(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接が可能である材料で構成された円筒状の複数の軸方向部材を、その軸方向部材の相対向する端部を外周囲から覆うリブに相当する円管状の部材を介して溶接一体化したガスタービン燃焼器ライナー構造を、前記リブに相当する円管状の部材を周方向に切断して除去し、前記リブに相当する円管状の新規の部材を介して前記軸方向部材を溶接一体化して復元するガスタービン燃焼器ライナー構造の補修方法。
【請求項２】
溶接が可能である材料で構成された円筒状の複数の軸方向部材を、その軸方向部材の相対向する端部を外周囲から覆うリブに相当する円管状の部材を介して溶接一体化したガスタービン燃焼器ライナー構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービン燃焼器ライナー構造とその補修方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２にガスタービンの一般的な構造断面図を示す。ガスタービンは大きくわけて圧縮機１，燃焼器２およびタービン３から構成されている。
【０００３】
圧縮機１は大気からガスパス４へ吸い込んだ空気を作動流体として断熱圧縮し、燃焼器２は圧縮機１から供給された圧縮空気に燃料を混合し燃焼することで高温高圧のガスを生成し、そしてタービン３は燃焼器２から導入した燃焼ガスの膨張の際に回転動力を発生する。タービン３からの排気は大気中に放出される。タービン３にて発生した回転動力から圧縮機１を駆動する動力を差し引いた残りの動力が、ガスタービンの発生動力となり発電機を駆動する。
【０００４】
燃焼器は図１に示すように、ライナー５，トランジションピース６とライナー５およびトランジションピース６の外側に位置して冷却を促進するためのフロースリーブ７からなる。
【０００５】
ライナー５は波板に冷却用の穴として冷却孔１３を加工した後に円筒形状へ加工し、冷却孔１３の内周側には円管状のリップ１７が取り付けられ、冷却空気に直接触れることで、ライナー５を冷却する作用を有する。
【０００６】
したがってライナー５内面では、高温の燃焼ガスにさらされる領域と冷却が図られる領域間の温度差は大きくなり、高熱応力が発生する傾向にある。
【０００７】
このように過酷な環境にさらされるライナー５は、熱疲労および不安定燃焼による燃焼振動など最も損傷が発生しやすく、燃焼器２の部品としての寿命を律する部品となっている。
【０００８】
このような燃焼器のライナー５の補修方法の１例としては、特開昭６１−
２３１３３１号公報で示される「燃焼室構造」がある。該構造は航空機用エンジンを対象としており、溶接が困難な耐熱高強度材料からなる複数の環状部材を、入れ子式に軸方向へ嵌合することで筒状のライナーを形成し、損傷をうけた部材の交換・補修を容易としている。
【０００９】
その一方、溶接構造のライナーとして、特開昭５５−８５８２２号に掲載のものが公知である。その公知例には、ライナーの軸方向に複数に分割されたライナーの部材が軸方向に内径が変化する形状有して互いに小径部分と大径部分とが挿入及び溶接接合されている様子が開示されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
近年ガスタービン設備においては、夏場の電力需要の増大に対応するために出力の増大化が、また省エネルギーを目的とした高効率化が求められるようになってきた。
【００１１】
出力の増大化の手段としては、ガスタービンの環状流路面積、すなわち寸法の増大化が図られる傾向にある。また高効率化の手段としては圧縮機圧力比の上昇、および燃焼温度の向上が採用される傾向にある。
【００１２】
これらはいずれも燃焼器に作用する温度および圧力荷重の増加に直結するために、燃焼器は今後更に高温，高圧力荷重，高燃焼振動環境下に曝される事が予想され、必然的に強度の向上および長寿命化が求められている。
【００１３】
さらに近年、電力料金の値下げに対する社会的な要望が強まってきている中で、発電コストの低減が急務となっている。特に燃焼器やタービン動静翼などの高温部品の補修費用は、ガスタービンの補修費用の多くを占めており、定期検査期間および工数の短縮が求められている。
【００１４】
また実際の発電所における実機の負荷環境にはばらつきがあるために、初期の冷却設計が必ずしも最適な設計となっていない場合もある。したがって実機の負荷環境に適切に対応した冷却設計も、燃焼器の長寿命化には重要である。
【００１５】
しかしながら上記公知例の構造では、溶接が困難な耐熱高強度材料を用いていることに起因して、嵌合構造を採用しているためにライナーの剛性を十分確保することができず、燃焼振動に対して十分とは言えない点がある。
【００１６】
本発明の目的は、ガスタービン燃焼器のライナーの補修交換を容易とすることである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的を達成するための手段を例示すれば、冷却孔が設けられた波板を、曲げ加工により波板円筒形状へ加工し、燃料ノズルが差し込まれるライナーキャップを波板円筒の一端面に取り付け、さらに他端の波板円筒外表面にトランジションピースへ差し込まれる板バネを取り付け、冷却孔の内周表面に円管状のリップを取り付け、リップから放熱をおこなうことで冷却をおこなうガスタービン燃焼器において、ライナーを軸方向へ複数部材に分割し、溶接により各部材を結合することでライナーを形成し、損傷が生じた部材のみを交換することで、補修交換を容易とすることである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１はガスタービン燃焼器の構造図であるが、燃焼器２は、内部で燃焼が行われる円筒形状のライナー５、作動流体をライナー５の円筒形状の流路からガスタービンの環状流路に移行するトランジションピース６，ライナー５とトランジションピース６の外側に位置し、外表面の冷却を促進するフロースリーブ７より構成される。
【００１９】
圧縮機より吐出された作動流体８は、トランジションピース６とフロースリーブ７の間の間隙９を経てライナー５の入口側に導かれる。このときフロースリーブ７とライナー５，トランジションピース６間にて作動流体８の流速が上昇することから伝熱能力が上昇し、ライナー５とトランジションピース６の外表面の冷却が促進される。ライナー５に流入した作動流体８は、燃料噴霧ノズル１０より噴霧された燃料と混合して燃焼し、トランジションピース６へ流入する。
【００２０】
トランジションピース６に流入した作動流体８は、タービン３の流路へ排出される。ライナー５は円筒形状であるため、ガスタービンの環状流路へ排出するためには、トランジションピース６は入口が円筒形状で、出口が逆台形形状となる。またトランジションピース６の出口付近には、耐クリープ変形を考慮し剛性を確保するための額縁部１１が設けられる。
【００２１】
ライナー５はノズル１０との間に差込部を有することで入口側にて支持され、出口側ではライナー８に接合された板ばね１２をトランジションピース６に差し込むことにより支持されて位置が定まる。
【００２２】
トランジションピース６はライナー５に接合された板ばね１２にて入口側の内面にて支持されるとともに、フロースリーブ７との間に、入口断面の円周方向の変形のみを拘束する嵌合部を有することで上流側にて支持される。出口側ではケーシングに支持されて位置が定まる。
【００２３】
フロースリーブ７は、トランジションピース６およびケーシングの間に入口断面の円周方向の変形のみを拘束する嵌合部を有することで入口側の内面にて支持されるとともに、出口側ではトランジションピース６と一緒にケーシングへ結合されることで位置が定まる。
【００２４】
また本発明のライナー５は、冷却孔１３が設けられた波板１４を、曲げ加工により波板円筒形状へ加工し、燃料噴霧ノズル１０が差し込まれるライナーキャップ１５を波板円筒１６の一端面に取り付け、さらに他端の波板円筒１６の外表面にトランジションピース６へ差し込まれる板ばね１２を取り付け、冷却孔１３の内周表面に円管状のリップ１７を取り付け、リップ１７から放熱をおこなうことで冷却をおこなうガスタービン燃焼器において、ライナー５を軸方向へ円筒からなる複数部材に分割し、各部材を溶接により結合することでライナーを形成し、損傷が生じた部材のみを交換することで、補修交換を容易とすることを特徴としている。
【００２５】
これらの特徴をさらに具体的な実施例に即して述べれば以下のとおりである。図１および図４は本発明の実施の形態１として、本発明の特徴を最も良く表わしている補修を容易とする燃焼器ライナー構造の図であり、図５および図６は本発明の特徴を最も良く表している補修方法の手順を示す図である。
【００２６】
圧縮機１から吐出された作動流体８は、図１に示すようにフロースリーブ７とトランジションピース６間の間隙９に導かれる。間隙９では作動流体８の流速が上昇するために、トランジションピース６の外表面での冷却効果が高められる。
【００２７】
間隙９を経た作動流体８は、燃料を燃焼前に空気と混合させない拡散燃焼タイプでは、一部がライナー５の外表面に設けられた冷却孔１３からライナー５の内部に導かれることでライナー５の冷却をおこない、残りはライナー５の内部に燃料噴霧ノズル１０から噴霧される燃料とともに流入し、燃焼に用いられる。また燃料を燃焼前に空気と混合させる予混合燃焼タイプではライナー５にライナー冷却孔１３を設けずに全ての作動流体を燃焼に用いてもよい。
【００２８】
図１に示すように、燃料噴霧ノズル１０はライナー５の入口側に設けられた差込部１８に差し込まれる。
【００２９】
燃焼後の作動流体８は、ライナー５からトランジションピース６を経てタービン３の環状流路へ放出される。
【００３０】
図中にてライナー５は出口側に板ばね１２が溶接され、トランジションピース６に差し込まれる。
【００３１】
トランジションピース６は、入口側にて板ばね１２を介してライナー５が差し込まれるとともに、フロースリーブ７に内包され、入口側にて入口断面の円周方向の変形のみを拘束される嵌合部にて支持される。またトランジションピース６の出口付近には、剛性を高めるために額縁部１１が設けられる。
【００３２】
図３に示すように従来のライナーでは、冷却孔１３を有する円筒形状に加工された波板１４に、冷却孔の内周に位置する部位に円管状のリップ１７を接合し、冷却孔１３からライナー５の内部へ流入する冷却空気がリップ１７を冷却することでライナー全体の冷却を図る構造を採用していた。
【００３３】
本発明のライナー構造では図４に示すように、ライナー５を軸方向へ円筒からなる複数部材に分割し、各部材１９を溶接により結合することでライナーを形成している。また図５に示すように、損傷が生じた部材２０を切断し、さらに図６に示すように新規の部材２１と交換することで、損傷部の補修交換を容易としている。
【００３４】
また損傷が著しい部位があらかじめ分かっている場合には、図７に示すように当該部位を含むように形状が適正化された交換用の部材２２からなるライナー構造を採用してもよい。
【００３５】
さらに図８に示すように、損傷が生じ易いライナーキャップ１５を交換することで、ライナーの寿命延長を実現することができる。
【００３６】
さらに図９に示すように、従来の別の形態のライナーでは、冷却用のリブ２３を有する板２４を円筒形状に加工し、冷却リブ２３の周辺に生ずる冷却空気の乱れによりライナー全体の冷却を図る構造を採用していた。
【００３７】
本発明のライナー構造では図１０に示すように、ライナー５を軸方向へ円筒からなる複数部材に分割し、リブに相当する円管状の部材２５により各部材を溶接により結合することでライナーを形成している。また図１１に示すように損傷を受けた部材２６を切断し、図１２に示すように新規の部材２７と交換することで、損傷部の補修交換を容易としている。
【００３８】
また損傷が著しい部位があらかじめ分かっている場合には、当該部位を含むような交換用の部材２５からなるライナー構造を採用してもよい。
【００３９】
さらに図１３に示すように、損傷が生じ易いライナーキャップ１５を交換することで、ライナーの寿命延長を実現することができる。
【００４０】
さらに図１４に示すように、従来の別の形態のライナーでは、半円形状のスリット２８を有する板２９を円筒形状に加工し、スリット２８を円筒内部へおり曲げることにより、冷却孔からライナー内部へ流入する冷却空気ライナー全体の冷却を図る構造を採用していた。
【００４１】
本発明のライナー構造では図１５に示すように、ライナー５を軸方向へ内径が変化する円筒形状の複数部材３０に分割し、内径の小さい側を隣接する部材の内径の大きい側へ挿入し溶接により結合することでライナーを形成している。また図１６に示すように損傷が生じた部材３１を切断し、図１７に示すように新規の部材３２と交換することで、損傷部の補修交換を容易としている。
【００４２】
また損傷が著しい部位があらかじめ分かっている場合には、当該部位を含むような交換用の部材３１からなるライナー構造を採用してもよい。
【００４３】
さらに図１８に示すように、損傷が生じ易いライナーキャップ１５を交換することで、ライナーの寿命延長を実現することができる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の補修方法によれば、ガスタービン燃焼器ライナー構造が溶接構造でガスタービンの使われ方から強度的に好都合である上、そのライナーの補修はライナーを構成する部材のうち損傷が生じた部材のみが交換されることで、補修交換が容易となる。その上、損傷部位だけを交換するからライナー構造としてのトータルコストを抑制することができる。
【００４５】
本発明のガスタービン燃焼器ライナー構造によれば、ライナーの補修交換が容易且つ経済的に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のライナー構造を採用したガスタービン燃焼器ライナー部の断面図である。
【図２】一般的なガスタービンの構造断面図である。
【図３】従来のガスタービン燃焼器ライナー構造を示す図である。
【図４】本発明のガスタービン燃焼器ライナー構造を示す図である。
【図５】本発明のガスタービン燃焼器ライナーの補修にともなう切断方法を示す図である。
【図６】本発明のガスタービン燃焼器ライナーの補修にともなう交換方法を示す図である。
【図７】本発明のガスタービン燃焼器ライナーの交換部位の適正化を示す図である。
【図８】本発明のガスタービン燃焼器ライナーキャップの交換方法を示す図である。
【図９】従来のガスタービン燃焼器における他のライナー構造を示す図である。
【図１０】本発明のガスタービン燃焼器における他のライナー構造を示す図である。
【図１１】本発明のガスタービン燃焼器における他のライナーの補修にともなう切断方法を示す図である。
【図１２】本発明のガスタービン燃焼器における他のライナーの補修にともなう交換方法を示す図である。
【図１３】本発明のガスタービン燃焼器ライナーキャップの交換方法を示す図である。
【図１４】従来のガスタービン燃焼器における他のライナー構造を示す図である。
【図１５】本発明のガスタービン燃焼器におけるさらに他のライナー構造を示す図である。
【図１６】本発明のガスタービン燃焼器におけるさらに他のライナー構造の補修にともなう切断方法を示す図である。
【図１７】本発明のガスタービン燃焼器におけるさらに他のライナー構造の補修にともなう交換方法を示す図である。
【図１８】本発明のガスタービン燃焼器におけるライナーキャップの交換方法を示す図である。
【符号の説明】
１…圧縮機、２…燃焼器、３…タービン、４…ガスパス、５…ライナー、６…トランジションピース、７…フロースリーブ、８…作動流体、９…間隙、１０…燃料噴霧ノズル、１１…額縁、１２…板ばね、１３…冷却孔、１４…波板、１５…ライナーキャップ、１６…波板円筒、１７…リップ、１８…差込部、１９…軸方向部材、２０…損傷が生じた部材、２１…新規交換用部材、２２…形状適正化された交換用部材、２３…リブ、２４…リブが加工された板、２５…リブに相当する円管状の部材、２６…損傷を受けた円管状の部材、２７…交換用の円管状の部材、２８…半円形状のスリット、２９…スリットが加工された板、３０…内径が変化する円筒形状の部材、３１…損傷を受けた内径が変化する円筒形上の部材、３２…交換用の内径が変化する円筒形状の部材。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0003915423.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0003915423.tif 000017
【図１７】
0003915423.tif 000018
【図１８】
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