JP4098472B2 - ガスタービンエンジン用の燃料ノズル - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の背景】
【０００２】
【技術分野】
本発明は、ガスタービンエンジン用燃料ノズルに関し、特に、個別の燃料導管を規定する燃料ノズル軸に関する。
【０００３】
【従来技術】
ガスタービンエンジン用の燃料ノズルは、従来技術でよく知られている。そのような従来の燃料ノズルは、燃料を燃焼室に供給するために使用される。この燃焼室は、燃料混合物の燃焼により、エンジンを駆動するために使用されるエネルギーを発生させる目的で、設けられている。通常、燃焼室は、複数の燃料ノズルを備えており、燃料混合物を燃焼室内に適切かつ確実に分布させる。
【０００４】
従来の燃料ノズルは、燃料噴射装置に連結された入口ハウジング、二重燃料通路を規定する軸部、燃料を燃焼室に噴霧つまり霧状にするための少なくとも１つのノズル先端アッセンブリを、備えている。より詳細には、そのような燃料ノズルの軸部は、外管内に配置された第１の管、第２の管を備えている。この外管は、構造上の支持、断熱性を管アッセンブリに与えるように構成されている。実際、外管は、圧縮機から排出される高温の空気にさらされており、従って、内管すなわち第１、第２の管を、高温の外管との接触から保護するためのスペーサが必要である。
【０００５】
具体的には、第１の管、第２の管は、第１、第２の燃料の流れをそれぞれ導く２つの別々の導管を規定するために、外管内に同心状に配置されている。より詳細には、第１の燃料は、第１の管により規定された円形断面の導管を通して輸送される。一方、第２の燃料は、第１と第２の管の間に規定された環状の空隙を通して供給される。
【０００６】
上記燃料ノズルの別の形状では、第１、第２の管は、外管内に同心状には配置されない。従って、第２の燃料は、先の同心状構造の第１と第２の管の間に構成される環状の空隙を通過する代わりに、第２の管の環状導管を通して流れる。そのようなガスタービン燃料ノズル用の二重軸は、リシェイ等による１９８８年４月５日に発行された米国特許第４，７３５，０４４号、メインによる１９９５年６月１３日、１９９６年１１月５日にそれぞれ発行された米国特許第５，４２３，１７８号、第５，５７０，５８０号に、開示されている。
【０００７】
ヘルムリッヒによる１９７２年８月１５日に発行された米国特許第３，６８４，１８６号、ペイン・ジュニア等による１９８６年９月２日に発行された米国特許第４，６０９，１５０号には、単一要素を通して延びた燃料、空気通路を備えることが教示されている。より詳細には、米国特許第３，６８４，１８６号には、第１の燃料通路、第２の燃料通路、円周方向に間隔を採った複数の空気通路を備える吹き込み燃料ノズルが開示されている。これらの通路はすべて、穴を燃料ノズルの主支持構造を通して開けたもの、すなわち吹き込み燃料ノズルの隣接する部品間に存在する空隙により規定されたものである。米国特許第４，６０９，１５０号には、２つの個別の部分に鋳造された燃料ノズルが開示されている。この一方の部分は主支持構造であり、他の一部分はノズルヘッドである。より詳細には、燃料通路、空気通路は、主支持構造に鋳造され、ノズルヘッドは、空気旋回羽根、円錐台形の空気通路、燃料旋回オリフィス板を備えている。ヘッド部分は、一体の燃料ノズルを形成するために、ノズル支持部の端に溶接されている。
最後に、ストットによる１９９７年２月４日に発行された米国特許第５，５９８，６９６号には、入口嵌め込み、霧状用ノズルと互いに連結する軸を備える燃料ノズルが開示されている。軸は、中実状ボディを備え、このボディの中央部分に、第１の燃料導管、第２の燃料導管が、穴開け加工、鋳造により、形成されている。
【０００８】
【発明の概要】
従って、本発明の目的は、燃料を燃料噴射装置から燃焼室に輸送するように構成されている改良されたノズル軸部材を提供することである。
【０００９】
また、本発明の目的は、比較的単純かつ経済的に製造可能なそのような軸部材を提供することである。
【００１０】
本発明の構成は、入口端、出口端を有するガスタービン燃料ノズル用の軸部材を備える。軸部材は、１つの中実状材料部分を備える。少なくとも１つのスロット手段が、中実状部分に規定され、軸部材の入口と出口の間に延びている。スロット手段は、入口端から出口端へ燃料の流れを導く少なくとも１つの燃料導管を規定するために、スロット手段の全長にわたってカバー手段により密封されている。
本発明のさらに全体的な特徴によれば、ガスタービンエンジンで使用される燃料ノズル軸部材が提供される。この軸部材は、カバー手段と協同し、入口端、出口端を有する少なくとも１つの燃料導管を規定する、スロット手段を備える。よって少なくとも１つの燃料の流れを、入口端から出口端へ輸送することができる。
【００１１】
具体的には、入口端は、燃料を軸部材を通して供給するために、燃料噴射装置に接続された燃料アダプタに、連結されるように構成されている。軸の出口端は、少なくとも１つの噴霧オリフィスが設けられた噴霧先端アッセンブリが連結されるように構成されている。この噴霧オリフィスを通して、燃料は燃焼を目的として霧状にされる。
【００１２】
また具体的には、外部シールド手段が、断熱性を前記軸部材に与えるために、前記軸部材を取り囲む。より詳細には、シールド手段は円筒スリーブであり、このスリーブは、スリーブの両端において軸部材により支持されている。円筒スリーブは、スリーブの両端の間で軸部材から間隔を有している。
【００１３】
本発明のより具体的な構成では、軸部材の入口端、出口端にはそれぞれ、第１の導管、第２の導管が設けられている。スロット手段は、第１、第２の燃料導管として機能し、これらの導管はそれぞれ、第１の導管、第２の導管と連通接続されており、第１、第２の燃料の流れが軸部材を通して通過可能である。第１、第２の燃料導管は、軸部材の同じ側に配置され、１つのカバー手段を備えることが可能である。あるいは、第１、第２の燃料導管は、軸部材の両側に配置され、そのような各燃料導管用の個別のカバー手段を備えることが可能である。
【００１４】
本発明によるガスタービン燃料ノズル用の軸部材を形成する方法は、第１に、中実状材料部分を作成する工程を備える。第２に、入口端、出口端を規定するために、中実状材料部分の両端を中ぐりする。第３に、スロット手段を、入口端と出口端の間に延びた中実状材料部分の長手部分に沿って、規定する。最後に、軸部材の入口端から出口端へ燃料の流れを輸送する少なくとも１つの燃料導管を規定するために、スロット手段を、カバー手段により密封する。
【００１５】
以上本発明の特徴を一般的に説明したが、以下において本発明の好ましい実施例を説明する添付図面を参照する。
【００１６】
【発明の好ましい実施態様】
図面、特に図１を参照すると、本発明の構成要素を具体化し、全体を符号１０により示したガスタービンエンジンの燃料ノズルが記載されている。燃料ノズル１０は、軸部材１２を備える。この軸部材１２は、その入口端１４において燃料マニホールドアダプタ１６に、その出口端１８において噴霧先端アッセンブリ２０に、連結される。従って、噴霧先端アッセンブリ２０は、軸部材１２を通して、燃料マニホールドアダプタ１６に連結される。この燃料マニホールドアダプタ１６は、燃料噴射装置（図示せず）に接続される。よって、燃料噴射装置により供給される燃料は、従来技術でよく知られるように、燃焼室（図示せず）において燃焼させるために、噴霧先端アッセンブリ２０により霧状にされることになる。
【００１７】
より具体的には、軸部材１２は、第１、第２の燃料導管２２、２４を備えている。これら第１、第２の燃料導管は、それぞれ、第１、第２の燃料の流れを、軸部材１２の入口端１４から出口端１８へ導く。第１、第２の燃料導管２２、２４は、２つの個別のスロット２６、２８により形成される。これらのスロット２６、２８は、軸部材１２の同じ側に規定され、軸部材の上に溶接されるカバー３０により、塞がれる。より具体的には、カバー３０は矩形切欠き部分３１に嵌合する。この矩形切欠き部分３１に沿って、スロット２６、２８が平行に延びている。カバー３０と切欠き部分３１とは、基本的に同一の長さ、幅を有することが特筆される。よって、これにより、カバー３０が長手方向に移動するのを防止し、またスロット２６、２８に対するカバー３０の位置決めを容易にする。第１、第２の燃料導管２２、２４は、それぞれ第１、第２の入口導管（図示せず）を通して、供給される。これらの入口導管は、軸部材１２の入口端１４において、規定される。図２によく見られるように、第１、第２の出口導管３２、３４が、第１、第２の燃料の流れを受け取るために、軸部材１２の出口端１８に設けられる。これら第１、第２の燃料の流れは、第１、第２の燃料導管２２、２４により、それぞれ輸送される。従って、この軸部材１２の形状により、２つの個別の燃料の流れを、入口端１４から出口端１８に、同時にあるいは続けて導くことが可能である。
【００１８】
軸部材１２の入口端１４の部分は、燃料マニホールドアダプタ１６の下端部分に規定される受け開口（図示せず）に差し込まれるように構成される。燃料マニホールドアダプタ１６には、第１、第２の燃料出口（図示せず）が設けられる。これらの燃料出口は、軸部材１２の第１、第２の入口導管（図示せず）と連通接続可能である。従って、いったん軸部材１２の入口端１４が、燃料マニホールドアダプタ１６の受け開口に導入され、軸部材１２の第１、第２の入口導管（図示せず）が、燃料マニホールドアダプタ１６の第１、第２の燃料出口と、適切に位置合わせされると、軸部材１２は、燃料マニホールドアダプタ１６に、溶接、鑞付けなどにより固定される。図１に見られるように、燃料マニホールドアダプタ１６には、従来技術でよく知られるように、燃料ノズル１０を燃焼室、その他のガスタービンエンジンのハウジングに取り付けるためのフランジ３６が設けられる。
【００１９】
軸部材１２の出口端１８は、第１の分配器３８、第１の円錐４０、第１のシールド４２を備えた噴霧先端アッセンブリ２０に連結されている。これら第１の分配器３８、円錐４０、シールド４２は、第１の入口導管（図示せず）、第１の燃料導管２２、第１の出口導管３２を通過した第１の流れを受け取るように連結される。さらに、噴霧先端アッセンブリ２０は、第２の入口導管（図示せず）、第２の燃料導管２４、第２の出口導管３４を通過した第２の燃料の流れを受け取る第２の燃料旋回羽根４４を備える。最後に、噴霧先端アッセンブリ２０は、円周方向に間隔を採った複数の空気通路４８が設けられた外部空気旋回羽根４６を備える。これらの空気通路４８は、噴霧先端アッセンブリ２０の第１、第２の噴霧オリフィスからそれぞれ流出する、第１、第２の燃料噴霧を混合するための空気の流れを輸送するように構成される。第１の分配器３８、第１の円錐４０は、軸部材１２の出口端１８に規定された受け開口（図示せず）に鑞付けされる。その部分に対しては、第１のシールド４２が、第１の円錐４０に鑞付けされる。第２の燃料旋回羽根４４は、外部空気旋回羽根４６の円筒部分５０の内面に鑞付けされる。軸部材１２の出口端１８は、一体のアッセンブリを形成するために、外部空気旋回羽根４６の円筒部分５０の内面に鑞付けされる。
【００２０】
図１に見られるように、第２の切欠き部分５２が、軽量化のために、軸部材１２の長手方向の部分に沿って規定される。外部シールド５４は、その両端の内径が、軸部材１２の切欠き部分３１、５２に隣接する部分の外径に概ね一致する。従って、外部シールド５４は、ガスタービンエンジン内に見られる苛酷な環境条件から軸部材１２を保護するために、軸部材１２に取り付け可能である。より具体的には、外部シールド５４は、軸部材１２に鑞付けされる。
【００２１】
このような軸部材１２の構成では、第１、第２の入口導管（図示せず）、スロット２６、２８、第１、第２の出口導管３２、３４は、すべて機械加工により得られることが特筆される。従って、第１、第２の燃料導管２２、２４は、単一の中実状材料部分を機械加工することにより、設けられる。具体的には、軸部材１２は、ステンレス鋼などの材料から形成される。
【００２２】
図３〜図８を参照すると、本発明の軸部材の別の形態が、全体を符号２００により示される。図３〜図８から、スロット２０２、２０４は、軸部材２００の両側に規定されることが分かる。図８に示されるように、両スロット２０２、２０４は、基本的にＵ字形である。しかしながら、スロット２０４は、より大きい断面積を有し、第２の燃料の流れを受け取るように構成される。また、図３から分かるように、個別のカバー２０６が、各スロット２０２、２０４に設けられる。さらに、一連の孔２０７が、軽量化のために、軸部材２００の中央部分、すなわち２つのスロット２０２、２０４の間に、規定される。これらの孔２０７は、軸部材２００の長手方向軸に関して横切って延びている。
【００２３】
図３、図４によく見られるように、軸部材２００の出口端２０８には、受け開口２１０が設けられる。この受け開口２１０に、上述したような噴霧先端アッセンブリの第１の部分、すなわち、第１の分配器、第１の円錐、第１のシールドが、取り付け可能である。また、図４から分かるように、軸部材２００の出口端２０８には、第１、第２の出口導管２１２、２１４が設けられる。これらの出口導管２１２、２１４は、第１、第２の燃料の流れを供給するために、第１、第２の噴霧オリフィスを備える噴霧先端アッセンブリ（図示せず）に、それぞれ、符合する軸部材のスロット２０２、２０４と連通接続されている。軸部材２００の出口端２０８、入口端２１６は、図５、図６によく見られるように、非直線である。実際、出口端２０８は、軸部材２００の長手方向軸に対し所定の角度をなすように、加工される。
【００２４】
図６、図７を参照すると、軸部材２００の入口端２１６には、中央開口２１８が設けられる。この中央開口から第１の入口導管２２０が延びる。よって、スロット２０２は、図７によく見られるように、それぞれ両端において、第１の入口導管２１２、出口導管２２０と連通接続される。スロット２０４は、それぞれ両端において、第２の入口導管２１４、出口導管２２２と連通接続されることが容易に分かる。これは、図７と同様に図５によく見られる。
【００２５】
本発明の第１の実施態様については、外部シールド２２４は、図３、図５によく見られるように、軸部材２００を保護するために設けられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 点線で示された周囲構成要素を備えた、本発明のガスタービン燃料ノズルの軸部材の分解斜視図。
【図２】 第１、第２の出口導管を備えた第１、第２の燃料導管を形成するスロットを示す、図１の２−２線に沿った断面図。
【図３】 本発明の第２の好ましい実施態様のガスタービン燃料ノズルの軸部材の斜視図。
【図４】 図３に示された軸部材の出口端の平面図。
【図５】 第２の入口導管、出口導管を備え、また点線で示された外部シールドを備えた第２の燃料導管を規定するスロットを示す、図３の軸部材の側面図。
【図６】 入口導管、出口導管を備えた第１の燃料導管を規定するスロットを示す、図３の軸部材の側面図。
【図７】 図３の軸部材の上部平面図。
【図８】 第１、第２の燃料導管を形成する２つのスロットを示す、図３の軸部材の、図７の８−８線に沿った断面図。

Claims (24)

1. ガスタービンエンジンにおいて使用する燃料ノズル軸部材（１２／２００）であって、入口端、出口端（１４、１８／２１６、２０８）を備え、前記燃料ノズル軸部材（１２／２００）は、中実状材料部分を備え、この中実状材料部分に規定され、前記入口端と前記出口端（１４、１８／２１６、２０８）との間に延びたスロット手段（２６、２８／２０２、２０４）を備えることを特徴とし、前記スロット手段（２６、２８／２０２、２０４）は、前記入口端（１４／２１６）から前記出口端（１８／２０８）へ燃料の流れを導く少なくとも１つの燃料導管（２２、２４）を規定するために、全長にわたってカバー手段（３０、２０６）により密封されていることを特徴とする燃料ノズル軸部材（１２／２００）。
2. 前記入口端（１４／２１６）は、燃料を前記燃料ノズル軸部材（１２／２００）を通して供給するために、燃料噴射装置に接続された燃料アダプタ（１６）に、連結されるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の燃料ノズル軸部材（１２／２００）。
3. 前記出口端（１８／２０８）は、少なくとも１つの噴霧オリフィスを備えた噴霧先端アッセンブリ（２０）が連結されるように構成されて、燃料が、燃焼を目的として前記噴霧オリフィスを通して、霧状にされることを特徴とする請求項１記載の軸部材（１２／２００）。
4. 前記入口端、出口端（１４、１８／２１６、２０８）にはそれぞれ、第１、第２の導管（３２、３４／２１２、２１４、２２０、２２２）が設けられ、前記スロット手段（２６、２８／２０２、２０４）は、第１、第２の燃料導管（２２、２４）として機能し、前記第１、第２の燃料導管（２２、２４）はそれぞれ、前記第１の導管、第２の導管（３２、３４／２１２、２１４、２２０、２２２）と連通接続されており、第１、第２の燃料の流れが前記燃料ノズル軸部材（１２／２００）を通して通過可能であることを特徴とする請求項１記載の燃料ノズル軸部材（１２／２００）。
5. 前記第１、第２の燃料導管（２２、２４）は、前記燃料ノズル軸部材（１２）の同じ側に配置され、前記第１、第２の燃料導管（２２、２４）は１つのカバー手段（３０）を備えることを特徴とする請求項４記載の燃料ノズル軸部材（１２／２００）。
6. 前記燃料ノズル軸部材（１２）は、軽量化のために、切欠き部分（３１）を備えることを特徴とする請求項５記載の燃料ノズル軸部材（１２）。
7. 前記第１、第２の燃料導管は、前記燃料ノズル軸部材（２００）の両側に配置され、前記第１、第２の燃料導管にはそれぞれカバー手段（２０６）が設けられることを特徴とする請求項４記載の燃料ノズル軸部材（１２／２００）。
8. 複数の孔（２０７）が、軽量化のために設けられ、前記孔（２０７）は、前記第１、第２の燃料導管に垂直な平面内に延びていることを特徴とする請求項７記載の燃料ノズル軸部材（１２／２００）。
9. 外部シールド手段（５４／２２４）が、断熱性を前記燃料ノズル軸部材（１２／２００）に与えるために、前記燃料ノズル軸部材（１２／２００）を取り囲むことを特徴とする請求項１記載の燃料ノズル軸部材（１２／２００）。
10. 前記シールド手段（５４／２２４）は円筒スリーブであることを特徴とする請求項９記載の燃料ノズル軸部材（１２／２００）。
11. 前記円筒スリーブは、この円筒スリーブの両端において前記燃料ノズル軸部材（１２／２００）により支持され、前記両端の間で燃料ノズル軸部材（１２／２００）から間隔を有し、前記円筒スリーブは前記軸部材に鑞付けされることを特徴とする請求項１０記載の燃料ノズル軸部材（１２／２００）。
12. ガスタービンエンジン（１０）において使用する燃料ノズル軸部材（１２／２００）を形成する方法であって、
    （ａ）中実状材料部分を作成する工程と、
    （ｂ）入口端、出口端（１４、１８／２１６、２１８）を規定するために、前記中実状材料部分の両端を、中ぐりする工程と、
    （ｃ）スロット手段（２６、２８／２０２、２０４）を、前記入口端と出口端（１４、１８／２１６、２１８）の間に延びた前記中実状材料部分の長手部分に沿って、規定する手段と、
    （ｄ）燃料の流れを前記入口端（１４／２１６）から出口端（１８／２０８）へ輸送する少なくとも１つの燃料導管を規定するために、前記スロット手段（２６、２８／２０２、２０４）を、カバー手段により密封する工程と、
    を備えることを特徴とする方法。
13. 前記カバー手段（３０／２０６）は、燃料ノズル軸部材（１２／２００）の上に溶接されることを特徴とする請求項１２記載の方法。
14. 前記入口端（１４／２１６）を、燃料を前記燃料ノズル軸部材（１２／２００）を通して供給するために、燃料噴射装置に連結された燃料アダプタ（１６）に、接続する工程を備えることを特徴とする請求項１２記載の方法。
15. 前記入口端（１４／２１６）は、前記燃料アダプタ（１６）に鑞付けされることを特徴とする請求項１４記載の方法。
16. 噴霧先端アッセンブリ（２０）を、前記燃料ノズル軸部材（１２／２００）の前記出口端（１８／２０８）に接続する工程を備えることを特徴とする請求項１２記載の方法。
17. 前記噴霧先端アッセンブリ（２０）は、前記出口端（１８／２０８）に鑞付けされることを特徴とする請求項１６記載の方法。
18. 前記燃料ノズル軸部材（１２／２００）を、断熱性を前記燃料ノズル軸部材（１２／２００）に与える外部シールド手段（５４／２２４）内に、配置する工程を備えることを特徴とする請求項１２記載の方法。
19. 前記外部シールド（５４／２２４）は、前記燃料ノズル軸部材（１２／２００）に鑞付けされることを特徴とする請求項１８記載の方法。
20. 第１、第２の入口導管（２２０、２２２）を規定する工程と、第１、第２の出口導管（３２、３４／２１２、２１４）を規定する工程と、一方のスロット手段（２２／２０２）が前記第１の入口導管および出口導管（２２０／３２、２１２）と連通接続され、他方のスロット手段（２４／２０４）が前記第２の入口導管および出口導管（２２２／３４、２１４）と連通接続される、２つのスロット手段（２２、２４／２０２、２０４）を規定する工程と、前記２つのスロット手段（２６、２８／２０２、２０４）を、第１、第２の燃料導管（２２、２４）を得るために、カバー手段（３０、２０６）により密封する工程と、を備えることを特徴とする請求項１２記載の方法。
21. 前記２つのスロット手段（２６、２８／２０２、２０４）を、前記燃料ノズル軸部材（１２／２００）の異なる側に規定する工程を備えることを特徴とする請求項２０記載の方法。
22. 前記燃料ノズル軸部材（１２／２００）の部分が、軽量化のために、切欠きされることを特徴とする請求項１２記載の方法。
23. 前記燃料ノズル軸部材（１２／２００）を通過する燃料の流れの方向を横切る平面内に延びる複数の孔（２０７）を、第１と第２の燃料導管（２２、２４）の間に開ける工程を備えることを特徴とする請求項２１記載の方法。
24. ガスタービンエンジンにおいて使用する燃料ノズル軸部材（１２／２００）であって、ボディを備え、前記ボディに規定されるスロット手段（２６、２８／２０２、２０４）、カバー手段（３０／２０６）を備えることを特徴とし、前記カバー手段（３０／２０６）は、前記スロット手段（２６、２８／２０２、２０４）と協同し、入口端、出口端を有する少なくとも１つの燃料導管（２２、２４）を規定することで、少なくとも１つの燃料の流れが前記燃料ノズル軸部材（１２／２００）を通過できるようにすることを特徴とする燃料ノズル軸部材（１２／２００）。

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