JPH02197718A - 燃焼器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は燃焼器に関するものである。

［従来の技術］ 一般にガスタービンはコンプレッサとタービンの間に燃
焼器を備えている。

従来の燃焼器は、ケーシングの内部に設けられた略円筒
状のライナの一端から内部に燃料を供給すると共に、少
なくともライナの側部周方向に複数形成した空気孔から
内部に前記コンプレッサで圧縮した空気を供給して、ラ
イナ内部で前記燃料を燃焼させ、燃焼により生成した高
温ガスをライナの他端から排出し前記タービンに導入し
てタービンを駆動させるようにしたものである。

［発明か解決しようとする課題］ しかしながら上記従来の燃焼器では、ライチにはコンプ
レッサからの空気か流れる外部と燃料の燃焼が起こる内
部との間で大きな温度差が生じるため、特に空気が内部
に流入して最も温度差が大きくなる空気孔の周辺に熱応
力が集中するという問題があった。

上記熱応力の問題は燃焼器に導入する空気が比較的低温
で低圧である間は特に大きな支障はなかった。

ところが近年、ガスタービンの熱効率の向上を目的とし
てより高温で高圧の空気を燃焼器に導入できるようにす
るために、高温高圧に耐えることができるよう金属製の
ライナに代えてセラミック製のライナを用いることが検
討されているがセラミック製のライナは応力に弱いため
上記熱応力の集中により空気孔にクラックが発生して破
損してしまうという問題が新たに発生し、このような高
温高圧の空気を導入することのできる燃焼器を脩えた熱
効率の高いガスタービンを実現する上で大きな障害とな
っていた。

本発明は上述の実情に鑑み、熱応力の集中によるセラミ
ック製のライナの破壊を防止して、より熱効率の高いガ
スタービンを実現させることのできる燃焼器を提供する
ことを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明はケーシング内部に配設され且つ一端に燃料の噴
射弁を配設され他端に高温ガス出口を存し側部周方向に
複数の空気孔を有する略円筒状のライナを備えた燃焼器
において、前記空気孔を周方向に結ぶ線によりライナを
上流ライナと下流ライナに分割したことを特徴とし、空
気孔の位相を合わせて組合せた上流ライナと下流ライナ
の空気孔のうち少くとも１つにずれ止めリングを嵌め込
んたことを特徴とし、且つ下流ライナをケーシングに係
止した押え部材で保持すると共に、上流ライナを下流ラ
イナに向けて付勢する皿バネを介してケーシングに固定
したことを特徴とし、ケーシングとライナ間に、上流ラ
イナと下流ライナを分割する線上の互いに隣接する空気
孔間の位置を保持する弾性スペーサを配設したことを特
徴とする燃焼器にかかるものである。

［作　　　用コ ライナを空気孔を境に軸方向に２分割することにより、
空気孔の回りへの温度差による熱応力の集中がなくなり
、ライナの破損が防止される。

空気孔にずれ止めリングを嵌め込む、ことにより、分割
されたライナの周方向の位相のずれが防止される。

下流ライナを押え部材でケーシングに保持し、上流ライ
ナを皿バネで下流ライナに向けて付勢することによりラ
イナが軸方向に一体に保持される。

上流ライナと下流ライナを分割する線上を弾性スペーサ
で支持することによりライナが半径方向に一体に保持さ
れる。

［実　施　例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。

第１図〜第４図は本発明の一実施例である。

一端の軸芯位置内部に取付フランジ１を介して外部から
の燃料２の噴射弁３を貫通保持し、且つ一端に近い側面
に外部からの空気４の供給口５を備え、更に他端にフラ
ンジ６及び高温ガス７の排出口８を備えた、略円筒状の
ケーシング９を設ける。

端部に一次空気口１０を備えた、ネック部１１と、肩部
１２と、側面の肩部１２に近い側から順に二次空気孔１
３及び希釈空気孔１４等の空気孔１５を夫々周方向に複
数箇所備え且つ前記−次空気口ｌＯとは反対端に高温ガ
ス出口１６を備えた胴部１７とを有するセラミック製の
ボトル状をしたライナ１８を形成すると共に、該ライナ
１８を前記二次空気孔Ｉ３の中心間を周方向に結ぶ線１
９に沿つて一次空気口１０から高温ガス出口１６側に行
くに従い拡径するテーパ状の合わせ面２０で係合できる
ように上流ライナ２１と下流ライナ２２に２分割する。

該上流ライナ２１と下流ライナ２２とを二次空気孔！３
の位相を合わせて合わせ面２０で係合合致させ、且つ第
２図・第３図で示すように少なくとも１つの二次空気孔
１３にずれ止めリング２３を嵌め込んで該ずれ止めリン
グ２３のフランジ２４の数箇所を上流ライナ２１か下流
ライナ２２の一方に接合により固定した状態のライナ１
８を前記ケーシング９内部にケーシング９と同心で且つ
一次空気口ｌＯか前記噴射弁３の先端を所要の間隔を置
いて囲むように配設し、該噴射弁３の先端外周に噴射弁
３を中心として渦状となるよう固定した複数の旋回ベー
ン２５によりライナ１８の一次空気口ＩＯとの間を上記
所要の間隔に保持させる。

前記取付フランジ１のケーシング９内部側の面の噴射弁
３の回りにドーナツ状の皿バネ２６の内縁を固定し、前
記噴射弁３の回りを囲むように放射状に配設した複数の
ベーン２７の前記ライナ１８側の端部を前記噴射弁３を
囲う略ドーナツ状をした取付部材２８の外周部２９に固
定して成るラジアルベーン３０をライナＩ８の一次空気
口ｌｏとケーシング９の取付フランジｌの間に配設して
、ラジアルベーン３０の各ベーン２７の取付部材２８と
反対側の端部を前記皿バネ２６の外縁に固着してラジア
ルベーン３０を取付フランジ１と一体化すると共に、ラ
ジアルベーン３０の取付部材２８中夫の開口部をライナ
１８側に曲げて突出部３１を形成し、該突出部３１によ
り断熱部材３２を介在させてライナ１８の比較的温度の
低い部分即ち上流ライナ２１の一次空気口ＩＯを下流ラ
イナ２２側に付勢させて係止し、前記ケーシング９の高
温ガス７の排出口８に形成したフランジＢに係止したセ
ラミック製のリング等の押え部材３３（以下リング３３
という）の段付き部３４により下流ライナ２２の高温ガ
ス出口１６を係止してライナ１８をケーシング９の軸方
向に固定する。

更に必要に応じて、板バネ３５を中央が突出する山型に
曲げてその山型の頭部にセラミック製のパッド３Ｇを固
定した弾性スペーサ３７を、上流ライナ２１と下流ライ
ナ２２との合わせ面２０の線１９上の互いに隣接する二
次空気孔１３間の位置にパッド３６を圧接させて、ライ
ナ１８とケーシング９間に周方向に所定の間隔を置き複
数配設しく弾性スペーサ３７の向きはケーシング９の周
方向でも長平方向でも良い）、且つ弾性スペーサ３７の
一方の脚部３８のみをケーシング９に溶接等により固定
してライナ１８をケーシング９の半径方向に固定する。

次に作動について説明する。

外部からの燃料２を噴射弁３からライナ１８内部に噴射
し、図示しないコンプレッサ等がらの空気４をケーシン
グ９内部に供給すると、ケーンンク９内部に供給された
空気４の一部がラジアルベーン３０を介して霧化空気と
して噴射弁３に供給されると共に、−次空気口ｌｏがら
ライナ１８内部に入り旋回ベーン２５て旋回力を与えら
れて空気４と噴射弁３から噴射され霧化された燃料２と
の混合か行われ、残りの空気の一部が二次空気孔１３か
らライナ１８内部に供給されて過濃混合比下で一段目の
燃焼が行われ、それ以外の空気４か大量に希釈空気孔１
４からライナ１８内部に入って燃焼ガスの希釈か行われ
二段目の燃焼が行われる。

このように二段に燃焼を行わせることによりＮＯＸの発
生量の少ない燃焼が行われる。

こうして燃焼により生成された高温ガス７はライナ１８
の高温ガス出口１６及びケーシング９の排出口８から排
出され図示しないタービン等に導かれる。

この際、ライナ１８には、外部に空気４が流れ、内部で
は燃焼が行われることから温度差が生じ、該温度差は空
気４が流入し内部で燃焼が行われる二次空気孔１３の回
りが最も大きくなるので、特に二次空気孔Ｉ３に応力か
集中し易く、従来のようにライナ１８を一体に形成した
場合には二次空気孔１３の回りにクラックが発生し該ク
ラックか隣接する二次空気孔１３間を結ぶ方向に成長し
てライナ１８か破損していたが、本発明では応力か集中
し易い二次空気孔１３部でライナ１８を上流ライナ２１
と下流ライナ２２に予め分割したので、二次空気孔１３
への応力の集中が防止され、ライナ１８の破損が防止さ
れる。

又、分割された下流ライナ２２をケーシング９のフラン
ジ６に係止したリング３３で軸方向に保持し、分割され
た上流ライナ２１をラジアルベーン３０を介して皿バネ
２６で下流ライナ２２に向けて付勢しているので、分割
されたライナ１８を簡単な構成で一体に保持することが
でき、且つライナ１８の軸方向の熱膨張も皿バネ２Ｂに
より吸収することかできる。

更に少なくとも１つの二次空気孔１３にずれ止めリング
２３を嵌め込んたので、上流ライナ２１と下流ライナ２
２の周方向の位相のずれが防止される。

更に又、上流ライナ２１と下流ライナ２２の合わせ面２
０をテーパ状としているので、上流ライナ２１と下流ラ
イナ２２の半径方向のずれが防止され、且つ燃焼時の圧
力変動に伴って発生する振動即ちフレッティングに抗し
て上流ライナ２１と下流ライナ２２を一体に保持するこ
とができる。

更に必要に応じて弾性スペーサ３７を設けることにより
、より確実に上流ライナ２１と下流ライナ２２を半径方
向に一体に保持することができる。

第５図は本発明の他の実施例であり、第１図〜第４図と
略同様の構成において、比較的温度の低い上流ライナ２
１の肩部１２をラジアルベーン３０の取付部材２８の外
周部２９周方向数箇所に支持部材３９及び断熱部材４０
を用いて支持し、上流ライナ２１の一次空気口ｌＯ側端
部とラジアルベーン３０の取付部材２８の突出部３１と
の間に所定の間隙４１を形成したものである。

このようにしても前記実施例と略同様の作用効果が得ら
れる。

尚、本発明の燃焼器は、上述の実施例にのみ限定される
ものではなく、金属やセラミックやこれらの複合材料等
各種素材を用いたライナに適用し得ること、ライナを希
釈空気孔の回りで分割しても良いこと、その他車発明の
要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得るこ
とは勿論である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の燃焼器によれば、下記の
如き種々の優れた効果を奏し得る。

■　ライ九を空気孔を境に軸方向に分割したので、空気
孔の回りへの温度差による熱応力の集中によるライナの
破損を防止することができて、ライナをセラミックで形
成することが可能となる。

■　ずれ止めリングにより、分割されたライナの周方向
の位相のずれを防止することができる。

■　下流ライナを押え部材でケーシングに保持し、上流
ライナを皿バネで下流ライナに向けて付勢することによ
り、ライナを簡単な構造で確実に軸方向に一体に保持す
ることができる。

■　上流ライナと下流ライナを分割する線上を弾性スペ
ーサで支持することにより、ライナを半径方向に一体に
保持することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の側方断面図、第２図は第１
図の二次空気孔周辺の部分拡大図、第３図は第２図の■
−■矢視図、第４図は第１図のＩＶ−ＩＶ矢視図、第５
図は本発明の他の実施例の側方断面図である。 図中２は燃料、３は噴射弁、９はケーシング、１５は空
気孔、１６は高温ガス出口、１８はライナ、Ｉ９は線、
２１は上流ライナ、２２は下流ライナ、２３はずれ止め
リング、２６は皿バネ、３３はリング（押え部材）、３
７は弾性スペーサを示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ケーシング内部に配設され且つ一端に燃料の噴射弁
   を配設され他端に高温ガス出口を有し側部周方向に複数
   の空気孔を有する略円筒状のライナを備えた燃焼器にお
   いて、前記空気孔を周方向に結ぶ線によりライナを上流
   ライナと下流ライナに分割したことを特徴とする燃焼器
   。 ２）空気孔の位相を合せて組合せた上流ライナと下流ラ
   イナの空気孔のうち少くとも１つにずれ止めリングを嵌
   め込んた請求項１記載の燃焼器。 ３）下流ライナをケーシングに係止した押え部材で保持
   すると共に、上流ライナを下流ライナに向けて付勢する
   皿バネを介してケーシングに固定した請求項１記載の燃
   焼器。 ４）ケーシングとライナ間に、上流ライナと下流ライナ
   を分割する線上の互いに隣接する空気孔間の位置を保持
   する弾性スペーサを配設した請求項１記載の燃焼器。