KR102123834B1

KR102123834B1 - 가스 터빈 연소기

Info

Publication number: KR102123834B1
Application number: KR1020180133503A
Authority: KR
Inventors: 히로후미 오카자키; 도모미 고가네자와; 히로카즈 다카하시
Original assignee: 미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤
Priority date: 2017-11-08
Filing date: 2018-11-02
Publication date: 2020-06-17
Also published as: US20190137106A1; JP6965108B2; US11098901B2; EP3483505B1; CN109751623A; EP3483505A1; CN109751623B; JP2019086233A; KR20190052620A; RU2705862C1

Abstract

가스 터빈 연소기의 화염 전파관을 통과하는 연소 배출 가스의 온도를 낮추는 일 없이, 화염 전파관을 냉각하여, 열변형이나 소손의 가능성을 저하시킨다.
가스 터빈 연소기에 있어서, 화염 전파관(20)의 끼워 맞춤부(40)에 있어서의 제2 내통 부재(21B)의 내주면 및 제1 내통 부재(21A)의 외주면 중 어느 한쪽의 직경 방향에 있어서의 단면 형상은, 그 단면 형상의 중심으로부터의 거리가 최대인 부분에 있어서의 곡률인 기준 곡률보다 곡률이 작은 소곡률부(49a)를 복수 갖는 것으로 한다.

Description

가스 터빈 연소기 {GAS TURBINE COMBUSTOR}

본 발명은, 가스 터빈 연소기에 관한 것으로, 특히 연료를 공기와 혼합하여 연소시키는 연소기를 복수 갖고, 연소기 사이를 화염 전파관으로 결합하는 가스 터빈 연소기의 구조에 관한 것이다.

가스 터빈 1대에 대해 복수의 캔형의 가스 터빈 연소기(이하, 연소기라고 기재함)를 구비한 다캔형 가스 터빈이라고 하는 형식이 있다. 통상, 다캔형 가스 터빈은 복수의 연소기를 가스 터빈의 주위에 원환상으로 배치하여, 하나 또는 수 대의 연소기에 점화 장치를 설치하고, 나머지 연소기는 개별의 점화 장치를 갖지 않는다. 점화 장치를 갖지 않는 연소기의 점화는 화염 전파관이라고 하는 가스 터빈 주위 방향에서 인접하는 2개의 연소기 사이를 접속하는 배관을 사용한다. 가스 터빈의 기동 시는, 연소기에 연료를 유통시켜 점화 장치를 기동하여 그 점화 장치가 설치된 연소기에 점화한다. 점화한 연소기에서는 고온의 기연소 가스가 생성되어, 인접하는 미점화 연소기에 비해 압력이 높아진다. 이 압력차를 이용하여, 인접하는 연소기끼리를 접속하는 화염 전파관을 통해 고온의 기연소 가스가 미점화 연소기에 유입되고, 이 기연소 가스가 점화원이 됨으로써 미점화 연소기도 점화된다. 이와 같이 화염 전파관을 통함으로써 점화 장치를 갖는 연소기로부터 인접하는 연소기에 차례차례 점화가 진행되어, 최종적으로 모든 연소기의 점화가 완료된다. 모든 연소기의 점화가 완료되어 개개의 연소기의 압력차가 없어지면, 화염 전파관을 통한 기연소 가스의 유통은 멈춘다.

일반적으로, 화염 전파관은 내통과 외통의 이중관으로 구성되어 있다. 내통은 인접하는 연소기의 연소실 사이를 접속하여 내부에 고온의 연소 배출 가스를 유통시키는 화염 전파의 역할을 담당한다. 외통은 내통의 외주측에 설치되어 있고, 인접하는 연소기의 연료용 공기의 유로 사이를 접속한다. 외통을 설치함으로써 내통의 내외의 압력차가 저감되어 내통이 보호된다.

화염 전파관은 점화 조작에 필요한 구성 부품이며, 점화 시에는 고온의 기연소 가스를 내통에 유통시켜 점화를 확실하게 실시할 필요가 있다. 한편, 내통은 고온의 기연소 가스에 노출된다는 점에서 열변형이나 소손의 방지를 검토할 필요가 있다. 이상적인 상황에서는, 점화 시에 일시적으로 고온의 기연소 가스가 내통을 유통한 후에는, 연소기 사이의 압력차는 해소되어 기연소 가스가 내통을 유통하지 않을 것이다. 그러나 실제로는 인접하는 연소기에 미소한 압력차가 발생하고 있어, 기연소 가스가 내통을 계속 유통하는 경우가 있다. 이 때문에, 기연소 가스의 열이 점화에 영향을 미치지 않도록 내통의 냉각을 검토할 필요가 발생한다.

또한, 화염 전파관을 연소기 사이에 결합할 때의 조립성이나 변형에의 대처 등도 검토할 필요가 있다. 일반적으로 다캔형 가스 터빈에서는, 구동축의 길이를 단축하기 위해, 연소기를 압축기의 주위에, 구동축에 대해 기울여 배치한다. 인접하는 연소기 사이의 거리는 비교적 짧아, 인접하는 연소기의 격벽에 둘러싸인 비교적 좁은 공간에 화염 전파관을 설치할 필요가 있다. 또한, 운전 시에는 연소기를 구성하는 격벽은 온도가 상승하여 열팽창된다. 이 때문에, 연소기는 구동축 방향으로 이동하는 것 외에, 구동축의 직경 방향으로도 이동하여, 인접하는 연소기는 열팽창에 의해 서로 이격된다. 그 결과, 인접하는 연소기를 접속하는 화염 전파관은 축 방향으로 신장된다. 즉, 화염 전파관의 축 방향으로 신장성을 갖는 등의 변형에의 대처도 필요해진다.

이러한 화염 전파관의 냉각, 조립성, 변형의 문제에 관한 종래 기술은, 예를 들어 특허문헌 1이나 2에 게재되어 있다. 특허문헌 1은, 화염 전파관의 냉각을 위해 내관에 공기 구멍을 형성하고, 외통 내를 흐르는 연소용 공기를 그 공기 구멍을 통해 내관 내에 유통시킴으로써 내관의 냉각을 도모하고 있다. 또한, 조립성과 변형에의 대처에는, 내통을 분할하여 네스트 구조의 끼워 맞춤부를 화염 전파관의 중도에 설치하는 방법을 제시하고 있다. 네스트 구조를 설치하여 화염 전파관의 길이를 축 방향으로 변화 가능하게 함으로써, 연소기에의 조립성을 높이고, 또한 열변형에 대처하고 있다. 특허문헌 2에는, 상기한 내통의 끼워 맞춤부에 홈을 형성하고, 그 홈을 통해 연소용 공기를 내통 내에 유통시킴으로써 끼워 맞춤부의 냉각을 촉진하는 방법이 제시되어 있다.

일본 특허 공개 평11-14056호 공보 미국 특허 제6705088호 명세서

선행 기술 문헌에 기재된 바와 같이, 화염 전파관의 연소기 사이에의 결합을 용이하게 하고, 또한 변형에 대처하는 방법으로서, 내통을 분할하고, 네스트 구조의 끼워 맞춤부를 설치하는 방법이 있다. 이 방법에서는, 한쪽의 내통의 외경에 대해, 다른 쪽의 내통의 내경을 약간 크게 취하여, 서로 조합한다. 이때 양쪽의 치수 차를 갖게 하여 간극을 마련함으로써, 내통의 신장이나 굽힘 응력에의 유연한 대처가 가능해진다. 또한, 연소용 공기(이하, 공기라고 기재함)가 끼워 맞춤부의 간극을 유통함으로써 끼워 맞춤부를 냉각할 수 있다.

끼워 맞춤부의 냉각의 면에서는, 이상적으로는 끼워 맞춤부의 2개의 내통을 동심원상으로 배치하여 양자의 간극을 환상으로 형성함으로써 공기를 균일하게 흐르게 하는 것이 바람직하다. 공기의 흐름에 의해 끼워 맞춤부를 주위 방향으로 균등하게 냉각할 수 있다. 또한, 끼워 맞춤부를 빠져나가면 공기는 끼워 맞춤부의 하류측에서 내통을 따라 흘러, 내통의 중앙부를 흐르는 고온의 기연소 가스로부터 내통의 격벽을 보호하는, 이른바 필름 냉각의 상태가 된다. 필름 냉각은 냉각 효율이 높아 적은 공기량으로 효율적으로 내통의 넓은 범위를 냉각할 수 있다.

그러나 실제로는 끼워 맞춤부의 간극은 동심원상으로 형성된다고 할 수는 없다. 대부분의 경우는, 끼워 맞춤부에 있어서 2개의 내통이 서로 접하는 부분이 형성되어 끼워 맞춤부의 간극에는 치우침이 발생한다. 2개의 내통이 접한 간극이 없는 부분에서는 공기가 흐르지 않으므로 온도가 상승한다. 또한, 그 주위의 부분도 간극이 미소(예를 들어, 0.3㎜ 미만)한 영역이 넓어진다. 간극이 미소한 부분에서는 공기의 점성에 의해 유속이 낮아져 공기에 의한 냉각 효과는 저하된다. 이 때문에 2개의 내통이 접하는 부분을 중심으로 넓은 범위에서 내통의 온도가 상승하여 열변형이나 소손의 가능성이 높아진다.

그런데 내통의 벽면 상에서는 점성에 의해 공기의 유속은 제로가 되고 벽면으로부터 이격됨에 따라서 유속은 증가한다. 그 때문에 벽면의 근방에서는 공기의 유속차가 특히 커져 공기의 흐트러짐이 커진다. 이것은, 예를 들어 공기 유로의 벽면의 표면적이 증가할수록 공기는 흐트러지기 쉽고, 또는 어느 단면의 공기 유로측에 나타나는 벽면의 길이가 증가할수록 공기는 흐트러지기 쉽다고 바꾸어 말할 수 있다.

특허문헌 2는 끼워 맞춤부의 간극을 확보하는 방법으로서, 끼워 맞춤부의 내통의 편측 또는 양측에 홈을 마련하는 방법을 제시하고 있다. 이 방법의 경우, 홈을 형성함으로써 공기가 흐르는 간극이 확보되기는 하지만, 그 홈에 의해 내통의 직경 방향 단면(즉, 축 방향에 수직인 단면)에 있어서의 벽면의 길이가 증가하기 때문에, 홈이 없는 경우와 비교하여 공기의 흐트러짐이 증가한다. 끼워 맞춤부에서는 공기의 흐트러짐이 증가함으로써 냉각이 촉진되는 효과가 기대되기는 하지만, 끼워 맞춤부의 하류에서는 공기의 흐트러짐이 증가함으로써 고온의 기연소 가스와의 혼합이 촉진된다. 즉, 끼워 맞춤부의 하류에서는 전술한 필름 냉각에 의한 내통의 보호 효과가 감소하여 기연소 가스의 온도가 저하된다. 또한, 홈을 형성하는 방법은 유로 구조가 복잡해져, 가공 비용이 높아지는 과제가 있다.

본 발명은 상기한 과제를 감안한 것이며, 그 목적은, 가스 터빈 연소기의 화염 전파관을 통과하는 연소 배출 가스의 온도를 낮추는 일 없이, 화염 전파관을 냉각하여, 열변형이나 소손의 가능성을 저하시키는 것이다.

본원은 상기 과제를 해결하는 수단을 복수 포함하고 있지만, 그 일례를 들면, 연소실을 구성하는 격벽, 및 상기 격벽의 외주에 설치되고 상기 격벽과의 사이에 연소용 공기 유로를 구성하는 외주 격벽을 각각 갖는 복수의 연소기와, 상기 복수의 연소기 중 인접하는 연소기의 격벽 사이를 접속하는 화염 전파관을 구비하고, 상기 화염 전파관은, 상기 인접하는 연소기의 격벽 사이를 접속하는 내통과, 상기 내통의 외주에 설치되고, 상기 인접하는 연소기의 외주 격벽 사이를 접속하는 외통을 갖고, 상기 내통은, 축 방향으로 제1 내통 부재와 제2 내통 부재로 분할되어 있고, 상기 제2 내통 부재에 있어서의 상기 제1 내통 부재측의 단부는, 상기 제1 내통 부재의 외경보다 내경이 큰 확대부를 갖고, 상기 제2 내통 부재에 있어서의 상기 확대부의 내주측에 간극을 통해 상기 제1 내통 부재의 일부가 위치하도록 상기 제1 내통 부재와 상기 제2 내통 부재가 끼워 맞춤부를 형성하고 있는 가스 터빈 연소기에 있어서, 상기 끼워 맞춤부에 있어서의 상기 제2 내통 부재의 내주면 및 상기 제1 내통 부재의 외주면 중 어느 한쪽의 직경 방향에 있어서의 단면 형상은, 그 단면 형상의 중심으로부터의 거리가 최대인 부분에 있어서의 곡률인 기준 곡률보다 곡률이 작은 소곡률부를 복수 갖는 것으로 한다.

본 발명에 따르면, 내통의 중심 부분을 흐르는 고온의 기연소 가스와 공기의 혼합이 억제되므로, 끼워 맞춤부의 하류측의 냉각 효과가 높아져 화염 전파관의 내통의 열변형이나 소손의 가능성을 저하시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 연소기를 도시하는 모식도.
도 2는 도 1에 도시한 연소기에 있어서의 화염 전파관(20)의 부분을 도시하는 모식도.
도 3은 종래의 화염 전파관의 끼워 맞춤부의 단면을 도시하는 모식도.
도 4는 도 2에 도시한 화염 전파관(20)의 끼워 맞춤부(40)의 단면을 도시하는 모식도.
도 5는 도 4에 도시한 직경 방향 단면을 갖는 제1 내통 부재(21A)의 가공 방법의 설명도.
도 6은 평면부(46)를 8개 형성한 제1 내통 부재(21)의 사시도.
도 7은 본 발명의 제2 실시 형태의 화염 전파관(20)의 끼워 맞춤부(40)의 단면을 도시하는 모식도.
도 8은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 제1 내통 부재(21A)에 형성되는 소곡률부(49a)의 설명도.

본 발명의 실시 형태인 가스 터빈에 대해, 도면을 사용하여 이하에 설명한다. 또한, 설명에 있어서 동일 구성 부품에는 동일 부호를 사용하고, 설명을 생략하는 경우가 있다.

<제1 실시 형태>

본 발명의 제1 실시 형태의 가스 터빈에 대해 도 1 내지 도 4를 사용하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시 형태의 가스 터빈의 연소기 부분을 중심으로 한 개략도를 도시한다. 도 2는 도 1의 연소기 부분을 접속하는 화염 전파관의 부분 확대도를 도시한다. 도 3은 종래의 화염 전파관의 끼워 맞춤부의 단면도이다. 또한, 도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에서의 화염 전파관의 끼워 맞춤부의 단면도이며, 도 3과 대비시켜 설명한다. 먼저, 도 1과 도 2에 기초하여, 가스 터빈 연소기의 개요와 화염 전파관의 역할과 과제를 나타낸다. 그리고 나서, 도 3과 도 4에 기초하여, 종래예와 본 발명의 제1 실시 형태의 차이를 나타낸다.

도 1에 있어서, 가스 터빈(1)은, 연소용 공기(7)를 압축하는 압축기(2)와, 압축 공기와 연료를 연소하여 연소 배출 가스(8)를 발생하는 복수의 연소기(3A, 3B)와, 연소기(3A, 3B)에서 발생한 연소 배출 가스(8)에 의해 구동되는 터빈(4)과, 터빈(4)에 의해 구동되는 발전기(5)를 구비한다. 구동축(6)은 압축기(2), 터빈(4) 및 발전기(5)를 접속하고 있다. 공기(연소용 공기)(7)는 압축기(2)에서 압축되어 고압이 되고, 연소기(3A, 3B)에서 연료(15)와 혼합되어 연소한다. 연소기(3A, 3B)에서 생성된 고온, 고압의 연소 배출 가스(8)는 터빈(4)을 회전시키고, 그 터빈(4)의 회전 에너지는 발전기(5)에서 전력이 된다. 연소기(3A, 3B)는 그 헤드부(9A, 9B)가 압축기(2)측에, 테일부(10A, 10B)가 터빈측에 위치하도록 배치되어 있다.

일반적으로 연소기(3A, 3B)는, 압축기(2)와 터빈(4) 사이에 위치하고, 압축기(2) 또는 구동축(6)의 주위에 환상으로 복수 배치된 캔형의 가스 터빈 연소기로 구성된다. 도 1에서는 그 중 2개만을 모식도로 도시하고 있다. 2개의 연소기(3A, 3B)는, 각각 연소실(11A, 11B), 연소실(11A, 11B)을 구성하는 격벽(라이너)(12A, 12B), 연소용 공기(7)가 유통하는 연소용 공기 유로(13A, 13B), 격벽(12A, 12B)과의 사이에 연소용 공기 유로(13A, 13B)를 구성하는 외주 격벽(14A, 14B)을 구비하고 있다. 이들 요소(11, 12, 13, 14)는 각 연소기(3A, 3B)의 중심으로부터 직경 방향 외측을 향해 먼저 기재한 순서로 배치되어 있다. 압축기(2)로부터 배출된 연소용 공기(압축 공기)(7)는, 연소기의 테일부(10A, 10B)에서 흐름 방향을 반전하여, 연소용 공기 유로(13A, 13B)를 통해 연소기의 헤드부(9A, 9B)로 흐른다. 연소용 공기(7)는, 연소기의 헤드부(9A, 9B)에서 흐름 방향을 다시 반전하여, 연소실(11A, 11B)에서, 연소기 헤드부(9A, 9B)에서 외부로부터 공급되는 연료(15)와 혼합하여 연소하여 연소 배출 가스(8)가 된다. 연소 배출 가스(8)는 연소기의 테일부(10A, 10B)로부터 터빈(4)으로 유입된다.

또한, 설명을 간략화하기 위해 도 1에서는 연소기가 2개인 경우를 나타내지만, 3개 이상의 연소기를 구비하는 경우도 동일하다. 또한, 도 1에서는 하나의 구동축(6)에 압축기(2), 터빈(4)과 발전기(5)를 접속한 경우를 나타내지만, 구동축을 복수로 분할하는 것도 가능하다. 또한, 발전기(5) 대신에 다른 회전체의 구동에 터빈(4)의 회전 에너지를 사용하는 것도 가능하다.

도 1의 가스 터빈(1)은, 연소기(3A)에 설치되고 연소실(11A) 내에서 불꽃 방전하는 점화 장치(17)와, 터빈(4)의 주위 방향에서 인접하는 2개의 연소기(3A, 3B)의 격벽(12A, 12B) 사이를 접속하는 화염 전파관(20)을 더 구비하고 있다. 화염 전파관(20)은, 내통(21)과, 내통(21)의 외주에 설치되고 내통(21)을 외주측으로부터 덮는 외통(22)의 2중관으로 구성된다. 내통(21)은 2개의 라이너(12A, 12B) 사이를 접속하는 원관이며, 그 내부의 원통형 공간(25)에서는 연소실(11A, 11B) 내의 연소 배출 가스(16)를 유통할 수 있다. 또한, 외통(22)은 2개의 외주 격벽(14A, 14B)을 접속하는 원관이며, 외통(22)과 내통(21) 사이에 형성되는 환상 공간(연소용 공기 유로)(26)에는 연소용 공기(7)를 유통할 수 있다. 또한, 환상 공간(연소용 공기 유로)(26)의 압력은 연소용 공기 유로(13A, 13B)와 거의 동일하고, 내통(21) 내의 원통형 공간(25)의 압력은 연소실(11A, 11B)과 거의 동일하다는 점에서, 환상 공간(26)의 쪽이 원통형 공간(25)보다 압력이 높다.

다음으로, 연소기의 점화 시의 화염 전파관(20)의 역할에 대해 설명한다.

가스 터빈(1)의 점화 시는 연소기(3A)에 설치한 점화 장치(17)에 의해 연소실(11A) 내의 연료와 공기의 혼합물에 점화한다. 연소실(11A) 내는 연소 배출 가스의 생성에 의해 압력이 상대적으로 높아지지만, 연소실(11B)은 아직 점화되어 있지 않으므로 압력이 상대적으로 낮다. 이 때문에, 연소실(11A, 11B) 사이를 접속하는 내통(21)(화염 전파관(20))을 통해, 고온의 연소 배출 가스(16)가 연소실(11A)로부터 연소실(11B)로 보내진다. 연소실(11B)에서는 내통(21)을 통해 유입된 고온의 연소 배출 가스(16)에 의해 연료와 공기의 혼합물이 점화된다. 이와 같이 점화 완료된 연소기(3)에 인접하는 미점화 연소기(3)에 화염 전파관(20)(내통(21))을 통해 순차 점화함으로써, 모든 연소기(3)에 점화할 수 있다.

각각의 연소기(3)의 공기량이나 연료 유량, 압력이 동일하면, 모든 연소기(3)에서 점화가 종료되었을 때에는 연소기(3) 사이의 압력차가 없어진다. 이 경우, 화염 전파관(20)의 내통(21)을 유통하는 고온의 연소 배출 가스(16)의 흐름은 없어져, 내통(21)을 고온의 연소 배출 가스(16)가 유통하는 시간은 점화 시의 단시간에 그친다. 그러나 실제로는 연소기(3)마다 공기량이나 연료 유량, 압력이나 연소 상태에 변동이 발생하는 경우가 있다. 이 경우, 인접하는 연소기(3A, 3B)의 압력차에 의해, 내통(21)을 고온의 연소 배출 가스(16)가 계속 유통한다. 내통(21)은 고온의 연소 배출 가스(16)가 유통함으로써 가열되어 고온이 된다. 가스 터빈의 장시간 운전으로 이 상태가 계속되면, 내통(21)에 변형이나 손상이 발생하기 쉬워지기 때문에 내통(21)을 냉각할 필요가 있다.

도 2에 화염 전파관(20)의 상세를 도시한다. 도 2는 도 1의 부분 상세도이다. 내통(21)은, 내통(21)의 위치 결정용 구조물(31A, 31B)과 공기 구멍(33A, 33B)을 갖는다. 또한 내통(21)은 그 축 방향의 중간 부분에서 제1 내통 부재(21A) 및 제2 내통 부재(21B)의 2개로 분할되어 있고, 도 2는 내통(21)이 2개의 내통 부재(21A, 21B)를 접속하는 끼워 맞춤부(40)를 갖는 것을 특히 상세하게 나타내는 것이다.

내통(21)의 위치 결정용 구조물로서, 도 2의 경우, 내통 부재(21A, 21B)에 위치 결정용 스토퍼(31A, 31B)가 부속된다. 스토퍼(31A, 31B)를 연소기(3A, 3B)의 외주 격벽(14A, 14B)과 접속하는 리테이너(32A, 32B)와 조합함으로써 내통(21)의 위치 결정을 할 수 있다. 리테이너(32A, 32B)는 일반적으로는 탄성체이며, 가스 터빈의 운전 중에 열변형이나 진동이 발생해도 그 변위를 흡수함으로써, 화염 전파관(20)의 내통 부재(21A, 21B)에 발생하는 응력을 저감하면서, 각각의 연소기(3A, 3B)에 내통 부재(21A, 21B)를 고정한다.

또한, 내통 부재(21A, 21B)의 측면의 원주 방향으로는, 환상 공간(26)을 유통하는 연소용 공기의 일부를 내통(21) 내의 공간(25)으로 도입하는 공기 구멍(33A, 33B)이 복수 개 마련되어 있다. 도 2의 예에서는 공기 구멍(33A, 33B)은, 각각 스토퍼(31A, 31B)보다 연소실(11A, 11B)측에 위치하도록 마련되어 있고, 연소용 공기 유로(13A, 13B) 내에서 개구되어 있다.

공기 구멍(33A, 33B)이 마련된 위치로부터 내통 부재(21A, 21B)의 직경 방향 내측에는, 내통 부재(21A, 21B)의 내측면을 따라 연장되는 격벽인 안내 링(34A, 34B)이 설치되어 있다. 안내 링(34A, 34B)은, 내통 부재(21A, 21B)와 동심원의 원통이며, 내통(21)과의 사이에 환상 공간(26)을 구성한다. 안내 링(34A, 34B)의 축 방향에 있어서의 연소실(11A, 11B)측의 단부는 각각 내통 부재(21A, 21B)의 내주면과 접속된 폐쇄 단부로 되어 있고, 다른 쪽 단부는 내통 부재(21A, 21B)의 내부 공간(25)을 면하는 개방 단부로 되어 있다.

공기 구멍(33A, 33B)을 마련함으로써, 화염 전파관(20)의 외통(22) 내의 환상 공간(26)에 체류하는 연소용 공기의 일부가 압력이 낮은 내통(21) 내의 공간(25)으로 유입되어, 이 연소용 공기에 의해 내통 부재(21A, 21B)의 격벽을 냉각할 수 있다. 이때, 공기 구멍(33)을 통과한 연소용 공기가, 안내 링(34A, 34B)과 내통 부재(21A, 21B) 사이의 환상 유로를 흐름(35A, 35B)으로 되어 안내 링(34A, 34B)의 개구 단부를 향해 흐름으로써, 기연소 가스의 흐름(16)으로부터 내통 부재(21A, 21B)로의 열전달이 억제되어, 내통 부재(21A, 21B)의 온도 상승을 억제할 수 있다. 이러한 냉각 방식은 공기의 흐름(35A, 35B)이 내통(21)의 내주면을 따라 필름(층) 형상으로 형성된다는 점에서 필름 냉각이라고 불린다.

본 발명의 제1 실시 형태에서는, 2개의 내통 부재(21A, 21B) 중, 제1 내통 부재(21A)는 자신에게 가까운 한쪽의 연소실(11A)과 접속되고, 다른 쪽의 제2 내통 부재(21B)는 마찬가지로 다른 쪽의 연소실(11B)과 접속되고, 내통 부재(21A, 21B)의 각각의 반대측의 단부면은 2개의 연소실(11A, 11B) 사이의 개략 중앙 부분에서 끼워 맞춤부(40)를 형성하고 있다. 제2 내통 부재(21B)에 있어서의 제1 내통 부재(21A)측의 단부(도 2 중의 좌측 단부)는, 제1 내통 부재(21A)의 외경 Da보다 내경 Db가 큰 외경 확대부(38)를 갖고 있다. 본 실시 형태에서는, 제2 내통 부재(21B)에 있어서의 외경 확대부(38)의 내주측에 간극을 통해 제1 내통 부재(21A)의 일부가 위치하도록(즉, 이른바 네스트 구조로 되도록) 제1 내통 부재(21A)와 제2 내통 부재(21B)를 끼워 맞춤부(40)에서 조합하고 있다. 끼워 맞춤부(40)를 네스트 구조로 함으로써, 화염 전파관(20)의 축 방향으로의 신장성이 구비되고, 또한 굽힘 방향으로의 열변형에도 유연하게 대처 가능해진다. 또한, 전술한 공기 구멍(33A, 33B)과 마찬가지로, 환상 공간(26)으로부터 끼워 맞춤부(40)에 연소용 공기(42)를 도입하여 간극(41)에 유통시킴으로써 끼워 맞춤부(40)의 근방을 냉각할 수 있다. 이때, 끼워 맞춤부(40)에서 조합되는 2개의 내통 부재(21A, 21B)의 간극을 통과하는 공기의 흐름(42)은 제2 내통 부재(21B)의 내주면을 따라 흐름으로써, 전술한 필름 냉각의 효과가 얻어진다. 끼워 맞춤부(40)로부터의 연소용 공기의 흐름(42)에 의해, 끼워 맞춤부(40) 외에, 제2 내통 부재(21B)의 외경 확대부(38)로부터 끼워 맞춤부(40)를 제외한 부분(내경 확대부)(43)도 냉각하는 것이 가능해진다.

도 3에 종래 기술의 끼워 맞춤부(40)의 단면 형태를 도시한다. 이상적으로는 도 3의 (A)에 도시한 바와 같이 끼워 맞춤부(40)의 단면은, 2개의 내통 부재(21A, 21B)가 동심원상으로 배치되고, 간극(41)이 원환상으로 형성되는 것이 바람직하다. 그러나 실제로는 도 3의 (B)에 도시한 바와 같이 2개의 내통 부재(21A, 21B)가 어딘가에서 접촉하여, 간극(41)의 일부가 폐색되는 C자 형상이 되는 경우가 많다.

도 3의 (B)의 경우, 2개의 내통 부재(21A, 21B)가 서로 접하여 간극이 없어진 부분(접촉부)에서는 공기가 흐르지 않기 때문에 온도가 상승한다. 또한, 그 접촉부의 주위 부분도, 접촉부로부터 이격됨에 따라 서서히 간극이 커지기는 하지만, 간극이 미소(예를 들어, 0.3㎜ 미만)한 영역이 넓어진다. 간극이 미소한 영역에서는 공기의 점성에 의해 유속이 낮아, 공기에 의한 냉각 효과는 낮다. 이 때문에 접촉부를 중심으로 공기의 유속이 낮은 범위(44)에서 내통(21)의 온도가 상승한다. 이 범위(44)는 내통(21)의 편측으로 확대된다. 한편, 2개의 내통 부재(21A, 21B)의 간극(41)이 확대되어 있는 부분은 연소용 공기가 흐르기 쉬워, 그 근방의 내통(21)의 온도는 낮다. 양자의 위치는 이격되어 있으므로, 그 온도차는 예를 들어 200℃ 이상이 되어, 열변형의 요인이 될 수 있다. 또한, 공기의 유속이 낮은 범위(44)는 온도 상승에 의해 소손의 가능성이 높아진다. 또한, 범위(44)의 하류측이며, 제2 내통 부재(21B)에 있어서 끼워 맞춤부(40)에 가까운 내경 확대부(43)(도 2 참조)의 내주면 근방에서도 공기가 흐르기 어려운 부분이 형성될 수 있으므로, 열변형이나 소손의 가능성이 높아질 수 있다.

본 실시 형태는 상기한 끼워 맞춤부(40)에서, 내통 부재(21A, 21B)가 서로 접촉한 경우에 끼워 맞춤부(40)나 제2 내통 부재(21B)에 있어서의 끼워 맞춤부(40)에 가까운 격벽(내경 확대부(43))을 냉각하여, 내통(21)의 열변형이나 소손의 가능성을 저감시키는 방법을 제안한다. 도 4에 본 발명의 제1 실시 형태에서의 끼워 맞춤부(40)의 단면도를 도시한다.

본 발명의 제1 실시 형태는, 제1 내통 부재(21A)의 외주면 상의 끼워 맞춤부(40)에 가까운 부분에 대해 축 방향으로 연장되는 평면부(46)를 주위 방향으로 복수 개 설치한 것을 특징으로 한다. 도 4의 (A) 내지 (C)는 끼워 맞춤부(40)에 있어서의 2개의 내통 부재(21A, 21B)의 직경 방향 단면도이다. 제1 내통 부재(21A)의 직경 방향 단면에서는 평면부(46)의 단면 형상은 직선으로서 나타난다. 도 5는 도 4에 도시한 직경 방향 단면을 갖는 제1 내통 부재(21A)의 가공 방법의 설명도이다. 외주면과 내주면의 단면이 모두 원형인 원관(48)을 준비하고, 그 단부의 외주면을 축 방향을 따라 소정 거리만큼 절삭하여 평면부(46)를 형성한다. 도 5에서는 원관(48)을 절삭한 부분(절삭부)(46a)을 사선으로 나타내고 있다. 도 5에 있어서, 직경 방향 단면에 있어서의 평면부(46)의 길이는, 마찬가지로 직경 방향 단면에 있어서의 절삭부(46a)의 원호(47a)의 길이(즉, 절삭 가공 전의 원관(48)의 원호 길이)보다 짧다. 따라서, 절삭 가공에 의해 평면부(46)를 설치한 제1 내통 부재(21A)의 직경 방향 단면에 있어서의 외주 길이는, 절삭 가공 전의 원관(48)의 외주 길이(원주)보다 단축화되었다고 할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 제1 내통 부재(21A)의 주위 방향에 있어서 인접하는 평면부(46) 사이에는 간격을 마련하도록 하여, 원관(48)의 외주면과 동일한 곡률을 갖는 원호부(47)가 주위 방향에서 인접하는 2개의 평면부(46) 사이에 나타나도록 제1 내통 부재(21A)를 형성하고 있다. 또한, 곡률이라 함은, 곡면 상의 각 점에서의 구부러짐의 정도를 나타내는 값이며, 도 5의 원호부(47)의 경우는 원호부(47)의 반경(곡률 반경)의 역수로 표현된다. 또한, 평면부(46)는 곡률 반경이 무한대로 원호부(47)보다 크고, 그 역수인 곡률은 제로로 원호부(47)보다 작은 소곡률부가 된다.

이와 같이 제1 내통 부재(21A)에 소곡률부인 평면부(46)를 설치함으로써, 끼워 맞춤부(40)에서 조합되는 2개의 내통 부재(21A, 21B) 사이의 간극(41)은 주로 도 4의 (A) 내지 (C)에 도시한 3가지 중 어느 형상이 된다.

도 4의 (A)는, 끼워 맞춤부(40)에서 2개의 내통 부재(21A, 21B)가 서로 접촉하지 않는 경우이며, 도면에서는 특히 양자(21A, 21B)가 동심원상으로 배치되는 경우를 나타내고 있다. 이 경우, 제2 내통 부재(21B)의 내주가 원형이고 제1 내통 부재(21A)의 외주가 원호(47)와 평면부(46)가 조합되는 형상이 되어, 상술한 바와 같이, 평면부(46)를 형성하기 전의 원관(48)(도 5 참조)보다 제1 내통 부재(21A)의 직경 방향 단면에 있어서의 외주면의 길이가 짧아진다.

도 4의 (B), (C)는 끼워 맞춤부(40)에서 2개의 내통 부재(21A, 21B)가 서로 접촉한 경우를 나타낸다. 도 4의 (B)는, 제1 내통 부재(21A)가 원호 부분(47)의 1개소에서 제2 내통 부재(21B)와 접한 경우이다. 이때, 폐색 개소는 원호부(47)의 1개소이며, 그곳으로부터 주위 방향의 양측에는 완만하게 두께가 바뀌는 C자형의 간극이 형성된다. 도 4의 (C)는, 제1 내통 부재(21A)가 원호부(47)의 2개소에서 제2 내통 부재(21B)와 접한 경우이다. 이때, 폐색 개소는 원호부(47)의 2개소이며, 그 사이에는 외주가 원호이고 내주가 평면부(46)인 직선 형상의 간극과, 제2 내통 부재(21B)의 직경 방향의 간극의 두께가 주위 방향으로 완만하게 바뀌는 C자형의 간극이 된다.

또한, 제1 내통 부재(21A)의 전체 형상의 파악을 용이하게 하기 위한 참고예로서, 평면부(46)를 8개 형성한 제1 내통 부재(21)의 사시도를 도 6에 도시한다. 도 4, 도 5에 도시한 제1 내통 부재(21A)는 6개소의 평면부(46)를 갖는 것에 비해, 도 6의 것은 8개소의 평면부(46)가 설치되어 있는 점이 상이하지만 다른 부분은 동일하고, 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있다. 또한, 스토퍼(31A)는 도시를 생략하고 있다. 도 6에 도시한 바와 같이 평면부(46)의 연소실(11A)측의 종단부는 대략 수직으로 올라가 있다. 단, 종단부를 수직으로 올라가게 할 필요는 없고 경사지게 해도 된다.

본 실시 형태에서는, 끼워 맞춤부(40)에 있어서 2개의 내통 부재(21A, 21B)가 접할 때, 내측의 제1 내통 부재(21A)의 원호부(47)에서 외측의 제2 내통 부재(21B)의 내주와 접한다. 이때 2개의 내통 부재(21A, 21B)가 접하는 부분의 근방에는 내측의 제1 내통 부재(21A)의 외주면을 절삭하여 형성한 평면 부분(46)이 존재함으로써 2개의 내통 부재(21A, 21B)의 간극의 직경 방향의 두께가 확대되는 부분이 형성된다. 이 간극의 부분은 두께가 충분히(예를 들어, 0.3㎜ 이상) 있으므로, 공기의 유속이 충분히 있어 내통(21)을 냉각할 수 있다. 공기의 유속이 낮은 범위(44)와 주위 방향에서 인접하는 부분에 간극의 두께가 충분히 있어, 공기에 의한 냉각이 진행되는 부분이 존재하게 된다. 또한, 공기의 유속이 낮은 범위(44)의 주위 방향 길이는 도 3에 도시한 종래예의 것에 비해 저감된다. 이 때문에 내통(21)의 열전도에 의해 2개의 내통 부재(21A, 21B)가 접하는 부분도 냉각되어, 내통(21)의 온도 상승을 억제하여, 열변형이나 소손의 가능성을 저하시킬 수 있다. 제2 내통 부재(21B)의 끼워 맞춤부(40)에 가까운 내경 확대부(43)라도 공기가 흐르기 어려운 부분이 도 3의 종래예에 비해 축소되어, 열변형이나 소손의 가능성이 낮아진다.

-작용·효과-

본 실시 형태의 2개의 내통 부재(21A, 21B)가 끼워 맞춤부(40)에서 형성하는 공기 유로(간극)는, 외주측의 원형과 내주측의 원호(원호부(47)) 및 평면(평면부(46))이 조합되는 형상이 되어, 직경 방향의 두께가 주위 방향에 걸쳐 완만하게 변화되는 환상의 유로가 된다. 여기서 끼워 맞춤부(40)의 직경 방향 단면에 있어서의 제1 내통 부재(21A)의 외주면(벽면)의 길이와 제2 내통 부재(21B)의 내주면(벽면)의 길이의 합계를 「간극의 단면 경계부 길이」라고 정의한다. 본 실시 형태의 제1 내통 부재(21A)의 외주면의 길이는, 평면부(46)를 설치함으로써, 도 3에 도시한 종전의 원주의 경우와 비교하여 짧게 되어 있다. 따라서, 간극의 단면의 경계부 길이는 원호의 일부를 평면부(46)로 함으로써 원호만의 도 3의 경우보다 짧아진다. 이 때문에, 끼워 맞춤부(40)의 공기 유로(간극)를 흐르는 공기의 흐트러짐은 도 3의 원환의 경우나 특허문헌 2의 홈을 형성한 경우보다 작아진다. 그 때문에, 끼워 맞춤부(40)를 통과한 공기가 제2 내통 부재(21B)의 내주면을 따라 내경 확대부(43)를 흐를 때, 공기의 흐트러짐이 작아진다. 이에 의해 내통(21)의 중심 부분을 흐르는 고온의 기연소 가스와 공기의 혼합이 억제되어, 끼워 맞춤부(40)로부터 이격된 영역까지 공기를 도달시킬 수 있다. 즉, 이른바 필름 냉각에 의해 내통(21)의 넓은 범위를 보호할 수 있으므로, 끼워 맞춤부(40)의 하류측의 내경 확대부(43)의 냉각 효과가 높아져, 화염 전파관(20)의 내통(21)의 열변형이나 소손의 가능성을 효과적으로 저하시킬 수 있다.

또한, 홈을 마련한 경우에 비해, 본 실시 형태의 경우, 2개의 내통 부재(21A, 21B)의 접하는 부분은 원호와 원호에서 접한다. 이 때문에 양자(21A, 21B)가 접촉이나 진동에 의해 물리기 어려워져, 마모를 저감시킬 수 있다.

끼워 맞춤부(40)에 대해 공기의 유통 방향에 있어서의 하류측의 영역에 있는 내경 확대부(43)는, 제2 내통 부재(21B)의 내경 Db를 끼워 맞춤부(40)와 동일 형상으로 유지함으로써, 끼워 맞춤부(40)로부터 내통(21) 내로 유입되는 공기의 흐름(42)의 흐트러짐을 억제하여, 끼워 맞춤부(40)로 유입되는 연소용 공기의 필름 냉각 효과를 하류측까지 유지하기 쉽게 한다.

또한, 이 내경 확대부(43)를 설치함으로써 2개의 내통 부재(21A, 21B)의 축 방향에 있어서의 슬라이드 동작이 가능해져, 연소기(3A, 3B)를 조립할 때에 제1 내통 부재(21A)를 제2 내통 부재(21B) 내로 압입함으로써 내통(21)의 축 방향의 전체 길이를 일시적으로 짧게 할 수 있으므로 조립성이 향상된다.

끼워 맞춤부(40)의 하류측의 내경 확대부(43)의 축 방향 길이 Lb는 끼워 맞춤부(40)의 축 방향 길이 L1에 대해 1.5배 이상 마련하는 것이 바람직하다. 이것은, 필름 냉각의 효과가 지속되는 거리는 L1의 1.5배 정도라고 발명자들이 시험 결과로부터 알아냈기 때문이다. 또한, 길이 Lb를 확보함으로써, 끼워 맞춤부(40)에서의 공기의 흐름(42)에 의해, 제2 내통 부재(21B)측의 냉각이 진행된다. 이 때문에 내통(21)의 양단부에 공기 구멍(35A, 35B)을 형성하는 경우, 제2 내통 부재(21B)의 길이를 제1 내통 부재(21A)의 길이보다 길게 해도 제2 내통 부재(21B)의 온도 상승을 억제할 수 있다. 이 때문에, 제2 내통 부재(21B)의 길이는 제1 내통 부재(21A)에 대해 1.1 내지 1.5배의 길이로 하는 것이 바람직하다.

또한, 제1 내통 부재(21A)의 평면부(46)의 축 방향 길이 La는, 끼워 맞춤부(40)의 축 방향 길이 L1보다 길게 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면 끼워 맞춤부(40)로 유입되는 공기(42)의 입구를 제1 내통 부재(21A) 상에 확보할 수 있어, 공기가 끼워 맞춤부(40)로 들어가기 쉬워진다. 또한, 공기가 내통(21)의 외면을 따라 흐름으로써 연소용 공기의 흐트러짐을 억제하여, 필름 냉각 효과를 하류측까지 유지하기 쉬워진다. 이 때문에 평면부(46)의 길이 La는 끼워 맞춤부(40)의 길이 L1에 대해 1.1배 이상 마련하는 것이 바람직하다.

또한, 끼워 맞춤부(40)의 내측의 제1 내통 부재(21A)에 평면부(46)를 만들고, 그 직경 방향 단면을 원호와 평면의 조합으로 하면, 끼워 맞춤부(40)에서 편심된 경우, 2개의 내통 부재(21A, 21B)는 원호와 원호에서 접한다. 이 때문에 양자가 접촉이나 진동에 의해 물리기 어려워져, 마모를 저감시킬 수 있다.

상술한 화염 전파관(20)을 구비한 가스 터빈 연소기나 가스 터빈은, 화염 전파관(20)의 내통(21)의 열변형이나 소손의 가능성을 효과적으로 저하시킬 수 있다. 또한, 끼워 맞춤부에서의 마모를 저감시킬 수 있다. 이 때문에, 연소기의 예기치 않은 고장이나 점검의 가능성을 저하시킴으로써, 운전의 신뢰성을 높이는 동시에, 운전 비용의 저감을 도모할 수 있다.

<제2 실시 형태>

제1 실시 형태에서는 제1 내통 부재(21A)에 평면부(46)를 설치하였지만, 제2 내통 부재(21B)에 마찬가지의 평면부를 설치해도 된다. 다음으로, 이 경우의 일례를 제2 실시 형태로서 설명한다. 또한, 끼워 맞춤부(40) 주변의 2개의 내통 부재(21A, 21B)의 직경 방향 단면의 형상 이외에는 제1 실시 형태와 동일하므로 설명은 생략한다.

도 7에 본 발명의 제2 실시 형태에 있어서의 끼워 맞춤부(40)의 직경 방향 단면도를 도시한다. 제2 실시 형태의 화염 전파관은 제2 내통 부재(21B)의 내경 확대부(43)의 내주면에 축 방향으로 연장되는 복수의 평면부(51)를 설치함으로써 내주면을 개략 다각형으로 한 것을 특징으로 한다. 또한, 본 실시 형태에서도 제2 내통 부재(21B)의 주위 방향에 있어서 인접하는 평면부(51)의 사이는 간격을 설정하도록 하여, 원래의 원관의 외주면과 동일한 곡률을 갖는 원호부(52)가 주위 방향에서 인접하는 2개의 평면부(51) 사이에 나타나도록 제2 내통 부재(21B)를 형성하고 있다. 제2 내통 부재(21B)의 내주면을 개략 다각형으로 함으로써, 끼워 맞춤부(40)에서 조합되는 2개의 내통 부재(21A, 21B) 사이의 간극은, 도 7의 (A) 내지 (C)에 도시한 3가지의 형상이 된다.

도 7의 (A)는, 끼워 맞춤부(40)에서 2개의 내통 부재(21A, 21B)가 서로 접촉하지 않고 동심원상으로 배치되는 경우이다. 이 경우, 내주측이 원형이고 외주측이 평면부(51)인 다각형이 되고, 간극(41)의 직경 방향의 두께가 원주 방향으로 완만하게 바뀌는 환상의 유로가 된다.

도 7의 (B), (C)는, 끼워 맞춤부(40)에서 2개의 내통 부재(21A, 21B)가 서로 접촉한 경우를 도시한다. 도 7의 (B)는, 제2 내통 부재(21B)의 다각형의 평면부(51)의 1개소가 제1 내통 부재(21A)와 접한 경우이다. 이때, 폐색 개소는 평면부(51)가 제1 내통 부재(21A)와 접촉하는 3개소이며, 각 접촉부에 있어서의 주위 방향의 양측에는 간극(41)의 두께가 완만하게 바뀌는 C자형의 간극이 형성된다. 도 7의 (C)는, 제2 내통 부재(21B)의 다각형의 평면부(51)의 2개소가 제1 내통 부재(21A)와 접한 경우이다. 이때, 폐색 개소는 평면부(51)가 제1 내통 부재(21A)와 접촉하는 2개소이며, 2개의 내통 부재(21A, 21B)의 사이에는 내주가 원호이고 외주가 직선 형상인 간극과, 직경 방향의 두께가 주위 방향으로 완만하게 바뀌는 C자형의 간극이 형성된다.

본 실시 형태에서는, 끼워 맞춤부(40)에 있어서 2개의 내통 부재(21A, 21B)가 접할 때, 외측의 제2 내통 부재(21B)의 평면부(51)에서 내측의 제2 내통 부재(21A)의 외주와 접한다. 이때, 접하는 부분의 근방에는 외측의 제2 내통 부재(21B)의 평면부(51)를 가짐으로써 간극의 직경 방향의 두께가 확대되는 부분이 형성된다. 이 간극의 부분은 두께가 충분히(예를 들어, 0.3㎜ 이상) 있으므로, 공기의 유속을 충분히 확보할 수 있어, 냉각할 수 있다. 공기의 유속이 낮은 범위(44)의 근방에 간극의 직경 방향의 두께가 충분히 있어, 공기에 의한 냉각이 진행되는 부분이 존재한다. 또한, 공기의 유속이 낮은 범위(44)는, 도 3에 도시한 종래예에 비해 좁아진다. 이 때문에, 내통(21)의 열전도에 의해 2개의 내통 부재(21A, 21B)가 접하는 부분도 냉각되어, 내통(21)의 온도 상승을 억제하여, 열변형이나 소손의 가능성을 저하시킬 수 있다. 제2 내통 부재(21B)의 끼워 맞춤부(40)에 가까운 내경 확대부(43)라도 공기가 흐르기 어려운 부분이 도 3의 종래예에 비해 축소되어, 열변형이나 소손의 가능성을 저감시킬 수 있다.

-작용·효과-

본 실시 형태의 2개의 내통 부재(21A, 21B)가 끼워 맞춤부(40)에서 형성되는 공기의 유로(간극)는 내주측의 원형과 외주측의 평면(평면부(51)) 및 원호(원호부(52))가 조합되는 다각형의 형상이 되어, 직경 방향의 두께가 주위 방향에 걸쳐 완만하게 변화되는 환상의 유로가 된다. 「간극의 단면의 경계부 길이」는, 제2 원통 부재(21B)의 내주면에 있어서의 원호의 일부를 평면으로 함으로써 내주면 전부가 원호만인 경우보다 짧아진다. 이 때문에, 끼워 맞춤부(40)의 공기 유로(간극)를 흐르는 공기의 흐트러짐은 도 3의 원환의 경우나 특허문헌 2의 홈을 형성한 경우보다 작아진다. 그 때문에, 끼워 맞춤부(40)를 통과한 공기가 제2 내통 부재(21B)의 내주면을 따라 내경 확대부(43)를 흐를 때, 공기의 흐트러짐이 작아진다. 이에 의해 내통(21)의 중심 부분을 흐르는 고온의 기연소 가스와의 혼합이 억제되어, 이른바 필름 냉각에 의해 내통(21)의 넓은 범위를 보호할 수 있다. 이 때문에 끼워 맞춤부(40)의 하류측의 내경 확대부(43)의 냉각 효과가 높아져, 제1 실시 형태와 마찬가지로 화염 전파관(20)의 내통(21)의 열변형이나 소손의 가능성을 효과적으로 저하시킬 수 있다.

또한, 홈을 마련한 경우에 비해, 본 실시 형태의 경우, 2개의 내통 부재(21A, 21B)가 접하는 부분은 원호와 원호에서 접한다. 이 때문에 양자(21A, 21B)가 접촉이나 진동에 의해 물리기 어려워져, 마모를 저감시킬 수 있다.

제1 실시 형태와 마찬가지로, 끼워 맞춤부(40)에 대해 공기의 유통 방향에 있어서의 하류측의 영역에 있는 내경 확대부(43)는, 제2 내통 부재(21B)의 내경 Db를 끼워 맞춤부(40)와 동일 형상으로 유지함으로써, 끼워 맞춤부(40)로부터 내통(21) 내로 유입되는 공기의 흐름(42)의 흐트러짐을 억제하여, 끼워 맞춤부(40)로 유입되는 연소용 공기의 필름 냉각 효과를 하류측까지 유지하기 쉽게 한다. 또한, 이 내경 확대부(43)를 설치함으로써, 2개의 내통 부재(21A, 21B)를 연소기(3A, 3B)에 조립할 때, 내통(21)의 길이를 일시적으로 짧게 할 수 있으므로 조립성이 향상된다.

끼워 맞춤부(40)의 하류측의 내경 확대부(43)의 축 방향 길이 Lb는 끼워 맞춤부(40)의 축 방향 길이 L1에 대해 1.5배 이상 설치하는 것이 바람직하다. 이것은 필름 냉각의 효과가 지속되는 거리는 L1의 1.5배 정도라고 발명자들이 시험 결과로부터 알아냈기 때문이다. 또한, 길이 Lb를 확보함으로써, 끼워 맞춤부(40)에서의 공기의 흐름(42)에 의해, 제2 내통 부재(21B)측의 냉각이 진행된다. 이 때문에 내통(21)의 양단부에 공기 구멍(35A, 35B)을 형성하는 경우, 제2 내통 부재(21B)의 길이를 제1 내통 부재(21A)의 길이보다 길게 해도 제2 내통 부재(21B)의 온도 상승을 억제할 수 있다. 이 때문에, 제2 내통 부재(21B)의 길이는 제1 내통 부재(21A)에 대해 1.1 내지 1.5배의 길이로 하는 것이 바람직하다.

또한, 평면부(46)와 원호부(47)의 경계에 존재하는 코너부가 제2 내통 부재(21B)의 내주면에 접촉할 수 있는 제1 실시 형태와 달리, 제2 실시 형태는 제1 내통 부재(21A)의 곡면과 제2 내통 부재(21B)의 평면부(51)가 접촉하기 때문에 마모의 발생을 저감시킬 수 있다.

<제3 실시 형태>

상기 2개의 실시 형태에서는, 끼워 맞춤부(40)의 단면 형상에 직선 형상의 평면부(46, 51)가 나타나도록 내통 부재(21A, 21B)를 형성하였지만, 상기한 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어지는 형상은 직선에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제1 실시 형태의 도 5를 사용하여 설명하면, 제1 내통 부재(21A)의 외주면의 단면 형상은 직선(직선부(46))이 아니어도, 2점(P1, P2)을 연결하는 선의 길이가 원호(47a)보다 짧은 형상이면 공기류의 흐트러짐의 발생을 저감할 수 있어, 앞의 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어진다. 더 구체적으로는, 끼워 맞춤부(40)에 있어서의 제1 내통 부재(21A)의 외주면의 직경 방향에 있어서의 단면 형상에 있어서, 그 단면 형상의 중심으로부터의 거리가 최대인 부분에 있어서의 곡률 κs(기준 곡률 κs라고 칭함)보다 곡률의 크기가 작은 부분(소곡률부라고 칭함)을 평면부(46) 대신에 복수 형성해도 된다. 이 점에 대해 도 8을 사용하여 설명한다. 또한, 본 원고에서는 직선의 곡률은 제로라고 생각하고, 예를 들어 제1 실시 형태의 평면부(46)의 곡률은 제로가 된다.

도 8은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 제1 내통 부재(21A)에 마련되는 소곡률부(49a)의 설명도이다. 도 8은 도 4, 도 5와 마찬가지로 끼워 맞춤부(40)에 있어서의 제1 내통 부재(21A)의 직경 방향 단면도이며, 1개소의 평면부(46) 이외에는 도시를 생략하고 원주로 표현하고 있다. 또한, 제1 내통 부재(21A)의 외주면의 형상만을 도시하고, 내부의 형상의 도시는 생략하고 있다. 도 8에 있어서의 「(끼워 맞춤부(40)에 있어서의 제1 내통 부재(21A)의 외주면의 직경 방향에 있어서의) 단면 형상의 중심으로부터의 거리가 최대인 부분」이라 함은, 원래의 원관(48)(도 5)의 외주면을 구성하는 원호부(47a)이고, 그때의 기준 곡률 κs는 원관(48)의 반경 R48의 역수가 된다.

도 8의 제1 내통 부재(21A)는 소곡률부(49a)를 구비하고 있다. 도면 중의 2점(P1, P2)은 평면부(46)가 원관(48)의 원주에 교차하는 점이다. 여기서 소곡률부(49)로서 2점(P1, P2)을 통과하는 원호 또는 직선의 곡률을 생각한다. 원호(47a)의 곡률은 기준 곡률 κs와 일치한다. 원호(47a)보다 내측에 위치하는 원호의 곡률은 원호(47a)로부터 직선(46)에 근접할수록 기준 곡률 κs보다 작아져, 직선(46) 상에서 제로가 된다. 따라서, 기준 곡률 κs보다 작은 곡률을 갖는 소곡률부(49a)는, 원호(47a)와 직선(46)의 사이를 통과하는 원호와, 제1 실시 형태의 직선(직선부(46))의 2종류가 된다. 이와 같이 소곡률부(49a)를 설정하면 그 원호 또는 직선의 길이는 원호(47a)보다 짧아진다. 따라서, 「간극의 단면의 경계부 길이」는 제1 원통 부재(21A)의 외주면에 있어서의 원호의 일부를 소곡률부(49a)로 함으로써 외주면 전부가 원호만인 경우보다 짧아진다. 이 때문에, 끼워 맞춤부(40)의 공기 유로(간극)를 흐르는 공기의 흐트러짐은 도 3의 원환의 경우나 특허문헌 2의 홈을 형성한 경우보다 작아진다. 따라서, 상기한 실시 형태와 마찬가지로, 끼워 맞춤부(40)의 하류측의 내경 확대부(43)의 냉각 효과가 높아져, 화염 전파관(20)의 내통(21)의 열변형이나 소손의 가능성을 효과적으로 저하시킬 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는 제1 내통 부재(21A)의 외주면에 소곡률부(49a)를 형성하는 경우에 대해 설명하였지만, 제2 내통 부재(21B)의 내주면에 직선부(51) 대신에 소곡률부(49a)를 형성해도 마찬가지의 효과가 얻어지는 것은 물론이다.

또한, 상기한 각 실시 형태에서는, 평면부(46, 51)를 갖는 내통 부재의 단면 형상은 개략 6각형(도 6은 8각형)이었지만, 그 밖의 다각 형상으로 해도 된다. 단, 균등한 냉각이라고 하는 관점에서는 대칭 도형이 되는 꼭짓점이 짝수인 다각 형상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 끼워 맞춤부(40)의 크기와 간극(41)의 확보를 고려하면, 꼭짓점 수는 많아도 기껏해야 10개가 한계라고 생각된다.

또한, 제1 실시 형태에서는, 원호부(47)를 생략하고 평면부(46)만으로 원통 부재의 단면 형상을 형성해도 된다. 이것은 제2 실시 형태에 대해서도 마찬가지이다.

또한, 본 발명은, 상기한 각 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내의 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들어, 본 발명은, 상기한 실시 형태에서 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되지 않고, 그 구성의 일부를 삭제한 것도 포함된다. 또한, 어느 실시 형태에 관한 구성의 일부를, 다른 실시 형태에 관한 구성에 추가 또는 치환하는 것이 가능하다.

1 : 가스 터빈
2 : 압축기
3A, 3B : 연소기
4 : 터빈
5 : 발전기
6 : 구동축
7 : 연소용 공기
8 : 연소 배출 가스
9A, 9B : 연소기의 헤드부
10A, 10B : 연소기의 테일부
11A, 11B : 연소실
12A, 12B : 격벽(라이너)
13A, 13B : 연소용 공기 유로
14A, 14B : 외주 격벽
15 : 연료
16 : 연소 배출 가스
17 : 점화 장치
20 : 화염 전파관
21 : 내통
21A : 제1 내통 부재
21B : 제2 내통 부재
22 : 외통
23 : 내통의 격벽
24, 24A, 24B : 공기의 흐름
25 : 내통 내의 공간
26 : 내통과 외통 사이의 공간
27 : 화염 전파관의 중심축
31A, 31B : 스토퍼
32A, 32B : 리테이너
33A, 33B : 공기 구멍
34A, 34B : 안내 링
35A, 35B : 공기의 흐름
38 : 외경 확대부
40 : 끼워 맞춤부
41 : 끼워 맞춤부의 간극
42 : 공기의 흐름
43 : 내통의 내경 확대부
44 : 끼워 맞춤부에서 공기의 유속이 낮은 범위
45 : 끼워 맞춤부에서 간극이 확대되어 있는 부분
46 : 평면부
47 : 원호부
49a : 소곡률부
51 : 평면부

Claims

연소실을 구성하는 격벽, 및 상기 격벽의 외주에 설치되고 상기 격벽과의 사이에 연소용 공기 유로를 구성하는 외주 격벽을 각각 갖는 복수의 연소기와,
상기 복수의 연소기 중 인접하는 연소기의 격벽 사이를 접속하는 화염 전파관을 구비하고,
상기 화염 전파관은, 상기 인접하는 연소기의 격벽 사이를 접속하는 내통과, 상기 내통의 외주에 설치되고, 상기 인접하는 연소기의 외주 격벽 사이를 접속하는 외통을 갖고,
상기 내통은, 축 방향으로 제1 내통 부재와 제2 내통 부재로 분할되어 있고,
상기 제2 내통 부재에 있어서의 상기 제1 내통 부재측의 단부는, 상기 제1 내통 부재의 외경보다 내경이 큰 확대부를 갖고,
상기 제2 내통 부재에 있어서의 상기 확대부의 내주측에 간극을 통해 상기 제1 내통 부재의 일부가 위치하도록 상기 제1 내통 부재와 상기 제2 내통 부재가 끼워 맞춤부를 형성하고 있는 가스 터빈 연소기에 있어서,
상기 끼워 맞춤부에 있어서의 상기 제2 내통 부재의 내주면 및 상기 제1 내통 부재의 외주면 중 어느 한쪽의 직경 방향에 있어서의 단면 형상은, 상기 내주면 및 상기 외주면 중 어느 한쪽에 복수의 소곡률부를 가지고, 상기 복수의 소곡률부의 곡률은, 각각, 상기 단면 형상에서 상기 단면 형상의 중심으로부터의 거리가 최대로 되는 부분에 관해서 해당 거리의 역수로 규정되는 곡률인 기존곡률보다 곡률이 작은 것을 특징으로 하는, 가스 터빈 연소기.
제1항에 있어서,
상기 소곡률부에 있어서의 상기 단면 형상은 직선인 것을 특징으로 하는, 가스 터빈 연소기.
제1항에 있어서,
상기 단면 형상은, 복수의 직선과 복수의 원호의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 가스 터빈 연소기.
제2항에 있어서,
상기 끼워 맞춤부에 포함되는 상기 제1 내통 부재의 외주면 및 상기 제2 내통 부재의 내주면 중 어느 한쪽에는 축 방향으로 연장되는 평면부가 복수 설치되어 있고, 그 복수의 평면부가 상기 소곡률부를 형성하고 있는 것을 특징으로 하는, 가스 터빈 연소기.
제1항에 있어서,
상기 소곡률부의 축 방향 길이는, 상기 끼워 맞춤부의 축 방향 길이보다 긴 것을 특징으로 하는, 가스 터빈 연소기.
제1항에 있어서,
상기 확대부의 축 방향 길이는, 상기 끼워 맞춤부의 축 방향 길이의 1.5배 이상인 것을 특징으로 하는, 가스 터빈 연소기.
제1항에 있어서,
상기 내통의 측면에는, 상기 외통과 상기 내통 사이의 공간을 유통하는 연소용 공기를 상기 내통 내의 공간에 도입하는 공기 구멍이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는, 가스 터빈 연소기.
제7항에 있어서,
상기 공기 구멍의 위치로부터 상기 내통의 직경 방향 내측에는, 상기 내통의 내측면을 따라 연장되는 격벽을 갖는 안내 링이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 가스 터빈 연소기.
제1항에 있어서,
상기 내통은 상기 외주 격벽과 접속되어 있는 것을 특징으로 하는, 가스 터빈 연소기.
제1항의 가스 터빈 연소기를 구비하는, 가스 터빈.
제1항의 가스 터빈 연소기에 구비된, 화염 전파관.
인접하는 연소기의 격벽 사이를 접속하는 내통과, 상기 내통의 외주에 설치되고, 상기 인접하는 연소기의 외주 격벽 사이를 접속하는 외통을 갖는 화염 전파관이며,
상기 내통은, 축 방향으로 제1 내통 부재와 제2 내통 부재로 분할되어 있고,
상기 제2 내통 부재에 있어서의 상기 제1 내통 부재측의 단부는, 상기 제1 내통 부재의 외경보다 내경이 큰 확대부를 갖고,
상기 제2 내통 부재에 있어서의 상기 확대부의 내주측에 간극을 통해 상기 제1 내통 부재의 일부가 위치하도록 상기 제1 내통 부재와 상기 제2 내통 부재가 끼워 맞춤부를 형성하고 있는 화염 전파관에 있어서,
상기 끼워 맞춤부에 있어서의 상기 제2 내통 부재의 내주면 및 상기 제1 내통 부재의 외주면 중 어느 한쪽의 직경 방향에 있어서의 단면 형상은, 상기 내주면 및 상기 외주면 중 어느 한쪽에 복수의 소곡률부를 가지고, 상기 복수의 소곡률부의 곡률은, 각각, 상기 단면 형상에서 상기 단면 형상의 중심으로부터의 거리가 최대로 되는 부분에 관해서 해당 거리의 역수로 규정되는 곡률인 기존곡률보다 곡률이 작은 것을 특징으로 하는, 화염 전파관.