JP2000179356A - トラップ渦空洞を有するガスタ―ビンエンジン燃焼器のライナ用の冷却ナゲット - Google Patents

トラップ渦空洞を有するガスタ―ビンエンジン燃焼器のライナ用の冷却ナゲット

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 空洞ライナ部分と下流ライナ部分との継目が
比較的大きな構造安定性を有するようなライナの開発、
さらに、このようなライナがこの箇所かつまたは空洞ラ
イナ部分の後部に沿って比較的多くの冷却をもたらすこ
とが望まれる。 【解決手段】 上流ライナ部分と、この上流ライナ部分
に対してある角度で配向された下流ライナ部分と、上流
ライナ部分と下流ライナ部分とを連結して両ライナ部分
の継目に機械的剛性をもたらす冷却ナゲットとを含むガ
スタービンエンジン燃焼器用ライナ。冷却ナゲットはさ
らに、上流ライナ部分に結合された第１冷却ナゲット部
分と、下流ライナ部分に結合された第２冷却ナゲット部
分と、第１端において第１および第２冷却ナゲット部分
を連結しそして第１端から半径方向に延在する第３冷却
ナゲット部分とを有する。冷却ナゲットは冷却空気供給
源と流通し、そして上流ライナ部分と下流ライナ部分そ
れぞれの表面に沿って冷却空気の出発膜を生成するよう
に形成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、トラップ渦空洞を有す
るガスタービンエンジン燃焼器用のライナに関し、特
に、空洞ライナ部分を下流ライナ部分と連結する環状冷
却ナゲットに関する。
【０００２】
【関連技術の説明】先進航空機ガスタービンエンジン技
術の要件は、燃焼器が短い長さを持ち、比較的広い運転
範囲にわたって比較的高い性能レベルを有し、そして比
較的低い排気汚染物排出レベルを示すようにすることで
ある。このような目的を達成するために設計された燃焼
器の一例がバラス（Burrus）の米国特許第５６１９８５
５号に開示されている。その開示からわかるように、バ
ラスの燃焼器は、高い亜音速マッハ数を有する入口空気
流で効率良く作用し得る。これは部分的に、空気が上流
圧縮機から燃焼室まで自由に流れることを可能にするド
ーム入口モジュールによるものであり、その流路内に燃
料が噴射される。燃焼器はまたドーム入口モジュールに
取付けられた内側および外側ライナを有し、両ライナ
は、内部に燃料と空気のトラップ渦を生成する上流空洞
部分と、タービンノズルまで延在する下流部分とを備え
ている。
【０００３】前述の米国特許第５６１９８５５号の燃焼
器でわかっていることは、空洞燃焼域からの高温ガスが
高温と適度の高速を有し、対応ライナの空洞部分が残り
の下流ライナ部分と結合するコーナ継目に衝突するとい
うことである。その結果、ライナのこのような継目に高
い熱負荷がかかる。米国特許第５６１９８５５号には、
下流ライナ部分の上流端に設けた冷却通路が開示されて
おり、下流ライナ部分の表面に沿う冷却流を発生させる
が、追加的な冷却がコーナ継目自体に必要であるととも
に空洞ライナ部分の後面に沿っても必要である。さら
に、空洞ライナ部分と下流ライナ部分とのコーナ継目は
構造的な強さを要求されるので、この箇所を強化する手
段も同様に必要である。
【０００４】従って、空洞ライナ部分と下流ライナ部分
との継目が比較的大きな構造安定性を有するようなライ
ナを開発することが望ましい。さらに、このようなライ
ナがこの箇所にかつまた空洞ライナ部分の後部に沿って
比較的多くの冷却をもたらすことが望ましい。
【０００５】
【発明の概要】本発明の一態様によれば、ガスタービン
エンジン燃焼器用のライナが、上流ライナ部分と、この
上流ライナ部分に対してある角度で配向された下流ライ
ナ部分と、上流ライナ部分と下流ライナ部分とを連結し
て上流および下流ライナ部分の継目に機械的剛性をもた
らす環状冷却ナゲットとを含むものとして開示される。
冷却ナゲットはさらに、上流ライナ部分に結合された第
１冷却ナゲット部分と、下流ライナ部分に結合された第
２冷却ナゲット部分と、第１端において第１および第２
冷却ナゲット部分を連結している第３冷却ナゲット部分
とを有し、第３冷却ナゲット部分は第１端から半径方向
に延在する。冷却ナゲットは冷却空気供給源と流通し、
そして上流ライナ部分と下流ライナ部分それぞれの表面
に沿って冷却空気の出発膜を生成するように形成されて
いる。
【０００６】本発明の第２態様によれば、ガスタービン
エンジンライナの隣合う部分を連結する冷却ナゲットが
開示され、両ライナ部分は互いにある角度をなして配向
されているものである。この冷却ナゲットは、上流ライ
ナ部分に結合された第１部分と、下流ライナ部分に結合
された第２部分と、第１端において第１部分と第２部分
とを連結している第３部分とを含み、第３部分は第１端
から半径方向に延在する。第３部分は冷却空気供給源と
流通しており、そして上流ライナ部分と下流ライナ部分
それぞれの表面に沿って冷却空気の出発膜を生成するよ
うに形成されている。冷却ナゲット第３部分はさらに、
第３部分の第２端に結合されそして上流ライナ部分から
隔てられかつそれと平行に配向された第１フランジ部
と、第３部分の第２端に結合されそして下流ライナ部分
から隔てられかつそれと平行に配向された第２フランジ
部とを含んでいる。
【０００７】本発明の第３態様によれば、ガスタービン
エンジンライナの隣合う部分を連結する環状冷却ナゲッ
トが開示され、両ライナ部分は互いにある角度をなして
配向されているものである。この冷却ナゲットは、上流
ライナ部分に結合された第１部分と、下流ライナ部分に
結合された第２部分と、第１端において第１部分と第２
部分とを連結している第３部分とを含み、第３部分は第
１端から半径方向に延在し、そして内部に設けられた複
数の相隔たる冷却通路を有する。冷却ナゲット第３部分
は冷却空気供給源と流通しており、そして上流ライナ部
分と下流ライナ部分との継目に冷却空気を供給するよう
に形成されている。
【０００８】
【発明の詳述】本発明は特許請求の範囲に明確に記載し
てあるが、添付図面と関連する以下の説明からより良く
理解されよう。
【０００９】添付図面の全図を通じて同符号は同要素を
表す。図面について詳述すると、図１は、内部に燃焼室
１２を規定している中空体を含む燃焼器１０を示す。燃
焼器１０は軸線１４を中心として概して環状であり、そ
してさらに外側ライナ１６と、内側ライナ１８と、総体
的に符号２０で示したドーム入口モジュールとを備えて
いる。ケーシング２２が好ましくは燃焼器１０の周囲に
配置され、従って、外側半径方向通路２４がケーシング
２２と外側ライナ１６との間に形成されそして内側通路
２６がケーシング２２と内側ライナ１８との間に規定さ
れている。
【００１０】ドーム入口モジュール２０はバラス（Burr
us）の米国特許第５６１９８５５号に開示されているも
のと同様でよいことを認識されたい。この特許はやはり
本発明の譲受人により所有されそして参照によりここに
包含されるものである。代わりに、図１は燃焼器１０を
異なるドーム入口モジュール２０を有するものとして示
す。この例では、モジュール２０は、その上流に配置さ
れて圧縮機の排出端３０からの空気流を導くディフュー
ザ２８から離れている。ドーム入口モジュール２０は、
「トラップ渦空洞を有するガスタービンエンジン燃焼器
用の燃料噴射棒」と題した、本発明の米国特許出願と同
時の他の米国特許出願の明細書にさらに詳しく記載され
ており、これは参照によりここに包含される。本発明の
ライナ１６、１８はどちらの設計においても利用するこ
とができる。燃焼器１０のドーム入口モジュール２０に
関するさらなる詳細については前述の米国特許と米国特
許出願を参照されたい。
【００１１】このような高速流内で燃焼を達成しかつ持
続することは困難であり燃焼室１２内下流に同様に搬送
されることに注意されたい。燃焼室１２内のこの問題を
克服するために、空燃混合気に点火しそしてその火炎を
安定化するなんらかの手段が必要である。好ましくは、
これは、少なくとも外側ライナ１６に形成した、総体的
に符号３２で示したトラップ渦空洞を組み入れることに
より達成される。同様なトラップ渦空洞３４を内側ライ
ナ１８にも設けることが好ましい。空洞３２、３４は、
前述の米国特許第５６１９８５５号に記載されているよ
うに、燃料と空気のトラップ渦を生成するように利用さ
れる。以下のさらなる説明は主として外側ライナ１６と
その空洞３２に関してなされるが、内側ライナ１８とそ
れに形成した空洞３４にも通用することを認識された
い。
【００１２】外側ライナ１６に対して、トラップ渦空洞
３２はドーム入口モジュール２０のすぐ下流に設けられ
そして実質的に直角形状のものとして示されている（た
だし空洞３２は断面が弧状のものとして形成されてもよ
い）。空洞３２は燃焼室１２に開いており、後壁３６
と、前壁３８と、前後両壁間に形成されそして好ましく
は外側ライナ１６にほぼ平行な外壁４０とにより形成さ
れている。米国特許第５６１９８５５号に示されている
ように、燃料は後壁３６の通路内の中央に設けた燃料噴
射器を通ってトラップ渦空洞３２に入り得るが、前述の
米国特許出願の明細書に記載されているように燃料噴射
棒４２により前壁３８を通して燃料を噴射することが好
ましい。
【００１３】米国特許第５６１９８５５号では、空洞３
２（すなわち後壁３６）はコーナ域（符号無し）で外側
ライナの下流部分４４に直接結合されていることに注意
されたい。この設計のさらなる解析によれば、このコー
ナ域は、空洞３２内の燃焼域４６からの高温ガスが高温
と適度の高速でそれに衝突することによって生じる高い
熱負荷を受ける。さらにわかったことは、このコーナ域
はライナ１６における構造的に弱い箇所であるというこ
とである。
【００１４】これらの問題を処理するとともに空洞３
２、３４内の渦流を改善するために、本発明は、空洞ラ
イナ部分３２、３４をそれぞれ外側ライナ１６と内側ラ
イナ１８の下流ライナ部分４４、５０と連結する環状冷
却ナゲット４８、４９を設ける。空洞３２、３４の後壁
３６、５２は下流ライナ部分４４、５０にほぼ垂直にそ
して好ましくは約７５゜〜１０５゜の範囲内で配向され
ることを認識されたい。
【００１５】図２に明示のように、冷却ナゲット４８
は、空洞ライナ部分３２の後壁３６に結合された第１部
分５４と、下流ライナ部分４４に結合された第２部分５
６と、第１端６０において第１部分５４と第２部分５６
とを連結している第３部分５８とを有する。第３冷却ナ
ゲット部分５８は第１端６０から第２端６２まで半径方
向内方に延在することに注意されたい。第１フランジ部
６４が第３冷却ナゲット部分５８の第２端６２に結合さ
れ、そして第２フランジ部６６も同様である。第１フラ
ンジ部６４は好ましくは後壁３６から隔てられかつそれ
とほぼ平行に配向され、そして第２フランジ部６６は好
ましくは下流ライナ部分４４から隔てられかつそれとほ
ぼ平行に配向される。このように、第１および第２フラ
ンジ部６４、６６は空洞ライナ部分３２と下流ライナ部
分４４との継目に熱遮蔽体を形成するように作用する。
【００１６】第３冷却ナゲット部分５８は、第１冷却ナ
ゲット部分５４に設けた複数の環状に相隔たる冷却通路
６８と、第２冷却ナゲット部分５６に設けた複数の環状
に相隔たる冷却通路７０とを介して冷却空気供給源（例
えば、外側通路２４内から得られるバイパス空気）と流
通していることを認識されたい。このようにして、冷却
ナゲット４８の構造体は低温に保たれ、従ってその機械
的剛性を維持して空洞ライナ部分３２と下流ライナ部分
４４との継目を支持することができる。さらに、冷却ナ
ゲット４８は、後壁３６の表面７２と下流ライナ部分４
４の表面７４とに沿って冷却空気の出発膜を生成するよ
うに形成されている。代替的に、冷却通路６８、７０を
後壁３６と下流ライナ部分４４とに形成して冷却空気供
給源と第３冷却ナゲット部分５８との流通を可能にし得
る。冷却通路６８、７０間の角度は、代表的な場合、後
壁３６と下流ライナ部分４４との間の角度に相当するの
で、やはり好ましくは約７５゜〜１０５゜の範囲内にあ
る。
【００１７】さらに詳述すると、図示のように、第１冷
却ナゲット部分５４と、第１フランジ部６４と、第３冷
却ナゲット部分５８の表面７６は、冷却空気を外側空洞
後壁表面７２に沿って導くように形成されている。同様
に、第２冷却ナゲット部分５６と、第２フランジ部６６
と、第３冷却ナゲット部分５８の表面７７は、冷却空気
を外側下流ライナ部分４４の表面７４に沿って導くよう
に形成されている。また、本発明の冷却ナゲット４９に
より冷却空気の出発膜が内側空洞後壁５２の表面８０と
内側下流ライナ部分５０の表面８２とに沿って同様に生
成されることも理解されよう。ライナ１６、１８の冷却
を促進することに加え、空洞３２、３４内の渦流は、後
壁表面７２、８０に送給される冷却空気によって増大す
る。
【００１８】第１および第２フランジ部６４、６６に沿
う区域の冷却を助長するために、一連の相隔たる冷却通
路７８を第３冷却ナゲット部分５８の中央部分７６を貫
通するように設け得る。これは、冷却空気供給源から空
洞ライナ部分３２と下流ライナ部分４４との連結域への
直接の流通を可能にする。
【００１９】本発明の好適実施例を説示したが、本発明
の範囲内でライナをさらに改変することができる。特
に、冷却ナゲット４８と外側ライナ１６に関して冷却ナ
ゲットを詳述したが、同じことが冷却ナゲット４９と内
側ライナ１８にも当てはまることに注意されたい。さら
に、ここに説明した燃焼器ライナはトラップ渦空洞を有
するが、本発明は、互いにある角度をなして配向された
隣合う部分を有する任意のライナに利用することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるライナを有するガスタービンエン
ジン燃焼器の縦断面図である。
【図２】図１に示したコーナ冷却ナゲットの拡大縦断面
図である。
【符号の説明】 １０ 燃焼器（全体） １２ 燃焼室 １４ 縦軸線 １６ 外側ライナ １８ 内側ライナ ２０ ドーム入口モジュール（全体） ２２ ケーシング ２４ 外側通路 ２６ 内側通路 ２８ ディフューザ ３０ 上流圧縮機の排出端 ３２ トラップ渦空洞（外側ライナ） ３４ トラップ渦空洞（内側ライナ） ３６ 外側ライナトラップ渦空洞の後壁 ３８ 外側ライナトラップ渦空洞の前壁 ４０ 外側ライナトラップ渦空洞の外壁 ４２ 燃料噴射棒 ４４ 下流ライナ部分（外側ライナ） ４６ 外側空洞内の燃焼域 ４８ 外側ライナ用の環状冷却ナゲット（全体） ４９ 内側ライナ用の環状冷却ナゲット（全体） ５０ 下流ライナ部分（内側ライナ） ５２ 内側空洞の後壁 ５４ 冷却ナゲットの第１部分 ５６ 冷却ナゲットの第２部分 ５８ 冷却ナゲットの第３部分 ６０ 第３冷却ナゲット部分の第１端 ６２ 第３冷却ナゲット部分の第２端 ６４ 第３冷却ナゲット部分の第１フランジ部 ６６ 第３冷却ナゲット部分の第２フランジ部 ６８ 第１冷却ナゲット部分内の冷却通路 ７０ 第２冷却ナゲット部分内の冷却通路 ７２ 後壁３６の表面 ７４ 下流ライナ部分４４の表面 ７６ 第３冷却ナゲット部分の第１表面 ７７ 第３冷却ナゲット部分の第２表面 ７８ 第３冷却ナゲット部分の中央部分内の冷却通路
（外側ライナ） ８０ 後壁５２の表面 ８２ 下流ライナ部分５０の表面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アーサー・ウェスリー・ジョンソン アメリカ合衆国、オハイオ州、シンシナテ ィ、パックストン・アヴェニュー、1136番 (72)発明者 ジョージ・エリック・モールトレ アメリカ合衆国、オハイオ州、シンシナテ ィ、リムリック・アヴェニュー、3836番

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 （ａ）上流ライナ部分と、（ｂ）前記上
    流ライナ部分に対してある角度で配向された下流ライナ
    部分と、（ｃ）前記上流ライナ部分と前記下流ライナ部
    分とを連結して前記上流および下流ライナ部分の継目に
    機械的剛性をもたらす環状冷却ナゲットとからなるガス
    タービンエンジン燃焼器用ライナ。
  2. 【請求項２】 前記上流ライナ部分はさらに、（ａ）後
    壁と、（ｂ）前壁と、（ｃ）一端が前記後壁にそして他
    端が前記前壁に結合された中間壁とを含み、前記上流ラ
    イナ部分の前記後壁は前記冷却ナゲットに結合されそし
    て前記下流ライナ部分に対して前記角度で配向されてい
    る、請求項１記載のライナ。
  3. 【請求項３】 前記上流ライナ部分は実質的に直角形状
    のものである請求項２記載のライナ。
  4. 【請求項４】 前記冷却ナゲットはさらに、（ａ）前記
    上流ライナ部分に結合された第１冷却ナゲット部分と、
    （ｂ）前記下流ライナ部分に結合された第２冷却ナゲッ
    ト部分と、（ｃ）第１端において前記第１および第２冷
    却ナゲット部分を連結しそして前記第１端から半径方向
    に延在する第３冷却ナゲット部分とを含み、前記冷却ナ
    ゲットは冷却空気供給源と流通しており、そして前記上
    流ライナ部分と前記下流ライナ部分それぞれの表面に沿
    って冷却空気の出発膜を生成するように形成されてい
    る、請求項１記載のライナ。
  5. 【請求項５】 前記第１および第２冷却ナゲット部分に
    複数の環状に相隔たる冷却通路が形成されて前記第３冷
    却ナゲット部分と流通している、請求項４記載のライ
    ナ。
  6. 【請求項６】 前記上流および下流ライナ部分に複数の
    環状に相隔たる冷却通路が形成されて前記第３冷却ナゲ
    ット部分と流通している、請求項４記載のライナ。
  7. 【請求項７】 前記第３冷却ナゲット部分はさらに、
    （ａ）前記第３冷却ナゲット部分の第２端に結合されそ
    して前記上流ライナ部分から隔てられかつそれと平行に
    配向された第１フランジ部と、（ｂ）前記第３冷却ナゲ
    ット部分の前記第２端に結合されそして前記下流ライナ
    部分から隔てられかつそれと平行に配向された第２フラ
    ンジ部とを含む、請求項４記載のライナ。
  8. 【請求項８】 前記第１冷却ナゲット部分と、前記第３
    冷却ナゲット部分の前記第１フランジ部と、前記第３冷
    却ナゲット部分の表面が、前記冷却空気を前記上流ライ
    ナ部分の表面に沿って導くように形成されている、請求
    項７記載のライナ。
  9. 【請求項９】 前記第２冷却ナゲット部分と、前記第３
    冷却ナゲット部分の前記第２フランジ部と、前記第３冷
    却ナゲット部分の表面が、前記冷却空気を前記下流ライ
    ナ部分の表面に沿って導くように形成されている、請求
    項７記載のライナ。
  10. 【請求項１０】 前記第３冷却ナゲット部分の前記第１
    および第２フランジは前記上流ライナ部分と前記下流ラ
    イナ部分との継目に熱遮蔽体を形成している請求項７記
    載のライナ。
  11. 【請求項１１】 前記第３冷却ナゲット部分に複数の相
    隔たる冷却通路が設けられて冷却空気供給源と流通して
    おり、前記上流および下流ライナ部分の継目における熱
    負荷が減らされる請求項４記載のライナ。
  12. 【請求項１２】 前記第１および第２冷却ナゲット部分
    の前記冷却通路は互いに特定角度をなして配向されてい
    る請求項５記載のライナ。
  13. 【請求項１３】 前記特定角度は約７５゜〜約１０５゜
    の範囲内にある請求項１２記載のライナ。
  14. 【請求項１４】 前記燃焼器の内側ライナである請求項
    １記載のライナ。
  15. 【請求項１５】 前記燃焼器の外側ライナである請求項
    １記載のライナ。
  16. 【請求項１６】 ガスタービンエンジンライナの、互い
    にある角度をなして配向された隣合う部分を連結する冷
    却ナゲットであって、（ａ）上流ライナ部分に結合され
    た第１部分と、（ｂ）下流ライナ部分に結合された第２
    部分と、（ｃ）第１端において前記第１および第２部分
    を連結しそして前記第１端から半径方向に延在する第３
    部分とを含み、前記冷却ナゲット第３部分は冷却空気供
    給源と流通しており、そして前記上流ライナ部分と前記
    下流ライナ部分それぞれの表面に沿って冷却空気の出発
    膜を生成するように形成されている、冷却ナゲット。
  17. 【請求項１７】 前記上流ライナ部分はトラップ渦流を
    収容する空洞を形成しており、前記上流ライナ部分の表
    面に沿う冷却空気の前記出発膜は前記渦流の駆動を助け
    る、請求項１６記載の冷却ナゲット。
  18. 【請求項１８】 前記第３部分はさらに、（ａ）前記第
    ３部分の第２端に結合されそして前記上流ライナ部分か
    ら隔てられかつそれと平行に配向された第１フランジ部
    と、（ｂ）前記第３部分の前記第２端に結合されそして
    前記下流ライナ部分から隔てられかつそれと平行に配向
    された第２フランジ部とを含み、前記冷却ナゲット第１
    部分と、前記冷却ナゲット第３部分の前記第１フランジ
    部と、前記冷却ナゲット第３部分の第１表面が、前記冷
    却空気を受入れそして前記上流ライナ部分の表面に沿っ
    て導くように形成されており、また前記冷却ナゲット第
    ２部分と、前記冷却ナゲット第３部分の前記第２フラン
    ジ部と、前記冷却ナゲット第３部分の第２表面が、前記
    冷却空気を受入れそして前記下流ライナ部分の表面に沿
    って導くように形成されている、請求項１６記載の冷却
    ナゲット。
  19. 【請求項１９】 前記冷却ナゲット第３部分の前記第１
    および第２フランジは前記上流ライナ部分と前記下流ラ
    イナ部分との継目に熱遮蔽体を形成している請求項１８
    記載の冷却ナゲット。
  20. 【請求項２０】 ガスタービンエンジンライナの、互い
    にある角度をなして配向された隣合う部分を連結する冷
    却ナゲットであって、（ａ）上流ライナ部分に結合され
    た第１部分と、（ｂ）下流ライナ部分に結合された第２
    部分と、（ｃ）第１端において前記第１および第２部分
    を連結している第３部分であって、半径方向に延在し、
    そして内部に設けられた複数の相隔たる冷却通路を有す
    る第３部分とを含み、前記冷却ナゲット第３部分は冷却
    空気供給源と流通しており、そして前記上流ライナ部分
    と前記下流ライナ部分との継目に冷却空気を供給するよ
    うに形成されている、冷却ナゲット。
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