JPH0222290B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、タービン型パワープラントのための
燃料ノズルに係り、特にコークが二次燃料通路内
に蓄積するのを阻止する手段を有する二重オリフ
イス型燃料ノズルに係る。

ジエツトエンジンを煩わせる初期的な問題の一
つは、特に燃料ノズルの内部領域にコークが蓄積
することである。かかるコークの蓄積により、燃
料ノズルのオーバーホール或いは修理或いは取外
しを比較的頻繁に行なう必要がある。保守の観点
からすれば、多くのエンジン場合、かかる燃料ノ
ズルのためにエンジンの正常な部分まで交換され
なければならないので、コークの蓄積は費用の掛
る問題であるのみならず厄介な問題である。更に
コークの蓄積によつてノズルのスプレー特性が変
化され、その運転効率が影響を受け、エンジンの
全体としての運転効率及び寿命が損ねられる。

この問題は永きに亙り未解決のままであり、こ
の問題を解決すべく多くの試みがなされたが、い
ずれもこの問題を完全に解決するには至つていな
い。従来提案された解決策に於ては、炭化物が付
着し易い表面に空気を吹付けるなどの如く、炭化
物付着物質を洗い流す手段が設けられている。か
かる解決策は一旦付着した炭化物をこれに空気を
吹付けて除去せんとするものである。かかる解決
策の一例が1974年１月29日付けにてD.R.Carlisle
及びJ.J.Nicholsに付与された米国特許第3788067
号に記載されている。これらの解決策は、一般
に、エンジンの運転中及びエンジンの停止後にノ
ズルの表面に燃料が付着する傾向がある場合に適
用される。そしてエンジンの運転中或いは再運転
開始時に空気がそれらの表面に吹付けられて燃料
残留物が除去されるようになつている。

本願発明者等は、二重オリフイス型燃料ノズ
ル、即ち一次燃料通路と二次燃料通路とを有し、
一次燃料通路或いはパイロツトノズルが連続的に
作動され且二次燃料通路或いはメインノズルがエ
ンジンの高スラストレベル運転時にのみ作動され
る燃料ノズルに於ては、かかる問題を排除しるこ
とを見出した。例えば本発明は、本願出願人であ
るユナイテツド・テクノロジーズ・コーポレーシ
ヨンのPratt and Whitney Aircraft Groupによ
り製造されるJT−8D及びJT−9Dの如きエンジ
ンのための燃料ノズルに於て特に効果的である。
本発明は、一次燃料通路のみが作動されている時
二次燃料通路内を加圧し或いはその中の圧力を増
大せんとするものである。一次燃料通路のみが作
動されている場合には、一次燃料通路よりくる燃
料流及びそれを囲繞する空気流は二次燃料通路内
に負圧を発生するジエツトポンプとして作用し、
一次燃料通路より出る燃料流を二次燃料通路内に
流入させ、そこにコークを蓄積させる原因とな
る。この問題はそれを解決せんとする多くの人々
に正確には理解されていなかつた。この問題が完
全には理解されていなかつたので、その解決も明
確なものではなかつた。かかる状況に於て本願発
明者等は、低スラスト域に於て空気流を適正に巡
回させることにより、二次燃料通路内の圧力を高
くするよう空気を導くことができ、これにより従
来二次燃料通路内に発生されてた負圧を排除し
て、そこに燃料が流入するのを阻止することがで
きることを見出した。

本発明の目的は、ガスタービンエンジンの燃焼
室に改良された燃料ノズルを設けることである。

本発明の特徴は、低スラスト運転中一次ノズル
のみが作動されている時には、通常高スラスト運
転中にのみ使用される空気流にて、実際には清浄
化を行なわずに二次ノズルを加圧するよう、エン
ジン空気を離散的に迂回させることである。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明をその好
ましい実施例について詳細に説明する。

添付の第１図及び第２図に、それぞれ本発明に
よる二重オリフイス型燃料ノズルの二つの実施例
のノズル組立体が符号１０にて全体的に示されて
いる。このノズル組立体はほぼ円錐形状のケーシ
ングを有しており、燃料を燃焼ゾーン（図示せ
ず）内へ排出する一次燃料通路１２と、燃料を燃
焼ゾーンへ排出する環状二次燃料通路１４とを郭
定している。一次燃料通路１２は従来のばね装着
された栓１６を担持しており、二次燃料通路１４
は従来の濾過フイルタスクリーン１８と計量リン
グ２０とを含んでいる。

第１図及び第２図に示されている如く、それぞ
れのノズル組立体は各々ドーム形の熱シールド２
２，２４を含んでおり、それぞれの熱シールドは
後に説明する如く修正されており、また後に説明
する如く修正されたノズルナツト２６，２８を担
持している。

上述の如き型式の従来より使用されている二重
オリフイス型圧力霧化式ノズルに生じる問題は、
二次燃料通路１４が低スラスト域に於て非作動状
態にされた時、燃料及び渦流空気によりその燃料
通路の近傍に発生された圧力パターンによつて、
その二次燃料通路内に負圧が形成されるというこ
とである。かかる負圧は燃料が一次燃料通路１２
より出て二次燃料通路１４内へ流入しそれらの壁
部に付着する傾向を顕在化する。

かかる問題を排除すべく本発明に於ては二次燃
料ノズルが非作動状態とされた時、燃料が一次燃
料ノズルより二次燃料ノズルへ流入するのを阻止
すべく、従来の燃料ノズルが第１図及び第２図に
示されている如き態様に修正された。かかる目的
を達成すべく、一次ノズルのみが作動されている
時は常に二次燃料通路１４の近傍に正圧が発生す
るよう、二次燃料通路１４の近傍に於ける空気圧
力場が僅かに修正された。

第１図に於て、かかるコークの蓄積防止は、従
来のドーム形熱シールドがノズル組立体と接触し
ていた接合部分３４に環状出口孔３２を郭定しま
た熱シールド２２に形成された空気孔３０の数を
増大することにより達成された。

第２図に示された実施例に於ては、上述のコー
クの蓄積防止はノズルナツト２８を修正すること
により達成された。ノズルナツト２８の円環状に
内方へ突出した部分４０は、符号Ａにて示された
空間、及び燃料を燃焼ゾーンへ噴射する中央孔４
２の口径Ｂ、及び渦流空気入口孔４４の直径、
数、及び角度により、渦流空気入口孔４４を経て
導入される渦流空気の圧力パターンが、二次燃料
通路１４が非作動状態とされた時その二次燃料通
路内に正圧を生じるよう、大きさが選定されてい
る。

第１図及び第２図の実施例に於ては、二次燃料
通路に於けるコークの蓄積防止は、従来存在して
いた負圧が二次燃料通路内に存在することがない
ようにすることによつて達成されるようになつて
いる。かかるコークの蓄積防止は試行錯誤、即ち
燃料ノズルの作動包囲線全体に亙つて二次燃料通
路内に正圧を生じるよう燃料ノズルをその圧力パ
ターンを修正して試験することにより最もよく達
成される。

第３図は第１図及び第２図の実施例との関連で
上述したコークの蓄積防止を達成するよう開発さ
れた他の一つの型式の二重オリフイス型燃料ノズ
ルを示している。この第３図より解る如く、この
実施例の二重オリフイス燃料ノズルは圧力霧化式
一次燃料系と空気混合式或いは空気霧化式二次燃
料系とを有している。

符号５０にて全体的に示されたノズル組立体
は、燃焼ゾーンへ燃料を噴射する従来の一次ノズ
ル・栓組立体５２を含んでいる。この実施例に於
ても燃料は二次燃料通路５６を経て燃焼ゾーン内
へ導入される。通路５８，６０内に於ける渦流空
気が、霧化効果を発生すべく二次燃料通路５６よ
り排出される円錐形の燃料流をサンドイツチ状に
鋏む渦流空気流を発生するようになつている。

一次燃料通路のみが作動されている場合に二次
燃料通路５６にコークが蓄積するという問題と同
様、二次燃料通路５６に近接した圧力場がその部
分に負圧を発生し、これにより燃料を二次燃料通
路内に導入する。従つてある与えられた燃焼包囲
線に対し上述の如く二つの通路の大きさを定める
ことにより、一次燃料通路のみが作動されている
時は常に二次燃料通路内に正圧が発生される。

以上の三つの実施例より明らかな如く、本発明
は一次燃料通路のみが作動され（即ち燃料を供給
され）、二次燃料通路が作動されていない（即ち
燃料を供給されていない）とき、二次燃料通路の
開口部に於ける空気流を修正することにより非作
動中にある二次燃料通路内をその開口部より加圧
し、これによつて二次燃料通路の休止中に作動中
の一次燃料からの燃料が二次燃料通路内に流入し
その壁面に付着してコークが蓄積することを防止
するものである。これは二次燃料通路の休止中に
二次燃料通路の上流部或いは中間部より二次燃料
通路内に圧縮空気を吹込むことによつて二次燃料
通路内を正圧に維持しようとする如き技術とは明
らかに異なるものである。何故ならば、もし二次
燃料通路の上流部或いは中間部より二次燃料通路
内へ圧縮空気を吹込むことにより二次燃料通路内
を正圧に維持せんとする時には、二次燃料通路の
開口部は開口状態に保たれていることから、相当
量の圧縮空気をその上流部或いは中間部へ送込ん
でも尚二次燃料通路内が正圧に達しない虞れがあ
るからである。これと異なり、本発明による如く
休止中の二次燃料通路内の圧力をその開口部に於
ける空気流を修正することにより加圧する時に
は、二次燃料通路はその開口端を除き密封された
状態にあるので、その内部を確実に正圧に保つこ
とができる。

以上に於ては本発明をその特定の実施例につい
て詳細に説明したが、本発明はかかる実施例に限
定されるものではなく、本発明の範囲内にて種々
の修正ならびに省略が可能であることは当業者に
とつて明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による燃料ノズルの一つの実施
例を一部破断して示す解図である、第２図は本発
明による燃料ノズルの他の一つの実施例を一部破
断して示す第１図と同様の解図である。第３図は
空気混合二次ノズルと従来の一次圧力霧化式ノズ
ルとを有する本発明による燃料ノズルの更に他の
一つの実施例を一部破断して示す解図である。 １０〜ノズル組立体、１２〜一次燃料通路、１
４〜二次燃料通路、１６〜軸、１８〜濾過スクリ
ーン、２０〜計量リング、２２，２４〜熱シール
ド、２６，２８〜ノズルナツト、３０〜空気孔、
３２〜出口孔、３４〜接合点、４０〜突出部、４
２〜中央孔、４４〜入口孔、５０〜ノズル組立
体、５２〜一次ノズル・軸組立体、５６〜二次燃
料通路、５８，６０〜通路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 圧縮機を有するガスタービンエンジンの燃焼
   室のための二重オリフイス型燃料ノズルにして、 互いに同心的に配置され実質的に同一の軸線方
   向の位置にて燃焼室へ向けて開口する一次燃料通
   路と二次燃料通路とを有する円錐形状のケーシン
   グと、前記一次燃料通路及び前記二次燃料通路よ
   り排出された燃料の回りに圧縮機から供給される
   空気を導き且その空気に渦流成分を付与する手段
   と、エンジンの全運転領域に亘つて前記一次燃料
   通路へ燃料を連続的に供給する手段と、エンジン
   の高スラスト運転領域に於てのみ前記二次燃料通
   路へ燃料を供給する手段と、前記一次燃料通路の
   みに燃料が供給され前記二次燃料通路には燃料が
   供給されていない時に前記二次燃料通路の開口部
   に於ける空気の流れを修正することにより前記二
   次燃料通路内の圧力を正圧にするように加圧する
   手段と、を含んでおり、 これによつて前記一次燃料通路のみに燃料が供
   給されている時に前記一次燃料通路から前記二次
   燃料通路内に燃料が流入してその壁面に付着する
   ことが防止されるように構成されていることを特
   徴とする二重オリフイス型燃料ノズル。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載された二重オリ
   フイス型燃料ノズルにして、 前記軸線方向の位置に隣接して設けられた先端
   部と前記円錐形状のケーシングの直径が拡大され
   た部分に隣接して設けられた根元部とを有するド
   ーム型熱シールドと、前記ドーム型熱シールドに
   形成され且その根元部に隣接し円周方向に隔置さ
   れた複数の孔とを有しており、 前記ドーム型熱シールドの先端部は前記円錐形
   状のケーシングから隔置されそれによつて前記複
   数の孔を通つて流れる圧縮機から供給される空気
   のための出口通路が郭定され、前記孔と前記出口
   通路の寸法は、前記一次燃料通路のみに燃料が供
   給されている時前記二次燃料通路内の圧力が正圧
   となるように選択されていることを特徴とする二
   重オリフイス型燃料ノズル。 ３ 特許請求の範囲第１項に記載された二重オリ
   フイス型燃料ノズルにして、 前記渦流成分を付与する手段は、 前記円錐形状のケーシングの端部に装着され前
   記一次燃料通路の軸線に対して同軸的に配置され
   た中央開口部を有する燃料ノズルナツトと、 前記円錐形状のケーシングの先端部に取付けら
   れた先端部と前記円錐形状のケーシングの根元部
   に取付けられた根元部とを有するドーム型熱シー
   ルドと、 前記燃料ノズルナツトの半径方向内方に延在し
   ており且前記第一の燃料通路の軸線に対して同軸
   的に配置され前記ドーム型熱シールドの先端部か
   ら軸線方向に隔置された中央開口部を郭定してい
   る環状の壁装置とを有しており、 前記壁装置の中央開口部の寸法及び前記中央開
   口部から前記ドーム型熱シールドの先端部までの
   距離は、前記一次燃料通路のみに燃料が供給され
   ている時前記圧縮機から供給された空気が前記燃
   料ノズルナツトの根元端部に形成された通路によ
   つて渦流が形成され、更に前記中央開口部を通つ
   て放出されることによつて前記二次燃料通路内が
   正圧になるように加圧されるように構成されてい
   る二重オリフイス型燃料ノズル。 ４ 特許請求の範囲第１項に記載された二重オリ
   フイス型燃料ノズルにして、 前記二次燃料通路と前記一次燃料通路路の間に
   同軸的に配置された第一の環状通路と前記二次燃
   料通路に同軸的に設けられ且それを取囲むように
   配置された第二の環状通路であつて、前記圧縮機
   から供給された空気を導きその空気を前記一次燃
   料通路及び前記二次燃料通路から放出された燃料
   と混合するよう構成された二つの環状通路と、 前記第一の環状通路と前記第二の環状通路から
   放出された空気によつて前記二つの燃料通路から
   放出された燃料の回りに渦流が形成されるように
   前記二つの環状通路から流れる空気に渦流成分を
   付与する手段と、 を有しており、前記第一の環状通路及び前記第二
   の環状通路は、前記一次燃料通路のみに燃料が供
   給されている時前記二次燃料通路内の圧力が正圧
   となるように加圧されるように寸法が定められて
   いることを特徴とする二重オリフイス型燃料ノズ
   ル。