JPH087246Y2 - セラミック製燃焼器の組立構造 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案はガスタービンの燃焼器に関し、特にセラミッ
ク製燃焼器の組立構造の改良に関する。

〔従来の技術〕

ガスタービンにおいては、燃焼器は外部から供給され
る燃料を燃焼し、コンプレッサタービンや出力タービン
を駆動する高温高圧の燃焼ガスを発生させる重要な部分
である。従来は、燃焼器を構成する材料には耐熱金属を
用いるのが一般的であったが、最近はガスタービンの効
率改善のために燃焼ガスの温度を従来より上げる傾向に
あり、燃焼器は金属製では耐熱性が不足し、セラミック
材を用いるようになりつつある。また、高温時の熱応力
の緩和や保守作業の便のために燃焼器は一体構造とせ
ず、いくつかの部分に分割して組立構造とすることが行
なわれている。

ところがセラミック材は脆性があり、応力集中部があ
るとその部分にクラックが発生し易く、上記セラミック
燃焼器の組立にはボルト、ナット等で締付固定する方法
は使用できず、応力集中を避ける適切な方法を用いる必
要があった。

この目的のためには、セラミック燃焼器を構成する部
材は互いにある程度の遊びを持って嵌合させる方法が取
られており、例えば実開昭57-30569号公報にセラミック
燃焼器に筒状の部分を一体的に形成し、この筒状部にス
ワーラを嵌合して、外側から金属製の押え板やバンドで
挾持する方法が記載されている。

また、嵌合部での部材間の遊びによりガタや振動が生
じるのを防ぐためには、ばねにより一方の嵌合部材を他
方の部材に対して付勢し、応力集中が生じないように弾
性的に遊びを吸収する方法が考案されており、例えば特
開昭57-84930号公報にはセラミック製の燃焼器ライナを
ロッドを介して外部からばね付勢し、燃焼器ライナとエ
ンジンブロックとの間のシールを押圧する構成が、又特
開昭57-14127号公報には、ばねで付勢されたアームによ
り燃焼器をスクロール部に向けて弾性的に押圧支持する
構成が記載されている。

また、特開昭57-74528号公報には、軸方向に垂直な面
で分割したセラミック燃焼器を互いに端部で嵌合して、
弾力のあるクランプで両方の部材を固定する構成が記載
されている。

〔考案が解決しようとする課題〕

上記公知技術においては、燃焼器の組立部分は、アー
ムやロッドを介して燃焼器外部に取着したばね手段によ
り他の部材に押圧保持する構成では、構造が複雑になっ
ており、部品点数の増加、組立保守作業の工数増大等の
問題があった。又、燃焼器部分の連結部をクランプを用
いて弾性的に固定する構造は、クランプが燃焼器の熱に
直接曝されるため、クランプに金属材料を用いた場合、
高温による弾性の低下（いわゆる「へたり」）が生じ、
クランプが弛緩して連結部のガタが生じる可能性があっ
た。また、耐熱特性の優れたセラミック材は成形性に問
題があり、上記クランプのように複数に折り曲げて装着
する用途には使用できず上記金属クランプを用いる構成
も信頼性の面で問題があった。

本考案は上記問題を解決し、セラミック燃焼器の部材
を、セラミック材で成形可能な単純形状の板ばねを用い
て相互に弾性的に固定する簡易で確実な組立構造を提供
することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕 本考案によれば、セラミック製燃焼器の各分割部分の
端部を相互に嵌合することにより組立てる組立構造にお
いて、嵌合部のそれぞれの分割部分の嵌合面に、相互に
対向した複数の溝を嵌合部周面上に配置し、該溝内に板
ばねを収容してその板ばねの反力により上記部材を相互
に弾性的に保持する組立構造が提供される。

上記板ばねはセラミック材料で形成可能な、簡易な偏
平Ｕ字形状であり、前記嵌合面の溝の一方は前記板ばね
のＵ字形状底部と係合する底面を備えた凹み形状で前記
板ばねの周方向及び軸方向の動きを制限し、他方の溝は
前記一方の溝より長く、該溝の、部材組立完了時に前記
一方の溝と相対する端部は前記板ばね両端と係合する溝
深さの浅い係止部を形成しており、もう一方の端部は部
材軸端縁に向けて開口し、部材組立時に板ばねが通過可
能な導入部を形成しており、溝深さが導入側端部から係
止部側端部へ向けて浅くなっていることを特徴とする。

〔作用〕

組立時に、セラミック燃焼器の一方の部品の前記凹部
溝に板ばねを装着し、他方の部品の溝の導入部と軸線方
向の位置を合わせることにより部品間を軸線方向に嵌合
することができる。また、嵌合後両方の部品を相対的に
回転させることにより、板ばねは一方の溝の導入部から
係止部へと移動し、一方板ばねのＵ字底部は一方の係止
溝に係合、保持され、その結果、相互に嵌合した部品は
軸線方向に相互に拘束され離脱することが防止される。
また、上記係止部に係合した板ばねは、双方の部品を半
径方向に離間する力を生じ、双方の部品はガタがない状
態に弾性保持される。

〔実施例〕

第６図にガスタービンエンジンの主要部構造を示す。

図において大気より、図示しないフィルター等を通り
吸入された空気21はコンプレッサインペラ22、ディフュ
ーザ23、スクロール24を通過する間に圧力を増し、図示
しない熱交換器により排気ガスから熱を回収して高温高
圧の空気25となり、燃焼器１に流入する。燃焼器１は本
実施例ではスワール部２、燃焼器３、稀釈部４のセラミ
ック製の３つの部品から構成されており、スワール部２
では流入空気は旋回速度を与えられて流入し、燃料ノズ
ル26から噴射される燃料と混合し、更に燃焼部３に流入
する燃焼空気により燃焼して高温高圧の燃焼ガスとなり
稀釈部４に流入する。稀釈部４では燃焼ガスは周囲から
流入する稀釈空気と混合して大量の高温ガスとなり、タ
ービンスクロール部27に流入してコンプレッサタービン
28を駆動し、さらに図示しないパワータービンを駆動し
て熱交換器を通過した後大気に排出される。

本考案は上記燃焼器１のスワール部２、燃焼部３、稀
釈部４の部品を相互に結合し燃焼器１を構成する簡易で
確実な改良組立構造に関するものである。

第１図に燃焼器１の構造を示す。燃焼器１は構成する
スワール部２、燃焼部３、稀釈部４はセラミック製の部
品であり、燃焼部３、稀釈部４は概略円筒形状であり、
スワール部２は燃焼部３の上部を覆うカバーを形成し、
中心部には燃料ノズルを挿入する貫通孔が設けられてい
る。更にスワール部上部には旋回流形成用の空気導入孔
が設けられ、燃焼部３と稀釈部４の周囲にはそれぞれ燃
焼用空気と稀釈用空気の導入孔が設けられている。図に
示すように上記３つの部品は、互いに端部を嵌合するこ
とにより組立てられ１つの燃焼器を構成している。この
嵌合部は、各部品の嵌合部に熱歪等による応力が集中す
ることを防止する目的で、ある程度の余裕を持った嵌め
合いとなっているため、このままでは燃焼器の作動中、
高圧の燃焼ガスの通過により部品が半径方向の隙間内で
振動し、ガタが発生する可能性がある。これを防止する
ため嵌合部は以下に説明する構造とされている。

第２図から第６図に嵌合部構造の詳細を示す。

以下スワール部２と燃焼部３との嵌合部について説明
すると、嵌合部の燃焼部外周10とスワール部内周11には
それぞれ周上の複数個所（本実施例では３個所）の相互
に対向する位置に溝12,13よりなる組が周方向に複数等
間隔に配置されており、上記溝内にはセラミック製の板
ばね成形体14が収納され、燃焼部外周10とスワール部内
周11は上記板ばね14を介して相互に弾性的に保持されて
いる。（第２図、第３図） 上記スワール部内周11の溝13は第３図と第５図に示す
ように、板ばね14の形状に合わせ、溝内部で板ばね14が
周方向及び軸方向に移動できない大きさとされた凹み状
に形成され、溝深さは板ばねの自由高さより小さくなっ
ており、板ばね収容時、板ばね両端が溝13から突出する
ようになっている。

一方燃焼部外周10の溝12は第４図に示すように円周方
向に板ばね14の全長より長く延設されており、一方の端
部では板ばね14が軸方向に通過できる長さだけ燃焼部外
周端面に向けて軸線方向に開口した導入部15及び、それ
に続く溝深さの深い部分が形成され、他の端部では板ば
ね14が軸方向に移動できないように側壁16が形成された
係止部17となっている。溝12の深さは第３図に示すよう
に導入部15では略板ばね14の自由高さに近くなっており
係止部では組立完了時に前記溝13と係止部17が相対した
とき、板ばねが適度な反力を発生するように浅くなって
おり、導入部15と係止部17との間では溝深さは連続的に
変化している。

板ばね14は、第６図に示すように平板の両端部に角度
を持たせた偏平なＵ字形状であり、焼結によりセラミッ
ク材から成形するのに好適な単純形状となっている。本
考案では上述のような溝形状を使用したため、板ばねを
第６図に示すように単純な形状としてセラミック材を使
用可能となっており、このため金属ばねで問題となる高
温での弾性低下によりスワール部２と燃焼部３との間に
ガタが生じる問題がない。

組立時には、上記板ばねは、接着剤等の適当な手段を
用いて溝13に一時的に固定され、この状態で板ばね14の
位置と溝12の前記導入部15の位置とを合わせてスワール
部２に燃焼部３を軸方向に挿入する。このとき板ばね14
は溝13と溝12の導入部15との間に保持されるが、導入部
15は充分に深いため、板ばね14が上記挿入動作の支障と
なることはない。この挿入動作が完了した後燃焼部３と
スワール部２とは相互に回転され、溝13が溝12の前記係
止部17と相対する位置に移動される。前述のように溝12
の深さは係止部17で浅くなっているため板ばね14は溝13
底部と係止部17の底部との間で圧縮され適度な反力を発
生してスワール部２と燃焼器３とを半径方向に弾性的に
保持する。また溝12の係止部17には前記側壁があり、板
ばね脚部と係合するためスワーラ２と燃焼器３とが軸線
方向に離脱することが防止される。なお、上記溝12の導
入部15から固定部17への板ばね14の移動は導入部15とそ
れに続く深い部分から係止部17へと溝深さが連続的に変
化しているため円滑に行なわれる。

以上、スワール部２と燃焼部３との嵌合部について説
明したが、燃焼部３と稀釈部４の嵌合部についても同様
である。また上記実施例では燃焼部３をスワーラ２と稀
釈部３の内径部に挿入しているが、どちらを内側に挿入
する構造としても同様に本考案が適用できることはいう
までもない。

〔考案の効果〕

上述のように構成したことにより、セラミック燃焼器
を構成する部品を簡単な構造で弾性保持可能となり従来
の方法に較べて部品点数を大幅に削減できる。また、上
述の構造としたことにより板ばね形状をＵ字形に単純化
でき、従来は使用できなかったセラミック材を用いた板
ばねを成形でき、それにより板ばねの高温下における弾
性低下の問題が解決される。また板ばねは溝内部に収納
され外部に露出していないので、組立、分解作業中に周
囲の部品等と接触して破損する危険がない。更に、組立
作業は部品を挿入して回転固定するだけで良く、作業工
数が大幅に減少する。また、本考案では部品嵌合部が軸
方向に離脱することも防止できるため、組立構造の信頼
性が増す。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案のセラミック製燃焼器の組立構造を示
す断面図、第２図は、燃焼部とスワール部との嵌合部を
示す横断面図、第３図は、第２図の溝部分の拡大図、第
４図、第５図は溝の形状を示す斜視図、第６図は板ばね
の形状を示す斜視図、第７図はセラミック製燃焼器を用
いたガスタービンエンジンの主要部断面図。 １……燃焼器、２……スワール部、３……燃焼部、４…
…稀釈部、12……燃焼部、13……スワール部溝、14……
板ばね。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ガスタービンの分割構造セラミック製燃焼
   器の各分割部分端部を円筒状に形成し、該円筒状端部を
   相互に嵌合して各分割部分を連結する組立構造におい
   て、分割部分のそれぞれの嵌合面には、対向する係止溝
   の組が円周方向に間隔をおいて複数組配置され、各係止
   溝の組には嵌合した分割部分の双方を弾性的に押圧付勢
   する、断面が偏平Ｕ字形状の板ばねが配置され、前記各
   組の第１の係止溝は円周方向長さの略中央部が最大深さ
   を呈し、前記板ばねのＵ字状底部と係合する凹み形状と
   され、前記各組の第２の係止溝は前記第１の係止溝に相
   対するに従って深さが浅くなるように前記第１の係止溝
   より長い形状に形成され、該第２の係止溝の前記浅くな
   った部位は前記板ばね両端部が係合する係止部を形成
   し、かつ、第２の係止溝はその深い部位に、前記分割部
   分の軸端縁に開口した導入部が形成され、分割部分の連
   結時に前記板ばねを上記導入部から前記深い部位に導入
   し、更に周方向に沿って前記係止部へと第２の係止溝内
   を移動させることができることを特徴とするセラミック
   製燃焼器の組立構造。