JP2001147017A - オフセット希釈燃焼器ライナ - Google Patents
オフセット希釈燃焼器ライナInfo
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- 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】 満足すべき燃焼器性能を得ながら、改善され
た希釈空気によってＮＯｘ等の排気エミッシオンの増加
を抑制するより大きい燃焼器。 【解決手段】 燃焼器ライナはライナの前端の後方に配
置された１次希釈孔の列と、１次希釈孔とライナ後端の
間に配置された２次希釈孔の列とを備えている。２次希
釈孔は、１次希釈孔から円周方向にオフセットしている
最大サイズに円周方向でサイズが変化している。
た希釈空気によってＮＯｘ等の排気エミッシオンの増加
を抑制するより大きい燃焼器。 【解決手段】 燃焼器ライナはライナの前端の後方に配
置された１次希釈孔の列と、１次希釈孔とライナ後端の
間に配置された２次希釈孔の列とを備えている。２次希
釈孔は、１次希釈孔から円周方向にオフセットしている
最大サイズに円周方向でサイズが変化している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術の分野】本発明は概してガスタービ
ンエンジンに関し、より具体的にはその中の燃焼器に関
する。
ンエンジンに関し、より具体的にはその中の燃焼器に関
する。
【０００２】
【従来の技術】ターボファンガスタービンエンジンは、
連続する一連の流れの中に、ファン、圧縮機、燃焼器、及
び圧縮機とファンそれぞれに動力を供給する高圧及び低
圧タービンを含む。空気が圧縮機の中で加圧され、燃焼
器の中で燃料と混合され点火されて高温の燃焼ガスを発
生し、それがタービンを回転させファンと圧縮機に動力
を供給する。
連続する一連の流れの中に、ファン、圧縮機、燃焼器、及
び圧縮機とファンそれぞれに動力を供給する高圧及び低
圧タービンを含む。空気が圧縮機の中で加圧され、燃焼
器の中で燃料と混合され点火されて高温の燃焼ガスを発
生し、それがタービンを回転させファンと圧縮機に動力
を供給する。
【０００３】飛行中の航空機の動力の供給には、ターボ
ファンエンジンはアイドリングから最高出力まで種々の
レベルで運転され、それらの間に中間の巡航出力レベル
がある。燃焼器の性能はエンジンの全体の設計に影響を
与える。エンジンから必要な最大出力を取り出すには、
燃焼器は適切な寸法でなければならない。タービンに排
出される燃焼ガスは、従来からのパターン及びプロファ
イル要素によって定量化される適切な円周方向及び半径
方向の温度分布を持たなければならない。
ファンエンジンはアイドリングから最高出力まで種々の
レベルで運転され、それらの間に中間の巡航出力レベル
がある。燃焼器の性能はエンジンの全体の設計に影響を
与える。エンジンから必要な最大出力を取り出すには、
燃焼器は適切な寸法でなければならない。タービンに排
出される燃焼ガスは、従来からのパターン及びプロファ
イル要素によって定量化される適切な円周方向及び半径
方向の温度分布を持たなければならない。
【０００４】燃焼器性能は、スモーク、未燃焼炭化水
素、一酸化炭素（ＣＯ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）等の
好ましくない排気エミッションを最小にするように制御
される。これらの排気エミッションのレベルは、リーン
から、理論空燃比まで、及びリッチまで燃焼器の作動の
燃料空気比によって直接的に影響をうける。これら排気
エミッションの相対的な量のトレードオフが、エンジン
の種々の出力設定に亘って普通求められる。
素、一酸化炭素（ＣＯ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）等の
好ましくない排気エミッションを最小にするように制御
される。これらの排気エミッションのレベルは、リーン
から、理論空燃比まで、及びリッチまで燃焼器の作動の
燃料空気比によって直接的に影響をうける。これら排気
エミッションの相対的な量のトレードオフが、エンジン
の種々の出力設定に亘って普通求められる。
【０００５】さらに、燃焼器は必要時の高所再始動を可
能にしながら、リーン燃焼の消炎も防止するように設計
されなければならない。
能にしながら、リーン燃焼の消炎も防止するように設計
されなければならない。
【０００６】したがって、最近の燃焼器の設計は、好ま
しからぬ排気エミッションを最低限に抑えながら、種々
の出力レベルに亘って安定した燃焼器の作動を得るため
に、種々の競合する目的を考慮することが必要である。
しからぬ排気エミッションを最低限に抑えながら、種々
の出力レベルに亘って安定した燃焼器の作動を得るため
に、種々の競合する目的を考慮することが必要である。
【０００７】ターボファン航空機エンジンで商業的成功
を収めている一つが、ゼネラル・エレクトリック社によ
って米国で長年製造販売されているＣＦ３４−３Ａエン
ジンである。このエンジンは、膜冷却される外側及び内
側ライナを持つ単一の環状の燃焼器を備えている。これ
らのライナは２列の１次及び２次希釈孔を備えており、
これら希釈孔が排気エミッションやパターン及びプロフ
ァイル要素に影響を与える。希釈孔は単列の気化器と協
働し、各気化器はライナの前端で環状のドームの中に取
り付けられている旋回カップの中に中央燃料噴射器を持
つ。
を収めている一つが、ゼネラル・エレクトリック社によ
って米国で長年製造販売されているＣＦ３４−３Ａエン
ジンである。このエンジンは、膜冷却される外側及び内
側ライナを持つ単一の環状の燃焼器を備えている。これ
らのライナは２列の１次及び２次希釈孔を備えており、
これら希釈孔が排気エミッションやパターン及びプロフ
ァイル要素に影響を与える。希釈孔は単列の気化器と協
働し、各気化器はライナの前端で環状のドームの中に取
り付けられている旋回カップの中に中央燃料噴射器を持
つ。
【０００８】希釈孔は旋回カップ当り２つの１次希釈孔
とカップ当り４つの２次希釈孔で構成されている。１次
希釈孔の半数は対応する旋回カップの中心線と軸方向に
位置合わせされており、１次希釈孔の半数は隣接するカ
ップの間のカップ中間位置に円周方向にオフセットされ
ている。
とカップ当り４つの２次希釈孔で構成されている。１次
希釈孔の半数は対応する旋回カップの中心線と軸方向に
位置合わせされており、１次希釈孔の半数は隣接するカ
ップの間のカップ中間位置に円周方向にオフセットされ
ている。
【０００９】カップ当り４つの２次希釈孔は、対応する
１次希釈孔と旋回カップに同軸に位置合わせされている
１つの最大サイズの大きい希釈孔を含んでいる。残りの
カップ当り３つの２次希釈孔は均一の小さいサイズで、
１つが円周上カップ中間位置に位置合わせされ、残りの
２つの小さい孔は１／４及び３／４の円周上位置に位置
合わせされている。
１次希釈孔と旋回カップに同軸に位置合わせされている
１つの最大サイズの大きい希釈孔を含んでいる。残りの
カップ当り３つの２次希釈孔は均一の小さいサイズで、
１つが円周上カップ中間位置に位置合わせされ、残りの
２つの小さい孔は１／４及び３／４の円周上位置に位置
合わせされている。
【００１０】これによって、対応する旋回カップに関連
する高温の流れは、旋回カップと軸方向で位置合わせさ
れた対応する1次及び２次希釈孔からの空気によって希
釈される。追加の２次希釈孔が、希釈空気の導入をさら
に制御し、燃焼器出口において全般的に均一の円周方向
のパターン要素を得る。
する高温の流れは、旋回カップと軸方向で位置合わせさ
れた対応する1次及び２次希釈孔からの空気によって希
釈される。追加の２次希釈孔が、希釈空気の導入をさら
に制御し、燃焼器出口において全般的に均一の円周方向
のパターン要素を得る。
【００１１】外側の１次希釈孔は内側の１次希釈孔より
も大きく、外側ライナの小さい２次希釈孔は内側ライナ
の小さい２次希釈孔よりも小さい。両ライナの大きい２
次希釈孔は同一サイズである。これによって、外側及び
内側ライナの異なったサイズの1次及び２次希釈孔は、
燃焼器への希釈空気の導入を制御し、燃焼器出口におけ
る半径方向のプロファイル要素をさらに制御する。
も大きく、外側ライナの小さい２次希釈孔は内側ライナ
の小さい２次希釈孔よりも小さい。両ライナの大きい２
次希釈孔は同一サイズである。これによって、外側及び
内側ライナの異なったサイズの1次及び２次希釈孔は、
燃焼器への希釈空気の導入を制御し、燃焼器出口におけ
る半径方向のプロファイル要素をさらに制御する。
【００１２】継続するＣＦ３４ターボファンエンジンの
開発では、エンジンの出力を増加させるためにより大き
い燃焼器が求められる。しかしながら、燃焼器のコンポ
ーネント、燃焼ガス、冷却並びに希釈空気の相互依存関
係を考慮すると、より大きい燃焼器は単に−３Ａ燃焼器
のスケールアップした型ではあり得ない。
開発では、エンジンの出力を増加させるためにより大き
い燃焼器が求められる。しかしながら、燃焼器のコンポ
ーネント、燃焼ガス、冷却並びに希釈空気の相互依存関
係を考慮すると、より大きい燃焼器は単に−３Ａ燃焼器
のスケールアップした型ではあり得ない。
【００１３】さらに、より大きい燃焼器は、−３Ａ燃焼
器よりもより高い高所再始動性を可能にするために追加
の燃焼容量を持っている。しかも、より大きい燃焼器に
はより厳しい排気エミッション要件が要求される。
器よりもより高い高所再始動性を可能にするために追加
の燃焼容量を持っている。しかも、より大きい燃焼器に
はより厳しい排気エミッション要件が要求される。
【００１４】より大きい燃焼器はより多量の燃焼ガスを
発生することができるので、それに伴う排気エミッショ
ンの増加が設計の関心事である。特に、ＮＯｘエミッシ
ョンの増加の恐れは重要な設計要素であり、より大きい
燃焼器の全体的性能と関連させて評価しなければならな
い。
発生することができるので、それに伴う排気エミッショ
ンの増加が設計の関心事である。特に、ＮＯｘエミッシ
ョンの増加の恐れは重要な設計要素であり、より大きい
燃焼器の全体的性能と関連させて評価しなければならな
い。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】そこで、満足できる燃
焼器性能を得ながら、改善された希釈空気でＮＯｘのよ
うな排気エミッションの増加を抑制するより大きい燃焼
器を提供することが求められている。
焼器性能を得ながら、改善された希釈空気でＮＯｘのよ
うな排気エミッションの増加を抑制するより大きい燃焼
器を提供することが求められている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】燃焼器ライナはライナ前
端の後方に配置された１次希釈孔の列と、１次希釈孔と
ライナ後端との間に配置された２次希釈孔の列とを備え
ている。２次希釈孔は、１次希釈孔から円周方向にオフ
セットしている最大サイズに円周方向でサイズが変化し
ている。
端の後方に配置された１次希釈孔の列と、１次希釈孔と
ライナ後端との間に配置された２次希釈孔の列とを備え
ている。２次希釈孔は、１次希釈孔から円周方向にオフ
セットしている最大サイズに円周方向でサイズが変化し
ている。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明を、好ましい例示的な実施
形態により、そのさらなる目的及び利点と併せて、添付
の図面を参照しながら、以下の詳細な説明によって具体
的に説明する。
形態により、そのさらなる目的及び利点と併せて、添付
の図面を参照しながら、以下の詳細な説明によって具体
的に説明する。
【００１８】図１は、軸方向即ち縦方向の中心軸線１２
について軸線対称である環状の燃焼器１０の一部を示
す。燃焼器はガスタービンエンジンの環状のケーシング
（一部図示）内に配置され、従来型の圧縮機（図示せ
ず）から圧縮空気１４を受ける。
について軸線対称である環状の燃焼器１０の一部を示
す。燃焼器はガスタービンエンジンの環状のケーシング
（一部図示）内に配置され、従来型の圧縮機（図示せ
ず）から圧縮空気１４を受ける。
【００１９】燃焼器は、半径方向外側の環状の燃焼ライ
ナ１６と、外側の環状の燃焼ライナ１６から半径方向に
間隔を置いて配置された半径方向内側の環状の燃焼ライ
ナ１８を備える。両ライナは前端１６ａ，１８ａと、軸
方向に反対側の後端１６ｂ，１８ｂとを持つ。ライナ前
端は環状ドーム２０に適切に結合されており、ライナ後
端は環状の燃焼器出口２２を半径方向に両者間で画定し
ている。
ナ１６と、外側の環状の燃焼ライナ１６から半径方向に
間隔を置いて配置された半径方向内側の環状の燃焼ライ
ナ１８を備える。両ライナは前端１６ａ，１８ａと、軸
方向に反対側の後端１６ｂ，１８ｂとを持つ。ライナ前
端は環状ドーム２０に適切に結合されており、ライナ後
端は環状の燃焼器出口２２を半径方向に両者間で画定し
ている。
【００２０】燃料２４は、円周方向に間隔を置いて配置
された複数の気化器を通して燃焼器内へ導入され、各々
の気化器はそれぞれの燃料噴射器２６と、協働する旋回
翼あるいは旋回カップ２８を含む。気化器はどのような
従来型の形態でもよく、旋回カップ２８は典型的にはそ
の中に旋回羽根または旋回開口の列を備え、それぞれの
燃料噴射器からの燃料の周りに圧縮空気１４の一部を旋
回させ、燃料と空気の混合気を作り、それを適当に点火
して高温燃焼ガス３０を発生させる。
された複数の気化器を通して燃焼器内へ導入され、各々
の気化器はそれぞれの燃料噴射器２６と、協働する旋回
翼あるいは旋回カップ２８を含む。気化器はどのような
従来型の形態でもよく、旋回カップ２８は典型的にはそ
の中に旋回羽根または旋回開口の列を備え、それぞれの
燃料噴射器からの燃料の周りに圧縮空気１４の一部を旋
回させ、燃料と空気の混合気を作り、それを適当に点火
して高温燃焼ガス３０を発生させる。
【００２１】燃焼器を高温燃焼ガスから保護するため
に、ライナ１６，１８は、好ましくは従来型の膜冷却ナ
ゲット１６ｄ，１８ｄのところで一体に結合される軸方
向のセグメント又はパネル１６ｃ，１８ｃで形成され、
膜冷却ナゲット１６ｄ，１８ｄは膜冷却孔の列を備え、
膜冷却孔を通して高温燃焼ガスに対する境界として露出
したライナの内側表面に沿って膜状に冷却空気を供給す
る。
に、ライナ１６，１８は、好ましくは従来型の膜冷却ナ
ゲット１６ｄ，１８ｄのところで一体に結合される軸方
向のセグメント又はパネル１６ｃ，１８ｃで形成され、
膜冷却ナゲット１６ｄ，１８ｄは膜冷却孔の列を備え、
膜冷却孔を通して高温燃焼ガスに対する境界として露出
したライナの内側表面に沿って膜状に冷却空気を供給す
る。
【００２２】図１に示す燃焼器１０は、上記に述べたＣ
Ｆ３４−３Ａ燃焼器よりも実質的により大きい燃焼容量
を持ち、これは部分的には以前の設計の４つのライナパ
ネルを５つに増やし、２つのライナ間の半径方向の間隔
を増加させることで得られる。
Ｆ３４−３Ａ燃焼器よりも実質的により大きい燃焼容量
を持ち、これは部分的には以前の設計の４つのライナパ
ネルを５つに増やし、２つのライナ間の半径方向の間隔
を増加させることで得られる。
【００２３】しかしながら、図１に示すより大きい燃焼
器１０の開発中に、ライナ内の従来の希釈孔の配置で
は、排気エミッションも含めて満足すべき燃焼器の性能
が達成できないことが解った。
器１０の開発中に、ライナ内の従来の希釈孔の配置で
は、排気エミッションも含めて満足すべき燃焼器の性能
が達成できないことが解った。
【００２４】本発明によると、ライナ１６，１８の各々
は、ライナの前端の後方かつドーム２０の後方、好まし
くは第２パネル内に、ライナを貫通して半径方向に延び
る１次希釈孔３２の第１の列を含む。各ライナはまた、
軸方向に対応する１次希釈孔３２の列と燃焼器出口２２
でのライナ後端との間で、ライナを貫通して半径方向に
延びる２次希釈孔３４の第２の列を含む。２次希釈孔は
１次希釈孔の近くに組み合わされるのが好ましく、従っ
て第３ライナパネルに配置されるのが好ましい。
は、ライナの前端の後方かつドーム２０の後方、好まし
くは第２パネル内に、ライナを貫通して半径方向に延び
る１次希釈孔３２の第１の列を含む。各ライナはまた、
軸方向に対応する１次希釈孔３２の列と燃焼器出口２２
でのライナ後端との間で、ライナを貫通して半径方向に
延びる２次希釈孔３４の第２の列を含む。２次希釈孔は
１次希釈孔の近くに組み合わされるのが好ましく、従っ
て第３ライナパネルに配置されるのが好ましい。
【００２５】１次希釈孔は、その共通した機能ゆえに、
一般に外側及び内側ライナ両方に対して用いる数字３２
で表され、これ以降はローマ字小文字を付けてさらに区
別される。同様に、２次希釈孔はその共通した機能ゆえ
に、一般に外側及び内側ライナ両方に対して数字３４で
表され、これ以降はローマ字小文字を付けてさらに区別
される。
一般に外側及び内側ライナ両方に対して用いる数字３２
で表され、これ以降はローマ字小文字を付けてさらに区
別される。同様に、２次希釈孔はその共通した機能ゆえ
に、一般に外側及び内側ライナ両方に対して数字３４で
表され、これ以降はローマ字小文字を付けてさらに区別
される。
【００２６】図２は、1次及び２次希釈孔３２，３４の
好ましい構成をより具体的に示すための、図１に示す燃
焼器の一部の半径方向断面図である。より具体的には、
２次希釈孔３４は、各ライナの対応する１次希釈孔３２
から円周方向にオフセットしている最大サイズに円周方
向でサイズが変化している。1次及び２次希釈孔は好まし
くは形状が円形で、外側ライナ１６は、最大直径Ａを有
する３４ａで示される２次希釈孔を含む。これに対応し
て、内側ライナ１８は、最大直径Ｅを有する３４ｃで示
される２次希釈孔を含む。
好ましい構成をより具体的に示すための、図１に示す燃
焼器の一部の半径方向断面図である。より具体的には、
２次希釈孔３４は、各ライナの対応する１次希釈孔３２
から円周方向にオフセットしている最大サイズに円周方
向でサイズが変化している。1次及び２次希釈孔は好まし
くは形状が円形で、外側ライナ１６は、最大直径Ａを有
する３４ａで示される２次希釈孔を含む。これに対応し
て、内側ライナ１８は、最大直径Ｅを有する３４ｃで示
される２次希釈孔を含む。
【００２７】また、各ライナの２次希釈孔３４は、対応
する１次希釈孔３２から円周方向にオフセットしている
最小サイズに円周方向でサイズが変化している。図２に
示す外側ライナ１６については、最小サイズの２次希釈
孔が３４ｂで示され、直径Ｂを有し、内側ライナ１８に
ついては、最小サイズの２次希釈孔は３４ｆで示され、最
小直径Ｆを有する。
する１次希釈孔３２から円周方向にオフセットしている
最小サイズに円周方向でサイズが変化している。図２に
示す外側ライナ１６については、最小サイズの２次希釈
孔が３４ｂで示され、直径Ｂを有し、内側ライナ１８に
ついては、最小サイズの２次希釈孔は３４ｆで示され、最
小直径Ｆを有する。
【００２８】さらに、各ライナの２次希釈孔３４はま
た、円周方向で最大と最小サイズとは異なる中間サイズ
にサイズが変化している。図２に示す外側ライナ１６に
ついては、中間サイズの２次希釈孔は３４ｃで示され、
対応する直径Ｃを有し、また内側ライナ１８の中間サイ
ズの２次希釈孔は３４ｇで示され、対応する直径Ｇを有
する。両方のライナとも中間サイズの２次希釈孔３４
ｃ，３４ｇは円周方向にオフセットすることなく、１次
希釈孔３２の対応する１つと軸方向で位置合わせされて
いる。
た、円周方向で最大と最小サイズとは異なる中間サイズ
にサイズが変化している。図２に示す外側ライナ１６に
ついては、中間サイズの２次希釈孔は３４ｃで示され、
対応する直径Ｃを有し、また内側ライナ１８の中間サイ
ズの２次希釈孔は３４ｇで示され、対応する直径Ｇを有
する。両方のライナとも中間サイズの２次希釈孔３４
ｃ，３４ｇは円周方向にオフセットすることなく、１次
希釈孔３２の対応する１つと軸方向で位置合わせされて
いる。
【００２９】図１及び図２に最初に示した通り、１次希
釈孔３２の第１の列は好ましくは、各旋回カップ２８に
対し２つの希釈孔を含んでいる。図示の例示的な実施形
態では、１８個の旋回カップが燃焼器の外周の周りに均
等な間隔を置いて配置され、２つのライナの各々には３
６個の１次希釈孔が有る。
釈孔３２の第１の列は好ましくは、各旋回カップ２８に
対し２つの希釈孔を含んでいる。図示の例示的な実施形
態では、１８個の旋回カップが燃焼器の外周の周りに均
等な間隔を置いて配置され、２つのライナの各々には３
６個の１次希釈孔が有る。
【００３０】これに対応して、旋回カップ２８の各々に
対して４つの２次希釈孔３４があり、２つのライナの各
々には合計７２個の２次希釈孔が有るのが好ましい。
対して４つの２次希釈孔３４があり、２つのライナの各
々には合計７２個の２次希釈孔が有るのが好ましい。
【００３１】燃料と空気の混合気は、円周方向の別々の
位置で対応する旋回カップの各々から射出されるので、
対応する高温の流れも当初その位置に生じる。従って、
対応する中間サイズの２次希釈孔３４ｃ，３４ｇは、１
次希釈孔３２の対応する１つ及び旋回カップ２８の各々
の対応する軸方向の中心線３６と軸方向が位置あわせさ
れる。このことが図３により詳しく示されており、半径
方向及び軸方向に延びる平面に仮想線で示される旋回カ
ップの中心線３６が、対応する1次及び２次希釈孔の中
心に心合わせされている。
位置で対応する旋回カップの各々から射出されるので、
対応する高温の流れも当初その位置に生じる。従って、
対応する中間サイズの２次希釈孔３４ｃ，３４ｇは、１
次希釈孔３２の対応する１つ及び旋回カップ２８の各々
の対応する軸方向の中心線３６と軸方向が位置あわせさ
れる。このことが図３により詳しく示されており、半径
方向及び軸方向に延びる平面に仮想線で示される旋回カ
ップの中心線３６が、対応する1次及び２次希釈孔の中
心に心合わせされている。
【００３２】図２に示す通り、ライナ１６，１８の各々
の１次希釈孔３２は、各旋回カップ２８当り２つの１次
希釈孔からなるグループとして配置され、そのうちの１
つの１次希釈孔は旋回カップの中心線と軸方向で位置合
わせされ、もう１つの１次希釈孔は隣接する２つの旋回
カップ間の円周方向のカップ中間位置に、等距離に配置
される。
の１次希釈孔３２は、各旋回カップ２８当り２つの１次
希釈孔からなるグループとして配置され、そのうちの１
つの１次希釈孔は旋回カップの中心線と軸方向で位置合
わせされ、もう１つの１次希釈孔は隣接する２つの旋回
カップ間の円周方向のカップ中間位置に、等距離に配置
される。
【００３３】これに対応して、２つのライナ１６，１８
の中間サイズの２次希釈孔３４ｃ，３４ｇは、円周方向
にオフセットすることなく、１次希釈孔３２と旋回カッ
プの中心線に軸方向で位置合わせされている。２次希釈
孔は各旋回カップ当り４つの２次希釈孔からなるグルー
プとして配置されているので、中間サイズの２次希釈孔
３４ｂ，３４ｇのうちの２つ目は、隣接する旋回カップ
間のカップ中間位置に位置し、各ライナのカップ中間位
置の１次希釈孔３２と軸方向に位置合わせされている。
の中間サイズの２次希釈孔３４ｃ，３４ｇは、円周方向
にオフセットすることなく、１次希釈孔３２と旋回カッ
プの中心線に軸方向で位置合わせされている。２次希釈
孔は各旋回カップ当り４つの２次希釈孔からなるグルー
プとして配置されているので、中間サイズの２次希釈孔
３４ｂ，３４ｇのうちの２つ目は、隣接する旋回カップ
間のカップ中間位置に位置し、各ライナのカップ中間位
置の１次希釈孔３２と軸方向に位置合わせされている。
【００３４】最小サイズの２次希釈孔３４ｂ，３４ｆ
は、２つのライナの各々の隣接する旋回カップ間の１／
４カップ位置に配置されている。また、最大サイズの２
次希釈孔３４ａ，３４ｅは、ライナの各々の隣接する旋
回カップ間の３／４カップ位置に配置されている。これ
ら２次希釈孔の相対的位置は、燃焼器において後方から
前方を見た図２に示される時計方向になっており、その
周りに反復される。
は、２つのライナの各々の隣接する旋回カップ間の１／
４カップ位置に配置されている。また、最大サイズの２
次希釈孔３４ａ，３４ｅは、ライナの各々の隣接する旋
回カップ間の３／４カップ位置に配置されている。これ
ら２次希釈孔の相対的位置は、燃焼器において後方から
前方を見た図２に示される時計方向になっており、その
周りに反復される。
【００３５】外側ライナ１６の中間サイズの２次希釈孔
３４ｃは均一サイズＣを持ち、同様に、内側ライナ１８
の中間サイズの２次希釈孔３４ｇは均一サイズＧを持つ
ことが好ましい。
３４ｃは均一サイズＣを持ち、同様に、内側ライナ１８
の中間サイズの２次希釈孔３４ｇは均一サイズＧを持つ
ことが好ましい。
【００３６】外側ライナ１６の１次希釈孔３２ｄは均一
サイズＤを持ち、同様に、内側ライナ１８の１次希釈孔３
２ｈは均一サイズＨを持つことが好ましい。
サイズＤを持ち、同様に、内側ライナ１８の１次希釈孔３
２ｈは均一サイズＨを持つことが好ましい。
【００３７】図２に示す外側ライナ１６については、１
次希釈孔３２ｄは、中間サイズの２次希釈孔３４ｃより
も大きく、また最大サイズの２次希釈孔３４ａよりも小
さいことが好ましい。
次希釈孔３２ｄは、中間サイズの２次希釈孔３４ｃより
も大きく、また最大サイズの２次希釈孔３４ａよりも小
さいことが好ましい。
【００３８】図２に示す内側ライナ１８については、１
次希釈孔３２ｈは、中間サイズの２次希釈孔３４ｇより
も小さく、また最小サイズの２次希釈孔３４ｆよりも大
きいことが好ましい。
次希釈孔３２ｈは、中間サイズの２次希釈孔３４ｇより
も小さく、また最小サイズの２次希釈孔３４ｆよりも大
きいことが好ましい。
【００３９】２つのライナ１６，１８の各々の中間サイ
ズの２次希釈孔３４ｃ，３４ｇは、それらライナの各々
においては均一なサイズであるが、それらの希釈孔のサ
イズＣ，Ｇは２つのライナの間では異なっており、内側
ライナのほうが外側ライナよりも大きい。各々のライナ
の１次希釈孔３２ｄ，３２ｈはライナの各々においては
均一サイズであるが、それらのサイズＤ，Ｈはライナの
間では異なっており、外側ライナのほうが内側ライナよ
りも大きい。
ズの２次希釈孔３４ｃ，３４ｇは、それらライナの各々
においては均一なサイズであるが、それらの希釈孔のサ
イズＣ，Ｇは２つのライナの間では異なっており、内側
ライナのほうが外側ライナよりも大きい。各々のライナ
の１次希釈孔３２ｄ，３２ｈはライナの各々においては
均一サイズであるが、それらのサイズＤ，Ｈはライナの
間では異なっており、外側ライナのほうが内側ライナよ
りも大きい。
【００４０】この外側及び内側ライナの1次及び２次希
釈孔の好ましい構成は、燃焼器の性能で種々の有益な影
響をもたらす。希釈空気が、好ましい円周方向、軸方向
及び半径方向分布で燃焼器に選択的に噴射され、旋回カ
ップと協働して、高い高所始動性、リーンでの消炎の余
裕代、及びプロファイル及びパターン要素を含めて満足
すべき燃焼性能を提供しながら、燃焼器の大きな燃焼容
量にも拘らず、排気エミッションを抑制する。
釈孔の好ましい構成は、燃焼器の性能で種々の有益な影
響をもたらす。希釈空気が、好ましい円周方向、軸方向
及び半径方向分布で燃焼器に選択的に噴射され、旋回カ
ップと協働して、高い高所始動性、リーンでの消炎の余
裕代、及びプロファイル及びパターン要素を含めて満足
すべき燃焼性能を提供しながら、燃焼器の大きな燃焼容
量にも拘らず、排気エミッションを抑制する。
【００４１】特に、円周方向にオフセットした最大サイ
ズの２次希釈孔３４ａ，３４ｃが旋回カップからの高温
の流れに整合して、ピークの円周方向温度を低減し改善
されたパターン要素をもたらす。また、外側及び内側ラ
イナの1次及び２次希釈孔の相対的なサイズ分布が、半
径方向の温度の変化を減少させて改善されたプロファイ
ル要素をもたらす。
ズの２次希釈孔３４ａ，３４ｃが旋回カップからの高温
の流れに整合して、ピークの円周方向温度を低減し改善
されたパターン要素をもたらす。また、外側及び内側ラ
イナの1次及び２次希釈孔の相対的なサイズ分布が、半
径方向の温度の変化を減少させて改善されたプロファイ
ル要素をもたらす。
【００４２】加えられた第５枚目のパネルによるより効
率的なライナの冷却と燃焼器の表面対容積比の減少の組
み合わせが、全体の冷却空気の要求量を減らし、その結
果より多くの空気が希釈に使用できるようになる。
率的なライナの冷却と燃焼器の表面対容積比の減少の組
み合わせが、全体の冷却空気の要求量を減らし、その結
果より多くの空気が希釈に使用できるようになる。
【００４３】燃焼器の増大した燃焼容量と対応するサイ
クル圧力比が当初はＮＯｘエミッションの増加のおそれ
をもたらすが、これは上記の好ましい希釈孔パターンに
よって抑制される。この希釈孔パターンは、ＮＯｘエミ
ッションの増加を最小に抑えつつ、同時にＮＯｘ及びＣ
Ｏエミッション間のいかなる不都合なトレードオフをも
最小に抑えるように構成されている。
クル圧力比が当初はＮＯｘエミッションの増加のおそれ
をもたらすが、これは上記の好ましい希釈孔パターンに
よって抑制される。この希釈孔パターンは、ＮＯｘエミ
ッションの増加を最小に抑えつつ、同時にＮＯｘ及びＣ
Ｏエミッション間のいかなる不都合なトレードオフをも
最小に抑えるように構成されている。
【００４４】１次希釈孔を旋回カップから２枚目のライ
ナパネルに配置することにより、旋回カップの直ぐ後方
の１次燃焼区域への１次希釈空気の引込みが最小に抑え
られる。これが高所始動性及びリーンでの消炎に対する
不利な影響を減少させる。
ナパネルに配置することにより、旋回カップの直ぐ後方
の１次燃焼区域への１次希釈空気の引込みが最小に抑え
られる。これが高所始動性及びリーンでの消炎に対する
不利な影響を減少させる。
【００４５】旋回カップと１次希釈孔の列の間の１次燃
焼区域は、許容できるスモークのレベルを保ちながら、
気化器からの比較的リッチな燃料と空気の混合気で作動
することができる。これはまた、１次燃焼をアイドリン
グ時に理論空燃比に近い状態にすることを可能にし、低
いＣＯ及び未燃炭化水素エミッションをもたらす。
焼区域は、許容できるスモークのレベルを保ちながら、
気化器からの比較的リッチな燃料と空気の混合気で作動
することができる。これはまた、１次燃焼をアイドリン
グ時に理論空燃比に近い状態にすることを可能にし、低
いＣＯ及び未燃炭化水素エミッションをもたらす。
【００４６】より高い出力設定では、１次燃焼は燃料リ
ッチな状態で行なわれ、これが１次燃焼区域でのＮＯｘ
の生成を抑制する。１次希釈孔は、燃焼する燃焼ガス混
合物をＣＯが燃尽きることができるような理論空燃比よ
り僅かにリーンな状態に希釈するのに十分な空気を供給
し、一方、２次希釈孔は、その次の後方で隣接する第３
のライナパネルに配置することで、１次希釈孔に近接し
て組み合わされ、ＮＯｘの生成を抑制する。
ッチな状態で行なわれ、これが１次燃焼区域でのＮＯｘ
の生成を抑制する。１次希釈孔は、燃焼する燃焼ガス混
合物をＣＯが燃尽きることができるような理論空燃比よ
り僅かにリーンな状態に希釈するのに十分な空気を供給
し、一方、２次希釈孔は、その次の後方で隣接する第３
のライナパネルに配置することで、１次希釈孔に近接し
て組み合わされ、ＮＯｘの生成を抑制する。
【００４７】1次及び２次希釈孔の相対的なサイズと好
ましい分布によって、旋回カップからの高温の流れの円
周方向の調整を可能にし、対応する均一な円周方向の温
度分布をもつ比較的低いパターン要素をもたらす。２つ
のライナの1次及び２次希釈孔の相対的なサイズが、利
用可能な圧縮空気の内側と外側への分離をもたらし、燃
焼ガスの半径方向出口温度を制御し、対応するプロファ
イル要素をもたらす。
ましい分布によって、旋回カップからの高温の流れの円
周方向の調整を可能にし、対応する均一な円周方向の温
度分布をもつ比較的低いパターン要素をもたらす。２つ
のライナの1次及び２次希釈孔の相対的なサイズが、利
用可能な圧縮空気の内側と外側への分離をもたらし、燃
焼ガスの半径方向出口温度を制御し、対応するプロファ
イル要素をもたらす。
【００４８】1次及び２次希釈孔によりもたらされる希
釈調整の最適化を、その効果を最大にするように分析的
かつ実験的に実行した。希釈孔のザイズの変更が、特定
の燃焼器設計について別の複数の実施形態で行われた。
ＮＯｘ及びＣＯエミッションの両方とも現在の厳しい要
求条件に抑えることができ、同時に燃焼器は、高い高所
始動性を持ちながら、下流のタービン段への燃焼ガス排
出の許容できるプロファイルおよパターン要素を含む改
善された燃焼器性能を示した。
釈調整の最適化を、その効果を最大にするように分析的
かつ実験的に実行した。希釈孔のザイズの変更が、特定
の燃焼器設計について別の複数の実施形態で行われた。
ＮＯｘ及びＣＯエミッションの両方とも現在の厳しい要
求条件に抑えることができ、同時に燃焼器は、高い高所
始動性を持ちながら、下流のタービン段への燃焼ガス排
出の許容できるプロファイルおよパターン要素を含む改
善された燃焼器性能を示した。
【００４９】本明細書では本発明の好ましい例示的な実
施形態と思料するものについて説明してきたが、本発明
のその他の変更形態は本明細書の教示内容から当業者に
は明白であり、本発明の技術思想及び技術的範囲に属す
るかかる変更形態すべてが特許請求の範囲で保護される
ことを望むものである。
施形態と思料するものについて説明してきたが、本発明
のその他の変更形態は本明細書の教示内容から当業者に
は明白であり、本発明の技術思想及び技術的範囲に属す
るかかる変更形態すべてが特許請求の範囲で保護される
ことを望むものである。
【図１】 本発明の例示的な実施形態による外側及び内
側ライナを備える環状燃焼器の一部の軸方向断面図。
側ライナを備える環状燃焼器の一部の軸方向断面図。
【図２】 図１に示す燃焼器部分を、その中の1次及び
２次希釈孔が見えるように線２−２に沿って切断し、後
方から前方を見た半径方向正面図。
２次希釈孔が見えるように線２−２に沿って切断し、後
方から前方を見た半径方向正面図。
【図３】 本発明の例示的な実施形態により構成された
1次及び２次希釈孔を持つ図１及び図２に示す協働する
外側及び内側ライナの切断部分の等角図。
1次及び２次希釈孔を持つ図１及び図２に示す協働する
外側及び内側ライナの切断部分の等角図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョン・カール・ジャコブソン アメリカ合衆国、マサチューセッツ州、メ ルローズ、シャロン・ロード、12番
Claims (18)
- 【請求項１】 相対する前端と後端と、 前記前端の後方で前記ライナを貫通して半径方向に延び
る１次希釈孔の列と、 前記１次希釈孔と前記後端との間で前記ライナを貫通し
て半径方向に延びる２次希釈孔の列とを含み、 前記２次希釈孔は、前記１次希釈孔から円周方向にオフ
セットしている最大サイズに円周方向でサイズが変化し
ていることを特徴とする環状ガスタービンエンジンの燃
焼器ライナ。 - 【請求項２】 前記２次希釈孔は、前記１次希釈孔から
円周方向にオフセットしている最小サイズに円周方向で
サイズが変化していることを特徴とする請求項１に記載
のライナ。 - 【請求項３】 前記２次希釈孔は、前記最大と最小サイ
ズとは異なる中間サイズに円周方向でサイズが変化して
いることを特徴とする請求項に２記載のライナ。 - 【請求項４】 前記中間サイズの２次希釈孔は、円周方
向にオフセットすることなく、前記１次希釈孔の対応す
る１つと軸方向で位置合わせされていることを特徴とす
る請求項３に記載のライナ。 - 【請求項５】 前記中間サイズの２次希釈孔は、均一サ
イズであることを特徴とする請求項４に記載のライナ。 - 【請求項６】 前記１次希釈孔は、均一サイズであるこ
とを特徴とする請求項５に記載のライナ。 - 【請求項７】 前記１次希釈孔は、前記中間サイズの２
次希釈孔よりも大きいことを特徴とする請求項６に記載
のライナ。 - 【請求項８】 前記１次希釈孔は、前記最大サイズの２
次希釈孔よりも小さいことを特徴とする請求項７に記載
のライナ。 - 【請求項９】 前記１次希釈孔は、前記中間サイズの２
次希釈孔よりも小さいことを特徴とする請求項６に記載
のライナ。 - 【請求項１０】 前記１次希釈孔は、前記最小サイズの
２次希釈孔よりも大きいことを特徴とする請求項９に記
載のライナ。 - 【請求項１１】 前端で環状のドームに結合され、環状
の出口を画定する相対する後端を持つ、半径方向に間隔
を置いて配置された外側及び内側環状ライナを含み、 前記ライナの各々が、前記ドームの後方で前記ライナを
貫通して半径方向に延びる１次希釈孔の列と、前記１次
希釈孔と前記出口との間で前記ライナを貫通して半径方
向に延びる２次希釈孔の列とを備え、 各ライナの前記２次希釈孔は、前記ライナの前記１次希
釈孔から円周方向にオフセットしている最大サイズに円
周方向でサイズが変化していることを特徴とするガスタ
ービンエンジンの燃焼器。 - 【請求項１２】 前記２次希釈孔は、前記１次希釈孔か
ら円周方向にオフセットしている最小サイズに円周方向
でサイズが変化していることを特徴とする請求項１１に
記載の燃焼器。 - 【請求項１３】 前記２次希釈孔は、前記最大と最小サ
イズとは異なる中間サイズに円周方向でサイズが変化し
ていることを特徴とする請求項１２に記載の燃焼器。 - 【請求項１４】 各ライナの前記中間サイズの２次希釈
孔は、円周方向にオフセットすることなく、前記１次希
釈孔の対応する１つと軸方向に位置合わせされているこ
とを特徴とする請求項１３に記載の燃焼器。 - 【請求項１５】 前記外側ライナの前記１次希釈孔は前
記外側ライナの前記中間サイズの２次希釈孔よりも大き
く、前記内側ライナの前記１次希釈孔は前記内側ライナ
の前記中間サイズの２次希釈孔よりも小さいことを特徴
とする請求項１４記載の燃焼器。 - 【請求項１６】 前記外側ライナの前記１次希釈孔は前
記外側ライナの前記最大サイズの２次希釈孔よりも小さ
く、前記内側ライナの前記１次希釈孔は前記内側ライナ
の最小サイズの２次希釈孔よりも大きいことを特徴とす
る請求項１５記載の燃焼器。 - 【請求項１７】 前記ドーム内に配置され、前記外側及
び内側ライナの前記中間サイズの２次希釈孔の対応する
１つと軸方向に位置合わせされた、円周方向に間隔を置
いて配置された旋回カップの列をさらに含むことを特徴
とする請求項1４記載の燃焼器。 - 【請求項１８】 各ライナの前記中間サイズの２次希釈
孔が均一のサイズであって、前記両ライナ間では異な
り、 各ライナの前記１次希釈孔が均一のサイズであって、前
記両ライナ間では異なる、ことを特徴とする請求項１７
記載の燃焼器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/431,465 US6260359B1 (en) | 1999-11-01 | 1999-11-01 | Offset dilution combustor liner |
| US09/431465 | 1999-11-01 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001147017A true JP2001147017A (ja) | 2001-05-29 |
| JP4741723B2 JP4741723B2 (ja) | 2011-08-10 |
Family
ID=23712065
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000331594A Expired - Fee Related JP4741723B2 (ja) | 1999-11-01 | 2000-10-31 | オフセット希釈燃焼器ライナ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6260359B1 (ja) |
| EP (1) | EP1096205B1 (ja) |
| JP (1) | JP4741723B2 (ja) |
| DE (1) | DE60028690T2 (ja) |
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