(57)【要約】      （修正有）【課題】ＣＭＣライナの強化冷却のための一体化バッフルシステムを提供する。【解決手段】ＣＭＣライナ３００、７００の強化冷却のための一体化バッフルシステムは、ドーム取り付け組立体２００、外側ライナ３００、及び内側ライナ７００をもつ燃焼器組立体で構成される。ライナは、ＣＭＣ（セラミックマトリックス複合材料）から製造したもの及びそのプロセスで製造したものを含む。外側バッフル５００及び内側バッフル８００等の１つ又はそれ以上のライナバッフル５００、８００は、ライナの全域の圧力降下を低減するために設けられ、追加の又は更なる冷却孔を可能にして、結果的に所要の冷却空気量を増大させることなく冷却孔の間隔を減少する。ＣＭＣライナ３００、７００は、必要に応じて、ＣＭＣの従来の設計を用いることで可能になる成形及び孔整列を上手く利用するように組み込むことができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
前端及び後端をもつ１つ又はそれ以上のバッフルに結合されるＣＭＣライナフランジを有するＣＭＣ燃焼器ライナを備える、ＣＭＣライナの強化冷却のための一体化バッフルのシステム。
【請求項２】
前記バッフルは、どちらか一方の端部ではシールされない、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記バッフルは、各バッフルの一方の端部でのみシールされる、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記バッフルは、両端でシールされる、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
内側バッフルは、前端でボルト留めされ、前記前端は、ドームプレートへの前側マウントであり、後端は自由なままとすることができる、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記バッフルは、ピストンリングシールハウジングを組み込むことができ、これによりピストンリングシールを収容するシールハウジングを支持するシールハウジング支持部を提供する、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記バッフルの後端は、ピストンリングハウジング及び該ピストンリングハウジング上に設けられるピストンリングシールを有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
ライナリテーナ及びシールを更に備える、請求項６に記載のシステム。
【請求項９】
半径方向に延びるか又は選択された円錐角を有するＣＭＣライナフランジを更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前端及び後端をもつ１つ又はそれ以上のバッフルに結合されるＣＭＣライナフランジを有するＣＭＣ燃焼器ライナを備え、前記バッフルの後端は、ピストンリングハウジング及び該ピストンリングハウジング上に設けられるピストンリングシール、ドームプレート、ライナリテーナ、及びシールを有する、ＣＭＣライナの強化冷却のための一体化バッフルのシステム。
【請求項１１】
前記バッフルは、どちらか一方の端部ではシールされない、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記バッフルは、各バッフルの一方の端部でのみシールされる、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記バッフルは、両端でシールされる、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１４】
内側バッフルは、前端でボルト留めされ、前記前端は、ドームプレートへの前側マウントであり、後端は自由なままとすることができる、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１５】
前記バッフルは、ピストンリングシールハウジングを組み込むことができ、これによりピストンリングシールを収容するシールハウジングを支持するシールハウジング支持部を提供する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１６】
半径方向に延びるか又は選択された円錐角を有するＣＭＣライナフランジを更に備える、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１７】
前記バッフルの後端は、ピストンリングハウジング及び該ピストンリングハウジング上に設けられるピストンリングシールを有する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１８】
ドームプレート、ライナリテーナ、及びシールに結合されるＣＭＣライナフランジを有するＣＭＣ燃焼器ライナを備え、バッフルを備えていない、ＣＭＣライナの強化冷却のための一体化バッフルのシステム。
【請求項１９】
前記燃焼器ライナは、タービンノズルに対する直接的なシール境界面を備える、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
ドームプレート、ライナリテーナ、及びシールに結合されるＣＭＣライナフランジを有するＣＭＣ燃焼器ライナを備え、バッフルを備えておらず、前記燃焼器ライナはタービンノズルに対する直接的なシール境界面を備える、ＣＭＣライナの強化冷却のための一体化バッフルのシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＭＣライナの強化冷却のための一体化バッフルシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、構成要素として燃焼器を備えている。空気は、エンジンに流入して圧縮機を通って流れる。加圧空気は、１つ又はそれ以上の燃焼器を経由する。燃焼器内には、燃焼器を通る空気流に燃料を導入するように機能する１つ又はそれ以上のノズルがある。一般に、点火装置は、燃焼器内で結果として得られた空気燃料混合物に点火するために使用される。燃焼空気燃料混合物は、燃焼器を出てタービンを通ると同時にタービン翼に力を作用させて、エンジンを回転させて動力を作り出すように仕事をする。
【０００３】
タービンエンジンの運転者は、所望の高効率で作動しながら低エミッションを実現することを望む。エミッション源としての燃焼器に注目すると、低エミッション燃焼器に関して解決すべき問題は、ＮＯｘを低減するために、燃焼に関して大量の空気を使用することである。一般に、噴流孔膜冷却を利用して、冷却に必要な空気量を低減する努力がなされてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７，６６５，３０７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の噴流孔膜冷却は、孔の間の間隔が大きくなりすぎた場合には有用ではなく、望ましくない各孔の間のホットストリークの発生という結果につながっていた。  
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この問題をＣＭＣ燃焼器ライナの強化冷却のための一体化バッフルによって解決する実施形態が提供される。他の実施形態では、この問題は、ライナ冷却フィード圧を低減することで利用可能な冷却空気を最適に使用するバッフルを備えることで解決でき、高密度に構成される冷却パターンを用いることができるので、ライナ上で良好な膜効果及び低いガス表面温度がもたらされる。更に、従来構成のＣＭＣライナに関する問題は、ライナの前端に燃焼器支持部が存在し、ライナの後端にシールハウジング支持部が存在することである。その結果、内側通路及び外側通路を流れる空気は２度妨害される、つまり、最初の妨害は燃焼器支持部の存在に起因し、２度目の妨害はシールハウジング支持部の存在に起因する。これらの妨害により、望ましくない空気力学的後流及び関連の運転効率の低下につながる。
【０００７】
バッフルの実施形態は、バッフルをシールハウジング支持部に一体化して、２度目の妨害及びその空気力学的後流及び効率の低下への影響をなくすことでこの問題を解決する。
【０００８】
本実施形態とは対照的に、従来のＣＭＣ燃焼器ライナはバッフルを備えていない。その代わりに、高密度の冷却孔パターンを使用して、本明細書の実施形態及び代替例よりも非常に多くの冷却空気を必要とする。
【０００９】
本実施形態により、ＣＭＣライナのガス側表面温度を低下させる高密度の冷却パターンが可能になる。その結果、ＣＭＣライナ耐久性が非常に高くなり、限られた冷却空気量を課する製品タイプ要件を満たすことができる。
【００１０】
本実施形態により、必要であれば、更にバッフルをピストンリングシールハウジングの支持部に組み込み、燃焼器システムの全重量を低減することが可能になる。代替例では、既存システムの部品数が少なくなるのでコスト及び製造時間の低減につながる。また、軽量化により燃料消費率（ＳＦＣ）が改善されて運転コストの低減につながる。
【００１１】
バッフル付きＣＭＣライナの実施形態により、ＣＭＣライナフランジによって引き起こされる空気力学的後流及び損失を低減及び／又はなくすように、バッフルは必要に応じて成形することができる。通路損失を低減することで、冷却空気は、下流ハードウェアに対して高圧状態及び良好な逆流マージンで分配することができるので、関連のタービン構成要素デザインに関して高い耐久性をもたらすことになる。
【００１２】
代替例のバッフルは、必要に応じて背面冷却空気を導いて背面の熱伝達係数を高くするようになっている。熱伝達係数が高くなると、低い運転温度が低くなり、更に構成要素の応力が低減されるので、ＣＭＣライナの耐久性の改善につながる。
【００１３】
バッフルの実施形態は、構造体を取り囲む放射熱伝達遮蔽をもたらすので、構造体は運転時に冷たい空気を受けることができる。従って、構造体を取り囲むことは、従来のデザイン以上の低い温度での運転を最適化するように選択された材料及びデザインで形成できるので、従来よりも高い効率及び低いコストにつながる。
【００１４】
更に、低い温度は、低い分解修理コスト、及び少ない頻度の分解修理及び／又は関連構造体の取り替えをもたらすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】飛行機ガスタービンエンジンの断面図。
【図２】ＣＭＣライナの強化冷却のための一体化バッフルシステムの選択された特徴部を示す断面図。
【図３】図２のシステムの選択された詳細部を示す図。
【図４】図２のシステムの別の選択された詳細部を示す図。
【図５】ＣＭＣライナの強化冷却のための一体化バッフルシステムの構成要素としての衝突ジャケットに関する詳細を示す図。
【図６】ＣＭＣライナの強化冷却のための一体化バッフルシステムの構成要素としての他の衝突ジャケットに関する詳細を示す図。
【図７】ＣＭＣライナフランジの方向に関する詳細を示す図。
【図８】ＦＣＭＣライナの強化冷却のための強化冷却のためのシステムである他の実施形態に関する詳細を示し、燃焼器ライナは、タービンノズルとの直接シール境界面を備える。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（複数の実施形態及び代替例）
ＣＭＣライナの強化冷却のための一体化バッフルシステムは、ドーム取り付け組立体２００、外側ライナ３００、及び内側ライナ７００を有する燃焼器組立体１００で構成される。ライナ３００、７００は、ＣＭＣ（セラミックマトリックス複合材料）から製造したもの及びそのプロセスで製造したものを含む。外側バッフル５００及び内側バッフル８００等の１つ又はそれ以上のライナバッフルは、ライナ３００、７００の全域の圧力降下を低減するために設けられ、追加の又は更なる冷却孔を可能にして、結果的に所要の冷却空気量を増大させることなく冷却孔の間隔を減少する。ＣＭＣライナ３００、７００は、必要に応じて、ＣＭＣの従来の設計を用いることで可能になる成形及び孔整列を上手く利用するように組み込むことができる。
（実施形態の説明）
ライナバッフル５００、８００は、必要に応じて、使命、構成、境界面、及び他のＣＴＱに応じて高温超合金、酸化物ＣＭＣ又はＳｉＣＳｉＣ  ＣＭＣを含む材料で構成される。バッフル５００、８００の実施形態により、ある所定量の冷却空気の噴流孔膜冷却の効果を高めることができる。これは、材料の伝導性が比較的低いので効果的な冷却の主要な方法が噴流膜冷却であるという点で、ＣＭＣ燃焼器ライナを冷却しようするときの困難性を解消する。詳細には、冷却パターンにおいて単純に金属ライナからＣＭＣライナへ交換する問題点は、バッフル５００、８００のないＣＭＣライナ３００、７００が同量の冷却を使用するので、ＣＮＣの潜在的な利点を無くすことである。バッフル５００、８００は、バッフル５００、８００の孔又はカットアウトを利用してその全域での圧力損失量を制御することで機能する。従って、ライナ３００、７００の冷却フィード圧は、所定値まで低下するので、狭い孔の間隔での噴流膜冷却を利用してライナ３００、７００の高温側で同じ空気量で実現できるものよりも効果的な冷却が得られる。つまり、膜冷却の効果は、ある所定量の冷却空気に関してバッフル５００、８００を用いることで高くなる。
【００１７】
バッフル５００、８００の実施形態は、外側バッフルのピストンリングシールハウジング５３０及び内側バッフルのシールハウジング８４０を外側ピストンリングシール６００及び内側ピストンリングシール９００と一緒に支持するようになっている。バッフル５００、８００の代替例は、ライナの一端に固定され、ＣＭＣと金属との間のアルファミスマッチによって他端は遊動している。代替例では、必要に応じて、バッフルは、シールされない、どちらかがシールされる、又は両方シールされる。
【００１８】
図４を参照すると、内側バッフル８００は、前側取り付け部８１０である前端でドームプレート２１０にボルト留めされ、後端８０３は自由端のままである（図６参照）。代替例では、バッフル８００はピストンリングシールハウジング８４０を備え、これによってシールハウジング８４０を支持し、ピストンリングシール９００を収容するシールハウジング支持部８３０が提供される。シールハウジング支持部８３０をバッフル８００に一体化すると部品数及びコストの低減につながる。
【００１９】
バッフルの実施形態は、例えば、外側ライナの前側取り付けフランジ３１０及び内側ライナの前側取り付けフランジ７１０等の、ＣＭＣライナフランジの周りの空気力学的後流及び損失を制御する手段を備え、これによって下流フィード圧の均一性を改善して局所的な逆流を低減する。
【００２０】
必要に応じて、バッフル５００、８００は、きれいな空気力学的形状を備えるように形作られて、ガスが外側に向いたライナフランジ３１０、７１０のそばを通って流れる際に、大きな空気力学的後流及びその結果生じる損失を無くすこと又は低減するようになっており、これにより、大きな後流を有するバッフル無しのデザインに関する問題が解決され、内部通路において負の軸流がもたらされて、さもなければ燃焼器ライナ、ステージ１  ＨＰＩノズル、翼、及びシュラウド等の下流ハードウェアに対する低い冷却フィード圧をもたらす場合がある流れ場等の有害な態様を防止する。
【００２１】
バッフルの実施形態は、ＣＭＣライナ背面冷却効果を高めるために使用する。例えば、必要に応じて、バッフル面の孔及び／又はカットアウトは開口として形成され、外側バッフルの流れ抵抗部５２０上に配置され、内側バッフルの流れ抵抗部８３０を内側バッフル８００に組み込むようになっている。これらの開口により、空気はライナ冷却フィード圧への制御された圧力低下をもたらしながら通過することができ、これらの開口は、ＣＭＣライナ低温側の熱伝達係数が高くなるよう、この同じ空気がライナ３００、７００にこすりつけられる、衝突すること、さもなければその上を流れることができるように提供される。高い背面熱伝達係数により、より多くの熱をＣＭＣから奪うことができ、低いＣＭＣライナ作動温度、低減されたバルク熱応力、及び改善された耐久性につながる。ライナ３００、７００から周囲の構造体への放射熱伝達は、金属の片割れよりも高い温度で作動する傾向があるので、望ましくないＣＭＣライナ特性をもたらす。従って、ライナバッフル５００、８００は、燃焼器組立体１００を取り囲む構造体のための強化された放射熱遮蔽をもたらす。従って、別の実施形態は、ケース及びそれぞれ外側ライナ３００及び内側ライナ７００からの前側内側ノズル支持部（ＦＩＮＳ）を遮蔽するように形成及び配置されるバッフル５００、８００をもたらす。
【００２２】
図７に示すように、ＣＭＣライナフランジの方向は、エンジンのコアに対して全く半径方向とすること、又はユーザが選択した円錐角とすることができる。
【００２３】
図８に示すように、他の実施形態では、バッフルは存在しない。本実施形態において、ＣＭＣライナの強化冷却のためのシステムは、ドームプレート２１０に結合されるＣＭＣライナフランジ３１０、７１０を有するＣＭＣ燃焼器ライナ３００、７００、ライナリテーナ４００、８２０、及びシール６００、９００を備え、燃焼器ライナ３００、７００は、タービンノズルとの間の直接的なシール境界面をもたらす。
【００２４】
本明細書では本発明の好ましい実施形態及び例示的な実施形態に関して説明するが、当業者であれば本発明の他の変更例を理解できるはずであり、本発明の真の精神及び範囲にある全ての変更例は添付の請求項により保護されることが望ましい。
【符号の説明】
【００２５】
３００  外側ライナ
３１０  ライナフランジ
５００  ライナバッフル
７００  内側ライナ
７１０  ライナフランジ
８００  ライナバッフル
【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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