JPWO2016027509A1 - 燃焼器の筒、燃焼器の筒の製造方法、圧力容器 - Google Patents

Abstract

燃焼器の筒は、内部に燃焼ガスが流れる筒本体（４）と、筒本体（４）を外側から覆い、内周面と筒本体（４）の外周面と間に高圧流体が流れ込む流体空間（ＦＳ）を形成するジャケット板（６１）と、筒本体（４）及びジャケット板（６１）を接続するリブ（６２）と、を備えている。リブ（６２）は、筒本体（４）の軸線を基準とする径方向の筒本体（４）側の筒側端部（６２１ａ）が、前記軸線の軸方向の両側から溶接されて筒本体（４）に接続されている。前記径方向のジャケット板（６１）側のジャケット側端部（６２１ｂ）が、前記軸方向の両側から溶接されてジャケット板（６１）に接続されている。

Description

本発明は、燃焼器の筒、燃焼器の筒の製造方法、圧力容器に関する。

ガスタービンでは、圧縮機で加圧された空気を燃焼器で燃料と混合して高温の流体である燃焼ガスを発生させ、静翼及び動翼が交互に配設されたタービンの燃焼ガス流路内に導入する。また、燃焼ガス流路内を流通する燃焼ガスによって動翼及びロータを回転させることにより、燃焼ガスのエネルギーを回転エネルギーとして出力するとともに、圧縮機や発電機に回転駆動力を与えている。

ガスタービンの燃焼器では、高温・高圧の燃焼ガスをタービンに送るために、尾筒や内筒等の部品が高温の燃焼ガスに曝されている。そのため、燃焼器に用いられる部品は、高温になった部品を冷却するために冷却空気や蒸気を導入する構造を有している。

例えば、燃焼器の尾筒の外周側に冷媒通路が形成された冷却ジャケットを設け、冷媒通路に蒸気を通過させる構造が特許文献１に開示されている。この冷却ジャケットには、高圧の蒸気によって冷媒通路内の圧力が高くなり、変形してしまうことを抑制するリブが複数設けられている。これらのリブは、内側に冷媒通路を形成するために、冷却ジャケットの壁面を形成する板材と一体に形成されている。そのため、リブを尾筒の外周面に接続する場合には、冷媒通路側である冷却ジャケットの内側からは溶接できずに、外側のみを溶接してリブを尾筒の外周面に接続している。

特開２０１１−１９０７１７号公報

しかしながら、片側溶接となることで、圧力の高い内側からき裂が進展するおそれがあり、リブの接合強度を向上させる必要がある。

本発明は、リブの接合強度を向上することが可能な燃焼器の筒、燃焼器の筒の製造方法、及び圧力容器を提供する。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明の第一の態様における燃焼器の筒は、内部に燃焼ガスが流れる筒本体と、前記筒本体を外側から覆い、内周面と前記筒本体の外周面と間に高圧流体が流れ込む流体空間を形成するジャケット板と、前記筒本体及び前記ジャケット板を接続するリブと、を備え、前記リブは、前記筒本体の軸線を基準とする径方向の前記筒本体側の筒側端部が、前記軸線の軸方向の両側から溶接されて前記筒本体に接続され、前記径方向の前記ジャケット板側のジャケット側端部が、前記軸方向の両側から溶接されて前記ジャケット板に接続されている。

このような構成によれば、リブの筒側端部が軸方向の両側から筒本体に対して溶接され、ジャケット側端部が軸方向の両側からジャケット板に対して溶接されている。そのため、筒本体に対して、リブを軸方向の片側だけでなく両側から挟み込むように溶接し、筒側端部に対してリブを強固に固定することができる。同様に、ジャケット板に対してリブの軸方向の両側が溶接されることで、ジャケット側端部に対してリブを強固に固定することができる。また、軸方向の片側からではなく両側から溶接されることで、軸方向の両側のどちらからもき裂を進展しづらくすることができる。これにより、筒本体やジャケット板に対してリブを強固に固定することができる。

また、上記燃焼器の筒では、前記筒本体と前記ジャケット板とは、前記筒本体の外周面と前記ジャケット板の内周面との間隔が前記軸方向で一定であり、前記リブは、前記筒本体の外周面及び前記ジャケット板の内周面に対してそれぞれ垂直に形成されていてもよい。

このような構成によれば、リブが筒本体の外周面やジャケット板の内周面に対してそれぞれ垂直に形成されていることで、流体空間に流れ込んだ高圧流体によってリブが押されて負荷が生じた場合に、リブに生じる曲げ応力をより低減することができる。これにより、筒本体やジャケット板に対してリブをより強固に固定することができる。

また、上記燃焼器の筒では、前記リブは、前記軸線に対する周方向に互いに間隔を開けて複数配置され、前記筒本体及び前記ジャケット板に接続されるリブ本体と、前記リブ本体を前記周方向に互いに接続させる複数のブリッジ部とを有していてもよい。

このような構成によれば、リブが複数のリブ本体をブリッジ部によって接続させる構造をなしていることで、リブとしての強度を向上させることができる。したがって、リブに生じる曲げ応力をより一層低減することができ、筒本体やジャケット板に対してリブをより強固に固定することができる。

また、上記燃焼器の筒では、前記ジャケット板は、前記ジャケット側端部に対して前記軸方向の一方側に配置される第一ジャケット板と、前記ジャケット側端部の前記軸方向の他方側に配置される第二ジャケット板とを有し、前記第一ジャケット板と前記第二ジャケット板とは、前記ジャケット側端部において前記リブに接続されていてもよい。

このような構成によれば、ジャケット板が第一ジャケット板と第二ジャケット板とに分かれていることで、リブに対してジャケット板を容易に溶接することができる。具体的には、リブのジャケット側端部の軸方向の一方側と他方側とでジャケット板が別部品であるために、ジャケット側端部に対して第一ジャケット板と第二ジャケット板とを別々に位置を併せて配置することが容易にできる。したがって、ジャケット側端部において、リブを第一ジャケット板及び第二ジャケット板に対して軸方向の両側から容易に溶接することができる。

また、上記燃焼器の筒では、前記ジャケット板は、前記径方向に貫通する貫通孔が形成され、前記リブは、前記貫通孔に前記ジャケット側端部が挿入されて溶接されることで、前記ジャケット板に接続されていてもよい。

このような構成によれば、貫通孔が形成されたジャケット板を用いることで、ジャケット板を一つの部材としても、貫通孔からジャケット側端部を容易に溶接することができる。そのため、リブを軸方向の両側から溶接しながら、少ない部品点数で冷却ジャケット部を形成できる。これにより、作業工数や作業コストを低減することができる。

また、本発明の第二の態様における燃焼器の筒の製造方法は、内部に燃焼ガスが流れる筒本体と、前記筒本体を外側から覆い、内周面と前記筒本体の外周面と間に高圧流体が流れ込む流体空間を形成するジャケット板と、前記筒本体及び前記ジャケット板を接続するリブと、を準備する準備工程と、前記リブの前記筒本体の軸線を基準とする径方向の前記筒本体側の筒側端部を、前記軸線の軸方向の両側から溶接して前記筒本体に接続する第一溶接工程と、前記リブの前記径方向の前記ジャケット板側のジャケット側端部を、前記軸方向の両側から溶接して前記ジャケット板に接続する第二溶接工程と、を備える。

このような構成によれば、第一溶接工程においてリブの筒側端部が軸方向の両側から筒本体に対して溶接され、第二溶接工程においてジャケット側端部が軸方向の両側からジャケット板に対して溶接されている。そのため、筒本体に対して、リブを軸方向の片側だけでなく両側から挟み込むように溶接し、筒側端部に対してリブを強固に固定することができる。同様に、ジャケット板に対してリブの軸方向の両側が溶接されることで、ジャケット側端部に対してリブを強固に固定することができる。また、軸方向の片側からではなく両側から溶接されることで、軸方向の両側のどちらからもき裂を進展しづらくすることができる。これにより、高圧流体が流通する流体空間内で負荷を受けても接合された状態を安定して維持でき、筒本体とジャケット板とに対してリブを強固に固定することができる。

また、上記燃焼器の筒の製造方法では、前記準備工程では、前記リブの前記ジャケット側端部に対して前記軸方向の一方側に配置される第一ジャケット板と、前記ジャケット側端部の前記軸方向の他方側に配置される第二ジャケット板とを準備し、前記第二溶接工程は、前記第一ジャケット板と前記第二ジャケット板とを、前記ジャケット側端部において前記リブに接続してもよい。

このような構成によれば、ジャケット板が第一ジャケット板と第二ジャケット板とに分かれていることで、大型の複数の部品に分けて作業を行うことができる。これにより、リブに対してジャケット板をより容易に溶接することができる。

また、上記燃焼器の筒の製造方法では、前記準備工程では、前記径方向に貫通する貫通孔が形成された前記ジャケット板を準備し、前記第二溶接工程は、前記貫通孔に前記ジャケット側端部が挿入して溶接することで、前記リブを前記ジャケット板に接続してもよい。

このような構成によれば、第二溶接工程で貫通孔が形成されたジャケット板を用いることで、ジャケット板を一つの部材としても、貫通孔からジャケット側端部を溶接することができる。そのため、リブを軸方向の両側から溶接しながら、少ない部品点数で冷却ジャケット部を形成できる。これにより、作業工数や作業コストを低減することができる。

また、本発明の第三の態様における圧力容器は、第一壁板と、前記第一壁板と間隔を開けて対向し、前記第一壁板との間に高圧流体が流れ込む流体空間を形成する第二壁板と、前記第一壁板と前記第二壁板とを接続するリブとを備え、前記リブは、前記第一壁板と前記第二壁板との離間する離間方向における前記第一壁板側の第一端部が、前記リブを基準として前記離間方向に対して垂直な方向の一方側及び反対である他方側から溶接されて前記第一壁板に接続され、前記第二壁板側の第二端部が、前記リブを基準として一方側及び反対である他方側から溶接されて前記第二壁板に接続されている。

このような構成によれば、リブの第一端部が離間方向に対して垂直な方向の両側から第一壁板に対して溶接され、第二端部が離間方向に対して垂直な方向の両側から第二壁板に対して溶接されている。そのため、第一壁板の面に対して、リブを離間方向に対して垂直な方向の片側だけでなく両側から挟み込むように溶接し、第一端部における溶接強度を向上させることができる。同様に、第二壁板に対してリブの離間方向に対して垂直な方向の両側が溶接されることで、第二端部に置ける溶接強度を向上させることができる。これにより、高圧流体が流通する流体空間内で負荷を受けても接合された状態を安定して維持できるほど、第一壁板や第二壁板に対してリブを強固に固定することができる。

この発明に係る燃焼器の筒、燃焼器の筒の製造方法、及び圧力容器によれば、リブの端部を軸方向の両側から溶接することで、リブの接合強度を向上させることができる。

本発明の実施形態におけるガスタービンの要部切欠側面を説明する側面図である。 本発明の実施形態におけるガスタービンの要部断面図である。 図２におけるＩＩＩ‐ＩＩＩ断面を示す断面図である。 図３におけるＩＶ−ＩＶ断面を示す断面図である。 図４におけるＶ−Ｖ断面視の様子を説明する図である。 第二実施形態における図３におけるＩＶ−ＩＶ断面に相当する断面を示す断面図である。 図６におけるＶＩＩ−ＶＩＩ断面視の様子を説明する図である。 第三実施形態における図３におけるＩＶ−ＩＶ断面に相当する断面を示す断面図である。 図８におけるＩＸ−ＩＸ断面視の様子を説明する図である。

《第一実施形態》
以下、本発明に係る第一実施形態について図１から図５を参照して説明する。
ガスタービン１００は、図１に示すように、外気を圧縮して圧縮空気Ａを生成する圧縮機１０１と、燃料供給源からの燃料Ｘを圧縮空気Ａに混合して燃焼させて燃焼ガスＧを生成する複数の燃焼器１と、燃焼ガスＧにより駆動するタービン１０２と、を備えている。

タービン１０２は、ケーシング１０３と、このケーシング１０３内でロータ軸Ａｒを中心として回転するタービンロータ１０４とを備えている。このタービンロータ１０４は、例えば、このタービンロータ１０４の回転で発電する発電機（図示されていない。）と接続されている。

圧縮機１０１は、タービン１０２に対して、ロータ軸Ａｒの一方側に配置されている。タービン１０２のケーシング１０３は、ロータ軸Ａｒを中心として円筒状をなしている。圧縮機１０１では、圧縮空気Ａの一部を冷却空気としてタービン１０２や燃焼器１に供給している。複数の燃焼器１は、ロータ軸Ａｒに対する周方向Ｄｃに互いの間隔をあけて、このケーシング１０３に取り付けられている。

燃焼器１は、図２に示すように、タービン１０２のケーシング１０３内に配置され、高温・高圧の燃焼ガスＧをタービン１０２に送る尾筒３と、この尾筒３内に燃料Ｘ及び圧縮空気Ａを供給する燃料供給部２と、を備えている。

燃料供給部２は、内筒２０と、内筒２０内に拡散火炎を形成するパイロットノズル２１と、このパイロットノズル２１を中心として周方向Ｄｃに等間隔で配置され、内筒２０内に予混合火炎を形成する複数のメインノズル２２と、を有している。

尾筒３（燃焼器の筒）は、内筒２０と接続され、内筒２０で生成された高温・高圧の燃焼ガスＧをタービン１０２に供給可能とされている。尾筒３は、図２に示すように、筒状をなす筒本体４と、筒本体４を外側から覆うように形成される冷却ジャケット部６とを備えている。

ここで、筒本体４の軸線Ａｃが延びている方向を軸方向Ｄａ、この軸線Ａｃを基準とした周方向Ｄｃを単に周方向Ｄｃ、この軸線Ａｃを基準にした径方向Ｄｒを単に径方向Ｄｒとする。
また、径方向Ｄｒであって軸線Ａｃから遠ざかる側を径方向Ｄｒ外側、その反対側を径方向Ｄｒ内側とする。さらに、軸方向Ｄａであって、燃料供給部２に対して尾筒３が存在する側を下流側、その反対側を上流側とする。
なお、本実施形態における筒本体４の軸線Ａｃとは、筒本体４の延在する方向と交差する各断面において、重心位置を通る線である。

筒本体４は、内部に燃焼ガスＧが流れる。筒本体４は、軸方向Ｄａの上流側から下流側に向かって徐々に断面積が小さくなるように形成されている。筒本体４は、下流端に外周面４ｂから径方向Ｄｒ外側に向かって延びるフランジ部４１が形成されている。筒本体４は、その上流端である入口部分が内筒２０に接続され、下流端である出口部分がタービン１０２の第一段静翼１０５と接続されている。本実施形態の筒本体４は、図３に示すように、断面扇形をなして筒状に形成され、内周面４ａと外周面４ｂとの間に複数の冷却流路４ｃが形成されている。本実施形態の筒本体４は、フランジ部４１の上流側であってフランジ部４１に沿った位置に、外周面４ｂから内周面４ａ側へ凹む溝部４ｄ（図４参照）が周方向Ｄｃに延びて形成されている。

冷却流路４ｃは、上流側において、筒本体４の外周面４ｂに設けられて外部から高圧蒸気Ｐ（高圧流体）が流入する蒸気流入ジャケット部５（図２参照）と接続されている。冷却流路４ｃは、蒸気流入ジャケット部５から高圧蒸気Ｐが導入され、下流側まで流通させている。冷却流路４ｃは、下流端で溝部４ｄと連通している。本実施形態の冷却流路４ｃは、断面円形状をなしており、周方向Ｄｃに互いの間隔をあけて筒本体４の内周面４ａと外周面４ｂとの間に複数形成されている。

溝部４ｄは、図４に示すように、冷却流路４ｃの下流側の開口の全体が溝部４ｄの側面に面するように、筒本体４の外周面４ｂから冷却流路４ｃの径方向Ｄｒ内側の縁までの距離と、筒本体４の外周面４ｂから溝部４ｄの底までの距離とが同じとなるよう形成されている。

冷却ジャケット部６は、筒本体４の下流側の出口部分に形成されている。本実施形態の冷却ジャケット部６は、図４に示すように、筒本体４を外側から覆うジャケット板６１と、筒本体４とジャケット板６１とを接続するリブ６２とを有している。

ジャケット板６１は、その内周面６１ａと筒本体４の外周面４ｂ及びフランジ部４１と間に高圧蒸気Ｐが流れ込む流体空間ＦＳを形成する。本実施形態の流体空間ＦＳは、溝部４ｄを介して冷却流路４ｃの下流端と連通しており、冷却流路４ｃを流通した高圧蒸気Ｐが流入する。この流体空間ＦＳでは、下流側から上流側に向かって、ゆっくりと高圧蒸気Ｐが流れ、不図示の蒸気出口から高圧蒸気Ｐが外部に排出される。本実施形態のジャケット板６１は、上流側に配置される第一ジャケット板６１１と、下流側に配置される第二ジャケット板６１２とを有する。

第一ジャケット板６１１は、筒本体４の外周面４ｂとリブ６２とに接続されている。第一ジャケット板６１１は、筒本体４の外周面４ｂと間に空間を形成するように、筒本体４の外周面４ｂと間隔を開けて配置されている。本実施形態の第一ジャケット板６１１は、平板状をなしてリブ６２に接続される平板部６１１ａと、湾曲形状をなして平板部６１１ａと一体に形成され、筒本体４の外周面４ｂと接続される湾曲部６１１ｂとを有する。

平板部６１１ａは、筒本体４の外周面４ｂに沿って延びており、軸線Ａｃと平行な断面形状が矩形状をなしている。平板部６１１ａは、筒本体４側を向く内周面６１１ｃと筒本体４の外周面４ｂとが間隔を開けて対向して形成されている。平板部６１１ａは、その内周面６１１ｃと筒本体４の外周面４ｂとの間隔が軸方向Ｄａに一定に形成されている。平板部６１１ａは、下流側の端部がリブ６２に対して溶接されている。

湾曲部６１１ｂは、平板部６１１ａから一体をなして上流側に延びており、軸線Ａｃと平行な断面形状が外側に向かって凸形状をなしている。湾曲部６１１ｂは、上流側の端部が筒本体４の外周面４ｂに対して、外側から溶接されている。

第二ジャケット板６１２は、リブ６２と筒本体４のフランジ部４１とに接続されている。第二ジャケット板６１２は、筒本体４の外周面４ｂと間に空間を形成するように、筒本体４の外周面４ｂと間隔を開けて配置されている。本実施形態の第二ジャケット板６１２は、軸線Ａｃと交差する断面形状が矩形状をなしている。第二ジャケット板６１２は、筒本体４側を向く内周面６１２ａと筒本体４の外周面４ｂとの間隔が、第一ジャケット板６１１の平板部６１１ａと同じ間隔で、軸方向Ｄａに一定に形成されている。第二ジャケット部は、上流側の端部がリブ６２に対して径方向Ｄｒ外側から溶接され、下流側の端部がフランジ部４１の上流側を向く面に対して径方向Ｄｒ外側から溶接されている。

リブ６２は、径方向Ｄｒ内側の端部を筒側端部６２１ａとし、径方向Ｄｒ外側の端部をジャケット側端部６２１ｂとするリブ本体６２１を有する。

リブ本体６２１は、周方向Ｄｃに互いに間隔を開けて複数配置されている。リブ本体６２１は、筒本体４の外周面４ｂと、ジャケット板６１の内周面６１ａとに対して垂直となるように形成されている。リブ本体６２１は、筒側端部６２１ａが軸方向Ｄａの両側から溶接されて筒本体４に接続されている。リブ本体６２１は、ジャケット側端部６２１ｂが軸方向Ｄａの両側から溶接されてジャケット板６１に接続されている。

具体的には、本実施形態のリブ本体６２１は、周方向Ｄｃに延びる板状部材である。本実施形態のリブ本体６２１は、軸線Ａｃと平行な断面形状において、ジャケット側端部６２１ｂが平面状に形成され、筒側端部６２１ａがジャケット側端部６２１ｂ側から筒側端部６２１ａ側に向かって次第に縮径するよう鋭角に形成されている。本実施形態のリブ本体６２１では、鋭角に形成されている筒側端部６２１ａが、筒本体４の外周面４ｂに対して軸方向Ｄａの両側からそれぞれ溶接されている。本実施形態のリブ本体６２１では、ジャケット側端部６２１ｂが、図５に示すように、第一ジャケット板６１１と第二ジャケット板６１２との間に配置され、第一ジャケット板６１１と第二ジャケット板６１２とに対して軸方向Ｄａの両側を含む径方向Ｄｒ外側から溶接されている。
なお、リブ６２が配置されていない第一ジャケット板６１１と第二ジャケット板６１２との軸方向Ｄａの隙間も溶接されて接続されている。

次に、第一実施形態における燃焼器の筒の製造方法について説明する。
尾筒３（燃焼器の筒）の製造方法では、冷却ジャケット部６を有する尾筒３を製造する。本実施形態の尾筒の製造方法Ｓ１０は、筒本体４、ジャケット板６１、及びリブ６２を事前に準備する準備工程Ｓ１１と、筒本体４にリブ６２を溶接する第一溶接工程Ｓ１２と、リブ６２にジャケット板６１を溶接する第二溶接工程Ｓ１３と、ジャケット板６１を筒本体４に対して溶接する第三溶接工程Ｓ１４とを含んでいる。

準備工程Ｓ１１では、事前に尾筒３を製造するために必要な部材を準備する。本実施形態の準備工程Ｓ１１では、上述したような筒本体４と、ジャケット板６１と、リブ６２とを準備する。本実施形態の準備工程Ｓ１１では、ジャケット板６１として、第一ジャケット板６１１と第二ジャケット板６１２とを準備し、リブ６２として、複数のリブ本体６２１を準備する。

第一溶接工程Ｓ１２では、リブ本体６２１の筒側端部６２１ａを、軸方向Ｄａの両側から溶接して筒本体４に接続する。具体的には、本実施形態の第一溶接工程Ｓ１２では、筒本体４の外周面４ｂに対して、筒側端部６２１ａを向けてリブ本体６２１を垂直に配置する。本実施形態の第一溶接工程Ｓ１２では、垂直に配置したリブ本体６２１の鋭角な形状をなす筒側端部６２１ａと、筒本体４の外周面４ｂとの隙間を埋めるように軸方向Ｄａの一方側から溶接した後に、他方側から溶接する。例えば、本実施形態で、軸方向Ｄａの上流側から溶接した場合には、その後、軸方向Ｄａの他方側である下流側から筒側端部６２１ａと筒本体４の外周面４ｂとの隙間を埋めるように溶接する。本実施形態の第一溶接工程Ｓ１２は、筒本体４に接続されるリブ本体６２１の数に合わせて複数回実施される。

第二溶接工程Ｓ１３では、リブ本体６２１のジャケット側端部６２１ｂを、軸方向Ｄａの両側から溶接してジャケット板６１に接続する。具体的には、本実施形態の第二溶接工程Ｓ１３では、第一溶接工程Ｓ１２で筒本体４に溶接されたリブ本体６２１のジャケット側端部６２１ｂに対して、第一ジャケット板６１１と第二ジャケット板６１２とを垂直に配置する。本実施形態の第二溶接工程Ｓ１３では、ジャケット側端部６２１ｂに対して、第一ジャケット板６１１と第二ジャケット板６１２とが配置された状態で、径方向Ｄｒ外側からジャケット側端部６２１ｂと、第一ジャケット板６１１の下流側の端部及び第二ジャケット板６１２の上流側の端部とを溶接する。これにより、第二溶接工程Ｓ１３では、ジャケット側端部６２１ｂを、軸方向Ｄａの両側から溶接した状態と同様の状態で第一ジャケット板６１１及び第二ジャケット板６１２に対して溶接しつつ、第一ジャケット板６１１と第二ジャケット板６１２とを互いに溶接して接続する。また、本実施形態の第二溶接工程Ｓ１３では、リブ本体６２１が配置されていないリブ本体６２１同士の周方向Ｄｃの間においては、第一ジャケット板６１１と第二ジャケット板６１２との軸方向Ｄａの隙間を径方向Ｄｒ外側から周方向Ｄｃにわたって溶接し、第一ジャケット板６１１と第二ジャケット板６１２とを接続する。

第三溶接工程Ｓ１４では、リブ６２に溶接されたジャケット板６１を筒本体４に対して溶接して接続する。本実施形態の第三溶接工程Ｓ１４では、リブ本体６２１に溶接された第一ジャケット板６１１を筒本体４の外周面４ｂに溶接し、第二ジャケット板６１２をフランジ部４１に溶接する。具体的には、本実施形態の第三溶接工程Ｓ１４では、第一ジャケット板６１１の湾曲部６１１ｂの上流側の端部と、筒本体４の外周面４ｂとを径方向Ｄｒ外側かつ軸方向Ｄａの上流側から、周方向Ｄｃにわたって溶接する。本実施形態の第三溶接工程Ｓ１４では、第二ジャケット板６１２の下流側の端部と、フランジ部４１の上流側を向く面とを径方向Ｄｒ外側から周方向Ｄｃにわたって溶接する。

次に、上記ガスタービン１００の作用について説明する。
第一実施形態のガスタービン１００によれば、圧縮機１０１からの圧縮空気Ａは、タービン１０２のケーシング１０３内に入り、燃焼器１内に流れ込む。燃焼器１では、メインノズル２２及びパイロットノズル２１によって、この圧縮空気Ａと共に外部から供給される燃料Ｘを燃焼して、燃焼ガスＧが生成される。この燃焼ガスＧは、燃焼ガス流路を通る過程で、動翼本体に接して、タービンロータ１０４をロータ軸Ａｒ回りに回転させる。

また、尾筒３では、メインノズル２２及びパイロットノズル２１によって生成された高温の燃焼ガスＧが、筒本体４の内部を上流側から下流側に向かって流通する。筒本体４は、下流側に向かうにしたがって徐々に断面積が小さくなるように形成されている。そのため、筒本体４では、フランジ部４１が形成されている下流端に向かうにしたがって、燃焼ガスＧの熱伝達率が高まり、下流端が最も熱的に厳しい環境下に晒されている。

そこで、本実施形態では、筒本体４の内周面４ａと外周面４ｂとの間に形成された冷却流路４ｃに空気よりも熱容量の大きい高圧蒸気Ｐを流す。冷却用の高圧蒸気Ｐは、外部から蒸気流入ジャケット部５に流入し、この蒸気流入ジャケット部５内から筒本体４の複数の冷却流路４ｃに流れ込む。高圧蒸気Ｐは、この筒本体４の各冷却流路４ｃを通る過程で、筒本体４を冷却する。その後、高圧蒸気Ｐは、筒本体４の冷却流路４ｃから、溝部４ｄ内に噴出し、下流側の溝部４ｄの側面、及びこの下流側の溝部４ｄの側面に連なっているフランジ部４１の上流側を向く面に衝突し、フランジ部４１をインピンジメント冷却する。

フランジ部４１の上流側を向く面に衝突した高圧蒸気Ｐは、筒本体４の下流端の外周側に設けられている冷却ジャケット部６の流体空間ＦＳ内に流入し、この冷却ジャケット部６から不図示の配管を介して回収される。この冷却ジャケット部６は、冷却流路４ｃに比べて内容積が比較的大きく形成されている。そのため、筒本体４の冷却流路４ｃから噴出した高圧蒸気Ｐの流れ抵抗を少なくすることができ、筒本体４の冷却流路４ｃに流す高圧蒸気Ｐの流量を多くすることができる。

上記のような尾筒３では、高圧蒸気Ｐが第一ジャケット板６１１と第二ジャケット板６１２とによって形成される流体空間ＦＳに冷却流路４ｃから流れ込むことで、流体空間ＦＳ内から外部に向かって圧力が生じる。そのため、リブ本体６２１や第一ジャケット板６１１や第二ジャケット板６１２に対して応力が生じ、溶接されている溶接部分に対して負荷が生じる。ここで、仮に溶接強度が不十分な場合には、リブ本体６２１の溶接部分を引きはがすように力が集中してしまい、溶接部分にき裂が生じ、このき裂が進展することでリブ本体６２１の溶接部分が損傷する恐れがあった。

ところが、本実施形態では、第一溶接工程Ｓ１２においてリブ本体６２１の筒側端部６２１ａが軸方向Ｄａの両側から筒本体４に対して溶接され、第二溶接工程Ｓ１３においてジャケット側端部６２１ｂが軸方向Ｄａの両側を含む径方向Ｄｒ外側から第一ジャケット板６１１と第二ジャケット板６１２とに対して溶接されている。そのため、筒本体４の外周面４ｂに対して、リブ本体６２１を軸方向Ｄａの片側だけでなく両側から挟み込むように溶接し、筒側端部６２１ａに対してリブ本体６２１を強固に固定することができる。同様に、第一ジャケット板６１１や第二ジャケット板６１２に対してリブ本体６２１の軸方向Ｄａの両側が溶接されることで、ジャケット側端部６２１ｂに対してリブ本体６２１を強固に固定することができる。また、軸方向Ｄａの片側からではなく両側から溶接されることで、軸方向Ｄａの両側のどちらからもき裂が進展しづらくすることができる。そのため、第一溶接工程Ｓ１２及び第二溶接工程Ｓ１３によって、溶接部分にき裂をより生じにくくすることができる。これにより、高圧蒸気Ｐが流通する流体空間ＦＳ内で負荷を受けても接合された状態を安定して維持できるほど、筒本体４や第一ジャケット板６１１及び第二ジャケット板６１２に対してリブ本体６２１を強固に固定することができる。したがって、筒本体４や第一ジャケット板６１１及び第二ジャケット板６１２に対するリブ６２の接合強度を向上させることができる。

また、リブ本体６２１が筒本体４の外周面４ｂや第一ジャケット板６１１及び第二ジャケット板６１２の内周面６１１ｃ，６１２ａに対してそれぞれ垂直に形成されていることで、流体空間ＦＳに流れ込んだ高圧蒸気Ｐによってリブ本体６２１が押されて負荷が生じた場合に、リブ本体６２１に生じる曲げ応力をより低減することができる。これにより、筒本体４や第一ジャケット板６１１及び第二ジャケット板６１２に対してリブ本体６２１をより強固に固定することができる。

さらに、ジャケット板６１が第一ジャケット板６１１と第二ジャケット板６１２とに分かれていることで、リブ本体６２１に対してジャケット板６１を容易に溶接することができる。具体的には、リブ本体６２１のジャケット側端部６２１ｂの軸方向Ｄａの上流側と下流側とでジャケット板６１が別部品であるために、ジャケット側端部６２１ｂに対して第一ジャケット板６１１と第二ジャケット板６１２とを別々に位置を併せて配置することが容易にできる。したがって、ジャケット側端部６２１ｂにおいて、リブ本体６２１を第一ジャケット板６１１及び第二ジャケット板６１２に対して軸方向Ｄａの両側から容易に溶接することができる。

また、第一溶接工程Ｓ１２にて筒本体４の外周面４ｂに対してリブ本体６２１の筒側端部６２１ａを軸方向Ｄａの両側から溶接した後で、第二溶接工程Ｓ１３によって第一ジャケット板６１１及び第二ジャケット板６１２に対してリブ本体６２１を溶接できる。そのため、第一溶接工程Ｓ１２で筒側端部６２１ａの軸方向Ｄａの両側を溶接した後で、軸方向Ｄａの上流側及び下流側が確実に溶接されているかを容易に確認することができる。また、第一溶接工程Ｓ１２では、ジャケット板６１が配置されていない状態で、リブ本体６２１の筒側端部６２１ａを軸方向Ｄａの両側から溶接することができる。そのため、筒側端部６２１ａを軸方向Ｄａの上流側及び下流側を確認しながら容易に溶接することができる。

さらに、ジャケット板６１が第一ジャケット板６１１と第二ジャケット板６１２とに分かれていることで、大型の複数の部品に分けて作業を行うことができる。これにより、リブ本体６２１に対してジャケット板６１をより容易に溶接することができる。

《第二実施形態》
次に、図６及び図７を参照して第二実施形態の尾筒３について説明する。
第二実施形態においては第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。この第二実施形態の尾筒３は、リブ７２の構成について第一実施形態と相違する。

第二実施形態のリブ７２は、図６に示すように、第一実施形態と同様のリブ本体７２１と、リブ本体７２１を周方向Ｄｃに互いに接続させる複数のブリッジ部７２２とを有する。

ブリッジ部７２２は、周方向Ｄｃに隣接するリブ本体７２１の周方向Ｄｃに対向する端面を接続している。本実施形態にブリッジ部７２２は、ジャケット側端部７２１ｂ側において複数のリブ本体７２１の周方向Ｄｃを向く面を接続するよう形成されている。具体的には、本実施形態のブリッジ部７２２は、ジャケット側端部７２１ｂがリブ本体７２１と一体に形成され、平滑な同一平面となっている。本実施形態のブリッジ部７２２は、第一ジャケット板６１１及び第二ジャケット板６１２に溶接された状態で、筒側端部７２１ａ側が第一ジャケット板６１１及び第二ジャケット板６１２の内周面４ａから突出するように、軸線Ａｃと平行な断面形状が形成されている。したがって、本実施形態では、複数のブリッジ部７２２が、複数のリブ本体７２１と一体に形成され、周方向Ｄｃに延びる一つの部材としてリブ７２を構成している。

本実施形態では、リブ７２は、第一実施形態と同様に、筒本体４の内周面４ａに対してリブ本体７２１の筒側端部７２１ａが軸方向Ｄａの両側から溶接されている。また、リブ７２は、リブ本体７２１及びブリッジ部７２２のジャケット側端部７２１ｂが、図７に示すように、軸方向Ｄａの下流側から第一ジャケット板６１１と溶接され、軸方向Ｄａの上流側から第二ジャケット板６１２とを溶接されることで、ジャケット板６１に対して軸方向Ｄａの両側から溶接されている。

上記のような尾筒３によれば、リブ７２が複数のリブ本体７２１をブリッジ部７２２によって接続させる構造をなしていることで、リブ７２としての強度を向上させることができる。即ち、筒本体４や第一ジャケット板６１１や第二ジャケット板６１２に対して、別部材として複数のリブ本体７２１を溶接した状態に比べて、一つの部材としてリブ本体７２１を溶接した状態の方が流体空間ＦＳ内の高圧蒸気Ｐによる負荷に対する強度を向上させることができる。したがって、リブ７２に生じる曲げ応力をより一層低減することができ、筒本体４や第一ジャケット板６１１や第二ジャケット板６１２に対してリブ７２をより強固に固定することができる。

《第三実施形態》
次に、図８及び図９を参照して第三実施形態の尾筒３について説明する。
第三実施形態においては第一実施形態及び第二実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。この第三実施形態の尾筒３は、ジャケット板６１の構成について第一実施形態及び第二実施形態と相違する。

第三実施形態のジャケット板６１は、第一実施形態や第二実施形態と異なり、一つの部材である孔空きジャケット板８１を有する。
孔空きジャケット板８１は、内周面８１１ｄと筒本体４の外周面４ｂ及びフランジ部４１と間に高圧流体が流れ込む流体空間ＦＳを形成する。孔空きジャケット板８１は、径方向Ｄｒに貫通する貫通孔８１１ｃが形成されている。本実施形態の孔空きジャケット板８１は、第一実施形態における第一ジャケット板６１１と第二ジャケット板６１２とを接続した外径形状をなす部材である。具体的には、本実施形態の孔空きジャケット板８１は、図８に示すように、平板状をなして貫通孔８１１ｃが形成される孔空き平板部８１１ａと、湾曲形状をなして孔空き平板部８１１ａと一体に形成される湾曲部８１１ｂとを有する。

孔空き平板部８１１ａは、筒本体４の外周面４ｂに沿って延びており、軸線Ａｃと平行な断面形状が矩形状をなしている。本実施形態の孔空き平板部８１１ａは、第一実施形態における第一ジャケット板６１１の平板部６１１ａと第二ジャケット板６１２とが軸方向Ｄａに接続された形状をなしている。孔空き平板部８１１ａは、筒本体４側を向く内周面８１１ｄと筒本体４の外周面４ｂとの間隔が軸方向Ｄａに一定に形成されている。孔空き平板部８１１ａは、下流側の端部がフランジ部４１の上流側を向く面に対して径方向Ｄｒ外側から溶接されている。孔空き平板部８１１ａは、径方向Ｄｒに貫通する貫通孔８１１ｃが周方向Ｄｃに互いに離間して複数形成されている。

本実施形態の貫通孔８１１ｃは、径方向Ｄｒの断面形状が長円形断面をなして、孔空き平板部８１１ａを径方向Ｄｒに貫通している。本実施形態の貫通孔８１１ｃは、図９に示すように、孔空きジャケット板８１が筒本体４に固定された状態で、径方向Ｄｒ外側から見た位置が、リブ本体８２１が配置されている位置と重なる位置に複数形成されている。

湾曲部８１１ｂは、第一実施形態に湾曲部８１１ｂと同様の形状をなしており、孔空き平板部８１１ａから上流側に延びている。湾曲部８１１ｂは、上流側の端部が筒本体４の内周面４ａに対して、外側から溶接されている。

また、第三実施形態では、リブ本体８２１が第一実施形態よりも径方向Ｄｒに長く形成されている。第三実施形態のリブ本体８２１は、筒側端部８２１ａと同様に、ジャケット側端部８２１ｂが筒側端部８２１ａ側からジャケット側端部８２１ｂ側に向かって次第に縮径するよう鋭角に形成されている。具体的には、第三実施形態のリブ本体８２１は、孔空きジャケット板８１の貫通孔８１１ｃに挿入されて溶接された状態で、鋭角に形成されたャケット側端部の先端が孔空きジャケット板８１の外側の面よりも径方向Ｄｒ外側に突出されるような長さに形成されている。

次に、第三実施形態における尾筒の製造方法Ｓ１０について説明する。
第三実施形態においては、第二溶接工程Ｓ１３０が、第一実施形態の尾筒の製造方法Ｓ１０と相違する。
第三実施形態の第二溶接工程Ｓ１３０では、リブ本体８２１のジャケット側端部８２１ｂを、軸方向Ｄａの両側から溶接して孔空きジャケット板８１に接続する。具体的には、第三実施形態の第二溶接工程Ｓ１３０では、第一実施形態と同様に、第一溶接工程Ｓ１２で筒本体４の外周面４ｂにリブ本体８２１を溶接した後で、筒本体４に溶接されたリブ本体８２１の位置が貫通孔８１１ｃの位置が重なるように、貫通孔８１１ｃにリブ本体８２１のジャケット側端部８２１ｂを挿入するように孔空きジャケット板８１を配置する。さらに、第二溶接工程Ｓ１３０では、孔空きジャケット板８１をリブ本体８２１に対して垂直となるように配置する。

より具体的には、第二溶接工程Ｓ１３０では、径方向Ｄｒの外側から孔空きジャケット板８１を見た場合に、貫通孔８１１ｃに挿入されたリブ本体８２１が見える位置で、孔空き平板部８１１ａの内周面８１１ｄがリブ本体８２１に対して直交する姿勢となるように孔空きジャケット板８１を配置する。これにより、孔空きジャケット板８１は、ジャケット側端部８２１ｂが貫通孔８１１ｃから径方向Ｄｒ外側に突出した状態でリブ本体８２１に対して配置される。

その後、第二溶接工程Ｓ１３０では、ジャケット側端部８２１ｂに対して、径方向Ｄｒ外側から貫通孔８１１ｃを埋めるように溶接する。これにより、第二溶接工程Ｓ１３０では、ジャケット側端部８２１ｂを、軸方向Ｄａの両側から溶接した状態と同様の状態で溶接し、孔空きジャケット板８１にリブ本体８２１を接続する。

その後、第一実施形態と同様に、第三溶接工程Ｓ１４で、孔空きジャケット板８１を筒本体４の外周面４ｂやフランジ部４１の上流側を向く面に対して溶接する。

上記のような尾筒の製造方法Ｓ１０によれば、第二溶接工程Ｓ１３０でリブ本体８２１の位置に対応して貫通孔８１１ｃが形成された孔空きジャケット板８１を用いることで、ジャケット板６１を一つの部材としても、貫通孔８１１ｃからジャケット側端部８２１ｂを容易に溶接することができる。そのため、リブ本体８２１を軸方向Ｄａの両側から溶接しながら、少ない部品点数で冷却ジャケット部６を形成できる。これにより、作業工数や作業コストを低減することができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。

なお、上記実施形態では、燃焼器１の筒である尾筒３を例に挙げて説明したが、本願発明の範囲はこれに限定されるものではない、内部に高圧流体が流れ込む圧縮容器に対して用いられてもよい。具体的には、筒本体４の代わりにリブ６２が取り付けられる部材として第一壁板を有し、ジャケット板６１の代わりに第一壁板と間隔を開けて対向し、第一壁板との間に高圧流体が流れ込む流体空間ＦＳを形成する第二壁板とを有する圧力容器であってもよい。

このような構成においては、リブ８２は、第一壁板と第二壁板との離間する離間方向（本実施形態における径方向Ｄｒに相当）における第一壁板側の第一端部（本実施形態における筒側端部８２１ａに相当）が、リブ８２を基準として離間方向に対して垂直な方向（本実施形態の軸方向Ｄａに相当）の一方側及び反対である他方側から溶接されて第一壁板に接続される。さらに、リブ８２は、第一端部と反対側の端部である第二壁板側の第二端部（本実施形態におけるジャケット側端部８２１ｂに相当）が、第一端部と同様に、リブ８２を基準として一方側及び反対である他方側から溶接されて第二壁板に接続される。

上記のような圧力容器によれば、リブ８２の第一端部が離間方向に対して垂直な方向の両側から第一壁板に対して溶接され、第二端部が離間方向に対して垂直な方向の両側から第二壁板に対して溶接されている。そのため、第一壁板の面に対して、リブ８２を離間方向に対して垂直な方向の片側だけでなく両側から挟み込むように溶接し、第一端部における溶接強度を向上させることができる。同様に、第二壁板に対してリブ８２の離間方向に対して垂直な方向の両側が溶接されることで、第二端部に置ける溶接強度を向上させることができる。また、第一端部と第二端部とが軸方向Ｄａの片側からではなく両側から溶接されることで、軸方向Ｄａの両側のどちらからもき裂が進展しづらくすることができる。そのため、溶接部分にき裂をより生じにくくすることができる。これにより、高圧流体が流通する流体空間ＦＳ内で負荷を受けても接合された状態を安定して維持できるほど、第一壁板や第二壁板に対してリブ８２を強固に固定することができる。

また、本実施形態では燃焼器１の筒として、尾筒３を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。例えば、燃焼器１の筒として、燃焼器１の下流側に配置され、内部で火炎が形成される燃焼筒であってもよく、内筒と尾筒とが一体となった筒であってもよい。

上記した燃焼器１の筒によれば、リブの端部を軸方向の両側から溶接することで、リブの接合強度を向上させることができる。

１００ ガスタービン
Ａｒ ロータ軸
１０１ 圧縮機
１０２ タービン
１０３ ケーシング
１０４ タービンロータ
１０５ 第一段静翼
Ｇ 燃焼ガス
１ 燃焼器
２ 燃料供給部
２０ 内筒
２１ パイロットノズル
２２ メインノズル
Ｘ 燃料
Ａ 圧縮空気
３ 尾筒
４ 筒本体
４ａ （筒本体の）内周面
４ｂ （筒本体の）外周面
４ｃ 冷却流路
４ｄ 溝部
Ａｃ 軸線
Ｄａ 軸方向
Ｄｃ 周方向
Ｄｒ 径方向
４１ フランジ部
５ 蒸気流入ジャケット部
Ｐ 高圧蒸気
６ 冷却ジャケット部
６１ ジャケット板
６１ａ （ジャケット板の）内周面
ＦＳ 流体空間 ６１１…第一ジャケット板
６１１ａ 平板部
６１１ｂ、８１１ｂ 湾曲部
６１１ｃ （平板部の）内周面
６１２ 第二ジャケット板
６１２ａ （第二ジャケット板の）内周面
６２、７２、８２ リブ
６２１、７２１、８２１ リブ本体
６２１ａ、７２１ａ、８２１ａ 筒側端部
６２１ｂ、７２１ｂ、８２１ｂ ジャケット側端部
Ｓ１０ 尾筒の製造方法
Ｓ１１ 準備工程
Ｓ１２ 第一溶接工程
Ｓ１３、Ｓ１３０ 第二溶接工程
Ｓ１４ 第三溶接工程
７２２ ブリッジ部
８１ 孔空きジャケット板
８１１ａ 孔空き平板部
８１１ｂ 湾曲部
８１１ｃ 貫通孔
８１１ｄ （孔空きジャケット板の）内周面

Claims (9)

1. 内部に燃焼ガスが流れる筒本体と、
   前記筒本体を外側から覆い、内周面と前記筒本体の外周面と間に高圧流体が流れ込む流体空間を形成するジャケット板と、
   前記筒本体及び前記ジャケット板を接続するリブと、を備え、
   前記リブは、前記筒本体の軸線を基準とする径方向の前記筒本体側の筒側端部が、前記軸線の軸方向の両側から溶接されて前記筒本体に接続され、
   前記径方向の前記ジャケット板側のジャケット側端部が、前記軸方向の両側から溶接されて前記ジャケット板に接続されている燃焼器の筒。
2. 前記筒本体と前記ジャケット板とは、前記筒本体の外周面と前記ジャケット板の内周面との間隔が前記軸方向で一定であり、
   前記リブは、前記筒本体の外周面及び前記ジャケット板の内周面に対してそれぞれ垂直に形成されている請求項１に記載の燃焼器の筒。
3. 前記リブは、前記軸線に対する周方向に互いに間隔を開けて複数配置され、前記筒本体及び前記ジャケット板に接続されるリブ本体と、
   前記リブ本体を前記周方向に互いに接続させる複数のブリッジ部とを有する請求項１または請求項２に記載の燃焼器の筒。
4. 前記ジャケット板は、前記ジャケット側端部に対して前記軸方向の一方側に配置される第一ジャケット板と、前記ジャケット側端部の前記軸方向の他方側に配置される第二ジャケット板とを有し、
   前記第一ジャケット板と前記第二ジャケット板とは、前記ジャケット側端部において前記リブに接続されている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃焼器の筒。
5. 前記ジャケット板は、前記径方向に貫通する貫通孔が形成され、
   前記リブは、前記貫通孔に前記ジャケット側端部が挿入されて溶接されることで、前記ジャケット板に接続されている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃焼器の筒。
6. 内部に燃焼ガスが流れる筒本体と、前記筒本体を外側から覆い、内周面と前記筒本体の外周面と間に高圧流体が流れ込む流体空間を形成するジャケット板と、前記筒本体及び前記ジャケット板を接続するリブと、を準備する準備工程と、
   前記リブの前記筒本体の軸線を基準とする径方向の前記筒本体側の筒側端部を、前記軸線の軸方向の両側から溶接して前記筒本体に接続する第一溶接工程と、
   前記リブの前記径方向の前記ジャケット板側のジャケット側端部を、前記軸方向の両側から溶接して前記ジャケット板に接続する第二溶接工程と、を備える燃焼器の筒の製造方法。
7. 前記準備工程では、前記リブの前記ジャケット側端部に対して前記軸方向の一方側に配置される第一ジャケット板と、前記ジャケット側端部の前記軸方向の他方側に配置される第二ジャケット板とを準備し、
   前記第二溶接工程は、前記第一ジャケット板と前記第二ジャケット板とを、前記ジャケット側端部において前記リブに接続する請求項６に記載の燃焼器の筒の製造方法。
8. 前記準備工程では、前記径方向に貫通する貫通孔が形成された前記ジャケット板を準備し、
   前記第二溶接工程は、前記貫通孔に前記ジャケット側端部が挿入して溶接することで、前記リブを前記ジャケット板に接続する請求項６に記載の燃焼器の筒の製造方法。
9. 第一壁板と、
   前記第一壁板と間隔を開けて対向し、前記第一壁板との間に高圧流体が流れ込む流体空間を形成する第二壁板と、
   前記第一壁板と前記第二壁板とを接続するリブとを備え、
   前記リブは、前記第一壁板と前記第二壁板との離間する離間方向における前記第一壁板側の第一端部が、前記リブを基準として前記離間方向に対して垂直な方向の一方側及び反対である他方側から溶接されて前記第一壁板に接続され、
   前記第二壁板側の第二端部が、前記リブを基準として一方側及び反対である他方側から溶接されて前記第二壁板に接続されている圧力容器。
   
   
   

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