(57)【要約】【課題】構造的応力集中の緩和と熱応力の緩和による強度アップと熱疲労寿命の改善が図れる管路の分岐構造を提供する。【解決手段】高温ガスが流れる燃焼器尾筒１のガス流れ方向に略直角に分岐管２を分岐してなる管路の分岐構造において、前記分岐管２の分岐コーナ部２ａの曲率半径を前記高温ガスの剥離が生じないように可及的に大きくして、当該分岐コーナ部２ａにプレートフィン等の内部冷却構造を施した。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温ガスが流れる主管路のガス流れ方向に略直角に副管を分岐してなる管路の分岐構造において、前記副管の分岐コーナ部に内部冷却構造を施したことを特徴とする管路の分岐構造。
【請求項２】
前記分岐コーナ部の曲率半径を前記高温ガスの剥離が生じないように可及的に大きくしたことを特徴とする請求項１記載の管路の分岐構造。
【請求項３】
前記副管の接続フランジ部に繋がる短管部を前記分岐コーナ部に対する熱応力が緩和し得るように可及的に長く形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の管路の分岐構造。
【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尾筒等管路の分岐構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービン燃焼器として、従来、例えば図４に示すようなものがある。
図に示すように、ガスタービン燃焼器１００においては、燃焼器内筒１０１に設けられた燃料ノズル１０２から噴射され燃焼器尾筒１０３内に導入された燃料Ｆと、圧縮機１０４から吐出され燃焼器尾筒１０３内に導入された圧縮空気ＰＡとを、燃焼器尾筒１０３の後流側に設けられた燃焼域で燃焼させ、高温・高圧の燃焼ガスＣＧを発生させて、燃焼域後流側に設置された静翼１０５によりこの燃焼ガスＣＧの流速、流れの方向を設計値通りに設定し、動翼１０６に供給して作動させ、圧縮機１０４を駆動すると共に余剰の駆動力を外部へ出力するようにしている。
【０００３】
また、燃焼器内筒１０１内にも圧縮機１０４からの圧縮空気ＰＡが供給され、燃料ノズル１０２の前方には、燃料ノズル１０２のうち保炎用として設けられた燃料ノズル１０２から供給された燃料Ｆとを混合させた混合気を着火させた保炎が常に形成されるようにしている。即ち、燃焼域には、燃料ノズル１０２から噴射され、保炎で着火されて燃焼器内筒１０１から燃料Ｆ濃度の濃い燃焼ガスＣＧの状態にして流入させるようにした燃料Ｆが供給される。
【０００４】
他方、燃焼域には圧縮機１０４から車室１０７内に吐出された圧縮空気ＰＡのうち、前述した燃焼器内筒１０１に供給される圧縮空気ＰＡを除く圧縮空気ＰＡが、車室１０７内に設けたバイパス管１０９の開口部から燃焼器尾筒１０３内に流入・供給される。この車室１０７内に開口するバイパス管１０９の開口部から流入して燃焼域に供給される圧縮空気ＰＡの流量は、燃焼器内筒１０１から供給される燃料Ｆとの混合比率が燃焼域で最も燃焼効率の良い燃焼ガスＣＧを発生させることのできる比率に調整するために、バイパス管１０９の内部に設置したバイパス弁１０８の開閉操作により制御されるようにしている。
【０００５】
前記バイパス管１０９は、図３に示すように、燃焼器尾筒１０３に対しそのガス流れ方向に略直角に分岐された分岐管部１０３ａにバイパスエルボ１０９ａを互いの接合フランジ部１０３ｂ，１０９ｂを介してボルト結合してなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来のガスタービン燃焼器１００にあっては、燃焼器尾筒１０３の分岐管部１０３ａの付け根がＲ部ゆえに応力の集中しやすい箇所であり、クラック発生により損傷が多発しているという問題点があった。また、分岐管部１０３ａの付け根のＲ部の曲率半径が小さいことから、当該部分に高温ガスの剥離が生じてメタル温度が高くなり材料強度が低下し、かつ接合フランジ部１０３ｂが冷たく剛であるため熱応力も発生しやすく熱疲労による損傷も多いという問題点があった。
【０００７】
この対策として、プレートフィン等の内部冷却構造を前記分岐管部１０３ａの付け根に施して熱疲労による損傷を回避することが考えられるが、当該部分のＲ部の曲率半径が小さいことから、曲げ加工に割れが発生する等で、内部冷却構造を採用することができないという不具合があった。
【０００８】
本発明は、構造的応力集中の緩和と熱応力の緩和による強度アップと熱疲労寿命の改善が図れる管路の分岐構造を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
斯かる目的を達成するための本発明に係る管路の分岐構造は、高温ガスが流れる主管路のガス流れ方向に略直角に副管を分岐してなる管路の分岐構造において、前記副管の分岐コーナ部に内部冷却構造を施したことを特徴とする。
【００１０】
また、前記分岐コーナ部の曲率半径を前記高温ガスの剥離が生じないように可及的に大きくしたことを特徴とする。
【００１１】
また、前記副管の接続フランジ部に繋がる短管部を前記分岐コーナ部に対する熱応力が緩和し得るように可及的に長く形成したことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る管路の分岐構造を実施例により図面を用いて詳細に説明する。
【００１３】
［実施例］
図１は本発明の一実施例を示すガスタービン燃焼器における燃焼器尾筒の要部断面図、図２は同じく内部冷却構造の一例を示す構造説明図である。尚、ガスタービン燃焼器の全体の構成は図４を参照して詳しい説明は省略する。
【００１４】
図１に示すように、高温の燃焼ガスが矢印方向に流れる主管路としての燃焼器尾筒１からバイバス空気が矢印方向に流れる副管としての分岐管２が、燃焼器尾筒１のガス流れ方向に対し略直角方向に分岐され、分岐管２の先端開口部にバイパス管３のバイパスエルボ４の一端が互いの接合フランジ部５，６を介してボルト結合される。
【００１５】
前記分岐管２の分岐コーナ部（付け根のＲ部）２ａの曲率半径Ｒは前記燃焼ガスの剥離が生じないように可及的に大きく設定されると共に、前記分岐管２の接続フランジ部５に繋がる直管部（短管部）２ｂを前記分岐コーナ部２ａに対する熱応力が緩和し得るように可及的に長く形成される。また、前記直管部２ｂは全周同一長さで形成されて接続フランジ部５が燃焼器尾筒１のテーパ筒部と略平行になっている。
【００１６】
前記分岐コーナ部２ａの曲率半径Ｒと肉厚ｔとの関係は、３．５＞Ｒ／ｔに設定され、本実施例では、従来例が曲率半径Ｒ＝１５ｍｍで肉厚ｔ＝４．８ｍｍであるのに対し、曲率半径Ｒ＝３０ｍｍで肉厚ｔ＝６．４ｍｍに設定されている。また、前記直管部２ｂの長さは従来例に比し略１．５倍以上となっている。
【００１７】
そして、前記分岐管２の分岐コーナ部（付け根のＲ部）２ａには、燃焼器尾筒１の本体筒部１ａや直管部２ｂなどと共に内部冷却構造が施される。即ち、図３に示すように、分岐管２の分岐コーナ部２ａがプレートフィン１０で構成されるのである。詳述すると、車室内に導入された圧縮空気が冷却空気孔１１からプレートフィン１０内部に流入する。この空気は、プレートフィン１０内部を流れる際に、対流冷却により分岐コーナ部２ａの壁面を冷却する。また、プレートフィン１０内部を流れ終わった空気は、分岐コーナ部２ａの内部に流れ出る。この空気は分岐コーナ部２ａの内壁面を流れることで、内壁面近傍に温度境界層を形成して、当該内壁面をフィルム冷却する。尚、内部冷却構造としては前記プレートフィン１０には限らず、ＭＴフィンと呼ばれるフィンを使用して分岐コーナ部２ａの内壁面をフィルム冷却しても良い。
【００１８】
このようにして本実施例では、分岐管２の分岐コーナ部２ａの曲率半径Ｒを当該部において高温の燃焼ガスの剥離が生じないように可及的に大きく設定したので、構造的な応力集中が緩和されてクラック発生による損傷が未然に回避されると共に、燃焼ガスの剥離によるメタル温度の上昇を防止して材料強度の低下を未然に回避できる。
【００１９】
また、前記分岐管２の接続フランジ部５に繋がる直管部２ｂを分岐コーナ部２ａに対する熱応力が緩和し得るように可及的に長く形成したので、低温で剛である接合フランジ部５との間で生じる熱応力も緩和でき、熱疲労による損傷も未然に回避できる。
【００２０】
また、前記分岐管２の分岐コーナ部２ａに、燃焼器尾筒１の本体筒部１ａや直管部２ｂなどと共にプレートフィン１０等の内部冷却構造を施したので、メタル温度を下げることで熱応力を緩和させることができ、熱疲労による損傷を未然に回避することができる。
【００２１】
尚、本発明は上記実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、分岐管２の分岐コーナ部２ａの曲率半径Ｒ及び肉厚ｔの変更等各種変更が可能であることはいうまでもない。また、本発明はガスタービンの燃焼器尾筒のバイパス管に限らず、各燃焼器内筒間を連結する連結管にも適用できるし、その他の高温流体管路にも適用することができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上、実施例に基づいて詳細に説明したように、本発明の請求項１に係る発明は、高温ガスが流れる主管路のガス流れ方向に略直角に副管を分岐してなる管路の分岐構造において、前記副管の分岐コーナ部に内部冷却構造を施したので、メタル温度を下げることで熱応力を緩和させることができ、熱疲労による損傷を未然に回避することができる。
【００２３】
本発明の請求項２に係る発明は、前記分岐コーナ部の曲率半径を前記高温ガスの剥離が生じないように可及的に大きくしたので、構造的な応力集中が緩和されてクラック発生による損傷が未然に回避されると共に、燃焼ガスの剥離によるメタル温度の上昇を防止して材料強度の低下を未然に回避できる。
【００２４】
本発明の請求項３に係る発明は、前記副管の接続フランジ部に繋がる短管部を前記分岐コーナ部に対する熱応力が緩和し得るように可及的に長く形成したので、前記低温で剛である接合フランジ部との間で生じる熱応力も緩和でき、熱疲労による損傷も未然に回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すガスタービン燃焼器における燃焼器尾筒の要部断面図である。
【図２】同じく内部冷却構造の一例を示す構造説明図である。
【図３】従来のガスタービン燃焼器の全体断面図である。
【図４】同じく燃焼器尾筒の要部断面図である。
【符号の説明】
１　燃焼器尾筒
１ａ　本体筒部
２　分岐管
２ａ　分岐コーナ部
２ｂ　直管部
３　バイパス管
４　バイパスエルボ管
５　接合フランジ部
６　接合フランジ部
１０　プレートフィン
１１　冷却空気孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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