(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン燃焼器の尾筒長手方向に冷却媒体の入口側マニホールドから出口側マニホールドへと延びる冷却ジャケットを尾筒壁面の全周に亙って多数本形成した燃焼器尾筒の冷却構造において、
前記尾筒の出口部周縁に付設したフランジの正面部に前記出口部を囲繞するように環状の冷却通路を形成し、
前記冷却通路に通じる複数の冷却媒体溜めを前記フランジの根元部に近接して尾筒の出口部周縁に複数設け、
これらの冷却媒体溜めに前記冷却ジャケットをバイパスする複数本のバイパス冷却媒体ジャケットを介して冷却媒体が供給される一方、
前記冷却通路を流れてフランジを冷却した冷却媒体は、前記冷却ジャケットを流れて尾筒壁面を冷却した冷却媒体と前記尾筒の出口部周縁に設けた前記出口側マニホールドで混合されて回収されることを特徴とする燃焼器尾筒の冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービン用の燃焼器尾筒の冷却構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガスタービン燃焼器として、例えば１５００℃級のガスタービンでも低ＮＯXが実現可能な、蒸気冷却式燃焼器が注目を集めている。即ち、燃焼器壁面を蒸気で冷却することにより、それまで壁面冷却に使用していた空気を燃焼用に使用することで、ガスタービンの高温下にもかかわらず予混合燃焼温度を空冷式燃焼器なみに抑えて低ＮＯX化が可能となるのである。
【０００３】
このような蒸気冷却は、例えば図７に示すように、パイロット燃料と燃焼用空気とが反応して拡散火炎を形成するコーン１の周囲に、メイン燃料と燃焼用空気との予混合気体を形成・噴出する予混合火炎形成ノズル２を複数に分割・配置してなるマルチノズル形予混合式燃焼器３の尾筒４の冷却に採用される。
【０００４】
これによれば、冷却蒸気は尾筒４の壁面内部に形成した冷却ジャケット５（図８参照）及びマニホールド６ａ，６ｂ，６ｃにより、先ず、尾筒４の長手方向中間部（マニホールド６ｂ参照）に供給され、ここから図中矢印のようにガス流れの上流側と下流側に分流されて壁面を冷却した後、尾筒４の入口部（マニホールド６ａ参照）と出口部（マニホールド６ｃ参照）から回収されるようになっている。尚、冷却蒸気の流れとしては、尾筒４の入口部（マニホールド６ａ参照）と出口部（マニホールド６ｃ参照）より供給された冷却蒸気が中間部（マニホールド６ｂ参照）に向け流れ、壁面を冷却した後、当該中間部から回収される所謂逆流方式のものもある。
【０００５】
また、冷却ジャケット５は、図８に示すように、二重壁で構成された尾筒４の一方壁４ａに溝巾Ｄ1 ＝溝深さＤ2 の溝加工を施す（溝加工部イ参照）と共に該溝加工した側に他方壁４ｂをロー付けする（ロー付け部ロ参照）ことで形成される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前述したような従来の燃焼器尾筒の冷却構造にあっては、一般に出口部側が矩形状に形成された尾筒４の外周面（車室側）より内周面（ロータ側）及び側面（隣接する尾筒同志の対向面）のメタル温度が高くなる等で局所的に温度条件が異なるにもかかわらず、冷却ジャケット５のサイズ（通路断面積）が全周均一に設定されるなどして、各部への冷却蒸気の流量配分がメタル温度に関係なくなされているため、メタル温度不均一による熱応力の増大と尾筒４出口部（特に、フランジ部）の冷却不足による熱変形により、尾筒４出口部の四隅にクラックが発生するという問題点があった。
【０００７】
本発明は、前述した状況に鑑みてなされたもので、熱応力の軽減と熱変形の防止により尾筒クラックの発生を未然に回避することができて使用寿命の延命が図れる燃焼器尾筒の冷却構造を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
斯かる目的を達成するための本発明に係る燃焼器尾筒の冷却構造は、ガスタービン燃焼器の尾筒長手方向に冷却媒体の入口側マニホールドから出口側マニホールドへと延びる冷却ジャケットを尾筒壁面の全周に亙って多数本形成した燃焼器尾筒の冷却構造において、前記尾筒の出口部周縁に付設したフランジの正面部に前記出口部を囲繞するように環状の冷却通路を形成し、前記冷却通路に通じる複数の冷却媒体溜めを前記フランジの根元部に近接して尾筒の出口部周縁に複数設け、これらの冷却媒体溜めに前記冷却ジャケットをバイパスする複数本のバイパス冷却媒体ジャケットを介して冷却媒体が供給される一方、前記冷却通路を流れてフランジを冷却した冷却媒体は、前記冷却ジャケットを流れて尾筒壁面を冷却した冷却媒体と前記尾筒の出口部周縁に設けた前記出口側マニホールドで混合されて回収されることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る燃焼器尾筒の冷却構造を実施例により図面を用いて詳細に説明する。
【００１４】
［第１実施例］
図１は本発明の第１実施例を示す冷却ジャケットの断面積比較及びジャケット配置箇所を示す比較説明図で、同図（ａ）は現状冷却ジャケットサイズの説明図、同図（ｂ）は本発明冷却ジャケットサイズの説明図、同図（ｃ）は尾筒の要部切欠き斜視図で、同図（ａ）には一部切欠きで冷却ジャケットの通路を示している。
【００１５】
図１に示すように、本実施例では、出口部側が矩形状に形成された尾筒４の壁面内部に形成される冷却ジャケット（図８の符号５参照）は、その通路断面積が現状の冷却ジャケットより大部分において拡大されると共に、尾筒４各部のメタル温度に応じて例えば尾筒４の外周面（車室側）Ａと内周面（ロータ側）Ｂ及び側面（隣接する尾筒同志の対向面）Ｃとで、それぞれ通路断面積を変化させている。
【００１６】
即ち、現状の冷却ジャケットでは、図１の（ａ）に示すように、外周面、内周面及び側面において、例えば溝深さＤ2 （図８参照）＝φmmの均一の冷却ジャケットサイズに設定されるのに対し、本実施例では、図１の（ｂ）に示すように、外周面の中央部では溝深さＤ2 ＝φmmで、両側部（コーナー部）は溝深さＤ2 ≒１．０７φmmに冷却ジャケットサイズが設定されると共に、内周面では溝深さＤ2 ≒１．２１φmmに、かつ側面上流側では溝深さＤ2 ≒１．２９φmmに冷却ジャケットサイズが設定される。一方、側面下流側では溝深さＤ2 ≒１．０７φmmに冷却ジャケットサイズが設定される。尚、冷却ジャケットの本数は、現状と本実施例とで変化はない。
【００１７】
このようにして、本実施例では、尾筒４各部のメタル温度が均一になるように、各部の冷却ジャケットサイズを変化させて、冷却媒体としての冷却蒸気の流量配分を最適化したので、メタル温度不均一による熱応力の増大と尾筒４出口部の冷却不足による熱変形を効果的に防止でき、依って尾筒４出口部のクラック発生が回避される。
【００１８】
尚、上記実施例において、溝深さＤ2 に代えて又は溝深さＤ2 と共に溝巾Ｄ1 も増大するなどして各部の冷却ジャケットサイズを変化させても良い。
【００１９】
［第２実施例］
図２は本発明の第２実施例を示す尾筒出口部の比較説明図で、同図（ａ）は現状尾筒出口部の構造説明図、同図（ｂ）は本発明尾筒出口部の構造説明図である。尾筒全体の構造は図７を参照して詳しい説明は省略する。
【００２０】
図２に示すように、本実施例では、前述した尾筒４の出口部周縁（開口部周縁）に外向きに張出し形成されたフランジ４ａへ冷却蒸気を供給する冷却ジャケット５（図８参照）の行き先変更がなされて、前記フランジ４ａが積極的に蒸気冷却されるようになっている。
【００２１】
即ち、現状の冷却ジャケット５では、図２の（ａ）に示すように、前記フランジ４ａの根元部に送られた冷却蒸気は、前記根元部で隣の冷却ジャケット５へ流れた後上流側へ若干リターンして通孔５ａ（冷却ジャケット５の一本おきに形成される）よりマニホールド６ｃ内に流入するのに対し、本実施例では、図２の（ｂ）に示すように、前記フランジ４ａの根元部に送られた冷却蒸気は、前記フランジ４ａの高さ方向へ延設された通路５ｂを流れた後、マニホールド６ｃ内に流入するようになっている。従って、前記通路５ｂは、通孔５ａと異なり冷却ジャケット５の一本毎に形成される。
【００２２】
このようにして、本実施例では、尾筒４出口部のフランジ４ａ全体に冷却蒸気が行き渡るようにして、前記フランジ４ａの冷却強化を図ったので、温度差による熱変形を効果的に防止でき、依って尾筒４出口部のクラック発生が回避される。
【００２３】
［第３実施例］
図３は本発明の第３実施例を示す尾筒の要部側面図、図４は同じく尾筒出口部の背部斜視図、図５は同じく尾筒出口部の正面図、図６は図５のVI−VI線断面図である。
【００２４】
図３乃至図６に示すように、本実施例では、出口部側が矩形状に形成された尾筒４の壁面内部に形成される冷却ジャケット（図８の符号５参照）とは別に、バイパス蒸気ジャケット１０ａ〜１０ｄが設けられ、該バイパス蒸気ジャケット１０ａ〜１０ｄにより尾筒４の壁面を冷却しない冷却蒸気が、尾筒４出口部のフランジ４ａ正面に形成された環状の冷却通路１１に供給されて、前記フランジ４ａが積極的に蒸気冷却されるようになっている。
【００２５】
即ち、前記バイパス蒸気ジャケット１０ａ〜１０ｄは、前述したマニホールド６ｂから尾筒４の外周面に沿って周方向４本宛分岐されて尾筒４出口部の四隅に形成された蒸気溜め１２ａ〜１２ｄに通じている。該蒸気溜め１２ａ〜１２ｄは、前記矩形状フランジ４ａの四隅に形成された通孔１３ａ〜１３ｄ及び溝通路１４ａ〜１４ｄを介して前記冷却通路１１に通じている。そして、該冷却通路１１からは、周方向４ヶ所に設けた小孔群１５ａ〜１５ｄを介して前述したマニホールド６ｃに冷却蒸気は導かれ、ここで前記冷却ジャケット５からの冷却蒸気と混ざり、回収されるようになっている。尚、図中１６は冷却通路１１及び溝通路１４ａ〜１４ｄをそれらの溝加工後に閉塞する蓋板である。
【００２６】
このようにして、本実施例では、尾筒４出口部のフランジ４ａが、マニホールド６ｂからバイパス蒸気ジャケット１０ａ〜１０ｄ→蒸気溜め１２ａ〜１２ｄ→通孔１３ａ〜１３ｄ及び溝通路１４ａ〜１４ｄを介して熱交換なしで環状の冷却通路１１に供給される低温の冷却蒸気で、全体的に蒸気冷却されるため、十分な冷却効果が得られ、温度差による熱変形を防止して尾筒４出口部のクラック発生が回避される。
【００２７】
尚、本発明は上記各実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、冷却媒体として空気を用いたり、第１〜第３実施例を同時に実施する（図２の（ｂ）参照）等各種変更が可能であることはいうまでもない。
【００２８】
【発明の効果】
以上、実施例に基づいて詳細に説明したように、本発明によれば、ガスタービン燃焼器の尾筒長手方向に冷却媒体の入口側マニホールドから出口側マニホールドへと延びる冷却ジャケットを尾筒壁面の全周に亙って多数本形成した燃焼器尾筒の冷却構造において、前記尾筒の出口部周縁に付設したフランジの正面部に前記出口部を囲繞するように環状の冷却通路を形成し、前記冷却通路に通じる複数の冷却媒体溜めを前記フランジの根元部に近接して尾筒の出口部周縁に複数設け、これらの冷却媒体溜めに前記冷却ジャケットをバイパスする複数本のバイパス冷却媒体ジャケットを介して冷却媒体が供給される一方、前記冷却通路を流れてフランジを冷却した冷却媒体は、前記冷却ジャケットを流れて尾筒壁面を冷却した冷却媒体と前記尾筒の出口部周縁に設けた前記出口側マニホールドで混合されて回収されることを特徴とするので、十分な冷却効果が得られ、温度差による熱変形を防止して尾筒出口部のクラック発生が回避されるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す冷却ジャケットの比較説明図で、同図（ａ）は現状冷却ジャケットサイズの説明図、同図（ｂ）は本発明冷却ジャケットサイズの説明図、同図（ｃ）は尾筒の要部切欠き斜視図で、同図（ａ）には一部切欠きで冷却ジャケットの通路を示している。
【図２】本発明の第２実施例を示す尾筒出口部の比較説明図で、同図（ａ）は現状尾筒出口部の構造説明図、同図（ｂ）は本発明尾筒出口部の構造説明図である。
【図３】本発明の第３実施例を示す尾筒の要部側面図である。
【図４】同じく尾筒出口部の背部斜視図である。
【図５】同じく尾筒出口部の正面図である。
【図６】同じく図５のVI−VI線断面図である。
【図７】従来例を示すガスタービン燃焼器周りの側断面図である。
【図８】同じく図７のVIII−VIII線断面図である。
【符号の説明】
１  コーン
２  予混合火炎形成ノズル
３  マルチノズル形予混合式燃焼器
４  尾筒
４ａ  フランジ
５  冷却ジャケット
５ａ  通孔
５ｂ  通路
６ａ，６ｂ，６ｃ  マニホールド
１０ａ〜１０ｄ  バイパス蒸気ジャケット
１１冷却通路
１２ａ〜１２ｄ  蒸気溜め
１３ａ〜１３ｄ  通孔
１４ａ〜１４ｄ  溝通路
１５ａ〜１５ｄ  小孔群
１６  蓋板
イ  溝加工部
ロ  ロー付け部
【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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【図８】
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