(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼ガスの流路となる尾筒と、
前記燃焼ガスを吹き出す開口部を有すると共に、この開口部の縁と前記尾筒の内壁面との間に隙間を確保しつつ前記尾筒に挿入して嵌め込み設置される内筒と、
圧縮機により圧縮された空気を前記隙間から前記尾筒の内壁面に沿って平行に噴出させることにより前記尾筒の内壁面上に冷却空気の膜を形成する空気膜形成手段とを備え、
前記空気膜形成手段が、前記内筒の開口部の側面と前記尾筒の内壁面とに囲まれたスペースから前記隙間を介して前記尾筒の内壁面に空気を供給すると共に、前記内筒の側面と前記尾筒の内壁面とが上流側から前記隙間に向かって間隔を狭めることにより、前記スペースの流路面積が上流側から前記隙間に向かって絞られており、且つ、
前記空気膜形成手段は、前記内筒の側面に形成された前記圧縮空気を前記内筒の内部に取り込む空気取込口と、前記内筒の内部に設置されると共に、前記空気取込口から取り込まれた圧縮空気を導く空気通路と、前記尾筒と前記内筒との嵌めしろ部に設けられると共に、前記導かれた圧縮空気を前記隙間に供給する空気供給口と、を含むことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項２】
前記空気膜形成手段は、前記隙間から噴出させる冷却空気を取り込む空気取込口を、前記尾筒の側面であって前記尾筒と前記内筒とが嵌め合わさる嵌めしろ部に設けたこと特徴とする請求項１に記載のガスタービン燃焼器。
【請求項３】
さらに、前記隙間を保持する隙間保持部を、前記尾筒の内壁面と前記内筒の外周面との間に挟み込み設置したことを特徴とする請求項１または２に記載のガスタービン燃焼器。
【請求項４】
前記隙間保持部は、翼型の形状を有することを特徴とする請求項３に記載のガスタービン燃焼器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃焼ガスの巻き込みによって尾筒の内壁面に生ずる焼損を有効に抑止することができるガスタービン燃焼器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンの燃焼器において、内筒の開口部を尾筒に挿入して設置する構成は、従来から採用されている。図１１は、従来のガスタービン燃焼器を示す全体構成図であり、図１２および図１３は、図１１に記載したガスタービン燃焼器の要部を示す拡大断面図および正面図である。同図において、ガスタービン燃焼器１００は、車室１１０に設置された外筒１１１と、車室１１０内に配置された尾筒１２０と、この尾筒１２０に挿入して設置された内筒１３０と、この内筒１３０を外筒１１１に対して位置決めして固定する外筒ケーシング１１２とを含み構成されている。外筒１１１は、円筒部を有する金属部材からなり、車室１１０の外側にその円筒部をほぼ垂直に立てて設置されている。なお、外筒１１１は、車室１１０に対してボルト（図示省略）によって固定されている。尾筒１２０は、薄型の金属部材からなり、円筒部１２１と、その円筒部１２１の先端を緩やかにカーブさせたノズル部（図示省略）とを有する。尾筒１２０は、そのノズル部の先端をタービン（図示省略）の燃焼通路に接続して固定されている。また、尾筒１２０は、その円筒部１２１を外筒１１１内に挿入して設置されている。尾筒１２０は、外筒１１１に対してほぼ同軸上に位置している。
【０００３】
内筒１３０は、円筒形状を有する金属部材からなり、その開口部１３１は、緩やかに広がって尾筒１２０の内壁面１２２に達している。内筒１３０は、その開口部１３１付近の側面上に、金属部材からなる板バネ１３２と、この板バネ１３２によって支持されるシール板１３３とを有する。また、内筒１３０は、その内部に、拡散火炎を噴出するパイロットノズル１４０と、その周囲に配置されると共に燃焼ガスを噴出する８つのメインノズル１４１とを有する。このパイロットノズル１４０は、先端にラッパ管状のパイロットコーン１４２を有し、その内部にパイロット燃料噴出ノズル１４３を有している。また、メインノズル１４１は、内筒１３０の開口部１３１付近で、メインノズル延長管１４４により延長されており、パイロットコーン１４２とほぼ同位置にその噴出部１４５を有している。メインノズル１４１の内部には、メイン燃料噴出ノズル１４６が配置されている。なお、これらのパイロットノズル１４０およびメインノズル１４１は、内筒１３０の内壁に設置された基板１４７によって、内筒１３０に対して固定されている。
【０００４】
内筒１３０は、その開口部１３１を尾筒１２０に挿入して設置される。このとき内筒１３０のシール板１３３は、板バネ１３２によって尾筒１２０の内壁に付勢され、尾筒１２０と内筒１３０との嵌めしろ部を封止する。また、内筒１３０は、そのシール板１３３を尾筒に付勢することにより尾筒１２０と嵌め合わされる。内筒１３０は、その入り口１３４側を外筒ケーシング１１２によって支持され、外筒１１１の軸とほぼ同軸上に位置決めされる。そして、内筒１３０は、この外筒ケーシング１１２をボルト（図示省略）によって外筒１１１に固定することで、位置決めされた位置に固定される。また、内筒１３０は、その入り口１３４に、圧縮された空気１５０を内部に取り込むためのステイ１３５を有している。なお、符号１１３は、パイロット燃料噴出ノズル１４３に燃料を供給するパイロット燃料供給口１１３であり、符号１１４は、メイン燃料噴出ノズル１４６に燃料を供給するメイン燃料供給口１１４である。
【０００５】
従来のガスタービン燃焼器１００において、圧縮機（図示省略）で圧縮された空気１５０は、尾筒１２０の外周面および内筒１３０の外周面と、外筒１１１の内周面とに囲まれた流路１１５を通り、ステイ１３５から内筒１３０内に流入する。流入した空気１５１は、メインノズル１４１内にてメイン燃料と混合し、予混合気を形成する。この予混合気１５２は、メインノズル延長管１４８から吹き出され、パイロットノズル１４０が放つ拡散火炎（図示省略）により点火されて高温の燃焼ガス１５３となる。この燃焼ガス１５３は、内筒１３０の開口部１３１から尾筒１２０内に吹き出され、燃焼室１２５で燃焼してタービンに供給される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のガスタービン燃焼器１００では、内筒１３０の開口部１３１から吹き出される燃焼ガス１５３により、尾筒１２０の内壁が焼損するという問題点があった。すなわち、上記のような内筒１３０の開口部１３１を尾筒１２０に挿入して嵌め込む構造を有するガスタービン燃焼器１００では、この開口部１３１の縁と尾筒１２０の内壁面１２２とは平滑に接続していない。このため、ここに生じた段差１２４に、開口部１３１から吹き出した高温の燃焼ガス１５３が巻き込み、尾筒１２０の内壁面１２２に焼損が発生するという問題点があった。
【０００７】
そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、内筒１３０の開口部１３１付近における尾筒１２０の内壁面１２２の焼損を有効に抑止することができるガスタービン燃焼器１００を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、この発明であるガスタービン燃焼器は、燃焼ガスの流路となる尾筒と、前記燃焼ガスを吹き出す開口部を有すると共に、この開口部の縁と前記尾筒の内壁面との間に隙間を確保しつつ前記尾筒に挿入して嵌め込み設置される内筒と、圧縮機により圧縮された空気を前記隙間から前記尾筒の内壁面に沿って平行に噴出させることにより前記尾筒の内壁面上に冷却空気の膜を形成する空気膜形成手段とを備え、且つ、前記空気膜形成手段が、前記内筒の開口部の側面と前記尾筒の内壁面とに囲まれたスペースから前記隙間を介して前記尾筒の内壁面に空気を供給すると共に、前記内筒の側面と前記尾筒の内壁面とが上流側から前記隙間に向かって間隔を狭めることにより、前記スペースの流路面積が上流側から前記隙間に向かって絞られていることを特徴とする。
【０００９】
また、この発明であるガスタービン燃焼器は、請求項１に記載のガスタービン燃焼器において、前記空気膜形成手段は、前記内筒の側面に形成された前記圧縮空気を前記内筒の内部に取り込む空気取込口と、前記内筒の内部に設置されると共に、前記空気取込口から取り込まれた圧縮空気を導く空気通路と、前記尾筒と前記内筒との嵌めしろ部に設けられると共に、前記導かれた圧縮空気を前記隙間に供給する空気供給口とを含むことを特徴とする。この発明において、圧縮空気は、内筒外部と燃焼室との圧力差によって内筒の空気取込口から内筒の内周に設置された空気通路に取り込まれる。取り込まれた空気は、空気通路を通って尾筒と内筒との隙間に供給される。そして、この空気は、この隙間から尾筒の内壁面に沿って噴出し、尾筒の内壁面に冷却空気の膜を形成する。これにより、尾筒の内壁面は、内筒の開口部から吹き出される高温の燃焼ガスから保護され、その焼損が抑止される。
【００１０】
また、この発明であるガスタービン燃焼器は、請求項１または２に記載のガスタービン燃焼器において、前記空気膜形成手段は、前記隙間から噴出させる冷却空気を取り込む空気取込口を前記尾筒の側面であって前記尾筒と前記内筒とが嵌め合わさる嵌めしろ部に設けたこと特徴とする。この発明において、圧縮空気は、尾筒の側面であって前記嵌めしろ部に設けた空気取込口から尾筒と内筒との隙間に取り込まれ、この隙間から尾筒の内壁面に噴出される。これにより、尾筒の内壁面には冷却空気の膜が形成され、内筒の開口部から吹き出される高温の燃焼ガスによる焼損が抑止される。
【００１１】
また、この発明であるガスタービン燃焼器は、請求項１〜３のいずれか一つに記載のガスタービン燃焼器において、さらに、前記隙間を保持する隙間保持部を前記尾筒の内壁面と前記内筒の外周面との間に挟み込み設置したことを特徴とする。この発明において、隙間保持部は、尾筒と内筒との隙間を保持する。これにより、この隙間から噴出される冷却空気の流路が確保される。また、この発明であるガスタービン燃焼器は、請求項４に記載のガスタービン燃焼器において、前記隙間保持部は翼型の形状を有することを特徴とする。この発明において、隙間保持部は、翼型の形状を有するのでその背後に空気の渦をつくらない。これにより、この隙間保持部の背後への燃焼ガスの巻き込みを抑止することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態の構成要素には、当業者が通常設計変更できるものが含まれるものとする。
【００１３】
図１は、この発明の実施の形態であるガスタービン燃焼器１００の要部を示す拡大断面図であり、図２は、その正面図である。同図において、上記従来のガスタービン燃焼器１００と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。このガスタービン燃焼器１００は、尾筒１２０と、尾筒１２０に挿入して設置された内筒１３０とを含む。内筒１３０は、その開口部１３１付近に設けたシール板１３３と板バネ１３２とにより尾筒１２０をその内側から固定している。また、内筒１３０の内部には、拡散火炎を噴出するパイロットノズル１４０と、高温の燃焼ガス１５３を噴出するメインノズル１４１とが配置される。
【００１４】
ここで、内筒１３０の開口部１３１の縁と、尾筒１２０の内壁面１２２との間には、隙間１が設けられている。この隙間１は、開口部１３１の外縁上でほぼ均一の幅を有し、正面から見ると環状の形状を有している（図２参照）。この隙間１は、内筒１３０と尾筒１２０の嵌め合わせ部に生ずるスペース２に通じている。このスペース２は、内筒１３０の開口部１３１の側面と、内筒１３０が有するシール板１３３と、尾筒１２０の内壁面１２２とに囲まれており、環状の形状を有する。このスペース２は、尾筒１２０の開口部１２３にて嵌めしろ部を封止するシール板１３３によって、内筒１３０の外部と隔てられている。一方、内筒１３０は、その内周に空気通路３を有している。この空気通路３は、内筒１３０が内部に備える８つのメインノズル１４１の間に、交互に配置して設置されている（図２参照）。したがって、空気通路３は８つある。これらの空気通路は、金属部材からなる細長い箱形の部品４を、内筒１３０の内壁面１３６上に溶接により固定して設置される（図３参照）。
【００１５】
図４は、この空気通路３付近を示す側面断面図である。同図において、内筒１３０は、その側面であって尾筒１２０によって覆われない位置に円形の空気取込口４を有する。この空気取込口４は、内筒１３０の側面上に８つ設けられており、それぞれ内筒１３０の内周に設置した空気通路３に通じている。また、内筒１３０は、尾筒１２０との嵌めしろ部のスペース２に、円形の空気供給口５を有している。この空気供給口５についても８つあり、それぞれ内筒１３０の空気通路３に通じている。このように、内筒１３０の空気取込口４から嵌めしろ部のスペース２までは、内筒１３０の外部から尾筒１２０の燃焼室１２５に至る１本の流路が形成されている。
【００１６】
この実施の形態において、圧縮機により圧縮された空気１５０は、尾筒１２０の燃焼室１２５内よりも高圧である。したがって、燃焼室１２５内よりは嵌めしろ部のスペース２内の方が気圧は高く、スペース２内よりは空気通路３の方が気圧は高い。このため、圧縮された空気１５０は、内筒１３０の空気取込口４から内筒１３０内部の空気通路３にその圧力差によって取り込まれ、この空気通路３内を通って空気供給口５に導かれる。そして、導かれた空気１５０は、空気供給口５から嵌めしろ部のスペース２内に供給され、尾筒１２０と内筒１３０との隙間１から尾筒１２０の内壁面１２２に沿って燃焼室１２５内に噴出する（図４参照）。
【００１７】
図５は、この隙間１付近の空気１５０の流れを示す拡大断面図である。同図において、燃焼室１２５内に噴出された空気１５０は、尾筒１２０の内壁面１２２上に薄い膜を形成する。すなわち、この空気１５０の膜は、尾筒１２０の内壁面１２２をフィルム冷却し、内筒１３０の開口部１３１より吹き出される高温の燃焼ガス１５３から尾筒１２０の内壁面１２２を保護する。この実施の形態によれば、隙間１から噴出された空気１５０は、尾筒１２０をフィルム冷却すると共に、内筒１３０の開口部１３１付近における燃焼ガス１５３の巻き込みを防止するので、尾筒１２０の焼損が抑制される。
【００１８】
なお、本実施の形態において、空気通路３は断面が長方形状の箱形部材を内筒１３０の内壁に溶接して形成したが、このような形状に限定されず、例えば、半円筒形状であってもよいし、内筒１３０内部の空き空間に応じた形状としてもよい。また、空気通路３は、箱形部材でなくともよく、パイプ部材により、空気取込口４と空気供給口５とを接続する構造としてもよい。すなわち、この空気通路３は、内筒１３０外部の圧縮された空気１５０を尾筒１２０と内筒１３０との隙間１に供給する役割を有すればよく、この作用を奏する限り、空気通路３の形状や設置方法に限定はない。また、空気通路３は、本実施の形態のように別途特別に通路を設けずに、メインノズル１４１の外周面と、基板１４７その他の仕切り板とによって空気取込口４から取り込んだ空気１５０と内筒１３０内の気体１５１、１５２の流れとを仕切る構成としてもよい。
【００１９】
また、本実施の形態の変形例として、別の構成により上記のような冷却用の空気１５０の膜を形成する手段を設けてもよい。例えば、空気取込口４のみを尾筒１２０の側面であって内筒１３０との嵌めしろ部に設け、内筒１３０には、何も設けない構成としてもよい（図６参照）。この構成によれば、尾筒１２０の外部を流れる圧縮された空気１５０は、尾筒１２０内部との圧力差により空気取込口４から尾筒１２０の内側にあるスペース２に取り込まれる。取り込まれた空気１５０は、このスペース２内を移動し、尾筒１２０の内壁面１２２と内筒１３０の開口部１３１との隙間１から尾筒１２０の内壁面１２２に沿って噴出される。これにより、尾筒１２０の内壁面１２２には、冷却用の空気１５０の膜が形成され、尾筒１２０はフィルム冷却される。このように、尾筒１２０の側面に空気取込口４を設けることは、構造の簡素化の観点からは望ましい。しかしながら、一般に、尾筒１２０は軽量化のため剛性が低く、本実施の形態のように８つもの空気取込口４を設けた場合には、尾筒１２０の強度を維持することができない。したがって、尾筒１２０の強度を十分に維持することができない場合には、空気通路３は、前述した実施の形態のように内筒１３０側に設けることが好ましい。
【００２０】
また、上記のような冷却用の空気１５０の膜を形成する手段としては、内筒１３０に設置されたシール板１３３に、外部と嵌めしろ部のスペース２とを連通させるスリット（図示省略）を設けた構成としてもよい。この構成において、外部の圧縮された空気１５０は、外部と燃焼室１２５との圧力差によりシール板１３３のスリットを通って嵌め合わせ部のスペース２に流入する。そして、尾筒１２０と内筒１３０との隙間１から尾筒１２０の内壁面１２２に沿って噴出し、この内壁面１２２に冷却用の空気１５０の膜を形成する。この構成によれば、形成された冷却用の空気１５０の膜により、尾筒１２０の内壁面１２２はフィルム冷却され、内筒１３０の開口部１３１から吹き出される高温の燃焼ガス１５３による焼損が抑止される。
【００２１】
また、この実施の形態において、内筒１３０の空気取込口４には、その取り込む空気量を調整する空気量調整手段（図示省略）を設けてもよい。かかる手段としては、例えば、調整ねじとニードル弁とを備えた流量調整弁等がある。
【００２２】
また、この実施の形態において、尾筒１２０の内壁面１２２と内筒１３０の開口部１３１の縁との間には、冷却用の空気１５０を噴出する隙間１が必要である。しかしながら、かかる隙間１を開口部１３１の外縁全周に渡って均一に確保することは、一般に困難である。そこで、この隙間１を確保するため、尾筒１２０の内壁面１２２と開口部１３１の縁との隙間１に隙間保持部６を設置してもよい（図７参照）。この構成において、隙間保持部６は、環状の隙間１内に複数配置されて隙間１の高さを一定に保持する。これにより、スペース２内の冷却用の空気１５０は、尾筒１２０の内壁面１２２全周に渡り隙間１から均等に噴出し、この内壁面１２２に均一な膜を形成する。この構成によれば、尾筒１２０の内壁面１２２はこの冷却用の空気１５０の膜によりフィルム冷却されるので、内筒１３０の開口部１３１から吹き出される高温の燃焼ガス１５３による焼損が抑止される。
【００２３】
一方、このように尾筒１２０の内壁面１２２と、開口部１３１の縁との隙間１に隙間保持部６を設置する構成には、問題点もある。図８は、この隙間１付近の燃焼ガス１５３の流れを示す拡大図である。すなわち同図において、内筒１３０の開口部１３１から吹き出された高温の燃焼ガス１５３は、設置された隙間保持部６の形状によってその背後に生ずる渦に巻き込まれる。このため、この巻き込まれた燃焼ガス１５３により、尾筒１２０の内壁面１２２が焼損するという問題点があった。そこで、この隙間保持部６は、翼型の形状とし（図９参照）、その翼尾７を冷却用の空気１５０の下流に向けて配置する構成としてもよい。この構成において、翼型の隙間保持部６は、渦の発生を減少させるので燃焼ガス１５３の巻き込みが抑止される。これにより、尾筒１２０の焼損が抑制される。
【００２４】
さらに、この隙間保持部６は、尾筒１２０と内筒１３０との嵌め合わせ部であって冷却用の空気１５０が噴出される隙間１より上流に配置した構成としてもよい（図１０参照）。図１０において、隙間保持部６は、内筒１３０の開口部１３１の側面上に形成した凸部８上に、その翼尾７を下流側に向けて溶接により固定して設置されている。この構成によれば、隙間保持部６は、隙間１より上流に配置されるので、この隙間１における冷却用の空気１５０の流れにはさほど影響を与えない。したがって、燃焼ガス１５３の巻き込みも抑止されると共に、隙間１からは冷却用の空気１５０が均一に噴出される。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明であるガスタービン燃焼器（請求項１）によれば、尾筒と内筒との隙間から噴出された空気は、尾筒の内壁面に冷却空気の膜を形成するので、尾筒の内壁面は、内筒の開口部から吹き出される高温の燃焼ガスから保護され、その焼損が抑止される。
【００２６】
また、この発明であるガスタービン燃焼器（請求項２）によれば、空気膜形成手段は、内筒の外部から尾筒と内筒との隙間に空気を供給し、この隙間から供給した空気を噴出させて内筒の内壁面に冷却空気の膜を形成する。これにより、尾筒の内壁面は、内筒の開口部から吹き出される高温の燃焼ガスから保護され、その焼損が抑止される。
【００２７】
また、この発明であるガスタービン燃焼器（請求項３）によれば、空気膜形成手段は、尾筒の外部から尾筒と内筒との隙間に空気を取り込み、この隙間から供給した空気を噴出させて内筒の内壁面に冷却空気の膜を形成する。これにより、尾筒の内壁面は、内筒の開口部から吹き出される高温の燃焼ガスから保護され、その焼損が抑止される。
【００２８】
また、この発明であるガスタービン燃焼器（請求項４）によれば、隙間保持部は、尾筒と内筒との隙間を保持するので、この隙間から噴出される冷却空気の流路が確保される。また、この発明であるガスタービン燃焼器（請求項５）によれば、隙間保持部は、翼型の形状を有するので、この隙間保持部の背後への燃焼ガスの巻き込みを抑止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明であるガスタービン燃焼器の要部断面図である。
【図２】図１に示したガスタービン燃焼器の正面図である。
【図３】空気通路の構成部品である。
【図４】空気膜形成手段の実施例である。
【図５】内筒の開口部付近の拡大図である。
【図６】空気膜形成手段の他の実施例である。
【図７】隙間保持部の側面図（ａ）および正面図（ｂ）である。
【図８】隙間保持部の側面図である。
【図９】隙間保持部の斜視図である。
【図１０】隙間保持部を設置した構成を示す側面図である。
【図１１】従来のガスタービン燃焼器を示す全体構成図である。
【図１２】図１１に示したガスタービン燃焼器の要部拡大図である。
【図１３】図１１に示したガスタービン燃焼器の正面図である。
【符号の説明】
１  隙間
２  スペース
３  空気通路
４  空気取込口
５  空気供給口
６  隙間保持部
１２０  尾筒
１２２  内壁面
１２５  燃焼室
１３０  内筒
１３１  開口部
１５０  空気
【図１】
0004709433.tif 000002
【図２】
0004709433.tif 000003
【図３】
0004709433.tif 000004
【図４】
0004709433.tif 000005
【図５】
0004709433.tif 000006
【図６】
0004709433.tif 000007
【図７】
0004709433.tif 000008
【図８】
0004709433.tif 000009
【図９】
0004709433.tif 000010
【図１０】
0004709433.tif 000011
【図１１】
0004709433.tif 000012
【図１２】
0004709433.tif 000013
【図１３】
0004709433.tif 000014