JP5260402B2 - 板状体の製造方法、板状体、ガスタービン燃焼器およびガスタービン - Google Patents

Description

本発明は、板状体の製造方法、板状体、ガスタービン燃焼器およびガスタービンに関する。

ガスタービン燃焼器や、ジェットエンジンや、宇宙関連機器などにおける高温環境に晒される領域の構成部材として、両表面の間に冷却流体が流れる流路を形成した板状体が使用されている。当該流路に冷却流体を流すことにより板状体が冷却されるため、上述のような高温環境に晒される領域にも板状体を用いることができる。

例えば、ガスタービン燃焼器における燃焼筒は、約１５００℃という高温環境下で使用されるため、燃焼筒は冷却機能を有する上述の板状体を用いて形成されている（例えば、特許文献１参照。）。

具体的には、複数枚（例えば４枚）の板状体を接合して組み立てることにより、１本の円筒状の燃焼筒が形成されている。隣接する板状体の接合には、レーザ溶接などの公知の接合方法が用いられている（例えば、特許文献２参照。）。

しかしながら、上述のように隣接する板状体を接合する場合に、接合面に冷却流体が流れる流路が開口しているときには、当該開口は溶接により閉じられ、当該流路に冷却流体が流れなくなっていた。
このように、冷却流体が流れない流路が発生すると、板状体における冷却性能のムラが発生するとともに、冷却性能が低下するという問題があった。

そこで、隣接する板状体を溶接した後に、当該溶接部の一部を切削加工した溝を、溶接部に沿って形成し、閉じられた開口と溝とを繋ぐことにより、上述の流路に冷却流体が流れるようにする技術が提案されている。
なお、上述の溝は、蓋部によって覆われることにより閉じられている。

特許第３１９２６９０号公報 特許第３８３１６３８号公報

しかしながら、上述のように、溝を形成して蓋部により閉じる方法では、レーザ等による溶接の後に、溝を加工、例えばグラインダ加工にて設ける必要があり、加工の際に粉塵が発生し、作業環境が悪化するという問題があった。

さらに、溶接部と溝とが干渉して亀裂が発生する場合があり、その場合には、溶接後にレントゲン撮影等の検査を行って、当該亀裂の有無を確かめる必要があった。亀裂が発見された場合には、亀裂を補修する等の多数の手直しをする必要があり、タービン燃焼器の製造に要する期間が長くなるという問題があった。

その一方で、溝の形状は個々のタービン燃焼器によって異なるため、当該溝を覆う蓋部は、実際の溝の形状に合わせて製作する必要があり、タービン燃焼器の製造に要する時間が長くなるという問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、冷却性能の低下を抑制し、ガスタービン燃焼器の製造に要する時間を短縮するとともに、作業環境の悪化を防止することができる板状体の製造方法、板状体、ガスタービン燃焼器およびガスタービンを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の板状体の製造方法は、複数の板を積層させるとともに、冷却媒体が流れる複数の流路が前記複数の板の間に並んで配置された板状体を形成する工程と、複数の前記板状体を前記流路が並ぶ方向に並べて配置するとともに、前記複数の板状体を突き合わせて配置し、突合せ部において溶接する工程と、を有する板状体の製造方法であって、前記突合せ部に隣接する前記流路は、前記突合せ部に沿って延びるとともに、それ以外の前記流路と比較して、前記流路が並ぶ方向の寸法が長いことを特徴とする。

本発明によれば、突合せ部に隣接する流路における幅寸法、つまり流路が並ぶ方向の寸法を長くすることにより、突合せ部において溶接された板状体における冷却性能の低下を抑制することができる。
つまり、突合せ部近傍の流路における幅寸法を、他の流路の幅寸法よりも長くすることにより、突合せ部近傍の流路に係る冷却性能は、他の流路に係る冷却性能よりも高くなる。そのため、近傍に流路を配置することができないために冷却性能が悪化しやすい突合せ部に、幅寸法を長くした流路を隣接して配置することにより、板状体の突合せ部近傍における冷却性能の低下を抑制することができる。

さらに、突合せ部に隣接する流路は突合せ部に沿って延びるため、隣接する板状体を突合せ部において溶接しても当該流路が閉塞されることがなく、特許文献２に記載の発明のように、隣接する板状体を溶接した部分を加工、例えばグラインダ加工により削り溝を形成する必要がない。そのため、当該板状体を用いてガスタービン燃焼器の製造に要する時間を短縮するとともに、作業環境の悪化を防止することができる。

上記発明においては、前記板状体を形成する工程は、一の板における一方の面に、複数の溝を並べて形成する工程と、前記一の板における一方の面に他の板を接合させて板状体とするとともに、前記複数の流路を形成する工程と、を有することが望ましい。

本発明によれば、一の板に溝を形成した後に、一の板に他の板を接合させて、溝の開口を他の板を用いて塞ぐことにより流路を有する板状体が形成される。
そのため、溝が並ぶ方向における溝寸法である溝幅が、流路の幅寸法となることより、容易に流路の幅寸法を調節することができる。同様に、一の板における板厚方向における溝寸法である溝深さが、流路の深さ寸法となることより、容易に流路の深さ寸法を調節することができる。

上記発明においては、前記板状体を形成する工程は、第１の板に複数のスリットを並べて形成する工程と、第１の板の一方の面および他方の面に、第２の板を接合させて板状体とするとともに、前記複数の流路を形成する工程と、を有することが望ましい。

本発明によれば、第１の板に複数のスリットを櫛の歯状に並べて形成し、２枚の第２の板の間に第１の板を挟んで接合することにより、複数の流路を有する板状体が形成される。
そのため、スリットが並ぶ方向における幅寸法であるスリット幅が、流路の幅寸法となることより、容易に流路の幅寸法を調節することができる。同様に、第１の板における板厚が流路の深さ寸法となることより、容易に流路の深さ寸法を調節することができる。

本発明の板状体は、内部に並んで配置された複数の流路を有する一の板状体と、内部に並んで配置された複数の流路を有し、前記一の板状体に対して前記複数の流路が一の方向に並ぶように配置される他の板状体と、前記一の板状体および前記他の板状体を接合する溶接部と、が設けられ、前記一の板状体および前記他の板状体における前記溶接部と隣接し、前記溶接部に沿って延びる前記流路は、それ以外の前記流路と比較して、前記流路が並ぶ方向の寸法が長いことを特徴とする。

本発明によれば、溶接部に隣接する流路における幅寸法、つまり流路が並ぶ方向の寸法を長くすることにより、溶接部において溶接された板状体における冷却性能の低下を抑制することができる。

つまり、溶接部近傍の流路における幅寸法を、他の流路の幅寸法よりも長くすることにより、溶接部近傍の流路に係る冷却性能は、他の流路に係る冷却性能よりも高くなる。そのため、近傍に流路を配置することができないために冷却性能が悪化しやすい溶接部に、幅寸法を長くした流路を隣接して配置することにより、板状体の溶接部近傍における冷却性能の低下を抑制することができる。

さらに、溶接部に隣接する流路は溶接部に沿って延びるため、隣接する板状体を溶接部において溶接しても当該流路が閉塞されることがなく、特許文献２に記載の発明のように、隣接する板状体を溶接した部分を加工、例えばグラインダ加工により削り溝を形成する必要がない。そのため、当該板状体を用いてガスタービン燃焼器の製造に要する時間を短縮するとともに、作業環境の悪化を防止することができる。

本発明のガスタービン燃焼器は、燃料を噴射するノズル部と、内部で空気と噴射された燃料とを混合して燃焼させる筒体と、が設けられ、前記筒体が、上記本発明の板状体の製造方法により製造された板状体、または、上記本発明の板状体であることを特徴とする。

本発明によれば、上記本発明の板状体の製造方法により製造された板状体、または、上記本発明の板状体を用いて筒体が形成されているため、筒体における冷却性能の低下を抑制することができる。さらに、ガスタービン燃焼器の製造に要する時間を短縮するとともに、作業環境の悪化を防止することができる。

本発明のガスタービンは、空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機から供給された圧縮空気、および、外部から供給された燃料を混合して燃焼させ燃焼ガスを生成する請求項５に記載のガスタービン燃焼器と、前記燃焼ガスが有するエネルギの一部を、回転駆動力に変換するタービン部と、前記タービン部から前記回転駆動力を前記圧縮機に伝達する回転軸と、が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、上記本発明のガスタービン燃焼器を用いることにより、ガスタービン燃焼器における冷却性能の低下を抑制し、ガスタービン燃焼器の製造に要する時間を短縮するとともに、作業環境の悪化を防止することができる。

本発明の板状体の製造方法、板状体、ガスタービン燃焼器およびガスタービンによれば、突合せ部に隣接する流路における幅寸法、つまり流路が並ぶ方向の寸法を長くすることにより、突合せ部において溶接された板状体における冷却性能の低下を抑制することができ、ガスタービン燃焼器の製造に要する時間を短縮するとともに、作業環境の悪化を防止することができるという効果を奏する。

本発明の第１の実施形態のガスタービンの構成を説明する模式図である。 図１の圧縮機、タービン部、および燃焼器の構成を説明する模式図である。 図２の燃焼筒の構成を説明する斜視図である。 図３の燃焼筒を構成する板状体の構成を説明する分解図である。 図３の燃焼筒における構成を説明する断面図である。 第１の実施形態に係る上面パネル等の突合せ部や溶接部における温度分布の解析結果を説明するグラフである。 全て同じ流路幅の流路が形成された上面パネル等の突合せ部や溶接部における温度分布の解析結果を説明するグラフである。 上面パネルなどの流路が形成された板状体における流路の幅寸法と、当該板状体における金属温度との関係を説明するグラフである。 上面パネルなどの流路が形成された板状体における流路の幅寸法と、当該板状体における応力との関係を説明するグラフである。 本発明の第１の実施形態の変形例に係る燃焼筒の構成を説明する断面図である。

〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係るガスタービンついて図１から図７を参照して説明する。
図１は、本実施形態のガスタービンの構成を説明する模式図である。
本実施形態では、図１に示すように、本発明のガスタービン１を、発電機Ｇを駆動するものに適用して説明するが、ガスタービン１により駆動される対象は、発電機Ｇに限定されるものではなく、他の機器であってもよく特に限定するものではない。

ガスタービン１には、図１に示すように、圧縮機２と、燃焼器（ガスタービン燃焼器）３と、タービン部４と、回転軸５と、が主に設けられている。

圧縮機２は、外部の空気である大気を吸入して圧縮し、圧縮された空気を燃焼器３に供給するものである。
圧縮機２には、図１に示すように、圧縮機２に流入する大気に流量を調節する入口案内翼や、流入した大気を圧縮する１段動翼、および１段静翼など、が設けられている。

図２は、図１の圧縮機、タービン部、および燃焼器の構成を説明する模式図である。
燃焼器３は、図１および図２に示すように、圧縮機２により圧縮された空気、および、外部から供給された燃料を混合させ、混合された混合気を燃焼させることにより、高温のガス（燃焼ガス）を生成するものである。

燃焼器３には、図２に示すように、空気入口３１と、ノズル部３２と、燃焼筒（筒体、板状体）３３と、が主に設けられている。

空気入口３１は、図２に示すように、圧縮機２により圧縮された空気を、燃焼筒３３の内部に導くものであって、ノズル部３２の周囲に環状に配置されたものである。さらに、空気入口３１は、燃焼筒３３の内部に流入する空気に、旋回方向の流速成分を与えるとともに、燃焼筒３３の内部に循環流れを形成するものである。
なお、空気入口３１としては、公知の形状を用いることができ、特に限定するものではない。

ノズル部３２は、図２に示すように、外部から供給された燃料を燃焼筒３３の内部に向けて噴霧するものである。ノズル部３２から噴霧された燃料は、空気入口３１により形成された空気の流れ等により攪拌されて、燃料と空気との混合気となる。
なお、ノズル部３２としては、公知の形状を用いることができ、特に限定するものではない。

図３は、図２の燃焼筒の構成を説明する斜視図である。
燃焼筒３３は、図２および図３に示すように、空気入口３１およびノズル部３２からタービン部４の流入部に向かって延びる流路を形成するものである。言い換えると、燃焼筒３３は、その内部を、燃料と空気の混合気や、当該混合気の燃焼により生成される高温ガスが流れるものである。

燃焼筒３３は、ノズル部３２側の断面が円状に形成され、タービン部４側の断面が矩形状に形成され、ノズル部３２からタービン部４に向かって断面形状が連続して変化する筒状の部材である。

図４は、図３の燃焼筒を構成するパネルの構成を説明する分解図である。
燃焼筒３３は、図３および図４に示すように、上面パネル（板状体）３３Ｕ、下面パネル（板状体）３３Ｄ、右面パネル（板状体）３３Ｒ、および、左面パネル（板状体）３３Ｌから構成されているものである。

上面パネル３３Ｕは、燃焼筒３３を周方向に４分割した板状の部材であって、燃焼筒３３の上側の側面、言い換えると、燃焼器３がガスタービン１に配置された場合における径方向外側の側面を構成するものである。
上面パネル３３Ｕの中央には、バイパス弁（図示せず）に連通する貫通孔３３Ｈが形成されている。

下面パネル３３Ｄは、燃焼筒３３を周方向に４分割した板状の部材であって、燃焼筒３３の下側の側面、言い換えると、燃焼器３がガスタービン１に配置された場合における径方向内側の側面を構成するものである。

右面パネル３３Ｒは、燃焼筒３３を周方向に４分割した板状の部材であって、燃焼筒３３の右側の側面、言い換えると、燃焼器３がガスタービン１に配置された場合に、圧縮機２からタービン部４に向かって右側の側面を構成するものである。

左面パネル３３Ｌは、燃焼筒３３を周方向に４分割した板状の部材であって、燃焼筒３３の左側の側面、言い換えると、燃焼器３がガスタービン１に配置された場合に、圧縮機２からタービン部４に向かって左側の側面を構成するものである。

具体的には、ノズル部３２側の断面が円状に形成され、タービン部４側の断面が矩形状に形成された燃焼筒３３を構成するために、上面パネル３３Ｕ、下面パネル３３Ｄ、右面パネル３３Ｒ、および、左面パネル３３Ｌにおけるノズル部３２側の断面は円弧状に形成され、タービン部４側の断面は直線状に形成されている。

さらに、上述の上面パネル３３Ｕ、下面パネル３３Ｄ、右面パネル３３Ｒ、および、左面パネル３３Ｌは、レーザ溶接により接続され、燃焼筒３３を構成している。
具体的には、上面パネル３３Ｕには、隣接する右面パネル３３Ｒおよび左面パネル３３Ｌがレーザ溶接され、下面パネル３３Ｄには、隣接する右面パネル３３Ｒおよび左面パネル３３Ｌがレーザ溶接されている。

図５は、図３の燃焼筒における構成を説明する断面図である。
上面パネル３３Ｕ、下面パネル３３Ｄ、右面パネル３３Ｒ、および、左面パネル３３Ｌの基本的構成は同じであり、さらに、上面パネル３３Ｕと右面パネル３３Ｒとの溶接部、右面パネル３３Ｒと下面パネル３３Ｄとの溶接部、下面パネル３３Ｄと左面パネル３３Ｌとの溶接部、および、左面パネル３３Ｌと上面パネル３３Ｕとの溶接部の基本的構成は同じである。

そのため、ここでは上面パネル３３Ｕおよび右面パネル３３Ｒの構成と、上面パネル３３Ｕと右面パネル３３Ｒとの溶接部についてのみ、図５を参照しながら説明し、その他の下面パネル３３Ｄおよび左面パネル３３Ｌの構成と、右面パネル３３Ｒと下面パネル３３Ｄとの溶接部等と、については説明を省略する。

上面パネル３３Ｕおよび右面パネル３３Ｒには、図５に示すように、外板（一の板）４１と、内板（他の板）４２と、が設けられている。

外板４１は、燃焼筒３３の外周面側に配置された板状の部材であり、耐熱性を有する金属や合金などから形成されたものである。本実施形態ではＮｉ基合金から形成されている例に適用して説明する。
外板４１における内板４２と対向する面には、蒸気などの冷却媒体が流れる第１流路（流路）５１および第２流路（流路）５２をそれぞれ構成する第１溝（溝）６１および第２溝（溝）６２が並んで形成されている。

さらに、上面パネル３３Ｕを構成する外板４１における、隣接する右面パネル３３Ｒおよび左面パネル３３Ｌと対向する部分には、突合せ部６３が設けられている。
なお、右面パネル３３Ｒおよび左面パネル３３Ｌを構成する外板４１における、隣接する上面パネル３３Ｕおよび下面パネル３３Ｄと対向する部分や、下面パネル３３Ｄを構成する外板４１における、隣接する右面パネル３３Ｒおよび左面パネル３３Ｌと対向する部分にも、突合せ部６３が設けられている。

第１溝６１は、外板４１に並んで形成された複数の溝のうち、両端以外の内側に配置された溝であり、言い換えると、当該溝の両側に第１溝６１または第２溝６２が配置された溝である。
第１溝６１は、図５の断面視において、底部が円弧状に形成された溝であって、第２溝６２と比較して、第１溝６１および第２溝６２が並ぶ方向（図５の左右方向）の寸法である溝幅が狭い溝である。

その一方で、第２溝６２は、外板４１に並んで形成された複数の溝のうち、両端に配置された溝であり、言い換えると、当該溝の一側方にのみ第１溝６１が配置された溝である。
第２溝６２は、図５の断面視において、底部が円弧状に形成された溝であって、第１溝６１と比較して、上述の溝幅が広い溝である。

第１溝６１および第２溝６２の底部を円弧状にすることにより、例えば、第１溝６１および第２溝６２の断面形状を矩形や台形とした場合と比較して、角部が形成されないため、応力集中が発生しにくくなる。

本実施形態では、第１溝６１および第２溝６２は、それぞれの溝幅に対応したボールエンドミルを用いた切削加工により形成された溝であり、第１溝６１と第２溝６２とは異なるボールエンドミルを用いた１回の切削加工により形成されている。

なお、第１溝６１および第２溝６２の断面形状は、上述のように底部が円弧状に形成された形状に限られることなく、断面が矩形や台形に形成されていてもよく、特に限定するものではない。
第１溝６１および第２溝６２の断面形状が矩形や台形に形成されていると、底部が円弧状に形成された場合と比較して、第１溝６１および第２溝６２から形成される第１流路５１および第２流路５２の流路面積を増やすことが容易となる。

内板４２は、燃焼筒の内周面側に配置された板状の部材であり、耐熱性を有する金属や合金などから形成されたものである。本実施形態ではＮｉ基合金から形成されている例に適用して説明する。
内板４２は、外板４１における第１溝６１および第２溝６２が形成された面と、ロウ付けにより拡散接合され、第１溝６１および第２溝６２を覆うことにより、第１流路５１および第２流路５２を形成するものである。

突合せ部６３は、上面パネル３３Ｕの外板４１における右面パネル３３Ｒおよび左面パネル３３Ｌと対向する端部から第２溝６２までの間に形成された領域であって、上面パネル３３Ｕと右面パネル３３Ｒとの間の溶接部６４や、上面パネル３３Ｕと左面パネル３３Ｌとの間の溶接部６４として用いられる領域である。
そのため、突合せ部６３には、冷却に用いられる第１流路５１および第２流路５２が設けられておらず、無冷却領域となっている。

なお、右面パネル３３Ｒ、左面パネル３３Ｌ、および、下面パネル３３Ｄに設けられた突合せ部６３においても同様に、隣接するパネルとの溶接に用いられる領域である。

なお、本実施形態では、カン型の燃焼器３に適用して説明しているが、カン型の燃焼器３に限定されることなく、アニュラ型の燃焼器など、他の形式の燃焼器に適用してもよく、特に限定するものではない。

タービン部４は、図１および図２に示すように、燃焼器３により生成された高温ガスの供給を受けて回転駆動力を発生させ、発生した回転駆動力を回転軸５に伝達するものである。

回転軸５は、図１に示すように、タービン部４により発生された回転駆動力を圧縮機２および発電機Ｇに伝達するものである。
なお、回転軸５としては、公知の構成を用いることができ、特にその構成を限定するものではない。

次に、本実施形態の特徴である燃焼筒３３の製造方法について説明する。
燃焼筒３３を製造する場合には、最初に上面パネル３３Ｕ、下面パネル３３Ｄ、右面パネル３３Ｒおよび左面パネル３３Ｌを構成する板状体を形成し、その後に、燃焼筒３３が形成される。

具体的には、平板状の外板４１に第１溝６１および第２溝６２が切削加工される。第１溝６１および第２溝６２は並んで配置されるように形成されるとともに、燃焼筒３３を構成した際に、隣接する溝同士の間隔が等しくなるように形成される。
その一方で、突合せ部６３には、第１溝６１および第２溝６２は形成されない。

平板状の外板４１に第１溝６１および第２溝６２が形成されると、外板４１の第１溝６１および第２溝６２が形成された面に、内板４２が接合されて板状体が形成される。
つまり、外板４１における外板４１の第１溝６１および第２溝６２が形成された面であって、内板４２と接触する部分にロウ材を配置し、ロウ材を挟むように外板４１および内板４２を配置される。その後、外板４１、内板４２およびロウ材は加熱されながら、外板４１および内板４２が互いに接近する方向に、プレス機により押し付けられ拡散接合される。

このように、外板４１に内板４２を接合することにより、第１流路５１および第２流路５２が形成される。言い換えると、第１溝６１および内板４２により第１流路５１が形成され、第２溝６２および内板４２により第２流路５２が形成される。

なお、ロウ材としては外板４１、内板４２と同じ組成のものを用いることができ、特に限定するものではない。

板状体が形成されると、次に、平板状の板状体をプレス成型することにより上面パネル３３Ｕ、下面パネル３３Ｄ、右面パネル３３Ｒおよび左面パネル３３Ｌが形成される。
その後、燃焼筒３３を構成するように、上面パネル３３Ｕ、下面パネル３３Ｄ、右面パネル３３Ｒおよび左面パネル３３Ｌを配置して、仮合わせする。

仮合わせ後、上面パネル３３Ｕおよび右面パネル３３Ｒ、右面パネル３３Ｒおよび下面パネル３３Ｄ、下面パネル３３Ｄおよび左面パネル３３Ｌがレーザ溶接により接合され、燃焼筒３３となる。
例えば、上面パネル３３Ｕの突合せ部６３と、右面パネル３３Ｒの突合せ部６３とをレーザ溶接することにより、上面パネル３３Ｕと右面パネル３３Ｒとが接合される。

その後、燃焼筒３３に付属する部品が燃焼筒３３に取り付けられ、遮熱コーティングが施されることにより、燃焼筒３３が完成する。

次に、上記の構成からなるガスタービン１における一般的な運転について説明する。
ガスタービン１は、図１に示すように、圧縮機２が回転駆動されることにより大気（空気）を吸入する。吸入された大気は、圧縮機２により圧縮されるとともに、燃焼器３に向かって送り出される。

燃焼器３に流入された圧縮された空気は、燃焼筒３３の内部において、燃焼器３において外部から供給された燃料と混合される。空気および燃料の混合気は燃焼器３において燃焼され、燃焼熱により高温ガスが生成される。

燃焼器３において生成された高温ガスは、燃焼筒３３の内部を通過して、下流のタービン部４に供給される。タービン部４は高温ガスにより回転駆動され、その回転駆動力は回転軸５に伝達される。回転軸５は、タービン部４において抽出された回転駆動力を圧縮機２および発電機Ｇに伝達する。

次に、本実施形態に係る第１流路５１および第２流路５２による冷却について説明する。
燃焼筒３３を構成する上面パネル３３Ｕ、下面パネル３３Ｄ、右面パネル３３Ｒおよび左面パネル３３Ｌの第１流路５１および第２流路５２には、外部から冷却流体である蒸気が供給される。
蒸気は、第１流路５１および第２流路５２を流れることにより、燃焼筒３３を構成する上面パネル３３Ｕ、下面パネル３３Ｄ、右面パネル３３Ｒおよび左面パネル３３Ｌを冷却し、燃焼熱や高温ガスの熱からこれらのパネルを保護する。

冷却に用いられた蒸気は、第１流路５１および第２流路５２から回収されてもよいし、高温ガスとともにタービン部４に供給されてもよく、特に限定するものではない。

次に、本実施形態の上面パネル３３Ｕ等の突合せ部６３や溶接部６４における温度の解析結果について、図６および図７を参照しながら説明する。
図６は、本実施形態に係る上面パネル等の突合せ部や溶接部における温度分布の解析結果を説明するグラフである。図７は、全て同じ流路幅の流路が形成された上面パネル等の突合せ部や溶接部における温度分布の解析結果を説明するグラフである。

図６には、第１流路５１に対して第２流路５２の流路幅が約１．８倍、流路深さは同一である場合の外板４１におけるメタル温度の分布を示す。縦軸は外板４１におけるメタル温度を示し、横軸は突合せ部６３および溶接部６４に対して直交する方向の位置を示すものであり、グラフの略中央が隣接するパネルが付き合わされた部分に相当している。

図６および図７に示されたグラフから判るように、隣接するパネルが付き合わされた部分であって、無冷却部分であるグラフの中央において、外板４１におけるメタル温度は最も高い。そこから、第１流路５１や第２流路５２が形成された領域（図６および図７のグラフにおいて右側および左側）に向かうに伴い、外板４１におけるメタル温度は低くなる。

さらに、第１流路５１のみが形成された上面パネル３３Ｕ等に係るグラフ（図７）と、第１流路５１および第２流路５２が形成された上面パネル３３Ｕ等に係るグラフ（図６）と、を対比すると、本実施形態の場合（図６）では、外板４１におけるメタル温度が全体的に低くなっていることが判る。

次に、上面パネル３３Ｕ等の板状体に形成された第１流路５１等の流路における幅寸法を変化させた場合の当該板状体における金属温度の変化および応力の変化について図８および図９を参照しつつ説明する。

図８は、上面パネルなどの流路が形成された板状体における流路の幅寸法と、当該板状体における金属温度との関係を説明するグラフである。図８において、横軸には溝幅が示され、縦軸には板状体の金属温度が示されている。図９は、上面パネルなどの流路が形成された板状体における流路の幅寸法と、当該板状体における応力との関係を説明するグラフである。図９において、横軸には溝幅が示され、縦軸には板状体に働く応力が示されている。

流路の幅寸法、言い換えると、流路を形成する溝の幅寸法が増加すると、図８に示すように、流路が形成された板状体の金属温度が低下する。具体的には、流路の幅寸法がＡｍｍの場合に板状体の金属温度が１００℃弱であるときに、流路の幅寸法をＡ＋２ｍｍに増加させると板状体の金属温度が５０℃程度に低下することが、図８のグラフから判る。言い換えると、金属温度が約４６℃低下することが図８のグラフから判る。

流路の幅寸法を広くすると、上述のように板状体の金属温度が低下する一方で、図９に示すように、板状体における構造体としての剛性（強度）が低下する。具体的には、流路の幅寸法がＡｍｍの場合に板状体に働く応力の値は、板状体における応力の制限値Ｂよりも低くなっているときに、流路の幅寸法をＡ＋２ｍｍに増加させると板状体に働く応力の値は制限値Ｂに接近し、さらに、流路の幅寸法をＡ＋４ｍｍに増加させると板状体に働く応力の値は制限値Ｂを超えることが、図９のグラフから判る。

図８および図９に示す場合、板状体の金属温度を下げるとともに、板状体の構造体としての剛性を確保するために、溝の幅寸法をＡ＋１．８ｍｍ程度にするのが好ましいことが判る。

上記の構成によれば、突合せ部６３に隣接する第２流路５２における幅寸法、つまり第１流路５１および第２流路５２が並ぶ方向の寸法を長くすることにより、突合せ部６３において溶接された上面パネル３３Ｕ等における冷却性能の低下を抑制することができる。
つまり、突合せ部６３近傍の第２流路５２における幅寸法を、他の流路の幅寸法よりも長くすることにより、突合せ部６３近傍の流路に係る冷却性能は、第１流路５１に係る冷却性能よりも高くなる。そのため、近傍に流路を配置することができないために冷却性能が悪化しやすい突合せ部６３に、幅寸法を長くした第２流路５２を隣接して配置することにより、上面パネル３３Ｕ等の突合せ部６３近傍における冷却性能の低下を抑制することができる。

さらに、突合せ部６３に隣接する第２流路５２は突合せ部６３に沿って延びるため、上面パネル３３Ｕ等を突合せ部６３において溶接しても当該流路が閉塞されることがなく、特許文献２に記載の発明のように、上面パネル３３Ｕ等を溶接した部分を加工、例えばグラインダ加工により削り溝を形成する必要がない。そのため、上面パネル３３Ｕ等を用いてガスタービン燃焼器３の製造に要する時間を短縮するとともに、作業環境の悪化を防止することができる。

外板４１に第１溝６１および第２溝６２を形成した後に、外板４１に内板４２を接合させて、第１溝６１および第２溝６２の開口を、内板４２を用いて塞ぐことにより、それぞれ第１流路５１および第２流路５２を有する上面パネル３３Ｕ等が形成される。
そのため、第１溝６１および第２溝６２が並ぶ方向における溝寸法である溝幅が、第１流路５１および第２流路５２の幅寸法となることより、容易に流路の幅寸法を調節することができる。同様に、外板４１における板厚方向における第１溝６１および第２溝６２の溝寸法である溝深さが、それぞれ第１流路５１および第２流路５２の深さ寸法となることより、容易に流路の深さ寸法を調節することができる。

〔第１の実施形態の変形例〕
次に、本発明の第１の実施形態の変形例について図１０を参照して説明する。
本変形例のガスタービンの基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、上面パネル等の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図１０を用いて上面パネル等の構成のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図１０は、本実施形態の変形例に係る燃焼筒の構成を説明する断面図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付して、その説明を省略する。

本変形例の燃焼筒３３を構成する上面パネル３３Ｕ、下面パネル３３Ｄ、右面パネル３３Ｒ、および、左面パネル３３Ｌは、図１０に示すように、外板（第２の板）１４１と、内板（第２の板）１４２と、中板（第１の板）１４３と、が設けられている。

外板１４１は、燃焼筒３３の外周面側に配置された板状の部材であり、耐熱性を有する金属や合金などから形成されたものである。本実施形態ではＮｉ基合金から形成されている例に適用して説明する。
内板１４２は、燃焼筒３３の内周面側に配置された板状の部材であり、耐熱性を有する金属や合金などから形成されたものである。本実施形態ではＮｉ基合金から形成されている例に適用して説明する。

中板１４３は、外板１４１および内板１４２との間に配置された板状の部材であり、耐熱性を有する金属や合金などから形成されたものである。本実施形態ではＮｉ基合金から形成されている例に適用して説明する。
中板１４３には、蒸気などの冷却媒体が流れる第１流路５１および第２流路５２をそれぞれ構成する第１スリット（スリット）１６１および第２スリット（スリット）１６２が並んで形成されている。

第１スリット１６１は、中板１４３に並んで形成された複数のスリットのうち、両端以外の内側に配置されたスリットであり、言い換えると、当該スリットの両側に第１スリット１６１または第２スリット１６２が配置された溝である。
第１スリット１６１は、図１０の断面視において、第２スリット１６２と比較して、第１スリット１６１および第２スリット１６２が並ぶ方向（図１０の左右方向）の寸法である溝幅が狭い溝である。

その一方で、第２スリット１６２は、中板１４３に並んで形成された複数の溝のうち、両端に配置されたスリットであり、言い換えると、当該スリットの一側方にのみ第１スリット１６１が配置された溝である。
第２スリット１６２は、図１０の断面視において、第１スリット１６１と比較して、上述のスリット幅が広い溝である。

次に、本変形例の特徴である燃焼筒３３を構成する上面パネル３３Ｕ等の製造方法について説明する。
最初に、平板状の中板１４３に第１スリット１６１および第２スリット１６２が切削加工される。第１スリット１６１および第２スリット１６２は並んで配置されるように、言い換えると中板１４３が櫛状になるように形成されるとともに、燃焼筒３３を構成した際に、隣接するスリット同士の間隔が等しくなるように形成される。
その一方で、突合せ部６３には、第１スリット１６１および第２スリット１６２は形成されない。

平板状の中板１４３に第１スリット１６１および第２スリット１６２が形成されると、中板１４３を間に挟むように外板１４１と内板１４２とが接合される。その後、櫛状に形成された中板１４３における櫛の歯の付け根に相当する部分が切り落とされ、第１流路５１および第２流路５２が形成され、上面パネル３３Ｕ等を構成する板状体が形成される。

上記の構成によれば、中板１４３に第１スリット１６１および第２スリット１６２を櫛の歯状に並べて形成し、外板１４１および内板１４２の間に中板１４３を挟んで接合することにより、第１流路５１および第２流路５２を有する上面パネル３３Ｕ等を形成することができる。
そのため、第１スリット１６１および第２スリット１６２が並ぶ方向における幅寸法であるスリット幅が、第１流路５１や第２流路５２の幅寸法となることより、容易に第１流路５１や第２流路５２の幅寸法を調節することができる。同様に、中板１４３における板厚が第１流路５１や第２流路５２の深さ寸法となることより、容易に第１流路５１や第２流路５２の深さ寸法を調節することができる。

１ ガスタービン
２ 圧縮機
３ 燃焼器（ガスタービン燃焼器）
４ タービン部
５ 回転軸
３２ ノズル部
３３ 燃焼筒（筒体、板状体）
３３Ｕ 上面パネル（板状体）
３３Ｄ 下面パネル（板状体）
３３Ｒ 右面パネル（板状体）
３３Ｌ 左面パネル（板状体）
４１ 外板（一の板）
４２ 内板（他の板）
５１ 第１流路（流路）
５２ 第２流路（流路）
６１ 第１溝（溝）
６２ 第２溝（溝）
６４ 溶接部
１４１ 外板（第２の板）
１４２ 内板（第２の板）
１４３ 中板（第１の板）
１６１ 第１スリット（スリット）
１６２ 第２スリット（スリット）

Claims (6)

1. 複数の板を積層させるとともに、冷却媒体が流れる複数の流路が前記複数の板の間に並んで配置された板状体を形成する工程と、
   複数の前記板状体を前記流路が並ぶ方向に並べて配置するとともに、前記複数の板状体を突き合わせて配置し、突合せ部において溶接する工程と、
   を有する板状体の製造方法であって、
   前記突合せ部に隣接する前記流路は、前記突合せ部に沿って延びるとともに、それ以外の前記流路と比較して、前記流路が並ぶ方向の寸法が長いことを特徴とする板状体の製造方法。
2. 前記板状体を形成する工程は、
   一の板における一方の面に、複数の溝を並べて形成する工程と、
   前記一の板における一方の面に他の板を接合させて板状体とするとともに、前記複数の流路を形成する工程と、
   を有することを特徴とする請求項１記載の板状体の製造方法。
3. 前記板状体を形成する工程は、
   第１の板に複数のスリットを並べて形成する工程と、
   第１の板の一方の面および他方の面に、第２の板を接合させて板状体とするとともに、前記複数の流路を形成する工程と、
   を有することを特徴とする請求項１記載の板状体の製造方法。
4. 内部に並んで配置された複数の流路を有する一の板状体と、
   内部に並んで配置された複数の流路を有し、前記一の板状体に対して前記複数の流路が一の方向に並ぶように配置される他の板状体と、
   前記一の板状体および前記他の板状体を接合する溶接部と、
   が設けられ、
   前記一の板状体および前記他の板状体における前記溶接部と隣接し、前記溶接部に沿って延びる前記流路は、それ以外の前記流路と比較して、前記流路が並ぶ方向の寸法が長いことを特徴とする板状体。
5. 燃料を噴射するノズル部と、
   内部で空気と噴射された燃料とを混合して燃焼させる筒体と、
   が設けられ、
   前記筒体が、請求項１から請求項３のいずれかに記載の板状体の製造方法により製造された板状体、または、請求項４に記載の板状体であることを特徴とするガスタービン燃焼器。
6. 空気を圧縮する圧縮機と、
   該圧縮機から供給された圧縮空気、および、外部から供給された燃料を混合して燃焼させ燃焼ガスを生成する請求項５に記載のガスタービン燃焼器と、
   前記燃焼ガスが有するエネルギの一部を、回転駆動力に変換するタービン部と、
   前記タービン部から前記回転駆動力を前記圧縮機に伝達する回転軸と、
   が設けられていることを特徴とするガスタービン。

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