燃气轮机燃烧器制造技术

本发明专利技术提供一种抑制压力损失的增大，并且可兼得产品可靠性和燃烧器衬套的导热促进的燃气轮机燃烧器。该燃气轮机燃烧器具备燃烧器衬套、以及设于该燃烧器衬套的外周的导流套筒，在上述燃烧器衬套与上述导流套筒之间形成了导热介质流通的环状流路，其特征在于，上述导流套筒具备内径缩小部，具有平滑地连接该内径缩小部和上游侧内周部的锥部，在上述锥部的内侧表面具备产生在导热介质的流动方向具有旋转的中心轴的纵涡的纵涡产生单元。

【技术实现步骤摘要】
燃气轮机燃烧器
本专利技术涉及燃气轮机燃烧器。
技术介绍
对于燃气轮机等的燃烧器衬套、涡轮翼、热交换器、叶片、锅炉、加热炉等，冷却、加热、热交换等中的流体与固体之间的导热促进，基于各设备所要求的式样考虑了各种构造。例如，在发电用燃气轮机等的燃烧器中，要求以不损失燃气轮机效率的程度的较少的压力损失维持必要的冷却性能，并维持构造强度的可靠性。并且，从关注环境问题的观点来看，要求减少在燃烧器内生成的氮氧化物(NOx)的排出量。作为NOx的产生主要因素，列举了燃烧时空气中的氧和氮被保持为非常高温。为了防止该情况并减少NOx，利用在燃烧前混合燃料与空气来燃烧的预混合燃烧，并且实现使其以燃料与空气的混合比(燃料空气比)比理论混合比小的状态燃烧。作为鉴于该点的燃气轮机燃烧器的导热装置(导热构造)，在日本特开2001-280154号公报(专利文献1)记载有具备在轴方向连结多个将大致矩形的板材卷曲形成为筒状的圆筒材料而形成的衬套的构造。该衬套中的各圆筒材料与相邻的其他的圆筒材料重叠连结，该重叠部分由焊接以及钎焊结合。另外，在各圆筒材料的一方的端部(来自压缩机的压缩空气的流通方向的下游侧)沿周方向配置有多个由冲压加工等形成的凸部(纵涡产生器)。该纵涡产生器产生在导热介质(压缩空气)的流动方向具有旋转的中心轴的纵涡，通过该纵涡搅拌流通路的导热介质。并且，在该燃烧器衬套的外周面设有用于破坏在被纵涡产生器搅拌的导热介质产生的边界层的肋部(紊流促进体)。另外，作为其他的构造的燃气轮机燃烧器的导热构造，在日本特开平6-221562号公报(专利文献2)记载有，使用于在衬套外侧形成导热介质的流通路而设置的导流套筒(外筒)的内径逐渐缩小的构造。该文献中，通过缩小该衬套与导流套筒间的导热介质流通路来增大导热介质的流速，并且通过增大衬套面的表面粗度来提高热传递率。另外，作为其他的构造的燃气轮机燃烧器的导热构造，有日本特开2000-320837号公报(专利文献3)。该公报记载有，“通过在衬套的外周侧以及导流套筒内周侧设置引导叶片，来加快流速实现导热效果提高”。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2001-280154号公报专利文献2：日本特开平6-221562号公报专利文献3：日本特开2000-320837号公报专利文献1公开的导热装置是与以往的装置相比较在冷却性能、构造强度以及低NOx性等点优异的装置，但从制造工序的简单性以及长寿命性这样的观点来看，有改进构造的余地。例如，上述衬套在轴方向结合多个圆筒部件来形成，但各圆筒部件在重叠部分焊接接合。这样的焊接部分可能成为裂缝的产生原因，与不使用焊接的情况(即，利用单一的圆筒部件形成衬套的情况)相比较，长期间的利用可能被阻碍。另外，也能够指出若焊接位置多则工时增加所以制造成本增加的点。该点在紊流促进体亦即肋部的安装利用焊接的情况下更显著。并且，在利用焊接的情况下，有时在各圆筒部件产生热变形。在产生了热变形的情况下，对与燃烧器衬套组合的其他的圆形的部件(例如，安装了燃料喷嘴、预混合喷嘴的圆板、过渡件(尾筒)等)的组装性降低，并且需要将衬套再次整形成圆形，燃烧器的制造工序可能复杂化。另外，形成衬套的各圆筒部件的重叠部分为双层结构，与其他的部分相比变厚，所以也能够指出与其他的部分相比较导热性(冷却性)降低的点。另外，专利文献2公开的导热装置与专利文献1相比较，衬套侧的构造简单，所以认为制造工序的简单性以及构造物的长寿命性优异，但仅通过流速以及表面粗度的增大来实现促进导热，所以为了得到较大的促进导热效果，压力损失可能过度地变大。另外，专利文献3公开的导热装置，在仅在导流套筒的内周侧设置了引导叶片的构造中简单性以及长寿命性优异，但有助于促进导热的作用仅是流速增大，与专利文献2相同，为了得到较大的导热促进效果，压力损失可能过度地变大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供能够抑制压力损失的增大并且促进热传递的、制造工序的简单性以及长寿命性优异的导热装置。本专利技术为了实现上述目的，其特征在于，在使导热介质在燃烧器衬套与导流套筒间流通的燃气轮机燃烧器中，上述导流套筒具备内径缩小部，在上述内径缩小部上游的内侧表面具备产生纵涡的纵涡产生单元。专利技术的效果根据本专利技术，能够确保制造工序的简单化和长寿命化，并且抑制压力损失的增大且提高衬套的导热促进效果。附图说明图1是燃气轮机机械设备的示意图。图2是本专利技术的第1实施例的燃气轮机燃烧器的剖视图。图3是设置了本专利技术的第1实施例的纵涡产生单元的导流套筒构造的例。图4是将本专利技术的第2实施例的纵涡产生单元展开成平面状时的俯视图。图5是本专利技术的第3实施例的燃气轮机燃烧器的剖视图。图6是本专利技术的第4实施例的燃气轮机燃烧器的剖视图。图7是本专利技术的第5实施例的燃气轮机燃烧器的剖视图。图8是本专利技术的第6实施例的燃气轮机燃烧器的剖视图。图9是通过纵涡产生单元和紊流促进单元产生的流的概念图。图10是具备了比较例的导热装置的燃气轮机燃烧器的剖视图。符号说明1-压缩机，2-燃烧空气，3-涡轮，4-燃烧气体，5-燃烧室，6-燃烧器，7-发电机，8-衬套，9-过渡件，10-导流套筒，10b-导流套筒内径缩小部，10c-导流套筒锥部，11-环状流路，12-金属板，13-喷烧器，20-纵涡产生单元，21-纵涡，22-片部件，30-肋部。具体实施方式以下说明的本专利技术的各实施例涉及具备导热装置的燃气轮机燃烧器，特别是涉及具备了促进根据强制对流的流体与部件之间的导热的装置，即，沿部件的表面使导热介质流通，在部件与导热介质间进行传热的导热装置的燃气轮机燃烧器。在强制对流导热中，为了提高效率，需要对于导热促进抑制压力损失的增大。例如，为了燃气轮机的效率提高，需要提高燃烧气体温度，与此相伴，要求加强衬套冷却，但在进一步的冷却促进法中需要避免压力损失增大。在其中，在碰撞喷流冷却(冲击冷却)中，压力损失随着喷流速度的增加而变大。另外，在叶片冷却中，随着叶片的增加有着压力损失变大的趋势。虽然由肋部产生的促进紊流的压力损失增加比较少，但是即使使肋部间隔变窄也不能期望大幅的冷却性能提高，所以通过增加肋部来促进冷却上有限。因此，为了抑制压力损失的增大并且实现导热性能的提高而大多提出有具备了导热装置的燃烧器衬套。其具体例之一为，通过在如专利文献1那样的燃烧器衬套外侧表面设置板状的纵涡产生单元和肋状的紊流促进单元，从而以较少的压力损失提高冷却性能。这种技术的基本构造为在温度变为高温侧的燃烧器衬套表面设置导热装置，所以附加于燃烧器衬套表面的部件、焊接部位的个数增加，因制造成本的增加以及热强度的关系，为了确保产品可靠性需要更多的成本、时间。接下来，专利文献3中，示出了在燃烧器衬套外侧表面和导流套筒内侧表面分别设置引导叶片的具体例。专利文献3所记载的燃烧器的基本构造为，通过引导叶片的设置来使由燃烧器衬套与导流套筒形成的环状流路的剖面积变窄(减少)，从而加速通过的空气(导热介质)的流速实现导热效果提高。但是，流速的增加使压力损失增大，成为导致燃气轮机整体的效率降低的一个因素。因此，考虑这些事情，提供通过具备一种导热装置来使产品可靠性提高并且抑制压力损失的增大的设备。例如，在作为这样的设备之一的燃气轮机燃烧器中，通过具备成为进一步提高导热性能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃气轮机燃烧器，其具备内部形成燃烧室的燃烧器衬套、以及设于该燃烧器衬套的外周的导流套筒，在所述燃烧器衬套的外侧表面与所述导流套筒的内侧表面之间形成了导热介质流通的环状流路，上述燃气轮机燃烧器的特征在于，所述导流套筒具有与上游侧的内周部相比内径缩小了的内径缩小部、以及平滑地连接该内径缩小部和其上游侧的内周部的锥部，在比所述内径缩小部靠上游侧的内侧表面具备产生在导热介质的流动方向具有旋转的中心轴的纵涡的纵涡产生单元。

【技术特征摘要】
2013.10.10 JP 2013-2124351.一种燃气轮机燃烧器，其具备内部形成燃烧室的燃烧器衬套、以及设于该燃烧器衬套的外周的导流套筒，在所述燃烧器衬套的外侧表面与所述导流套筒的内侧表面之间形成了导热介质流通的环状流路，上述燃气轮机燃烧器的特征在于，所述导流套筒具有与上游侧的内周部相比内径缩小了的内径缩小部、以及平滑地连接该内径缩小部和其上游侧的内周部的锥部，在比所述内径缩小部靠上游侧的内侧表面具备产生在导热介质的流动方向具有旋转的中心轴的纵涡的纵涡产生单元。2.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧器，其特征在于，在所述燃烧器衬套的外侧表面，沿着所述燃烧器衬套的轴向配置有多个破坏在导热介质产生的边界层的紊流促进单元。3.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧器，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：沼田祥平，横田修，辰巳哲马，林明典，
申请(专利权)人：三菱日立电力系统株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP