(57)【要約】【課題】ガスタービンエンジン用排気ライナアッセンブリのインタフェイスに送り込む冷却空気の流量を調節して、高温コア排気ガスのインタフェイス内への侵入を防ぐ。【解決手段】排気ライナアッセンブリにおいて、インタフェイス３０の第１部分５０の内部表面２８は第２部分５２の内部表面２８に対して異なる半径の位置に配置されている。異なる半径の位置にあることで、２つの内部表面２８どうしの間に半径方向の差３４が生じる。この半径方向の差３４は排気ライナアッセンブリの周方向の位置によって異なる。シールランド３５は、排気ライナアッセンブリの周方向の位置によって寸法が異なるスロット４４を有する。この複数のスロットでキャビティ３２内部への空気流３６を調整して、高温コアガス２２の侵入を防ぐ圧力をもつ流量にする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ライナアッセンブリの少なくとも２つの部分の間にあるインタフェイスと、
上記インタフェイスに空気流を供給する複数の吸気口と、
を備えるライナアッセンブリであって、
上記複数の吸気口は、上記インタフェイスに沿って異なる空気流を供給し、インタフェイスを通る流れ領域を変化させる
ことを特徴とするライナアッセンブリ。
【請求項２】
上記複数の吸気口の少なくとも１つが、上記複数の吸気口の別の少なくとも１つと異なる寸法をもつことを特徴とする、請求項１に記載のアッセンブリ。
【請求項３】
上記インタフェイスが、上記ライナアッセンブリの少なくとも２つの部分の間に配置されるキャビティを備えることを特徴とする、請求項１に記載のアッセンブリ。
【請求項４】
上記インタフェイスが上記ライナアッセンブリの内側周囲領域の周りに配置され、上記空気流が上記内側周囲領域による開口の位置によって変化することを特徴とする、請求項１に記載のアッセンブリ。
【請求項５】
上記インタフェイスが高温コアガス流の周囲に周方向に配置されたキャビティを備えることを特徴とする、請求項１に記載のアッセンブリ。
【請求項６】
上記ライナアッセンブリの少なくとも２つの部分が、上記ライナアッセンブリの内側表面を構成し、上記少なくとも２つの部分が、半径方向の差をもって互いに離れていることを特徴とする、請求項１に記載のアッセンブリ。
【請求項７】
上記少なくとも２つの部分の間の上記半径方向の差が、インタフェイスの位置によって変化し、複数の吸気口のそれぞれの寸法が上記半径方向の差の変化に応じて選択的に変化することを特徴とする、請求項６に記載のアッセンブリ。
【請求項８】
上記インタフェイスが周方向に設けられ、上記複数の吸気口の寸法が、上記インタフェイスの周囲の長さ全体にわたって変化することを特徴とする、請求項７に記載のアッセンブリ。
【請求項９】
上記周囲の長さが、上記ライナアッセンブリの円周を中心角１５°から２０°の間で区切った弧の長さによって構成されることを特徴とする、請求項８に記載のアッセンブリ。
【請求項１０】
上記インタフェイスが周方向に設けられ、上記複数の開口の数が、上記インタフェイスの周方向の位置によって異なることを特徴とする、請求項７に記載のアッセンブリ。
【請求項１１】
コアガスの流れを方向付ける内側ダクト表面を画定する少なくとも２つのライナ構成要素と、
上記内側ダクト表面の周りに配置され、かつ上記少なくとも２つのライナ構成要素の間にあるインタフェイスと、
上記内側ダクトの周りに配置され、対応する複数の位置で上記インタフェイス内に空気流を供給する複数の開口と、
を備える排気ライナアッセンブリであって、
上記複数の開口は、上記インタフェイスの位置によって異なる空気流を供給する、
ことを特徴とする排気ライナアッセンブリ。
【請求項１２】
上記インタフェイスへ流れる空気を制御するために、上記開口の寸法が上記インタフェイスの位置によって異なることを特徴とする、請求項１１に記載のアッセンブリ。
【請求項１３】
上記インタフェイスへ流れる空気流を制御するために、上記複数の開口が、上記インタフェイスの周りに不均等にグループ化されていることを特徴とする、請求項１１に記載のアッセンブリ。
【請求項１４】
上記少なくとも２つのライナ構成要素が、上記内部ダクト表面に沿って半径方向の差をもって離れており、上記半径方向の差は内部ダクト表面の位置によって異なり、上記複数の開口の寸法は、上記少なくとも２つのライナ構成要素の間の半径方向の差に関係していることを特徴とする、請求項１２に記載のアッセンブリ。
【請求項１５】
上記少なくとも２つのライナ構成要素が、互いに可動であることを特徴とする、請求項１１に記載のアッセンブリ。
【請求項１６】
上記少なくとも２つのライナ構成要素が、互いに固定されていることを特徴とする、請求項１１に記載のアッセンブリ。
【請求項１７】
上記インタフェイスが、キャビティと、高温コアガスに連通する出口と、を備え、上記キャビティは、このキャビティに空気を供給する上記複数の開口を備えることを特徴とする、請求項１２に記載のアッセンブリ。
【請求項１８】
上記複数の開口の寸法が、上記出口で所望の圧力を提供できるように変化していることを特徴とする、請求項１４に記載のアッセンブリ。
【請求項１９】
上記出口での所望の圧力が、上記少なくとも２つのライナ構成要素の間にある半径方向の差に関係して変化することを特徴とする、請求項１５に記載のアッセンブリ。
【請求項２０】
上記所望の圧力が、上記高温コアガスのインタフェイスへの侵入を防ぐように決められることを特徴とする、請求項１５に記載のアッセンブリ。
【請求項２１】
複数の吸気口を備えるシールランドであって、
この吸気口がシールランドを流れる空気流を供給するとともに、上記シールランドの少なくとも一部分が、上記シールランドの別の一部分とは異なる流れ領域を供給する
ことを特徴とするシールランド。
【請求項２２】
上記シールランドの上記複数の吸気口のうち少なくとも１つが、別の吸気口の１つと異なる寸法をもつことを特徴とする、請求項２１に記載のシールランド。
【請求項２３】
上記シールランドの上記少なくとも一部分が、上記シールランドの別の一部分よりも多くの開口を備えることを特徴とする、請求項２１に記載のシールランド。
【請求項２４】
上記複数の開口がシールランドの内側周囲に配置され、上記空気流が内側周囲に沿った開口の位置によって異なることを特徴とする、請求項２１に記載のシールランド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はライナ構成要素の間にあるインタフェイスに関し、より詳しくは、ライナ構成要素間のインタフェイスに空気を送り込む装置に関するものである。
【０００２】
なお、本発明は米国海軍との契約番号Ｎ０００１９−０２−Ｃ−３００３に基づき米国政府の支援の下になされたものであり、米国政府は所定の権利を有する。
【背景技術】
【０００３】
ガスタービンエンジン用の排気ライナアッセンブリは、エンジンおよび他の構成要素を高温コア排気ガスから保護するライナ構成要素を備える。ライナアッセンブリは、熱膨張を吸収する特質や、所望の性能特性とともに望ましい航空力学的特性を備えている。これらの特質や特性は、他のエンジン構成要素を高温コアガスの極度に高い温度から断熱するというライナの主な目的に逆らう性質ともなりうる。そこで、従来のライナアッセンブリは、高温コアガスの衝突に特に影響を受けやすいライナの特定領域には、冷却バイパス空気が使われている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のライナアッセンブリには、高温コアガスに開口する複数のキャビティを有するものがある。キャビティがあることで、ライナパーツ間の相対的な動き易さや熱膨張の吸収などのライナアッセンブリの好ましい特質が向上し、航空力学的特性をはじめとする望ましい特性が与えられる。特性の一つとして、これらのキャビティに比較的低温のバイパス空気を供給し、キャビティに高温コアガスが侵入するのを防ぐ程度の大きさの圧力をつくることができる。
【０００５】
しかし、望ましい圧力の防壁の生成に必要なバイパス流の大きさが、好ましくない性能の制限を招くことも多い。キャビティにおいて圧力の防壁を生成するのに必要なバイパス流の流量は、エンジン性能全体に直接悪い影響を及ぼしてしまう。
【０００６】
このため、排気ライナ内部のキャビティに圧力の防壁をつくるシステムを発達させ、ガスタービンエンジンアッセンブリ全体への影響を減らすことが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
例示的なライナアッセンブリは、冷却空気用通路を有するインタフェイスを備える。この冷却空気用通路には寸法の異なるスロットがあり、スロットの寸法を変化させることで、インタフェイス内部で望ましい空気圧となるように空気流を調節して、高温コアガスの侵入を実質的に防ぐ。
【０００８】
例示的なライナアッセンブリは、排気ライナの可動部分の間にインタフェイスを備えている。この排気ライナは第２部分に対して動く第１部分を備える。排気ライナの各可動部分は、高温コアガスに接触する内部表面を有するライナアッセンブリを備える。２つの可動ライナアッセンブリの間にあるインタフェイスはキャビティをつくる。このキャビティの中への、高温ガスの流れを防ぐことが望ましい。インタフェイスに導かれる冷却バイパス空気が、高温コアガスの侵入に対する防壁をつくり、高温ガスの侵入を実質的に防ぐ。
【０００９】
インタフェイスの構造は、２つの可動ライナアッセンブリの間で、内側表面に沿って、半径方向に段差を必要とする。この半径方向の段差の高さは、排気ライナの周方向位置によって異なる。半径方向の段差の周方向位置によって、排気ライナインタフェイスの周囲に求められる冷却空気の圧力は異なる。排気ライナの周囲で半径方向の段差が変化すると、インタフェイス内で高温コアガスの侵入を防ぐ圧力の提供に必要な空気流も変化する。高温コアガスに対する所望の防壁の提供に必要なさまざまな圧力の大きさは、空気流を計量するスロットによって与えられ、このスロットの寸法は、周囲に沿って変化する。インタフェイス内で必要とされる圧力を提供するだけの空気流となるように空気流量を変化させることで、バイパス冷却空気全体の消費を減らすことができる。半径方向の段差の増減に伴い、この半径方向の領域でインタフェイスキャビティに入る空気流も増減変化する。こうして、望ましい圧力差を提供し、高温コアガスの防壁となるように必要とされるだけの流量の冷却空気を、それぞれの周方向位置にあるキャビティに吹き込むことで、冷却空気の消費を抑制することができる。
【００１０】
従って、例示したライナアッセンブリは、排気ライナの周方向位置によって寸法が変化するスロットを有し、２つのライナアッセンブリの間にある半径方向の差に対応してスロットが変化することで、高温燃焼ガスの侵入を防ぐ所望の防壁を生成するのに必要な空気流の局所的な偏りに対応することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１に例示したエンジンアッセンブリ１０は排気ライナアッセンブリ１２を備える。排気ライナアッセンブリ１２は排気ライナ１２を作動させるインタフェイス３０を備える。エンジンアッセンブリ１０は、内部表面２６を有するハウジング１５の内部に配置されている。空気は、エンジンアッセンブリ１０の圧縮モジュール１６へ入っていく。圧縮モジュール１６から出た圧縮空気は、燃焼モジュール１４へ吹き込まれる。燃焼モジュール１４で、圧縮空気がガスと混合されて点火され、タービンモジュール１８を過ぎたところで、高温コア排気ガスがつくり出される。タービンモジュール１８の回転が圧縮モジュール１６を駆動する。
【００１２】
図１で模式的に示される符号１２の排気ダクトアッセンブリを通して高温コアガスが排気される。例示した排気ダクトアッセンブリ１２は、排気ダクトアッセンブリの内側表面を画定するライナアッセンブリ２４を含んでいる。例示した排気ダクトアッセンブリ１２は、第１部分５０と、この第１部分５０に対して可動な第２部分５２と、を含んでいる。第１部分５０と第２部分５２との間で、インタフェイス３０は、キャビティ３２を有する。キャビティ３２には、圧縮モジュール１６のまわりをバイパスしてくる空気が吹き込まれて、高温コア排気ガスがインタフェイス３０の中へ当たるのを防いでいる。
【００１３】
図示したエンジンアッセンブリ１０は一例に過ぎず、ライナを必要とする他のエンジンアッセンブリや可動ダクトアッセンブリも本発明の開示によって恩恵を受けることを理解されたい。
【００１４】
図２は、排気ライナアッセンブリ１２のインタフェイス３０が、第１部分５０と第２部分５２とを含んでいることを示す。例示した排気ライナアッセンブリ１２の第１部分５０は固定されている。第２部分５２は第１部分５０に対して可動である。第１部分５０と第２部分５２との間に冷却空気３６で満たされるギャップがあることによって、第１部分５０と第２部分５２との間が動き易くなっている。
【００１５】
第１部分５０の内部表面２８は第２部分５２の内部表面２８に対して異なる半径の位置に配置されている。異なる半径の位置にあることで、２つの内部表面２８どうしの間に半径方向の差３４が生じる。この半径方向の差３４は排気ライナアッセンブリ１２の周方向の位置によって異なる。
【００１６】
第２部分５２は、バイアス部材４０によってシールランド３５に向かって付勢されているＵシール３８を有する。Ｕシール３８とシールランド３５との間にあるインタフェイスはバイアス部材４０によって付勢され、第１部分５０と第２部分５２との間に生じる熱膨張や動きを吸収する。インタフェイス３０のキャビティ３２によって、第１部分５０と第２部分５２との間が動き易くなっている。冷却空気流３６は、キャビティ３２の内部圧力が、高温コアガス２２の侵入を防ぐ望ましい圧力となるように決められた流量で、キャビティ３２の中へ吹き込まれる。
【００１７】
シールランド３５は、冷却空気３６が流れ通るスロット４２を含んでいる。このスロット４２は、冷却空気３６の流路６４を画定するフィンガシールインジェクションガイド６２の中へ冷却空気３６を供給する。この流路６４は、流路内側ライナ６０とフィンガシールインジェクションガイド６２との間で画定される。フィンガシールインジェクションガイド６２の端部は、スペーサ６６によって望ましい開口に保持されている。
【００１８】
スロット４２は内部表面２８どうしの間に生じる固有の半径方向の差３４に対応する幅４４を有する。排気ライナアッセンブリ１２の周囲で、場所によって半径方向の差が変化すると、キャビティ３２から出る流れも変わることが、理解できよう。また、キャビティ３２から出る異なる空気流によって、キャビティ３２の内部で異なる圧力が発生する。
【００１９】
この変化に対するこれまでの対処方法は、最大の半径方向の差３４に対応して、十分な流量で冷却空気を吹き込むだけにすぎなかったので、過剰な空気流を供給してしまう周囲領域もあれば、ちょうど十分な空気流を供給する周囲領域もあった。この方法では、バイパスした冷却空気の大半を非効率的に利用することになってしまう。
【００２０】
例示したシールランド３５は、排気ライナアッセンブリ１２の周方向の場所によって寸法が異なるスロット４４を有し、キャビティ３２内部での局所的な圧力を吸収する空気流３６を調整して、高温コアガス２２の侵入を防ぐ圧力を生み出す。図２に連関する図３では、シールランド３５が、複数のスロット４２を周囲に配置して含んでいることが示されている。スロット４２どうしの間には、留め具ランド４６がある。留め具ランド４６は、ライナ部分５０にシールランド３５を装着するためのフランジ表面を備えている。
【００２１】
シールスロット４２の寸法は、シールランド３５の特定の周方向位置によって異なる。例示したシールランド３５では、図３の符号４８で示すように中心角約１８°で区切られる扇形ごとに、スロットの寸法４４が変化する。各角度での変化は、排気ライナアッセンブリ１２の周囲の半径方向の差３４の変化に対応している。スロット４２は、シールランド３５の周囲全体で、各扇形４８に対して幅４４を変える。スロットの寸法を変えることで、周囲のキャビティ３２に入り込む冷却空気流３６を調整かつ変化させ、高温コアガス２２が当たるのを防ぐための望ましい圧力を供給できるようにする。
【００２２】
図３Ａでは、他の実施例によるシールランド３５′が、シールランド３５′の周囲に、同じ寸法ではあるが、不均一な密度にグループ化して配置された複数の開口４２を有することが示されている。このように、共通の寸法をもつ開口は、望ましい密度に配置して利用することで、固有の周囲領域でシールランド３５′を通過する空気流を望ましいものに変えることができる。例示したシールランド３５′では、ある扇形４９が、弧の長さ５１の間隔で配置された複数のスロット４２を有する。このスロットどうしの間隔が、扇形４９での固有の周囲領域に対して望ましい空気流を供給する。これに対し、別の扇形は、この別の扇形特定の周囲領域に対して望ましい別の空気流を供給するように、弧の長さ５３の間隔で配置されたスロット４２を有する。
【００２３】
図４に、フランジ部材５４どうしの間に配置された多様なスロット４２の一部の拡大断面図を示す。各フランジ部材５４は、留め具を使って留め具ランド４６へ装着する取付部となる。さらに、ステップフランジ５６が留め具ランド４６どうしの間に配置されており、留め具ランド４６どうしの間にベアリング面を提供し、かつ望ましいシーリング・接触面を与える。
【００２４】
図５に、留め具ランド４６どうしの間の部分の拡大図をステップフランジ５６とともに示す。ステップフランジ５６は、スロット４２を通る所望の空気流を供給できるように求められた長さと深さをもち、インタフェイス３０のキャビティ３２に望ましい圧力を与える。
【００２５】
図６に、種々の周方向位置においてシールランドを支持する２つのステップフランジ５６どうしの間に配置されたスロット４２のさらに拡大した図を示す。スロット４２の寸法は幅４３と深さ４５とを有する。スロット４２の厚さ５５は、シールランド３５の周囲のどの位置にあるかによって異なる。スロットの厚さの変化は、ステップフランジ５６および対応する留め具ランド４６の頂面からの深さ４５に変化をもたらし、シールランド３５のそれぞれの周囲領域に入っていく空気流を調整するために利用される。ただし、厚さ５５の変化は、深さ４５を変化させるが、シールランド３５の全体の厚さ５７を変化させない。シールランド３５の全体の厚さは、シールの周囲に維持されて、Ｕシール３８に対して望ましい一定の接触面とシーリング面を提供する。例示したシールランド３５は厚さ５５を変化させるが、幅４３などの他の寸法も、インタフェイス３０の中へ所望の空気流を流すように求められた望ましいスロットの寸法になるように変えることができる。
【００２６】
従って、本発明による排気ライナアッセンブリインタフェイスは、キャビティ内圧力を安定的に維持し、高温コアガスに対する防壁を提供するという望ましい結果が得られる。
【００２７】
本発明の最良の形態は開示されているが、当業者であれば特定の修正が本発明の範囲内でなされることが分かるであろう。従って、上記の特許請求の範囲は、本発明の範囲および内容を決定するために検討されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】ガスタービンエンジンの概略図。
【図２】本発明のライナアッセンブリのインタフェイスの断面図。
【図３】シールランドアッセンブリの背面図。
【図３Ａ】シールランドの他の実施例の背面図。
【図４】シールランドアッセンブリの要部の断面図。
【図５】シールランドアッセンブリの要部の拡大図。
【図６】シールランドアッセンブリに配置されたスロットの拡大図。
【符号の説明】
【００２９】
１２…排気ライナアッセンブリ
１４…燃焼モジュール
１６…圧縮モジュール
１８…タービンモジュール
３０…インタフェース
３２…キャビティ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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