JPH0941991A

JPH0941991A - ガスタービン燃焼器の冷却構造

Info

Publication number: JPH0941991A
Application number: JP7195595A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Okamoto; 浩明岡本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-07-31
Filing date: 1995-07-31
Publication date: 1997-02-10

Abstract

(57)【要約】【課題】少ない冷却媒体を使用して、ガスタービン燃焼
器の高い冷却効果を発揮できるようにし、ガスタービン
燃焼器の運転上の信頼性向上を図る。【解決手段】ガスタービンの燃焼器ライナ３、遷移ダク
ト６その他の高温部位の壁面を外周側から冷却するガス
タービン燃焼器の冷却構造である。被冷却部である壁面
を囲む多孔式プレートを設ける。多孔式プレートの外周
面に沿って流動する冷却媒体をその多孔式プレートの孔
から高速噴流として内周側に吹き出して壁面にほぼ垂直
に衝突させてインピンジメント冷却を行う。被冷却部で
ある壁面を囲む多孔式プレートとして、冷却媒体の流通
方向に沿う多数の溝部１５を径方向に複数有する全体と
して筒状をなす波形プレート１０を備える。波形プレー
ト１０の内周側に向って突出する溝部１５の底壁１６
に、被冷却部である壁面側に向って冷却媒体を吹付ける
複数の冷却孔１７を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はガスタービン燃焼器
の冷却構造に係り、特に燃焼器ライナや遷移ダクトなど
の壁面を冷却媒体の衝突噴流によって冷却する形式のガ
スタービン燃焼器の冷却構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のガスタービン燃焼器の冷
却構造として、被冷却部である燃焼器ライナの壁面から
所定の間隔をおいてその燃焼器ライナの外面を囲むよう
に多孔式プレートを配置し、この多孔式プレートの内外
周側の差圧による駆動力で冷却媒体としての空気が高速
噴流となって孔から燃焼器ライナの壁面にほぼ垂直に衝
突するようにして、いわゆるインピンジメント冷却を行
うようにしたものが知られている。

【０００３】ここで、衝突噴流として燃焼器ライナの外
周面に流入した空気は燃焼器ライナの周壁と多孔式プレ
ートとの間の冷却通路を通って燃焼器ライナの上流側に
導かれ（以下、この流れを「横流れ」という）、燃焼用
空気またはフィルム冷却等の冷却空気として再使用され
る。このような衝突噴流冷却後の横流れ量が多い所で
は、新たな孔から流入する噴流の衝突力が弱められ、イ
ンピンジメント冷却の熱伝達率が低下することが確認さ
れている。

【０００４】この欠点を解決するため、従来では種々の
冷却構造が提案されている。例えば特開平６−２１３０
０２号では図１３に示すように、燃焼器ライナａの外周
側に多孔式プレートｂを配置してそれらの間隙を冷却通
路ｃとし、この冷却通路ｃに冷却媒体としての空気を矢
印ｄの如く流通させるとともに、多孔式プレートｂの冷
却孔ｅから外周側の空気を矢印ｆで示すように内周側に
噴流させるようにしている。

【０００５】そして、冷却空気供給量を横流れ方向ｇで
徐々に増大させる一方、多孔式プレートｂの各冷却孔ｅ
にそれぞれ管ｈを流通させて設け、管ｈの高さが横流れ
方向ｇで増大して管ｈの先端と燃焼器ライナａの周壁と
の間隔が一定となるようにしている。

【０００６】これにより、空気の横流れの速度を一定に
して壁面摩擦損失を減少させ、矢印ｆで示す空気の流入
および噴流速度を略一定にし、冷却区間の熱伝達率を一
定に維持できるようにしている。

【０００７】衝突噴流による冷却の熱伝達率に関して
は、例えばkercher & Tabakoffの実験式（Trans.of the
ASME Journal of Eng.forpower,Jan.1970,pp73-82) に
より算出される。以下に、その式を表す。

【０００８】

【数１】ここで、ψ１は冷却孔ピッチＸと冷却孔直径ｄの比で決
まる係数、ψ2 は横流れによる影響を表す係数、ｍは冷
却孔ピッチとＸと冷却孔直径ｄの比で決まる指数で１未
満の値である。また、R e はレイノルズ数、Prはプレン
トル数、λは熱伝導率、Znは冷却通路高さを示す。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで近年、ガスタ
ービンの効率向上の観点から高温化が推進される一方
で、低ＮＯｘ化のために冷却に消費できる空気量は減少
する傾向にあり、燃焼器を少ない冷却空気量で効率的に
冷却する技術が要求されるようになっている。また、空
気以外の冷却媒体、例えば水や水蒸気、燃料等を用いる
場合には、少ない冷却媒体で高性能の冷却技術が要求さ
れている。

【００１０】ここで（１）式により、実用範囲において
冷却孔ピッチＸ、冷却孔直径ｄ、および冷却通路高さＺ
ｎの比を一定にして、冷却空気の総量と速度が同一であ
れば冷却孔直径ｄを小さくして冷却孔数を増加させるほ
ど熱伝達率が高くなることがわかる。したがって、冷却
効率を高めるためには直径の小さい冷却孔を多数配置す
ることが有利である。

【００１１】しかしながら、上述した従来技術を用いて
冷却効率を改善する場合を考えると、次のような問題点
がある。

【００１２】１）冷却通路ｃに突出した噴流供給用の管
ｈが増加するのでするので、管ｈが流れの抵抗体となっ
て、冷却通路ｃ内の横流れによる圧力損失が増加し、ガ
スタービンの出力および効率の低下をもたらす。

【００１３】２）噴流供給用の管ｈの直径を減少させて
その数を増加させる場合、管ｈは有限の厚さを有するた
め、横流れの通路面積を確保するには冷却通路高さＺｎ
をより高くする必要がある。よって、管ｈの高さが増加
して製造が困難になり、コスト増をもたらす。

【００１４】３）同様に、噴流供給用の管ｈの長さと直
径との比率が増加するので、管ｈの強度が低下して振動
等による管ｈの損傷の可能性が高くなり、燃焼器の信頼
性を低下させる。

【００１５】そこで、本発明が解決しようとする課題
は、少ない冷却媒体を使用して、ガスタービン燃焼器の
高い冷却効果を発揮できるようにし、これによりガスタ
ービン燃焼器の運転上の信頼性向上を図ることにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、請求項１の発明は、ガスタービンの燃焼器ライ
ナ、遷移ダクトその他の高温部位の壁面を外周側から冷
却するガスタービン燃焼器の冷却構造であって、被冷却
部である壁面を囲む多孔式プレートを設けるとともに、
この多孔式プレートの外周面に沿って流動する冷却媒体
をその多孔式プレートの孔から高速噴流として内周側に
吹き出して前記壁面にほぼ垂直に衝突させてインピンジ
メント冷却を行うようにしたものにおいて、前記被冷却
部である壁面を囲む多孔式プレートとして、冷却媒体の
流通方向に沿う多数の溝部を径方向に複数有する全体と
して筒状をなす波形プレートを備え、この波形プレート
の内周側に向って突出する溝部の底壁に、前記被冷却部
である壁面側に向って冷却媒体を吹付ける複数の冷却孔
を設けたことを特徴とする。

【００１７】請求項２の発明は、請求項１記載のガスタ
ービン燃焼器の冷却構造において、波形プレートの溝部
の断面積を冷却媒体の流れの方向に沿って徐々に拡大さ
せたことを特徴とする。

【００１８】請求項３の発明は、請求項１または２記載
のガスタービン燃焼器の冷却構造において、波形プレー
トの溝部の底壁は、被冷却部である壁面の外周から一定
距離離間保持されていることを特徴とする。

【００１９】請求項４の発明は、請求項１から３までの
いずれかに記載のガスタービン燃焼器の冷却構造におい
て、波形プレートの溝部の底壁は被冷却部である壁面と
同心円状の湾曲面または真直面であることを特徴とす
る。

【００２０】請求項５の発明は、請求項１から４までの
いずれかに記載のガスタービン燃焼器の冷却構造におい
て、波形プレートは、円筒状の外壁部材と、この外壁部
材の内周面に接合した溝部付きの複数の内壁部材とから
なるものとし、前記外壁部材に前記内壁部材の溝部に連
通する連通孔を設け、冷却媒体を溝部の底壁の冷却孔に
導くようにしたことを特徴とする。

【００２１】請求項６の発明は、請求項１から５までの
いずれかに記載のガスタービン燃焼器の冷却構造におい
て、波形プレートの内周側または被冷却部である壁面の
外周側に、これらの間に冷却媒体の衝突噴流高さを確保
するための最小必要限度の隙間を設定するピンを設けた
ことを特徴とする。

【００２２】請求項７の発明は、請求項１から６までの
いずれかに記載のガスタービン燃焼器の冷却構造におい
て、冷却媒体を空気として冷却孔から被冷却部である燃
焼器ライナの外周面に衝突させてその冷却に供した後、
その空気を燃焼器ライナに上流側から燃焼用空気として
導く構成としたことを特徴とする。

【００２３】請求項８の発明は、請求項１から６までの
いずれかに記載のガスタービン燃焼器の冷却構造におい
て、冷却孔から冷却媒体として水蒸気を被冷却部である
壁面に衝突させて冷却する構成としたことを特徴とす
る。

【００２４】請求項９の発明は、請求項１から６までの
いずれかに記載のガスタービン燃焼器の冷却構造におい
て、冷却孔から冷却媒体としてガスタービン燃料を被冷
却部である壁面に衝突させて冷却する構成としたことを
特徴とする。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るガスタービン
燃焼器の冷却構造の好適な実施の形態について、図面を
参照して説明する。

【００２６】図１〜図４は冷却媒体として空気を使用し
て被冷却部である燃焼器ライナの壁面を冷却する場合の
実施の形態を示している。図１はガスタービン燃焼器の
全体構成を示す図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面
図、図３は図１の要部である波形プレートの一部を断面
にして示す拡大斜視図、図４は図１に示すガスタービン
燃焼器の燃焼器ライナ部と遷移ダクトとの連設部の構成
を拡大して示す断面図である。

【００２７】ガスタービン燃焼器１は、燃料予混合式の
いわゆるマルチバーナ構造のもので、燃焼室２を構成す
る円筒状の燃焼器ライナ３の一端側（上流端側）に燃料
ノズル４およびバーナ５が設けられるとともに、燃焼器
ライナ３の他端側（下流端側）に遷移ダクト６を介して
図示しないガスタービンが接続されている。

【００２８】そして、バーナ５によるパイロット燃焼に
基づいて予混合燃料が燃焼室２内で燃焼され、燃焼ガス
は遷移ダクト６を介してガスタービンに供給されるよう
になっている。

【００２９】燃焼器ライナ３、バーナ５および遷移ダク
ト６は、その全体がケーシング７で被覆されており、こ
のケーシング７の内部に、一部図示した圧縮機８側から
燃焼用および冷却用の空気が導入されるようになってい
る。

【００３０】ケーシング７の内側には、バーナ５を覆う
状態で配置されたフロースリーブ９と、燃焼器ライナ３
を覆う状態で配置された多孔式プレートである波形プレ
ート１０とが設けられ、これらフロースリーブ９と波形
プレート１０とによってケーシング７の内部空間が内外
周側に二分されている。

【００３１】また、遷移ダクト６は密閉壁である内側壁
６ａと、多数の冷却孔１１が穿設された外側壁６ｂとに
よって構成されている。そして、フロースリーブ９と波
形プレート１０との間、および波形プレート１０と遷移
ダクト６の外側壁６ｂとの間は、それぞれ閉止板１２，
１３によって密閉状態で連結されている。

【００３２】図２および図３は、波形プレート１０の構
成を詳細に示している。すなわち、波形プレート１０は
図２に示すように、軸直角断面で見たときに多数の台形
状の溝が外周側と内周側から交互に形成されるように、
円筒素材をジグザグに折曲した一体構成のものである。
これにより、波形プレート１０は大径筒状壁１４とその
内周側に向って窪んだ軸方向に沿う溝部１５とを有する
ものとされ、その溝部１５は、それぞれ外周側に開口し
内周側に向って次第に断面積が広くなる断面形状とされ
ている。

【００３３】そして、この溝部１５の底壁１６に、多数
の小径な冷却孔１７が穿設され、これにより波形プレー
ト１０の内周側の空間と外周側の空間とが多数の冷却孔
１７によって連通されている。また、溝部１５の底壁１
６は燃焼器ライナ３の外周面に接近していることによ
り、この底壁１６と燃焼器ライナ３との間には径方向高
さＺｎが小さい空間が形成される一方、この空間は、溝
部１５の両側に配置して大径筒状壁１４に囲まれ、溝部
１５と逆形状の溝状をなす広い空間に連通している。こ
のように燃焼器ライナ３の周壁とその外周側に形成され
た凹凸断面形状の波形プレート１０との間の空間が、後
述する冷却空気の通路、すなわち冷却通路１８とされて
いる。

【００３４】図４は、燃焼器ライナ３の下流端側におけ
る遷移ダクト６の連結部分の構造を詳細に示している。
遷移ダクト６は前述したように、内側壁６ａと外側壁６
ｂとによって構成されており、この内側壁６ａの上流端
の内周面部が燃焼器ライナ３の下流端の外周面部にスプ
リングシール２０を介して弾性的に、かつ密封状態で接
合されている。また、遷移ダクト６の外側壁６ｂには外
周方向に向かうシールリング２１が突設され、このシー
ルリング２１が、波形プレート１０の端部にフロースリ
ーブ２２を介して連結された取付け板２３に接合され、
押え板２４によって保持されている。

【００３５】なお、燃焼器ライナ３の下流端側の周壁に
は、冷却通路側から空気を流入させるための冷却孔２５
が穿設されており、この冷却孔２５の内周側には流入す
る空気を下流側の遷移ダクト６側に導くための内リング
２６が設けられている。

【００３６】次に作用を説明する。

【００３７】圧縮機８側から供給された冷却用の空気
は、図１に矢印ｍで示すように、燃焼器下流側の遷移ダ
クト６の周囲に供給される。この冷却空気は、遷移ダク
ト６の外周壁６ａの冷却孔１１から内周側に流入して遷
移ダクト６の内周壁６ａを冷却する流れｎと、遷移ダク
ト６の外周壁６ｂの外側を流動して燃焼器ライナ３側の
外周、つまり波形プレート１０の外周側に流れる流れｏ
とに分かれる。

【００３８】遷移ダクト６の内周壁６ａを冷却した空気
は、燃焼器ライナ３と波形プレート１０の内周側との間
の空間、つまり冷却通路１８に流れ、さらに燃焼器ライ
ナ３の上流側に流動して、バーナ５を経て燃焼用空気と
して燃焼室２に供給される。

【００３９】一方、波形プレート１０の外周側に流れた
空気は、開口部を介して溝部１５に流れ込み、溝部１５
の底壁１６の冷却孔１７から燃焼器ライナ３に向って噴
出し、燃焼器ライナ３の外周面に略直角に衝突して冷却
を行う。この波形プレート１０の底壁１６と燃焼器ライ
ナ３の外周面との間隔は、設計上要求される任意の値に
設定することが可能である。また、冷却孔１７の直径も
任意に設定可能であり、さらに冷却孔１７のピッチも底
壁１６上で自由に設定することができ、さらにまた衝突
噴流高さＺｎも任意に設定することができる。

【００４０】したがって、本発明では小さな直径の冷却
孔１７を多数密に配置して、最適な衝突噴流が設定でき
るので、高い冷却性能を発揮することができる。

【００４１】また、冷却通路１８内には、遷移ダクト６
の冷却に供された空気が流入する。この空気は冷却通路
１８内を流れるときに波形プレート１０の溝部１５の底
壁１６の冷却孔１７からの噴出空気と衝突することにな
るが、この冷却通路１８には溝部１５の両脇の広い空間
が連通しているので、遷移ダクト６から冷却通路１８に
流入した空気の多くは、溝部１５の両脇の広い空間を流
動するようになるので、冷却孔１７から噴流して燃焼器
ライナ３の外周面に衝突する作用を阻害する程度は極め
て少なく抑制することができ、高効率の冷却作用が行え
るようになる。

【００４２】また、噴流後の空気および遷移ダクト６側
から流入した空気は、波形プレート１０の内周側を経て
燃焼器ライナ３の上流側に供給され、燃焼用として使用
されることになるが、波形プレート１０の内周側の広い
空間を流動することから圧力損失も十分に低減すること
ができる。この場合、波形プレート１０の溝部１５の断
面形状を設定することにより、横流れの速度を低く抑え
て圧力損失の低減を図るとともに衝突噴流による冷却性
能の低下を防止することができる。

【００４３】なお、本実施形態では、冷却通路１８の断
面積を横流れ方向に一定としたことから、冷却通路１８
内では流速が次第に増加して圧力差が発生するが、波形
プレート１０の溝部１５の断面積を十分に広く設定する
ことで、実質的な冷却に対する影響を除去することがで
きる。

【００４４】また、本実施形態では、波形プレート１０
の軸方向両端部に閉止板１２，１３を設けてあるため、
波形プレート１０の外周側から内周側への不要な漏洩流
は生じない。

【００４５】なお、本実施形態では図４に示したよう
に、遷移ダクト６と燃焼器ライナ３との取合い部にスプ
リングシール２０を介して両者をオーバーラップさせる
構造としているので、このオーバーラップ部分では衝突
噴流による冷却が行えないことになるが、燃焼器ライナ
３の下流端部に冷却孔２５および内リング２６を設けて
フィルム冷却を行えるようにしたので、同部分の冷却は
十分に行える。

【００４６】さらに本実施形態では、図４に示したよう
に、遷移ダクト６の外壁６ｂとフロースリーブ２２との
取合い部から多量の空気が冷却通路１８に流入しないよ
うに、フロースリーブ２２の後端部にシールリング２１
を設けてそれを抑え板２４で保持するようにしてある。
これにより波形プレート１０内外の圧力差を確保して衝
突噴流空気の速度を高速にして冷却性能を高くするよう
にしている。

【００４７】以上の実施形態によるガスタービン燃焼器
の冷却構造では、衝突噴流用の冷却空気を小さな直径で
細かく配置された冷却孔１７から供給でき、衝突噴流高
さも最適な値に設定可能であるので、高い冷却効率を実
現できる。

【００４８】さらに、冷却通路１８およびその一部であ
る波形プレート１０の溝部１５は遷移ダクト６や燃焼器
ライナ３を冷却した空気の横流れの主流方向に対してほ
ぼ一定の形状としてあり、さらに設計に基づく所定の通
路断面積を確保することが可能なため、冷却通路１８内
の横流れの速度を低減できるので、壁面摩擦による圧力
損失も低く抑えることができる。

【００４９】また、上記のように横流れの速度を低下で
きるので、衝突噴流による冷却性能を高めることができ
る。そして従来技術と異なり、細かな管等の部品が不必
要となるので、燃焼器の信頼性を低下させることなく製
造コストを低減することも可能となる。

【００５０】図５は、本発明に係るガスタービン燃焼器
の冷却構造の他の実施形態を説明するための図で、波形
プレート１０を拡大して示す断面図である。

【００５１】この図５に示すように、この実施形態は主
要構成要素である波形プレート１０の形状を改良したも
のであり、波形プレート１０の溝部１５の底壁１６を広
くして、燃焼器ライナ３に対する衝突噴流冷却のための
冷却孔１７を十分に確保するとともに、波形プレート１
０の外径を大きくすることなく波形プレート１０の溝部
１５内の断面積を図２に示した実施形態よりも広くし
て、横流れの速度を一層低減させたものである。

【００５２】図６は本発明に係るガスタービン燃焼器の
冷却構造のさらに他の実施形態を説明するための図で、
波形プレート１０を拡大して示す断面図である。

【００５３】この実施形態は図５に示した構成と似通っ
ているが、波形プレート１０の大径筒状壁１４と溝部１
５の構成壁１５ａとを分割構成とし、これら大径筒状壁
１４と溝部１５の構成壁１５ａとを溶接、接着、拡散接
合等により接合し、波形プレート１０の製造を容易に行
えるようにしたものである。なお、図６には波形プレー
ト１０の溝部１５の底面にピン２７を設けてある。この
ピン２７は、波形プレート１０や燃焼器ライナ３などの
部品が熱変形した場合に、最低低減必要な衝突噴流高さ
を確保するために設けたものである。これは本発明の全
ての実施形態に適用可能であり、ピン２７は燃焼器側に
取り付けることもできるものである。

【００５４】図７は本発明に係るガスタービン燃焼器の
冷却構造のさらに異なる他の実施形態を説明するための
図で、波形プレート１０を拡大して示す断面図である。
すなわち、この実施形態は図６に示した実施形態の変形
例であり、波形プレート１０の大径筒状壁１４は円筒状
のプレートであり、その内面に溝部１５の構成壁１５ａ
を接合している。波形プレート１０の溝部１５に空気を
導入するために、大径筒状壁１４には孔２８が穿設して
ある。

【００５５】これらの図６および図７に示すように、波
形プレート１０は横流れと直角の方向（実施形態では周
方向）に連続的な一枚のプレートである必要はなく、燃
焼器ライナ３の外面の空間が任意に分割された部材によ
って波形に囲まれていれば、本発明の趣旨は達成される
ものである。

【００５６】そして、波形プレート１０の隣接する溝部
１５の底壁１６相互間の距離を、冷却後の空気が溝部１
５に流入するのに十分な距離を残してなるべく短くした
形状とし、波形プレート１０の溝部１５内の断面積を拡
大することが、小さな冷却孔１７を多数配置して冷却性
能を高めるのに有効であることが分かる。

【００５７】なお、波形プレート１０の溝部１５の底壁
１６の形状は、燃焼器ライナ３と均一の距離を保持する
形状とすること、すなわちライナ３と同心円状の面とす
ることが衝突噴流による冷却を均一にするうえで望まし
いが、図５から図７までに示すように、円周上に多数繰
り返す波形の場合は非湾曲の平坦面であっても、冷却性
能が十分に発揮される範囲で許容される。平坦面にする
ことで、製造性を容易にすることができる。

【００５８】図８は、本発明に係るガスタービン燃焼器
の冷却構造の別の実施形態を説明するための図で、同図
（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）はそれぞれ異なる軸方向位置で
波形プレート１０を切断して溝部１５の形状が次第に冷
却媒体の流れ方向で変化する様子を示す断面図である。
この実施形態では、冷却通路１８の断面積を横流れの方
向に徐々に拡大するようにしたもので、横流れ方向に進
むに連れて、同図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すよう
に、順に波形プレート１０の溝部１５の形状が類似形状
で深くなるようにしている。

【００５９】図９は、本発明に係るガスタービン燃焼器
の冷却構造のさらに別の実施形態を説明するための図
で、同図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）はそれぞれ異なる軸方
向位置で波形プレート１０を切断して溝部１５の形状が
次第に冷却媒体の流れ方向で変化する様子を示す断面図
である。この実施形態でも、冷却通路１８の断面積を横
流れの方向に徐々に拡大するようにしたもので、横流れ
方向に進むに連れて、同図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示
すように、順に波形プレート１０の溝部１５の形状が類
似形状で広くなるようにしている。

【００６０】なお、図８および図９では、波形形状のコ
ーナ部を鋭角として示してあるが、実際はコーナ部を円
弧形状とするのが、冷却通路１８内における横流れの圧
力損失を低減するために望ましい。このように横流れの
方向に冷却通路１８の断面積を拡大すると、横流れの速
度が一定にできるので、冷却通路１８内の圧力分布をほ
ぼ一定にして、燃焼器をより均一に冷却することができ
る。

【００６１】なお、以上の実施形態では冷却媒体として
燃焼用の空気を使用したが、本発明では水蒸気やタービ
ン燃料等の他の冷却媒体を使用する場合にも適用するこ
とが可能である。

【００６２】例えば図１０は、本発明に係るガスタービ
ン燃焼器の冷却構造のさらに異なる別の実施形態を説明
するための図で、空気以外の冷却媒体を使用する場合の
ガスタービン燃焼器の一部を示す断面図であり、図１１
は図１０のＢ−Ｂ線に沿う拡大断面図である。

【００６３】これらの図において、冷却媒体の流れを実
線の矢印ｓで示し、燃焼用空気の流れを白矢印ｔで示し
ている。波形プレート１０の冷却通路１８側の端面は冷
却媒体入口３０側で閉止板３１によって燃焼器ライナ３
とともにシールされ、逆に冷却通路１８と反対側の冷却
媒体出口３２側の端面を閉止板３３によって隔壁３４と
ともにシールしてある。すなわち、冷却媒体ｓを空気ｔ
と混合させないように燃焼器ライナ３の外周側が隔壁３
４によって囲まれている。

【００６４】このような構成とすることにより、冷却媒
体入口３０から流入する冷却媒体ｓは波形プレート１０
の溝部１５を通って冷却孔１７から燃焼器ライナ３の外
周面に噴出され、波形プレート１０の溝部１５を含む冷
却通路１８により冷却媒体出口３２に搬出される。燃焼
器ライナ３は高温となって熱伸びを生じるので、隔壁３
４と閉止板３３とは溶接等により接合しないで、シール
構造とするのが望ましい。

【００６５】なお、図１１では波形プレート１０の大径
筒状壁１４と隔壁３４とを密着させた構成を示したが、
これら大径筒状壁１４と隔壁３４との間に空間を形成し
て冷却媒体流入通路の一部とすることが可能である。

【００６６】図１２は、図１１に示す波形プレート１０
の変形例を示す断面図である。この図１２に示した実施
形態では、波形プレート１０を溝部１５の構成壁１５ａ
のみとし、これを隔壁３４に接合させている。これによ
りプレート材料の節約と、製造コスト低減とを図ること
ができる。

【００６７】なお、図８および図９に示したケーシング
７を隔壁３４に置換すれば、冷却通路１８の断面積を横
流れ方向に拡大するとともに、隔壁３４と波形プレート
１０とに囲まれた冷却媒体流入通路を横流れ方向に徐々
に縮小することができる。したがって、冷却媒体流入通
路内の速度も冷却通路１８内の速度もそれぞれ一定にで
きるので各冷却孔１７から冷却媒体を均一に分配でき、
燃焼器を均一に冷却することが可能である。

【００６８】なお、本発明は以上の各実施形態に限ら
ず、他に種々の形態で実施することが可能である。例え
ば環型（アンニュラータイプ）の燃焼器であっても、燃
焼室の外周壁だけでなく、内周壁にも適用できる。ま
た、本発明の冷却構造は焼器ライナに限らず、遷移ダク
トにも適用できる。さらに、波形プレートの底壁に設け
る冷却孔の配置は格子状、あるいは千鳥状等として、燃
焼器温度分布を考慮した任意の配置にすることも可能で
ある。

【００６９】

【発明の効果】以上で詳述したように、本発明に係るガ
スタービン燃焼器の冷却構造によると、波形プレートの
溝部の底壁の所定の高さ位置から小径の噴流を供給でき
るようになり、冷却後の冷却媒体は波形プレートの溝部
の側方に流れ込んで横流れ速度を低減させることができ
るので、冷却通路内での圧力損失を低減でき、横流れの
影響による衝突噴流の熱伝達率低減を抑制できるととも
に、小径噴流による高い冷却効果を得ることが可能とな
る。したがって、少ない冷却媒体を使用して、ガスター
ビン燃焼器の高い冷却効果を発揮できるようになり、こ
れによりガスタービン燃焼器の運転上の信頼性向上が図
れるとともに、従来必要としていた管等の余分な構成部
品を不要として構成の簡素化が図れる等の効果が奏され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るガスタービン燃焼器の冷却構造の
実施形態を説明するための図で、ガスタービン燃焼器を
一部断面で示す全体構成図。

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図。

【図３】図１の要部である波形プレートの一部を断面に
して示す拡大斜視図。

【図４】図１に示すガスタービン燃焼器の燃焼器ライナ
部と遷移ダクトとの連設部の構成を拡大して示す断面
図。

【図５】本発明に係るガスタービン燃焼器の冷却構造の
他の実施形態を説明するための図で、波形プレートを拡
大して示す断面図。

【図６】本発明に係るガスタービン燃焼器の冷却構造の
さらに他の実施形態を説明するための図で、波形プレー
トを拡大して示す断面図。

【図７】本発明に係るガスタービン燃焼器の冷却構造の
さらに異なる他の実施形態を説明するための図で、波形
プレートを拡大して示す断面図。

【図８】本発明に係るガスタービン燃焼器の冷却構造の
別の実施形態を説明するための図で、（Ａ），（Ｂ），
（Ｃ）はそれぞれ異なる軸方向位置で波形プレートを切
断して溝部の形状が次第に冷却媒体の流れ方向で変化す
る様子を示す断面図。

【図９】本発明に係るガスタービン燃焼器の冷却構造の
さらに別の実施形態を説明するための図で、（Ａ），
（Ｂ），（Ｃ）はそれぞれ異なる軸方向位置で波形プレ
ートを切断して溝部の形状が次第に冷却媒体の流れ方向
で変化する様子を示す断面図。

【図１０】本発明に係るガスタービン燃焼器の冷却構造
のさらに異なる別の実施形態を説明するための図で、空
気以外の冷却媒体を使用する場合のガスタービン燃焼器
の一部を示す断面図。

【図１１】図１０のＢ−Ｂ線に沿う拡大断面図。

【図１２】図１１に示す波形プレートの変形例を示す断
面図。

【図１３】従来の技術を説明するための部分断面図。

【符号の説明】

１ガスタービン燃焼器２燃焼室３燃焼器ライナ４燃料ノズル５バーナ６遷移ダクト６ａ内側壁６ｂ外側壁７ケーシング８圧縮機９フロースリーブ１０波形プレート１１冷却孔１２，１３閉止板１４大径筒状壁１５溝部１６底壁１７冷却孔１８冷却通路２０スプリングシール２１シールリング２２フロースリーブ２３取付け板２４押え板２５冷却孔２６内リング２７ピン２８孔３０冷却媒体入口３１，３３閉止板３２冷却媒体出口３４隔壁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガスタービンの燃焼器ライナ、遷移ダク
トその他の高温部位の壁面を外周側から冷却するガスタ
ービン燃焼器の冷却構造であって、被冷却部である壁面
を囲む多孔式プレートを設けるとともに、この多孔式プ
レートの外周面に沿って流動する冷却媒体をその多孔式
プレートの孔から高速噴流として内周側に吹き出して前
記壁面にほぼ垂直に衝突させてインピンジメント冷却を
行うようにしたものにおいて、前記被冷却部である壁面
を囲む多孔式プレートとして、冷却媒体の流通方向に沿
う多数の溝部を径方向に複数有する全体として筒状をな
す波形プレートを備え、この波形プレートの内周側に向
って突出する溝部の底壁に、前記被冷却部である壁面側
に向って冷却媒体を吹付ける複数の冷却孔を設けたこと
を特徴とするガスタービン燃焼器の冷却構造。
【請求項２】請求項１記載のガスタービン燃焼器の冷
却構造において、波形プレートの溝部の断面積を冷却媒
体の流れの方向に沿って徐々に拡大させたことを特徴と
するガスタービン燃焼器の冷却構造。
【請求項３】請求項１または２記載のガスタービン燃
焼器の冷却構造において、波形プレートの溝部の底壁
は、被冷却部である壁面の外周から一定距離離間保持さ
れていることを特徴とするガスタービン燃焼器の冷却構
造。
【請求項４】請求項１から３までのいずれかに記載の
ガスタービン燃焼器の冷却構造において、波形プレート
の溝部の底壁は被冷却部である壁面と同心円状の湾曲面
または真直面であることを特徴とするガスタービン燃焼
器の冷却構造。
【請求項５】請求項１から４までのいずれかに記載の
ガスタービン燃焼器の冷却構造において、波形プレート
は、円筒状の外壁部材と、この外壁部材の内周面に接合
した溝部付きの複数の内壁部材とからなるものとし、前
記外壁部材に前記内壁部材の溝部に連通する連通孔を設
け、冷却媒体を溝部の底壁の冷却孔に導くようにしたこ
とを特徴とするガスタービン燃焼器の冷却構造。
【請求項６】請求項１から５までのいずれかに記載の
ガスタービン燃焼器の冷却構造において、波形プレート
の内周側または被冷却部である壁面の外周側に、これら
の間に冷却媒体の衝突噴流高さを確保するための最小必
要限度の隙間を設定するピンを設けたことを特徴とする
ガスタービン燃焼器の冷却構造。
【請求項７】請求項１から６までのいずれかに記載の
ガスタービン燃焼器の冷却構造において、冷却媒体を空
気として冷却孔から被冷却部である燃焼器ライナの外周
面に衝突させてその冷却に供した後、その空気を燃焼器
ライナに上流側から燃焼用空気として導く構成としたこ
とを特徴とするガスタービン燃焼器の冷却構造。
【請求項８】請求項１から６までのいずれかに記載の
ガスタービン燃焼器の冷却構造において、冷却孔から冷
却媒体として水蒸気を被冷却部である壁面に衝突させて
冷却する構成としたことを特徴とするガスタービン燃焼
器の冷却構造。
【請求項９】請求項１から６までのいずれかに記載の
ガスタービン燃焼器の冷却構造において、冷却孔から冷
却媒体としてガスタービン燃料を被冷却部である壁面に
衝突させて冷却する構成としたことを特徴とするガスタ
ービン燃焼器の冷却構造。