(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機によって圧縮された空気と燃料とを反応させて燃焼させ、発生した燃焼ガスを燃焼筒を通じてタービンに導入する燃焼器であって、
断面が略矩形をなす前記燃焼筒のある側面に、該ある側面のほぼ全幅にわたって延在する補強リブが設けられており、かつ、前記補強リブが前記燃焼筒を座に固定するガセット部と一体に形成されていることを特徴とする燃焼器。
【請求項２】
圧縮機によって圧縮された空気と燃料とを反応させて燃焼させ、発生した燃焼ガスを燃焼筒を通じてタービンに導入する燃焼器であって、
断面が略矩形をなす前記燃焼筒のある側面に、該ある側面のほぼ全幅にわたって延在する補強リブが設けられ、
前記補強リブが前記燃焼筒を座に固定するガセット部と一体に形成され、
前記補強リブに、前記ある側面の幅方向の全幅に渡り延在する肉薄部が形成されていることを特徴とする燃焼器。
【請求項３】
前記補強リブが、前記座との間に隙間を空けて設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の燃焼器。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の燃焼器を備えることを特徴とするガスタービン。
【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を構成する燃焼筒の補強構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンは、圧縮機、燃焼器およびタービンを主要な構成要素として備えており、圧縮機において空気を圧縮し、圧縮された空気を燃焼器において燃料と反応させて燃焼させ、発生した燃焼ガスの熱や運動エネルギーを取り出して様々な用途に利用するとともに、燃焼ガスによってタービンを回転させ、得られた回転エネルギーをロータを介して圧縮機に伝達して駆動するしくみとなっている。
【０００３】
ガスタービンの燃焼器には、燃焼ガスを後方に位置するタービンに導く燃焼筒が設けられているが、燃焼筒は常に高いエネルギーを秘めた燃焼ガスを導通するためにあらゆる方向に強いストレスを受けることになる。そこで、従来の燃焼器においては、燃焼筒の後端をガスタービンの車室に固定してこれに対抗している。
【０００４】
図５には従来の燃焼器後端の固定構造を示す。図において、符号１００は燃焼筒の後部を構成する尾筒、１０１はガスタービンの車室、１０２はタービンのシュラウド、１０３は尾筒１００とシュラウド１０２との間に介在して尾筒１００と車室１０１との間を封止するシール部である。尾筒１００の後端には、車室１０１の一部である燃焼筒の固定座１０１ａに固定されるガセット部１０４が尾筒１００と一体となって設けられている。図６は尾筒１００の後端を後方から平面視した図である。図に示すように、尾筒１００後端の開口１０５はシュラウド１０２の曲率に合わせてわずかに湾曲した略矩形をなしており、開口１０５の周囲にはシール部１０３に掛合するフランジ１０６が設けられている。ガセット部１０４はフランジ１０６より僅かに前方にあって尾筒１００の外側の側面から外方に張り出している。ガセット部１０４は長方形の舌片状をなし、その幅は開口１０５の幅よりも明らかに狭くなっている。また、ガセット部１０４には、固定用のネジを通す穴１０７が形成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような構造の燃焼器においては、ガスタービンを作動させたとき、燃焼筒を流通する燃焼ガスによって尾筒１００に特殊な振動が生じ、この振動を原因としてガセット部１０４が破損することが問題となっている。ここで尾筒１００に生じる振動とは、図７に示すように、タービンの半径方向に離間して向かい合う尾筒１００の２つの側壁１００ａ，１００ｂと、これら２つの側壁間に在ってタービンの周方向に離間する２つの側壁１００ｃ，１００ｄとが、燃焼器に生じる振動を原因として尾筒１００の内外に振動することをいう。より詳細には、燃焼器に生じる振動により、側壁１００ａ，１００ｂが同時に尾筒１００の内側に凹むように変形するとともに、側壁１００ｃ，１００ｄが同時に尾筒１００の外側に膨らむように変形し、次の瞬間には側壁１００ａ，１００ｂが同時に尾筒１００の外側に膨らむように変形するとともに、側壁１００ｃ，１００ｄが同時に尾筒１００の内側に凹むように変形するといった現象を周期的に繰り返すのである。
【０００６】
尾筒１００がこうした振動を繰り返すと、車室１０１に固定されているガセット部１０４に大きな負担がかかることは容易に想像され、実際にはガセット部１０４そのものや、ガセット部１０４と尾筒１００との溶接部分にクラック（ひび割れ）等の損傷が生じる可能性が指摘されている。
【０００７】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、燃焼筒を補強しガセット部やその周辺における損傷の発生を防止して燃焼筒の耐久性を向上させることを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための手段として、次のような構成の燃焼器およびガスタービンを採用する。すなわち本発明に係る請求項１記載の燃焼器は、圧縮機によって圧縮された空気と燃料とを反応させて燃焼させ、発生した燃焼ガスを燃焼筒を通じてタービンに導入する燃焼器であって、断面が略矩形をなす前記燃焼筒のある側面に、該ある側面のほぼ全幅にわたって延在する補強リブが設けられており、かつ、前記補強リブが前記燃焼筒を座に固定するガセット部と一体に形成されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明においては、燃焼筒のある側面に、そのほぼ全幅にわたって補強リブを延在させることにより、補強リブを設けられた側壁が強度を高めて燃焼筒の内外への変形が規制される。これにより、破損の原因である図７のような側壁の振動が防止される。
また、本発明においては、補強リブをガセット部と一体に形成することによりガセット部が補強されて耐久性が向上する。また、両者を一体化することにより製造工数が削減されて加工性が高まる。
【００１０】
請求項２記載の燃焼器は、圧縮機によって圧縮された空気と燃料とを反応させて燃焼させ、発生した燃焼ガスを燃焼筒を通じてタービンに導入する燃焼器であって、断面が略矩形をなす前記燃焼筒のある側面に、該ある側面のほぼ全幅にわたって延在する補強リブが設けられ、前記補強リブが前記燃焼筒を座に固定するガセット部と一体に形成され、前記補強リブに、前記ある側面の幅方向の全幅に渡り延在する肉薄部が形成されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明においては、燃焼筒のある側面に、そのほぼ全幅にわたって補強リブを延在させることにより、補強リブを設けられた側壁が強度を高めて燃焼筒の内外への変形が規制される。これにより、破損の原因である図７のような側壁の振動が防止される。
また、本発明においては、補強リブをガセット部と一体に形成することによりガセット部が補強されて耐久性が向上する。また、両者を一体化することにより製造工数が削減されて加工性が高まる。
さらに、燃焼筒は、ガスタービンの負荷変動により前後方向にも力を受ける。そこで本発明においては、補強リブに肉薄部を形成することにより、補強リブと一体となったガセット部に柔軟性が与えられ、負荷変動による燃焼筒の変位が吸収されるのでガセット部や補強リブの破損が防止される。
【００１２】
請求項３記載の燃焼器は、請求項１または２に記載の燃焼器において、前記補強リブが、前記座との間に隙間を空けて設けられていることを特徴とする。
【００１３】
図７のような振動を防止しても、細かな周期で燃焼筒全体を震わす微振動は残る。そこで本発明においては、燃焼筒を固定する座と補強リブとの間に隙間を空けることにより、補強リブが微振動により座面を叩いて破損するといった現象が防止される。
【００１４】
請求項４記載のガスタービンは、請求項１ないし３のいずれか記載の燃焼器を備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明においては、燃焼筒の破損の原因である図７のような側壁の振動が防止されるので、燃焼筒の耐久性が向上する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明に係る実施形態を図１ないし図４に示して説明する。
図１はガスタービンを構成する燃焼器の断面図である。図において符号１は燃焼器、２は車室、３はパイロットノズル、４はメインノズル、５は燃焼筒、６はバイパス管、７はバイパス弁である。メインノズル４は、パイロットノズル３を取り囲むように複数（例えば８本）設けられている。燃焼筒５は、ノズル２，３から供給された燃料と空気とを反応させて燃焼させる部位であり、燃料と空気とを燃焼させる内筒５ａと、燃焼ガスの流速を速めて後段のタービンに導入する尾筒５ｂとに分けられる。バイパス管６はガスタービンの負荷変動により燃焼筒５内の空気が不足する状態になった場合にバイパス弁７を開くことで車室２内の空気を燃焼筒５内に導入する流路となる。
【００１７】
同図において、符号８はタービンの静翼、９は同じくタービンの動翼、１０は静翼８の外側シュラウド、１１は同じく静翼の内側シュラウド、１２は尾筒５ｂと内外のシュラウド１０，１１との間に介在して燃焼筒５と車室２との間を封止するシール部である。
【００１８】
図２には従来の燃焼筒後端の固定構造を示す。尾筒５ｂの後端にはシール部１２と連結されるフランジ１３が周囲に張り出すように設けられている。また、同じく尾筒５ｂの後端には、尾筒５ｂを車室２の一部である固定座２ａに固定するためのガセットプレート１４が、フランジ１３に隣接して尾筒５ｂと一体に設けられている。
【００１９】
図３は尾筒５ｂの後端を後方から平面視した図である。図に示すように、尾筒５ｂ後端の開口１５はシュラウド１０，１１の曲率に合わせてわずかに湾曲した略矩形をなしており、フランジ１３は開口１５の周囲に設けられている。
【００２０】
ガセット部１４はフランジ１３より僅かに前方（燃焼ガスの上流側）にあって尾筒５ｂの外側の側面から外方に張り出している。ガセット部１４は、尾筒５ｂの外側の側面５ｃに、そのほぼ全幅にわたって形成されており、単に固定座２ａに対する尾筒５ｂの固定継ぎ手の働きをするだけではなく、側面５ｃを含む側壁の変形を防止する補強リブとしての働きを担っている。
【００２１】
ガセット部１４は、平面視すると本来のガセットとしての働きをする部分と、補強リブの部分とが重なった形状であることがわかる。ガセット部１４の幅方向の中央には、固定座２ａに接する当接部１４ａが設けられ、その両側には補強リブとしての働きをする張出部１４ｂが設けられている。
【００２２】
図４に示すように、当接部１４ａは固定座２ａ側に若干盛り上がって肉厚に形成されており、この部分が固定座２ａに当接することで、補強部１４ｂと固定座２ａとの間には隙間１６が設けられる。また、当接部１４ａには、固定用のネジを通す穴１７が形成されており、尾筒５ｂはこの穴１７に図示しないネジを通して固定座２ａに螺着することで車室２に固定される。
【００２３】
ガセット部１４には、側面５ｃの幅方向に延在する肉薄部１８が形成されている。肉薄部１８は、ガセット部１４の一方の側面に全幅にわたって形成したＵ溝１４ｃによって構成されている。
【００２４】
上記のように構成された燃焼器１を備えるガスタービンが作動し、燃焼筒５の内側を燃焼ガスが高速で流れるようになると、様々な要因によって燃焼筒に複雑な振動が発生する。このとき、補強リブとしての働きを備えるガセット部により、尾筒５ｂの側壁が強度を高めて尾筒５ｂの内外への変形が規制される。これにより、破損の原因である図７のような側壁の振動が防止される。
【００２５】
また、補強リブとしての働きをする張出部１４ｂと固定座２ａとの間に隙間１６を設けたことにより、張出部１４ｂが微振動しても固定座２ａの座面を叩いて破損するといった現象が防止される。
【００２６】
さらに、ガセット部１４に設けた肉薄部１８により、補強リブと一体のガセット部１４自体に柔軟性が与えられ、負荷変動による燃焼筒５の変位が吸収されてガセット部１４の破損が防止される。
【００２７】
本実施形態においては、ガセット部１４と補強リブとを一体に構成した。これは、加工性を高めるうえで有効であるが、尾筒５ｂの振動を防止する目的からすれば、両者を一体ではなく別々に構成してもよい。両者を別々に構成しても、補強リブが尾筒の振動を防止すれば、従来型のガセット部であっても破損が防止されるからである。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、燃焼筒のある側面に、そのほぼ全幅にわたって補強リブを延在させることにより、補強リブを設けられた側壁が強度を高めて燃焼筒の内外への変形が規制され、破損の原因である側壁の特殊な振動が防止されるので、ガセット部およびその周辺の燃焼筒の耐久性が向上する。
【００２９】
本発明によれば、補強リブをガセット部と一体に形成することによりガセット部が補強されるので、燃焼筒の耐久性がさらに向上する。また、両者を一体化することにより製造工数が削減されて加工性が高まる。
【００３０】
本発明によれば、燃焼筒を固定する座と補強リブとの間に隙間を空けることにより、補強リブが微振動により座面を叩いて破損するといった現象が防止されるので、燃焼筒の微振動に対する耐久性も向上する。
【００３１】
本発明によれば、補強リブに肉薄部を形成することにより、補強リブと一体となったガセット部に柔軟性が与えられ、負荷変動による燃焼筒の変位が吸収され、ガセット部や補強リブの破損が防止されるので、耐久性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る燃焼器の実施形態を示す断面図である。
【図２】  燃焼筒と固定座と接続構造を示す断面図である。
【図３】  図２におけるIII-III線矢視断面図である。
【図４】  図３におけるIV-IV線矢視断面図である。
【図５】  従来の燃焼器における燃焼筒と固定座と接続構造を示す断面図である。
【図６】  図５におけるVI-VI線矢視断面図である。
【図７】  尾筒の後端に生じる振動を模式的に示した状態説明図である。
【符号の説明】
１    燃焼器
２ａ  固定座
５    燃焼筒
５ｂ  尾筒
１４  ガセット部
１６  隙間
１８  肉薄部
【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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