(57)【要約】【課題】尾筒後端における熱疲労の発生を防止して燃焼筒の耐久性を向上させる。【解決手段】圧縮機によって圧縮された空気と燃料とを反応させて燃焼させ、発生した燃焼ガスを燃焼筒を通じてタービンに導入する燃焼器において、燃焼筒を構成する尾筒５ｂの側壁部１５の内部に、側壁部１５の壁面方向に沿って延在する空気流路２０を設け、その空気流路２０の入口２１を側壁部１５の外壁面に開設し、出口２２を尾筒５ｂの後端面１６に開設する。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機によって圧縮された空気と燃料とを反応させて燃焼させ、発生した燃焼ガスを燃焼筒を通じてタービンに導入する燃焼器において、
前記燃焼筒を形成する側壁部の内部に、該側壁部の壁面に沿って延在する空気流路を設け、該空気流路の入口を前記側壁部の外壁面に開設し、前記空気流路の出口を前記燃焼筒の後端面に開設したことを特徴とする燃焼器。
【請求項２】
請求項１記載の燃焼器を備えることを特徴とするガスタービン。
【請求項３】
前記空気流路を、前記出口から排出される空気が前記燃焼筒と前記タービンとの間に配設されるシール部に当たるように形成したことを特徴とする請求項２記載のガスタービン。
【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を構成する燃焼筒の冷却構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンは、圧縮機、燃焼器およびタービンを主要な構成要素として備えており、圧縮機において空気を圧縮し、圧縮された空気を燃焼器において燃料と反応させて燃焼させ、発生した燃焼ガスの熱や運動エネルギーを取り出して様々な用途に利用するとともに、燃焼ガスによってタービンを回転させ、得られた回転エネルギーをロータを介して圧縮機に伝達して駆動するしくみとなっている。
【０００３】
ガスタービンの燃焼器には、燃焼ガスを後方に位置するタービンに導く燃焼筒が設けられているが、燃焼筒の壁面は絶えず高温の燃焼ガスに晒される。そこで、燃焼筒を形成する側壁部の内部に空気通路を設け、燃焼筒の外側から内側に加圧された空気を導入して冷却する構造が採用されている（これをフィルム冷却という）。
【０００４】
図４は燃焼器とタービンとの接続部の構造を示す断面図である。同図において、符号１００は燃焼筒の後部を構成する尾筒、１０１はタービンの外側シュラウド、１０２は同じくタービンの内側シュラウド、１０３は尾筒１００と内外のシュラウド１０１，１０２との間に介在して燃焼筒と車室との間を封止するシール部である。
尾筒１００の後端にはシール部１０３に連結される尾筒１００と一体のフランジ１０４が周囲に張り出すように形成されている。また、また、同じく尾筒１００の後端には、尾筒１００を車室に固定するためのガセットプレート１０５が、フランジ１０４に隣接して設けられている。尾筒１００を含めて燃焼筒の側壁部１１０には、フィルム冷却構造をなす空気流路１１１が燃焼筒の長手方向に沿って内外の壁面と平行に形成されている。
【０００５】
同図において、符号１１２は空気流路１１１の入口、１１３は出口である。空気流路１１１の入口１１２は側壁部１１０の外側に、出口１１３は内側にそれぞれ開設されている。
【０００６】
ガスタービンが作動し、燃焼筒の内側を燃焼ガスが高速で流れるようになると、側壁部１１０の内側と外側との間に圧力差が生じ（外側がより高圧になる）、入口１１２から空気が吸い込まれて空気流路１１１を流通し、出口１１３から燃焼筒の内側に排出される。このとき、空気流路１１１を流通する空気が側壁部１１０と熱交換して熱を奪うことによって尾筒１００が冷却される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような構造の燃焼器においては、空気流路１１１が尾筒１００の後端に至らず出口１１３から側壁部１１０の内側に抜けるので、フランジ１０４の付け根に当たる部分の冷却が十分ではない。他方、フランジ１０４自体は過熱する側壁部１１０から離れるように外側に突出しているので、比較的温度の低い燃焼筒外側の空気によって冷却されている。そのため、過熱し易い尾筒１００の後端と過熱し難い冷却フランジ１０４との間（図中の領域Ａ）で熱応力が生じ、さらにその繰り返しによって燃焼筒が熱疲労を起こし、耐久性を低下させる要因となっている。
【０００８】
また、従来の燃焼器においては、出口１１３から排出される空気が燃焼ガスの流れを妨げることでタービンにおけるエネルギーの回収効率が低められ、ガスタービンの運転効率が低下させる要因となっている。
【０００９】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、尾筒後端における熱疲労の発生を防止して燃焼筒の耐久性を向上させることを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための手段として、次のような構成の燃焼器およびガスタービンを採用する。すなわち本発明に係る請求項１記載の燃焼器は、圧縮機によって圧縮された空気と燃料とを反応させて燃焼させ、発生した燃焼ガスを燃焼筒を通じてタービンに導入する燃焼器において、
前記燃焼筒の側壁部の内部に、該側壁部の壁面に沿って延在する空気流路を設け、該空気流路の入口を前記側壁部の外壁面に開設し、前記空気流路の出口を前記燃焼筒の後端面に開設したことを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載のガスタービンは、請求項１記載の燃焼器を備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載のガスタービンは、請求項２記載のガスタービンにおいて、前記空気流路を、前記出口から排出される空気が前記燃焼筒と前記タービンとの間に配設されるシール部に当たるように形成したことを特徴とする。
【００１３】
本発明においては、燃焼筒の側壁部に設けた空気流路の出口を、燃焼筒の後端面に開設することにより、空気流路によるフィルム冷却が燃焼筒の後端まで行われるようになる。これにより、燃焼筒の後端において過熱し易い状況が改善されるので、後端に設けられるフランジとの間における熱疲労が防止される。
【００１４】
また、出口から排出される空気が、燃焼筒の後端面から、燃焼筒の内側を流れる燃焼ガスとほぼ同方向に排出され、燃焼ガスが流れを妨げられることなくタービンに流れ込むので、タービンにおけるエネルギーの回収効率が高められる。
【００１５】
さらに、空気流路を、出口から排出される空気が燃焼筒とタービンとの間に配設されるシール部に当たるように形成することにより、シール部の冷却も可能になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明に係る実施形態を図１ないし図３に示して説明する。
図１はガスタービンを構成する燃焼器の断面図である。図において符号１は燃焼器、２は車室、３はパイロットノズル、４はメインノズル、５は燃焼筒、６はバイパス管、７はバイパス弁である。メインノズル４は、パイロットノズル３を取り囲むように複数（例えば８本）設けられている。燃焼筒５は、ノズル２，３から供給された燃料と空気とを反応させて燃焼させる部位であり、燃料と空気とを燃焼させる内筒５ａと、燃焼ガスの流速を速めて後段のタービンに導入する尾筒５ｂとに分けられる。バイパス管６はガスタービンの負荷変動により燃焼筒５内の空気が不足する状態になった場合にバイパス弁７を開くことで車室２内の空気を燃焼筒５内に導入する流路となる。
【００１７】
同図において、符号８はタービンの静翼、９は同じくタービンの動翼、１０は静翼８の外側シュラウド、１１は同じく静翼の内側シュラウド、１２は尾筒５ｂと内外のシュラウド１０，１１との間に介在して燃焼筒５と車室２との間を封止するシール部である。
【００１８】
尾筒５ｂの後端にはシール部１２と連結されるフランジ１３が周囲に張り出すように設けられている。また、同じく尾筒５ｂの後端には、尾筒５ｂを車室２に固定するためのガセットプレート１４が、フランジ１３に隣接して設けられている。
【００１９】
尾筒５ｂを含めて燃焼筒５の側壁部１５には、フィルム冷却構造をなす空気流路２０が複数設けられている。空気流路２０は、側壁部１５を穿つようにして形成され、燃焼筒５の長手方向に向けて内外の壁面と平行に、かつ燃焼筒５の幅方向に離間して設けられている。
【００２０】
図２は燃焼器とタービンとの接続部の構造を示す断面図である。同図において、２１は空気流路２０の入口、２２は出口である。空気流路２０はフランジ１３の付け根の部分を貫通しており、空気流路２０の入口２１はフランジ１３よりも上流側で側壁部１５の外側に開設され、出口２２はフランジ１３よりも下流側に位置する尾筒５ｂの後端面１６にそれぞれ開設されている。出口２２は、図３に示すように、尾筒５ｂの後端面１６に、尾筒５ｂの幅方向に離間して配設されている。
【００２１】
尾筒５ｂの後方には、フランジ１３に連結されて燃焼ガス流路の一部をなすシール部１２が存在するが、空気流路２０の出口２２は、シール部１２の内側面に形成されたテーパ面１２ａに向けて開通している。
【００２２】
上記のように構成された燃焼器１を備えるガスタービンが作動し、燃焼筒５の内側を燃焼ガスが高速で流れるようになると、側壁部１５の内側と外側との間に生じた圧力差によって入口２１から空気が吸い込まれて空気流路２０を流通し、出口２２から燃焼筒５の後方に向けて排出される。
【００２３】
このとき、空気流路２０を流通する空気が尾筒５ｂの側壁部１５と熱交換して熱を奪うが、空気流路２０がフランジ１３の付け根の部分を貫通して尾筒５ｂの後端面１６に抜けていることから、空気流路２０によるフィルム冷却が燃焼筒５の後端まで行われる。これにより、尾筒５ｂの後端において過熱し易い状況が改善され、フランジ１３との間における熱疲労が防止される。
【００２４】
さらに、出口２２から排出される空気は、尾筒５ｂの後端面１６から、燃焼筒５の内側を流れる燃焼ガスとほぼ同方向に排出され、燃焼ガスの流れを妨げることがない。
【００２５】
また、出口２２から排出された空気は、後方に位置するシール部１２のテーパ面１２ａに当たってから、シール部１２の内側面に沿って後方に流れ、空気流路２０を経た空気によりシール部１２も冷却されることになる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、燃焼筒の側壁部に設けた空気流路の出口を、燃焼筒の後端面に開設することにより、燃焼筒の後端において過熱し易い状況が改善され、後端に設けられるフランジとの間における熱疲労が防止されるので、燃焼筒の耐久性を向上させることができる。
【００２７】
本発明によれば、出口から排出される空気が、燃焼筒の内側を流れる燃焼ガスとほぼ同方向に排出され、燃焼ガスが流れを妨げられることなくタービンに流れ込むので、タービンにおけるエネルギーの回収効率を向上させることができる。
【００２８】
また、空気流路を、出口から排出される空気が燃焼筒とタービンとの間に配設されるシール部に当たるように形成することにより、シール部の冷却も可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃焼器の実施形態を示す断面図である。
【図２】燃焼器とタービンとの接続部の構造を示す断面図である。
【図３】同じく、燃焼器とタービンとの接続部の構造を示す斜視断面図である。
【図４】従来のガスタービンにおける燃焼器とタービンとの接続部の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１　　　燃焼器
２　　　車室
５　　　燃焼筒
１２　　シール部
１３　　フランジ
２０　　空気流路
２１　　入口
２２　　出口
【図１】
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【図２】
2004084601.tif 000004
【図３】
2004084601.tif 000005
【図４】
2004084601.tif 000006