JP2005054793A - 燃焼器の断熱シールドパネルおよび断熱シールドパネルとシェルとの組み合わせ - Google Patents

Abstract

【課題】 効率的に冷却される燃焼器の断熱シールド（２４）を提供する。
【解決手段】 燃焼器の断熱シールド（２４）が燃焼器シェル（２２）に対して固定されており、断熱シールドの主要領域にわたって該断熱シールドの外側面（３４）がシェルの内側面（３６）に面するとともにこれから離間される。断熱シールドの外側面とシェルの内側面との間には、断熱シールドの周縁の少なくとも主要部分に沿って間隙（８０）が形成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は燃焼器に関し、特に、ガスタービンエンジン用の断熱シールドパネルに関する。

ガスタービンエンジンの燃焼器は、多くの形態をとりうる。例示的な種類の燃焼器は、燃料と空気のための前方／上流の入口と、エンジンのタービン部に燃焼生成物を導くための後方／下流の出口と、を有する環状の燃焼チャンバを特徴とする。また、例示的な燃焼器は、前方の隔壁から後方に延在する内側壁および外側壁を特徴とし、前方の隔壁には入口の空気および燃料を導くためにスワラが取り付けられている。例示的な壁は、二重構造になっており、内側断熱シールドと外側シェルとを有する。断熱シールドは、セグメントとして構成可能であり、例えば、各々の壁は、長手方向に２〜３のセグメント、周方向に８〜１２のセグメントを含むセグメントの列を特徴とすることができる。断熱シールドのセグメントを冷却するために、セグメントの開口部を通して外側から内側に空気が導かれる。これらの開口部は、追加の所望の動的特性を伴って内側面に沿ってフィルム冷却を生じさせるように、長手方向および周方向に対して角度をなしてもよい。冷却空気は、断熱シールドパネルとシェルとの間の空間を通して導くことができ、また、この空間にはシェルの開口部を通して導入可能である。

例示的な断熱シールド構造は、特許文献１，２に開示されている。
米国特許第５４３５１３９号明細書 米国特許第５７５８５０３号明細書

本発明の一形態は、燃焼器の断熱シールドパネルを含む。複数の冷却ガス通路が、パネルの外側面に設けられた入口とパネルの内側面に設けられた出口とを有する。複数のスタッドが、外側面から延在するとともに遠位のネジ付部分を備える。複数のスタンドオフが、取付面と接触する遠位の面を有するとともに、パネルの周縁の長さの少なくとも２０％にわたって延在する周縁レールの突出部よりも少なくとも０．２ｍｍ長い距離で突出する。

種々の実施例では、各々のスタンドオフは、関連する１つのスタッドの一部を囲むカラーまたはピンの列として形成されうる。

本発明の他の形態は、燃焼器の断熱シールドパネルとシェルとの組み合わせを含む。このシェルは、シェルの外側面に設けられた入口と、シェルの内側面に設けられた出口と、を有する複数の冷却ガス通路を有する。パネルが固定手段によってシェルに固定され、パネルの外側面の主要部分にわたってパネルの外側面がシェルの内側面に面するとともにこの内側面から離間された状態に保持される。周縁の少なくとも主要部分に沿って、パネルの外側面とシェルの内側面との間に間隙が形成される。

種々の実施例では、上記間隙は、周縁全体にわたって延びることができる。レールが、間隙の主要部に沿って、周縁の１２．７ｍｍ以内においてシェルに向かって延在しうる。このレールは、周縁全体にわたって延在してもよい。パネルの外側面は、間隙の主要部に沿ってシェルに向かって延在する周縁レールを含まなくてもよい。また、上記間隙は、周縁の大部分に沿って少なくとも０．２ｍｍの高さを有しうる。上記固定手段は、複数のスタッドを含むことができ、断熱シールドとシェルとは、スタッドの軸から１２．７ｍｍを超える領域では接触していなくてもよい。

本発明の１つまたは複数の実施例の詳細は、添付図面、実施形態、および請求項に記載されている。

図１は、燃焼壁２０の例示的な部分（特定の燃焼器構造の内側壁の後方部分）を示している。壁２０は、外側構造シェル２２と、燃焼器の内部すなわち燃焼チャンバ２６に面する内側断熱シールド２４と、を含む。図では、２つの例示的な断熱パネル２８，３０を示している。例示的な３列の実施例では、第１のパネル２８は、第２の列に位置し、第３のパネル３０は、第３または後方／後縁の列に位置することができる。第１のパネル２８を参照すると、各々のパネルは、内側面３２と外側面３４とを有する。シェル２２も、内側面３６と外側面３８とを有する。パネル２８は、パネル２８の外側面３４から延在する複数のスタッド４０によってシェル２２に取り付けられている。例示的な実施例では、パネル２８の主要本体部分４２は、金属鋳造などによって一体に形成される。例示的なスタッド４０は、本体４２と一体に形成するか、根部４４を本体４２の開口部／ソケットに圧入することなどによって非一体に形成してから一体化することができ、または他の方法によって本体４２に固定することもできる。例示的なスタッド４０は、シェル２２の外側面３８を超えて延在するとともにナット４８を支持するネジ付きの遠位部分４６を有する。ナット４８はシェル２２の外側面３８と接触し、複数のスタンドオフ（ｓｔａｎｄｏｆｆ）５０がシェル２２の内側面３６と接触し、これにより、パネル２８の外側面３４がシェル２２の内側面３６に近接してこれに面するとともに内側面３６と離間した状態でパネル２８が固定される。例示的なスタンドオフ５０は、関連するスタッド４０の関連する部分を囲む環状のカラーとして本体４２と一体に形成される。他のスタンドオフ５０は、ピンの（例えば、円状のリングなどの）列として形成され、各々のピンの直径は関連するスタッドの直径よりも小さい。カラーすなわちスタンドオフ５０の遠位のリム５２は、シェル２２の内側面３６に対して押し付けられるとともにスタッド４０の張力によって保持され、これにより、シールド２４の外側面３４が、シェル２２の内側面３６に面するとともに内側面３６から離間された状態に保持され、これらの間に環状の冷却チャンバ６０が画成される。

シールドを冷却するために、冷却空気をチャンバ６０内に導くことができる。この空気は、最初にシェル２２の外側面３８に隣接する空間６２からシェル２２の開口部６４を通してチャンバ６０内に導くことができる。例示的な開口部６４は、面３６，３８に対して実質的に垂直であり、穴あけ、鋳造、および他の方法によって形成可能である。また、開口部６４は、開口部６４を通過する空気噴流４００が、シールド２４の外側面３４の完全な部分に衝突してシールド２４に局部的な初期冷却を提供するように配置および方向づけることが有利である。シールド自体は、チャンバ６０からチャンバ２６に空気を導くために、面３４，３２の間に開口部７０を有することが有利である。これらの開口部７０は、面３４，３２に対して長手方向でかつ周方向に角度づけられていることが有利である。このような角度づけにより、開口部を通る空気噴流４０２による追加の冷却が得られるように表面積が拡大される。長手方向成分によって、これらの流れと燃焼ガスの全体的な内部の流れ４０４とが効率的に合流し、表面にフィルム冷却をさらに提供するように表面３２に沿って流れる噴流４０２からの空気を維持する。周方向成分は、局部的な冷却処理などの種々の目的で使用可能である。

例示的なシールドパネル２８は、周縁７６に沿ってまたは周縁７６の近傍（例えば、１２．７ｍｍ以内）にレール７４を有し、このレール７４は、外側面３４から周縁７６の周囲に延在するとともに遠位のリム面７８を有する。リム７８とシェル２２の外側面３６との間には高さＨの間隙８０が形成される。この間隙の高さＨは、面３４，３６の主要部の間のチャンバ６０の高さの（例えば、２５％以上、より狭くは４０％〜９０％または５０％〜７０％である）実質的な部分にわたることが有利である。例示的な間隙８０の絶対高さは、０．２〜２．０ｍｍ、より狭くは０．４〜１．５ｍｍ、さらに狭くは０．６〜１．０ｍｍである。他のレールのない構造における他の例示的な高さは、０．５〜５．０ｍｍ、より狭くは１．０〜２．０ｍｍである。間隙および他の寸法は、エンジンが停止しており、かつ冷めているときに測定される。間隙８０は、周縁７６の周りの冷却流れをチャンバ６０からチャンバ２６に導くのに効果的である。図２には、周縁７６の前縁部および後縁部の周囲の例示的な流れの部分４１０，４１２が示されている（側方の部分４１４も図２に示されている）。また、図２は、第２の列のパネルが第３の列に対して互い違いに設けられたパネルの部分的な配置を示している。

開口部６４，７０の寸法決め、配置、および方向づけには、種々の周知の設計検討事項を用いることができる。追加の設計検討事項には、レール７４の突出部すなわち間隙８０の高さＨが含まれる。間隙８０の高さが小さいと開口部７０を通るチャンバ６０からの流れがバイアスされ、間隙８０の高さが大きいと周縁７６の周囲に流れがシフトする（図３の実施例１２０には流れが最大の場合が概略的に示されており、この場合にはレールがなくなる）。リム７８および間隙８０は、均一である必要はなく、所望の周縁冷却プロファイルを得るために周縁７６に沿って変化してもよい。

例示的な実施例では、スタンドオフ５０は、スタッド４０に対してかなり局所的に設けられている（例えば、スタッド軸５１０から比較的小さい半径内、例えば１２．７ｍｍ、より狭くは５．０ｍｍ以内にシェル２２との接触領域を有している）。最小の場合は、スタンドオフ５０をスタッド４０のショルダ部として形成することを含みうる。しかし、スタッド４０とカラー５０を僅かに離間させて、これらの間に環状のチャンバ９０を形成することで、局部的な冷却空気を導くとともにチャンバ６０と同様または異なる方法で調整することができる。カラー５０は、熱伝達のために追加の表面積を提供することができ、またはチャンバ９０は、スタッド４０を囲む断熱材を含むことができる。スタンドオフ４０は、周縁がシェルと完全に接触する完全なレールの形態の従来技術のスタンドオフと比較することができる。このような完全なレール／スタンドオフは、特定の状況ではいくつかの難点を有しうる。レール／スタンドオフは、その質量と、レール／スタンドオフと取付スタッドとの間で係合力を伝達するのに必要な本体の質量の増加と、の両方のために、比較的大きいパネル質量の原因となる。さらに、このような質量によって要求される冷却が増加するおそれがある。また、このようなレール／スタンドオフによって、周縁の冷却の柔軟性が制限されたり、パネルの間に停滞領域が生じて、この領域において高温の燃焼ガスによって過度の加熱および浸食が生じるおそれがある。

本発明の１つまたはそれ以上の実施例を説明したが、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、種々の変更が可能である。例えば、既存の燃焼器の改装部品として適用した場合には、既存の燃焼器の詳細は、特定の実施例の詳細に影響を与える。従って、他の実施例も請求項の範囲に含まれる。

ガスタービン燃焼器壁の部分的な長手方向断面図である。 断熱シールドのパネル配列の平面図である。 他のガスタービン燃焼器壁の部分的な長手方向断面図である。

符号の説明

２２…外側構造シェル
２４…内側断熱シールド
３４…断熱シールドの外側面
３６…シェルの内側面
８０…間隙

Claims (10)

1. 内側面と、
   外側面と、
   前記外側面に設けられた入口と、前記内側面に設けられた出口と、を有する複数の冷却ガス通路と、
   前記外側面から延在するとともに、遠位のねじ付部分を備える複数のスタッドと、
   取付面と接触する遠位の面を有するとともに、パネルの周縁の長さの少なくとも２０％にわたって延在する周縁レールの突出部よりも少なくとも０．２ｍｍ長い距離で突出する複数のスタンドオフと、を有することを特徴とする燃焼器の断熱シールドパネル。
2. 各々のスタンドオフは、関連する１つのスタッドの一部を囲むカラーまたはピンの列として形成されることを特徴とする請求項１記載の燃焼器の断熱シールドパネル。
3. 前記距離は、前記周縁レールの突出部よりも少なくとも０．４ｍｍ長いことを特徴とする請求項１記載の燃焼器の断熱シールドパネル。
4. 燃焼器の断熱シールドパネルとシェルとの組み合わせであって、
   前記断熱シールドパネルは、
   内側面と、
   外側面と、
   周縁と、
   前記パネルの外側面に設けられた入口と、前記パネルの内側面に設けられた出口と、を備える複数の冷却ガス通路と、を有し、
   前記シェルは、
   内側面と、
   外側面と、
   前記シェルの外側面に設けられた入口と、前記シェルの内側面に設けられた出口と、を備える複数の冷却ガス通路と、を有し、
   さらに、前記パネルの外側面の主要領域にわたって該パネルの外側面が前記シェルの内側面に面するとともにこの内側面から離間された状態に維持され、かつ前記周縁の少なくとも主要部分に沿って前記パネルの外側面と前記シェルの内側面との間に間隙が形成されるように、前記パネルを前記シェルに固定する手段を有することを特徴とする燃焼器の断熱シールドパネルとシェルとの組み合わせ。
5. 前記間隙は、前記周縁の全体にわたって延びていることを特徴とする請求項４記載の燃焼器の断熱シールドパネルとシェルとの組み合わせ。
6. 前記パネルの外側面は、前記間隙の主要部分に沿って、前記周縁の１２．７ｍｍ以内において前記シェルに向かって延在するレールを有することを特徴とする請求項４記載の燃焼器の断熱シールドパネルとシェルとの組み合わせ。
7. 前記レールは、前記周縁の全体にわたって延在していることを特徴とする請求項６記載の燃焼器の断熱シールドパネルとシェルとの組み合わせ。
8. 前記パネルの外側面は、前記間隙の主要部分に沿って前記シェルに向かって延在するレールを含まないことを特徴とする請求項４記載の燃焼器の断熱シールドパネルとシェルとの組み合わせ。
9. 前記間隙は、前記周縁の大部分に沿って少なくとも０．２ｍｍの高さを有することを特徴とする請求項４記載の燃焼器の断熱シールドパネルとシェルとの組み合わせ。
10. 前記手段は、複数のスタッドを含み、前記断熱シールドと前記シェルとは、前記スタッドの軸から１２．７ｍｍを超える領域では接触していないことを特徴とする請求項４記載の燃焼器の断熱シールドパネルとシェルとの組み合わせ。
    

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