JPH03267619A - 空気流量調節装置 - 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、ガスタービンの低Ｎ　Ｏｘ型燃焼器に、通常
必要とされる空気流量調節装置に係り、特に、構成の非
常に単純な、従って、信頼性の高い外部動作を燃焼器の
内側に伝達して、内側の可動円筒を、その軸方向に動か
す空気流量調節装置に関する。

〔従来の技術〕

ガスタービン燃焼器に於いて、近年、低Ｎ　Ｏｘ化が図
れる二段燃焼、あるいは、それ以上の多段燃焼方式を採
用した燃焼器が使用されつつある。

これらは、いずれも燃料消費量に見合って燃焼用空気流
量を調節する必要があり、その調節を行なうための機構
が多々発明されている。

例えば、特開昭６２−２６７５２８号公報は、燃焼用空
気流量調節のため、可動円筒（調節リング）を薄板はね
て動かす様にした構成である。この方式は、可動時に於
いて、薄板ばねに作用する曲げ応力が比較的高く、繰返
し回数が限度回数を越えると、薄板ばねに微小割れが生
じ、更に可動繰返し状態が続くと、徐々に割れ長さが成
長し、ついには。

薄板ばねが破断する欠点が存在する。

燃焼用空気流量調節機構は、大きく分けて可動円筒（調
節リング）、薄板ばね、及び薄板ばねを介して、可動円
筒を動かすレバ一部分の王者により構成される。薄板ば
ねの剛性が小さいため、特に、可動円筒は、空気流中に
存在する渦運動と共振しやすく、可動円筒の振動により
空気流量の調節精度が劣る欠点が存在する。

〔発明が解決しようとするＷ厘〕

本発明の目的は、前述の従来技術の欠点を無くし、長時
間使用しても、微少割れが発生しない、又、仮に、微少
割れが発生した場合、微少割れが成長しにくい燃焼用空
気流量調節装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、空気流量調節装置の剛性を大きく
した構造とし、かつ、摩擦減衰部分を設け、空気流中の
渦運動と共振しにくい燃焼用空気流量調節装置を提供す
ることにある。

本発明の他の目的は、空気流量調節装置の部品構造を単
純化し、すなわち、部品点数を少なくし、装置信頼性を
上げる事にある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、ガスタービン燃焼器の外側に配置されたレバ
ーの回転往復運動を、燃焼器の内部に存在するレバーに
伝達して、燃焼器内部の可動円筒を、その軸方向に、直
線往復運動させうる独得な燃焼用空気流量調節装置であ
る６ 本発明の後述の一実施例では、前述燃焼器の外筒の外側
に配置された一つのレバーの回転往復運動は、二枚の組
合されたギアにより、互いに反対方向へ回転往復運動す
る動作として、外筒を貫通する一組のクランク軸の運動
で燃焼器外筒内部のそれぞれのレバーへ伝達される。可
動円筒は、外筒内部のこれらの一組のレバーに、ピン支
持されており、レバーの互いに反対方向の回転往復運動
により、可動円筒は、直線往復運動を行なう。

本発明の後述する他の実施例では、燃焼器外筒の外側に
配置されたパンタグラフの一片としての、一組のレバー
の回転往復運動は、外筒を貫通する同軸の互いに反対方
向に回転する二重クランク軸の運動として、外筒の内部
のそれぞれのレバーへ伝達される。可動円筒は、外筒内
部のこれらの一組のレバーにピン支持されており、レバ
ーの互いに反対方向の回転往復運動により、可動円筒は
、直線往復運動を行なう。

本発明の構成は、外筒、外筒を貫通するクランク軸に固
結する一組のレバー、及びレバーにピン結合された可動
円筒であり、非常に単純な組合せである。

燃焼器外筒の温度が高い（約３５０℃）ため。

クランク軸の潤滑は行なわない。クランク軸、及び、そ
の相手スリーブは、硬度の大きい耐摩耗性の優れた合金
で製造する。

外筒の内部の一組のレバーは、回転往復運動を可動円筒
の直線往復運動に変えるため、その許容応力内で、ｂず
かに弾性変形する必要がある。

燃焼器は１通常複数の場合が多いため、複数のレバーを
同時に動かす機構は、特願昭６２−４７５５４号明細書
に開示されている制御リングを用いる。

〔作用〕

ギア又は、パンタグラフと結合する外筒を貫通したクラ
ンク軸に固結する外筒内部の一組のレバーが、互いに反
対方向に回転往復運動を行なう。

可動円筒は、これらの一組のレバーの先端にピン結合で
、支持されており、レバーのわずかな弾性変形により、
可動円筒は、その軸方向に、直線往復運動を行なう事が
できる。

燃焼用空気中の渦運動が、可動円筒に振動力を加える場
合、レバー先端と、可動円筒の接合部の相対運動に伴う
クーロン減衰力で、可動円筒の振動は、微小振動に制限
される。

〔実施例〕

第１図は１本発明の一実施例のガスタービン用低ＮＯｘ
燃焼器内筒の断面図を示す。燃焼器内筒１０は、ガスタ
ービンの負荷変化に応じて、燃料ノズル１１から投入さ
れる燃料流量とスワラ１８へ流入する空気流量の相対比
を変え、燃焼器の排気ガス中のＮＯｘ量を減少させるよ
うに、運転される。

燃焼器内筒１０のスワラ１８へ流入する空気流量を増す
ことにより、燃焼器内筒１０は、ガスタービン高負荷で
、希薄予混合燃焼を行なう。逆に、ガスタービン低負荷
では、空気流量を減少させ、燃焼の安定化を図る。

この種の低Ｎ　Ｏｘ燃焼器の詳細については、特願昭５
９−１４３８５２号公報を参照されたい。

燃焼器内筒１０へ流入する空気は、圧縮機吐出デイフユ
ーザ（図示せず）から流出し、反転して、内筒１０とフ
ロスリーブ１２の間の環状通路１７に到達する。環状通
路１７の空気流は、その下流で、流れの一部がスワラ１
８内に導かれる。スワラ１８を通る空気流は、更に、ス
ワラ１８の回転対称軸に所定の角度でセットされたスワ
ラ１８の部品である複数のベーンにより加速される。

運転状態が、多様に変化するので、燃料流調弁（図示せ
ず）により調節される燃料流量に従い、スワラ１８を、
通過する空気の流量を変化させることが望ましい。スワ
ラ１８に流入する空気流量を制御するため、可動円筒２
０が、環状通路１７に設けられている。可動円筒２ｏは
、ガスタービンの高負荷に於いて、後方位［（空気流上
流側）に保持されて最大量の空気を、スワラ１８内に流
入させる。

ガスタービンの起動から低負荷時に於いて、可動円筒は
、前方位置（空気流下流側）に移動している。

この前方位置では、可動円筒２０は、スワラ１８に入る
空気流量を制限するため、燃料と空気の相対比（燃空比
）は高くなり、スワラ１８の出口に於いて、安定した燃
焼が行なわれる。

本発明は、空気流量を調節するため、可動円筒２０を動
かす単純、かつ、効果的な空気流量調節装置３０を提供
する。この空気流量調節装置３０の大部分は、フロスリ
ーブ１２ｂの外側に配設されている。

従って、空気流量調節装置３ｏは、外筒２２の内部を通
過する空気流をほとんど妨害しない。又、空気流量調節
装置３０は、外筒２２からその内部の空気が洩れる事を
防ぐ構造となっており、外筒２２からの空気損失はほと
んどない。

第２図は、空気流量調節装置ｉ３０の立面図であり、燃
焼器の外筒２２に装着された空気流量調節装置の一実施
例を示す。

第２図では、空気流量調節装置１３０の外側構成部分の
みが示されており、可動円筒２０は、外筒２２により隠
されている。クランク軸４０ａ、ｂは１回転往復運動を
外筒２２を経て、その内部に伝達する様に設けられてお
り、その一つの実施例を第２図と第３図に示す。クラン
ク軸４０ａ、ｂは、この装置に最適である。と言うのは
、クランク軸４０ａ、ｂは、洩れ空気が、クランク軸４
０ａ、ｂの側面を通過して、外筒２２から逃げる事を防
止するブツシュ４２によって容易に包囲されるからであ
る。

第２図と第３図に示したクランク軸４０ａ、ｂは、空気
流量調節装置３０構成部の中枢をなすので、まず、これ
について説明する。空気流量調節装置３ｏの基本的な機
械理論は、外筒２２の外側の制御リング５０の大円弧運
動をクランク軸４０ａ。

ｂの回転往復運動に変換して直す事である。更に、可動
円筒２０の直線往復運動に変換し直す事である。第２図
ないし第４図に示す実施例では、可動部は、可動円筒２
０である。外筒２２を貫く機械作用の伝達は、特に、第
３図や第４図で観察しやすい。

次に、この伝達に役立つ諸構成部とこれらの構成部の利
点について記述する。

第２図を再び参照すると、油圧を作動力として用いる油
圧作動シリンダ５０が、結果的に複数のクランク軸４０
を動かす制御リング６０に作動力を与える為に設けられ
ている。油圧作動シリンダ５０は、本発明の一部分を構
成しない別の制御系（図示せず）によって制御される。

燃焼器の適切な運転段階で、この制御系により、油圧作
動シリンダ５０が、ロット５２を押し出すか、又は、引
込める。ロッド５２は球面ジヨイント５４で制御リング
６０に連結されている。制御リング６ｏは、ガスタービ
ンのケーシング３２の局面に沿って回転往復運動するよ
うにケーシング３２上の複数のローラ６１により担持さ
れている。ロッド５２の押出し、又は、引込み運動に従
って、制御リング６０は、回転往復運動を行なう。

ローラ６１は、ケーシング３２に固定されたブラケット
３４により担持されている制御リング６ｏから、複数の
先端が球面ジヨイント５４ｂのアーム６４が延在してお
り、それらは、個別のリンク６６を介して、各燃焼器の
外部レバー６８に球面ジヨイント５４ｃにて連結されて
いる。外部レバー６８はクランク軸４０ｂに固結されて
おり。

制御リング６ｏの回転往復運動に従い、各クランク軸４
０ａ、ｂの同時同角度の回転往復運動をひき起す。ここ
で、クランク軸４０ａは、クランク軸４０ｂに固結され
たギア８０ｂに連結されたギア８０ａにより駆動される
。

リンク６６は、クランク軸４０ａ、ｂの回転往復運動中
リンク６６の非直線運動を許容するように装着される必
要がある。従って、図示の例では。

リンク６６は、その端部に球面ジヨイント５４ｂをもち
、制御リング６０から延びたアーム６４の球面に連結さ
れている。又、クランク軸４０ｂのレバー６８も球面を
もち、リンク６６の端部５４ｃと連結されている。

油圧シリンダ５０は、ロッド５２の突出又は、引込み中
、ガスタービンベースへの固定部において、わずかな角
度回転し得る。油圧作動シリンダ５０のロッド５２が、
突出状態にある時、可動円筒２０は、「開」の位置にあ
り、逆に油圧作動シリンダ５０のロッド５２が、引込み
状態にある時、可動円筒２０は、「閉」の状態にある。

以上の説明によって明らかな様に、ロッド５２の突出に
よって、全クランク軸４０ｂは、同時に同角度回転する
。第３図と第４図は、この回転運動を外筒２２内の可動
円筒２０の軸方向直線運動に変換する機構３０を示す。

前述の様に、クランク軸４０ｂは、外筒２２を貫通して
、外筒２２内に延びている。

この外筒２２の内側に於いて、内部レバー７２が、クラ
ンク軸４０ａ、ｂに固結されて、半径方向に延在して、
可動円筒２２の一部に達している。

内部レバー７２は、ピンジヨイント７４により、可動円
筒２０の水平部二個所で連結されており、内部レバー７
２は、内部レバー７２の長手方向に、弾性的にたゆみ得
る。よって、内部レバー７２が回転して、可動円筒２０
を軸方向に動かす時、燃焼器の軸線に対する内部レバー
７２の端部の半径方向位置のわずかな変化を可能にする
。

可動円筒２０は、外筒２２及びフロースリーブ１２ｂの
間にはさまれ、空気通路としての環状部分１７の空気力
学的連続性を保つ。油圧シリンダ５０のロッド５２の動
きに追従して、可動円筒２０は、外筒２２の軸線方向に
変位する。スワラ１８の空気入口開口部の面積調整は、
内側レバー７２の被駆動片７８から延在する、複数の半
径方向ステー７６に固結された、可動円筒２０の移動に
より行なわれる。ステー７６は、薄板構造のため、空気
流路に与える外乱は少ない。

レバー６８が、矢印９２ａの方向に回転往復運動すると
、可動円筒２０は、矢印９０の方向に直線往復運動を行
なう。

第５図は、本発明の変形例の断面図を示す。本例の特徴
は、クランク軸４０が、二重機構となっている事である
。更に、クランク軸４ｏの回転往復運動を行なわせるた
め、ギア８０でなく、パンタグラフ９８を使った事に特
徴がある。クランク軸４０ｄの内部同軸にクランク軸４
０ｃが存在し、それぞれに内部レバー７２ｂ、７３ａが
固結されている。連結点が回転可能なパンタグラフ９８
の、第６図に示す斜視図の矢印９２ｂの方向の直線往復
運動に従い、可動円筒２０は、矢印９０の方向に直線往
復運動を行なう。

第４＠のギア方式または、第６図のパンタグラフ方式に
よる外部レバー６８の回転往復運動に従い可動円筒２０
は直線往復運動を行なう。

直線往復運動は、可動内１１ｉ２０上の軸芯対称の、十
字方向四点の移動距離の計測により、確認する事が出来
る。内部レバー７２と可動円筒２０の接合位置に寸法的
な、誤差があると、可動円筒２゜は、正確な直線運動を
行なわない。例えば、可動円筒２０の右側と左側の移動
距離が異なる場合がある。

第７図、第８図は１本発明の内部レバー７２ａ。

ｂと可動円筒２０の相対位置を調節するための構造を示
す。

第７図に示す右側の部分は、可動円筒２０．タイバー１
０２ｂ、及び、内部レバー７２ｂ並びに両者を接続する
リーマボルト１０４がら構成される。タイバー１０２ｂ
とリーマボルト１０４ｂ並びに内部レバー７２ｂとリー
マボルト１０４ｂの第８図に示す左側の接合部分は、タ
イバー１０２ａ、接続ボルト１０４ａ及び遊び孔１０６
をもつ内部レバ７２ａ並びに接続ボルト１０４ａの位置
決めを行なう先端を斜めに切ったピン１０８ａ、ｂ、更
に、ピン１０８ａ、ｂとボルト１０４ａを押えるセット
スクリュー１１０ａ、ｂ、ｃがら構成される。

この部分により、内部レバー７２ａと可動円筒２０の相
対位置を調節する。

最初に、可動円筒２０の移動距離を測定し、左右の移動
距離の偏差を求める。最大ストロークで、右側より左側
の移動距離が大きく、偏差をΔとした場合、左右の内部
レバー７２ａ、ｂ、長さをＱ　ｔ、　Ｑ　２とし、回転
角をθとすると、Δ＝（ＱｔＱｚ）　　θ となる。内部レバー７２ａの遊び孔１０６とボルト１０
４ａ間には、半径約１ｎｍの間隙があり、この間隙を利
用して、内部レバー７２ａに対する接続ボルト１０４ａ
の相対位置を、軸芯側に移動し、Ｑｌ”＝Ｑｚとし、偏
差Δを極力零に近づける。

内部レバー７２ａと、ボルト１０４ａの互いの位置が決
まれば、接続ボルト１０４ａの軸方向位置が恒久的に変
化しないため、押えるピン１０８ａ、ｂを挿入し、セッ
トスクリュー１１０ａ、ｂで、抜は止め防止を図る。

又、半径方向の接続ボルト１０４ａの位置は、セットス
クリュー１１０ｃで、直接位置決めを行なう。

当然、タイバー１０２８の接続ボルト１０４ａのリーマ
構造である。

第４図に示す右のギア８０ｂは、左の内部レバー７２ｂ
を駆動する。従って、特別な手段を用いない限り、ギア
８ｏｂのバックラッシュにより、内部レバー７２ｂの動
作は、正確を期し得ない。

本発明では、左のギア８０ａに常に時計回りに回転力を
与え、左右のギア８０ａ、ｂのバックラッシュを零とす
る。

このため、第９図に示すように、被駆動側の左のギア８
０ａにレバー１１２を固着し、レバー１１２を、常に、
スプリング１１４により加圧する。

スプリング１１４は、ピン１１６により、ボックス１１
８に装着される。ピン１１６は、二つの割ピン１２０ａ
、ｂで、抜は落ち防止が図られている。

又、ボックス１１８には、時計回りと反時計回りに対し
、ストッパ１２２ａ、ｂを取り付け、しバー１１２が固
着された、左側のギア８０ａの動きを制限する。

これにより、内部レバー７２ａ、ｂで支持される設定範
囲外の異常な可動円筒２０の動きを防ぐ事が８来る。

第４図には、図面が複雑になるため、この装置は描かれ
ていない。

第１０図は、フランク軸４ａ、ｂ空気密封構造を示す。

スリーブ１３０と外筒２２の間には、耐熱パツキン１３
２を装着し、スリーブ１３０と外筒２２間からの空気洩
れを防止する。クランク軸４０ａ。

ｂと内部レバー７２ａ、ｂ、および、シート１３８の背
面の間に、耐熱パツキン１４０を装着し、王者間からの
空気洩れを防止する。

スリーブ１３０端部とシート１３４背面の間に耐熱パツ
キン１３６を装着し、空気洩れを防止する。

一方のシート１３４の面は、円錐状に加工されており、
他方のシート１３８面は１球状に加工されている。シー
ト１３４，１３８は、理想的には、円形の線接触を行な
う。

従って、面圧が比較的大きく、空気密封に非常に有効で
ある。

これらのスリーブ１３０９両シート１３４゜１３８、内
部レバー７２ａ、ｂ、耐熱パツキン１３２．１３６，１
４０は、スプリング１４２により、加圧される。第３図
、第５図では、図面を単純化するため、スプリング１４
２は図示されていない。

又、スリーブ１３０２両シート１３４，１３８゜内部レ
バー７２ａ、ｂは、スプリングピン１４４゜１４６によ
り、位置決めされ、内部レバー７２ａ。

ｂの回転による相対運動は、両シート１３４゜１３８の
接触円上のみに起きる。従って、外筒２２からの空気洩
れは、はとんど零である。

本実施例によれば、構造的に非常にシンプルな、すなわ
ち、信頼性が高く、がっ、コンパクトな、空気流量調節
装置を提供する事ができた。本発明により精度の高い空
気流量の調節が行なえる事、及び、メンテナンス時の装
置の分解組立が容易となる効果を奏する。

〔発明の効果〕

本発明の空気流量調節装置によれば、外部レバの回転往
復運動を内部の可動円筒の直線往復運動に変えることが
出来る。

又、構成が単純なため、長時間の使用に耐える信頼性の
高い空気流量調節装置である。

更に、構成の単純さの利点として、取付は部のスペース
を節約することができ、メインテナンス時に、組立２分
解が容易である。

空気流の影響を受けても、クーロン減衰で、振動変位が
非常に小さく、そのため、空気流量の調節を、高精度に
行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図は本発明の
空気流量調節装置の立面図、第３図は第１図の空気流量
調節装置の矢視断面図、第４図は本発明の空気流量調節
装置の斜視図、第５図は本発明の第二の実施例の断面図
、第６図は第５図の装置の斜視図、第７図、第８図は本
発明の内部レバーと可動円筒の相対位置の調節装置の断
面図、第９図、第１０図は本発明の第三、第四の実施例
の断面図である。 １０・・・燃焼器内筒、２ｏ・・・可動円筒、２２・・
・外筒、８０・・・ギア、４ｏ・・・クランク軸、６８
・・・外部レバ７２・・・内部レバー、９８・・・パン
タグラフ、宅 Ｉ 図 荊Ｚ図 右６図 帛ｑ図 帛８図 ＺＣＬ Ｏ＋α

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ガスタービン燃焼器の内筒の内部に設けた可動片を
   、前記外筒の外部から駆動する空気流量調節装置に於い
   て、 前記外筒を貫通し回転往復運動を伝達する一組のクラン
   ク軸と、前記クランク軸の前記外筒の外部の駆動手段と
   、前記外筒の内部で、前記クランク軸の同期回転往復運
   動を、前記可動片の直進往復運動へ変換する手段を設け
   たことを特徴とする空気流量調節装置。 ２、請求項１において、一組の前記クランク軸とは、前
   記外筒を貫通する、それぞれ、独立なクランク軸である
   空気流量調節装置。 ３、請求項１に於いて、前記一組の同期回転往復運動を
   行なうクランク軸とは、前記外筒を貫通する軸心が同一
   の二重クランク軸である空気流量調節装置。 ４、請求項１において、前記一組の同期回転往復運動を
   行なうクランク軸の前記外筒の外部の駆動手段とは、前
   記クランク軸に固結された互いに逆方向へ回転を行なう
   一組のギアと前記一組のギアの一方に固結されたレバー
   である空気流量調節装置。 ５、請求項１において、前記一組の同期回転往復運動を
   行なうクランク軸の駆動手段とは、前記二重クランク軸
   に固結された、互いに逆方向へ回転を行なう一組のレバ
   ーと、更に、他の一組の補助レバーより構成されるリン
   ク機構である事を特徴とする空気流量調節装置。 ６、請求項１において、前記回転往復運動を前記可動片
   の直線往復運動へ変換する手段とは、前記外筒内部の前
   記一組のクランク軸に固結された、一組の弾性変形可能
   なレバーの端部と、可動片の一部をピン接合で連結した
   変換手段である空気流量調節装置。