(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジン用燃焼器において、
複数のライナセグメントと支持シェルとを包含し、
各ライナセグメントが前面、後面及び複数の一次冷却用穴を有するパネルと、このパネルの前縁に沿って設けられた前壁と、前記パネルの後縁に沿って設けられた後壁と、前記前壁と前記後壁とを接続する一対の側壁と、前記パネルの後面から延びる複数の取付け用スタッドとを有し、前記ライナセグメントの前壁、後壁及び一対の側壁が前記パネルの後面から所定距離突出していると共に、前記取付け用スタッドの各々がライナセグメント締付け手段を有し、
かつ前記支持シェルが内面と、外面と、前記取付け用スタッドを受け入れる複数の取付け用穴と、前記支持シェルを貫通して延びる複数の二次冷却用穴とを有し、
前記取付け用スタッドが前記取付け用穴を貫通して延びると共に前記ライナセグメント締付け手段が前記支持シェルの外面に作用することによって、前記ライナセグメントが前記支持シェルの内面に固定され、
また前記ライナセグメントの前壁、後壁及び一対の側壁が前記パネルを前記支持シェルから距離を離して置くと共に前記パネルと前記支持シェルとの間の隙間をシールし、これにより、前記二次冷却用穴に入って前記一次冷却用穴の外へ流れる空気が前記ライナセグメントの前壁、後壁及び一対の側壁と前記支持シェルとの間から逃げるのを防止するようになっており、
さらに、前記ライナセグメントの各々が、前記の一対の側壁の間に位置するとともに前記前壁もしくは後壁に連結されて前記パネルを構造的に支持する少なくともひとつのリブを包含し、このリブは、前記の前壁、後壁及び一対の側壁よりも短い突出長でもって前記パネルの後面から突出し、これにより前記ライナセグメントを一層均一に冷却するように該リブと前記支持シェルとの間に空気が通過できる隙間が存在し、この隙間により前記ライナセグメントの前壁、後壁及び一対の側壁と前記支持シェルとの間のシールを前記リブが妨げることがないことを特徴とするガスタービンエンジン用燃焼器。
【請求項２】
請求項１記載のガスタービンエンジン用燃焼器において、前記ライナセグメントの各々が、更に、前記パネルの前縁に沿って延びる前フランジと、前記パネルの後縁に沿って延びる後フランジとを包含し、これらの前フランジ及び後フランジがアーチ状の形状を有して、隣接するライナセグメント間のフィルム冷却流体進路を分断するのを最小にし、これにより、隣接するライナセグメントの前壁からの熱伝達を促進させるようにしたガスタービンエンジン用燃焼器。
【請求項３】
請求項２記載のガスタービンエンジン用燃焼器において、前記ライナセグメントの各々のパネル、前壁、後壁、一対の側壁、リブ及び取付け用スタッドが一片の単位体に一体的に鋳造されているガスタービンエンジン用燃焼器。
【請求項４】
燃焼器壁をライニングするセグメントにおいて、
前面、後面及び複数の一次冷却用穴を有するパネルと、
このパネルの前縁に沿って設けられた前壁と、
前記パネルの後縁に沿って設けられた後壁と、
前記前壁と前記後壁とを接続する一対の側壁と、
前記パネルの後面から延びる複数の取付け用スタッドと、を有し、
前記前壁、後壁及び一対の側壁が前記パネルの後面から所定距離延びていると共に、
前記取付け用スタッドの各々がライナセグメント締付け手段を有し、
かつ前記取付け用スタッドが前記燃焼器壁を貫通して延びると共に、
前記セグメント締付け手段でもって前記取付け用スタッドが前記燃焼器壁の反対側に固定されることによって、前記燃焼器壁がライニングされ、また前記前壁、後壁及び一対の側壁が前記パネルを前記燃焼器壁から距離を離して置くと共に前記パネルと前記燃焼器壁との間の隙間をシールし、これにより、前記燃焼器壁を貫通して流れる空気が前記前壁、後壁及び一対の側壁と前記燃焼器壁との間から逃げるのを防止するようになっており、
さらに、前記セグメントの各々が、前記の一対の側壁の間に位置するとともに前記前壁もしくは後壁に連結されて前記パネルを構造的に支持する少なくともひとつのリブを包含し、このリブは、前記の前壁、後壁及び一対の側壁よりも短い突出長でもって前記パネルの後面から突出し、これにより前記セグメントを一層均一に冷却するように該リブと前記支持シェルとの間に空気が通過できる隙間が存在し、この隙間により前記セグメントの前壁、後壁及び一対の側壁と前記支持シェルとの間のシールを前記リブが妨げることがないことを特徴とする燃焼器壁ライニング用セグメント。
【請求項５】
請求項４記載の燃焼器壁ライニング用セグメントにおいて、更に、前記パネルの前縁に沿って延びる前フランジと、前記パネルの後縁に沿って延びる後フランジとを包含し、これらの前フランジ及び後フランジがアーチ状の形状を有して、隣接するセグメント間のフィルム冷却流体進路を分断するのを最小にし、これにより、熱伝達を促進させるようにした燃焼器壁ライニング用セグメント。
【請求項６】
請求項５記載の燃焼器壁ライニング用セグメントにおいて、前記パネル、前壁、後壁、一対の側壁、リブ及び取付け用スタッドが一片の単位体に一体的に鋳造されている燃焼器壁ライニング用セグメント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、一般にはガスタービンエンジン用燃焼器に関し、更に詳細には、二重壁のガスタービンエンジン用燃焼器に関する。
【０００２】
【発明の背景】
ガスタービンエンジン用燃焼器は、一般に、非常に長い期間の間高い熱負荷にさらされる。したがって、これに伴って起る熱応力を軽減するために、燃焼器の壁を冷却することが知られている。このような冷却は、燃焼器の構成部品の有効寿命を長くし、それ故エンジン全体の信頼性を高めるのに有効である。
【０００３】
従来のひとつの冷却方法によれば、燃焼器は複数のオーバラップする壁セグメントを包含し、これらの壁セグメントは連続して配置され、その各前縁が燃焼器の外側に沿って流れる冷却空気を受けるように位置されている。この壁セグメントの前縁は、冷却空気を壁セグメントの内側、すなわち“熱い側“に向け、これにより壁セグメントの内側のためのフィルム冷却が形成される。しかしながら、このような冷却方法は、冷却を実施するのに必要とする装置が多数の部品を包含するという欠点がある。当業者であれば、コストの面からのみならず、安全性及び信頼性の理由から、ガスタービンエンジンの部品の数を最小にすることはとても価値があることを認識されるであろう。特に、例えばタービン及び圧縮機のような内部構成部品は、エンジンを通して流れる空気流れによって運ばれてきた異物によって損傷をうけやすい。
【０００４】
前述した冷却方法の更に他の欠点は、多数の部品を用いることからエンジン全体の重量が重くなることである。当業者であれば、重量がガスタービンエンジンのすべての構成部品の最終設計パラメータであり、重量を可能な限り最小にすることはとても利益があることを認識されるであろう。
【０００５】
また、従来の他の冷却方法によれば、二重壁構造が採用され、内壁と外壁とが所定の距離離れて設けられている。そして、冷却空気が外壁に形成されている多数の穴を通過し、それから内壁に形成されている多数の穴を通過し、それから最終的に燃焼室内に流れる。この二重壁構造が前述したオーバラッピング壁セグメント構造と比較して有する利点は、二重壁の組立構造体が構造的に一層強固であることである。しかしながら、この二重壁構造は、熱膨張を厳密に計算しなければならない欠点がある。特に、燃焼器内の熱負荷は不均一の傾向がある。その結果として、燃焼器の異なる部品が異なる大きさの熱膨張、応力及びひずみを受ける。したがって、もし燃焼器の設計において不均一な熱膨張、応力及びひずみを計算できなかった場合には、燃焼器の有効寿命に悪い影響を与えるものである。
【０００６】
以上のことから、不均一な熱負荷に適合でき、また重量を最小にすると共に最少数の部品を有するガスタービンエンジン用燃焼器が要望されている。
【０００７】
【発明の開示】
本発明は、このような要望に応じてなされたものである。したがって、本発明の目的は、不均一な熱負荷に適合できるガスタービンエンジン用燃焼器を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、軽量のガスタービンエンジン用燃焼器を提供することにある。
【０００９】
本発明の更に他の目的は、最少数の部品を有するガスタービンエンジン用燃焼器を提供することにある。
【００１０】
本発明の更に他の目的は、安価に製作できるガスタービンエンジン用燃焼器を提供することにある。
【００１１】
本発明の更に他の目的は、最少の冷却空気流量を必要とするだけであるガスタービンエンジン用燃焼器を提供することにある。
【００１２】
本発明の更に他の目的は、改良された保全性を有するガスタービンエンジン用燃焼器を提供することにある。
【００１３】
以上述べた目的を達成するために、本発明によれば、次に述べるようなガスタービンエンジン用燃焼器が提供される。すなわち、本発明によるガスタービンエンジン用燃焼器は、複数のライナセグメントと、支持シェルとを包含する。支持シェルは、内面と、外面と、複数の取付け用穴と、支持シェルを貫通して延びる複数の二次冷却用穴とを包含する。また、各ライナセグメントは、パネルと、前壁と、後壁と、一対の側壁と、複数の取付け用スタッドとを包含する。そして、パネルは、前面と、後面と、これらの前面及び後面を貫通して延びる複数の一次冷却用穴とを包含する。前壁は、パネルの前縁に沿って設けられる。後壁は、パネルの後縁に沿って設けられる。一対の側壁は、前壁と後壁とを接続する。各ライナセグメントの前壁、後壁及び一対の側壁は、パネルの後面から所定の距離延びる。複数の取付け用スタッドは、パネルの後面から延びる。各取付け用スタッドは、締付け手段を備える。以上述べた構造のライナセグメントは、支持シェルに形成されている取付け用穴を貫通して延びる取付用スタッドと締付け手段とによって支持シェルの内面に固定される。そして、ライナセグメントの前壁、後壁及び一対の側壁は、パネルを支持シェルから距離を離して置くと共に、パネルと支持シェルとの間の隙間をシールする。
【００１４】
本発明の一実施例によれば、リブがパネルの後面から延びるように設けられて、パネルを構造的に支持する。
【００１５】
本発明の他の実施例によれば、前フランジ及び後フランジがパネルに設けられて、隣接するライナセグメント間のフィルム冷却流体進路の分断を最小にする。
【００１６】
本発明の好適な実施例によれば、各ライナセグメントのパネル、前壁、後壁、一対の側壁及び取付け用スタッドは、一片の単位体に一体的に鋳造される。
【００１７】
以上述べた本発明の利益は、ガスタービンエンジン用燃焼器が不均一な熱負荷に適合できることである。すなわち、本発明によるライナセグメントと支持シェルとの構造体によれば、熱負荷が燃焼器のどの区域に存在しようとも、その熱負荷に相応する熱膨張を許す。また、隣接するライナセグメント間の隙間が、機械的応力及びひずみの一因となるバインジング（ｂｉｎｄｉｎｇ）、すなわち隣接するライナセグメント間が結合することなしに、熱膨張を許す。更に、各ライナセグメントの前フランジ及び後フランジが、間隔を置いているライナセグメント間のフィルム冷却の分断を最小にすることにより、不均一な熱負荷に適合できる本発明燃焼器の機能を一層高める。
【００１８】
支持シェルとライナセグメントとの構造体の冷却が向上されることも、本発明の他の利益である。すなわち、本発明による支持シェルとライナセグメントとの構造体は、支持シェル及び／又はライナセグメントを横切る熱勾配、それ故燃焼器内の熱応力及びひずみを最小にする。また、本発明による支持シェルとライナセグメントとの構造体は、燃焼器を冷却するのに必要とされる冷却空気の流量を最少にする。当業者であれば、冷却の目的に用いられる冷却空気の流量を最少にすることは優れた利益であることを認識されるであろう。
【００１９】
本発明の更に他の利益は、ライナセグメントの前壁、後壁及び一対の側壁とパネルとが燃焼器の均一な冷却を促進することである。すなわち、特定のライナセグメントの下を支持シェルを通して流れる空気は該ライナセグメントのパネルを通るように向けられ、該パネルを通過することにより該パネルを冷却する。もし、特定のライナセグメントの下に入った空気が隣接する他のライナセグメントの下を通過することが許されるようになっている場合には、該空気が入った特定のライナセグメントを効率良く冷却できないものである。したがって、本発明は燃焼器の均一な冷却を促進させる。
【００２０】
本発明の更に他の利益は、軽量な燃焼器がガスタービンエンジンのために提供されることである。すなわち、各ライナセグメントは鋳造により作られ、製作が容易であると共に重量が最小とされる。各ライナセグメントの要素、すなわちパネル、前壁、後壁、一対の側壁及びパネルから延びる取付け用スタッドは互いに一体的に形成されていることから機械的強さを生じさせる。したがって、各鋳造ライナセグメントのより大きな構造一体性により、ライナセグメントの各独立する要素に通常要求される材料の使用を排除し、その結果重量を減少することができる。
【００２１】
本発明の更に他の利益は、ガスタービンエンジン用燃焼器が最少数の部品でもって提供されることである。すなわち、前述した従来の二重壁燃焼器の設計は、燃焼器の２つの壁を一緒に固定するために多数の独立するナット及びボルトを必要とする。また、従来の二重壁燃焼器の他の設計は、２つの壁を互いから一定の間隔を置いて離しておくためにこれらの壁間に固定される多数のスペーサを必要とする。そして、これら従来の設計の欠点は、スペーサ、ボルト又はナットが自由になり、空気流れによって運ばれる異物となってエンジンの下流側で損傷を生じさせる可能性が大きいことである。特に、これらの異物が燃焼器の内側、すなわち“熱い側”で自由になって空気流れによって運ばれた場合には、恐らく、下流側のタービン又は圧縮機で捕獲されるであろう。これに対し、本発明のライナセグメントは一体的に形成された取付け用スタッドと間隔保持用壁とを有している。追加に必要とされる装置は、スタッドを燃焼器の外側、すなわち“冷い側”に締付けるための手段のみである。すなわち、本発明は、燃焼器内の独立する部品の数を減少させ、それ故エンジン内で自由になって損傷を生じさせる部品の数を減少できる。
【００２２】
本発明の更に他の利益は、燃焼器を安価に製作して組立てることができることである。すなわち、本発明の二重壁構造は、ライナセグメントの取付け用スタッドを受け入れる穴及び冷却用穴を有する板の様な支持シェルと、この支持シェルに取付けられる複数の成形ライナセグメントとを必要とするだけである。したがって、本発明による支持シェルは、スペーサの取付けを必要としない低コストで有効な設計とされている。同様に、ライナセグメントは安価に鋳造でき、かつ支持シェルに容易に取付けられるように設計されている。
【００２３】
本発明の更に他の利益は、支持シェルとライナセグメントとの構造体の保全が容易であるということである。すなわち、本発明によれば、独立するライナセグメントは隣接する他のライナセグメントを分解することなしに、取り替えることができる。
【００２４】
本発明の以上述べた目的、特徴及び利益は、添付図面を参照して詳述する下記の最良な形態の実施例についての説明から一層明らかになるであろう。
【００２５】
【発明を実施するための最良の形態】
図１を参照するに、ガスタービンエンジン用燃焼器１０は複数のライナセグメント１２と、支持シェル１４とを包含する。図１に示されている支持シェル１４は、環状に形成された支持シェルの一部分の断面を表わすものとして示されている。しかしながら、選択的に、燃焼器１０は他の形状例えば円筒形に形成された支持シェル（図示せず）を包含することができる。支持シェル１４は、内面１６と、外面１８と、複数の取付け用穴２０と、内面１６及び外面１８を貫通して延びる複数の二次冷却用穴２２とを包含する。
【００２６】
次に図２及び図３を参照するに、各ライナセグメント１２はパネル２４と、前壁２６と、後壁２８と、一対の側壁３０と、複数の取付け用スタッド３２とを包含する。そして、パネル２４は前面３４（図３を参照）と、後面３６と、これらの前面３４及び後面３６を貫通して延びている複数の一次冷却用穴３８とを包含する。前壁２６は、パネル２４の前縁４０に沿って設けられている。後壁２８は、パネル２４の後縁４２に沿って設けられている。一対の側壁３０は、前壁２６と後壁２８とを接続する。前壁２６、後壁２８及び一対の側壁３０はパネル２４の後面３６から所定の距離延びている。複数の取付け用スタッド３２も、パネル２４の後面３６から延びている。各取付け用スタッド３２は、締付け手段４４（図１を参照）を備える。好適な実施例によれば、スタッド３２にはねじが切られていて、締付け手段４４は複数の止めナット４５から成る。
【００２７】
図２を参照するに、好適な実施例によれば、パネル２４の後面３６から延びるリブ４６を追加の構造支持のために設けることができる。パネル２４の後面３６から延びるリブ４６の高さは、壁２６，２８，３０の高さよりも低い。
【００２８】
図３を参照するに、前フランジ４８が前壁２６から延びており、また後フランジ５０が後壁２８から延びている。これらの前フランジ４８及び後フランジ５０はアーチ形の形状を有し、このアーチ形状は２つの隣接するライナセグメント１２間の流れの移行をスムーズにし、それ故ライナセグメント１２のフィルム冷却の分断を最小にするものである。
【００２９】
各ライナセグメント１２は、幾つかの理由のために鋳造によって形成されている。すなわち、第１の理由は、鋳造によれば、各ライナセグメント１２の構成要素であるパネル２４、壁２６，２８，３０及び取付け用スタッド３２を一片の単位体に一体的に形成することができ、これによりライナセグメント１２の製作を容易にできることである。第２の理由は、鋳造によれば、各ライナセグメント１２の重さを最小にすることができることである。特に、ライナセグメント１２の全ての構成要素を一片の単位体に一体的に形成することにより、各構成要素は隣接する他の構成要素と一体になって機械的強さを生じさせるものである。その結果として、独立する構成要素を非常に少なくすることができ、これにより、構成要素間を結合する媒体を用いる必要性を除去することができる。第３の理由は、鋳造によれば、各ライナセグメント１２の寸法の均一性を高めることができることである。そして、均一なライナセグメント１２は、ライナセグメント１２間の隙間の均一性及びライナセグメント１２の高さの均一性を高めるものである。そして、ライナセグメント１２間の均一な隙間は隣接するライナセグメント１２間が結合するのを最小にし、またライナセグメント１２の均一な高さは一層滑らかな集合流れ表面を作るものである。
【００３０】
再び図１を参照して、燃焼器１０の組立てについて説明すると、各ライナセグメント１２の取付け用スタッド３２が支持シェル１４の取付け用穴２０に受け入れられ、スタッド３２が支持シェル１４の外面１８から突出するようにされる。それから、止めナット４５がスタッド３２に螺合され、これにより、ライナセグメント１２が支持シェル１４の内面１６に固定される。この場合、支持シェル１４内におけるライナセグメント１２の位置及びライナセグメント１２の幾何学的形状に依存して、ひとつ又はそれ以上の止めナット４５が他の止めナットとスタッドとの組合せよりも締付けが弱くされ、これによりライナセグメント１２が特定の方向へ熱膨張できるようにされる。しかしながら、いかなる場合においても、ライナセグメント１２は支持シェル１４の内面１６とライナセグメント１２の壁２６，２８，３０（図２及び図３を参照）との間にシールを作るように十分に締付けされるものである。
【００３１】
また、図２を参照するに、もしライナセグメント１２が追加の構造支持用のリブ４６を有している場合には、パネル２４の後面３６から延びるリブ４６の高さは壁２６，２８，３０の高さよりも低くされ、これにより、リブ４６と支持シェル１４の内面１６との間に隙間が残される。この隙間は、冷却空気がリブ４６の下に入るのを許す。
【００３２】
以上本発明をその実施例に関して図示し詳述してきたけれども、請求した本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、その形態及び詳部においてさまざまな変更ができることは当業者にとって理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるガスタービンエンジン用燃焼器の一例を示す一部断面図である。
【図２】図１に示されるライナセグメントのひとつを拡大して示す斜視図である。
【図３】図２に示されるライナセグメントを３−３線に沿って拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
１０    燃焼器
１２    ライナセグメント
１４    支持シェル
１６    内面
１８    外面
２０    取付け用穴
２２    二次冷却用穴
２４    パネル
２６    前壁
２８    後壁
３０    側壁
３２    取付け用スタッド
３４    前面
３６    後面
３８    一次冷却用穴
４０    前縁
４２    後縁
４４    締付け手段
４５    止めナット
４６    リブ
４８    前フランジ
５０    後フランジ
【図１】
0003911307.tif 000002
【図２】
0003911307.tif 000003
【図３】
0003911307.tif 000004