KR20230058129A - 가스 터빈 연소기 및 가스 터빈 - Google Patents

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나오키 아베
사토시 다키구치
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미츠비시 파워 가부시키가이샤
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Abstract

적어도 일 실시형태에 따른 가스 터빈 연소기는 통 부재와, 통 부재의 내측에 있어서 둘레방향으로 배열되고, 각각이 예혼합 통로의 출구부를 형성하는 복수의 예혼합관과, 복수의 예혼합관을 지지하는 기판을 구비하는 가스 터빈 연소기이다. 기판은 복수의 예혼합관에 각각 대응하여 마련되고, 예혼합 통로가 해당 기판을 통과하기 위한 복수의 관통 구멍과, 관통 구멍이 마련된 영역과는 상이한 영역에 가스 터빈 연소기의 축방향에 대해서 경사지게 연장된다.

Description

가스 터빈 연소기 및 가스 터빈
본 개시는 가스 터빈 연소기 및 가스 터빈에 관한 것이다.
본원은 2020년 10월 7일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 제 2020-169720 호에 근거하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
예혼합 방식을 채용하는 가스 터빈 연소기에서는, 예혼합 통로를 형성하는 예혼합관의 내부에서 연료와 공기를 혼합하여 예혼합기를 생성하고, 생성된 예혼합기를 예혼합관으로부터 분출시켜서, 예혼합관의 출구보다 하류측에서 예혼합기를 연소시키도록 하고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 제 2017-180906 호 공보
일반적으로, 가스 터빈 연소기에서는, 복수의 예혼합관이 가스 터빈 연소기의 둘레방향을 따라서 나열되어서 배치되어 있다. 그리고, 이러한 복수의 예혼합관은 기판을 거쳐서 연소기의 내통에 지지되어 있다. 보다 구체적으로는, 기판에는, 예혼합관이 관통하는 관통 구멍이 복수 형성되어 있고, 예혼합관 각각은 이 관통 구멍에 관통 삽입되어 있고, 출구측의 단부가 기판보다 가스 터빈 연소기의 하류측에 돌출하여 있다.
이러한 구성을 갖는 가스 터빈 연소기에서는, 복수의 예혼합관의 외주면과, 내통의 내주면과, 기판의 하류측의 면으로 둘러싸인 공간이 형성되어 있다. 이 공간에 예혼합기가 역류하여 연소해버리면, 예혼합관의 손상을 초래할 우려가 있다. 그 때문에, 이 공간에 예혼합기가 역류하는 것을 막기 위해, 기판 중, 예혼합관이 관통하지 않는 영역에, 기판을 관통하는 복수의 공기 구멍을 마련하고, 이 공기 구멍으로부터 기판의 상류측의 공기를 상기 공간 내에 공급하는 일이 있다.
또한, 상기 구성을 갖는 가스 터빈 연소기에서는, 둘레방향으로 배치된 복수의 예혼합관의 내측에 파일럿 노즐의 파일럿 콘이 존재하므로, 기판 부근에서는 원형인 예혼합관의 단면 형상은, 예혼합관의 출구에 가까워짐에 따라, 부분 원환 형상에 가까워지도록 변화하고 있다. 그 때문에, 상기 공기 구멍으로부터 분출된 공기의 유동에 편향이 생기고, 예혼합관의 출구 부근에서 유속이 비교적 큰 영역과 비교적 작은 영역이 생기면, 유속이 비교적 작은 영역에 예혼합기가 역류하여 연소해버려서, 예혼합관이 손상할 우려가 있다.
본 개시의 적어도 일 실시형태는 상술의 사정에 비추어, 가스 터빈 연소기에 있어서의 예혼합기의 역류를 억제하여 가스 터빈 연소기의 손상을 억제하는 것을 목적으로 한다.
(1) 본 개시의 적어도 일 실시형태에 따른 가스 터빈 연소기는,
통 부재와,
상기 통 부재의 내측에 있어서 둘레방향으로 배열되고, 각각이 예혼합 통로의 출구부를 형성하는 복수의 예혼합관과,
상기 복수의 예혼합관을 지지하는 기판을 구비하는 가스 터빈 연소기로서,
상기 기판은,
상기 복수의 예혼합관에 각각 대응하여 마련되고, 상기 예혼합 통로가 해당 기판을 통과하기 위한 복수의 관통 구멍과,
상기 관통 구멍이 마련된 영역과는 상이한 영역에 상기 가스 터빈 연소기의 축방향에 대해서 경사지게 연장되는 복수의 경사 구멍을 갖는다.
(2) 본 개시의 적어도 일 실시형태에 따른 가스 터빈은 상기 (1)의 구성의 가스 터빈 연소기를 구비한다.
본 개시의 적어도 일 실시형태에 의하면, 가스 터빈 연소기의 손상을 억제할 수 있다.
도 1은 몇 개의 실시형태에 따른 가스 터빈을 도시하는 개략 구성도이다.
도 2는 몇 개의 실시형태에 따른 연소기를 도시하는 단면도이다.
도 3은 몇 개의 실시형태에 따른 연소기의 주요부를 도시하는 단면도이다.
도 4는 내통의 모식적인 단면도이다.
도 5는 도 4의 V 시시도 단면이다.
도 6은 도 4의 VI 시시도 단면이다.
도 7은 도 6의 일부를 확대한 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 개시의 몇 개의 실시형태에 대해서 설명한다. 다만, 실시형태로서 기재되어 있는 또는 도면에 도시되어 있는 구성부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은 본 개시의 범위를 이에 한정하는 취지가 아니며, 단순한 설명예에 지나지 않는다.
예를 들어, 「어느 방향으로」, 「어느 방향을 따라서」, 「평행」, 「직교」, 「중심」, 「동심」 또는 「동축」 등의 상대적 또는 절대적인 배치를 나타내는 표현은, 엄밀하게 그러한 배치를 나타낼 뿐만 아니라, 공차, 또는 동일 기능을 얻을 수 있는 정도의 각도나 거리를 갖고서 상대적으로 변위하고 있는 상태도 나타내는 것으로 한다.
예를 들어, 「동일」, 「동등」 및 「균질」 등의 사물이 동등한 상태인 것을 나타내는 표현은, 엄밀하게 동등한 상태를 나타낼 뿐만 아니라, 공차, 또는 동일 기능이 얻어지는 정도의 차이가 존재하고 있는 상태도 나타내는 것으로 한다.
예를 들어, 사각형상이나 원통 형상 등의 형상을 나타내는 표현은, 기하학적으로 엄밀한 의미에서의 사각형상이나 원통 형상 등의 형상을 나타낼 뿐만 아니라, 동일한 효과가 얻어지는 범위에서, 요철부나 면취부 등을 포함하는 형상도 나타내는 것으로 한다.
한편, 하나의 구성요소를 「구비한다」, 「포함한다」, 또는 「갖는다」라고 하는 표현은 다른 구성요소의 존재를 제외하는 배타적인 표현은 아니다.
(가스 터빈(1)에 대해서)
도 1은 몇 개의 실시형태에 따른 가스 터빈을 도시하는 개략 구성도이다. 몇 개의 실시형태에 따른 가스 터빈 연소기의 적용처의 일례인 가스 터빈에 대해서, 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1에 도시되는 바와 같이, 몇 개의 실시형태에 따른 가스 터빈(1)은 산화제로서의 압축 공기를 생성하기 위한 압축기(2)와, 압축 공기 및 연료를 이용하여 연소 가스를 발생시키기 위한 가스 터빈 연소기(4)와, 연소 가스에 의해서 회전 구동되도록 구성된 터빈(6)을 구비한다. 발전용의 가스 터빈(1)의 경우, 터빈(6)에는 도시되지 않은 발전기가 연결되고, 터빈(6)의 회전 에너지에 의해서 발전이 실행되도록 되어 있다. 이하의 설명에서는, 가스 터빈 연소기(4)를 간단히 연소기(4)라고도 칭한다.
몇 개의 실시형태에 따른 가스 터빈(1)에 있어서의 각 부위의 구체적인 구성예에 대해서 설명한다.
몇 개의 실시형태에 따른 압축기(2)는 압축기 차실(10)과, 압축기 차실(10)의 입구측에 마련되고, 공기를 취입하기 위한 공기 취입구(12)와, 압축기 차실(10) 및 후술하는 터빈 차실(22)을 모두 관통하도록 마련된 로터(8)와, 압축기 차실(10) 내에 배치된 각종의 날개를 구비한다. 각종의 날개는, 공기 취입구(12)측에 마련된 입구 안내 날개(14)와, 압축기 차실(10)측에 고정된 복수의 정익(16)과, 정익(16)에 대해서 교대로 배열되도록 로터(8)에 식설(植設)된 복수의 동익(18)을 포함한다. 또한, 압축기(2)는 도시되지 않은 추기실 등의 다른 구성요소를 구비하고 있어도 좋다. 이러한 압축기(2)에 있어서, 공기 취입구(12)로부터 취입된 공기는, 복수의 정익(16) 및 복수의 동익(18)을 통과하여 압축됨으로써 고온 고압의 압축 공기가 된다. 그리고, 고온 고압의 압축 공기는 압축기(2)로부터 후단(後段)의 연소기(4)에 보내진다.
몇 개의 실시형태에 따른 연소기(4)는 케이싱(20) 내에 배치된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 연소기(4)는 케이싱(20) 내에 로터(8)를 중심으로 환상으로 복수 배치되어 있어도 좋다. 연소기(4)에는 연료와 압축기(2)에서 생성된 압축 공기가 공급되고, 연료를 연소시키는 것에 의해서, 터빈(6)의 작동 유체인 연소 가스를 발생시킨다. 그리고, 연소 가스는 연소기(4)로부터 후단의 터빈(6)에 보내진다. 또한, 몇 개의 실시형태에 따른 연소기(4)의 상세한 구성예에 대해서는 후술한다.
몇 개의 실시형태에 따른 터빈(6)은 터빈 차실(22)과, 터빈 차실(22) 내에 배치된 각종의 날개를 구비한다. 각종의 날개는 터빈 차실(22)측에 고정된 복수의 정익(24)과, 정익(24)에 대해서 교대로 배열되도록 로터(8)에 식설된 복수의 동익(26)을 포함한다. 또한, 터빈(6)은 출구 안내 날개 등의 다른 구성요소를 구비하고 있어도 좋다. 터빈(6)에 있어서는, 연소 가스가 복수의 정익(24) 및 복수의 동익(26)을 통과함으로써 로터(8)가 회전 구동한다. 이에 의해, 로터(8)에 연결된 발전기가 구동되도록 되어 있다.
터빈 차실(22)의 하류측에는, 배기 차실(28)을 거쳐서 배기실(30)이 연결되어 있다. 터빈(6)을 구동한 후의 연소 가스는 배기 차실(28) 및 배기실(30)을 거쳐서 외부로 배출된다.
(연소기(4)에 대해서)
도 2는 몇 개의 실시형태에 따른 연소기를 도시하는 단면도이다. 도 3은 몇 개의 실시형태에 따른 연소기의 주요부를 도시하는 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하여, 몇 개의 실시형태에 따른 연소기(4)의 상세한 구성에 대해서 설명한다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 몇 개의 실시형태에 따른 연소기(4)는 로터(8)를 중심으로 환상으로 복수 배치되어 있다(도 1 참조). 각 연소기(4)는 케이싱(20)에 의해 획정되는 연소기 차실(40)에 마련된 연소기 라이너(46)와, 연소기 라이너(46) 내에 각각 배치된 파일럿 연소 버너(50) 및 복수의 예혼합 연소 버너(메인 연소 버너)(60)를 포함한다. 연소기(4)는 케이싱(20)의 내부에 있어서 연소기 라이너(46)의 내통(47)의 외주측에 마련된 외통(45)을 더 포함한다. 내통(47)의 외주측, 또한 외통(45)의 내주측에는, 압축 공기가 흐르는 공기 통로(43)가 형성된다.
또한, 연소기(4)는 연소 가스를 바이패스시키기 위한 바이패스관(도시되지 않음) 등의 다른 구성요소를 구비해도 좋다.
예를 들어, 연소기 라이너(46)는 파일럿 연소 버너(50) 및 복수의 예혼합 연소 버너(60)의 주위에 배치되는 내통(47)과, 내통(47)의 선단부에 연결된 미통(48)을 갖고 있다.
파일럿 연소 버너(50)는 연소기 라이너(46)의 중심축(연소기(4)의 중심축(AX))을 따라서 배치되어 있다. 그리고, 파일럿 연소 버너(50)를 둘러싸도록, 복수의 예혼합 연소 버너(60)가 서로 이격되어서 배열되어 있다.
파일럿 연소 버너(50)는 연료 포트(52)에 연결된 파일럿 노즐(노즐)(54)과, 파일럿 노즐(54)을 둘러싸도록 배치된 파일럿 버너통(57)과, 파일럿 노즐(54)의 외주에 마련된 스월러(58)를 갖고 있다.
예혼합 연소 버너(60)는 연료 포트(62)에 연결된 메인 노즐(노즐)(64)과, 노즐(64)을 둘러싸도록 배치된 메인 버너통(66)과, 노즐(64)의 외주에 마련된 스월러(70)를 갖고 있다. 또한, 이하의 설명에서는, 메인 버너통(66)을 예혼합관(66)이라고도 칭한다.
즉, 몇 개의 실시형태에 따른 연소기(4)는 통 부재로서의 내통(47)의 내측에 있어서 둘레방향으로 배열되고, 각각이 예혼합 통로(67)의 출구부(68)를 형성하는 복수의 예혼합관(66)을 구비하고 있다.
원통 형상을 갖는 내통(47)의 연장 방향은 연소기(4)의 중심축(AX)의 연장 방향과 일치하여 있다. 이하의 설명에서는, 연소기(4)의 중심축(AX)의 연장 방향을 간단히 축방향이라고도 칭한다. 축방향 중, 예혼합기의 유동의 하류측이 될 방향을 간단히 하류측이라고도 칭하고, 예혼합기의 유동의 상류측이 될 방향을 간단히 상류측이라고도 칭한다.
또한, 이하의 설명에서는, 연소기(4)의 중심축(AX)을 중심으로 하는 둘레방향을 간단히 둘레방향이라고도 칭하고, 연소기(4)의 중심축(AX)을 중심으로 하는 반경방향을 간단히 반경방향이라고도 칭한다.
(기판(100)에 대해서)
도 4는 내통의 모식적인 단면도이며, 기판 근방에서 반경방향을 따른 단면을 모식적으로 도시하여 있다.
도 5는 도 4의 V 시시도 단면이다.
도 6은 도 4의 VI 시시도 단면이다.
도 7은 도 6의 일부를 확대한 도면이다.
또한, 설명의 편의상, 도 4 내지 도 7에서는, 노즐(54, 64) 등의 기재를 생략하고 있다. 또한, 도 7에서는, 도 4의 V 시시도에 있어서 나타나는, 후술하는 연장부(65)의 출구 개구 형성부(69)의 외주연부의 형상을 2점 쇄선으로 나타내고 있다.
몇 개의 실시형태에 따른 연소기(4)는 복수의 예혼합관을 지지하는 기판(100)을 구비하고 있다. 몇 개의 실시형태에 따른 기판(100)은 내통(47)의 내부에서 예혼합관(66) 및 파일럿 버너통(57)을 지지하도록 구성되어 있다. 몇 개의 실시형태에 따른 기판(100)은 파일럿 버너통(57) 중, 파일럿 버너통(57)의 하류측에 형성된 파일럿 콘부(56)를 지지하도록 구성되어 있지만, 파일럿 콘부(56)보다 상류측에서 파일럿 버너통(57)을 지지하도록 구성되어 있어도 좋다.
구체적으로는, 몇 개의 실시형태에 따른 기판(100)에는, 기판(100)을 관통하는 관통 구멍인, 파일럿 버너 지지 구멍(105)과 복수의 예혼합관 지지 구멍(106)이 형성되어 있다. 즉, 몇 개의 실시형태에 따른 기판(100)은 파일럿 버너통(57)에 대응하여 마련된 파일럿 버너 지지 구멍(105)을 갖는다. 몇 개의 실시형태에 따른 기판(100)은 복수의 예혼합관(66)에 각각 대응하여 마련되고, 예혼합 통로(67)가 해당 기판(100)을 통과하기 위한 복수의 관통 구멍인 복수의 예혼합관 지지 구멍(106)을 갖는다.
파일럿 버너 지지 구멍(105)에는, 파일럿 버너통(57)이 삽입되어 있다. 복수의 예혼합관 지지 구멍(106)의 각각에는 예혼합관(66)이 삽입되어 있다.
몇 개의 실시형태에 따른 기판(100)에는, 파일럿 버너통(57)이 예를 들면, 용접에 의해서 접합되어 있다. 몇 개의 실시형태에 따른 기판(100)에는, 복수의 예혼합관(66)의 각각이 예를 들면, 용접에 의해서 접합되어 있다.
몇 개의 실시형태에 따른 기판(100)은 예를 들면, 용접에 의해서 기판(100)의 외주부가 내통(47)의 내주면에 접합됨으로써 내통(47)에 고정되어 있다.
몇 개의 실시형태에 있어서, 예혼합관(66) 중, 예혼합 통로(67)의 출구부(68)를 형성하는 영역(예를 들면, 기판(100)의 하류측에 돌출한 영역)을 연장부(65)라고도 칭한다.
몇 개의 실시형태에 따른 기판(100)에는, 파일럿 버너 지지 구멍(105) 및 예혼합관 지지 구멍(106)이 마련된 영역과는 상이한 영역(100R)에 기판(100)을 관통하는 복수의 공기 구멍(110)이 형성되어 있다. 복수의 공기 구멍(110)의 일부는 축방향에 대해서 경사지게 연장되는 경사 구멍(111)이며, 나머지는 축방향으로 평행하게 연장되는 평행 구멍(113)이다.
또한, 공기 구멍(110)에 대해서는 이후에 상세하게 설명한다.
(연장부(65)의 형상에 대해서)
몇 개의 실시형태에 따른 연소기(4)에서는, 둘레방향으로 배치된 복수의 예혼합관(66)의 내측에 파일럿 버너통(57)의 파일럿 콘부(56)가 존재하므로, 기판(100) 부근에서는 원형인 예혼합관(66)의 단면 형상은, 예혼합 통로(67)의 출구(연장부(65)의 출구 개구 형성부(69))에 가까워짐에 따라, 부분 원환 형상에 가까워지도록 형상이 연속적으로 변화하고 있다. 즉, 연장부(65)의 출구 개구 형성부(69)는 반경방향 외측에서 원호 형상을 갖는 제 1 둘레방향 에지(69a)와, 반경방향 내측에서 원호형상을 갖는 제 2 둘레방향 에지(69b)와, 제 1 둘레방향 에지(69a)의 둘레방향의 단부와 제 2 둘레방향 에지(69b)의 둘레방향의 단부를 접속하도록 반경방향으로 연장되는 한 쌍의 반경방향 에지(69c)를 갖는다. 또한, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 제 1 둘레방향 에지(69a) 및 제 2 둘레방향 에지(69b)와 반경방향 에지(69c)를 접속하는 각부(69d)는 둥글게 하면 좋다.
몇 개의 실시형태에 따른 연소기(4)에서는, 예혼합 통로(67)의 출구 개구의 면적을 확보하기 위해, 둘레방향으로 이웃하는 예혼합관(66)끼리의 사이의 간극(G1)이나, 예혼합관(66)과 내통(47) 사이의 간극(G2), 예혼합관(66)과 파일럿 콘부(56) 사이의 간극(G3)은 하류측을 향함에 따라 작아지는 경향이 있다.
상기 구성을 갖는 연소기(4)에 있어서, 압축기(2)에서 생성된 고온 고압의 압축 공기는 차실 입구(42)(도 2 참조)로부터 연소기 차실(40) 내에 공급되고, 게다가 연소기 차실(40)로부터 공기 통로(43)를 경유하여 예혼합관(66) 내에 유입한다. 그리고, 이 압축 공기와, 연료 포트(62)로부터 공급된 연료가 예혼합관(66) 내에서 예혼합된다. 이 때, 예혼합기는 스월러(70)에 의해 주로 선회류를 형성하고, 연소기 라이너(46) 내에 유입된다. 또한, 압축 공기와, 연료 포트(52)를 거쳐서 파일럿 연소 버너(50)로부터 분사된 연료가 연소기 라이너(46) 내에서 혼합되고, 도시되지 않은 불씨에 의해 발화되어서 연소하고, 연소 가스가 발생한다. 이 때, 연소 가스의 일부가 화염을 수반하여 주위에 확산함으로써, 각 예혼합 연소 버너(60)로부터 연소기 라이너(46) 내에 유입된 예혼합기에 발화되어서 연소한다. 즉, 파일럿 연소 버너(50)로부터 분사된 파일럿 연료에 의한 파일럿 화염에 의해서, 예혼합 연소 버너(60)로부터의 예혼합기(예혼합 연료)의 안정 연소를 실행하기 위한 보염(保炎)을 실행할 수 있다.
상기 구성을 갖는 연소기(4)에서는, 상술한 간극(G1, G2, G3)을 갖는 공간(S), 즉, 복수의 예혼합관(66)의 외주면(66o)과, 내통(47)의 내주면(471)과, 기판(100)의 하류측의 면(100d)으로 둘러싸인 공간(S)이 형성되어 있다.
이 공간(S)에 예혼합기가 역류하여 연소해버리면, 예혼합관(66)의 손상(소실)을 초래할 우려가 있다. 그 때문에, 이 공간(S)에 예혼합기가 역류하는 것을 방지하기 위해, 몇 개의 실시형태에 따른 연소기(4)에서는, 기판(100) 중, 예혼합관(66)이나 파일럿 버너통(57)이 관통하지 않는 영역(100R)에, 기판(100)을 관통하는 복수의 공기 구멍(110)을 마련하고, 이 공기 구멍(110)으로부터 기판(100)의 상류측의 공기를 상기 공간(S) 내에 공급하도록 하고 있다.
그러나, 상술한 바와 같이, 상기 구성을 갖는 연소기(4)에서는, 기판(100) 부근에서는 원형인 예혼합관(66)의 단면 형상은, 예혼합 통로(67)의 출구인, 연장부(65)의 출구 개구 형성부(69)에 가까워짐에 따라, 부분 원환 형상에 가까워지도록 형상이 연속적으로 변화하고 있다.
그 때문에, 상기 공기 구멍(110)으로부터 분출된 공기(희석 공기)의 유동에 편향이 생겨서, 상기 공간(S)의 하류측의 영역에서 희석 공기의 유속이 비교적 큰 영역과 비교적 작은 영역이 생기면, 유속이 비교적 작은 영역에 예혼합기가 역류하여 연소하는 역화가 발생해버려서, 예혼합관(66)이 손상될 우려가 있다.
유속이 비교적 작은 영역을 향해서 상기 공기 구멍(110)으로부터 희석 공기를 분출하게 할 수 있으면, 상기 공간(S)의 하류측의 영역에서 희석 공기의 유속이 저하하는 것을 억제할 수 있다. 그러나, 기판(100)에 있어서의 예혼합관(66)이나 파일럿 버너통(57)이 관통하지 않는 영역(100R)에는, 예혼합관(66)과 내통(47)의 간격이 좁기 때문에, 또는 예혼합관(66)과 파일럿 버너통(57)의 간격이 좁기 때문에 등의 이유로부터, 공기 구멍(110)을 마련하는 것이 곤란한 영역이 존재한다. 즉, 기판(100)에 있어서의 공기 구멍(110)의 배치에는 제약이 있다.
몇 개의 실시형태에 따른 연소기(4)에 의하면, 복수의 공기 구멍(110)의 일부는 축방향에 대해서 경사지게 연장되는 경사 구멍(111)이다. 따라서, 몇 개의 실시형태에 따른 연소기(4)에 의하면, 기판(100)에 있어서의 공기 구멍(110)의 배치에 제약이 있는 가운데, 경사 구멍(111)을 마련함으로써 희석 공기를 공급하고 싶은 영역에 공급할 수 있다. 이에 의해, 복수의 예혼합관(66)의 외주면(66o)과, 내통(47)의 내주면(471)과, 기판(100)의 하류측의 면(100d)으로 둘러싸인 공간(S)에 예혼합기가 역류하는 것을 억제할 수 있고, 역화에 의한 예혼합관의 손상을 억제할 수 있으므로, 가스 터빈 연소기의 손상을 억제할 수 있다.
또한, 몇 개의 실시형태에 따른 연소기(4)를 구비하는 가스 터빈(1)에서는, 연소기(4)의 손상을 억제할 수 있고, 가스 터빈(1)의 신뢰성을 향상할 수 있다.
(경사 구멍(111)에 대해서)
몇 개의 실시형태에 따른 연소기(4)에서는, 복수의 경사 구멍(111)은 둘레방향으로 이웃하는 2개의 예혼합관 지지 구멍(106) 사이의 영역에 형성되어 있으면 좋다.
몇 개의 실시형태에 따른 연소기(4)에서는, 복수의 경사 구멍(111)은 예혼합관 지지 구멍(106)의 중심 위치(C)보다 반경방향 외측에 위치하고, 한편, 상류단(111u)으로부터 하류단(111d)에 가까워짐에 따라 반경방향 외측을 향하도록 축방향에 대해서 경사지게 연장되는 제 1 구멍(111A)을 포함하면 좋다. 즉, 몇 개의 실시형태에 따른 연소기(4)에서는, 제 1 구멍(111A)의 중심축(x1)은 상류측으로부터 하류측을 향함에 따라 반경방향 외측을 향하도록 축방향에 대해서 경사지게 연장된다.
상술한 바와 같이, 몇 개의 실시형태에 따른 연소기(4)에서는, 예혼합관(66)과 내통(47) 사이의 간극(G2)이 하류측을 향함에 따라 작아지는 경향이 있다. 그 때문에, 예혼합관(66)과 내통(47) 사이의 간극(G2)에 희석 공기가 흐르기 어려워지고, 예혼합관과 내통 사이의 간극에 있어서의 희석 공기의 유속이 저하하는 경향이 있다.
몇 개의 실시형태에 따른 연소기(4)에서는, 제 1 구멍(111A)으로부터 분출된 희석 공기는 반경방향 외측을 향해 흐르므로, 예혼합관(66)과 내통(47) 사이의 간극(G2)에 유입되기 쉬워진다. 그 때문에, 해당 간극(G2)에 있어서의 희석 공기의 유속 저하를 억제하고, 해당 간극(G2)에 예혼합기가 역류하는 것을 억제할 수 있다.
몇 개의 실시형태에 따른 연소기(4)에서는, 제 1 구멍(111A)은 상류단(111u)으로부터 하류단(111d)에 가까워짐에 따라, 둘레방향에 있어서, 복수의 예혼합관(66) 중 제 1 구멍(111A)에 대응하는 예혼합관(66)의 출구 개구(69e)의 중앙 위치측을 향하도록 축방향에 대해서 경사지게 연장되면 좋다. 즉, 몇 개의 실시형태에 따른 연소기(4)에서는, 제 1 구멍(111A)의 중심축(x1)은 상류측으로부터 하류측을 향함에 따라, 둘레방향에 있어서, 해당 제 1 구멍(111A)에 대응하는 예혼합관(66)의 출구 개구(69e)의 중앙 위치측을 향하도록 축방향에 대해서 경사지게 연장된다.
또한, 제 1 구멍(111A)에 대응하는 예혼합관(66)이란, 복수의 예혼합관(66)의 각각에 대응하여 형성되는 내통(47)과의 사이의 복수 개소의 간극(G2) 중, 제 1 구멍(111A)으로부터 분출된 희석 공기의 공급처가 되는 간극(G2)을 형성하는 예혼합관(66)이다.
상술한 바와 같이, 몇 개의 실시형태에 따른 연소기(4)에서는, 예혼합관(66)과 내통(47) 사이의 간극(G2)이 하류측을 향함에 따라 작아지는 경향이 있다. 그 때문에, 예혼합관(66)과 내통(47) 사이의 간극(G2)에 희석 공기가 흐르기 어려워진다. 특히, 이 간극(G2)에 있어서의 둘레방향의 위치 중, 연소기(4)의 중심축(AX)과 각 예혼합관 지지 구멍(106)의 중심 위치(C)를 연결하는 선분(L)의 연장선 상의 근방의 영역(G21)은, 예혼합관(66)의 외주면(66o)과 내통(47)의 내주면(471) 사이의 거리가 가장 작아지고, 간극(G2)에 있어서의 상기 영역(G21) 이외의 영역과 비교해서, 기판(100)에 있어서의 공기 구멍(110)의 배치 가능한 영역으로부터도 멀다. 그 때문에, 상기 영역(G21)에서는, 간극(G2)에 있어서의 상기 영역(G21) 이외의 영역과 비교해서 희석 공기의 유속이 보다 저하하는 경향이 있고, 하류측을 향함에 따라 그 경향은 보다 현저하게 된다.
몇 개의 실시형태에 따른 연소기(4)에서는, 제 1 구멍(111A)을 상술한 바와 같이, 둘레방향에 있어서 축방향에 대해서 경사지게 연장되도록 구성함으로써, 상기 간극(G2)에 있어서의 하류측의 영역을 향해서 희석 공기를 제 1 구멍(111A)으로부터 분출할 수 있다. 이에 의해, 예혼합관(66)의 출구 개구(69e)의 근방에 있어서 상기 영역(G21)에 있어서의 희석 공기의 유속을 확보할 수 있고, 해당 영역(G21)에 예혼합기가 역류하는 것을 억제할 수 있다.
몇 개의 실시형태에 따른 연소기(4)에서는, 제 1 구멍(111A)은 하나의 예혼합관(66)에 대해서, 적어도 하나 마련되어 있으면 좋다. 몇 개의 실시형태에 따른 연소기(4)에서는, 제 1 구멍(111A)은 예를 들면, 도 6 및 도 7에 도시되는 바와 같이, 하나의 예혼합관(66)에 대해서, 해당 예혼합관(66)을 사이에 두고 2개의(한 쌍의) 제 1 구멍(111A)이 마련되어 있어도 좋다. 해당 한 쌍의 제 1 구멍(111A)은 2쌍 이상이어도 좋다.
또한, 예혼합관(66)을 사이에 두고 배치된 한 쌍의 제 1 구멍(111A)은 둘레방향에의 경사 방향이 서로 역방향이며, 해당 예혼합관(66)의 출구 개구(69e)의 중앙 위치측을 향해 경사져 있으면 좋다.
몇 개의 실시형태에 따른 연소기(4)에서는, 복수의 경사 구멍(111)의 적어도 일부의 경사 구멍(111)은 하류측에서 바라봤을 때, 해당 기판(100) 중 예혼합관(66)의 출구 개구(69e)와 중첩되는 영역에 배치되어도 좋다. 즉, 몇 개의 실시형태에 따른 연소기(4)에서는, 제 1 구멍(111A)은 예를 들면, 도 7에 도시되는 바와 같이, 하류측에서 바라봤을 때에 제 1 구멍(111A)이 예혼합관(66)의 연장부(65)에 숨는 위치에 형성되어 있어도 좋다.
이에 의해, 예를 들면, 상기 간극(G2)과 같이 희석 공기의 유속이 저하하는 경향이 있는 영역에 비교적 가까운 위치에 경사 구멍(111)이 배치되므로, 희석 공기의 유속이 저하하는 경향이 있는 영역에 경사 구멍(111)으로부터 분출된 희석 공기가 유입되기 쉬워진다. 그 때문에, 해당 영역에 있어서의 희석 공기의 유속 저하를 억제하여, 해당 영역에 예혼합기가 역류하는 것을 억제할 수 있다.
몇 개의 실시형태에 따른 연소기(4)에서는, 복수의 경사 구멍(111)은 예혼합관 지지 구멍(106)의 중심 위치(C)보다 반경방향 내측에 위치하고, 또한 상류단(111u)으로부터 하류단(111d)에 가까워짐에 따라 반경방향 내측을 향하도록 축방향에 대해서 경사지게 연장되는 제 2 구멍(111B)을 포함하면 좋다. 즉, 몇 개의 실시형태에 따른 연소기(4)에서는, 제 2 구멍(111B)의 중심축(x2)은 상류측으로부터 하류측을 향함에 따라 반경방향 내측을 향하도록 축방향에 대해서 경사지게 연장된다.
상술한 바와 같이, 몇 개의 실시형태에 따른 연소기(4)에서는, 예혼합관(66)과 파일럿 콘부(56) 사이의 간극(G3)이 하류측을 향함에 따라 작아지는 경향이 있다. 그 때문에, 예혼합관(66)과 파일럿 콘부(56) 사이의 간극(G3)에 희석 공기가 흐르기 어려워지고, 해당 간극(G3)에 있어서의 희석 공기의 유속이 저하하는 경향이 있다.
몇 개의 실시형태에 따른 연소기(4)에서는, 제 2 구멍(111B)으로부터 분출된 희석 공기는 반경방향 내측을 향해 흐르므로, 예혼합관(66)과 파일럿 콘부(56) 사이의 간극(G3)에 유입되기 쉬워진다. 그 때문에, 해당 간극(G3)에 있어서의 희석 공기의 유속 저하를 억제하여, 해당 간극(G3)에 예혼합기가 역류하는 것을 억제할 수 있다.
몇 개의 실시형태에 따른 연소기(4)에서는, 제 2 구멍(111B)은 상류단(111u)으로부터 하류단(111d)에 가까워짐에 따라, 둘레방향에 있어서, 복수의 예혼합관(66) 중 제 2 구멍(111B)에 대응하는 예혼합관(66)의 출구 개구(69e)의 중앙 위치측을 향하도록 축방향에 대해서 경사지게 연장되면 좋다. 즉, 몇 개의 실시형태에 따른 연소기(4)에서는, 제 2 구멍(111B)의 중심축(x2)은 상류측으로부터 하류측을 향함에 따라, 둘레방향에 있어서, 해당 제 2 구멍(111B)에 대응하는 예혼합관(66)의 출구 개구(69e)의 중앙 위치측을 향하도록 축방향에 대해서 경사지게 연장된다.
또한, 제 2 구멍(111B)에 대응하는 예혼합관(66)이란, 복수의 예혼합관(66)의 각각에 대응하여 형성되는 파일럿 콘부(56)와의 사이의 복수 개소의 간극(G3) 중, 제 2 구멍(111B)으로부터 분출된 희석 공기의 공급처가 되는 간극(G3)을 형성하는 예혼합관(66)이다.
상술한 바와 같이, 몇 개의 실시형태에 따른 연소기(4)에서는, 예혼합관(66)과 파일럿 콘부(56) 사이의 간극(G3)이 하류측을 향함에 따라 작아지는 경향이 있다. 그 때문에, 예혼합관(66)과 파일럿 콘부(56) 사이의 간극(G3)에 희석 공기가 흐르기 어려워진다. 특히, 이 간극(G3)에 있어서의 둘레방향의 위치 중, 연소기(4)의 중심축(AX)과 각 예혼합관 지지 구멍(106)의 중심 위치(C)를 연결하는 선분(L)의 근방의 영역(G31)은, 예혼합관(66)의 외주면(66o)과 파일럿 콘부(56)의 외주면(561) 사이의 거리가 가장 작아지고, 간극(G3)에 있어서의 상기 영역(G31) 이외의 영역과 비교해서, 기판(100)에 있어서의 공기 구멍(110)의 배치 가능한 영역으로부터도 멀다. 그 때문에, 상기 영역(G31)에서는, 간극(G3)에 있어서의 상기 영역(G31) 이외의 영역과 비교해서 희석 공기의 유속이 보다 저하하는 경향이 있고, 하류측을 향함에 따라 그 경향은 보다 현저하게 된다.
몇 개의 실시형태에 따른 연소기(4)에서는, 제 2 구멍(111B)을 상술한 바와 같이 둘레방향에 있어서 축방향에 대해서 경사지게 연장되도록 구성함으로써, 상기 간극(G3)에 있어서의 하류측의 영역을 향해서 희석 공기를 제 2 구멍(111B)으로부터 분출할 수 있다. 이에 의해, 예혼합관(66)의 출구 개구(69e)의 근방에 있어서 상기 영역(G31)에 있어서의 희석 공기의 유속을 확보할 수 있고, 해당 영역(G31)에 예혼합기가 역류하는 것을 억제할 수 있다.
몇 개의 실시형태에 따른 연소기(4)에서는, 제 2 구멍(111B)은 하나의 예혼합관(66)에 대해서, 적어도 하나 마련되어 있으면 좋다. 몇 개의 실시형태에 따른 연소기(4)에서는, 제 2 구멍(111B)은 예를 들면, 도 6 및 도 7에 도시되는 바와 같이, 하나의 예혼합관(66)에 대해서, 해당 예혼합관(66)을 사이에 두고 2개의(한 쌍의) 제 2 구멍(111B)이 마련되어 있어도 좋다. 해당 한 쌍의 제 2 구멍(111B)은 2쌍 이상이어도 좋다.
또한, 예혼합관(66)을 사이에 두고 배치된 한 쌍의 제 2 구멍(111B)은 둘레방향에의 경사 방향이 서로 역방향이며, 해당 예혼합관(66)의 출구 개구(69e)의 중앙 위치측을 향해 경사져 있으면 좋다.
몇 개의 실시형태에 따른 연소기(4)에서는, 제 2 구멍(111B)은 예를 들면, 도 5와 도 6을 비교하면 명백하지만, 하류측에서 바라봤을 때에 제 2 구멍(111B)이 파일럿 콘부(56)에 숨는 위치에 형성되어 있어도 좋다.
본 개시는 상술한 실시형태에 한정되는 일 없이, 상술한 실시형태에 변형을 가한 형태나, 이러한 형태를 적절하게 조합시킨 형태도 포함한다.
상기 각 실시형태에 기재의 내용은 예를 들면, 이하와 같이 파악된다.
(1) 본 개시의 적어도 일 실시형태에 따른 가스 터빈 연소기(4)는 통 부재(내통(47))와, 통 부재(내통(47))의 내측에 있어서 둘레방향으로 배열되고, 각각이 예혼합 통로(67)의 출구부(68)를 형성하는 복수의 예혼합관(66)과, 복수의 예혼합관(66)을 지지하는 기판(100)을 구비하는 가스 터빈 연소기(4)이다. 기판(100)은 복수의 예혼합관(66)에 각각 대응하여 마련되고, 예혼합 통로(67)가 해당 기판(100)을 통과하기 위한 복수의 관통 구멍(예혼합관 지지 구멍(106))과, 관통 구멍(예혼합관 지지 구멍(106))이 마련된 영역과는 상이한 영역(100R)에 가스 터빈 연소기(4)의 축방향에 대해서 경사지게 연장되는 복수의 경사 구멍(111)을 갖는다.
상기 (1)의 구성에 의하면, 기판(100)에 있어서의 공기 구멍(110)의 배치에 제약이 있는 가운데, 경사 구멍(111)을 마련함으로써 희석 공기를 공급하고 싶은 영역에 공급할 수 있다. 이에 의해, 복수의 예혼합관(66)의 외주면(66o)과, 내통(47)의 내주면(471)과, 기판(100)의 하류측의 면(100d)으로 둘러싸인 공간(S)에 예혼합기가 역류하는 것을 억제할 수 있고, 역화에 의한 예혼합관(66)의 손상을 억제할 수 있으므로, 가스 터빈 연소기(4)의 손상을 억제할 수 있다.
(2) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 (1)의 구성에 있어서, 복수의 경사 구멍(111)은 복수의 관통 구멍(예혼합관 지지 구멍(106))의 중심 위치(C)보다 반경방향 외측에 위치하고, 또한 상류단(111u)으로부터 하류단(111d)에 가까워짐에 따라 반경방향 외측을 향하도록 축방향에 대해서 경사지게 연장되는 제 1 구멍(111A)을 포함하면 좋다.
상기 (2)의 구성에 의하면, 제 1 구멍(111A)으로부터 분출된 희석 공기는 반경방향 외측을 향해 흐르므로, 예혼합관(66)과 내통(47) 사이의 간극(G2)에 유입되기 쉬워진다. 그 때문에, 해당 간극(G2)에 있어서의 희석 공기의 유속 저하를 억제하여, 해당 간극(G2)에 예혼합기가 역류하는 것을 억제할 수 있다.
(3) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 (2)의 구성에 있어서, 제 1 구멍(111A)은 상류단(111u)으로부터 하류단(111d)에 가까워짐에 따라, 연소기(4)의 둘레방향에 있어서, 복수의 예혼합관(66) 중 제 1 구멍(111A)에 대응하는 예혼합관(66)의 출구 개구(69e)의 중앙 위치측을 향하도록 축방향에 대해서 경사지게 연장되면 좋다.
상기 (3)의 구성에 의하면, 예혼합관(66)의 외주면(66o)과 내통(47)의 내주면(471) 사이의 비교적 작은 간극(G2)을 향해서 제 1 구멍(111A)으로부터 희석 공기를 분출할 수 있다. 이에 의해, 해당 간극(G2)에 있어서의 희석 공기의 유속을 확보할 수 있고, 해당 간극(G2)에 예혼합기가 역류하는 것을 억제할 수 있다.
(4) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나의 구성에 있어서, 복수의 경사 구멍(111)은 복수의 관통 구멍(예혼합관 지지 구멍(106))의 중심 위치(C)보다 반경방향 내측에 위치하고, 또한 상류단(111u)으로부터 하류단(111d)에 가까워짐에 따라 반경방향 내측을 향하도록 축방향에 대해서 경사지게 연장되는 제 2 구멍(111B)을 포함하면 좋다.
상기 (4)의 구성에 의하면, 제 2 구멍(111B)으로부터 분출된 희석 공기는 반경방향 내측을 향해 흐르므로, 예혼합관(66)과 파일럿 콘부(56) 사이의 간극(G3)에 유입되기 쉬워진다. 그 때문에, 해당 간극(G3)에 있어서의 희석 공기의 유속 저하를 억제하여, 해당 간극(G3)에 예혼합기가 역류하는 것을 억제할 수 있다.
(5) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 (4)의 구성에 있어서, 제 2 구멍(111B)은 상류단(111u)으로부터 하류단(111d)에 가까워짐에 따라, 연소기(4)의 둘레방향에 있어서, 복수의 예혼합관(66) 중 제 2 구멍(111B)에 대응하는 예혼합관(66)의 출구 개구(69e)의 중앙 위치측을 향하도록 축방향에 대해서 경사지게 연장되면 좋다.
상기 (5)의 구성에 의하면, 예혼합관(66)의 외주면(66o)과 파일럿 콘부(56)의 외주면(561) 사이의 비교적 작은 간극(G3)을 향해서 제 2 구멍(111B)으로부터 희석 공기를 분출할 수 있다. 이에 의해, 해당 간극(G3)에 있어서의 희석 공기의 유속을 확보할 수 있고, 해당 간극(G3)에 예혼합기가 역류하는 것을 억제할 수 있다.
(6) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나의 구성에 있어서, 복수의 경사 구멍(111)의 적어도 일부의 경사 구멍(111)은 하류측에서 바라봤을 때, 해당 기판(100) 중 예혼합관(66)의 출구 개구(69e)와 중첩되는 영역에 배치되면 좋다.
상기 (6)의 구성에 의하면, 희석 공기의 유속이 저하하는 경향이 있는 영역에 비교적 가까운 위치에 경사 구멍(111)이 배치되므로, 희석 공기의 유속이 저하하는 경향이 있는 영역에 경사 구멍(111)으로부터 분출된 희석 공기가 유입되기 쉬워진다. 그 때문에, 해당 영역에 있어서의 희석 공기의 유속 저하를 억제하여, 해당 영역에 예혼합기가 역류하는 것을 억제할 수 있다.
(7) 본 개시의 적어도 일 실시형태에 따른 가스 터빈(1)은 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나의 구성의 가스 터빈 연소기(4)를 구비한다.
상기 (7)의 구성에 의하면, 가스 터빈 연소기(4)의 손상을 억제할 수 있고, 가스 터빈(1)의 신뢰성을 향상할 수 있다.
1: 가스 터빈
4: 가스 터빈 연소기(연소기)
46: 연소기 라이너
47: 내통
56: 파일럿 콘부
57: 파일럿 버너통
60: 예혼합 연소 버너(메인 연소 버너)
65: 연장부
66: 메인 버너통(예혼합관)
67: 예혼합 통로
68: 출구부
69: 출구 개구 형성부
69e: 출구 개구
100: 기판
106: 예혼합관 지지 구멍
110: 공기 구멍
111: 경사 구멍
111A: 제 1 구멍
111B: 제 2 구멍

Claims (7)

  1. 통 부재와,
    상기 통 부재의 내측에 있어서 둘레방향으로 배열되고, 각각이 예혼합 통로의 출구부를 형성하는 복수의 예혼합관과,
    상기 복수의 예혼합관을 지지하는 기판을 구비하는 가스 터빈 연소기에 있어서,
    상기 기판은,
    상기 복수의 예혼합관에 각각 대응하여 마련되고, 상기 예혼합 통로가 상기 기판을 통과하기 위한 복수의 관통 구멍과,
    상기 관통 구멍이 마련된 영역과는 상이한 영역에 상기 가스 터빈 연소기의 축방향에 대해서 경사지게 연장되는 복수의 경사 구멍을 갖는
    가스 터빈 연소기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 경사 구멍은 상기 복수의 관통 구멍의 중심 위치보다 반경방향 외측에 위치하고, 또한 상류단으로부터 하류단에 가까워짐에 따라 반경방향 외측을 향하도록 상기 축방향에 대해서 경사지게 연장되는 제 1 구멍을 포함하는
    가스 터빈 연소기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 구멍은 상기 상류단으로부터 상기 하류단에 가까워짐에 따라, 상기 가스 터빈 연소기의 둘레방향에 있어서, 상기 복수의 예혼합관 중 상기 제 1 구멍에 대응하는 예혼합관의 출구 개구의 중앙 위치측을 향하도록 상기 축방향에 대해서 경사지게 연장되는
    가스 터빈 연소기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 경사 구멍은 상기 복수의 관통 구멍의 중심 위치보다 반경방향 내측에 위치하고, 또한 상류단으로부터 하류단에 가까워짐에 따라 반경방향 내측을 향하도록 상기 축방향에 대해서 경사지게 연장되는 제 2 구멍을 포함하는
    가스 터빈 연소기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 구멍은 상기 상류단으로부터 상기 하류단에 가까워짐에 따라, 상기 가스 터빈 연소기의 둘레방향에 있어서, 상기 복수의 예혼합관 중 상기 제 2 구멍에 대응하는 예혼합관의 출구 개구의 중앙 위치측을 향하도록 상기 축방향에 대해서 경사지게 연장되는
    가스 터빈 연소기.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 경사 구멍의 적어도 일부의 경사 구멍은 하류측에서 바라봤을 때, 상기 기판 중 상기 예혼합관의 출구 개구와 중첩되는 영역에 배치되는
    가스 터빈 연소기.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 가스 터빈 연소기를 구비하는
    가스 터빈.
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