JP2013224659A - タービンエンジン用の燃焼器キャップ取付け構造 - Google Patents

Abstract

【課題】タービンエンジン用の燃焼器キャップ取付け構造を提供すること。
【解決手段】燃焼器キャップをタービンエンジンの燃焼器内に取り付けるための取付け構造は、燃焼器キャップと同心の燃焼器キャップバレルフランジとの間に接続された支持ストラットを含む。支持ストラットは、支持ストラットを通り過ぎる圧縮空気流に生じるウェークを最小限に抑える翼形を有してもよい。また、支持ストラットは、圧縮空気の一部分が支持ストラットを通って流れることを可能にする内部通路を有してもよい。また、支持ストラットを通る空気の流れが燃焼器キャップバレルフランジの外部と燃焼器の前筒との間の空間内へと送達されるように、支持ストラットを通る空気の流れは、それに対応する燃焼器キャップバレルフランジのベント開口を通ってもよい。
【選択図】 図１

Description

本発明はタービンエンジン用の燃焼器キャップ取付け構造に関する。

発電産業で使用されるタービンエンジン用の燃焼器は、燃焼器の前端に隣接して取り付けられる燃焼器キャップを含む場合がある。一般的に、複数の燃料ノズルがエンドカバーに取り付けられ、燃焼器キャップを貫通している。圧縮空気は、燃焼器キャップの外周の周りを流れ、１８０°方向転換し、次に燃料ノズルを通って流れ、そこで空気が燃料と混合される。次に、混合気が燃焼器キャップの下流側で点火される。

米国特許出願公開第２０１０／０１８１４３４号

図１及び図２は、燃焼器内に取り付けられた一般的な従来技術の燃焼器キャップアセンブリを示す。これらの図に示すように、複数の燃料ノズルを受け入れる開口部１１２を有する燃焼器キャップ１１０は、複数のＡフレームスペーサ１１６によって燃焼器キャップバレルフランジ１１８に取り付けられる。Ａフレームスペーサ１１６は、一般的に、平面状の金属ストリップから形成される。Ａフレームスペーサの中央部分は燃焼器キャップバレルフランジ１１８の内周に取り付けられ、Ａフレームスペーサ１１６の端部は燃焼器キャップ１１０の外周１１４に取り付けられる。燃焼器キャップバレルフランジ１１８は突出フランジ１２０を含む。突出フランジ１２０は、外筒１０５のフランジ１０６と前筒１３０のフランジ１３２との間に取り付けられる。

フロースリーブ１０２は外筒１０５の内部に位置付けられる。燃焼器ライナ１０４は、フロースリーブ１０２の内部に同心で取り付けられる。燃焼器ライナ１０４の前端は、燃焼器キャップ１１０の外周１１４にあるフラシール（hula seal）１１７を係合する。タービンエンジンの圧縮器セクションからの圧縮空気流は、図１の矢印で示すように、フロースリーブ１０２と燃焼器ライナ１０４との間の環状空間１０３を通って流れる。この圧縮空気流はまた、燃焼器キャップ１１０の外周１１４と燃焼器キャップバレルフランジ１１８の内周との間の環状空間を通って流れる。Ａフレームスペーサ１１６は、燃焼器キャップ１１０の外周１１４と燃焼器キャップバレルフランジ１１８の内周との間に位置付けられるので、Ａフレームスペーサ１１６が圧縮空気流を妨害及び／または中断する傾向があり、それが流動損失及び流れの剥離をもたらす。

それに加えて、図１に示す燃焼器キャップの設計は、燃焼器キャップバレルフランジ１１８の外周面と前筒１３０の内周面との間に位置する段差をもたらす場合がある。この段差は、圧縮空気流に乱れを引き起こす場合があり、また、燃焼器キャップバレルフランジ１１８の外周面と前筒１３０の内周面との間の容積に低圧キャビティ１３３を生じる場合がある。四元燃料回路（quaternary fuel circuit）など、燃焼器キャップの下流側に位置する燃料ペグ１３５を通して燃料が導入される設計では、この段差によって引き起こされる乱れは、燃料ペグ１３５の上流側へと燃料が移動する経路となる場合がある。クロスファイアチューブなど、圧縮空気流路にある他の障害物も、燃料を上流側へと移動させる場合がある。燃焼器キャップバレルフランジ１１８の外周面と前筒１３０の内周面との間の容積にある低圧キャビティ１３３に燃料が入った場合、保炎現象に結び付く可能性がある。これらはすべて望ましくないものである。

１つの態様では、本発明は、１以上の燃料ノズルを受け入れるように構成された略円筒形の燃焼器キャップと、燃焼器キャップの外周を取り囲む略円筒形の燃焼器キャップバレルフランジと、燃焼器キャップを燃焼器キャップバレルフランジに取り付ける複数の支持ストラットとを含む、タービンエンジン用の燃焼器キャップアセンブリの形で具体化されてもよい。支持ストラットは、燃焼器キャップの外周と燃焼器キャップバレルフランジの内周との間に延在する。内部通路は各支持ストラットの内部を通って延在する。

別の態様では、本発明は、燃焼器キャップをタービンエンジンの燃焼器の燃焼器キャップバレルフランジに取り付けるように構成された支持ストラットの形で具体化されてもよい。支持ストラットは、燃焼器キャップの外周に取り付けられるように構成された内側端部と、燃焼器キャップバレルフランジの内周に取り付けられるように構成された外側端部とを有する本体を含む。また、内部通路は、入口開口と出口開口との間で本体を通って延在する。

燃焼器キャップをタービンエンジンの燃焼器内に取り付けるための従来技術の取付け構造を示す図である。 従来技術の燃焼器キャップが燃焼器キャップバレルフランジにどのように取り付けられるかを示す図である。 燃焼器キャップを燃焼器キャップバレルフランジに取り付けるのに使用される支持ストラットの第１の実施形態を示す斜視図である。 燃焼器キャップバレルフランジに取り付けられた支持ストラットを示す断面図である。 図３及び図４に示すような支持ストラットが、燃焼器キャップを燃焼器キャップバレルフランジに取り付けるのにどのように使用されるかを示す図である。 図３及び図４に示すような支持ストラットを含む燃焼器キャップ及び燃焼器キャップバレルフランジのアセンブリが、タービンエンジンの燃焼器にどのように取り付けられるかを示す図である。 燃焼器キャップを燃焼器キャップバレルフランジに取り付けるのに使用することができる支持ストラットの代替実施形態を示す断面図である。 図３及び図４に示すような支持ストラットを含む燃焼器キャップ及び燃焼器キャップバレルフランジのアセンブリの別の実施形態が、タービンエンジンの燃焼器にどのように取り付けられるかを示す図である。

図３及び図４は、燃焼器キャップを燃焼器キャップバレルフランジに取り付けるのに使用することができる支持ストラット１６０を示す。支持ストラット１６０は、図１及び図２に示す従来技術の燃焼器キャップアセンブリにこの目的で使用されるＡフレームスペーサ１１６と置き換えられる。支持ストラット１６０は、丸い前縁１６１とテーパ状後縁１６３とを備えた翼形を有する。それに加えて、内部通路が、入口開口１６２と出口開口１６４との間で支持ストラット１６０の内部を通って延在する。

図４は、燃焼器キャップバレルフランジ１５０に付着された支持ストラット１６０の断面図であり、支持ストラット１６０の内側端部１６６及び外側端部１６８が互いに略平行であることを示している。しかし、代替実施形態では、内側端部及び外側端部は互いに角度が付けられている場合がある。いくつかの実施形態では、各支持ストラット１６０の前縁１６１及び後縁１６３は、内側端部１６６及び外側端部１６８に対して角度が付けられてもよい。図４はまた、支持ストラットの入口開口１６２と出口開口１６４との間を内部通路１６５が通っていることを示す。出口開口１６４は、燃焼器キャップバレルフランジ１５０のベント開口１５２と連通している。その結果、入口開口１６２に入り、内部通路１６５を通って流れ、出口開口１６４から出る空気は、燃焼器キャップバレルフランジ１５０のベント開口１５２を通り抜けることができる。

図５は、燃焼器キャップ１１０を燃焼器キャップバレルフランジ１５０に取り付けるのに、複数の支持ストラット１６０がどのように使用されるかを示す。各支持ストラット１６０の内側端部１６６は燃焼器キャップ１１０の外周１１４に取り付けられる。各支持ストラット１６０の外側端部１６８は燃焼器キャップバレルフランジ１５０の内周面１５４に取り付けられる。いくつかの実施形態では、支持ストラット１６０の内側端部及び外側端部はそれぞれ、燃焼器キャップ１１０及び燃焼器キャップバレルフランジ１５０と一体であってもよい。代替実施形態では、支持ストラット１６０を燃焼器キャップ１１０及び燃焼器キャップバレルフランジ１５０の一方または両方に取り付けられる助けとなる追加の構造が設けられてもよい。図５は、支持ストラット１６０の前縁を示す図を示している。その結果、支持ストラット１６０の前縁にある入口開口１６２を見ることができる。

図６は、燃焼器アセンブリの側面図を示し、燃焼器キャップ１１０と燃焼器キャップバレルフランジ１５０との間に支持ストラット１６０がどのように取り付けられるかを示している。図６はまた、フロースリーブ１０２と燃焼器ライナ１０４との間の環状空間１０３から出る圧縮空気流が支持ストラット１６０の前縁１６１に直接衝突するように、支持ストラットの前縁１６１が位置付けられることを示す。その結果、図６の矢印で示すように、圧縮空気の一部分が入口開口１６２に流入し、内部通路１６５を通り、支持ストラット１６０の出口開口１６４から流出し、次に燃焼器キャップバレルフランジ１５０のベント開口１５２を通って流れる。支持ストラット１６０の内部を通過する空気の流れは、燃焼器キャップバレルフランジ１５０の外周面と前筒１３０の内周面との間の低圧キャビティ１３３内へと送られる。したがって、空気の流れは、従来技術の設計に存在した低圧キャビティ１３３を連続的にパージする。

支持ストラット１６０の翼形は、燃焼器キャップ１１０を燃焼器キャップバレルフランジ１５０に取り付けられるのに使用される構造に圧縮空気流が衝突することによって生じる、あらゆる流動損失を最小限に抑える助けにもなる。翼形の別の利益は、圧縮空気流が接線成分（スワール）を有する場合にウェークを最小限に抑える助けとなることである。環状空間１０３から来る空気が渦巻いている場合、従来技術のＡフレームは、本質的に迎え角を有する平坦なプレートのように作用するため、大きなウェークを引き起こす傾向があった。対照的に、翼形を支持ストラットに使用すると、空気は適度な迎え角（スワール）で翼形に付着したまま留まる傾向になるので、それによって構造によるウェークまたは流れ不足（flow deficits）が最小限に抑えられる。

図７は、燃焼器キャップ１１０を燃焼器キャップバレルフランジ１５０に取り付けられるのに使用することができる支持ストラット１９０の代替実施形態を示す。この実施形態では、内部通路１７５は、支持ストラットの前縁１６１にある入口開口１６２と、燃焼器キャップバレルフランジ１５０のベント開口１５２と連通している出口開口１６４との間で滑らかな曲線を作る。滑らかに湾曲した内部通路１７５は、流れ損失を最小限に抑えるとともに、死空間をパージするのに使用される空気の流れを最大限にする役割も果たす。

代替実施形態では、支持ストラットの入口開口は、支持ストラットの前縁以外に側壁の部分に位置することができる。例えば、入口開口は前縁と後縁との間の側壁部分に位置することができる。

さらに他の実施形態では、複数の入口開口を支持ストラットの側壁の複数部分に設けることができる。例えば、支持ストラットの前縁１６１に複数の入口開口を形成することができる。いくつかの実施形態では、入口開口はすべて同じ内部通路につながるであろう。代替実施形態では、入口開口はそれぞれ別個の内部通路につながることができる。

また、上述した実施形態では、出口開口は支持ストラットの外側端部に位置する。代替実施形態では、出口開口は別の場所に位置することができる。また、複数の出口開口を設けることができる。

複数の入口開口及び／または複数の出口開口を有する支持ストラットの一実施形態では、複数の内部通路が設けられてもよい。

上述した実施形態では、支持ストラットは、丸い前縁とテーパ状の後縁を有する断面形状を有する。代替実施形態では、支持ストラットは代替の断面形状を有することができる。例えば、支持ストラットは、丸い縁部を有する、または有さない、長方形の断面形状を有することができる。あるいは、支持ストラットは円形または楕円形の断面形状を有することができる。設計上の考慮点に応じて、さらに他の断面形状も可能である。

上述した実施形態では、支持ストラットの前縁及び後縁は内側端部及び外側端部に対して角度が付けられていた。代替実施形態では、内側端部及び外側端部は、支持ストラットの前縁及び後縁に対して直角をなすことができる。また、代替実施形態では、前縁及び後縁は、支持ストラットの内側端部が外側端部よりもさらに後方へと延在するように角度が付けられてもよい。

図８は、支持ストラット１６０が燃焼器キャップ１１０と燃焼器キャップバレルフランジ１５０との間に取り付けられている、燃焼器アセンブリの別の実施形態を示す。この実施形態では、前筒１３０にスロット１３７が切られ、燃焼器キャップ筒フランジ１５０がスロット１３７内に取り付けられる。スロット１３７の内周と燃焼器キャップバレルフランジ１５０の外周との間には、キャビティ１３９が形成される。環状空間１０３から出る圧縮空気の一部分は、図６の矢印で示すように、支持ストラット１６０の入口開口に流入し、内部通路を通り、支持ストラット１６０の出口開口から流出し、次に燃焼器キャップバレルフランジ１５０のベント開口を通り、キャビティ１３９に流入する。したがって、空気の流れはキャビティ１３９を連続的にパージする。間隙１５１を通ってキャビティ１３９から出る空気の流れは、下流側の燃料ペグ１３５から送られる燃料が、支持ストラット１６０の後縁に隣接した位置へと上流側へ移動するのを防ぐ。

最も実用的かつ好ましい実施形態であると現在考えられるものと関連して本発明について記載してきたが、本発明は開示した実施形態に限定されるものではなく、それとは逆に、添付の請求項の趣旨及び範囲内に包含される様々な修正及び等価の構成を網羅するものとすることを理解されたい。

１０２ フロースリーブ
１０３ 環状空間
１０４ 燃焼器ライナ
１０５ 外筒
１０６、１３２ フランジ
１１０ 燃焼器キャップ
１１２ 開口部
１１４ 外周
１１６ Ａフレームスペーサ
１１７ フラシール
１１８、１５０ バレルフランジ
１２０ 突出フランジ
１３０ 前筒
１３３ 低圧キャビティ
１３５ 燃料ペグ
１３７ スロット
１３９ キャビティ
１５１ 間隙
１５２ ベント開口
１５４ 内周
１６０、１９０ 支持ストラット
１６１ 前縁
１６２ 入口開口
１６３ 後縁
１６４ 出口開口
１６５、１７５ 内部通路
１６６ 内側端部
１６８ 外側端部

Claims (15)

1. タービンエンジン用の燃焼器キャップアセンブリであって、
   １以上の燃料ノズルを受け入れるように構成された略円筒形の燃焼器キャップと、
   燃焼器キャップの外周を取り囲む略円筒形の燃焼器キャップバレルフランジと、
   燃焼器キャップを燃焼器キャップバレルフランジに取り付ける複数の支持ストラットであって、燃焼器キャップの外周と燃焼器キャップバレルフランジの内周との間に延在し、各支持ストラットの内部を通して内部通路が貫通している複数の支持ストラットと
   を備える燃焼器キャップアセンブリ。
2. 支持ストラットが燃焼器キャップバレルフランジに取り付けられる場所に対応する位置で、燃焼器キャップバレルフランジにベント開口が形成され、各ベント開口がそれに対応する支持ストラットの内部通路と動作可能に連通している、請求項１記載の燃焼器キャップアセンブリ。
3. 支持ストラットの側面に位置する入口開口と、支持ストラットが燃焼器キャップバレルフランジに当接する部分に形成された出口開口との間に、各支持ストラットの内部通路が延在している、請求項２記載の燃焼器キャップアセンブリ。
4. 各支持ストラットの入口開口が、圧縮空気流が衝突する支持ストラットの前縁部に位置する、請求項３記載の燃焼器キャップアセンブリ。
5. 空気の流れが各支持ストラットの入口開口から内部通路を通り、支持ストラットの出口開口から出て、それに対応する燃焼器キャップバレルフランジのベント開口を通り、燃焼器キャップバレルフランジの外周に隣接した位置まで流れることができるように、支持ストラットが燃焼器キャップバレルフランジに取り付けられる、請求項３記載の燃焼器キャップアセンブリ。
6. 各支持ストラットが、丸い前縁とテーパ状の後縁を有する翼形を有する、請求項１記載の燃焼器キャップアセンブリ。
7. 前縁の燃焼器キャップに連結された部分が、前縁の燃焼器キャップバレルフランジに連結された部分よりもさらに前方に位置するように、燃焼器キャップの外周及び燃焼器キャップバレルフランジの内周に対して各支持ストラットの前縁が角度を付けられている、請求項１記載の燃焼器キャップアセンブリ。
8. 各支持ストラットが、丸い前縁とテーパ状の後縁を有する翼形を有する、請求項７記載の燃焼器キャップアセンブリ。
9. 燃焼器キャップをタービンエンジンの燃焼器の燃焼器キャップバレルフランジに取り付けるように構成された支持ストラットであって、
   燃焼器キャップの外周に取り付けられるように構成された内側端部と、燃焼器キャップバレルフランジの内周に取り付けられるように構成された外側端部とを有する本体と、
   入口開口と出口開口との間で本体を通って延在する内部通路と
   を備える支持ストラット。
10. 入口開口が本体の側壁に位置し、出口開口が支持ストラットの外側端部に位置する、請求項９記載の支持ストラット。
11. 入口開口が本体の前縁に位置する、請求項１０記載の支持ストラット。
12. 本体が、丸い前縁とテーパ状の後縁を有する翼形を有する、請求項９記載の支持ストラット。
13. 内側端部及び外側端部が互いに略平行であり、本体の前縁が内側端部に対して斜角をなし、本体の後縁が内側端部に対して鋭角をなす、請求項９記載の支持ストラット。
14. 本体が、丸い前縁とテーパ状の後縁を有する翼形を有する、請求項１３記載の支持ストラット。
15. 入口開口が本体の前縁に位置し、出口開口が本体の外側端部に位置する、請求項１４記載の支持ストラット。