JP2003083088A - 燃焼器ライナのシール構造 - Google Patents
燃焼器ライナのシール構造Info
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Abstract
収して、燃焼器ライナを良好にシールすることができる
燃焼器ライナのシール構造を提供する。 【解決手段】 燃焼器ライナLとその周囲構造物との間
隙をシールする燃焼器ライナLのシール構造Kであっ
て、前記周囲構造物に設けられ燃焼器ライナLの外周壁
と接触して前記間隙をシールする環状のシール部材20
を備え、前記シール部材20が、複数のセグメントシー
ル部材21から形成されてなるものである。
Description
ール構造に関する。さらに詳しくは、例えば航空機エン
ジンに用いられるガスタービンの燃焼器ライナに好適な
燃焼器ライナのシール構造に関する。
MC(Ceramics Matrics Composite;繊維強化セラミッ
ク複合材料)などのセラミック材料の開発が進んでお
り、これに伴って、そのようなセラミック材料を燃焼器
ライナに用いるための研究が行われるようになってきて
いる。すなわち、従来の金属材料からなる燃焼器ライナ
においては、耐熱性が低く冷却用空気を大幅に削減する
ことが困難であるが、耐熱性の高いセラミック材料を燃
焼器ライナに用いることによって、冷却用空気量を減少
させて熱効率の向上を図ることができるとともに、余剰
の冷却用空気を希薄燃焼に利用することによって窒素酸
化物の排出を低減できるという利点があるからである。
く、また、線膨張係数も金属材料より小さいため、燃焼
時には金属部品からなる周囲構造物との間に大きな熱伸
び差が生じることになる。このため、燃焼器ライナと周
囲構造物との間にシールを施すような場合にはその熱伸
び差を吸収できるような構造が求められることになる。
特許第2852110号公報には、図9に示すように、
予混合器101とライナ102との間を板ばね103に
よりシールし、予混合器101とライナ102との間の
相対的変位を板ばね103の弾性変形により吸収するよ
うにしたシール構造が記載されている。また、特開平8
−285284号公報には、ライナとトランジションピ
ースとの間を板ばねによりシールするシール構造が記載
されている。
ール構造として板バネの弾性力を利用したものが多い。
ところが、この方法では、燃焼器ライナと周囲構造物と
の熱伸び差に起因して板バネに発生する応力が増大した
り、ライナに加わる荷重が過大とならないように、板バ
ネのバネ剛性を小さくし、バネ長さを大きく取るなどの
工夫が必要となる。
いる場合には、燃焼器ライナと金属材料からなる周囲構
造物との熱伸び差が非常に大きくなるので、板バネを用
いてシールするためには板バネの長さを相当長くする必
要があり、設置スペースが大きくなってしまうという問
題がある。
課題の一つとされる航空機分野では大きな不利を招くこ
とになる。また、板バネを長くした場合には、その熱変
形も大きくなり、特に、金属材料よりも高温となるCM
C材料でライナを形成した場合には、安定したシール機
能を維持することが困難になってしまうという問題もあ
る。
術の課題に鑑みなされたものであって、燃焼器ライナと
周囲構造物との熱伸び差を吸収して、燃焼器ライナを良
好にシールすることができる燃焼器ライナのシール構造
を提供することを目的としている。
シール構造は、燃焼器ライナとその周囲構造物との間隙
をシールする燃焼器ライナのシール構造であって、前記
周囲構造物に設けられ燃焼器ライナの外周壁と接触して
前記間隙をシールする環状のシール部材を備え、前記シ
ール部材が、複数のセグメントシール部材から形成され
てなることを特徴とする。
ては、環状弾性体からなる付勢手段によって、各セグメ
ントシール部材を外周壁に向かって付勢するのが好まし
い。
においては、各セグメントシール部材が、所定範囲に亘
って変位自在に支持されてなるのが好ましい。
造においては、各セグメントシール部材が、前記外周壁
と常に線接触するよう形成されたシール面を有してなる
のが好ましい。
造においては、環状弾性体が、周方向の一箇所で切断さ
れてなるのが好ましい。
造においては、環状弾性体の脱落防止が図られてなるの
が好ましい。
焼器ライナと周囲構造物との熱伸び差が大きい場合に
も、燃焼器ライナに過大な荷重を与えることなく良好に
シールすることができる。
発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる
実施形態のみに限定されるものではない。
器ライナのシール構造が適用されたアンニュラ型燃焼器
の概略図を示し、このアンニュラ型燃焼器(以下、単に
燃焼器という)Aは、例えば航空機エンジンとして用い
られるガスタービンの燃焼器とされ、燃焼室Bと、燃焼
室Bを覆うように配設されるケースCとを備えてなるも
のとされる。
バーナBPが配設された燃焼室Bは、ドームDと外側ラ
イナL1および内側ライナL2とで区画される、軸方向に
伸ばされたドーナッツ形状とされている。また、各ライ
ナL1、L2は、例えばCMC(Ceramics Matrics Compo
site;繊維強化セラミック複合材料)などのセラミック
材料から形成されている。そして、各ライナL1、L2と
ケースCとの間隙は、冷却空気の流通路Eとされてい
る。
壁部を形成し、軸方向片側壁部を形成するドームDとの
接合部分である基端部から中間部までの径一定の水平部
L1aと、中間部から後端部にかけて径が徐々に小さくさ
れているテーパ部L1bとから形成されるものとされる。
テーパ部L1bは、後端部で後述する外側シール構造K 1
を介してタービン入口外側周壁部材W1と接続されてい
る。
する内側ライナL2は、基端部から所定長さに亘って径
一定とされる小径水平部L2aと、これに続き径が徐々に
大きくされている逆テーパ部L2bと、これに続き所定長
さに亘って径一定とされる大径水平部L2cとから形成さ
れるものとされる。大径水平部L2cは後述する内側シー
ル構造K2を介してタービン入口周壁部材W2と接続され
ている。
L2との各後端部の間隙が燃焼器出口Gとされている。
すなわち、燃焼器出口Gは、ドーナッツ形状の軸方向他
方片側を全周に亘って開口するようにして形成されてい
る。
る冷却空気の燃焼室Bへの漏れをシールし、外側ライナ
L1の後端部をシールする外側シール構造K1と内側ライ
ナL 2の後端部をシールする内側シール構造K2とからな
るものとされる。
する。
に、ケースCなどの周囲構造物に固定される外側シール
サポート部材10と、外側シール部材20と、外側シー
ル部材20を外側ライナL1の外周壁に向かって付勢す
る付勢手段としての外側リテーナリング(環状弾性体)
30とを主要構成要素として備えてなる。
細を示す。このシールサポート部材10は環状部材とさ
れ、ケースCに固定されるラジアル方向に形成された固
定部11と、この固定部11内端から内側に向けかつ流
通路E下流方向に湾曲形成されている中間部12と、こ
の中間部12内端から内側に向けかつその下部が外側ラ
イナL1の後端部に向けて延伸形成されている接続部1
3と、この接続部13の先端からラジアル方向に形成さ
れているシール部材20を支持するシール部材支持部1
4とから構成される。
向に所定間隔で、冷却空気を下流側に流通させる空気流
通孔12aが多数設けられている。
うに、ラジアル方向に突出部14aが所定間隔で所定数
(本実施形態では後述するセグメントシール部材21と
同数)設けられ、その突出部14aに長孔からなるシー
ル部材支持用ボルト挿通孔14bが設けられている。
に、所定数のセグメントシール部材21から構成され
る。すなわち、シール部材20は、外側ライナL1外周
壁と全周に亘って線接触してシールする環状部材を、ラ
ジアル方向に所定間隔で分割した構造とされる各セグメ
ントシール部材21によって形成される。
1は、シールサポート部材10のシール部材支持部14
と当接する平板状の当接部22と、シール部23とから
構成される。
材支持部14側)には、シール部材20をシール部材支
持部14に支持させる、シール部材支持用ボルト挿通孔
14bに挿通される支持用ボルト22bが突設されてい
る。
ール部材支持部14側)22cにセグメントシール部材
21の全長に亘って形成され、その形態は基底部23a
から外周側に湾曲しつつ延びる突条部材とされている。
ール部材21は、支持用ボルト22bがスペーサ22d
(図4(b)参照)を嵌装した状態でシール部材支持用
ボルト挿通孔14bに挿通され、例えば、ナット22e
により留められるものとされる。これによって、セグメ
ントシール部材21がシールサポート部材10に固定さ
れてしまうことなく、支持用ボルト22bが長孔からな
るボルト挿通孔14b内部で変位する範囲内で、変位自
在にシールサポート部材10によって支持される。
は、シール部23の湾曲部分23bと係合されて、各セ
グメントシール部材21を外側ライナL1外周壁に向か
って付勢する。また、外側リテーナリング(環状弾性
体)30は、周方向で一箇所切断されており、これによ
って外側ライナL1と周囲構造物との熱伸び差に拘わら
ず、適度なバネ圧力で各セグメントシール部材21を付
勢することが可能となる。なお、運転中における外側リ
テーナリング30の湾曲部分からの脱落を防止するた
め、図2に示すように、外側リテーナリング押え31が
湾曲部分23bの開口端を跨いで数個設けられている。
メントシール部材21を支持させた様子を示す。
に、ケースCなどの周囲構造物に固定され周囲構造物と
内側ライナL2とを接続する内側シールサポート部材4
0と、内側シール部材50と、内側シール部材50を内
側ライナL2外周壁に向かって付勢する付勢手段として
の内側リテーナリング(環状弾性体)60とを主要構成
要素として備えてなる。
され、図6に示すように、ケースCに固定されるラジア
ル方向に形成された固定部41と、この固定部41外端
から外側に向けてかつ流通路E上流に向けて斜めに延伸
形成されている中間部42と、この中間部42外端から
ラジアル方向に形成されているシール部材50を支持す
るシール部材支持部43とから構成される。
却用空気を下流側に流通させる空気流通孔42aが多数
設けられている。
支持用ボルト43aが周方向に所定間隔で所定数(本実
施形態では後掲の内側セグメントシール部材51と同
数)設けられている。
に、所定数のセグメントシール部材51から構成され
る。すなわち、シール部材50は、内側ライナL2外周
壁と全周に亘って線接触しシールする環状部材を、周方
向に所定間隔で分割した構造とされる各セグメントシー
ル部材51によって形成される。
1は、シールサポート部材40のシール部材支持部43
と当接する平板状の当接部52と、シール部53とから
構成される。
材50をシール部材支持部43に支持させる、シール部
材支持用ボルト43aが挿通される長孔からなる支持用
ボルト挿通孔52bが設けられている。
延びるように断面鉤形に湾曲させるようにして形成され
ている。すなわち、シール部53は内側ライナL2と線
接触するシール面を有するものとされる。
ール部材51は、支持用ボルト43aがスペーサ52c
を嵌装した状態で支持用ボルト挿通孔52bに挿通さ
れ、例えばナット54により留められるものとされる。
これによって、セグメントシール部材51がシールサポ
ート部材40に固定されてしまうことなく、支持用ボル
ト43aが長孔からなる支持用ボルト挿通孔52b内部
で変位する範囲内で変位自在にシールサポート部材40
によって支持することが可能となる。
は、シール部53の鉤形部分53aと係合されて、各セ
グメントシール部材51を内側ライナL2外周壁に向か
って付勢する。また、内側リテーナリング(環状弾性
体)60は、周方向で一箇所切断されており、これによ
って内側ライナL2と周囲構造物との熱伸び差に拘わら
ず適度なバネ圧力で各セグメントシール部材51を付勢
することが可能となる。なお、運転中における内側リテ
ーナリング60の鉤形部分53aからの脱落を防止する
ため、図6に示すように、内側リテーナリング押え61
が鉤形部分53aの開口端を跨いで数箇設けられてい
る。
においては、所定数のセグメントシール部材21、51
から環状のシール部材20、50が形成されるので、燃
焼時にシール部材20、50に過大な熱応力または熱変
形が発生せず、耐熱性に優れるが故に、金属製の燃焼器
ライナよりもより高温となるCMC製の燃焼器ライナに
おいても安定したシール機能を発揮させることが可能と
なる。
ライナと線接触するように形成されているので、シール
部材20、50のライナからの受熱量が小さく、また、
各セグメントシール部材21、51間の間隙を介した適
度の冷却空気の漏れがあるので、シール部材20、50
が過熱されるのを防ぎ、耐久性が確保される。
30,60は、バネ剛性を小さくすることができるた
め、ライナLと周囲構造物との熱伸び差が大きい場合に
も、その熱伸び差を吸収してシール機能を維持しつつ、
ライナLに与える荷重を小さくすることも容易となる。
外側と内側との圧力差によって各セグメントシール部材
21、51が各ライナL1,L2に押し付けられるので、
更に安定したシール機能を発揮させることも可能とな
る。
ライナ側には多くの加工を要しないので、製作が容易と
なる。
ら燃焼器ライナを形成することで、冷却用空気を削減
し、熱効率の向上および余剰空気を希薄燃焼に用いるこ
とで窒素酸化物の排出も低減できる。
てきたが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるも
のではなく、種々改変が可能である。例えば、本実施形
態では外側シール構造K1において、外側シールサポー
ト部材10には接続部13が設けられているが、適用さ
れる燃焼器の構造によっては接続部13を省略すること
もできる。
燃焼器ライナと周囲構造物との熱伸び差が大きい場合に
も、燃焼器ライナに過大な荷重を与えることなく良好に
シールすることができるという優れた効果が得られる。
た燃焼器の概略図である。
(a)はシール部材支持部の正面を示し、同(b)は外
側シールサポート部材の断面を示し、同(c)は外側シ
ールサポート部材の背面を示す。
背面を示し、同(b)は断面を示す。
正面を示し、同(b)は断面を示す。
シール構造であって、同(a)は断面図を示し、同
(b)は一部切欠き斜視図を示す。
Claims (4)
- 【請求項1】 燃焼器ライナとその周囲構造物との間隙
をシールする燃焼器ライナのシール構造であって、 前記周囲構造物に設けられ燃焼器ライナの外周壁と接触
して前記間隙をシールする環状のシール部材を備え、 前記シール部材が、複数のセグメントシール部材から形
成されてなることを特徴とする燃焼器ライナのシール構
造。 - 【請求項2】 環状弾性体からなる付勢手段によって、
各セグメントシール部材を外周壁に向かって付勢するこ
とを特徴とする請求項1記載の燃焼器ライナのシール構
造。 - 【請求項3】 各セグメントシール部材が、所定範囲に
亘って変位自在に支持されてなることを特徴とする請求
項1記載の燃焼器ライナのシール構造。 - 【請求項4】 環状弾性体が、周方向の一箇所で切断さ
れてなることを特徴とする請求項2記載の燃焼器ライナ
のシール構造。
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