JP6546334B1 - ガスタービンの燃焼器及びこれを備えたガスタービン - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成で、熱膨張に起因する応力集中を緩和可能なガスタービンの燃焼器及びこれを備えたガスタービンを提供する。【解決手段】ガスタービンの燃焼器は、ケーシングに取り付けられるフランジ部と、前記フランジ部から燃焼器の軸方向に沿って延びる環状の延長部と、前記フランジ部に接続される第１端、および、前記延長部の外周面に接続される第２端を有し、前記延長部の径方向外側において前記第１端から前記第２端まで延在する管部と、前記管部、及び、前記延長部の内部に設けられた通路を介して燃料の供給を受けるように構成された少なくとも１本の燃料ノズルと、を備える。【選択図】 図３

Description

本開示は、ガスタービンの燃焼器及びこれを備えたガスタービンに関する。

ガスタービンの燃焼器は、ガスタービンの運転中に高温になるため、燃焼器の構成部材に熱膨張が生じることがある。このような熱膨張に起因して燃焼器に応力集中が生じると、燃焼器の寿命低減を招く可能性があるため、燃焼器に生じ得る応力集中を緩和するための工夫がなされている。

例えば、特許文献１には、燃焼器外筒の構成部材として、圧縮空気流に燃料を噴射するための燃料ノズル（トップハットノズル）に通じる燃料通路を形成する円筒状のリング部材を採用したガスタービンが開示されている。このリング部材には、燃焼器軸方向における一領域に、肉厚が比較的薄い薄肉部が設けられている。これにより、リング部材の剛性を部分的に低下させて、リング部材の熱膨張時における変形を許容することで、リング部材と、該リング部材に隣接する部材とを接続する溶接部に生じる応力の低減を図っている。

特開２００８−２６１６０５号公報

特許文献１が開示するガスタービン燃焼器では、燃焼器外筒の内部において燃料通路が形成された部位に薄肉部を設けているため構造が複雑となり、したがって、薄肉部の加工コストが大きくなる場合がある。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、簡素な構成で、熱膨張に起因する応力集中を緩和可能なガスタービンの燃焼器及びこれを備えたガスタービンを提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービンの燃焼器は、
ケーシングに取り付けられるフランジ部と、
前記フランジ部から燃焼器の軸方向に沿って延びる環状の延長部と、
前記フランジ部に接続される第１端、および、前記延長部の外周面に接続される第２端を有し、前記延長部の径方向外側において前記第１端から前記第２端まで延在する管部と、
前記管部、及び、前記延長部の内部に設けられた通路を介して燃料の供給を受けるように構成された少なくとも１本の燃料ノズルと、を備える。

上記（１）の構成によれば、フランジ部及び延長部に接続された管部を介して燃料ノズルに燃料を供給するようにしたので、ガスタービンの運転中に、管部と延長部の熱膨張量の差が生じて管部と延長部との接続部に応力が生じた場合であっても、管部が比較的容易に変形可能であるので、これにより上述の接続部に作用する応力を低減できる。よって、ガスタービンの燃焼器において、フランジ部及び延長部に接続された管部を設けた簡素な構成で、熱膨張に起因する応力集中を緩和可能である。これにより、加工コストの低減及び燃焼器の長寿命化を図ることができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記通路は、前記管部の内部流路と連通する環状通路を含み、
前記環状通路を介して複数の前記燃料ノズルに前記燃料が供給されるように構成される。

上記（２）の構成によれば、延長部に設けられた環状通路を介して複数の燃料ノズルに燃料を供給可能としながら、上記（１）で述べたように、管部と延長部の熱膨張量の差に起因する応力集中を緩和可能である。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
前記少なくとも１本の燃料ノズルが、前記延長部の内周側に設けられる。

上記（３）の構成では、燃料ノズルを延長部の内周側に設けたので、延長部の外周側に設けられた管部からの燃料を、延長部の外周側から内周側へと、延長部の内部を通過させて燃料ノズルに供給する構成を採用しながら、上記（１）で述べたように、管部と延長部の熱膨張量の差に起因する応力集中を緩和可能である。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの構成において、
前記管部は、
前記第１端を含み、前記燃焼器の軸方向に沿って延びる軸方向管部と、
前記第２端を含み、前記燃焼器の径方向に沿って延びる径方向管部と、
前記軸方向管部と前記径方向管部とを接続する接続管部と、
を含み、
前記接続管部を含む前記管部の長さＬが、前記第１端と前記第２端との間の軸方向距離Ｌ_Ａ、および、前記第１端と前記第２端との間の径方向距離Ｌ_Ｂとの和よりも大きい。

上記（４）の構成によれば、管部の全長Ｌが、第１端と第２端との間の軸方向距離Ｌ_Ａと径方向距離Ｌ_Ｂとの和よりも大きくなるようにしたので、管部は、フランジに接続される軸方向管部と、延長部に接続される径方向管部との間に屈曲した形状を有することになる。このように屈曲した形状を有する管部は柔軟に変形可能であるので、管部と延長部の熱膨張量の差に起因して管部と延長部との接続部に生じる応力を効果的に低減することができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかの構成において、
前記管部の前記第１端と前記第２端とは、前記燃焼器の周方向においてずれて位置している。

上記（５）の構成によれば、管部の第１端と第２端とが周方向にずれて位置しているので、管部は、第１端と第２端との間において、周方向に沿って延びる部分を有する。よって、管部の全長を過度に大きくせずに、管部の柔軟な変形が可能であるので、管部と延長部の熱膨張量の差に起因して管部と延長部との接続部に生じる応力を効果的に低減することができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れかの構成において、
前記管部は、前記延長部の外周側において前記ケーシングによって囲まれた空間の内部に設けられる。

上記（６）の構成によれば、管部は、ケーシングによって囲まれた空間の内部においてフランジ部及び延長部に接続されるので、より簡素な構造で上記（１）の構成を実現できる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の何れかの構成において、
前記フランジ部の両端面のうち前記管部とは反対側の端面に接続される燃料供給管をさらに備え、
前記燃料供給管、前記フランジ部の内部に設けられたフランジ内通路、及び、前記管部を介して、前記燃料が前記環状通路に供給されるように構成される。

上記（７）の構成によれば、燃料供給管を設けたので、燃焼器のケーシング外部から、燃料供給管及びフランジ内通路を介して、燃料ノズルに燃料を円滑に供給することができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（７）の構成において、
前記燃料供給管、前記フランジ内通路、及び、前記管部の前記第１端は、前記燃焼器の軸方向に実質的に平行な直線に沿って配置されている。

上記（８）の構成によれば、燃料供給管、フランジ内通路、及び、管部のうち第１端側の一部を含む燃料通路が一直線状に設けられるので、該燃料通路を介して燃料をスムーズに輸送することができる。また、フランジ内通路が軸方向に沿って延びるので、フランジ部の厚さ方向における温度分布はほぼ一様なものとなる。よって、フランジ部において温度分布に起因して生じ得る熱応力を低減することができる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（８）の何れかの構成において、
前記燃料ノズルは、前記ケーシングの内部に形成され、前記燃料の燃焼に用いられる空気が通る空気通路に燃料を噴射するように構成される。

典型的な燃焼器では、空気通路は、燃焼器ケーシングの内部空間において比較的外周側に設けられる。すなわち、空気通路及び該空気通路に燃料を供給するための燃料ノズルは、燃焼器の径方向において、ケーシングに固定されるフランジ部の比較的近くに位置する。この点、上記（９）の構成によれば、フランジ部の比較的近くに位置する燃料ノズルに対し、フランジ部に接続された管部を介して燃料を供給可能であるので、燃料ノズルへの燃料供給経路が簡素なものとなり、燃料ノズルに燃料を円滑に供給することができる。

（１０）幾つかの実施形態では、上記（９）の構成において、
前記延長部は、前記軸方向において前記管部を挟んで前記フランジ部とは反対側において前記空気通路を形成する空気通路形成部を含む。

上記（１０）の構成によれば、空気通路は、延長部の一部によって形成されるので、燃料ノズルが延長部の近くに配置されることになる。よって、延長部の内部に形成された通路を介して、燃料ノズルに燃料を円滑に供給することができる。

（１１）本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービンの燃焼器は、
ケーシングに取り付けられるフランジ部と、
前記フランジ部から燃焼器の軸方向に沿って延びる環状の延長部と、
前記延長部の内部に設けられた通路を介して燃料の供給を受けるように構成された少なくとも１本の燃料ノズルと、
前記フランジ部に接続され、前記通路に前記燃料を供給するための燃料供給管と、
を備え、
前記フランジ部は、前記燃焼器の中心軸周りにおける第１角度範囲において、前記第１角度範囲以外の第２角度範囲に比べて径方向外側への張り出し量が大きい第１領域を有し、
前記燃料供給管は、前記フランジ部のうち前記第１領域を含む部分に接続される。

上記（１１）の構成によれば、張り出し量が比較的大きい第１領域をフランジ部に設け、この第１領域に燃料供給管を接続したので、フランジ部よりも外径側に設けた配管等を介してフランジ内通路や延長部内部の通路に燃料を供給する場合に比べて、例えばフランジ部の外縁部に燃料供給管を接続せざるを得ない場合に比べて、ガスタービン輸送時におけるガスタービンの外径が大きくなるのを抑制することができる。また、張り出し量が大きい第１領域を設けたことにより、燃焼器の内径側（フランジ部の張り出し量が拡大されていない部分）に他の構成部材が設けられている場合であっても、これらの構成部材との干渉を回避して、燃料供給管をフランジ部に接続することができる。よって、ガスタービンの外径を抑えつつ、燃料供給管と他部材との干渉を回避することができる。

（１２）本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービンは、
上記（１）乃至（１１）の何れかに記載の燃焼器と、
前記燃焼器の下流側に設けられる静翼及び動翼と、
を備える。

上記（１２）の構成によれば、フランジ部及び延長部に接続された管部を介して燃料ノズルに燃料を供給するようにしたので、ガスタービンの運転中に、管部と延長部の熱膨張量の差が生じて管部と延長部との接続部に応力が生じた場合であっても、管部が比較的容易に変形可能であるので、これにより上述の接続部に作用する応力を低減できる。よって、ガスタービンの燃焼器において、フランジ部及び延長部に接続された管部を設けた簡素な構成で、熱膨張に起因する応力集中を緩和可能である。これにより、加工コストの低減及び燃焼器の長寿命化を図ることができる。

（１３）本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービンは、
上記（１１）に記載の燃焼器と、
前記燃焼器の下流側に設けられる静翼及び動翼と、
を備えたガスタービンであって、
前記フランジ部の前記第１領域は、前記燃焼器の前記中心軸よりも、前記ガスタービンの中心軸から離れた位置に配置される。

上記（１３）の構成によれば、フランジ部のうち、比較的張り出し量が大きい第１領域が、ガスタービンの外径側に位置するので、ガスタービン輸送時におけるガスタービンの外径が大きくなるのを効果的に抑制することができる。よって、ガスタービンの外径を抑えつつ、燃料供給管と他部材との干渉を回避することができる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、簡素な構成で、熱膨張に起因する応力集中を緩和可能なガスタービンの燃焼器及びこれを備えたガスタービンが提供される。

一実施形態に係るガスタービンの概略構成図である。 一実施形態に係るガスタービンの燃焼器及びタービンの入口部分を示す概略図である。 図２に示す燃焼器の概略断面図である。 一実施形態に係る燃焼器の要部の概略断面図である。 一実施形態に係る燃焼器の要部の概略断面図である。 一実施形態に係る燃焼器の管部の斜視図である。 図６Ａに示す管部の側面図である。 図６Ａに示す管部の平面図である。 図６Ａに示す管部を図６Ａの矢印Ａの方向から視た図である。 一実施形態に係る燃焼器の要部の概略断面図である。 図７に示す燃焼器のフランジ部を軸方向から視た概略図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

まず、幾つかの実施形態に係る燃焼器の適用先の一例であるガスタービンについて、図１を参照して説明する。図１は、一実施形態に係るガスタービンの概略構成図である。
図１に示すように、ガスタービン１は、圧縮空気を生成するための圧縮機２と、圧縮空気及び燃料を用いて燃焼ガスを発生させるための燃焼器４と、燃焼ガスによって回転駆動されるように構成されたタービン６と、を備える。発電用のガスタービン１の場合、タービン６には不図示の発電機が連結される。

圧縮機２は、圧縮機車室１０側に固定された複数の静翼１６と、静翼１６に対して交互に配列されるようにロータ８に植設された複数の動翼１８と、を含む。
圧縮機２には、空気取入口１２から取り込まれた空気が送られるようになっており、この空気は、複数の静翼１６及び複数の動翼１８を通過して圧縮されることで高温高圧の圧縮空気となる。

燃焼器４には、燃料と、圧縮機２で生成された圧縮空気とが供給されるようになっており、該燃焼器４において燃料が燃焼され、タービン６の作動流体である燃焼ガスが生成される。図１に示すように、ガスタービン１は、ケーシング２０内にロータ８を中心として周方向に沿って複数配置された燃焼器４を有する。

タービン６は、タービン車室２２によって形成される燃焼ガス通路２８を有し、該燃焼ガス通路２８に設けられる複数の静翼２４及び動翼２６を含む。タービン６の静翼２４及び動翼２６は、燃焼ガスの流れに関して燃焼器４の下流側に設けられている。
静翼２４はタービン車室２２側に固定されており、ロータ８の周方向に沿って配列される複数の静翼２４が静翼列を構成している。また、動翼２６はロータ８に植設されており、ロータ８の周方向に沿って配列される複数の動翼２６が動翼列を構成している。静翼列と動翼列とは、ロータ８の軸方向において交互に配列されている。
タービン６では、燃焼ガス通路２８に流れ込んだ燃焼器４からの燃焼ガスが複数の静翼２４及び複数の動翼２６を通過することでロータ８が回転駆動され、これにより、ロータ８に連結された発電機が駆動されて電力が生成されるようになっている。タービン６を駆動した後の燃焼ガスは、排気室３０を介して外部へ排出される。

次に、幾つかの実施形態に係る燃焼器４について説明する。
図２は、一実施形態に係るガスタービン１の燃焼器４及びタービン６の入口部分を示す概略図であり、図３は、図２に示す燃焼器４の概略断面図である。

図２及び図３に示すように、ロータ８を中心として周方向に複数配置される燃焼器４（図１参照）の各々は、ケーシング２０により画定される燃焼器車室３２に設けられた燃焼筒（燃焼器ライナ）３６と、燃焼筒３６内にそれぞれ配置された第１燃焼バーナ３８及び第１燃焼バーナ３８を囲うように配置された複数の第２燃焼バーナ４４と、を含む。すなわち、燃焼筒３６、第１燃焼バーナ３８及び第２燃焼バーナ４４は、ケーシング２０に収容されている。

燃焼筒（燃焼器ライナ）３６は、第１燃焼バーナ３８及び複数の第２燃焼バーナ４４の周囲に配置される内筒４８と、内筒４８の先端部に連結された尾筒５０と、を有している。なお、内筒４８と尾筒５０とは一体的に形成されていてもよい。

第１燃焼バーナ３８は、燃焼筒３６の中心軸Ｃ_１の方向（すなわち燃焼器４の軸方向；以下、単に「軸方向」ともいう。）に沿って配置されており、燃料を噴射するための第１燃料ノズル４０と、第１燃料ノズル４０を囲むように配置された第１バーナ筒４１と、を有している。第１燃料ノズル４０には、第１燃料ポート４２を介して燃料が供給されるようになっている。

第２燃焼バーナ４４は、燃料を噴射するための第２燃料ノズル４６と、第２燃料ノズル４６を囲むように配置された第２バーナ筒４７と、を有している。第２燃料ノズル４６には、第２燃料ポート４３を介して燃料が供給されるようになっている。

燃焼器４は、ケーシング２０の内部において内筒４８の外周側に設けられた外筒５２をさらに含む。内筒４８の外周側かつ外筒５２の内周側には、圧縮空気が流れる空気通路５４が形成される。

圧縮機２（図１参照）で生成された圧縮空気は、車室入口３１を介して燃焼器車室３２内に供給され、該圧縮空気が燃焼器車室３２から空気通路５４に流れ込み、燃焼器４の軸方向に直交する面に沿って設けられた壁面部５３で方向転換され、第１バーナ筒４１及び第２バーナ筒４７に流入するようになっている。そして、各バーナ筒では、燃料ノズルから噴射される燃料と圧縮空気とが混合され、この混合気が燃焼筒３６に流れ込み、着火されて燃焼することにより、燃焼ガスが発生するようになっている。

上述の第１燃焼バーナ３８は拡散燃焼火炎を発生させるためのバーナであってもよく、第２燃焼バーナ４４は予混合気を燃焼させ予混合燃焼火炎を発生させるためのバーナであってもよい。
すなわち、第２燃焼バーナ４４において、第２燃料ポート４３からの燃料と圧縮空気とが予混合されて、該予混合気がスワラ４９によって主として旋回流を形成し、燃焼筒３６に流れ込む。また、圧縮空気と、第１燃料ポート４２を介して第１燃焼バーナ３８から噴射された燃料とが燃焼筒３６内で混合され、図示しない着火手段により着火されて燃焼し、燃焼ガスが発生する。このとき、燃焼ガスの一部が火炎を伴って周囲に拡散することで、各第２燃焼バーナ４４から燃焼筒３６内に流れ込んだ予混合気が着火されて燃焼する。すなわち、第１燃焼バーナ３８から噴射された燃料による拡散燃焼火炎によって、第２燃焼バーナ４４からの予混合気（予混合燃料）の安定燃焼を行うための保炎を行うことができる。

このようにして燃焼器４において燃料の燃焼により発生した燃焼ガスは、尾筒５０の下流端部に位置する燃焼器４の出口部５１を介して、タービン６に流入する。

燃焼器４は、上述の空気通路５４に燃料を噴射するための第３燃料ノズル７０を備えている。なお、燃焼器の周方向（以下、単に「周方向」ともいう。）に沿って複数の第３燃料ノズル７０が設けられていてもよい。
第３燃料ノズル７０から空気通路５４に燃料を噴射すると、空気通路５４に流れ込んだ圧縮空気と噴射された燃料とが混合され、この燃料混合気が各バーナ筒に流入する。そして、この燃料混合気に対して、上述したように第１燃料ノズル４０及び第２燃料ノズル４６から燃料を噴射して混合気を形成することで、均一な燃料混合気を形成して低ＮＯｘ化を図ることができる。

なお、燃焼器４は、燃焼ガスをバイパスさせるためのバイパス管（不図示）等の他の構成要素を備えていてもよい。

以下、幾つかの実施形態に係る燃焼器４についてより詳細に説明する。
なお、以下において、本発明における「燃料ノズル」が上述の第３燃料ノズル７０である実施形態について説明するが、本発明の「燃料ノズル」は、第３燃料ノズル７０以外の燃料ノズルであってもよく、例えば、上述の第１燃料ノズル４０又は第２燃料ノズル４６であってもよい。

図４及び図５は、それぞれ、一実施形態に係る燃焼器４の要部の概略断面図である。図４及び図５に示すように、燃焼器４は、ケーシング２０に取り付けられたフランジ部６２と、フランジ部６２から燃焼器４の軸方向に沿って延びる環状の延長部６４と、フランジ部６２と延長部６４との間に延在する管部８０と、を備えている。そして、第３燃料ポート７４からの燃料が、管部８０、及び、延長部６４の内部に形成された通路６５を介して第３燃料ノズル７０（「燃料ノズル」）に供給されるようになっている。

図４及び図５に示すように、フランジ部６２は、燃焼器４の径方向（以下、単に「径方向」ともいう。）外側に向かって突出する形状を有しており、ボルト５９により、ケーシング２０に固定されている。

延長部６４は、フランジ部６２から、ケーシング２０の内部空間に向かって燃焼器４の軸方向に沿って延びた筒状の形状を有している。図４及び図５に示す例示的な実施形態において、延長部６４は、ケーシング２０よりも径方向内側に位置している。また、延長部６４は、径方向内側に向かって突出する環状突出部６３を有している。上述の空気通路５４を流れる圧縮空気流れを方向転換する壁面部５３は、環状突出部６３によって形成されている。

延長部６４の内部には、燃料を通すための通路６５が設けられている。通路６５は、燃焼器４の周方向に沿って形成された環状通路６７と、環状通路６７に接続される第１接続通路６８及び第２接続通路６９と、を含む。

第１接続通路６８は、管部８０によって形成される燃料通路８１（管部８０の内部流路）と環状通路６７との間に設けられ、該第１接続通路６８を介して、管部８０の燃料通路８１と環状通路６７とが連通されるようになっている。第２接続通路６９は、環状通路６７と第３燃料ノズル７０との間に設けられている。図４及び図５に示す例示的な実施形態では、第１接続通路６８は、環状通路６７よりも径方向外側に位置しており、第２接続通路６９は、環状通路６７よりも径方向内側に位置している。
なお、燃焼器４において複数の第３燃料ノズル７０が設けられる場合、複数の第３燃料ノズル７０の各々に対して第２接続通路６９が設けられる。

図４及び図５に示す管部８０は、フランジ部６２に接続される第１端８０Ａ、および、延長部６４の外周面６４ａに接続される第２端８０Ｂを有し、延長部６４の径方向外側において第１端８０Ａから第２端８０Ｂまで延在している。管部８０の第１端８０Ａは、燃焼器４の軸方向におけるフランジ部６２の両端面６２Ａ，６２Ｂのうちの一方の端面６２Ｂに接続されている。
管部８０の第１端８０Ａとフランジ部６２、及び、管部８０の第２端８０Ｂと延長部６４は、典型的には溶接により接続される。

フランジ部６２の両端面６２Ａ，６２Ｂのうち、管部８０とは反対側の端面６２Ａには、燃料供給管７６が接続されている。また、フランジ部６２の内部にはフランジ内通路９０が形成されており、該フランジ内通路９０を介して、燃料供給管７６により形成される燃料通路７７と、管部８０により形成される燃料通路８１（すなわち、管部８０の内部流路）とが連通するようになっている。

そして、第３燃料ポート７４からの燃料は、燃料通路７７、フランジ内通路９０、燃料通路８１、及び、延長部６４に設けられた通路６５（即ち、第１接続通路６８、環状通路６７、及び、第２接続通路６９）を介して、第３燃料ノズル７０に供給されるようになっている。

また、第３燃料ノズル７０は、延長部６４の内周側に設けられている。したがって、延長部６４の外周側に設けられた管部８０からの燃料は、延長部６４の外周側から内周側へと延長部６４の内部を通過して、第３燃料ノズル７０に供給される。

なお、燃焼器４において複数の第３燃料ノズル７０が設けられる場合、複数の第２接続通路６９の各々を介して、各第２接続通路６９に対応する第３燃料ノズル７０に燃料が供給される。

ガスタービン１の運転中、各構成部材には熱膨張が生じるが、上述した構成の燃焼器４においては、管部８０と延長部６４とで熱膨張量の差が生じる。すなわち、延長部６４は、ガスタービン１の運転中に高温となる車室３２（ケーシング２０によって囲まれた空間）に設けられるため、延長部６４も高温となり、熱伸び量が比較的大きくなる。これに対し、管部８０は、ガスタービン１の運転中、その内部の燃料通路７７を比較的低温の燃料が通るため、管部８０の温度は延長部６４に比べて低温となり、熱伸び量も比較的小さい。このようにして管部８０と延長部６４との間に熱膨張量の差が生じると、この熱膨張量の差に起因して、管部８０と延長部６４との接続部（例えば溶接部）に応力が生じ得る。

この点、上述した実施形態によれば、フランジ部６２及び延長部６４に接続された管部８０を介して第３燃料ノズル７０に燃料を供給するようにしたので、ガスタービン１の運転中に、管部８０と延長部６４の熱膨張量の差が生じて管部８０と延長部６４との接続部（例えば溶接部）に応力が生じた場合であっても、管部８０が比較的容易に変形可能であるので、これにより上述の接続部に作用する応力を低減できる。よって、ガスタービン１の燃焼器４において、フランジ部６２及び延長部６４に接続された管部８０を設けた簡素な構成で、熱膨張に起因する応力集中を緩和可能である。これにより、加工コストの低減及び燃焼器４の長寿命化を図ることができる。

典型的な実施形態では、例えば図３に示すように、管部８０は、延長部６４の外周側においてケーシング２０によって囲まれた空間（車室３２）の内部に設けられる。

上述したように、ガスタービン１の運転中は、ケーシング２０によって囲まれた空間は高温となるが、管部８０がこの空間内に配置される場合であっても、管部８０の内部を比較的低温の燃料が通るため、管部８０の温度は比較的低いままである。このため、管部８０と延長部６４の熱膨張量の差は生じ得、これにより管部８０と延長部６４との接続部に応力が生じ得るが、上述したように、管部８０が比較的容易に変形可能であるので、これにより上述の応力を低減できる。よって、熱膨張に起因する応力集中を緩和可能である。

図４に示す例示的な実施形態では、燃料供給管７６は軸方向に沿って延びており、管部８０の第１端８０Ａは、燃料供給管７６の中心軸Ｃ_２の延長線上に位置し、フランジ内通路９０は、燃料供給管７６と管部８０の第１端８０Ａの間において軸方向に沿って延びている。すなわち、燃料供給管７６と、フランジ内通路９０と、管部８０の第１端８０Ａとが、軸方向に平行な直線に沿って配置されている。

上述の実施形態によれば、燃料供給管７６内部の燃料通路７７、フランジ内通路９０、及び、管部８０のうち第１端８０Ａ側の一部を含む燃料通路８１が一直線状に配列されるので、これらの通路を介して燃料をスムーズに輸送することができる。また、フランジ内通路９０が軸方向に沿って延びるので、フランジ部６２の厚さ方向における温度分布はほぼ一様なものとなる。よって、フランジ部６２において温度分布に起因して生じ得る熱応力を低減することができる。

図５に示す例示的な実施形態では、燃料供給管７６は、燃焼器４の径方向において管部８０の第１端８０Ａとずれた接続位置Ｐ_１においてフランジ部６２に接続されている。フランジ内通路９０は、径方向通路９２、第１軸方向通路９１、及び、第２軸方向通路９３を含み、径方向通路９２は、径方向において接続位置Ｐ_１と第１端８０Ａとの間の領域において、径方向に沿って延びている。第１軸方向通路９１は、燃料供給管７６内部の燃料通路７７と、径方向通路９２の上流側端とを接続するように、軸方向に沿って延びている。第２軸方向通路９３は、径方向通路９２の下流側端と、管部８０内部の燃料通路８１とを接続するように、軸方向に沿って延びている。

上述の実施形態によれば、他の部材との取り合いの関係等により、フランジ部６２における燃料供給管７６の接続位置Ｐ_１と、管部８０の接続位置Ｐ_２とが径方向においてずれている場合に、燃料供給管７６から供給される燃料を、フランジ部６２に設けられた径方向通路９２を含む燃料通路及び管部８０の燃料通路８１を介して、第３燃料ノズル７０に供給することができる。

幾つかの実施形態では、例えば図３に示すように、第３燃料ノズル７０は、ケーシング２０の内部に形成され、燃料の燃焼に用いられる空気が通る空気通路５４に燃料を噴射するように構成される。

典型的な燃焼器４では（例えば図３参照）、空気通路５４は、燃焼器４のケーシング２０の内部空間において比較的外周側に設けられる。すなわち、空気通路５４及び該空気通路５４に燃料を供給するための第３燃料ノズル７０は、燃焼器４の径方向において、ケーシング２０に固定されるフランジ部６２の比較的近くに位置する。この点、上述の実施形態によれば、フランジ部６２の比較的近くに位置する第３燃料ノズル７０に対し、フランジ部６２に接続された管部８０を介して燃料を供給可能であるので、第３燃料ノズル７０への燃料供給経路が簡素なものとなり、第３燃料ノズル７０に燃料を円滑に供給することができる。

図３に示すように、空気通路５４は、延長部６４によって少なくとも部分的に形成されていてもよい。すなわち、延長部６４は、燃焼器４の軸方向において管部８０を挟んでフランジ部６２とは反対側において空気通路５４を形成する空気通路形成部６６（外筒５２）を含んでいてもよい。

上述の実施形態によれば、空気通路５４は、延長部６４の一部によって形成されるので、第３燃料ノズル７０が延長部６４の近くに配置されることになる。よって、延長部の内部に形成された通路を介して、燃料ノズルに燃料を円滑に供給することができる。

ここで、図６Ａ〜図６Ｄを参照して、幾つかの実施形態に係る管部８０について説明する。図６Ａは、一実施形態に係る管部８０の斜視図であり、図６Ｂは、図６Ａに示す管部８０の側面図（周方向に沿って視た図）であり、図６Ｃは、図６Ａに示す管部８０の平面図（径方向外側から径方向内側に向かって視た図）であり、図６Ｄは、図６Ａに示す管部８０を図６Ａの矢印Ａの方向から視た図である。

幾つかの実施形態では、管部８０は、例えば図６Ａ〜図６Ｄに示すように、第１端８０Ａを含み、燃焼器４の軸方向に沿って延びる軸方向管部８２と、第２端８０Ｂを含み、燃焼器４の径方向に沿って延びる径方向管部８４と、軸方向管部８２と径方向管部８４とを接続する接続管部８６と、を含む。そして、接続管部８６を含む管部８０の長さＬが、第１端８０Ａと第２端８０Ｂとの間の軸方向距離Ｌ_Ａ、および、第１端８０Ａと第２端８０Ｂとの間の径方向距離Ｌ_Ｂとの和よりも大きい。

例えば、図６Ａ〜図６Ｂに示す管部８０は、軸方向管部８２の第１端８０Ａとは反対側の端部において屈曲する屈曲部１０１と、径方向管部８４の第２端８０Ｂとは反対側の端部において屈曲する屈曲部１０２と、を有し、接続管部８６は、屈曲部１０１と屈曲部１０２との間において周方向沿って延びている。そして、管部８０の長さＬ（＝Ｌ_Ａ＋Ｌ_Ｂ＋Ｌ_Ｃ）は、第１端８０Ａと第２端８０Ｂとの間の軸方向距離Ｌ_Ａ、および、第１端８０Ａと第２端８０Ｂとの間の径方向距離Ｌ_Ｂとの和よりも、接続管部８６の長さ（例えば図における長さＬ_Ｃ）の分だけ大きい。

なお、上述の第１端８０Ａと第２端８０Ｂとの間の軸方向距離Ｌ_Ａは、第１端８０Ａの中心と第２端８０Ｂの中心との間の軸方向距離であり、第１端８０Ａと第２端８０Ｂとの間の径方向距離Ｌ_Ｂは、第１端８０Ａの中心と第２端８０Ｂの中心との間の径方向距離Ｌ_Ｂであり、接続管部８６を含む管部８０の長さＬは、管部８０の中心線の長さであってもよい。
すなわち、幾つかの実施形態に係る管部８０は、接続管部８６を含む管部８０の中心線の長さＬが、第１端８０Ａの中心と第２端８０Ｂの中心との間の軸方向距離Ｌ_Ａ、および、第１端８０Ａの中心と第２端８０Ｂの中心との間の径方向距離Ｌ_Ｂとの和よりも大きい。

上述の実施形態のように、接続管部８６を含む管部８０の長さＬが上述の軸方向距離Ｌ_Ａと径方向距離Ｌ_Ｂとの和よりも大きい場合、管部８０は、フランジ部６２に接続される軸方向管部８２と、延長部６４に接続される径方向管部８４とを単純につなげた形状ではなく、軸方向管部８２と径方向管部８４との間において屈曲した形状を有することになる。このように屈曲した形状を有する管部８０は柔軟に変形可能であるので、管部８０と延長部６４の熱膨張量の差に起因して管部８０と延長部６４との接続部に生じる応力を効果的に低減することができる。

なお、図６Ａ〜図６Ｄに示す管部８０の接続管部８６は、周方向に沿って延びる直線形状を有するが、接続管部８６の形状はこれに限定されない。例えば、接続管部８６は、Ｌ字形状等、複数の直線を接続した形状であってもよいし、あるいは、曲線を含む形状であってもよい。

幾つかの実施形態では、例えば図６Ａ〜図６Ｄに示すように、管部８０の第１端８０Ａと第２端８０Ｂとは、燃焼器４の周方向においてずれて位置している。

上述の実施形態では、管部８０の第１端８０Ａと第２端８０Ｂとが周方向にずれて位置しているので、管部８０は、第１端８０Ａと第２端８０Ｂとの間において、周方向に沿って延びる部分（例えば図６Ａ〜図６Ｄの接続管部８６）を有する。よって、管部８０の全長を過度に大きくせずに、管部８０の柔軟な変形が可能となるので、管部８０と延長部の熱膨張量の差に起因して管部と延長部との接続部に生じる応力を効果的に低減することができる。

幾つかの実施形態では、例えば図４及び図５に示すように、管部８０の第２端８０Ｂは、燃焼器４の軸方向において、環状通路６７の延在領域に位置している。

この場合、延長部６４に接続される管部８０の第２端８０Ｂが、燃焼器４の軸方向において、延長部６４に形成される環状通路６７の延在領域に位置するようにしたので、管部８０の第２端８０Ｂと環状通路６７との間の距離を短くすることができる。よって、第２端８０Ｂから環状通路６７までの燃料通路（図４及び図５における第１接続通路６８）の構造を簡素化することができ、管部８０における燃料通路の加工が容易となる。

図７は、一実施形態に係る燃焼器４の要部の概略断面図である。図８は、図７に示す燃焼器４のフランジ部６２を軸方向から視た概略図である。

図７に示す燃焼器４は、ケーシング２０に取り付けられたフランジ部６２と、フランジ部６２から燃焼器４の軸方向に沿って延びる環状の延長部６４と、フランジ部６２に接続された燃料供給管７６と、を備えている。そして、第３燃料ポート７４からの燃料が、燃料供給管７６によって形成される燃料通路、及び、延長部６４の内部に形成された通路６５を介して第３燃料ノズル７０（「燃料ノズル」）に供給されるようになっている。

なお、図７に示す実施形態について、図４及び図５に示す実施形態との共通部分については既に説明した通りであるので、以下においては、図４及び図５と異なる部分について説明する。

図７に示す例示的な実施形態では、フランジ部６２は、図８に示すように、燃焼器４の中心軸Ｃ_１周りにおける第１角度範囲Ａ１において、第１角度範囲Ａ１以外の第２角度範囲Ａ２に比べて径方向外側への張り出し量が大きい第１領域Ｓ１（図８の斜線部分）を有する。すなわち、図８において、第１領域Ｓ１におけるフランジ部６２の張り出し量Ｔ１は、第２角度範囲Ａ２におけるフランジ部６２の張り出し量Ｔ２よりも大きい。ここで、フランジ部６２の張り出し量とは、径方向におけるフランジ部６２の内周縁と外周縁との距離である。
そして、図８に示すように、燃料供給管７６は、フランジ部６２のうち上述の第１領域Ｓ１を含む部分に接続される。

上述の実施形態では、張り出し量が比較的大きい第１領域Ｓ１をフランジ部６２に設け、この第１領域Ｓ１に燃料供給管７６を接続したので、フランジ部６２よりも外径側に設けた配管等を介してフランジ内通路９０や延長部６４内部の通路に燃料を供給する場合に比べて、ガスタービン１の外径が大きくなるのを抑制することができる。また、張り出し量が大きい第１領域Ｓ１を設けたことにより、燃焼器４の内径側（フランジ部６２の張り出し量が拡大されていない部分）に他の構成部材が設けられている場合であっても、これらの構成部材との干渉を回避して、燃料供給管７６をフランジ部６２に接続することができる。よって、ガスタービン１の外径を抑えつつ、燃料供給管７６と他部材との干渉を回避することができる。

なお、図７に示す例示的な実施形態では、フランジ内通路９０は、軸方向に延びる第１軸方向通路９１と、第１軸方向通路９１の下流端と延長部６４の第１接続通路６８との間において径方向に延びる径方向通路９２とを含む。フランジ部の径方向通路９２と、延長部６４の第１接続通路６８とは直接接続されている。
そして、燃料供給管７６の燃料通路７７、フランジ内通路９０（第１軸方向通路９１及び径方向通路９２）、及び、延長部６４の通路６５（第１接続通路６８、環状通路６７及び第２接続通路６９）を介して、第３燃料ノズル７０に燃料が供給されるようになっている。
なお、径方向通路９２は、燃料供給管７６よりも径方向外側まで延びていてもよい。

幾つかの実施形態では、フランジ部６２の第１領域Ｓ１は、燃焼器４の中心軸Ｃ_１よりも、ガスタービン１の中心軸Ｏから離れた位置に配置される。
あるいは、フランジ部６２の第１領域Ｓ１は、燃焼器４の中心軸Ｃ_１よりも、ガスタービン１の径方向外側に配置される。

上述の実施形態によれば、フランジ部６２のうち、比較的張り出し量が大きい第１領域Ｓ１が、ガスタービン１の外径側に位置するので、ガスタービン１の外径が大きくなるのを効果的に抑制することができる。よって、ガスタービン１の外径を抑えつつ、燃料供給管７６と他部材との干渉を回避することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

１ ガスタービン
２ 圧縮機
４ 燃焼器
６ タービン
８ ロータ
１０ 圧縮機車室
１２ 入口
１６ 静翼
１８ 動翼
２０ ケーシング
２２ タービン車室
２４ 静翼
２６ 動翼
２８ 燃焼ガス通路
３０ 排気室
３１ 車室入口
３２ 燃焼器車室
３６ 燃焼筒
３８ 第１燃焼バーナ
４０ 第１燃料ノズル
４１ 第１バーナ筒
４２ 第１燃料ポート
４３ 第２燃料ポート
４４ 第２燃焼バーナ
４６ 第２燃料ノズル
４７ 第２バーナ筒
４８ 内筒
４９ スワラ
５０ 尾筒
５１ 出口部
５２ 外筒
５３ 壁面部
５４ 空気通路
５９ ボルト
６２ フランジ部
６２Ａ，６２Ｂ 端面
６３ 環状突出部
６４ 延長部
６４ａ 外周面
６５ 通路
６６ 空気通路形成部
６７ 環状通路
６８ 第１接続通路
６９ 第２接続通路
７０ 第３燃料ノズル
７４ 第３燃料ポート
７６ 燃料供給管
７７ 燃料通路
８０ 管部
８０Ａ 第１端
８０Ｂ 第２端
８１ 燃料通路
８２ 軸方向管部
８４ 径方向管部
８６ 接続管部
９０ フランジ内通路
９１ 第１軸方向通路
９２ 径方向通路
９３ 第２軸方向通路
１０１，１０２ 屈曲部
Ａ１ 第１角度範囲
Ａ２ 第２角度範囲
Ｃ_１ 燃焼器の中心軸
Ｏ ガスタービンの中心軸
Ｐ１，Ｐ２ 接続位置
Ｓ１ 第１領域

Claims (12)

1. ケーシングに取り付けられるフランジ部と、
   前記フランジ部から燃焼器の軸方向に沿って延びる環状の延長部と、
   前記フランジ部に接続される第１端、および、前記延長部の外周面に接続される第２端を有し、前記延長部の径方向外側において前記第１端から前記第２端まで延在する管部と、
   前記管部、及び、前記延長部の内部に設けられた通路を介して燃料の供給を受けるように構成された少なくとも１本の燃料ノズルと、
   を備え、
   前記少なくとも１本の燃料ノズルは、前記ケーシングの内部に形成され、前記燃料の燃焼に用いられる空気が通る空気通路に燃料を噴射して前記空気と前記燃料とが混合した燃料混合気を生成するように構成され、
   前記燃料混合気の流れ方向下流側に設けられ、前記燃料混合気に対して燃料を噴射するように構成された下流側ノズルをさらに備える
   ことを特徴とするガスタービンの燃焼器。
2. 前記通路は、前記管部の内部流路と連通する環状通路を含み、
   前記環状通路を介して複数の前記燃料ノズルに前記燃料が供給されるように構成された
   請求項１に記載のガスタービンの燃焼器。
3. 前記少なくとも１本の燃料ノズルが、前記延長部の内周側に設けられた
   請求項１又は２に記載のガスタービンの燃焼器。
4. ケーシングに取り付けられるフランジ部と、
   前記フランジ部から燃焼器の軸方向に沿って延びる環状の延長部と、
   前記フランジ部に接続される第１端、および、前記延長部の外周面に接続される第２端を有し、前記延長部の径方向外側において前記第１端から前記第２端まで延在する管部と、
   前記管部、及び、前記延長部の内部に設けられた通路を介して燃料の供給を受けるように構成された少なくとも１本の燃料ノズルと、
   を備え、
   前記管部は、
   前記第１端を含み、前記燃焼器の軸方向に沿って延びる軸方向管部と、
   前記第２端を含み、前記燃焼器の径方向に沿って延びる径方向管部と、
   前記軸方向管部と前記径方向管部とを接続する接続管部と、
   を含み、
   前記接続管部を含む前記管部の長さＬが、前記第１端と前記第２端との間の軸方向距離Ｌ_Ａ、および、前記第１端と前記第２端との間の径方向距離Ｌ_Ｂとの和よりも大きい
   ことを特徴とするガスタービンの燃焼器。
5. ケーシングに取り付けられるフランジ部と、
   前記フランジ部から燃焼器の軸方向に沿って延びる環状の延長部と、
   前記フランジ部に接続される第１端、および、前記延長部の外周面に接続される第２端を有し、前記延長部の径方向外側において前記第１端から前記第２端まで延在する管部と、
   前記管部、及び、前記延長部の内部に設けられた通路を介して燃料の供給を受けるように構成された少なくとも１本の燃料ノズルと、
   を備え、
   前記管部の前記第１端と前記第２端とは、前記燃焼器の周方向においてずれて位置している
   ことを特徴とするガスタービンの燃焼器。
6. 前記管部は、前記延長部の外周側において前記ケーシングによって囲まれた空間の内部に設けられた
   ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載のガスタービンの燃焼器。
7. 前記フランジ部の両端面のうち前記管部とは反対側の端面に接続される燃料供給管をさらに備え、
   前記燃料供給管、前記フランジ部の内部に設けられたフランジ内通路、及び、前記管部を介して、前記燃料が前記延長部内の前記通路に供給されるように構成された
   ことを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載のガスタービンの燃焼器。
8. 前記燃料供給管、前記フランジ内通路、及び、前記管部の前記第１端は、前記燃焼器の軸方向に実質的に平行な直線に沿って配置された
   ことを特徴とする請求項７に記載のガスタービンの燃焼器。
9. 前記燃料ノズルは、前記ケーシングの内部に形成され、前記燃料の燃焼に用いられる空気が通る空気通路に燃料を噴射するように構成された
   ことを特徴とする請求項４乃至８の何れか一項に記載のガスタービンの燃焼器。
10. 前記延長部は、前記軸方向において前記管部を挟んで前記フランジ部とは反対側において前記空気通路を形成する空気通路形成部を含む
    ことを特徴とする請求項１、２又は９に記載のガスタービンの燃焼器。
11. 請求項１乃至１０の何れか一項に記載の燃焼器と、
    前記燃焼器の下流側に設けられる静翼及び動翼と、
    を備えたガスタービン。
12. 燃焼器と、
    前記燃焼器の下流側に設けられる静翼及び動翼と、
    を備えたガスタービンであって、
    前記燃焼器は、
    ケーシングに取り付けられるフランジ部と、
    前記フランジ部から燃焼器の軸方向に沿って延びる環状の延長部と、
    前記延長部の内部に設けられた通路を介して燃料の供給を受けるように構成された少なくとも１本の燃料ノズルと、
    前記フランジ部に接続され、前記通路に前記燃料を供給するための燃料供給管と、
    を備え、
    前記フランジ部は、前記燃焼器の中心軸周りにおける第１角度範囲において、前記第１角度範囲以外の第２角度範囲に比べて径方向外側への張り出し量が大きい第１領域を有し、
    前記燃料供給管は、前記フランジ部のうち前記第１領域を含む部分にて前記フランジ部の前記延長部とは反対側の端面に接続され、
    前記フランジ部の前記第１領域は、前記燃焼器の前記中心軸よりも、前記ガスタービンの中心軸から離れた位置に配置される
    ことを特徴する
    ガスタービン。

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