(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気化燃料供給装置（１３）用の開口部を備えたチャンバ端壁（１１）に取り付けられる少なくとも１つのデフレクタ（１２）を備えたガスタービンエンジン用の燃焼チャンバであって、デフレクタ（１２）が、チャンバ端壁に取り付けるための環状円筒状部（１２ｃ）と共に、前記壁の開口部に対応する開口部を備え、前記円筒状部（１２ｃ）が、金属スリーブ（２６）上の相補的な締結手段（２６ｄ）と協働する機械的取付手段（１２ｃ１）を備え、該金属スリーブは、前記壁（１１）と、前記スリーブ（２６）に一端部が固定され、燃焼チャンバの温度が低いときに円筒状部（１２ｃ）の内側に隙間を有して収容され、隙間が燃焼チャンバの動作温度では除去されないとしてもより小さくなる、円筒状センタリングカップ（２６ａ）とに固定され、締結手段がジョー結合タイプの締結手段であり、デフレクタ（１２）の取付のためのジョー結合手段（１２ｃ１）が、中間スリーブ（２４）に取り付けられたデフレクタ支持スリーブ（２６）と協働することを特徴とする、燃焼チャンバ。
【請求項２】
気化燃料供給装置（１３）が、フランジ（１３ｂ）によって前記金属スリーブに固定されるボウル（１３ａ）を備える、請求項１に記載の燃焼チャンバ。
【請求項３】
デフレクタ支持スリーブ（２６）が、温度が低いときにはデフレクタの環状円筒状部（１２ｃ）の内側の隙間を用いて収容されるカップ形成円筒状要素（２６ａ）に固定され、前記カップ形成円筒状要素（２６ａ）が、温度が高くなるとデフレクタを芯合わせする、請求項１または２に記載の燃焼チャンバ。
【請求項４】
デフレクタ支持スリーブ（２６）が、デフレクタからある程度間隔を空けてろう付けによって固定される、請求項１から３のいずれか一項に記載の燃焼チャンバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジンの分野に関し、特に、そのようなエンジンの燃焼チャンバの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンの燃焼チャンバは、上流側の高圧圧縮機から圧縮空気を受け取り、燃料と共に供給される燃焼ゾーンにおける燃焼によって加熱されるガスを供給する。したがって、燃焼チャンバは、上流側に位置するチャンバ端壁を備え、チャンバ端壁に種々の燃料噴射システムが取り付けられる。図１は、先行技術のチャンバを示す。環状チャンバ１は、圧縮空気ディフューザ３の下流側のエンジンケーシング２の内側に収容される。環状チャンバ１は、内側壁４と外側壁５とを備え、これらの間に燃焼ゾーンを画定する。チャンバは、その上流側部に、開口部が形成される横方向チャンバ端壁６を備え、各開口部には気化燃料供給システム７が配設される。システムは、液体燃料噴射器から燃料を供給され、渦状の空気ストリームを形成してその空気ストリームを噴霧燃料の層と混合させるために同心のベーン列を備える。
【０００３】
ディフューザからの空気の一部は、フェアリング８によって燃料取り入れゾーンからそらされて、外側壁の外側に沿ってその周囲を流れ、かつ内側壁の外側に沿ってその周囲を流れる。
【０００４】
気化ゾーンの内側に沿って通過する部分は、チャンバ端壁６を横断し、混合物は外側環状壁に配置されたスパークプラグによって点火される。したがって、一次燃焼ゾーンは、チャンバ端壁のすぐ下流側に配置される。金属材料製のデフレクタ９は、チャンバ端壁の内側に並び、その機能は、一次燃焼ゾーンで生成される強い放射からチャンバ端壁を保護することである。デフレクタを冷却するために、デフレクタの背後のチャンバ端壁内に形成されたオリフィスを通って空気が取り込まれる。この空気は、デフレクタの背面に沿って流れ、その後、チャンバの長手方向外側壁に沿って膜を形成するように案内される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
チャンバ端壁デフレクタは機械的応力を受けないので構造的役割を持たないが、その唯一の機能は熱的保護を可能にすることであり、空気の流れを最適化するためには、チャンバ端壁に沿ったストリームを低減し、ストリームの一部に別の役割、特に、内側壁または外側壁を冷却する役割をさせることができるのが望ましい。
【０００６】
また、一層改良されたエンジン性能により、一層高いチャンバの温度が持続されることになる。チャンバを寿命仕様に合わせるために、チャンバの壁およびチャンバ端壁デフレクタの冷却を強化する必要がある。冷却流量を増加させることを伴う解決策は、チャンバ効率に悪影響を及ぼすことになる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この問題を解決するために、知られている金属製デフレクタをＣＭＣ（セラミックマトリックス複合材料）のデフレクタと差し替えることを提案する。この材料の高温性能は、金属よりもはるかに優れている。この解決策により、空気を冷却するデフレクタの流れを制御し、同じチャンバ動作温度で流れを低減して流れの一部をいくつかの他の役割に再び割り当てられるようにすることができる、またはより高い動作温度が同じ冷却空気流に対して許容可能になる。
【０００８】
ＣＭＣ（セラミックマトリックス複合材料）自体は知られている。ＣＭＣは、炭素繊維または難燃性強化材およびセラミックマトリックスから形成される。ＣＭＣの製造は、構造体の強化材を構成するための繊維プリフォームを製造するステップと、およびセラミック材料のマトリックスでプリフォームの密度を高めるステップとを伴う。ＣＭＣは、酸化環境において高温までその機械的特性を維持することができる利点がある。
【０００９】
しかしながら、このタイプの部品を金属構造体の中に取り付けるのは、明らかにそれぞれの膨張係数にかなりの差があるために困難を伴う。ＣＭＣの熱膨張率は、チャンバで使用される金属の熱膨張率の４分の１である。さらに、この材料は溶接もろう付けもされ得ない。
【００１０】
本出願の企業は、ＣＭＣタイプの材料製のデフレクタの燃焼チャンバの端壁への取付方法の開発に着手した。
【００１１】
本発明によれば、この目的は、主クレームに記載されている特徴を有する燃焼チャンバを使用することで達成される。
【００１２】
スリーブはろう付けによって壁に固定されるのが好ましく、機械的締結手段はジョー結合タイプの締結手段である。デフレクタの円筒状部または金属スリーブの２つの部品の一方の半径方向の歯は、他方の部品の溝と係合する。
【００１３】
したがって、デフレクタはろう付けしなくても所定位置で保持される。
【００１４】
この解決策により、高温において、デフレクタをスリーブに対して所定位置で保持することができる。具体的には、スリーブが膨張するときに、カップがデフレクタの円筒状部と係合する。
【００１５】
有利には、燃焼チャンバが冷却されると、カップはデフレクタの円筒状部の内側の隙間と係合され、隙間は燃焼チャンバの動作温度では除去されないとしてもより小さくなる。この隙間によって部品を組み立てることができ、この隙間は部品の膨張差を考慮に入れたものである。
【００１６】
より詳細には、カップは半径方向フランジを備え、このフランジによりカップが金属スリーブに溶接固定される。
【００１７】
気化燃料供給システムは、フランジによって金属スリーブに固定されたボウルを備える。
【００１８】
代替の実施形態によれば、デフレクタ取付の機械的手段は、スリーブに取り付けられたデフレクタ支持体と協働する。この支持体は、デフレクタを形成するＣＭＣ材料を損なわずに、金属部品がろう付けされているゾーンを分離できるようにする中間部品を形成する。
【００１９】
上述の実施形態に示すように、デフレクタの円筒状部は、温度が低いときには、デフレクタの環状フランジの内側の隙間を用いて収容されるカップ形成円筒状要素に固定され、温度が高くなると、前記カップ形成要素はデフレクタを案内する。
【００２０】
添付図面を参照して、本発明の２つの非限定的な実施形態をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】先行技術のガスタービンエンジンの燃焼チャンバの軸方向半断面図である。
【図２】本発明のチャンバ端壁の軸方向部分断面図であり、デフレクタがチャンバの端部に取り付けられたゾーンをより詳細に示す拡大詳細図である。
【図３】チャンバの端部にデフレクタを取り付ける一ステップを示す図である。
【図４】チャンバの端部にデフレクタを取り付ける一ステップを示す図である。
【図５】チャンバの端部にデフレクタを取り付ける一ステップを示す図である。
【図６】チャンバの端部にデフレクタを取り付ける一ステップを示す図である。
【図７】本発明の代替の実施形態の軸方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図２は、本発明の一実施形態のチャンバ端を示す図である。チャンバ１０の端壁１１は、ＣＭＣ製のデフレクタ１２によって、燃焼ゾーンの放射から保護される。デフレクタの形状は、先行技術のデフレクタ９の形状とほぼ同じであり、壁１１に平行に位置する略平坦部１２ａと、外側壁および内側壁に向かって湾曲する２つの部分１２ｂとを有する。デフレクタ１２は、気化燃料供給システム１３と同軸の円筒状部１２ｃを有するその中心部で開口している。
【００２３】
チャンバ端壁１１内の開口部に固定されるのは、金属スリーブ１４である。ろう付け接合部１４ａは、壁１１内の開口部の内側縁部に押しつけてスリーブ１４を保持する。スリーブは、円筒状部１４ｂと半径方向部１４ｃとを備え、半径方向部１４ｃは、その周囲に溶接される保持カップ１５を有するスペースを形成する。壁１１内の開口部の軸の方向に向けられた横方向の歯１４ｄは、スリーブ１４の円筒状部１４ｂの内側で形成される。センタリングカップ１６は、円筒状部１６ａと半径方向および横方向のフランジ１６ｂとを備える。カップ１６は、スリーブの円筒状部１４ｂの内側に位置決めされ、周囲溶接シーム１６ｃによってスリーブ１４に固定される。カップの円筒状部１６ａは、円筒状部１２ｃの内側にある。
【００２４】
デフレクタ１２は、円筒状部１２ｃの外側面に横方向溝１２ｃ１を備え、スリーブの歯１４ｄのハウジングを形成する。溝は穴が開けられて、取り付けるときに歯１４ｄが軸方向に通り、その後、スリーブを回転させることによってデフレクタ１２の円筒状部１２ｃに対して係止できるようにする。デフレクタのスリーブへのこの機械的取付方法は、ジョー結合タイプの取付方法である。他の機械的取付手段も考えられる。図２ａからわかるように、カップの円筒状部１６ａは円筒状部１２ｃの内側にあり、取り付けるときの半径方向隙間を有する。
【００２５】
燃料気化および噴射装置は、全体として参照符号１３を使用して示されている。本発明の主題はこの装置に関するものではないので、その細部については示されていない。装置の末広がり状ボウル１３ａは、その外側に、スリーブ１４の半径方向面１４ｃと保持カップ１５との間に形成されるスペースに収容される横方向フランジ１３ｂを備える。
【００２６】
以下にアセンブリの組立方法を示す。
【００２７】
図３で、スリーブ１４はチャンバの外側のチャンバ端壁１１に押しつけられる。スリーブ１４は、壁１１内の対応する開口部の内側縁部で心合わせされる。
【００２８】
図４で、デフレクタ１２は、チャンバ内側からスリーブ１４内で位置決めされる。歯１４ｄは、溝１２ｃ１への穴を通って軸方向に挿入される。スリーブ１４は、回転されて環状フランジ１２ｃに対して軸方向に歯を係止される。その結果、スリーブ１４は、歯１４ｄと溝１２ｃ１との協働によってデフレクタ１２に結合される。
【００２９】
図５で、スリーブ１４は、図２に示すように、ろう付けシーム１４ａを使用してチャンバ端壁にろう付けすることによって固定され、回転防止ピン１８がスリーブの直径とデフレクタの直径との間に配置される。センタリングカップ１６は、デフレクタの円筒状部１２ｃに摺動され、カップは、カップとスリーブ１４との間の溶接スポットまたは溶接シーム１６ｃによって取り付けられる。
【００３０】
次に、燃料噴射装置１３が取り付けられ、保持カップ１５を使用して固定される。このカップはスリーブに溶接して接合される。
【００３１】
このデフレクタの取付方法によって、機械的締結手段を使用してデフレクタをチャンバ端壁に固定できる。溶接部は、金属部品間のみである。金属環境に対するデフレクタの膨張差は、半径方向に膨張することでデフレクタを所定位置で固定するセンタリングカップによって説明される。
【００３２】
一方のスリーブとデフレクタとの間の隙間および他方のデフレクタとセンタリングカップとの間の隙間は、動作温度および部品の直径に応じて最適化される必要がある。
【００３３】
図７を参照して、代替の実施形態を説明する。
【００３４】
取付は、上述の形態とほぼ同じであり、スリーブとカップとが変更されているだけである。
【００３５】
デフレクタ１２とチャンバ端壁１１とは、変更がない。中間スリーブ２４は、チャンバの外側から壁１１内の開口部に取り付けられ、開口部の縁部に沿って２４ａでろう付けされる。デフレクタは、チャンバの内側から中間スリーブ２４に挿入される。環状デフレクタ支持スリーブ２６は、デフレクタの環状フランジの外側溝１２ｃ１と係合する横方向の歯２６ｄを備える。支持スリーブ２６は、チャンバの外側から軸方向に摺動され、歯２６ｄを溝１２ｃ１に、溝の穴（図示せず）を通して挿入する。開口部の軸を中心とした回転により、支持スリーブ２４がデフレクタに結合される。支持スリーブとデフレクタとの機械的接合を維持するために、支持スリーブ２６が２６ｂの位置で中間スリーブ２４のＣＭＣデフレクタから離れた周囲に溶接して接合されるだけでよい。
【００３６】
支持スリーブ２６は、円筒状部２６ａを備え、円筒状部２６ａは、フランジ１２ｃの内側で取り付けられる半径方向内側の円筒状センタリングカップを形成する。温度が低い状態で取り付けられると、支持スリーブの円筒状部２６ａとデフレクタのフランジ１２ｃとの間に隙間が残る。心合わせは、ジョー結合タイプの機械的取付手段によって行われる。
【００３７】
燃焼チャンバの動作温度では、デフレクタ支持スリーブは、明らかにＣＭＣデフレクタよりも膨張する。円筒状部は、フランジ１２ｃの内面にしっかりと押圧され、デフレクタを心合わせする。
【００３８】
燃料噴射装置１３は、上述の形態と同じように、チャンバの外側から取り付けられ、横方向フランジ１３ｂがデフレクタ支持体２６の背面と支持体にろう付けされる保持カップ１５との間で固定される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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