JPH0719481A - ガスタービン用燃焼器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃焼領域の必要容積を確保しつつ、燃焼器の
外径の小型化および低コスト化を達成することができ、
かつ、保炎特性の向上を期待することができるようにす
る。 【構成】 環状の内部壁１４ｂおよびこれと同芯状の環
状の外部壁１４ａを有するとともに、これら内外部壁１
４ｂ，１４ａを径方向に延びる壁１４ｃで一体に接合し
てなる環状燃焼器ケーシング１４内に、環状外部壁１４
ａとの間に空気通路１６を形成し、また環状内部壁１４
ｂとの間に燃焼領域１７を形成するように環状の燃焼器
ライナ１５を配置させており、かつ、燃焼器ケーシング
１４の環状内部壁１４ｂが燃焼領域１７から排出されタ
ービン作動部を経た後の高温燃焼ガスＧを外部に排出す
る排気ダクト１１の一部を兼ねるように構成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えばミサイル等の
短寿命飛翔体用ガスタービンエンジンとして使用される
ガスタービン用燃焼器に関するもので、詳しくは、ラジ
アルタービンを使用し、その外周部に環状の燃焼領域を
形成してなるガスタービン用燃焼器に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】この種のガスタービン用燃焼器として、
従来から、図７に示すような構造のものが知られてい
る。同図において、２０は環状の燃焼器ケーシングで、
この燃焼器ケーシング２０は環状の外部壁２０ａおよび
これと同芯状に配置されて排気ダクトを兼用する環状の
内部壁２０ｂを有するとともに、これら内外部壁２０
ｂ，２０ａを径方向に延びる壁２０ｃで一体に接合して
なる。２１はドーナツ状の燃焼器ライナで、上記燃焼器
ケーシング２０内に設置されて、その内部に燃焼領域２
３が形成されている。上記燃焼器ライナ２１の外部壁２
１ａと上記燃焼器ケーシング２０の外部壁２０ａとの間
には、ディフューザ２２を経て放射方向へ送出される圧
縮空気Ａの通路２４が形成されているとともに、燃焼器
ライナ２１の内部壁２１ｂと上記燃焼器ケーシング２０
の内部壁２０ｂとの間には、ライナ２１内に内径側から
流入する空気および／または冷却空気用の通路２５が形
成されている。また、上記燃焼領域２３から排出された
高温燃焼ガスＧはタービンノズル２８から回転子（ラジ
アルタービン）２６に設けられた半径流タービン羽根２
７に供給された後、排気通路２９から放出されるように
なされている。

【０００３】また、上記のようなタービン燃焼器に類似
した構造の燃焼器として、例えば特開昭６３−３１８４
２４号公報に開示された環状燃焼器が知られている。こ
の公報に開示されている環状燃焼器は、基本的に図７に
示すものと同様であり、燃料噴射方向を工夫することに
より、燃焼領域の厚み（図７の燃焼器ライナ２１の外部
壁２１ａと燃焼器ライナ２１の内部壁２１ｂとの間の距
離に対応）を小さくして、燃焼器全体の外径の小型化を
図ったものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記したような構成の
従来のガスタービン用燃焼器は、燃焼器ケーシング内に
ドーナツ形状の燃焼器ライナを設置したものであるか
ら、エンジン外径を小さくするために、ライナ厚みを薄
くすること、インナーライナをなくすること、の２通り
のアプローチがあり、上記した公報は前者のアプローチ
であり、燃焼領域の必要容積を保ちつつ、エンジン外径
の小型化を図れるという飛翔体用エンジンにとつての要
望を十分に達成することがむずかしい。

【０００５】この発明は上記のような実情に鑑みてなさ
れたもので、燃焼領域の容積を保ちつつ、燃焼器部分の
外径の小型化および低コスト化を図ることができるガス
タービン用燃焼器を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明に係るガスタービン用燃焼器は、環
状の内部壁およびこれと同芯状に配置された環状の外部
壁を有するとともに、これら内外部壁を径方向に延びる
壁で一体に接合してなる環状燃焼器ケーシング内に、上
記環状外部壁との間に空気通路を形成するように環状の
燃焼器ライナが配置されて、この燃焼器ライナと上記燃
焼器ケーシングの環状内部壁との間に燃焼領域が形成さ
れ、かつ、上記燃焼器ケーシングの環状内部壁が、上記
燃焼領域から排出されタービン作動部を経た後の高温燃
焼ガスを外部に排出する排気ダクトの一部を兼ねるよう
に構成されたものである。

【０００７】また、請求項２の発明に係るガスタービン
用燃焼器は、上記請求項１の構成のものにおいて、上記
環状燃焼器ケーシングの環状外部壁と燃焼器ライナとの
間に形成された空気通路に、該空気通路内の空気を燃焼
領域内に導入するためのエアダクトを設け、このエアダ
クト内の空気流に対して燃料を噴出させる燃料ノズルを
エアダクト内に配置させたものである。

【０００８】さらに、請求項３の発明に係るガスタービ
ン用燃焼器は、上記請求項１の構成のものにおいて、上
記環状燃焼器ケーシングの環状外部壁と燃焼器ライナと
の間に形成された空気通路内の空気流れ方向の終端部近
くに、燃料マニホールドを兼用する状態で周方向に複数
個の噴出孔を有するリング状の燃料ノズルを設け、この
燃料ノズルの噴出孔に対向する箇所にそれぞれ上記燃焼
領域に開口する燃料・空気混合流の流路部を形成すると
ともに、これら流路部に対応させて上記燃焼領域内に渦
形成用のフードを設けたものである。

【０００９】

【作用】請求項１の発明によれば、環状燃焼器ケーシン
グ内に設置された環状の燃焼器ライナと上記燃焼器ケー
シングの環状内部壁との間に燃焼領域を形成して、燃焼
器ライナの内部壁を省略したので、燃焼領域の必要容積
を確保しつつ、燃焼器部分の外径を小型化することが可
能である。同時に、燃焼器ライナの構成部材量を低減し
て、低コスト化を図れる。また、燃焼器ケーシングの環
状内部壁が排気ダクトの一部を兼ねるように構成されて
いるから、その燃焼器ケーシングの環状内部壁が常に高
温に保たれ、保炎特性の向上が期待できる。

【００１０】また、請求項２の発明によれば、空気通路
に導入された空気をエアダクトを通じて燃焼領域に供給
する際、その空気流に対して燃料が噴出されるために、
燃料の微粒化が促進されることになり、また、上記エア
ダクトの流出角の設定によって空気および燃料の混合流
に渦を形成させることが可能であり、保炎性を高めるこ
とができる。

【００１１】さらに、請求項３の発明によれば、空気お
よび燃料を周方向で分散させて微粒化と同時に、燃焼領
域にほぼ均一に供給させることが可能であるとともに、
それらの混合流を旋回させて渦を形成させることが可能
であるから、保炎性能の向上を促進することができる。

【００１２】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面にもとづい
て説明する。図１は、この発明の一実施例によるガスタ
ービン用燃焼器の縦断面図であり、同図において、１は
空気取り入れ用インレツトで、このインレツト１の前部
開口部１ａの中心部には、空力的に適正な輪郭をもつハ
ウジング２が放射状に配置された支柱（図示省略する）
を介して静止保持されている。このハウジング２内には
軸受３，３を介して回転軸４が支承されており、この回
転軸４の前端部に燃料ポンプ５が連結されているととも
に、後部には、圧縮機羽根６および半径流タービン羽根
７が設けられた回転子８が固着されている。

【００１３】上記回転子８における圧縮機羽根６の出口
部には、圧縮空気を径方向の外方へ向けて放出するディ
フューザ９が設けられているとともに、上記回転子８に
おける半径流タービン羽根７の入口部には、後述する燃
焼領域から排出される高温燃焼ガスＧを半径流タービン
羽根７に導くタービンノズル１０が設けられ、かつ、半
径流タービン羽根７の出口部には、排気通路１２を形成
する排気ダクト１１が接続されている。

【００１４】上記排気ダクト１１の外周部に、環状の燃
焼器１３が配設されている。この環状燃焼器１３は次の
ように構成されている。すなわち、図１において、１４
は環状燃焼器ケーシングで、この燃焼器ケーシング１４
は、環状の内部壁１４ｂおよびこれと同芯状に配置され
た環状の外部壁１４ａを有するとともに、これら内外部
壁１４ｂ，１４ａを径方向に延びる壁１４ｃで一体に接
合してなる。１５は環状の燃焼器ライナで、上記燃焼器
ケーシング１４の環状外部壁１４ａとの間に、上記ディ
フューザ９を経た圧縮空気Ａが導入される空気通路１６
を形成するように上記燃焼器ケーシング１４内に設置さ
れている。

【００１５】上記燃焼器ライナ１５と上記燃焼器ケーシ
ング１４の環状内部壁１４ｂとの間に、上記タービンノ
ズル１０に高温燃焼ガスを導く燃焼領域１７が形成さ
れ、かつ、上記燃焼器ケーシング１４の環状内部壁１４
ｂが、上記排気ダクト１１の一部を兼用するように構成
されている。なお、上記燃焼領域１７には、上記燃焼器
ケーシング１４における内外部壁１４ｂ，１４ａを一体
に接合する径方向に延びる壁１４ｃに取り付けられた燃
料ノズル１８を経て、上記燃料ポンプ５に接続された燃
料マニホールド１９を通して送給される燃料が噴射さ
れ、燃焼領域１７で空気と混合し、両者が混合燃焼す
る。このとき、燃料ノズル１８の前方に、図１の仮想線
で示すように、じゃま板などのフード３０を設けておく
ことにより、渦を発生させて保炎性を高めることができ
る。

【００１６】上記構成のガスタービン用燃焼器において
は、インレツト１の開口部１ａから取り入れられた空気
が回転子８における圧縮機羽根６により圧縮され、その
圧縮空気Ａがディフューザ９を経て環状燃焼器１３の空
気通路１６に導入される。一方、燃料は燃料ポンプ５、
燃料マニホールド１９を通して送給された後、燃料ノズ
ル１８から燃焼領域１７に向けて噴射され、また、空気
通路１６に導入された空気Ａが圧縮機出口圧力により燃
焼器ライナ１５上に明いた複数の空気孔から燃焼領域１
７に供給されて、この燃焼領域１７内で混合燃焼され
る。

【００１７】そして、この燃焼領域１７での燃焼により
発生した高温燃焼ガスＧは、タービンノズル１０を通し
て半径流タービン羽根７に導かれ、ここで、回転子８に
駆動回転力を付与して、上記圧縮機羽根６を駆動回転さ
せるとともに、回転軸４を介して上記燃料ポンプ５を作
動させる。また、上記半径流タービン羽根７を経て所定
の仕事を終了した燃焼排ガスＦは、排気通路１２を通っ
て外部に放出される。このとき、燃焼器ケーシング１４
の環状内部壁１４ｂは、燃焼領域１７内の火炎により加
熱され、冷却されないために、高温となり、保炎特性の
向上が期待できる。

【００１８】なお、上記燃焼器ケーシング１４の環状内
部壁１４ｂに対して、アブレーションライニング（蒸発
しながら冷却するライニング）を施して、材料温度の上
昇を抑制するようにすれば、燃焼器ケーシング１４の環
状内部壁１４ｂの強度を改善することが可能である。た
だし、この場合は、燃焼器ケーシング１４の環状内部壁
１４ｂが高温に保たれることによる保炎特性の改善は期
待できない。

【００１９】図２は、この発明の他の実施例によるガス
タービン用燃焼器の要部の拡大縦断面図であり、環状燃
焼器１３の空気通路１６にその一端部が開口され、他端
部が燃焼器ライナ１５を貫通して燃焼領域１７内に開口
するエアダクト３１を周方向に複数個設け、このエアダ
クト３１内に、図３に示すように、チューブ１８ａの先
端開口を塞ぎ、先端近くの周壁部に小さな噴出孔１８ｂ
を穿設してなる燃料ノズル１８を配置させて、該燃料ノ
ズル１８からエアダクト３１内の空気流に燃料を噴出さ
せるように構成したものである。

【００２０】この図２に示す実施例による場合は、エア
ダクト３１内を流れる空気Ａに燃料Ｆを噴出させること
により、燃料Ｆの微粒化を促進することが可能で、保炎
性を高めることができる。また、この実施例では、エア
ダクト３１の流出角を調整することで、同図に矢印を付
したような軸方向の渦を形成させて保炎性をより高める
ことができる。さらに、図示は省略するが、上記各エア
ダクト３１の流出角を周方向に振ることによって、軸方
向だけでなく、周方向の渦も形成させて保炎性を一段と
高めることが可能となる。

【００２１】図４は、この発明のもう一つの実施例によ
るガスタービン用燃焼器の要部の拡大縦断面図、図５は
図４の要部の拡大図であり、環状燃焼器１３の空気通路
１６内に、リング状のチューブ１８Ａの周壁部に周方向
に適当間隔置きに複数個の噴出孔１８Ｂを穿設してなる
燃料マニホールド兼用の燃料ノズル１８を配置するとと
もに、上記空気通路１６における空気流れ方向終端の壁
部１６Ａで上記燃料ノズル１８の噴出孔１８Ｂに対向す
る箇所にそれぞれ燃焼領域１７に開口接続される流路部
１６Ｂを形成し、かつ、上記燃焼領域１７内の上記各流
路部１６Ｂに対応する周方向箇所に、図６に示すよう
に、周方向に複数個のフード３２を設けて構成したもの
である。

【００２２】上記図４〜図６に示す実施例による場合
は、燃料ノズル１８における複数個の噴出孔１８Ｂから
噴出される燃料Ｆおよび空気通路１６に導入された空気
Ａが周方向で複数個の流路部１６Ｂから燃焼領域１７内
に混合流となって供給されるとともに、その混合流がフ
ード３２の存在によって図５の矢印で示すように、旋回
されて渦を形成することになり、燃焼領域１７において
渦を形成することにより、燃焼領域１７における燃焼に
際しての保炎性を著しく高めることができる。

【００２３】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、環状燃焼器ケーシング内に設置される環状の燃焼器
ライナとして、その内部壁を省略して、燃焼器ライナの
外部壁と燃焼器ケーシングの環状内部壁との間の全域を
燃焼領域に形成することにより、燃焼領域の必要容積を
確保しつつ、燃焼器部分の外径を小型化することができ
る。また、燃焼器ライナの構成部材量を低減して、低コ
スト化を図ることもできる。しかも、燃焼器ケーシング
の環状内部壁をもって排気ダクトの一部を兼ねることに
より、その燃焼器ケーシングの環状内部壁を燃焼炎の加
熱作用にて常に高温に保って、保炎特性の向上を期待す
ることができる。したがつて、小型化が要求されるミサ
イル等の飛翔体用エンジンとして非常に有効に利用する
ことができる。

【００２４】また、請求項２および請求項３の発明によ
れば、燃料の微粒化とともに、燃焼領域内に渦を形成さ
せることが可能であり、したがって、保炎特性の向上を
達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例によるガスタービン用燃焼
器の縦断面図である。

【図２】この発明の他の実施例によるガスタービン用燃
焼器の要部の縦断面図である。

【図３】図２の実施例における燃料ノズルの構成を示す
拡大断面図である。

【図４】この発明のもう一つの実施例によるガスタービ
ン用燃焼器の要部の縦断面図である。

【図５】図４の要部の拡大断面図である。

【図６】図５のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。

【図７】従来のガスタービン用燃焼器の要部の縦断面図
である。

【符号の説明】

１１ 排気ダクト １４ 燃焼器ケーシング １４ｂ 内部壁 １４ａ 外部壁 １４ｃ 径方向壁 １５ 燃焼器ライナ １６ 空気通路 １６Ｂ 流路部 １７ 燃焼領域 １８ 燃料ノズル ３１ エアダクト ３２ フード

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 環状の内部壁およびこれと同芯状に配置
   された環状の外部壁を有するとともに、これら内外部壁
   を径方向に延びる壁で一体に接合してなる環状燃焼器ケ
   ーシング内に、上記環状外部壁との間に空気通路を形成
   するように環状の燃焼器ライナが配置されて、この燃焼
   器ライナと上記燃焼器ケーシングの環状内部壁との間に
   燃焼領域が形成され、かつ、上記燃焼器ケーシングの環
   状内部壁が、上記燃焼領域から排出されタービン作動部
   を経た後の高温燃焼ガスを外部に排出する排気ダクトの
   一部を兼ねるように構成されていることを特徴とするガ
   スタービン用燃焼器。
2. 【請求項２】 上記環状燃焼器ケーシングの環状外部壁
   と燃焼器ライナとの間に形成された空気通路に、該空気
   通路内の空気を燃焼領域内に導入するためのエアダクト
   を設け、このエアダクト内の空気流に対して燃料を噴出
   させる燃料ノズルをエアダクト内に配置させている請求
   項１のガスタービン用燃焼器。
3. 【請求項３】 上記環状燃焼器ケーシングの環状外部壁
   と燃焼器ライナとの間に形成された空気通路内の空気流
   れ方向の終端部近くに、燃料マニホールドを兼用する状
   態で周方向に複数個の噴出孔を有するリング状の燃料ノ
   ズルを設け、この燃料ノズルの噴出孔に対向する箇所に
   それぞれ上記燃焼領域に開口する燃料・空気混合流の流
   路部を形成するとともに、これら流路部に対応させて上
   記燃焼領域内に渦形成用のフードを設けている請求項１
   のガスタービン用燃焼器。