JPS594824A - 高温ガスタ−ビン燃焼器構造体 - Google Patents
高温ガスタ−ビン燃焼器構造体Info
- Publication number
- JPS594824A JPS594824A JP11085882A JP11085882A JPS594824A JP S594824 A JPS594824 A JP S594824A JP 11085882 A JP11085882 A JP 11085882A JP 11085882 A JP11085882 A JP 11085882A JP S594824 A JPS594824 A JP S594824A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ceramics
- layer
- gas turbine
- turbine combustor
- metal
- 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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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/007—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel constructed mainly of ceramic components
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、高温ガスタービン燃焼器構造体に関し、更に
詳しくは、極めて優れた遮熱効果を有し、且つ、セラミ
ックス体と金属構造物の嵌合部における接触を円滑にし
、応力を緩和し易い構造とした高温ガスタービン燃焼器
構造体に関する。
詳しくは、極めて優れた遮熱効果を有し、且つ、セラミ
ックス体と金属構造物の嵌合部における接触を円滑にし
、応力を緩和し易い構造とした高温ガスタービン燃焼器
構造体に関する。
近年、省エネルギーを鼓舞する機運と共に、代替エネル
ギーに対する関心が急速に高まりつつあυ、研究が進め
られている。ガスタービン燃焼器等の熱機関においても
、燃焼温度の高温化又はそれに伴なう冷却空気量の低減
、或いは新規な冷却方式の開発等による、熱効率向上を
目的とした努力が積極的に進められている。このような
ガスタービン燃焼器においては、燃焼効率の向上に伴な
う高温化が可能な構造体が要求されている。しかし、現
実には、冷却空気を充分導入することができないために
、ガスタービン燃焼器構造体は、必然的に複雑な構造を
とらざるを得す、例えば、冷却空気を冷却細孔から導入
して冷却する等の工夫により、より少ない空気量で効果
的な冷却を行なうだめの諸方式、或いは、液冷方式等が
種々検討されている。
ギーに対する関心が急速に高まりつつあυ、研究が進め
られている。ガスタービン燃焼器等の熱機関においても
、燃焼温度の高温化又はそれに伴なう冷却空気量の低減
、或いは新規な冷却方式の開発等による、熱効率向上を
目的とした努力が積極的に進められている。このような
ガスタービン燃焼器においては、燃焼効率の向上に伴な
う高温化が可能な構造体が要求されている。しかし、現
実には、冷却空気を充分導入することができないために
、ガスタービン燃焼器構造体は、必然的に複雑な構造を
とらざるを得す、例えば、冷却空気を冷却細孔から導入
して冷却する等の工夫により、より少ない空気量で効果
的な冷却を行なうだめの諸方式、或いは、液冷方式等が
種々検討されている。
一方において、ガスタービン燃焼器の高温化を可能にす
る手段として、燃焼器構造体の材料面における検討が続
けられておシ、例えば、内筒金属に使用される金属材料
として、よシ高温度においても使用可能な新合金の開発
検討が行表われている。
る手段として、燃焼器構造体の材料面における検討が続
けられておシ、例えば、内筒金属に使用される金属材料
として、よシ高温度においても使用可能な新合金の開発
検討が行表われている。
又、このような燃焼器構造体材料として、セラミックス
が挙げられ、その利用が検討されている。
が挙げられ、その利用が検討されている。
かかるセラミックスは、航空エンジン等において、既に
実用化されているセラミックコーティングや、他の分野
においズ研究が進められているセラミック単体、或いは
それらの組合せによるもの、更には、金属とセラミック
を嵌合せしめたもの等、幅広い分野における新技術の研
究開発の対象となっている。
実用化されているセラミックコーティングや、他の分野
においズ研究が進められているセラミック単体、或いは
それらの組合せによるもの、更には、金属とセラミック
を嵌合せしめたもの等、幅広い分野における新技術の研
究開発の対象となっている。
このようなセラミックスを、例えば、発電用大型部品等
に使用する場合には、かかるセラミックスの有する脆性
のために、直接単体で使用することが困難であシ、通常
、タイルや耐火レンガ等にみられる如く、小片に分割し
て使用されている。
に使用する場合には、かかるセラミックスの有する脆性
のために、直接単体で使用することが困難であシ、通常
、タイルや耐火レンガ等にみられる如く、小片に分割し
て使用されている。
かかるセラミックスと金属構造物を組合せることにより
、セラミックスの有する遮熱効果から金属構造物の強度
を維持するというセラミックー金属嵌合型に関しては、
例えば、特開昭54−102412号又は特開昭55−
60604号等において、一つの好ましい構造が開示さ
れている。
、セラミックスの有する遮熱効果から金属構造物の強度
を維持するというセラミックー金属嵌合型に関しては、
例えば、特開昭54−102412号又は特開昭55−
60604号等において、一つの好ましい構造が開示さ
れている。
セラミックスと金属の組合せを、よシ過酷な条件下にお
いても使用可能とするためには、セラミックスによる遮
熱効果をよシ効果的にし、セラミックスと金属構造物の
接触部における応力集中を回避もしくは緩和する構造に
することが必要である。このよう左点を克服するために
、例えば、(1)セラミックスと金属構造物の間に断熱
材を配し、これによシクッション効果をもたらす方法、
或いは(2)セラミックスと金属構造物に冷却空気を吹
き付け、エアークッション効果をもたらす方法等が検討
されている。しかしながら、(1)の方法に関しては、
断熱材を配した場合の固定方法が困難であセ、かかる断
熱材を均一に配しないと遮熱効果にむらが生ずるという
問題点を有している。又、(2)の方法に関しては、セ
ラミックス材料の金属構造物に対する固定方法が、極め
て困難であシ、高い応力が発生するために、遮熱温度差
の大きい過酷な使用条件には適用できない等の問題点を
有している。
いても使用可能とするためには、セラミックスによる遮
熱効果をよシ効果的にし、セラミックスと金属構造物の
接触部における応力集中を回避もしくは緩和する構造に
することが必要である。このよう左点を克服するために
、例えば、(1)セラミックスと金属構造物の間に断熱
材を配し、これによシクッション効果をもたらす方法、
或いは(2)セラミックスと金属構造物に冷却空気を吹
き付け、エアークッション効果をもたらす方法等が検討
されている。しかしながら、(1)の方法に関しては、
断熱材を配した場合の固定方法が困難であセ、かかる断
熱材を均一に配しないと遮熱効果にむらが生ずるという
問題点を有している。又、(2)の方法に関しては、セ
ラミックス材料の金属構造物に対する固定方法が、極め
て困難であシ、高い応力が発生するために、遮熱温度差
の大きい過酷な使用条件には適用できない等の問題点を
有している。
本発明の目的は、セラミックス−金属嵌合型の方式にお
いて、構造体材料に新規なものを使用することにより、
従来の構造を改良して、極めて優れた遮熱効果を有し、
且つ、セラミックスと金属構造体の嵌合部における接触
を円滑にし、応力を緩和し易い構造とした高温ガスター
ビン燃焼器構造体を提供することにある。
いて、構造体材料に新規なものを使用することにより、
従来の構造を改良して、極めて優れた遮熱効果を有し、
且つ、セラミックスと金属構造体の嵌合部における接触
を円滑にし、応力を緩和し易い構造とした高温ガスター
ビン燃焼器構造体を提供することにある。
本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、セラミックスと
金属構造体の間にセラミックコーティング層を設けるこ
とによシ、上記目的が達成できることを見出し、本発明
を完成するに至った。
金属構造体の間にセラミックコーティング層を設けるこ
とによシ、上記目的が達成できることを見出し、本発明
を完成するに至った。
即ち、本発明の高温ガスタービン燃焼器構造体は、高温
ガスタービン燃焼器の内筒金属表面にタイル状セラミッ
クス体を配設して成る構造体において、前記内筒金属表
面が、気孔率8〜30%のセラミック層によシ被覆され
たものであることを特徴とするものである。
ガスタービン燃焼器の内筒金属表面にタイル状セラミッ
クス体を配設して成る構造体において、前記内筒金属表
面が、気孔率8〜30%のセラミック層によシ被覆され
たものであることを特徴とするものである。
以下において、本発明を更に詳しく説明する。
本発明の高温ガスタービン燃焼器構造体は、第1図に示
した如く、内筒金属を構成する金属構造物1の表面に、
多孔質のセラミック層2を被覆したものに、セラミック
ス体3を嵌合したものであり、4は嵌合部である。
した如く、内筒金属を構成する金属構造物1の表面に、
多孔質のセラミック層2を被覆したものに、セラミック
ス体3を嵌合したものであり、4は嵌合部である。
本発明において使用されるセラミック層は、多孔質で、
金属構造体の熱膨張係数に近似した値を有するものが好
ましいが、これらとしては、例えば、イツトリア(Yt
On )安定化ジルコニア(ZrO,)、マグネシア
(Mr、)、カルシア(CaO)等が挙げられ、これら
から成る群よυ選ばれた1種もしくは2種以上のものが
使用される。これらのものは、その気孔率が8〜30X
の範囲にあるものを使用する必要がある。セラミック層
の気孔率が85X未満であると、粘着的(Adhesi
ve )剥離が生じ易く、一方、30Y;を超えると、
凝集的(Coh@5ive)剥離が生じ易くなる。かか
るセラミック層の厚さは、0.1〜0.5 msの範囲
で設けられたものであることが好ましい。
金属構造体の熱膨張係数に近似した値を有するものが好
ましいが、これらとしては、例えば、イツトリア(Yt
On )安定化ジルコニア(ZrO,)、マグネシア
(Mr、)、カルシア(CaO)等が挙げられ、これら
から成る群よυ選ばれた1種もしくは2種以上のものが
使用される。これらのものは、その気孔率が8〜30X
の範囲にあるものを使用する必要がある。セラミック層
の気孔率が85X未満であると、粘着的(Adhesi
ve )剥離が生じ易く、一方、30Y;を超えると、
凝集的(Coh@5ive)剥離が生じ易くなる。かか
るセラミック層の厚さは、0.1〜0.5 msの範囲
で設けられたものであることが好ましい。
本発明において、セラミック層としてZrO!等の多孔
質体を使用する理由は、かかるセラミック多孔質体が、
その上部に嵌合されるセラミック体との接触時において
、応力及び熱衝撃に対し、極めて優れた緩和作用を有す
ることによる。
質体を使用する理由は、かかるセラミック多孔質体が、
その上部に嵌合されるセラミック体との接触時において
、応力及び熱衝撃に対し、極めて優れた緩和作用を有す
ることによる。
又、本発明においては、金属構造物とセラミック層の接
着性を向上させるために、更に、ボンド層を設けたもの
であってもよい。かかるボンド層を形成する材料として
は、例えば、ニクロライ(NICrAtY) 、:Iク
ラリイ(CoCrAtY)等が挙げられる。ボンド層の
厚さは、005〜0.2 mの範囲であることが好まし
い。
着性を向上させるために、更に、ボンド層を設けたもの
であってもよい。かかるボンド層を形成する材料として
は、例えば、ニクロライ(NICrAtY) 、:Iク
ラリイ(CoCrAtY)等が挙げられる。ボンド層の
厚さは、005〜0.2 mの範囲であることが好まし
い。
本発明において使用される金属構造物としては、ガスタ
ービン燃焼器等の高温において使用される構造体の材も
として使用されているものであれば、特に制限はないが
、例えば、ノ・ステロイX等が挙げられる。
ービン燃焼器等の高温において使用される構造体の材も
として使用されているものであれば、特に制限はないが
、例えば、ノ・ステロイX等が挙げられる。
又、本発明において使用されるセラミックス体は、耐熱
性の良好なものであれば特に制限はなく、これらとして
は、例えば、窒化ケイ素(SlsN4)、炭化ケイ素(
Sin)、アルミナ(At、o、 )、ジルコニア(Z
rO,)等が挙げられ、これらから成る群より選ばれた
1種もしくは2種以上のものから成るものが使用される
。
性の良好なものであれば特に制限はなく、これらとして
は、例えば、窒化ケイ素(SlsN4)、炭化ケイ素(
Sin)、アルミナ(At、o、 )、ジルコニア(Z
rO,)等が挙げられ、これらから成る群より選ばれた
1種もしくは2種以上のものから成るものが使用される
。
以上のようガ構成物から成る本発明の高温ガスタービン
燃焼器構造体の一例を第2図に示した。
燃焼器構造体の一例を第2図に示した。
第2図は、燃焼器の燃焼室7部分の概念図であシ、この
図において、内筒5は、例えば、170燗程度の内径を
有しておシ、内筒基体部6によシ構成されている。第3
図は、第2図における内筒基体部6の1部分を拡大した
図であシ、金属構造物1の表面に、N1CrAtYから
成るボンド層8を設け、Y、0.で安定化されたZ r
Otから成るセラミック層2を被覆して成るものであ
る。そして、第3図に示したよりな凹部を有する金属構
造物1に、これに嵌合可能な凸部を有するS l 、
N、から成る分割されたセラミックス体3を遮熱層とし
て嵌合せしめたものである。
図において、内筒5は、例えば、170燗程度の内径を
有しておシ、内筒基体部6によシ構成されている。第3
図は、第2図における内筒基体部6の1部分を拡大した
図であシ、金属構造物1の表面に、N1CrAtYから
成るボンド層8を設け、Y、0.で安定化されたZ r
Otから成るセラミック層2を被覆して成るものであ
る。そして、第3図に示したよりな凹部を有する金属構
造物1に、これに嵌合可能な凸部を有するS l 、
N、から成る分割されたセラミックス体3を遮熱層とし
て嵌合せしめたものである。
第4図及び第5図は、本発明に係る高温ガスタービン燃
焼器構造体の他の好ましい態様を示す図である。第4図
及び第5図において、それぞれ、金属構造物1にセラミ
ック層2を設け、セラミックス体3を嵌合することによ
り構造体が形成されている。かかる実施態様において、
金属構造物1とセラミック層2の間にボンド層が介在し
ていても差し支えないことは言うまでもない。尚、第4
図における9は、冷却空気を表わす。
焼器構造体の他の好ましい態様を示す図である。第4図
及び第5図において、それぞれ、金属構造物1にセラミ
ック層2を設け、セラミックス体3を嵌合することによ
り構造体が形成されている。かかる実施態様において、
金属構造物1とセラミック層2の間にボンド層が介在し
ていても差し支えないことは言うまでもない。尚、第4
図における9は、冷却空気を表わす。
以下において実施例を掲げ、本発明を更に具体的に説明
する。
する。
ハステロイXから成る金属構造物に、イツトリア 安定
化ジルコニアを0.2 tmの厚さで被覆し、3鱈の厚
さを有する窒化ケイ素から成るセラミックス体を嵌合し
てガスタービン燃焼器構造体を作製した。
化ジルコニアを0.2 tmの厚さで被覆し、3鱈の厚
さを有する窒化ケイ素から成るセラミックス体を嵌合し
てガスタービン燃焼器構造体を作製した。
かかる構造体を使用して、次の条件で燃焼を行なわしめ
た時の金属構造物表面温度を測定した。
た時の金属構造物表面温度を測定した。
燃焼条件:ガス温度: 1300℃
ガスの熱伝達係数;1♂Ke a4/−・h・℃冷却空
気温度: 300℃ 冷却空気の熱伝達係数: 10”Kca4/−・h・℃
その結果、1300℃のガス温度に対する金属構造体表
面温度は750℃程度であることが確認された。
気温度: 300℃ 冷却空気の熱伝達係数: 10”Kca4/−・h・℃
その結果、1300℃のガス温度に対する金属構造体表
面温度は750℃程度であることが確認された。
[発明の効果〕
本発明の高温ガスタービン燃焼器構造体によれば、セラ
ミックス体と金属構造物の間にセラミック層を介在せし
めることによシ、極めて優れた遮熱効果が得られるもの
であり、且つ、セラミックス体と金属構造物の嵌合部に
おける接触が円滑となったために、容易に応力が緩和さ
れるものである。
ミックス体と金属構造物の間にセラミック層を介在せし
めることによシ、極めて優れた遮熱効果が得られるもの
であり、且つ、セラミックス体と金属構造物の嵌合部に
おける接触が円滑となったために、容易に応力が緩和さ
れるものである。
第1図は、本発明の構造体の基本構成図、第2図は、本
発明に係る高圧燃焼器の概念図、第3図は第2図の3部
の拡大断面図、第4図及び第5図は、本発明に係る他の
実施態様を示す断面図である。 1・・・金属構造物、 2・・・セラミック層、3
・・・セラミックス体、4・・・嵌合部、7・・燃焼室
、 8・・・ボンド層、9・・冷却空気。 第1図 第2図 第3図 第4図 第5図
発明に係る高圧燃焼器の概念図、第3図は第2図の3部
の拡大断面図、第4図及び第5図は、本発明に係る他の
実施態様を示す断面図である。 1・・・金属構造物、 2・・・セラミック層、3
・・・セラミックス体、4・・・嵌合部、7・・燃焼室
、 8・・・ボンド層、9・・冷却空気。 第1図 第2図 第3図 第4図 第5図
Claims (6)
- (1) 高温ガスタービン燃焼器の内筒金属表面にタ
イル状セラミックス体を配設して成る構造体において、
前記内筒金属表面が、気孔率8〜30%のセラミック層
により被覆されたものであることを特徴とする高温ガス
タービン燃焼器構造体。 - (2) セラミック層が、ジルコニア、マグネシア及
びカルシアから成る群よυ選ばれた1種もしくは2種以
上のものから成る特許請求の範囲第1項記載の高温ガス
タービン燃焼器構造体。 - (3) セラミック層の厚さがO11〜0.5瓢であ
る特許請求の範囲第1項記載の高温ガスタービン燃焼器
構造体。 - (4) 内筒金属とセラミック層との間にボンド層が
存在する特許請求の範囲第1項記載の高温ガスタービン
燃焼器構造体。 - (5) ボンド層の厚さが0.05〜02膣である特
許請求の範囲第4項記載の高温ガスタービン燃焼器構造
体。 - (6) セラミックス体が、窒化ケイ素、炭化ケイ素
、アルミナ及びジルコニアから成る群より選ばれた1種
もしくは2種以上のものから成る特許請求の範囲第1項
記載の高温ガスタービン燃焼器構造体。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11085882A JPS594824A (ja) | 1982-06-29 | 1982-06-29 | 高温ガスタ−ビン燃焼器構造体 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11085882A JPS594824A (ja) | 1982-06-29 | 1982-06-29 | 高温ガスタ−ビン燃焼器構造体 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS594824A true JPS594824A (ja) | 1984-01-11 |
Family
ID=14546451
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11085882A Pending JPS594824A (ja) | 1982-06-29 | 1982-06-29 | 高温ガスタ−ビン燃焼器構造体 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS594824A (ja) |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4343332A1 (de) * | 1993-12-20 | 1995-06-22 | Abb Management Ag | Vorrichtung zur Konvektivkühlung einer dichten Brennkammer |
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KR100826608B1 (ko) | 2007-02-22 | 2008-05-02 | 이기순 | 유해가스 소각로 격벽용 보드 및 그 제조방법 |
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JP2010229026A (ja) * | 2009-03-27 | 2010-10-14 | Alstom Technology Ltd | 多層熱的保護システム及び多層熱的保護システムを形成する方法 |
JP2011232021A (ja) * | 2010-04-08 | 2011-11-17 | Toshiba Corp | 熱機器構造部材及びその製造方法 |
EP2769969A1 (en) | 2013-02-25 | 2014-08-27 | Alstom Technology Ltd | Method for manufacturing a metal-ceramic composite structure and metal-ceramic composite structure |
EP2216601A3 (en) * | 2009-02-06 | 2017-10-25 | General Electric Company | Interlocking retention strip |
CN110030044A (zh) * | 2017-12-22 | 2019-07-19 | 安萨尔多能源英国知识产权有限公司 | 用于燃气涡轮构件的热保护系统及方法 |
-
1982
- 1982-06-29 JP JP11085882A patent/JPS594824A/ja active Pending
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CN110030044B (zh) * | 2017-12-22 | 2023-11-28 | 安萨尔多能源英国知识产权有限公司 | 用于燃气涡轮构件的热保护系统及方法 |
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