JPH05507333A - 高温ガス誘導用の内側領域を備えた管材、特に炎管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 高温ガス誘導用の内側領域を備えた管材、特に炎管本発明は、流れ方向に高温ガ スを誘導するための内側領域と、この内側領域に向かって並列配置された多数の 石材から成る熱シールドとを備えた管材に関する。

この種の管材は特にガスタービン装置の燃焼装置における炎管として多様に使用 されている。ドイツ連邦共和国特許第８１１７３７３４号公報及び第０２５２３ ４４９号公報にこの種の熱シールドを備えた管材が記載されているが、この熱シ ールドはそれぞれ並列配置された多数の石材から成り、この石材はそれぞれ２つ の相対した側で支持体によって締め付けられている。締め付は方向に対して垂直 方向の石材の固定については明確には述べられていないが、管材が垂直か少なく とも斜めにある場合、石材の支持には適当な支持枠が必要である。はぼ水平に！ いである管材に対しては熱シールドがそれぞれの端部で適当な枠で密閉及び支持 されねばならない、相応する支持枠は一般に金属製である。支持枠が熱シールド と同程度に作動上の熱負荷に耐えられるようにするには、支持枠は十分に冷却し なければならない。

支持枠の冷却のために支持枠には孔またはそれと同様な形のチャネルが設けられ 、これを介して冷却ガス（炎管の場合には一般に炎管に送られる燃焼用空気の一 部）が流される。この種の提案は例えばドイツ連邦共和国特許第Ｃ２５２３４４ ９号公報に記載されている。ここでしばしば問題になることは冷却空気が管材の 内側領域に個別の流れの形態で流れ込むことである。これは高温ガス流中に渦を 発生することになり、これによって高温ガスは内側領域に向けられた支持枠の表 面上で渦を巻きこの表面を傷つけるおそれがある。また場合によっては高温の流 れ自体がこれと交差して流れる冷却ガスによって妨げられる。これに対してはチ ャネルを支持枠の表面に垂直に向けずにあ石程賓角度をつけることである程度の 対策が講じられる。しかしこの解決手段は製造に極めて経費がかかり、かつ少な くともかなりの経費をかけなければ実現できないような角度を選択しなければ十 分な作用効果は得られない。

それゆえ本発明の課題は、効率的にかつできるだけ節約して冷却され得る熟シー ルド′のための少なくとも１つの支持枠を備えた熱シールド補強された管材であ って、管材中における高温ガス流の妨害とこれに関連して支持枠に衝突する高温 ガスの細かい流れによる危険を回避できる管材を提供することにある。

本発明によれば、管材は垂直の流れ方向に高温ガスを誘導するための内側領域を 備え、並列配置された多数の石材からなる熱シールドで補強され、この熱シール ドは内側領域に向けられ少なくとも１つの支持枠で支持され、支持枠は金属から なり、冷却ガスを供給するための多数のチャネルとスリットを形成しながら管材 を取り囲んでいる要部とを備え、この要部でチャネルが内（ＰＩ領領域閏かって ほぼ覆われている。

本発明による管材はスリットを周囲に備えた支持枠を存し、スリット内にはチャ ネルを通って流入する冷却ガスが集められ、ここで均一の遅い流れとなり、この 流れは最終的に高温ガスを誘導している内＠領域に入り込む、この遅い流れは支 持枠の上方に十分な冷却ガス顎を作ることができ、この冷却ガス膜は確実に支持 枠を遮壕するが、この場合高温ガス流は妨げられずかつ渦を引き起こすこともな い、チャネルを通って誘導された冷却流体は内側領域への侵入前に要部に衝突す ることにより減速され、均一な冷却流動膜を形成しながら合流する。また支持枠 の耐熱性の強い部分の効果的な衝突冷却が達成される。

チャネルから流れ出た冷却ガス流の特に良好な集合誘導を達成するために、支持 枠には管材を取り囲む１つの集合室または複数の集合室の配列が装備され、この 中へチャネルが開口し、この集合室から冷却ガスがスリットを通って内側領域に 誘導される。集合室で冷却ガス流は減速されるので、管材の全周囲にわたって特 に均一な膿を形成できる。

スリットを流れ方向とほぼ並行に設けることは別の方法での形成とは関係なく特 に有利であるにれにより流れ方向にほぼ並行または逆８１テでありかつ流れ方向 と垂直方向にできるだけ小さな速変成分を持つ冷却ガス流が発生する。さらに支 持枠の耐熱性の最も強い部分すなわち内側領域に直接向いている部分が効率的に 冷却される。熱的に最も強い部分を薄い要部として形成することによってチャネ ルからの冷却ガス流による効率的な衝突冷却が達成される。

本発明の別の実施ＬＱ様においては、有利にはスリットが支持枠の流入部の近く で内（ｊｌ　％！ｉ域に開口するようにスリットが支持枠内に設けられる。この ようにすればほぼ支持枠全体を覆いかつこれによって高温ガスから遮蔽される冷 却ガス膜を形成することができる。

本発明の特に有利な実施態様では管材は流れ方向に並行な軸に関しほぼ直立して いる。更にこれを発展させて管材は軸線に関して軸対称、特に円筒形であり、こ れにより本発明の特に簡単かつ製造経費の少ない実施態様が得られる。

好適な用途は本発明による管材をガスタービン’ＪＲの炎管とすることである。

この管材は熱的に極めて強くかつ付加的に僅かな冷却で済み、このためガスター ビンへの設置にあたって構成上大きな自由度が得られる。

本発明の詳細な説明を図蘭に示した実施例にもとづいて行う。

図４は本発明による熱シールドと支持枠とを備えた管材、図２と図３は本発明に よる支持枠の実施Ｗｌ様、図４は本発明による熱シールドと支持枠とを備えた管 材の特に有利な実施１１様を示す。

図１は矢印で示した流れ方向３に高温ガスを誘導すべき領域２を備えた直立管材 １を示す、この管材は並列及び上下に配置された石材５からなる熟シールド４で 内張すされている６石材は管材１の内部で適当な固定材で固定されている。固定 材の種類とその取扱い方法は従来技術から明らかであるので、図面には示さない 、管材１はその下端部に支持枠６を備え、その上に石材５が支持されている。

この支持枠６はこの実施例においては管材１に直接取り付けられている。この支 持枠は勿論必要に応じて別に作り、後から適当と思われる方法で管材１に結合す ることもできる。

支持枠６は管材の他の部分と同様に金属からなり、それゆえ熱シールド４より熱 的に強くない、これに対応して支持枠６は特別の冷却部を持つ、支持枠６の外側 周囲にチャネル７が設けられ、これを通って冷却流体とりわけ冷却空気が管材１ の内側領域２へ誘導され得る。しかし本発明によればチャネル７は直接内側領域 ２に開口せずに、支持枠６内の管材１を取り囲んでいるスリット８に開口してお り、このスリットは管材ｌの内側領域２に同かって開き、かつ管＃１を取り囲む 管部９により形成されている。チャネル７から出た冷却空気流はこのスリ、ト８ において低速で均一の冷却空気膜の形成のために合流し、この冷却空気膜はスリ 、ト８から出て支持枠６上を保護しつつ確実な熱遮蔽の働きをする。管材１の内 側領域２に向かってチ島ネル７は支持枠６の要部９によってほぼ覆われている。

チ島ネル７を介して誘導された冷却空気流はこの要部９へ衝突し、支持枠６の内 側領域２内の高温ガスと直接触れている領域に対する付加的な衝突冷却を行う。

本発明による支持枠６の別の実施例が図２及び図３に示されている。ＰＪ略化の ためここでは両図を同時に参照する。ここでも石材５の支持のために冷却可能な 支持枠６が設けられ、この支持枠は冷却空気がチャネル７を通って管材１を取り 囲んでいるスリット８へ、そこから内ｙ！領領域へ誘導されることにより冷却さ れる。内側領域２を通って誘導された高温ガス流内での渦の発生をできるだけ避 けるために、スリット８は流れ方向３に対して垂直ではなく並行に開いている。

このため冷却空気膜の−１の減速が達成され、冷却すべき構造とりわけ要部９の 冷却が促進される０図２の実施例では高温ガス流は初めに支持枠６に、次に石材 ５に沿って誘導される。これに対応してスリット８は、スリット８から出る冷却 空気膜が支持枠６と高温ガス流との間にできるだけ完全に入り込めるように、支 持枠６の流入部１１の近くで内側領域２に向かって開いている。

本発明による別の実施例が図４に示されている。ここでは支持枠６は別個の構成 要素として示され、これは管材１の他の部分にフランジ結合されている。支持枠 ６の冷却はチャネル７とスリット８とを違って内側領域２へ誘導される冷却空気 によって行われるが、有利には同様にスリット８が支持枠６の流入部１１の近く で内＠領域へ間かって開（ことにより、できるだけ支持枠６全体を覆って流れ方 向３に流れる冷却空気膜が得られる。特に支持枠６はチャネル７とスリット８と の間に管材１を取り囲む集合室１０を備え、この集合室に冷却空気がスリット８ を通って内側領域２へ出る前にチャネル７から流入する。集合室１０はスリット ８を出る冷却流体の一層の均一化の働きをする。集合室は複合部分として形成さ れ得る。スリット８は流入部１１と要部９との間に形成される。この要部ではチ ャネル７に流入する冷却流体によって効果的な衝突冷却が行われる。要部９は図 示の場合勿論支持枠と一体に作られるのではなく、別個の構成要素として支持枠 ６に結合することができる。このことは製造技術的にある増の不利益を生じるが 、支持枠６にとっては多様な材料選択を可能にしている。支持枠６のチャネル７ を含んだ部分は経済的で間車に加工できる素材、例えばフェライト鋼で作ること ができ、これに対して要部９には特に強い素材、例えば耐高熱性ニッケル合金が 使用可能である。さしあたっての気がかすな経済的不都合はこのようにすれば場 合によっては解決することができる。

本発明による勢シールド保護された管材は耐熱性に特に勝れており、高温ガスの 流れの一層の障害のない誘導を許容する。これは例えばガスタービン燃焼室のよ うな燃焼装置に使用するのに時に有効である。

国際調査報告 １ｍｅｒｅＮ１６ＭＩ　Ａｅｊｌｌｅ＊１１６ｎ　Ｎ。ＰＣＴ／ＤＥ９０１００ ５４２国際調査報告 ＰＣＴ／ＤＥ　９０１００５４２ ＳＡ　３８５５３

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．流れ方向（３）に高温ガスを誘導するための内側領域（２）と、並列配置さ れた多数の石材（５）からなる熱シールドとを備え、この熱シールドは内側領域 に向かって少なくとも１つの金属製支持枠（６）で支持され、冷却ガスを供結す るための多数のチャネル（７）とスリット（８）を形成しながら管材（１）を取 り囲んでいる唇部（９）とを備え、この唇部でチャネル（７）が内側領域（２） に向かってほぼ覆われている管材（１）。
2. ２．スリット（８）が流れ方向（３）にほぼ並行に広がっている請求項１記載の 管材（１）。
3. ３．支持枠（６）が管材（１）を取り囲む集合室（１０）を備え、この集合室が チャネル（７）をスリット（８）に結合している請求項１または２記載の管材（ １）。
4. ４．支持枠（６）が高温ガスの流入部（１１）を備え、スリット（８）がこの流 入部（１１）で内側領域（２）に開口している請求項１ないし３の１つに記載の 管材（１）。
5. ５．流れ方向（３）に並行な軸（１２）に関してほぼ直立している請求項１ない し４の１つに記載の管材（１）。
6. ６．軸（１２）に関し軸対称特に円筒状である請求項５記載の管材（１）。
7. ７．請求項１ないし６の１つに記載の管材（１）で構成されたガスタービン装置 のための炎管。