專利名稱：回收式空氣冷卻燃氣輪機燃燒器冷卻結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及回收式空氣冷卻燃氣輪機燃燒器冷卻結構。
背景技術：
燃氣輪機是以壓縮機、燃燒器、渦輪為主要的結構要素的裝置，壓縮機將空氣取入進行壓縮，并噴出高壓的壓縮空氣。從壓縮機噴出的壓縮空氣作為燃燒用空氣而被取入到燃燒器中，使向燃燒器供給的燃氣輪機燃料燃燒而生成高溫的燃燒氣體。該燃燒氣體被取入渦輪，使燃燒氣體在動葉片及靜葉片之間流動，由此驅動渦輪而得到輸出。在以往的燃氣輪機中，燃燒器、渦輪靜葉片及渦輪動葉片等那樣的高溫部件的內部冷卻通路大體分為開放式空氣冷卻、回收式蒸汽冷卻及回收式空氣冷卻這三種。開放式空氣冷卻利用空氣對高溫部件的內部進行冷卻，冷卻后的空氣作為薄膜冷·卻用空氣使用。回收式蒸汽冷卻利用蒸汽對高溫部件的內部進行冷卻，將冷卻后的蒸汽回收到蒸汽輪機。因此，該回收式蒸汽冷卻在燃氣輪機單體中無法適用?；厥帐娇諝饫鋮s是抽出從壓縮機供給的壓縮空氣作為高溫部件內部的冷卻用空氣，并使用該壓縮空氣對高溫部件內部進行冷卻的冷卻方式，冷卻后的壓縮空氣被回收而被作為燃燒器的燃燒用空氣使用。構成為如此不僅將從壓縮機抽出的壓縮空氣作為冷卻空氣使用，還在冷卻后進行回收而作為燃燒用空氣再利用的空氣冷卻系統(tǒng)也被稱為封閉空冷循環(huán)。這種情況下，將冷卻所使用的壓縮空氣作為燃燒用而重復使用，因此能夠減少伴隨著燃燒而產(chǎn)生的氮氧化物。圖14是表示上述的回收式空氣冷卻的一例的壓縮空氣的空氣冷卻系統(tǒng)圖，由燃氣輪機GT的壓縮機I壓縮后的高壓的壓縮空氣作為主要目的的燃燒用空氣使用，因此通過壓縮空氣供給流路2而向燃燒器3供給。在壓縮空氣供給流路2的中途設有抽出壓縮空氣的一部分的分支流路4。在該分支流路4上設有使抽出的壓縮空氣升壓而形成為更高壓的升壓空氣的升壓裝置5。升壓裝置5的出口側經(jīng)由升壓空氣流路6而與渦輪7的靜葉片8內連接，因此從升壓裝置5供給的升壓空氣被作為通過靜葉片8的內部冷卻通路的冷卻空氣使用。對靜葉片8內進行冷卻后的升壓空氣通過返回流路9而向壓縮空氣供給流路2返回，與從壓縮機I供給的壓縮空氣的主流合流。其結果是，在靜葉片8的冷卻中使用的升壓空氣與從壓縮機I直接向燃燒器3供給的壓縮空氣一起被使用作為用于在燃燒器3使燃料燃燒的燃燒用空氣。因此，回收式空氣冷卻中，從壓縮空氣供給流路2抽出的壓縮空氣的流路形成不使冷卻空氣向高溫的燃燒氣體所流動的氣體路徑流出而能夠再利用的封閉環(huán)路，因此被稱為不使渦輪7的入口溫度上升而對于提高燃氣輪機性能有效的方式。另外，在回收式空氣冷卻中，也存在例如圖15所示的燃氣輪機GTi那樣，對于渦輪7的靜葉片8及動葉片10這雙方，抽出壓縮空氣而供給升壓后的升壓空氣來使用于冷卻的封閉空冷循環(huán)。這種情況下的分支流路4分為雙系統(tǒng)，一方向靜葉片8供給升壓空氣，并且另一方向動葉片10供給升壓空氣。需要說明的是，圖中的標號5A是升壓裝置，6A是升壓空氣流路，9A是返回流路，11是冷卻裝置，均配設在向動葉片10供給及回收升壓空氣的系統(tǒng)中。另一方面，下述的專利文獻I中公開了一種部分負載時的運轉方法，其在燃氣輪機的部分負載時使升壓裝置運轉，使從壓縮機的出口側抽出的壓縮空氣升壓，然后流向燃燒器的冷卻流路內進行冷卻。另外，在下述的專利文獻2中公開了一種額定時運轉方法，其在燃氣輪機的額定運轉時使升壓裝置運轉，使從壓縮機的出口側抽出的壓縮空氣升壓，然后向渦輪冷卻介質流路及燃燒器內的冷卻流路流動而進行冷卻。在先技術文獻
專利文獻專利文獻I日本特開2010-90817號公報專利文獻2日本特開2010-90818號公報

發(fā)明內容
在采用了上述的回收式空氣冷卻(封閉空冷循環(huán))的冷卻方式的燃氣輪機中，希望一種能有效地利用從壓縮機供給的壓縮空氣且也能高效地對燃燒器的壁面進行冷卻的冷卻結構。本發(fā)明鑒于上述的情況而作出，其目的在于，提供一種能有效地利用從壓縮機供給的壓縮空氣且高效地對燃燒器的壁面進行冷卻的回收式空氣冷卻燃氣輪機燃燒器冷卻結構。本發(fā)明為了解決上述的課題，采用下述的手段。本發(fā)明的回收式空氣冷卻燃氣輪機燃燒器冷卻結構具備回收式空氣冷卻結構，該回收式空氣冷卻結構將從燃燒器的上游側抽出自壓縮機供給的壓縮空氣并使該壓縮空氣升壓后的抽氣升壓空氣使用于所述燃燒器的壁面的冷卻之后，回收所述抽氣升壓空氣而與所述壓縮空氣的主流一起作為在所述燃燒器使燃料燃燒的燃燒用空氣進行再利用，其中，向形成在所述燃燒器的壁面內的冷卻空氣通路供給冷卻空氣而進行冷卻的壁面冷卻具備渦輪側的下游壁面區(qū)域，使用所述抽氣升壓空氣作為冷卻空氣進行冷卻；燃燒嘴側的上游壁面區(qū)域，使用從在機室內流動的壓縮空氣的主流抽出的抽氣壓縮空氣作為冷卻空氣進行冷卻。根據(jù)這種本發(fā)明的回收式空氣冷卻燃氣輪機燃燒器冷卻結構，向形成在燃燒器的壁面內的冷卻空氣通路供給冷卻空氣而進行冷卻的壁面冷卻具備渦輪側的下游壁面區(qū)域，使用抽氣升壓空氣作為冷卻空氣進行冷卻；燃燒嘴側的上游壁面區(qū)域，使用從在燃燒器機室的內部空間流動的壓縮空氣的主流抽出的抽氣壓縮空氣作為冷卻空氣進行冷卻，因此能夠有效地利用抽氣升壓空氣及抽氣壓縮空氣對燃燒器的壁面進行冷卻。S卩，在成為溫度較高的燃燒器的渦輪側(下游壁面區(qū)域)，進行使用抽氣升壓空氣的壁面冷卻，在成為溫度較低的燃燒器的燃燒嘴側(上游壁面區(qū)域)，進行使用抽氣壓縮空氣的壁面冷卻，因此能夠成為抑制了抽氣升壓空氣的使用量的壁面冷卻。
在上述的發(fā)明中，優(yōu)選的是，所述下游壁面區(qū)域使從向所述渦輪側開口的抽氣升壓空氣入口孔導入的所述抽氣升壓空氣從所述下游壁面區(qū)域中的向燃燒嘴側開口的抽氣升壓空氣出口孔向所述機室的內部空間流出，所述上游壁面區(qū)域至少使從所述上游壁面區(qū)域中的向渦輪側開口的抽氣壓縮空氣入口孔導入的所述抽氣壓縮空氣從所述上游壁面區(qū)域中的在中央部開口的抽氣壓縮 空氣出口孔流出，由此，在下游壁面區(qū)域，抽氣升壓空氣從熱負荷更高的尾筒出口附近流動而進行壁面冷卻，因此能夠進行進一步抑制了抽氣升壓空氣的使用量的壁面冷卻。這種情況下，優(yōu)選的是，在所述上游壁面區(qū)域與所述下游壁面區(qū)域的邊界附近開口而相鄰的所述抽氣升壓空氣出口孔及/或所述抽氣壓縮空氣入口孔配置成鋸齒狀，由此，在上游壁面區(qū)域與下游壁面區(qū)域的邊界附近，能夠使抽氣升壓空氣出口孔及/或抽氣壓縮空氣入口孔的位置分散而高效地對壁面進行冷卻。在上述的發(fā)明中，優(yōu)選的是，將從所述抽氣升壓空氣入口孔導入的所述抽氣升壓空氣導向所述抽氣升壓空氣出口孔的抽氣升壓空氣冷卻流路及/或將從所述抽氣壓縮空氣入口孔導入的所述抽氣壓縮空氣導向所述抽氣壓縮空氣出口孔的抽氣壓縮空氣冷卻流路中的至少一方具備折回部，該折回部將在所述燃燒器的周向上相鄰的流路彼此在所述邊界附近連結，由此，能夠使在邊界附近相鄰的抽氣升壓空氣出口孔及抽氣壓縮空氣入口孔的開口位置分離，防止或抑制抽氣升壓空氣與壓縮空氣混合，以避免對上游壁面區(qū)域進行冷卻的壓縮空氣的溫度上升。這種情況下，優(yōu)選的是，所述折回部的路徑以大致均勻地覆蓋所述邊界附近區(qū)域而利用所述抽氣升壓空氣及/或所述抽氣壓縮空氣進行壁面冷卻的方式形成，由此，若折回部以通過從抽氣升壓空氣出口孔及抽氣壓縮空氣入口孔的開口位置離開的區(qū)域的方式形成，則能夠進行大致均勻的壁面冷卻。在上述的發(fā)明中，優(yōu)選的是，在所述抽氣升壓空氣出口孔與所述抽氣壓縮空氣入口孔之間設有從所述燃燒器的壁面突出的分隔壁，由此，能夠使從抽氣升壓空氣出口孔流出的抽氣升壓空氣的流動與向抽氣壓縮空氣入口孔流入的抽氣壓縮空氣的流動可靠地分離，以避免它們混合。在上述的發(fā)明中，優(yōu)選的是，在所述邊界附近開口而相鄰的所述抽氣升壓空氣出口孔及所述抽氣壓縮空氣入口孔在所述燃燒器的長度方向上的間距(P)與所述抽氣升壓空氣出口孔的直徑(d)之比(P/d)設定為2以上(P/d彡2)，由此，能夠在相鄰的抽氣升壓空氣出口孔與抽氣壓縮空氣入口孔之間設置充分的間隔，以避免從抽氣升壓空氣出口孔流出的抽氣升壓空氣的流動與向抽氣壓縮空氣入口孔流入的抽氣壓縮空氣的流動相互混合。在上述的發(fā)明中，優(yōu)選的是，所述抽氣壓縮空氣入口孔的直徑(di)設定為比所述抽氣升壓空氣出口孔的直徑(d)大的值(di>d)，由此，從孔徑小的抽氣升壓空氣出口孔流出的抽氣升壓空氣的流速增大，因此高溫的抽氣升壓空氣與流速小的抽氣壓縮空氣未混合而容易向機室的內部空間流出。其結果是，向抽氣壓縮空氣入口孔流入的抽氣壓縮空氣難以與高溫的抽氣升壓空氣混合，由此能夠防止或抑制溫度上升。在上述的發(fā)明中，優(yōu)選的是，所述下游壁面區(qū)域與所述上游壁面區(qū)域的邊界位于聲襯的渦輪側端部附近，由此，能夠削減抽氣升壓空氣而提高循環(huán)性能。發(fā)明效果
根據(jù)上述的本發(fā)明，在采用了回收式空氣冷卻(封閉空冷循環(huán))的冷卻方式的回收式空氣冷卻燃氣輪機燃燒器冷卻結構中，能夠有效利用從壓縮機供給的壓縮空氣，在燃燒器中，在溫度較高側的渦輪側，進行使用抽氣升壓空氣的壁面冷卻，在溫度較低的燃燒嘴偵牝進行使用抽氣壓縮空氣的壁面冷卻。其結果是，形成為具備回收式空氣冷卻方式的冷卻結構的燃氣輪機，該回收式空氣冷卻方式的冷卻結構由于對燃燒器的下游壁面區(qū)域進行了冷卻的抽氣升壓空氣與對燃燒器的上游壁面區(qū)域進行了冷卻的抽氣壓縮空氣均有效地被再利用作為燃燒用空氣，因此該冷卻結構能夠抑制升壓所需的抽氣升壓空氣的使用量，從而高效地對燃燒器的壁面進行冷卻。


圖I是作為本發(fā)明的回收式空氣冷卻燃氣輪機燃燒器冷卻結構的一實施方式而表示燃燒器的壁面冷卻系統(tǒng)的剖視圖。圖2A是與圖I所示的燃燒器的壁面冷卻系統(tǒng)相關的主要部分放大圖，是表示從上·游到下游的壁面冷卻系統(tǒng)的剖視立體圖。圖2B是從燃燒器外側觀察圖2A的壁面冷卻系統(tǒng)看到的俯視示意圖。圖3A是表示圖I所示的燃燒器的壁面冷卻系統(tǒng)的主要部分放大圖，是圖3C的A-A首1J視圖。圖3B是表示圖I所示的燃燒器的壁面冷卻系統(tǒng)的主要部分放大圖，是圖3C的B-B首1J視圖。圖3C是表示圖I所示的燃燒器的壁面冷卻系統(tǒng)的主要部分放大圖，是從燃燒器外側觀察圖3A及圖3B的壁面冷卻系統(tǒng)看到的俯視示意圖。圖4是表示對于燃燒器壁面進行回收式空氣冷卻的燃氣輪機的結構例的圖。圖5是表示燃氣輪機的燃燒器及其周邊結構例的圖。圖6A中，作為表示燃燒器壁面的冷卻流路及冷卻空氣入口 /出口的配置例的第一變形例，表示在抽氣壓縮空氣冷卻流路側設置折回部且使抽氣壓縮空氣入口孔為不同的配置的模式。圖6B中，作為表示燃燒器壁面的冷卻流路及冷卻空氣入口 /出口的配置例的第一變形例，表示在抽氣壓縮空氣冷卻流路側設置折回部且使抽氣壓縮空氣入口孔為不同的配置的模式。圖6C中，作為表示燃燒器壁面的冷卻流路及冷卻空氣入口 /出口的配置例的第一變形例，表示在抽氣壓縮空氣冷卻流路側設置折回部且使抽氣壓縮空氣入口孔為不同的配置的模式。圖7中，作為表示燃燒器壁面的冷卻流路及冷卻空氣入口 /出口的配置例的第二變形例，表示在抽氣壓縮空氣冷卻流路側設置折回部且使抽氣升壓空氣出口孔為不同的配置的模式。圖8中，作為表示燃燒器壁面的冷卻流路及冷卻空氣入口 /出口的配置例的第三變形例，表示在抽氣升壓空氣冷卻空氣及抽氣壓縮空氣冷卻流路這雙方設有折回部的模式。
圖9中，作為表示燃燒器壁面的冷卻流路及冷卻空氣入口 /出口的配置例的第四變形例，表示使在抽氣壓縮空氣冷卻流路側設置的折回部為不同的路徑的模式。圖10中，作為表示燃燒器壁面的冷卻流路及冷卻空氣入口 /出口的配置例的第五變形例，表示對抽氣升壓空氣冷卻空氣設有折回部的模式。 圖IIA是表示設有分隔壁的第六變形例的圖，是表示燃燒器壁面的冷卻流路及冷卻空氣入口 /出口的配置例的俯視示意圖。圖IlB是圖IlA的C-C剖視圖。圖12是對于相鄰的抽氣升壓空氣出口孔及抽氣壓縮空氣入口孔的間距(P)與抽氣升壓空氣出口孔的直徑(d)之比(P/d)，表示與抽氣壓縮空氣的混合溫度的關系的圖。圖13是對于抽氣壓縮空氣入口孔的直徑(di)與抽氣升壓空氣出口孔的直徑(d) 之比，表示與抽氣壓縮空氣的混合溫度的關系的圖。圖14是作為適用于以往的燃氣輪機的回收式空氣冷卻例，為了對渦輪的靜葉片進行冷卻而使用壓縮空氣的空氣冷卻系統(tǒng)圖。圖15是作為適用于以往的燃氣輪機的回收式空氣冷卻例，為了對渦輪的靜葉片及動葉片進行冷卻而使用壓縮空氣的空氣冷卻系統(tǒng)圖。
具體實施例方式以下，基于附圖，說明本發(fā)明的回收式空氣冷卻燃氣輪機燃燒器冷卻結構的一實施方式。圖4是表示本實施方式的燃氣輪機的概略結構圖，圖5是表示燃氣輪機的燃燒器周邊結構例的剖視圖。需要說明的是，圖示的燃氣輪機對發(fā)電機進行驅動，但并未限定于此。圖示的燃氣輪機GTl由壓縮機I、燃燒器30、渦輪7構成，在該渦輪7連結有發(fā)電機Ge。壓縮機I對從大氣中取入的空氣進行壓縮。該壓縮空氣的主流通過壓縮空氣供給流路2而向燃燒器30供給。燃燒器30使用由壓縮機I壓縮的壓縮空氣來使燃料燃燒，生成高溫高壓的燃燒氣體。該燃燒氣體向渦輪7供給。渦輪7在渦輪機室內交替地配設有多個靜葉片及動葉片。該渦輪7借助燃燒氣體通過靜葉片與動葉片之間而流動，使安裝有動葉片的轉子旋轉而產(chǎn)生發(fā)電機Ge的驅動力。在上述的燃氣輪機GTl設有升壓裝置5，該升壓裝置5抽出由壓縮機I壓縮的壓縮空氣的一部分，并使其升壓至比壓縮空氣高的壓力。該升壓裝置5設置在從壓縮空氣供給流路2的中途分支而抽出壓縮空氣的一部分的分支流路4而由電動馬達M驅動。由升壓裝置5升壓后的抽氣升壓空氣通過升壓空氣流路6B而向燃燒器30供給，被作為燃燒器30的壁面冷卻用冷卻空氣使用。如此在燃燒器30的壁面冷卻中使用的抽氣升壓空氣通過返回流路9B而返回壓縮空氣供給流路2，與在壓縮空氣供給流路2中流動的壓縮空氣的主流合流之后，被再利用作為在燃燒器30使燃料燃燒的燃燒用空氣。如此，上述的燃氣輪機GTl具備回收式空氣冷卻結構，該回收式空氣冷卻結構將從燃燒器30的上游側抽出自壓縮機I供給的壓縮空氣并使該壓縮空氣升壓后的抽氣升壓空氣使用于燃燒器壁面的冷卻空氣之后，回收該抽氣升壓空氣而與壓縮空氣的主流一起作為在燃燒器30使燃料燃燒的燃燒用空氣進行再利用。需要說明的是，在圖示的回收式空氣冷卻結構中，將抽氣升壓空氣僅使用在燃燒器30的壁面冷卻中，但如上述的現(xiàn)有技術那樣，可以與對渦輪7的靜葉片8、動葉片10進行冷卻的結構組合。燃燒器30呈大致圓筒形狀，例如圖5所示，收納設置于在燃氣輪機GTl的機室(殼體)Ca內形成的機室內部空間12中，包圍轉子的外周而沿著圓周方向配設多個。該燃燒器30具備內筒31、尾筒32、聲襯33，在內筒31的內部配設有燃燒嘴34。
燃燒嘴34具備配置在中央部的引燃嘴35 ;以包圍引燃嘴35的周圍的方式配置的多個主燃燒嘴36。需要說明的是，在設有燃燒器30的機室Ca的內部空間12導入并充滿由壓縮機I壓縮后的壓縮空氣。向機室內部空間12導入的壓縮空氣從燃燒器30的上游部(燃燒嘴34側)流入到內筒31的內部，與從燃燒嘴34供給的燃料混合而進行燃燒。由于該燃燒而生成的高溫高壓的燃燒氣體通過尾筒32向下游側的渦輪7供給。這種燃氣輪機GTl的燃燒器30例如圖I所示，為了進行向形成在燃燒器30的壁面40內的冷卻空氣通路41供給冷卻空氣而進行冷卻的壁面冷卻，具備渦輪7側的下游壁面區(qū)域，將抽氣升壓空氣用于冷卻空氣進行冷卻；燃燒嘴34側的上游壁面區(qū)域，使用冷卻空氣來冷卻從在機室Ca的內部空間12內流動的壓縮空氣的主流抽出的抽氣壓縮空氣。在圖f圖3C所示的實施方式中，形成燃燒器30的尾筒32的壁面40形成為將內壁40a與外壁40b釬焊接合的雙層壁結構，例如在有壁厚的外壁40b側形成的燃燒器30的軸向(長度方向)的凹槽通過內壁40b的接合而成為冷卻空氣流路41。該冷卻空氣流路41在燃燒器30的周向上相鄰而并列設置多個。需要說明的是，圖中的標號33a是貫通壁面40而設置的消聲孔。在本實施方式中，由抽氣壓縮空氣冷卻的上游側區(qū)域與由抽氣升壓空氣冷卻的下游側區(qū)域的邊界成為比聲襯33靠渦輪7側且聲襯33的渦輪7側端部附近。因此，冷卻空氣流路41被分割為抽氣壓縮空氣流動的抽氣壓縮空氣冷卻流路(以下，稱為“壓縮冷卻流路”)41A和抽氣升壓空氣流動的抽氣升壓空氣冷卻流路(以下，稱為“升壓冷卻流路”)41B。在下游壁面區(qū)域中，從尾筒32的后端部附近導入的抽氣升壓空氣在升壓冷卻流路41B中流動，從聲襯33的渦輪7側端部附近向機室內部空間12內流出。具體而言，抽氣升壓空氣通過升壓空氣流路6B而被導入在尾筒32的后端部附近設置的歧管37內。在歧管37的內側，對每個流路設有抽氣升壓空氣入口孔(以下，稱為“升壓入口孔”)42，作為使抽氣升壓空氣向壁面40內流動的升壓冷卻流路41B的入口開口。并且，成為升壓冷卻流路41B的出口開口的抽氣升壓空氣出口孔(以下，稱為“升壓出口孔”)43在比聲襯33靠渦輪7側且在聲襯33的渦輪7側端部附近開口。因此，在歧管37內從升壓入口孔42流入的抽氣升壓空氣在升壓冷卻流路41B中向聲襯33側流動而對壁面40進行冷卻，溫度上升后的抽氣升壓空氣從升壓出口孔43向機室內部空間12內流出。向機室內部空間12內流出的高溫的抽氣升壓空氣與在機室內部空間12內充滿的壓縮空氣合流，由此被再利用作為燃燒用空氣。在上游壁面區(qū)域中，從聲襯33的渦輪7側端部附近及燃燒嘴34側端部附近抽出機室內部空間12內的壓縮空氣，由此該抽氣壓縮空氣在壓縮冷卻流路41A中流動而向聲襯33的內部流出。具體而言，聲襯33在沿著燃燒器30的周向延伸的聲襯主體33b的內部具備貫通壁面40的多個消聲孔33a。因此，壓縮冷卻流路41A設置在避開消聲孔33a的位置。在這種壓縮冷卻流路41A設有在聲襯主體33b的外側兩端附近開口的抽氣壓縮空氣入口孔(以下，稱為“壓縮入口孔”)44和位于上游壁面區(qū)域的中央部且向聲襯主體33b的內部開口的抽氣壓縮空氣出口孔(以下，稱為“壓縮出口孔”)45。因此，在機室內部空間12內充滿的壓縮空氣在聲襯 主體33b的附近從壓縮入口孔44抽出而流入壓縮冷卻流路41A，在聲襯33的周邊區(qū)域對壁面40進行了冷卻之后，溫度上升后的抽氣壓縮空氣從壓縮出口孔45向聲襯33內流出之后，經(jīng)由消聲孔33a向燃燒器30的燃燒室38內流出而在燃燒中使用。若如此在下游壁面區(qū)域進行使用抽氣升壓空氣的壁面冷卻，并在上游壁面區(qū)域進行使用抽氣壓縮空氣的壁面冷卻，則能夠在溫度較高的燃燒器30的尾筒32中的渦輪7側(下游壁面區(qū)域)，進行使用處于溫度較低的狀態(tài)的抽氣升壓空氣的壁面冷卻，在溫度較低的燃燒器30的尾筒32中的燃燒嘴34側(上游壁面區(qū)域)，進行使用抽氣壓縮空氣的壁面冷卻。因此，在燃燒器30的壁面冷卻中使用的冷卻空氣能夠與抽氣升壓空氣及抽氣壓縮空氣一起再利用作為燃燒用空氣，因此，能夠高效地進行燃燒器30的壁面冷卻，并能夠減少伴隨著燃燒而產(chǎn)生的氮氧化物。即，升壓壓縮空氣作為冷卻空氣從熱負荷升高的尾筒32的出口側(下游側)流動，因此能夠有效利用冷卻空氣進行壁面冷卻。另外，通過設置使用抽氣壓縮空氣進行冷卻的上游壁面區(qū)域，而能夠減少抽氣升壓空氣量，因此能夠實現(xiàn)升壓裝置5的小型化及減少驅動用的消耗動力。上述的升壓出口孔43及壓縮入口孔44在上游壁面區(qū)域與下游壁面區(qū)域的邊界附近沿著燃燒器30的長度方向(燃燒氣體流動方向)相鄰。這種情況下，升壓出口孔43及壓縮入口孔44可以分別沿燃燒器30的周向排列成一列，但優(yōu)選呈鋸齒狀配置。這種鋸齒狀配置使高溫的抽氣升壓空氣流出的升壓出口孔43分散，因此在設置有升壓出口孔43的聲襯33的燃燒氣體流動方向下游側的上游壁面區(qū)域與下游壁面區(qū)域的邊界附近位置上，能夠高效地進行壁面冷卻。然而，在聲襯33的下游側的上游壁面區(qū)域與下游壁面區(qū)域的邊界附近位置上，冷卻后的高溫空氣流出的升壓出口孔43與冷卻前的低溫空氣流入的壓縮入口孔44存在于相鄰的位置，因此可認為若兩者處于相互接近的位置，則存在溫度差的空氣進行混合。這種混合會使流入壓縮入口孔44的冷卻前的抽氣壓縮空氣溫度上升，可能以抽氣壓縮空氣流動而進行壁面冷卻的方式，使形成有壓縮冷卻流路41A的壁面40上的上游壁面區(qū)域的冷卻能力下降。因此，在本實施方式的變形例中，向在聲襯33的渦輪7側的上游壁面區(qū)域與下游壁面區(qū)域的邊界附近開口的升壓出口孔43供給抽氣升壓空氣的升壓冷卻流路41B及/或將從壓縮入口孔44導入的抽氣壓縮空氣向聲襯33的內部引導的壓縮冷卻流路41A中的至少一方的冷卻流路具備折回部50，該折回部50將在燃燒器30的周向上相鄰的流路彼此在聲襯33的渦輪7側的上游壁面區(qū)域與下游壁面區(qū)域的邊界附近連結。
這種折回部50使在邊界附近相鄰的升壓出口孔43及壓縮入口孔44的開口位置分離，防止或抑制抽氣升壓空氣與抽氣 壓縮空氣混合的情況，以避免使對上游壁面區(qū)域進行冷卻的抽氣壓縮空氣的溫度上升。而且，折回部50的路徑優(yōu)選如下形成，S卩大致均勻地覆蓋上游壁面區(qū)域與下游壁面區(qū)域的邊界附近區(qū)域，利用抽氣升壓空氣或抽氣壓縮空氣進行壁面冷卻。在圖6A 圖6C所示的第一變形例中，在壓縮冷卻流路41A側設有大致U字狀的折回部50。S卩，相鄰的2條壓縮冷卻流路41A中，渦輪7側的流路端部彼此連結成大致U字狀，在從升壓出口孔43分離而難以與高溫的抽氣升壓空氣混合的位置上開設有壓縮入口孔44。圖6A的折回部50由于升壓出口孔43處于從聲襯33分離而退向尾筒后端部側的位置，因此突出至沒有升壓出口孔43的壁面區(qū)域而設置。因此，通過折回部50而流動的抽氣壓縮空氣以大致均勻地覆蓋上游壁面區(qū)域與下游壁面區(qū)域的邊界附近區(qū)域的方式流動，對沒有升壓出口孔43的壁面區(qū)域進行冷卻。即，折回部50以通過從升壓出口孔43及壓縮入口孔44的開口位置離開的區(qū)域且覆蓋沒有升壓出口孔43及壓縮入口孔44的空白壁面區(qū)域的方式形成，因此在上游壁面區(qū)域與下游壁面區(qū)域的邊界附近，也能夠進行大致均勻的壁面冷卻。另外，在圖6B及圖6C所示的例子中，形成從通過折回部50連結的壓縮冷卻流路41A分支的冷卻分支流路46，且在該冷卻分支流路46的端部設置壓縮入口孔44。通過設置這種冷卻分支流路46，能夠容易地使相對于升壓出口孔43的壓縮入口孔44的配置最優(yōu)化。需要說明的是，關于冷卻分支流路46的分支位置等，并未限定為圖示的例子。在圖7所示的第二變形例中，升壓出口孔43及壓縮入口孔44的配置與上述的圖6A不同。這種情況下，與折回部50對應的3個升壓出口孔43在燃燒器30的周向上呈直線狀地配置，在相鄰的兩個折回部50之間，使升壓冷卻流路4IB向聲襯33側延長而配置升壓出口孔43。而且，關于壓縮入口孔44，從圖6A的I個部位增加成3個部位。在圖8所示的第三變形例中，升壓冷卻流路41B側的結構與上述的圖7不同。這種情況下，在升壓冷卻流路41B側也設有大致U字狀的折回部50，且升壓出口孔43的數(shù)目、配置也不同。在圖9所示的第四變形例中，關于上述的圖7的折回部50，從大致U字狀變更為大致M字狀的折回部51。在圖10所示的第五變形例中，僅在升壓冷卻流路41B側設有大致U字狀的折回部50這一點與上述的圖8不同。如此，關于上述的大致U字狀的折回部50，可以設置在壓縮冷卻流路41A及升壓冷卻流路41B這雙方或僅設置在任一方。而且，關于折回部50的形狀，并未限定為大致U字狀，可以適當采用大致M字狀的折回部51、大致S字狀等。S卩，關于折回部50，只要以使升壓出口孔43及壓縮入口孔44的分離距離最優(yōu)化，且利用折回部50的通過覆蓋空白壁面區(qū)域而在上游壁面區(qū)域與下游壁面區(qū)域的邊界附近使壁面冷卻大致均勻化的方式，適當選擇圖6至圖10所示的各變形例及其組合即可。接下來，基于圖11A、圖11B，說明設有分隔壁的第六變形例。需要說明的是，對于與上述的實施方式及其變形例同樣的部分標注相同標號，省略其詳細的說明。
在該變形例中，在上游壁面區(qū)域與下游壁面區(qū)域的邊界附近的升壓出口孔43和壓縮入口孔44之間設有從燃燒器30的壁面40突出的分隔壁60。該分隔壁60向壁面40的機室內部空間12側突出，由此，可靠地防止從升壓出口孔43流出的高溫的抽氣升壓空氣與向壓縮入口孔44流入的低溫的抽氣壓縮空氣混合的情況。即，分隔壁60是將從升壓出口孔43流出的抽氣升壓空氣的流動和向壓縮入口孔44流入的抽氣壓縮空氣的流動分隔的壁面構件，能夠將兩方的空氣流動可靠地分離，以避免它們混合。在圖示的結構例中，具備從分隔壁60的前端部向尾筒32的后端部方向(渦輪7側)折彎的引導部61。該引導部61形成與壁面40大致平行的引導面，將從升壓出口孔43流出的抽氣升壓空氣的流動向與壓縮入口孔44相反的下游側(尾筒32的后端部側)引導，因此能夠更可靠地防止抽氣升壓空氣與抽氣壓縮空氣的混合。需要說明的是，這種分隔壁60能夠適用于上述的實施方式及其變形例，無論如何，通過互相影響的效果，能夠更高效地實施燃燒器30的壁面冷卻。
在上述的實施方式及其變形例中，如圖2B及圖IlA所示，在上游壁面區(qū)域與下游壁面區(qū)域的邊界附近相鄰的升壓出口孔43及壓縮入口孔44在燃燒器30的長度方向上的間距(P)與升壓出口孔43的直徑(d)之比(P/d)優(yōu)選設定為2以上(P/d彡2)。圖12對于相鄰的升壓出口孔43及壓縮入口孔44的間距(P)與升壓出口孔43的直徑(d)之比(P/d)，示出與表示抽氣升壓空氣與抽氣壓縮空氣的混合狀態(tài)的抽氣壓縮空氣的混合溫度的關系。根據(jù)該圖，即使(P/d)增大為2以上，混合溫度也幾乎沒有變化。因此，可認為，若與升壓出口孔43的直徑(d)之比(P/d)為2以上(P/d彡2)，則從升壓出口孔43流出的抽氣升壓空氣的流動及向壓縮入口孔44流入的抽氣壓縮空氣的流動幾乎不會混合。即，為了避免從升壓出口孔43流出的抽氣升壓空氣的流動與向壓縮入口孔44流入的抽氣壓縮空氣的流動相互混合，通過滿足(P/d ^ 2)的條件，而能夠在相鄰的升壓出口孔43與壓縮入口孔44之間設置充分的間隔。另外，在上述的實施方式及其變形例中，如圖2B及圖IlA所示，在上游壁面區(qū)域與下游壁面區(qū)域的邊界附近開口的壓縮入口孔44的直徑(di )優(yōu)選設定為比升壓出口孔43的直徑(d)大的值(di>d)。圖13對于壓縮入口孔44的直徑(di)與升壓出口孔43的直徑(d)之比，示出與表示抽氣升壓空氣與抽氣壓縮空氣的混合狀態(tài)的抽氣壓縮空氣的混合溫度的關系。根據(jù)該圖，兩直徑之比(di/d)越大而混合溫度越下降。因此，可知直徑(di)越比升壓出口孔43的直徑(d)大則越難以混合。可認為這是因為，從孔徑小的升壓出口孔43流出的抽氣升壓空氣的流速增大，因此高溫的抽氣升壓空氣未與流速小的抽氣壓縮空氣混合而容易向機室內部空間12側流出。其結果是，向壓縮入口孔44流入的抽氣壓縮空氣難以與高溫的抽氣升壓空氣混合，因此能夠防止或抑制溫度上升而得到良好的冷卻能力。如此，根據(jù)上述的本實施方式及變形例，在采用了回收式空氣冷卻(封閉空冷循環(huán))的冷卻方式的燃氣輪機GTl中，能夠有效利用從壓縮機I供給的壓縮空氣，在燃燒器30中溫度較高的渦輪7側，進行使用抽氣升壓空氣的壁面冷卻，在燃燒嘴34側，進行使用抽氣壓縮空氣的壁面冷卻。其結果是，對燃燒器30的下游壁面區(qū)域進行冷卻的抽氣升壓空氣與對燃燒器30的上游壁面區(qū)域進行冷卻的抽氣壓縮空氣均被有效地再利用作為燃燒用空氣，因此成為具備能夠高效地對燃燒器30的壁面進行冷卻的回收式空氣冷卻方式的冷卻結構的燃氣輪機。在上述的實施方式及變形例中，下游壁面區(qū)域與上游壁面區(qū)域的邊界位于聲襯33的渦輪7側端部附近，但本發(fā)明并未限定于此。然而，通過將上述的邊界設為聲襯33的渦輪7側端部，而能夠削減抽氣升壓空氣量(封閉冷卻空氣量)，因此能夠提高燃氣輪機的循環(huán)性能。即，在聲襯33的冷卻中，由于能夠確保差壓，因此抽氣升壓空氣及抽氣壓縮空氣均能夠使用，因此，若使用不需要升壓的抽氣壓縮空氣進行冷卻，則不需要升壓動力等，相應地，有利于循環(huán)性能的提高。 需要說明的是，本發(fā)明并未限定為上述的實施方式，在不脫離其主旨的范圍內能夠適當變更。標號說明I壓縮機3、30 燃燒器5升壓裝置7 渦輪12機室內部空間31 內筒32 尾筒33 聲襯33a消聲孔33b聲襯主體34燃燒嘴37 歧管38燃燒室40 壁面41冷卻空氣通路41A抽氣壓縮空氣冷卻流路(壓縮冷卻流路)41B抽氣升壓空氣冷卻流路(升壓冷卻流路)42抽氣升壓空氣入口孔(升壓入口孔)43抽氣升壓空氣出口孔(升壓出口孔)44抽氣壓縮空氣入口孔(壓縮入口孔)45抽氣壓縮空氣出口孔(壓縮出口孔)46冷卻分支流路50、51 折回部60分隔壁61引導部GTl燃氣輪機
權利要求
1.一種回收式空氣冷卻燃氣輪機燃燒器冷卻結構，具備回收式空氣冷卻結構，該回收式空氣冷卻結構將從燃燒器的上游側抽出自壓縮機供給的壓縮空氣并使該壓縮空氣升壓后的抽氣升壓空氣使用于所述燃燒器的壁面的冷卻之后，回收所述抽氣升壓空氣而與所述壓縮空氣的主流一起作為在所述燃燒器使燃料燃燒的燃燒用空氣進行再利用，其中， 向形成在所述燃燒器的壁面內的冷卻空氣通路供給冷卻空氣而進行冷卻的壁面冷卻具備渦輪側的下游壁面區(qū)域，使用所述抽氣升壓空氣作為冷卻空氣進行冷卻；燃燒嘴側的上游壁面區(qū)域，使用從在機室內流動的壓縮空氣的主流抽出的抽氣壓縮空氣作為冷卻空氣進行冷卻。
2.根據(jù)權利要求I所述的回收式空氣冷卻燃氣輪機燃燒器冷卻結 構，其中， 所述下游壁面區(qū)域使從向所述渦輪側開口的抽氣升壓空氣入口孔導入的所述抽氣升壓空氣從所述下游壁面區(qū)域中的向燃燒嘴側開口的抽氣升壓空氣出口孔向所述機室的內部空間流出， 所述上游壁面區(qū)域至少使從所述上游壁面區(qū)域中的向渦輪側開口的抽氣壓縮空氣入口孔導入的所述抽氣壓縮空氣從所述上游壁面區(qū)域中的在中央部開口的抽氣壓縮空氣出口孔流出。
3.根據(jù)權利要求2所述的回收式空氣冷卻燃氣輪機燃燒器冷卻結構，其中， 將在所述上游壁面區(qū)域與所述下游壁面區(qū)域的邊界附近開口而相鄰的所述抽氣升壓空氣出口孔及/或所述抽氣壓縮空氣入口孔配置成鋸齒狀。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的回收式空氣冷卻燃氣輪機燃燒器冷卻結構，其中， 將從所述抽氣升壓空氣入口孔導入的所述抽氣升壓空氣導向所述抽氣升壓空氣出口孔的抽氣升壓空氣冷卻流路及/或將從所述抽氣壓縮空氣入口孔導入的所述抽氣壓縮空氣導向所述抽氣壓縮空氣出口孔的抽氣壓縮空氣冷卻流路中的至少一方具備折回部，該折回部將在所述燃燒器的周向上相鄰的流路彼此在所述邊界附近連結。
5.根據(jù)權利要求4所述的回收式空氣冷卻燃氣輪機燃燒器冷卻結構，其中， 所述折回部的路徑以大致均勻地覆蓋所述邊界附近區(qū)域而利用所述抽氣升壓空氣及/或所述抽氣壓縮空氣進行壁面冷卻的方式形成。
6.根據(jù)權利要求2 5中任一項所述的回收式空氣冷卻燃氣輪機燃燒器冷卻結構，其中， 在所述抽氣升壓空氣出口孔與所述抽氣壓縮空氣入口孔之間設有從所述燃燒器的壁面突出的分隔壁。
7.根據(jù)權利要求2飛中任一項所述的回收式空氣冷卻燃氣輪機燃燒器冷卻結構，其中， 在所述邊界附近開口而相鄰的所述抽氣升壓空氣出口孔及所述抽氣壓縮空氣入口孔在所述燃燒器的長度方向上的間距(P)與所述抽氣升壓空氣出口孔的直徑(d)之比(P/d)設定為2以上(P/d≥2)。
8.根據(jù)權利要求2 7中任一項所述的回收式空氣冷卻燃氣輪機燃燒器冷卻結構，其中， 所述抽氣壓縮空氣入口孔的直徑(di)設定為比所述抽氣升壓空氣出口孔的直徑(d)大的值(di>d)。
9.根據(jù)權利要求廣8中任一項所述的回收式空氣冷卻燃氣輪機燃燒器冷卻結構，其中， 所述下游壁面區(qū)域與所述上游壁面區(qū)域的邊界位于聲襯的渦輪側端部附近。
全文摘要
一種回收式空氣冷卻燃氣輪機燃燒器冷卻結構，具備回收式空氣冷卻結構，該回收式空氣冷卻結構將從燃燒器(30)的上游側抽出自壓縮機供給的壓縮空氣并使該壓縮空氣升壓后的抽氣升壓空氣使用于壁面(40)的冷卻之后，回收抽氣升壓空氣而與壓縮空氣的主流一起作為在燃燒器(30)使燃料燃燒的燃燒用空氣進行再利用，其中，向形成在燃燒器(30)的壁面(40)內的冷卻空氣通路(41)供給冷卻空氣而進行冷卻的壁面冷卻具備渦輪側的下游壁面區(qū)域，使用抽氣升壓空氣作為冷卻空氣進行冷卻；燃燒嘴側的上游壁面區(qū)域，使用從在機室內部空間流動的壓縮空氣的主流抽出的抽氣壓縮空氣作為冷卻空氣進行冷卻。
文檔編號F02C7/18GK102971510SQ20118003151
公開日2013年3月13日 申請日期2011年8月10日 優(yōu)先權日2010年9月30日
發(fā)明者水上聰, 石黑達男, 正田淳一郎, 高田和正, 鳥井俊介, 福永祐也, 小西哲, 西村由明, 五十嵐義昭, 石川真也 申請人:三菱重工業(yè)株式會社, 東北電力株式會社