KR102075901B1 - 연소용 통, 가스 터빈 연소기 및 가스 터빈 - Google Patents

연소용 통, 가스 터빈 연소기 및 가스 터빈 Download PDF

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미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤
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Abstract

연소용 통, 가스 터빈 연소기 및 가스 터빈에 있어서, 가스 터빈(10)의 직경 방향 및 축 방향에 수직한 직선에서 연소기 내통(42)의 중심을 통과하는 기준선(L1)에 대해 외측의 영역에 있는 냉각부의 외측 영역과, 기준선(L1)에 대해 내측의 영역에 있는 냉각부의 내측 영역을 설정하고, 연소기 내통(42)의 외면의 축 방향을 따르는 연장선과 연소기 미통(43)의 내면과의 교점(D)에 있어서의 접속 각도(α)를 설정하며, 외측 영역 또는 내측 영역의 어느 쪽의 영역에 있어서의 기준선(L1) 가까이의 위치에 설정되는 제1 영역(θ1, θ2)과 제1 영역(θ1, θ2)보다도 기준선(L1)으로부터 먼 위치에 설정되어 제1 영역(θ1, θ2)보다도 접속 각도(α)가 큰 제2 영역(θ3, θ4)을 설정하고, 제2 영역(θ3, θ4)은 제1 영역(θ1, θ2)보다도 냉각 매체의 유통량이 많이 설정된다.

Description

연소용 통, 가스 터빈 연소기 및 가스 터빈
본 발명은 연소용 통(筒), 내통(內筒)의 일 단부(端部)의 외측에 틈새를 개재시켜 미통(尾筒)이 연결된 가스 터빈 연소기, 이 가스 터빈 연소기를 구비한 가스 터빈에 관한 것이다.
일반적인 가스 터빈은 압축기와 연소기와 터빈에 의해 구성되어 있다. 그리고 공기 취입구로부터 취입된 공기가 압축기에 의해 압축됨으로써 고온·고압의 압축 공기로 되고, 연소기에서 이 압축 공기에 대해 연료를 공급하여 연소시킴으로써 고온·고압의 연소 가스(작동 유체)를 얻고, 이 연소 가스에 의해 터빈을 구동하고, 이 터빈에 연결된 발전기를 구동한다.
이와 같이 구성된 연소기는, 압축기로부터 압축 공기가 도입되어 연소 가스를 생성하는 내통과, 생성된 연소 가스를 터빈으로 안내하는 미통으로 구성되어 있다. 그리고 이 내통과 미통은, 내통에 있어서의 하류 측의 단부가 미통에 있어서의 상류 측의 단부의 내측에 삽입되고, 그 틈새에 스프링 부재가 압축 상태로 개장(介裝)되어 있다. 그 때문에, 내통과 미통은 이 스프링 부재의 탄성력에 의해 탈락 불능으로 접속되어 있다.
이러한 가스 터빈 연소기로서는, 예를 들어 하기 특허문헌 1에 기재된 것이 있다.
일본 공개특허공보 제2006-312903호
상술한 내통과 미통은 직경 방향으로 단차(段差)를 갖고 연결되어 있기 때문에, 내통의 연소 가스가 미통에 유입될 때, 내통의 단부로부터 외측에 위치하는 미통의 단부 측에 유입되어, 내통의 단부가 고온화된다. 그 때문에, 내통은, 단부를 냉각하기 위한 냉각 구조가 채용되어 있다. 그런데, 가스 터빈 연소기는 압축기와 터빈 사이에서 링(ring) 형상을 이루어 복수 배치되어 있고, 각 미통은 압축기 측의 단부가 원통 형상을 이루지만, 터빈 측의 단부의 일부가 스피닝(spinning) 가공이 실시되어 직사각형 형상을 이루고 있다. 그 때문에, 내통과 미통이 연결되는 위치에서의 연결 형상이 원주 방향에서 상위(相違)하게 되어, 원주 방향의 일부에서 내통의 단부를 충분히 냉각할 수 없는 우려가 있다.
본 발명은 상술한 과제를 해결하는 것이며, 연소용 통을 효율 좋게 냉각함으로써 신뢰성의 향상을 도모하는 동시에 장수명화를 도모하는 연소용 통, 가스 터빈 연소기 및 가스 터빈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 연소용 통은, 내부에서 압축 공기와 연료가 혼합되어 연소하고, 연소 가스의 유동 방향의 하류 측의 단부가 원주 방향을 따르는 직경 방향 틈새를 개재시켜 트랜지션 피스(transition piece)에 삽입되어 접속되고, 상기 트랜지션 피스와의 접속부에 설치되는 냉각부의 냉각 매체에 의해 냉각하는 가스 터빈의 연소용 통에 있어서, 상기 가스 터빈의 직경 방향 및 축 방향에 수직한 직선에서, 또한 상기 연소용 통의 중심을 통과하는 기준선에 대해, 상기 기준선보다도 상기 가스 터빈의 직경 방향의 외측의 영역에 있는 상기 냉각부의 외측 영역과, 상기 기준선에 대해 상기 기준선보다도 상기 가스 터빈의 직경 방향의 내측의 영역에 있는 상기 냉각부의 내측 영역이 설정되며, 상기 연소용 통의 외면의 축 방향을 따르는 연장선과 상기 트랜지션 피스의 내면과의 교점에 있어서의 접속 각도가 설정되고, 상기 외측 영역 또는 상기 내측 영역의 어느 쪽의 영역에 있어서의 상기 기준선 가까이의 위치에 설정되는 제1 영역과, 상기 제1 영역보다도 상기 기준선으로부터 먼 위치에 설정되어 상기 제1 영역보다도 상기 접속 각도가 큰 제2 영역이 설정되며, 상기 제2 영역은 상기 제1 영역보다도 냉각 매체의 유통량이 많이 설정되는 것을 특징으로 하는 것이다.
따라서 연소용 통과 트랜지션 피스와의 접속부에 냉각 매체에 의해 냉각하는 냉각부가 설치되어 있고, 연소 가스에 의해 연소용 통의 단부의 고온화가 냉각부의 냉각 매체에 의해 억제된다. 이때, 접속 각도가 큰 제2 영역에서는, 연소 가스에 의해 연소용 통의 단부가 고온화하기 쉽다. 그 때문에, 냉각부는, 접속 각도가 작은 제1 영역에 있어서의 냉각 매체의 유통량에 대해, 접속 각도가 큰 제2 영역에 있어서의 냉각 매체의 유통량이 많이 설정되어 있다. 그 때문에, 트랜지션 피스의 형상에 관계없이 연소용 통의 단부를 냉각 매체에 의해 적절히 냉각할 수 있다. 그 결과, 연소용 통을 효율 좋게 냉각함으로써 신뢰성을 향상할 수 있는 동시에 장수명화를 도모할 수 있다.
본 발명의 연소용 통에서는, 상기 냉각부는 상기 제1 영역에 있어서의 냉각 매체의 유통량에 대해, 상기 제1 영역보다 상기 직경 방향 틈새가 좁은 상기 제2 영역에 있어서의 상기 냉각 매체의 유통량이 많이 설정되는 것을 특징으로 하고 있다.
따라서 상기 제1 영역보다 직경 방향 틈새가 좁아서 연소 가스에 의해 연소용 통의 단부가 고온화하기 쉬운 제2 영역에 대해 냉각 매체의 유통량이 많이 설정되기 때문에, 트랜지션 피스의 형상에 관계없이 연소용 통의 단부를 냉각 매체에 의해 적절히 냉각할 수 있다.
또한, 본 발명의 연소용 통은, 내부에서 압축 공기와 연료가 혼합되어 연소하고, 연소 가스의 유동 방향의 하류 측의 단부가 원주 방향을 따르는 직경 방향 틈새를 개재시켜 트랜지션 피스에 삽입되어 접속되고, 상기 트랜지션 피스와의 접속부에 설치되는 냉각부의 냉각 매체에 의해 냉각하는 가스 터빈의 연소용 통에 있어서, 상기 가스 터빈의 직경 방향 및 축 방향에 수직한 직선에서, 또한 상기 연소용 통의 중심을 통과하는 기준선에 대해 상기 기준선보다도 상기 가스 터빈의 직경 방향의 외측의 영역에 있는 상기 냉각부의 외측 영역과, 상기 기준선에 대해 상기 기준선보다도 상기 가스 터빈의 직경 방향의 내측의 영역에 있는 상기 냉각부의 내측 영역이 설정되고, 상기 외측 영역 또는 상기 내측 영역의 어느 쪽의 영역에 있어서의 상기 기준선 가까이의 위치에 설정되는 제1 영역과, 상기 제1 영역보다도 상기 기준선으로부터 먼 위치에 설정되어 상기 제1 영역보다도 상기 직경 방향 틈새가 좁은 제2 영역이 설정되며, 상기 제2 영역은 상기 제1 영역보다도 냉각 매체의 유통량이 많이 설정되는 것을 특징으로 하는 것이다.
따라서 연소용 통과 트랜지션 피스와의 접속부에 냉각 매체에 의해 냉각하는 냉각부가 설치되어 있고, 연소 가스에 의해 연소용 통의 단부의 고온화가 냉각부의 냉각 매체에 의해 억제된다. 이때, 상기 제1 영역보다 직경 방향 틈새가 좁은 제2 영역에서는, 연소 가스에 의해 연소용 통의 단부가 고온화하기 쉽다. 그 때문에, 냉각부는, 직경 방향 틈새가 넓은 제1 영역에 있어서의 냉각 매체의 유통량에 대해, 상기 제1 영역보다 직경 방향 틈새가 좁은 제2 영역에 있어서의 냉각 매체의 유통량이 많이 설정된다. 그 때문에, 트랜지션 피스의 형상에 관계없이 연소용 통의 단부를 냉각 매체에 의해 적절히 냉각할 수 있다. 그 결과, 연소용 통을 효율 좋게 냉각함으로써 신뢰성을 향상할 수 있는 동시에 장수명화를 도모할 수 있다.
본 발명의 연소용 통에서는, 상기 접속부는, 상기 연소용 통에 있어서의 축 방향의 단부와 상기 트랜지션 피스에 있어서의 축 방향의 단부가 직경 방향으로 중첩됨으로써 구성되고, 상기 냉각부는 상기 연소용 통에 있어서의 축 방향의 단부 또는 상기 트랜지션 피스에 있어서의 축 방향의 단부에 설치되는 것을 특징으로 하고 있다.
따라서 연소용 통에 있어서의 축 방향의 단부 또는 트랜지션 피스에 있어서의 축 방향의 단부에 냉각부를 설치함으로써, 냉각 매체에 의해 연소용 통의 단부를 효율 좋게 냉각할 수 있다.
본 발명의 연소용 통에서는, 상기 냉각부는, 상기 연소용 통에 있어서의 연소 가스의 유동 방향의 하류 측의 단부에, 연소 가스의 유동 방향을 따르는 동시에 원주 방향으로 소정 간격을 두고 설치되는 복수의 냉각 통로를 갖고, 상기 제1 영역에 있어서의 상기 복수의 냉각 통로의 평균 간격에 대해, 상기 제2 영역에 있어서의 상기 복수의 냉각 통로의 평균 간격이 작게 설정되는 것을 특징으로 하고 있다.
따라서 냉각부를 연소 가스의 유동 방향을 따르는 복수의 냉각 통로로 함으로써 냉각부의 간소화를 도모할 수 있는 동시에, 제1 영역에 있어서의 복수의 냉각 통로의 평균 간격에 대해, 제2 영역에 있어서의 복수의 냉각 통로의 평균 간격을 작게 설정함으로써, 간단한 구성으로 제2 영역에 있어서의 연소용 통의 단부를 효율 좋게 냉각할 수 있다.
본 발명의 연소용 통에서는, 상기 복수의 냉각 통로는 일 단부가 상기 직경 방향 틈새에 개방하고, 타 단부가 상기 연소용 통에 있어서의 연소 가스의 유동 방향의 하류 측의 단면에 개방하는 것을 특징으로 하고 있다.
따라서 복수의 냉각 통로의 일 단부를 직경 방향 틈새에 개방시키고, 타 단부를 연소용 통의 단면에 개방함으로써, 외부로부터 취입된 냉각 매체에 의해 연소용 통의 단부를 냉각한 후, 연소 가스 통로에 배출함으로써, 연소기 효율의 저하를 억제할 수 있다.
본 발명의 연소용 통에서는, 상기 제2 영역에 설치되는 상기 복수의 냉각 통로는, 일 단부가 상기 직경 방향 틈새에 개방하는 제1 통로와, 일 단부가 상기 연소용 통의 상기 단면에 개방하는 상기 제1 통로보다 수가 많은 제2 통로와, 상기 제1 통로의 타 단부와 상기 제2 통로의 타 단부가 연통하는 합류부(合流部)를 갖는 것을 특징으로 하고 있다.
따라서 냉각 매체는 복수의 제1 통로로부터 합류부에 흘러 합류한 후, 수(數)가 증가한 제2 통로를 흘러 배출되는 것으로 되어, 고온화되는 연소용 통의 단부에 있어서의 냉각 면적이 증가하고, 연소용 통의 단부를 효율 좋게 냉각할 수 있다.
본 발명의 연소용 통에서는, 상기 트랜지션 피스는, 연소 가스의 유동 방향의 상류 측이 원통 형상을 이루고, 연소 가스의 유동 방향의 하류 측이 가스 터빈의 직경 방향을 따르는 제1 변(邊)의 길이에 대해 상기 가스 터빈의 원주 방향을 따르는 제2 변의 길이가 긴 직사각형 통 형상을 이루고, 상기 제1 영역은 제1 변 측에 설치되고, 상기 제2 영역은 제2 변 측에 설치되는 것을 특징으로 하고 있다.
따라서 원통 형상으로부터 직사각형 통 형상으로 변화하는 트랜지션 피스에 있어서도, 이 트랜지션 피스에 접속되는 연소용 통의 단부를 전체 원주에 걸쳐서 효율 좋게 냉각할 수 있다.
본 발명의 연소용 통에서는, 상기 냉각부는, 상기 연소용 통에 있어서의 연소 가스의 유동 방향의 하류 측의 단부에, 연소 가스의 유동 방향을 따르는 동시에 원주 방향으로 소정 간격을 두고 설치되는 복수의 냉각 통로를 갖고, 원주 방향에 있어서의 단위 길이당 상기 냉각 통로의 단면적은 상기 제1 영역보다 상기 제2 영역이 크게 설정되는 것을 특징으로 하고 있다.
따라서 제1 영역에 있어서의 냉각 통로의 단면적보다 제2 영역에 있어서의 냉각 통로의 단면적이 크게 설정됨으로써, 간단한 구성으로 제2 영역에 있어서의 연소용 통의 단부를 효율 좋게 냉각할 수 있다.
본 발명의 연소용 통에서는, 상기 외측 영역은, 상기 제1 영역을 구성하는 외측 제1 영역과, 상기 외측 제1 영역보다 상기 가스 터빈의 직경 방향의 외측에서 상기 제2 영역을 구성하는 외측 제2 영역으로 설정되고, 상기 외측 제1 영역보다 상기 외측 제2 영역이 크게 설정되는 것을 특징으로 하고 있다.
따라서 외측 제1 영역보다 외측 제2 영역을 크게 설정함으로써, 외측 제2 영역에 있어서의 연소용 통의 단부를 효율 좋게 냉각할 수 있다.
본 발명의 연소용 통에서는, 상기 내측 영역은, 상기 제1 영역을 구성하는 내측 제1 영역과, 상기 내측 제1 영역보다 상기 가스 터빈의 직경 방향의 내측에서 상기 제2 영역을 구성하는 내측 제2 영역으로 설정되고, 상기 내측 제1 영역보다 상기 내측 제2 영역이 작게 설정되는 것을 특징으로 하고 있다.
따라서 내측 제1 영역보다 내측 제2 영역을 작게 설정함으로써, 외측 제2 영역에 있어서의 연소용 통의 단부를 효율 좋게 냉각할 수 있다.
본 발명의 연소용 통에서는, 상기 외측 영역은, 상기 제1 영역을 구성하는 외측 제1 영역과, 상기 외측 제1 영역보다 상기 가스 터빈의 직경 방향의 외측에서 상기 제2 영역을 구성하는 외측 제2 영역으로 설정되고, 상기 외측 제1 영역보다 상기 외측 제2 영역이 크게 설정되는 동시에, 상기 내측 영역은 상기 제1 영역을 구성하는 내측 제1 영역과, 상기 내측 제1 영역보다 상기 가스 터빈의 직경 방향의 내측에서 상기 제2 영역을 구성하는 내측 제2 영역으로 설정되고, 상기 내측 제2 영역보다 상기 외측 제2 영역이 크게 설정되는 것을 특징으로 하고 있다.
따라서 내측 제2 영역보다 외측 제2 영역을 크게 설정함으로써, 고온화하기 쉬운 외측 제2 영역을 효율 좋게 냉각할 수 있다.
본 발명의 연소용 통에서는, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역은 각각 상기 기준선 및 연소용 통의 축 방향에 수직한 제2 기준선에 대해 선 대칭(線對稱)으로 설정되는 것을 특징으로 하고 있다.
따라서 제1 영역 및 제2 영역을 제2 기준선에 대해 선 대칭으로 설정함으로써, 연소용 통을 밸런스 좋게 냉각할 수 있다.
본 발명의 연소용 통에서는, 상기 냉각부는, 상기 연소용 통에 있어서의 연소 가스의 유동 방향의 하류 측의 단부에, 연소 가스의 유동 방향을 따르는 동시에 원주 방향으로 소정 간격을 두고 설치되는 복수의 냉각 통로를 갖고, 상기 외측 영역에 있어서의 상기 냉각 통로의 수는 상기 내측 영역에 있어서의 상기 냉각 통로의 수보다 많이 설정되는 것을 특징으로 하고 있다.
따라서 외측 영역에 있어서의 냉각 통로의 수를 내측 영역에 있어서의 냉각 통로의 수보다 많이 설정함으로써, 간단한 구성으로 제2 영역에 있어서의 연소용 통의 단부를 효율 좋게 냉각할 수 있다.
본 발명의 연소용 통에서는, 상기 냉각부는, 상기 연소용 통에 있어서의 연소 가스의 유동 방향의 하류 측의 단부에, 연소 가스의 유동 방향을 따르는 동시에 원주 방향으로 소정 간격을 두고 설치되는 복수의 냉각 통로를 갖고, 상기 제1 영역에 있어서의 상기 냉각 통로의 수는 상기 제2 영역에 있어서의 상기 냉각 통로의 수보다 적게 설정되는 것을 특징으로 하고 있다.
따라서 제1 영역에 있어서의 냉각 통로의 수를 제2 영역에 있어서의 냉각 통로의 수보다 적게 설정함으로써, 간단한 구성으로 제2 영역에 있어서의 연소용 통의 단부를 효율 좋게 냉각할 수 있다.
본 발명의 연소용 통에서는, 상기 복수의 냉각 통로에 있어서의 평균 간격은 상기 제1 영역에서 5.5 mm∼8.5 mm로 설정되고, 상기 제2 영역에서 2.0 mm∼5.0 mm로 설정되는 것을 특징으로 하고 있다.
따라서 복수의 냉각 통로에 있어서의 평균 간격을 제1 영역과 제2 영역에서 최적값으로 설정함으로써, 연소용 통의 단부를 효율 좋게 냉각할 수 있다.
본 발명의 연소용 통에서는, 상기 외측 제1 영역과 상기 외측 제2 영역은 상기 연소용 통의 원주 방향에 인접하고, 상기 외측 제1 영역과 상기 외측 제2 영역의 경계 위치는 상기 기준선으로부터 15도∼30도의 범위로 설정되는 것을 특징으로 하고 있다.
따라서 외측 제1 영역과 외측 제2 영역의 경계 위치를 최적 위치로 설정함으로써, 연소용 통의 단부를 효율 좋게 냉각할 수 있다.
본 발명의 연소용 통에서는, 상기 내측 제1 영역과 상기 내측 제2 영역은 상기 연소용 통의 원주 방향에 인접하고, 상기 내측 제1 영역과 상기 내측 제2 영역의 경계 위치는 상기 기준선으로부터 60도∼75도의 범위로 설정되는 것을 특징으로 하고 있다.
따라서 내측 제1 영역과 내측 제2 영역의 경계 위치를 최적 위치로 설정함으로써, 연소용 통의 단부를 효율 좋게 냉각할 수 있다.
본 발명의 연소용 통에서는, 상기 연소용 통과 상기 기준선이 교차하는 위치에 있어서의 접속 각도가 0도로 설정되고, 상기 외측 영역 중 상기 제2 기준선과 교차하는 위치에 있어서의 접속 각도가 12도∼16도로 설정되며, 상기 내측 영역 중 상기 제2 기준선과 교차하는 위치에 있어서의 접속 각도가 8도∼12도로 설정되는 것을 특징으로 하고 있다.
따라서 외측 영역 중 제2 기준선과 교차하는 위치에 있어서의 접속 각도와, 내측 영역 중 제2 기준선과 교차하는 위치에 있어서의 접속 각도를 최적 위치로 설정함으로써, 연소용 통의 단부를 효율 좋게 냉각할 수 있다.
또한, 본 발명의 가스 터빈 연소기는, 내부에서 압축 공기와 연료가 혼합되어 연소하는 상기 연소용 통과, 상기 연소용 통에 있어서의 연소 가스의 유동 방향의 하류 측의 단부가 원주 방향을 따르는 직경 방향 틈새를 개재시켜 삽입되어 접속되는 트랜지션 피스를 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.
따라서 연소용 통을 효율 좋게 냉각함으로써, 가스 터빈의 신뢰성을 향상할 수 있는 동시에 장수명화를 도모할 수 있다.
또한, 본 발명의 가스 터빈에 있어서는, 공기를 압축하는 압축기와, 상기 압축기가 압축한 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소하는 연소기와, 상기 연소기가 생성한 연소 가스에 의해 회전 동력을 얻는 터빈을 구비하고, 상기 연소기로서 상기 가스 터빈 연소기를 이용할 수 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
따라서 트랜지션 피스의 형상에 관계없이 연소용 통의 단부를 냉각 매체에 의해 적절히 냉각할 수 있고, 연소용 통을 효율 좋게 냉각함으로써, 가스 터빈의 신뢰성을 향상할 수 있는 동시에 장수명화를 도모할 수 있다.
본 발명의 연소용 통, 가스 터빈 연소기 및 가스 터빈에 의하면, 연소용 통을 효율 좋게 냉각함으로써 신뢰성을 향상할 수 있는 동시에 장수명화를 도모할 수 있다.
도 1은 제1 실시형태의 가스 터빈 연소기에 있어서의 연소기 내통과 연소기 미통의 접속부를 나타내는 단면도이다.
도 2는 연소기 내통과 연소기 미통의 접속부를 나타내는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 단면도이다.
도 3은 연소기 내통과 연소기 미통의 접속부를 나타내는 도 2의 Ш-Ш 단면도이다.
도 4는 연소기 내통과 연소기 미통의 접속부를 나타내는 도 1의 Ⅳ-Ⅳ 단면도이다.
도 5는 연소기 내통과 연소기 미통의 접속부를 나타내는 도 4의 V-V 단면도이다.
도 6은 제1 실시형태의 가스 터빈을 나타내는 개략 구성도이다.
도 7은 가스 터빈 연소기를 나타내는 개략도이다.
도 8은 연소기 미통을 나타내는 사시도이다.
도 9는 제2 실시형태의 가스 터빈 연소기에 있어서의 연소기 내통과 연소기 미통의 접속부를 나타내는 단면도이다.
도 10은 연소기 내통과 연소기 미통의 접속부를 나타내는 도 9의 X-X 단면도이다.
도 11은 연소기 내통과 연소기 미통의 접속부를 나타내는 도 9의 XI-XI 단면도이다.
도 12는 제3 실시형태의 가스 터빈 연소기에 있어서의 연소기 내통과 연소기 미통의 접속부를 나타내는 단면도이다.
도 13은 제3 실시형태의 가스 터빈 연소기에 있어서의 연소기 내통과 연소기 미통의 접속부의 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 14는 제4 실시형태의 가스 터빈 연소기에 있어서의 연소기 내통과 연소기 미통의 접속부를 나타내는 단면도이다.
이하에 첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 관한 연소용 통, 가스 터빈 연소기 및 가스 터빈의 적절한 실시형태를 상세히 설명한다. 또한, 이 실시형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 또한 실시형태가 복수 있는 경우에는 각 실시형태를 조합하여 구성하는 것도 포함하는 것이다.
[제1 실시형태]
도 6은 제1 실시형태의 가스 터빈을 나타내는 개략 구성도, 도 7은 가스 터빈 연소기를 나타내는 개략도, 도 8은 연소기 미통을 나타내는 사시도이다.
제1 실시형태에 있어서, 도 6에 나타내는 바와 같이, 가스 터빈(10)은 압축기(11)와 연소기(12)와 터빈(13)에 의해 구성되어 있다. 이 가스 터빈(10)은 동축 상에 도시하지 않은 발전기가 연결되어 있으며, 발전 가능으로 되어 있다.
압축기(11)는 공기를 취입하는 공기 취입구(20)를 가지며, 압축기 차실(車室)(21) 안에 입구 안내 날개(IGV: Inlet Guide Vane)(22)가 배설(配設)되는 동시에, 복수의 정익(靜翼)(23)과 동익(動翼)(24)이 전후 방향(후술하는 로터(32)의 축 방향)으로 교대로 배설되게 되고, 그 외측에 추기실(抽氣室)(25)이 설치되어 있다. 연소기(12)는 압축기(11)에서 압축된 압축 공기에 대해 연료를 공급하고, 점화함으로써 연소 가능으로 되어 있다. 터빈(13)은, 터빈 차실(26) 안에 복수의 정익(27)과 동익(28)이 전후 방향(후술하는 로터(32)의 축 방향)으로 교대로 배설되어 있다. 이 터빈 차실(26)의 하류 측에는, 배기 차실(29)을 개재시켜 배기실(30)이 배설되어 있고, 배기실(30)은 터빈(13)에 연속하는 배기 디퓨저(exhaust diffuser)(31)를 갖고 있다.
또한, 압축기(11), 연소기(12), 터빈(13), 배기실(30)의 중심부를 관통하도록 로터(회전축)(32)가 위치하고 있다. 로터(32)는, 압축기(11) 측의 단부가 베어링부(33)에 의해 회전 자유자재로 지지되는 한편, 배기실(30) 측의 단부가 베어링부(34)에 의해 회전 자유자재로 지지되어 있다. 그리고 이 로터(32)는, 압축기(11)에서, 각 동익(24)이 장착된 디스크가 복수 중첩되어 고정되고, 터빈(13)에서, 각 동익(28)이 장착된 디스크가 복수 중첩되어 고정되어 있으며, 배기실(30) 측의 단부에 도시하지 않은 발전기의 구동축이 연결되어 있다.
그리고 이 가스 터빈(10)은, 압축기(11)의 압축기 차실(21)이 다리부(35)에 지지되고, 터빈(13)의 터빈 차실(26)이 다리부(36)에 의해 지지되며, 배기실(30)이 다리부(37)에 의해 지지되어 있다.
따라서 압축기(11)의 공기 취입구(20)로부터 취입된 공기가 입구 안내 날개(22), 복수의 정익(23)과 동익(24)을 통과하여 압축됨으로써 고온·고압의 압축 공기로 된다. 연소기(12)에서, 이 압축 공기에 대해 소정의 연료가 공급되어 연소한다. 그리고 이 연소기(12)에서 생성된 작동 유체인 고온·고압의 연소 가스가, 터빈(13)을 구성하는 복수의 정익(27)과 동익(28)을 통과함으로써 로터(32)를 구동 회전하여, 이 로터(32)에 연결된 발전기를 구동한다. 한편, 터빈(13)을 구동한 연소 가스는 배기 가스로서 대기에 방출된다.
상술한 연소기(12)에 있어서, 도 7에 나타내는 바와 같이, 연소기 외통(41)은, 내부에 소정 간격을 두고 연소기 내통(42)이 지지되며, 이 연소기 내통(42)의 선단부에 연소기 미통(43)이 연결되어 연소기 케이싱이 구성되어 있다. 연소기 내통(42)은, 내부의 중심에 위치하여 파일럿 연소 버너(44)가 배치되는 동시에, 연소기 내통(42)의 내주면에 원주 방향을 따라 파일럿 연소 버너(44)를 둘러싸도록 복수의 메인 연소 버너(45)가 배치되어 있다. 또한, 연소기 미통(43)은, 바이패스 관(46)이 연결되어 있고, 이 바이패스 관(46)에 바이패스 밸브(47)가 설치되어 있다.
상세히 설명하면, 연소기 외통(41)은, 기단부에 연소기 내통(42)의 기단부가 장착됨으로써, 양자 간에 공기 유로(51)가 형성되어 있다. 그리고 연소기 내통(42)은, 내부의 중심에 위치하여 파일럿 연소 버너(44)가 배치되고, 그 주위에 복수의 메인 연소 버너(45)가 배치되어 있다.
파일럿 연소 버너(44)는, 연소기 내통(42)에 지지된 파일럿 콘(pilot cone)(52)과, 파일럿 콘(52)의 내부에 배치된 파일럿 노즐(53)과, 파일럿 노즐(53)의 외주부에 설치되는 선회익(旋回翼)(스월러 베인(swirler vane))(54)으로 구성되어 있다. 또한, 각 메인 연소 버너(45)는, 버너 통(55)과, 버너 통(55)의 내부에 배치된 메인 노즐(56)과, 메인 노즐(56)의 외주부에 설치되는 선회익(스월러 베인)(57)으로 구성되어 있다.
또한, 연소기 외통(41)은, 도시하지 않은 파일럿 연료 라인이 파일럿 노즐(53)의 연료 포트(58)에 연결되고, 도시하지 않은 메인 연료 라인이 각 메인 노즐(56)의 연료 포트(59)에 연결되어 있다.
따라서 고온·고압의 압축 공기의 공기 흐름이 공기 유로(51)에 유입되면, 이 압축 공기가 연소기 내통(42) 안에 유입되고, 이 연소기 내통(42) 안에서 이 압축 공기가 메인 연소 버너(45)로부터 분사된 연료와 혼합되어, 예혼합기(予混合氣)의 선회류(旋回流)가 된다. 또한, 압축 공기는 파일럿 연소 버너(44)로부터 분사된 연료와 혼합되고, 도시하지 않은 불씨(種火)에 의해 착화되어 연소하고, 연소 가스가 되어 연소기 내통(42) 안에 분출된다. 이때, 연소 가스의 일부가 연소기 내통(42) 안에 화염을 수반하여 주위로 확산하도록 분출됨으로써, 각 메인 연소 버너(45)로부터 연소기 내통(42) 안에 유입된 예혼합기에 착화되어 연소한다. 즉, 파일럿 연소 버너(44)로부터 분사된 파일럿 연료에 의한 확산 화염에 의해, 메인 연소 버너(45)로부터의 희박 예혼합 연료의 안정 연소를 행하기 위한 보염(保炎)을 행할 수 있다.
그런데, 연소기 미통(43)은, 도 8에 나타내는 바와 같이, 평판이 구부림 가공되는 동시에, 단부끼리가 용접(용접부(W))되어 통 형상으로 형성되어 있다. 이때, 연소기 미통(43)은, 일 단부 측이 원통 형상으로 구부림 가공되는 한편, 타 단부 측이 직사각형 형상으로 구부림 가공 및 스피닝 가공된다. 그 때문에, 연소기 미통(43)은, 원통부(61)와, 형상 이행부(形狀移行部)(62)와, 직사각형 통부(筒部)(63)로 구성되고, 원통부(61)와 직사각형 통부(63)가 형상 이행부(62)에 의해 매끄럽게 연속되어 있다. 이 연소기 미통(43)은, 가스 터빈(10)(도 6 참조)의 원주 방향으로 소정 간격을 두고 복수가 링상으로 배치되어 있다. 그 때문에, 각 연소기 미통(43)은, 연소 가스(G)가 흐르는 축 중심(O)의 선단부가 로터(32)(도 6 참조)의 축 중심에 근접하도록 경사지게 배치된다. 그리고 직사각형 통부(63)의 개구는, 가스 터빈(10)의 직경 방향을 따르는 제1 변(64a, 64b)과, 가스 터빈(10)의 원주 방향을 따르는 제2 변(65a, 65b)에 의해 형성되고, 가스 터빈(10)의 직경 방향의 외측에 위치하는 제2 변(65a)의 원주 방향 길이가 가스 터빈(10)의 직경 방향의 내측에 위치하는 제2 변(65b)의 길이보다 길게 되어 있다.
또한, 도 7에 나타내는 바와 같이, 연소기 내통(42)에 있어서의 연소 가스(G)의 유동 방향의 하류 측의 단부(71)가, 연소기 미통(43)에 있어서의 연소 가스(G)의 유동 방향의 상류 측의 단부(원통부(61))에 원주 방향을 따르는 직경 방향 틈새를 개재시켜 삽입되어 있다. 그리고 연소기 내통(42)의 단부(71)와 연소기 미통(43)의 원통부(61)가 직경 방향으로 중첩되는 위치의 원주 방향에 스프링 클립(spring clip)(스프링 부재)(66)이 개장됨으로써, 연소기 내통(42)과 연소기 미통(43)이 접속되어 있다.
여기서, 연소기 내통(42)과 연소기 미통(43)의 접속부에 대해 상세히 설명한다. 도 1은 제1 실시형태의 가스 터빈 연소기에 있어서의 연소기 내통과 연소기 미통의 접속부를 나타내는 단면도, 도 2는 연소기 내통과 연소기 미통의 접속부를 나타내는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 단면도, 도 3은 연소기 내통과 연소기 미통의 접속부를 나타내는 도 2의 Ш-Ш 단면도, 도 4는 연소기 내통과 연소기 미통의 접속부를 나타내는 도 1의 Ⅳ-Ⅳ 단면도, 도 5는 연소기 내통과 연소기 미통의 접속부를 나타내는 도 4의 V-V 단면도이다.
도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 연소기 내통(42)은 원통 형상을 이루고, 연소 가스(G)의 유동 방향의 하류 측의 단부(71)의 외경이, 연소기 미통(43)에 있어서의 연소 가스(G)의 유동 방향의 상류 측의 단부, 즉 원통부(61)의 내경보다 작은 치수로 설정되어 있다. 이 경우, 연소기 내통(42)의 단부(71)가, 연소기 미통(43)의 원통부(61) 안에 원주 방향을 따르는 직경 방향 틈새(S)를 개재시켜 삽입되어 있고, 이 연소기 내통(42)의 단부(71)와 연소기 미통(43)의 원통부(61)가 직경 방향으로 중첩되는 영역이 접속부(C)로 된다. 그리고 연소기 내통(42)의 단부(71)와 연소기 미통(43)의 원통부(61) 사이의 직경 방향 틈새(S)에 스프링 클립(66)이 배치되어 있다.
연소기 내통(42)은, 단부(71)의 외주면에 탄성 변형 가능한 판상 버기 클립(elastically deformable plate-shaped buggy clip)(67)이 고정되어 있다. 이 버기 클립(67)은, 연소 가스(G)의 유동 방향의 중간부가 외측에 돌출한 만곡 형상을 이루고, 단부(71)의 외주면에 고정되어 있다. 이 스프링 클립(66)은 연소기 내통(42)을 연소기 미통(43)에 대해 탈락 불능으로 접속하는 역할을 완수하는 것이다. 이 스프링 클립(66)은 탄성 변형 가능한 판스프링 부재로, 연소 가스(G)의 유동 방향의 하류 측의 단부가 연소기 내통(42)에 있어서의 단부(71)의 외주면에 고정되는 한편, 연소 가스(G)의 유동 방향의 상류 측의 단부가 연소기 내통(42)의 외주면으로부터 떠올라서 버기 클립(67)과 원통부(61)의 내면 사이에 협지되어 있다.
이 스프링 클립(66)과 버기 클립(67)은 연소기 내통(42)의 외측에 전체 원주에 걸쳐서 배치되어 있다. 그리고 연소기 내통(42)의 단부(71)가 연소기 미통(43)의 원통부(61)에 삽입된 상태에서, 연소기 내통(42)과 연소기 미통(43) 사이에서 눌러 찌부러진 버기 클립(67)이 원래의 형상으로 복원하려는 힘에 의해, 스프링 클립(66)이 연소기 미통(43)의 내주면에 가압되어 있다. 그 때문에, 연소기 내통(42)은 연소기 미통(43)으로부터 탈락하는 것이 방지되어 있다.
그리고 제1 실시형태에서는, 도 1부터 도 5에 나타내는 바와 같이, 연소기 내통(연소용 통)(42)과 연소기 미통(트랜지션 피스)(43)과의 접속부(C)에 냉각 매체로서의 압축 공기에 의해 냉각하는 냉각부(81, 91)가 설치되어 있다. 본 실시형태에서, 냉각부(81, 91)는 연소기 내통(42)의 단부(71)에 설치되고, 연소기 내통(42)의 단부(71)에 대해 연소기 미통(43)의 형상 이행부(62)가 이격되어 있는 제1 영역(θ1, θ2)에 설치되는 제1 냉각부(81)에 있어서의 압축 공기의 유통량에 대해, 연소기 내통(42)의 단부(71)에 대해 연소기 미통(43)의 형상 이행부(62)가 접근하고 있는 제2 영역(θ3, θ4)에 설치되는 제2 냉각부(91)에 있어서의 압축 공기의 유통량이 많이 설정되어 있다.
연소기 미통(43)은, 전술한 바와 같이, 원통부(61)에 대해 형상 이행부(62) 및 직사각형 통부(63)가 스피닝 형상을 이루고 있기 때문에, 연소기 내통(42)의 단부(71)에 대해 연소기 미통(43)의 형상 이행부(62)의 후단부가 중심 측에 굴곡하고, 접속 각도(α)가 설정되어 있으며, 이 접속 각도(α)가 원주 방향에서 상위하다.
즉, 도 2 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 연소기 내통(42)의 외면을 축 방향을 따르도록, 연소 가스(G)의 흐름 방향의 하류 측을 향해 직선 상으로 연장하는 연장선(L)이, 연소기 미통(43)의 형상 이행부(62) 내면과의 교점(접속점(D))에서 당접한다. 이때, 교점(접속점(D))에 있어서의 연장선(L)과 형상 이행부(62) 내면이 이루는 각도를 접속 각도(α)라고 규정한다. 그 때문에, 본 실시형태에서는 접속 각도(α)가 작은 제1 영역(θ1, θ2)에 설치되는 제1 냉각부(81)에 있어서의 압축 공기의 유통량에 대해, 접속 각도(α)가 큰 제2 영역(θ3, θ4)에 설치되는 제2 냉각부(91)에 있어서의 압축 공기의 유통량이 많이 설정되어 있다.
여기서, 연소기 내통(42)의 후단으로부터 접속점(D)까지의 거리는 원주 방향에서 일정하게 되어 있고, 원통부(61)와 형상 이행부(62)와의 연결 굴곡부의 위치가 원주 방향에서 상위하다. 단, 연결 굴곡부에 위치를 원주 방향에서 일정하게 하고, 연소기 내통(42)의 후단으로부터 접속점(D)까지의 거리를 원주 방향에서 상위하게 해도 좋다. 또한, 연소기 내통(42)의 외면이 만곡하고 있는 경우, 후단의 위치에 있어서의 접선이 연장선(L)으로 되고, 연소기 미통(43)의 내면이 만곡하고 있는 경우, 연소기 미통(43)의 내면에 있어서의 접속점(D)에서 내면의 접선과 연장선(L)이 이루는 각도가 접속 각도(α)로 된다. 더욱이, 형상 이행부(62)가 경사져 있지 않고, 연장선(L)이 형상 이행부(62) 내면과 교차하지 않을 때, 접속 각도(α)=0으로 규정한다.
도 1 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 가스 터빈(10)에 있어서의 원주 방향의 양측의 제1 영역(θ1, θ2)에서는, 형상 이행부(62)의 벽면의 경사 각도가 작기 때문에 접속 각도(α2)가 작다. 한편, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 가스 터빈(10)에 있어서의 직경 방향의 외측과 내측의 제2 영역(θ3, θ4)에서는, 형상 이행부(62)의 벽면의 경사 각도가 크기 때문에 접속 각도(α1)가 크다. 그 때문에, 제2 영역(θ3, θ4)에서는, 연소기 내통(42)을 흐르는 연소 가스(G)가 단부(71)로부터 형상 이행부(62)의 내측에 유입되고, 연소기 내통(42)의 단부(71)가 고온화하며, 고온 산화 두께 감소(減肉)가 발생할 우려가 있다. 그 때문에, 접속 각도(α2)가 작은 제1 영역(θ1, θ2)에 대해, 접속 각도(α1)가 큰 제2 영역(θ3, θ4)을 효율 좋게 냉각할 필요가 있다.
이 경우, 제1 냉각부(81)는, 접속 각도(α2)가 작은 제1 영역(θ1, θ2)에 설치되고, 제2 냉각부(91)는, 접속 각도(α1)가 큰 제2 영역(θ3, θ4)에 설치되어 있다. 또한, 제1 영역(θ1, θ2)은 제1 변(64a, 64b)(도 8 참조) 측에 설치되고, 제2 영역(θ3, θ4)은 제2 변(65a, 65b)(도 8 참조) 측에 설치되어 있다. 이 경우, 제2 변(65a)이 제2 변(65b)보다 길기 때문에, 제2 영역(θ3)의 원주 방향 길이가 제2 영역(θ4)의 원주 방향 길이보다 길게 설정되어 있다. 또한, 제1 변(64a, 64b) 측의 길이는 동일하기 때문에, 제1 영역(θ1, θ2)의 원주 방향 길이는 동일하게 설정되어 있다. 또한, 연소기 미통(43)에 있어서의 용접부(W)(도 8 참조)는 제1 영역(θ2)에 배치된다.
도 1, 도 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 제1 냉각부(81)는 연소기 내통(42)에 있어서의 축 방향의 단부(71)이며, 제1 영역(θ1, θ2)(제1 변(64a, 64b) 측))에 설치되어 있다. 제1 냉각부(81)는 연소기 내통(42)에 있어서의 연소 가스(G)의 유동 방향의 하류 측의 단부(71)에, 연소 가스(G)의 유동 방향을 따르는 동시에 연소기 내통(42)의 원주 방향으로 소정 간격을 두고 관통하여 설치되는 복수의 냉각 통로이다. 즉, 제1 냉각부(81)는, 연소기 내통(42)의 축 방향을 따르는 동시에 원주 방향으로 소정 간격을 두고 형성되는 복수의 제1 냉각 통로(82)와, 연소기 내통(42)의 직경 방향을 따르는 동시에 원주 방향으로 소정 간격을 두고 형성되는 복수의 제1 냉각 구멍(83)으로 구성되어 있다. 제1 냉각 통로(82)는, 일 단부가 제1 냉각 구멍(83)에 연통하고, 타 단부가 연소기 내통(42)의 단면에 개방하고 있다. 제1 냉각 구멍(83)은 직경 방향 틈새(S)에 개방하고 있다.
도 1부터 도 3에 나타내는 바와 같이, 제2 냉각부(91)는 연소기 내통(42)에 있어서의 축 방향의 단부(71)이며, 제2 영역(θ3, θ4)(제2 변(65a, 65b) 측))에 설치되어 있다. 제2 냉각부(91)는 연소기 내통(42)에 있어서의 연소 가스(G)의 유동 방향의 하류 측의 단부(71)에, 연소 가스(G)의 유동 방향을 따르는 동시에 연소기 내통(42)의 원주 방향으로 소정 간격을 두고 관통하여 설치되는 복수의 냉각 통로이다. 즉, 제2 냉각부(91)는, 연소기 내통(42)의 축 방향을 따르는 동시에 원주 방향으로 소정 간격을 두고 형성되는 복수의 제1 통로(92) 및 제2 통로(93)와, 연소기 내통(42)의 원주 방향을 따라 제1 통로(92)와 제2 통로(93)가 연통하는 합류부(94)와, 연소기 내통(42)의 직경 방향을 따르는 동시에 원주 방향으로 소정 간격을 두고 형성되는 복수의 제2 냉각 구멍(95)으로 구성되어 있다. 여기서, 제1 통로(92)와 제2 통로(93)와 합류부(94)에 의해 제2 냉각 통로가 구성되어 있다. 제1 통로(92)는, 일 단부가 제2 냉각 구멍(95)에 연통하고, 타 단부가 합류부(94)에 연통하고 있다. 제2 통로(93)는, 일 단부가 합류부(94)에 연통하고, 타 단부가 연소기 내통(42)의 단면에 개방하고 있다. 제2 냉각 구멍(95)은 직경 방향 틈새(S)에 개방하고 있다.
그리고 도 5에 나타내는 바와 같이, 제1 냉각부(81)에 있어서의 복수의 제1 냉각 통로(82)는 원주 방향으로 소정의 피치(간격)(P1)를 갖고 배치되어 있다. 한편, 도 3에 나타내는 바와 같이, 제2 냉각부(91)에 있어서의 복수의 제1 통로(92)는 원주 방향으로 소정의 피치(간격)(P1)를 갖고 배치되며, 복수의 제2 통로(93)는 원주 방향으로 소정의 피치(간격)(P2)를 갖고 배치되어 있다. 여기서, 제1 냉각부(81)에 있어서의 제1 냉각 통로(82)의 피치(P1)와, 제2 냉각부(91)에 있어서의 제1 통로(92)의 피치(P1)는 동일 피치로 설정되어 있다. 한편, 제1 냉각 통로(82) 및 제1 통로(92)의 피치(P1)에 대해, 제2 냉각부(91)에 있어서의 제2 통로(93)의 피치(간격)(P2)가 작게(P1 > P2) 설정됨으로써, 제2 통로(93)의 개수가 많아지고 있다. 또한, 제1 냉각 통로(82)와 제1 통로(92)와 제2 통로(93)의 내경은 동일 직경으로 되어 있다.
그 때문에, 제1 냉각부(81) 및 제2 냉각부(91)는 연소기 내통(42)의 판 두께 속을 관통하여 설치되어 있기 때문에, 접속 각도(α2)가 작은 제1 영역(θ1, θ2)에 설치되는 제1 냉각부(81)(제1냉각 통로(82))에 있어서의 압축 공기의 합계 통로 면적에 대해, 접속 각도(α1)가 큰 제2 영역(θ3, θ4)에 설치되는 제2 냉각부(91)(제2 통로93)에 있어서의 압축 공기의 합계 통로 면적이 커진다. 그 결과, 접속 각도(α2)가 작은 제1 영역(θ1, θ2)에 설치되는 제1 냉각부(81)에 있어서의 압축 공기의 유통량에 대해, 접속 각도(α1)가 큰 제2 영역(θ3, θ4)에 설치되는 제2 냉각부(91)에 있어서의 압축 공기의 유통량이 많아진다.
그러면, 도 2 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 압축기(11)에 의해 압축된 압축 공기는, 그 일부가 스프링 클립(66)의 틈새를 통해 직경 방향 틈새(S)에 도입된다. 제1 냉각부(81)에서는, 직경 방향 틈새(S)의 압축 공기가 각 제1 냉각 구멍(83)으로부터 각 제1 냉각 통로(82)에 도입되어, 각 제1 냉각 통로(82) 속을 흐름으로써 연소기 내통(42)의 단부(71)에 있어서의 제1 영역(θ1, θ2)을 냉각한다. 또한, 제2 냉각부(91)에서는, 직경 방향 틈새(S)의 압축 공기가 각 제2 냉각 구멍(95)으로부터 각 제1 통로(92)에 도입되어, 합류부(94)에서 합류한다. 그리고 압축 공기는 합류부(94)로부터 각 제2 통로(93)에 도입되고, 이 각 제2 통로(93) 속을 흐름으로써 연소기 내통(42)의 단부(71)에 있어서의 제2 영역(θ3, θ4)을 냉각한다.
여기서, 연소기 미통(43)은, 제1 영역(θ1, θ2)에서 접속 각도(α2)가 작고, 제2 영역(θ3, θ4)에서 접속 각도(α1)가 크기 때문에, 제2 영역(θ3, θ4)에서, 연소기 내통(42)을 흐르는 연소 가스(G)가 단부(71)로부터 형상 이행부(62)의 내측에 유입되어, 이 연소기 내통(42)의 단부(71)가 고온화하기 쉽다. 그런데, 제2 냉각부(91)는 제1 냉각부(81)에 비해 각 제2 통로(93)에 다량의 압축 공기를 흘리기 때문에, 고온화하기 쉬운 연소기 내통(42)의 단부(71)에 있어서의 제2 영역(θ3, θ4)을 효율 좋게 냉각할 수 있다.
이와 같이 제1 실시형태의 가스 터빈 연소기에 있어서는, 내부에서 압축 공기와 연료가 혼합되어 연소하는 연소기 내통(42)과, 연소기 내통(42)에 있어서의 연소 가스의 유동 방향의 하류 측의 단부(71)가 원주 방향을 따르는 직경 방향 틈새(S)를 개재시켜 삽입되어 접속되는 연소기 미통(43)과, 연소기 내통(42)과 연소기 미통(43)과의 접속부(C)에 설치되고 압축 공기(냉각 매체)에 의해 냉각하는 냉각부(81, 91)를 설치하고, 접속 각도(α2)가 작은 제1 영역(θ1, θ2)을 냉각하는 제1 냉각부(81)에 의한 압축 공기의 유통량에 대해, 접속 각도(α1)가 큰 제2 영역(θ3, θ4)을 냉각하는 제2 냉각부(91)에 있어서의 압축 공기의 유통량을 많이 설정하고 있다.
따라서 연소기 내통(42)과 연소기 미통(43)과의 접속부(C)에 압축 공기에 의해 냉각하는 냉각부(81, 91)가 설치되어 있어, 연소 가스에 의해 연소기 내통(42)의 단부(71)의 고온화가 냉각부(81, 91)의 압축 공기에 의해 억제된다. 이때, 접속 각도(α1)가 큰 제2 영역(θ3, θ4)에서는, 연소 가스에 의해 연소기 내통(42)의 단부(71)가 고온화하기 쉽다. 그 때문에, 제1 냉각부(81)에 의한 압축 공기의 유통량에 대해, 제2 냉각부(91)에 있어서의 압축 공기의 유통량이 많기 때문에, 연소기 미통(43)의 원주 방향에 있어서의 형상에 관계없이 연소기 내통(42)의 단부(71)를 압축 공기에 의해 적절히 냉각할 수 있다. 그 결과, 연소기 내통(42)을 효율 좋게 냉각함으로써 신뢰성을 향상할 수 있는 동시에 보수 비용을 절감하여 장수명화를 도모할 수 있다.
제1 실시형태의 가스 터빈 연소기에서는, 접속부(C)는, 연소기 내통(42)의 단부(71)와 연소기 미통(43)의 원통부(61)가 직경 방향으로 중첩됨으로써 구성되고, 냉각부(81, 91)를 연소기 내통(42)에 있어서의 축 방향의 단부(71)에 설치하고 있다. 압축 공기에 의해 연소기 내통(42)의 단부(71)를 효율 좋게 냉각할 수 있다.
제1 실시형태의 가스 터빈 연소기에서는 제1 냉각부(81)로서 원주 방향으로 소정 간격을 두고 설치되는 복수의 제1 냉각 통로(82)를 설치하고, 제2 냉각부(91)로서 원주 방향으로 소정 간격을 두고 설치되는 복수의 제1 통로(92)를 설치하며, 복수의 제1 냉각 통로(82)의 피치(P1)에 대해, 복수의 제2 통로(93)의 피치(P2)를 작게 설정하고 있다. 따라서 냉각부(81, 91)를 연소 가스의 유동 방향을 따르는 복수의 통로(82, 92, 93)로 함으로써, 냉각부(81, 91)의 간소화를 도모할 수 있고, 또한 제1 냉각 통로(82)의 피치(P1)보다 제2 통로(93)의 피치(P2)를 작게 설정함으로써, 간단한 구성으로 접속 각도(α1)가 큰 제2 영역(θ3, θ4)에 있어서의 연소기 내통(42)의 단부(71)를 효율 좋게 냉각할 수 있다.
제1 실시형태의 가스 터빈 연소기에서는 냉각부(81, 91)의 통로(82, 92, 93)의 일 단부를 직경 방향 틈새(S)에 개방하고, 타 단부를 연소기 내통(42)에 있어서의 연소 가스의 유동 방향의 하류 측의 단면에 개방하고 있다. 따라서 외부로부터 취입된 압축 공기에 의해 연소기 내통(42)의 단부(71)를 냉각한 후, 연소 가스 통로에 배출함으로써, 연소기 효율의 저하를 억제할 수 있다.
제1 실시형태의 가스 터빈 연소기에서는, 제2 냉각부(91)로서, 일 단부가 직경 방향 틈새(S)에 개방하는 제2 냉각 구멍(95)과, 일 단부가 제2 냉각 구멍(95)에 연통하는 제1 통로(92)와, 일 단부가 연소기 내통(42)의 단면에 개방하는 제1 통로(92)보다 수가 많은 제2 통로(93)와, 제1 통로(92)의 타 단부와 제2 통로(93)의 타 단부가 연통하는 합류부(94)를 설치하고 있다. 따라서 압축 공기는 복수의 제2 냉각 구멍(95)으로부터 제1 통로(92)를 통해 합류부(94)에 흘러 합류한 후, 수가 증가한 제2 통로(93)를 흘러 배출되는 것으로 되고, 고온화되는 연소기 내통(42)의 단부(71)에 있어서의 냉각 면적이 증가하여, 연소기 내통(42)의 단부(71)를 효율 좋게 냉각할 수 있다.
제1 실시형태의 가스 터빈 연소기에서는, 연소기 미통(43)은, 원통부(61)와 형상 이행부(62)와, 직사각형 통부(63)로 구성되며, 제1 영역(θ1, θ2)은 직경 방향을 따르는 제1 변(64a, 64b) 측에 설치되고, 제2 영역(θ3, θ4)은 원주 방향을 따르는 제2 변(65a, 65b) 측에 설치된다. 따라서 원통 형상으로부터 직사각형 통 형상으로 변화하는 연소기 미통(43)이라도, 이 연소기 미통(43)에 접속되는 연소기 내통(42)의 단부(71)를 전체 원주에 걸쳐서 효율 좋게 냉각할 수 있다.
제1 실시형태의 가스 터빈 연소기에서는, 가스 터빈(10)의 직경 방향의 외측에 위치하는 제2 영역(θ3)의 원주 방향 길이를 가스 터빈(10)의 직경 방향의 내측에 위치하는 제2 영역(θ4)의 원주 방향 길이보다 길게 설정하고 있다. 따라서 연소기 미통(43)의 형상에 따라 제2 영역(θ3, θ4)의 원주 방향 길이를 설정함으로써, 연소기 내통(42)의 단부(71)를 전체 원주에 걸쳐서 효율 좋게 냉각할 수 있다.
또한, 제1 실시형태의 가스 터빈에 있어서는, 공기를 압축하는 압축기(11)와, 압축기(11)가 압축한 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소하는 연소기(12)와, 연소기(12)가 생성한 연소 가스에 의해 회전 동력을 얻는 터빈(13)을 구비하며, 연소기(12)에서, 연소기 내통(42)과 연소기 미통(43)과의 접속부(C)에 압축 공기(냉각 매체)에 의해 냉각하는 냉각부(81, 91)를 설치하고 있다. 따라서 연소기 내통(42)을 효율 좋게 냉각함으로써 신뢰성을 향상할 수 있는 동시에 장수명화를 도모할 수 있다.
[제2 실시형태]
도 9는 제2 실시형태의 가스 터빈 연소기에 있어서의 연소기 내통과 연소기 미통의 접속부를 나타내는 단면도, 도 10은 연소기 내통과 연소기 미통의 접속부를 나타내는 도 9의 X-X 단면도, 도 11은 연소기 내통과 연소기 미통의 접속부를 나타내는 도 9의 XI- XI 단면도이다. 또한, 상술한 제1 실시형태와 동일한 기능을 갖는 부재에는 동일한 부호를 붙여 상세한 설명은 생략한다.
제2 실시형태에서는, 도 9부터 도 11 에 나타내는 바와 같이, 연소기 내통(42)과 연소기 미통(43)과의 접속부(C)에 냉각 매체로서의 압축 공기에 의해 냉각하는 냉각부(81, 91)가 설치되어 있다. 본 실시형태에서, 냉각부(81, 91)는 연소기 내통(42)의 단부(71)에 설치되고, 직경 방향 틈새(S1)가 넓은 제1 영역(θ1, θ2)에 설치되는 제1 냉각부(81)에 있어서의 압축 공기의 유통량에 대해, 제1 영역(θ1, θ2)의 직경 방향 틈새(S1)보다도 직경 방향 틈새(S2)가 좁은 제2 영역(θ3, θ4)에 설치되는 제2 냉각부(91)에 있어서의 압축 공기의 유통량이 많이 설정되어 있다.
연소기 미통(43)은, 전술한 바와 같이, 원통부(61)에 대해 형상 이행부(62) 및 직사각형 통부(63)가 스피닝 형상을 이루고 있기 때문에, 연소기 내통(42)의 단부(71)와 연소기 미통(43)의 형상 이행부(62)와의 직경 방향 틈새(S1, S2)가 원주 방향에서 상위하다. 즉, 가스 터빈(10)에 있어서의 원주 방향의 양측의 제1 영역(θ1, θ2)에서는, 형상 이행부(62)의 벽면이 직선상(直線狀)을 이루고 있기 때문에, 연소기 내통(42)과 연소기 미통(43)과의 직경 방향 틈새(S1)가 제2 영역(θ3, θ4)의 직경 방향 틈새(S2)보다도 넓다. 한편, 가스 터빈(10)에 있어서의 직경 방향의 외측과 내측의 제2 영역(θ3, θ4)에서는, 형상 이행부(62)의 벽면이 중심부 측에 경사져 있기 때문에, 연소기 내통(42)과 연소기 미통(43)과의 직경 방향 틈새(S2)가 제1 영역(θ1, θ2)의 직경 방향 틈새(S1)보다도 좁다. 그 때문에, 제2 영역(θ3, θ4)에서는, 연소기 내통(42)을 흐르는 연소 가스(G)가 단부(71)로부터 형상 이행부(62)의 내측에 유입되고, 연소기 내통(42)의 단부(71)가 고온화하며, 고온 산화 두께 감소가 발생할 우려가 있다. 그 때문에, 직경 방향 틈새(S1)가 넓은 제1 영역(θ1, θ2)에 대해, 제1 영역(θ1, θ2)의 직경 방향 틈새(S1)보다도 직경 방향 틈새(S2)가 좁은 제2 영역(θ3, θ4)을 효율 좋게 냉각할 필요가 있다.
이 경우, 제1 냉각부(81)는, 직경 방향 틈새(S1)가 넓은 제1 영역(θ1, θ2)에 설치되고, 제2 냉각부(91)는, 제1 영역(θ1, θ2)의 직경 방향 틈새(S1)보다도 직경 방향 틈새(S2)가 좁은 제2 영역(θ3, θ4)에 설치되어 있다. 또한, 제1 영역(θ1, θ2)은 제1 변(64a, 64b)(도 8 참조) 측에 설치되고, 제2 영역(θ3, θ4)은 제2 변(65a, 65b)(도 8 참조) 측에 설치되어 있다. 이 경우, 제2 변(65a)이 제2 변(65b)보다 길기 때문에, 제2 영역(θ3)의 원주 방향 길이가 제2 영역(θ4)의 원주 방향 길이보다 길게 설정되어 있다. 또한, 제1 변(64a, 64b) 측의 길이는 동일하기 때문에, 제1 영역(θ1, θ2)의 원주 방향 길이는 동일하게 설정되어 있다. 또한, 연소기 미통(43)에 있어서의 용접부(W)(도 8 참조)는 제1 영역(θ2)에 배치된다.
또한, 제1 냉각부(81)와 제2 냉각부(91)는 제1 실시형태와 동일하기 때문에, 설명은 생략한다.
그 때문에, 제1 냉각부(81) 및 제2 냉각부(91)는 연소기 내통(42)의 판 두께 속을 관통하여 설치되어 있기 때문에, 직경 방향 틈새(S1)가 넓은 제1 영역(θ1, θ2)에 설치되는 제1 냉각부(81)(제1냉각 통로(82))에 있어서의 압축 공기의 합계 통로 면적에 대해, 제1 영역(θ1, θ2)의 직경 방향 틈새(S1)보다도 직경 방향 틈새(S2)가 좁은 제2 영역(θ3, θ4)에 설치되는 제2 냉각부(91)(제2 통로(93))에 있어서의 압축 공기의 합계 통로 면적이 커진다. 그 결과, 직경 방향 틈새(S1)가 넓은 제1 영역(θ1, θ2)에 설치되는 제1 냉각부(81)에 있어서의 압축 공기의 유통량에 대해, 제1 영역(θ1, θ2)의 직경 방향 틈새(S1)보다도 직경 방향 틈새(S2)가 좁은 제2 영역(θ3, θ4)에 설치되는 제2 냉각부(91)에 있어서의 압축 공기의 유통량이 많아진다.
그러면, 압축기(11)에 의해 압축된 압축 공기는, 그 일부가 스프링 클립(66)의 틈새를 통해 직경 방향 틈새(S)에 도입된다. 제1 냉각부(81)에서는, 직경 방향 틈새(S)의 압축 공기가 각 제1 냉각 구멍(83)으로부터 각 제1 냉각 통로(82)에 도입되어, 각 제1 냉각 통로(82) 속을 흐름으로써 연소기 내통(42)의 단부(71)에 있어서의 제1 영역(θ1, θ2)을 냉각한다. 또한, 제2 냉각부(91)에서는, 직경 방향 틈새(S)의 압축 공기가 각 제2 냉각 구멍(95)으로부터 각 제1 통로(92)에 도입되어, 합류부(94)에서 합류한다. 그리고 압축 공기는 합류부(94)로부터 각 제2 통로(93)에 도입되어, 이 각 제2 통로(93) 속을 흐름으로써 연소기 내통(42)의 단부(71)에 있어서의 제2 영역(θ3, θ4)을 냉각한다.
여기서, 연소기 미통(43)은, 제1 영역(θ1, θ2)에서 직경 방향 틈새(S1)가 넓고, 제2 영역(θ3, θ4)에서 직경 방향 틈새(S2)가 좁기 때문에, 제2 영역(θ3, θ4)에서, 연소기 내통(42)을 흐르는 연소 가스(G)가 단부(71)로부터 형상 이행부(62)의 내측에 유입되어, 이 연소기 내통(42)의 단부(71)가 고온화하기 쉽다. 그런데, 제2 냉각부(91)는 제1 냉각부(81)에 비해 각 제2 통로(93)에 다량의 압축 공기를 흘리기 때문에, 고온화하기 쉬운 연소기 내통(42)의 단부(71)에 있어서의 제2 영역(θ3, θ4)을 효율 좋게 냉각할 수 있다.
이와 같이 제2 실시형태의 가스 터빈 연소기에 있어서는, 내부에서 압축 공기와 연료가 혼합되어 연소하는 연소기 내통(42)과, 연소기 내통(42)에 있어서의 연소 가스의 유동 방향의 하류 측의 단부가 직경 방향 틈새(S)를 개재시켜 삽입되어 접속되는 연소기 미통(43)과, 연소기 내통(42)과 연소기 미통(43)과의 접속부(C)에 설치되어 압축 공기(냉각 매체)에 의해 냉각하는 냉각부(81, 91)를 설치하고, 직경 방향 틈새(S1)가 넓은 제1 영역(θ1, θ2)을 냉각하는 제1 냉각부(81)에 의한 압축 공기의 유통량에 대해, 직경 방향 틈새(S2)가 좁은 제2 영역(θ3, θ4)을 냉각하는 제2 냉각부(91)에 있어서의 압축 공기의 유통량을 많이 설정하고 있다.
따라서 연소기 내통(42)과 연소기 미통(43)과의 접속부(C)에 압축 공기에 의해 냉각하는 냉각부(81, 91)가 설치되어 있어, 연소 가스에 의해 연소기 내통(42)의 단부(71)의 고온화가 냉각부(81, 91)의 압축 공기에 의해 억제된다. 이때, 직경 방향 틈새(S2)가 좁은 제2 영역(θ3, θ4)에서는, 연소 가스에 의해 연소기 내통(42)의 단부(71)가 고온화하기 쉽다. 그 때문에, 제1 냉각부(81)에 의한 압축 공기의 유통량에 대해, 제2 냉각부(91)에 있어서의 압축 공기의 유통량이 많기 때문에, 연소기 미통(43)의 원주 방향에 있어서의 형상에 관계없이 연소기 내통(42)의 단부(71)를 압축 공기에 의해 적절히 냉각할 수 있다. 그 결과, 연소기 내통(42)을 효율 좋게 냉각함으로써 신뢰성을 향상할 수 있는 동시에 보수 비용을 절감하여 장수명화를 도모할 수 있다.
또한, 제1 실시형태에서는, 접속 각도(α2)가 작은 제1 영역(θ1, θ2)으로의 압축 공기의 유통량에 대해, 접속 각도(α1)가 큰 제2 영역(θ3, θ4)으로의 압축 공기의 유통량을 많이 설정하고, 제2 실시형태는, 직경 방향 틈새(S1)가 넓은 제1 영역(θ1, θ2)으로의 압축 공기의 유통량에 대해, 직경 방향 틈새(S2)가 좁은 제2 영역(θ3, θ4)으로의 압축 공기의 유통량을 많이 설정했다. 여기서, 제1 실시형태에 제2 실시형태를 가미함으로써, 접속 각도(α2)가 작고, 또한 직경 방향 틈새(S1)가 넓은 제1 영역(θ1, θ2)으로의 압축 공기의 유통량에 대해, 접속 각도(α1)가 크고, 또한 직경 방향 틈새(S2)가 좁은 제2 영역(θ3, θ4)으로의 압축 공기의 유통량을 많이 설정해도 좋다.
[제3 실시형태]
도 12는 제3 실시형태의 가스 터빈 연소기에 있어서의 연소기 내통과 연소기 미통의 접속부를 나타내는 단면도이다. 또한, 상술한 실시형태와 동일한 기능을 갖는 부재에는 동일한 부호를 붙여 상세한 설명은 생략한다.
제3 실시형태에 있어서, 도 12 에 나타내는 바와 같이, 연소기 내통(42)은, 단부(71)가 연소기 미통(43)의 원통부(61) 내에 직경 방향 틈새(S)를 개재시켜 삽입되고, 이 연소기 내통(42)의 단부(71)와 연소기 미통(43)의 원통부(61)가 직경 방향으로 중첩되는 영역이 접속부(C)로 된다. 그리고 연소기 내통(42)의 단부(71)와 연소기 미통(43)의 원통부(61) 사이의 직경 방향 틈새(S)에 스프링 클립(66)이 배치되어 있다.
그리고 제3 실시형태에서는, 연소기 내통(42)과 연소기 미통(43)과의 접속부(C)에 압축 공기(냉각 매체)에 의해 냉각하는 냉각부(101)가 설치되어 있다. 본 실시형태에서, 냉각부(101)는 연소기 미통(43)의 원통부(61)에 설치되고, 직경 방향 틈새(S1)가 넓은 제1 영역(θ1, θ2)(도 1 참조)에 설치되는 제1냉각부에 있어서의 압축 공기의 유통량에 대해, 직경 방향 틈새(S2)가 좁은 제2 영역(θ3, θ4)(도 1 참조)에 설치되는 제2 냉각부에 있어서의 압축 공기의 유통량이 많이 설정되어 있다. 구체적으로, 냉각부(101)는, 연소기 미통(43)에 있어서의 연소 가스(G)의 유동 방향의 상류 측의 단부(원통부(61))에, 연소 가스(G)의 유동 방향을 따르는 동시에 연소기 미통(43)의 원주 방향으로 소정 간격을 두고 관통하여 설치되는 복수의 냉각 통로(102)이다. 각 냉각 통로(102)는 일 단부가 연소기 미통(43)의 외면에 개방하고, 타 단부가 연소기 미통(43)의 내면이며, 연소기 내통(42)의 단부에 대향하여 개방하고 있다.
제3 실시형태에서는 도시하지 않지만, 제1 실시형태와 마찬가지로, 직경 방향 틈새(S1)가 넓은 제1 영역(θ1, θ2)(도 1 참조)에 설치되는 냉각 통로(102)의 개수에 대해, 직경 방향 틈새(S2)가 좁은 제2 영역(θ3, θ4)(도 1 참조)에 설치되는 냉각 통로(102)의 개수가 많이 설정되어 있다.
그 때문에, 압축기(11)에 의해 압축된 압축 공기는, 그 일부가 복수의 냉각 통로(102)로부터 직경 방향 틈새(S)에 도입되어, 연소기 내통(42)의 단부(71)에 접촉함으로써 연소기 내통(42)의 단부(71)를 냉각한다. 여기서, 직경 방향 틈새(S2)가 좁은 제2 영역(θ3, θ4)에서는, 냉각 통로(102)의 개수가 많기 때문에, 고온화하기 쉬운 연소기 내통(42)의 단부(71)에 있어서의 제2 영역(θ3, θ4)을 효율 좋게 냉각할 수 있다.
또한, 여기서는 냉각부(101)를 연소기 미통(43)의 원통부(61)에 설치되는 복수의 냉각 통로(102)로 했지만, 이 구성에 한정되는 것은 아니다. 도 13은 제3 실시형태의 가스 터빈 연소기에 있어서의 연소기 내통과 연소기 미통의 접속부의 변형예를 나타내는 단면도이다.
제3 실시형태의 변형예에서는, 도 13 에 나타내는 바와 같이, 연소기 내통(42)과 연소기 미통(43)과의 접속부(C)에 압축 공기(냉각 매체)에 의해 냉각하는 냉각부(111)가 설치되어 있다. 본 실시형태에서, 냉각부(111)는 연소기 미통(43)의 원통부(61) 및 형상 이행부(62)에 설치되고, 직경 방향 틈새(S1)가 넓은 제1 영역(θ1, θ2)(도 1 참조)에 설치되는 제1냉각부에 있어서의 압축 공기의 유통량에 대해, 제1 영역(θ1, θ2)의 직경 방향 틈새(S1)보다도 직경 방향 틈새(S2)가 좁은 제2 영역(θ3, θ4)(도 1 참조)에 설치되는 제2 냉각부에 있어서의 압축 공기의 유통량이 많이 설정되어 있다. 구체적으로, 냉각부(111)는, 연소기 미통(43)에 있어서의 연소 가스(G)의 유동 방향의 상류 측 원통부(61) 및 형상 이행부(62)에, 연소기 미통(43)의 직경 방향을 따르는 동시에 연소기 미통(43)의 원주 방향으로 소정 간격을 두고 관통하여 설치되는 복수의 냉각 통로(112, 113)이다. 각 냉각 통로(112, 113)는 연소 가스(G)의 유동 방향을 벗어나서 배치되고, 일 단부가 연소기 미통(43)의 외면에 개방하고, 타 단부가 연소기 미통(43)의 내면이며, 연소기 내통(42)의 단부(71)에 대향하여 개방하고 있다.
제3 실시형태의 변형예에서는 도시하지 않지만, 제3 실시형태와 마찬가지로, 직경 방향 틈새(S)가 넓은 제1 영역(θ1, θ2)(도 1 참조)에 설치되는 냉각 통로(112, 113)의 개수에 대해, 제1 영역(θ1, θ2)의 직경 방향 틈새(S1)보다도 직경 방향 틈새(S2)가 좁은 제2 영역(θ3, θ4)(도 1 참조)에 설치되는 냉각 통로(112, 113)의 개수가 많이 설정되어 있다. 또한, 작용은 제3 실시형태와 동일하기 때문에, 설명은 생략한다.
이와 같이 제3 실시형태의 가스 터빈 연소기에 있어서는 연소기 내통(42)과 연소기 미통(43)과의 접속부(C)에, 압축 공기(냉각 매체)에 의해 냉각하는 냉각부(101, 111)를 설치하고, 직경 방향 틈새(S1)가 넓은 제1 영역(θ1, θ2)을 냉각하는 제1냉각부에 의한 압축 공기의 유통량에 대해, 제1 영역(θ1, θ2)의 직경 방향 틈새(S1)보다도 직경 방향 틈새(S2)가 좁은 제2 영역(θ3, θ4)을 냉각하는 제2 냉각부에 있어서의 압축 공기의 유통량을 많이 설정하고 있다.
따라서 연소기 미통(43)의 원주 방향에 있어서의 형상에 관계없이 연소기 내통(42)의 단부(71)를 압축 공기에 의해 적절히 냉각할 수 있다. 그 결과, 연소기 내통(42)을 효율 좋게 냉각함으로써 신뢰성을 향상할 수 있는 동시에 장수명화를 도모할 수 있다.
[제4 실시형태]
도 14는 제4 실시형태의 가스 터빈 연소기에 있어서의 연소기 내통과 연소기 미통의 접속부를 나타내는 단면도이다. 또한, 상술한 실시형태와 동일한 기능을 갖는 부재에는 동일한 부호를 붙여 상세한 설명은 생략한다.
제4 실시형태에 있어서, 도 14 에 나타내는 바와 같이, 가스 터빈의 직경 방향 및 축 방향에 수직한 직선에서, 또한 연소기 내통(42)의 축 중심(O)을 통과하는 기준선(L1)에 대해 이 기준선(L1)보다도 가스 터빈의 직경 방향의 외측의 영역에 있는 냉각부(81, 91)(도 2 및 도 4 참조)의 외측 영역과, 기준선(L1)에 대해 이 기준선(L1)보다도 가스 터빈의 직경 방향의 내측의 영역에 있는 냉각부(81, 91)의 내측 영역이 설정된다. 그리고 연소기 내통(42)의 외면의 축 방향을 따르는 연장선(L)과 연소기 미통(43)의 내면과의 교점(접속점(D))에 있어서의 접속 각도(α)가 설정된다. 또한, 외측 영역 또는 내측 영역의 어느 쪽의 영역에 있어서의 기준선(L1) 가까이의 위치에 설정되는 제1 영역(θ1, θ2)과 제1 영역(θ1, θ2)보다도 기준선(L1)으로부터 먼 위치에 설정되어 제1 영역(θ1, θ2)보다도 접속 각도(α)가 큰 제2 영역(θ3, θ4)이 설정된다. 그리고 제2 영역(θ3, θ4)(제2 냉각부(91))은 제1 영역(θ1, θ2)(제1냉각부(81))보다도 압축 공기(냉각 매체)의 유통량이 많이 설정된다. 이 구성은 제1 실시형태와 거의 동일한 구성으로 되어 있다.
또한, 외측 영역 또는 내측 영역의 어느 쪽의 영역에 있어서의 기준선(L1) 가까이의 위치에 설정되는 제1 영역(θ1, θ2)과 제1 영역(θ1, θ2)보다도 기준선(L1)으로부터 먼 위치에 설정되어 제1 영역(θ1, θ2)보다도 직경 방향 틈새(S)가 좁은 제2 영역(θ3, θ4)이 설정되고, 제2 영역(θ3, θ4)은 제1 영역(θ1, θ2)보다도 압축 공기(냉각 매체)의 유통량이 많이 설정된다. 이 구성은 제2 실시형태와 거의 동일한 구성으로 되어 있다.
이하, 제1 영역(θ1, θ2)과 제2 영역(θ3, θ4)의 관계, 또한 제1 냉각부(81)와 제2 냉각부(91)와의 관계에 대해, 구체적으로 설명한다.
연소기 내통(42) 및 연소기 미통(43)의 원주 방향에 있어서의 단위 길이당 냉각부(81, 91)의 단면적은 제1 영역(θ1, θ2)보다 제2 영역(θ3, θ4)이 크게 설정되어 있다. 즉, 제1 냉각부(81)의 원주 방향에 있어서의 단위 길이당 단면적은 제2 냉각부(91)의 원주 방향에 있어서의 단위 길이당 단면적보다 크게 설정되어 있다.
외측 영역은, 제1 영역(θ1, θ2)의 일부를 구성하는 외측 제1 영역(θ11, θ21)과 외측 제1 영역(θ11, θ21)보다 가스 터빈의 직경 방향의 외측에서 제2 영역을 구성하는 외측 제2 영역(θ3)으로 설정되고, 외측 제1 영역(θ11, θ21)의 합계 영역보다 외측 제2 영역(θ3)이 크게 설정되어 있다.
내측 영역은, 제1 영역(θ1, θ2)의 일부를 구성하는 내측 제1 영역(θ12, θ22)과 내측 제1 영역(θ12, θ22)보다 가스 터빈의 직경 방향의 내측에서 제2 영역을 구성하는 내측 제2 영역(θ4)으로 설정되고, 내측 제1 영역(θ12, θ22)의 합계 영역보다 내측 제2 영역(θ4)이 작게 설정되어 있다.
이 경우, 내측 제2 영역(θ4)보다 외측 제2 영역(θ3)이 크게 설정되어 있다.
제1 영역(θ1, θ2) 및 제2 영역(θ3, θ4)은 각각 기준선(L1) 및 연소기 내통(42)의 축 방향에 수직한 제2 기준선(L2)에 대해 선 대칭으로 설정되어 있다.
외측 영역에 있어서의 냉각 통로의 수는 내측 영역에 있어서의 냉각 통로의 수보다 많이 설정되어 있다. 또한, 제1 영역(θ1, θ2)에 있어서의 냉각 통로의 수는 제2 영역(θ3, θ4)에 있어서의 냉각 통로의 수보다 적게 설정되어 있다.
복수의 냉각 통로에 있어서의 평균 간격은 제1 영역(θ1, θ2)에서 5.5 mm∼8.5 mm로 설정되고, 제2 영역(θ3, θ4)에서 2.0 mm∼5.0 mm로 설정되어 있다. 즉, 제1 냉각부(81)에 있어서의 냉각 통로의 평균 간격은 5.5 mm∼8.5 mm로 설정되고, 제2 냉각부(91)에 있어서의 냉각 통로의 평균 간격은 2.0 mm∼5.0 mm로 설정되어 있다.
외측 제1 영역(θ11, θ21)과 외측 제2 영역(θ3)은 연소기 내통(42)의 원주 방향에 인접하고, 외측 제1 영역(θ11, θ21)과 외측 제2 영역(θ3)의 경계 위치는 기준선(L1)으로부터 15도∼30도의 범위로 설정되어 있다.
내측 제1 영역(θ12, θ22)과 내측 제2 영역(θ4)은 연소기 내통(42)의 원주 방향에 인접하고, 내측 제1 영역(θ12, θ22)과 내측 제2 영역(θ4)의 경계 위치는 기준선(L1)으로부터 60도∼75도의 범위로 설정되어 있다.
연소기 내통(42)과 기준선(L1)이 교차하는 위치에 있어서의 접속 각도(α)가 0도로 설정되고, 외측 영역 중 제2 기준선(L2)과 교차하는 위치에 있어서의 접속 각도(α)가 12도∼16도로 설정되며, 내측 영역 중 제2 기준선(L2)과 교차하는 위치에 있어서의 접속 각도(α)가 8도∼12도로 설정되어 있다.
제1 영역(θ1, θ2)과 제2 영역(θ3, θ4)의 관계, 제1 냉각부(81)와 제2 냉각부(91)와의 관계는 상술한 범위로 설정하는 것이 바람직하며, 이 구성에 의해 연소기 내통(42)을 효율 좋게 냉각할 수 있다.
또한, 상술한 제1 실시형태에서는, 냉각부(81, 91)로서, 연소기 내통(42)의 판 두께 안에 연소 가스(G)의 유동 방향을 따라 관통한 통로(82, 92, 93)로 하거나, 냉각부(101, 111)로서, 연소기 미통(43)에 형성한 통로(102, 112, 113)로 했지만, 이 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 이 통로는 연소 가스(G)의 유동 방향에 대해 경사져 있어도, 연소기 내통(42)의 원주 방향을 따르고 있어도 좋다.
10: 가스 터빈
11: 압축기
12: 연소기
13: 터빈
41: 연소기 외통
42: 연소기 내통(연소용 통)
43: 연소기 미통(트랜지션 피스)
61: 원통부
64a, 64b: 제1 변
65a, 65b: 제2 변
66: 스프링 클립
67: 버기 클립
71: 단부
81: 제1냉각부
82: 제1냉각 통로
83: 제1 냉각 구멍
91: 제2 냉각부
92: 제1 통로(제2 냉각 통로)
93: 제2 통로(제2 냉각 통로)
94: 합류부(제2 냉각 통로)
95: 제2냉각 구멍
101, 111: 냉각부
102, 112, 113: 냉각 통로
D: 접속점(교점)
L: 연장선
L1: 기준선
L2: 제2 기준선
S, S1, S2: 직경 방향 틈새
α, α1, α2: 접속 각도
θ１，θ２: 제1 영역
θ3: 외측 제2 영역(제2 영역)
θ4: 내측 제2 영역(제2 영역)
θ11, θ21: 외측 제1 영역
θ12, θ22: 내측 제1 영역

Claims (21)

  1. 내부에서 압축 공기와 연료가 혼합되어 연소하고,
    연소 가스의 유동 방향의 하류 측의 단부가 원주 방향을 따르는 직경 방향 틈새를 개재시켜 트랜지션 피스에 삽입되어 접속되며,
    상기 트랜지션 피스와의 접속부에 설치되는 냉각부의 냉각 매체에 의해 냉각하는 가스 터빈의 연소용 통에 있어서,
    상기 가스 터빈의 축 방향 및 상기 가스 터빈의 중심과 상기 연소용 통의 중심을 통과하는 직선 방향에 수직인 직선이며, 또한 상기 연소용 통의 중심을 통과하는 기준선에 대해, 상기 기준선보다도 상기 가스 터빈의 직경 방향의 외측의 영역에 있는 상기 냉각부의 외측 영역과,
    상기 기준선에 대해 상기 기준선보다도 상기 가스 터빈의 직경 방향의 내측의 영역에 있는 상기 냉각부의 내측 영역이 설정되고,
    상기 연소용 통의 외면의 축 방향을 따르는 연장선과 상기 트랜지션 피스의 내면과의 교점에 있어서의 접속 각도가 설정되며,
    상기 외측 영역 또는 상기 내측 영역의 어느 쪽의 영역에 있어서의 상기 기준선 가까이의 위치에 설정되는 제1 영역과, 상기 제1 영역보다도 상기 기준선으로부터 먼 위치에 설정되어 상기 제1 영역보다도 상기 접속 각도가 큰 제2 영역이 설정되고,
    상기 제2 영역은 상기 제1 영역보다도 냉각 매체의 유통량이 많이 설정되는
    것을 특징으로 하는 연소용 통.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉각부는 상기 제1 영역에 있어서의 냉각 매체의 유통량에 대해, 상기 제1 영역보다 상기 직경 방향 틈새가 좁은 상기 제2 영역에 있어서의 상기 냉각 매체의 유통량이 많이 설정되는 것을 특징으로 하는 연소용 통.
  3. 내부에서 압축 공기와 연료가 혼합되어 연소하고,
    연소 가스의 유동 방향의 하류 측의 단부가 원주 방향을 따르는 직경 방향 틈새를 개재시켜 트랜지션 피스에 삽입되어 접속되고,
    상기 트랜지션 피스와의 접속부에 설치되는 냉각부의 냉각 매체에 의해 냉각하는 가스 터빈의 연소용 통에 있어서,
    상기 가스 터빈의 축 방향 및 상기 가스 터빈의 중심과 상기 연소용 통의 중심을 통과하는 직선 방향에 수직인 직선이며, 또한 상기 연소용 통의 중심을 통과하는 기준선에 대해 상기 기준선보다도 상기 가스 터빈의 직경 방향의 외측의 영역에 있는 상기 냉각부의 외측 영역과,
    상기 기준선에 대해, 상기 기준선보다도 상기 가스 터빈의 직경 방향의 내측의 영역에 있는 상기 냉각부의 내측 영역이 설정되고,
    상기 외측 영역 또는 상기 내측 영역의 어느 쪽의 영역에 있어서의 상기 기준선 가까이의 위치에 설정되는 제1 영역과, 상기 제1 영역보다도 상기 기준선으로부터 먼 위치에 설정되어 상기 제1 영역보다도 상기 직경 방향 틈새가 좁은 제2 영역이 설정되며,
    상기 제2 영역은 상기 제1 영역보다도 냉각 매체의 유통량이 많이 설정되는
    것을 특징으로 하는 연소용 통.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접속부는 상기 연소용 통에 있어서의 축 방향의 단부와 상기 트랜지션 피스에 있어서의 축 방향의 단부가 직경 방향으로 중첩됨으로써 구성되고, 상기 냉각부는 상기 연소용 통에 있어서의 축 방향의 단부 또는 상기 트랜지션 피스에 있어서의 축 방향의 단부에 설치되는 것을 특징으로 하는 연소용 통.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 냉각부는, 상기 연소용 통에 있어서의 연소 가스의 유동 방향의 하류 측의 단부에, 연소 가스의 유동 방향을 따르는 동시에 원주 방향으로 소정 간격을 두고 설치되는 복수의 냉각 통로를 가지며, 상기 제1 영역에 있어서의 상기 복수의 냉각 통로의 평균 간격에 대해, 상기 제2 영역에 있어서의 상기 복수의 냉각 통로의 평균 간격이 작게 설정되는 것을 특징으로 하는 연소용 통.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 냉각 통로는, 일 단부가 상기 직경 방향 틈새에 개방하고, 타 단부가 상기 연소용 통에 있어서의 연소 가스의 유동 방향의 하류 측의 단면에 개방하는 것을 특징으로 하는 연소용 통.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 영역에 설치되는 상기 복수의 냉각 통로는, 일 단부가 상기 직경 방향 틈새에 개방하는 제1 통로와, 일 단부가 상기 연소용 통의 상기 단면에 개방하는 상기 제1 통로보다 수가 많은 제2 통로와, 상기 제1 통로의 타 단부와 상기 제2 통로의 타 단부가 연통하는 합류부를 갖는 것을 특징으로 하는 연소용 통.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 트랜지션 피스는 연소 가스의 유동 방향의 상류 측이 원통 형상을 이루고, 연소 가스의 유동 방향의 하류 측이 가스 터빈의 직경 방향을 따르는 제1 변의 길이에 대해 상기 가스 터빈의 원주 방향을 따르는 제2 변의 길이가 긴 직사각형 통 형상을 이루며, 상기 제1 영역은 제1 변 측에 설치되고, 상기 제2 영역은 제2 변 측에 설치되는 것을 특징으로 하는 연소용 통.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 냉각부는, 상기 연소용 통에 있어서의 연소 가스의 유동 방향의 하류 측의 단부에, 연소 가스의 유동 방향을 따르는 동시에 원주 방향으로 소정 간격을 두고 설치되는 복수의 냉각 통로를 갖고, 원주 방향에 있어서의 단위 길이당 상기 냉각 통로의 단면적은 상기 제1 영역보다 상기 제2 영역이 크게 설정되는 것을 특징으로 하는 연소용 통.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외측 영역은, 상기 제1 영역을 구성하는 외측 제1 영역과, 상기 외측 제1 영역보다 상기 가스 터빈의 직경 방향의 외측에서 상기 제2 영역을 구성하는 외측 제2 영역으로 설정되고, 상기 외측 제1 영역보다 상기 외측 제2 영역이 크게 설정되는 것을 특징으로 하는 연소용 통.
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내측 영역은, 상기 제1 영역을 구성하는 내측 제1 영역과, 상기 내측 제1 영역보다 상기 가스 터빈의 직경 방향의 내측에서 상기 제2 영역을 구성하는 내측 제2 영역으로 설정되고, 상기 내측 제1 영역보다 상기 내측 제2 영역이 작게 설정되는 것을 특징으로 하는 연소용 통.
  12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외측 영역은, 상기 제1 영역을 구성하는 외측 제1 영역과, 상기 외측 제1 영역보다 상기 가스 터빈의 직경 방향의 외측에서 상기 제2 영역을 구성하는 외측 제2 영역으로 설정되고, 상기 외측 제1 영역보다 상기 외측 제2 영역이 크게 설정되는 동시에, 상기 내측 영역은, 상기 제1 영역을 구성하는 내측 제1 영역과, 상기 내측 제1 영역보다 상기 가스 터빈의 직경 방향의 내측에서 상기 제2 영역을 구성하는 내측 제2 영역으로 설정되며, 상기 내측 제2 영역보다 상기 외측 제2 영역이 크게 설정되는 것을 특징으로 하는 연소용 통.
  13. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 영역 및 상기 제2 영역은 각각 상기 기준선 및 연소용 통의 축 방향에 수직한 제2 기준선에 대해 선 대칭으로 설정되는 것을 특징으로 하는 연소용 통.
  14. 제4항에 있어서,
    상기 냉각부는, 상기 연소용 통에 있어서의 연소 가스의 유동 방향의 하류 측의 단부에, 연소 가스의 유동 방향을 따르는 동시에 원주 방향으로 소정 간격을 두고 설치되는 복수의 냉각 통로를 가지며, 상기 외측 영역에 있어서의 상기 냉각 통로의 수는 상기 내측 영역에 있어서의 상기 냉각 통로의 수보다 많이 설정되는 것을 특징으로 하는 연소용 통.
  15. 제4항에 있어서,
    상기 냉각부는, 상기 연소용 통에 있어서의 연소 가스의 유동 방향의 하류 측의 단부에, 연소 가스의 유동 방향을 따르는 동시에 원주 방향으로 소정 간격을 두고 설치되는 복수의 냉각 통로를 가지며, 상기 제1 영역에 있어서의 상기 냉각 통로의 수는 상기 제2 영역에 있어서의 상기 냉각 통로의 수보다 적게 설정되는 것을 특징으로 하는 연소용 통.
  16. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 냉각 통로에 있어서의 평균 간격은 상기 제1 영역에서 5.5 mm∼8.5 mm로 설정되고, 상기 제2 영역에서 2.0 mm∼5.0 mm로 설정되는 것을 특징으로 하는 연소용 통.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 외측 제1 영역과 상기 외측 제2 영역은 상기 연소용 통의 원주 방향에 인접하고, 상기 외측 제1 영역과 상기 외측 제2 영역의 경계 위치는 상기 기준선으로부터 15도∼30도의 범위로 설정되는 것을 특징으로 하는 연소용 통.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 내측 제1 영역과 상기 내측 제2 영역은 상기 연소용 통의 원주 방향에 인접하고, 상기 내측 제1 영역과 상기 내측 제2 영역의 경계 위치는 상기 기준선으로부터 60도∼75도의 범위로 설정되는 것을 특징으로 하는 연소용 통.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 연소용 통과 상기 기준선이 교차하는 위치에 있어서의 접속 각도가 0도로 설정되고, 상기 외측 영역 중 상기 제2 기준선과 교차하는 위치에 있어서의 접속 각도가 12도∼16도로 설정되며, 상기 내측 영역 중 상기 제2 기준선과 교차하는 위치에 있어서의 접속 각도가 8도∼12도로 설정되는 것을 특징으로 하는 연소용 통.
  20. 내부에서 압축 공기와 연료가 혼합되어 연소하는 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재한 연소용 통과,
    상기 연소용 통에 있어서의 연소 가스의 유동 방향의 하류 측의 단부가 원주 방향을 따르는 직경 방향 틈새를 개재시켜 삽입되어 접속되는 트랜지션 피스
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 연소기.
  21. 공기를 압축하는 압축기와,
    상기 압축기가 압축한 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소하는 연소기와,
    상기 연소기가 생성한 연소 가스에 의해 회전 동력을 얻는 터빈
    을 구비하며,
    상기 연소기로서 제20항에 기재한 가스 터빈 연소기가 이용되는
    것을 특징으로 하는 가스 터빈.
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