JP7326399B2 - トランジションピース、燃焼器及びガスタービンエンジン - Google Patents
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Description
-ガスタービンエンジン-
図1は本発明の第1実施形態に係るトランジションピースを備えたガスタービンプラントの一例を模式的に表した概略構成図である。同図に示したガスタービンプラントは、ガスタービンエンジン100と、このガスタービンエンジン100で駆動される負荷機器200とを含んで構成されている。負荷機器200の典型例は発電機であるが、発電機に代えてポンプや圧縮機(ガスタービンエンジン100に備わった圧縮機10とは別のもの)を負荷機器200とし、それら圧縮機やポンプをガスタービンエンジン100で駆動する場合もある。
燃焼器20は、ガスタービンエンジン100の車室(ケーシング)101に対し、ガスタービン30の回転方向に複数取り付けられている(図1では燃焼器20を1つのみ代表として図示してある)。各燃焼器20は、燃焼器ライナ21、バーナ22、及びトランジションピース23を含んで構成されている。この燃焼器20は、バーナ22から噴出する燃料を圧縮機10で圧縮された圧縮空気aと共に燃焼器ライナ21の内部(燃焼室21a)で燃焼させて燃焼ガスgを発生させ、トランジションピース23を介して燃焼ガスgをガスタービン30に供給する。
図2はトランジションピースの斜視図、図3はガスタービン30の中心線を通る平面で切断したトランジションピースの断面の模式図である。但し、図2においては、後述する壁内流路26-28及び希釈孔29(後述)を図示省略してある。
図4は図3中の矢印IV方向に見たトランジションピースの外周面の一部を模式的に表した矢視図、図5は図4中のV-V線による矢視断面図、図6は図4中のVI-VI線による矢視断面図、図7は図4中のVII-VII線による矢視断面図である。図8はトランジションピースの背側部の壁内流路の設置領域を表した模式図である。図9はトランジションピースの側部の壁内流路の設置領域を表した模式図である。図10はトランジションピースの腹側部の壁内流路の設置領域を表した模式図である。
上記の複数の希釈孔29は、トランジションピース23を形成する板材25を貫通し圧縮空気主流路101aと燃焼ガス流路23aとを連絡する小孔であり、開口径は壁内流路26-28の出口26b-28bと同程度かそれよりも小さい。これら希釈孔29は、第2流路群27Gのトランジションピース23の周方向に隣接する壁内流路27の間のスペースのそれぞれにおいて、第2流路群27Gの壁内流路27の出口27bよりも第2流路群27Gの壁内流路27の入口27aの近くに位置している。このように、オーバーラップ部OL1に沿って壁内流路26又は27と同程度の数の希釈孔29が壁内流路27と交互に設けられ、トランジションピース23の周囲を一周する環状列を形成している。
ガスタービンエンジン100の運転中、空気が圧縮機10に取り込まれて圧縮され、高圧の圧縮空気aとしてディフューザ11を介して圧縮機10から圧縮空気主流路101aに吐出される。圧縮空気主流路101aに吐出された圧縮空気aはバーナ22に供給され、燃料系統22b(図3)から供給される燃料と共に燃焼室21aに噴出して燃焼される。これにより燃焼室21aで発生した高温の燃焼ガスgがトランジションピース23を介してガスタービン30に供給され、燃焼ガスgによりガスタービン30が駆動される。そして、ガスタービン30の回転出力により負荷機器200が駆動される。
(1)本実施形態では、トランジションピース23に多数の壁内流路26-28を設け、トランジションピース23を構成する板材25に冷却空気として圧縮空気aを流し、高温の燃焼ガスgを通すトランジションピース23を効果的に冷却することができる。このとき、壁内流路26-28を流れるうちに圧縮空気aは加熱されるため、仮に各壁内流路をトランジションピース23の一端から他端まで延ばした場合、個々の壁内流路が長いため各壁内流路の出口付近では圧縮空気aの温度が上昇し冷却効果が低下する。
図11は本発明の第2実施形態に係るトランジションピースの外周面の一部を模式的に表した図であり、第1実施形態の図4に相当する図である。図11において第1実施形態と同一の又は対応する要素には第1実施形態と同符号を付して説明を省略する。
図12及び図13は本発明の第3実施形態に係るトランジションピースの板材の断面図である。図11において第1実施形態と同一の又は対応する要素には第1実施形態と同符号を付して説明を省略する。
第1実施形態において、各壁内流路を流れる圧縮空気aの流れ方向が燃焼ガス流路23aを流れる燃焼ガスgの流れと逆向きになるように構成したが、燃焼ガスgと同じ方向に壁内流路を圧縮空気aが流れるようにしても良い。
Claims (7)
- ガスタービンエンジンの圧縮機で圧縮される圧縮空気と共に燃料を燃焼器ライナの内部で燃焼させて燃焼ガスをガスタービンに供給する燃焼器に設けられ、前記燃焼器ライナとガスタービンとを接続すると共に板材で筒状に形成され、前記圧縮機から前記燃焼器に前記圧縮空気を供給する外側の圧縮空気主流路と、前記燃焼器ライナから前記ガスタービンに前記燃焼ガスを供給する内側の燃焼ガス流路とを隔てるトランジションピースにおいて、
前記板材の内部を前記ガスタービンに近い側から前記燃焼器ライナに近い側に延びる壁内流路を、前記トランジションピースの周方向に複数並べて形成した第1流路群と、
前記第1流路群に対して前記燃焼器ライナに近い側に位置し、前記板材の内部を前記ガスタービンに近い側から前記燃焼器ライナに近い側に延びる壁内流路を、前記トランジションピースの周方向に複数並べて形成した第2流路群とを備え、
前記第1流路群及び前記第2流路群の各壁内流路は、前記燃焼ガスの流れ方向における一方側の端部に前記圧縮空気主流路に臨む入口を有すると共に、前記燃焼ガスの流れ方向における他方側の端部に前記燃焼ガス流路に臨む出口を有し、
前記第1流路群の設置領域と前記第2流路群の設置領域とが、前記燃焼ガスの流れ方向に部分的に所定のオーバーラップ量だけオーバーラップしており、
前記オーバーラップ量が、前記トランジションピースの形状変化が相対的に小さい部位と比較して、前記形状変化が相対的に大きな部位で大きく設定してあり、
前記形状変化が、前記板材の曲率、前記トランジションピースの断面積変化率、又は前記トランジションピースの幅の変化率であることを特徴とするトランジションピース。 - 請求項1のトランジションピースにおいて、
前記オーバーラップ量が、前記トランジションピースの周方向位置で一部変えてあることを特徴とするトランジションピース。 - 請求項1のトランジションピースにおいて、
前記第2流路群に対して前記燃焼器ライナに近い側に位置し、前記板材の内部を前記ガスタービンに近い下流側から前記燃焼器ライナに近い上流側に延びる壁内流路を、前記トランジションピースの周方向に複数並べて形成した第3流路群を更に備え、
前記第2流路群の設置領域と前記第3流路群の設置領域とが、前記燃焼ガスの流れ方向に部分的に所定のオーバーラップ量だけオーバーラップしており、
前記第2流路群及び前記第3流路群の前記オーバーラップ量が、前記第1流路群及び前記第2流路群の前記オーバーラップ量と一部異なっていることを特徴とするトランジションピース。 - 請求項1のトランジションピースにおいて、
前記第1流路群及び前記第2流路群のそれぞれにおいて隣接する壁内流路同士の前記圧縮空気の流れ方向が逆になるように構成されていることを特徴とするトランジションピース。 - 請求項1のトランジションピースにおいて、
前記第1流路群及び前記第2流路群の各壁内流路が、前記燃焼ガスの流れ方向と逆向きに前記圧縮空気を通すように構成されており、
前記第1流路群及び前記第2流路群の少なくとも一方の各壁内流路が、前記入口に近い側の流路断面積に対して前記出口に近い側の流路断面積が小さくしてあることを特徴とするトランジションピース。 - 請求項1のトランジションピースを備えた燃焼器。
- 空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機と、
前記圧縮機から吐出される圧縮空気と共に燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する請求項6の燃焼器と、
前記燃焼器から供給される燃焼ガスで駆動されるガスタービンと
を備えたガスタービンエンジン。
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