JP3110338B2 - 燃焼器の蒸気による冷却構造 - Google Patents
燃焼器の蒸気による冷却構造Info
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
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- F02C7/16—Cooling of plants characterised by cooling medium
- F02C7/18—Cooling of plants characterised by cooling medium the medium being gaseous, e.g. air
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
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- F05D2260/232—Heat transfer, e.g. cooling characterized by the cooling medium
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は蒸気によって冷却す
る構造を有するガスタービン燃焼器に関する。
る構造を有するガスタービン燃焼器に関する。
【0002】
【従来の技術】ガスタービンの熱効率向上のためには、
ガスタービン入口温度を上昇させるのが有効であり、そ
れに伴い燃焼器からのNOx排出の増加抑制やタービン
の耐熱性能の向上,冷却性能の向上が望まれている。
ガスタービン入口温度を上昇させるのが有効であり、そ
れに伴い燃焼器からのNOx排出の増加抑制やタービン
の耐熱性能の向上,冷却性能の向上が望まれている。
【0003】通常燃焼器は、1500〜2000℃の高
温のガスに晒され、特に燃焼室の火炎の近くと出口部は
高温に晒されるので、この部位は適切に冷却され、壁面
温度が許容値以内でありまた応力も低いことが必要であ
る。
温のガスに晒され、特に燃焼室の火炎の近くと出口部は
高温に晒されるので、この部位は適切に冷却され、壁面
温度が許容値以内でありまた応力も低いことが必要であ
る。
【0004】従来の高温タービンで実際に使用されてい
る燃焼器壁面冷却技術は、図4に示すような積層式や図
5に示すようなスロット式冷却構造が採用されている。
る燃焼器壁面冷却技術は、図4に示すような積層式や図
5に示すようなスロット式冷却構造が採用されている。
【0005】即ち図4に示すように燃焼器壁面を二層の
板状体21,22で構成し、壁面の外側に当る板状体2
1に設けた冷却空気導入孔23から冷却空気を取り込
み、層間に設けた溝24を通して同冷却空気を流し、壁
面を冷却して内側の板状体22に設けた冷却空気出口孔
25から燃焼器内部へ流し込むようにしている。
板状体21,22で構成し、壁面の外側に当る板状体2
1に設けた冷却空気導入孔23から冷却空気を取り込
み、層間に設けた溝24を通して同冷却空気を流し、壁
面を冷却して内側の板状体22に設けた冷却空気出口孔
25から燃焼器内部へ流し込むようにしている。
【0006】また、図5に示すように、燃焼器の外壁3
1に設けた冷却空気導入孔32から燃焼器の外側を経て
冷却空気を取り込み、同導入孔32を通過直後に燃焼器
の内壁部33に当ててこの部位でインピンジメント冷却
を行い、次いで、この導入した冷却空気を内壁部34に
沿って流しながらフィルム冷却を行うようにしている。
1に設けた冷却空気導入孔32から燃焼器の外側を経て
冷却空気を取り込み、同導入孔32を通過直後に燃焼器
の内壁部33に当ててこの部位でインピンジメント冷却
を行い、次いで、この導入した冷却空気を内壁部34に
沿って流しながらフィルム冷却を行うようにしている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】前記したように、従来
のガスタービン燃焼器の冷却構造は、積層式やスロット
式構造により空気冷却を行うものが主流であるが、状況
に応じて種々変動する運転条件に追随して、あらゆる場
合において燃焼を安定して行いかつNOx,CO等が規
制値を満足させるためには、より高度な冷却技術の追求
は、常に要求されて止まないものである。
のガスタービン燃焼器の冷却構造は、積層式やスロット
式構造により空気冷却を行うものが主流であるが、状況
に応じて種々変動する運転条件に追随して、あらゆる場
合において燃焼を安定して行いかつNOx,CO等が規
制値を満足させるためには、より高度な冷却技術の追求
は、常に要求されて止まないものである。
【0008】本発明はこのようなニーズに応えてなされ
たもので、燃焼器をより効果的に冷却させるようにした
ものを提供することを課題とするものである。
たもので、燃焼器をより効果的に冷却させるようにした
ものを提供することを課題とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は前記した課題を
解決するべくなされたもので、蒸気冷却式ガスタービン
の燃焼器において、燃焼室の入口側と出口側に冷却蒸気
の供給口をそれぞれ設け、同燃焼室中央部に冷却蒸気の
排出口を設けた燃焼器の蒸気による冷却構造を提供し、
火炎に近い燃焼室の入口側と、全体的にガス温度が上昇
することによって燃焼ガスの流速が増加する出口側とか
ら冷却蒸気を導入して効果的な熱交換を行わせ、次いで
蒸気のパス流路が短かくなる燃焼器の中央の排出口から
冷却蒸気を排出させて蒸気の温度上昇を抑制するように
したものである。
解決するべくなされたもので、蒸気冷却式ガスタービン
の燃焼器において、燃焼室の入口側と出口側に冷却蒸気
の供給口をそれぞれ設け、同燃焼室中央部に冷却蒸気の
排出口を設けた燃焼器の蒸気による冷却構造を提供し、
火炎に近い燃焼室の入口側と、全体的にガス温度が上昇
することによって燃焼ガスの流速が増加する出口側とか
ら冷却蒸気を導入して効果的な熱交換を行わせ、次いで
蒸気のパス流路が短かくなる燃焼器の中央の排出口から
冷却蒸気を排出させて蒸気の温度上昇を抑制するように
したものである。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態を図1に基
づいて説明する。
づいて説明する。
【0011】1は燃焼ノズル,2は尾筒,3は同燃焼ノ
ズルと尾筒2との間に設けられた燃焼室である。
ズルと尾筒2との間に設けられた燃焼室である。
【0012】燃焼室3の上流側である入口側Aと、下流
側である出口側Bには、それぞれ周方向に複数個の冷却
蒸気供給口4a,4bが設けられている。
側である出口側Bには、それぞれ周方向に複数個の冷却
蒸気供給口4a,4bが設けられている。
【0013】この冷却蒸気供給口4a,4bは、図示省
略しているが燃焼室3の壁面の通路を経て同燃焼室3の
中央部Cの周方向に複数個設けられた冷却蒸気排出口へ
と連通している。
略しているが燃焼室3の壁面の通路を経て同燃焼室3の
中央部Cの周方向に複数個設けられた冷却蒸気排出口へ
と連通している。
【0014】いま、燃焼室3の入口側Aから出口側Bに
亘ってその軸方向の位置を横軸にとり、各位置における
ガス温度等を縦軸にプロットすると、図2に示すような
変化となる。
亘ってその軸方向の位置を横軸にとり、各位置における
ガス温度等を縦軸にプロットすると、図2に示すような
変化となる。
【0015】即ち、燃焼ガスから蒸気冷却壁面に入る熱
量を示す入熱分布は、燃焼室入口側でピーク値を形成し
た後燃焼室中央部Cに向かって下降し、同中央部Cを過
ぎて燃焼室出口側Bに向かって再び上昇する様相を呈し
ている。
量を示す入熱分布は、燃焼室入口側でピーク値を形成し
た後燃焼室中央部Cに向かって下降し、同中央部Cを過
ぎて燃焼室出口側Bに向かって再び上昇する様相を呈し
ている。
【0016】また、燃焼ガスから蒸気冷却壁面に伝達す
る熱量の割合を示す熱伝達率も、燃焼室3の入口側Aが
高く、この入口側Aから燃焼室中央部Cに向かって下降
し、同中央部Cを過ぎてから燃焼室出口側Bに向かって
徐々に上昇して行く様相を呈している。
る熱量の割合を示す熱伝達率も、燃焼室3の入口側Aが
高く、この入口側Aから燃焼室中央部Cに向かって下降
し、同中央部Cを過ぎてから燃焼室出口側Bに向かって
徐々に上昇して行く様相を呈している。
【0017】更にまた、同燃焼室3内のガス温度分布
は、燃焼室3の入口側Aで急上昇し、次いで中央部C、
出口側Bへと向かってゆるやかに上昇している。
は、燃焼室3の入口側Aで急上昇し、次いで中央部C、
出口側Bへと向かってゆるやかに上昇している。
【0018】従って燃焼室3についてみれば、その入口
側Aと出口側Bとに高温域が形成され、中央部Cにおい
て温度が低くなっているので、この高温域に当たる入口
側Aと出口側Bとに冷却蒸気供給口4a,4bを設け、
冷却媒体である冷却蒸気の冷却能力が十分な段階で冷却
を行なえば効果的な冷却が期待されるものである。
側Aと出口側Bとに高温域が形成され、中央部Cにおい
て温度が低くなっているので、この高温域に当たる入口
側Aと出口側Bとに冷却蒸気供給口4a,4bを設け、
冷却媒体である冷却蒸気の冷却能力が十分な段階で冷却
を行なえば効果的な冷却が期待されるものである。
【0019】特に燃焼室3の入口側Aにおいては、燃焼
ガス温度及び燃焼ガス側熱伝達率よりも燃焼ガスからの
入熱量が大きく、また、出口側Bでもこれに次いで入熱
量が大きいので、この位置を狙って冷却蒸気供給口4
a,4bを設けることは有効なことである。
ガス温度及び燃焼ガス側熱伝達率よりも燃焼ガスからの
入熱量が大きく、また、出口側Bでもこれに次いで入熱
量が大きいので、この位置を狙って冷却蒸気供給口4
a,4bを設けることは有効なことである。
【0020】この様な観点から発明者らにおいて、本実
施の形態の様に冷却蒸気供給口及び排出口を設けたモデ
ルを用いて数度に亘って高圧燃焼試験を重ねた結果、図
3に示すようなメタル温度分布を確認することができ
た。
施の形態の様に冷却蒸気供給口及び排出口を設けたモデ
ルを用いて数度に亘って高圧燃焼試験を重ねた結果、図
3に示すようなメタル温度分布を確認することができ
た。
【0021】即ち、温度が低く冷却能力が十分な蒸気を
入口側A及び出口側Bから供給することにより、この冷
却蒸気の低い温度で入口側Aと出口側Bの温度は下が
り、一方、冷却蒸気は中央部C方向へ流れるに従ってそ
の温度が上昇していくために、この冷却蒸気で冷却され
るメタルも、入口側Aと出口側Bでは温度が低く中央部
Cでは高くなっていることが顕著に示されている。
入口側A及び出口側Bから供給することにより、この冷
却蒸気の低い温度で入口側Aと出口側Bの温度は下が
り、一方、冷却蒸気は中央部C方向へ流れるに従ってそ
の温度が上昇していくために、この冷却蒸気で冷却され
るメタルも、入口側Aと出口側Bでは温度が低く中央部
Cでは高くなっていることが顕著に示されている。
【0022】前記した様な知見に従い本実施の形態で
は、燃焼室3において燃焼ノズル1からの火炎の近くの
入口側Aと、燃焼ガスの流速が増加する出口側Bのよう
に、特に高温に晒される部位に冷却蒸気の供給口4a,
4bを設け、同供給口4a,4bから供給した冷却蒸気
を、燃焼室3の壁面を通して中央部Cの排出口5から回
収するものである。
は、燃焼室3において燃焼ノズル1からの火炎の近くの
入口側Aと、燃焼ガスの流速が増加する出口側Bのよう
に、特に高温に晒される部位に冷却蒸気の供給口4a,
4bを設け、同供給口4a,4bから供給した冷却蒸気
を、燃焼室3の壁面を通して中央部Cの排出口5から回
収するものである。
【0023】従って本実施の形態では、温度の高い部分
から冷却を開始するので、冷却蒸気との熱交換が効果的
に良好に行われ、そしてこの冷却蒸気はパス流路を短か
くして中央部Cの排出口5から蒸気温度の必要以上の上
昇を抑えて回収されるものである。
から冷却を開始するので、冷却蒸気との熱交換が効果的
に良好に行われ、そしてこの冷却蒸気はパス流路を短か
くして中央部Cの排出口5から蒸気温度の必要以上の上
昇を抑えて回収されるものである。
【0024】以上、本発明を図示の実施の形態について
説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されず、
本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えて
よいことはいうまでもない。
説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されず、
本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えて
よいことはいうまでもない。
【0025】
【発明の効果】以上本発明によれば燃焼器の冷却効果が
良好となり熱応力が低減するとともに、燃焼器のメタル
温度も低減する。そしてガスタービンの今後の高温化に
も対応が可能となる等、その効果は非常に大きいものを
得ることができたものである。
良好となり熱応力が低減するとともに、燃焼器のメタル
温度も低減する。そしてガスタービンの今後の高温化に
も対応が可能となる等、その効果は非常に大きいものを
得ることができたものである。
【図1】本発明の実施の一形態に係る燃焼器の冷却概要
の説明図。
の説明図。
【図2】燃焼室の入口側から出口側に亘って、燃焼室内
の入熱分布、ガス温度分布、熱伝達率分布を示す説明
図。
の入熱分布、ガス温度分布、熱伝達率分布を示す説明
図。
【図3】燃焼室の入口側から出口側に亘って、燃焼室の
メタル温度分布を示す説明図。
メタル温度分布を示す説明図。
【図4】従来の燃焼器の冷却概要の一例を示す説明図。
【図5】従来の燃焼器の冷却概要の他の例を示す説明
図。
図。
1 燃焼ノズル 2 尾筒 3 燃焼室 4a 供給口 4b 供給口 5 排出口
フロントページの続き (72)発明者 赤城 弘一 兵庫県高砂市荒井町新浜2丁目1番1号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者 稲田 満 兵庫県高砂市荒井町新浜2丁目1番1号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (56)参考文献 特開 平8−338633(JP,A) 特開 昭62−111131(JP,A) 特開 平9−209778(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02C 7/18 F23R 3/42
Claims (1)
- 【請求項1】 蒸気冷却式ガスタービンの燃焼器におい
て、燃焼室の入口側と出口側に冷却蒸気の供給口をそれ
ぞれ設け、同燃焼室中央部に冷却蒸気の排出口を設けた
ことを特徴とする燃焼器の蒸気による冷却構造。
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP09027706A JP3110338B2 (ja) | 1997-02-12 | 1997-02-12 | 燃焼器の蒸気による冷却構造 |
PCT/JP1998/000553 WO1998036221A1 (fr) | 1997-02-12 | 1998-02-12 | Procede et dispositif de refroidissement par vapeur pour dispositif de combustion de turbine a gaz |
EP98902187A EP0895030B1 (en) | 1997-02-12 | 1998-02-12 | Steam cooling method for gas turbine combustor and apparatus therefor |
US09/155,938 US6173561B1 (en) | 1997-02-12 | 1998-02-12 | Steam cooling method for gas turbine combustor and apparatus therefor |
DE69813960T DE69813960T2 (de) | 1997-02-12 | 1998-02-12 | Methode und einrichtung zur dampfkühlung einer gasturbinenbrennkammer |
CA002252079A CA2252079A1 (en) | 1997-02-12 | 1998-02-12 | Steam cooling method for gas turbine combustor and apparatus therefor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP09027706A JP3110338B2 (ja) | 1997-02-12 | 1997-02-12 | 燃焼器の蒸気による冷却構造 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10227229A JPH10227229A (ja) | 1998-08-25 |
JP3110338B2 true JP3110338B2 (ja) | 2000-11-20 |
Family
ID=12228448
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP09027706A Expired - Fee Related JP3110338B2 (ja) | 1997-02-12 | 1997-02-12 | 燃焼器の蒸気による冷却構造 |
Country Status (6)
Country | Link |
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US (1) | US6173561B1 (ja) |
EP (1) | EP0895030B1 (ja) |
JP (1) | JP3110338B2 (ja) |
CA (1) | CA2252079A1 (ja) |
DE (1) | DE69813960T2 (ja) |
WO (1) | WO1998036221A1 (ja) |
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