JPH08278029A - 燃焼器用ライナー及びその製造方法 - Google Patents
燃焼器用ライナー及びその製造方法Info
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Abstract
及び位置精度を向上し、十分な座屈強度を確保し、しか
も、冷却性能の優れた燃焼器用ライナー及びその製造方
法を提供することにある。 【解決手段】 燃焼器用ライナーの製造方法は、ライナ
ー本体となる平板の素材板を曲げ加工して円筒状に成形
する工程と、この素材板を長手方向に溶接して円筒体に
する工程と、この円筒体を液圧バルジ成形法により波型
形状及びコルゲート形状に成形する工程と、ライナー本
体の波型形状の頂部又はその付近に、レーザ加工により
冷却孔を穿設する工程と、ライナー本体に、抵抗スポッ
ト溶接法及び真空ろう付法により内リングを接合する工
程と、を具備している。
Description
されるガスタービンに燃焼ガスを供給するための燃焼器
に装着される燃焼器用ライナー及びその製造方法に関す
る。
は、ヘビーデューティガスタービンで、多缶式燃焼器が
用いられている。このような燃焼器では、圧縮空気が燃
焼器のライナーの上流側に流入され、燃料噴射弁から噴
射された燃料が圧縮空気により燃焼されて、燃焼ガスが
ライナー内を下流側に流されその出口からタービンに噴
出されている。燃焼直後の燃焼ガス対してタービンに噴
出される出口の燃焼ガスの温度を所定温度だけ低下させ
る必要があることから、図11又は図12に示すよう
に、スロット冷却形ライナーが用いられている。ライナ
ー本体1は、薄板の波板状の円筒に形成されており、こ
のライナー本体1の内側には、内リング2が取付けられ
ている。ライナー本体1の壁には、多数の冷却孔3が穿
設されており、この冷却孔3を介して導入された空気
は、内リング2により燃焼ガス流動方向に一致する方向
に流れを偏向されて、ライナー本体1に沿ってフィルム
状に流され、冷却膜を形成してフィルム冷却を行ってい
る。これにより、タービンに噴出される出口の燃焼ガス
の温度が所定温度だけ低下される。また、ライナー本体
1の下流側の外周には、TIG溶接等によって座屈強度
を向上させるためのフィン4が取付けられている。
は、高温強度が要求されるため、Ni基又はCo基耐熱
合金が用いられ、殆ど難加工材である。このような基材
のライナー本体1は、図13(a)又は図13(b)に
示す方法により製造されている。
で、平板の素材板に冷却孔3がパンチング又はドリル加
工により穿設され、第2工程で、素材板が円筒状に曲げ
加工され、第3工程で、円筒状にされた素材板がTIG
溶接等により長手方向に溶接される。さらに、第4工程
では、スピニング法により波状に絞り加工される。これ
は、図14にも示すように、素材板6が回転されなが
ら、内側に中子型7が配設されこれに沿って外側からロ
ール5が押しあてられ、これにより、円筒状の素材板6
が波型形状に成形される。次いで、第5又は第6工程で
は、内リング2が抵抗スポット溶接又は真空ろう付け法
によりライナー本体1に取付けられ、第7工程では、フ
ィン4がTIG溶接等によってライナー本体1に取付け
られる。
工程で、平板の素材板が円筒状に曲げ加工され、第2工
程で、円筒状にされた素材板がTIG溶接等により長手
方向に溶接され、第3工程では、図14に示す方法で同
様にスピニング法により波状に絞り加工される。さら
に、第4工程では、波状に成形された素材板に冷却孔3
がパンチング又はドリル加工により穿設され、第5又は
第6工程では、内リング2が抵抗スポット溶接又は真空
ろう付け法によりライナー本体1に取付けられ、第7工
程では、フィン4が脚長1mm程度のTIG溶接等によっ
てライナー本体1に取付けられる。
(a)の製造方法では、冷却孔3の穿設後にライナー本
体1が波状に絞り加工されているため、冷却孔3が真円
から変形されるといったことがあり、さらに、ライナー
本体1の波型形状の所定位置に冷却孔3を配設できない
といったことがある。
ナー本体1が精度よく波型形状に絞り加工されたとして
も、パンチング工程では、パンチ(ポンチ)の劣化又は
孔計の変化による治工具の交換が必要であり、パンチ破
損時のライナー本体1の補修にも多大な時間を要すると
いったことがある。加えて、ドリル加工により冷却孔3
を穿設する場合には、ドリルのための下穴加工が必要で
あり、パンチング以上に時間を要するといったことがあ
る。
いずれの製造方法においても、内リング2がライナー本
体1に取付けられる場合には、内リング2が拡管され
て、スポット溶接され、ろう付けされる必要があり、そ
のろう付けした部分の品質を確保し、短時間に取付ける
ことが非常に難しいといったことがある。
ン4のTIG溶接も熱変形が著しいことから、座屈強度
が十分でないといったことがある。
れたものであって、製造時間を著しく短縮しながら冷却
孔の形状及び位置精度を向上し、十分な座屈強度を確保
し、しかも、冷却性能の優れた燃焼器用ライナー及びそ
の製造方法を提供することにある。
ため、本発明に係る燃焼器用ライナーは、ガスタービン
に燃焼ガスを供給するための燃焼器に装着された波型形
状のライナー本体と、このライナー本体の内側に取付け
られた内リングとからなる燃焼器用ライナーであって、
ライナー本体は、外部から空気を取り入れて燃焼ガス流
動方向に一致する方向に内リングにより偏向させてライ
ナー本体の内面に沿って流すための冷却孔を有し、この
冷却孔は、その中心軸線がライナー本体の径方向に対し
て燃焼ガス流動方向に一致する方向に傾斜されるように
レーザ加工により穿設されていることを特徴としてい
る。
線がライナー本体の径方向に対して燃焼ガス流動方向に
一致する方向に傾斜されているため、ライナー本体の内
面に沿って効率よく空気を流すことができ、フィルム冷
却を行うための冷却膜を十分に形成することができ、ラ
イナー本体の冷却効率を向上することができる。
ガスタービンに燃焼ガスを供給するための燃焼器に装着
された波型形状のライナー本体からなる燃焼器用ライナ
ーであって、ライナー本体の波型形状の頂部から燃焼ガ
ス流動方向の反対方向の領域に、中心軸線がライナー本
体の径方向に対して燃焼ガス流動方向の反対方向に傾斜
された冷却孔が穿設されており、この冷却孔から取り入
れられた空気がライナー本体の内面に沿って燃焼ガス流
動方向に一致する方向に流されることを特徴としてい
る。
ため、製造工数が大幅に削減され、また、冷却孔から取
り入れられた空気が直接ライナー本体の内面に沿って燃
焼ガス流動方向に一致する方向に流されるため、冷却性
能を向上できる。
製造方法は、ガスタービンに燃焼ガスを供給するための
燃焼器に装着される燃焼器用ライナーの製造方法であっ
て、ライナー本体となる平板の素材板を曲げ加工して円
筒状に成形する工程と、この素材板を長手方向に溶接し
て円筒体にする工程と、この円筒体を液圧バルジ成形法
により波型形状及びコルゲート形状に成形する工程と、
ライナー本体の波型形状の頂部又はその付近に、レーザ
加工により冷却孔を穿設する工程と、ライナー本体に、
抵抗スポット溶接法及び真空ろう付法により内リングを
接合する工程と、を具備することを特徴としている。
形状及びコルゲート形状が成形されているため、短時間
で正確にこれらの形状を成形することができる。また、
レーザ加工により冷却孔が穿設されているため、冷却孔
の位置及び形状精度が著しく改善され、ライナー本体の
冷却効率を向上できる。
るための燃焼器に装着される燃焼器用ライナーの製造方
法であって、ライナー本体となる平板の素材板を曲げ加
工して円筒状に成形する工程と、この素材板を長手方向
に溶接して円筒体にする工程と、この円筒体を液圧バル
ジ成形法により波型形状及びコルゲート形状に成形する
工程と、ライナー本体の波型形状の頂部から上流側の領
域に、中心軸線がライナー本体の径方向に対して上流側
に傾斜された冷却孔をレーザ加工により穿設する工程
と、を具備することを特徴としている。
ため、製造工数が大幅に削減され、また、液圧バルジ成
形法により成形されているため、短時間で正確に波型形
状等を成形することができる。また、レーザ加工により
冷却孔が穿設されており、冷却孔から空気が直接ライナ
ー本体に沿って流されるため、冷却孔の位置及び形状精
度が著しく改善され、ライナー本体の冷却効率を向上で
きる。
焼器用ライナー及びその製造方法を図面を参照しつつ説
明する。
係る燃焼器用ライナーを説明する。図1は、本実施形態
により製造された燃焼器用ライナーの外観全体を示し、
ライナー本体1は、波型形状11と、これの下流側(燃
焼ガス流動方向に一致する方向)に配置されたコルゲー
ト形状12と、さらにこれの下流側に配置された波型形
状11aとを有し、液圧バルジ成形法により成形され
る。
焼器用ライナーの製造工程を説明する。
の素材板が円筒状に曲げ加工される。例えば3本ロール
を用いてロール曲げが実施され、本工程により直径がφ
300〜400mmの円筒状に成形される。
に溶接されて円筒体が完成される。溶接は、例えば、T
IG溶接、レーザ溶接、プラズマ溶接が実施される。
1a及びコルゲート形状12に液圧バルジ成形法により
成形される。図3に液圧バルジ成型器を示す。割り型1
3の内部に、素材の円筒体15が挿入されており、これ
の両側に、液体導入孔14aが形成されたピストン1
4,14が嵌挿されている。
筒体15が挿入され、割り型13がセットされる。次い
で、ピストン14の液体導入孔14aを介して液体16
が流入され、ピストン14が1000〜2000気圧の
圧力にて1〜10分間押圧される。この際、液体16
は、水又は油でもよい。このようにして、図1に示すよ
うに、波型形状11,11a及びコルゲート形状12が
成形される。図5及び図6にこれらの断面形状を示す。
波型形状11,11aは、10〜20mmピッチでR1
〜4mmの曲率を有している。また、コルゲート形状1
2は、高さHが2mm〜10mm、幅Wが3mm〜20
mmである。
(b)に示すように、内型13aと外型13bとの二重
構造からなり、内型13a内にライナー本体1となる素
材がセットされ、この内型13aを被覆するように外型
13bが構成されていてもよい。
すように波型形状11及びコルゲート形状12に成形さ
れたライナー本体1に、冷却孔3がレーザ加工により穿
設される。図7に示すように、レーザ加工のためのレー
ザ17光には、CO2レーザ、YAGレーザ、エキシマ
レーザ等の産業用レーザが用いられる。レーザ光17を
集光する光学系は、図7に示すように集光レンズ18で
あってもよく、集光ミラーであってもよい。なお、この
レーザ加工の際、冷却孔3以外に、その他の穿孔(切
断)も実施されてもよい。
振器から発振されたレーザ光17が例えば集光レンズ1
8により加工点に集光して照射されて穿孔されるが、レ
ーザ光17を一定位置に固定して穿孔するパーカッショ
ン法、又はレーザ光を移動させるトレパニング法により
実施されればよい。また、レーザは、パルス発振でも連
続発振でもよく、さらに、加工ガスは酸素でも、窒素で
も、エアでもよい。加工条件の一例を以下に示す。
m2 レンズ焦点距離:63.5mm,95mm,127m
m,190mm,254mm 焦点位置:−8mm〜+2mm 母材:Ni基合金、Co基合金 さて、本実施例では、冷却孔3は、図7(a)に示すよ
うに、その中心軸線がライナー本体1の径方向に対して
下流側にθだけ傾斜してレーザ加工により穿設されてい
る。ライナー本体1の内面に沿って効率よく空気を流す
ことができ、フィルム冷却を行うための冷却膜を十分に
形成することができ、ライナー本体1及び内リングの冷
却効率を向上することができる。
1の温度との関係は、図8に示す通りである。これによ
り、傾斜角θの下限値は、20゜である一方、傾斜角θ
が大きくなると、レーザ加工が困難になるため、上限値
は、60゜である。そのため、傾斜角θは、20゜から
60゜の範囲が好ましい。
3から取り入れられた空気がライナー本体1と内リング
2との接合部19に向かって流入されるように、冷却孔
3の中心軸線がライナー本体1の径方向に対して下流側
に傾斜されていることがより好適である。この場合、冷
却孔3の位置が、波型の頂部から離れるに従って傾斜角
θが大きく設定される。これにより、フィルム冷却を行
うための冷却膜をより十分に形成することができ、冷却
効率をより一層向上できる。
2がライナー本体1に抵抗スポット溶接法及び真空ろう
付け法により接合される。本工程では、抵抗スポット溶
接機と真空ろう付け装置が使用される。
の条件で実施される。
力3〜10kgf/mm2 電極形状:丸形、φ5〜10mm 通電時間:0.05〜1sec また、第6工程の真空ろう付け条件を以下に示す。
分→1050〜1200℃で5分→炉冷(800℃から
ガス供給) 以上のように、本実施形態では、成形精度が高く、冷却
孔3の形状及び位置精度が高く、ライナー本体1を短時
間で製作することができる。その結果、製造工数削減は
30〜50%以上可能である。また、運転時のライナー
本体1及び内リング2の温度上昇を低減させることがで
きるため、ライナーの長寿命化が図られる。さらに、ラ
イナーの加工精度が向上されるため、設計時の熱解析の
精度が向上し、ライナーの冷却性能が向上される。さら
に、性能面では、ライナー本体1の冷却性能が向上すれ
ば、フィルム冷却孔3から取り入れる空気の量が減少さ
れ、運転時の運転効率が向上され、環境面ではNOx量
を低減することができる。
燃焼器用ライナーを説明する。
が取付けられておらず、冷却孔3は、ライナー本体1の
波型形状11,11aの頂部から上流側(燃料ガス流動
方向の反対方向)の領域に、その中心軸線がライナー本
体1の径方向に対して上流側にθだけ傾斜されて穿設さ
れている。これにより、冷却孔3から取り入れられた空
気は、ライナー本体の内面に沿って、フィルム冷却のた
めの冷却膜を形成して下流側に流される。この場合、傾
斜角θは、フィルム冷却を効果的に行うために、45゜
から80゜の範囲に設定されることが好ましい。加工方
法は、第1実施形態と同様にレーザ加工である。また、
図2に示す製造工程において、第1乃至第4工程は、同
一であり、液圧バルジ成形法が用いられることは勿論で
あり、第5工程及び第6工程は、省略される。
用いられていないため、製造工数が大幅に削減され、ま
た、レーザ加工により冷却孔3が穿設されており、冷却
孔3から空気が直接ライナー本体1に沿って流されるた
め、冷却孔1の位置及び形状精度が著しく改善され、ラ
イナー本体1の冷却効率を向上できる。
る燃焼器用ライナーを説明する。
ポット溶接に代えて、レーザ溶接により、内リング2が
ライナー本体1に溶接されている。すなわち、図10に
示すように、ライナー本体1側からレーザ光17が照射
され、内リング2が重ね溶接される。溶接法は、断続溶
接でもよく、溶接箇所は1カ所でも、2カ所であっても
よい。
以下に示す。
1/10程度になる。
されないのは勿論であり、種々変形可能である。
間を著しく短縮しながら冷却孔の形状及び位置精度を向
上し、十分な座屈強度を確保し、しかも、冷却性能の優
れた燃焼器用ライナーを提供することができる。また、
製造工数削減は30〜50%以上可能であり、また、運
転時のライナー本体及び内リングの温度上昇を低減させ
ることができるため、ライナーの長寿命化が図られる。
さらに、ライナーの加工精度が向上されるため、設計時
の熱解析の精度が向上し、ライナーの冷却性能が向上さ
れる。さらに、性能面では、ライナー本体の冷却性能が
向上すれば、フィルム冷却孔から取り入れる空気の量が
減少され、圧縮機の負荷が低減し、運転時の運転効率を
向上できる。
軸線がライナー本体の径方向に対して下流側に傾斜され
ているため、ライナー本体の内面に沿って効率よく空気
を流すことができ、フィルム冷却を行うための冷却膜を
十分に形成することができ、ライナー本体の冷却効率を
向上することができる。
ていないため、製造工数が大幅に削減され、また、冷却
孔から取り入れられた空気が直接ライナー本体の内面に
沿って下流側に流されるため、冷却性能を向上できる。
により波型形状及びコルゲート形状が成形されているた
め、短時間で正確にこれらの形状を成形することができ
る。また、レーザ加工により冷却孔が穿設されているた
め、冷却孔の位置及び形状精度が著しく改善され、ライ
ナー本体の冷却効率を向上できる。
れていないため、製造工数が大幅に削減され、また、液
圧バルジ成形法により成形されているため、短時間で正
確に波型形状等を成形することができる。また、レーザ
加工により冷却孔が穿設されており、冷却孔から空気が
直接ライナー本体に沿って流されるため、冷却孔の位置
及び形状精度が著しく改善され、ライナー本体の冷却効
率を向上できる。
用ライナーの側面図。
す図。
形状の部位の断面図。
ゲート形状の部位の断面図。
により冷却孔を製造する際の説明図であり、(b)は、
(a)の要部の拡大図。
との関係を示すグラフ。
り冷却孔を製造する際の説明図。
ーザ溶接により溶接する際の説明図。
器用ライナーの製造工程を示す図。
Claims (11)
- 【請求項1】ガスタービンに燃焼ガスを供給するための
燃焼器に装着された波型形状のライナー本体と、このラ
イナー本体の内側に取付けられた内リングとからなる燃
焼器用ライナーであって、 ライナー本体は、外部から空気を取り入れて燃焼ガス流
動方向に一致する方向に内リングにより偏向させてライ
ナー本体の内面に沿って流すための冷却孔を有し、 この冷却孔は、その中心軸線がライナー本体の径方向に
対して燃焼ガス流動方向に一致する方向に傾斜されるよ
うにレーザ加工により穿設されていることを特徴とする
燃焼器用ライナー。 - 【請求項2】上記冷却孔の中心軸線は、ライナー本体の
径方向に対して20゜から60゜の範囲で燃焼ガス流動
方向に一致する方向に傾斜されていることを特徴とする
請求項1に記載の燃焼器用ライナー。 - 【請求項3】上記冷却孔から取り入れられた空気がライ
ナー本体と内リングとの接合部に向かって流入されるよ
うに、冷却孔の中心軸線がライナー本体の径方向に対し
て燃焼ガス流動方向に一致する方向に傾斜されているこ
とを特徴とする請求項1又は2に記載の燃焼器用ライナ
ー。 - 【請求項4】ガスタービンに燃焼ガスを供給するための
燃焼器に装着された波型形状のライナー本体からなる燃
焼器用ライナーであって、 ライナー本体の波型形状の頂部から燃焼ガス流動方向の
反対方向の領域に、中心軸線がライナー本体の径方向に
対して燃焼ガス流動方向の反対方向に傾斜された冷却孔
が穿設されており、この冷却孔から取り入れられた空気
がライナー本体の内面に沿って燃焼ガス流動方向に一致
する方向に流されることを特徴とする燃焼器用ライナ
ー。 - 【請求項5】上記冷却孔の中心軸線は、ライナー本体の
径方向に対して45゜から80゜の範囲で燃焼ガス流動
方向の反対方向に傾斜されていることを特徴とする請求
項4に記載の燃焼器用ライナー。 - 【請求項6】上記ライナー本体は、波型形状に成形され
た領域と、この領域の燃焼ガス流動方向に一致する方向
に配置されコルゲート形状に成形された領域とを有し、
波型形状領域と、コルゲート形状領域とが連続している
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載
の燃焼器用ライナー。 - 【請求項7】上記コルゲート形状の高さは、2mmから
8mmの範囲に設定されていることを特徴とする請求項
6に記載の燃焼器用ライナー。 - 【請求項8】ガスタービンに燃焼ガスを供給するための
燃焼器に装着される燃焼器用ライナーの製造方法であっ
て、 ライナー本体となる平板の素材板を曲げ加工して円筒状
に成形する工程と、 この素材板を長手方向に溶接して円筒体にする工程と、 この円筒体を液圧バルジ成形法により波型形状及びコル
ゲート形状に成形する工程と、 ライナー本体の波型形状の頂部又はその付近に、レーザ
加工により冷却孔を穿設する工程と、 ライナー本体に、抵抗スポット溶接法及び真空ろう付法
により内リングを接合する工程と、を具備することを特
徴とする燃焼器用ライナーの製造方法。 - 【請求項9】ガスタービンに燃焼ガスを供給するための
燃焼器に装着される燃焼器用ライナーの製造方法であっ
て、 ライナー本体となる平板の素材板を曲げ加工して円筒状
に成形する工程と、 この素材板を長手方向に溶接して円筒体にする工程と、 この円筒体を液圧バルジ成形法により波型形状及びコル
ゲート形状に成形する工程と、 ライナー本体の波型形状の頂部から燃焼ガス流動方向の
反対方向の領域に、中心軸線がライナー本体の径方向に
対して燃焼ガス流動方向の反対方向に傾斜された冷却孔
をレーザ加工により穿設する工程と、を具備することを
特徴とする燃焼器用ライナーの製造方法。 - 【請求項10】上記内リングを接合する工程において、
抵抗スポット溶接法に代えて、レーザ溶接法を用いるこ
とを特徴とする請求項8に記載の燃焼器用ライナーの製
造方法。 - 【請求項11】上記レーザ加工する工程において、レー
ザ熱源として、CO2レーザ、YAGレーザ、エキシマ
レーザのいずれかを用いることを特徴とする請求項8又
は9に記載の燃焼器用ライナーの製造方法。
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