JP2004197748A - タービンにおける密閉冷却形燃焼器 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼室を境界づける内側壁と外側壁とを備え、その内側壁と外側壁との間に冷却流体が貫流する隙間が空けられ、この隙間に開口する冷却流体導入路および隙間から冷却流体を排出する冷却流体排出路が設けられているタービンにおける密閉冷却形燃焼器において、これを、小さな半径方向広がり寸法を有するように改良する。
【解決手段】冷却流体排出路が、燃焼器の軸方向に沿って延びるダクト状排出路構造８を有し、この排出路構造が、その排出路構造間に配置された冷却流体導入路の入口構造４によって中断されている。
【選択図】図１

Description

本発明はタービンにおける密閉冷却形燃焼器に関する。

このような燃焼器の燃焼室は、内側壁と外側壁を有する二重壁により包囲され、その内側壁と外側壁との間に、冷却流体、通常は冷却空気が貫流する隙間が空けられている。燃焼器の冷却のため、隙間に開口する冷却流体導入路を経て、該隙間に、冷却流体、通常冷却空気が導入される。該冷却流体は、燃焼器から除去すべき熱の吸収後、冷却流体排出路を通り、隙間から出る。公知の密閉冷却形燃焼器の場合、外側壁は通常二重殻構造の中空タイルとして形成され、該タイルを、燃焼器の外側壁と内側壁との間の隙間に開口する冷却流体導入管が貫通する。中空タイル内に形成され、冷却流体導入管により遮られた空洞は、暖まった冷却流体の排出に使われる。その際冷却流体は、通常中空タイルの内部を通り燃焼器の軸方向に排出される。この構造では、中空タイルを貫通して延びる断面円形の管が、その中空タイルと交差する壁で、流出する冷却流体の流れ経路を遮り、流出する冷却流体に対する流れ抵抗を高める問題がある。この理由から一般に、そのような中空タイルの場合、バーナの半径方向における広がり寸法、即ち中空タイルを貫通する管の方向における広がり寸法が大きくなる。この寸法の増大に伴い、必然的にハウジングの半径方向広がり寸法が生じ、このために、一方では、ハウジングを製造する際における材料消費量が増大し、他方では、全体として燃焼器に対し大きな所要空間が必要となる。

本発明の課題は、この従来の問題から出発し、冒頭に述べた形式のタービンにおける密閉冷却形燃焼器を、小さな半径方向広がり寸法において冷却流体が小さな抵抗で確実に流出できるように改良することにある。

この課題は、本発明に基づき、燃焼室を境界づける内側壁と外側壁とを備え、その内側壁と外側壁との間に冷却流体が貫流する隙間が空けられ、この隙間に開口する冷却流体導入路および隙間から冷却流体を排出する冷却流体排出路が設けられるタービンの密閉冷却形燃焼器において、冷却流体排出路が、燃焼器の軸方向に沿って延びるダクト状排出路構造を有し、該構造が、その排出路構造間に配置された冷却流体導入路の入口構造で中断されることで解決される。

冷却流体排出路が燃焼器の軸方向に延びるダクト状排出路構造を有し、かつ該構造に流れ障害物が存在しないなら、冷却流体はその排出路構造内を大きな流れ抵抗なしに流れて排出される。本発明による構造では、規則的に配置した多数の個々の管が貫通する従来公知の中空タイルと異なり、被排出冷却流体はダクト状排出路構造を経て排出され、燃焼器の半径方向広がり寸法が同じ大きさであるなら、小さな流れ抵抗で排出される。この結果最終的に燃焼器の半径方向広がり寸法を減少できる。

本発明による燃焼器の第１実施態様では、外側壁は二重殻中空タイルとして形成され、中空タイル内部の排出路構造は、燃焼器の軸方向に直列に並べられ中空タイルを貫通する多数の冷却流体導入用案内管の壁間に形成され、それら案内管は少なくとも中空タイルの外側殻において燃焼器の軸方向に細長い開口断面形状を持つ。そのタイルを貫通する案内管は、二重殻構造の中空タイルとして形成された公知の外側壁と異なり、全体を通して円形断面を有さず、中空タイルの少なくとも外側殻において、燃焼器の軸方向に細長い開口断面形状をなし、燃焼器の軸方向に連続して並べられることに伴い、互いに隣接する案内管列における案内管の壁間に、燃焼器の軸方向に延びる冷却流体の排出通路を形成する。冷却流体は排出通路を通り、公知の構成に比べてかなり小さな流れ抵抗で流れる。

この実施態様の発展形態に基づき、燃焼器の軸方向に配置された案内管列における案内管は、中空タイルの少なくとも外側殻において、その案内管の幅狭側面間の間隔が、案内管列間における間隔より小さな間隔を有する。この実施態様では、流出する冷却流体は案内管列間に形成された通路に一層良好に排出される。

更に、第１実施態様の発展形態では、案内管は中空タイルの外側殻において細長い形状の開口断面を有し、中空タイルの内側殻において円形開口断面を有する。このような形成によって、一方では、冷却流体に対するダクト状排出路構造の利点が得られ、他方では、隙間に開口する案内管の開口部を、冷却流体の導入に関し有利な円形形状に維持できる。その場合、案内管はその軸方向広がり方向に沿って、中空タイルの外側殻にある開口の細長い「スリット形状」から、大きな流れ抵抗を回避した状態で、中空タイルの内側殻にある円形開口に移行するように形成される。

本発明の第１実施態様の他の発展形態では、中空タイルの外側殻は、着脱可能、特にボルトで結合された密封板を有し、該板は、そこを通して内側殻の着脱可能な取付け部、特にボルト結合部に接近できる開口を閉鎖する。この構成で、例えば保守点検に必要な、燃焼室を包囲する内側壁への接近性が、単純な形で得られる。この内側壁にも中空タイルの出入り開口の個所に閉鎖可能な開口が存在すれば、燃焼器の内部に接近可能である。また密封板の着脱性は、高い構造費を必要とせずに、二重殻構造の中空タイルに開口を設けられるという利点を生ずる。この構成は部品点数が少ない特長を有し、かつそれら部品は、開口を包囲する中空タイルの残部のように精確に作れる。

本発明の第２実施態様では、排出路構造を、外側壁に形成され燃焼器の軸方向に延びる排出通路で形成し、その排出通路間に各々入口構造を配置する。この実施態様では、燃焼器の外側壁として二重殻構造の中空タイルに代えて、通常の単殻構造の壁を用い、壁の外側面上に、燃焼器の軸方向に延びる個々の排出通路を取り付ける。原理的に、単殻構造の外側壁は、一般に鋳造部品であるので、中空タイルに比べ非常に簡単に製造できる。

この第２実施態様の発展形態では、外側壁に形成された円形排出開口は、排出通路に開口する。外・内側壁間の隙間から出る冷却流体の排出のため、多数の円形排出開口が、外側壁に分布して配置される。それら排出開口の円形形状は流れ技術的に有利である。多数の円形排出開口は排出通路に開口し、排出される冷却流体は、その排出通路に集められ、流れを整えて排出される。

第２実施態様の他の発展形態では、外側壁の外側面に形成され燃焼器の軸方向に延びる各対のリブ上に被せた覆いにより、排出通路を外側壁に形成する。排出通路のこの２分割構造形式により、外側壁の製造は一層単純になる。外側壁は単純な単殻構造の鋳造品として作れる。ただ鋳造時にリブを形成する必要があるが、排出通路の形の空洞を形成する必要はない。該通路は、後で覆いを被せることで、初めて生ずる。

本発明の他の発展形態では、リブの基部は、線形通路上の円形開口上に被さる構造を持つ。この形状により、比較的狭い排出通路幅で、外側殻の広い幅にわたり外側殻に分布した円形開口から冷却流体を非常に効果的に排出できる。この結果、冷却流体導入用開口を形成するに十分な空間を排出通路間に維持するために、比較的狭い通路幅しか必要ない。

本発明の更に有利な発展形態では、外側壁を単殻鋳造部品として形成し、覆いをリブ上に溶接する。

本発明の他の利点と特徴を、図を参照した本発明の実施例の説明により明らかにする。

以下に説明する実施例において、同一部分には同一符号を付している。

図１は、本発明に基づく燃焼器の外側壁１の第１実施例を一部断面斜視図で示す。外側壁１は二重殻構造の中空タイルとして形成している。この中空タイルは外側殻２と、燃焼室側に向いた内側殻３とを備える。案内管４が外側殻２と内側殻３を互いに接続し、この案内管４は、冷却流体の導入に用いられる。案内管４は外側殻２に細長い楕円形開口５、内側殻３に円形開口６を有する。案内管４は燃焼器の軸方向に直列に並べて設けられ、その際、細長い楕円形開口５の幅狭側面がほぼ互いに突き当たり、隣接する案内管列の楕円形開口５間の間隔が、案内管列内における開口５間の間隔より大きくされている。かくして、中空タイルとして形成された外側壁１の外側殻２と内側殻３の間に空洞９が生じ、その中で案内管４列間に、ダクト状排出路構造８が生じている。該構造８は、燃焼器の軸方向に延び、冷却流体を排出するべく用いられる。被排出冷却流体は、二重壁構造の燃焼器における外側壁１と内側壁（図示せず）との間の隙間（図示せず）から、開口７を経て空洞９の中に流入する。そして、冷却流体はダクト状排出路構造８に到達し、中空タイルとして形成された外側壁１の内部を、バーナの軸方向に排出される。

案内管４の壁は、楕円形開口５から円形開口６迄延びている。新冷却流体が、案内管４を経て外側壁１と内側壁（図示せず）間の隙間に導入される。図示した案内管４の形状と配置で、中空タイル内に、ダクト状排出路構造８が生じている。冷却流体は該構造８を経て、流れを整えて小さな流れ抵抗で排出できる。このため、公知の構造の中空タイルに比べ、外側壁の半径方向の広がり寸法、即ち案内管４の軸方向の広がり寸法を減少できる。

図２ａ、２ｂは、図１に示す外側壁の考え得る発展形態である。例えば点検修理用の開口、即ち所謂マンホールを形成するため、中空タイルとして形成した外側壁１の外側殻２に、環状切欠き開口１０を設けている。該開口１０を経て、ボルト１４に接近できる。該ボルト１４で、着脱可能な（中空タイル）セグメント１５が、中空タイルとして形成された外側壁１の残部に固定されている。切欠き開口１０は、運転中、ボルト結合された密封板１１で閉じられている。このため密封板１１は、ボルト１２が通る孔１３を有し、外側殻２にボルト結合されている。着脱可能なセグメント１５は外側壁１の残部と同一形状に形成されている。この結果、着脱可能なセグメント１５を、中空タイルとして形成した外側壁１の残部と同様に、単純に製造できる。着脱可能なセグメント１５を取り外すため、密封板１１は外側殻２から簡単に釈放され、取り外される。そして、切欠き開口１０を経てボルト１４に接近し、これを緩めた後、着脱可能なセグメント１５を取り外せる。

図３と４は、本発明の第２実施例を示す。ここで外側壁１は中空タイルとして形成しておらず、燃焼器の軸方向に延びる一対の、多数のリブ２１を備えた単殻構造壁２０から成る。排出通路を形成すべく、各対のリブ２１上に覆い２２を被せ、リブ２１に溶接している。かくして生じた排出通路は排出開口２３に開口し、排出される冷却流体は、該開口２３を経て流出する。覆い２２が載せられた各対のリブ２２間の範囲に、冷却流体の排出開口７がある。排出通路を形成すべく覆い２２で覆われていないリブ２１間の範囲は、冷却流体を導入する円形開口６を備える。冷却流体の導入が平面的にできるだけ一様に分布して生じ、しかも排出通路が十分な大きさを持つようにすべく、リブ２１はその基部が円形開口６に沿わせるために波状に形成されている。かくして、排出通路間に流入する冷却流体は、幅広い平面範囲でシャワー状に、内・外側壁間の隙間（図示せず）に入り込む。

ここに図示した実施例でも、外側壁の燃焼器の半径方向における寸法を小さくでき、更に、外側壁がリブ付きの単殻構造の鋳造品として作られ、そのリブ上に覆いが溶接されるので、外側壁が単純に製造できるという利点を有する。

図示の実施例は単に説明に利用したに過ぎず、本発明はこれに限定されない。

密閉冷却形燃焼器の中空タイルとして形成した外側壁の一部破断斜視図。 中空タイルセグメントを一体に組み込んだ外側壁の図１に相当した図。 着脱可能な中空タイルセグメントとそれに隣接する外側壁の概略断面図。 密閉冷却形燃焼器の外側壁の第２実施例における一部破断斜視図。 図３における実施例の拡大詳細図。

符号の説明

１ 外側壁、２、３ 殻、４ 案内管、５〜７、１０、２３ 開口、８ ダクト状排出路構造、９ 空洞、１１ 密封板、１２、１４ ボルト、１３ 孔、１５ 着脱可能な中空タイルセグメント、２０ 単殻構造壁、２１ リブ、２２ 覆い、２４ リブの基部

Claims (10)

1. 燃焼室を境界づける内側壁と外側壁（１）とを備え、その内側壁と外側壁（１）との間に冷却流体が貫流する隙間が空けられ、この隙間に開口する冷却流体導入路および隙間から冷却流体を排出する冷却流体排出路が設けられているタービンにおける密閉冷却形燃焼器において、冷却流体排出路が、燃焼器の軸方向に沿って延びるダクト状排出路構造（８、２１、２２）を有し、この排出路構造が、該構造間に配置された冷却流体導入路の入口構造（４、６）により中断されたことを特徴とする燃焼器。
2. 外側壁（１）が二重殻中空タイルとして形成され、排出路構造（８）が、中空タイルの内部において、燃焼器の軸方向に直列に並べられ中空タイルを貫通する多数の冷却流体導入用案内管（４）の壁間に形成され、該案内管が少なくとも中空タイルの外側殻（２）において燃焼器の軸方向に細長い開口断面形状（５）を有することを特徴とする請求項１記載の燃焼器。
3. 燃焼器の軸方向に配置された案内管列における案内管（４）が、中空タイルの少なくとも外側殻（２）において、案内管（４）の幅狭側面間の間隔が、案内管列間における間隔より小さいことを特徴とする請求項２記載の燃焼器。
4. 案内管（４）が、中空タイルの外側殻（２）において細長い形状をした開口断面（５）を有し、かつ中空タイルの内側殻（３）において円形開口断面（６）を有することを特徴とする請求項２又は３記載の燃焼器。
5. 中空タイルの外側殻（２）が、着脱可能、特にボルト結合された密封板（１１）を有し、該密封板が、そこを通して内側殻の着脱可能な取付け部、特にボルト結合部に接近できる開口（１０）を閉鎖することを特徴とする請求項２から４の１つに記載の燃焼器。
6. 排出路構造が、外側壁（１）に形成され燃焼器の軸方向に延びる排出通路（２１、２２）によって形成され、該通路間に各々入口構造（６）が配置されたことを特徴とする請求項１記載の燃焼器。
7. 外側壁（１）に形成された円形排出開口（７）が、排出通路（２１、２２）に開口することを特徴とする請求項６記載の燃焼器。
8. 外側壁（１）の外側面に形成され、燃焼器の軸方向に延びる各対のリブ（２１）上に被せられた覆い（２２）によって、排出通路（２１、２２）が外側壁（１）に形成されたことを特徴とする請求項６又は７記載の燃焼器。
9. リブ（２１）の基部が、線形通路上における円形開口（６）の上に被さる構造を有することを特徴とする請求項８記載の燃焼器。
10. 外側壁（１）が単殻鋳造部品として形成され、覆い（２２）がリブ（２１）上に溶接されたことを特徴とする請求項８又は９記載の燃焼器。

Images