JP2008025910A - ガスタービン燃焼器 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスタービン燃焼器において、燃料配管とカバーとの連結部に作用する応力を低減することで強度を向上して長寿命化を図る。
【解決手段】燃焼器外筒３１と燃焼器内筒３２との間に空気通路４４を設け、この空気通路４４に対してトップハット燃料を噴射するトップハットノズル３７を設け、このトップハットノズル３７にて、燃焼器外筒３１を構成するトップハット部４７に凹部６１を形成し、この凹部６１を被覆するカバー６２を固定することで周方向に沿って燃料キャビティ４９を形成すると共に、トップハット部４７に燃料キャビティ４９とトップハット部４７の内周面に固定されたペグ５２とを連結する燃料通路５０，５１を設け、燃料配管６４の先端部にボス部６５を連結し、このボス部６５をカバー６２に形成された連結孔６２ａに嵌入すると共に溶接Ｗ₄により固定し、ボス部６５にフィレット加工により湾曲部６５ａを形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、圧縮した圧縮空気に燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給して回転動力を得るガスタービンにおいて、低ＮＯｘ化を図るためにメイン燃料ラインに対して、トップハット燃料ラインを設けて均一な燃料混合気を生成可能としたガスタービン燃焼器に関する。

例えば、ガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンにより構成されており、空気取入口から取り込まれた空気が圧縮機によって圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となり、燃焼器にて、この圧縮空気に対して燃料を供給して燃焼させ、高温・高圧の燃焼ガスがタービンを駆動し、このタービンに連結された発電機を駆動する。この場合、タービンは、車室内に複数の静翼及び動翼が交互に配設されて構成されており、燃焼ガスにより動翼を駆動することで発電機の連結される出力軸を回転駆動している。そして、タービンを駆動した燃焼ガスは、排気車室のディフューザにより静圧に変換されてから大気に放出される。

図１４は、従来のガスタービン燃焼器を表す概略図である。従来のガスタービン燃焼器において、図１４に示すように、燃焼器外筒００１の内側に燃焼器内筒００２が支持され、この燃焼器内筒００２の先端部に燃焼器尾筒００３が連結されてケーシングが構成され、燃焼器外筒００１と燃焼器内筒００２との間に空気通路００４が形成されている。この燃焼器内筒００２内には、その中心部にパイロットノズル００５が配設されると共に、燃焼器内筒００１の内周面に周方向に沿って複数のメイン燃料ノズル００６が配設され、パイロットノズル００５の周囲にはメインバーナ００７が配設され、各メイン燃料ノズル００６の先端部が連通している。また、燃焼器外筒００１の内周面に周方向に沿って複数のトップハットノズル００８が配設され、各トップハットノズル００８に燃料通路００９が連結されている。

そして、パイロットノズル００５にパイロット燃料ライン０１０が連結され、メイン燃料ノズル００６にメイン燃料ライン０１１が連結され、トップハットノズル００８にトップハット燃料ライン０１２が連結されている。

従って、圧縮機によって圧縮された高温・高圧の圧縮空気の空気流がガスタービン燃焼器の空気通路００４に流れこむと、この空気がトップハットノズル００８から噴射された燃料と混合され、この燃料混合気が燃焼器内筒００２内に流れ込む。燃焼器内筒００２内では、この燃料混合気がメイン燃料ノズル００６から噴射された燃料とメインバーナ００７により混合され、予混合気の旋回流となって尾筒００３内に流れ込む。また、燃料混合気は、パイロットノズル００５から噴射された燃料と混合され、図示しない種火により着火されて燃焼し、燃焼ガスとなって尾筒００３内に噴出する。このとき、燃焼ガスの一部が尾筒００３内に火炎を伴って周囲に拡散するように噴出することで、各メイン燃料ノズル００６から尾筒００３内に流れ込んだ予混合気に着火されて燃焼する。即ち、パイロットノズル００５から噴射したパイロット燃料による拡散火炎により、メイン燃料ノズル００６からの希薄予混合燃料の安定燃焼を行うための保炎を行うことができる。

このようなガスタービンとしては、下記特許文献１に記載されたものがある。

特開２００１−１４１２４３号公報

上述した従来のガスタービン燃焼器では、圧縮空気の空気流に対してトップハットノズル００８から燃料を噴射して燃料混合気を形成し、この燃料混合気に対してメイン燃料ノズル００６から燃料を噴射して予混合気を形成することで、均一な燃料混合気を形成して低ＮＯｘ化を図っている。この場合、トップハット燃料ライン０１２からトップハットノズル００８に燃料を供給するための燃料通路００９を燃焼器外筒００１に形成する必要がある。一般的には、燃焼器外筒００１に周方向に沿って凹部を形成し、この凹部を被覆するカバーを固定することで燃料キャビティを形成し、この燃料キャビティから各トップハットノズル００８に連通する複数の燃料通路００９を燃焼器外筒００１に形成している。そして、カバーにトップハット燃料ライン０１２としての燃料配管をボス部を介してカバーに溶接により固定している。

ところが、このような構成にあっては、ガスタービン燃焼器の運転時に、燃料配管のボス部とカバーとの溶接部に熱応力が作用することから、強度低下が問題となる。即ち、ガスタービン燃焼器の運転時に、燃焼器外筒００１は内部から加熱されて熱膨張することから、カバーは、高温側となる内側で圧縮応力が作用し、低温側となる外側で引張応力が作用するため、燃料配管のボス部とカバーとの溶接部に応力集中が生じる。そして、ガスタービン燃焼器の起動と停止を繰り返し行うことで、この燃料配管のボス部とカバーとの溶接部に応力集中が繰り返し作用することから、金属疲労により亀裂等が発生するおそれがある。

本発明は上述した課題を解決するものであり、燃料配管とカバーとの連結部に作用する応力を低減することで強度を向上して長寿命化を図ったガスタービン燃焼器を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための請求項１の発明のガスタービン燃焼器は、燃焼器外筒と、該燃焼器外筒の内側に空気通路を介して配設された燃焼器内筒と、前記燃焼器外筒の内周面に周方向に沿って設けられた複数のトップハットノズルと、前記燃焼器内筒の中心部に設けられたパイロットノズルと、前記燃焼器内筒の内周面に周方向に沿って前記パイロットノズルを取り囲むように設けられた複数の予混合ノズルとを具えたガスタービン燃焼器において、前記燃焼器外筒に形成された凹部を被覆するようにカバーが固定されることで、複数の燃料通路を通して前記各トップハットノズルに連結される燃料キャビティが前記燃焼器外筒の周方向に沿って設けられ、前記カバーに外部から燃料配管が連結されると共に、前記カバーと前記燃料配管との連結部の応力集中を低減する応力低減手段が設けられたことを特徴とするものである。

請求項２の発明のガスタービン燃焼器では、前記燃料配管の先端部は、フィレット加工されたボス部に連結され、該ボス部が前記カバーに形成された連結孔に嵌入すると共に溶接により固定されたことを特徴としている。

請求項３の発明のガスタービン燃焼器では、前記燃料配管の先端部がボス部に連結される一方、前記カバーに肉厚部が設けられ、前記ボス部は、前記肉厚部に形成された連結孔に嵌入すると共に溶接により固定されたことを特徴としている。

請求項４の発明のガスタービン燃焼器では、前記燃料配管の先端部がボス部に連結され、該ボス部が前記カバーに形成された連結孔に嵌入すると共に溶接により固定され、前記ボス部が高熱膨張材料により形成される一方、前記燃焼器外筒が低熱膨張材料により形成されたことを特徴としている。

請求項５の発明のガスタービン燃焼器では、前記燃料配管の先端部がボス部に連結され、該ボス部が前記カバーに形成された連結孔に嵌入して前記燃料キャビティ内に進入すると共に、溶接により前記カバー及び前記燃焼器外筒に固定されたことを特徴としている。

請求項６の発明のガスタービン燃焼器では、前記燃焼器外筒の角部に形成された凹部を被覆するように断面がＬ字形状をなすカバーが固定されることで前記燃料キャビティが形成され、前記燃料配管の先端部がボス部に連結され、該ボス部が前記燃焼器外筒の端面側から前記カバーに形成された連結孔に嵌入すると共に溶接により固定されたことを特徴としている。

請求項７の発明のガスタービン燃焼器では、前記燃料配管の先端部がボス部に連結され、該ボス部が前記カバーに形成された連結孔に嵌入すると共に溶接により固定され、前記カバーに前記ボス部に隣接して熱伸び吸収部が設けられたことを特徴としている。

請求項８の発明のガスタービン燃焼器では、前記燃料配管の先端部が前記カバーに形成された連結孔に嵌入すると共に溶接により固定されたことを特徴としている。

請求項９の発明のガスタービン燃焼器では、前記カバーにボス部が一体形成され、前記燃料配管の先端部が該ボス部に形成された連結孔に嵌入すると共に溶接により固定されたことを特徴としている。

請求項１の発明のガスタービン燃焼器によれば、燃焼器外筒に形成された凹部を被覆するようにカバーを固定することで、複数の燃料通路を通して各トップハットノズルに連結される燃料キャビティを燃焼器外筒の周方向に沿って設け、カバーに外部から燃料配管を連結すると共に、このカバーと燃料配管との連結部の応力集中を低減する応力低減手段を設けたので、運転時に、燃焼器外筒が内部から加熱されて熱膨張すると、カバーに対して、高温側となる内側から圧縮応力が作用する一方、低温側となる外側から引張応力が作用するが、応力低減手段によりカバーと燃料配管との連結部の応力集中が低減されることから、この部分の強度が向上して亀裂等が発生が抑制されることとなり、長寿命化を可能とすることができる。

請求項２の発明のガスタービン燃焼器によれば、燃料配管の先端部にフィレット加工されたボス部が連結され、このボス部をカバーに形成された連結孔に嵌入すると共に溶接により固定したので、ボス部のフィレット加工によりカバーと燃料配管との連結部の応力集中が低減され、簡単な構成で確実に亀裂等の発生を抑制することができる。

請求項３の発明のガスタービン燃焼器によれば、燃料配管の先端部にボス部を連結する一方、カバーに肉厚部を設け、ボス部を肉厚部に形成された連結孔に嵌入すると共に溶接により固定したので、肉厚部によりカバーと燃料配管との連結部に作用する平均応力が低減され、簡単な構成で確実に亀裂等の発生を抑制することができる。

請求項４の発明のガスタービン燃焼器によれば、燃料配管の先端部にボス部を連結し、ボス部をカバーに形成された連結孔に嵌入すると共に溶接により固定し、ボス部を高熱膨張材料により形成して燃焼器外筒を低熱膨張材料により形成したので、ボス部側での熱膨張を大きくする一方、燃焼器外筒側での熱膨張を小さくし、結果として、カバーと燃料配管との連結部に作用する応力が低減され、簡単な構成で確実に亀裂等の発生を抑制することができる。

請求項５の発明のガスタービン燃焼器によれば、燃料配管の先端部にボス部を連結し、ボス部をカバーに形成された連結孔に嵌入して燃料キャビティ内に進入させると共に、溶接によりカバー及び燃焼器外筒に固定したので、ボス部がカバーだけでなく燃焼器外筒に固定されることとなり、カバーと燃料配管との連結部に作用する平均応力が低減され、簡単な構成で確実に亀裂等の発生を抑制することができる。

請求項６の発明のガスタービン燃焼器によれば、燃焼器外筒の角部に形成された凹部を被覆するように断面がＬ字形状をなすカバーを固定することで燃料キャビティを形成し、燃料配管の先端部にボス部を連結し、ボス部を燃焼器外筒の端面側からカバーに形成された連結孔に嵌入すると共に溶接により固定したので、カバーと燃料配管との連結部が、このカバーに作用する圧縮応力と引張応力の境界側に位置することとなり、このカバーと燃料配管との連結部に作用する応力が低減され、簡単な構成で確実に亀裂等の発生を抑制することができる。

請求項７の発明のガスタービン燃焼器によれば、燃料配管の先端部にボス部を連結し、ボス部をカバーに形成された連結孔に嵌入すると共に溶接により固定し、カバーにボス部に隣接して熱伸び吸収部を設けたので、熱伸び吸収部によりカバーの熱伸びが吸収されることとなり、カバーと燃料配管との連結部に作用する応力が低減され、簡単な構成で確実に亀裂等の発生を抑制することができる。

請求項８の発明のガスタービン燃焼器によれば、燃料配管の先端部をカバーに形成された連結孔に嵌入すると共に溶接により固定したので、燃料配管の端部の剛性を低下させることで、カバーと燃料配管との連結部に作用する応力が低減され、簡単な構成で確実に亀裂等の発生を抑制することができる。

請求項９の発明のガスタービン燃焼器によれば、カバーにボス部を一体形成し、燃料配管の先端部をボス部に形成された連結孔に嵌入すると共に溶接により固定したので、カバーと燃料配管との連結部に作用する応力が低減され、確実に亀裂等の発生を抑制することができる。

以下に添付図面を参照して、本発明に係るガスタービン燃焼器の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施例１に係るガスタービン燃焼器におけるトップハット部の断面図、図２は、図１のＩ−Ｉ断面図、図３は、実施例１のガスタービンの概略構成図、図４は、実施例１のガスタービン燃焼器の概略構成図、図５は、実施例１のガスタービン燃焼器における要部断面図である。

実施例１のガスタービンは、図３に示すように、圧縮機１１と燃焼器（ガスタービン燃焼器）１２とタービン１３と排気室１４により構成され、このタービン１３に図示しない発電機が連結されている。この圧縮機１１は、空気を取り込む空気取入口１５を有し、圧縮機車室１６内に複数の静翼１７と動翼１８が交互に配設されてなり、その外側に抽気マニホールド１９が設けられている。燃焼器１２は、圧縮機１１で圧縮された圧縮空気に対して燃料を供給し、バーナで点火することで燃焼可能となっている。タービン１３は、タービン車室２０内に複数の静翼２１と動翼２２が交互に配設されている。排気室１４は、タービン１３に連続する排気ディフューザ２３を有している。また、圧縮機１１、燃焼器１２、タービン１３、排気室１４の中心部を貫通するようにロータ（タービン軸）２４が位置しており、圧縮機１１側の端部が軸受部２５により回転自在に支持される一方、排気室１４側の端部が軸受部２６により回転自在に支持されている。そして、このロータ２４に複数のディスクプレートが固定され、各動翼１８，２２が連結されると共に、排気室１４側の端部に図示しない発電機の駆動軸が連結されている。

従って、圧縮機１１の空気取入口１５から取り込まれた空気が、複数の静翼２１と動翼２２を通過して圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となり、燃焼器１２にて、この圧縮空気に対して所定の燃料が供給されることで燃焼する。そして、この燃焼器１２で生成された作動流体である高温・高圧の燃焼ガスが、タービン１３を構成する複数の静翼２１と動翼２２を通過することでロータ２４を駆動回転し、このロータ２４に連結された発電機を駆動する一方、排気ガスは排気室１４の排気ディフューザ２３で静圧に変換されてから大気に放出される。

上述した燃焼器１２において、図４に示すように、燃焼器外筒３１の内部に所定間隔をあけて燃焼器内筒３２が支持され、この燃焼器内筒３２の先端部に燃焼器尾筒３３が連結されて燃焼器ケーシングが構成されている。燃焼器内筒３２内には、その中心部にパイロットノズル３４が配設されると共に、燃焼器内筒３２の内周面に周方向に沿ってパイロットノズル３４を取り囲むように複数の予混合ノズル３５が配設されており、パイロットノズル３４の先端部にはパイロットコーン３６が装着されている。また、燃焼器外筒３１の内周面に周方向に沿って複数のトップハットノズル３７が配設されている。

詳細に説明すると、図５に示すように、燃焼器外筒３１は、外筒本体４１の基端部に外筒蓋部４２が密着し、複数の締結ボルト４３により締結されて構成されており、この外筒蓋部４２に燃焼器内筒３２の基端部が嵌着され、外筒蓋部４２と燃焼器内筒３２との間に空気通路４４が形成されている。そして、燃焼器内筒３２内にて、その中心部にパイロットノズル３４が配設されると共に、このパイロットノズル３４を取り囲むように複数のメイン燃料ノズル３５が配設され、各メイン燃料ノズル３５の先端部がメインバーナ４５に連通している。

また、外筒蓋部４２は、蓋部本体４６にトップハット部４７が嵌合し、複数の締結ボルト４８により締結されて構成されており、上述したトップハットノズル３７は、トップハット部４７に設けられている。即ち、蓋部本体４６の基端部に周方向に沿って燃料キャビティ４９が形成され、この燃料キャビティ４９から先端側に向けて複数の第１燃料通路５０が形成され、この各第１燃料通路５０の先端部に空気通路４４側に向けて第２燃料通路５１が形成され、この第２燃料通路５１はトップハット部４７の内周面に取付けられたペグ５２に連結されている。

そして、図示しないパイロット燃料ラインがパイロットノズル３４の燃料ポート５３に連結され、メイン燃料ラインがメイン燃料ノズル３５の燃料ポート５４連結され、トップハット燃料ラインがトップハットノズル３７の燃料ポート５５に連結されている。

従って、図４及び図５に示すように、高温・高圧の圧縮空気の空気流が空気通路４４に流れこむと、この圧縮空気がトップハットノズル３７から噴射された燃料と混合され、この燃料混合気が燃焼器内筒３２内に流れ込む。燃焼器内筒３２内では、この燃料混合気がメイン燃料ノズル３５から噴射された燃料とメインバーナ４５により混合され、予混合気の旋回流となって尾筒３３内に流れ込む。また、燃料混合気は、パイロットノズル３４から噴射された燃料と混合され、図示しない種火により着火されて燃焼し、燃焼ガスとなって尾筒３３内に噴出する。このとき、燃焼ガスの一部が尾筒３３内に火炎を伴って周囲に拡散するように噴出することで、各メイン燃料ノズル３５から尾筒３３内に流れ込んだ予混合気に着火されて燃焼する。即ち、パイロットノズル３４から噴射したパイロット燃料による拡散火炎により、メイン燃料ノズル３５からの希薄予混合燃料の安定燃焼を行うための保炎を行うことができる。

ここで、上述した本実施例のトップハットノズル３７について、詳細に説明する。トップハットノズル３７において、図１及び図２に示すように、トップハット部４７は、円筒形状をなし、基端部（図１にて、左端）の角部に周方向に沿って凹部６１が形成されると共に、軸方向に沿って第１燃料通路５０を構成する第１貫通孔５０ａが形成されている。そして、凹部６１を被覆するように断面がＬ字形状をなすカバー６２がトップハット部４７に溶接Ｗ₁により固定されることで、燃料キャビティ４９が燃焼器外筒３１の周方向に沿って設けられている。一方、トップハット部４７は、先端内周面に補助リング６３が溶接Ｗ₂により固定されることで、軸方向に沿って第１貫通孔５０ａに連通して第１燃料通路５０を構成する第２貫通孔５０ｂが形成されると共に、第２燃料通路５１が形成される。そして、トップハット部４７の内周面にペグ５２が溶接Ｗ₃により固定されており、このペグ５２に第２燃料通路５１が連通している。

また、トップハット燃料ラインを構成する燃料配管６４は、先端部にボス部６５が固定されている。一方、カバー６２の外周側には連結孔６２ａが形成されており、燃料配管６４のボス部６５がカバー６２の連結孔６２ａに嵌入すると共に、ボス部６５がカバー６２に溶接Ｗ₄により固定されている。そして、燃料配管６４のボス部６５とカバー６２との連結部（溶接部Ｗ₄）の応力集中を低減する応力低減手段として、ボス部６５にフィレット加工がなされることで、外周面に湾曲面６５ａが形成されている。

従って、ガスタービンの運転時に、燃焼器外筒３１は内部から加熱されて熱膨張することから、カバー６２は、高温側となる内側で周方向に沿った圧縮応力が作用し、低温側となる外側で周方向に沿った引張応力が作用する。ところが、燃料配管６４のボス部６５にフィレット加工により湾曲面６５ａが形成されているため、熱応力による応力集中部とボス部６５とカバー６２との溶接部Ｗ₄とが離間することとなり、この溶接部Ｗ₄に作用する応力集中が低減されることとなる。

このように実施例１のガスタービン燃焼器にあっては、燃焼器外筒３１と燃焼器内筒３２との間に空気通路４４を設け、この空気通路４４に対してトップハット燃料を噴射するトップハットノズル３７を設け、このトップハットノズル３７にて、燃焼器外筒３１を構成するトップハット部４７に凹部６１を形成し、この凹部６１を被覆するカバー６２を固定することで周方向に沿って燃料キャビティ４９を形成すると共に、トップハット部４７に燃料キャビティ４９とトップハット部４７の内周面に固定されたペグ５２トを連結する燃料通路５０，５１を設け、燃料配管６４の先端部にボス部６５を連結し、このボス部６５をカバー６２に形成された連結孔６２ａに嵌入すると共に溶接Ｗ₄により固定し、ボス部６５にフィレット加工により湾曲部６５ａを形成している。

従って、燃焼器外筒３１が熱膨張してカバー６２に対して内側から周方向に沿った圧縮応力が作用し、外側から周方向に沿った引張応力が作用しても、燃料配管６４のボス部６５にフィレット加工により湾曲面６５ａが形成されているため、燃料配管６４のボス部６５とカバー６２との溶接部Ｗ₄に応力集中が作用することはなく、この部分に作用する応力を低減することができ、強度が向上して亀裂等の発生が抑制されることとなり、長寿命化を可能とすることができる。

また、実施例１のガスタービン燃焼器では、燃料配管６４のボス部６５にフィレット加工により湾曲面６５ａを形成することで、本発明の応力低減手段を構成しており、簡単な構成で確実に燃料配管６４のボス部６５とカバー６２との溶接部Ｗ₄の応力を低減することができる。

図６は、本発明の実施例２に係るガスタービン燃焼器におけるトップハット部の断面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例２のガスタービン燃焼器において、図６に示すように、トップハット部４７は、基端部の角部に周方向に沿って凹部６１が形成され、この凹部６１を被覆するように断面がＬ字形状をなすカバー６２がトップハット部４７に溶接Ｗ₁により固定されることで、燃料キャビティ４９が燃焼器外筒３１の周方向に沿って設けられている。そして、この燃料キャビティ４９は、第１燃料通路５０及び第２燃料通路５１を通してペグ５２に連通している。

また、燃料配管６４は、先端部にボス部６５が固定されている。一方、カバー６２における外周側には、応力低減手段としての肉厚部６２ｂが形成され、この肉厚部６２ｂに連結孔６２ａが形成されており、燃料配管６４のボス部６５がこの連結孔６２ａに嵌入すると共に、ボス部６５がカバー６２に溶接Ｗ₄により固定されている。そして、燃料配管６４のボス部６５にフィレット加工により湾曲面６５ａが形成されている。

従って、ガスタービンの運転時に、燃焼器外筒３１は内部から加熱されて熱膨張することから、カバー６２は、高温側となる内側で周方向に沿った圧縮応力が作用し、低温側となる外側で周方向に沿った引張応力が作用する。ところが、燃料配管６４のボス部６５が肉厚部６２ｂに形成された連結孔６２ａに嵌入して固定されているため、カバー６２に作用する平均応力が低減されることとなる。また、燃料配管６４のボス部６５にフィレット加工により湾曲面６５ａが形成されているため、熱応力による応力集中部とボス部６５とカバー６２との溶接部Ｗ₄とが離間することとなり、この溶接部Ｗ₄に作用する応力集中が低減されることとなる。

このように実施例２のガスタービン燃焼器にあっては、トップハット部４７に凹部６１を形成し、この凹部６１を被覆するカバー６２を固定することで周方向に沿って燃料キャビティ４９を形成し、燃料配管６４の先端部にボス部６５を連結する一方、カバー６２に肉厚部６２ｂを形成し、ボス部６５をカバー６２に形成された連結孔６２ａに嵌入して溶接Ｗ₄により固定している。

従って、燃焼器外筒３１が熱膨張してカバー６２に対して内側から周方向に沿った圧縮応力が作用し、外側から周方向に沿った引張応力が作用しても、燃料配管６４のボス部６５がカバー６２の肉厚部６２ｂに固定されているため、カバー６２に作用する平均応力が低減し、燃料配管６４のボス部６５とカバー６２との溶接部Ｗ₄に作用する応力を低減することができ、強度が向上して亀裂等の発生が抑制されることとなり、長寿命化を可能とすることができる。

また、実施例２のガスタービン燃焼器では、カバー６２に肉厚部６２ｂを形成し、ボス部６５をこの肉厚部６２ｂに固定することで、本発明の応力低減手段を構成しており、簡単な構成で確実に燃料配管６４のボス部６５とカバー６２との溶接部Ｗ₄の応力を低減することができる。

図７は、本発明の実施例３に係るガスタービン燃焼器におけるトップハット部の断面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例３のガスタービン燃焼器において、図７に示すように、トップハット部４７は、基端部の角部に周方向に沿って凹部６１が形成され、この凹部６１を被覆するように断面がＬ字形状をなすカバー６２がトップハット部４７に溶接Ｗ₁により固定されることで、燃料キャビティ４９が燃焼器外筒３１の周方向に沿って設けられている。そして、この燃料キャビティ４９は、第１燃料通路５０及び第２燃料通路５１を通してペグ５２に連通している。

また、燃料配管６４は、先端部にボス部７１が固定される一方、カバー６２は、連結孔６２ａが形成されており、燃料配管６４のボス部７１がこの連結孔６２ａに嵌入すると共に、ボス部７１がカバー６２に溶接Ｗ₄により固定されている。そして、ボス部７１が高熱膨張材料により形成される一方、トップハット部４７が低熱膨張材料により形成されている。例えば、ボス部７１にＳＵＳ３０４材（ステンレス鋼材料）を使用し、トップハット部４７にＨＡＳＴＥＬＬＯＹ−Ｘ（登録商標）材を使用するとよい。

従って、ガスタービンの運転時に、燃焼器外筒３１は内部から加熱されて熱膨張することから、カバー６２は、高温側となる内側で周方向に沿った圧縮応力が作用し、低温側となる外側で周方向に沿った引張応力が作用する。ところが、ボス部７１が高熱膨張材料により形成され、トップハット部４７が低熱膨張材料により形成されているため、ボス部７１側での熱膨張が大きくなる一方、トップハット部４７（燃焼器外筒３１）側での熱膨張が小さくなり、結果として、カバー６２に作用する平均応力が低減されることとなり、ボス部７１とカバー６２との溶接部Ｗ₄に作用する応力集中が低減されることとなる。

このように実施例３のガスタービン燃焼器にあっては、トップハット部４７に凹部６１を形成し、この凹部６１を被覆するカバー６２を固定することで周方向に沿って燃料キャビティ４９を形成し、燃料配管６４の先端部にボス部７１を連結し、ボス部７１をカバー６２に形成された連結孔６２ａに嵌入して溶接Ｗ₄により固定し、ボス部７１を高熱膨張材料により形成する一方、トップハット部４７を低熱膨張材料により形成している。

従って、燃焼器外筒３１が熱膨張してカバー６２に対して内側から周方向に沿った圧縮応力が作用し、外側から周方向に沿った引張応力が作用しても、ボス部７１が高熱膨張材料により形成され、トップハット部４７が低熱膨張材料により形成されているため、カバー６２に作用する平均応力が低減し、燃料配管６４のボス部７１とカバー６２との溶接部Ｗ₄に作用する応力を低減することができ、強度が向上して亀裂等の発生が抑制されることとなり、長寿命化を可能とすることができる。

図８は、本発明の実施例４に係るガスタービン燃焼器におけるトップハット部の断面図、図９は、図８のIX−IX断面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例４のガスタービン燃焼器において、図８及び図９に示すように、トップハット部４７は、基端部の角部に周方向に沿って凹部６１が形成され、この凹部６１を被覆するように断面がＬ字形状をなすカバー６２がトップハット部４７に溶接Ｗ₁により固定されることで、燃料キャビティ４９が燃焼器外筒３１の周方向に沿って設けられている。そして、この燃料キャビティ４９は、第１燃料通路５０及び第２燃料通路５１を通してペグ５２に連通している。

また、燃料配管６４は、先端部にボス部７２が固定されており、このボス部７２は、外周面にフィレット加工により湾曲面７２ａが形成されると共に、下部にブロック部７２ｂが形成され、このブロック部７２ｂに燃料挿通孔７２ｃが形成されている。一方、カバー６２における外周側には、連結孔６２ａが形成されている。そして、燃料配管６４のボス部７２におけるブロック部７２ｂがこの連結孔６２ａに嵌入して燃料キャビティ４９内に進入すると共に、ボス部７２のブロック部７２ｂがカバー６２に溶接Ｗ₄により固定されると共に、トップハット部５７に溶接Ｗ₅により固定されている。この場合、燃料配管６４のボス部７２におけるブロック部７２ｂに形成された燃料挿通孔７２ｃは、トップハット部５７の周方向に沿って設けられており、その両端開口が燃料キャビティ４９に連通している。

従って、ガスタービンの運転時に、燃焼器外筒３１は内部から加熱されて熱膨張することから、カバー６２は、高温側となる内側で周方向に沿った圧縮応力が作用し、低温側となる外側で周方向に沿った引張応力が作用する。ところが、燃料配管６４のボス部７２がカバー６２に形成された連結孔６２ａに嵌入して燃料キャビティ４９内に進入し、カバー６２及びトップハット部５７に固定されているため、カバー６２に作用する平均応力が低減されることとなり、ボス部７２とカバー６２との溶接部Ｗ₄に作用する応力集中が低減されることとなる。

このように実施例４のガスタービン燃焼器にあっては、トップハット部４７に凹部６１を形成し、この凹部６１を被覆するカバー６２を固定することで周方向に沿って燃料キャビティ４９を形成し、燃料配管６４の先端部にボス部７２を連結し、このボス部７２をカバー６２に形成された連結孔６２ａに嵌入して燃料キャビティ４９内に進入させ、カバー６２及びトップハット部５７に溶接Ｗ₄，Ｗ₅により固定している。

従って、燃焼器外筒３１が熱膨張してカバー６２に対して内側から周方向に沿った圧縮応力が作用し、外側から周方向に沿った引張応力が作用しても、燃料配管６４のボス部７２がカバー６２及びトップハット部５７に固定されているため、カバー６２に作用する平均応力が低減し、燃料配管６４のボス部７２とカバー６２との溶接部Ｗ₄に作用する応力を低減することができ、強度が向上して亀裂等の発生が抑制されることとなり、長寿命化を可能とすることができる。

図１０は、本発明の実施例５に係るガスタービン燃焼器におけるトップハット部の断面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例５のガスタービン燃焼器において、図１０に示すように、トップハット部４７は、基端部の角部に周方向に沿って凹部６１が形成され、この凹部６１を被覆するように断面がＬ字形状をなすカバー６２がトップハット部４７に溶接Ｗ₁により固定されることで、燃料キャビティ４９が燃焼器外筒３１の周方向に沿って設けられている。そして、この燃料キャビティ４９は、第１燃料通路５０及び第２燃料通路５１を通してペグ５２に連通している。

また、燃料配管６４は、先端部にボス部７１が固定される一方、カバー６２は、トップハット部４７（燃焼器外筒３１）の端面側に連結孔６２ａが形成されており、燃料配管６４のボス部７１がこの連結孔６２ａに端面側から嵌入すると共に、ボス部７１がカバー６２に溶接Ｗ₄により固定されている。この場合、ガスタービンの運転時に、カバー６２は、燃焼器外筒３１は内部から加熱されることから、内側に周方向に沿った圧縮応力が作用し、外側に周方向に沿った引張応力が作用し、このカバー６２に作用する圧縮応力と引張応力の中心となる境界ラインＬが存在する。本実施例では、ボス部７１をこの境界ラインＬに近づけるように、カバー６２の端面側に固定している。

従って、ガスタービンの運転時に、燃焼器外筒３１は内部から加熱されて熱膨張することから、カバー６２は、高温側となる内側で周方向に沿った圧縮応力が作用し、低温側となる外側で周方向に沿った引張応力が作用する。ところが、ボス部７１がカバー６２に作用する圧縮応力と引張応力の中心となる境界ラインＬに近づけるようにカバー６２の端面側に固定されているため、ボス部７１とカバー６２との溶接部Ｗ₄に作用する応力集中が低減されることとなる。

このように実施例５のガスタービン燃焼器にあっては、トップハット部４７に凹部６１を形成し、この凹部６１を被覆するカバー６２を固定することで周方向に沿って燃料キャビティ４９を形成し、燃料配管６４の先端部にボス部７１を連結し、ボス部７１をカバー６２に作用する圧縮応力と引張応力の中心となる境界ラインＬに近づけるようにカバー６２の端面側に固定している。

従って、燃焼器外筒３１が熱膨張してカバー６２に対して内側から周方向に沿った圧縮応力が作用し、外側から周方向に沿った引張応力が作用しても、ボス部７１がカバー６２の端面側に固定されているため、燃料配管６４のボス部７１とカバー６２との溶接部Ｗ₄に作用する応力を低減することができ、強度が向上して亀裂等の発生が抑制されることとなり、長寿命化を可能とすることができる。

図１１は、本発明の実施例６に係るガスタービン燃焼器におけるトップハット部の断面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例６のガスタービン燃焼器において、図１１に示すように、トップハット部４７は、基端部の角部に周方向に沿って凹部６１が形成され、この凹部６１を被覆するように断面がＬ字形状をなすカバー６２がトップハット部４７に溶接Ｗ₁により固定されることで、燃料キャビティ４９が燃焼器外筒３１の周方向に沿って設けられている。そして、この燃料キャビティ４９は、第１燃料通路５０及び第２燃料通路５１を通してペグ５２に連通している。

また、燃料配管６４は、先端部にボス部７１が固定される一方、カバー６２は、連結孔６２ａが形成されており、燃料配管６４のボス部７１がこの連結孔６２ａに嵌入すると共に、ボス部７１がカバー６２に溶接Ｗ₄により固定されている。そして、カバー６２にて、その周方向において、ボス部７１の両側に隣接して熱伸び吸収部としての湾曲部８１が溶接Ｗ₆により連結されている。

従って、ガスタービンの運転時に、燃焼器外筒３１は内部から加熱されて熱膨張することから、カバー６２は、高温側となる内側で周方向に沿った圧縮応力が作用し、低温側となる外側で周方向に沿った引張応力が作用する。ところが、カバー６２には、ボス部７１の両側に隣接して湾曲部８１が設けられているため、カバー６２の熱伸びがこの湾曲部８１により吸収されることとなり、結果として、カバー６２に作用する平均応力が低減されることとなり、ボス部７１とカバー６２との溶接部Ｗ₄に作用する応力集中が低減されることとなる。

このように実施例６のガスタービン燃焼器にあっては、トップハット部４７に凹部６１を形成し、この凹部６１を被覆するカバー６２を固定することで周方向に沿って燃料キャビティ４９を形成し、燃料配管６４の先端部にボス部７１を連結し、ボス部７１をカバー６２に形成された連結孔６２ａに嵌入して溶接Ｗ₄により固定し、カバー６２におけるボス部７１の両側に隣接して熱伸び吸収部としての湾曲部８１を溶接Ｗ₆により連結している。

従って、燃焼器外筒３１が熱膨張してカバー６２に対して内側から周方向に沿った圧縮応力が作用し、外側から周方向に沿った引張応力が作用しても、カバー６２に、ボス部７１の両側に隣接して湾曲部８１が設けられているため、カバー６２の熱伸びがこの湾曲部８１により吸収されることとなり、カバー６２に作用する平均応力が低減し、燃料配管６４のボス部７１とカバー６２との溶接部Ｗ₄に作用する応力を低減することができ、強度が向上して亀裂等の発生が抑制されることとなり、長寿命化を可能とすることができる。

図１２は、本発明の実施例７に係るガスタービン燃焼器におけるトップハット部の断面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例７のガスタービン燃焼器において、図１２に示すように、トップハット部４７は、基端部の角部に周方向に沿って凹部６１が形成され、この凹部６１を被覆するように断面がＬ字形状をなすカバー６２がトップハット部４７に溶接Ｗ₁により固定されることで、燃料キャビティ４９が燃焼器外筒３１の周方向に沿って設けられている。そして、燃料配管６４は、先端部がカバー６２に形成された連結孔６２ａに嵌入すると共に、溶接Ｗ₄により固定されている。

従って、ガスタービンの運転時に、燃焼器外筒３１は内部から加熱されて熱膨張することから、カバー６２は、高温側となる内側で周方向に沿った圧縮応力が作用し、低温側となる外側で周方向に沿った引張応力が作用する。ところが、剛性の低い燃料配管６４がカバー６２に直接固定されているため、燃料配管６４とカバー６２との溶接部Ｗ₄に作用する応力集中が燃料配管６４の変形により低減されることとなる。

このように実施例７のガスタービン燃焼器にあっては、トップハット部４７に凹部６１を形成し、この凹部６１を被覆するカバー６２を固定することで周方向に沿って燃料キャビティ４９を形成し、燃料配管６４の先端部をカバー６２に形成された連結孔６２ａに直接嵌入して溶接Ｗ₄により固定している。

従って、燃焼器外筒３１が熱膨張してカバー６２に対して内側から周方向に沿った圧縮応力が作用し、外側から周方向に沿った引張応力が作用しても、剛性の低い燃料配管６４がカバー６２に直接固定されているため、燃料配管６４の変形により燃料配管６４とカバー６２との溶接部Ｗ₄に作用する応力を低減することができ、強度が向上して亀裂等の発生が抑制されることとなり、長寿命化を可能とすることができる。

図１３は、本発明の実施例８に係るガスタービン燃焼器におけるトップハット部の断面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例８のガスタービン燃焼器において、図１３に示すように、トップハット部４７は、基端部の角部に周方向に沿って凹部６１が形成され、この凹部６１を被覆するようにカバー９１がトップハット部４７に溶接Ｗ₇により固定されることで、燃料キャビティ４９が燃焼器外筒３１の周方向に沿って設けられている。そして、この燃料キャビティ４９は、第１燃料通路５０及び第２燃料通路５１を通してペグ５２に連通している。また、カバー９１は、鋳造により製造されることで、ボス部９２が一体に形成されている。そして、燃料配管６４の先端部がこのボス部９２に形成された連結孔９２ａに挿入されて固定されている。

従って、ガスタービンの運転時に、燃焼器外筒３１は内部から加熱されて熱膨張することから、カバー９１は、高温側となる内側で周方向に沿った圧縮応力が作用し、低温側となる外側で周方向に沿った引張応力が作用する。ところが、カバー９１にボス部９２が一体に形成されているため、カバー９１に作用する平均応力が低減されることとなる。

このように実施例８のガスタービン燃焼器にあっては、トップハット部４７に凹部６１を形成し、この凹部６１を被覆するカバー９１を固定することで周方向に沿って燃料キャビティ４９を形成し、また、このカバー９１にボス部９２を一体に形成し、燃料配管６４の先端部をこのボス部９２に連結している。

従って、燃焼器外筒３１が熱膨張してカバー９１に対して内側から周方向に沿った圧縮応力が作用し、外側から周方向に沿った引張応力が作用しても、ボス部９２がカバー９１に一体に形成されているため、カバー９１に作用する平均応力が低減し、強度が向上してカバー９１における亀裂等の発生が抑制されることとなり、長寿命化を可能とすることができる。

本発明に係るガスタービン燃焼器は、燃料配管とカバーとの連結部に作用する応力を低減することで長寿命化を図ったものであり、いずれの種類のガスタービン燃焼器にも適用することができる。

本発明の実施例１に係るガスタービン燃焼器におけるトップハット部の断面図である。 図１のＩ−Ｉ断面図である。 実施例１のガスタービンの概略構成図である。 実施例１のガスタービン燃焼器の概略構成図である。 実施例１のガスタービン燃焼器における要部断面図である。 本発明の実施例２に係るガスタービン燃焼器におけるトップハット部の断面図である。 本発明の実施例３に係るガスタービン燃焼器におけるトップハット部の断面図である。 本発明の実施例４に係るガスタービン燃焼器におけるトップハット部の断面図である。 図８のIX−IX断面図である。 本発明の実施例５に係るガスタービン燃焼器におけるトップハット部の断面図である。 本発明の実施例６に係るガスタービン燃焼器におけるトップハット部の断面図である。 本発明の実施例７に係るガスタービン燃焼器におけるトップハット部の断面図である。 本発明の実施例８に係るガスタービン燃焼器におけるトップハット部の断面図である。 従来のガスタービン燃焼器を表す概略図である。

符号の説明

１１ 圧縮機
１２ 燃焼器
１３ タービン
１４ 排気室
３１ 燃焼器外筒
３２ 燃焼器内筒
３３ 燃焼器尾筒
３４ パイロットノズル
３５ メイン燃料ノズル
３７ トップハットノズル
４４ 空気通路
４７ トップハット部
４９ 燃料キャビティ
５０ 第１燃料通路
５１ 第２燃料通路
５２ ペグ
６１ 凹部
６２，９１ カバー
６２ａ 連結孔
６２ｂ 肉厚部（応力低減手段）
６４ 燃料配管
６５，７１，７２，９２ ボス部
６５ａ 湾曲部（応力低減手段）
８１ 湾曲部（熱伸び吸収部、応力低減手段）
Ｗ₁，Ｗ₂，Ｗ₃，Ｗ₄，Ｗ₅，Ｗ₆，Ｗ₇ 溶接部（連結部）

Claims (9)

1. 燃焼器外筒と、該燃焼器外筒の内側に空気通路を介して配設された燃焼器内筒と、前記燃焼器外筒の内周面に周方向に沿って設けられた複数のトップハットノズルと、前記燃焼器内筒の中心部に設けられたパイロットノズルと、前記燃焼器内筒の内周面に周方向に沿って前記パイロットノズルを取り囲むように設けられた複数の予混合ノズルとを具えたガスタービン燃焼器において、前記燃焼器外筒に形成された凹部を被覆するようにカバーが固定されることで、複数の燃料通路を通して前記各トップハットノズルに連結される燃料キャビティが前記燃焼器外筒の周方向に沿って設けられ、前記カバーに外部から燃料配管が連結されると共に、前記カバーと前記燃料配管との連結部の応力集中を低減する応力低減手段が設けられたことを特徴とするガスタービン燃焼器。
2. 請求項１に記載のガスタービン燃焼器において、前記燃料配管の先端部は、フィレット加工されたボス部に連結され、該ボス部が前記カバーに形成された連結孔に嵌入すると共に溶接により固定されたことを特徴とするガスタービン燃焼器。
3. 請求項１または２に記載のガスタービン燃焼器において、前記燃料配管の先端部がボス部に連結される一方、前記カバーに肉厚部が設けられ、前記ボス部は、前記肉厚部に形成された連結孔に嵌入すると共に溶接により固定されたことを特徴とするガスタービン燃焼器。
4. 請求項１から３のいずれか一つに記載のガスタービン燃焼器において、前記燃料配管の先端部がボス部に連結され、該ボス部が前記カバーに形成された連結孔に嵌入すると共に溶接により固定され、前記ボス部が高熱膨張材料により形成される一方、前記燃焼器外筒が低熱膨張材料により形成されたことを特徴とするガスタービン燃焼器。
5. 請求項１から３のいずれか一つに記載のガスタービン燃焼器において、前記燃料配管の先端部がボス部に連結され、該ボス部が前記カバーに形成された連結孔に嵌入して前記燃料キャビティ内に進入すると共に、溶接により前記カバー及び前記燃焼器外筒に固定されたことを特徴とするガスタービン燃焼器。
6. 請求項１から３のいずれか一つに記載のガスタービン燃焼器において、前記燃焼器外筒の角部に形成された凹部を被覆するように断面がＬ字形状をなすカバーが固定されることで前記燃料キャビティが形成され、前記燃料配管の先端部がボス部に連結され、該ボス部が前記燃焼器外筒の端面側から前記カバーに形成された連結孔に嵌入すると共に溶接により固定されたことを特徴とするガスタービン燃焼器。
7. 請求項１から６のいずれか一つに記載のガスタービン燃焼器において、前記燃料配管の先端部がボス部に連結され、該ボス部が前記カバーに形成された連結孔に嵌入すると共に溶接により固定され、前記カバーに前記ボス部に隣接して熱伸び吸収部が設けられたことを特徴とするガスタービン燃焼器。
8. 請求項１から７のいずれか一つに記載のガスタービン燃焼器において、前記燃料配管の先端部が前記カバーに形成された連結孔に嵌入すると共に溶接により固定されたことを特徴とするガスタービン燃焼器。
9. 請求項１に記載のガスタービン燃焼器において、前記カバーにボス部が一体形成され、前記燃料配管の先端部が該ボス部に形成された連結孔に嵌入すると共に溶接により固定されたことを特徴とするガスタービン燃焼器。

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