JP2018017231A - ガスタービンエンジンの点火プラグ支持構造 - Google Patents

ガスタービンエンジンの点火プラグ支持構造 Download PDF

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Abstract

【課題】 燃焼器に点火プラグ支持手段を溶接あるいはロー付けすることによる耐久性の低下を防止するとともに、点火プラグ支持手段の形状を単純化して加工コストを削減する。【解決手段】 ガスタービンエンジンの燃焼器１１の壁部１２は点火プラグ装着孔１２ａの外周から一体に突出する円筒状のフランジ１２ｃを備え、点火プラグ１８の先端部を覆う点火プラグ支持手段１７がフランジ１２ｃに溶接ｗあるいはロー付けされるので、点火プラグ支持手段１７の溶接部位あるいはロー付け部位が燃焼器１１の壁部１２よりも低温のフランジ１２ｃ上となることで、溶接部位あるいはロー付け部位の強度低下の抑制および耐久性の向上が可能となるだけでなく、点火プラグ支持手段１７の形状を単純な円筒状のフランジ１２ｃの形状に合わせれば良いので、点火プラグ支持手段１７の加工が容易になってコストダウンが可能になる。【選択図】 図３

Description

本発明は、ガスタービンエンジンの燃焼器の壁部に形成された点火プラグ装着孔を取り囲む点火プラグ支持手段に点火プラグの先端部が覆われるガスタービンエンジンの点火プラグ支持構造に関する。
かかるガスタービンエンジンの点火プラグ支持構造は、下記特許文献１により公知である。この発明は、燃焼器チャンバ１の壁部に形成された開口部に環状の中空シャフト１４（フランジ）の一端を嵌合して溶接により固定し、この中空シャフト１４の他端に中空シャフトスリーブ１３０（カラー支持部材）を介して浮動点火プラグスリーブ１２０（点火プラグ支持カラー）を浮動状態で支持し、この浮動点火プラグスリーブ１２０に点火プラグ１３の先端を貫通させている。
特開２００９−１８５８２１号公報
ところで、上記従来のものは、燃焼器チャンバ１の壁部に形成された開口部に直接中空シャフト１４が溶接されるので、溶接の熱で開口部の周縁の強度が低下してクラックが発生する可能性があった。しかも複雑な三次元曲面で構成された燃焼器チャンバ１の壁部に中空シャフト１４を溶接するには、中空シャフト１４の溶接部を三次元曲面に合わせて精度良く機械加工する必要があり、加工コストが嵩む問題があった。
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、燃焼器に点火プラグ支持手段を溶接あるいはロー付けすることによる耐久性の低下を防止するとともに、点火プラグ支持手段の形状を単純化して加工コストを削減することを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、ガスタービンエンジンの燃焼器の壁部に形成された点火プラグ装着孔を取り囲む点火プラグ支持手段に点火プラグの先端部が覆われるガスタービンエンジンの点火プラグ支持構造であって、前記燃焼器の壁部は前記点火プラグ装着孔の外周から一体に突出する円筒状のフランジを備え、前記フランジに前記点火プラグ支持手段が溶接あるいはロー付けされることを特徴とするガスタービンエンジンの点火プラグ支持構造が提案される。
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記燃焼器の内部に冷却用の空気を供給する複数の冷却孔が、前記燃焼器の壁部における前記フランジを除く前記点火プラグ装着孔の全周に形成されることを特徴とする点火プラグ支持構造が提案される。
なお、実施の形態の燃焼器本体部１２は本発明の壁部に対応する。
請求項１の構成によれば、ガスタービンエンジンの燃焼器の壁部に形成された点火プラグ装着孔を取り囲む点火プラグ支持手段に点火プラグの先端部が覆われる。燃焼器の壁部は点火プラグ装着孔の外周から一体に突出する円筒状のフランジを備え、フランジに点火プラグ支持手段が溶接あるいはロー付けされるので、点火プラグ支持手段の溶接部位あるいはロー付け部位が燃焼器の壁部よりも低温のフランジ上となることで、溶接部位あるいはロー付け部位の強度低下の抑制および耐久性の向上が可能となるだけでなく、点火プラグ支持手段の形状を単純な円筒状のフランジの形状に合わせれば良いので、点火プラグ支持手段の加工が容易になってコストダウンが可能になる。しかもフランジが燃焼器の壁部と一体に形成されるので、フランジを別部材で構成する場合に比べて部品点数および加工工数が削減され、一層のコストダウンが可能になる。
また請求項２の構成によれば、燃焼器の内部に冷却用の空気を供給する複数の冷却孔が、燃焼器の壁部におけるフランジを除く点火プラグ装着孔の全周に形成されるので、点火プラグ支持手段に邪魔されることなく点火プラグ装着孔の直近の壁部に冷却孔を形成し、点火プラグ装着孔の周囲の冷却効果を確保して熱による強度低下を防止することができる。
ガスタービンエンジンの燃焼器の縦断面図。 図１の２部拡大図。 図２の３方向矢視図。 図３に対応する比較例を示す図。
以下、図１〜図４に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１に示すように、ガスタービンエンジンのエンジン軸線を取り囲むように配置された燃焼器１１は、環状の燃焼器本体部１２と、燃焼器本体部１２の一端部を閉塞するドーム部１３とを備える。半円状断面を有するドーム部１３にはエンジン軸線を中心とする円周上に複数の開口フランジ部１４…が等間隔で配置されており、開口フランジ部１４…の中心に形成された燃料供給孔１３ａ…から燃焼器１１の内部に燃料を噴射する燃料ノズル１５…の先端部が、ノズルガイド支持手段１６…によって浮動状態で支持されたノズルガイド２２により覆われている。また燃焼器本体部１２の外周壁には複数の点火プラグ装着孔１２ａ…が円周方向に等間隔で形成されており、これらの点火プラグ装着孔１２ａ…に設けた点火プラグ支持手段１７…によって浮動状態で支持された点火プラグ支持カラー２０…に点火プラグ１８…の先端部が挿入される。
燃焼器１１はその内周部においてガスタービンエンジンのケーシングに片持ち支持されており、また燃料ノズル１５…および点火プラグ１８…の基端部は前記ケーシングに片持ち支持されているため、ガスタービンエンジンの温度変化に伴う各部の熱膨張量の差により、燃焼器１１に対して燃料ノズル１５…および点火プラグ１８…が相対的に移動する。この相対移動を許容するために、燃料ノズル１５…の先端部はノズルガイド支持手段１６…に浮動状態で支持されたノズルガイド２２によって覆われており、点火プラグ１８…の先端部は点火プラグ支持手段１７…に浮動状態で支持された点火プラグ支持カラー２０…に挿入される。燃焼器本体部１２の外周壁および内周壁には、燃焼器１１の内部に燃焼用の空気を導入するための複数の空気導入孔１２ｂ…が形成される。
次に、図２および図３に基づいて点火プラグ支持手段１７の構造を説明する。
燃焼器本体部１２の外周面にはバーリング加工により円筒状のフランジ１２ｃが一体に突設され、このフランジ１２ｃの内周に点火プラグ装着孔１２ａが形成される。点火プラグ１８の軸線Ｌを取り囲むように配置される点火プラグ支持手段１７は、環状のカラー支持部材１９と環状の点火プラグ支持カラー２０とを備える。
カラー支持部材１９は、Ｊ字状断面を有して径方向内向きに開放する環状の支持部１９ａと、支持部１９ａの内周から軸線Ｌに沿って点火プラグ装着孔１２ａ側に突出する円筒状のフランジ１９ｂとを一体に備えており、このフランジ１９ｂが燃焼器本体部１２のフランジ１２ｃの外周に嵌合して溶接ｗにより接合される。
点火プラグ支持カラー２０は、カラー支持部材１９の支持部１９ａに緩く嵌合する円板状の平坦部２０ａと、平坦部２０ａの内周から軸線Ｌに沿って径方向外側に円錐状に拡開するガイド部２０ｂとを備え、ガイド部２０ｂに点火プラグ１８の先端部が覆われる。
カラー支持部材１９と点火プラグ支持カラー２０との間には軸線Ｌ方向の隙間αと、径方向の隙間βとが形成されており、これらの隙間α，βの範囲で点火プラグ支持カラー２０はカラー支持部材１９に対して浮動状態で支持される。
そして燃焼器本体部１２の壁部には、冷却用の空気を燃焼器１１の内部に導入するための多数の冷却孔１２ｄ…（図３参照）が形成される。冷却孔１２ｄ…はフランジ１２ｃを除く燃焼器本体部１２の壁部の全域に形成され、かつフランジ１２ｃの全周にぎりぎりに近接する位置まで形成される。
次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。
ガスタービンエンジンの運転中、コンプレッサで圧縮された空気は燃焼器１１の周囲の空間に供給され、そこから燃焼器本体部１２の空気導入孔１２ｂ…および燃料ノズル１５…の内部を通過して燃焼器１１の内部に供給され、燃焼器１１の内部で燃料ノズル１５から噴射された燃料と空気とが混合して燃焼する。燃焼により発生した燃焼ガスは燃焼器１１から排出されてタービンを駆動した後、排気ノズルから排出されて推力を発生する。点火プラグ１８…はガスタービンエンジンの始動時に混合気を着火させ、ガスタービンエンジンの始動後は混合気の燃焼が自動的に継続する。
環状の燃焼器１１はその内周部においてガスタービンエンジンのケーシングに片持ち支持されており、また燃料ノズル１５…および点火プラグ１８…の基端部もガスタービンエンジンのケーシングに片持ち支持されているため、ガスタービンエンジンの温度変化に伴う熱膨張量の差により、燃焼器１１に対して燃料ノズル１５…および点火プラグ１８…は相対的に移動する。
しかしながら、点火プラグ１８は燃焼器本体部１２の点火プラグ装着孔１２ａを取り囲むフランジ１２ｃに点火プラグ支持手段１７によって浮動状態で支持された点火プラグ支持カラー２０に挿入して支持されており、点火プラグ１８を支持する点火プラグ支持カラー２０はカラー支持部材１９に対して隙間αの範囲で軸線Ｌ方向に相対移動可能であり、かつ隙間βの範囲で径方向に相対移動可能であるため、それらの隙間α，βの作用で上記した相対移動が許容される。
混合気の燃焼で温度上昇する燃焼器本体部１２を冷却すべく、燃焼器本体部１２の壁面を貫通する冷却孔１２ｄ…から空気が導入され、その空気が燃焼器本体部１２の内壁面に空気の薄膜を構成することで、燃焼器本体部１２が効果的に冷却されて耐久性の低下が防止される。
図４は点火プラグ支持手段１７の比較例を示すもので、この比較例の点火プラグ支持手段１７のカラー支持部材１９は支持部１９ａに接続された大径のフランジ１９ｃを備えており、このフランジ１９ｃが燃焼器本体部１２の壁部における点火プラグ装着孔１２ａの周囲に直接溶接ｗされている。溶接部に開けられた孔は溶接時に塞がってしまうため、溶接部を中心に数ミリ程度の無孔領域が発生することや、溶接後に冷却孔１２ｄ…を加工しようとするとコストが増大する問題がある。
それに対して、図３に示す本実施の形態の点火プラグ支持手段１７は、点火プラグ装着孔１２ａを取り囲む円筒状のフランジ１２ｃにカラー支持部材１９を溶接ｗしたので、点火プラグ支持手段１７に邪魔されることなく、点火プラグ装着孔１２ａの全周にぎりぎりに接近して冷却孔１２ｄ…を形成することが可能となり、燃焼器本体部１２の冷却効果が向上する。
また図４に示す比較例の如く、三次元曲面である燃焼器本体部１２の壁部に点火プラグ支持手段１７のカラー支持部材１９を直接溶接ｗしようとすると、カラー支持部材１９の溶接面の形状を燃焼器本体部１２の外表面の形状に一致させるための機械加工が面倒でコストアップの要因となる問題があるが、本実施の形態によれば、点火プラグ支持手段１７のカラー支持部材１９が単純な円筒形状のフランジ１２ｃに溶接ｗされるため、カラー支持部材１９に面倒な機械加工を施す必要がなくなってコストダウンが可能になる。
またガスタービンエンジンの運転中に、火焔に直接晒される燃焼器本体部１２の壁部は、そこから突出するフランジ１２ｃよりも高温になる。図４に示す比較の如く、燃焼器本体部１２の壁部に点火プラグ支持手段１７を直接溶接すると、燃焼器本体部１２の壁部が溶接の熱で劣化し、そこがガスタービンエンジンの運転による熱で温度上昇するとクラック等が発生して耐久性が低下する虞がある。しかしながら、本実施の形態によれば、フランジ１２ｃが点火プラグ支持手段１７を溶接する熱で劣化したとしても、そのフランジ１２ｃはガスタービンエンジンの運転中に比較的に低温に保たれるため、クラック等が発生して耐久性が低下する虞はない。
しかもフランジ１２ｃがバーリング加工により燃焼器本体部１２の壁部と一体に形成されるので、フランジ１２ｃを別部材で構成する場合に比べて部品点数および加工工数が削減され、一層のコストダウンが可能になる。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
例えば、実施の形態ではフランジ１２ｃをバーリング加工により構成しているが、それをプレス加工により構成しても良い。
１１ 燃焼器
１２ 燃焼器本体部（壁部）
１２ａ 点火プラグ装着孔
１２ｃ フランジ
１２ｄ 冷却孔
１７ 点火プラグ支持手段
１８ 点火プラグ

Claims (2)

  1. ガスタービンエンジンの燃焼器（１１）の壁部（１２）に形成された点火プラグ装着孔（１２ａ）を取り囲む点火プラグ支持手段（１７）に点火プラグ（１８）の先端部が覆われるガスタービンエンジンの点火プラグ支持構造であって、
    前記燃焼器（１１）の壁部（１２）は前記点火プラグ装着孔（１２ａ）の外周から一体に突出する円筒状のフランジ（１２ｃ）を備え、前記フランジ（１２ｃ）に前記点火プラグ支持手段（１７）が溶接あるいはロー付けされることを特徴とするガスタービンエンジンの点火プラグ支持構造。
  2. 前記燃焼器（１１）の内部に冷却用の空気を供給する複数の冷却孔（１２ｄ）が、前記燃焼器（１１）の壁部（１２）における前記フランジ（１２ｃ）を除く前記点火プラグ装着孔（１２ａ）の全周に形成されることを特徴とする、請求項１に記載のガスタービンエンジンの点火プラグ支持構造。
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