(57)【要約】【課題】  燃焼器（１６）の内面を洗浄するのを可能にするようにガスタービンエンジン（１０）内に水を噴射する方法を詳述する。【解決手段】  本方法は、ノズルステム（６６）を含むアキシアル燃料インジェクタ（６０）を燃焼器から取外す段階と、燃料インジェクタを取外した時に燃焼器内部に生じる燃料インジェクタ用開口部（１３２）内に、燃焼器から取外した燃料インジェクタノズルステムとほぼ同一形状のノズルステム（１０２）に結合されたポペットノズル（１０６）を含むスプレーノズル組立体（１００）を挿入する段階とを含む。本方法はさらに、ポペットノズルが燃焼器内にほぼ同心に挿入されるように該燃焼器にスプレーノズル組立体を結合する段階と、スプレーノズル組立体を通して燃焼器内に水を噴射する段階とを含む。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼器（１６）の内面を洗浄するのを可能にするようにガスタービンエンジン（１０）内に水を噴射する方法であって、
ノズルステム（６６）を含むアキシアル燃料インジェクタ（６０）を燃焼器から取外す段階と、
前記燃料インジェクタを取外した時に燃焼器内部に生じる燃料インジェクタ用開口部（１３２）内に、該燃焼器から取外した燃料インジェクタノズルステムとほぼ同一形状のノズルステム（１０２）に結合されたポペットノズル（１０６）を含むスプレーノズル組立体（１００）を挿入する段階と、
前記ポペットノズルが燃焼器内にほぼ同心に挿入されるように前記スプレーノズル組立体を燃焼器に結合する段階と、
前記スプレーノズル組立体を通して燃焼器内に水を噴射する段階と、
を含む方法。
【請求項２】
前記スプレーノズル組立体（１００）を燃焼器（１６）に結合する段階が、スプレーノズル組立体ノズルステム（１０２）を囲む取付けフランジ（１２６）を用いて前記スプレーノズル組立体を燃焼器に結合する段階をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記スプレーノズル組立体（１００）を通して燃焼器（１６）内に水を噴射する段階が、前記燃焼器に対してポペットノズル（１０６）から半径方向外向きに燃焼器内面（１８０）に向かって単に水を噴射する段階をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記スプレーノズル組立体（１００）を通して燃焼器（１６）内に水を噴射する段階が、ポペットノズル（１０６）の周りで延びる円周方向に間隔を置いて配置された開口（１５４）の列（１５６）を通して半径方向外向きに水を噴射する段階をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記スプレーノズル組立体（１００）を通して燃焼器（１６）内に水を噴射する段階が、前記ポペットノズル（１０６）の周りで延びる円周方向に間隔を置いて配置された開口（１５４）の複数の列であって隣接する開口列が該ポペットノズルに沿って軸方向に間隔を置いて配置されている複数の列（１５６及び１５８）を通して半径方向外向きに水を噴射する段階をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項６】
ガスタービンエンジン燃焼器（１６）内に水を噴射するためのスプレーノズル組立体（１００）であって、
水供給源に流れ連通した状態で結合され、ノズル弁出口（１１２）を含むノズル弁（１０８）と、
前記ノズル弁に流れ連通した状態で結合されるように構成にされ、ノズルステム出口（１１６）を含むノズルステム（１０２）と、
前記ノズル弁出口に隣接して前記ノズルステムを囲む取付けフランジ（１０４）と、
前記ノズルステム出口に結合されたポペットノズル（１０６）と、
を含み、
前記取付けフランジが、前記ポペットノズルが燃焼器の上流端から該燃焼器内にほぼ同心に延びて該燃焼器内に水を吐出するように該スプレーノズル組立体を該燃焼器に取付けるためのものである、
スプレーノズル組立体（１００）。
【請求項７】
前記ポペットノズル（１０６）が、リテーナ（１２０）によって前記ノズルステム出口（１１２）に結合されている、請求項６記載のスプレーノズル組立体（１００）。
【請求項８】
前記リテーナ（１２０）が、前記ノズルステム（１０２）にネジ結合されている、請求項７記載のスプレーノズル組立体（１００）。
【請求項９】
前記ポペットノズル（１０６）が、前記ノズルステム（１０２）内に引込み可能になっている、請求項６記載のスプレーノズル組立体（１００）。
【請求項１０】
前記ポペットノズル（１０６）が、該ポペットノズルから半径方向外向きにのみ水を吐出するように、実質的に開口のない端部（１５２）を含む、請求項６記載のスプレーノズル組立体（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、総括的にはガスタービンエンジン燃焼器に関し、より具体的には性能を低下させる堆積物を除去するのを可能にするために組立て状態で翼上にあるガスタービンエンジン燃焼器内に圧力下で洗浄液を噴射するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは一般的に、空気を加圧する圧縮機を含み、加圧された空気は燃料と混合されて燃焼器に流れ、該燃焼器において、混合気は燃焼室内で点火されて高温燃焼ガスを発生する。少なくとも一部の公知の燃焼器は、燃焼ガスをタービンに流すためにドーム組立体、カウリング及びライナを含み、該タービンは燃焼ガスからエネルギーを取り出して、圧縮機に動力を供給すると同時に、飛行中の航空機を推進するか又は発電機のような負荷に動力を与えるような有用な仕事を行う。ライナは、カウリングと共にドーム組立体に結合されかつカウリングから下流方向に延びて燃焼室を画成する。少なくとも一部の公知のドーム組立体は、ベンチュリを備えた構造部材（本明細書ではドームプレートと呼ぶ）を含み、該ベンチュリは、ドームプレートから下流方向に延びて燃料インジェクタから噴射された燃料を燃焼室に向かって流す。
【０００３】
作動時に、ベンチュリの内面に燃料が衝突する結果として該ベンチュリに沿って炭素が形成されることになる。時の経過とともに、炭素は堆積してエンジン性能に悪影響を与えるおそれがある。より具体的には、炭素の堆積は、燃焼器内の空気流特性に悪影響を与えかつ／又はエンジン流路内に配置された性能装置の精度及びマージンを歪めるおそれがある。従って、少なくとも一部の公知の燃焼器内部では、燃焼器及び／又はエンジンの性能が所定のレベルまで低下した場合、燃焼器は内部を清浄化される。しかしながら、アクセスしやすさが制約されるため、公知の燃焼器のベンチュリ区域は、燃焼器をエンジン内に結合したままで他のエンジン部品に損傷を与える危険性を冒さずに効果的に清浄化できない。このため一般的には、清浄化することを必要とする燃焼器のベンチュリ区域にアクセスするために、広範囲でかつ時間のかかるエンジンの取外し及び分解が必要になる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
１つの態様では、燃焼器を組立てたままで燃焼器の内面を洗浄にするのを可能にするようにガスタービンエンジン内に水を噴射する方法を提供する。本方法は、ノズルステムを含むアキシアル燃料インジェクタを燃焼器から取外す段階と、燃料インジェクタを取外した時に燃焼器内部に生じる燃料インジェクタ用開口部内に、組立てに役立つように引込み可能になっているポペットノズルを含みかつ燃焼器から取外した燃料インジェクタノズルステムとほぼ同一形状になっているスプレーノズル組立体を挿入する段階とを含む。本方法はさらに、ポペットノズルが燃焼器内にほぼ同心に挿入されるようにスプレーノズル組立体を該燃焼器に結合する段階と、スプレーノズル組立体を通して燃焼器内に水を噴射する段階とを含む。
【０００５】
別の態様では、ガスタービンエンジン燃焼器内に水を噴射するためのスプレーノズル組立体を提供する。スプレーノズル組立体は、ノズルステム、取付けフランジ及びポペットノズルを含む。ノズルステムは、入口及び出口を含む。入口は、高圧水供給源に流れ連通した状態で結合されるように構成される。取付けフランジは、ノズル出口に隣接してノズルステムを囲む。ポペットノズルは、ノズルステム出口に結合される。取付けフランジは、ポペットノズルが燃焼器の上流端から該燃焼器内にほぼ同心に延びて、燃焼器の他の区域への損傷を排除するのを可能にした状態で燃焼器内に水を吐出しかつ付着物を含む表面上に衝突させるようにスプレーノズル組立体を該燃焼器に取付けるためのものである。
【０００６】
さらに別の態様では、ガスタービンエンジン燃焼器スプレーノズル組立体を提供する。スプレーノズルは、ノズルステム、取付けフランジ及びポペットノズルを含む。ノズルステムは、燃焼器の内面から付着堆積物を除去するように構成された洗浄液供給源に流れ連通した状態で結合される。ポペットノズルは、ノズルステム出口に結合される。取付けフランジは、ポペットノズルが燃焼器の上流端から該燃焼器内にほぼ同心に延びて燃焼器内に水を吐出するようにスプレーノズル組立体を燃焼器に取付けるためのノズルステムを囲む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、ファン組立体１２、高圧圧縮機１４及び燃焼器１６を含むガスタービンエンジン１０の概略図である。エンジン１０はまた、高圧タービン１８、低圧タービン２０及びブースタ２２を含む。ファン組立体１２は、ロータディスク２６から半径方向外向きに延びるファンブレード２４の配列を含む。エンジン１０は、吸気側２８及び排気側３０を有する。１つの実施形態では、ガスタービンエンジンは、オハイオ州シンシナチ所在のGeneral Electric companyから入手可能なＣＦ−３４型エンジンである。
【０００８】
作動中、空気はファン組立体１２を通って流れ、加圧された空気は高圧圧縮機１４に供給される。高度に加圧された空気は、燃焼器１６に送られる。燃焼器１６からの空気流（図１には図示せず）はタービン１８及び２０を駆動し、タービン２０はファン組立体１２を駆動する。
【０００９】
図２は、図１に示すエンジン１０と類似のガスタービンエンジンに用いることができる例示的な燃焼器１６の断面図である。より具体的には、この例示的な実施形態では、燃焼器１６は、ＣＦ−３４型エンジンに用いられる。燃焼器１６は、環状の半径方向外側及び半径方向内側ライナ３２及び３４によって画成された燃焼ゾーン又はチャンバ３０を含む。より具体的には、外側ライナ３２は燃焼室３０の外側境界を定め、また内側ライナ３４は燃焼室３０の内側境界を定める。ライナ３２及び３４は、該ライナ３２及び３４の周りで円周方向に延びる環状の燃焼室ケーシング３６の半径方向内側に位置する。
【００１０】
燃焼器１６はまた、それぞれ外側及び内側ライナ３２及び３４の上流側に取付けられた環状のドーム４０を備えたドーム組立体３８を含む。ドーム４０は、燃焼室３０の上流端４２を画成しかつ内側カウル４４及び外側カウル４６の近くで燃焼器１６内部に結合される。より具体的には、カウル４４及び４６は、固締具組立体５０によってドーム４０並びにライナ３２及び３４に固定結合される。各ドーム４０はまた、それを貫通して延びる中心長手方向対称軸線５２を有する。
【００１１】
燃料は、燃料噴射組立体６０を通して燃焼器１６に供給され、該燃料噴射組立体６０は、それらの間で延びる燃料ノズルステム６６によって燃料ノズル６４に流れ連通した状態で結合された燃料ノズル弁６２を含む。燃料噴射組立体６０は、取付けプレート（図示せず）によって燃焼器１６に結合され、該取付けプレートは複数の固締具（図示せず）によって燃焼室ケーシング３６に結合される。より具体的には、燃料噴射組立体６０は、燃料ノズル６４がドーム４０に対してほぼ同心に整列するように燃焼器１６に結合され、ノズル６４が燃焼器１６の上流端７０から下流方向かつほぼ軸方向に延びて燃料カップ組立体６８内に燃料を吐出するようになっている。
【００１２】
この例示的な実施形態では、燃料カップ組立体６８は、一次スワーラ８０及びベンチュリ８２を含み、該ベンチュリ８２はディスク状の取付けフランジ８４を含む。燃料カップ組立体６８はさらに、二次スワーラ９０、スリーブ９２及びスプラッシュプレート９４を含む。燃焼器１６の上記の要素及び燃料カップ組立体６８の上記の要素の機能及び相互作用は、当技術分野では周知である。
【００１３】
図３は、燃焼器１６を洗浄するために用いることができる例示的なスプレーノズル組立体１００の側面図であり、また図４は、区域４に沿ったスプレーノズル組立体１００の一部の拡大断面図である。図５は、燃焼器１６を洗浄するのを可能にするように燃焼器１６内部の所定位置に結合されたスプレーノズル組立体１００の断面図である。スプレーノズル組立体１００は、ノズルステム１０２、取付けフランジ１０４、ポペットノズル１０６及びノズル弁１０８を含む。この例示的な実施形態では、ノズルステム１０２は、改造されてスプレーノズル組立体１００内部に結合された公知のガス燃料インジェクタステムである。別の実施形態では、洗浄する燃焼器の構成次第で、またより具体的には洗浄する燃焼器に使用されている燃料噴射組立体の構成次第で、より詳細には後述するが、スプレーノズル組立体１００は、取付けフランジ１０４又はノズル弁１０８を含まない。
【００１４】
ノズル弁１０８は、入口側１１０及び出口側１１２を含み、ノズルステム１０２によってポペットノズル１０６に流れ連通した状態で結合される。より具体的には、ノズル弁１０８は、洗浄液供給源とノズルステム１０２との間に流れ連通した状態で結合される。この例示的な実施形態では、洗浄液供給源は、加圧水供給源である。これに代えて、洗浄液の他の供給源を用いてもよい。
【００１５】
ノズルステム１０２は、ノズル弁１０８から吐出端部１１６まで延びる。ポペットノズル１０６は、リテーナ１２０によってノズルステム吐出端部１１６に結合される。この例示的な実施形態では、ノズルステム吐出端部１１６は、リテーナ１２０がノズルステム吐出端部１１６にネジ結合できるように改造されている。
【００１６】
リテーナ１２０は、環状の端部又はフランジ部分１２６からほぼ垂直に延びるほぼ円筒形の係合部分１２４を含む。係合部分１２４は、ノズルステム吐出端部１１６内に形成された複数のネジ山１３０に噛み合う複数のネジ山１２８を含む。開口１３２が、リテーナ１２０を貫通して延びる。より具体的には、開口１３２は、ほぼ一定の内径Ｄ１を有する。フランジ部分１２６は、リテーナ１２０がノズルステム１０２と該リテーナ１２０との間でシール接触した状態で該ノズルステム１０２にしっかりと結合されることを可能にする。
【００１７】
ポペットノズル１０６は、リテーナ１２０によってノズルステム吐出端部１１６に摺動可能に結合される。具体的には、ポペットノズル１０６は、末端フランジ１４２からほぼ垂直に延びるほぼ円筒形の吐出管１４０を含む。末端フランジ１４２は、ノズルステム１０２の内径Ｄ３よりも僅かに小さい、従ってリテーナ開口直径Ｄ１よりも大きい直径Ｄ２を有する。
【００１８】
ポペットノズル吐出管１４０は、リテーナ開口直径Ｄ１よりも僅かに小さい外径Ｄ４を有する。従って、ポペットノズル吐出管１４０は、リテーナ開口１３２内に摺動可能に受けられ、ポペットノズル末端フランジ１４２は、リテーナ１２０によってポペットノズル１０６がノズルステム１０２内部に保持されることを保証する。
【００１９】
ポペットノズル１０６は中空であり、その中に画成された空洞１５０を含み、空洞１５０は、ノズル１０６を完全に貫通するのではなくて末端フランジ１４２から該末端フランジ１４２の反対側にある開口のない端部１５２まで延びる。複数の開口１５４が、端部１５２に隣接してポペットノズル吐出管１４０を貫通して延びる。より具体的には、開口１５４は、吐出管１４０の周りで円周方向に間隔を置いて配置されかつノズル空洞１５０と流れ連通している。開口１５４は、吐出管１４０に対してほぼ軸方向に整列している。より具体的には、開口１５４は、１対の軸方向に分離した列１５６及び１５８の形態で配置される。開口１５４の数、列１５６又は１５８の数及び各それぞれの開口の寸法は、水がほぼ円周方向にかつ一様に吐出されて燃焼器１６を洗浄するのを可能にすることができるように可変に選定される。この例示的な実施形態では、各列１５６及び１５８は、６つの円周方向に間隔を置いて配置された開口１５４を含む。
【００２０】
取付けフランジ１０４は、ノズルステム１０２を囲み、燃焼器１６内部の所定位置にスプレーノズル組立体１００を結合するのを可能にする。より具体的には、この例示的な実施形態では、取付けフランジ１０４は、洗浄する燃焼器内部に燃料噴射組立体を保持するのに用いていた取付けフランジと同一の寸法になっている。
【００２１】
使用時、最初に、例えばボロスコープとすることができる公知の点検法を用いて燃焼器を点検して、燃焼器内部の汚染物質又は炭素の堆積が、燃焼器の洗浄を行う必要があるほど多いかどうかを判断する。例えば、燃焼器１６を含む少なくとも一部の公知の燃焼器では、炭素の堆積は、燃料カップ組立体６８内部のベンチュリ８２の後部分及び内面１８０に沿ってより頻繁に起こる。
【００２２】
噴射組立体６０（図２に示す）のような燃料噴射組立体が、洗浄する燃焼器から取外され、スプレーノズル組立体１００が、洗浄する燃焼器内部の所定位置に結合される。より具体的には、スプレーノズル組立体１００は、取外した燃料噴射組立体とほぼ同じ位置である所定位置になるように少なくとも部分的に燃焼器内に挿入される。従って、スプレーノズル組立体１００が洗浄する燃焼器に結合されると、ポペットノズル１０６は、燃焼器の上流側から燃焼器内にほぼ同心に延びる。より具体的には、この例示的な実施形態では、取付けフランジ１０４は、取外した燃料噴射組立体で用いていた取付けフランジと同じ位置で燃焼器１６に固定されて、スプレーノズル組立体１００が、燃焼器洗浄プロセスの間燃焼器１６内部の所定位置に保持されるようにする。
【００２３】
次にノズル弁１０８は、洗浄液供給源に結合され、加圧洗浄液がスプレーノズル組立体１００に送られた時、ポペットノズル１０６は、ノズルステム１０２内の引込み位置から下流方向に強制的に動かされて、ポペットノズル末端フランジ１４２がリテーナ１２０に接触するようになる。ポペットノズル末端フランジ１４２がリテーナ１２０に当接した時、ポペットノズル吐出管１４０は、リテーナ１２０から下流方向に完全に延びた状態になる。吐出管端部１５２には開口がないので、洗浄液は、スプレーノズル組立体１００から軸方向に下流方向に吐出されるのではなくて、開口１５４を通って半径方向外向きにベンチュリに向かって燃焼器内に吐出される。より具体的には、洗浄液は、スプレーノズル組立体１００から円周方向にほぼ一様に吐出されてベンチュリ内面を勢いよく流れて、このような表面から堆積物を除去するのを可能にする。従って、スプレーノズル組立体１００は、燃焼器から取外した燃料噴射組立体とほぼ同じ寸法及び形状になっているので、公知の燃焼器洗浄方法において存在するおそれがあるアクセス性の問題が排除される。さらに、またその結果として、燃焼器をエンジンから取外さずに或いはエンジンをその航空機から取外さずにスプレーノズル組立体１００を用いて燃焼器を洗浄することができる。
【００２４】
上記のスプレーノズル組立体は、費用効果がありかつ高い信頼性がある。スプレーノズル組立体は、現用の燃料噴射組立体とほぼ同一の寸法及び形状になった構成部品か又は燃焼器を洗浄するのに用いるように現用の燃料噴射組立体を改造した構成部品かのいずれかを使用する。従って、スプレーノズル組立体は、燃料噴射組立体を燃焼器から取外した時に生じる空間内に挿入されて、燃焼器ベンチュリの内面に向かって洗浄液をほぼ一様にかつ円周方向に吐出できるようになる。その結果、スプレーノズル組立体は、燃焼器をエンジンから取外すことを必要とせずに費用効果がある方法で燃焼器を一層良好に清浄化するのを可能にする。
【００２５】
以上、燃焼器及びスプレーノズル組立体の例示的な実施形態を詳細に説明している。燃焼器及びスプレーノズル組立体は、本明細書に記載した特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ各組立体の構成部品は本明細書に記載した他の構成部品から独立して別個に利用することができる。例えば、各スプレーノズル構成部品はまた、他のスプレーノズル構成部品及び燃焼器と組合せて用いることができる。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ガスタービンエンジンの概略図。
【図２】図１に示すガスタービンエンジンに用いることができる例示的な燃焼器の断面図。
【図３】図２に示す燃焼器を洗浄するために用いることができる例示的なスプレーノズル組立体の側面図。
【図４】区域４に沿った、図３に示すノズル組立体の一部の拡大断面図。
【図５】図２に示す燃焼器内部の所定位置に結合された、図２に示すスプレーノズル組立体の断面図。
【符号の説明】
【００２７】
１００  スプレーノズル組立体
１０２  ノズルステム
１０４  取付けフランジ
１０６  ポペットノズル
１０８  ノズル弁
１１０  入口
１１２  出口
１１６  ノズルステム吐出端部
１４０  ポペットノズル吐出管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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