JPS63194128A - 燃焼器ライナの熱遮蔽構造 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はセラミックス製のガスタービン燃焼器等に用い
られる燃焼器ライナの熱遮蔽構造に係り、特に燃焼器ラ
イナのライナ間の熱遮蔽構造に関する。

（従来の技術） 一般に、ガスタービン発電プラントに用いられるガスタ
ービンはタービン入口）温度を上界させるとタービン熱
効率が向上することが知られている。このタービン熱効
率を向上させるためにタービン入口温度の上昇が図られ
ており、このタービン入口温度の上昇はガスタービン燃
焼器の出口温度を上昇させることにより行なわれる。ガ
スタービン燃焼器の出口温度を上昇させるために、ガス
タービン燃焼器には高温領域において高強度で耐熱性・
耐食性に優れた材料の開発が望まれている。

従来のガスタービン燃焼器には耐熱性超合金材料が使用
されていたが、近年耐熱性超合金より耐熱性が優れたセ
ラミックスが開発され、注目されている。セラミックス
は高温領域において高強度で高耐食性があり、しかも軽
聞でｔｏ膨張係数が小さい特性を有することから種々の
分野に利用されつつある。セラミックスはガスタービン
のような高温腐食環境下でしかも高い応力が作用する構
造部材に適している。この適性からセラミックスはガス
タービン燃焼器のライナ内筒のように高熱に暴露される
壁面に利用されており、ライナ内筒の壁面をセラミック
スブロックにより内側から被覆°してライナ内筒壁面を
高温から保護して橢械的強度を維持している。

その場合、セラミックスブロックはガスタービン燃焼器
のライナ内筒に取付ガタが少なく、精度よく取付けられ
る必要があるが、このためにはライナ内筒に形成された
支持溝とヒラミックスブロックの取付脚との寸法粘度を
厳しく管理しなければならない。

しかしながら、実際にはセラミックスブロックの取付脚
とライナ内筒の支持溝との寸法精度を）農１足させるこ
とが困難であり、セラミックスブロックを支持溝に嵌挿
させることができなかったり、嵌挿させても大きな取付
ガタが生じる場合が多い。

実開昭５７−１２７１６２号公報にはライナ内筒の高熱
暴露壁面に取付溝を設Ｇノ、この取付溝にセラミックス
ブロックを嵌め込むようにしたガスタービン燃焼器が開
示されている。

（発明が解決しようとする問題点） 従来のガスタービン燃焼器においては、ライナ内筒の高
熱暴露壁面に形成された支持溝に嵌入できる特定のセラ
ミックスブロックを多数のセラミックスブロックの中か
ら選択して組み立てる必要があり、セラミックスブロッ
クの組立操作が非常に煩雑で多大な時間と労力を要して
いた。

また、ライナ内筒を構成する金属体とセラミックスブロ
ックとの間には熱膨張係数に差があるため、正確に嵌め
込んでも熱が加えられたとき、セラミックスより熱膨張
係数の大きな金属体の熱膨張によって取付けにガタが生
じたり、またガスタービンの運転、停止などの熱サイク
ルによる熱膨張差に起因してセラミックスブロックは応
力的な制約を受り、強固に固定されて動き得ない状態が
生じるため、破損する恐れがあった。

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、ライ
ナ筒の壁面を覆うセラミックスブロックの組立てを簡素
化するとともに熱膨張差に起因する取付ガタの発生など
を有効的に防止した燃焼器ライナの熱遮蔽構造を提供す
ることを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明に係る燃焼器ライナの熱遮蔽構造は、燃焼器ライ
ナのライナ筒内に燃焼室を画成する一方、上記ライナ筒
は高熱暴露壁面に支持溝を形成し、この支持溝にセラミ
ックスブロックの取付脚を嵌挿させ、上記高熱暴露壁面
をセラミックスブロックで被覆して熱的に保護した燃焼
器ライナの熱遮蔽構造において、前記支持溝の溝底と取
付脚との間に間隙を形成し、この間隙に高温時に湾曲形
状に形状回復可能な形状記憶合金を配設し、この形状記
憶合金により高温時支持溝と取付脚とを密着させて一体
化したものである。

（作用） このガスタービン燃焼器等の燃焼器ライナの熱遮蔽構造
はライナ筒の高温暴露壁面に支持溝を形成し、この支持
溝に嵌合されるセラミックスブロックの取付脚と支持溝
との間に間隙を形成したから支持溝へのセラミックスブ
ロックを簡単かつ容易に嵌合させることができ、また、
支持溝と取付脚との間に高温時に湾曲面形状に形状回復
可能な形状記憶合金を介在させたので、運転により加熱
されると形状記憶合金は湾曲面を形成してセラミックス
ブロックを押圧し、支持溝に密着させ、一体化させる。

このため、燃焼器ライナの組立時の煩雑さや熱膨張差に
起因する取付ガタの発生を有効的に防止することができ
る。

（実施例） 以下、本発明に係る燃焼器ライナの熱遮蔽構造の一実流
例について添付図面を参照して説明する。

第２図はガスタービン燃焼器を備えたガスタービン発電
プラントのガスタービン１を示しており、このガスター
ビン１と同軸に圧縮機２が設けられている。この圧縮機
２から吐出された圧縮空気は複数台のセラミックス製ガ
スタービン燃焼器３に案内され、ここで燃料と混合され
て燃焼せしめられる。ガスタービン燃焼器３はガスター
ビン１のタービン入口側に対向してＩＨされ、ガスター
ビン燃焼器３内で燃焼された燃焼ガスはトランジション
ピース４を介してガスタービン１に導かれ、このガスタ
ービン１を駆動させて仕事をするようになっている。

ガスタービン燃焼器３は燃焼器ライナがライナ外筒５と
ライナ内筒６とから二重筒構造に構成され、その間に圧
縮機２からの吐出空気を案内する空気流路７が形成され
る。ライナ内筒６には圧縮空気と燃料との混合気を燃焼
させる燃焼室８が画成される。

ライナ内筒６は第１図および第３図に示すように形成さ
れ、外筒を構成する金属筒１０に周方向に分割された複
数の支持ブロック１１が固定ねじ１２等により固定され
る。支持ブロック１１は金属筒１０の軸方向に延びる一
方、各支持ブロック１１の内表面は高熱暴露壁面として
形成される。

上記支持ブロック１１の内表面側には長手方向く周方向
でもよい。）に延びる楔形状の支持溝１３が形成され、
この支持溝１３に対応楔形状を有するセラミックスブロ
ック１４の取付脚１５が遊１釈される。セラミックスブ
ロック１４はライナ内筒１６の高熱暴露壁面を内側から
仝而にわたって覆っており、高熱暴露壁面に伝達される
熱を遮断し、ライナ内筒の機械的強度を保証している。

また、セラミックスブロック１４は第４図に示すように
、丁形状にブロック成形され、このセラミックスブロッ
ク１４の取付脚１５と支持溝１３の溝底との間に間隙が
形成される。この間隙にプレート状の形状記憶合金１７
が配設される。形状記憶合金１７は好ましくは支持溝１
３の溝底形状に対応する曲面を有するように成形され、
例えば常温でなめらかな凹曲面あるいは平面を有するよ
うに成形される。

形状記憶合金１７はｆ’４ｉ−Ｔｉ系材料で形成され、
全体が例えば５００℃で１分間高温加熱されると、第５
図に実線で示１湾曲凸状曲面形状に形状回復され、この
形状回復により、セラミックスブロック１４の取付１Ｍ
１１１５を押上げ、取付脚１５の側面を支持溝１３に密
着させ、両者を一体化させる。すなわち、プレート状の
形状記憶合金１７は高温時にセラミックスブロック１４
の取付脚１５を押上げるように形状記憶させる。

形状記憶合金１７に形状記憶させるには１、Ｎｉ−Ｔｉ
系素材を湾曲凸状曲面形状に成形した侵、この湾曲面形
状に例えば３００℃で１時間保持し、その後室温まで冷
却させることにより行なわれる。

形状記憶合金は形状回復時に上述した形状変形が得られ
るものであれば、他の合金材料であってもよい。

次に、ガスタービン燃焼器の作用について説明する。

圧縮機２から吐出された圧縮空気はライナ外筒５とライ
ナ内筒６の間の環状空気流路７を案内され、途中で燃料
と混合せしめられて燃焼室８に導かれ、燃焼せしめられ
る。燃焼による燃焼ガスｔａ燃焼室からトランジション
ピース４を経てガスタービン１に導入され、このガスタ
ービン１を駆動さけて仕事をする。

ガスタービン燃焼器３は混合気が燃焼室８内で燃焼せし
められると、燃焼室８内は高ｄシになる。

しかし、このガスタービン燃焼器３においては、ライナ
内筒６内に形成される楔形状の支持溝１３とセラミック
スブロック１４の取付脚１５との問にプレート状の形状
記憶合金１７を配設し、この形状記憶合金１７は高温に
なると湾曲凸曲面形状に形状回復してセラミックスブロ
ック１４の取付脚１５を押上げ、取付脚１５側面を支持
溝１３に密着させ、一体化させる。このため、運転時に
セラミックスブロック１４を支持溝１３に取付ガタを起
こすことなく安定的に固定させることができる。

また、セラミックスブロック１４の取付脚１５は支持溝
１３に遊嵌させるだけでよいから、セラミックスブロッ
ク１４の組立てが簡単かつ容易になり、Ｂ素化されると
ともに、取付脚１５と支持溝１３との間に厳密な寸法精
度が要求されないから、製作コストが安価になる。

さらに、支持溝１３内に形状記憶合金１７が配設されて
いるので、金属材料で形成された支持プロツク１１とセ
ラミックスブロック１４との熱膨張差に起因する取付ガ
タがなくなり、セラミックスブロック１４を支持ブロッ
ク１１の支持溝１３に安定的に固定させることができる
。

なお、一実施例では本発明をガスタービン燃焼器に適用
した例について説明したが、高温暴露壁面をセラミック
スで覆うものであれば一般の燃焼器等の全てのセラミッ
クス取付構造に適用することができる。また、形状記憶
合金はプレート状に限定されず、棒状であっても他の形
状であってもよい。

〔発明の効果〕

以上に述べたように本発明に係る燃焼器ライナの熱遮蔽
構造においては、ライナ筒の高温暴露壁面に支持溝を形
成し、この支持溝にセラミックスブロックの取付脚を嵌
挿させるとともに、上記支持溝の溝底と取付脚との間に
間隙を形成し、この間隙に高温時に湾曲面形状に形状回
復可能な形状記憶合金を配設し、この形状記憶合金によ
り、高温時支持溝と取付脚とを密着させて一体化したの
で、セラミックスブロックの組み込みが極めて簡単かつ
容易になり、安定したセラミックスブロックの固定が確
保されるので、熱膨張差に起因するセラミックスブロッ
クの取付ガタの発生を有効的にしかも確実に防止でき、
セラミックスブロックの長寿命化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る燃焼器ライナの熱遮蔽構造の一実
施例を示す断面図、第２図は上記燃焼器ライナをガスタ
ービン燃焼器に適用したガスタービン発電プラントを部
分的に示す図、第３図は第１図に示された燃焼器ライナ
のライナ筒の拡大部分断面図、第４図は上記ライナ筒内
に組み込まれるセラミックスブロックを示す斜視図、第
５図はセラミックスブロックをａＩ湿温時安定的に保持
するプレート状形状記憶合金を示す斜視図である。 １・・・ガスタービン、２・・・圧縮機、３・・・ガス
タービン燃焼器、４・・・トランジションピース、５・
・・ライナ外筒、６・・・ライナ内筒（ライナ筒）、１
０・・・金ｌｉ！筒、１１・・・支持ブロック、１３・
・・支持溝、１４・・・セラミックスブロック、１５・
・・取付脚、１７・・・形状記憶合金。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、燃焼器ライナのライナ筒内に燃焼室を画成する一方
   、上記ライナ筒は高熱暴露壁面に支持溝を形成し、この
   支持溝にセラミックスブロックの取付脚を嵌挿させ、上
   記高熱暴露壁面をセラミックスブロックで被覆して熱的
   に保護した燃焼器ライナの熱遮蔽構造において、前記支
   持溝の溝底と取付脚との間に間隙を形成し、この間隙に
   高温時に湾曲形状に形状回復可能な形状記憶合金を配設
   し、この形状記憶合金により高温時支持溝と取付脚とを
   密着させて一体化したことを特徴とする燃焼器ライナの
   熱遮蔽構造。 ２、形状記憶合金は支持溝の溝底形状に沿うようにプレ
   ート状に成形された特許請求の範囲第１項に記載の燃焼
   器ライナの熱遮蔽構造。 ３、ライナ筒は金属筒の内周側に周方向に複数の支持ブ
   ロックが固定され、上記支持ブロックに支持溝が形成さ
   れた特許請求の範囲第１項に記載の燃焼器ライナの熱遮
   蔽構造。 ４、支持溝とセラミックスブロックの取付脚とはそれぞ
   れ対応する楔形状に形成され隣接するセラミックスブロ
   ックを密着させて保持する特許請求の範囲第１項に記載
   の燃焼器ライナの熱遮蔽構造。