(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンの隣り合う燃焼器を接続する火炎伝ぱ管であって、該火炎伝ぱ管は両開放端を有する中空管状体（３０）を含み、該中空管状体は管の中間部で最大直径を有する略円形断面形状であって、中間部に配置された複数のパージ空気孔（４８）を含んでおり、該中空管状体は上記中間部の直径よりも小さい直径を有する上記両開放端まで両方向にテーパが付けられていて、上記複数のパージ空気孔からパージ空気を流す際に、パージ空気が上記両開放端に向かって加速されて上記両開放端で一様な分布のパージ空気をもたらして、隣接燃焼室間での高温ガス及び未燃焼燃料の横断流を抑制する、火炎伝ぱ管。
【請求項２】
前記中空管状体が前記中間部で結合される２つの部分（３２，３４）で形成される、請求項１記載の火炎伝ぱ管。
【請求項３】
前記２つの部分が雄部（３４）と雌部（３２）を含み、該雄部が前記中間部で該雌部にはめ込み式に受入られる、請求項２記載の火炎伝ぱ管。
【請求項４】
前記パージ空気孔（４８）が前記雄部（３４）に設けられている、請求項３記載の火炎伝ぱ管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はガスタービン燃焼器に関し、特に、複数の燃焼室、或は、「缶」、がガスタービンの軸中心線の周りの円周上に配列された構成に於いて隣接する燃焼室間に延在する独特な形状の火炎伝ぱ管（クロスファイ・チューブ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人によって製造されるガスタービンは所謂「カンニュラ」設計によるもので、これには、１０、１４、或は、１８個の燃焼室、或は、缶がガスタービンの軸中心線の周りの円周上に配列される。隣接する缶の間の火炎伝ぱ管の接続を除いて、燃焼缶は互いに隔離されている。これらの管の名前がその作用、即ち、点火期間に或缶から次の缶への火炎の横断を意味する。現在のガスタービンの設計では、２個の缶に点火装置（点火プラグ）を組込み、他の缶は隣接する点火された缶から火炎伝ぱ管を通り抜ける火炎によって点火される。更に、本出願人によって製造される現在の乾式低ＮＯx ガスタービンに於いて、予混合モードから希薄−希薄モードへの移行期間に、火炎伝ぱ管は燃焼缶の点火された予混合領域から未点火の予混合領域へ火炎を通過させなければならない。予混合モードでは、火炎伝ぱ管によって接続された燃焼器の領域には火炎がなく、その領域は燃料と空気を予混合するのに使われ、希薄−希薄モードではその同じ領域に火炎がある。予混合域の点火期間であろうと、再点火期間であろうと、火炎伝ぱ管の具体的な作用は、隣接する燃焼缶からの火炎を単に通過させることである。この作用が生じるのは、普通、約数秒である。ガスタービン動作の他の期間では、火炎伝ぱ管は特別な作用をしない。
【０００３】
火炎伝ぱ管が使用されていないときは、それらは、隣接する缶からの燃焼による高温ガス或は予混合域の未燃焼燃料の望ましくない通過に抵抗しなければならない。室と室との圧力差によるこの連続する横断流は、燃焼機器の幾何学的な僅かな差、各室への燃料の不均等な分布、ガスタービン第一段ノズル通路の面積にばらつき、等に起因する。高温ガスの連続する横断流は、金属を融点まで加熱するために、燃焼ライナ或は火炎伝ぱ管を永久的に破壊する。この横断流から保護するために、ライナ及び火炎伝ぱ管に対して何らかの冷却が行われるが、高レベルの横断流に於いて保護するほど強いものではない。或缶から次の缶への未燃焼燃料の通過は、受取る方の缶内に、付加的な燃料が燃焼器を突抜ける燃料線を生じる状態を発生する。この付加的な燃料の燃焼による高温線は燃焼構成部材の局所的な加熱を生じ、或は、予混合モードで、火炎が燃料線と上流へ伝播し、逆火現象が生じる状態を引起こすかもしれない。逆火現象は予混合モード運転期間の予混合域の早すぎる望ましくない再点火であり、これは予混合モードからの一時的な移行によりＮＯx 排出が桁の大きさで増加する。
【０００４】
油燃料を用いて予混合モードで乾式低ＮＯx を運転する特定の要件は、油を火炎伝ぱ管に吸込ませさないことである。設計により保護がなされなければ、点火の火炎伝播をするため火炎伝ぱ管の両端が燃料ノズルに近接して配置されるので、この現象が起る可能性が高い。十分な時間が与えられると、ガスタービン運転に普通用いられる第２燃料油は４００乃至５００°Ｆより上の温度で自動点火する。基準の動作温度は６００°Ｆより上であり、もしも実際に油が火炎伝ぱ管内にあると、自動点火するか、高温ガスの横断流によって燃焼するまで、そこに留まる。
【０００５】
本発明前は、火炎伝ぱ管の構造は、第１に述べた問題、即ち、高温ガス及び／又は未燃焼燃料の横断流を処理するように設計された。しかし、空気パージ流の計算機流体動力学（ＣＦＤ：ｃｏｍｐｕｔｅｒ  ｆｌｕｉｄ  ｄｙｎａｍｉｃ）モデルは、管を通る横断流を阻止するのは効果がないことを示している。従来のやり方では、管の壁にドリル加工された４個の等間隔の対抗する穴を有するそれぞれの端から管にパージ流は導入される。管に入るパージ流によって生じる複数の空気ジェットは、パージ空気が長軸の両方向に流れるように、管軸中心線で合流する。横断流に対する主な抵抗は管中心線に沿って生じ、管壁に向って減少することが分かった。パージ空気流のこのようなパターンで、高温ガス或は未燃焼燃料は、空気ジェット自身とは一致しない領域を通して管壁に沿って空気パージ・ジェットを迂回する可能性がある。したがって、冷却流が管の両端に存在していても、流れる状態が存在する可能性があり、室間の圧力差によって、室から室へガスの連続流が存在する。
【０００６】
【発明の目的】
本発明の目的は次の通りである。
１．火炎伝ぱ管によってつながれた燃焼室間の高温燃焼ガス或は未燃焼燃料の連続した横断流に対する改良した抵抗を提供すること。
２．火炎伝ぱ管通路内への燃料油の吸込みをなくすこと。
【０００７】
３．機械の点火期間中、火炎伝ぱ管によってつながれた一方の室から他方の室へ燃焼火炎を通す手段を提供すること。
４．ＧＥ式乾式低ＮＯx1燃焼システムに於いて、予混合モードから希薄−希薄動作モードへの普通の機械移行期間中に火炎伝ぱ管によってつながれた一方の室から他方の室へ燃焼火炎を通す手段を提供すること。
【０００８】
５．ＧＥ式乾式低ＮＯx1燃焼システムの燃焼器予混合域への自動点火或は燃焼炎逆火の場合に、火炎伝ぱ管によってつながれた一方の室から他方の室へ燃焼火炎を通す手段を提供すること。
【０００９】
【発明の概要】
本発明の特徴は、管の中間部でパージ空気を導入することに関し、管の中間部から管の両端へ狭まっていくテーパを含む管の再設計に関する。特に管の外側端の面積が狭まっていくテーパは、管の両端で全断面をパージ空気で埋まるようにパージ空気を加速し、且つ、管壁に向わされる。したがって、管両端で一様な高速流が生じ、これにより、油の吸込み及び室間の横断流を抑制する。
【００１０】
したがって、広い観点では、本発明はガスタービンの隣接する燃焼器を接続する火炎伝ぱ管に関し、火炎伝ぱ管は両開放端を有する中空管状体を含み、中空管状体は略円形断面形状であり、管の中間部で最大直径を有し、開放端のより小さい直径に向って両方向にテーパが付けられている。
別の観点では、本発明はガスタービンの隣接する燃焼器を接続する火炎伝ぱ管に関し、火炎伝ぱ管はその両開放端を有する中空管状体を含み、中空管状体は略円形断面形状であり、管の中間部で最大直径を有し、更に、中間部に設けられ複数のパージ孔を含む。
【００１１】
本発明の別の目的及び利点は次の詳細な説明から明らかになる。
【００１２】
【本発明を実施する最適例】
最初に図１をみると、従来の設計による火炎伝ぱ管１０は略円筒形の雄部１２及び略円筒形の雌部１４を含み、雌部は雄部１２をはめ込み式に受入れ、適当な手段によってその部分に固定する拡大端１６を有している。火炎伝ぱ管の内部は略一様な直径の内壁２０、２０′によって特徴づけられている。複数の空気パージ孔２２、２４がそれぞれの雄部１２及び雌部１４のそれぞれの燃焼缶ライナー２６、２８に近接した領域にドリル加工されている。この従来の火炎伝ぱ管の設計による問題は上述したので、ここでは繰返さない。
【００１３】
図２をみると、本発明の実施例による火炎伝ぱ管は、雌部３２及び雄部３４を有する管状体３０を含んでいる。雌部３２は一端に直径拡大部３６を有していて、管状体の中間部で雄部３４の対応する一端３８を受けるようにされている。管の直径が最大のはめ込み継手の領域で、雄部の内径は約２インチである。管中間部にある結合領域の両側で火炎伝ぱ管の両部分の直径は両端のより小さい直径である１インチに向って一様にテーパが付けられ、小さい直径の両端はそれぞれ継手４４、４６（継手自体は本発明の部分を構成しない）によって隣接缶４０、４２に接続されている。管の全体の長さは約１５インチである。雄部と雌部の界面における形状は、即ち、直径は変化し、僅かに中間部で非対称であるが、下記の理由により管の動作には重要な影響を与えない。テーパの程度及び一様性は比較的重要な要素であるが、ここでの具体的な寸法は例示であって、必ずしも必要とされているものではないことを了解されたい。
【００１４】
火炎伝ぱ管組立体の雄部３４は、管の長さ方向中間点の近く、即ち、雌部３６の自由端の近くで、管壁をドリル加工で貫通した等間隔で特定の直径（０．２９インチ）の多数の（実施例では６個）空気パージ孔４８を有している。パージ孔の直径はガスタービンの特定の用途に依存する。したがって、テーパを付けた火炎伝ぱ管の設計の寸法上の重要な特徴は管の中間部の空気パージ孔の位置であり、空気パージ孔の直径であり、且つ、中間部から管端までのテーパの程度である。
【００１５】
図示のように、火炎伝ぱ管組立体は圧力保持容器５０によって囲まれていて、この圧力保持容器は圧縮機排出ケーシングの外部の円筒形管である。他の用途では、火炎伝ぱ管を圧縮機排出ケーシング内に含ませることができる。圧縮機排出ケーシング５０又は燃焼流スリーブとライナーよって形成される環体内から、空気は火炎伝ぱ管の空気パージ孔４８に移送される。空気パージ孔４８を通って流れるとき、形成される複数のジェット流は合体し、従来の火炎伝ぱ管の設計の流れの特性と同様に両長さ方向（図２において流の矢印）に向きを転ずる。しかし、本発明では空気パージ流が管の両端に向って外方に向けれるとき、テーパを付けた両半部分３２、３４は空気パージ流を加速させ、管壁に向って移動させる。管の両端では、空気パージ流は分布が一様になり、且つ、一定直径（円筒状）管であるよりも更に高速になる。この流れの特徴は油が管に入るのを妨げるのに必要な空気の運動量を発生する。更に、この特徴は、高温ガス及び未燃焼燃料の連続した横断流を阻止するのに際し従来の管の設計より効果的である。空気流が流路の最後の約半分（両方向に於いて）に達するまで空気流は管壁に十分に接触しないから、中間部の構造的不連続性は、管の動作に害にならない。
【００１６】
要約すると、本発明の独特な特徴は、（１）管の中間部でパージ空気を導入する、（２）管のほぼ中間部から両方向外方に内部断面にテーパを付けて、管の両端で狭くし、そこで隣接する燃焼ライナーに結合する。従って、本発明は、火炎伝ぱ管で結合された一燃焼室から他の燃焼室への高温燃焼ガス或は未燃焼燃料の横断流をより効果的に阻止し、且つ、ＧＥ式乾式低ＮＯx1燃焼器における予混合油動作期間に火炎伝ぱ管内へ油燃料が吸込まれるのをなくすために、空気で火炎伝ぱ管をパージする新しい方法を提供する。
【００１７】
以上、本発明の最も実際的且つ好適実施例と現在考えられるものについて説明したが、本発明は開示した実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲にの思想及びその範囲に含まれる様々な改変と均等な構成が包含されることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術の設計による火炎伝ぱ管の断面図である。
【図２】隣接燃焼ライナー間に装着された、本発明による火炎伝ぱ管の一部断面の側面図である。
【符号の説明】
３０  管状体
３２  雌部
３４  雄部
４８  空気パージ孔
【図１】
0004166317.tif 000002
【図２】
0004166317.tif 000003