JP6843513B2 - 燃焼器、燃焼器の性能向上方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃焼器、燃焼器の性能向上方法に関する。

ガスタービン等に用いられる燃焼器は、燃料を噴射する燃料ノズルと、燃料の燃焼によって生成された燃焼ガスが流れる筒体と、を備えている。ガスタービンの場合、この燃焼ガスを用いて、燃焼器の後段に接続されたタービンが駆動される。

ここで、ＣＯ等の未燃炭化物の生成を抑える（燃え切りを良くする）ために、上記筒体の内部では、燃焼ガスの循環流が形成されることが望ましいとされる。循環流を形成するために、例えば下記特許文献１に記載された出口絞りを筒体内周側に設ける例が知られている。筒体内を上流側から下流側に向かって流通した燃焼ガスは、当該出口絞りに衝突することで流れの向きを変えて再び上流側に向かう。これにより、筒体内部で燃焼ガスの循環流が形成される。

上記特許文献１に記載された燃焼器は、上流側に位置する筒体と、この筒体の下流側に接続される尾筒と、を有している。上記の出口絞りは筒体の下流側端部に設けられる。このため、筒体と尾筒とを分離することで、筒体の内周側にも容易にアクセスすることができる。すなわち、既に組立の完了した燃焼器に対しても容易に出口絞りを設けることができる。

特開２００５−３１５４５７号公報

ところで、上記の出口絞りを、現用中の燃焼器に対して事後的に適用したいとの要請も存在する。しかしながら、上記の構成とは異なり、筒体と尾筒とが一体の筒体によって構成されている燃焼器では、上記のような筒体と尾筒との分離が想定されていないため、出口絞りの事後的な取付けには困難を伴う。また、新造中のガスタービン（燃焼器）であっても、筒体の開孔端部から離れた中途位置に出口絞りを取り付けることは、作業スペース等の制約があるために困難を伴う。これにより、燃焼器の性能向上に支障を来す場合がある。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、性能の向上した燃焼器、及び容易に性能を向上することが可能な燃焼器の性能向上方法を提供することを目的とする。

本発明の第一の態様によれば、燃焼器は、燃料を噴射する燃料ノズルと、前記燃料の燃焼によって生成された燃焼ガスが流通する燃焼領域が内側に形成される筒状をなし、周方向に間隔をあけて該周方向に延びる複数のスリットが形成された筒体と、前記スリットに嵌め込まれるとともに、前記筒体の内周側から径方向内側に突出し、径方向外側から内側に向かうに従って前記燃焼ガスの流通方向に延びる絞り面を有する絞りピースと、を備える。

この構成によれば、絞りピースの絞り面によって、筒体内における燃焼ガスの循環流形成を促すことができる。さらに、筒体に形成されたスリットに対して、該スリットの径方向外側から絞りピースを嵌め込むことのみによって、上記構成を得ることができる。これにより、燃焼器の効率向上を容易に実現することができる。

本発明の第二の態様によれば、上記の燃焼器は、前記筒体の外周側に配置され、前記筒体の内部と連通する減衰空間が内側に形成された音響ダンパを備え、前記絞りピースは、前記音響ダンパよりも下流側に設けられていてもよい。

ここで、音響ダンパの減衰空間内からは空気が漏出するため、該音響ダンパの近傍の領域では燃焼ガスの温度が低くなることが知られている。すなわち、当該領域ではＣＯ等の未燃炭化物が生成されやすい。
しかしながら、上記の構成によれば、音響ダンパの下流側に絞りピースが設けられていることから、絞りピースの絞り面によって渦が形成される。この渦によって、音響ダンパの下流側の領域における空気と燃焼ガスとの混合が促進されるため、未燃炭化物の生成を抑えることができる。

この構成によれば、絞り環の絞り面によって、筒体内における燃焼ガスの循環流形成を促すことができる。さらに、上記の構成のような構成を得るに当たっては、筒体を燃焼ガスの流通方向に分割した後、一方の筒体に絞り環を取り付けて、筒体同士を接合することが考えられる。ここで、上記のキャビティが形成されていない場合、筒体の壁面内部に形成された複数の冷却流路同士の周方向位置を正確に一致させる必要が生じるため、作業性が低下する可能性がある。しかしながら、上記構成によれば、複数の冷却流路にまたがるようにして周方向に延びるキャビティが形成されているため、これら冷却流路の周方向位置を考慮することなく、筒体同士を接合することができる。これにより、性能の向上した燃焼器をより容易に得ることができる。

本発明の第四の態様によれば、燃焼器は、燃料を噴射する燃料ノズルと、前記燃料の燃焼によって生成された燃焼ガスが流通する燃焼領域が内側に形成される筒状をなすとともに、壁面内部に前記燃焼ガスの流通方向に延び、冷却空気が流通する複数の冷却流路が形成されている筒体と、前記筒体の内周側から径方向内側に突出し、径方向外側から内側に向かうに従って前記流通方向に延びる絞り面を有するとともに、前記筒体の内周側で周方向に延びる環状の絞り環と、を備え、前記筒体の外周面上であって、前記絞り環の設けられる位置を基準として前記流通方向の両側には、該外周面から径方向内側に向かって凹没するとともに、前記複数の冷却流路にまたがって周方向に延びる一対のキャビティが形成され、各前記キャビティを径方向外側から覆う蓋体をさらに備える。

この構成によれば、絞り環の絞り面によって、筒体内における燃焼ガスの循環流形成を促すことができる。さらに、上記の構成のような構成を得るに当たっては、筒体を燃焼ガスの流通方向に分割した後、絞り環を取り付けて、分割された筒体同士を接合することが考えられる。ここで、上記のキャビティが形成されていない場合、筒体の壁面内部に形成された複数の冷却流路同士の周方向位置を正確に一致させる必要が生じるため、作業性が低下する可能性がある。しかしながら、上記構成によれば、複数の冷却流路にまたがるようにして周方向に延びるキャビティが形成されているため、これら冷却流路の周方向位置を考慮することなく、筒体同士を接合することができる。これにより、性能の向上した燃焼器をより容易に得ることができる。

本発明の第五の態様によれば、上記の燃焼器は、前記筒体の外周側に配置され、前記筒体の内部と連通する減衰空間が内側に形成された音響ダンパを備え、前記絞り環は、前記音響ダンパよりも下流側に設けられていてもよい。

ここで、音響ダンパの減衰空間内からは空気が漏出するため、該音響ダンパの近傍の領域では燃焼ガスの温度が低くなることが知られている。すなわち、当該領域ではＣＯ等の未燃炭化物が生成されやすい。
しかしながら、上記の構成によれば、音響ダンパの下流側に絞り環が設けられていることから、絞り環の絞り面によって渦が形成される。この渦によって、音響ダンパの下流側の領域における空気と燃焼ガスとの混合が促進されるため、未燃炭化物の生成を抑えることができる。

本発明の第六の態様によれば、燃焼器の性能向上方法は、壁面内部に、燃焼ガスの流通方向に延び、冷却空気が流通する複数の冷却流路が形成されている筒体と、前記筒体の内周側から径方向内側に突出し、径方向外側から内側に向かうに従って前記流通方向に延びる絞り面を有するとともに、前記筒体の内周側で周方向に延びる環状の絞り環と、を備える燃焼器の性能向上方法であって、前記筒体の外周面に、該外周面から径方向内側に向かって凹没するとともに、前記複数の冷却流路にまたがって周方向に延びるキャビティを形成する工程と、前記筒体を前記キャビティに沿って前記流通方向に２つに分割することで、一対の筒体半体部を形成する工程と、前記一対の筒体半体部のうちのいずれか一方の筒体半体部の内周側に前記絞り環を取り付ける工程と、前記絞り環が取り付けられた一方の前記筒体半体部に、他方の前記筒体半体部を接合する工程と、前記キャビティを覆う蓋体を取り付ける工程と、を含む。

この方法によれば、一体をなす筒体が２つの筒体半体部に分割された後、一方の筒体半体部の内周側に絞り環が取り付けられる。これにより、例えばすでに組立の完了した燃焼器に絞り環を適用する場合や、筒体の開孔端部からのアクセスが難しい領域に絞り環を適用する場合であっても、容易に作業を行うことができる。
また、上記のキャビティが形成されていない場合、筒体の壁面内部に形成された複数の冷却流路同士の周方向位置を正確に一致させる必要が生じるため、作業性が低下する可能性がある。しかしながら、上記方法によれば、複数の冷却流路にまたがるようにして周方向に延びるキャビティが形成されているため、これら冷却流路の周方向位置を考慮することなく、筒体半体部同士を接合することができる。これにより、性能の向上した燃焼器をより容易に得ることができる。

本発明の第七の態様によれば、燃焼器の性能向上方法は、壁面内部に、燃焼ガスの流通方向に延び、冷却空気が流通する複数の冷却流路が形成されている筒体と、前記筒体の内周側から径方向内側に突出し、径方向外側から内側に向かうに従って前記流通方向に延びる絞り面を有するとともに、前記筒体の内周側で周方向に延びる環状の絞り環と、を備える燃焼器の性能向上方法であって、前記筒体の外周面に、前記流通方向に間隔をあけて配列され、該外周面から径方向内側に向かって凹没するとともに、前記複数の冷却流路にまたがって周方向に延びる一対のキャビティを形成する工程と、前記筒体を一対の前記キャビティに沿って前記流通方向に３つに分割することで、上流側分割体、中間分割体、及び下流側分割体を形成する工程と、前記中間分割体の内周側に前記絞り環を取り付ける工程と、前記絞り環が取り付けられた前記中間分割体に、前記上流側分割体、及び前記下流側分割体をそれぞれ接合する工程と、前記一対のキャビティを覆う蓋体をそれぞれ取り付ける工程と、を含む。

この方法によれば、一体をなす筒体が、上流側分割体、中間分割体、及び下流側分割体に分割された後、中間分割体の内周側に絞り環が取り付けられる。これにより、例えばすでに組立の完了した燃焼器に絞り環を適用する場合や、筒体の開孔端部からのアクセスが難しい領域に絞り環を適用する場合であっても、容易に作業を行うことができる。
また、上記のキャビティが形成されていない場合、筒体の壁面内部に形成された複数の冷却流路同士の周方向位置を正確に一致させる必要が生じるため、作業性が低下する可能性がある。しかしながら、上記方法によれば、複数の冷却流路にまたがるようにして周方向に延びるキャビティが形成されているため、これら冷却流路の周方向位置を考慮することなく、上流側分割体、中間分割体、及び下流側分割体を接合することができる。これにより、性能の向上した燃焼器をより容易に得ることができる。
加えて、上記の中間分割体は、上流側分割体、及び下流側分割体から独立して移動させることができるため、例えば燃焼器周辺の限られたスペースで上記の各工程を実行する場合に比べて高い作業性を確保することもできる。

本発明によれば、性能の向上した燃焼器、及び容易に性能を向上することが可能な燃焼器の性能向上方法を提供することができる。

本発明の第一実施形態に係るガスタービンの構成を示す模式図である。 本発明の第一実施形態に係る燃焼器の構成を示す拡大図である。 本発明の第一実施形態に係る燃焼器の要部拡大断面図である。 本発明の第一実施形態に係る燃焼器の燃焼筒、及び音響ダンパの構成を示す断面図である。 本発明の第一実施形態に係る絞りピースの構成を示す断面図である。 本発明の第二実施形態に係る燃焼器の要部拡大断面図である。 本発明の第二実施形態に係る燃焼器の性能向上方法における一工程を示す説明図であって、筒体にキャビティを形成する工程を示す図である。 本発明の第二実施形態に係る燃焼器の性能向上方法における一工程を示す説明図であって、筒体を分割する工程を示す図である。 本発明の第二実施形態に係る燃焼器の性能向上方法における一工程を示す説明図であって、筒体半体部に絞り環を取り付ける工程を示す図である。 本発明の第二実施形態に係る燃焼器の性能向上方法における一工程を示す説明図であって、筒体半体部同士を接合する工程と、蓋体を取り付ける工程とを示す図である。 本発明の第三実施形態に係る燃焼器の要部拡大断面図である。 本発明の第三実施形態に係る燃焼器の性能向上方法における一工程を示す説明図であって、筒体にキャビティを形成する工程を示す図である。 本発明の第三実施形態に係る燃焼器の性能向上方法における一工程を示す説明図であって、筒体を分割する工程を示す図である。 本発明の第三実施形態に係る燃焼器の性能向上方法における一工程を示す説明図であって、中間分割体に絞り環を取り付ける工程を示す図である。 本発明の第三実施形態に係る燃焼器の性能向上方法における一工程を示す説明図であって、筒体同士を接合する工程と、蓋体を取り付ける工程とを示す図である。 本発明の第二実施形態に係る燃焼器の性能向上方法の各工程を示す工程図である。 本発明の第三実施形態に係る燃焼器の性能向上方法の各工程を示す工程図である。

［第一実施形態］
本発明の第一実施形態について、図１から図４を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態に係るガスタービン１は、圧縮機２と、燃焼器３と、タービン５と、を備えている。

圧縮機２は、軸線Ａｓに沿って延びる圧縮機ロータ６と、この圧縮機ロータ６を外周側から覆う圧縮機ケーシング７と、を有している。圧縮機ロータ６は軸線Ａｓを中心とする柱状をなしており、その外周面には圧縮機動翼８が取り付けられている。圧縮機動翼８は、軸線Ａｓに対する周方向に間隔をあけて複数配列されることで１つの圧縮機動翼段９を形成する。圧縮機ロータ６上には、このような圧縮機動翼段９が、軸線Ａｓ方向に間隔をあけて複数列設けられている。

圧縮機ケーシング７の内周側には、上記の圧縮機動翼８に対して軸線Ａｓ方向に互い違いになるように配列された複数列の圧縮機静翼段１１が設けられている。この圧縮機静翼段１１は、上記圧縮機動翼段９と同様に、軸線Ａｓの周方向に間隔をあけて配列された複数の圧縮機静翼１０を有している。

燃焼器３は、圧縮機２によって生成された高圧空気に対して、燃料を混合して燃焼させることで高温高圧の燃焼ガスを生成する。この燃焼ガスは、後述するタービン５に送られて、当該タービン５を駆動する。

タービン５は、軸線Ａｓに沿って延びるタービンロータ１２と、このタービンロータ１２を外周側から覆うタービンケーシング１３と、を有している。タービンロータ１２は、軸線Ａｓを中心とする柱状をなしており、その外周面にはタービン動翼１４が取り付けられている。タービン動翼１４は、軸線Ａｓに対する周方向に間隔をあけて複数配列されることで１つのタービン動翼段１５を形成する。タービンロータ１２上には、このようなタービン動翼段１５が、軸線Ａｓ方向に間隔をあけて複数列設けられている。

タービンケーシング１３の内周側には、上記のタービン動翼１４に対して軸線Ａｓ方向に互い違いになるように配列された複数列のタービン静翼段１７が設けられている。このタービン静翼段１７は、軸線Ａｓの周方向に間隔をあけて配列された複数のタービン静翼１６を有している。

圧縮機ロータ６とタービンロータ１２とは、同軸（軸線Ａｓ）上に位置して互いに連結されてガスタービンロータ１８を形成する。このガスタービンロータ１８の軸端には、例えば発電機２０が接続されている。また、圧縮機ケーシング７とタービンケーシング１３とは、互いに連結されてガスタービンケーシング１９をなす。

以上のように構成されたガスタービン１では、圧縮機ロータ６が回転することで、圧縮機２が高圧空気を生成する。さらに、この高圧空気が燃焼器３に導かれて燃料とともに燃焼することで、高温高圧の燃焼ガスが生成される。続いて、燃焼ガスがタービン５に導かれて、上記タービン動翼１４、及びタービン静翼１６に順次衝突することで、タービンロータ１２（ガスタービンロータ１８）に対して、運動エネルギーが与えられる。この運動エネルギーによって、ガスタービンロータ１８は軸線Ａｓ回りに回転する。ガスタービンロータ１８の回転は、軸端に連結された発電機２０によって取り出されて、発電等に用いられる。

続いて、図２と図３とを参照して、燃焼器３の構成について説明する。燃焼器３は、外筒２１に支持され、燃料を供給するノズル２２（燃料ノズル）と、ノズル２２を外側から覆うスワラ支持筒２３と、スワラ支持筒２３の下流側に接続される燃焼筒２４（筒体）と、を有している。

ノズル２２は、燃料及び圧縮空気を混合した予混合ガスを後述する燃焼筒２４内に噴射する。スワラ支持筒２３は、燃焼器軸線Ａｃを中心とする円筒状をなしている。燃焼器軸線Ａｃは、上記の軸線Ａｓに対して交差する方向に延びている。スワラ支持筒２３の下流側の端部には燃焼筒２４が接続されている。ノズル２２から供給された燃料は、燃焼筒２４内の領域（燃焼領域）で圧縮空気と混合されたのち燃焼して燃焼ガスを生成する。燃焼ガスは燃焼筒２４を介してタービン５に供給される。

なお、本実施形態で用いる上流、下流、上流側、下流側等の表現は、燃焼筒２４の内側を流れる燃焼ガスの流れ方向に基づいている。つまり、上記の燃焼筒２４を基準としてノズル２２が設けられる側を上流側と呼び、ノズル２２を基準として燃焼筒２４が設けられる側を下流側と呼ぶ。また、燃焼ガスの流通方向とは、燃焼器軸線Ａｃ方向に沿う方向を指す。さらに、スワラ支持筒２３内と燃焼筒２４内とを流れる燃焼ガスの流れを「主流」と呼ぶことがある。

図４に示すように、燃焼筒２４は、燃焼器軸線Ａｃの径方向に積層された状態の２つの板によって形成されている。より具体的には、燃焼筒２４は、板厚方向の一方側（径方向内側）を臨む内側板２９と、板厚方向の他方側（径方向外側）を臨む外側板３０と、を有している。内側板２９と外側板３０とは、板厚方向に互いに重なった状態とされている。

外側板３０の径方向内側には、一例としてＭＴフィンと呼ばれる冷却流路３１が形成されている。これら冷却流路３１は、外側板３０の径方向内側の面から径方向外側に凹没するように形成された複数の凹溝によって形成されている。各凹溝は、燃焼器軸線Ａｃ方向に延びている。また、これら凹溝は、燃焼器軸線Ａｃの周方向に間隔をあけて複数列形成されている。冷却流路３１中には、ガスタービンケーシング１９内を流通する空気（冷却空気）が流通する。これにより、燃焼筒２４自体を燃焼ガスの輻射熱等から保護することができる。

さらに、燃焼筒２４の外周側には、燃焼器３で生じる燃焼振動や、燃焼ガスと燃焼筒２４との間で生じる擦過音等を軽減するための音響ダンパ４０が取り付けられている。音響ダンパ４０は、燃焼筒２４の外周面の一部に形成された多孔領域３２と、この多孔領域３２を覆うことで内側に減衰空間３７を区画するハウジング３３と、を備えている。

多孔領域３２は、燃焼筒２４の燃焼器軸線Ａｃ方向における一部分をなす領域である。この多孔領域３２には、燃焼筒２４の板厚方向に貫通する複数の孔部３４が形成されている。より具体的には、これらの孔部３４は、燃焼筒２４の外周面に沿って周方向に等間隔をあけて環状に配列されている。

多孔領域３２は、外周側からハウジング３３によって覆われている。より詳細には図４に示すように、このハウジング３３は、燃焼筒２４の外周面に対して燃焼器軸線Ａｃの径方向に間隔をあけて延びる主板３５と、この主板３５と燃焼筒２４の外周面との間を径方向に接続する一対の側板３６と、を有している。また、ハウジング３３は、燃焼筒２４の外周面に沿って、燃焼器軸線Ａｃの周方向に延びている。すなわち、このハウジング３３は多孔領域３２との間に環状の減衰空間３７を形成する。この減衰空間３７は、孔部３４を介して燃焼筒２４の内周側の燃焼領域と連通されている。

さらに、図３に示すように、燃焼筒２４の内周側であって、上記音響ダンパ４０の下流側の領域には、燃焼器軸線Ａｃの周方向に間隔をあけて配列されるとともに、該周方向に延びる複数のスリット５０が形成されている。各スリット５０は、周方向に延びる長辺と、この長辺に交差する燃焼器軸線Ａｃ方向に延びる短辺とによって囲まれる略矩形の開孔である。

これら複数のスリット５０には、その外周側から絞りピース６０が嵌め込まれている。絞りピース６０の詳細な構成について、図５を参照して説明する。絞りピース６０は、燃焼筒２４の外周面に固定される基部６１と、基部６１と一体に形成されたピース本体６２と、これら基部６１及びピース本体６２の間に設けられた複数のリブ６３と、を有している。

基部６１は、燃焼器軸線Ａｃ方向から見て、燃焼筒２４の外周面に沿って周方向に延びる円弧状をなしている。基部６１の周方向における寸法は、上記スリット５０の周方向における寸法と同一か、これによりもわずかに小さく設定されている。基部６１の径方向内側の面は、燃焼筒２４の外周面に対して固定されている。

さらに、基部６１には、燃焼器軸線Ａｃの径方向に延びる空気孔６４が複数形成されている。これら空気孔６４は、基部６１上で周方向に間隔をあけて配列されている。空気孔６４を通じて外部の空気が基部６１の径方向内側に取り込まれることで、後述するピース本体６２が冷却され、燃焼ガスの輻射熱等から保護される。

ピース本体６２は、基部６１の径方向内側の面から径方向内側に向かって延びる接続部６２Ａと、接続部６２Ａの径方向内側の端部からさらに径方向内側に突出するテーパ部６２Ｂと、を有している。燃焼器軸線Ａｃの周方向から見て、テーパ部６２Ｂは該燃焼器軸線Ａｃに対して交差する方向に傾斜している。より具体的には、テーパ部６２Ｂは、上流側から下流側に向かうに従って径方向外側から内側に向かうように延びている。テーパ部６２Ｂの径方向内側を向く面は絞り面Ｓとされている。この絞り面Ｓは、燃焼筒２４内を流れる主流を臨んでいる。

リブ６３は、テーパ部６２Ｂの径方向外側を向く面と、基部６１の径方向内側を向く面とを、径方向に連結する板状の部材である。リブ６３は周方向に間隔をあけて複数設けられている。これらリブ６３は絞りピース６０全体の剛性を確保するために設けられている。なお、上記複数の空気孔６４は、いずれもこれらリブ６３と干渉しない部分に形成されている。

以上のように構成された絞りピース６０が、燃焼筒２４に形成された各スリット５０に外周側から嵌め込まれている。これにより、燃焼筒２４の内周側では、各絞りピース６０が、絞り面Ｓ（テーパ部６２Ｂ）を上流側に向けた状態で配置される。

続いて、本実施形態に係るガスタービン１、及び燃焼器３の動作について説明する。上述したように、ガスタービン１を運転するに当たっては、まず外部の駆動源によってガスタービンロータ１８を回転駆動することで、圧縮機２の内部に外部空気が取り込まれる。圧縮機２に取り込まれた空気は、圧縮機２の駆動に伴って上記の圧縮機動翼８、及び圧縮機静翼１０との間を流通する間に順次圧縮されて高圧空気となる。

この高圧空気は、ガスタービンケーシング１９を通じて燃焼器３内に導入される。燃焼器３内では、この高圧空気と燃料とが混合されることで、予混合ガスが生成される。この予混合ガスに着火することで、高温高圧の燃焼ガスが生成される。続いて、燃焼ガスはタービン５内に導かれることで、当該タービン５を回転駆動する。このようなサイクルが連続して繰り返されることで、ガスタービン１が運転される。

ここで、燃焼器３内におけるＣＯ等の未燃炭化物の生成を抑える（燃え切りを良くする）ために、燃焼筒２４の内部では、燃焼ガスの循環流が形成されることが望ましいとされる。そこで、本実施形態に係る燃焼器３では、上記の絞りピース６０が燃焼筒２４のスリット５０に取り付けられている。この絞りピース６０が設けられていることにより、燃焼筒２４内を上流側から下流側に向かって流通した燃焼ガスは、絞り面Ｓに衝突することで流れの向きを変えて再び上流側に向かう。これにより、燃焼筒２４内部で燃焼ガスの循環流が形成される。したがって、上記のようなＣＯ等の未燃炭化物の生成が抑制され、燃焼器３の性能を向上させることができる。

さらに、燃焼筒２４に形成された複数のスリット５０に対して、各スリット５０の径方向外側から絞りピース６０を嵌め込むことのみによって、上記構成を得ることができる。これにより、燃焼器３の効率向上を容易に実現することができる。特に、上記のような構成によれば、燃焼筒２４の開孔端部から離れた領域であっても、容易に絞りピース６０を取り付けることができる。
他の例としては、燃焼筒２４の開孔端部から、絞りピース６０を取り付けたい領域に直接アクセスして作業を行うことも考えられる。しかしながら、この方法では、狭隘な燃焼筒２４内部で溶接等の作業を進める必要があることから、作業性が低下するのみならず、満足の行く作業結果を得られない可能性がある。また、この方法では、大掛かりな分解作業が必要となるため、現用中の燃焼器３に絞りピース６０を適用する場合には現実的とは言えない。この点で、本実施形態に係る構成は有利である。

さらに、上記の燃焼器３では、絞りピース６０は、音響ダンパ４０よりも下流側に設けられている。ここで、音響ダンパ４０の減衰空間３７内からは空気が漏出するため、該音響ダンパ４０の近傍の領域では燃焼ガスの温度が低くなることが知られている。すなわち、当該領域ではＣＯ等の未燃炭化物が生成されやすい。

しかしながら、上記の構成によれば、音響ダンパ４０の下流側に絞りピース６０が設けられていることから、絞りピース６０の絞り面Ｓによって渦が形成される。この渦によって、音響ダンパ４０の下流側の領域における空気と燃焼ガスとの混合が促進されるため、未燃炭化物の生成をさらに抑えることができる。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について、図６から図１０を参照して説明する。なお、上記実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図６に示すように、本実施形態では、上記第一実施形態における絞りピース６０に代えて、絞り環６０Ｂが燃焼筒２４の内周側に取り付けられている。絞り環６０Ｂは、上記第一実施形態と同様に、音響ダンパ４０の下流側に設けられている。

絞り環６０Ｂは、燃焼器軸線Ａｃを中心とする円環状をなしている。絞り環６０Ｂは、燃焼筒２４の内周面に沿って燃焼器軸線Ａｃ方向に広がる固定部６１Ｂと、固定部６１Ｂの下流側の端部に一体に取り付けられた絞り環本体６２Ｃと、を有している。固定部６１Ｂの外周側の面は、燃焼筒２４の内周面に対して固定されている。燃焼器軸線Ａｃの周方向から見て、絞り環本体６２Ｃは該燃焼器軸線Ａｃに対して交差する方向に傾斜している。より具体的には、絞り環本体６２Ｃは、上流側から下流側に向かうに従って径方向外側から内側に向かうように延びている。絞り環本体６２Ｃの径方向内側を向く面は絞り面ＳＢとされている。この絞り面ＳＢは、燃焼筒２４内を流れる主流を臨んでいる。

燃焼筒２４の上記絞り環本体６２Ｃが位置する部分には複数の空気孔Ｈが形成されている。これら空気孔Ｈは、燃焼筒２４を径方向に貫通する孔である。空気孔Ｈは、燃焼器軸線Ａｃの周方向に間隔をあけて複数配列されている。空気孔Ｈを通じて外部の空気が燃焼筒２４の内周側に取り込まれることで、絞り環本体６２Ｃが冷却され、燃焼ガスの輻射熱等から保護される。

さらに、燃焼筒２４の外周面上であって、上記絞り環６０Ｂよりも下流側の部分には、当該外周面から径方向内側に向かって凹没する角溝状のキャビティ７０が形成されている。このキャビティ７０を形成する各面のうち、上流側の面は上流面７１とされ、下流側の面は下流面７２とされている。さらに、これら上流面７１と下流面７２とを接続する面は、燃焼器軸線Ａｃ方向に広がる底面７３とされている。上流面７１上、及び下流面７２上には、上述した複数の冷却流路３１の端部がそれぞれ開孔している。すなわち、このキャビティ７０は、これら複数の冷却流路３１にまたがるようにして形成されている。なお、上流面７１における冷却流路３１の開孔と、下流面７２における冷却流路３１の開孔との周方向における位置は必ずしも一致していなくてもよく、これらが周方向に互いにずれていてもよい。このようなキャビティ７０が、燃焼筒２４の外周面に沿って周方向に形成されている。

さらに、キャビティ７０の底面７３と、燃焼筒２４の内周側の面との間には、燃焼器軸線Ａｃの径方向に延びる接合部８０が形成されている。この接合部８０は、燃焼筒２４を上下流方向に分割する際に生じた端面同士の間に介在している。より具体的には、この接合部８０は、アーク溶接等によって形成される。

上記接合部８０を挟んで、燃焼筒２４は２つの部分（筒体半体部）に分割されている。具体的には、接合部８０よりも上流側に位置する部分は上流側半体部２４Ａとされ、下流側に位置する部分は下流側半体部２４Ｂとされている。上記の絞り環６０Ｂは上流側半体部２４Ａの内周面に取り付けられている。

キャビティ７０は外周側から蓋体９０によって覆われている。蓋体９０は、燃焼筒２４の外周面と同一かわずかに大きな内径寸法を有する円環状部材である。さらに、燃焼器軸線Ａｃ方向における蓋体９０の寸法は、同燃焼器軸線Ａｃ方向におけるキャビティ７０の寸法よりも十分に大きく設定されている。蓋体９０によって覆われることで、キャビティ７０及び冷却流路３１は外部に対する気密性が維持される。すなわち、キャビティ７０及び冷却流路３１中を流通する空気が外部に漏洩しないようになっている。

次いで、本実施形態に係る燃焼器３の性能向上方法について、図７から図１０、及び図１６を参照して説明する。本実施形態に係る燃焼器３の性能向上方法は、燃焼器３（筒体）に上記のキャビティ７０を形成する工程と、当該燃焼筒２４を分割して一対の筒体半体部を形成する工程と、一方の筒体半体部に上記の絞り環６０Ｂを取り付ける工程と、これら筒体半体部同士を接合する工程と、蓋体９０を取り付ける工程と、を含む（図１４参照）。

以下、上記の各工程について順に説明する。図７に示すように、まず燃焼筒２４の外周側における所望の領域に、上記のキャビティ７０を形成する（キャビティ形成工程Ｓ１）。次いで、このキャビティ７０の底面７３から燃焼筒２４の内周側に向かって、当該燃焼筒２４を切断する。これにより、燃焼筒２４は上下流方向に２つに分割されて、上流側半体部２４Ａ，下流側半体部２４Ｂが得られる（筒体分割工程Ｓ２：図８）。

次に、上流側半体部２４Ａの内周面に、絞り環６０Ｂを取り付ける。具体的には、当該上流側半体部２４Ａの内周面に、絞り環６０Ｂの固定部６１Ｂを溶接等によって固定する（絞り環取付け工程Ｓ３：図９）。

続いて、絞り環６０Ｂが取り付けられた状態の上流側半体部２４Ａと、下流側半体部２４Ｂとを接合する（接合工程Ｓ４：図１０）。なお、このとき、キャビティ７０の上流面７１における冷却流路３１の開孔と、下流面７２における冷却流路３１の開孔との周方向における位置は必ずしも一致していなくてもよく、これらが周方向に互いにずれていてもよい。

次いで、上述のように接合された状態の燃焼筒２４（上流側半体部２４Ａ，下流側半体部２４Ｂ）に対して、キャビティ７０を外周側から覆うようにして蓋体９０を取り付ける（蓋体取付け工程Ｓ５）。これにより、キャビティ７０、及び冷却流路３１と外部との気密が確保される。以上により、本実施形態に係る燃焼器３の性能向上方法の全工程が完了する。

このような構成、及び方法によれば、一体をなす燃焼筒２４が２つの筒体半体部（上流側半体部２４Ａ，下流側半体部２４Ｂ）に分割された後、一方の筒体半体部の内周側に絞り環６０Ｂが取り付けられる。これにより、例えばすでに組立の完了した燃焼器３に絞り環６０Ｂを適用する場合や、燃焼筒２４の開孔端部からのアクセスが難しい領域に絞り環６０Ｂを適用する場合であっても、筒体半体部の開孔を通じて容易に作業を行うことができる。

また、上記のキャビティ７０が形成されていない場合、燃焼筒２４の壁面内部に形成された複数の冷却流路３１同士の周方向位置を正確に一致させる必要が生じるため、作業性が低下する可能性がある。しかしながら、上記方法によれば、複数の冷却流路３１にまたがるようにして周方向に延びるキャビティ７０が形成されているため、これら冷却流路３１の周方向位置を考慮することなく、筒体半体部同士を接合することができる。これにより、性能の向上した燃焼器３をより容易に得ることができる。

［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態について、図１１から図１５、及び図１７を参照して説明する。なお、上記各実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図１１に示すように、本実施形態では、絞り環６０Ｂが燃焼筒２４の内周側に取り付けられている。絞り環６０Ｂは、上記各実施形態と同様に、音響ダンパ４０の下流側に設けられている。

絞り環６０Ｂは、燃焼器軸線Ａｃを中心とする円環状をなしている。絞り環６０Ｂは、燃焼筒２４の内周面に沿って燃焼器軸線Ａｃ方向に広がる固定部６１Ｂと、固定部６１Ｂの下流側の端部に一体に取り付けられた絞り環本体６２Ｃと、を有している。固定部６１Ｂの外周側の面は、燃焼筒２４の内周面に対して固定されている。燃焼器軸線Ａｃの周方向から見て、絞り環本体６２Ｃは該燃焼器軸線Ａｃに対して交差する方向に傾斜している。より具体的には、絞り環本体６２Ｃは、上流側から下流側に向かうに従って径方向外側から内側に向かうように延びている。絞り環本体６２Ｃの径方向内側を向く面は絞り面ＳＢとされている。この絞り面ＳＢは、燃焼筒２４内を流れる主流を臨んでいる。

なお、上記第二実施形態と同様に、燃焼筒２４の上記絞り環本体６２Ｃが位置する部分には複数の空気孔が形成されていてもよい。空気孔を通じて外部の空気が燃焼筒２４の内周側に取り込まれることで、絞り環本体６２Ｃが冷却され、燃焼ガスの輻射熱等から保護される。

さらに、燃焼筒２４の外周面上であって、燃焼器軸線Ａｃ方向で上記絞り環６０Ｂを挟んで上流側と下流側における部分には、当該外周面から径方向内側に向かって凹没する角溝状のキャビティ７０が１つずつ形成されている。なお、これら２つのキャビティ７０は互いに同等の構成を有することから、以下では代表的に一方のキャビティ７０についてのみ説明する。

キャビティ７０を形成する各面のうち、上流側の面は上流面７１とされ、下流側の面は下流面７２とされている。さらに、これら上流面７１と下流面７２とを接続する面は、燃焼器軸線Ａｃ方向に広がる底面７３とされている。上流面７１上、及び下流面７２上には、上述した複数の冷却流路３１の端部がそれぞれ開孔している。すなわち、このキャビティ７０は、これら複数の冷却流路３１にまたがるようにして形成されている。なお、上流面７１における冷却流路３１の開孔と、下流面７２における冷却流路３１の開孔との周方向における位置は必ずしも一致していなくてもよく、これらが周方向に互いにずれていてもよい。このようなキャビティ７０が、燃焼筒２４の外周面に沿って周方向に形成されている。

さらに、キャビティ７０の底面７３と、燃焼筒２４の内周側の面との間には、燃焼器軸線Ａｃの径方向に延びる接合部８０が形成されている。この接合部８０は、燃焼筒２４を上下流方向に分割する際に生じた端面同士の間に介在している。より具体的には、この接合部８０は、アーク溶接等によって形成される。

上記２つの接合部８０を挟んで、燃焼筒２４は燃焼器軸線Ａｃ方向の上流側から下流側にかけて３つの部分に分割されている。具体的には、最も上流側に位置する部分は上流側分割体２４Ｕとされ、最も下流側に位置する部分は下流側分割体２４Ｄとされている。さらに、これら上流側分割体２４Ｕ及び下流側分割体２４Ｄの間に位置する部分は、中間分割体２４Ｍとされている。上記の絞り環６０Ｂはこの中間分割体２４Ｍの内周面に取り付けられている。

各キャビティ７０は外周側から蓋体９０によって覆われている。蓋体９０は、燃焼筒２４の外周面と同一かわずかに大きな内径寸法を有する円環状部材である。さらに、燃焼器軸線Ａｃ方向における蓋体９０の寸法は、同燃焼器軸線Ａｃ方向におけるキャビティ７０の寸法よりも十分に大きく設定されている。蓋体９０によって覆われることで、キャビティ７０及び冷却流路３１は外部に対する気密性が維持される。すなわち、キャビティ７０及び冷却流路３１中を流通する空気が外部に漏洩しないようになっている。

次いで、本実施形態に係る燃焼器３の性能向上方法について、図１２から図１５、及び図１７を参照して説明する。本実施形態に係る燃焼器３の性能向上方法は、燃焼器３（筒体）に上記のキャビティ７０を形成する工程と、当該燃焼筒２４を分割して上流側分割体２４Ｕ、中間分割体２４Ｍ、及び下流側分割体２４Ｄを形成する工程と、中間分割体２４Ｍに上記の絞り環６０Ｂを取り付ける工程と、これら上流側分割体２４Ｕ、中間分割体２４Ｍ、及び下流側分割体２４Ｄを互いに接合する工程と、蓋体９０を取り付ける工程と、を含む（図１７）。

以下、上記の各工程について順に説明する。図１２に示すように、まず燃焼筒２４の外周側における所望の領域に、上記２つのキャビティ７０を形成する（キャビティ形成工程Ｓ１１）。次いで、それぞれのキャビティ７０の底面７３から燃焼筒２４の内周側に向かって、当該燃焼筒２４を切断する。これにより、燃焼筒２４は上下流方向に３つに分割されて、上述した上流側分割体２４Ｕ、中間分割体２４Ｍ、及び下流側分割体２４Ｄが得られる（筒体分割工程Ｓ１２：図１３）。

次に、中間分割体２４Ｍに、絞り環６０Ｂを取り付ける。具体的には、当該中間分割体２４Ｍの内周面に、絞り環６０Ｂの固定部６１Ｂを溶接等によって固定する（絞り環取付け工程Ｓ１３：図１４）。

続いて、絞り環６０Ｂが取り付けられた状態の中間分割体２４Ｍと、上流側分割体２４Ｕ、及び下流側分割体２４Ｄとを接合する（接合工程Ｓ１４：図１５）。なお、このとき、各キャビティ７０の上流面７１に開孔する冷却流路３１の開孔と、下流面７２に開孔する冷却流路３１の開孔との周方向における位置は必ずしも一致していなくてもよく、これらが周方向に互いにずれていてもよい。

次いで、上述のように接合された状態の燃焼筒２４に対して、キャビティ７０を外周側から覆うようにして蓋体９０を取り付ける（蓋体取付け工程Ｓ１５）。これにより、キャビティ７０、及び冷却流路３１と外部との気密が確保される。以上により、本実施形態に係る燃焼器３の性能向上方法の全工程が完了する。

このような構成、及び方法によれば、一体をなす燃焼筒２４が、上流側分割体２４Ｕ、中間分割体２４Ｍ、及び下流側分割体２４Ｄに分割された後、中間分割体２４Ｍの内周側に絞り環６０Ｂが取り付けられる。これにより、例えばすでに組立の完了した燃焼器３に絞り環６０Ｂを適用する場合や、筒体の開孔端部からのアクセスが難しい領域に絞り環６０Ｂを適用する場合であっても、容易に作業を行うことができる。

また、上記のキャビティ７０が形成されていない場合、燃焼筒２４の壁面内部に形成された複数の冷却流路３１同士の周方向位置を正確に一致させる必要が生じるため、作業性が低下する可能性がある。しかしながら、上記方法によれば、複数の冷却流路３１にまたがるようにして周方向に延びるキャビティ７０が形成されているため、これら冷却流路３１の周方向位置を考慮することなく、上流側分割体２４Ｕ、中間分割体２４Ｍ、及び下流側分割体２４Ｄを接合することができる。これにより、性能の向上した燃焼器３をより容易に得ることができる。

加えて、上記の中間分割体２４Ｍは、上流側分割体２４Ｕ、及び下流側分割体２４Ｄから独立して移動させることができるため、例えば燃焼器３周辺の限られたスペースで上記の各工程を実行する場合に比べて高い作業性を確保することもできる。

以上、本発明の各実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成や方法に種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記の燃焼器３の性能向上方法で説明した各工程について、その適用対象は燃焼器３のみに限定されるものではない。閉塞された空間が内側に形成された筒体の内周側に構造物を取り付ける要請がある場合であれば、いかなる装置に対しても同様の各工程を適用することが可能である。

１…ガスタービン ２…圧縮機 ３…燃焼器 ５…タービン ６…圧縮機ロータ ７…圧縮機ケーシング ８…圧縮機動翼 ９…圧縮機動翼段 １０…圧縮機静翼 １１…圧縮機静翼段 １２…タービンロータ １３…タービンケーシング １４…タービン動翼 １５…タービン動翼段 １６…タービン静翼 １７…タービン静翼段 １８…ガスタービンロータ １９…ガスタービンケーシング ２１…外筒 ２２…ノズル ２３…スワラ支持筒 ２４…燃焼筒 ２４Ａ…上流側半体部 ２４Ｂ…下流側半体部 ２４Ｄ…下流側分割体 ２４Ｍ…中間分割体 ２４Ｕ…上流側分割体 ２９…内側板 ３０…外側板 ３１…冷却流路 ３２…多孔領域 ３３…ハウジング ３４…孔部 ３５…主板 ３６…側板 ３７…減衰空間 ４０…音響ダンパ ５０…スリット ６０…絞りピース ６０Ｂ…絞り環 ６１…基部 ６１Ｂ…固定部 ６２…ピース本体 ６２Ａ…接続部 ６２Ｂ…テーパ部 ６２Ｃ…絞り環本体 ６３…リブ ６４…空気孔 ７０…キャビティ ７１…上流面 ７２…下流面 ７３…底面 ８０…接合部 ９０…蓋体 Ａｃ…燃焼器軸線 Ａｓ…軸線 Ｇ…発電機 Ｈ…空気孔 Ｓ…絞り面 Ｓｂ…絞り面

Claims (6)

1. 燃料を噴射する燃料ノズルと、
   前記燃料の燃焼によって生成された燃焼ガスが流通する燃焼領域が内側に形成される筒状をなし、周方向に間隔をあけて該周方向に延びる複数のスリットが形成された筒体と、
   前記スリットに嵌め込まれるとともに、前記筒体の内周側から径方向内側に突出し、径方向外側から内側に向かうに従って前記燃焼ガスの流通方向に延びる絞り面を有する絞りピースと、
   を備える燃焼器。
2. 前記筒体の外周側に配置され、前記筒体の内部と連通する減衰空間が内側に形成された音響ダンパを備え、
   前記絞りピースは、前記音響ダンパよりも下流側に設けられている請求項１に記載の燃焼器。
3. 燃料を噴射する燃料ノズルと、
   前記燃料の燃焼によって生成された燃焼ガスが流通する燃焼領域が内側に形成される筒状をなすとともに、壁面内部に前記燃焼ガスの流通方向に延び、冷却空気が流通する複数の冷却流路が形成されている筒体と、
   前記筒体の内周側から径方向内側に突出し、径方向外側から内側に向かうに従って前記流通方向に延びる絞り面を有するとともに、前記筒体の内周側で周方向に延びる環状の絞り環と、
   を備え、
   前記筒体の外周面上であって、前記絞り環の設けられる位置を基準として前記流通方向の両側には、該外周面から径方向内側に向かって凹没するとともに、前記複数の冷却流路にまたがって周方向に延びる一対のキャビティが形成され、
   各前記キャビティを径方向外側から覆う蓋体をさらに備える燃焼器。
4. 前記筒体の外周側に配置され、前記筒体の内部と連通する減衰空間が内側に形成された音響ダンパを備え、
   前記絞り環は、前記音響ダンパよりも下流側に設けられている請求項３に記載の燃焼器。
5. 壁面内部に、燃焼ガスの流通方向に延び、冷却空気が流通する複数の冷却流路が形成されている筒体と、
   前記筒体の内周側から径方向内側に突出し、径方向外側から内側に向かうに従って前記流通方向に延びる絞り面を有するとともに、前記筒体の内周側で周方向に延びる環状の絞
   り環と、
   を備える燃焼器の性能向上方法であって、
   前記筒体の外周面に、該外周面から径方向内側に向かって凹没するとともに、前記複数の冷却流路にまたがって周方向に延びるキャビティを形成する工程と、
   前記筒体を前記キャビティに沿って前記流通方向に２つに分割することで、一対の筒体半体部を形成する工程と、
   前記一対の筒体半体部のうちのいずれか一方の筒体半体部の内周側に前記絞り環を取り付ける工程と、
   前記絞り環が取り付けられた一方の前記筒体半体部に、他方の前記筒体半体部を接合する工程と、
   前記キャビティを覆う蓋体を取り付ける工程と、
   を含む燃焼器の性能向上方法。
6. 壁面内部に、燃焼ガスの流通方向に延び、冷却空気が流通する複数の冷却流路が形成されている筒体と、
   前記筒体の内周側から径方向内側に突出し、径方向外側から内側に向かうに従って前記流通方向に延びる絞り面を有するとともに、前記筒体の内周側で周方向に延びる環状の絞り環と、
   を備える燃焼器の性能向上方法であって、
   前記筒体の外周面に、前記流通方向に間隔をあけて配列され、該外周面から径方向内側に向かって凹没するとともに、前記複数の冷却流路にまたがって周方向に延びる一対のキャビティを形成する工程と、
   前記筒体を一対の前記キャビティに沿って前記流通方向に３つに分割することで、上流側分割体、中間分割体、及び下流側分割体を形成する工程と、
   前記中間分割体の内周側に前記絞り環を取り付ける工程と、
   前記絞り環が取り付けられた前記中間分割体に、前記上流側分割体、及び前記下流側分割体をそれぞれ接合する工程と、
   前記一対のキャビティを覆う蓋体をそれぞれ取り付ける工程と、
   を含む燃焼器の性能向上方法。

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