(57)【要約】【課題】ガスタービン用の燃焼器を提供する。【解決手段】本燃焼器は、第１の燃焼器部品と第２の燃焼器部品とを含む。第２の燃焼器部品は、第１の燃焼器部品内に少なくとも部分的に挿入可能でありかつ該第１の燃焼器部品と共に燃焼流体通路を形成する。燃焼器シールが、第１の燃焼器部品及び第２の燃焼器部品間に設置される。燃焼器シールは、該燃焼器シール及び第２の燃焼器部品間に１以上の内側冷却通路をまた該燃焼器シール及び第１の燃焼器部品間に１以上の外側冷却通路を形成して、該第１の燃焼器部品及び第２の燃焼器部品を冷却する。第１の燃焼器部品及び第２の燃焼器部品を冷却する方法もまた、開示している。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン用の燃焼器であって、
第１の燃焼器部品と、
前記第１の燃焼器部品内に少なくとも部分的に挿入可能でありかつ該第１の燃焼器部品と共に燃焼流体通路を形成した第２の燃焼器部品と、
前記第１の燃焼器部品及び第２の燃焼器部品間に配置された燃焼器シールと、を含み、
前記燃焼器シールが、前記第２の燃焼器部品との間に１以上の内側冷却通路を形成しかつ前記第１の燃焼器部品との間に１以上の外側冷却通路を形成して、該第１の燃焼器部品及び第２の燃焼器部品を冷却する、
燃焼器。
【請求項２】
前記燃焼器シールが、
前記第２の燃焼器部品と接しかつそれを貫通する前記１以上の内側冷却通路を形成して、外部から前記燃焼流体通路に冷却流体を供給して該第２の燃焼器部品を冷却する内側シール層と、
前記第１の燃焼器部品と接しかつそれを貫通する前記１以上の外側冷却通路を形成して、外部から前記燃焼流体通路に冷却流体を供給して該第１の燃焼器部品を冷却するようのなった外側シール層と、を含む、
請求項１記載の燃焼器。
【請求項３】
前記内側シール層及び外側シール層の少なくとも１つが、波形状断面を有する、請求項２記載の燃焼器。
【請求項４】
前記内側シール層が、前記１以上の内側冷却通路を形成した１以上の内側シールスロットを含む、請求項２記載の燃焼器。
【請求項５】
前記外側シール層が、前記１以上の外側冷却通路を形成した１以上の外側シールスロットを含む、請求項２記載の燃焼器。
【請求項６】
前記燃焼器シールの据付けが、前記第１の燃焼器部品又は前記第２の燃焼器部品の冷却を高めるために逆向きにされる、請求項２記載の燃焼器。
【請求項７】
前記燃焼器シールが、
複数の巻線を備えた１以上のコイルと、
前記１以上のコイルの内部に配置された１以上のスリーブと、を含み、それによって、
前記１以上の内側冷却通路が、前記第２の部品、１以上のスリーブ、及び隣接する前記コイルの巻線間に形成される、
請求項１記載の燃焼器。
【請求項８】
前記燃焼器シールが、前記第１の部品、１以上のスリーブ、及び隣接する前記コイルの巻線間に前記１以上の外側冷却通路を形成する、請求項６記載の燃焼器。
【請求項９】
前記１以上のスリーブが、環状断面を有する、請求項６記載の燃焼器。
【請求項１０】
前記燃焼器シールが、
前記第１の燃焼器部品及び第２の燃焼器部品間において半径方向に配置された１以上のロッドを含み、前記１以上のロッドが、
該１以上のロッド及び前記第２のタービン部品間に前記内側冷却通路を形成した１以上の内側スロットと、
該１以上のロッド及び前記第１のタービン部品間に前記外側冷却通路を形成した１以上の外側スロットと、を含む、
請求項１記載の燃焼器。
【請求項１１】
前記１以上のロッドが、中空断面を有する、請求項１０記載の燃焼器。
【請求項１２】
前記燃焼器シールが、
複数の内側ワイヤを有しかつ隣接する内側ワイヤ間に前記１以上の内側冷却通路を形成した内側メッシュ層と、
複数の外側ワイヤを有しかつ隣接する外側ワイヤ間に前記１以上の外側冷却通路を形成した外側メッシュ層と、を含む、
請求項１記載の燃焼器。
【請求項１３】
前記第１の燃焼器部品及び第２の燃焼器部品間において前記燃焼器シールを所望の位置に保持するための１以上の支持体を含む、請求項１記載の燃焼器。
【請求項１４】
前記１以上の支持体が、溶接部である、請求項１２記載の燃焼器。
【請求項１５】
前記第１の燃焼器部品が、トランジションピースである、請求項１記載の燃焼器。
【請求項１６】
前記第２の燃焼器部品が、燃焼器ライナである、請求項１４記載の燃焼器。
【請求項１７】
第１の燃焼器部品及び第２の燃焼器部品を冷却する方法であって、
前記第１の燃焼器部品と該第１の燃焼器部品内に少なくとも部分的に挿入可能でありかつ該第１の燃焼器部品と共に燃焼流体通路を形成した前記第２の燃焼器部品との間において半径方向に燃焼器シールを設置するステップと、
前記燃焼器シール及び第２の燃焼器部品によって形成された１以上の内側冷却通路を通して外部から前記燃焼流体通路に冷却流体を流すステップと、
前記燃焼器シール及び第１の燃焼器部品によって形成された１以上の外側冷却通路を通して外部から前記燃焼流体通路に冷却流体を流すステップと、を含む、
方法。
【請求項１８】
前記１以上の内側冷却通路を通して冷却流体を流すステップが、前記燃焼器シール内の１以上の内側シールスロットを通して該冷却流体を流すステップを含む、請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
前記１以上の外側冷却通路を通して冷却流体を流すステップが、前記燃焼器シール内の１以上の外側シールスロットを通して該冷却流体を流すステップを含む、請求項１６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼器に関する。具体的は、本発明は、燃焼器部品間をシールすることに関する。
【背景技術】
【０００２】
空気管理は、燃焼器設計における重要な考慮事項である。空気ストリームは、燃焼プロセス用の酸化剤となり、燃焼器の高温部品に冷却を与える。シールは一般的に、燃焼器の様々な部品間に設けられて高温燃焼ガスが燃焼器から漏洩するのを防止する。シール構成及び機能は、燃焼器において特有のものである。一方の領域から他方の領域への流れの完全なシール作用を行うシールは望ましくない可能性があり、むしろ少量の冷却空気の「漏洩」を生じるシールが、好ましいといえる。燃焼ゾーン内では、冷却は、燃焼点火及び安定性を乱すのをほんの最少にしながら部品に対して適切な冷却を行うように適当に設計しなければならない。シールを通り抜けて「漏洩した」冷却空気ストリームはまた、燃焼器の熱音響振動を減少させることに振り向けることができる。
【０００３】
これらのシールは一般的に、Ｃ字型リング、指状フラリング、布シールなどを含み、かつ高温及び高圧並びにシールにわたる大きな圧力及び温度勾配を受ける。最新のシールは、温度及び／又は圧力の様々なレベルにおける、温度及び／又は圧力移行時における、及び／又はシールの摩耗時におけるシールの周りでの過剰な漏洩を克服する冷却流れを形成するようにさらに改良したものとすることができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本燃焼器は、第１の燃焼器部品と第２の燃焼器部品とを含む。第２の燃焼器部品は、第１の燃焼器部品内に少なくとも部分的に挿入可能でありかつ該第１の燃焼器部品と共に燃焼流体通路を形成する。燃焼器シールが、第１の燃焼器部品及び第２の燃焼器部品間に設置される。燃焼器シールは、該燃焼器シール及び第２の燃焼器部品間に１以上の内側冷却通路をまた該燃焼器シール及び第１の燃焼器部品間に１以上の外側冷却通路を形成して、該第１の燃焼器部品及び第２の燃焼器部品を冷却する。
【０００５】
第１の燃焼器部品及び第２の燃焼器部品を冷却する方法は、該第１の燃焼器部品と該第２の燃焼器部品との間において半径方向に燃焼器シールを設置するステップを含む。冷却流体は、燃焼器シール及び第２の燃焼器部品によって形成された１以上の内側冷却通路を通って流れる。冷却流体はまた、燃焼器シール及び第１の燃焼器部品によって形成された１以上の外側冷却通路を通って流れる。使用済みの冷却流体は次に、燃焼流体内に流れる。
【０００６】
これらの及びその他の利点及び特徴は、図面と関連させてなした以下の詳細な説明から一層明らかになるであろう。
【０００７】
本発明と見なされる主題は、本明細書と共に提出した特許請求の範囲に具体的に指摘しかつ明確に特許請求している。本発明の前述の及びその他の目的、特徴及び利点は、図面と関連させてなした以下の詳細な説明から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】ガスタービンの概略断面図。
【図２】燃焼器シールの実施形態を含む、図１のガスタービンの燃焼器の一部分の断面図。
【図３】図２の燃焼器シールの部分分解図。
【図４】図２の逆向きシールの実施形態の断面図。
【図５】コイルを含む燃焼器シールの実施形態の断面図。
【図６】図５の燃焼器シールの平面図。
【図７】燃焼器シールのさらに別の実施形態の断面図。
【図８】図７の燃焼器シールの平面図。
【図９】複数波形セクションを有する燃焼器シールの実施形態の断面図。
【図１０】図９の燃焼器シールの平面図。
【図１１】メッシュ構成を有する燃焼器シールの断面図。
【図１２】図１１の燃焼器シールの平面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
この詳細な説明では、図面を参照しながら実施例によって、本発明の実施形態をその利点及び特徴と共に説明する。
【００１０】
図１に示すのは、ガスタービン１０である。ガスタービン１０は、加圧流体を燃焼器１４に供給する圧縮機１２を含む。燃料が、燃焼器１４内に噴射され、加圧流体と混合されかつ点火される。燃焼の高温ガス生成物がタービン１６に向かって流れ、タービン１６は、高温ガスから仕事を抽出してロータシャフト１８を駆動し、ロータシャフト１８は次に、圧縮機１２を駆動する。トランジションピース２０が、その上流端部２２で、燃焼器ライナ２４において燃焼器１４に結合され、その下流端部２６で、タービン１６の後部フレーム２８に結合される。トランジションピース２０は、燃焼器ライナ２４からタービン１６に高温ガス流を運ぶ。燃焼器１４は、燃焼器ライナ２４から半径方向外側に間隔を置いて配置された燃焼器スリーブ３０を含み、燃焼器スリーブ３０は、燃焼器ライナ２４との間に燃焼器流路３２を形成する。燃焼器キャップ３４が、燃焼器ライナ２４の上流端部３６に結合されかつその中に配置された１以上のノズル３８を含み、ノズル３８は、燃焼器キャップ３４と燃焼器ライナ２４とによって形成された燃焼チャンバ４０内に延びる。インピンジメントスリーブ４２が、燃焼器スリーブ３０に結合されかつトランジションピース２０から半径方向に間隔を置いて配置されて、該トランジションピース２０との間に移行部流路４４を形成する。
【００１１】
作動時に、吐出流れ４６は、圧縮機１２からディフューザ４８を通ってインピンジメントスリーブ４２に流れる。吐出流れ４６は、インピンジメントスリーブ４２内の複数のインピンジメント孔５０を通りかつ移行部流路４４内を燃焼器１４に向かって進む。吐出流れ４６は、移行部流路４４から燃焼器流路３２を通って進んだ後に、最終的には１以上のノズル３８を通して燃焼器ライナ２４内に導入される。燃焼器１４に対して燃焼プロセス用として空気を供給することに加え、比較的低温の吐出流れ４６はさらに、高温燃焼ガスに曝される部品、例えば燃焼器ライナ２４及びトランジションピース２０に対して多量の必要な冷却を行う。
【００１２】
図２に示すように、高温燃焼ガスに曝される隣接する部品の間の、例えばトランジションピース２０と燃焼器ライナ２４との間の接合部は、重ね継手５６として構成され、重ね継手５６においては、例えば燃焼器ライナ２４の下流端部５８は、トランジションピース２０の上流端部２２内に挿入できるように構成される。シール６０が、トランジションピース２０及び燃焼器ライナ２４の重ね合わせ部分間において半径方向に配置されかつ重ね継手５６の周りで全周にわたって延びる。そのような用途の別の実施例は、燃焼器ライナ２４及び燃焼器キャップ３４の重ね合わせ部分間にシール６０が配置されるような用途である。そのような用途のさらに別の実施例は、燃焼器キャップ３４及び１以上のノズル３８の重ね合わせ部分間にシール６０が配置されるような用途である。１つの実施形態では、シール６０は、波形状断面で構成されかつ２つの層すなわち外側シール６２及び内側シール６４を含む。幾つかの実施形態では、シール６０は、１以上の支持体６６を含み、支持体６６には、例えばシール６０をトランジションピース２０又は燃焼器ライナ２４の少なくとも１つに固定する溶接部が含まれる。
【００１３】
次に図３を参照すると、内側シール６４は、内側シール上流端部７０に配置されかつ該内側シール上流端部７０において開口する１以上の内側シールスロット６８を含む。内側シール６４はさらに、内側シール下流端部７２に配置されかつ該内側シール下流端部７２において開口する１以上の内側シールスロット６８を含む。１以上の内側シールスロット６８は、該内側スロット６８における内側シール６４の応力を減少させる１以上のスカラップ７４を含むことができる。外側シール６２は、外側シール上流端部７８に配置された複数のインピンジメント孔７６を含む。インピンジメント孔７６の少なくとも１つは、１以上の内側シールスロット６８の上方に設置される。外側シール６２の波形セクション８０は、１以上の波形スロット８２を含み、波形スロット８２は、該波形スロット８２における外側シール６２の応力を減少させる１以上のスカラップ７４を含むことができる。
【００１４】
ここで図２を参照すると、シール６０は、内側シール６４が内側シール上流端部７０及び内側シール下流端部７２において燃焼器ライナ２４と接するように、トランジションピース２０と燃焼器ライナ２４との間に配置される。外側シール６２は、波形セクション８０においてトランジションピース２０と接する。作動中に、移行部流路４４を通る流れの一部分は、トランジションピース２０の上流端部２２を過ぎかつトランジションピース２０と燃焼器ライナ２４との間に流れる。流れの第１の部分８４は、１以上の波形スロット８２を通って進み、それによってトランジションピース２０に対する冷却を行い、流れの第２の部分８６は、内側シールスロット６８及び／又はインピンジメント孔７６を通って進み、それによって燃焼器ライナ２４に対する冷却を行う。図３の実施形態は２つのシール層を有しているが、異なる数のシール層、例えば１つのシール層又は３つのシール層を有する構成も、本開示の技術的範囲内にあることを意図している。
【００１５】
図４に示すような実施形態では、図２のシール６０は、内側シール上流端部７０及び内側シール下流端部７２がトランジションピース２０と接しまたシール６０が波形セクション８０において燃焼器ライナ２４と接するように、逆向きにするか又は反転させることができる。図４に示すようにシール６０を逆向きにすることにより、燃焼器ライナ２４へのその他の冷却流れを減少させるか又は排除することができるようにして、該燃焼器ライナ２４の冷却を高めることができる。この実施形態では、シール６０は、トランジションピース２０に固定されており、従ってトランジションピース２０の熱膨張及び／又は据付け位置ずれにより、シール６０の性能が影響を受けることがなくなる。
【００１６】
図５に示すような別の実施形態では、シール６０は、トランジションピース２０及び燃焼器ライナ２４間において半径方向に配置されかつトランジションピース２０及び燃焼器ライナ２４の両方と接するコイル８８を含む。コイル８８は、継手５６の周りで全周にわたって延びかつ１以上の支持体６６によってトランジションピース２０又は燃焼器ライナ２４の少なくとも１つに固定される。環状断面として示したスリーブ９０は、コイル８８の内部に設置される。コイル８８及びスリーブ９０は、図６に示すように流れがコイル巻線間を進むのを可能にするように構成される。再び図５を参照すると、第１の部分８４は、コイル巻線９２間を進んでトランジションピース２０に対する冷却を行い、第２の部分８６は、コイル巻線９２間を進んで燃焼器ライナ２４に対する冷却を行うが、スリーブ９０は、トランジションピース２０からの望ましくない高温ガスの流出を防止するシール作用を行う。
【００１７】
図７に示す別の実施形態では、シール６０は、トランジションピース２０及び燃焼器ライナ２４間において半径方向に配置されかつトランジションピース２０及び燃焼器ライナ２４の両方と接する中実又は管状ロッド９４を含む。ロッド９４は、継手５６の周りで全周にわたって延びかつ１以上の支持体６６によってトランジションピース２０又は燃焼器ライナ２４の少なくとも１つに固定される。複数の冷却スロット９６が、図８に示すようにロッド９４内に配置されて、トランジションピース２０及び燃焼器ライナ２４に対して冷却流れを供給する。図８に示す冷却スロット９６は、ロッド９４内においてほぼ軸方向に配置されているが、その他の角度方向に配置した冷却スロット９６も、本開示の技術的範囲内にあることを意図していることを理解されたい。
【００１８】
図９には、シール６０のさらに別の実施形態を示している。シール６０は、シール上流端部１００、シール下流端部１０２、及びそれらの間に配置された複数の波形セクション１０４を有する１以上のシール層９８を含む。シール層９８は、継手５６の周りで全周にわたって延びかつ１以上の支持体６６によってトランジションピース２０又は燃焼器ライナ２４の少なくとも１つに固定されかつ各シール端部１００、１０２に配置された１以上の端部スロット１０６を含む。各波形セクション１０４は、トランジションピース２０又は燃焼器ライナ２４の１つと接しかつ図１０に示すように１以上の波形スロット８２を含む。１以上の波形スロット８２は、該波形スロット８２におけるシール層９８の応力を減少させる１以上のスカラップ７４を含むことができる。再び図９を参照すると、第１の部分８４は、波形スロット８２を通って進んでトランジションピース２０に対する冷却を行い、第２の部分８６は、シール上流端部１００に配置された端部スロット１０６を通って、波形スロット８２を通って、かつシール下流端部１０２に配置された端部スロット１０６を通って進んで燃焼器ライナ２４に対する冷却を行う。図９に示す実施形態は、３つの波形セクション１０４及び燃焼器ライナ２４と接するシール端部１００、１０２を含んでいるが、その他の波形セクション１０４の数及びその他のシール端部１００、１０２の配向も、本開示では考えられる。
【００１９】
図１１には、シール６０のさらに別の実施形態を示している。この実施形態のシール６０は、多層メッシュを含む。図１１のメッシュは、内側メッシュ層１０８及び外側メッシュ層１１０を含む。内側メッシュ層１０８は、複数の内側メッシュチャネル１１４を形成するように配置された、例えば複数の内側ワイヤ１１２で形成される。同様に、外側メッシュ層１１０は、複数の外側メッシュチャネル１１８を形成するように配置された、例えば複数の外側ワイヤ１１６で形成される。図１２に示すように、内側メッシュ層１０８及び外側メッシュ層１１０は、内側メッシュチャネル１１４と外側メッシュチャネル１１８との間にチャネル角度１２０が存在するように構成される。図１２のチャネル角度１２０は、ほぼ９０度であるが、所望の冷却効果に応じてその他の角度１２０も考えられることを理解されたい。冷却を行うために、第１の部分８４は、外側メッシュチャネル１１８を通って進んでトランジションピース２０に対する冷却を行い、第２の部分８６は、内側メッシュチャネル１１４を通って進んで燃焼器ライナ２４に対する冷却を行う。
【００２０】
上記の実施形態は、トランジションピース２０及び燃焼器ライナ２４間に配置したシール６０について説明しているが、シール６０は、燃焼器１４又はガスタービン１０におけるその他の位置、例えばトランジションピース２０及び後部フレーム２８間或いは燃焼器ライナ２４及び燃焼器キャップ３４間において利用することができる。
【００２１】
限られた数の実施形態のみに関して本発明を詳細に説明してきたが、本発明がそのような開示した実施形態に限定されるものではないことは、容易に理解される筈である。むしろ、本発明は、これまで説明していないが本発明の技術思想及び技術的範囲に相応するあらゆる数の変形、変更、置換え又は均等な構成を組込むように改良することができる。さらに、本発明の様々な実施形態について説明してきたが、本発明の態様は説明した実施形態の一部のみを含むことができることを理解されたい。従って、本発明は、上記の説明によって限定されるものと見なすべきでなく、本発明は、特許請求の範囲の技術的範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００２２】
１０  ガスタービン
１２  圧縮機
１４  燃焼器
１６  タービン
１８  ロータシャフト
２０  トランジションピース
２２  上流端部
２４  燃焼器ライナ
２６  下流端部
２８  後部フレーム
３０  燃焼器スリーブ
３２  燃焼器流路
３４  燃焼器キャップ
３６  上流端部
３８  ノズル
４０  燃焼チャンバ
４２  インピンジメントスリーブ
４４  移行部流路
４６  吐出流れ
４８  ディフューザ
５０  インピンジメント孔
５６  重ね継手
５８  下流端部
６０  シール
６２  外側シール
６４  内側シール
６６  支持体
６８  内側シールスロット
７０  内側シール上流端部
７２  内側シール下流端部
７４  スカラップ
７６  インピンジメント孔
７８  外側シール端部
８０  波形セクション
８２  波形スロット
８４  第１の部分
８６  第２の部分
８８  コイル
９０  スリーブ
９２  コイル巻線
９４  管状ロッド
９６  冷却スロット
９８  シール層
１００、１０２  シール端部
１０４  波形セクション
１０６  端部スロット
１０８  内側メッシュ層
１１０  外側メッシュ層
１１２  内側ワイヤ
１１４  内側メッシュチャネル
１１６  外側ワイヤ
１１８  外側メッシュチャネル
１２０  チャネル角度
【図１】
2009250242.tif 000003
【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】
2009250242.tif 000008
【図７】
2009250242.tif 000009
【図８】
2009250242.tif 000010
【図９】
2009250242.tif 000011
【図１０】
2009250242.tif 000012
【図１１】
2009250242.tif 000013
【図１２】
2009250242.tif 000014