(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンのスワラ組立体（３０）のリテーナセグメント（５０）であって、
内側及び外側の湾曲した縁部と、各々がその中に形成された凹状の切込み（５４）を持つ第１及び第２端部とを備える弓状部材を含み、
前記内側縁部が第１の円弧を構成し、前記外側縁部が第２の円弧を構成し、前記第１の円弧の中心角が前記第２の円弧の中心角より小さい
ことを特徴とする、リテーナセグメント（５０）。
【請求項２】
前記リテーナセグメント（５０）の各端部が第１の面積を画定する端部領域(５８)を持ち、各切込み（５４）が第２の面積を画定し、前記第１の面積が前記第２の面積より小さいことを特徴とする請求項１に記載のリテーナセグメント（５０）。
【請求項３】
第１部材（３２，３６）と、前記第１部材（３２，３６）と滑り係合するように配置された第２部材（４０，１６０）と、前記第２部材（４０，１６０）に結合され、前記第１部材（３２，３６）に係合し、内側及び外側の湾曲した縁部と第１及び第２端部とを備え、各端部がその中に形成された凹状の切込み（５４）を持つ弓状部材である少なくとも１つのリテーナセグメント（５０）と、を含み、
前記内側縁部が第１の円弧を構成し、前記外側縁部が第２の円弧を構成し、前記第１の円弧の中心角が前記第２の円弧の中心角より小さい
ことを特徴とするスワラ組立体（３０）。
【請求項４】
前記内側縁部が第１の円弧を構成し、前記外側縁部が第２の円弧を構成し、前記第１の円弧が前記第２の円弧より小さいことを特徴とする請求項３に記載のスワラ組立体（３０）。
【請求項５】
前記リテーナセグメント（５０）の各端部が第１の面積を画定する端部領域(５８)を持ち、各切込み（５４）が第２の面積を画定し、前記第１の面積が前記第２の面積より小さいことを特徴とする請求項３に記載のスワラ組立体（３０）。
【請求項６】
前記第２部材（４０，１６０）が周辺部及び前記周辺部に沿ってその上に形成された隆条を備え、前記リテーナセグメント（５０）が前記隆条に片持ち支持で溶接されることを特徴とする請求項３に記載のスワラ組立体（３０）。
【請求項７】
前記リテーナセグメント（５０）が前記隆条に１００％溶込溶接で溶接されていることを特徴とする請求項６に記載のスワラ組立体。
【請求項８】
前記第２部材（４０，１６０）に結合され、前記第１部材（３２，３６）に係合し、内側及び外側の湾曲した縁部と第１及び第２端部とを備え、各端部がその中に形成された凹状の切込み（５４）を持つ弓状部材である第２リテーナセグメント（５０）をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載のスワラ組立体。
【請求項９】
前記第２リテーナセグメント（５０）が、前記第２部材（４０，１６０）上の前記第１のリテーナセグメント（５０）の反対側に位置することを特徴とする請求項８に記載のスワラ組立体。
【請求項１０】
前記第１部材（３２，３６）が１次スワラ（３２）であり、前記第２部材（４０，１６０）が２次スワラ（４０）であることを特徴とする請求項３に記載のスワラ組立体。
【請求項１１】
前記第１部材（３２，３６）がフェルール（３６）であり、前記第２部材（４０，１６０）がスワラ本体であることを特徴とする請求項３に記載のスワラ組立体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的にガスタービンエンジンに関し、より具体的にはかかるエンジンの燃焼器に圧縮空気を供給するためのスワラ組立体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンエンジンは、圧縮空気を燃焼器に供給する圧縮機を備え、燃焼器内で空気が燃料と混合され点火されて高温の燃焼ガスを発生する。これらの燃焼ガスは下流の１つ又はそれ以上のタービンへと流れ、タービンは燃焼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などの有用な仕事を提供する。燃料は、一般的に燃焼領域の一端に位置する複数の燃料ノズルを介して燃焼器に供給される。空気は、スワラ組立体として知られている周囲を取巻いている組立体を通って供給されるが、スワラ組立体は、空気と燃料が完全に混合するように空気に旋回運動を与える。スワラ組立体は、燃焼器の内側及び外側ライナの上流端に結合されているドームプレートに支持されており、各燃料ノズル先端はスワラ組立体の対応する１つに受入れられている。
【０００３】
スワラ組立体は、圧縮機から出る空気流れの変動流及び圧力に起因する振動応力に耐えなければならない。振動は燃焼器構成部品内に交互に変化する応力を生じ、これ以外では熱あるいは圧力負荷から高い応力を受けることがない部品に高サイクル疲労故障を起こさせる可能性がある。ある従来のスワラ組立体には、１次スワラ及び別個の２次スワラを備えているものがある。１次スワラは、複数の円周方向に間隔を置いて配置された旋回ベーン又は空気通路を持っている。ベーン又は空気通路は、空気流に旋回運動を与えるようにスワラ組立体の軸方向中心線に対して角度を付けられている。２次スワラもまた、複数の円周方向に間隔を置いて配置された旋回ベーン又は空気通路を持っている。２次スワラのベーン又は通路は、燃料と空気の混合をさらに促進するために１次スワラと同方向又は反対方向の空気の旋回を生じるように角度を付けられている。１次スワラは、ドームプレートに固定支持されている２次スワラと滑り係合するように配置されている。この構造によって、１次スワラが燃料ノズルを受入れ、また燃料ノズルとドームプレートとの間の相対的運動を吸収することを可能にする。
【０００４】
リテーナは１次スワラに適合し、２次スワラに溶接されて、２つのスワラを相互に係合させて保持する。リテーナの１つ形式は、金属板から円形の環状部品を打ち抜き加工されている。しかしながら、１次スワラのベーン又は通路を通る空気流は、２次スワラ及び燃料ノズルに対して１次スワラを回転させようとする反力を発生させる。回転を許すと、１次スワラは空気に必要な強さの旋回を伝えることができず、効果的な空気と燃料の混合が得られない。さらに、１次スワラの回転は、燃料ノズル先端に過大な磨耗を引起こす可能性がある。従って、従来のスワラ組立体では、１次スワラの回転は、１次スワラに少なくとも１つ又はそれ以上の外方に向かって延びるタブを設け、２次スワラの静止構造部分に係合させてスワラの相対的回転を制限することによって防止される。
【０００５】
比較的近接した間隔のスワラ組立体を備えた燃焼器では、各スワラ組立体に対して２つの回転防止タブを用いることができる。回転防止タブを２つ設けると、単一タブの構造よりも接触面積が増加し、摩耗を減少させる。２つの回転防止タブを備えるスワラ組立体に対応するために、単一片のリテーナは１対のリテーナセグメントに置き換えられる。リテーナセグメントは各々、長さが１８０度よりも小さく、２次スワラに片持ち支持で溶接されている。リテーナセグメントは、リテーナセグメントの振動励起を引起こす不均一な圧力の流れの変化のために、溶接継手の亀裂発生を生じ易い。最も典型的には、そのような亀裂発生は、リテーナセグメントの端部に初めに生じる。リテーナセグメントが故障すると、燃料ノズル保全の実行時には取外し可能になる１次スワラを回収するために予定外のエンジン取外しを引起こす可能性がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、より耐久性があるリテーナセグメントを持つ改良されたスワラ組立体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、相互に配置される第１及び第２部材を持つスワラ組立体を提供する本発明によって満たされる。２つの部材は、第２部材に結合され第１部材に係合している１つ又はそれ以上のリテーナセグメントによって滑り係合して保持される。リテーナセグメントは、内側及び外側の湾曲した縁部と第１及び第２端部を備える弓状部材である。各端部は、その中に形成された凹状の切込み（５４）を持ち、リテーナセグメントの強制振動により発生する溶接継手及び曲げの応力を減少させる。
【０００８】
本発明、及び従来の技術に優るその利点は、添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明及び付帯する特許請求の範囲を読むことにより明らかとなろう。
【０００９】
【発明の実施の形態】
発明と見なされる主題は、本明細書の冒頭において具体的に指摘され明確に請求されている。しかしながら、本発明は、添付の図面と関連させて以下の説明を参照することによって、最も良く理解することができるであろう。
【００１０】
図面においては、同一の参照番号が種々の図を通して同じ要素を示しているが、その図面を参照すると、図１は、ガスタービンエンジンでの使用に適した、その中の燃焼室１４を構成する中空体１２を備える形式の燃焼器１０を示す。中空体１２は、全体的に環状の形態をし、外側ライナ１６及び内側ライナ１８で構成されている。中空体１２の上流端は、第１締結具２２で外側ライナ１６にまた第２締結具２４で内側ライナ１８に取り付けられているカウル２０によって、実質的に閉じられている。燃料と圧縮空気を導入するために、少なくとも１つの開口部２６がカウル２０に形成されている。圧縮空気は、圧縮機(図示せず）から全般的に図１の矢印Ａで示された方向に燃焼器１０内に導入される。圧縮空気は、燃焼を支援するために主として開口部２６を通って流れ、部分的には中空体１２を取囲む領域内へと流れ、そこでライナ１６,１８及びさらに下流にあるターボ機械の両方を冷却するのに用いられる。
【００１１】
外側及び内側ライナ１６，１８の上流端近くで、それらの間に配置され両ライナを互いに接続しているのは、環状のドームプレート２８である。複数の円周方向に間隔を置いて配置されたスワラ組立体３０（図１に１つのみ示す）が、ドームプレート２８に支持されている。各スワラ組立体３０は、複数の角度を付けて方向付けされた通路３４を含む１次スワラ３２を備えている。通路３４は、空気流に旋回運動を与えるように、スワラ組立体３０の軸方向中心線３１に対して角度が付けられている。１次スワラ３２はまた、同軸に燃料ノズル３８を受入れる一体型のフェルール３６を持っている。
【００１２】
スワラ組立体３０は、その下流で１次スワラ３２と隣接し、ドームプレート２８に固定され受入れられている２次スワラ４０をさらに備えている。２次スワラ４０は、ベンチュリ管４２とベンチュリ管４２の周りに同軸に配置された複数の円周方向に間隔を置いて配置された旋回ベーン４４とを備えている。ベンチュリ管４２と１次スワラ３２のフェルール３６は、両方ともスワラ組立体３０の軸方向中心線３１に同軸に位置合わせされている。開口部２６からの空気は、通路３４を通って流れる。通路３４を出る旋回空気は、燃料ノズル３８から噴射される燃料と、ベンチュリ管４２の中へと流れながら混合するように相互作用し合う。次いで、２次旋回ベーン４４は、反対方向に旋回する空気の旋回を与えるように作用し、この空気の旋回が燃料／空気の混合気と相互作用して、混合気をさらに霧化させ燃焼室１４内での燃焼に備える。図１は、単一環状燃焼器における本発明のスワラ組立体を示しているが、本発明は、複数の環状燃焼器を含む他の形式にも同等に適用できることに注目されたい。また、本発明は、上記に説明した逆回転スワラ組立体に加えて同方向回転のスワラ組立体にも適用できることに注目されたい。
【００１３】
１次スワラ３２は、フェルール３６がその前方側に形成されている基盤部４６を含む。基盤部４６の後方側は、下流に面する平面表面を構成している。２次スワラ４０は、上流に面する平面表面を構成している基盤部４８を含み、この平面表面が、スワラ組立体３０が組み立てられたとき１次スワラ３２の平面表面に滑り係合する。ベンチュリ管４２は軸方向（スワラ組立体３０の軸方向中心線３１に関して）に２次基盤部分４８から下流に延在し、上記の通り、旋回ベーン４４がベンチュリ管４２を取巻いて同軸に配置されている。
【００１４】
１次及び２次スワラ３２及び４０は、ベンチュリ管４２の互いに反対側で２次スワラ４０に結合されている２つのリテーナセグメント５０によって滑り係合して保持される。具体的には、リテーナセグメント５０は２次基盤部４８の上流に面した平面表面に結合（好ましくは溶接によって）され、１次スワラ３２の基盤部４６に係合している。リテーナセグメント５０は、２つのスワラ３２及び４０の相対的な軸方向の動きは防ぎながら、２次スワラ４０に対する１次スワラ３２の限られた範囲の横方向の動きは許すように配置されている。この構成は、フェルール３６が燃料ノズルと同軸に位置合わせされて受入れられることができるように、１次スワラ３２が横方向に浮遊しあるいは移動することを許すが、一方、スワラ組立体３０がエンジン内に取り付けられている間、２つのスワラ３２及び４０の係合が外れるのを防止する。浮動する１次スワラ３２はまた、エンジンの運転中に燃料ノズル３８とドームプレート２８との間の相対的な動きを吸収する。
【００１５】
ここで１次スワラ３２を取り去ったスワラ組立体３０を示している図２を参照すると、リテーナセグメント５０が比較的狭い幅を持つ弓状部材であることが分かる。各リテーナセグメント５０は１８０度未満の円弧を構成し、平行曲線をなす半径方向（スワラの中心線３１に関して）内側及び外側縁部を持つ。外側縁部の曲率半径は２次スワラ４０の基盤部４８によって定められる曲率半径とぴったり一致している。各リテーナセグメント５０は、２次基盤部４８の上流に向いた平面表面上に形成された２つの湾曲した軸方向に延びる隆条５２の対応する１つと片持ち支持で結合されている。隆条５２は上流に面した平面表面の周辺部に沿って位置し、ベンチュリ管４２の互いに反対側に配置されている。リテーナセグメント５０は、その外側縁部が第２基盤部４８の外側縁部と実質的に同一面になるように配置される。
【００１６】
リテーナセグメント５０はスカラップ状の端部を備えている。即ち、各端部は、図３に見られるように、リテーナセグメント５０の内側縁部が、外側縁部によって構成される円弧Ａ2より小さい円弧Ａ1を構成するように、その中に形成された凹状の切込み５４を持つ。ある好ましい幾何学形状では、各切込み５４は、曲線部分及び内側縁部に隣接する直線部分を持ち、リテーナセグメント５０の外側隅部に先端部５６を構成している。先端部５６の幅ｗは、２次スワラ４０の隆条５２の幅と等しいことが好ましい。スカラップ状の端部は、片持ち支持のリテーナセグメント５０の強制振動により発生する溶接継手及び曲げの応力を減少させる。また、曲線の切込み５４は、従来のリテーナセグメントにおいて過去からの記録で大半の亀裂が最初に生じる場所であるリテーナセグメント５０の隅部の応力集中要因を減少させる。スカラップ状端部は、またリテーナセグメント５０の共振振動数をわずかに変更し、このことにより溶接継手及び曲げの応力にプラスの影響を与えることができる。
【００１７】
凹状切込み５４の寸法は、適切に溶接継手及び曲げの応力を軽減させるのに十分な大きさにすべきである。端部領域５８（即ち、リテーナセグメント５０の切込み５４が形成される部分）が画定する面積Ａ(図３参照）が切込み５４が画定する面積Ｂよりも小さくなるように、切込み５４の寸法が定められることが好まい。ある好ましい実施形態では、リテーナセグメント５０は、外側縁部が約３．２センチメートルの曲率半径を持ち、内側縁部が約２．４センチメートルの曲率半径を持つように寸法が定められる。各先端５６は約０．１センチメートルの幅ｗを持つ。各凹状切込み５４は約０．２５センチメートルの深さｄを持ち、曲線部分は約０．５センチメートルの半径ｒを成している。
【００１８】
より小さいリテーナの端部領域５８は、リテーナセグメント５０を隆条５２に溶接するための溶接準備を改善する。端部領域５８に存在する材料が少ないので、材料は溶接作業中によりよく「消費」される。従って、溶接継手は一般的に、端部でより強く、不連続部即ち亀裂の開始点がない。このことが、上記のように従来のリテーナセグメントで通常亀裂が発生する端部領域において、継手を強化する。溶接継手は、従来のリテーナセグメントに通常用いられるような全長に沿ったほぼ７０％溶込溶接ではなくて、リテーナセグメント５０の全長に沿った１００％溶込溶接であることが好ましい。
【００１９】
リテーナセグメント５０は、例えばニッケル基又はコバルト基合金のような、ガスタービンエンジンのタービンセクションでの使用に適している高温度合金で作られていることが好ましい。その耐高サイクル疲労性の故に特に好ましい一つの商業的に入手可能な材料に、ニッケル基合金Ｈａｓｔａｌｌｏｙ  Ｘがある。リテーナセグメント５０の厚さは、適用領域によって決定され、リテーナセグメント５０の共振振動数がエンジンの作動振動数の範囲の外にあるようにする必要がある。一般的には、リテーナセグメント５０は剛性と強度を与えるために、従来のリテーナセグメントよりも多少厚いものとなる。
【００２０】
図４は別のスワラ組立体１３０を示し、１次スワラ１３２及び２次スワラ１４０がドームプレート１２８に固定されている単一スワラ本体１６０として一体型に形成されている。１次スワラ１３２は、中央開口部の周りに配置された第１の複数の円周方向に間隔を置いて配置された旋回ベーン１３４を備えており、また２次スワラ１４０はベンチュリ管１４２及びベンチュリ管１４２の周りに同軸に配置された第２の複数の円周方向に間隔を置いて配置された旋回ベーン１４４を備えている。第１の実施形態のように、第１旋回ベーン１３４を通って入る空気は、ベンチュリ管１４２に旋回して入る。この旋回する空気は、燃料ノズル(図４には示さず）から噴射される燃料と、ベンチュリ管１４２の中へと流れながら混合するように相互作用し合う。次いで、２次旋回ベーン１４４は、同方向又は反対方向に旋回する空気の旋回を与えるように作用し、この空気の旋回が燃料／空気の混合気と相互作用して、混合気をさらに霧化させる。
【００２１】
スワラ組立体１３０は、スワラ本体１６０の前方端に取り付けられ燃料ノズルを受入れる別個のフェルール１３６を備えている。フェルール１３６は、スワラ本体１６０の上流に面する平面表面に滑り係合する下流に面する平面表面を備えている。フェルール１３６は、その互いに対向する側でスワラ本体１６０に結合された２つのリテーナセグメント１５０によって、スワラ本体１６０に滑り係合して保持される。具体的には、リテーナセグメント１５０は、スワラ本体１６０の上流に面した平面表面上に形成された２つの隆条１５２に片持ち支持で結合（好ましくは溶接によって）されている。リテーナセグメント１５０は、フェルール１３６とスワラ本体１６０の相対的な軸方向の動きを防ぐが、フェルール１３６のスワラ本体１６０に対する限られた範囲の横方向の動きを許すように、フェルール１３６に係合している。この構成は、フェルール１３６が燃料ノズルを受入れることができるように横方向に浮遊しあるいは移動することを許すが、一方、スワラ組立体１３０がエンジン内に取り付けられている間、フェルール１３６とスワラ本体１６０の係合が外れるのを防止する。浮動するフェルール１３６はまた、エンジンの運転中に燃料ノズルとドームプレート１２８との間の相対的な動きを吸収する。
【００２２】
リテーナセグメント１５０は、上記に説明し図３に示すリテーナセグメントと、それらがスカラップ状端部をもつ湾曲した部品である点において同一である。各端部は、リテーナセグメント１５０の内側縁部が構成する円弧が、外側縁部によって構成される円弧よりも小さくなるように形成された凹状の切込みを持つ。スカラップ状端部は、第１の実施形態に関して上記で説明したものと同様に、片持ち支持のリテーナセグメント１５０の強制振動により発生する溶接継手及び曲げの応力を減少させる。
【００２３】
上記で、高い耐久性を有する改善されたスワラ組立体を説明してきた。本発明の具体的な実施形態を説明してきたが、特許請求の範囲に記載した本発明の技術思想及び技術的範囲から離れることなく種々の変更が可能であることは当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】  スワラ組立体の１つの実施形態を示す燃焼器の前方部分の軸方向断面図。
【図２】  図１の１次スワラを取り去ったスワラ組立体の斜視図。
【図３】  図２のリテーナセグメントの平面図。
【図４】  スワラ組立体の別の実施形態を示す軸方向断面図。
【符号の説明】
３０  スワラ組立体
４０  ２次スワラ
４２  ベンチュリ管
４８  基盤部
５０  リテーナセグメント
５２  隆条
５４  凹状の切込み
【図１】
0004753491.tif 000002
【図２】
0004753491.tif 000003
【図３】
0004753491.tif 000004
【図４】
0004753491.tif 000005