JPH10205755A - 高温燃焼室のための冷却流量の制御 - Google Patents

高温燃焼室のための冷却流量の制御

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JPH10205755A
JPH10205755A JP10006269A JP626998A JPH10205755A JP H10205755 A JPH10205755 A JP H10205755A JP 10006269 A JP10006269 A JP 10006269A JP 626998 A JP626998 A JP 626998A JP H10205755 A JPH10205755 A JP H10205755A
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    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • 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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Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷却空気の流量を調節することにより、きわ
めて高温で動作する燃焼室の出口での温度曲線を最適化
する。 【解決手段】 燃焼室は下流側部分内の出口（５）に向
かって収束する断面を有しており、このため、出口
（５）に接近するにつれ、ガス速度が上昇し、且つ下流
側部分内の軸方向隔壁（３、４）に沿って圧力減少の局
部的増加が生じる。圧力減少の増加の効果を相殺するた
めに、冷却空気流入量によって定義される下流側部分内
の軸方向隔壁（３、４）の透過率が燃焼室の下流側に向
かうにつれて減少するように、隔壁（３、４）に多数の
孔が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高温燃焼室の隔壁
の冷却流量の制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃焼室に求められる品質には、冷却流体
のエネルギーの低下をできるだけ少なくし円周方向にも
半径方向にもできるだけ一様な温度分布をタービンの入
口で得るために、燃焼室の隔壁に沿った圧力減少を最小
にすることが含まれる。
【０００３】現在、民間用および軍事用ターボジェット
エンジンにおける熱力学サイクルは、燃焼室の出口での
温度レベルをますます高いものにしている。
【０００４】この高温によりエンジンの燃費を向上させ
ることができる。
【０００５】燃焼室内の温度レベルを上げることによ
り、より高いマッハ数が得られるようになる。この数は
局部的にはＭ＝０．２５の値に達することがある。下流
側部分に著しい先細部、即ち収束部を有する燃焼室、と
くに分離した二つのヘッドタイプの燃焼室内では、上流
から下流に沿ったマッハ数の変化は無視することができ
ない。
【０００６】この変化は、燃焼室の性能、とくに冷却空
気の流量の値に影響を及ぼす。
【０００７】事実、上流側から下流側への燃焼室内のマ
ッハ数の増加により、燃焼室内のガスの流れる方向にお
いて静圧の減少が生じる。その結果、燃焼室の壁に沿っ
て上流側から下流側に向かうにつれて圧力減少が増大す
る。なお、冷却空気取り入れオリフィスの所与の形態に
ついて、取り込まれる空気の流量は圧力減少量に比例す
る。
【０００８】収束部分内では圧力減少の値はほぼ二倍に
なることがあり、その結果、チャンバの壁がその全域に
おいて一様な透過率を有する場合、冷却空気流量は局部
的には３０％増加することがある。２ヘッドタイプの燃
焼室で見られる径方向形状の強調により、これら圧力減
少および冷却流量の変化の値が増大する。
【０００９】燃焼室の出口で見られる冷却流量の増加
は、燃焼室の出口において求められる温度曲線とは相容
れない。温度曲線の最高温度点を特徴付けるものに、半
径方向温度係数（Ｆ．Ｒ．Ｔ．）と局部的温度係数
（Ｆ．Ｌ．Ｔ．）とがある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、燃焼
室の下流側に位置する隔壁内の冷却空気の流量を調節す
ることにより、きわめて高温で動作する燃焼室の出口で
の温度曲線の最適化をはかることである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、対称軸を有
し、相互に離れており、特に隔壁の冷却空気を通過させ
るための多数の孔を形成する複数の貫通オリフィスをそ
れぞれ具備する二つの環状隔壁と、前記燃焼室内のガス
の全体的な流れの方向に関して上流側に位置しており、
前記対称軸に対し横方向の底部とによって規定され、出
口の下流側開口部を有するとくにターボマシン用の燃焼
室であって、下流側部分内の出口に向かって収束する断
面を有し、このため、出口に接近するにつれ、ガス速度
が上昇し、且つ下流側部分内の軸方向隔壁に沿って圧力
減少の局部的増加が生じる燃焼室に関する。
【００１２】この燃焼室は、所与の圧力減少を受ける所
与の面積の隔壁を通過することできる所与の圧力の冷却
流体の流量を透過率とする時、圧力減少の増加の効果を
相殺するために、該冷却空気流量によって定義される下
流側部分内の軸方向隔壁の透過率が前記燃焼室の下流側
に向かうにつれて減少するように多数の孔が設けられて
いることを特徴とする。
【００１３】この透過率の変化は、上流側から下流側に
向かうにつれて単位面積あたりのオリフィスの数を減少
させるか、オリフィスの寸法または傾斜を変えるか、あ
るいは上流側から下流側に向かうにつれて隔壁の厚さを
増加させることによって実現される。
【００１４】本発明の他の利点および特徴は、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
より明らかになろう。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１は、相互に離れている内部軸
方向隔壁３と外部軸方向隔壁４とによって規定される対
称軸２を有する環状２ヘッドタイプの燃焼室１の下流側
部分を示す図である。軸方向隔壁３および４は、図示し
ない羽根付ステータ側に燃焼ガスが送られる環状出口５
を下流側に規定する。軸方向隔壁３および４は、二つの
燃料噴射装置を具備する少なくとも一つの底部により上
流側で接続され、セパレータ６により径方向において分
離される。この燃焼室１の下流側部分は出口５に向かっ
て大きく収束し、軸方向壁３および４は多数の孔を備え
る。
【００１６】軸方向壁３および４は、内部ハウジング７
および外部ハウジング８からそれぞれ離れたところに設
けられる。内部ハウジング７と内部軸方向隔壁３とによ
って規定される環状空間９は、燃焼室の下流側部分内で
のガスの希釈および軸方向壁３の冷却用空気流を循環さ
せるのに使用する。
【００１７】同様に、外部ハウジング８と外部軸方向隔
壁４とによって規定される環状空間１０により、燃焼室
１の下流側部分に希釈空気を供給し、軸方向壁４の冷却
空気を供給することができる。
【００１８】図１には、燃焼室内のエンクロージャの複
数の場所におけるガスの局部的速度をマッハ数で示し、
軸方向隔壁３および４に沿った圧力減少の値を環状空間
９および１０内にある圧力Ｐｔに対する百分率で示し、
また、所与の圧力減少について単位面積あたりの、燃焼
室１内に浸入することができる圧力Ｐｔの空気流量を透
過率と定義する時、軸方向隔壁３および４の透過率が上
流側から下流側に向かって一様である場合の、出口５か
ら種々の距離のところにおける隔壁３および４の１平方
メートルあたり燃焼室内に供給される冷却空気流量Ｄｅ
を示した。
【００１９】図１で、上流側と下流側との間で値Ｍが１
〜５の割合で変化すること、出口５に向かうにつれて圧
力減少が増加し、出口５の近くの圧力減少と下流側部分
の上流側での圧力減少との比が２に近いこと、ならびに
１平方メートルあたりの空気流量は下流側に向かうにつ
れて増加し２０ｋｇ／ｍ2から２４ｋｇ／ｍ2まで変化す
ることがわかる。
【００２０】上流側と下流側との間におけるこの空気流
量の変化は、ガス速度の上昇の結果、上流側と下流側と
の間でガスの静圧Ｐｓが減少することによって生じるも
のであり、燃焼室の性能にとって有害である。
【００２１】図２は、軸方向隔壁３および４が、燃焼室
１内に冷却空気流を導入することができる多数の孔を具
備する本発明による燃焼室１を示す図である。
【００２２】本発明によれば、燃焼室１の下流側に位置
し軸方向隔壁３および４を構成するリングの冷却空気流
量を単位とする、透過率Ｐｉは、出口５に向かうにつれ
て減少する。
【００２３】燃焼室１の下流側部分内で上流側から下流
に連続して設けられる三つのリングの透過率をＰ１、Ｐ
２、Ｐ３とすると、Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３である。
【００２４】透過率を変えるために、単位面積あたりの
一定寸法オリフィス１２の数を変えるか、オリフィス１
２の寸法を変えることができる。
【００２５】局部的リッチ度の値を最適化するために、
軸内の燃料噴射装置の間に、異なる周辺透過率を設ける
こともできる。これは、三次元計算の結果を分析するこ
とにより決定することができる。
【００２６】多数孔オリフィスの密度が均一な場合、図
３および図４に示すように、オリフィス１２の軸方向傾
斜角度αを変えることによっても、透過率の変化を得る
ことができる。この方法により、オリフィス１２の長さ
／直径寸法の比（Ｌ／Ｄ）に応じて各オリフィス１２の
流量係数を調節することができる。オリフィス１２の入
口においてリングに接する面に対する燃焼室１の下流側
部分内の連続する三つのリングのオリフィス１２の傾斜
角度をα１、α２、α３とすると、α１＞α２＞α３と
なる。
【００２７】オリフィス１２の傾斜が一定の場合、燃焼
室の下流側部分内の軸方向隔壁３および４の厚さを変え
ることにより、Ｌ／Ｄ比の変化を得ることができ、この
厚さｅは、図５に示すように、上流側から下流側に向か
うにつれて増大する。
【００２８】下流側部分の下流側の隔壁３および４の厚
さをｅ１とし、出口５の近くの隔壁の厚さをｅ２とする
と、たとえばｅ１＝０．７ｅ２を得る。
【００２９】最後に、図６に示すように、軸方向隔壁
３、４に沿って圧力減少量を一定に保つために、環状空
間９および１０の下流側部分内のチャンバのハウジング
７、８および軸方向隔壁３、４上に乱流部材を五の目状
またはジグザグ状に置くことが可能である。
【００３０】また、種々の解決方法を組み合わせること
により、冷却空気の流量を調節することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】上流側と下流側との間の冷却空気の流量のマッ
ハ値Ｍを示す図である。
【図２】本発明による燃焼室の上流側から下流側への隔
壁の透過率の変化を示す図である。
【図３】上流側から下流側に向かってオリフィスの傾斜
角度が変化する本発明の実施形態を示す図である。
【図４】軸方向隔壁のオリフィスの傾斜の詳細断面図で
ある。
【図５】上流側から下流側に向かって燃焼室の隔壁の厚
さが増大する本発明の実施の変形形態を示す図である。
【図６】冷却空気回路内に設けた乱流部材により軸方向
隔壁に沿った圧力減少が一定に維持される燃焼室を示す
図である。
【符号の説明】
１ 環状２ヘッド型燃焼室 ２ 対称軸 ３ 内部軸方向隔壁 ４ 外部軸方向隔壁 ５ 環状出口 ６ セパレータ ７ 内部ハウジング ８ 外部ハウジング ９ 環状空間 １０ 環状空間 １２ 貫通オリフィス Ｄ オリフィスの直径 ｅ１ 下流側部分の下流側の隔壁の厚さ ｅ２ 出口の近くの隔壁の厚さ Ｌ オリフィスの長さ Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３ リングの透過率 α 隔壁に接する面に対するオリフィスの傾斜角度 α１、α２、α３ オリフィスの傾斜角度
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ドウニ・ジヤン・モーリス・サンドウリ フランス国、77370・ナンジ、デユボア・ １・アー

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 対称軸（２）を有し、相互に離れており
    特に隔壁（３、４）の冷却空気を通過させるための多数
    の孔を構成する複数の貫通オリフィス（１２）をそれぞ
    れ具備する二つの環状隔壁（３、４）と、前記燃焼室内
    のガスの全体的な流れの方向に関して上流側に位置して
    おり、前記対称軸に対し横方向の底部とによって規定さ
    れ、出口（５）の下流側開口部を有する特にターボマシ
    ン用の燃焼室であって、該燃焼室は下流側部分内の出口
    （５）に向かって収束する断面を有しており、このた
    め、出口（５）に接近するにつれ、ガス速度が上昇し、
    且つ下流側部分内の軸方向隔壁（３、４）に沿って圧力
    減少の局部的増加が生じ、所与の圧力減少を受ける所与
    の面積の隔壁を通過し得る所与の圧力の冷却流体の流量
    を透過率とする時、圧力減少の増加の効果を相殺するた
    めに、該冷却空気流量によって定義される下流側部分内
    の軸方向隔壁（３、４）の透過率が燃焼室の下流側に向
    かうにつれて減少するように多数の孔が設けられている
    ことを特徴とする燃焼室。
  2. 【請求項２】 上流側から下流側に向かうにつれて単位
    面積あたりのオリフィス（１２）の数が減少することを
    特徴とする請求項１に記載の燃焼室。
  3. 【請求項３】 下流側に向かうにつれてオリフィス（１
    ２）の直径が減少することを特徴とする請求項１に記載
    の燃焼室。
  4. 【請求項４】 上流側から下流側に向かうにつれて隔壁
    に接する面に対するオリフィスの傾斜角度（α）が減少
    することを特徴とする請求項１に記載の燃焼室。
  5. 【請求項５】 上流側から下流側に向かうにつれて軸方
    向隔壁の厚さ（ｅ）が増大することを特徴とする請求項
    １に記載の燃焼室。
JP00626998A 1997-01-16 1998-01-16 高温燃焼室のための冷却流量の制御 Expired - Lifetime JP3714784B2 (ja)

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