(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジン燃料ノズル（１００）であって、
単体供給導管（８０）、単体ディストリビュータ（３００）、単体スワーラ、単体パイロットスワーラ、単体ベンチュリ及び単体センタボディ（４５０）からなる、ガスタービンエンジン燃料ノズル（１００）の構成部品群から選択された少なくとも１つの単体構成部品を含み、
前記単体スワーラが、空気流を前記燃料ノズル内で旋回させることができ、
前記少なくとも１つの単体構成部品が、追加製造プロセスを使用して製造された
ことを特徴とする、
燃料ノズル（１００）。
【請求項２】
前記少なくとも１つの単体構成部品が更に、迅速製造プロセスを用いて製造されている、請求項１記載の燃料ノズル（１００）。
【請求項３】
前記単体供給導管（８０）が、本体（８７）内に位置する複数の通路（８４、８５）を含む、請求項１又は２記載の燃料ノズル（１００）。
【請求項４】
前記単体供給導管（８０）が、複数のサブ通路（８８、８９）に枝分かれする、本体内に位置する通路（８６）を含む、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料ノズル（１００）。
【請求項５】
前記単体ディストリビュータ（３００）は、ディストリビュータリングと、前記ディストリビュータリング内に位置し、燃料を燃料ノズルの複数の位置に分配することができる少なくとも１つの通路とを有する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃料ノズル（１００）。
【請求項６】
前記単体ディストリビュータが、燃料を前記単体ディストリビュータ内に流すことができる導管を含む、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の燃料ノズル（１００）。
【請求項７】
前記単体ディストリビュータが、前記ディストリビュータリングに少なくとも部分的に位置する、主燃料流路およびパイロット燃料流路を含む、請求項５に記載の燃料ノズル（１００）。
【請求項８】
少なくとも２つのパイロット燃料流路を含む、請求項５記載の燃料ノズル（１００）。
【請求項９】
前記少なくとも１つの通路（１０２）の周りに絶縁用隙間（１１６）をさらに含む、請求項５記載の燃料ノズル（１００）。
【請求項１０】
前記単体スワーラが、前記単体スワーラを前記燃料ノズルの別の構成部品に連結するのを容易にするアダプタをさらに含む、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の燃料ノズル（１００）。
【請求項１１】
前記アダプタが、ろう付け材料を受け取ることができるアーチ形の溝を含むアーチ形壁を備える、請求項１０記載の燃料ノズル（１００）。
【請求項１２】
前記単体スワーラが、スワーラ軸（１１）の周りに円周方向で配列された複数のベーンをさらに含む、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の燃料ノズル（１００）。
【請求項１３】
前記単体スワーラが、本体と、リムと、前記リムの一部と前記本体の間に延在する壁とをさらに含む、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の燃料ノズル（１００）。
【請求項１４】
前記単体スワーラが絶縁用隙間（２１６）をさらに含む、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の燃料ノズル（１００）。
【請求項１５】
前記単体スワーラが、前記単体スワーラの別のベーンとは異なる形状を有する少なくとも１つのベーンをさらに含む請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の燃料ノズル（１００）。
【請求項１６】
単体ベンチュリが、前記燃料ノズル内で燃料と空気を混合するための混合用空洞を形成する、請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の燃料ノズル（１００）。
【請求項１７】
前記単体ベンチュリが、壁と環状スプリッタの間に位置するスワーラをさらに含む、請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の燃料ノズル（１００）。
【請求項１８】
前記単体ベンチュリが後方端部近くに位置する熱シールドをさらに含む、請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の燃料ノズル（１００）。
【請求項１９】
前記熱シールドが複数の冷却スロットをさらに含む、請求項１８記載の燃料ノズル（１００）。
【請求項２０】
前記単体ベンチュリが、ろう付け材料を受け取ることができる少なくとも１つの溝をさらに含む、請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の燃料ノズル（１００）。
【請求項２１】
前記単体センタボディ（４５０）が、ディストリビュータ（３００）の少なくとも一部を囲む環状壁（４６１）を有する、請求項１乃至２０のいずれか１項に記載の燃料ノズル（１００）。
【請求項２２】
前記センタボディ（４５０）が、円周方向に配列された前記環状壁（４６１）の複数の冷却孔をさらに含む、請求項２１に記載の燃料ノズル（１００）。
【請求項２３】
ガスタービンエンジン燃料ノズル（１００）において、
流体を流すことができる単体供給導管（８０）と、
ディストリビュータ軸（１１）の周りの少なくとも一部を囲うディストリビュータリング（１７１）を有する単体ディストリビュータ（３００）と、
前記単体ディストリビュータ（３００）から半径方向内側に同軸で位置する単体スワーラ（２００）と、
前記単体スワーラ（２００）から半径方向内側に同軸で位置する単体パイロット燃料スワーラと、
前記単体パイロット燃料スワーラと同軸に位置する単体ベンチュリであって、前記燃料ノズル内で燃料と空気を混合するために環状の空洞を形成する単体ベンチュリと、
前記ディストリビュータリングの少なくとも一部を囲み、前記ディストリビュータリングと同軸に位置する、単体センタボディと
を含み、
前記単体供給導管（８０）、前記単体ディストリビュータ（３００）、前記単体スワーラ（２００）、前記単体パイロット燃料スワーラ、前記単体ベンチュリ及び前記単体センタボディのそれぞれが、一体成型として単体に形成されている
ことを特徴とする、燃料ノズル（１００）。
【請求項２４】
前記燃料ノズルの後方端部に位置する熱シールドをさらに含む、請求項２３記載の燃料ノズル。
【請求項２５】
前記熱シールドが前記単体ベンチュリの一部を形成する、請求項２４記載の燃料ノズル。
【請求項２６】
前記熱シールドが前記単体センタボディの一部を形成する、請求項２４記載の燃料ノズル。
【請求項２７】
前記環状壁（４６１）は該環状壁（４６１）に開口部（４５６）の周方向列を１つ以上有し、
前記開口部は前記環状壁で周方向に配置されている、請求項２１に記載の燃料ノズル。
【請求項２８】
前記開口部（４５６）は、前記環状壁（４６１）に、前記センタボディに対し軸方向、半径方向および正接方向の少なくとも１から選ばれた配向を有する、請求項２７に記載の燃料ノズル。
【請求項２９】
前記単体供給導管（８０）、前記単体ディストリビュータ（３００）、前記単体スワーラ（２００）、前記単体パイロット燃料スワーラ、前記単体ベンチュリ及び前記単体センタボディの少なくとも１つが、追加製造プロセスを使用して製造されたことを特徴とする、請求項２３乃至２６のいずれか１項に記載の燃料ノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に燃料ノズルに関し、より詳細には、ガスタービンエンジンで使用するためにろう付けを使用して結合した単体構成部品を有する燃料ノズルアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンエンジンは典型的には、燃料をエンジンの燃焼器に供給するための複数の燃料ノズルを含む。燃料は、バーナの前端部で燃料ノズルから非常に細かい噴霧の状態で導入される。圧縮空気は燃料ノズルの周りを流れ、燃料と混合され、混合気を生じ、この混合気がバーナにより点火される。使用可能な燃料圧力が限定されており、所要の燃料流の範囲が広いので、多くの燃料噴射器にはパイロットノズルおよび主ノズルが含まれ、パイロットノズルのみが始動中に使用され、高出力作動中には両方のノズルが使用される。主ノズルへの流れは、始動中および低出力作動中には減少するまたは停止する。このような噴射器は、特定の燃焼器要件に合わせて、燃料流をより正確に制御し、燃料噴霧をより正確に導くことができるので、シングルノズルの燃料噴射器より効率的かつ清浄に燃焼できる。パイロットノズルおよび主ノズルは、同じノズルアセンブリ内に収容することができ、または別のノズルアセンブリ内で支持することもできる。また、これらのデュアルノズル燃料噴射器は、デュアル燃焼器のために燃料をさらに制御することを可能にするように構成することができ、さらに高い燃料効率と有害な放出物の削減をもたらす。点火した混合気の温度は３５００°Ｆ（１９２０℃）以上に達する可能性がある。したがって、燃料供給導管、流路および分配システムは、実質的に漏れがなく、炎および熱から保護されていることが重要である。
【０００３】
長い間継続的にタービンエンジンの作動中の高温に暴露されると、導管および燃料ノズルの構成部品に温度勾配および熱応力が誘発される場合があり、これらは導管および燃料ノズルの構成部品を損傷するおそれがあり、かつ燃料ノズルの作動に悪影響を与えるおそれがある。たとえば、温度勾配は、導管内の燃料流の減少を引き起こす場合があり、タービンエンジン内の過剰燃料の不均等分配につながる場合がある。燃料ノズルの導管およびオリフィスを介して流れる燃料が高温に曝されると、燃料のコークス化につながる場合があり、閉塞および不均一な流れにつながる場合がある。低放出物を実現するために、最新の燃料ノズルは、複数の別々の火炎帯を創出するように、多数の複雑な内部空気および燃料回路を必要とする。燃料回路は、コークス化を防ぐために内部空気からの熱シールドを必要とする場合があり、特定の燃料ノズル構成部品が冷却され、燃焼ガスから遮蔽されなければならない場合がある。熱伝達および冷却を促進するために、追加の機構を燃料ノズル構成部品内に設けなければならない場合がある。さらに、長い間継続的に損傷した燃料ノズルで作動すると、タービンの効率が低下し、タービン構成部品が損傷し、および／またはエンジン排ガス温度マージンが減少することになるおそれがある。
【０００４】
タービンエンジン内に設置した燃料ノズルのライフサイクルを改善すると、タービンエンジンの寿命を延長することができる。知られている燃料ノズルには、送達システム、混合システム、および支持システムが含まれる。流体を輸送するための導管を含む送達システムは、燃料をタービンエンジンに送達し、支持システムによってタービンエンジン内で支持され、遮蔽される。より詳細には、知られている支持システムは送達システムを囲み、したがって、燃料ノズルを介して流れる流体により冷却される送達システムより高い温度に曝され、高い作動温度を有する。外側および内側の輪郭および厚さを設定することで、導管および燃料ノズルの熱応力を減少することができる。いくつかの知られている従来の燃料ノズルは、２２のろう接継手と３つの溶接継手を有する。
【０００５】
燃料ノズルは、燃焼前に空気と燃料との混合を促進するために、ノズルを通過する空気を旋回させるスワーラアセンブリを有する。燃焼器で使用されるスワーラアセンブリは、軸方向、半径方向、もしくは円錐形のスワーラまたはそれらの組合せを有する、複雑な構造となることがある。過去には、従来の製造方法を使用し、別々のベンチュリおよびスワーラ構成部品を有する混合器を製作しており、これらの別々の構成部品は、知られている方法を使用して組み立てられまたは接合され、アセンブリを形成する。たとえば、複雑なベーンを備えたある混合器では、個々のベーンは先ず機械加工され、次にアセンブリにろう付けされる。過去には、インベストメント鋳造方法が、いくつかの燃焼スワーラを製造する際に使用されてきた。他のスワーラおよびベンチュリは原材料から機械加工されてきた。放電加工（ＥＤＭ）が、従来の燃料ノズル構成部品のベーンを機械加工する手段として使用されてきた。
【０００６】
たとえば、燃料ノズルならびにその関連したスワーラ、導管、分配システム、ベンチュリ、および混合システムなど従来のガスタービンエンジン構成部品は、一般的に、製作および／または修理するのは高価である。というのは、燃料を輸送し、分配し、空気と混合するための複雑なスワーラ、導管および分配回路、ならびにベンチュリを有する従来の燃料ノズル設計に、複雑なアセンブリ、および３０点を超える構成部品の接合が含まれるからである。より詳細には、ろう接継手を使用すると、当該構成部品を製作するのに必要な時間が増加することがあり、また、ろう付け合金の配置を可能にする適正な領域の必要性、不要なろう付け合金が流れるのを最小化する必要性、ろう付け品質を検証するための許容される検査技術の必要性、前のろう接継手を再溶融することを防ぐために使用可能ないくつかのろう付け合金を有する必要性を含めて、いくつかの理由のいずれかのために製作プロセスが複雑になることがある。さらに、多数のろう接継手は、構成部品の母材を脆弱にし得る、いくつかのろう付けの流れ（braze run）をもたらす場合がある。ツインアニュラプリスワール（ＴＡＰＳ）ノズルのような最新の燃料ノズルは、狭い封体部に多数の構成部品およびろう接継手を有する。多数のろう接継手が存在することで、構成部品およびアセンブリの重量ならびに、製造および検査のコストを増加する場合があり、好ましくない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、燃料ノズル内で燃料と空気を混合するための複雑な形状を有する単体構成部品を有し、一方で、前記の熱暴露からの望ましくない作用を低減するために熱から構造を保護する、燃料ノズルを有することが望ましいであろう。コストを削減し、組み立てが容易になるようなアセンブリ特徴を有し、ならびに、悪熱環境からの保護を提供し、漏れの可能性を低減するための、燃料ノズルアセンブリを有することが望ましい。たとえば、ガスタービンエンジンの漏れの可能性を低減した燃料ノズルで使用するための熱シールドを備えたディストリビュータ、スワーラおよびベンチュリなどの、複雑な３次元形状を有する単体構成部品の組み立て方法を有することが望ましい。燃料ノズルで使用するために複雑な３次元形状を有する単体構成部品を製造する方法を有することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の必要性は、迅速製造プロセスを使用して製造した少なくとも１つの単体構成部品を含む燃料ノズルを提供する、例示的実施形態によって満たすことができる。一態様では、迅速製造プロセスはレーザ焼結プロセスである。別の態様では、燃料ノズルは単体導管を含む。別の態様では、燃料ノズルはアダプタを有する単体スワーラを含む。別の態様では、燃料ノズルは複数の通路を有する単体ディストリビュータを含む。別の態様では、燃料ノズルは単体ベンチュリを含む。別の態様では、燃料ノズルは単体センタボディを含む。
【０００９】
本発明とみなされる主題は、本明細書の結びの部分で特に指摘され、明確に特許請求されている。しかし、本発明は、添付図面と共に以下の記述を参照すれば最もよく理解できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の例示的実施形態による例示的燃料ノズルを含むハイバイパスターボファンのガスタービンエンジンの概略図である。
【図２】本発明の例示的実施形態による例示的燃料ノズルの等角図である。
【図３】本発明の例示的実施形態による例示的燃料ノズルの部分的断面図である。
【図４】図２に示される例示的燃料ノズルの先端部領域の軸方向断面図である。
【図５】本発明の一態様による単体構成部品を製作する方法の例示的実施形態を示す流れ図である。
【図６】燃料ノズルを組み立てる方法の本発明の一態様の例示的実施形態を示す流れ図である。
【図７】一部断面を伴うろう付けワイヤを有する例示的燃料スワーラの平面図である。
【図８】例示的１次パイロットアセンブリの軸方向断面図である。
【図９】試験装置に設置した例示的１次パイロットアセンブリおよび例示的スワーラの軸方向断面図である。
【図１０】１次パイロットアセンブリのＸ線検査の概略図である。
【図１１】ディストリビュータ、１次パイロットアセンブリおよびスワーラのろう付けワイヤを組み立てる概略図である。
【図１２】例示的燃料ノズルサブアセンブリの軸方向断面図である。
【図１３】図１２に示した例示的燃料ノズルサブアセンブリの等角図である。
【図１４】ステムハウジングに挿入した図１２に示したサブアセンブリの部分的軸方向断面図である。
【図１５】図１４に示したサブアセンブリに取り付けた外部ケーシングの部分的軸方向断面図である。
【図１６】例示的ベンチュリの軸方向断面図である。
【図１７】例示的燃料ノズルのステムハウジングおよびバルブハウジングの部分的断面図である。
【図１８】組み立て後の図２に示した例示的燃料ノズルの先端部アセンブリ領域の軸方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、図を通して同じ番号が同じ要素を示す図面を詳細に参照すると、図１は、燃料ノズル１００内で空気を燃料と混合するのを促進するために使用される単体構成部品（図面に示され、本明細書に記載の、導管８０、スワーラ２００、ディストリビュータ３００、センタボディ４５０、およびベンチュリ５００など）を有する例示的燃料ノズル１００を内蔵する例示的ガスタービンエンジン１０（ハイバイパスタイプ）を略図形式で示す。例示的ガスタービンエンジン１０は、参照目的のためにそこを通る軸方向縦中心線軸１２を有する。エンジン１０には望ましくは、全体として数字１４で識別されるコアガスタービンエンジンおよびそこから上流に配置されたファンセクション１６が含まれる。コアエンジン１４には典型的に、環状入口２０を画定する全体としてチューブ状の外側ケーシング１８が含まれる。外側ケーシング１８はさらに、コアエンジン１４に入る空気の圧力を第１の圧力レベルまで上昇させるために、ブースタ２２を囲み、支持する。高圧の、多段式軸流圧縮器２４は、ブースタ２２から圧縮空気を受け、さらに空気の圧力を増加させる。圧縮空気は燃焼器２６に流れ、そこで、燃料が圧縮空気の流れに注入され、点火し、圧縮空気の温度およびエネルギーレベルを上昇させる。高エネルギー燃焼生成物は、第１（高圧）ドライブシャフト３０を介して高圧圧縮器２４を駆動するために、燃焼器２６から第１（高圧）タービン２８に流れ、次に、第１ドライブシャフト３０と同軸である第２（低圧）ドライブシャフト３４を介してブースタ２２およびファンセクション１６を駆動するために第２（低圧）タービン３２に流れる。タービン２８および３２のそれぞれを駆動した後、燃焼生成物は、排気ノズル３６を介してコアエンジン１４から離れ、エンジン１０のジェット推進スラストの少なくとも一部を提供する。
【００１２】
ファンセクション１６には、環状ファンケーシング４０に囲まれた回転可能な軸流ファンロータ３８が含まれる。ファンケーシング４０が、複数の、実質的に半径方向に延在し周方向で離間された出口ガイドベーン４２によって、コアエンジン１４から支持されていることが理解されるであろう。このようにして、ファンケーシング４０は、ファンロータ３８およびファンロータブレード４４を囲む。ファンケーシング４０の下流区分４６は、コアエンジン１４の外側部分の上に延在し、追加のジェット推進スラストを提供する２次的、またはバイパス空気流導管４８を画定する。
【００１３】
流動の観点から、矢印５０により表される初期空気流は、入口５２を介しファンケーシング４０まで、ガスタービンエンジン１０に入ることが理解されるであろう。空気流５０はファンブレード４４を通過し、導管４８を介して移動する第１圧縮空気流（矢印５４により表される）と、ブースタ２２に入る第２圧縮空気流（矢印５６により表される）とに２つに分かれる。
【００１４】
第２圧縮空気流５６の圧力は増加し、矢印５８により表されるように、高圧圧縮器２４に入る。燃料と混合され、燃焼器２６で燃焼した後、燃焼生成物６０は燃焼器２６から出て、第１タービン２８を介して流れる。次に、燃焼生成物６０は、第２タービン３２を介して流れ、排気ノズル３６から出て、ガスタービンエンジン１０のスラストの少なくとも一部を提供する。
【００１５】
燃焼器２６には、縦中心線軸１２、ならびに入口６４および出口６６と同軸である環状燃焼室６２が含まれる。上記のように、燃焼器２６は圧縮空気の環状の流れを高圧圧縮器排出出口６９から受ける。本明細書の図面に数字１９０で識別される、この圧縮器排出空気（「ＣＤＰ」空気）の一部は、混合器（図示せず）内に流入する。燃料は燃料ノズル先端部アセンブリ６８から注入され、空気と混合され、燃焼のために燃焼室６２に提供される混合気を生じる。混合気の点火は、適正な点火装置により達成され、次に、結果として生じる燃焼ガス６０は、環状の第１段タービンノズル７２に向かい、その中へ軸方向に流れる。ノズル７２は、ガスが角度をなして流れ、第１タービン２８の第１段タービンブレードに作用するように、ガスを回転させる複数の、半径方向に延在し周方向で離間されたノズルベーン７４を含む、環状流路により画定される。図１に示したように、第１タービン２８は望ましくは、第１ドライブシャフト３０を介して高圧圧縮器２４を回転させる。低圧タービン３２は望ましくは、第２ドライブシャフト３４を介してブースタ２２およびファンロータ３８を駆動する。
【００１６】
燃焼室６２はエンジン外側ケーシング１８内に収容される。燃料は、たとえば図２および３に示した例のように、燃料ノズル１００により燃焼室に供給される。液体燃料は、たとえば図３に示したように、ステム８３内の導管８０を介して、燃料ノズル先端部アセンブリ６８へ輸送される。単体構造を有する導管は、燃料ノズル１００の燃料ノズル先端部アセンブリ６８へ液体燃料を輸送するのに使用されてよい。燃料供給導管は、ステム８３内に位置してよく、燃料ディストリビュータ先端部１８０と結合されてよい。パイロット燃料、および主燃料は、たとえば、図２、３、および４に示したように、燃料ノズル先端部アセンブリ６８により燃焼器２６内に噴霧される。タービンエンジンの作動中、当初、パイロット燃料は、始動およびアイドリング運転のような、所定のエンジン作動状態の間、たとえば、図３に品目８２、８４として示したような、パイロット燃料流路を介して供給される。パイロット燃料は、パイロット燃料出口１６２を介して、燃料ディストリビュータ先端部１８０から排出される。追加出力が要求されるとき、主燃料が主燃料流路８５（図３参照）を介して供給され、主燃料は主燃料出口１６５を使用して噴霧される。
【００１７】
図３は、燃料ノズル先端部６８内の液体燃料を輸送するのに使用される単体導管８５を有する例示的燃料ノズル１００の部分的断面等角図である。例示的実施形態では、単体導管８０には、燃料ノズルへの主燃料流路として、および導管本体８７内に延びるパイロット燃料通路８２、８４として役割を果たす、導管本体８７内に位置する流路８６が含まれる。パイロット燃料通路からの燃料は、パイロット供給チューブ１５４（図４を参照）により燃料ノズル先端部６８内に方向付けられ、パイロット燃料出口１６２を介して出る。いくつかの単体導管８０では、たとえば図３に示したように、２つ以上のサブ通路８８、８９に枝分かれする流路８６を有することは、有利である。図３に示したように、単体導管８０を燃料ノズル１００に適用するために、流路８６は第１主通路８８と第２主通路８９に枝分かれする。液体燃料は主通路入口１２６を介してノズルに供給され、流路８６に入る。次に、燃料流は２つの流れに枝分かれし、一方は第１主通路８８を介し、他方は第２主通路８９を介し、その後ディストリビュータ先端部１８０に入る。図３に示したように、主燃料流路８６、サブ通路８８、８９、およびパイロット燃料流路８２、８４は、単体導管８０の全体として縦方向に延びる。
【００１８】
本明細書に記載のように単体導管８０を有し、ガスタービンエンジン燃料ノズルで使用される、例示的燃料ディストリビュータ１００が、図３に示してある。例示的実施形態では、単体導管８０は、ガスタービンエンジン１０に搭載するためのフランジ８１を有する、ステム８３内に位置する。単体導管８０は、ステムの内面と、単体導管８０の導管本体とに間に隙間７７ができるように、ステム８３内に位置する。隙間７７は、熱、およびガスタービンエンジンの燃料ノズルを囲む他の悪環境条件から、単体導管８０を絶縁する。単体導管８０の追加冷却は、隙間７７内の循環空気により達成される。単体導管８０はろう付けのような従来の接続手段を使用してステム８３に接続される。あるいは、単体導管８０およびステム８３は、たとえば、本明細書に記載の、直接レーザ金属焼結のように、迅速製造方法により製造されてよい。本明細書に示され、記載の燃料ノズル１００の例示的実施形態では、燃料ディストリビュータ先端部６８は、主燃料流路（第１主通路８８および第２主通路８９）ならびにパイロット燃料流路８２、８４が、たとえば図３に示したように、燃料ディストリビュータ３００と流れ連通して結合するように、単体導管８０およびステム８３から延びる。詳細には、主燃料流路８８、８９は、燃料ディストリビュータ３００内で画定された主燃料回路に、流れ連通して結合する。同様に、１次パイロット通路８２および２次パイロット通路８４は、燃料ノズル内に内向きに半径方向に配置された、対応するパイロット噴射器（たとえば、図４に示した品目１６３、１６４を参照）と流れ連通して結合する。導管８０およびディストリビュータリング１７１は単体導管（すなわち、単体構造を有する）として本明細書に上記しているが、当該技術分野で知られている方法を使用して他の適切な製造構造物を有する導管８０を使用することが可能であることは、当業者には明白であろう。単体ディストリビュータリング１７１は、ろう付けなどの従来の接続手段を使用してステム８３に接続される。あるいは、単体ディストリビュータリング１７１およびステム８３は、たとえば、本明細書に記載の、直接レーザ金属焼結などの、迅速製造方法により製造されてよい。
【００１９】
図４は、図１、２および３に示した例示的燃料ノズル１００の例示的燃料ノズル先端部アセンブリ６８の軸方向断面図を示す。例示的ノズル先端部アセンブリ６８は、前述のように、供給導管８０から燃料流を受け取り、主燃料通路およびパイロット燃料通路などの燃料ノズル先端部６８の様々な位置に燃料を分配する、ディストリビュータ３００を含む。図３および４は、燃料を燃料ノズル先端部アセンブリ６８に分配する、２つの主燃料通路３０４、３０５および２つのパイロット流路１０２、１０４を有する、本発明の例示的実施形態を示す。
【００２０】
図４に示した例示的ディストリビュータ３００は、本明細書に記載の主流路およびパイロット流路を含む、ディストリビュータリング本体１７１を含む。ディストリビュータ３００の主流路３０４、３０５は、供給導管８０の対応する主流路（たとえば、図３の品目８８、８９など）と流れ連通している。本明細書に示され、記載の例示的主燃料通路はそれぞれ、供給導管８０から、ディストリビュータ軸１１の周りに周方向で位置する２つのアーチ形部分３０４、３０５に燃料流を輸送する入口部分を含む。
【００２１】
用語「単体」は、たとえば、本明細書に記載のベンチュリ５００などの関連構成部品が、製造中に一体成型として製造されることを意味するために、本出願では使用される。したがって、単体構成部品は、構成部品に一体式構造を有する。
【００２２】
図４は、燃料ノズルアセンブリ１００の本発明の例示的実施形態の例示的燃料ノズル先端部６８の軸方向断面図を示す。図４に示した例示的燃料ノズル先端部６８は、本明細書で１次パイロット流路１０２および２次パイロット流路１０４と呼ぶ、２つのパイロット燃料流路を有する。図４を参照すると、１次パイロット流路１０２からの燃料は、１次パイロット燃料噴射器１６３を介して燃料ノズルから出て、２次パイロット流路１０４からの燃料は、２次パイロット燃料噴射器１６７を介して燃料ノズルから出る。ディストリビュータリング１７１の１次パイロット流路１０２は、ステム８３（図３を参照）内に収容された供給導管８０の対応するパイロット１次通路と流れ連通する。同様に、ディストリビュータリング１７１の２次パイロット流路１０４は、ステム８３内に収容された供給導管８０の対応するパイロット２次通路と流れ連通する。
【００２３】
前記のように、ガスタービンエンジンで使用される燃料ノズルのように、燃料ノズルは高温に曝される。このような高温への暴露は、場合によっては、たとえば、出口通路１６４のように、燃料通路で燃料コークス化および閉塞をもたらす。ディストリビュータリング１７１内の燃料コークス化および／または閉塞を緩和する１つの方法は、図４に示した品目１０２、１０４、１０５などの通路を悪熱環境から保護するために、熱シールドを使用することである。図３に示した例示的実施形態では、燃料導管１０２、１０４、１０５は、隙間１１６と、これらの導管を少なくとも部分的に囲む熱シールドによって保護される。隙間１１６は、悪熱環境からの絶縁を提供することで、燃料通路に保護を提供する。示した例示的実施形態では、絶縁用隙間１１６は、約０．０１５インチと０．０２５インチの間の厚さを有する。本明細書に記載の熱シールドのような、熱シールドは、たとえば、一般にガスタービンエンジンで使用されるコバルト基合金およびニッケル基合金のような、高温に耐える能力を備えた任意の適正な材料で製造することができる。図４に示した例示的実施形態では、ディストリビュータリング１７１は、ディストリビュータリング１７１、流路１０２、１０４、１０５、燃料出口１６５、熱シールド、および隙間１１６が、本明細書に記載のようなＤＭＳＬプロセスを使用して製造された一体式構造を有するように形成される、単体構造を有する。
【００２４】
図４は、本発明の例示的実施形態による例示的燃料ノズルアセンブリ１００内で組み立てられた単体スワーラ２００を示す。例示的スワーラ２００は、スワーラ軸１１（あるいは、ノズル先端部軸１１と呼ぶ）の周りに周方向で延在するハブ２０５を有する本体２０１を含む。ハブ２０５から延びる１列のベーン２０８は、スワーラ軸１１の周りに、ハブ２０５上に円周方向に配列される。各ベーン２０８は、ハブ２０５近くに半径方向に位置する翼根部２１０と、ハブ２０５から外向きに半径方向に位置する翼端部２２０とを有する。各ベーン２０８は、翼根部２１０と翼端部２２０の間に延在する、前縁２１２および後縁２１４を有する。ベーン２０８は、たとえば、前縁２１２と後縁２１４の間で、エーロフォイル形などの適正な形状を有する。隣接したベーンは、スワーラ２００に入る、図４に品目１９０として示したＣＤＰ空気などの、通過空気のための流路を形成する。ベーン２０８は、スワーラ２００に入る流入空気１９０に、動作の回転要素を与えるために、スワーラ軸１１に対して半径方向および軸方向に傾斜させることができる。これらの傾斜したスワーラベーン２０８は、燃料ノズル先端部アセンブリ６８内で概してらせん状に空気１９０を旋回させる。スワーラ２００の一態様では、ベーン２０８は、スワーラハブ領域で空気の滑らかな流れを促進するために、翼根部２１０とハブ２０５の間に延在する隅肉を有する。本明細書の図４および１８に示した例示的実施形態では、ベーン２０８はカンチレバータイプの支持部を有し、ベーンは、ベーン翼端部２２０が本質的に自由な状態で、翼根部２１０でハブ２０５上に構造的に支持される。いくつかの代替のスワーラ設計では、ベーン２０８の少なくともいくつかに対して、その先端部領域２２０で、追加の構造的支持を提供することも可能である。スワーラ２００の別の態様では、陥凹部２２２がベーン２２８の翼端部２２０に設けられる。燃料ノズル１００の組み立て中に、陥凹部２２２は、たとえば、図４および１８に示すように、燃料ノズル１００を軸方向に配向させるように、燃料ノズル１００の隣接する構成部品と係合する。
【００２５】
図４および１８に示した例示的スワーラ２００は、ベーン２０８の円周列から軸方向に後ろに位置するアダプタ２５０を含む。アダプタ２５０は、たとえば、ターボファンエンジン１０（図１参照）の圧縮器排出から出てくるＣＤＰ空気流などの、空気流１９０を導くための流路２５４を形成する、アーチ形壁２５６（図４参照）を含む。流入空気１９０は、アダプタ２５０の通路２５４に入り、スワーラ２００のベーン２０８の列に向けて軸方向に前方へ流れる。本発明の一態様では、スワーラ本体２０１の一部分２０３は、ハブ２０５から軸方向に後ろに延び、アダプタ２５０の一部分を形成する。図６に示した例示的実施形態では、軸方向に後ろに延びる本体２０１の部分２０３は、アダプタ２５０のアーチ形壁２５６の一部を形成する。アダプタ２５０もまた、図４に示したように、燃料ノズル先端部アセンブリ６８のような、アセンブリにスワーラ２００を搭載する手段としての役目をする。図４に示した例示的実施形態では、アダプタ２５０は、たとえば、図２に示した燃料ノズルステム８３などの、アダプタ２５０を別の構造に接続するのに使用される、ろう付け材料２５３（図１３参照）を受け取るために、アーチ形の溝２５２を含む。図４および１３で明瞭に見ることができるように、アーチ形壁２５６の溝２５２は、従来の機械加工方法を使用して形成するのは困難である、複雑な３次元形状を有する。本発明の一態様では、図４および１３に示したように、複雑な３次元形状を有するアーチ形壁２５６の溝２５２は、以降に本明細書に記載の製造方法を使用して、単体構造を有するように一体的に形成される。
【００２６】
図４、１１および１８に示した例示的スワーラ２００は、スワーラ軸１１と同軸であり、ハブ２０５から外向きに半径方向に位置する、環状リム２４０を含む。図４、１１、および１８に見られるように、リム２４０は、燃料ノズル１００の隣接する構成部品と係合し、スワーラ２００内で空気１９０を流すために流路の一部を形成する。空気流１９０は、軸方向で前方方向に、スワーラ２００の後部分に入り、ハブ２０５およびリム２４０によってベーン２０８に向かって導かれる。図４に示した例示的実施形態では、圧縮器排出からのような空気流１９０は、アダプタ２５０の通路２５４に入る。図４および１１で最もよく分かるように、アダプタ２５０のアーチ形壁２５６の軸方向前方端部は、リム２４０および本体２０１に一体的に接続される。好ましい実施形態では、アダプタ２５０、リム２４０、本体２０１、ハブ２０５、およびベーン２０８は、本明細書に記載の製造方法を使用した単体構造を有する。あるいは、アダプタ２５０は、個別に製造され、従来の接続手段を使用して、リム２４０および本体２０１に接続されてもよい。
【００２７】
図４を参照すると、壁２６０は、リム２４０の一部と、本体２０１のハブ２０５の一部との間に延在する。壁２６０は、リム２４０と、スワーラのハブ２０５の間の構造的支持部の少なくとも一部を提供する。壁２６０はまた、アダプタ２５０の通路２５４からスワーラの前方部分に行く空気１９０が、軸方向で逆方向には流れず、流れ１９０がベーン２０８に向かって軸方向前方に進ませ続けることを、確実にする。図４および１２に示した例示的実施形態では、壁２６０の前方面２６２は、スワーラ軸１１に垂直な面に関して、実質的に平面である。空気が滑らかに流れるのを促進するために、壁２６０の縁部は、鋭い縁部で突然流れが分離するのを避けるために、滑らかに成形される。
【００２８】
圧縮器および燃料ノズル領域に入る圧縮器排出空気１９０（図３および４参照）は、８００°Ｆを超える温度を有し、非常に熱いことは、燃焼器および燃料ノズルの用途では一般的である。このような高温は、たとえば、燃料流路１０２、１０４、スワーラ２００、およびベンチュリ５００などの燃料ノズル１００の内部構成部品のいくつかに、コークス化、または他の熱により引き起こされる損傷を引き起こす場合がある。空気１９０の高温はまた、たとえば、燃料噴射器１６３とディストリビュータリング本体１７１（図４参照）の間の内部ろう接継手を脆弱にさせる場合がある。本発明の一態様では、絶縁用隙間２１６は、燃料ノズル１００内および、１次燃料噴射器１６３または２次燃料噴射器１６７などの内部構成部品内で流れる空気からの熱の移動を低減するように、スワーラ２００の本体２０１内に設けられる。図４の品目１１６および２１６などの絶縁用隙間は、エンジン作動中の燃料ノズルアセンブリのろう接継手での温度を下げる助けをする。絶縁用隙間２１６は、図４に示すように環状であってよい。知られている熱伝達分析に基づく他の適正な形態が使用されてもよい。図４に示した例示的実施形態では、絶縁用隙間は、スワーラ本体２０１内で少なくとも部分的に延びる環状であり、約０．０１５インチと０．０２５インチの間の半径方向の隙間幅を有する。本発明の一態様では、絶縁用隙間２１６は、以降に本明細書に記載の製造方法を使用して、単体構造を有するように、スワーラ本体２０１と一体的に形成されてよい。本明細書に記載したろう付け溝のように、一体的に形成したろう付け溝は、複雑な輪郭を有してよく、容易な組み立てを促進するために、図１３に示す品目２５３、３５３のような予め形成したろう付けリングを、取り付けできるようにしてよい。
【００２９】
図４を参照すれば、アダプタ通路２５４から入る空気流１９０は、ベーン２０８に入るとき、円周方向に均一ではないことは当業者には明白である。この不均一性は、壁２６０が存在することでさらに強くなる。従来のスワーラでは、流れのこのような不均一性は、燃料と空気の混合の不均一性を引き起こし、不均一な燃焼温度につながる場合がある。燃料ノズル１００の本発明の一態様では、円周方向に不均一な流入の悪影響は、円周方向に隣接したベーンの形状とは異なる形状を備えたスワーラベーン２０８を有することで、最小化することができる。特別設計のスワーラベーン２０８の形状は、知られている流体流動分析技術に基づいて、ハブ２０５のそれぞれの円周位置に合わせて選択できる。様々な円周位置に位置するベーン２０８に合わせて様々な形状を有するスワーラが、単体構造を有することができ、本明細書に記載の製造方法を使用して製造することができる。
【００３０】
図４は、本発明の例示的実施形態による例示的ベンチュリ５００の軸方向断面図を示す。例示的ベンチュリ５００は、空気の一部と燃料が混合される混合用空洞５５０を形成するスワーラ軸１１の周りの環状ベンチュリ壁５０２を含む。環状ベンチュリ壁は、軸方向および円周方向に任意の適正な形を有することができる。軸方向に前方方向へ混合気が膨張する余裕を持たせる、たとえば図４に示したような円錐形が望ましい。図４および１６に示した例示的ベンチュリ５００は、軸方向前方端部５０１を有する軸方向前方部分５０９と、軸方向後方端部５１９を有する軸方向後方部分５１１とを有する。軸方向前方部分５０９は全体として円筒状の外形を有し、環状ベンチュリ壁５０２は全体としてスワーラ軸１１の周りで環状である。ベンチュリ壁５０２は、ノズル先端部アセンブリ６８の組み立て中にろう付け材料を受け取ることができる半径方向外側に位置する少なくとも１つの溝５０４を有する。図４および１６に示した例示的実施形態では、軸方向前方端部５０１近くに１つの溝５６４と、軸方向前方端部５０１と軸方向後方端部５１９の間の中間位置近くに別の溝５０４の、２つの環状溝５０４、５６４が示してある。溝５０４は従来の機械加工方法を使用して形成してよい。あるいは、溝５０４は、たとえば、以降に本明細書に記載のように、単体ベンチュリ５００を製造する方法を使用して、ベンチュリ壁５０２を形成するとき、一体的に形成してよい。本発明の別の態様では、ベンチュリ５００は、ベンチュリ壁５０２の軸方向に後方端部５１９に位置するリップ５１８（あるいは本明細書ではドリップリップ５１８と呼ぶ）を含む。ドリップリップ５１８は、ベンチュリ壁５０２の内側表面５０３に沿って流れる液体燃料粒子が、壁５０２から離れ、軸方向に後方へ流れ続けるような形状（図１６参照）を有する。したがって、ドリップリップ５１８は、出口でベンチュリ壁に沿って半径方向外側に燃料が流れるのを防ぐ役割をする。
【００３１】
図４および１６に示すように、ベンチュリ５００の例示的実施形態は、環状のベンチュリ壁５０２から半径方向内向きに位置し、スワーラ軸１１の周りでベンチュリ壁と同軸に位置する、環状のスプリッタ壁５３２を有する環状のスプリッタ５３０を含む。スプリッタ５３０の半径方向外側表面５３３およびベンチュリ壁５０２の半径方向内側表面５０３は、環状の旋回空気通路５３４を形成する。スプリッタ壁５３２の前方部分は、燃料ノズル先端部アセンブリ６８を組み立て中に、たとえば、図４で品目２０８として示した隣接する構成部品とベンチュリ５００を結びつける助けをする、陥凹部５３５（図１６参照）を有する。スプリッタ５３０は、スプリッタ空洞５６０（図１６参照）を有し、空気１９０の一部は、パイロット出口１６２、１６４（図４参照）から排出した燃料と混合する。
【００３２】
図４および１６に示したベンチュリ５００の例示的実施形態は、スワーラ５１０を含む。スワーラ５１０はベンチュリ５００の軸方向前方部分５０９に位置しているように図５で示してあるが、本発明の他の代替実施形態では、ベンチュリ５００内の他の軸位置に位置してよい。スワーラ５１０は、ベンチュリ壁５０２と環状スプリッタ５３０の間に半径方向内向きに延びる複数のベーン５０８を含む。複数のベーン５０８は、スワーラ軸１１の周りに円周方向に配列される。
【００３３】
図４および１６を参照すると、図に示したスワーラ５１０の例示的実施形態では、各ベーン５０８は、スプリッタ５３０近くに半径方向に位置する翼根部５２０と、ベンチュリ壁５０２近くに半径方向に位置する翼端部５２１とを有する。各ベーン５０８は、翼根部５２０と翼端部５２１の間に延在する、前縁５１２および後縁５１４を有する。ベーン５０８は、たとえば、前縁５１２と後縁５１４の間で、エーロフォイル形のような適正な形状を有する。円周上に隣接するベーン５０８は、スワーラ５１０に入る、図４に品目１９０として示したＣＤＰ空気のような、通過空気のための流路を形成する。ベーン５０８は、スワーラ５１０に入る流入空気１９０に、動作の回転要素を与えるために、スワーラ軸１１に対して半径方向および軸方向に傾斜させることができる。これらの傾斜したベーン５０８は、ベンチュリ５００内で概してらせん状に空気１９０を旋回させる。本発明の一態様では、ベーン５０８は、ベーン５０８の翼根部５２０とスプリッタ壁５３２の間に延在する隅肉５２６を有する。隅肉５２６は、スワーラ内、および旋回空気通路５３４で空気が滑らかに流れるのを助ける。隅肉５２６は、スワーラで空気が滑らかに流れるのを促進するように設計された、滑らかな輪郭形状５２７を有する。特定のベーン５０８の輪郭形状および方向は、流体流動分析の知られている方法を使用して設計される。適正な隅肉の輪郭を有する隅肉５２６に類似した隅肉が、ベーン５０８の翼端部５２１とベンチュリ壁５０２の間で使用されてもよい。図４および１６に示したベンチュリ５００の例示的実施形態では、ベーン５０８は、翼根部５２０および翼端部５２１の両方の近くで支持される。いくつかのベンチュリの代替設計では、カンチレバータイプの支持部を有するベーンを含むスワーラを有することも可能であり、ベーンは構造的に１端部のみで支持され、他端部は本質的に自由である。ベンチュリ５００は、たとえばＣｏＣｒ、ＨＳ１８８、Ｎ２、およびＮ５などの、ニッケルまたはコバルト基超合金などの、高温環境で作動できる、知られている材料で製造してよい。
【００３４】
ベンチュリ５００は、ベンチュリおよび燃料ノズル先端部アセンブリ６８（図３参照）内の他の構成部品を、燃料ノズル１００内の混合気の点火からの炎と熱から保護するために、熱シールド５４０を含む。図４および１６に示した例示的熱シールド５４０は、スワーラ軸１１の周りで環状形状を有し、ベンチュリ５００の軸方向に後方端部５１９の近くで、スワーラ５１０から軸方向に後方に位置する。熱シールド５４０は、スワーラ軸１１から半径方向外向きの方向に延びる環状壁５４２を有する。環状壁５４２は、ベンチュリ５００および燃料ノズル１００内の他の構成部品を、２５００°Ｆから４０００°Ｆの範囲の温度を有する、混合気の点火からの炎と熱から保護する。熱シールド５４０は、高温に耐えることができる適正な材料で製造される。たとえば、ＣｏＣｒ、ＨＳ１８８、Ｎ２、およびＮ５などの材料が使用できる。本明細書に示した例示的実施形態では、熱シールド５４０はＣｏＣｒ材料で製造され、０．０３０インチと０．０６０インチの間の厚さを有する。本発明の他の実施形態では、熱シールド５４０が、ベンチュリ壁５０２またはスワーラ５１０などの、ベンチュリの他の部分と異なる材料で製造されることも可能である。
【００３５】
図４および１６に示した例示的ベンチュリ５００は、その作動温度を下げるために熱シールド５４０の冷却を強化する特定の設計特徴を有する。例示的ベンチュリ５００は、ベンチュリ壁５０２と熱シールド５４０の間に延在する少なくとも１つのスロット５４４を含む。図４および１６に示した、ベンチュリ５００の好ましい例示的実施形態は、ベンチュリ壁５０２と熱シールド５４０の間に延在する複数のスロット５４４を含み、スロット５４４は、スワーラ軸１１の周りに周方向で配列される。スロット５４４は、燃料導管とベンチュリ壁５０２（図４参照）の間の空洞を通って流れる冷却用空気のための出口通路を提供する。各スロット５４４の軸方向に配向した部分に入る冷却用空気は、スロット５４４の半径方向に配向した部分で方向を変え、熱シールドの環状壁５４２の側へ全体的に半径方向にスロット５４４から出る。本発明の別の態様では、例示的ベンチュリ５００は、熱シールド５４０上に位置し、スワーラ軸１１の周りの熱シールド壁５４２の軸方向に前方側に周方向で配列された、複数の隆起部５４６を含む。これらの隆起部５４６は、追加の熱伝達領域を提供し、熱シールド５４０から、熱シールドに向けた冷却用空気への熱伝達を増加させ、それによって、熱シールド５４０の作動温度を下げる。図４に示した例示的実施形態では、隆起部５４６は、４つの円周列に配列され、各列は１００から１２０個の間の隆起部を有する。
【００３６】
図４および１６を参照すれば、場合によっては、ベンチュリ５００のスワーラ５１０に入る空気流１９０の一部は、ベーン５０８の間の通路に入るとき、円周方向に均一でない場合があることは、当業者には明白である。この不均一性は、たとえば壁２６０（図４参照）のような他の特徴が存在すると、さらに強化される。従来のベンチュリでは、流れのこのような不均一性は、ベンチュリ内で燃料と空気を混合する際の不均一性を引き起こし、不均一な燃焼温度につながる。本発明の一態様では、周方向で不均一に流入する悪影響は、周方向で隣接するベーンの形状と異なる形状を備えるいくつかのスワーラベーン５０８を含むスワーラ５１０を有することで、最小化することができる。特別設計のスワーラベーン５０８の形状は、知られている流体流動分析技術に基づき、各円周位置に対して選択することができる。様々な円周位置に位置するベーン５０８に合わせて様々な形状を備えたスワーラを有するベンチュリ５００が、単体構造を有することができ、本明細書に記載の製造方法を使用して製造することができる。
【００３７】
図１〜４および図１８に示した燃料ノズル１００の例示的実施形態では、燃料ノズル１００は環状センタボディ４５０を含む。センタボディ４５０は、図２、３、４、および１８で示したような燃料ノズル１００の組み立て状態で、ディストリビュータ３００の前方部分を囲み、空気流のための環状通路４６２を形成する、環状外壁４６１を含む。燃料ノズル１００を冷却する供給空気流は、センタボディ外壁４６１とディストリビュータ３００の間の空気流通路４１２に入り、ディストリビュータ３００、センタボディ４５０、ならびに燃料オリフィスおよび燃料ポスト１６５の冷却を助けて、燃料ポスト１６５を過ぎて流れる。外壁４６１は、燃料ポスト１６５の円周列のオリフィスに対応して、円周方向に配列した複数の開口部４６３を有する。燃料ポスト１６５から排出した燃料は、開口部４６３を介して燃料ノズル１００から出る。例示的燃料ノズル１００では、スカーフ４５２、４５４は、燃料パージ増加のために、図２に示すように、センタボディ４５０の壁４６１の外側の主燃料噴射位置の開口部４６３の近くに設けられる。主燃料流が遮断されるモード中に主回路が活発にパージするように、スカーフは上流側（４５４）または下流側（４５２）に存在する。図４および１８に示すように、いくつかの実施形態では、外壁４６１の内径と燃料ポスト１６５の外側端部との間に小さい隙間４６４を有することは可能である。図４および１８に示した例示的実施形態では、この隙間は約０．０００インチから約０．０１０インチの間に及ぶ。
【００３８】
図４および１８に示した例示的実施形態では、センタボディ壁４６１は、開口部４５６の１つまたは複数の円周列を介して燃料ノズル１００に入る供給空気流の一部が通過する、多数孔の冷却システムにより冷却される。センタボディの多数孔の冷却システムは、典型的には１から４列の開口部４５６を使用してよい。開口部４５６は実質的に一定の直径を有してよい。あるいは、開口部４５６は、様々な断面領域を有する拡散開口部であってもよい。図２、４、および１８に示した例示的実施形態では、センタボディ４５０は、開口部４５６の３つの円周列を有し、各列は６０から８０個の開口を有し、各開口は約０．０２０インチと０．０３０インチの間の様々な直径を有する。図２、４、および８に示すように、開口部４５６は、センタボディ外壁４６１内で軸方向、半径方向および正接方向の複雑な配向を有することができる。センタボディ壁４６１の円周方向に配列した冷却孔４５７の追加列は、ベンチュリ５００の熱シールド５４０のような、燃料ノズル１００の他の部分に向けて、冷却空気流を方向付けるように設けられる。図２、４、および１８に示す例示的実施形態では、燃料ノズル１００はベンチュリ５４０の１端部に位置する環状熱シールド５４０を含む。熱シールド５４０は、燃料ノズル１００の構成部品を、燃焼器内での燃焼中にもたらされる炎から遮蔽する。熱シールド５４０は、熱シールド５４０に影響を与えるように冷却空気を方向付ける、図４および１８に示すような軸配向を有する１つまたは複数の円周列の孔部４５７により冷却される。本明細書に記載の例示的燃料ノズル１００では、孔部４５７は典型的には、５０から７０個の間の孔を有する円周列に配列した少なくとも０．０２０インチの直径を有し、好ましい孔の寸法は、約０．０２６インチから約０．０３０インチの間である。センタボディ４５０は、たとえばＣｏＣｒ、ＨＳ１８８、Ｎ２、およびＮ５などの、ニッケルまたはコバルト基超合金などの、高温環境で作動できる、知られている材料で製造してよい。センタボディ４５０の冷却孔４５６、４５７、開口部４６３、およびスカーフ４５２、４５４は、知られている製造方法を使用して製造してよい。あるいは、センタボディのこれらの特徴は、好ましくは図５に示し、本明細書に記載のＤＭＬＳ方法などの、本明細書に記載の単体構成部品の製造方法を使用して一体的に製造できる。本発明の別の実施形態では、図４および１８に示した品目５４０に類似した熱シールドは、ＤＭＬＳ方法を使用して、単体構造を有するようにセンタボディ４５０と一体的に製造してよい。本発明の別の実施形態では、センタボディ４５０、ベンチュリ５００、および図４および１８に示した品目５４０に類似した熱シールドは、ＤＭＬＳ方法を使用して、単体構造を有するように一体的に製造してよい。
【００３９】
本明細書に記載の燃料ノズル１００の例示的実施形態は、たとえば、単体導管８０／ディストリビュータ３００、単体スワーラ２００、単体ベンチュリ５００および単体センタボディ４５０などの、単体構成部品を含む。燃料ノズル１００で使用するこのような単体構成部品は、直接金属レーザ焼結（ＤＭＬＳ）、レーザネットシェープ製造（ＬＮＳＭ）、電子ビーム焼結および他の製造で知られているプロセスなどの、迅速製造プロセスを使用して製造できる。ＤＭＬＳは、たとえば、本明細書に記載の、単体導管８０／ディストリビュータ３００、単体スワーラ２００、単体ベンチュリ５００および単体センタボディ４５０などの、燃料ノズル１００で使用する単体構成部品を製造する好ましい方法である。
【００４０】
図５は、たとえば、図２乃至１８で品目８０、２００、３００、４５０および５００として示し、本明細書に記載のような、燃料ノズル１００用の単体構成部品を製作する方法７００の例示的実施形態を説明する流れ図である。製作方法７００は、例として単体構成部品８０、２００、３００、４５０および５００を使用して以下に記載するが、同じ方法、ステップ、手順などは、これらの構成部品の代替の例示的実施形態に適用される。方法７００には、直接金属レーザ焼結（ＤＭＬＳ）を使用して単体構成部品８０、２００、３００、４５０、５００を製作することが含まれる。ＤＭＬＳは、構成部品の３次元情報、たとえば、３次元コンピュータモデルを使用して金属構成部品を製作する、知られている製造プロセスである。３次元情報は複数のスライスに転換され、各スライスはスライスの所定の高さの構成部品の断面を定義する。次に、構成部品は、完了するまで、スライスごとに、または層ごとに、「ビルドアップ」される。構成部品の各層は、レーザを使用して金属粉末を溶解することで形成される。
【００４１】
したがって、方法７００には、燃料ノズル１００の特定の単体構成部品８０、２００、３００、４５０、５００の３次元情報を確定するステップ７０５と、各スライスが単体構成部品の断面層を画定する複数のスライスに３次元情報を転換するステップ７１０とが含まれる。次に、単体構成部品８０、２００、３００、４５０、５００は、ＤＭＬＳを使用して製作され、またはより詳細には、各層が、レーザエネルギーを使用して金属粉末を溶解することによりステップ７１５で引き続き形成される。各層は約０．０００５インチと約０．００１インチの間の寸法を有する。単体構成部品８０、２００、３００、４５０、５００は、任意の適正なレーザ焼結機械を使用して製作してよい。適正なレーザ焼結機械の例には、限定はされないが、ミシガン州ＮｏｖｉのＥＯＳ  ｏｆ  Ｎｏｒｔｈ  Ａｍｅｒｉｃａ、Ｉｎｃ．から入手可能なＥＯＳＩＮＴ．ＲＴＭ．Ｍ  ２７０  ＤＭＬＳマシン、ＰＨＥＮＩＸ  ＰＭ２５０マシン、および／またはＥＯＳＩＮＴ．ＲＴＭ．Ｍ  ２５０  Ｘｔｅｎｄｅｄ  ＤＭＬＳマシンが含まれる。単体構成部品８０、２００、３００、４５０、５００を製作するのに使用する金属粉末は、好ましくはコバルトクロムを含む粉末であるが、限定はされないが、ＨＳ１８８およびＩＮＣＯ６２５などの、他の任意の適正な金属粉末であってよい。金属粉末は、約１０ミクロンと７４ミクロンの間の粒径を有することができるが、好ましくは約１５ミクロンと約３０ミクロンの間である。
【００４２】
燃料ノズル１００の単体構成部品８０、２００、３００、４５０、５００を製造する方法は、好ましい方法としてＤＭＬＳを使用すると本明細書には記載しているが、層ごとの構築または追加製作を使用する任意の他の適正な迅速製造方法も使用できることは、当業者には理解されよう。これら代替の迅速製造方法には、限定はされないが、選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）、インクジェットおよびレーサジェットによるなどの３Ｄ印刷、ステレオリトグラフィ（ＳＬＳ）、直接選択的レーザ焼結（ＤＳＬＳ）、電子ビーム焼結（ＥＢＳ）、電子ビーム溶解（ＥＢＭ）、レーザ技術ネットシェープ法（ＬＥＮＳ）、レーザネットシェープ製造（ＬＮＳＭ）および直接金属蒸着（ＤＭＤ）が含まれる。
【００４３】
本発明の別の態様は、前に本明細書に記載のように複雑な幾何学的特徴を有する単体構成部品を有する燃料ノズル１００の簡単な組み立て方法を含む。本明細書に記載のように燃料ノズル１００の単体構成部品を使用することで、従来のノズルより、数の少ない構成部品および数の少ない継手を有する燃料ノズル１００の組み立てが可能になった。たとえば、本明細書に示した燃料ノズル１００の例示的実施形態では、燃料ノズル先端部６８は、７つのろう接継手と１つの溶接継手のみを含むが、一方、ある知られている従来ノズルは、２２のろう接継手と３つの溶接継手を有する。
【００４４】
本発明による例示的組み立て方法８００が図６に示され、ステップが以下詳細に記載される。図６に示した例示的組み立て方法８００は、前に本明細書に記載した例示的燃料ノズル１００を組み立てるのに使用できる。図６に示した例示的組み立て方法８００では、組み立てプロセスは、より数の少ない構成部品および継手を使用し、従来の方法より簡単である。
【００４５】
例示的燃料ノズル１００を組み立てるために以下に記載の様々なステップのために図６を参照すれば、ステップ８５１では、予め形成したろう付けワイヤ６０２が、図７に示すように、１次燃料スワーラ６０３のろう付け溝６０１に挿入される。ろう付けワイヤ材料は、ＡＭＳ４７８６（金ニッケル合金）などの、知られているろう付け材料であり得る。図７では、例示的ろう付けワイヤ６０２は、円形断面を有する。ろう付けワイヤ６０２のための他の適正な断面形状、およびろう付け溝６０１のための対応する形状が使用できる。
【００４６】
ステップ８５２では、１次燃料スワーラ６０３が、図８に示すように１次オリフィス６０６に圧入される。
【００４７】
ステップ８５３では、１次燃料スワーラ６０３および１次オリフィス６０６が、図８に示すように、一緒にろう付けされ、１次パイロットアセンブリ６０７を形成する。ろう付けは知られている方法を使用して実施される。１８４０°Ｆと１９６０°Ｆの間のろう付け温度が使用できる。１９５０°Ｆの温度でのろう付けが望ましい。
【００４８】
ステップ８５４では、１次パイロットアセンブリ６０７が、図９に示すように、アダプタ２５０および内側スワーラ２００に挿入される。
【００４９】
ステップ８５５では、燃料流量確認が実施され、パイロット燃料流回路の燃料流量パターンを確認する。１次パイロット流回路６０８および２次パイロット流回路６０９を示す、例示的配列が図９に示してある。たとえば、図９に品目６０４として示したような、当該技術分野で知られている適正な試験装置が、流量確認ステップ８５５で使用されてよい。たとえば、図９に示したＯリング６１６を使用するような、知られている封止方法が、随意の流量確認ステップ８５５で燃料漏れを防ぐために使用されてよい。流量確認が完了した後、１次パイロットアセンブリ６０７が、試験装置６０４ならびにアダプタ２５０および内側スワーラ２００から取り外される。
【００５０】
随意のステップ８５６では、たとえば図１０に示すように、１次パイロットアセンブリ６０７のろう接継手の非破壊検査が実施される。知られている技術を使用するＸ線検査が、ろう接継手の検査には望ましい。知られているＸ線源６１１からのＸ線６１０が使用できる。
【００５１】
ステップ８５７では、予め形成したろう付けワイヤが、ディストリビュータ３００の燃料回路パイロット領域のろう付け溝に挿入される。図１１は、１次パイロット流路１０２を囲む壁の周りのパイロット供給チューブ１５４の例示的ろう付け溝６１２を示す。図１１に示した例示的ディストリビュータ３００もまた、２次パイロット流路１０４と、２次パイロット流路１０４を囲む壁の周りに形成されるろう付け溝６１４とを含む。前に本明細書に記載したように、ろう付け溝６１２および６１４は、ＤＭＬＳなどの製造技術を使用して単体ディストリビュータ３００内に形成してよい。あるいは、これらろう付け溝は、機械加工または他の知られている技術を使用して形成してよい。ろう付けワイヤ６１３、６１５は、ＡＭＳ４７８６（金ニッケル合金）などの、知られているろう付け材料で製造することができる。図１１では、例示的ろう付けワイヤ６１３および６１５は、円形断面を有する。ろう付けワイヤ６１３、６１５のための他の適正な断面形状、およびろう付け溝６１２、６１４のための対応する形状が、代替として使用できる。例示的ステップ８５７では、図１１に示したように、ろう付けワイヤ６１３はろう付け溝６１２に挿入され、ろう付けワイヤ６１５はろう付け溝６１４に挿入される。
【００５２】
図１１に例示したステップ８５８では、１次パイロットアセンブリ６０７が、ディストリビュータ３００の１次パイロット供給チューブ１５４の１次燃料回路部分に挿入される。
【００５３】
図１１および１２に例示した、ステップ８５９では、内側スワーラ／アダプタ２００がステップ８５８からのアセンブリの上に挿入され、そのため、１次パイロットアセンブリ６０７およびろう付けワイヤ６１５は内側スワーラ／アダプタ２００の内側に適合する。図１２はこのステップの後の組み立てた状態を示す。
【００５４】
ステップ８６０では、予め形成したろう付けワイヤ２５３が、図１３に示したように、アダプタ／内側スワーラ２００の壁２５６に位置する溝２５２に挿入される。予め形成されたろう付けワイヤ３５３は、図１３に示したように、ディストリビュータ３００の壁に位置する溝３５２に挿入される。前に本明細書に記載したように、アダプタのろう付け溝２５２は、単体アダプタ／スワーラ２００内に形成されてよく、ろう付け溝３５２は、ＤＭＬＳなどの製造技術を使用して単体ディストリビュータ３００内に形成されてよい。あるいは、これらのろう付け溝は、機械加工または他の知られている技術を使用して形成してよい。ろう付けワイヤ２５３、３５３は、ＡＭＳ４７８６（金ニッケル合金）などの、知られているろう付け材料で製造される。図１３では、例示的ろう付けワイヤ２５３および３５３は円形断面を有する。ろう付けワイヤ２５３、３５３のための他の適正な断面形状、およびろう付け溝２５２、３５２のための対応する形状が、代替として使用できる。
【００５５】
ステップ８６１では、１次パイロットアセンブリ６０７、アダプタ／スワーラ２００、および上記のようにその対応する溝内にろう付けワイヤ６１３、６１５、２５３、３５３を有するディストリビュータ３００のアセンブリは、ステム８３に挿入され、図１４に示したように配置される。
【００５６】
ステップ８６２では、図１４に示したステップ８６１からのアセンブリがろう付けされる。ろう付けは知られている方法を使用して実施される。１８００°Ｆと１８６０°Ｆの間のろう付け温度が使用できる。１８５０°Ｆの温度でのろう付けが望ましい。
【００５７】
随意のステップ８６３では、ステップ８６２（図１４参照）で形成したろう接継手の非破壊試験が実施される。知られている技術を使用するＸ線検査が、ろう接継手の検査には望ましい。
【００５８】
ステップ８６４では、センタボディ４５０（あるいは本明細書では外部ケーシングと呼ぶ）が、ろう付け後、ステップ８６２からのアセンブリの上に挿入される。センタボディ４５０は、センタボディ４５０のタブ４５１をディストリビュータの後方端部に位置する切欠き３２０と位置合わせさせることで、ディストリビュータ３００に関して周方向で位置させる（図１３参照）。外部ケーシングを周方向で位置させる他の知られている方法を、代替として使用してよい。
【００５９】
ステップ８６５では、外部ケーシング４５０は、図１５に示した、ステップ８６４から得たアセンブリに溶接される。知られている溶接方法が、この目的のために使用できる。望ましい溶接方法は、ＨＳ１８８溶接ワイヤを使用する、ＴＩＧ溶接である。外部ケーシング４５０とステム８３の間で得られる溶接部４６０が図１５に示されている。
【００６０】
図１６を参照すると、ステップ８６６では、ベンチュリ５００の、予め形成されたろう付けワイヤ５０５は溝５０４に挿入され、予め形成されたろう付けワイヤ５６５は、溝５６４に挿入される。本明細書に前に記載したように、ベンチュリの溝５０４、５６４は、ＤＭＬＳなどの製造技術を使用して、単体ベンチュリ５００内に形成してよい。あるいは、これらのろう付け溝は、機械加工または他の知られている技術を使用して形成してよい。ろう付けワイヤ５０５、５６５は、ＡＭＳ４７８６（金ニッケル合金）などの、知られているろう付け材料で製造されてよい。図１６では、例示的ろう付けワイヤ５０５および５６５は円形断面を有する。ろう付けワイヤ５０５、５６５のための他の適正な断面形状、およびろう付け溝５０４、５６４のための対応する形状が、代替として使用できる。
【００６１】
図１７を参照すると、随意のステップ８６７では、予め形成されたろう付けワイヤ９１、９３、９５、９７が、導管８０の燃料回路入口またはバルブハウジング９９の周りの対応する溝９２、９４、９６、９８に挿入される。ろう付けワイヤ９１、９３、９５、９７は、ＡＭＳ４７８６（金ニッケル合金）などの、知られているろう付け材料で製造されてよい。円形断面形状が、ろう付けワイヤ９１、９３、９５、９７には望ましい。しかし、他の適正な断面形状を、代替として使用してよい。
【００６２】
随意のステップ８６８では、ステップ８６７からのアセンブリが、図１７に示したバルブハウジング９９に挿入される。
【００６３】
ステップ８６９では、図１８に示したアセンブリがろう付けされる。もし随意のステップ８６８が選択されたら、図１７に示したアセンブリもろう付けされる。ろう付けは知られている技術を使用して実施される。１８００°Ｆと１８６０°Ｆの間のろう付け温度が使用できる。１８５０°Ｆの温度でのろう付けが望ましい。
【００６４】
随意のステップ８７０では、ステップ８６９で形成されたろう接継手（図１７および１８参照）の非破壊試験が実施される。知られている技術を使用するＸ線検査が、ろう接継手の検査には望ましい。
【００６５】
タービンエンジン（図１乃至４参照）の燃料ノズル１００および組み立て方法８００（図６参照）は、知られている燃料ノズルより少ない構成部品および継手を含む。詳細には、上記の燃料ノズル１００は、たとえば、単体導管８０／ディストリビュータ３００、単体スワーラ２００および単体ベンチュリ５００などの一体型単体構成部品を使用するために、より少ない構成部品を必要とする。結果として、記載の燃料ノズル１００は、知られている燃料ノズルに対する、より軽い、より安価な代替を提供する。さらに、燃料ノズル１００の構成部品の少なくともいくつかと、組み立て方法８００のための記載した単体構造は、知られている燃料ノズルと比較して、漏れまたは故障の機会は少なくなり、より容易に修理可能である。
本明細書で使用されるときは、数詞が付いていない要素またはステップは、複数を除外することが明確に説明されていない限り、複数の前記要素またはステップを除外しないと理解されるべきである。燃料ノズル１００の要素／構成部品／ステップおよび本明細書に記載および／または例示したその構成部品を導入するとき、数詞が付いていない用語は、１つまたは複数の要素／構成部品／などがあることを意味することを意図する。用語含む」および「有する」は包括的であり、列挙した要素（１つまたは複数）／構成部品（１つまたは複数）／など以外に追加の要素（１つまたは複数）／構成部品（１つまたは複数）／などがあり得ることを意味することを意図する。さらに、本明細書の「一実施形態」に言及することは、列挙した特徴も組み込む追加の実施形態が存在することを除外すると解釈されることは意図していない。
【００６６】
本明細書に記載の、製造方法７００および組み立て方法８００などの方法、ならびに、単体導管８０／ディストリビュータ３００、単体スワーラ２００、単体ベンチュリ５００および単体センタボディ４５０などの物品は、タービンエンジンの燃料ノズル内で液体燃料を空気と混合するために空気を旋回させることとの関連において記載し、本明細書に記載の、単体構成部品ならびにその製造方法およびその組み立て方法は、燃料ノズルまたはタービンエンジンに限定されるものではないことは理解されたい。図面に例示した、製造方法７００、組み立て方法８００、燃料ノズルおよびその構成部品は、本明細書に記載の特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ、これらは本明細書に記載の他の構成部品とは独立しておよび分離して利用することができるものとする。
【００６７】
本書は、最良の形態を含み、本発明を開示するために、また当業者が本発明を製造および使用できるようにするために、例示を使用するものである。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲により定義され、当業者が気が付く他の例示も含まれる場合がある。このような他の例示は、その例示が本特許請求の文言上の用語と異ならない構造要素を有する場合、またはその例示が本特許請求の範囲の文言上の用語とごくわずかな差異を伴う等価の構造要素を含む場合は、本特許請求の範囲内にあることを意図するものである。
【符号の説明】
【００６８】
１０  ガスタービンエンジン
１１  ディストリビュータ軸
１２  軸方向縦中心線軸
１４  コアガスタービンエンジン
１６  ファンセクション
１８  外側ケーシング
２０  入口
２２  ブースタ
２４  圧縮器
２６  燃焼器
２８  タービン
３０  ドライブシャフト
３２  タービン
３４  ドライブシャフト
３６  排気ノズル
３８  ファンロータ
４０  ファンケーシング
４２  ガイドベーン
４４  ファンロータブレード
４６  下流区分
４８  導管
５０  空気流
５２  入口
５４、５６、５８  空気流
６０  燃焼生成物／燃焼ガス
６２  燃焼室
６４  入口
６６  出口
６８  燃焼ノズル先端部
６９  出口
７２  ノズル
７４  ノズルベーン
７７  隙間
８０  導管
８１  フランジ
８２、８４  パイロット燃料流路
８３  ステムハウジング
８５、８６  主燃料流路
８７  導管本体
８８、８９  主燃料流路
９１、９３、９５、９７  ろう付けワイヤ
９２、９４、９６、９８  ろう付け溝
９９  バルブハウジング
１００  燃料ノズル
１０２、１０４、１０５  流路
１１６  隙間
１２６  主通路入口
１５４  パイロット供給チューブ
１６２、１６４  パイロット出口
１６３  噴射器
１６５  燃料出口／燃料ポスト
１６７  パイロット燃料噴射器
１７１  ディストリビュータリング本体
１８０  燃料ディストリビュータ先端部
１９０  ＣＤＰ空気流
２００  スワーラ
２０１  スワーラ本体
２０３  スワーラ本体の一部
２０５  ハブ
２０８  ベーン
２１０  ベーン翼根部
２１２  前縁
２１４  後縁
２１６  絶縁用隙間
２２０  ベーン翼端部
２２２  陥凹部
２４０  リム
２５０  アダプタ
２５２  アーチ形の溝
２５３  ろう付けワイヤ
２５４  アダプタ通路
２５６  アーチ形壁
２６０  壁
２６２  前方面
３００  ディストリビュータ
３０４、３０５  主燃料通路
３２０  切欠き
３５２  ろう付け溝
３５３  ろう付けワイヤ
４１２  空気流通路
４５０  センタボディ／外部ケーシング
４５１  タブ
４５２、４５４  スカーフ
４５６  開口部
４５７  孔部
４６０  溶接
４６１  外壁
４６２  通路
４６３  開口部
４６４  隙間
５００  ベンチュリ
５０１  軸方向前方端部
５０２  ベンチュリ壁
５０３  内側表面
５０４  ろう付け溝
５０５  ろう付けワイヤ
５０８  スワーラベーン
５０９  軸方向前方部分
５１０  スワーラ
５１１  軸方向後方部分
５１２  前縁
５１４  後縁
５１８  リップ／ドリップリップ
５１９  軸方向後方端部
５２０  翼根部
５２１  翼端部
５２６  隅肉
５２７  輪郭
５３０  スプリッタ
５３２  スプリッタ壁
５３３  外側表面
５３４  旋回空気通路
５３５  陥凹部
５４０  熱シールド
５４２  熱シールド壁
５４４  スロット
５４６  隆起部
５５０  混合用空洞
５６４  ろう付け溝
５６５  ろう付け材料／ろう付けワイヤ
６０１  ろう付け溝
６０２  ろう付けワイヤ
６０３  １次燃料スワーラ
６０４  試験装置
６０６  オリフィス
６０７  パイロットアセンブリ
６０８、６０９  パイロット流回路
６１０  Ｘ線
６１１  Ｘ線源
６１２、６１４  ろう付け溝
６１３  ろう付けワイヤ
６１５  ろう付けワイヤ
６１６  Ｏリング
【図１】
0005726066.tif 000002
【図２】
0005726066.tif 000003
【図３】
0005726066.tif 000004
【図４】
0005726066.tif 000005
【図５】
0005726066.tif 000006
【図６】
0005726066.tif 000007
【図７】
0005726066.tif 000008
【図８】
0005726066.tif 000009
【図９】
0005726066.tif 000010
【図１０】
0005726066.tif 000011
【図１１】
0005726066.tif 000012
【図１２】
0005726066.tif 000013
【図１３】
0005726066.tif 000014
【図１４】
0005726066.tif 000015
【図１５】
0005726066.tif 000016
【図１６】
0005726066.tif 000017
【図１７】
0005726066.tif 000018
【図１８】
0005726066.tif 000019