JPH0423170B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は改良された燃焼用ライナー構造、更
に具体的に云えば、構造用の外側殻体及びそれに
可撓性をもつて結合されている、直径が縮小した
のど部挿着体を含む燃焼用ライナー構造に関す
る。

この発明の主な目的は、のど部に加わる機械的
及び熱的な応力の両方を減少すると同時に、のど
部の交換を簡単にしながら、米国特許出願通し番
号第56510号（発明者ウイルクス）の利点を保つ
新規な２重壁ライナー構造を提供することであ
る。

この発明では、２重壁ライナー集成体が、外側
構造殻体と、それに可撓性をもつて結合された内
側ののど部挿着体とを含む。のど部挿着体が、前
記先願に記載された目的の為、燃焼器を上流側及
び下流側の燃焼室に分割する。のど部挿着体の上
流側の端の周縁に沿つて複数個のフインガを形成
して、夫々がプラグ溶着部によつて外側殻体に結
合されることが好ましい。のど部挿着体の上流側
部分の外周に、複数個の軸方向に伸びる溝孔を設
けることにより、のど部挿着体に上流側フインガ
を形成する。これらの溝孔は、上流側フインガを
構成する他に、外側殻体と挿着体ののど部領域と
の間に限定されたトロイダル形空間からの冷却用
空気をライナーの上流側の室へ制御して流す。こ
ういうフインガに制御された可撓性（この可撓性
はフインガと溝孔によつて生じ、軸方向及び円周
方向への膨張が出来るようになる。）を持たせ、
この為、ライナーの曲げ荷重をフインガの可撓性
により吸収し、吸収できない分のみのど部から直
接的にライナーの殻体へ転換し、のど部の応力を
小さくする。もしのど部挿着体が比較的大きいラ
イナー構造の一部であつたり、ライナー構造に別
個のフインガ無しで固定されていたら、のど部挿
着体はライナーより小さくまた高温なので、ライ
ナーより早く膨張してのど部挿着体に応力を生じ
てしまう。

複数個の軸方向に伸びる下流側フインガがのど
部挿着体の下流側の端に結合され、この下流側の
端が、挿着体と外側殻体との間の摺動自在の、可
撓性を持つ締りばめ結合部となり、半径方向の荷
重を受ける結合部となる。下流側フインガは、空
気封じを形成する様に円状に曲げた１枚の板金で
形成することが好ましいが、必ずしもそうしなく
てもよい。空気封じがのど部挿着体の下流側の外
周の回りにはまり、これは複数個の点溶着部によ
つてそれに結合することが好ましい。可撓性フイ
ンガがライナーの外側殻体に接する様に偏圧さ
れ、幾つかの構造的な利点をもたらす。第１に、
フインガに予め荷重をかけることにより、それら
が外側殻体に接する様に偏圧され、こうしてトロ
イダル形空間からライナーの上流側の室への制御
出来ない甚だしい空気の漏れを招く様な継目のす
き間を避ける。更に、フインガに予め荷重をかけ
ることにより、クーロン制動を誘発し、これが正
常な燃焼によつて起るのど部の機械的な振動を減
衰させる手段になる。最後に、フインガがのど部
挿着体の下流側の端と外側ケーシングとの間の可
撓性の大きい継目を形成する為、この継目は半径
方向に撓むこと並びに／又は軸方向に移動するこ
とが出来、これは予備荷重によつてフインガと外
側殻体との間に生じた摩擦によつて妨げられるだ
けである。この結果、のど部挿着体と外側ケーシ
ングとの間の熱膨張の差によつて発生する応力が
大幅に減少する。更にのど部挿着体の下流側の端
で、のど部挿着体と外側ケーシングとを摺動自在
に接続したことにより、挿着体の取替えが簡単に
なる、特に、挿着体の上流側の端に形成されたプ
ラグ溶着部を一旦除去すれば、挿着体を外側ケー
シングの外へ摺動によつて取出すことが出来る。

この発明を例示する為に、現在好ましいと考え
られる実施例が図面に示されているが、この発明
が図示の通りの構成並びに手段に制約されないこ
とを承知されたい。

図面全体にわたり、同様な要素には同じ参照数
字を用いている。第１図にはこの発明の考えに従
つて構成された２重壁燃焼用ライナー集成体１０
が示されている。燃焼用ライナー１０は燃焼器１
２の一部分を形成する。この燃焼器が圧縮機１４
からの高圧空気を用いて、燃料を燃焼させる。燃
焼器１２及び圧縮機１４が燃焼タービン１６の一
部を形成するが、燃焼タービンの全体的な構成は
こゝで説明する必要がない。燃焼器１２内で燃焼
する燃料が高温ガスを発生し、それが移行部材２
０を介して第１段ノズル１８及びタービンの動翼
（図に示してない）にタービンを動かす力として
供給される。

２重壁ライナー集成体１０が空冷の円筒形外側
殻体２２と、その内部に配置された空冷のライナ
ーののど部挿着体２４とを含む。挿着体２４が縮
小した頚部２６を形成し、これが燃焼用ライナー
を上流側及び下流側の室２８，３０に分割する様
に作用する。前掲ウイルクス出願にも或る程度記
載されているが、或る燃焼動作様式と関連して縮
小した頚部２６を使うと、廃棄物の放出が少なく
なる。上流側の室と下流側の室とにのど部で分割
した構成は窒素酸化物を低減する構造として知ら
れている。更に縮小した頚部２６は、下流側の室
から上流側の室への逆火の惧れを小さくする。こ
ういう利点は前掲ウイルクス出願に或る程度説明
されており、こゝでは繰返して説明しない。

この発明は上に述べた利点をそのまゝ保有する
が、一層耐久力があり且つ一層手入れの容易なラ
イナー構造を提供する。この発明では、のど部挿
着体２４の上流側の端は、殻体２２に対して不動
に但し可撓性をもつて接続されている。その様子
は第２図、第３図、第５図及び第６図に一番よく
示されている。これらの図面に示す様に、挿着体
２４の上流側の端（第２図で見て左側）の外周の
相隔たつた場所で、軸方向に伸びる複数個の溝孔
３２が形成される。隣接した各対の溝孔３２が
別々の可撓性フインガ３４を構成し、その形が第
５図及び第６図に一番よく示されている。各々の
フインガ３４は、例えばプラグ溶着部３６の様な
夫々の結合手段により、外側殻体２２に接続され
る。プラグ溶着部３６は、同じ数のフインガ３４
と整合した複数個の開口を外側殻体２２に形成し
て、それを溶接することによつて形成される（第
５図参照）。

溝孔３２及びフインガ３４は別々の２つの作用
に役立つ。それらは頚部２６と外側殻体２２との
間に構成されたトロイダル形空間３８（第２図参
照）からの空気の流れを制御すると共に、挿着体
２４の上流側部分と殻体２２との間の可撓性接続
部になる。第１図に一番よく示されている様に、
圧縮機１４から供給された冷却用空気が、殻体２
２に形成された複数個の開口４０を介して、トロ
イダル形空間３８に入る。複数個の開口４０は、
のど部挿着体２４を冷却すると共に、希望する
時、燃焼器に対して燃焼用空気を供給する為に、
トロイダル形空間３８に空気が制限されずに流れ
ることが出来る様にする。円筒形の外側殻体２２
の全体的な冷却は、米国特許第3777484号及び同
第3728039号に記載されている様なルーバ又は溝
孔を用いて普通の方法で行うことが出来る。トロ
イダル形空間３８内の空気が、第５図に矢印４２
で示す様に、溝孔３２を通過することにより、制
御された形で上流側の室２８へ移動する。この移
動は、フインガ３４を冷却すると共に、室２８の
壁に対して付加的な冷却用空気を供給する両方の
目的に役立つ。

のど部挿着体２４は一体のフインガ３４によ
り、殻体２２内に取付けられる。ライナーの外側
殻体３４とのど部挿着体２４は、加熱が等しくな
い為に、相異なる速度で膨張する。もしのど部挿
着体が外側殻体の内部で自由に膨張できないと、
挿着体が外側殻体の内部で拘束されるにつれ、挿
着体には必然的に内部応力が増加する。従来技術
ではのど部挿着体と外側殻体とが一体であつたた
め、のど部が軸方向及び半径方向に膨張しようと
するが外側殻体の拘束を受け遅い速度で膨張す
る。実際、こうしてのど部がそつたり、損傷した
りする。本願発明では、フインガ３４は、挿着体
２４に対するライナーの曲げ荷重を、ライナー１
０の主な構造要素である外側殻体２２に対して直
接的に転換する手段として、制御された大きさの
可撓性を持つている。即ち、可撓性フインガによ
り、挿着体と外側殻体との間に可撓性支持がもた
らされ、これら曲げ荷重を外側殻体に伝えるフイ
ンガの有する可撓性の為に、応力の蓄積は減少す
る。この発明の概念が一旦開示された後は、その
可撓性の量は当業者の計算可能な条件に従つて決
定される設計事項である。この発明により、のど
部挿着体と外側殻体の間の等しくない膨張速度が
認識され、この為いくらかののど部挿着体の膨張
はフインガの限定された可撓性により吸収され、
その後の更なる荷重のみ、比較的大きいライナー
殻体に伝達されてライナー殻体により担持され
る。曲げ荷重をのど部挿着体２４から外側殻体２
２に転換することにより、挿着体２４にかゝる応
力が減少し、こうして挿着体の寿命が長くなる。
フインガ３４はフインガ自体に制御された可撓性
を導入することもでき、これによつて外側殻体２
２と挿着体２４の間の熱膨張の差によつて発生す
る応力を更に減少する。

挿着体２４の上流側の端は殻体２２に対して不
動に結合されているが、下流側の端は、複数個の
ばね荷重フインガ４４により、弾力的に且つ摺動
自在に結合されている。フインガ４４の特定の構
造、並びにそれらが殻体２２及び挿着体２４と協
働する様子は第７図乃至第１０図を参照すれば一
番判り易い。

第７図及び第８図に一番よく示されている様
に、挿着体２４の下流側の端の外周に沿つて、円
周方向に相隔たる場所に複数個のひだ４６が形成
されている。ひだ４６が空気封じ５０の基部４８
と協働して、複数個の空気流量計量通路５２を形
成し、これがトロイダル形空間３８内にある空気
が下流側の室３０へ移動出来る様にすると共に、
挿着体２４の下流側の端及びフインガ４４の両方
を冷却するのに役立つ。空気が通路５２へ移動す
ることが第９図に矢印５４で示してある。

空気封じ５０は、連続した金属板を円に丸め、
例えば複数個の点溶着部５６によつて挿着体２４
に接続することが好ましい。封じ５０の未端に複
数個の溝孔５８を形成して複数個のフインガ４４
を構成する。その形が第７図及び第１０図に一番
よく示されている。溝孔５８の場所は点溶着部５
６と整合する様にして、冷却用空気が、第１０図
に矢印６０で最もよく示されている様に、各々の
溝孔を通り、関連した溶着部５６の上を通過出来
る様によることが好ましい。こうすると、溶着部
５６が比較的低温に保たれ、溶着部が劣化する惧
れが小さくなる。

挿着体２４が外側殻体２２の中に配置された
時、フインガ４４が半径方向に圧縮され、予め応
力が加えられた状態になる。これによつて各々の
ばねフインガ４４に制御された予備荷重が加わ
り、幾つかの利点がある。第１に、この予備荷重
により、他の場合に起る様な制御出来ない甚だし
い空気の漏れを生ずる様な継目のすき間が避けら
れる。更に、予備荷重により、普通の燃焼動作に
よつて挿着体２４に普通発生する機械的な振動を
減衰する手段として、クーロン制動が生ずる。挿
着体２４の下流側の端は、フインガ４４の予備荷
重応力を別にすれば、拘束がないから、挿着体２
４の下流側の端は半径方向の撓み及び軸方向の移
動又はいずれか一方が可能であり、これは予備荷
重によつて生じた摩擦によつて妨げられるだけで
ある。その結果、挿着体２４と殻体２２の間の熱
膨張の差によつて誘起される応力を小さくするの
に必要な継目の移動性が得られる。最後に、挿着
体２４の下流側の端と殻体２２が相対的に移動し
得ることにより、ライナー集成体１０の手入れが
容易になる。これは、挿着体２４の上流側の端に
あるプラグ溶着部３６を一旦ドリル又はその他の
方法で除去すれば、挿着体２４を殻体２２に対し
て軸方向に摺動させることが出来るからである。

これは第１図について説明すれば一番判り易
い。挿着体２４に損傷が生じたか、或いは許容し
難い状態になるまで劣化した場合、次の様にして
それを殻体２２から取出すことが出来る。最初、
燃焼室のカバー６０をノズル６２に沿つて燃焼器
１２から取外す。この段階で、ライナー１０全体
を第１図で見て軸方向左向きに引出すことによ
り、燃焼器１２から取出す。ライナー集成体１０
を燃焼器１２から取出した後、ドリル作業又はそ
の他の任意の適当な方法により、プラグ溶着部３
６を敏速に且つ簡単に取除く。この段階で、挿着
体２４を第１図で見て軸方向右向きに移動させる
ことにより、殻体２２の外へ摺動によつて取出
す。そうしたら、新しいライナー挿着体を殻体２
０の中に摺動によつて入れ、適当なプラグ溶着部
によつて再び取付けることが出来る。何等かの理
由で、挿着体２４より先に外側殻体２２が劣化し
た場合、同様な方法によつて殻体２２を取替える
ことが出来る。

上に述べた様に、燃焼器１２に空気を供給する
目的の為、並びにライナー集成体１０の種々の部
分を冷却する目的の為、ライナー集成体１０に幾
つかの空気通路用の開口が形成される。勿論、希
望によつては、水冷、密閉方式、蒸気膜状冷却及
び普通の空気膜冷却の様なその他の冷却方式を用
いることも出来る。

要約すれば、この発明の燃焼ライナー及びのど
部挿着体は、のど部挿着体の熱応力に対する応答
を改善して耐久力を改善すると共にライナーの一
部の交換は容易なので、手入れを容易にする２重
壁構造を含めたことにより、燃焼器の機械的な完
全さを高める。更に、２重壁構造は、のど挿着体
に対して構造的な制動、冷却及び密封作用をす
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のライナー集成体を用いたガ
スタービン燃焼器の部分的な断面図、第２図は第
１図のライナー集成体の詳細図、第３図は第２図
の線３−３で切つたライナー集成体の側面図、第
４図は第２図の線４−４で切つたライナー集成体
の部分的な底面図、第５図は第６図の線５−５で
切つた、一部分を断面で示す詳細図で、この発明
のライナー集成体ののど部挿着体と外側殻体との
間の上流側の接続部を示す。第６図は第５図の線
６−６で切つたのど部挿着体の上流側部分の部分
的な詳細図、第７図は第８図の線７−７で切つた
詳細図で、のど部挿着体の下流側の端と空気封じ
の間の接続部を示す。第８図は第２図の線８−８
で切つた一部分を断面で示す端面図で、のど部挿
着体の下流側の端とライナー集成体の外側ケーシ
ングの間の接続部を示す。第９図は第８図の線９
−９で切つた一部分を断面で示す詳細図、第１０
図は第８図の線１０−１０で切つた一部分を断面
で示す詳細図である。 主な符号の説明、２２：外側殻体、２４：のど
部挿着体、２６：頚部、２８：上流側の室、３
０：下流側の室。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガスタービンに関連して使われる燃焼器に対
   するライナー集成体に於て、 外側構造殻体と、 該殻体の中に配置されて該殻体に可撓性をもつ
   て結合され、前記外側殻体を上流側及び下流側の
   室に分割する減少したのど部断面を持つ別個のの
   ど部挿着体と、 前記のど部挿着体の上流側の端にある複数個の
   溝孔によつて構成された複数個の上流側フインガ
   と、 各々の該上流側フインガを前記外側殻体に接続
   する手段と、 前記のど部挿着体の下流側の端の複数個の下流
   側フインガとを含み、該下流側フインガは該下流
   側の端を外側殻体に結合する手段を有するライナ
   ー集成体。 ２ 前記上流側フインガ又は下流側フインガの一
   方が前記外側殻体に不動に結合されている特許請
   求の範囲１記載のライナー集成体。 ３ 前記上流側フインガ又は下流側フインガの他
   方が前記外側殻体に摺動自在に結合されている特
   許請求の範囲１記載のライナー集成体。 ４ 前記上流側フインガと下流側フインガが、前
   記のど部挿着体を前記外側殻体に可撓性をもつて
   結合するのに有効である特許請求の範囲１記載の
   ライナー集成体。 ５ 前記下流側フインガを結合する手段が前記外
   側殻体に結合する摺動自在な手段を有している特
   許請求の範囲１記載のライナー集成体。 ６ 前記摺動自在な手段が、前記下流側フインガ
   を外向きに前記外側殻体に対して偏圧するに有効
   な様に、前記下流側フインガに予め応力を加えた
   状態を有する特許請求の範囲５記載のライナー集
   成体。 ７ 各々の前記フインガが互いに一体である特許
   請求の範囲６記載のライナー集成体。 ８ 各々の前記フインガが連続的な金属薄板の一
   部分で形成されている特許請求の範囲７記載のラ
   イナー集成体。 ９ 各々の前記フインガが連続的な金属薄板に形
   成された夫々隣接する溝孔によつて構成されてい
   る特許請求の範囲８記載のライナー集成体。 １０ 前記連続的な金属薄板が複数個の溶着部に
   よつてのど部挿着体に溶接されている特許請求の
   範囲９記載のライナー集成体。 １１ 前記溝孔が前記溶着部と整合していて、冷
   却用空気が前記溝孔を通つて前記溶着部の上を通
   過出来る様にした特許請求の範囲１０記載のライ
   ナー集成体。 １２ 前記のど部挿着体の下流側の端に複数個の
   ひだが形成されており、前記金属薄板及びフイン
   ガが前記波形と協働して複数個の空気流量計量通
   路を構成している特許請求の範囲９記載のライナ
   ー集成体。 １３ 前記のど部挿着体及び外側殻体の間にトロ
   イダル形空間が形成され、該トロイダル形空間か
   ら冷却用空気が前記溝孔を介して下流側の室へ通
   過する様にした特許請求の範囲１１記載のライナ
   ー集成体。 １４ 前記のど部挿着体及び外側殻体の間にトロ
   イダル形空間が形成され、該トロイダル形空間か
   ら冷却用空気が前記空気計量通路を介して下流側
   の室へ通過する様にした特許請求の範囲１２記載
   のライナー集成体。 １５ 前記のど部挿着体及び外側殻体の間にトロ
   イダル形空間が形成され、該トロイダル形空間か
   ら冷却用空気が前記溝孔を介して上流側の室へ通
   過する様にした特許請求の範囲１記載のライナー
   集成体。