JPH06323164A - ガスタ−ビンおよびガスタ−ビン燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】燃焼器燃焼器ライナと尾筒との結合部分を流通
する冷却空気の量は少なく、かつ板ばねおよび燃焼器ラ
イナの端部が充分に冷却されるガスタ−ビンおよびガス
タ−ビン燃焼装置を提供する。 【構成】燃焼器ライナ１と尾筒４との嵌合部の間隙内
で、かつ板ばね体８に隣接した部分に、その一方端が例
えば尾筒４の内壁面に固着され、かつ他方端が燃焼器ラ
イナ１の外周壁面に接するように配置された良熱伝導細
線群５を設けるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はガスタ−ビンおよびガス
タ−ビン燃焼装置の改良に係り、特に燃焼室を形成して
いる燃焼器ライナと尾筒との間に湾曲板ばね体を備えて
いるガスタ−ビンおよびガスタ−ビン燃焼装置の改良に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来一般に採用されているガスタ−ビン
燃焼装置は、図９にその要部が示されているように、燃
焼室Ｒを形成している燃焼器ライナ１があり、この燃焼
器ライナ１の一方端側には燃料供給装置２が設けられ、
反対側の端部には動翼３まで燃焼高温ガスを導くための
尾筒４が設けられている。

【０００３】図中５として示されているのはガスタ−ビ
ンに駆動される圧縮機で、燃焼用空気の供給、それに高
温部材、例えば燃焼器ライナ１や尾筒４あるいは動翼３
や静翼６を冷却する冷却空気の供給を行う。矢印はその
空気の流れを示している。

【０００４】燃焼装置の燃焼は、燃料供給装置２から供
給された燃料と圧縮機５から供給される燃焼用空気によ
り燃焼室Ｒでなされ、燃焼した高温のガスは燃焼器ライ
ナ１から尾筒４および静翼６を介して回転体側の動翼３
に与えられる。

【０００５】前述した冷却空気による燃焼器ライナ１や
尾筒４の冷却は、その外周表面を流通する冷却空気との
熱変換、それに燃焼器ライナ１および尾筒４に予め設け
られている冷却孔から燃焼器ライナ１内へ流入する空気
Ａ１、Ａ２により行われる。

【０００６】燃焼器ライナ１の一方端、すなわち高温ガ
ス流（矢印Ｗで示す）の下流側端に尾筒４が設けられ、
両者は結合されているわけであるが、ここで重要なこと
は両者は結合されているとは云え、例えば溶接やボルト
止めのように完全な固定ではなく、遊合状態の嵌合によ
る結合であると云うことである。

【０００７】すなわち燃焼器ライナ１や尾筒４は高温に
熱せられ熱伸縮するわけであるが、その熱伸縮量は夫々
異なり熱応力破壊を避けるためにも、両者間には応力の
逃げ道が必要なのである。

【０００８】図８はこの結合部を拡大して示したもの
で、燃焼器ライナ１と尾筒４の嵌合間には湾曲板ばね体
８が介在されている。

【０００９】すなわち燃焼器ライナ１の外周面には薄板
を円弧状に曲げて製作され、かつ縮圧状に介在された板
ばね体８が取り付けられている。この板ばね体８の円弧
状の部分には、ばね作用を持たせるために燃焼器ライナ
の軸方向に多数の細長いスリット８Ｓが切られており、
反スリット側が燃焼器ライナ１の外周壁面にスポット溶
接で固定されている。６はその溶接点を示している。

【００１０】板ばね体８は外径寸法が尾筒４の内径寸法
より大きめに作られているので、尾筒４に挿入された状
態では、板ばね体８の頂部付近で尾筒４の内壁と弾性的
に接し、板ばね体８のばね定数の大きさに応じて反力が
板ばねに作用している。

【００１１】燃焼器ライナ１と尾筒４との嵌合結合部は
このように形成されており、したがって燃焼器ライナ１
は軸方向にスライドでき、熱膨張による伸びを許容し、
熱応力の発生を軽減している。また板ばね体８のばね作
用によって燃焼器ライナ１の振動を抑制している。

【００１２】燃焼器ライナ１および尾筒４は前述したよ
うに冷却空気により冷却されるわけであるが、勿論板ば
ね体８も高温になることから板ばね体８の冷却も必要で
あり、この板ばね体８の部分に冷却空気を流す必要があ
る。

【００１３】この場合板ばね体８にはスリット８Ｓが設
けられていることから、この部分を通して冷却空気が流
れるので、冷却に関しては特に問題はないのであるが、
しかしこのスリット８Ｓを通して必要以上に多くの冷却
空気が流入し、燃焼用空気がその分減少してしまう嫌い
がある。勿論スリットの幅を小さくすればよいわけであ
るが、幅を小さくすると云っても限界があり、やはり多
くの冷却空気が流入してしまうのである。

【００１４】この一つの対策として、例えば実開昭６３
−７１４３３号公報にも記載されているように、円弧状
の板ばね体８を二つ重ねて用い、しかもスリット同志が
重ならないようにずらして用いるのである。

【００１５】このものであると板ばね体８にはスリット
が形成されており、ばねとして充分作用し、また冷却空
気の流入も防止されるのである。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】このように構成された
燃焼装置であると、たしかに嵌合部よりの空気の流入は
なくその分燃焼用空気を増すことができるが、しかしこ
のものでは、ばねの湾曲内面側は全く冷却空気に触れる
ことが無く、すなわち板ばね体の湾曲内側面のみ高温と
なりばね反力が変化したり、また同様に板ばね体の湾曲
内面に面している燃焼器ライナの外周壁面が高温となり
ライナの一部分が変形したり応力破壊を生じてしまう嫌
いがあった。

【００１７】本発明はこれに鑑みなされたものでその目
的とするところは、燃焼器ライナと尾筒との結合部分を
流通する冷却空気の量は少なく、かつ板ばね体および燃
焼器ライナの端部が充分に冷却されるこの種ガスタ−ビ
ン燃焼装置を提供するにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、嵌合
部の間隙内で、かつ板ばね体に隣接した部分に、その一
方端が例えば尾筒の内壁面に固着され、かつ他方端が燃
焼器ライナの外周壁面に接するように配置された良熱伝
導細線群を設けるようになし所期の目的を達成するよう
にしたものである。

【００１９】

【作用】すなわちこの構成であると、板ばね体に形成さ
れているスリットを介して燃焼器ライナ外側から尾筒内
部に流入する空気は、燃焼器ライナと尾筒の間の流路に
設けられた良熱伝導細線群が流体抵抗となるため、流量
が著しく低下して、空気の多量の流入は抑制され、さら
に良熱伝導細線群は尾筒と燃焼器ライナのどちらにも接
触しているため、燃焼器ライナの尾筒側端部近傍の熱は
この良熱伝導細線群の細線を伝わって尾筒に至り、尾筒
の外周部を流通している空気に放出される。

【００２０】したがって冷却空気の量は少なく、かつ板
ばね体および燃焼器ライナが充分に冷却されるこの種ガ
スタ−ビン燃焼装置を得ることができるのである。

【００２１】またこのように形成された燃焼装置を備え
たガスタ−ビンであると、燃焼用空気が増大するので燃
焼温度を下げることができ低ＮＯｘ化を図ることができ
るのである。

【００２２】

【実施例】以下図示した実施例に基づいて本発明を詳細
に説明する。図１には燃焼器ライナ１が尾筒４に遊合状
態で嵌合されているその嵌合部が示されている。

【００２３】燃焼器ライナ１の下流側の端部、すなわち
尾筒４が結合される側の端部外周面には、従来同様薄板
を円弧状に曲げて製作された板ばね体８が取り付けられ
ている。板ばね体８の円弧状の部分には燃焼器ライナの
軸方向に多数の細長いスリットが切られており、燃焼器
ライナ１の外周面にスポット溶接されている。

【００２４】板ばね体８は外径寸法がが尾筒４の内径寸
法より大きく形成され、板ばね体８の頂部付近で尾筒４
の内壁と弾性的に接し、板ばね体８のばね定数の大きさ
に応じて反力が板ばね体８に作用している。

【００２５】この板ばね体８の取付け部に対応する尾筒
４の内壁には、良熱伝導細線群５が固定されている。こ
の良熱伝導細線群５は燃焼器ライナ１の表面側、すなわ
ち板ばね体８の後端部表面に向かって延びており、その
先端側、すなわち内径側は板ばね体８後端部の外径より
わずかに小さくなっている。すなわちこの遊合間隙より
多少長い細線となっている。

【００２６】このため細線群５は尾筒４の入口部近傍の
内壁と板ばね体８後端部との環状部を隙間なく埋め、板
ばね体８後端部と弾性的に接することになる。

【００２７】このように板ばね体８および良熱伝導細線
群５はともに弾性的に接しているので、燃焼器ライナ１
は軸方向にスライド可能であり、軸方向の熱膨張による
伸びを許容するとともに、それらの板ばね体８作用によ
って燃焼器ライナ１の振動を抑制している。

【００２８】また良熱伝導細線群５が板ばね体８後端部
と尾筒４入口内壁との環状部を隙間なく埋めているの
で、板ばね体８に切られた細長いスリットを通って燃焼
器ライナ１外側から尾筒４内壁に流入する空気は抑制さ
れる。

【００２９】さらにこの良熱伝導細線群５は燃焼器ライ
ナ１から板ばね体８後端部を通じて熱を尾筒４に伝える
働きをする。尾筒４の外側は空気が高速で流れているた
め、燃焼器ライナ１からの熱は奪われ、結果として燃焼
器ライナ１の尾筒４側端部近傍の温度上昇は抑制され
る。この温度分布を模式的に表したのが図７の破線Ｃで
ある。すなわち燃焼器ライナ１の温度は、一般には冷却
孔から離れるに従って高くなるが、それがが頭打ちにな
ると云うことである。

【００３０】以上のようにこの燃焼装置によれば、板ば
ね体８に設けられたスリットを通って燃焼器ライナ１外
側から尾筒４内部に流れ込む空気を極力少なくすること
ができ、かつ燃焼器ライナ１の尾筒４側端部近傍で燃焼
器ライナ１温度が上昇するのを抑制することができ、こ
れによって熱応力の低減と材料の強度低下の防止が図ら
れるのである。

【００３１】尚以上の説明では良熱伝導細線群５を尾筒
４側に固定するように説明してきたが、常に尾筒側に固
定しなければならないわけではなく、例えば図３に示す
ように燃焼器ライナ１側に固定するようにしてもよいで
あろう。なおこの図の場合板ばね体８を固定している部
分に固定するようにしているが、このようにすると板ば
ね体８の熱もこの良熱伝導細線群５を介して外部へ運ぶ
ことができ良好であろう。

【００３２】良熱伝導細線群５を製作するにあたり細線
の材質としては、耐熱材で熱が伝わるものであれば如何
なるものでもよいが、弾性材であれば押圧接触が可能で
伝熱効果も良好であり望ましい。なお弾性材にて形成し
た場合その剛性を調整することが難しいが、その場合に
は線の太さを変えることも一つの方法であるが、図２に
示すように良熱伝導細線群が燃焼器ライナ１の軸方向に
傾斜角θを持つように形成するのである。このようにす
ると、線材が長めになるので剛性を弱めることができ、
その傾斜角θを選定することにより剛性の調節が可能で
ある。

【００３３】図６も良熱伝導細線群５の剛性を調節する
ための実施例で、この場合には燃焼器ライナの周方向に
傾斜角θを持たせた場合である。

【００３４】図４は良熱伝導細線群５の固定の仕方の他
の実施例を示したもので、良熱伝導細線群５の固定を埋
込としたものである。すなわち尾筒４の内壁に凹部１０
を形成し、この凹部に良熱伝導細線群５を埋め込むので
ある。このようにすると尾筒４に燃焼器ライナ１を挿入
あるいは抜くときなど、細線に倒れやまた固着部の剥が
れ等が生ずる恐れが無く堅牢なものとなる。

【００３５】なおこの図４の実施例では尾筒４に燃焼器
ライナ１を挿入するときも、抜くときも同じ剛性と成る
が、図５に示した実施例ではは挿入するときと抜くとき
で剛性が異なる。すなわち良熱伝導細線群５を挾み込ん
でいる前後の高さ寸法ｈを変えるのである。この高さの
相違によって挿入するときと抜くときの剛性を調節する
ことができる。

【００３６】また大容量の燃焼装置で燃焼器ライナ１外
側から尾筒４内部に冷却空気を多少流したい場合、すな
わち燃焼器ライナ１の温度が燃焼器ライナ寿命から要求
される温度以下に低減できない場合には、良熱伝導細線
群の一部を外部から棒状のもので粗く調整することによ
り、簡単に流入する空気量を調整することができる。

【００３７】尚燃焼器ライナ１の外側から尾筒４内部に
流入する空気Ａの流量を調節することによって達成され
る燃焼器ライナ１の温度分布は、前述した図５の実線
Ａ、Ｂと破線Ｃによって囲まれたハッチングの部分にな
る。

【００３８】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明は、嵌合
部の間隙に、その一方端が対向壁面の一方壁面に固着さ
れ、かつ他方端が対向壁面に接するように配置された良
熱伝導細線群を設けるようになしたから、板ばね体に形
成されているスリットを介して燃焼器ライナ外側から尾
筒内部に流入する空気は、燃焼器ライナと尾筒の間の流
路に設けられた良熱伝導細線群が流体抵抗となるため、
流量が著しく低下して、空気の多量の流入は抑制され、
さらに良熱伝導細線群は尾筒と燃焼器ライナのどちらに
も接触しているため、燃焼器ライナの尾筒側端部近傍の
熱はこの良熱伝導細線群の細線を伝わって尾筒に至り、
尾筒の外周部を流通している空気に放出される。

【００３９】したがって冷却空気の量は少なく、かつ板
ばね体および燃焼器ライナは充分に冷却されるこの種ガ
スタ−ビン燃焼装置を得ることができる。

【００４０】またこのように形成された燃焼装置を備え
たガスタ−ビンであると、燃焼用空気が増大するので燃
焼温度を下げることができ低ＮＯｘ化を図ることができ
るのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガスタ−ビン燃焼装置の一実施例を示
すもので、燃焼ライナと尾筒との嵌合部を示す縦断側面
図である。

【図２】本発明のガスタ−ビン燃焼装置の他の実施例を
示すもので、燃焼ライナと尾筒との嵌合部を示す縦断側
面図である。

【図３】本発明のガスタ−ビン燃焼装置の他の実施例を
示すもので、燃焼ライナと尾筒との嵌合部を示す縦断側
面図である。

【図４】本発明のガスタ−ビン燃焼装置の他の実施例を
示すもので、燃焼ライナと尾筒との嵌合部を示す縦断側
面図である。

【図５】本発明のガスタ−ビン燃焼装置の他の実施例を
示すもので、燃焼ライナと尾筒との嵌合部を示す縦断側
面図である。

【図６】本発明のガスタ−ビン燃焼装置の他の実施例を
示すもので、燃焼ライナと尾筒との嵌合部を示す縦断正
面図である。

【図７】燃焼器ライナの温度分布を表す曲線図である。

【図８】従来のガスタ−ビン燃焼装置の燃焼ライナと尾
筒との嵌合部を示す一部破断側面図である。

【図９】従来のガスタ−ビンの燃焼装置周囲を示す縦断
側面図である。

【符号の説明】

１…燃焼器ライナ、４…尾筒、８…板ばね体、８Ｓ…ス
リット、１０…良熱伝導細線群。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石橋 洋二 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 赤津 茂行 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 伊藤 和行 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼室を形成している燃焼器ライナと、 該燃焼器ライナの端部に遊合状態に結合されている筒体
   と、 該筒体と前記燃焼器ライナの遊合間隙に介在され、該遊
   合間隙を所定値に保つばね体と、 を備えてなるガスタ−ビン燃焼装置において、 前記遊合間隙に、その一方端が一方側壁面に固着され、
   かつ他方端が対向壁面に接するように配置された良熱伝
   導細線群を設けたことを特徴とするガスタ−ビン燃焼装
   置。
2. 【請求項２】 燃焼室を形成しているの燃焼器ライナ
   と、 該燃焼器ライナの高温ガス下流側端に遊合状態に結合さ
   れ、高温ガスを動翼側へ導く尾筒と、 該尾筒と前記燃焼器ライナの遊合間隙に配置され、該遊
   合間隙を所定値に保つ湾曲板ばね体と、 を備えてなるガスタ−ビン燃焼装置において、 前記遊合間隙内で、かつ前記湾曲板ばね体に隣接した部
   分に、その一方端が一方側壁面に固着され、かつ他方端
   が対向壁面に接するように配置された良熱伝導細線群を
   設けたことを特徴とするガスタ−ビン燃焼装置。
3. 【請求項３】 前記良熱伝導細線群に、燃焼器ライナの
   周方向に傾斜を持たせるようになした請求項２記載のガ
   スタ−ビン燃焼装置。
4. 【請求項４】 前記良熱伝導細線群を、前記湾曲板ばね
   体より燃焼室に近い側に配置してなる請求項２記載のガ
   スタ−ビン燃焼装置。
5. 【請求項５】 前記良熱伝導細線群は、隣接細線の間隔
   が少なくとも燃焼器ライナの周方向には密着配置となる
   ように形成されている請求項２記載のガスタ−ビン燃焼
   装置。
6. 【請求項６】 前記良熱伝導細線群を、弾性部材にて形
   成した請求項２記載のガスタ−ビン燃焼装置。
7. 【請求項７】 前記良熱伝導細線群を、前記尾筒と燃焼
   器ライナの遊合間隙に縮圧的に介在させてなる請求項５
   記載のガスタ−ビン燃焼装置。
8. 【請求項８】 燃焼室を形成しているの燃焼器ライナ
   と、 該燃焼器ライナの高温ガス下流側端に遊合状態に嵌合さ
   れ、高温ガスを動翼側へ導く尾筒と、 該尾筒と前記燃焼器ライナの遊合間隙に配置され、該遊
   合間隙を所定値に保つ湾曲板ばね体と、 を備えてなるガスタ−ビン燃焼装置において、 前記尾筒と燃焼器ライナの嵌合部は尾筒が外管となるよ
   うに形成されるとともに、前記遊合間隙内で、かつ前記
   湾曲板ばね体に隣接した部分に、その一方端が尾筒内周
   壁面に固着され、かつ他方端が燃焼器ライナの外周壁面
   に接するように配置された良熱伝導細線群を設けたこと
   を特徴とするガスタ−ビン燃焼装置。
9. 【請求項９】 燃焼装置が、燃焼室を形成しているの燃
   焼器ライナと、該燃焼器ライナの高温ガス下流側端に遊
   合状態に嵌合され、高温ガスを動翼側へ導く尾筒と、該
   尾筒と前記燃焼器ライナの遊合間隙に配置され、該遊合
   間隙を所定値に保つ湾曲板ばね体と、を備えているガス
   タ−ビンにおいて、 前記燃焼器ライナと尾筒との嵌合間隙内で、かつ前記湾
   曲板ばね体に隣接した部分に、その一方端が一方側壁面
   に固着され、かつ他方端が対向壁面に接するように配置
   された良熱伝導細線群を設けたことを特徴とするガスタ
   −ビン。