(57)【要約】【課題】  開口フランジ部の燃料ノズルの軸線方向の高さを低くして軽量化を図りながら、ノズルガイドに形成した冷却孔から冷却用の空気を確実に供給できるようにする。【解決手段】  燃焼器１１に形成された燃料供給孔１３ａを取り囲む開口フランジ部１４は、燃焼器１１の外側に向けて円錐状に拡開する円錐部１４ａと、円錐部１４ａの先端から径方向外側に向けて平板状に延びる平坦部１４ｂとを備え、ノズルガイド２２は、燃料供給孔１３ａに燃料を供給する燃料ノズル１５の外周を覆う円筒部２２ａと、円筒部２２ａの先端のコーナー部２２ｂから径方向外側に折れ曲がって平坦部１４ｂに浮動状態で支持される底フランジ部２２ｃとを備える。開口フランジ部１４および燃料ノズル１５を冷却する空気を供給する冷却孔２２ｄがノズルガイド２２のコーナー部２２ｂに形成され、冷却孔２２ｄの方向は燃料ノズル１５の軸線Ｌに向かって傾斜する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジンの燃焼器（１１）に形成された燃料供給孔（１３ａ）を取り囲む開口フランジ部（１４）が、前記燃焼器（１１）の外側に向けて円錐状に拡開する円錐部（１４ａ）と、前記円錐部（１４ａ）の先端から径方向外側に向けて平板状に延びる平坦部（１４ｂ）とを備え、ノズルガイド（２２）が、前記燃料供給孔（１３ａ）に燃料を供給する燃料ノズル（１５）の外周を覆う円筒部（２２ａ）と、前記円筒部（２２ａ）の先端のコーナー部（２２ｂ）から径方向外側に折れ曲がって前記平坦部（１４ｂ）に浮動状態で支持される底フランジ部（２２ｃ）とを備えるガスタービンエンジンの冷却構造であって、
前記開口フランジ部（１４）および前記燃料ノズル（１５）を冷却する空気を供給する冷却孔（２２ｄ）が前記ノズルガイド（２２）の前記コーナー部（２２ｂ）に形成され、前記冷却孔（２２ｄ）の方向は前記燃料ノズル（１５）の軸線（Ｌ）に向かって傾斜することを特徴とするガスタービンエンジンの冷却構造。
【請求項２】
前記冷却孔（２２ｄ）の方向は前記燃料ノズル（１５）の軸線（Ｌ）を中心とする円周方向に傾斜することを特徴とする、請求項１に記載のガスタービンエンジンの冷却構造。
【請求項３】
前記ノズルガイド（２２）はプレス加工品であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のガスタービンエンジンの冷却構造。
【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燃焼器に形成された燃料供給孔を取り囲む開口フランジ部が、前記燃焼器の外側に向けて円錐状に拡開する円錐部と、前記円錐部の先端から径方向外側に向けて平板状に延びる平坦部とを備え、ノズルガイドが、前記燃料供給孔に燃料を供給する燃料ノズルの外周を覆う円筒部と、前記円筒部の先端のコーナー部から径方向外側に折れ曲がって前記平坦部に浮動状態で支持される底フランジ部とを備えるガスタービンエンジンの冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼器１０のドーム入口２８（燃料供給孔）を取り囲む支持板５０（開口フランジ部）に突設した楕円状のフランジ７０ａ〜７０ｄの先端に保持板７４（キャップ）を溶接し、支持板５０および保持板７４間に形成された空間にフェルール５８（ノズルガイド）を浮動状態で支持することで、フェルール５８に嵌合する燃料噴射ノズル３２（燃料ノズル）が支持板５０に対して相対移動しても、燃料噴射ノズル３２と支持板５０との間の隙間を流れる空気量を一定に保つことを可能にするものが、下記特許文献１により公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−２４４５１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ガスタービンエンジンの燃焼器に形成された燃料供給孔を取り囲む開口フランジ部が円錐部および平坦部を備え、燃料供給孔に燃料を供給する燃料ノズルを支持するノズルガイドが円筒部および底フランジ部を備え、ノズルガイドの底フランジ部に形成した冷却孔から供給される冷却用の空気で開口フランジ部および燃料ノズルを冷却するように構成した場合、本明細書の「発明を実施するための形態」の欄で詳述するように、軽量化を図るべく開口フランジ部の燃料ノズルの軸線方向の高さを低くすると、ノズルガイドの底フランジ部の冷却孔が開口フランジ部の平坦部により閉塞されてしまい、冷却孔を介して冷却用の空気を供給することが困難になる可能性がある。
【０００５】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、開口フランジ部の燃料ノズルの軸線方向の高さを低くして軽量化を図りながら、ノズルガイドに形成した冷却孔から冷却用の空気を確実に供給できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、ガスタービンエンジンの燃焼器に形成された燃料供給孔を取り囲む開口フランジ部が、前記燃焼器の外側に向けて円錐状に拡開する円錐部と、前記円錐部の先端から径方向外側に向けて平板状に延びる平坦部とを備え、ノズルガイドが、前記燃料供給孔に燃料を供給する燃料ノズルの外周を覆う円筒部と、前記円筒部の先端のコーナー部から径方向外側に折れ曲がって前記平坦部に浮動状態で支持される底フランジ部とを備えるガスタービンエンジンの冷却構造であって、前記開口フランジ部および前記燃料ノズルを冷却する空気を供給する冷却孔が前記ノズルガイドの前記コーナー部に形成され、前記冷却孔の方向は前記燃料ノズルの軸線に向かって傾斜することを特徴とするガスタービンエンジンの冷却構造が提案される。
【０００７】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記冷却孔の方向は前記燃料ノズルの軸線を中心とする円周方向に傾斜することを特徴とするガスタービンエンジンの冷却構造が提案される。
【０００８】
また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記ノズルガイドはプレス加工品であることを特徴とするガスタービンエンジンの冷却構造が提案される。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の構成によれば、燃焼器に形成された燃料供給孔を取り囲む開口フランジ部は、燃焼器の外側に向けて円錐状に拡開する円錐部と、円錐部の先端から径方向外側に向けて平板状に延びる平坦部とを備え、ノズルガイドは、燃料供給孔に燃料を供給する燃料ノズルの外周を覆う円筒部と、円筒部の先端のコーナー部から径方向外側に折れ曲がって平坦部に浮動状態で支持される底フランジ部とを備える。開口フランジ部および燃料ノズルを冷却する空気を供給する冷却孔がノズルガイドのコーナー部に形成され、冷却孔の方向は燃料ノズルの軸線に向かって傾斜するので、開口フランジ部の燃料ノズルの軸線方向の高さを低くして軽量化を図っても、その平坦部によってノズルガイドの冷却孔が塞がれることが回避され、しかも平坦部は冷却孔を持たない分だけ径方向寸法を小型化できるので更なる軽量化が可能となる。
【００１０】
また請求項２の構成によれば、冷却孔の方向は燃料ノズルの軸線を中心とする円周方向に傾斜するので、燃料ノズルの外周部から燃焼器に供給される空気による旋回流を、ノズルガイドのコーナー部の冷却孔から供給される空気により発生する旋回流で助勢し、燃焼器における混合気の安定した燃焼を可能にすることができる。
【００１１】
また請求項３の構成によれば、ノズルガイドはプレス加工品であるので、ノズルガイドを切削加工で製造する場合に比べてコストダウンが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ガスタービンエンジンの燃焼器の縦断面図。
【図２】図１の２部拡大図。
【図３】図１の３方向矢視図。
【図４】図１の４方向矢視図。
【図５】比較例および実施の形態の対比図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図１〜図５に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
図１に示すように、ガスタービンエンジンのエンジン軸線を取り囲むように配置された燃焼器１１は、環状の燃焼器本体部１２と、燃焼器本体部１２の一端部を閉塞するドーム部１３とを備える。半円状断面を有するドーム部１３にはエンジン軸線を中心とする円周上に複数の開口フランジ部１４…が等間隔で配置されており、開口フランジ部１４…の中心に形成された燃料供給孔１３ａ…から燃焼器１１の内部に燃料を噴射する燃料ノズル１５…の先端部が、ノズルガイド支持手段１６…によって浮動状態で支持されたノズルガイド２２により覆われている。また燃焼器本体部１２の外周壁には複数の点火プラグ装着孔１２ａ…が円周方向に等間隔で形成されており、これらの点火プラグ装着孔１２ａ…に設けた点火プラグ支持手段１７…によって浮動状態で支持された点火プラグ支持カラー２３…に点火プラグ１８…の先端部が挿入される。燃料ノズル１５は、燃料噴射孔の周囲を取り囲む空気供給孔を備えており、空気供給孔を通過した空気は旋回流となって燃料噴射孔の周囲から燃焼器１１の内部に供給される。
【００１５】
燃焼器１１はその内周部においてガスタービンエンジンのケーシングに片持ち支持されており、また燃料ノズル１５…および点火プラグ１８…の基端部は前記ケーシングに片持ち支持されているため、ガスタービンエンジンの温度変化に伴う各部の熱膨張量の差により、燃焼器１１に対して燃料ノズル１５…および点火プラグ１８…が相対的に移動する。この相対移動を許容するために、燃料ノズル１５…の先端部はノズルガイド支持手段１６…に浮動状態で支持されたノズルガイド２２によって覆われており、点火プラグ１８…の先端部は点火プラグ支持手段１７…に浮動状態で支持された点火プラグ支持カラー２３…に挿入される。燃焼器本体部１２の外周壁および内周壁には、燃焼器１１の内部に燃焼用の空気を導入するための複数の空気導入孔１２ｂ…が形成される。
【００１６】
次に、図２〜図４に基づいてノズルガイド支持手段１６の構造を説明する。
【００１７】
燃焼器１１の開口フランジ部１４は、燃料供給孔１３ａの外周から燃料ノズル１５の軸線Ｌに沿って円錐状に拡開する円錐部１４ａと、円錐部１４ａの先端から軸線Ｌに対して径方向外側に延びる平坦部１４ｂと、平坦部１４ｂの径方向外端における軸線Ｌを挟む二つの位置から径方向外側に突出する二つの突出部１４ｃ，１４ｃとを備えており、突出部１４ｃ，１４ｃの先端をリベット孔１４ｄ，１４ｄが貫通する。突出部１４ｃには円筒状のスペーサ１９と板材を折り曲げて構成したキャップ２０とが重ね合わされ、キャップ２０のリベット孔２０ａ、スペーサ１９および突出部１４ｃのリベット孔１４ｄを軸線Ｌ方向に貫通するリベット２１の先端をカシメることで固定される。キャップ２０の径方向外端には直角に折り曲げられたストッパ部２０ｂが形成されており、このストッパ部２０ｂは開口フランジ部１４の突出部１４ｃの径方向外端の外周面に係合する。
【００１８】
環状に形成されたノズルガイド２２は、燃料ノズル１５が嵌合する円筒部２２ａと、円筒部２２ａの一端のコーナー部２２ｂから直角に折れ曲がって径方向外側に延びる底フランジ部２２ｃとを備えており、コーナー部２２ｂを貫通するように複数の冷却孔２２ｄ…が形成される。ノズルガイド２２の底フランジ部２２ｃの径方向外端から、開口フランジ部１４の二つの突出部１４ｃ，１４ｃに重なる二つの突出部２２ｅ，２２ｅが突出しており、突出部２２ｅ，２２ｅには径方向外側に向かって開放するＵ字状の凹部２２ｆ，２２ｆが形成される。
【００１９】
本実施の形態のノズルガイド２２はプレス加工品であり、それを切削加工品で構成する場合に比べて製造コストが大幅に削減される。
【００２０】
ノズルガイド２２の冷却孔２２ｄ…は、軸線Ｌに対して直交する方向に見たときに、燃焼器１１の外部から内部に向けて軸線Ｌ側に傾斜するとともに（図２参照）、軸線Ｌ方向に見たときに、燃焼器１１の外部から内部に向けて軸線Ｌに対する円周方向一方側に傾斜する（図３参照）。ノズルガイド２２の冷却孔２２ｄ…を通過して燃焼器１１の内部に供給される空気の旋回方向は、燃料ノズル１５の内部を通過して燃焼器１１の内部に供給される空気の旋回方向と同一方向（本実施の形態では時計方向）に設定される。
【００２１】
ノズルガイド２２の突出部２２ｅは開口フランジ部１４の突出部１４ｃとキャップ２０との間に挟まれており、ノズルガイド２２の凹部２２ｆはスペーサ１９の外周に緩く嵌合する。この状態で、ノズルガイド２２の底フランジ部２２ｃおよび突出部２２ｅは、開口フランジ部１４の平坦部１４ｂおよび突出部１４ｃとキャップ２０との間に軸線Ｌ方向の隙間α（図２参照）を有している。またノズルガイド２２の凹部２２ｆは、スペーサ１９の外周との間に径方向の隙間β（図２参照）を有するとともに円周方向の隙間γ（図３参照）を有している。従って、ノズルガイド２２は開口フランジ部１４に対して軸線Ｌ方向、径方向および円周方向に相対移動することができる。
【００２２】
次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。
【００２３】
ガスタービンエンジンの運転中、コンプレッサで圧縮された空気は燃焼器１１の周囲の空間に供給され、そこから燃焼器本体部１２の空気導入孔１２ｂ…および燃料ノズル１５…の内部を通過して燃焼器１１の内部に供給され、燃焼器１１の内部で燃料ノズル１５から噴射された燃料と空気とが混合して燃焼する。燃焼により発生した燃焼ガスは燃焼器１１から排出されてタービンを駆動した後、排気ノズルから排出されて推力を発生する。点火プラグ１８…はガスタービンエンジンの始動時に混合気を着火させ、ガスタービンエンジンの始動後は混合気の燃焼が自動的に継続する。
【００２４】
また燃焼器１１の周囲の空間の空気はノズルガイド２２の冷却孔２２ｄ…を通過して燃焼器１１の内部に供給され、その際に開口フランジ部１４および燃料ノズル１５を冷却する。冷却孔２２ｄ…を通過して燃焼器１１の内部に供給された空気は燃料の燃焼に用いられるが、冷却孔２２ｄ…は燃料ノズル１５の外周を取り囲むように配置されており、かつ冷却孔２２ｄ…を通過して燃焼器１１の内部に供給される空気の旋回方向は、燃料ノズル１５の内部を通過して燃焼器１１の内部に供給される空気の旋回方向と同一方向に設定されているので、燃焼器１１の内部に強い旋回流を形成して混合気の燃焼を安定させることができる。
【００２５】
環状の燃焼器１１はその内周部においてガスタービンエンジンのケーシングに片持ち支持されており、また燃料ノズル１５…および点火プラグ１８…の基端部もガスタービンエンジンのケーシングに片持ち支持されているため、ガスタービンエンジンの温度変化に伴う熱膨張量の差により、燃焼器１１に対して燃料ノズル１５…および点火プラグ１８…は相対的に移動する。
【００２６】
しかしながら、燃料ノズル１５のノズルガイド２２は燃焼器１１の開口フランジ部１４にノズルガイド支持手段１６を介して支持されており、このノズルガイド支持手段１６により、ノズルガイド２２は開口フランジ部１４に対して隙間αの範囲で軸線Ｌ方向に相対移動可能であり、隙間βの範囲で径方向に相対移動可能であり、かつ隙間γの範囲で円周方向に相対移動可能であるため、それらの隙間α，β，γの作用で上記した相対移動が許容される。
【００２７】
ノズルガイド支持手段１６の組み立ては、キャップ２０のリベット孔２０ａ、スペーサ１９および開口フランジ部１４の突出部１４ｃのリベット孔１４ｄを軸線Ｌ方向に貫通するリベット２１の先端をカシメることで行われるため、ノズルガイド支持手段１６を溶接やロー付けにより組み立てる場合に比べて製造時間および製造コストの削減が可能になる。
【００２８】
また２個に分割されたノズルガイド支持手段１６，１６が開口フランジ部１４上に円周方向に１８０゜間隔で配置されるので、開口フランジ部１４の全周に沿う１個のノズルガイド支持手段１６を設ける場合に比べて、ノズルガイド支持手段１６の総重量を削減することができる。
【００２９】
またノズルガイド支持手段１６は、ノズルガイド２２を浮動状態で支持するキャップ２０と、キャップ２０を開口フランジ部１４に固定するリベット２１と、リベット２１の外周に嵌合して回り止めのための凸部を構成するスペーサ１９とを備えるので、開口フランジ部１４にキャップ２０を容易かつ確実に固定できるだけでなく、凸部を構成するスペーサ１９を利用して開口フランジ部１４およびキャップ２０の軸線Ｌ方向の間隔を精度良く規制することができる。
【００３０】
またキャップ２０は開口フランジ部１４の突出部１４ｃの外周面に当接可能なストッパ部２０ｂを備えるので、キャップ２０がリベット２１まわりに回転してしまうのをストッパ部２０ｂにより防止することができる。
【００３１】
図５（Ａ）は本発明の第１の比較例を示すもので、開口フランジ部１４の軸線Ｌ方向の突出高さＨが大きく、かつノズルガイド２２の冷却孔２２ｄ…は底フランジ部２２ｃに軸線Ｌ方向と平行に形成されている。この第１の比較例は、開口フランジ部１４の高さＨが大きいため、重量が大きくなる問題がある。
【００３２】
図５（Ｂ）は本発明の第２の比較例を示すもので、重量軽減のために開口フランジ部１４の高さＨを小さく変更したものである。開口フランジ部１４の高さＨを小さくすると、ノズルガイド２２の底フランジ部２２ｃに当接する平坦部１４ｂの径方向長さが増加するため、底フランジ部２２ｃに形成された冷却孔２２ｄ…が平坦部１４ｂにより閉塞されてしまう問題がある。
【００３３】
図５（Ｃ）は実施の形態であり、第２の比較例と同等に開口フランジ部１４の高さＨを小さくして重量の軽減が図られているが、冷却孔２２ｄ…がノズルガイド２２の底フランジ部２２ｃではなくコーナー部２２ｂに形成されており、かつ冷却孔２２ｄ…が軸線Ｌ方向と平行ではなく、軸線Ｌに向かって径方向内向きに形成さているため、冷却孔２２ｄ…が開口フランジ部１４の平坦部１４ｂにより閉塞されることはない。しかもノズルガイド２２の底フランジ部２２ｃは冷却孔２２ｄ…を備えていないため、冷却孔２２ｄ…の分だけ底フランジ部２２ｃの径方向寸法を小型化して更なる軽量化を図ることができる。
【００３４】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００３５】
例えば、ノズルガイド２２を浮動状態で支持するノズルガイド支持手段１６の構造は実施の形態に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３６】
１１        燃焼器
１３ａ      燃料供給孔
１４        開口フランジ部
１４ａ      円錐部
１４ｂ      平坦部
１５        燃料ノズル
２２        ノズルガイド
２２ａ      円筒部
２２ｂ      コーナー部
２２ｃ      底フランジ部
２２ｄ      冷却孔
Ｌ          燃料ノズルの軸線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2018017230.tif 000006
【図５】
2018017230.tif 000007