JP6595191B2

JP6595191B2 - ガスタービンエンジン用のマニホールド継手およびガスタービンエンジン用の燃料供給マニホールドアセンブリを装着する方法

Info

Publication number: JP6595191B2
Application number: JP2015030534A
Authority: JP
Inventors: エル．カトラーカリ; シュチャパジョゼフ
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 2014-02-19
Filing date: 2015-02-19
Publication date: 2019-10-23
Anticipated expiration: 2035-02-19
Also published as: US10550769B2; EP2910752B1; JP2015155699A; EP2910752A1; US20150233297A1

Description

本開示は、ガスタービン・エンジンに関し、より詳細には、そのための燃料マニホールドに関する。

本出願は、２０１４年２月１９日に出願された米国特許出願第６１／９４１，８６０号の優先権を主張し、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる。

最近の民間航空機および軍用機に動力を供給するようなガスタービン・エンジンは、給気を加圧するための圧縮機部分、圧搾空気の存在下で炭化水素燃料を燃焼させるための燃焼器部分、および得られる燃焼ガスからエネルギーを抽出し、推力を発生するためのタービン部分を含む。

燃料マニホールドシステムは、燃焼器部分のディフューザケースの周囲に装着され、概して燃焼室の中に軸方向に突出してそこに燃料を供給する、複数の周方向に配置された燃料噴射器を含む。複数の周方向に配置された燃料噴射器は、「ピッグテイル」供給アセンブリを通って燃料を燃料噴射器に供給する、複数の燃料供給マニホールドに連結される。通常、各段階に１つの燃料供給マニホールドが存在する。したがって各燃料噴射器は、複数の燃料供給マニホールドを連結する複数のピッグテイル供給アセンブリの連結部を有してもよい。

１つのシステムには、２つの燃料マニホールドリング、一次燃料マニホールドおよび二次燃料マニホールドが存在する。マニホールドは、ディフューザケースの周囲に装着され、ディフューザケースの熱膨張に対応する必要がある。さらに燃料マニホールドシステムは、通常多数の弁、燃料噴射器、燃料マニホールド、継手、導管、ピッグテイル供給アセンブリ、マウント、ならびに比較的複雑な燃料マニホールドシステムをもたらし得る一次マニホールドおよび二次マニホールドの両方のための他の構成要素を含む。しかし燃料マニホールドシステムは、軸方向および半径方向に制約されたパッケージング空間内に必ず含まれなければならない。

ガスタービン・エンジン用のマニホールド継手は、本開示の開示された非限定的一実施形態によれば、第１のマニホールドポート、第２のマニホールドポートおよびピッグテイルポートを含むＴ型マニホールドを含む。支持部が、Ｔ型マニホールドから延び、マウント軸に沿って支持部開口部を画定する。支持タブが支持部から延びる。

本開示のさらなる実施形態では、第１のマニホールドポートおよび第２のマニホールドポートは、共通の平面に沿って配置される。

本開示のあらゆる前述の実施形態のさらなる実施形態では、ピッグテイルポートは共通の平面を横切る。

本開示のあらゆる前述の実施形態のさらなる実施形態では、第１のマニホールドポートおよび第２のマニホールドポートは、共通の周方向軸に沿って配置される。

本開示のあらゆる前述の実施形態のさらなる実施形態では、ピッグテイルポートは共通の周方向軸を横切る。

本開示のあらゆる前述の実施形態のさらなる実施形態では、支持部開口部は軸受を支持可能となっている。

本開示のあらゆる前述の実施形態のさらなる実施形態では、支持タブはＰクランプを支持する。

本開示のあらゆる前述の実施形態のさらなる実施形態では、Ｐクランプは、締結具を介して支持タブに取り付けられる。

本開示のあらゆる前述の実施形態のさらなる実施形態では、支持タブにリベット締めされたナットプレートが締結具を保持する。

本開示のあらゆる前述の実施形態のさらなる実施形態では、支持タブは、支持部を含む平面を横切る平面内で延在する。

本開示のあらゆる前述の実施形態のさらなる実施形態では、支持部を含む平面を横切る平面は、約４５度の角度を画定する。

ガスタービン・エンジン用のマニホールド継手は、本開示の別の開示された非限定的実施形態によれば、第１のマニホールドポート、第２のマニホールドポートおよびピッグテイルポートを含むＴ型マニホールドを含む。第１のマニホールドポートは、二次マニホールドの第１のマニホールド管を受け入れ可能に設けられている。第２のマニホールドポートは、二次マニホールドの第２のマニホールド管を受け入れ可能に設けられている。支持部が、Ｔ型マニホールドから延びる。支持部は、マウント軸に沿って支持部開口部を画定する。支持タブが支持部から延びる。Ｐクランプが支持タブに取り付けられ、Ｐクランプは一次マニホールドのマニホールド管を保持可能に設けられている。

本開示のあらゆる前述の実施形態のさらなる実施形態では、ピッグテイルポートは、ピッグテイル・アセンブリを受け入れ可能に設けられている。

本開示のあらゆる前述の実施形態のさらなる実施形態では、支持タブにリベット締めされたナットプレートは、締結具を介してＰクランプを保持する。

ガスタービン・エンジン用の燃料供給マニホールド・アセンブリを装着する方法は、本開示の別の開示された非限定的実施形態によれば、二次マニホールドの第１のマニホールド管をマニホールド本体の第１のマニホールドポートに装着し、二次マニホールドの第２のマニホールド管をマニホールド本体の第２のマニホールドポートに装着し、マニホールド本体の支持タブに取り付けられたＰクランプで一次マニホールドのマニホールド管を装着することを含む。

本開示のあらゆる前述の実施形態のさらなる実施形態では、支持タブは、二次マニホールドに対して一次マニホールドのマニホールド管を半径方向および軸方向にずらすように傾斜される。

本開示のあらゆる前述の実施形態のさらなる実施形態では、方法は、軸受アセンブリを介してディフューザケースから延在するポスト上にマニホールド本体を支持することを含む。

前述の特徴および要素は、別段の明記がない限り、排他的ではなく様々な組合せに組み込まれてもよい。これらの特徴および要素ならびにそれらの作動は、以下の記載および添付図面を考慮してより明らかになろう。しかし、以下の記載および図面は、本質的に例示であり非限定的であることを意図することを理解されたい。

様々な特徴は、開示された非限定的実施形態（複数可）の以下の詳述から当業者に明らかになろう。詳述を伴う図面は、以下のように簡単に説明することができる。

ガスタービン・エンジンの概略断面図である。図１に示されたガスタービン・エンジンと共に使用され得る、非限定的一実施形態による燃焼器部分の部分縦概略断面図である。ディフューザケース・モジュールの周囲の燃料供給マニホールド・アセンブリの斜視図である。図４の燃料供給マニホールド・アセンブリの斜視図である。開示された非限定的一実施形態による、複数の燃料供給マニホールド用のマニホールド継手の拡大斜視図である。図５のマニホールド継手の本体の拡大斜視図である。マニホールド継手本体の支持部分の断面図である。図５のマニホールド継手アセンブリの拡大側面斜視図である。

図１は、ガスタービン・エンジン２０を概略的に示す。ガスタービン・エンジン２０は、２軸ターボファンとして本明細書に記載されており、２軸ターボファンは、概してファン部分２２、圧縮機部分２４、燃焼器部分２６およびタービン部分２８を含む。代替的エンジンは、他のシステムまたは特徴のなかでとりわけオーグメンタ部分（図示せず）を含んでもよい。ファン部分２２は、空気を圧縮機部分２４の中に、またバイパス流路に沿って押し進める一方で、圧縮機部分２４は、空気をコア流路に沿って送って圧縮し、燃焼器部分２６に連通させ、次いでタービン部分２８を通って膨張させる。ターボファンのガスタービン・エンジンとして開示された非限定的実施形態として示したが、教示が他のタイプのタービンエンジン、例えば限定されないが、３軸の（ファンを加えた）エンジンに適用されてもよいので、本明細書に記載された概要は、ターボファンと共に使用することに限定されないことを理解されたい。

エンジン２０は、概してエンジンケース構造３６に対してエンジン中心長手軸Ａを中心に数個の軸受構造３８を介して回転するように装着された、低スプール３０および高スプール３２を含む。低スプール３０は、概してファン４２、低圧圧縮機（「ＬＰＣ」）４４および低圧タービン（「ＬＰＴ」）４６と相互連結する内側シャフト４０を含む。内側シャフト４０は、ファン４２を直接駆動してもよく、またはギア付きの構造４８を介してファン４２を低スプール３０より低速で駆動してもよい。例示的減速装置は、遊星式伝動装置、すなわちプラネタリギアシステムまたはスターギアシステムである。

高スプール３２は、高圧圧縮機（「ＨＰＣ」）５２および高圧タービン（「ＨＰＴ」）５４と相互連結する外側シャフト５０を含む。燃焼器５６は、ＨＰＣ５２とＨＰＴ５４との間に配置される。内側シャフト４０および外側シャフト５０は同心であり、それらの長手軸と共線であるエンジンの中心長手軸Ａを中心に回転する。

コア空気流はＬＰＣ４４、次いでＨＰＣ５２によって圧縮され、燃料と混合され、燃焼器５６内で燃焼され、次いでＨＰＴ５４およびＬＰＴ４６を通って膨張される。ＬＰＴ４６およびＨＰＴ５４は、膨張に応答して対応する低スプール３０および高スプール３２のそれぞれを駆動する。

図２を参照すると、燃焼器５６は、概して外側ライナ６０、内側ライナ６２およびディフューザケース・モジュール６４を含む。外側ライナ６０および内側ライナ６２は、燃焼室６６がその間に画定されるように離間される。燃焼室６６は概ね環状形状である。外側ライナ６０は、ディフューザケース・モジュール６４の外側ディフューザケース６４Ａから半径方向内方に離間されて、環状外側プレナム７６を画定する。内側ライナ６２は、ディフューザケース・モジュール６４の内側ディフューザケース６４Ｂから半径方向外方に離間されて、環状内側プレナム７８を画定する。特定の燃焼器が示されているが、他の燃焼器タイプの様々な燃焼器ライナの配置も本明細書から利益を得ることを理解されたい。

ライナ６０、６２は、タービン部分２８の方向に向かう燃焼生成物を含む。各ライナ６０、６２は、概して複数の熱遮蔽７２、７４を支持する対応する支持シェル６８、７０をそれぞれ含み、熱遮蔽７２、７４は、スタッドおよびナットなどの締結具でそれぞれの支持シェル６８、７０の高温側に取り付けられる。

また燃焼器５６は、圧縮機部分２４の直下流に前方アセンブリ８０も含み、そこから圧縮空気流Ｃを案内する。前方アセンブリ８０は、概して環状フード８２、バルクヘッド・アセンブリ８４および複数の旋回翼９０（１つが示されている）を含む。

環状フード８２は、ライナ６０と６２の最前端部の間に半径方向に延在し、本開示の非限定的実施形態では、ライナ６０、６２の最前端部に固定されている。複数の周方向に配置されたフードポート９４は、対応する複数の燃料噴射器８６を収容し、ならびに関連した旋回翼９０を通って圧縮空気を燃焼室６６の前端部に向ける。各燃料噴射器８６は、ディフューザケース・モジュール６４に固定されて、フードポート９４の１つおよびそれぞれの旋回翼９０を通って突出する。また様々な構造の前方アセンブリ８０も本明細書から利益を得ることを理解されたい。

本開示の非限定的実施形態における各旋回翼９０は、それぞれのフードポート９４と周方向に位置合わせされて、バルクヘッド・アセンブリ８４を通って突出する。バルクヘッド・アセンブリ８４は、ライナ６０、６２に固定されたバルクヘッド支持シェル９６、および各旋回翼９０の周囲のバルクヘッド支持シェル９６に固定された複数の周方向に配置されたバルクヘッド熱遮蔽９８を含む。

前方アセンブリ８０およびライナ６０、６２は、コア燃焼空気を燃焼室６６の前端部の中に誘導する一方で、コア燃焼空気の残余部は環状外側プレナム７６および環状内側プレナム７８に入る。複数の燃料噴射器８６および旋回翼９０は、燃焼室６６内の燃焼を支援する混合された燃料空気混合物の生成を促進する。

前方アセンブリ８０の反対側で、外側および内側支持シェル６８、７０は、本開示の非限定的実施形態ではＨＰＴ５４のノズルガイドベーン（ＮＧＶ）５４Ａの第１の列とインターフェースする。ＮＧＶ５４Ａは、タービン部分２８内の第１のタービンロータの上流に位置する第１の静翼構造として燃焼器５６の直下流に配置される。ＮＧＶ５４Ａは、静的エンジン構成要素であり、コア空気流燃焼ガスをタービン部分２８内の第１のタービンロータのタービン翼の上に方向づけ、圧力エネルギーから運動エネルギーへの変換を促進する。また燃焼ガスは、ＮＧＶ５４Ａの収束形状によりＮＧＶ５４Ａによって加速され、通常「回転（ｓｐｉｎ）」または「旋回（ｓｗｉｒｌ）」をタービンロータ回転の方向に提供する。タービンロータ翼は、このエネルギーを吸収してタービンロータを駆動させる。

図３を参照すると、燃料供給マニホールド・アセンブリ１００は、概して一次および二次マニホールドなどの少なくとも１つの燃料供給マニホールド１０２を含み、概してディフューザケース・モジュール６４の周囲に周方向に配置されて、燃料を複数の燃料噴射器８６に連通させる。様々な燃料噴射器のシステムおよび形状が本明細書から利益を得ることを理解されたい。図４を参照すると、一例では、一次マニホールドは４つの管部分に分割される一方で、二次マニホールドは、３つのほぼ均等な管部分に分割される。燃料マニホールド供給サブアセンブリ１４０は、燃料を、例えば燃料油マニホールド１４２（図３参照）から燃料供給マニホールド・アセンブリ１００に連通させる。

燃料供給マニホールド・アセンブリ１００は、複数の一次マニホールド継手１１０および複数の二次マニホールド継手１２０を含む。一次マニホールド継手１１０は、複数の一次燃料管１１４の一次燃料マニホールド１１２を互いに連結する。複数の二次マニホールド継手１２０は、複数の二次燃料管１２４の二次燃料マニホールド１２２を連結する。複数の一次燃料管１１４のそれぞれは、例えば直径が約０．２５インチ（７．２５ｍｍ）であってもよい一方で、複数の二次燃料管１２４のそれぞれは、直径が約０．５インチ（１２．５ｍｍ）であってもよい。複数の一次マニホールド継手１１０および複数の二次マニホールド継手１２０のそれぞれは、燃料を一次燃料マニホールド１１２および二次燃料マニホールド１２２のそれぞれから、それぞれに関連したピッグテイル・アセンブリ１３２を介して燃料噴射器８６に連通させる。

図５を参照すると、複数の二次マニホールド継手１２０のそれぞれは、Ｔ型マニホールド１５２、支持部１５４および支持タブ１５６（図６にも示されている）を備えるマニホールド本体１５０を含む。各二次マニホールド継手１２０の特定の部分が個別に画定されているか本体１５０として一体形成されているが、便宜上個別に画定されたそれぞれ、またはあらゆる区分は、組み立てられたかつ／または一体化されたハードウェアを介して別法で組み立てられる、または分離されてもよいことを理解されたい。

本開示の非限定的実施形態では、８個の二次マニホールド継手１２０がディフューザケース・モジュール６４の周囲に提供されて、一次燃料マニホールド１１２および二次燃料マニホールド１２２を支持する。さらに、複数の二次マニホールド継手１２０のそれぞれは、二次マニホールド１２２がより大きい流れマニホールドであるので、両方のマニホールド１１２、１２２のための支持部となり得るが、他のこのようなマニホールド継手も本明細書から利益を得ることを理解されたい。

Ｔ型マニホールド１５２は、第１のマニホールドポート１６０、第２のマニホールドポート１６２およびピッグテイルポート１６４を含む。第１のマニホールドポート１６０および第２のマニホールドポート１６２は共通の周方向平面Ｓを画定する一方で、ピッグテイルポート１６４は平面Ｓを横切る軸Ｐを画定する。複数の二次燃料管１２４の１つは、例えば溶接作業を通してマニホールドポート１６０、１６２のそれぞれに連結される。ピッグテイルポート１６４は、螺合部分１６６を含み、ピッグテイル・アセンブリ１３２に取外し可能に連結される。

支持部１５４は、ピッグテイルポート１６４の反対側でＴ型マニホールド１５２から延び、開口部１７０を含み、軸受アセンブリ１７２をマウント軸Ｗに沿って受け入れる。軸受アセンブリ１７２はポスト１７４上に支持され、締結具１７６（図７にも示されている）によってその上に保持される。ポスト１７４は、軸受アセンブリ１７２により二次マニホールド継手１２０がディフューザケース６４に対して浮遊して、例えばディフューザケース６４の熱膨張に対応することができるように、ディフューザケース６４に装着される。

支持タブ１５６は、支持部１５４から平面Ｓの方向に延び、支持部１５４を含む平面を横切る平面内に画定される。本開示の非限定的一実施形態では、支持タブ１５６の平面は、支持部１５４の平面を含む平面に対して約４５度のα角を画定する。支持タブ１５６は、中心開口部１８０（図６参照）を含み、締結具１８２および関連したＰクランプ１８４を受け入れる。締結具１８２はナットプレート１８６内に受け入れられてもよく、ナットプレート１８６は、リベット１８８を介して開口部１９０を通って支持タブ１５６の裏面にリベット締めされる。ナットプレート１８６は、分離可能な個々の構成要素を減少させ、それによってＦＯＤの可能性を最小にする。ナットプレート１８６は、補助的な保持のためのロッキング機能を有し、安全ケーブルの必要性を取り除くことを理解されたい。

Ｐクランプ１８４は、一次燃料管１１４を受け入れて保持するように配置される。本開示の非限定的実施形態では、装着スリーブ１９２は、一次燃料管１１４を包囲し、Ｐクランプ１８４内に受け入れられる。それによってＰクランプ１８４は、一次燃料管１１４を支持する支持タブ１５６の長さによって「完全に裏打ち」されるので、支持タブ１５６によって構造的に支持される。本開示の非限定的実施形態では、一次燃料マニホールド１１２の複数の一次燃料管１１４は、二次燃料マニホールド１２２の複数の二次燃料管１２４と共環状に、半径方向内方に、かつディフューザケース６４（図８）の軸方向にオフセットされて保持される。

それによって一次燃料マニホールド１１２および二次燃料マニホールド１２２は、支持のために互いに固定される。この二次マニホールド継手１２０の構成により、一次マニホールドは、二次マニホールドと共に半径方向に浮動できることにより、ディフューザケースはそれに対して半径方向に膨張できる。一次および二次として示したが、あらゆる構成の複数の平行なマニホールドが１列の支持位置で支持されてもよいことを理解されたい。

「前方」、「後方」、「上部」、「下部」、「上方」および「下方」などの相対位置用語は、標準の作動姿勢を基準とし、それ以外を制限すると考えられるべきではないことを理解されたい。

同じ参照番号は、いくつかの図面を通して対応するまたは類似の要素を同定することを理解されたい。また特定の構成要素の配置が例示的実施形態に開示されているが、他の配置も本明細書から利益を得ることも理解されたい。

特定のステップシーケンスが示され、説明され、また主張されているが、ステップは、別段に示されない限りあらゆる順番で実行され、分離され、または組み合わされてもよく、依然として本開示から利益を得ることを理解されたい。

前述の説明は、その中の特徴によって画定されるのではなく、むしろ例示である。様々な非限定的実施形態が本明細書に開示されているが、様々な修正形態および変形形態が、上の教示を考慮して添付の特許請求の範囲内に収まることが当業者には理解されるはずである。したがって、添付の特許請求の範囲内で、本開示は別段の記載がない限り実行されてもよいことを理解されたい。そのため真の範囲および内容を判断するには、添付の特許請求の範囲の検討が必要である。

Claims

ガスタービン・エンジン用のマニホールド継手であって、
第１のマニホールドポート、第２のマニホールドポートおよびピッグテイルポートを含むＴ型マニホールドと、
前記Ｔ型マニホールドから延びる支持部であって、前記支持部は、マウント軸に沿って支持部開口部を画定する、支持部と、
前記支持部から延びるとともにマニホールド管を支持する支持タブと
を備え、
前記支持部開口部内に支持される軸受アセンブリをさらに備える、マニホールド継手。
前記第１のマニホールドポートおよび前記第２のマニホールドポートは、共通の平面に沿って配置される、請求項１に記載のマニホールド継手。
前記ピッグテイルポートは前記共通の平面を横切る、請求項２に記載のマニホールド継手。
前記第１のマニホールドポートおよび前記第２のマニホールドポートは、共通の周方向軸に沿って配置される、請求項１に記載のマニホールド継手。
前記ピッグテイルポートは前記共通の周方向軸を横切る、請求項４に記載のマニホールド継手。
前記支持タブはＰクランプを支持する、請求項１に記載のマニホールド継手。
前記Ｐクランプは、締結具を介して前記支持タブに取り付けられる、請求項６に記載のマニホールド継手。
前記支持タブにリベット締めされたナットプレートが前記締結具を保持する、請求項７に記載のマニホールド継手。
前記支持タブは、前記支持部を含む平面を横切る平面内で延在する、請求項１に記載のマニホールド継手。
前記支持部を含む前記平面を横切る前記平面は、約４５度の角度を画定する、請求項９に記載のマニホールド継手。
ガスタービン・エンジン用のマニホールド継手であって、
第１のマニホールドポート、第２のマニホールドポートおよびピッグテイルポートを含むＴ型マニホールドであって、前記第１のマニホールドポートは、二次マニホールドの第１のマニホールド管を受け入れ可能に設けられており、前記第２のマニホールドポートは、前記二次マニホールドの第２のマニホールド管を受け入れ可能に設けられている、Ｔ型マニホールドと、
前記Ｔ型マニホールドから延びる支持部であって、前記支持部は、マウント軸に沿って支持部開口部を画定する、支持部と、
前記支持部から延びる支持タブと、
前記支持タブに取り付けられたＰクランプであって、前記Ｐクランプは一次マニホールドのマニホールド管を保持可能に設けられている、Ｐクランプと
を備え、
前記支持部開口部内に支持される軸受アセンブリをさらに備える、マニホールド継手。
前記ピッグテイルポートは、ピッグテイル・アセンブリを受け入れ可能に設けられている、請求項１１に記載のマニホールド継手。
前記支持タブにリベット締めされたナットプレートが、締結具を介して前記Ｐクランプを保持する、請求項１１に記載のマニホールド継手。
前記支持タブは、前記支持部を含む平面を横切る平面内で延在する、請求項１１に記載のマニホールド継手。
前記支持部を含む前記平面を横切る前記平面は、約４５度の角度を画定する、請求項１４に記載のマニホールド継手。
ガスタービン・エンジン用の燃料供給マニホールド・アセンブリを装着する方法であって、
二次マニホールドの第１のマニホールド管をマニホールド本体の第１のマニホールドポートに装着し、
前記二次マニホールドの第２のマニホールド管を前記マニホールド本体の第２のマニホールドポートに装着し、
前記マニホールド本体の支持タブに取り付けられたＰクランプで一次マニホールドのマニホールド管を装着すること
を含み、
軸受アセンブリを介してディフューザケースから延在するポスト上に前記マニホールド本体を支持することをさらに含む、方法。
前記支持タブは、前記二次マニホールドに対して前記一次マニホールドの前記マニホールド管を半径方向および軸方向にずらすように傾斜している、請求項１６に記載の方法。