(57)【要約】燃焼器装置と該装置に後置接続されたタービン室（２）とを備え、燃焼器装置が、移行部分（４）とタービン室に通じる環状空間に移行する移行部分（５）とから構成された多数の個別燃焼器（３）から成り、個別燃焼器の長手軸線（Ｂ）が、タービン室の軸方向広がりによって規定された機械軸線（Ｍ）に対し角度をつけられたガスタービンに関する。このガスタービンにおいて、個別燃焼器の移行部分における熱的、機械的負荷を改善し、もってその範囲の冷却需要を減少し得るようにするため、本発明では、少なくとも１つの個別燃焼器の移行部分とそれに対応したタービン室の入口範囲（９）を、少なくとも１つの個別燃焼器からタービン室に流入するガス流の機械軸線の方向への転向が、主にタービン室の入口範囲で起るように形成する。
2005502019.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼器装置と該装置に後置接続されたタービン室（２）とを備え、燃焼器装置が、入口部分（４）とタービン室（２）に通じる環状空間に移行する移行部分（５）とから構成された多数の個別燃焼器（３）から成り、個別燃焼器（３）の長手軸線（Ｂ）が、タービン室（２）の軸方向広がりによって規定された機械軸線（Ｍ）に対して角度をつけられているガスタービンにおいて、少なくとも１つの個別燃焼器（３）の移行部分（５）およびそれに対応したタービン室（２）の入口範囲（９）が、少なくとも１つの個別燃焼器（３）からタービン室（２）に流入するガス流の機械軸線（Ｍ）の方向への転向が、主にタービン室（２）の入口範囲（９）で行われるように形成されたことを特徴とするガスタービン。
【請求項２】
少なくとも１つの個別燃焼器（３）の移行部分（５）が、タービン軸に近い内側壁（７、７′）とタービン軸から離れた外側壁（８）とを有し、内側壁（７、７′）および外側壁（８）が直線的に延びているか、機械軸線（Ｍ）の方向に緩やかに曲がって延びていることを特徴とする請求項１記載のガスタービン。
【請求項３】
移行部分（５）の外側壁（８）が直線的に延びていることを特徴とする請求項２記載のガスタービン。
【請求項４】
移行部分（５）の内側壁（７、７′）が、大きな半径で緩やかに曲がって延びていることを特徴とする請求項２又は３記載のガスタービン。
【請求項５】
タービン室内に配置された静翼が、機械軸線（Ｍ）に対して平行に向けられた翼台座を備え、その少なくとも１つの翼台座（１０、１１、１１′）が、タービン室（２）の入口範囲（９）において燃焼器長手軸線（Ｂ）の方向に曲げられていることを特徴とする請求項１から４の１つに記載のガスタービン。
【請求項６】
静翼の少なくとも１つの翼台座（１０、１１、１１′）が、タービン室（２）の入口範囲（９）で個別燃焼器（３）の方向に延長されたことを特徴とする請求項５記載のガスタービン。
【請求項７】
タービン室内に、静翼のタービン軸の近くに置かれた内側翼台座とタービン軸から離れて置かれた翼台座が配置され、タービン室（２）の入口範囲（９）に、少なくとも１つの内側翼台座（１１、１１′）と少なくとも１つの外側翼台座（１０）が、燃焼器長手軸線（Ｂ）の方向に曲げられおよび／又は個別燃焼器（３）の方向に延長されたことを特徴とする請求項５又は６記載のガスタービン。
【請求項８】
個別燃焼器（３）の横断面積がガス流れ方向に一定していることを特徴とする請求項１から７の１つに記載のガスタービン。
【請求項９】
全個別燃焼器（３）の移行部分（５）とそれらに対応したタービン室（２）の全入口範囲（９）が、個別燃焼器（３）からタービン室（２）に流入するガス流の機械軸線（Ｍ）の方向への転向が主にタービン室（２）の入口範囲（９）で行われるように形成されていることを特徴とする請求項１から８の１つに記載のガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼器装置とこの燃焼器装置に後置接続されたタービン室とを備え、燃焼器装置が、入口部分とタービン室に通じる環状空間に移行する移行部分とから構成された多数の個別燃焼器から成り、個別燃焼器の長手軸線が、タービン室の軸方向の整列に伴い定まる機械軸線に対して角度をつけられているガスタービンに関する。
【０００２】
この種ガスタービンは周知である。燃焼器装置の個別燃焼器に各々前置接続されたバーナで燃料と酸素含有燃料ガスの混合気が点火され、該混合気は燃焼器装置の個別燃焼器内で燃焼する。燃料ガスと燃料との混合気の燃焼時に生ずる高温ガスは膨張し、燃焼器装置に後置接続されたタービン室に向けて加速される。その際、個別燃焼器装置は、通常円筒状の入口部分と、断面円形の高温ガス流を断面円環セグメント状の高温ガス流に変える移行部分とから成る。従って、多数の個別燃焼器の終端で、全体的に断面環状の高温ガス流が生ずる。このガス流はタービン室に流入し、そこで静翼と動翼とから成る翼装置に衝突し、動翼を駆動する。この原理に基づき、動翼に結合されたタービン軸が回転する。タービン軸の回転は、例えば発電やジェット機推進等の種々の目的に利用される。
【０００３】
構造上の理由から、燃焼器装置の個別燃焼器は、タービン室の軸方向の整列に伴い定まる機械軸線に対し角度をつけられている。この角度のため、初め個別燃焼器の軸線に沿って延びる高温ガス流は、機械軸線の方向に転向される。
【０００４】
この種ガスタービンのタービン室への移行部を備えた個別燃焼器の配置構造は、米国特許第４７１９７４８号明細書に開示されている。そこに示された配置構造の場合、個別燃焼器の円筒状入口部分内で発生した高温ガス流は、移行部分を経て、タービン室に向けて転向する。その際タービン室に通じる環状入口空間は、機械軸線と同軸に配列される。この配置構造では、機械軸線に対し角度を成して延びる個別燃焼器の軸線から機械軸線に対し平行に延びる方向への高温ガス流の転向は、個別燃焼器の移行部分で起る。そのため、移行部分におけるタービン軸に近い内側壁とタービン軸から離れた外側壁が、高温ガス流を、燃焼器軸線に対し平行に延びる流れ方向から、機械軸線に対し平行に延びる流れ方向に強制的に転向させる転向部を形成する。この処置の場合、比較的小さな半径を持った転向部の範囲で、高温ガス流は個別燃焼器の入口範囲の壁に衝突し、該壁は機械的、熱的に強い負荷を受ける。このため、個別燃焼器の移行部分が強く加熱され、そこを強く冷却する必要がある。これを、上述の米国特許第４７１９７４８号明細書では、移行部分の範囲での圧力降下を必要とする衝突冷却で実現している。個別燃焼器のそのように形成された移行部分を冷却する上で必要な圧力降下のために必要な追加的冷却ガス量が、全体としてタービン効率を低下させる欠点がある。更に、米国特許第４７１９７４８号明細書に示された個別燃焼器の冷却は、該燃焼器のハウジングを全長にわたり二重殻構造にせねばならないので、構造的に高い経費を必要とする。
【０００５】
この従来技術から出発し、本発明の課題は、個別燃焼器の移行部分の熱的および機械的負荷が著しく減少し、この結果、その範囲での冷却需要が低下したガスタービンを提供することにある。
【０００６】
この課題を解決すべく、本発明は、少なくとも１つの個別燃焼器の移行部分とそれに対応したタービン室の入口範囲を、少なくとも１つの個別燃焼器からタービン室に流入するガス流の機械軸線の方向への転向が、主にタービン室の入口範囲で起るように形成することを提案する。
【０００７】
個別燃焼器の移行部分とタービン室の入口範囲の本発明に基づく形成による高温ガス流の機械軸線の方向への転向が、個別燃焼器の移行部分で殆ど完全に行われず、主にタービン室の入口範囲に移されることで、タービン室の入口範囲に配置されたタービン要素、特にそこに配置された静翼が、転向に伴う機械的、熱的負荷を受ける。元々受ける熱的負荷に基づき鋳物部品として形成されたその構成要素は、ガス流の転向に伴い追加的に生ずる熱的負荷を、変形加工で形成された燃焼器の移行部分より非常に良好に排出する。移行部分は、その移行部分の範囲で高温ガス流が真っ直ぐに導かれるため、その範囲の冷却費が著しく減少する程に、熱的負荷が低下する。この結果、個別燃焼器の移行部分の材料消費が従来に比べ減少し、これは、全体として構造部品の耐久性と寿命に有利に作用する。個別燃焼器の移行部分の冷却をため、構造が単純化し、特に構造的自由度が大きくなる。
【０００８】
本発明の有利な実施態様では、少なくとも１つの個別燃焼器の移行部分が、タービン軸に近い内側壁とタービン軸から離れた外側壁とを有し、個別燃焼器の内側壁と外側壁がほぼ直線的に延びるか、機械軸線の方向に緩やかに曲がって延びる。機械軸線の方向への緩やかな曲がりは、曲率半径の大きな曲がりを意味する。この際、高温ガス流の転向は長い湾曲に沿って起り、その結果、この範囲での熱的ピーク負荷は回避できる。移行部分の内側壁から外側壁がほぼ直線的に導かれる場合、ガス流の転向に基づく機械的、熱的な追加的負荷は殆どない。
【０００９】
本発明の考え得る実施態様において、個別燃焼器の移行部分の外側壁はほぼ直線的に延び、これに反し、内側壁は緩やかに曲がり、即ち、大きな半径で形成されている。
【００１０】
本発明の他の有利な実施態様では、タービン室内に、機械軸線に対し平行に延びる翼台座を備えた静翼が配置され、その少なくとも１つの翼台座が、タービン室の入口範囲で燃焼器長手軸線の方向に曲げられて延びる。かくして静翼の屈曲又は湾曲した翼台座は、高温ガス流を転向させ、転向に伴い生ずる追加的な熱的、機械的負荷を受ける。静翼が上述の如く鋳造部品であり、大きな熱伝導性を有する故、その個所で生ずる高温ガス流の転向に基づく追加的な熱的負荷を簡単に排出し、非常に単純な冷却処置で処理できる。
【００１１】
本発明の他の有利な実施態様では、個別燃焼器の移行部分の負荷を一層軽減すべく、静翼の翼台座が、タービン室の入口範囲で個別燃焼器の方向に延長される。かくして高温ガス流は、非常に早く静翼の翼台座の延長部に衝突し、この構成要素により、機械軸線の方向に転向される。静翼の翼台座をタービン室の入口範囲で個別燃焼器に向けてそのように延長したことで、高温ガス流の転向が行われる半径が増大し、この結果その転向時に発生する熱的および機械的負荷は大きな範囲にわたって分散される。
【００１２】
本発明に基づくガスタービンの他の実施態様では、タービン室内に、静翼の翼台座が、内側翼台座と外側翼台座の形で設けられ、その内側翼台座がタービン軸の近くに、外側翼台座がタービン軸から離れて配置される。高温ガス流の転向のため、少なくとも１つの内側翼台座および／又は少なくとも１つの外側翼台座が、機械軸線に対し角度をつけられおよび／又は延長して形成される。
【００１３】
本発明の他の有利な実施態様で考慮しているように、個別燃焼器の横断面積がガス流れ方向にほぼ一定していることで、個別燃焼器の移行部分における熱的、機械的負荷が追加的に減少する。高温ガス流の方向における断面積の減少の回避に伴い、個別燃焼器の移行部分の範囲での断面の収縮に伴い生ずる追加的な熱的、機械的な負荷が減少する。
【００１４】
ガスタービンにおいて、全個別燃焼器とそれらに対応したタービン室の全入口範囲を、上述した１つ或いは複数の特徴を含めて形成するとよい。
【００１５】
本発明の他の利点と特徴を、以下に図を参照して説明する実施例の説明で明らにする。なお、各図において同一部分には同一符号を付している。
【００１６】
図１は、本発明に基づくガスタービンの第１実施例を部分的に示す。個別燃焼器３は移行部でガスタービン１のタービン室２に開口している。個別燃焼器３は入口部分４と移行部分５とからなる。入口部分４は断面円形の円筒状をなし、移行部分５で、入口部分４の断面円形は断面円環セグメントの形状に移行している。本発明に基づくガスタービン１では、そのような多数の個別燃焼器３を配置している。これらの個別燃焼器３は、移行部分５の出口側で環状空間を規定し、該空間はタービン室２に移行している。
【００１７】
各個別燃焼器３に各々バーナ６が前置接続されている。これらバーナ６は、酸素含有燃料ガスと燃料の混合気を点火する。本来の燃焼はガスタービン１の個別燃焼器３で起り、その際に発生した高温ガスは、個別燃焼器に沿って入口部分４と移行部分５を貫流し、タービン室２に向けて流れる。個別燃焼器３は軸方向に燃焼器軸線Ｂに沿って延びている。該軸線Ｂはタービン室２の長手方向に整列した機械軸線Ｍに対し角度を付されている。
【００１８】
個別燃焼器３を機械軸線Ｍに対し角度をつけているため、個別燃焼器３内で発生し、タービン室２に向けて流れる高温ガス流を、これがタービン室２内に配置された静翼と動翼に機械軸線Ｍに対し平行に衝突するように転向する必要がある。この配置構造では、転向を、主にタービン室の入口における入口範囲９で行う。その際、個別燃焼器３の移行部分５のタービン軸から離れた外側壁８はほぼ直線的に延び、高温ガス流に対する作用面となっていない。この上部範囲で、静翼の個別燃焼器３に向けて曲げられた外側翼台座１０により、高温ガスの転向が起る。タービン軸の近くにある内側壁７は、図示の実施例の場合、緩やかに、即ち大きな曲率半径で曲げられている。その曲がりに沿って、高温ガス流の最初の緩やかな転向が起る。この転向は、タービン室２への入口範囲で終えている。図示の如く、タービン室２の入口範囲９で主に高温ガス流の転向が起るように、個別燃焼器３の移行部分５とタービン室２の入口範囲９を形成することで、高温ガス流の転向に伴い生ずる熱的負荷は、タービン室２の入口範囲９で大部分が生ずる。該熱的負荷は、そこで特に静翼の上下の翼台座１０、１１により受けられる。その静翼の翼台座１０、１１は鋳造部品として優れた熱伝導性を有し、従って、大きな補助的な冷却費なしでも、そこから追加的な熱的負荷は減少する。成形加工された個別燃焼器３とその特に移行部分５は、熱的負荷が減り、このため、その範囲での冷却需要は著しく軽減し、その結果部品は構造的に単純となり、安価となる。
【００１９】
図２に示す本発明の他の実施例は、図１に示す実施例と、個別燃焼器３の移行部分５における内側壁７′の形状と、タービン室２の入口範囲９における静翼の内側翼台座１１′の案内の方法が異なっている。この実施例では、静翼の外側翼台座１０の他に、内側翼台座１１′も燃焼器３の方向に曲げ、内側壁７′をそれに応じて平らに導いている。この処置により、高温ガス流の必要な転向追加部分が、個別燃焼器３の移行部分５から、タービン室２の入口範囲９、従ってガスタービン１の熱的に負荷可能な部分に移っている。これは、上述した利点を伴う個別燃焼器３の一層の負荷軽減を生ずる。
【００２０】
上述の両実施例において、高温ガス流の転向臨界範囲における個別燃焼器３の熱的負荷軽減に対し一層良好に作用するようにするため、静翼の外側翼台座１０ないし内側翼台座１１、１１′は個別燃焼器３の方向に延長される。
【００２１】
本発明によれば、高温ガス流の転向位置をタービン室２の方向に移すことで、個別燃焼器３の移行部分５の負荷が減り、この結果その範囲での冷却需要が顕著に減少したガスタービンが得られる。本発明で、熱的負荷を支える静翼の翼台座は鋳造品として形成され、成形加工の燃焼器よりも、かなり単純に冷却でき、これによって、冷却にかかる費用が全体として減少する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に基づくガスタービンの第１実施例における個別燃焼器とタービン室との移行部分の断面図。
【図２】本発明に基づくガスタービンの第２実施例における個別燃焼器とタービン室との移行部分の図１に相当した断面図。
【符号の説明】
【００２３】
１  ガスタービン、２  タービン室、３  個別燃焼器、４  入口部分、５  転向部分、７  内側壁、８  外側壁、９  入口範囲、１０  静翼の上側翼台座、１１  静翼の下側翼台座
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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