燃气轮机燃烧器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种燃气轮机燃烧器。
【背景技术】
[0002]对燃气轮机等的燃烧器衬套、涡轮叶片、热交换器、翅片、锅炉以及加热炉等设备而言，能够根据对于冷却、加热、以及热交换中的流体与固体之间的传热促进所要求的规格，来考虑各种各样的结构。例如，在发电用燃气轮机等的燃烧器中，要求以不损害燃气轮机效率的程度的较少的压力损失来维持必要的冷却性能，并维持结构强度的可靠性。
[0003]并且，从考虑环境问题的观点出发，要求减少在燃烧器内产生的氮氧化物(NOx)的排出量。作为产生NOx的主要原因，可以举出在燃烧时空气中的氧和氮保持为非常高的温度。为了防止这种情况而减少NOx，能够利用使燃料和空气在燃烧前混合而燃烧的予混合燃烧，且在燃料与空气的混合比(燃空比)小于理论混合比的状态下进行燃烧。
[0004]鉴于该点的燃气轮机燃烧器的一例记载于专利文献1。在专利文献1中记载了一种燃气轮机燃烧器，其通过在燃烧器衬套的外侧表面上设置板状的纵涡流产生机构和肋状的紊流促进机构，从而以较少的压力损失来提高冷却性能。专利文献1记载的燃气轮机燃烧器具备在轴向上连结多个圆筒件而形成的衬套，该圆筒件通过将大致矩形的板材卷成筒状而形成，衬套的各圆筒件与相邻的圆筒件重叠而相互连结，重叠部分通过焊接而结合。另夕卜，在各圆筒件的一端部(来自压缩机的压缩空气的流动方向的下游侧)，沿着周向配置有多个通过冲压加工等形成的凸部(纵涡流产生器)。该纵涡流产生器产生在传热介质(压缩空气)的流动方向上具有旋转的中心轴的纵涡流，并通过纵涡流来搅拌传热介质的流通路。并且，在燃烧器衬套的外周面上，通过机械加工、焊接或离心铸造法而设有肋(紊流促进体)，所述肋用于破坏在由纵涡流产生器搅拌的传热介质中产生的边界层。
[0005]在专利文献2中，作为其他传热结构的例子，记载有一种燃气轮机燃烧器，其为了在衬套外侧形成冷却空气(传热介质)的流通路而设有气流套筒(外筒)，气流套筒的内径沿传热介质的流动方向逐渐缩小。在专利文献2记载的燃气轮机燃烧器中，通过缩小衬套与气流套筒之间的传热介质流通路来增大传热介质的流速，且通过增大衬套面的表面粗糙度来提高热传递率。
[0006]在专利文献3中，作为其他传热结构的例子，记载有一种燃气轮机燃烧器，其通过在衬套的外周侧以及气流套筒的内周侧设置引导翅片，从而加快压缩空气(传热介质)的流速实现传热效果的提高。在专利文献3记载的燃气轮机燃烧器中，通过设置引导翅片来减少由燃烧器衬套与气流套筒形成的环状流路的截面积，由此加快流动的传热介质的流速而提尚传热效果。
[0007]在先技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1:日本特开2001-280154号公报
[0010]专利文献2:日本特开平6-221562号公报
[0011]专利文献3:日本特开2000-320837号公报
[0012]发明所要解决的课题
[0013]专利文献1记载的燃气轮机燃烧器与现有的燃气轮机燃烧器相比，虽然冷却性能以及低NOx性优异，但在结构强度、制造工序的简单性以及长寿命性方面存在问题。例如，燃烧器衬套通过将多个圆筒件在轴向上相互结合而形成，但各圆筒件在重叠部分处焊接接合。因此，该焊接部分可能会成为裂纹的产生原因，与不使用焊接的情况(即，由单一的圆筒构件形成衬套的情况)相比，可能会阻碍长期的利用。另外，若焊接部位多则制造工时增加，因此制造成本增加。这一点在利用焊接进行作为紊流促进体的肋的安装的情况下变得更加显著。并且，若利用焊接则各圆筒构件产生热变形，从而向与燃烧器衬套组合的其他圆形的构件(例如，安装有燃料喷嘴/予混合喷嘴的圆板、过渡构件(尾筒))的组装性降低，产生将衬套再次整形为圆形的工序，可能导致燃烧器的制造工序复杂化。另外，形成衬套的各圆筒件的重叠部分成为双层结构而比其他部分厚，从而存在与其他部分相比传热性(冷却性)降低的情况。
[0014]专利文献2记载的燃气轮机燃烧器与专利文献1记载的燃气轮机燃烧器相比，衬套的结构简单，因此制造工序的简单性以及长寿命性优异，但由于仅通过传热介质的流速以及衬套面的表面粗糙度的增大来促进传热，因此存在为了得到大的传热促进效果(冷却效果)而压力损失变大这一课题。另外，冷却空气的流路朝向喷烧器侧而逐渐变窄，因此喷烧器的附近的冷却效果最大，在燃烧器衬套的高温部位于远离喷烧器的位置处的情况下，还存在不能对高温部进行充分地冷却的课题。
[0015]专利文献3记载的燃气轮机燃烧器在气流套筒的内周侧设置引导翅片，因此简单性以及长寿命性优异，但由于仅通过传热介质的流速的增大来促进传热(冷却)，因此与专利文献2记载的燃气轮机燃烧器同样地，存在为了得到大的传热促进效果而压力损失变大这一课题。
【发明内容】
[0016]本发明的目的是提供一种燃气轮机燃烧器，该燃气轮机燃烧器能够在抑制压力损失的增大的同时促进燃烧器衬套的冷却，并且结构强度、制造工序的简单性以及长寿命性优异。
[0017]用于解决课题的方案
[0018]本发明的燃气轮机燃烧器具有如下特征。燃气轮机燃烧器具备:作为内筒的燃烧器衬套；作为外筒的气流套筒，其在内部具备所述燃烧器衬套；以及环状流路，其形成在所述燃烧器衬套与所述气流套筒之间，且供压缩空气流通。所述气流套筒具备狭窄部，所述狭窄部设置在所述气流套筒的内壁上，且朝向所述燃烧器衬套突出。所述燃烧器衬套具备环状突起部，所述环状突起部呈环状地设置在所述燃烧器衬套的外壁上，且朝向所述气流套筒突出。所述狭窄部具备内径变化部和内径缩小部，所述内径变化部是以随着沿所述压缩空气的流动方向前进而逐渐接近所述燃烧器衬套的方式与所述气流套筒倾斜地连接的面，所述内径缩小部是设置在比所述内径变化部靠所述压缩空气的流动方向的下游侧、与所述内径变化部连接且沿着所述压缩空气的流动方向延伸的面。所述环状突起部设置在所述燃烧器衬套的外壁的与所述气流套筒和所述内径变化部的连接位置对置的位置处、或比该位置靠所述压缩空气的流动方向的上游侧的位置处。
[0019]发明效果
[0020]本发明的燃气轮机燃烧器能够在抑制压力损失的增大的同时促进燃烧器衬套的冷却，并且结构强度、制造工序的简单性以及长寿命性优异。
【附图说明】
[0021]图1是本发明的实施例的燃气轮机燃烧器的剖视图，是示出燃气轮机设备的概略结构的图。
[0022]图2是本发明的实施例1的燃气轮机燃烧器的剖视图。
[0023]图3A是示意性地示出燃烧器衬套具备环状突起部的燃气轮机燃烧器中的环状流路的一部分的图。
[0024]图3B是示意性地示出燃烧器衬套具备环状突起部且气流套筒具备内径变化部和内径缩小部的燃气轮机燃烧器中的环状流路的一部分的图。
[0025]图4是示意性地示出本发明的实施例2的燃气轮机燃烧器中的由燃烧器衬套和气流套筒构成的环状流路的一部分的图。
[0026]图5是示意性地示出本发明的实施例3的燃气轮机燃烧器中的由燃烧器衬套和气流套筒构成的环状流路的一部分的图。
[0027]图6是示意性地示出本发明的实施例4的燃气轮机燃烧器中的由燃烧器衬套和气流套筒构成的环状流路的一部分的图。
[0028]图7是示意性地示出本发明的实施例5的燃气轮机燃烧器中的由燃烧器衬套和气流套筒构成的环状流路的一部分的图。
[0029]图8是示意性地示出本发明的实施例6的燃气轮机燃烧器中的由燃烧器衬套和气流套筒构成的环状流路的一部分的图。
[0030]图9是示意性地示出本发明的实施例7的燃气轮机燃烧器中的由燃烧器衬套和气流套筒构成的环状流路的一部分的图。
[0031]图10是示意性地示出本发明的实施例8的燃气轮机燃烧器中的由燃烧器衬套和气流套筒构成的环状流路的一部分的图。
[0032]图11A是示意性地示出本发明的实施例9的燃气轮机燃烧器中的由燃烧器衬套和气流套筒构成的环状流路的一部分的图，是与燃气轮机燃烧器的中心轴平行的剖视图。
[0033]图11B是示意性地示出本发明的实施例9的燃气轮机燃烧器中的由燃烧器衬套和气流套筒构成的环状流路的一部分的图，是与燃气轮机燃烧器的中心轴正交的剖视图。
[0034]附图标记说明:
[0035]L...压缩机；2…压缩空气；2b、2c…流速矢量；3…燃气轮机；4…燃烧气体；5…燃烧室；6…燃气轮机燃烧器；7…发电机；8…燃烧器衬套；9