JPH01134028A - ガスタービンエンジン用燃料ノズル組立体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガスタービンエンジン用燃料ノズル組立体に関
し、特に、燃料給送管と、該燃料給送管を囲んで間に環
状の空気通路を画成する空気給送管とを有すると共に、
空気給送管が燃料給送管との封止信金状態に付勢されて
いて、空気給送管及び燃料給送管の膨張差により双方の
給送管の間の封止保合を強固にするようなガスタービン
エンジン用燃料ノズル組立体に関するものである。

た１挟亙座１」 燃焼室へ空気と燃料の双方を別々に給送できる典型的な
燃料ノズル組立体は、一般に、一端で支持され、他端に
円錐面の燃料ノズル端部が取り付けられている燃料給送
管と、同じ一端側で支持されると共に、環状の空気通路
を画成するように離間した関係で燃料給送管を囲む空気
給送管とを備えている。空気給送管の自由端には渦キャ
ップが螺着されると共に、この渦キャップにある円錐形
の開口が燃料ノズル端部の円錐面に封止状態で係合する
ように、締め付けられている。また、渦キャップはその
中心の回りに等角度で離間した複数の小孔を備えていて
、空気通路からの霧化空気を、外側に拡散する円錐形パ
ターンで燃料ノズル端部から出る燃料に対して収束する
方向に指向させるようになっている。

燃料ノズル組立体から給送される空気は、燃料を霧化す
るためにガスタービンエンジンの点火時にのみ主に使用
されるので、予知可能であり、しかも富化した燃料と空
気の混合物を火炎クロスオーバ管及び火花点火器の一方
又は双方のほぼ近くへ運ぶ霧化空気パターンを与えるこ
とが重要である。

燃料ノズル端部は燃、料を外側に拡散するほぼ円錐形の
パターンで噴射する。しかし、燃料の流量が少ない間は
、燃料の圧力噴霧が少なく、空気が渦キャップを介して
導入され、燃料ノズルによって噴射された燃料を更に霧
化する。このような仕方で円錐形のパターンが変わり、
４ケ所で放射状に突出するこぶ状噴霧パターンになる。

この追加的な霧化は、タービンにおいて燃焼プロセスを
伝播させるためにタービンへ燃料及び空気の混合物を適
切に給送することを確実にすべく燃料及び空気の混合物
の良好な分配を確保するため、及び未燃焼の燃料放出物
の量を減少させるため、燃料が燃料ノズルを介して導入
される時に同燃料の霧化を良くするよう、着火燃焼中に
必要である６着火燃焼が完了した後、霧化空気は遮断さ
れ、燃料のみが燃料ノズルを介して給送され燃焼プロセ
スを継続する。

空気流が霧化中に望まれるこぶ状噴霧パターンとなるよ
うに燃料の流れを確実に噴霧もしくは富化するように、
空気流は、燃料を案内する燃料ノズル端部にある開口と
同一の幾何学的配向を有する複数の孔を通って流れる。

上述の先行技術の装置においては、円錐シールが一旦形
成されると、利用し得るもののうちで最上の気密シール
をもたらすので、円錐面が使用されている。しかし、円
錐シールを高品質の気密シールとするためには、燃料ノ
ズル端部に渦キャップを係合させる前にこの円錐形の燃
料ノズル端部に微粉砕ペーストを付ける必要があった。

また、もっと重大なことには、かかるシール境界面を得
るために円錐形の燃料ノズル端部及び渦キャップを用い
ると、空気給送管が軸方向に膨張する間に、燃料ノズル
及び渦キャップの境界面に隙間が形成されることになる
。これは、希望の霧化燃料噴霧特性とする燃料ノズル組
立体の性能に重大な低下をもたらす、加うるに、上述の
隙間に異物が形成され、これが燃料ノズル組立体の性能
を更に低下させることになる。また、先行技術の装置で
は、空気給送通路に付着物が溜まって同空気給送通路が
詰まり易く、そしてかかる付着物を除去するため空気給
送通路にアクセスできない、燃料給送管と渦キャップと
の間に円錐係合部を有する先行技術の燃料ノズルの一例
は、本出顯人の米国特許第４．１５４，０５８号明１Ｉ
り書に開示されている。

先行技術の装置で確認された問題の原因は、燃料給送管
を通って流れる燃料の温度が一般に華氏で約１００°で
あるという事実にさかのぼる。しかし、燃料給送管と空
気給送管との間のスペースにおける空気の温度は華氏で
約６００°に達しうる。そのために生ずる燃料給送管と
空気給送管との間の温度差によって、燃料給送管及び空
気給送管の軸方向の膨張量に屡々変化が生じて、燃料ノ
ズル端部及び空気給送管の間の円錐シールが破れ、かく
して、上述した２つの間のシール境界面に前述した隙間
が生じる。この隙間は、そこを流れる空気からの異物、
或は折々起こる燃焼器からの逆流によって生ずる炭素付
着物が溜まる領域となって、該隙間を再シールする妨げ
となる。空気給送管自体も異物で詰まる可能性がある。

停止中、円錐シール境界面が燃料ノズル端部からの燃料
油により汚染されるかも知れない。

従って、空気給送管と燃料ノズル端部との間のいかなる
隙間も霧化空気の分配に有害な影響を与える空気漏洩路
となるので、不安定で予測の付かない着火特性をもたら
す予測不能の燃料・空気パターンが存在する結果となる
。空気通路の汚染が激しくなれば、霧化空気の流れが完
全に遮断され、着火を妨げる。

更に、先行技術の燃料ノズル組立体がガスタービンエン
ジンの燃焼室に一旦組み込まれ装着されると、空気給送
通路を機械的に清掃して異物を除去することが非常に難
しくなるので、シール境界面に漏洩を生じさせるか、空
気給送管に詰まりを生じさせるかも知れない。

免訓立１１ 本発明の目的は、空気給送管の軸方向の膨張中、燃料給
送管と空気給送管との間に隙間を生じることなく一定の
シール境界面を維持する、ガスタービンエンジン用の燃
料ノズル組立体を提供することである。

本発明の別の目的は、燃料給送管と空気給送管との間の
シール境界面が燃料噴震点から離れているために、燃料
の霧化もしくは噴霧に対するシール境界面での空気の漏
洩の影響が最小になるような、燃料ノズル組立体のため
の一体の燃料ノズル端部及び端部キャップを提供するこ
とである。

また、本発明の別の目的は、空気給送管の軸方向膨張中
にもっと気密になるように空気給送管と燃料給送管との
シール境界面を改良した燃料ノズル組立体を提供するこ
とである。

本発明の更に別の目的は、空気給送管の軸方向膨張中に
空気給送管と支持フランジとの間のシールが強化される
ように燃料ノズル組立体を提供することである。

また、本発明の更に別の目的は、燃料ノズルの動作に悪
影響を及ぼすことなく空気給送管の軸方向膨張の少なく
とも一部を吸収するような燃料ノズル組立体を提供する
ことである。

また、本発明は、空気給送管の軸方向の膨張中、燃料給
送管と空気給送管との境界面に炭素付着物が溜まらない
ようなガスタービンエンジン用の燃料ノズル組立体を提
供することを目的としている。

更に、本発明は、空気給送管の汚染を最少にする、ガス
タービンエンジン用等の燃料ノズル組立体を提供するこ
とを目的としている。

また、本発明は、燃料ノズル端部に微粉砕ベーストを与
えることなく燃料給送管と空気給送管との間に気密のシ
ール境界面を形成することも目的としている。

最後に、本発明のその他の目的は、空気通路に清掃のた
めアクセスできるように空気給送管が容易に取り外し可
能である、燃料ノズル組立体を提供することである。

これ等の目的及びその他の目的、並びに利点は、ガスタ
ービンエンジン用の燃料ノズル組立体を提供する本発明
によって達成される。この燃料ノズル組立体は、空気給
送管によって実質的に囲まれた燃料給送管から構成され
ている。燃料給送管はその給送端に取着された一体の燃
料ノズル及び端部キャップを有する。空気給送管は、燃
料給送管を実質的に囲んで、両者間に空気通路を画成す
る。

一体の燃料ノズル及び端部キャップは、中央の開口と、
霧化空気が通過するための小孔と、舌状部とを有してお
り、この中央の開口を通して燃料給送管から燃料が噴射
され、また、上述の小孔が燃料ノズル組立体の環状の空
気通路と整列していて、空気給送管を貫流する空気が上
述の小孔を通って流れ燃料給送管から出る燃料を霧化さ
せ、舌状部が空気給送管との端部キャップの適切な整列
を可能とする。

ガスタービンエンジンに燃料給送管を装着するために支
持フランジが設けられている。この支持フランジは付勢
スプリングを収容する開口を有する。スプリングの付勢
力によって、空気給送管は、燃料給送管の一体の燃料ノ
ズル及び端部キャップに対してしっかり嵌合するように
付勢される。空気給送管の膨張中、同空気給送管はその
軸線方向に沿って膨張し、一方において端部キャップに
抗して両者間の嵌合を更に強化し、他方において付勢力
に抗して膨張力を吸収する。また、空気給送管の膨張は
、同空気給送管と支持フランジとの間の嵌合も強化する
。空気給送管を流れる空気と燃料給送管を流れる燃料と
の間の極端な温度差によって生ずる空気給送管及び燃料
給送管の軸方向膨張の変動がスプリングによって吸収さ
れるか、或は空気給送管と燃料給送管との間のシールも
しくは封止を強化するために利用されるので、空気給送
管及び燃料給送管の間に強い封止が維持され、燃料給送
管と空気給送管との間には先行技術で見られたような隙
間の発生現象は生じない。

清浄するため霧化空気通路に容易にアクセス可能であり
、しかも燃料給送管及び空気給送管が一緒に取着される
燃料ノズル組立体を提供するために、空気給送管は、ス
プリングの付勢力によって、燃料給送管の一体の燃料ノ
ズル及び端部キャップとの確実な整列嵌合状態に付勢さ
れる。燃料給送管に螺合される一体の燃料ノズル及び端
部キャップは燃料給送管から容易に取り外しうるので、
空気給送管を解放して清浄のため環状の空気通路に容易
にアクセスすることを可能にする。

添付図面に示された実施例に関する以下の詳細な説明に
てらして考察することにより、本発明は更に良く理解さ
れ、また、その利点及び使用態様が容易に明らかとなろ
う。

ｔ　　　の・ 第１ａ図及び第１ｂ図を参照すると、典型的な先行技術
の燃料ノズル組立体１０の端部が図示されている。この
燃料ノズル組立体１０は、内側の燃料給送管１２と、そ
れを囲む外側の空気給送管１４とを含んでいる。空気給
送管１４は燃料給送管１２と同軸であると共に実質的に
同一空間を占めている。燃料給送管１２は軸方向の開口
を有する給送端１３をきんでおり、この開口において、
燃料ノズル端部１５が燃料給送管１２に螺着されている
。燃料ノズル端部１５は空気給送管１４に係合する円錐
面１６を有する。空気給送管１４は、燃料給送管１２と
共に軸方向に同軸に延びて、共通の軸方向範囲全体に互
って、燃「１給送管１２の外壁と空気給送管１４の内壁
との間に環状の空気通路１８を画成している。空気給送
管１４の端部２０は外径が小さくなっており、そこに渦
キャップ２２を受容するためにねじが切られている６渦
キヤツプ２２は中央に位置する開口２４を有する。

この中央の開口２４は、テーパの付いた円錐面２６を画
成するように形成されている。更に、渦キャップ２２は
、霧化空気を燃料ノズル端部１５がらの燃料と交差させ
霧化すべく所定の収束方向に指向させるために、同渦キ
ャップ２２の周りに等間隔で形成された複数の小孔２８
を有する。テーパの付いた円錐面２６は燃料ノズル端部
１５の円錐面１６のテーパに一致する大きさに形成され
ているので、渦キャップ２２が空気給送管１４に締め付
けられると、燃料ノズル端部１５が開口２４内に延入し
、適切に締め付けられた時に、円錐面１６及び２６間に
シールされた係合状態を与える。第１ａ図は、通常の温
度状態にある時、即ち燃料給送管１２内を流れる燃料と
空気給送管１４内を流れる空気との間に極端な温度差が
ない時の先行技術の燃料ノズル組立体１０を示している
。第１ａ図に明確に示したように、双方の給送管の間に
温度差がない場合、燃料給送管１２及び空気給送管１４
は、燃料ノズル端部１５と円錐面２６との境界でシール
される。従って１、境界には隙間は存在せず、また、空
気通路１８の汚染が起こることはない、燃料の空気富化
により希望のこぶ状噴霧パターンになる。

第１ｂ図に戻ると、ガスタービン運転中の極端な熱的状
態によって生ずる空気給送管に軸方向の膨張が生じてい
る時の燃料ノズル組立体１０を示している０通常のガス
タービン運転中には、圧縮機がらの燃焼空気が空気給送
管１４を取り囲んでおり、コノ燃焼空気は約６００〜７
００”Ｆ（約３１６〜３７１”Ｃ）＋７）　’ｔｎ度を
有する。しかし、燃料は約１００°Ｆ（約３８°Ｃ）の
温度を一般に有し、燃料給送管１２を空気給送管１４よ
りももっと低い温度に保持している。そのため空気給送
管が軸方向に膨張する程度は燃料給送管の膨張量よりも
大きいので、円錐面１６及び２６の間に隙間２９が生ず
る。典型的には、円錐面１６及び２６の間の隙間２９は
０．０３０ｉｎ（０，７６２ｍｍ）程に達することがあ
る。空気流中の異物或はこの隙間内への燃焼生成物の逆
流のため、粒状物が溜まって隙間２９を詰まらせるよう
になり、そのため、タービンの点火完了後に給送管間の
極端な温度差がなくなった時に隙間が閉じることを妨げ
る。従って、次にタービンを点火する前に、給送管間に
温度差がなくても既に隙間が存在することになる。この
隙間がらの空気の漏れは霧化空気流の放出に悪ｈ９を及
ぼし、燃料ノズル組立体の噴霧パターンを変化させて、
燃焼器の着火反応を変えてしまう。

第２図を参照すると、本発明の燃料ノズル組立体３０が
示されている。この燃料ノズル組立体３０は、内側の燃
料給送管３２と、一端で支持フランジ３６から軸方向に
延びる外側の空気給送管３４とを有する。

空気給送管３４は、燃料給送管３２と同軸であり且つ実
質的に同一の空間を占める。

燃料給送管３２は軸方向の開口を有し、その各端には雌
ねじが切られている。燃料配管（図示せず）は燃料入口
端（燃料入口手段）４０に結合されるのが−ｉ的である
。塩１１給送管３２の給送端４８は、同燃料給送管３２
に螺着された一体の燃料ノズル及び端部キャップ（停台
手段）４９で終端している。一体の燃料ノズル及び端部
キャップ４９は、この一体の燃ｖ１ノズル及び端部キャ
ップ４９を給送端４８に取着するためにねじが切られた
スカート部５ｏと、フランジ５１と、空気給送管３４の
端部６０に係合する端部キャップ部５３とを有する。フ
ラン、ジ５１とスカート部５０との間にはシール用ワッ
シャ５２が挿入されていて、燃ｒ）油が燃料給送管３２
から漏れるのを防止している。端部キャップ部５３は、
燃料給送管３２からの燃料の給送のため、給送端４８に
ある中央の開口に連通ずる開口５４を中央に備えている
。更に、端部キャップ部５３は、環状の空気通路５８に
連通ずる中央の開口５４の回りに等角度で離間して配設
された小孔５６を備えていて、一体の燃料ノズル及び端
部キャップ４９の中央の開口５４から出る燃料と交差し
て霧化させるような所定の収束方向に霧化空気を指向さ
せるべく、空気通路（環状の空気室）５８からの空気を
該小孔５６を経て給送するようになっている。

空気給送管３４は、燃料給送管３２と一緒に軸方向に同
軸に延び、燃料給送管３２の外壁と空気給送管３４の内
壁との間に共通の軸方向範囲に互って環状の空気通路５
８を画成している。空気給送管３４の端部６０は、空気
給送管３４と燃料給送管３２との間を封止するために、
後から詳しく説明するような態様で、一体の燃料ノズル
及び端部キャップ４９の端部キャップ部（封止手段）５
３に組み合っている。

燃料給送管をガスタービンエンジンに装着する支持フラ
ンジ３６は、燃料給送管３２から半径方向の外方に延び
ている。この支持フランジ３６は、空気配管（図示せず
）を受は入れためにねじが切られた、半径方向に延びる
霧化空気入口３８を含んでいる。

また、支持フランジは付勢スプリング（封止手段）４４
を受は入れるための開口４２を倉んでいる。

空気給送管３４を燃料給送管３２に装着する時には、ず
・４勢スプリング４４が縮み、勾配付きワッシャ４６に
軸方向の力をｆｔ用させる０次いで、割りビスＩ〜ンリ
ング４７を介して作用する勾配付きワッシャ４６は空気
給送管３４に軸方向の圧力を加える。一体の燃料ノズル
及び端部キャップ４９は、ねじが切られたそのスカート
部５０を燃料給送管３２の給送端４８内にしっかり嵌合
するまで螺合させることにより、燃料給送管３２に取着
される。一体の燃料ノズル及び端部キャップ４９を燃料
給送管３２に一旦取着すると、付勢スプリング４４から
の軸方向の圧力の影響下にある空気給送管３４は、一体
の燃料ノズル及び端部キャップ４９の端部キャップ部５
３にしっかり嵌合する。従って、燃料給送管３２及び空
気給送管３４が互いに封止されるので、燃料の霧化に悪
影響を与える霧化空気の漏洩が起こらない。

更に、勾配付きワッシャ４６の出す圧力下に作用する割
りピストンリング４７は、支持フランジ３６と空気給送
管３４との間の隙間を無くすように、支持フランジ３６
と共に、同ピストンリングの共通の円周に沿って半径方
向の圧力を発生する。従って、このように構成されてい
なければ支持フランジ３６と空気給送管３４との境界面
で起こる空気の漏洩が、支持フランジ３６及び割りピス
トンリング４７の間の気密な封止もしくはシールによっ
て無くなる。

環状の空気通路５８と小孔５６との整列は端部キャップ
部５３の舌状部６２により得られる。一体の燃料ノズル
及び端部キャップ４９のねじが切られたメカ−１一部５
０が燃料給送管３２上に締め付けられる時に、一体の燃
料ノズル及び端部キャップ４９の突出する舌状部６２が
端部６０の突出する先端部６１に係合する。

突出する先端部６１及び舌状部６２の係合により、空気
給送管３４と一体の燃料ノズル及び端部キャップ４９が
所望の方向に整列すると同時に、環状の空気通路５８及
び小孔５６が整列して、空気通路５８を通って流れる空
気が小孔５６へと流れる。

本発明の燃料ノズル組立体３０が通常の温度条件下にあ
る時、即ち燃料給送管３２内を流れる燃料と空気給送管
３４内を流れる空気との間に極端な温度差がない時には
、燃料給送管及び空気給送管は、一体の燃料ノズル及び
端部キャップ４９の端部キャップ部５３と空気給送管３
４の端部６０との境界面で封止もしくはシールされる。

境界面には隙間がなく、また、空気通路５８の汚染も起
こらない。燃料スプレーの空気霧化により希望のこぶ状
噴震パターンが得られる。

本発明の燃料ノズル組立体がガスタービンエンジンの運
転中の厳しい温度条件によって空気給送管に軸方向の膨
張を生じている時には、空気給送管３４は燃料給送管３
２よりも軸方向に大きく延びている。空気給送管３４が
膨張する時に、空気給送管３４の端部６０は端部キャッ
プ部５３に関して軸方向に膨張する。端部６０及び端部
キャップ部５３間のシール境界面が締め付けられるため
、両者間の封止が向上し、霧化空気の漏洩を防止する。

空気給送管３４の膨張が続くと、付勢スプリング４４が
圧縮されて、該付勢スプリング４４が空気給送管３４の
軸方向膨張を吸収するので、燃料給送管３２及び空気給
送管３４間の封止部は分離しない。また、付勢スプリン
グ４４の圧縮によって軸方向の力が増大するので、支持
フランジ３６に加わる割りピストンリング４７の半径方
向の圧力が増し、支持フランジ３６及び割りピストンリ
ング４７１７ｆｆ！の気密なｊ１止を強めることによっ
て支持フランジ３６と空気給送管３４との境界面での空
気の漏洩が更に減少する。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は、通常の運転条件下にある従来の典型的な燃
料ノズル組立体の給送管端部の軸方向断面図、第１ｂ図
は、高温度条件により軸方向に膨張が生じた時の従来の
燃料ノズル組立体の給送管端部の軸方向断面図、第２図
は、本発明の燃料ノズル組立体の軸方向ｆｔＦｉζ図で
ある。 ３０・・・燃料ノズル組立体　３２・・・燃料給送管３
４・・・空気給送管　　　　３６・・・支持フランジ４
０・・・燃料入口手段（燃料入口端）４４・・・封止手
段（付勢スプリング）４８・・・燃料給送管の給送端 ４９・−・係合手段（一体の燃料ノズル及び端部キャッ
プ） ５３・・・封止手段（端部キャップ部）５８・・・環状
の空気室（空気通路） ６０・・・空気給送管の端部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 給送端と、その反対側の端部に燃料入口手段とを有する
   燃料給送管と、 前記燃料入口手段の近くで前記燃料給送管に取着された
   支持フランジと、 端部を有する空気給送管であって、該空気給送管の前記
   端部へ空気を給送すべく、前記燃料給送管に対して離間
   した関係で該燃料給送管の一部を取り囲むと共に前記支
   持フランジから軸方向に延びて、前記燃料給送管と前記
   空気給送管との間に環状の空気室を画成する、前記空気
   給送管と、前記燃料給送管に取着されて前記空気給送管
   の前記端部に係合する係合手段と、 前記空気給送管の前記端部と前記係合手段との係合部を
   封止する封止手段と、 を備えるガスタービンエンジン用燃料ノズル組立体。