JPH0663648B2 - ガスタ−ビン燃焼器 - Google Patents

ガスタ−ビン燃焼器

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JPH0663648B2
JPH0663648B2 JP61288975A JP28897586A JPH0663648B2 JP H0663648 B2 JPH0663648 B2 JP H0663648B2 JP 61288975 A JP61288975 A JP 61288975A JP 28897586 A JP28897586 A JP 28897586A JP H0663648 B2 JPH0663648 B2 JP H0663648B2
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cooling
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cooling fluid
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倫夫 黒田
和彦 熊田
信之 飯塚
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Hitachi Ltd
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  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

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、尾筒を冷却する
ために設けるフロースリーブ構造について、圧力損失を
最小とし、熱効率を向上できるように改良した燃焼器構
造に関するものである。
〔従来技術〕
従来のガスタービン燃焼器尾筒の冷却構造は、特公昭54
−11443に記載のように、燃焼器尾筒の一部に冷却スリ
ーブを設け、この冷却スリーブに配列された複数の孔か
らの冷却用流体の噴流を尾筒表面に衝突させることによ
り冷却し、冷却後の流体は尾筒下流に設けた貫通孔から
主流ガスに合流させる構造となつていた。
上記従来構造では、燃焼器尾筒の冷却に、冷却用流体の
一部を消費することになるため、燃焼器ライナの冷却に
供される冷却流体流量が減少し、この分、燃焼温度を上
げられないことになる。また、尾筒を冷却した後、主流
ガスに流入する冷却用流体は、主流ガスの高温部と混合
せず、低温部の二層状のままタービン部に流入すること
になり、タービン部の動翼及び静翼に悪影響を与えるこ
とになる。さらに冷却スリーブは、冷却効率を高めるた
め、尾筒に溶接で固定する方向が使われるが、尾筒と冷
却スリーブとの温度差による熱応力が高くなり、信頼性
低下の原因となる。
上記従来例の改善案として、尾筒の外側の全面にフロー
スリーブを設け、尾筒に対してインピンジまたは対流に
よる冷却を行う構造がある。本改善案の場合、冷却効
率,信頼性の面で優れているが下記問題点がある。
多缶式燃焼器の場合、周方向に複数個の燃焼器が配列さ
れる。通常のガスタービンにおいては、組立・分解の容
易性,部品の製作の容易性を考慮して6〜14個を配列
した例が多い。このため燃焼器間の周方向の間隙が制限
された構造とならざるを得ない。
圧縮機からの冷却用流体のうち、一部はそのままフロー
スリーブの腹側から内部に入り、尾筒の腹側を冷却す
る。他は燃焼器間の隙間を通り、フロースリーブの外周
側に回り込み、背側のフロースリーブから内部に入り、
尾筒の背側を冷却する。この燃焼器間の隙間は、全面フ
ロースリーブ構造を採用することにより、さらに狭くな
り、この隙間を冷却用流体が通過するに伴い発生する圧
力損失のため、フロースリーブ外周部と内周部とに大き
な圧力差を生じることになる。この圧力差は、フロース
リーブから流入する冷却用流体の流量にアンバランスを
生じさせ、背側に高温部を発生させる。この冷却用流体
のアンバランスな流入を無くするには、内周部のフロー
スリーブの冷却用流体流入部の面積を外周部よりも小さ
くすることによつて可能ではあるが、燃焼器全体として
の圧力損失が増大し、ガスタービンの熱効率が低下する
ことになる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術では、尾筒の後流端に取付けた冷却スリー
ブの複数個の配列された孔から流れ込む冷却用流体は、
尾筒外壁に衝突して該尾筒を冷却した後、尾筒壁に設け
た貫通孔から主流ガス内に流れ込む構造となる。上記燃
焼器尾筒の冷却の為に冷却用流体の一部を消費すること
は、この分燃焼器ライナの冷却に供される冷却流体が減
少することになるため、燃焼器ライナのメタル温度を許
容温度に保つためには、燃焼ガス温度を下げざるを得な
くなる。
さらに、冷却スリーブを通して、尾筒内に冷却用流体
を、所定の流速で流すためには冷却スリーブの外側と尾
筒の内側との間に、ある圧力差を持たせる必要があり、
この分、ガスタービンの効率が低下することになる。
本発明は上述の事情に鑑みて為されたもので、その目的
とするところは、上記の圧力差による損失を最小ならし
めて当該ガスタービンの熱効率を向上せしめることが出
来、しかも尾筒及び燃焼器ライナのメタル温度を許容値
以下に保ち得る燃焼器を提供しようとするものである。
〔問題点を解決するための手段〕
上記の目的を達成するための構成として、本発明に係る
ガスタービンの燃焼器は、燃焼器ライナとタービン部と
を連結する尾筒を冷却するため、該尾筒の外周側に対向
・離間せしめてフロースリーブを設置した構造のガスタ
ービン燃焼器において、(a)尾筒の下流側の区域内の
背側と腹側とに対向する部分のフロースリーブに噴孔を
配列して、該噴孔から噴出する冷却用流体を尾筒壁面に
衝突させてインピンジ冷却を行う構造とするとともに、
(b)尾筒壁面に衝突してインピンジ冷却を行った冷却
用流体を、該尾筒壁面に沿って流動せしめて対流冷却を
行う構造とし、(c)前記尾筒の下流側の両側面に対向
する部分のフロースリーブを切り欠いて開口部を設け、
冷却用流体の一部が上記開口部を通って尾筒壁に接触し
て対流冷却を行う構造とし、かつ、(d)開口を設けた
個所以外のフロースリーブと尾筒との間に冷却用流体を
流通せしめる構造としたことを特徴とする。
上記の両側面の意味は次のごとくである。すなわち、前
述のごとく燃焼器の6〜14個が周方向に配列された場
合、該燃焼器の尾筒も円形に配列される。このように配
列された尾筒が相互に対向,隣接している面を側面とい
う。ここに、ある1個の尾筒を考えると、その両側にそ
れぞれ隣接する尾筒が位置しているので、上記の側面
は、各尾筒について2面ずつ存在する。これを両側面と
呼んだものである。
〔作用〕
上記の構成においては、圧縮機からの吐出空気である冷
却用流体を、最小の燃焼器圧縮損失を維持しつつ、燃焼
器ライナ及び尾筒の冷却のために最も効果的かつ有効に
利用できる様、尾筒の外側に所定の間隙を持たせたフロ
ースリーブを尾筒下流両側面を除いた全周に設けてある
(フロースリーブ、尾筒下流部分の両側面に対向する部
分は切り欠かれている)。このため、冷却用流体によ
り、尾筒の構造や尾筒内部の主流ガス温度・流速よつて
定まるメタル温度に合わせて、インピンジ冷却と対流冷
却とが併せて行なわれる。
このことにより、圧縮機からの燃焼用空気は、最小の圧
力損失で、全量,尾筒の冷却用流体として使用できるこ
とになり、高効率な尾筒冷却構造とすることができる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。
ガスタービンの燃焼器室は、燃焼器ライナ1、燃焼器ラ
イナーフロースリーブ2、燃焼器尾筒3、尾筒フロース
リーブ4、燃焼器外筒カバー5、燃焼器外筒6、吐出ケ
ーシング7、燃焼器ケーシング8、タービンケーシング
9、燃焼ノズル10、点火栓11、インナバーレル12
から構成される。
圧縮機13からの吐出空気は、燃焼器室に流入後尾筒フ
ロースリーブ4に設けた開口部から尾筒3と尾筒フロー
スリーブ4との間に流入し、尾筒3を冷却しつつ、上流
側に流れ、燃焼器ライナフロースリーブ2に案内され
て、燃焼器ライナ1に設けた開口部から内部に流入す
る。燃焼器ライナ1内で燃料ノズル10からの燃料に、
11で着火して燃焼させ、生じた高温ガスは燃焼器ライ
ナ1、尾筒3の内部を通り、タービン14に導かれる。
尾筒3は燃焼器ライナ1とタービン14との遷移部材と
しての役目を持つため、燃焼器ライナ1との取合部の円
形状からタービン14取合部の扇形状まで滑らかな曲面
で継がる三次元的形状となる。このため、尾筒3の断面
積は第2図に示す様に、燃焼器ライナ1側からタービン
14に移るにつれ、減少しつつ変化する。この結果、尾
筒3内の高温主流ガスの流速が第2図に示す断面積の変
化と、形状による向きの変化とにより大きく変化するこ
とになり、尾筒3内の壁面に対する熱伝達率に影響する
ことになる。この熱伝達率と尾筒3の位置との関係を第
3図に示す。この内部主流ガス側の熱伝達率の違いは、
尾筒3の壁メタル温度のバラツキとなつて現われる。尾
筒3の壁メタル温度を許容温度以下の均一な値とするに
は、下流側を上流側に比較し、外部からの冷却をより強
化する必要がある。
第4図は第1図の燃焼器室のうち、尾筒部分の詳細を示
す拡大断面図である。圧縮機からの冷却用流体は、尾筒
フロースリーブ4に設けた開口部15,16,17か
ら、尾筒3の冷却のため、尾筒3と尾筒フロースリーブ
4との間に流れ込む構造となつている。尾筒フロースリ
ーブ4の開口部16は、尾筒3内の主流ガスの流速が大
で、特に尾筒3壁メタル温度が高くなる範囲に設ける。
この範囲は、尾筒フロースリーブ4に配列した複数個の
噴孔からの冷却用流体を尾筒3壁面に衝突させて、イン
ピンジ冷却を行わせる構造とする。
尾筒フロースリーブ4の開口部15は、尾筒側面部の開
口部17とともに、冷却用流体の残量を尾筒フロースリ
ーブ4内に導入する。開口部15及び17からの冷却用
流体は、開口部16からの冷却用流体と合流し、尾筒3
と尾筒フロースリーブ4との間を上流側(尾筒3内のガ
ス流方向に関して上流側の意、図において左上方)に向
けて尾筒壁面に沿って流れる。該尾筒3が前記の合流し
た冷却用流体の接触を受ける区域は対流冷却され、これ
により尾筒3の壁面のメタル温度が許容温度以下に保た
れる。
圧縮機13からの冷却用流体は、燃焼器室に流入後、尾
筒フロースリーブ4の腹側の開口部15,16には直接
流入し、尾筒フロースリーブ4の側面に設けた開口部1
7には、周方向に配列された各尾筒フロースリーブ間の
隙を通過しつつ流入する。尾筒フロースリーブ4の背側
の開口部15,16には、各尾筒フロースリーブ4間の
隙間を通過して外周部に回り込んだ後、流入する。第5
図は、圧縮機からの冷却用流体の、尾筒フロースリーブ
4への流れと、尾筒フロースリーブ4の概念図を示し、
(A)は断面側面図、(B)は斜視図、(C)は平面図
である。
尾筒フロースリーブ4の両側面のタービン側部は切欠き
構造とする。この切欠き部に対する尾筒3の冷却は圧縮
機からの冷却用流体の流れに面しているため対流冷却が
行われる。さらに、本実施例においては圧縮機からの冷
却用流体が尾筒フロースリーブ4の外周部へ流れる流路
となるところの、周方向尾筒フロースリーブ4間の隙間
を広くすることができるため、燃焼器室内尾筒フロース
リーブ4の外周部と内周部との圧力差を小さくすること
ができ、この分、燃焼器としての圧力損失を最小にする
ことが可能となる。
第6図は燃焼器各位置の圧力損失について、尾筒フロー
スリーブ4を尾筒3の全周に取付けた場合と、尾筒フロ
ースリーブ4の両側面を切欠いた場合との比較を示す。
この図表(第6図)により、両側面切欠構造は、全周構
造に比較して車室から尾筒フロースリーブ4までの圧力
損失を半減し得ることが理解される。
〔発明の効果〕
本発明によれば、高効率化のため高温化したガスタービ
ンにおいて、冷却用流体の圧力損失を最小ならしめ、し
かも尾筒及び燃焼器ライナのメタル温度を許容値以内に
保つことが出来、これによつて当該ガスタービンの効率
を向上せしめ得るという優れた実用的効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例における燃焼器室の断面図で
ある。第2図は尾筒の断面積変化を示す図表、第3図は
尾筒の熱伝達率変化を示す図表である。第4図は尾筒ま
わりの詳細を示す部分断面図、第5図は尾筒の概念図、
第6図は燃焼器室内フロースリーブ構造の圧力損失を示
す図法である。 1……燃焼器ライナ、2……燃焼器ライナフロースリー
ブ、3……尾筒、4……尾筒フロースリーブ、5……燃
焼器外筒カバー、6……燃焼器外筒、7……吐出ケーシ
ング、8……燃焼器ケーシング、9……タービンケーシ
ング、10……燃料ノズル、11……点火栓、12……
インナバーレル、13……圧縮機、14……タービン、
15,16,17……尾筒フロースリーブ開口部。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】燃焼器ライナとタービン部とを連結する尾
    筒を冷却するため、該尾筒の外周側に対向・離間せしめ
    てフロースリーブを設置した構造のガスタービン燃焼器
    において、(a)尾筒の下流側の区域内の背側と腹側と
    に対向する部分のフロースリーブに噴孔を配列して、該
    噴孔から噴出する冷却用流体を尾筒壁面に衝突させてイ
    ンピンジ冷却を行う構造とするとともに、(b)尾筒壁
    面に衝突してインピンジ冷却を行った冷却用流体を、該
    尾筒壁面に沿って流動せしめて対流冷却を行う構造と
    し、(c)前記尾筒の下流側の両側面に対向する部分の
    フロースリーブを切り欠いて開口部を設け、冷却用流体
    の一部が上記開口部を通って尾筒壁に接触して対流冷却
    を行う構造とし、かつ、(d)開口を設けた個所以外の
    フロースリーブと尾筒との間に冷却用流体を流通せしめ
    る構造としたことを特徴とする、ガスタービン燃焼器。
JP61288975A 1986-12-05 1986-12-05 ガスタ−ビン燃焼器 Expired - Lifetime JPH0663648B2 (ja)

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