(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２本の点火電極棒（４）と１つのホルダ（２）とを備え、該ホルダ（２）がバーナ（３）の外側面に配置されているバーナ（３）であって、
これらの点火電極棒（４）がそれぞれその外周の３つの支持点（１）でホルダ（２）によって固定位置に保持されていることを特徴とするバーナ。
【請求項２】
３つの支持点（１）が点火電極棒の外周にわたって各支持点間の角度が１２０°であるように分布されていることを特徴とする請求項１に記載のバーナ。
【請求項３】
点火電極棒（４）がホルダ（２）内で軸方向にずれ可能に支持されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のバーナ。
【請求項４】
各点火電極棒（４）がセラミック被覆（６）を有していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のバーナ。
【請求項５】
各点火電極棒（４）がホルダ（２）内に半径方向に弾性的に支持されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のバーナ。
【請求項６】
前記ホルダ（２）が少なくとも１個の半径方向に弾性を有するクランプ（９）を有していることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載のバーナ。
【請求項７】
前記ホルダ（２）が１つの支えクランプ（８）と１つの止めクランプ（９）とを有していることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載のバーナ。
【請求項８】
前記支えクランプ（８）と止めクランプ（９）が、各点火電極棒（４）がその外周の１つの支持点（１）で支えクランプ（８）によって、その外周の２つの支持点（１）で止めクランプ（９）によってその固定位置に保持される、ように形成され相対的に配置されていることを特徴とする請求項７に記載のバーナ。
【請求項９】
前記ホルダ（２）が少なくとも２個の固定要素によってバーナ（３）の外側面に固定されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載のバーナ。
【請求項１０】
前記固定要素が締付けボルト（１０）であることを特徴とする請求項９に記載のバーナ。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれか１つに記載のバーナ（３）を備えていることを特徴とするガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガスタービンにおけるバーナの点火電極棒の三点支持固定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンの主要部品に燃料が酸化剤で燃焼される燃焼器がある。その酸化剤は代表的には空気である。燃焼器における燃焼により生ずる高温燃焼ガスはタービンに導かれる。
【０００３】
燃焼器のタービンとは反対の側に代表的にいわゆるバーナが存在する。このバーナは燃料ないし燃料・空気混合気を燃焼するために用いられ、この目的のために複数の点火電極が装備されている。燃料と空気はバーナの開口を通して燃焼器に噴射注入される。これらの点火電極はその開口の近くに配置され、そこを流れる混合気を点火する。そのために、２個の点火電極間に点火電圧を印加することによって点火火花が発生される。この点火火花は全点火時間中にわたり出ている。最適の点火火花を得るために、両点火電極の先端間の所定間隔を精確に維持する必要がある。
【０００４】
従来において点火電極棒は一般にクランプによってバーナの外側面に固定されている。その点火電極棒は点火電極棒間の中央に配置された締付けボルトによりクランプ内に締付け固定される。代表的には点火電極棒の接触支持面は点火電極棒の全周にわたって例えば断面円形のクランプに接している。点火電極棒は一般にそのクランプの部位がセラミックスで被覆されている。そのセラミック被覆は点火電極棒の電気絶縁に用いられ、そのようにして、その熱膨張を低減する。セラミックスの表面品質の変動およびクランプの形状と位置の不正確さは点火電極棒の正しくない固定につながり、その固定がきつすぎたり緩すぎたりしてしまう。きつい固定の場合、点火電極棒の熱膨張が妨げられ、緩い固定の場合、点火電極棒の望ましくない振動が生ずる。
【０００５】
一般的には点火電極棒は、その点火電極棒の固定に利用されるクランプが一般に最小ねじ込み深さのために或る高さを利用する突起にねじ込み結合されるために、いわゆる対角線格子（ダイヤゴナルグリッド）とバーナ保持体との中央には位置されていない。従って、点火電極棒のダイヤゴナルグリッドに対する距離は小さく、この距離がその箇所において点火火花が発生されねばならないいわゆる点火ギャップより小さい場合には、その領域で火花跳躍が生ずる。その結果、そのバーナはもはや直接点火されなくなる。
【０００６】
従来使用されている点火電極棒固定装置の他の問題は、バーナの組立・分解時並びに運搬時に衝撃に対して敏感で傷つき易いことにある。セラミックス内に貼り付けられた点火電極棒はふつうバーナに直かには接していない。このために点火電極棒は早く曲がり壊れてしまい、これは点火電極棒の交換を必要とさせる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、点火電極棒を固定するための有利なホルダを備えたバーナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は特許請求の範囲の請求項１に記載のバーナ特にガスタービン用バーナによって解決される。本発明の有利な実施態様は従属請求項に記載されている。
【０００９】
本発明に基づくバーナは、２本の点火電極棒と１つのホルダとを備え、このホルダはバーナの外側面に配置されている。このバーナは、複数の点火電極棒がそれぞれその外周の３つの支持点でホルダによって固定位置に保持されていることによって特徴づけられる。この三点支持固定装置によれば、これが特にこのホルダの軸方向広がりのために三線接触支持固定装置であるときも、静的な最適固定が保証される。その３つの支持点ないし３つの線状支持部は、最適には、点火電極棒の外周にわたって支持点間の角度が１２０°であるように分布される。
【００１０】
これらの点火電極棒はホルダ内に軸方向にずれ可能に支持され、これは例えばクランプの弾性形成によって実現できる。点火電極棒のそのような軸方向ずれは点火電極棒の熱膨張によって引き起こされる。この軸方向にずれ可能な支持によって、点火電極棒における軸方向熱応力が回避される。同時にこれらの点火電極棒は半径方向には確実に固定され、これによって、点火電極棒の間隔精度不足から生ずる問題は回避される。
【００１１】
また各点火電極棒はセラミック被覆を有している。このセラミック被覆は点火電極棒の電気絶縁に用いられる。三点支持固定方式の本発明に基づくホルダは、セラミックスの表面品質の起こり得る変動が、他のホルダに比べて、その固定方式により点火電極棒の静的固定が害されることなしに申し分なく補償される、という利点を有する。
【００１２】
さらに各点火電極棒はホルダ内に半径方向に弾力的に支持することができる。これは特に、ホルダが少なくとも１個の半径方向に弾性を有するクランプを有することによって実現できる。半径方向の弾性は振動の補償を可能とし、これによって、点火電極棒の寿命が高められる。半径方向弾性クランプの可能な利用により、本発明に基づく三点支持固定方式はクランプ製造時に生じ得る寸法誤差の補償を可能とする。
【００１３】
本発明の有利な実施態様において、このホルダは１つの支えクランプと１つの止めクランプとを有している。この場合、本発明に基づく三点支持固定方式は、支えクランプと止めクランプが、各点火電極棒がその外周の１つの支持点で支えクランプによって、その外周の２つの支持点で止めクランプによってその固定位置に保持される、ように形成され相対的に配置されていることによって達成される。またその止めクランプは、これが弾性作用を許し、またその締付け力によって熱膨張の補償にとって必要な軸方向ずれを許すように形成されている。２本の点火電極棒を固定するために１個の支えクランプと１個の止めクランプだけを利用することは非常に僅かな部品点数によって点火電極棒の最適の固定が達成されるという利点を有する。またこの配置構造は点火電極棒の容易な組立・分解を可能とする。
【００１４】
基本的には本発明に基づくホルダは任意の様式でバーナの外側面に固定できる。しかし、ホルダが少なくとも２個の固定要素によってバーナの外側面に固定されることが有利である。それらの固定要素は特に着脱可能な固定要素、例えば締付けボルトとすることができる。少なくとも２個の固定要素特に締付けボルトの利用は、固定時に止めクランプが支えクランプに対して回転されないという利点を有する。少なくとも２個の固定要素を利用する際、唯一の固定要素特に唯一の締付けボルトを利用する場合と異なり、保持力の不均一な分布並びに点火電極棒の曲がりは生じない。点火電極棒の曲がりは、点火ギャップの増大を生じさせ、点火電極棒の破損を生じさせるので望ましくない。
【００１５】
本発明に基づくバーナは特にガスタービン用バーナである。この場合、本発明に基づくホルダの平らな形状によって、点火電極棒が固定されるバーナ保持体に対する点火電極棒の距離が、他の公知のホルダに比べて減少される。これによって同時に、バーナの近くに存在するダイヤゴナルグリッドに対する距離が増大され、ダイヤゴナルグリッドに対する火花跳躍が防止される。基本的には本発明に基づくホルダによって、ダイヤゴナルグリッドおよびバーナ保持体に対する点火電極棒のバランスのとれた距離が保証される。加えて、本発明に基づくホルダによってその平らな形状により、点火電極棒のダイヤゴナルグリッドに対する間隔が増大するので、組立・分解時における点火電極棒の保護性が向上する。
【００１６】
シェーカー・テーブル（揺動台）試験の結果、点火電極棒の固有振動がその固定様式に応じて大きく異なることが確認された。その固有振動の認識と再現性は部品設計にとって重要である。部品の最適設計によって、点火電極棒の考え得る破損が避けられ、このようにして、その寿命が長くなる。点火電極棒のきつい締付け固定の際にのみ明白で再現可能な固有振動が生じることが分かっている。本発明に基づくホルダは、一方では、明白で再現可能な固有振動を生ぜしめるきつい締付け固定を可能とする。他方では、本発明に基づくホルダは同時に、締付け固定の強度が害されることなしに軸方向および半径方向における膨張の補償を可能とする。
【発明の効果】
【００１７】
全体として本発明に基づくバーナ特に本発明に基づくホルダは多くの利点を有する。点火電極棒の外周の周りに理想的には互いに１２０°ずらされた３つの支持点ないし３つの線状支持部による点火電極棒の規定通りの固定が可能である。これらのクランプによって得られる弾性作用は発生する振動と膨張の吸収を可能とする。これによって、点火電極棒の臨界応力への到達およびその起こり得る破損が避けられる。同時にこれらのクランプおよび点火電極棒は固く固定される。さらに、必要な部品個数は著しく少ない。また、ホルダの非常に平らな形状が可能となる。
【００１８】
本発明に基づくバーナはダイヤゴナルグリッドにおける点火不発を防止する。また本発明に基づくバーナは、点火電極棒の分解・組立時に破損の恐れが小さい。
【００１９】
以下の図を参照した実施例の説明から本発明の他の特徴、特性および利点が明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】点火電極棒付きバーナの概略側面図。
【図２】従来におけるホルダの概略平面図。
【図３】本発明に基づくホルダを備えたバーナの概略部分斜視図。
【図４】図３におけるホルダの半径方向断面図。
【図５】本発明に基づくホルダの異なった実施例の平面図。
【図６】図５におけるホルダの半径方向断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
まず図１と図２を参照して、２本の点火電極棒とその両点火電極棒に対するホルダとを備えた従来におけるバーナについて詳述する。図１は、フランジ５と、管状のバーナ保持体３７と、アキシャルグリッドとも呼ばれる渦流発生体３８と、この渦流発生体３８を同心的に取り囲むノズル３９とを備えたガスタービンにおけるバーナ３を示している。このバーナ３はまた２本の点火電極棒４と１つのホルダ２を有している。このホルダ２は１つのクランプ７と１つの締付けボルト１０を有している。
【００２２】
管３７はフランジ５に続いている。これらの両構成要素５、３７は互いに僅かに偏心して配置されている。管３７の外周面に２本の点火電極棒４が１つのホルダ２によって固定されている。これらの点火電極棒４は互いにほぼ平行に延びている。
【００２３】
運転中において渦流発生体３８に空気Ｌが供給され、渦流発生体３８の羽根によって旋回される。同時に渦流発生体３８に管３７の内部を通して燃料が供給される。その燃料は両点火電極棒４の間で発生される点火火花によって点火される。そして火炎が発生され、この火炎は燃焼室（図示せず）に運び入れられ、空気・燃料混合気を燃焼する。そのようにして生じた高温高圧の燃焼ガスはタービンに導かれる。
【００２４】
図２は図１に示されたバーナ３のホルダ２が存在する部位を平面図で示している。図２で、管３７の一部、２本の点火電極棒４およびこれらの点火電極棒４を管３７に固定するホルダ２が理解できる。これらの点火電極棒４はそのホルダ２が存在する部位にセラミック被覆が設けられている。そのセラミック被覆は互いにほぼ平行に延びている。
【００２５】
ホルダ２は１つの締付けボルト１０で管３７に取り付けられる１つのクランプ７から成っている。締付けボルト１０の回し方向は矢印１２で表されている。その締付けボルト１０の回し方向１２における締付け時にクランプ７も僅かに回転されるという恐れがある。そのクランプ７の回転方向は矢印１３で表されている。クランプ７の回転は点火電極棒４の曲がりを生じさせる。これは矢印１８で表されている。点火電極棒４の曲がりは点火電極棒４間の間隔を変化させ、場合により点火電極棒４の破損も生じさせる。これは本発明に基づくバーナによって回避される。
【実施例１】
【００２６】
以下図３と図４を参照して本発明に基づくバーナの第１実施例を詳細に説明する。図３は本発明に基づくホルダを斜視図で示している。図３で、バーナ保持体ないし管３７におけるホルダ２が存在する部位が理解できる。このホルダ２は２本の点火電極棒４を両側の締付けボルト１０と２つのクランプ８、９とによって管３７に固定する。これらの点火電極棒４はそのホルダ２の部位にセラミック被覆６が設けられている。これらの点火電極棒４は互いにほぼ平行に延びている。
【００２７】
図４は本発明に基づくホルダを管３７の半径方向に沿った横断面図で示している。図４で、管３７におけるホルダ２が存在する部位が理解できる。２つのクランプ８、９が理解でき、その一方は平らな支えクランプ８であり、他方は湾曲した止めクランプ９であり、その両クランプ８、９はスペーサボルト１５と締付けボルト１０で管３７に固定されている。支えクランプ８と止めクランプ９との間に２本の点火電極棒４が互いに平行に延びて固定されている。点火電極棒４はそのホルダ２の部位にセラミック被覆６を有している。
【００２８】
支えクランプ８は管３７と点火電極棒４ないしそのセラミック被覆６との間に位置している。これらの点火電極棒４は平らな支えクランプ８にそれぞれ１つの支持点１で接している。点火電極棒４の支えクランプ８とは反対の側に止めクランプ９が位置し、この止めクランプ９は両点火電極棒４を互いに所定間隔を隔てて固定している。止めクランプ９はその点火電極棒の部位にそれぞれ湾曲部を有している。これらの湾曲部は円形の横断面ではなく、横断面はほぼ正弦波状をしている。これによって、止めクランプ９はそれぞれの点火電極棒４にその湾曲部全体が接せず、図４で理解できるように、２つの支持点１だけで接している。その湾曲部はほぼ正弦波状とは異なった形状例えば三角形の横断面でも同じ効果をもたらす。
【００２９】
接触支持点について云えば、止めクランプ９および支えクランプ８の軸方向広がりのために、実際には、点火電極棒の軸方向に広がる線状の接触支持部が存在する。点火電極棒４は本発明に基づいて支えクランプ８と止めクランプ９との間に、点火電極棒４がその外周における２つの支持点ないし線状支持部で止めクランプ９と接し、第３の支持点ないし線状支持部で支えクランプ８と接するように、支持されている。点火電極棒４のそれらの支持点１は、点火電極棒４の外周にそれぞれ互いに１２０°の角度だけずれて位置しているのが好ましい。なおその角度は点火電極棒４の静的固定が保証される限りにおいて異なった角度にすることもできる。
【００３０】
この実施例において止めクランプ９は全体として弾性特性を有する特長を有している。その弾性作用は止めクランプ９の半径方向可動性を示す矢印１４で表されている。この弾性によって、点火電極棒４の軸方向ずれが可能となる。これは矢印１１（図３参照）で表されている。その軸方向ずれは、バーナの運転中に生ずる加熱による点火電極棒４の熱膨張の補償を可能とする。さらに各点火電極棒４はこのホルダにおいて支えクランプ８と止めクランプ９によって半径方向に弾性的に支持されている。これは加熱により生ずる点火電極棒４の半径方向熱膨張の補償および点火電極棒４にたぶん生ずる振動の吸収を可能とする。この実施例において、止めクランプ９だけが半径方向に弾性的に形成されている。
【００３１】
支えクランプ８と止めクランプ９は両側の締付けボルト１０によって管３７にねじ結合されている。それらの締付けボルト１０は、点火電極棒４が両締付けボルト１０の間に位置するように配置されている。２本の締付けボルト１０の使用は、止めクランプ９および支えクランプ８の管３７への固定時に止めクランプ９および／又は支えクランプ８が回転することを防止する。この代わりに２本以上の締付けボルトを利用することもできる。
【実施例２】
【００３２】
次いで図５と図６を参照してバーナの本発明に基づくホルダの第２実施例を詳述する。第１実施例において述べた構成要素に相当する構成要素にはそれと同一符号が付され、重複説明は回避する。
【００３３】
図５は本発明に基づくホルダ２を概略的に平面図で示している。図５で、互いに平行に延びる２本の点火電極棒が理解でき、これらの点火電極棒はそのホルダ２が位置する部位にセラミック被覆６が設けられている。ホルダ２は特に１つの止めクランプ９と２本の締付けボルト１０を有している。この実施例において締付けボルト１０は両点火電極棒４の間に位置するように配置されている。この場合も、２本の締付けボルト１０によって止めクランプ９の回転が防止されている。基本的には、固定するために２本以上の締付けボルトを利用することもできる。
【００３４】
図６に本発明に基づくホルダ２が横断面図で示されている。セラミック被覆６で包囲され支えクランプ８上に置かれた２本の点火電極棒４が理解できる。それらの点火電極棒４は上から止めクランプ９によってその位置を固定されている。その固定用に利用される締付けボルト１０は両点火電極棒４間の中央に位置している。
【００３５】
止めクランプ９はその点火電極棒４の部位が、止めクランプ９が点火電極棒４にその外周の２つの支持点１で接するように湾曲されている。止めクランプ９はその湾曲部位が弾性特性を有している。その弾性による止めクランプ９の変移可能性は例えば矢印１４で表されている。止めクランプ９の弾性によって、点火電極棒４の固有振動が止めクランプ９によって吸収される。この実施例で述べたホルダ２は第１実施例で述べたホルダ２と同じ利点を有する。
【００３６】
要約すれば、本発明に基づく弾性を有する三点支持固定装置は、バーナの外側面への点火電極棒の軸方向膨張と半径方向膨張とを許し、且つ振動を吸収する安定固定を可能とする。
【符号の説明】
【００３７】
１    支持点
２    ホルダ
３    バーナ
４    点火電極棒
６    セラミック被覆
８    支えクランプ
９    止めクランプ
１０    締付けボルト
【図１】
0004833354.tif 000002
【図２】
0004833354.tif 000003
【図３】
0004833354.tif 000004
【図４】
0004833354.tif 000005
【図５】
0004833354.tif 000006
【図６】
0004833354.tif 000007