(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）内径を画定している内壁を備えた中心孔を具備する細長い管状スリーブと、
（ｂ）前記管状スリーブの中心孔内部に配置された細長い燃料管と、ここで、前記燃料管は前記管状スリーブの中心孔の内壁に等しい、外径を画定している管状壁を備えており、
（ｃ）前記燃料管の管状壁内に形成され、前記管状スリーブの内壁に接して設けられた主燃料通路と、ここで、前記主燃料通路は前記燃料管の軸方向に沿って少なくとも１回燃料管を周方向に巻くように延びており、
（ｄ）前記燃料管の中心部を貫いて延在する補助燃料通路と、
を備えるガスタービン・エンジンの多重回路燃料噴射器用供給アーム。
【請求項２】
前記燃料管が、熱伝導によって前記主燃料通路と前記補助燃料通路との間の熱伝達を促進するように構成される請求項１に記載の供給アーム。
【請求項３】
前記燃料管が、前記主燃料通路を燃料が流動するときの対流によって前記主燃料通路と前記補助燃料通路との間の熱伝達を促進するように構成される請求項１に記載の供給アーム。
【請求項４】
前記主燃料通路が、ある決められた燃料量で望ましい燃料流速を生じるように選択されたピッチを有するら旋通路である請求項１に記載の供給アーム。
【請求項５】
前記管状スリーブが、断熱スリーブである請求項１に記載の供給アーム。
【請求項６】
前記主燃料通路が、前記燃料管の軸方向に沿って予め決められた距離だけ延びる、周方向に間隔をおいて並ぶ複数の軸方向流路を備える請求項１に記載の供給アーム。
【請求項７】
前記複数の軸方向流路が、前記供給アームの上側部分に形成される、複数の上側軸方向流路と、前記供給アームの下側部分に形成される、複数の下側軸方向流路とを備え、前記上側軸方向流路と前記下側軸方向流路とが流路中心の環状流路によって接続されるようにした請求項６に記載の供給アーム。
【請求項８】
前記環状流路の幅が、前記複数の軸方向流路のそれぞれの幅よりも大きい請求項７に記載の供給アーム。
【請求項９】
前記複数の軸方向流路が、前記燃料管の中心部周りに等間隔に並ぶ請求項６に記載の供給アーム。
【請求項１０】
（ａ）管状壁、中心通路および外径を有する燃料管を準備し、
（ｂ）燃料通路が前記燃料管の軸方向に沿って少なくとも１回燃料管を周方向に巻くように、前記燃料管の管状壁内に燃料通路を形成し、
（ｃ）前記燃料管の外径に等しい、内径を画定している中心孔を具備する細長い管状スリーブを準備し、
（ｄ）前記管状スリーブの中心孔内部に前記燃料管を配置する、
工程を含む、ガスタービン・エンジンの多重回路燃料噴射器用供給アームを製造する方法。
【請求項１１】
前記燃料通路が、ら旋通路である請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記管状壁内に前記燃料通路を形成する工程が、前記管状壁の外面にら旋通路を機械加工することを含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
燃料管を準備し、前記管状壁内に前記燃料通路を形成する工程が、前記管状壁の外面に形成した一体のら旋通路を備える前記燃料管を鋳造することを含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記管状壁内に前記燃料通路を形成する工程が、前記燃料管の軸方向に沿って予め決められた距離だけ延びる、複数の軸方向流路を機械加工することを含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記複数の軸方向流路が、前記燃料管の中心通路周りに等間隔に、かつ周方向にある間隔をおいて並ぶようにした請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記燃料通路を機械加工する工程が、複数の上側軸方向流路と複数の下側軸方向流路とを接続する、流路中心の環状流路を機械加工することを含む請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料噴射器に係り、特にガスタービン・エンジンの多重回路燃料噴射器のための供給アームに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン・エンジンの燃料噴射器はマニホールドから送られる加圧燃料を１ないしそれ以上の燃料室に方向付ける。燃料噴射器は、また燃焼に先立って燃料を空気と混合して混合気を生成するために働く。燃料噴射器は、典型的には、マニホールドの近くに設ける入口と、１ないしそれ以上の管状燃料通路と、霧化燃料を燃焼室に導く噴霧ノズルと結ばれる出口とを備える。典型的には、霧化燃料は次いで空気と混合され、混合気が点火され、このときの膨張ガスによりガスタービンの動翼が回転し、航空機または他の機械装置を駆動する動力を発生させる。
【０００３】
多くの燃料噴射器は、ガスタービン・エンジンの出力をより簡単に調節できるように、多重燃料通路を備える。たとえば、燃料噴射器は主燃料通路と補助燃料通路とを備え、高出力運転の間は双方の燃料通路を使って運転し、一方、低出力の間は主燃料通路だけを使って運転するようにしている。
【０００４】
典型的には、燃料噴射器は、また燃料通路を通過する燃料が燃焼室に過度の熱を発生させるのを防ぐため、管状燃料通路を取り囲む遮熱シールドを備える。これらの遮熱シールドは液体燃料が固化して堆積物に変化する、コークス化を防ぐのに必要である。コークス化は燃料通路の濡れた壁面の温度が最大値に達するときに発生する傾向がある。燃料がコークス化したとき、固体堆積物が燃料通路を通過する燃料量を制限し、燃料噴射器に悪影響を及ぼし、あるいはこれを使用不能にする。
【０００５】
従来の多重回路燃料噴射器は主燃料通路と補助燃料通路と備える管状部材で構成される。この主燃料通路は管状部材の中心部を貫くように形成され、補助燃料通路は主燃料通路を取り囲むように形成される。ここで、燃料は主燃料通路を連続して流動するのに対して、補助燃料通路では燃料はある時間だけ間欠的に流動する。エンジンの運転条件によっては補助燃料通路を通過する燃料の流速は減少し、燃料流が全く止まってしまう。結果として、補助燃料通路内には停滞した燃料が残る。補助燃料通路で燃料流速が減少した状態が続くと、燃焼室で発生する高熱のために補助燃料通路が燃焼温度に近づく。このため、補助燃料通路内の燃料のコークス化は普通に起こり得る問題である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、ガスタービン・エンジン用燃料噴射器の主燃料通路および補助燃料通路の双方で燃料のコークス化を防止する、改良された装置および方法についての要求がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の利点は後述する詳細な説明に記載され、それから明らかになる。本発明のそれ以外の利点は添付図面と共に、ここに記述する詳細な説明および請求の範囲に特に指摘される装置および方法によって具体化され、達成される。
【０００８】
実施例として説明されるように、本発明の目的に従ってこれらの利点、そして他の利点を達成するためにガスタービン・エンジンの多重回路燃料噴射器用供給アームが提供される。この供給アームは内径を画定している内壁を備えた中心孔を具備する細長い管状スリーブと、この管状スリーブの中心孔内部に配置された細長い燃料管とを備える。この燃料管は管状スリーブの中心孔の内径に実質的に等しい外径を画定している管状壁を備える。主燃料通路は燃料管の管状壁内に形成され、管状スリーブの内壁に接しており、これは燃料管の軸方向に沿って少なくとも１回燃料管を周方向に巻くように延びる。補助燃料通路は燃料管の中心部を貫いて延在し、熱伝導および／または対流によって主燃料通路と補助燃料通路との間の熱伝達を促進するように構成される。
【０００９】
ガスタービン・エンジンの多重回路燃料噴射器用供給アームを製造する方法が提供される。このガスタービン・エンジンの多重回路燃料噴射器用供給アームを製造する方法は次の工程を含む。すなわち、管状壁、中心通路および外径を有する燃料管を準備し、燃料通路が燃料管の軸方向に沿って少なくとも１回燃料管を周方向に巻くように、燃料管の管状壁内に燃料流路を形成し、燃料管の外径に実質的に等しい、内径を画定している中心孔を具備する細長い管状スリーブを準備し、燃料管を管状スリーブの中心孔内部に配置する、工程を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は内側燃料通路を取り囲む外側ら旋燃料通路を示す、本発明の実施例に従って構成される燃料噴射器を一部断面で表わす側面図である。
【図２】図２は中心の環状流路で接続した複数の軸方向流路を示す、本発明の他の実施例に従って構成される燃料噴射器を一部断面で表わす側面図である。
【図３】図３は内側燃料通路および外側ら旋燃料通路の一部を示す、図１の３−３線に沿う断面図である。
【図４】図４は内側燃料通路および外側軸方向燃料通路を示す、図２の４−４線に沿う断面図である。
【図５】図５は外側および内側燃料通路が図１に示される実施例に従って形成される燃料管の斜視図である。
【図６】図６は外側および内側燃料通路が図２に示される実施例に従って構成される燃料管の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
同様な符号が本発明の多様な実施例の類似する構造的特徴または要素を表わす図面を参照すると、図１、図３および図５に符号１０で示す多重回路燃料噴射器の模範的な実施例が示される。他の実施例は図２、図４および図６に図示され、説明される。これらの添付図面に示した本発明の現時点で好ましい実施例を詳しく参照する。
【００１２】
本発明は主にガスタービン・エンジンで使用する、新規で、かつ、有用な燃料噴射器の多重燃料通路を形成する方法に向けられる。本発明の主燃料通路は管状体の外部に形成され、従来の燃料通路と比較したとき、より大きい断面積を有する。この大きい断面積により燃料流速を増大することができ、したがって、対流熱伝達効率（ＨＴＣ）を増すことが可能になる。このようなＨＴＣの増加は燃料通路の濡れた状態の壁面温度を低下させ、燃料噴射器内で燃料がコークス化するのを防止する。
【００１３】
図１に示されるように、燃料噴射器１０は細長いステムまたは供給アーム１２を備える。燃料噴射器を従来技術による方法でガスタービン・エンジンの燃焼室の壁面に固定するため供給アーム１２の下流側端部１８にノズル装置１６が設けられる。このノズル装置１６は霧化燃料を燃焼室に分配する。
【００１４】
燃料噴射器１０の上流側端部１４に近接して燃料入口２０が形成される。この燃料入口２０はガスタービン・エンジンに組み入れた燃料ポンプ（図示せず）から一定の燃料流量および温度を保って供給される燃料を受け取る。燃料入口２０は外側の管状スリーブ２４が取り囲む、細長い燃料管２２と流体連通している。この管状スリーブ２４は外壁２６と、内壁２８を形成している、中心部を貫いて延びる孔とを備える。管状スリーブ２４は燃料管２２が管状スリーブ２４の孔の内側に隙間なく合うように、燃料管２２の外径よりも僅かに大きい内径寸法を選択する。模範的な一実施例では、燃料管２２は管状スリーブ２４の孔に圧入される。
【００１５】
燃料管２２内部に主燃料通路３０が形成される。一実施例では、主燃料通路３０は燃料管２２の軸方向に沿って少なくとも１回燃料管を周方向に巻くように延びる。管状スリーブ２４の内壁２８は主燃料通路３０と接しており、主燃料通路３０の壁の一部を形成する。
【００１６】
主燃料通路３０は燃料管２２内部に形成される１ないしそれ以上のら旋通路を備え、これは燃料管２２を１ないしそれ以上の回数で巻く。ら旋通路を有する燃料噴射器１０の模範的実施例が図１および図３に示される。これらのら旋通路３２のピッチは流路全体にわたって燃料を望ましい流速に調節するように選択される。ら旋通路３２のピッチとは完全な径路の１回転でら旋通路が供給アーム１２の縦軸に沿って進む距離のことである。当業者は他のパラメータを一定に保持した状態で、ら旋通路のピッチの増加により主燃料通路における燃料流速をさらに速くすること、一方同じピッチの増加によって主燃料通路の燃料流速を下げることも可能であると理解する。
【００１７】
ら旋通路３２の幅は特に本発明の燃料噴射器に適する、望ましい燃料流速を獲得できるように選択され、または設計される。このような柔軟性は利用可能な主燃料通路の流量面積の減少で達成される流速上の利得および熱伝達効率を損なわないで、燃料噴射器での圧力損失を生じる不利を上回ってノズル設計者に良好な燃料調節方法を提供する。
【００１８】
図３に示されるように、燃料管２２の中心部に補助燃流通路３４が形成され、燃料噴射器１０の軸方向長さに合わせて延びる。模範的な一実施例では、補助燃料通路３４は燃料管２２内部を貫いて延びる、円筒状中空通路または孔である。燃料管２２は熱伝導および対流の双方によって主燃料通路３０と補助燃料通路３４との間の熱伝達を促進するように構成される。模範的な一実施例では、燃料管２２は主燃料通路３０と補助燃料通路３４との間の熱伝達を促進するため高い熱伝導性を有する材料で構成される。たとえば、燃料管２２は高い熱伝導性の備わる、公知のいずれかの合金で構成される。しかしながら、当業者はこの目的に適する熱伝導性を有する多様な材料が燃料管２２を構成するために使用できることを容易に理解する。従来の多重回路燃料噴射器の設計では、主燃料通路と補助燃料通路とは、しばしば同心に配置する２本の管を用いて形成されている。単一の燃料管２２から主燃料通路３０と補助燃料通路３４とを形成するのは従来の多重回路燃料噴射器に必要な同心の２本の管同士の間に熱膨張差が生じても、これを補償する必要性を取り除くことができる。
【００１９】
図５を参照すると、外側の管状スリーブ２４および燃料噴射器１０に関係する構造物のない燃料管２２が示される。この燃料管２２は上側の端部３６と、寸法を詰めた外周部を有し、主燃料通路３０の一部を形成している、上側燃料室４０および下側燃料室４２をそれぞれ形成する上側端部３６および下側端部３８とを備える。上側燃料室４０および下側燃料室４２の外壁は管状スリーブ２４によって形成される。燃料噴射器１０の運転中、燃料は燃料入口２０から上側燃料室４０に流れ、流路入口４４を通ってら旋通路３２に達する。燃料はら旋通路３２を通り抜け、燃料の一部が燃料管２２の孔で形成される補助燃料通路３４を通って流動する。燃料が、ら旋通路３２を通過するので、熱伝導および対流の双方でら旋通路と補助燃料通路３４との間に熱を伝えることができる。主燃料通路３２内を流れる燃料が燃料管２２の下側端部３８に向かってら旋通路３２を流出し、この後、ノズル装置１６に流入する前に下側燃料室４２を通過する。補助燃料通路３４内を流れる燃料もノズル装置１６にかけて流動する。ノズル装置１６は、この後、流入した燃料を霧化し、霧化燃料をガスタービン・エンジンの燃焼室に導く。
【００２０】
模範的な一実施例では、主燃料通路３０はガスタービン・エンジンの運転中、燃料を連続して供給する。このときの燃料流速はガスタービン・エンジンの運転状態が変化する間、そのときの出力条件に応じて変化する。対照的に、補助燃料通路３４内の燃料量は非連続である。すなわち、ガスタービン・エンジンからの出力増加要求に応じ、それに合わせて運転するときに限り、燃料が補助燃料通路を通って流動する。
【００２１】
従来の多重回路燃料噴射器では、補助燃料通路を通過する燃料の流速が遅く、補助燃料通路から離れた箇所では十分に燃料から熱が伝わらず、燃料通路内での燃料のコークス化を回避することができる。従来の同心の管による多重回路燃料噴射器は主燃料通路を形成するのに内側の管内の通路を利用し、外側の管状通路が外側の管の内径と内側の管の外径との間に形成するものである。このような設計は補助燃料通路内の燃料と接する壁面温度がコークス化を生じる、燃料の温度限界を超える可能性があるため適当ではない。
【００２２】
燃料噴射器１０、はこれらの従来の設計での不備を２つの方法で改善する。第１に、補助燃料通路３４は燃料管２２の中心孔内部に形成しており、燃焼室から伝わる高熱、そして周囲の高温雰囲気から隔離することができる。また、主燃料通路３０は補助燃料通路３４を取り囲む。主燃料通路３０での燃料の安定した流動により主燃料通路３０内でコークス化が起こるのを回避するのに十分で、これは同時に、補助燃料通路３４から主燃料通路３０にかけて熱を対流で伝達することができる。模範的な一実施例では、主燃料通路３０および補助燃料通路３４は断熱材を備える、外側の管状スリーブ２４によって燃焼室からの熱を遮断することができる。
【００２３】
本発明に従う燃料噴射器の別の実施例が符号１１０として図２、図４および図６に示される。図２に示されるように、燃料噴射器１１０は細長いステムまたは供給アーム１１２と、上流側端部１１４と、供給アーム１１２の下流側端部１１８に設けられるノズル装置１１６とを備える。これらの燃料噴射器１１０の要素は図１に示される実施例について上述した要素に類似する。
【００２４】
燃料入口１２０は燃料噴射器１１０の上流側端部１１４に近接して形成される。この燃料入口１２０はガスタービン・エンジンに組み入れた燃料ポンプ（図示せず）から一定の燃料流量および温度を保って供給される燃料を受け取る。燃料入口１２０は外側の管状スリーブ１２４が取り囲む、細長い燃料管１２２と流体連通している。この管状スリーブ２４は外壁１２６と、内壁１２８を形成している、中心部を貫いて延びる孔とを備える。管状スリーブ１２４は燃料管１２２が管状スリーブ１２４の孔の内側に隙間なく合うように、燃料管１２２の外径よりも僅かに大きい内径寸法を選択する。模範的な一実施例では、燃料管１２２は管状スリーブ１２４の孔に圧入される。
【００２５】
主燃料通路１３０は細長い燃料管１２２内部に形成される。模範的な一実施例では、主燃料通路１３０は燃料管１２２の軸方向に沿って少なくとも１回燃料管を巻くように延びる。管状スリーブ１２４の内壁１２８は主燃料通路１３０と接しており、主燃料通路１３０の壁の一部を形成する。
【００２６】
主燃料通路１３０は燃料管の軸方向に沿って延びる、周方向に間隔をおいて並ぶ複数の軸方向流路１３２を備える。この複数の軸方向流路１３２は上側流路１４８と下側流路１５０とに分離している。上側流路１４８および下側流路１５０は双方の流路中心にある環状流路１５２によって連絡しており、複数の軸方向流路１３２を構成する。この環状流路１５２は分離した軸方向流路１３２の幅（供給アーム１１２の軸方向に垂直に測定したときの値）よりも大きい、ある幅（供給アーム１１２の軸方向に測定したときの値）を有する。模範的な一実施例では、環状流路１５２の幅は個別の軸方向流路１３２の幅の少なくとも２倍の大きさである。
【００２７】
図４に示されるように、補助燃流通路１３４は燃料管１２２の中心部に形成され、燃料噴射器１１０の軸方向に延びている。模範的な一実施例では、補助燃料通路１３４は燃料管１２２の中心部を貫いて延びる、円筒状中空通路または孔である。燃料管１２２は熱伝導および対流の双方によって主燃料通路１３０と補助燃料通路１３４との間の熱伝達を促進するように構成される。
【００２８】
図４に示されるように、軸方向流路１３２は補助燃料通路１３４を形成する、円筒状中空通路周りに等間隔に配置される。この軸方向流路は他の配置も本開示によって意図する。模範的な一実施例では、軸方向流路は偏心して配置される。軸方向流路１３２は、また燃料管１２２の中心部周りに非対称に配置してもよく、補助燃料通路１３４周りに非均一配置してもよい。燃料管１２２は双方の流路中心の環状流路１５２に類似する複数の環状流路を備えてもよい。
【００２９】
図６を参照すると、模範的な実施例の燃料噴射器１１０で使用する燃料管１２２が示される。図示を明瞭にする目的で燃料管１２２は外側の管状スリーブ１２４および燃料噴射器１１０周囲の構造を省略して示される。燃料管１２２は主燃料通路１３０の一部を構成する、上側燃料室１４０および下側燃料室１４２を形成する、外径を小さくした上側端部１３６と下側端部１３８とを備える。上側燃料室１４０および下側燃料室１４２の内壁は外側の管状スリーブ１２４によって形成される。燃料噴射器１１０の運転中、燃料は燃料入口１２０から上側燃料室１４０を通り、燃料管１２２の上側流路１４８の複数の軸方向流路１３２に達する。次いで、燃料は上側流路１４８の複数の軸方向流路１３２から環状流路１５２に流入する。この燃料は環状流路１５２から燃料管１２２の下側流路１５０の軸方向流路１３２に達し、下側燃料室１４２を経て燃料を霧化し、ガスタービン・エンジンの燃焼室に導くノズル装置１１６に流入する。燃料が主燃料通路１３０の軸方向流路１３２および他の部分を流動するとき、熱の一部が熱伝導および対流の双方によって主燃料通路１３０と補助燃料通路１３４との間に伝わる。
【００３０】
ガスタービン・エンジンの多重回路燃料噴射器用供給アームを製造する方法が本開示によって提供される。この方法は管状スリーブの内壁２８で形成される内径を画定している、中心孔を具備する外側の管状スリーブ２４を準備することを含む。燃料管２２を準備し、この燃料管２２は図１に示される、ら旋燃料通路３２および図３に示される中空通路のような燃料通路を備える。次いで、燃料管２２を管状スリーブ２４の中心孔内部に配置する。主燃料通路３０を構成する、ら旋通路３２を生じさせるように、燃料管の外周部にら旋経路を形成するべく燃料管２２の外径を機械加工する。模範的な一実施例では、ら旋通路３２は旋盤またはねじ切り盤において燃料管２２を回転しつつ、成形した工具を当てて加工する。模範的な一実施例では、ら旋通路は放電加工（ＥＤＭ）によって形成する。これと別の実施例では、燃料管２２の燃料通路は鋳造工程によって形成することができる。これに類似して上述した軸方向流路１３２および環状流路１５２は機械加工、鋳造工程あるいは他のこの分野で知られた方法を用いて形成する。
【００３１】
上記のような本発明の装置および方法は燃料のコークス化を防止し、燃料流速をより効果的に調節する、ガスタービン・エンジンの多重回路燃料噴射器を提供する。当業者が添付の請求の範囲に記載のような本発明とその均等物とから離れることなく、本発明の装置および方法について多様な変更および変形をなし得ることは明らかである。
【符号の説明】
【００３２】
１２、１１２…  供給アーム
１６、１１６…  ノズル装置
２２、１２２…  燃料管
２４、１２４…  管状スリーブ
３０、１３０…  主燃料通路
３４、１３４…  補助燃料通路
１３２…  軸方向流路
１５２…  環状流路
【図１】
0005143048.tif 000002
【図２】
0005143048.tif 000003
【図３】
0005143048.tif 000004
【図４】
0005143048.tif 000005
【図５】
0005143048.tif 000006
【図６】
0005143048.tif 000007