JPH08135968A - ガスタービン燃焼器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】冷却空気流量を大幅に低減させ、冷却性能の向
上と燃焼器の高温化と冷却空気低減による予混合燃焼空
気流量の増大が図れ、火炎温度上昇を抑制して超稀薄燃
焼条件を得、ガスタービン燃焼器の高温化と低ＮＯｘ化
に対する両面での解決を図る。 【構成】外壁円筒２０に燃焼器軸方向に沿う多数の空気
孔を穿設して内壁円筒１９をインピンジメント冷却可能
とする。内壁円筒１９に外壁円筒の空気孔と配置を異な
らせた多数の空気孔を穿設して内壁円筒１９をフィルム
冷却可能とする。燃焼器ライナ１３の外周側を支持する
支持構造体の取付け部に内壁円筒のインピンジ冷却部を
設ける。燃焼器ライナ１３の下流側端部における尾筒１
６とのシール部にスロット型フィルム冷却部を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はガスタービンプラント、
コンバインドプラント等に適用されるガスタービン燃焼
器に係り、特に燃料と空気とを混合して燃焼させるもの
において燃焼ガスの高温化に対して有効な冷却性能を有
するガスタービン燃焼器に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ガスタービンプラントやコンバイ
ンドプラント等に使用されるガスタービンは、高効率化
のため作動条件が高温・高圧力とされ、燃焼ガス温度が
高温化される傾向にある。この燃焼ガス温度により、燃
焼ガス流量に対する流量割合が決められている燃焼器ラ
イナのメタル温度を下げるため、冷却空気を如何に効率
よく利用するかが課題となっている。

【０００３】燃焼器ライナのメタル温度を効率よく低下
させることは、燃焼器の耐用寿命に影響する構造強度や
材料強度の保持あるいは高効率燃焼を可能にする燃焼器
性能の保持等についての不可欠な技術的課題であること
から、種々の燃焼器ライナメタル冷却方法が開発され、
既に実用化されているものもある。

【０００４】図７は、燃焼ガスの高温化を図った従来の
ガスタービン燃焼器に適用されている燃焼器ライナの冷
却技術を示している。この技術はインピンジメント冷却
を適用したものであり、冷却空気の噴流を利用すること
によって高い熱伝達率を得るようにしている。

【０００５】すなわち、燃焼器ライナ１が二重筒状に形
成されており、この燃焼器ライナ１の外側周壁２ａおよ
び内側周壁２ｂに互いに位置を異ならせて、多数の小径
な空気孔３ａ，３ｂが穿設されている。そして、冷却空
気ａが燃焼器ライナ１の外周空間に形成される冷却・燃
焼空気通路４側（低温側）から、空気孔３ａ，３ｂを介
して、燃焼器ライナ１内部の燃焼室５である燃焼ガス側
（高温側）に流入する際、内外の各空気孔３ａ，３ｂの
位置が異なることから内側周壁２ｂ部に冷却空気ａが衝
突し、その場合の噴流によって高い熱伝達率を得るよう
になっている。

【０００６】また、図８は他の燃焼器ライナの冷却技術
を示している。この技術では、多孔質の外周壁２ａの空
気孔３ｃおよびその内周側の環状隙間３ｄから、燃焼ガ
スの境界層の中に比較的低温の冷却空気ａを吹き出し
て、いわゆるフィルム冷却を行うようになっている。

【０００７】図９は、さらに他の例を示し、燃焼器ライ
ナ１の周壁２に乱流促進用リブ６を設け、複雑な空気通
路４を形成したものである。この例では、冷却空気ａを
乱流とすることで熱伝達率の高効率化を図り、伝熱特性
の改善を図っている。

【０００８】なお、従来では、上述した種々の冷却方法
を採用した高耐熱合金製の燃焼器のほかに、高耐熱用断
熱材を使用して無冷却方法を採用した燃焼器も知られて
いる。前者の高耐熱合金製ガスタービン燃焼器は、特に
冷却面積が大きい多缶型の場合に比較的多く採用されて
おり、後者は単缶型、または高温断熱材が適用し易いガ
スタービン本体ケーシングと別置きの大型の燃焼器に採
用されている。

【０００９】前者の燃焼器においては、種々の冷却方法
を組み合せて採用しているため、燃焼器の構成部品が多
数になり、形状も複雑になり、製作コストが高い等の問
題があった。また、後者の燃焼器においても略同様の問
題があり、さらに断熱材の耐熱使用範囲の制限から、燃
焼ガスの高温化は容易でないと同時に、異種材料の組合
せにより複雑な組立構造となる問題があった。

【００１０】一方、最近では燃焼ガスの低ＮＯｘ化の要
請から、ＮＯｘ生成の主要因となる火炎温度の上昇を抑
制し、火炎温度を低下させる予混合稀薄燃焼方法が開発
されている。この予混合稀薄燃焼方法によると、燃焼器
ライナに供給する燃料に予め空気が均一に混合され、燃
焼温度が均一化することにより、局所的な火炎の高温化
が防止されることから、冷却空気量が低減でき冷却性能
の優れたものとなる。この場合には、高耐熱合金製のガ
スタービン燃焼器が採用され、これも既に実用化されて
いる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】以上のように冷却空気
を低減し、かつ冷却性能の向上を図る燃焼器の冷却構造
は、現在までにそれなりの成果を出しているが、以下に
述べるような改良すべき問題点がある。

【００１２】すなわち、冷却効率の向上を目的とした熱
伝達率の改善を、単純に冷却通路部形状を複雑化して冷
却面積の拡大を図り、冷却空気が非一様性の流れになっ
た場合、この流れの非一様性は熱伝達率の不均一と、圧
力損失の増大とを招き、ガスタービン燃焼器の運転にお
いては、熱伝達率の不均一による燃焼器のメタル温度分
布の不均一や部分的な温度上昇により、燃焼器に熱変形
を発生させ、部分的には燃焼器の金属材料の変態点また
は、融点を超える内壁面の昇温により、焼損の危険を生
じさせる問題がある。また、圧力損失の増大は、燃焼器
毎に定められた圧力差以内で流入可能な冷却空気流量と
燃焼用空気配分とをアンバランスにし、燃焼性能を損う
等の問題を生じさせる。

【００１３】一方、ガスタービン側に燃焼ガスを導入さ
せる燃焼器ライナ下流に位置する尾筒の入口部の内側
に、挿入して組み立てる燃焼器ライナ端シール部の構造
は、冷却空気の流量を適正に調節したシール形式が採用
され、さらに、この機械的接合部は柔軟なバネ力を保持
するように形成されている。

【００１４】図１０は、このような従来の燃焼器ライナ
端シール部の冷却構造を示している。すなわち、燃焼器
ライナ１の下流側端部に、尾筒７の入口端部が遊嵌状態
で接合され、この接合部の隙間が、燃焼器ライナ１の下
流側端部の外周面に形成した湾曲弾性板からなるシール
部材８によってシールされている。このような機械的接
合部の寸法は、燃焼器内の燃焼ガスのスムーズな高速流
れを得るために、燃焼器ライナ１と尾筒７との内径が略
一致して段違いを少なくし、またシール部材８によって
挿入引き抜きを容易とした堅牢な構造にしてあり、さら
に燃焼器の振動緩和や、軸方向の熱伸びの吸収、燃焼器
ライナ１と尾筒７とのミスアライトメントの吸収緩和な
どの機能を併せ持っている。

【００１５】したがって、このような部位では前述の複
雑な冷却構造を採用することが困難であり、燃焼器軸方
向の燃焼ガス温度分布においても、最高温部に相当する
ため冷却性能の向上を図る積極的な冷却構造を取り入れ
なければならない等の問題がある。

【００１６】本発明は、このような事情を考慮してなさ
れたもので、従来のフィルム冷却方法で統一された燃焼
器と比べて冷却空気流量を大幅に低減させることがで
き、冷却性能の向上と同時に燃焼器の高温化と冷却空気
低減による予混合燃焼空気流量の増大が図れ、ＮＯｘ生
成の主要因である火炎温度上昇を抑制して超稀薄燃焼条
件を得ることができ、ガスタービン燃焼器の高温化と低
ＮＯｘ化に対する両面での解決が図れるガスタービン燃
焼器を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は前記の目的を達
成するために、燃焼器外筒の内部に燃焼室を構成する燃
焼器ライナを配置し、この燃焼器ライナの上流側端部に
パイロット燃料ノズルを設けるとともに、このパイロッ
ト燃料ノズルよりも下流側のライナ壁部位に燃料と空気
との予混合ガスを供給する多段の予混合ダクトを接続
し、かつ前記燃焼器ライナの下流側端部に燃焼ガスをガ
スタービン側に導入する尾筒を接続したガスタービン燃
焼器であって、前記燃焼器ライナを、高温燃焼ガスに接
する内壁円筒と、この内壁円筒を環状空間をあけて被覆
する外壁円筒とからなる二重構造とし、この環状空間を
冷却空気通路としたものにおいて、前記外壁円筒に燃焼
器軸方向に沿う多数の空気孔を穿設して前記内壁円筒を
インピンジメント冷却可能とする一方、前記内壁円筒に
前記外壁円筒の空気孔と配置を異ならせた多数の空気孔
を穿設して前記内壁円筒をフィルム冷却可能とし、かつ
前記燃焼器ライナの外周側を支持する支持構造体の取付
け部に前記内壁円筒のインピンジ冷却部を設け、さらに
前記燃焼器ライナの下流側端部における前記尾筒とのシ
ール部にスロット型フィルム冷却部を設けたことを特徴
とする。

【００１８】なお、本発明において望ましくは、燃焼器
ライナの内壁円筒の支持構造体取付け部でのインピンジ
冷却部は、前記支持構造体取付け部に取付けられる支持
構造体の内部を冷却空気の流通が可能な空洞構成とする
とともに、前記支持構造体取付け部となる外壁円筒の肉
厚を内壁円筒と同一以上に設定し、かつ前記外壁内筒に
座ぐり付き２段径の空気孔を穿設することによって構成
する。

【００１９】また、本発明において望ましくは、燃焼器
ライナと尾筒とのシール部のスロット型フィルム冷却部
は、燃焼器ライナの外壁円筒の下流側端部と尾筒の入口
端部との嵌合部に挿入された弓形断面形状のスプリング
シール部材に燃焼器軸方向に沿う複数の弾性変形用のス
リットを形成するとともに、前記シール部材の内周側に
位置する外壁円筒部に冷却空気流入孔を形成することに
よって構成し、かつ高温燃焼ガスの流れと同一方向に流
出されるフィルム冷却空気の流量と、シール部材に設け
られたスリットを通過して燃焼器ライナ外表面と尾筒内
表面で形成される環状隙間から流出する冷却空気の流量
が、一定の圧力差以内で流入可能な均一流量配分に設定
する。

【００２０】さらに本発明において望ましくは、内壁円
筒と外壁円筒との間にリング状の補強壁を設け、この補
強壁を内壁円筒への組立て部品または内壁円筒に一体成
形したコルゲート形状部分によって構成し、この補強壁
を前記内壁円筒と外壁円筒との熱膨張差を吸収して環状
空間を一定幅以内に維持し得る径方向厚さに設定する。

【００２１】

【作用】本発明のガスタービン燃焼器によると、燃焼器
ライナの主要部分においては外壁円筒の空気孔から内壁
円筒に噴射される冷却空気によって内壁円筒がインピン
ジメント冷却によって強力に冷却され、さらに内壁円筒
の空気孔から燃焼室側に吹込まれる冷却空気によって内
壁円筒の内周面側がフィルム冷却によってさらに２段階
的に冷却される。したがって、同一空気流によって段階
的な効率良い冷却作用が行われるため、冷却空気の低減
および冷却性能の向上が図れるようになる。

【００２２】また、燃焼器ライナの外周側を支持する支
持構造体の取付け部では内壁円筒のインピンジ冷却部を
設けることによって、従来では困難であった部位の冷却
が能率よく行えるようになる。

【００２３】特に、この燃焼器ライナの内壁円筒の支持
構造体取付け部でのインピンジ冷却部を、支持構造体取
付け部に取付けられる支持構造体の内部を冷却空気の流
通が可能な空洞構成とするとともに、支持構造体取付け
部となる外壁円筒の肉厚を内壁円筒と同一以上に設定
し、かつ外壁内筒に座ぐり付き２段径の空気孔を穿設す
ることによって前記の作用がより確実に行われる。

【００２４】さらに、燃焼器ライナの下流側端部におけ
る尾筒とのシール部においては、スロット型フィルム冷
却部を設けることで、比較的簡単な構成で能率よい冷却
が行える。この燃焼器ライナと尾筒とのシール部のスロ
ット型フィルム冷却部は、燃焼器ライナの外壁円筒の下
流側端部と尾筒の入口端部との嵌合部に挿入された弓形
断面形状のスプリングシール部材に燃焼器軸方向に沿う
複数の弾性変形用のスリットを形成するとともに、シー
ル部材の内周側に位置する外壁円筒部に冷却空気流入孔
を形成することによって構成し、かつ高温燃焼ガスの流
れと同一方向に流出されるフィルム冷却空気の流量と、
シール部材に設けられたスリットを通過して燃焼器ライ
ナ外表面と尾筒内表面で形成される環状隙間から流出す
る冷却空気の流量が、一定の圧力差以内で流入可能な均
一流量配分に設定する望ましい構成とすることによっ
て、簡単な構成で能率よい冷却が確実に行えるようにな
る。

【００２５】さらにまた、本発明において、内壁円筒と
外壁円筒との間にリング状の補強壁を設け、この補強壁
を内壁円筒への組立て部品または内壁円筒に一体成形し
たコルゲート形状部分によって構成し、この補強壁を前
記内壁円筒と外壁円筒との熱膨張差を吸収して環状空間
を一定幅以内に維持し得る径方向厚さに設定すること
で、前述した冷却効果を奏する各部の構成が強固にかつ
比較的簡単に実現できるようになる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明に係るガスタービン燃焼器の一
実施例を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実
施例によるガスタービン燃焼器の構造と冷却空気の流れ
を模式的に示す全体断面図、図２はインピンジ冷却およ
びフィルム冷却の両機能を有する部位を説明するための
拡大断面図、図３は支持体取付け部における冷却機能部
を示す拡大断面図、図４および図５は燃焼器ライナと尾
筒との連結部における冷却機能部を示す斜視図および拡
大断面図、図６は変形例を示す断面図である。

【００２７】図１に示すように、本実施例のガスタービ
ン燃焼器は基本的に、冷却空気ａを導入する燃焼器外筒
１１の内部に燃焼室１２を構成する燃焼器ライナ１３が
配置され、この燃焼器ライナ１３の上流側端部の中心位
置にパイロット燃料ノズル１４が設けられている。そし
て、パイロット燃料ノズル１４よりも下流側のライナ壁
部位に、燃料と空気との稀薄予混合ガスを供給する多段
の予混合ダクト１５が接続され、さらに燃焼器ライナ１
３の下流側端部には燃焼ガスをガスタービン側に導入す
る尾筒１６が接続されている。

【００２８】各予混合ダクト１５の燃焼空気入口端部に
は、稀薄予混合燃焼用の複数個の燃料１７が供給される
ようになっており、この各予混合ダクト１５の予混合燃
料ガスの噴出口筒端部１８は燃焼器ライナ４のに挿入さ
れて溶接固定されている。

【００２９】そして図２に示すように、燃焼器ライナ１
３は、燃焼室１２を画成する内壁円筒１９と、この内壁
円筒１９の外側に筒状空間を介して配置される外壁円筒
２０とにより二重壁構造となっている。内壁円筒１９は
例えば軸方向に間隔をあけて配置された複数のエレメン
ト１９ａからなっており、各エレメント１９ａは外壁円
筒２０に対して内壁円筒固定部２１によって、それぞれ
片持ち梁構造で支持されて、燃焼器軸方向の熱伸びを拘
束しないようになっている。

【００３０】なお、予混合ダクト１５の各噴出口筒端部
１８と、燃焼器ライナ１３の内壁円筒２０との間には、
これら内壁円筒２０と噴出口筒端部１８とが熱膨張およ
び熱伸び差により接触しないように、環状の隙間２２が
形成されている。

【００３１】また、図２に示すように、内壁円筒１９と
外壁円筒２０との間にの筒状空間は空気通路２３とされ
ており、外壁円筒２０には、燃焼器軸方向に沿って多数
の空気孔２４が穿設され、燃焼器外筒１内に導かれた空
気（矢印ａ）が外壁円筒２０の外側から空気孔２４を通
して内壁円筒１９の外面に衝突し、この内壁円筒１９を
インピンジメント冷却するようになっている。

【００３２】一方、内壁円筒１９にも多数の空気孔２５
が穿設されている。この内壁円筒１９の空気孔２５は、
外壁円筒２０の空気孔２４と位置を異ならせており、こ
の空気孔２５には、インピンジメント冷却後の空気（矢
印ｂ）が通り、内壁円筒１９の内部すなわち燃焼室に導
入されるようになっている。この内壁円筒１９の空気孔
２５から導入されるう空気は、内壁円筒１９の内面に沿
って流動することによりフィルム冷却に供される。

【００３３】内壁円筒１９の非支持端側の外周面にはリ
ング状の補強壁２６が空気通路を閉塞しない径方向厚さ
で設けられており、インピンジメント冷却に供された空
気は、内壁円筒１９の空気孔２５を通る部分（矢印ｂ）
と、内壁円筒１９に設けられている補強壁２６の外周隙
間２７を通る部分（矢印ｂ）とに分けられる。そして、
燃焼室１２内に流入する各空気は互いにバランスして配
分され、これらの空気が燃焼器ライナ面にスロット型フ
ィルム冷却空気として噴出するようになっている。

【００３４】なお、燃焼器外筒１内に導かれた空気の一
部は、燃焼器ライナ１３および尾筒１６の外周部に導か
れた後、燃焼空気として予混合ダクト１５に供給され、
稀薄予混合燃料を構成するようになる。

【００３５】次に、図３によって燃焼器ライナ支持構造
体取付部３０のインピンジ冷却構造について説明する。
すなわち、燃焼器ライナ１３の外周側は支持構造体３１
によって支持されている。この支持構造体取付部３０
は、外壁円筒２０の一部を厚肉に構成して支持構造体３
１に接合される厚肉外壁円筒３２と、支持構造物３１を
軸方向から補強する補強リブ３３とを有している。厚肉
外壁円筒３２の内周側には前記同様の内壁円筒１９が設
けられている。厚肉外壁円筒３２は外圧に対して十分な
耐座屈強度を有し、さらに燃焼器軸方向の燃焼器ライナ
支持力に対して十分な強度を有する。支持構造体３１の
内部は空洞になっており、この支持構造体３１の構成壁
には冷却空気の流入孔３４が穿設されている。

【００３６】また、厚肉外壁円筒３２には支持構造体３
１の空洞底面に位置して複数個の空気孔３５が穿設さ
れ、この空気孔３５が支持構造体３１の内部および流入
孔３４に連通している。この厚肉外壁円筒３２の空気孔
３５は、座ぐり付き２段孔とされている。

【００３７】そして、支持構造体３１の外部から流入孔
３４を介して空洞部に流入した空気（矢印ｃ）は、厚肉
外壁円筒３２の空気孔３５を通過して空気通路２３に流
入し、内壁円筒３２に衝突してインピンジメント冷却ま
たは対流冷却を行い、その後内壁円筒１９の空気孔２５
から燃焼室１２に導入され、内壁円筒１９の内面に沿っ
て流動することによりフィルム冷却に供される（矢印
ｄ）。厚肉外壁円筒３２の空気孔３５が座ぐり付き２段
孔であることから、この部位を通過した空気は、噴流と
なって内壁円筒１９に対する大きなインピンジメント冷
却または対流冷却を行う。なお、空気孔３５が２段穴形
状であることによって、燃焼器ライナ１３の外壁円筒２
０に設けられている冷却空気口２４の流量係数および圧
力損失と同一にすることにより、効率よいインピンジメ
ント冷却を可能にしている。

【００３８】次に、図１、図４および図５によって、燃
焼器ライナ端シール部４０の冷却について説明する。図
４および図５は本実施例の燃焼器ライナ端シール部４０
のスロット型フィルム冷却構造を示す斜視図および拡大
断面図である。

【００３９】図１および図４に示すように、燃焼器ライ
ナ１３の外壁円筒２０の下流側端部と尾筒１６の入口端
部との嵌合部に、弓形断面形状のスプリングシール部材
４１が挿入されている。スプリングシール部材４１は外
壁円筒２０に連設したものであり、このスプリングシー
ル部材４１と尾筒１６と燃焼器ライナ１３とが、柔軟な
バネ力を保持するように機械的に接合されている。

【００４０】また、スプリングシール部材４１には、燃
焼器軸方向に沿う複数の弾性変形用のスリット４２が周
方向に間隔的に形成されている。スプリングシール部材
４１の内周側に位置する外壁円筒２０には、複数の空気
流入孔４３が周方向に間隔的に形成され、この空気流入
孔４３の内周面側には薄板からなる偏流板４４が設けら
れている。スプリングシール部材４１のスリット４２の
後方には、燃焼器ライナ外表面と尾筒内表面とを通して
燃焼室１２側に連通する環状隙間４５が形成されてい
る。

【００４１】燃焼器外筒１１内の空気は、スリット４２
を介してスプリングシール部材４１の内周側に流れ込
み、空気流入孔４３から燃焼室１２内に流入した後、偏
流板４４によって高温燃焼ガスの流れと同一方向に流出
されるフィルム冷却空気（矢印ｅ）と、スリット４２を
介してスプリングシール部材４１の内周側に流れ込んだ
後、再びスリット４２から出てスプリングシール部材４
１の外周側を介して環状隙間４５から燃焼室１２内に流
入する空気（矢印ｆ）とに分かれる。これらの冷却空気
の流量は、一定の圧力差以内で燃焼室１２に流入可能な
均一流量配分に設定されている。

【００４２】冷却空気は上記の経路でフィルム冷却空気
として使用され、吹き出し下流側の燃焼器内面を冷却す
る。結果として、従来では外面冷却のみであった燃焼器
ライナ端シール部に、スロット型フィルム冷却と、外面
冷却とを併用することにより、燃焼器ライナメタル温度
を効率良く低下させることが可能となる。

【００４３】以上の本実施例では、冷却空気による燃焼
器ライナ１３の内壁円筒１９のメタル温度分布が一様か
つ最適な熱伝達率分布になるように設定できるため、冷
却空気流量を低減させ、予混合燃焼に必要な燃焼空気の
増加ができ、ＮＯｘが生成しない燃焼温度に予混合燃空
比を設定できる。

【００４４】以上のように、本実施例に係るガスタービ
ン燃焼器によれば、燃焼器軸方向に多段配列したインピ
ンジメント冷却およびフィルム冷却兼用の片持ち梁二重
円筒形式の冷却構造を採用し、燃焼器ライナ端シール部
４０にはスロット型フィルム冷却を採用し、燃焼器ライ
ナ支持構造体取付部３０にはインピンジ冷却を採用した
ことから、従来のフィルム冷却方法で統一された燃焼器
と比べて冷却空気流量を従来の約６０％に低減させるこ
とが容易に可能となり、冷却性能を向上させると同時
に、燃焼器の高温化と冷却空気低減による予混合燃焼空
気流量を増大させることが可能となり、ＮＯｘ生成の主
要因である火炎温度上昇を抑制して超稀薄燃焼条件を得
ることができ、低ＮＯｘ化に寄与すると同時にメタル温
度分布の一様化を可能にしている。すなわち、ガスター
ビン燃焼器の高温化と低ＮＯｘ化に対する両面での解決
が図れるという優れた効果が奏される。

【００４５】また、本実施例のガスタービン燃焼器によ
ると、燃焼器ライナ１３の主要部分においては外壁円筒
２０の空気孔２４から内壁円筒１９に噴射される冷却空
気によって内壁円筒１９がインピンジメント冷却によっ
て強力に冷却され、さらに内壁円筒１９の空気孔２５か
ら燃焼室１２側に吹込まれる冷却空気によって内壁円筒
１９の内周面側がフィルム冷却によってさらに２段階的
に冷却される。したがって、同一空気流によって段階的
な効率良い冷却作用が行われるため、冷却空気の低減お
よび冷却性能の向上が図れるようになる。

【００４６】また、燃焼器ライナの外周側を支持する支
持構造体取付け部３０では内壁円筒のインピンジ冷却部
を設けることによって、従来では困難であった部位の冷
却が能率よく行えるようになる。特に、この燃焼器ライ
ナ１３の内壁円筒１９の支持構造体取付け部３０でのイ
ンピンジ冷却部を、支持構造体取付け部３０に取付けら
れる支持構造体３１の内部を冷却空気の流通が可能な空
洞構成とするとともに、支持構造体取付け部となる外壁
円筒２０の肉厚を内壁円筒１９と同一以上に設定し、か
つ外壁内筒１９に座ぐり付き２段径の空気孔４３を穿設
することによって前記の作用がより確実に行われる。

【００４７】さらに、燃焼器ライナ１３の下流側端部に
おける尾筒１６とのシール部である燃焼器ライナ端シー
ル部４０においては、スロット型フィルム冷却部を設け
ることで、比較的簡単な構成で能率よい冷却が行える。
この燃焼器ライナ端シール部４０のスロット型フィルム
冷却部は、燃焼器ライナ１３の外壁円筒２０の下流側端
部と尾筒１６の入口端部との嵌合部に挿入された弓形断
面形状のスプリングシール部材４１に燃焼器軸方向に沿
う複数の弾性変形用のスリット４２を形成するととも
に、シール部材内周側に位置する外壁円筒部２０に冷却
空気流入孔４３を形成することによって構成し、かつ高
温燃焼ガスの流れと同一方向に流出されるフィルム冷却
空気の流量と、スプリングシール部材４１に設けられた
スリット４２を通過して燃焼器ライナ１３の外表面と尾
筒１６の内表面で形成される環状隙間４５から流出する
冷却空気の流量が、一定の圧力差以内で流入可能な均一
流量配分に設定する望ましい構成とすることによって、
簡単な構成で能率よい冷却が確実に行えるようになる。
例えば従来のフィルム冷却方法で統一された燃焼器と比
べて、冷却空気流量を従来の約６０％に低減させること
が可能となった。

【００４８】なお、図６は内壁円筒１９の変形例を示し
ている。この例においては、内壁円筒１９が一体成形に
よるコルゲート形状部分によって補強壁４６が構成され
ている。この補強壁４６によって内壁円筒１９と外壁円
筒２０との熱膨張差が吸収され、環状空間からなる空気
通路２３が一定幅以内に維持し得る径方向厚さに設定さ
れている。

【００４９】このように補強壁４６を内壁円筒１９と一
体成形加工したコルゲート断面形状部分とすることで、
内壁円筒１９の熱膨張を考慮した内壁円筒１９と外壁円
筒２０とが一定間隔の隙間を構成する。したがって、内
壁円筒１９の加工コストの低減を図ることができ、冷却
効果を奏する各部の構成が強固にかつ比較的簡単に実現
できるようになる。

【００５０】

【発明の効果】以上の実施例で詳述したように、本発明
に係るガスタービン燃焼器によれば、燃焼器軸方向に多
段配列したインピンジメント冷却およびフィルム冷却兼
用の片持ち梁二重円筒形式の冷却構造を採用し、燃焼器
ライナ端シール部にはスロット型フィルム冷却を採用
し、燃焼器ライナ支持構造体取付部にはインピンジ冷却
を採用したことから、従来のフィルム冷却方法で統一さ
れた燃焼器と比べて冷却空気流量を大幅に低減させるこ
とが容易に可能となり、冷却性能を向上させると同時
に、燃焼器の高温化と冷却空気低減による予混合燃焼空
気流量を増大させることが可能となり、ＮＯｘ生成の主
要因である火炎温度上昇を抑制して超稀薄燃焼条件を得
ることができ、ガスタービン燃焼器の高温化と低ＮＯｘ
化に対する両面での解決が図れるという優れた効果が奏
される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるガスタービン燃焼器の
構造と冷却空気の流れを模式的に示す全体断面図。

【図２】本発明の一実施例におけるインピンジ冷却およ
びフィルム冷却の両機能を有する部位を説明するための
拡大断面図。

【図３】本発明の一実施例における支持体取付け部の冷
却機能部を示す拡大断面図。

【図４】本発明の一実施例における燃焼器ライナと尾筒
との連結部における冷却機能部を示す斜視図。

【図５】本発明の一実施例における燃焼器ライナと尾筒
との連結部における冷却機能部を示す拡大断面図。

【図６】本発明の一実施例における変形例を示す断面図
である。

【図７】従来例を示す断面図。

【図８】他の従来例を示す断面図。

【図９】さらに他の従来例を示す断面図。

【図１０】さらに異なる他の従来例を示す断面図。

【符号の説明】

１１ 燃焼器外筒 １２ 燃焼室 １３ 燃焼器ライナ １４ パイロット燃料ノズル １５ 予混合ダクト １６ 尾筒 １７ 燃料 １８ 噴出口筒端部 １９ 内壁円筒 ２０ 外壁円筒 ２１ 円筒固定部 ２４ 空気孔 ２５ 空気孔 ２６ リング状の補強壁 ２７ 外周隙間 ３０ ライナ支持構造体取付部 ３１ 支持構造体 ３２ 厚肉外壁円筒 ３３ 補強リブ ３４ 空気流入孔 ３５ 空気孔 ４１ スプリングシール部材 ４２ スリット ４３ 空気流入孔 ４４ 偏流板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼器外筒の内部に燃焼室を構成する燃
   焼器ライナを配置し、この燃焼器ライナの上流側端部に
   パイロット燃料ノズルを設けるとともに、このパイロッ
   ト燃料ノズルよりも下流側のライナ壁部位に燃料と空気
   との予混合ガスを供給する多段の予混合ダクトを接続
   し、かつ前記燃焼器ライナの下流側端部に燃焼ガスをガ
   スタービン側に導入する尾筒を接続したガスタービン燃
   焼器であって、前記燃焼器ライナを、高温燃焼ガスに接
   する内壁円筒と、この内壁円筒を環状空間をあけて被覆
   する外壁円筒とからなる二重構造とし、この環状空間を
   冷却空気通路としたものにおいて、前記外壁円筒に燃焼
   器軸方向に沿う多数の空気孔を穿設して前記内壁円筒を
   インピンジメント冷却可能とする一方、前記内壁円筒に
   前記外壁円筒の空気孔と配置を異ならせた多数の空気孔
   を穿設して前記内壁円筒をフィルム冷却可能とし、かつ
   前記燃焼器ライナの外周側を支持する支持構造体の取付
   け部に前記内壁円筒のインピンジ冷却部を設け、さらに
   前記燃焼器ライナの下流側端部における前記尾筒とのシ
   ール部にスロット型フィルム冷却部を設けたことを特徴
   とするガスタービン燃焼器。
2. 【請求項２】 請求項１記載のガスタービン燃焼器にお
   いて、燃焼器ライナの内壁円筒の支持構造体取付け部で
   のインピンジ冷却部は、前記支持構造体取付け部に取付
   けられる支持構造体の内部を冷却空気の流通が可能な空
   洞構成とするとともに、前記支持構造体取付け部となる
   外壁円筒の肉厚を内壁円筒と同一以上に設定し、かつ前
   記外壁内筒に座ぐり付き２段径の空気孔を穿設すること
   によって構成したことを特徴とするガスタービン燃焼
   器。
3. 【請求項３】 請求項１記載のガスタービン燃焼器にお
   いて、燃焼器ライナと尾筒とのシール部のスロット型フ
   ィルム冷却部は、燃焼器ライナの外壁円筒の下流側端部
   と尾筒の入口端部との嵌合部に挿入された弓形断面形状
   のスプリングシール部材に燃焼器軸方向に沿う複数の弾
   性変形用のスリットを形成するとともに、前記シール部
   材の内周側に位置する外壁円筒部に冷却空気流入孔を形
   成することによって構成し、かつ高温燃焼ガスの流れと
   同一方向に流出されるフィルム冷却空気の流量と、シー
   ル部材に設けられたスリットを通過して燃焼器ライナ外
   表面と尾筒内表面で形成される環状隙間から流出する冷
   却空気の流量が、一定の圧力差以内で流入可能な均一流
   量配分に設定したことを特徴とするガスタービン燃焼
   器。
4. 【請求項４】 請求項１記載のガスタービン燃焼器にお
   いて、内壁円筒と外壁円筒との間にリング状の補強壁を
   設け、この補強壁を内壁円筒への組立て部品または内壁
   円筒に一体成形したコルゲート形状部分によって構成
   し、この補強壁を前記内壁円筒と外壁円筒との熱膨張差
   を吸収して環状空間を一定幅以内に維持し得る径方向厚
   さに設定したことを特徴とするガスタービン燃焼器。