JP2006097983A - ガスタービン燃焼器 - Google Patents

Abstract

【課題】 安価で丈夫なガスタービン燃焼器の音響ライナを提供する。
【解決手段】 ガスタービン燃焼器の少なくとも音響ライナの部分を鋳造により製造する。音響ライナのハウジングや吸音孔を形成するための中子は、同じ形状の小さい中子を多数作って組み合わせることにより、音響ライナ全体の中子となるようにする。
【選択図】図３

Description

本発明は、ガスタービン燃焼器の振動抑制に用いられる音響ライナに関する。

ガスタービン燃焼器の振動を抑制する手段として、燃焼器の所定の領域の壁面を多孔板とし、その領域を覆うように音響箱を取り付ける音響ライナが知られている。

ガスタービン燃焼器の燃焼振動を抑制するために、音響ライナが用いられている。音響ライナは、燃焼器の外壁に溶接などにより取り付けられ内部に共鳴空間を形成するハウジングと、ハウジングが設置された領域の燃焼器の壁に機械加工などの手段により空けられた多数の吸音孔とからなる。

そうした音響ライナの例が、図１に示されている。燃焼器５１は、車室５４に収納されている。燃焼器５１は燃焼筒５２を備えている。燃焼筒５２の内部は、燃焼による高温ガスが充満する燃焼領域である。燃焼筒５２の中段には燃焼領域にバイパス空気を導入するバイパス管５６が設置され、バイパス管５６にはバイパス弁５８が取り付けられている。図１の例では、燃焼筒５２の中段に２つの音響ライナ５０が設置されている。音響ライナ５０は、図１の左側のように燃焼筒５２の胴まわりを一周していることもある。図１の右側のように燃焼筒の胴まわりを一周しないこともある。燃焼筒５２の燃焼ガスは、燃焼筒５２の下流側に接続された尾筒５３を介して図示しないタービンに送出され、タービンを駆動する。

図２を参照すると、音響ライナの破断斜視図が示されている。音響ライナは、燃焼筒５２の所定の領域に多数、設けられた吸音孔１０６を有している。その所定の領域における燃焼筒５２の外側には燃焼筒ハウジング１０４が取り付けられている。燃焼筒５２と燃焼筒ハウジング１０４とは取付部１１０において溶接により取り付けられている。燃焼筒５２の壁面の内部には冷却媒体を流す冷却溝１１２が設けられている。

図２を参照すると、音響ライナ５０の破断斜視図が示されている。燃焼筒５２には、ハウジング１０４が溶接部１１０において取り付けられている。ハウジング１０４と燃焼筒５２とに囲まれた空間はキャビティ１０５と呼ぶ。ハウジング１０４に覆われた領域の燃焼筒５２の壁には、多数の吸音孔１０６が設けられている。燃焼筒５２の壁に対してハウジング１０４と反対の側は高温のガスが充満する燃焼領域１０８である。燃焼筒５２の壁の内部には、壁を冷却するための冷却媒体が流される冷却溝１１２が設けられている。

燃焼器壁部に配列された複数の冷却流溝と、該冷却流溝に渡って配置されたヘッダー溝とを設けたことを特徴とする燃焼器冷却構造が知られている（特許文献１参照）。

特開２００４−４４５３８号公報

多数の吸音孔を機械加工で開けるには、高いコストがかかり、工数もかかる。ハウジングを溶接で燃焼筒に接続した溶接部は、他の場所に比べて構造的に弱い箇所になっている。

本発明の目的は、音響ライナの多数の吸音孔を低いコストで形成することである。
本発明の他の目的は、音響ライナの強度を向上することである。

以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明によるガスタービン燃焼器（５１）の製造方法は、ガスタービンの燃焼器（５１）の内部と燃焼器（５１）に取り付けられた音響ライナのハウジングの内部とを連通する吸音孔を形成する元となる吸音孔中子（４、２４、３２）を製造するステップと、吸音孔中子（４、２４、３２）を用いた鋳造により音響ライナを製造するステップとを備えている。

本発明によるガスタービン燃焼器（５１）の製造方法は、音響ライナのハウジングの元となるハウジング中子（２、２０）を製造するステップと、ハウジング中子（２、２０）を用いた鋳造により音響ライナを製造するステップとを備えている。

本発明によるガスタービン燃焼器（５１）の製造方法において、吸音孔中子（４）とハウジング中子（２、２０）とは一体に成形されている

本発明によるガスタービン燃焼器（５１）の製造方法は、複数の鋳型片（２、２０）を製造する鋳型片製造ステップと、鋳型片（２、２０）をガスタービン燃焼器（５１）の周方向に並べて音響ライナの鋳型を製造する鋳型製造ステップとを備えている。

本発明によるガスタービン燃焼器（５１）の製造方法は、鋳型片（２、２０）が隣接する鋳型片との間に隙間が空くようなボス（１６、２２）を有するように鋳型片を製造するための型を成形するステップを備えている。

本発明におけるガスタービン燃焼器（５１）の製造方法は、鋳型片（２０）を音響ライナのキャビティと燃焼器（５１）の内部とを連通する吸音孔を設けるための突起（４）に一対一対応するように製造するステップを備えている。

本発明によるガスタービン燃焼器（５１）の製造方法において、鋳型片製造ステップは、ガスタービン燃焼器（５１）の周方向に直交する方向に列をなす複数の吸音孔を開けるための複数の突起（４）を設けるステップを含んでいる。鋳型製造ステップは、複数の突起と一面で結合し音響ライナのキャビティを形成する箱部（２）を製造するステップを含んでいる。箱部（２）は一面からその反対の面に向かって広がるテーパを有している。本発明によるガスタービン燃焼器（５１）の製造方法は更に、一面を内周にむけて箱部（２）を並べることにより円弧状またはリング状の鋳型を製造するステップを備えている。

本発明によるガスタービン燃焼器（５１）の製造方法は、箱部（２）の第一面から離れた部分に位置決めの際にサポートとなる突起（１８）を設けるステップを備えている。

本発明によるガスタービン燃焼器（５１）の製造方法は、鋳型の材料で作られ、底面における断面積と所定の高さにおける断面積とが異なるピース（２４、３２）を複数製造するステップと、複数のピース（２４、３２）を底面を下に向けて面上で並べるステップと、並べられたピース（２４、３２）を中子として音響ライナが有するキャビティと燃焼器とを連通する複数の音響孔を備えた音響ライナを鋳造するステップとを備えている。

本発明によるガスタービン燃焼器（５１）の製造方法において、ピース（２４）において、底面（２６）は円であり、底面（２６）を下としたとき、底面（２６）より高い第１断面（２８）は底面（２６）より面積が大きい円であり、最も高い面（３０）は第１断面（２８）より面積が小さい円である。

本発明によるガスタービン燃焼器（５１）の製造方法において、ピース（３２）は、直径の異なる２つの円筒（３４、３６）が同軸に結合した形状である。

本発明によるガスタービン燃焼器（５１）の製造方法は、音響ライナのキャビティを鋳造するためのキャビティ用中子（４２）を製造するステップと、キャビティ用中子（４２）の一面に複数のピース（２４、３２）を並べて貼り付けるステップと、キャビティと音響孔とを有する音響ライナを鋳造するステップとを備えている。

本発明によるガスタービン燃焼器（５１）の製造方法において、音響ライナが鋳造されるとき、ガスタービン燃焼器（５１）も一体に鋳造される。

本発明によるガスタービン燃焼器（５１）は、音響ライナが鋳物である。

本発明によれば、音響ライナの多数の吸音孔が低いコストで形成される。
さらに本発明によれば、音響ライナの強度が向上する。

以下、図面を参照しながら本発明によるガスタービン燃焼器について詳細に説明する。本発明によるガスタービン燃焼器は、少なくとも音響ライナの部分が鋳造により製造される。

（実施の第１形態）
図３を参照すると、実施の第１形態におけるガスタービン燃焼器の音響ライナを製造するために使用される中子が示されている。中子は、音響ライナの吸音孔の、燃焼筒の中心軸に平行な方向に１列分を１つの中子として、多数の中子が組み合わされて音響ライナの中子となる。図３に示されているのはその１列分である。

中子は、キャビティ中子２を備えている。キャビティ中子２の一方の面には、複数の吸音孔中子４が一列に並んで接続されている。キャビティ中子２は直方体に近い形状をしており、吸音孔中子４が接続されている側面からその反対側の側面に向けて徐々に幅が広くなるテーパを有している。点線で示された金型表面８は、中子を使用して製造される鋳物の輪郭を示している。キャビティ中子２はキャビティを形成し、吸音孔中子は吸音孔を形成する。

図４を参照すると、図３に示された中子が並べられた様子が示されている。中子の向きは図３に対してほぼ９０度異なる角度から見られている。中子は、吸音孔中子４を同じ向きに揃えて並べられる。キャビティ中子２は、テーパを有していることにより、並べられると円弧を描く。その円弧の曲率は、燃焼筒の音響ライナが取り付けられる部位の曲率と同じである。このように多数の中子が並べられて鋳造が行われることにより、多数の吸音孔とハウジングとからなる音響ライナが形成される。

こうした製造方法により、吸音孔を機械加工で空ける場合に比べて少ない工数で、かつ低いコストで多数の吸音孔を有する音響ライナの製造が可能になる。さらに、ハウジングと燃焼筒とが溶接で接続されている場合に比べて、鋳物で一体成形されている場合はより強度が高く寿命の長い音響ライナが得られる。一つの型から量産される中子が組み合わされて全体の中子を形成することで、例えば吸音孔中子４が１本折れていても、中子のその部分だけを取り替えればよいため、歩留まりが向上する。

図５を参照すると、中子を製造するための型の片側が示されている。図５に示されている型と、それと上下対称なもう一つの型とが組み合わされることにより、中子を製造するための型が得られる。

図６を参照すると、本実施の形態の変型例における中子が示されている。変型例における中子は、隣接する中子と接する面に、ボス１６が設けられている。図７を参照すると、図６に示された中子が並べられた様子が示されている。ボス１６があるために、隣接する中子どうしの間に薄い隙間ができる。そのため、この中子を用いて製造された音響ライナは、周方向に吸音孔１列分ごとに、薄い壁ができる。すなわち、音響ライナは周方向に多数のセルからなる構造となる。こうした音響ライナは、燃焼領域において周方向にガスの温度・圧力の不均一な分布がある場合に音響ライナの内部にガスが流入することが防止される。

図８を参照すると、本実施の形態の更なる変型例における中子が示されている。変型例における中子は、吸音孔中子４が設けられている側面から離れた角の部分に、棒状のサポート１８を有している。サポート１８があることにより、中子の位置決めが容易になり、位置決め精度が向上する。サポートがあることにより、この中子を用いて製造された音響ライナにはサポートの位置に孔を有する。この孔は、音響ライナの内部に溜まった油を抜くドレン孔として機能する。

（実施の第２形態）
図９を参照すると、本発明の実施の第２形態における中子が示されている。本実施の形態における中子は、音響ライナの吸音孔１つに対して１つ製造される。その中子が、燃焼筒の周方向に直行する方向（紙面の左右方向）に１列に並べられると、図２を参照して説明された中子と同じ形状の中子となる。あとは実施の第１形態と同様に、図４を参照して説明したように中子を並べれば、音響ライナの全体の中子が出来る。こうした吸音孔１つに対して１個製造される中子は、歩留まりがよく、さらに量産効果によりコストが低減する。

図１０を参照すると、実施の第２形態の変型例における中子が示されている。本変型例における中子は、図９を参照して説明した中子の各々に、燃焼筒の周方向に直行する方向に隣接する中子と少し離れるようにボスが設けられている。こうした中子が図４に示されるのと同様に燃焼筒の周方向に並べて鋳造がなされると、音響ライナの内部に、燃焼筒の周方向に延長する壁が形成される。こうした壁があると、燃焼領域から音響ライナの内部への燃焼ガスの流入が低減する。

さらに、図６及び図７を参照して説明した中子のように、周方向に隣接する中子の間に隙間が出来るように配置されたボスが中子に取り付けられていると、キャビティが一つの吸音孔に対して一つのセルに分割されることになる。こうした音響ライナは、燃焼領域においてガスの温度・圧力の不均一な分布がある場合に音響ライナの内部にガスが流入することが防止される。

（実施の第３形態）
図１１を参照しながら、本発明の実施の第３形態について説明する。本実施の形態は、音響ライナのうち特に吸音孔の製造方法に係わる。図１１には、ソロバンの珠（たま）の形状をした中子が示されている。各々の中子は、円形で平らな底面２６と、底面より直径の大きい円形の腹部２８と、腹部より直径の小さい円形で平らな上面３０とを有している。底面２６の中心と腹部２８の中心と上面３０の中心とは鉛直線により結ばれる。

こうした中子をたくさん製造して集めると、中子の腹部２８が互いに接触しあい、中子の中心と隣接する中子の中心とのピッチがどこをとっても同じになる。こうした中子を集めたものを中子として鋳造を行うことにより、多数の孔（吸音孔）が等間隔で空いた板が容易にできる。

図１２を参照すると、実施の第３形態の変型例による中子が示されている。中子３２は、直径の大きい円筒形の頭部３４と、直径がより小さい円筒形の脚部３６とが同軸に接続された形状をしている。こうした中子をたくさん製造し、頭部３４を下にするなど倒れないようにして集めると、頭部３４が互いに接触しあい、中子の中心と隣接する中子の中心とのピッチがどこをとっても同じになる。こうした中子を集めたものを中子として鋳造を行うことにより、図１３に示されるように多数の孔（吸音孔）が等間隔で空いた板が容易にできる。

図１４を参照すると、図１１、１２を参照して説明した吸音孔と音響ライナのハウジングとを同時に製造するための中子が示されている。音響ライナのキャビティを形成する、直方体が円周方向に曲げられた形状をしたキャビティ中子に、多数の中子３２を集めて中子３２と隣の中子３２とのピッチを等しくしたものを貼り付ける。こうした中子を用いて鋳造を行うことにより、多数の孔の空いた音響ライナが容易に、低コストで製造される。

以上に説明した実施の第１形態から第３形態に共通して、更に好ましくは、燃焼器の全体が鋳造により製造されると、溶接された構造的に弱い部分がなくなる。

図１は、燃焼器を示す。 図２は、音響ライナの断面を切り取った斜視図を示す。 図３は、実施の第１形態における中子を示す。 図４は、実施の第１形態における中子が並べられた様子を示す。 図５は、実施の第１形態における中子を製造するための型の片側を示す。 図６は、実施の第１形態における中子を示す。 図７は、実施の第１形態における中子が並べられた様子を示す。 図８は、実施の第１形態における中子を示す。 図９は、実施の第２形態における中子を示す。 図１０は、実施の第２形態における中子を示す。 図１１は、実施の第３形態における中子を示す。 図１２は、実施の第３形態における中子を示す。 図１３は、実施の第３形態における中子を用いて鋳造された多孔板を示す。 図１４は、実施の第３形態における中子である。

符号の説明

２…キャビティ中子
４…吸音孔中子
８…金型表面
１０…鋳型
１４…湯口
１６…ボス
１８…サポート
２０…キャビティ中子
２２…ボス
２４…駒
２６…底面
２８…腹
３０…上面
３２…中子
３４…頭部
３６…脚部
３８…小径孔
４０…大径孔
４２…キャビティ中子

Claims (14)

1. ガスタービンの燃焼器の内部と燃焼器に取り付けられた音響ライナのハウジングの内部とを連通する吸音孔を形成する元となる吸音孔中子を製造するステップと、
   前記吸音孔中子を用いた鋳造により音響ライナを製造するステップ
   とを具備する
   ガスタービン燃焼器の製造方法。
2. 請求項１に記載されたガスタービン燃焼器の製造方法であって、
   前記音響ライナのハウジングの元となるハウジング中子を製造するステップと、
   前記ハウジング中子を用いた鋳造により音響ライナを製造するステップ
   とを具備する
   ガスタービン燃焼器の製造方法。
3. 請求項１または２のうちのいずれか１項に記載されたガスタービン燃焼器の製造方法であって、
   前記吸音孔中子と前記ハウジング中子とは一体に成形されている
   ガスタービン燃焼器の製造方法。
4. 請求項１から３のうちのいずれか１項に記載されたガスタービン燃焼器の製造方法であって、
   複数の鋳型片を製造する鋳型片製造ステップと、
   前記鋳型片を前記ガスタービン燃焼器の周方向に並べて前記音響ライナの鋳型を製造する鋳型製造ステップ
   とをさらに具備する
   ガスタービン燃焼器の製造方法。
5. 請求項４に記載されたガスタービン燃焼器の製造方法であって、
   更に、前記鋳型片が隣接する前記鋳型片との間に隙間が空くようなボスを有するように前記鋳型片を製造するための型を成形するステップ
   を具備する
   ガスタービン燃焼器の製造方法。
6. 請求項４または５に記載されたガスタービン燃焼器の製造方法であって、
   更に、前記音響ライナのキャビティと前記燃焼器の内部とを連通する吸音孔を設けるための突起と一対一対応する前記鋳型片を製造するステップ
   を具備する
   ガスタービン燃焼器の製造方法。
7. 請求項４または５に記載されたガスタービン燃焼器の製造方法であって、
   前記鋳型片製造ステップは、前記ガスタービン燃焼器の周方向に直行する方向に列をなす複数の前記吸音孔を開けるための複数の突起を設けるステップを含み、
   前記鋳型製造ステップは、前記複数の突起と一面で結合し前記音響ライナのキャビティを形成する箱部を製造するステップと、前記箱部は前記一面からその反対の面に向かって広がるテーパを有し、
   前記一面を内周にむけて前記箱部を並べることにより円弧状またはリング状の前記鋳型を製造するステップ
   とを具備する
   ガスタービン燃焼器の製造方法。
8. 請求項７に記載されたガスタービン燃焼器の製造方法であって、
   更に、前記箱部の前記第一面から離れた部分に位置決めの際にサポートとなる突起を設けるステップ
   を具備する
   ガスタービン燃焼器の製造方法。
9. 鋳型として使用される材料で作られ、底面における断面積と所定の高さにおける断面積とが異なるピースを複数製造するステップと、
   複数の前記ピースを前記底面を下に向けて面上で並べるステップと、
   並べられた前記ピースを音響ライナが有するキャビティと燃焼器とを連通する複数の音響孔の中子として音響ライナを鋳造するステップ
   とを具備する
   ガスタービン燃焼器の製造方法。
10. 請求項９に記載されたガスタービン燃焼器の製造方法であって、
    前記ピースにおいて、前記底面は円であり、前記底面を下としたとき、前記底面より高い第１断面は前記底面より面積が大きい円であり、最も高い面は前記第１断面より面積が小さい円である
    ガスタービン燃焼器の製造方法。
11. 請求項９に記載されたガスタービン燃焼器の製造方法であって、
    前記ピースは、直径の異なる２つの円筒が同軸に結合した形状である
    ガスタービン燃焼器の製造方法。
12. 請求項９から１１のうちのいずれか１項に記載されたガスタービン燃焼器の製造方法であって、
    更に、音響ライナのキャビティを鋳造するためのキャビティ用中子を製造するステップと、
    前記キャビティ用中子の一面に複数の前記ピースを並べて貼り付けるステップと、
    前記キャビティと前記音響孔とを備える音響ライナを鋳造するステップ
    とを具備する
    ガスタービン燃焼器の製造方法。
13. 請求項１から１２のうちのいずれか１項に記載されたガスタービン燃焼器の製造方法であって、
    前記音響ライナが鋳造されるとき、前記ガスタービン燃焼器も一体に鋳造される
    ガスタービン燃焼器の製造方法。
14. 音響ライナが鋳物であるガスタービン燃焼器。

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