JP5627926B2 - 拡大フラ・シール - Google Patents

Description

本発明は、一般的に云えば、ガスタービン・エンジンに関し、より具体的には、例えば燃焼器ライナーと遷移部材との間のインターフェースとして拡大フラ・シール(hula seal) を使用することに関するものである。

既知の燃焼器は、燃焼器ライナーと遷移部材との間のインターフェースとしてフラ・シールを使用することができる。燃焼器ライナー・キャップ組立体と燃焼器ライナーと／又はガスタービン・エンジンのその他の場所との間に同様な種類のフラ・シールを使用することができる。米国特許第６３３４３１０号に記載されているように、フラ・シールは、一般に、丸いループの形に形成された複数の板バネより成る装置として定義されていて、２つの同心のダクトの間の摺動界面継手又は環状の間隙を封止するために用いられる。

フラ・シール付近を低い温度に維持するために、一般に、或る特定の量の質量流が該フラ・シールを通って漏洩するようにされる。頭端部へ進む空気の質量流を減少させるように一層多くの空気流をライナーの高温側へ直接差し向けるために、漏洩面積を一層大きくしたフラ・シールを使用することができる。この流れはまた、希薄バーンアウト余裕を増大させるのに役立つことができる。

米国特許第６３３４３１０号

従って、それを通り抜ける流れを増大させることのできる改良フラ・シール設計が要望されている。このように流れを増大させると、遷移部材の頭端部の周りの熱放射輝度を低減するように圧力降下が低減されよう。またこのように流れを増大させると、総合燃焼器効率が増大すると共に、システム効率が全体として増大されよう。

本発明は、燃焼器に使用するためのフラ・シールを提供する。該フラ・シールは、複数のスロットを画成する複数の脚部を含む。これらのスロットは複数の拡大スロットを含むことができる。

本出願では更に、燃焼器を動作させる方法を提供する。本方法は、フラ・シールに複数の拡大スロットを画成する段階と、フラ・シールを燃焼器ライナー及び遷移部材の周りに位置決めする段階と、燃焼器ライナーからフラ・シールの拡大スロットを通して漏洩流を円周方向に拡げる段階とを含むことができる。

本出願では更に、燃焼器を提供する。該燃焼器は、ライナーと、遷移部材と、ライナー及び遷移部材の周りに位置決めされたフラ・シールとを含むことができる。フラ・シールは複数の拡大スロットを含むことができる。

本出願のこれらの及び他の特徴は、当業者には、以下の詳しい説明を添付の図面並びに特許請求の範囲の記載と共に検討することにより明らかになろう。

図１は、ガスタービン・エンジンの概略図である。 図２は、燃焼器のライナー及び遷移部材の垂直断面図である。 図３は、燃焼器ライナーの側面図である。 図４は、既知のフラ・シールの側面図である。 図５は、既知のフラ・シールの斜視図である。 図６は、スロットを持つフラ・シールの平面図である。 図７は、本書で述べるような拡大スロットを持つ拡大フラ・シールの平面図である。

次に図面について説明すると、幾つかの図全体にわたって同様な参照数字は同様な要素を表している。図１は、ガスタービン・エンジン１０の概略図を示す。既知のように、ガスタービン・エンジン１０は、入来する空気流を圧縮するために圧縮機２０を含むことができる。圧縮機２０は圧縮した空気流を燃焼器３０へ送り出す。燃焼器３０は圧縮空気流を圧縮燃料流と混合して、その混合物に点火する。（単一の燃焼器３０のみが図示されているが、ガスタービン・エンジン１０は任意の数の燃焼器３０を含むことができる）。次いで、高温の燃焼ガスがタービン４０へ送り出される。高温の燃焼ガスは、機械的な仕事を生成するようにタービン４０を駆動する。タービン４０で生成された機械的な仕事は、圧縮機と、発電機などのような外部負荷５０とを駆動する。ガスタービン・エンジン１０は、天然ガス、様々な種類の合成ガス、及び他の種類の燃料を使用することができる。

ガスタービン・エンジン１０は、米国ニューヨーク州スケネクタディ所在のゼネラル・エレクトリック・カンパニイ社によって提供されている９ＦＡ型タービン又は同様な装置であってよい。他の種類のガスタービン・エンジンもここでは用いることができる。ガスタービン・エンジン１０は他の構成を持つことができ、また他の種類の構成要素を使用することができる。複数のガスタービン・エンジン１０、他の種類のタービン及び他の種類の発電設備をここでは一緒に使用することができる。

図２は、燃焼器１００の部分断面図を示す。既知のように、燃焼器１００は燃焼器ライナー１１０及び遷移部材１２０を含む。遷移部材１２０は内壁１２２及び外壁１２４を含む。ライナー１１０は流れスリーブ１３０及び燃焼域１４０を含む。ライナー１１０及び遷移部材１２０はフラ・シール１５０によって接合することができる。図３には、その上にフラ・シール１５０を設けた燃焼器ライナー１１０を示している。

前に述べたように、フラ・シール１５０は一般に、丸いループの形に形成された複数の板バネより成る装置である。フラ・シール１５０はインコネルＸ７５０（約７００°Ｃ（１２９０°Ｆ）までの高い温度でクリープ破断強度を持つ、アルミニウム及びチタンの添加によって析出硬化可能に作られたニッケル−クロム合金）又は同様な種類の材料から作ることができる。図４は、燃焼器ライナー１１０と遷移部材１２０の内壁１２２との間のインターフェースを示す。圧縮機空気流１６０の一部分は、複数の漏洩流の矢印１７０で示される漏洩流路に従う傾向がある。漏洩流１７０は一般に、燃焼器１００の動作中の圧縮機空気流１６０とライナー１１０内の高温ガス流１８０との間の差圧によって生じる。圧縮機空気流１６０は、高温ガス流１８０よりも静圧が相対的に高く且つ温度が相対的に低くなることができる。

図５及び図６はフラ・シール１５０を示している。図示されているように、フラ・シール１５０は、複数のスロット２００を画成する複数の脚部１９０を含む。スロット２００は一般に大きさ及び形状が一様である。漏洩流１７０はスロット２００を通過することができる。

図７は、本書で述べるようなフラ・シール２１０を示す。図示のように、フラ・シール２１０はまた、複数のスロット２３０を画成する複数の脚部２２０を含む。しかしながら、この例では、脚部２２０の後端部２４０が拡大スロット２５０を含む。図示されているように、脚部２２０は切欠き２６０を含み、これにより、拡大スロット２５０が、前端部２７０で始まるスロット２３０よりも幅広くなるようにする。切欠き２６０は任意の所望の形状にすることができるが、図には斜めの形状２８０が示されている。切欠き２６０は脚部２２０の全て又は一部に設けることができる。

このように拡大スロット２５０を持つフラ・シール２１０は、漏洩流１７０を円周方向に拡げる。その流れ１７０はまた圧力降下を減少させ且つ遷移部材１２０の頭端部の周りの熱放射輝度を低減する。拡大スロット２５０はより多くの空気流を高温ガス流の中へ漏洩させて、全空気質量流を低減するようにする。この流れにより、火炎希薄バーンアウトが防止され、またフラ・シール２１０による圧力降下が減少し、また遷移部材１２０の全体の耐久性が改善されよう。切欠き２６０は、同様に、フラ・シール２１０の出口拡大角及び面積を最適化する。

上記の説明は本発明の特定の実施形態にのみ関するものであること、また特許請求の範囲の記載及びその等価なものによって規定されるような発明の全体的な精神及び範囲から逸脱せずに様々な変更及び修正が当業者によって為し得ることが明らかであろう。

１０ ガスタービン・エンジン
２０ 圧縮機
３０ 燃焼器
４０ タービン
５０ 外部負荷
１００ 燃焼器
１１０ 燃焼器ライナー
１２０ 遷移部材
１２２ 内壁
１２４ 外壁
１３０ 流れスリーブ
１４０ 燃焼域
１５０ フラ・シール
１６０ 圧縮機空気流
１７０ 漏洩流
１８０ 高温ガス流
１９０ 脚部
２００ スロット
２１０ フラ・シール
２２０ 脚部
２３０ スロット
２４０ 後端部
２５０ 拡大スロット
２６０ 切欠き
２７０ 前端部
２８０ 斜めの形状

Claims (9)

1. 燃焼器（３０）に使用するためのフラ・シール（２１０）であって、当該フラ・シール（２１０）が、
   軸の周りで周方向に延在するリングと、
   前記リングから軸方向に延びる複数の脚部（２２０）であって、各々、前記リングと反対側の自由端（２４０）と、前記リングから半径方向外側に延びる弓状部とを含んでいる複数の脚部（２２０）と
   を備えており、前記複数の脚部（２２０）が複数のスロット（２３０）を画成していて、前記複数のスロット（２３０）の各々が、フラ・シール（２１０）を通過して燃焼器（３０）に流入する空気の流れを増大させるための、隣り合った脚部（２３０）の自由端（２４０）に向かって末広部（２５０）を含んでいる、フラ・シール（２１０）。
2. 前記複数の脚部（２２０）の各々が切欠き（２６０）を有していて、該切欠（２６０）が前記複数のスロット（２３０）の末広部（２５０）を画成する、請求項１記載のフラ・シール（２１０）。
3. 前記切欠き（２６０）が、前記複数の脚部（２２０）の各々の自由端（２４０）に近接して位置している、請求項２記載のフラ・シール（２１０）。
4. 前記切欠き（２６０）は斜めの形状（２８０）を有している、請求項２又は請求項３記載のフラ・シール（２１０）。
5. 前記複数のスロット（２３０）の各々の幅が、前記リングに近接した閉鎖端部におけるよりも、隣り合った脚部（２３０）の自由端（２４０）の間の開放端部における方が広い、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のフラ・シール（２１０）。
6. ニッケル−クロム合金からなる、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載のフラ・シール（２１０）。
7. 前記複数のスロット（２５０）がそれらを通る複数の漏洩流路（１７０）を画成している、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載のフラ・シール（２１０）。
8. 燃焼器（３０）を動作させる方法であって、
   請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載のフラ・シール（２１０）を燃焼器ライナー（１１０）と遷移部材（１２０）の間の環状空間に配置する段階と、
   圧縮機空気の流れを前記フラ・シール（２１０）を通して送る段階と、
   高温ガスの流れを燃焼器ライナー（１１０）を通して流す段階と
   を含む方法。
9. 燃焼器ライナー（１１０）と、
   遷移部材（１２０）と、
   燃焼器ライナー（１１０）と遷移部材（１２０）の間の環状空間に配置された請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載のフラ・シール（２１０）と
   を備える燃焼器（３０）。