JPH10279U - ガスタービンエンジンの燃焼室 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガスタービンエンジンの燃焼室の壁の薄膜冷
却を改良する。 【解決手段】 ガスタービンエンジン燃焼室２６の壁３
０、３８に２０〜４０°の角度で形成された末広がりの
窓４８、６０を形成し、この窓から流入する冷却流体に
より、燃焼室壁の内面に冷却流体の薄膜を形成させる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

本考案はガスタービンエンジンの燃焼室に関し、殊に燃焼室の壁の冷却に関す る。

【０００２】

【従来の技術】

ガスタービンエンジンの燃焼室の壁を冷却する従来の一方法（例えば英国特許 出願公開第２２００７３８号明細書参照）は、軸方向に隔置された壁部分の間に 配置され、それらに固定される冷却リングを用いる。これらの冷却リングには、 複数の比較的大きい窓を並べた１列、または比較的小さい窓の複数列が設けられ る。これらの窓は、燃焼室内に生ずる高温度から壁を守る冷却流体の薄膜を形成 するように、壁の内面上に冷却流体の流れを振向ける。しかし、そのような冷却 リングでは、冷却流体が比較的無駄になり易い。

【０００３】 冷却リングに伴ういま一つの問題は、冷却リングにわたって生ずる熱勾配が冷 却リングの亀裂発生をもたらし、また多数の冷却窓の存在が亀裂の伝播を容易に し、究極的には冷却リングを破壊することである。

【０００４】 ガスタービンエンジンの燃焼室の壁を冷却する従来のいま一つの方法は、冷却 流体によって壁を蒸散冷却するために内部通路を中に形成するように、２枚以上 の薄層を結合して成形される壁を用いる。つぎに、壁の内面上に流体の冷却薄膜 を形成するように、冷却流体を、窓から壁の外に通す。これらの仕組は、冷却流 体の約３分の１を用いる冷却リングよりも効率的ではあるが、壁の内面に直角に 配置されて、比較的大きな距離に隔置されている窓による非効率的な薄膜冷却の ために、壁の内面が比較的高温になり勝ちである。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

本考案は、燃焼室の壁の薄膜冷却を改良したガスタービンエンジンの燃焼室を 与えることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

従って本考案は燃焼室を少なくとも部分的に画成する少なくとも１個の壁を有 するガスタービンエンジン燃焼室を与え、前記壁は内面と外面を有し、さらに壁 の内面に流体の冷却薄膜を形成するように壁の内面に冷却流体を供給するために 、壁を貫通する少なくとも１列の窓を有し、窓の軸線は壁の内面と２０〜４０° の角度を形成するように配置され、各窓は第１の部分と第２の部分を有し、第１ の部分は壁の外面を流れる冷却流体から冷却流体を受入れてその冷却流体を第２ の部分に供給するように配置され、第２の部分は末広がり形であって、流体の冷 却薄膜を形成するように内面の上に冷却流体を振向けるように配置される。

【０００７】

【考案の実施の形態】

窓の軸線は壁の内面に対して２５〜３５°の角度に配置されることができる。

【０００８】 窓の末広がり部分は窓の軸線に対して、ほぼ１２．５°の角度で広がることが できる。

【０００９】 窓の第１の部分は円筒形であることができる。

【００１０】 各列内の隣合せの窓の軸線は窓の円筒形部分の直径の少なくとも３倍だけ隔置 されることができる。

【００１１】 壁は少なくとも２列の窓を有することができ、各列の窓は隣りの列の窓に対し て喰違いに配置される。

【００１２】 窓の隣合せの列は窓の円筒形部分の直径の少なくとも２倍だけ隔置されること ができる。

【００１３】 窓の円筒形部分の直径は約０．７６２ｍｍであることができる。

【００１４】 壁は燃焼室の上流壁であることができる。

【００１５】 壁は筒形燃焼室の筒形壁であるか、円環形燃焼室の内方円環壁であるか、円環 形燃焼室の外方円環壁であることができる。

【００１６】 壁の上流部分は軸方向に隔置された群として配置される窓を有し、各群は３列 の窓を有することができる。

【００１７】 壁の下流部分は軸方向に隔置された群として配置される窓を有し、各群は２列 の窓を有することができる。

【００１８】

【実施例】

以下に、添付図面を参照しつつ、本考案の実施例を詳細に説明する。

【００１９】 ターボファン・ガスタービンエンジン１０が図１に示され、軸方向流れの順に 、ファン部１４、圧縮機部１６、燃焼器部１８、タービン部２０および排気ノズ ル２２を有する。ターボファン・ガスタービンエンジン１０の作動は全く従来通 りであって、空気は入口１２に流入し、ファン部１４により初期の圧縮を与えら れる。この空気は２つの部分に分けられる。空気の第１の部分はファンダクト（ 図示せず）を通過して、ファンノズル（図示せず）に流れる。空気の第２の部分 は圧縮機部１６に供給され、そこで空気はさらに圧縮されたあと、燃焼器部１８ に供給される。燃焼器部１８に供給された空気の中で燃料が燃やされて高温ガス を発生し、高温ガスはタービン部２０を通過してそれを駆動したあと、排気ノズ ル２２を通過して大気中に出る。タービン部２０は軸（図示せず）を介して、フ ァン部１４と圧縮機部１６を駆動するように装置される。

【００２０】 燃焼器部１８は図２ないし図１０に、より明らかに示される。燃焼器部は、外 側ケーシング２４と、ケーシング２４に囲まれた円環形燃焼室２６と、を有する 。円環形燃焼室２６は、円環形上流壁２８と、円環形外壁３０と、円環形内壁３ ２と、によって画成される。冷却空気流のための円環形外方通路２５がケーシン グ２４と円環形外壁３０の間に形成され、冷却空気流の内方通路２７が円環形内 壁３２の中に形成される。

【００２１】 円環形上流壁２８には、同一円周上に隔置される複数の窓３６が設けられる、 燃料噴射器３４が窓３６の各々に同軸状に配置される。円環形上流壁２８は上流 壁部材３７と下流壁部材３８とを含み、その間に室３９が形成される。上流壁部 材３７は空気を室３９に供給するための複数の窓（図示せず）を有する。図９お よび図１０に示される下流壁３８は複数の円弧形部分５４によって形成され、そ の各々は燃料噴射器３４を受承するように、ほぼ中央に中央窓４０が形成される 。各部分５４は数本のボルト６４とナット（図示せず）により、上流壁部材３７ に固定される。

【００２２】 下流壁部材３８の部分５４は内面５６と外面５８を有し、また部分５４には、 室３９からの冷却空気を部分５４の内面上に供給して冷却空気薄膜を形成させる 複数列の窓６０が貫通して設けられる。窓６０の列は円環形燃焼室２６の軸線に 対して半径方向に延在する。窓６０は、その軸線が部分５４の内面５６に対して ２０〜４０°の角度をなすように、配置される。窓６０は円筒形の第１の部分と 、末広がりの第２の部分と、を有する。円筒形部分は冷却空気を室３９から末広 がり部分に供給し、末広がり部分は冷却空気を部分５４の内面５６上に振向けて 冷却空気薄膜を形成させる。窓の末広がり部分は、本例では、窓の軸線に対して １２．５°の角度で広がる。各列の隣合せの窓６０の軸線は窓の円筒形部分の直 径の３倍だけ隔置される。

【００２３】 窓６０の列は３列つづの群として配置され、窓の列の各群は隣りの群から角度 隔置される。各列の中の窓は、同じ群の隣合せの列の窓に対して喰違っている。

【００２４】 各群の中の窓の隣合せの列は、窓の円筒形部分の直径の少なくとも２倍だけ隔 置されている。

【００２５】 部分５４の円周方向の２分の１の区域に窓６０の各３列から成る２つの群があ り、部分５４の円周方向の他の２分の１の区域に窓６０の各３列から成るもう２ つの群があり、これらの窓６０の群は中央窓４０に向けて、円周方向に冷却空気 を振向けるように配置される。

【００２６】 図３ないし図８に示す外方円環壁３０は内面４４と外面４６を有し、複数列の 窓４８を有する。外方円環通路２５から外方円環壁３０の内面４４に冷却空気を 供給して冷却空気薄膜を形成させるように、外方円環壁３０を窓４８が貫通する 。窓４８の列は燃焼室２６の軸線に対して円周方向に延在する。窓４８はその軸 線が外方円環壁３０の内面に対して２０〜４０°の角度をなすように配置される 。窓４８は円筒形の第１の部分５０と、末広がりの第２の部分５２と、を有する 。円筒形部分５０は、外方円環形通路２５の外方円環壁３０の外面４６を流れる 冷却空気を末広がり部分５２に供給し、末広がり部分５２は冷却空気を下流方向 に、外方円環壁３０の内面４４の上に振向けて、冷却空気薄膜を形成させる。窓 ４８の末広がり部分５２は窓４８の軸線に対して角度α＝１２．５°に広がる。

【００２７】 各列の隣合せの窓４８の軸線は距離Ｓだけ隔置され、距離Ｓは窓４８の円筒形部 分５０の直径ｄの３倍である。窓４８の末広がり部分５２はファン形窓を生ずる ように、円周方向に広がる。

【００２８】 外方円環壁３０の上流部分３１では、窓４８の列が３列から成る群として配置 され、外方円環壁３０の下流部分３３では、２列から成る群として配置されるこ とに注目すべきである。上流部分３１の窓の３列から成る各群、または下流部分 ３３の窓の２列から成る各群は、隣りの群から軸方向に隔置される。各列の窓４ ８は同じ群の隣りの列の窓４８と喰違っている。

【００２９】 各群の窓４８の隣合せの列は窓４８の円筒形部分５０の直径ｄの少なくとも２ 倍だけ隔置されている。

【００３０】 望ましくは、窓４８はその軸線が外方円環壁３０の内面４４に対して２５〜３ ５°の角度をなすように配置される。

【００３１】 本例の窓４８の円筒形部分５０の直径ｄは０．７６２ｍｍであり、レーザー・ ドリルまたは他の適当な方法により形成される。

【００３２】 窓と窓の間隔Ｓ、つまりピッチ、は最も重要な寸法であり、窓の広がり角度に 関係している。窓の間隔Ｓは窓の広がり角度と共に増す。本例では、窓の広がり 角度αは１２．５°であり、間隔Ｓは直径ｄの３倍である。１２．５°より大き い角度αを有する窓の間隔Ｓは直径ｄの３倍よりも大きい。

【００３３】 窓を通って流れる冷却空気が上流壁または円環形外方壁の内面上に冷却空気薄 膜を形成するように、上流壁または円環形外方壁の内面に対して窓が傾斜してい る。壁の内面に対して９０°に配置された窓は空気の冷却薄膜を形成しない。冷 却空気が壁の内面にそって流れないからである。

【００３４】 空気速度を減じ、冷却空気を広げて各列の隣合せの窓からの冷却空気と混合さ せ、また冷却薄膜が壁の内面に確実にとどまるようにすることにより、空気の冷 却薄膜の効果を高めるように、窓が末広がり形になっている。

【００３５】 しかし、単列の窓では、冷却効果は向上するけれども、空気の冷却薄膜と壁の 内面との間に、燃焼過程で生じた高温ガスが或る程度、滞留する。

【００３６】 群として配置された、窓の密接に隔置された数列を用いることの殊に有利であ る理由は、第１列の窓により壁の内面に放出された空気の冷却薄膜が、第２列の 窓によって生じた冷却薄膜と壁の内面との間に高温ガスの滞留するのを防止する 遮蔽物として働き、また同じく、第２列の窓によって壁の内面に放出された冷却 空気薄膜が、第３列の窓によって生じた冷却薄膜と壁の内面との間に高温ガスの 滞留するのを防止する、もう１つの遮蔽物として働くからである。密接に隔置さ れる数列の窓の使用は、壁の内面に高温ガスが接触するのを防止する空気の、よ り厚い冷却薄膜を発生する。

【００３７】 上記の冷却窓を有する壁の使用が従来技術の冷却リングよりも効果的である理 由は、等しい面積を冷却するのに使用する空気量がより少ないことであり、本考 案では、従来技術の冷却リングが使用する冷却空気の量の約３分の２が使用され る。

【００３８】 円環形内方壁にも、円環形外方壁の窓の列と同様に配置された窓の列が設けら れる。

【００３９】 本考案は、円環形燃焼室を引用して説明されたけれども、筒形燃焼室、または 他の配置の冷燃焼室にも等しく適用されること、は当然である。

【００４０】 冷却窓の列は製作が簡単であり、局部的過熱点に対抗するために、軸方向およ び／または円周方向の任意の個所に配置されることができる、つまり、冷却窓の 列の局部配置は通常、過熱される燃焼室の区域に冷却薄膜を与えるように設けら れることができる。

【００４１】 各列の隣合せの窓の広がり部分は、その広がり部分が混合しない、つまり各列 の隣合せの窓の広がり部分を隔てる空間が生ずるように配置される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案による燃焼室を示す、ガスタービンエン
ジンの部分切断図。

【図２】図１に示す燃焼室の拡大縦断面図。

【図３】図２に示す燃焼室の円環形外壁の拡大縦断面。

【図４】図３の矢印Ａの方向に見た図。

【図５】図３に示す円環形外壁の一部分の拡大縦断面
図。

【図６】図５の矢印Ｂの方向に見た図。

【図７】図５の矢印Ｃの方向見た図。

【図８】図５の矢印Ｄ−Ｄの方向に見た断面図。

【図９】図２に示す上流壁の、紙面に直角な平面内の拡
大断面図。

【図１０】図９の矢印Ｅの方向に見た図。

【符号の説明】

１０…ガスタービンエンジン １８…燃焼器部 ２６…燃焼室 ３０、３８…燃焼室壁 ４８、６０…窓

Claims (14)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも部分的に燃焼室を画成する少
   なくとも１個の壁を含む、ガスタービンエンジンの燃焼
   室であって、 ａ．前記壁は内面と外面を有し、前記壁の内面上に冷却
   流体を供給して、前記壁の内面上に冷却流体の薄膜を形
   成させるように、貫通する窓の少なくとも１列を前記壁
   が有し、 ｂ．前記少なくとも１列の中の各窓は１本の軸線を有
   し、前記窓の軸線は前記壁の内面に対して２０〜４０°
   の角度を形成するように配置され、 ｃ．前記各窓は第１の部分と第２の部分を有し、前記各
   窓の第１の部分は、前記壁の外面上を流れる冷却流体か
   ら冷却流体を受入れて前記第２の部分に供給するように
   配置され、前記各窓の第２の部分は末広がり形であっ
   て、前記冷却流体を前記壁の内面上に振向けて前記冷却
   流体の薄膜を形成させるように配置されている燃焼室。
2. 【請求項２】 前記窓の軸線は前記壁の内面に対して２
   ５〜３５°の角度に配置される、請求項１記載の燃焼
   室。
3. 【請求項３】 前記窓の第２の部分は前記窓の軸線に対
   してほぼ１２．５°の角度に広がっている、請求項１記
   載の燃焼室。
4. 【請求項４】 前記窓の第１の部分は円筒形である、請
   求項３記載の燃焼室。
5. 【請求項５】 前記各列の隣合せの窓の軸線は前記窓の
   円筒形部分の直径の少なくとも３倍だけ隔置されてい
   る、請求項４記載の燃焼室。
6. 【請求項６】 前記壁は少なくとも２列の窓を有し、前
   記各列の窓は隣合せの列の窓に対し喰違っている、請求
   項１記載の燃焼室。
7. 【請求項７】 前記壁は少なくとも２列の窓を有し、前
   記各列の窓は隣合せの列の窓に対して喰違っており、前
   記隣合せの窓の列は前記窓の円筒形部分の直径の少なく
   とも２倍だけ隔置されている、請求項４記載の燃焼室。
8. 【請求項８】 前記窓の円筒形部分はほぼ０．７６２ｍ
   ｍの直径を有する、請求項４記載の燃焼室。
9. 【請求項９】 前記壁は燃焼室の上流壁である、請求項
   １記載の燃焼室。
10. 【請求項１０】 前記壁は筒形（かん形）燃焼室の筒形
    壁である、請求項１記載の燃焼室。
11. 【請求項１１】 前記壁は円環形燃焼室の内方円環壁で
    ある、請求項１記載の燃焼室。
12. 【請求項１２】 前記壁は円環形燃焼室の外方円環壁で
    ある、請求項１記載の燃焼室。
13. 【請求項１３】 前記壁は上流部分を有し、前記上流部
    分は軸方向に隔置された群として配置される窓を有し、
    各群は３列の窓を有し、各列の窓は円周方向に隔置され
    ている、請求項１０ないし１２の任意の項記載の燃焼
    室。
14. 【請求項１４】 前記壁は下流部分を有し、前記下流部
    分は軸方向に隔置される群として配置される窓を有し、
    各群は２列の窓を有し、各列の窓は円周方向に隔置され
    ている、請求項１３記載の燃焼室。