(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温の燃焼ガスが内部を流れる燃焼器のトランジションピースと、該トランジションピースの周囲にあって、該トランジションピースを内包するフロースリーブと、該フロースリーブと前記トランジションピースの間に形成され、圧縮機から吐出された冷却空気を流す流路と、前記フロースリーブの背側面及び腹側面のそれぞれの出口側に複数設けられているインピンジメント孔とを備えたガスタービン燃焼器であって、
前記フロースリーブの出口部に、該フロースリーブの腹側面の出口部が内側に変形することを抑制する変形抑制手段が施され、
前記変形抑制手段は、前記フロースリーブの背側面の出口部の前記燃焼ガスの流れ方向に沿った断面剛性が、前記フロースリーブの腹側面の出口部の前記燃焼ガスの流れ方向に沿った断面剛性よりも低く形成されているものであることを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項２】
請求項１に記載のガスタービン燃焼器において、
前記変形抑制手段は、前記フロースリーブの背側面の出口部の前記燃焼ガスの流れ方向に沿った断面積より、前記フロースリーブの腹側面の出口部の前記燃焼ガスの流れ方向に沿った断面積が大きいことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のガスタービン燃焼器において、
前記トランジションピースの背側面に、表面からの輻射を低減するための表面加工が施工されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項４】
請求項３に記載のガスタービン燃焼器において、
前記表面加工は、前記トランジションピースの表面を凹凸状に加工するものであることを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項５】
高温の燃焼ガスが内部を流れる燃焼器のトランジションピースと、該トランジションピースの周囲にあって、該トランジションピースを内包するフロースリーブと、該フロースリーブと前記トランジションピースの間に形成され、圧縮機から吐出された冷却空気を流す流路と、前記フロースリーブの背側面及び腹側面のそれぞれの出口側に複数設けられているインピンジメント孔とを備えたガスタービン燃焼器であって、
前記トランジションピースの背側面に、表面からの輻射を低減するための表面加工が施工されていると共に、
前記フロースリーブの腹側面の出口部の左右相対する面に切欠き部が設けられ、該切欠き部は、Ｌ字状の角部を含むことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項６】
請求項５に記載のガスタービン燃焼器において、
前記表面加工は、前記トランジションピースの表面を凹凸状に加工するものであることを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項７】
高温の燃焼ガスが内部を流れる燃焼器のトランジションピースと、該トランジションピースの周囲にあって、該トランジションピースを内包するフロースリーブと、該フロースリーブと前記トランジションピースの間に形成され、圧縮機から吐出された冷却空気を流す流路と、前記フロースリーブの背側面及び腹側面のそれぞれの出口側に複数設けられているインピンジメント孔とを備えたガスタービン燃焼器であって、
前記フロースリーブの腹側面の出口部の左右相対する面に切欠き部が設けられ、該切欠き部は、Ｌ字状の角部を含む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】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガスタービン燃焼器に係り、特に、内部を高温の燃焼ガスが流れるトランジションピースを内包するフロースリーブを備えているものに好適なガスタービン燃焼器に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１に、ガスタービン燃焼器を備えているガスタービンの一般的な構造を示す。
【０００３】
該図に示す如く、ガスタービンは、大きく分けて圧縮機１と燃焼器２及びタービン３から構成されている。圧縮機１は、大気から吸い込んだ空気を作動流体として断熱圧縮し、燃焼器２は、圧縮機１から供給された圧縮空気に燃料を混合して燃焼することで高温高圧のガスを生成し、タービン３は、燃焼器２から導入した燃焼ガスの膨張の際に回転動力を発生するものである。そして、タービン３からの排気は、大気中に放出される。
【０００４】
ところで、高温の燃焼ガスが内部を流れる燃焼器２のトランジションピース１３は、内部を高温の燃焼ガスが流れることから、圧縮機１から吐出された冷却空気を流す流路を外部に確保する必要があるため、トランジションピース１３の周囲にあるフロースリーブ４に内包されている。また、トランジションピース１３の冷却効果を高めるために、フロースリーブ４には、図２に示す如く、フロースリーブ４の出口側１７の背側面１５及び腹側面１６に、インピンジメント孔６Ａ及び６Ｂが複数個設けられている。
【０００５】
このようなフロースリーブ４において、懸念しなくてはならない損傷形態の一つとして、熱膨張に伴うき裂がある。この熱膨張に伴うき裂の例としては、フロースリーブ４の出口部５での非軸対称な形状と温度分布の重畳により、部材の熱膨張に伴うひずみがごく一部で集中し、過大なひずみ負荷の繰り返しにより、金属表面などから微細なき裂が発生して成長してしまい、破断に至る事象がある。
【０００６】
この熱膨張に伴うき裂による損傷に対する有効な対策手段は、応力を低減することであり、形状変更や熱的負荷の低減などにより、熱膨張を低減することが望ましい。
【０００７】
このようなフロースリーブにおける熱膨張に伴うき裂による損傷を低減する例としては、特許文献１を挙げることができる。
【０００８】
この特許文献１には、トランジションピースとフロースリーブの間に設けた対流冷却用の流路の背側を広めにする一方、流路の腹側を狭めにし、冷却空気を全周で均一にすることで、熱膨張に伴うき裂による損傷を低減することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１−１６７５３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
近年、ガスタービンの性能向上に伴い、高い温度で燃焼させると同時に、圧縮機の圧力比を高める設計が主流となりつつあり、トランジションピース及びフロースリーブに作用する負荷を更に低減させ、フロースリーブのひずみを低減して、損傷の低減を図る必要がある。
【００１１】
しかしながら、上述した特許文献１では、フロースリーブのひずみ低減に関しては、何ら記載されておらず、フロースリーブのひずみ低減を実現する新たな構造が必要とされている。
【００１２】
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、フロースリーブの熱膨張に伴う過大なひずみの集中を軽減して、損傷低減が可能なガスタービン燃焼器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のガスタービン燃焼器は、上記目的を達成するために、高温の燃焼ガスが内部を流れる燃焼器のトランジションピースと、該トランジションピースの周囲にあって、該トランジションピースを内包するフロースリーブと、該フロースリーブと前記トランジションピースの間に形成され、圧縮機から吐出された冷却空気を流す流路と、前記フロースリーブの背側面及び腹側面のそれぞれの出口側に複数設けられているインピンジメント孔とを備えたガスタービン燃焼器であって、前記フロースリーブの出口部に、該フロースリーブの腹側面の出口部が内側に変形することを抑制する変形抑制手段が施され、前記変形抑制手段は、前記フロースリーブの背側面の出口部の前記燃焼ガスの流れ方向に沿った断面剛性が、前記フロースリーブの腹側面の出口部の前記燃焼ガスの流れ方向に沿った断面剛性よりも低く形成されているものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、フロースリーブの熱膨張に伴う過大なひずみの集中を軽減して、損傷低減が可能なガスタービン燃焼器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ガスタービン燃焼器を備えているガスタービンの一般的な構造を示す図である。
【図２】従来のフロースリーブの背側面でのインピンジメント孔数が腹側面でのインピンジメント孔数と等しい例を示す部分斜視図である。
【図３】従来のフロースリーブの出口部における変形を模式化して示す図である。
【図４】本発明のガスタービン燃焼器の実施例１におけるフロースリーブの出口部付近の構成を示す部分斜視図である。
【図５（ａ）】従来のフロースリーブの背側面での出口部の断面剛性が腹側面での出口部の断面剛性と等しい例を示す部分斜視図である。
【図５（ｂ）】図５（ａ）のＡ−Ａ線に沿う概略断面図である。
【図６（ａ）】本発明のガスタービン燃焼器の実施例２におけるフロースリーブの出口部付近の構成を示す部分斜視図である。
【図６（ｂ）】図６（ａ）のＡ−Ａ線に沿う概略断面図である。
【図７（ａ）】従来のフロースリーブの腹側面の出口部端面における左右のフロースリーブの部材の間に設けられた切欠きが、Ｌ字状断面のＬ字角部を含まない例を示す部分斜視図である。
【図７（ｂ）】図７（ａ）のＡ−Ａ線に沿う概略断面図である。
【図８（ａ）】本発明のガスタービン燃焼器の実施例３におけるフロースリーブの出口部付近の構成を示す部分斜視図である。
【図８（ｂ）】図８（ａ）のＡ−Ａ線に沿う概略断面図である
【図９】本発明のガスタービン燃焼器の実施例３におけるトランジションピースの出口部付近の構成を示す部分斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図示した実施例に基づいて本発明のガスタービン燃焼器を説明する。なお、以下に説明する各実施例において同一構成部品には、同符号を使用する。
【実施例１】
【００１８】
先ず、本発明のガスタービン燃焼器の実施例１を説明する前に、従来のフロースリーブ４の出口部５付近の構成について、図２を用いて説明する。
【００１９】
図２に示すように、流れ方向９に沿って燃焼ガスが内部を流れる燃焼器２のトランジションピース１３を内包する従来のフロースリーブ４は、背側面１５の出口側１７Ａに配置されているインピンジメント孔６Ａの個数及び／又は孔径が、腹側面１６の出口側１７Ｂに配置されているインピンジメント孔６Ｂの個数及び／又は孔径と同等に形成されている。
【００２０】
図３に、従来のフロースリーブ４の出口部５の構成における変形の一例を示す。
【００２１】
該図から明らかな如く、フロースリーブ４の背側面１５の温度が、フロースリーブ４の腹側面１６の温度よりも相対的に高い場合、フロースリーブ４の背側面１５の出口部５の周方向熱膨張変形７は、フロースリーブ４の腹側面１６の出口部５の周方向熱膨張変形８よりも相対的に大きくなり、図２に示した従来構成のように、フロースリーブ４の背側面１５の出口側１７Ａに配置されているインピンジメント孔６Ａの個数及び／又は孔径が、フロースリーブ４の腹側面１６の出口側１７Ｂに配置されているインピンジメント孔６Ｂの個数及び／又は孔径と同等に形成されていると、フロースリーブ４の腹側面１６の出口部５が、点線の状態から実線のように内側に変形して、フロースリーブ４の腹側面１６の出口部５に変形１８が集中してしまい、損傷の要因となる可能性がある。
【００２２】
そこで、本発明では、フロースリーブ４の出口部５に、フロースリーブ４の腹側面１６の出口部５が内側に変形することを抑制する変形抑制手段を設けたものである。
【００２３】
この変形抑制手段の具体的な構成について、以下に説明する。
【００２４】
図４に示す本発明の実施例１では、変形抑制手段として、流れ方向９に沿って燃焼ガスが内部を流れる燃焼器２のトランジションピース１３を内包するフロースリーブ４は、背側面１５の出口側１７Ａに配置されているインピンジメント孔６Ａの個数及び／又は孔径が、腹側面１６の出口側１７Ｂに配置されているインピンジメント孔６Ｂの個数及び／又は孔径よりも多いか、若しくは大きく形成されている。
【００２５】
このような本実施例の構成とすることにより、フロースリーブ４の背側面１５の温度を、腹側面１６の温度よりも相対的に低く抑制することができ、背側面１５の出口部５の周方向熱膨張変形７を、腹側面１６の出口部５の周方向熱膨張変形８よりも相対的に小さく抑制することが可能となり、フロースリーブ４の腹側面１６の出口部５に集中する変形の分散化が図れ、フロースリーブ４の損傷低減を可能とすることができる。
【００２６】
従って、本実施例によれば、フロースリーブ４の熱膨張に伴う過大なひずみの集中を軽減して、損傷低減が可能なガスタービン燃焼器を得ることができる。
【実施例２】
【００２７】
次に、本発明のガスタービン燃焼器の実施例２を説明するが、その前に、従来のフロースリーブ４の出口部付近の構成について、図５（ａ）及び図５（ｂ）を用いて説明する。
【００２８】
図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、流れ方向９に沿って燃焼ガスが内部を流れる燃焼器トランジションピース１３を内包する従来のフロースリーブ４は、背側面１５の出口部５Ａの断面剛性が、腹側面１６の出口部５Ｂの断面剛性と同等、即ち、背側面１５の出口部５Ａの断面積が、腹側面１６の出口部５Ｂの断面積と同等に形成されている。
【００２９】
このような図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す従来のフロースリーブ４の出口部付近の構成であっても、フロースリーブ４の腹側面１６の出口部５Ｂが、図３に示す点線の状態から実線のように内側に変形して、フロースリーブ４の腹側面１６の出口部５Ｂに変形１８が集中してしまい、損傷の要因となる可能性がある。
【００３０】
そこで、実施例２では、フロースリーブ４の出口部に、フロースリーブ４の腹側面１６の出口部５Ｂが内側に変形することを抑制する変形抑制手段として、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すような構成を採用している。
【００３１】
即ち、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、実施例２では、変形抑制手段として、流れ方向９に沿って燃焼ガスが内部を流れる燃焼器２のトランジションピース１３を内包するフロースリーブ４は、背側面１５の出口部５Ａの断面剛性が、腹側面１６の出口部５Ｂの断面剛性よりも低く形成されている。
【００３２】
具体的には、フロースリーブ４の背側面１５の出口部５Ａの断面積より、フロースリーブ４の腹側面１６の出口部５Ｂの断面積を大きくしたものである。
【００３３】
このような本実施例の構成とすることにより、フロースリーブ４の背側面１５の温度を、腹側面１６の温度よりも相対的に低く抑制することができ、背側面１５の出口部５Ａの周方向熱膨張変形７を、腹側面１６の出口部５Ｂの周方向熱膨張変形８よりも相対的に小さく抑制することが可能となり、フロースリーブ４の腹側面１６の出口部５Ｂに集中する変形の分散化が図れ、フロースリーブ４の損傷低減を可能とすることができる。
【００３４】
従って、本実施例によれば、フロースリーブ４の熱膨張に伴う過大なひずみの集中を軽減して、損傷低減が可能なガスタービン燃焼器を得ることができる。
【実施例３】
【００３５】
次に、本発明のガスタービン燃焼器の実施例３を説明するが、その前に、従来のフロースリーブ４の出口部付近の構成について、図７（ａ）及び図７（ｂ）を用いて説明する。
【００３６】
図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、流れ方向９に沿って燃焼ガスが内部を流れる燃焼器２のトランジションピース１３を内包する従来のフロースリーブ４及び４´は、腹側面１６の出口部５Ｂ及び５Ｂ´の左右相対する面に設けられている切欠き部１１が、Ｌ字状角部１２を含まないように形成されている。
【００３７】
このような従来のフロースリーブ４の構造では、左右のフロースリーブ４及び４´の部材が、互いに接触するように腹側面１６の出口部５Ｂ及び５Ｂ´に、図３に示したような変形１８が集中した際に、互いに押し付け合うことで高い圧縮荷重が作用する可能性があり、Ｌ字状角部１２を形成するための溶接部１９に干渉することで、損傷の要因となる可能性がある。
【００３８】
そこで、実施例３では、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、流れ方向９に沿って燃焼ガスが内部を流れる燃焼器２のトランジションピース１３を内包するフロースリーブ４及び４´は、腹側面１６の出口部５Ｂ及び５Ｂ´の左右相対する面に設けられている切欠き部１１が、Ｌ字状角部１２を含むように形成されている。
【００３９】
このような本実施例の構成とすることにより、左右のフロースリーブ４及び４´の部材が、互いに接触するように腹側面１６の出口部５Ｂ及び５Ｂ´に変形１８が集中した際に、圧縮荷重とＬ字状角部１２を形成するための溶接部１９の干渉を低減することができる。
【００４０】
従って、本実施例によれば、フロースリーブ４の熱膨張に伴う過大なひずみの集中を軽減して、損傷低減が可能なガスタービン燃焼器を得ることができる。
【実施例４】
【００４１】
図９に、本発明のガスタービン燃焼器の実施例４として、変形抑制手段が施されたトランジションピース１３の出口部付近を示す。
【００４２】
該図に示す如く、実施例４では、流れ方向９に沿って燃焼ガスが内部を流れる燃焼器２のトランジションピース１３の背側面１５に、表面からの輻射を低減するための表面加工１４を施工したものである。
【００４３】
この表面加工１４は、トランジションピース１３の表面を凹凸状（機械加工で溝を形成したり、やすりで表面を磨いて形成）に加工するものである。
【００４４】
このような本実施例の構成とすることにより、フロースリーブ４を内面から輻射で加熱する熱量を低減することができ、フロースリーブ４の背側面１５の温度を腹側面１６の温度よりも相対的に低く抑制することが可能となり、フロースリーブ４の背側面１５の出口部５の周方向熱膨張変形７を、腹側面１６の出口部５の周方向熱膨張変形８よりも相対的に小さく抑制することが可能となり、フロースリーブ４の腹側面１６の出口部５に集中する変形の分散化が図れ、フロースリーブ４の損傷低減を可能とすることができる。
【００４５】
従って、本実施例によれば、フロースリーブ４の熱膨張に伴う過大なひずみの集中を軽減して、損傷低減が可能なガスタービン燃焼器を得ることができる。
【００４６】
以上の実施例において、実施例１、実施例２、実施例３及び実施例４は、単独で用いても良いし、複数組み合わせても良いことは言うまでもない。
【００４７】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。即ち、上記した実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１…圧縮機、２…燃焼器、３…タービン、４、４´…フロースリーブ、５…フロースリーブの出口部、５Ａ…フロースリーブ背側面の出口部、５Ｂ、５Ｂ´…フロースリーブ腹側面の出口部、６Ａ、６Ｂ…インピンジメント孔、７…フロースリーブ背側面の出口部に作用する周方向熱膨張変形、８…フロースリーブ腹側面の出口部に作用する周方向熱膨張変形、９…燃焼ガス流れ方向、１１…切欠き部、１２…Ｌ字状角部、１３…トランジションピース、１４…表面施工、１５…フロースリーブの背側面、１６…フロースリーブの腹側面、１７…フロースリーブの出口側、１７Ａ…フロースリーブ背側面の出口側、１７Ｂ…フロースリーブ腹側面の出口側、１８…フロースリーブ腹側面の出口部変形、１９…溶接部。
【図１】
0006644489.tif 000002
【図２】
0006644489.tif 000003
【図３】
0006644489.tif 000004
【図４】
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【図５（ａ）】
0006644489.tif 000006
【図５（ｂ）】
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【図６（ａ）】
0006644489.tif 000008
【図６（ｂ）】
0006644489.tif 000009
【図７（ａ）】
0006644489.tif 000010
【図７（ｂ）】
0006644489.tif 000011
【図８（ａ）】
0006644489.tif 000012
【図８（ｂ）】
0006644489.tif 000013
【図９】
0006644489.tif 000014