JPH0544928A - ガスタービン燃焼器 - Google Patents
ガスタービン燃焼器Info
- Publication number
- JPH0544928A JPH0544928A JP20797191A JP20797191A JPH0544928A JP H0544928 A JPH0544928 A JP H0544928A JP 20797191 A JP20797191 A JP 20797191A JP 20797191 A JP20797191 A JP 20797191A JP H0544928 A JPH0544928 A JP H0544928A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- combustor
- liner
- gas turbine
- segments
- heat
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Ceramic Products (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 耐熱・耐酸化性に優れ、且つ軽量のガスター
ビン燃焼器を提供すること。 【構成】 燃焼器ライナ３の内側に、耐熱繊維１６を基
材としこれにセラミック２３を固定させたセラミック系
複合材からなる遮熱内張板４を設けたことを特徴とする
ガスタービン燃焼器１。上記遮熱内張板４が、燃焼器ラ
イナ３の軸方向および周方向に複数に分割されたセグメ
ント７で形成され、各セグメント７が、燃焼器ライナ３
の内側に支持板８を介してそれぞれ熱伸縮自在に取り付
けられることが好ましい。
ビン燃焼器を提供すること。 【構成】 燃焼器ライナ３の内側に、耐熱繊維１６を基
材としこれにセラミック２３を固定させたセラミック系
複合材からなる遮熱内張板４を設けたことを特徴とする
ガスタービン燃焼器１。上記遮熱内張板４が、燃焼器ラ
イナ３の軸方向および周方向に複数に分割されたセグメ
ント７で形成され、各セグメント７が、燃焼器ライナ３
の内側に支持板８を介してそれぞれ熱伸縮自在に取り付
けられることが好ましい。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃焼温度の高温化に対
応すると共に、軽量化を図ったガスタービン燃焼器に関
するものである。
応すると共に、軽量化を図ったガスタービン燃焼器に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】ジェットエンジン等のガスタービン機関
は、図４に示すように、圧縮機ａ，燃焼器ｂ，タービン
ｃから主に構成されており、圧縮機ａで圧縮された空気
が燃焼器ｂ内で燃料と共に燃焼され、その燃焼ガスが圧
縮機ａと連動するタービンｃを駆動するようになってい
る。
は、図４に示すように、圧縮機ａ，燃焼器ｂ，タービン
ｃから主に構成されており、圧縮機ａで圧縮された空気
が燃焼器ｂ内で燃料と共に燃焼され、その燃焼ガスが圧
縮機ａと連動するタービンｃを駆動するようになってい
る。
【０００３】上記燃焼器ｂは、高温の火炎に晒されるた
め、図５に示すようなフィルム冷却構造が採用されてい
る。図示するようにこの燃焼器ｂは、燃焼器ライナｄの
外面に冷却空気流に対向するように階段状に膨脹部ｅを
形成し、それら膨脹部ｅにライナｄの内面に沿わせて冷
却空気流を流すための冷却空気孔ｆを設けたものであ
る。この構成によれば、ライナｄの内面に膜状（フィル
ム状）の冷却・断熱空気層が形成され、燃焼器ライナｄ
が熱的に保護される。
め、図５に示すようなフィルム冷却構造が採用されてい
る。図示するようにこの燃焼器ｂは、燃焼器ライナｄの
外面に冷却空気流に対向するように階段状に膨脹部ｅを
形成し、それら膨脹部ｅにライナｄの内面に沿わせて冷
却空気流を流すための冷却空気孔ｆを設けたものであ
る。この構成によれば、ライナｄの内面に膜状（フィル
ム状）の冷却・断熱空気層が形成され、燃焼器ライナｄ
が熱的に保護される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで近年、ジェッ
トエンジンは、その効率を高めるべくタービン入口温度
の高温化が推進されており、これに伴い燃焼温度が高温
となって燃焼器ｂに大きな熱負荷（1200℃以上）が加わ
るようになってきている。しかし、上記フィルム冷却構
造の燃焼器ｂでは、最大1000℃程度までしか熱的にもた
ず、このような高温燃焼に対応することができない。よ
って、より耐熱性に優れた燃焼器の開発が望まれてい
る。
トエンジンは、その効率を高めるべくタービン入口温度
の高温化が推進されており、これに伴い燃焼温度が高温
となって燃焼器ｂに大きな熱負荷（1200℃以上）が加わ
るようになってきている。しかし、上記フィルム冷却構
造の燃焼器ｂでは、最大1000℃程度までしか熱的にもた
ず、このような高温燃焼に対応することができない。よ
って、より耐熱性に優れた燃焼器の開発が望まれてい
る。
【０００５】以上の事情を考慮して創案された本発明の
目的は、耐熱・耐酸化性に優れ、且つ軽量のガスタービ
ン燃焼器を提供することにある。
目的は、耐熱・耐酸化性に優れ、且つ軽量のガスタービ
ン燃焼器を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係るガスタービン燃焼器は、燃焼器ライナの
内側に、耐熱繊維を基材としこれにセラミックを固定さ
せたセラミック系複合材からなる遮熱内張板を設けた構
成となっている。
に本発明に係るガスタービン燃焼器は、燃焼器ライナの
内側に、耐熱繊維を基材としこれにセラミックを固定さ
せたセラミック系複合材からなる遮熱内張板を設けた構
成となっている。
【０００７】また、上記遮熱内張板が、燃焼器ライナの
軸方向および周方向に複数に分割されたセグメントで形
成され、各セグメントが、燃焼器ライナの内側に支持板
を介してそれぞれ熱伸縮自在に取り付けられる構成が好
ましい。
軸方向および周方向に複数に分割されたセグメントで形
成され、各セグメントが、燃焼器ライナの内側に支持板
を介してそれぞれ熱伸縮自在に取り付けられる構成が好
ましい。
【０００８】
【作用】上記構成によれば、燃焼器内の火炎は、燃焼器
ライナの内側に設けられた遮熱内張板によって遮られ
る。よって、火炎からライナへの伝熱が低減し、ライナ
の温度が上がることが防止される。ここで、上記遮熱内
張板は、耐熱繊維を基材としこれにセラミックを固定さ
せたセラミック系複合材から成っているので、耐熱・耐
酸化性に優れ、且つ金属に比べて極めて軽量となる。
ライナの内側に設けられた遮熱内張板によって遮られ
る。よって、火炎からライナへの伝熱が低減し、ライナ
の温度が上がることが防止される。ここで、上記遮熱内
張板は、耐熱繊維を基材としこれにセラミックを固定さ
せたセラミック系複合材から成っているので、耐熱・耐
酸化性に優れ、且つ金属に比べて極めて軽量となる。
【０００９】また、上記遮熱内張板を複数のセグメント
に分割し、これらセグメントを燃焼器ライナの内側に支
持板を介して熱伸縮自在に取り付ければ、各セグメント
の熱伸縮が許容されて、熱応力が低減することになる。
に分割し、これらセグメントを燃焼器ライナの内側に支
持板を介して熱伸縮自在に取り付ければ、各セグメント
の熱伸縮が許容されて、熱応力が低減することになる。
【００１０】
【実施例】以下に本発明の一実施例を添付図面に基づい
て説明する。
て説明する。
【００１１】図１にジェットエンジンの燃焼器１の側断
面図を、図２に図１のＡ−Ａ線断面図を示す。図示する
ように、円筒状の燃焼器ケーシング２内に燃焼器ライナ
３が設けられ、この燃焼器ライナ３内に遮熱内張板４が
設けられている。
面図を、図２に図１のＡ−Ａ線断面図を示す。図示する
ように、円筒状の燃焼器ケーシング２内に燃焼器ライナ
３が設けられ、この燃焼器ライナ３内に遮熱内張板４が
設けられている。
【００１２】上記遮熱内張板４は、ライナ３の軸方向下
流側に順次縮径した複数の円筒部５からなっている。こ
れら円筒部５は、ライナの軸方向に互いに所定長さ重ね
られて配置されている。つまり、円筒部５の拡径部５ａ
に縮径部５ｂが所定長さ挿入されて配置されている。こ
の重合部の拡径部５ａと縮径部５ｂとの間には、隙間６
が形成されるようになっている。上記構成の円筒部５
は、図２に示すように、それぞれ周方向に八個のセグメ
ント７に分割されている。これらセグメント７の外面に
は、ライナ３の軸方向に延びる支持板８がそれぞれ設け
られている。これら支持板８は、ライナ３に形成された
スリット９を挿通して、ライナ３に溶接されたブラケッ
ト１０にボルト・ナット１１で固定されている。この状
態で、上記セグメント７は、互いに接触することなく隙
間１２が形成されるように配置されており、相互の熱膨
張が許容されるようになっている。
流側に順次縮径した複数の円筒部５からなっている。こ
れら円筒部５は、ライナの軸方向に互いに所定長さ重ね
られて配置されている。つまり、円筒部５の拡径部５ａ
に縮径部５ｂが所定長さ挿入されて配置されている。こ
の重合部の拡径部５ａと縮径部５ｂとの間には、隙間６
が形成されるようになっている。上記構成の円筒部５
は、図２に示すように、それぞれ周方向に八個のセグメ
ント７に分割されている。これらセグメント７の外面に
は、ライナ３の軸方向に延びる支持板８がそれぞれ設け
られている。これら支持板８は、ライナ３に形成された
スリット９を挿通して、ライナ３に溶接されたブラケッ
ト１０にボルト・ナット１１で固定されている。この状
態で、上記セグメント７は、互いに接触することなく隙
間１２が形成されるように配置されており、相互の熱膨
張が許容されるようになっている。
【００１３】このようなセグメント７を内蔵する燃焼器
ライナ３には、図１に示すように、ライナ３外面を流れ
る冷却空気をライナ３内面に導くための冷却空気導入孔
１３が形成されている。これら冷却空気導入孔１３から
ライナ３内面に導かれた冷却空気は、各円筒部５の外面
に沿って流れ、重合部の隙間６から円筒部５の内面に流
入することになる。これにより、円筒部５即ちセグメン
ト７の内面にフィルム状の冷却・断熱空気層が形成され
ることになる。また、上記燃焼器ライナ３の上流端部に
は、ライナ３内に燃料を噴霧するインジェクタ１４が設
けられている。インジェクタ１４から噴霧された燃料は
セグメント７に区画された燃焼室１５内に霧状に供給さ
れ、燃焼空気と混合されて、燃焼されるようになってい
る。
ライナ３には、図１に示すように、ライナ３外面を流れ
る冷却空気をライナ３内面に導くための冷却空気導入孔
１３が形成されている。これら冷却空気導入孔１３から
ライナ３内面に導かれた冷却空気は、各円筒部５の外面
に沿って流れ、重合部の隙間６から円筒部５の内面に流
入することになる。これにより、円筒部５即ちセグメン
ト７の内面にフィルム状の冷却・断熱空気層が形成され
ることになる。また、上記燃焼器ライナ３の上流端部に
は、ライナ３内に燃料を噴霧するインジェクタ１４が設
けられている。インジェクタ１４から噴霧された燃料は
セグメント７に区画された燃焼室１５内に霧状に供給さ
れ、燃焼空気と混合されて、燃焼されるようになってい
る。
【００１４】上記遮熱内張板４を構成するセグメント７
は、耐熱繊維を基材としこれにセラミックを固定させた
セラミック系複合材からなっている。具体的には、上記
セグメント７は、以下のようにして製造される。まず、
炭化珪素繊維（ＳｉＣ繊維）を90°ずつ配向を異ならせ
て交差させて多層に積層し、そのＳｉＣ繊維積層体を焼
結させる。次に、焼結されたＳｉＣ繊維積層体を反応器
内に設置して、そこに蒸着原料（ＣＨ3 ＳｉＣｌ3 ）を
キャリアガス（不活性ガス）と共に供給して、反応器内
にて熱分解などの化学反応を行わせる。これにより、反
応器内の雰囲気がＣＨ3 ＳｉＣｌ3 →ＳｉＣ＋３ＨＣｌ
となって、そのＳｉＣが上記繊維積層体に蒸着する（Ｃ
ＶＩ：Chemical Vapor Infiltration ）。その後、図３
に示すように、ＳｉＣが蒸着した繊維積層体１７の内面
（火炎が臨む面）に耐熱用の表面コート処理２２を施
し、完成となる。上述したように、この遮熱内張板４
は、ＳｉＣ繊維１６にＳｉＣマトリックス２３のＳｉＣ
／ＳｉＣ系複合材となる。なお、上記ＳｉＣ繊維１６の
代わりに炭素繊維を用いたＣ／ＳｉＣ系複合材としても
よい。
は、耐熱繊維を基材としこれにセラミックを固定させた
セラミック系複合材からなっている。具体的には、上記
セグメント７は、以下のようにして製造される。まず、
炭化珪素繊維（ＳｉＣ繊維）を90°ずつ配向を異ならせ
て交差させて多層に積層し、そのＳｉＣ繊維積層体を焼
結させる。次に、焼結されたＳｉＣ繊維積層体を反応器
内に設置して、そこに蒸着原料（ＣＨ3 ＳｉＣｌ3 ）を
キャリアガス（不活性ガス）と共に供給して、反応器内
にて熱分解などの化学反応を行わせる。これにより、反
応器内の雰囲気がＣＨ3 ＳｉＣｌ3 →ＳｉＣ＋３ＨＣｌ
となって、そのＳｉＣが上記繊維積層体に蒸着する（Ｃ
ＶＩ：Chemical Vapor Infiltration ）。その後、図３
に示すように、ＳｉＣが蒸着した繊維積層体１７の内面
（火炎が臨む面）に耐熱用の表面コート処理２２を施
し、完成となる。上述したように、この遮熱内張板４
は、ＳｉＣ繊維１６にＳｉＣマトリックス２３のＳｉＣ
／ＳｉＣ系複合材となる。なお、上記ＳｉＣ繊維１６の
代わりに炭素繊維を用いたＣ／ＳｉＣ系複合材としても
よい。
【００１５】上記ＳｉＣ／ＳｉＣ系複合材（ＳｉＣ蒸着
複合材）の特性を以下に記す。
複合材）の特性を以下に記す。
【００１６】
【表１】
【００１７】以上の構成からなる本実施例の作用につい
て述べる。
て述べる。
【００１８】図１および図２に示す燃焼器構造によれ
ば、燃焼室１５内の火炎は、燃焼器ライナ３の内側に設
けられた遮熱内張板４によって遮られる。よって、火炎
からライナ３への伝熱が低減し、ライナ３の温度が上が
ることが防止される。ここで、上記遮熱内張板４は図３
に示すように耐熱繊維（ＳｉＣ繊維１６）を基材としこ
れにセラミック（ＳｉＣマトリックス２３）を固定させ
たＳｉＣ蒸着複合材から成っているので、耐熱・耐酸化
性に優れ、且つ金属に比べて極めて軽量となる。具体的
には、従来の耐熱金属では材料温度が1100°程度までし
かもたなかったが、本実施例によれば1500°程度まで使
えるようになり、燃焼器１出口の温度を大幅に上げるこ
とが可能となった。よって、ジェットエンジンの効率を
より向上させることができる。また、従来の耐熱金属は
比重が７〜９g/cm3 であるのに対し、本実施例のＳｉＣ
蒸着複合材は約２．５〜３g/cm3 であるので、大幅な軽
量化が可能となる。
ば、燃焼室１５内の火炎は、燃焼器ライナ３の内側に設
けられた遮熱内張板４によって遮られる。よって、火炎
からライナ３への伝熱が低減し、ライナ３の温度が上が
ることが防止される。ここで、上記遮熱内張板４は図３
に示すように耐熱繊維（ＳｉＣ繊維１６）を基材としこ
れにセラミック（ＳｉＣマトリックス２３）を固定させ
たＳｉＣ蒸着複合材から成っているので、耐熱・耐酸化
性に優れ、且つ金属に比べて極めて軽量となる。具体的
には、従来の耐熱金属では材料温度が1100°程度までし
かもたなかったが、本実施例によれば1500°程度まで使
えるようになり、燃焼器１出口の温度を大幅に上げるこ
とが可能となった。よって、ジェットエンジンの効率を
より向上させることができる。また、従来の耐熱金属は
比重が７〜９g/cm3 であるのに対し、本実施例のＳｉＣ
蒸着複合材は約２．５〜３g/cm3 であるので、大幅な軽
量化が可能となる。
【００１９】また、上記遮熱内張板４が複数のセグメン
ト７に分割され、これらセグメント７が燃焼器ライナ３
の内側に支持板８を介して熱伸縮自在に取り付けられて
いるので、燃焼の際の各セグメント７の熱伸縮が許容さ
れて、熱応力が低減することになる。すなわち、熱的耐
久性に優れた燃焼器１となる。
ト７に分割され、これらセグメント７が燃焼器ライナ３
の内側に支持板８を介して熱伸縮自在に取り付けられて
いるので、燃焼の際の各セグメント７の熱伸縮が許容さ
れて、熱応力が低減することになる。すなわち、熱的耐
久性に優れた燃焼器１となる。
【００２０】以下に、上記ＳｉＣ蒸着複合材と現用耐熱
金属との比較を記す。
金属との比較を記す。
【００２１】
【表２】
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、耐
熱・耐酸化性に優れ、且つ軽量のガスタービン燃焼器を
提供することができる。
熱・耐酸化性に優れ、且つ軽量のガスタービン燃焼器を
提供することができる。
【図１】本発明の一実施例を示すガスタービン燃焼器の
側断面図である。
側断面図である。
【図２】図１にＡ−Ａ線断面図である。
【図３】セラミック系複合材の断面図である。
【図４】ジェットエンジンの概略図である。
【図５】従来例を示すガスタービン燃焼器の部分側断面
図である。
図である。
１ 燃焼器 ３ 燃焼器ライナ ４ 遮熱内張板 ７ セグメント ８ 支持板 １６ 耐熱繊維としてのＳｉＣ繊維 ２３ セラミックとしてのＳｉＣマトリックス
Claims (2)
- 【請求項１】 燃焼器ライナの内側に、耐熱繊維を基材
としこれにセラミックを固定させたセラミック系複合材
からなる遮熱内張板を設けたことを特徴とするガスター
ビン燃焼器。 - 【請求項２】 上記遮熱内張板が、燃焼器ライナの軸方
向および周方向に複数に分割されたセグメントで形成さ
れ、各セグメントが、燃焼器ライナの内側に支持板を介
してそれぞれ熱伸縮自在に取り付けられていることを特
徴とする請求項１記載のガスタービン燃焼器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20797191A JPH0544928A (ja) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | ガスタービン燃焼器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20797191A JPH0544928A (ja) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | ガスタービン燃焼器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0544928A true JPH0544928A (ja) | 1993-02-23 |
Family
ID=16548546
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20797191A Pending JPH0544928A (ja) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | ガスタービン燃焼器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0544928A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013127355A (ja) * | 2011-12-16 | 2013-06-27 | General Electric Co <Ge> | Ｃｍｃライナの強化冷却のための一体化バッフルシステム |
| JP2016516169A (ja) * | 2013-02-27 | 2016-06-02 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフトＳｉｅｍｅｎｓ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ | ガスタービンエンジンの燃焼器に設けられたフロー調整部材 |
-
1991
- 1991-08-20 JP JP20797191A patent/JPH0544928A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013127355A (ja) * | 2011-12-16 | 2013-06-27 | General Electric Co <Ge> | Ｃｍｃライナの強化冷却のための一体化バッフルシステム |
| JP2016516169A (ja) * | 2013-02-27 | 2016-06-02 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフトＳｉｅｍｅｎｓ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ | ガスタービンエンジンの燃焼器に設けられたフロー調整部材 |
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