JPS59162323A - 断熱材の呼吸構造 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、断熱材層の表面をａ熱板で覆った断熱構造物
において、断熱材に含まれた気体が遮熱板を通って流通
し得べくなすための呼吸構造に関するものでおる。

〔従来技術〕

例えばガスタービンクーシング、ガスタービン排気プレ
ナム等のように高温気体を導く構造物に断熱を施す場合
、構造物の壁体の内面に断熱層を設ける方式と、同壁体
の外面に断熱層を設ける方式とが有って、それぞれ長短
を有しているが、高温気体温度が構造物の壁体の耐熱許
容温度を越える場合は、必然的に該壁体の内面に断熱層
を設けなければならない。

而して、壁体の内面を断熱材で覆い、更にその表面を遮
熱板で覆った断熱構造においては、高温気体の圧力変化
に伴って断熱材中に含まれた気体が遮熱板を通って流出
、流入を繰返す、いわゆる呼吸作用を行なわせて遮熱板
の両側に気体圧力変化による差圧が加わらないようにし
なければならない。

第１図はガスタービンの燃焼器付近、および排気ブレナ
ムに設けた従来の断熱構造を示す断面図である。ガスタ
ービンコングレッサ部２ｏで圧ｍされた空気２１は、タ
ービンケーシング１内を経て燃焼器外筒２３内へ流れ燃
焼器内筒２４内へ流入する。該空気２１は、ここで燃料
ノズル２５よシ噴霧された燃料と混合拡散されて燃焼す
る。該燃焼によって発生した高温の燃焼ガスは、燃焼器
内筒２４から燃焼器尾筒２６を経て、タービン部２７へ
流入し仕事をした後、排気プレナム２８を経て排出され
る。

最近、ガスタービンの効率を向上させるため、前記の空
気２１の高温、高圧化および燃焼ガス温度の高温化が図
られ、その結果、前記のケーシングｌや排気プレナム２
８の熱的条件が苛酷になっている。

そこで、ケーシング１１及び排気プレナム２８のメタル
温度を許容温度以下に保つ為、本図に示すごとくその内
面を断熱材２で覆い、更にその表面を遮熱板５で覆う断
熱構造が必須になっている。

上記のケーシング１に設けた断熱構造をケーシングの内
側から見た平面図を第２図に示す。第３図は第２図のＡ
−Ａ＠面図である。

図において１はケーシング、２は該ケーシング内面に施
した断熱材、３は前記ケーゾングに垂直に固着されたス
タッドボルト１．５は前記断熱材を覆って固定する遮熱
板、４はボルト３に固着されて遮熱板５を本図の下側か
ら支承する下ワッシャ、６はボルト３に固着されて前記
遮熱板を本図の上側から支承する上ワッシャ、７は前記
遮熱板に設けられた呼吸孔を示す。また５ａは前記遮熱
板５をスタッドボルト３に通す為のボルト孔で、該ボル
ト孔５ａは遮熱板５の熱伸びによる移動が拘束されぬよ
う、ボルト３の径に比し大きくしである。

更に前記の場合遮熱板３が下ワッシャ４と上ワッシャ６
との間を自由に滑れるよう、組立隙間１０が設けられて
いる。

ガスタービンは時々運転状態から急停止が行なわれるこ
とがらシ、その場合、ケーシング１内を貫流している高
温の主流空気８の圧力は運転時の圧力から大気圧造わず
か数秒間で急降下する。すると前記□圧力の急降下に伴
い断熱材２の内部の空気は、呼吸孔７及び遮熱板５と上
ワッシャ６との間の組立隙間から放出し始めるが、該放
出には時間を要すので前記断熱材内圧の方が高温の主流
空気８よりも置くな９、その差圧分で遮熱板５が第２図
における上側へ持ち上げられ上ワッシャ６と密着するの
で、遮熱板５と上ワッシャ６との間の隙間ｌＯがふさが
夕、前記内部空気は呼吸孔７のみから放出されるようＫ
なる。

第４図は上記の呼吸孔７を通る空気流の状態を説明する
ための断面図である。呼吸孔７は遮熱板５に一定間隔で
設けた透孔であシ、断熱材２は一般に無機繊維質の材料
で空気の透過抵抗はかなシ大きい。

高温空気流８の圧力降下が緩慢なときは、放出空気流８
１によって遮熱板５の内、外画側の圧力バランスが保た
れるが、高温空気流８の圧力降下が急激である場合は、
断熱材２に含まれている空気の放出が追随し切れず、遮
熱板５０両側面に大きい差圧を生じる。このような状態
においては、呼吸孔７を通過する放出空気８１の流速も
急上昇し、その結果として断熱材２が呼吸孔７に移動し
て該呼吸孔の付近で圧密されて放出空気８１の流路を閉
塞する状態が発生して、いっそう前記圧力差を大きくす
ることになる。時として前記の如く閉塞した断熱材２が
放出空気流８１と共に呼吸孔７から噴出を繰シ返したあ
げく、断熱材２の一部が欠落して該断熱材の断熱性能そ
のものが損われる危険がある。また、遮熱板５の内外に
大きな圧力差が生じるととＫより、透熱板固定部分に非
常に大きな荷重が作用するため、断熱材構造の破壊の原
因となる。このため、上に述べた形式の従来の断熱構造
は、１〜／關２以上の速さで圧力が変動する環境下での
使用が困難でおる。

さらに、ボルト３、遮熱板５、及び上ワッシャ６からな
る断熱材固定構造物を比較的大きな圧力差に耐えうるだ
け強化した場合、ボルト３は径を太く、遮熱板５は板厚
を厚く、上ワッシャ６は同じく厚くする必要が生ずる為
、前記構造物の重量が増加するのは勿論のこと、ボルト
３による高温空気流８からケーシング１への熱伝達が良
くなる為、ケーシング１の温度が上昇し、断熱材２の断
熱効果が損なわれることにもなる。

〔発明の目的〕

本発明は上述の事情に鑑みて為され、急激な圧力変化を
伴う環境においても充分な呼吸作用を行なって遮熱板の
両面の圧力バランスを保ち得る、断熱材の呼吸構造を提
供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明者らの実験によれば、第３図に示した矢印Ｂのご
とく呼吸孔７に向けて空気流が集中すると前述のごとく
繊維状の断熱材２が圧密されて空気の流通を妨げるが、
矢印Ｃのごとくスタッドボルト３の外周に向けて流動す
る空気流は、該ボルト３の周囲面積が比較的大きいため
断熱材２を圧密せず、従って放出空気流は断熱材の圧密
によって流通を妨げられることなく該ボルト３の表面に
沿って比較的容易に図の上方へ流動し、遮熱板５に設け
たボルト孔５ａに到達し得ることが確認された。

本発明は、上記の実験結果に基づき、遮熱板５とワッシ
ャ４．６との間隙を確保すれば良好な呼吸機能を維持で
きることに着目して創作したものである。

上に述べた原理によって前記の目的を達成するため、本
発明は断熱すべき構造体の表面を覆って取付けた断熱材
層と、上記の断熱材層の表面を覆う遮熱板と、上記の遮
熱板に設けた孔を貫通するように前記構造体に植設した
柱状部材と、前記の遮熱板に対向せしめて柱状部材に固
着した遮熱仮押え部材とからなる断熱構造物において、
前記押え部材が遮熱板に対向する面に凹凸を設け、遮熱
板の内、外画側を連通ずる屈曲した気体流路を構成し、
断熱材層に含まれている気体が前記柱状部材の外周面及
び上記の屈曲した気体流路に沿って流動して呼吸作用し
得るようにしたことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

次に、本発明の１実施例を第５図について説明する。

本図において、従来装置（第３図）と同一の図面参照番
号を附したケーシング１．断熱材２．スタッドボルト３
．遮熱板５は従来装置におけると同様の構成部材である
。

４′および６′は、本発明を適用して遮熱板の押え板と
して設けた下ワッシャ及び上ワッシャであって、それぞ
れ、従来装置における下ワッシャ４および上ワッシャ６
に対応する部材である。

上記の上ワッシャ形の押え板６′の底面図を第６図囚に
示す。同図（６）は同図（４）のＸ−Ｘ断面図、同図０
は同図（８）のＹ−Ｙ断面図である。

上ワッシャ形の押え板６′が遮熱板に対向する面、すな
わち底面に凹凸を設ける。本実施例においては円板状の
押え板６′の直径に沿って幅広の溝６ａを形成しである
。６ｂは応力集中を逃がすための几である。前記の遮熱
板の熱膨張収縮による摺動を円滑ならしめるように、面
取ｊ）６ｃを施す。

上記の溝６ｂを設けることによ）、この押え板６′の田
辺とボルト孔６ｄとを結ぶ空気流路８１が形成される。

第７図は前記の下ワッシャ形の押え板４′を示し、同図
囚は平面図、同図（ト）はそのＹ−Ｙ断面図である。

この下ワッシャ形の押え板４′が遮熱板に対向する面す
なわち上面に凹凸を設ける。本実施例においては同一円
周上に等間隔に４個の球面状の突起４ａをプレス成形し
である。

これによシ、この押え板４′が遮熱板に対向する面に隙
間ができ、ボルト孔４ｂと周縁との間を連通ずる空気流
路８１’が形成される。

上に述べた２枚の押え板６／、、ｉ／を用いて、第５図
に示すごとく遮熱板５を挾みつけて支承すると、矢印り
のごとく遮熱板５の内、外側を連通ずる屈曲した空気流
路が構成される。

以上のように構成した呼吸装置においては、矢印りに沿
った空気流路が確保されているので、高温空気流８の圧
力が急激に低下しても、断熱材２に含まれている空気が
急速に放出され、遮熱板５の両面に大きい差圧が掛かる
虞れが無い。万一、何らかの事情によって矢印Ｐ方向の
差圧を受けで、遮熱板５が押え板６′に対して強く押し
つけられても、押え板６′に溝６ａを設けであるので両
部材の密着によって空気流路矢印りを閉じられる虞れが
無い。

また、上記の空気流路りは、従来装置における呼吸孔７
に比して大きい流路断面積を取ることが設計的に容易で
アシ、従ってこの流路を流通する呼吸空気の流速を低く
抑えることができる。空気の流速が低り、シかも流路が
屈曲しているので、断熱材２の一部が吹き千切られて欠
落を生じる虞れが無く、断熱材２の圧密を生じる虞れも
無い。

また、上述のごとく空気流路りが屈曲しているため、と
の流路からの放射による熱の放散が妨げられ、遮熱板５
の作用を減殺する虞れが無い。

第５図に示した実施例において、下ワッシャ形の押え板
４′に突起４ａを設けて遮熱板５に点接触させ、一方、
上、ワッシャ形の押え板６′に溝６ａを設けて溝以外の
個所を面接融させている理由は、この実施列においては
高温空気流８の圧力急上昇よシも圧力急降下の方が圧力
の変化速度が大であると予測され、従って、矢印Ｐ′方
向の差圧よシも矢印Ｐ方向の差圧の方が太きいと予測さ
れるなめ、上ワッシャ形の押え板６′は当接面積を大き
く設定し、下ワッシャ形の押え板４′は簡易な構成にし
たものである。同様の理由によシ押え板６′の板厚寸法
は同４′の板厚寸法よシも大きく設定しである。

第８図は、上記の実施例における遮熱板５の内。

外の差圧を従来装置における差圧と比較して示した図表
でるる。

ガスタービンの停止に伴って高温空気が破線で示したよ
うに定常圧（８，０Ｋｇ／ｉ）から０匂／ｄ近くまで約
３秒間で降下した場合、従来装置においては実線で示し
た如＜１５Ｋｇ／ｃｗｔ強の差圧が発生するが、本実施
例においては鎖線で示したように約０．２５Ｋｐ／７し
か差圧を生じない。

第９図及び第１０図は、それぞれ前記と異なる実施例に
おける下ワッシャ形の押え板を示し、前例における第７
図に対応する図である。

前例においては球面状の突起４ａを形成して遮熱板６に
点接触せしめたが、第９図の実施例はボルト孔４ｂを中
心とした放射状に、四本の山形突起４Ｃをプレス成形し
て遮熱板に対して線接触するように構成しである。本例
においては接触部が広いので、遮熱板５の熱膨張によっ
て該遮熱板が移動しボルト孔５ａがボルト３に対して偏
心しても、遮熱板５と山形の突起４Ｃとの接触部が無く
なることは無い。従って遮熱板の動きが大となる構造に
最適であるが、前記実施例の球状突起４ａに較べややカ
リニに難がある。

第１θ図は前例に比して製作容易な下ワッシャ形の押え
板の１例を示し、ボルト孔４ｂを中心として放射状に４
本のビード盛シ突条４ｄを設けである。本例の下ワッシ
ャ形押え板は、プレス加工などの塑性加工を必要とせず
、簡単な設備で容易に構成することができる。

第１１図は本発明を排気プレナム２８に適用した１実施
例の斜視図、第１２図は同断面図でらる。

排気プレナム２８は通常薄鋼板で構成され、Ｌ形鋼材２
９で補強されている。

本実施例は遮熱板５をＬ形鋼２９と押え板６′とで挾ん
で支承するように構成したもので、上記の押え板６′は
先に第６図に示した部材である。

上記の押え板６′を支持するため、柱３′をＬ形鋼２９
に溶接する。本例においても、遮熱板５に対向する面に
溝６ａを設けた押え板６′によシ屈曲した空気通路Ｄ′
が形成されて前述の実施例と同様の効果がある。

〔発明の効果〕

以上詳述した如く、本発明の断熱材の呼吸構造は、断熱
すべき構造体の表面を覆って取付けた断熱材層と、上記
の断熱材層の表面を覆う遮熱板と、上記の遮熱板に設け
た孔を貫通するように前記構造体に植設した柱状部材と
、前記の遮熱板に対向せしめて柱状部材に固着した遮熱
・仮押え部材とからなる一′ｒ熱構造物において、前記
押え部材が遮熱板に対向する面に凹凸を設け、遮熱板の
両側を連通ずる屈曲した気体流路を構成し、断熱材層に
含まれている気体が前記柱状部材の外周面及び上記の屈
曲した気体流路に沿って流動し得るようにして、急激な
圧力変化を伴う環境下においても充分な呼吸作用を行な
わしめ、遮熱板の内、外画側の圧力バランスを保つこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はガスタービンの燃焼器付近及び排気プレナムの
断面図、第２図乃至第４図は従来の断熱材の呼吸構造を
示し、第２図は平面図、第３図は第２図のＡ−Ａ断面図
、第４図は呼吸作用の説明図でらる。第５図乃至第８図
は本発明の１実施例を示し、第５図は断面図、第６図囚
は上ワッシャ形押え板の低面図、第図面は同図囚のＸ−
Ｘ断面図、第図０は同図（イ）のＹ−Ｙ断面図、第７図
（イ）は下ワッシャ形押え板の平面図、同図（ロ）は同
図囚のｙ　−ｙ　ｈｒ面図、第８図は差圧の経時的変化
を示し図表である。第９図囚は上記と異なる実施例の下
ワッシャ形押え板の平面図、同図（ト）は同断面図、第
１０図（ト）は更に異なる実施例の下ワッシャ形押え板
の平面図、同図■は同断面図、第１１図は本発明を適用
した排気プレナムの１例の斜視図、第１２図は同断面図
である。 １・・・ケーシング、２・・・断熱材、３・・・スタッ
ドポルト、３′・・・柱、４・・・下ワッシャ、４′・
・・下ワッシャ形押え板、４ａ・・・球面状突起、４ｂ
・・・ボルト孔、４Ｃ・・・山形突起、４ｄ・・・ビー
ド盛シした突条、５・・・遮熱板、６・・・上ワッシャ
、６′・・・上ワッシャ形押え板、６ａ・・・碑、６Ｃ
・・・面とシ、６ｄ・・・ボルト孔、２８・・・排気プ
レナム、８１．８１’・・・空気流路。 代理人　弁理士　秋本正実 皐１図 弔７図 弔５図 一一一一二−８ −ゾ６ ・　　　　　　　　　　范８図 カス’５１−（ソ１卑上開咄欠６へ匝時暫（料す第、９
図 卒ＩＯ図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、断熱すべき構造体の表面を覆って取付けた断熱材層
   と、上記の断熱材層の底面を覆う遮熱板と、上記の遮熱
   板に設けた孔を貫通するように前記構造体に植設した柱
   状部材と、前記の遮熱板に対向せしめて柱状部材に固着
   した過熱仮押え部材とからなる断熱構造物において、前
   記弁え部材が遮熱板に対向する面に凹凸を設けて遮熱板
   の内、外画側を連通ずる屈曲した気体流路を構成し、断
   熱材層に含まれている気体が前記柱状部材の外周面及び
   上記の屈曲した気体流路に沿って流動して呼吸作用し得
   べくなしたることを特徴とする断熱材の呼吸構造。