(57)【要約】【課題】タービンエンジン燃焼器のためのインピンジメントスリーブを製造する方法を提供すること。【解決手段】本発明の一態様によれば、タービンエンジン燃焼器のためのインピンジメントスリーブを製造する方法は、第１のダイに第１の金属シートを配置するステップと、第１のダイで第１の金属シートをプレスして、インピンジメントスリーブの第１の垂直方向半分を形成するステップと、第２のダイに第２の金属シートを配置するステップと、第２のダイで第２の金属シートをプレスして、インピンジメントスリーブの第２の垂直方向半分を形成するステップとを含む。また、本方法は、第１の垂直方向半分と第２の垂直方向半分が互いに分離している間に、第１の垂直方向半分及び第２の垂直方向半分中に穴を形成するステップと、第１の垂直方向半分及び第２の垂直方向半分をトランジションピースの周りに位置付けるステップと、第１の垂直方向半分を第２の垂直方向半分に溶接して、インピンジメントスリーブを形成するステップとを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンエンジン燃焼器（１００）のためのインピンジメントスリーブ（１０６）を製造する方法であって、
第１のダイに第１の金属シートを配置するステップと、
第１のダイで第１の金属シートをプレスして、前記インピンジメントスリーブ（１０６）の第１の垂直方向半分（２００）を形成するステップと、
第２のダイに第２の金属シートを配置するステップと、
第２のダイで第２の金属シートをプレスして、前記インピンジメントスリーブ（１０６）の第２の垂直方向半分（２０２）を形成するステップと、
第１の垂直方向半分（２００）と第２の垂直方向半分（２０２）が互いに分離している間に、第１の垂直方向半分（２００）及び第２の垂直方向半分（２０２）中に穴を形成するステップと、
第１の垂直方向半分（２００）及び第２の垂直方向半分（２０２）をトランジションピース（１０４）の周りに位置付けるステップと、
第１の垂直方向半分（２００）を第２の垂直方向半分（２０２）に溶接して、前記インピンジメントスリーブ（１０６）を形成するステップとを含む、方法。
【請求項２】
第１の垂直方向半分（２００）を第２の垂直方向半分（２０２）に溶接するステップは、２つの結合部だけを用いて前記インピンジメントスリーブ（１０６）を形成するステップであって、そこでは、第１の垂直方向半分（２００）及び第２の垂直方向半分（２０２）の長手方向縁部（２１０、２１２、２１４、２１６）が互いに接している、ステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
第１の垂直方向半分（２００）を第２の垂直方向半分（２０２）に溶接するステップは、前記２つの結合部のそれぞれに沿って長手方向にストリップを溶接するステップを含む、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記２つの結合部は、長手方向結合部であり、それは、前記インピンジメントスリーブ（１０６）の上部の中心及び前記インピンジメントスリーブ（１０６）の底部の中心に配置される、直径方向に反対側の結合部である、請求項２記載の方法。
【請求項５】
第１のダイで第１の金属シートをプレスして、第１の垂直方向半分（２００）を形成するステップは、複数の回数、複数のダイで第１の金属シートをプレスして、第１の垂直方向半分（２００）を形成するステップを含み、
第２のダイで第２の金属シートをプレスして、第２の垂直方向半分（２０２）を形成するステップは、複数の回数、複数のダイで第２の金属シートをプレスして、第２の垂直方向半分（２０２）を形成するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項６】
第１の垂直方向半分（２００）及び第２の垂直方向半分（２０２）は、溶接に先立っては、切断されない、請求項１記載の方法。
【請求項７】
第１の垂直方向半分（２００）及び第２の垂直方向半分（２０２）中に穴を形成するステップは、第１の垂直方向半分（２００）及び第２の垂直方向半分（２０２）中に前記穴をレーザ穴開けするステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項８】
タービンエンジン燃焼器（１００）ためのインピンジメントスリーブ（１０６）を製造する方法であって、
第１の金属シートから前記インピンジメントスリーブ（１０６）の第１の垂直方向半分（２００）を形成するステップと、
第２の金属シートから前記インピンジメントスリーブ（１０６）の第２の垂直方向半分（２０２）を形成するステップと、
第１の垂直方向半分（２００）と第２の垂直方向半分（２０２）が互いに分離している間に、第１の垂直方向半分（２００）及び第２の垂直方向半分（２０２）中に穴を形成するステップと、
第１の垂直方向半分（２００）及び第２の垂直方向半分（２０２）をトランジションピース（１０４）の周りに位置付けるステップと、
第１の垂直方向半分（２００）を第２の垂直方向半分（２０２）に結合して、前記インピンジメントスリーブ（１０６）を形成するステップであって、第１の垂直方向半分（２００）及び第２の垂直方向半分（２０２）は、結合に先立っては、切断されない、ステップとを含む、方法。
【請求項９】
第１の垂直方向半分（２００）を第２の垂直方向半分（２０２）に結合するステップは、２つの結合部だけを用いて前記インピンジメントスリーブ（１０６）を形成するステップであって、そこでは、前記第１の垂直方向半分（２００）及び第２の垂直方向半分（２０２）の長手方向縁部（２１０、２１２、２１４、２１６）が互いに接している、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
第１の垂直方向半分（２００）を第２の垂直方向半分（２０２）に結合するステップは、前記２つの結合部のそれぞれに沿って長手方向に走るストリップを溶接するステップを含む、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記２つの結合部は、長手方向結合部であり、それは、前記インピンジメントスリーブ（１０６）の上部の中心及び前記インピンジメントスリーブ（１０６）の底部の中心に配置される、直径方向に反対側の結合部である、請求項９記載の方法。
【請求項１２】
第１の垂直方向半分（２００）を第２の垂直方向半分（２０２）に結合するステップは、第１の垂直方向半分（２００）を第２の垂直方向半分（２０２）に溶接するステップを含む、請求項８記載の方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の方法によって製造される、インピンジメントスリーブ（１０６）。
【請求項１４】
第１の垂直方向半分（２００）を形成するステップは、複数の回数、複数のダイで第１の金属シートをプレスして、第１の垂直方向半分（２００）を形成するステップを含み、
第２の垂直方向半分（２０２）を形成するステップは、複数の回数、複数のダイで第２の金属シートをプレスして、第２の垂直方向半分（２０２）を形成するステップを含む、請求項８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、タービンエンジンに関する。より具体的には、本発明は、タービン燃焼器に配置されるインピンジメントスリーブに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンでは、燃焼器が、燃料又は空気−燃料混合物の化学的エネルギーを熱エネルギーに変換する。熱エネルギーは、流体（圧縮機からの空気）によってトランジションピースを介してタービンに伝達され、そこで熱エネルギーが機械的エネルギーに変換される。これらの流体は、下流の１以上のタービンに流れ、タービンでエネルギーが抽出され、機械的エネルギーの出力、さらにまた圧縮機を駆動するための動力を発生する。
【０００３】
これらの部品を製造することは、部材のサイズ及びその組立体が使用中に晒される極端に過酷な条件を考慮すると、複雑なプロセスになる可能性がある。例えば、燃焼器組立体など、選択される場所における燃焼ダイナミックス及び燃焼温度が、燃焼器組立体中の部材の熱応力及び摩耗に繋がる恐れがある。いくつかの場合、燃焼器組立体は、トランジションピースの周りに配置されるインピンジメントスリーブを含み、そこでは、製造中に形成される継手が、インピンジメントスリーブの構造上の完全性を低下させる。具体的には、継手の数が増えると、スリーブの構造上の完全性が低下する恐れがあり、そのために時間とともに劣化が生じて、タービンエンジンにとっては高価になる保守及びダウンタイムに繋がる恐れがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７６８１４０３号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、タービンエンジン燃焼器のためのインピンジメントスリーブを製造する方法は、第１のダイに第１の金属シートを配置するステップと、第１のダイで第１の金属シートをプレスして、インピンジメントスリーブの第１の垂直方向半分を形成するステップと、第２のダイに第２の金属シートを配置するステップと、第２のダイで第２の金属シートをプレスして、インピンジメントスリーブの第２の垂直方向半分を形成するステップとを含む。また、本方法は、第１の垂直方向半分と第２の垂直方向半分が互いに分離している間に、第１の垂直方向半分及び第２の垂直方向半分中に穴を形成するステップと、第１の垂直方向半分及び第２の垂直方向半分をトランジションピースの周りに位置付けるステップと、第１の垂直方向半分を第２の垂直方向半分に溶接してインピンジメントスリーブを形成するステップとを含む。
【０００６】
本発明の別の態様によれば、タービンエンジン燃焼器のためのインピンジメントスリーブを製造する方法は、第１の金属シートからインピンジメントスリーブの第１の垂直方向半分を形成するステップと、第２の金属シートからインピンジメントスリーブの第２の垂直方向半分を形成するステップとを含む。また、本方法は、第１の垂直方向半分と第２の垂直方向半分が互いに分離している間に、第１の垂直方向半分及び第２の垂直方向半分中に穴を形成するステップと、第１の垂直方向半分及び第２の垂直方向半分をトランジションピースの周りに位置付けるステップと、第１の垂直方向半分を第２の垂直方向半分に結合して、インピンジメントスリーブを形成するステップとを含み、第１の垂直方向半分及び第２の垂直方向半分は、結合に先立っては切断されない。
【０００７】
これら、及び他の利点及び特徴は、図面とともに行う次の記述からより明らかになる。
【０００８】
本発明と考えられる主題は、本明細書の結びにおいて、請求項中で具体的に指摘し明瞭に特許請求する。前述の事項、及び本発明の他の特徴及び利点は、添付図面とともに行う次の詳細な記述から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】インピンジメントスリーブを含むガスタービン燃焼器の実施形態の横断面側面図である。
【図２】一実施形態による製造プロセス中の図１に示すインピンジメントスリーブの斜視図である。
【図３】一実施形態による製造プロセス中の図１及び２に示すインピンジメントスリーブの斜視図である。
【図４】燃焼器のインピンジメントスリーブのための製造プロセス中に含めることができる例示のステップを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
詳細な記述によって、本発明の実施形態を利点及び特徴とともに、例として図面を参照して述べる。
【００１１】
図１は、ガスタービン燃焼器１００の実施形態の一部分を示す横断面側面図である。燃焼器１００は、燃焼チャンバ１０２、トランジションピース１０４及びインピンジメントスリーブ１０６を含む。燃料ノズル（図示せず）が、燃料の供給物と圧縮空気の供給物を混合して、その混合物を燃焼チャンバ１０２中に導き、そこでは、燃料−空気の混合物が燃焼し、それによって、流体流が高温ガス経路１１３に沿って生成される。燃焼チャンバ１０２は、フロースリーブ１１６内に位置付けられるライナ１１４を含み、空気供給物が、ライナ１１４中のフローホール（flow hole）を通じて導かれ、それによって、空気が燃焼チャンバ１０２に供給される。高温ガスが、燃焼チャンバ１０２から下流１１３に流れ、トランジションピース１０４を通ってタービン１１８の第１のステージに流れる。実施形態では、インピンジメントスリーブ１０６は、トランジションピース１０４中に流入する、又はそこから流出する流体の流れを制御するように構成される穴１２０を含む。
【００１２】
「下流に」及び「上流に」は、ここで使用されるとき、タービンを通って流れる作動流体の流れに対する方向を示す用語である。そのように、用語「下流に」は、一般に、作動流体の流れの方向に対応する方向を言い、用語「上流に」は、一般に、作動流体の流れの方向に反対である方向を言う。用語「半径方向の」は、軸又は中心ラインに対して垂直方向の運動又は位置を言う。それは、軸に関して半径方向の異なる位置にある部材を述べるために、有用である場合がある。この場合、第１の部品が、第２の部品より軸に近く位置する場合、それは、ここでは、第１の部品が、第２の部品より「半径方向に内側にある」と述べることができる。その逆に、第１の部品が、第２の部品より軸から遠く位置する場合、それは、ここでは、第１の部品が、第２の部品の「半径方向に外側にある」又は「外部にある」と述べることができる。用語「軸方向の」は、軸に対して平行である運動又は位置を言う。最後に、用語「円周方向の」は、軸の周りの運動又は位置を言う。次の議論は、主にガスタービンに焦点を合わせているが、議論する概念は、ガスタービンに限定されず、蒸気タービンを含む、いずれもの適切な回転機械類に適用することができる。したがって、議論は、ここではガスタービンの実施形態を対象とするが、他のターボ機械類に適用することができる。
【００１３】
図２は、一実施形態による製造プロセス中のインピンジメントスリーブ１０６の透視図である。インピンジメントスリーブ１０６は、第１の垂直方向半分２００が第２の垂直方向半分２０２と分離されている状態で示されている。第１の垂直方向半分２００及び第２の垂直方向半分２０２は、それぞれがダイ又はプレス機中にフラットシートの材料を配置することによって形成される。次いで、シートは、図に示す第１及び第２の垂直方向半分の２００、２０２の形状など、所望の形状になるようにプレスされる。第１の垂直方向半分２００及び第２の垂直方向半分２０２は、燃焼器１００を通って流れてタービン１１８のノズル中に流入する高温ガスの経路１１３に対して実質的に平行な軸２０４の周りに配置される。燃焼器組立体の実施形態では、インピンジメントスリーブ１０６は、燃焼チャンバ１０２と結合される第１の端部２０６と、タービン１１８のステージ１のノズルと結合される第２の端部２０８とを有する。第１の垂直方向半分２００の長手方向縁部２１０及び２１４が、それぞれ、第２の垂直方向半分２０２の長手方向縁部２１２及び２１６と互いに接して結合され、それによって、全体のインピンジメントスリーブ１０６が形成される。それゆえ、インピンジメントスリーブ１０６は、接合された後、インピンジメントスリーブ１０６の上部の中心２１８及び底部の中心２２０に長手方向結合部を有する。さらに、上部の中心２１８及び底部の中心２２０は、スリーブ中において直径方向に反対側の場所である。２つの結合部だけを用いてインピンジメントスリーブ１０６を形成することによって、４以上の部材から組み立てられるスリーブと比較して、構造上の剛性が高められ、さらにまた製造が簡単化される。実施形態では、穴１２０が第１の垂直方向半分２００及び第２の垂直方向半分２０２中に形成され、それによって、空気などの流体が、トランジションピース１０４に、及び／又はそれから流れることができるようになる。穴１２０は、レーザ穴開け又は加工など、いずれもの適切な方法によって形成することができる。
【００１４】
第１の垂直方向半分２００及び第２の垂直方向半分２０２は、合金鋼など、適切な耐久性のある材料のシートから製作することができる。例示の材料は、等級が３０４、３１０又は３４７のオーステナイト系ステンレス鋼を含む。垂直方向半分は、適切なプレス機又はダイでシートをプレスすることによって形成され、そこでは、シートは、プレス動作の間、選択される温度に保たれる。第１の垂直方向半分２００及び第２の垂直方向半分２０２の最終的な幾何的形状又は形状が複雑である（例えば、鋭角又は急な曲線）実施形態では、プレスプロセスは、２又は３以上の連続的なプレス動作を含むことができ、各プレス動作が、異なるプレス機又はダイ機械を使用する。したがって、複数のプレス機が用いられるとき、最後のプレス機がインピンジメントスリーブの部分について所望の最終的な幾何的形状を生成するまで、各プレス機が、さらにまた、次第にシートを形作る。実施形態では、複数のプレス機を使用して、５、６、７又は８個の燃焼器を備えるエンジンなど、比較的少ない数の燃焼器を備えるタービンエンジンのためのインピンジメントスリーブを形成する。これは、インピンジメントスリーブの第２の端部２０８にある開口部の半径方向の曲率など、該半分の幾何的形状によるからである。他の実施形態では、単一のプレスを使用して、部分の半径方向の曲率が緩やかである、１３、１４、１５又は１６個の燃焼器を備えるエンジンなど、比較的多い数の燃焼器を備えるタービンエンジンのためのインピンジメントスリーブを形成することができる。第１及び第２の垂直方向半分２００、２０２中の穴２２２は、機械加工、レーザ穴開け又はウォータジェット加工など、適切な方法によって形成することができる。
【００１５】
図３は、一実施形態による製造プロセスの組立ステージにおけるインピンジメントスリーブ１０６の斜視図である。図に示すように、インピンジメントスリーブ１０６は、トランジションピース１０４の周りに位置付けられる。実施形態では、第１の垂直方向半分２００及び第２の垂直方向半分２０２は、それぞれがトランジションピース１０４の周りに位置付けられ、適切な耐久性のある結合部３０２によって、上部の中心２１８及び底部の中心２２０（図３に図示せず）で互いに結合される。結合部３０２に関する次の記述は、図３に、中心３１８に配置される結合部３０２だけを示しているが、中心２１８、２２０のそれぞれにおける結合部に関する。図に示すように、各結合部３０２は、垂直方向半分の互いに接する長手方向縁部２１０及び２１２の上に配置されるストリップ３０４を含む。次いで、ストリップ３０４は、継手上に配置された後、第１の垂直方向半分２００及び第２の垂直方向半分２０２のそれぞれと結合される。一実施形態では、ストリップ３０４は、各垂直方向半分に溶接され、そこでは、垂直方向半分２００、２０２は、直接互いには溶接されない。別の実施形態では、垂直方向半分２００、２０２は、一緒に溶接され、次いで、ストリップ３０４は、継手の上に配置され、次いで各垂直方向半分と溶接される。ストリップ３０４を用いない、また別の実施形態では、垂直方向半分２００、２０２は、互いに溶接されて、結合部３０２を設けるためには、追加の部材を全く使用しない。垂直方向半分２００、２０２を接合するために、ろう付け、接着剤及び／又はファスナなど、他の適切な結合方法も使用することができる。
【００１６】
一実施形態では、第１の垂直方向半分２００及び第２の垂直方向半分２０２は、プレス動作と結合動作の間にそれら半分を少しも切断することなく、結合される。例えば、垂直方向半分は、インピンジメントスリーブ１０６をトランジションピースの周りに位置付け、組立てを簡単にするために、長手方向には切断されない。したがって、スリーブの構造上の完全性が高められ、さらにまた製造プロセスが簡単化される。例えば、一実施形態では、燃焼器組立体は、トランジションピースの周りに配置されるインピンジメントスリーブを含み、そこでは、スリーブは、４以上の部材を含む。部材は、インピンジメントスリーブの構造上の完全性を低下させる恐れがある継手において互いに接合される。さらに、組み立て中の切断動作よって、また、インピンジメントスリーブ中の継手の数が増えることになる恐れがある。したがって、継手の数が増えると、時間とともに劣化する恐れがあり、それは、タービンエンジンのための高価な保守及びダウンタイムに繋がる可能性がある。それゆえ、示したインピンジメントスリーブ１０６は、継手の数が少なく、組み立てが簡単になった状態でトランジションピースの周りに配置され、それによって、燃焼器のダウンタイムが削減され、組み立てが簡単になっている。したがって、インピンジメントスリーブ１０６の実施形態は、製造コストを減少させ、かつ構造上の耐久性を向上させる。
【００１７】
図４は、インピンジメントスリーブ１０６など、燃焼器のインピンジメントスリーブのための製造又は組み立てプロセス中に含めることができる例示のステップのフローチャートである。ここに示すブロックは、別のプロセスの一部分になる、又はそれに加えることができ、及び／又は燃焼器のためのインピンジメントスリーブを設けるために、いずれもの適切な順序で実施することができる。ブロック４００で、シートの形態である原材料を製造プロセスのために調達する。一実施形態では、シートは、ステンレス鋼などの金属合金である。実施例では、２つの金属シートが調達され、各シートがインピンジメントスリーブの半分を形成する。ブロック４０２で、金属シートは、プレス機又はダイでプレスされて、インピンジメントスリーブの各垂直方向半分が形成される。ブロック４０４で、流体がインピンジメントスリーブを通って流れるように、穴が各垂直方向半分中に形成される。一実施形態では、穴は、プレスの後、各半分が互いから分離されている間に形成される。別の実施形態では、穴は、垂直方向半分が互いに結合された後、形成される。また別の実施形態では、穴は、シートが垂直方向半分の幾何的形状になるようにプレスされる前に形成される。ブロック４０６で、垂直方向半分がトランジションピースの周りで組み立てられ、そこでは、各半分の長手方向縁部が他の半分の長手方向縁部と接する。ブロック４０８で、次いで、垂直方向半分は、溶接又はろう付けなど、適切なプロセスによって互いに結合される。
【００１８】
本発明は、限られた数の実施形態だけに関して詳細に述べてきたが、本発明は、そのような開示した実施形態に限定されないことを容易に理解されるはずである。むしろ、本発明は、任意の数のこれまで述べていない変形形態、代替形態、置換え形態又は同等の構成を組み込んで修正することができ、それらは、本発明の趣旨及び範囲にふさわしいものである。さらに、本発明の様々な実施形態を述べてきたが、本発明の態様は、述べた実施形態のいくつかだけを含んでいる恐れがあることを理解すべきである。したがって、本発明は、前述の記述によって限定されず、添付の特許請求の範囲によってだけで限定されるものと見なすべきである。
【符号の説明】
【００１９】
１００  タービン燃焼器
１０２  燃焼チャンバ
１０４  トランジションピース
１０６  インピンジメントスリーブ
１１３  高温ガス経路
１１４  ライナ
１１６  フロースリーブ
１１８  タービンノズル
１２０  穴
２００  第１の垂直方向半分
２０２  第２の垂直方向半分
２０４  軸
２０６  第１の端部
２０８  第２の端部
２１０  長手方向縁部
２１２  長手方向縁部
２１４  長手方向縁部
２１６  長手方向縁部
２１８  上部の中心（結合場所）
２２０  底部の中心（結合場所、２１８に対して直径方向に反対側）
３０２  結合部（溶接）
３０４  ストリップ
【図１】
2014001727.tif 000003
【図２】
2014001727.tif 000004
【図３】
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【図４】
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