JP4201606B2 - ガスタービンエンジンの燃焼ケース内の応力を緩和する方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンエンジンの燃焼ケース内の応力低減に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、ガスタービンエンジンに用いられる燃焼器ケースのセグメント３の外側表面を示す。ケース全体は、ほぼ円筒形又は円錐形であり、円錐体／円筒体は、矢印９により示すようにセグメント３を軸線６の周りに延ばすことによって形成される。図２は、図１のセグメント３の内側表面１２を示す。
【０００３】
開口すなわち穴１５は、ケース内部の燃焼器（図示せず）への燃料の供給のような様々な目的のためにケース内に形成される。開口は、ケースを構成している材料が寸法的に薄い領域でケースを貫通する。この薄い材料は、燃料供給管のような外部構造物に対して最適にはほど遠い取り付け位置を形成する。更に、開口自体が、応力上昇部位として働き、該開口を取り囲む既に述べたように薄い材料内における応力集中を増大させる。
【０００４】
応力集中を分散し、開口１５を取り囲む領域を強化し、また配管又はセンサを取り付けるための適宜なフランジを形成するために、ボス１８が設けられる。図３は、ボス１８を略断面図で示す。
【０００５】
従来は、図１及び図２に示すように、個々の開口１５の各々には、別々のボス１８が設けられている。更に、図１におけるように外側表面にはボス１８が、又図２におけるように内側表面にはボス１８が、各開口に対して２つのボスが設けられている。
【０００６】
内側表面の個々のボスは製造原価を増大させる。１つの製造方法において、ケースの直径が普通の立てフライス盤の大きさと比べて小さいこともあって、複合フライス加工設定を用いなければならない。別の方法においては、電解加工、ＥＣＭが用いられる。
【特許文献１】
米国特許第６４４９９５２号
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図１及び図２のケースを製造することに対する従来の方法の複雑さ及び費用を排除又は減少させることが望ましい。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの形態において、燃焼ケースの内側表面における個々の開口に対する個々のボスは、排除され、排除されたボスの厚さと同様の厚さを有する連続した円周方向バンドと置き換えられる。Ｔ字形スロットの円周方向配列が、ケースの内側表面においてバンド内に形成される。これらのＴ字形スロットは、連続したバンドを、その各々が複数の開口を取り囲む補強ボスの個々の区域に分離する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図４は、本発明の１つの形態を示す。Ｔ字形のスロット、即ちＴスロット２５は、ケーシングの内側表面すなわち内面３０に切り込まれる。図５に示すように、Ｔスロット２５は、ケーシングを完全には貫通しておらず、外側表面、すなわち面３５はもとのままである。
【００１０】
図５の一般的寸法は、以下の通りであり、寸法４０はケース壁面のより厚い領域を表し、寸法４６はケース壁面のより薄い領域を表し、寸法５０はＴスロットの深さを表す。Ｔスロット２５は、均一な深さを有している必要はない。
【００１１】
図６に概略的に示すように、Ｔスロット２５の配列が、ケースの内周面５１に沿って設けられる。図２に示す型１８のボスは、図６の内周面には全く含まれないのが好ましい。内周面は、Ｔスロット２５及び図４の開口１５、１０５を除いては、開口１５の区域において平滑である。
【００１２】
１つの視点から見た場合、本発明の１つの形態において、図４のＴスロット２５は、ケースの内側表面を個々のボスに分割し、そのうちの１つを符号５５として示す。このボス５５は、個々のボス１８の各々がそれ専用の単一の開口１５を含んでいる図１及び図２の場合とは対照的に、３個の開口１５を含む。
【００１３】
その上に、図４では、開口１５を取り囲む材料の全体の厚さは、図１及び図２の厚さと同じにすることができる。図７及び図８はこの厚さを表わす。
【００１４】
図７は、図１の場合を表わし、ケーシング５８の周りに対称であるボス１８を示す。図８は、本発明の１つの形態を表わす。Ｔスロット２５は、ケースの内側表面すなわち内側面７３内に示されており、一方、ボス１８は、外側表面すなわち側面７４において示されている。ボス１８は、図７のように対称にはなっていない。
【００１５】
本発明の特徴把握の一助となる幾つかの用語に対する定義を述べることにするが、それらは以下の通りである。他の定義も可能である。
【００１６】
図６の軸線８０は、軸方向を規定する。矢印８５は、円周方向を表わす。矢印９０は、半径方向を表わす。従って、図１、図５及び図８の開口１５は、半径方向に面していると言うことができる。
【００１７】
Ｔスロットの数と開口１５の数との間の数値関係の１つの型を、検討することにしよう。図４では、２個のＴスロット２５が、セクタ５５を形成していると見ることができる。このセクタが３０度の範囲にわたっているとした場合には、３６０度の範囲にわたるようにケース全体には１２個のかかるセクタが設けられることになる。言い換えると、１２個のＴスロット２５が、ケース全体に均等な間隔を置いて配置されて、ケースを１２個のセクタに分割することになる。
【００１８】
図４に示すセクタ５５は、３個の主要開口１５を含む。補助開口すなわち穴１０５も示されており、これら補助穴は、燃料管などの配管用のフランジような外部構成部品又はセンサを接続するためにねじが切られた固締具を取り付けるのに用いられる。図６に示すような１２個のセクタは、３６個の主要開口１５を含むことになるであろう。従って、「Ｔ」が、ケーシング内面３０の円周方向周りのＴスロットの合計数を表わし、又「Ｎ」が、ケーシング内面３０の円周方向周りの主要開口１５の合計数を表わすとすれば、Ｔスロット２５の主要開口１５に対する比率すなわちＴ／Ｎは、１２／３６すなわち１／３である。
【００１９】
本発明の別の形態において、別の数値関係を検討する。図４に示すセクタはまた、ボス５６を含み、該ボス５６は２個のＴスロット２５により形成され、１個の主要開口１５及び３個の補助開口１０５を含む。前と同じ方法論を用いて、このボス５６は、１８度セクタであると言うことができ、従ってかかるボス５６及びボス５５の適当な数を円周方向周りに用いて、３６０度の範囲にわたるケース全体についての開口に対する要求に適合させる。言い換えれば、ケース全体にわたり間隔を置いて配置されたＴスロット２５の全数Ｔは、ケースをセクタ５５又は５６内の主要開口の数Ｎを含むセクタに分割し、従ってＴ／Ｎの比率は１に等しくはならない。本発明は、任意の特定の用途に必要とされる数の開口の応力緩和に適するボスの任意の数を用いることを考える。例えば、ボスが、一対の隣接するＴスロットの間の任意の数の開口の周りに形成されることが可能であり、また隣接するボスが、任意の他の数の開口に対して設けられることが可能である。結果として得られるケーシングは、その各々が１つ又はそれ以上の開口を含むボスを形成するＴスロットの組合せを含み、或いは、開口を取り囲む領域を強化するのに必要とされるボスに対して応力緩和を施すＴスロットの任意の組合せを含む。ボスのうちの少なくとも１つは、開口を全く含まないか又は１つまたはそれ以上の開口を含むかのどちらかであるという点で、本発明は規定されるので、ケーシングの円周方向周りの応力緩和スロットＴの合計数は、ケーシングを貫通する開口の合計数に等しくはならない。
【００２０】
従って、３６個の主要開口１５による応力を分散させるのに必要とされるボスの数は、図１及び図２の状況と比較して、開口自体の数より少ない。
【００２１】
その上、考慮中のセクタは、複数の主要開口１５のために働く単一のボスを含むものとして見れば、その単一のボスもまた、各々の組が主要開口１５に対応する複数の組の補助開口を含む。
【００２２】
別の観点からすると、単一のボスは、それに隣接するボス（完全には図示せず）と協働して、図４のＴスロット２５を形成するものとして見ることができる。ボスの端縁９４は、協働してＴスロット２５を形成し画定する。
【００２３】
本発明は、必要とされる応力分散を行い、かつ図２におけるようにケースの内側表面において各開口に対して個々のボスを構成する必要を無くするという利点を提供する。更に、各Ｔスロット２５は、Ｔ部分のステム９５すなわち垂直部分に対して１つ、またＴ部分のバー９８すなわち水平部分に対して１つというように、１対の直線フライス削りの切り込みを用いて、図５に示すように構成することができる。
【００２４】
勿論、複数のパスを実行し得るので、各パスは深さが１ミル（千分の１インチ）又は数ミルのような浅い切り込みを入れるだけでよい。Ｔ部分のステム９５はほぼ軸方向に整合されているので、１組のパスは軸方向に行われる。Ｔ部分のバー９８はほぼ円周方向に整合されているので、１組のパスは円周方向に行われる。
【００２５】
本発明の１つの形態では、Ｔ部分のステム９５及びバー９８は、互いに結合される必要はなく、互いに離れて配置されることができる。つまり、ほぼ軸方向に整合したステムの円周方向の配列が設けられ、またほぼ円周方向に整合したバーの別々の円周方向の配列も設けられる。
【００２６】
本発明の１つの形態では、図１の通常のボス構造は、ケースの外側表面において維持される。しかしながら、内側表面には、図４におけるように、Ｔスロット２５により形成されるボスを除いてボスは全く存在しない。図４及び図６のＴスロット２５は、環状空間９９内に含まれ、該環状空間９９はまた、開口１５を含む。
【００２７】
図９は、本発明の１つの形態を示す。ガスタービンエンジン１００は、上述のようにＴスロット２５で構成された燃焼器ケース１０５を含む。エンジン１００は、ファン１１０、低圧タービン１１５、高圧圧縮機１２０、及び高圧タービン１２５を含む。
【００２８】
多数の置換え及び変更が、本発明の技術思想及び技術的範囲から逸脱することなく実施可能である。例えば、本明細書中に述べた実施形態は、ガスタービン航空機用エンジンに関連して構成されていた。しかしながら、本発明は、発電装置内に用いられるケーシングに使用することができ、又かかるケーシングは、航空機用エンジンに用いられるものよりずっと厚い場合が多い。
【００２９】
なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ガスタービンエンジン用の燃焼ケースのセグメントの外側表面の斜視図。
【図２】 図１のセグメントの内側表面の斜視図。
【図３】 図１及び図２のボス１８を示す略断面図。
【図４】 本発明の１つの形態を示す図。
【図５】 図４のＴスロット２５の拡大図４４及び平面４７により切断されたＴスロット２５の断面図４５を含む図。
【図６】 本発明の１つの形態によるＴスロットの円周方向配列を概略的な形態で示す図。
【図７】 図１及び図４の装置を比較することによって、断面形態の相違を示す、図１に対応する図。
【図８】 図１及び図４の装置を比較することによって、断面形態の相違を示す、図４に対応する図。
【図９】 本発明の１つの形態を用いるガスタービンエンジンの概略図。
【符号の説明】
１５ 開口
２５ Ｔ字形スロット
３０ 内側表面
５５、５６ ボス
９４ ボスの端縁
９９ 環状空間
１０５ 補助開口

Claims (9)

1. ａ）開口（１５）を含むほぼ円筒形又は円錐形のガスタービン燃焼ケース（５８）を作動させることと、
   ｂ）該ケース（５８）の内側表面（３０）において個々の開口に対してボスを全く備えない状態で、ステム部分（９５）及びバー部分（９８）からなる複数のＴ字形スロット（２５）を前記内側表面（３０）に保持させ、前記ステム部分（９５）を軸方向に整合させ且つ前記バー部分（９８）を円周方向に整合させて前記複数のＴ字形スロットを円周方向に配列し、これにより該Ｔ字形スロットの隣り合う２個の間に単一のボスとしてのセクタ（５５、５６）を形成して応力を分散させることと、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記開口（１５）が個数Ｎであり、Ｎ／２より少ない個数Ｔの前記Ｔ字形スロットを保持させることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記Ｔ字形スロット（２５）を前記燃焼ケース（５８）を完全には貫通させないで保持させることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. ａ）燃焼ケース（１０５）を含むガスタービンエンジン（１００）と、
   ｂ）該燃焼ケース内に形成された環状空間と、
   を含み、前記燃焼ケースは、
   ｉ）内側面（７３）から外側面（７４）まで延びる開口（１５）を含み、
   ｉｉ）前記外側面（７４）においてはボス（１８）が個々の開口（１５）を取り囲み、
   ｉｉｉ）前記内側面（７３）においては個々の開口（１５）を取り囲むボスが全くなく、ステム部分（９５）及びバー部分（９８）からなる複数のＴ字形スロット（２５）が前記内側面に保持されており、前記ステム部分（９５）は軸方向に整合され且つ前記バー部分（９８）は円周方向に整合されて前記複数のＴ字形スロットが円周方向に配列されており、これにより該Ｔ字形スロットの隣り合う２個の間に単一のボスとしてのセクタ（５５、５６）が形成されて応力が分散される
   ことを特徴とする装置。
5. 前記Ｔ字形スロット（２５）は、前記燃焼ケース（５８）を完全には貫通しないことを特徴とする、請求項４に記載の装置。
6. 前記開口（１５）が個数Ｎであり、前記Ｔ字形スロットがＮ／２より少ない個数Ｔであることを特徴とする請求項４又は５に記載の装置。
7. 前記ケースの外側面（７４）ではボス（１８）が、各前記開口（１５）を取り囲んでいることを特徴とする、請求項４乃至６のいずれか１項に記載の装置。
8. 各前記開口（１５）と関連する補助穴（１０５）の配列を更に含み、該補助穴（１０５）は、前記開口（１５）と通じる管を支持するフランジを取り付けるのに使用可能であることを特徴とする、請求項４乃至７のいずれか１項に記載の装置。
9. 各前記開口（１５）を取り巻く補助穴（１０５）の配列を更に含み、該補助穴（１０５）は前記外側面の前記ボス（１８）内に含まれていることを特徴とする、請求項４乃至７のいずれか１項に記載の装置。

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