(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
截頭円錐形端部（１２０）によって予混合室（１１４）の出口に接続された円筒形構造体を含み、前記予混合室（１１４）が、燃焼室（１１０）の内筒（１１２）と外壁（１１８）との間に設置された空洞（１１６）によって案内される空気を供給され、該空気が、燃焼生成物の流れと反対方向に循環する形式の、汚染物質低排出のガスタービンの燃焼室（１１０）用の改良された内筒すなわちライナ（１１２）であって、
該内筒（１１２）は、環状チャンバ（１３８）を形成する円筒形ケーシング（１３６）によって取り囲まれている、第１の円筒形領域（１２２）と、円筒形ケーシング（１３６）によって取り囲まれていない、開口（１２８）の組を有する第２の円筒形領域（１２６）とを備え、
前記第１の円筒形領域（１２２）の円筒形部分の前記截頭円錐形端部（１２０）に近接する第１の部分内に、開口（１３４）の組が存在し、
前記第１の円筒形領域（１２２）の円筒形部分の前記截頭円錐形端部（１２０）と反対側の第２の部分内には開口（１３４）が設けられておらず、
インピンジメント冷却孔（１４２）の組が、前記第１の部分に対応する前記ケーシング（１３６）の部分に形成されており、
前記環状チャンバ（１３８）内において、環状形状の隔離部材（１４４）が、前記第１の部分と第２の部分との間に設けられている
ことを特徴とする改良された内筒（１１２）。
【請求項２】
前記円筒形領域（１２２）の前記開口（１３４）が、正方形網の交点に位置決めされた孔（１３４）であることを特徴とする、請求項１に記載の改良された内筒（１１２）。
【請求項３】
前記円筒形ケーシング（１３６）が、該円筒形ケーシングを前記第１の円筒形領域（１２２）に接続する環状接合部（１４０）をその両端部に有し、前記環状チャンバ（１３８）を封鎖していることを特徴とする、請求項１又は２に記載の改良された内筒（１１２）。
【請求項４】
前記インピンジメント冷却孔（１４２）が、正方形網の交点上に位置決めされた孔であることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の改良された内筒（１１２）。
【請求項５】
前記ケーシング（１３６）内の前記インピンジメント冷却孔（１４２）の網が、前記第１の円筒形領域（１２２）の前記開口（１３４）の網と同一であることを特徴とする、請求項４に記載の改良された内筒（１１２）。
【請求項６】
前記ケーシング（１３６）内の前記インピンジメント冷却孔（１４２）が、前記第１の円筒形領域(１２２)内の前記開口（１３４）よりも小さく、かつ該開口（１３４）に対して位置をずらして配列されていることを特徴とする、請求項５に記載の改良された内筒（１１２）。
【請求項７】
前記隔離部材（１４４）が、該隔離部材よって形成された前記環状チャンバ（１３８）の２つの部分を接続するための少なくとも１つのオリフィス（１４６）を有することを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の改良された内筒（１１２）。
【請求項８】
小孔（１４８）の円周方向の組が、前記環状接合部（１４０）の近傍において、前記第２の円筒形領域（１２６）内に形成されていることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の改良された内筒（１１２）。
【請求項９】
前記第２の円筒形領域（１２６）が、前記第１の円筒形領域（１２２）よりも長いことを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の改良された内筒（１１２）。
【請求項１０】
軸流圧縮機によって加圧された空気が、前記空洞（１１６）を通って流れることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の改良された内筒（１１２）。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、汚染物質低排出のガスタービンの燃焼室用の改良された内筒すなわち「ライナ」に関する。
【０００２】
【従来の技術】
公知のように、ガスタービンは、圧縮機及び１つ又はそれ以上の段を備えるタービンからなる機械であり、その中では、これらの構成部品が回転シャフトにより相互接続され、また燃焼室が圧縮機とタービンの間に設けられている。
【０００３】
外部環境からの空気が圧縮機に供給されて、そこで空気は加圧される。
【０００４】
加圧された空気は、収束部分において終端するダクトを通って流れ、インジェクタの組がこの収束部分内に燃料を供給し、この燃料が空気と混合されて、燃焼用の燃料空気混合気を形成する。
【０００５】
従って、燃焼に必要とされる燃料は、加圧回路から供給されて１つ又はそれ以上のインジェクタにより燃焼室内に導入され、燃焼過程は、ガスの温度及びエンタルピーの増大を生じるように設計されている。
【０００６】
混合ダクトの近傍にパイロットフレームを生成するための並列燃料供給システムが、一般的にフレームの安定特性を向上させるために設けられる。
【０００７】
最後に、高温かつ高圧のガスが、適当なダクトを通してタービンの様々な段に到達するように流され、これらタービンの様々な段が、ガスのエンタルピーをユーザが利用できる機械的エネルギーに変換する。
【０００８】
ガスタービン用の燃焼室の設計において考慮すべき主な点は、フレーム安定性及び過剰空気の制御であり、その目標は燃焼にとって理想的な状態を確立することであることはよく知られている。
【０００９】
ガスタービンの燃焼室の設計に影響を及ぼす第２の要素は、燃焼室のドームのできるだけ近くで燃焼を起こさせるようにすることである。
【００１０】
より具体的には、先行技術は、燃焼室内での内筒すなわち「ライナ」の使用を提案しており、この内筒は２つの主要な機能を有する。
【００１１】
第一に、フレームは内筒内に収容されるから、過熱を避けるために燃焼室の外壁との接触が防止される。
【００１２】
第二に、内筒は燃焼生成物の流れを減速させかつ拡散させて、フレームの消滅を防止する。
【００１３】
更に極めて一般的には、燃焼室はその上流に予混合室を有しており、燃焼室の外壁を冷却するために使用された空気は、この予混合室内で燃料と混合される。
【００１４】
内筒の周りに空洞を形成するのが好都合である。
【００１５】
この空洞は、燃焼室を出る燃焼生成物の流れとは反対方向に循環する加圧空気を運ぶ。
【００１６】
上に述べたように、この空気は、予混合室内で燃料と混合される燃焼空気として使用され、また燃焼室と燃焼生成物の両方を冷却するための冷却空気として使用される。
【００１７】
タービンのあらゆる負荷レベルにおいて窒素酸化物である汚染物質の排出の低減を達成するために、燃焼空気は、空洞から内筒の外側を通り、予混合室の外面内の開口を介して予混合室に流され、また該燃焼空気は、絞られることができる。
【００１８】
この絞りは、燃焼空気と燃料との比率が最適値において一定に保たれるように、使用燃料の量の関数として適用される。
【００１９】
先行技術においては、内筒は、燃焼室の実際の燃焼領域すなわちメーンフレーム領域内において、予混合室に接続された截頭円錐（尖部を切り落とした円錐）形端部の出口に配置される。
【００２０】
例えば軸流圧縮機によって加圧され、燃焼室から出る燃焼生成物の流れと反対方向に循環する冷却空気は、燃焼室の内筒と外壁との間を流れる。
【００２１】
内筒は、截頭円錐形端部によって予混合室に接続されており、本質的に２つの異なる領域を含む円筒形構造体を有する。
【００２２】
メーンフレームの周りに設置される第１の領域は、開口を持たない円筒形ケーシングを含み、他方、より長い第２の領域は、開口又は孔の組と該領域の壁に平行な方向にそれらを通して空気を案内するための流路とを有する。
【００２３】
更に、截頭円錐形端部の周りには空洞が形成され、この空洞の外面は、空気を導入するための多数の小孔を有する。
【００２４】
従って、これらの孔を通過する加圧空気は、第１の領域の外面に向けられた多数の空気ドラフトを形成し、本質的に対流によって冷却を与える。
【００２５】
第１の領域内には開口は存在しない。このことは、流入空気が、汚染物質排出の問題を引き起こすことになる不完全燃焼を生じることを防止する。
【００２６】
しかしながら、第２の領域においては、冷却空気の完全燃焼に対する影響はそれ程重大ではなく、従って壁は多数の開口を有し、壁の内側を通過して該壁を冷却する空気の流れを作り出す。
【特許文献１】
米国特許公開第２００３/００１４９７５号
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、第１の領域内におけるその冷却能力を増大させるように、上述した内筒を改良することである。
【００２８】
汚染物質の排出を最小限度にまで減少させながら、直ぐ下において述べるような満足な燃焼に対するその他の要求を満たすことを主たる目標として、この特性を改善することは特に望ましい。
【００２９】
従って、本発明の別の目的は、良好なフレーム安定性も得られる、汚染物質低排出のガスタービンの燃焼室用の改良された内筒すなわち「ライナ」を提供することでなければならない。
【００３０】
本発明の更に別の目的は、燃焼室における圧力振動を低減させ、従って音響制振装置として作用する、汚染物質低排出のガスタービンの燃焼室用の改良された内筒すなわち「ライナ」を提供することである。
【００３１】
本発明の更に別の目的は、高い燃焼効率を保証する、汚染物質低排出のガスタービンの燃焼室用の改良された内筒すなわち「ライナ」を提供することである。
【００３２】
本発明の更に別の目的は、高温に曝される構成部品の平均寿命を増大させることができる、汚染物質低排出のガスタービンの燃焼室用の改良された内筒すなわち「ライナ」を提供することである。
【００３３】
本発明の更に別の目的は、特に信頼性が高く、単純かつ機能的であり、また製造及び保守コストが比較的低い、汚染物質低排出のガスタービンの燃焼室用の改良された内筒すなわち「ライナ」を提供することである。
【００３４】
【課題を解決するための手段】
本発明のこれら及びその他の目的は、請求項１に記載したように汚染物質低排出のガスタービンの燃焼室用の改良された内筒すなわち「ライナ」を作製することによって達成される。
【００３５】
その他の特徴は、後続の請求項に特定されている。
【００３６】
有利なことには、本発明による汚染物質低排出のガスタービンの燃焼室用の改良された内筒すなわち「ライナ」は、先行技術において公知であり、従って既に据え付けられている燃焼室内で容易に置き換え可能である。
【００３７】
【発明の実施の形態】
本発明による汚染物質低排出のガスタービンの燃焼室用の改良された内筒すなわち「ライナ」の特徴と利点は、実例によって限定する意図ではなく添付の概略図面を参照してなされる以下の説明により一層明らかになるであろう。
【００３８】
図１を参照すると、全体を符号１０で表したガスタービンの燃焼室が示されており、この燃焼室内には先行技術による内筒すなわち「ライナ」１２が設置されている。
【００３９】
内筒１２の上流には、予混合室１４が設けられ、該予混合室１４には、燃焼室１０の内筒１２と外壁１８との間に設置された空洞１６によって案内される燃焼空気が供給される。
【００４０】
内筒１２は、前記燃焼室１０の実際の燃焼領域すなわちメーンフレーム領域内において、予混合室１４に接続された截頭円錐（尖部を切り落とした円錐）形端部２０の出口に設置される。
【００４１】
図には示していない軸流圧縮機によって加圧された冷却空気は、燃焼室１０の内筒１２と外壁１８との間を、燃焼室１０から出る燃焼生成物の流れと反対方向に流れる。
【００４２】
内筒１２は、本質的に２つの異なる領域を含む円筒形構造体を有する。
【００４３】
メーンフレームの周りに設置された第１の円筒形領域２２は、開口を持たない円筒形ケーシング２４を含み、他方、より長い第２の円筒形領域２６は、開口又は孔２８の組を有する。
【００４４】
更に、截頭円錐形端部２０の周りには空洞３０が形成され、この空洞の外面３２は、空気を導入するための多数の小孔を有する。
【００４５】
従って、これらの孔を通過する加圧空気は、截頭円錐形端部２０に向けられた多数の空気ドラフトを形成し、本質的に対流によって冷却を与える。
【００４６】
他方、第２の領域２６においては、空気が孔２８を通過することによって生じる、壁の内側に隣接した空気の層によって、本質的に冷却が行なわれる。
【００４７】
図２及び図３は、全体を符号１１０で表したガスタービンの燃焼室を示しており、この燃焼室内には、本発明による内筒すなわち「ライナ」１１２が設置されている。これら両図においては、先行技術に関連した図１に示す構成要素と同一及び／又は等価な構成要素は、同じ参照符号に１００を付け加えた符号を有する。
【００４８】
図示した例においては、予混合室１１４は内筒１１２の上流に設けられ、燃焼室１１０の内筒１１２と外壁１１８との間に設置された空洞１１６によって案内される燃焼空気を供給される。
【００４９】
内筒１１２は、前記燃焼室１１０の実際の燃焼領域すなわちメーンフレーム領域内において、予混合室１１４に接続された截頭円錐形端部１２０の出口に設置される。
【００５０】
図には示していない軸流圧縮機によって加圧され、燃焼室１１０から出る燃焼生成物の流れと反対方向に循環する冷却空気は、燃焼室１１０の内筒１１２と外壁１１８との間を流れる。
【００５１】
内筒１１２は、本質的に２つの異なる領域を含む円筒形構造体を有する。
【００５２】
メーンフレームの周りに設置された第１の円筒形領域１２２は、開口を持たない円筒形ケーシングを含み、他方、より長く先行技術の第２の円筒形領域と同様な第２の円筒形領域１２６は、燃焼生成物を案内しかつ開口又は孔１２８の組を有する。
【００５３】
第１の円筒形領域１２２は、例えば正方形網の交点に位置決めされかつ截頭円錐形端部１２０に近接する区域内に形成された開口又は孔１３４の組を有する。
【００５４】
この領域１２２は、円筒形ケーシング１３６によって封鎖され、この円筒形ケーシングは、環状チャンバ１３８のための空間を残して領域１２２を取り囲む。
【００５５】
ケーシング１３６は、該ケーシングを第１の円筒形領域１２２に接続する環状接合部１４０をその両端部に有し、環状チャンバ１３８を封鎖している。
【００５６】
これらの環状接合部１４０は、例えば内筒１１２の軸線に対して傾斜した成形部を第１の円筒形領域１２２に熔接することによって作られる。
【００５７】
例えば円筒形領域１２２の孔１３４の正方形網の交点と同一の正方形網の交点に位置決めされた開口又は孔１４２の組が、ケーシング１３６内に形成される。
【００５８】
ケーシング１３６内のこれらの孔１４２は、円筒形領域１２２内の孔１３４よりも小さくかつこれらの孔１３４に対して位置をずらして配列するが好都合である。
【００５９】
第１の円筒形領域１２２はまた、開口を持たない部分を有しており、この部分は截頭円錐形端部１２０と反対側の領域内に設置される。
【００６０】
環状チャンバ１３８内において、環状形状の隔離部材１４４が、孔１３４を有する領域１２２の部分と開口を持たない部分との間に設けられる。
【００６１】
隔離部材１４４は、該隔離部材１４４によって形成された環状チャンバ１３８の２つの部分を接続するための少なくとも１つのギャップ１４６を有する。
【００６２】
隔離部材１４４は、燃焼室１１０の截頭円錐形端部１２０に向かって傾斜した成形部を第１の円筒形領域１２２に熔接することによって形成するのが好都合である。
【００６３】
最後に、例えばケーシング１３６内の孔１４２の寸法よりも大きい寸法を有する小孔１４８の円周方向の組が、環状接合部１４０の近傍の円筒形領域１２２の開口を持たない部分内に形成される。
【００６４】
本発明による汚染物質低排出のガスタービンの燃焼室１１０用の改良された内筒すなわち「ライナ」１１２の作動は、図を参照しながら上記になされた説明によって明らかにされたが、要約すると次の通りである。
【００６５】
冷却空気は、図には示していない軸流圧縮機によって加圧され、内筒１１２を冷却する。
【００６６】
空気は、内筒１１２を冷却するにつれて加熱され、次に予混合室１１４に入り、燃焼空気として作用する。
【００６７】
第２の円筒形領域１２６内において、冷却は、本質的に、先行技術におけるのと同様に、壁の内側に隣接しており、空気が孔１２８を通過することによって生成される空気の層によって与えられる。
【００６８】
しかしながら、第１の円筒形領域１２２内においては、冷却は、本質的に、「インピンジメント冷却」として知られている冷却によって与えられ、単に先行技術においてそうであるような対流のみによって与えられるのではない。
【００６９】
インピンジメント冷却は、表面に対する流体の衝突によって生じる熱伝達の仕組である。
【００７０】
この場合、ケーシング１３６内の孔１４２を通過する加圧空気は、第１の円筒形領域１２２に向けられた対応する数の空気ドラフトを形成する。
【００７１】
空気ドラフトが減速され圧力が増大する結果、衝突領域の周りに非常に薄い速度及び温度境界層が作り出される。
【００７２】
その結果、極めて高い熱交換効率がこれらの領域において得られ、従って熱はこれらの個所において非常に容易に伝達される。
【００７３】
孔１３４が設けられている環状チャンバ１３８の部分は、内筒１１２内で起る圧力振動を打ち消すための音響制振装置として作用する。
【００７４】
孔１４８の組は、内筒１１２内への空気の導入が不完全燃焼の問題及びそれに伴う汚染物質の排出の問題を引き起こすことのない領域内に設けられる。
【００７５】
同様に、上記の汚染の問題を防止するために、孔１３４は最小限の空気導入しか許さないものでなくてはならない。
【００７６】
以上の説明は、本発明の目的である汚染物質低排出のガスタービンの燃焼室用の改良された内筒すなわち「ライナ」の特徴を明白に示しており、かつ対応する利点も明らかにしている。それらの利点には、以下のことが含まれる。
・改善された冷却能力。
・燃焼室内における低減された圧力振動と良好なフレーム安定性。
・高い燃焼効率。
・高温に曝される構成部品の増大された平均寿命。
・単純かつ信頼性の高い使用性。
・先行技術と比較して低い製造及び保守コスト。
・当技術分野において公知の燃焼室の内筒との優れた互換性、及びその結果としての、既に据え付けられているアップグレードすべきガスタービン内での容易な取付け。
【００７７】
最後に、このように設計された汚染物質低排出のガスタービンの燃焼室用の改良された内筒すなわち「ライナ」は、全てが本発明の技術的範囲内に含まれる多くの方法により修正及び変更することができることは明らかである。
【００７８】
更に、全ての構成部品は、技術的に同等の要素と置き換えることが可能である。
【００７９】
実施において、形状及び寸法だけでなく使用される材料も、その時々に生じる可能性がある技術的要求に応じて自由に変えることができる。
【００８０】
従って、本発明の保護の範囲は、添付の特許請求の範囲により限界が定められる。
【００８１】
特許請求の範囲内に示す参照符号は、本発明の技術的範囲を狭めるのではなくそれらを容易に理解するためのものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  先行技術によるガスタービン用の燃焼室内の内筒すなわち「ライナ」の長手方向部分断面図。
【図２】  本発明によるガスタービン用の燃焼室内の内筒すなわち「ライナ」の長手方向部分断面図。
【図３】  図２の細部の長手方向拡大断面図。
【符号の説明】
１１０  燃焼室
１１２  内筒
１１４  予混合室
１１６  空洞
１１８  外壁
１２０  截頭円錐形端部
１２２  第１の円筒形領域
１２６  第２の円筒形領域
１２８  開口
１３６  円筒形ケーシング
【図１】
0004362283.tif 000002
【図２】
0004362283.tif 000003
【図３】
0004362283.tif 000004