JPH031582B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガスタービンエンジン用燃焼器に係
り、更に詳細にはルーバにて構成された燃焼器ラ
イナのための冷却構造に係る。

ガスタービンエンジンの燃焼器ライナは、過酷
な環境に曝されるので、ガスタービンエンジンの
保守上に於ける主要な問題の一つを投げかけてい
る。当技術分野に於て良く知られている如く、ラ
イナを冷却してその耐久性を向上させ、また厳し
い熱応力によつて割れが発生される傾向を低減す
る種々の方法が従来より採用されている。

当技術分野に於ける現状では、上述の方法の例
として、米国特許第3978662号、及び本願出願人
であるユナイテツド・テクノロジーズ・コーポレ
イシヨンに譲渡された米国特許第4077205号に記
載された装置がある。

上述の二つの米国特許は何れもルーバにて構成
されたライナのための冷却構造に係るものであ
り、特に米国特許第3978662号は機械加工された
ルーバに係るものであり、米国特許第4077205号
はシート金属て構成されたルーバに係るものであ
る。何れの米国特許に於ても、ルーバは燃焼器の
壁のための冷却障壁を形成すべく、ライナの壁の
付着する冷却空気の膜（フイルム）を生成させる
溝を越えて延在するリツプを担持している。冷却
空気の膜ができるだけ長い距離に亙つて下流側方
向へ伝播するよう冷却構造を設計することが好ま
しいことは明らかであり、形成される冷却空気の
膜の大きさが大きくなればライナの耐久性が向上
する。

例えば前述の米国特許第4077205号に於ては、
リツプが完全に崩壊するのを阻止すべくリツプに
近接した位置に支柱又は窪みが設けられている。
また前述の米国特許第3978662号の構造体は、冷
却空気が燃焼器内に叶出される前に180度方向転
換されるよう、冷却構造体のための下流側向きに
装着された冷却空気口を受入れるよう設計されて
いる。この構造体は本発明に於ては全圧が使用さ
れるのとは対照的に静圧に依存するものである。

ライナの寿命を制限することを説明する一つの
理論は、冷却空気の過流効果が合体した冷却空気
膜中にも残存するというものである。このことに
は全体としてルーバのリツプにより発生される一
様な冷却空気膜を損ねるという効果がある。従つ
て過流に近接した位置にはルーバの撓みや割れを
惹起こす局部的な高温領域が生成する。

更に、構造によつてはライナの壁面は問題を生
じ易い領域に於て最も高温の条件及び最も低温の
条件の両方に曝されることが解つている。従つて
大きな温度差が発生し、これによりライナには不
利に作用する高い熱応力が発生される。

本願発明者は本発明によれば上述の如き種々の
問題の有害な影響を排除若しくは少なくとも低減
し得ることを見出した。二重ループの冷却空気流
により、過流成分が実質的に低減若しくは排除さ
れ、試験により上述の二つの米国特許に示された
構造を含む従来より公知の冷却構造の場合に比べ
より下流側まで伝播することが解つているより一
様な合体された冷却空気膜が形成される。更にか
かる構造によれば冷却空気はある与えられた熱成
分をピツクアツプすることが可能であり、その熱
成分は燃焼器の低温空気側に曝された剛化リング
へ伝達される。このことにより剛化リングが低温
の空気温度と高温の燃焼器温度との中間の温度に
まで加熱され、これにより剛化リングを横切る温
度差が低減され、その熱応力が低減される。

本発明の目的は、ガスタービンエンジン用ルー
バ型燃焼器のための改良された冷却装置を提供す
ることである。

本発明の一つの特徴によれば、ルーバにて構成
された燃焼器ライナには冷却空気叶出リツプより
最大の距離に亙つて燃焼器の内壁に付着するよう
冷却空気を膜の状態に合体させる冷却空気叶出リ
ツプに近接して二重ループの冷却空気流路がルー
バにて構成された燃焼器ライナに設けられてい
る。二重ループの冷却空気流路に通ずる入口孔は
エンジンの圧縮機より流出して燃焼器より吐出さ
れる燃焼ガスの流れに対し下流側方向へ流れる圧
縮機吐出空気に面している。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例
について詳細に説明する。

これより本発明をガスタービンエンジン用環状
燃焼器のライナに組込まれた好ましい実施例につ
いて説明するが、本発明は例えばカン型の燃焼器
のための他の型式のルーバライナにも適用可能で
あることに留意されたい。ガスタービンエンジン
の燃焼器をより良く理解するためには、前述の二
つの米国特許及び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部門の
一つであるPratt ＆ Whitney Aircraft
Groupにより製造されているJT−8D及びJT−
9D型のガスタービンエンジンのための燃焼器を
参照されたい。

第１図及び第２図に於て、符号１０にて全体的
に示された環状燃焼器はガスタービンエンジンの
発熱機構に収納するようガスタービンエンジン内
に適宜に支持されている。周知の如く、環状燃焼
器内に於て燃料が燃焼することによりタービンを
駆動するに充分な熱が発生し、またターボプロツ
ブエンジンであるかジエツトエンジンであるかに
応じて動力又はスラスト力が発生する。

環状燃焼器１０は長手方向に端部と端部とを連
結して装着された円筒形又は円錐形の部材にて構
成された複数個のルーバ１２を含んでおり、内部
に中空の燃焼室を郭定している。各ルーバの端部
はライナの近接する壁面を冷却する冷却空気膜を
発生する働きをなすリツプ部１８を担持してい
る。

本発明に於ける冷却の機構が典型的なルーバの
一部を拡大して示す第２図に最も良く示されてい
る。

第２図より解る如く、ルーバ１２の高温側壁部
１６よりフイン１４が突出しており、該フイン１
４はリツプ１８と入口フランジ２０との間に配置
されている。リツプ１８、フイン１４及びフラン
ジ２０は横断面形状が円形であり、機械加工又は
ロール加工により形成されてよい。フイン１４は
二つの機能、即ち(1)従来の燃焼器に於て必要であ
つた支持ポストを要することなくリツプ１８を支
持する機能と、(2)空気の流れ方向を変化させる機
能との二つの機能を果たす。更にフイン１４を設
けられたルーバ１２の端部は一体的なルーバとし
て製造されてもよく、又はフイン１４がルーバ部
分とは別個に形成されルーバ部分に溶接すること
により製造されてもよい。好ましい実施例に於て
はルーバ全体のロール成形又は鋳造によつて形成
し、それを燃焼器の形状に形成することによつて
製造されるのが好ましい。

ルーバ１２の上流側端部３０は屈曲されてフイ
ルム冷却セクシヨンの包囲体を郭定しており、ま
た圧縮機吐出空気がフイン１４の上流側表面に効
果的に衝突するような大きさに形成され且配置さ
れた複数個の入口孔３２を経てその慣性により導
入されるよう、冷却空気（圧縮機吐出空気）の流
れを制限するようになつている。図示の実施例に
於ては、入口孔３２は圧縮機吐出空気の全圧を受
けるようになつている。フイルム冷却セクシヨン
の内部形状により冷却空気は方向転換せしめら
れ、フイン１４の周りを迂回して屈曲部３０の図
にて下側を流れる。尚このルーバ１２の上流側端
部は、環状燃焼器構造体が挫屈するのを阻止する
ことを補助する剛化手段として使用されてよい。

以上の説明より明らかである如く、冷却空気が
フイン１４に衝突したのち屈曲部３０の下側を流
れることにより屈曲部３０へ熱が伝達され、外周
面に於ては冷却空気に曝され内周面に於ては燃焼
器からの熱に曝されている屈曲部３０を構成する
金属を横切る温度差が低減される。

ルーバ１２の下流側端部に形成されたリツプ部
１８及び肘部３４は、二重ループの態様にてフイ
ン１４を越えて流れる空気が合体し且膜となつて
燃焼器内へ流入するための環状溝３６を郭定して
いる。かくして形成される冷却空気の膜はルーバ
１２の内周面に付着するよう導かれ、燃焼器の激
しい熱よりルーバを構成する金属をシールドし且
第２図に於て仮想線Ａにて示されている如くでき
るだけ遠くまで下流側方向へ伝播する。符号２２
にて示された部分はテーパ状に形成されており、
フランジ２０の内側へより多量の空気を導入する
ことを補助する働きをなすようになつている。

かかる冷却構造の故に、流入する過流空気は実
質的に過流の存在しない膜となつて燃焼器内に流
入し、このことはライナの耐久性を向上させまた
ライナを構成する金属内に於ける温度勾配をより
一様なものとすることが解つた。また複数個の入
口孔３２より流入する空気が交差し且フイン１４
上に衝突することによつて発生される過流は二重
ループ流路により実質的に排除される。二重ルー
プ流路により得られる他の一つの利益は、かかる
構成により、冷却空気が冷却空気膜発生機構内に
滞在する時間を低減することなくかなり短いリツ
プ部を使用し得るということである。屈曲部３０
をフイン１４に衝突した冷却空気によつて加熱す
ることにより、燃焼器のルーバの内外面に於ける
温度差が低減され、従つてその熱的応力が低減さ
れる。

以上に於ては本発明を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実
施例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図は本発明を組込まれた燃焼器を示す解図
的縦断面図である。第２図は第１図に示された燃
焼器の本発明に係る要部を拡大して示す解図的拡
大部分縦断面図である。 １０……環状燃焼器、１２……ルーバ、１４…
…フイン、１６……高温側壁部、１８……リツプ
部、２０……フランジ、３０……屈曲部、３２…
…入口孔、３４……肘部、３６……環状溝。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 燃焼ゾーンを郭定するルーバよりなるライナ
   であつて、該ライナの外面は低温の空気に曝され
   ており且前記ライナの内面は高温の燃焼ガスに曝
   されており、前記低温の空気は燃焼プロセスに於
   ける前記高温の燃焼ガスの流れに対し上流側より
   下流側方向へ流れる如きライナと、前記ライナの
   前記ルーバの下流側エツジより隔置されて前記ル
   ーバの下流側端部に設けられた半径方向外方へ延
   在する環状フランジと、隣接するルーバの上流側
   端部は前記フランジに当接するオーバラツプ部を
   有し且前記フランジと共働して前記ルーバの前記
   下流側エツジの囲繞するアウタ環状キヤビテイを
   郭定していることと、前記ルーバの前記下流側エ
   ツジと前記フランジとの間にて前記ルーバの前記
   下流側端部に設けられ且前記隣接するルーバの前
   記オーバラツプ部より隔置されて一対の環状室を
   郭定する半径方向外方へ延在するフインと、前記
   フインに近接する前記ルーバの下流側端部はリツ
   プ部を有しており且前記隣接するルーバは前記リ
   ツプ部より隔置されて前記環状室と連通する環状
   溝を郭定していることと、前記低温の空気の流れ
   に面し前記低温の空気をそれが前記フイン上に衝
   突し方向転換し前記一対の環状室の一方の環状室
   より他方の環状室へ流れ前記環状溝を経て前記燃
   焼ゾーン内へ流入するよう前記環状室内へ導入す
   る入口孔とを有し、これにより前記環状室内の前
   記低温の空気は合体して膜となり、それが前記燃
   焼ゾーン内に於て下流側へ流れる際前記ライナの
   前記内面に付着するよう前記環状溝より膜として
   前記燃焼ゾーン内へ流入せしめられるようになつ
   ていることを特徴とする燃焼器。 ２ 圧縮機と燃焼器とを有するタービン型パワー
   プラントのための燃焼器に於て、燃焼ゾーンを郭
   定する細長い同心環状ルーバライナを有し、各ル
   ーバセクシヨンは燃焼ガスの流れに対し上流側端
   部と下流側端部とを有しており、前記下流側端部
   は半径方向外方へ延在するフランジを有してお
   り、前記上流側端部は隣接するルーバの下流側端
   部を囲繞する環状室を郭定する半径方向外方へ延
   在するオーバラツプ部を有しており、前記燃焼器
   は更に前記半径方向外方へ延在するオーバラツプ
   部に近接した位置まで前記下流側端部より延在し
   一対の室を郭定するフインと、前記ルーバの前記
   下流側端部に形成され前記隣接するルーバの前記
   上流側端部より隔置されて環状溝を郭定する環状
   リツプ部と、前記圧縮機より吐出された空気の流
   れに面するよう前記フランジに形成された入口孔
   であつて、前記フインを冷却すべく前記空気を前
   記フイン上へ導き前記オーバラツプ部を加熱すべ
   く前記空気を方向転換させて前記オーバラツプ部
   上に衝突させ再度前記空気を方向転換させしかる
   後前記空気が隣接するルーバライナをシールドす
   る膜として前記環状溝より流出するよう前記空気
   を導く複数個の周縁方向に隔置された入口孔とを
   有していることを特徴とする燃焼器。