JPH03137423A - 前方抽気開口を有する燃焼器内側通路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 この発明はターボ機関に関し、特に、燃焼器の内側通路
に複数個の前方抽気開口を円周方向に間隔をあけて形成
し、これらの抽気開口により燃焼器内側通路内の圧力損
失を少なくするとともに、エンジンのタービンのロータ
ブレードに比較的高圧の冷却空気流を供給する構成のガ
スタービンエンジンに関する。

発明の背景 ガスタービンエンジンのようなターボ機関では、その圧
縮機の高圧段から吐き出される空気流をプレデフユーザ
を介してエンジンの燃焼器アセンブリに案内する。この
高圧空気流の一部はエンジンの燃焼器に入り、別の部分
はプレデフユーザにより、燃焼器内側ケーシングと燃焼
器内側ライナとで画定された環状の燃焼器内側通路に導
かれる。

この燃焼器内側通路を流れる高圧空気流の部分は、燃焼
器を冷却し、燃焼器にその燃料噴射器の下流で希釈空気
を供給し、かつエンジンのタービンのロータブレードに
冷却空気を供給するのに利用される。

多くのガスタービンエンジンの設計では、抽気開口を燃
焼器内側通路の後方部分に、すなわち燃焼器内側通路へ
の入口から著しく下流に形成している。これらの後方抽
気開口は高圧空気流を冷却目的でタービンのロータブレ
ードに流すための通路を提供する。燃焼器内側通路では
その入口付近でかなりの量の乱流が生じるので、後方抽
気開口を設けた燃焼器内側通路には圧力損失が発生する
ことが確認された。圧縮機からの高圧空気流は燃焼器内
側通路にその入口から入ってから、燃焼器内側通路の外
壁を形成する燃焼器内側ライナに沿った比較的高速の流
れと、燃焼器内側通路の内壁を形成する燃焼器内側ケー
シングに沿った回転する乱流空気流とに分かれると考え
られる。この空気流の分割または分離、そしてかなりの
区域にわたっての乱流の発生が原因で、空気流が入口か
ら下流方向に燃焼器内側通路のかなり遠くの地点へ達す
るまでは、空気流が燃焼器内側通路の内壁と外壁との間
の全断面に波及するのが妨げられる。

空気流が燃焼器内側通路の内壁と外壁との間に「充満」
または展開し終る時までに、このような高圧空気流に圧
力損失が発生する。その結果、燃焼器内側通路から燃焼
器に流れる拡散空気と、燃焼器内側通路の後方抽気開口
からタービンのロータブレードに流れる冷却空気は、両
方とも、望ましいレベルより低い圧力レベルにあり、ガ
スタービンエンジンの燃料消費率に悪影響を与える。

発明の要旨 したがって、この発明の目的は、燃焼器内側通路での圧
力損失を著しく減少させて燃焼器に比較的高圧の希釈空
気を供給するとともに、ターボ機関のタービンロータブ
レードに高圧冷却空気を供給するようにした、燃焼器内
側通路を有するターボ機関を提供することにある。

このような目的を達成するために、この発明によれば、
燃焼器内側ケーシングど燃焼器内側ライナとにより画定
される燃焼器内側通路において、燃焼器内側通路の燃焼
器内側ケーシングまたは内壁に、複数個の前方抽気開口
を円周方向に間隔をあけて、かつ燃焼器内側通路への入
口のすぐ下流の位置に形成する。これらの前方抽気開口
は、圧縮機およびプレデイフユーザから燃焼器内側通路
に吐き出される高圧空気流を、燃焼器内側通路の内壁に
「再付着」させる、すなわち燃焼器内側通路に沿った前
方位置で燃焼器内側通路の全断面または全高を実質的に
完全に横切って展開させる。

これにより、燃焼器内側通路内の乱流またはうずの区域
の寸法を著しく小さくし、したがって燃焼器内側通路内
の圧力損失を小さくする。

好適な実施態様では、後向きの環状段部またはＬ字形壁
部分を燃焼器内側通路の内壁に形成する。

このＬ字形段部は円周方向に間隔をあけて配置された前
方抽気開口それぞれの前方部分を形成する。

Ｌ字形段部は、隣り合う抽気開口間に位置する燃焼器内
側通路の内壁の区域で高圧空気流を平らにのすのを助け
る目的で設けられている。さらに、各抽気開口のＬ字形
段部の鉛直部分は、燃焼器内側通路の高さまたは横断面
をその前方で小さくする。すなわち、燃焼器内側通路の
前方抽気開口より上流の部分は、燃焼器内側通路の前方
抽気開口より下流（または後方）の部分より、高さまた
は横断面が小さい。前方抽気開口より上流の燃焼器内側
通路の高さまたは横断面が小さいということは、高圧空
気流を燃焼器内側通路の内壁により迅速に付着または展
開させやすくし、こうして燃焼器内側通路内の乱流およ
び圧力損失を減少させる。

具体的な構成 この発明の構造、作動および効果をさらに明確にするた
めに、以下にこの発明の好適な実施例を図面を参照しな
がら説明する。

この発明を適用する環境を具体的に例示するために、第
１図にガスタービンエンジン１０の一部の概略を断面図
として示す。エンジン１０の構造の細部自体はこの発明
を構成するわけではないので、それについては本出願人
に譲渡されたジョンソン（Ｊｏｈｎｓｏｎ　）らの米国
特許第３．７７７．４８９号を参照されたい。

ここでの説明の目的に合わせて述べると、ガスタービン
エンジン１０は圧縮機１２、燃焼装置１４および圧縮機
１２を駆動するタービン１６を含む。エンジン１０に入
ってくる外部空気は、まず最初、ファンロータ（図示せ
ず）と関連したファンブレードの回転により圧縮されて
低圧空気流を形成し、その低圧空気流はバイパス流とコ
アエンジン流の２つの流れに分割される。コアエンジン
流は圧縮機１２で圧縮された後、燃焼系１４で高エネル
ギー燃料とともに点火される。この後高エネルギーを与
えられたガス流はタービン１６を通過して圧縮機１２を
駆動する。

圧縮機１２は、多数の個別ロータブレード２２を担持す
る複数のロータ段２０を有するロータ１８を含む。圧縮
機１２は、圧縮機空気流路の外側環境を画定するケーシ
ング構造２４を有し、またロータブレード２２の各段間
に配置されたステータ段それぞれの多数のステータベー
ン２６を装着する構造を含む。

圧縮機ケーシング構造２４はロータブレード２２の中間
段の１つのすぐ上流に環状オリフィス２８を画定し、圧
縮機１２の内部から中間段空気を抽出する。この中間段
抽気は圧縮機ケーシング構造２４を囲む環状ブレナム３
０に送られる。環状ブレナム３０および圧縮機ケーシン
グ構造２４については、本出願人に譲渡されたアンダー
ソン（Ａｎｄｅｒｓｏｎ）の米国特許第３．５９７，１
０６号に詳しく説明されている。

圧縮機ロータブレード２２の最終段のすぐ下流にデフユ
ーザ出口案内ベーン鋳造体３２が配置されており、この
デフユーザ出口案内ベーン鋳造体３２は圧縮機出口案内
ベーン３４の翼列を含み、圧縮機吐出流を内側デフユー
ザ壁３８および外側デフユーザｕ４０を有するプレデフ
ユーザ３５に導く。内側デフユーザ壁３８および外側デ
フユーザ壁４０はデフユーザ鋳造体３２の下流流れ部分
を形成する。デフユーザ鋳造体３２はさらに大体円錐形
状の延長アーム４２および４４を含む。アーム４２は圧
縮機ケーシング構造２４の下流端にボルト４６で連結さ
れ、一方アーム４４は燃焼器外側ケーシング５０にボル
ト４８で連結されている。燃焼器外側ケーシング５０は
燃焼器外側ライナ５３から離間して相互間に燃焼器外側
通路５２を画定する。燃焼器外側ケーシング５０には、
燃焼装置１４の点火装置５６を装着するためのパッド５
４が支持され、また燃焼装置１４の燃料噴射器６２に燃
料管６０を通して連結された燃料噴射器パッド５８も装
着されている。

第１図の下方部分に示すように、デフユーザ鋳造体３２
は大体円錐形状のアーム６４も含み、このアーム６４は
シール７０の静止シュラウド部分６８にボルト６６で固
定されている。アーム６４は、燃焼器内側ケーシング、
すなわち内壁７４と燃焼器内側ライナ、すなわち外壁７
６とにより画定された燃焼器内側通路７２の一部を形成
する。

内壁７４の前端は静止シュラウド６８およびアーム６４
にボルト６６で連結されている。内壁７４の後端は、ニ
シジン内側ケーシング８０に装着されたシール７８の静
止シュラウド部分７７により支持されている。燃焼器内
側通路７２め外壁７６は、前端が燃焼器カウリング８２
に連結され、また後端が燃焼器内側通路７２の内壁７４
で支持された支持アーム８６にボルト８４で固着されて
いる。

圧縮機１２の高圧段からは比較的高圧の空気流がプレデ
フユーザ３６に送り出され、ここで空気流は３つの別々
の流路に分割される。空気流の一部は燃焼器８８に入り
、残りの空気流は２つの空気流に分割される。一方の空
気流９２は燃焼器内側通路７２に入り、他方の空気流は
燃焼器外側通路５２を流れる。

第２図に概略的に示すように、燃焼器内側通路７２に差
し向けられた高圧空気流９２は、燃焼器カウリング８２
とプレデフユーザ３６の内壁３８とで画定されたマウス
または入口９４に流れこむ。

この発明の燃焼器内側通路７２は、高圧空気流９２のた
めに滑らかな比較的乱流のない流路を生成して、このよ
うな空気流９２の剥離を少なくし、こうして燃焼器内側
通路７２内での圧力損失を最小にするような、特別な設
計となっている。この発明ではこの設計を実現するため
に、燃焼器内側通路７２の内壁７４に複数個の前方抽気
開口９６（第２図には１つだけ示す）を円周方向に間隔
をあけて形成する。燃焼器内側通路７２の内壁７４に、
鉛直壁１００とこれと交差する水平壁１０２とからなる
環状り字形段部９８を形成する。このＬ字形段部９８は
各抽気開口９６の前側端縁を形成し、後向きになってい
る。

燃焼器内側通路７２を通る高圧空気流９２の流れを第２
図に、燃焼器内側通路７２内の順次下流となる位置に一
連の圧力／速度プロフィール９２ａ、９２ｂおよび９２
ｃとして線図的に示す。圧縮機１２からの高圧空気流は
最初人口９４を通って燃焼器内側通路７２に入り、分割
流線１０４と燃焼器内側流路７２の外壁７６との間の区
域に集中した空気流９２ａを形成する。この分割流線１
０４は燃焼器内側通路７２の入口９４から前方抽気開口
９６の後端縁１０５まで延在する。分割流線１０４から
間隔をあけて、混合境界線１０６が燃焼器内側通路７２
の入口９４から、燃焼器内側通路７２の内壁７４上の、
前方抽気開口９６と入口９４との中間に位置する付着点
１０８まで延在する。分割流線１０４と混合境界線１０
６との間の斜線区域１１０は、空気流９２のうち、抽気
開口９６中に引き込まれ、その後冷却目的でタービン１
６のロータブレード１１２に案内される部分を表わす（
第１図の矢印参照）。燃焼器内側通路７２に入ってくる
空気流９２の別の部分は、混合境界線１０６と燃焼器内
側通路７２の内壁７４の前方端部分との間に延在する乱
流空気流の区域１１４を形成する。

この発明は、高圧空気をタービン１６のロータブレード
１１２に供給する抽気開口９６を燃焼器内側通路７２の
入口９４に関して前方位置に置くという思想に基づく。

抽気開口９６をこの位置に置くことの効果は、高圧空気
流９２を燃焼器内側通路７２の内壁７４に、燃焼器内側
通路７２の入口９４になるべく近い付着点１０８で「再
付着」または係合させることにより、低圧乱流区域１１
４の寸法を限定し、したがって燃焼器内側通路７２内の
圧力損失を小さくすることである。第２図に示すように
、燃焼器内側通路７２への入口９４にもっとも近い位置
の高圧空気流９２ａは矢印１２２の長さで表わされる比
較的高い速度と、乱流区域１１４との接触に基づく低い
圧力とを有する。

圧力損失を小さくするためには、高圧空気流９２が燃焼
器内側通路７２の内壁７４および外壁７６間に、人口９
４からできるだけ短い下流方向距離で完全に展開するこ
とが重要である。

高圧流９２ａの内側部分は乱流区域１１４と接触関係に
あるが、その後付着点１０８で内壁７４に再付着し、速
度が減少し、圧力が増加した流れ９２ｂを形成する。こ
の高圧流９２ｂの再付着が付着点１０８で起こる理由は
、抽気開口９６が燃焼器内側通路７２の前方端にあるか
らである。もしも抽気開口９６が、他のターボ機関設計
の場合のように燃焼器内側通路７２の後方端に位置する
と、付着点１０ｇが第２図に示す位置より著しく下流に
なり、もっと大きな乱流区域１１４を生成し、したがっ
て高圧流９２に著しく大きな圧力損失をもたらす原因と
なる。空気流は下流に流れ続け、流れ９２ａまたは９２
ｂより高圧かつ低速の流れ９２ｃを形成する。第２図に
示すように、空気流を燃焼器内側通路７２の内壁７４に
点１０８で付着させるので、空気流の速度は減少し、圧
力は増加する。

第１図に示すように、燃焼器内側通路７２内を流れる高
圧流９２は抽気開口９６から外に出て、シール７８の開
口１２４を通ってタービン１６のロータブレード１１２
に流れる。高圧流９２の一部は、外壁７６にあけた希釈
開口（図示せず）を通って燃焼器内側通路７２から出て
、燃料噴射器６２から供給される燃料に対する希釈空気
を燃焼器８８に供給する。

以上、この発明を好適な実施例について説明したが、こ
の発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を加えた
り、構成要素を他の均等物に置き換えたりすることが可
能なことが、当業者に明らかである。また、特定の状況
や材料にあわせて種々の改変が可能である。したがって
、この発明は、この発明を実施するのに最良の態様とし
て説明した特定の実施例に限定されず、その特許請求の
範囲に含まれるあらゆる実施態様を包含する。

【図面の簡単な説明】

第１図は前方抽気開口を燃焼器内側通路に配置したター
ボ機関の概略断面図、そして 第２図は抽気開口を燃焼器内側通路の前方端に配置する
ことによる、同通路を流れる空気流に対する効果を説明
する燃焼器内側通路の一部の略図である。 主な符号の説明 １０ニガスタービンエンジン、 １２：圧縮機、 １４：燃焼装置、 １６：タービン、 ３２：デフユーザ鋳造体、 ３６：ブレデフユーザ、 ７２：燃焼器内側通路、 ７４：内壁、　　　　　７６：外壁、 ７８：シール、 ８２：燃焼器カウリング、 ９２：空気流、 ９４：入口、 ９６：抽気開口、 ９８：Ｌ字形段部、 １０４：分割流線、 １０６：混合境界線、 １１２：タービン１６のロータブレード、１１４：乱流
空気流区域。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、後部に吐出し端を有する圧縮機、タービン圧縮機の
   間に位置する燃焼器を有するターボ機関における、ター
   ビンのロータブレードに高圧冷却空気を供給する装置に
   於て、 環状内壁および環状外壁が互に離間して相互間に燃焼器
   内側通路を画定し、この燃焼器内側通路はその前端に圧
   縮機の後部吐出し端と連通してそこから高圧空気流を受
   け取る入口が形成され、上記高圧空気流は最初上記燃焼
   器内側通路の環状外壁と接触するが、上記燃焼器内側通
   路への入口のすぐ下流で上記内壁から剥離し、 上記燃焼器内側通路の環状内壁にはその入口より下流の
   前方端部分に複数個の前方抽気開口が円周方向に間隔を
   あけて形成され、これらの前方抽気開口は上記空気流の
   少なくとも一部を上記燃焼器内側通路から引き込み、そ
   してその空気流を上記環状外壁から、上記前方抽気開口
   と上記燃焼器内側通路の入口との間に位置する上記環状
   内壁上の付着点で上記燃焼器内側通路の環状内壁に接触
   するよう引き延ばす作用をなし、これにより上記燃焼器
   内側通路内での乱流および圧力損失を小さくし、 上記燃焼器内側通路の環状内壁の前方抽気開口と連通す
   る案内手段が、前方抽気開口を通る空気流部分を冷却目
   的でタービンのロータブレードに案内する冷却空気供給
   装置。 ２、上記燃焼器内側通路の環状内壁に後向きの環状段部
   が形成され、この環状段部が円周方向に間隔をあけて配
   置された前方抽気開口それぞれの前方部分を形成し、上
   記燃焼器内側通路の横断面寸法が上記後向き段部の下流
   より上流で小さい請求項１に記載の装置。 ３、上記後向き環状段部がＬ字形で、ほぼ鉛直に延在す
   る壁とこの鉛直壁に連結されたほぼ水平に延在する壁と
   を含む請求項２に記載の装置。 ４、ターボ機関の燃焼器の内側通路内での圧力損失を減
   少させるにあたり、 比較的高圧の空気流を圧縮機の吐出し端から互いに間隔
   をあけて配置された内壁と外壁とにより画定された上記
   燃焼器内側通路の入口に差し向け、上記空気流の少なく
   とも一部を上記燃焼器内側通路の内壁の前方端に形成し
   た複数個の抽気開口を通して抽出し、その空気流を上記
   外壁から、上記抽気開口と上記入口との間の上記燃焼器
   内側通路の前方部分に位置する上記内壁に沿った付着点
   で上記燃焼器内側通路の内壁に接触するよう引き延ばし
   、これにより上記燃焼器内側通路内での乱流および圧力
   損失を小さくする諸工程を含む燃焼器内側通路内の圧力
   損失減少方法。