JP2002517673A - 低排気ガスタービンエンジン用燃焼器 - Google Patents
低排気ガスタービンエンジン用燃焼器Info
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- combustor liner
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- 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
- F23R3/005—Combined with pressure or heat exchangers
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- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/002—Wall structures
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- 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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- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2260/00—Function
- F05B2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
- F05B2260/221—Improvement of heat transfer
- F05B2260/222—Improvement of heat transfer by creating turbulence
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
- F23R2900/03045—Convection cooled combustion chamber walls provided with turbolators or means for creating turbulences to increase cooling
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
多くの政府がガスタービンエンジン(10)からのCOを含む排気を規制した。COの生成は一般的に、COが上昇した温度で過剰酸素と反応してCO2を形成するとき減少する。多くの製造者が、燃焼器ライナー(70)の耐久性を増すために、燃焼帯域(80)に隣接した燃焼器ライナー(70)の膜冷却を使用する。膜冷却はCO2を形成するCOと過剰酸素との反応を抑制する。燃焼帯域(80)から離れた低温側(76)(背面)で燃焼器ライナー(70)を冷却することにより、その抑制を減少させる。その上、低温側(76)に複数の凹所(84)を配置することにより燃焼器ライナー(70)の冷却を高める。凹所(84)は殆ど圧力降下をもたらさないので、燃焼器ライナー(70)を冷却するために使用した空気が燃焼領域(80)でも使用できる。膨張可能燃焼器ハウジング(72)が燃焼器冷却シールド(72)と燃焼器ライナー(70)との間の所定距離(92)を維持する。
Description
【0001】 発明の属する技術分野 本発明は一般的にはガスタービンエンジンに関し、特に、放出物の減少に適す
る燃焼器ライナーに関する。
る燃焼器ライナーに関する。
【0002】 背景技術 “アメリカ合衆国政府は、米国エネルギー省によって授与された契約 第DE-AC
02-92CE40960号による権利を本発明に有する。” 現在のガスタービンエンジンは放出物及びエンジン効率を改善し続けている。
これらの改善にも関わらず、エンジン効率の更なる増大は、強まる規制を満たす
ためにNOx放出物と一酸化炭素(CO)放出物のより良いバランスを要求する
だろう。或る規制はNOx5ppmとCO10ppmの限度を含む。
02-92CE40960号による権利を本発明に有する。” 現在のガスタービンエンジンは放出物及びエンジン効率を改善し続けている。
これらの改善にも関わらず、エンジン効率の更なる増大は、強まる規制を満たす
ためにNOx放出物と一酸化炭素(CO)放出物のより良いバランスを要求する
だろう。或る規制はNOx5ppmとCO10ppmの限度を含む。
【0003】 NOx及びCOの生成を減ずるには、しばしば相容れない運転条件を要求する
。NOxは、大気中の酸素の過剰が窒素を酸化するときに一般的に生成される窒
素酸化物の不確定な混合物である。NOxの生成は、典型的には、燃焼器内の火
焔温度が上昇すると増加する。これに対して、COの生成は燃焼器内の温度が下
降すると増加する。COは1800F(982C)より高い温度で過剰酸素と反
応して二酸化炭素(CO2)を形成する。CO2は、一般的に支障のない放出物と
考えられる。CO放出物と同様に、ガスタービンの効率は、一般的に火焔温度の
上昇と共に改善する。しかしながら、ガスタービンエンジンに現在使用されてい
る殆どの材料は上限温度より上で耐久性の減少を示す。
。NOxは、大気中の酸素の過剰が窒素を酸化するときに一般的に生成される窒
素酸化物の不確定な混合物である。NOxの生成は、典型的には、燃焼器内の火
焔温度が上昇すると増加する。これに対して、COの生成は燃焼器内の温度が下
降すると増加する。COは1800F(982C)より高い温度で過剰酸素と反
応して二酸化炭素(CO2)を形成する。CO2は、一般的に支障のない放出物と
考えられる。CO放出物と同様に、ガスタービンの効率は、一般的に火焔温度の
上昇と共に改善する。しかしながら、ガスタービンエンジンに現在使用されてい
る殆どの材料は上限温度より上で耐久性の減少を示す。
【0004】 ガスタービンエンジン内でNOx生成を減じるには、典型的には、火焔温度の
減少を伴う。そのような1つの例は燃焼器内への水又は水蒸気の噴射を含む。水
の噴射は火焔温度を下げるが、タービンの摩耗及び腐食を増大させることがある
。又、水の噴射は水貯蔵タンク、水ポンプ及び水インジェクターを含む追加のハ
ードウェアーを要求する。希薄予備混合燃焼は、エンジン効率を維持しながらN
Ox生成の減少を試みる。希薄予備混合燃焼器が主燃焼帯域の上流で或る量の空
気と或る量の燃料とを予め混合する。主燃焼帯域の上流で導入される空気量の増
加は、水の導入と同様に火焔温度を減少させる。火焔温度を減少させることによ
りNOx生成も又、減少する。
減少を伴う。そのような1つの例は燃焼器内への水又は水蒸気の噴射を含む。水
の噴射は火焔温度を下げるが、タービンの摩耗及び腐食を増大させることがある
。又、水の噴射は水貯蔵タンク、水ポンプ及び水インジェクターを含む追加のハ
ードウェアーを要求する。希薄予備混合燃焼は、エンジン効率を維持しながらN
Ox生成の減少を試みる。希薄予備混合燃焼器が主燃焼帯域の上流で或る量の空
気と或る量の燃料とを予め混合する。主燃焼帯域の上流で導入される空気量の増
加は、水の導入と同様に火焔温度を減少させる。火焔温度を減少させることによ
りNOx生成も又、減少する。
【0005】 火焔温度の減少でさえ、主燃焼帯域の近くの燃焼器ライナー壁は、その耐久性
を増すために冷却を要求する。冷却空気の膜が、典型的には、主燃焼帯域の燃焼
器ライナー壁の高温側と概ね平行に流れる。この膜は燃焼器ライナー壁に沿って
冷たい空気の絶縁層を形成することによって燃焼器ライナー壁を保護する。しか
しながら、この膜は燃焼器ライナー壁に沿う火焔を冷やす傾向がある。燃焼器ラ
イナー壁で火焔が冷えると、CO2を形成する過剰酸素とのCOの反応が遅れる
。未反応COが排気流に入り、エンジンからの全体の放出物に寄与する。
を増すために冷却を要求する。冷却空気の膜が、典型的には、主燃焼帯域の燃焼
器ライナー壁の高温側と概ね平行に流れる。この膜は燃焼器ライナー壁に沿って
冷たい空気の絶縁層を形成することによって燃焼器ライナー壁を保護する。しか
しながら、この膜は燃焼器ライナー壁に沿う火焔を冷やす傾向がある。燃焼器ラ
イナー壁で火焔が冷えると、CO2を形成する過剰酸素とのCOの反応が遅れる
。未反応COが排気流に入り、エンジンからの全体の放出物に寄与する。
【0006】 1997年6月10日に発行されたシャファー他の米国特許第5,636,508号は
セラミック燃焼器ライナーを記載する。セラミック材料は、一般的に、金属燃焼
器ライナーよりも高い温度を許容する。典型的なセラミックライナーは2000
F(1093C)近くの温度に及ぶことがある。それと比較して、金属燃焼器ラ
イナーは、典型的には、1550F(843C)までの温度で作動する。しかし
ながら、多くのセラミック及び金属燃焼器ライナーは、燃焼器ライナーの作動寿
命を改善するために冷却を要求する。金属ライナーは、しばしば、燃焼器ライナ
ーの低温側(背面)を冷却する。典型的な方法は、通常、衝突冷却(impingemen
t cooling)又は冷却チャンネル内への突出部を有する。これらの方法は両方と
も冷却チャンネル内で空気の圧力低下を招く。この圧力の低下により、冷却チャ
ンネルからの空気は燃焼空気(1次空気)として使用することができない。その
代りに、冷却チャンネルからの空気は、燃焼器出口でのガス温度プロフィールの
調整を補助する希釈(2次)空気として使用される。
セラミック燃焼器ライナーを記載する。セラミック材料は、一般的に、金属燃焼
器ライナーよりも高い温度を許容する。典型的なセラミックライナーは2000
F(1093C)近くの温度に及ぶことがある。それと比較して、金属燃焼器ラ
イナーは、典型的には、1550F(843C)までの温度で作動する。しかし
ながら、多くのセラミック及び金属燃焼器ライナーは、燃焼器ライナーの作動寿
命を改善するために冷却を要求する。金属ライナーは、しばしば、燃焼器ライナ
ーの低温側(背面)を冷却する。典型的な方法は、通常、衝突冷却(impingemen
t cooling)又は冷却チャンネル内への突出部を有する。これらの方法は両方と
も冷却チャンネル内で空気の圧力低下を招く。この圧力の低下により、冷却チャ
ンネルからの空気は燃焼空気(1次空気)として使用することができない。その
代りに、冷却チャンネルからの空気は、燃焼器出口でのガス温度プロフィールの
調整を補助する希釈(2次)空気として使用される。
【0007】 1996年11月19日に発行されたロプリンゾの米国特許第5,575,154号は
CO放出物を減らす希釈流れスリーブを記載する。希釈流れスリーブは、コア燃
焼帯域の燃焼器ライナー壁の高温側に沿う膜冷却流れの混合を増すことによって
放出物を改善する。主燃焼帯域の下流での流れの混合の増大はCOと過剰酸素と
の反応を改善して、CO2を形成する。希釈流れスリーブ内に導入された空気は
主燃焼帯域の下流で燃焼器に入る。NOxを十分に減少させるために、冷却空気
は一般的に、火焔温度を下げるべく主燃焼帯域の中へ導入されなければならない
。
CO放出物を減らす希釈流れスリーブを記載する。希釈流れスリーブは、コア燃
焼帯域の燃焼器ライナー壁の高温側に沿う膜冷却流れの混合を増すことによって
放出物を改善する。主燃焼帯域の下流での流れの混合の増大はCOと過剰酸素と
の反応を改善して、CO2を形成する。希釈流れスリーブ内に導入された空気は
主燃焼帯域の下流で燃焼器に入る。NOxを十分に減少させるために、冷却空気
は一般的に、火焔温度を下げるべく主燃焼帯域の中へ導入されなければならない
。
【0008】 本発明は上記の1又はそれ以上の問題を解消することに向けられる。 発明の概要 本発明の1つの側面では、ガスタービンエンジンは燃焼器を有する。燃焼器は
燃焼器冷却シールド及びその中に配置された燃焼器ライナーを有する。燃焼器ラ
イナーは入口部分及び出口部分を有する。燃焼器ライナーは出口部分で燃焼器冷
却シールドと連結される。燃焼器ライナーは高温側及び低温側を有する。冷却チ
ャンネルが低温側と燃焼器冷却シールドとの間に形成される。高温側はその中に
燃焼帯域を構成する。低温側に配置された複数の凹所が前記燃焼器ライナーの対
流冷却を増大させる。
燃焼器冷却シールド及びその中に配置された燃焼器ライナーを有する。燃焼器ラ
イナーは入口部分及び出口部分を有する。燃焼器ライナーは出口部分で燃焼器冷
却シールドと連結される。燃焼器ライナーは高温側及び低温側を有する。冷却チ
ャンネルが低温側と燃焼器冷却シールドとの間に形成される。高温側はその中に
燃焼帯域を構成する。低温側に配置された複数の凹所が前記燃焼器ライナーの対
流冷却を増大させる。
【0009】 本発明の他の側面では、ガスタービンエンジン用燃焼器の改良冷却方法が、膨
張可能な燃焼器冷却シールドを形成する段階と、低温側、入口部分及び出口部分
を有する燃焼器ライナーを形成する段階と、燃焼器冷却シールドの内側に燃焼器
ライナーを位置決めする段階と、低温側と燃焼器冷却シールドとの間に所定距離
を有する冷却チャンネルを、燃焼器冷却シールドと低温側との間に形成する段階
と、所定距離を維持するために燃焼器冷却シールドを調整する段階と、を有する
。
張可能な燃焼器冷却シールドを形成する段階と、低温側、入口部分及び出口部分
を有する燃焼器ライナーを形成する段階と、燃焼器冷却シールドの内側に燃焼器
ライナーを位置決めする段階と、低温側と燃焼器冷却シールドとの間に所定距離
を有する冷却チャンネルを、燃焼器冷却シールドと低温側との間に形成する段階
と、所定距離を維持するために燃焼器冷却シールドを調整する段階と、を有する
。
【0010】 本発明の又別の側面では、ガスタービンエンジンからの放出物を、第1の圧力
を有する或る容積の空気を、燃焼器冷却シールド、燃焼器ライナー、及び燃焼器
冷却シールドと燃焼器ライナーとの間の冷却チャンネル、を有する燃焼器に差し
向けることによって減少させる。燃焼器ライナーは入口部分、出口部分、燃焼器
冷却シールドに隣接した複数の凹所を有する。或る容積の空気の第1部分を入口
と出口との中間で冷却チャンネルの中へ差し向ける。空気の容積の残りの部分を
入口の中へ差し向ける。第1部分は凹所の上に通されて入口部分に戻される。 本発明を実施する最良の形態
を有する或る容積の空気を、燃焼器冷却シールド、燃焼器ライナー、及び燃焼器
冷却シールドと燃焼器ライナーとの間の冷却チャンネル、を有する燃焼器に差し
向けることによって減少させる。燃焼器ライナーは入口部分、出口部分、燃焼器
冷却シールドに隣接した複数の凹所を有する。或る容積の空気の第1部分を入口
と出口との中間で冷却チャンネルの中へ差し向ける。空気の容積の残りの部分を
入口の中へ差し向ける。第1部分は凹所の上に通されて入口部分に戻される。 本発明を実施する最良の形態
【0011】 図1を参照すれば、ガスタービンエンジン10が中心軸線14を有する外ハウ
ジング12を有する。圧縮機部分16、タービン部分18、及び圧縮機部16と
タービン部18との間に作動的に配置された燃焼器部分20が、ハウジング12
の中に配置され、かつ軸線14を中心に心出しされる。
ジング12を有する。圧縮機部分16、タービン部分18、及び圧縮機部16と
タービン部18との間に作動的に配置された燃焼器部分20が、ハウジング12
の中に配置され、かつ軸線14を中心に心出しされる。
【0012】 エンジン10が運転中であるとき、この適用では、軸流段圧縮機30を含む圧
縮機部分16が、少なくとも一部を燃焼器部20に連通させた圧縮空気の流れを
引起こす。この適用では、燃焼器部分20は、在来の取付手段によってガスター
ビンエンジン10で支持された環状燃焼器アセンブリー32を含む。燃焼器アセ
ンブリー32は入口端部分38及び出口端部分42を有し、該入口端部分38は
、複数の概ね等間隔をなした開口40(そのうちの1つだけを示す)を有する。
開口40の各々はその中に配置されたインジェクター50を有する。この適用で
は、インジェクター50は、空気と燃料を燃焼器アセンブリー32に入る前に予
め混合する予備混合タイプのものである。
縮機部分16が、少なくとも一部を燃焼器部20に連通させた圧縮空気の流れを
引起こす。この適用では、燃焼器部分20は、在来の取付手段によってガスター
ビンエンジン10で支持された環状燃焼器アセンブリー32を含む。燃焼器アセ
ンブリー32は入口端部分38及び出口端部分42を有し、該入口端部分38は
、複数の概ね等間隔をなした開口40(そのうちの1つだけを示す)を有する。
開口40の各々はその中に配置されたインジェクター50を有する。この適用で
は、インジェクター50は、空気と燃料を燃焼器アセンブリー32に入る前に予
め混合する予備混合タイプのものである。
【0013】 タービン部分18は出力タービン60を含み、該出力タービンには発電機のよ
うな付属構成部品を駆動するための出力軸(図示せず)が連結される。タービン
部分18の他の部分は、圧縮機部分16に駆動関係をなし連結されたガス発生器
タービン(gas producer turbine)62を含む。
うな付属構成部品を駆動するための出力軸(図示せず)が連結される。タービン
部分18の他の部分は、圧縮機部分16に駆動関係をなし連結されたガス発生器
タービン(gas producer turbine)62を含む。
【0014】 図2で最も良く分かるように、環状燃焼器アセンブリー32は、燃焼器ライナ
ー70、燃焼器ハウジング71、及び燃焼器冷却シールド72を有する。燃焼器
ライナー70は高温側74及び低温側76を有する。燃焼器ライナー70は、こ
の適用では、約1500F(843C)又はそれ以上の動作点を有する金属材料
、好ましくは、ハステロイ又はインコネルのようなニッケルをベースにした合金
を使用して構成される。セラミックスのような、高い動作点、高温強度、及び高
温度構造安定性を有する非金属材料が同等の機能を果たす。任意的に、断熱コー
ティング78を燃焼器ライナー70に付着しても良い。この適用では、ジルコニ
アをベースにした材料が溶射法を使用して付着される。他の知られた付着法はプ
ラズマ溶射法及び物理的蒸着法を含む。断熱コーティング78は厚さ約0.01
インチ(0.254mm)である。燃焼器ライナー70は在来の仕方で入口端部
分38及び出口端部分42に付着する。燃焼器ライナー70の高温側74、入口
端部分38、及び出口端部分42は燃焼器チャンバーを構成する。燃焼器ライナ
ー70は出口端部分42の近くに複数の希釈孔82を有する。低温側76は、デ
ィンプル、窪み又は凹状部である複数の凹所84を有する。
ー70、燃焼器ハウジング71、及び燃焼器冷却シールド72を有する。燃焼器
ライナー70は高温側74及び低温側76を有する。燃焼器ライナー70は、こ
の適用では、約1500F(843C)又はそれ以上の動作点を有する金属材料
、好ましくは、ハステロイ又はインコネルのようなニッケルをベースにした合金
を使用して構成される。セラミックスのような、高い動作点、高温強度、及び高
温度構造安定性を有する非金属材料が同等の機能を果たす。任意的に、断熱コー
ティング78を燃焼器ライナー70に付着しても良い。この適用では、ジルコニ
アをベースにした材料が溶射法を使用して付着される。他の知られた付着法はプ
ラズマ溶射法及び物理的蒸着法を含む。断熱コーティング78は厚さ約0.01
インチ(0.254mm)である。燃焼器ライナー70は在来の仕方で入口端部
分38及び出口端部分42に付着する。燃焼器ライナー70の高温側74、入口
端部分38、及び出口端部分42は燃焼器チャンバーを構成する。燃焼器ライナ
ー70は出口端部分42の近くに複数の希釈孔82を有する。低温側76は、デ
ィンプル、窪み又は凹状部である複数の凹所84を有する。
【0015】 燃焼器ハウジング72は、出口端部分42の近くで燃焼器ライナー70に在来
の仕方で連結する。冷却チャンネル86が低温側76と燃焼器ハウジング72と
の間に形成される。この実施形態では、圧縮機30が入口端部分38の近くで冷
却チャンネル86に連結する。
の仕方で連結する。冷却チャンネル86が低温側76と燃焼器ハウジング72と
の間に形成される。この実施形態では、圧縮機30が入口端部分38の近くで冷
却チャンネル86に連結する。
【0016】 図3を参照すれば、圧縮機30は、入口端部分38と出口端部分42との中間
で冷却チャンネル86に連結する。この適用では、冷却プレナム(plenum)88
が燃焼器冷却シールド72を取り囲み、入口端部分38及び出口端部分42の近
くで燃焼器ハウジングに連結する。冷却プレナムハウジング88及び燃焼器冷却
シールド72が、それらの間に冷却プレナム89を構成する。圧縮機30が冷却
プレナム89に流体的に連結される。希釈孔82と入口端部分38との中間に位
置する冷却ポート90が冷却プレナム89を冷却チャンネル86と流体的に連結
する。この適用では、冷却ポート90が入口端部分38と希釈孔82との中ほど
に配置されているが、冷却ポート90を、希釈孔82と入口端部分38との間の
複数の場所を含む何処にでも位置を定めることができる。冷却チャンネル86は
、更に、入口端部分38に連結される。
で冷却チャンネル86に連結する。この適用では、冷却プレナム(plenum)88
が燃焼器冷却シールド72を取り囲み、入口端部分38及び出口端部分42の近
くで燃焼器ハウジングに連結する。冷却プレナムハウジング88及び燃焼器冷却
シールド72が、それらの間に冷却プレナム89を構成する。圧縮機30が冷却
プレナム89に流体的に連結される。希釈孔82と入口端部分38との中間に位
置する冷却ポート90が冷却プレナム89を冷却チャンネル86と流体的に連結
する。この適用では、冷却ポート90が入口端部分38と希釈孔82との中ほど
に配置されているが、冷却ポート90を、希釈孔82と入口端部分38との間の
複数の場所を含む何処にでも位置を定めることができる。冷却チャンネル86は
、更に、入口端部分38に連結される。
【0017】 図4では、所定距離92が燃焼器冷却シールド72と燃焼器ライナー70との
間に形成される。この適用では、燃焼器冷却シールドは、第1内円周セグメント
94、第2内円周セグメント96、第1外円周セグメント98及び第2外円周セ
グメント100として示される。非環状タイプの燃焼器は外円周セグメント98
、100のみを使用しても良い。又、もっと多くの円周セグメントを使用しても
良い。第1のばね又は弾性バンド102が、第1外円周セグメント98と第2外
円周セグメント100とを連結して、燃焼器ライナー70の外径104の周囲に
同心環を形成する。第1外円周セグメント98及び第2外円周セグメント100
は、半径方向内方に延び、かつ外径104に接触する複数の弾性半径方向スペー
サー106を有する。第2のばね又は弾性バンド(図示せず)が第1内円周セグ
メント94と第2内円周セグメント96とを連結して、燃焼器ライナー70の内
径110に隣接した同心環を形成する。第1内円周セグメント94及び第2内円
周セグメント96は、半径方向外方に延び、かつ内径110に接触する弾性半径
方向スペーサー106を有する。
間に形成される。この適用では、燃焼器冷却シールドは、第1内円周セグメント
94、第2内円周セグメント96、第1外円周セグメント98及び第2外円周セ
グメント100として示される。非環状タイプの燃焼器は外円周セグメント98
、100のみを使用しても良い。又、もっと多くの円周セグメントを使用しても
良い。第1のばね又は弾性バンド102が、第1外円周セグメント98と第2外
円周セグメント100とを連結して、燃焼器ライナー70の外径104の周囲に
同心環を形成する。第1外円周セグメント98及び第2外円周セグメント100
は、半径方向内方に延び、かつ外径104に接触する複数の弾性半径方向スペー
サー106を有する。第2のばね又は弾性バンド(図示せず)が第1内円周セグ
メント94と第2内円周セグメント96とを連結して、燃焼器ライナー70の内
径110に隣接した同心環を形成する。第1内円周セグメント94及び第2内円
周セグメント96は、半径方向外方に延び、かつ内径110に接触する弾性半径
方向スペーサー106を有する。
【0018】 この適用では、各凹所84は、図5及び6に示すように、約0.0415イン
チ(0.105cm)の予め定められた凹所深さ114、及び、約0.22イン
チ(0.56cm)の予め定められた凹所直径116を有する。凹所84は、機
械加工、形成加工、成形加工、エッチング加工、プレス加工、スタンピング加工
、又は鋳造のような在来の方法を使用して作られる。凹所84は所定の凹所間隔
112を有する。1つの凹所84の中心からこれに隣接する凹所84'の中心ま
での間の凹所間隔112は一定であり、約0.275インチ(0.699cm)
である。図7は、一連の系列、例えば、第1列118及び第2列120に配列さ
れた凹所84の繰り返しパターンを示す。第1列118の凹所84は、第1列1
18の凹所の間に約0.28インチ(0.71cm)の垂直凹所間隔122を有
する。第2列120の凹所84は、第2列120の凹所の間に約0.28インチ
(0.71cm)の垂直凹所間隔122を有する。第2列の凹所84の中心は、
第1列118の凹所84の中心から約0.24インチ(0.61cm)の水平ず
れ124を有する。第2列120の凹所84の中心は、第1列118の凹所84
の中心から約0.14インチ(0.36cm)の垂直ずれ126を更に有する。
図8は約0.44インチ(1.1cm)の垂直凹所間隔122を示す。この実施
形態の水平ずれ124は約0.16インチ(0.41cm)であり、垂直ずれ1
26は約0.22インチ(0.56cm)である。
チ(0.105cm)の予め定められた凹所深さ114、及び、約0.22イン
チ(0.56cm)の予め定められた凹所直径116を有する。凹所84は、機
械加工、形成加工、成形加工、エッチング加工、プレス加工、スタンピング加工
、又は鋳造のような在来の方法を使用して作られる。凹所84は所定の凹所間隔
112を有する。1つの凹所84の中心からこれに隣接する凹所84'の中心ま
での間の凹所間隔112は一定であり、約0.275インチ(0.699cm)
である。図7は、一連の系列、例えば、第1列118及び第2列120に配列さ
れた凹所84の繰り返しパターンを示す。第1列118の凹所84は、第1列1
18の凹所の間に約0.28インチ(0.71cm)の垂直凹所間隔122を有
する。第2列120の凹所84は、第2列120の凹所の間に約0.28インチ
(0.71cm)の垂直凹所間隔122を有する。第2列の凹所84の中心は、
第1列118の凹所84の中心から約0.24インチ(0.61cm)の水平ず
れ124を有する。第2列120の凹所84の中心は、第1列118の凹所84
の中心から約0.14インチ(0.36cm)の垂直ずれ126を更に有する。
図8は約0.44インチ(1.1cm)の垂直凹所間隔122を示す。この実施
形態の水平ずれ124は約0.16インチ(0.41cm)であり、垂直ずれ1
26は約0.22インチ(0.56cm)である。
【0019】 産業上利用性 ガスタービンエンジン10の運転において、膜冷却を除去することはCOの生
成を著しく減じる。冷却チャンネル86を有する燃焼器部分20を使用すること
によって、燃焼器ライナー70の高温側74の近くの反応を抑制することなく、
燃焼器ライナー70を冷却させ、かくして、膜冷却を除去する。その上、凹所8
4は、冷却チャンネル86の中の圧力損失を著しく高めることなく、対流冷却を
増大させる。
成を著しく減じる。冷却チャンネル86を有する燃焼器部分20を使用すること
によって、燃焼器ライナー70の高温側74の近くの反応を抑制することなく、
燃焼器ライナー70を冷却させ、かくして、膜冷却を除去する。その上、凹所8
4は、冷却チャンネル86の中の圧力損失を著しく高めることなく、対流冷却を
増大させる。
【0020】 冷却チャンネル86は圧縮機30からの圧縮空気を受け入れる。凹所84は低
温側76に沿った温度境界層の成長を妨げることによって対流熱伝達を増大させ
る。対流熱流束は、燃焼器70の壁温度、局所熱伝達係数、及び冷却チャンネル
86の中の圧縮空気の空気温度の関数である。圧縮空気の空気温度は冷却チャン
ネル内の位置に依存する。境界層が成長するにつれて、低温側76から遠く離れ
た空気温度は低温側76の壁温度に近づき始める。厚い境界層は低温側76を、
冷却チャンネル86内を流れる圧縮空気による冷却から熱的に絶縁する。凹所8
4は境界層の成長を妨げる。凹所84は局所熱伝達係数を増加させる渦を形成す
る。その結果、対流熱伝達流束は増加する。渦は又、境界層を除去し、圧縮空気
を燃焼器冷却シールド72から低温側76の方へ流れさせる。断熱コーティング
78は、更に、高温側74を燃焼帯域80から熱的に絶縁することによっても壁
温度を低下させる。断熱コーティング78を使用することにより、より高い火焔
温度を可能にし、更にCOの発生を減少させる。
温側76に沿った温度境界層の成長を妨げることによって対流熱伝達を増大させ
る。対流熱流束は、燃焼器70の壁温度、局所熱伝達係数、及び冷却チャンネル
86の中の圧縮空気の空気温度の関数である。圧縮空気の空気温度は冷却チャン
ネル内の位置に依存する。境界層が成長するにつれて、低温側76から遠く離れ
た空気温度は低温側76の壁温度に近づき始める。厚い境界層は低温側76を、
冷却チャンネル86内を流れる圧縮空気による冷却から熱的に絶縁する。凹所8
4は境界層の成長を妨げる。凹所84は局所熱伝達係数を増加させる渦を形成す
る。その結果、対流熱伝達流束は増加する。渦は又、境界層を除去し、圧縮空気
を燃焼器冷却シールド72から低温側76の方へ流れさせる。断熱コーティング
78は、更に、高温側74を燃焼帯域80から熱的に絶縁することによっても壁
温度を低下させる。断熱コーティング78を使用することにより、より高い火焔
温度を可能にし、更にCOの発生を減少させる。
【0021】 凹所84を使用するときの限られた圧力降下のために、冷却チャンネル86の
中の圧縮空気が燃焼器ライナー70を冷却するのに使用され、後で、燃焼帯域8
0の上流での導入のために使用される。この適用では、圧縮機30は圧縮空気を
冷却プレナム89に配送する。冷却プレナム89からの圧縮空気は冷却ポート9
0を通って冷却チャンネル86の中に進む。圧縮空気は、燃焼器ライナー70を
冷却するために、出口端部分42及び入口端部分38両方の方へ差し向けられる
。出口端部分42の方へ差し向けられた圧縮空気は希釈孔82を通り燃焼帯域8
0の中へ進む。出口端部分38の方へ差し向けられた圧縮空気は、燃焼器80の
中に導入する燃料と予め混合されるべき空気を増加させるのに使用する追加の空
気をもたらす。
中の圧縮空気が燃焼器ライナー70を冷却するのに使用され、後で、燃焼帯域8
0の上流での導入のために使用される。この適用では、圧縮機30は圧縮空気を
冷却プレナム89に配送する。冷却プレナム89からの圧縮空気は冷却ポート9
0を通って冷却チャンネル86の中に進む。圧縮空気は、燃焼器ライナー70を
冷却するために、出口端部分42及び入口端部分38両方の方へ差し向けられる
。出口端部分42の方へ差し向けられた圧縮空気は希釈孔82を通り燃焼帯域8
0の中へ進む。出口端部分38の方へ差し向けられた圧縮空気は、燃焼器80の
中に導入する燃料と予め混合されるべき空気を増加させるのに使用する追加の空
気をもたらす。
【0022】 更に冷却を高めるために、区分された半径方向燃焼器冷却シールド72は燃焼
器冷却シールド72と燃焼器ライナー70との間の所定距離92を維持する。半
径方向スペーサー106は、燃焼器ライナー70が上昇温度で膨張したとき、燃
焼器冷却シールド72に当たって圧縮する。燃焼器冷却シールド72は半径方向
スペーサー106からの半径方向の力に応答して膨張する。燃焼器冷却シールド
72を膨張することによって、燃焼器冷却シールド72と燃焼器ライナー70と
の間の所定距離92を維持する。所定距離92を維持することによって、冷却チ
ャンネル86の断面積が増加し、より多くの圧縮空気が冷却チャンネル86の増
加した断面積を通過することができる。第1ばね102は、燃焼器ライナー70
によって第1外円周セグメント98及び第2外円周セグメント100に加えられ
る外方への圧力に抵抗する。第2ばねは、燃焼器ライナー70によって第1内円
周セグメント94及び第2内円周セグメント96に加わる内方への圧力に抵抗す
る。第1ばね102及び第2ばねは、燃焼器ライナーが冷えたとき、第1外円周
セグメント98、第2外円周セグメント100、第1内円周セグメント94及び
第2内円周セグメント96をそれらの最初の位置に戻す。
器冷却シールド72と燃焼器ライナー70との間の所定距離92を維持する。半
径方向スペーサー106は、燃焼器ライナー70が上昇温度で膨張したとき、燃
焼器冷却シールド72に当たって圧縮する。燃焼器冷却シールド72は半径方向
スペーサー106からの半径方向の力に応答して膨張する。燃焼器冷却シールド
72を膨張することによって、燃焼器冷却シールド72と燃焼器ライナー70と
の間の所定距離92を維持する。所定距離92を維持することによって、冷却チ
ャンネル86の断面積が増加し、より多くの圧縮空気が冷却チャンネル86の増
加した断面積を通過することができる。第1ばね102は、燃焼器ライナー70
によって第1外円周セグメント98及び第2外円周セグメント100に加えられ
る外方への圧力に抵抗する。第2ばねは、燃焼器ライナー70によって第1内円
周セグメント94及び第2内円周セグメント96に加わる内方への圧力に抵抗す
る。第1ばね102及び第2ばねは、燃焼器ライナーが冷えたとき、第1外円周
セグメント98、第2外円周セグメント100、第1内円周セグメント94及び
第2内円周セグメント96をそれらの最初の位置に戻す。
【0023】 本発明の他の様相、目的及び利点は図面、明細書及び請求の範囲を考慮するこ
とから得られる。
とから得られる。
【図1】 図1は本発明を具体化したガスタービンエンジンの断面図である。
【図2】 図2は冷却チャンネルを有する燃焼器アセンブリーの部分断面図である。
【図3】 図3は冷却プレナムを有する燃焼器アセンブリーの部分断面図である。
【図4】 図4は膨張可能燃焼器冷却シールドを有する燃焼器アセンブリーの部分断面等
角図である。
角図である。
【図5】 図5は図4の線5−5における図である。
【図6】 図6は図5の線6−6における図である。
【図7】 図7は複数の凹所の繰り返しパターンの立面図である。
【図8】 図8は複数の凹所の他の繰り返しパターンの立面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 グリーンウッド ステュアート エイ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92129 サンディエゴ バリーモアー ス トリート 13968 (72)発明者 デュッタ パーサー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92128 サンディエゴ ランチョー カー メル ドライヴ 10688 (72)発明者 ムーン ヒー クー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92131 サンディエゴ チャドニー プレ イス 10924
Claims (13)
- 【請求項1】 燃焼器冷却シールド(72)と、 入口部分(38)及び出口部分(40)を有する燃焼器ライナー(70)と、
を有し、燃焼器ライナー(70)は前記燃焼器冷却シールド(72)の中に位置
決めされ、燃焼器ライナー(70)は前記出口部分(42)で前記燃焼器冷却シ
ールド(72)と連結され、前記燃焼器ライナー(70)は高温側(74)及び
低温側(76)を有し、前記低温側(76)と前記燃焼器冷却シールド(72)
とはそれらの間に冷却チャンネル(86)を構成し、前記高温側(74)はその
中に燃焼帯域(80)を構成し、前記燃焼帯域(80)は前記入口部分(38)
で圧縮空気と燃料とを受け入れるようになっており、なおかつ前記出口部分(4
2)と流体連通しているタービンの中へ燃焼ガスを排気するようになっており、
前記冷却チャンネル(86)は圧縮空気流を受け入れるようになっており、 前記低温側(76)に複数の凹所(84)が配置され、該凹所(84)は前記
燃焼器ライナー(70)の対流冷却を増大させるようになっていることを特徴と
する、ガスタービンエンジン(10)用燃焼器。 - 【請求項2】 前記冷却チャンネル(86)が前記入口部分(38)と前記
出口部分(42)との中間で圧縮空気を受け入れるようになっていることを特徴
とする、請求項1に記載の燃焼器。 - 【請求項3】 前記冷却チャンネル(86)が前記入口の近くで前記燃焼帯
域(80)と流体連結されることを特徴とする、請求項1に記載の燃焼器。 - 【請求項4】 前記高温側(74)が、前記高温側(74)を前記燃焼帯域
(80)から断熱するようになった断熱層コーティング(78)で処理されてい
ることを特徴とする、請求項1に記載の燃焼器。 - 【請求項5】 前記燃焼器冷却シールド(72)が複数の円周セグメント(
92、96、98、100)で形成され、更に、 前記円周セグメント及び前記燃焼器ライナー(70)を係合的に連結し、前記
円周セグメントと前記燃焼器ライナー(70)との間に所定距離(92)を維持
するようになった弾性半径方向スペーサー(106)と、 前記燃焼器ハウジング(72)と連結でき、前記円周セグメント(94、96
、98、100)と前記半径方向スペーサー(106)との間の連結を維持する
ようになった弾性バンド(102)とを有し、前記弾性バンド(102)が前記
スペーサー(106)と前記燃焼器ライナー(70)との間の連結を維持するよ
うになっていることを特徴とする、請求項1に記載の燃焼器。 - 【請求項6】 前記凹所(84)の各々が隣接した凹所から等間隔なしてい
ることを特徴とする、請求項1に記載の燃焼器。 - 【請求項7】 低温側(76)を有する燃焼器ライナー(70)を、前記低
温側(76)が前記燃焼器冷却シールド(72)に面するようにして燃焼器冷却
シールド(72)の内側に位置決めする段階と、 前記燃焼器冷却シールド(72)と前記低温側(76)との間に所定距離(9
2)を確立し、前記所定距離(92)、前記冷却シールド(72)、及び前記冷
却側(76)が冷却チャンネル(86)を構成する段階と、 前記燃焼器ライナー(70)の膨張及び収縮に応答して前記所定距離(92)
を維持する段階と、を有することを特徴とする、ガスタービンエンジン(10)
用燃焼器の改良冷却方法。 - 【請求項8】 前記低温側(76)の発達する温度境界層を妨げる段階を更
に有することを特徴とする、請求項7に記載の改良冷却方法。 - 【請求項9】 前記温度境界層の発達が前記低温側(76)の複数の凹所(
84)によって妨げられることを特徴とする、請求項8に記載の改良冷却方法。 - 【請求項10】 前記凹所(84)がスタンピング工程によって前記低温側
(76)に形成されることを特徴とする、請求項9に記載の改良冷却方法。 - 【請求項11】 前記所定距離(92)が前記低温側(76)と前記燃焼器
ハウジング(72)との間に弾性半径方向スペーサー(106)を位置決めする
ことによって確率されることを特徴とする、請求項7に記載の改良冷却方法。 - 【請求項12】 第1の圧力を有する或る容積の空気を燃焼器(22)に差
し向け、前記燃焼器(22)が燃焼器冷却シールド(72)、燃焼器ライナー(
70)、及び前記燃焼器冷却シールド(72)と前記燃焼器ライナー(70)と
の間の冷却チャンネル(86)を有し、前記燃焼器ライナー(70)が入口部分
(38)、出口部分(42)、及び前記燃焼器冷却シールド(72)に隣接した
複数の凹所(84)を有し、前記凹所(84)が温度境界層の発達を妨げるよう
になっている段階と、 前記或る容積の空気の第1部分を、前記入口部分(38)と前記出口部分(4
2)との中間で前記冷却チャンネルの中へ差し向ける段階と、 前記或る容積の空気の残りの部分を前記入口部分(38)の中へ差し向ける段
階と、 前記第1部分を前記凹所(84)上に通し、前記第1部分が前記燃焼器ライナ
ー(70)を対流的に冷却する段階と、 前記第1部分を前記入口部分(38)に差し向ける段階と、を有し、前記第1
部分が第2の圧力であり、前記第2の圧力が前記第1の圧力とほぼ等しい、こと
を特徴とする、ガスタービンエンジン(10)の放出物を減少させる方法。 - 【請求項13】 前記燃焼器冷却シールド(72)と前記燃焼器ライナー(
70)との間に所定距離(92)を維持するために、前記燃焼器冷却シールド(
72)を調整する段階を更に有することを特徴とする、請求項12に記載の放出
物を減少する方法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US09/093,375 US6098397A (en) | 1998-06-08 | 1998-06-08 | Combustor for a low-emissions gas turbine engine |
US09/093,375 | 1998-06-08 | ||
PCT/US1999/012710 WO1999064791A1 (en) | 1998-06-08 | 1999-06-07 | Combustor cooling method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002517673A true JP2002517673A (ja) | 2002-06-18 |
Family
ID=22238579
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000553755A Pending JP2002517673A (ja) | 1998-06-08 | 1999-06-07 | 低排気ガスタービンエンジン用燃焼器 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6098397A (ja) |
EP (1) | EP1019658A1 (ja) |
JP (1) | JP2002517673A (ja) |
WO (1) | WO1999064791A1 (ja) |
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