JPH11141880A - ガスタービンエンジンの遮熱構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃焼筒について、燃焼筒の筒壁の内外に発生
する圧力差による圧力荷重に対しては形状や構造を変更
するしか耐久性を向上させる術がなかった。 【解決手段】 燃焼筒１と遮熱板６との間に設けられる
空隙８に圧縮空気を導入する導入孔９を設け、空隙８に
導入されて燃焼筒１の筒壁に外側から作用する圧縮空気
の圧力Ｐ_oを低減できるように、導入孔９の開口面積を
設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンエン
ジンの遮熱構造に係り、特に燃焼筒の耐久性能を向上さ
せる技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービンエンジンの燃焼器を構成す
る燃焼筒は、ガスタービンエンジンの中でも高温、高圧
にさらされる部品であり、その温度は８００℃を越え
る。また、燃焼筒はその内部で燃料と圧縮空気とを混
合、燃焼させて燃焼ガスを発生させるため、筒壁の内外
に圧力差を生じる。これによって燃焼筒全体に作用する
圧力加重は数トンにもなる。そのため燃焼筒には、その
高温、高圧に耐え得る材質としてニッケル合金等の耐熱
合金が採用される他、圧縮機から導かれる圧縮空気の一
部を利用して筒壁の冷却を図る構造が採用されている。

【０００３】また、燃焼筒を含む燃焼器はガスタービン
エンジンのフレームを構成する構造部材に固定される
が、この構造部材には安価なステンレス等の低温材が採
用されており、低温材である構造部材に耐熱合金製の燃
焼筒の高温が伝達されて構造部材が過熱することを防止
するために、構造部材と燃焼筒との間には遮熱板が設置
されている。

【０００４】加えて、遮熱板と燃焼筒との間、および遮
熱板と構造部材との間にはそれぞれ空隙が設けられてお
り、これら空隙に圧縮機から圧縮空気の一部が圧力損失
なく導入されることで各部材の冷却をなす構造が採用さ
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】燃焼筒について、燃焼
ガスから及ぼされる熱に対してはその材質にニッケル合
金等の耐熱合金を使用することで耐久性が確保されてい
るが、圧力に対しては形状や構造を変更するしか耐久性
を向上させる術がなかった。

【０００６】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、燃焼筒に作用する高圧荷重に対して燃焼筒の耐
久性を向上させることを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの手段として、燃焼筒と遮熱板との間の空隙に圧縮空
気を導入する導入孔を設け、燃焼筒の冷却設計により設
定される量の圧縮空気がこの導入孔を通過する際に発生
する圧力損失により、燃焼筒の外側に作用する圧縮空気
の圧力を低減させ、燃焼筒に作用する圧力荷重を低減
し、燃焼筒の耐久性を向上させる。なお、導入孔の配設
位置は遮熱板自体であっても、また空隙の上流側のいず
れであってもよい。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明に係るガスタービンエンジ
ンの遮熱構造の一実施形態について、図１および図２を
参照して説明する。図１には、ガスタービンエンジンの
逆流環状型燃焼筒（以下、単に燃焼筒とする）を備える
燃焼器の一部を示している。

【０００９】燃焼筒１を形成する素材には、高温、高圧
に耐え得る材質としてニッケル合金が採用されており、
燃焼筒１自体は、ガスタービンエンジンのフレームを構
成するステンレス製の構造部材２に複数箇所でボルト留
めされて固定されている。

【００１０】燃焼筒１のうち、タービン軸方向前方（図
中矢印Ａの方向）に向けて誘導された燃焼ガスを再び後
方（図中矢印Ｂの方向）に誘導する流道３は燃焼ガスの
流れを滞らせることのないように無理なく滑らかに屈曲
されている。

【００１１】燃焼筒１の筒壁には、圧縮機から導かれる
圧縮空気の一部を利用して筒壁の冷却を図る構造とし
て、燃焼筒１の内部に圧縮空気を流入させる複数の貫通
孔４が設けられ、さらに燃焼筒１の内側面には貫通孔４
を通って流入した圧縮空気の流れ方向を定めるガイド５
が各貫通孔４ごとに設けられている。

【００１２】燃焼筒１と構造部材２との間には、構造部
材２に燃焼筒１の高温が伝達されることを抑制する遮熱
板６が設置されている。

【００１３】遮熱板６は、構造部材２との間、燃焼筒１
との間にそれぞれ空隙７、８を設けた状態で設置されて
おり、構造部材２と遮熱板６との間の空隙７には、圧縮
機から導かれる圧縮空気の一部が導入されるようになっ
ている。

【００１４】遮熱板６には、空隙７に導入された圧縮空
気を、燃焼筒１と遮熱板６との間の空隙８に導入する導
入孔９が複数設けられている。

【００１５】空隙８に流入する空気の量は、貫通孔４に
より燃焼筒１の冷却効果を考慮して制御されている。導
入孔９の開口面積は、貫通孔４で制御される空気が導入
孔９を通過する際に生じる圧力損失によって燃焼筒１の
外側の筒壁に作用する圧力を低減させ、これによって燃
焼筒１の筒壁に作用する圧力荷重を適切な大きさに低減
することができるように設定されている。

【００１６】一方、燃焼筒１の外側には、燃焼筒１の冷
却に使用される圧縮空気の一部が導入されている。この
圧縮空気は、燃焼筒１の外側を燃焼ガスの流れとほぼ同
様に流れて空隙７に導入される。

【００１７】空隙７に導入された圧縮空気の一部は、遮
熱板６に設けられた各導入孔９から空隙８に導入されて
燃焼筒１に沿って流れ、残りはそのまま空隙７を遮熱板
６に沿って流れる。

【００１８】導入孔９から圧縮空気が導入されることに
より空隙８内の圧力が低減され、図２に示すように燃焼
筒１の筒壁に外側から作用する圧縮空気の圧力Ｐ_oと燃
焼筒１の筒壁に内側から作用する燃焼ガスの圧力Ｐ_gと
の差が減少し、燃焼筒１の筒壁に作用する燃焼ガスの圧
力荷重が低減される。

【００１９】上記のように構成されたガスタービンエン
ジンにおいては、構造部材２の熱に対する耐久性を従来
通り確保しつつ、燃焼筒１の筒壁に外側から作用する圧
縮空気の圧力Ｐ_oと燃焼筒１の筒壁に内側から作用する
燃焼ガスの圧力Ｐ_gとの差を減少させることで、燃焼筒
１の耐久性能を向上させることができる。

【００２０】また、このガスタービンエンジンにおいて
は、燃焼筒１自体の構造耐力をやや低下させても従来と
同様もしくはそれ以上の耐久性能を発揮させることが可
能なので、高価な材質で構成される燃焼筒１についてそ
の形状、構造を簡略にして製作コストを削減することも
可能である。

【００２１】なお、本実施形態においては導入孔９を遮
熱板６に設けたが、導入孔９の配設位置はこれに限るこ
となく、例えば遮熱板と燃焼筒との間に設置した部材に
導入孔を設けるようにしても構わない。また、導入孔の
形状、数はガスタービンエンジンの形式、仕様により適
宜変更されるものである。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るガス
タービンエンジンの遮熱構造によれば、次のような効果
を奏する。すなわち、燃焼筒と遮熱板との間の空隙に圧
縮空気を導入する導入孔を設け、燃焼筒の冷却設計によ
り設定される量の冷却空気がこの導入孔を通過する際に
生じる圧力損失によって燃焼筒の筒壁の外側に作用する
圧力を低減できるように導入孔の面積を設定し、燃焼筒
の筒壁に作用する圧力荷重を低減させることで、燃焼筒
の耐久性能を向上させることができる。

【００２３】また、本発明の遮熱構造を採用すること
で、燃焼筒自体の構造耐力をやや低下させても、従来と
同様もしくはそれ以上の耐久性能を発揮させることが可
能なので、高価な材質で構成される燃焼筒についてその
形状、構造を簡略にして製作コストを削減することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るガスタービンエンジンの遮熱構
造の一実施形態を示す断面図である。

【図２】 図１における燃焼筒の筒壁に作用する燃焼ガ
スおよび圧縮空気の圧力を示す状態図である。

【符号の説明】

１ 燃焼筒 ２ 構造部材 ３ 流道 ６ 遮熱板 ７、８ 空隙 ９ 導入孔 Ｐ_o 圧縮空気の圧力 Ｐ_g 燃焼ガスの圧力

フロントページの続き (72)発明者 田村 和久 東京都田無市向台町三丁目５番１号 石川 島播磨重工業株式会社田無工場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼筒と該燃焼筒の周囲に配置される構
   造部材との間に、燃焼筒から構造部材への熱伝達を抑制
   する遮熱板が配設され、燃焼筒と遮熱板との間の空隙に
   圧縮空気を導入する導入孔が設けられたガスタービンエ
   ンジンの遮熱構造であって、 前記導入孔は、前記空隙に導入されて前記燃焼筒の内外
   の圧力差を減少させるように、圧縮空気の導入流量が設
   定されていることを特徴とするガスタービンエンジンの
   遮熱構造。