(57)【要約】【課題】端部カバーにおいて１以上のろう付け又は溶接継手の交換又は補修を可能にする燃焼器設計を提供すること。【解決手段】燃焼器（１０）は、端部カバー（１８）と、該端部カバー（１８）を貫通するボアホール（３０）とを含む。燃焼器（１０）は更に、端部カバー（１８）のボアホール（３０）内のインサート（３４）と、端部カバー（１８）及びインサート（３４）を通る少なくとも１つの連続通路（３２）とを含む。リング（４０）は、該リング（４０）とインサート（３４）との間にシール（４４）を備えて端部カバー（１８）に固定接続される。燃焼器（１０）を補修する方法は、リング（４０）を端部カバー（１８）に固定接続する段階と、交換インサート（３４）を端部カバー（１８）内に設置する段階とを含む。本方法は更に、リング（４０）と交換インサート（３４）との間にシール（４４）を設置する段階を含む。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
端部カバー（１８）と、
前記端部カバー（１８）を貫通するボアホール（３０）と、
前記端部カバー（１８）のボアホール（３０）内にあるインサート（３４）と、
前記端部カバー（１８）及び前記インサート（３４）を通過する少なくとも１つの連続通路（３２）と、
前記端部カバー（１８）に固定接続されるリング（４０）と、
前記リング（４０）と前記インサート（３４）との間にあるシール（４４）と
を備える燃焼器（１０）。
【請求項２】
前記端部カバー（１８）を貫通するボアホール（３０）が軸方向で階段状にされている、請求項１記載の燃焼器（１０）。
【請求項３】
前記リング（４０）は、前記端部カバー（１８）へのろう付け又は溶接の少なくとも一方が実施される、請求項１又は請求項２記載の燃焼器（１０）。
【請求項４】
前記端部カバー（１８）及び前記インサート（３４）を貫通する複数の連続通路３２をさらに備える、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の燃焼器（１０）。
【請求項５】
前記インサート（３４）の下流側で前記端部カバー（１８）に接続されるノズル（１４）をさらに備える、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の燃焼器（１０）。
【請求項６】
前記端部カバー（１８）に固定接続される複数のリング（４０）をさらに備える、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の燃焼器（１０）。
【請求項７】
前記複数のリング（４０）の各々と前記インサート（３４）との間にシール（４４）をさらに備える、請求項６記載の燃焼器（１０）。
【請求項８】
燃焼器（１０）を補修する方法であって、
端部カバー（１８）にリング（４０）を固定接続する段階と、
前記端部カバー（１８）内に交換インサート（４２）を設置する段階と、
前記リング（４０）と前記交換インサート（４２）との間にシール（４４）を設置する段階と、
を含む方法。
【請求項９】
前記端部カバー（１８）から当初のインサート（３４）の少なくとも一部を取り除く段階をさらに含む、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記端部カバー（１８）に前記リング（４０）をろう付け又は溶接する段階をさらに含む、請求項８又は請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記交換インサート（４２）の下流側で前記端部カバー（１８）にノズル（１４）を接続する段階をさらに含む、請求項８乃至請求項１０のいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
複数のリング（４０）を前記端部カバー（１８）に固定接続する段階をさらに含む、
請求項８乃至請求項１１のいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
前記複数のリング（４０）の各々と前記交換インサート（４２）との間にシール（４４）を設置する段階をさらに含む、請求項１２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体的に、燃焼器及び燃焼器の補修方法に関する。詳細には、本発明の種々の実施形態は、燃焼器内の端部カバーを修正又は補修するためのシステム及び方法を提供する。
【背景技術】
【０００２】
燃料を空気と共に点火して高温高圧の燃焼ガスを生成する燃焼器は、当該技術分野で公知である。例えば、ガスタービンシステム、航空機エンジン、及び他の多くの燃焼式システムは、１以上の燃焼器を含み、空気などの作動流体を燃料と混合させて該混合気を点火し、高温高圧の燃焼ガスを生成することができる。次いで、燃焼ガスを用いてタービンを回転させて推進力を提供し、或いは、他の様々な形態の仕事を行うことができる。
【０００３】
一般に各燃焼器は、燃焼室を囲み且つ定める端部カバー及びライナを含み、作動流体が、ライナの外部に沿って流れて該ライナから熱を除去した後、１以上のノズルを通じて燃焼室に流入することができる。ノズルは、端部カバー内で半径方向に配列され、或いは、端部カバーに接続することができ、該端部カバーを通じて燃料をノズルに供給し、燃焼室内に噴射させるようにすることができる。例えば、端部カバーを通る通路は、ノズル内で相補的な通路に接続され、該端部カバー及びノズルを通じて燃焼室への流体連通を形成することができる。端部カバーと各ノズルとの間のインサートにより、単一の端部カバー設計が、燃料ノズルに空気、燃料、及び／又は他の流体を供給する複数の異なる通路に適合できるようにすることができる。インサートは、ボルト、ろう付け、又は溶接継手によって端部カバーに取り付けることができ、次いで、各ノズルは、インサート及び／又は端部カバーにボルト締め又は他の方法で取り付けられ、端部カバー、インサート、及び各ノズルを通る流体通路を完成させることができる。
【０００４】
燃焼器に関連する温度変化は、端部カバーとインサートとの間に不均一な膨張をもたらす可能性がある。時間の経過に伴って、端部カバーとインサートとの間のろう付け又は溶接継手に亀裂が形成され、又は機能不良になり、場合によっては端部カバー及び／又はインサート内の種々の通路間で内部漏洩を生じる可能性がある。一部の端部カバー設計において、本願出願人に譲渡された米国特許第７１３４２８７号で開示されるように、ろう付け又は溶接継手を排除し、端部カバーとインサートとの間の１以上のシールと置き換えることができる。しかしながら、幾何学的な制約によって、一部の端部カバー設計の交換シールにおいて十分な座面が不可能になる。従って、端部カバーにおいて１以上のろう付け又は溶接継手の交換又は補修を可能にする新規の燃焼器設計が有用となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７１３４２８７号明細書
【発明の概要】
【０００６】
本発明の態様及び利点については、一部は以下の詳細な説明で開示するが、以下の詳細な説明から自明であろうし、本発明を実施することによって明らかとなろう。
【０００７】
本発明の一実施形態は、端部カバーと、該端部カバーを通るボアホールとを含む燃焼器である。燃焼器は更に、端部カバーのボアホール内のインサートと、端部カバー及びインサートを通る少なくとも１つの連続通路とを含む。リングは、該リングとインサートとの間にシールを備えて端部カバーに固定接続される。
【０００８】
本発明の別の実施形態は、端部カバーと、該端部カバーに接続されたノズルとを含む燃焼器である。燃焼器は更に、端部カバーとノズルとの間にインサートと、端部カバー及びインサートを通過する少なくとも１つの連続通路とを含む。リングは、該リングとインサートとの間にシールを備えて端部カバーに固定接続される。
【０００９】
本発明はまた、燃焼器を補修する方法を含む。本方法は、リングを端部カバーに固定接続する段階と、交換インサートを端部カバー内に設置する段階とを含む。本方法は更に、リングと交換インサートとの間にシールを設置する段階を含む。
【００１０】
かかる実施形態の特徴及び態様などについては、本明細書を参照することによって理解を深めることができるであろう。
【００１１】
本発明を当業者が実施できるように、以下の詳細な説明では、図面を参照しながら、本発明を最良の形態を含めて十分に開示する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態による燃焼器の簡易断面図。
【図２】図１に示す端部カバーの一部の拡大断面図。
【図３】インサートが実質的に取り除かれた図２に示す端部カバーの拡大断面図。
【図４】本発明の一実施形態による端部カバー内に交換インサートが設置された状態の図３に示す端部カバーの拡大断面図。
【図５】本発明の一実施形態による、図４に示すシールの拡大断面図。
【図６】本発明の一実施形態による、図４に示すシールの拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について詳しく説明するが、その１以上の実施例を図面に示す。発明の詳細な説明では、図面に記載した特徴的構成を示すために数字又は文字を符号として用いる。図面及び発明の詳細な説明では、本発明の同一又は同様の部品を示すために、同一又は同様の符号を用いる。
【００１４】
各実施例は例示にすぎず、本発明を限定するものではない。実際、本発明の技術的範囲又は技術的思想から逸脱せずに、本発明に様々な修正及び変形をなすことができることは当業者には明らかであろう。例えば、ある実施形態の一部として例示又は説明した特徴を、別の実施形態に用いてさらに別の実施形態としてもよい。従って、本発明は、かかる修正及び変形を特許請求の範囲で規定される技術的範囲及びその均等の範囲に属するものとして包含する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態による燃焼器１０の簡易断面図を示している。ケーシング１２は、燃焼器１０を囲み、該燃焼器１０に流れる空気又は作動流体を収容することができる。図示のように、燃焼器１０は、頂部キャップ１６内に半径方向に配列された１以上のノズル１４を含むことができる。端部カバー１８及びライナ２０は、一般に、ノズル１４の下流側に位置する燃焼室２２を囲む。流れ孔２６を備えた流れスリーブ２４は、ライナ２０を囲んで、流れスリーブ２４とライナ２０との間に環状通路２８を定めることができる。空気又は作動流体は、流れスリーブ２４内の流れ孔２６を通過してライナ２０の外部に沿って流れ、ライナ２０にフィルム冷却又は対流冷却を提供することができる。次いで、空気又は作動流体は、反転して１以上のノズル１４を通って流れ、ここで燃料と混合した後、燃焼室２２において点火され、高温高圧の燃焼ガスを生成する。
【００１６】
図２は、本発明の種々の実施形態の改善点を導入する前の、図１に示す端部カバー１８の一部の拡大断面図を示している。図示のように、端部カバー１８は、１以上のボアホール３０と、端部カバー１８を貫通して延びる連続通路３２とを含むことができる。ボアホール３０及び連続通路３２は、端部カバー１８を通して流体連通を形成し、燃料、希釈剤、不活性ガスその他流体を端部カバー１８を通ってノズル１４に流すことができる。図２に示すように、詳細な実施形態では、ボアホール３０は、軸方向で階段状にされることにより端部カバー１８を通るボアホール３０の直径が変化し、端部カバー１８とインサート３４との間に好都合な座面を形成することができる。インサート３４は、ボアホール３０内に設置され、ボルト又は１以上のろう付け３６もしくは溶接継手によって端部カバー１８に接続することができ、ノズル１４は、インサート３４の下流側で端部カバー１８及び／又はインサート３４に接続され、インサート３４が端部カバー１８とインサート３４との間にあるようにすることができる。このようにして、ボアホール３０及び／又は通路３２内の流体は、インサート３４を通ってノズル１４に流れることができ、インサート３４と端部カバー１８との間のろう付け３６又は溶接継手が、ボアホール３０及び／又は通路３２内で流体の混ざり合い又は混合を防ぐための好適な境界を提供することができる。
【００１７】
過渡運転又は拡張運転中、端部カバー１８とインサート３４との間の温度勾配により、端部カバー１８とインサート３４との間のろう付け３６又は溶接継手が脆弱化し、又は損傷を受ける可能性がある。結果として、ボアホール３０と通路３２との間に漏洩が発生する可能性があり、ボアホール３０及び／又は通路３２内で流体の混ざり合い又は混合が可能となる。燃焼器１０は、ボアホール３０と種々の通路３２との間に幾らかの量の漏洩が生じた状態で運転を継続することができるが、ノズル１４を通る設計上の流体流れが変更されることにより、あらゆる漏洩は燃焼器の運転を損なう可能性がある。脆弱化又は損傷を受けたろう付け３６又は溶接継手は検査及び検出が困難であり、検出時には、ボアホール３０内部の空間的又は幾何学的な制限によって、端部カバー１８全体を交換することなく従来の補修を行うことが困難か又は不可能になる場合がある。本発明の種々の実施形態は、リング４０によって１以上の既存のろう付け３６又は溶接継手を置き換えて補修する新規又は既存の端部カバー１８を修正するためのシステム及び方法を提供する。リング４０は通常、当初のインサート３４よりも剛性が低く、リング４０と端部カバー１８との間の引張応力を低下させることになる。加えて、端部カバー１８の再設計又は交換を必要とすることなく端部カバー１８をノズル１４に結合するよう端部カバー１８を修正又は補修することができ、補修又は交換コストの大幅な節減をもたらすことができる。
【００１８】
図３は、当初のインサート３４が取り除かれた、図２に示した端部カバー１８の拡大断面図を示す。当初のインサート３４及び何らかの脆弱化又は損傷を受けたろう付け３６又は溶接継手は、例えば、当初のインサート３４からの１以上のリング３０と、依然として機能している関連のろう付け３６又は溶接継手を所定位置に残した状態で、研削又は機械加工によってボアホール３０から実質的に取り除くことができる。或いは、図３に示すように、当初のインサート３４及び全ての関連するろう付け３６又は溶接継手を完全に取り除き、端部カバー１８に固定接続される１以上のリング４０と置き換えることもできる。各リング４０は、当初のインサート３４からの残留物であるか又は新規の要素であるか否かにかかわらず、前述のように端部カバー１８にろう付け又は溶接されるフープを含むことができる。各リング４０の縮小質量及び開放幾何形状により各リング４０の剛性が低下し、その結果、各リング４０と端部カバー１８との間の引張応力が小さくなる。加えて、各リング４０は、端部カバー１８及び交換インサート４２を貫通する連続通路３２を依然として維持しながら、交換インサート４２と嵌合するのに好都合な座面を提供する。
【００１９】
図４は、本発明の１つの態様による、交換インサート４２が端部カバー１８内に設置された状態の図３に示す端部カバー１８の拡大断面図を示す。図４に示すように、交換インサート４２は、交換端部カバー１８よりも遙かに低コストであり、ボアホール３０内に挿入することができる。各リング４０と交換インサート４２との間のシール４４は、ボアホール３０及び／又は通路３２内での流体の混ざり合い又は混合を防ぐための好適な境界を提供する。シール４４は、ほぼＷ字形又はＣ字形の断面を有し、交換インサート４２と関連するリング４０との間の相対移動に応じてシール４４を容易に撓ませることができる環状金属リングを備えることができる。ノズル１４は、この場合も同様に、交換インサート４２が端部カバー１８とノズル１４との間にあるように交換インサート４２の下流側で端部カバー１８及び／又は交換インサート４２に接続することができる。このようにして、ボアホール３０及び／又は通路３２内の流体は、上述のように交換インサート４２を通ってノズル１４に流れることができ、リング４０と、交換インサート４２及び端部カバー１８間のシール４４との組み合わせにより、ボアホール３０及び／又は通路３２内での流体の混ざり合い又は混合を防ぐための好適な境界が提供される。
【００２０】
図５及び６は、本発明の種々の実施形態による、図４に示すシール４４の拡大断面図を提供する。図５及び６に示すように、シール４４は、隣接表面の膨張又は収縮の間にシール４４を越える流体の流れを防止する。具体的には、図５は、リング４０と交換インサート４２との間のＷ字形シール４４により、シール４４を越える流体の流れを可能にすることなく、リング４０及び交換インサート４２が運転中に膨張又は収縮できるようになることを示している。同様に、図６は、Ｃ字形シール４４を端部カバー１８及び交換インサート４２間で既存のろう付け又は溶接継手と置き換えることができることを示している。
【００２１】
本明細書では、本発明を最良の形態を含めて開示するとともに、装置又はシステムの製造・使用及び方法の実施を始め、本発明を当業者が実施できるようにするため、例を用いて説明してきた。本発明の特許性を有する範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者に自明な他の例も包含する。かかる他の例は、特許請求の範囲の文言上の差のない構成要素を有しているか、或いは特許請求の範囲の文言と実質的な差のない均等な構成要素を有していれば、特許請求の範囲に記載された技術的範囲に属する。
【符号の説明】
【００２２】
１４  ノズル
１８  端部カバー
３０  ボアホール
３２  連続通路
３４  インサート
３６  ろう付け
【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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【外国語明細書】
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