JP2017150468A

JP2017150468A - 燃焼機アセンブリ

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Publication number: JP2017150468A
Application number: JP2016245007A
Authority: JP
Inventors: デイヴィッド・アンドリュー・ハンワッカー; Andrew Hannwacker David; スティーブン・ジョン・ハウエル; Stephen J Howell
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2016-02-25
Filing date: 2016-12-19
Publication date: 2017-08-31
Anticipated expiration: 2036-12-19
Also published as: CA2952647C; US10281153B2; US20170248315A1; EP3211311B1; CN107120682A; JP6840527B2; CA2952647A1; EP3211311A1; CN107120682B

Abstract

【課題】ガスタービンエンジン用の燃焼機アセンブリを提供する。
【解決手段】燃焼機アセンブリは、第１の燃焼チャンバ部材及び第２の燃焼チャンバ部材を含む。第１及び第２の燃焼チャンバ部材は、それぞれＣＭＣ材料で形成され、隣接して配置された結合フランジを含む。装着アセンブリは、第１及び第２の燃焼チャンバ部材の結合フランジの両側に配置された一対の装着フランジを含む。装着アセンブリの取付け部材は、第１及び第２の燃焼チャンバ部材を装着するために一対の装着フランジを共に固定する。
【選択図】図１

Description

本主題は、概してガスタービンエンジンに関し、特に、ガスタービンエンジン用の燃焼機アセンブリに関する。

ガスタービンエンジンは、一般に、互いに流体連通して配置されるファン及びコアを含む。更に、ガスタービンエンジンのコアは、一般に、連続流の順で、圧縮機セクション、燃焼セクション、タービンセクション、及び排気セクションを含む。動作中、空気がファンから圧縮機セクションの入口に供給され、そこでは、１以上の軸流圧縮機が、その空気を燃焼セクションに達するまでに徐々に圧縮する。燃料が燃焼セクション内で圧縮空気と混合され燃焼されて燃焼ガスを生成する。燃焼ガスは、燃焼セクションからタービンセクションに送られる。タービンセクションを通る燃焼ガスの流れは、タービンセクションを駆動し、次いで排気セクションを通って、例えば大気中に送られる。

一般的に、セラミックマトリックス複合（ＣＭＣ）材料などの非従来型高温材料が、ガスタービンエンジン内の構成要素として使用されている。例えば、比較的極度の温度に耐えるＣＭＣ材料の可能性によって、ガスタービンエンジンの燃焼セクション内の構成要素をＣＭＣ材料で置き換えることに特に関心がもたれる。例えば、典型的な燃焼セクションは、燃焼チャンバを共に画成する、内側ライナ、外側ライナ、及びドームを含む。一般的に、少なくとも内側及び外側ライナは、ＣＭＣ材料で形成される。

本開示の発明者等は、燃焼機アセンブリの他の構成要素をＣＭＣ材料で形成することも有益であり得ることを見出した。しかし、現在のところ、ＣＭＣ材料の燃焼チャンバを画成する多数の構成要素を接合することに課題がある。したがって、ＣＭＣ材料で形成された多数の構成要素を利用できる燃焼機アセンブリが有用である。具体的には、ＣＭＣ材料で形成された多数の構成要素を効果的に接合できる燃焼機アセンブリが特に有益である。

米国特許８１４１３７１号明細書

本発明の態様及び利点は、以下の説明で部分的に述べられており、又は説明から明らかであり得、又は本発明の実践を通して習得され得る。

本開示の例示的な一実施形態では、軸方向及び周方向を画成するガスタービンエンジン用の燃焼機アセンブリが提供される。燃焼機アセンブリは、第１の燃焼チャンバ部材及び第２の燃焼チャンバ部材を含む。第１及び第２の燃焼チャンバ部材は、それぞれセラミックマトリックス複合材料で形成され、共に燃焼チャンバを少なくとも部分的に画成する。第１の燃焼チャンバ部材は第１の結合フランジを含み、第２の燃焼チャンバ部材は第２の結合フランジを含む。第１及び第２の結合フランジは、互いに隣接して配置され、燃焼チャンバから外向きに延在する。燃焼機アセンブリは、加えて、第１の装着フランジ及び第２の装着フランジを含む装着アセンブリを含み、第１の装着フランジは、第１の結合フランジに隣接して配置され、第２の装着フランジは、第２の結合フランジに隣接して配置される。装着アセンブリは、第１及び第２の燃焼チャンバ部材を取り付ける取付け部材を更に含む。

本開示の例示的な別の実施形態では、軸方向及び周方向を画成するガスタービンエンジン用の燃焼機アセンブリが提供される。燃焼機アセンブリは、セラミックマトリックス複合材料で形成され第１の結合フランジを含む燃焼機ドームを含む。燃焼機アセンブリは、加えて、セラミックマトリックス複合材料で形成され第２の結合フランジを含むライナを含み、ライナ及び燃焼機ドームは、共に燃焼チャンバを少なくとも部分的に画成する。燃焼機アセンブリは、加えて、第１の装着フランジ及び第２の装着フランジを含む装着アセンブリを含み、第１の装着フランジは、第１の結合フランジに隣接して配置され、第２の装着フランジは、第２の結合フランジに隣接して配置される。装着アセンブリは、ライナ及び燃焼機ドームを取り付けるために第１の装着フランジと第２の装着フランジとを共に固定する取付け部材を更に含む。

本開示の例示的なまた別の実施形態では、軸方向及び周方向を画成するガスタービンエンジンが提供される。ガスタービンエンジンは、圧縮機セクション、タービンセクション、及び圧縮機セクションとタービンセクションの間に配された燃焼セクションを含む。燃焼セクションは燃焼機アセンブリを含み、燃焼機アセンブリは、第１の燃焼チャンバ部材及び第２の燃焼チャンバ部材を含む。第１及び第２の燃焼チャンバ部材は、それぞれセラミックマトリックス複合材料で形成され、共に燃焼チャンバを少なくとも部分的に画成する。第１の燃焼チャンバ部材は第１の結合フランジを含み、第２の燃焼チャンバ部材は第２の結合フランジを含む。第１及び第２の結合フランジは、互いに隣接して配置され、燃焼チャンバから外向きに延在する。ガスタービンエンジンは、加えて、第１の装着フランジを含む装着アセンブリと、支持部材とを含み、支持部材は第２の装着フランジを含む。第１及び第２の装着フランジは、第１及び第２の燃焼チャンバ部材を取り付けるために第１及び第２の結合フランジの両側に配される。支持部材は、燃焼機アセンブリを支持するためにガスタービンエンジンの構造的構成要素に取り付けられる。

これら及び他の本発明の特徴、態様及び利点は、以下の説明及び添付の請求項を参照してよりよく理解されるであろう。添付の図面は、本明細書の一部に組み込まれ、本明細書の一部を構成しており、説明とともに本発明の実施形態を例示しており、本発明の原理を説明する役割を果たしている。

当業者を対象とする、最良の形態を含む本発明の完全かつ実施可能な開示が、添付図面を参照する本明細書に記載されている。

本主題の様々な実施形態による例示的なガスタービンエンジンの概略断面図である。図１の例示的なガスタービンエンジンの燃焼セクションに配置された、本開示の例示的な実施形態による燃焼機アセンブリの側断面図である。本開示の例示的な別の実施形態による燃焼機アセンブリの斜視図である。図３の例示的な燃焼機アセンブリのセクションの斜視断面図である。図３の例示的な燃焼機アセンブリの取付け部分の拡大斜視断面図である。

つぎに、本発明の現在の実施形態を詳細に参照するが、その１つ以上の例が、添付図面に示されている。詳細な説明は、図面中の特徴を参照するために数字及び文字の識別子を使用する。本発明の同一又は同様の部分を参照するために、同一又は同様の識別子が図面及び説明で使用されている。本明細書において「第１の」、「第２の」及び「第３の」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ために交換可能に使用され得、個々の構成要素の位置又は重要性を表すことを意図していない。「上流」及び「下流」という用語は、流体経路中の流体流に関する相対的な方向を意味する。例えば、「上流」は、流体が流れて来る方向を意味し、「下流」は、流体が流れて行く方向を意味する。

つぎに図面を参照すると、図を通して同一の数字が同じ要素を示しており、図１は、本開示の例示的な実施形態によるガスタービンエンジンの概略断面図である。特に、図１の実施形態の場合、ガスタービンエンジンは、本明細書では「ターボファンエンジン１０」と称される高バイパスターボファンジェットエンジン１０である。図１に示すように、ターボファンエンジン１０は、（参照用の長手方向中心線１２と平行に延在する）軸方向Ａ、径方向Ｒ、軸方向Ａを中心とする周方向（不図示）を画成する。一般に、ターボファン１０は、ファンセクション１４、及びファンセクション１４の下流に配されたコアタービンエンジン１６を含む。

描写した例示的なコアタービンエンジン１６は、一般に、環状入口２０を画成する実質的に管状の外側ケーシング１８を含む。外側ケーシング１８は、連続流の関係にある、ブースタすなわち低圧（ＬＰ）圧縮機２２及び高圧（ＨＰ）圧縮機２４を含む圧縮機セクションと、燃焼セクション２６と、高圧（ＨＰ）タービン２８及び低圧（ＬＰ）タービン３０を含むタービンセクションと、ジェット排気ノズルセクション３２とを包み込み、コアタービンエンジン１６は、それらを含む。高圧（ＨＰ）シャフトすなわちスプール３４は、ＨＰタービン２８をＨＰ圧縮機２４に駆動連結する。低圧（ＬＰ）シャフトすなわちスプール３６は、ＬＰタービン３０をＬＰ圧縮機２２に駆動連結する。圧縮機セクション、燃焼セクション２６、タービンセクション、及びノズルセクション３２は、共にコア空気流路３７を画成する。

描写した実施形態の場合、ファンセクション１４は、離間した様式でディスク４２に結合された複数のファンブレード４０を有する可変ピッチファン３８を含む。描写するように、ファンブレード４０は、ディスク４２から概ね径方向Ｒに沿って外向きに延在する。各ファンブレード４０は、ファンブレード４０のピッチを一斉に集合的に変更するように構成された適当なピッチ変更機構４４に動作可能に結合されることにより、ピッチ軸Ｐを中心にディスク４２に対して回転可能である。ファンブレード４０、ディスク４２、及びピッチ変更機構４４は、出力ギアボックス４６を横切るＬＰシャフト３６により長手方向軸線１２を中心として共に回転可能である。出力ギアボックス４６は、ＬＰシャフト３６に対するファン３８の回転速度をより効率的な回転ファン速度に調節するための複数のギアを含む。

図１の例示的な実施形態を引き続き参照すると、ディスク４２は、複数のファンブレード４０を通る空気の流れを促すように空気力学的に輪郭形成された回転可能な前面ハブ４８により覆われる。加えて、例示的なファンセクション１４は、ファン３８及び／又はコアタービンエンジン１６の少なくとも一部分を周方向で取り囲む環状ファンケーシングすなわち外側ナセル５０を含む。例示的なナセル５０は、周方向に離間した複数の出口ガイドベーン５２によりコアタービンエンジン１６に対して支持される。その上、ナセル５０の下流セクション５４は、コアタービンエンジン１６の外側部分の上方に延在して、それらの間にバイパス空気流通路５６を画成する。

ターボファンエンジン１０の動作中、ナセル５０及び／又はファンセクション１４の付随する入口６０を通って、ある量の空気５８がターボファン１０に進入する。ある量の空気５８がファンブレード４０を横切ると、矢印６２により示されるように空気５８の第１の部分がバイパス空気流通路５６に導かれるか方向付けられ、矢印６４により示されるように空気５８の第２の部分がコア空気流路３７に、より具体的にはＬＰ圧縮機２２に導かれるか方向付けられる。空気の第１の部分６２と空気の第２の部分６４との比は、バイパス比としてよく知られている。空気の第２の部分６４は、次いで、高圧（ＨＰ）圧縮機２４を通って燃焼セクション２６に導かれながら圧力が増加し、そこで燃料と混合され燃焼されて燃焼ガス６６をもたらす。

燃焼ガス６６は、ＨＰタービン２８を通って導かれ、そこでは、熱的及び／又は動的エネルギーの一部分が、外側ケーシング１８に結合されるＨＰタービンステータベーン６８の連続ステージと、ＨＰシャフトすなわちスプール３４に結合されるＨＰタービンロータブレード７０とにより燃焼ガス６６から抽出され、よってＨＰシャフトすなわちスプール３４を回転させ、それによりＨＰ圧縮機２４の動作を支援する。燃焼ガス６６は、次いで、ＬＰタービン３０を通って導かれ、そこでは、熱的及び動的エネルギーの第２の部分が、外側ケーシング１８に結合されるＬＰタービンステータベーン７２の連続ステージと、ＬＰシャフトすなわちスプール３６に結合されるＬＰタービンロータブレード７４とにより燃焼ガス６６から抽出され、よってＬＰシャフトすなわちスプール３６を回転させ、それによりＬＰ圧縮機２２の動作及び／又はファン３８の回転を支援する。

燃焼ガス６６は、コアタービンエンジン１６のジェット排気ノズルセクション３２を通って連続的に導かれて推進力をもたらす。同時に、空気の第１の部分６２も、ターボファン１０のファンノズル排気セクション７６から排気される前にバイパス空気流通路５６を通って導かれながら、圧力が実質的に上昇し、推進力をもたらす。ＨＰタービン２８、ＬＰタービン３０、及びジェット排気ノズルセクション３２は、燃焼ガス６６をコアタービンエンジン１６を通って方向付けるための高温ガス路７８を少なくとも部分的に画成する。

しかし、図１に描写した例示的なターボファンエンジン１０は、例として提示されるにすぎず、例示的な他の実施形態では、ターボファンエンジン１０は、任意の他の適当な構成を有してもよいことを理解されたい。例示的なまた他の実施形態では、本開示の態様は、また任意の他の適当なガスタービンエンジンに組み込まれてもよいことを理解されたい。例えば、例示的な他の実施形態では、本開示の態様は、例えば、ターボプロップエンジン、ターボシャフトエンジン、又はターボジェットエンジンに組み込まれてもよい。

つぎに図２を参照すると、図１のターボファンエンジン１０の燃焼セクション２６内に装着された燃焼機アセンブリ１００の側断面図が提示されている。示すように、燃焼機アセンブリ１００は、燃焼セクション２６内に、すなわち、圧縮機セクションの下流及びタービンセクションの上流に位置する。以下でより詳細に議論するように、燃焼機アセンブリ１００は、前方端に複数の開口１０２を概ね画成し、そこを通じて、（圧縮機セクションからの）圧縮空気、及び（例えば、燃料ノズル１０４からの）燃料の流れを受けるように構成される。燃料と圧縮空気は、１以上の燃料−空気注入器金具アセンブリ１０６を用いて混合される。混合物は、次いで燃焼機アセンブリ１００の燃焼チャンバ１０８に提供され、そこでは、そのような燃料−空気混合物が燃焼されて燃焼ガスを発生させる。このような燃焼ガスは、タービンセクションを駆動するために、燃焼機アセンブリ１００の出口１１０を通じてタービンセクションに提供される。

燃焼機アセンブリ１００は、一般に、第１の燃焼チャンバ部材及び第２の燃焼チャンバ部材を含む。描写した実施形態の場合、第１の燃焼チャンバ部材は燃焼機ドーム１１２として構成され、第２の燃焼チャンバ部材は燃焼チャンバライナとして構成される。描写した実施形態の場合に具体的には、燃焼チャンバライナは燃焼チャンバ内側ライナ１１４として構成される。加えて、燃焼機アセンブリ１００は、第３の燃焼チャンバ部材を含み、これは、描写した実施形態の場合、燃焼チャンバ外側ライナ１１６として構成される。特に、描写した例示的な実施形態の場合、燃焼チャンバ外側ライナ１１６と燃焼機ドーム１１２は、単一の連続した材料片で一体形成される。しかし、他の実施形態では、燃焼チャンバ外側ライナ１１６と燃焼機ドーム１１２は、代わりに別々に形成されてもよい。

図２を引き続き参照すると、第１及び第２の燃焼チャンバ部材、すなわち燃焼機ドーム１１２及び燃焼チャンバ内側ライナ１１４、並びに燃焼チャンバ外側ライナ１１６は、それぞれセラミックマトリックス複合（「ＣＭＣ」）材料で形成される。ＣＭＣ材料は、高温性能を有する非金属材料である。燃焼機ドーム１１２及び燃焼チャンバライナ（例えば、内側ライナ１１４及び外側ライナ１１６）に利用される例示的なＣＭＣ材料は、炭化ケイ素、ケイ素、シリカもしくはアルミナのマトリックス材料及びそれらの組合せを含み得る。サファイア及び炭化ケイ素のようなモノフィラメントを含む酸化安定強化繊維（例えば、ＴｅｘｔｒｏｎのＳＣＳ−６）、炭化ケイ素を含むロービング及びヤーン（例えば、日本カーボンのＮＩＣＡＬＯＮ（登録商標）、宇部興産のＴＹＲＡＮＮＯ（登録商標）、及びＤｏｗＣｏｒｎｉｎｇのＳＹＬＲＡＭＩＣ（登録商標））、ケイ酸アルミナ（例えば、Ｎｅｘｔｅｌの４４０及び４８０）、並びに短いウィスカ及び短繊維（例えば、Ｎｅｘｔｅｌの４４０及びＳＡＦＦＩＬ（登録商標））などのセラミック繊維と、随意にセラミック粒子（例えば、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｙ、及びそれらの組合せの酸化物）及び無機充填材（例えば、パイロフィライト、ウォラストナイト、マイカ、タルク、カイヤナイト、及びモンモリロナイト）とが、マトリックス中に埋め込まれてもよい。

加えて、燃焼機ドーム１１２（及び一体形成された燃焼チャンバ外側ライナ１１６）及び燃焼チャンバ内側ライナ１１４は、以下で議論する図３の実施形態により明らかに示すように、それぞれ、環形状を画成するように周方向Ｃに沿って実質的に連続して延在する。以下でより詳細に議論するように、燃焼チャンバ内側ライナ１１４は、燃焼チャンバ内側ライナ１１４と、一体形成された燃焼チャンバ外側ライナ１１６及び燃焼機ドーム１１２とが、共に環状燃焼チャンバ１０８を画成するように、燃焼機ドーム１１２に接合される。したがって、描写した例示的な燃焼機アセンブリ１００は、環状燃焼機として構成される。

図２を引き続き参照すると、燃焼チャンバ外側ライナ１１６及び燃焼チャンバ内側ライナ１１４は、それぞれ概ね軸方向Ａに沿って延在し、すなわち、燃焼チャンバ外側ライナ１１６は、前方端１１８と後方端１２０の間で延在し、燃焼チャンバ内側ライナ１１４は、前方端１２２と後方端１２４の間で同様に延在する。加えて、燃焼機ドーム１１２は、後壁１２６及び移行部分を含む。具体的には、描写した燃焼機ドーム１１２は、外側移行部分１２８及び内側移行部分１３０を含む。外側移行部分１２８は、径方向Ｒに沿う後壁１２６の外側縁に沿って配置され、内側移行部分１３０は、径方向Ｒに沿う後壁１２６の内側縁に沿って配置される。内側及び外側移行部分１２８、１３０は、それぞれ燃焼機ドーム１１２の後壁１２６とともに周方向に延在する（図２を参照）。

外側移行部分１２８は、後壁１２６から外側ライナ１１６に向けて延在し、内側移行部分１３０は、後壁１２６から内側ライナ１１４に向けて延在する。述べたように、描写した実施形態の場合、外側ライナ１１６は、（後壁１２６及び外側移行部分１２８を含む）燃焼機ドーム１１２と一体形成され、よって、外側移行部分１２８は、後壁１２６から外側ライナ１１６まで継ぎ目なしに延在する。例えば、燃焼機ドーム１１２と燃焼チャンバ外側ライナ１１６は、燃焼機ドーム１１２から燃焼チャンバ外側ライナ１１６まで延在する継ぎ目のない連続面を共に画成する。

図２を引き続き参照し、上で簡単に述べたように、燃焼機ドーム１１２は、加えて開口１０２を画成し、燃焼機アセンブリ１００は、燃料−空気注入器金具アセンブリ１０６を含む。特に、燃焼機ドーム１１２は複数の開口１０２を画成し、燃焼機アセンブリ１００は、対応する複数の燃料−空気注入器金具アセンブリ１０６を含み、すなわち、各開口１０２は、複数の燃料−空気注入器金具アセンブリ１０６のうちの対応する１つを受容するように構成される（例えば、以下の図３を参照）。

複数の燃料−空気注入器金具アセンブリ１０６は、それぞれ、例えば、スワラ及び／又は隔壁を含み得る。上で簡単に述べたように、燃料−空気注入器金具アセンブリ１０６は、燃料ノズル１０４からの可燃性燃料及びターボファンエンジン１０の圧縮機セクションからの圧縮空気の流れを受けるように構成される。各燃料−空気注入器金具アセンブリ１０６は、複数の開口１０２のうちの対応する１つで燃焼機ドーム１１２に直接取り付けられる。加えて、描写したように、各燃料−空気注入器金具アセンブリ１０６は、このような開口１０２内に、又はこのような開口１０２を通って延在する。特に、燃焼機ドーム１１２は、燃焼チャンバ１０８に露出する高温側１３２と、反対の低温側１３４とを画成する。例示的な燃料−空気注入器金具アセンブリ１０６は、それぞれ燃焼機ドーム１１２の高温側１３２に直接取り付けられ、燃焼機ドーム１１２の低温側１３４に直接取り付けられる。例えば以下の図３からより明らかなように、描写した実施形態の場合、各燃料−空気注入器金具アセンブリ１０６は、他の燃料−空気注入器金具アセンブリ１０６から、より具体的には隣接する燃料−空気注入器金具アセンブリ１０６から独立して燃焼機ドーム１１２に直接取り付けられる。例えば、描写した燃焼機アセンブリ１００の燃焼機ドーム１１２が、周方向Ｃに沿って連続して延在するので、燃焼機ドーム１１２及び複数の燃料−空気注入器金具アセンブリ１０６のための追加的又は補足的な支持は必要とされない。

図２を引き続き参照すると、一体形成された燃焼チャンバ外側ライナ１１６及び燃焼機ドーム１１２とは対照的に、描写した実施形態の場合、燃焼チャンバ内側ライナ１１４は、燃焼機ドーム１１２及び燃焼チャンバ外側ライナ１１６とは別に形成される。燃焼チャンバ内側ライナ１１４は、概ね装着アセンブリ１３６により燃焼機ドーム１１２に取り付けられる。具体的には、第１の燃焼チャンバ部材すなわち燃焼機ドーム１１２は、第１の結合フランジ１３８を含み、第２の燃焼チャンバ部材すなわち燃焼チャンバ内側ライナ１１４は、第２の結合フランジ１４０を含む。第１及び第２の結合フランジ１３８、１４０は、互いに隣接して配置され、それぞれ燃焼チャンバ１０８から概ね外向きに延在する。具体的には、描写した実施形態の場合、第１及び第２の結合フランジ１３８、１４０は、概ね径方向Ｒに沿って内向きに延在する。

その上、描写した例示的な装着アセンブリ１３６は、第１の装着フランジ１４２及び第２の装着フランジ１４４を含む。第１の装着フランジ１４２は、燃焼機ドーム１１２の第１の結合フランジ１３８に隣接して配置され、第２の装着フランジ１４４は、燃焼チャンバ内側ライナ１１４の第２の結合フランジ１４０に隣接して配置される。その上、装着アセンブリ１３６は、第１の装着フランジ１４２を第２の装着フランジ１４４に向けて押して燃焼機ドーム１１２及び燃焼チャンバ内側ライナ１１４を取り付けるための取付け部材１４６を更に含む。例えば、取付け部材１４６は、燃焼機ドーム１１２及び燃焼チャンバ内側ライナ１１４を取り付けるために、第１の装着フランジ１４２と第２の装着フランジ１４４とを共に固定してもよい。

したがって、装着アセンブリ１３６は、燃焼チャンバ内側ライナ１１４及び燃焼機ドーム１１２に取り付けられる。より具体的には、描写した実施形態の場合、装着アセンブリ１３６は、ターボファンエンジンエンジン１０の構造的構成要素に対してターボファンエンジンエンジン１０内で燃焼機ドーム１１２及び燃焼チャンバ内側ライナ１１４を支持するために、燃焼チャンバ内側ライナ１１４の前方端１２２に近接して燃焼チャンバ内側ライナ１１４に取り付けられる。例えば、描写した例示的な装着アセンブリ１３６は、概ね軸方向Ａに沿って前方端１５０から後方端１５２まで延在する長さ１４９を画成する支持部材１４８を含む。支持部材１４８の前方端１５０は、第２の装着フランジ１４４を含み、述べたように及び以下で更に詳細に議論するように、燃焼チャンバ内側ライナ１１４の前方端１２２に近接して燃焼チャンバ内側ライナ１１４に取り付けられる。

本明細書において用語「前方端に近接する」は、後方端よりも前方端に近い位置を概ね意味し得る。したがって、例えば、燃焼機アセンブリ１００は、開口１０２のうちの１以上と、タービンセクションへの出口１１０との間で概ね軸方向Ａに沿う長さ１５４を画成し得る。装着アセンブリ１３６は、燃焼機アセンブリの長さ１５４の少なくとも前方約５０％内で燃焼チャンバ内側ライナ１１４に取り付けられ得る。特に、描写した実施形態の場合、装着アセンブリ１３６は、燃焼機アセンブリの長さ１５４の少なくとも前方約４０％内、燃焼機アセンブリの長さ１５４の少なくとも前方約３０％内、又は燃焼機アセンブリの長さ１５４の少なくとも前方約２０％内で燃焼チャンバ内側ライナ１１４に取り付けられ得る。本明細書において「約」又は「凡そ」などの近似用語は、１０％の許容誤差内であることを意味すると理解されたい。

述べたように、装着アセンブリ１３６は、燃焼機ドーム１１２、燃焼チャンバ内側ライナ１１４、及び燃焼チャンバ外側ライナ１１６をターボファンエンジン１０内で支持するように構成される。具体的には、例示的な支持部材１４８は、後方端１５２でターボファンエンジン１０の構造的構成要素に取り付けるように構成される。特に、支持部材１４８は、取付けフランジ１５６を含み、同フランジによって、支持部材１４８が、燃焼機アセンブリ１００を支持するためにターボファンエンジン１０の構造的構成要素に取り付けられる。描写した実施形態の場合、構造的構成要素は、タービンセクションを通る流路を少なくとも部分的に画成するタービンフレーム１５８として構成される。しかし、他の実施形態では、構造的構成要素は、ターボファンエンジン１０内の任意の静止構造部材であってもよい。例えば、他の実施形態では、構造的構成要素は、圧縮機内側ケーシング１６０、圧縮機外側ケーシング１６２、タービンケーシング１６４などであってもよい。

図３から図５の例示的な実施形態を参照して以下でより詳細に議論するように、装着アセンブリ１３６は金属材料で形成され得る。特に、第２の結合フランジ１４０を含む支持部材１４８、及び第１の結合フランジ１３８は、それぞれ金属材料で形成され得る。このような構成によって、ターボファンエンジン１０の動作中に所望の量の熱的成長が可能となり得る。特に、燃焼チャンバ内側及び外側ライナ１１４、１１６、並びに燃焼機ドーム１１２が、全て燃焼チャンバ内側ライナ１１４の前方端１２２で装着アセンブリ１３６により支持されるので、燃料−空気注入器金具アセンブリ１０６と、タービンセクションへの入口との間の距離が、実質的に装着アセンブリ１３６のある量の熱的成長により画成される。更に、圧縮機内側及び外側ケーシング１６０、１６２、並びにタービンケーシング１６４など、燃焼機アセンブリ１００を取り囲む様々な他の構成要素も、全て金属材料で形成されるので、装着アセンブリ１３６の熱的成長は、そのような構成要素の熱的成長に概ね一致しており、燃焼機アセンブリ１００のＣＭＣ構成要素と装着アセンブリ１３６との間の熱的成長の不一致にもかかわらず、燃焼機アセンブリ１００がターボファンエンジン１０内の所望の位置にあることを確実にする。

つぎに図３から図５を参照すると、本開示の例示的な実施形態による燃焼機アセンブリ１００の様々な図が提示されている。図３から図５の例示的な燃焼機アセンブリ１００は、図２の例示的な燃焼機アセンブリ１００と実質的に同じ様式で構成され得、したがって、同じ又は同様の番号は、同じ又は同様の部品を意味し得る。具体的には、図３は、組み立てられた燃焼機アセンブリ１００の斜視図を提示し、図４は、図３の例示的な燃焼機アセンブリ１００のセクションの斜視断面図を提示し、図５は、図３の例示的な燃焼機アセンブリ１００の装着アセンブリ１３６の取付け部分の拡大断面図を提示する。

図３に最も明らかに見られ得るように、燃焼機アセンブリ１００は、冷却空気の流れを可能にするように燃焼チャンバ部材の１以上を通って延在する複数の冷却穴１６６を含む。具体的には、描写した例示的な燃焼機アセンブリ１００は、ある量の冷却空気が流れることを可能にするように、燃焼チャンバ外側ライナ１１６、燃焼チャンバ内側ライナ１１４、及び燃焼機ドーム１１２を通って延在する複数の冷却穴１６６を含む。冷却空気は、燃焼機アセンブリ１００が設置される、ガスタービンエンジンの圧縮機セクションから提供され得る。

前に述べたように、燃焼機アセンブリ１００は、一般に環状燃焼機として構成される。したがって、燃焼チャンバ外側ライナ１１６、（描写した実施形態の場合、燃焼チャンバ外側ライナ１１６と一体形成される）燃焼機ドーム１１２、及び燃焼チャンバ内側ライナ１１４（例えば図４を参照）は、それぞれ、環形状を画成するように周方向Ｃに沿って実質的に連続して延在する。図３には描写していないが、（燃焼機ドーム１１２の）第１の結合フランジ１３８及び（燃焼チャンバ内側ライナ１１４の）第２の結合フランジ１４０も、周方向に実質的に連続して延在する。更に、装着アセンブリ１３６、特に、第１の装着フランジ１４２、及び第２の装着フランジ１４４を含む支持部材１４８も、それぞれ、環形状を画成するように周方向Ｃに沿って実質的に連続して延在する。よって、支持部材１４８は、環状支持部材１４８とも称され得る。特に、第１の装着フランジ１４２は、互いに隣接して周方向に配置された複数の個々の装着ブラケット１６８で形成される。

描写した実施形態の場合、装着アセンブリ１３６は、ＣＭＣ材料でそれぞれ形成され得る、燃焼チャンバ内側ライナ１１４、燃焼機ドーム１１２、及び燃焼チャンバ外側ライナ１１６とは対照的に、概ね金属材料で形成される。したがって、装着アセンブリ１３６の第１の装着フランジ１４２を形成する装着ブラケット１６８は、第２の装着フランジ１４４を含む支持部材１４８と同様に金属材料で形成される。熱膨張率の不一致に適応するために、支持部材１４８は、概ね軸方向Ａに沿って延在する複数のギャップ１７０を含む。しかし、他の実施形態では、複数のギャップ１７０は、代わりに任意の他の適当な方向に延在してもよい。特に、複数のギャップ１７０を含むことによって、加えて、振動減衰及び他の有益性が燃焼機アセンブリ１００にもたらされる。

その上、描写した複数のギャップ１７０は、それぞれ支持部材１４８の長さ１４９の少なくとも約５０％に沿って延在する。描写した実施形態の場合に具体的には、複数のギャップ１７０のそれぞれは、支持部材１４８の長さ１４９の少なくとも約６０％に沿って延在する。更に、複数のギャップ１７０のうちの各ギャップ１７０は幅１７１を画成する（図３）。描写したギャップ１７０が概ね軸方向Ａに沿って延在するので、幅１７１は、概ね周方向Ｃに沿って画成される。各ギャップ１７０の幅１７１は、少なくとも約０．０５インチ、少なくとも約０．１０インチ、少なくとも約０．２０インチ、又は任意の他の適当な幅であってもよい。ギャップ１７０は、装着アセンブリ１３６の支持部材１４８に対する、燃焼チャンバ外側ライナ１１６又は燃焼機ドーム１１２の少なくとも一方の相対的な膨張を可能にする。特に、ギャップ１７０は、概ね径方向Ｒに沿う装着アセンブリ１３６の支持部材１４８に対する、ＣＭＣ構成要素、すなわち、燃焼チャンバ内側ライナ１１４、燃焼機ドーム１１２、及び燃焼チャンバ外側ライナ１１６のそれぞれの相対的な膨張を可能にする。

つぎに特に図４及び図５を参照すると、例示的な取付け部材１４６は、ナット１７２及びボルト１７４として、正確には複数のナット１７２及びボルト１７４として構成され、各ボルト１７４は、第１及び第２の装着フランジ１４２、１４４並びに第１及び第２の結合フランジ１３８、１４０を通って延在する。ボルト１７４は、それぞれ、第１の装着フランジ１４２を押すヘッド１７６を含み、対応するナット１７２のそれぞれは、対応するボルト１７４に螺合され、第２の装着フランジ１４４を押す。このような構成によって、燃焼機ドーム１１２及び燃焼チャンバ内側ライナ１１４それぞれの第１及び第２の結合フランジ１３８、１４０を取り付ける力は、第１の装着フランジ１４２の内側面領域と第２の装着フランジ１４４の内側面領域との間に分散する。したがって、第１及び第２の結合フランジ１３８、１４０は、それらに加えられる最小量の点力で共に押される。このような構成によって、第１及び第２の結合フランジ１３８、１４０に対する損傷が限定され得る。

その上、図５の断面図に見られ得るように、装着アセンブリ１３６は、ブッシング１７８、正確には複数のブッシング１７８を更に含み、各ブッシング１７８は、第１及び第２の結合フランジ１３８、１４０内で対応するボルト１７４の周りに延在する。ブッシング１７８は、（金属材料で形成された）ボルト１７４と、（ＣＭＣ材料で形成された）第１及び第２の結合フランジ１３８、１４０との間のバリアとして機能し得る。したがって、ＣＭＣ材料による金属材料上のいかなる磨耗も、ボルト１７４とは対照的にブッシング１７８により吸収される。特に、第１及び第２の結合フランジ１３８、１４０は、共に組合せ幅１８０を画成し、ブッシングのそれぞれは、長さ１８２を同様に画成する。描写した実施形態の場合、ブッシング１７８のそれぞれの長さ１８２は、金属材料で形成され得るブッシング１７８と、第１及び第２の結合フランジ１３８、１４０との間の相対的な熱膨張を可能にするために、第１及び第２の結合フランジ１３８、１４０の組合せ幅１８０よりも小さい。

ブッシング１７８を含むことによって、第１の装着フランジ１４２及び第２の装着フランジ１４４は、燃焼チャンバ内側ライナ１１４に対する燃焼機ドーム１１２の耐久性の高い取付けを可能にし得る。より具体的には、このような金属構成要素を金属ボルト１７４とＣＭＣドーム１１２及び内側ライナ１１４との間に含むことによって、燃焼機アセンブリ１００の動作中のボルト１７４に対する初期磨耗のリスクが抑制され得る。

しかし、本明細書に記述する例示的な燃焼機アセンブリ１００は、例として提示されているにすぎず、本開示の例示的な他の実施形態では、燃焼機アセンブリ１００は、任意の他の適当な構成を有してもよいことを理解されたい。例えば、例示的な他の実施形態では、燃焼チャンバ外側ライナ１１６は、燃焼機ドーム１１２と一体形成されなくてもよく、代わりに、任意の適当な様式で燃焼機ドーム１１２に取り付けられてもよい。更に、例示的な特定の実施形態では、燃焼チャンバ内側ライナ１１４は、燃焼チャンバ外側ライナ１１６の代わりに、又はそれに加えて、燃焼機ドーム１１２と一体形成されてもよい。その上、また他の実施形態では、燃焼機ドーム１１２は、任意の他の適当な構成を有してもよい。例えば、特定の実施形態では、燃焼機ドーム１１２は、外側移行部分１２８又は内側移行部分１３０の一方又は両方を含まなくてもよい。又は代わりに、外側移行部分１２８又は内側移行部分１３０の一方又は両方は、任意の他の適当な様式で構成されてもよい。

その上、本明細書に記述する実施形態の場合、装着アセンブリ１３６が燃焼機アセンブリ１００の概ね径方向内側に位置するが、他の実施形態では、装着アセンブリ１３６は、代わりに径方向外側に位置してもよい。例えば、このような例示的な実施形態では、装着アセンブリ１３６は、燃焼チャンバ外側ライナ１１６を、別に形成された燃焼チャンバ１０８のドームに取り付けるように構成されてもよい。その上、描写した実施形態の場合、装着アセンブリ１３６が、燃焼チャンバライナの前方端で燃焼チャンバライナ及びドームに取り付けられるが、他の実施形態では、装着アセンブリ１３６は、代わりに、例えば、燃焼チャンバライナの後方端、又は任意の他の適当な位置で燃焼チャンバライナに取り付けられてもよい。更に、また他の実施形態では、支持部材１４８を含む装着アセンブリ１３６は、（描写した実施形態では後方に延在するのと対照的に）結合フランジ１３８、１４０から、結合フランジ１３８、１４０の前方に位置するガスタービンエンジン内の支持部材まで前方に延在してもよい。

更に、描写した実施形態の場合、燃焼チャンバ１０８を画成する様々な構成要素が、環形状を画成するように周方向Ｃに沿って実質的に連続して延在するが、例示的な他の実施形態では、そのような構成要素は、代わりに、燃焼チャンバ１０８を画成するように、周方向Ｃに沿って離間する複数の構成要素を含んでもよい。加えて又は代えて、他の実施形態では、燃焼機アセンブリ１００は、任意の他の適当な様式で燃焼機ドーム１１２に装着された任意の他の適当な燃料−空気注入器金具アセンブリ１０６を含んでもよい。

本明細書は、最良の形態を含めて本発明を開示するために、それにまた、当業者が、任意の装置又はシステムを製作し使用すること、及び任意の組み込まれた方法を実行することを含めて本発明を実施できるようにするために、例を使用している。本発明の特許可能な範囲は、請求項により定義されており、当業者が思い付く他の例を含み得る。このような他の例は、請求項の文言と異ならない構造的要素を含む場合又は請求項の文言と実質的に異ならない均等な構造的要素を含む場合、請求項の範囲内にあることが意図されている。

１０ターボファンジェットエンジン
１２長手方向軸線、軸方向中心線
１４ファンセクション
１６コアタービンエンジン
１８外側ケーシング
２０環状入口
２２低圧（ＬＰ）圧縮機
２４高圧（ＨＰ）圧縮機
２６燃焼セクション
２８高圧（ＨＰ）タービン
３０低圧（ＬＰ）タービン
３２ジェット排気ノズルセクション
３４ＨＰシャフト、スプール
３６ＬＰシャフト、スプール
３８可変ピッチファン
４０ファンブレード
４２ディスク
４４作動部材、ピッチ変更機構
４６出力ギアボックス
４８ナセル、前面ハブ
５０ファンケーシング、外側ナセル
５２出口ガイドベーン
５４下流セクション
５６バイパス空気流通路
５８空気
６０入口
６２空気の第１の部分
６４空気の第２の部分
６６燃焼ガス
６８ＨＰタービンステータベーン
７０ＨＰタービンロータブレード
７２ＬＰタービンステータベーン
７４ＬＰタービンロータブレード
７６ファンノズル排気セクション
７８高温ガス路
１００燃焼機アセンブリ
１０２開口
１０４燃料ノズル
１０６燃料−空気注入器金具アセンブリ
１０８環状燃焼チャンバ
１１０燃焼機アセンブリの出口
１１２燃焼機ドーム、ＣＭＣドーム
１１４燃焼チャンバ内側ライナ
１１６燃焼チャンバ外側ライナ
１１８外側ライナ前方端
１２０外側ライナ後方端
１２２内側ライナ前方端
１２４内側ライナ後方端
１２６後壁
１２８外側移行部分
１３０内側移行部分
１３２高温側
１３４低温側
１３６装着アセンブリ
１３８第１の結合フランジ
１４０第２の結合フランジ
１４２第１の装着フランジ
１４４第２の装着フランジ
１４６取付け部材
１４８環状支持部材
１５０前方端
１５２後方端
１５４燃焼機アセンブリの長さ
１５６取付けフランジ
１５８タービンフレーム
１６０圧縮機内側ケーシング
１６２圧縮機外側ケーシング
１６４タービンケーシング
１６６冷却穴
１６８装着ブラケット
１７０ギャップ
１７２ナット
１７４金属ボルト
１７６ヘッド
１７８ブッシング
１８０組合せ幅
１８２ブッシングの長さ

Claims

軸方向（Ａ）及び周方向（Ｃ）を画成するガスタービンエンジン（１０）用の燃焼機アセンブリ（１００）であって、燃焼機アセンブリ（１００）は、第１の燃焼チャンバ部材及び第２の燃焼チャンバ部材であって、第１及び第２の燃焼チャンバ部材は、それぞれセラミックマトリックス複合材料で形成され、共に燃焼チャンバ（１０８）を少なくとも部分的に画成し、第１の燃焼チャンバ部材は第１の結合フランジ（１３８）を備え、第２の燃焼チャンバ部材は第２の結合フランジ（１４０）を備え、第１及び第２の結合フランジ（１３８、１４０）は、互いに隣接して配置され、燃焼チャンバ（１０８）から外向きに延在する、第１の燃焼チャンバ部材及び第２の燃焼チャンバ部材と、第１の装着フランジ（１４２）及び第２の装着フランジ（１４４）を備える装着アセンブリ（１３６）であって、第１の装着フランジ（１４２）は、第１の結合フランジ（１３８）に隣接して配置され、第２の装着フランジ（１４４）は、第２の結合フランジ（１４０）に隣接して配置され、装着アセンブリ（１３６）は、第１及び第２の燃焼チャンバ部材を取り付ける取付け部材（１４６）を更に備える、装着アセンブリ（１３６）とを備える、燃焼機アセンブリ（１００）。
第１の燃焼チャンバ部材は燃焼機ドーム（１１２）であり、第２の燃焼チャンバ部材は燃焼チャンバライナ（１１４、１１６）である、請求項１に記載の燃焼機アセンブリ（１００）。
燃焼チャンバライナ（１１４、１１６）は燃焼チャンバ内側ライナ（１１４）である、請求項２に記載の燃焼機アセンブリ（１００）。
装着アセンブリ（１３６）は、ガスタービンエンジン（１０）内で燃焼機アセンブリ（１００）を支持する、請求項１に記載の燃焼機アセンブリ（１００）。
取付け部材（１４６）は、ナット（１７２）及びボルト（１７４）を備え、ボルト（１７４）は、第１の装着フランジ（１４２）を第２の装着フランジ（１４４）に向けて押すために第１及び第２の装着フランジ（１４２、１４４）並びに第１及び第２の結合フランジ（１３８、１４０）を通って延在する、請求項１に記載の燃焼機アセンブリ（１００）。
装着アセンブリ（１３６）は、第１及び第２の結合フランジ（１３８、１４０）内でボルト（１７４）の周りに延在するブッシング（１７８）を更に備える、請求項５に記載の燃焼機アセンブリ（１００）。
ブッシング（１７８）は長さ（１８２）を画成し、第１及び第２の結合フランジ（１３８、１４０）は組合せ幅（１８０）を画成し、ブッシング（１７８）の長さ（１８２）は、第１及び第２の結合フランジ（１３８、１４０）の組合せ幅（１８０）よりも小さい、請求項６に記載の燃焼機アセンブリ（１００）。
第１及び第２の結合フランジ（１３８、１４０）は、周方向（Ｃ）に実質的に連続して延在する、請求項１に記載の燃焼機アセンブリ（１００）。
装着アセンブリ（１３６）の第２の装着フランジ（１４４）は、周方向（Ｃ）に実質的に連続して延在する、請求項１に記載の燃焼機アセンブリ（１００）。
装着アセンブリ（１３６）の第１及び第２の装着フランジ（１４２、１４４）は、金属材料で構成される、請求項１に記載の燃焼機アセンブリ（１００）。
装着アセンブリ（１３６）は、前方端（１５０）から後方端（１５２）まで延在する環状支持部材（１４８）を更に備え、第２の装着フランジ（１４４）は、環状支持部材（１４８）の前方端（１５０）から延在し、環状支持部材（１４８）は、ガスタービンエンジン（１０）内に支持部材（１４８）を装着するための、後方端（１５２）にある結合部（１５６）を含む、請求項１に記載の燃焼機アセンブリ（１００）。
環状支持部材（１４８）は、装着アセンブリ（１３６）の環状支持部材（１４８）に対する第１及び第２の燃焼チャンバ部材の膨張を可能にするために、概ね軸方向（Ａ）に沿って延在する複数のギャップ（１７０）を含む、請求項１１に記載の燃焼機アセンブリ（１００）。
軸方向（Ａ）及び周方向（Ｃ）を画成するガスタービンエンジン（１０）用の燃焼機アセンブリ（１００）であって、燃焼機アセンブリ（１００）は、セラミックマトリックス複合材料で形成され第１の結合フランジ（１３８）を備える燃焼機ドーム（１１２）と、セラミックマトリックス複合材料で形成され第２の結合フランジ（１４０）を備えるライナ（１１４、１１６）であって、ライナ（１１４、１１６）及び燃焼機ドーム（１１２）は、共に燃焼チャンバ（１０８）を少なくとも部分的に画成する、ライナ（１１４、１１６）と、第１の装着フランジ（１４２）及び第２の装着フランジ（１４４）を備える装着アセンブリ（１３６）であって、第１の装着フランジ（１４２）は、第１の結合フランジ（１３８）に隣接して配置され、第２の装着フランジ（１４４）は、第２の結合フランジ（１４０）に隣接して配置され、装着アセンブリ（１３６）は、ライナ（１１４、１１６）及び燃焼機ドーム（１１２）を取り付けるために第１の装着フランジ（１４２）と第２の装着フランジ（１４４）とを共に固定する取付け部材（１４６）を更に備える、装着アセンブリ（１３６）とを備える燃焼機アセンブリ（１００）。
装着アセンブリ（１３６）は、ガスタービンエンジン（１０）内で燃焼機アセンブリ（１００）を支持する、請求項１３に記載の燃焼機アセンブリ（１００）。
取付け部材（１４６）は、ナット（１７２）及びボルト（１７４）を備え、ボルト（１７４）は、第１及び第２の装着フランジ（１４２、１４４）並びに第１及び第２の結合フランジ（１３８、１４０）を通って延在する、請求項１３に記載の燃焼機アセンブリ（１００）。
第１及び第２の結合フランジ（１３８、１４０）は、周方向（Ｃ）に実質的に連続して延在する、請求項１３に記載の燃焼機アセンブリ（１００）。
装着アセンブリ（１３６）の第１及び第２の装着フランジ（１４２、１４４）は、周方向（Ｃ）に実質的に連続して延在する、請求項１３に記載の燃焼機アセンブリ（１００）。
装着アセンブリ（１３６）は、前方端（１５０）から後方端（１５２）まで延在する環状支持部材（１４８）を更に備え、第２の装着フランジ（１４４）は、環状支持部材（１４８）の前方端（１５０）から延在し、環状支持部材（１４８）は、ガスタービンエンジン（１０）内に支持部材（１４８）を装着するための、後方端（１５２）にある結合部（１５６）を含む、請求項１３に記載の燃焼機アセンブリ（１００）。
軸方向（Ａ）及び周方向（Ｃ）を画成するガスタービンエンジン（１０）であって、ガスタービンエンジン（１０）は、圧縮機セクション（２２、２４）と、タービンセクション（２８、３０）と、圧縮機セクション（２２、２４）とタービンセクション（２８、３０）の間に配された燃焼セクション（２６）であって、燃焼セクション（２６）は燃焼機アセンブリ（１００）を備え、燃焼機アセンブリ（１００）は、第１の燃焼チャンバ部材及び第２の燃焼チャンバ部材を備え、第１及び第２の燃焼チャンバ部材は、それぞれセラミックマトリックス複合材料で形成され、共に燃焼チャンバ（１０８）を少なくとも部分的に画成し、第１の燃焼チャンバ部材は第１の結合フランジ（１３８）を備え、第２の燃焼チャンバ部材は第２の結合フランジ（１４０）を備え、第１及び第２の結合フランジ（１３８、１４０）は、互いに隣接して配置され、燃焼チャンバ（１０８）から外向きに延在する、燃焼セクション（２６）と、第１の装着フランジ（１４２）、及び第２の装着フランジ（１４４）を含む支持部材（１４８）を備える装着アセンブリ（１３６）であって、第１及び第２の装着フランジ（１４２、１４４）は、第１及び第２の燃焼チャンバ部材を取り付けるために第１及び第２の結合フランジ（１３８、１４０）の両側に配され、支持部材（１４８）は、燃焼機アセンブリ（１００）を支持するためにガスタービンエンジン（１０）の構造的構成要素に取り付けられる、装着アセンブリ（１３６）とを備えるガスタービンエンジン（１０）。
装着アセンブリ（１３６）は、第１の装着フランジ（１４２）を第２の装着フランジ（１４４）に向けて押す取付け部材（１４６）を更に備える、請求項１９に記載のガスタービンエンジン（１０）。