WO2023218777A1 - 燃焼器用筒、燃焼器、及びガスタービン - Google Patents

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WO2023218777A1
WO2023218777A1 PCT/JP2023/012213 JP2023012213W WO2023218777A1 WO 2023218777 A1 WO2023218777 A1 WO 2023218777A1 JP 2023012213 W JP2023012213 W JP 2023012213W WO 2023218777 A1 WO2023218777 A1 WO 2023218777A1
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cooling
combustor
passage
passages
detour
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PCT/JP2023/012213
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貴大 岡南
泰希 木下
光 片野
公太 吉野
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三菱パワー株式会社
三菱重工業株式会社
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/12Cooling
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12Cooling of plants
    • F02C7/16Cooling of plants characterised by cooling medium
    • F02C7/18Cooling of plants characterised by cooling medium the medium being gaseous, e.g. air
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/42Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the arrangement or form of the flame tubes or combustion chambers

Definitions

  • the present disclosure relates to a combustor tube capable of burning fuel on the inner peripheral side, a combustor having this combustor tube, and a gas turbine including this combustor.
  • a gas turbine includes a compressor that compresses air, a combustor that burns fuel with the air compressed by the compressor to generate combustion gas, and a turbine that is driven by the combustion gas from the combustor.
  • the combustor has a combustor tube (combustion tube or transition tube) in which fuel is combusted.
  • the inner circumferential surface of this combustor cylinder is exposed to high temperature combustion gas, and thus becomes extremely high temperature. Therefore, in the technology described in Patent Document 1 below, a plurality of cooling passages extending in a certain direction are formed between the inner circumferential surface and the outer circumferential surface of the combustor cylinder, and a cooling medium is caused to flow therein. I have to.
  • the combustor described in Patent Document 2 below includes a combustor tube in which fuel is combusted, and a plurality of nozzles that inject fuel into the combustor tube.
  • the combustor tube has a cylindrical shape around the combustor axis.
  • the direction in which the combustor axis extends is referred to as the axial direction, and of both sides in this axial direction, one side is referred to as the proximal end side and the other side as the distal end side.
  • the nozzle includes a primary fuel nozzle and a secondary fuel nozzle.
  • the primary fuel nozzle is arranged on the proximal end side of the combustor cylinder, and injects the primary fuel into the combustor cylinder toward the distal end side.
  • the secondary fuel nozzle is attached to the combustion tube at a position closer to the tip than the primary fuel nozzle, and injects the secondary fuel radially inward into the combustor tube.
  • an object of the present disclosure is to provide a technique that can suppress the flow rate of the cooling medium while maintaining the durability of the combustor cylinder.
  • a combustor cylinder as one aspect of the present disclosure for achieving the above object includes: In a combustor cylinder having a cylindrical shape around an axis and forming a combustion space in which fuel can be combusted on the inner peripheral side, an inner peripheral surface defining a radially outer edge of the combustion space with respect to the axis; a plurality of cooling passages formed between an outer circumferential surface in a back-to-back relationship with the circumferential surface, the inner circumferential surface and the outer circumferential surface and through which a cooling medium can flow, and penetrating from the outer circumferential surface to the inner circumferential surface;
  • the cooling medium has a detour passage formed in an annular shape around the nozzle attachment through hole along an edge of the nozzle attachment through hole and through which the cooling medium can flow.
  • Each of the plurality of cooling passages has an inlet into which the cooling medium can flow, and an outlet through which the cooling medium can flow out.
  • a plurality of cooling passages that are adjacent to each other form a plurality of first cooling passages.
  • At least a portion of the plurality of cooling passages constitute a plurality of first cooling passages that are adjacent to each other and a plurality of second cooling passages that are adjacent to each other.
  • Each of the plurality of first cooling passages communicates with the detour passage at the respective outlet.
  • the plurality of second cooling passages communicate with the detour passage at their respective inlets.
  • the cooling medium flows into the first cooling passage from the inlet of the first cooling passage.
  • the cooling medium cools the area around the first cooling passage of the combustor cylinder.
  • This cooling medium flows out from the outlet of the first cooling passage.
  • the cooling medium flowing out of the first cooling passage flows into a detour passage formed in an annular shape around the nozzle attachment through hole and along the edge of the nozzle attachment through hole.
  • the cooling medium that has flowed into the detour cools the area around the detour of the combustor cylinder while flowing through the detour.
  • the cooling medium that has flowed into the detour passage flows into the second cooling passage from the entrance of the second cooling passage.
  • the cooling medium cools the area around the second cooling passage of the combustor cylinder while flowing through the second cooling passage. This cooling medium flows out from the outlet of the second cooling passage.
  • the area around the nozzle attachment through hole to which the secondary fuel nozzle is attached can be cooled with the cooling medium.
  • the cooling medium that has flowed through the first cooling passage is not exhausted to the inner peripheral side of the combustor cylinder near the nozzle attachment through hole, for example, and this cooling medium is passed through the bypass passage to the second cooling passage. It leads to two cooling passages. Therefore, in this aspect, the flow rate of the cooling medium supplied to the combustor cylinder can be suppressed.
  • a combustor as one aspect of the present disclosure for achieving the above object includes: Injecting the primary fuel into the combustor cylinder according to the above aspect, in a direction having a direction component toward the distal end side of the distal end side and the proximal end side in the axial direction along the axis. a secondary fuel nozzle that is attached to the combustor cylinder and that is capable of injecting secondary fuel from the nozzle attachment through hole in a direction having a radially inward component with respect to the axis; Equipped with
  • a gas turbine as one aspect of the present disclosure for achieving the above object includes: The combustor according to the above aspect; a compressor capable of compressing air to generate compressed air used for combustion of fuel in the combustor cylinder; and a turbine that can be driven by combustion gas.
  • the flow rate of the cooling medium can be suppressed while maintaining the durability of the combustor tube.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a gas turbine in an embodiment according to the present disclosure.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view around a combustor of a gas turbine in an embodiment according to the present disclosure.
  • FIG. 2 is a plan view of a main part of a combustor cylinder in an embodiment according to the present disclosure.
  • 4 is a sectional view taken along the line IV-IV in FIG. 3.
  • FIG. 4 is a sectional view taken along the line VV in FIG. 3.
  • FIG. 4 is a sectional view taken along the line VI-VI in FIG. 3.
  • FIG. FIG. 7 is a plan view of a main part of a combustor cylinder in a modified example of an embodiment according to the present disclosure.
  • the gas turbine equipment in this embodiment includes a gas turbine and forced cooling equipment 16.
  • the gas turbine includes a compressor 20 capable of compressing outside air A to generate compressed air Acom, a plurality of combustors 40 capable of generating combustion gas G by burning fuel F in the compressed air Acom, and combustion gas G.
  • a drivable turbine 30 is provided.
  • the compressor 20 includes a compressor rotor 21 that rotates around a rotor axis Ar, a compressor casing 25 that covers the compressor rotor 21, and a plurality of stator blade rows 26.
  • the turbine 30 includes a turbine rotor 31 that rotates around a rotor axis Ar, a turbine casing 35 that covers the turbine rotor 31, and a plurality of stator blade rows 36.
  • the direction in which the rotor axis Ar extends is referred to as the rotor axis direction Da
  • one side of both sides of the rotor axis direction Da is referred to as the upstream side of the axis Dau
  • the other side is referred to as the downstream side of the axis Dad.
  • the compressor 20 is arranged on the axial upstream side Dau with respect to the turbine 30.
  • the compressor rotor 21 and the turbine rotor 31 are located on the same rotor axis Ar, and are connected to each other to form the gas turbine rotor 11.
  • a rotor of a generator GEN is connected to this gas turbine rotor 11.
  • the gas turbine further comprises an intermediate casing 14 arranged between the compressor casing 25 and the turbine casing 35. Compressed air Acom from the compressor 20 flows into the intermediate casing 14 .
  • the plurality of combustors 40 are attached to the intermediate casing 14 in a line in the circumferential direction with respect to the rotor axis Ar.
  • Compressor casing 25, intermediate casing 14, and turbine casing 35 are connected to each other to form gas turbine casing 15.
  • the compressor rotor 21 has a rotor shaft 22 that extends in the rotor axial direction Da centering on the rotor axis Ar, and a plurality of rotor blade rows 23 attached to the rotor shaft 22.
  • the plural rotor blade rows 23 are arranged in the rotor axial direction Da.
  • Each rotor blade row 23 is composed of a plurality of rotor blades arranged in a circumferential direction with respect to the rotor axis Ar.
  • Any one of the plurality of stator blade rows 26 is arranged on the downstream side Dad of each of the plurality of rotor blade rows 23 on the axis line.
  • Each stator blade row 26 is provided inside the compressor casing 25.
  • Each stationary blade row 26 is composed of a plurality of stationary blades arranged in a circumferential direction with respect to the rotor axis Ar.
  • the turbine rotor 31 includes a rotor shaft 32 that extends in the rotor axial direction Da with the rotor axis Ar as the center, and a plurality of rotor blade rows 33 that are attached to the rotor shaft 32.
  • the plural rotor blade rows 33 are arranged in the rotor axial direction Da.
  • Each row of rotor blades 33 is composed of a plurality of rotor blades arranged in a circumferential direction with respect to the rotor axis Ar.
  • Any one of the plurality of stator blade rows 36 is arranged on the axial upstream side Dau of each of the plurality of rotor blade rows 33 .
  • Each stationary blade row 36 is provided inside the turbine casing 35.
  • Each stator blade row 36 is composed of a plurality of stator blades arranged in a circumferential direction with respect to the rotor axis Ar.
  • a region where the plurality of stator blade rows 36 and the plurality of moving blade rows 33 are arranged is a region where combustion from the combustor is disposed.
  • a combustion gas flow path 39 through which gas G flows is formed.
  • a fuel line 45 is connected to the combustor 40.
  • the combustor 40 can generate combustion gas G by combusting the fuel F from the fuel line 45 in compressed air Acom from the compressor 20.
  • the forced cooling equipment 16 is equipment that sends forced cooling air Acl to the high-temperature parts of the combustor that are exposed to the high-temperature combustion gas G among the parts that make up the gas turbine.
  • This forced cooling equipment 16 has a cooling air line 17, a cooler 18, and a boost compressor 19.
  • the cooling air line 17 is a line capable of extracting compressed air Acom from the intermediate casing 14 and guiding the compressed air Acom to high-temperature parts.
  • the cooling air line 17 includes a bleed air line 17e, a cooling air main line 17m, and a plurality of cooling air branch lines 17b.
  • the bleed air line 17e is connected to the intermediate casing 14 and guides compressed air Acom in the intermediate casing 14 to the boost compressor 19.
  • the cooler 18 is provided in the bleed air line 17e and can cool the compressed air Acom flowing through the bleed air line 17e.
  • the boost compressor 19 boosts the pressure of the compressed air Acom cooled by the cooler 18 and sends this compressed air Acom to high-temperature components as forced cooling air Acl.
  • the cooling air main line 17m is connected to the discharge port of the boost compressor 19. Forced cooling air Acl, which is air pressurized by the boost compressor 19, flows through the cooling air main line 17m.
  • the cooling air branch line 17b is a line branched from the cooling air main line 17m for each of a plurality of high-temperature parts. Each of the plurality of cooling air branch lines 17b guides forced cooling air Acl to any one of the high-temperature components.
  • Embodiments of a combustor tube and a combustor having this combustor tube will be described with reference to FIGS. 2 to 6.
  • the combustor 40 in this embodiment includes a flange 41, an inner cylinder 43, a combustor cylinder 50 (combustion cylinder or transition cylinder), a plurality of primary fuel pipes 46, and a plurality of primary fuel pipes 46. It includes a nozzle 47, a secondary fuel pipe 48, a branched secondary fuel pipe 48b, a plurality of secondary fuel nozzles 49, a fuel manifold 48m, an acoustic damper 60, and a cooling air jacket 65.
  • the flange 41 extends radially from the combustor axis Ac.
  • Both the inner cylinder 43 and the combustor cylinder 50 are arranged within the intermediate casing 14. Further, both the inner cylinder 43 and the combustor cylinder 50 have a cylindrical shape around the combustor axis Ac.
  • the direction in which the combustor axis Ac (hereinafter simply referred to as the axis) extends is assumed to be the axial direction Dc. Of both sides in the axial direction Dc, one side is referred to as a distal end side Dct, and the other side is referred to as a proximal end side Dcb.
  • the distal end side Dct is the axial downstream side Dad in the rotor axial direction Da
  • the base end side Dcb is the axial upstream side Dau in the rotor axial direction Da
  • the axis line Ac is inclined with respect to the rotor axis line Ar so as to approach the rotor axis line Ar as it goes toward the distal end side Dct.
  • the circumferential direction with respect to the axis Ac is simply referred to as the circumferential direction Dcc.
  • the radial direction with respect to the axis Ac is simply referred to as the radial direction Dr.
  • the side approaching the axis Ac in the radial direction Dr is radially inner Dri
  • the side opposite to this radially inner Dri is radially outer Dro.
  • the intermediate casing 14 is formed with a combustor attachment hole 14h that penetrates into the intermediate casing 14 from outside the intermediate casing 14.
  • the flange 41 is attached to the intermediate casing 14 with bolts 42 so as to close the combustor attachment hole 14h.
  • the inner cylinder 43 is attached to the flange 41.
  • a plurality of primary fuel nozzles 47 are arranged on the inner peripheral side of this inner cylinder 43.
  • the combustor cylinder 50 is connected to the distal end Dct portion of the inner cylinder 43 via a seal member or the like.
  • the combustor cylinder 50 is supported by a cylinder support 44 fixed to the inner surface of the intermediate casing 14 and the like.
  • the plurality of primary fuel nozzles 47 all extend in the axial direction Dc. Each of the plurality of primary fuel nozzles 47 is capable of injecting primary fuel in a direction having a directional component toward the tip side Dct. All of the plurality of primary fuel nozzles 47 are fixed to the flange 41. Among the plurality of primary fuel nozzles 47, one nozzle is a pilot nozzle 47p, and the other plurality of nozzles are main nozzles 47m. Pilot nozzle 47p is arranged on axis Ac. The plurality of main nozzles 47m are arranged in the circumferential direction Dcc around the pilot nozzle 47p.
  • the plurality of primary fuel pipes 46 are all pipes branched from the fuel line 45 and are fixed to the flange 41.
  • one primary fuel pipe 46 is a pilot fuel pipe 46p
  • the other plurality of primary fuel pipes 46 are main fuel pipes 46m.
  • Pilot fuel pipe 46p is connected to pilot nozzle 47p.
  • Each of the plurality of main fuel pipes 46m is connected to any one of the plurality of main nozzles 47m.
  • the plurality of secondary fuel nozzles 49 are attached to the combustor tube 50 in a line in the circumferential direction Dcc at a position closer to the tip side Dct than the plurality of primary fuel nozzles 47. All of the plurality of secondary fuel nozzles 49 are capable of injecting secondary fuel toward the radially inner side Dri into the combustor cylinder 50.
  • the fuel manifold 48m is disposed on the outer peripheral side of the combustor cylinder 50, on the distal side Dct of the primary fuel nozzle 47 and on the proximal side Dcb of the secondary fuel nozzle 49.
  • the fuel manifold 48m is formed in an annular shape with respect to the axis Ac.
  • the fuel manifold 48m has an annular shape with respect to the axis Ac, and forms a fuel space in which secondary fuel can be temporarily stored.
  • the aforementioned secondary fuel pipe 48 is connected to this fuel manifold 48m.
  • This secondary fuel pipe 48 is also a pipe branched from the fuel line 45 and is fixed to the flange 41.
  • the fuel manifold 48m and the plurality of secondary fuel nozzles 49 are connected by a plurality of branched secondary fuel pipes 48b. Therefore, the fuel manifold 48m communicates with the plurality of secondary fuel nozzles 49 via the plurality of branched secondary fuel pipes 48b so that the secondary fuel in the fuel space can be supplied to the plurality of secondary fuel nozzles 49. There is.
  • the combustor tube 50 has an inner circumferential surface 50i that defines an edge of the radially outer Dro of the combustion space 50s in which fuel can be combusted, and a back-to-back relationship with the inner circumferential surface 50i. It has a certain outer circumferential surface 50o and a nozzle attachment through hole 51 penetrating from the outer circumferential surface 50o to the inner circumferential surface 50i.
  • This combustor cylinder 50 has a cylindrical cylinder main body 52 and an outlet flange 55 around the axis Ac.
  • the inner peripheral side of the cylinder body 52 forms the aforementioned combustion space 50s.
  • the outlet flange 55 is provided at the end of the cylindrical body 52 on the distal end side Dct.
  • the outlet flange 55 extends from the tip side Dct end of the cylinder body 52 toward the radially outer side Dro.
  • the acoustic attenuator 60 has an acoustic cover 61 that forms an acoustic space 60s on the outer peripheral side of the cylinder body 52 in cooperation with a part of the plate forming the cylinder body 52 of the combustor cylinder 50.
  • This acoustic cover 61 is provided in a portion on the base end side Dcb of the cylinder body 52 in an annular shape with respect to the axis Ac.
  • An acoustic hole 63 is formed in a part of the plate forming the cylinder body 52 of the combustor cylinder 50, which penetrates from the outer circumferential side of the cylinder body 52 toward the inner circumferential side.
  • the cooling air jacket 65 is a cover that forms a cooling air space 65s on the outer peripheral side of the cylinder body 52 in cooperation with a part of the plate forming the cylinder body 52 of the combustor cylinder 50 and the outlet flange 55.
  • the cooling air jacket 65 is provided on the outer peripheral side of the cylinder body 52 in an annular shape with respect to the axis Ac.
  • the cooling air branch line 17b described above with reference to FIG. 1 is connected to this cooling air jacket 65. Therefore, the forced cooling air Acl from the forced cooling equipment 16 flows into the cooling air space 65s within the cooling air jacket 65.
  • FIG. 3 is a principal part plan view of the combustor tube 50 when the combustor tube 50 is viewed from the radially outer side Dro.
  • FIG. 4 is a sectional view taken along the line IV-IV in FIG. 3.
  • FIG. 5 is a sectional view taken along the line VV in FIG. 3.
  • FIG. 6 is a sectional view taken along the line VI-VI in FIG.
  • the combustor cylinder 50 has a nozzle mounting seat 57 in addition to the cylinder main body 52 and the outlet flange 55 described above.
  • the nozzle mounting seat 57 is, for example, a cylindrical member centered on the nozzle axis An, and is attached to the outer peripheral side of the cylinder body 52.
  • one end surface of both end surfaces of the nozzle attachment seat 57 which is a cylindrical member, is a nozzle attachment surface 57p to which the secondary fuel nozzle 49 is attached.
  • This nozzle attachment surface 57p forms a part of the outer peripheral surface 50o of the combustor cylinder 50.
  • the through hole 57h of the nozzle attachment seat 57 which is a cylindrical member, forms a part of the nozzle attachment through hole 51.
  • the cylinder body 52 of the combustor cylinder 50 is formed with a cylindrical through hole 52h extending from the outer circumferential side to the inner circumferential side thereof.
  • This through hole 52h forms a part of the nozzle attachment through hole 51. That is, the nozzle attachment through hole 51 in this embodiment is composed of a through hole 57h in the nozzle attachment seat 57 and a through hole 52h in the cylinder body 52.
  • the cylindrical tip of the secondary fuel nozzle 49 is inserted into the nozzle attachment through hole 51 .
  • This nozzle mounting seat 57 has an annular detour passage 58 formed around the nozzle axis An.
  • the cylinder main body 52 has an outer plate 53 and an inner plate 54, as shown in FIG. Of the pair of surfaces of the outer plate 53 facing in opposite directions, one surface forms the outer circumferential surface 50o, and the other surface forms the joint surface 53c. Further, among a pair of surfaces of the inner plate 54 facing in opposite directions, one surface forms a joint surface 54c, and the other surface forms an inner circumferential surface 50i.
  • a plurality of long grooves 53g are formed in the joint surface 53c of the outer plate 53, which are recessed toward the outer circumferential surface 50o and are long in a certain direction.
  • the outer plate 53 and the inner plate 54 have joint surfaces 53c and 54c joined together by brazing or the like.
  • each of the plurality of cooling passages 56 extends in the axial direction Dc.
  • Each of the plurality of cooling passages 56 has an inlet 56i through which forced cooling air ACl, which is a cooling medium ACl, can flow in, and an outlet 56o through which this forced cooling air ACl can flow out.
  • a plurality of cooling passages 56 are arranged on the tip side Dct with respect to the nozzle axis An, a detour passage 58 exists at the end of the cooling passage 58 in the direction of extension thereof, and the plurality of cooling passages 56 are adjacent to each other in the circumferential direction Dcc. constitute a plurality of first cooling passages 56a.
  • a detour passage 58 is disposed on the base end side Dcb with respect to the nozzle axis An, and a detour passage 58 exists at the end of the cooling passage 58 in the direction of extension thereof, and a plurality of cooling passages 58 adjacent to each other in the circumferential direction Dcc are disposed on the base end side Dcb with respect to the nozzle axis An.
  • the cooling passage 56 forms a plurality of second cooling passages 56b.
  • An inlet 56i of the first cooling passage 56a is formed at the end of the tip side Dct of the first cooling passage 56a. This inlet 56i faces the cooling air space 65s. Therefore, the forced cooling air Acl in the cooling air space 65s can flow into the first cooling passage 56a.
  • the proximal end Dcb end of the first cooling passage 56a is located in the region where the detour passage 58 exists in the axial direction Dc.
  • An outlet 56o of the first cooling passage 56a is formed at the proximal end Dcb of the first cooling passage 56a.
  • the outlet 56o of the first cooling passage 56a and the detour passage 58 are connected by a first communication passage 59a.
  • the first communication passage 59a extends from the outlet 56o of the first cooling passage 56a toward the radially outer side Dro. Therefore, the forced cooling air Acl that has flowed into the first cooling passage 56a can flow into the detour passage 58 via this first communication passage 59a.
  • the end of the second cooling passage 56b on the distal side Dct is located in the region where the detour passage 58 exists in the axial direction Dc.
  • An inlet 56i of the second cooling passage 56b is formed at the end of the tip side Dct of the second cooling passage 56b.
  • the inlet 56i of the second cooling passage 56b and the detour passage 58 are connected by a second communication passage 59b.
  • This second communication passage 59b extends from the entrance 56i of the second cooling passage 56b toward the radially outer side Dro. Therefore, the forced cooling air Acl that has flowed into the detour passage 58 can flow into the second cooling passage 56b via this second communication passage 59b.
  • the base end side Dcb ends of some of the second cooling passages 56b are located in the region where the acoustic cover 61 is present in the axial direction Dc.
  • An outlet 56o of this part of the second cooling passage 56b is formed at the end of the base end side Dcb of the part of the second cooling passage 56b.
  • This outlet 56o opens from inside the second cooling passage 56b toward the radially outer side Dro, and faces the acoustic space 60s within the acoustic cover 61. Therefore, the forced cooling air Acl that has flowed into this part of the second cooling passage 56b can flow into the acoustic space 60s.
  • the forced cooling air Acl that has flowed into the acoustic space 60s can flow from the acoustic hole 63 into the combustion space 50s on the inner peripheral side of the combustor tube 50.
  • the proximal end Dcb ends of some of the second cooling passages 56b are not located in the region where the acoustic cover 61 is present in the axial direction Dc.
  • An outlet 56o of the other part of the second cooling passage 56b is formed at the end of the base end side Dcb of the other part of the second cooling passage 56b. This outlet 56o opens from inside the second cooling passage 56b toward the radially inner side Dri, and faces the combustion space 50s.
  • the forced cooling air Acl that has flowed into the other portion of the second cooling passage 56b can flow into the combustion space 50s. Therefore, the forced cooling air Acl that has flowed into all the second cooling passages 56b can flow into the combustion space 50s.
  • the nozzle mounting seat 57 is attached to the outer peripheral side of the cylinder body 52, and the detour passage 58 formed in the nozzle mounting seat 57 is connected to the outlet 56o of the plurality of first cooling passages 56a. and is disposed on the radially outer side Dro from the inlets 56i of the plurality of second cooling passages 56b.
  • the cross-sectional area of the detour passage 58 is larger than the cross-sectional area of each of the plurality of first cooling passages 56a and the cross-sectional area of each of the plurality of second cooling passages 56b. Therefore, in this embodiment, the flow velocity of the forced cooling air Acl flowing through the detour passage 58 can be suppressed. Therefore, in this embodiment, the pressure loss of the forced cooling air ACl flowing through the annular detour passage 58 can be suppressed.
  • the cross-sectional area of the detour passage 58 is determined from the central part of the detour passage 58 in the circumferential direction Dcc, that is, from the position P1 in the detour passage 58 where the nozzle axis An is the same position in the circumferential direction Dcc, to the circumferential direction. It gradually becomes larger toward the position P2 at both ends of the detour passage 58 in Dcc.
  • the cross-sectional area of the detour passage 58 is determined from the position where the first cooling passage 56a closest to the center communicates with the detour passage 58 among the plurality of first cooling passages 56a adjacent to each other, to both ends of the detour passage 58.
  • the first cooling passage 56a gradually becomes larger toward the position where it communicates with the detour passage 58. Further, the cross-sectional area of the detour passage 58 is determined from the position where the second cooling passages 56b at both ends communicate with the detour passage 58 to the one closest to the center among the plurality of second cooling passages 56b adjacent to each other. The second cooling passage 56b gradually becomes smaller toward the position where it communicates with the detour passage 58.
  • the width of the detour passage 58 varies from a position P1 in the detour passage 58 that is the same as the nozzle axis An in the circumferential direction Dcc to a position P2 at both ends of the detour passage 58 in the circumferential direction Dcc. It gets wider as you head towards it. Therefore, the width W1 at the position P1 in the detour passage 58 that is the same as the nozzle axis An in the circumferential direction Dcc becomes the minimum width of the detour passage 58, and the width W2 at the position P2 at both ends of the detour passage 58 in the circumferential direction Dcc. is the maximum width of the detour passage 58.
  • the height of the detour passage 58 in the radial direction Dr is determined from a position P1 in the detour passage 58 that is the same as the nozzle axis An in the circumferential direction Dcc to a height of both ends of the detour passage 58 in the circumferential direction Dcc.
  • the height increases toward position P2. Therefore, the height H1 of the position P1 in the detour passage 58, which is the same as the nozzle axis An in the circumferential direction Dcc, becomes the minimum height of the detour passage 58, and the height H1 of the position P1 at both ends of the detour passage 58 in the circumferential direction Dcc is the same.
  • the height H2 is the maximum height of the detour passage 58.
  • the forced cooling air Acl flows into the first cooling passage 56a from the inlet 56i of the first cooling passage 56a.
  • the forced cooling air Acl cools the area around the first cooling passage 56a of the combustor cylinder 50 while flowing through the first cooling passage 56a.
  • This forced cooling air Acl flows out from the outlet 56o of the first cooling passage 56a.
  • the forced cooling air Acl flowing out from the first cooling passage 56 a flows into a detour passage 58 that is formed in an annular shape around the nozzle attachment through hole 51 and along the edge of the nozzle attachment through hole 51 .
  • the forced cooling air ACl flowing into the detour passage 58 cools the combustor tube 50 around the detour passage 58 while flowing through the detour passage 58 .
  • the forced cooling air Acl that has flowed into the detour passage 58 flows into the second cooling passage 56b from the inlet 56i of the second cooling passage 56b.
  • the forced cooling air Acl cools the area around the second cooling passage 56b of the combustor tube 50 while flowing through the second cooling passage 56b. This forced cooling air Acl flows out from the outlet 56o of the second cooling passage 56b.
  • forced cooling air Acl flows near the outlet 56o in the first cooling passage 56a, and forced cooling air ACl flows through the detour passage 58 formed around the nozzle attachment through hole 51. , and the forced cooling air ACl flowing near the inlet 56i in the second cooling passage 56b.
  • the area around the nozzle attachment through hole 51 to which the secondary fuel nozzle 49 is attached can be cooled with forced cooling air Acl.
  • the forced cooling air Acl flowing through the first cooling passage 56a is not exhausted to the inner peripheral side of the combustor cylinder 50 near the nozzle attachment through hole 51, for example, and the forced cooling air Acl is guided to the second cooling passage 56b via the detour passage 58. Therefore, in this embodiment, the flow rate of the forced cooling air Acl supplied to the combustor cylinder 50 can be suppressed.
  • the heat transfer coefficient between the forced cooling air ACl flowing through the detour passage 58 and the vicinity of the detour passage 58 of the combustor cylinder 50 is lower than that of the first cooling passage.
  • the heat transfer coefficient is lower than that of In other words, the heat transfer coefficient between the forced cooling air ACl flowing through the first cooling passage 56a and the area around the first cooling passage 56a of the combustor cylinder 50, and between the forced cooling air ACl flowing through the second cooling passage 56b and the combustor cylinder 50.
  • the heat transfer coefficient between the second cooling passage 56b and its surroundings is higher than the heat transfer coefficient between the forced cooling air ACl flowing through the detour passage 58 and the combustor tube 50 around the detour passage 58.
  • the respective outlets 56o of the plurality of first cooling passages 56a and the respective inlets 56i of the plurality of second cooling passages 56b are arranged radially inner Dri than the detour passage 58, and the combustor cylinder 50, the cooling performance of the inner peripheral surface 50i of the combustor tube 50 is improved.
  • the cross-sectional area of the detour passage 58 gradually increases from the center of the detour passage 58 in the circumferential direction Dcc toward both ends of the detour passage 58 in the circumferential direction Dcc. Therefore, in this embodiment, forced cooling air Acl flows into the detour passage 58 from the plurality of first cooling passages 56a, and forced cooling air Acl flows out from the detour passage 58 into the plurality of second cooling passages 56b.
  • the flow velocity of the forced cooling air Acl in the detour passage 58 can be made uniform. Therefore, in this embodiment, the pressure loss of the forced cooling air Acl flowing through the detour passage 58 can be suppressed. Furthermore, in this embodiment, it is possible to equalize the heat transfer coefficient between the forced cooling air Acl flowing through the detour passage 58 and the vicinity of the detour passage 58 of the combustor cylinder 50.
  • the nozzle attachment through hole 51 of the combustor cylinder 50 in the above embodiment is formed into a cylindrical shape centered on the nozzle axis An extending in the radial direction Dr, in accordance with the shape of the secondary fuel nozzle 49 inserted therein.
  • the shape of the portion of the secondary fuel nozzle 49 inserted into the nozzle attachment through hole 51 is square columnar, as shown in FIG. It may be formed into a quadrangular prism shape extending in the direction Dr.
  • the detour passage 58a is annular but square shaped around the nozzle attachment through hole 51a and along the edge of the nozzle attachment through hole 51a when viewed from the radial direction Dr.
  • this detour passage 58a exists 360° around the nozzle attachment through hole 51a along the edge of the nozzle attachment through hole 51a, this detour passage 58a is said to be annular.
  • the shape of the nozzle attachment through hole does not have to be cylindrical, and may be, for example, an elliptical cylinder or a polygonal cylinder.
  • forced cooling air Acl is used as the cooling medium Acl.
  • the compressed air Acom in the intermediate casing 14 may be used as it is as the cooling medium Acl. In this case, the cooling air jacket 65 becomes unnecessary.
  • some of the exits 56o of the second cooling passages 56b open from inside the second cooling passage 56b toward the radially outer side Dro, facing the acoustic space 60s in the acoustic cover 61, and other parts
  • An outlet 56o of the second cooling passage 56b opens toward the radially inner side Dri from inside the second cooling passage 56b, and faces the combustion space 50s.
  • the exits 56o of all the second cooling passages 56b may open from the inside of the second cooling passage 56b toward the radially outer side Dro, and may face the acoustic space 60s within the acoustic cover 61.
  • the outlets 56o of all the second cooling passages 56b may open toward the radially inner Dri from inside the second cooling passage 56b, and may face the combustion space 50s.
  • the plurality of first cooling passages 56a and the detour passages 58 are connected by the plurality of first communication passages 59a, and the plurality of second cooling passages 56b and the detour passages 58 are connected by the plurality of second communication passages 59b. It is connected with However, if the plurality of first cooling passages 56a and the detour passage 58 can be directly connected due to the relative positional relationship between the plurality of first cooling passages 56a and the detour passage 58, the plurality of first communication passages 59a may be omitted. It's okay.
  • the plurality of second cooling passages 56b and the detour passage 58 can be directly connected due to the relative positional relationship between the plurality of second cooling passages 56b and the detour passage 58, the plurality of second communication passages 59b may be omitted. It's okay.
  • the width of the detour passage 58 and the height of the detour passage 58 are changed according to the position in the detour passage 58. There is. However, in order to change the cross-sectional area of the detour passage 58 depending on the position in the detour passage 58, only one of the width of the detour passage 58 and the height of the detour passage 58 may be changed.
  • the combustor cylinder in the first aspect is In a combustor cylinder 50 that has a cylindrical shape around an axis Ac and forms a combustion space 50s in which fuel can be combusted on the inner peripheral side, an inner side that defines an edge of the radially outer Dro of the combustion space 50s with respect to the axis Ac.
  • the detour passages 58 and 58a are formed in an annular shape and allow the cooling medium ACl to flow therethrough.
  • Each of the plurality of cooling passages 56 has an inlet 56i into which the cooling medium ACl can flow, and an outlet 56o through which the cooling medium ACl can flow out.
  • At least a portion of the plurality of cooling passages 56 constitute a plurality of first cooling passages 56a adjacent to each other and a plurality of second cooling passages 56b adjacent to each other.
  • the plurality of first cooling passages 56a communicate with the detour passages 58, 58a at their respective outlets 56o.
  • the plurality of second cooling passages 56b communicate with the detour passages 58, 58a at the respective inlets 56i.
  • the cooling medium ACl flows into the first cooling passage 56a from the inlet 56i of the first cooling passage 56a.
  • the cooling medium ACl cools the area around the first cooling passage 56a of the combustor cylinder 50 while flowing through the first cooling passage 56a.
  • This cooling medium ACl flows out from the outlet 56o of the first cooling passage 56a.
  • the cooling medium ACl flowing out from the first cooling passage 56a flows into detour passages 58, 58a which are formed in an annular shape around the nozzle attachment through holes 51, 51a along the edges of the nozzle attachment through holes 51, 51a. .
  • the cooling medium ACl that has flowed into the detour passages 58, 58a cools the surroundings of the detour passages 58, 58a of the combustor cylinder 50 while flowing through the detour passages 58, 58a.
  • the cooling medium ACl that has flowed into the detour passages 58, 58a flows into the second cooling passage 56b from the inlet 56i of the second cooling passage 56b.
  • the cooling medium ACl cools the area around the second cooling passage 56b of the combustor tube 50 while flowing through the second cooling passage 56b. This cooling medium ACl flows out from the outlet 56o of the second cooling passage 56b.
  • the area around the nozzle attachment through holes 51 and 51a to which the secondary fuel nozzle 49 is attached can be cooled with the cooling medium ACl.
  • the cooling medium ACl flowing through the first cooling passage 56a is not exhausted to the inner peripheral side of the combustor tube 50 near the nozzle attachment through holes 51, 51a, for example, and this cooling medium ACl is , and is led to a second cooling passage 56b via detour passages 58, 58a. Therefore, in this aspect, the flow rate of the cooling medium ACl supplied to the combustor cylinder 50 can be suppressed.
  • the combustor cylinder in the second embodiment is In the combustor cylinder 50 in the first aspect, the cross-sectional area of the bypass passages 58, 58a is equal to the cross-sectional area of each of the plurality of first cooling passages 56a and the cross-sectional area of each of the plurality of second cooling passages 56b. bigger than.
  • the flow velocity of the cooling medium ACl flowing through the detour passages 58, 58a can be suppressed. Therefore, in this aspect, the pressure loss of the cooling medium ACl flowing through the annular detour passages 58, 58a can be suppressed.
  • the combustor cylinder in the third aspect is: In the combustor cylinder 50 in the second aspect, the detour passages 58, 58a are larger than the outlet 56o of each of the plurality of first cooling passages 56a and the inlet 56i of each of the plurality of second cooling passages 56b. , are arranged on the radially outer Dro.
  • the cooling medium Acl flowing near the outlet 56o in the first cooling passage 56a is formed around the nozzle attachment through holes 51, 51a of the combustor cylinder 50. Cooling is performed by the cooling medium ACl flowing through the detour passages 58, 58a and the cooling medium ACl flowing near the outlet 56o in the second cooling passage 56b. Further, in this aspect as well, as described above, the flow velocity of the cooling medium ACl flowing through the detour passages 58, 58a is suppressed.
  • the heat transfer coefficient between the cooling medium ACl flowing through the detour passages 58, 58a and the surroundings of the detour passages 58, 58a of the combustor cylinder 50 is as follows: The heat transfer coefficient is lower than the heat transfer coefficient between the cooling passage 56a and the vicinity of the second cooling passage 56b, and the heat transfer coefficient between the cooling medium ACl flowing through the second cooling passage 56b and the second cooling passage 56b of the combustor cylinder 50.
  • the heat transfer coefficient around the cooling passage 56b is higher than the heat transfer coefficient between the cooling medium ACl flowing through the detour passages 58, 58a and the vicinity of the detour passages 58, 58a of the combustor tube 50.
  • the respective outlets 56o of the plurality of first cooling passages 56a and the respective inlets 56i of the plurality of second cooling passages 56b are arranged radially inner Dri than the detour passages 58, 58a, and the combustor
  • the cooling performance of the inner peripheral surface 50i of the combustor cylinder 50 around the nozzle attachment through holes 51 and 51a of the cylinder 50 is improved.
  • the combustor cylinder in the fourth aspect is In the combustor cylinder 50 according to any one of the first to third aspects, the first cooling passage connects the outlet 56o of each of the plurality of first cooling passages 56a and the detour passages 58, 58a. It has a communication passage 59a and a second communication passage 59b that connects the inlet 56i of each of the plurality of second cooling passages 56b and the detour passages 58, 58a.
  • the first By providing the communication passage 59a, the plurality of first cooling passages 56a and the detour passages 58, 58a can be communicated with each other.
  • the plurality of second cooling passages 56b and the detour passages 58, 58a cannot be directly connected due to the relative positional relationship between the plurality of second cooling passages 56b and the detour passages 58, 58a, as in this embodiment,
  • the plurality of second cooling passages 56b and the detour passages 58, 58a can be communicated with each other.
  • the combustor cylinder in the fifth aspect is:
  • the cross-sectional area of the detour passages 58, 58a is larger than that of the plurality of first cooling passages 56a adjacent to each other. , from the position where the first cooling passage 56a closest to the center communicates with the detour passages 58, 58a to the position where the first cooling passages 56a at both ends communicate with the detour passages 58, 58a. It's getting bigger and bigger.
  • the cross-sectional area of the detour passages 58, 58a is determined at a position where, among the plurality of second cooling passages 56b adjacent to each other, the second cooling passages 56b at both ends communicate with the detour passages 58, 58a.
  • the second cooling passage 56b which is closest to the center, gradually becomes smaller toward the position where it communicates with the detour passages 58, 58a.
  • the flow velocity of the cooling medium ACl in the detour passages 58, 58a can be made uniform. Therefore, in this aspect, the pressure loss of the cooling medium ACl flowing through the detour passages 58, 58a can be suppressed. Furthermore, in this aspect, it is possible to equalize the heat transfer coefficient between the cooling medium ACl flowing through the detour passages 58, 58a and the surroundings of the detour passages 58, 58a of the combustor cylinder 50.
  • the combustor tube in the sixth aspect is:
  • the plurality of first cooling passages 56a extend in the axial direction Dc along the axis Ac, and They are arranged in the circumferential direction Dcc.
  • the outlet 56o is formed at the end of the proximal side Dcb between the distal end side Dct and the proximal side Dcb in the axial direction Dc.
  • the plurality of second cooling passages 56b extend in the axial direction Dc, are lined up in the circumferential direction Dcc, and are arranged closer to the base end side Dcb than the plurality of first cooling passages 56a.
  • the plurality of second cooling passages 56b have the inlet 56i formed at the end of the distal end side Dct.
  • the combustor cylinder in the seventh aspect is:
  • the cross-sectional area of the detour passages 58, 58a is from the center of the detour passages 58, 58a in the circumferential direction Dcc to both ends of the detour passages 58, 58a in the circumferential direction Dcc. It gradually gets bigger as I move towards the club.
  • the flow velocity of the cooling medium ACl in the detour passages 58, 58a can be made uniform. Therefore, in this aspect, the pressure loss of the cooling medium ACl flowing through the detour passages 58, 58a can be suppressed. Furthermore, in this aspect, it is possible to equalize the heat transfer coefficient between the cooling medium ACl flowing through the detour passages 58, 58a and the surroundings of the detour passages 58, 58a of the combustor cylinder 50.
  • the combustor tube in the eighth aspect is:
  • the height of the detour passages 58, 58a in the radial direction Dr with respect to the axis Ac is from the center of the detour passages 58, 58a in the circumferential direction Dcc to the height in the circumferential direction Dcc.
  • the height gradually increases toward both ends of the detour passages 58, 58a.
  • the combustor in the above embodiment can be understood as follows, for example.
  • the combustor in the ninth aspect is: The combustor tube 50 according to any one of the first to eighth aspects, and the combustor tube 50 includes a distal end Dct and a proximal end Dcb in the axial direction Dc along the axis Ac.
  • a primary fuel nozzle 47 capable of injecting primary fuel in a direction having a directional component toward the tip side Dct;
  • a secondary fuel nozzle 49 is provided that can inject secondary fuel in a direction having a directional component toward the radially inner side Dri.
  • the gas turbine in the above embodiment can be understood as follows, for example. (10)
  • the gas turbine in the tenth aspect is: The combustor according to the ninth aspect, the compressor 20 capable of compressing air and generating compressed air Acom used for combustion of the fuel F in the combustor cylinder 50, and the combustor 20 in the combustor cylinder 50.
  • a turbine 30 that can be driven by combustion gas G generated by combustion of fuel is provided.
  • the flow rate of the cooling medium can be suppressed while maintaining the durability of the combustor tube.

Abstract

内周側で燃料が燃焼可能な燃焼器用筒は、内周面と外周面との間に形成され、冷却媒体が流通可能な複数の冷却通路と、前記外周面から前記内周面にかけて貫通しているノズル取付貫通孔と、前記ノズル取付貫通孔の周りに前記ノズル取付貫通孔の縁に沿って環状に形成され、前記冷却媒体が流通可能な迂回通路と、を有する。前記複数の冷却通路のうち、複数の第一冷却通路は、それぞれの出口で、前記迂回通路と連通している。前記複数の冷却通路のうち、複数の第二冷却通路は、それぞれの入口で、前記迂回通路と連通している。

Description

燃焼器用筒、燃焼器、及びガスタービン
 本開示は、内周側で燃料が燃焼可能な燃焼器用筒、この燃焼器用筒を有する燃焼器、及びこの燃焼器を有するガスタービンに関する。
 本願は、2022年5月9日に、日本国に出願された特願2022-076978号に基づき優先権を主張し、この内容をここに援用する。
 ガスタービンは、空気を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮された空気で燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、燃焼器からの燃焼ガスで駆動するタービンと、を備えている。
 燃焼器は、燃料が燃焼する燃焼器用筒(燃焼筒又は尾筒)を有する。この燃焼器用筒の内周面は、高温の燃焼ガスに晒されるため、極めて高温になる。そこで、以下の特許文献1に記載の技術では、燃焼器用筒の内周面と外周面との間に、一定の方向の延びている複数の冷却通路を形成し、ここに冷却媒体を流すようにしている。
 また、以下の特許文献2に記載の燃焼器は、燃料が燃焼する燃焼器用筒と、この燃焼器用筒内に燃料を噴射する複数のノズルと、を有する。燃焼器用筒は、燃焼器軸線周りに筒状を成している。ここで、以下の説明の都合上、燃焼器軸線が延びる方向を軸線方向とし、この軸線方向における両側のうち、一方側を基端側、他方側を先端側とする。ノズルとしては、一次燃料ノズルと、二次燃料ノズルと、を有する。一次燃料ノズルは、燃焼器用筒の基端側に配置され、燃焼器用筒内に先端側に向かって一次燃料を噴射する。二次燃料ノズルは、一次燃料ノズルよりも先端側の位置で燃焼筒に取り付けられ、燃焼器用筒内に径方向内側に向かって二次燃料を噴射する。
特開2010-261318号公報 特開2013-238387号公報
 上記特許文献2に記載のように、燃焼器用筒に二次燃料ノズルを取り付ける場合、燃焼器用筒に形成されている複数の冷却通路が二次燃料ノズルと干渉してしまう。このため、この場合には、燃焼器用筒の二次燃料ノズル周りを一定温度以下にすることが困難で、燃焼器用筒の耐久性を損なう。そこで、例えば、燃焼器用筒に断面積の大きな冷却通路を多数形成し、各冷却通路に冷却媒体を供給すれば、二次燃料ノズル周りも一定温度以下の保つことが可能である。一方で、運用コスト面等の観点から、燃焼器用筒に供給する冷却媒体の流量をできる限り少なくすることも望まれている。
 そこで、本開示は、燃焼器用筒の耐久性を維持しつつ、冷却媒体の流量を抑えることができる技術を提供すること目的とする。
 上記目的を達成するための本開示に係る一態様としての燃焼器用筒は、
 軸線周りに筒状を成し、内周側で燃料が燃焼可能な燃焼空間を形成する燃焼器用筒において、前記燃焼空間の前記軸線に対する径方向外側の縁を画定する内周面と、前記内周面と背合わせの関係にある外周面と、前記内周面と前記外周面との間に形成され、冷却媒体が流通可能な複数の冷却通路と、前記外周面から前記内周面にかけて貫通しているノズル取付貫通孔と、前記ノズル取付貫通孔の周りに前記ノズル取付貫通孔の縁に沿って環状に形成され、前記冷却媒体が流通可能な迂回通路と、を有する。前記複数の冷却通路は、いずれも、前記冷却媒体が流入可能な入口と、前記冷却媒体が流出可能な出口と、を有する。前記複数の冷却通路のうち、互に隣り合っている複数の冷却通路が複数の第一冷却通路を成す。前記複数の冷却通路のうちの少なくとも一部が、互に隣り合っている複数の第一冷却通路と、互に隣り合っている複数の第二冷却通路と、を成す。前記複数の第一冷却通路は、それぞれの前記出口で、前記迂回通路と連通している。前記複数の第二冷却通路は、それぞれの前記入口で、前記迂回通路と連通している。
 本態様では、冷却媒体が第一冷却通路の入口から第一冷却通路内に流入する。冷却媒体は、この第一冷却通路を流れる過程で、燃焼器用筒の第一冷却通路周りを冷却する。この冷却媒体は、第一冷却通路の出口から流出する。第一冷却通路から流出した冷却媒体は、ノズル取付貫通孔の周りにノズル取付貫通孔の縁に沿って環状に形成されている迂回通路内に流入する。迂回通路内に流入した冷却媒体は、この迂回通路を流れる過程で、燃焼器用筒の迂回通路周りを冷却する。迂回通路内に流入した冷却媒体は、第二冷却通路の入口から第二冷却通路内に流入する。冷却媒体は、この第二冷却通路を流れる過程で、燃焼器用筒の第二冷却通路周りを冷却する。この冷却媒体は、第二冷却通路の出口から流出する。
 燃焼器用筒のノズル取付貫通孔周りは、第一冷却通路中の出口近傍を流れる冷却媒体、ノズル取付貫通孔周りに形成されている迂回通路を流れる冷却媒体、及び第二冷却通路中の入口近傍を流れる冷却媒体により冷却される。
 よって、本態様では、二次燃料ノズルが取り付けられるノズル取付貫通孔周りを冷却媒体で冷却することができる。しかも、本態様では、第一冷却通路を流れてきた冷却媒体を、例えば、ノズル取付貫通孔の傍で燃焼器用筒の内周側に排気せず、この冷却媒体を、迂回通路を介して第二冷却通路に導いている。よって、本態様では、燃焼器用筒に供給する冷却媒体の流量を抑えることができる。
 上記目的を達成するための本開示に係る一態様としての燃焼器は、
 前記一態様における燃焼器用筒と、前記燃焼器用筒内に、前記軸線に沿った軸線方向における先端側と基端側とのうち前記先端側への方向成分を有する方向に向かって一次燃料を噴射可能な一次燃料ノズルと、前記燃焼器用筒に取り付けられ、前記ノズル取付貫通孔から前記軸線に対する径方向内側への方向成分を有する方向に向かって二次燃料を噴射可能な二次燃料ノズルと、を備える。
 上記目的を達成するための本開示に係る一態様としてのガスタービンは、
 前記一態様における燃焼器と、空気を圧縮して、前記燃焼器用筒内での燃料の燃焼に用いられる圧縮空気を生成可能な圧縮機と、前記燃焼器用筒内での燃料の燃焼で生成された燃焼ガスにより駆動可能なタービンと、を備える。
 本開示の一態様では、燃焼器用筒に二次燃料ノズルを取り付けても、燃焼器用筒の耐久性を維持しつつ、冷却媒体の流量を抑えることができる。
本開示に係る一実施形態におけるガスタービンの構成を示す模式図である。 本開示に係る一実施形態におけるガスタービンの燃焼器周りの断面図である。 本開示に係る一実施形態における燃焼器用筒の要部平面図である。 図3におけるIV-IV線断面図である。 図3におけるV-V線断面図である。 図3におけるVI-VI線断面図である。 本開示に係る一実施形態の変形例における燃焼器用筒の要部平面図である。
 以下、本開示に係る燃焼器用筒を備える燃焼器、及び燃焼器を備えるガスタービン設備の実施形態、さらに燃焼器用筒の変形例ついて、図面を参照して詳細に説明する。
 「ガスタービン設備の実施形態」
 ガスタービン設備の実施形態について、図1を参照して説明する。
 図1に示すように、本実施形態におけるガスタービン設備は、ガスタービンと、強制冷却設備16と、を備える。
 ガスタービンは、外気Aを圧縮して圧縮空気Acomを生成可能な圧縮機20と、燃料Fを圧縮空気Acom中で燃焼させ燃焼ガスGを生成可能な複数の燃焼器40と、燃焼ガスGにより駆動可能なタービン30と、を備えている。
 圧縮機20は、ロータ軸線Arを中心として回転する圧縮機ロータ21と、圧縮機ロータ21を覆う圧縮機ケーシング25と、複数の静翼列26と、を有する。タービン30は、ロータ軸線Arを中心として回転するタービンロータ31と、タービンロータ31を覆うタービンケーシング35と、複数の静翼列36と、を有する。なお、以下では、ロータ軸線Arが延びる方向をロータ軸線方向Da、このロータ軸線方向Daの両側のうち一方側を軸線上流側Dau、他方側を軸線下流側Dadとする。
 圧縮機20は、タービン30に対して軸線上流側Dauに配置されている。圧縮機ロータ21とタービンロータ31とは、同一ロータ軸線Ar上に位置し、互いに接続されてガスタービンロータ11を成す。このガスタービンロータ11には、例えば、発電機GENのロータが接続されている。ガスタービンは、さらに、圧縮機ケーシング25とタービンケーシング35との間に配置されている中間ケーシング14を備えている。この中間ケーシング14内には、圧縮機20からの圧縮空気Acomが流入する。複数の燃焼器40は、ロータ軸線Arに対する周方向に並んで、中間ケーシング14に取り付けられている。圧縮機ケーシング25と中間ケーシング14とタービンケーシング35とは、互いに接続されてガスタービンケーシング15を成す。
 圧縮機ロータ21は、ロータ軸線Arを中心としてロータ軸線方向Daに延びるロータ軸22と、このロータ軸22に取り付けられている複数の動翼列23と、を有する。複数の動翼列23は、ロータ軸線方向Daに並んでいる。各動翼列23は、いずれも、ロータ軸線Arに対する周方向に並んでいる複数の動翼で構成されている。複数の動翼列23の各軸線下流側Dadには、複数の静翼列26のうちいずれか一の静翼列26が配置されている。各静翼列26は、圧縮機ケーシング25の内側に設けられている。各静翼列26は、いずれも、ロータ軸線Arに対する周方向に並んでいる複数の静翼で構成されている。
 タービンロータ31は、ロータ軸線Arを中心としてロータ軸線方向Daに延びるロータ軸32と、このロータ軸32に取り付けられている複数の動翼列33と、を有する。複数の動翼列33は、ロータ軸線方向Daに並んでいる。各動翼列33は、いずれも、ロータ軸線Arに対する周方向に並んでいる複数の動翼で構成されている。複数の動翼列33の各軸線上流側Dauには、複数の静翼列36のうちいずれか一の静翼列36が配置されている。各静翼列36は、タービンケーシング35の内側に設けられている。各静翼列36は、いずれも、ロータ軸線Arに対する周方向に並んでいる複数の静翼で構成されている。タービンケーシング35の内周側とロータ軸32の外周側との間の環状の空間中で、複数の静翼列36及び複数の動翼列33が配置されている領域は、燃焼器からの燃焼ガスGが流れる燃焼ガス流路39を形成する。
 燃焼器40には、燃料ライン45が接続されている。燃焼器40は、燃料ライン45からの燃料Fを、圧縮機20からの圧縮空気Acom中で燃焼させて燃焼ガスGを生成可能である。
 強制冷却設備16は、ガスタービンを構成する部品のうちで、高温の燃焼ガスGに晒される燃焼器の高温部品に強制冷却空気Aclを送る設備である。この強制冷却設備16は、冷却空気ライン17と、冷却器18と、ブースト圧縮機19と、を有する。冷却空気ライン17は、中間ケーシング14内の圧縮空気Acomをこの中間ケーシング14内から抽気して、この圧縮空気Acomを高温部品に導くことが可能なラインである。冷却空気ライン17は、抽気ライン17eと、冷却空気メインライン17mと、複数の冷却空気分岐ライン17bと、を有する。抽気ライン17eは、中間ケーシング14に接続され、中間ケーシング14内の圧縮空気Acomをブースト圧縮機19に導く。冷却器18は、抽気ライン17eに設けられ、この抽気ライン17eを流れる圧縮空気Acomを冷却できる。ブースト圧縮機19は、冷却器18で冷却された圧縮空気Acomを昇圧して、この圧縮空気Acomを強制冷却空気Aclとして高温部品に送る。冷却空気メインライン17mは、ブースト圧縮機19の吐出口に接続されている。この冷却空気メインライン17mには、ブースト圧縮機19で昇圧された空気である強制冷却空気Aclが流れる。冷却空気分岐ライン17bは、冷却空気メインライン17mから複数の高温部品毎に分岐したラインである。複数の冷却空気分岐ライン17bのそれぞれは、いずれか一の高温部品に強制冷却空気Aclを導く。
 「燃焼器用筒、及びこの燃焼器用筒を有する燃焼器の実施形態」
 燃焼器用筒、及びこの燃焼器用筒を有する燃焼器の実施形態について、図2~図6を参照して説明する。
 図2に示すように、本実施形態における燃焼器40は、フランジ41と、内筒43と、燃焼器用筒50(燃焼筒又は尾筒)と、複数の一次燃料配管46と、複数の一次燃料ノズル47と、二次燃料配管48と、分岐二次燃料配管48bと、複数の二次燃料ノズル49と、燃料マニホールド48mと、音響減衰器60と、冷却空気ジャケット65と、を備える。
 フランジ41は、燃焼器軸線Acから放射方向に広がっている。内筒43及び燃焼器用筒50は、いずれも、中間ケーシング14内に配置されている。また、内筒43及び燃焼器用筒50は、いずれも、燃焼器軸線Ac周りに筒状を成している。ここで、以下の説明の都合上、燃焼器軸線(以下、単に軸線とする)Acが延びる方向を軸線方向Dcとする。この軸線方向Dcの両側のうち、一方側を先端側Dct、他方側を基端側Dcbとする。なお、先端側Dctは、ロータ軸線方向Daにおいて軸線下流側Dadであり、基端側Dcbはロータ軸線方向Daにおいて軸線上流側Dauである。また、軸線Acは、先端側Dctに向かうに連れてロータ軸線Arに近づくよう、ロータ軸線Arに対して傾いている。軸線Acに対する周方向を単に周方向Dccとする。また、軸線Acに対する径方向を単に径方向Drとする。この径方向Drで軸線Acに近づく側を径方向内側Dri、この径方向内側Driとは反対側を径方向外側Droとする。
 中間ケーシング14には、この中間ケーシング14外から中間ケーシング14内に貫通する燃焼器取付孔14hが形成されている。フランジ41は、この燃焼器取付孔14hを塞ぐように、中間ケーシング14にボルト42で取り付けられている。内筒43は、フランジ41に取り付けられている。この内筒43の内周側に複数の一次燃料ノズル47が配置されている。燃焼器用筒50は、内筒43の先端側Dctの部分に、シール部材等を介して接続されている。燃焼器用筒50は、中間ケーシング14の内面に固定された筒サポート44等により支持されている。
 複数の一次燃料ノズル47は、いずれも、軸線方向Dcに延びている。複数の一次燃料ノズル47は、いずれも、先端側Dctへの方向成分を有する方向に向かって一次燃料を噴射可能である。複数の一次燃料ノズル47は、いずれも、フランジ41に固定されている。複数の一次燃料ノズル47のうち、一のノズルがパイロットノズル47pであり、他の複数のノズルがメインノズル47mである。パイロットノズル47pは、軸線Ac上に配置されている。複数のメインノズル47mは、パイロットノズル47pの周りで、周方向Dccに並んでいる。
 複数の一次燃料配管46は、いずれも、燃料ライン45から分岐した配管で、フランジ41に固定されている。複数の一次燃料配管46のうち、一の一次燃料配管46がパイロット燃料配管46pであり、他の複数の一次燃料配管46がメイン燃料配管46mである。パイロット燃料配管46pは、パイロットノズル47pに接続されている。複数のメイン燃料配管46mは、それぞれ、複数のメインノズル47mのうちのいずれか一のメインノズル47mに接続されている。
 複数の二次燃料ノズル49は、複数の一次燃料ノズル47よりも先端側Dctの位置で、周方向Dccに並んで燃焼器用筒50に取り付けられている。複数の二次燃料ノズル49は、いずれも、燃焼器用筒50内に径方向内側Driに向かって二次燃料を噴射可能である。
 燃料マニホールド48mは、燃焼器用筒50の外周側であって、一次燃料ノズル47よりも先端側Dctであって二次燃料ノズル49よりも基端側Dcbに配置されている。燃料マニホールド48mは、軸線Acに対して環状に形成されている。燃料マニホールド48mは、軸線Acに対して環状を成し、二次燃料を一時的に溜めておくことができる燃料空間を形成する。前述の二次燃料配管48は、この燃料マニホールド48mに接続されている。この二次燃料配管48も、燃料ライン45から分岐した配管で、フランジ41に固定されている。燃料マニホールド48mと複数の二次燃料ノズル49とは、複数の分岐二次燃料配管48bで接続されている。よって、燃料マニホールド48mは、燃料空間内の二次燃料を複数の二次燃料ノズル49に供給可能に、複数の分岐二次燃料配管48bを介して、複数の二次燃料ノズル49と連通している。
 燃焼器用筒50は、図2及び図4に示すように、燃料が燃焼可能な燃焼空間50sの径方向外側Droの縁を画定する内周面50iと、内周面50iと背合わせの関係にある外周面50oと、外周面50oから内周面50iにかけて貫通しているノズル取付貫通孔51と、を有する。この燃焼器用筒50は、軸線Ac周りに筒状の筒本体52と、出口フランジ55と、を有して構成されている。筒本体52の内周側は、前述の燃焼空間50sを形成する。出口フランジ55は、筒本体52の先端側Dctの端に設けられている。この出口フランジ55は、筒本体52の先端側Dctの端から径方向外側Droに向かって延びている。
 音響減衰器60は、燃焼器用筒50の筒本体52を形成する板の一部と共同して筒本体52の外周側に音響空間60sを形成する音響カバー61を有する。この音響カバー61は、筒本体52の基端側Dcbの部分に、軸線Acに対して環状に設けられている。燃焼器用筒50の筒本体52を形成する板の一部には、筒本体52の外周側から内周側に向かって貫通する音響孔63が形成されている。
 冷却空気ジャケット65は、燃焼器用筒50の筒本体52を形成する板の一部及び出口フランジ55と共同して筒本体52の外周側に冷却空気空間65sを形成するカバーである。この冷却空気ジャケット65は、筒本体52の外周側に軸線Acに対して環状に設けられている。この冷却空気ジャケット65には、図1を用いて前述した冷却空気分岐ライン17bが接続されている。よって、この冷却空気ジャケット65内の冷却空気空間65sには、強制冷却設備16からの強制冷却空気Aclが流入する。
 燃焼器用筒50のノズル取付貫通孔51は、図3~図6に示すように、軸線Acに対して径方向Drに延びるノズル軸線Anを中心として円柱状に形成されている。このノズル取付貫通孔51は、軸線方向Dcで、音響減衰器60と冷却空気ジャケット65の間に形成されている。なお、図3は、燃焼器用筒50を径方向外側Droから見たときの燃焼器用筒50の要部平面図である。図4は、図3におけるIV-IV線断面図である。図5は、図3におけるV-V線断面図である。図6は、図3におけるVI-VI線断面図である。
 燃焼器用筒50は、前述した筒本体52及び出口フランジ55の他に、ノズル取付座57を有する。このノズル取付座57は、例えば、ノズル軸線Anを中心とした円筒状の部材で、筒本体52の外周側に取り付けられている。なお、円筒状の部材であるノズル取付座57の両端面のうち、一方の端面が二次燃料ノズル49が取り付けられるノズル取付面57pである。このノズル取付面57pは、燃焼器用筒50の外周面50oの一部を形成する。また、円筒状の部材であるノズル取付座57の貫通孔57hは、ノズル取付貫通孔51の一部を形成する。燃焼器用筒50の筒本体52には、その外周側から内周側にかけて貫通した円柱状の貫通孔52hが形成されている。この貫通孔52hは、ノズル取付貫通孔51の一部を形成する。すなわち、本実施形態におけるノズル取付貫通孔51は、ノズル取付座57の貫通孔57hと筒本体52の貫通孔52hとで構成されている。このノズル取付貫通孔51内には、二次燃料ノズル49の円柱状の先端部が挿入される。このノズル取付座57には、ノズル軸線Anを中心として環状の迂回通路58が形成されている。
 筒本体52は、図5に示すように、外側板53と内側板54とを有する。外側板53で相反する方向を向いている一対の面のうち、一方の面が外周面50oを成し、他方の面が接合面53cを成す。また、内側板54で相反する方向を向いている一対の面のうち、一方の面が接合面54cを成し、他方の面が内周面50iを成す。外側板53の接合面53cには、外周面50o側に凹み、一定の方向に長い複数の長溝53gが形成されている。
外側板53と内側板54とは、互いの接合面53c,54c相互がろう付け等で接合されている。外側板53と内側板54との接合により、外側板53に形成されている長溝53gの開口が内側板54により塞がり、この長溝53g内が冷却通路56になる。
 図3及び図4に示すように、複数の冷却通路56は、いずれも、軸線方向Dcに延びている。複数の冷却通路56は、いずれも、冷却媒体Aclである強制冷却空気Aclが流入可能な入口56iと、この強制冷却空気Aclが流出可能な出口56oと、を有する。
複数の冷却通路56のうち、ノズル軸線Anよりも先端側Dctに配置され、自身の延在方向の先に迂回通路58が存在して、周方向Dccで互いに隣り合っている複数の冷却通路56が複数の第一冷却通路56aを成す。また、複数の冷却通路56のうち、ノズル軸線Anよりも基端側Dcbに配置され、自身の延在方向の先に迂回通路58が存在して、周方向Dccで互いに隣り合っている複数の冷却通路56が複数の第二冷却通路56bを成す。
 第一冷却通路56aの先端側Dctの端に、この第一冷却通路56aの入口56iが形成されている。この入口56iは、冷却空気空間65sに臨んでいる。よって、この第一冷却通路56aには、冷却空気空間65s内の強制冷却空気Aclが流入可能である。第一冷却通路56aの基端側Dcbの端は、軸線方向Dcで、迂回通路58が存在する領域に位置している。この第一冷却通路56aの基端側Dcbの端に、この第一冷却通路56aの出口56oが形成されている。第一冷却通路56aの出口56oと迂回通路58とは、第一連絡通路59aで接続されている。この第一連絡通路59aは、第一冷却通路56aの出口56oから径方向外側Droに向かって延びている。よって、第一冷却通路56a内に流入した強制冷却空気Aclは、この第一連絡通路59aを介して、迂回通路58内に流入可能である。
 第二冷却通路56bの先端側Dctの端は、軸線方向Dcで、迂回通路58が存在する領域に位置している。この第二冷却通路56bの先端側Dctの端に、この第二冷却通路56bの入口56iが形成されている。第二冷却通路56bの入口56iと迂回通路58とは、第二連絡通路59bで接続されている。この第二連絡通路59bは、第二冷却通路56bの入口56iから径方向外側Droに向かって延びている。よって、迂回通路58内に流入した強制冷却空気Aclは、この第二連絡通路59bを介して、第二冷却通路56b内に流入可能である。複数の第二冷却通路56bのうち、一部の第二冷却通路56bの基端側Dcbの端は、軸線方向Dcで、音響カバー61が存在する領域に位置している。一部の第二冷却通路56bの基端側Dcbの端には、この一部の第二冷却通路56bの出口56oが形成されている。この出口56oは、第二冷却通路56b内から径方向外側Droに向かって開口し、音響カバー61内の音響空間60sに臨んでいる。よって、この一部の第二冷却通路56b内に流入した強制冷却空気Aclは、音響空間60sに流入可能である。音響空間60sに流入した強制冷却空気Aclは、音響孔63から燃焼器用筒50の内周側の燃焼空間50sに流入可能である。複数の第二冷却通路56bのうち、他の一部の第二冷却通路56bの基端側Dcbの端は、軸線方向Dcで、音響カバー61が存在する領域に位置していない。他の一部の第二冷却通路56bの基端側Dcbの端には、この他の一部の第二冷却通路56bの出口56oが形成されている。この出口56oは、第二冷却通路56b内から径方向内側Driに向かって開口し、燃焼空間50sに臨んでいる。よって、この他の一部の第二冷却通路56b内に流入した強制冷却空気Aclは、燃焼空間50sに流入可能である。よって、全ての第二冷却通路56b内に流入した強制冷却空気Aclは、燃焼空間50sに流入可能である。
 前述したように、ノズル取付座57は、筒本体52の外周側に取り付けられている関係で、このノズル取付座57に形成されている迂回通路58は、複数の第一冷却通路56aの出口56o及び複数の第二冷却通路56bの入口56iより、径方向外側Droに配置されている。この迂回通路58の断面積は、複数の第一冷却通路56aのそれぞれの断面積及び複数の第二冷却通路56bのそれぞれの断面積より大きい。このため、本実施形態では、迂回通路58を流れる強制冷却空気Aclの流速を抑えることができる。よって、本実施形態では、環状の迂回通路58を流れる強制冷却空気Aclの圧力損失を抑えることができる。
 迂回通路58の断面積は、図3に示すように、周方向Dccのおける迂回通路58の中央部、つまり迂回通路58中でノズル軸線Anと周方向Dccにおける位置が同じ位置P1から、周方向Dccにおける迂回通路58の両端の位置P2に向かうに連れて、次第に大きくなっている。言い換えると、迂回通路58の断面積は、互に隣り合っている複数の第一冷却通路56aのうち、最も中央部に近い第一冷却通路56aが迂回通路58に連通している位置から、両端の第一冷却通路56aが迂回通路58に連通している位置に向かうに連れて、次第に大きくなっている。さらに、迂回通路58の断面積は、互に隣り合っている複数の第二冷却通路56bのうち、両端の第二冷却通路56bが迂回通路58に連通している位置から、最も中央部に近い第二冷却通路56bが迂回通路58に連通している位置に向かうに連れて、次第に小さくなっている。
 具体的に、図3に示すように、迂回通路58の幅は、迂回通路58中でノズル軸線Anと周方向Dccにおける位置が同じ位置P1から周方向Dccにおける迂回通路58の両端の位置P2に向かうに連れて、広くなっている。このため、迂回通路58中でノズル軸線Anと周方向Dccにおける位置が同じ位置P1の幅W1が、迂回通路58の最小幅になり、周方向Dccにおける迂回通路58の両端の位置P2の幅W2が、迂回通路58の最大幅になる。
 また、迂回通路58の径方向Drの高さは、図6に示すように、迂回通路58中でノズル軸線Anと周方向Dccにおける位置が同じ位置P1から周方向Dccにおける迂回通路58の両端の位置P2に向かうに連れて、高くなっている。このため、迂回通路58中でノズル軸線Anと周方向Dccにおける位置が同じ位置P1の高さH1が、迂回通路58の最小高さになり、周方向Dccにおける迂回通路58の両端の位置P2の高さH2が、迂回通路58の最大高さになる。
 以上、本実施形態では、強制冷却空気Aclが第一冷却通路56aの入口56iから第一冷却通路56a内に流入する。強制冷却空気Aclは、この第一冷却通路56aを流れる過程で、燃焼器用筒50の第一冷却通路56a周りを冷却する。この強制冷却空気Aclは、第一冷却通路56aの出口56oから流出する。第一冷却通路56aから流出した強制冷却空気Aclは、ノズル取付貫通孔51の周りにノズル取付貫通孔51の縁に沿って環状に形成されている迂回通路58内に流入する。迂回通路58内に流入した強制冷却空気Aclは、この迂回通路58を流れる過程で、燃焼器用筒50の迂回通路58周りを冷却する。迂回通路58内に流入した強制冷却空気Aclは、第二冷却通路56bの入口56iから第二冷却通路56b内に流入する。強制冷却空気Aclは、この第二冷却通路56bを流れる過程で、燃焼器用筒50の第二冷却通路56b周りを冷却する。この強制冷却空気Aclは、第二冷却通路56bの出口56oから流出する。
 燃焼器用筒50のノズル取付貫通孔51周りは、第一冷却通路56a中の出口56o近傍を流れる強制冷却空気Acl、ノズル取付貫通孔51周りに形成されている迂回通路58を流れる強制冷却空気Acl、及び第二冷却通路56b中の入口56i近傍を流れる強制冷却空気Aclにより冷却される。
 よって、本実施形態では、二次燃料ノズル49が取り付けられるノズル取付貫通孔51周りを強制冷却空気Aclで冷却することができる。しかも、本実施形態では、第一冷却通路56aを流れてきた強制冷却空気Aclを、例えば、ノズル取付貫通孔51の傍で燃焼器用筒50の内周側に排気せず、この強制冷却空気Aclを、迂回通路58を介して第二冷却通路56bに導いている。よって、本実施形態では、燃焼器用筒50に供給する強制冷却空気Aclの流量を抑えることができる。
 前述したように、迂回通路58を流れる冷却媒体Aclの流速が抑えられるため、迂回通路58を流れる強制冷却空気Aclと燃焼器用筒50の迂回通路58周りとの熱伝達率は、第一冷却通路56aを流れる強制冷却空気Aclと燃焼器用筒50の第一冷却通路56a周りとの熱伝達率、及び第二冷却通路56bを流れる強制冷却空気Aclと燃焼器用筒50の第二冷却通路56b周りとの熱伝達率よりも低くなる。言い換えると、第一冷却通路56aを流れる強制冷却空気Aclと燃焼器用筒50の第一冷却通路56a周りとの熱伝達率、及び第二冷却通路56bを流れる強制冷却空気Aclと燃焼器用筒50の第二冷却通路56b周りとの熱伝達率は、迂回通路58を流れる強制冷却空気Aclと燃焼器用筒50の迂回通路58周りとの熱伝達率より高くなる。
 そこで、本実施形態では、迂回通路58よりも、複数の第一冷却通路56aのそれぞれの出口56o及び複数の第二冷却通路56bのそれぞれの入口56iを径方向内側Driに配置し、燃焼器用筒50のノズル取付貫通孔51周りであって、燃焼器用筒50の内周面50iの冷却性能を高めている。
 前述したように、迂回通路58の断面積は、周方向Dccのおける迂回通路58の中央部から周方向Dccにおける迂回通路58の両端部に向かうに連れて、次第に大きくなっている。このため、本実施形態では、複数の第一冷却通路56aから迂回通路58内に強制冷却空気Aclが流入し、この迂回通路58から複数の第二冷却通路56b内に強制冷却空気Aclが流出しても、迂回通路58内の強制冷却空気Aclの流速の均一化を図ることができる。よって、本実施形態では、迂回通路58を流れる強制冷却空気Aclの圧力損失を抑えることができる。さらに、本実施形態では、迂回通路58を流れる強制冷却空気Aclと燃焼器用筒50の迂回通路58周りとの熱伝達率の均一化を図ることができる。
 「燃焼器用筒の変形例」
 以上の実施形態における燃焼器用筒50のノズル取付貫通孔51は、ここに挿入される二次燃料ノズル49の形状に併せて、径方向Drに延びるノズル軸線Anを中心として円柱状に形成されている。しかしながら、このノズル取付貫通孔51に挿入される二次燃料ノズル49の部分の形状が四角柱状である場合には、図7に示すように、ノズル取付貫通孔51aを、軸線Acに対して径方向Drに延びように四角柱状に形成されてよい。この場合、迂回通路58aは、径方向Drから見て、ノズル取付貫通孔51aの周りにノズル取付貫通孔51aの縁に沿って環状であるものの、四角形状に形成される。よって、迂回通路58aが、ノズル取付貫通孔51aの縁に沿ってノズル取付貫通孔51aの周りに360°存在すれば、この迂回通路58aは環状のということになる。また、この変形例から理解できるように、ノズル取付貫通孔の形状は、円柱状である必要はなく、例えば、楕円柱上、多角形柱状であってもよい。
 以上の実施形態では、強制冷却空気Aclを冷却媒体Aclとして用いている。しかしながら、中間ケーシング14内の圧縮空気Acomをそのまま冷却媒体Aclとして用いてもよい。この場合、冷却空気ジャケット65は不要になる。
 以上の実施形態では、一部の第二冷却通路56bの出口56oが第二冷却通路56b内から径方向外側Droに向かって開口し、音響カバー61内の音響空間60sに臨み、他の一部の第二冷却通路56bの出口56oが第二冷却通路56b内から径方向内側Driに向かって開口し、燃焼空間50sに臨んでいる。しかしながら、全ての第二冷却通路56bの出口56oが第二冷却通路56b内から径方向外側Droに向かって開口し、音響カバー61内の音響空間60sに臨んでいてもよい。また、全ての第二冷却通路56bの出口56oが第二冷却通路56b内から径方向内側Driに向かって開口し、燃焼空間50sに臨んでいてもよい。
 以上の実施形態では、複数の第一冷却通路56aと迂回通路58とを複数の第一連絡通路59aで接続し、複数の第二冷却通路56bと迂回通路58とを複数の第二連絡通路59bで接続している。しかしながら、複数の第一冷却通路56aと迂回通路58との相対位置関係で、複数の第一冷却通路56aと迂回通路58とを直接接続できる場合には、複数の第一連絡通路59aを省略してもよい。また、複数の第二冷却通路56bと迂回通路58との相対位置関係で、複数の第二冷却通路56bと迂回通路58とを直接接続できる場合には、複数の第二連絡通路59bを省略してもよい。
 以上の実施形態では、迂回通路58の断面積を迂回通路58中の位置に応じて変えるために、迂回通路58中の位置に応じて迂回通路58の幅及び迂回通路58の高さを変えている。しかしながら、迂回通路58の断面積を迂回通路58中の位置に応じて変えるために、迂回通路58の幅と迂回通路58の高さとのうち、いずれか一方のみを変えてもよい。
 また、本開示は、以上で説明した一実施形態及び変形例に限定されるものではない。特許請求の範囲に規定された内容及びその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲において、種々の追加、変更、置き換え、部分的削除等が可能である。
「付記」
 以上の実施形態における燃焼器用筒は、例えば、以下のように把握される。
(1)第一態様における燃焼器用筒は、
 軸線Ac周りに筒状を成し、内周側で燃料が燃焼可能な燃焼空間50sを形成する燃焼器用筒50において、前記燃焼空間50sの前記軸線Acに対する径方向外側Droの縁を画定する内周面50iと、前記内周面50iと背合わせの関係にある外周面50oと、前記内周面50iと前記外周面50oとの間に形成され、冷却媒体Aclが流通可能な複数の冷却通路56と、前記外周面50oから前記内周面50iにかけて貫通しているノズル取付貫通孔51,51aと、前記ノズル取付貫通孔51,51aの周りに前記ノズル取付貫通孔51,51aの縁に沿って環状に形成され、前記冷却媒体Aclが流通可能な迂回通路58,58aと、を有する。前記複数の冷却通路56は、いずれも、前記冷却媒体Aclが流入可能な入口56iと、前記冷却媒体Aclが流出可能な出口56oと、を有する。前記複数の冷却通路56のうちの少なくとも一部が、互に隣り合っている複数の第一冷却通路56aと、互に隣り合っている複数の第二冷却通路56bと、を成す。前記複数の第一冷却通路56aは、それぞれの前記出口56oで、前記迂回通路58,58aと連通している。前記複数の第二冷却通路56bは、それぞれの前記入口56iで、前記迂回通路58,58aと連通している。
 本態様では、冷却媒体Aclが第一冷却通路56aの入口56iから第一冷却通路56a内に流入する。冷却媒体Aclは、この第一冷却通路56aを流れる過程で、燃焼器用筒50の第一冷却通路56a周りを冷却する。この冷却媒体Aclは、第一冷却通路56aの出口56oから流出する。第一冷却通路56aから流出した冷却媒体Aclは、ノズル取付貫通孔51,51aの周りにノズル取付貫通孔51,51aの縁に沿って環状に形成されている迂回通路58,58a内に流入する。迂回通路58,58a内に流入した冷却媒体Aclは、この迂回通路58,58aを流れる過程で、燃焼器用筒50の迂回通路58,58a周りを冷却する。迂回通路58,58a内に流入した冷却媒体Aclは、第二冷却通路56bの入口56iから第二冷却通路56b内に流入する。冷却媒体Aclは、この第二冷却通路56bを流れる過程で、燃焼器用筒50の第二冷却通路56b周りを冷却する。この冷却媒体Aclは、第二冷却通路56bの出口56oから流出する。
 燃焼器用筒50のノズル取付貫通孔51,51a周りは、第一冷却通路56a中の出口56o近傍を流れる冷却媒体Acl、ノズル取付貫通孔51,51a周りに形成されている迂回通路58,58aを流れる冷却媒体Acl、及び第二冷却通路56b中の入口56i近傍を流れる冷却媒体Aclにより冷却される。
 よって、本態様では、二次燃料ノズル49が取り付けられるノズル取付貫通孔51,51a周りを冷却媒体Aclで冷却することができる。しかも、本態様では、第一冷却通路56aを流れてきた冷却媒体Aclを、例えば、ノズル取付貫通孔51,51aの傍で燃焼器用筒50の内周側に排気せず、この冷却媒体Aclを、迂回通路58,58aを介して第二冷却通路56bに導いている。よって、本態様では、燃焼器用筒50に供給する冷却媒体Aclの流量を抑えることができる。
(2)第二態様における燃焼器用筒は、
 前記第一態様における燃焼器用筒50において、前記迂回通路58,58aの断面積は、前記複数の第一冷却通路56aのそれぞれの断面積、及び前記複数の第二冷却通路56bのそれぞれの断面積よりも、大きい。
 本態様では、迂回通路58,58aを流れる冷却媒体Aclの流速を抑えることができる。このため、本態様では、環状の迂回通路58,58aを流れる冷却媒体Aclの圧力損失を抑えることができる。
(3)第三態様における燃焼器用筒は、
 前記第二態様における燃焼器用筒50において、前記迂回通路58,58aは、前記複数の第一冷却通路56aのそれぞれの前記出口56o及び前記複数の第二冷却通路56bのそれぞれの前記入口56iよりも、前記径方向外側Droに配置されている。
 本態様でも、前述したように、燃焼器用筒50のノズル取付貫通孔51,51a周りは、第一冷却通路56a中の出口56o近傍を流れる冷却媒体Acl、ノズル取付貫通孔51,51a周りに形成されている迂回通路58,58aを流れる冷却媒体Acl、及び第二冷却通路56b中の出口56o近傍を流れる冷却媒体Aclにより冷却される。また、本態様でも、前述したように、迂回通路58,58aを流れる冷却媒体Aclの流速が抑えられる。このため、迂回通路58,58aを流れる冷却媒体Aclと燃焼器用筒50の迂回通路58,58a周りとの熱伝達率は、第一冷却通路56aを流れる冷却媒体Aclと燃焼器用筒50の第一冷却通路56a周りとの熱伝達率、及び第二冷却通路56bを流れる冷却媒体Aclと燃焼器用筒50の第二冷却通路56b周りとの熱伝達率よりも低くなる。言い換えると、第一冷却通路56aを流れる冷却媒体Aclと燃焼器用筒50の第一冷却通路56a周りとの熱伝達率、及び第二冷却通路56bを流れる冷却媒体Aclと燃焼器用筒50の第二冷却通路56b周りとの熱伝達率は、迂回通路58,58aを流れる冷却媒体Aclと燃焼器用筒50の迂回通路58,58a周りとの熱伝達率より高くなる。
 そこで、本態様では、迂回通路58,58aよりも、複数の第一冷却通路56aのそれぞれの出口56o及び複数の第二冷却通路56bのそれぞれの入口56iを径方向内側Driに配置し、燃焼器用筒50のノズル取付貫通孔51,51a周りであって、燃焼器用筒50の内周面50iの冷却性能を高めている。
(4)第四態様における燃焼器用筒は、
 前記第一態様から前記第三態様のうちのいずれか一態様における燃焼器用筒50において、前記複数の第一冷却通路56aのそれぞれの前記出口56oと前記迂回通路58,58aとを接続する第一連絡通路59aと、前記複数の第二冷却通路56bのそれぞれの前記入口56iと前記迂回通路58,58aとを接続する第二連絡通路59bと、を有する。
 複数の第一冷却通路56aと迂回通路58,58aとの相対位置関係で、複数の第一冷却通路56aと迂回通路58,58aとを直接接続できない場合には、本態様のように、第一連絡通路59aを設けることで、複数の第一冷却通路56aと迂回通路58,58aとを連通させることができる。また、複数の第二冷却通路56bと迂回通路58,58aとの相対位置関係で、複数の第二冷却通路56bと迂回通路58,58aとを直接接続できない場合には、本態様のように、第二連絡通路59bを設けることで、複数の第二冷却通路56bと迂回通路58,58aとを連通させることができる。
(5)第五態様における燃焼器用筒は、
 前記第一態様から前記第四態様のうちのいずれか一態様における燃焼器用筒50において、前記迂回通路58,58aの断面積は、互に隣り合っている前記複数の第一冷却通路56aのうち、最も中央部に近い第一冷却通路56aが前記迂回通路58,58aに連通している位置から、両端の第一冷却通路56aが前記迂回通路58,58aに連通している位置に向かうに連れて、次第に大きくなっている。さらに、前記迂回通路58,58aの断面積は、互に隣り合っている前記複数の第二冷却通路56bのうち、両端の第二冷却通路56bが前記迂回通路58,58aに連通している位置から、最も中央部に近い第二冷却通路56bが前記迂回通路58,58aに連通している位置に向かうに連れて、次第に小さくなっている。
 本態様では、複数の第一冷却通路56aから迂回通路58,58a内に冷却媒体Aclが流入し、この迂回通路58,58aから複数の第二冷却通路56b内に冷却媒体Aclが流出しても、迂回通路58,58a内の冷却媒体Aclの流速の均一化を図ることができる。このため、本態様では、迂回通路58,58aを流れる冷却媒体Aclの圧力損失を抑えることができる。さらに、本態様では、迂回通路58,58aを流れる冷却媒体Aclと燃焼器用筒50の迂回通路58,58a周りとの熱伝達率の均一化を図ることができる。
(6)第六態様における燃焼器用筒は、
 前記第一態様から前記第四態様のうちのいずれか一態様における燃焼器用筒50において、前記複数の第一冷却通路56aは、前記軸線Acに沿った軸線方向Dcに延び、且つ前記軸線Acに対する周方向Dccに並んでいる。前記複数の第一冷却通路56aは、前記軸線方向Dcにおける先端側Dctと基端側Dcbとのうち、前記基端側Dcbの端に前記出口56oが形成されている。前記複数の第二冷却通路56bは、前記軸線方向Dcに延び、且つ前記周方向Dccに並び、前記複数の第一冷却通路56aよりも前記基端側Dcbに配置されている。前記複数の第二冷却通路56bは、前記先端側Dctの端に前記入口56iが形成されている。
(7)第七態様における燃焼器用筒は、
 前記第六態様における燃焼器用筒50において、前記迂回通路58,58aの断面積は、前記周方向Dccにおける前記迂回通路58,58aの中央部から前記周方向Dccにおける前記迂回通路58,58aの両端部に向かうに連れて、次第に大きくなっている。
 本態様では、複数の第一冷却通路56aから迂回通路58,58a内に冷却媒体Aclが流入し、この迂回通路58,58aから複数の第二冷却通路56b内に冷却媒体Aclが流出しても、迂回通路58,58a内の冷却媒体Aclの流速の均一化を図ることができる。このため、本態様では、迂回通路58,58aを流れる冷却媒体Aclの圧力損失を抑えることができる。さらに、本態様では、迂回通路58,58aを流れる冷却媒体Aclと燃焼器用筒50の迂回通路58,58a周りとの熱伝達率の均一化を図ることができる。
(8)第八態様における燃焼器用筒は、
 前記第七態様における燃焼器用筒50において、前記迂回通路58,58aの前記軸線Acに対する径方向Drの高さは、前記周方向Dccにおける前記迂回通路58,58aの中央部から前記周方向Dccにおける前記迂回通路58,58aの両端部に向かうに連れて、次第に高くなっている。
 以上の実施形態における燃焼器は、例えば、以下のように把握される。
(9)第九態様における燃焼器は、
 前記第一態様から前記第八態様のうちのいずれか一態様における燃焼器用筒50と、前記燃焼器用筒50内に、前記軸線Acに沿った軸線方向Dcにおける先端側Dctと基端側Dcbとのうち前記先端側Dctへの方向成分を有する方向に向かって一次燃料を噴射可能な一次燃料ノズル47と、前記燃焼器用筒50に取り付けられ、前記ノズル取付貫通孔51,51aから前記軸線Acに対する径方向内側Driへの方向成分を有する方向に向かって二次燃料を噴射可能な二次燃料ノズル49と、を備える。
 以上の実施形態におけるガスタービンは、例えば、以下のように把握される。
(10)第十態様におけるガスタービンは、
 前記第九態様における燃焼器と、空気を圧縮して、前記燃焼器用筒50内での燃料Fの燃焼に用いられる圧縮空気Acomを生成可能な圧縮機20と、前記燃焼器用筒50内での燃料の燃焼で生成された燃焼ガスGにより駆動可能なタービン30と、を備える。
 本開示の一態様では、燃焼器用筒に二次燃料ノズルを取り付けても、燃焼器用筒の耐久性を維持しつつ、冷却媒体の流量を抑えることができる。
10:ガスタービン
11:ガスタービンロータ
14:中間ケーシング
14h:燃焼器取付孔
15:ガスタービンケーシング
16:強制冷却設備
17:冷却空気ライン
17e:抽気ライン
17m:冷却空気メインライン
17b:冷却空気分岐ライン
18:冷却器
19:ブースト圧縮機
20:圧縮機
21:圧縮機ロータ
22:ロータ軸
23:動翼列
25:圧縮機ケーシング
26:静翼列
30:タービン
31:タービンロータ
32:ロータ軸
33:動翼列
35:タービンケーシング
36:静翼列
39:燃焼ガス流路
40:燃焼器
41:フランジ
42:ボルト
43:内筒
44:筒サポート
45:燃料ライン
46:一次燃料配管
46p:パイロット燃料配管
46m:メイン燃料配管
47:一次燃料ノズル
47p:パイロットノズル
47m:メインノズル
48:二次燃料配管
48b:分岐二次燃料配管
48m:燃料マニホールド
49:二次燃料ノズル
50:燃焼器用筒(燃焼筒又は尾筒)
50i:内周面
50o:外周面
50s:燃焼空間
51,51a:ノズル取付貫通孔
52:筒本体
52h:貫通孔
53:外側板
53c:接合面
53g:長溝
54:内側板
54c:接合面
55:出口フランジ
56:冷却通路
56a:第一冷却通路
56b:第二冷却通路
56i:入口
56o:出口
57:ノズル取付座
57h:貫通孔
57p:ノズル取付面
58,58a:迂回通路
59a:第一連絡通路
59b:第二連絡通路
60:音響減衰器
60s:音響空間
61:音響カバー
63:音響孔
65:冷却空気ジャケット
65s:冷却空気空間
A:外気
Acom:圧縮空気
Acl:強制冷却空気(冷却媒体)
F:燃料
G:燃焼ガス
Ar:ロータ軸線
Ac:燃焼器軸線(又は単に軸線)
An:ノズル軸線
Da:ロータ軸線方向
Dau:軸線上流側
Dad:軸線下流側
Dc:軸線方向
Dcb:基端側
Dct:先端側
Dcc:周方向
Dr:径方向
Dri:径方向内側
Dro:径方向外側

Claims (10)

  1.  軸線周りに筒状を成し、内周側で燃料が燃焼可能な燃焼空間を形成する燃焼器用筒において、
     前記燃焼空間の前記軸線に対する径方向外側の縁を画定する内周面と、
     前記内周面と背合わせの関係にある外周面と、
     前記内周面と前記外周面との間に形成され、冷却媒体が流通可能な複数の冷却通路と、
     前記外周面から前記内周面にかけて貫通しているノズル取付貫通孔と、
     前記ノズル取付貫通孔の周りに前記ノズル取付貫通孔の縁に沿って環状に形成され、前記冷却媒体が流通可能な迂回通路と、
     を有し、
     前記複数の冷却通路は、いずれも、前記冷却媒体が流入可能な入口と、前記冷却媒体が流出可能な出口と、を有し、
     前記複数の冷却通路のうちの少なくとも一部が、互に隣り合っている複数の第一冷却通路と、互に隣り合っている複数の第二冷却通路と、を成し、
     前記複数の第一冷却通路は、それぞれの前記出口で、前記迂回通路と連通し、
     前記複数の第二冷却通路は、それぞれの前記入口で、前記迂回通路と連通している、
     燃焼器用筒。
  2.  請求項1に記載の燃焼器用筒において、
     前記迂回通路の断面積は、前記複数の第一冷却通路のそれぞれの断面積、及び前記複数の第二冷却通路のそれぞれの断面積よりも、大きい、
     燃焼器用筒。
  3.  請求項2に記載の燃焼器用筒において、
     前記迂回通路は、前記複数の第一冷却通路のそれぞれの前記出口及び前記複数の第二冷却通路のそれぞれの前記入口よりも、前記径方向外側に配置されている、
     燃焼器用筒。
  4.  請求項1から3のいずれか一項に記載の燃焼器用筒において、
     前記複数の第一冷却通路のそれぞれの前記出口と前記迂回通路とを接続する第一連絡通路と、
     前記複数の第二冷却通路のそれぞれの前記入口と前記迂回通路とを接続する第二連絡通路と、
     を有する、
     燃焼器用筒。
  5.  請求項1から3のいずれか一項に記載の燃焼器用筒において、
     前記迂回通路の断面積は、互に隣り合っている前記複数の第一冷却通路のうち、最も中央部に近い第一冷却通路が前記迂回通路に連通している位置から、両端の第一冷却通路が前記迂回通路に連通している位置に向かうに連れて、次第に大きくなっており、
     さらに、前記迂回通路の断面積は、互に隣り合っている前記複数の第二冷却通路のうち、両端の第二冷却通路が前記迂回通路に連通している位置から、最も中央部に近い第二冷却通路が前記迂回通路に連通している位置に向かうに連れて、次第に小さくなっている、
     燃焼器用筒。
  6.  請求項1から3のいずれか一項に記載の燃焼器用筒において、
     前記複数の第一冷却通路は、前記軸線に沿った軸線方向に延び、且つ前記軸線に対する周方向に並び、
     前記複数の第一冷却通路は、前記軸線方向における先端側と基端側とのうち、前記基端側の端に前記出口が形成され、
     前記複数の第二冷却通路は、前記軸線方向に延び、且つ前記周方向に並び、前記複数の第一冷却通路よりも前記基端側に配置され、
     前記複数の第二冷却通路は、前記先端側の端に前記入口が形成されている、
     燃焼器用筒。
  7.  請求項6に記載の燃焼器用筒において、
     前記迂回通路の断面積は、前記周方向における前記迂回通路の中央部から前記周方向における前記迂回通路の両端部に向かうに連れて、次第に大きくなっている、
     燃焼器用筒。
  8.  請求項7に記載の燃焼器用筒において、
     前記迂回通路の前記軸線に対する径方向の高さは、前記周方向における前記迂回通路の中央部から前記周方向における前記迂回通路の両端部に向かうに連れて、次第に高くなっている、
     燃焼器用筒。
  9.  請求項1から3のいずれか一項に記載の燃焼器用筒と、
     前記燃焼器用筒内に、前記軸線に沿った軸線方向における先端側と基端側とのうち前記先端側への方向成分を有する方向に向かって一次燃料を噴射可能な一次燃料ノズルと、
     前記燃焼器用筒に取り付けられ、前記ノズル取付貫通孔から前記軸線に対する径方向内側への方向成分を有する方向に向かって二次燃料を噴射可能な二次燃料ノズルと、
     を備える燃焼器。
  10.  請求項9に記載の燃焼器と、
     空気を圧縮して、前記燃焼器用筒内での燃料の燃焼に用いられる圧縮空気を生成可能な圧縮機と、
     前記燃焼器用筒内での燃料の燃焼で生成された燃焼ガスにより駆動可能なタービンと、
     を備えるガスタービン。
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