(57)【要約】【課題】オグメンタにおける優先的な摩耗シールを提供する。【解決手段】噴射バーブロックの内側スロットは、フランジ１０２と１０４との間に位置し、噴射バーと中央胴体部との間のシールを受ける。胴体開口部の側面１１２，１１４は互いに平行であり、半径方向１２２および導管の長さの方向１２４と平行でない方向１２０を有する。シール外周１２６は、シールが開口部内で相互に可動であるように開口部に対して相補的である。シール開口面１２８は、フランジ１０２と１０４との間のブロックの断面に対して相補的である。２つの部品からなるシールは、外側面１３０および内側面１３２を有する。シールがバーの周囲に取付けられる際、フランジの近接部分により、方向１２４への相対的な平行移動によるシール部品の分離が防止される。シール材料は電気黒鉛状炭素であり、胴体部およびテールコーンの材料がニッケルベース超合金である場合に優先的に摩耗する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流側から下流側に向かってガス流路内に位置するとともに、上流側シェルおよび下流側シェルを備え、前記上流側シェルの下流側リムが前記下流側シェルの上流側リムと接触する中央胴体部と、
前記中央胴体部の外側の前記ガス流路に配置された複数のベーンと、
前記中央胴体部に燃料を供給するように、前記中央胴体部およびベーンの第１の部分を通って延びるオグメンタ噴射バー燃料導管と、
前記噴射バーに取付けられるとともに、前記上流側シェルの前記下流側リムおよび前記下流側シェルの前記上流側リムの少なくとも一方から延びる凹部内に配置されたシールと、
を備え、
前記シールが、第１の部分と、バックロック型相互嵌合で前記第１の部分と係合する第２の部分と、を備えることを特徴とするタービンエンジンオグメンタ。
【請求項２】
前記シールの外周が、実質的に非円形の傾斜円筒面の形状を有することを特徴とする請求項１に記載のタービンエンジンオグメンタ。
【請求項３】
前記シールの平面図形が、直線状の第１の端部、少なくとも部分的に丸みを帯びた第２の端部、ならびに第１および第２の直線状側面により特徴づけられる請求項１に記載のタービンエンジンオグメンタ。
【請求項４】
前記シールの平面図形の第２の端部が、半円形であることを特徴とする請求項３に記載のタービンエンジンオグメンタ。
【請求項５】
前記シールの平面図形の第１の端部が、前記下流側シェルの前記上流側リムに対してシールすることを特徴とする請求項３に記載のタービンエンジンオグメンタ。
【請求項６】
前記シールが、電気黒鉛状炭素を備えることを特徴とする請求項１に記載のタービンエンジンオグメンタ。
【請求項７】
前記下流側シェルが、テールコーンであることを特徴とする請求項１に記載のタービンエンジンオグメンタ。
【請求項８】
上流側から下流側に向かってガス流路内に位置するとともに、上流側シェルおよび下流側シェルを備え、前記上流側シェルの下流側リムが前記下流側シェルの上流側リムと接触する中央胴体部と、
前記中央胴体部の外側の前記ガス流路に配置された複数のベーンと、
前記中央胴体部に燃料を供給するように、前記中央胴体部およびベーンの第１の部分を通って延びるオグメンタ噴射バー燃料導管と、
前記噴射バーに取付けられるとともに、前記上流側シェルの前記下流側リムおよび前記下流側シェルの前記上流側リムの少なくとも一方から延びる凹部内に配置されたシールと、
を備え、
前記シールが、電気黒鉛状炭素材料を備えることを特徴とするタービンエンジンオグメンタ。
【請求項９】
前記シールが、第１の部分と、バックロック型相互嵌合で前記第１の部分と係合する第２の部分と、を備えることを特徴とする請求項８に記載のタービンエンジンオグメンタ。
【請求項１０】
前記シールが、実質的に前記電気黒鉛状炭素材料からなることを特徴とする請求項８に記載のタービンエンジンオグメンタ。
【請求項１１】
静止構造物に対してタービンエンジンオグメンタ噴射バーをシールするための電気黒鉛状炭素材料の使用。
【請求項１２】
前記電気黒鉛状炭素材料が、前記静止構造物と長手方向に滑り係合することを特徴とする請求項１１に記載の使用。
【請求項１３】
前記電気黒鉛状炭素材料が、前記噴射バーの第１のフランジと第２のフランジとの間に捕捉されることを特徴とする請求項１１に記載の使用。
【請求項１４】
前記静止構造物が、中央胴体部であることを特徴とする請求項１１に記載の使用。
【請求項１５】
前記電気黒鉛状炭素材料が、２つの部品からなるセグメント状シールとして形成されることを特徴とする請求項１１に記載の使用。
【請求項１６】
第１の部分と、
前記第１の部分とバックロック型相互嵌合で組立形態に係合可能な第２の部分と、
を備えるオグメンタ噴射バーシール。
【請求項１７】
前記シールの外周が、実質的に非円形の傾斜円筒面の形状を有し、
前記シールの平面図形が、直線状の第１の端部、少なくとも部分的に丸みを帯びた第２の端部、ならびに第１および第２の直線状側面により特徴づけられる請求項１６に記載のシール。
【請求項１８】
前記シールの開口部が、実質的に長円の傾斜円筒形であり、前記シールの前記外周に対して平行でないことを特徴とする請求項１６に記載のシール。
【請求項１９】
前記シールが、電気黒鉛状炭素を備えることを特徴とする請求項１６に記載のシール。
【請求項２０】
ベーンおよび中央胴体部を有するタービンエンジンオグメンタを修正、または前記オグメンタの形態を修正する方法であって、前記方法が、
噴射バーと前記中央胴体部の開口部との間に新しいシールを加えることを含み、
前記新しいシールが、電気黒鉛状炭素を備えることを特徴とするタービンエンジンオグメンタまたはオグメンタ形態修正方法。
【請求項２１】
前記開口部が、前記中央胴体部のシェルの第１の部分の凹部と、前記シェルの第２の部分のリムとの組合せにより形成されることを特徴とする請求項２０に記載の修正方法。
【請求項２２】
前記新しいシールが、古いシールの位置に加えられ、前記古いシールが、電気黒鉛状炭素を備えないことを特徴とする請求項２０に記載の修正方法。
【請求項２３】
前記新しいシールが、古いシールの位置に加えられ、前記古いシールが、合金製本体を備えることを特徴とする請求項２０に記載の修正方法。
【請求項２４】
前記新しいシールが、古いシールの位置に加えられ、前記古いシールが、開放型の本体部を備えることを特徴とする請求項２０に記載の修正方法。
【請求項２５】
ベーンおよび中央胴体部を有するタービンエンジンオグメンタを修正、または前記オグメンタの形態を修正する方法であって、前記方法が、
噴射バーと前記中央胴体部の開口部との間に新しいシールを加えることを含み、
前記新しいシールが、第１の部分と、バックロック型相互嵌合で前記第１の部分と係合する第２の部分と、を備えるタービンエンジンオグメンタまたはオグメンタ形態修正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンエンジンに関し、特に、タービンエンジンのオグメンタに関する。
【背景技術】
【０００２】
アフタバーナ（再燃焼装置）または推力オグメンタ（増強装置）は、当業界において周知であり、いくつもの形態が存在する。典型的な形態においては、タービンからの排気ガスは、オグメンタの中央胴体部に亘って流れる。付加的な燃料は、中央胴体部の隣接部分に導かれ、付加的なスラスト（推力）をもたらすように燃焼される。ある形態においては、オグメンタの中央胴体部は、タービンの中央胴体部と一体的である。また他の形態においては、オグメンタの中央胴体部およびタービンの中央胴体部は、これら２つの間の環状の空間を囲むダクトを備えるように別々に分かれている。特許文献１，２においては、例示的な一体的なオグメンタが示されている。
【０００３】
中央胴体部は、燃焼発生源として機能するバーナを備えていてもよい。付加的な燃料を導くために、多くの噴射バーが、概ね半径方向に延びるベーン内に配置されていてもよい。パイロットが、テールコーンの上流側端部に近接して設けられることもある。バーナに代えて、またはバーナに加えて、付加的な燃料を点火するように複数のベーンの対応するベーン内に多くのイグナイタが設けられてもよい。ベーンの後縁部は、中央胴体部周囲の流路を横切って炎を分配する火炎保持器の構成部品として機能してもよい。
【０００４】
また、電気黒鉛状炭素（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｇｒａｐｈｉｔｉｃ  ｃａｒｂｏｎ）材料は、種々の用途向けに開発されている。特許文献３においては、電気黒鉛状炭素製の可変ベーン内径（ＩＤ）ブッシングが開示されている。
【特許文献１】米国特許第５，６８５，１４０号明細書
【特許文献２】米国特許第５，３８５，０１５号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００５／００８４１９０Ａ１号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
したがって、本発明の一態様は、タービンエンジンに関する。中央胴体部は、上流側から下流側に向かってガス流路内に配置される。オグメンタは、上流側および下流側シェルを有し、上流側シェルの下流側リムは、下流側シェルの上流側リムと接触する。複数のベーンは、中央胴体部の外側のガス流路に配置される。オグメンタ噴射バー燃料導管は、中央胴体部に燃料を供給するように、中央胴体部およびベーンの第１の部分を通って延びる。シールは、噴射バーに取付けられるとともに、上流側シェルの下流側リムおよび下流側シェルの上流側リムの少なくとも一方から延在する凹部に配置される。シールは、第１の部分と、バックロック（背面係止）型の相互嵌合（ｂａｃｋｌｏｃｋｅｄ  ｉｎｔｅｒｆｉｔｔｉｎｇ）で第１の部分と係合する第２の部分と、を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１には、上流から下流、前方から後方に向かって、ファン１１、圧縮機１２、燃焼器１４、タービン１６およびオグメンタ１８を備えるガスタービンエンジン１０が図示されている。ファン１１に流入する空気は、コアガス流２０およびバイパス空気流２２に分かれる。コアガス流２０は、圧縮機１２から燃焼器１４およびタービン１６に亘る通路を通って流れる。最後に、コアガス流２０は、オグメンタ１８を通って流れる。オグメンタ１８では、より多くのエネルギーをコアガス流２０に付与し、その結果、より高いスラスト（推力）がエンジンノズル２４から流出するように、付加的な燃料１９が選択的に追加され、コアガス流２０と混合されて、燃焼される。したがって、コアガス流２０は、圧縮機１２、燃焼器１４、タービン１６およびオグメンタ１８を通って延びるエンジン１０の中心軸２６に実質的に平行な通路を通って流れる。また、バイパス空気流２２は、ノズル２４またはその付近でコアガス流２０と合流するように、エンジン１０の外周に沿ったアニュラス２８を通りかつエンジン１０の中心軸２６と平行な通路を通って流れる。
【０００７】
オグメンタ１８は、中心軸２６を中心として概ね対称であるとともに、エンジンハブの一部として形成された中央胴体部３０を備える。例示的な中央胴体部は、主要部３２と、その下流側に位置するテールコーン３４と、を有する。円周方向に列をなすベーン３６は、前縁先端部３７および後縁先端部３８を備えるとともに、中央胴体部３０とタービン排気ケース（ＴＥＣ）４０との間で実質的に半径方向に延びる。各ベーンは、前縁本体部４２と後縁ボックス４４とのアッセンブリであってもよい。ベーンは、円周方向に対向する第１の側４６および第２の側４８を有する（図２参照）。後縁ボックス４４は、付加的な燃料１９を導く噴射バー（以下で説明する）を含有していてもよい。中央胴体部は、燃料１９の燃焼を開始するように燃料を燃焼するバーナ５０を備えてもよい。バーナ５０および噴射バーは、１つまたは複数のベーンを通って（またはベーンに沿って）中央胴体部３０まで延びる１つまたは複数の供給管（図示せず）から供給されてもよい。これまで説明したように、エンジン形態は、本発明の教示が適用され得る多くの従来のエンジン形態の１つであってもよい。しかし、本発明の教示は、異なったエンジン形態にも適用されてもよい。
【０００８】
図３および図４では、噴射バー６４の列に燃料を供給するマニホールド６２を備えるオグメンタ燃料供給システム６０が図示されている。マニホールド６２は、中央胴体部３０内に配置されていてもよい。図５では、例示的な噴射バー６４の細部がさらに図示されている。例示的な噴射バーは、第１の導管６６および第２の導管６８を有する二本導管の噴射バーである。導管６６，６８は、導管をそれぞれ受ける一対の開口部を有するブロック６９により互いに固定される。導管は、噴射バーブロック７０のアウトレットに取付けられる（例えば、ろう付けや溶接により）近接端部を有する。ブロック７０は、マニホールドに連結される入口を備えた内側端部７２を有する。例示的なブロック７０は、内側スロット７４および外側スロット７６を備える。内側スロット７４は、中央胴体部構造と係合するシールを受ける。外側スロット７６は、対応するベーンの第１および第２の側の半分（ハーフ）を受ける。各噴射バーは、複数のノズル８０および摩耗ブロック８２を有する。各ノズルは、対応する燃料噴流を放出する開口部８１を有する。各摩耗ブロックは、対応するノズル８０を受ける中央開口部８３を有する。従来技術のシステムにおいては、摩耗ブロック、ノズルおよび噴射バーが単一または一体的な（例えば、溶接やろう付けにより）構造として設けられていたが、本発明の例示的な摩耗ブロック８２は、それとは異なったように形成される。例示的な実施例においては、各ノズル８０は、対応する導管６６や６８の対応するボス８４と一体化される（例えば、ろう付けや溶接により）。しかし、摩耗ブロック８２は、ベーンおよびノズルの隣接材料に対して優先的に摩耗する材料から形成される。摩耗ブロック８２は、保持具８８によりノズル軸８６に沿った往復運動に亘って取付けられてもよい。バネ９０（例えば、ブロック８２と対応する導管との間で圧縮される）により、ブロック８２が外側に付勢されてもよい。接合する細部に対して優先的に摩耗することに加えて、摩耗部材に用いられた電気黒鉛状材料により、摩耗接触面に黒鉛の薄層が堆積する場合がある。この堆積は、摩耗率がさらに減少するように作用する。
【０００９】
図６では、噴射バー６４と中央胴体部３０とをシールするシール１００の細部がさらに図示されている。前述のように、シールは、噴射バーを取り囲むとともに、図５のスロット７４に捕捉される。スロット７４は、第１のフランジ１０２と、その内側の第２のフランジ１０４（図７参照）との間に位置する。噴射バー６４は、中央胴体シェルの開口部を貫通しており、シール１００が、この開口部内に適応される。この開口部は、中央胴体主要部３２の後方／下流側リム１０８から前方／上流側に延びる凹部１０６と、テールコーン３４の前方リム１１０（図１参照；図６ではシールを示すために図示していない）との組合せにより形成される。凹部１０６は、開口部のそれぞれ対応する面を形成する第１の側面１１２、第２の側面１１４および前方／上流側端部面１１６を備える。テールコーン前方リム１１０（図６では図示せず）により、開口部の下流側面が形成される。断面平面図においては、開口部および凹部１０６は、側面１１２，１１４が直線で、端部１１６が半円をなす半長円形（オブラウンド：ｏｂｒｏｕｎｄ）である。側面１１２，１１４は、互いに平行であり、横断面において方向１２０を有する。例示的な実施例おいては、この方向１２０は、局所的な半径方向１２２および導管の長さの局所的な方向１２４に対して平行ではない。特に、方向１２０，１２４は、以下に説明するように、半径線に対しそれぞれ反対方向に離れている。
【００１０】
シール１００の外周１２６は、シールが開口部内で相互に（例えば、方向１２０に）動くことができるように中央胴体開口部に対して相補的である。したがって、例示的な外周は、非円形の傾斜円筒面である。シールの中央開口面１２８は、フランジ１０２と１０４との間のブロック７０の断面に対して相補的であってもよい。シール１００は、外側面１３０および内側面１３２を有する。
【００１１】
例示的なシール１００は、スナップ式にバックロック（背面係止）係合する２つの部品から形成される。図８では、例示的なシール１００の細部がさらに図示されている。シール１００は、対応する開口部の面１１６，１１０にそれぞれ係合する半円形の上流側端部１４０および平坦な下流側端部１４２を有する。また、シール１００は、開口／凹部の第１の側１１２および第２の側１１４とそれぞれ係合する第１の側１４４および第２の側１４６を備える。例示的なシールは、第１の部品１５０および第２の部品１５２として形成される。前方／上流側端部１４０において、第１の部品１５０は、第２の部品１５２の対応する突起部１５６を受ける切込み（リベート：ｒｅｂａｔｅ）つまりノッチ１５４を有する。ノッチ１５４のすぐ後方／下流側において、第１の部品１５０は、シール中央開口部１５７に延びる突起部１５８を有し、この突起部１５８は、第２の部品１５２の切込み（リベート）１５９に受容される。これらの突起部／切込みにより、２つのシール部品１５０，１５２の横方向の分離を防止するように、半ダブテール状のバックロック型相互嵌合の連結が形成される。同様に、部品１５０，１５２は、シールの後方において、切込みつまりノッチ１６４，１６６に受容される突起部１６０，１６２を備える。２つの部品は、ブロック７０の周囲で係合するようにスナップ留めされてもよく、これらの部品の弾性変形により、中央部を囲んだ（オーバセンタの）スナップ式係合が許容される。このスナップ式係合は、スナップを外すことにより着脱可能であってもよい。（半ダブテール係合ではなく有刺型の）別の実施例においては、係合は着脱可能ではないため、シールを破壊的に除去することが要求される。（例えば、非破壊的に除去するための除去用工具を必要とする）他の実施例が可能である。シールの部品１５０，１５２が噴射バー６４の周囲に取付けられる際、フランジ１０２，１０４の近接部分により、方向１２４への相対的な平行移動によるこれらのシール部品の分離が防止される。
【００１２】
例示的なシール材料は、実質的にモノリシックの電気黒鉛状炭素である。例示的な中央胴体部およびテールコーンの材料がニッケルベースの超合金である場合に、電気黒鉛状炭素は、優先的な摩耗特性を有する点において有益である。さらに、電気黒鉛状炭素は、他の用途に用いられるポリマーおよび他の非金属の犠牲的な摩耗材料に対して、有利な温度安定性を示す。したがって、熱サイクルおよび振動などにより、シールおよび中央胴体部の相対的な動きが生じると、シールは優先的に摩耗する。最終的には、シールの交換が必要になるほど摩耗する。別の実施例のシールは、モノリシック以外であってもよい（例えば、電気黒鉛状炭素の外側部分を備えた金属製コアを有するもの）。シールにより、漏出が全て防止される必要はない。特に時間の経過とともに、シールと対応する中央胴体開口部との間にギャップが生じる。しかし、シールの効果により、シールを備えない場合に起こりうる場合と比べて、開口部を通る流れの量は減少する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】航空機パワープラントの長手方向の概略断面図。
【図２】図１のパワープラントのオグメンタの後面図。
【図３】図２のオグメンタの噴射バーの列および燃料供給マニホールドの側面図。
【図４】図３の噴射バーの列およびマニホールドの正面図。
【図５】図３および図４の噴射バーの列の部分分解図。
【図６】噴射バーと中央胴体部とのシールの後面図。
【図７】図６のシールの横断面図。
【図８】図６のシールの分解図。
【符号の説明】
【００１４】
１０…ガスタービンエンジン
１１…ファン
１２…圧縮機
１４…燃焼器
１６…タービン
１８…オグメンタ
１９…付加的な燃料
２０…コアガス流
２２…バイパス空気流
２４…エンジンノズル
２６…中心軸
２８…アニュラス
３０…中央胴体部
３２…中央胴体主要部
３４…テールコーン
３６…ベーン
３７…ベーンの前縁先端部
３８…ベーンの後縁先端部
４０…タービン排気ケース
４２…前縁本体部
４４…後縁ボックス
４６…ベーンの第１の側
４８…ベーンの第２の側
５０…バーナ
６０…オグメンタ燃料供給システム
６２…マニホールド
６４…噴射バー
７０…噴射バーブロック
７２…ブロックの内側端部
７４…内側スロット
７６…外側スロット
６６…第１の導管
６８…第２の導管
６９…ブロック
８０…ノズル
８１…ノズル開口部
８２…摩耗ブロック
８３…中央開口部
８４…ボス
８６…ノズル軸
８８…保持具
９０…バネ
１００…シール
１０２…スロットの第１のフランジ
１０４…スロットの第２のフランジ
１０６…凹部
１０８…後方／下流側リム
１１０…テールコーン前方リム
１１２…凹部の第１の側面
１１４…凹部の第２の側面
１１６…凹部の前方／上流側端部面
１２０…方向
１２２…局所的な半径方向
１２４…導管の長さの局所的な方向
１２６…シールの外周
１２８…シールの中央開口面
１３０…シールの外側面
１３２…シールの内側面
１４０…シールの上流側端部
１４２…シールの下流側端部
１４４…シールの第１の側
１４６…シールの第２の側
１５０…第１の部品
１５２…第２の部品
１５６，１５８，１６０，１６２…突起部
１５４，１５９，１６４，１６６…ノッチ
１５７…シール中央開口部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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