JP7305761B2 - 尾筒、燃焼器、ガスタービン、及びガスタービン設備 - Google Patents

Description

本発明は、内周側で燃料が燃焼する筒を有する尾筒、これを備える燃焼器、ガスタービン、ガスタービン設備に関する。
本願は、２０１９年５月２４日に日本に出願された特願２０１９－０９７５５０号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。

ガスタービンは、空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機と、圧縮空気中で燃料を燃焼させる燃焼器と、燃料の燃焼で生成された燃焼ガスにより駆動するタービンと、中間ケーシングと、を備える。圧縮機は、圧縮機ロータと、この圧縮機ロータを覆う圧縮機ケーシングと、を有する。燃焼器は、内周側で燃料が燃焼する尾筒（又は燃焼筒）と、尾筒内に燃料を噴射するバーナと、を有する。タービンは、タービンロータと、このタービンロータを覆うタービンケーシングと、を有する。圧縮機ケーシングとタービンケーシングとは、中間ケーシングを介して接続されている。中間ケーシング内には、圧縮機から吐出された圧縮空気が流入する。燃焼器は、この中間ケーシングに設けられている。

以下の特許文献１には、燃焼器の尾筒について開示されている。この尾筒は、内周側で燃料が燃焼する筒と、筒の外周側に音響空間を形成する音響減衰器と、筒の外周側に冷却空気空間を形成する冷却空気ジャケットと、を有する。音響減衰器は、筒の上流側の部分に設けられている。また、冷却空気ジャケットは、筒の下流側の部分に設けられている。中間ケーシング内の圧縮空気のほとんどは、燃焼器に流入する。また、中間ケーシング内の圧縮空気の一部は、中間ケーシング外に抽気される。抽気された圧縮空気は、ブースト圧縮機で昇圧された後、強制冷却空気として、冷却空気空間に流入する。筒の外周面と内周面との間には、冷却空気流路Ａと、冷却空気流路Ｂとが形成されている。筒を形成する板中で、音響減衰器が設けられている部分には、筒の外周面から内周面に貫通する音響孔が形成されている。

冷却空気流路Ａは、筒の外周面中で冷却空気ジャケットが設けられている部分で開口している入口と、筒の外周面中で音響減衰器及び冷却空気ジャケットが設けられていない部分で開口している出口と、を有する。冷却空気流路Ａには、冷却空気空間内の強制冷却空気が流入する。この強制冷却空気は、冷却空気流路Ａを通過する過程で、燃焼ガスに晒される筒と熱交換して、筒を冷却する。この強制冷却空気は、筒との熱交換後に、冷却空気流路Ａの出口から、中間ケーシング内に流出する。

冷却空気流路Ｂは、筒の外周面中で音響減衰器及び冷却空気ジャケットが設けられていない部分で開口している入口と、筒の外周面中で音響減衰器が設けられている部分で開口している出口と、を有する。冷却空気流路Ｂには、筒の外周側の空間である中間ケーシング内に存在する圧縮空気が流入する。この圧縮空気は、冷却空気流路Ｂを通過する過程で、燃焼ガスに晒される筒と熱交換して、筒を冷却する。この圧縮空気は、音響空間内に流入した後、音響孔から筒の内周側の空間に流出する。音響空間内には、音響孔を介して、筒の内周側の空間で生成された高温の燃焼ガスが流入しないよう、この音響空間内から、音響孔を介して、圧縮空気を筒の内周側の空間に流出させている。

特開２０１２-０７７６６０号公報

音響空間内から筒の内周側の空間に流出する空気の質量流量は、ＮＯｘの発生量を抑える観点から、少ない方が好ましい。また、音響空間内から筒の内周側の空間に流出する空気は、筒の内周側の空間で生成された燃焼ガスの温度を下げて、ガスタービンの効率を低下させるため、この空気の質量流量は少ない方が好ましい。

そこで、本発明は、音響空間内から筒の内周側の空間に空気を流出させつつも、この空気の質量流量を抑えることができる技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための発明に係る一態様の尾筒は、
軸線回りに筒状を成し、内周側で燃料が燃焼する筒と、前記筒を形成する板の一部と、前記板の一部と共同して前記筒の外周側に音響空間を形成する音響カバーと、を有する音響減衰器と、前記筒を形成する前記板のうちで前記音響減衰器を形成する部分を除く他の一部と共同して、前記筒の外周側の空間である外側空間から隔離された冷却空気空間を形成し、前記外側空間内の空気より温度が低く且つ圧力が高い空気が供給される冷却空気ジャケットと、を備える。前記筒は、前記軸線が延びる軸線方向における一方側である上流側の端に形成されている入口開口と、前記軸線方向における他方側である下流側の端に形成されている出口開口と、前記外周側を向く外周面と、前記内周側を向く内周面と、前記外周面と前記内周面との間に形成されている第一空気流路と、前記外周面と前記内周面との間に形成されている第二空気流路と、前記音響空間から前記筒の内周側の空間である燃焼空間に貫通する音響孔と、を有する。前記冷却空気ジャケットは、前記音響カバーよりも前記下流側に位置する。前記第一空気流路は、前記冷却空気空間に臨み、前記冷却空気空間内の空気を前記第一空気流路内に導く入口と、前記音響空間に臨み、前記第一空気流路内を通ってきた空気を前記音響空間内に導く出口と、を有する。前記第二空気流路は、前記外側空間に臨み、前記外側空間内の空気を前記第二空気流路内に導く入口と、前記音響空間に臨み、前記第二空気流路内を通ってきた空気を前記音響空間内に導く出口と、を有する。前記第二空気流路の前記入口は、前記音響カバーよりも前記上流側に位置する。

本態様では、冷却空気空間内の空気が第一空気流路に流入し、この第一空気流路内を流れる。空気は、第一空気流路を流れる過程で、燃焼ガスに晒される筒との熱交換で加熱される一方で、筒を冷却する。第一空気流路内を通ってきた空気は、第一空気流路の出口から音響空間内に流入する。音響空間内に流入した空気は、音響孔から燃焼空間に流出する。このため、燃焼空間内の燃焼ガスは、音響空間内に流入しない。

燃焼空間内の燃焼ガスが確実に音響空間内に流入しないようにするためには、音響空間内の圧力Ｐｓが燃焼空間内の圧力Ｐｃよりも高く、両圧力差ΔＰ（＝Ｐｓ－Ｐｃ＞０）が一定の値以上である必要がある。
圧力差ΔＰは、以下の式で示されるように、流体の密度ρに比例し、且つ流体の流速ｖの二乗に比例する。
ΔＰ∝ρ・ｖ^２
上記式から理解できるように、圧力差ΔＰを一定の値以上にする場合、流体の密度ρを大きくするよりも、流体の流速ｖを大きくする方が効果的である。また、流体の密度ρを小さくしつつ流体の体積を増加させて、流体の流速ｖを大きくすることで、音響空間から燃焼空間に流出させる流体の質量流量を抑えることができる。流体の密度ρを小さくしつつ流体の体積を増加させる方法としては、流体に対する加熱量を多くして、流体を膨張させる方法がある。

ここで、以下の説明を分かり易くするために、本態様の比較例について説明する。比較例の筒は、本態様の第一空気流路を有せず、第二空気流路を有する。この第二空気流路は、筒の外周面と内周面との間に形成されている。この第二空気流路は、外側空間に臨み、外側空間内の空気を第二空気流路内に導く入口と、音響空間に臨み、第二空気流路内を通ってきた空気を音響空間内に導く出口と、を有する。外側空間内の空気は、第二空気流路の入口から第二空気流路内に流入し、この第二空気流路内を流れる。空気は、第二空気流路を流れる過程で、燃焼ガスに晒される筒との熱交換で加熱される一方で、筒を冷却する。第二空気流路内を通ってきた空気は、第二空気流路の出口から音響空間内に流入する。音響空間内に流入した空気は、音響孔から燃焼空間に流出する。

比較例では、外側空間内の空気の圧力及び温度が一定である場合に、第二空気流路を流れる空気に対する加熱量を多くする方法として、例えば、第二空気流路の流路長を長くする方法がある。この方法では、以下のような不具合が生じる。
（１）第二空気流路での圧力損失が大きくなり、外側空間内の空気が音響空間に至らない、若しくは音響孔から燃焼空間に流出しない、可能性がある。
（２）空気が音響空間に至るまでに、この空気の温度が極めて高温になり、筒を冷却する能力がなくなる可能性がある。

また、他の方法として、筒中で、燃焼ガスで加熱され易い領域に第二空気流路を形成する方法もある。この方法でも、上記（２）の不具合が生じる。

本態様では、外側空間に対して隔離された冷却空気空間内の空気が第一空気流路を流れる。よって、本態様では、第一空気流路には、外側空間内の空気とは異なる圧力及び温度の空気を流すことができる。このため、本態様では、冷却空気空間に、外側空間内の空気よりも高圧で且つ低温の空気を供給することで、空気に対する加熱量を多くする方法として、第一空気流路の流路長を長くする方法、及び／又は、筒中で、燃焼ガスで加熱され易い領域に第一空気流路を形成する方法を採用しても、上記（１）（２）の不具合が生じない。

従って、本態様では、音響空間内の圧力Ｐｓと燃焼空間Ｓｃ内の圧力Ｐｃとの圧力差ΔＰ（＝Ｐｓ－Ｐｃ）を一定の値以上にして、音響空間内から筒の内周側の燃焼空間に空気を流出させつつも、この空気の質量流量を抑えることができる。また、本態様では、筒中で第一空気流路を流れる空気で冷却できない、音響カバーより上流側の部分を、第二空気流路を流れる空気により冷却することができる。

燃焼空間中で、燃料の燃焼で形成される火炎の先端部よりも下流側の温度は、火炎の先端部より上流側の温度よりも高い。よって、筒中で音響カバーより下流側の領域は、音響カバーより上流側の領域よりも燃焼ガスで加熱され易い領域である。このため、本態様では、筒中で加熱され易い音響カバーより下流側の領域に第一空気流路が形成されていることになり、この第一空気流路を流れる空気の加熱量を多くすることができる。

前記態様の尾筒において、前記筒の前記下流側の端であって前記筒の前記外周面から、前記外周側に広がる取付フランジを有してもよい。この場合、前記冷却空気ジャケットは、前記取付フランジに接している。

また、以上のいずれかの前記態様の尾筒において、複数の前記音響カバーを有してもよい。この場合、前記第一空気流路の出口は、前記複数の音響カバーのうち、少なくとも一の音響カバーで形成される前記音響空間に臨んでいる。

複数の前記音響カバーを有する前記態様の尾筒において、前記第二空気流路の前記出口は、前記複数の音響カバーのうち、少なくとも一の音響カバーで形成される前記音響空間に臨み、前記第二空気流路内を通ってきた空気を前記音響空間内に導くことが可能である。

本態様では、筒中で第一空気流路を流れる空気で冷却できない部分を、第二空気流路を流れる空気により冷却することができる。

複数の前記音響カバーと前記第二空気流路とを有する前記態様の尾筒において、前記筒は、前記複数の音響カバー毎に、各音響カバーで形成される前記音響空間に連通する前記第一空気流路と前記第二空気流路とを有してもよい。

以上のいずれかの前記態様の尾筒において、前記筒は、前記外周面と前記内周面との間に形成されている第三空気流路を有してもよい。この場合、前記第三空気流路は、前記冷却空気空間に臨み、前記冷却空気空間内の空気を前記第三空気流路内に導く入口と、前記外側空間に臨み、前記第三空気流路内を通ってきた空気を前記外側空間に導く出口と、を有する。

本態様では、筒中で第一空気流路を流れる空気で冷却できない部分を、第三空気流路を流れる空気により冷却することができる。

前記第二空気流路を有する前記態様の尾筒において、前記第一空気流路内を通ってきた空気を前記音響空間内に導く出口の開口面積は、前記第二空気流路内を通ってきた空気を前記音響空間内に導く出口の開口面積よりも大きくしてもよい。
本態様では、第一空気流路内を通ってきた空気が音響空間に流入する際に、その流速を低下させることができるため、音響空間内の静圧低下を抑えて、音響空間内への燃焼ガスの流入を抑えることができる。

上記目的を達成するための発明に係る一態様の燃焼器は、
以上のいずれかの前記態様の尾筒と、前記燃焼空間に燃料及び空気を噴射するバーナと、を備える。

上記目的を達成するための発明に係る一態様のガスタービンは、
前記燃焼器と、圧縮機と、タービンと、中間ケーシングと、を備える。前記圧縮機は、ロータ軸線を中心として回転する圧縮機ロータと、前記圧縮機ロータを覆う圧縮機ケーシングと、を有する。前記タービンは、前記ロータ軸線を中心として、前記圧縮機ロータと一体回転するタービンロータと、前記タービンロータを覆うタービンケーシングと、を有する。前記中間ケーシングは、前記ロータ軸線が延びるロータ軸線方向で、前記圧縮機ケーシングと前記タービンケーシングとの間に配置され、前記圧縮機ケーシングと前記タービンケーシングとを接続し、前記圧縮機から吐出された圧縮空気が流入する。前記燃焼器は、前記中間ケーシングに設けられている。

上記目的を達成するための発明に係る一態様のガスタービン設備は、
前記態様のガスタービンと、前記中間ケーシング内の前記圧縮空気を前記中間ケーシング外に導いてから、前記冷却空気ジャケット内に導く冷却空気ラインと、前記冷却空気ラインに設けられ、前記冷却空気ライン内を通る前記圧縮空気を冷却する冷却器と、前記冷却空気ラインに設けられ、前記冷却器で冷却された前記圧縮空気を昇圧するブースト圧縮機と、を備える。

本発明の一態様によれば、音響減衰器の音響空間内から筒の内周側の空間に空気を流出させつつも、この空気の質量流量を抑えることができる。

本発明に係る第一実施形態におけるガスタービン設備の構成を示す概念図である。 本発明に係る第一実施形態におけるガスタービン設備の要部断面図である。 本発明に係る第一実施形態における尾筒の要部断面図である。 図３におけるIＶ矢視図である。 図３におけるＶ－Ｖ線断面図である。 本発明に係る第二実施形態における尾筒の要部断面図である。 図６におけるＶII矢視図である。 本発明に係る第三実施形態における尾筒の要部断面図である。 図８におけるIＸ矢視図である。 本発明に係る第四実施形態における尾筒の要部断面図である。 図１０におけるＸI矢視図である。 本発明に係る第五実施形態における図６に相当する断面図である。 本発明に係る第五実施形態における図７に相当する矢視図である。 本発明に係る第五実施形態の変形例における図１３に相当する矢視図である。

以下、本発明に係るガスタービン設備の各種実施形態及びその変形例について、図面を参照して詳細に説明する。

「第一実施形態」
以下、本発明に係るガスタービン設備の第一実施形態について、図１～図５を参照して説明する。

本実施形態のガスタービン設備は、図１に示すように、ガスタービン１０と、このガスタービン１０の構成部品の一部を冷却する冷却装置７０と、を備える。

ガスタービン１０は、空気Ａを圧縮する圧縮機２０と、圧縮機２０で圧縮された空気中で燃料を燃焼させて燃焼ガスＧを生成する複数の燃焼器４０と、燃焼ガスＧにより駆動するタービン３０と、を備えている。

圧縮機２０は、ロータ軸線Ｌｒ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を回転可能に覆う圧縮機ケーシング２５と、複数の静翼列２６と、を有する。なお、以下では、ロータ軸線Ｌｒ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の一方側を軸線上流側Ｄａｕ、他方側を軸線下流側Ｄａｄとする。また、このロータ軸線Ｌｒを中心とした周方向を単に周方向Ｄｃとし、ロータ軸線Ｌｒに対して垂直な方向を径方向Ｄｒとする。さらに、径方向Ｄｒでロータ軸線Ｌｒに近づく側を径方向内側Ｄｒｉとし、その反対側を径方向外側Ｄｒｏとする。

圧縮機ロータ２１は、ロータ軸線Ｌｒに沿ってロータ軸線方向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、周方向Ｄｃ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のそれぞれの軸線下流側Ｄａｄには、複数の静翼列２６のうちのいずれかの静翼列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、周方向Ｄｃに並んでいる複数の静翼で構成されている。ロータ軸２２の径方向外側Ｄｒｏと圧縮機ケーシング２５の径方向内側Ｄｒｉとの間であって、ロータ軸線方向Ｄａで静翼及び動翼が配置されている領域の環状の空間は、空気が流れつつ圧縮される空気圧縮流路を成す。

タービン３０は、圧縮機２０の軸線下流側Ｄａｄに配置されている。このタービン３０は、ロータ軸線Ｌｒ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を回転可能に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。タービンロータ３１は、ロータ軸線Ｌｒに沿ってロータ軸線方向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、周方向Ｄｃ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のそれぞれの軸線上流側Ｄａｕには、複数の静翼列３６のうちのいずれかの静翼列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、周方向Ｄｃに並んでいる複数の静翼で構成されている。ロータ軸３２の径方向外側Ｄｒｏとタービンケーシング３５の径方向内側Ｄｒｉとの間であって、ロータ軸線方向Ｄａで静翼及び動翼が配置されている領域の環状の空間は、燃焼器４０からの燃焼ガスＧが流れる燃焼ガス流路を成す。

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Ｌｒ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１０は、さらに、ロータ軸線Ｌｒを中心として筒状の中間ケーシング１６を備える。中間ケーシング１６は、ロータ軸線方向Ｄａで、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。圧縮機ケーシング２５とタービンケーシング３５とは、この中間ケーシング１６を介して接続されている。圧縮機ケーシング２５と中間ケーシング１６とタービンケーシング３５とは、互い接続されてガスタービンケーシング１５を成す。中間ケーシング１６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、この中間ケーシング１６に設けられている。

冷却装置７０は、冷却空気ライン７１と、冷却器７５と、ブースト圧縮機７６と、を有する。冷却空気ライン７１は、中間ケーシング１６内の圧縮空気Ａｃｏｍをこの中間ケーシング１６内から抽気して、この圧縮空気Ａｃｏｍを燃焼器４０に導く。冷却空気ライン７１は、抽気ライン７２と、冷却空気メインライン７３と、複数の冷却空気分岐ライン７４と、を有する。抽気ライン７２は、中間ケーシング１６に接続され、中間ケーシング１６内の圧縮空気Ａｃｏｍをブースト圧縮機７６に導く。冷却空気メインライン７３は、ブースト圧縮機７６の吐出口に接続されている。この冷却空気メインライン７３には、ブースト圧縮機７６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７４は、冷却空気メインライン７３から複数の燃焼器４０毎に分岐したラインである。複数の冷却空気分岐ライン７４のそれぞれは、いずれか一の燃焼器４０に強制冷却空気Ａｃｌを導く。冷却器７５及びブースト圧縮機７６は、冷却空気ライン７１中の抽気ライン７２に設けられている。冷却器７５は、抽気ライン７２を流れる圧縮空気Ａｃｏｍを冷却する。ブースト圧縮機７６は、冷却器７５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として燃焼器４０に送る。

燃焼器４０は、図２に示すように、高温高圧の燃焼ガスＧをタービン３０の燃焼ガス流路内に送る尾筒（又は燃焼筒）５０と、この尾筒５０内に圧縮空気Ａｃｏｍと共に燃料Ｆを噴射する燃料噴射器４１と、を有する。燃料噴射器４１は、尾筒５０内に燃料Ｆを噴射する複数のバーナ４２と、複数のバーナ４２を支持する枠４３を有する。各バーナ４２には、燃料ライン４５が接続されている。燃料ライン４５には、複数のバーナ４２へ供給する燃料Ｆの流量を調節する燃料流量調節弁４６が設けられている。燃焼器４０の尾筒５０は、中間ケーシング１６内に配置されている。

尾筒５０は、燃焼器軸線Ｌｃｏｍ回りに筒状を成す筒５１と、筒５１の外周側に音響空間Ｓｓを形成する音響減衰器６１と、筒５１の外周側に冷却空気空間Ｓａを形成する冷却空気ジャケット６５と、取付フランジ６６と、を有する。なお、以下では、燃焼器軸線Ｌｃｏｍが延びる方向を燃焼器軸線方向Ｄｃｏｍ（以下、単に軸線方向Ｄｃｏｍとする）とする。また、この軸線方向Ｄｃｏｍの一方側を燃焼器上流側Ｄｃｕ（以下、単に上流側Ｄｃｕとする）とし、この軸線方向Ｄｃｏｍの他方側を燃焼器下流側Ｄｃｄ（以下、単に下流側Ｄｃｄとする）とする。

筒５１は、上流側Ｄｃｕの端に形成されている入口開口５４ｉと、下流側Ｄｃｄの端に形成されている出口開口５４ｏと、外周側を向く外周面５５ｏと、内周側を向く内周面５５ｉと、を有する。この筒５１の内周側の空間は、燃料Ｆが燃焼して、これによって生成された燃焼ガスＧが流れる燃焼空間Ｓｃである。取付フランジ６６は、筒５１の下流側Ｄｃｄの端で且つ筒５１の外周面５５ｏから外周側に広がっている。この取付フランジ６６は、筒５１をタービンケーシング３５に取り付けるためのフランジである。

音響減衰器６１は、筒５１を形成する板の一部と、この筒５１の一部と共同して、筒５１の外周側に音響空間Ｓｓを形成する音響カバー６２と、を有する。この音響カバー６２は、筒５１の上流側Ｄｃｕの部分に設けられている。音響カバー６２は、燃焼器軸線Ｌｃｏｍに対する周方向に延びている。

冷却空気ジャケット６５は、筒５１を形成する板のうちで音響減衰器６１を形成する部分を除く他の一部及び取付フランジ６６と共同して、筒５１の外周側に冷却空気空間Ｓａを形成する。このため、冷却空気ジャケット６５の縁の一部が取付フランジ６６に接し、冷却空気ジャケット６５の縁の残りが筒５１に接している。この冷却空気空間Ｓａは、筒５１の外周側の空間である外側空間Ｓｏから隔離されている。なお、外側空間Ｓｏとは、筒５１の外周側の空間で且つ中間ケーシング１６内の空間であって、音響空間Ｓｓ及び冷却空気空間Ｓａを除く空間のことである。この外側空間Ｓｏには、ガスタービン１０の運転中、圧縮機２０から吐出された圧縮空気Ａｃｏｍが存在する。また、冷却空気空間Ｓａが外側空間Ｓｏから隔離されているとは、外側空間Ｓｏ中の圧縮空気Ａｃｏｍが冷却空気空間Ｓａ内に直接流入しない構成になっていることである。前述したように、冷却空気ジャケット６５は、筒５１の下流側Ｄｃｄの端に設けられている取付フランジ６６に接している関係で、音響カバー６２よりも下流側Ｄｃｄに位置している。この冷却空気ジャケット６５には、前述した冷却装置７０の冷却空気分岐ライン７４が接続されている。よって、冷却空気空間Ｓａには、冷却装置７０からの強制冷却空気Ａｃｌが流入する。

筒５１は、図３及び図４に示すように、複数の音響孔５９と、複数の第一空気流路５６と、複数の第三空気流路５８と、を有する。なお、図３は、燃焼器軸線Ｌｃｏｍを含む仮想面での尾筒５０の要部断面図であり、図４は、図３におけるＩＶ矢視図である。

音響孔５９は、筒５１を形成する板を音響空間Ｓｓから燃焼空間Ｓｃに貫通している。よって、この音響孔５９は、音響カバー６２で覆われている筒５１の部分で、筒５１の外周面５５ｏから内周面５５ｉに貫通した孔である。

第一空気流路５６及び第三空気流路５８は、いずれも、筒５１の外周面５５ｏと内周面５５ｉとの間に形成されている。第一空気流路５６は、冷却空気空間Ｓａに臨み、冷却空気空間Ｓａ内の空気を第一空気流路５６内に導く入口５６ｉと、音響空間Ｓｓに臨み、第一空気流路５６内を通ってきた空気を音響空間Ｓｓ内に導く出口５６ｏと、を有する。よって、第一空気流路５６の入口５６ｉは、筒５１の外周面５５ｏであって冷却空気ジャケット６５で覆われている部分に形成されている。また、第一空気流路５６の出口５６ｏは、筒５１の外周面５５ｏであって音響カバー６２で覆われている部分に形成されている。第三空気流路５８は、冷却空気空間Ｓａに臨み、冷却空気空間Ｓａ内の空気を第三空気流路５８内に導く入口５８ｉと、外側空間Ｓｏに臨み、第三空気流路５８内を通ってきた空気を外側空間Ｓｏに導く出口５８ｏと、を有する。よって、第三空気流路５８の入口５８ｉは、筒５１の外周面５５ｏであって冷却空気ジャケット６５で覆われている部分に形成されている。また、第三空気流路５８の出口５８ｏは、筒５１の外周面５５ｏであって音響カバー６２及び冷却空気ジャケット６５で覆われていない部分に形成されている。複数の第三空気流路５８のうち、一部の第三空気流路５８の出口５８ｏは、筒５１の外周面５５ｏであって音響カバー６２で覆われている部分よりも上流側Ｄｃｕの部分に形成されている。

筒５１を形成する板は、図５に示すように、外周壁板５２ｏと内周壁板５２ｉとがろう付け等で接合されて形成されている。外周壁板５２ｏと内周壁板５２ｉとのうち、一方の壁板には、他方側から離れる方向に凹み、軸線方向Ｄｃｏｍに長い複数の溝５３が形成されている。この溝５３の内面と他方の壁板の面との間は、空気が流れる空気流路５６（５８）を成している。なお、本実施形態では、外周壁板５２ｏに溝５３が形成されている。

次に、以上で説明したガスタービン１０の動作について説明する。

圧縮機２０は、外気Ａを吸込んで、これが空気圧縮流路を通る過程でこの空気を圧縮する。圧縮された空気、つまり圧縮空気Ａｃｏｍは、圧縮機２０の空気圧縮流路から中間ケーシング１６内に流入する。この圧縮空気Ａｃｏｍは、燃焼器４０の燃料噴射器４１を介して、尾筒５０の筒５１内に供給される。燃料噴射器４１の複数のバーナ４２からは、尾筒５０の筒５１内に燃料Ｆが噴射される。この燃料Ｆは、筒５１の燃焼空間Ｓｃに供給された圧縮空気Ａｃｏｍ中で燃焼する。この燃焼の結果、燃焼ガスＧが生成され、この燃焼ガスＧが尾筒５０からタービン３０の燃焼ガス流路内に流入する。この燃焼ガスＧが燃焼ガス流路を通ることで、タービンロータ３１が回転する。

燃料Ｆが燃焼空間Ｓｃ内で燃焼している間、冷却装置７０のブースト圧縮機７６は、駆動している。このため、外側空間Ｓｏ内の圧縮空気Ａｃｏｍ、言い換えると、中間ケーシング１６内の圧縮空気Ａｃｏｍの一部は、中間ケーシング１６内から抽気されて、冷却装置７０の冷却器７５に流入し、ここで冷却される。冷却器７５で冷却された圧縮空気Ａｃｏｍは、ブースト圧縮機７６で昇圧されてから、強制冷却空気Ａｃｌとして、尾筒５０の冷却空気空間Ｓａ内に流入する。この強制冷却空気Ａｃｌは、中間ケーシング１６内の圧縮空気Ａｃｏｍを冷却した後、昇圧した空気であるため、中間ケーシング１６内の圧縮空気Ａｃｏｍよりも、温度が低く且つ圧力が高い。

冷却空気空間Ｓａ内の強制冷却空気Ａｃｌは、筒５１の第一空気流路５６及び第三空気流路５８に流入し、これらの空気流路５６,５８内を流れる。強制冷却空気Ａｃｌは、空気流路５６,５８を流れる過程で、高温の燃焼ガスＧに晒されている筒５１との熱交換で、加熱される一方で、筒５１を冷却する。

第三空気流路５８内を通ってきた強制冷却空気Ａｃｌは、第三空気流路５８の出口５８ｏから外側空間Ｓｏに流出し、外側空間Ｓｏ中に存在する圧縮空気Ａｃｏｍに混ざる。また、第一空気流路５６内を通ってきた強制冷却空気Ａｃｌは、第一空気流路５６の出口５６ｏから音響空間Ｓｓ内に流入する。音響空間Ｓｓ内に流入した強制冷却空気Ａｃｌは、音響孔５９から燃焼空間Ｓｃに流出する。このため、燃焼空間Ｓｃ内の燃焼ガスＧは、音響空間Ｓｓ内に流入しない。

燃焼空間Ｓｃ内の燃焼ガスＧが確実に音響空間Ｓｓ内に流入しないようにするためには、音響空間Ｓｓ内の圧力Ｐｓが燃焼空間Ｓｃ内の圧力Ｐｃよりも高く、両圧力差ΔＰ（＝Ｐｓ－Ｐｃ＞０）が一定の値以上である必要がある。

圧力差ΔＰは、以下の式で示されるように、流体の密度ρに比例し、且つ流体の流速ｖの二乗に比例する。
ΔＰ∝ρ・ｖ^２

上記式から理解できるように、圧力差ΔＰを一定の値以上にする場合、流体の密度ρを大きくするよりも、流体の流速ｖを大きくする方が効果的である。また、流体の密度ρを小さくしつつ流体の体積を増加させて、流体の流速ｖを大きくすることで、音響空間Ｓｓから燃焼空間Ｓｃに流出させる流体の質量流量を抑えることができる。流体の密度ρを小さくしつつ流体の体積を増加させる方法としては、流体に対する加熱量を多くして、流体を膨張させる方法がある。

ここで、以下の説明を分かり易くするために、本態様の比較例について説明する。比較例の筒は、第一空気流路５６を有せず、図３中の想像線（二点鎖線）で示す第二空気流路５７を有する。この第二空気流路５７は、筒５１の外周面５５ｏと内周面５５ｉとの間に形成されている。この第二空気流路５７は、外側空間Ｓｏに臨み、外側空間Ｓｏ内の空気を第二空気流路５７内に導く入口５７ｉと、音響空間Ｓｓに臨み、第二空気流路５７内を通ってきた空気を音響空間Ｓｓ内に導く出口５７ｏと、を有する。第二空気流路５７の入口５７ｉは、音響カバー６２よりも上流側Ｄｃｕに位置している。外側空間Ｓｏ内の空気は、第二空気流路５７の入口５７ｉから第二空気流路５７内に流入し、この第二空気流路５７内を流れる。空気は、第二空気流路５７を流れる過程で、燃焼ガスＧに晒される筒５１との熱交換で加熱される一方で、筒５１を冷却する。第二空気流路５７内を通ってきた空気は、第二空気流路５７の出口５７ｏから音響空間Ｓｓ内に流入する。音響空間Ｓｓ内に流入した空気は、音響孔５９から燃焼空間Ｓｃに流出する。

比較例では、外側空間Ｓｏ内の空気、つまり圧縮空気Ａｃｏｍの圧力及び温度が一定である場合に、第二空気流路５７を流れる空気に対する加熱量を多くする方法として、例えば、第二空気流路５７の流路長を長くする方法がある。この方法では、以下のような不具合が生じる。
（１）第二空気流路５７での圧力損失が大きくなり、外側空間Ｓｏ内の空気が音響空間Ｓｓに至らない、若しくは音響孔５９から燃焼空間Ｓｃに流出しない、可能性がある。
（２）空気が音響空間Ｓｓに至るまでに、この空気の温度が極めて高温になり、筒５１を冷却する能力がなくなる可能性がある。

また、他の方法として、筒５１中で、燃焼ガスＧで加熱され易い領域に第二空気流路５７を形成する方法もある。この方法でも、上記（２）の不具合が生じる。

本実施形態では、外側空間Ｓｏに対して隔離された冷却空気空間Ｓａ内の強制冷却空気Ａｃｌが第一空気流路５６を流れる。よって、本実施形態では、第一空気流路５６には、外側空間Ｓｏ内の圧縮空気Ａｃｏｍとは異なる圧力及び温度の空気を流すことができる。そこで、本実施形態では、外側空間Ｓｏ内の圧縮空気Ａｃｏｍよりも高圧で且つ低温の強制冷却空気Ａｃｌを第一空気流路５６に流す。このため、本実施形態では、空気に対する加熱量を多くする方法として、第一空気流路５６の流路長を長くする方法、及び／又は、筒５１中で、燃焼ガスＧで加熱され易い領域に第一空気流路５６を形成する方法を採用しても、上記（１）（２）の不具合が生じない。

従って、本実施形態では、音響空間Ｓｓ内の圧力Ｐｓと燃焼空間Ｓｃ内の圧力Ｐｃとの圧力差ΔＰ（＝Ｐｓ－Ｐｃ）を一定の値以上にして、音響空間Ｓｓ内から筒５１の内周側の燃焼空間Ｓｃに空気を流出させつつも、この空気の質量流量を抑えることができる。

以上のように、本実施形態では、音響空間Ｓｓ内から筒５１の内周側の燃焼空間Ｓｃに流出する空気の質量流量を抑えることができるので、ＮＯｘの発生量を抑えることができる。さらに、本実施形態では、燃焼空間Ｓｃに流出する空気による燃焼ガスＧの希釈量が少なくなるので、タービン３０に送られるガスの温度低下を抑えることができて、ガスタービン１０の効率低下を抑えることができる。

ところで、本実施形態では、空気に対する加熱量を多くする方法として、第一空気流路５６の流路長を長くする方法、及び、筒５１中で、燃焼ガスＧで加熱され易い領域に第一空気流路５６を形成する方法を採用している。具体的に、本実施形態では、筒５１の下流側Ｄｃｄの部分に冷却空気ジャケット６５を設け、この冷却空気ジャケット６５内の冷却空気空間Ｓａと筒５１の上流側Ｄｃｕの部分に配置されている音響減衰器６１内の音響空間Ｓｓとを第一空気流路５６で連通させることで、この第一空気流路５６の流路長を長くしている。筒５１の燃焼空間Ｓｃ中で、燃料Ｆの燃焼で形成される火炎の先端部よりも下流側Ｄｃｄの温度は、火炎の先端部より上流側Ｄｃｕの温度よりも高い。よって、筒５１中で下流側Ｄｃｄの領域は、上流側Ｄｃｕの領域よりも燃焼ガスＧで加熱され易い領域である。そこで、本実施形態では、筒５１中で加熱され易い下流側Ｄｃｄの領域に第一空気流路５６を形成している。

なお、本実施形態では、以上のように、空気に対する加熱量を多くする方法として、第一空気流路５６の流路長を長くする方法と、筒５１中で、燃焼ガスＧで加熱され易い領域に第一空気流路５６を形成する方法との両方を採用している。しかしながら、以上の二つの方法のうち、一方のみを採用してもよい。

「第二実施形態」
以下、本発明に係るガスタービン設備の第二実施形態について、図６及び図７を参照して説明する。なお、本実施形態のガスタービン設備は、燃焼器の尾筒の構成のみが第一実施形態のガスタービン設備と異なる。よって、以下では、本実施形態の尾筒５０ａの構成について主として説明する。

本実施形態の尾筒５０ａは、第一実施形態と同様、筒５１ａと、音響減衰器６１と、冷却空気ジャケット６５と、取付フランジ６６と、を有する。筒５１ａは、第一実施形態の筒５１と同様、入口開口５４ｉと、出口開口５４ｏと、外周面５５ｏと、内周面５５ｉと、複数の第一空気流路５６と、複数の第三空気流路５８と、を有する。本実施形態の筒５１ａは、さらに、複数の第二空気流路５７を有する。第二空気流路５７は、筒５１ａの外周面５５ｏと内周面５５ｉとの間に形成されている。この第二空気流路５７は、外側空間Ｓｏに臨み、外側空間Ｓｏ内の圧縮空気Ａｃｏｍを第二空気流路５７内に導く入口５７ｉと、音響空間Ｓｓに臨み、第二空気流路５７内を通ってきた圧縮空気Ａｃｏｍを音響空間Ｓｓ内に導く出口５７ｏと、を有する。第二空気流路５７の入口５７ｉは、音響カバー６２よりも上流側Ｄｃｕに位置している。なお、本実施形態の筒５１ａは、第三空気流路５８を有しているが、この第三空気流路５８を有していなくてもよい。

本実施形態においても、第一実施形態と同様、冷却空気空間Ｓａ内の強制冷却空気Ａｃｌは、筒５１ａの第一空気流路５６及び第三空気流路５８に流入し、これらの空気流路５６,５８内を流れる。強制冷却空気Ａｃｌは、空気流路５６,５８を流れる過程で、高温の燃焼ガスＧに晒されている筒５１ａとの熱交換で、加熱される一方で、筒５１ａを冷却する。第三空気流路５８内を通ってきた強制冷却空気Ａｃｌは、第三空気流路５８の出口５８ｏから外側空間Ｓｏに流出し、外側空間Ｓｏ中に存在する圧縮空気Ａｃｏｍに混ざる。また、第一空気流路５６内を通ってきた強制冷却空気Ａｃｌは、第一空気流路５６の出口５６ｏから音響空間Ｓｓ内に流入する。

外側空間Ｓｏ内の圧縮空気Ａｃｏｍは、第二空気流路５７の入口５７ｉから第二空気流路５７内に流入し、この第二空気流路５７内を流れる。圧縮空気Ａｃｏｍは、第二空気流路５７を流れる過程で、燃焼ガスＧに晒される筒５１ａとの熱交換で加熱される一方で、筒５１ａを冷却する。第二空気流路５７内を通ってきた圧縮空気Ａｃｏｍは、第二空気流路５７の出口５７ｏから音響空間Ｓｓ内に流入する。

よって、本実施形態では、音響空間Ｓｓ内には、第一空気流路５６を流れてきた強制冷却空気Ａｃｌと、第二空気流路５７を流れてきた圧縮空気Ａｃｏｍとが流入する。音響空間Ｓｓ内に流入した空気は、音響孔５９を介して、燃焼空間Ｓｃに流出する。このように、本実施形態では、音響空間Ｓｓから音響孔５９を介して燃焼空間Ｓｃに流出する空気には、第一実施形態と同様、第一空気流路５６を流れてきた強制冷却空気Ａｃｌが含まれるので、空気に対する加熱量の多い空気を燃焼空間Ｓｃに流出させることができる。従って、本実施形態でも、第一実施形態と同様、音響空間Ｓｓ内から燃焼空間Ｓｃに空気を流出させつつも、この空気の質量流量を抑えることができる。

第一実施形態では、筒５１中で音響カバー６２よりも上流側Ｄｃｕの部分を、第三空気流路５８を流れる空気で冷却する。第三空気流路５８を流れる空気は、音響カバー６２に至るまでの加熱量が大きい。一方、本実施形態では、筒５１ａ中で音響カバー６２よりも上流側Ｄｃｕの部分を、第二空気流路５７を流れる空気で冷却する。筒５１ａ中で音響カバー６２よりも上流側Ｄｃｕの部分で、第二空気流路５７を流れる空気の温度は、第三空気流路５８を流れる空気の温度よりも低い。このため、本実施形態では、第一実施形態よりも、筒５１ａ中で音響カバー６２よりも上流側Ｄｃｕの部分の冷却能力を高めることができる。

「第三実施形態」
以下、本発明に係るガスタービン設備の第三実施形態について、図８及び図９を参照して説明する。なお、本実施形態のガスタービン設備は、燃焼器の尾筒の構成のみが第一実施形態のガスタービン設備と異なる。よって、以下では、本実施形態の尾筒５０ｂの構成を主として説明する。

本実施形態の尾筒５０ｂは、第一実施形態と同様、筒５１ｂと、音響減衰器６１ａ，６１ｂと、冷却空気ジャケット６５と、取付フランジ６６と、を有する。但し、本実施形態の尾筒５０ｂは、複数の音響減衰器６１ａ，６１ｂを有する。筒５１ｂは、第一実施形態の筒５１と同様、入口開口５４ｉと、出口開口５４ｏと、外周面５５ｏと、内周面５５ｉと、複数の第一空気流路５６と、複数の第三空気流路５８と、を有する。本実施形態の第一空気流路５６の出口５６ｏは、複数の音響減衰器６１ａ，６１ｂのうち、第一音響減衰器６１ａの第一音響空間Ｓｓａのみに臨んでおり、第二音響減衰器６１ｂの第二音響空間Ｓｓｂに臨んでいない。よって、本実施形態では、冷却空気空間Ｓａ内の強制冷却空気Ａｃｌは、第一空気流路５６を介して、第一音響空間Ｓｓａに流入するものの、第二音響空間Ｓｓｂには流入しない。本実施形態の筒５１ｂは、さらに、複数の第二空気流路５７を有する。第二空気流路５７は、筒５１ｂの外周面５５ｏと内周面５５ｉとの間に形成されている。この第二空気流路５７は、外側空間Ｓｏに臨み、外側空間Ｓｏ内の空気を第二空気流路５７内に導く入口５７ｉと、第二音響空間Ｓｓｂのみに臨み、第二空気流路５７内を通ってきた空気を第二音響空間Ｓｓｂ内に導く出口５７ｏと、を有する。よって、本実施形態では、外側空間Ｓｏ内の圧縮空気Ａｃｏｍは、第二空気流路５７を介して、第二音響空間Ｓｓｂに流入するものの、第一音響空間Ｓｓａには流入しない。第二空気流路５７の入口５７ｉは、複数の音響減衰器６１ａ，６１ｂがそれぞれ有する音響カバー６２よりも上流側Ｄｃｕに位置している。なお、本実施形態の筒５１ｂは、第三空気流路５８を有しているが、この第三空気流路５８を有していなくてもよい。

本実施形態においても、第一実施形態と同様、冷却空気空間Ｓａ内の強制冷却空気Ａｃｌは、筒５１ｂの第一空気流路５６及び第三空気流路５８に流入し、これらの空気流路５６，５８内を流れる。強制冷却空気Ａｃｌは、空気流路５６，５８を流れる過程で、高温の燃焼ガスＧに晒されている筒５１ｂとの熱交換で、加熱される一方で、筒５１ｂを冷却する。第三空気流路５８内を通ってきた空気は、第三空気流路５８の出口５８ｏから外側空間Ｓｏに流出し、外側空間Ｓｏ中に存在する圧縮空気Ａｃｏｍに混ざる。また、第一空気流路５６内を通ってきた強制冷却空気Ａｃｌは、第一空気流路５６の出口５６ｏから第一音響空間Ｓｓａ内に流入する。第一音響空間Ｓｓａ内に流入した空気は、第一音響減衰器６１ａの第一音響孔５９ａから燃焼空間Ｓｃに流出する。

外側空間Ｓｏ内の圧縮空気Ａｃｏｍは、第二空気流路５７の入口５７ｉから第二空気流路５７内に流入し、この第二空気流路５７内を流れる。圧縮空気Ａｃｏｍは、第二空気流路５７を流れる過程で、燃焼ガスＧに晒される筒５１ｂとの熱交換で加熱される一方で、筒５１ｂを冷却する。第二空気流路５７内を通ってきた圧縮空気Ａｃｏｍは、第二空気流路５７の出口５７ｏから第二音響空間Ｓｓｂ内に流入する。第二音響空間Ｓｓｂ内に流入した圧縮空気Ａｃｏｍは、第二音響減衰器６１ｂの第二音響孔５９ｂから燃焼空間Ｓｃに流出する。

以上のように、本実施形態では、複数の音響空間Ｓｓのうち、第一音響空間Ｓｓａ内には、第一空気流路５６を流れてきた強制冷却空気Ａｃｌが流入する。第一音響空間Ｓｓａ内に流入した空気は、第一音響孔５９ａを介して、燃焼空間Ｓｃに流出する。このため、本実施形態では、全ての音響空間Ｓｓａ，Ｓｓｂに、第二空気流路５７を流れてきた圧縮空気Ａｃｏｍのみを流入させる場合よりも、全ての音響空間Ｓｓａ，Ｓｓｂから燃焼空間Ｓｃに流出する空気の総質量流量を抑えることができる。

また、本実施形態では、第二実施形態と同様、第二空気流路５７を有しているので、第一実施形態よりも、筒５１ｂ中で音響カバー６２よりも上流側Ｄｃｕの部分の冷却能力を高めることができる。

「第四実施形態」
以下、本発明に係るガスタービン設備の第四実施形態について、図１０及び図１１を参照して説明する。なお、本実施形態のガスタービン設備は、第三実施形態の変形例で、燃焼器の尾筒の構成のみが第三実施形態のガスタービン設備と異なる。よって、以下では、本実施形態の尾筒５０ｃの構成を主として説明する。

本実施形態の尾筒５０ｃは、第三実施形態と同様、筒５１ｃと、複数の音響減衰器６１ａ，６１ｂと、冷却空気ジャケット６５と、取付フランジ６６と、を有する。筒５１ｃは、第三実施形態の筒５１ｂと同様、入口開口５４ｉと、出口開口５４ｏと、外周面５５ｏと、内周面５５ｉと、複数の第一空気流路５６と、複数の第二空気流路５７と、を有する。本実施形態では、複数の第一空気流路５６のうち、一部の第一空気流路５６の出口５６ｏは、複数の音響減衰器６１ａ，６１ｂのうち、第一音響減衰器６１ａの第一音響空間Ｓｓａのみに臨んでおり、第二音響減衰器６１ｂの第二音響空間Ｓｓｂに臨んでいない。また、複数の第一空気流路５６のうち、他の一部の第一空気流路５６の出口５６ｏは、複数の音響減衰器６１ａ，６１ｂのうち、第二音響減衰器６１ｂの第二音響空間Ｓｓｂのみに臨んでおり、第一音響減衰器６１ａの第一音響空間Ｓｓａに臨んでいない。よって、本実施形態では、複数の音響減衰器６１ａ，６１ｂ毎の音響空間Ｓｓａ，Ｓｓｂには、冷却空気空間Ｓａ内の強制冷却空気Ａｃｌが、複数の第一空気流路５６のうちのいずれかを介して流入する。本実施形態では、複数の第二空気流路５７のうち、一部の第二空気流路５７の出口５７ｏは、複数の音響減衰器６１ａ，６１ｂのうち、第一音響減衰器６１ａの第一音響空間Ｓｓａのみに臨んでおり、第二音響減衰器６１ｂの第二音響空間Ｓｓｂに臨んでいない。また、複数の第二空気流路５７のうち、他の一部の第二空気流路５７の出口５７ｏは、複数の音響減衰器６１ａ，６１ｂのうち、第二音響減衰器６１ｂの第二音響空間Ｓｓｂのみに臨んでおり、第一音響減衰器６１ａの第一音響空間Ｓｓａに臨んでいない。よって、本実施形態では、複数の音響減衰器６１ａ，６１ｂ毎の音響空間Ｓｓａ，Ｓｓｂには、外側空間Ｓｏ内の圧縮空気Ａｃｏｍが、複数の第二空気流路５７のうちのいずれかを介して流入する。

以上のように、本実施形態では、複数の音響減衰器６１ａ，６１ｂ毎の音響空間Ｓｓａ，Ｓｓｂ内には、第二実施形態と同様、第一空気流路５６を流れてきた強制冷却空気Ａｃｌと、第二空気流路５７を流れてきた圧縮空気Ａｃｏｍとが流入する。第一音響空間Ｓｓａ内に流入した空気は、第一音響孔５９ａを介して、燃焼空間Ｓｃに流出する。第二音響空間Ｓｓｂ内に流入した空気は、第二音響孔５９ｂを介して、燃焼空間Ｓｃに流出する。従って、本実施形態でも、第二実施形態と同様、音響空間Ｓｓａ，Ｓｓｂ内から筒５１ｃの内周側の燃焼空間Ｓｃに空気を流出させつつも、この空気の質量流量を抑えることができる。

なお、本実施形態の筒５１ｃは、以上の各実施形態における第三空気流路５８を有していない。しかしながら、本実施形態の筒５１ｃは、第三空気流路５８を有してもよい。

「第五実施形態」
以下、本発明に係るガスタービン設備の第五実施形態について、図１２及び図１３を参照して説明する。なお、本実施形態のガスタービン設備は、燃焼器の尾筒の構成のみが第二実施形態のガスタービン設備と異なる。よって、以下では、本実施形態の尾筒５０ｄの構成を主として説明する。

本実施形態の尾筒５０ｄは、第二実施形態と同様、筒５１ａと、音響減衰器６１と、冷却空気ジャケット６５と、取付フランジ６６と、を有する。筒５１ａは、第二実施形態の筒５１ａと同様、入口開口５４ｉと、出口開口５４ｏと、外周面５５ｏと、内周面５５ｉと、複数の第一空気流路５６と、複数の第三空気流路５８と、を有する。本実施形態の筒５１ａは、さらに、複数の第二空気流路５７を有する。なお、本実施形態の筒５１ａは、第三空気流路５８を有しているが、この第三空気流路５８を有していなくてもよい。

本実施形態においても、第二実施形態と同様、冷却空気空間Ｓａ内の強制冷却空気Ａｃｌは、筒５１ａの第一空気流路５６及び第三空気流路５８に流入し、これらの空気流路５６,５８内を流れる。強制冷却空気Ａｃｌは、空気流路５６,５８を流れる過程で、高温の燃焼ガスＧに晒されている筒５１ａとの熱交換で、加熱される一方で、筒５１ａを冷却する。第三空気流路５８内を通ってきた強制冷却空気Ａｃｌは、第三空気流路５８の出口５８ｏから外側空間Ｓｏに流出し、外側空間Ｓｏ中に存在する圧縮空気Ａｃｏｍに混ざる。また、第一空気流路５６内を通ってきた強制冷却空気Ａｃｌは、第一空気流路５６の出口１５６ｏから音響空間Ｓｓ内に流入する。

外側空間Ｓｏ内の圧縮空気Ａｃｏｍは、第二空気流路５７の入口５７ｉから第二空気流路５７内に流入し、この第二空気流路５７内を流れる。圧縮空気Ａｃｏｍは、第二空気流路５７を流れる過程で、燃焼ガスＧに晒される筒５１ａとの熱交換で加熱される一方で、筒５１ａを冷却する。第二空気流路５７内を通ってきた圧縮空気Ａｃｏｍは、第二空気流路５７の出口５７ｏから音響空間Ｓｓ内に流入する。

よって、本実施形態では、音響空間Ｓｓ内には、第一空気流路５６を流れてきた強制冷却空気Ａｃｌと、第二空気流路５７を流れてきた圧縮空気Ａｃｏｍとが出口１５６ｏ及び出口５７ｏからそれぞれ流入する。音響空間Ｓｓ内に流入した空気は、音響孔５９を介して、燃焼空間Ｓｃに流出する。このように、本実施形態では、音響空間Ｓｓから音響孔５９を介して燃焼空間Ｓｃに流出する空気には、第一実施形態と同様、第一空気流路５６を流れてきた強制冷却空気Ａｃｌが含まれるので、空気に対する加熱量の多い空気を燃焼空間Ｓｃに流出させることができる。従って、本実施形態でも、第二実施形態と同様、音響空間Ｓｓ内から燃焼空間Ｓｃに空気を流出させつつも、この空気の質量流量を抑えることができる。

上述した第二実施形態では、出口５６ｏの開口面積と出口５７ｏの開口面積とが同一の場合を例示したが、本実施形態では、第一空気流路５６を通ってきた強制冷却空気Ａｃｌを音響空間Ｓｓ内に導く出口１５６ｏの開口面積が、第二空気流路５７を通ってきた圧縮空気Ａｃｏｍを音響空間Ｓｓ内に導く出口５７ｏの開口面積よりも大きい。このため、本実施形態では、第二実施形態の出口５６ｏから音響空間Ｓｓ内へ流入する強制冷却空気Ａｃｌの流速よりも、出口１５６ｏから音響空間Ｓｓ内へ流入する強制冷却空気Ａｃｌの流速を低くすることができる。これにより、第二実施形態よりも、強制冷却空気Ａｃｌが流入することによる音響空間Ｓｓ内の静圧低下を抑えることができるため、音響孔５９を介して燃焼空間Ｓｃ内の燃焼ガスＧが音響空間Ｓｓに流入することを抑えることができる。また、本実施形態では、第二空気流路５７よりも質量流量の大きい第一空気流路５６の開口１５６の開口面積を大きく形成しているため、効率よく音響空間Ｓｓ内の静圧低下を抑えることが可能となっている。

「第五実施形態の変形例」
上述した第五実施形態では、筒５１に出口５７ｏよりも開口面積の大きい出口１５６ｏを形成する場合を例示した。言い換えれば、第五実施形態では、一つの第一空気流路５６に対して一つの出口１５６ｏを設ける場合について説明した。しかし、図１４に示すように、一つの第一空気流路５６に対して音響空間Ｓｓ内に臨む複数（例えば、二つ）の出口２５６ｏを設けるようにしてもよい。これら一つの第一空気流路５６に設けられた複数の出口２５６ｏの開口面積の合計は、一つの出口５７ｏの開口面積よりも大きい。このような第五実施形態の変形例においても、上記第五実施形態と同様に、音響空間Ｓｓ内へ流入する強制冷却空気Ａｃｌの流速を低下させて、音響空間Ｓｓへの燃焼ガスＧの流入を抑えることができる。
なお、第三実施形態及び第四実施形態の出口５６ｏの代わりに、第五実施形態の出口１５６ｏ及び第五実施形態の変形例の出口２５６ｏを設けるようにしてもよい。

本発明の一態様によれば、音響減衰器の音響空間内から筒の内周側の空間に空気を流出させつつも、この空気の質量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
１５：ガスタービンケーシング
１６：中間ケーシング
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
４０：燃焼器
４１：燃料噴射器
４２：バーナ
４３：枠
４５：燃料ライン
４６：燃料流量調節弁
５０，５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ：尾筒（又は燃焼筒）
５１，５１ａ，５１ｂ，５１ｃ：筒
５２ｉ：内周壁板
５２ｏ：外周壁板
５３：溝
５４ｉ：入口開口
５４ｏ：出口開口
５５ｉ：内周面
５５ｏ：外周面
５６：第一空気流路
５６ｉ：入口
５６ｏ，１５６ｏ，２５６ｏ：出口
５７：第二空気流路
５７ｉ：入口
５７ｏ：出口
５８：第三空気流路
５８ｉ：入口
５８ｏ：出口
５９：音響孔
５９ａ：第一音響孔
５９ｂ：第二音響孔
６１：音響減衰器
６１ａ：第一音響減衰器
６１ｂ：第二音響減衰器
６２：音響カバー
６５：冷却空気ジャケット
６６：取付フランジ
７０：冷却装置
７１：冷却空気ライン
７２：抽気ライン
７３：冷却空気メインライン
７４：冷却空気分岐ライン
７５：冷却器
７６：ブースト圧縮機
Ａ：空気
Ａｃｏｍ：圧縮空気
Ａｃｌ：強制冷却空気
Ｇ：燃焼ガス
Ｌｃｏｍ：燃焼器軸線（又は単に軸線）
Ｌｒ：ロータ軸線
Ｄａ：ロータ軸線方向
Ｄａｕ：軸線上流側
Ｄａｄ：軸線下流側
Ｄｃ：周方向
Ｄｒ：径方向
Ｄｒｉ：径方向内側
Ｄｒｏ：径方向外側
Ｄｃｏｍ：燃焼器軸線方向（又は単に軸線方向）
Ｄｃｕ：燃焼器上流側（又は単に上流側）
Ｄｃｄ：燃焼器下流側（又は単に下流側）
Ｓｃ：燃焼空間
Ｓｓ：音響空間
Ｓｓａ：第一音響空間
Ｓｓｂ：第二音響空間
Ｓａ：冷却空気空間
Ｓｏ：外側空間

Claims (10)

1. 軸線回りに筒状を成し、内周側で燃料が燃焼する筒と、
   前記筒を形成する板の一部と、前記板の一部と共同して前記筒の外周側に音響空間を形成する音響カバーと、を有する音響減衰器と、
   前記筒を形成する前記板のうちで前記音響減衰器を形成する部分を除く他の一部と共同して、前記筒の外周側の空間である外側空間から隔離された冷却空気空間を形成し、前記外側空間内の空気より温度が低く且つ圧力が高い空気が供給される冷却空気ジャケットと、
   を備え、
   前記筒は、
   前記軸線が延びる軸線方向における一方側である上流側の端に形成されている入口開口と、
   前記軸線方向における他方側である下流側の端に形成されている出口開口と、
   前記外周側を向く外周面と、
   前記内周側を向く内周面と、
   前記外周面と前記内周面との間に形成されている第一空気流路と、
   前記外周面と前記内周面との間に形成されている第二空気流路と、
   前記音響空間から前記筒の内周側の空間である燃焼空間に貫通する音響孔と、
   を有し、
   前記冷却空気ジャケットは、前記音響カバーよりも前記下流側に位置し、
   前記第一空気流路は、前記冷却空気空間に臨み、前記冷却空気空間内の空気を前記第一空気流路内に導く入口と、前記音響空間に臨み、前記第一空気流路内を通ってきた空気を前記音響空間内に導く出口と、を有し、
   前記第二空気流路は、前記外側空間に臨み、前記外側空間内の空気を前記第二空気流路内に導く入口と、前記音響空間に臨み、前記第二空気流路内を通ってきた空気を前記音響空間内に導く出口と、を有し、
   前記第二空気流路の前記入口は、前記音響カバーよりも前記上流側に位置する、
   尾筒。
2. 請求項１に記載の尾筒において、
   前記筒の前記下流側の端であって前記筒の前記外周面から、前記外周側に広がる取付フランジを有し、
   前記冷却空気ジャケットは、前記取付フランジに接している、
   尾筒。
3. 請求項１又は２に記載の尾筒において、
   複数の前記音響カバーを有し、
   前記第一空気流路の前記出口は、前記複数の音響カバーのうち、少なくとも一の音響カバーで形成される前記音響空間に臨んでいる、
   尾筒。
4. 請求項３に記載の尾筒において、
   前記第二空気流路の前記出口は、前記複数の音響カバーのうち、少なくとも一の音響カバーで形成される前記音響空間に臨み、前記第二空気流路内を通ってきた空気を前記音響空間内に導くことが可能である、
   尾筒。
5. 請求項４に記載の尾筒において、
   前記筒は、前記複数の音響カバー毎に、各音響カバーで形成される前記音響空間に連通する前記第一空気流路と前記第二空気流路とを有する、
   尾筒。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の尾筒において、
   前記筒は、前記外周面と前記内周面との間に形成されている第三空気流路を有し、
   前記第三空気流路は、前記冷却空気空間に臨み、前記冷却空気空間内の空気を前記第三空気流路内に導く入口と、前記外側空間に臨み、前記第三空気流路内を通ってきた空気を前記外側空間に導く出口と、を有する、
   尾筒。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の尾筒において、
   前記第一空気流路内を通ってきた空気を前記音響空間内に導く出口の開口面積は、前記第二空気流路内を通ってきた空気を前記音響空間内に導く出口の開口面積より大きい、
   尾筒。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の尾筒と、
   前記燃焼空間に燃料及び空気を噴射するバーナと、
   を備える燃焼器。
9. 請求項８に記載の燃焼器と、
   圧縮機と、
   タービンと、
   中間ケーシングと、
   を備え、
   前記圧縮機は、ロータ軸線を中心として回転する圧縮機ロータと、前記圧縮機ロータを覆う圧縮機ケーシングと、有し、
   前記タービンは、前記ロータ軸線を中心として、前記圧縮機ロータと一体回転するタービンロータと、前記タービンロータを覆うタービンケーシングと、を有し、
   前記中間ケーシングは、前記ロータ軸線が延びるロータ軸線方向で、前記圧縮機ケーシングと前記タービンケーシングとの間に配置され、前記圧縮機ケーシングと前記タービンケーシングとを接続し、前記圧縮機から吐出された圧縮空気が流入し、
   前記燃焼器は、前記中間ケーシングに設けられている、
   ガスタービン。
10. 請求項９に記載のガスタービンと、
    前記中間ケーシング内の前記圧縮空気を前記中間ケーシング外に導いてから、前記冷却空気ジャケット内に導く冷却空気ラインと、
    前記冷却空気ラインに設けられ、前記冷却空気ライン内を通る前記圧縮空気を冷却する冷却器と、
    前記冷却空気ラインに設けられ、前記冷却器で冷却された前記圧縮空気を昇圧するブースト圧縮機と、
    を備えるガスタービン設備。

Images