JPH01155120A - ガスタービン燃焼器の尾筒 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はガスタービン燃焼器に係り、特に、缶タイプの
燃焼器の尾筒構造に関する。

〔従来の技術〕

従来のガスタービンの燃焼器尾筒は、米国特許筒４，４
２２，２８８号に記載のように、円筒状の尾筒入口と部
分扇形の尾筒出口が滑らかに結ばれた形状となっており
、ガスの流路は入口から出口まで単−の流路となってい
た。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術はその適用範囲内では十分有効な技術とし
て利用されるが、次のような状況では新たな問題が生じ
る。

燃焼用空気が燃焼器内に入る際に必らず幾らかの圧力損
失を伴うため、尾筒の内側と外側ではそれによる圧力差
が生じ、尾筒は外周側から圧迫される。この圧力差は圧
力の絶対値が大きいほど大きくなる。尾筒の温度は、通
常、その材料のクリープ領域にあるから、長時間外圧が
作用し続けることにより、尾筒の外周壁と内周壁がクリ
ープ変形によって互いに近づくように変形して来る。こ
の変形は主に尾筒の温度が高いほど、また、圧力差が大
きいほど速やかに大きくなっていく。

今日、ガスタービンの高性能化が燃焼ガス温度の上昇と
、圧縮機の圧力比の増加によって達成されようとしてい
る状況では、従来技術で対応するとすれば尾筒の厚肉化
は避けられない。

一方、尾筒の構造面でも、燃焼器の本数が比較的少ない
ガスタービンでは、尾筒出口の部分扇形の高さにくらべ
幅が大きくならざるを得ない。このような場合もクリー
プ変形の速度は大きくなり、従来技術での対応は困難と
なってくる。

本発明の目的は圧力差によるクリープ変形の少ない尾筒
を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

尾筒のような薄肉殻に−様な外圧が作用する場合のクリ
ープ変形は、円筒状の尾筒入口では小さく１部分扇形状
の出口部分で大きくなる。出口部分のクリープ変形を抑
制する手段として殻の肉厚を大きくするか、鉢巻状の補
強リブを設けることが容易に考えられるが、それによる
重量増加が避けられない。

尾筒出口部分のクリープ変形を梁の変形として考えると
、その変形速度δは、 ・・・・・・（１） （１）式でｎ、には材料のクリープひずみ速度εＣと応
力σの関係を表わす定数で、 １ｃ＝＝ｋ・σ１　　　　　　　　　　　　・・・（２
）Ｐは梁中央に加える単位厚さあたりの荷重、Ｑは梁の
支点間距離、ｈは梁の高さである。ｎは５〜１０程度の
値を持つから、（１）式かられかるように構造的にδを
小さくするにはＱを小さくするか、ｈを大きくすること
が考えられる。ｈを増すことは、前述したように、尾筒
の重量を増加させるので好ましくない。Ｑはガスタービ
ンの寸法と燃焼器の本数によって決まるため、Ｑを小さ
くするには燃焼器本数を増やす必要があるが、コストア
ップになるため好ましくない。

本発明はこれら二つの手段のうち、燃焼器本数は増やさ
ずに実質的にＱを小さくする手段を採用することにより
、目的を達成するものである。実質的にＱを小さくする
には尾筒出口の中央で尾筒の外周壁と内周壁の間に支柱
を設ける。この支柱により尾筒の２寸法は実質的に半分
にすることができる。支柱を尾筒出口から」二流側に向
ってどの範囲まで設けるかが問題であるが、それについ
ては次のように考えることができる。

前述のように、尾筒の圧力差によるクリープ変形は入口
の円筒状部分ではほとんど生じず、出口の部分扇形にな
っている領域で大きくなる。さらに、この部分の外周壁
と内周壁とをくらべると、内周壁の変形が圧倒的に大き
い。これは外周壁が外圧１３対し凸のアーチ状となって
いるのに対し、内周壁では逆に外圧に対し凹のアーチ状
となっていることによる。そして、この形状面での特徴
は尾筒がタービン入口部の環状面をカバーしなければな
らないことから必然的に派生するもので、避けられない
ものである。内周壁が外圧に対し凹のアーチ状になって
いなければならないのは出口端だけであって、それより
上流側に向っては内部の流れに悪影響を及ぼさない範囲
で、徐々に、アーチの曲率を小さくし、遂には、外圧に
対し凸のアーチとなるように連続的に断面形状を変える
ことができる。

クリープ変形が生じ易いのは外圧に対し凹のアーチ状に
なっている部分であるので、支柱は概略この部分に設け
てやればよい。

支柱は尾筒内を流れる高温ガス中に設けられるため、そ
のままでは温度が高すぎて一般の材料では耐えられない
。そのため、本発明では支柱を中空状とし、内部に冷却
空気を流して材料の許容温度まで冷却する手段を採る。

缶タイプの燃焼器では圧縮機の吐出空気は尾筒の内周壁
に衝突した後、尾筒側面に沿って外周壁側に廻り込みな
がら上流側に流れ１尾筒の前側に設けられた燃焼筒に流
入して燃焼ガスとなる。本発明では尾筒中央に設けた支
柱を尾筒内周壁から外周壁まで貫通した中空形状とする
ので、吐出空気の一部はこの中空部分をする抜けて支柱
を内面から冷却することができる。

〔実施例〕

以下５本発明の実施例を用いて詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す縦断面図、第２図は第
１図のＡＢ断面図である。尾筒１の入口部は円筒状とな
っており、燻燃筒（図示なし）と接続される。尾筒１の
出口部は、第２図に示すように、断面が部分扇形状を呈
し、出口端には額縁状の補強リング８が溶接１４により
取付けられる。

尾筒１の出口部の外周壁１ａ及び内周ｊｊ＆１ｂは一部
分削除されており、その部分に支柱部材９がはめ込まれ
、溶接１４によって固着される。支柱部材９の支柱９ａ
は中空状となっており、その内面にはフィン状凸起１０
およびビン状凸起１５が形成されている。支柱部材９の
外周壁側には円筒状の囲壁６が形成されており、囲壁６
の一部はニケ所で把持部１３が突出している。把持部１
３はピン１２を介して吊具４と連結され、吊具４によっ
てケーシング５に取付けられている。囲壁６の端部には
皿状のバッフル板１１が溶接され、バッフル板１１の外
周部には複数の排気孔１６があけられている。尾筒１の
出口端はタービン静翼３と対向し、シール板７によって
両者の間は滑動自在に連結されている。

燃焼筒で生成された高温ガス流２は尾筒１の内部を流れ
、尾筒１の断面の変化に応じて流速の変化を伴いながら
出口部に向い、タービン静翼３に流入する。ガスの温度
は現行の陸用ガスタービンでは１０００　’Ｃ前後に達
し、尾筒内の流速は１００　ｒｎ　／　ｓ前後となる。

また、ガスの圧力も十気圧前後となる。そのため、ガス
流と尾筒１の壁面との間の熱伝達率はｌ　ＯＯＯｋｃｏ
ｌ／イｈ℃前後に達する。一方、圧縮機（図示なし）の
吐出空気１７は尾筒１の内周側から流入し、内周壁１６
に沿って上流側に向うと同時に、一部は尾筒１同士の間
の隙間をすり抜けて外周側へ廻り、外周壁１ａに沿って
」−流側に向う。さらに、吐出空気１７の一部は支柱部
材９の中空部分を通って直接外周側へ抜けて流れる。

吐出空気１７の温度は３５０℃前後、圧力は十気圧前後
、流速は数十ｍ／ｓとなり、それによる尾筒外面との熱
伝達率は数百ｋｃａｌ／ｎ（ｈ’ｃ前後となる。尾筒１
はこのように内面からガス流の熱伝達により加熱される
が、外面を吐出空気の熱伝達によって冷却されて、尾筒
１の温度は許容値内に保たれろ。

支柱部材９の支柱９ａにはガス流２が高速で衝突するた
め、支柱９ａの前縁部分は、特に、ガス流の熱伝達率が
大きくなる。一方、支柱９ａの前轍の内面にはフィン状
の突起１０が多数設けてあり、支柱内を流れる吐出空気
１７は、このフィン状凸起１０に衝突して乱流化が促進
されるため、冷却側の熱伝達率も大きくすることができ
る。フィン状突起１０の寸法と配置はガス流側の熱伝達
と吐出空気側の熱伝達を考慮して１尾筒１全体に局部的
な温度差が生じないように調整して決められる。

支柱９ａの側面に沿ったガス流からの熱伝達も相当大き
くなるが、支柱９ａの内面に設けたビン状凸起１５によ
る吐出空気流の乱流促進効果により冷却側の熱伝達率が
適切な値となるように調整する。

尾ｆ’？ｉ１は入口側、出口側の少なくとも二ケ所でケ
ーシング等から支持してやる必要がある６人口部はガス
流速も比較的小さく、形状も円筒状で剛性の高い構造の
ため支持の方法は比較的容易である。それに対し、出口
部はガス流速が大きく尾筒１の温度も高くなり易く、平
板状の壁面を支持しなければならないため、支持構造の
取付部に無理な力が作用しないように考慮しなければな
らない。

第１図の実施例のように、支柱部材９の外周壁側には中
空円筒状の囲壁６が形成され、この囲壁６を把持部１３
とピン１２及び吊具４によってケーシング５に固定する
ようにしているので、尾筒１の外周壁１ａには囲壁６の
全周に力が分散して作用することになり、無理な力が作
用することを防いでいる。

囲壁６で囲まれた尾筒外周壁１ａの部分は、吐出空気１
７が囲壁６にさえぎられて冷却が不十分となる。第１図
の実施例では支柱９ａの中空部をすり抜けた吐出空気１
７はバッフル板１１に沿って囲壁６の外周に向い、排気
孔１６から尾筒１の外周側へ抜けるので、この流れによ
って上記外周壁１ａの部分は十分な冷却が行われる。排
気孔１６の寸法と配置は圧力損失によって支柱９ａ内を
すり抜ける吐出空気流１７の流量が不十分にならないよ
うに考慮して決定される。

第３図は第１図、第２図に示した実施例を尾筒出口側上
方より見た斜視図である。支柱部材９は一体で製作され
、尾筒１の外周壁１ａと内周壁１ｂとにくり抜かれた部
分にはめて、周囲を溶接１４によって接合しである。尾
筒１の全体は複雑な三次元曲面から構成されるため、金
型を作りプレスによって製作する。その後、該当の部分
を機械加工によってくり抜く。一方、支柱部材９は精密
＆８造技術により一体に成形する。両者を合わせて溶接
により接合する。このような製造プロセスにより本発明
に係る尾筒を確実に製造することができる。

第４図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は支柱部材９の詳細を示
すものである。第４図（ａ）は尾筒外周側から見た形状
で、バッフル板１１は半分だけ図示し、他の半分はバッ
フル板の内側を示している。

第４図（ｂ）は側面より見た形状で、一部は断面を示し
ている。第４図（ｃ）は尾筒出口側から見た形状である
。支柱部材９はバッフル板１１を除き、この形状に精密
鋳造によって製作される。バッフル板１１は別途プレス
により成形した後、囲壁６に溶接される。

第５図は支柱９ａの断面形状を示す。前縁には支柱９ａ
を貫通する複数の冷却孔１８が設けられる。この冷却孔
１８の寸法と配置は、ガス流側の熱負荷に応じて適切な
冷却効果となるように決定される。吐出空気１７は支柱
９ａの内面を流れる際、その一部分が冷却孔１８よりガ
ス流中に吹き出し、支柱９ａの前縁部分に冷却空気のフ
ィルムを形成するので、この部分の温度上昇を防ぐこと
ができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、高温、高圧力のガスタービンの尾筒出
口部のクリープ変形を減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の縦断面図、第２図は第１図
のＡ−Ｂｉ断面図、第３図は本発明の一実施例の斜視図
、第４図は実施例の部分詳細図、第５図は実施例の部分
断面図である６ １・・・尾筒、６・・・囲壁、９・・・支柱部材、１０
　フイ第１０ ｆ 茶３１￥１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、缶タイプのガスタービン燃焼器尾筒において、前記
   尾筒の出口部中央に前記尾筒の外周壁と内周壁とを一体
   に連結する支柱を設けたことを特徴とするガスタービン
   燃焼器の尾筒。 ２、特許請求の範囲第１項において、 前記支柱の断面形状を流線形の中空形状とし、内面に複
   数個の突起を設け、前記支柱の壁面に複数個の貫通孔を
   設けたことを特徴とするガスタービン燃焼器の尾筒。 ３、特許請求の範囲第１項において、 前記尾筒の外周壁の一部分と内周壁の一部分とを前記支
   柱と共に一体に成形し、あらかじめ前記尾筒の前記外周
   壁の一部分と前記内周壁の一部分を取除いてある前記尾
   筒に、一体に成形した支柱部分を接合することを特徴と
   するガスタービン燃焼器の尾筒。 ４、特許請求の範囲第３項において、 一体に成形した前記支柱部分の前記尾筒の外周側に突出
   し部を一体に設け、前記突出し部を介して前記尾筒をガ
   スタービンケーシングに固定することを特徴とするガス
   タービン燃焼器の尾筒。 ５、特許請求の範囲第４項において、 前記突出し部を中空の囲壁状とし、前記囲壁の内周に蓋
   状の薄板を取付け、前記蓋の外周部分に複数の孔を設け
   たことを特徴とするガスタービン燃焼器の尾筒。