즐(40)이 설치되어 있다. 파일럿 노즐(40)의 주위에는, 파일럿 노즐(40)을 둘러싸도록 등간격으로, 또한 파일럿 노즐(40)과 평행하게 복수의 메인 노즐(42)이 배치되어 있다.

미통(transition piece)(33)은, 그 기부가 원통상(円筒狀)으로 형성되어 내통(32)의 선단에 연결되어 있다. 미통(33)은 선단 측에 걸쳐서 단면적이 작고 또한 만곡하여 형성되며, 터빈(13)의 1단째의 정익(21)을 향해 개방하고 있다. 미통(33)은 선단이 정익 슈라우드(50)와 연결하고 있다. 미통(33)은 내통(32) 측의 단부(기부)가 입구(33I)로 되고, 정익 슈라우드(50)와 접속하고 있는 단부(선단)가 출구(33O)로 된다. 미통(33)은 내부에 연소실을 갖는다. 연소기(12)는, 외통(31), 내통(32), 미통(33)이 연소기용 통으로 된다. 또한, 연소기(12)는, 미통(33)이 정익 슈라우드(50)와 연결하는 연소기용 통으로 된다.

이하, 도 2에 덧붙여, 도 3부터 도 9를 이용하여, 미통(33)에 대해 설명한다. 도 3은 연소기의 미통과 1단 정익과의 관계를 나타내는 모식도이다. 도 4는 연소기의 미통의 일부를 나타내는 사시도이다. 도 5는 연소기의 미통의 출구의 구조를 나타내는 사시도이다. 도 6은 연소기의 미통을 출구 측에서 본 설명도이다. 도 7은 연소기의 미통과 정익 슈라우드의 단면도이다. 도 8은 도 7의 A-A 단면도이다. 도 9는 냉각 촉진 구조의 개략 구성을 나타내는 사시도이다.

미통(33)은 통상(筒狀) 부재이며, 상술한 바와 같이, 통상의 내부 공간 일단이 연소 가스(G)의 입구(33I)로 되고, 타단이 연소 가스(G)의 출구(33O)로 된다. 미통(33)은, 출구(33O) 측의 단부가 정익 슈라우드(50)와 연결하고 있다. 또한, 연소 가스(G)의 흐름 방향에 있어서, 미통(33)의 출구(33O)의 하류 측에는 정익(1단 정익)(21)이 배치되어 있다. 미통(33)은 입구(33I)로부터 유입한 연소 가스(G)를 출구(33O)로부터 유출시켜, 도 1에 나타내는 터빈(13)에 인도한다. 미통(33)의 출구(33O)로부터 유출한 연소 가스(G)는 정익(21) 사이를 통과한다. 여기서, 본 실시형태에서는, 회전 방향에 있어서 정익(21)이 배치되어 있는 거리를 피치(P)로 한다. 범위(W)에 대해서는 후술한다. 또한, 미통(33)의 배치 피치를 거리(Wa)로 한다. 본 실시형태에서는, 하나의 미통(33)에 대해 2개의 정익(21)이 배치되어 있고, 각 미통(33)에 대한 정익(21)의 위치가 동일해진다. 즉, 본 실시형태의 가스 터빈은, 미통(33)의 거리(Wa)가 2개분의 정익(21)의 피치(P)와 일치하고, Wa=2P 의 관계로 된다.

미통(33)은, 도 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 내측 통(60)과 외측 통(62)을 갖는다. 내측 통(60)과 외측 통(62)은 용접으로 연결되어 있다. 내측 통(60)은 통 형상이며, 통의 내측 공간이 연소 가스를 통과시키는 연소 가스 유로(64)로 되는 통상 부재이다. 내측 통(60)은 통의 단면이 사다리꼴을 변형시킨 형상이며, 회전 방향(로터(24)의 회전 방향)을 따라 연재하는 변이 원호(圓弧)로 되어 있다. 내측 통(60)은 회전 중심축(L)을 향함에 따라 회전 방향의 폭이 좁아지는 형상이다.

외측 통(62)은 내측 통(60)의 외주에 배치되어 내측 통(60)의 외주 일부를 덮고 있다. 외통부(62)는, 도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 4개의 분할부(66a, 66b, 66c, 66d)를 갖는다. 분할부(66a)는 내측 통(60)의 회전축 중심 측의 면과 대면하고 있다. 즉, 분할부(66a)는 내측 통(60)보다도 회전축 중심에 배치되어 있다. 분할부(66b)는 내측 통(60)의 회전축 방향에 있어서 외측의 면과 대면하고 있다. 즉, 분할부(66b)는 내측 통(60)보다도 회전축으로부터 이격된 위치에 배치되어 있다. 분할부(66c, 66d)는 내측 통(60)의 회전 방향의 단면으로 되는 2개의 면과 각각 대면하고 있다. 분할부(66a)는, 회전 방향의 한쪽 단부가 분할부(66c)와, 예를 들어 용접으로 고정되어 있다. 분할부(66b)도 회전 방향의 한쪽 단부가 분할부(66c)와, 예를 들어 용접으로 고정되어 있다. 또한, 분할부(66a, 66b, 66c, 66d)는 내측 통(60)과, 예를 들어 용접으로 고정되어 있다. 이와 같이, 외측 통(62)은 분할부(66a, 66b, 66c, 66d)로 내측 통(60)의 외측의 전체 외주를 덮고 있다. 외측 통(62)은 분할부(66a, 66b, 66c, 66d)로 하나의 통 형상으로 된다.

내측 통(60)은, 도 7에 나타내는 바와 같이, 내벽부(70)와, 정익 슈라우드(50) 측의 단면에 배치된 플랜지부(단부)(72)를 갖는다. 내벽부(70)는 내측 통의 통을 구성하는 부분이며, 내벽부(70)로 둘러싸인 영역이 연소 가스 유로(64)로 된다. 플랜지부(72)는 정익 슈라우드(50)와 대면하고 있다. 플랜지부(72)와 정익 슈라우드(50) 사이가 틈새(58)로 된다. 또한, 플랜지부(72)는 외측 통(62)과, 예를 들어 용접으로 고정되어 있다.

내벽부(70)의 내부, 즉 연소 가스 유로(64)를 둘러싸는 벽의 내부에는, 복수의 제1 냉각 유로(74)가 형성되어 있다. 복수의 제1 냉각 유로(74)는 벽의 연재 방향으로, 또한 연소 가스의 흐름 방향에 직교하는 방향으로 나란히 형성되어 있다. 제1 냉각 유로(74)는, 연소 가스(G)의 흐름 방향, 즉 입구(33I)로부터 출구(33O)를 향하는 유로와, 출구(33O) 측의 단부에서 플랜지부(72)를 따라, 연소 가스 유로(64)로부터 멀어지는 방향으로 연장된 유로가 이어지고 있다. 또한, 제1 냉각 유로(74)는, 출구(33O) 측의 단부에서 플랜지부(72)를 따라 연소 가스 유로(64)로부터 멀어지는 방향으로 연장된 유로가, 다른 제1 냉각 유로(74)의 동일한 부분과 이어진 형상이어도 좋다. 즉, 제1 냉각 유로(74)의 출구(33O) 측의 단부에서 플랜지부(72)를 따라 연소 가스 유로(64)로부터 멀어지는 방향으로 연장된 유로는 복수의 제1 냉각 유로(74)에 공통인 유로라도 좋다.

다음에, 외측 통(62)은, 상술한 바와 같이, 내측 통(60)의 외주면, 즉 연소 가스 유로(64)를 형성하는 내주면과는 반대 측의 면을 둘러싸는 통이다. 외측 통(62)은 내측 통(60)에, 예를 들어 용접으로 고정되어 있다. 외측 통(62)은, 내측 통(60)과는 반대 측의 면에 고정부(78)가 형성되어 있다. 고정부(78)는 정익 슈라우드(50)와 연결한다.

미통(33)은, 내측 통(60)과 외측 통(62) 사이에 제2 냉각 유로(80)가 형성된다. 제2 냉각 유로(80)는, 내측 통(60)과 외측 통(62)이 대면하고 있는 면 사이의 공간, 즉 내측 통(60)의 외주 측의 면과 외측 통(62)의 내주 측의 면 사이의 공간이다. 제2 냉각 유로(80)는 제1 냉각 유로(74)와 이어지고 있다.

외측 통(62)은, 도 7부터 도 9에 나타내는 바와 같이, 제2 냉각 유로(80), 즉 내측 통(60)과 대면하고 있는 면에 냉각 촉진 구조(82)가 형성되어 있다. 냉각 촉진 구조(82)는 제2 냉각 유로(80)의 제1 냉각 유로(74)와의 접속 부분의 근방에 배치되어 있다. 구체적으로는, 냉각 촉진 구조(82)는 플랜지부(72)의 근방에 배치되어 있다. 본 실시형태의 냉각 촉진 구조(82)는 4개의 분할부(66a, 66b, 66c, 66d) 중 회전축 방향 내측의 분할부(66a)에만 설치되어 있다. 또한, 본 실시형태의 냉각 촉진 구조(82)는, 회전 방향에 있어서, 분할부(66a)의 제2 냉각 유로(80)의 일부, 구체적으로는 범위(W)에 설치되어 있다. 범위(W)는 외측 통(62)의 회전 방향의 중심을 포함하는 범위이다.

미통(33)은, 도 8에 나타내는 바와 같이, 냉각 촉진 구조(82)가 설치되어 있는 단면에 있어서, 냉각 촉진 구조(82)가 설치되어 있지 않은 부분의 공간(90)과 냉각 촉진 구조(82)가 설치되어 있는 부분의 공간(92)이 있다. 공간(90)은 내측 통(60)과 외측 통(62)의 단면이 대략 평행이며, 내측 통(60)과 외측 통(62)과의 폭이 회전 방향의 위치가 이동해도 실질적으로 일정하게 된다. 이에 대해, 냉각 촉진 구조(82)는, 도 7부터 도 9에 나타내는 바와 같이, 외측 통(62)의 표면에 형성된 요철 형상이다. 구체적으로는, 복수의 볼록부(84)가 회전 방향으로 소정의 간격으로 배치되어 있다. 볼록부(84)는, 돌출하고 있는 부분의 선단이 내측 통(60)과 접하고 있다. 따라서 공간(92)은 볼록부(84)와 볼록부(84) 사이에 형성된다. 즉, 미통(33)은 회전 방향에 있어서 공간(92)이 복수로 분할된다. 또한, 미통(33)은, 냉각 촉진 구조(82)의 공간(92)이 형성되어 있는 부분의 외측 통(62)의 표면이 공간(90)보다도 내측 통(60)으로부터 떨어져 있다. 즉, 외측 통(62)은, 냉각 촉진 구조(82)가 형성되어 있는 부분이 냉각 촉진 구조(82)가 형성되어 있지 않은 부분보다도 내측 통(60)으로부터 떨어져 있다.

미통(33)은, 냉각 매체를 공급하는 기구로부터 공급된 냉각 매체(S)가 제1 냉각 유로(74)의 입구(33I)로부터 출구(33O)를 향하는 유로에 연소 가스(G)를 따른 방향으로 흐른다. 제1 냉각 유로(74)의 입구(33I)로부터 출구(33O)를 향하는 유로를 흐른 냉각 매체(S)는 플랜지부(72)를 따라 연소 가스 유로(64)로부터 멀어지는 방향으로 연장된 유로를 통과한 후, 제2 냉각 유로(80)를 흐른다. 플랜지부(72)를 따라 연소 가스 유로(64)로부터 멀어지는 방향으로 연장된 유로를 통과한 냉각 매체(S)는 제2 냉각 유로(80)에 유입하면 냉각 촉진 구조(82)를 통과한 후, 흐름 방향 하류 측으로 진행한다.

미통(33)은 냉각 촉진 구조(82)를 설치함으로써, 냉각 촉진 구조(82)가 설치되어 있는 부분의 냉각 매체(S)와 접하는 부분의 외측 통(62)의 표면적을, 외측 통(62)의 표면을 평탄하게 하는 경우보다도 크게 할 수 있다. 이에 의해, 미통(33)은, 연소 가스(G)가 유입하는 틈새(58)가 발생하고 있는 플랜지부(72) 근방의 냉각 능력을 높게 할 수 있고, 플랜지부(72)의 단부의 온도 상승을 억제할 수 있다. 또한, 미통(33)에 형성된 제1 냉각 유로(74) 및 제2 냉각 유로(80)를 흐르는 냉각 매체(S)는 미통(33)의 벽 속을 흐르고, 연료용 가스 유로에 유입하지 않는다. 이 때문에, 냉각 매체(S)를 연소 가스 유로(64)에 유입시키지 않고 냉각 성능을 높일 수 있다. 이에 의해, 연소 가스(G)에 혼합되는 냉각 매체(S)를 저감할 수 있고, 연소 가스(G)의 온도가 상류 측에서 저감하는 것을 억제할 수 있으며, 가스 터빈에서 보다 많은 에너지를 취출하는 것이 가능해지고, 가스 터빈의 효율의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 미통(33)은 냉각이 필요한 부분에 냉각 촉진 구조(82)를 설치함으로써, 미통(33)에 공급되는 전체의 냉각 매체의 유량을 유지한 채, 필요한 부분의 냉각 성능을 높게 할 수 있다. 이와 같이, 냉각 매체의 유량의 증가를 억제하면서 냉각 성능을 높게 함으로써, 냉각 매체의 생성에 이용하는 에너지를 적게 할 수 있고, 가스 터빈의 효율의 저하를 억제할 수 있다.

여기서, 미통(33)은 냉각 촉진 구조(82)를 본 실시형태처럼 회전 방향에 있어서 정익(21)의 상류 측 단부와 겹치는 위치를 포함하는 범위에 설치하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 정익(21)이 설치되어 있음으로써, 회전 방향의 다른 부분보다도 연소 가스(G)가 연소 가스 유로(64)를 흐르기 어려워져, 틈새(58)에 연소 가스(G)가 유입하여, 온도가 상승하기 쉬운 영역인 정익(21)의 상류 측 단부와 겹치는 위치의 온도 상승을 억제할 수 있다.

미통(33)은, 냉각 촉진 구조(82)를 정익(21)의 상류 측 단부가 범위(W)의 중심으로부터 0.5 W 이하의 범위에 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 효율 좋게 온도의 상승을 억제할 수 있다.

냉각 촉진 구조(82)를 설치하는 범위(W)는, 냉각 촉진 구조(82)가 설치되어 있는 변의 외측 통(62)의 전장의 1/3 이상 3 이하로 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 효율 좋게 온도의 상승을 억제할 수 있다. 또한, 범위(W)는 정익(21)의 피치(P)에 대해 1/3 P 이상 3 P 이하로 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 효율 좋게 온도의 상승을 억제할 수 있다.

미통(33)은, 냉각 촉진 구조(82)의 볼록부(84)와 볼록부(84) 사이의 공간(92)을, 높이가 폭의 2.5배 이하로 되도록 하는 것이 바람직하다. 즉, 냉각 촉진 구조(82)는 공간(92)이 [높이≤5×폭]을 만족시키도록 볼록부(84)를 형성하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 냉각 촉진 구조(82)를 설치함으로써 발생하는 압력 손실의 증가를 억제하면서 냉각 성능을 높게 할 수 있다.

또한, 미통(33)은 냉각 촉진 구조(82)의 볼록부(84)를 내측 통(60)과 접하는 구조로 함으로써, 내측 통(60)에 대한 외측 통(62)의 위치 정밀도를 높게 할 수 있다. 이 때문에, 냉각 촉진 구조(82)는 볼록부(84)를 내측 통(60)과 접하는 구조로 하는 것이 바람직하지만, 볼록부(84)와 내측 통(60) 사이에 틈새가 있어도 좋다.

미통(33)은 냉각 촉진 구조(82)를 상기 범위에 설치하는 것이 바람직하지만, 제2 냉각 유로(80)의 회전 방향 내측의 변의 전역(全域)에 설치해도 좋다. 또한, 미통(33)은 냉각 촉진 구조(82)를 제2 냉각 유로(80)의 전체 외주, 즉 분할부(66a)에 덧붙여 분할부(66b, 66c, 66d)에도 설치해도 좋다.

도 10은 연소기의 미통과 1단 정익과의 관계의 다른 예를 나타내는 모식도이다. 상기 실시형태의 가스 터빈은, 회전 방향에 있어서, 하나의 미통(33)에 대해 2개의 정익(21)이 배치되고, 거리 Wa=2P 로 되는 구조이지만, 이에 한정되지 않는다. 도 10에 나타내는 미통(33)과 정익(21a)을 갖는 가스 터빈은, 범위(Wb)에 냉각 촉진 구조(82)가 설치되어 있다. 또한, 가스 터빈은, 회전 방향에 있어서, 하나의 미통(33)에 대해 3개의 정익(21a)이 배치되어 있다. 또한, 각 미통(33)에 대한 정익(21)의 위치가 동일하게 된다. 즉, 도 10에 나타내는 가스 터빈은, 미통(33)의 거리(Wc)가 3개분의 정익(21)의 피치(Pa)와 일치하고, Wc=3Pa 의 관계로 된다. 이와 같이, Wc=3P 로 되는 경우도, 범위(Wb)를 상기 미통(33)의 범위(W)와 마찬가지로 1/3 Pa 이상 3 Pa 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 본 실시형태에서는 미통(33)의 피치(W, Wb)를 정익(21, 21a)의 피치(P, Pa)의 정수배로 했지만, 이에 한정되지 않고, 미통(33)의 피치(W, Wb)를 정익(21, 21a)의 피치(P, Pa)의 정수배 이외의 값으로 되는 관계, 즉 원주 방향의 미통(33)의 위치에 의해 정익(21, 21a)의 위치가 변화하는 구조라도 좋다.

여기서, 미통(33)은 내측 통(60)과 외측 통(62)과의 용접부를 정익 슈라우드(50)와 대면하는 면에 설치하는 것이 바람직하다. 정익 슈라우드(50) 측에서 본 경우, 보이는 위치에 용접부를 설치하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 용접 작업을 간단히 행할 수 있다. 또한, 상기 실시형태에서는 용접으로 외측 통(62)과 내측 통(60)을 고정했지만, 외측 통(62)과 내측 통(60)을 일체로 주조(鑄造)에 의해 제조해도 좋다.

도 11은 미통의 다른 예를 나타내는 단면도이다. 도 11에 나타내는 미통(33a)은, 기본적인 구조가 미통(33)과 같다. 이하, 미통(33a)의 특징적인 점을 중점적으로 설명한다. 도 11에 나타내는 미통(33a)은, 용접부가 플랜지부(72a)의 정익 슈라우드(50)와 마주 보는 면과는 반대 측의 면(102)과 외측 통(62a) 사이에 설치되어 있다. 구체적으로는, 플랜지부(72a)는 단부까지 두께가 일정한 판이며, 외측 통(62a)에 모서리 가공을 행하고, 면(102)과 외측 통(62a) 사이를 용접하여 용접부를 설치하고 있다.

이와 같이, 미통(33a)은 용접부를 정익 슈라우드(50)와 마주 보는 면과는 반대 측의 면(102)에 설치함으로써, 정익 슈라우드(50)와 마주 보는 면에 노출하지 않는 구조로 할 수 있다. 이에 의해, 미통(33a)의 정익 슈라우드(50)와 마주 보는 면을 플랜지부(72a)만으로 할 수 있고, 열에 대한 내구성을 향상시킬 수 있으며, 가열량에 대한 온도 상승을 작게 할 수 있다. 또한, 용접부가 틈새(58)에 유입한 연소 가스(G)로 가열되기 어렵게 할 수 있다.

또한, 미통(33)은 냉각 촉진 구조를 냉각 매체의 흐름에 따른 방향으로 연재하는 요철 형상으로 함으로써, 압력 손실의 증가를 작게 하면서 냉각 성능을 높게 할 수 있다. 이 때문에, 냉각 촉진 구조를 냉각 매체의 흐름을 따른 방향으로 연재하는 요철 형상으로 하는 것이 바람직하지만, 이에 한정되지 않는다. 냉각 촉진 구조는 외측 통의 내측 통과 대면하는 면을 평탄한 면으로 한 경우보다도 냉각 성능이 높아지면 좋다.

도 12는 냉각 촉진 구조의 다른 예의 개략 구성을 나타내는 사시도이다. 도 12에 나타내는 미통(33b)은, 기본적인 구조가 미통(33)과 같다. 이하, 미통(33b)의 특징적인 점을 중점적으로 설명한다. 미통(33b)의 냉각 촉진 구조(82b)는, 외측 통(62b)의 표면에 내측 통(60)을 향해 돌출한 볼록부(112)가 2차원으로 배열되어 있다. 즉, 냉각 촉진 구조(82b)는, 볼록부(112)가 회전 방향으로 열상(列狀)으로 배치되고, 또한 회전 방향에 직교하는 방향으로도 열상으로 배치되어 있다. 이와 같이, 냉각 촉진 구조(82b)는 볼록부(112)를 2차원으로 배열한 구조로 해도 냉각 성능을 높게 할 수 있다.

도 13은 냉각 촉진 구조의 다른 예의 개략 구성을 나타내는 사시도이다. 도 13에 나타내는 미통(33c)은, 기본적인 구조가 미통(33)과 같다. 이하, 미통(33c)의 특징적인 점을 중점적으로 설명한다. 미통(33c)의 냉각 촉진 구조(82c)는, 외측 통(62c)의 표면에 내측 통(60)을 향해 돌출한 볼록부(122)가 냉각 매체(S)의 흐름 방향을 따라 복수 배치되어 있다. 즉, 냉각 촉진 구조(82c)는, 볼록부(122)가 회전 방향에 직교하는 방향에 열상으로 배치되어 있다. 이와 같이, 냉각 촉진 구조(82c)는 볼록부(122)를 회전 방향에 직교하는 방향으로 열상으로 배치해도 냉각 성능을 높게 할 수 있다.

도 14는 미통의 다른 예를 나타내는 단면도이다. 도 15는 도 14의 B-B 단면도이다. 도 14 및 도 15에 나타내는 미통(33d)은, 기본적인 구조가 미통(33)과 같다. 이하, 미통(33d)의 특징적인 점을 중점적으로 설명한다. 미통(33d)의 냉각 촉진 구조(82d)는, 미통(33d)은, 냉각 촉진 구조(82d)가 설치되어 있는 단면에 있어서, 냉각 촉진 구조(82d)가 설치되어 있지 않은 부분의 외측 통(62d)의 표면의 높이와 냉각 촉진 구조(82d)가 설치되어 있는 영역의 오목부의 외측 통(62d)의 표면의 높이가 동일한 높이로 되어 있다. 또한, 미통(33d)은, 냉각 촉진 구조(82d)가 설치되어 있는 단면에 있어서, 냉각 촉진 구조(82d)가 설치되어 있지 않은 부분의 내측 통(60d)의 표면(130)의 높이와 냉각 촉진 구조(82d)가 설치되어 있는 영역의 내측 통(60d)의 표면(132)의 높이가 다른 높이로 되어 있다. 즉, 표면(132)은 표면(130)보다도 배기 가스 유로(64)에 가까운 위치, 즉 제2 냉각 유로(80)에 대해 우묵하게 들어간 형상으로 되어 있다.

이와 같이, 미통(33d)은, 냉각 촉진 구조(82d)가 설치되어 있는 단면에 있어서, 내측 통의 표면 높이를 변화시켜도 좋다. 또한, 냉각 촉진 구조(82d)가 설치되어 있는 영역의 볼록부를 제외한 외측 통과 내측 통과의 거리를, 냉각 촉진 구조(82d)가 설치되어 있지 않은 영역의 외측 통과 내측 통과의 거리보다도 넓게 함으로써, 냉각 촉진 구조(82d)를 설치함으로써, 전체의 유로 단면적이 감소하는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 제2 냉각 유로(80)에서의 압력 손실은 변화하는 것을 억제하면서 대상 부분의 냉각 성능을 높게 할 수 있고, 필요한 위치를 효율 좋게 냉각할 수 있다.

또한, 상기 실시형태에서는 냉각 촉진 구조를 모두 복수의 볼록부를 설치한 구조로 했지만 이에도 한정되지 않는다. 도 16은 미통의 다른 예를 나타내는 단면도이다. 도 17은 도 16의 C-C 단면도이다. 도 18은 도 16에 나타내는 냉각 촉진 구조의 개략 구성을 나타내는 사시도이다. 도 16부터 도 18에 나타내는 미통(33e)은, 기본적인 구조가 미통(33)과 같다. 이하, 미통(33e)의 특징적인 점을 중점적으로 설명한다. 미통(33e)의 냉각 촉진 구조(82e)는 볼록부(150)를 갖는다. 볼록부(150)는 외측 통(62e)에 설치되어 있고, 내측 통(60e)과 접하고 있다. 볼록부(150)는 회전 방향으로 연재하고 있다. 볼록부(150)는, 복수의 관통 구멍(152)이 형성되어 있다. 관통 구멍(152)은 볼록부(150)를 관통하고 있고, 제1 냉각 유로(74)와 제2 냉각 유로(80)의 다른 부분을 접속한다. 관통 구멍(152)은, 냉각 매체(S)가 흐르는 유로로 된다.

이와 같이, 냉각 촉진 구조(82e)는 제1 냉각 유로(74)와 제2 냉각 유로(80)의 다른 부분을 접속하고, 냉각 매체(S)가 흐르는 관통 구멍(152)이 복수 형성되어 있다. 미통(33e)은 볼록부(150)에 설치된 관통 구멍(152)에 냉각 매체(S)가 흐름으로써, 냉각 매체(S)와 외측 통(62e)과의 접촉 면적을 크게 할 수 있고, 냉각 성능을 높게 할 수 있다. 본 실시형태의 냉각 촉진 구조(82e)는 하나의 볼록부(150)를 갖는 구조로 했지만, 2개로 해도 좋고, 3개 이상으로 해도 좋다.

이상, 본 실시형태 및 그 변형예에 대해 설명했지만, 전술한 내용에 의해 본 실시형태 및 그 변형예가 한정되는 것은 아니다. 또한, 전술한 본 실시형태 및 그 변형예의 구성 요소에는 당업자가 용이하게 상정할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것, 소위 균등한 범위의 것이 포함된다. 또한, 전술한 구성 요소는 적절히 조합하는 것이 가능하다. 또한, 본 실시형태 및 그 변형예의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성 요소의 여러 가지의 생략, 치환 및 변경을 행할 수 있다.

１: 가스 터빈
11: 압축기
12: 연소기
13: 터빈
14: 배기실
15: 공기 취입구
16: 압축기 차실
17, 21: 정익
18, 22: 동익
20: 터빈 차실
23: 배기 디퓨저
24: 로터
25, 26: 베어링부
27: 차실 하우징
30: 연소기 케이싱
31: 외통
32: 내통
33: 미통
40: 파일럿 노즐
42: 메인 노즐
50: 정익 슈라우드(슈라우드)
58: 틈새
60: 내측 통
62: 외측 통
64: 연소 가스 유로
66a, 66b, 66c, 66d: 분할부
70: 내벽부
72: 플랜지부(단부)
74: 제1 냉각 유로
78: 고정부
80: 제2 냉각 유로
82: 냉각 촉진 구조
84: 볼록부

Claims

입구와 출구를 갖는 연소기용 통으로서,
내측의 공간이 연소 가스를 통과시키는 유로로 되고, 상기 유로로 되는 벽면에 냉각 매체가 통과하는 제1 냉각 유로가 형성된 내측 통과,
상기 내측 통의 외주에 배치되고, 상기 내측 통에 고정된 외측 통을 가지며,
상기 내측 통의 외주면과 상기 외측 통의 내주면 사이에 냉각 매체가 통과하고, 또한 상기 제1 냉각 유로와 상기 연소기용 통의 출구 근방에서 이어지는 제2 냉각 유로가 형성되고,
상기 외측 통은, 상기 제2 냉각 유로의 상기 제1 냉각 유로의 근방에 냉각 촉진 구조가 형성되어 있으며,
상기 냉각 촉진 구조는, 상기 제2 냉각 유로의 상기 제1 냉각 유로와의 접속 부분의 근방에 배치되는 것을 특징으로 하는 연소기용 통.
제1항에 있어서,
상기 냉각 촉진 구조는, 상기 내측 통과의 거리가 위치에 의해 변화하는 요철 형상인 것을 특징으로 하는 연소기용 통.
제2항에 있어서,
상기 냉각 촉진 구조는, 상기 요철 형상의 볼록부의 적어도 일부가 상기 내측 통과 접하는 것을 특징으로 하는 연소기용 통.
제1항에 있어서,
상기 냉각 촉진 구조는, 상기 냉각 매체가 통과하는 복수의 관통 구멍인 것을 특징으로 하는 연소기용 통.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉각 촉진 구조는 상기 내측 통보다도 가스 터빈의 회전축 측의 상기 외측 통의 변에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연소기용 통.
제5항에 있어서,
상기 출구 측의 단부가, 정익이 설치된 정익 슈라우드와 연결하고,
상기 냉각 촉진 구조는, 가스 터빈의 로터의 회전 방향에 있어서, 정익의 상류 측의 단부와 겹치는 위치를 포함하는 범위에 한 군데 이상 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연소기용 통.
제5항에 있어서,
상기 출구 측의 단부가, 정익이 설치된 정익 슈라우드와 연결하고,
상기 냉각 촉진 구조는, 가스 터빈의 로터의 회전 방향에 있어서, 상기 정익의 피치(P)의 1/3 P 이상 3 P 이하의 범위에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 연소기용 통.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 출구 측의 단부가, 정익이 설치된 정익 슈라우드와 연결하고,
상기 내측 통은 정익 슈라우드 측의 단부에 상기 외측 통을 향해 연재하는 플랜지부를 갖고,
상기 외측 통의 상기 정익 슈라우드 측의 단부와 상기 플랜지부의 단부를 용접으로 접속하는 용접부를 구비하는 것을 특징으로 하는 연소기용 통.
제8항에 있어서,
상기 용접부는 상기 플랜지부의 상기 정익 슈라우드 측과는 반대 측의 면과 상기 외측 통을 접속하는 것을 특징으로 하는 연소기용 통.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재한 연소기용 통을 갖는 것을 특징으로 하는 연소기.
압축기와,
상기 압축기에 의해 압축된 공기와 연료를 연소시켜 연소 가스를 생성하는 제10항에 기재한 연소기와,
상기 연소기로부터의 상기 연소 가스가 공급되어 구동되는 터빈을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.