JPH06500617A - 高々度タービン燃焼器 - 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】 高々度タービン燃焼器 「技術分野」 この発明は一般的にはタービンエンジン、特には簡単で安価な高々度タービン燃 焼器に関するものである。

「背景技術」 多くの場合に、小型の補助動力装置ガスタービンは、例えば４０．０００フィー ト以上もの値の非常に高空で始動することが所要される。大型の主推進ガスター ビンはこの様な高々度では始動できず、従って、小型補助動力装置ガスタービン におけるこの様な要件は、この様な高々度で特に小規模な利用において最良の燃 焼が非常に難しいことが一般的に認められているために特に強く要求されること が知られている。更に、小型の補助動力装置ガスタービンは優れた燃料噴射器お よび燃焼器の設計をいつも大型の主推進ガスタービンに供給することが出来ない 。

一般的に、燃焼器の専門家は、化学反応速度論が非常な高々度における関係の優 勢なパラメーターであることを確信している。これは一般に真実でなく、誤った 修正が度々利用されて不適切な解決を与えることを意味している。一般に、非常 な高々度において、燃焼または点火に関する主要な問題は乏しい燃料霧化に在る 。

要約して言えば、燃料の滴下寸法が高度が高くなるに従って大きくなる。特に、 旋回燃焼器において経験される大きな重力はこれら大きな燃料の滴を燃焼器壁に おいて実質的に遠心分離し、これによって一般的に乏しい燃料霧化に関連した問 題を増やす、従って、この様な状況の下で適切な燃焼を好適に達成するのが困難 である。

上述の点で、小型タービンエンジンにおける周知の問題に対して完全に満足出来 る解決を行うことが残っている。従って、非常な高々度で可能な簡単で安価な設 計のタービンエンジン、特に小型補助動力装置を設けることが目標とされる。こ の様な事態に応答して、この発明は、高々度タービンエンジンを設けることによ って斯様な問題を解決するよう目標が向けられる。

「発明の開示」 この発明の主な目的は新規で改良されたタービンエンジンを提供することにある 。この発明の別の目的は、簡単で安価な設計で、強化された始動特性を有するタ ービンエンジンを提供することにある。この発明の他の目的は、高々度タービン 燃焼器を提供することにある。

従って、この発明は、圧縮機を駆動すべく圧縮機に連結されたタービン羽根車と 、タービン羽根車に燃焼ガスを噴射するノズルと、タービン羽根車の上流側に間 隔を置いて設けられて圧縮機とノズルの両方に流体連通された環状燃焼器とを有 するタービンエンジンを提供するものである。燃焼器は燃料源から燃料を受ける と共に圧縮機から空気を受けて、これら燃料と空気を燃焼領域内で燃焼して燃焼 ガスを発生し、且つこの様な燃焼器は環状の外壁と、環状の内壁と、ノズルの反 対側にて外壁および内壁間に延びる径方向の壁とによって区画される。また、タ ービンエンジンは、燃焼領域内の燃焼部分の外方に環状の外壁とはゾ接線方向に 霧化された燃料を噴射するために、環状燃焼器の環状の外壁内に設けられた少な くとも１つの空気噴霧燃料噴霧器を有している。この様な構成によって、更に、 タービンエンジンは、環状燃焼器を形成する１つ以上の壁の内方を向いた面の上 の空気膜によって環状燃焼器を冷却すると同時に燃焼領域の径方向外方に燃焼領 域と大体軸方向に同じに延びる外壁の上には空気膜を避ける様に成った冷却装置 を備えている。

推奨実施例において、空気膜冷却装置は、環状燃焼器を形成する１つ以上の壁の 内方を向いた面上に１つ以上の空気膜条片を有する。更に、空気膜冷却装置は、 空気膜を造るよう圧縮機からの空気を供給するために環状燃焼器を形成する１つ 以上の壁に複数個の孔を有しており、また、いずれの場合にも、空気膜冷却装置 は、環状燃焼器を冷却するための空気膜を造るよう大体接線方向に圧縮機から空 気を供給することが好適に出来る。更に、燃焼反応を完全にするために圧縮機か らの空気を供給するために環状燃焼器の外壁に接線方向を向いた複数個の管路が 好適に設けられている。

最も好適な推奨実施例において、燃焼領域は、ノズルに向かう方向に径方向に延 びる壁と大体隣接して軸方向に延びている。

また、燃料噴射装置が、環状燃焼器の外壁内に配！された円周方向に間隔を置い た複数個の空気噴霧燃料噴射器から成り、且つ燃焼領域の径方向に隣接し且つは り軸方向に同じに延びる外壁部分の上における空気膜を避ける様な具合に空気膜 冷却装置が関連すべく成ることが大きな特徴である。

以」二に加えて、空気膜冷却装置は、燃焼器を冷却するための空気膜を造るよう はり接線方向に圧縮機の空気を供給するよう好適に出来る。従って、空気は霧化 された燃料と同一方向に大体に燃焼器内に供給される。この様な構成によって、 空気膜冷却袋！および燃料噴射器は、外壁に対して霧化された燃料を遠心分離す るよう燃焼器内に接線方向に旋回する流れを一緒に造る。

この発明の別の詳細として、タービンエンジンは、環状燃焼器のはり全周に圧縮 機から延びる空気流通路を形成するよう該に対して間隔を１いた燃焼器ハウジン グを有している。更に、環状燃焼器の内壁と外壁の内方を向いた面の上に軸方向 に延びる複数個の空気膜条片の各々と対向した壁に複数個の孔を有するのが好適 であり、また、空気膜と同一接線方向に空気を噴射すると共に、燃焼反応を完成 するよう十分な空気を設けるために空気噴霧燃料噴射器の幾分下流にて燃焼器の 外壁の多少接線方向を向いた複数個の管路を設けることが出来る。更に、空気噴 霧燃料噴射器は、環状燃焼器の外壁を通って延びる空気噴霧管路内にはゾ軸方向 に延びる燃料供給管を夫々好適に有するよう出来る。

この発明の他の目的と利点と特徴は添付図面に沿っての以下の詳細な説明の考察 から明らかになろう。

「図面の簡単な説明」 第１図はこの発明に従ったタービンエンジンを示す部分概略断面図、第２図は２ −２線に沿った断面図、 第３図は３−３線に沿った断面図、 第４図は４−４１Ｋに沿った断面図である。

「発明を実施するための最良の形態」 添付図面において、第１図を参照するに、符号１０はこの発明に従ったタービン エンジンを大体水している。タービンエンジン１０は、圧縮１１４を駆動するた めに圧縮機１４に連結されたタービン羽根車１２と、タービン羽根車１２に燃焼 ガスを噴射するノズル１６と、タービン羽根車１２の上流側に設けられて圧縮機 １４とノズル１６の両方に流体連通された環状燃焼室を形成する環状燃焼器１８ とを有している。環状燃焼器１８は燃料源がら燃料を受けて圧縮機１４が空気を 受け、燃焼ガスを生じるよう環状燃焼室内で燃料と空気を燃焼する。環状燃焼機 １８は環状の外壁２０と環状の内壁２２と、ノズル１６と反対側にこれら外壁２ ０と内壁２２の間に延びる径方向の壁２４とによって区画されている。また、タ ービンエンジン１０は、燃焼室内の燃焼領域２８の外方に外壁２０とは７接線方 向に噴霧燃料を噴射すべく環状燃焼器１８の環状の外壁２０に設けられた少なく とも１つの空気噴霧燃料噴射器２６を有する。この様な構成によって、タービン エンジン１０は、環状燃焼器１８を区画する外壁２０、内Ｍ２２および壁２４の １つ以上の内方を向いた壁の上に空気膜を形成すると同時に、燃焼領域２８の径 方向外方およびはダ軸方向に延びる外壁２０上の空気膜を避ける環状燃焼室１８ を冷却する装置を有している。

推奨実施例において、タービンエンジン１０は半径方向流型で、従って、タービ ン羽根車１２は軸方向に駆動される回転型の圧縮機１４に連結される０次に、ノ ズル１６はタービン羽根車１２において径方向に燃焼ガスを噴射すべくはり環状 である。更に、環状燃焼器１８内の環状燃焼室はタービン羽根車１２の上流側に 設けられ、径方向の壁２４はノズル１６と反対側に軸方向に位置されている。

第３図から明らかに成る様に、半径流型のタービンエンジン１０は、環状燃焼器 １８の外壁２０に設けられた複数個の円周方向に間隔を１いた空気噴霧燃料噴射 器２６を好適に有している。また、燃焼領域２８は形状が大体環状で、径方向に 延びる壁２４にはゾ隣接し且つ環状のノズル１６に大体向かう方向に壁２４から 軸方向に延びていることが明らかであろう。

第１図と第２図を参照するに、半径流型のタービンエンジン１０は、環状燃焼器 １８の外壁２０の一部の内方を向いた面２Ｏａ上に空気膜によって環状燃焼器１ ８を冷却する装置を有している。特に、第１図から、外壁２０に関連した空気膜 冷却装置が、環状の燃焼領域２８と径方向に隣接し且つ燃焼領域２８と大体軸方 向に同じに延びる外壁２０の残りの部分上の空気膜を避けていることが明らかで あろう。更に、タービンエンジン１０は、内壁２２と径方向に延びる壁２４の夫 々内方を向いた面２２ａ、２４ａ上に空気膜によって環状燃焼器１８を冷却する 装置を有している。

明らかな様に、空気膜冷却装置は、環状燃焼器１８を冷却する空気膜を生じるよ う大体接線方向に圧縮機１４からの空気を供給出来る。空気は、空気噴霧燃料噴 射器２６によって噴射される噴霧された燃料と同一方向に大体に環状燃焼器１８ に供給される。この様な構成によって、空気膜冷却装置と燃料噴射器は、３０に おいて外Ｎ２０上に噴霧燃料を中心法めするよう環状燃焼器１８内に接線方向に 旋回する流れを一緒に生じる。

第１図を特に参照するに、半径流型のタービンエンジン１０は、環状燃焼器１８ 周りにはゾ全体的に圧縮機１４から延びる空気流通路３４を形成するよう外壁２ ０、内壁２２および壁２４に対して開隔を置いた状態の燃焼器ハウジング３２を 有している。更に、空気膜冷却装置は、外壁２０と内壁２２の夫々内方を向いた 面２０ａ、２２ａ上の複数個の軸方向に延びる空気膜条片３６．３８と、壁２４ の内方を向いた面２４ａ上の複数個の径方向に延びる空気膜条片４０とを有して いる。また、第１図乃至第３図に示される様に、空気膜冷却装置は、空気膜を形 成するように空気流通路３４がら空気を供給するために各空気膜条片３６．３８ ．４０と対向した外壁２０、内壁２２および壁２４に複数個の孔２０ｂ、２２ｂ 、２４ｂを有している。

更に、空気噴霧燃料噴射器２６の幾分下流の環状燃焼器１８を形成する環状の外 壁２０に複数個の管路４２を設けることが出来る。第４図に明示される様に、こ れら管路４２は、空気膜と同一接線方向に環状燃焼器１８の大体接線方向に圧縮 機１４からの空気を供給すると共に、燃焼反応を達成するよう十分な空気を設け るために幾らか接線方向に全て設けられる。また、第３図に明示される様に、空 気噴霧燃料噴射器２６は、空気流通路３４と連通して環状燃焼器１８の外壁２０ を通って延びる空気噴霧管路４６内に当該軸心方向に延びる燃料供給管４４を夫 々好適に有している。

第１図から、空気流通路３４が４８における様な空気放出点に環状燃焼器１８の 周りにはゾ全体的に延びていることが理解できる。従って、４８における様に放 出された空気は、ノズル１６に入る前に燃焼ガスと混合するために５２にて燃焼 器出口に進むべく冷却の目的のためにタービンシュラウド５０に向けることが出 来る。この発明の１つの実施例の図示において、詳細はこの発明の実施に実際的 でないと確信される。

また、第１０を更に参照するに、遠心分離された燃料空気３０は、空気膜条片３ ６により形成されるよう空気膜の領域から離れた外壁２０の内方を向いた面２Ｏ ａ上に直接に位置される様に理解される。通常、空気膜が無いと、炭素築成乃至 はホットウォールに関する問題が生じるが、この発明に依れば、遠心分離された 燃料空気３０が燃焼領域２８の径方向外方に大体同じに延びているので問題は無 い、冷却問題の場合においては、外壁２０の外面２０ｃに固着されたトリップ条 片５４によって空気流通路３４内の空気の乱れを強化できる。

以上に、この発明の推奨実施例が説明されたが、添付の請求の範囲の真の精神と 範囲とを逸脱することなく当業者によって上述の詳細が変更出来ることが明らか であろう。

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. １．圧縮機を駆動すべく圧縮機に連結されたタービン羽根車、タービン羽根車に 燃焼ガスを噴射するノズル、タービン羽根車の上流側に間隔を置いて配置され圧 縮機とノズルの両方に流体連通された燃焼領域を形成し、燃料源から燃料を受け ると共に圧縮機から空気を受けて燃料と空気を燃焼領域内で燃焼して燃焼がスを 発生し、環状の外壁と環状の内壁とノズルの反対側にて外壁および内壁間に延び る径方向の壁とによって区画された環状燃焼器、 燃焼領域内の燃焼部分の外方に環状の外壁とほゞ接線方向に霧化された燃料を噴 射する、環状燃焼器の環状の外壁内に配置された少なくとも１つの空気噴霧燃料 噴霧器から成る噴射装置、 環状燃焼器を形成する該壁の１つ以上の内方を向いた面の上の空気膜で該環状燃 焼器を冷却すると同時に燃焼領域の径方向外方に燃焼領域と大体軸方向に同じに 延びる外壁の上には空気膜を避ける冷却装置、を備えて成るタービンエンジン。
2. ２．空気膜冷却装置は、環状燃焼器を形成する該壁の１つ以上の内方を向いた面 上に１つ以上の空気膜条片を有している請求項１記載のタービンエンジン。
3. ３．空気膜冷却装置は、空気膜を造るよう圧縮機からの空気を供給するために環 状燃焼器を形成する該壁の１つ以上に複数個の孔を有している請求項１記載のタ ービンエンジン。
4. ４．空気膜冷却装置は、環状燃焼器を冷却するための空気膜を造るよう大体接線 方向に圧縮機から空気を供給することが出来る請求項１記載のタービンエンジン 。
5. ５．燃焼ガスを発生するよう完全燃焼のために圧縮機からの空気を供給するため の環状燃焼器を形成する環状の外壁内に複数個の管路を有している請求項１記載 のタービンエンジン。
6. ６．回転圧縮機を軸方向に駆動すべく回転圧縮機に連結されたタービン羽根車、 タービン羽根車に燃焼ガスを径方向に噴射する環状ノズル、タービン羽根車の周 りに設けられた環状燃焼領域を形成し、該圧縮機とノズルの両方に流体連通し、 燃料源から燃料を受けると共に該圧縮機から空気を受けてこれら燃料と空気を該 燃焼領域内で燃焼して燃焼ガスを発生し、環状の外壁と環状の内壁とノズルの軸 方向の反対側にて外壁および内壁間に延びる径方向の壁とによって区画された環 状燃焼器、燃焼領域内の環状燃焼部分の径方向外方に該外壁とほゞ接線方向に霧 線方向に霧化された燃料を噴射し、且つ該環状燃焼器の外壁内に配置された円周 方向に間隔を置いた複数個の空気噴霧燃料噴射器から成る噴射装置、該環状燃焼 器の外壁の一部の内方を向いた面上に空気膜によって該燃焼器を冷却すると同時 に該燃焼領域の後方同に隣接し且つほゞ軸方向に同じに延びる該外壁の残りの部 分の上における空気膜を避けるよう成った冷却装置、を備之、該空気膜冷却装置 は該燃焼器を冷却すべく該空気膜を造るようほゞ接線方向に該圧縮機の空気を供 給するよう出来、該空気は該燃料噴射器による霧化きれた該燃料として同一方向 に大体に該燃焼器内に供給され、該空気膜冷却装置および燃料噴射器は、該外壁 に対して霧化された燃料を遠心分離するよう該燃焼器内に接線方向に旋回する流 れを一緒に造るよう成った半径流型タービンエンジン。
7. ７．空気膜冷却装置は、外壁部分の内方を固いた面上の軸方向に延びる複数個の 空気膜条片を有している請求項６記載の半径流型タービンエンジン。
8. ８．空気膜冷却装置は、空気膜を造るよう圧縮機からの空気を供給するために各 空気膜条片と対向した外壁に複数個の孔を有している請求項７記載の半径流型タ ービンエンジン。
9. ９．燃焼ガスを生じるよう完全燃焼のために圧縮機からの空気を供給するために 環状燃焼器を形成する環状の外壁に複数個の管路を有している請求項６記載の半 径流型タービンエンジン。
10. １０．空気噴霧燃料噴射器は環状燃焼器の外壁を通って延びる空気噴霧管路を夫 々有している請求項６記載の半径流型タービンエンジン。
11. １１．回転圧縮機を軸方向に駆動すべく回転圧縮機に連結されたタービン羽根車 、タービン羽根車に燃焼ガスを径方向に噴射する環状ノズル、タービン羽根車の 周りに設けられた環状燃焼領域を形成し、該圧縮機とノズルの両方に流体連通し 、燃料源から燃料を受けると共に該圧縮機から空気を受けてこれら燃料と空気を 該燃焼領域内で燃焼して燃焼ガスを発生し、環状の外壁と環状の内壁とノズルの 軸方向の反対側にて外壁および内壁間に延びる径方向の壁とによって区画された 環状燃焼器、燃焼領域内の環状燃焼部分の径方向外方に該外壁とほゞ接線方向に 霧化された燃料を噴射し、該ノズルに両かう方向に径方向に延びる壁と大体隣接 して軸方向に延び、該環状燃焼器の外壁内に配置された円周方向に間隔を置いた 複数個の空気噴霧燃料噴射器から成る噴射装置、該環状燃焼器の外壁の一部の内 方を向いた面上に空気膜によって該燃焼器を冷却すると共に該燃焼領域の径方向 に隣接し且つはゞ軸方向に同じに延びる該外壁の残りの部分の上における空気膜 を避けるべく該外壁と関連し、該内壁の各々の内方を向いた面と該環状燃焼器の 径方向に延びる壁との上の空気膜によって該燃焼器を冷却する冷却装置、 を備え、該空気膜冷却装置は該燃焼器を冷却すべく該空気膜を造るようほゞ接線 方向に該圧縮機の空気を供給するよう出来、該空気は該燃料噴射器による霧化さ れた該燃料として同一方向に大体に該燃焼器内に供給され、該空気腹冷却装置お よび燃料噴射器は、該外壁に対して霧化された燃料を遠心分離するよう該燃焼器 内に接線方向に旋回する流れを一緒に造るよう成った半径流型タービンエンジン 。
12. １２．環状燃焼器のほゞ全周に圧縮機から延びる空気流通路を形成するよう該壁 に対して間隔を置いた燃焼器ハウジングを有している請求項１１記載の半径流型 タービンエンジン。
13. １３．空気膜冷却装置は、環状燃焼器の該壁の内方を向いた面上に軸方向に延び る複数個の空気膜条片を有している請求項１２記載の半径流型タービンエンジン 。
14. １４．空気膜冷却装置は、空気膜を造るよう空気流通路からの空気を供給するた めに各空気膜条片と対向した外壁に複数個の孔を有している請求項１３記載の半 径流型タービンエンジン。
15. １５．空気噴霧燃料噴射器は、環状燃焼器の外壁を通って延びる空気噴霧管路内 にほゞ軸方向に延びる燃料供給管を夫々有している請求項１１記載の半径流型タ ービンエンジン。
16. １６．空気噴霧燃料噴射器は、環状燃焼器の外壁を通って延びる空気噴霧管路内 に大体軸方向に延びる燃料供給管を夫々有している請求項１１記載の半径流型タ ービンエンジン。