JP5441424B2 - ガスタービンエンジンの燃焼チャンバ内に点火プラグを取り付けるための装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガスタービンエンジンの分野に関し、より詳細には、燃焼チャンバへの点火プラグの取り付けの改良に関する。

ガスタービンエンジンにおいて、燃焼チャンバは圧縮機から空気を受け取り、その空気のいくらかは一次燃焼領域で燃焼される燃料と混合される。点火は、気化システムの下流側に位置する１つまたは２つの点火プラグにより行われる。空気のその他の部分は、一次燃焼領域を迂回し、燃焼ガスと混ざる。次に、高温ガスの全てがタービンの方へ向けられる。燃焼チャンバは、一定の必須の規格に合うように設計される。例えば、飛行中の再点火、温度プロフィールの状態、汚染ガスの排気、燃焼チャンバの種々の部品の熱的および機械的完全性などである。

特に、点火システムは、燃焼チャンバが図らずも消火される場合に、確実に飛行中に再点火しなければならないが、同時に、点火システムは受ける熱応力に耐え、抵抗性を有する必要がある。これらの２つの条件は、調整が難しい構成を必要とする。具体的には、噴射システムは一定の角度を成す噴霧燃料のシートを形成する。この角度が非常に小さい場合、点火プラグは燃料により形成されるコーンの外側にあり、これは熱的完全性の観点からは好ましいが、チャンバの点火能力は低い。逆に、燃料のシートが非常に大きなコーンを形成する噴射システムは、燃料が壁や点火プラグに衝突するために点火プラグを囲むチャンバの領域をかなり加熱することになる。このことは、これらの要素の熱的完全性にマイナス影響を及ぼす。

本発明は、アダプタを形成し、自身がチャンバのケーシングに取り付けられる部分を介して、点火プラグがチャンバに取り付けられる点火システムに関する。点火プラグは、ケーシングからチャンバの内側に向かって径方向に伸び、その端部は、チャンバの壁に作られた、中空シャフトを形成する開口部を通ってチャンバの壁とぴったりと重なる。点火プラグの周囲に最小の側方間隙が形成されて、ケーシングに固定された点火プラグがチャンバの壁の開口部の縁部に衝突せずに、あるいはその縁部を押圧せずに、飛行のさまざまな段階の温度変動を受けて、チャンバとケーシングとの間の相対運動を可能にする。チャンバの壁内の開口部は、点火プラグが摺動する中空シャフトを形成し、点火プラグを囲む浮動点火プラグスリーブは、チャンバと、点火プラグとケーシングとの間の空間とを封止する。アダプタを使用して燃焼チャンバに点火プラグを取り付けるこの方法の一例は、欧州特許第１，４４３，１９０号明細書に開示されている。

欧州特許第１，４４３，１９０号明細書

端部が燃焼チャンバ内に突出しすぎた点火プラグは、熱的問題に曝される。これらの熱的問題は、エンジンの不正確な作動を引き起こす危険を抱えており、特に、点火プラグの破損をより早めてしまう危険を抱えている。一方、点火プラグが燃焼チャンバの壁から戻されすぎると、点火性能が劣る。したがって、壁に対して点火プラグの端部が挿入される程度を最適化することが必要である。

先行技術が意味することは、点火プラグの軸が常にチャンバの軸に対して垂直であり、したがって、点火プラグにはチャンバの軸方向および径方向の膨張を補償する能力がないということである。

本発明の目的は、点火プラグにさらに自由度を持たせ、点火プラグの磨耗を防ぎ、磨耗ポイントを修理しやすい部品に移すことが可能であり、ひいては点火プラグの寿命を改善するシステムを提供することである。

本出願は、点火プラグを燃焼チャンバ内に取り付けるための装置の改良を提案することを目的としたものである。この改良において、磨耗ポイントは点火プラグの向こう側に移され、したがって、点火プラグを交換せずに、より簡単に修理ができるようになる。

本発明によれば、ケーシング内に含まれるガスタービンエンジンの軸ＹＹを有する燃焼チャンバ内に点火プラグを取り付けるための装置であって、取り付け装置は、軸ＸＸの中空シャフトと、中空シャフトの軸ＸＸに垂直な軸に沿った膨張を吸収する浮動点火プラグスリーブとを備え、さらに、点火プラグスリーブが収容されるような中空シャフトスリーブと、中空シャフトスリーブを軸ＸＸに対して傾斜させる手段とを備える。中空シャフトスリーブを傾斜させることにより、チャンバが点火プラグの軸に対して傾斜されるようになる。

より詳細には、傾斜手段は、中空シャフトの底部に２つのストリップ１０９を互いに径方向反対側に備え、中空シャフトスリーブはこのストリップ上に載っている。２つのストリップ１０９は、中空シャフトの軸とチャンバの軸とにより形成される面に垂直な回転軸を形成する。

別の特徴によれば、中空シャフトスリーブは、点火プラグスリーブの摺動面を形成する２つの互いに平行なディスクを備える。より詳細には、２つのディスクは、中空シャフトの壁の内側で案内される球の一部の形状の外表面を有する円筒状壁により連結される。

本発明の別の実施形態によれば、装置は、中空シャフトスリーブを傾斜させる手段を備え、中空シャフトスリーブが中空シャフト内部を旋回するように取り付けられて、中空シャフトスリーブが点火プラグの軸に対してチャンバの軸平面と接平面との間で複合傾斜できるようになる。

本発明によれば、装置はさらに、点火プラグを冷却する手段を備え、これらの手段は、中空シャフトに貫通されたオリフィスを備える。中空シャフトの内側部は、点火プラグの冷却をしやすいように先細り形状である。

本出願はさらに、ガスタービンエンジン点火システムに関する。システムは、上述で指定された点火プラグを取り付けるための少なくとも１つの装置を備える。

本発明はさらに、上述で指定された点火プラグを取り付けるための少なくとも１つの装置を有する点火システムを備えるガスタービンエンジンに関する。

本発明の目的、局面、利点は、非限定的な例として示され、添付図面を参照して説明されたさまざまな実施形態の以下の記述からより良く理解されるであろう。

ガスタービンエンジンの燃焼チャンバの一部の縦断面図である。 先行技術による点火プラグが取り付けられる方法を示す図である。 チャンバの軸ＹＹを貫通する面における本発明による点火装置の断面図である。 図３の点火装置のＩＶ−ＩＶにおける断面図である。

図１に見られるように、燃焼チャンバ１は、外側ケーシング３により形成される環状空間内に含まれる。燃焼チャンバは、フランジまたは支持体を有する１つまたは複数の外側シェルリング７と、フランジを有する１つまたは複数の内側シェルリング８と、チャンバ端壁９とを備え、全て上流側のフェアリングに組み合わされる。エンジンの軸周りに分布した複数の燃料噴射パイプは、チャンバ端壁９に向かって開口する。デフレクタ１１は、各噴射ヘッド周りにボウルを形成し、径方向におよび噴射燃料に向かって渦巻くようにダクト領域に入った空気のいくらかを偏向し、燃料と空気との混合物を形成させる。一次燃焼領域は、チャンバ端壁の下流側に形成され、この領域において、この混合物が１つの点火プラグ１３により、または円周方向に分布した複数の点火プラグにより点火される。

図２を参照すると、先行技術によれば、点火プラグ２３は、アダプタ２５を形成し、自身がチャンバのケーシングに固着される部分を介してチャンバに取り付けられる。点火プラグは、チャンバの壁とぴったりと重なるまでチャンバの内部に向かって径方向に伸ばされる。その他端部では、点火プラグは中空シャフト２４内に案内される。点火プラグを囲み、点火プラグに対して径方向にあるフランジを備える浮動点火プラグスリーブＡ’は、中空シャフトの対応する案内面の間を摺動し、封止を行う。

図３は、チャンバの軸ＹＹを貫通する面における、本発明による点火プラグを取り付けるための装置の第１の実施形態の断面図である。

この装置は、軸ＸＸの中空シャフト１４を備え、中空シャフトは、ここでは軸ＹＹの燃焼チャンバに作られた開口部に固着される。中空シャフトは、（図４に示された）円筒状形状のシャフトであり、その上方部の径は、中空シャフトの軸に対して垂直なフラット面１０４を形成するように中空シャフトの残りの部分の径より大きい。円筒状壁１０８は、フラット面１０４を囲み、中空シャフト１４の上方端部１０６は、軸ＸＸに対して垂直なカラーを形成するように形成される。

中空シャフト１４の上方部は、中空シャフトスリーブ１３０を収容する。このディスクの形状の中空シャフトスリーブ１３０は、点火プラグの軸に対するチャンバの傾斜の変動に従う。

アール形状（ｒｏｕｎｄｅｄ ｓｈａｐｅ）の２つの直線ストリップ１０９は、中空シャフト１４のフラット面１０４上に作成される。ストリップは、（図４に示されるように）軸ＹＹに対して垂直な径に沿って方向づけされる。中空シャフトスリーブ１３０が載っているこれらのストリップ１０９のアール形状により、中空シャフトスリーブが点火プラグの軸に対して垂直な面で傾斜できるようになる。中空シャフトスリーブ１３０は、外表面が球の一部の形状である円筒状壁１３３により連結される２つの互いに平行なディスク１３１、１３２を備える。中空シャフトスリーブの径は、円筒状壁１０８の径よりやや小さく、このことにより、チャンバの傾斜の場合に、中空シャフトスリーブが中空シャフト１４に対して軸の中心にとどまることができる。

こうして、上方ディスクと下方ディスクとの間の中空シャフトスリーブ１３０内部には、中空シャフトスリーブ１３０の径より小さい径のカラー１２７を使用して、点火プラグスリーブ１２０が収容できる容積が作られる。このことにより、点火プラグスリーブ１２０が移動して、軸ＸＸに対して垂直な面におけるチャンバの軸方向の膨張を吸収でき、中空シャフトスリーブ１３０は、点火プラグの軸ＢＢ’に対するチャンバの傾斜の変動を吸収することができる。図３では、軸ＢＢ’は、軸ＸＸに対して傾斜することができる。

点火プラグスリーブ１２０の上方部はフレア形状であり、点火プラグ１３に向かって先細り形状であるが、スリーブの内側部が点火プラグを囲む。

中空シャフト１４の下方部により、点火プラグの端部領域が冷気を供給されるようになる。このために、オリフィスＤは中空シャフト１４の下方部で中空シャフトの軸に対して直角に貫通している。したがって、これらのオリフィスにより、空気が中空シャフト内で循環されるようになる。中空シャフト１４の内部１０５は、軸ＸＸに向かって先細りするように形成され、対流効果によりチャンバを冷却しやすくする。

図４は、ＩＶ−ＩＶにおける図３の点火装置の断面図である。図示されるように、中空シャフト１４は、中空シャフトに嵌合する中空シャフトスリーブ１３０と同じように円筒状形状である。点火プラグスリーブ１２０は、中空シャフトスリーブ１３０内側に入れ子にされる。点火プラグスリーブ１２０の外径と中空シャフトスリーブ１３０の壁１３３との間の円筒状の隙間は、点火プラグスリーブ１２０が別のスリーブ内部で移動する一定の自由度を有することを示している。このことにより、点火プラグスリーブ１２０が中空シャフト１４の軸ＸＸに対して垂直な軸に沿ったチャンバの軸方向の膨張を吸収できるようになる。点火プラグ１３は、点火プラグスリーブ１２０内に取り付けられる。さらに、中空シャフト１４の底部に形成される２つの直線ストリップ１０９を軸ＹＹに対して垂直な径に位置決めすることに留意しなければならない。

図示されていない第２の実施形態では、中空シャフト１４の底部に形成されるストリップ１０９は省かれ、中空シャフトの壁は中空シャフトスリーブ１３０の壁の半径より大きい半径の球状をとる。したがって、中空シャフトスリーブ１３０は、中空シャフト１４の球状壁を旋回することができるように取り付けられ、チャンバが点火プラグの軸に対して傾斜する時に、その球状の縁部が中空シャフトスリーブを中空シャフトの壁に沿って摺動できるようにする。この実施形態によれば、中空シャフトスリーブ１３０は、点火プラグの軸に対して、チャンバの軸平面と接平面との間の傾斜の複合変動を吸収することができる。

１ 燃焼チャンバ
３ 外側ケーシング
７ 外側シェルリング
８ 内側シェルリング
９ チャンバ端壁
１１ デフレクタ
１３、２３ 点火プラグ
１４、２４ 中空シャフト
２５ アダプタ
１０４ フラット面
１０５ 内側部
１０６ 上方端部
１０８、１３３ 円筒状壁
１０９ 直線ストリップ
１２０ 点火プラグスリーブ
１２７ カラー
１３０ 中空シャフトスリーブ
１３１、１３２ ディスク
Ａ’ 点火スリーブ
Ｄ’ オリフィス

Claims (8)

1. ケーシング内に含まれるガスタービンエンジンの軸ＹＹを有する燃焼チャンバ内に点火プラグを取り付けるための装置であって、中心軸ＸＸの中空シャフトと、点火プラグに固定された浮動点火プラグスリーブと、浮動点火プラグスリーブが内部に移動可能に収容される中空シャフトスリーブとを備え、前記浮動点火プラグスリーブ及び前記中空シャフトスリーブが、中空シャフトの中心軸ＸＸに対して垂直な軸に沿った燃焼チャンバの膨張を吸収し、前記中空シャフトスリーブを中心軸ＸＸに対して傾斜させる手段を備え、中空シャフトスリーブの傾斜により燃焼チャンバが点火プラグの軸に対して傾斜されるようにし、中空シャフトスリーブが、浮動点火プラグスリーブ用の摺動面を形成する２つの互いに平行なディスクを備え、該２つのディスクが、中空シャフトの壁の内側で案内される球の一部の形状の外表面を有する円筒状壁により連結される、点火プラグを取り付けるための装置。
2. 傾斜手段が、中空シャフトの底部にあり中空シャフトスリーブが載っている２つのストリップを互いに径方向反対側に備える、請求項１に記載の点火プラグを取り付けるための装置。
3. 中空シャフトスリーブが、中空シャフト内部を旋回できるように取り付けられる、請求項１に記載の点火プラグを取り付けるための装置。
4. 点火プラグを冷却する手段を備える、請求項１に記載の点火プラグを取り付けるための装置。
5. 冷却手段が、中空シャフトに貫通されたオリフィスＤを備える、請求項４に記載の点火プラグを取り付けるための装置。
6. 中空シャフト内側部が、点火プラグの冷却をしやすいように先細り形である、請求項４に記載の点火プラグを取り付けるための装置。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の点火プラグを取り付けるための装置を少なくとも１つ備える、ガスタービンエンジン点火システム。
8. 請求項１から６のいずれか一項に記載の点火プラグを取り付けるための装置を有する点火システムを少なくとも１つ備える、ガスタービンエンジン。

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