JPH024129A

JPH024129A - ガスタービン燃焼器の支持構造

Info

Publication number: JPH024129A
Application number: JP15416888A
Authority: JP
Inventors: Yorihide Segawa; 瀬川　頼英; Satoshi Tsukahara; 聡塚原; Fumio Kato; 文雄加藤; Seiichi Kirikami; 桐上　清一; Toru Arai; 新井　亨; Yoji Ishibashi; 石橋　洋二
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-06-22
Filing date: 1988-06-22
Publication date: 1990-01-09
Anticipated expiration: 2012-08-27
Also published as: JP2647144B2

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］本発明はガスタービン燃焼器、特に、旋回器をもつ高負
荷用のガスタービン燃焼器に好適な支持構造およびそれ
に用いる板ばねに関する。

［従来の技術］従来のガスタービン燃焼器支持構造では、波形に若干折
り曲げた短冊状の板ばねを横に連結して環帯状にしたも
のをガスタービンの内筒と尾筒との嵌合部に挿入し、一
方、尾筒は外筒に対して半固定するなどしており、これ
によって、内筒や尾筒の熱伸びや熱変形が妨げられるこ
となく、静的強度が確保されていたにれに関連する公知
例として特開昭５８−１０２０３１号、同５ｇ−２０８
５１９号、同６１−１７３０２４号各公報がある。

［発明が解決しようとする課題］上記従来技術では、尾筒や内筒の外筒に対する振動への
配慮が十分になされておらず、このために、燃焼器、特
に旋回器をもつ高貴用の燃焼器において、運転時旋回器
による旋回流で生じた縦渦の振れ回わり運動が原因で、
燃焼器がその軸回わりに振れ回ねり振動を起こし、その
結果、燃焼器の寿命を著しく低下させるという問題があ
った。

本発明の目的は、このような燃焼器の振れ回わり振動を
抑制し、且つ、燃焼器部材の熱伸びや熱変形を妨げるこ
とのないガスタービン燃焼器の支持構造およびそれに用
いる板ばねを提供するにある。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成するため、本発明のガスタービン燃焼器
の支持構造は特許請求の範囲の請求項１゜８．９．１０
または１１に記載の構成を有し、また、それに用いる板
ばねまたはその連続体は請求項２ないし７のいずれかに
記載の構成を有する。

［作　　　用］尾筒流出口部外周面と支持筒内周面との間、及び内筒流
出口部外周面と尾筒流入口部内周面との間に、請求項２
ないし７記載の形状の板ばねを円周に分布して挿入設置
すると、板ばねは支持筒、尾筒、内筒に対して軸方向に
滑り得ると共に、周方向にも何らひっかかることなく滑
らかに滑り得るように当接する。そのために、内筒及び
尾筒に旋回モードをもった振動燃焼の圧力振動が働いた
とき、内筒及び尾筒は何ら拘束されずに、自由に振れ回
わり、その結果、板ばねが自由に弾性変形して滑り摩擦
が実現され、振動減衰の機能が現われる。

また、内筒及び尾筒の軸方向の熱伸びに対して。

板ばねと支持筒１尾筒、内筒との間の滑りによって何ら
拘束されることがなく、これより熱応力が生じない。

［実施例］以下１本発明の実施例を図面により説明する。

ガスタービン燃焼器は、第１図に示すように、内筒１、
尾筒２、外筒３、外枠４、旋回器付き燃料ノズル５から
成り、外枠４および外筒３内で尾筒２の外周及び内筒１
の外周を通ってきた空気と燃料ノズル５から噴射した燃
料が内筒１内で旋回混合されて燃焼し、燃焼ガスが内筒
１の流出口部７及び尾筒２内を通って尾筒２から不図示
のタービン静翼に流出する構造である。内筒１の上流部
は燃料ノズル５を介して外筒３に取付けられ、尾筒２の
下流部は外枠４に取付けられ、また、尾筒２の流入口部
６はその円周に沿って外筒３と一体の支持筒３′に弾性
支持され、内筒２の流出口部７はその円周に沿って尾筒
２の流入口部６に弾性支持される構造である。

次に上記弾性支脅の構造について説明する。以下の説明
では、外筒３と一体の支持筒３′と尾筒２との間の弾性
支持を主として述べるが、括弧内の語は内筒１と尾筒２
との間の弾性支持に関するものを示す。

弾性支持の構造は、第２図に示すような押出し丸味部１
１を持つ波形の板ばね１０を、第３図に示す如く、その
中央部で一体的に多数積に連結して環帯状にし４その中
央部を尾筒２（内筒１）の外周面８に図の＋−で示すよ
うに点溶接で固定し。

板ばね１０の両翼部の押出し丸味部１１を外筒３と一体
の支持筒３′　（尾筒２）の内周面９に押し付けた構造
である。

ここに、板ばね１０の押出し丸味部１１は、板ばねｌＯ
がその稜縁１０’で支持筒３′　（尾筒２）の内周面９
に押圧されるのを避け、押出し丸味部１１で支持筒３′
　（尾筒２）の内周面９に押圧されるようにするための
ものである。これは、旋回する燃焼ガスが作る縦渦の旋
回運動によって生じた旋回圧力振動の作用により、内筒
１（尾筒２）が剛体の形で旋回振動するとき、板ばね１
０が周方向によく滑ることで、径方向に自由に弾性変形
させることを狙ったものである。

もし、板ばね１０がその稜＃１０′で支持筒３′　（尾
筒２）の内周面９に押圧されるとした場合には、板ばね
１０が支持筒３′　（尾筒２）の内周面９に食い込むこ
とになるので、内筒１（尾筒２）が剛体として旋回運動
するとき、この板ばね１０が径方向に弾性変形しようと
しても、鎖板ばね１０と９０’取付位置がずれた所の板
ばね１０が上記と同様の食い込みを起こしているために
、これが拘束の原因になって、結局、この板ばね１ｏは
径方向に弾性変形できないことになる。

ところで、前記のように板ばね１０が径方向に自由に弾
性変形できるようにすると、内筒１（尾筒２）も自由に
旋回振動するが、これに対して板ばね１０の非固定部で
ある板ばね両翼部は支持筒３′　（尾筒２）の内周面９
に対して周期的に軸方向と周方向の滑り摩擦を交互に起
こす。これによって内筒１（尾筒２）の旋回振動の振動
エネルギーが摩擦熱として吸収されることになり、一定
の旋回圧力振動に対して振動低域の機能が現われる。

とくに、板ばね１０の両翼部曲げ剛性を、高過ぎること
なく、低過ぎることなく、適切に選べば。

この振動低域を効果的に実現することができる。

もし、これが高過ぎると、燃焼器の他の剛性の低い個所
に大きい振動応力を発生し、逆にこれが低過ぎると、燃
焼器が大きく振動して集中応力を発生し、いずれの場合
の動的強度の低下をもたらすことになる。

また、第２図の如く板ばね１０の形状を両翼部が取付は
側へ曲がっているように波形にしたことにより、内筒１
を尾筒２に対して、また、尾筒２を支持筒３′に対して
それぞれ軸方向に挿入して組むとき作業が容易になると
共に、内筒１の尾筒２に対する熱伸び、尾筒２の支持筒
３′及び内筒ｌに対する熱伸びが自由に実現でき、熱応
力の低減が図れる。

また、板ばね１０の固定位置を中央にして両翼部で支持
筒３′　（尾筒２）の内周面９に押圧させるようにした
ため、一つの翼部だけもつ板ばねの場合に比べて、取付
は部を剥がすような力が作用せず、その分だけ板ばね１
０の取付は強度を高めることが可能となる。

さらに、隣接する板ばねについて非固定部である両翼部
の間に若干の間隙（第３図のＳ）を設けたことにより、
燃焼ガスに比べてかなり低温である空気による冷却がで
きて、材料の熱劣化を防止することができる。

このような弾性支持構造であるから、簡単な構造で且つ
製造コストが殆んど上昇させずに、静的にも動的にも強
度の高い、高い信頼性をもったガスタービン燃焼器の支
持構造を提供することができる。

第２の実施例を第４図に示す。これは、前記第１の実施
例の押出し丸味部付板ばね１０に代って、軸方向から見
た板ばねの両翼部横断面形状が湾曲１３している波形板
ばね１２を使用するものである。その機能は実施例１の
ものと同じであり、その効果もほぼ同じであるが、強い
てその相違を挙げれば、このような形状の板ばねを、例
えば、プレス加工で製造する場合、プレスの型寿命を若
干高めることができる他、板ばねの支持筒３′　（尾筒
２）の内周面９への抑圧の面積増加により、板ばね１２
の寿命を若干高めることができるなどの効果がある。

以上、第１および第２の実施例では、板ばねの中央部を
第３図の如く一体に連続して、全体的に板ばね連続体と
したものを用いたが、必ずしも連続体とせず、第２図又
は第４図に示す個々の板ばねをその中央部にて内筒（尾
筒）外周面に溶接固定することも可能である。

第３の実施例を第５図に示す。これは、前記二実施例の
押出し丸味部付板ばね１０又は板ばね１２に代って、切
込み入りのループ状に折曲げた板ばね１６を使用するも
のである。この場合、板ばね１６は燃焼器部材に固定せ
ず、尾筒（内筒）の外周面８に固定した止め輪板１４及
び１５によって軸方向の位置ずれが拘束され、周方向に
は互に連結されずに環状に互に間隙なく並べられている
。この板ばね１６は中央に軸方向の切込み部１７をもっ
ており、内筒１（尾筒２）が旋回振動するとき、尾筒２
（内筒１）の外周面８に対して軸方向と周方向の滑り摩
擦を交互に周期的に起こし、旋回圧力振動に対する振動
減衰の機能を奏する。ここに、板ばね１６の稜縁部を若
干内側に曲げておく。このようにすれば、板ばねの稜縁
部が支持筒（尾筒）の内周面に食い込むことがなく、内
筒１（尾筒２）の剛体としての旋回振動に対して、板ば
ねから拘束が作用せず、板ばね１６の弾性変形が自由に
実現される。

また、板ばね１６がループ状に彎曲した形になっている
ので、内筒１を尾筒２に対して、また、尾筒２を支持筒
３′に対してそれぞれ軸方向に挿入して組むとき作業が
容易になると共に、内筒１の尾筒２に対する熱伸び、尾
筒２の支持筒３′及び内筒１に対する熱伸びが自由に実
現でき、熱応力の低減が図れる。

また、板ばね１６を多数間隙なく尾筒（内筒）の外周面
８に沿って並べても、板ばね１６の切込み１７によって
できた切欠き部を低温の空気が軸方向に流れるために、
その冷却作用によって、板ばね材の熱劣化を防止するこ
とができる。

さらに、本実施例では、板ばね１６の摩耗により部品交
換する際、板ばね１６のみの個別の交換で済ませること
が可能で、保守費用の低減が図れる。

このような弾性支持構造であるから、製造コストの上昇
を抑え、静的にも動的にも強度の高い、高い信頼性を持
ち、保守費用の僅少なガスタービン燃焼器の支持構造を
提供ることができる。

第４の実施例を第６図に示す。前記第３の実施例のルー
プ状板ばね１６に加えて、尾筒（内筒）の外周面８と板
ばね１６の間に環状の帯板１８を介在させたものである
。帯板１８は尾筒（内筒）の外周面８に沿って固定する
ことなく巻付け、内筒１（尾筒２）の旋回運動による板
ばね１６の弾性変形に基づく滑り摩擦は、尾筒（内筒）
の外周面８に代り帯板１８と板ばね１６との間で実現さ
せる。この場合、帯板１８の材料は自由に選択できるこ
とから、摩擦による振動減衰能力を調整することができ
、振動低減の要求に適応させることができると共に、燃
焼器に見合った経済的な材料選定が行なえる。さらに、
その他の機能は前記第３の実施例のそれと同じであり、
その他の効果もほぼ同じである。

このような弾性支持構造であるから、静的にも動的にも
強度が高く、且つ高い信頼性を持ち、経済的で、且つ、
要求に合った振動性能を持つガスタービン燃焼器の支持
構造を提供することができる。

なお、以上の第１、第２、第３、第４の実施例において
、内筒１と尾筒２との間の弾性支持のみ施して、尾筒２
と支持筒３′との間は弾性支持をに固定支持に換えるこ
とも考えられるが、この場合、両弾性支持の場合に比べ
て振動減衰の機能は低下すると考えられるけれども、全
く弾性支持しない場合に比べれば、ある程度の振動低減
は期待できると考えられる。

第２図又は第４図に示した波形板ばね１０又は１２を、
両翼部に押出し丸味部１１又は周方向彎曲１３を持たせ
ず、軸方向から見た両翼部の横断面形状が平坦であるよ
うな波形板ばねに変え、この板ばねの中央部を支持筒（
尾筒）内周面９に点溶接等で固定し、両翼部を尾筒（内
筒）外周面８に押圧させるようにした実施例も可能であ
る。この場合も、内筒１（尾筒２）の旋回運動に対して
板ばねの周方向の拘束がないために、板ばねは径方向に
自由に弾性変形し得るので、仮ばねの軸方向と周方向の
滑り摩擦が交互に周期的に起こり、旋回圧力振動に対す
る振動減衰の機能が現われる。

その他の機能は第１、第２実施例のものと同じであり、
その効果もほぼ同じである。強いてその相違を挙げれば
、このような形状の板ばねを外筒（尾筒）内周９のよう
な凹曲面に点溶接などでそのまま固定することは難しく
、予め中央部が多数環帯状に横に連結した板ばねを環帯
状になるように成形しておく必要がある。その反面、板
ばねの横断形状が平坦なために、たとえば、プレス加工
で製造する場合、プレスの型加工が簡単になり、寿命も
長くなるなどの効果がある。なお、第２図または第４図
に示した形の波形板ばねを上記の如き配置および固定関
係にて使用してもよいことは云うまでもない。

［発明の効果］本発明によれば、当接面にて軸方向および周方向に摺動
自在な板ばねの弾性変形が実現でき、これによって板ば
ねと燃焼器部材間の滑り摩擦が十分行えることから、燃
焼器に発生する旋回圧力振動に対して効果的な振動減衰
の機能が得られ、且つ、燃焼器部材間の熱伸びが妨げら
れることなく、熱応力の低減をも図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる支持構造を持つガスタービン燃焼
器の縦断面図を示す概要図、第２図は本発明の第１の実
施例の板ばねの取付配置を示す斜視図、第３図は板ばね
連続体の平面図、第４図。第５図、第６図は夫々第２、第３、第４の実施例の板ば
ねの取付配置を示す斜視図である。１・・・内筒　　　　　　　　２・・・尾筒３・・・外
筒　　　　　　　　３′・・・支持筒４・・・外枠　　
　　　　　　５・・・燃料ノズル６・・・尾筒流入口部
　　　　７・・・内筒流出口部８・・・尾筒（内筒）外
周面９・・・支持・（尾筒）内周面１０．１２，１６・・・板ばね、　　　１４，１５・・
・止め輪第１図第４図１２・板ばねＩ３・・わん曲部ｌＯ違反ばね第３図

Claims

【特許請求の範囲】１、内筒、尾筒、外筒（外枠も含む）および旋回器付き
燃料ノズルを具備したガスタービン燃焼器の内筒流出口
部外周面と尾筒流入口部内周面との間に、および尾筒流
入口部外周面と外筒から支持された支持筒内周面との間
に、これら内周面または外周面に対して食い込むことな
くガスタービン燃焼器の軸方向および周方向に摺動可能
に当接する板ばねを周方向に分布して複数個設置し、該
板ばねによって前記内筒流出口部を尾筒流入口部に、尾
筒流入口部を前記支持筒に夫々支持したことを特徴とす
るガスタービン燃焼器の支持構造。２、中央部と該中央部の両側から斜に同じ側に湾曲延出
した両翼部とからなる波形板ばねであって、両翼部には
、両翼部を通る中心線と直角な断面で見て上記中央部と
は反対側に凸である弧状をなす押出し丸味部が形成され
ていることを特徴とするガスタービン燃焼器支持用板ば
ね。３、請求項２記載の波形板ばねの多数個を、中央部が互
に横方向に一体に連続して一連の帯板をなしていること
により、一連の連続体として構成したガスタービン燃焼
器支持用板ばね連続体。４、中央部と該中央部の両側から斜に同じ側に湾曲延出
した両翼部とからなる波形板であって、両翼部は両翼部
を通る中心線と直角な断面で見て上記中央部とは反対側
に凸である曲線状をなすことを特徴とするガスタービン
燃焼器支持用板ばね。５、請求項３記載の波形板ばねの多数個を、中央部が互
に横方向に一体に連続して一連の帯板をなしていること
により、一連の連続体として構成したガスタービン燃焼
器支持用板ばね連続体。６、中央部と該中央部の両側から斜に同じ側に湾曲延出
した両翼部とからなる波形板ばねの多数個を、中央部が
互に横方向に一体に連続して一連の帯板をなしているこ
とにより、一連の連続体として構成したことを特徴とす
るガスタービン燃焼器支持用板ばね連続体。７、ループ
状に折り曲げられた板ばねであって、且つループの端部
同志が周方向に相対移動可能に互に入り込んでおり、板
ばねの稜縁部は内側に曲げられていることを特徴とする
ガスタービン燃焼器支持用板ばね。８、前記複数個の板ばねとして請求項２記載の板ばねの
複数個または請求項３記載の板ばね連続体を用い、各板
ばねの両翼部を通る中心線をガスタービン燃焼器の軸方
向にあるように配置し、各板ばねの中央部がガスタービ
ン燃焼器の内筒流出口部外周面または尾筒流入口部外周
面に固定され、両翼部の押出し丸味部が尾筒流入口部内
周面または支持筒内周面に当接されている請求項１記載
のガスタービン燃焼器の支持構造。９、前記複数個の板ばねとして請求項４記載の板ばねの
複数個または請求項５記載の板ばね連続体を用い、各板
ばねの両翼部を通る中心線をガスタービン燃焼器の軸方
向にあるように配置し、各板ばねの中央部がガスタービ
ン燃焼器の内筒流出口部外周面または尾筒流入口部外周
面に固定され、両翼部が尾筒流入口部内周面または支持
筒内周面に当接されている請求項１記載のガスタービン
燃焼器の支持構造。１０、前記複数個の板ばねとして請求項６記載の板ばね
連続体を用い、各板ばねの両翼部を通る中心線をガスタ
ービン燃焼器の軸方向にあるように配置し、板ばね中央
部の連続した帯板が尾筒流入口部内周面または支持筒内
周面に固定され、各板ばねの両翼部が内筒流出口部外周
面または尾筒流入口部外周面に当接されている請求項１
記載のガスタービン燃焼器の支持構造。１１、前記複数個の板ばねとして請求項７記載のループ
状の板ばねの複数個を用い、各ループ状板ばねをガスタ
ービン燃焼器の内筒流出口部外周面または尾筒流入口部
外周面および尾筒流入口部内周面または支持筒内周面と
当接せしめると共に、該ループ状板ばねのガスタービン
燃焼器軸方向の位置ずれを防止する手段を設けた請求項
１記載のガスタービン燃焼器の支持構造。１２、ループ状板ばねとそれの当接する相手側の面との
間に帯板を介在させた請求項１１記載のガスタービン燃
焼器の支持構造。