JPS62186128A - ガスタービン用温度感応積層多孔性金属パネル - 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】 発明の分野 本発明は一般にガスタービンエンジンに関し、更に詳細
にはかかるエンジンの高温環境に用いられる積層多孔性
金属パネルに関する。

公知技術の説明 Ｕ　Ｓ　−Ａ　−３，５８４，９７２，Ｕ　Ｓ　−Ａ　
−４，０４４゜０５６、　Ｕ　Ｓ　−Ａ　４．２６９．
０３２およびＵＳ−Ａ−４，３０２，９４０ｉ’Ｊ：い
ずれもガスタービンエンジン適用例のための積層多孔性
金属パネルを記載している。その記載さｎ−たパネルに
２いて、高温の内側薄層および比較的冷たい外側薄層は
パネル内の内部通路を介して連通ずる穴または細孔を有
する。外ｍ１ｂ る加圧された冷却用空気は外側薄層の入口細孔を介し且
つ内部通路を介して移動してパネルを対流冷却する。次
いで冷却用空気は内側薄層の排気細孔を介してパネルか
ら排出して熱源と内側薄層との間に膜冷却障壁を与える
。

パネルの多孔度、即ち、冷却用空気がパネルを横切って
流れる割合いの程度は、パネルがさらされる予期された
熱源温度に基づいており、パネルが製造されると固定さ
れる。パネルが前記予期された温度より以上か以下の温
度に出あうと、多過ぎるかあるいは少な過ぎる冷却用空
気がパネルを横切って流れる。

本発明の要約 本発明に係る積層多孔性金属パネルはその多孔度が温度
と共に変化しである範囲の温度条件に対して最適の冷却
用空気流を維持するという点で上記米国特許に記載され
たパネルの改良を表わすものである。本発明の積層多孔
性金属パネルは高温の内側薄層の排気細孔と比較的冷た
い外側薄層の入口細孔との間にめってパネルの多孔度を
変化させて内側薄層においである範囲の温度条件に対し
て最適の冷却用空気流を維持する複数の空気流調整素子
を含む。また本発明の積層多孔性金属パネルは前記調整
素子に連結され該調整素子の位置、従って局部的パネル
多孔度を局部的温度に従って独立に調節する対応する複
数の温度感応制御素子をも含む。この制御素子の局部温
度感応性は高温気床および低温気味の条件下（即ち、表
面の局部的過熱または不足加熱が生じるような条件下）
でも最適の冷却用空気流を維持するので本発明の重要な
一特徴でるる。本発明の好ましい実施例においては、前
記調整素子および制御素子は内側薄層と外側薄層との間
でそれらに接着された多孔性の中心薄層上に配置される
。更に詳細には、調整素子は排気細孔の各々のすぐ内側
に配置され排気細孔へ接近したりそれから離れたりして
台と排気細孔の間に画成される環状オリフィスの断面流
れ面積を変化させることのできる中心薄層上の台である
。制御素子は中心薄層上にあって前記台に連結され局部
的温度状態に応答して前記環状オリフィスの流れ面積が
適切な局部的冷却用空気流にちょうど充分となるように
前記台を位置せしめるバイメタル隔膜である。本発明に
係る積層多孔性金属パネルの好ましい実施例においては
、中心薄層は異なる金属の接着された層から成る合成部
材であり、この薄層は該中心薄層および７寸たは内側お
よび外側薄層上に形成された複数の規則的に離隔し隆起
した突起において内側および外Ｉｊｌｌｌ薄層に接着さ
れ、前記隔膜は前記隆起した突起が存在しない中心薄層
の局部的な平板な場であり、前記台は前記合成部材の異
なる金属の相対的熱膨張に従って多孔度制御運動可能に
中心薄層上で前記平板な場の中に形成されている。

好適実施例の説明 さて第１図、第２図および第３図を参照するに、本発明
に係る積層多孔性金属パネル１０ｆｊ：第１の薄層１２
と、第２の薄層１４と、第１と第２の薄層との間の第３
の薄層１６とを含む。これらの薄層は明確のために寸法
的に誇張して示されている。例えば、パネル１０は約０
．５４ないし１．５２４ｍ（１０ないし６０ミル）の厚
さを有してよい。パネル１０は特に燃焼器、タービンお
よび排気部位等の、ガスタービンエンジンの高温環境に
用いられるようになされている。ガスタービン燃焼器の
１つの壁において、例えば第１の薄層１２は燃焼器を包
囲する充満空間内の比較的冷たい圧縮空気にざらされた
外側薄層であシ第２の薄層１４は燃焼器内の高温燃焼反
作用にさらされた内側薄層である。

各薄層をあたかも他の薄層に接着されていないかのごと
く個々に説明すると、内側薄層１４は高温ガスにさらさ
れた第１の表［１ｉ１ｉ１８と、それと反対側の第２の
表面２０とを有する。第１および第２の表面は複数の行
２４と複数の列２６とから成るグリッド状パターンで整
列した複数の排気細孔２２を除いて平坦なもしくは連続
したものである。行と行の間の間隔は普通は約０．７６
２閣と５４０８醜　（３０ミルと２００ミル）の間の範
囲でよい。排気孔は直径が０．１２７ないし１．０１６
ｍｍ（５；’ｚいし４０ミル）程度でよく、化学的また
は電気化学的加工技術により形成しうる。例えば、第３
図において、排気細孔２２のうちの図示の１つは第１の
表面１８に第１の加工された陥没（ｄｅｐｒｅｓｓｉｏ
ｎ　）　２８を１そして第２の表面２０に円形接合部３
２において第１の陥没と交差するに充分深い第２の加工
された陥没３０を含む。

外側薄層１２は充満空間内の冷たい圧縮空気にさらされ
た平坦な第１の表面３４と、第２図および第３図でわか
るように所定の深さに化学的または電気化学的に加工さ
れて該薄層の第２の表面の平面内に接着用表面４０（第
１図）を有する複数の隆起した突起３６を浮き上がらせ
た表面３８上に画成する反対側の第２の表面とを有する
。隆起した突起は平行な行４２および平行な列４４をな
して配列され隣り合う行内の突起は与えられた列内の任
意の２つの突起間に隙間４６が画成されるように１つの
列により相殺されている。外側薄層１２には複数の入口
細孔４８が化学的または電気化学的または他の方法で加
工されこれらは第１の表面３４と浮き上がらせた表面３
８と間に延びている。入口細孔４８は排気細孔２２が配
列されている行２４および列２６と平行で且つそれらと
同じ間隔を有する行および列のグリッド状パターンに配
列されてよい。そうでなければ入口細孔４８の各々に隣
接するであろう隆起した突起３６の多数のものは入口細
孔の谷々の葦わシに複数の第１の平板な場５０が画成さ
れる工９に浮き上がらせた表面３８から欠けている。

中心薄層１６は第１の金属シート５２とこの第１の金属
シートに接着された第２の金属シート５４とから成る合
成部材である。第１の金属シートは第２の金属シートと
は異なる熱膨張係数を有するという点で異なる。このよ
うに画成された薄層は平坦な第１の表面５６と、浮き上
がらせた表面６０上に複数の隆起した突起５８を画成す
べく所定の深さに化学的または電気化学的に加工された
反対側の第２の表面とを有し、各々の隆起した突起５８
は薄層の第２の表面の平面内に接着用表面６２を有する
。隆起した突起５８は外側薄層１２上の隆起した突起３
６の行４２および列４４と対応する平行な列および平行
な列をなして配列され、隣り甘う行内の突起は与えられ
た列内の任意の２つの突起間に隙間が画成されるように
相殺されている。中心薄層１６には複数の中間細孔６４
（第１図）が化学的または電気化学的または他の方法で
加工されてお９、それらは平坦な第１の表面５６と浮き
上がらせた表面６０との間に延びている。中間細孔６４
は行と列の規則的なグリッド状パターンに配列され、そ
して空気流を冷却するために複数の通路が突起間に画成
されるように隆起した突起５８の隣り合うもの同士の間
に位置している。

第１図および第２図に最も良く示されているように、中
心薄層上の隆起した突起５８が配列されているパターン
はその隆起した突起のうちの多数のものの不在により規
則的な間隔で中断されており、これにより複数の第２の
平板な場６６が画成される。第２の金属シート５４と一
体的な台６８の形態をなす複数の流れ調整手段が浮き上
がらせた表面６０に垂直に突出し、第２の平板な場６６
の各々の中心に位置している。６台６８は表面７０を有
する。図示の果ｍ例では、台６８は平板な場６６が平坦
である場会には隆起した突起５８はど胃〈はない。

内側、外側および中心薄層１４．１２および１６は互い
に拡散接着されている。こｎらの薄層間の位置関係は重
要である。時に、中心薄層１６は平坦な表面５６が接着
用表面４０と接触し中心薄層上の隆起した突起５８が外
側薄層上の隆起した突起３６と一致した状態で外側薄層
１２上に積み重ねられている。

更に、中心薄層１６上の第２の平板な場６６の各々は外
側薄層１２上の第１の平板な場５０の対応するものと一
致している。入口細孔４８は両者間の空気流を冷却する
ための通路が曲りくねるように中間細孔６４とは一致し
ていない。

内側薄層１４はその平坦な表面２０が中心薄層上の隆起
した突起５８上の接着用表面６２と接触した状態で中心
薄層１６上に積み重ねられている。位置的には、排気細
孔２２は中心薄層上の台６８のそれぞれと一致するかあ
るいはその直接外側に配置されている。

排気細孔２２は両者間に曲りくねった冷却用空気流通路
が画成されるように中間細孔６４とは一致していない。

拡散接着は外側薄層１２と中心薄層１６の間では接着用
表面４０において、また中心薄層１６と内側薄層１４０
間では接着用表面６２において達成される。

構造的には、負荷は内側および中心薄層上の整合した隆
起した突起３６および５８を介してパネル１０の両端間
で担持される。第１と第２の平板な場の至合の結果、第
２の平板な場６６は第１と第２の金属シート５２と５４
の間の相対的熱的成長に応じて撓むバイメタル隔膜とな
る。従って、これらのバイメタル隔膜な効果的にパネル
上の温度感応制御手段となる。

第１図〜第３図に最も艮く示されているように、入口細
孔４６において進入する冷却用空気は曲シくねった通路
内を中間細孔６４および排気細孔２２へと流れる。しか
し、排気細孔に進入する前に、冷却用空気は台６８上の
表面１０と内側薄層１４上の表面２０との間に画成され
る複数の環状オリフィス７２を通過する。与えられた細
孔および通路形状に対し、パネル１０の多孔性は表面２
０と７０との間の環状オリフィス７２の深さの関数であ
り、この深さは以下に述べるようにバイメタル隔膜の温
度と共に変化する。

次に周囲条件下でのパネル１０の作動について説明する
と、排気細孔２２の内側で台６８を支持するバイメタル
可撓性１４膜は平坦であって内側薄層１４の表面２０と
全体的、に平行である。この時パネル１０の多孔性は、
環状オリフィス７２が最小の断面流れ面積を示すように
内側薄層の表面に対してその最も近接した位置にあるの
である。

パネル１０の両端間での一定の圧力差により、内側薄層
上の表面１８の近傍でのガス温度が内側薄層の近傍での
平常の予期されるガス温度に対応する設計温度ｌで増大
するにつれて、バイメタル可撓性隔膜の温度はそｎに対
応する設計温度まで増大する。可撓性隔膜の設計部にば
伝導、輻射および対流の相乗プロセスを通じて生じる、
内ｍ：Ｊ　４層に１４接する高温ガスから隔膜への伝熱
と、入口細孔から排気７旧孔へ流れる冷却用空気がＯＴ
撓１生隔膜を冷却する速度とにより確立される。可撓性
隔膜の温度が周ｄ温度から設計温度に増大するにつれて
、第１とｇ２の金属シート５２と５４の間に発生する相
対的な熱的成長は隔膜を内側薄層１４の表面２０から離
れる方向に悦ませ、台６８を撤退させ積状オリフィス乙
２の流れ面積を増大させる。設計温度においては、台６
８は表ｍ１２０に対して設計部−に位置するが、この位
置はガスの設計温度に対応する、積層多孔性金属パネル
１０に対する設計多孔性を確立するものである。

設計温度の上下へのガス温蔵逸脱はしばしば発生するも
のである。過温度逸脱においては、中心薄層１６への伝
熱は増大しそれによりバイメタル隔膜の温度を増大させ
る。温厩増犬に伴って、バイメタル隔膜は設計位置を超
えて表面２０から更に離れる方向に焼φ、それにより、
環状オリフィス７２の流れ面積が増大するように台６８
を表面２０から多孔度増大方向に移動させる。従って、
よシ多くの冷却用空気がパネル１０を横切って流れて追
加の対流および膜冷却を与える。逆に、反対方向でのガ
ス温度逸脱においては、中心薄層１６への伝熱はバイメ
タル隔膜の温度が同様に減少するように減少する。次い
で隔膜は表面２０へ向けて多孔度減少方向に撓むことに
より台６８は設計位置から表面２０により近接した位置
へと移動する。多孔度減少方向での移動は環状オリフィ
ス７２の流れ面積を減少させ、それによりバネル１０を
横切る冷却用空気の流れをよシ低いガス温度と釣合った
レベルまで減少させる。

パネル１０の両端間での圧力差が変化すると、冷却用空
気流量が内側薄層１４の近傍のガス温度の変化なしに増
減するので追加の変数が導入される。例えば、内側薄層
１４の近傍での一定のガス温度においては、パネル１０
の両端間での圧力勾配を増大させることは入口細孔４８
と排気細孔２２との間での、従って、第２の平板な場６
６により画成されるバイメタル隔膜を横切っての、冷却
用空気流量を増大させる。従って初期にバイメタル隔膜
はその設計温度以下に冷却され多孔度減少方向に撓んで
冷却用空気流量を低下させる。

次いでバイメタル隔膜の温度が増大する。圧力勾配が安
定すると、バイメタル隔膜の温度も同様に設計温度に、
しかし新たなよシ高い圧力勾配と釣合った新たなよシ低
い設計冷却　・用空気流量および台６８の新たな設計位
置をもって安定する。

本発明の１つの重要な特徴として、可撓性隔膜および台
６８により確立される多孔度制御は局部的である。即ち
、可撓性隔膜の各々は内側薄層１４に隣接する熱いまた
は冷たい所の場合には、その熱いまたは冷たい所の近傍
での冷却用空気流のみが影＃されるようにその隔膜のま
わりでの局部的伝熱状態に主として感応するものである
。

本発明の範囲内での上記実画例の変形例は当業者には容
易に明らかであろう。例えば、台６８は排気細孔２２と
ではなく入口細孔４８と協力するように中心薄層１６上
に形成してもよい。また、平板な場６６および台６８は
周囲条件の下で積層パネル１ｏの多孔度がゼロとなり、
多孔度は設計ガス温度が達成されるまでガス温度の増大
と共に増大するように形成してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に１．Ｙ；る積層多孔性金属パネルの一
部破析し７ｃ斜視図、 第２図は第１図の２−２線により示す平面に大体沿って
見た拡大断面図、 第３図は第２図に参照数字３で示した破線円内に囲まれ
た第２図の部分の拡大図である。 〔主要部分の符号の説明〕 １０・・・・・・積層多孔性金属パネル１２・・・・・
・第１の薄層 １４・・・・・・第２の薄層 １６・・・・・・第３の薄層 ２２・・・・・・排気細孔 ３６・・・・・・隆起した突起 ４８・・・・・・入口細孔 ５０・・・・・・第１の平板な場 ５２・・・・・・第１の金属シート ５４・・・・・・第２の金属シート ５８・・・・・・隆起した突起 ６４・・・・・・中間細孔 ６６・・・・・・第２の平板な場 ６８・・・・・・台

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の入口細孔（４８）を有する第１の薄層（１２
   ）と、複数の排気細孔（２２） を有する第２の薄層（１４）と、複数の中 間細孔（６４）を有し、前記第１と第２の 薄層（１２、１４）の間に配置されその各 々に接着された第３の薄層（１６）と、前 記第１と第２と第３の薄層（１２、１４、 １６）の間にあつてパネル（１０）を横切 つて前記入口細孔（４８）から前記中間細 孔（６４）を介して前記排気細孔（２２） への複数の冷媒流路を画成する隆起した突 起（３６、５８）とを有する積層多孔性金 属パネル（１０）において、該パネル（１０）上には前
   記入口細孔（４８）と前記排気細 孔（２２）の間に、該入口細孔（４８）と 該排気細孔（２２）の間に設計冷媒流量を 確立する設計位置と該設計冷媒流量に対し て増大および減少した冷媒流量に対応する 複数の多孔度増大および多孔度減少位置と の間を可動の流れ調整手段（６８）が配置 され、該パネル（１０）上には前記流れ調 整手段（６８）に連結され該流れ調整手段 （６８）を前記第２の薄層（１４）の設計 温度において前記設計位置に位置せしめ且 つ前記設計温度の上下への前記第２の薄層 （１４）の温度逸脱に従つて前記流れ調整 手段（６８）を前記複数の多孔度増大およ び多孔度減少位置間で移動せしめる作用を なす温度感応制御手段（６６）が設けられ ていることを特徴とする積層多孔性金属パ ネル（１０）。 ２、特許請求の範囲第１項において、流れ調整手段は該
   パネル（１０）上の個々の冷媒 流れ調整手段（６８）を有し、その各々は 前記細孔の前記対応するものを介する前記 設計冷媒流量を確立する設計位置と前記複 数の多孔度増大および多孔度減少制御位置 との間を移動可能なように前記第３の薄層 （１６）上に前記排気細孔（２２）または 入口細孔（４８）のそれぞれに隣接して装 着され、該パネル（１０）上の前記温度感 応制御手段（６６）の各々は前記個々の流 れ調整手段（６８）のそれぞれのものに連 結され前記第３の薄層（１６）の設計温度 において前記１つの個々の流れ調整手段 （６８）を前記設計位置に位置せしめ且つ 該パネル（１０）上の他の個々の流れ調整 手段（６８）のすべてとは無関係に、前記 １つの個々の流れ調整手段（６８）に隣接 する前記第３の薄層（１６）の局部的領域 の、第３の薄層（１６）の前記設計温度の 上下への温度逸脱に従つて前記１つの個々 の流れ調整手段（６８）を前記複数の多孔 度増大および多孔度減少位置間で移動せし める作用をなすことを特徴とする積層多孔 性金属パネル。 ３、特許請求の範囲第２項において、前記個々の冷媒流
   れ調整手段の各々は前記排気ま たは入口細孔（２２、４８）の前記対応す るものに隣接して前記第３の薄層（１６） 上に隆起した台（６８）であることを特徴 とする積層多孔性金属パネル。 ４、特許請求の範囲第３項において、前記隆起した台（
   ６８）の各々は前記第３の薄層 （１６）の可撓性隔膜部分（６６）に強固 に取付けられていることを特徴とする積層 多孔性金属パネル。 ５、特許請求の範囲第４項において、前記第３の薄層（
   １６）は該第３の薄層（１６） の前記可撓性隔膜部分（６６）の各々が対 応する個々の流れ調整手段に連結されたそ れぞれの温度感応制御手段を構成するよう に相等しくない熱膨張係数を有する１対の 金属シート（５２、５４）から作られたバ イメタル部材であることを特徴とする積層 多孔性金属パネル。 ６、特許請求の範囲第１項において、第３の薄層（１６
   ）は異なる熱膨張係数を有する 第１の金属シート（５２）と第２の金属シ ート（５４）から作られたバイメタル部材 であり、前記第３の薄層は前記第１および 第２の薄層（１２、１４）に拡散接着され、前記冷媒流
   路が前記入口細孔（４８）から 前記中間細孔（６４）へまた前記中間細孔 （６４）から前記排気細孔（２２）へ曲り くねつた冷媒流路として画成されるように 第１の薄層（１２）上の前記隆起した突起 （３６）は前記第３の薄層（１６）と係合 し第３の薄層（１６）上の前記隆起した突 起（５８）は前記第２の薄層（１４）と係 合し；前記第１および第３の薄層（１２、 １６）上の前記隆起した突起（３６、５８）は該パネル
   （１０）を横切つて構造的負荷 通路を与えるべく規則的なアレイをなして 位置的に整合しており；前記第１の薄層の 前記入口細孔（４８）の１つのまわりには 第１の平板な場（５０）が画成され；前記 第３の薄層（１６）上にはその上の隆起し た突起（５８）の前記規則的なアレイ内に 第２の平板な場（６６）が画成され、この 場は前記第２の平板な場（６６）が前記１ つの排気細孔（２２）に隣接して位置し前 記温度感応手段の１つを形成する可撓性バ イメタル隔膜を構成するように前記排気細 孔（２２）の１つと位置的に整合し且つ前 記第１の平板な場（５０）と位置的に整合 して位置し、前記バイメタル可撓性隔膜は 前記第３の薄層（１６）内で前記可撓性隔 膜における局部的温度変化に応じて前記第 ２の薄層（１４）に対して複数の制御位置 を通じて撓み；前記流れ調整手段は前記台 （６８）が前記中間細孔（６４）と前記１ つの排気細孔（２２）との間に環状オリフ ィス（７２）を画成するに当つて前記第２ の薄層（１４）と協力するように前記第３ の薄層（１６）と一体的であつて前記第３ の薄層（１６）の一方の表面（６０）上に 且つ前記１つの排気細孔（２２）に隣接し て前記第２の平板な場（６６）内に位置す る流れ調整台（６８）を有し、該台（６８）は前記環状
   オリフィス（７２）の流れ面積 が前記第２の平板な場（６６）での前記第 ３の薄層（１６）の温度変化と共に変化す るように前記バイメタル可撓性隔膜により 前記第２の薄層（１４）に対して前記制御 位置を通じての前記隔膜の撓みに対応する 前記多孔度増大および多孔度減少方向に移 動せしめられることを特徴とする積層多孔 性金属パネル。