(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドームプレート（２８）の第１フランジ（５２）と燃焼器ライナ（１６，１８）の第２フランジ（５４）とを結合するための継手（３０、３２）を備える取付装置であって、
前記第１フランジ（５２）が配置される溝部（６２）を形成された取付けリング（５６）と、
前記取付けリング(５６)に固定されたリテーナ（７２）と、
を含み、
前記第２フランジ（５４）は、前記取付リング（５６）とリテーナ（７２）との間に係合可能であることを特徴とする取付装置。
【請求項２】
前記ドームプレート（２８）は前部表面を画定し、前記継手（３０，３２）は前記前部表面の後方に延びるアキシァルフランジ（６４）をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１フランジ（５２）は、前記前部表面の後方に偏位していることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記取付けリング(５６)は、丸みのある上流に面する角部（７０）を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記第１及び第２フランジ（５２，５４）は、互いに平行に延びることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
第１フランジ（５２）を形成されたドームプレート（２８）と、
第２フランジ（５４）を形成された少なくとも１つの燃焼器ライナ（１６，１８）と、
前記第１及び第２フランジに接続される継手（３０、３２）と、
前記第１フランジ（５２）が配置される溝部（６２）を形成され、前記第２フランジ（５４）が係合する取付けリング（５６）と、
前記取付けリング（５６）に固定され前記第２フランジ（５４）と係合するリテーナ（７２）と、
を含むことを特徴とする燃焼器（１０）。
【請求項７】
前記ドームプレート（２８）は前部表面を画定し、前記継手（３０，３２）は前記前部表面の後方に延びるアキシァルフランジ（６４）をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の燃焼器（１０）。
【請求項８】
前記第１フランジ（５２）は、前記前部表面の後方に偏位されていることを特徴とする請求項６又は７に記載の燃焼器（１０）。
【請求項９】
前記ドームプレート（２８）は、平坦であることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の燃焼器（１０）。
【請求項１０】
前記ドームプレート（２８）の上流に設置される少なくとも１つの燃料噴射器（４２）をさらに含み、前記少なくとも１つの燃料噴射器（４２）は、前記ドームプレート（２８）に平行な向きに置かれかつ前記ドームプレート（２８）の直近にあることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載の燃焼器（１０）。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概してガスタービンエンジン用燃焼器に関し、より具体的には、燃焼器ドームプレートを燃焼ライナに結合する継手に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンエンジンは、圧縮された空気を燃焼器に供給する圧縮機を含み、燃焼器で空気は燃料と混合され点火されて高温の燃焼ガスを発生する。これらのガスは、１つまたはそれ以上のタービンに向けて下流に流れ、タービンはガスからエネルギーを抽出し、圧縮機に動力を供給し、また飛行中の航空機に動力を供給する等の有用な仕事を行なう。航空機エンジンに使用される燃焼器は、一般的に内側及び外側燃焼器ライナを含み、囲繞するエンジン構造体を燃焼行程で発生する強熱から保護する。燃焼器ライナは、圧縮空気の１部分を迂回させライナの表面を覆って流すことにより冷却され、期待寿命の要求を満たす。
【０００３】
先進の航空機ガスタービンエンジン技術は、燃焼器の長さがより短くなり、より広い運転範囲にわたってより高い性能を有し、またより低いエミッション水準となる方向に進んでいる。これらの目標を達成するために、いわゆるトラップ渦流式燃焼器が提案されている。トラップ渦流式燃焼器は、入口ドームのすぐ下流に設置されたいわゆる非直線の空洞セクションを有する。断面が実質的に矩形である空洞中に噴射される燃料及び空気は、燃焼器内の火炎の燃焼および安定化をはかるためにトラップ渦流を形成する。この構成は、燃料／空気比の広い範囲にわたっての安定燃焼、非常に高い燃料／空気比での高性能、低エミッション、及び高効率を含む安定した動作性を示している。
【０００４】
トラップ渦流式燃焼器は、外側及び内側ライナに結合される平坦なドームプレートを通常含む。このことから、一般的には何らかのドーム・ライナ継手構造がドームプレートの前方に設置される結果となる。幾つかのラジアル燃料噴射器が、ドームプレートの上流に設置される。ラジアル燃料噴射器は、燃料が燃焼区域に達する前に自己点火するのを防止するためにドームプレートに平行にかつドームプレートの直近に設置されるのが好ましい。この結果、とりわけ外側ライナにおいてドーム・ライナ継手のスペースがほとんど残らない。その上、ドーム・ライナ継手の外側角部での流線形が不足することから、冷却目的で燃焼器から迂回された空気に望ましくない圧力損失を生じる可能性がある。このことがタービン構成部品に対するだけでなく燃焼器ライナに対する冷却効率を低下させる可能性がある。
【０００５】
ドーム・ライナ継手及び燃料噴射器の間の干渉を緩和することに対する１つの取組み方は、ライナが燃料噴射器の周りに嵌まるように扇形に切り込むことである。しかしながら、多数のラジアル燃料噴射器が普通用いられるので、ライナの機械的健全性が損なわれる恐れがある。ライナ及びドームプレートの間のシールもまた極めて困難であろう。別の可能な取組み方は、燃料噴射器が継手の周りに嵌まるように屈曲部を具える各燃料噴射器を形成することであろう。この取組み方の欠点は、燃焼器の組立てがより複雑になることである。各燃料噴射器を、まずドームプレートの前方に半径方向内方に滑り込ませ、次いでドームプレートに係合するように軸方向後方に摺動させる。この取付け方法では、燃焼器ライナを取囲むケース中により長い穴を必要とする。より長い穴はケースを弱め、望ましくない空気漏れの可能性を増すことになる。さらに、エンジンの全長が、燃料噴射器の摺動式取付けに適合させるために増大する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、ドームプレートの前方に構造物が全くない流線形のドーム・ライナ継手に対する要求がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の要求は、ドームプレートを燃焼器ライナに結合するための継手を提供する本発明により満たされる。継手は、ドームプレート上に形成された第１フランジ及びライナ上に形成された第２フランジを含む。溝部を形成された取付けリングを設け、第１フランジは溝部に配置され、また第２フランジは取付けリングに係合する。リテーナが取付けリングに固定され、第２フランジに係合する。
【０００８】
本発明及び従来技術より優れたその利点が、付属の図面を参照して以下の詳細な説明及び添付の特許請求の範囲を読めば明らかになるであろう。
【０００９】
発明として見なされる主題が、本明細書の冒頭部分に具体的に指摘され明白に請求されている。しかしながら、本発明は、付属の図面の図と関連してなされる以下の説明を参照することにより、最も良く理解することができるであろう。
【００１０】
【発明の実施の形態】
種々の図を通して同一の参照符号は同じ要素を表わしている。図面を参照すると、図１は、ガスタービンエンジンに用いられるトラップ渦流式燃焼器１０を示す。燃焼器１０は、その中に燃焼チャンバ１４を画定する中空の本体１２を含む。中空本体１２は、エンジン中心軸線の周りに形状が概ね環状であり、外側燃焼器ケーシング２０及び内側燃焼器ケーシング２２の間に配置される外側ライナ１６及び内側ライナ１８を含む。外側ライナ１６及び外側ケーシング２０はそれらの間に外側通路２４を形成し、また内側ライナ１８及び内側ケーシング２２はそれらの間に内側通路２６を形成する。外側及び内側ライナ１６及び１８は、金属、セラミック母材複合材、または他のいかなる適当な材料でも作ることができる。
【００１１】
中空本体１２の上流端は、外側ドーム・ライナ継手３０により外側ライナ１６に、また内側ドーム・ライナ継手３２により内側ライナ１８に取付けられた、概ね平坦で環状のドームプレート２８により実質的に閉じられる。好ましくはしかし必ずしもではないが、熱応力を軽減するためにセグメントに分けられるドームプレート２８は、燃焼器１０を通るコア流の流線に実質的に垂直な平面内に位置する。多数の開口３４がドームプレート２８に形成され、燃料及び圧縮空気を燃焼チャンバ１４中に進入させる。前方に延びる反らせ板３６が、開口３４に隣接して、ドームプレート２８の前部表面に形成される。反らせ板３６は、開口３４と位置合わせされた入口通路３８を画定する。
【００１２】
当業界では既知であるように、圧縮空気は、燃焼器１０の上流に設置されるディフューザ４０を介して圧縮機（図示せず）から供給される。圧縮空気は、主として入口通路３８及び開口３４を介して燃焼チャンバ１４中に流れ燃焼を維持し、また一部は外側通路２４及び内側通路２６中に流れライナ１６及び１８並びにさらに下流のターボ機械を冷却するために用いられる。複数のラジアル燃料噴射器４２（（図１に１つだけ示す）が、ドームプレート２８の上流にすなわち前方に設けられる。燃料噴射器４２は、一端で外側ケーシング２０に取付けられ、ドームプレート２８の前部表面に平行にかつその直近に半径方向内方に延びる。各燃料噴射器４２は、入口通路３８の各々と位置合わせされたアトマイザ４４を有する。従って、燃料マニホルド（図示せず）からの燃料は、ラジアル燃料噴射器４２を通って流れ、アトマイザ４４を介して入口通路３８中に放出される。燃料は、入口通路３８を通って流れる圧縮空気と混合し、燃料／空気の混合気が燃焼チャンバ１４に流入する。ドームプレート２８の直前に燃料噴射器４２(及び、従ってアトマイザ４４)を設置することにより、燃料が入口通路３８中に滞留する時間は極めて短くなり、従って、燃料が自己点火する可能性が最少になる。
【００１３】
燃焼器１０は、ドームプレート２８のすぐ下流で中空本体１２に組み込まれたトラップ渦流空洞４６をさらに含む。トラップ渦流空洞４６は、望ましくは断面が実質的に矩形であり、燃焼チャンバ１４に開口している。燃料と空気が、ドームプレート２８に形成され燃料噴射器４２と流体連通する第２開口４８を通して、トラップ渦流空洞４６中に直接噴射される。トラップ渦流空洞４６は、燃料と空気のトラップ渦流が、第２開口４８を通して噴射される燃料と空気によりその中に生じるような寸法と形状に作られる。この燃料と空気のトラップ渦流は、外側ケーシング２０及び外側ライナ１６（図２参照）に取付けられた点火器５０により必要に応じて点火され、空洞４６内のトラップ渦流により発生する燃焼ガスが、ドームプレート開口３４を介して燃焼器チャンバ１４に流入する一次の燃料／空気混合気に対する連続燃焼及び安定燃焼の源となる。トラップ渦流式燃焼器はここでは例示の目的で用いられているのであって、本発明は必ずしもトラップ渦流式燃焼器に限定されないことに注目されたい。
【００１４】
さて図３を参照すれば、外側ドーム・ライナ継手３０が、より詳細に示される。図３は外側ドーム・ライナ継手３０を示すけれども、外側ドーム・ライナ継手３０は外側ライナ１６の半径方向外側に配置されるが、内側ドーム・ライナ継手３２は内側ライナ１８の半径方向内側に配置されるということを除いては、内側ドーム・ライナ継手３２は外側ドーム・ライナ継手３０と実質的に構造が同一であるということに注目されたい。従って、これら２つの継手は、反対側の半径方向に向いているが、その他の点では互いに同一である。従って、以下の説明は、内側ドーム・ライナ継手３２にも当てはまる。
【００１５】
ドーム・ライナ継手３０は、第１及び第２の相補的形状の半径方向に延びるフランジ５２及び５４を含む。第１またはドームフランジ５２は、ドームプレート２８の周縁部に形成され、そこから半径方向外方に延びる。ドームフランジ５２は、ドームプレート２８の前部表面に対して後方方向に僅かに偏位している。第２またはライナフランジ５４は、外側ライナ１６の前端に形成され、そこから半径方向外方に延びる。燃焼器１０が、適当に組立てられた場合には、これら２つのフランジ５２及び５４は、実質的に互いに平行である。
【００１６】
継手３０は、ドームフランジ５２及びライナフランジ５４に係合する取付けリング５６をさらに含む。以下により詳細に述べるように、取付けリング５６は、途切れがない３６０度リング、または２、３あるいはさらに多くの円弧状セグメントからなるセグメントに分けられたリングのどちらかにすることが可能である。複数のセグメントは、３６０度リングを形成し、従って、２セグメント構成は１８０度セグメントからなり、３セグメント構成は１２０度セグメントからなり、それ以上でも同様である。何れの場合にも、取付けリング５６は、そこから半径方向内方に延びる前側ラジアルフランジ５８及び後側ラジアルフランジ６０を含む。２つのフランジ５８及び６０は、その間にラジアル溝部６２を画定するように軸方向に間隔を置いて配置される。ドームフランジ５２は、取付けリング５６をドームプレート２８に関して軸方向に保持するように溝部６２中に配置される。ドームフランジ５２が偏位しているので、前側ラジアルフランジ５８は、ドームフランジ５２が溝部６２中に配置された場合には、ドームプレート２８の前部表面とほぼ同一平面になる。
【００１７】
取付けリング５６は、軸方向後方方向に延び、従って、ラジアルフランジ５８及び６０に垂直であるアキシァルフランジ６４をさらに含む。環状凹部６６が、後方に向いている当接部６８を画定するようにアキシァルフランジ６４の半径方向内側表面に形成される。前側ラジアルフランジ５８及びアキシァルフランジ６４を結合する取付けリング５６の部分は、凸状湾曲表面を構成している。従って、取付けリング５６は、その前方上流に面する側面上に丸みのある角部７０を有する。従って、継手３０は、燃焼器本体１２の周りを通過する冷却空気の圧力損失を最少にする流線形の外側表面になっている。
【００１８】
取付けリング５６は、リテーナ７２により外側ライナ１６に関して軸方向に保持される。リテーナ７２は、セグメントに分けられた３６０度リングであり、２、３またはそれより多い円弧状セグメントで構成することができる。リテーナ７２は、断面が概ねＬ字形で、半径方向内方に延びる保持フランジ７４及び軸方向後方に延びる取付けフランジ７６を有する。取付けフランジ７６は、アキシァルフランジ６４の凹部６６中に受入れられて、取付けリング５６に対して適当に位置決めされるように当接部６８に係合する。取付けフランジ７６は、複数のボルト７８及びナット８０（各々の１つだけを図３に示す）または何か等価の締結手段によりアキシァルフランジ６４に固定される。リテーナ７２が取付けリング５６にこのように取付けられることによって、ライナフランジ５４は、後側ラジアルフランジ６０の後部側面と２つのフランジ５２及び５４に実質的に平行に延びる保持フランジ７４の前部側面との間に捕捉される。外側ライナ１６は、それによって取付けリング５６に関して（従って、ドームプレート２８に関して）軸方向に保持され、ドームプレート２８及び外側ライナ１６が一体に結合される。継手３０は、ドームプレート２８の前部表面により画定される平面の主として後方に設置される。それに代えて、ドームプレート２８及びドームフランジ５２は、継手３０がドームプレート２８の前部表面により画定される平面からその全体が後方に設置されるように構成することができる。
【００１９】
上述のように、取付けリング５６は、途切れがないかまたはセグメントに分けられた３６０度リングのどちらかにすることができる。どちらの場合にも、リテーナ７２は、セグメントに分けられて組立てが可能になる。セグメントに分けられた取付けリング５６の場合には、取付けリング５６の円弧状セグメントはリテーナ７２の円弧状セグメントに対して円周方向に千鳥状に配列されることから、取付けリング５６及びリテーナ７２が一体に締結されたとき、剛結合の３６０度構造になる。このことは、燃焼器１０の後方から前方を見た図を概略的に示す図４に示されており、そこでは取付けリング５６は２つの１８０度セグメント５６ａ及び５６ｂからなり、またリテーナ７２は２つの１８０度セグメント７２ａ及び７２ｂからなる。これらの要素は、円周方向に千鳥状に配列されるので、第１取付けリングセグメント５６ａが各リテーナセグメント７２ａ及び７２ｂの半分に重なり、また第２取付けリングセグメント５６ｂは、各リテーナセグメント７２ａ及び７２ｂの他の半分に重なる。ドームフランジ５２及びライナフランジ５４上に設置された後、第１及び第２取付けリングセグメント５６ａ及び５６ｂは、リテーナセグメント７２ａ及び７２ｂの両方に各々ボルト止めされ、剛結合の３６０度構造を形成する。この実施形態においては、継手３０を含む様々なフランジを、必ずしもそうではないが、それらの対応する親構造と同延にすることができる。
【００２０】
途切れがない取付けリング５６の場合には、ドームフランジ５２は円周方向に間隔を置いて配置された複数のタブを含み、図５に示すように隣接するタブがそれらの間に間隙を形成する。同様に、取付けリング５６の後側ラジアルフランジ６０は、円周方向に間隔を置いて配置された複数のタブ８４を含み、図６に示すように隣接するタブがそれらの間に間隙を形成する。好ましくは、しかし必ずしもというわけではないが、２つのフランジ５２及び６０の各々が、同数のタブを有する。ドームフランジの間隙は、後側ラジアルフランジのタブ８４が通り抜けることができるのに充分な広さがあり、また後側ラジアルフランジの間隙は、ドームフランジのタブ８２が通り抜けることができるのに充分な広さがある。従って、継手３０を組み立てるために、後側ラジアルフランジのタブ８４を、ドームフランジの間隙と位置合わせし、ドームフランジの間隙を通り抜けさせて軸方向に摺動させる。次いで、取付けリング５６を回転させ、後側ラジアルフランジのタブ８４をドームフランジのタブ８２と円周方向で位置合わせする。これでドームプレート２８及び外側ライナ１６の間の軸方向の保持を生じるブリーチロック係合がもたらされる。これに代えて、後側ラジアルフランジ６０の代わりに前側ラジアルフランジ５８に不連続のタブを設けることもできる。
【００２１】
図２に見られるように、取付けリング５６及びリテーナ７２は、点火器５０を受入れるために扇形に切り込まれる。燃焼器１０の円周の周りに配置される点火器の数が少数であるので、このことは、取付けリング５６にもリテーナ７２にもその機械的健全性に大した影響を及ぼすことにはならない。大半の燃焼器は、一般的に２つの点火器を具える。
【００２２】
再度図３を参照すれば、環状の軸方向に延びるリップ８６が、外側ライナ１６に隣接して、ドームプレート２８の後部側面に形成されているのが見られる。リップ８６及び外側ライナ１６は、それらの間に環状の冷却スロット８８を形成する。複数の冷却孔９０（図３に１つだけ示す）が、ドームプレート２８に設けられる。冷却孔９０は、ドームプレート２８の周りに円状に配列され、ドームプレート２８を貫通して軸方向に延びる。冷却孔９０は、冷却空気を冷却スロット８８に供給するように放射状に設置される。冷却スロット８８は、冷却空気が下流に向けて導かれ外側ライナ１６の内側表面上に薄い冷却フィルムを形成するように、実質的に軸方向に向けられる。
【００２３】
以上の説明は、ドームプレートの前方に殆どあるいは全く構造物がなく組立てが比較的に容易であるドーム・ライナ継手について述べたものである。継手は、セグメントに分けられたドームパネルの寸法を制御する（すなわち、パネルを単一平面に保持する）ことにより、セグメントに分けられたドームプレートに適応する。継手は、流線形の外側表面を有するので、カウルを用いることなく角部の周りを通る冷却空気流れを増進する。これでカウルに関する追加の空間要求及び重量におけるマイナス面が回避される。
【００２４】
本発明の特定の実施形態を今まで述べてきたが、本発明への様々な変形形態が、添付のクレーム中に規定される本発明の技術思想と技術的範囲から逸脱することなくなされ得ることは、当業者には明白であろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ドーム・ライナ継手を具えるトラップ渦流式燃焼器の縦断面図。
【図２】  点火器を示す、図１の燃焼器の拡大図。
【図３】  図１のドーム・ライナ継手の拡大図。
【図４】  図１の燃焼器の後方から前方を見た概略端面図。
【図５】  線５−５による図３の燃焼器の部分断面図。
【図６】  線６−６による図３の燃焼器の部分断面図。
【符号の説明】
１０  燃焼器
１２  中空本体
１４  燃焼チャンバ
１６  外側ライナ
１８  内側ライナ
２０  外側ケーシング
２２  内側ケーシング
２４  外側通路
２６  内側通路
２８  ドームプレート
３０  外側ドーム・ライナ継手
３２  内側ドーム・ライナ継手
３４  開口
３６  反らせ板
３８  入口通路
４０  ディフューザ
４２  ラジアル燃料噴射器
４４  アトマイザ
４６  トラップ渦流空洞
４８  第２開口
【図１】
0004731039.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004731039.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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