JPH0229936B2 - - Google Patents

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JPH0229936B2
JPH0229936B2 JP56050455A JP5045581A JPH0229936B2 JP H0229936 B2 JPH0229936 B2 JP H0229936B2 JP 56050455 A JP56050455 A JP 56050455A JP 5045581 A JP5045581 A JP 5045581A JP H0229936 B2 JPH0229936 B2 JP H0229936B2
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cooling air
extending
combustor liner
tube member
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United Technologies Corp
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    • F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
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    • F23R3/08—Arrangement of apertures along the flame tube between annular flame tube sections, e.g. flame tubes with telescopic sections
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
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    • F05B2260/224—Improvement of heat transfer by increasing the heat transfer surface
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ガスタービンエンジンのための燃焼
器ライナーに係り、更に詳細には冷却空気が高温
の燃焼ガス流とは逆方向及びそれに沿つて平行に
流れるよう内壁が浮動し得るよう構成された燃焼
器ライナーに係る。
本願出願人であるユナイテツド・テクノロジー
ズ・コーポレイシヨンのPratt and Whitney
Aircraft Groupにより製造されるTF−30の如き
ガスタービンエンジンに於ては、現在ライナー壁
を製造するための基礎材としてフインウオール材
が使用されている。このフインウオールは米国登
録商標名であり、内壁及び外壁とからなりかかる
両壁の間に設けられたフイン又はリブ等によつて
冷却空気用の通路が形成されている二重壁部材を
いい、詳細については、上述のTF−30エンジン
及び米国特許第3706203号を参照されたい。フイ
ンウオール材は円筒体に形成され且燃焼室を形成
すべくルーバの如く端部と端部とを重ねて互いに
取付けられた一対の互に隔置された壁部材を含ん
でいる。一方の壁部材より火格子状に平行に延び
るリブ材が他方の壁要素と繋つて、両端が開いた
複数個の軸線方向通路を郭定している。このフイ
ンウオール材はルーバ構造であるため、その上流
側端部はそれを囲繞する空間より冷却空気を受入
れ且それを前記軸線方向通路の下流側端部より燃
焼室内へ放出するようになつている。後続の（下
流側の）ルーバセクシヨンもこれと同様に冷却空
気を受入れ且それを放出するようになつている。
上述の米国特許第3706203号は、隣接するフイ
ンウオール材の両端間に入口孔を設け、これによ
り燃焼生成物の流れとは逆の方向及びそれに沿つ
て平行に冷却空気を導くよう構成することによつ
て、フインウオール材にて構成されたライナーを
修正するものである。かかる構造によれば軸線方
向及び半径方向の温度勾配が改善されるのみなら
ず、各ライナセグメントの軸線方向の間〓即ち遷
移ゾーンが形成され、かかる遷移ゾーンは冷却空
気フイルムによつて冷却される。
本願発明者は、高温のライナー内壁部材をより
冷温のライナー外壁部材に取付けるのではなく、
内壁部材が浮動し得るようにすることによつて、
上述の冷却特性の利点を生かしつつライナーの寿
命を増大し得ることを見出した。更に浮動式の内
壁の下流側端部をそれがリツプ部を郭定するよう
延在させ、これにより遷移ゾーンに於けるフイル
ム冷却を改善するための冷却空気のフイルムを形
成させることにより、更に一層冷却効果が向上す
る。従来技術による燃焼器ライナでは、遷移ゾー
ンに於て上流側からの冷却空気流れと下流側から
の冷却空気流れとが衝突して冷却空気の澱みが生
じ、この部分に於て冷却効果が減少するという欠
点があつたが、本発明によれば冷却空気フイルム
の形成によりかかる欠点が除去される。本発明に
よる燃焼器ライナーに於ては、高温のライナー内
壁は軸線方向及び周縁方向にセグメントに分割さ
れている。軸線方向のセグメントは充分に隔置さ
れこれにより形成される軸線方向のセグメント間
の空間即ち遷移ゾーンの外壁は、フイルム冷却に
よつて充分冷却するように構成されている。円周
方向のセグメント間には間〓が設けられており、
これによつて各セグメントは円周方向に熱膨張す
ることが許される。従来技術の如く一体的な環状
セグメントの場合には円周方向の熱膨張によつて
半径方向の熱膨張が発生し好ましくない結果をも
たらす熱応力が生じたが、本発明によればこのよ
うな半径方向の熱膨張とそれによつて生ずる熱応
力が最少限に抑えられるから、熱変形によつて冷
却空気通路が変形することが回避される。各セグ
メントは応力を最小限に抑えるよう設計されたナ
ツト及びボルト装置により冷温の外壁に対し固定
されてよい。
本発明の目的は、ガスタービンパワープラント
の燃焼器のための改良されたライナーを提供する
ことである。
本発明による燃焼器ライナーの特徴は、軸線方
向通路を有しセグメントに分割された円環状の内
壁部材が互に平行に緩く装着されており、これに
よりこの高温の内壁部材が不適当な応力を発生す
ることなく冷温の外壁部材に対し相対的に熱膨脹
可能であり、従つて両方の壁部材が熱成長によつ
て互に干渉する可能性が排除される。
本発明による燃焼器ライナーの他の一つの特徴
は高温のライナー内壁の下流側端部が燃焼生成物
の流れに対しリツプ部を郭定するよう延在してお
り、これにより二つの内壁セグメント間の軸線方
向空〓である遷移ゾーンに於ける冷却を改善する
ための冷却空気のフイルムが形成されるよう構成
されていることである。
本発明による燃焼器ライナーの更に他の一つの
特徴は、希釈空気及び燃焼空気を導くための管部
材が遷移ゾーンに配置されていることである。こ
の管部材の高温側に於ける下流側端部の円環状セ
グメントは、冷却空気のフイルムを形成して冷却
効果を改善すべくリツプ部を郭定するよう延在し
ていてよい。
本発明による改良された燃焼器ライナーは、そ
の重量及び複雑さを増大することなくライナーの
寿命が増大されており、更に従来のライナーに比
べその製造コストが低廉であることを特徴として
いる。
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。
本発明による燃焼器ライナーは缶型、環型、或
いはそれらの組み合わせ型の燃焼器に使用可能で
あることが当業者に理解されよう。燃焼器ライナ
ーにフインウオール材を使用した燃焼器の詳細に
ついては上述のTF−30エンジンを参照されたい。
第１図乃至第３図に於て、符号１０にて全体的
に示された燃焼器ライナーは燃焼が発生する燃焼
室１４を郭定するような形状に形成された円環状
外壁１２を含んでいる。上述の如く、高温の燃焼
ガスが図に於て矢印Fhで示されている方向へ流
れる。外壁１２は、後に詳細に説明する如きルー
バの形状を成すよう円錐形の幾つかのセクシヨン
に階段状に分割されている。
本発明による燃焼器ライナーに於ては、外壁１
２に幾つかのセグメントよりなり半径方向に隔置
された複数個の円環状内壁１６が緩く取付けられ
ており、それぞれの内壁セグメントは外壁１２の
内壁面へ向けて半径方向に延在しているが外壁１
２には取付けられていない軸線方向に隔置された
複数個のリブ１８を担持している。リブ１８は燃
焼器内に於ける高温の燃焼ガスの流れ方向に延在
する軸線方向通路２０を郭定している。
以上の説明より理解される如く、ライナー１２
を囲繞するキヤビテイ内の低温空気の流れFcよ
り複数個の入口孔２２及び軸線方向通路２０の端
部間に設けられた周縁方向スロツト２３内に冷却
空気が導入されるようになつており、この冷却空
気はその一部が高温の燃焼ガス流とは反対方向に
軸線方向通路２０内へ流入し、またその一部が高
温の燃焼ガス流に沿つて他の軸線方向通路２０内
へ流入するマニホールド冷却空気として作用す
る。この軸線方向通路内へ流入する冷却空気は上
流側及び下流側遷移ゾーン内に於て排出される熱
を対流により効果的に収集し、これによりフイル
ム冷却を行なう。
フイルム冷却を向上するために、内壁１６はそ
の下流側端部に於て軸線方向通路２０を越えて延
在し、リツプ部２４を郭定している。かくして軸
線方向通路２０内に導入される冷却空気は隣接す
る遷移ゾーンを効果的にフイルム冷却するための
フイルム（薄膜）に形成される。
流れ方向が矢印にて示されていることから分る
如く、軸線方向通路２０より出る冷却空気は遷移
ゾーンの表面に沿つて保護膜を形成する。かかる
遷移ゾーンは過酷な環境下にあるので、軸線方向
通路２０の下流側端部より放出される冷却空気の
フイルムは、軸線方向通路の下流側端部より比較
的小さな範囲しか接続しない。この冷却空気のフ
イルムをライナーの軸線方向長さに沿つて且ライ
ナーの内壁面全体に亙つて出来るだけ長く維持す
べく、軸線方向通路２０の上流側端部より上流側
へ向けて放出される冷却空気の流れが、リツプ部
２４内に於て軸線方向通路２０の下流側端部より
放出される冷却空気の流れと混合し、これにより
高温の内壁１６の内面上に保護フイルムを形成す
るに足る冷却空気のフイルムを発生するようにな
つている。
内壁１６及び該内壁より長手方向に沿つて垂直
に延在するリブ１８が熱膨張や熱変形をした際に
も外壁１２に当接することがないよう、高温にな
る内壁１６は周縁方向に幾つかのセグメントに分
割されているのが好ましい。かくして、第３図に
示されている如く、ライナーの内壁１６はライナ
ーの外壁１２の内側にてその周りにその周縁方向
に隔置されており、高温の燃焼ガス流に沿つてま
たこれとは逆方向に流れる冷却空気と対流による
熱交換を行なうようになつている。
ライナーの内壁１６は適当な数の取付け手段
（任意のよく知られた形態のものであつてよい）
により緩く保持されている。図示の如く、各内壁
は四つのナツト−ボルト組立体３０により所定の
位置に固定されている。ボルト３２は内壁１６内
に埋め込まれており、冷温の外壁１２に形成され
た補形の孔３４を貫通して延在している。孔３４
の直径はボルト３２の直径よりも大きく、これに
よりボルトがその周縁方向に熱成長し得るように
なつている。外壁１２と市販の適当な自己固定型
ナツト４０との間にワツシヤ３８がサンドイツチ
状に挾まれている。ナツト４０は図に於て溶接部
４２にて示されている如くボルト３２の先端に溶
接されてよい。
高応力が集中し易いライナー内の臨界的な領域
の一つは希釈空気孔及び燃焼空気孔が設けられた
部分である。本発明の好ましい実施例に於ては、
これらの孔は第３図に示されている如くライナー
の遷移ゾーンに配置されている。これらの孔の経
路に位置する軸線方向通路２０内を流れる冷却空
気の流速を乱すことなく効果的な冷却を行なうべ
く、それぞれの孔内には管部材５０が挿入されて
おり、この管部材は燃焼室１４内へ延在してい
る。この管部材５０は図に於て溶接部５２にて示
されている如く、冷温の外壁１２に溶接されてよ
い。冷却を更に向上すべく、管部材５０の内端部
の下流側部分にリツプ部５４が形成されており、
これにより軸線方向通路２０の上流側端部より出
る冷却空気が管部材５０の側壁上に衝突し、図に
於て矢印にて示されている如く該側壁によつて方
向転換せしめられ、内壁１６の内周面のうち内管
部材５０に近接した部分上に保護冷却空気フイル
ムを形成するためのフイルムが発生されるように
なつている。
第４図は軸線方向通路を郭定するのに内壁１６
より垂直に延在するリブではなくフインが使用さ
れた場合に於ける浮動壁構造を示している。この
場合もフイン５５は図に於て溶接部５６にて示さ
れている如く、高温の内壁１６の外周面に溶接さ
れており、外壁１２より隔置されている。内壁１
６に近接したフイン５５のエツジは隣接する内壁
セグメント間の空間を越えて延在しており、隣接
する内壁セグメントに当接している。このことに
より各内壁セグメントは過度の応力を生じること
なく熱成長することが出来る。
上述の如く内壁を浮動状態に支持し且ライナー
の冷却効果を改善する手段を採用することによ
り、本発明により構成されたライナーの寿命はほ
ぼ４倍増大することが実験により確認された。
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焼器ライナーをその長
手方向に沿つて切断した場合の解図的部分図であ
る。第２図は第１図の線２−２による解図的部分
断面図である。第３図は希釈空気孔及び燃焼空気
孔の配列状態を示すべく、燃焼器ライナーをその
内壁側より見た解図的部分図である。第４図は軸
線方向通路を郭定するのにフインを使用した実施
例を示す第２図と同様の解図的部分図である。 １０……ライナー、１２……外壁、１４……燃
焼室、１６……内壁、１８……リブ、２０……軸
線方向通路、２２……入口孔、２３……スロツ
ト、２４……リツプ部、３０……ナツト−ボルト
組立体、３２……ボルト、３４……孔、３８……
ワツシヤ、４０……ナツト、４２……溶接部、５
０……管部材、５２……溶接部、５４……リツプ
部、５５……フイン、５６……溶接部。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ ガスタービンエンジンの燃焼室のための燃焼
    器ライナにして、 内壁と外壁を有し複数の部分に分けられた円筒
    形の二重壁１２，１６であつて、燃焼領域１４に
    面する前記内壁は軸線方向及び円周方向に分割さ
    れた複数のセグメント１６として構成され、前記
    内壁はその熱膨張を吸収することができるように
    前記外壁に対して摺動可能に前記外壁に取付けら
    れている二重壁と、 前記内壁及び外壁の間に形成される空間内で軸
    線方向に延在するリブ１８であつて両端が開口さ
    れた冷却空気用の通路２０がその間に形成される
    ように配置されたリブと、 前記通路２０内に冷却空気を導き該通路内でそ
    の一部分を上流方向にまたその一部分を下流方向
    に流すための前記外壁１２に設けられた入口孔２
    ２と、 を有しており、前記内壁のセグメント１６に設け
    られたリブ１８は各セグメントの下流側端部より
    短い長さで終端しており、これによつて前記通路
    ２０から放出された冷却空気を導くためのリツプ
    部２４が形成され、更に前記外壁１２の部分であ
    つて軸線方向に隣接する二つの前記セグメント１
    ６間の空〓に延在する部分は円錐形状をしてお
    り、前記リツプ部２４は前記外壁１２の円錐形状
    に形成された部分を越えて延在していることを特
    徴とする燃焼器ライナ。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載された燃焼器ラ
    イナにして、 前記燃焼器ライナは前記外壁１２の円錐形状に
    形成された部分に設けられた燃焼空気及び希釈空
    気用の孔を有しており、前記孔の少なくとも一つ
    は、 前記外壁１２に取付けられ前記燃焼領域１４内
    に延在する管部材５０と、 前記管部材５０の下流側端部に設けられ且その
    半円部分を取囲み前記外壁１２に平行に前記燃焼
    領域１４内に延在するフランジ５４と、を有して
    おり、それによつて前記内壁及び外壁間の空間を
    貫通する前記管部材５０の下流の位置に於て上流
    側の前記セグメント１６の通路２０から放出され
    た冷却空気によつて冷却空気膜が再形成されるよ
    うに構成されている燃焼器ライナ。
JP5045581A 1980-04-02 1981-04-02 Combustor liner for gas turbine engine Granted JPS56168038A (en)

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Publication Number Publication Date
JPS56168038A JPS56168038A (en) 1981-12-24
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JP (1) JPS56168038A (ja)
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DE (1) DE3113379A1 (ja)
FR (1) FR2479901B1 (ja)
GB (1) GB2074307B (ja)
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