JP6147857B2 - 2系統モジュラー式噴射管 - Google Patents

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Description

本発明は、ターボ機械の分野に関し、特に、ターボ機械用噴射マニホールドアセンブリの分野に関する。
本明細書において、用語「ターボ機械」は、流体流れと少なくとも1組のブレードとの間でエネルギーを伝達することができる任意の機械、例えば、圧縮機、ポンプ、タービン、もしくはこれらのうちの少なくとも2つの組み合わせを指す。ガスタービン、ターボシャフトエンジン、ターボファンもしくはターボジェット、またはターボプロップのような特定の内燃ターボ機械は、作動流体内での燃料の燃焼および燃焼室で生じる燃焼により、燃料の化学エネルギーを機械エネルギーに変換することができる。一般的には、このようなターボ機械は、燃焼室の上流側にある少なくとも1つの圧縮機と、燃焼室の下流側にあって圧縮機に結合されることによって、燃料の燃焼により加熱された時の作動流体の部分膨張によって作動される少なくとも1つのタービンとを備える。通常、作動流体の熱エネルギーの残りは、その後、ジェットノズルおよび/または駆動シャフトに結合された少なくとも1つの追加のタービンによって機械エネルギーとして回収される。用語「上流側」および「下流側」は、ターボ機械内を流れる作動流体の正常な流れ方向に対して定義される。
確実に燃焼室内で均一に燃焼が生じるためには、燃料は、通常、複数の噴射器を介して燃焼室内に取り込まれる。燃焼室が環状である場合、これらの噴射器は、通常、燃焼室の周囲に分布され、少なくとも1つの噴射マニホールドアセンブリを介して燃料が供給される。
ターボ機械を始動させる時、最初に燃料の全流量が少なくても、点火させることができるのに少なくとも局所的に十分にリッチな混合物を得るために、噴射器のうちの一部の噴射器のみへの燃料の供給を制限することが必要になる、もしくは少なくとも有利である場合がある。しかし、そのためには、通常、噴射マニホールドアセンブリが必要である。この噴射マニホールドアセンブリは、ターボ機械を始動させる時に使用する補助系統が主系統と並行に組み込まれているので、より複雑な構造である。このように複雑さが増すことにより、噴射マニホールドアセンブリの製造はより難しくなり、よりコスト高となり、さらに噴射マニホールドアセンブリのメンテナンスがより複雑になる。
本発明の目的は、上述の欠点を克服することであり、特に、組立が容易であり、それでも、主系統と並行な補助系統を介して、特定の噴射器に選択的に燃料を供給することができるターボ機械用噴射マニホールドアセンブリを提案することである。ターボ機械の始動時の燃焼の均一性が正常運転時に比べて重要でないので、始動時に、第1の組の噴射器のみに燃料の供給を限定することができる。
そのためには、本発明の少なくとも1つの実施形態のターボ機械用噴射マニホールドアセンブリは、少なくとも第1および第2の組の噴射器に燃料を供給するための主系統を形成するように接続された第1の組の移送管と、前記第1の組の噴射器に燃料を供給するための補助系統を形成するように第1の組の移送管と並行に接続される第2の組の移送管と、少なくとも1つのダブル継手と、少なくとも1つのシングル継手とを備える。ダブル継手は、主系統の移送管の一端を受容する少なくとも1つの第1のエンドピースと、補助系統の移送管の一端を受容する第2のエンドピースと、第1のエンドピースと流体連通した第1のオリフィスおよび第2のエンドピースと流体連通した第2のオリフィスを有する取付面とを有し、ダブル継手の前記取付面は、ダブル継手を前記第1の組の噴射器のうちの1つの噴射器に接続するのに適している。シングル継手は、主系統の移送管の一端を受容する少なくとも第1のエンドピースと、第1のエンドピースと流体連通したオリフィスを有する取付面とを有し、シングル継手の前記取付面は、シングル継手を前記第2の組の噴射器のうちの1つの噴射器に接続するのに適している。特に、前記シングル継手は、補助系統と流体連通したエンドピースを有する必要がない。したがって、これらの継手を使用すれば、移送管の端部を対応するエンドピースに差し込むことによって、2つの並行な系統を有する噴射マニホールドアセンブリを容易に組み立てることが可能になると同時に、始動時に補助系統が第1の組の噴射器のみに燃料を供給することができ、同時に、主系統も第2の組の噴射器に燃料を供給することによって、ターボ機械の正常運転速度で燃焼室全体に十分に燃料を分散させることができる。
特に、ダブル継手はさらに、主系統を延長するために、主系統の第2の移送管の一端を受容し、かつ第1のオリフィスと流体連通した第3のエンドピースを有してもよい。
特に、前記シングル継手はさらに、主系統を延長するために、主系統の別の移送管の一端を受容し、かつシングル継手の取付面内のオリフィスと流体連通した第2のエンドピースを有してもよい。
特に、マニホールドアセンブリはさらに、主系統に燃料を供給しやすくするために、第1の燃料源への接続に適しており、前記第1の燃料源からの燃料を主系統の移送管に供給するために主系統の移送管の一端を受容する少なくとも第1のエンドピースを有する供給継手を含んでもよい。特に、前記供給継手はさらに、噴射器の数を増やすと同時に、マニホールドアセンブリ内の部品の数を抑えるために、供給継手の第1のエンドピースと流体連通するオリフィスを有する取付面を含んでもよく、供給継手の前記取付面は、前記第1の燃料源からの燃料を噴射器、特に、前記第2の組の噴射器のうちの1つの噴射器に供給するために、前記噴射器に供給継手を接続するのに適している。さらに、前記供給継手は、第1の燃料源と並行な第2の燃料源への接続に適しており、さらに前記第2の燃料源からの燃料を補助系統の移送管に供給するために、補助系統の移送管の一端を受容する少なくとも1つの第2のエンドピースを有してもよく、このことにより、特に、補助系統に燃料を供給しやすくなる。
本発明はさらに、該噴射マニホールドを含む燃焼室および該燃料室を含むターボ機械を提供する。
非限定的な例として挙げられた以下の一実施形態の詳細な説明を読めば、本発明はより十分に理解され、本発明の利点がより明らかになるであろう。添付図面を参照しながら説明する。
ターボ機械の長手方向断面図である。 複数の噴射器に接続された本発明の一実施形態の噴射マニホールドアセンブリの斜視図である。 図2Aの噴射マニホールドアセンブリおよび噴射器の切断図である。 図2Aの噴射マニホールドアセンブリ内の移送管の側面図である。 図2Bの噴射マニホールドアセンブリ内の移送管の長手方向断面図である。 図2Aおよび図2Bの噴射マニホールドアセンブリの供給継手を上から見た図である。 図2Aおよび図2Bの噴射マニホールドアセンブリの供給継手を下から見た図である。 図2Aおよび図2Bの噴射マニホールドアセンブリの供給継手の線IVC−IVCに沿った断面図である。 図2Aおよび図2Bの噴射マニホールドアセンブリの供給継手の線IVD−IVDに沿った断面図である。 図2Aおよび図2Bの噴射マニホールドアセンブリのダブル継手を上から見た図である。 図2Aおよび図2Bの噴射マニホールドアセンブリのダブル継手を下から見た図である。 図2Aおよび図2Bの噴射マニホールドアセンブリのダブル継手の線VC−VCに沿った断面図である。 図2Aおよび図2Bの噴射マニホールドアセンブリのダブル継手の線VD−VDに沿った断面図である。 図2Aおよび図2Bの噴射マニホールドアセンブリの第1のタイプのシングル継手を上から見た図である。 図2Aおよび図2Bの噴射マニホールドアセンブリの第1のタイプのシングル継手を下から見た図である。 図2Aおよび図2Bの噴射マニホールドアセンブリの第1のタイプのシングル継手の線VIC−VICに沿った断面図である。 図2Aおよび図2Bの噴射マニホールドアセンブリの第2のタイプのシングル継手を上から見た図である。 図2Aおよび図2Bの噴射マニホールドアセンブリの第2のタイプのシングル継手を下から見た図である。 図2Aおよび図2Bの噴射マニホールドアセンブリの第2のタイプのシングル継手の線VIIC−VIICに沿った断面図である。 上記継手を使用するのに適したC字形断面の封止ガスケットの正面図である。 上記継手を使用するのに適したC字形断面の封止ガスケットの断面図である。
図1には、ターボ機械、より詳細には、ターボシャフトエンジン1が示されている。このエンジン1は、軸流圧縮機4と、遠心圧縮機5と、環状燃焼室6と、第1の燃焼ガスタービン7と、エンジン1の作動時にタービンの回転が圧縮機4、5を作動させることができるように第1の燃焼ガスタービン7および圧縮機4、5のディスクを回転結合するための中心軸Xの第1の回転シャフト8とを備える。エンジン1はさらに、「フリー」タービンとして周知の第2の燃焼ガスタービン9と、同様に中心軸Xと一直線上にあり、フリータービン9を動力出力部に結合する第2の回転シャフト10とを有する。したがって、エンジン1の作動時のフリータービン9のディスクの回転は、例えば、ヘリコプタのロータのような外部装置を作動させることができる。
燃焼室6内に燃料を噴射するために、燃焼室6は、図2A、図2Bに示されるように、燃焼室6の周囲全体に分布し、噴射マニホールドアセンブリ101によって燃料源(図示せず)に接続される複数の噴射器100、100´を有する。この複数の噴射器100、100´は、第1の組の噴射器100と第2の組の噴射器100´とを備える。第1の組の噴射器100は、第1の燃料源からの燃料流の他に、第2の燃料源からの燃料流を噴射するのに適しているが、マニホールドアセンブリ101は、第2の組の噴射器100´を第1の燃料源のみに接続している。そのためには、噴射マニホールドアセンブリ101は、2つの並行な燃料系統を備える、つまり、第1の燃料源を第1の組の噴射器100および第2の組の噴射器100´に接続する主系統と、第2の燃料源を第1の組の噴射器100のみに接続する補助系統とを備える。
噴射マニホールドアセンブリ101は、モジュラー式であり、前記第1および第2の系統を形成するために異なるタイプの継手103、104、105、106によって接続された複数の移送管102を備える。特に、図2Bに示されるように、移送管102と継手103、104、105もしくは106とのそれぞれの接続は、単に、移送管102の一端を継手103、104、105、もしくは106の対応するエンドピースに差し込むことによって行われる。これらの接続は、移送管102の端部で環状溝108の外表面に受容されるOリング107によって封止され、それぞれのOリング107は対応する外表面と対応するエンドピースの内表面との間の空間を閉鎖する。特に、図3Aおよび図3Bには溝108が示されており、移送管102のそれぞれの端部は移送管102をより安定させるために拡大されている。図2Bおよび図3Bに示されるように、それぞれの移送管102は、燃料を移送管102の一端から他端へ流すことができるように中空である。
「供給」継手と呼ばれる第1の継手103は、マニホールドアセンブリ101の中央位置に配置されるが、これは図4A〜図4Dに詳細に示されている。この供給継手103は、前記第1および第2の燃料源それぞれへの接続に適した第1および第2の燃料入口405、406を有し、前記第1の燃料源からの燃料を主系統の移送管102に供給するために主系統の移送管102の一端を受容する第1のエンドピース401と、前記第2の燃料源からの燃料を補助系統の移送管102に供給するために補助系統の移送管102の一端を受容する第2のエンドピース402とを両側に有する。前記第1のエンドピース401は、主系統および両方の組の噴射器100、100´に燃料を供給するために、供給継手103の第1のキャビティ407を介して第1の燃料入口405と流体連通し、前記第2のエンドピース402は、補助系統および第1の組の噴射器100に主系統と並行に燃料を供給するために、第2のキャビティ408を介して第2の燃料入口406と流体連通している。キャビティ407、408は、供給継手103内部では互いに分離されており、互いと直接連通していない。
さらに、供給継手103は、底部にベースプレート409をも有する。このベースプレート409は、ボルト109を使用して供給継手103を燃焼室6の外壁に取り付けるのに使用されるだけでなく、さらに供給継手103のベースプレート409と燃焼室6の外壁との間に挿置されたベースプレート110´を使って第2の組の噴射器100´を取り付けるのにも使用される。ベースプレート409は、供給継手103の第1のキャビティ407を介して第1の燃料入口405および前記第1のエンドピース401と流体連通したオリフィス411を含む取付面410を有する。したがって、この取付面410は、前記第2の組の噴射器100´を取り付けるのに使用されるだけでなく、第1の燃料源からの燃料を前記第2の組の噴射器100´に供給するのにも使用される。オリフィス411は、取付面410内で、C字形断面の封止リング801を受容するのに適した局所的凹部413に囲まれる。封止リング801は、ベースプレート409、110´間の燃料漏れを防ぐために、例えば、金属製とすることができる。該ガスケット801は、図8Aおよび図8Bに示されている。図示されている実施形態では、この局所的凹部410は、継手103の材料で作られた座ぐりで形成される。しかし、他の代替の解決策、例えば、ベースプレート409、110´間に挿置される基底平面を含むスペーサ内で封止ガスケットを受容する形態も可能である。
供給継手103のいずれかの側で、供給継手102に直接接続される移送管102の両端は、「ダブル」継手104と呼ばれる第2のタイプの継手のそれぞれのエンドピースに受容される。該ダブル継手104は、図5A〜図5Dに、より詳細に示されている。ダブル継手104は、第1のエンドピース501と、第2のエンドピース502と、第3のエンドピース503とを有する。第1のエンドピース501は、供給継手103の第1のエンドピース401に受容される移送管102の端部とは反対側の端部を受容し、第2のエンドピース502は、供給継手103の第2のエンドピース402に受容される移送管102の端部とは反対側の端部を受容する。第3のエンドピース503は、第1のエンドピース501の反対側に位置し、主系統をダブル継手104から延長するために別の継手管102の一端を受容する。そのためには、第1のエンドピース501および第2のエンドピース503は、ダブル継手104の第1のキャビティ507を介して流体連通している。
さらに、ダブル継手104は、底部にベースプレート509をも有する。このベースプレート509は、ボルト109を使用してダブル継手104を燃焼室6の外壁に取り付けるのに使用されるだけでなく、さらにダブル継手104のベースプレート509と燃焼室6の外壁との間に挿置されたベースプレート110を使って第1の組の噴射器100を取り付けるのにも使用される。ベースプレート509は、ダブル継手104の前記第1のキャビティ507を介して前記第1および第3のエンドピース501、503と流体連通した第1のオリフィス511と、さらにダブル継手104の第2のキャビティ508を介して第2のエンドピース502と流体連通した第2のオリフィス512を含む取付面510を有する。キャビティ507、508は、ダブル継手104内部で互いに分離され、互いに直接連通していない。したがって、この取付面510は、前記第1の組の噴射器100を取り付けるのに使用されるだけでなく、第1および第2の燃料源からの燃料を前記第1の組の噴射器100´に並行して供給するのにも使用される。オリフィス511、512それぞれは、取付面510内の局所的凹部513、514に囲まれるので、ベースプレート509、110間の燃料漏れを防ぐためにC字形断面の封止ガスケット801を取り付けることができる。
第1の系統は、ダブル継手104から移送管102によって延長され、次にシングル継手105によって接続される。このシングル継手105の1つは、図6A〜図6Cに、より詳細に示されている。シングル継手105は、第1のエンドピース601と第2のエンドピース603とを有する。第1のエンドピース601は、主系統の移送管102の一端を受容し、第1のエンドピース601の反対側に位置する第2のエンドピース603は、主系統の別の移送管102の一端を受容する。これらの第1のエンドピース601および第2のエンドピース603は、継手105内のキャビティ607を介して流体連通している。
さらに、シングル継手105は、底部にベースプレート609をも有する。このベースプレート609は、ボルト109を使用してシングル継手105を燃焼室6の外壁に取り付けるのに使用されるだけでなく、さらにシングル継手105のベースプレート609と燃焼室6の外壁との間に挿置されたベースプレート110´を使って第2の組の噴射器100´を取り付けるのにも使用される。ベースプレート609は、シングル継手105のキャビティ607を介して前記第1および第2のエンドピース601、603と流体連通したオリフィス611を含む取付面610を有する。したがって、この取付面610は、前記第2の組の噴射器100´を取り付けるのに使用されるだけでなく、マニホールドアセンブリ101の主系統を介して第2の燃料源からの燃料を前記第2の組の噴射器100´に供給するのにも使用される。オリフィス611は、取付面610内の局所的凹部613に囲まれるので、ベースプレート609、110´間の燃料漏れを防ぐためにC字形断面の封止ガスケット(図示せず)を取り付けることができる。
噴射マニホールドアセンブリ110はさらに、第1の系統の端部を形成する末端シングル継手106を有する。この末端シングル継手106の1つは、図7A〜図7Cに、より詳細に示されている。この末端シングル継手106は、主系統のいずれかの側で最後の移送管102の一端を受容する1つのエンドピース701を有する。さらに、末端シングル継手106は、底部にベースプレート709を有する。このベースプレート709は、ボルト109を使用して末端シングル継手106を燃焼室6の外壁に取り付けるのに使用されるだけでなく、さらに末端シングル継手106のベースプレート709と燃焼室6の外壁との間に挿置されたベースプレート110´を使って第2の組の噴射器100´を取り付けるのにも使用される。ベースプレート709は、末端シングル継手106のキャビティ707を介して前記第1のエンドピース701と流体連通したオリフィス711を含む取付面710を有する。したがって、この取付面710は、前記第2の組の噴射器100´を取り付けるのに使用されるだけでなく、マニホールドアセンブリ101の主系統を介して第1の燃料源からの燃料を前記第2の組の噴射器100´に供給するのにも使用される。オリフィス711は、取付面710内の局所的凹部713に囲まれるので、ベースプレート709、110´間の燃料漏れを防ぐためにC字形断面の封止ガスケット801を取り付けることができる。
供給継手103の両側のダブル継手104、シングル継手105、および末端シングル継手106は、同一ではなく、反対側の対応する継手と対称であることに留意されたい。したがって、図5A〜図5Dに示されているダブル継手104は、供給継手103の片側のダブル継手104のみに相当するが、反対側のダブル継手は片側のダブル継手と実質的に対称である。同じことが図6A〜図6Cに示されているシングル継手105および図7A〜図7Cに示されている末端シングル継手106にも言える。
作動時に、エンジン1を始動させる時に、燃料流は、第2の燃料源から、供給継手の第2の燃料入口406と第2のキャビティ408、補助系統の移送管102、およびダブル継手104の第2のキャビティ508を通って、第1の組の噴射器100のみに送られる。エンジンが始動された後、第1の燃料源から、供給継手103の第1の燃料入口405と第1のキャビティ407、主系統の移送管102、ダブル継手104の第1のキャビティ507、シングル継手105、および末端シングル継手106を通って、次第に増加する流量の燃料が両方の組の噴射器100、100´に送られる。最後に、タービンが所定の動作速度に達すると、噴射器100および100´それぞれは、実質的に等しい流量の燃料を燃焼室6に噴射する。したがって、この所定の速度では、主系統および補助系統によって第1の組の噴射器100それぞれに送られる流量は、該系統によって第2の組の噴射器100´それぞれに送られる流量と実質的に等しい。
本発明を特定の実施形態に関して説明してきたが、請求項で定義される本発明の一般的範囲から逸脱せずに、上述の実施形態に種々の修正や変更を加えてもよいことは明らかである。さらに、上述した種々の実施形態の個々の特徴は別の実施形態に組み込まれてもよい。したがって、本明細書内の記述および図面は、制限を目的とするものではなく、例示を目的とするものであると見なすべきである。

Claims (9)

  1. 少なくとも第1の組および第2の組の噴射器(100、100´)に燃料を供給するための主系統を形成するように接続された第1の組の移送管(102)と、
    前記第1の組の噴射器(100)に燃料を供給するための補助系統を形成するように第1の組と並行に接続された第2の組の移送管(102)と、
    主系統の移送管(102)の一端を受容する少なくとも第1のエンドピース(501)、補助系統の移送管(502)の一端を受容する第2のエンドピース(502)、および第1のエンドピース(501)と流体連通した第1のオリフィス(511)および第2のエンドピース(502)と流体連通した第2のオリフィス(512)を有する取付面(510)を有する少なくとも1つのダブル継手(104)と
    を備え、ダブル継手(104)の前記取付面(510)はダブル継手(104)を前記第1の組の噴射器(100)のうちの1つの噴射器に接続するのに適したターボ機械用噴射マニホールドアセンブリ(101)であって、
    主系統の移送管(102)の一端を受容する少なくとも第1のエンドピース(601、701)、および第1のエンドピース(601、701)と流体連通したオリフィス(611、711)を含む取付面(610、710)を有する少なくとも1つのシングル継手(105、106)をさらに備え、シングル継手(105、106)の前記取付面(610、710)はシングル継手を前記第2の組の噴射器(100´)のうちの1つの噴射器(100´)に接続するのに適していることを特徴とする、噴射マニホールドアセンブリ(101)。
  2. シングル継手(105、106)が、補助系統と流体連通したエンドピースを有さない、請求項1に記載の噴射マニホールドアセンブリ(101)。
  3. ダブル継手(104)がさらに、主系統の第2の移送管(102)の一端を受容し、かつ第1のオリフィス(511)と流体連通した第3のエンドピース(503)を有する、請求項1または請求項2に記載の噴射マニホールドアセンブリ(101)。
  4. 前記シングル継手(105)がさらに、主系統の別の移送管(102)の一端を受容し、かつシングル継手(105)の取付面(610)内のオリフィス(611)と流体連通した第2のエンドピース(603)を有する、請求項1〜請求項3のうちのいずれか一項に記載の噴射マニホールドアセンブリ(101)。
  5. 第1の燃料源に接続されるのに適し、前記第1の燃料源からの燃料を主系統の移送管(102)に供給するために主系統の移送管(102)の一端を受容する少なくとも第1のエンドピース(401)を有する供給継手(103)をさらに含む、請求項1〜請求項4のうちのいずれか一項に記載の噴射マニホールドアセンブリ(101)。
  6. 前記供給継手(103)がさらに、供給継手(103)の第1のエンドピース(401)と流体連通したオリフィス(411)を有する取付面(410)を含み、供給継手(103)の前記取付面(410)は、前記第1の燃料源からの燃料を前記第2の組の噴射器(100´)のうちの1つの噴射器(100´)に供給するために供給継手(103)を前記噴射器(100´)に接続するのに適している、請求項5に記載の噴射マニホールドアセンブリ(101)。
  7. 前記供給継手(103)がさらに、第1の燃料源と並行な第2の燃料源への接続に適しており、前記第2の燃料源からの燃料を補助系統の移送管(102)に供給するために補助系統の移送管(102)の一端を受容する少なくとも1つの第2のエンドピース(402)をさらに有する、請求項5または請求項6に記載の噴射マニホールドアセンブリ(101)。
  8. 請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載の噴射マニホールドアセンブリ(101)を含む、ターボ機械燃焼室(6)。
  9. 請求項8に記載の燃焼室を含む、ターボ機械(1)。
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