JP2013231581A - 燃焼器のエンドカバーを組み立てるためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】部品の数及び機械加工の回数を減らし、組み立て時間を短縮させ、並びに／又は、エンドカバーの必要となる表面積を縮小させる、改善された燃焼器のエンドカバーを組み立てるためのシステム及び方法を提供する。
【解決手段】燃焼器のエンドカバーを組み立てるためのシステムは、コネクタと、少なくとも部分的にエンドカバーの内部に配置されるインサートにコネクタを係合させる構造とを含む。このシステムはまた、エンドカバーを基準にしてコネクタを軸方向に移動させるための構造を含む。燃焼器のエンドカバーを組み立てるための方法は、エンドカバー及び少なくとも部分的にエンドカバーの内部に配置されるインサートの少なくとも一部分を通してコネクタを挿入するステップを含む。この方法は、コネクタをインサートに係合させるステップと、エンドカバーに対してインサートを押し込むためにエンドカバーを基準にしてコネクタを軸方向に移動させるステップとをさらに含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、概して、燃焼器のエンドカバーを組み立てるためのシステム及び方法に関する。

燃焼器は、高温・高圧の燃焼ガスを生成するために空気を用いて燃料を点火するためのものとして当技術分野で知られる。例えば、ガスタービンシステム、航空機エンジン、及び、多くの他の燃焼式のシステムが、空気などの動作流体を燃料に混合させてその混合物を点火し、それにより高温・高圧の燃焼ガスを生成する１以上の燃焼器を含むことができる。この燃焼ガスは、その後、タービンを回転させること、推力を発生させること又は種々の別の形態の仕事を行うことに使用することができる。

各燃焼器は、複数の燃料、希釈剤及び／又は添加剤を燃料器内部の燃料ノズルに供給するためのインターフェースを形成するエンドカバーを含むことができる。エンドカバーは複数の内部流体通路を含むことができ、エンドカバー内部の様々な流体通路を燃料ノズル内部の対応する流体通路に接続するためにエンドカバーと各燃料ノズルとの間に１つのインサートを設置することができる。このように、単一のエンドカバー設計を複数の燃料ノズル設計に適合するように適応させることができる。

米国特許第７６６９４２４号

本願出願人に譲渡された米国特許第７１３４２８７号明細書に開示されたシールのような種々のシールを、エンドカバー内部の種々の流体通路とインサートとの間で漏洩が起こるのを防止するために、エンドカバーとインサートとの間に設置することができる。製造及び組み立ての際、ねじ、ボルト、ジョイント又は別の締結具を、エンドカバーに対して定位置でインサート及びシールを保持するのに使用することができ、それにより、この組立体に対して漏洩試験を行うことができるようになり、また、この組立体を配送できるようになり、またそれ以外でも一体に保持することができるようになる。特定のタイプ、サイズ及び位置の締結具により、競合するいくつかの設計事項が影響を受ける。例えば、比較的安定する力が各シールに加えられるように、インサートの周囲部の周りで複数の小さい締結具を使用することができる。しかし、エンドカバーにインサートを取り付けるために複数の締結具を使用する場合、必然的に、部品の数及び機械加工の回数が増え、エンドカバーを組み立てて試験する際に要する時間が増加する。さらに、エンドカバーの有効表面積により、インサートとエンドカバーとの間の締結具の数及びサイズが制限される。したがって、部品の数及び機械加工の回数を減らし、組み立て時間を短縮させ、並びに／又は、エンドカバーの必要となる表面積を縮小させる、改善された燃焼器のエンドカバーを組み立てるためのシステム及び方法が有用であろう。

本発明の態様及び利点は以下の記述に記載されるが、以下の記述により明らかにすることができ、又は本発明を実施することにより理解することができる。

本発明の一実施形態は、燃焼器のエンドカバーを組み立てるためのシステムである。このシステムは、コネクタと、少なくとも部分的にエンドカバーの内部に配置されるインサートにコネクタを係合させるための手段とを含む。さらに、このシステムは、エンドカバーを基準にしてコネクタを軸方向に移動させるための手段を含む。

本発明の別の実施形態は燃焼器のエンドカバーを組み立てるためのシステムであり、このシステムは、コネクタと、少なくとも部分的にエンドカバーの内部に配置されるインサートに係合されるように構成されるコネクタの第１の端部と、第１の端部の反対側にあるコネクタの第２の端部とを含む。カム又はナットの少なくとも１つが第２の端部とエンドカバーとの間でコネクタに係合される。

本発明はまた、燃焼器のエンドカバーを組み立てるための方法を含み、この方法は、エンドカバーの少なくとも一部分を通してコネクタを挿入するステップと、少なくとも部分的にエンドカバーの内部に配置されるインサートの少なくとも一部分を通してコネクタを挿入するステップとを含む。この方法は、コネクタをインサートに係合させるステップと、エンドカバーに対してインサートを押し込むためにエンドカバーを基準にしてコネクタを軸方向に移動させるステップとをさらに含む。

当業者であれば、本明細書を読むことによりこれらの実施形態及び別の実施形態の特徴及び態様をより良く認識するであろう。

当業者を対象とする、最良の形態を含めた本発明の完全で実施可能な開示を、添付図を参照することを含む本明細書の残りの部分でより詳細に示す。

本発明の一実施形態による例示の燃焼器を示す簡略化された断面図である。 図１に示すエンドカバーの一部分を示す側断面図である。 本発明の第１の実施形態による、燃焼器のエンドカバーを組み立てるためのシステムを示す分解斜視図である。 図３に示すシステムが部分的に設置されている、図２に示すエンドカバーを示す側断面図である。 図３に示すシステムが設置されている、図２に示すエンドカバーを示す側断面図である。 図３に示すシステムが設置されて締められている、図２に示すエンドカバーを示す側断面図である。 図３に示すシステムが設置されて締められており、さらに燃料ノズルが設置されている、図２に示すエンドカバーを示す側断面図である。 燃料ノズル及び燃料カートリッジが設置されている、図２に示すエンドカバーを示す側断面図である。 本発明の第２の実施形態による、エンドカバーを組み立てるためのシステムを用いる、図２に示すエンドカバーを示す側断面図である。

次に、その１以上の例を添付図面に示す本発明の実施形態を詳細に参照する。この詳細な説明は、図面内の特徴を示すために数値的呼称及び文字的呼称を使用する。図面及び記述内の同様又は類似の呼称は、本発明の同様又は類似の部分を参照するために使用する。本明細書で使用する「第１」、「第２」及び「第３」という用語は、１つの構成要素を別の構成要素から区別するのに互換可能に使用することができ、個別の構成要素の位置又は重要度を示すことを意図しない。また、「上流」及び「下流」という用語は流体経路における構成要素の相対的位置を示す。例えば、構成要素Ａから構成要素Ｂまで流体が流れる場合、構成要素Ａは構成要素Ｂの上流にある。逆に、構成要素Ｂが構成要素Ａからの流体流れを受ける場合、構成要素Ｂは構成要素Ａの下流にある。

各例は本発明を説明するために提供するが、本発明を限定するものではない。実際に、本発明の範囲又は精神から逸脱することなく本発明において修正形態及び変形形態を作り得ることは当業者には明白であろう。例えば、一実施形態の一部として示す又は説明する特徴は、さらに別の実施形態を生み出すために別の実施形態で使用することができる。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲又はその均等物の範囲内にあるそのような修正形態及び変形形態を包含することを意図する。

本発明の種々の実施形態は、燃焼器のエンドカバーを組み立てるためのシステム及び方法を含む。特定の実施形態では、これらのシステム及び方法は、燃焼器内のエンドカバーを試験すること、燃焼器内のエンドカバーを配送すること、燃焼器内のエンドカバーを設置すること及び／又は燃焼器内のエンドカバーを保守することを促進するために、エンドカバーを基準にしてインサート及びシールを定位置で保持することができる再使用可能キットを提供することができる。本発明の例示の実施形態は、説明のために、概して、ガスタービンに組み込まれる燃焼器の文脈で説明するが、当業者であれば、本発明の実施形態を任意の燃焼器に適用することができ、特許請求の範囲で具体的に説明していない限りガスタービンの燃焼器のみに限定されないことを容易に認識するであろう。

図１は、本発明の一実施形態による、ガスタービン内に含まれる燃焼器などの、例示の燃焼器１０の簡略化された断面図である。ケーシング１２が、燃焼器１０まで流れる動作流体を収容するために燃焼器１０を囲んでよい。１以上の燃料ノズル１４をトップキャップ１６とエンドカバー１８との間で放射状に配置することができる。この燃焼器１０の種々の実施形態は異なる数及び異なる配置構成の燃料ノズル１４を含むことができる。トップキャップ１６及びライナ２０が、燃料ノズル１４の下流に位置する燃焼室２２の全体を囲み、さらに、ライナ２０の下流にあるトランジションピース２４が燃焼室２２をタービン入口２６に接続する。

流れ孔３０を備える衝突スリーブ２８がトランジションピース２４を囲むことができ、それにより衝突スリーブ２８とトランジションピース２４との間に環状通路３２が画定される。圧縮動作流体が環状通路３２を流れるために衝突スリーブ２８内の流れ孔３０を通過することができ、それにより、トランジションピース２４及びライナ２０が対流冷却される。圧縮動作流体は、エンドカバー１８に到達すると、１以上の燃料ノズル１４を通って流れるように方向を逆転させ、１以上の燃料ノズル１４では動作流体は燃料に混合され、その後燃料室２２内で点火され、それにより高温・高圧の燃焼ガスが生成される。

図２は、図１に示すエンドカバー１８の一部分の側断面図を提供する。エンドカバー１８は、エンドカバー１８を介して燃料ノズル１４に流体連通される１以上の内部流体通路４０を含む。エンドカバー１８の内部の様々な流体通路４０を燃料ノズル１４の内部の対応する流体通路に接続するために、エンドカバー１８と各燃料ノズル１４との間にインサート４２を設置することができる。図２に示すように、エンドカバー１８の内部の種々の流体通路４０とインサート４２との間で漏洩が起こるのを防止するために、エンドカバー１８とインサート４２との間にシール４４を設置することができる。シール４４は、インサート４２とエンドカバー１８との間での相対的な動きに反応して容易に屈曲するような、当技術分野で既知のｃ形又はｗ形の環状リングを含むことができる。

図３は、本発明の第１の実施形態による、エンドカバー１８を組み立てるためのシステム５０の分解斜視図を提供する。このシステムは、概して、コネクタ５２と、コネクタ５２をインサート４２に係合させるための手段と、エンドカバー１８を基準にしてコネクタ５２を軸方向に移動させるための手段とを含む。コネクタ５２は、エンドカバー１８及び／又はインサート４２の内部に少なくとも部分的に嵌合されかつインサート４２に係合されるのに適する、ロッド５４、シリンダ、シャフト、又は別の構造部材を含むことができる。例えば、図３に示す特定の実施形態では、コネクタ５２は互いに反対側にある第１の端部５６及び第２の端部５８を含むことができ、さらに、第１の端部５６に近接するねじ山６０を含むことができる。第１の端部５６に近接するねじ山６０は、インサート４２の内部の相補的なねじ山６２に係合されるように構成することができる。

コネクタ５２をインサート４２に係合させるための手段は、複数の構成要素を一体に接続又は係合させるための、当業者には既知の任意の締結具、相補的な表面、又は別の適当な特徴を含むことができる。図４から８に示すように、例えば、コネクタ５２をインサート４２に係合させるための手段は、コネクタ５２とインサート４２との間にねじ係合６４を含むことができる。代替の実施形態では、この手段のための構造には、コネクタ５２をインサート４２に結合させるための、プレス嵌め、クランプ、接着剤又は別の適当なデバイスを含むことができる。

同様に、エンドカバー１８を基準にしてコネクタ５２を軸方向に移動させるための手段は、エンドカバー１８を基準にしてコネクタ５２を軸方向に移動させることができるような機械的利点を提供することができる任意のデバイスを含むことができる。図３に示すように、例えば、エンドカバー１８を基準にしてコネクタ５２を軸方向に移動させるための手段は、コネクタ５２にねじ係合されるナット６６を含むことができ、この場合、ナット６６が回転することにより、エンドカバー１８を基準にしてコネクタ５２が軸方向に移動する。代替の実施形態では、エンドカバー１８を基準にしてコネクタ５２を軸方向に移動させることに関連する構造は、例えば、液圧テンショナ、シム、カム、又は別の適当なデバイスを含むことができる。

図３に示す特定の実施形態では、システム５０は、コネクタ５２の第２の端部５８とエンドカバー１８との間にフランジ６８をさらに含むことができる。エンドカバー１８を基準にしてコネクタ５２を軸方向に移動させるための手段を原因として生じる可能性がある摩耗又は別の損傷からエンドカバー１８の表面を保護することを目的として、フランジ６８がエンドカバー１８を横断して径方向に延在してよい。さらに、第２の端部５８上のボルトヘッドが、コネクタ５２がインサート４２に過度に締着されたときにコネクタ５２を緩めるか又は取り外すことを補助することができる。さらに図３に示すように、システム５０は、フランジ６８をエンドカバー１８に接続するための手段を含むことができる。フランジ６８をエンドカバー１８に接続するためのこの構造は、例えば、接着物、ねじ又は図３に示すようなボルト７０を含むことができ、これらは、フランジ６８とエンドカバー１８とを着脱自在に接続させる。

図４〜８は、図２に示すエンドカバー１８を組み立てるのに使用している図３に示すシステム５０の種々の断面図を提供する。図４に示すように、インサート４２がエンドカバー１８の少なくとも一部分の内部に配置されており、インサート４２とエンドカバー１８のとの間にシール４４がある。上で考察したように、インサート４２は、コネクタ５２上のねじ山６０とねじ係合６４を形成するように構成される相補的なねじ山６２を含む。図４に示す特定の実施形態では、システム５０は任意選択のフランジ６８を含み、ボルト７０がフランジ６８をエンドカバー１８に接続する。

図５に示すように、ナット６６がコネクタ５２上にねじ込まれており、さらに、コネクタがフランジ６８を通ってエンドカバー１８内及びインサート４２内に少なくとも部分的に挿入されている。コネクタ５２上のねじ山６０がインサート４２上のねじ山６２に到達すると、コネクタ５２が回転できるようになり、それによりコネクタ５２はインサート４２に係合される。コネクタ５２とインサート４２との間に形成されるこのねじ係合６４により、インサート４２がエンドカバー１８の中へ、すなわちエンドカバー１８の方にぴったりと引き寄せされ、それによりインサート４２及びシール４４が定位置で堅固に保持される。コネクタ５２は、エンドカバー１８に対してインサート４２をさらに堅固に押し込むためにさらに回転される可能性があるが、ねじ係合６４のところでの過度のスナビング（snubbing）により、コネクタ５２とインサート４２との間で望ましくない摩損が生じる可能性がある。したがって、エンドカバー１８を基準としてコネクタ５２を軸方向に移動させるための手段は、インサート４２をエンドカバー１８により堅固に係合させるように作動される可能性がある。例えば図６に示す特定の実施形態では、エンドカバー１８に対してインサート４２を押し込むことを目的として、エンドカバー１８を基準としてコネクタ５２を軸方向に移動させるために、ナット６６が回転される可能性がある。

図７では、燃料ノズル１４がエンドカバー１８の内側にボルト留めされるか又は別の方法で接続されており、それにより、インサート４２がエンドカバー１８の中に挟み込まれており、インサート４２及びシール４４がエンドカバー１８に対して定位置で堅固に保持されている。したがって、図７に示すシステム５０は必要ではなくなり、取り外されてよい。図８に示すように、コネクタ５２がインサート４２から取り外され、フランジ６８がエンドカバー１８から取り外される。さらに、燃料カートリッジ８０が、燃料、希釈剤及び／又は別の添加剤をエンドカバー１８及びインサート４２を通して燃料ノズル１４に供給するために、エンドカバー１８の外側に設置されている。その後、保守を行うために燃料ノズル１４を取り外す必要がある場合には、燃料カートリッジ８０を取り外すことができ、エンドカバー１８に対してインサート４２及びシール４４を定位置で再び保持するためにシステム５０を再設置することができる。

図９は、本発明の第２の実施形態による、エンドカバー１８を組み立てるためのシステム５０を用いる、図２に示すエンドカバー１８の側断面図を提供する。この特定の実施形態では、インサート４２にコネクタ５２を係合させるための手段が、コネクタ５２の第１の端部５６に近接する、径方向に延在する複数のフィンガ、突出部、スプライン又はキー９０を含む。スプライン又はキー９０は、インサート４２内の相補的な溝９２内で摺動するように構成され、コネクタ５２が回転することにより、スプライン又はキー９０がインサート４２の内側に係合される。さらに、エンドカバー１８を基準にしてコネクタ５２を軸方向に移動させるための手段が、第２の端部５８とエンドカバー１８との間でコネクタ５２に係合されるシム又はカム９４を含むことができる。具体的には、カム９４は、エンドカバー１８を基準にしてコネクタ５２を軸方向に動かすためにコネクタ５２とエンドカバー１８との間で移動することができる。図９に示さないが、この第２の実施形態が、図３〜７に示す実施形態に関連させて上で説明したように、フランジ６８、及び／又は、フランジ６８をエンドカバー１８に接続するためのボルト７０をさらに含むことができることを当業者であれば本明細書の教示から容易に認識するであろう。

本明細書で開示するシステム５０及び方法は、現行の技術に対していくつかの利点を有する。例えば、図３〜９に関連させて示して説明したシステム５０は、インサート４２及びシール４４を定位置で保持するのに従来使用される複数のねじ、ジョイント、締結具又は別の部品の必要性を排除する。システム５０によって提供され、インサート４２の中央に作用する単一の圧縮力によりシール４４に加えられる圧縮力がより一様になり、それによりシール４４の作用がより安定する。さらに、システム５０は、燃料ノズル１４及び／又は燃料カートリッジ８０が設置されるまでの間のみ必要となることから、システム５０は別のエンドカバー１８にも再使用できるような一時的なデバイスを提供することができ、それによりコストが削減される。最後に、本発明で説明されるシステム５０は、エンドカバー１８をさらに機械加工することを必要とせず、また、エンドカバー１８の制限された空間を占有することもない。結果として、エンドカバー１８を組み立てる及び／又は取り外すのに要する時間を大幅に短縮することができ、それにより、労働力を大幅に節約することができ、また、望ましくない機械停止の時間を大幅に短縮することができる。これらの及び別の利点は、本明細書で説明する種々の実施形態を実施することにより理解され得る。

ここに記載する説明は、最良の形態を含めた本発明を開示するために、さらには、任意のデバイス又はシステムを製造及び使用すること並びに組み込まれる任意の方法を実施することを含めて、当業者が本発明を実施するのを可能にするために、複数の例を使用する。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者なら思い付く別の例を含むことができる。このような別の例は、特許請求の範囲の文字通りの意味と違わない構造的要素を含む場合に又は特許請求の範囲の文字通りの意味とほぼ違わない等価の構造的要素を含む場合に、特許請求の範囲の範囲内にあることが意図される。

１０ 燃焼器
１２ ケーシング
１４ 燃料ノズル
１６ トップキャップ
１８ エンドカバー
２０ ライナ
２２ 燃焼室
２４ トランジションピース
２６ タービン入口
２８ 衝突スリーブ
３０ 流れ孔
３２ 環状通路
４０ エンドカバー内の流体通路
４２ インサート
４４ シール
５０ システム
５２ コネクタ
５４ ロッド
５６ 第１の端部
５８ 第２の端部
６０ コネクタ上のねじ山
６２ インサート内のねじ山
６４ ねじ係合
６６ ナット
６８ フランジ
７０ ボルト
８０ 燃料カートリッジ
９０ キー
９２ インサート内の溝
９４ カム

Claims (20)

1. 燃焼器のエンドカバーを組み立てるためのシステムであって、
   ａ．コネクタと、
   ｂ．少なくとも部分的にエンドカバーの内部に配置されるインサートにコネクタを係合させるための手段と、
   ｃ．エンドカバーを基準にしてコネクタを軸方向に移動させるための手段と
   を備えるシステム。
2. コネクタが、少なくとも部分的にインサートの内部に嵌合されるロッドを備える、請求項１記載のシステム。
3. インサートにコネクタを係合させるための手段が、コネクタとインサートとの間にねじ係合を含む、請求項１記載のシステム。
4. インサートにコネクタを係合させるための手段が、コネクタとインサートとの間にキー係合を含む、請求項１記載のシステム。
5. エンドカバーを基準にしてコネクタを軸方向に移動させるための手段が、コネクタにねじ係合されるナットを備える、請求項１記載のシステム。
6. エンドカバーを基準にしてコネクタを軸方向に移動させるための手段が、コネクタに係合されるカムを備える、請求項１記載のシステム。
7. エンドカバーとエンドカバーを基準してコネクタを軸方向に移動させるための手段との間で径方向に延在するフランジをさらに備える、請求項１記載のシステム。
8. フランジをエンドカバーに接続するための手段をさらに備える、請求項７記載のシステム。
9. 燃焼器のエンドカバーを組み立てるためのシステムであって、
   ａ．コネクタと、
   ｂ．少なくとも部分的にエンドカバーの内部に配置されるインサートに係合されるように構成されるコネクタの第１の端部と、
   ｃ．第１の端部の反対側にあるコネクタの第２の端部と、
   ｄ．第２の端部とエンドカバーとの間でコネクタに係合されるカム又はナットのうちの少なくとも１つと
   を備えるシステム。
10. コネクタが、少なくとも部分的にインサートの内部に嵌合されるロッドを備える、請求項９記載のシステム。
11. コネクタの第１の端部がねじ山を備える、請求項９記載のシステム。
12. コネクタの第１の端部が径方向に延在する複数のスプライン又はキーを備える、請求項９記載のシステム。
13. エンドカバーとカム又はナットとの間で径方向に延在するフランジをさらに備える、請求項９記載のシステム。
14. フランジとエンドカバーとの間に着脱自在の接続部をさらに含む、請求項１３記載のシステム。
15. 燃焼器のエンドカバーを組み立てるための方法であって、
    ａ．エンドカバーの少なくとも一部分を通してコネクタを挿入するステップと、
    ｂ．少なくとも部分的にエンドカバーの内部に配置されるインサートの少なくとも一部分を通してコネクタを挿入するステップと、
    ｃ．コネクタをインサートに係合させるステップと、
    ｄ．エンドカバーに対してインサートを押し込むためにエンドカバーを基準にしてコネクタを軸方向に移動させるステップと
    を含む方法。
16. コネクタをインサートに係合させるためにインサートを基準にしてコネクタを回転させるステップをさらに含む、請求項１５記載の方法。
17. エンドカバーを基準にしてコネクタを軸方向に移動させるためにコネクタとエンドカバーとの間でカムを移動させるステップをさらに含む、請求項１５記載の方法。
18. エンドカバーを基準にしてコネクタを軸方向に移動させるためにコネクタとエンドカバーとの間でナットを回転させるステップをさらに含む、請求項１５記載の方法。
19. エンドカバーに燃料ノズルを接続するステップであって、インサートが燃料ノズルとエンドカバーとの間にある、ステップをさらに含む、請求項１５記載の方法。
20. インサートからコネクタを取り外すステップをさらに含む、請求項１９記載の方法。