(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ノズルの下流側に燃焼器ライナを配置し、この燃焼器ライナ内の上流側に燃焼室の上流側を区画するライナコーンを設けるとともに上記燃焼器ライナの上流端に燃焼器ライナカウルを設けたガスタービン燃焼器において、
前記燃料ノズルはノズル先端を燃焼器ライナカウルの中央開口部を介して燃焼室内を臨ませ、かつ、上記ノズル先端部に外周フランジ状あるいは半径方向外方に放射状に突出する突起形状の先端つばを設け、
前記燃料ノズルの先端つばの外径を燃焼器ライナカウルの中央開口部の内径より大きく形成する一方、
上記燃焼器ライナカウルをライナコーンの上流側端部より上流側に突出させて燃料ノズルの先端つばに当接可能に設け、
前記ライナコーンの下流側を燃焼器ライナのライナ内周壁に固着させるとともに、前記ライナコーンの上流側端部を、前記燃焼器ライナカウルの中央開口部内に、かつ前記燃料ノズルの先端つばと非接触状態に設け、前記ライナコーンに軸方向の力を作用させないように構成したことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項２】
燃料ノズルの下流側に燃焼器ライナを配置し、この燃焼器ライナ内の上流側に燃焼室の上流側を区画するライナコーンを設けるとともに上記燃焼器ライナの上流端に燃焼器ライナカウルを設けたガスタービン燃焼器において、
前記燃料ノズルはノズル先端を燃焼器ライナカウルの中央開口部を介して燃焼室内を臨ませ、かつ、上記ノズル先端部に外周フランジ状あるいは半径方向外方に放射状に突出する突起形状の先端つばを設け、
前記燃料ノズルの先端つばの外径を燃焼器ライナカウルの中央開口部の内径より大きく形成する一方、
上記燃焼器ライナカウルに燃料ノズルの先端つばに当接可能なカウルライナストップを、ライナコーンの上流側端部より上流側に突出させて設け、
前記ライナコーンの下流側を燃焼器ライナのライナ内周壁に固着させるとともに、前記ライナコーンの上流側端部を、前記燃焼器ライナカウルの中央開口部内に、かつ前記燃料ノズルの先端つばと非接触状態に設け、
前記ライナコーンに軸方向の力を作用させないように構成したことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【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プラントやコンバインドサイクル発電プラントに備えられるガスタービン燃焼器に係り、特にガスタービン運転時に燃焼器ライナの軸方向上流側への移動範囲を制限し、規制可能なガスタービン燃焼器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンプラントやコンバインドサイクル発電プラントには、ガスタービン燃焼器が複数台組み込まれている。このガスタービン燃焼器にて燃焼せしめられた燃焼ガスをガスタービンに案内してガスタービンを駆動させるようになっている。この種のガスタービンプラントでは、タービン入口温度を上昇させるとタービン熱効率が向上することが知られており、タービン熱効率を向上させるためにタービン入口温度、すなわちガスタービン燃焼器からの出口温度の上昇が図られている。
【０００３】
ガスタービン燃焼器での燃焼温度を上昇させるに伴い、ガスタービン燃焼器は高温に晒されるために、燃焼器ライナの熱膨脹を考慮し、燃焼器ライナの支持構造は、一般に図６に示すように、熱伸びを吸収する滑り支持が採用されている。
【０００４】
従来のガスタービン燃焼器は、燃焼器ケーシング１内に収容される燃焼器ライナ２を燃料ノズル３の下流側に位置させて配置し、燃焼器ライナ２の下流端にスプリングシール４を設けてトランジションピース５によりスプリング支持され、軸方向のスライドを許容するスプリング支持構造となっている。
【０００５】
ガスタービン燃焼器は、ガスタービン運転時に燃焼室Ａ内での燃焼に伴う熱膨脹や燃焼器ライナ２の内外差圧や振動等により軸方向移動が生じる。この燃焼器ライナ２の軸方向移動をライナ支持構造により許容する一方、燃焼器ライナ２のライナストップ２ａをフロースリーブ６のライナストップ６ａに当接させることにより、ライナ軸方向の下流側への移動を規制し、燃焼器ライナ２が脱落しないように移動範囲を限定している。
【０００６】
一方、ガスタービン燃焼器は、燃焼器ライナ２のライナ軸方向上流側への移動を防止するために、燃料ノズル３を支持するヘッドプレート７にライナストップ８を設け、ライナストップ８が燃焼器ライナカウル９に当接可能構造となっている。ライナストップ８が燃焼器ライナカウル９に当接することにより、燃焼器ライナ２はそれ以上のライナ軸方向上流側への移動が規制され、制限される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ガスタービン燃焼器は、近年特開平７−１９４８２号公報に開示したように、低ＮＯｘ化のために、燃料ノズルが大型化する傾向にある。
【０００８】
燃料ノズルが大型化すると、燃焼器ライナカウル９からヘッドプレート７までの距離が遠くなる。このため、ヘッドプレート７に設けられたライナストップ８を大きくする必要があり、ライナストップ８が大型化すると、ガスタービン運転時にライナストップに大きな応力が発生する。
【０００９】
また、ライナストップ８に大きな応力が作用するのを防止するため、ライナストップ８を廃止すると、ガスタービン運転時には燃料ノズル３の先端つば１０にライナコーン１１の上流側コーン端部を構成するライナカラー１２が当接し、燃料ノズル３の先端つば１０で燃焼器ライナ２のライナ軸方向上流側への一定以上の移動を制限することとなる。この場合には、ライナコーン１１に直接軸方向の力が集中的に作用する。
【００１０】
ところで、ガスタービン燃焼器の燃焼器ライナ２は、ガスタービン運転時には、燃焼室Ａ内での燃焼により高温に晒されており、燃焼室の上流側を区画形成（画成）するライナコーン１１も高温に晒される。このライナコーン１１は裾の広い円錐形の薄板（薄肉）構造で形成されるために強度的に弱く、しかも高温に晒されるために、軸方向の力が作用すると変形（塑性変形）が生じ易く、ガスタービン燃焼器の信頼性を損う原因となっている。
【００１１】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、ヘッドプレートからのライナストップを不要にして構造を簡素化するとともに、燃焼器ライナの軸方向上流側への移動範囲を制限して燃焼器ライナを安定的に保持でき、信頼性を向上させたガスタービン燃焼器を提供することを目的とする。
【００１２】
本発明の他の目的は、ライナコーン等に大きな力を作用させることがなく、ライナコーンの変形を未然にかつ確実に防ぎ、信頼性を向上させたガスタービン燃焼器を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述した課題を解決するために、請求項１に記載したように、燃料ノズルの下流側に燃焼器ライナを配置し、この燃焼器ライナ内の上流側に燃焼室の上流側を区画するライナコーンを設けるとともに上記燃焼器ライナの上流端に燃焼器ライナカウルを設けたガスタービン燃焼器において、前記燃料ノズルはノズル先端を燃焼器ライナカウルの中央開口部を介して燃焼室内を臨ませ、かつ、上記ノズル先端部に外周フランジ状あるいは半径方向外方に放射状に突出する突起形状の先端つばを設け、前記燃料ノズルの先端つばの外径を燃焼器ライナカウルの中央開口部の内径より大きく形成する一方、上記燃焼器ライナカウルをライナコーンの上流側端部より上流側に突出させて燃料ノズルの先端つばに当接可能に設け、前記ライナコーンの下流側を燃焼器ライナのライナ内周壁に固着させるとともに、前記ライナコーンの上流側端部を、前記燃焼器ライナカウルの中央開口部内に、かつ前記燃料ノズルの先端つばと非接触状態に設け、前記ライナコーンに軸方向の力を作用させないように構成したものである。
【００１４】
また、上述した課題を解決するために、本発明に係るガスタービン燃焼器は、請求項２に記載したように、燃料ノズルの下流側に燃焼器ライナを配置し、この燃焼器ライナ内の上流側に燃焼室の上流側を区画するライナコーンを設けるとともに上記燃焼器ライナの上流端に燃焼器ライナカウルを設けたガスタービン燃焼器において、前記燃料ノズルはノズル先端を燃焼器ライナカウルの中央開口部を介して燃焼室内を臨ませ、かつ、上記ノズル先端部に外周フランジ状あるいは半径方向外方に放射状に突出する突起形状の先端つばを設け、前記燃料ノズルの先端つばの外径を燃焼器ライナカウルの中央開口部の内径より大きく形成する一方、上記燃焼器ライナカウルに燃料ノズルの先端つばに当接可能なカウルライナストップを、ライナコーンの上流側端部より上流側に突出させて設け、前記ライナコーンの下流側を燃焼器ライナのライナ内周壁に固着させるとともに、前記ライナコーンの上流側端部を、前記燃焼器ライナカウルの中央開口部内に、かつ前記燃料ノズルの先端つばと非接触状態に設け、前記ライナコーンに軸方向の力を作用させないように構成したものである。
【００１５】
【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実施の形態について添付図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は本発明に係るガスタービン燃焼器１５を採用したガスタービンプラント１６の略示図である。このガスタービンプラント１６はガスタービン１７と同軸にコンプレッサ１８を設けた例が代表的に示されている。このガスタービンプラント１６はコンプレッサ１８の駆動により吐出された圧縮空気をガスタービン燃焼器１５に案内している。ガスタービン燃焼器１５に案内された圧縮空気は燃焼器ライナ２０内に形成される燃焼室Ａで燃料とともに燃焼せしめられ、その燃焼ガスをトランジションピース２２を経てガスタービン１７に案内し、このガスタービン１７を駆動させて仕事をし、ガスタービン１７に連結された発電機（図示せず）を回転駆動させるようになっている。
【００１７】
ガスタービン燃焼器１５はコンプレッサ１８とガスタービン１７の中間において周方向にほぼ等間隔をおいて複数台設置される。ガスタービン燃焼器１５は、図２に示すように燃焼器ケーシング２３によりガスタービンプラント１６に取り付けられる。燃焼器ケーシング２３内にはフロースリーブ２４が燃焼器外筒として収容され、このフロースリーブ２４内に燃焼器ライナ２０が燃焼器内筒として収納される。燃焼器ライナ２０内に燃焼室Ａが形成される一方、燃焼器外筒であるフロースリーブ２４と燃焼器ライナ２０との間に環状（スリーブ状）の圧縮空気の流路２５が形成される。この空気流路２５を通ってコンプレッサ１８からの吐出空気が案内され、スワラ２６により旋回されて燃焼室Ａ内に供給される。
【００１８】
ガスタービン燃焼器１５の燃焼器ケーシング２３にはヘッド側端板としてヘッドプレート２７が設けられ、このヘッドプレート２７に燃料ノズル２８が設けられる。燃料ノズル２８は基部側フランジ２８ａがヘッドプレート２７に固定される一方、ノズル先端は燃焼器ライナ２０側に延び、その先端は燃焼器ライナカウル２９の中央開口部を介して燃焼室Ａ内を臨んでいる。
【００１９】
燃焼器ライナカウル２９は燃焼器ライナ２０の上流端（ヘッド側）に固定されるライナ端板であり、肉厚構造に構成される。また燃焼器ライナ２０の上流側にはライナコーン３０が装着される。ライナコーン３０は燃焼器ライナ２０のライナ内周壁に固着される。ライナコーン３０は下流側に向って拡開するロート形状（テーパ形状）に形成され、燃焼室Ａの上流側を区画している。ライナコーン３０の上流側コーン端部にライナカラー３１がリング状に形成され、ライナコーン３０の強度を向上させている。このライナカラー３１は燃料ノズル２８のノズル外輪３２に外周側からスライド可能に嵌合しており、ガスタービン運転時の燃焼器ライナ２０の熱伸び（熱膨脹）を吸収し、逃がすようになっている。
【００２０】
一方、燃焼器ライナ２０の下流端の外周部にはスプリングシール３４が設けられる。このスプリングシール３４はトランジションピース２２の入口側に嵌合し、燃焼器ライナ２０とトランジションピース２２の相対的な軸方向のスライドを許容するスプリング支持構造となっている。
【００２１】
また、燃焼器ライナ２０のライナ外周壁にライナストップ３５が設けられ、このライナストップ３５はフロースリーブ２４のスリーブ内周壁に設けられたライナストップ３６と係合している。ライナストップ３５，３６同士の係合により、燃焼器ライナ２０のライナ軸方向の下流側への軸方向移動を防止している。
【００２２】
さらに、このガスタービン燃焼器１５には燃焼器ライナ２０の上流側に、燃焼器ライナ２０の軸方向上流側への移動を規制し、制限するライナ軸方向移動規制手段４０が設けられる。このライナ軸方向移動規制手段４０は、外周フランジを構成する燃料ノズル２８の先端つば４１を燃焼器ライナカウル２９に当接可能に対向させることにより構成される。
【００２３】
燃料ノズル２８の先端つば４１は燃焼器ライナカウル２９の中央開口部の内径より大きな外径を有する一方、燃焼器ライナカウル２９はライナコーン３０の上流側コーン端部であるライナカラー３１よりヘッドプレート２７側に突出している。ライナカラー３１と燃料ノズル２８の先端つば４１が接触するのを防止している。ライナカラー３１は、図２に示すように、燃焼器ライナカウル２９の中央開口部内に設けられる。
【００２４】
このため、ガスタービン運転時に、燃焼器ライナ２０がライナ軸方向上流側に移動しようとすると、燃焼器ライナ２０上流端のライナカウル２９が燃料ノズル２８の先端つば４１に接する。燃焼器ライナカウル２９が燃料ノズル２８の先端つば４１に当接することにより、燃焼器ライナ２０のライナ上流側へのそれ以上の軸方向移動を規制し、制限している。
【００２５】
このガスタービン燃焼器１５は、燃料ノズル２８の先端つば４１の外径を燃焼器ライナカウル２９の内径より大きくすることにより、ガスタービン燃焼器１５の低ＮＯｘ化のために燃料ノズル２８が大型化しても、剛性の大きな燃料ノズル２８と、肉厚構造で板厚が厚く、機械的・物理的強度大きな燃焼器ライナカウル２９とを当接可能とすることができ、このライナ軸方向移動規制手段４０により、ヘッドプレート２７からのライナストップを省略できる。このライナストップを省略した簡便かつ簡素な構造でも、燃焼器ライナ２０のライナ軸方向上流側への一定以上の移動を、強度と信頼性を確保しながら制限することができ、ガスタービン燃焼器１５の信頼性を向上させることができる。
【００２６】
このガスタービン燃焼器１５の一実施形態では、燃焼器ライナカウル２９がライナコーン３０のライナカラー３１より上流側にδだけ突出するように設け、燃焼器ライナカウル２９を燃料ノズル２８の先端つば（外周フランジ）４１に直接当接可能とした例を示したが、この実施形態に限定されず、種々の変形が考えられる。例えば、図３に示すように、燃焼器ライナカウル２９にカウルライナストップ４５を設けるようにしてもよい。
【００２７】
図３は、本発明に係るガスタービン燃焼器１５Ａの他の実施形態を示すものである。
【００２８】
この実施形態に示されたガスタービン燃焼器１５Ａは、ライナ軸方向移動規制手段４０Ａが図２に示すガスタービン燃焼器１５と基本的に相違し、他の構成は実質的に異ならないので同一符号を付して説明を省略する。
【００２９】
図３に示されたガスタービン燃焼器１５Ａは燃焼器ライナ２０の燃焼器ライナカウル２９にカウルライナストップ４５を設けたものである。カウルライナストップ４５は燃焼器ライナカウル２９のヘッドプレート２７側で中央開口部の周りに固着される。カウルライナストップ４５はライナコーン３０のライナカラー３１よりヘッドプレート２７側に突出している。
【００３０】
燃焼器ライナカウル２９に固着されるカウルライナストップ４５は図４に示すように構成しても、図５に示すように構成してもよい。図４は、ブロック状のカウルライナストップ４５ａを燃焼器ライナカウル２９に周方向に間隔をおいて数ヶ所、例えば３ヶ所以上取り付けたものである。図５は、リング状のカウルライナストップ４５ｂを燃焼器ライナカウル２９に取り付けたものである。
【００３１】
しかして、燃焼器ライナカウル２９と燃料ノズル２８の先端つば４１との間にカウルライナストップ４５（４５ａ，４５ｂ）を取り付け、このカウルライナストップ４５をライナコーン３０のライナカラー３１端部よりヘッドプレート２７側に突出させることにより、ライナカラー３１と燃料ノズル２８の先端つば４１とが接触するのを未然に防止することができ、ライナコーン３０に軸方向の力を作用させることがなく、その変形を未然にかつ確実に防止できる。
【００３２】
また、ガスタービン運転時の燃焼器ライナ２０の軸方向上流側への移動は、燃焼器ライナカウル２９に取り付けられたカウルライナストップ４５が燃料ノズル２８の先端つば４１に当接することにより、それ以上のライナ軸方向上流側への移動が規制され、ガスタービン燃焼器１５Ａはフロースリーブ２４ひいては燃焼器ケーシング２３内に安定的に保持される。
【００３３】
本発明に係るガスタービン燃焼器の実施形態では、燃料ノズルの先端つばは外周フランジ形状の例を説明したが、先端つばは必ずしも外周フランジ形状に限定されない。燃料ノズルの先端部から放射方向に突出させて、突出した突起部が、燃焼器ライナカウルと当接可能としても、また、燃焼器ライナカウルに固定のカウルライナストップに当接可能としたものも含まれる。したがって、本発明における燃料ノズルの先端つばには外周フランジ状のものだけではなく、半径方向外方に放射状に突出する突起形状のものも含まれる。
【００３４】
【発明の効果】
以上に述べたように、請求項１に係る発明においては、燃料ノズルの先端つばの外径を燃焼器ライナカウルの内径より大きく形成する一方、燃焼器ライナカウルはライナコーン端部より上流側に突出させたので、ガスタービン運転時に燃焼器ライナの軸方向上流側への移動範囲を、燃焼器ライナカウルと燃料ノズルの先端つばとの当接により規制することができ、燃焼器ライナを安定的に保持できる一方、ヘッドプレートからのライナストップを削除でき、その分構造の簡素化を図ることができる。また、ガスタービン運転時に、薄肉構造で高温に晒されるライナコーンは燃料ノズルの先端つばと当接するのを未然に防ぐことができるから、ライナコーンに軸方向の力が加わることがなく、ライナコーンの変形を防止でき、ガスタービン燃焼器の信頼性を維持し、向上させることができる。
【００３５】
請求項２に係る発明においては、燃焼器ライナカウルに燃料ノズルの先端つばに当接可能なカウルライナストップを設け、このカウルライナストップをライナコーン端部より上流側に突出させたから、請求項１に記載のガスタービン燃焼器と同様に、ガスタービン運転時における燃焼器ライナの軸方向上流側への移動範囲を規制して燃焼器ライナを安定的に保持でき、ヘッドプレートからのライナストップを不要にして構造の簡素化が図れ、ライナコーンの変形を防止してガスタービン燃焼器の信頼性を向上させることができる。
【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を備えたガスタービンプラントを簡略的に例示する断面図。
【図２】本発明に係るガスタービン燃焼器の一実施形態を示す断面図。
【図３】本発明に係るガスタービン燃焼器の他の実施形態を示す断面図。
【図４】燃焼器ライナのライナ軸方向移動規制手段を構成する燃焼器ライナカウルの一例を示す図。
【図５】燃焼器ライナのライナ軸方向移動規制手段を構成する燃焼器ライナカウルの他の例を示す図。
【図６】従来のガスタービン燃焼器を示す断面図。
【符号の説明】
１５，１５Ａ  ガスタービン燃焼器
１６  ガスタービンプラント
１７  ガスタービン
１８  コンプレッサ
２０  燃焼器ライナ（燃焼器内筒）
２２  トランジションピース
２３  燃焼器ケーシング
２４  フロースリーブ（燃焼器外筒）
２５  空気流路
２７  ヘッドプレート
２８  燃料ノイズ
２９  燃焼器ライナカウル
３０  ライナコーン
３１  ライナカラー
３２  ノズル外輪
３４  スプリングシール
３５，３６  ライナストップ
４０，４０Ａ  ライナ軸方向移動規制手段
４１  燃料ノイズの先端つば
４５，４５ａ，４５ｂ  カウルライナストップ
Ａ  燃焼室
【図１】
0003663235.tif 000002
【図２】
0003663235.tif 000003
【図３】
0003663235.tif 000004
【図４】
0003663235.tif 000005
【図５】
0003663235.tif 000006
【図６】
0003663235.tif 000007