JP2003279044A - ガスタービンエンジンの燃焼器用の波形カウル及びその構成方法 - Google Patents
ガスタービンエンジンの燃焼器用の波形カウル及びその構成方法Info
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Abstract
いるカウル(22、26)を提供する。 【解決手段】 該カウル(22、26)は、環状の波形
部(40)を有する外側カウル(22)を含む。ガスタ
ービンエンジンの燃焼器(10)は、ライナ(14、1
6)を有しかつ燃焼室(12)を形成する中空の本体
(11)と、ライナ(14、16)に接合されかつ環状
の波形部(40)を有する外側カウル(22)と、ライ
ナ(14、16)に接合された内側カウル(26)とを
含む。ガスタービンエンジン燃焼器(10)用のカウル
(22、26)を構成する方法は、カウル(22、2
6)の本体内に環状の波形部(40)を形成することを
含む。
Description
ジンの燃焼器用の波形カウル及びその構成方法に関す
る。
空気が、燃焼器段から燃焼器に供給され、該燃焼器にお
いて空気は燃料と混合され、燃焼室内で燃焼される。燃
料/空気ミキサと対応して燃焼器の内側及び外側通路に
流入する圧縮空気の量は、一般的に燃料/空気ミキサ及
び燃焼器ドームの上流に設置された内側及び外側カウル
によって調整されている。このようなカウルは、一般的
に、燃焼器ドーム、カウル、及び内側又は外側燃焼器ラ
イナのいずれかを含むボルト継手によって所定の位置に
保持されている。従って、ガスタービンエンジンの外側
及び内側カウルの両方は、それら全体にわたる圧力の僅
かな変化と同時にエンジンにより生じる振動荷重とを受
ける。これらの環境要因は、外側カウルに対してより大
きな影響をもつが、それでもなお両方のカウルに摩耗を
生じ、その結果カウルの寿命を制限する。
般的に次ぎの解決策のうちの1つを取ってきた。そのう
ちの第1は、カウルとしてリップ部を備える金属薄板の
本体を用いることを含み、該リップ部は、好ましくは金
属薄板をダンパワイヤの周にカールさせるか又は巻き付
けることによってその前縁に形成されていた。しかしな
がら、この設計では、ワイヤと巻き部との間の熱的不整
合により生じるワイヤと金属薄板本体の境界面に起こる
摩擦型の損耗により寿命が制限されることが判明した。
より具体的には、熱的不整合は、金属薄板をワイヤの周
りで巻き解させ、ワイヤとカウルの間に間隙を生じさせ
る。その上に、ディフューザ及び/又は燃焼器の音響か
ら出るホワイトノイズが、ワイヤの金属薄板巻き部に対
する高サイクル疲労振動荷重を発生する。従って、摩擦
と振動とが組合わさって、ワイヤの金属薄板巻き部に対
する振とうを発生させ、その結果、カウルの巻き部分に
シンニング、割れの発生、遂には金属薄板及びワイヤの
破片の脱離を引き起こす。
を形成する機械加工されたリングを含み、この場合リン
グは成形された金属薄板本体に溶接されている。このよ
うな機械加工されたリングは、カウルに望ましい中実の
リップ部を形成するが、該リングの成形された金属薄板
本体への円周溶接は、溶接部の内部及びその周りに応力
集中を生じさせる。
示されており、この特許には、その前縁に厚さが増大し
た中実のリップ部を備えて鋳造されたカウルが開示され
ている。このカウルは、意図した目的には適している
が、金属薄板カウルよりも重くかつより高価になる傾向
がある。
不具合は、波形カウルにより解決又は緩和される。
態において、ガスタービンエンジンの燃焼器に用いるた
めのカウルは、環状の波形部を有する本体を含む。別の
例示的な実施形態において、ガスタービンエンジンの燃
焼器は、ライナを有しかつ燃焼室を形成する中空の本体
と、ライナに接合されかつ環状の波形部を有する外側カ
ウルと、ライナに接合された内側カウルとを含む。ガス
タービンエンジン燃焼器用のカウルを構成する方法は、
カウルの本体に環状の波形部を形成することを含む。
同じように番号が付けられている例示的な図面を参照す
る。
ンジン内で用いるのに適した単一の環状の燃焼器10が
示されている。燃焼器10は、その中に燃焼室12を形
成する中空の本体11を含む。中空の本体11は、形状
がほぼ環状であり、外側ライナ14、内側ライナ16、
及びドーム形にされた端部即ちドーム18を含む。本環
状の構成では、中空の本体11のドーム状の端部18
は、その周りに円周方向に間隔を置いて配置された公知
の設計の複数の空気/燃料ミキサを更に含む。
燃焼室12の上流に設けられかつ外側のボルト継手24
で外側ライナ14及びドーム18に取り付けられる。内
側カウル26もまた、燃焼室12の上流に設けられかつ
内側ボルト継手28で内側ライナ16及びドーム18に
取り付けられる。外側及び内側カウル22及び26は、
ガスタービンエンジンのディフューザからの圧縮空気の
流れをドーム18とそれぞれ外側及び内側ライナ14及
び16に隣接して設置された外側及び内側通路30及び
32とに適切に向けかつ調整する役目を果たす。外側及
び内側カウル22及び26は、燃焼器10と同様に形状
が環状であることが図1及び図2から理解されるであろ
う。燃焼器カウルでは普通のことであるが、外側及び内
側カウル22及び26は、カウル中心軸線34に対して
軸方向に細長くなっている。
とも軽量でかつ安価であることが望まれる。このことを
実現するためには、外側及び内側カウル22及び26
は、金属薄板で作られることが好ましい。外側及び内側
カウル22及び26用の金属薄板材料は、コバルト基合
金及びニッケル基合金を含むことができる。具体的に
は、このようなコバルト基合金についての好ましい米国
航空宇宙材料仕様書は、AMS5608を含み、又この
ようなニッケル基合金についての好ましい米国航空宇宙
材料仕様書は、AMS5536、AMS5878及びA
MS5599を含む。
に、外側カウル22は、環状の波形部40を形成するよ
うに鋳込まれる。外側カウル22に対する剛性を増大さ
せることによって、外側カウル22の振動数もまた増大
する。剛性の増大に対する振動数の増大には比例する相
関関係があり、従って剛性を増大させると振動数もまた
増大する。外側カウル22の振動数は、該外側カウル2
2の振動数がエンジンの振動数より高くなる点まで増大
されることが望ましい。
て、外側及び内側カウル22及び26の両方が環状の波
形部40を有するように形成される。図4及び図5は、
環状の波形40部を有する外側及び内側カウル22及び
26の斜視図を示す。
形成することに対する様々なパラメータを示す。環状の
波形部40を鋳込む際に、環状の波形部40に対しては
3つのパラメータがある。即ち、(a)「w」で示す、
外側カウル22内の環状の波形の数、(b)「h」で示
す、各環状の波形40の高さ、及び(c)「s」で示
す、各環状の波形40の間隔である。環状の波形部40
を形成するための2つの重要なパラメータは、環状の波
形40の間隔s及び高さhである。環状の波形の間隔及
び高さは、外側カウル22の固有振動数が、エンジン運
転範囲外まで増大されるように最適化される。外側カウ
ル22内の波形の数は、外側カウル22の剛性に著しい
影響を及ぼすことはない。
は、約0.010インチ(0.254mm)から約0.500インチ(12.
7mm)までであり、好ましい間隔は約0.080インチ(2.03
2mm)である。環状の波形の高さは、約0.010インチ(0.
254mm)から約0.050インチ(1.270mm)までであり、好
ましい高さは約0.0334インチ(0.848mm)である。上に
示した範囲の間隔及び高さを有する環状の波形部を形成
することによって、外側カウル22の剛性は、該外側カ
ウル22の振動数が、標準的なエンジン運転範囲外まで
増大するように、増大する。
部50(図7)又は半巻き部(図8)を備えるように形成
されている、環状の波形を有する外側カウル22を示
す。全巻き部50及び半巻き部60は両方とも、外側カ
ウル22の第1の端部62に設置される。第1の端部6
2は、そこで空気が燃焼器10(図1を参照)に流入す
る端部である。第1の端部62に全巻き部50又は半巻
き部60を設けることによって、空気が燃焼器に流入す
るときの平滑な表面が得られ、この平滑な表面が空気力
学的向上をもたらす。いずれの形式の巻き部も外側カウ
ル22に用いることができるが、半巻き部60を形成す
る方が外側カウル22の本体の成形が少なくなるので、
半巻き部の方が好ましい。
は、所望の時間数の間、高サイクル疲労に屈することな
くそれに加わる応力レベルに耐え、かつ燃料/空気ミキ
サ及び内側/外側通路の要求に一致する状態で空気流を
燃焼器に導く。環状の波形部40を有する外側カウル2
2は、材料、加工及び仕様燃料消費の点から見て軽量で
かつ安価である。更に、環状の波形部40を外側カウル
22中に組み入れることによって、従来技術のカウルの
ダンパワイヤ(図示せず)は、排除することができる。
また、内側カウル26も、環状の波形部40を有するこ
とが可能であり、それが内側カウル26に対して同じ効
果をもつことになる。燃焼器10中への所望の空気流量
は、実現するのが一般的に難しく、また外側カウル22
の設計における少しの変化によっても影響される可能性
がある。波形部を外側カウル22中に含む利点は、通路
圧力の回復を含む、燃焼器10中への所望の空気流量に
対する影響がないと言えるくらい殆どないことである。
してきたが、当業者には、本発明の技術的範囲から逸脱
することなく様々な変更を行いまた等価な要素を本発明
の要素と置き換えることが可能であることは理解される
であろう。更に、本発明の本質的な技術的範囲から逸脱
することなく、本発明の教示に合わせて特定の状況又は
材料に適応するように多くの変更を行うことが可能であ
る。従って、本発明は、本発明を実施するために考えら
れる最良の形態として開示した特定の実施形態に限定さ
れるものではなく、また、特許請求の範囲に記載された
符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範
囲を実施例に限縮するものではない。
ウルを含むガスタービンエンジン燃焼器の縦断面図。
波形部を有する内側カウルを含むガスタービンエンジン
燃焼器の縦断面図。
方から後方に見た斜視図。
方に見た斜視図。
波形カウルの拡大部分断面図。
波形外側カウルの別の実施形態の拡大部分断面図。
Claims (20)
- 【請求項1】 ガスタービンエンジンの燃焼器(10)
に用いるカウル(22、26)であって、該カウル(2
2、26)内に形成された環状の波形部(40)を含む
ことを特徴とするカウル。 - 【請求項2】 本体が、金属薄板で作られていることを
特徴とする、請求項1に記載のカウル(22、26)。 - 【請求項3】 前記カウル(22、26)は、外側カウ
ル(22)であることを特徴とする、請求項1に記載の
カウル(22、26)。 - 【請求項4】 該カウル(22、26)は、内側カウル
(26)であることを特徴とする、請求項1に記載のカ
ウル(22、26)。 - 【請求項5】 前記環状の波形部(40)は、少なくと
も2つの環状の波形(40)を含むことを特徴とする、
請求項1に記載のカウル(22、26)。 - 【請求項6】 前記環状の波形部(40)は、各環状の
波形(40)の間の間隔を有することを特徴とする、請
求項5に記載のカウル(22、26)。 - 【請求項7】 前記間隔は、約0.010インチ(0.254mm)
から約0.500インチ(12.7mm)までであることを特徴と
する、請求項6に記載のカウル(22、26)。 - 【請求項8】 前記間隔は、約0.080インチ(2.032mm)
であることを特徴とする、請求項6に記載のカウル(2
2、26)。 - 【請求項9】 前記環状の波形(40)は、高さを有す
ることを特徴とする、請求項1に記載のカウル(22、
26)。 - 【請求項10】 前記高さは、約0.010インチ(0.254m
m)から約0.050インチ(1.270mm)までであることを特
徴とする、請求項9に記載のカウル(22、26)。 - 【請求項11】 前記高さは、約0.0334インチ(0.848m
m)であることを特徴とする、請求項9に記載のカウル
(22、26)。 - 【請求項12】 前記カウル(22、26)の第1の端
部(62)に配置された半巻き部(60)を更に含むこ
とを特徴とする、請求項1に記載のカウル(22、2
6)。 - 【請求項13】 前記カウル(22、26)の第1の端
部(62)に配置された全巻き部(50)を更に含むこ
とを特徴とする、請求項1に記載のカウル(22、2
6)。 - 【請求項14】 ガスタービンエンジンの燃焼器(1
0)であって、ライナ(14、16)を有しかつ燃焼室
(12)を形成する中空の本体(11)と、前記ライナ
(14、16)に接合されかつ環状の波形部(40)を
有する外側カウル(22)と、前記ライナ(14、1
6)に接合された内側カウル(26)と、を含むことを
特徴とする燃焼器(10)。 - 【請求項15】 前記内側カウルは、内側の環状の波形
部(40)を有することを特徴とする、請求項14に記
載の燃焼器(10)。 - 【請求項16】 本体が、金属薄板で作られていること
を特徴とする、請求項14に記載の燃焼器(10)。 - 【請求項17】 前記環状の波形部(40)は、少なく
とも2つの環状の波形(40)を含むことを特徴とす
る、請求項14に記載の燃焼器(10)。 - 【請求項18】 前記環状の波形部(40)は、各環状
の波形(40)の間の間隔を有することを特徴とする、
請求項17に記載の燃焼器(10)。 - 【請求項19】 前記間隔は、約0.010インチ(0.254m
m)から約0.500インチ(12.7mm)までであることを特徴
とする、請求項18に記載の燃焼器(10)。 - 【請求項20】 前記間隔は、約0.080インチ(2.032m
m)であることを特徴とする、請求項18に記載の燃焼
器(10)。
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