(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方の表面に沿って延びる流路が両表面の間に形成されている少なくとも二つの板状体を接合する板状体接合方法において、
これら板状体をこれら板状体の縁部を突合わせるよう配置し、
これら板状体を前記縁部に沿って接合し、
溝をこれら板状体の一方の表面から前記縁部に沿って形成し、
前記溝のための蓋部を前記溝に沿って取付ける板状体接合方法。
【請求項２】
前記板状体の他方の表面から前記溝の底部までの距離が前記他方の表面から前記流路までの距離にほぼ等しいようにした請求項１に記載の板状体接合方法。
【請求項３】
前記板状体を接合させた後に、前記板状体の前記他方の表面を平滑化することをさらに含む請求項１または２に記載の板状体接合方法。
【請求項４】
前記板状体を接合させる前に、前記板状体の前記縁部に開先を形成することをさらに含む請求項１から３のいずれか一項に記載の板状体接合方法。
【請求項５】
前記蓋部が前記溝の底部に向かって突出する凸部を備えている請求項１から４のいずれか一項に記載の板状体接合方法。
【請求項６】
前記板状体の前記一方の表面から前記蓋部の前記凸部の先端までの距離が、前記板状体の前記一方の表面から前記流路までの距離にほぼ等しいようにした請求項５に記載の板状体接合方法。
【請求項７】
前記蓋部が前記板状体の材料と同一の材料から形成されている請求項１から６のいずれか一項に記載の板状体接合方法。
【請求項８】
少なくとも一方の表面に沿って延びる流路が両表面の間に形成されている少なくとも二つの板状体が請求項１から７のいずれか一項に記載の板状体接合方法により接合されることにより形成される接合体。
【請求項９】
少なくとも一方の表面に沿って延びる流路が両表面の間に形成されている少なくとも二つの板状体が請求項１から７のいずれか一項に記載の板状体接合方法により接合されることにより形成されるガスタービン燃焼器用の尾筒。
【請求項１０】
請求項９に記載の尾筒を備えたガスタービン燃焼器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも一方の表面に沿って延びる流路が両表面の間に形成されている少なくとも二つの板状体を接合する板状体接合方法、ならびにこの板状体接合方法により接合された接合体、ガスタービン燃焼器用の尾筒、およびこの尾筒を備えたガスタービン燃焼器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービン燃焼器、ジェットエンジン、宇宙関連機器などの構成材料として両表面の間にストライプ状等の流路が形成されている板状体が使用されており、かかる内部の流路に作動流体、例えば空気または蒸気を流すことによりガスタービン燃焼器などを冷却等するようにしている。
【０００３】
ガスタービン燃焼器の断面図である図２に示すように、ガスタービン燃焼器２０は、燃料供給部２１と高温・高圧の燃焼ガスをタービン（図示していない）に導く尾筒２２とを備えている。この燃料供給部２１は、パイロット燃料Ｘ及び空気を供給して拡散火炎を形成するコーン２３とメイン燃料Ｙ及び空気の予混合気体を噴出するノズル２４とを備えており、複数のノズル２４がコーン２３の周囲に略等間隔で配設されたいわゆるマルチノズル型である。
【０００４】
尾筒２２は少なくとも二つの板状体２５から形成されている。このような板状体２５の拡大断面図である図３に示すように、板状体２５は、ストライプ状の溝が形成された一方の壁部２６と平板状の他方の壁部２７とを溶接等によって積層することにより形成されている。図３から分かるように、この板状体２５の内部には板状体の表面に対してほぼ平行に延びるストライプ状の流路２８が形成されている。従って、この尾筒２２を構成する板状体の流路２８には作動流体Ｚ、例えば空気または蒸気が流され、それにより、尾筒２２が冷却されるようになる。
【０００５】
燃焼ガスをタービンまで効率的に供給するために、尾筒２２は尾筒２２の断面形状が軸方向に漸減的に変化する三次元的曲面形になるように筒状に形成されている。図４（ａ）および図４（ｂ）は少なくとも二つの板状体の一般的な接合方法を図示している。これら図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、従来技術においては、適切な形状に裁断された複数の板状体２５ａ、２５ｂをこれら板状体の縁部を突合わせるよう配置し、次いでこれら縁部の少なくとも一方に溶接用の開先を形成し、溶接、例えばＴＩＧ溶接によって接合することにより、尾筒２２が形成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したように尾筒２２を構成する板状体２５は所定の形状に裁断されているため、図４（ａ）の板状体２５ａのように接合すべき縁部に流路２８ａが開口している場合がある。このように縁部に流路２８ａが開口した板状体２５ａを従来技術の接合方法により接合する場合には、流路２８ａが例えば溶接金属２９により閉塞され、それにより、閉塞した流路２８ａが存在する領域における冷却能が低下するようになる。
【０００７】
さらに、板状体には通常、互いに平行な複数の流路２８が形成されているので、接合個所において流路２８が閉塞していない場合でも、隣接する流路２８の間の距離すなわち配設ピッチが接合部分を挟んで局所的に大きくなり、その結果、接合部分の冷却能が他の部分よりも低下する。
【０００８】
かかる接合方法における欠点は、ガスタービン燃焼器２０の尾筒２２以外にも該当するものであり、換言すると、かかる欠点は内部に何らかの作動流体を流通させるための流路を有する板状体全般に該当する課題である。
【０００９】
本発明はこれら欠点に鑑みてなされたものであり、冷却等の諸機能の低下が生ずることのない、少なくとも一方の表面に沿って延びる流路が両表面の間に形成されている少なくとも二つの板状体を接合する板状体接合方法、ならびにこの板状体接合方法により接合された接合体、ガスタービン燃焼器用の尾筒、及び、この尾筒を備えたガスタービン燃焼器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、少なくとも一方の表面に沿って延びる流路が両表面の間に形成されている少なくとも二つの板状体を接合する板状体接合方法において、これら板状体をこれら板状体の縁部を突合わせるよう配置し、これら板状体を前記縁部に沿って接合し、溝をこれら板状体の一方の表面から前記縁部に沿って形成し、前記溝のための蓋部を前記溝に沿って取付ける板状体接合方法が提供される。
【００１１】
請求項１に記載の発明によって、接合個所において直線状の中空部が溝と蓋部とにより形成される。さらに接合されるべき縁部に流路が開口している場合には、この流路が前記中空部に連通するようになる。従って、かかる中空部を作動流体用流路として使用することにより、当該板状体の縁部に開口した流路が接合部によって閉塞されること、及び、接合部分における流路の配設ピッチが大きくなることを妨げることができる。
従って、当該板状体接合方法により形成される接合体によって、内部の流路に作動流体、例えば空気を流通させることによる冷却等の諸機能が接合部分において低下するのが妨げられる。特に、当該板状体接合方法によりガスタービン燃焼器の尾筒を形成する場合には、接合部分における冷却能が他の部分における冷却能にほぼ等しくなる。その結果、クラック等の発生が低下し、尾筒の寿命を延ばすことができる。それゆえ、このような尾筒を備えたガスタービン燃焼器は、メンテナンスの容易化及び省力化を図ることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、前記板状体の他方の表面から前記溝の底部までの距離が前記他方の表面から前記流路までの距離にほぼ等しいようにした。
請求項２に記載の発明によって、板状体の流路の底部と接合個所に形成される中空部の底面とを略一致させることができ、その結果、（１）接合個所の強度確保、（２）接合個所における冷却等の諸機能の確保及び均一化、（３）流路及び中空部を流通する作動流体のストリームライン化を図ることができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、前記板状体を接合させた後に、前記板状体の前記他方の表面を平滑化することをさらに含んでもよい。
請求項３に記載の発明によって、これら板状体の他方の面がほぼ同一平面となる。それゆえ、当該板状体から構成される接合体（例えばガスタービン燃焼器の尾筒など）において、かかる製品の機能（例えば燃焼ガスの流通など）に対する悪影響の発生を妨げることができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、前記板状体を接合させる前に、前記板状体の前記縁部に開先を形成することをさらに含んでもよい。
請求項４に記載の発明によって、溶接によりこれら板状体の縁部を接合する場合には、溶接作業を容易に行うことができると共に、溶接精度及び溶接強度を高めることができる。開先はＩ形、Ｖ形、片刃形などあらゆる形態をとりうる。
【００１５】
請求項５に記載の発明によれば、前記蓋部が前記溝の底部に向かって突出する凸部を備えている。
請求項５に記載の発明によって、接合個所の強度を高めることができる。また、この蓋部の凸部の高さを調整することにより、板状体の流路を流れる作動流体の流量を制御することができる。
【００１６】
請求項６に記載の発明によれば、前記板状体の前記一方の表面から前記蓋部の前記凸部の先端までの距離が、前記板状体の前記一方の表面から前記流路までの距離にほぼ等しいようにした。
請求項６に記載の発明によって、中空部の上面と板状体の流路の上部とを板状体面側からみて略同一線上に位置させることができ、中空部と流路とを流れる作動流体の流量を均一化すると共に連通部でのストリームライン化を促進することができる。
【００１７】
請求項７に記載の発明によれば、前記蓋部が前記板状体の材料と同一の材料から形成されている。
請求項７に記載の発明によって、蓋部と板状体とを同一の材料から形成することにより、板状体と蓋部との膨張係数を一致させることができ、その結果、熱サイクル下において蓋部の脱落、破損等を防止することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を適宜参照しつつ本発明の実施形態を詳細に説明する。図１（ａ）から（ｅ）は本発明の一実施形態に係る接合方法の各工程を示す説明図であって、両表面の間に流路が形成されている板状体の断面図である。
【００１９】
図１に示す当該板状体を接合する板状体接合方法において、図１（ａ）に示すように、内部にストライプ状の流路２ａ、２ｂを有する一対の板状体１ａ、１ｂの縁部３ａ、３ｂ（流路２ａ、２ｂに対して略平行であるのが好ましい）を接合する。これら流路２ａ、２ｂは各板状体１ａ、１ｂの少なくとも一方の表面に沿って板状体１ａ、１ｂの両表面の間に延びている。これら板状体は上面１５ａ、１５ｂおよび下面１６ａ、１６ｂをそれぞれ有している。これら板状体１ａ、１ｂを、これら板状体１ａ、１ｂの縁部３ａ、３ｂを突合わせるように配置する。
【００２０】
次いで、図１（ｂ）に示すように、突合わされた一対の板状体１ａ、１ｂの縁部３ａ、３ｂ間を適切な切削工具、例えばグラインダを用いて開先４を形成する。この開先４はＩ形、Ｖ形、片刃形などあらゆる形態であってよい。
【００２１】
次いで、一対の板状体１ａ、１ｂを縁部３ａ、３ｂに沿って接合する。図１（ｂ）に示すように、この接合工程においては、溶接金属５で開先４を充填して溶接することにより、これら板状体１ａ、１ｂを接合するのが好ましい。溶接作用を利用することにより、比較的高熱に耐えることのできる接合体を形成することができる。この接合工程で用いられる接合方法としては、特に限定されるものではないが、例えばＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接、プラズマ溶接、炭酸ガスアーク溶接、およびＭＡＧ溶接などの溶接作用、ならびに他の接合作用を採用できる。
【００２２】
板状体１ａ、１ｂを接合した後に、図１（ｃ）に示すように、縁部３ａ、３ｂ沿ってこれら板状体の上面１５ａ、１５ｂから除去加工することにより溝７を形成する。この除去加工時に溶接金属５（底部を除く）が部分的に除去される。溝７は開先４を包含しうる幅を有している。板状体１ａ、１ｂの下面１６ａ、１６ｂから前記溝７の底部までの距離は下面１６ａ、１６ｂから流路２ａ、２ｂまでの距離にほぼ等しくなっているのが好ましい。これにより、板状体を接合させた接合体を使用する場合に、接合体の強度が接合箇所において部分的に低下するのを妨げ、流路による機能、例えば冷却機能を接合箇所においても確保すると共にこのような機能を均一化させ、さらに流路及び中空部を流通する作動流体のストリームライン化を図ることができる。溝７を形成する手段は、特に限定されるものではないが、グラインダ等の一般的な切削・研削手段が採用される。
本実施形態においては断面が矩形の溝７が示されているが、底部が丸形になっている溝を形成してもよい。この場合には溝から形成される中空部の形状を流路の形状にさらに近づけられるので、接合体の強度低下をさらに少なくすることができる。
【００２３】
溶接することにより板状体１ａ、１ｂを接合する場合には、図１（ｂ）に示すように、開先４に充填された溶接金属５の一部が板状体１ａ、１ｂの下面１６ａ、１６ｂから突出している。従って、図１（ｃ）に示すように、この突出部分を削除して、板状体１ａ、１ｂの下面１６ａ、１６ｂを同一平面にするのが好ましい。これにより、板状体１ａ、１ｂを接合した接合体を例えばガスタービン燃焼器の尾筒に使用する場合には、尾筒内部を通過する燃焼ガスをさらに平滑に流すことができる。溶接金属５の突出部分を削除する手段としては、前記溝形成工程と同様に、グラインダ等の一般的な切削・研削手段が採用される。なお、この底面平滑化工程と前記溝形成工程との順序は問わず、両工程を同時に行うことも可能である。
【００２４】
次いで、溝７の上方に蓋部８を取付ける。図１（ｄ）に示すように、蓋部８は溝７の開口部を被覆するのに十分な寸法を有している。本実施形態においては、蓋部８の端部が板状体１ａ、１ｂの上面１５ａ、１５ｂに配置されつつ溝７の開口部が閉塞される。次いで、図１（ｅ）に示すように、蓋部８の端部を板状体１ａ、１ｂの上面１５ａ、１５ｂに接合する。この接合工程で用いられる接合方法としては、特に限定されるものではないが、例えばＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接、プラズマ溶接、炭酸ガスアーク溶接、およびＭＡＧ溶接などの溶接作用、ならびに他の接合作用を採用できる。
【００２５】
蓋部８の裏面、すなわち溝７を向いている面には凸部９が設けられている。この凸部９を溝７の開口部に進入させつつ蓋部８を溝７に取付け、これにより中空部１１を形成する。蓋部８を取付けた後において、板状体１ａ、１ｂの上面１５ａ、１５ｂからこの蓋部８の凸部９の先端までの距離は、板状体１ａ、１ｂの上面１５ａ、１５ｂから流路２ａ、２ｂまでの距離にほぼ等しいようにする。従って、蓋部８の凸部９の先端と流路２ａ、２ｂの上部とが板状体１ａ、１ｂに対してほぼ平行な略同一基準面上に位置するようになる。これにより、中空部１１及び流路２ａ、２ｂを流れる作動流体の流量を均一化すると共に連通部でのストリームライン化を促進することができる。
本実施形態においては、溝７の幅よりも寸法の大きい蓋部を採用しているが、溝７の幅にほぼ等しい寸法の蓋部を溝７に嵌め込むように取付けてもよい。この場合には、板状体を接合することにより形成される接合体の上面および下面を平滑にすることができる。さらに、蓋部を溝７に嵌め込むように取付ける場合には凸部９が存在していなくてもよく、板状体の上面１５ａ、１５ｂから蓋部の下面までの距離が上面１５ａ、１５ｂから流路２ａ、２ｂまでの距離にほぼ等しいのが好ましい。当然のことながら、蓋部を溝７に嵌め込むように取付ける場合においても、蓋部の縁部を例えば前述した溶接作用などにより溝７の壁部に接合する。
【００２６】
蓋部８の材料としては、板状体１ａ、１ｂから構成されるガスタービン燃焼器用の尾筒等の接合体に要求される強度、耐熱性等を有するものであれば特に限定されることはなく、例えばステンレス鋼、耐熱鋼等を採用できる。蓋部８の材料は板状体１ａ、１ｂを構成する材料と同一の材料であるのが好ましい。これにより、熱サイクル下において膨張係数の違いにより、蓋部８が滑落または破損する可能性を少なくすることができる。
【００２７】
前述したように、溝７の底部と蓋部８の凸部９の先端面との間に中空部１１が形成される。その結果、中空部１１が流路２ａ、２ｂに対してほぼ平行な流通経路となる。それゆえ、接合個所において流路の配設ピッチが狭くなるのが妨げられ、かつ、流路２ａ、２ｂが縁部３ａ、３ｂに開口している場合には開口した流路２ａ、２ｂと中空部１１とが連通し、接合個所において流路２ａ、２ｂが閉塞するのが妨げられる。
【００２８】
板状体１ａ、１ｂが当該接合方法により接合されてなる接合体、例えばガスタービン燃焼器用の尾筒において、流路２ａ、２ｂとともに中空部１１にも空気、蒸気等の作動流体を流通させることができる。従って、流路２ａ、２ｂの配設ピッチが狭くなること、及び、流路２ａ、２ｂが閉塞することによる冷却能の低下が生ずることがない。また、板状体１ａ、１ｂを側面から見て中空部１１と流路２ａ、２ｂとが直線状に連結されるため、接合個所とその他の部分との冷却能の均一化を促進することができ、さらに流路２ａ、２ｂと中空部１１とが連通している場合に連通部分での作動流体のストリームライン化が促進される。従って、当該接合方法を用いて当該板状体を接合してなる接合体、例えばガスタービン燃焼器用の尾筒は、冷却等の諸機能が接合部分で低下するのを妨げることができる。そのため、この尾筒を備えたガスタービン燃焼器は、メンテナンスの容易化及び省力化を図ることができる。
【００２９】
なお、本発明に基づく少なくとも一方の表面に沿って延びる流路が両表面の間に形成されている少なくとも二つの板状体を接合する板状体接合方法は前述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、開先を形成する工程及び底面を平滑化する工程を省略することもできる。また、蓋部８が凸部９を備えていなくてもよく、この場合にも接合個所における流路２ａ、２ｂの閉塞を防止できると共に流路２ａ、２ｂの配設ピッチが大きくなるのを妨げることができる。さらに、凸部９の高さについても、板状体１ａ、１ｂの上面１５ａ、１５ｂから流路２ａ、２ｂまでの長さとほぼ同一にすることに限定されず、変更可能である。このように凸部９の高さを調整することで、流路２ａ、２ｂを流れる作動流体の流量を制御することができる。また凸部９の先端がくぼむように形成されていてもよく、この場合には中空部１１の断面形状を流路の断面形状にさらに近付けられるので接合箇所における冷却等の諸機能の確保および均一化をさらに図ることができる。
【００３０】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明によれば、当該板状体の内部の流路が接合個所において閉塞されること、及び、接合部分における流路の配設ピッチが大きくなることを防止することができるという共通の効果を奏しうる。
【００３１】
さらに、請求項２に記載の発明によれば、接合箇所の強度を確保することができるという効果を奏しうる。
さらに、請求項３に記載の発明によれば、本発明をガスタービン燃焼器の尾筒に適用する場合に燃焼ガスを平滑に流すことができるという効果を奏しうる。
さらに、請求項４に記載の発明によれば、溶接作業を容易に行うことができると共に、溶接精度及び溶接強度を高めることができるという効果を奏しうる。
さらに、請求項５に記載の発明によれば、接合個所の強度を高めると共に、この蓋部の凸部の高さを調整することで、板状体の流路を流れる作動流体の流量を制御することができるという効果を奏しうる。
さらに、請求項６に記載の発明によれば、中空部及び流路を流れる作動流体の流量の均一化及び連通部でのストリームライン化を促進することができるという効果を奏しうる。
さらに、請求項７に記載の発明によれば、膨張係数を一致させることにより、熱サイクル下における蓋部の脱落等を防止することができるという効果を奏しうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）から（ｅ）は本発明の一実施形態に係る接合方法を説明する板状体の断面図である。なお、この断面図の切断面は、流路及び板状体の板面と平行な面である。
【図２】一般的なガスタービン燃焼器を示す断面図である。
【図３】図２のガスタービン燃焼器の尾筒を構成する板状体の部分断面図である。
【図４】（ａ）は接合対象である一対の板状体の接合前の状態を示す模式的斜視図で、（ｂ）は（ａ）の板状体が従来の接合方法により接合された状態を示す断面図（切断線；（ａ）に示すＡ−Ａ線）である。
【符号の説明】
１ａ…板状体
１ｂ…板状体
２ａ…流路
２ｂ…流路
３ａ…縁部
３ｂ…縁部
４…開先
５…溶接金属
７…溝
８…蓋部
９…凸部
１０…溶接金属
１１…中空部
１５ａ…上面
１５ｂ…上面
１６ａ…下面
１６ｂ…下面
【図１】
0003831638.tif 000002
【図２】
0003831638.tif 000003
【図３】
0003831638.tif 000004
【図４】
0003831638.tif 000005