JPH10185193A - 燃料混合気の空力噴射システム - Google Patents

燃料混合気の空力噴射システム

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JPH10185193A
JPH10185193A JP9261526A JP26152697A JPH10185193A JP H10185193 A JPH10185193 A JP H10185193A JP 9261526 A JP9261526 A JP 9261526A JP 26152697 A JP26152697 A JP 26152697A JP H10185193 A JPH10185193 A JP H10185193A
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メデイ・バンサアデイ
Michel Andre Albert Desaulty
ミシエル・アンドレ・アルベール・ドゾルテイ
Sebastien Pierre Jean Pitrou
セバスチヤン・ピエール・ジヤン・ピトルー
Pierre Marie Victor E Schroer
ピエール・マリ・ビクトール・エミール・シユルール
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    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
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    • F23R3/10—Air inlet arrangements for primary air
    • F23R3/12—Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex
    • F23R3/14—Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex by using swirl vanes
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低回転数において燃焼されない一酸化炭素お
よび炭化水素の発生量を減少させる空力噴射システムを
提供する。 【解決手段】 ガスタービンエンジンの燃焼室（２）内
の燃料混合気の空力噴射システム。燃料噴射装置（４
３）は複流式であり、所与の回転数域より高いところで
二次燃料コーン（５３）を供給する。一次スワラ（３
２）および二次スワラ（３３）は、燃焼室の底部（３）
内に取り付けられた空力ボウル（２０）の上流側のベン
チュリ（３０）に結合される。一次燃料コーン（５１）
はベンチュリ（３０）を打撃しない。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンエン
ジンの燃焼室内の燃料混合気の噴射システムに関する。
【０００２】より詳細には本発明は、エンジンの全回転
数域において一次燃料回路から供給される一次燃料流
と、エンジンのあらかじめ決められた回転数域より高い
ところで二次燃料回路から供給される二次燃料流とを噴
射するための複流燃料噴射装置と、下流側に口が拡大さ
れ、上流側に燃料の噴射装置軸に同軸に配設されたベン
チュリを含む空力ボウルとを含む空力噴射システムあっ
て、このベンチュリによって、一次スワラから出される
内部空気束と、二次スワラから出される外部空気束とが
分離され、一次燃料流と二次燃料流とが、燃料コーンの
形状に内部空気束内に噴射されるシステムに関する。
【０００３】
【従来の技術】この複流空力噴射装置はとくにターボジ
ェットエンジンに装備され、あるエンジン回転数までは
一次燃料流により動作し、それ以上では、第二燃料流が
第一燃料流を補完するようになる。
【０００４】この種の現在の噴射装置では、二つの燃料
流の出力コーンが、ベンチュリの内壁を打撃するように
なる。
【０００５】このように燃料がベンチュリに衝突するこ
とにより、以下の二つの現象が生じる。
【０００６】− 第一の現象は燃料の二次噴霧化に関す
る。なぜなら、ベンチュリを打撃する燃料の一部が、ベ
ンチュリのところで流れ、この出力帯の空力的な規定に
よって定義される状態で、このベンチュリの出力で再度
噴射され、再度噴霧化されるからである。これらの結果
は通常、ベンチュリの出力部における燃料コーンの角度
の増加によって表される。
【０００７】− 第二の現象は、空力ボウルの出力部に
おける燃料の粒度に関する。この粒度は、燃料噴射装置
の固有の微粒子化能力と比較して悪化することがある。
【０００８】一次燃料回路のみが動作中の時、アイドリ
ング速度における燃料コーンの角度の増加により、噴霧
化されていない燃料が燃焼室の一次帯の壁に飛散する。
室の壁の冷却装置は、当該帯内の燃焼反応を停止しよう
とし、そのため、多量の一酸化炭素（ＣＯ）および非燃
焼炭化水素（ＣＨｘ）が形成されてしまう。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、低回
転数において燃焼されない一酸化炭素および炭化水素の
発生量を最もよく減少させるよう、上記に記載の空力噴
射システムを最適化することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、一次燃料回路
から供給される燃料コーンがベンチュリに衝突しないよ
うにベンチュリの長さおよび形状が調節されることによ
って達成される。
【００１１】この構成により、低回転数において噴射装
置の噴霧化品質が維持されるため、燃焼の安定性が向上
する。さらに、二次燃料回路から供給される燃料コーン
がベンチュリを打撃し、ガス充満回転速度において比較
的大きな燃料コーンが得られることから、高回転数にお
ける噴射システムの固有性能が変化せず、それにより、
燃料噴射装置間の、混合および均質化についての要求を
守ることができる。
【００１２】さらに以下の有利な特徴が採用される。
【００１３】− 一次スワラと二次スワラの空気流速度
の比が１．３未満である。
【００１４】− 一次スワラが５５°〜６５°の値に設
定される。
【００１５】− 二次スワラが６０°〜７０°の値に設
定される。
【００１６】− 一次スワラおよび二次スワラによって
供給される空気の流量比が１．１〜１．２である。
【００１７】− ベンチュリの放散部分の軸方向長さ
と、ベンチュリのネック部の直径との比が、０．３〜
０．４である。
【００１８】本発明の他の長所および特徴は、例として
示し添付の図面を参照して行う以下の説明を読むことに
よって明らかになろう。
【００１９】
【発明の実施の形態】図１は、たとえばターボジェット
エンジン内で使用されるガスタービンエンジンの燃焼エ
ンクロージャ２の燃焼室内の燃料混合気の噴射システム
１を示す。燃焼エンクロージャ２はたとえば環状であ
り、図示しない二つの環状ジャケットによって画定され
る。二つの環状ジャケットは、ターボジェットエンジン
の軸を基準として半径方向に間隔をあけ、上流側で環状
の室の底部３によって接続される。室の底部３は、ター
ボジェットエンジンの軸の周囲に円形に等間隔に配置さ
れた複数の開口部４を含む。各開口部４内には、本発明
による噴射装置１が取り付けられる。燃焼ガスは燃焼エ
ンクロージャ２内を下流側に流れ、次に、燃焼室底部３
の上流側に配設された高圧コンプレッサを駆動する高圧
タービンに供給される。このコンプレッサは、噴射装置
１および、燃焼エンクロージャ２の内側および外側にそ
れぞれ半径方向に配設された二つの環状空間に空気を供
給する。
【００２０】噴射装置１により燃焼エンクロージャ２に
投入される空気は、燃料の噴霧化および燃焼室の一次帯
内の燃料の燃焼に積極に与るが、ジャケットの外側を循
環する空気はジャケットの冷却に与り、希釈穴から燃焼
エンクロージャ２内に入り、その結果、高圧タービンに
送られた燃焼ガスを冷却する。
【００２１】環状デフレクタ１０は、内部スリーブ１１
により開口部４内に取り付けられる。このデフレクタ１
０は、燃焼エンクロージャ２内に室の底部３に平行に配
設され、室の底部３を横断するオリフィス１２を通る空
気により衝撃冷却される。スリーブ１１の内側には、開
口部４の軸２３と同軸に配設された円筒形壁２２の延長
部内で下流側に口が拡大された壁２１を含む空力ボウル
２０が取り付けられる。壁２１は、燃焼室への空気投入
用の複数の穴２４を含む。
【００２２】円筒形壁２２は、内側輪郭３１が収束放散
形の軸２３のベンチュリ３０を取り囲む。ベンチュリ３
０は、一次スワラ３２および二次スワラ３３から出た空
気流を画定する。
【００２３】径方向型一次スワラ３２は、ベンチュリ３
０の上流側に配設され、ベンチュリ３０の内部に内部空
気束を供給する。
【００２４】同じく径方向型の二次スワラ３３は、ボウ
ル２０の円筒形壁２２の上流側に配設され、ベンチュリ
３０と円筒形壁２２との間に設けられた管路内に外部空
気束を供給する。
【００２５】ベンチュリ３０はその上流端に、一次スワ
ラ３２と二次スワラ３３とを分離する径方向型フランジ
３４を含む。
【００２６】一次スワラ３２は、開口部４の軸２３側に
開口した環状溝４１を有する固定部品４０に上流側で固
設される。この環状溝４１内には、二重燃料回路型燃料
噴射装置の燃料噴霧棒４３の端部の固定ソケット４２が
取り付けられる。ソケット４２は、環状溝４１内を数
度、径方向に移動することができるので、燃料噴射装置
および燃焼室底部３に固定された部品が受ける熱的応力
によるあそびを補正することができる。
【００２７】燃料噴射装置は、エンジンの全回転数域に
おいて、軸２３に対し角度βをなす燃料コーンの形態の
一次燃料流５１を供給する一次燃料回路５０と、エンジ
ンの所与の回転数域より高いところで、あるいは所与の
燃料の流量より多いところで、軸２３に対し角度αをな
す燃料コーンの形態の二次燃料流５３を供給する二次燃
料回路５２とを含む。
【００２８】本発明によれば、ベンチュリ３０の形状お
よび寸法、ならびに燃料の噴霧化棒の端部の位置、およ
び燃料コーン５３、５１の角度α、βは、二次燃料流の
コーン５３がベンチュリ３０の内壁３１を常に打撃する
が、一次燃料流のコーン５１はベンチュリ３０の内壁３
１を決して打撃しないように計算される。
【００２９】一次燃料流のコーン５１の開口角度βは比
較的閉じているものの、点火システムの位置に応じて満
足のゆくエンジン点火条件を得るためには、最小開口角
度よりは大きくなければならない。
【００３０】提供される配置により、ボウル３０の出力
部と燃焼室の一次帯内では、燃料の空間分布が、燃料噴
射装置の二つの動作モード間できわめて異なる。図２で
は、一次燃料回路５０が動作中の時の、ボウル２０の軸
２３からの距離Ｘに応じた空間分布を示す曲線Ｃ１を実
線で示し、一次燃料回路５０および二次燃料回路５２の
双方が燃料を供給する時の同じ空間分布を示す曲線Ｃ２
を点線で示した。一次燃料流および二次燃料流の双方が
動作すると、燃料の密度が最大である帯６０はボウル２
０側に遠ざかることがわかる。
【００３１】ボウル２０およびベンチュリ３０の形態の
最適化は、二次元および／または三次元空力計算を行
い、これに、燃料の粉砕、ベンチュリ３０上の二次噴霧
化、燃料の気化現象などの二相現象を考慮したものを組
み合わせることにより行われる。
【００３２】使用する燃料噴射装置の一次燃料回路５０
は、純粋に機械的な定義によるものである。すなわち、
この一次回路５０から供給される燃料は、燃料の噴射圧
力によってのみ粉砕化される。
【００３３】この一次回路５０から供給される燃料はベ
ンチュリ３０を打撃せず、二次燃料回路の燃料コーン５
３に干渉しない。これにより、先行技術と比べて酸化窒
素の発生量を減じることができ、また、燃焼室の安定性
の基にある空気の再循環帯を移動することができる。ボ
ウル２０に供給される空気はベンチュリ３０に強く依存
する出力動力性を有する。ボウルの出力部における再循
環帯の位置を決定するのは、内部空気流束および外部空
気流束間の速度比、各スワラの設定と、二つの空気流束
が混合する距離である。燃料、とくにこの空気帯にとら
われる細かな小滴は、ボウルの周囲の空気の流速に依存
することなく、安定した炎を得るのに消費される。燃料
の滴の軌跡描図は、二相二次元計算によって行われる。
【００３４】以下の特徴を採用することが有利である。
【００３５】− 一次スワラ３２と二次スワラ３３の空
気流速度の比が１．３未満である。
【００３６】− 一次スワラ３２が５５〜６５°の値、
たとえば６０°に設定される。
【００３７】− 二次スワラ３３が６０〜７０°の値、
たとえば７０°に設定される。
【００３８】− 一次スワラ３２および二次スワラ３３
によって供給される空気の流量比が１．１〜１．２であ
り、たとえば１．１３である。
【００３９】− ベンチュリ３０の放散部分の軸方向長
さＬと、ベンチュリ３０のネック部の直径Ｄとの比が、
０．３〜０．４であり、たとえば１／３である。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃焼エンクロージャの燃焼室の底部内に取り付
けられた本発明による空気および燃料の噴射システムの
断面図である。
【図２】第一燃料回路だけが動作中であるか、第二燃料
回路とともに動作するかによって異なる、ボウルの軸ま
での距離に対する燃料の空間分布を示す図である。
【符号の説明】
１ 噴射システム ２ 燃焼エンクロージャ ３ 室の底部 ４ 開口部 １０ 環状デフレクタ １１ 内部スリーブ １２ オリフィス ２０ 空力ボウル ２１ 壁 ２２ 円筒形壁 ２３ 軸 ２４ 穴 ３０ ベンチュリ ３１ 内側輪郭 ３２ 一次スワラ ３３ 二次スワラ ４０ 固定部品 ４１ 環状溝 ４２ ソケット ４３ 複流燃料噴射装置 ５０ 一次燃料回路 ５１ 一次燃料流 ５２ 二次燃料回路 ５３ 二次燃料流
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ミシエル・アンドレ・アルベール・ドゾル テイ フランス国、77240・ベール・サン・ドニ、 リユ・ドウ・ラ・ピエール・デコレ・２ (72)発明者 セバスチヤン・ピエール・ジヤン・ピトル ー フランス国、75020・パリ、リユ・デ・ピ レネ・273 (72)発明者 ピエール・マリ・ビクトール・エミール・ シユルール フランス国、91800・ブリユノワ、アレ・ デ・シユブルイユ・２

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 エンジンの全回転数域において一次燃料
    回路（５０）から供給される一次燃料流（５１）と、エ
    ンジンのあらかじめ決められた回転数域より高いところ
    で二次燃料回路（５２）から供給される二次燃料流（５
    ３）とを噴射するための複流燃料噴射装置（４３）と、
    下流側に口が拡大され、上流側に燃料の噴射装置（４
    ３）の軸（２３）に同軸に配設されたベンチュリ（３
    ０）を含む空力ボウル（２０）とを含み、このベンチュ
    リ（３０）によって、一次スワラ（３２）から出される
    内部空気束と、二次スワラ（３３）から出される外部空
    気束とが分離され、一次燃料流（５１）と二次燃料流
    （５３）とが、燃料コーンの形状に内部空気束内に噴射
    される、ガスタービンエンジンの燃焼室（２）内の燃料
    混合気の空力噴射システムであって、一次燃料回路（５
    ０）から供給される燃料コーン（５１）がベンチュリ
    （３０）に衝突しないようにベンチュリの長さおよび形
    状が調節されることを特徴とするシステム。
  2. 【請求項２】 一次スワラ（３２）と二次スワラ（３
    ３）との空気流速度の比が１．３未満であることを特徴
    とする請求項１に記載のシステム。
  3. 【請求項３】 一次スワラ（３２）および二次スワラ
    （３３）が径方向型であることを特徴とする請求項１ま
    たは２に記載のシステム。
  4. 【請求項４】 一次スワラ（３２）が５５°〜６５°の
    値に設定されることを特徴とする請求項３に記載のシス
    テム。
  5. 【請求項５】 二次スワラ（３３）が６０°〜７０°の
    値に設定されることを特徴とする請求項３または４に記
    載のシステム。
  6. 【請求項６】 一次スワラ（３２）および二次スワラ
    （３３）によって供給される空気の流量比が１．１〜
    １．２であることを特徴とする請求項１から５のいずれ
    か一項に記載のシステム。
  7. 【請求項７】 ベンチュリ（３０）の放散部分の軸方向
    長さＬと、ベンチュリ（３０）のネック部の直径（Ｄ）
    との比が、０．３〜０．４であることを特徴とする請求
    項１から６のいずれか一項に記載のシステム。
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