JP2002515960A - 低温プレナムを高温チャンバにリンクする連結管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 プレナムを燃焼チャンバに連結する噴射チューブは、長手軸を有し、かつ低温プレナム・ポートまたはその他の部品に挿入されるように適合された第１の開口と、長手軸を有し、かつ高温チャンバ・ポートまたはその他の部品に挿入されるように適合された第２の開口とを含む。２つの部品間の異なる熱膨張によって引き起こされる曲げの力、軸力、および捩れの力に順応するため、チューブの開口は、ポートと開口の完全な密封状態を維持しながら各対応ポート内で多数の自由度を有するように構成される。例示的な一実施形態では、第１の開口の外側表面の形状によって、第１の開口は第１の開口の長手軸に平行に自由に滑ることができ、かつ第１の開口の長手軸と第１の開口の外側表面の横軸のそれぞれを中心として回転することができる。チューブの外側表面には、チャンバの外側表面に取り付けられたピボットに係合するように、またチャンバの外側表面自体に係合するように構成されたロッカ・アームが取り付けられている。ロッカの係合によって、第２の開口は、チューブの軸運動を拘束しながら第２の開口の横軸を中心に回転することができ、それによって、チャンバ・ポートからの第２の開口の離脱が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】 低温プレナムを高温チャンバにリンクする連結管 発明の分野： 本発明はタービン・エンジン部品に関し、詳細には作動流体を１つの部品から 別の部品に運ぶ手段に関する。 発明の背景： 様々なタイプのエンジンでは、ガスまたはその他の流体を１つの部品から別の 部品に運ぶ導管がしばしば必要である。ガスタービン・エンジンでは、例えば圧 縮機から出る空気をプレナム内に収集して燃料と混合する。次いでこの空気・燃 料混合物はベンチュリまたはその他の導管内を流れて燃焼チャンバに至り、その 混合物がそこで点火されて高温ガスを形成する。ほとんどのエンジニアリング・ マテリアルは加熱されると膨張することから、高温ガスの生成によって燃焼チャ ンバは拡張する。高温の燃焼ガスにさらされていないプレナムは、燃焼チャンバ が膨脹するほどには熱による膨張が生じない。 Ｍｏｗｉｌｌに付与された米国特許第５５７２８６２号（「’８６２特許」） に開示されているようなガスタービン・エンジン・モジュールでは、理想的な噴 射チューブ・チャンバ構成は、実質上接線方向にチューブがチャンバに入ってい るものである。加えてチューブは、導管としての役割を有効に果たすため、プレ ナムと燃焼チャンバの両方の端部にしっかりと固定しなければならない。燃焼チ ャンバの熱膨張がプレナムの熱膨張よりも極端に大きいこのような配置では、チ ューブは著しい軸応力および曲げ応力とそれに対応したひずみを受け易い。チュ ーブひずみにより誘導されたチャンバに抗する圧力が、チャンバ・ライニングを 破壊するのを防止する試みでは、理論上、チューブとチャンバの間の境界面、チ ューブとプレナムの境界面に隙間を設けることができる。しかし、このような隙 間によって必然的に空気漏れが生じ、それによってエンジンの効率が低下する。 したがって、境界面の密封の完全性を維持すると同時に、２つの部品間の熱膨張 の相当な差異に順応するように設計された、１つの部品を別の部品に連結する導 管が必要である。 発明の概要： 本発明の原理によれば、噴射チューブまたは類似の導管は、プレナム・ポート またはその他の部品に挿入するように適合された第１の開口と、高温のチャンバ ・ポートまたはその他の部品に挿入するように適合された第２の開口を含む。２ つの部品間の異なる熱膨張によって引き起こされた曲げの力、軸力、および捩り の力に順応するために、チューブの開口は、ポートと開口の密封の完全性を維持 しながら、対応する各ポート内で多数の自由度を有するように構成される。 本発明の一実施態様において、第１の開口は、その開口の入口平面が垂直に配 置されてもまたは配置されなくてもよく、開口の周辺全体の周りで盛り上がり丸 みをつけられ、かつプレナム・ポートに組み込まれている円筒状スリーブ内に嵌 合するように構成された外側表面などの固定要素を含み、その結果、以下に球面 滑り結合器と呼ぶものが創り出される。第１の開口の外側表面形状のために、第 １の開口は第１の開口の長手軸に平行に自由に滑ることができるとともに、第１ の開口は第１の開口の長手軸および第１の開口の外側表面の横軸のそれぞれを中 心に回転することができる。第２のチューブ開口は、その出口平面が垂直に配置 されてもまたは配置されなくてもよく、横軸を中心に回転可能にチャンバ・ポー トに係合するように構成され、その結果、以下に偏心球面結合器と呼ぶものが創 り出される。チューブの外側表面には固定要素が取り付けられ、これは例えばチ ャンバの外側表面に取り付けられたピボットなどの別の固定要素に係合するよう に、またはチャンバの外側表面自体に係合するように構成されたロッカ・アーム である。ロッカの係合によって、チューブの軸運動を拘束しながら第２の開口が 第２の開口の横軸を中心に回転することが可能になり、それによって、第２の開 口がチャンバ・ポートから離脱することを防止する。あるいは第２の開口は、輪 郭がついた凸部および凹部などの固定要素を備えた外側表面を含み、これはチャ ンバ・ポート表面に組み込まれて輪郭がついた凸部および凹部など、対応する固 定要素に回転可能に係合するように構成される。第２の開口の外側表面形状のた め、第２の開口は、チューブの軸運動を拘束しながら第２の開口の横軸を中心に 回転することができ、それによって、第２の開口がチャンバ・ポートから離脱す ることを防止する。 本発明の原理の有用性は、’８６２特許に開示されているエンジン・モジュー ルに限定されないことに留意することが重要である。本発明は、１つの部品が別 の部品とは異なって膨張する、任意の燃焼型エンジンによって実施することがで きる。 図面の簡単な説明： 本発明は、図面とともに以下の詳細な説明を読めばさらに理解されよう。図で 同じ参照番号は同じ要素を示すために使用する。 第１図は、従来技術によるプレナムを環状燃焼チャンバに連結する噴射チュー ブの側面図である。 第２図は、本発明の特徴を組み込んだ噴射チューブの側面図である。 第３図は、本発明の特徴を組み込んだ、噴射チューブとプレナムの間の境界面 を示す横断面図である。 第４図は、本発明の特徴を組み込んだ、噴射チューブと環状燃焼チャンバの間 の境界面を示す横断面図である。 第５図は、噴射チューブと環状燃焼チャンバの間の境界面の代替実施形態を示 す横断面図である。 詳細な説明： 図面は、一般的な組立て方式を例示することを目的とし、一定の縮尺で示した ものではない。説明および請求の範囲では、左、前、後ろなどの用語は、説明の 目的で使用される。しかし、本明細書で述べる本発明の実施形態は、示されてい る以外のその他の方向でも動作可能であり、このように使用される用語は相対的 な位置を述べることのみを目的とし、適切な環境下で置換可能であることを理解 されたい。 第１図は一般に、多くの燃焼型エンジンの適用分野で般的な流体噴射システム を示し、詳細には’８６２特許によって考察される環状燃焼器システムを示す。 このような環状燃焼器システムを実装するガスタービン・エンジンでは、圧縮器 を出る空気がプレナムまたはその他の上流部品１０内に収集され、燃料と混合さ れる。次いで、得られた空気・燃料混合物は噴射チューブ２０内を流れて燃焼チ ャンバ３０に至り、そこで混合物が点火されて高温ガスを形成する。チューブ２ ０は各端部に固定されており、実質上接線方向でチャンバ３０に入る。’８６２ 特許でより十分に論じられるように、この接線方向の進入の目的は、チャンバ３ ０内に空気・燃料混合物の半径方向の渦を創り出すことであり、それによってチ ャンバ内での最大滞留時間を長くし、その結果、量的に最大限の混合物の燃焼が 行われ、排気が低減する。チャンバ３０内での高温ガスの生成によって、チャン バ３０が膨張する。高温点火ガスにさらされていないプレナム１０は、チャンバ ３０が膨脹するほどには熱による膨張が生じない。プレナム１０に対するチャン バ３０の膨張関連の動きは、チューブ２０に著しい軸応力および曲げ応力とひず みを与え、その結果、プレナム１０および／またはチャンバ３０を破裂させる可 能性がある。 第２図は、本発明の一実施形態の特徴を組み込んだ中空噴射チューブ４０を示 す。チューブ４０は、外部表面５１および内部表面（図示せず）を有する。チュ ーブ４０は、第１の開口６０および第２の開口７０を含み、それぞれは、チュー ブ４０の各端部で形成されたそれぞれの周辺と、外側表面５１の部分により区画 されている。入口平面６１が垂直に配置されている第１の開口６０は、長手軸５ ２と、第１の開口６０の全周辺の回りが盛り上がった外側表面９０を含む。第２ の開口７０は、長手軸５０と、表面部分１００Ａおよび１００Ｂを有する外側表 面１００を含む。表面１００の輪郭は、それぞれの実施形態に応じて決め、また は曲げることができる。第２の開口７０の出口平面７１は、燃焼チャンバの環状 表面に一致するように構成される。ロッカ・タブ８０は、外部表面５１上に形成 されている。ロッカ・タブ８０の機能を以下に詳細に説明する。 第３図は、噴射チューブ４０とプレナム１０の間の連結を示しており、第１の 開口６０がプレナム・ポート１１０に挿入されて本明細書で球面すべり継ぎ手と 呼ぶものを創り出している。外側表面９０は、プレナム・ポート１１０に組み込 まれた円筒形スリーブ１２０の内側表面１１９に滑動可能に係合するように構成 される。チューブ４０に付与された軸力、曲げの力、および捩りの力に順応する ため、外側表面９０は、開口６０がその開口の長手軸５２に平行に自由に滑るこ とができるように、また表面９０によって決められた直径１２２の中心を通過す る開口軸５２と直交する任意の軸を中心に開口６０が回転できるように、また開 口６０が開口の長手軸５２を中心に回転できるように、円筒形スリーブ１２０に 係合する。 第４図は、噴射チューブ４０と燃焼チャンバ３０の間の連結を示し、第２の開 口７０がチャンバ・ポート７１と流体連絡している。チューブ外部表面５１と一 体化している第２の開口の外側表面１００Ａ、１００Ｂは、チャンバ外部表面１ ３１から形成され、またその一部であるチャンバ・ポート表面１３０Ａ、１３０ Ｂに回転可能に係合している。表面部分１００Ａ、１００Ｂのチャンバ・ポート 表面部分１３０Ａ、１３０Ｂとの係合によって、チューブ４０は第２の開口７０ の中心から外れた軸２００を中心に自由に回転することができる。軸２００に最 も近い表面部分１００Ａは凹面であり、それに対応した凸面部分１３０Ａに係合 している。軸２００から遠位にある表面部分１００Ｂは凸面であり、それに対応 する凹面部分１３０Ｂと係合する。表面部分１００Ａ、１００Ｂおよび１３０Ａ 、１３０Ｂが湾曲したプロフィルを有するように形成することによって、チュー ブ４０をチャンバ３０にのみ係合させることができ、これはまず上方表面部分１ ００Ａ、１３０Ａを係合させ、さらにチューブ４０を軸２００を中心に下方に回 転させ、表面部分１００Ｂと１３０Ｂを係合させることによる。係合すると、チ ューブ４０は、ポート７１から離脱しない間は表面部分１００Ａ、１００Ｂ、１ ３０Ａ、１３０Ｂの拘束を受けるので、軸２００を中心に回転するよう強いられ る。この結合の形を、以後、偏心球面結合と呼ぶ。 第５図は、噴射チューブ４０と燃焼チャンバ３０の間の別の偏心球面結合を示 し、第２の開口７０がチャンバ・ポート７１と流体連絡している。第２の開口の 規定された外側表面１００はチューブ外部表面５１と一体化しており、チャンバ 外部表面１３１から形成されかつその一部である表面部分１３０Ａおよび１３０ Ｂを有するチャンバ・ポートの表面１３０に、滑動可能に係合する。表面１００ および１３０は、チューブ４０を軸方向に完全に拘束しない。したがって、少な くとも１つのロッカ・タブ８０が外部表面５１に沿って形成され、チャンバ外部 表面１３１自体にバイアスされて係合することができ、あるいは実施形態に示す ように、チャンバ外部表面１３１上に形成されたピボット・タブ１４０に係合す ることができる。ロッカ・タブ８０およびピボット・タブ１４０の係合表面は湾 曲していることが好ましいが、正方形、長方形、あるいは他の幾何的形状に形成 することが可能である。チューブ４０に付与される曲げの力に順応するため、ロ ッカ・タブ８０はピボット・タブ１４０により、開口７０がポート表面１３０か ら離脱しないように係合される。ロッカ・タブ８０とピボット・タブ１４０の係 合によって、開口７０は、規整された表面１００、１３０によって生じる拘束か らいくらか自由であり、チャンバ３０によってチューブ４０に加えられた半径方 向力ベクトルによって決まる軸に直角な軸を中心に回転することも可能である。 本発明の任意の実施形態では、第２の開口７０とチャンバ・ポート７１の間の境 界面での漏れを低減するため、必要に応じて補助密封手段を使用することができ る。 本発明を例示的な実施形態に関して述べてきたが、本発明の精神または範囲か ら逸脱することなく、例示的実施形態に様々な変更および修正を加えることが可 能であることを当業者なら理解するであろう。本発明の範囲は、図示しかつ説明 した例示的な実施形態に決して限定されるものではなく、本発明は後添の請求の 範囲によってのみ限定されるものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＮ，ＩＤ，Ｊ Ｐ，ＫＲ 【要約の続き】 き、それによって、チャンバ・ポートからの第２の開口 の離脱が防止される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．プレナム・ポートを有するプレナムをチャンバ・ポートを有するチャンバ に連結する流体噴射装置であって、 外部表面と、その外部表面から形成された周辺により決められ、プレナム・ポ ートに挿入され、プレナム・ポートと流体連絡するように適合された第１の開口 と、前記外部表面で形成された周辺により決められ、チャンバ・ポートと動作可 能に連結され、チャンバ・ポートと流体連絡するように適合された第２の開口と を有する導管を含み、 前記第１の開口が、プレナム・ポートに係合するように適合された部分的球面 を有し、 前記第２の開口が、前記導管の中心から外れた横軸を中心に回転できるように チャンバの外部表面に係合するように構成された装置。 ２．前記第１の開口が、前記第１の開口のプレナム・ポート内で前記導管の長 手軸に平行に自由に滑ることができ、前記第１の開口のプレナム・ポート内でプ レナム・ポートに垂直な任意の平面内で回転することができ、かつ前記第１の開 口のプレナム・ポート内で前記長手軸を中心に回転できるように構成された球面 滑り継ぎ手を含む請求項１に記載の装置。 ３．前記第２の開口がロッカ・タブをさらに含み、前記ロッカ・タブがチャン バ外部表面にバイアスされて係合するように構成された請求項１に記載の装置。 ４．前記第２の開口が、前記中心から外れた横軸の近位にある凹面と、前記中 心から外れた横軸の遠位にある凸面を含む請求項１に記載の装置。 ５．プレナムをチャンバに連結する流体噴射装置であって、 第１の開口を決める外部表面を有する実質上円筒状の中空チューブであって、 前記第１の開口がプレナムに挿入されてプレナムと流体連絡するように適合され 、前記外部表面が、チャンバと動作可能に連結されてチャンバと流体連絡するよ うに適合された第２の開口を決め、 前記第１の開口が長手軸を有し、かつ前記第１の開口の外部表面の周りで盛り 上がり丸みをつけられたプレナム・ポートに挿入されるように適合された外側表 面を含み、前記外側表面が、前記第１の開口のプレナム・ポート内で前記長手軸 に平行に自由に滑ることができるように構成され、前記外側表面が、前記第１の 開口のプレナム・ポート内でプレナム・ポートに垂直な任意の平面内で回転でき るように構成され、前記外側表面が、前記第１の開口のプレナム・ポート内で前 記長手軸を中心に回転できるように構成された中空チューブと、 前記外部表面に沿って前記第２の開口の近位に配置され、前記第１の開口がチ ャンバ・ポートから離脱しないようにチャンバ外部表面に係合するロッカ・タブ とを含む装置。 ６．プレナム内で形成された流体混合物を受け取り、それを燃焼させる装置で あって、 外部表面と、前記外部表面から形成された少なくとも１つのポートと、前記外 部表面から形成された少なくとも１つの第１の固定要素とを有するチャンバと、 外部表面と、前記外部表面で形成された周辺により決められ、プレナムに挿入 されてプレナムと流体連絡するように適合された第１の開口と、前記外部表面で 形成された周辺により決められ、前記チャンバ・ポートと流体連絡する第２の開 口とを有する少なくとも１つの導管であって、 前記第１の開口が長手軸を有し、プレナム・ポートに挿入されプレナム・ポー ト内で多数の自由度をもつように適合された第２の固定要素を含む導管と、 前記導管外部表面で形成され、前記第１の固定要素に旋回可能に連結し、それ によって前記第２の開口が前記チャンバ・ポートから離脱するのを防止する第３ の固定要素と を含む装置。 ７．前記第１の固定要素がピボット・タブを含む請求項６に記載の装置。 ８．前記第１の固定要素が、輪郭付きのチャンバ・ポート表面を含む請求項６ に記載の装置。 ９．前記第２の固定要素が、前記第１の開口のプレナム・ポート内で前記長手 軸に平行に自由に滑るように構成され、 前記第２の固定要素が、前記第１の開口のプレナム・ポート内で、プレナム・ ポートに垂直な任意の平面内で回転できるように構成され、 前記第２の固定要素が、前記第１の開口のプレナム・ポート内で、前記長手軸 を中心に回転できるように構成された請求項６に記載の装置。 １０．前記第２の固定要素が前記第１の開口の外側表面を含み、前記第１の開 口の外側表面が、前記第１の開口の周辺全体の周りで盛り上がり丸みをつけられ ている請求項９に記載の装置。