JP2023183452A - ガスタービンの燃焼器 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスタービンの燃焼器におけるライナーの耐久性を高める。【解決手段】ガスタービンの燃焼器は、燃焼室を囲むシェルと、前記シェルの内側に位置し、前記燃焼室に面するライナーと、前記シェルに前記ライナーを取り付ける取付具と、を備える。前記取付具は、前記シェルを貫通する軸部、及び、前記軸部と接続し前記シェルの前記径方向の内側から前記ライナーを支持する頭部を含むサポートと、前記シェルの前記径方向の外側において前記サポートの前記軸部に取り付けられる固定部材と、前記シェルと前記ライナーとの間に介在するスペーサと、前記ライナーが前記シェルから前記径方向に離れるように前記ライナーを前記径方向の内側に向けて付勢し、前記径方向において前記スペーサと前記シェルとの間にギャップを形成する付勢部材と、を含む。【選択図】図４

Description

本開示は、ガスタービンの燃焼器に関する。

近年、燃費向上を目的としてガスタービンにおける燃焼温度の高温化が進んでいる。かかるガスタービンの燃焼器では、燃焼室を囲むシェルの内側にライナーを配置し、ボルトによってライナーをシェルに締結した燃焼器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

ＵＳ２０２０／０００３４１７Ａ１

ガスタービンの運転中には、シェル及びライナーの温度差、材料の熱膨張率差、及びライナーの表裏面の温度差などにより、シェルとライナーとの間に熱膨張差が生じる。従って、ボルトを介してライナーに拘束力が発生し、ライナーの寿命が短くなり得る。

そこで本開示の一態様は、ガスタービンの燃焼器におけるライナーの耐久性を高めることを目的とする。

本開示の一態様に係るガスタービンの燃焼器は、燃焼室を囲むシェルと、前記シェルの内側に位置し、前記燃焼室に面するライナーと、前記シェルに前記ライナーを取り付ける取付具と、を備える。前記取付具は、前記シェルを貫通する軸部、及び、前記軸部と接続し前記シェルの径方向の内側から前記ライナーを支持する頭部を有するサポートと、前記シェルの前記径方向の外側において前記サポートの前記軸部に取り付ける固定部材と、前記シェルと前記ライナーとの間に介在するスペーサと、前記ライナーが前記シェルから前記径方向に離れるように前記ライナーを前記径方向の内側に向けて付勢し、前記径方向において前記スペーサと前記シェルとの間にギャップを形成する付勢部材と、を含む。

本開示の他の態様に係るガスタービンの燃焼器は、燃焼室を囲むシェルと、前記シェルの内側に位置し、前記燃焼室に面するライナーと、圧縮空気が流入する前記シェルと前記ライナーとの間の冷却空間と、前記シェルに前記ライナーを取り付ける取付具と、を備える。前記取付具は、前記シェルを貫通する軸部、及び、前記軸部と接続し前記シェルの径方向の内側から前記ライナーを支持する頭部を有するサポートと、前記シェルと前記ライナーとの間に介在するスペーサと、前記シェルの前記径方向の外側において前記サポートの前記軸部に取り付ける固定部材と、前記シェルの前記径方向の外側かつ前記固定部材の前記径方向の内側に配置された付勢部材と、を含む。前記付勢部材は、前記冷却空間に流入する前記圧縮空気に抗して前記ライナーが前記シェルに前記径方向に近づくように前記固定部材を前記径方向の外側に向けて付勢する。

本開示の更に他の態様に係るガスタービンの燃焼器は、燃焼室を囲むシェルと、前記シェルの内側に位置し、前記燃焼室に面する複数のライナーパネルと、前記シェルに前記複数のライナーパネルをそれぞれ取り付ける複数の取付具と、を備える。前記複数のライナーパネルは、前記シェルの周方向に配置され、前記複数の取付具のうち３つの取付具は、前記複数のライナーパネルのうち１つのライナーパネルを三点支持する。

本開示の一態様によれば、ガスタービンの燃焼器におけるライナーの耐久性を向上できる。

図１は、第１実施形態に係るガスタービンの概略断面図である。 図２は、図１のガスタービンの燃焼器の圧縮空気の流れ方向の下流側から見た断面図である。 図３は、図２の燃焼器のIII－III線断面図である。 図４は、図３の燃焼器の部分断面図である。 図５は、図２の燃焼器のライナーパネル及びサポートの斜視図である。 図６は、第２実施形態の燃焼器の部分断面図である。 図７は、第３実施形態の燃焼器の部分断面図である。 図８は、図７の燃焼器のガスタービン運転中の拡大部分断面図である。

（第１実施形態）
以下、図面を参照して実施形態を説明する。なお、ガスタービン１の軸線Ｘは、燃焼器３の軸線と同じである。燃焼器３の軸線Ｘに直交する方向を燃焼器３の径方向Ｒと称し、軸線Ｘ周りに延びる方向を燃焼器３の周方向Ｃと称する。燃焼室１６の圧縮空気の流れ方向Ｆにおいて、燃料インジェクタ１７に向かう側を上流側と称し、排出口１６ａに向かう側を下流側と称する。

図１は、第１実施形態に係るガスタービン１の概略断面図である。図１に示すように、ガスタービン１は、圧縮機２、燃焼器３、タービン４、回転軸５、ケーシング１０及びファン７を備える。ガスタービン１では、外部からケーシング１０内に導入された空気が圧縮機２で圧縮され、圧縮機２で圧縮された圧縮空気が燃焼器３に導かれ、燃焼器３で燃料を圧縮空気とともに燃焼して得られた高温高圧の燃焼ガスがもつエネルギーがタービン４において回転動力として取り出される。

タービン４は、回転軸５を介して圧縮機２に連結されている。回転軸５の軸線Ｘは、ガスタービン１の軸線である。回転軸５の前端部には、ファン７が接続されている。タービン４で発生する回転動力は、圧縮機２及びファン７を駆動する。ガスタービンには、様々な形式が存在する。ターボファンエンジンは、主にタービンで発生する回転動力でファンを駆動し、航空機用エンジンとして用いられる。図１では、ガスタービンの一形態であるターボファンエンジンを例示しているが、ガスタービンの形態はこれに限られない。

図２は、図１のガスタービン１の燃焼器３の圧縮空気の流れ方向の下流側から見た概略図である。図２に示すように、燃焼器３は、筒形状を有し、例えば、ガスタービン１の軸線Ｘを囲む環状に形成されたアニュラ型燃焼器である。なお、燃焼器３は、アニュラ型以外の形式のものでもよい。燃焼器３において、ケーシング１０は、筒状のアウターケーシング１１と、アウターケーシング１１の内側に同心円状に配置された筒状のインナーケーシング１２と、を有する。アウターケーシング１１及びインナーケーシング１２は、環状の内部空間を画定している。なお、燃焼器３の内側は、アウターケーシング１１の径方向Ｒの内側で且つインナーケーシング１２の径方向Ｒの外側を意味する。

ケーシング１０の環状の内部空間には、ケーシング１０と同心円状に燃焼筒としてシェル１３が配置されている。シェル１３は、燃焼室１６を囲む。シェル１３は、例えば、金属製である。シェル１３は、筒状のアウターシェル１４と、アウターシェル１４の内側に同心円状に配置された筒状のインナーシェル１５と、を有する。なお、シェル１３の内側は、アウターシェル１４の径方向Ｒの内側で且つインナーシェル１５の径方向Ｒの外側を意味する。

燃焼室１６の上流側には、燃焼室１６に燃料を噴射する複数の燃料インジェクタ１７が燃焼室１６に沿って環状に並んでいる。複数の燃料インジェクタ１７は、シェル１３と同心の仮想円上において周方向Ｃに並んでいる。シェル１３には、ガスタービン１の始動時に燃焼室１６の混合気に着火するための火花を発生させる点火プラグ１８が設けられている。シェル１３の環状の内部空間には、ケーシング１０及びシェル１３と同心円状にライナー２０が配置されている。

ライナー２０は、例えば、セラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）製である。ライナー２０は、筒状のアウターライナー２１と、アウターライナー２１の内側に同心円状に配置された筒状のインナーライナー２２と、を有する。アウターライナー２１は、アウターシェル１４の内周面を覆っている。インナーライナー２２は、インナーシェル１５の外周面を覆っている。

アウターライナー２１は、筒状をなすように互いに周方向に隣り合って並べられた複数のライナーパネル３１の集合体とし得る。インナーライナー２２も、筒状をなすように互いに周方向に隣り合って並べられた複数のライナーパネル３２の集合体とし得る。なお、アウターライナー２１及びインナーライナー２２の一方又は両方は、周方向に並ぶ複数のライナーパネルに分割されずに筒状に一体成形された筒体であってもよい。また、個々のライナーパネルは、円弧板に限られず平板であってもよく、複数のライナーパネルで構成されるライナーは円筒状に限られず多角形筒状であってもよい。

図３は、図２の燃焼器３のIII－III線断面図である。図３に示すように、ケーシング１０の上流側部分には、圧縮機２で生成された圧縮空気をケーシング１０に取り入れるディフューザー８が設けられている。燃料インジェクタ１７は、ケーシング１０に固定されたステム９により支持されている。ケーシング１０内の空間Ｓ１に取り入れられた圧縮空気の一部は、燃焼のために燃料インジェクタ１７に供給される。ケーシング１０内の空間Ｓ１に取り入れられた圧縮空気の残部は、シェル１３の外面を冷却するとともに、その一部がアウターシェル１４に形成された開口１４ｂ（図４参照）からシェル１３内に冷却空気として供給される。

アウターライナー２１は、アウターシェル１４から径方向Ｒの内側に距離をあけて配置されている。インナーライナー２２は、インナーシェル１５から径方向Ｒの外側に距離をあけて配置されている。アウターライナー２１及びインナーライナー２２は、複数の取付具４０（図４参照）によってシェル１３から離間した状態でシェル１３に取り付けられている。アウターライナー２１及びインナーライナー２２は、燃焼室１６を画定している。燃焼室１６の燃焼ガスは、燃焼室１６の圧縮空気の流れ方向Ｆの下流側におけるアウターライナー２１及びインナーライナー２２の端によって画定された排出口１６ａからタービン４（図１参照）に向けて排出される。

アウターシェル１４に対するアウターライナー２１の取付構造と、インナーシェル１５に対するインナーライナー２２の取付構造とは、互いに同様であるため、それらの代表として、以下ではアウターシェル１４に対するアウターライナー２１の取付構造について説明する。

図４は、図３の燃焼器３の部分断面図である。図４に示すように、アウターシェル１４は、取付用の貫通穴１４ａと、冷却用の開口１４ｂと、を有する。ライナーパネル３１は、取付用の支持穴３１ａを有する。ライナーパネル３１の支持穴３１ａは、アウターシェル１４の貫通穴１４ａと径方向Ｒに合致するように配置されている。支持穴３１ａの内周面は、取付具４０に対応する形状となっている。例えば、径方向Ｒの内方に向けて拡径するテーパー面を有する。

取付具４０は、ライナーパネル３１をアウターシェル１４に取り付ける。取付具４０は、例えば金属製であるが、金属以外の材料で形成されてもよい。取付具４０は、サポート４１、固定部材４２、スペーサ４３及び付勢部材４４を備えた組立体である。

サポート４１は、ライナーパネル３１の支持穴３１ａ及びアウターシェル１４の貫通穴１４ａを径方向Ｒの内側から挿通している。サポート４１は、軸部４１ａ、頭部４１ｂ、及び、燃焼室１６に接続する空気流路４１ｃを有する。軸部４１ａは、径方向Ｒに延びてアウターシェル１４の貫通穴１４ａを挿通する。軸部４１ａの中心軸線Ｙは、径方向Ｒに延びている。軸部４１ａの外周面のうちアウターシェル１４よりも径方向Ｒの外側の部分にはネジ又は係合溝が形成されている。

頭部４１ｂは、軸部４１ａの径方向Ｒの内側の端部に接続されている。頭部４１ｂの外径は、軸部４１ａの外径よりも大きい。頭部４１ｂの外周面は、径方向Ｒの外側から内側に向けて拡径するテーパー面を有する。頭部４１ｂは、ライナーパネル３１の支持穴３１ａに配置されている。頭部４１ｂの外周面のテーパー面は、支持穴３１ａの内周面のテーパー面に径方向Ｒの内側から当接している。即ち、頭部４１ｂは、径方向Ｒの内側からライナーパネル３１を支持する。なお、頭部４１ｂの外周面及び支持穴３１ａの内周面にテーパー面を設けずに、ライナーパネル３１の径方向Ｒの内側の面にサポート４１の頭部４１ｂが当接してもよい。

空気流路４１ｃは、サポート４１の内部において軸部４１ａから頭部４１ｂにわたってサポート４１の中心軸線Ｙに沿って延びている。空気流路４１ｃは、アウターシェル１４の径方向Ｒの外側の空間Ｓ１に開口し、かつ、燃焼室１６に開口している。空気流路４１ｃのうち径方向Ｒの内側の部分は、燃焼室１６に向けて拡大する円錐台形状を有する。空気流路４１ｃは、空気流路４１ｃを通過する空気を旋回させる旋回発生部を有していてもよい。旋回発生部は、例えば、サポート４１の中心軸線Ｙに対して傾斜している空気流路４１ｃへの空気取込口である。なお、サポート４１は、空気流路４１ｃを有しないものであってもよい。

圧縮機２（図１参照）からディフューザー８（図３参照）を介して空間Ｓ１に流入した圧縮空気は、アウターシェル１４の開口１４ｂを介して、アウターシェル１４とライナーパネル３１との間の冷却空間Ｓ２に冷却空気として流入する。アウターシェル１４とライナーパネル３１との間には、冷却空気が冷却空間Ｓ２からリークするのを抑制する図示しないシール構造が配置されている。また、空間Ｓ１の圧縮空気は、サポート４１に空気流路４１ｃが設けられている場合、空気流路４１ｃを流れ、ライナーパネル３１の内側の面に沿って燃焼室１６に冷却空気として吐出される。

固定部材４２は、アウターシェル１４の径方向Ｒの外側においてサポート４１の軸部４１ａに取り付けられている。固定部材４２の外形は、中心軸線Ｙが延びる方向から見てアウターシェル１４の貫通穴１４ａよりも大きい。固定部材４２は、アウターシェル１４から径方向Ｒの内側にサポート４１が抜けるのを阻止するようにサポート４１の軸部４１ａに取り付けられている。固定部材４２は、中心軸線Ｙの延びる方向においてサポート４１に対して変位不能に取り付けられている。固定部材４２は、例えば、軸部４１ａの外周面の係合溝に係合されるＣ形状のクリップである。固定部材４２は、軸部４１ａの外周面のネジに螺合されるナットでもよい。なお、固定部材４２と軸部４１ａは任意の方法で取り付けることができる。また、固定部材４２は、アウターシェル１４の外面に直接的に対向しているが、固定部材４２とアウターシェル１４との間に他の部材が介在してもよい。

スペーサ４３は、アウターシェル１４とライナーパネル３１との間に介在する。スペーサ４３は、中心軸線Ｙ周りのリング形状を有するが、これに限られない。スペーサ４３は、サポート４１の軸部４１ａに遊びをもって外嵌されている。スペーサ４３は、本体部４３ａ及び突出部４３ｂを有する。本体部４３ａは、アウターシェル１４とライナーパネル３１との間に配置されている。本体部４３ａは、例えば、リング板形状を有する。本体部４３ａの外形は、中心軸線Ｙが延びる方向から見てアウターシェル１４の貫通穴１４ａよりも大きい。

突出部４３ｂは、本体部４３ａから径方向Ｒの外側に突出し、アウターシェル１４の貫通穴１４ａに挿入されている。突出部４３ｂは、筒形状を有する。アウターシェル１４の貫通穴１４ａの内周面と突出部４３ｂとの間には、ギャップＧ１が形成されている。即ち、スペーサ４３は、中心軸線Ｙに直交する方向においてアウターシェル１４に対して変位可能となっている。

付勢部材４４は、ライナーパネル３１がアウターシェル１４から径方向Ｒに離れるようにライナーパネル３１を径方向Ｒの内側に向けて付勢している。付勢部材４４は、例えば、環状の皿バネである。付勢部材４４は、中心軸線Ｙ周りのリング形状を有する。なお、付勢部材４４は、これに限定されず、例えば、中心軸線Ｙ周りに巻かれたコイルバネ等でもよい。付勢部材４４は、サポート４１の軸部４１ａに遊びをもって外嵌されている。

付勢部材４４は、基部４４ａ及び弾性部４４ｂを有する。基部４４ａは、径方向Ｒにおいてスペーサ４３とライナーパネル３１との間に挟まれている。弾性部４４ｂは、サポート４１の中心軸線Ｙに直交する方向におけるスペーサ４３の外側に配置されている。弾性部４４ｂは、基部４４ａから、アウターシェル１４に向けて突出している。弾性部４４ｂは、アウターシェル１４を径方向Ｒの外側に向けて付勢する。弾性部４４ｂがアウターシェル１４から受ける反力によって、基部４４ａがライナーパネル３１を径方向Ｒの内側に付勢する。

付勢部材４４によってライナーパネル３１が径方向Ｒの内側に変位する。サポート４１、固定部材４２、及びスペーサ４３が径方向Ｒの内側に変位し、径方向Ｒにおいてスペーサ４３の本体部４３ａとアウターシェル１４との間にギャップＧ２を形成する。なお、固定部材４２は、スペーサ４３の突出部４３ｂを径方向Ｒの内側に向けて直接的に押圧するが、間接的に押圧してもよい。

以上に説明した構成によれば、シェル及びライナーの温度差、材料の熱膨張率差、及びライナーの表裏面の温度差などで、アウターシェル１４とライナーパネル３１との間の熱膨張差が生じても、ライナーパネル３１は、スペーサ４３とアウターシェル１４との間のギャップＧ２を縮めるように付勢部材４４の付勢力に抗して変位でき、ライナーパネル３１の応力を低減できる。また、ライナーパネル３１は、アウターシェル１４とスペーサ４３との間のギャップＧ１において変位でき、ライナーパネル３１の応力を低減できる。よって、ガスタービン１の燃焼器３におけるライナーパネル３１の耐久性を向上できる。

付勢部材４４は、基部４４ａ及び弾性部４４ｂを有するため、スペーサ４３とアウターシェル１４との間にギャップＧ２を形成する付勢部材４４を少ない部品点数で容易に組み付けることができる。

図５は、図２の燃焼器３のライナーパネル３１及びサポート４１の斜視図である。図５では、取付具４０のサポート４１が図示されているが、取付具４０の固定部材４２、スペーサ４３、付勢部材４４及びアウターシェル１４の図示が省略されている。図５に示すように、ライナーパネル３１は、３つの取付具４０によって三点支持されている。ライナーパネル３１は、燃焼器３の軸線方向Ｘに沿って延びている。ライナーパネル３１の長手方向の一方側の部分に２つの取付具４０が配置され、ライナーパネル３１の長手方向の他方の部分に１つの取付具４０が配置されている。３つの取付具４０は、二等辺三角形の頂点となる位置に配置されている。なお、３つの取付具４０の配置は、これに限られず、任意の配置とすることができる。

３つの取付具４０を用いた三点支持によって、ライナーパネル３１の面方向が決まるため、アウターシェル１４とライナーパネル３１との間に熱膨張差が生じても、ライナーパネル３１の姿勢変動を抑制できる。また、ライナーパネル３１の支持点が三点であるため、ライナーパネル３１の面外方向に拘束力が作用することを防止できる。よって、ガスタービン１の燃焼器３におけるライナーパネル３１の耐久性を向上できる。また、ライナーパネル３１の姿勢変動が抑制されるため、ライナーパネル３１とアウターシェル１４との間に設けられるシール構造のシール性も設計通りに維持されやすくできる。

（第２実施形態）
図６は、第２実施形態の燃焼器１０３の部分断面図である。なお、第１実施形態と共通する構成については同一符号を付して説明を省略する。図６に示すように、第２実施形態の燃焼器１０３では、取付具１４０によってライナーパネル３１がアウターシェル１４に取り付けられている。なお、第２実施形態においても、１枚のライナーパネル３１は、３つの取付具１４０による三点支持によりアウターシェル１４に取り付けることができる。

取付具１４０は、サポート４１、固定部材１４２、スペーサ４３、付勢部材１４４、押さえ部材１４５及び締結具１４６を備える。押さえ部材１４５は、固定部材１４２を径方向Ｒの外側から覆い、締結具１４６によってアウターシェル１４に固定されている。押さえ部材１４５は、凹部１４５ａ及びフランジ部１４５ｂを有する。凹部１４５ａは、径方向Ｒの外側に向けて窪んで径方向Ｒの内側に向けて開口している。フランジ部１４５ｂは、凹部１４５ａの径方向Ｒの内側の端部から、サポート４１の中心軸線Ｙに直交する方向に突出している。押さえ部材１４５のフランジ部１４５ｂは、締結具１４６によってアウターシェル１４に固定されている。締結具１４６は、例えば、ボルト１４７及びナット１４８を含む。なお、締結具１４６は、押さえ部材１４５をアウターシェル１４に固定できるものであれば他のもの（例えば、リベット）でもよい。

固定部材１４２及び付勢部材１４４は、押さえ部材１４５の凹部１４５ａとアウターシェル１４との間の空間に収容されている。固定部材１４２は、アウターシェル１４の径方向Ｒの外側においてサポート４１の軸部４１ａに取り付けられている。固定部材１４２の外形は、中心軸線Ｙが延びる方向から見てアウターシェル１４の貫通穴１４ａよりも大きい。固定部材１４２は、例えば、サポート４１の軸部４１ａの外周面のネジに螺合されるナットである。付勢部材１４４は、押さえ部材１４５の凹部１４５ａの底部と固定部材１４２との間に挟まれている。固定部材１４２は、付勢部材１４４を径方向Ｒの内側から支持する下座であり、押さえ部材１４５は、付勢部材１４４を径方向Ｒの外側から支持する上座である。

付勢部材１４４は、固定部材１４２を径方向Ｒの内側に向けて押圧することで、サポート４１及び固定部材１４２を径方向Ｒの内側に向けて付勢する。付勢部材１４４は、例えば、中心軸線Ｙ周りに巻かれたコイルバネを含む。付勢部材１４４は、コイルバネ以外の弾性体（例えば、皿バネ）でもよい。押さえ部材１４５の凹部１４５ａは、挿通孔１４５ｃを有する。サポート４１の軸部４１ａは、凹部１４５ａの挿通孔１４５ｃを径方向Ｒに挿通している。なお、軸部４１ａは、挿通孔１４５ｃを挿通しなくてもよい。

付勢部材１４４によってサポート４１、固定部材１４２及びスペーサ４３が径方向Ｒの内側に変位する。ライナーパネル３１が径方向Ｒの内側に押圧され、径方向Ｒにおいてスペーサ４３の本体部４３ａとアウターシェル１４との間にギャップＧ２が形成される。

以上に説明した構成によれば、シェル及びライナーの温度差、材料の熱膨張率差、及びライナーの表裏面の温度差などで、アウターシェル１４とライナーパネル３１との間の熱膨張差が生じても、ライナーパネル３１は、スペーサ４３とアウターシェル１４との間のギャップＧ２を縮めるように付勢部材１４４の付勢力に抗して変位でき、ライナーパネル３１の応力を低減できる。また、ライナーパネル３１は、アウターシェル１４とスペーサ４３との間のギャップＧ１において変位でき、ライナーパネル３１の応力を低減できる。よって、燃焼器１０３におけるライナーパネル３１の耐久性を向上できる。

また、付勢部材１４４がアウターシェル１４の径方向Ｒの外側に配置されるため、付勢部材１４４を燃焼室１６の熱から遠ざけることができ、付勢部材１４４の熱負荷を低減できる。また、固定部材１４２はスペーサ４３の突出部４３ｂを径方向Ｒの内側に押圧しているので、スペーサ４３の振動を防ぎながらスペーサ４３とアウターシェル１４との間のギャップＧ２を維持できる。なお、他の構成は前述した第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

（第３実施形態）
図７は、第３実施形態の燃焼器２０３の部分断面図である。なお、第１実施形態と共通する構成については同一符号を付して説明を省略する。図７に示すように、第３実施形態の燃焼器２０３では、取付具２４０によってライナーパネル３１がアウターシェル１４に取り付けられている。なお、第３実施形態においても、１枚のライナーパネル３１は、３つの取付具２４０による三点支持によりアウターシェル１４に取り付けることができる。

取付具２４０は、サポート４１、固定部材２４２、スペーサ２４３、付勢部材２４４を備える。固定部材２４２は、アウターシェル１４の径方向Ｒの外側においてサポート４１の軸部４１ａに取り付けられている。固定部材２４２は、例えば、軸部４１ａの外周面のネジに螺合されるナットであるが、クリップ等のような他の部材でもよい。付勢部材２４４は、径方向Ｒにおいて固定部材２４２とアウターシェル１４との間に配置されている。付勢部材２４４は、弾性体２５０、下座２５１及び上座２５２を有する組立体である。弾性体２５０は、例えばバネである。具体的には、弾性体２５０は、中心軸線Ｙ周りに巻かれたコイルバネであるが、その他のもの（例えば、皿バネ）でもよい。

下座２５１は、弾性体２５０に対して径方向Ｒの内側に配置されている。上座２５２は、弾性体２５０に対して径方向Ｒの外側に配置されている。下座２５１及び上座２５２は、弾性体２５０を迂回して互いに径方向Ｒに対向する対向面２５１ａ，２５２ａを有する。上座２５２は付勢部材２４４によって径方向Ｒの外側に向けて押圧されているため、下座２５１の対向面２５１ａと上座２５２の対向面２５２ａとの間に径方向ＲにおいてギャップＧ３が形成されている。

スペーサ２４３は、中心軸線Ｙ周りのリング形状を有する。スペーサ２４３は、本体部２４３ａ及び突出部２４３ｂを有する。本体部２４３ａは、アウターシェル１４とライナーパネル３１との間に挟まれている。本体部２４３ａの外形は、中心軸線Ｙが延びる方向から見てアウターシェル１４の貫通穴１４ａよりも大きい。本体部２４３ａは、例えば、リング板形状を有する。突出部２４３ｂは、本体部２４３ａから径方向Ｒの外側に突出し、アウターシェル１４の貫通穴１４ａを通過して上座２５２に径方向Ｒの内側から当接している。突出部２４３ｂは、例えば、筒形状を有する。なお、図７は、ガスタービン１の運転が停止した状態を示している。

図８は、図７の燃焼器２０３のガスタービン運転中の部分断面図である。図８に示すように、ガスタービン運転中は、圧縮機２（図１参照）から空間Ｓ１に流入した圧縮空気がアウターシェル１４の開口１４ｂを介して冷却空間Ｓ２に流入する。それにより冷却空間Ｓ２の圧力が高まってくると、冷却空間Ｓ２の圧縮空気が弾性体２５０の付勢力に抗してライナーパネル３１を径方向Ｒの内側に変位させる。

ライナーパネル３１の径方向Ｒの内側への変位に伴って、サポート４１、固定部材２４２、及びスペーサ２４３が径方向Ｒの内側に変位する。上座２５２の対向面２５２ａが下座２５１の対向面２５１ａに当接したところでライナーパネル３１の径方向Ｒの内側への変位が停止する。径方向Ｒにおいてスペーサ２４３とアウターシェル１４との間には、ギャップＧ２が形成される。

以上に説明した構成によれば、ガスタービンが始動して圧縮機２から冷却空間Ｓ２に流入する圧縮空気が、付勢部材２４４に抗してライナーパネル３１を径方向Ｒの内側に変位させるため、径方向Ｒにおいてスペーサ２４３とアウターシェル１４との間にギャップＧ２を発生させる。ギャップＧ２が発生した状態で、シェル及びライナーの温度差、材料の熱膨張率差、及びライナーの表裏面の温度差などで、アウターシェル１４とライナーパネル３１との間の熱膨張差が生じても、ライナーパネル３１は、スペーサ２４３とアウターシェル１４との間の距離を縮めるように変位でき、ライナーパネル３１の応力を低減できる。また、ライナーパネル３１は、アウターシェル１４とスペーサ２４３との間のギャップＧ１において変位でき、ライナーパネル３１の応力を低減できる。よって、燃焼器２０３におけるライナーパネル３１の耐久性を向上できる。

また、付勢部材２４４がアウターシェル１４の径方向Ｒの外側に配置されるため、付勢部材２４４を燃焼室１６の熱から遠ざけることができ、付勢部材２４４の熱負荷を低減できる。また、付勢部材２４４は、前述したような組立体であるため、簡素な構成で固定部材２４２を径方向Ｒの外側に付勢できる。また、圧縮機２から冷却空間Ｓ２に流入する圧縮空気が、上座２５２と下座２５１との間の距離を縮めるようにライナーパネル３１を径方向Ｒの内側に変位させたとき、上座２５２と下座２５１とが互いに当接して変位が停止するので、弾性体２５０を保護できる。

以上のように、本出願において開示する技術の例示として、前記実施形態を説明した。しかし、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施形態にも適用可能である。また、前記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施形態とすることも可能である。例えば、１つの実施形態中の一部の構成又は方法を他の実施形態に適用してもよく、実施形態中の一部の構成は、その実施形態中の他の構成から分離して任意に抽出可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、前記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれる。

以下の項目のそれぞれは、好ましい実施形態の開示である。

［項目１］
燃焼室を囲むシェルと、
前記シェルの内側に位置し、前記燃焼室に面するライナーと、
前記シェルに前記ライナーを取り付ける取付具と、を備え、
前記取付具は、
前記シェルを貫通する軸部、及び、前記軸部と接続し前記シェルの径方向の内側から前記ライナーを支持する頭部を有するサポートと、
前記シェルの前記径方向の外側において前記サポートの前記軸部に取り付ける固定部材と、
前記シェルと前記ライナーとの間に介在するスペーサと、
前記ライナーが前記シェルから前記径方向に離れるように前記ライナーを前記径方向の内側に向けて付勢し、前記径方向において前記スペーサと前記シェルとの間にギャップを形成する付勢部材と、を含む、ガスタービンの燃焼器。

この構成によれば、シェル及びライナーの温度差、材料の熱膨張率差、及びライナーの表裏面の温度差などで、シェルとライナーパネルとの間の熱膨張差が生じても、ライナーパネルは、スペーサとシェルとの間のギャップを縮めるように付勢部材の付勢力に抗して変位でき、ライナーパネルの応力を低減できる。また、ライナーパネルは、シェルとスペーサとの間のギャップにより変位可能であることで、ライナーパネルの応力を低減できる。よって、ガスタービンの燃焼器におけるライナーパネルの耐久性を向上できる。

［項目２］
前記付勢部材は、前記サポート、前記固定部材、及び前記スペーサを前記径方向の内側に向けて付勢し、前記径方向において前記スペーサと前記シェルとの間にギャップを形成する、項目１に記載のガスタービンの燃焼器。

この構成によれば、シェルとライナーパネルとの間の熱膨張差が生じた場合に、ライナーパネルが径方向に収縮できるようにスペーサとシェルとの間のギャップを形成できるので、ライナーパネルの応力を低減できる。また、ライナーパネルは、シェルとスペーサとの間のギャップにおいて変位できるので、ライナーパネルの応力を低減できる。よって、ガスタービンの燃焼器におけるライナーパネルの耐久性を向上できる。

［項目３］
前記スペーサは、前記シェルと前記ライナーとの間に位置する本体部と、前記本体部から前記径方向の外側に突出して前記シェルを貫通する突出部と、を有する、項目１又は２に記載のガスタービンの燃焼器。

この構成によれば、スペーサの振動を抑えることができる。

［項目４］
前記取付具は、前記固定部材を前記径方向の外側から覆って前記シェルに固定する押さえ部材を更に含み、
前記付勢部材は、前記押さえ部材と前記固定部材との間に位置する、項目１乃至３のいずれかに記載のガスタービンの燃焼器。

この構成によれば、シェルの径方向外側に付勢部材が配置されるため、付勢部材が燃焼室から受ける熱負荷を抑制できる。

［項目５］
前記付勢部材は、前記径方向において前記スペーサと前記ライナーとの間に位置する基部と、前記径方向に直交する方向における前記スペーサの外側に配置されて前記シェルを前記径方向の外側に向けて付勢する弾性部と、を有する、項目１乃至３のいずれかに記載のガスタービンの燃焼器。

この構成によれば、スペーサとシェルとの間にギャップを形成する付勢部材を少ない部品点数で容易に組み付けることができる。

［項目６］
燃焼室を囲むシェルと、
前記シェルの内側に位置し、前記燃焼室に面するライナーと、
圧縮空気が流入する前記シェルと前記ライナーとの間の冷却空間と、
前記シェルに前記ライナーを取り付ける取付具と、を備え、
前記取付具は、
前記シェルを貫通する軸部、及び、前記軸部と接続し前記シェルの径方向の内側から前記ライナーを支持する頭部を有するサポートと、
前記シェルと前記ライナーとの間に介在するスペーサと、
前記シェルの前記径方向の外側において前記サポートの前記軸部に取り付ける固定部材と、
前記シェルの前記径方向の外側かつ前記固定部材の前記径方向の内側に配置された付勢部材と、を含み、
前記付勢部材は、前記冷却空間に流入する前記圧縮空気に抗して前記ライナーが前記シェルに前記径方向に近づくように前記固定部材を前記径方向の外側に向けて付勢する、ガスタービンの燃焼器。

この構成によれば、ガスタービンが始動して圧縮機から、シェルとライナーとの間の冷却空間に流入する圧縮空気が、付勢部材に抗してライナーパネルを径方向の内側に変位させるため、径方向においてスペーサとアウターシェルとの間にギャップを発生させる。ギャップが発生した状態で、シェル及びライナーの温度差、材料の熱膨張率差、及びライナーの表裏面の温度差などで、シェルとライナーパネルとの間の熱膨張差が生じても、ライナーパネルは、スペーサとシェルとの間の距離を縮めるように変位でき、ライナーパネルの応力を低減できる。また、ライナーパネルは、シェルとスペーサとの間のギャップにより変位可能であることで、ライナーパネルの応力を低減できる。よって、燃焼器におけるライナーパネルの耐久性を向上できる。

［項目７］
前記付勢部材は、弾性体と、前記弾性体の前記径方向の外側に配置された上座と、前記弾性体の前記径方向の内側に配置された下座と、を含む、項目６に記載のガスタービンの燃焼器。

この構成によれば、簡素な構成で固定部材を径方向外側に付勢できる。

［項目８］
前記上座及び前記下座は、前記弾性体を迂回して互いに前記径方向に対向する対向面を有し、
前記上座の前記対向面と前記下座の前記対向面との間にギャップが形成されている、項目７に記載のガスタービンの燃焼器。

この構成によれば、圧縮機から、シェルとライナーとの間の冷却空間に流入する圧縮空気が、上座と下座との間の距離を縮めるようにライナーを径方向の内側に変位させたとき、上座の対向面と下座の対向面とが互いに当接することでバネを保護できる。

［項目９］
燃焼室を囲むシェルと、
前記シェルの内側に位置し、前記燃焼室に面する複数のライナーパネルと、
前記シェルに前記複数のライナーパネルをそれぞれ取り付ける複数の取付具と、を備え、
前記複数のライナーパネルは、前記シェルの周方向に位置し、
前記複数の取付具のうち３つの取付具は、前記複数のライナーパネルのうち１つのライナーパネルを三点支持する、ガスタービンの燃焼器。

この構成によれば、三点支持によってライナーの面方向が決まるため、シェルとライナーとの間に熱膨張差が生じても、ライナーの姿勢変動を抑制できる。また、ライナーの支持点が三点であるため、ライナーの面外方向に拘束力が作用することを防止できる。よって、ガスタービンの燃焼器におけるライナーの耐久性を向上できる。

１ ガスタービン
２ 圧縮機
３，１０３，２０３ 燃焼器
４ タービン
１３ シェル
１４ アウターシェル
１４ａ 貫通穴
１６ 燃焼室
２０ ライナー
２１ アウターライナー
３１ ライナーパネル
４０，１４０，２４０ 取付具
４１ サポート
４１ａ 軸部
４１ｂ 頭部
４２，１４２，２４２ 固定部材
４３，２４３ スペーサ
４３ａ，２４３ａ 本体部
４３ｂ，２４３ｂ 突出部
４４，１４４，２４４ 付勢部材
１４５ 押さえ部材
２４２ 固定部材
２５０ 弾性体
２５１ 下座
２５１ａ 対向面
２５２ 上座
２５２ａ 対向面
Ｒ 径方向
Ｇ２ ギャップ
Ｇ３ ギャップ
Ｓ２ 冷却空間

Claims (9)

1. 燃焼室を囲むシェルと、
   前記シェルの内側に位置し、前記燃焼室に面するライナーと、
   前記シェルに前記ライナーを取り付ける取付具と、を備え、
   前記取付具は、
   前記シェルを貫通する軸部、及び、前記軸部と接続し前記シェルの径方向の内側から前記ライナーを支持する頭部を有するサポートと、
   前記シェルの前記径方向の外側において前記サポートの前記軸部に取り付ける固定部材と、
   前記シェルと前記ライナーとの間に介在するスペーサと、
   前記ライナーが前記シェルから前記径方向に離れるように前記ライナーを前記径方向の内側に向けて付勢し、前記径方向において前記スペーサと前記シェルとの間にギャップを形成する付勢部材と、を含む、ガスタービンの燃焼器。
2. 前記付勢部材は、前記サポート、前記固定部材、及び前記スペーサを前記径方向の内側に向けて付勢し、前記径方向において前記スペーサと前記シェルとの間にギャップを形成する、請求項１に記載のガスタービンの燃焼器。
3. 前記スペーサは、前記シェルと前記ライナーとの間に位置する本体部と、前記本体部から前記径方向の外側に突出して前記シェルを貫通する突出部と、を有する、請求項１又は２に記載のガスタービンの燃焼器。
4. 前記取付具は、前記固定部材を前記径方向の外側から覆って前記シェルに固定する押さえ部材を更に含み、
   前記付勢部材は、前記押さえ部材と前記固定部材との間に位置する、請求項１又は２に記載のガスタービンの燃焼器。
5. 前記付勢部材は、前記径方向において前記スペーサと前記ライナーとの間に位置する基部と、前記径方向に直交する方向における前記スペーサの外側に配置されて前記シェルを前記径方向の外側に向けて付勢する弾性部と、を有する、請求項１又は２に記載のガスタービンの燃焼器。
6. 燃焼室を囲むシェルと、
   前記シェルの内側に位置し、前記燃焼室に面するライナーと、
   圧縮空気が流入する前記シェルと前記ライナーとの間の冷却空間と、
   前記シェルに前記ライナーを取り付ける取付具と、を備え、
   前記取付具は、
   前記シェルを貫通する軸部、及び、前記軸部と接続し前記シェルの径方向の内側から前記ライナーを支持する頭部を有するサポートと、
   前記シェルと前記ライナーとの間に介在するスペーサと、
   前記シェルの前記径方向の外側において前記サポートの前記軸部に取り付ける固定部材と、
   前記シェルの前記径方向の外側かつ前記固定部材の前記径方向の内側に配置された付勢部材と、を含み、
   前記付勢部材は、前記冷却空間に流入する前記圧縮空気に抗して前記ライナーが前記シェルに前記径方向に近づくように前記固定部材を前記径方向の外側に向けて付勢する、ガスタービンの燃焼器。
7. 前記付勢部材は、弾性体と、前記弾性体の前記径方向の外側に配置された上座と、前記弾性体の前記径方向の内側に配置された下座と、を含む、請求項６に記載のガスタービンの燃焼器。
8. 前記上座及び前記下座は、前記弾性体を迂回して互いに前記径方向に対向する対向面を有し、
   前記上座の前記対向面と前記下座の前記対向面との間にギャップが形成されている、請求項７に記載のガスタービンの燃焼器。
9. 燃焼室を囲むシェルと、
   前記シェルの内側に位置し、前記燃焼室に面する複数のライナーパネルと、
   前記シェルに前記複数のライナーパネルをそれぞれ取り付ける複数の取付具と、を備え、
   前記複数のライナーパネルは、前記シェルの周方向に位置し、
   前記複数の取付具のうち３つの取付具は、前記複数のライナーパネルのうち１つのライナーパネルを三点支持する、ガスタービンの燃焼器。

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