JP2002139220A - 選択的に傾斜させた冷却孔を有する燃焼器ライナ - Google Patents
選択的に傾斜させた冷却孔を有する燃焼器ライナInfo
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Abstract
れる燃焼器ライナ(12,14)において、希釈孔(4
6)の近傍のフィルム冷却孔(44)の向きを変えるこ
とにより、冷却フィルム効果が増大する。 【解決手段】 冷却孔(44)は、第1の円周方向に傾
斜した第1グループ(50)の冷却孔(44)と、第1
の円周方向と反対の第2の円周方向に傾斜した第2グル
ープ(52)の冷却孔(44)とを含む。第2グループ
(52)の冷却孔(44)中の冷却孔(44)は、冷却
空気を希釈孔(46)のすぐ下流の領域(48)に導く
ように、希釈孔(46)の隣接する希釈孔の間に設置さ
れる。反対方向に向いた冷却孔(44)のグループは、
ボアスコープ孔、点火ポート及び旋回する燃焼器ガスに
より生じるホットスポット領域のようなライナ(12,
14)上の他のホットスポット領域で用いることができ
る。
Description
ビンエンジンに関し、より具体的には、かかるエンジン
に用いられるフィルム冷却される燃焼器ライナに関す
る。
された空気を供給する圧縮機を含み、燃焼器中で、空気
は燃料と混合され燃焼されて高温の燃焼ガスを発生す
る。これらのガスは、下流に流れて1又はそれ以上のタ
ービンに至り、タービンはガスからエネルギーを取り出
し、圧縮機を駆動し、また飛行中の航空機に動力を供給
するなどの有用な仕事を行う。航空機エンジンに用いら
れる燃焼器は、一般的に内側及び外側燃焼器ライナを含
み、周囲を取巻くエンジン構造物を燃焼行程により生じ
る強熱から保護する。燃焼器ライナは、期待寿命の要求
を満たすために冷却される。
低温である)の1部を分岐させ、それをライナの外側表
面全体に流すことによって通常行われる。さらに、ライ
ナ中に形成された極めて小径の冷却孔の配列を通して冷
却空気流を導くことにより、冷却空気の薄い層が、ライ
ナの燃焼側に沿って形成される。これらの冷却孔は、下
流方向に向かって軸線方向に傾斜しており、一般的に全
てが同一の円周方向の向き(方向付け)になっている。
多孔フィルム冷却と呼ばれるこの技術は、冷却孔を通し
ての質量流量がライナ表面に隣接する高温燃焼ガスを希
釈し、冷却孔を通る流れがライナ壁面を対流冷却するの
で、ライナにかかる全体的な熱負荷を減少させる。
は一般的に希釈孔が設けられる。冷却孔よりもかなり大
径の希釈孔は、希釈空気を燃焼帯中に導入する。希釈空
気は、燃焼器の下流のタービン・ハードウェアが曝され
るガス温度を制御するために、炎を消炎する。消炎する
ことはまた、エンジンの排気ガス中の窒素酸化物(NO
x)エミッションのレベルも低下させる。
孔を欠いている区域をもたらす。さらに、大径の希釈孔
を通しての空気の流入によって生じる伴流が、それらの
背後の冷却フィルムを破壊するであろう。このことは、
希釈孔のすぐ下流にあるライナの領域で、冷却フィルム
効果が喪失する可能性があることを意味する。従って、
燃焼器ライナのフィルム冷却は一般にかなり効果的では
あるが、希釈孔があることによって結果的にホットスポ
ットがそのすぐ下流に形成されることになる可能性があ
る。時の経過とともに、ホットスポットは、ライナに亀
裂を引き起こし、それによって、その実用寿命を縮める
ことになる。
の普通のライナ構造形状は、冷却フィルムを破壊し、同
様にホットスポットを生じる可能性がある。冷却フィル
ム効果はまた、かかる構造形状以外の原因によっても弱
められる可能性がある。例えば、燃焼器中への加圧空気
の流れは、一般に、空気と燃料の混合を促進するために
旋回を与えられる。これらの旋回する燃焼器ガスは、ラ
イナの一定領域内の冷却フィルムを破壊し、ホットスポ
ットを生じる可能性がある。
スコープ孔及び点火ポートのような冷却フィルムを破壊
する構造形状のすぐ下流にあるライナ領域、又はさもな
ければ冷却フィルム効果の喪失を免れないライナ領域に
おいて、冷却フィルム効果が増大される燃焼器ライナに
対する要求がある。
形成された複数の希釈孔及び複数の冷却孔を有する燃焼
器ライナを提供する本発明により満たされる。冷却孔
は、第1の円周方向に傾斜した第1グループの冷却孔
と、第1の円周方向と反対の第2の円周方向に傾斜した
第2グループの冷却孔とを含む。第2グループの冷却孔
中の冷却孔は、希釈孔のうちの隣接する希釈孔の間に設
置される。ライナ上の他のホットスポット領域につい
て、反対方向に向いた冷却孔のグループが用いられる場
合がある。
付の図面と共に以下の詳細な説明及び添付の特許請求の
範囲を読めば明白になるであろう。
部分に具体的に示され、また明確に請求される。しかし
ながら、本発明は、添付の図面の図に関連してなされる
以下の説明を参照することにより最も良く理解され得
る。
一の参照符号は同一の要素を表わしているが、図1は、
ガスタービンエンジンでの使用に適した種類の例示的な
燃焼器10を示す。燃焼器10は、外側燃焼器ケーシン
グ16と内側燃焼器ケーシング18との間に配置された
外側ライナ12及び内側ライナ14を含む。外側及び内
側ライナ12及び14は、中心軸線の周りで形状がほぼ
環状であり、半径方向に互いに間隔を置いて配置され、
その間に燃焼チャンバ20を形成する。外側ライナ12
及び外側ケーシング16は、その間に外側流路22を形
成し、また内側ライナ14及び内側ケーシング18は、
その間に内側流路24を形成する。カウル組立体26
が、外側及び内側ライナ12及び14の上流端部に取り
付けられる。環状開口28が、カウル組立体26に形成
され、加圧空気を燃焼器10に導入する。加圧空気は、
圧縮機(図示せず)から全体的に図1の矢印Aにより示
す方向に供給される。加圧空気は、主として開口28を
通って流れて燃焼を支援し、また一部は空気がライナ1
2及び14を冷却するために用いられる外側及び内側流
路22及び24中に流れ込む。
ライナ12及び14の上流端部の近くで外側及び内側ラ
イナ12及び14の間に配置されそれらを相互接続す
る。複数の円周方向に間隔を置いて配置されるスワーラ
組立体32が、ドームプレート30内に取り付けられ
る。各スワーラ組立体32は、開口28から加圧空気
を、また対応する燃料管34から燃料を受け入れる。燃
料及び空気は、スワーラ組立体32により旋回を与えら
れ混合され、生成された燃料/空気混合気が燃焼チャン
バ20中に放出される。図1は例示的な実施形態として
単一環状燃焼器を示すが、本発明は、多孔フィルム冷却
を用いる二重環状燃焼器を含むどのような種類の燃焼器
にも同様に適用可能であるとことに注目されたい。
ほぼ環状で軸方向に延びる形状を有する単一壁面の金属
シェルを含む。外側ライナ12は、燃焼チャンバ20内
の高温燃焼ガスに面する高温側36、及び外側流路22
中の比較的に低温の空気と接触する低温側38を有す
る。同様に、内側ライナ14は、燃焼チャンバ20内の
高温燃焼ガスに面する高温側40及び内側流路24中の
比較的に低温の空気と接触する低温側42を有する。ラ
イナ12及びライナ14は両方とも、その中に形成され
た多数の比較的に小径のフィルム冷却孔44を含む。外
側及び内側ライナ12及び14の各々において、フィル
ム冷却孔44は、下流方向に向かって低温側38,42
からそれぞれの高温側36,40まで軸線方向に傾斜し
ている。従って、冷却孔44を通過する外側及び内側流
路22及び24からの冷却空気は、各ライナ12及び1
4の高温側に薄い冷却フィルムを形成するように、下流
に向けられている。
焼器チャンバ20中に導入するための複数の希釈孔46
が形成される。希釈孔46は、フィルム冷却孔44より
一般的に数がはるかに少なく、また各希釈孔46は、冷
却孔44の1つの断面積よりかなり大きい断面積を有す
る。希釈孔46は、第1の希釈孔の円周方向に延びる
列、及び第1の希釈孔の下流側に設置される第2の希釈
孔の円周方向に延びる列に配列される。
温側36の1部が図示され、冷却孔44の独特な向きを
示しており、ここで矢印Bは燃焼器10を通る流れの方
向を示す。図2は外側ライナ12中の冷却孔を示すが、
内側ライナ14中の冷却孔の構成は、外側ライナ12の
構成と実質的に同一であることを理解されたい。従っ
て、以下の説明は、内側ライナ14にも当てはまる。
同一方向に向いている。すなわち、全ての冷却孔は、下
流方向に同一角度でかつ円周方向に同一角度で軸線方向
に向かって傾斜している。しかしながら、本発明におい
ては、異なるグループに分けられたフィルム冷却孔44
が、ライナ12全体を効果的に冷却する全体的な冷却孔
構成になるように、異なる円周方向の向きで設けられ
る。ライナ12には、希釈孔46のすぐ下流にホットス
ポット領域があり、その領域を図2に参照番号48で示
す。本明細書で用いられる「ホットスポット領域」と
は、従来の一様な方向に向いた冷却孔を備える場合の冷
却フィルム効果の喪失を受ける燃焼器ライナのあらゆる
領域のことである。これは、必ずしもそれに限定される
わけではないが、冷却フィルムが旋回する燃焼器ガスに
より破壊される領域だけでなく、希釈孔、ボアスコープ
孔、点火ポート等のすぐ下流の領域を含む。
び第3グループ50、52及び54に分けられる。第1
グループ50の冷却孔は、ライナ12の希釈孔46のす
ぐ下流の位置から後方端縁まで軸方向後方に広がり、か
つライナの全周囲の周りに円周方向に広がるライナ12
の領域を概ね占める。第2グループ52の冷却孔は、希
釈孔46の隣接する希釈孔の間の円周方向に位置するラ
イナ12の区域を概ね占める。第3グループ54の冷却
孔は、ライナ12の前方端縁から希釈孔46のすぐ上流
の位置まで軸方向に広がり、かつライナの全周囲の周り
に円周方向に広がるライナ12の領域を概ね占める。
の冷却孔44は、矢印Bにより示す流れの方向に平行で
ある燃焼器の中心軸線に対して約45度の角度を成すよ
うに、全て第1の円周方向に向いている。これは、第1
グループ50が最大数のフィルム冷却孔44を含むの
で、標準的な向き(方向付け)である。これと対照的
に、第2グループ52の冷却孔44は、燃焼器の中心軸
線に対して約−45度の角度を成すように、全て円周方
向に向いている。従って、第2グループ冷却孔は、第1
グループ冷却孔とは反対の円周方向に向いている。この
方向付け故に、第2グループの冷却孔44は、フィルム
冷却空気をホットスポット領域48に導き、それによっ
てライナ表面の残りの部分と同様に効果的にこれらの領
域48を冷却する。希釈孔46が存在するので、フィル
ム冷却孔44の全てが第1グループ50の同一の標準的
な向きを有していれば、ホットスポット領域48は、適
当なフィルム冷却流れを受けないことになる。
て第1グループ冷却孔とは反対の円周方向に向いている
が、第2グループ冷却孔に比してより小さい角度であ
る。一般に、第3グループ冷却孔は、燃焼器の中心軸線
に対して約−10度の角度を成す。もしくは、第3グル
ープ冷却孔は、燃焼器の中心軸線に対して0度の角度
(すなわち、中心軸線に平行)を成すことができる。第
3グループ冷却孔を0度〜10度までの角度で方向付け
ることにより最初の供給をもたらし、第2グループ52
の冷却孔から放出される冷却空気流れを増強する。この
ことにより、第2グループ冷却流れにホットスポット領
域48に達するのに十分な速度及び運動量を与える。
度の角度で示され、また第3グループ54の冷却孔44
が、−10度の角度で示されているが、本発明は、これ
らの角度に限定されないことに留意されたい。さらに、
第3グループ54の冷却孔44の全てが、燃焼器の中心
軸線に対して同一角度を成すことが必要なわけではな
い。すなわち、孔の角度の大きさは、全体的に中心軸線
に対して負の角度であるが、第3グループ領域にわたっ
て徐々に変化させることができる。例えば、第3グルー
プ54の下流端における冷却孔44は、−10度の角度
を成すことができ、また第3グループ54の上流端にお
ける冷却孔44は、−45度の角度を成すことができ
る。中間の冷却孔44は、−10度から−45度までの
間で徐々に変化させることができる。これによって、空
気流れによりスムースな移行をもたらす。不均一な孔角
度を、第2グループ52の冷却孔に用いることもでき
る。
ループ56を含むことも可能である。第4グループ56
の冷却孔は、比較的に数が少なく、第2グループ冷却孔
と第1グループ冷却孔との軸方向の間に設置される。第
3グループ冷却孔と同様に、第4グループ冷却孔は、第
1グループ冷却孔とは反対の円周方向に向いているが、
第2グループ冷却孔に比して小さい角度である。一般
に、第4グループ冷却孔は、燃焼器の中心軸線に対して
約−10度の角度を成す。第4グループ56の冷却孔か
ら放出される冷却空気流れは、第1グループ冷却孔の反
対側に傾斜した冷却空気流れを移行させる。
向上させるために、冷却孔44がどのような方向に向い
ているかを示す。しかしながら、上述の本発明の原理
は、図1に示す第2希釈孔46にも適用できることを理
解されたい。さらに、本発明の独特の冷却孔の方向付け
は、フィルム冷却を破壊しがちであるボアスコープ孔及
び点火ポートのような他のライナ形状にもまた適用可能
である。独特な冷却孔の方向付けは、旋回する燃焼器ガ
スにより生じる冷却フィルム破壊のような他の原因から
生じるホットスポット領域を冷却するのにも用いること
ができる。
トスポット領域で増大する燃焼器ライナについて述べて
きた。本発明の特定の実施形態を説明してきたが、添付
の特許請求の範囲に記載されるような本発明の技術思想
及び技術的範囲から逸脱することなく、それらに対して
様々な変形形態がなされ得るとことは当業者には明らか
であろう。
イナを有するガスタービン燃焼器の破断斜視図。
イナの1部の上面図。
Claims (16)
- 【請求項1】 軸線を持ち、その中に形成された複数の
冷却孔(44)を有する環状燃焼器ライナ(12,1
4)であって、前記冷却孔(44)は、第1の円周方向
に傾斜した第1グループ(50)の冷却孔(44)と、
前記第1の円周方向と反対の第2の円周方向に傾斜した
第2グループ(52)の冷却孔(44)とを含むことを
特徴とする前記環状燃焼器ライナ(12,14)。 - 【請求項2】 その中に形成された少なくとも1つの大
径の孔(46)をさらに含み、前記第2グループ(5
2)の冷却孔(44)は、冷却空気を前記大径の孔(4
6)の下流にある領域(48)に導くように、設置され
方向付けられることを特徴とする請求項1に記載の燃焼
器ライナ(12,14)。 - 【請求項3】 前記第1グループ(50)の冷却孔(4
4)中の前記冷却孔(44)は、前記軸線に対して約4
5度の角度を成し、また前記第2グループ(52)の冷
却孔(44)中の前記冷却孔(44)は、前記軸線に対
して約−45度の角度を成すことを特徴とする請求項2
に記載の燃焼器。 - 【請求項4】 前記冷却孔(44)は、前記第2の円周
方向に傾斜した第3グループ(54)の冷却孔(44)
を含むことを特徴とする請求項2に記載の燃焼器。 - 【請求項5】 前記第3グループ(54)の冷却孔(4
4)中の前記冷却孔(44)は、前記第2グループ(5
2)の冷却孔(44)中の前記冷却孔(44)より小さ
い角度で前記第2の円周方向に傾斜していることを特徴
とする請求項4に記載の燃焼器。 - 【請求項6】 前記第1グループ(50)の冷却孔(4
4)中の前記冷却孔(44)は、前記軸線に対して約4
5度の角度を成し、前記第2グループ(52)の冷却孔
(44)中の前記冷却孔(44)は、前記軸線に対して
約−45度の角度を成し、また前記第3グループ(5
4)の冷却孔(44)中の前記冷却孔(44)は、前記
軸線に対して約−10度の角度を成すことを特徴とする
請求項4に記載の燃焼器。 - 【請求項7】 前記冷却孔(44)は、前記第2の円周
方向に傾斜した第4グループ(56)の冷却孔(44)
を含み、前記第3グループ(54)の冷却孔(44)
は、前記大径の孔(46)の上流に設置され、また前記
第4グループ(56)の冷却孔(44)は、前記大径の
孔(46)の下流に設置されることを特徴とする請求項
4に記載の燃焼器。 - 【請求項8】 前記第2グループ(52)の冷却孔(4
4)は、冷却空気を前記ライナ(12,14)のホット
スポット領域(48)に導くように設置され方向付けら
れることを特徴とする請求項1に記載の燃焼器ライナ
(12,14)。 - 【請求項9】 軸線を持つ環状シェルと、該シェル中に
形成され、該シェルの周りに円周方向に間隔を置いて配
置される複数の希釈孔(46)と、前記シェル中に形成
された複数の冷却孔(44)と、を含み、前記冷却孔
(44)は、第1の円周方向に傾斜した第1グループ
(50)の冷却孔(44)と前記第1の円周方向と反対
の第2の円周方向に傾斜した第2グループ(52)の冷
却孔(44)とを含み、前記第2グループ(52)の冷
却孔(44)中の前記冷却(44)は、前記希釈孔(4
6)の隣接する希釈孔の間に設置される、ことを特徴と
するガスタービン燃焼器ライナ(12,14)。 - 【請求項10】 前記第2グループ(52)の冷却孔
(44)中の前記冷却孔(44)は、冷却空気を前記希
釈孔(46)の下流にある領域(48)に導くことを特
徴とする請求項9に記載の燃焼器ライナ(12,1
4)。 - 【請求項11】 前記第1グループ(50)の冷却孔
(44)中の前記冷却孔(44)は、前記軸線に対して
約45度の角度を成し、また前記第2グループ(52)
の冷却孔(44)中の前記冷却孔(44)は、前記軸線
に対して約−45度の角度を成すことを特徴とする請求
項9に記載の燃焼器。 - 【請求項12】 前記冷却孔(44)は、前記第2の円
周方向に傾斜した第3グループ(54)の冷却孔(4
4)を含むことを特徴とする請求項9に記載の燃焼器。 - 【請求項13】 前記第3グループ(54)の冷却孔
(44)中の前記冷却孔(44)は、前記第2グループ
(52)の冷却孔(44)中の前記冷却孔(44)より
小さい角度で前記第2の円周方向に傾斜していることを
特徴とする請求項12に記載の燃焼器。 - 【請求項14】 前記第1グループ(50)の冷却孔
(44)中の前記冷却孔(44)は、前記軸線に対して
約45度の角度を成し、前記第2グループ(52)の冷
却孔(44)中の前記冷却孔(44)は、前記軸線に対
して約−45度の角度を成し、また前記第3グループ
(54)の冷却孔(44)中の前記冷却孔(44)は、
前記軸線に対して約−10度の角度を成すことを特徴と
する請求項12に記載の燃焼器。 - 【請求項15】 前記第1グループ(50)の冷却孔
(44)は、前記希釈孔(46)の下流に設置され、ま
た前記第3グループ(54)の冷却孔(44)は、前記
希釈孔(46)の上流に設置されることを特徴とする請
求項12に記載の燃焼器。 - 【請求項16】 前記冷却孔(44)は、前記第2の円
周方向に傾斜した第4グループ(56)の冷却孔(4
4)を含み、前記第4グループ(56)の冷却孔(4
4)は、前記第1グループ(50)の冷却孔(44)と
前記第2グループ(52)の冷却孔(44)との軸方向
の間に設置されることを特徴とする請求項15に記載の
燃焼器。
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