JP2005016733A

JP2005016733A - ガスタービンの燃焼器

Info

Publication number: JP2005016733A
Application number: JP2003177648A
Authority: JP
Inventors: Tomoko Hagari; 智子葉狩; Yasuhiro Kinoshita; 康裕木下
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 2003-06-23
Filing date: 2003-06-23
Publication date: 2005-01-20

Abstract

【課題】燃焼器ライナの冷却空気量を低減して燃焼ガスを可及的に高温化しながらも、耐熱性、耐久性および耐環境性に優れたガスタービンの燃焼器を提供する。
【解決手段】ガスタービンの燃焼室Ｃを形成する燃焼器ライナ２２の内面に対向して、液融成長複合材料からなる遮熱パネル３４を配置する。燃焼器ライナ２２と遮熱パネル３４との間に間隙３９を設けて、燃焼器ライナ２２に、圧縮機１からの圧縮空気ＣＡを間隙３９に導入する空気導入孔２７ｂ，２８ｂを形成する。必要に応じて、燃焼器ライナ２２と遮熱パネル３４との間に、断熱材４０を充填する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンにおける圧縮機から供給される圧縮空気に燃料を供給して燃焼させ、それにより発生する高温高圧の燃焼ガスをタービンに供給する燃焼器の内部構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
ガスタービンの高効率化を実現するためには、燃焼器からタービンに供給する燃焼ガスを可及的に高温化することにより、タービンの入口温度を高温化することが有効であることが知られている。燃焼ガスを高温化するためには、燃焼室を形成する燃焼器の耐熱性を向上させる必要がある。現在、燃焼器ライナの構造材としては、耐熱超合金が一般的に採用されているが、この耐熱超合金の耐用温度は、９００ ℃以下であって、さほど高くない。そこで、耐熱超合金で形成した燃焼器ライナは、高温の燃焼ガスに直接さらされる内面に遮熱コーティングを施し、かつ、外面を圧縮空気で冷却することにより、保護されている。
【０００３】
燃焼器ライナの内面を冷却するための冷却空気は燃焼ガスに対して希釈空気として作用するから、上述したタービンの入口温度を高温化するためには、前記冷却空気量をできるだけ少なくすることが望ましい。しかしながら、耐熱超合金のような金属を素材として形成した燃焼器ライナの場合には、冷却空気量を現状レベルから低減させることが難しいために、ガスタービンの大幅な効率向上が期待できない。また、燃焼器ライナの内面に遮熱コーティングを施したものもあるが、遮熱コーティングは、高温の燃焼ガスに直接さらされることから、経時的に剥がれたり、劣化し易く、耐久性に劣る欠点がある。
【０００４】
一方、窒化珪素や炭化珪素といったセラミックス材料は、耐用温度が１３００〜１４００℃と金属材料よりも高く、金属材料に比べて耐熱性に優れているため、このセラミックス材料を構造材として使用した燃焼器ライナの場合には、冷却空気量を低減できる利点がある。そこで、従来では、燃焼室内面側をセラミックス材料で構成した燃焼器ライナ（例えば、特許文献１参照）や、燃焼室に対面する内張りと支持構造部との間に耐火性セラミックスからなる熱絶縁石材を配置した燃焼器ライナ（例えば、特許文献２参照）が提案されている。
【０００５】
しかしながら、特に、タービン出力および燃焼効率の向上とＮＯ_ｘの排出量の低減とを図る手段として、燃焼室内に水または水蒸気を噴射する燃焼器では、水蒸気を含む燃焼ガス流中にセラミックスが腐食により溶け出す減肉現象が発生して、耐環境性に問題が生じる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−２６１３５号公報
【特許文献２】
特開２０００−５１２３７０公報
【０００７】
本発明は、前記従来の課題に鑑みてなされたもので、燃焼器ライナの冷却空気量を低減して燃焼ガスを可及的に高温化しながらも、耐熱性、耐久性および耐環境性に優れたガスタービンの燃焼器を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の一構成に係るガスタービンの燃焼器は、燃焼室を形成する燃焼器ライナの内面に対向して、液融成長複合材料からなる遮熱パネルが配置されている。
【０００９】
このガスタービンの燃焼器では、金属を材料とする燃焼器ライナの内面側に遮熱パネルが配置された熱遮蔽構造になっているから、遮熱パネルによって燃焼器ライナが火炎に直接さらされないので、耐熱性が向上する。また、燃焼ガスを高温化した場合であっても、燃焼器ライナの内面を冷却するための圧縮空気による冷却空気量を、従来の耐熱超合金やセラミックス材料で形成された燃焼器ライナの場合に比べて大幅に低減させることが可能となるので、冷却空気の導入による燃焼ガス温度の低下が抑制される。その結果、燃焼器出口における燃焼ガスを、液融成長複合材料の耐用温度である１７００℃近くまで高温化することが可能となり、それに伴いタービンの入口温度が高温化されて、ガスタービンとしての高効率化を図ることができる。
【００１０】
また、水または水蒸気が供給される燃焼器に適用した場合であっても、遮熱パネルの形成素材である液融成長複合材料が水蒸気を含む燃焼ガス流中で減肉することがないので、耐環境性の問題も生じない。さらに、遮熱パネルの形成材料である液融成長複合材料は脆性材料であるが、燃焼ガスを高温化した場合であっても冷却空気量を少なくできることから、遮熱パネルの内外面の温度勾配を軽減することにより、熱応力による破損が抑制される。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態では、前記燃焼器ライナと前記遮熱パネルとの間に間隙が設けられ、前記燃焼器ライナに、前記圧縮機からの圧縮空気を前記間隙に導入する空気導入孔が形成されている。この構成によれば、燃焼器ライナは、遮熱パネルによって燃焼室内の火炎に直接さらされない上に、間隙に導入した圧縮空気によって冷却されるので、燃焼ガスを高温化した場合にも、燃焼器ライナの温度上昇が効果的に抑制される。
【００１２】
本発明の他の好ましい実施形態では、前記燃焼器ライナと前記遮熱パネルとの間に、断熱材が充填されている。この構成によれば、燃焼器ライナは、燃焼室に対面する内面全体が遮熱パネルと断熱材との二重構造で覆われて、燃焼室内の高温から効果的に遮熱され、且つ遮熱パネルからの輻射熱も断熱材で遮断されるので、温度上昇が十分に抑制される。また、遮熱パネルは、断熱材によって内外面間の温度勾配の発生を効果的に抑制できる。
【００１３】
前記実施形態において、前記燃焼器ライナおよび前記遮熱パネルの相対向する表面の少なくとも一方に、遮熱被膜が形成されている。この構成にれば、遮熱パネルから放射する輻射熱による燃焼器ライナの温度上昇と、圧縮空気による冷却効果に起因する遮熱パネルの内外面間の温度勾配の発生とを、遮熱被膜の存在によって一層効果的に抑制できる。
【００１４】
前記実施形態において、前記断熱材は内部空隙を有しており、前記燃焼器ライナに、前記圧縮機からの圧縮空気を前記断熱材の内部空隙に導入する空気導入孔が形成されている。この構成によれば、空気導入孔から断熱材の内部空隙内に流入した圧縮空気によって断熱材が冷却されるので、断熱材による断熱効果と空気冷却効果により、燃焼器ライナの耐熱性が向上する。
【００１５】
本発明の他の構成に係るガスタービンの燃焼器は、圧縮機、燃焼器およびタービンを備えたガスタービンにおける前記燃焼器であって、燃焼室を形成する燃焼器ライナの内面に対向して、液融成長複合材料からなる遮熱パネルが配置されており、前記燃焼器の上流部は、前記燃焼器ライナと前記遮熱パネルとの間に間隙が設けられているとともに、前記燃焼器ライナに、前記圧縮機からの圧縮空気を前記間隙に導入する空気導入孔が形成されており、前記燃焼器の下流部は、前記燃焼器ライナと前記遮熱パネルとの間に、断熱材が充填されている。
【００１６】
この構成によれば、燃焼器の上流部では、燃焼領域の火炎に直接さらされる遮熱パネルを、間隙を流れる圧縮空気によって内面側から冷却することができる。他方、燃焼器における高温高圧の燃焼ガスが流動することによって熱的に厳しい環境にさらされる下流部では、燃焼器ライナが、その内面全体が遮熱パネルと断熱材との双方により燃焼室内の高温から効果的に遮熱され、且つ遮熱パネルからの輻射熱も断熱材で遮断されるので、温度上昇が十分に抑制される。さらに、この下流部では、遮熱パネルが、断熱材の存在によって、上流部におけるような圧縮空気による冷却効果が低減されるので、内外面間の温度勾配が抑制される。これにより、遮熱パネルの形成素材である液融成長複合材料の健全性を維持することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は本発明に係る燃焼器が適用されるガスタービンエンジンを示した概略構成図である。このガスタービンエンジンは、圧縮機１、燃焼器２およびタービン３を主構成要素としている。燃焼器２は、圧縮機１から供給される圧縮空気ＣＡに燃料Ｆを供給して燃焼させ、それにより発生する高温高圧の燃焼ガスＧをタービン３に供給して、このタービン３を駆動する。圧縮機１は、回転軸５を介してタービン３に連結されており、このタービン３によって駆動されて空気Ａを圧縮する。回転軸５はまた、減速機４を介して発電機のような回転負荷７を回転駆動する。燃焼器２には、燃料ポンプ（図示せず）から送給される燃料Ｆが燃料制御装置（図示せず）を介して供給される。
【００１８】
図２は、本発明の第１実施形態に係るガスタービンの燃焼器２を示す断面図である。燃焼器２の外装体であるケーシング８は、ここでは環状の内部空間を有するアニュラ型を一例として挙げているが、キャン型の燃焼器でもよい。このケーシング８には、周方向に並んだ複数の空気取入口９と燃料供給口１０とが設けられており、空気取入口９からは、図１の圧縮機１から送給される圧縮空気ＣＡがディフューザ（図示せず）を介して図２のケーシング８の内部空間に導入される。一方、燃料供給口１０を閉塞する蓋体１２には、燃料供給管１１が貫通状態に取り付けられて保持されている。この燃料供給管１１の先端部は、燃料導入管１３を介して燃料噴射ノズル１４に接続されている。燃料噴射ノズル１４は円盤状の保持体１７に対しこれの中央部を貫通した取付状態で支持されている。保持体１７には、燃料噴射ノズル１４と同心状の環状の内側および外側空気通路１８，１９が設けられている。この両空気導入通路１８，１９には第１および第２スワラー（固定旋回羽根）２０，２１がそれぞれ装着されている。
【００１９】
前記ケーシング８の内部には燃焼室Ｃを形成する環状の燃焼器ライナ２２が配置されている。燃焼器ライナ２２は、内周筒２３と外周筒２４とを備えた二重筒形態であって、内周筒２３と外周筒２４との間に環状の燃焼室Ｃが形成されている。内周筒２３は、複数の筒形成部材２７を前後に並べて配置し、互いに隣接する２つの筒形成部材２７，２７を溶接手段などで相互に連結して形成されている。外周筒２４も同様に、複数の筒形成部材２８を前後に並べて配置し、互いに隣接する２つの筒形成部材２８を溶接手段などで相互に連結して形成されている。筒形成部材２７，２８は、金属製で、例えばインコネルのようなニッケル系の耐熱超合金を素材としている。
【００２０】
前記燃焼器ライナ２２は以下のような手段でケーシング８に支持されている。すなわち、内周筒２３および外周筒２４の各々の上流側端部（図の左側端部）は、前記保持体１７に取り付けられた環状の端壁部材２９の内周面および外周面に接合されて、図示しないステーを介してケーシング８に支持されている。一方、内周筒２３および外周筒２４の各々の下流側端部（図の右側端部）は、連結部材３０および取付部材３１を介してボルト３２でケーシング８に固定されている。
【００２１】
燃焼器ライナ２２の内周筒２３および外周筒２４の各々の燃焼室Ｃに対面する内面側には、複数の遮熱パネル３４が各筒形成部材２７，２８にそれぞれ個々に対向して配置されている。図３は、代表として、図２における外周筒２４の一部の拡大図を示す。遮熱パネル３４は、セラミックス複合材料の一つである液融成長複合材料（Ｍｅｌｔ−Ｇｒｏｗｔｈ−Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ、以下、ＭＧＣ材料と略称する。）を用いて、円弧状の遮熱部３５と、これに一体形成された複数の連結ねじ部３６とを有する形状に形成されている。複数の円弧状の遮熱部３５を周方向に並べて一つの遮熱パネル３４を形成している。
【００２２】
前記遮熱部３５は、連結ねじ部３６を挿通させた円盤状のスペーサ３７を介在して燃焼器ライナ２２の外周筒２４の筒形成部材２８に接触させた状態で、連結ねじ部３６にナット３８を締結することにより、筒形成部材２８の内面に対しスペーサ３７の厚みで設定された間隙３９を存して相対向する配置で燃焼器ライナ２２に固着されている。スペーサ３７は、セラミックス系ファイバまたはＭＧＣ材料のような熱伝導率の比較的低い素材で形成されている。燃焼器ライナ２２の外周筒２４の筒形成部材２８には、遮熱部３５の上流側に位置して、前記間隙３９の大きさに相当する段差を持つ傾斜した段差部２８ａが形成されて、その段差部２８ａに空気導入孔２８ｂが形成されている。したがって、空気導入孔２８ｂは、間隙３９の上流側に対向する配置で設けられて、図２のケーシング８内に流入した圧縮空気ＣＡを、図３の間隙３９内に円滑に導入する。なお、図２に明示するように、燃焼器ライナ２２の内周筒２３の筒形成部材２７にも、外周筒２４の筒形成部材２８と同様の段差部２７ａと空気導入孔２７ｂが形成され、かつ、外周筒２４の筒形成部材２８と同様の構成で遮熱パネル３４が取り付けられている。
【００２３】
前記遮熱パネル３４の形成素材であるＭＧＣ材料は、材質的にセラミックスの一種であるが、通常のセラミックスが原料粉末の焼成・焼結という手段で製造されるのに対して、溶融−凝固法で単結晶を成長させながら製造されるものであり、組成例として、Ａｌ_２Ｏ_３−ＹＡＧ（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）またはＡｌ_２Ｏ_３−ＧＡＰ（ＧｄＡＬＯ_３）などの共晶組成がある。このＭＧＣ材料は、二相酸化物の共晶組織を持ち、この二つの相がそれぞれ単結晶のまま連結して三次元ネットワーク状に絡みながら成長した構造を有するものであり、耐用温度は１７００℃近くであり、水蒸気を含む燃焼ガス中でも減肉しないことから、耐環境性に優れたものである。
【００２４】
上記構成において、図２の燃焼器２の空気取入口９からケーシング８内に導入される圧縮空気ＣＡは、第１および第２スワラー２０，２１により旋回されながら燃焼室Ｃ内に導入され、この旋回を付与された圧縮空気ＣＡが燃料噴射ノズル１４から噴射される燃料Ｆと混合されて燃焼し、燃焼ガスＧとなって燃焼室Ｃの下流側に向かって流れ、図示しないトランジション・ダクトを通って図１のタービン３に導入される。
【００２５】
図２の燃焼器２では、燃焼器ライナ２２の内面側に遮熱パネル３４が間隙３９を存して対向するよう配置された熱遮蔽構造になっているから、燃焼器ライナ２２の内張りとして設けられた遮熱パネル３４によって燃焼器ライナ２２が火炎に直接さらされない。しかも、燃焼器ライナ２２は、図３の外面２２ｂが圧縮空気ＣＡによって冷却されるのに加えて、内面２２ａも間隙３９に導入された圧縮空気ＣＡにより冷却される。その結果、燃焼器ライナ２２の耐熱性が向上する。また、遮熱パネル３４の素材であるＭＧＣ材料は、１７００℃近い高い耐用温度を有し、かつ、燃焼ガスＧとの接触によっても減肉することなく遮熱機能を維持することから、燃焼器ライナ２２と遮熱パネル３４との間の間隙３９に導入して燃焼器ライナ２２を冷却するための圧縮空気ＣＡによる冷却空気量は、従来の耐熱超合金やセラミックス材料で形成された燃焼器ライナのみの場合に比べて、大幅に低減することが可能となる。そこで、前記燃焼器２では、燃焼器ライナ２２の段差部２７ａ，２８ａに小径の空気導入孔２７ｂ，２８ｂを形成して、間隙３９への圧縮空気ＣＡの導入量を少なくしている。
【００２６】
これにより、圧縮空気ＣＡの導入による燃焼ガス温度の低下が抑制される結果、燃焼ガスＧは、遮熱パネル３４の形成素材であるＭＧＣ材料の耐用温度近くまで高温化することが可能となり、それに伴いタービン３の入口温度が高温化されて、ガスタービンとしての高効率化を図ることができる。また、前記燃焼器２は、水または水蒸気が供給されても、遮熱パネル３４の素材であるＭＧＣ材料が水蒸気を含む燃焼ガスＧ流中で減肉することがないので、耐環境性に対する問題も発生しない。
【００２７】
一方、前記ＭＧＣ材料は、上述のような特長を有する反面、脆性材料であって熱応力に対する強度が低い欠点を有しているので、遮熱パネル３４の遮熱部３５には、火炎に直接さらされる内面３５ａと反対側の外面３５ｂとの間の温度勾配が大きくならないようにする必要がある。前記燃焼器２では、間隙３９への圧縮空気ＣＡの導入量が少ないことから、遮熱パネル３４の遮熱部３５における外面３５ｂ側の冷却が抑制されるとともに、スペーサ３７を熱伝導率の比較的低い素材で形成していることにより、遮熱部３５からスペーサ３７を介して燃焼器ライナ２に熱伝導されることによる遮熱部３５の外面３５ｂ側の冷却を抑制している。したがって、遮熱パネル３４の遮熱部３５の内部には大きな温度勾配が生じないので、熱応力による破損が抑制される。
【００２８】
なお、前記実施形態では、遮熱パネル３４に一体形成した連結ねじ部３６にナット３８を締結する機械的な固定手段で遮熱パネル３４を燃焼器ライナ２２に取り付ける構造としたが、これに限らず、例えば、遮熱パネル３４は、別体に形成した遮熱部３５と連結ねじ部３６とを接合して一体化したものでもよく、また、このようなボルト・ナットによる固定構造に限らず、使用する条件に応じて最適な固定構造を採用することができる。
【００２９】
図４は本発明の第２実施形態に係る燃焼器２における図３に対応する箇所での断面図であり、同図において、図３と同一または相当するものに同一の符号を付してある。この燃焼器２では、第１実施形態で設けたスペーサ３７に代えて、遮熱パネル３４の遮熱部３５と燃焼器ライナ２２との間に、アルミナ繊維材料の集合体のような内部空隙を有する素材で形成された断熱材４０が充填されている。したがって、燃焼器ライナ２２と遮熱パネル３４との間には第１実施形態のような間隙３９が存在しないので、燃焼器ライナ２２の内周筒２３および外周筒２４の筒形成部材２７，２８には、第１実施形態のような図３の間隙３９に対向する空気導入孔２７ｂ，２８ｂを形成するための段差部２７ａ，２８ａを有していないが、図４の筒形成部材２７，２８における遮熱パネル３４の遮熱部３５との対向箇所に空気導入孔２７ｃ，２８ｃが形成されている。
【００３０】
この実施形態の燃焼器２は、図１の圧縮機１から図２のケーシング８内に導入された圧縮空気ＣＡの一部が、図４の空気導入孔２７ｃ，２８ｃから断熱材４０の内部空隙内に流入して、この断熱材４０の内部空隙内を流動しながら燃焼器ライナ２２および遮熱パネル３４を冷却する。したがって、この圧縮空気ＣＡによる燃焼器ライナ２２の冷却効果は第１実施形態よりも小さいが、燃焼器ライナ２２は、その内面全体が遮熱パネル３４の遮熱部３５と断熱材４０との二重構造で覆われて、燃焼室Ｃ内の高温から効果的に遮熱され、且つ遮熱パネル３４の遮熱部３５からの輻射熱も断熱材４０で遮断されるので、温度上昇が十分に抑制される。
【００３１】
この燃焼器では、遮熱パネル３４の遮熱部３５の外面３５ｂ側が圧縮空気ＣＡの流動量が少ないことによってさほど冷却されないから、遮熱パネル３４の遮熱部３５の内外面３５ａ，３５ｂ間に大きな温度勾配が生じて熱応力による破損を招くのを一層効果的に抑制できる。さらに、この燃焼器では、遮熱パネル３４の遮熱部３５の全体が断熱材４０で支持されるから、機械的強度が向上する利点がある。なお、この実施形態の燃焼器においても、図３の第１実施形態と同様に、燃焼器ライナ２２の内周筒２３および外周筒２４の各々の筒形成部材２７，２８に段差部２７ａ，２８ａを形成して、この段差部２７ａ，２８ａに空気導入孔２７ｂ，２８ｂを形成するようにしてもよい。また、断熱材４０として、内部空隙を有しない材料を使用することもできる。
【００３２】
図５は本発明の第３実施形態に係る燃焼器２における図３に対応する箇所での断面図であり、同図において、図３と同一または相当するものに同一の符号を付してある。この燃焼器２が図３の第１実施形態のものと相違するのは、図５の燃焼器ライナ２２および遮熱パネル３４の相対向する各々の表面、つまり燃焼器ライナ２２の内面２２ａと遮熱部３５の外面３５ｂに、ジルコニアのような遮熱効果の大きい（熱伝導率の低い）材料からなる遮熱被膜４１，４２がそれぞれコーティングにより形成されている構成のみである。
【００３３】
この実施形態の燃焼器では、第１実施形態とほぼ同様の効果を得られるのに加えて、遮熱パネル３４の遮熱部３５から放射する輻射熱による燃焼器ライナ２２の温度上昇と、燃焼器ライナ２２と遮熱パネル３４の遮熱部３５との間の間隙３９を流れる圧縮空気ＣＡによる冷却効果に起因する遮熱部３５内部の温度勾配の発生とが、遮熱被膜４１，４２の存在によって第１実施形態よりも一層効果的に抑制される利点がある。
【００３４】
なお、この実施形態では、燃焼器ライナ２２および遮熱パネル３４の相対向する各々の表面２２ａ，３５ｂの双方に遮熱被膜４１，４２を形成する場合を例示したが、何れか一方の表面に遮熱被膜４１，４２を形成するだけでも、それ相応の効果を得ることができる。その場合、遮熱パネル３４の遮熱部３５のみに遮熱被膜４２を形成するようにすれば、遮熱部３５からの輻射熱の放射と、遮熱部３５の圧縮空気ＣＡによる冷却に起因する大きな温度勾配の発生とが抑制されるとともに、燃焼器ライナ２２が間隙３９を流れる圧縮空気ＣＡによって効果的に冷却される効果が得られるので、好ましい。
【００３５】
図６は本発明の第４実施形態に係る燃焼器２における図３に対応する箇所での断面図であり、同図において、図３と同一または相当するものに同一の符号を付してある。この燃焼器が第１実施形態のものと相違するのは、遮熱パネル３４の遮熱部３５における燃焼器ライナ２２との対向表面３５ｂに、第１遮熱被膜４３および第２遮熱被膜４４がコーティング手段で２層に形成されている構成のみである。第１遮熱被膜４３は、例えばアルミナ繊維材料の集合体で形成され、第２遮熱被膜４４は、例えばＭＧＣ材料で形成されている。
【００３６】
この実施形態の燃焼器２では、第１実施形態とほぼ同様の効果を得られるのに加えて、燃焼器ライナ２２と遮熱パネル３４の遮熱部３５との間の間隙３９を流れる圧縮空気ＣＡによる遮熱部３５の冷却は、２層の遮熱被膜４３，４４によってほぼ確実に抑制されるので、遮熱部３５内部の温度勾配、つまりその内外面３５ａ，３５ｂ間の温度勾配の発生が、第１実施形態と比較して一層効果的に防止される。一方、燃焼器ライナ２２は、間隙３９を流れる圧縮空気ＣＡによって効果的に冷却されるとともに、遮熱パネル３４の遮熱部３５からの輻射熱が２層の遮熱被膜４３，４４により遮断されているから、その輻射熱による燃焼器ライナ２２の温度上昇も発生しない。
【００３７】
前記第１ないし第４実施形態の各構成は、適用する燃焼器の熱負荷の度合いなどに応じて必要な冷却効果などを得られるように適宜選択して採用することができる。例えば、図２において、燃焼室Ｃ内の燃焼領域Ｓとその上流側（図の左方側）部分に対し径方向に対向する部分を燃焼器上流部とし、この燃焼器上流部よりも下流側（図の右方側）の部分を燃焼器下流部とした場合に、燃焼器上流部は、第１実施例である図２および図３の構成とし、かつ、燃焼器下流部は、第２実施形態である図４の断熱材付きの構成とすることができる。
【００３８】
このような構成にすれば、燃焼器上流部では、燃焼領域Ｓの火炎に直接さらされる遮熱パネル３４の遮熱部３５を、間隙３９を流れる圧縮空気ＣＡによって内外面から冷却することができる。一方、燃焼器下流部では、高温高圧の燃焼ガスＧが流動することによって熱的に厳しい環境にさらされるが、燃焼器ライナ２２の内面全体が、遮熱パネル３４の遮熱部３５と断熱材４０との双方により、燃焼室Ｃ内の高温から効果的に遮熱され、且つ遮熱パネル３４の遮熱部３５からの輻射熱も断熱材４０で遮断されるので、温度上昇が十分に抑制される。一方、遮熱パネル３４は、断熱材４０によって圧縮空気ＣＡによる冷却効果が低減されることにより、内外面間に温度勾配が生じないように抑制される。これにより、遮熱パネル３４の形成素材であるＭＧＣ材料の健全性を維持することができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、本発明のガスタービンの燃焼器によれば、液融成長複合材料からなる遮熱パネルが燃焼器ライナの内面側に配置された熱遮蔽構造になっているから、遮熱パネルによって燃焼器ライナが火炎に直接さらされないので、燃焼器ライナの耐熱性が向上する。また、燃焼器ライナの内面を冷却するための圧縮空気による冷却空気量を大幅に低減することが可能となるのに加えて、遮熱パネルの形成素材である液融成長複合材料は１７００℃近い高い耐用温度を有しているので、燃焼ガスを、液融成長複合材料の耐用温度近くまで高温化することが可能となり、それに伴いタービンの入口温度が高温化されて、ガスタービンとしての高効率化を図ることができる。さらに、水または水蒸気が供給される燃焼器に適用した場合であっても、液融成長複合材料が水蒸気を含む燃焼ガス流中で減肉することがないので、耐環境性の問題も生じない。さらに、燃焼ガスを高温化した場合あっても圧縮空気による冷却空気量を少なくできることから、遮熱パネルの内外面間に大きな温度勾配が発生しないので、脆性材料である液融成長複合材料からなる遮熱パネルの形成材料に支障が生じない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃焼器が適用されるガスタービンエンジンを示す概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るガスタービンの燃焼器を示す縦断面図である。
【図３】同上の燃焼器の要部拡大断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る燃焼器を示す要部拡大断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る燃焼器を示す要部拡大断面図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係る燃焼器を示す要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１…圧縮機
２…燃焼器
３…タービン
２２…燃焼器ライナ
２７ｂ，２８ｂ，２７ｃ，２８ｃ…空気導入孔
３４…遮熱パネル
３５ａ，３５ｂ…内外面
３９…間隙
４０…断熱材
４１〜４４…遮熱被膜
ＣＡ…圧縮空気
Ｃ…燃焼室

Claims

圧縮機、燃焼器およびタービンを備えたガスタービンにおける前記燃焼器であって、
燃焼室を形成する燃焼器ライナの内面に対向して、液融成長複合材料からなる遮熱パネルが配置されているガスタービンの燃焼器。
請求項１において、前記燃焼器ライナと前記遮熱パネルとの間に間隙が設けられ、前記燃焼器ライナに、前記圧縮機からの圧縮空気を前記間隙に導入する空気導入孔が形成されているガスタービンの燃焼器。
請求項１において、前記燃焼器ライナと前記遮熱パネルとの間に、断熱材が充填されているガスタービンの燃焼器。
請求項２において、前記燃焼器ライナおよび前記遮熱パネルの相対向する表面の少なくとも一方に、遮熱被膜が形成されているガスタービンの燃焼器。
請求項３において、前記断熱材は内部空隙を有しており、前記燃焼器ライナに、前記圧縮機からの圧縮空気を前記断熱材の内部空隙に導入する空気導入孔が形成されているガスタービンの燃焼器。
圧縮機、燃焼器およびタービンを備えたガスタービンにおける前記燃焼器であって、
燃焼室を形成する燃焼器ライナの内面に対向して、液融成長複合材料からなる遮熱パネルが配置されており、
前記燃焼器の上流部は、前記燃焼器ライナと前記遮熱パネルとの間に間隙が設けられているとともに、前記燃焼器ライナに、前記圧縮機からの圧縮空気を前記間隙に導入する空気導入孔が形成されており、
前記燃焼器の下流部は、前記燃焼器ライナと前記遮熱パネルとの間に、断熱材が充填されているガスタービンの燃焼器。