JP7266730B2 - 流体噴射装置、ガスタービンエンジン及び流体噴射装置の製造方法 - Google Patents
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Description
当該燃料ノズル支持システムは、細長いステムボディと、1次燃料流入口及び2次燃料流入口を有する流入側端部と、1次燃料流出口及び2次燃料流出口を有する流出側端部と、2次燃料流入口と2次燃料流出口とを連通させている同心状の長手方向2次燃料孔と、2次燃料孔の内部に配置されているとともに流入側端部及び流出側端部にシールされた状態で取り付けられており、1次燃料流入口と1次燃料流出口とを連通させている同心状の1次燃料管と、を備える。この燃料ノズル支持システムでは、特許文献1の図1(断面図)に示されるように、「1次燃料流入口から1次燃料流出口に至る1系統目の油路」及び「2次燃料流入口から2次燃料流出口に至る2系統目の油路」がそれぞれ途中で急な角度で折れ曲がっている。
図1は、第1実施形態に係る流体噴射装置10の縦断面図である。図2は、図1に示す流体噴射装置10の斜視図であり、図1の断面線II-IIよりも先端側の部分を取り除いた状態を示す。図3は、図1に示す流体噴射装置10の斜視図であり、図1の断面線III-IIIよりも先端側の部分を取り除いた状態を示す。図4は、図1に示す流体噴射装置10の斜視図であり、図1の断面線IV-IVよりも先端側の部分を取り除いた状態を示す。図5は、図1に示す流体噴射装置10の斜視図であり、図1の断面線V-Vよりも先端側の部分を取り除いた状態を示す。図6は、図1に示す流体噴射装置10の斜視図であり、図1の断面線VI-VIよりも先端側の部分を取り除いた状態を示す。図7は、図1の矢印Aで示される方向から見た流体噴射装置10の先端部(流体流出部27)の拡大図である。
a. 燃料流入部(流体流入部26)では、独立した2系統の燃料油路(第1流路21及び第2流路22)が並列的に設けられている。
b. 2系統の燃料油路(第1流路21及び第2流路22)は、それぞれなだらかなカーブを描きつつ延在方向を変え、燃料流出部(流体流出部27)では同心円状の横断面構造を有する。
c. 第1流路壁部31と第2流路壁部32との間にはリブ35(第1リブ35a、第2リブ35b及び第3リブ35c)が設けられ、当該リブ35によって各燃料油路(第1流路21及び第2流路22)の強度が確保されている。
図9は、第2実施形態に係る流体噴射装置10の縦断面図である。図10は、図9に示す流体噴射装置10の斜視図であり、図9の断面線X-Xよりも先端側の部分を取り除いた状態を示す。図11は、図9に示す流体噴射装置10の斜視図であり、図9の断面線XI-XIよりも先端側の部分を取り除いた状態を示す。
上述のような本発明に係る流体噴射装置10は、例えば航空機用エンジンに好適に適用可能であり、ジェットエンジンの小型化及び軽量化に寄与しうる。ただし本発明に係る流体噴射装置10の適用範囲は特に限定されず、民間機及び戦闘機として利用される航空機のエンジンだけではなく、流体の噴射が必要とされる他の様々な装置にも応用可能である。したがって、例えば液体又は気体の物質を、小流量から大流量にわたって可変的に噴射することが求められる装置に対し、本発明は好適に応用可能である。
上述のような本発明に係る流体噴射装置10は、例えばAM(Additive Manufacturing)装置によって簡単且つ高精度に製造可能である。ただし本発明に係る流体噴射装置の製造方法は特に限定されず、「AM装置による立体造形技術」以外の他の技術に基づいて流体噴射装置10が製造されてもよい。
上述の流体噴射装置10の構成は一例に過ぎず、流体噴射装置10に対して種々の変形を加えることが可能である。以下に、具体的な変形例について説明する。
図21~図34は、流体噴射装置10が備える複数の流路20(第1流路21及び第2流路22)の断面形状例を示す。各流路20(第1流路21及び第2流路22)の断面形状は特に限定されず、各流路の断面形状は、円状(真円形状及び楕円形状を含む)、多角形状(三角形状、四角形状及び五角形状を含む)及びその他の形状とすることが可能である。また流路20間の相対的な位置関係も特に限定されず、例えば第1流路21の横断面のほぼ中央に第2流路22が配置されてもよいし、第1流路21の横断面の中央から外れた位置に第2流路22等の他の流路20が配置されてもよい。また流体噴射装置10が3以上の流路20を備えてもよい。また流体噴射装置10が備える複数の流路20は、相互に異なる断面形状を有していてもよいし、相互に同じ断面形状を持つ2以上の流路20を含んでいてもよい。
図35は、第1流路21及び第2流路22の下流側流路29近傍を一部抜粋した流体噴射装置10の縦断面図であり、第1流路壁部31及び第2流路壁部32の接続態様の一例を説明するための図である。本例では、下流側流路29及び屈曲部25のうちの少なくとも下流側流路29の全域において、第2流路壁部32が第1流路壁部31に対して直接的に接続しており、第1流路壁部31及び第2流路壁部32は一体的に構成される。
上述の各実施形態に係る流体噴射装置10では、各流路20(第1流路21、第2流路22及び第3流路23)が屈曲部25を有するが、各流路20は屈曲部25を有さなくてもよい。
以下に、上述の「流体噴射装置10」、「ガスタービンエンジン50」及び「流体噴射装置10の製造方法」の代表的な特徴及びその作用効果を態様毎に列挙するが、本発明は以下の態様に必ずしも則っている必要はなく、他の態様に基づいていてもよい。
流体噴射装置10は、少なくとも2つの流路20(上述の各実施形態及び変形例では第1流路21及び第2流路22(及び第3流路23))を備え、少なくとも2つの流路20は、流体(燃料)が流入する端部(流体流入部26)では、並んで配置され、流体が流出する端部(流体流出部27)では、一の流路(第1流路21)が他の少なくとも一つの流路(第2流路22(及び第3流路23))を取り囲むように設けられている。
少なくとも2つの流路20の各々は、屈曲部25を有し、一の流路20(第1流路21)は、少なくとも屈曲部25において、上流側よりも断面径が大きく且つ他の少なくとも一つの流路(第2流路22(及び第3流路23))を取り囲むように設けられていてもよい。
少なくとも2つの流路20は、第1流路21及び第2流路22を含み、第1流路21及び第2流路22は、屈曲部25よりも上流側では、第1流路21よりも第2流路22の方が、流体が流出する端部(流体流出部27)に近接して配置され、屈曲部25では、第1流路21の屈曲部25の断面径が上流側より大きく且つ第1流路21が第2流路22を取り囲み、屈曲部25より下流側では、第1流路21が第2流路22を取り囲むように延在してもよい。
少なくとも2つの流路20は第1流路21及び第2流路22を含み、第1流路21及び第2流路22は、屈曲部25よりも上流側では、第2流路22よりも第1流路21の方が、流体が流出する端部(流体流出部27)に近接して配置され、屈曲部25では、第1流路21の断面径が上流側より大きく且つ第1流路21が第2流路22を取り囲み、屈曲部25より下流側では、第1流路21が第2流路22を取り囲むように延在してもよい。
第1流路21の断面は、少なくとも屈曲部25より下流側において、線対称の形状を有してもよい。
第1流路21の断面は、少なくとも屈曲部25より下流側において、円環状の形状を有してもよい。
少なくとも2つの流路20は、直線的に延在する第1流路21及び第2流路22を含んでもよい。
第2流路22を形成する壁部(第2流路壁部32)は、当該第2流路22を形成する壁部(第2流路壁部32)よりも外側に配置される第1流路21を形成する壁部(第1流路壁部31)に対し、保持部(リブ35)を介して接続されてもよい。
第2流路22を形成する壁部(第2流路壁部32)は、2以上の保持部(リブ35)を介し、第1流路21を形成する壁部(第1流路壁部31)に対して接続されてもよい。
2以上の保持部(リブ35)は、断面幅が相互に異なる複数の保持部を含んでもよい。
保持部(リブ35)は、第2流路22の断面幅よりも大きい断面幅を有する保持部(リブ35)を含んでもよい。
ガスタービンエンジン50は、上記の流体噴射装置10を備え、流体噴射装置10の少なくとも2つの流路20には流体燃料が流される。
流体噴射装置10の製造方法は、上記の流体噴射装置10の三次元形状データを特定するステップと、三次元形状データを複数のスライスデータに変換するステップと、複数のスライスデータに基づいて積層造形法により流体噴射装置10を造形するステップと、を含む。
積層造形法は、インコネル、コバルトクロム、ニッケル合金、チタン合金及びステンレスのうちの少なくとも一つの粉末を用いてもよい。
粉末の平均粒子径は、20マイクロメートル以下であってもよい。
流体噴射装置が備える少なくとも2つの流路は、少なくとも一部において断面が変形する流路を含んでいてもよい。
10a 流体噴射装置
20 流路
21 第1流路
22 第2流路
23 第3流路
25 屈曲部
26 流体流入部
27 流体流出部
28 上流側流路
29 下流側流路
31 第1流路壁部
32 第2流路壁部
35 リブ
35a 第1リブ
35b 第2リブ
35c 第3リブ
50 ガスタービンエンジン
51 空気供給装置
52 燃焼器
53 タービン
Claims (12)
- 少なくとも2つの流路を備える流体噴射装置であって、
前記少なくとも2つの流路は、
それぞれ独立して、流体が流入する端部から前記流体が流出する端部まで、前記流路の壁面は滑らかに接続されており、
前記流体が流入する端部では、並んで配置され、
前記流体が流出する端部では、一の流路が他の少なくとも一つの流路を取り囲むように設けられており、
前記少なくとも2つの流路の各々は、屈曲部を有し、
前記一の流路は、少なくとも前記屈曲部において、上流側よりも断面径が大きく且つ他の少なくとも一つの流路を取り囲むように設けられており、
前記少なくとも2つの流路は、第1流路及び第2流路を含み、
前記第1流路及び前記第2流路は、
前記屈曲部よりも上流側では、前記第1流路よりも前記第2流路の方が、前記流体が流出する端部に近接して配置され、
前記屈曲部では、前記第1流路の断面径が上流側より大きく且つ前記第1流路が前記第2流路を取り囲み、
前記屈曲部より下流側では、前記第1流路が前記第2流路を取り囲むように延在する、流体噴射装置。 - 前記第1流路の断面は、少なくとも前記屈曲部より下流側において、線対称の形状を有する請求項1に記載の流体噴射装置。
- 前記第1流路の断面は、少なくとも前記屈曲部より下流側において、円環状の形状を有する請求項2に記載の流体噴射装置。
- 前記第2流路を形成する壁部は、当該第2流路を形成する壁部よりも外側に配置される前記第1流路を形成する壁部に対し、保持部を介して接続される請求項1~3のいずれか一項に記載の流体噴射装置。
- 前記第2流路を形成する壁部は、2以上の前記保持部を介し、前記第1流路を形成する壁部に対して接続される請求項4に記載の流体噴射装置。
- 前記2以上の保持部は、断面幅が相互に異なる複数の保持部を含む請求項5に記載の流体噴射装置。
- 前記保持部は、前記第2流路の断面幅よりも大きい断面幅を有する保持部を含む請求項4~6のいずれか一項に記載の流体噴射装置。
- 請求項1~7のいずれか一項に記載の流体噴射装置を備え、
前記流体噴射装置の前記少なくとも2つの流路には流体燃料が流されるガスタービンエンジン。 - 請求項1~7のいずれか一項に記載の流体噴射装置の三次元形状データを特定するステップと、
前記三次元形状データを複数のスライスデータに変換するステップと、
前記複数のスライスデータに基づいて積層造形法により前記流体噴射装置を造形するステップと、を含む流体噴射装置の製造方法。 - 前記積層造形法は、インコネル、コバルトクロム、ニッケル合金、チタン合金及びステンレスのうちの少なくとも1つの粉末を用いる請求項9に記載の流体噴射装置の製造方法。
- 前記粉末の平均粒子径は、20マイクロメートル以下である請求項10に記載の流体噴射装置の製造方法。
- 前記流体噴射装置が備える前記少なくとも2つの流路は、少なくとも一部において断面が変形する流路を含む請求項9~11のいずれか一項に記載の流体噴射装置の製造方法。
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