(57)【要約】タービン室（２）に移行する環状空間（１３）に開口する多数の個別燃焼器（３）を備え、各個別燃焼器にバーナ（６）が前置接続され、該バーナがタービン外部車室（７）を貫通して個別燃焼器に結合され、タービン外部車室の、タービン室に対向する側面に、タービン室に向けて半径方向に延びるスリーブ（８）が配置され、該スリーブが少なくとも１つの個別燃焼器の一部を隙間（９）をあけた状態で少なくとも部分的に包囲する装置において、スリーブに舌片状延長部（１２ａ、１２ｂ）を形成し、該延長部を環状空間に関して接線方向に延びる平坦な側面上に隙間を空けた状態で突出させる。これに伴い、個別燃焼器の冷却作用を著しく改善することができる。
2005502020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン室（２）に移行する環状空間（１３）に開口する多数の個別燃焼器（３）を備えたガスタービンの燃焼器装置であって、前記各個別燃焼器（３）にバーナ（６）が前置接続され、該バーナ（６）がタービン外部車室（７）を貫通して個別燃焼器（３）に結合され、タービン外部車室（７）の、タービン室（２）に対向する側面に、タービン室（２）に向けて半径方向に延びるスリーブ（８）が配置され、該スリーブが少なくとも１つの個別燃焼器（３）の一部を隙間（９）を空けた状態で少なくとも部分的に包囲する装置において、
スリーブ（８）に舌片状延長部（１２ａ、１２ｂ）が形成され、該延長部（１２ａ、１２ｂ）が、移行部分（５）の環状空間に関して接線方向に延びる平坦な側面の上に隙間を空けた状態で突出することを特徴とする装置。
【請求項２】
少なくとも１つのスリーブ（８）が、個別燃焼器（３）の円周方向において閉鎖されたことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
個別燃焼器（３）が、バーナ（６）に後置接続されかつ円筒状に形成された入口部分（４）と、断面円環セグメント形状に移行する移行部分（５）とから成り、スリーブ（8）が少なくとも入口部分（４）を少なくとも部分的に包囲することを特徴とする請求項１又は２記載の装置。
【請求項４】
入口部分（４）が断面円筒状に形成され、スリーブ（８）が断面円形をなしかつ入口部分（４）の周りに同心的に配置されたことを特徴とする請求項３記載の装置。
【請求項５】
舌片状延長部（１２ａ、１２ｂ）が環状空間（１３）の方向に先細く形成されたことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項６】
スリーブ（８）が、隣接する個別燃焼器（３）の周囲に配置されたスリーブ（８）と重なり合う範囲に横側切欠き（１１）を有し、互いに隣接するスリーブ（８）が該切欠き（１１）に沿って互いに密接することを特徴とする請求項１から５の１つに記載の装置。
【請求項７】
隣接するスリーブが、切欠き（１１）の縁に沿って互いに結合されたことを特徴とする請求項６記載の装置。
【請求項８】
請求項１から７の１つに記載の燃焼器装置（１）を備えることを特徴とするガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービン室に通じる共通の環状空間に開口する多数の個別燃焼器を備えたガスタービンの燃焼器装置であって、各個別燃焼器にバーナが前置接続され、該バーナがタービン外部車室を貫通して個別燃焼器に結合された装置に関する。本発明は、この燃焼器装置を備えたガスタービンにも関する。
【０００２】
この種ガスタービン用の燃焼器装置は公知である。酸素含有燃焼ガスと燃料との混合気はバーナで点火され、燃焼器内で燃焼する。その際発生した膨張性高温ガスは、個別燃焼器の移行部分により、タービン室とその中に存在する静翼と動翼とスリーブとから成る翼装置に向けて転向される。個別燃焼器の通常円筒状に形成された入口部分で発生した断面円形の高温ガス流は、移行部分を経て断面円環セグメント状の高温ガス流となり、最終的に合流して断面環状の高温ガス流になる。このガス流は、環状空間を経てタービン室に流入し、ガスタービンの動翼を駆動する。
【０００３】
燃焼ガス・燃料混合気の燃焼時に発生する熱は個別燃焼器を強く加熱し、そのため個別燃焼器のその範囲を強く冷却する必要がある。このため、従来から種々の冷却原理が提案されている。米国特許第４７１９７４８号明細書に示された燃焼器装置では、個別燃焼器全体のハウジングを二重殻構造に形成し、その内外殻間に隙間を空けている。外側殻にある開口を経て、冷却流体が、内外殻間に空けられた隙間に流入し、個別燃焼器の内側殻に衝突する。そこで先ず、衝突冷却と呼ばれる第１冷却作用が生ずる。引き続いて、冷却流体は、内外殻間に空けられた隙間を貫流し、対流冷却に利用される。この構想は、燃焼器壁が全体を通して二重殻構造となっているために、密閉冷却とも呼ばれる。
【０００４】
他の構想は所謂開放冷却であり、この場合、個別燃焼器を単一壁で形成する。冷却流体は個別燃焼器に沿ってむき出しで流れ、冷却作用を起こす。個別燃焼器を単一壁で形成したことで、冷却流体流が整流して規定して案内されず、このため全体として冷却作用が弱くなる。他方、個別燃焼器のそのような形成は、構造的に単純であり、安価である。
【０００５】
最近、個別燃焼器で開放冷却と閉鎖冷却との混合方式を利用することも公知である。その個別燃焼器は、広い範囲で開放冷却され、只外部車室から突出する範囲で、第１壁を第２壁で隙間を空けた状態で包囲することにより、閉鎖冷却範囲を形成している。確かにこの構想で、利用される個別燃焼器は構造的に単純になるが、非常に小さな準密閉冷却範囲によって改善される冷却作用は、所望するほどに大きくない。
【０００６】
本発明の課題は、冒頭に述べた形式の燃焼器装置を、構造的に単純化した個別燃焼器において、冷却作用を著しく増大すべく改良することにある。
【０００７】
この課題を解決するため、本発明では、冒頭に述べた燃焼器装置において、タービン外部車室の、タービン室に対向する側面に、タービン室に向けて半径方向に延びるスリーブを配置し、該スリーブで少なくとも１つの個別燃焼器の一部を隙間を空けた状態で少なくとも部分的に包囲する。
【０００８】
タービン外部車室に配置され、タービン室の方向に半径方向に延びる少なくとも１つのスリーブは、少なくとも１つの個別燃焼器のタービン外部車室内部に置かれた部分を包囲し、個別燃焼器の壁とスリーブの間に隙間を形成する。冷却流体が該隙間内に流入し、規定された流路に基づき、この範囲で効果的な対流冷却が起る。その際個別燃焼器自体は変更されずに単純な構造を持ち、個別燃焼器自体の構造を複雑にする必要はない。かくして個別燃焼器の準密閉冷却範囲がタービン外部車室の内部でタービン室の方向に延び、冷却作用が顕著に向上する。
【０００９】
準密閉冷却範囲を一層拡大すべく、本発明に従い、スリーブに舌片状延長部を形成し、該延長部を、移行部分の環状空間に関し接線方向に延びる平坦な側面上に隙間を空けた状態で突出させる。かかる舌片状延長部の配置により、冷却に利用する冷却流体が、規定された空間内に向けて一層早く転向し、個別燃焼器の対流冷却に効果的に貢献する。その場合、隙間への十分な流入範囲を形成すべく、スリーブに一体形成した舌片状延長部を、環状空間からタービン室の方向に先細くすると有利である。
【００１０】
本発明に基づくスリーブをタービン室の方向に延長可能とすべく、本発明の有利な実施態様では、スリーブが隣接する個別燃焼器のスリーブと重なり合う範囲に横側切欠きを有し、該切欠きが隣接するスリーブの対応した切欠きへの略気密の移行部を形成する。
【００１１】
その際、本発明の他の有利な実施態様では、スリーブを個別燃焼器の円周方向において閉鎖し、もって個別燃焼器を、その全周にわたり、本発明に基づくスリーブがガスタービンの外部車室内に突出している範囲で準密閉冷却する。
【００１２】
本発明の他の実施態様では、個別燃焼器が、バーナに後置接続され、略円筒状に形成された入口部分と、断面円環セグメント状に移行する移行部分とから成り、スリーブが少なくとも入口部分を少なくとも部分的に包囲する。入口部分はバーナに近接し、個別燃焼器の特に熱的に大きく負荷される構成要素である。従ってこの範囲に本発明に従い設けたスリーブにより生ずる準密閉冷却方式は、個別燃焼器の非常に少量の冷却流体での著しく良好な冷却を可能とする。冷却流体の少ない消費は、全体的にガスタービンの効率を高め、冷却流体が燃焼ガスを兼ねる際ガスタービンの効率が高まる。本発明の他の実施態様に従い個別燃焼器を略円筒状に形成した場合、スリーブは断面円形をなし、円筒状に形成された入口部分の周りに同心配置される。かくして入口部分の円周方向に一様な隙間が生じ、該隙間は、冷却流体流の一様な分布、従ってその範囲の一様な冷却を可能にする。
【００１３】
本発明に基づく燃焼器装置付きのガスタービンも、本発明の対象である。
【００１４】
本発明の他の利点と特徴は、以下に図を参照して説明する本発明の実施例から明らかとなる。なお、各図において同一部分には同一符号を付している。
【００１５】
図１は、本発明に基づく燃焼器装置１を備えたガスタービンの一部を断面図で示す。燃焼器装置１は、多数の個別燃焼器３からなる。それら個別燃焼器３は環状に配置され、共通の環状空間１３に開口している。また環状空間１３はタービン室２に開口している。このタービン室２には、タービンの（概略的に表した）静翼と動翼が存在する。
【００１６】
各個別燃焼器３に各々バーナ６が前置接続されている。これらのバーナ６は、酸素含有燃焼ガスと燃料との混合気を点火するために用いられ、該混合気は個別燃焼器３内で燃焼する。個別燃焼器３は、バーナ６に続く入口部分４と、この部分４を環状空間１３の方向に移行させる移行部分５とから成っている。バーナ６はタービン外部車室７を貫通して個別燃焼器３に結合している。タービン外部車室７から出発してタービン室２の方向にスリーブ（カラー）８が延び、該スリーブ８は個別燃焼器３の円筒状に形成された入口部分４を同心的に包囲している。スリーブ８と個別燃焼器３の入口部分４との間に、冷却流体が貫流する隙間９が空いている。個別燃焼器３の入口部分４の外周に複数のリブ１０が分布して一体形成され、個別燃焼器３はそれらのリブ１０でスリーブ８に固定されている。図示の実施例の場合、リブ１０を個別燃焼器３に一体形成しているが、スリーブ８に一体形成し、個別燃焼器３に向けて延ばしてもよい。
【００１７】
スリーブ８の側面に切欠き１１がある。隣接する個別燃焼器の隣り合うスリーブは切欠き１１で密接している。個別燃焼器３を共通の環状空間１３に移行させるため、個別燃焼器３を各々互いに角度を成して配置している。この結果個別燃焼器間の間隔は、バーナ６から出発して環状空間１３の方向に狭まり、円筒状スリーブ８は、環状空間１３の方向の所定の位置で互いに突き当たっている。該突き当たり個所に、スリーブ８がなお環状空間１３に向けて内側に延長できるように、切欠き１１を設けている。隣接するスリーブ８は、切欠き１１の縁に沿って互いに接し、気密にすべく互いに結合、例えば溶接される。
【００１８】
本発明に基づいて配置したスリーブ８は、その隙間９で冷却流体の流路を形成する。該流路内を略密閉した状態で導かれる冷却流体は、規定された流路に基づき、スリーブ８で覆われた範囲への個別燃焼器３の対流冷却に効果的に寄与する。
【００１９】
図１から、更にスリーブ８の両側に、環状空間１３に対し接線方向に延びる舌片状延長部１２ａ、１２ｂがあることが解る。それら舌片状延長部１２ａ、１２ｂは、個別燃焼器３の移行部分５に沿い、隙間を空けた状態で延びている。それら舌片状延長部１２ａ、１２ｂは、本発明の有利な発展形態であるが、本発明に関し選択的なものである。舌片状延長部１２ａ、１２ｂは個別燃焼器３の準密閉冷却範囲を一層増大し、この結果冷却効果を一層向上する。しかし、本発明に基づく燃焼器装置の基本構想は、舌片状延長部１２ａ、１２ｂなしに、スリーブ８だけで実現できる。
【００２０】
図２と３は、本発明に従う燃焼器装置の一部を、各々異なった方向から見た斜視図で示す。舌片状延長部１２ａ、１２ｂ付きおよび該延長部なしの異なる実施例を明らかにすべく、幾つかの個別燃焼器３の少なくとも入口部分４を包囲するスリーブ８にのみ舌片状延長部１２ａ、１２ｂを示している。更に図２は、開放冷却範囲から隙間に向けて、舌片状延長部１２ａ、１２ｂの内側に、そして続いてスリーブ８の内側に流れる冷却流体の流れ経路１４を、矢印で示す。舌片状延長部１２ａ、１２ｂが、個別燃焼器３の移行部分５から環状空間への出口に向かい先細になっていることも解る。これに伴い、冷却流体流に対する十分大きな入口面積を保証できる。
【００２１】
本発明による燃焼器装置１で、個別燃焼器の準密閉冷却範囲を形成し得ることが解る。その冷却範囲で、個別燃焼器を高効率で冷却できる。個別燃焼器は単純な構造を有し、個別燃焼器を高価な二重壁構造にする必要がない。即ち本発明によれば、極めて効果的に冷却できる単純構造の燃焼器装置が単純な手段で得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に基づく燃焼器装置を備えたガスタービンの一部断面図。
【図２】本発明に基づく燃焼器装置の一部をタービン室の側から見た斜視図
【図３】本発明に基づく燃焼器装置の一部をバーナの側から見た斜視図。
【符号の説明】
【００２３】
１  燃焼器装置、２  タービン室、３  個別燃焼器、４  入口部分、５  移行部分、６  バーナ、７  タービン外部車室、８  スリーブ、９  隙間、１１  切欠き、１３  環状空間
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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