(57)【要約】内部空間（８）を包囲する外側の壁構造物（１０）と内部空間（８）に配置されたケーシング（１５）の表面によって形成されている内壁とを備えた本発明による特にガスタービンの燃焼室（５）は、外側の壁構造物（１０）と内壁との間を移動する空気流（Ｌ）によって対流冷却可能であり、空気流（Ｌ）は閉じられた冷却空気通路（２０）内を案内される。ケーシング（１５）は懸架装置により燃焼室の内部空間（８）に据付可能であり、懸架装置は、ケーシング（１５）の周囲に配置されかつ引張力の作用下で壁構造物（１０）に結合されている複数の固定要素（１５）からなる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部空間（８）を包囲する外側の壁構造物（１０）とその壁構造物（１０）から離して置かれた内壁とを備えた特にガスタービンの燃焼室（５）において、内壁は、内部空間に配置されたケーシング（１５）の表面よって形成され、外側の壁構造物（１０）と内壁との間を移動する空気流（Ｌ）によって対流冷却可能であり、空気流は閉じられた冷却空気通路（２０）内を案内されることを特徴とする特にガスタービンの燃焼室。
【請求項２】
ケーシング（１５）は、特に５ｍｍと１０ｍｍとの間にある壁厚を持つ薄板からなることを特徴とする請求項１記載の燃焼室。
【請求項３】
ケーシング（１５）は、内部空間（８）内に突入するバーナ（２５）から燃焼室（５）の高温ガス流出口（２８）まで延びていることを特徴とする請求項１又は２記載の燃焼室。
【請求項４】
ケーシング（１５）は高温ガス流出口（２８）の範囲において壁構造物（１０）に掛止されていることを特徴とする請求項３記載の燃焼室。
【請求項５】
壁構造物（１０）は高温ガス流出口（２８）の範囲に少なくとも１つの冷却空気流入口（４０）を有することを特徴とする請求項３又は４記載の燃焼室。
【請求項６】
ケーシング（１５）はその表面に補強リブ（５０）を有することを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の燃焼室。
【請求項７】
ケーシング（１５）はバーナ（２５）の範囲に、バーナ（２５）を挿入するためのバーナ挿入装置（４２）を有することを特徴とする請求項３乃至６の１つに記載の燃焼室。
【請求項８】
ケーシング（１５）は壁構造物（１０）に懸架装置により懸架されていることを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載の燃焼室。
【請求項９】
懸架装置はケーシング（１５）の周囲に配置されている複数の固定要素（６０）によって形成され、引張力の作用下で壁構造物（１０）に結合されていることを特徴とする請求項８記載の燃焼室。
【請求項１０】
固定要素（６０）は壁構造物（１０）の面で弾性支持されていることを特徴とする請求項９記載の燃焼室。
【請求項１１】
懸架装置は、懸架されたケーシング（１５）の運動が燃焼室の広がり方向に延びる軸線に関して縦軸線方向（Ａ）にも半径方向（Ｒ）にも行い得るように構成されていることを特徴とする請求項８乃至１０の１つに記載の燃焼室。
【請求項１２】
固定要素（６０）はボルト（６２）を含み、ボルトはそれぞれ第１端部にほぼ半球状のボルト頭（６４）を有し、このボルト頭は、ケーシングの面に取付けられたボルトホルダ（６８）の断面で見てほぼ半球状の窪み（６６）内に傾斜可能に支持されていることを特徴とする請求項９乃至１１の１つに記載の燃焼室。
【請求項１３】
各ボルト（６２）の第２端部は壁構造物（１０）の案内孔（７０）を貫通し、壁構造物（１０）の外面上でそれぞれ圧縮ばね（７２）に通され、圧縮ばね（７２）はボルトの第２端部に保持された座金（７４）により壁構造物（１０）の外面に向けて付勢されていることを特徴とする請求項１２記載の燃焼室。
【請求項１４】
案内孔（７０）は横断面で見て狭くなる小径部（７６）を有し、この小径部（７６）によってケーシング（１５）の半径方向（Ｒ）および／または軸線方向（Ａ）の運動が抑制されることを特徴とする請求項１３記載の燃焼室。
【請求項１５】
ケーシング（１５）は、個別燃焼室（９３）の少なくとも１つの内側ケーシング（９０）に、燃焼室の運転中に半径方向（Ｒ’）における内側ケーシング（９０）の熱膨張成分（１００）が半径方向（Ｒ’）におけるケーシング（１５）の熱膨張成分（１０５）にほぼ等しくなるように結合されていることを特徴とする請求項１乃至１４の１つに記載の燃焼室。
【請求項１６】
ケーシング（１５０）は高温ガス流出口（１５５）の範囲およびバーナ装置嵌合部（１６０）の範囲で保持されていることを特徴とする請求項１乃至１５の１つに記載の燃焼室。
【請求項１７】
バーナ装置嵌合部（１６０）は、個別燃焼室（１９０）の内側ケーシングとして、またはバーナ嵌合部、特にバーナのすべりばめとして形成されていることを特徴とする請求項１６に記載の燃焼室。
【請求項１８】
ケーシング（１５０）の表面はアーチ形であることを特徴とする請求項１乃至１７の１つに記載の燃焼室。
【請求項１９】
ケーシング（１５）は高々１つの断面で分割されていることを特徴とする請求項１乃至１８の１つに記載の燃焼室。
【請求項２０】
ケーシングは、複数のケーシング部分（２００）からなり、特にそれぞれ４つのケーシング部分（２００）を含む複数のケーシング部分グループからなり、ケーシング部分（２００）はほぼその全長に亘って延びている縦リブ（２１０）を有し、縦リブ（２１０）はそれぞれの自由縁部を上から見た場合にほぼ直線状に延びていることを特徴とする請求項１乃至１８の１つに記載の燃焼室。
【請求項２１】
縦リブ（２１０）は、それぞれ相応に受け側として形成された壁構造物（２７０）の縦溝内に挿入されていることを特徴とする請求項２０記載の燃焼室。
【請求項２２】
ケーシング部分（２００）は周囲リブ（２２０）を有し、周囲リブ（２２０）はそれぞれの自由縁部を上から見た場合に湾曲していることを特徴とする請求項２０または２１記載の燃焼室。
【請求項２３】
周囲リブ（２２０）は、それぞれ相応に受け側として形成された壁構造物（２７０）の周囲溝内に挿入されていることを特徴とする請求項２２記載の燃焼室。
【請求項２４】
ケーシング部分（２００）はバーナ装置嵌合部（２５０）側から分解および取外しが可能であることを特徴とする請求項２２または２３記載の燃焼室。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部空間を包囲する外壁構造物とその外壁構造物から離して置かれた内壁とを備えた特にガスタービンの燃焼室に関する。さらに本発明は、請求項１０の前文に基づいて、この種の燃焼室のための懸架装置に関する。
【０００２】
通常、燃焼室の高温ガスにさらされる面が衝突冷却により冷却され、その場合に冷却に使用される冷却剤は被冷却面に垂直に衝突する。この種の冷却は非常に効果的であるが、しかしながら冷却剤は被冷却面への衝突により高い圧力損失をこうむる。
【０００３】
ガスタービンの場合、一般に、圧縮機によって発生させられた空気流から取出される空気が冷却剤として使用される。主として衝突冷却を冷却法として用いる場合、そのために使用される空気は冷却を行った後にその際に発生した高い圧力損失により殆どもはや燃焼に使用できない。なぜならば、冷却空気の質量流量が極度に減少しているからである。従って、冷却空気は冷却を行った後にはもはや燃焼に使用できない。このことは、圧縮機によって発生させられる空気の質量流量の４％〜８％の範囲で変動する空気損失を甘受しなければならないことを意味する。さらに、このような空気損失はタービン効率の悪化をもたらす。
【０００４】
独国特許第１９７５１２９９号明細書には、内部空間を包囲する壁構造物とこの壁構造物から話して置かれた内壁とを有する燃焼室が記載されている。さらに、壁構造物と内壁とによって形成された中間空間には、内壁の衝突冷却のための冷却蒸気の通流開口を有する中間壁が配置されている。
【０００５】
燃焼室は蒸気冷却され、その際に冷却蒸気は外側冷却空間に入り、そこから開口を通して内側冷却空間へ侵入し、そこで内壁の高温ガスとは反対側の面を衝突冷却によって冷却する。
【０００６】
この場合、冷却剤つまりここでは冷却蒸気が衝突冷却によって激しい圧力損失をこうむる欠点がある。冷却蒸気の代わりに冷却空気が上記燃焼室において使用されたとしても、冷却空気流は高い圧力損失によりもはや燃焼に使用できないであろう。
【０００７】
本発明の課題は、内部空間を包囲する壁構造物とその壁構造物から離して置かれた内壁とを備えた特にガスタービンの燃焼室であって、簡単に製造することができかつ上述の欠点を克服した燃焼室を提供することにある。
【０００８】
この課題は、本発明によれば、内部空間を包囲する外壁構造物とその外壁構造物から離して置かれた内壁とを備えた特にガスタービンの燃焼室において、内壁が、内部空間に配置されたケーシングの表面よって形成され、外側の壁構造物と内壁との間を移動する空気流によって対流冷却可能であり、空気流が閉じられた冷却空気通路内を案内されることによって解決される。
【０００９】
ケーシングの表面および外壁構造物は、とりわけ燃焼室の燃焼空間内へ直接に冷却空気が侵入するのを防止する冷却空気通路を形成する。この点では閉じられた冷却系が存在する。冷却空気はケーシングの表面によって形成されている内壁に沿って移動し、この内壁を対流冷却する。
【００１０】
冷却空気通路に案内された空気は直接にバーナによって導かれる。その際に空気は能動的に燃焼プロセスに関与する。従って、冷却空気をバーナに供給するために、冷却空気通路からの冷却空気用のほぼ決められた出口だけが、つまりバーナの範囲における出口だけが存在する。
【００１１】
対流冷却の場合、冷却空気の圧力損失が衝突冷却の場合よりも著しく少ない。それゆえ、本発明による燃焼室は従来技術の欠点を克服している。さらに、閉じられた冷却系内で空気を案内することは、燃焼室の燃焼空間へ冷却空気が直接侵入することによって生じる冷却空気の損失を回避する。
【００１２】
本発明の好ましい構成において、ケーシングは高々１つの断面で分割されている。それゆえ、ケーシングは高々２つの予め製造された部分から組み立てられる。
【００１３】
このようにすれば、ケーシングを組み立てたときに、ケーシング内にある燃焼空間内へ冷却空気が侵入するのを防ぐために塞がなければならない間隙は１つしか生ぜず、それゆえ空気損失を避けることができる。
【００１４】
ケーシングは３ｍｍから１０ｍｍまでの間の壁厚を有する薄板からなると好ましい。
【００１５】
薄板は低コストにて製造および加工が可能であり且つ高温に対して抵抗力のある原材料である。薄板の壁厚の上述の好ましい範囲は特に薄い内壁をもたらす。本発明による燃焼室の場合には対流冷却が行われ、しかも冷却空気流が比較的緩慢に内壁の外面に沿って移動することから、薄い内壁は特に好ましい。なぜならば、薄い内壁は厚い内壁に比べて対流による緩速な空気流によって冷却することができるからである。
【００１６】
本発明の好ましい構成において、ケーシングは内部空間内に突入するバーナから燃焼室の高温ガス流出口まで延びている。
【００１７】
本発明のこの好ましい構成の場合、実際上、内部空間の燃焼にとって主要な部分空間全体がケーシングによって取囲まれ、それゆえ本発明に従って使用される冷却は実質的に燃焼空間全体を包囲する。なぜならば、燃焼空間がケーシングの内壁によって取囲まれているからである。従って、燃焼室の他の範囲に追加冷却手段を設ける必要がない。
【００１８】
ケーシングは高温ガス流出口の範囲において壁構造物に掛止（つまり引掛け保持）されていると好ましい。
【００１９】
ガスタービンの運転時には特に燃焼室において大きな温度変動が生じ、この大きな温度変動がケーシングの膨張もしくは収縮をもたらす。膨張もしくは収縮の方向は燃焼室の広がり方向に向いている軸線に関して半径方向にも軸線方向にも起こる。従って、ケーシングは、上記の膨張および／または収縮が燃焼室の損傷なしに可能であるように配設されるべきである。掛止は特に簡単に形成できる保持構造であり、しかも掛止された構造物の運動（膨張および収縮）が可能である。薄板ケーシングの縁部、好ましくは高温ガス流出口側における縁部が半径方向の（つまり表面にほぼ垂直に配設された）渡り部分を備え、渡り部分が壁構造物に設けられた溝内へ挿入されている。この掛止は、遊びのある掛止を実現するために溝が渡り部分よりも幅広くなるように形成されると好ましい。それにより、掛止範囲における温度変動によるケーシングの軸線方向の膨張または収縮が掛止部を損傷することなしに可能である。さらに、掛止は、それによって同時に壁構造物に対するケーシングの封鎖が実現されているという利点を有する。
【００２０】
ケーシングの半径方向の膨張を保証するために、渡り部分は、剛直ではなく変形しても元に戻ることができるように少なくとも１つのスリットを半径方向に有すると好ましい。渡り部分の封鎖作用を維持するために、スリットにはシールを備えるとよい。
【００２１】
ケーシングは高温ガス流出口の範囲においてのみ壁構造物に掛止されていると好ましい。
【００２２】
本発明の別の好ましい構成では、壁構造物は高温ガス流出口の範囲に少なくとも１つの冷却空気流入口を有する。
【００２３】
この冷却空気流入口を介して冷却空気が内壁と壁構造物とによって形成された冷却空気通路内へ導入される。冷却空気がその通路内へ流入する個所では、ケーシングのそこに存在する部分は衝突冷却によって冷却される。内壁のその他のすべての部分面は、冷却空気が冷却空気通路内へ入った後には内壁の外面に沿って移動することによって、対流冷却される。
【００２４】
ケーシングはその表面に補強リブを有すると好ましい。
【００２５】
補強リブは、一方ではケーシングの安定性を改善し、他方では冷却リブとして役立つ。補強リブはケーシングの表面上に軸線方向に配設されると好ましい。リブの高さおよび幅は僅かな応力しか生じないように設定されるのがよい。
【００２６】
本発明の他の好ましい構成では、ケーシングはバーナの範囲に、バーナを挿入のためのバーナ挿入装置を有する。
【００２７】
バーナは、燃焼室の主要構成部分であり、従って燃焼室内に簡単にかつフレキシブルに配設されるべきである。このためには本発明による燃焼室の構成部分であるバーナ挿入装置が特に適している。バーナの収容のために、バーナ挿入装置内へ押し込まれている分離式のバーナ取付部が設けられていると好ましい。
【００２８】
本発明の他の好ましい構成においては、ケーシングは壁構造物に懸架装置により懸架されている。
【００２９】
懸架装置はケーシングを燃焼室内に配置するのに特に適した手段である。ケーシングが燃焼室内に懸架されると、ケーシングの表面と壁構造物との間に中間空間が生じ、この中間空間が冷却空気通路を形成する。それにより、懸架装置の形成は冷却空気通路の形成にも影響を及ぼす。さらに、懸架装置は温度変動時におけるケーシングの膨張および／または収縮を許容する。
【００３０】
懸架装置はケーシングの周囲に配置された複数の固定要素から構成すると好ましく、これらの固定要素は引張力の作用下で壁構造物に結合されている。
【００３１】
固定要素の引張力によって燃焼室の内部においてケーシングの姿勢が安定化される。すなわち、ケーシング表面の周囲に複数の固定要素を配置することによって、ケーシングに作用する力が一様に分布する。
【００３２】
固定要素は壁構造物の面で弾性支持されていると好ましい。
【００３３】
弾性支持は、一方では引張力の実現に役立ち、他方では、例えばタービン運転中の負荷変動の際におよび／または温度変動によりケーシングに起こる振動の抑制に役立つ。
【００３４】
懸架されたケーシングが燃焼室の広がり方向に延びる軸線に関して軸線方向にも半径方向にも移動可能であるように懸架装置を構成すると好ましい。
【００３５】
このようにして、ケーシングの熱による膨張または収縮が、懸架装置および／または燃焼室を損傷することなしに、実質的に全ての方向に可能である。タービンの運転中には非常にしばしば大きな温度変動が発生するので、高温ガスに接触するガスタービン部分の膨張もしくは収縮の可能性を配慮することが必要である。その場合、膨張もしくは収縮の可能性をうまく成し遂げたとしても、タービンの一様な運転および良好な効率を保証するために、例えばガス、冷却空気および／または蒸気の損失に対して当該タービン部分の密閉性が確保されるように注意すべきである。
【００３６】
本発明の他の構成において、固定要素はボルトを含み、ボルトはそれぞれ第１端部にほぼ半球状のボルト頭を有し、このボルト頭はケーシングの面に取付けられたボルトホルダの断面で見てほぼ半球状の窪み内に傾斜可能に支持されている。
【００３７】
ケーシングの面に取付けられたボルトホルダは、ケーシングに溶接されているＵ字状固定部であると好ましい。
【００３８】
ボルトホルダの窪みもボルト頭も半球状に形成されていることによって、特にボルトの傾斜を許容する支えが生じる。この種の傾斜は、特に燃焼室内に懸架されたケーシングの例えば温度変動によって起こされる運動の際に生じる。
【００３９】
各ボルトの第２端部は壁構造物の案内孔を貫通し、壁構造物の外面上で圧縮ばねに通され、圧縮ばねはボルトの第２端部に保持された座金により壁構造物の外面に向けて付勢されている。
【００４０】
この構成において、圧縮ばねがケーシングを壁構造物に結合する引張力を保証する。圧縮ばねは、特に適した低コストで多面的に使用可能なばね要素であり、このばね要素によって引張力も抑制も実現することができる。
【００４１】
案内孔は横断面で見て狭くされた小径部を有し、この小径部によってケーシングの半径方向および／または軸線方向の運動が抑制されると特に好ましい。
【００４２】
ボルトを簡単に案内孔に通すことができるようにするために、案内孔はボルトの太さよりも広いと好ましい。例えば温度変動によりケーシングとともにボルトが運動する場合に、この種の案内孔は、この運動を的確に抑制し、それにより燃焼室の安定性に好都合に影響するためには僅かしか貢献しない。従って、この好ましい構成では、案内孔に小径部が設けられているので、案内孔内で運動するボルトが小径部で摩擦し、このようにしてケーシングの運動および／または振動が摩擦によって抑制される。
【００４３】
さらに、本発明による燃焼室（環状燃焼室）においては個別燃焼室を設けることができ、これらは燃焼室の周囲に分布させられ、それぞれそこに配置されたバーナのための別々の燃焼空間をそれぞれ形成する。それによって、ガスタービンの運転中における雑音発生が低減する。というのは、全体の雑音形成におけるバーナの個々の成分が相互結合を減らされて、雑音振動が発生しないからである。さらに、個別燃焼室は本発明による燃焼室の構成と同様にそれぞれ内側ケーシングを有する。
【００４４】
従って、本発明は他の有利な実施態様では、少なくとも１つの個別燃焼室に結合されている燃焼室にも及ぶ。この燃焼室において、燃焼室のケーシングは、個別燃焼室の少なくとも１つの内側ケーシングに、燃焼室の運転中に半径方向における内側ケーシングの熱膨張成分が半径方向におけるケーシングの熱膨張成分にほぼ等しくなるように結合されている。
【００４５】
このようにして、燃焼室のケーシングおよび／または個別燃焼室の内側ケーシングの冷却に使用された冷却空気が、ケーシングと内側ケーシングとの間の結合個所に形成される間隙を通して、意に反して燃焼室の内部空間内に漏れて燃焼のために失われることがないことが保証される。
【００４６】
本発明の他の好ましい実施態様において、ケーシングは高温ガス流出口の範囲およびバーナ装置嵌合部の範囲において保持される。
【００４７】
ガスタービンの運転時に、ケーシングは発生する熱膨張力によって起こされる変形を受ける。これは、ケーシングが縦方向にも横方向(半径方向)にも膨張もしくは収縮することを意味する。
【００４８】
上述の熱膨張運動を許容するために、ケーシングは支柱なしにすなわち浮動的に懸架され、つまり高温ガス流出口の範囲およびバーナ装置嵌合部の範囲でのみ保持される。従って、ケーシングは、ケーシングの運動を補償するように、上述の保持部間で自由に行き戻りすることができる。
【００４９】
バーナ装置嵌合部は、個別燃焼室の内側ケーシングとして、またはバーナ嵌合部、特にバーナのすべりばめ（滑り嵌め）として形成されていると好ましい。
【００５０】
バーナ嵌合部の上述の構成は、本発明による燃焼室の構成を、純粋な環状燃焼室としても、個別燃焼室を備えた環状燃焼室としても考慮する。燃焼室が純粋な環状燃焼室として実施されている場合、バーナ装置嵌合部は、バーナが環状燃焼室内に直接に挿入されているようにバーナを配置したバーナ嵌合部として構成されている。本発明による燃焼室が、個別燃焼室に結合されている環状燃焼室として実施されている場合、バーナ装置嵌合部は、それぞれ個別燃焼室の内側ケーシングとして構成されている。それにより、いずれの場合にもケーシングは支柱なしに浮動的に懸架される。
【００５１】
ケーシングの表面は湾曲させられた形をしていると好ましい。
【００５２】
湾曲させられた特に鍛造によって作られたケーシング表面を使用することはケーシングの固有剛性を高めるので、ケーシングの僅かな厚みでもその安定性を保証するのに十分である。
【００５３】
本発明の別の好ましい構成では、ケーシングは複数のケーシング部分からなり、特にそれぞれ４つのケーシング部分を含む複数のケーシング部分グループからなる。その場合、ケーシング部分はほぼ全長に亘って延びている縦リブを有し、縦リブはそれぞれの自由縁部を上から見た場合にほぼ直線状に延びている。
【００５４】
ケーシングもしくはケーシング表面に縦リブを使用することは上記ケーシング部分の安定性を高める。さらに、上記縦リブはガスタービン燃焼室内におけるケーシングの姿勢確保のために使用することができる。複数のケーシング部分を使用することは、例えばケーシング修理時にケーシング全部ではなくて交換すべきケーシング部分だけを取外して交換すればよいという利点を得る。
【００５５】
縦リブは、それぞれ相応に受け側として形成された壁構造物の縦溝に挿入されていると好ましい。
【００５６】
このようにして、とりわけケーシング部分の安定性を増大する縦リブの姿勢は、同時に壁構造物の縦溝内に挿入される案内リブとして使用されることによって、特に簡単に保持される。
【００５７】
ケーシング部分は周囲リブを有し、周囲リブはそれぞれの自由縁部を上から見た場合に湾曲していると好ましい。
【００５８】
周囲リブは、それぞれ相応に受け側として形成された壁構造物の周囲溝に挿入されていると好ましい。
【００５９】
周囲リブによって例えば周囲方向における運動が補償されるので、ケーシング部分は周囲方向に任意には運動できない。さらに、上記の実施形態は、複数のケーシング部分からなるケーシングの特に簡単な分解が可能であるという利点を提供する。なぜならば、ケーシング部分はバーナ装置嵌合部の側から、外側の壁構造物を取外さなくても分解および取外しが可能であるからである。これは、ケーシング部分の湾曲状に延びる周囲リブが壁構造物の相応の異なる傾斜した周囲溝内に挿入され、それによりケーシング部がバーナ装置嵌合部側から簡単に引き出せるので、可能である。
【００６０】
以下において本発明の４つの実施例を詳しく説明する
図１は本発明による燃焼室の縦断面、
図２は本発明による燃焼室のケーシングの表面の部分面の平面図、
図３は本発明による燃焼室のための懸架装置の部分としての固定部、
図４は複数の個別燃焼室に結合されている本発明による燃焼室、
図５は１つの個別燃焼室に結合されている本発明による燃焼室の詳細図、
図６は図５の個別燃焼室の平面図、
図７は支柱を用いない浮動的なケーシングを備えた本発明による燃焼室、
図８は１つの個別燃焼室に結合された、支柱を用いない浮動的なケーシングを備えた本発明による燃焼室、
図９は本発明による燃焼室の多数の個別部分からなるケーシングを示す斜視図、
図１０は１つの個別燃焼室に結合された本発明による燃焼室の多数の個別部分からなるケーシングを示す。
【００６１】
図１は縦断面図で示された燃焼室５を示す。壁構造物１０は燃焼室の外囲器を形成し、内部空間８を包囲している。
【００６２】
さらに、内部空間８はケーシング１５によって包囲され、これのケーシング外面は壁構造物１０から離して置かれているので、壁構造物１０とケーシング１５との間には冷却通路２０が形成されている。
【００６３】
ケーシング１５は、この実施例では壁構造物１０に２つの方式で結合されている。
【００６４】
掛止部３０は高温ガス流出口２８の範囲にあるケーシング１５の部分の姿勢を保持する。さらに、ケーシング１５は、多数の固定要素６０によって形成されている懸架装置により壁構造物１０に結合されている。これらの固定要素６０はケーシング１５の表面上に軸線方向Ａにも半径方向Ｒにも一様に分布させられていると好ましく、壁構造物１０の相応の個所における案内孔７０に貫通案内されている。固定要素は懸架装置の部分として図３に詳しく示されている。
【００６５】
本発明による燃焼室５の燃焼空間はケーシング１５の内部にある。燃焼は内部空間８の中に突入しているバーナ２５によって維持される。この実施例ではバーナ２５はバーナ挿入装置４２に嵌め込まれている。バーナ挿入装置４２は、バーナ２５を簡単に燃焼空間８内へ押し込めたり燃焼空間８から再び引き出したりできるようにすべりばめ（滑り嵌め）として形成されているとよい。
【００６６】
本発明による燃焼室５は運転中に主として対流冷却される。壁構造物１０における冷却空気流入口４０を通して冷却空気通路２０へ入った冷却空気流Ｌは、ケーシング１５の表面に沿って移動し、高温ガスにさらされているケーシング１５の壁を高温ガスとは反対側の面で対流冷却する。冷却空気Ｌはバーナ２５によって導かれ、そこで冷却空気Ｌは酸素供給体として能動的に燃焼を支援する。従って、冷却空気をバーナに引き込むために、冷却空気通路からの冷却空気のための決められた出口だけが、つまりバーナの位置における出口だけが存在する。衝突冷却は、実際上、冷却空気流Ｌが冷却空気流入口４０を通して冷却空気通路２０内へ流入した直後に、冷却空気流Ｌがケーシング１５の表面のうち冷却空気流入口４０にある部分に実質的に垂直に衝突する場合にしか行われない。ケーシング１５の表面の大部分は衝突冷却によって冷却されるのではなく、ケーシング表面に平行にこの表面に沿って移動してこの表面から熱を運び去る冷却空気流Ｌにより対流冷却される。
【００６７】
本発明による燃焼室５の大きな利点は、一方では使用される閉じられた冷却により、冷却空気が直接に燃焼空間内へ漏れることがないことによって空気の損失が防止され、他方では本発明による燃焼室の場合に使用される対流冷却の原理により冷却経過中に僅かしか圧力損失が発生せず、実質的にタービン効率が負の影響を受けることがないことにある。
【００６８】
ケーシング１５は３ｍｍから１０ｍｍまでの範囲にある壁厚を有する薄板からなると好ましい。ケーシング１５の表面によって形成され且つ一方の面が高温ガスに直接にさらされている比較的薄い内壁が重要である。この種の薄い内壁は、比較的緩慢に対流冷却する冷却空気Ｌによって冷却することができる。というのは、薄い壁の熱容量は厚い壁に比べて僅かであり、従って緩速の冷却空気流でも十分であるからである。
【００６９】
ケーシング１５は一回のみ（すなわち１つの断面でのみ）分割されているので、ケーシング１５の２つの部分をつないで組み立てたときに、内部空間８内への冷却空気流Ｌの侵入もしくは内部空間８から冷却空気通路２０内への高温ガスの流出をなくさなければならない間隙が１つしか生じない。このようにして冷却空気損失およびそれにともなう圧力損失はほぼ可能な限り最善に低減する。
【００７０】
ケーシング１５の高温ガス側の内壁は熱遮断層を備えると好ましい。このようにしてケーシングの冷却がさらに改善される。
【００７１】
燃焼室５の運転中に少なからぬ温度変動が発生するので、特に内面に高温ガスが直接に接触するケーシング１５は、軸線方向Ａにも半径方向Ｒにも燃焼室５の実際の動作温度に依存して膨張もしくは収縮する。壁構造物１０の溝内に挿入されている渡り部分３２を含む既述の掛止部３０は、一方では冷却空気通路２０が渡り部分の位置において冷却空気損失をなくすという利点を提供し、他方ではケーシング１５が掛止部３０の範囲においてその位置を確かに保持されているが、軸線方向Ａにも半径方向Ｒにも膨張もしくは収縮することができるという利点を提供する。従って、掛止部３０は、実際に、運転中のケーシング１５の必要な膨張可能性を制限することなく、ケーシング１５の初期位置を保証する。
【００７２】
冷却空気供給量、従って冷却空気流Ｌの速度は、冷却空気流入口４０の大きさによって影響を受ける。
【００７３】
図２には本発明による燃焼室のケーシング１５の表面の部分面の平面図が示され、図示では壁構造物１０が省略されている。
【００７４】
ケーシング１５の補強のために、ケーシング表面に軸線方向Ａに配置された補強リブ５０が設けられている。補強リブ５０の高さおよび幅は過度の応力が生じないように実施されている。さらに、補強リブ５０は、ケーシング１５の安定性の改善のほかに、ケーシング１５の冷却の改善に貢献する。なぜならば、補強リブは燃焼室の運転時に冷却空気が沿って移動して熱を運び去る冷却リブとして働くからである。
【００７５】
さらに、ケーシング１５の表面の図示された部分面には固定要素６０がある。
【００７６】
固定要素６０はボルト６２を含み、ボルト６０はケーシング１５の表面側でボルトホルダ６８に支えられている。更なる詳細は次の図３に示されている。
【００７７】
図３には、詳細にとりわけ本発明による懸架装置において使用可能である固定要素６０が示されている。固定要素６０と、ケーシング１５と、ボルトホルダ６８と、壁構造物１０とが縦断面図で示されている。
【００７８】
ケーシング１５の高温ガスとは反対側の表面には、ボルト６２を支えるボルトホルダ６８が取付けられ、特に溶接されている。
【００７９】
図には、本発明による懸架装置の多数の固定要素の内１つの固定要素のみが示されている。
【００８０】
ボルトホルダ６８はほぼ半球状に形成されている窪み６６を有する。ボルト６２のボルト頭６４はボルトホルダ６８の孔に通されている。ボルト頭６４はボルトが傾斜することができるように窪み６６内へ噛み合い結合により嵌め込まれている。
【００８１】
壁構造物１０はボルト６２の軸部が案内されている案内孔７０を有する。ボルト６２の軸部は壁構造物１０を越えて外側空間８２へ突き出ている。外側空間８２ではボルト６２が圧縮ばね７２を貫通し、圧縮ばね７２は懸架装置の引張力とそれにともなう懸架装置の安定性を保証し、同時に、特に温度変動の際に発生するとりわけ半径方向Ｒへのケーシング１５の運動を許容する。
【００８２】
圧縮ばね７２の引張力は、ナット７８によってボルト６２のネジ部８０に所望の位置で固定されている座金７４によって設定される。
【００８３】
案内孔７０は直径の狭くされた小径部７６を有すると好ましい。小径部７６によって、ケーシング１５がとりわけ半径方向Ｒに運動する際に発生する振動は、小径部７６でのボルト６２の摩擦によって抑制される。このようにしてケーシング１５の望ましくない振動が停止させられる。圧縮ばね７２は、壁構造物１０の凹部内に挿入して位置を安定させるのがよい。
【００８４】
図３に詳細に示された固定要素６０は本発明による懸架装置に使用するのに特に適している。壁構造物１０に向いたケーシング１５の引張力をそれぞればね付勢された支持部によって実現するこの種の固定要素が多数使用される。ボルトホルダ６８はＵ字形であると好ましい。ボルトホルダ６８が半球状の窪み６６を有することによって、ケーシング１５の軸線方向Ａの運動が可能である。なぜならば、半球状のボルト頭６４が半球状の窪み６６内で軸線方向Ａの運動を行なうことができるからである。ボルト６２の軸部の直径よりも大きい直径を備えた孔８４が特に好ましい。
【００８５】
案内孔７０も同様にボルト６２の軸部がその中で軸線方向Ａの運動を行なうことができるように実施されると好ましい。
【００８６】
半径方向Ｒへのケーシング１５の運動は圧縮ばね７２によって抑制される。
【００８７】
ボルト頭６４の２つの対向する面は平らにされているので、ボルト頭６４は特に簡単に孔８４を通してボルトホルダ６８へ挿入することができる。ボルト６２を９０°だけねじるならば、ボルト６２は孔８４を通してボルトホルダ６８から滑り落ちることができなくなる。ボルト６２の不慮のねじれを避けるために、壁構造物１０の壁面にはボルト６２のねじれ防止手段を設けると好ましい。それにより、燃焼室の運転中に例えば震動によって起こされるボルトの不慮の脱落を気づかうことなしに、例えば保守点検時に容易にボルト６２を挿入するないしは取外すことができる。
【００８８】
本発明による燃焼室のための本発明による懸架装置は、ばねにより設定可能な固定要素の引張力によってケーシング１５の安定な静止姿勢が実現される。燃焼室の運転中には、特に温度変動により発生するケーシング１５の運動が軸線方向Ａにも半径方向Ｒにも可能にされるので、ケーシングは過大な発生応力によって破壊されることはない。さらに、この運動は抑制されるので、ケーシングの破壊を招くほど過大な運動振幅は防止される。従って、安定性と弾力性との間の良好な妥協が達成されている。
【００８９】
図４は複数の個別燃焼室９３に結合されている本発明による燃焼室のケーシング１５’を示す。
【００９０】
個別燃焼室９３はそれぞれ１つの内側ケーシング９０とこの内側ケーシングを包囲するそれぞれ１つの図示されていない外側ケーシングとによって包囲されている。さらに、図４には、本発明による燃焼室の支持構造は示されていない。ケーシング１５’と１つの個別燃焼室９３との結合部９５の詳細は本発明による冷却空気案内を含めて図５に詳しく示されている。
【００９１】
個別燃焼室９３は、バーナの総和によって維持される総燃焼が個々のバーナ間の願わしくない結合作用（例えば騒音発生に関する結合作用）からできるだけ解放されるように、個別燃焼室内にそれぞれ挿入されるバーナのために別々の燃焼空間を実現する。
【００９２】
図５には本発明による燃焼室と個別燃焼室９３との結合部９５が詳細に示されている。
【００９３】
個別燃焼室９３は内側ケーシング９０によって包囲され、さらに内側ケーシング９０は外側ケーシング９６によって包囲されている。外側ケーシング９６は例えばフランジ結合部１１０により燃焼室の壁構造物１０’に結合されている。内側ケーシング９０は溝−ばね結合部１２５によりケーシング１５’に結合されているので、向きＡ’において遊びが保たれ、それにより内側ケーシング９０は運転中に生じる内側ケーシングの温度膨張のためにＡ’方向へ膨張することができる。
【００９４】
さらに、個別燃焼室９３の内側ケーシング９０は図示されていないバーナを収容するためのバーナ挿入装置４２’を有する。
【００９５】
さらに、内側ケーシング９０は向きＡ’に移動可能に複数のすべりばめ９７により外側ケーシング９６に結合されている。
【００９６】
内側ケーシング９０の姿勢を安定させるために保持要素１２０が設けられ、保持要素１２０は外側ケーシング９６から斜めに内側ケーシング９０へ延びていると好ましく、かつ特に半径方向Ｒ’への内側ケーシング９０の膨張を抑制すると好適である。保持要素１２０は外側ケーシング９６の面か又は内側ケーシング９０の面かまたは各ケーシングの前記両面に溶接することができる。本発明による燃焼室の冷却も個別燃焼室の冷却も冷却空気流Ｌ’によって可能であるように、保持要素１２０を冷却空気流Ｌ’が通流可能であること特に好ましい。このために、保持要素は例えばフォーク状に形成することができ、それによって冷却空気流Ｌ’が実質的に妨げられないでフォーク状の保持要素の先端を通して流れることができる。
【００９７】
個別燃焼室の向きＡ’は、ケーシング１５’の熱膨張も内側ケーシング９０の熱膨張も大部分がＡ’方向に起こり、Ａ’方向に対して垂直な方向にはそれぞれ僅かしか起こらないように定められる。この種の実施形態では、Ｒ’方向における内側ケーシング９０の熱膨張成分１００はＲ’方向におけるケーシング１５’の熱膨張成分１０５に実質的に等しい（既に述べたように両成分は比較的小さい）。それゆえ、運転中には簡単に実施できる溝−ばね結合部１２５によって生ぜしめられる主としてＡ方向での熱膨張が現われる。溝−ばね結合部は、簡単に実施できることのほかに、実質的に気密に実施することができ、それゆえ冷却空気流Ｌ’の一部が個別燃焼室９３内へ侵入して燃焼のために失われるという願わしくないことが防止できる利点を有する。
【００９８】
溝−ばね結合部１２５と同様に、フランジ結合部１１０も極めて簡単に気密に実施できるので、冷却空気流Ｌ’を実質的に損失なしに個別燃焼室９３の図示されていないバーナに供給することができ、従って冷却空気流Ｌ’は能動的に燃焼に関与する。
【００９９】
保持要素１２０は例えばフォーク状に薄板から形成するとよい。このようにして、冷却空気流Ｌ’は大きな妨害なしに保持要素１２０を通り抜け、実質的に圧力損失なしに個別燃焼室のバーナに供給される。
【０１００】
図６は図５の個別燃焼室９３の内側ケーシング９０の平面図を示す。
【０１０１】
内側ケーシング９０は外側ケーシング９６によって包囲されている。すべりばめ９７により内側ケーシング９０は内側ケーシングの縦軸線方向に移動可能に外側ケーシングに結合されている。内側ケーシング９０の向きを安定させるために保持要素１２０が設けられ、これらの保持要素１２０は外側ケーシング面および／または内側ケーシング面に固定され、例えば溶接されている。保持要素１２０は湾曲した薄板であると好ましく、薄板は有利な構成ではフォーク状に形成されている。それにより、冷却空気流は、保持要素に実質的に妨げられずに、従って圧力損失なしに、そのように形成されたフォークの先端を通り抜けて流れることができる。保持要素１２０および／またはすべりばめ９７の要素は、内側ケーシング９０のそれぞれ対向面で対をなして配設されていると好ましい。
【０１０２】
図７には本発明による燃焼室の優れた構成が示されている。ケーシング１５０は支柱なしにつまり浮動的に懸架されている。これは、ケーシング１５０が高温ガス流出口１５５の範囲（例えば掛止により）およびバーナ装置嵌合部１６０の範囲（例えば溝−ばね結合により）でのみ保持されていることを意味する。両保持部間においてケーシングは自由に運動できるので、ケーシング１５０は邪魔されることなく例えば熱膨張運動をすることができる。
【０１０３】
空気流入口を通して壁構造物１７０内に流入する冷却空気流Ｌ’’は、壁構造物１７０側のケーシング１５０の表面に沿って移動しケーシング１５０を対流冷却する。冷却空気流Ｌ’’は、燃焼に能動的に関与するために、バーナ装置嵌合部１６０の開口（例えば孔）を通り抜けて、バーナ１８０に供給される。本発明のこの実施例の場合、バーナはケーシング１５０内の燃焼空間に直接に挿入されている。
【０１０４】
図８は、本発明による燃焼室のケーシング１５０がバーナ装置嵌合部１６０に結合されている本発明の実施例を示す。バーナ装置嵌合部１６０は内側ケーシングとして個別燃焼室１９０を形成している。ケーシング１５０は同様に高温ガス流出口１５５の範囲およびバーナ装置嵌合部１６０の範囲でのみ、例えば掛止もしくは溝−ばね結合によって保持されている。これらの両保持部間においてケーシング１５０は自由に移動できるので、ケーシング１５０は妨げられないで例えば熱膨張をすることができる。壁構造物１７０の開口を通して冷却空気流Ｌ’’が入り、壁構造物１７０側のケーシング１５０の表面に沿って移動し、ケーシング１５０を対流冷却する。
【０１０５】
本発明のこの実施例の場合、バーナ１８０は、ケーシング１５０の内部空間内へ直接に挿入されるのではなくて、内側ケーシングによって包囲されている個別燃焼室１９０内に配置されている。
【０１０６】
図９は本発明による燃焼室のケーシングの個別部分２００を示す。ケーシング部分２００はその安定性補強のために縦リブ２１０を有する。これらの縦リブ２１０は、壁構造物の相応に受け側として形を整えられた溝に挿入することができる。さらに、ケーシング部分２００は湾曲状に延びる周囲リブ（図示されていない。これについては図１０参照）を有し、これは、例えば周囲方向におけるケーシングの運動を補償し、壁構造物における相応に受け側として形成された溝内に挿入することができる。
【０１０７】
図１０は１つの個別燃焼室２６０に結合されている本発明による燃焼室の複数のケーシング部分からなるケーシングを示す。
【０１０８】
図９に従って実施されたそれぞれ４つのケーシング部分２００には、図１０において明らかのように、個別燃焼室の内側ケーシング２６０が例えば溝−ばね結合により結合されている。ケーシング部分２００は縦リブ２１０を有し、縦リブ２１０は溝−ばね結合の様式にて壁構造物３００の相応に受け側として形成された溝内に挿入されている。
【０１０９】
さらに、ケーシング部分２００は湾曲状に延びる周囲リブ２２０を有し、これは、図示されていないが、壁構造物の相応に受け側として形成された周囲溝内を延びている。
【０１１０】
上記の実施例は、外側ケーシングつまり壁構造物３００を取外すことなく、還状燃焼室内張り、つまり複数のケーシング部分からなるケーシングを簡単に交換することを可能にする。ケーシングの分解は、１つの個別燃焼室を包囲する内側ケーシング２６０を取外してからケーシング部分２１０を既述の溝から引き出すことによって行なわれる。これは特に簡単に可能である。なぜならば、ケーシングは複数のケーシング部分２００からなり、これらのケーシング部分は、とりわけ対にして分解時には壁構造物３００の対応形成の溝から引き出され、組立時には壁構造物３００の相応に形成された溝内に差し込まれるからである。この実施形態の場合、複数のケーシング部分２００からなる本発明による燃焼室のケーシングは支柱なしにつまり浮動的に保持されているので、上述のとおり分解を非常に簡単に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明による燃焼室の縦断面図
【図２】本発明による燃焼室のケーシングの表面の部分面の平面図
【図３】本発明による燃焼室のための懸架装置の部分としての固定部の断面図
【図４】複数の個別燃焼室に結合されている本発明による燃焼室を示す斜視図
【図５】１つの個別燃焼室に結合されている本発明による燃焼室の詳細図
【図６】図５の個別燃焼室の平面図
【図７】浮動ケーシングを備えた本発明による燃焼室の断面図
【図８】１つの個別燃焼室を結合された浮動的なケーシングを備えた本発明による燃焼室を示す断面図
【図９】本発明による燃焼室の複数の個別部分からなるケーシングを示す斜視図
【図１０】１つの個別燃焼室を結合された本発明による燃焼室の複数の個別部分からなるケーシングを示す断面斜視図
【符号の説明】
【０１１２】
５        燃焼室
８        内部空間
１０        壁構造物
１５        ケーシング
１５’      ケーシング
２０        冷却空気通路
２５        バーナ
２８        高温ガス流出口
３０        掛止部
３２        渡り部分
４０        冷却空気流入口
４２        バーナ挿入装置
５０        補強リブ
５５        ケーシング
６０        固定要素
６２        ボルト
６４        ボルト頭
６６        窪み
６８        ボルトホルダ
７０        案内孔
７２        圧縮ばね
７４        座金
７６        小径部
７８        ナット
８０        ネジ部
８２        外側空間
８４        孔
９０        内側ケーシング
９３        個別燃焼室
９５        結合部
９６        外側ケーシング
９７        すべりばめ
１００      熱膨張成分
１０５      熱膨張成分
１１０      フランジ結合部
１２０      保持要素
１２５      溝−ばね結合部
１５０      ケーシング
１５５      高温ガス流出口
１６０      バーナ装置嵌合部
１７０      壁構造物
１８０      バーナ
１９０      個別燃焼室
２００      個別部分
２１０      縦リブ
２２０      周囲リブ
２６０      内側ケーシング
３００      壁構造物
Ａ          軸線方向
Ｌ          冷却空気流
Ｒ          半径方向
Ａ’        向き、方向
Ｒ’        半径方向
Ｌ’        冷却空気流
Ｌ’’      冷却空気流
【国際公開パンフレット】
2004524479.tif 000003
2004524479.tif 000004
2004524479.tif 000005
2004524479.tif 000006
2004524479.tif 000007
2004524479.tif 000008
2004524479.tif 000009
2004524479.tif 000010
2004524479.tif 000011
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2004524479.tif 000033
2004524479.tif 000034
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2004524479.tif 000036
2004524479.tif 000037
2004524479.tif 000038
2004524479.tif 000039
2004524479.tif 000040
2004524479.tif 000041
2004524479.tif 000042
【国際調査報告】
2004524479.tif 000043
2004524479.tif 000044
2004524479.tif 000045
2004524479.tif 000046
2004524479.tif 000047
2004524479.tif 000048