特許 6590771 ガスタービン燃焼器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6590771

(24)【登録日】2019年9月27日

(45)【発行日】2019年10月16日

(54)【発明の名称】ガスタービン燃焼器

(51)【国際特許分類】

   F23R 3/48 20060101AFI20191007BHJP

   F02C 7/18 20060101ALI20191007BHJP

【ＦＩ】

   F23R3/48

   F02C7/18 Z

【請求項の数】10

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2016-156416(P2016-156416)

(22)【出願日】2016年8月9日

(65)【公開番号】特開2018-25334(P2018-25334A)

(43)【公開日】2018年2月15日

【審査請求日】2018年11月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】514030104

【氏名又は名称】三菱日立パワーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】岡▲崎▼ 洋文

(72)【発明者】

【氏名】高橋 宏和

【審査官】 高吉 統久

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−１２７９５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２７８０２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１２１０５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第６３３４２９４（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特開平１０−３３９４４０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｃ ７／１８

Ｆ２３Ｒ ３／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の燃焼器を有し、隣接する前記燃焼器間を火炎伝播管で接続し、前記火炎伝播管を介して前記複数の燃焼器の各々に点火するガスタービン燃焼器であって、
前記火炎伝播管は、内部を燃焼排ガスが流れる内筒と、
前記内筒を覆うように設けられた外筒と、を備え、
前記内筒は、前記火炎伝播管の外部から前記内筒内に空気を導入する空気孔と、
前記内筒内の前記空気孔と対向する位置に、前記内筒内に導入した空気を誘導する案内リングと、を有し、
前記案内リングの一端は前記火炎伝播管の隔壁と接続されることで導入した空気の流れに対する閉鎖端となり、前記案内リングの他端は前記内筒内の空間に開放される開放端となり、
前記空気孔のうち、少なくとも一部は、前記閉鎖端側に傾けて穿孔されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。

【請求項2】

請求項１に記載のガスタービン燃焼器であって、
前記空気孔の中心から前記閉鎖端までの距離は、前記空気孔の直径の３倍以上であることを特徴とするガスタービン燃焼器。

【請求項3】

請求項１または２に記載のガスタービン燃焼器であって、
前記内筒は、２つの筒状部材に分割可能に形成されており、
一方の筒状部材を他方の筒状部材に嵌合することで、前記内筒を構成することを特徴とするガスタービン燃焼器。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか１項に記載のガスタービン燃焼器であって、
前記空気孔と前記開放端の間に、空気の流れを抑制する突起部が設けられていることを特徴とするガスタービン燃焼器。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか１項に記載のガスタービン燃焼器であって、
前記内筒と前記外筒の間に、空気の流れを抑制する突起部が設けられていることを特徴とするガスタービン燃焼器。

【請求項6】

複数の燃焼器を有し、隣接する前記燃焼器間を火炎伝播管で接続し、前記火炎伝播管を介して前記複数の燃焼器の各々に点火するガスタービン燃焼器であって、
前記火炎伝播管は、内部を燃焼排ガスが流れる内筒と、
前記内筒を覆うように設けられた外筒と、を備え、
前記内筒は、前記火炎伝播管の外部から前記内筒内に空気を導入する空気孔と、
前記内筒内の前記空気孔と対向する位置に、前記内筒内に導入した空気を誘導する案内リングと、を有し、
前記案内リングの一端は前記火炎伝播管の隔壁と接続されることで導入した空気の流れに対する閉鎖端となり、前記案内リングの他端は前記内筒内の空間に開放される開放端となり、
前記空気孔と前記開放端の間に、空気の流れを抑制する突起部が設けられていることを特徴とするガスタービン燃焼器。

【請求項7】

請求項６に記載のガスタービン燃焼器であって、
前記空気孔の中心から前記閉鎖端までの距離は、前記空気孔の直径の３倍以上であることを特徴とするガスタービン燃焼器。

【請求項8】

請求項６または７に記載のガスタービン燃焼器であって、
前記内筒は、２つの筒状部材に分割可能に形成されており、
一方の筒状部材を他方の筒状部材に嵌合することで、前記内筒を構成することを特徴とするガスタービン燃焼器。

【請求項9】

請求項６から８のいずれか１項に記載のガスタービン燃焼器であって、
前記空気孔のうち、少なくとも一部は、前記閉鎖端側に傾けて穿孔されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。

【請求項10】

請求項６から９のいずれか１項に記載のガスタービン燃焼器であって、
前記内筒と前記外筒の間に、空気の流れを抑制する突起部が設けられていることを特徴とするガスタービン燃焼器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガスタービン燃焼器の構造に関し、特に、燃料を空気と混合して燃焼させる燃焼器を複数有し、燃焼器間を火炎伝播管にて結合する多缶型ガスタービンの燃焼器構造に関する。

【背景技術】

【0002】

ガスタービン１台に対し複数の缶型のガスタービン燃焼器（以下、燃焼器と記す）を備えた、多缶型ガスタービンという形式がある。通常、多缶型ガスタービンでは、燃焼器をガスタービンの周囲に円環状に配置し、１つまたは数台の燃焼器に点火装置が設置され、他の残りの燃焼器は個別の点火装置を有しない。点火装置を持たない燃焼器の点火は火炎伝播管という隣接する燃焼器間を接続する配管を通して実施する。ガスタービンの起動時には、点火装置を設置した燃焼器にて最初に点火し、隣接する燃焼器に火炎伝播管を介して点火し、すべての燃焼器に点火する方式がとられる。

【0003】

火炎伝播管は、内筒と外筒の２重管で構成するのが一般的である。内筒は、隣接する燃焼器の燃焼室間を接続して高温の燃焼排ガスを流通させ、火炎伝播を担う。外筒は、内筒の外周側に設けられ、隣接する燃焼器の燃料用空気の流路間を接続し内管内側と内管外側の圧力差を削減することで内筒を保護する役割を担う。

【0004】

この火炎伝播管は、上記の点火操作に必要な構成部品であり、点火を確実に実施する必要がある。また、火炎伝播管は、高温の燃焼排ガスに曝されることから熱変形や焼損の防止を検討する必要がある。また、燃焼器間を結合する際の位置決め方法や変形への対処方法なども検討する必要がある。

【0005】

本技術分野の背景技術として、例えば、特許文献１から特許文献３のような技術がある。特許文献１には、火炎伝播管を冷却し、焼損を防止する技術が開示されている。また、特許文献２には、燃焼器間を結合する際の位置決め方法と火炎伝播管を冷却し、焼損を防止する技術が開示されている。特許文献３には、燃焼器の燃焼室を構成する隔壁である燃焼器セクションに設けた複数の冷却孔に対し、この冷却孔と整列するように設けられた複数の流れ散布体により冷却孔を通って流れる冷却空気を拡散させる技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平１０−３３９４４０号公報

【特許文献2】特開平１１−１４０５６号公報

【特許文献3】特開２０１０−１０６８２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

火炎伝播管は、点火完了後の燃焼器とそれに隣接する点火前の燃焼器間に発生する圧力差を利用し、燃焼排ガスを点火前の燃焼器に流して点火させる。すべての燃焼器で点火が終了し、それぞれの燃焼器毎の空気量や燃料量、圧力が同一であれば、燃焼器間の圧力差が無くなり、火炎伝播管を流通する燃焼排ガスの流れは無くなる。この場合、火炎伝播管を高温の燃焼排ガスが流通する時間は点火時の短時間に留まる。

【0008】

しかし、実際には燃焼器毎に空気量や燃料量、圧力や燃焼状態にばらつきが生じる。このため、隣接する燃焼器間に圧力差が生じ、火炎伝播管を通して高温の燃焼排ガスが流通し続ける場合がある。このとき、火炎伝播管は高温の燃焼排ガスに曝されつづけて高温となる。このため、火炎伝播管の熱変形や焼損の防止のために、火炎伝播管を冷却する必要が生じる。

【0009】

火炎伝播管を冷却する方法の１つとして、高温の燃焼排ガスより温度が低い、燃焼用空気の一部を火炎伝播管に設けた孔（空気孔）を通して火炎伝播管内に導いて冷却する方法がある。火炎伝播管の内筒の壁面に設けた空気孔から外筒内の燃焼用空気を内筒内に流入させることで内筒の壁面を冷却する。

【0010】

この際、内筒内部の空気孔の軸方向と対向する位置に内筒と同心円状の案内リングを設け、一方の端面を閉鎖し、片側の端面を内筒内部へ開放すると、空気孔から流入する空気は案内リングの開放された端面より内筒の内周壁面に沿って流れる。内筒壁面に沿って低温の冷却空気が流れることで、内筒壁面が高温の燃焼排ガスに曝されるのを防ぎ、火炎伝播管の熱変形や焼損を防止できる。

【0011】

しかし、上記の構成では案内リングの内周側は高温の燃焼排ガスの流れに曝される。案内リングは空気孔から流通する空気が案内リングの外周側に衝突する際の、いわゆるインピンジ効果で冷却されるものの、その冷却範囲は空気孔の周囲に留まる。特に、内筒と案内リングの間の環状空間において端部が閉鎖された閉鎖端側は空気が流れにくいため案内リングの温度が上昇し、熱変形や焼損の恐れがある。

【0012】

案内リングの温度を低減するには、空気孔の断面積を増加させて冷却空気量を増やす方法や、案内リングを短くして高温の燃焼排ガスの流れに曝される範囲を狭める方法がある。しかし、冷却空気量を増やす方法では、ガスタービン燃焼器の点火時に火炎伝播管を通る燃焼排ガスの温度を下げて、火炎伝播を妨げるおそれがある。また、案内リングを短くする方法では案内リングにより空気の流れが案内される効果が小さくなり、内筒の冷却範囲が狭まる。また、空気孔を設ける位置に制約が生じ、加工コストが高くなる課題がある。

【0013】

本発明は上記の課題を鑑みたものであり、その目的は、複数の燃焼器を備えた多缶型ガスタービンにおいて、ガスタービン燃焼器の点火時に火炎伝播管を通る燃焼排ガスの温度を下げることなく火炎伝播管を冷却し、その熱変形や焼損を防止するガスタービンを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0014】

上記課題を解決するために、本発明のガスタービンは、燃焼器を複数備えた多缶型ガスタービンであって、隣接する燃焼器間を火炎伝播管で接続し、火炎伝播により各燃焼器を点火させる形式を対象とする。さらに、火炎伝播管は２重管で構成され、隣接する燃焼器の燃焼室間を接続する内筒と、内筒を覆い隣接する燃焼器の燃焼用空気流路間を接続する外筒で構成する。さらに内筒には空気を内部に導入する孔（空気孔）を設け、空気孔の軸方向と対向する位置に内筒と同心円状の案内リングを設け、一方の端面を閉鎖し、片側（他方）の端面を内筒内部へ開放する。

【0015】

上記の構成の火炎伝播管を有するガスタービンにおいて、空気孔の一部を閉鎖端側に向けて穿孔することを特徴とする。

【0016】

また、空気孔の穿孔方向を変える他に、案内リングの外周側の空気孔と対向する位置に空気孔から供給される空気が開放端面に流れるのを抑制し、閉鎖端面に誘導する障害物を設けても良い。

【0017】

なお、上記の構成の火炎伝播管を有するガスタービンにおいて、内筒の隔壁と案内リングとの間に環状空間を設け、前記空気孔と閉鎖端の間の距離は前記空気孔の直径の３倍以上と、閉鎖端側の環状空間を拡大しても良い。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、冷却用に火炎伝播管の内筒内に流通させる冷却空気量が少ない条件で火炎伝播管の冷却を促進させることができる。このため、ガスタービン燃焼器の点火時に、火炎伝播管を通る高温の燃焼排ガスの温度が冷却空気との混合により低下してしまうのを抑制し、燃焼器間の火炎伝播を確実に実施できる。また、火炎伝播管の冷却により、その熱変形や焼損を防止することができる。

【0019】

本発明では、内筒に設けた空気孔の軸方向と対向する位置に内筒と同心円状の案内リングを設け、一方の端面を閉鎖し、片側の端面を内筒内部へ開放すると、空気孔から流入する空気は案内リングの開放された端面より内筒の内周壁面に沿って流れる。内筒壁面に沿って低温の冷却空気が流れることで、高温の燃焼排ガスに曝されるのを防ぎ、火炎伝播管の熱変形や焼損を防止できる。

【0020】

このとき、空気孔の一部を閉鎖端側に向けて穿孔することで、空気の一部に強制的に閉鎖端側に流し、閉鎖端側に空気の流れを生じさせることで案内リングの冷却を促進する。また、空気孔の穿孔方向が孔毎に異なることで、空気孔から流通する空気が案内リングの外周側に衝突する際の、いわゆるインピンジ効果で冷却される範囲が案内リングの軸方向に広がる。このため、案内リングが冷却され易くなる。案内リングは内周側が高温の燃焼排ガスに曝されるが、案内リングの外周側でのインピンジ効果で冷却される範囲が広がることと、閉鎖端側の空気の流れを生じさせることで、少ない空気量で案内リングを含む火炎伝播管の熱変形や焼損を防止できる。

【0021】

また、案内リングの外周側の空気孔と対向する位置に空気孔から供給される空気を閉鎖端面に誘導する障害物を設けた場合も、同様の効果が得られる。すなわち、障害物により空気の一部を閉鎖端側に誘導することで、閉鎖端側に空気の流れを生じさせて案内リングの冷却を促進する。また、空気孔から流通する空気が案内リングの外周側に衝突する際の、いわゆるインピンジ効果で冷却される範囲が案内リングの閉鎖端側に広がるので、少ない空気量で案内リングを含む火炎伝播管の熱変形や焼損を防止できる。

【0022】

なお、内筒の隔壁と案内リングとの間の環状空間において、前記空気孔と閉鎖端の間の距離を前記空気孔の直径の３倍以上と広くすると、空気孔から流入する空気のうち、閉鎖端側に流れた空気が反転して開放端側から流出し易くなる。このため、閉鎖端側に流れる空気量が増え、案内リングの閉鎖端側を冷却しやすくなる。

【0023】

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の一実施形態に係るガスタービン燃焼器の概略構成を示す模式図である。

【図2】図１のガスタービン燃焼器における火炎伝播管の構成を示す模式図である。

【図3A】図２の火炎伝播管における冷却用空気孔の構成を示す模式図である。

【図3B】図３Ａにおける冷却用空気孔の一部の空気孔と案内リングの位置関係（寸法）を示す模式図である。

【図4】図３Ａに示す本発明の一実施形態の火炎伝播管と対比して示す、従来の火炎伝播管の冷却用空気孔の構成を示す模式図である。

【図5】本発明の一実施形態に係る火炎伝播管の構成を示す模式図である。

【図6A】本発明の一実施形態に係る火炎伝播管における冷却用空気孔の構成を示す模式図である。

【図6B】本発明の一実施形態に係る火炎伝播管における冷却用空気孔の構成を示す模式図である。

【図7】本発明の一実施形態に係る火炎伝播管の構成を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

本発明の実施例であるガスタービンについて、図面を用いて以下に説明する。なお、説明において同一構成部品には同符号を使用し、説明を省略することがある。

【実施例1】

【0026】

本発明の実施例１のガスタービンについて図１から図４を用いて説明する。図１は本発明の実施例１のガスタービンの一部を示す。図２は図１の火炎伝播管の構成を示す。図３Ａは図１および図２に示す火炎伝播管の空気孔の近傍を示している。図３Ｂは図３Ａの案内リング３４Ａおよび空気孔３３Ｃ近傍を示す拡大図である。また、図４は本発明と対比させる従来例での火炎伝播管の部分図であり、図３Ａと対比させて説明する。

【0027】

まず、図１と図２に基づき、火炎伝播管の役割と課題を示し、その上で本発明の第１の実施例の内容と従来例の違いを図３Ａと図４にて示す。

【0028】

図１において、ガスタービン１は、圧縮機２、燃焼器３Ａ，３Ｂ、タービン４と発電機５で構成し、駆動軸６は圧縮機２、タービン４と発電機５を接続する。圧縮機２で圧縮した空気（燃焼用空気）７は燃焼器３Ａ，３Ｂで燃料１５と混合されて燃焼し、高温高圧の燃焼排ガス８となりタービン４でエネルギーを回収し発電機５で電力を生成する。

【0029】

燃焼器３Ａ，３Ｂはその頭部９Ａ，９Ｂを圧縮機２側に、尾部１０Ａ，１０Ｂをタービン４側に配置する。燃焼器３Ａ，３Ｂは中心側から外周側に向かって、燃焼室１１Ａ，１１Ｂ、燃焼室を構成する隔壁（ライナ）１２Ａ，１２Ｂ、燃焼用空気流路１３Ａ，１３Ｂ、外周隔壁１４Ａ，１４Ｂの順に構成される。圧縮機２から排出された燃焼用空気７は、燃焼器の尾部１０Ａ，１０Ｂで流れ方向を反転（転向）し、燃焼用空気流路１３Ａ，１３Ｂを通り、燃焼器の頭部９Ａ，９Ｂに流れる。

【0030】

燃焼器の頭部９Ａ，９Ｂで流れ方向を再び反転（転向）し、燃焼室１１Ａ，１１Ｂで、燃焼器頭部９Ａ，９Ｂにて外部から供給される燃料１５と混合されて燃焼し、燃焼排ガス８が燃焼器の尾部１０Ａ，１０Ｂよりタービン４に流入する。

【0031】

なお、説明を簡略化するために図１では燃焼器が２つの場合を示すが、３つ以上の燃焼器を備える場合も同じである。また、図１では１つの駆動軸６に圧縮機２、タービン４と発電機５を接続した場合を示すが、駆動軸を複数に分割して設けることも可能である。また、発電機５に変えて他の回転体の駆動に用いることも可能である。

【0032】

図１のガスタービンでは燃焼器３Ａに点火装置１７を設け、燃焼器３Ａと３Ｂの間に火炎伝播管２０が接続する。火炎伝播管２０は内筒２１と外筒２２の２重管で構成される。内筒２１は隔壁（ライナ）１２Ａ，１２Ｂを接続し、燃焼室１１Ａ，１１Ｂ内の燃焼排ガス１６が流通できる。また、外筒２２は燃焼用空気流路１３Ａ，１３Ｂの外周隔壁１４Ａ，１４Ｂと接続し、燃焼用空気７が流通できる。

【0033】

ガスタービンの点火時は燃焼器３Ａに設置した点火装置１７により燃焼室１１Ａ内の燃料１５と燃焼用空気７の混合物に点火する。燃焼室１１Ａ内は燃焼排ガスの生成により圧力が高まるが、燃焼室１１Ｂは未だ点火していないため圧力が低い。このため、燃焼室１１Ａ，１１Ｂ間を接続する内筒２１を通して、高温の燃焼排ガス１６が燃焼室１１Ａから燃焼室１１Ｂに送り込まれる。燃焼室１１Ｂでは内筒２１を通して流入した高温の燃焼排ガス１６により燃料１５と燃焼用空気７の混合物に点火する。このように火炎伝播管２０を介して隣接する燃焼器に順次点火することで、すべての燃焼器が点火できる。

【0034】

それぞれの燃焼器の空気量や燃料流量、圧力が同一であれば、すべての燃焼器で点火が終了した際には燃焼器間の圧力差が無くなる。この場合、火炎伝播管２０の内筒２１を流通する高温の燃焼排ガス１６の流れは無くなり、内筒２１を高温の燃焼排ガス１６が流通する時間は点火時の短時間に留まる。しかし、実際には燃焼器毎に空気量や燃料流量、圧力や燃焼状態にばらつきが生じることがある。この場合、隣接する燃焼器３Ａ，３Ｂの圧力差により、内筒２１を高温の燃焼排ガス１６が流通し続ける場合がある。内筒２１は高温の燃焼排ガス１６が流通することで高温となり、長時間の運転にて変形や損傷が生じやすくなる。これらの防止のため内筒２１を冷却する必要がある。

【0035】

図２に火炎伝播管の詳細を示す。図２に示す火炎伝播管の内筒２１は位置決め用のストッパ３１Ａ，３１Ｂが付属し、リテーナ３２Ａ，３２Ｂと組合せることで位置決めされる。リテーナ３２Ａ，３２Ｂは一般には弾性体であり、ガスタービンの運転中に熱変形や振動が生じても弾性体により変位を吸収し、火炎伝播管の内筒２１に生じる応力を低減しつつ、内筒２１を燃焼器に固定する。

【0036】

火炎伝播管の内筒２１には燃焼用空気７の一部を内筒２１内に導入する空気孔３３（３３Ａ〜３３Ｄ）を設ける。空気孔３３（３３Ａ〜３３Ｄ）の軸方向と対向する位置には案内リング３４Ａ，３４Ｂをそれぞれ設ける。

【0037】

図３Ａに空気孔３３Ａと３３Ｃの近傍の構成を示す。案内リング３４Ａ，３４Ｂは内筒２１と同心円状の円筒であり、内筒２１との間に環状空間３５を構成する。案内リング３４Ａの片側（一方の端部）は内筒２１を構成する隔壁と接続し、閉鎖端３６となり、他方（他端）は内筒２１の空間２５に接続する開放端３７となる。空気孔３３（３３Ａ〜３３Ｄ）は内筒２１の円周方向に複数個設けられる。図３Ａでは空気孔３３のうち、３３Ａと３３Ｃの２つの孔を示した。上部側の孔３３Ａは内筒２１の径方向に穿孔し、下部側の孔３３Ｃは閉鎖端３６に向けて傾いて穿孔している。一方、図３と対比される従来例を示す図４では空気孔４３Ａ，４３Ｃは何れも内筒２１の径方向に穿孔している。

【0038】

図４に示す従来例では空気孔４３（４３Ａ，４３Ｃ）から内筒２１内に流入する空気の流れ４４Ａ，４４Ｃは、最初に空気孔と対向する案内リング３４Ａの外周面に衝突し、開口端３７に向けて流れ方向が変わり、内筒２１内に流入する。内筒２１内の高温ガスの流れ（燃焼排ガス１６）と火炎伝播管の内筒２１との間に空気の流れ４４Ａ，４４Ｃの層ができることで、高温ガスの流れ（燃焼排ガス１６）から火炎伝播管の内筒２１への熱伝達を抑制し、内筒２１の温度上昇を抑制する。このような冷却方式は空気の流れ４４Ａ，４４Ｃが内筒２１の内壁に沿ってフィルム状に形成されることからフィルム冷却と呼ばれる。

【0039】

案内リング３４Ａは空気の流れにより外面を冷却され、一方で内周側は高温ガスの流れ（燃焼排ガス１６）により加熱される。このため、内筒２１と同様に外面からの冷却を促進する必要がある。空気の流れ４４Ａ，４４Ｃにより冷却される際、空気孔４３Ａ，４３Ｃと対向する案内リング３４Ａの外周面は、空気の流れが衝突することにより高い冷却性能を得る、いわゆるインピンジ冷却が作用する。

【0040】

また、空気孔４３Ａ，４３Ｃから開口端３７に向けては空気の流れ４４Ａ，４４Ｃによる冷却が強く働く。一方、空気孔４３Ａ，４３Ｃから閉鎖端３６側は空気の流れ４４Ａ，４４Ｃから離れることから冷却が働きにくく、案内リング３４Ａの温度が上昇する。すなわち、図４に示すような従来例では空気の流れ４４Ａ，４４Ｃが閉鎖端３６側に流れにくいことで、案内リング３４Ａの閉鎖端３６側の温度が上昇することがある。

【0041】

このため、環状空間３５の閉鎖端３６側の空間を狭めることが望ましい。しかし、案内リング３４（３４Ａ，３４Ｂ）の固定や案内リング３４と空気孔４３（４３Ａ〜４３Ｄ）の位置の調整を考慮すると、環状空間３５には閉鎖端３６側に空間が生じる。また、この空間を狭めようとすると、案内リング３４の固定や案内リング３４と空気孔４３（４３Ａ〜４３Ｄ）の位置の調整に対し加工精度がかさみ、コストが上昇する。このため、環状空間３５の閉鎖端３６側は通常、空気孔４３の直径の２〜３倍の長さとなり、案内リング３４の閉鎖端３６側の温度は上昇することがある。

【0042】

一方、図３Ａに示す本発明の第１の実施例では、図３Ａのように、空気孔３３のうち上部側の孔３３Ａは内筒２１の径方向に、下部側の孔３３Ｃは閉鎖端３６に向けて傾いて穿孔させ、空気孔３３毎に穿孔方向を変更した。例えば、孔３３Ａと３３Ｃは内筒２１の周方向に交互に形成する。

【0043】

内筒２１に対して傾いて穿孔した空気孔３３Ｃから流入する空気は、空気孔の形状により閉鎖端３６側に向かう流速成分を有する。このため、一旦閉鎖端３６側に流れ、閉鎖端３６近傍の環状空間３５を循環したあと開放端３７から内筒内の空間２５へ排出される。空気の流れが衝突することにより高い冷却性能を得る、いわゆるインピンジ冷却が作用する部分は空気孔３３Ｃの閉鎖端３６側に広がる。本実施例では空気孔の穿孔方向を変更することで、インピンジ冷却が作用する部分は空気孔３３を中心として内筒２１の軸方向の広い範囲に形成される。また、空気の流れ２４Ｃが閉鎖端３６側に流れることで、空気孔から流入する空気の流れ２４Ｃにより冷却される部分は環状空間３５に広がる。

【0044】

案内リング３４Ａの外面の冷却範囲が広がることで、案内リング３４Ａを含む火炎伝播管の冷却が可能となり、信頼性が向上する。また、より少ない冷却空気量で火炎伝播管の冷却が可能となることから、冷却空気量を削減して、点火時に火炎伝播管を通る燃焼排ガスの温度を下げることなく火炎伝播管を冷却して、その熱変形や焼損を防止することができる。また、環状空間３５の閉鎖端３６側の空間により案内リング３４Ａの固定や案内リング３４Ａと空気孔３３（３３Ａ〜３３Ｄ）の位置の調整代ができるので、加工に必要な精度と加工コストを抑制できる。

【0045】

図３Ａに示す実施例では、穿孔角度の異なる空気孔３３Ａ，３３Ｃを交互に設けた場合を示したが、孔の角度や方向は適宜調整できる。例えば、空気孔３３Ａに対し穿孔方向を変えた空気孔３３Ｃを２対１の比率にしてもよい。閉鎖端３６近傍の空気を循環させる流れを形成することが重要であり、閉鎖端３６に向けて穿孔した空気孔３３Ｃを含めば上記の効果は得られる。

【0046】

また、図３Ａに示す本発明の第１の実施例では、図３Ｂのように、空気孔３３Ｃと閉鎖端３６側の空間の長さＬを空気孔３３Ｃの直径ｄの３倍以上（Ｌ≧３ｄ）と設定した。内筒の隔壁と案内リングとの間の環状空間のうち、前記空気孔と閉鎖端の間の部分を広くすることで空気孔から流入する空気のうち、閉鎖端側に流れた空気が反転して開放端側から流出し易くなる。このため、閉鎖端側に流れる空気量が増え、案内リングの閉鎖端側を冷却しやすくなる。

【0047】

図５に図２に示す火炎伝播管の変形例を示す。図１から図３Ｂに示す本実施例では、内筒２１が1本で、両端近傍を燃焼器の外筒２２と固定する場合を示したが、図５に示すように内筒を２１Ａと２１Ｂに２分割し、分割部分４８を嵌合構造とすることも可能である。内筒２１Ａと２１Ｂを嵌合構造とすることで、内筒の軸方向への熱変形や燃焼器の外筒２２との距離の変動に対し自由度が増す。このため、内筒に作用する応力を低減することができるほか、内筒の長さが短くなるので組立が容易となる。

【0048】

以上説明したように、本発明の第１の実施例によれば、空気孔３３の穿孔方向を変えた内筒を組合せることで、火炎伝播管の冷却、熱変形や焼損の防止および組立の容易さによる製造コストの低減を両立することができる。

【実施例2】

【0049】

本発明の実施例２のガスタービンについて図６Ａを用いて説明する。なお、実施例２のガスタービンは前述の実施例１のガスタービンに対し、火炎伝播管２０に設けた案内リング３４Ａの外面の一部に環状空間３５を流れる空気の流れに対し障害物（突起部）５１を設けたことを特徴とする。そこで、図６Ａに示すように障害物５１の作用を中心に説明する。他の部分については、実施例１と同様であるため、詳細な説明は省略する。

【0050】

本発明の実施例２では、障害物５１を空気孔３３Ｃの開放端３７側に設けたことを特徴とする。また、図６Ａに示すように障害物５１は空気孔の一部である３３Ｃに設け、例えば空気孔３３Ａには障害物５１を設けない場合を含む。

【0051】

障害物５１を近くに設けた空気孔３３Ｃでは、環状空間３５に流入した空気の流れ５４Ｃは障害物５１により開放端３７側への流れを抑制される。このため、一旦閉鎖端３６側に流れ、閉鎖端３６近傍の環状空間３５を循環したあと開放端３７から内筒内の空間２５へ排出される。空気の流れが衝突することにより高い冷却性能を得る、いわゆるインピンジ冷却が作用する部分は空気孔３３Ｃの閉鎖端３６側に広がる。一方、障害物５１を近くに設けない空気孔３３Ａでは環状空間３５に流入した空気の流れ５４Ａは開放端３７より内筒内の空間25へ流入する。

【0052】

図６Ａの空気の流れ５４Ａ，５４Ｃに示すように、障害物５１を一部の空気孔３３Ｃの開放端３７側に設けることで、２通りの空気の流れを形成する。このため、インピンジ冷却が作用する部分は空気孔３３を中心として内筒２１の軸方向の広い範囲に形成される。また、空気の流れ５４Ｃが閉鎖端３６側に流れることで、空気孔から流入する空気流５４Ｃにより冷却される部分は環状空間３５に広がる。

【0053】

案内リング３４Ａの外面の冷却範囲が広がることで、案内リング３４Ａを含む火炎伝播管の冷却が可能となり、信頼性が向上する。また、より少ない冷却空気量で火炎伝播管の冷却ができることから、冷却空気量を削減して、点火時に火炎伝播管を通る燃焼排ガスの温度を下げることなく火炎伝播管を冷却して、その熱変形や焼損を防止することができる。また、環状空間３５の閉鎖端３６側の空間により案内リング３４Ａの固定や案内リング３４Ａと空気孔３３（３３Ａ〜３３Ｄ）の位置の調整代ができるので、加工に必要な精度と加工コストを抑制できる。

【0054】

さらに、本発明の実施例２の構造は図５に示すように内筒を分割した火炎伝播管にも適用できる。本発明の第２の実施例に示すように、案内リングの外面に障害物５１を設けることと、図５に示す分割した内筒を組合せることで、火炎伝播管の冷却、熱変形や焼損の防止および組立の容易さによる製造コストの低減を両立できる。

【0055】

実施例２の火炎伝播管（図６Ａ）と従来の火炎伝播管（図４）にて、案内リング３４Ａの温度を評価した一例を表１に示す。ここでは大気圧の条件にて内筒２１の入口から温度２６０℃、流速２０ｍ／ｓの空気を流し、外筒側に温度１０℃の空気を供給し、空気孔から冷却空気を流入させた。また、案内リング３４Ａの温度は閉鎖端３６と開放端３７のそれぞれ２か所を測定し、高い方を提示した。また、環状空間３５の長さは閉鎖端３６側が内筒２１の内径の２９％、開放端側が５９％の条件である。上記の条件において、実施例２の構成では空気孔３３のうち１／３の孔の開放端３７側の案内リング３４Ａの外面に障害物５１を設けた。

【0056】

表1において、従来例（図４）では閉鎖端３６側の端部の温度は開放端３７側に比べて約２０℃上昇した。一方、実施例２（図６Ａ）の構成では閉鎖端３６側の温度が開放端３７側と同等以下まで低下した。従来例（図４）では閉鎖端３６側の環状空間３５に空気が流れ難く、この部分の冷却が進まないために温度が開放端３７側に比べて上昇したものと考えられる。一方、実施例２（図６Ａ）の構成では、案内リング３４Ａの外面に障害物５１を設け、空気が閉鎖端３６側に流れることで、冷却が進み、温度が低下したものと考えられる。

【0057】

本試験は内筒２１に流入する高温気体の温度が２６０℃と低いが、実際のガスタービン燃焼器では約１２００℃以上の高温気体が流入する。このため、温度差は１００℃以上になり、従来例（図４）での閉鎖端３６側の温度は６００℃以上に達して、焼損の恐れの出る温度になることも予想される。

【0058】

【表1】

【0059】

なお、図６Ｂは図６Ａの変形例であり、実施例１（図３Ａ）の閉鎖端３６に向けて傾いて穿孔させた空気孔３３Ｃと、実施例２（図６Ａ）の障害物５１の両方を組み合せた実施例である。ガスタービン燃焼器の大きさや燃焼用空気の流量等の運転条件によっては、図６Ｂのように傾いて穿孔させた空気孔３３Ｃ、および空気孔３３Ｃと開放端３７の間の障害物５１を複合的に設けることで、環状空間３５内の冷却効果をさらに高めることが期待できる。

【実施例3】

【0060】

図７に本発明の実施例３のガスタービンの例を示す。図７に示すガスタービンでは、内筒２１と外筒２２で囲まれた空間に絞り部（突起部）６０を設ける。この絞り部６０は内筒２１と外筒２２の間の空間を狭めて、燃焼用空気７が流れる際に抵抗として働くことで、燃焼用空気流路１３Ａと１３Ｂ間で燃焼用空気７が流れ難くする。

【0061】

図７では、実施例１で説明したように、空気孔３３Ｃ，３３Ｄをそれぞれ閉鎖端３６側に傾けて設けている。従って、上述したように、案内リング３４Ａ，３４Ｂの外面の冷却範囲が広がることで、案内リング３４Ａ，３４Ｂを含む火炎伝播管の冷却が可能となり、信頼性が向上する。また、より少ない冷却空気量で火炎伝播管の冷却ができることから、冷却空気量を削減して、点火時に火炎伝播管を通る燃焼排ガスの温度を下げることなく火炎伝播管を冷却して、その熱変形や焼損を防止することができる。また、環状空間３５の閉鎖端３６側の空間により案内リング３４Ａ，３４Ｂの固定や案内リング３４Ａ，３４Ｂと空気孔３３（３３Ａ〜３３Ｄ）の位置の調整代ができるので、加工に必要な精度と加工コストを抑制できる。

【0062】

さらに、図７に示すガスタービンでは、内筒２１と外筒２２に囲まれた空間に絞り部６０を設けることで、燃焼用空気流路１３Ａと１３Ｂ間で燃焼用空気７が流れ難くなる。一方、外筒２２内の空間に燃焼用空気７が流入する。そこで、外筒２２内で燃焼用空気は矢印６１Ａ，６１Ｂに示される流れを形成する。この空気の流れは内筒２１の表面に沿った流れが絞り部６０にて流れ方向を反転し、循環流を形成する。外筒２２内の空間で空気が循環することで対流伝熱が促進され、内筒２１の冷却が進む。なお、絞り部６０は実施例１や実施例２のガスタービンにも適用することが可能であり、その場合も実施例３（図７）と同様の効果が得られる。

【0063】

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【符号の説明】

【0064】

１…ガスタービン
２…圧縮機
３Ａ，３Ｂ…燃焼器
４…タービン
５…発電機
６…駆動軸
７…燃焼用空気
８…燃焼排ガス
９Ａ，９Ｂ…燃焼器の頭部
１０Ａ，１０Ｂ…燃焼器の尾部
１１Ａ，１１Ｂ…燃焼室
１２Ａ，１２Ｂ…隔壁（ライナ）
１３Ａ，１３Ｂ…燃焼用空気流路
１４Ａ，１４Ｂ…外周隔壁
１５…燃料
１６…燃焼排ガス
１７…点火装置
２０…火炎伝播管
２１，２１Ａ，２１Ｂ…内筒
２２…外筒
２３…内筒の隔壁
２４，２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ…空気の流れ
２５…内筒内の空間
２６…内筒と外筒の間の空間
２７…火炎伝播管の中心軸
３１Ａ，３１Ｂ…ストッパ
３２Ａ，３２Ｂ…リテーナ
３３，３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄ…空気孔
３４，３４Ａ，３４Ｂ…案内リング
３５…環状空間
３６…閉鎖端
３７…開放端
４３，４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃ，４３Ｄ…空気孔
４４，４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄ…空気の流れ
４８…分割部分
５１…障害物（突起部）
６０…絞り部（突起部）
６１，６１Ａ，６１Ｂ…空気の流れ。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】