JPH08135968A - Gas turbine combustor - Google Patents
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- JPH08135968A JPH08135968A JP27393494A JP27393494A JPH08135968A JP H08135968 A JPH08135968 A JP H08135968A JP 27393494 A JP27393494 A JP 27393494A JP 27393494 A JP27393494 A JP 27393494A JP H08135968 A JPH08135968 A JP H08135968A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はガスタービンプラント、
コンバインドプラント等に適用されるガスタービン燃焼
器に係り、特に燃料と空気とを混合して燃焼させるもの
において燃焼ガスの高温化に対して有効な冷却性能を有
するガスタービン燃焼器に関する。The present invention relates to a gas turbine plant,
The present invention relates to a gas turbine combustor applied to a combined plant or the like, and more particularly to a gas turbine combustor having a cooling performance effective for raising the temperature of combustion gas in a case where a fuel and air are mixed and burned.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、ガスタービンプラントやコンバイ
ンドプラント等に使用されるガスタービンは、高効率化
のため作動条件が高温・高圧力とされ、燃焼ガス温度が
高温化される傾向にある。この燃焼ガス温度により、燃
焼ガス流量に対する流量割合が決められている燃焼器ラ
イナのメタル温度を下げるため、冷却空気を如何に効率
よく利用するかが課題となっている。2. Description of the Related Art In recent years, gas turbines used in gas turbine plants, combined plants, and the like have a tendency to increase in combustion gas temperature due to operating conditions of high temperature and high pressure for high efficiency. Since the combustion gas temperature lowers the metal temperature of the combustor liner whose flow rate ratio to the combustion gas flow rate is determined, how to efficiently use the cooling air is a problem.
【0003】燃焼器ライナのメタル温度を効率よく低下
させることは、燃焼器の耐用寿命に影響する構造強度や
材料強度の保持あるいは高効率燃焼を可能にする燃焼器
性能の保持等についての不可欠な技術的課題であること
から、種々の燃焼器ライナメタル冷却方法が開発され、
既に実用化されているものもある。Efficiently lowering the metal temperature of the combustor liner is indispensable for maintaining the structural strength and material strength that affect the service life of the combustor, or for maintaining the combustor performance that enables highly efficient combustion. Since it is a technical issue, various combustor liner metal cooling methods have been developed,
Some have already been put to practical use.
【0004】図7は、燃焼ガスの高温化を図った従来の
ガスタービン燃焼器に適用されている燃焼器ライナの冷
却技術を示している。この技術はインピンジメント冷却
を適用したものであり、冷却空気の噴流を利用すること
によって高い熱伝達率を得るようにしている。FIG. 7 shows a cooling technique for a combustor liner which is applied to a conventional gas turbine combustor intended to raise the temperature of combustion gas. This technique applies impingement cooling and obtains a high heat transfer coefficient by utilizing a jet of cooling air.
【0005】すなわち、燃焼器ライナ1が二重筒状に形
成されており、この燃焼器ライナ1の外側周壁2aおよ
び内側周壁2bに互いに位置を異ならせて、多数の小径
な空気孔3a,3bが穿設されている。そして、冷却空
気aが燃焼器ライナ1の外周空間に形成される冷却・燃
焼空気通路4側(低温側)から、空気孔3a,3bを介
して、燃焼器ライナ1内部の燃焼室5である燃焼ガス側
(高温側)に流入する際、内外の各空気孔3a,3bの
位置が異なることから内側周壁2b部に冷却空気aが衝
突し、その場合の噴流によって高い熱伝達率を得るよう
になっている。That is, the combustor liner 1 is formed in a double cylinder shape, and the outer peripheral wall 2a and the inner peripheral wall 2b of the combustor liner 1 are made to have different positions from each other so that a large number of small air holes 3a, 3b are formed. Has been drilled. The cooling air a is a combustion chamber 5 inside the combustor liner 1 from the cooling / combustion air passage 4 side (low temperature side) formed in the outer peripheral space of the combustor liner 1 through the air holes 3a and 3b. When flowing into the combustion gas side (high temperature side), since the inner and outer air holes 3a and 3b are located at different positions, the cooling air a collides with the inner peripheral wall 2b, and a high heat transfer coefficient is obtained by the jet flow in that case. It has become.
【0006】また、図8は他の燃焼器ライナの冷却技術
を示している。この技術では、多孔質の外周壁2aの空
気孔3cおよびその内周側の環状隙間3dから、燃焼ガ
スの境界層の中に比較的低温の冷却空気aを吹き出し
て、いわゆるフィルム冷却を行うようになっている。FIG. 8 also illustrates another combustor liner cooling technique. In this technique, relatively low-temperature cooling air a is blown into the boundary layer of the combustion gas from the air holes 3c of the porous outer peripheral wall 2a and the annular gap 3d on the inner peripheral side thereof to perform so-called film cooling. It has become.
【0007】図9は、さらに他の例を示し、燃焼器ライ
ナ1の周壁2に乱流促進用リブ6を設け、複雑な空気通
路4を形成したものである。この例では、冷却空気aを
乱流とすることで熱伝達率の高効率化を図り、伝熱特性
の改善を図っている。FIG. 9 shows still another example in which a turbulent flow promoting rib 6 is provided on the peripheral wall 2 of the combustor liner 1 to form a complicated air passage 4. In this example, the cooling air a is made turbulent to improve the efficiency of the heat transfer coefficient and improve the heat transfer characteristics.
【0008】なお、従来では、上述した種々の冷却方法
を採用した高耐熱合金製の燃焼器のほかに、高耐熱用断
熱材を使用して無冷却方法を採用した燃焼器も知られて
いる。前者の高耐熱合金製ガスタービン燃焼器は、特に
冷却面積が大きい多缶型の場合に比較的多く採用されて
おり、後者は単缶型、または高温断熱材が適用し易いガ
スタービン本体ケーシングと別置きの大型の燃焼器に採
用されている。Conventionally, in addition to the combustor made of a high heat resistant alloy which employs the above-described various cooling methods, a combustor which employs a non-cooling method using a heat insulating material for high heat resistance is also known. . The former gas turbine combustor made of high heat resistant alloy is used relatively often especially in the case of multi-can type with a large cooling area, and the latter is a single-can type or a gas turbine main body casing to which high temperature heat insulating material is easily applied. It is used in a large separately installed combustor.
【0009】前者の燃焼器においては、種々の冷却方法
を組み合せて採用しているため、燃焼器の構成部品が多
数になり、形状も複雑になり、製作コストが高い等の問
題があった。また、後者の燃焼器においても略同様の問
題があり、さらに断熱材の耐熱使用範囲の制限から、燃
焼ガスの高温化は容易でないと同時に、異種材料の組合
せにより複雑な組立構造となる問題があった。In the former combustor, since various cooling methods are combined and employed, there are problems that the combustor has a large number of constituent parts, the shape is complicated, and the manufacturing cost is high. Also, the latter combustor has substantially the same problem, and further, due to the limitation of the heat resistant use range of the heat insulating material, it is not easy to raise the temperature of the combustion gas, and at the same time, there is a problem that a complicated assembly structure is formed by combining different materials. there were.
【0010】一方、最近では燃焼ガスの低NOx化の要
請から、NOx生成の主要因となる火炎温度の上昇を抑
制し、火炎温度を低下させる予混合稀薄燃焼方法が開発
されている。この予混合稀薄燃焼方法によると、燃焼器
ライナに供給する燃料に予め空気が均一に混合され、燃
焼温度が均一化することにより、局所的な火炎の高温化
が防止されることから、冷却空気量が低減でき冷却性能
の優れたものとなる。この場合には、高耐熱合金製のガ
スタービン燃焼器が採用され、これも既に実用化されて
いる。On the other hand, recently, in order to reduce the NOx in the combustion gas, a premixed lean combustion method has been developed in which the increase in flame temperature, which is the main factor of NOx generation, is suppressed and the flame temperature is lowered. According to this premixed lean combustion method, air is mixed in advance with the fuel to be supplied to the combustor liner, and the combustion temperature is made uniform, which prevents local rise in flame temperature. The amount can be reduced and the cooling performance becomes excellent. In this case, a gas turbine combustor made of a high heat resistant alloy is adopted, and this is already in practical use.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】以上のように冷却空気
を低減し、かつ冷却性能の向上を図る燃焼器の冷却構造
は、現在までにそれなりの成果を出しているが、以下に
述べるような改良すべき問題点がある。As described above, the cooling structure of the combustor for reducing the cooling air and improving the cooling performance has produced some results up to the present. There are problems to be improved.
【0012】すなわち、冷却効率の向上を目的とした熱
伝達率の改善を、単純に冷却通路部形状を複雑化して冷
却面積の拡大を図り、冷却空気が非一様性の流れになっ
た場合、この流れの非一様性は熱伝達率の不均一と、圧
力損失の増大とを招き、ガスタービン燃焼器の運転にお
いては、熱伝達率の不均一による燃焼器のメタル温度分
布の不均一や部分的な温度上昇により、燃焼器に熱変形
を発生させ、部分的には燃焼器の金属材料の変態点また
は、融点を超える内壁面の昇温により、焼損の危険を生
じさせる問題がある。また、圧力損失の増大は、燃焼器
毎に定められた圧力差以内で流入可能な冷却空気流量と
燃焼用空気配分とをアンバランスにし、燃焼性能を損う
等の問題を生じさせる。That is, when the heat transfer coefficient is improved for the purpose of improving the cooling efficiency, the shape of the cooling passage is simply complicated to expand the cooling area, and the cooling air becomes a non-uniform flow. This non-uniformity of flow causes non-uniform heat transfer coefficient and increase in pressure loss, and in gas turbine combustor operation, non-uniform heat transfer coefficient causes non-uniform distribution of metal temperature in the combustor. There is a problem that thermal deformation occurs in the combustor due to partial temperature rise, and partly due to the transformation point of the metal material of the combustor or the temperature rise of the inner wall surface exceeding the melting point, there is a risk of burnout. . Further, the increase in pressure loss causes an imbalance between the flow rate of cooling air that can flow in and the distribution of combustion air within the pressure difference set for each combustor, which causes problems such as impairing combustion performance.
【0013】一方、ガスタービン側に燃焼ガスを導入さ
せる燃焼器ライナ下流に位置する尾筒の入口部の内側
に、挿入して組み立てる燃焼器ライナ端シール部の構造
は、冷却空気の流量を適正に調節したシール形式が採用
され、さらに、この機械的接合部は柔軟なバネ力を保持
するように形成されている。On the other hand, the structure of the combustor liner end seal part, which is inserted and assembled inside the inlet part of the transition piece located downstream of the combustor liner for introducing the combustion gas to the gas turbine side, has an appropriate cooling air flow rate. In addition, a sealed seal type is adopted, and the mechanical joint is formed so as to hold a flexible spring force.
【0014】図10は、このような従来の燃焼器ライナ
端シール部の冷却構造を示している。すなわち、燃焼器
ライナ1の下流側端部に、尾筒7の入口端部が遊嵌状態
で接合され、この接合部の隙間が、燃焼器ライナ1の下
流側端部の外周面に形成した湾曲弾性板からなるシール
部材8によってシールされている。このような機械的接
合部の寸法は、燃焼器内の燃焼ガスのスムーズな高速流
れを得るために、燃焼器ライナ1と尾筒7との内径が略
一致して段違いを少なくし、またシール部材8によって
挿入引き抜きを容易とした堅牢な構造にしてあり、さら
に燃焼器の振動緩和や、軸方向の熱伸びの吸収、燃焼器
ライナ1と尾筒7とのミスアライトメントの吸収緩和な
どの機能を併せ持っている。FIG. 10 shows a cooling structure for such a conventional combustor liner end seal portion. That is, the inlet end of the transition piece 7 is loosely fitted to the downstream end of the combustor liner 1, and a gap at this joint is formed on the outer peripheral surface of the downstream end of the combustor liner 1. It is sealed by a seal member 8 made of a curved elastic plate. In order to obtain a smooth high-speed flow of the combustion gas in the combustor, the dimensions of such a mechanical joint are such that the inner diameters of the combustor liner 1 and the transition piece 7 are substantially the same and the step difference is reduced, and the seal is sealed. It has a robust structure that facilitates insertion and withdrawal by means of the member 8, and further reduces vibration of the combustor, absorbs thermal expansion in the axial direction, absorbs mitigation of misalignment between the combustor liner 1 and the transition piece 7, and so on. It also has functions.
【0015】したがって、このような部位では前述の複
雑な冷却構造を採用することが困難であり、燃焼器軸方
向の燃焼ガス温度分布においても、最高温部に相当する
ため冷却性能の向上を図る積極的な冷却構造を取り入れ
なければならない等の問題がある。Therefore, it is difficult to adopt the above-described complicated cooling structure in such a portion, and even in the combustion gas temperature distribution in the axial direction of the combustor, it corresponds to the highest temperature portion, so that the cooling performance is improved. There are problems such as having to adopt a positive cooling structure.
【0016】本発明は、このような事情を考慮してなさ
れたもので、従来のフィルム冷却方法で統一された燃焼
器と比べて冷却空気流量を大幅に低減させることがで
き、冷却性能の向上と同時に燃焼器の高温化と冷却空気
低減による予混合燃焼空気流量の増大が図れ、NOx生
成の主要因である火炎温度上昇を抑制して超稀薄燃焼条
件を得ることができ、ガスタービン燃焼器の高温化と低
NOx化に対する両面での解決が図れるガスタービン燃
焼器を提供することを目的とする。The present invention has been made in consideration of such circumstances, and can greatly reduce the flow rate of cooling air as compared with the combustor unified by the conventional film cooling method, thus improving the cooling performance. At the same time, the premixed combustion air flow rate can be increased by increasing the temperature of the combustor and reducing the cooling air, and it is possible to obtain an ultra-lean combustion condition by suppressing the flame temperature rise, which is the main factor of NOx generation. It is an object of the present invention to provide a gas turbine combustor capable of solving both the high temperature and low NOx emission of the gas turbine combustor.
【0017】[0017]
【課題を解決するための手段】本発明は前記の目的を達
成するために、燃焼器外筒の内部に燃焼室を構成する燃
焼器ライナを配置し、この燃焼器ライナの上流側端部に
パイロット燃料ノズルを設けるとともに、このパイロッ
ト燃料ノズルよりも下流側のライナ壁部位に燃料と空気
との予混合ガスを供給する多段の予混合ダクトを接続
し、かつ前記燃焼器ライナの下流側端部に燃焼ガスをガ
スタービン側に導入する尾筒を接続したガスタービン燃
焼器であって、前記燃焼器ライナを、高温燃焼ガスに接
する内壁円筒と、この内壁円筒を環状空間をあけて被覆
する外壁円筒とからなる二重構造とし、この環状空間を
冷却空気通路としたものにおいて、前記外壁円筒に燃焼
器軸方向に沿う多数の空気孔を穿設して前記内壁円筒を
インピンジメント冷却可能とする一方、前記内壁円筒に
前記外壁円筒の空気孔と配置を異ならせた多数の空気孔
を穿設して前記内壁円筒をフィルム冷却可能とし、かつ
前記燃焼器ライナの外周側を支持する支持構造体の取付
け部に前記内壁円筒のインピンジ冷却部を設け、さらに
前記燃焼器ライナの下流側端部における前記尾筒とのシ
ール部にスロット型フィルム冷却部を設けたことを特徴
とする。In order to achieve the above-mentioned object, the present invention has a combustor liner forming a combustion chamber inside a combustor outer cylinder, and has an upstream end portion of the combustor liner. A pilot fuel nozzle is provided, and a multistage premixing duct for supplying a premixed gas of fuel and air is connected to the liner wall portion downstream of the pilot fuel nozzle, and the downstream end of the combustor liner is connected. A gas turbine combustor in which a transition piece for introducing combustion gas to the gas turbine side is connected, wherein the combustor liner includes an inner wall cylinder in contact with the high temperature combustion gas, and an outer wall covering the inner wall cylinder with an annular space. In a double structure consisting of a cylinder and this annular space used as a cooling air passage, a large number of air holes along the axial direction of the combustor are bored in the outer wall cylinder to impingement cool the inner wall cylinder. On the other hand, a large number of air holes, which are arranged differently from the air holes of the outer wall cylinder, are bored in the inner wall cylinder to enable film cooling of the inner wall cylinder and to support the outer peripheral side of the combustor liner. An impingement cooling portion of the inner wall cylinder is provided at a mounting portion of the support structure, and a slot type film cooling portion is provided at a seal portion with the transition piece at a downstream end of the combustor liner.
【0018】なお、本発明において望ましくは、燃焼器
ライナの内壁円筒の支持構造体取付け部でのインピンジ
冷却部は、前記支持構造体取付け部に取付けられる支持
構造体の内部を冷却空気の流通が可能な空洞構成とする
とともに、前記支持構造体取付け部となる外壁円筒の肉
厚を内壁円筒と同一以上に設定し、かつ前記外壁内筒に
座ぐり付き2段径の空気孔を穿設することによって構成
する。In the present invention, preferably, the impingement cooling portion at the support structure mounting portion of the inner wall cylinder of the combustor liner allows cooling air to flow through the inside of the support structure mounted to the support structure mounting portion. With a possible hollow structure, the wall thickness of the outer wall cylinder serving as the support structure mounting portion is set to be equal to or greater than that of the inner wall cylinder, and the outer wall inner cylinder is provided with a counterbore with two-step diameter air holes. Compose by
【0019】また、本発明において望ましくは、燃焼器
ライナと尾筒とのシール部のスロット型フィルム冷却部
は、燃焼器ライナの外壁円筒の下流側端部と尾筒の入口
端部との嵌合部に挿入された弓形断面形状のスプリング
シール部材に燃焼器軸方向に沿う複数の弾性変形用のス
リットを形成するとともに、前記シール部材の内周側に
位置する外壁円筒部に冷却空気流入孔を形成することに
よって構成し、かつ高温燃焼ガスの流れと同一方向に流
出されるフィルム冷却空気の流量と、シール部材に設け
られたスリットを通過して燃焼器ライナ外表面と尾筒内
表面で形成される環状隙間から流出する冷却空気の流量
が、一定の圧力差以内で流入可能な均一流量配分に設定
する。Also preferably in the present invention, the slot-type film cooling portion of the seal portion between the combustor liner and the transition piece fits between the downstream end of the outer wall cylinder of the combustion liner and the inlet end of the transition piece. A plurality of slits for elastic deformation along the axial direction of the combustor are formed in the spring seal member having an arcuate cross section inserted in the joint portion, and a cooling air inflow hole is formed in the outer wall cylindrical portion located on the inner peripheral side of the seal member. And the flow rate of the film cooling air that flows out in the same direction as the flow of the hot combustion gas, and through the slits provided in the seal member, the outer surface of the combustor liner and the inner surface of the transition piece. The flow rate of the cooling air flowing out from the formed annular gap is set to a uniform flow rate distribution that allows the flow of the cooling air within a certain pressure difference.
【0020】さらに本発明において望ましくは、内壁円
筒と外壁円筒との間にリング状の補強壁を設け、この補
強壁を内壁円筒への組立て部品または内壁円筒に一体成
形したコルゲート形状部分によって構成し、この補強壁
を前記内壁円筒と外壁円筒との熱膨張差を吸収して環状
空間を一定幅以内に維持し得る径方向厚さに設定する。Further preferably in the present invention, a ring-shaped reinforcing wall is provided between the inner wall cylinder and the outer wall cylinder, and the reinforcing wall is constituted by an assembly part to the inner wall cylinder or a corrugated portion integrally molded with the inner wall cylinder. The reinforcing wall is set to have a radial thickness capable of absorbing the difference in thermal expansion between the inner wall cylinder and the outer wall cylinder and maintaining the annular space within a certain width.
【0021】[0021]
【作用】本発明のガスタービン燃焼器によると、燃焼器
ライナの主要部分においては外壁円筒の空気孔から内壁
円筒に噴射される冷却空気によって内壁円筒がインピン
ジメント冷却によって強力に冷却され、さらに内壁円筒
の空気孔から燃焼室側に吹込まれる冷却空気によって内
壁円筒の内周面側がフィルム冷却によってさらに2段階
的に冷却される。したがって、同一空気流によって段階
的な効率良い冷却作用が行われるため、冷却空気の低減
および冷却性能の向上が図れるようになる。According to the gas turbine combustor of the present invention, in the main part of the combustor liner, the inner wall cylinder is strongly cooled by impingement cooling by the cooling air injected from the air holes of the outer wall cylinder to the inner wall cylinder, and further the inner wall is further cooled. The inner peripheral surface side of the inner wall cylinder is further cooled in two stages by film cooling by the cooling air blown from the air holes of the cylinder to the combustion chamber side. Therefore, since the same air flow performs the stepwise efficient cooling action, the cooling air can be reduced and the cooling performance can be improved.
【0022】また、燃焼器ライナの外周側を支持する支
持構造体の取付け部では内壁円筒のインピンジ冷却部を
設けることによって、従来では困難であった部位の冷却
が能率よく行えるようになる。Further, by providing the impingement cooling portion of the inner wall cylinder at the mounting portion of the support structure for supporting the outer peripheral side of the combustor liner, it becomes possible to efficiently cool the portion which has been difficult in the past.
【0023】特に、この燃焼器ライナの内壁円筒の支持
構造体取付け部でのインピンジ冷却部を、支持構造体取
付け部に取付けられる支持構造体の内部を冷却空気の流
通が可能な空洞構成とするとともに、支持構造体取付け
部となる外壁円筒の肉厚を内壁円筒と同一以上に設定
し、かつ外壁内筒に座ぐり付き2段径の空気孔を穿設す
ることによって前記の作用がより確実に行われる。In particular, the impingement cooling section at the support structure mounting portion of the inner wall cylinder of the combustor liner has a hollow structure capable of circulating cooling air inside the support structure mounted to the support structure mounting portion. At the same time, by setting the thickness of the outer wall cylinder, which is the mounting portion for the support structure, to be equal to or greater than that of the inner wall cylinder, and by piercing the outer wall inner cylinder with the air hole of the two-step diameter with the spot facing To be done.
【0024】さらに、燃焼器ライナの下流側端部におけ
る尾筒とのシール部においては、スロット型フィルム冷
却部を設けることで、比較的簡単な構成で能率よい冷却
が行える。この燃焼器ライナと尾筒とのシール部のスロ
ット型フィルム冷却部は、燃焼器ライナの外壁円筒の下
流側端部と尾筒の入口端部との嵌合部に挿入された弓形
断面形状のスプリングシール部材に燃焼器軸方向に沿う
複数の弾性変形用のスリットを形成するとともに、シー
ル部材の内周側に位置する外壁円筒部に冷却空気流入孔
を形成することによって構成し、かつ高温燃焼ガスの流
れと同一方向に流出されるフィルム冷却空気の流量と、
シール部材に設けられたスリットを通過して燃焼器ライ
ナ外表面と尾筒内表面で形成される環状隙間から流出す
る冷却空気の流量が、一定の圧力差以内で流入可能な均
一流量配分に設定する望ましい構成とすることによっ
て、簡単な構成で能率よい冷却が確実に行えるようにな
る。Further, by providing the slot type film cooling portion at the seal portion with the transition piece at the downstream end of the combustor liner, efficient cooling can be performed with a relatively simple structure. The slot-type film cooling portion of the seal portion between the combustor liner and the transition piece has a bow-shaped cross-section that is inserted into the fitting portion between the downstream end of the outer wall cylinder of the combustion liner and the inlet end of the transition piece. A plurality of slits for elastic deformation along the axial direction of the combustor are formed in the spring seal member, and a cooling air inflow hole is formed in the outer wall cylindrical portion located on the inner peripheral side of the seal member, and high temperature combustion is performed. The flow rate of film cooling air discharged in the same direction as the gas flow,
The flow rate of the cooling air flowing through the slit provided in the seal member and flowing out of the annular gap formed between the outer surface of the combustor liner and the inner surface of the transition piece is set to a uniform flow rate distribution that allows inflow within a certain pressure difference. By adopting the desirable configuration, it is possible to ensure efficient cooling with a simple configuration.
【0025】さらにまた、本発明において、内壁円筒と
外壁円筒との間にリング状の補強壁を設け、この補強壁
を内壁円筒への組立て部品または内壁円筒に一体成形し
たコルゲート形状部分によって構成し、この補強壁を前
記内壁円筒と外壁円筒との熱膨張差を吸収して環状空間
を一定幅以内に維持し得る径方向厚さに設定すること
で、前述した冷却効果を奏する各部の構成が強固にかつ
比較的簡単に実現できるようになる。Furthermore, in the present invention, a ring-shaped reinforcing wall is provided between the inner wall cylinder and the outer wall cylinder, and the reinforcing wall is constituted by an assembly part to the inner wall cylinder or a corrugated portion integrally formed with the inner wall cylinder. By configuring the reinforcing wall to have a radial thickness capable of maintaining the annular space within a certain width by absorbing the difference in thermal expansion between the inner wall cylinder and the outer wall cylinder, the configuration of each part that exerts the cooling effect described above can be obtained. It will be robust and relatively easy to implement.
【0026】[0026]
【実施例】以下、本発明に係るガスタービン燃焼器の一
実施例を図面を参照して説明する。図1は本発明の一実
施例によるガスタービン燃焼器の構造と冷却空気の流れ
を模式的に示す全体断面図、図2はインピンジ冷却およ
びフィルム冷却の両機能を有する部位を説明するための
拡大断面図、図3は支持体取付け部における冷却機能部
を示す拡大断面図、図4および図5は燃焼器ライナと尾
筒との連結部における冷却機能部を示す斜視図および拡
大断面図、図6は変形例を示す断面図である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a gas turbine combustor according to the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 is an overall sectional view schematically showing the structure of a gas turbine combustor and the flow of cooling air according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view for explaining a portion having both impingement cooling and film cooling functions. Sectional drawing, FIG. 3 is an enlarged sectional view showing a cooling function section in a support attachment portion, and FIGS. 4 and 5 are perspective views and enlarged sectional views showing a cooling function section in a connecting section between a combustor liner and a transition piece. 6 is a sectional view showing a modified example.
【0027】図1に示すように、本実施例のガスタービ
ン燃焼器は基本的に、冷却空気aを導入する燃焼器外筒
11の内部に燃焼室12を構成する燃焼器ライナ13が
配置され、この燃焼器ライナ13の上流側端部の中心位
置にパイロット燃料ノズル14が設けられている。そし
て、パイロット燃料ノズル14よりも下流側のライナ壁
部位に、燃料と空気との稀薄予混合ガスを供給する多段
の予混合ダクト15が接続され、さらに燃焼器ライナ1
3の下流側端部には燃焼ガスをガスタービン側に導入す
る尾筒16が接続されている。As shown in FIG. 1, the gas turbine combustor of this embodiment basically has a combustor liner 13 constituting a combustion chamber 12 inside a combustor outer cylinder 11 for introducing cooling air a. A pilot fuel nozzle 14 is provided at the center of the upstream end of the combustor liner 13. Then, a multistage premixing duct 15 for supplying a lean premixed gas of fuel and air is connected to a liner wall portion on the downstream side of the pilot fuel nozzle 14, and the combustor liner 1 is further provided.
A transition piece 16 for introducing the combustion gas to the gas turbine side is connected to the downstream end of 3.
【0028】各予混合ダクト15の燃焼空気入口端部に
は、稀薄予混合燃焼用の複数個の燃料17が供給される
ようになっており、この各予混合ダクト15の予混合燃
料ガスの噴出口筒端部18は燃焼器ライナ4のに挿入さ
れて溶接固定されている。A plurality of fuels 17 for lean premixed combustion are supplied to the combustion air inlet end of each premixing duct 15, and the premixed fuel gas in each premixing duct 15 is supplied. The jet end end portion 18 is inserted into the combustor liner 4 and fixed by welding.
【0029】そして図2に示すように、燃焼器ライナ1
3は、燃焼室12を画成する内壁円筒19と、この内壁
円筒19の外側に筒状空間を介して配置される外壁円筒
20とにより二重壁構造となっている。内壁円筒19は
例えば軸方向に間隔をあけて配置された複数のエレメン
ト19aからなっており、各エレメント19aは外壁円
筒20に対して内壁円筒固定部21によって、それぞれ
片持ち梁構造で支持されて、燃焼器軸方向の熱伸びを拘
束しないようになっている。Then, as shown in FIG. 2, the combustor liner 1
3 has a double wall structure including an inner wall cylinder 19 that defines the combustion chamber 12 and an outer wall cylinder 20 that is arranged outside the inner wall cylinder 19 with a cylindrical space therebetween. The inner wall cylinder 19 is composed of, for example, a plurality of elements 19a arranged at intervals in the axial direction, and each element 19a is supported by the inner wall cylinder fixing portion 21 with respect to the outer wall cylinder 20 in a cantilever structure. , The thermal expansion in the axial direction of the combustor is not restricted.
【0030】なお、予混合ダクト15の各噴出口筒端部
18と、燃焼器ライナ13の内壁円筒20との間には、
これら内壁円筒20と噴出口筒端部18とが熱膨張およ
び熱伸び差により接触しないように、環状の隙間22が
形成されている。It should be noted that there is a space between each of the jet outlet end portions 18 of the premixing duct 15 and the inner wall cylinder 20 of the combustor liner 13.
An annular gap 22 is formed so that the inner wall cylinder 20 and the ejection outlet cylinder end portion 18 do not come into contact with each other due to thermal expansion and thermal expansion difference.
【0031】また、図2に示すように、内壁円筒19と
外壁円筒20との間にの筒状空間は空気通路23とされ
ており、外壁円筒20には、燃焼器軸方向に沿って多数
の空気孔24が穿設され、燃焼器外筒1内に導かれた空
気(矢印a)が外壁円筒20の外側から空気孔24を通
して内壁円筒19の外面に衝突し、この内壁円筒19を
インピンジメント冷却するようになっている。Further, as shown in FIG. 2, a cylindrical space between the inner wall cylinder 19 and the outer wall cylinder 20 serves as an air passage 23, and the outer wall cylinder 20 is provided with a large number along the axial direction of the combustor. The air holes 24 of the inner wall cylinder 19 are impinged by the air (arrow a) guided into the combustor outer cylinder 1 from the outside of the outer wall cylinder 20 through the air holes 24 to impinge on the inner wall cylinder 19. Ment cooling.
【0032】一方、内壁円筒19にも多数の空気孔25
が穿設されている。この内壁円筒19の空気孔25は、
外壁円筒20の空気孔24と位置を異ならせており、こ
の空気孔25には、インピンジメント冷却後の空気(矢
印b)が通り、内壁円筒19の内部すなわち燃焼室に導
入されるようになっている。この内壁円筒19の空気孔
25から導入されるう空気は、内壁円筒19の内面に沿
って流動することによりフィルム冷却に供される。On the other hand, the inner wall cylinder 19 also has a large number of air holes 25.
Has been drilled. The air holes 25 of the inner wall cylinder 19 are
The position of the outer wall cylinder 20 is different from that of the air hole 24, and the air (arrow b) after impingement cooling passes through the air hole 25 and is introduced into the inner wall cylinder 19, that is, the combustion chamber. ing. The air introduced from the air holes 25 of the inner wall cylinder 19 flows along the inner surface of the inner wall cylinder 19 to be used for film cooling.
【0033】内壁円筒19の非支持端側の外周面にはリ
ング状の補強壁26が空気通路を閉塞しない径方向厚さ
で設けられており、インピンジメント冷却に供された空
気は、内壁円筒19の空気孔25を通る部分(矢印b)
と、内壁円筒19に設けられている補強壁26の外周隙
間27を通る部分(矢印b)とに分けられる。そして、
燃焼室12内に流入する各空気は互いにバランスして配
分され、これらの空気が燃焼器ライナ面にスロット型フ
ィルム冷却空気として噴出するようになっている。A ring-shaped reinforcing wall 26 is provided on the outer peripheral surface of the inner wall cylinder 19 on the non-supporting end side so as to have a radial thickness so as not to block the air passage, and the air used for impingement cooling is supplied to the inner wall cylinder. Portion passing through the air hole 25 of 19 (arrow b)
And a portion (arrow b) passing through the outer peripheral gap 27 of the reinforcing wall 26 provided in the inner wall cylinder 19. And
The air flowing into the combustion chamber 12 is distributed in balance with each other, and these air is ejected as slot type film cooling air onto the combustor liner surface.
【0034】なお、燃焼器外筒1内に導かれた空気の一
部は、燃焼器ライナ13および尾筒16の外周部に導か
れた後、燃焼空気として予混合ダクト15に供給され、
稀薄予混合燃料を構成するようになる。Incidentally, a part of the air introduced into the combustor outer cylinder 1 is introduced to the outer peripheral portions of the combustor liner 13 and the transition piece 16 and then supplied to the premixing duct 15 as combustion air.
It becomes a lean premixed fuel.
【0035】次に、図3によって燃焼器ライナ支持構造
体取付部30のインピンジ冷却構造について説明する。
すなわち、燃焼器ライナ13の外周側は支持構造体31
によって支持されている。この支持構造体取付部30
は、外壁円筒20の一部を厚肉に構成して支持構造体3
1に接合される厚肉外壁円筒32と、支持構造物31を
軸方向から補強する補強リブ33とを有している。厚肉
外壁円筒32の内周側には前記同様の内壁円筒19が設
けられている。厚肉外壁円筒32は外圧に対して十分な
耐座屈強度を有し、さらに燃焼器軸方向の燃焼器ライナ
支持力に対して十分な強度を有する。支持構造体31の
内部は空洞になっており、この支持構造体31の構成壁
には冷却空気の流入孔34が穿設されている。Next, the impingement cooling structure of the combustor liner support structure attachment portion 30 will be described with reference to FIG.
That is, the outer peripheral side of the combustor liner 13 has the support structure 31.
Supported by. This support structure mounting portion 30
Is a support structure 3 in which a part of the outer wall cylinder 20 is made thick.
1 has a thick outer wall cylinder 32 and a reinforcing rib 33 that reinforces the support structure 31 in the axial direction. An inner wall cylinder 19 similar to the above is provided on the inner peripheral side of the thick outer wall cylinder 32. The thick outer wall cylinder 32 has sufficient buckling resistance against external pressure and further has sufficient strength against the combustor liner supporting force in the axial direction of the combustor. The inside of the support structure 31 is hollow, and a cooling air inflow hole 34 is formed in a wall of the support structure 31.
【0036】また、厚肉外壁円筒32には支持構造体3
1の空洞底面に位置して複数個の空気孔35が穿設さ
れ、この空気孔35が支持構造体31の内部および流入
孔34に連通している。この厚肉外壁円筒32の空気孔
35は、座ぐり付き2段孔とされている。Further, the support structure 3 is provided on the thick outer wall cylinder 32.
A plurality of air holes 35 are formed at the bottom of the cavity 1, and the air holes 35 communicate with the inside of the support structure 31 and the inflow hole 34. The air hole 35 of the thick outer wall cylinder 32 is a two-step hole with a spot facing.
【0037】そして、支持構造体31の外部から流入孔
34を介して空洞部に流入した空気(矢印c)は、厚肉
外壁円筒32の空気孔35を通過して空気通路23に流
入し、内壁円筒32に衝突してインピンジメント冷却ま
たは対流冷却を行い、その後内壁円筒19の空気孔25
から燃焼室12に導入され、内壁円筒19の内面に沿っ
て流動することによりフィルム冷却に供される(矢印
d)。厚肉外壁円筒32の空気孔35が座ぐり付き2段
孔であることから、この部位を通過した空気は、噴流と
なって内壁円筒19に対する大きなインピンジメント冷
却または対流冷却を行う。なお、空気孔35が2段穴形
状であることによって、燃焼器ライナ13の外壁円筒2
0に設けられている冷却空気口24の流量係数および圧
力損失と同一にすることにより、効率よいインピンジメ
ント冷却を可能にしている。The air (arrow c) flowing from the outside of the support structure 31 into the cavity through the inflow hole 34 passes through the air hole 35 of the thick outer wall cylinder 32 and flows into the air passage 23, Impingement cooling or convection cooling is performed by colliding with the inner wall cylinder 32, and then the air holes 25 of the inner wall cylinder 19
Is introduced into the combustion chamber 12 from the above and flows along the inner surface of the inner wall cylinder 19 to be used for film cooling (arrow d). Since the air hole 35 of the thick outer wall cylinder 32 is a two-step hole with a spot facing, the air passing through this portion becomes a jet flow and performs large impingement cooling or convection cooling on the inner wall cylinder 19. Since the air hole 35 has a two-step hole shape, the outer wall cylinder 2 of the combustor liner 13 is
By making the flow rate coefficient and pressure loss of the cooling air port 24 provided at 0 the same, efficient impingement cooling is enabled.
【0038】次に、図1、図4および図5によって、燃
焼器ライナ端シール部40の冷却について説明する。図
4および図5は本実施例の燃焼器ライナ端シール部40
のスロット型フィルム冷却構造を示す斜視図および拡大
断面図である。Next, cooling of the combustor liner end seal portion 40 will be described with reference to FIGS. 1, 4 and 5. 4 and 5 show the combustor liner end seal portion 40 of this embodiment.
FIG. 3 is a perspective view and an enlarged sectional view showing the slot type film cooling structure of FIG.
【0039】図1および図4に示すように、燃焼器ライ
ナ13の外壁円筒20の下流側端部と尾筒16の入口端
部との嵌合部に、弓形断面形状のスプリングシール部材
41が挿入されている。スプリングシール部材41は外
壁円筒20に連設したものであり、このスプリングシー
ル部材41と尾筒16と燃焼器ライナ13とが、柔軟な
バネ力を保持するように機械的に接合されている。As shown in FIGS. 1 and 4, a spring seal member 41 having an arcuate cross section is provided at the fitting portion between the downstream end of the outer wall cylinder 20 of the combustor liner 13 and the inlet end of the transition piece 16. Has been inserted. The spring seal member 41 is connected to the outer wall cylinder 20, and the spring seal member 41, the transition piece 16 and the combustor liner 13 are mechanically joined so as to hold a flexible spring force.
【0040】また、スプリングシール部材41には、燃
焼器軸方向に沿う複数の弾性変形用のスリット42が周
方向に間隔的に形成されている。スプリングシール部材
41の内周側に位置する外壁円筒20には、複数の空気
流入孔43が周方向に間隔的に形成され、この空気流入
孔43の内周面側には薄板からなる偏流板44が設けら
れている。スプリングシール部材41のスリット42の
後方には、燃焼器ライナ外表面と尾筒内表面とを通して
燃焼室12側に連通する環状隙間45が形成されてい
る。Further, the spring seal member 41 is formed with a plurality of elastically deforming slits 42 along the axial direction of the combustor at intervals in the circumferential direction. A plurality of air inflow holes 43 are formed at intervals in the circumferential direction in the outer wall cylinder 20 located on the inner peripheral side of the spring seal member 41, and a bias plate made of a thin plate is formed on the inner peripheral surface side of the air inflow holes 43. 44 are provided. An annular gap 45 communicating with the combustion chamber 12 side through the outer surface of the combustor liner and the inner surface of the transition piece is formed behind the slit 42 of the spring seal member 41.
【0041】燃焼器外筒11内の空気は、スリット42
を介してスプリングシール部材41の内周側に流れ込
み、空気流入孔43から燃焼室12内に流入した後、偏
流板44によって高温燃焼ガスの流れと同一方向に流出
されるフィルム冷却空気(矢印e)と、スリット42を
介してスプリングシール部材41の内周側に流れ込んだ
後、再びスリット42から出てスプリングシール部材4
1の外周側を介して環状隙間45から燃焼室12内に流
入する空気(矢印f)とに分かれる。これらの冷却空気
の流量は、一定の圧力差以内で燃焼室12に流入可能な
均一流量配分に設定されている。The air inside the combustor outer cylinder 11 is slit 42.
The film cooling air (arrow e) which flows into the combustion chamber 12 through the air inflow hole 43 in the inner peripheral side of the spring seal member 41 through the ), And flows into the inner peripheral side of the spring seal member 41 through the slit 42, and then comes out of the slit 42 again.
1 is divided into air (arrow f) flowing into the combustion chamber 12 from the annular gap 45 via the outer peripheral side of 1. The flow rate of these cooling air is set to a uniform flow rate distribution that allows the flow into the combustion chamber 12 within a constant pressure difference.
【0042】冷却空気は上記の経路でフィルム冷却空気
として使用され、吹き出し下流側の燃焼器内面を冷却す
る。結果として、従来では外面冷却のみであった燃焼器
ライナ端シール部に、スロット型フィルム冷却と、外面
冷却とを併用することにより、燃焼器ライナメタル温度
を効率良く低下させることが可能となる。The cooling air is used as film cooling air in the above-mentioned path, and cools the inner surface of the combustor on the downstream side of blowing. As a result, it is possible to efficiently lower the combustor liner metal temperature by using the slot-type film cooling and the external surface cooling together in the combustor liner end seal portion which has conventionally been only the external surface cooling.
【0043】以上の本実施例では、冷却空気による燃焼
器ライナ13の内壁円筒19のメタル温度分布が一様か
つ最適な熱伝達率分布になるように設定できるため、冷
却空気流量を低減させ、予混合燃焼に必要な燃焼空気の
増加ができ、NOxが生成しない燃焼温度に予混合燃空
比を設定できる。In the present embodiment described above, since the metal temperature distribution of the inner wall cylinder 19 of the combustor liner 13 due to the cooling air can be set so as to have a uniform and optimum heat transfer coefficient distribution, the cooling air flow rate is reduced, The amount of combustion air required for premixed combustion can be increased, and the premixed fuel-air ratio can be set to a combustion temperature at which NOx is not produced.
【0044】以上のように、本実施例に係るガスタービ
ン燃焼器によれば、燃焼器軸方向に多段配列したインピ
ンジメント冷却およびフィルム冷却兼用の片持ち梁二重
円筒形式の冷却構造を採用し、燃焼器ライナ端シール部
40にはスロット型フィルム冷却を採用し、燃焼器ライ
ナ支持構造体取付部30にはインピンジ冷却を採用した
ことから、従来のフィルム冷却方法で統一された燃焼器
と比べて冷却空気流量を従来の約60%に低減させるこ
とが容易に可能となり、冷却性能を向上させると同時
に、燃焼器の高温化と冷却空気低減による予混合燃焼空
気流量を増大させることが可能となり、NOx生成の主
要因である火炎温度上昇を抑制して超稀薄燃焼条件を得
ることができ、低NOx化に寄与すると同時にメタル温
度分布の一様化を可能にしている。すなわち、ガスター
ビン燃焼器の高温化と低NOx化に対する両面での解決
が図れるという優れた効果が奏される。As described above, according to the gas turbine combustor according to the present embodiment, the cantilever double cylinder type cooling structure for both impingement cooling and film cooling arranged in multiple stages in the axial direction of the combustor is adopted. Since the combustor liner end seal portion 40 adopts the slot type film cooling and the combustor liner support structure mounting portion 30 adopts the impingement cooling, it is compared with the combustor unified by the conventional film cooling method. It is possible to easily reduce the cooling air flow rate to about 60% of the conventional level, improve the cooling performance, and at the same time increase the premixed combustion air flow rate by raising the temperature of the combustor and reducing the cooling air. , It is possible to obtain the ultra-lean combustion condition by suppressing the flame temperature rise that is the main factor of NOx generation, which contributes to the reduction of NOx and at the same time makes the metal temperature distribution uniform. It has to. That is, there is an excellent effect that both high temperature and low NOx of the gas turbine combustor can be solved.
【0045】また、本実施例のガスタービン燃焼器によ
ると、燃焼器ライナ13の主要部分においては外壁円筒
20の空気孔24から内壁円筒19に噴射される冷却空
気によって内壁円筒19がインピンジメント冷却によっ
て強力に冷却され、さらに内壁円筒19の空気孔25か
ら燃焼室12側に吹込まれる冷却空気によって内壁円筒
19の内周面側がフィルム冷却によってさらに2段階的
に冷却される。したがって、同一空気流によって段階的
な効率良い冷却作用が行われるため、冷却空気の低減お
よび冷却性能の向上が図れるようになる。Further, according to the gas turbine combustor of this embodiment, in the main part of the combustor liner 13, the inner wall cylinder 19 is impingement-cooled by the cooling air injected from the air holes 24 of the outer wall cylinder 20 to the inner wall cylinder 19. Is strongly cooled, and the inner peripheral surface side of the inner wall cylinder 19 is further cooled in two stages by film cooling by the cooling air blown from the air holes 25 of the inner wall cylinder 19 to the combustion chamber 12 side. Therefore, since the same air flow performs the stepwise efficient cooling action, the cooling air can be reduced and the cooling performance can be improved.
【0046】また、燃焼器ライナの外周側を支持する支
持構造体取付け部30では内壁円筒のインピンジ冷却部
を設けることによって、従来では困難であった部位の冷
却が能率よく行えるようになる。特に、この燃焼器ライ
ナ13の内壁円筒19の支持構造体取付け部30でのイ
ンピンジ冷却部を、支持構造体取付け部30に取付けら
れる支持構造体31の内部を冷却空気の流通が可能な空
洞構成とするとともに、支持構造体取付け部となる外壁
円筒20の肉厚を内壁円筒19と同一以上に設定し、か
つ外壁内筒19に座ぐり付き2段径の空気孔43を穿設
することによって前記の作用がより確実に行われる。Further, by providing the impingement cooling portion having the inner wall cylinder in the support structure mounting portion 30 for supporting the outer peripheral side of the combustor liner, it becomes possible to efficiently cool the portion which has been difficult in the past. In particular, the impingement cooling portion of the support structure attachment portion 30 of the inner wall cylinder 19 of the combustor liner 13 and the inside of the support structure 31 attached to the support structure attachment portion 30 have a hollow structure capable of circulating cooling air. In addition, by setting the wall thickness of the outer wall cylinder 20 serving as the support structure attachment portion to be equal to or greater than that of the inner wall cylinder 19, and by boring the outer wall inner cylinder 19 with the counterbore two-step diameter air hole 43. The above action is more reliably performed.
【0047】さらに、燃焼器ライナ13の下流側端部に
おける尾筒16とのシール部である燃焼器ライナ端シー
ル部40においては、スロット型フィルム冷却部を設け
ることで、比較的簡単な構成で能率よい冷却が行える。
この燃焼器ライナ端シール部40のスロット型フィルム
冷却部は、燃焼器ライナ13の外壁円筒20の下流側端
部と尾筒16の入口端部との嵌合部に挿入された弓形断
面形状のスプリングシール部材41に燃焼器軸方向に沿
う複数の弾性変形用のスリット42を形成するととも
に、シール部材内周側に位置する外壁円筒部20に冷却
空気流入孔43を形成することによって構成し、かつ高
温燃焼ガスの流れと同一方向に流出されるフィルム冷却
空気の流量と、スプリングシール部材41に設けられた
スリット42を通過して燃焼器ライナ13の外表面と尾
筒16の内表面で形成される環状隙間45から流出する
冷却空気の流量が、一定の圧力差以内で流入可能な均一
流量配分に設定する望ましい構成とすることによって、
簡単な構成で能率よい冷却が確実に行えるようになる。
例えば従来のフィルム冷却方法で統一された燃焼器と比
べて、冷却空気流量を従来の約60%に低減させること
が可能となった。Further, in the combustor liner end seal portion 40, which is a seal portion with the transition piece 16 at the downstream end portion of the combustor liner 13, by providing a slot type film cooling portion, a relatively simple structure is provided. Can perform efficient cooling.
The slot-type film cooling portion of the combustor liner end seal portion 40 has an arcuate cross-sectional shape inserted into a fitting portion between the downstream end portion of the outer wall cylinder 20 of the combustor liner 13 and the inlet end portion of the transition piece 16. A plurality of slits 42 for elastic deformation along the axial direction of the combustor are formed in the spring seal member 41, and a cooling air inflow hole 43 is formed in the outer wall cylindrical portion 20 located on the inner peripheral side of the seal member. In addition, the flow rate of the film cooling air flowing out in the same direction as the flow of the high temperature combustion gas, and the outer surface of the combustor liner 13 and the inner surface of the transition piece 16 are formed by passing through the slit 42 provided in the spring seal member 41. By setting the flow rate of the cooling air flowing out from the annular gap 45 that is set to a uniform flow rate distribution that allows inflow within a constant pressure difference,
With a simple structure, efficient cooling can be surely performed.
For example, compared with a combustor unified by a conventional film cooling method, it has become possible to reduce the cooling air flow rate to about 60% of the conventional one.
【0048】なお、図6は内壁円筒19の変形例を示し
ている。この例においては、内壁円筒19が一体成形に
よるコルゲート形状部分によって補強壁46が構成され
ている。この補強壁46によって内壁円筒19と外壁円
筒20との熱膨張差が吸収され、環状空間からなる空気
通路23が一定幅以内に維持し得る径方向厚さに設定さ
れている。FIG. 6 shows a modification of the inner wall cylinder 19. In this example, the reinforcing wall 46 is formed by a corrugated portion formed by integrally molding the inner wall cylinder 19. The difference in thermal expansion between the inner wall cylinder 19 and the outer wall cylinder 20 is absorbed by the reinforcing wall 46, and the air passage 23 formed by the annular space is set to have a radial thickness that can be maintained within a certain width.
【0049】このように補強壁46を内壁円筒19と一
体成形加工したコルゲート断面形状部分とすることで、
内壁円筒19の熱膨張を考慮した内壁円筒19と外壁円
筒20とが一定間隔の隙間を構成する。したがって、内
壁円筒19の加工コストの低減を図ることができ、冷却
効果を奏する各部の構成が強固にかつ比較的簡単に実現
できるようになる。By thus forming the reinforcing wall 46 as a corrugated cross-section portion integrally formed with the inner wall cylinder 19,
The inner wall cylinder 19 and the outer wall cylinder 20 in consideration of thermal expansion of the inner wall cylinder 19 form a gap at a constant interval. Therefore, the processing cost of the inner wall cylinder 19 can be reduced, and the configuration of each part having a cooling effect can be realized firmly and relatively easily.
【0050】[0050]
【発明の効果】以上の実施例で詳述したように、本発明
に係るガスタービン燃焼器によれば、燃焼器軸方向に多
段配列したインピンジメント冷却およびフィルム冷却兼
用の片持ち梁二重円筒形式の冷却構造を採用し、燃焼器
ライナ端シール部にはスロット型フィルム冷却を採用
し、燃焼器ライナ支持構造体取付部にはインピンジ冷却
を採用したことから、従来のフィルム冷却方法で統一さ
れた燃焼器と比べて冷却空気流量を大幅に低減させるこ
とが容易に可能となり、冷却性能を向上させると同時
に、燃焼器の高温化と冷却空気低減による予混合燃焼空
気流量を増大させることが可能となり、NOx生成の主
要因である火炎温度上昇を抑制して超稀薄燃焼条件を得
ることができ、ガスタービン燃焼器の高温化と低NOx
化に対する両面での解決が図れるという優れた効果が奏
される。As described in detail in the above embodiments, according to the gas turbine combustor according to the present invention, a cantilever double cylinder for both impingement cooling and film cooling arranged in multiple stages in the axial direction of the combustor. The same type of cooling structure was adopted, the slot type film cooling was adopted for the combustor liner end seal part, and the impingement cooling was adopted for the combustor liner support structure mounting part. It is possible to easily reduce the cooling air flow rate significantly compared to a combustor, and improve the cooling performance, while at the same time increasing the temperature of the combustor and increasing the premixed combustion air flow rate by reducing the cooling air. Therefore, it is possible to suppress the flame temperature rise, which is the main factor of NOx generation, and obtain an ultra-lean combustion condition, which raises the temperature of the gas turbine combustor and lowers NOx.
The excellent effect of being able to solve both sides of the problem is achieved.
【図1】本発明の一実施例によるガスタービン燃焼器の
構造と冷却空気の流れを模式的に示す全体断面図。FIG. 1 is an overall sectional view schematically showing the structure of a gas turbine combustor and the flow of cooling air according to an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の一実施例におけるインピンジ冷却およ
びフィルム冷却の両機能を有する部位を説明するための
拡大断面図。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view for explaining a portion having both impingement cooling and film cooling functions in an embodiment of the present invention.
【図3】本発明の一実施例における支持体取付け部の冷
却機能部を示す拡大断面図。FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing a cooling function part of a support attachment part in one embodiment of the present invention.
【図4】本発明の一実施例における燃焼器ライナと尾筒
との連結部における冷却機能部を示す斜視図。FIG. 4 is a perspective view showing a cooling function portion in a connecting portion between the combustor liner and the transition piece according to the embodiment of the present invention.
【図5】本発明の一実施例における燃焼器ライナと尾筒
との連結部における冷却機能部を示す拡大断面図。FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view showing a cooling function part in a connecting part between the combustor liner and the transition piece in the embodiment of the present invention.
【図6】本発明の一実施例における変形例を示す断面図
である。FIG. 6 is a sectional view showing a modified example of the embodiment of the present invention.
【図7】従来例を示す断面図。FIG. 7 is a sectional view showing a conventional example.
【図8】他の従来例を示す断面図。FIG. 8 is a cross-sectional view showing another conventional example.
【図9】さらに他の従来例を示す断面図。FIG. 9 is a sectional view showing still another conventional example.
【図10】さらに異なる他の従来例を示す断面図。FIG. 10 is a sectional view showing still another conventional example.
11 燃焼器外筒 12 燃焼室 13 燃焼器ライナ 14 パイロット燃料ノズル 15 予混合ダクト 16 尾筒 17 燃料 18 噴出口筒端部 19 内壁円筒 20 外壁円筒 21 円筒固定部 24 空気孔 25 空気孔 26 リング状の補強壁 27 外周隙間 30 ライナ支持構造体取付部 31 支持構造体 32 厚肉外壁円筒 33 補強リブ 34 空気流入孔 35 空気孔 41 スプリングシール部材 42 スリット 43 空気流入孔 44 偏流板 11 Combustor Outer Cylinder 12 Combustion Chamber 13 Combustor Liner 14 Pilot Fuel Nozzle 15 Premixing Duct 16 Tail Cylinder 17 Fuel 18 Outlet Cylinder End 19 Inner Wall Cylinder 20 Outer Wall Cylinder 21 Cylinder Fixed Part 24 Air Hole 25 Air Hole 26 Ring-shaped Reinforcement wall 27 Peripheral clearance 30 Liner support structure mounting portion 31 Support structure 32 Thick outer wall cylinder 33 Reinforcing rib 34 Air inflow hole 35 Air hole 41 Spring seal member 42 Slit 43 Air inflow hole 44 Drift plate
Claims (4)
焼器ライナを配置し、この燃焼器ライナの上流側端部に
パイロット燃料ノズルを設けるとともに、このパイロッ
ト燃料ノズルよりも下流側のライナ壁部位に燃料と空気
との予混合ガスを供給する多段の予混合ダクトを接続
し、かつ前記燃焼器ライナの下流側端部に燃焼ガスをガ
スタービン側に導入する尾筒を接続したガスタービン燃
焼器であって、前記燃焼器ライナを、高温燃焼ガスに接
する内壁円筒と、この内壁円筒を環状空間をあけて被覆
する外壁円筒とからなる二重構造とし、この環状空間を
冷却空気通路としたものにおいて、前記外壁円筒に燃焼
器軸方向に沿う多数の空気孔を穿設して前記内壁円筒を
インピンジメント冷却可能とする一方、前記内壁円筒に
前記外壁円筒の空気孔と配置を異ならせた多数の空気孔
を穿設して前記内壁円筒をフィルム冷却可能とし、かつ
前記燃焼器ライナの外周側を支持する支持構造体の取付
け部に前記内壁円筒のインピンジ冷却部を設け、さらに
前記燃焼器ライナの下流側端部における前記尾筒とのシ
ール部にスロット型フィルム冷却部を設けたことを特徴
とするガスタービン燃焼器。1. A combustor liner forming a combustion chamber is arranged inside a combustor outer cylinder, a pilot fuel nozzle is provided at an upstream end of the combustor liner, and a pilot fuel nozzle is provided downstream of the pilot fuel nozzle. Gas connected to a multi-stage premixing duct for supplying a premixed gas of fuel and air to the liner wall portion, and a tail pipe for introducing combustion gas to the gas turbine side at the downstream end of the combustor liner A turbine combustor, wherein the combustor liner has a double structure including an inner wall cylinder in contact with a high temperature combustion gas and an outer wall cylinder covering the inner wall cylinder with an annular space open, and the annular space is provided with a cooling air passage. In the above, the outer wall cylinder is provided with a large number of air holes along the axial direction of the combustor to allow impingement cooling of the inner wall cylinder, while the inner wall cylinder has air holes of the outer wall cylinder. And the inner wall cylinder can be film-cooled by forming a large number of air holes differently arranged, and the impingement cooling portion of the inner wall cylinder is attached to the mounting portion of the support structure that supports the outer peripheral side of the combustor liner. A gas turbine combustor, further comprising a slot-type film cooling section provided at a seal portion with the transition piece at a downstream end of the combustor liner.
いて、燃焼器ライナの内壁円筒の支持構造体取付け部で
のインピンジ冷却部は、前記支持構造体取付け部に取付
けられる支持構造体の内部を冷却空気の流通が可能な空
洞構成とするとともに、前記支持構造体取付け部となる
外壁円筒の肉厚を内壁円筒と同一以上に設定し、かつ前
記外壁内筒に座ぐり付き2段径の空気孔を穿設すること
によって構成したことを特徴とするガスタービン燃焼
器。2. The gas turbine combustor according to claim 1, wherein the impingement cooling portion at the support structure attachment portion of the inner wall cylinder of the combustor liner is provided inside the support structure attached to the support structure attachment portion. In addition to having a hollow structure through which cooling air can flow, the thickness of the outer wall cylinder serving as the support structure mounting portion is set to be equal to or greater than that of the inner wall cylinder, and the outer wall inner cylinder has a counterbore with a two-step diameter. A gas turbine combustor characterized by being constructed by forming holes.
いて、燃焼器ライナと尾筒とのシール部のスロット型フ
ィルム冷却部は、燃焼器ライナの外壁円筒の下流側端部
と尾筒の入口端部との嵌合部に挿入された弓形断面形状
のスプリングシール部材に燃焼器軸方向に沿う複数の弾
性変形用のスリットを形成するとともに、前記シール部
材の内周側に位置する外壁円筒部に冷却空気流入孔を形
成することによって構成し、かつ高温燃焼ガスの流れと
同一方向に流出されるフィルム冷却空気の流量と、シー
ル部材に設けられたスリットを通過して燃焼器ライナ外
表面と尾筒内表面で形成される環状隙間から流出する冷
却空気の流量が、一定の圧力差以内で流入可能な均一流
量配分に設定したことを特徴とするガスタービン燃焼
器。3. The gas turbine combustor according to claim 1, wherein the slot-type film cooling portion of the seal portion between the combustor liner and the transition piece is the downstream end of the outer wall cylinder of the combustion liner and the inlet of the transition piece. A plurality of slits for elastic deformation along the axial direction of the combustor are formed in a spring seal member having an arcuate cross-section inserted in a fitting portion with an end portion, and an outer wall cylindrical portion located on the inner peripheral side of the seal member. And a flow rate of the film cooling air that flows out in the same direction as the flow of the high temperature combustion gas, and the outer surface of the combustor liner passing through the slit provided in the seal member. A gas turbine combustor characterized in that the flow rate of cooling air flowing out from an annular gap formed on the inner surface of the transition piece is set to be a uniform flow rate distribution that allows inflow within a constant pressure difference.
いて、内壁円筒と外壁円筒との間にリング状の補強壁を
設け、この補強壁を内壁円筒への組立て部品または内壁
円筒に一体成形したコルゲート形状部分によって構成
し、この補強壁を前記内壁円筒と外壁円筒との熱膨張差
を吸収して環状空間を一定幅以内に維持し得る径方向厚
さに設定したことを特徴とするガスタービン燃焼器。4. The gas turbine combustor according to claim 1, wherein a ring-shaped reinforcing wall is provided between the inner wall cylinder and the outer wall cylinder, and the reinforcing wall is integrally formed with an assembly part of the inner wall cylinder or the inner wall cylinder. A gas turbine comprising a corrugated portion, wherein the reinforcing wall is set to have a radial thickness capable of absorbing a difference in thermal expansion between the inner wall cylinder and the outer wall cylinder to maintain the annular space within a certain width. Combustor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27393494A JPH08135968A (en) | 1994-11-08 | 1994-11-08 | Gas turbine combustor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27393494A JPH08135968A (en) | 1994-11-08 | 1994-11-08 | Gas turbine combustor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08135968A true JPH08135968A (en) | 1996-05-31 |
Family
ID=17534613
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP27393494A Pending JPH08135968A (en) | 1994-11-08 | 1994-11-08 | Gas turbine combustor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH08135968A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001227359A (en) * | 1999-12-01 | 2001-08-24 | Alstom Power Uk Ltd | Combustion chamber for gas turbine engine |
JP2002071136A (en) * | 2000-08-28 | 2002-03-08 | Hitachi Ltd | Combustor liner |
JP2007163130A (en) * | 2005-12-14 | 2007-06-28 | United Technol Corp <Utc> | Local cooling hole pattern |
EP3106755A3 (en) * | 2015-06-16 | 2017-02-08 | Doosan Heavy Industries & Construction Co. Ltd. | Combustion duct assembly for gas turbine |
CN114278401A (en) * | 2020-09-28 | 2022-04-05 | 中国航发商用航空发动机有限责任公司 | Turbine casing of turbine engine and turbine engine |
-
1994
- 1994-11-08 JP JP27393494A patent/JPH08135968A/en active Pending
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CN114278401B (en) * | 2020-09-28 | 2024-04-26 | 中国航发商用航空发动机有限责任公司 | Turbine casing of turbine engine and turbine engine |
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