JPH0517384B2 - - Google Patents

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JPH0517384B2
JPH0517384B2 JP58036018A JP3601883A JPH0517384B2 JP H0517384 B2 JPH0517384 B2 JP H0517384B2 JP 58036018 A JP58036018 A JP 58036018A JP 3601883 A JP3601883 A JP 3601883A JP H0517384 B2 JPH0517384 B2 JP H0517384B2
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JP
Japan
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heat shield
shield plate
heat
plate
insulating material
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JP58036018A
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Morio Ooyama
Katsuo Wada
Soichi Kurosawa
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Hitachi Ltd
Hitachi Industry and Control Solutions Co Ltd
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Hitachi Engineering Co Ltd Ibaraki
Hitachi Ltd
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K1/00—Plants characterised by the form or arrangement of the jet pipe or nozzle; Jet pipes or nozzles peculiar thereto
    • F02K1/78—Other construction of jet pipes
    • F02K1/82—Jet pipe walls, e.g. liners
    • F02K1/822—Heat insulating structures or liners, cooling arrangements, e.g. post combustion liners; Infrared radiation suppressors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Thermal Insulation (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、断熱材層の表面を遮熱板で覆つた断
熱構造物において、断熱材に含まれた気体が遮熱
板を通つて流通し得べくなすための呼吸構造に関
するものである。
〔従来技術〕
例えばガスタービンケーシング、ガスタービン
排気プレナム等のように高温気体を導く構造物に
断熱を施す場合、構造物の壁体の内面に断熱層を
設ける方式と、同壁体の外面に断熱層を設ける方
式とが有つて、それぞれ長短を有しているが、高
温気体温度が構造物の壁体の耐熱許容温度を越え
る場合は、必然的に該壁体の内面に断熱層を設け
なければならない。
而して、壁体の内面を断熱材で覆い、更にその
表面を遮熱板で覆つた断熱構造においては、高温
気体の圧力変化に伴つて断熱材中に含まれた気体
が遮熱板を通つて流出、流入を繰返す、いわゆる
呼吸作用を行なわせて遮熱板の両側に気体圧力変
化による差圧が加わらないようにしなければなら
ない。
第1図はガスタービンの燃焼器付近、および排
気プレナムに設けた従来の断熱構造を示す断面図
である。ガスタービンコンプレツサ部20で圧縮
された空気21は、タービンケーシング1内を経
て燃焼器外筒23内へ流れ燃焼器内筒24内へ流
入する。該空気21は、ここで燃焼ノズル25よ
り噴霧された燃料と混合拡散されて燃焼する。該
燃焼によつて発生した高温の燃焼ガスは、燃焼器
内筒24から燃焼器尾筒26を経て、タービン部
27へ流入し仕事をした後、排気プレナム28を
経て排出される。
最近、ガスタービンの効率を向上させるため、
前記の空気21の高温、高圧化および燃焼ガス温
度の高温化が図られ、その結果、前記のケーシン
グ1や排気プレナム28の熱的条件が苛酷になつ
ている。
そこで、ケーシング1、及び排気プレナム28
のメタル温度を許容温度以下に保つ為、本図に示
すごとくその内面を断熱材2で覆い、更にその表
面を遮熱板5で覆う断熱構造が必須になつてい
る。上記のケーシング1に設けた断熱構造をケー
シングの内側から見た平面図を第2図に示す。第
3図は第2図のA−A断面図である。
図において1はケーシング、2は該ケーシング
内面に施した断熱材、3は前記ケーシングに垂直
に固着されたスタツドボルト、5は前記断熱材を
覆つて固定する遮熱板、4はボルト3に固着され
て遮熱板5を本図の下側から支承する下ワツシ
ヤ、6はボルト3に固着されて前記遮熱板を本図
の上側から支承する上ワツシヤ、7は前記遮熱板
に設けられた呼吸孔を示す。また5aは前記遮熱
板5をスタツドボルト3に通す為のボルト孔で、
該ボルト孔5aは遮熱板5の熱伸びによる移動が
拘束されぬよう、ボルト3の径に比し大きくして
ある。更に前記の場合遮熱板5が下ワツシヤ4と
上ワツシヤ6との間を自由に滑れるよう、組立隙
間10が設けられている。
ガスタービンは時々運転状態から急停止が行な
われることがあり、その場合、ケーシング1内を
貫流している高温の主流空気8の圧力は運転時の
圧力から大気圧迄わずか数秒間で急降下する。す
ると前記圧力の急降下に伴い断熱材2の内部の空
気は、呼吸孔7及び遮熱板5と上ワツシヤ6との
間の組立隙間から放出し始めるが、該放出には時
間を要すので前記断熱材内圧の方が高温の主流空
気8よりも高くなり、その差圧分で遮熱板5が第
3図における上側へ持ち上げられ上ワツシヤ6と
密着するので、遮熱板5と上ワツシヤ6との間の
隙間10がふさがり、前記内部空気は呼吸孔7の
みから放出されるようになる。
第4図は上記の呼吸孔7を通る空気流の状態を
説明するための断面図である。呼吸孔7は遮熱板
5に一定間隔で設けた透孔であり、断熱材2は一
般に無機繊維質の材料で空気の透過抵抗はかなり
大きい。
高温空気流8の圧力降下が緩慢なときは、放出
空気流81によつて遮熱板5の内、内、外両側の
圧力バランスが保たれるが、高温空気流8の圧力
降下が急激である場合は、断熱材2に含まれてい
る空気の放出が追随し切れず、遮熱板5の両側面
に大きい差圧を生じる。このような状態において
は、呼吸孔7を通過する放出空気81の流速も急
上昇し、その結果として断熱材2が呼吸孔7に移
動して該呼吸孔の付近で圧密されて放出空気81
の流路を閉塞する状態が発生して、いつそう前記
圧力差を大きくすることになる。時として前記の
如く閉塞した断熱材2が放出空気流81と共に呼
吸孔7から噴出を繰り返したあげく、断熱材2の
一部が欠落して該断熱材の断熱性能そのものが損
われる危険がある。また、遮熱板5の内外に大き
な圧力差が生じることにより、遮熱板固定部分に
非常に大きな荷重が作用するため、断熱材構造の
破壊の原因となる。このため、上に述べた形式の
従来の断熱構造は、1Kg/mm2以上の速さで圧力が
変動する環境下での使用が困難である。
さらに、ボルト3、遮熱板5、及び上ワツシヤ
6からなる断熱材固定構造物を比較的大きな圧力
差に耐えうるだけ強化した場合、ボルト3は径を
太く、遮熱板5は板厚を厚く、上ワツシヤ6は同
じく厚くする必要が生ずる為、前記構造物の重量
が増加するのは勿論のこと、ボルト3による高温
空気流8からケーシング1への熱伝達が良くなる
為、ケーシング1の温度が上昇し、断熱材2の断
熱効果が損なわれることにもなる。
〔発明の目的〕
本発明は上述の事情に鑑みて為され、急激な圧
力変化を伴う環境においても充分な呼吸作用を行
なつて遮熱板の両面の圧力バランスを保ち得る、
断熱材の呼吸構造を提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
本発明者らの実験によれば、第3図に示した矢
印Bのごとく呼吸孔7に向けて空気流が集中する
と前述のごとく繊維状の断熱材2が圧密されて空
気の流通を妨げるが、矢印Cのごとくスタツドボ
ルト3の外周に向けて流動する空気流は、該ボル
ト3の周囲面積が比較的大きいため断熱材2を圧
密せず、従つて放出空気流は断熱材の圧密によつ
て流通を妨げられることなく該ボルト3の表面に
沿つて比較的容易に図の上方へ流動し、遮熱板5
に設けたボルト孔5aに到達し得ることが確認さ
れた。
本発明は、上記の実験結果に基づき、遮熱板5
とワツシヤ4,6との間隙を確保すれば良好な呼
吸機能を維持できることに着目して創作したもの
である。
上に述べた原理によつて前記の目的を達成する
ため、本発明は断熱すべき構造体の表面を覆つて
取付けた断熱材層と、上記の断熱材層の表面を覆
う遮熱板と、上記の遮熱板に設けた孔を貫通する
ように前記構造体に植設した柱状部材と、前記の
遮熱板に対向せしめて柱状部材に固着した遮熱板
押え部材とからなる遮熱構造物において、前記押
え部材が遮熱板に対向する面に凹凸を設け、遮熱
板の内、外両側を連通する屈曲した気体流路を構
成し、断熱層に含まれている気体が圧力変化に際
し膨張して遮熱板を押え部材に向けて押しつけた
ときも、上記の気体流路によつて呼吸作用を可能
ならしめた。
〔発明の実施例〕
次に、本発明の1実施例を第5図について説明
する。
本図において、従来装置(第3図)と同一の図
面参照番号を附したケーシング1、断熱材2、ス
タツドボルト3、遮熱板5は従来装置におけると
同様の構成部材である。
4′及び6′は、本発明を適用して遮熱板の押え
板として設けた下ワツシヤ及び上ワツシヤであつ
て、それぞれ、従来装置における下ワツシヤ4お
よび上ワツシヤ6に対応する部材である。
上記の上ワツシヤ形の押え板6′の底面図を第
6図Aに示す。同図Bは同図AのX−X断面図、
同図Cは同図AのY−Y断面図である。
上ワツシヤ形の押え板6′が遮熱板に対向する
面、すなわち底面に凹凸を設ける。本実施例にお
いては円板状の押え板6′の直径に沿つて幅広の
溝6aを形成してある。6bは応力集中を逃がす
ためのRである。前記の遮熱板の熱膨張収縮によ
る摺動を円滑ならしめるように、面取り6cを施
す。
上記の溝6bを設けることにより、この押え板
6′の円辺とボルト孔6dとを結ぶ空気流路81
が形成される。
第7図は前記の下ワツシヤ形の押え板4′を示
し、同図Aは平面図、同図BはそのY−Y断面図
である。
この下ワツシヤ形の押え板4′が遮熱板に対向
する面すなわち上面に凹凸を設ける。本実施例に
おいては同一円周上に等間隔に4個の球面状の突
起4aをプレス成形してある。
これにより、この押え板4′が遮熱板に対向す
る面に隙間ができ、ボルト孔4bと周縁との間を
連通する空気流路81′が形成される。
上に述べた2枚の押え板6′,4′を用いて、第
5図に示すごとく遮熱板5を挾みつけて支承する
と、矢印Dのごとく遮熱板5の内、外側を連通す
る屈曲した空気流路が構成される。
以上のように構成した呼吸装置においては、矢
印Dに沿つた空気流路が確保されているので、高
温空気流8の圧力が急激に低下しても、断熱材2
に含まれている空気が急速に放出され、遮熱板5
の両面に大きい差圧が掛かる虞れが無い。万一、
何らかの事情によつて矢印P方向の差圧を受け
て、遮熱板5が押え板6′に対して強く押しつけ
られても、押え板6′に溝6aを設けてあるので
両部材の密着によつて空気流路矢印Dを閉じられ
る虞れが無い。
また、上記の空気流路Dは、従来装置における
呼吸孔7に比して大きい流路断面積を取ることが
設計的に容易であり、従つてこの流路を流通する
呼吸空気を流速を低く抑えることができる。空気
の流速が低く、しかも流路が屈曲しているので、
断熱材2の一部が吹き千切られて欠落を生じる虞
れが無く、断熱材2の圧密を生じる虞れも無い。
また、上述のごとく空気流路Dが屈曲しているた
め、この流路からの放射による熱の放散が妨げら
れ、遮熱板5の作用を減殺する虞れが無い。
第5図に示した実施例において、下ワツシヤ形
の押え板4′に突起4aを設けて遮熱板5に点接
触させ、一方、上ワツシヤ形の押え板6′に溝6
aを設けて溝以外の個所を面接触させている理由
は、この実施例においては高温空気流8の圧力急
上昇よりも圧力急降下の方が圧力の変化速度が大
であると予測され、従つて、矢印P′方向の差圧よ
りも矢印P方向の差圧の方が大きいと予測される
ため、上ワツシヤ形の押え板6′は当接面積を大
きく設定し、下ワツシヤ形の押え板4′は簡易な
構成にしたものである。同様の理由により押え板
6′の板厚寸法は同4′の板厚寸法よりも大きく設
定してある。
第8図は、上記の実施例における遮熱板5の
内、外の差圧を従来装置における差圧と比較して
示した図表である。
ガスタービンの停止に伴つて高温空気が破線で
示したように定常圧(8.0Kg/cm2)から0Kg/cm2
近くまで約3秒間で降下した場合、従来装置にお
いては実線で示した如く1.5Kg/cm2強の差圧が発
生するが、本実施例においては鎖線で示したよう
に約0.25Kg/cm2しか差圧を生じない。
第9図及び第10図は、それぞれ前記と異なる
実施例における下ワツシヤ形の押え板を示し、前
例における第7図に対応する図である。
前例においては球面状の突起4aを形成して遮
熱板5に点接触せしめたが、第9図の実施例はボ
ルト孔4bを中心とした放射状に、四本の山形突
起4cをプレス成形して遮熱板に対して線接触す
るように構成してある。本例においては接触部が
広いので、遮熱板5の熱膨張によつて該遮熱板が
移動しボルト孔5aがボルト3に対して偏心して
も、遮熱板5と山形の突起4cとの接触部が無く
なることは無い。従つて遮熱板の動きが大となる
構造に最適であるが、前記実施例の球状突起4a
に較べやや加工に難がある。
第10図は前例に比して製作容易な下ワツシヤ
形の押え板の1例を示し、ボルト孔4bを中心と
して放射状に4本のビード盛り突条4dを設けて
ある。本例の下ワツシヤ形押え板は、プレス加工
などの塑性加工を必要とせず、簡単な設備で容易
に構成することができる。
第11図は本発明を排気プレナム28に適用し
た1実施例の斜視図、第12図は同断面図であ
る。排気プレナム28は通常薄鋼板で構成され、
L形鋼材29で補強されている。
本実施例は遮熱板5をL形鋼29と押え板6′
とで挾んで支承するように構成したもので、上記
の押え板6′は先に第6図に示した部材である。
上記の押え板6′を支持するため、柱3′をL形
鋼29に溶接する。本例においても、遮熱板5に
対向する面に溝6aを設けた押え板6′により屈
曲した空気通路D′が形成されて前述の実施例と
同様の効果がある。
〔発明の効果〕
以上詳述した如く、本発明の断熱材の呼吸構造
は、断熱すべき構造体の表面を覆つて取付けた断
熱材層と、上記の断熱材層の表面を覆う遮熱板
と、上記の遮熱板に設けた孔を貫通するように前
記構造体に植設した柱状部材と、前記の遮熱板に
対向せしめて柱状部材に固着した遮熱板押え部材
とからなる断熱構造物において、前記押え部材が
遮熱板に対向する面に凹凸を設け、遮熱板の両側
を連通する屈曲した気体流路を構成し、断熱材層
に含まれている気体が圧力変化に際し膨張して遮
熱板を押え部材に向けて押しつけても上記の気体
流路が確保され、断熱材層に含まれていた気体が
前記柱状部材の外周面及び上記の屈曲した気体流
路に沿つて流動し得るようにして、急激な圧力変
化を伴う環境下においても充分な呼吸作用を行な
わしめ、遮熱板の内、外両側の圧力バランスを保
つことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はガスタービンの燃焼器付近及び排気プ
レナムの断面図、第2図乃至第4図は従来の断熱
材の呼吸構造を示し、第2図は平面図、第3図は
第2図のA−A断面図、第4図は呼吸作用の説明
図である。第5図乃至第8図は本発明の1実施例
を示し、第5図は断面図、第6図Aは上ワツシヤ
形押え板の底面図、第図Bは同図AのX−X断面
図、第図Cは同図AのY−Y断面図、第7図Aは
下ワツシヤ形押え板の平面図、同図Bは同図Aの
Y−Y断面図、第8図は差圧の経時的変化を示し
図表である。第9図Aは上記と異なる実施例の下
ワツシヤ形押え板の平面図、同図Bは同断面図、
第10図Aは更に異なる実施例の下ワツシヤ形押
え板の平面図、同図Bは同断面図、第11図は本
発明を適用した排気プレナムの1例の斜視図、第
12図は同断面図である。 1……ケーシング、2……断熱材、3……スタ
ツドボルト、3′……柱、4……下ワツシヤ、
4′……下ワツシヤ形押え板、4a……球面状突
起、4b……ボルト孔、4c……山形突起、4d
……ビード盛りした突条、5……遮熱板、6……
上ワツシヤ、6′……上ワツシヤ形押え板、6a
……溝、6c……面とり、6d……ボルト孔、2
8……排気プレナム、81,81′……空気流路。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 断熱すべき構造体の表面を覆つて取付けた断
    熱材層と、上記の断熱材層の表面を覆う遮熱板
    と、上記の遮熱板に設けた孔を貫通するように前
    記構造体に植設した柱状部材と、前記の遮熱板に
    対向せしめて柱状部材に固着した遮熱板押え部材
    とからなる遮熱構造物において、前記押え部材が
    遮熱板に対向する面に凹凸を設けて遮熱板の内、
    外両側を連通する屈曲した気体流路を構成し、圧
    力変化に際して断熱材層に含まれている気体が遮
    熱板を押え部材に向けて押しつけたときも上記の
    気体流路が確保されるようになつていることを特
    徴とする断熱材の呼吸構造。
JP58036018A 1983-03-07 1983-03-07 断熱材の呼吸構造 Granted JPS59162323A (ja)

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JP58036018A JPS59162323A (ja) 1983-03-07 1983-03-07 断熱材の呼吸構造

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