燃焼器ライナ
【課題】整備性及び熱耐久性が高い燃焼器ライナの提供。
【解決手段】燃焼領域１３を囲うと共に複数のエフュージョン冷却孔が形成された内壁部３０と、内壁部３０に対し間をあけて設けられると共に複数のインピンジ冷却孔が形成された外壁部２０とを備える二重壁冷却構造の燃焼器のライナ１２であって、内壁部３０は、分割された複数の板状部材４０から形成されており、複数の板状部材４０のそれぞれを挿抜自在にガイドすると共に、複数の板状部材４０のそれぞれを熱膨張による変形を吸収可能な間隔をあけて支持する支持案内手段５０を有するという構成を採用する。
【解決手段】燃焼領域１３を囲うと共に複数のエフュージョン冷却孔が形成された内壁部３０と、内壁部３０に対し間をあけて設けられると共に複数のインピンジ冷却孔が形成された外壁部２０とを備える二重壁冷却構造の燃焼器のライナ１２であって、内壁部３０は、分割された複数の板状部材４０から形成されており、複数の板状部材４０のそれぞれを挿抜自在にガイドすると共に、複数の板状部材４０のそれぞれを熱膨張による変形を吸収可能な間隔をあけて支持する支持案内手段５０を有するという構成を採用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼器ライナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン等の燃焼器は、高温の燃焼ガスに曝されるため、燃焼領域を囲うライナを冷却する必要がある。燃焼器ライナを冷却する手段として、インピンジメント冷却（impingement cooling）方式がある。本方式は、ライナ壁を内壁部と外壁部の二重壁構造とし、外壁部に複数のインピンジ冷却孔を形成することによって、燃焼器の内外の差圧を利用して、インピンジ冷却孔から冷却ガスを内壁部に向けて噴射・衝突させることで、燃焼ガスに曝される側に配置される内壁部を冷却する方式である。
【０００３】
また、燃焼器ライナを冷却する手段として、エフュージョン冷却（effusion cooling）方式がある。本方式は、内壁部に複数のエフュージョン冷却孔を形成することによって、二重壁間を流通する冷却ガスによる対流冷却に加えて、その冷却ガスをエフュージョン冷却孔から燃焼領域側に流出させ、高温の燃焼ガスに曝される内壁部の表面にガスフィルムを形成して冷却する方式である。
【０００４】
下記特許文献１には、インピンジメント冷却方式とエフュージョン冷却方式とを併せ持つ二重壁冷却構造の燃焼器ライナが開示されている。この燃焼器ライナは、燃焼領域側にハチの巣状（ハニカム状）に冷却ガスを流出せしめることを特徴としており、内壁部を正六角形の複数の内壁用部材で構成し、各内壁用部材を、所定形状の接合部材を介して外壁用部材と接合することによって支持している。この接合部材の内壁用部材及び外壁用部材への接合は、拡散溶接によりなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２５４３１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、接合部材を介して内壁用部材及び外壁用部材を拡散溶接等によって一体的に接合した場合、整備性が悪くなるという問題がある。すなわち、熱膨張等によって内壁用部材にクラック（亀裂）が入った場合に、ライナ部品一式を全て交換する必要がある。
【０００７】
また、接合部材を介して内壁用部材及び外壁用部材を拡散溶接等によって一体的に接合した場合、熱耐久性が悪くなるという問題がある。すなわち、二重壁冷却構造を採用する場合、高温の燃焼ガスに曝される内壁部と、低温の冷却ガスが流通している外壁部とでは、熱膨張差が大きい。そうすると、内壁用部材の自由な熱膨張が当該接合によって阻害され、過大な熱応力が発生し、クラックが入り易くなる。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、整備性及び熱耐久性が高い燃焼器ライナの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明は、燃焼領域を囲うと共に複数のエフュージョン冷却孔が形成された内壁部と、上記内壁部に対し間をあけて設けられると共に複数のインピンジ冷却孔が形成された外壁部とを備える二重壁冷却構造の燃焼器ライナであって、上記内壁部は、分割された複数の板状部材から形成されており、上記複数の板状部材のそれぞれを挿抜自在にガイドすると共に、上記複数の板状部材のそれぞれを熱膨張による変形を吸収可能な間隔をあけて支持する支持案内手段を有するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、内壁部を形成する複数の板状部材のそれぞれが支持案内手段によって挿抜自在にガイドされるので、整備すべき板状部材を選択的に取り外すことが容易に可能となる。また、支持案内手段は、複数の板状部材のそれぞれを熱膨張による変形を吸収可能な間隔をあけて支持するので、板状部材のそれぞれが自由に熱膨張でき、過大な熱応力の発生を抑制することができる。
【００１０】
また、本発明においては、上記支持案内手段は、上記板状部材の両側をガイドするレール部材を有するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、レール部材によって板状部材の両側がガイドされ、レールが延在する方向に板状部材が挿抜自在となる。
【００１１】
また、本発明においては、上記支持案内手段に支持された上記板状部材を上記外壁部に対して位置決めする位置決め手段を有するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、外壁部に対して板状部材を位置決めすることによって、二重壁間のクリアランスが一定に規定されるため、冷却効率を考慮した板状部材の形状等の設計が容易になる。
【００１２】
また、本発明においては、上記位置決め手段は、上記板状部材と上記外壁部との間の距離を保持すると共に上記外壁部に対して上記板状部材の熱膨張方向に可動自在な可動部材とを有するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、外壁部に対する板状部材の距離を保持しつつ、板状部材が熱膨張しても、その熱膨張に応じて可動部材が外壁部に対して可動するので、当該位置決めによって板状部材の熱膨張が阻害されることはない。
【００１３】
また、本発明においては、上記位置決め手段は、上記可動部材と、上記板状部材と上記外壁部との間の距離を保持すると共に上記外壁部に対して固定される固定部材と、を有するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、固定部材及び可動部材で外壁部に対する板状部材の距離を保持しつつ、固定部材を中心として板状部材が熱膨張しても、その熱膨張に応じて可動部材が外壁部に対して可動するので、当該位置決めによって板状部材の熱膨張が阻害されることはない。
【００１４】
また、本発明においては、上記固定部材は、上記板状部材の中央位置に配置され、上記可動部材は、上記板状部材の中央位置の周りに１または複数配置されているという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、板状部材の中央位置に固定部材を配置すれば、熱膨張によって発生する板状部材の縁部の変位量は略均一になるため、クリアランスや板状部材の形状等の設計が容易になる。
【００１５】
また、本発明においては、上記燃焼領域に燃料を供給する燃料供給ノズルが周方向に間隔をあけて複数配置されるアニュラー形状を呈しており、上記支持案内手段に支持された上記複数の板状部材は、上記周方向に配置された上記複数の燃料供給ノズルと対応して配置されているという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、アニュラー（環）型のライナの周方向おいては、燃料供給ノズルが配置された位置に応じて燃焼が生じ、また、温度分布が生じることから、燃料供給ノズルの配置に応じて板状部材を配置することによって、分割された各板状部材の熱膨張を偏らせることなく略均一にすることができる。
【００１６】
また、本発明においては、上記板状部材には、上記外壁部に向かって突出する複数の放熱ピンが設けられているという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、高温に曝される板状部材の熱を、伝熱により二重壁間に導くと共に、二重壁間における熱放出面積を増加させて、二重壁間を流通する冷却ガスによる冷却効率を高めることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、整備性及び熱耐久性が高い燃焼器ライナが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態における燃焼器ライナを有するガスタービンの構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態における燃焼器の構成図である。
【図３】本発明の第１実施形態における内壁部を形成する板状部材の斜視図である。
【図４】図１の矢視Ａ−Ａにおけるライナの断面構成図である。
【図５】本発明の第１実施形態における支持案内手段の要部拡大図である。
【図６】本発明の第２実施形態における燃焼器の構成図である。
【図７】本発明の第２実施形態における位置決め手段の構成図である。
【図８】本発明の第２実施形態における固定部材と可動部材との配置を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態における燃焼器ライナを有するガスタービン１の構成図である。
図１に示すように、ガスタービン１は、圧縮機２と、燃焼器３と、タービン４とを有する。圧縮機２は、吸気口５から外気を吸気し、吸気した外気を、タービン軸６と共に回転する圧縮機動翼７と、ハウジング８に固定された圧縮機静翼９と、の間で圧縮して昇圧させる構成となっている。昇圧した圧縮空気は、燃焼器３が配置された圧縮空気室１０に供給される。
【００２１】
燃焼器３は、燃料供給ノズル１１を介して供給される燃料ガスと、圧縮機２から供給される圧縮空気とを混合し、その混合ガスを、ライナ１２によって形成される燃焼領域１３内において燃焼させ、その燃焼ガスをタービン４に供給する構成となっている。
タービン４は、タービン軸６と共に回転するタービン動翼１４と、ハウジング８に固定されたタービン静翼１５とによって、燃焼器３から供給される燃焼ガスから回転運動エネルギーを得る構成となっている。タービン翼を通過した燃焼ガスは、排気口１６を介して外部に排気される。
【００２２】
燃焼器３は、圧縮空気室１０内に設置されている。圧縮空気室１０は、ハウジング８により外郭が構成され、タービン軸６周りに環状空間を形成する。燃焼器３は、圧縮空気室１０の環状空間に沿って設けられたライナ（燃焼器ライナ）１２を有する。本実施形態のライナ１２は、タービン軸６周りに沿って環形状（アニュラー形状）を呈する、いわゆるアニュラー型ライナを採用している。なお、ライナ１２としては、円筒状を呈する、いわゆるカン（缶）型ライナを採用しても良い。
【００２３】
図２は、本発明の第１実施形態における燃焼器３の構成図である。
ライナ１２の圧縮機２から圧縮空気が供給される側（紙面左側）には、燃料供給ノズル１１が接続されている。燃料供給ノズル１１は、環状となったライナ１２に対し、所定間隔毎に複数接続されている。各燃料供給ノズル１１の周りには、スワラ１８が設けられている。スワラ１８は、圧縮機２から供給された圧縮空気を、燃料供給ノズル１１近傍から燃焼領域１３に導き入れると共に旋回流を与えて、圧縮空気と燃料ガスとが混合した混合ガスを生成する構成となっている。
【００２４】
ライナ１２は、外壁部２０と内壁部３０とを備える二重壁冷却構造を有する。内壁部３０は、燃焼領域１３に面し、燃焼領域１３を囲う構成となっている。外壁部２０は、内壁部３０に対し間をあけて設けられている。すなわち、内壁部３０と外壁部２０との間には、符号Ｓで示す領域（以下、間隙Ｓと称する）が形成されている。
外壁部２０には、複数のインピンジ冷却孔２１が形成されている。インピンジ冷却孔２１は、圧縮空気室１０から圧縮空気（冷却ガス）を間隙Ｓに導き入れて、内壁部３０に向けて噴射・衝突させることで、燃焼領域１３側に配置されている内壁部３０を冷却する構成となっている。
【００２５】
図３は、本発明の第１実施形態における内壁部３０を形成する板状部材４０の斜視図である。
内壁部３０は、分割された複数の板状部材４０から形成されている。すなわち、本実施形態では、複数の板状部材４０が集まって、一つの内壁部３０が形成されている。板状部材４０は、平面視で略長方形状を呈している。板状部材４０には、複数のエフュージョン冷却孔３１と、複数のピン（放熱ピン）３２とが設けられている。
【００２６】
エフュージョン冷却孔３１は、傾斜して形成されており、図２に示すように、間隙Ｓと燃焼領域１３を連通させる構成となっている。インピンジ冷却孔２１から間隙Ｓに導入された圧縮空気は、間隙Ｓと燃焼領域１３との圧力差によって、エフュージョン冷却孔３１を流通し、内壁部３０の熱を奪って燃焼領域１３側に流出する。そして、燃焼領域１３側に流出した圧縮空気は、内壁部３０の内面（外壁部２０と対向する側と逆側の面）３０ａに沿って流れて空気膜を形成し、燃焼領域１３から内壁部３０に伝わる入熱を低減させるよう機能する。
【００２７】
ピン３２は、間隙Ｓにおいて、外壁部２０に向かって突出して設けられている。このピン３２は、板状部材４０に一体で形成、あるいは溶接、または別部品として嵌合させる等により形成されている。ピン３２は、高温に曝される内面３０ａ側からの熱を、伝熱により間隙Ｓ内に導くと共に、間隙Ｓにおける板状部材４０の熱放出面積を増加させて、間隙Ｓを流通する圧縮空気による冷却効率を高めるよう機能する。
【００２８】
図４は、図１に示す矢視Ａ−Ａにおけるライナ１２の断面構成図である。図５は、本発明の第１実施形態における支持案内手段５０の要部拡大図である。なお、図４では、ライナ１２の内殻側は不図示とし、ライナ１２の外殻側のみの断面概略図を示している。また、図４及び図５では、視認性の向上のため、エフュージョン冷却孔３１やピン３２等を不図示としている。
図４及び図５に示すように、外壁部２０には、上記構成の板状部材４０を支持案内する支持案内手段５０が設けられている。支持案内手段５０は、複数の板状部材４０のそれぞれを挿抜自在にガイドすると共に、複数の板状部材４０のそれぞれを熱膨張による変形を吸収可能な間隔をあけて支持する構成となっている。
【００２９】
支持案内手段５０は、板状部材４０の両側をガイドするレール部材５１を有する。本実施形態のレール部材５１は、ライナ長さ方向（図４及び図５において紙面垂直方向）に延在して設けられている。また、本実施形態のレール部材５１は、ライナ周方向において間隔をあけて複数設けられている。支持案内手段５０は、複数のレール部材５１によって形成される板状部材４０を収容可能なスロットをライナ周方向に複数備えている。そして、板状部材４０は、レール部材５１によって両側がガイドされ、レール部材５１が延在するライナ長さ方向に挿抜自在とされている。
【００３０】
レール部材５１は、図５に示すように、板状部材４０の側面側をガイドするガイド部５２と、板状部材４０の底面側を支持する支持部５３とを有する。ガイド部５２は、外壁部２０に溶接等により接合され、外壁部２０からその内側に向かって立設している。支持部５３は、ガイド部５２に一体で形成されており、ガイド部５２の立設方向と直交する方向に突出するフック形状を呈している。
【００３１】
隣り合うレール部材５１の対向し合う支持部５３同士の間の距離は、板状部材４０の幅よりも小さくなっている。板状部材４０と支持部５３とは、内壁部３０と外壁部２０との間の領域（間隙Ｓ）と、燃焼領域１３との圧力差によって接触している。この圧力差は、圧縮機２から圧縮空気室１０に供給される圧縮空気の圧力により生じるものである。この間隙Ｓと燃焼領域１３との圧力差によって、板状部材４０が支持部５３に押し付けられることにより、板状部材４０と支持部５３と間の気密性が確保される。
【００３２】
一方、隣り合うレール部材５１の対向し合うガイド部５２同士の間の距離は、板状部材４０の幅よりも大きくなっている。より詳しくは、隣り合うレール部材５１の対向し合うガイド部５２同士の間の距離は、燃焼器３の稼動時における板状部材４０の熱膨張に応じた距離に設定されている。この距離は、燃焼器３の稼動時に板状部材４０が曝される温度、板状部材４０の材質の線膨張係数、板状部材４０の形状等に基づいて導出される。なお、板状部材４０は、耐熱性の金属材から形成されており、より詳しくは、ニッケル系やコバルト系の金属材から形成されている。
【００３３】
図４に示すように、支持案内手段５０に支持された複数の板状部材４０は、ライナ周方向に配置された複数の燃料供給ノズル１１と対応して配置されている。燃料供給ノズル１１は、ライナ周方向において間隔をあけて複数（本実施形態では１２ノズル）配置されており、内壁部３０は、燃料供給ノズル１１と同数で分割された複数枚（本実施形態では１２枚）の板状部材４０から形成されている。本実施形態の各燃料供給ノズル１１と、各板状部材４０とは、それぞれ一対一で配置されている。
【００３４】
続いて、上記構成を有する燃焼器３のライナ１２に係る作用効果について説明する。
【００３５】
図２に示すように、外壁部２０外側を流動する圧縮空気は、燃焼器３の内外の差圧によりインピンジ冷却孔２１に導入される。インピンジ冷却孔２１に導入された圧縮空気は、内壁部３０に衝突し、燃焼領域１３側に配置されている内壁部３０を冷却する。
内壁部３０に衝突した圧縮空気は、立設するピン３２の間を流通する。ピン３２は、高温に曝される内面３０ａ側からの熱を伝熱により間隙Ｓ内に導くと共に、間隙Ｓにおける内壁部３０の熱放出面積を増加させて、間隙Ｓを流通する圧縮空気による冷却効率を高める。
【００３６】
ピン３２の間を流通した圧縮空気の一部は、間隙Ｓと燃焼領域１３との圧力差によって、エフュージョン冷却孔３１に導入される。エフュージョン冷却孔３１に導入された圧縮空気は、傾斜した長い経路を流通する過程で内壁部３０の熱を奪って燃焼領域１３側に流出する。そして、燃焼領域１３側に流出した圧縮空気は、内壁部３０の内面３０ａに沿って流れて空気膜を形成し、燃焼領域１３から内壁部３０に伝わる入熱を低減させるよう機能する。
このように、本実施形態の二重壁冷却構造によれば、インピンジ冷却、ピン３２による伝熱促進、傾斜エフュージョン冷却の３つの冷却機能を併せ持つため、高い冷却性能が得られる。
【００３７】
本実施形態の内壁部３０は、分割構造であるため整備性に優れる。内壁部３０を形成する複数の板状部材４０のそれぞれは、図４及び図５に示すように、外壁部２０に設けられた支持案内手段５０によって支持されている。支持案内手段５０は、板状部材４０の両側をガイドするレール部材５１を有しており、レール部材５１が延在する方向に板状部材４０が挿抜自在とされている。本実施形態のレール部材５１は、ライナ長さ方向に延在しており、保持器であるリテーナ１９（図２参照）を外せば、板状部材４０をライナ長さ方向に容易に抜き取ることができる。したがって、特定の板状部材４０にクラック等が入り損傷した場合には、その損傷した板状部材４０のみを選択的に取り外して交換や補修等を行うことができる。
【００３８】
また、支持案内手段５０は、図５に示すように、複数の板状部材４０のそれぞれを熱膨張による変形を吸収可能な間隔をあけて支持する。板状部材４０は、レール部材５１に対して接合されておらず、また、燃焼器３の稼動時の熱膨張を考慮した間隔をあけてガイド部５２が配置されているので、その熱膨張が阻害されず、過大な熱応力が発生することはない。なお、燃焼器３の稼動時には、間隙Ｓと燃焼領域１３との圧力差によって、板状部材４０が支持部５３に押し付けられるため、板状部材４０と支持部５３と間の気密性は確保される。したがって、板状部材４０と支持部５３と間のクリアランスにより、上述した冷却機能の効率が低下することもない。したがって、本実施形態の内壁部３０は、熱耐久性に優れる。
【００３９】
また、本実施形態では、図４に示すように、燃焼領域１３に燃料を供給する燃料供給ノズル１１がライナ周方向に間隔をあけて複数配置され、支持案内手段５０に支持された複数の板状部材４０は、ライナ周方向に配置された複数の燃料供給ノズル１１と対応して配置されている。アニュラー型のライナ１２においては、燃料供給ノズル１１が配置された位置に応じて燃焼が生じ、また、それに応じてライナ周方向に温度分布が生じる。このため、燃料供給ノズル１１の配置に応じて板状部材４０を配置することによって、分割された各板状部材４０の熱膨張を偏らせることなく略均一にすることができる。これにより、各板状部材４０が自由に熱膨張するための、隣り合うレール部材５１の対向し合うガイド部５２同士の間の距離の調整等が容易となり、結果、熱耐久性が向上する。
【００４０】
したがって、上述の本実施形態によれば、燃焼領域１３を囲うと共に複数のエフュージョン冷却孔３１が形成された内壁部３０と、内壁部３０に対し間をあけて設けられると共に複数のインピンジ冷却孔２１が形成された外壁部２０とを備える二重壁冷却構造の燃焼器３のライナ１２であって、内壁部３０は、分割された複数の板状部材４０から形成されており、複数の板状部材４０のそれぞれを挿抜自在にガイドすると共に、複数の板状部材４０のそれぞれを熱膨張による変形を吸収可能な間隔をあけて支持する支持案内手段５０を有するという構成を採用することによって、複数の板状部材４０のそれぞれが支持案内手段５０によって挿抜自在にガイドされるので、整備すべき板状部材４０を選択的に取り外すことができる。また、支持案内手段５０は、複数の板状部材４０のそれぞれを熱膨張による変形を吸収可能な間隔をあけて支持するので、板状部材４０のそれぞれが自由に熱膨張でき、過大な熱応力の発生を抑制することができる。
したがって、本実施形態では、整備性及び熱耐久性が高い燃焼器３のライナ１２が得られる。
【００４１】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
図６は、本発明の第２実施形態における燃焼器３の構成図である。
【００４２】
図６に示すように、第２実施形態では、支持案内手段５０のレール部材５１がライナ周方向に延在して配置されている点で、上述した第１実施形態と異なる。すなわち、第２実施形態では、板状部材４０が、ライナ周方向において挿抜自在にガイドされる構成となっている。
また、ライナ１２の構成が、燃料供給ノズル１１が接続されるライナ根元側と、その逆のライナ先端側とで異なっている。ライナ先端側には、位置決め手段６０が設けられている。
【００４３】
図７は、本発明の第２実施形態における位置決め手段６０の構成図である。
位置決め手段６０は、支持案内手段５０に支持された板状部材４０を外壁部２０に対して位置決めする構成となっている。上述した第１実施形態では、間隙Ｓと燃焼領域１３との圧力差によって、板状部材４０を支持部５３に押し付け、内壁部３０と外壁部２０との二壁間のクリアランスを維持していた。しかし、そのようにすると、所定の冷却効率を得るためには、二重壁間のクリアランスが最悪の場合を想定して、板状部材４０の大きさや形状等を設計する必要がある。
【００４４】
そこで、第２実施形態では、位置決め手段６０によって、外壁部２０に対して板状部材４０を位置決めし、二重壁間のクリアランスを一定に規定することとしている。これにより、二重壁間のクリアランスの管理が容易となり、併せて冷却効率を考慮した板状部材４０の形状等の設計が容易になる。
位置決め手段６０は、板状部材４０と外壁部２０との間の距離を保持すると共に外壁部２０に対して固定される固定部材６１と、板状部材４０と外壁部２０との間の距離を保持すると共に外壁部２０に対して板状部材４０の熱膨張方向に可動自在な可動部材６２とを有する。
【００４５】
固定部材６１及び可動部材６２はそれぞれ、板状部材４０に削り出しや溶接、または別部品として嵌合させる等によって設けられたネジ６３と、ネジ６３に螺合するナット６４とを有する。固定部材６１のネジ６３は、外壁部２０の内側と外側とに配置されたナット６４によって締結固定され、外壁部２０に対して相対移動不可な構成となっている。一方、可動部材６２のネジ６３は、ネジ６３よりも大きく形成された外壁部２０の孔部２２を挿通し、外側に配置されたナット６４に螺合して、外壁部２０に対して少なくとも板状部材４０と平行な面方向に相対移動可能な構成となっている。
【００４６】
図８は、本発明の第２実施形態における固定部材６１と可動部材６２との配置を示す平面図である。
図８に示すように、固定部材６１は、板状部材４０の中央位置に配置され、可動部材６２は、板状部材４０の中央位置の周りに４つ、略等間隔で配置されている。板状部材４０の中央位置に固定部材６１を配置すると、固定部材６１を中心として板状部材４０の熱膨張が発生することとなる。
【００４７】
上記構成によれば、固定部材６１及び可動部材６２によって、外壁部２０に対する板状部材４０の距離を保持することができる。また、固定部材６１を中心として板状部材４０が熱膨張しても、その熱膨張に応じて可動部材６２が外壁部２０に対して可動するので、当該位置決めによって板状部材４０の熱膨張が阻害されることはない。
また、板状部材４０の中央位置に固定部材６１を配置すれば、当該固定点からの熱膨張によって発生する板状部材４０の縁部の変位量は略均一になるため、板状部材４０の形状や孔部２２の形状若しくはそれらの大きさ、クリアランス等の設計が容易になる。
【００４８】
なお、上記構成の位置決め手段６０を設けると、クリアランスの管理が容易になるものの拘束点が生じるので、上述した第１実施形態の構成の方が熱耐久性に関しては比較的有利である。そこで、図６に示すように、第２実施形態では、燃焼ガスにより高温（例えば２０００℃）の雰囲気に曝されるライナ根元側においては第１実施形態と同様の構成を採用し、ライナ根元側よりも温度の低いライナ先端側においては位置決め手段６０を採用している。これにより、温度分布に応じた効果的なライナ構造とすることが可能となる。
【００４９】
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００５０】
例えば、上記実施形態では、位置決め手段６０は、固定部材６１と可動部材６２とによって構成したが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、可動部材６２のみで位置決め手段６０を構成してもよい。また、上記実施形態の可動部材６２の個数や配置は一例であって、一つであってもよいし、また配置も等間隔でなくともよい。
【００５１】
また、例えば、上記実施形態では、固定部材６１及び可動部材６２はそれぞれ、ネジ６３とナット６４等とを組み合わせて構成されると説明したが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、ピンとフランジとを組み合わせた構成としても良い。
【００５２】
また、例えば、上記実施形態では、ガスタービンの燃焼器に本発明を適用したが、他の燃焼器、例えばジェットエンジンのアフターバーナー等にも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１２…ライナ（燃焼器ライナ）、１１…燃料供給ノズル、１３…燃焼領域、２０…外壁部、２１…インピンジ冷却孔、３０…内壁部、３１…エフュージョン冷却孔、３２…ピン（放熱ピン）、４０…板状部材、５０…支持案内手段、５１…レール部材、６０…位置決め手段、６１…固定部材、６２…可動部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼器ライナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン等の燃焼器は、高温の燃焼ガスに曝されるため、燃焼領域を囲うライナを冷却する必要がある。燃焼器ライナを冷却する手段として、インピンジメント冷却（impingement cooling）方式がある。本方式は、ライナ壁を内壁部と外壁部の二重壁構造とし、外壁部に複数のインピンジ冷却孔を形成することによって、燃焼器の内外の差圧を利用して、インピンジ冷却孔から冷却ガスを内壁部に向けて噴射・衝突させることで、燃焼ガスに曝される側に配置される内壁部を冷却する方式である。
【０００３】
また、燃焼器ライナを冷却する手段として、エフュージョン冷却（effusion cooling）方式がある。本方式は、内壁部に複数のエフュージョン冷却孔を形成することによって、二重壁間を流通する冷却ガスによる対流冷却に加えて、その冷却ガスをエフュージョン冷却孔から燃焼領域側に流出させ、高温の燃焼ガスに曝される内壁部の表面にガスフィルムを形成して冷却する方式である。
【０００４】
下記特許文献１には、インピンジメント冷却方式とエフュージョン冷却方式とを併せ持つ二重壁冷却構造の燃焼器ライナが開示されている。この燃焼器ライナは、燃焼領域側にハチの巣状（ハニカム状）に冷却ガスを流出せしめることを特徴としており、内壁部を正六角形の複数の内壁用部材で構成し、各内壁用部材を、所定形状の接合部材を介して外壁用部材と接合することによって支持している。この接合部材の内壁用部材及び外壁用部材への接合は、拡散溶接によりなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２５４３１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、接合部材を介して内壁用部材及び外壁用部材を拡散溶接等によって一体的に接合した場合、整備性が悪くなるという問題がある。すなわち、熱膨張等によって内壁用部材にクラック（亀裂）が入った場合に、ライナ部品一式を全て交換する必要がある。
【０００７】
また、接合部材を介して内壁用部材及び外壁用部材を拡散溶接等によって一体的に接合した場合、熱耐久性が悪くなるという問題がある。すなわち、二重壁冷却構造を採用する場合、高温の燃焼ガスに曝される内壁部と、低温の冷却ガスが流通している外壁部とでは、熱膨張差が大きい。そうすると、内壁用部材の自由な熱膨張が当該接合によって阻害され、過大な熱応力が発生し、クラックが入り易くなる。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、整備性及び熱耐久性が高い燃焼器ライナの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明は、燃焼領域を囲うと共に複数のエフュージョン冷却孔が形成された内壁部と、上記内壁部に対し間をあけて設けられると共に複数のインピンジ冷却孔が形成された外壁部とを備える二重壁冷却構造の燃焼器ライナであって、上記内壁部は、分割された複数の板状部材から形成されており、上記複数の板状部材のそれぞれを挿抜自在にガイドすると共に、上記複数の板状部材のそれぞれを熱膨張による変形を吸収可能な間隔をあけて支持する支持案内手段を有するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、内壁部を形成する複数の板状部材のそれぞれが支持案内手段によって挿抜自在にガイドされるので、整備すべき板状部材を選択的に取り外すことが容易に可能となる。また、支持案内手段は、複数の板状部材のそれぞれを熱膨張による変形を吸収可能な間隔をあけて支持するので、板状部材のそれぞれが自由に熱膨張でき、過大な熱応力の発生を抑制することができる。
【００１０】
また、本発明においては、上記支持案内手段は、上記板状部材の両側をガイドするレール部材を有するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、レール部材によって板状部材の両側がガイドされ、レールが延在する方向に板状部材が挿抜自在となる。
【００１１】
また、本発明においては、上記支持案内手段に支持された上記板状部材を上記外壁部に対して位置決めする位置決め手段を有するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、外壁部に対して板状部材を位置決めすることによって、二重壁間のクリアランスが一定に規定されるため、冷却効率を考慮した板状部材の形状等の設計が容易になる。
【００１２】
また、本発明においては、上記位置決め手段は、上記板状部材と上記外壁部との間の距離を保持すると共に上記外壁部に対して上記板状部材の熱膨張方向に可動自在な可動部材とを有するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、外壁部に対する板状部材の距離を保持しつつ、板状部材が熱膨張しても、その熱膨張に応じて可動部材が外壁部に対して可動するので、当該位置決めによって板状部材の熱膨張が阻害されることはない。
【００１３】
また、本発明においては、上記位置決め手段は、上記可動部材と、上記板状部材と上記外壁部との間の距離を保持すると共に上記外壁部に対して固定される固定部材と、を有するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、固定部材及び可動部材で外壁部に対する板状部材の距離を保持しつつ、固定部材を中心として板状部材が熱膨張しても、その熱膨張に応じて可動部材が外壁部に対して可動するので、当該位置決めによって板状部材の熱膨張が阻害されることはない。
【００１４】
また、本発明においては、上記固定部材は、上記板状部材の中央位置に配置され、上記可動部材は、上記板状部材の中央位置の周りに１または複数配置されているという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、板状部材の中央位置に固定部材を配置すれば、熱膨張によって発生する板状部材の縁部の変位量は略均一になるため、クリアランスや板状部材の形状等の設計が容易になる。
【００１５】
また、本発明においては、上記燃焼領域に燃料を供給する燃料供給ノズルが周方向に間隔をあけて複数配置されるアニュラー形状を呈しており、上記支持案内手段に支持された上記複数の板状部材は、上記周方向に配置された上記複数の燃料供給ノズルと対応して配置されているという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、アニュラー（環）型のライナの周方向おいては、燃料供給ノズルが配置された位置に応じて燃焼が生じ、また、温度分布が生じることから、燃料供給ノズルの配置に応じて板状部材を配置することによって、分割された各板状部材の熱膨張を偏らせることなく略均一にすることができる。
【００１６】
また、本発明においては、上記板状部材には、上記外壁部に向かって突出する複数の放熱ピンが設けられているという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、高温に曝される板状部材の熱を、伝熱により二重壁間に導くと共に、二重壁間における熱放出面積を増加させて、二重壁間を流通する冷却ガスによる冷却効率を高めることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、整備性及び熱耐久性が高い燃焼器ライナが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態における燃焼器ライナを有するガスタービンの構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態における燃焼器の構成図である。
【図３】本発明の第１実施形態における内壁部を形成する板状部材の斜視図である。
【図４】図１の矢視Ａ−Ａにおけるライナの断面構成図である。
【図５】本発明の第１実施形態における支持案内手段の要部拡大図である。
【図６】本発明の第２実施形態における燃焼器の構成図である。
【図７】本発明の第２実施形態における位置決め手段の構成図である。
【図８】本発明の第２実施形態における固定部材と可動部材との配置を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態における燃焼器ライナを有するガスタービン１の構成図である。
図１に示すように、ガスタービン１は、圧縮機２と、燃焼器３と、タービン４とを有する。圧縮機２は、吸気口５から外気を吸気し、吸気した外気を、タービン軸６と共に回転する圧縮機動翼７と、ハウジング８に固定された圧縮機静翼９と、の間で圧縮して昇圧させる構成となっている。昇圧した圧縮空気は、燃焼器３が配置された圧縮空気室１０に供給される。
【００２１】
燃焼器３は、燃料供給ノズル１１を介して供給される燃料ガスと、圧縮機２から供給される圧縮空気とを混合し、その混合ガスを、ライナ１２によって形成される燃焼領域１３内において燃焼させ、その燃焼ガスをタービン４に供給する構成となっている。
タービン４は、タービン軸６と共に回転するタービン動翼１４と、ハウジング８に固定されたタービン静翼１５とによって、燃焼器３から供給される燃焼ガスから回転運動エネルギーを得る構成となっている。タービン翼を通過した燃焼ガスは、排気口１６を介して外部に排気される。
【００２２】
燃焼器３は、圧縮空気室１０内に設置されている。圧縮空気室１０は、ハウジング８により外郭が構成され、タービン軸６周りに環状空間を形成する。燃焼器３は、圧縮空気室１０の環状空間に沿って設けられたライナ（燃焼器ライナ）１２を有する。本実施形態のライナ１２は、タービン軸６周りに沿って環形状（アニュラー形状）を呈する、いわゆるアニュラー型ライナを採用している。なお、ライナ１２としては、円筒状を呈する、いわゆるカン（缶）型ライナを採用しても良い。
【００２３】
図２は、本発明の第１実施形態における燃焼器３の構成図である。
ライナ１２の圧縮機２から圧縮空気が供給される側（紙面左側）には、燃料供給ノズル１１が接続されている。燃料供給ノズル１１は、環状となったライナ１２に対し、所定間隔毎に複数接続されている。各燃料供給ノズル１１の周りには、スワラ１８が設けられている。スワラ１８は、圧縮機２から供給された圧縮空気を、燃料供給ノズル１１近傍から燃焼領域１３に導き入れると共に旋回流を与えて、圧縮空気と燃料ガスとが混合した混合ガスを生成する構成となっている。
【００２４】
ライナ１２は、外壁部２０と内壁部３０とを備える二重壁冷却構造を有する。内壁部３０は、燃焼領域１３に面し、燃焼領域１３を囲う構成となっている。外壁部２０は、内壁部３０に対し間をあけて設けられている。すなわち、内壁部３０と外壁部２０との間には、符号Ｓで示す領域（以下、間隙Ｓと称する）が形成されている。
外壁部２０には、複数のインピンジ冷却孔２１が形成されている。インピンジ冷却孔２１は、圧縮空気室１０から圧縮空気（冷却ガス）を間隙Ｓに導き入れて、内壁部３０に向けて噴射・衝突させることで、燃焼領域１３側に配置されている内壁部３０を冷却する構成となっている。
【００２５】
図３は、本発明の第１実施形態における内壁部３０を形成する板状部材４０の斜視図である。
内壁部３０は、分割された複数の板状部材４０から形成されている。すなわち、本実施形態では、複数の板状部材４０が集まって、一つの内壁部３０が形成されている。板状部材４０は、平面視で略長方形状を呈している。板状部材４０には、複数のエフュージョン冷却孔３１と、複数のピン（放熱ピン）３２とが設けられている。
【００２６】
エフュージョン冷却孔３１は、傾斜して形成されており、図２に示すように、間隙Ｓと燃焼領域１３を連通させる構成となっている。インピンジ冷却孔２１から間隙Ｓに導入された圧縮空気は、間隙Ｓと燃焼領域１３との圧力差によって、エフュージョン冷却孔３１を流通し、内壁部３０の熱を奪って燃焼領域１３側に流出する。そして、燃焼領域１３側に流出した圧縮空気は、内壁部３０の内面（外壁部２０と対向する側と逆側の面）３０ａに沿って流れて空気膜を形成し、燃焼領域１３から内壁部３０に伝わる入熱を低減させるよう機能する。
【００２７】
ピン３２は、間隙Ｓにおいて、外壁部２０に向かって突出して設けられている。このピン３２は、板状部材４０に一体で形成、あるいは溶接、または別部品として嵌合させる等により形成されている。ピン３２は、高温に曝される内面３０ａ側からの熱を、伝熱により間隙Ｓ内に導くと共に、間隙Ｓにおける板状部材４０の熱放出面積を増加させて、間隙Ｓを流通する圧縮空気による冷却効率を高めるよう機能する。
【００２８】
図４は、図１に示す矢視Ａ−Ａにおけるライナ１２の断面構成図である。図５は、本発明の第１実施形態における支持案内手段５０の要部拡大図である。なお、図４では、ライナ１２の内殻側は不図示とし、ライナ１２の外殻側のみの断面概略図を示している。また、図４及び図５では、視認性の向上のため、エフュージョン冷却孔３１やピン３２等を不図示としている。
図４及び図５に示すように、外壁部２０には、上記構成の板状部材４０を支持案内する支持案内手段５０が設けられている。支持案内手段５０は、複数の板状部材４０のそれぞれを挿抜自在にガイドすると共に、複数の板状部材４０のそれぞれを熱膨張による変形を吸収可能な間隔をあけて支持する構成となっている。
【００２９】
支持案内手段５０は、板状部材４０の両側をガイドするレール部材５１を有する。本実施形態のレール部材５１は、ライナ長さ方向（図４及び図５において紙面垂直方向）に延在して設けられている。また、本実施形態のレール部材５１は、ライナ周方向において間隔をあけて複数設けられている。支持案内手段５０は、複数のレール部材５１によって形成される板状部材４０を収容可能なスロットをライナ周方向に複数備えている。そして、板状部材４０は、レール部材５１によって両側がガイドされ、レール部材５１が延在するライナ長さ方向に挿抜自在とされている。
【００３０】
レール部材５１は、図５に示すように、板状部材４０の側面側をガイドするガイド部５２と、板状部材４０の底面側を支持する支持部５３とを有する。ガイド部５２は、外壁部２０に溶接等により接合され、外壁部２０からその内側に向かって立設している。支持部５３は、ガイド部５２に一体で形成されており、ガイド部５２の立設方向と直交する方向に突出するフック形状を呈している。
【００３１】
隣り合うレール部材５１の対向し合う支持部５３同士の間の距離は、板状部材４０の幅よりも小さくなっている。板状部材４０と支持部５３とは、内壁部３０と外壁部２０との間の領域（間隙Ｓ）と、燃焼領域１３との圧力差によって接触している。この圧力差は、圧縮機２から圧縮空気室１０に供給される圧縮空気の圧力により生じるものである。この間隙Ｓと燃焼領域１３との圧力差によって、板状部材４０が支持部５３に押し付けられることにより、板状部材４０と支持部５３と間の気密性が確保される。
【００３２】
一方、隣り合うレール部材５１の対向し合うガイド部５２同士の間の距離は、板状部材４０の幅よりも大きくなっている。より詳しくは、隣り合うレール部材５１の対向し合うガイド部５２同士の間の距離は、燃焼器３の稼動時における板状部材４０の熱膨張に応じた距離に設定されている。この距離は、燃焼器３の稼動時に板状部材４０が曝される温度、板状部材４０の材質の線膨張係数、板状部材４０の形状等に基づいて導出される。なお、板状部材４０は、耐熱性の金属材から形成されており、より詳しくは、ニッケル系やコバルト系の金属材から形成されている。
【００３３】
図４に示すように、支持案内手段５０に支持された複数の板状部材４０は、ライナ周方向に配置された複数の燃料供給ノズル１１と対応して配置されている。燃料供給ノズル１１は、ライナ周方向において間隔をあけて複数（本実施形態では１２ノズル）配置されており、内壁部３０は、燃料供給ノズル１１と同数で分割された複数枚（本実施形態では１２枚）の板状部材４０から形成されている。本実施形態の各燃料供給ノズル１１と、各板状部材４０とは、それぞれ一対一で配置されている。
【００３４】
続いて、上記構成を有する燃焼器３のライナ１２に係る作用効果について説明する。
【００３５】
図２に示すように、外壁部２０外側を流動する圧縮空気は、燃焼器３の内外の差圧によりインピンジ冷却孔２１に導入される。インピンジ冷却孔２１に導入された圧縮空気は、内壁部３０に衝突し、燃焼領域１３側に配置されている内壁部３０を冷却する。
内壁部３０に衝突した圧縮空気は、立設するピン３２の間を流通する。ピン３２は、高温に曝される内面３０ａ側からの熱を伝熱により間隙Ｓ内に導くと共に、間隙Ｓにおける内壁部３０の熱放出面積を増加させて、間隙Ｓを流通する圧縮空気による冷却効率を高める。
【００３６】
ピン３２の間を流通した圧縮空気の一部は、間隙Ｓと燃焼領域１３との圧力差によって、エフュージョン冷却孔３１に導入される。エフュージョン冷却孔３１に導入された圧縮空気は、傾斜した長い経路を流通する過程で内壁部３０の熱を奪って燃焼領域１３側に流出する。そして、燃焼領域１３側に流出した圧縮空気は、内壁部３０の内面３０ａに沿って流れて空気膜を形成し、燃焼領域１３から内壁部３０に伝わる入熱を低減させるよう機能する。
このように、本実施形態の二重壁冷却構造によれば、インピンジ冷却、ピン３２による伝熱促進、傾斜エフュージョン冷却の３つの冷却機能を併せ持つため、高い冷却性能が得られる。
【００３７】
本実施形態の内壁部３０は、分割構造であるため整備性に優れる。内壁部３０を形成する複数の板状部材４０のそれぞれは、図４及び図５に示すように、外壁部２０に設けられた支持案内手段５０によって支持されている。支持案内手段５０は、板状部材４０の両側をガイドするレール部材５１を有しており、レール部材５１が延在する方向に板状部材４０が挿抜自在とされている。本実施形態のレール部材５１は、ライナ長さ方向に延在しており、保持器であるリテーナ１９（図２参照）を外せば、板状部材４０をライナ長さ方向に容易に抜き取ることができる。したがって、特定の板状部材４０にクラック等が入り損傷した場合には、その損傷した板状部材４０のみを選択的に取り外して交換や補修等を行うことができる。
【００３８】
また、支持案内手段５０は、図５に示すように、複数の板状部材４０のそれぞれを熱膨張による変形を吸収可能な間隔をあけて支持する。板状部材４０は、レール部材５１に対して接合されておらず、また、燃焼器３の稼動時の熱膨張を考慮した間隔をあけてガイド部５２が配置されているので、その熱膨張が阻害されず、過大な熱応力が発生することはない。なお、燃焼器３の稼動時には、間隙Ｓと燃焼領域１３との圧力差によって、板状部材４０が支持部５３に押し付けられるため、板状部材４０と支持部５３と間の気密性は確保される。したがって、板状部材４０と支持部５３と間のクリアランスにより、上述した冷却機能の効率が低下することもない。したがって、本実施形態の内壁部３０は、熱耐久性に優れる。
【００３９】
また、本実施形態では、図４に示すように、燃焼領域１３に燃料を供給する燃料供給ノズル１１がライナ周方向に間隔をあけて複数配置され、支持案内手段５０に支持された複数の板状部材４０は、ライナ周方向に配置された複数の燃料供給ノズル１１と対応して配置されている。アニュラー型のライナ１２においては、燃料供給ノズル１１が配置された位置に応じて燃焼が生じ、また、それに応じてライナ周方向に温度分布が生じる。このため、燃料供給ノズル１１の配置に応じて板状部材４０を配置することによって、分割された各板状部材４０の熱膨張を偏らせることなく略均一にすることができる。これにより、各板状部材４０が自由に熱膨張するための、隣り合うレール部材５１の対向し合うガイド部５２同士の間の距離の調整等が容易となり、結果、熱耐久性が向上する。
【００４０】
したがって、上述の本実施形態によれば、燃焼領域１３を囲うと共に複数のエフュージョン冷却孔３１が形成された内壁部３０と、内壁部３０に対し間をあけて設けられると共に複数のインピンジ冷却孔２１が形成された外壁部２０とを備える二重壁冷却構造の燃焼器３のライナ１２であって、内壁部３０は、分割された複数の板状部材４０から形成されており、複数の板状部材４０のそれぞれを挿抜自在にガイドすると共に、複数の板状部材４０のそれぞれを熱膨張による変形を吸収可能な間隔をあけて支持する支持案内手段５０を有するという構成を採用することによって、複数の板状部材４０のそれぞれが支持案内手段５０によって挿抜自在にガイドされるので、整備すべき板状部材４０を選択的に取り外すことができる。また、支持案内手段５０は、複数の板状部材４０のそれぞれを熱膨張による変形を吸収可能な間隔をあけて支持するので、板状部材４０のそれぞれが自由に熱膨張でき、過大な熱応力の発生を抑制することができる。
したがって、本実施形態では、整備性及び熱耐久性が高い燃焼器３のライナ１２が得られる。
【００４１】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
図６は、本発明の第２実施形態における燃焼器３の構成図である。
【００４２】
図６に示すように、第２実施形態では、支持案内手段５０のレール部材５１がライナ周方向に延在して配置されている点で、上述した第１実施形態と異なる。すなわち、第２実施形態では、板状部材４０が、ライナ周方向において挿抜自在にガイドされる構成となっている。
また、ライナ１２の構成が、燃料供給ノズル１１が接続されるライナ根元側と、その逆のライナ先端側とで異なっている。ライナ先端側には、位置決め手段６０が設けられている。
【００４３】
図７は、本発明の第２実施形態における位置決め手段６０の構成図である。
位置決め手段６０は、支持案内手段５０に支持された板状部材４０を外壁部２０に対して位置決めする構成となっている。上述した第１実施形態では、間隙Ｓと燃焼領域１３との圧力差によって、板状部材４０を支持部５３に押し付け、内壁部３０と外壁部２０との二壁間のクリアランスを維持していた。しかし、そのようにすると、所定の冷却効率を得るためには、二重壁間のクリアランスが最悪の場合を想定して、板状部材４０の大きさや形状等を設計する必要がある。
【００４４】
そこで、第２実施形態では、位置決め手段６０によって、外壁部２０に対して板状部材４０を位置決めし、二重壁間のクリアランスを一定に規定することとしている。これにより、二重壁間のクリアランスの管理が容易となり、併せて冷却効率を考慮した板状部材４０の形状等の設計が容易になる。
位置決め手段６０は、板状部材４０と外壁部２０との間の距離を保持すると共に外壁部２０に対して固定される固定部材６１と、板状部材４０と外壁部２０との間の距離を保持すると共に外壁部２０に対して板状部材４０の熱膨張方向に可動自在な可動部材６２とを有する。
【００４５】
固定部材６１及び可動部材６２はそれぞれ、板状部材４０に削り出しや溶接、または別部品として嵌合させる等によって設けられたネジ６３と、ネジ６３に螺合するナット６４とを有する。固定部材６１のネジ６３は、外壁部２０の内側と外側とに配置されたナット６４によって締結固定され、外壁部２０に対して相対移動不可な構成となっている。一方、可動部材６２のネジ６３は、ネジ６３よりも大きく形成された外壁部２０の孔部２２を挿通し、外側に配置されたナット６４に螺合して、外壁部２０に対して少なくとも板状部材４０と平行な面方向に相対移動可能な構成となっている。
【００４６】
図８は、本発明の第２実施形態における固定部材６１と可動部材６２との配置を示す平面図である。
図８に示すように、固定部材６１は、板状部材４０の中央位置に配置され、可動部材６２は、板状部材４０の中央位置の周りに４つ、略等間隔で配置されている。板状部材４０の中央位置に固定部材６１を配置すると、固定部材６１を中心として板状部材４０の熱膨張が発生することとなる。
【００４７】
上記構成によれば、固定部材６１及び可動部材６２によって、外壁部２０に対する板状部材４０の距離を保持することができる。また、固定部材６１を中心として板状部材４０が熱膨張しても、その熱膨張に応じて可動部材６２が外壁部２０に対して可動するので、当該位置決めによって板状部材４０の熱膨張が阻害されることはない。
また、板状部材４０の中央位置に固定部材６１を配置すれば、当該固定点からの熱膨張によって発生する板状部材４０の縁部の変位量は略均一になるため、板状部材４０の形状や孔部２２の形状若しくはそれらの大きさ、クリアランス等の設計が容易になる。
【００４８】
なお、上記構成の位置決め手段６０を設けると、クリアランスの管理が容易になるものの拘束点が生じるので、上述した第１実施形態の構成の方が熱耐久性に関しては比較的有利である。そこで、図６に示すように、第２実施形態では、燃焼ガスにより高温（例えば２０００℃）の雰囲気に曝されるライナ根元側においては第１実施形態と同様の構成を採用し、ライナ根元側よりも温度の低いライナ先端側においては位置決め手段６０を採用している。これにより、温度分布に応じた効果的なライナ構造とすることが可能となる。
【００４９】
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００５０】
例えば、上記実施形態では、位置決め手段６０は、固定部材６１と可動部材６２とによって構成したが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、可動部材６２のみで位置決め手段６０を構成してもよい。また、上記実施形態の可動部材６２の個数や配置は一例であって、一つであってもよいし、また配置も等間隔でなくともよい。
【００５１】
また、例えば、上記実施形態では、固定部材６１及び可動部材６２はそれぞれ、ネジ６３とナット６４等とを組み合わせて構成されると説明したが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、ピンとフランジとを組み合わせた構成としても良い。
【００５２】
また、例えば、上記実施形態では、ガスタービンの燃焼器に本発明を適用したが、他の燃焼器、例えばジェットエンジンのアフターバーナー等にも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１２…ライナ（燃焼器ライナ）、１１…燃料供給ノズル、１３…燃焼領域、２０…外壁部、２１…インピンジ冷却孔、３０…内壁部、３１…エフュージョン冷却孔、３２…ピン（放熱ピン）、４０…板状部材、５０…支持案内手段、５１…レール部材、６０…位置決め手段、６１…固定部材、６２…可動部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼領域を囲うと共に複数のエフュージョン冷却孔が形成された内壁部と、前記内壁部に対し間をあけて設けられると共に複数のインピンジ冷却孔が形成された外壁部とを備える二重壁冷却構造の燃焼器ライナであって、
前記内壁部は、分割された複数の板状部材から形成されており、
前記複数の板状部材のそれぞれを挿抜自在にガイドすると共に、前記複数の板状部材のそれぞれを熱膨張による変形を吸収可能な間隔をあけて支持する支持案内手段を有することを特徴とする燃焼器ライナ。
【請求項２】
前記支持案内手段は、前記板状部材の両側をガイドするレール部材を有することを特徴とする請求項１に記載の燃焼器ライナ。
【請求項３】
前記支持案内手段に支持された前記板状部材を前記外壁部に対して位置決めする位置決め手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の燃焼器ライナ。
【請求項４】
前記位置決め手段は、前記板状部材と前記外壁部との間の距離を保持すると共に前記外壁部に対して前記板状部材の熱膨張方向に可動自在な可動部材を有することを特徴とする請求項３に記載の燃焼器ライナ。
【請求項５】
前記位置決め手段は、
前記可動部材と、
前記板状部材と前記外壁部との間の距離を保持すると共に前記外壁部に対して固定される固定部材と、を有することを特徴とする請求項４に記載の燃焼器ライナ。
【請求項６】
前記固定部材は、前記板状部材の中央位置に配置され、
前記可動部材は、前記板状部材の中央位置の周りに１または複数配置されていることを特徴とする請求項５に記載の燃焼器ライナ。
【請求項７】
前記燃焼領域に燃料を供給する燃料供給ノズルが周方向に間隔をあけて複数配置されるアニュラー形状を呈しており、
前記支持案内手段に支持された前記複数の板状部材は、前記周方向に配置された前記複数の燃料供給ノズルと対応して配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の燃焼器ライナ。
【請求項８】
前記板状部材には、前記外壁部に向かって突出する複数の放熱ピンが設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の燃焼器ライナ。
【請求項１】
燃焼領域を囲うと共に複数のエフュージョン冷却孔が形成された内壁部と、前記内壁部に対し間をあけて設けられると共に複数のインピンジ冷却孔が形成された外壁部とを備える二重壁冷却構造の燃焼器ライナであって、
前記内壁部は、分割された複数の板状部材から形成されており、
前記複数の板状部材のそれぞれを挿抜自在にガイドすると共に、前記複数の板状部材のそれぞれを熱膨張による変形を吸収可能な間隔をあけて支持する支持案内手段を有することを特徴とする燃焼器ライナ。
【請求項２】
前記支持案内手段は、前記板状部材の両側をガイドするレール部材を有することを特徴とする請求項１に記載の燃焼器ライナ。
【請求項３】
前記支持案内手段に支持された前記板状部材を前記外壁部に対して位置決めする位置決め手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の燃焼器ライナ。
【請求項４】
前記位置決め手段は、前記板状部材と前記外壁部との間の距離を保持すると共に前記外壁部に対して前記板状部材の熱膨張方向に可動自在な可動部材を有することを特徴とする請求項３に記載の燃焼器ライナ。
【請求項５】
前記位置決め手段は、
前記可動部材と、
前記板状部材と前記外壁部との間の距離を保持すると共に前記外壁部に対して固定される固定部材と、を有することを特徴とする請求項４に記載の燃焼器ライナ。
【請求項６】
前記固定部材は、前記板状部材の中央位置に配置され、
前記可動部材は、前記板状部材の中央位置の周りに１または複数配置されていることを特徴とする請求項５に記載の燃焼器ライナ。
【請求項７】
前記燃焼領域に燃料を供給する燃料供給ノズルが周方向に間隔をあけて複数配置されるアニュラー形状を呈しており、
前記支持案内手段に支持された前記複数の板状部材は、前記周方向に配置された前記複数の燃料供給ノズルと対応して配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の燃焼器ライナ。
【請求項８】
前記板状部材には、前記外壁部に向かって突出する複数の放熱ピンが設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の燃焼器ライナ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−１０４３０７（Ｐ２０１３−１０４３０７Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４６６０２（Ｐ２０１１−２４６６０２）
【出願日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
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