JP2011237169A - Ｃｍｃ熱シールドを有するガスタービンエンジン燃焼器及び同燃焼器に関わる方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスタービンエンジンの燃焼器の熱シールドの耐久性、組立方法、修理方法、分解点検方法の向上。
【解決手段】燃焼器２０は、ライナに連結されるドームプレート２５と、セラミック基複合材料から成り、ドームプレート２５の後方端部に連結される少なくとも一つの熱シールド２６とを含む。また、ガスタービンエンジンの燃焼器２０の組み立て方法は、ドームプレート２５から金属合金製熱シールドを取り外し、その交換部品として、セラミック基複合材料製熱シールド２６を配設することを含む。
【選択図】図２

Description

本出願は、ガスタービンエンジンに関し、より詳細には、ガスタービンエンジン内で利用される燃焼器に関し、燃焼器は、ドームプレートに機械的方式で取り付けられる複合熱シールドを有する。

ガスタービンエンジンの分野において、燃焼器のドームプレートを過度の熱から保護する熱シールドを利用することが知られている。熱シールドは、一般に、ドームに最も近い側面に空気を衝突させることによって冷却され、これにより、熱シールドの使用温度が必ず所定の限度内に留まるようにしている。現在製造されている熱シールドの多くは、金属、又はＲｅｎｅＮ５等の金属合金（例えば、超合金）で形成されている。一般に、このような金属製の熱シールドは、その熱シールドと一体のねじ部によって、燃焼器のドームプレートに固定される。このようなねじ部は、一体型のねじ切りカラーとして設けられることが多い。ただし、既知の熱シールドの多くは、有効寿命が限られており、定期的な分解点検又は交換を必要とする。

米国特許第７５９６９４９号

耐久性が向上した、新しいタイプの熱シールドを提供すること、及び、ガスタービンエンジンの燃焼器ドームアセンブリの組み立て方法、修理方法、もしくは分解点検方法、又はこれら全ての方法について、改良された方法を提供することが望まれている。

本発明の一実施形態は、ガスタービンエンジンの燃焼器を対象とする。この燃焼器は、内側ライナ及び外側ライナを含む燃焼室と共に、内側ライナと外側ライナの少なくとも一方に連結されるドームプレートを含む。ドームプレートは、前方端部と後方端部とを有し、且つ、その間を貫通する少なくとも一つの開口部を含む。燃焼器は、セラミック基複合材料で形成されて、ドームプレートの後方端部に連結される少なくとも一つの熱シールドを有する。ねじ切り部材が、少なくとも一つの熱シールドに機械的方式で締結されると共に、リテーナが、ドームプレートの前方端部に配置され、このリテーナは、ドームプレート内の少なくとも一つの開口部を通って、ねじ切り部材に螺合されて、少なくとも一つの熱シールドをドームプレートに確実に結合する。

本発明の他の実施形態は、ガスタービンエンジン燃焼器の組み立て方法を対象とし、この燃焼器は、前方端部及び後方端部を備えるドームプレートを含むと共に、少なくとも一つの円形開口部を有する。本方法は、（ａ）セラミック基複合材料で作製された熱シールドを設けるステップを含む。熱シールドは、頸部と、頸部から径方向外側に向かって延びる環状フランジとを含む。本方法は、（ｂ）外径にねじを有する環状フランジリングを、熱シールドの頸部の上に配置して熱シールドサブアセンブリを配設するステップと、（ｃ）ドームプレートの後方端部から、ドームプレートの少なくとも一つの円形開口部内に熱シールドサブアセンブリを嵌入して、頸部の少なくとも一部を開口部から前方端部まで貫通させるステップと、（ｄ）内径にねじを有する環状リテーナナットを、前方端部から開口部に通してフランジリングと螺合させて、熱シールドサブアセンブリとドームプレートとの確実な連結を促進するステップとを含む。

本発明の更に他の実施形態は、ガスタービンエンジンに燃焼器を組み込む方法を対象とする。この方法は、ドームプレートから金属合金製の熱シールドを取り外し、その金属合金製熱シールドを燃焼器から取り出し、セラミック基複合材料製の熱シールドを配設し、セラミック基複合材料製の熱シールドを機械的方式でドームプレートに固定することを含む。

本発明の他の特徴及び利点は、下記の詳細な説明からより明瞭に理解されるであろう。

本発明の利点及び特徴は、図面を参照しながら下記の詳細な説明を読むことで明白になる。図面は次のとおりである。

一般的なガスタービンエンジンの模式図である。 本発明の一実施形態に係る例示的燃焼器の断面図である。 ドームプレートに取り付けられたＣＭＣ熱シールドを有する燃焼器を組み立てる方法の、第１の例示的実施形態を示す図である。 本発明の実施形態に従って用いられる熱シールドの斜視図である。 ドームプレートに取り付けられたＣＭＣ熱シールドを有する燃焼器を組み立てる方法の、第２の例示的実施形態を示す図である。 ドームプレートに取り付けられたＣＭＣ熱シールドを有する燃焼器を組み立てる方法の、第３の例示的実施形態を示す図である。

次に、図面を参照しながら説明する。図１に、本開示の燃焼器を組み込むことができる、一般的なガスタービンエンジン１０の模式図を示す。この燃焼器を採用できる、利用可能な全ての環境を表すことは意図していない。図示のエンジン１０は、直列に連通した状態で、吸気を受け取る低圧圧縮機１１、高圧圧縮機１２、燃焼器１３、高圧タービン（ＨＰＴ）１４、及び低圧タービン（ＬＰＴ）１５を含む。動作時に、空気は、低圧圧縮機１１を通って流れ、圧縮された空気は、この後、高圧圧縮機１２に供給される。更に大きく圧縮された空気は、高圧圧縮機１２から燃焼器１３に供給される。この燃焼器１３内に、燃料が噴射されて燃焼を維持することで、高温の排出ガス（具体的に図示せず）を生成する。この後、この高温のガスがタービン１４及び１５を駆動して動力を提供する。多くの実施形態において、ガスタービンエンジンは、陸舶（ＬＭ：Ｌａｎｄ ｏｒ Ｍａｒｉｎｅ）ガスタービンエンジンである。このようなＬＭガスタービンエンジンの多くは、航空機転用型エンジンである。例えば、ガスタービンエンジン１０は、ＬＭ６０００ＤＬＥ（「Ｄｒｙ Ｌｏｗ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ（乾式低公害型）」）エンジン、すなわちＬＭ１６００，ＬＭ２５００，ＬＭ６０００、又はその改造型であって良く、これらは全て、オハイオ州シンシナティのゼネラルエレクトリック社から入手できる。これに代えて、ガスタービンエンジン１０は、ターボファンエンジン、例えば、高バイパスターボファンエンジン等の航空用ガスタービンエンジンであって良い。例としては、ＣＦＭインターナショナル社から入手できるＣＦＭエンジンや、ゼネラルエレクトリック社から入手できるＧＥ９０エンジンが挙げられる。

図２に、ガスタービンエンジン１０の例示的燃焼器２０の断面図を示す。この燃焼器は、本開示の方法、アセンブリ、及び装置に関わるものである。一般に、このような燃焼器２０は、外側ライナ２２及び内側ライナ２３によって画定される燃焼室２１を含む。外側ライナ２２及び内側ライナ２３は、燃焼器ケースの径方向内側に、互いに間隔を空けて配置される。これらのライナ（２２，２３）は、下流側に設けられたタービンノズルまで延びる。図示したこの燃焼器２０は、３つの同心のドームが存在するため三連式環状燃焼器の例である。これらのドームには２４の番号がそれぞれ付されており、その各ドーム２４に、燃料／空気混合機２８の環状配列を設けることができる。本発明は、このような環状の構成に限定されるものではなく、円筒缶形又は環状多筒形の燃焼器にも同等の効果をもって適切に利用できることは理解されよう。また、三連式環状燃焼器に利用されるものとして本発明を示すが、本発明は、単連式、二連式、又は他の多連式環状設計等が開発されるときには、これらの環状設計にも利用できる。各ドーム２４は、燃焼用の空気と燃料とを混合する手段を収容する開口部を含む。燃焼器２０は、ドームプレート２５（隔壁と呼ばれることもある）によってエンジンケースに取り付けても良い。ドームプレート２５は、通常、ライナ（２２，２３）に連結されて、これらのライナに構造的支持を提供する。ドームプレート２５は、前方端部及び後方端部を有する。本開示において、「前方端部」の用語は、概して「上流側」と同義であり、「後方端部」は、概して「下流側」と同義である（上流及び下流の概念は、圧縮機からの空気の流れに基づいている）。セラミック基複合材料から成る少なくとも一つの熱シールド２６（下記でより詳細に説明する）は、ドームプレート２５の後方端部に連結される。予混合機から流入する燃料−空気混合物は、燃焼室に進入し、着火して火炎前面を形成する。

いくつかの実施形態において、熱シールド２６は、場合によっては「ウィング」とも呼ばれるエンドボディ又はセンタボディ２７を含む。これらは、中空であることが多い細長いボディで、熱シールドと一体であって良く、その熱シールドから下流側に延びる。このような細長いボディは、セラミック基複合材料（ＣＭＣ：Ｃｅｒａｍｉｃ Ｍａｔｒｉｘ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）、金属、金属合金、又はＣＭＣと金属の混成物から作製できる。熱シールド２６の目的の一つとして、特に、エンドボディが設けられる場合は、個々の一次燃焼領域を隔離することが挙げられる。これにより、様々な動作点において燃焼安定性を保証される。熱シールド２６の他の目的は、耐荷重性のドームプレートを高温の燃焼ガスから保護することである。熱シールドは、通常、材料の能力を超える熱応力による損傷を回避するために十分な冷却を必要とする。従って、本開示の発明者らは、セラミック基複合材料から熱シールドを作製して、材料の能力を向上させると共に、合金材料や超合金材料で形成される従来の熱シールドよりも、必要な冷却量を低減した。

通常、燃焼器ドームアセンブリにおいて、ドームプレートは、熱シールドの衝突冷却を行うことを伴い、この衝突冷却は、冷却流体（例えば、空気）を加速して、ドーム内の小さい穴を通って熱シールドの前面に衝突させることによって行われる。これは、熱シールドの使用温度が所定の限度内に留まることを確実にするために行われる。熱シールドの前面に衝突した後、冷却流体は、燃焼室に進入可能である。熱シールドにセンタボディ又はエンドボディが設けられる例において、冷却空気は、ドームプレート内の冷却穴を通って、前述のボディの内部に流入できるように構成されても良い。

本開示の出願人らは、従来から製造されている熱シールドは、高温での長期の使用において、場合によっては亀裂を生じる問題があることを発見した。従って、耐久性の高い燃焼器を開発する努力において、本開示の出願人らは、より高い温度に耐える能力を持つセラミック基複合材料で形成される熱シールド（以下、ＣＭＣ熱シールドと記す）を作製して利用することを目指した。また、熱シールドにねじ部を設けるのではなく、機械的締結手段を用いて、ＣＭＣ熱シールドにドームプレートを固定するほうがより実用的で便利であることも詳細な調査により判明した。これは、ＣＭＣ熱シールドにはねじを機械加工できないことが多いためである。まず、ＣＭＣ複合材料の特性として、その内部にねじを機械加工しようとすると、ファイバを切り裂いてしまうことが多い。また、ＣＭＣ熱シールドへの過度の圧力の印加は、場合によっては、破損又は破断を引き起こす可能性がある。

従って、本開示は、ＣＭＣ熱シールドを有するガスタービンエンジン燃焼器、及びその燃焼器の組み立て、修理、及び分解点検に関わる方法を提供する。前述のように、最大限広範な実施形態において、本開示は、ガスタービンエンジンの燃焼器に関する。このような燃焼器は、内側ライナ及び外側ライナを含む燃焼室、ならびに内側ライナと外側ライナの一方、又は両方に連結されるドームプレートを含む。ドームプレートは、前方端部及び後方端部を有すると共に、通常は、その内部を貫通する少なくとも一つの開口部、一般的には略円形の開口部を含むと考えられる。前方端部は、ガスタービンエンジンの高圧圧縮機からの圧縮空気の流れの上流側として定義され、後方端部は、高圧圧縮機からの圧縮空気の流れの下流側として定義される。

通常、ドームプレートは燃焼室に対して環状である。多数の実施形態において、燃焼器は、少なくとも２つの放射状ドーム型端部又はドームを有する。複数の実施形態において、燃焼器は、単一の環状燃焼器、又は多連式環状燃焼器、例えば、三連式環状燃焼器である。燃焼器は、ドームプレートの開口部に配置される燃料／空気混合機を含んでも良く、更に、燃焼噴射装置及びスワラを備えても良い。

また、燃焼器は、ドームプレートの後方端部に連結される、セラミック基複合材料から成る熱シールドを少なくとも一つ（通常は２つ以上）含む。特定の実施形態において、燃焼器は、最大で約１００個のＣＭＣ熱シールドを有する三連式環状燃焼器である。本発明の実施形態に係る熱シールドは、各種のセラミック基複合材料（ＣＭＣ）技術によって作製されるが、この技術は、本明細書に記載したタイプ又は方法に限定されるものではない。熱シールドは、ほぼ完全にセラミック基複合材料で形成されても、又は、金属（又は金属合金）とセラミック基複合材料の混成物で形成されても良い。

多くの既知のＣＭＣ材料は、通常、セラミック基材料に埋め込まれたセラミック繊維強化材料を含み得る。この強化材料は、基材内に分散された非連続の短繊維、基材内で配向された連続繊維又は繊維束、又は織り繊維であって良い。繊維は、基材亀裂事象におけるＣＭＣの耐荷重成分として機能する。そして、セラミック基は、強化材料を保護し、その繊維の配向を維持して、荷重を強化材料に放散する役割を担う。

本開示の実施形態に係るＣＭＣ熱シールドを作製する一般的な方法は、繊維（例えば、炭化物や酸化物（例えば、金属酸化物）繊維等の耐火繊維）を設けるステップを含む。耐火繊維に適したいくつかの材料として、炭素、炭化ケイ素、アルミナ、ムライト等が挙げられる。耐火繊維は、約１ミクロンから約１００ミクロンの範囲、例えば、約１５ミクロンの直径を有し得る。このような繊維に界面層を設けるために、第２の耐火材料を用いたコーティングステップを実行できる。繊維には、ＣＶＤ等の適切なコーティング法を用いて、窒化物（例えば、ＢＮ，ＳｉＮ，Ｓｉ_３Ｎ_４他）等の第２の耐火材料の一つ以上の層をコーティングできる。

コーティングされた繊維は、次に、セラミック基に埋め込むことができ、この埋め込みは、スラリ状であって良いセラミックの原料（例えば、ＳｉＣ、アルミナ、Ｓｉ−ＳｉＣ、アルミナ−シリカ粉末等）に繊維を接触させることによって行われる。プレフォーム内への液体Ｓｉの溶解浸漬、ＣＶＩ、又はＰＩＰ処理を利用することができる。本方法は、巻線状繊維をレイアップ成形して積層することを更に含んで良い。一実施形態において、熱シールドは、単方向性テープのレイアップ法によって形成されたＳｉＣ基材内のＳｉＣ繊維から作製される。本発明の実施形態に係る熱シールドは、直線形、円錐形、又は楕円形から選択される断面形状を有する後方端部を含むように作製できる。

多数の実施形態において、ＣＭＣ熱シールドは、その外側表面に耐環境コーティング（ＥＢＣ：Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｃｏａｔｉｎｇ）を備える。多くの場合、このようなＥＢＣは、セラミック材料、例えば、金属ケイ酸塩等、及びＣＭＣ表面とＥＢＣの間の接着塗料で構成される。耐環境コーティングは、単一の層として、又は複数（例えば、約３〜５）の層として設けることができ、その全厚さは、約１０〜１０００ミクロン、例えば、約１００〜４００ミクロンである。本開示の実施形態に係るＣＭＣ熱シールドは、少なくとも華氏１８００°の耐熱度を示し得る。

次に、本発明の実施形態に係る燃焼器に戻ると、燃焼器内の少なくとも一つのＣＭＣ熱シールドは、少なくとも一つのねじ切り部材に機械的方式で締結される。本明細書において、「ねじ切り部材」は、概して、ねじを有する各種の機械的手段を表す。一部の実施形態において、ねじ切り部材は、ＣＭＣ熱シールドに一体化されていない、ＣＭＣ熱シールド内に形成されていない、ＣＭＣ熱シールドにろう付けもしくは溶接されていない、又は、ＣＭＣ熱シールドにろう付けも溶接もされていない。すなわち、これらの実施形態において、ＣＭＣ熱シールドにはねじが存在しない（ただし、熱シールドの他のタイプの機械加工は必ずしも除外されない）。「ねじ切り部材」のいくつかの非限定的な例としては、ねじ切りカラー（割リング型ねじ切りカラーを含む）、ねじ切りボルト、ねじ切りフランジリング（例えば、環状フランジリング）、又は各種の同等の手段が挙げられる。

ねじ切り部材が少なくとも一つのボルトとして設けられる実施形態では、このようなボルトは、概して、頭部と、外径にねじ部を有する細長い部分とを含む。これに対応して、この実施形態の熱シールドは、前面（すなわち下面）に凹部、スロット、又は溝を有する。ボルトの頭部は、熱シールドの凹部、スロット、もしくは溝に配置又は収容されるように、サイズ設定、構成、又は適合される。各熱シールドには、通常、複数のボルトが設けられる。

再び、本発明の実施形態に係る燃焼器に戻って説明すると、ドームプレートの前方端部には、全体にリテーナが配置される。本明細書において、「リテーナ」の用語は、ナット、ねじ切りリテーナ、又は、ねじ切り部材と螺合可能な各種他の同等の手段を幅広く意味するものとして用いられる。熱シールドをドームプレートに確実に固定するために、ねじ切り部材は、ドームプレート内の開口部を通り抜けた先で、リテーナと係合する。多数の実施形態において、ねじ切りリテーナは、略環状で、その内径にねじ部を有する。

実施形態を用いた、ドームプレートへの熱シールドの取り付け方法のより詳細な説明を、関連の図面を参照しながら下記に述べる。

図３に、ドームプレート２５に取り付けられたＣＭＣ熱シールド２６を有する燃焼器の組み立て方法の第１の例示的実施形態を示す。この実施形態では、熱シールド自体にねじ部を設けることを必要とせずに、ドームプレート２５の後面への熱シールド２６の堅牢な機械的連結を実現できる。複数のボルト３１が設けられ、この各ボルト３１は、頭部と細長いねじ切り部位とを有し、この頭部は、熱シールド２６の前面すなわち下面の凹部、スロット、又は溝（図４に記載）の中に配置されるようにサイズ設定及び構成される。ボルト３１の細長いねじ切り部位は、ドームプレート２５にドリル加工又は他の方式で設けられた穴の中を通って、このプレート２５の前面まで延びる。図示のように、ドームプレート２５の前面には、プレート付きカラー３２が設けられる。このプレート付きカラー３２は、ドームプレート２５の円形開口部内に配置される。プレート付きカラー３２及び熱シールド２６の少なくとも一方には、ドームプレート２５に対する回転を容易に防止できる適切なノッチを更に設けることができる。プレート付きカラー３２は穴を有し、この穴は、ドームプレート２５を通って延びるボルト３１の細長いねじ切り部位の部分を収容するように構成される。ナット３３は、ボルト３１のねじ切り部位と螺合して、プレート付きカラー３２及びドームプレート２５にボルト３１を固定する。

図３のプレート付きカラー３２は、略円形で、その前面側に位置する頸部の外径にねじ切り部位を有する。プレート付きカラー３２は、その後面側に、回転を防止する一体のピンを備えても良い。プレート付きカラー３２の前面側から、そのプレート付きカラー３２に口金３４を嵌めることができる。最後に、内径にねじを有する環状リテーナ３６が、プレート付きカラー３２のねじ切り部位に螺合される。熱膨張係数の大きいスペーサリング３５を設けて、環状リテーナ３６と口金３４の間に配置することで、この構造の張力を拡大できる。

図４に、熱シールド２６の下面２６ａを示す。これは、図３の実施形態に用いることが意図される熱シールドの実施形態であり、必ずしも他の実施形態に用いられる必要はない。特に、ここでは、ボルト３１の頭部を配置、又は受け入れるように設計された、一般的な溝又は凹部２６ｂが示されている。通常、このような頭部は、下面２６ａ内に固定的に配置されるＤ字形部位を有する。

図５に、ドームプレート２５に取り付けられたＣＭＣ熱シールド２６を有する燃焼器の組み立て方法の第２の例示的実施形態を示す。前の実施形態と同様に、本実施形態でも、熱シールド自体にねじ部を設けることを必要とせずに、ドームプレート２５の後面への熱シールド２６の堅牢な機械的連結を実現できる。本実施形態において、熱シールド２６は、その前面から延びる頸部５１と、その内部を貫通する環状開口５２とを備えるように作製される。割り型ねじ切りカラーの２つの区画５３は、頸部５１の円周に嵌合するように設けられる。熱シールド２６の頸部５１には、区画５３と嵌合できる溝を全体に設けることができる。各区画５３は、その外径にねじ５４を有する。熱シールド２６と、割り型ねじ切りカラーの区画５３とを組み合わせたものは、熱シールドサブアセンブリであると見ることができる。ドームプレート２５は、その内部を貫通する円形開口部５５を有する。ねじ５４の少なくとも一部は、熱シールドサブアセンブリがドームプレートの後方端部に連結されたときに、開口部５５を通って延びる。ドームプレート２５の前方端部には、環状リテーナ５７が配設され、この環状リテーナ５７は、その内径にねじ５６を有し、割り型カラーの区画５３のねじ５４と係合する。口金５８及び金属スペーサ５９は、この順で、環状リテーナ５７の前方端部に全体的に設けることができる。口金５８、金属スペーサ６９、及びリテーナ５７の順序を変えて、口金又はスペーサの一方がドームプレートに最も近くなるようにしても良い。前述した全ての実施形態の変形例は、本開示の範囲に入ることが明確に意図されている。当業者は、前述の説明に基づいて、ねじ無しＣＭＣ熱シールドを確実に機械的に固定する、前述した実施形態及び他の実施形態を実現する必要な技術能力を有すると考えられる。

図６に、ドームプレート２５に取り付けられたＣＭＣ熱シールド２６を有する燃焼器の組み立て方法の第３の例示的実施形態を示す。前の実施形態と同様に、本実施形態でも、ＣＭＣ熱シールド２６自体の内部又は上部にねじ部を設ける必要なしに、ドームプレート２５の後面への熱シールド２６の堅牢な機械的連結を実現できる。本実施形態において、熱シールド２６は、その前方端部から延びる頸部７１を備えると共に、その頸部７１の前方端部近くにフランジ７２を有する。前述のように、熱シールド２６、頸部７１、及びフランジ７２は、ほぼ完全にセラミック基複合材料で形成されることが好ましい。特定の実施形態において、熱シールド２６、頸部７１、及びフランジ７２は、ねじ又はねじ部を含まない。フランジ７２のノッチ７２ａは、フランジリング７３の縦溝７３ａ及びタブ７３ｂのための間隙を提供する。

環状フランジリング７３は、フランジ７２の外側にリング７３を滑り込ませることによって、頸部７１に嵌合して結合される。環状フランジリング７３には、その外径にねじ部７４が形成される。フランジリング７３は、頸部７１との連結後にフランジリング７３が回転することを防止できる、縦溝７３ａ及びタブ７３ｂの少なくともいずれかを備えても良い。フランジリング７３の軸方向高さは、通常、頸部７２の軸方向高さよりも低いため、通常は金属製で、割り型リングの形式であることが多い内側スペーサ７５が、頸部７１の空きスペースに挿入される。内側スペーサ７５は、熱膨張係数が大きいと好ましく、フランジ７２の後面から縦溝７３ａの前方端部表面に荷重を圧縮して伝達する役目を担う。

ここまでのプロセスで、熱シールドサブアセンブリの組み立てについて説明したことになる。頸部７１及びその環状フランジリング７３によって画定される熱シールドサブアセンブリの細長い部分は、この後、ドームプレート２５の略円形の開口部内に挿入できる。フランジ７２もしくは環状フランジリング７３、又はその両方の少なくとも一部は、ドームプレート２５の開口部内に延びる。この後、外側スペーサ７７が、前方端部側からフランジリング７３の外側に嵌合される。外側スペーサ７７は、比較的大きい熱膨張係数を有する合金で形成される。スペーサ７７のタブ７７ａが、フランジリング７３のスロット７３ｃ及びドームプレート２５のスロット７６と噛み合うことで、ドームプレート２５に対する熱シールドサブアセンブリの回転が容易に防止される。次に、内径にねじ部７９を有するリテーナ７８が設けられる。リテーナ７８は、外側スペーサ７７内の空間に挿入されて、環状フランジリング７３の外径のねじ部７４にねじ込まれる。最後に、本実施形態では、前部リング８０が設けられて、熱シールドサブアセンブリを下記のとおり確実に固定する。前部リング８０は、外径ねじを有する。この前部リング８０は、リテーナ７８のねじ部７９と噛み合うようにサイズ設定及び構成される。この趣旨を要約すると、リテーナ７８がフランジリング７３に係合された後で、前部リング８０がリテーナ７８と係合し、この両方の係合に、リテーナ７８の同一のねじ部７９が利用される。このため、前部リング８０にトルクを加えることで、アセンブリ全体を所定位置に確実に固定することになる。

本発明の実施形態は、燃焼器の修理、改造、追加組み込み、又は分解点検を行うことを背景とした、ガスタービンエンジンの燃焼器の組み立て方法にも関する。このような方法は、概して、ドームプレートから熱シールド（例えば、使用中の熱シールド）を取り外すステップと、その熱シールドを燃焼器から取り出すステップとを含む。この組み立て方法が燃焼器の追加組み込みである場合、取り出される使用中の熱シールドは、通常、従来型の金属製（例えば、Ｎｉ基超合金などの超合金製）の熱シールドである。この組み立て方法は、セラミック基複合材料製の熱シールドを設け、その後で、そのセラミック基複合材料製の熱シールドをドームプレートに機械的方式で固定するステップを更に含む。

ドームプレートから熱シールドを取り外すステップは、ナット、リテーナ、又は他の締結手段を全て熱シールドから取り外すステップ等のステップを含む。使用中の熱シールドが溶接又はろう付けされている場合、この取り外しステップは、ドームプレート又はドームアセンブリの他の部分に金属製の熱シールドを保持できる溶接（例えば、仮付け溶接）又はろう付け部を除去することを含んで良い。

本実施形態で配設されて固定されるＣＭＣ熱シールドは、前述のいずれかの方法で作製できる。また、このＣＭＣ熱シールドは、既に説明したように、ねじ切りされていても、又はねじ無しであっても良く、ＣＭＣ製のドームプレートのろう付け又は溶接以外の方法で固定できる。

前述の方法及び装置は、全て、用途において特定の技術的利点をもたらす。例えば、大量の冷却空気（この冷却空気は、ＮＯｘ排気をもたらし得る）を必要とする超合金から成る現在の燃焼器ドームの熱シールドと比べて、ＣＭＣ熱シールドは、概してより少ない冷却しか必要とせず、ＮＯｘ排気を低減できる低燃焼器を実現できる。前述の開示の実施形態は、冷却流要件を最大９０％まで削減できる潜在能力を有し、最終的に、ＮＯｘレベルが１０ｐｐｍ未満である燃焼器を実現できる。また、ＣＭＣ熱シールドは、全体として、合金製熱シールドよりも向上した耐久性を提供する。

本明細書において、近似的表現は、その表現に関連する基本的機能を変化させずに変動し得るあらゆる数量表現を修飾することに用いられるものである。従って、「約」及び「実質的に」等の用語によって修飾される値は、状況によっては、指定された正確な値に限定されなくても良い。数量に関して用いられる「約」という修飾語は、明示した値を含むものであり、文脈によって必然的に定まる意味を有する（例えば、具体的な数量の測定に対応した大きさの誤差を含む）。「任意」又は「必須でない」ということは、続いて記載される事象もしくは状況が発生してもしなくても良いこと、又は、続いて指定される物質が存在してもしなくても良いことを意味すると共に、この記載は、上記事象もしくは状況が発生する場合、又は上記物質が存在する場合と、上記事象もしくは状況が発生しない場合、又は上記物質が存在しない場合とを含むことを意味する。単数形式の「一つの」及び「その」という表現は、文脈に特に指定される場合を除き、複数個の存在を含む。本明細書に記載した全ての範囲は、提示した終端を含み、独立して組み合わせることができる。

本明細書において、「適合される」、「構成される」等の表現は、特定の構造を形成する、又は特定の結果を達成するようにサイズ設定、配置、又は製造される要素を表す。本発明について、限られた数の実施形態に関連付けて詳細に説明したが、本発明は開示したこのような実施形態に限定されないことは容易に理解されたい。むしろ、本発明を部分的に変更して、本明細書には記載されていないが、本発明の精神及び範囲に対応する多数の変形物、改変物、代替物、又は等価構成を組み込むことができる。また、本発明の各種の実施形態を記載したが、本発明の態様は、記載した実施形態の一部のみを含むだけでも良いことは理解されよう。従って、本発明は、前述の説明によって限定されると見なされるべきではない。また、科学及び技術の発展により、表現の不正確さの故に現時点では考察されていない等価物及び代替物が実現可能になることも予想され、これらの変形物も、可能な場合には付属の請求項に包含される。

１０ ガスタービンエンジン
１１ 低圧圧縮機
１２ 高圧圧縮機
１３ 燃焼器
１４ 高圧タービン（ＨＰＴ）
１５ 低圧タービン（ＬＰＴ）
２０ 燃焼器
２１ 燃焼室
２２ 外側ライナ
２３ 内側ライナ
２４ 環状ドーム
２５ ドームプレート
２６ 熱シールド
２６ａ 第１の実施形態の熱シールドの下面
２６ｂ 第１の実施形態の熱シールドの下面のスロット
２７ エンドボディ
２８ 燃料／空気混合機
３１ ボルト
３２ プレート付きカラー
３３ ナット
３４ 第１の実施形態の口金
３５ 第１の実施形態のスペーサリング
３６ 第１の実施形態の環状リテーナ
５１ 第２の実施形態の熱シールドの頸部
５２ 第２の実施形態の熱シールドの環状開口
５３ 割り型ねじ切りカラーの区画
５４ 割り型ねじ切りカラーの外径のねじ
５５ ドームプレートの円形開口部
５６ 第２の実施形態のリテーナの内径のねじ部
５７ 第２の実施形態のリテーナ
５８ 第２の実施形態の口金
５９ 第２の実施形態のスペーサ
７１ 第３の実施形態の熱シールドの頸部
７２ 第３の実施形態の熱シールドのフランジ
７２ａ 第３の実施形態の熱シールドのフランジのノッチ
７３ 環状フランジリング
７３ａ 環状フランジリングの縦溝
７３ｂ 環状フランジリングのタブ
７３ｃ 環状フランジリングのスロット
７４ 環状フランジリングの外径のねじ部
７５ 第３の実施形態の内側スペーサ
７６ 第３の実施形態のドームプレートのスロット
７７ 第３の実施形態の外側スペーサ
７７ａ 第３の実施形態の外側スペーサのタブ
７８ 第３の実施形態のリテーナ
７９ 第３の実施形態のリテーナの内径のねじ部
８０ 前部リング

Claims (10)

1. 内側ライナ（２３）及び外側ライナ（２２）を含む燃焼室（２１）と、
   前記内側ライナ（２３）と前記外側ライナ（２２）の少なくとも一方に連結されて、前方端部及び後方端部を有し、且つ、内部を貫通する少なくとも一つの開口部（５５）を含むドームプレート（２５）と、
   セラミック基複合材料から成り、前記ドームプレート（２５）の前記後方端部に連結される、少なくとも一つの熱シールド（２６）と、
   前記少なくとも一つの熱シールド（２６）に機械的方式で締結されるねじ切り部材（３１，５３，７３）と、
   前記ドームプレート（２５）の前記前方端部に配置されて、前記ドームプレート（２５）内の前記少なくとも一つの開口部（５５）を通って前記ねじ切り部材（３１，５３，７３）に螺合されることで、前記少なくとも一つの熱シールドを前記ドームプレートに確実に連結するリテーナ（３３，５７，７８）とを含む、ガスタービンエンジン（１０）の燃焼器（２０）。
2. 前記少なくとも一つの熱シールド（２６）は、その前方端部から延びる頸部（７１）を有し、前記熱シールド（２６）の頸部（７１）は、前記ドームプレート（２５）の開口部（５５）内に収容され、前記熱シールド（２６）の頸部（７１）は、当該頸部（７１）から径方向外側に向かって延びる環状フランジ（７２）を有する、請求項１に記載の燃焼器（２０）。
3. 前記ねじ切り部材（３１，５３，７３）は、少なくとも一つのボルト（３１）として設けられる、請求項１に記載の燃焼器（２０）。
4. 前記少なくとも一つのボルト（３１）は頭部を有し、前記熱シールド（２６）は、前面又は下面（２６ａ）に、凹部、スロット（２６ｂ）、又は溝を有するように作製され、前記ボルト（３１）の頭部は、前記熱シールド（２６）の前記凹部、スロット（２６ｂ）、もしくは溝内に配置又は収容されるように構成され、前記少なくとも一つのボルト（３１）は、前記ドームの開口部（５５）から前記ドームプレート（２５）の前記前方端部まで貫通し、前記リテーナ（３３，５７，７８）はナット（３３）として設けられ、前記ナット（３３）は、前記ドームプレート（２５）の前方端部において前記少なくとも一つのボルト（３１）と係合する、請求項３に記載の燃焼器（２０）。
5. 前方端部及び後方端部を含み、且つ、内部を貫通する少なくとも一つの円形開口部（５５）を有するドームプレート（２５）を含む、ガスタービンエンジンの燃焼器（２０）を組み立てる方法であって、
   （ａ）セラミック基複合材料で作製されて、頸部（７１）と、前記頸部（７１）から径方向外側に向かって延びる環状フランジ（７２）とを含む熱シールド（２６）を配設し、
   （ｂ）前記熱シールド（２６）の頸部（７１）の上に、外径にねじ（７４）を有する環状フランジリング（７３）を配置して、熱シールドサブアセンブリを配設し、
   （ｃ）前記ドームプレートの後方端部から、前記ドームプレート（２５）の前記少なくとも一つの円形開口部（５５）内に前記熱シールドサブアセンブリを嵌入して、前記頸部（７１）の少なくとも一部を、前記開口部（５５）から前記前方端部まで通し、
   （ｄ）内径にねじ（７９）を有する環状リテーナナット（７８）を前記前方端部から前記開口部（５５）に通して前記フランジリング（７３）と螺合させて、前記熱シールドサブアセンブリと前記ドームプレートの確実な連結を促進することを含む、方法。
6. 前記環状フランジ（７２）は、前記頸部（７１）の前方端部近くに配置され、前記フランジリング（７３）は、前記環状フランジ（７２）の外側に設けられる、請求項５に記載の方法。
7. 下流側から前記ドームプレートの開口部（５５）内に前記熱シールドサブアセンブリを嵌入した後で、前記フランジリング（７３）に前記環状リテーナナット（７８）を螺合する前に、前記ドームプレート（２５）の前方端部から前記フランジリング（７３）の上に、環状外側スペーサ（７７）を取り付けることを更に含む、請求項５に記載の方法。
8. 内側ライナ（２３）及び外側ライナ（２２）を含む燃焼室（２１）と、
   前記内側ライナ（２３）と前記外側ライナ（２２）の少なくとも一つに連結され、前方端部及び後方端部を含み、且つ、内部を貫通して延びる少なくとも一つの円形開口部（５５）を有するドームプレート（２５）と、
   前記ドームプレートの後方端部に連結される少なくとも一つの熱シールドサブアセンブリとを含む、ガスタービンエンジン（１０）の燃焼器（２０）であって、
   前記熱シールドサブアセンブリは、
   （ｉ）セラミック基複合材料で作製され、頸部（７１）、及び、前記頸部（７１）から径方向外側に向かって延びる環状フランジ（７２）を有する熱シールド（２６）と、
   （ｉｉ）外径にねじ（７４）を有し、前記熱シールド（２６）の頸部（７１）上に配置される環状フランジリング（７３）とを含み、
   前記熱シールドサブアセンブリは、前記ドームプレートの後方端部から、前記ドームプレート（２５）の前記少なくとも一つの開口部（５５）内に貫入されて、前記頸部（７１）の少なくとも一部が、前記開口部（５５）から前記前方端部に貫通し、
   更に、内径にねじ（７９）を有し、前記フランジリング（７３）と螺合して、前記ドームプレートに前記熱シールドサブアセンブリを確実に連結する環状リテーナ（７８）を含む、燃焼器（２０）。
9. ガスタービンエンジン（１０）の燃焼器（２０）を組み立てる方法であって、
   ドームプレート（２５）から金属合金製熱シールドを取り外し、
   前記燃焼器（２０）から前記金属合金製熱シールドを取り除き、
   セラミック基複合材料製熱シールド（２６）を配設し、
   前記ドームプレート（２５）に前記セラミック基複合材料製熱シールド（２６）を機械的方式で締結することを含む、方法。
10. 前記セラミック基複合材料製熱シールド（２６）は、一体のねじ部を持たないことに加え、又はこれに代えて、ろう付けも溶接もされない、請求項９に記載の方法。

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