JP2006226283A - 排気ライナアッセンブリおよびその狭小出口構成部材 - Google Patents

Abstract

【課題】ライナ間の熱膨張の差に対応するとともに、セグメント間の境界面を冷却する。
【解決手段】高温ガスにさらされる内側ライナ３６は、外側ライナ３８と異なって伸縮する。中間ライナ１８内のＺ字状の狭小出口構成部材４０により、ライナ３６，３８間の相対的な動きが吸収される。脚部４４，４８間の２つの湾曲部４５は、脚部４４の半径方向の湾曲変形を可能とし、ライナ３６，３８間の相対的な動きを吸収する。脚部４４がライナ３６に対して角度３１で配置されることにより、脚部４４に可撓性がもたらされる。後方ライナ２０内のＣ字状の狭小出口構成部材５８は、湾曲脚部６２を備え、ライナ３６，３８間の熱膨張の差を吸収する。タブ６８により、流路４１が画定される。部材５８は、ライナ３６，３８間の減少した空間に対応するように単一の湾曲部６５を備える。冷却空気は部材４０，５８により画定された流路４１を通り、ジョイント部３０を冷却する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ガスタービンエンジンの二重壁排気ライナに関し、特に、二重壁の排気ノズルおよびダクトの狭小出口（ｃｌｏｓｅ−ｏｕｔ）に関する。

ガスタービンエンジンは、通常、燃焼ガスの主流から機械的エネルギーにエネルギーを変換する複数のタービンブレードを備える。この機械的エネルギーが、圧縮機を回転かつ駆動させる。燃焼ガスは、排気ノズルを通ってガスタービンエンジンから流出する。排気ノズルアッセンブリは、通常、高温の燃焼ガスにさらされる高温側ライナと、高温側ライナから半径方向に間隔を隔てた低温側ライナと、を備える。高温側ライナと低温側ライナとの間の間隔により、冷却空気用の流路が画定される。高温側ライナに沿って冷却空気が供給され、燃焼ガスによる極度の高熱から保護される。

高温側ライナは、排気ノズルの内側面に沿って冷却空気を導く複数の開口部を備えることが多い。冷却空気により、排気ノズルの内側面に沿って断熱層が形成され、それにより、高温側ライナが保護される。高温側ライナは、低温側ライナの温度よりも、非常に高い温度下で用いられる。したがって、低温側ライナおよび高温側ライナでは、熱的な条件に応じて膨張および収縮が異なる。相対的な熱膨張および熱収縮により、高温側ライナおよび低温側ライナに応力や歪みが生じてしまう。
さらに、固定式の排気ノズルやダクトおよび連接式の排気ノズルやダクトを設けることが周知である。連接式の排気ノズルおよびダクトにより、燃焼ガスを選択的に方向付けることが可能となる。連接式の排気ノズルおよびダクトは、互いに可動である複数のセグメントを備える。各セグメントの境界面（インターフェイス）においては、高温側ライナと低温側ライナとの間に画定された空気流路を狭くする必要がある。さらに、境界面は、冷却されるとともに、排気ノズル内に燃焼ガスを収容するようにシールされることが望ましい。各境界面において空気流路を狭くすることにより、可動式のセグメント間の局所的な冷却が複雑になる。可動式セグメント間の境界面の動的性質により、高温側ライナの冷却に対する問題が生じる。
したがって、二重壁の排気ライナの狭小出口を発展させて、異なった熱膨張に対応するとともに、排気ノズルおよびダクトアッセンブリの可動式セグメント間の境界面に冷却空気を供給することが望ましい。

本発明の例示的な実施形態は、二重壁の排気ライナを備えた排気ダクトアッセンブリに関する。二重壁排気ライナは、狭小出口構成部材を有し、この部材は、熱膨張に対応するとともに、狭小出口および可動式のセグメント間の境界面を冷却する。

例示的な排気ダクトアッセンブリは、前方ライナアッセンブリ、中間ライナアッセンブリおよび後方ライナアッセンブリを備える。前方ライナアッセンブリは、固定された取付け点を中心に回転可能である。中間ライナアッセンブリは、前方ライナアッセンブリに対して回転可能であり、後方ライナアッセンブリは、中間ライナに対して回転可能である。前方、中間および後方ライナアッセンブリの各々は、燃焼ガスにさらされる内側ライナと、内側ライナから半径方向に間隔を隔てた外側ライナと、を備える。内側ライナと外側ライナとの間に、内側ライナを断熱し、冷却する冷却空気の流路が画定される。

狭小出口構成部材は、内側ライナと外側ライナとの間に設けられるとともに、外側ライナにリベット留めされ、内側ライナに溶接またはろう付けされる。狭小出口により、狭小出口構成部材と内側ライナとの間の空気流路の一部が画定される。冷却空気は、狭小出口により画定された空気流路を通ってセグメント間の境界面に吹き込まれる。狭小出口構成部材は、水平脚部と外側脚部セグメントとの間に配置された２つの湾曲部を備える。水平脚部は、内側ライナと外側ライナとの間の相対的な動きを吸収するように半径方向に曲がることが可能である。狭小出口は、曲がり得るが、構造および内側ライナと外側ライナとの間の空間的関係を維持するのに必要な剛性をさらに有する。

したがって、本発明の排気ライナは、異なった熱膨張に対応するとともに、可動式のセグメント間の境界面に冷却空気流を提供する狭小出口を備える。

以下の明細書および添付の図面により、本発明のこれらの特徴および他の特徴について最も良く理解することができる。

図１を参照すると、排気ダクトアッセンブリ１０は、前方ダクト１２および後方ダクト１４を備える。排気ガスは、前方ダクト１２を通って排気ダクトアッセンブリ１０に流入して、移動し、後方ダクト１４から排出される。例示的な排気ダクトアッセンブリ１０は、前方ライナ１６、中間ライナ１８および後方ライナ２０を備える。前方ライナ１６は、ジョイント部（接合部）２８における軸２６を中心に回転可能である。中間ライナ１８は、前方ライナ１６に対して回転し、後方ライナ２０は、中間ライナ１８に対して回転する。

第１のジョイント部３２は、第１のベアリング平面２２に沿って、中間ライナ１８と後方ライナ２０との間に配置されている。第２のジョイント部３０は、第２のベアリング平面２４に沿って配置されている。第１のジョイント部３２および第２のジョイント部３０は、排気ダクトアッセンブリ１０の内側面２５に直角の平面に対してある角度で配置されている。前方ライナ１６、中間ライナ１８および後方ライナ２０が互いに回転することにより、排気ダクトアッセンブリ１０から燃焼ガスが流出する方向が規定される。

前方、中間および後方ライナアッセンブリ１６，１８，２０は、燃焼ガスにさらされる内側ライナ３６と、内側ライナ３６から半径方向に間隔を隔てた外側ライナ３８と、をそれぞれ備える。内側ライナ３６と外側ライナ３８との間に画定された空気流路４２により、内側面２５の断熱に用いられる冷却空気が供給される。例示的な連接式の排気ダクトアッセンブリ１０の形態は、第１のジョイント部３２および第２のジョイント部３０を備える。ライナ１６，１８，２０は、ベアリング平面２２，２４に沿って互いに回転する。内側ライナ３６と外側ライナ３８との間の空気流路４２は、ジョイント部３０，３２の各々において狭くなっている。狭小出口構成部材は、内側ライナ３６と外側ライナ３８との間で、ジョイント境界面２２，２４の両側に設けられている。

図２を参照すると、ジョイント部３０は、中間ライナ１８内にＺ字形状の狭小出口構成部材４０を備え、後方ライナ２０内にＣ字形状の狭小出口構成部材５８を備える。Ｚ字形状の狭小出口構成部材４０は、外側ライナ３８にリベット留めされるとともに、内側ライナ３６に溶接またはろう付けされる。図示した実施例においては、リベットおよび溶接やろう付けの取付け手段を用いているが、周知の他の固定方法が本発明の意図する範囲内にある。Ｚ字形状の狭小出口構成部材４０により、狭小出口構成部材４０と内側ライナ３６との間の空気流路４１の一部が画定される。空気流路４１を通って流れる空気は、ジョイント部３０に吹き込まれて冷却をもたらす。

内側ライナ３６は、高温の燃焼ガスにさらされるため、外側ライナ３８の伸縮とは異なって伸縮する。狭小出口構成部材４０により、内側ライナ３６と外側ライナ３８との間の相対的な動きが与えられる。Ｚ字形状の狭小出口構成部材４０は、水平脚部４４と外側脚部セグメント４８との間に配置された２つの湾曲部４５を備える。これらの湾曲部４５により、水平脚部４４の半径方向の湾曲変形が可能となり、それにより内側ライナ３６と外側ライナ３８との間の相対的な動きを吸収する。水平脚部４４は、内側ライナ３６に対して所定の角度３１で配置される。図示された実施例における角度３１は、約２°である。角度３１により、水平脚部４４において可撓性がもたらされるとともに、製造性が向上する。

第１のジョイント部３０において後方ライナ２０内に配置されたＣ字形状の狭小出口構成部材５８は、半径方向に湾曲した水平脚部６２を備え、それにより内側ライナ３６と外側ライナ３８との間の熱膨張の差を吸収する。水平脚部６２は、内側ライナ３６に対して所定の角度３７で配置されている。また、Ｃ字形状の狭小出口構成部材５８は、外側ライナ３８に取り付けられた外側脚部セグメント６０と、内側ライナ３６に取り付けられた内側脚部セグメント６４と、を備える。内側脚部セグメント６４は、Ｃ字形状の狭小出口構成部材５８を内側ライナ３６から隔てるタブ６８を備え、それにより空気流路４１が画定される。Ｃ字形状の狭小出口構成部材５８は、水平脚部６２の湾曲変形を吸収する単一の湾曲部６５を備える。Ｃ字形状の狭小出口構成部材５８は、後方ライナの端部におけるＺ字形状の狭小出口においても用いられる。単一の湾曲部６５を用いることにより、内側ライナ３６と外側ライナ３８との間の空間の減少に対応している。
Ｚ字形状の狭小出口部材４０およびＣ字形状の狭小出口部材５８により、中間ライナ１８および後方ライナ２０の端部が第１のジョイント部３０において狭くなる。中間ライナ１８は、後方ライナ２０から間隔を隔てており、それによりライナ１８，２０との間にギャップが形成されて、相対的な動きが可能となる。
中間ライナ１８および後方ライナ２０は、内側面２５から半径方向外側に傾斜している端部７２，７４をそれぞれ備える。端部７２，７４の外側の傾斜は、全ての用途において必要とされるわけではなく、当業者であれば、特定用途の端部を有利に形成する方法が分かるであろう。端部７２の外側への傾斜により、中間ライナ１８と後方ライナ２０との間にどんな相対的な位置関係があっても、段差のない内側流れ面がもたらされる。後方ライナ２０は、中間ライナ１８に対して回転する際に、結果として不整合の内側面２５となる対応する楕円形状を備える。傾斜した端部７２，７４により、平坦面が燃焼ガスの主流に突き出ないようになっている。理解されるように、中間ライナ１８と前方ライナ１６との間の境界面は、同様の形態を備える。

図３を参照すると、内側ライナ３６と外側ライナ３８との間に画定された空気流路４８内を、冷却空気７８が流れている。本発明の開示に精通した当業者であれば、流路４２に冷却空気７８を供給する多くの異なった手段が、本発明の内にあることを理解されるであろう。冷却空気７８は、流路４２から流路４１に流れて、ジョイント部３０に流出する。さらに、冷却空気７８は、内側脚部セグメント４６に隣接して配置された内側ライナ３６の複数の開口部３５からも流出する。開口部３５を通って流れる冷却空気７８により、断熱層が形成されて、極度に高温の燃焼ガスから内側ライナ３６が保護される。開口部３５の特定の大きさおよび向きは、内側面２５に沿った冷却空気の所望の大きさおよび形態をもたらすように決定される。

図４を参照すると、狭小出口構成部材４０と内側ライナ３６との間の境界面が部分的に切断されて図示されている。狭小出口構成部材４０の内側脚部セグメント４６が切断して示され、内側ライナ３６から狭小出口構成部材を隔てるタブ６８と、所望の冷却および断熱層をもたらすように内側面２５に沿って空気を吹き込む複数の開口部３５と、が図示されている。

図示、説明された例示的な排気ダクトアッセンブリ１０は、複数のベアリング平面に沿った関節動作を提供するが、本開示の利点に精通した当業者であれば、種々の設計および形態の排気ダクトアッセンブリの応用性を認識されるであろう。

本発明の好ましい実施例が開示されたが、当業者であれば、特定の変更形態が本発明の範囲内にあることを認識されるであろう。そのため、本発明の範囲および趣旨を決定するために添付の特許請求の範囲を検討されたい。

排気ダクトアッセンブリの一部分の概略図。 本発明による例示的な狭小出口構成部材を備えたジョイントアッセンブリの概略図。 本発明によるジョイントアッセンブリの概略的断面図。 本発明による狭小出口構成部材と内側ライナとの間の境界面の斜視図。

Claims (17)

1. 内側ライナと、
   前記内側ライナから間隔を隔てた外側ライナと、
   前記内側ライナおよび前記外側ライナに取り付けられた狭小出口構成部材と、
   を備え、
   前記狭小出口構成部材が、前記内側ライナと前記外側ライナとの間の相対的な動きを与える少なくとも１つの湾曲セグメントを備えることを特徴とする排気ライナアッセンブリ。
2. 前記狭小出口構成部材が、タブセグメントを備え、前記タブセグメントが、前記内側ライナから前記狭小出口構成部材のセグメントを隔てることを特徴とする請求項１に記載のライナアッセンブリ。
3. 前記タブセグメントが、前記外側ライナと前記狭小出口構成部材との間の空気流路を画定するように前記内側ライナに取り付けられることを特徴とする請求項２に記載のライナアッセンブリ。
4. 前記内側ライナが、前記空気流路に隣接した複数の開口部を備えることを特徴とする請求項３に記載のライナアッセンブリ。
5. 前記狭小出口構成部材が、前記湾曲セグメントと前記内側ライナとの間に配置された水平セグメントを備え、前記水平セグメントが、前記内側ライナと前記外側ライナとの間に可撓性の連結をもたらすように半径方向に可動であることを特徴とする請求項１に記載のライナアッセンブリ。
6. 前記水平セグメントが、前記内側ライナの内側面に対して所定の角度で配置されることを特徴とする請求項５に記載のライナアッセンブリ。
7. 前記狭小出口構成部材が、前記内側ライナの内側面に隣接して配置された内側セグメントと、前記外側ライナの内側面に隣接して配置された外側セグメントと、を備え、前記少なくとも１つの湾曲セグメントが、前記内側セグメントと前記外側セグメントとの間に配置されることを特徴とする請求項５に記載のライナアッセンブリ。
8. 前記狭小出口構成部材が、前記内側ライナと外側ライナとの間に配置された概ねＺ字形状の部材を備えることを特徴とする請求項７に記載のライナアッセンブリ。
9. 前記狭小出口構成部材が、概ねＣ字形状の部材を備えることを特徴とする請求項７に記載のライナアッセンブリ。
10. 前方ライナアッセンブリと、後方ライナアッセンブリと、前記前方ライナアッセンブリと前記後方ライナアッセンブリとの間に配置された中間ライナアッセンブリと、を備え、前記前方ライナアッセンブリ、前記中間ライナアッセンブリ、および前記後方ライナアッセンブリが、互いに可動であることを特徴とする請求項１に記載のライナアッセンブリ。
11. 前記前方ライナアッセンブリと前記中間ライナアッセンブリとの間に位置する第１のジョイント部と、
    前記中間ライナアッセンブリと前記後方ライナアッセンブリとの間に位置する第２のジョイント部と、を備え、
    前記第１のジョイント部および前記第２のジョイント部の各々が、中心軸に対して所定の角度で配置されるとともに、少なくとも１つの狭小出口構成部材を備える請求項１０に記載のライナアッセンブリ。
12. 互いに取り付けられるとともに、互いに対して可動である複数のライナアッセンブリを備える請求項１に記載のライナアッセンブリ。
13. 内側ライナおよび外側ライナを有する排気ライナアッセンブリの狭小出口構成部材であって、
    前記狭小出口構成部材が、前記内側ライナに対して所定の角度で配置された水平セグメントを備え、前記狭小出口構成部材が、前記内側ライナと前記外側ライナとの間の間隔を隔てた位置関係を画定し、前記水平セグメントが、前記間隔を隔てた位置関係の変化を与えることを特徴とする狭小出口構成部材。
14. 前記狭小出口構成部材と前記内側ライナとの間に配置されたタブセグメントを備える請求項１３に記載の狭小出口構成部材。
15. 前記タブセグメントが、前記狭小出口構成部材と前記内側ライナとの間の空気流路を画定することを特徴とする請求項１４に記載の狭小出口構成部材。
16. 前記内側ライナに取り付けられた内側脚部セグメントと、
    前記外側ライナに取り付けられた外側脚部セグメントと、
    前記外側脚部セグメントと前記水平脚部との間に配置された湾曲セグメントと、
    を備える請求項１３に記載の狭小出口構成部材。
17. 前記水平脚部と前記外側脚部セグメントとの間に配置された２つの湾曲セグメントを備える請求項１６に記載の狭小出口構成部材。
    

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