JP3310900B2 - 燃焼器尾筒の冷却構造 - Google Patents

燃焼器尾筒の冷却構造

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は蒸気を冷却媒体とし
て用いたガスタービンの燃焼器尾筒に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンプラントと蒸気タービンプ
ラントを組み合わせたコンバインドサイクル発電プラン
トは、熱エネルギーの高温域をガスタービンで、また、
低温域を蒸気タービンでそれぞれ分担して受持ち、熱エ
ネルギーを有効に回収し、利用するようにしたものであ
り、近年特に脚光を浴びている発電システムである。
【０００３】このコンバインドサイクル発電プラントで
は、効率向上のための一つのポイントとして、ガスター
ビンの高温域を冷却するのに、空気を用いることに替え
て、ボトミングサイクルの蒸気を用いるものが提案され
るようになっている。
【０００４】その一例を図２に基づいて説明する。図は
ガスタービン燃焼器の尾筒１を示し、同尾筒１は上流の
図示しない燃焼室と連絡する尾筒入口２と、下流の図示
しないタービンと連絡する尾筒出口３と、その中間に作
動ガスをバイパスするバイパス流路１０を有して構成さ
れている。
【０００５】そして前記尾筒入口２の近傍には入口側ジ
ャケット４が、尾筒出口３の近傍には出口側ジャケット
５が、そしてまたこの出口側ジャケット５から距離Ｂ離
れて、バイパス流路１０の近くには合流ジャケット６が
それぞれ設けられている。
【０００６】また、入口側ジャケット４および出口側ジ
ャケット５には、冷却蒸気の供給管７、８が連通し、合
流ジャケット６には冷却蒸気の排出管９が連通してい
る。なお、図では省略しているが、前記尾筒１の内壁部
には入口側ジャケット４および出口側ジャケット５から
の冷却蒸気を案内して合流ジャケット６へ案内する冷却
管路が多数設けられている。
【０００７】従ってこのような構成を有する従来のもの
では、ボトミングサイクルから供給される冷却蒸気は、
入口側ジャケット４および出口側ジャケット５からそれ
ぞれ尾筒１の内壁部に設けた複数の冷却管路に入る。
【０００８】一方の流れである入口ジャケット４から入
った冷却蒸気は、上流側から下流側へ向かって順流方向
に流れて尾筒１の内壁部を冷却し、また他方の流れであ
る出口側ジャケット５から入った冷却蒸気は、逆に下流
側から上流側へ向かって対抗流方向に流れて尾筒１の内
壁部を冷却する。
【０００９】そしてこの両方からの流れが前記合流ジャ
ケット６で合流し、冷却蒸気の排気管９を経て後流側へ
送られ、内壁部の冷却により受け取った熱エネルギが回
収されるようになっている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】前記したように従来の
装置においては、冷却蒸気は対抗流方向の流れとなって
いるので、これを合流ジャケット６の上流側と下流側と
に分けて観察して見ると、まず上流側においては、熱負
荷の比較的低いところで冷却蒸気を供給し、尾筒１の内
壁部を冷却することにより、この部分では過剰になるほ
ど十分に冷却されることになる。
【００１１】他方、下流側においては、作動ガスをガス
タービンのノズルに的確に導入するために、尾筒出口３
の断面形状を縮径しつつ上流側の円形から扇形に変形
し、かつロータと並行方向に曲げる等の加工が必要であ
り、そのためにこの位置において尾筒の断面積は徐に減
少するので、燃焼ガスの流速が増加し、その結果熱負荷
が高くなる。
【００１２】また、燃焼反応も下流側に向かって徐々に
進行し、更に曲げ部での２次流れ等の影響も加味されて
熱負荷が増加することになる。しかも、出口側ジャケッ
ト５から合流ジャケット６までの距離Ｂは、入口側ジャ
ケット４から合流ジャケット６までの距離とほぼ等しく
その長さは相当に長いので、出口側ジャケット５から導
入されて合流ジャケット６に至る冷却蒸気では十分な冷
却は期待できず、結局尾筒１のこの部分は熱負荷の高い
状態に維持されることになる。
【００１３】この結果、前記合流ジャケット６の上流側
と下流側とでは、熱負荷の差から尾筒１の軸方向に急激
な温度分布ができ、尾筒１の熱応力が高くなる、という
問題がある。
【００１４】本発明はこの様な従来のものにおける問題
点を解消し、入口側ジャケットまたは出口側ジャケット
等の配列関係及び設置位置、そして冷却蒸気の供給方向
等を工夫して尾筒の軸方向における温度分布を緩やかな
ものとし、大きな熱応力の発生を防止するようにしたも
のを提供することを課題とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するべくなされたもので、燃焼器尾筒の壁面を冷却する
冷却蒸気を供給する供給ジャケットの上流側と下流側に
同壁面を冷却後の冷却蒸気を排出する排出ジャケットを
それぞれ配設し、上流側の排出ジャケットはバイパス流
路の上流で尾筒入口からバイパス流路に隣接する位置ま
で下げて設け、尾筒の入口付近から上流側の排出ジャケ
ットまでの間に非冷却区域を形成し、下流側の排出ジャ
ケットは尾筒の出口位置に設け、かつ前記供給ジャケッ
トは尾筒の縮径部で前記下流側の排出ジャケットに寄せ
て設けて前記下流側の排出ジャケットとの間の冷却通路
を短縮した燃焼器尾筒の冷却構造を提供し、上流側ジャ
ケットと下流側ジャケットの間に供給ジャケットを配設
して同上流側ジャケットと下流側ジャケットをそれぞれ
排出ジャケットとする全体配列にし、しかも上流側の排
出ジャケットはバイパス流路の上流で尾筒入口からバイ
パス流路に隣接する位置まで下げて設けることにより尾
筒の入口付近から上流側の排出ジャケットまでの間を非
冷却区域とし、また下流側では、下流側の排出ジャケッ
トとの間の冷却通路を短縮するように前記供給ジャケッ
トを尾筒の縮径部で前記下流側の排出ジャケットに寄せ
て配設することにより、尾筒の軸方向での温度分布を緩
やかにして大きな熱応力の発生を防止するようにしたも
のである。
【００１６】
【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。なお前記した従来のものと同一の部分
については図中同一の符号を付して示し、相互の理解を
容易にするようにし、かつ、重複する説明を極力省略し
た。
【００１７】１６は冷却蒸気の供給ジャケットで、冷却
蒸気を燃焼器の尾筒１内に供給する位置として、尾筒出
口３寄りで、かつ、尾筒１が徐々に断面を絞って後流の
ガスタービンノズルに合わせて断面を扇型に変えようと
する縮径部を選んで設けられている。
【００１８】１５は尾筒出口３の位置に設けた下流側の
排出ジャケットで、前記供給ジャケット１６が縮径部ま
で近寄って来たので、同供給ジャケット１６との間隔を
接近させ、尾筒１の内壁部に設けた図示省略の冷却管路
の長さ、即ちこの部分の冷却通路長さを大幅に短縮して
いる。
【００１９】１４は上流側の排出ジャケットで、バイパ
ス流路１０に近接してその上流位置に配設されている。
なお、このバイパス流路１０は尾筒入口２から離れ、尾
筒１のほぼ中央位置まで下がっているので、この結果と
して尾筒入口２の下流からこの上流側の排出ジャケット
１４の配置位置までの間は非冷却区域Ａが形成、確保さ
れる。
【００２０】また、１７は供給ジャケット１６へ冷却蒸
気を供給する供給管、９は尾筒１内部を冷却して上流側
の排出ジャケット１４および下流側の排出ジャケット１
５へ搬送されてきた冷却蒸気を後流の回収部へ搬送する
排出管である。
【００２１】本実施の形態は、前記した様に冷却蒸気の
供給ジャケット１６を挟んで上流側の排出ジャケット１
４および下流側の排出ジャケット１５を配しているの
で、供給ジャケット１６から尾筒１の内壁部に入った冷
却蒸気は、図示省略の冷却管路により運ばれながら前記
尾筒１の内壁部を冷却し、排出ジャケット１４および１
５で尾筒１の内壁部から送り出され、冷却蒸気の排出管
９を経て後流に送られ、内壁部の冷却により受け取った
熱エネルギが回収される。
【００２２】この場合において、本実施の形態では熱負
荷の高い下流側では、冷却蒸気の供給ジャケット１６と
下流側の排出ジャケット１５が接近しており、この間の
冷却通路の距離が短くなっているので、十分な冷却が可
能となり、また、熱負荷の低い尾筒入口２側では非冷却
区域Ａを形成して必要以上の過冷却をしないので、尾筒
入口２から尾筒出口３にかけての温度分布が緩やかとな
り、尾筒１に大きな熱応力の発生するおそれは無く、安
全性が向上し信頼性も高まるものである。
【００２３】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。
【００２４】
【発明の効果】以上、本発明によれば、上流側ジャケッ
トと下流側ジャケットの間に供給ジャケットを配設して
同上流側ジャケットと下流側ジャケットをそれぞれ排出
ジャケットとする全体配列にし、しかも上流側の排出ジ
ャケットはバイパス流路の上流で尾筒入口からバイパス
流路に隣接する下流の位置まで下げて設けることによ
り、尾筒の入口付近から上流側の排出ジャケットまでの
間に非冷却区域を形成し、また下流側では、下流側の排
出ジャケットとの間の冷却通路を短縮するように、前記
供給ジャケットを尾筒の縮径部において前記下流側の排
出ジャケット側に寄せて配設することにより、熱負荷の
低い上流側では過冷却を避け、熱負荷の高い下流側では
十分な冷却を行ない、これにより尾筒の軸方向での温度
分布を緩やかにして大きな熱応力の発生を防止するよう
にし、以て燃焼器の尾筒の安全性を向上して装置の信頼
性を大幅に高めることができたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係わるガスタービン燃
焼器の尾筒を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図。
【図２】従来のガスタービン燃焼器の尾筒を示し、
（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図。
【符号の説明】
１ 尾筒 ２ 尾筒入口 ３ 尾筒出口 ４ 入口側ジャケット ５ 出口側ジャケット ６ 合流ジャケット ７ 供給管 ８ 供給管 ９ 排出管 １０ バイパス流路 １４ 上流側排出ジャケット １５ 下流側排出ジャケット １６ 供給ジャケット １７ 供給管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 康司 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 佐藤 寿恭 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８−21207（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−44494（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−111131（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02C 7/18 F23R 3/42

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃焼器尾筒の壁面を冷却する冷却蒸気を
    供給する供給ジャケットの上流側と下流側に同壁面を冷
    却後の冷却蒸気を排出する排出ジャケットをそれぞれ配
    設し、上流側の排出ジャケットはバイパス流路の上流で
    尾筒入口からバイパス流路に隣接する位置まで下げて設
    け、尾筒の入口付近から上流側の排出ジャケットまでの
    間に非冷却区域を形成し、下流側の排出ジャケットは尾
    筒の出口位置に設け、かつ前記供給ジャケットは尾筒の
    縮径部で前記下流側の排出ジャケットに寄せて設けて前
    記下流側の排出ジャケットとの間の冷却通路を短縮した
    ことを特徴とする燃焼器尾筒の冷却構造。
JP09728197A 1997-04-15 1997-04-15 燃焼器尾筒の冷却構造 Expired - Fee Related JP3310900B2 (ja)

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