JPS6325417A - ガスタ−ビン動力装置のための熱ガスオ−バヒ−ト防護装置 - Google Patents

ガスタ−ビン動力装置のための熱ガスオ−バヒ−ト防護装置

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JPS6325417A
JPS6325417A JP62106492A JP10649287A JPS6325417A JP S6325417 A JPS6325417 A JP S6325417A JP 62106492 A JP62106492 A JP 62106492A JP 10649287 A JP10649287 A JP 10649287A JP S6325417 A JPS6325417 A JP S6325417A
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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】 産業上の利用分野 本発明は、ガスタービン動力装置の熱ガス流を案内する
金属壁の焼損を防護するための装置であって、金属壁が
、圧縮機から取出された冷却空気によって負荷されてい
ると共に冷却空気孔を備えており、この冷却空気孔が、
金属壁と、これを被覆する薄肉の薄板皮膜との間の中間
室に連通している形式のものに関する。
現代のガスタービン動力装置では、その良好な効率のた
めに燃焼室出口温度若しくはタービン入口温度を高くす
る必要上、燃焼室が極めて高い熱的な負荷を受ける。燃
焼室壁のための冷却空気要求を低くするために、例えば
西独国特許出願公開第６４２４６４５号明細書によれば
、支持構造（金属製の外壁）と内側の被覆構造（例えば
うろこ状の金属又はセラミック製のライニング）とから
成る二重壁構造が採用されている。
局所的なオーバヒート又は材料減少又は類似の現象に起
因する破損によって金属製の内側の被覆部分が溶融し又
はセラミック製の被覆部分が破損した場合、燃焼室のわ
ずかに冷却さ九た金属製の外壁が熱い燃焼ガスの攻撃に
直にさらされる。
許容されない高いオーバヒートのこのような危険若しく
は燃焼室の外壁の焼損の危険を軽減するために、この構
造部分の内面に、放射に対して反射性の層、例えば銀又
はフ０ラチナを備える（蒸着）ことがすでに提案されて
いる。
さらに、定常的なガスタービン動力装置においては、燃
焼室の外壁と内側のライニングとの間の中空室をヒラミ
ック製の断熱材並びに金属のばね弾性的な添加物によっ
て充てんすることが提案されている。
最後に述べた手段及び燃焼室構造においても、すでに述
べた（内側の被覆構造の損傷又は破損に起因する）金属
製の外壁の焼損の危険は完全には回避されない。
本発明が解決しようとする問題点 本発明の課題は冷却空気要求がわずかであるにもかかわ
らず、金属製の構造部分のオーバヒートに対する最良の
防護が達成されると共に、熱ガス若しくは燃焼ガスを金
属製の構造に対して遮蔽するライニング又は被覆構造の
損傷に起因する金属製の構造の焼損の危険を著しく削減
することができるような、冒頭に述べた形式の装置を提
供することにある。
問題点を解決するだめの手段 上記課題全解決した本発明の要旨は、金属壁が耐高熱性
の少なくとも１つの壁部材によって熱ガス流に対して遮
蔽されており、この壁部材が前記薄板皮膜と一緒に少な
くとも１つの中空室を閉成しており、かつ、壁部材の破
損時に、薄板皮膜の局部的な溶融によって冷却空気孔が
熱ガス流に対して開放されることにある。
本発明はガスタービン動力装置の燃焼室での使用に限ら
ず、金属製の外側の構成部分構造、例えば外側のケーシ
ング構成部分構造が、例えば半径方向で間隔をおいた近
傍に配置されたライニングを介して熱ガスからの極めて
高い温度にさらされるところ、例えば圧縮機端部から取
出された空気によって冷却される（衝突冷却システム）
タービン回転羽根の囲い板構造でも有利に使用される。
この場合、回転羽根先端とじかに隣合う囲い板部分が極
めて高い温度にさらされる。
さらに本発明は、極めて著しく高い燃焼温度を生じる、
ガスタービン動力装置の後バーナでの使用にも適してい
る。この場合にも、こけら状又はうろこ状の内側ライニ
ングを金属製の外側の放射管支持構造によって被覆する
ことができる。
さらに本発明は、ガスタービン動力装置の冷却される案
内羽根又は回転羽根でも有利に使用可能である。要する
に本発明は、単数又は複数の内側の羽根中空室から金属
製内壁の衝突冷却孔の単数又は複数の列を介して外側の
囲い板の高温にさらされる壁部分へ冷却空気が吹出され
るような羽根構造でも有利に使用される。この場合、極
めて高い温度によって負荷される囲い板部分というのは
特に羽根人口縁部及び羽根出口縁部をいう。
本発明の作用・効果 例えばガスタービン動力装置の燃焼室に関して本発明の
構成及び作用は次の通りである。
燃焼室の外側の支持構造は金属製の外壁から成り、この
外壁が多数の小さな半径方向孔を備えており、かつ単数
又は複数の互いに内外に位置する薄肉の薄板皮膜から成
っている。薄肉の薄板皮膜は局部的に支持構造に確実係
合しており、かつ別の領域では外壁に対して半径方向の
間隔を有している。
薄肉の薄板皮膜は外壁の多数の小さな半径方向孔を通っ
て燃焼室内へ流入する空気の流れを阻止する。
本発明によれば、薄板皮膜の材料の融点は外壁の材料の
融点と同じかそれよりも低く選らばれている。金属又は
セラミック製のこけら状又はうろこ状ライニングの損傷
時に、熱い燃焼ガスはまず薄肉の薄板皮膜に衝突する。
薄板皮膜のこの領域は過熱されて溶融する。これによっ
て、外壁の半径方向孔が開放される。圧縮機空気がこの
半径方向孔を通って燃焼室内へ流入し、これ（（よって
ライニングの損傷個所の領域で支持構造が強冷され、そ
れと同時に熱い燃焼ガスが外壁から隔離される。燃焼室
の次回の検査時に、損傷を受けたライニノグ部分及び（
又は）薄板皮膜が修復される。
実施例 第１図はガスタービン動力装置の環状燃焼室のフレーム
管に適用した本発明による熱ガスオーバヒート防護装置
を示し、この装置においては外側及び内側の環状の金属
壁２，３が中空室４．５を挾んで外側及び内側の壁部材
６，７によって熱ガス流Ｈに対して遮蔽されている。金
属壁２，３は圧縮機から取出された冷却空気によって負
荷されなければならない。第１図で符号Ｘで示す個所の
拡大図である第２図から判るように、外側の金属壁は中
空室４の内部で薄肉の薄板皮膜８によって被覆されてお
り、この薄板皮膜８は外側の金属壁２との間に中間室９
゜１０（第２図〜第４図）を閉成しており、この中間室
は金属壁２に設けた冷却空気孔１１に連通している。こ
の薄板皮膜は金属壁２の融点と同じか又はそれより低い
融点を有している。
外側及び内側の壁部材６，７は高い耐熱性の金属材料又
はセラミック材料から成るこけら状又はうろこ状の熱ガ
ス遮蔽部材として製作されなげればならない。
壁部材６，７のためのセラミック材としては、例えば熱
間プレスされた又は自己焼結された珪素カーバイド又は
場合によっては反応焼結された珪素ニトリドがある。
薄肉の薄板皮膜８のための金属付料若しくは壁部材の金
属材料としては、例えば耐スクーリング性かつ耐熱性の
材料、例えばニッケルをベースとした合金がある。
第１図乃至第４図から判るように、金属壁２゜３を支持
するフレーム管の外壁又は内壁は、外側ケーシング構造
構成部分とフレーム管１との間に形成された外側の環状
の２次空気通路１２（例えば第３図及び第４図）又は内
側の環状の２次空気通路を介して、高圧圧縮機端部から
取出された冷却空気によって負荷されている。
本発明によれば、内側の熱ガス遮蔽は軸方向及び又は周
方向に分割された複数の壁部材から成っており、各壁部
材は相隣る突合わせ縁間に間隔（例えば軸方向間隙１３
、第２図、第３図、第４図）をおいて配置されている。
さらに第１図乃至第４図から判るように、内側の各壁部
材６，７は当該フレーム管輪郭に応じて直状又はわん曲
状に形成されることができる。さらに、壁部材６，７は
（図示しないが）周溝内へ軸方向で挿入可能であり、こ
の周溝は半径方向で突起したウェブのところに配置され
、このウェブは当該外側及び内側の金属壁２，３（第１
図）の一体的な構成部分であることができる。
さらに、第２図乃至第５図から判るように、各中間室９
，１０にはそれぞれ、冷却空気孔１１を備えた孔あき区
域１４．１５を対応させることができる。第５図によれ
ば、この孔あき区域１４．１５は例えば互いに同形の方
形に形成されかつ間隔をおいて位置している。
すでに説明した薄肉の薄板皮膜８は、金属壁２の孔のな
い部分１６を介して当該金属壁２゜３に固定的に結合さ
れる。
第２図に示したように、薄板皮膜８は局部的な曲げ出し
部１７を介して例えば外側の金属壁２の孔のない部分１
６に結合されている。
第６図に示す実施例では、薄板皮膜８は金属壁２の内向
きに突出したウェブ１８を介して当該金、＜＝壁に結合
されている。
第４図に示す実施例では、薄板皮膜８は隔て板又は隔て
条片１９を介して当該金属壁２に結合されている。隔て
条片１９は中間室９，１０の側方の制限部を形成してい
る。
さらに薄板皮膜８は当該金属壁２に溶接（第２図）又は
ろう接（第３図）又はリベット結合（第４図）されるこ
とができる。
第６図は第２図に示す実施例について、うろこ状の壁部
材６が破損した場合の本発明の作用を示す図である。符
号Ｂは破損個所を示す。この場合、熱い燃焼ガスＨはま
ず薄肉の薄板皮膜８に衝突する。薄板皮膜のこの領域が
オーバヒートされて溶融する。これ（（よって、金属壁
２の若干数の半径方向孔１１が開放される。圧縮機空気
が矢印■で示すようにこの半径方向孔１１全通ってフレ
ーム菅１の燃焼室内へ流入し、これによって、この破損
した壁部材６の領域で支持構造を強冷すると共に、熱い
燃焼ガスＨが金属壁２から隔離される。次回の燃焼室検
査時に、破損した壁部材６並びに薄板皮膜８の破損個所
が蔭復される。第１図の図示と異なり、第６図の実施例
では熱ガス流Ｈは左から右へ流れている。
第７図及び第８図は１．タービンソエット動力装置にお
いて本発明を使用した場合の１実施例を示す。このター
ビンソエット動力装置は例えば多Ｉ１１］２流式動力装
置として構成されることができる。この場合、低圧ター
ビン２０からの熱ガス流Ｇは２次空気通路２１から供給
された送風機空気流Ｓと混合されて、軸方向で後方に位
置する後バーノージェット管２２内へ達する。ジェット
管２２内の熱ガス・空気混合物の後燃焼のために、燃料
噴射リング２３並びにフレーム保持器２４が設けられて
おり、これの下流で後燃焼若しくは付加的燃焼が生じる
。
後バーナジェット管２２の下流側端部に調整スラストノ
ズル２４′が配置されており、この調整スラストノズル
２４′には４黄軸線回りに旋回可能なノズルフラップ２
５が配置されており、このノズルフラン７’２５に、軸
方向移動可能なノズル調整バンド２６が係合しており、
このノズル調整バンド２６は、上流側で側方外側足固定
された空気力的な調整シリンダ２７によって操作される
。
この調整スラストノズル２４によって、有効なスラスト
ノズル出口横断面が、後燃焼の導入時に増大する熱ガス
装入量に適合される。
第７図及び第８図によれば、本発明に基づく金属壁２が
ジェット管２２の回転対称的な内側の周壁を形成してい
る。金属壁２とジェット管壁との間に回転対称的な冷却
空気供給通路２８が形成されている。この冷却空気供給
通路２８は比較的冷えた圧縮機空気又は送風機空気によ
って負荷されており、この空気は副流又は２次空気通路
２１から外側の縁区域に沿って冷却空気供給通路２８内
へ流入する。後バーナジェット管２２の内側の熱遮蔽３
０はこの場合も、すでに述べた内側の壁部材６から成る
。第８図に関連した構成の本発明に基づく作用の原理は
すでに第６図で説明した通りである。その他の点では、
第７図に示す後バーナジェット管のために、第、５図、
第４図及び第５図に示すすでに説明した実施例を援用す
ることができる。
第９図は本発明を高圧タービン回転羽根の囲い板に適用
した実施例を示す。この場合、金属壁２は、これと外側
ケーシング壁３１との間に閉成された環状室３２を介し
て、圧縮機端部から取出された空気りによって負荷され
ており、この場合、周方向のセゲメ／トに０割された壁
部材６′はタービン熱ガス通路内で高圧タービンの回転
羽根３３の先端に対向して配置されている。環状室３２
は斜めの空気供給孔３４ｆ：介して外側のケーシング環
状室３５に連通しており、この環状室３５は圧縮機端部
から取出された供給された冷却空気若しくは熱的な制御
空気によつて負荷されている。うろこ状の例えばセラミ
ック製の壁部材６′が破損した場合、すでに第６図につ
いて説明した作用が効果的に生じる。
第９図によれば、薄板皮膜８と金属壁２との間の中間室
９から流出した冷却空気は少なくとも部分的には通常運
転においてパツキン空気九として回転羽根３３の下流で
熱ガス通路に供給される。
第１０図は圧縮機から取出した空気によって冷却される
、ガスタービン動力装置のタービン回転羽根に本発明を
適用した実施例を示す。この場合、金属壁２は回転羽根
の金属的なコアの構成部分である。熱ガス流Ｈに直にさ
らされる壁部材６は外側の囲い板を形成している。冷却
空気Ｆはこの場合例えば羽根基部３６からコア中空室３
７内へ案内され、コア中空室３７から、金属壁２に設け
られた孔１１を介して中間室１０．９．３８内へ供給さ
れる。この中間室は、コア側の金属壁２のノーズエツジ
領域に薄板皮膜８を配置した結果、コアの金属壁２と外
側の壁部材６との間の少なくとも１つの中空室４４内に
形成されている。外側の壁部材６の破損又は損傷時の本
発明の有利な作用は第６図に示す環状燃焼室・フレーム
管壁のための実施例ですでに説明した通りである。
第１０図に示す回転羽根のために、通常通り主として中
間室１０，９．３８内へ流入した冷却空気は、高温によ
って負荷されるノーズエツジ領域を冷却した後、例えば
側方へ外向きに下流方向へ向かってコアの周りを流れ、
次いで適当に通路を介して回転羽根後縁側で熱ガス流内
へ流れる。
第１０図の実施例の場合も、回転羽根囲い板（外側の壁
部材６）は交換可能な複数の部分から成ることができる
。さらに高熱に負荷される回転羽根囲い板（壁部材６）
は適当なセラミック材料又は金属材料から製作されるこ
とができる。
第１０図に示す回転羽根コンセゾションはその他の点で
、通常運転状態（回転羽根囲い板の損傷のない状態）で
前記中間室１０，９．３８内に静止している空気流が攻
撃された場合、要するに第１図乃至第６図の実施例と同
様に圧縮機から取出された圧縮空気によって充てんされ
た中間室例えば９，１０が壁部材６の損傷時に開放され
た場合、すでに説明した空気溢流効果（流れ■）が得ら
れる。
本発明はタービン案内羽根においても上述形式で効果的
に使用可能である。
案内羽根であれ、第１０図に示す回転羽根であれ、その
他の点では吐出側及び又は吸込側に配置された複数の゛
中間室を、第５図に基づいて孔を備えた区域の分割につ
いてすでに説明したように分割することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は環状燃焼室のフレーム管に適用した本発明の実
施例の部分断面略示図、第２図は第１図の矢印Ｘで指し
示した部分の拡大断面図、第６図は本発明の別の実施例
を第２図と同様に示す部分断面図、第４図は本発明のさ
らに別の実施例を第２図と同様に示す部分断面図、第５
図は第２図のＡ−Ａ線に沿った断面図、第６図は第２図
に示す実施例を壁部材破損時の作用状態で示す図、第７
図はタービンジェット動力装置に適用した本発明の１実
施例の略示断面図、第８図は第７図に示す装置を破損状
態で示す図、第９図はタービン回転羽根の囲い板に適用
した本発明の１実施例を破損状態で示す部分断面図、第
１０図はタービン回転羽根に適用した本発明の１実施例
を破損状態で示す部分断面図である。 １・・・フレーム管、２．３・・・金！壁、４．５・・
・中空室、６．６’、７・・・壁部材、８・・・薄板皮
膜、９．１０・・・中間室、１１・・・冷却空気孔、１
２・・・２次空気通路、１３・・・軸方向間隙、１４．
１５・・・孔あき区域、１６・・・孔のない部分、１７
・・・曲げ出し部、１８・・・ウェブ、１９・・・隔て
条片、２０・・・低圧タービン、２２・・・後バーナジ
ェット管、３１・・・外側ケーシング壁、３２・・・環
状室、１・・・ツー−・管　　　ＦＩＧ・１　　６・・
壁部材２・・・金属壁　　　　　　　　　　　８・・薄
板皮膜４　・中空室　　　　　　　　　　１１・・・冷
却空気孔８・・・薄板皮膜 ２・・・金属壁 ６・・・壁部材 ８・・・薄板皮膜 １１・・・冷却空気孔 ＦＩＧ、６ 金属壁 ＦＩＧ・８　　　　２・・・金属壁 ６・・・壁部材 ８・・・薄板皮膜 １１・・・冷却空気孔 ２・・・金属壁 ６′・・・壁部材 ８・・・薄板皮膜 ９・・・中間室 １１・・・冷却空気孔 Ｆｌ（３，９ ＦＩＧ、１０

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、ガスタービン動力装置の熱ガス流を案内する金属壁
    （２）の焼損を防護するための装置であつて、金属壁が
    、圧縮機から取出された冷却空気によつて負荷されてい
    ると共に冷却空気孔（１１）を備えており、この冷却空
    気孔が、金属壁（２）と、これを被覆する薄肉の薄板皮
    膜（８）との間の中間室（９、１０）に連通している形
    式のものにおいて、金属壁（２）が耐高熱性の少なくと
    も１つの壁部材（６）によつて熱ガス流に対して遮蔽さ
    れており、この壁部材（６）が前記薄板皮膜（８）と一
    緒に少なくとも１つの中空室（４）を閉成しており、か
    つ、壁部材（６）の破損時に、薄板皮膜（８）の局部的
    な溶融によつて冷却空気孔（１１）が熱ガス流に対して
    開放されることを特徴とするガスタービン動力装置のた
    めの熱ガスオーバヒート防護装置。 ２、少なくとも１つの壁部材（６）が、こけら状又はう
    ろこ状の熱ガス遮蔽部材として、耐高熱性の金属材料又
    はセラミック材料から成る特許請求の範囲第１項記載の
    ガスタービン動力装置のための熱ガスオーバヒート防護
    装置。 ３、各中間室（９、１０）に、冷却空気孔（１１）を備
    えた孔あき区域（１４、１５）が対置されている特許請
    求の範囲第２項記載のガスタービン動力装置のための熱
    ガスオーバヒート防護装置。 ４、孔あき区域（１４、１５）が正方形又は方形並びに
    同形に互いに間隔をおいて形成かつ配置されている特許
    請求の範囲第３項記載のガスタービン動力装置のための
    熱ガスオーバヒート防護装置。 ５、薄肉の薄板皮膜（８）が、孔のない部分（１６）に
    沿つて金属壁（２）に結合されている特許請求の範囲第
    １項から第４項までのいずれか１項記載のガスタービン
    動力装置のための熱ガスオーバヒート防護装置。 ６、薄板皮膜（８）が曲げ出し部（１７）を介して金属
    壁（２）の孔のない部分（１６）に結合されている特許
    請求の範囲第１項から第５項までのいずれか１項記載の
    ガスタービン動力装置のための熱ガスオーバヒート防護
    装置。 ７、薄板皮膜（８）が、内側へ突出したウェブ（１８）
    に沿つて金属壁（２）に結合されている特許請求の範囲
    第１項から第６項までのいずれか１項記載のガスタービ
    ン動力装置のための熱ガスオーバヒート防護装置。 ８、薄板皮膜（８）が隔て板又は隔て条片（１９）を介
    して金属壁（２）に結合されている特許請求の範囲第１
    項から第５項までのいずれか１項記載のガスタービン動
    力装置のための熱ガスオーバヒート防護装置。 ９、薄板皮膜（８）が金属壁（２）に溶接又はろう接又
    はリベット結合されている特許請求の範囲第１項から第
    ８項までのいずれか１項記載のガスタービン動力装置の
    ための熱ガスオーバヒート防護装置。 １０、金属壁（２、３）がフレーム管（１）の外壁又は
    内壁であり、かつそれぞれ外側ケーシング構造構成部分
    とフレーム管との間に形成された外側又は内側の環状の
    ２次空気通路を介して、高圧圧縮機端部のところから取
    出された冷却空気によつて負荷されている特許請求の範
    囲第１項から第９項までのいずれか１項記載のガスター
    ビン動力装置のための熱ガスオーバヒート防護装置。 １１、内側の熱ガス遮蔽のための壁部材が、軸方向及び
    又は周方向で分割されて、相隣る突合わせ縁の間で間隔
    をおいて形成された複数の単１壁部材（６、７）から成
    る特許請求の範囲第１０項記載のガスタービン動力装置
    のための熱ガスオーバヒート防護装置。 １２、金属壁（２）が後バーナジェット管（２２）の、
    半径方向で間隔をおいて配置された内側の周壁であり、
    かつ、壁部材（６）がこけら状又はうろこ状の熱遮蔽と
    して形成されている特許請求の範囲第１１項記載のガス
    タービン動力装置のための熱ガスオーバヒート防護装置
    。 １３、本装置が高圧タービンの回転羽根の外側の囲い板
    として形成されており、金属壁（２）が、これと外側ケ
    ーシング壁（３１）との間に閉成された環状室（３２）
    を介して、圧縮機端部から取出された空気によつて負荷
    されており、かつ、周方向セグメントに分割された壁部
    材（６′）がタービン熱ガス通路内で高圧タービンの回
    転羽根の先端に対置されている特許請求の範囲第１１項
    記載のガスタービン動力装置のための熱ガスオーバヒー
    ト防護装置。 １４、金属壁（２）が、ガスタービン動力装置の圧縮機
    から取出された空気によつて冷却される案内羽根又は回
    転羽根の金属製のコアの構成部分であり、熱ガス流（Ｈ
    ）に直にさらされる壁部材（６）が羽根の外側の囲い板
    を形成しており、冷却空気が羽根のコアの内部（３７）
    から金属壁（２）の孔あき区域を介して中間室（１０、
    ９、３８）に供給され、この中間室が、コア側の金属壁
    （２）に取付けられた薄板皮膜（８）の配置の結果とし
    て、コアの金属壁（２）と外側の壁部材（６）との間の
    少なくとも１つの中空室（４）内に形成されている特許
    請求の範囲第１項から第９項までのいずれか１項記載の
    ガスタービン動力装置のための熱ガスオーバヒート防護
    装置。
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