JP4749313B2 - 燃焼器ドーム補修方法 - Google Patents

Description

この発明は、一般にガスタービンエンジン用の燃焼器に関し、より詳しくは燃焼器の環状ドームを補修する方法に関する。

ガスタービンエンジンでは、圧縮された空気が燃料と混合され高温の作動ガスを発生させるように燃焼器内で燃焼され、それらは仕事を抽出するために１つまたは複数の下流タービンに導かれる。知られた型式の燃焼器は、その間に燃焼チャンバを画成する環状の内側および外側ライナに取り付けられる環状のドームを含む。燃料噴射装置がドームと流体連通して燃焼器に取り付けられ、燃焼チャンバに燃料を供給する。このドームは、複数の旋回器アセンブリを担持する構造用ドーム板を含む。各旋回器アセンブリは、空気旋回器、および高温燃焼ガスがドーム板に衝突するのを防止するための、旋回器から後尾に延びる末広がりの偏向板アセンブリ（ｄｉｖｅｒｇｅｎｔ ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ ａｓｓｅｍｂｌｙ）を含む。この偏向板アセンブリは、円筒状接合面のところで取り付けられる、円筒状のスリーブおよび偏向板から構成される。

いくつかのエンジンでは、この燃焼器ドームは高度な「燃焼」（すなわち、局所的な過熱）とスリーブおよび偏向板の酸化を受ける。従来技術の補修方法は、このドームを新しく製造されたドームへ完全に交換すること、またはスリーブおよび偏向板の取り外しおよび交換によるドームの補修のいずれかを必要とする。残念ながら、旋回器の幾何学的形体を保ちながらスリーブおよび偏向板を取り外すことは、ワイヤー放電加工（ＥＤＭ）などの高価なかつ複雑な機械加工方法を必要とする。
米国特許第６４２７４３５号 米国特許第６５０２４００号 米国特許第６７３５９５０号 米国特許第６７８２６２０号

したがって、簡単な機械加工方法を使用して燃焼器偏向板プレートおよび／またはスリーブを交換する方法が求められている。

上記で述べたニーズは、一態様によれば、第１の偏向板構成部品を取り外すステップと、旋回器に第１の接合部形態と異なる第２の接合部形態を機械加工するステップと、第２の接合部形態に対して相補的な形状を伴うスリーブを有する交換偏向板構成部品を準備するステップと、この交換偏向板構成部品を旋回器に固定するステップとを含む、第１の接合構造を有する旋回器に取り付けられる第１の偏向板構成部品を有する旋回器アセンブリを補修する方法を提供する、本発明によって満足される。

本発明の別の態様によれば、ガスタービンエンジン用の燃焼器ドームを補修する方法は、偏向板構成部品を受けるための第１の接合部形態を画成する旋回器と、全体的に円錐状の後部区画を有するスリーブおよび第１の接合部形態に対し相補的な全体的に円筒状の前部区画を有し、前記前部区画が前記旋回器に固定される第１の偏向板構成部品とを有する燃焼器を準備するステップと、前記第１の偏向板構成部品を取り外すステップと、前記旋回器内に前記第１の接合部形態と異なる第２の接合部形態を機械加工するステップと、前記第２の接合部形態と相補的な形状を有する交換偏向板構成部品を準備するステップと、前記交換偏向板構成部品を前記旋回器に固定するステップとを含む。

この発明は、添付の図面の図とともに行われる以下の説明を参照することによって最も良く理解することができる。

同一の参照数字が様々な図を通して同じ要素を示す図面を参照すると、図１は例示的なガスタービンエンジン燃焼器１０を示す。この燃焼器１０は、一般的に燃焼チャンバ１６を画成する間隔の開いた環状の内側および外側ライナ１２および１４をそれぞれ含む。複数の旋回器アセンブリ２２を担持するドーム板２０を備えるドームアセンブリ１８が、内側および外側ライナ１２および１４の間を延びる。各旋回器アセンブリ２２は、それに取り付けられる偏向板アセンブリ２３を有する。燃料噴射装置２５が、ドームアセンブリ１８の前部に配置され、燃焼工程を作り出すように旋回器アセンブリ中に燃料を導入する。例示的な実施形態では、このドーム１８は、単一の環状形態で配置されている。本発明は、多数の同心の旋回器リングおよび偏向板アセンブリを含む、「２重環状」および「３重環状」ドーム（図示せず）などの他の知られた構造にも等しく適用可能である。

図２は旋回器アセンブリ２２の１つをより詳細に示す。それは、ドーム板２０に固定して受けられる単体の旋回器本体として一体で形成される主旋回器２４および２次旋回器２６を含む。主旋回器２４は、中央ベンチュリ３０の周りに配設される第１の複数の円周方向に間隔の開いた旋回静翼２８を含み、２次旋回器２６は、中央ベンチュリ３０の周りに同軸に配設される第２の複数の円周方向に間隔の開いた旋回静翼３２を含む。第１の旋回静翼２８を通過し入ってくる空気は、旋回させられてベンチュリ３０内に入る。この旋回空気は、それがベンチュリ３０内に通過して入るとき混合できるように、燃料噴射装置（図２に図示せず）から噴射された燃料と相互作用する。次いで２次旋回静翼３２が、混合物をさらに霧化できるように、空気の流れに燃料／空気混合物と相互作用する同じまたは逆の方向の旋回を与えるように作用する。

図３は、２次旋回器２６が円筒状に軸方向に延びる後部区画３６に結合される半径方向に延びる前部区画３４を有することを示す。それらは一緒に全体的にＬ字形の断面を形成する。後部区画３６の後端部は、偏向板アセンブリ２３を受け入れるようにその間に円筒状旋回器溝４２を画成する（図３参照）、内側リング３８および外側リング４０を有する。

この偏向板アセンブリ２３は、スリーブ２７および偏向板プレート２９から構成される。いくつかの場合には、これらは単一の一体式部品であることができる。偏向板アセンブリ２３のスリーブ２７は、全体的に円錐状の後部区画４４および全体的に円筒状の前部区画４６を有する。スリーブ２７の前部円筒状端部４６は、旋回器溝４２内に受けられる薄くした厚みの軸方向に延びるタング（ｔａｎｇ）４８に形成される。図示の例では、タング４８の軸方向長さは、取り付けスロット５０がタング４８と旋回器溝４２の基部の間に存在するように選択される。これは、２つの部品を接合する目的のための合金材料を置くための空間をもたらす。最初の製造中、旋回器アセンブリ２２および偏向板アセンブリ２３を含むドーム１８は、この合金材料が融けて流れるのに十分な高温炉サイクルを通される。結果として、旋回器アセンブリ２２および偏向板アセンブリ２３はこのようにして互いに固定して接合される。この当初の工程によって、偏向板アセンブリ２３または下部機構の交換が必要なとき、機械加工しかつ偏向板アセンブリをドーム１８全体から分解することは、コスト効率が良くない、または望ましくない可能性がある。従来技術ではこれが、旋回器溝４２の完全さを維持しながらそれらを離して機械加工するために、ＥＤＭなどの方法を使用することによって偏向板アセンブリ２３を交換することに繋がっている。

このドーム１８は、本発明にしたがって以下のように補修することができる。最初にドーム１８を、ドーム板２０、個々の旋回器アセンブリ２２および偏向板アセンブリ２３を露出させるように燃焼器１０の残りから分離する。次に、当初の偏向板アセンブリ２３が旋回器アセンブリ２２から取り外される。従来技術の補修方法とは対照的に、旋回器溝４２を保存する必要は全くない。これによって簡単な機械加工方法の使用が可能になる。例えば、当初の偏向板２３を通常のエンドミルで切り離すことができる。別法として、偏向板アセンブリ２３は、最初にミルまたは舞いカッターで旋回器２２を例えば、図３の線「Ｌ」に沿ってスリーブ２７から分離し、次いで残りをミルで切り離すことによって２ステップで取り外すことができる。この方法によって、損傷していない偏向板プレート２９を将来の使用のために確保することができる。

当初の偏向板アセンブリ２３が取り外された後、重ね接合の幾何学的形状が２次旋回器２６の後部区画３６の後端部内に機械加工される。図４に示すように、これは内側半径「Ｒ１」を有する機械加工された円筒状表面５２を作り出すために内側リング３８を機械加工で切り離すことによって行われる。これは従来型の切断工具によって達成することができる。この機械加工された直径５２は、上記で説明したように当初の偏向板アセンブリ２３の取り外しと同時に形成することができる。２次旋回器２６および偏向板アセンブリ２３の正確な形態に応じて、代替の手法は内側リング３８の代わりに外側リング４０を取り除くことであり得る。

図５は、交換偏向板アセンブリ１２３のスリーブ部分を示す。この交換偏向板アセンブリ１２３は当初の偏向板アセンブリ２３に構造が実質的に似ており、全体的に円錐状の後部区画１４４および全体的に円筒状の前部区画１４６を有するスリーブ１２７を含む。前部区画１４６の前端部は、当初の偏向板アセンブリ２３の環状タング４８を欠いており、その代わりに機械加工された円筒状表面５２の内側半径Ｒ１と実質的に等しい、またはわずかに小さい外側半径「Ｒ２」を有する実質的に一定の厚みの部材である。

当初の偏向板アセンブリ２３でのように、交換偏向板スリーブ１２７および偏向板プレート２９（図示せず）に類似する偏向板プレートは、Ｍａｒ−Ｍ−５０９コバルトベース合金などの適切な高温合金で鋳造し、またはその他の方法で形成することができる。別法として、交換偏向板スリーブ１２７または偏向板プレートは、異なる材料、好ましくは高められた耐酸化材料特性を有する合金から構成することができる。ガスタービンエンジン構成部品の耐用年数中に、そのような構成部品に使用するのに適切な改良された合金が開発されることがしばしば起きる。伝統的には、エンジン運転者は、この高められた材料特性を実現するために、既存のドームアセンブリを改良された合金から製造される構成部品を含む新しいドームに交換しなければならなかったであろう。しかしながら、交換偏向板アセンブリ１２３またはスリーブ１２７または偏向板プレートを改良された合金から製造することによって、補修された燃焼器１０は、部分的に、高められた材料特性およびその結果の延長される耐用年数を得ることができる。

適切なろう付け合金が丸みをつけた表面Ｒ２上に置かれる。交換偏向板スリーブ１２７または偏向板プレートが次いで組み立てられ、図６に示すように重ね接合部５４を形成して旋回器溝４２と係合するように２次旋回器２６内に置かれる。次いで、この事前組み立て手順が交換すべき各偏向板アセンブリ２３に対して繰り返される。全ての旋回器アセンブリ２２が準備された後、このドーム１８は炉内に置かれ、取り付け材料が偏向板アセンブリ２３を旋回器アセンブリ２２に接合することができるのに十分な時間、適切な温度に加熱される。完全に処理された後、このドーム１８は燃焼器１０に再組み立てされる準備が整っている。

上記で説明した補修方法は、ドームアセンブリ１８の完全な交換または偏向板アセンブリ交換方法の従来技術のどちらよりも、ずっとコスト効率の良いことが分かってきている。分析も、当初の接合部より機械加工作業量の必要がかなり少ないのに、強度および動作耐久性の点で許容される接合部が作り出されることを示してきた。

上記で燃焼器ドームを補修する方法を説明してきた。本発明の特定の実施形態を説明してきたが、当業者には本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく様々な改変をそれに対して行うことができることは明らかであろう。したがって、本発明の好ましい実施形態および本発明を実施するための最良の方法の前述の説明は、説明の目的のためにのみ設けられ限定する目的のためではない。本発明は特許請求の範囲によって定義される。

典型的なガスタービンエンジン環状燃焼器の横断面図である。 図１のドーム部分の旋回器の拡大図である。 最初の取り付け接合部を示す、ドーム内の偏向板アセンブリの旋回器の一部分およびスリーブ部分の横断面図である。 補修のため異なる形態に機械加工された図３の旋回器部分を示す図である。 本発明により施工され機械加工された偏向板アセンブリの交換スリーブ部分の横断面図である。 接合された旋回器および本発明により組み立てられた偏向板の交換スリーブ部分の横断面図である。

符号の説明

１０ ガスタービンエンジン燃焼器
１２ 環状内側ライナ
１４ 環状外側ライナ
１６ 燃焼チャンバ
１８ ドームアセンブリ
２０ ドーム板
２２ 旋回器アセンブリ
２３ 偏向板アセンブリ
２４ 主旋回器
２５ 燃料噴射装置
２６ ２次旋回器
２７ スリーブ
２８ 旋回静翼
２９ 偏向板プレート
３０ 中央ベンチュリ
３２ 旋回静翼
３４ 前部区画
３６ 後部区画
３８ 内側リング
４０ 外側リング
４２ 旋回器溝
４４ 後部区画
４６ 前部区画
４８ タング
５０ スロット
５２ 表面
５４ 重ね接合部
Ｒ１ 内側半径
Ｒ２ 外側半径
１２３ 交換偏向板アセンブリ
１２７ スリーブ
１４４ 円錐状後部区画
１４６ 円筒状前部区画

Claims (10)

1. 第１の接合構造を有する旋回器に取り付けられる第１の偏向板構成部品（２７）を含む旋回器アセンブリ（２２）を有するドームアセンブリ（１８）を補修する方法であって、
   前記第１の偏向板構成部品（２７）を取り外すステップと、
   第１の接合部形態と異なる第２の接合部形態を旋回器（２６）に機械加工するステップと、
   前記第２の接合部形態に対して相補的な形状を有する交換偏向板構成部品（１２７）を準備するステップと、
   前記交換偏向板構成部品（１２７）を前記旋回器（２６）に固定するステップとを含む、ドームアセンブリ（１８）を補修する方法。
2. 前記第２の接合部形態が環状に機械加工される円筒状表面であり、前記旋回器（２６）および前記交換偏向板構成部品（１２７）が協働的に重ね接合部（５４）を画成する、請求項１記載の方法。
3. 前記第１の接合部形態が、その間に旋回器溝（４２）を画成する環状の、間隔を開けた、軸方向に延びる内側および外側リング（３８、４０）を備え、
   前記第２の接合部形態を機械加工する前記ステップが、ラベットを形成することができるように、前記内側および外側リング（３８、４０）のうちの１つを取り除くステップを含む、請求項２記載の方法。
4. 前記第１の偏向板構成部品（２７）が、
   全体的に円錐状の後部区画（４４）と、
   前部区画の前端部に配設される薄くした厚みのタング（４８）を有する、全体的に円筒状の前部区画（４６）とを備え、
   前記交換偏向板構成部品（１２７）が、
   全体的に円錐形の後部区画（１４４）と、
   全体的に円筒形の前部区画（１４６）とを備える、請求項１記載の方法。
5. 前記交換偏向板構成部品（１２７）が、高温合金適用方法によって前記旋回器（２６）に固定される、請求項１記載の方法。
6. 偏向板構成部品（２７）を受けるための第１の接合部形態を画成する旋回器（２６）と、
   全体的に円錐状の後部区画（４４）と、
   前記第１の接合部形態に対し相補的な全体的に円筒状の前部区画（４６）とを有し、前記前部区画（４６）が前記旋回器（２６）に固定される、第１の偏向板構成部品（２７）とを有する燃焼器を準備するステップと、
   前記第１の偏向板構成部品（２７）を取り外すステップと、
   前記旋回器（２６）内に前記第１の接合部形態と異なる第２の接合部形態を機械加工するステップと、
   前記第２の接合部形態と相補的な形状を有する交換偏向板構成部品（１２７）を準備するステップと、
   前記交換偏向板構成部品（１２７）を前記旋回器（２６）に固定するステップとを含む、ガスタービンエンジン用の燃焼器ドームを補修する方法。
7. 前記第２の接合部形態が円筒状表面（５２）であり、前記旋回器（２６）および前記交換偏向板構成部品（１２７）が協働的に重ね接合部（５４）を画成する、請求項６記載の方法。
8. 前記第１の接合部形態が、その間に偏向板構成部品溝（５０）を画成する環状の、間隔を開けた、軸方向に延びる内側および外側リング（３８、４０）を備え、
   前記第２の接合部形態を機械加工する前記ステップが、前記機械加工される円筒状表面を形成することができるように、前記内側および外側リング（３８、４０）のうちの１つを取り除くステップを含む、請求項７記載の方法。
9. 前記第１の偏向板構成部品（２７）が、その前端部に配設される薄くした厚みのタング（４８）を有する全体的に円筒状の前部区画（４６）を備え、
   前記交換偏向板構成部品（１２７）が、全体的に円筒形の前部区画（１４６）を備える、請求項６記載の方法。
10. 前記交換偏向板（１２７）が、高温合金適用方法によって前記旋回器（２６）に固定される、請求項６記載の方法。
    

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