(57)【要約】【課題】簡単な構成で、尾筒出口部分の冷却効果を向上させることが可能な、ガスタービン尾筒の冷却構造を提供する。【解決手段】インピンジメント冷却板４の他端ｂの近傍には、下方より断面がフック形状の板バネ６が設けられている。これは、下側の一端ｃにおいてリブ１ｄに溶接固定されており、上側の他端ｄは自由端となっていて、これがインピンジメント冷却板４の他端ｂの近傍に、自身の弾性力により当接した状態となっている。これにより、例えばリブ１ｄに生じた熱応力がインピンジメント冷却板４に及ぶのを回避しつつ、インピンジメント冷却板４と尾筒１との間に形成されている隙間を、リブ１ｄ側でシールすることができる。【選択図】      図１
2005030680.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
尾筒の出口部分近傍でガスタービン内径側の外側に、尾筒の主流直角方向に二つの突起を設置し、その突起の間に、一つの突起にのみ固定された多孔板を設けたことを特徴とするガスタービン尾筒の冷却構造。
【請求項２】
尾筒の出口部分近傍でガスタービン内径側の外側に、片持ちで固定されたインピンジメント冷却板を設け、該インピンジメント冷却板の固定されない端部と前記尾筒との間に弾性板を介することにより、該間をシールして成ることを特徴とするガスタービン尾筒の冷却構造。
【請求項３】
前記尾筒の前記インピンジメント冷却板に対向する面に、燃焼ガスの流れ方向から見て左右に渡って複数個の冷却孔を設け、該冷却孔は前記尾筒の中央部のみ複数列に配置されて成ることを特徴とする請求項２に記載のガスタービン尾筒の冷却構造。
【請求項４】
複数の前記尾筒にそれぞれ尾筒シールを備え、該尾筒シール同士の対向する端部にそれぞれ突部を設け、該各突部が互いにオーバーラップするようにして成ることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のガスタービン尾筒の冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービン尾筒の出口を冷却空気により冷却する構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ガスタービンにおいては、燃焼器で発生した高温高圧の燃焼ガスを、タービン部に効率的に導くための尾筒が取り付けられている。このような尾筒の入口部分は、燃焼ガスが発生する内筒と接続される形状となっており、また出口部分は、タービンのフローパスへ接続される形状となっている。そして、尾筒胴部は、冷却穴を有する板を組み合わせた溶接構造となっている。さらに、出口部分には補強のためのリブが設けられている。
【０００３】
また、尾筒出口の内径及び外径側には、それぞれ尾筒シールが配設されており、タービン部との接続部分からの冷却空気の漏れを抑制する働きをしている。このように、尾筒出口部分に冷却空気を導入し、また尾筒シールにて冷却空気の漏れを防止することにより、圧縮機出口空気を用いた尾筒出口の冷却を行っている。以下に、従来のガスタービン燃焼器の構成を図面を参照しながら改めて説明する。
【０００４】
図８は、従来のガスタービン燃焼器を示す全体構成図である。また図９は、その燃焼器尾筒を出口側から見た斜視図である。図８において、ガスタービン燃焼器１００は、円筒形状の内筒１１０と、その開口部１１１に嵌め合わされる尾筒１２０とを含んで構成されている。この尾筒１２０は、円筒形状を有する部材から成り、その入口部１２１には、内筒１１０の開口部１１１が挿入され嵌め込まれている。
【０００５】
尾筒１２０は、その入口部１２１から徐々にその断面積を狭め、図９に示すように、その出口部１２２は扇形に湾曲した長方形状となっている。なお、上述したような、尾筒胴部での冷却穴を有する板を組み合わせた溶接構造については、図示を省略している。この尾筒１２０の出口部１２２は、その外周に凹型断面形状を有する環状のシール支持部１２３を備えている。このシール支持部１２３は、尾筒１２０の出口部１２２に嵌め込まれ、溶接によって固定設置されている。
【０００６】
図８に戻って、ガスタービン燃焼器１００は、その尾筒１２０の出口部１２２を、タービン２００の燃焼通路２１０に接続して設置されている。この燃焼通路２１０の入口は、タービン１段静翼２２０をその両端から支持する内側シュラウド２３０と外側シュラウド２４０とによって形成されている。尾筒１２０は、この燃焼通路２１０の入口にその出口部１２２を位置しつつ、車室（図示省略）に固定されている。この尾筒１２０の出口部１２２とタービン２００の燃焼通路２１０との隙間は、ｙ字型断面形状を有する環状のシール部材１２５によって封止されている。
【０００７】
このシール部材１２５は、そのカギ状の先端部１２６を尾筒１２０の出口部１２２が備えるシール支持部１２３の凹部に差し込み、その二股部１２７をタービン１段静翼２２０のシュラウド２３０，２４０に嵌め合わせて設置されている。このガスタービン燃焼器１００において、内筒１１０にて生成されて点火された予混合気は、尾筒１２０の燃焼室１２８に噴出されて燃焼し、高温の燃焼ガスとなる。この燃焼ガスは尾筒１２０内を進み、その出口部１２２から矢印Ｃのように、タービン２００の燃焼通路２１０に吹き出される。
【０００８】
このような尾筒の冷却構造の具体例として、ガスタービンの冷却パネルが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。また、ガスタービン燃焼器が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００９】
【特許文献１】
特表２００２−５１１１２６号公報
【特許文献２】
特開２００３−６５０７１号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の尾筒冷却構造では、尾筒出口部分の冷却効果にムラがあり、ここが燃焼ガスにさらされ加熱されることにより、変形が生じる恐れがある。本発明は、このような問題点に鑑み、簡単な構成で、尾筒出口部分の冷却効果を向上させることが可能な、ガスタービン尾筒の冷却構造を提供することを目的とする。
【００１１】
【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、尾筒の出口部分近傍でガスタービン内径側の外側に、尾筒の主流直角方向に二つの突起を設置し、その突起の間に、一つの突起にのみ固定された多孔板を設けたことを特徴とする。
【００１２】
また、尾筒の出口部分近傍でガスタービン内径側の外側に、片持ちで固定されたインピンジメント冷却板を設け、そのインピンジメント冷却板の固定されない端部と前記尾筒との間に弾性板を介することにより、その間をシールして成ることを特徴とする。
【００１３】
また、前記尾筒の前記インピンジメント冷却板に対向する面に、燃焼ガスの流れ方向から見て左右に渡って複数個の冷却孔を設け、その冷却孔は前記尾筒の中央部のみ複数列に配置されて成ることを特徴とする。
【００１４】
また、複数の前記尾筒にそれぞれ尾筒シールを備え、その尾筒シール同士の対向する端部にそれぞれ突部を設け、その各突部が互いにオーバーラップするようにして成ることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。但し、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。図１は、本発明の一実施形態に係るガスタービン尾筒の冷却構造を模式的に示す縦断面図である。同図は尾筒の出口部分下部近傍の状態を示している。同図において、１は尾筒、２は尾筒シール、３は第一段静翼シュラウドである。尾筒１の出口部分下面には、鍔状のリブ１ａ及び１ｂが下方（ガスタービン内径側）へ向かって延びており、これらの間に溝部１ｃを形成している。
【００１６】
また、断面が略フック形状の尾筒シール２は、その一端で鍔状に立ち上がるリブ２ａが、上記溝部１ｃと嵌合している。一方、尾筒シール２の他端には溝部２ｂが形成され、これにタービン側の第一段静翼シュラウド３より尾筒側へ延びるリブ３ａが嵌合している。以上の構造により、尾筒１と第一段静翼シュラウド３とが尾筒シール２により接続されつつシールされている。なお、第一段静翼シュラウド３より上方（ガスタービン外径側）へ延びる３ｂは静翼である。
【００１７】
さらに、尾筒１の下面（即ちガスタービン内径側の外側）でリブ１ｂの燃焼ガス上流側には、鍔状のリブ１ｄが下方へ向かって延びている。そして、リブ１ｂ，１ｄ間には断面が略Ｌ字状の多孔板であるインピンジメント冷却板４が、燃焼ガス流れ方向から見て左右に渡って設置されている。これは、断面における短辺側の一端ａにおいてリブ１ｂに溶接固定されており、リブ１ｂ，１ｄ間に掛け渡された断面における長辺側の他端ｂは自由端となっている。即ち、インピンジメント冷却板４は片持ち状態で固定されている。また、インピンジメント冷却板４の長辺部には、長手方向（紙面に垂直方向）に渡ってインピンジ孔４ｃが２列に開けられている。
【００１８】
加えて、インピンジメント冷却板４の他端ｂの近傍には、尾筒１の下面との間にピン５が立てられており、これによりインピンジメント冷却板４と尾筒１との間に所定の隙間が形成されている。一方、インピンジメント冷却板４の他端ｂの近傍には、下方より断面がフック形状の板バネ６が設けられている。これは、下側の一端ｃにおいてリブ１ｄに溶接固定されており、上側の他端ｄは自由端となっていて、これがインピンジメント冷却板４の他端ｂの近傍に、自身の弾性力により当接した状態となっている。これにより、例えばリブ１ｄに生じた熱応力がインピンジメント冷却板４に及ぶのを回避しつつ、インピンジメント冷却板４と尾筒１との間に形成されている上記隙間を、リブ１ｄ側で確実にシールすることができる。
【００１９】
また、図示しないが、ピン５と板バネ６を用いずに、尾筒１の下面から突出しているリブ１ｂ，１ｄ間において、インピンジメント冷却板４をいずれか一つのリブのみに固定した構成としても良い。具体的には、例えば、インピンジメント冷却板４をその一端ａにおいてリブ１ｂに溶接固定し、他端ｂは自由端として、自身の弾性力により他端ｂがリブ１ｄに当接した状態としても良い。これにより、例えばリブ１ｄに生じた熱応力がインピンジメント冷却板４に及ぶのを回避しつつ、インピンジメント冷却板４と尾筒１との間に形成されている上記隙間を、リブ１ｄ側でシールすることができるので、部品点数を減らし、また製作工数を減らすことが可能となる。
【００２０】
また、尾筒１の下面でリブ１ｂ，１ｄ間（即ちインピンジメント冷却板４に対向する面）には、燃焼ガス下流側に向けて尾筒１の下面と所定の角度αを成すように、燃焼ガス上流側から順に冷却孔１ｅ，１ｆが開けられている。これは、冷却孔を尾筒１出口中央部のみ２列に配置し、周辺部近傍は１列に配置することにより、高温となる部分を集中的に冷却するものである。詳しくは後述する。さて、図示しない圧縮機からの圧縮空気は、同図の矢印Ａで示すように、インピンジ孔４ｃよりインピンジメント冷却板４と尾筒１との隙間に一旦入り込み、更に冷却孔１ｅ，１ｆから尾筒１内に流れ込む。そして、矢印Ｂで示すように尾筒１内壁面に沿って流れ、フィルム冷却を行う。
【００２１】
インピンジメント冷却板４は、インピンジ孔４ｃを有することにより、インピンジメント冷却の効果向上に寄与している。また、尾筒１に流れ込む冷却空気の流速を適正化し、燃焼ガス内部に勢い良く入り込まないようにして、フィルム冷却効果を高めている。なお、上述した尾筒１下面と冷却孔１ｅ，１ｆとの成す角度αは、本実施形態では略３０度となっている。これは、加工性とフィルム冷却効果との兼ね合いにより定められるものであって、この角度に限定されるものではない。
【００２２】
図２は、本実施形態におけるインピンジメント冷却板を示す平面図である。本実施形態では、同図のように、インピンジメント冷却板４の上面（上記長辺側に相当する面）に、長手方向全長に渡って、２列で千鳥掛け状にインピンジ孔４ｃが配設されている。これにより、インピンジメント冷却板４の全長，全幅に渡ってインピンジメント冷却効果を得られるようにしている。但し、インピンジ孔４ｃの配置は、本実施形態のような構成に限定されるものではない。
【００２３】
図３〜図５は、本実施形態における尾筒に開けられた冷却孔の配置状態を示す図である。まず、図３は、燃焼ガスの流れ方向より見た尾筒１の、冷却孔１ｅを含む断面図である。また、図４は、燃焼ガスの流れ方向より見た尾筒１の、冷却孔１ｆを含む断面図である。さらに、図５は、尾筒１の底面を示す図である。同図では燃焼ガスの下流側より向かって右側の配置を主に示している。
【００２４】
これらの図に示すように、冷却孔１ｅ，１ｆは、尾筒１の下面に各１列ずつ左右対称に複数個配置されているが、燃焼ガス上流側の冷却孔１ｅは列の長さが短く、中央部のみの配置となっている。即ち、尾筒出口中央部のみ冷却孔を２列に配置し、周辺部近傍は１列に配置することにより、高温となる中央部を集中的に冷却する構成となっている。但し、中央部は冷却孔を２列に限らずそれ以上の複数列に配置する構成としても良い。
【００２５】
図６は、本実施形態におけるインピンジメント冷却板の端部近傍の構造を示す横断面図である。同図（ａ）は燃焼ガス下流側から見て左側、同図（ｂ）は右側をそれぞれ示している。同図に示すように、インピンジメント冷却板４の各端部近傍には、断面が略Ｓ字状のカバー板７が設けられている。これは、上側の一端ｅにおいて尾筒１に溶接固定されており、下側の他端ｆは自由端となっていて、これがインピンジメント冷却板４の下面に、自身の弾性力により当接した状態となっている。
【００２６】
これにより、例えばリブ１ｄに生じた熱応力がインピンジメント冷却板４に及ぶのを回避しつつ、インピンジメント冷却板４と尾筒１との間に形成されている上記隙間を、左右両側でシールすることができる。このようなシール構造及び上述したようなリブ１ｄ側におけるシール構造により、圧縮機からの圧縮空気がインピンジ孔４ｃに効率よく導入され、インピンジメント冷却効果が向上する。
【００２７】
図７は、本実施形態における尾筒シール同士間の構造を示す図である。同図は尾筒シールを燃焼ガス下流側から見た様子を示している。同図に示すように、向かって左側の尾筒シール２の右端には、溝部２ｃ及び突部２ｄが互いに連続して設けられており、それぞれに対応して嵌合するように、向かって右側の尾筒シール２の左端には、突部２ｄ及び溝部２ｃが互いに連続して設けられている。そして、各突部２ｄが互いにオーバーラップするようにして、それぞれ対向する溝部２ｃに嵌合している。
【００２８】
尾筒シール２は図示しない燃焼器、ひいては尾筒に対応して複数備えられており、ガスタービンの全周に渡って連接して配設されている。そして、各尾筒シール２同士の隙間には、同図に示すようなオーバーラップ構造を備えている。これにより、圧縮機からの圧縮空気が各尾筒シール２同士の隙間から漏れ出すことを防止し、冷却空気の無駄な消費を低減して、尾筒出口部分のトータルの冷却効果を向上させている。
【００２９】
以上示したような冷却構造により、従来と比較して尾筒出口中央部で例えば５６〜１０２℃、周辺部で例えば９〜２３℃の温度低下が見られ、良好な冷却効果が得られた。
【００３０】
なお、特許請求の範囲で言う弾性板は、実施形態における板バネ或いはカバー板に対応している。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡単な構成で、尾筒出口部分の冷却効果を向上させることが可能な、ガスタービン尾筒の冷却構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るガスタービン尾筒の冷却構造を模式的に示す縦断面図。
【図２】本実施形態におけるインピンジメント冷却板を示す平面図。
【図３】燃焼ガスの流れ方向より見た尾筒１の、冷却孔１ｅを含む断面図。
【図４】燃焼ガスの流れ方向より見た尾筒１の、冷却孔１ｆを含む断面図。
【図５】尾筒１の底面を示す図。
【図６】インピンジメント冷却板の端部近傍の構造を示す横断面図。
【図７】本実施形態における尾筒シール同士間の構造を示す図。
【図８】従来のガスタービン燃焼器を示す全体構成図。
【図９】従来の燃焼器尾筒を出口側から見た斜視図。
【符号の説明】
１    尾筒
２    尾筒シール
３    第一段静翼シュラウド
４    インピンジメント冷却板
５    ピン
６    板バネ
７    カバー板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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