JPS62267528A - ガスタ−ビンの燃焼用空気流量調節装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はガスタービンの燃焼用空気流量を調節する装置
に係り、特に、ガスタービン燃焼器の内筒に外嵌した円
筒状の調整リングを有する燃焼用空気流量の調節装置の
伝動部分の耐久性を向上せしめた空気調節装置に関する
ものである。

〔従来技術〕

ガスタービンの燃焼器において、最近、低ＮＯｘ化が図
れる二段燃焼方式あるいはそれ以上の多段燃焼方式を採
用した燃焼器が使用されつつある。

これらは、いずれも燃料消費量に見合って燃焼用空気流
量を調節する必要があり、その調節を行うための機構が
いろいろ発明されている。例えば。

特願昭５９−９５６／Ｉｓは、燃焼用空気量調節のため
の可動円筒（Ｗ！４整リシリングリンク機構により動か
すようにした構成であり、機構が複雑でかつリンク結合
部に数多くの摺動部が存在している。

第７図は、調整リング４７を備えた公知の空気調節装置
を備えたガスタービン燃焼器の縦断面図であろ０図にお
いて、圧縮機（図示せず）により圧縮された空気１２は
、燃焼器外筒１３内を通り、燃焼器前側内筒１４及び燃
焼器後側内筒１５へと流入する。ここで流入空気は、前
側燃料ノズル１６、後側燃料ノズル１７から噴射された
燃料ガス１８．１９と混合拡散して燃焼する。土述した
燃焼方式は、多段燃焼方式と呼ばれるもので、大幅な低
ＮＯｘ化が図れるとして、最近の環境規制の厳しい折、
大容量ガスタービン発１１！股媚などのガスタービン燃
焼器に積極的に採用さ九つつあるものである８しかし、
この大幅な低ＮＯｘ化を図るには、いかにして燃焼ガス
温度を低く抑えかつ局部的に温度の高い所がない均一な
温度で燃焼をさせるかが大きなポイントである。特に、
燃焼ガス温度については、燃料量と燃焼用空気量との比
率と密接な関係があり低ＮＯｘ化を図るにはこの比率を
ある一定の範囲内となるように制御する必要がある。し
かし、ガスタービンの回転数により空気量が変化したり
、ガスタービンの負荷により燃料量が増減するため、各
々を制御することば困難であり１通常は、燃料量に応じ
て空気量を変え所定の比率となるように制御している。

４３は、外筒１３を貫通して設けられた駆動用のシャフ
トで、その内側端にレバー４２を固着している。そして
、矢印２０方向の空気流を制御する調整リング４７と前
記のレバー４２とをリンク４８で連結しである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このように、リンク４８を介して連結した伝動機構は、
連結ビン回りに摺動部分があって？Ｉ＋！粍が発生する
。特に、ガスタービン燃焼器内においては高温ガスに曝
されるため潤滑用の給油脂が困難で、摩耗を防止できな
い。而して、摩耗生じると各部のガタが多くなり調節精
度が悪くなって燃焼器の性能が悪くなるという虞れがあ
る。

本発明の目的は、前述した従来技術の欠点をなくシ、摺
動部がなく、ガタのない可動ｆｉ給とし長時間運転にお
ける耐久性の増大、調節精度の持続性聖人を図り信頼性
の高い可！！Ｊ機構を備えた空気調節装置を提供しよう
とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、本発明の調節装置は、ガス
タービン燃焼器の内筒に外嵌した円筒状の調整リングを
有する燃焼用空気流量の調節装置において、駆動用レバ
ーの先端の円弧運動する部分と、調整リングと一体的に
直線往復運動する部分とを、板バネ状の部材で連結する
。

〔作用〕

上記のように構成すると、調整リングは仮バネ状部材を
介して駆動用レバーによって往復直ａ運動せしめられる
。この際、駆動用レバーの先端は円弧を描き、調整リン
グは直進運動をするが、双方の部材のズレは板バネ状部
材の撓みによって吸収される。この構成は摺動部分が無
いので、給油脂しなくても摩耗する虞れが無い。

〔実施例〕

第１図は、本発明の一実施例を示す。本図において、駆
動部は、外レバー１．内レバー２、及びそれを連結した
シャフト３により構成されており、外レバー１を駆動手
段（図示せず）により動かすことによりシャフト３を介
して内レバー２がシャフト３を中心とした円弧運動をす
るようになっている。一方、調整リングと共に移動する
部材は、可動ブロック４と、この可動ブロック４に対し
て数ケ所固定されているサポート６により支持された円
筒状の調整リング７とにより構成されている５５は、前
記の可動ブロックを支承するローラである。駆動部の内
レバー２と移動部の可動ブロック４とは、本発明に係る
薄板の板バネ８により連結されている。該板バネ８は、
端部をボルト９ａ。

９ｂなどの機械的手段により固定されており、内レバー
２の円弧運動により可動ブロック４が第１図の左・右に
移動可能なように、板バネ８は板幅方向に２ケ所設けら
れている。この部分における詳細な構成は後で述べる。

ローラ５により（可動ブロック４と内レバー２との関係
を一定の位置関係に保つことができるよう）可動ブロッ
ク４の左右両端部付近を上下に挾んで支持している。上
記ローラ５の役目は、可動ブロック４の移動時のガイド
である。内レバー２には、係合用の爪１０が、取付けら
れており、可動ブロック４に設けられた凹部１１に対し
である間隙をもって対向しており、通常は、係合用の爪
１０と凹部１１とは非接触の状態にあるが、板バネ８の
破損などの異常時には。

係合用の爪１０と凹部１１とが当接係合し、内レバー２
から可動ブロック４への運動の伝達が確実に維持される
ようになっている。

第７図に示した従来の装置に本発明の装置（第１図）を
適用した改良した一例を第２図に示す。

３１１１！リング７は円筒形状をしており、燃焼器後側
内筒１５の外側に位置しており、燃焼器外筒１３を貫通
して支持されたシャフト３およびそれに取付いている内
レバー２により、燃焼器後側内筒１５の外周を軸方向に
移動するようになっている。

尚、この調整リング７の駆動部は、燃焼器外筒１３を利
用して左右−ケ所ずつ設けられており、ローラ５により
ｒＢ１４ｔｎリング７の位置が保持されるようになって
いる。調整リング７の移動により。

燃焼器前側内筒１５内に流入する空気２１も変化し制御
されるようになっている。

上に述べた伝動部分の詳細を、前記実施例（第１図、第
２図）と極めて類似した実施例について、第３図乃至第
５図を参照しつつ説明する。第４図は第３図のＩＶ−ｒ
Ｖ断面図である。

第３図及び第４図に示す如く、内レバー２の先端部両側
面２ａ、２ｂには、板バネ８ａ、８ｂを内レバー２に固
定するためのワッシャー２２゜２３とボルト２４．２５
が設けられており、該板バネ８ａ、８ｂの端部を板厚方
向にワッシャー２２．２３により挾み込みボルト２４．
２５により内レバー２の両側面２ａ、２ｂに押付けるこ
とにより、Ｒ４擦力とボルトの耐剪力によって仮バネ８
ａ、８ｂを内レバー２に固定している。板バネ８ａ、８
ｂは、本図に示すように、板バネの板幅方向に２枚並べ
てあり１手前の板バネ８Ｑは、内レバー２の右側面２ａ
に、奥の板バネ８ｂは内レバー２の左側面２ｂに固定さ
れている。内レバー２の形状は、シャフト３よりも幅の
狭くなる首部３ａまでは、比較的肉厚も薄いが、前述し
た板バネ８ａ、８ｂの取付く先端部３ｂは、幅も広くし
、肉厚も板バネ８ａ、８ｂが板巾方向に２枚並べた寸法
よりも余裕とって厚くしである。内レバー２の先端部３
ｂについて、先端部３ｂの最先端の外周３ｃは、円弧と
なっている。これはシャツ１へ３の中心を中心としてシ
ャフト３の中心から先端部３ｂの外周３ｃまでの寸法を
半径として円弧状に（詳しくは、立体的に円柱面に）加
工されたものである。このことより、内レバー２の先端
部３ｂの外周３０部は、内レバー２の円弧運動において
。

外周３ｃ部のいかなる位置においても常にシャフト３か
ら同一の距離で運動することができるようになっている
。前述した仮バネ８ａ、８ｂの各々の他端は、同様にワ
ッシャー２６．２７及びボルト２８．２９により、可動
ブロック４に固定されている。上記の可動ブロック４は
、その両端を第１図に示すようにローラ５で支持されて
おり、ｒＳ３図に示す如く、内レバー２の先端部の外周
３０部との干渉を避けるために四部４ａを設けである。

この凹部４ａの両側には、板バネ８ａ、８ｂを固定する
ためのワッシャー２６．２７やボルト２８゜２９が取付
く座３０が設けられている。この座３０は、ただ単に座
面を確保するための凸部ではなく、双方の座面を結ぶ面
が前記の外周３ｃに接するように設定しである。

このようにして、内レバー２の先端部に対して板バネ８
ａ、８ｂがそれぞれ接線状に（詳しくは接平面状に取付
けられるため、内レバー２の先端部の円弧運動に際して
、板バネ８ａ、８ｂは常に水平状態に保たれることにな
り、荷重が板バネの長さ方向のみしか加わらないことに
なる。このため、可動ブロック４は、常に軸方向の荷重
しか作用しないことになり、可動ブロックの移動を確実
に行えるようになっている。各々の板バネ８ａ。

８ｂは、内レバー２が右側へ動く場合は、手前の板バネ
８ａが可動ブロック４の左側座面３０ａへ引張力を伝達
して、該可動ブロック４を右側へ移動させることになる
。このとき奥の板バネ８ｂは、圧縮力を受けるが、内レ
バーと可動ブロックとを板バネにより連結する場合に、
板バネ８ａ、８ｂの両者に引張力が加わるように板バネ
を各々左側座面３０ａ、右側座面３０ｂの方向に引張り
ぎみにして組込むようにしてあり、圧縮力は、この初期
組込みに生じている引張力と相殺するようになり、実ｆ
ｆ、荷重はゼロに近くなるため、圧縮力は加わらないこ
とになる。一方、板バネ８ａ、８ｂの、内レバー２に対
する取付部の付近においては。

板バネ８ａ、８ｂが円弧（詳しくは円柱）加工面と接し
ながらその曲率に沿って曲げられるため、多少なりとも
、可動ブロック側の引張力のみの場合とは異なり引張力
に曲げ力が加わることになる。

この部分の板バネと内レバーとの関係をモデル化すると
第５図に示すようになる０本図において、円弧３１は、
内レバーの先端部の円弧加工面を示し、その外周にある
肉厚しなるものは、板バネ８を示している。板バネ８は
一端を円弧３１の外周部３２に固定されており他端を可
動ブロックの移動させる力Ｐで引張っている状態にあり
、この時の板バネに生じる応力は、引張応力σｔと円弧
部に発生する曲げ応力σ、である。いま、板バネ８の板
厚をｔとし、幅をす１円弧の半径をｒ、バネ材のヤング
率をＥとした時、引張応力σ０、曲げ応力σ５は、下記
式にて与えられる。

Ｐ　　　　　　　Ｅ−ｔ ｔ−ｂ　　　　　　　２ｒ ここで、バネ材として炭ａｍを用いた場合、ヤング率は
、Ｅ　１＝　２　、　Ｉ　Ｘ　１０’ｋｇ／　ｍ”程度
であり、この時の曲げ応力をσｋｌとすると幅すを一定
とした場合、肉厚ｔの変化に伴う応力の変化は第６図に
示すようになる。一方、引張応力σ、は、幅すが一定で
あれば第６図に示すように変化し、板バネに生じる応力
σ工は、σｔとσト五との和となり、図中実線３３の如
くになるここで着目すべきことは、実線３３が下側に凸
の曲線となっており、応力σｌの最低となる肉厚ｔを求
めれば、応力の低い最適な板バネを提供することができ
るということである。さらに着目すべきことは、引張応
力σ亀は、幅が一定であれば肉厚ｔのみの関数となって
いることである。即ち、曲げ応力に関しては、肉厚ｔと
ヤング率Ｅとに関係があり、ヤング率Ｅを小さくするこ
とにより曲げ応力を低く抑えることができる。ちなみに
Ｔｉ合金などは、炭１４鋼の２　、　Ｉ　Ｘ　１０’ｋ
ｇ／　ｍ”に比してヤング率が１、ＯＸ　１０’ｋｇ／
ａｔ”前後と約１／２の値１’ア）Ｊ、この時の曲げ応
力をσｄとすると板バネに生じる応力は１図中破線３４
で示すσ２となり大幅に応力を下げることができる。さ
らに、この状態で、寿命を長くする方法として、第５図
に示す如く、板バネ８をさらに数枚１図中に１点鎖線３
５で示すように重ね合わせ使用することも可能である。

この方法であれば、各１枚毎の肉ｎｔが変わらないため
応力は変わらず寿命を延ばすことができるものである１
本実施例は、以上述べたように、高温の雰囲気中におい
て、円弧運動を直線運動に変える連結部に板バネを使用
したので、摩耗を生じる虞れが無く、高温ガス流中にお
いても高い信頼性、耐久性を発揮し得る。

〔発明の効果〕

以と詳述したように、本発明の空気流域調節装置によれ
ば、複雑な機端を設けずして円弧運動を直線運動に変え
ることができるので機械的なガタをなくすことができ、
精度の高い制御が可能となる。また、単純な機構である
ので、取付部のスペースを節約することができるため、
装置の収納を容易にすることができる。さらに、仮バネ
の使用により、連結部において摺動部がなくなるので信
頼性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す斜視図、第２図は上記
実施例を設けたガスタービン燃焼室の縦断面図である。 第３図は上記実施例と極めて類似する実施例の正面図を
示し、第４図はそのＩＶ　−ＩＶ断面図である。 １・・・外レバー、２・・・駆動用内レバー、３・・・
シャフト、４・・・可動ブロック、５・・・ローラ、６
・・・サポート、７・・・調整リング、８，８ａ、８ｂ
・・・板バネ、１０・・・係合用の爪、１１・・・凹部
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ガスタービン燃焼器の内筒に外嵌した円筒状の調整
   リングを有する燃焼用空気流量の調節装置において、駆
   動用レバーの先端の円弧運動する部分と、調整リングと
   一体的に直線往復運動する部分とを、板バネ状の部材で
   連結したことを特徴とする、ガスタービンの燃焼用空気
   流量調節装置。 ２、前記の板バネ状の部材は、その板幅方向に複数個を
   並べて配設したものであることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載のガスタービンの燃焼用空気流量調節
   装置。 ３、前記の板バネ状の部材は、その板厚方向に複数個を
   重ねて配設したものであることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載のガスタービンの燃焼用空気流量調節
   装置。 ４、前記の駆動用レバーの先端の円弧運動する部分に、
   該円弧に沿つた円柱面を形成し、かつ、前記の板バネ状
   部材の１端付近を上記円柱面に接せしめて取り付けたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のガスター
   ビンの燃焼用空気流量調節装置。 ５、前記の板バネ状部材は、駆動用レバー先端の円弧運
   動する部分と、調整リングと一体的に往復運動する部分
   との間に、引張力を受ける状態に介装取付けされたもの
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   ガスタービンの燃焼用空気流量調節装置。 ６、前記の駆動用レバーの先端の円弧運動する部分と、
   調整リングと一体的に往復運動する部分との双方に係合
   部を設け、かつ、前記の板バネ状部材が破損した場合に
   のみ上記双方の係合部が係合し、該板バネ状部材が正常
   に機能している状態においては前記双方の係合部が互い
   に離間しているように構成したことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載のガスタービンの燃焼用空気流量
   調節装置。