(57)【要約】【課題】ガスタービンの燃焼チャンバ及び該ガスタービンの第一段（１６）間で延びる高温ガス通路内で燃焼ガスを運ぶガスタービントランジションピース（１４）を提供する。【解決手段】本ガスタービントランジションピース（１４）は、燃焼器ライナ（１０）に連結される前方端部（１８）及び第一段ノズルに連結される後方端部（２０）を有する中空ダクトを含む。１以上の希釈空気孔（２２、２４）が、前方端部に近接して設置され、希釈空気孔各々には、中空ダクト内部の高温ガス通路内に貫入する中空スリーブ（２６）が嵌合され、また中空スリーブは、高温ガス通路内に冷却空気を供給する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンの燃焼チャンバ及び該ガスタービンの第一段（１６）間で延びる高温ガス通路内で燃焼ガスを運ぶガスタービントランジションピース（１４）であって、
燃焼器ライナ（１０）に連結される前方端部（１８）及び第一段ノズルに連結される後方端部（２０）を有する中空ダクトと、
前記前方端部（１８）に近接してかつ互いに実質的に間隔を置いて配置されまたその各々に前記中空ダクト内部の高温ガス通路内に貫入する中空スリーブ（２６）が嵌合された１以上の希釈空気孔（２２、２４）と
を含み、前記中空スリーブ（２６）が前記高温ガス通路内に冷却空気を供給する、ガスタービントランジションピース。
【請求項２】
各前記中空スリーブ（２６）がほぼ円筒形又は空気力学的形状である、請求項１記載のガスタービントランジションピース。
【請求項３】
各前記中空スリーブ（２６）には、該中空スリーブの出口端部（３０）に直線又はテーパ端縁部（３４）が形成される、請求項１記載のガスタービントランジションピース。
【請求項４】
各前記中空スリーブ（２６）の内部表面（３６）には、少なくとも１つの環状タービュレータリング（３８）が形成される、請求項２記載のガスタービントランジションピース。
【請求項５】
前記少なくとも１つのタービュレータリング（３８）が、複数の軸方向に間隔を置いて配置されたタービュレータリングを含む、請求項４記載のガスタービントランジションピース。
【請求項６】
前記中空ダクトの前方端部（１８）がほぼ円筒形又は空気力学的形状であり、前記中空スリーブ（２６）が、前記前方端部に近接した位置に配置される、請求項１記載のガスタービントランジションピース。
【請求項７】
前記中空スリーブ（２６）の各々が１．５〜２の長さ対直径比を有する、請求項２記載のガスタービントランジションピース。
【請求項８】
前記テーパ端縁部（３４）が、該ガスタービンのロータ軸線に対して２０°以下の角度で内向きにガス流の方向に延びる、請求項３記載のガスタービントランジションピース。
【請求項９】
前記複数の軸方向に間隔を置いて配置されたタービュレータリング（３８）が、ほぼ方形断面を有しかつ前記中空スリーブ（２６）の内部半径の約５〜１０％ほど半径方向に該中空スリーブ内に延びる、請求項５記載のガスタービントランジションピース。
【請求項１０】
前記複数の軸方向に間隔を置いて配置されたタービュレータリング（３８）が、該タービュレータリングの高さの５〜６倍ほどで軸方向に間隔を置いて配置される、請求項９記載のガスタービントランジションピース。
【請求項１１】
ガスタービンの燃焼チャンバ及び該ガスタービンの第一段（１６）間で延びる高温ガス通路内で燃焼ガスを運ぶガスタービントランジションピース（１４）であって、
燃焼器ライナ（１０）に連結されるほぼ円筒形前方端部（１８）及び第一段ノズルに連結される後方端部（２０）を有する中空ダクトと、
前記前方端部に近接してかつ互いに実質的に間隔を置いて配置されまたその各いずれにも前記中空ダクト内部の高温ガス通路内に貫入する中空スリーブ（２６）が嵌合された１以上の希釈空気孔（２２、２４）と
を含み、前記ほぼ円筒形中空スリーブ（２６）が、その出口端部にテーパ端縁部（３４）を有する、ガスタービントランジションピース。
【請求項１２】
各前記ほぼ円筒形中空スリーブ（２６）の内部表面（３６）には、少なくとも１つの環状タービュレータリング（３８）が形成される、請求項１１記載のガスタービントランジションピース。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのタービュレータリング（３８）が複数の軸方向に間隔を置いて配置されたタービュレータリングを含む、請求項１２記載のガスタービントランジションピース。
【請求項１４】
前記複数の軸方向に間隔を置いて配置されたタービュレータリング（３８）が各々、ほぼ方形又は三角形断面を有しかつ前記ほぼ円筒形中空スリーブ（２６）の内部半径の５〜１０％ほど半径方向に該スリーブ内に延びる、請求項１３記載のガスタービントランジションピース。
【請求項１５】
前記ほぼ円筒形中空スリーブ（２６）の各々が１．５〜２の長さ対直径比を有する、請求項１１記載のガスタービントランジションピース。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的にはガスタービン燃焼技術に関し、より具体的には、それを通ってタービンに流れる高温ガスの均一な冷却を促進するトランジションピース構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来型の炭化水素燃料を燃焼させるガスタービンで一般に大気汚染排出物が生成することは周知である。それらの排出物は通常、窒素酸化物、一酸化炭素及び未燃焼炭化水素である。窒素分子の酸化反応は、タービン燃焼器によって生成されかつトランジションピースを通って第一段ノズルに流れる高温ガスの温度に応じて決まることも周知である。それらの温度での反応物質の滞留時間もまた、不要排出物の生成の要因である。
【０００３】
反応ゾーン温度を熱ＮＯｘが形成されるレベル以下に維持することと、高温での滞留時間を短縮してＮＯｘ形成反応が進行するのに十分な時間を与えないことの少なくともいずれかを含めた様々なコンセプトが、これまで提案されかつ利用されてきた。燃焼器内の反応物質の温度を低下させる１つの方法は、燃焼に先立って燃料及び空気のリーン混合気を形成することである。従って、多くの場合に、燃焼ライナ内部に希釈空気を供給して、熱ＮＯｘが形成されないレベルまで熱を吸収しかつ温度上昇を低下させる。しかしながら、多くの場合、特にリーン予混合燃料及び空気の場合でさえ、温度は不要な排出物を生成するのに十分なものとなる。
【０００４】
これ迄、希釈空気は、燃焼器と第一段ノズルの間でトランジションピース内に供給されてきた。例えば、１つの従来技術の構成では、希釈孔は、トランジションピースの両端部に設けられていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７３７３７７２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、不要な排出物は依然として問題であり、従って、タービン燃焼器及びタービン第一段間を流れる燃焼ガスのより有効かつ均一な冷却を促進するトランジションピース設計を行うことが、望ましいと言える。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
例示的であるが非限定的な実施形態によると、ガスタービンの燃焼チャンバ及び該ガスタービンの第一段間で延びる高温ガス通路内で燃焼ガスを運ぶガスタービントランジションピースは、燃焼器ライナに連結される前方端部及び第一段ノズルに連結される後方端部を有する中空ダクトと、前方端部に近接してかつ互いにほぼ等しい間隔を置いて配置されまたその各々に中空ダクト内部の高温ガス通路内に貫入する中空スリーブが嵌合された１以上の希釈空気孔とを含み、中空スリーブは、高温ガス通路内に冷却空気を供給する。
【０００８】
別の非限定的な態様では、ガスタービンの燃焼チャンバ及び該ガスタービンの第一段間で延びる高温ガス通路内で燃焼ガスを運ぶガスタービントランジションピースは、燃焼器ライナに連結されるほぼ円筒形前方端部及び第一段ノズルに連結される後方端部を有する中空ダクトと、前方端部に近接してかつ互いにほぼ正反対に対向して配置されまたその各々に中空ダクト内部の高温ガス通路内に貫入する中空スリーブが嵌合された１以上の希釈空気孔とを含み、ほぼ円筒形中空スリーブは、その出口端部にテーパ端縁部を有する。
【０００９】
さらに別の非限定的な態様では、本発明は、ガスタービンの燃焼チャンバ及び該ガスタービンの第一段間で延びかつ燃焼器ライナに連結される前方端部及び第一段ノズルに連結される後方端部を有する中空ダクトを備えたガスタービントランジションピース内において温度均一性を促進する方法を提供し、本方法は、トランジションピース内に１以上の冷却空気希釈孔を設けるステップと、その各々が中空ダクトの内部空間内に貫入する中空スリーブを１以上の冷却空気希釈孔の各々内に挿入するステップと、それによって、使用中に、冷却空気を中空ダクト内部の高温ガスとより均一に混合してトランジションピース内における温度均一性を強化するのを可能にするステップとを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】例示的な実施形態による希釈スリーブを組入れたトランジションピースの長手方向断面を含むガスタービンの一部分における簡略部分分解組立図。
【図２】図１に示す希釈スリーブの拡大詳細図。
【図３】図１の線３−３に沿って取っているが、第２の希釈スリーブを付加した状態の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に図１を参照すると、従来型のタービン燃焼器ライナ１０は、前方端部（図示せず）及び後方端部１２を有するほぼ円筒形セグメント本体を含む。前方端部は一般に、ライナキャップハードウェアによって閉鎖され、ライナキャップハードウェアにはまた、ライナ内部の燃焼チャンバに燃料を供給するための１以上の燃料噴射ノズル（図示せず）が取付けられる。ライナの後方端部１２は一般に、タービンの第一段１６に高温燃焼ガスを供給する管状トランジションピース１４に固定される。
【００１２】
本発明の例示的であるが非限定的な実施形態では、ガスタービントランジションピース１４は、燃焼器ライナに連結される前方端部１８及び第一段ノズルに連結される後方端部２０を有する中空ダクトの形態である。トランジションピース１４がその両端部で連結される方法は良く理解されており、ここでさらに説明する必要はないであろう。例示的であるが非限定的な実施形態によると、中空ダクトの前方端部１８に近接して又は隣接してかつ円周方向に互いにほぼ等しい間隔を置いて（図３参照）トランジションピース又は中空ダクト１４内に、１以上の希釈空気孔２２、２４（図２及び図３参照）が形成される。希釈孔２２、２４には各々、中空希釈スリーブ２６が嵌合され、中空希釈スリーブ２６は、中空ダクト１４の内部内に、従って使用中には流れ矢印Ｐで示す高温ガス通路内に貫入する。これら希釈スリーブ２６は、高温ガス通路の高温ガス内に深く冷却空気（例えば、圧縮機吐出空気）を供給する。中空希釈スリーブ２６は、溶接或いはその他の好適な手段によって（例えば、スリーブ上の環状フランジ又はショルダ部を受けるショルダ部を備えた希釈孔内にブッシュを設けることによって）所定の位置に固定することができる。希釈スリーブ２６の表面、特に外側表面は、断熱皮膜で被覆して、トランジションピース又は中空ダクト１４内の高温ガスから該希釈スリーブを保護することができる。
【００１３】
特に図２を参照すると、各中空スリーブ２６は、入口端部２８及び出口端部３０を有するほぼ円筒形又は空気力学的形状とすることができる。入口端部２８は、参照符号３２で示すような斜面として、スリーブ内への滑らかな流れを形成することができ、また出口端部は、直線端縁部とするか或いは高温ガス通路内へのより深い貫入を可能にするテーパ又は傾斜端縁部３４を形成することができる。各中空スリーブの内部表面３６には、少なくとも１つの環状タービュレータリング３８が形成され、好ましくは図２に最も良く示すように、該スリーブの長さに沿って軸方向に間隔を置いて配置されたより多く幾つかの環状タービュレータリング３８が形成される。
【００１４】
この例示的であるが非限定的な実施形態では、中空希釈スリーブ２６の各々は、約１．５〜２．０の長さ対直径比を有する約３インチ長さとすることができる。テーパ端縁部３４は、タービンロータ軸線に対して２０°よりも小さい角度（例えば、１２°）で内向きに流れの方向に延びることができる。複数の軸方向に間隔を置いて配置されたタービュレータリング３８は、約０．０７５インチ（又は、希釈スリーブ２６の内部半径の約５〜１０％）の高さ（つまり、該スリーブ２６内への半径方向突出の程度）の略矩形又は三角形断面を有することができ、またそれらタービュレータリング３８は、スリーブの長さに沿ってタービュレータ（リング）の高さの約５〜６倍（例えば、約０．４２５インチ）ほどで軸方向に間隔を置いて配置することができる。
【００１５】
スリーブ構造（寸法を含む）及びトランジションピース１４上でのスリーブ２６の特定の位置における様々な変形形態は、本発明の技術的範囲内にあることを理解されたい。例えば、スリーブ２６は、長円形形状、涙滴形状、翼形形状（下流側に後縁部を備えた）、或いは過度の応力又はホットポイントを発生させないその他の好適な形状とすることができる。加えて、希釈孔２２、２４の１つ以上は、図３に示す１２時及び６時の位置から９時及び３時の位置或いはその他の正反対に対向した位置に移動させることができる。現在では、希釈スリーブ２６が正反対に対向している場合に最良の結果が得られると思われるが、その関係もさらに変化させることができるような用途が存在する可能性がある。タービュレータリング３８の断面形状及び寸法もまた、特定の用途と共に変化させることができる。最後に、希釈スリーブ２６はトランジションピース１４の前方端部に隣接するものとして図示しているが、それら希釈スリーブ２６は、その位置に限定されるものではない。本発明の現在の理解によると、トランジションピース１４の少なくとも前半分における位置が好ましいことを示唆している。
【００１６】
本発明は、新規及び改造の両方の状況において適用可能であることが分かるであろう。非限定的な実施例においてトランジションピースが通常は図３の位置Ａ、Ｂ及びＣに示した３つのより小さい希釈孔を有している場合の改造のケースでは、３つの既存の希釈孔の２つ（例えば、Ａ及びＢ）は閉鎖すると共に、位置Ｃにおける孔は、そのそれぞれの希釈スリーブ２６を受けるように拡大し、また位置Ｄに新規孔を穿孔する。新規取付けのケースでは、上述したように正反対に対向する位置に、１以上の希釈孔を穿孔する。両方のケースにおいて、２つの希釈孔の組合せ断面積は、従来の設計で現在使用している３つの希釈孔の断面積にほぼ等しくすべきである。
【００１７】
現時点で最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えられるものに関して本発明を説明してきたが、本発明は開示した実施形態に限定されるべきものではなく、逆に、特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内に含まれる様々な変更及び均等な構成を保護しようとするものであることを理解されたい。
【符号の説明】
【００１８】
１０  燃焼器ライナ
１２  ライナの後方端部
１４  トランジションピース
１６  第一段
１８  前方端部
２０  トランジションピースの後方端部
２２、２４  空気孔
２６  希釈スリーブ
２８  スリーブ入口端部
３０  スリーブ出口端部
３２  入口端部斜面
３４  テーパ又は傾斜端縁部
３６  内部表面
３８  タービュレータリング
【図１】
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【図２】
2012041921.tif 000004
【図３】
2012041921.tif 000005