(57)【要約】【課題】従来からの壁面冷却空気量を増加させることなく、壁温を低く保って長寿命とすることが可能な、燃焼器壁面構造を提供する。【解決手段】燃焼器前部（燃料ノズル側）の冷却空気量を燃焼器後部（尾筒側）より多くする構成とする。即ち、以下の条件式を満足する構成とする。ＧＣｉ≧ＧＣｉ＋１但し、ＧＣｉ　　：内筒第ｉ段の冷却空気量ＧＣｉ＋１：内筒第ｉ＋１段の冷却空気量であり（ｉは正の整数）、且つ少なくとも一個所は等号を持たないようにする。【選択図】　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給された燃料が燃焼する燃焼室を構成する内部空間を有する内筒と、該内筒の内面に全周に渡って取り付けられ、燃焼室壁を構成する熱遮蔽部材とを備え、前記内筒は前部から後部に向かうにつれて段々と径が大きくなるように、複数の円筒状シェルを軸線方向に接合したものであり、前記熱遮蔽部材は該各段の円筒状シェル内側にリング部材を配設したものである燃焼器壁面構造であって、
前記円筒状シェルと前記リング部材との間に冷却空気通路が形成され、該冷却空気通路は該円筒状シェルの前端部周上に設けられた冷却空気入口と、該リング部材の後端部外周に設けられた冷却空気出口とを有し、該冷却空気入口から供給された冷却空気は、前記冷却空気通路内を流れ、該冷却空気出口から燃焼室内に流入するようにした燃焼器壁面構造において、
以下の条件式を満足することを特徴とする燃焼器壁面構造；
ＧＣｉ≧ＧＣｉ＋１
但し、
ＧＣｉ　　：内筒第ｉ段の冷却空気量
ＧＣｉ＋１：内筒第ｉ＋１段の冷却空気量
であり（ｉは正の整数）、且つ少なくとも一個所は等号を持たないようにする。
【請求項２】
前記リング部材の内周側の冷却空気流速が該リング部材の外周側の冷却空気流速より遅くなるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の燃焼器壁面構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンの燃焼器における壁面構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のガスタービン燃焼器の概要について説明する。図１は、従来よりのガスタービン燃焼器の概略構成を模式的に示す縦断面図である。ガスタービン燃焼器は、同図に示すように、燃焼室としての内部空間を備えた内筒２を有しており、内筒２の軸心位置には、パイロットコーン５に連通したパイロットノズル３が配置されている。
【０００３】
パイロットノズル３の周囲には、メインバーナ７に連通したメインノズル４が配設されており、また内筒２はその後端（図の右側）で図示しない尾筒に連絡している。概ね以上のようにして、燃焼器１が構成されている。そして、前方の燃料供給管６から供給された燃料は、メインノズル４から予め空気と混合した予混合気として内筒２に噴射され、内筒２内でパイロットノズル３により生成したパイロット炎により着火されて、内筒２内に予混合炎を生成する。
【０００４】
図２は、従来よりのガスタービン燃焼器における内筒の壁面（図１において一点鎖線で囲んだ部分）を模式的に示す拡大断面図である。同図に示すように、内筒２の壁面は、径の異なる複数の円筒状シェル８を、軸線方向にそれぞれ段付部を介して接合した構成となっている。具体的には、円筒状シェル８は尾筒側へ向かうにつれて段々に径の大きいものが用いられており、また本例では４段分が接合されている。なお、ここでは燃料ノズル側から尾筒側へ向かって第１段〜第４段とする。
【０００５】
それぞれの円筒状シェル８は、内筒２を形成する構造部材として機能しており、各円筒状シェル８内側には、燃焼室壁面を構成する熱遮蔽部材としてのフィンリング９が配設されている。熱遮蔽部材は、内筒２の構造部材である円筒状シェル８を内筒２内部の火炎から保護し、強度低下を防止するためのものである。このような働きを持つフィンリング９は、その外周に、軸線方向に延びる多数のフィン９ａを形成している。
【０００６】
また、フィンリング９は、それぞれの段付部小径側（燃料ノズル側）端部で円筒状シェル８にロウ付け等により固定され、円筒状シェル８内に保持されている。このようにして、燃焼器壁面を二重構造とし、構造部材と熱遮蔽部材の機能分離を図っている。そして、円筒状シェル８とフィンリング９との間には冷却空気通路が形成されている。
【０００７】
さて、冷却空気は、上記燃焼器１周囲の図示しないケーシング内から、円筒状シェル８の小径側端部周上に設けられた孔である入口１０を通り、矢印で示すように円筒状シェル８とフィンリング９との間に流入する。そして、フィンリング９外周のフィン９ａ間の軸線方向溝を通過して、フィンリング９自体を対流冷却し、後端部外周の出口１１から大径側（尾筒側）に隣接する別の円筒状シェル８のフィンリング９内周面に沿って、軸線方向に噴出する。これにより、隣接する円筒状シェル８の燃焼室壁面即ちフィンリング９内周面のフィルム冷却が行われる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の高温で低ＮＯｘ化を図った燃焼器では、燃焼用空気の割合が多くなるため、壁面冷却空気量が少なくなる。そのため、燃焼器壁温が高くなる傾向にあり、特に液体燃料焚き（油焚き）燃焼器では、壁温が例えば９００℃もの許容限界近くとなってきている。ちなみに、従来の燃焼器では冷却空気を壁面に概ね均一に供給する構成となっている。
【０００９】
このような従来の燃焼器では、フィンリング出口段差部に火炎が発生する場合がある。例えば、図２に示したような４段の円筒状シェル８を有する内筒２において、第２，第３段フィンリング９の出口１１付近の段差部で火炎が発生し、フィンリング９が一部焼損するときがある。
【００１０】
このような火炎が発生する理由として、ガス温度の低い内筒上流側（燃料ノズル側）では、ノズルから出た油は液滴のまま壁面近傍まで飛んでいくといったことが考えられる。そして、壁面近傍にて蒸発した油がフィンリング出口段差部でのよどみに巻き込まれ、火炎発生に至るものと推定される。
【００１１】
本発明は、このような問題点に鑑み、従来からの壁面冷却空気量を増加させることなく、壁温を低く保って長寿命とすることが可能な、燃焼器壁面構造を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、供給された燃料が燃焼する燃焼室を構成する内部空間を有する内筒と、その内筒の内面に全周に渡って取り付けられ、燃焼室壁を構成する熱遮蔽部材とを備え、前記内筒は前部から後部に向かうにつれて段々と径が大きくなるように、複数の円筒状シェルを軸線方向に接合したものであり、前記熱遮蔽部材はその各段の円筒状シェル内側にリング部材を配設したものである燃焼器壁面構造であって、
前記円筒状シェルと前記リング部材との間に冷却空気通路が形成され、その冷却空気通路はその円筒状シェルの前端部周上に設けられた冷却空気入口と、そのリング部材の後端部外周に設けられた冷却空気出口とを有し、その冷却空気入口から供給された冷却空気は、前記冷却空気通路内を流れ、その冷却空気出口から燃焼室内に流入するようにした燃焼器壁面構造において、
以下の条件式を満足することを特徴とする。
ＧＣｉ≧ＧＣｉ＋１
但し、
ＧＣｉ　　：内筒第ｉ段の冷却空気量
ＧＣｉ＋１：内筒第ｉ＋１段の冷却空気量
であり（ｉは正の整数）、且つ少なくとも一個所は等号を持たないようにする。
【００１３】
また、前記リング部材の内周側の冷却空気流速がそのリング部材の外周側の冷却空気流速より遅くなるようにしたことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。本発明の一実施形態では、燃焼器前部（燃料ノズル側）の冷却空気量を燃焼器後部（尾筒側）より多くする構成としている。即ち、以下の条件式を満足する構成としている。
ＧＣｉ≧ＧＣｉ＋１
【００１５】
但し、
ＧＣｉ　　：内筒第ｉ段の冷却空気量
ＧＣｉ＋１：内筒第ｉ＋１段の冷却空気量
であり（ｉは正の整数）、且つ少なくとも一個所は等号を持たないようにする。
【００１６】
具体的には、上記図２に示したような４段の円筒状シェル８を有する内筒２において、一例としては冷却空気量比率を第１〜第４段にかけて１：１：０．５：０．５とする。これにより、上述したようなフィンリング出口段差部での火炎発生が抑制される。
【００１７】
即ち、火炎発生部である第２，第３段の冷却空気量を多くするよりも、それぞれの上流側である第１，第２段の冷却空気量を多くする方が、火炎発生の抑制効果が高くなる。つまり、火炎発生部への冷却空気量を直接増やすよりも、上流の冷却空気量を増やした方が、液体燃料の蒸発量を抑えながら各段差部での局所燃空比を低く保てるものと考えられる。
【００１８】
また、本発明の他の実施形態では、熱遮蔽部材（フィンリング）の内周側即ち燃焼ガス側の冷却空気流速を外周側の冷却空気流速より遅くして、加熱／冷却比を変える構成としている。具体的には、フィンリング外周側に設けたフィンを軸線方向に対して傾斜させることにより、冷却空気流速を速く、また流路長さを長くして、外周側の熱伝達率を高くする。その他、フィンの配列ピッチを小さくして溝数を増やすこと等により、伝熱面積を大きくして冷却効率を向上させることもできる。また、フィンの高さを変えることによっても、冷却空気流速や伝熱面積を調節することができる。
【００１９】
図３は、本実施形態におけるフィン形状の一例を示す図である。同図（ａ）はフィンリング９の外周面を示す平面図、同図（ｂ）は内筒２の壁面を示す断面図となっている。同図に示すように、本例ではフィンリング９外周のフィン９ａの軸線方向に対する傾斜角θ＝４５゜としている。これにより、例えば従来は冷却空気流速が２５ｍ／ｓであったものが、３６ｍ／ｓと向上している。
【００２０】
このように、軸線方向に対する傾斜角θを持ったフィンとすることにより、冷却空気流速は従来の１／ｃｏｓθ倍となり、またフィン長さも従来の１／ｃｏｓθ倍となるので、冷却効果は概ね１／ｃｏｓ２θ倍となる。また、フィン９ａの配列ピッチは、従来のＰ＝５．８ｍｍから３ｍｍと小さくして溝数を増やし、冷却効率を向上させている。なお、冷却空気量そのものは、円筒状シェル８に設けられた入口１０の径や個数で決まるものであり、ここでは変化させていない。
【００２１】
以上示したような各実施形態の構成により、内筒壁面に衝突した液体燃料の蒸発速度が遅くなり、物質伝達率が低くなるので、燃料濃度を薄く、即ちガス温度を低く保つことができる。また、燃焼器頭部から供給される冷却空気量が多くなるので、燃料濃度を薄く保つことができる。さらに、燃焼ガス側の熱伝達率が低くなり、冷却空気側の熱伝達率が高くなるので、壁温が低くなる。
【００２２】
なお、特許請求の範囲で言うリング部材は、実施形態におけるフィンリングに対応している。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従来からの壁面冷却空気量を増加させることなく、壁温を低く保って長寿命とすることが可能な、燃焼器壁面構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来よりのガスタービン燃焼器の概略構成を模式的に示す縦断面図。
【図２】従来よりのガスタービン燃焼器における内筒の壁面を模式的に示す拡大断面図。
【図３】本発明の実施形態におけるフィン形状の一例を示す図。
【符号の説明】
１　　燃焼器
２　　内筒
３　　パイロットノズル
４　　メインノズル
５　　パイロットコーン
６　　燃料供給管
７　　メインバーナ
８　　円筒状シェル
９　　フィンリング
【図１】
2004069124.tif 000002
【図２】
2004069124.tif 000003
【図３】
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