JP4272451B2

JP4272451B2 - ガスタービンエンジンのライナポート内に点火器を配置するための装置

Info

Publication number: JP4272451B2
Application number: JP2003056486A
Authority: JP
Inventors: トレイシー・ロウェル・ホワイト
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2002-03-04
Filing date: 2003-03-04
Publication date: 2009-06-03
Anticipated expiration: 2023-03-04
Also published as: EP1342954A1; CN1490563A; JP2003287229A; DE60319168D1; DE60319168T2; US20030163995A1; EP1342954B1; CN100529545C; US6715279B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的にガスタービンエンジン用の点火器に関し、具体的には、ガスタービンエンジンのライナポート内に点火器を配置するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンエンジンにおいてその燃焼装置内で燃料／空気混合気に点火し所望のガスを発生させるために点火器を用いることはよく知られている。一般的に、点火器は、外側ライナのポートを通して、混合装置を流出する燃料／空気混合気に対して比較的直近に配置されるので、該点火器は、混合装置の下流の主燃焼領域を形成する区域内に突出する。点火器自体及びその冷却に対して、様々な改良がなされてきた（例えば、特許文献１）が、ガスタービンエンジン燃焼器の外側ライナのポート内で所定の位置に点火器を保持する装置に関しては、今まで殆ど改良がなされていないことが理解されるであろう。
【０００３】
【特許文献１】
特公昭５９−３４８５２号公報
【０００４】
この目的のために使用される現在の装置は、点火器チューブが燃焼器流路に入り込むのを防止するために頂部にフランジを有する、中空のチューブ中に挿入する単純なチューブから発展したものである。このようなフランジは、チューブの一部とすることも或いは単純なチューブに溶接されたキャッププレートとすることもできる。他の点火器チューブは、シール面の下方に延びる耐摩耗カラーを有するフェルールと共に使用されてきた。しかしながら、現在までのところ、そのような点火器チューブは、一般に単一穴の内径を有している。
【０００５】
最近当業者の注目するところとなった1つの関心事は、点火器チューブをライナポートに接合する溶接継手を点検できる能力である。具体的には、点火器チューブとライナの冷却ナゲットとの間の軸線方向間隙が、このような溶接継手を目視点検できるように増大される必要があることが判ってきた。
【０００６】
現在の仕様では、少なくとも0.100インチ(2.54mm)の間隙が、蛍光探傷による点検を可能にするために設けられることを指示している。
【０００７】
更に、点火器チューブは、溶接部が破損した場合に点火器チューブが燃焼器流路中に脱離するのを防止するための機構を全く備えていなかった。このような機構がない場合には、点火器チューブは、フランジがライナに接触するまで内向き方向に容易に摺動することになるのが分かるであろう。このことにより、点火器の先端が点火器チューブによって覆われることになり、それによって点火器の正常作動を妨げる可能性がある。
【０００８】
同様に、点火器チューブと共に使用されるフェルールのシールフランジが、摩滅し、それにより次にフェルールが燃焼器流路に入り込む可能性があるということも判った。同時に、点火器チューブとのシール面の下方に耐摩耗カラーが設置されている低プロファイルのフェルールを用いることが、燃焼器ケーシングに対するより大きな間隙を作り出すために、推奨される。
【０００９】
【発明が解決しようとうする課題】
従って、上述のことを考慮に入れて、このような点火器チューブをライナポートに保持する溶接継手を目視点検するためのより大幅な軸線方向の間隙を可能にする、ガスタービンエンジン用の改良された点火器チューブが開発されるのが望ましいであろう。このような点火器チューブが低プロファイルのフェルールの使用を可能にしながら、点火器チューブ及びフェルールが燃焼器流路に入り込むのを防止する確実保持構造を提供することもまた望ましいであろう。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1の例示的な実施形態では、ガスタービンエンジン燃焼器用の点火器チューブが、内面と、外面と、それを通る長手方向軸線とを有するものとして開示されている。より具体的には、点火器チューブは、燃焼器のライナのポート内に配置され、内径をもつ内面と外径をもつ外面とを有する第１の部分と、該第１の部分に隣接して設置され、内径をもつ内面と第１の端部における第１の部分の外径から第２の端部における所定の外径まで増大する外径をもつ外面とを有する第２の部分と、該第２の部分に隣接して設置され、内径をもつ内面と前記所定の外径とほぼ等しい外径をもつ外面とを有する第３の部分とを含む。更に、点火器チューブの第２の部分の内径は、第１の部分の内径とほぼ等しく、また点火器チューブの第３の部分の内径は、第２の部分の内径より大きい。
【００１１】
本発明の第2の例示的な実施形態では、ガスタービンエンジン燃焼器のライナポート内に点火器を配置するための装置が開示され、該装置では、長手方向軸線がライナポートを通って延びている。この装置は、点火器とライナポートに接合された点火器チューブとを受けるためのフェルールを含む。フェルールは、第1の部分と、該第1の部分から長手方向軸線にほぼ平行に延びる耐摩耗カラーと、長手方向軸線に対してほぼ垂直に延びるシールフランジとを更に含む。点火器チューブは、ライナポート内に配置され、内径をもつ内面と外径をもつ外面とを有する第１の部分と、該第１の部分に隣接して設置され、第１の部分の内径にほぼ等しい内径をもつ内面と外径をもつ外面とを有する第２の部分と、該第２の部分に隣接して設置され、第１及び第２の部分の内径より大きい内径をもつ内面と外径をもつ外面とを有する第３の部分とを含む。フェルールの耐摩耗カラーは、点火器チューブの第３の部分内に延び、長手方向軸線に対してほぼ垂直方向に所定の量だけ移動することができる。
【００１２】
本発明の第３の例示的な実施形態では、ガスタービンエンジン燃焼器のライナポート内に点火器を配置するための装置が開示され、該装置では、長手方向軸線がライナポートを通って延びる。この装置は、点火器とライナポートに接合された点火器チューブとを受けるためのフェルールを含む。フェルールは、第1の部分と、上部部分から長手方向軸線にほぼ平行に延びる耐摩耗カラーと、長手方向軸線に対してほぼ垂直に延びるシールフランジとを更に含む。点火器チューブは、ライナポート内に配置され、内径をもつ内面と外径をもつ外面とを有する第１の部分と、該第１の部分に隣接して設置され、内径をもつ内面と第１の端部における第１の部分の外径から第２の端部における所定の外径まで増大する外径をもつ外面とを有する第２の部分と、該第２の部分に隣接して設置され、内径をもつ内面と前記所定の外径にほぼ等しい外径をもつ外面とを有する第３の部分とを含む。点火器チューブの第２及び第３の部分の前記所定の外径は、点火器チューブがライナポートを通って所定の距離を越えて延びるのを防止するために、該ライナポートの直径より大きい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
さて、図面において同一の符号は図を通して同じ要素を示しているが、その図面を詳細に参照すると、図１は、ガスタービンエンジンの燃焼器１０を示す。燃焼器１０は、従来通りの方法で燃焼ガスを発生し、その燃焼ガスは該燃焼器１０から高圧タービンノズル組立体１２を通して吐出され、燃焼ガスは該高圧タービンノズル組立体１２から従来の高圧タービンに流れ、次いで従来の低圧タービンに流れることが分かるであろう。具体的には、燃料／空気混合気が、混合装置１６によって燃焼器１０の燃焼室１４に供給される。燃焼室１４は、一般的に上流端のドーム部分１７と外側ライナ１８と内側ライナ２０とによって形成される。
【００１４】
全体を符号２８により示す点火器組立体が、燃焼室１４の上流端に配置されるように、外側ライナ１８のポート２２とケーシング２６の開口２４とが設けられることが分かるであろう。このように、点火器組立体２８は、燃焼室１４に流入する燃料／空気混合気に点火することができるので、該燃焼室１４内で燃焼ガスが生成される。点火器組立体２８は、燃焼室１４内に延びる先端部分３２を有する点火器３０を含む。点火器先端部分３２は、放電又は他の類似な一般的な燃料点火現象により加熱されることができることが理解されるであろう。
【００１５】
本発明に関して、点火器チューブ３４及びフェルール３６を含む装置が、ライナポート２２内に点火器３０を配置し位置合わせするために設けられる。点火器チューブ３４は、溶接継手３８によりライナポート２２に接合されるのが好ましく、外側ライナ１８の隣接する冷却ナゲット４０と点火器チューブ３４との間の溶接継手３８を目視点検することができるような形状にされる。現在の仕様では、少なくとも０．１００インチの軸線方向間隙（図４に点火器チューブ３４と外側ライナ１８との間の空間３５で示す）が設けられるように指示している。
【００１６】
より具体的には、点火器チューブ３４は、一般的に内面４２と、外面４４と、それを通って延びる長手方向軸線４６とを有することが図２で分かるであろう。長手方向軸線４６はまた、内側ライナ２２を通って延びることが理解されるであろう。点火器チューブ３４は、ライナポート２２内で該ライナポートに隣接して設置された第１の部分４８を更に含む。第１の点火器チューブ部分４８は、内径５２をもつ内面５０と外径５６をもつ外面５４とを有する。勿論、第１の点火器チューブ部分４８の外径５６は、該部分４８がライナポート２２に容易に溶接されるように、該ライナポート２２の直径５８とほぼ同じであることが好ましい。
【００１７】
点火器チューブ３４は、第１の点火器チューブ部分４８に隣接して設置された第２の部分６０を含み、該第２の点火器チューブ部分６０は、内径６４をもつ内面６２と外径６８をもつ外面６６とを有する。第２の部分の外径６８は、第１の端部７０における第１の部分の外径５８から第２の端部７４における所定の外径７２まで増大するのが好ましいことが分かるであろう。従って、第２の部分の外面６６は、一般的に朝顔形の外観を有し、およそ５〜２５°の範囲（図４を参照）にある、第１の部分の外面５４に対する角度７６で延びるが好ましい。角度７６についてのより好ましい範囲はおよそ９〜２１°であり、最も好ましい範囲はおよそ１２〜１６°である。第２の点火器チューブ部分６０の内径６４は、第１の点火器チューブ部分４８の内径５２にほぼ等しい。
【００１８】
第３の部分７８が、第２の点火器チューブ部分６０に隣接して設置され、同様に内径８２をもつ内面８０と外径８６をもつ外面８４とを有する。第３の点火器チューブ部分７８の外径８６は、ほぼ一定であり、第２の部分の最大外径６８にほぼ等しいことに注目されたい。第２の点火器チューブ部分６０についての外面６６の最大外径は、万一溶接継手３８が破損した場合（図５を参照）に、点火器チューブ３４がライナポート２２を通って所定の距離８８を越えて内向き方向に延びるのを防止するために、該ライナポート２２の直径５８より大きいことが好ましい。具体的には、点火器チューブ３４は、第２の点火器チューブ部分６０の軸線方向長さの約３分の１から約２分の１よりも多く長手方向軸線４６に沿って移動しないようになっているのが好ましいが、外径６８は、点火器チューブ３４が第２の点火器チューブ部分６０を越えて軸線方向に移動することに対するフェイルセーフとして働く。所定の距離８８を規定することの別の観点は、点火器先端部分３２が点火器チューブによって覆われる位置まで、点火器チューブ３４が軸線方向に移動するのを防止され、それによって点火器３０の正常作動が維持されるようになることである。
【００１９】
第３の点火器チューブ部分７８の内径８２は、第２の点火器チューブ部分６０の内径６４より大きいのが好ましく、第２の点火器チューブ部分６０の内面６２と第３の点火器チューブ部分７８の内面８０との間で移行するために、面９０が設けられる。
【００２０】
点火器チューブ３４は、第３の点火器チューブ部分７８に隣接して設置された第４の部分９２を含み、該第４の部分９２は長手方向軸線４６に対してほぼ垂直に延びるのが好ましい。第４の点火器チューブ部分９２は、それぞれ第１の点火器チューブ部分４８、第２の点火器チューブ部分６０、及び第３の点火器チューブ部分７８に対して或る角度で延びるフランジのように見えることが分かるであろう。第４の点火器チューブ部分９２の上面９４は、後でより詳細に述べるように、フェルール３６とのシール面として利用される。
【００２１】
点火器チューブ３４はまた、前記第４の点火器チューブ部分９２の末端９７から延びる第５の部分９５を含むのが好ましい。第５の点火器チューブ部分９５は、連続した３６０°の状態でフェルールのシールフランジ１２６の周りに延びる必要はないことが図２から分かるであろう。どちらかと言えば、第５の点火器チューブ部分９５は、長さがおよそ３０〜９０°の範囲にある複数の円弧状セグメント９９を有するような形状とすることができる。円弧状セグメント９９の各々は、上面１０１を含み、フェルール３６を点火器チューブ３４に対して所定位置に固定するために、該上面１０１に対してリテーナ１３６を取り付けることができるのが分かるであろう。点火器チューブ３４の対向端にある１対の円弧状セグメントを用いることによって、第４の点火器チューブ部分９２は、点火器チューブ３４の周り全体にわたるほど延びる必要はない。従って、第４の点火器チューブ部分９２及びリテーナ１３６は、必ずしも円形である必要はなく、このことが、このような部品に必要とされる材料の量（及び、その部品のそれぞれの重量）を減少させるのに役立つ。
【００２２】
前述のフェルール３６に関しては、このようなフェルール３６が、点火器３０を受けるための第１の部分９６を含むことが分かるであろう。第１のフェルール部分９６は、外面９８及び内面１００のそれぞれの直径１０２及び１０４が第１の端部１０６から第２の端部１０８まで減少するように、切頭円錐形状を有することが好ましい。しかしながら、第１のフェルール部分９６の外径１０２は、点火器チューブ３４を介して燃焼室１４に入り込まないように該フェルール第１の部分９６に対して物理的な干渉をもたらすために、第３の点火器チューブ部分７８の内径８２より大きい最大直径を有することが分かるであろう。
【００２３】
耐摩耗カラー１１２が、第１のフェルール部分９６に隣接して設置され、該第１のフェルール部分９６から長手方向軸線４６にほぼ平行に延びる。耐摩耗カラー１１２は、形状が環状であり、内面１１４及び外面１１６を有する。耐摩耗カラー１１２は、第３の点火器チューブ部分７８の内径８２より小さい外径１１８を有すると同時に、第３の点火器チューブ部分７８の軸線方向長さより小さい軸線方向長さ１２０を有し、その結果、耐摩耗カラー１１２が、低プロファイルの形状で第３の点火器チューブ部分７８内に配置されることができるのが好ましいことが分かるであろう。耐摩耗カラー１１２は、第３の点火器チューブ部分７８内で長手方向軸線４６に対してほぼ垂直方向に移動することができるが、このような移動は、該耐摩耗カラー１１２の内面１１４が第２の点火器チューブ部分６０の内面６２を越えて（から外側に）延びないように（図４を参照）、制限されることが好ましいことにも更に注目されたい。このように、点火器３０は、長手方向軸線４６にほぼ平行な位置に保持される。この制限を与える１つの方法は、それぞれ第２及び第３の点火器チューブ６０及び７８の内面６２及び８０の間の移行面９０が、耐摩耗カラー１１２の厚さ１２４より大きくない半径方向長さ１２２を有するように、点火器チューブ３４を構成することである。
【００２４】
フェルール３６はまた、長手方向軸線４６に対してほぼ垂直に延び、上面１２８及び下面１３０を有するシールフランジ１２６を含むのが好ましい。シールフランジ１２６は、第４の点火器チューブ９２の上面９４に載置され、該シールフランジ１２６との間のシール面を形成し、該シール面はフェルール３６が長手方向軸線４６に対してほぼ垂直方向にある程度摺動するのを可能にすることが分かるであろう。シールフランジ１２６は、フェルールの第１の部分９６と耐摩耗カラー１１２とのほぼ接合点においてフェルール３６上に軸線方向に設置され、フェルール３６の全体直径１３２を増大させるのに役立つ。このことは、フェルール３６が点火器チューブ３４内へ軸線方向に移動するのを防止する。フェルール３６は、シールフランジの上面１２８と第５の点火器チューブ部分９５の高さ１３８と等しくなっているリテーナ１３６との間の間隙１３４により、第４の点火器チューブ部分９２の軸線方向上方に僅かな量だけ移動することができるようになっている。万一シールフランジ１２６が摩耗問題を受け、それによってフェルール３６が、点火器チューブ３４内で燃焼室１４の方向へ移動することができたとしても、第３の点火器チューブ部分７８の内径８２から縮小された第２の点火器チューブ部分６０の内径６４により形成されたカウンタボア形状は、フェルール３６が燃焼室１４に入り込む（図６参照）ことによって装置内部品による異物損傷を生じるのを防止する。
【００２５】
本発明の好ましい実施形態を図示しかつ説明してきたが、当業者には、点火器チューブ３４及びフェルール３６の更なる構造を、本発明の技術的範囲から逸脱することなく適当な変更形態により達成することができる。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による、点火器とその燃焼器ライナ内に点火器を配置するための装置とを含むガスタービンエンジンの断面図。
【図２】図１に示す装置の分解斜視図。
【図３】図１及び図２に示す装置の拡大断面図。
【図４】フェルールが点火器チューブ内で横方向に移動している、図１から図３までに示す装置の拡大断面図。
【図５】ライナポートとの溶接継手が故障し、点火器チューブが長手方向軸線に沿って内向き方向の位置に移動している、図１から図４までに示す装置の拡大断面図。
【図６】シールフランジが摩滅した状態で、フェルールが点火器チューブ内に保持されている、図１から図５までに示す装置の拡大断面図。
【符号の説明】
１０燃焼器
１２高圧タービンノズル組立体
１４燃焼室
１６混合装置
１７ドーム部分
１８外側ライナ
２０内側ライナ
２２ライナポート
２４開口
２６ケーシング
２８点火器組立体
３０点火器
３４点火器チューブ
３６フェルール
１３６リテーナ

Claims

それを通って長手方向軸線（４６）が延びている、ガスタービンエンジン燃焼器（１０）のライナポート（２２）内に、点火器（３０）を配置するための装置であって、該装置は、
（ａ）前記点火器（３０）を受けるためのフェルール（３６）と、
（ｂ）前記ライナポート（２２）に接合された点火器チューブ（３４）と、を含み、
前記フェルール（３６）は、
（１）第１の部分（９６）と、
（２）該第１の部分（９６）から前記長手方向軸線（４６）にほぼ平行に延びる耐摩耗カラー（１１２）と、
（３）前記長手方向軸線（４６）に対してほぼ垂直に延びるシールフランジ（１２６）と、
を含み、
前記点火器チューブ（３４）は、
（１）前記ライナポート（２２）内に配置され、内径（５２）をもつ内面（５０）と外径（５６）をもつ外面（５４）とを有する第１の部分（４８）と、
（２）該第１の部分（４８）に隣接して設置され、内径（６４）をもつ内面（６２）と第１の端部（７０）における第１の外径（５６）から第２の端部（７４）における所定の外径（７２）まで増大する外径（６８）をもつ外面（６６）とを有する第２の部分（６０）と、
（３）該第２の部分（６０）に隣接して設置され、前記第１及び第２の部分の内径（５２、６４）より大きい内径（８２）をもつ内面（８０）と外径（８６）をもつ外面（８４）とを有する第３の部分（７８）と、
（４）前記第３の部分（７８）に隣接して設置されると共に、前記フェルールのシールフランジ（１２６）と当接するように前記長手方向軸線（４６）に対してほぼ垂直に延びる第４の部分（９２）と、
（５）前記第４の部分の末端（９７）から延びる第５の部分（９５）と
を含み、
前記フェルールの耐摩耗カラー（１１２）は、前記点火器チューブの第３の部分（７８）内に延び、前記長手方向軸線（４６）に対してほぼ垂直方向に所定の量だけ移動することができ、
前記点火器チューブ（３４）の前記第５の部分（９５）は、弧長が３０〜９０°の範囲にある円弧状セグメント（９９）を有するように形成されている
ことを特徴とする装置。
前記フェルール（３６）の前記第１の部分（９６）は、該第１の部分の外面（９８）及び内面（１００）のそれぞれの直径（１０２）及び（１０４）が、前記点火器（３０）の挿入側端部（１０６）から該挿入側端部の反対側端部（１０８）まで減少するように、切頭円錐形状を有することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
前記点火器チューブ（３４）は、前記第２の部分の内面（６２）と前記第３の部分の内面（８０）との間で移行する面（９０）を更に含み、該移行面（９０）は、前記フェルール（３６）が前記長手方向軸線（４６）に平行に所定の量を超えて移動するのを防止するのに役立つことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
前記移行面（９０）は、前記フェルールの耐摩耗カラー（１１２）の厚さ（１２４）より大きくない半径方向長さ（１２２）を有することを特徴とする、請求項３に記載の装置。
前記点火器チューブの第３の部分（７８）は、前記所定の外径（７２）にほぼ等しい外径（８６）を有することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
前記所定の外径（７２）は、前記点火器チューブ（３４）が前記ライナポート（２２）を通って所定の距離（８８）を越えて延びるのを防止するために、該ライナポート（２２）の直径（５８）より大きいことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
前記ライナ（１８）と前記点火器チューブの第2の部分（６０）との間の空間（３５）が、少なくとも所定の大きさであることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
前記フェルールの第1の部分（９６）は、前記点火器チューブの第３の部分（７８）の前記内径（８２）より大きい外径（１０２）を有することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
前記点火器チューブの第３の部分（７８）の軸線方向長さが、前記フェルールの耐摩耗カラー（１１２）の軸線方向長さ（１２０）より大きいことを特徴とする、請求項１に記載の装置。