JP4597353B2 - オーグメンタ内で一様な点火をもたらす方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オーグメンタに関し、より具体的には、オーグメンタの点火器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
オーグメンタは、飛行性能限界に必要な推力を増強するためにガスタービンエンジンに用いられる。点火器は、一般的にはオーグメンタの底部近傍の円周方向に設置される。点火器は、点火器取付アセンブリと、点火器ボックスから点火器先端まで延びる点火器リードとを一般に含む。点火器先端は、オーグメンタに対して点火供給装置を準備する。
【０００３】
点火器取付アセンブリは、点火器をオーグメンタに固定する。一般的に、取付アセンブリは、複数の締め具でオーグメンタに固定された点火器ハウジングを含む。点火器ハウジングは、点火器がそれを通してオーグメンタまで延びることができる両端の開口部を含む。点火器は、点火器先端が所定の挿入深度までオーグメンタ内に延びるように装置される。
【０００４】
ガスタービンエンジンの運転中は、燃料及び空気が、高い温度及び速度でオーグメンタを通って流れる。高温の燃料及び空気により、オーグメンタとその関連構成要素とは、熱応力と熱膨張とに曝される。そのような熱膨張は、しばしば点火器を半径方向内方の点火領域に押しやることになり、点火器先端温度を上昇させ、その点火器先端の寿命を低下させる。結果として、点火器先端は、絶えず不整合になり、関連するガスタービンエンジンの全体的な性能を低下させ得る。一般に浮動フェルール装置が点火器先端と点火領域との間のインタフェースに含まれており、そのような点火器先端の不整合が修正される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
熱膨張が点火器に悪影響を及ぼすのを防止しようとして、嵩張った調整可能な点火器取付アセンブリが用いられている。そのようなアセンブリは、互いにしっかりと固定された複数の構成要素を含み、どの１つの構成要素も他の構成要素と無関係には熱膨張できないようになっている。従って、構成要素は、熱膨張の結果不整合や不適切な挿入深度を引き起こす。その上に、嵩張った浮動フェルールアセンブリは、オーグメンタ点火領域から外方に延びて、他のガスタービンエンジン構成要素を冷却するために用いられる冷却空気を阻止する。更にまた、構成要素が互いに固定されるために、点火器先端は、取付アセンブリに関しては適正に整合されたままではあるが、オーグメンタに関しては適正な挿入深度又は整合のまま保持されない可能性がある。結果として、全体的なガスタービンの点火性能は低下する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
例示的な実施形態において、オーグメンタは、点火器先端を適切な挿入深度に維持する点火器取付アセンブリを含む。点火器は、点火器リードと点火器ハウジングアセンブリとを含む。点火器リードは、点火器ボックスから延びて点火器先端で終端する。ハウジングアセンブリは、１対の締め具でオーグメンタに固定され、点火器は、戻り止めナットでハウジングアセンブリの内部に固定される。
【０００７】
点火器及び点火器ハウジングはまた、点火器と点火器ハウジングとの間に連結されるバイアス機構も含む。そのバイアス機構は、点火器をオーグメンタに対してバイアスし、点火器先端が、ガスタービンエンジンの運転中にオーグメンタ点火領域の内部で適切な挿入深度に確実に維持されるようにする。その上に、点火器は、オーグメンタ内部に配置された面取りした開口部に収容される寸法に作られた整合支持ボスを含む。その整合支持ボスと面取りした開口部とを組み合わせれば、点火器がオーグメンタに完全に取り付けられた時、自動的に点火器先端が整合され、正しく作動することになる。更にその上に、ガスタービンエンジンが運転されると、バイアス機構で点火器先端がオーグメンタ内部で適切な挿入深度に維持される。更に、点火器が点火器ハウジングの内部に戻り止めナットだけで固定されるので、点火器を保守する労力は合理化される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、低圧の圧縮機１２と、高圧の圧縮機１４と、燃焼器１６とを含むガスタービンエンジン１０の概略図である。エンジン１０はまた、高圧タービン１８と、低圧タービン２０と、オーグメンタ２４を含む。
【０００９】
作動している時、空気は、低圧圧縮機１２を通って流れ、圧縮空気は、低圧圧縮機１２から高圧圧縮機１４に供給される。高度に圧縮された空気は、次に燃焼器１６に送られ、燃焼器１６からの空気流がタービン１８及び２０を駆動する。
空気流は、タービン２０とバイパスダクト２６とからオーグメンタ２４に入る。
オーグメンタ２４は、少なくとも１つの点火器(図１には図示しない)でその空気流に再点火し、空気流は、ノズル２８を通ってガスタービンエンジン１０を出る。
【００１０】
図２は、ガスタービンエンジン１０のようなガスタービンエンジンに用いられる点火器３０の完成図である。点火器３０は、第１の本体部分３２と第２の本体部分３４とを持つ点火器リード３１を含む。第１の本体部分３２は、第２の本体部分３４からコネクタ３６まで延びる。コネクタ３６は、点火器リード３１の直径４０よりも大きい直径３８を持つ。コネクタ直径３８により、コネクタ３６が点火ボックス（図示しない）から延びる可撓性リード（図示しない）に装着されることができる。第２の本体部分３４は、点火器の第１の本体部分３２から点火器先端４２まで延びる。
【００１１】
点火器第１本体部分３２は、そこから点火器第２本体部分３４まで延びる屈曲部４４を含む。屈曲部４４は、点火器第１本体部分３２が点火器第２本体部分３４と実質的に垂直になるように湾曲している。
【００１２】
ナット保持カラー５０は、点火器リード３１から点火器屈曲部４４と点火器第２本体部分３４との間に延びる。ナット保持カラー５０は、点火器リードの直径４０より大きい直径５２を持つ。直径５２はまた、戻り止めナット５４の開口部（図２には図示しない）の内径（図２には図示しない）より大きい。戻り止めナット５４は、点火器３０周りに円周方向に配置されて、キャップ（図２には図示しない）と複数のねじすじ（図示しない）とを含む。そのねじすじは、点火器ハウジング（図２には図示しない）と係合するような寸法に作られて、戻り止めナット５４を点火器ハウジングに固定するが、一方、点火器３０は、点火器ハウジングと摺動可能に接触したままである。従って、点火器３０は、ナット保持カラー５０が戻り止めナット５４と接触し得るように、点火器ハウジングに対して摺動可能である。キャップの開口部の直径は、ナット保持カラー５０の直径５２より小さい。従って、ナット保持カラー５０は、点火器第２本体部分３４が戻り止めナット５４を通って移動する量を制限する。
【００１３】
戻り止めナットキャップは、戻り止めナット５４が点火器ハウジングに締め付けられると、点火器圧縮ばね６０を圧縮するように構成される。圧縮ばね６０は、戻り止めナット５４とＯリング溝６２との間で点火器リード３１周りの円周方向に置かれるバイアス機構である。圧縮ばね６０の第１端部（図２には図示しない）は、戻り止めナットのキャップに隣接する戻り止めナット５４の内部に置かれ、また、圧縮ばね６０の第２端部６１は、Ｏリング溝６２に隣接して置かれる。Ｏリング溝６２は、点火器ハウジングと密封的に接触するＯリング（図２には図示しない）を収容する寸法に作られる。
【００１４】
点火器第２本体部分３４は、浮動フェルール（図２には図示しない）と密封的に接触する第２のＯリング（図２には図示しない）を収容する寸法に作られた第２のＯリング溝６６を含む。第２Ｏリング溝６６は、Ｏリング溝６２と点火器先端４２との間に置かれる。整合支持ボス７０は、点火器リード３１からＯリング溝６６と点火器先端４２との間の半径方向外方に延びる。整合支持ボス７０は、球形でオーグメンタ保炎器（図２には図示しない）の内部に配置された開口部（図２には図示しない）に収容される寸法に作られた球面断面の輪郭（図２には図示しない）を持つ。
【００１５】
図３は、点火器取付アセンブリ７６を備えるオーグメンタ２４に装着された点火器３０の完成図である。点火器取付アセンブリ７６は、外面８３を持つ点火器ハウジング８２を含む。外面８３は、点火器戻り止めナットのねじすじを受け入れる寸法に作られた複数のねじすじ（図示しない）を備える。点火器３０がオーグメンタ２４に完全に装着された時、点火器ハウジング８２は、点火器リード３１周りの円周方向に配置される。点火器ハウジング８２は、第１本体部分８４と第２本体部分８６とを含む。第１本体部分８４は、円筒形で第２本体部分８６から点火器ハウジング８２の第１端部（図３には図示しない）まで延びる。点火器ハウジングのねじすじは、点火器ハウジング第１端部に近接して置かれる。
【００１６】
点火器ハウジングの第２本体部分８６は、実質的に平坦な部材で１対の開口部８８及び９０を含む。点火器ハウジングの第２本体部分８６は、ハウジングパッド９２の内部に収容される寸法に作られる。ハウジングパッド９２は、オーグメンタダクト９４の内部に置かれ、点火器ハウジングの第２本体部分８６が機械加工された表面（図示しない）にきちんと嵌め込まれるように機械加工される。１つの実施形態において、ハウジングパッド９２は、平行四辺形の形状を持つ。開口部８８及び９０は円筒形で、それを通ってオーグメンタダクト９４内部に配置された１対のねじ切りされた開口部（図示しない）内に延びる１対の締め具（図示しない）を収容する寸法に作られる。１つの実施形態において、その締め具は、直径０.１９インチのボルトである。
【００１７】
図４は、オーグメンタ２４に装着された点火器３０の断面図である。オーグメンタ２４は、オーグメンタダクト９４と、オーグメンタライナ１００と、保炎器１０２とを含む。オーグメンタダクト９４は、オーグメンタライナ１００周りの円周方向に配置され、点火器ハウジング８２がしっかり固定される外面１０４を準備する。オーグメンタライナ１００は、保炎器１０２周りの円周方向に配置され、冷却空気用環状体１０６を保炎器１０２から分離する。冷却空気用環状体１０６は、オーグメンタダクト９４とオーグメンタライナ１００との間に置かれて通路を設け、それを通って冷却空気が流れ、ガスタービンエンジン１０の排気ダクト（図示しない）とオーグメンタライナ１００とを冷却する。保炎器１０２は、高温の燃焼ガスと空気流とをオーグメンタ２４を通ってガスタービンエンジン排気ダクトに送る。
【００１８】
点火器リード３１は、第１Ｏリング１１０と第２Ｏリング１１２とを含む。第１Ｏリング１１０は、Ｏリング溝６２内に嵌まるような寸法に作られ、第２Ｏリング１１２は、Ｏリング溝６６内に嵌まるような寸法に作られる。Ｏリング溝６２は、Ｏリング溝６６の直径（図示しない）より僅かに大きい直径（図示しない）を持つ。溝６２及び６６の各々は、点火器リード３１から半径方向外方に延びる環状突出部１１６及び１１８の内側に形成される。環状突出部１１６は、直径１２０を持ち、また環状突出部１１８は、直径１２２を持つ。直径１２０は、点火器ハウジング８２の内径１２４より僅かに小さいので、点火器リード３１がオーグメンタ２４の内部に完全に装置された時、第１Ｏリング１１０を点火器ハウジング８２と密封可能に接触させる。Ｏリング１１０は、冷却空気が点火器ハウジング８２を通って漏出するのを防止する。
【００１９】
点火器第２本体部分３４は初め、緩く装着された点火器ハウジング第１本体部分８４の第１端部１３０を通り、それから点火器ハウジング第２本体部分８６を通って挿入される。点火器ハウジングの第２本体部分８６は、ハウジングパッド９２内に挿入され、それから点火器ハウジング８２は、締め具でオーグメンタダクト９４に固定される。
【００２０】
点火器リード３１は、次にオーグメンタダクト９４内に配置された開口部１３２を通って挿入される。開口部１３２は、点火器ハウジング８２の内径１２４に実質的に等しい直径１３４を持つ。ハウジングパッド９２は、開口部１３２周りの円周方向に置かれる。
【００２１】
点火器リード３１は、冷却空気用環状体１０６を通ってオーグメンタライナ１００の内に配置された開口部１４０の中に更に挿入される。浮動フェルール１４２は、開口部１４０から冷却空気用環状体１０６の中に延びる。浮動フェルール１４２は、ほぼ円筒形で、点火器ハウジング８２がオーグメンタダクト９４に装着された後は、実質的に点火器ハウジング８２及び点火器第2本体部分３４と同軸である。開口部１４０と浮動フェルール１４２とは、環状突出部１１８の直径１２２より僅かに大きい直径144を持つ。従って、Ｏリング１１２が溝６６内に装着され、点火器３０がオーグメンタ２４に装着された時、Ｏリング１１２は、浮動フェルール１４２と密封可能に接触する。Ｏリング１１２と浮動フェルール１４２との間に密封可能な接触があれば、燃料がオーグメンタライナ１００を通って冷却空気用環状体１０６内に漏出するのが防止される。
【００２２】
点火器リード３１は、次に保炎器１０２内に配置された開口部１５０を通って挿入され、そして保炎器１０２から半径方向外方に延びる。開口部１５０は、円筒形で上縁部１５２と下縁部１５４とを持つ。下縁部１５４は、保炎器１０２から上縁部１５２まで延びる。上縁部１５２は、円錐形で点火器整合支持ボス７０を収容する。整合支持ボス７０は、球面断面の輪郭１５６を持ち、第1の直径１６０と第2の直径１６２とを持つ。第1直径１６０は、点火器リード３１から延び、点火器リード直径４０と実質的に等しい。第2直径１６２は、第１直径１６０より大きく、点火器リード３１から第1直径１６０とオーグメンタライナ１００との間に延びる。整合支持ボスの球形輪郭１５６と面取りした開口部１５０との組み合わせにより、点火器リード３１は、オーグメンタ２４内に完全に挿入されることができるが、同時に点火器先端４２は、ガスタービンエンジンの運転に適する整合状態に自己調節される。
【００２３】
点火器戻り止めナット５４は、開口部１６８を持つキャップ１６６を含む。開口部１６８は、点火器直径４０よりは大きくナット保持カラー５０の直径５２よりは小さい直径１７０を持つ。キャップ開口部直径１７０により、Ｏリング１１０と点火器ハウジング８２との間の密封を維持しながら、点火器リード３１をオーグメンタ２４と点火器ハウジング８２とに関して枢転可能にする。
【００２４】
戻り止めナット５４が締め付けられると、戻り止めナットキャップ１６６は、圧縮機ばね６０の第１端部１７２と接触する一方、圧縮ばね第２端部６１は、環状突出部１１６と接触する。戻り止めナット５４を締め付けると、圧縮ばね６０が圧縮され、点火器３０がオーグメンタ２４に対してバイアスされ、点火器先端４２が保炎器１０２内で適切な挿入深度で維持される。更に、戻り止めナットが締め付けられると、Ｏリング１１０は、点火器ハウジング８２との密封可能な接触を維持し、また、Ｏリング１１２は、浮動フェルール１４２との密封可能な接触を維持する。あるいは、圧縮ばね６０は、点火器ハウジング８２の内径１２４とほぼ等しい直径を持つ第１端部１７２が第２端部６１より小さいか又は大きくなるように、テーパ付けすることができる。
【００２５】
ガスタービンエンジン１０の運転中に、オーグメンタ２４は、高い温度と圧力とに曝され、熱膨張と許容限界とを引き起こす。熱膨張の結果として、点火器先端４２は、保炎器１０２からオーグメンタダクト９４に向かって外方に押しやられる。圧縮ばね６０は、ガスタービンエンジンの運転中、点火器３０を保炎器に対してバイアスし、点火器先端４２をオーグメンタ２４内で適切な挿入深度に維持する。更に、圧縮ばね６０は、整合支持ボス７０にバイアスをかけ、その保炎器開口部１５０との接触を保ち、ガス流路の密封を保つようにする。球形かつ円錐形の整合支持ボス７０と面取りした保炎器開口部１５０との組み合わせで、エンジン運転中、点火器先端４２がオーグメンタ２４内で適切な整合状態を維持し、点火器リード３１の半径方向、軸線方向、及び、接線方向の動きが可能になる。１つの実施形態において、半径方向の移動能力は、０.４５インチにほぼ等しい。
【００２６】
上記の点火器は、経済性に優れ、高い信頼性がある。点火器は、点火器ハウジングとバイアス機構とを含む。点火器は、戻り止めナットで点火器ハウジングに固定され、戻り止めナットが締め付けられた後、点火器ハウジングと摺動可能な接触を続ける。バイアス機構は、点火器が熱歪みや熱膨張を被った場合、点火器先端の適切な挿入深度を維持しながら、点火器の半径方向の移動を可能にする。その結果、オーグメンタを一様な点火で作動させる点火器がもたらされる。すなわち、対応するガスタービンエンジンは、高い効率及び性能で運転することができる。
【００２７】
本発明は、様々な特定の実施形態に関して説明されてきたが、当業者は、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、その変形によっても本発明が実施され得ることを理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ガスタービンエンジンの概略図。
【図２】 図１に示すガスタービンエンジンに使用され得る点火器の完成図。
【図３】 オーグメンタに装着された図２に示す点火器の完成図。
【図４】 オーグメンタに装着された図３に示す点火器の断面図。
【符号の説明】
１０ ガスタービンエンジン
１２ 低圧圧縮機
１４ 高圧圧縮機
１６ 燃焼器
１８ 高圧タービン
２０ 低圧タービン
２４ オーグメンタ
２６ バイパスダクト
２８ ノズル
３０ 点火器
３１ 点火器リード
３２ 点火器第１本体部分
３４ 点火器第２本体部分
３６ コネクタ
３８ コネクタ直径
４０ 点火器リード直径
４２ 点火器先端
４４ 点火器本体の屈曲部
５０ ナット保持カラー
５２ ナット保持カラーの直径
５４ 戻り止めナット
６０ 点火器圧縮ばね
６１ 圧縮ばね第２端部
６２ Ｏリング溝
６６ 第２Ｏリング溝
７０ 整合支持ボス
７６ 点火器取付アセンブリ
８２ 点火器ハウジング
８３ 点火器ハウジング外面
８４ 点火器ハウジングの第１本体部分
８６ 点火器ハウジングの第２本体部分
８８ 点火器本体部分の開口部
９０ 点火器本体部分の開口部
９２ ハウジングパッド
９４ オーグメンタダクト
１００ オーグメンタライナ
１０２ 保炎器
１０４ オーグメンタダクト外面
１０６ 冷却空気用環状体
１１０ 第１Ｏリング
１１２ 第２Ｏリング
１１６ 第１環状突出部
１１８ 第２環状突出部
１２０ 第１突出部の直径
１２２ 第２突出部の直径
１２４ 点火器ハウジングの内径
１３０ 点火器ハウジングの第１端部
１３２ オーグメンタダクト開口部
１３４ オーグメンタダクト開口部の直径
１４０ オーグメンタライニング開口部
１４２ 浮動フェルール
１４４ 浮動フェルールの直径
１５０ 保炎器開口部
１５２ 保炎器開口部の上縁部
１５４ 保炎器開口部の下縁部
１５６ 整合支持ボスの球形断面輪郭
１６０ 整合支持ボスの第１直径
１６２ 整合支持ボスの第２直径
１６６ 点火器戻り止めナットキャップ
１６８ ナットキャップ開口部
１７０ ナットキャップ開口部の直径
１７２ 圧縮ばねの第１端部

Claims (10)

1. 保炎器（１０２）、オーグメンタライナ（１００）及びオーグメンタダクト（９４）を含むガスタービンエンジン（１０）用のオーグメンタ点火器（３０）であって、
   第２本体部分からコネクタ（３６）まで延びる第１本体部分（３２）、第１本体部分から点火器先端まで延びる第２本体部分（３４）、点火器先端（４２）、及び、コネクタ（３６）を含む点火器リード（３１）と、
   ガスタービンエンジンの運転中、前記オーグメンタ点火器（３０）が前記ガスタービンに接続されたとき、前記点火器先端を一定の挿入深度に維持するため、前記点火器リードに連結され、前記点火器リードを前記保炎器に対してバイアスするよう配置されたバイアス機構（６０）と、
   を含み、
   前記オーグメンタ点火器は、前記点火器リード第２本体部分（３４）周りの円周方向に配置され、前記点火器が前記オーグメンタライナに対して移動できるように構成された浮動フェルール（１４２）を更に含むことを特徴とするオーグメンタ点火器。
2. 前記複数の溝は、前記点火器ハウジングがその周りの円周方向に配置される第１の溝と、前記浮動フェルールがその周りの円周方向に配置される第２の溝とを含むことを特徴とする請求項１に記載のオーグメンタ点火器（３０）。
3. 前記バイアス機構（６０）は、前記点火器ハウジング（８２）内に前記点火器リード（３１）周りの円周方向に配置された圧縮ばねを含むことを特徴とする請求項２に記載のオーグメンタ点火器（３０）。
4. 前記点火器リード（３１）周りの円周方向に配置された整合支持ボス（７０）を更に含むことを特徴とする請求項３に記載のオーグメンタ点火器（３０）。
5. 前記点火器第２本体部分（３４）周りの円周方向に配置され、前記オーグメンタダクト（９４）と接続するように構成された点火器ハウジング（８２）と、前記点火器ハウジングと係合し、前記点火器リードを前記点火器ハウジング内に固定するように構成された点火器戻り止めナット（５４）とを更に含むことを特徴とする請求項１に記載のオーグメンタ点火器（３０）。
6. 前記点火器第２本体部分（３４）は、前記点火器リード（３１）周りの円周方向に配置され、複数のＯリング（１１２、１１０）を収容するように構成された複数の溝（６２，６６）を含むことを特徴とする請求項１に記載のオーグメンタ点火器（３０）。
7. 少なくとも１つの開口部（１５０）を含む保炎器（１０２）を更に含み、
   前記オーグメンタダクト（９４）は、前記保炎器周りの円周方向に配置され、少なくとも１つの開口部（１３２）を含み、
   前記少なくとも１つの点火器（３０）は、前記ガスタービンエンジンに接続されるとき、前記保炎器及び前記オーグメンタダクトを通って挿入される、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（１０）用のオーグメンタ点火器（３０）。
8. オーグメンタライナ（１００）を更に含み、前記点火器は、前記点火器第２本体部分周りの円周方向に配置され、前記オーグメンタダクトに接続するように構成された点火器ハウジング（８２）と、前記点火器リード（３１）を前記点火器ハウジング内に固定する点火器戻り止めナット（５４）と、前記点火器リード周りの円周方向に配置され、前記点火器が前記オーグメンタライナに対して移動できるように構成された浮動フェルール（１４２）と、を更に含むことを特徴とする請求項７に記載のオーグメンタ点火器（３０）。
9. 前記保炎器（１４２）は、少なくとも１つの面取りした座の開口部（１５０）を含み、前記点火器（３０）は、前記点火器先端（４２）に近接して前記点火器リード（３１）周りの円周方向に配置された整合支持ボス（７０）を更に含み、前記面取りした座の開口部は、前記整合支持ボスを収容するように構成される、ことを特徴とする請求項７に記載のオーグメンタ（２４）。
10. 前記点火器（３０）は、第１Ｏリング（１１０）を収容する寸法に作られた第１の溝（６２）と、第２Ｏリング（１１２）を収容する寸法に作られた第２の溝（６６）とを更に含み、前記点火器ハウジング（８２）は、前記第１の溝周りの円周方向に配置され、前記浮動フェルールは、前記第２の溝周りの円周方向に配置され、前記点火器ハウジングは、前記第１Ｏリングと密封可能に接触し、前記浮動フェルールは、前記第２Ｏリングと密封可能に接触する、ことを特徴とする請求項９に記載のオーグメンタ点火器（３０）。

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