JP6228685B2 - ばねで荷重されシールされるセラミックマトリックス複合材燃焼器ライナ - Google Patents

Description

本実施形態は、一般にガスタービンエンジンに関する。より詳細には、ただし限定するものではなく、本実施形態は、セラミックマトリックス複合材燃焼器ライナに関する。

通常のガスタービンエンジンは、一般に前端及び後端を有し、その間に軸方向に位置するいくつかのコア部品、すなわち推進用部品を伴う。空気入口すなわち吸気口は、エンジンの前端にある。吸気は、エンジンの後端に向かって移動しながら、圧縮機、燃焼室、及びタービンの順に、直列流体連通して流れる。また、ガスタービンエンジンには、低圧及び高圧圧縮機、並びに高圧及び低圧タービン等の追加の部品も含まれることが、当業者には容易に明らかであろう。しかしながらこれは、完全に網羅したリストではない。また、エンジンは、通常は、エンジンの長手方向中心軸に沿って、軸方向に配置された内軸を有する。タービンが、圧縮機ブレードを駆動させるために空気圧縮機に回転入力をもたらすように、内軸はタービンと空気圧縮機との両方に結合される。

作動時に、空気は、タービン段を通って下流に流れる高温燃焼ガスを生成するために、圧縮機で圧縮され、燃料と混合されて燃焼器で点火される。これらのタービン段は、燃焼ガスからエネルギーを抽出するために、ブレードを使用する。高圧タービンは、まず、燃焼器から高温燃焼ガスを受け、その燃焼ガスを、支持ロータディスクから半径方向外側に延在する高圧タービンロータブレードの列を通って下流に導く、ステータノズル組立体を含む。多段タービンにおいて、第２の段のステータノズル組立体は、第１のロータ段ブレードの下流に配置され、第２の支持ロータディスクから半径方向外側に延在する、第２の段のタービンロータブレードが順に後に続く。タービンは、燃焼ガスのエネルギーを機械的エネルギーに変換し、高圧圧縮機を回転させる軸を駆動させる。低圧タービンの１以上の段は、ブースタ圧縮機、さらに入口ファンを駆動させるために、低圧圧縮機又はブースタ圧縮機に、機械的に連結することができる。

エンジンの作動効率の向上を図るため、エンジン内の作動温度を上昇させることが望ましい目標である。しかしながら、臨界値以下に維持しなければならない材料温度の限界が１つの障害である。そうしなければ、その材料、又はその材料で形成された部品が損傷する場合がある。タービンエンジンに関して、軽量で、成形しやすく、超高温で作動する性能によって、セラミックマトリックス複合材が、有望な材料の１つとされている。例えば、燃焼器開発の分野で、燃焼器は、タービンエンジンの作動温度環境で使用するための設計寿命要件に対応できなければならない。その高温耐性の特徴により、セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）の使用が望ましい。燃焼器ライナが、このような厳しい温度条件で効率的に作動できるように、シュラウドセグメントに用いるために、金属製の部品よりも高温性能が高い複合材、特にセラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）を使用することが行われてきた。しかしながら、このようなセラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）は、ＣＭＣ燃焼器ライナの設計及び適用の際に、考慮すべき機械的特性を有する。ＣＭＣ材料は、燃焼器の形成に使用され、燃焼器ライナが結合される金属合金とは、著しく異なる熱膨張率を有する。したがって、ＣＭＣ部品が、作動時に１つの面に固定されて冷却される場合、部品の故障につながる、応力集中が生じる可能性がある。また、振動は、摩耗や燃焼器ライナの周りの漏れの問題にもつながる可能性があり、これらは全て、燃焼器の非効率な作動をもたらす。

前述のことから分かるように、前述の作動条件及び基準と釣り合いを取りながら、より高い作動温度、及びより効率的なガスタービンエンジンの作動が可能なように、燃焼器内でセラミックマトリックス複合材が使用できることが望ましい。

本明細書に記載された任意の参照、及びその任意の説明又は考察を含む、本明細書のこの背景技術の節に含まれる情報は、技術的な参照の目的でのみ含まれており、本発明の範囲がこれによって拘束される、主題とみなすべきではない。

欧州特許出願公開第２６０４９２６号明細書

本実施形態によれば、セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）燃焼器ライナは、ばね荷重によってクランプ又は捕捉する組立体によって使用される。この組立体は、燃焼器ライナに軸力をもたらして、ライナを所定の位置に保持する。また、燃焼器ライナばね荷重組立体の使用により、振動に対する耐性、及び燃焼器ライナのシールの改善がもたらされ、その結果、燃焼器の作動が向上する。

いくつかの実施形態によれば、ガスタービンエンジンの燃焼器ライナ組立体は、エンジン軸線と整列した中心軸線を有するドームであって、燃焼器の入口端に配置されるドームと、ドームの半径方向外側の位置に配置された第１のばねと、半径方向外側カウルと係合する外側ライナ保持器であって、軸力を受けるために、半径方向平面に配置された面を有する外側ライナ保持器と、外側ライナ保持器に対して固定され、外側ライナシール面を有する、セラミックマトリックス複合材の外側燃焼器ライナであって、第１のばねが、外側燃焼器ライナを外側ライナ保持器に対して軸方向に押し出す、外側燃焼器ライナと、内側ライナシール面を有し、ドームの半径方向内側面と係合する、セラミックマトリックス複合材の内側燃焼器ライナと、内側燃焼器ライナの半径方向に延在する面と係合する第２のばねであって、内側燃焼器ライナをドームに対して捕捉するために、軸方向に作用する第２のばねとを備える。

本概要は、以下の「発明を実施するための形態」でさらに詳細に説明される、選択した概念を簡潔化して紹介するために提供される。上記で概説された特徴は全て、例示のみであって、実施形態のさらに多くの特徴及び目的が、本明細書の開示から得られると理解されるべきである。本概要は、特許請求される主題の重要な特徴、又は本質的な特徴を特定することは意図しておらず、特許請求される主題の範囲を限定するために使用されることも意図していない。したがって、ここに含まれる明細書、特許請求の範囲、及び図面の全体をさらに読むことなく、本概要の制限的な解釈が理解されるべきではない。本実施形態の特徴、詳細、有用性、及び利点のより広範な提示は、以下の詳細な説明で提供され、添付の図面に示され、添付の特許請求の範囲で定義される。

添付の図面と共に以下の実施形態の説明を参照することによって、本開示の上述したもの、及びその他の特徴及び利点、並びにそれを達成する方法がより明らかになり、ばね荷重燃焼器ライナについて、よりよく理解されるであろう。

例示的なガスタービンエンジンの側断面図である。 例示的な燃焼器の、分解等角組立体である。 例示的な燃焼器の組立体の側断面図である。 外側ライナ組立体の断面図である。 内側ライナ組立体の断面図である。 外側ライナ組立体の第１のばねの等角図である。 内側ライナ組立体の第２のばねの等角図である。

ここで、提供されている実施形態に対して詳しく参照し、その１以上の例を図面に示す。それぞれの例は、開示されている実施形態を限定するためではなく、説明するために提供される。実際に、本開示の範囲又は精神から逸脱することなく、本実施形態に様々な修正及び変更がなされ得ることが、当業者には明らかであろう。例えば、１つの実施形態の一部として図示又は説明されている特徴は、さらなる実施形態を得るために、別の実施形態で使用することができる。したがって、本実施形態は、添付の請求項及びその均等物の範囲内に含まれる、このような修正及び変更を含むことが意図される。

図１〜図７を参照すると、ばね荷重燃焼器ライナの様々な実施形態であって、このライナは、１以上のシール面に対する位置へと付勢される。燃焼器ライナは、セラミックマトリックス複合材で形成され、シール面は、異なる材料で形成され、燃焼器ライナ及びシール面は、異なる熱膨張率を有する。しかしながら、ばねの付勢力は、膨張率の相違に関わらず、燃焼器ライナとシール面との間のシール接点を維持する。同様に、付勢された組立体は、振動に関連する性能及び耐性の問題を改善するために、適切なシールを維持する。

本明細書で用いられる「軸方向」という用語は、エンジンの縦軸に沿った寸法を言う。「軸方向」と併せて用いられる「前（方）」という用語は、エンジン入口、又は他の部品と比較して、エンジン入口に比較的近い部品に向かう方向を言う。「軸方向」と併せて用いられる「後（方）」という用語は、エンジンノズル、又は他の部品と比較して、エンジンノズルに比較的近い部品に向かう方向を言う。

本明細書で用いられる「半径方向」という用語は、エンジンの長手方向中心軸と、外側のエンジンの外周との間に延在する寸法を言う。

まず図１を参照すると、エンジン入口端１２を有する、ガスタービンエンジン１０の概略側断面図が示されており、エンジン入口端１２から推進器コア１３に空気が入り、推進器コア１３は、通常、高圧圧縮機１４、燃焼器１６、及び多段高圧タービン２０によって画定される。集合的に、推進器コア１３は、作動中に動力を供給する。ガスタービンエンジン１０は、航空機の実施形態で示されているが、このような例は、ガスタービンエンジン１０が航空機、発電、工業、船舶等のために使用され得るものと限定して考えられるべきではない。

作動時に、ガスタービンエンジン１０のエンジン入口端１２を通って空気が入り、１以上の圧縮段を通って移動し、ここで空気圧が増加されて、燃焼器１６へと導かれる。圧縮された空気は、燃料と混合され、高温燃焼ガスを供給されて燃やされ、これは、燃焼器１６から出て、高圧タービン２０へと向かう。高圧タービン２０で、高温燃焼ガスからエネルギーが抽出されて、ロータ及びタービンブレードの回転をもたらし、これが順次、高圧軸２４の回転をもたらす。高圧軸２４は、１以上の高圧圧縮機１４の段の回転を継続させるように、ガスタービンエンジン１０の前部に向かって前方に延在する。また、別の低圧圧縮機段からさらにエネルギー及び動力を抽出するために、低圧タービン２１も使用することができる。ガスタービンエンジン１０の推力を生成するために、低圧軸２８によって、ファン１８が低圧タービン２１に連結されている。ファン１８は、直結されるか、又はギアボックスその他の変速装置を介して間接的に連結されてもよい。低圧空気は、ガスタービンエンジン１０の部品の冷却を補助するためにも使用することができる。

ガスタービンエンジン１０は、様々なエンジンの部品がその周囲で回転するように、エンジン軸線２６に対して線対称である。線対称な高圧軸２４は、タービンエンジンの前端を通って後端へと延在し、軸構造体のベアリングによって軸止される。高圧軸２４は、ガスタービンエンジン１０のエンジン軸線２６の周りを回転する。高圧軸２４は中空であってもよく、それによって、その中で低圧軸２８が回転し、高圧軸の回転から独立していることが可能になる。低圧軸２８もまた、エンジンのエンジン軸線２６の周りを回転することができる。作動中に、軸２４、２８は、これに限定されないが、発電及び工業、船舶又は航空機の分野での使用を含む、各種作動用の動力を生成するために、タービン２０、２１のロータ組立体等の、軸に連結された他の構造体と共に回転する。

ここで図２を参照すると、燃焼器１６の分解等角組立体が示されている。分解された組立体において、図の左下の領域に、外側カウル４０が示されている。外側カウル４０は、燃焼器ドーム４２に空気を入れるための入口及び経路を画定する。いくつかの外側カウル４０が、エンジン軸線２６の周りで離間されていてもよい。外側カウル４０は、通常は、環状の形状であり、これに限定されないが、金属合金を含む様々な材料で形成することができる。外側カウル４０の内部は、燃焼器ドーム４２であり、燃焼空気が燃焼器ドーム４２を通過する。外側カウル４０及び燃焼器ドーム４２に隣接するばね７０が、燃焼器ドーム４２から、ばね板８０に対して押圧する。ばね板８０は、外側燃焼器ライナ６０の、外側ライナシール面とも呼ばれる外側ライナフランジ６２に対して作用して、ばね板８０と外側ライナ保持器８４との間で外側ライナフランジ６２を捕捉する。ばね７０は、燃焼器ドーム４２から、軸方向に後方へ作用する。軸力は、前方であっても、又は後方であってもよい。

外側燃焼器ライナ６０の半径方向内側に、内側燃焼器ライナ６４がある。ライナ６０、６４は、燃焼プロセスからのいくらかの温度保護をもたらし、燃焼室１７（図３）への冷却空気の導入を可能にすることができる。内側燃焼器ライナ６４は、内側ライナフランジ６６を有し、内側燃焼器ライナ６４を適所に保持するために、ばね７６（図３）が、これに対して作用する。外側ライナ６０と同様に、内側ライナフランジ６６は、内側ライナシール面を画定する。いくつかの実施形態によれば、ばね７６は、複数のばね７７から形成されていてもよい。ばね７７は、内側燃焼器ライナ６４を前方に押し出すために、内側ライナ保持器８６に対して作用する。この分解された組立体は、以下の断面図でさらに詳しく説明される。

ここで図３を参照すると、ガスタービンエンジンの燃焼器１６の側断面が示されている。燃焼器１６は、エンジン軸線２６の周りで環状に延在する、入口端３２及び出口端３４を有する。入口端３２は、出口端３４から軸方向に前方に配置される。燃焼器１６は、外側燃焼器ライナ６０、内側燃焼器ライナ６４、及び燃焼器ドーム４２によって画定される、燃焼室１７をさらに含むことが分かる。燃焼器ドーム４２は、燃料／空気混合器５１の単一の周方向の列が、このような燃焼器ドーム４２に形成された開口内に設けられるように、単一の環状の設計で示されているが、複数のセグメントの環状ドームが代わりに使用されてもよい。様々なエンジン作動状態における燃焼器１６の所望の性能に従って、燃料ノズル（図示せず）が、燃料／空気混合器５１に燃料を供給する。また、外側カウル４０は、空気流を燃料／空気混合器５１に導くように、燃焼室１７の上流側に配置される、外側カウルと内側カウル４１とを含んでもよいことに留意されたい。ディフューザ（図示せず）は、圧縮機から空気流を受けて、それを燃焼器１６に供給する。

外側及び内側ライナ６０、６４は、高温性能及び低延性を有する非金属材料の、セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）で形成できることが理解されよう。通常、ＣＭＣ材料はセラミック繊維、例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含み、その形状は、窒化ホウ素（ＢＮ）等の適合性材料で被覆されている。繊維は、セラミックタイプのマトリックス内に被覆されており、その１つの形状が、炭化ケイ素（ＳｉＣ）である。一般に、ライナ６０、６４は、低延性で、高温用の材料で作られる。ＣＭＣ材料は、通常、１％未満か、又は１％に等しい常温引張延性を有し、これは、本明細書では低引張延性材料を定義するために用いられる。より詳細には、ＣＭＣ材料は、約０．４〜０．７％の範囲の常温引張延性を有する。このようなライナに使用される代表的な複合材料は、炭化ケイ素、ケイ素、シリカ、又はアルミナマトリックス材料、及びそれらの組合せを含む。一般に、セラミック繊維は、酸化に対して安定した強化繊維等のマトリックスに埋め込まれる。強化繊維には、サファイア及び炭化ケイ素等のモノフィラメント（例えばＴｅｘｔｒｏｎ社のＳＣＳ−６）、並びに炭化ケイ素（例えば日本カーボン社のニカロン（登録商標）、宇部興産のチラノ（登録商標）、Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ社のＳＹＬＲＡＭＩＣ（登録商標））、アルミナケイ酸塩繊維（例えばＮｅｘｔｅｌの４４０及び４８０）、及び細断されたウィスカ及び繊維（例えばＮｅｘｔｅｌの４４０及びＳＡＦＦＩＬ）を含むロービング及びヤーン、並びに必要に応じて、セラミック粒子（例えばＳｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｙ及びそれらの組合せの酸化物）、及び無機フィラー（例えばパイロフィライト、珪灰石、マイカ、タルク、カイアナイト、及びモンモリロナイト）が含まれる。ＣＭＣ材料は、一般に、華氏約１０００〜１２００度の温度で、約１．３×１０^-6ｉｎ／ｉｎ／Ｆ°から、約３．５×１０^-6ｉｎ／ｉｎ／Ｆ°の熱膨張率を有する。

形成方法は、通常、複数のプリプレグ層を用いたＣＭＣの製造を伴う。それぞれが「テープ」の形状のプリプレグ層は、望ましいセラミック繊維強化材料、ＣＭＣマトリックス材料の１以上の前駆体、及び有機樹脂バインダを含む。従来の手法によれば、プリプレグテープは、強化材料に、セラミック前駆体及びバインダを含むスラリーを含浸させて形成することができる。前駆体に好ましい材料は、所望のマトリックス材料がＳｉＣである場合は、ＣＭＣ部品のセラミックマトリックスに所望される、例えば、ＳｉＣ粉末及び／又は１以上の炭素含有材料の特定の組成に依存する。注目すべき炭素含有材料には、カーボンブラック、フェノール樹脂、及びフルフリルアルコール（Ｃ₄Ｈ₃ＯＣＨ₂ＯＨ）を含むフラン樹脂が含まれる。他の一般的なスラリー成分には、プリプレグテープの可撓性を増進する有機バインダ（例えば、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ））、及び繊維強化材料を含浸できるようにスラリーの流動性を増進する、バインダの溶媒（例えば、トルエン及び／又はメチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ））が含まれる。スラリーは、ＣＭＣ部品のセラミックマトリックスに存在することを意図する、１以上の微粒子フィラー、例えば、Ｓｉ−ＳｉＣマトリックスの場合はケイ素、及び／又はＳｉＣ粉末をさらに含むことができる。

スラリーが部分的に乾燥し、かつ適切であれば、バインダを部分的に硬化させること（Ｂステージ化）を可能にした後に、その結果生じたプリプレグテープは、他のテープとレイアップされてから減量され、かつ適切であれば、プリフォームを生成するための上昇した圧力及び温度の影響下にある間に硬化される。プリフォームは、次に、バインダを分解し、溶媒を除去し、前駆体を所望のセラミックマトリックス材料に変換するために、真空又は不活性雰囲気中で加熱（焼成）される。バインダの分解により、多孔質ＣＭＣ体が生じ、細孔を充填してＣＭＣ部品をもたらすための溶融含浸（ＭＩ）に付すことができる。上述のプロセスの、特定の処理技術及びパラメータは、材料の特定の組成に依存する。

ＣＭＣ材料は、繊維の長さと平行な方向（繊維方向）の材料の引張強度が、垂直方向の引張強度よりも強いという特徴を有する。この垂直方向は、マトリックス、層間、第２又は第３の繊維方向を含むことができる。様々な物理的特性もまた、繊維とマトリックスとの方向の間で異なる。外側ライナフランジ６２、及び内側ライナフランジ６６の繊維は、いくつかの実施形態によれば、強度を向上させるために、エンジンの半径方向に延在することができる。

それに対して、燃焼器ドーム４２、外側カウル４０、及び内側カウル４１は、一般に、ニッケル基超合金（華氏約１０００〜１２００度の温度で、約８．３〜８．５×１０^-6ｉｎ／ｉｎ／Ｆ°の熱膨張率を有する）、又はコバルト基超合金（華氏約１０００〜１２００度の温度で、約７．８〜８．１×１０^-6ｉｎ／ｉｎ／Ｆ°の熱膨張率を有する）等の金属で作られる。対流冷却空気は、外側及び内側ライナ６０、６４の表面に、それぞれ供給することができ、フィルム冷却用の空気は、このようなライナの内面及び外面に供給することができる。したがって、ライナ６０及び６４は、そこで使用される材料によって、燃焼室１７の極端な温度環境にうまく対処できるが、これらを燃焼器ドーム４２、及びカウル４０、４１用に使用される異なる材料に取り付けることは、また別の課題を提示する。他の制限の中でも、金属部品は、外側及び内側ライナ６０、６４のＣＭＣ材料に溶接することはできない。

半径方向外側燃焼器ライナ６０の前端、半径方向外側カウル４０の後部、及び燃焼器ドーム４２の半径方向外側部分に取付組立体３５が設けられることによって、このような部品が経る熱膨張の変化に対応する。図３に示す取り付け構成は、外側燃焼器ライナ６０、外側カウル４０、及び燃焼器ドーム４２の外側部分が、熱膨張を経る前のものであることが理解されよう。しかしながら作動中は、外側燃焼器ライナ６０、外側カウル４０、及び燃焼器ドーム４２の外側部分は、半径方向にそれぞれ熱膨張を経る。したがって、外側カウル４０の後部、及び燃焼器ドーム４２の外側部分は、外側燃焼器ライナ６０に向かって、長手方向のエンジン軸線２６に対して半径方向に、スライド又は移動する。本実施形態によれば、外側燃焼器ライナ６０は、緩んだり振動を許したりすることなく、このような膨張と共に移動することができ、さらにシール状態を維持し、漏れを抑制する。

燃焼器１６は、外側カウル４０及び燃焼器ドーム４２を含み、外側カウル４０もまた環状に延在し、外側カウル４０の半径方向内面に沿って、燃焼器ドーム４２に結合される。燃焼器ドーム４２は、通常は燃焼器ドーム４２が外側燃焼器ライナ６０と内側燃焼器ライナ６４との間に位置するように、外側カウル４０から半径方向に下方に従属し、様々なセグメントから形成される。燃焼器ドーム４２は、外側カウル４０に従属する、１以上の第１のセグメント４４を含む。第２のセグメント４６は、第１のセグメント４４に従属し、第３のセグメント４８がある角度で斜め下向きになる前に、軸方向に前方を向いており、複数のセグメント５２、５４、５６を有するドーム４２の下部まで延在する、混合器プレート５０の第３のセグメント４８の下で、ドームの混合器プレート部分に結合する。第１、第２、及び第３のセグメント４４、４６、４８は、一体構造として形成されるが、或いは個別に形成されて、後で固定、溶接、ろう付け、その他の方法で結合されてもよい。

外側の第１のセグメント４４に対向して、外側燃焼器ライナ６０があり、これは、ほぼ軸方向に延在し、半径方向上向きに延在する外側ライナフランジ６２を含む。外側ライナフランジ６２は、第１のセグメント４４に合致する外側ライナシール面を画定する。外側ライナフランジ６２、及び燃焼器ドーム４２の外側の第１のセグメント４４は、平行な面を有し、燃焼器ドーム４２に対して軸方向に、かつ外側燃焼器ライナ６０に向かって作用するように、その間にばね７０を配置することができる。

ここでさらに図４を参照すると、燃焼器ドーム４２及び外側燃焼器ライナ６０の詳細な断面図が示されている。第１のセグメント４４には、外側ドームの第１のセグメント４４から軸方向に押圧して軸方向に付勢するために、ばね７０が配置される。ばね７０は、様々な形態をとることができ、例えば、複数の山及び谷を有する波形ばねであってもよく、これは、エンジンの軸方向にほぼ前方及び後方に延在する。ばね７０は、単一のセグメントとして、又は複数のセグメントで、エンジンのエンジン軸線２６の周りで環状に延在することができ、燃焼器ドーム４２の第１のセグメント４４からの力をもたらす。いくつかの実施形態によれば、ばね７０は、外側ライナフランジ６２に対して、直接作用することができる。しかしながら、断面図に示されているように、ばね７０は、ばね板８０に対しても直接作用する。ばね板８０は、外側ライナフランジ６２の過度の摩耗を抑制する、摩耗板として機能する。ばね板８０は、環状に延在する平面的な本体で形成されてもよく、或いはエンジン軸線２６の周りで環状に延在する、２以上のセグメントで形成されてもよい。本実施形態で示されているように、ばね板８０は、通常は、第１、第２、及び第３の側面８１、８２、８３を含む、Ｕ型のばね収容部として構成される。しかしながら、ばね収容部は、ばね７０を所定の位置に維持するのを補助するために、様々な形状で形成することができる。

ばね板８０は、外側ライナ保持器８４に対して軸方向に、ライナ６０を付勢する。外側ライナ保持器８４は、外側カウル４０の半径方向内面に沿って配置される。外側ライナ保持器８４に対して外側ライナフランジ６２を捕捉することによって、ライナ６０と外側ライナ保持器８４との間にシールが形成される。シールは環状であり、ほぼエンジン軸線２６の周りで延在する。外側燃焼器ライナ６０に対向する、外側ライナ保持器８４はほぼＬ型であるが、外側ライナ保持器８４を外側カウル４０の端部に適切に配置するために、例えば、外側ライナ保持器リップ８５を含むことができる。しかしながら、ライナ６０に対してシールをもたらすか、又はライナ６０でシールをもたらすために、表面その他のシール構造が設けられるならば、様々な形状を使用することができる。外側ライナ保持器８４は、環状の一体構造で形成されてもよく、又はガスタービンエンジン１０のエンジン軸線２６の周りで環状に延在する、２以上のセグメントで形成されてもよい。

本構成は、組立体が所定の位置に挟まれて、外側燃焼器ライナ６０が移動できないように、ばね７０が、ばね板８０を押し出してドーム４２に対して作用し、かつ外側燃焼器ライナ６０が、外側ライナ保持器８４に対して作用できるようにする。このような方法で外側燃焼器ライナ６０を捕捉することによって、ばね７０は、外側燃焼器ライナ６０を、金属の外側ライナ保持器８４に対して固定するのに十分な軸方向の荷重をもたらす。外側カウル４０及び燃焼器ドーム４２が拡張すると、取付組立体３５は、あらゆるエンジン作動条件でシール状態を生成して維持するために、ドーム及び外側ライナ保持器８４と係合している外側燃焼器ライナ６０を保持する。この配置はまた、早発衝撃摩耗、一過性の漏れ、又は不安定な燃焼器の作動を引き起こす可能性のある、軸方向の振動を抑制する。ばね７０を使用することによって、外側ライナフランジ６２は、外側ライナ保持器８４に対して固定され、外側燃焼器ライナ６０と外側ライナ保持器８４との間の振動が排除される。また、摩耗、漏れ、及び燃焼器の作動が不安定になる問題が排除される。

再び図２、図３、さらに図５を参照すると、燃焼器１６の内側ライナ組立体の詳細な断面図が示されている。燃焼器１６の半径方向内側に、内側燃焼器ライナ６４があり、これは、半径方向内側（下側）を向いた、内側ライナフランジ６６を含み、燃焼器ドーム４２の第３の内側セグメント５６に対して固定される。燃焼器１６のこの下側に、混合器プレート５０が配置され、これに従属する第１の内側セグメント５２、ある角度で第１の内側セグメント５２へと延在する第２の内側セグメント５４、及びほぼ半径方向内側に延在する第３の内側セグメント５６を有する。内側燃焼器ライナ６４、及び内側ライナフランジ６６は、内側ライナフランジ６６が、内側ライナ保持器８６とドームの第３の内側セグメント５６との間で捕捉されるのを可能にするように、この第３の内側セグメント５６に対して固定される。これは、内側ライナ保持器８６と燃焼器ドーム４２との間にシールをもたらす。内側ライナフランジ６６は、平面であって、ばね７６又は摩耗板９０と係合することができる。外側燃焼器ライナ６０に対して上述したように、これもまた、内側ライナ保持器８６と、燃焼器ドーム４２と、内側燃焼器ライナ６４との間の、材料の熱膨張による不整合に関する問題を排除する。内側の組立体は、内側ライナ保持器８６と、内側燃焼器ライナ６４との間の係合に付勢するためのばね７６を含む。また、ばね７６と摩耗板９０との組合せは、組立体の外側燃焼器ライナ６０とは反対の、後方から前方への軸力をもたらし、これもまた、衝撃摩耗、一過性の漏れ、及び燃焼器の不安定な作動状態を排除する。最終的に、これらの組立体は、さらに排気を削減し、より高い耐久性をもたらし、その結果として、エンジンの作動に関して、飛行中のエンジン時間を延長し、オーバーホール費用を低減する。

内側ライナ保持器８６は、様々な形状を有することができ、本実施形態によれば、内側ライナ保持器リップ８９へと延在する下部フランジ８７及び水平な本体８８は、ばね７６を保持するようにＬ型である。ばね７６は、本実施形態によれば、軸方向の寸法がばね７０より長く、内側ライナ保持器８６内で、中央エンジン軸線２６の周りで環状に延在する、複数の山及び谷を有する、１以上のばね７７で形成することができる。剛性の内側ライナ保持器８６に対して作用するばね７６と共に、複数のこのようなばね７７を使用する結果として、摩耗板９０に、及び内側ライナフランジ６６に対して、軸力が付与される。結果として、内側燃焼器ライナ６４は、移動が抑制され、組立体がライナ６４に耐摩耗性を持たせながら、さらに漏れも抑制する。

これらの実施形態のいずれかによれば、ばね７０、７６は、ＣＭＣライナ６０、６４を、燃焼器ドーム４２とライナ保持器８４、８６との間の所定の位置で捕捉するために、軸方向に作用する。これらの実施形態は両方とも、ＣＭＣライナ６０、６４で、エンジンの振動に関連する早発衝撃摩耗を抑制する。この荷重は、ライナ６０、６４を、保持器８４、８６、又はドームのセグメント４４、５６に対して固定するのに十分でなければならない。

図６を参照すると、ばね７０の等角図が示されている。ばね７０は、環状の波形ばねの形状である。このばねは、前方及び後方に延在する、複数の山７１及び谷７２を有する。ばね７０は、これに限定されない例として、ＷＡＳＰＡＬＯＹ（登録商標）、ＲＥＮＥ４１（登録商標）、又はＧＴＤ２２２（登録商標）等の耐クリープ合金で形成することができる。ばねは、外側ライナ保持器８４のシール面に対して、外側燃焼器ライナ６０を付勢する。

様々な代替的な設計を使用することができる。例えば、ばね７０は、環状の形状を形成する複数のセグメントに置き換えられてもよい。或いは、ばねは、完全な環状の形状を形成しないが、軸方向のばね力をもたらす、２以上の構造体で形成されてもよい。例えば、外側ライナフランジ６２に対してばね板を押し出すために、燃焼器ドーム４２に、複数のＶ型又はＵ型の構造体が形成されてもよい。また、例えば、軸力をもたらすために、複数のコイルばねが、燃焼器ドーム４２の周りに配置されてもよい。

図７を参照すると、ばね７７の等角図が示されている。上述したように、ばね７７もまた、内側燃焼器ライナ６４に軸力をもたらす波形ばねである。本実施形態は、所望のばね力をもたらすために、１以上のばね７７を使用することができる。図６の実施形態と同様に、ばね７７は、複数の山及び谷を有し、これは、ライナ６４に対してばね力をもたらすために軸方向に延在する。

図６に対して説明したように、ライナ６４に軸力をもたらすために、様々な代替実施形態を使用することができる。例えば、単一の構造体ではなく、波形ばねの複数のセグメントが、環状の形状を形成していてもよい。別の代替実施形態として、ばね力は、直接的又は間接的に、内側ライナ保持器８６に結合され、内側燃焼器ライナ６４と係合する、複数のＵ型又はＶ型の構造体によってもたらされてもよい。

別の代替実施形態では、ばね７０、７６は、示されているのとは反対方向に、軸力を導くように配置することができる。また、ライナ６０、６４の軸力は、反対方向に作用するように説明され、そのように導かれるが、この力は代替的に、同一の方向に配置されてもよいことが理解されるべきである。

本実施形態によれば、クランプされたライナ組立体は、高温の作動環境下で、熱膨張によって差異が深刻になるという、知られている従来技術の問題を克服する。ＣＭＣ燃焼器ライナは、燃焼器の金属構造体に対するばね力によってクランプされ、その結果、異なる率の熱膨張による、ライナと燃焼器の保持構造体との間の漏れが起こらない。ばね力は、ライナの固定を維持するために軸方向に作用し、熱膨張率の相違、振動、及び不適切なシールに関する問題を抑制する。

前述した構造及び方法の説明は、例示のために示されている。構造及び方法を網羅するか、又は開示されている精密な形態及び／又はステップに限定することは意図されておらず、上記の教示に基づいて、多くの修正及び変更が可能なことは明らかである。本明細書で説明される特徴は、任意の組合せで組合せることができる。本明細書で説明される方法のステップは、物理的に可能な任意の順序で実行することができる。複合構造体の特定の形態が図示され説明されるが、それに限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されることが理解される。

本明細書で、複数の発明の実施形態が説明され例示されているが、当業者であれば、この機能を実行し、かつ／或いは本明細書で説明される結果及び／又は１以上の利点を得るための、様々な他の手段及び／又は構造を容易に思いつくであろう。また、このような変形及び／又は修正はそれぞれ、本明細書で説明される実施形態の範囲内であるとみなされる。より一般的には、当業者であれば、本明細書で説明される全てのパラメータ、寸法、材料、及び構成は例示を意図していること、並びに実際のパラメータ、寸法、材料、及び／又は構成は、発明の教示が使用される特定の用途に依存することを容易に理解するであろう。当業者であれば、単に所定の実験を行うのみで、本明細書で説明される特定の発明の実施形態の多くの均等物を理解するか又は確認できるであろう。したがって、前述の実施形態は、例としてのみ示されていること、並びに特に説明され特許請求されていること以外に、添付の特許請求の範囲、及びその均等物の範囲内で、発明の実施形態を実施できることが理解されよう。本開示の発明の実施形態は、本明細書で説明される各個別の特徴、システム、製品、材料、キット、及び／又は方法に関する。また、２以上のこのような特徴、システム、製品、材料、キット、及び／又は方法の任意の組合せは、このような特徴、システム、製品、材料、キット、及び／又は方法が、相互に矛盾していない場合は、本開示の発明の範囲内に含まれる。

最良の形態を含む実施形態を開示するため、また、任意の装置又はシステムを作成及び使用すること、並びに任意の組み合わされた方法を実行することを含んで、当業者が本装置及び／又は方法を実施できるようにするために例を用いる。これらの例は、本開示を網羅するか、又は開示されている精密なステップ及び／又は形態に限定することは意図しておらず、上記の教示に基づいて、多くの修正及び変更が可能である。本明細書で説明される特徴は、任意の組合せで組合せることができる。本明細書で説明される方法のステップは、物理的に可能な任意の順序で実行することができる。

本明細書で定義され用いられる全ての定義は、辞書の定義、参照によって組み込まれる文献の定義、及び／又は定義された用語の通常の意味よりも優先されると理解されるべきである。本明細書及び特許請求の範囲で用いられる不定冠詞の「ａ」及び「ａｎ」は、これと異なることが明確に示されない限り、「少なくとも１つ」を意味すると理解されるべきである。本明細書及び特許請求の範囲で用いられる「及び／又は（ａｎｄ／ｏｒ）」という語句は、そのように等位接続された要素、すなわち一部の事例では接続的に存在し、他の事例では選言的に存在する要素の「いずれか或いは両方」を意味すると理解されるべきである。

１以上のステップ又は行為を含む、本明細書で特許請求される任意の方法において、これと異なることが明確に示されない限り、そのステップ又は行為の順序は、必ずしも、その方法のステップ又は行為が列挙されている順序に限定されないこともまた理解されるべきである。

特許請求の範囲、並びに上述の明細書において、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（備える）」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含む）」、「ｃａｒｒｙｉｎｇ（含む）」、「ｈａｖｉｎｇ（有する）」、「ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ（含む）」、「ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ（含む）」、「ｈｏｌｄｉｎｇ（保持する）」、「ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ（から構成される）」等の全ての移行句は、非限定的（ｏｐｅｎ−ｅｎｄｅｄ）、すなわち、含むがこれに限定されないことを意味すると理解されるべきである。米国特許商標庁のＭＰＥＰ（Ｍａｎｕａｌ ｏｆ Ｐａｔｅｎｔ Ｅｘａｍｉｎｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ）に記載されている通り、移行句「ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ（〜からなる）」及び「ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ（〜を主体とする）」のみが、それぞれ限定的又は半限定的な移行句とされる。

１０ ガスタービンエンジン
１２ エンジン入口端
１３ 推進器コア
１４ 高圧圧縮機
１６ 燃焼器
１７ 燃焼室
１８ ファン
２０ 多段高圧タービン
２１ 低圧タービン
２４ 高圧軸
２６ 中央エンジン軸線
２８ 低圧軸
３２ 入口端
３４ 出口端
３５ 取付組立体
４０ 外側カウル
４１ 内側カウル
４２ 燃焼器ドーム
４４ 第１のセグメント
４６ 第２のセグメント
４８ 第３のセグメント
５０ 混合器プレート
５１ 燃料／空気混合器
５２ 第１の内側セグメント
５４ 第２の内側セグメント
５６ 第３の内側セグメント
６０ 外側燃焼器ライナ
６２ 外側ライナフランジ（外側ライナシール面）
６４ 内側燃焼器ライナ
６６ 内側ライナフランジ（内側ライナシール面）
７０ ばね
７１ 山
７２ 谷
７６、７７ ばね
８０ ばね板
８１ ばね収容部の第１の側面
８２ ばね収容部の第２の側面
８３ ばね収容部の第３の側面
８４ 外側ライナ保持器
８５ 外側ライナ保持器リップ
８６ 内側ライナ保持器
８７ 下部フランジ
８８ 本体
８９ 内側ライナ保持器リップ
９０ 摩耗板
９１ シール面

Claims (18)

1. ガスタービンエンジンの燃焼器ライナ組立体であって、
   エンジン軸線と整列した中心軸線を有するドームであって、ドームは、燃焼器の入口端に配置される、ドームと、
   ドームの半径方向外側の位置に配置された第１のばねと、
   半径方向外側カウルと係合する外側ライナ保持器であって、外側ライナ保持器は、第１のばねからの軸力を受けるために、半径方向平面に配置されたシール面を有する、外側ライナ保持器と、
   外側ライナ保持器に対して固定され、外側ライナシール面を有する、セラミックマトリックス複合材の外側燃焼器ライナであって、第１のばねが、外側ライナ保持器に対して、外側燃焼器ライナを軸方向に押し出す、外側燃焼器ライナと、
   内側ライナシール面を有し、ドームの半径方向内側面と係合する、セラミックマトリックス複合材の内側燃焼器ライナと、
   内側燃焼器ライナの半径方向に延在する面と係合する第２のばねであって、第２のばねは、内側燃焼器ライナをドームに対して捕捉するために軸方向に作用する、第２のばねと
   を備える、燃焼器ライナ組立体。
2. 第１のばねが、波形ばねである、請求項１に記載の燃焼器ライナ組立体。
3. ドームと外側燃焼器ライナとの間に配置された第１のばね板をさらに備える、請求項２に記載の燃焼器ライナ組立体。
4. 第１のばね板が、ばね収容部（８１、８２、８３）を形成する、請求項３に記載の燃焼器ライナ組立体。
5. 第１のばねが、ばね収容部の中に収容され、ドームに対して作用する、請求項４に記載の燃焼器ライナ組立体。
6. ドームの半径方向内側の位置に配置された内側ライナ保持器をさらに備える、請求項１に記載の燃焼器ライナ組立体。
7. 第２のばねが、内側ライナ保持器、及び摩耗板と係合する、請求項６に記載の燃焼器ライナ組立体。
8. 摩耗板が、内側燃焼器ライナと係合する、請求項７に記載の燃焼器ライナ組立体。
9. 第２のばねが、波形ばねである、請求項８に記載の燃焼器ライナ組立体。
10. 外側ライナシール面が、半径方向に延在する、請求項１に記載の燃焼器ライナ組立体。
11. 内側ライナシール面が、半径方向に延在する、請求項１に記載の燃焼器ライナ組立体。
12. ドーム、内側燃焼器ライナ、及び内側ライナ保持器が、燃焼器の半径方向内側の位置で係合する、請求項６に記載の燃焼器ライナ組立体。
13. 外側ライナが、後方に軸方向に押し出される、請求項１に記載の燃焼器ライナ組立体。
14. 内側ライナが、前方に軸方向に押し出される、請求項１３に記載の燃焼器ライナ組立体。
15. カウル及びドームが、第１のばね及びばね板が配置されている箇所で交点を画定する、請求項１に記載の燃焼器ライナ組立体。
16. 外側ライナシール面、及び第１のばね板が、平行かつ平面である、請求項１に記載の燃焼器ライナ組立体。
17. 外側ライナシール面の繊維が、ほぼ半径方向に延在する、請求項１６に記載の燃焼器ライナ組立体。
18. 外側ライナシール面が、ほぼ周方向に延在する、請求項１７に記載の燃焼器ライナ組立体。