JP2002528694A - ガスタービンエンジン燃焼器の半径方向ドーム用燃料空気混合器 - Google Patents
ガスタービンエンジン燃焼器の半径方向ドーム用燃料空気混合器Info
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Classifications
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- 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
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
- F23R3/286—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply having fuel-air premixing devices
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
- F23R3/34—Feeding into different combustion zones
- F23R3/343—Pilot flames, i.e. fuel nozzles or injectors using only a very small proportion of the total fuel to insure continuous combustion
-
- 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
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/42—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the arrangement or form of the flame tubes or combustion chambers
- F23R3/50—Combustion chambers comprising an annular flame tube within an annular casing
Abstract
(57)【要約】
ガスタービンエンジン燃焼器の燃料空気混合器は、それを通る縦方向軸線を有し、この燃料空気混合器は、縦方向軸線に対し略半径方向に方向付けられたドームに使用されるように構成される。燃料空気混合器は、第一端部、第二端部、それを通って伸びる燃料通路、及びそこに形成され、第一端部から伸びる複数の間隔を空けて設けられた開口を持つフランジ部を有する燃料噴射組立体を備える。また、燃料空気混合器は、第一端部、第二端部、その中央部に形成された空洞、及びそこに形成され、第一端部から伸びる複数の間隔を空けて設けられた開口を持つフランジ部を有する混合器組立体を備える。混合器組立体は、空洞中に燃料噴射組立体を受け入れるように構成されることにより、燃料噴射組立体及び混合器組立体は、それぞれのフランジ部によって燃焼器の外側ケーシングに接続することができるようになっている。
Description
【０００１】 （関係出願の相互参照） 本出願は、第６０／１０３，６５２号及び第６０／１０３，６４９号の仮出願
に関連する。 （米国連邦政府資金による研究開発に関する説明） 米国政府は、契約番号ＮＡＳ３−２７２３５、ＮＡＳ３−２６６１７、及び／
又はＮＡＳ３−２５９５１により、本発明において特定の権利を有する。
に関連する。 （米国連邦政府資金による研究開発に関する説明） 米国政府は、契約番号ＮＡＳ３−２７２３５、ＮＡＳ３−２６６１７、及び／
又はＮＡＳ３−２５９５１により、本発明において特定の権利を有する。
【０００２】 （発明が属する技術分野） 本発明は、全体的には、ガスタービンエンジンの燃焼器に係り、より詳細には
燃焼器の長手方向軸線に対し略直角に方向付けられた、ガスタービンエンジン燃
焼器のドーム用に構成された燃料空気混合器に関する。
燃焼器の長手方向軸線に対し略直角に方向付けられた、ガスタービンエンジン燃
焼器のドーム用に構成された燃料空気混合器に関する。
【０００３】 ガスタービンエンジンの運転における主要課題は、その排出ガス、特に、窒素
酸化物（ＮＯx）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び炭化水素によるオゾン層への影響
にあると認識されている。現在の亜音速機の技術は、成層圏オゾンに与える有害
な影響を考えると、高高度を飛行する超音速の民間輸送機に適用することはでき
ない。このように、全てのエンジン運転状態においてＮＯxの発生を極めて低く
押さえるために、新しい燃料噴射及び混合の技術が開発され、現在においても継
続的な開発が行われている。
酸化物（ＮＯx）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び炭化水素によるオゾン層への影響
にあると認識されている。現在の亜音速機の技術は、成層圏オゾンに与える有害
な影響を考えると、高高度を飛行する超音速の民間輸送機に適用することはでき
ない。このように、全てのエンジン運転状態においてＮＯxの発生を極めて低く
押さえるために、新しい燃料噴射及び混合の技術が開発され、現在においても継
続的な開発が行われている。
【０００４】 このような排出ガスの課題に対し、新しい燃焼器が開発され、これは「多段階
・半径方向・軸線方向型ガスタービンエンジン燃焼器」という名称の特許出願に
おいて論じられている。この出願は、本発明の譲受人によって本出願と同時に出
願された米国特許出願番号０９／＿，＿であり、これを参照文献として援用する
。このような航空機エンジンの中出力から高出力状態でのＮＯxの発生を極めて
低く押さえると考えられる重要な要素は、主燃料噴射源として一連の単純な混合
管を使用である。しかし、このような混合管だけを組み込んだ燃焼器の火炎安定
性及び排出ガス特性が、低出力時には悪化することが判明した。ここで、このよ
うな燃焼器の低出力時における火炎安定性を改善するとともに離着陸時やアイド
リング時の排出ガス要件を緩和する上で、独立パイロット燃料インジェクタ・シ
ステムが役立つということが確認された。
・半径方向・軸線方向型ガスタービンエンジン燃焼器」という名称の特許出願に
おいて論じられている。この出願は、本発明の譲受人によって本出願と同時に出
願された米国特許出願番号０９／＿，＿であり、これを参照文献として援用する
。このような航空機エンジンの中出力から高出力状態でのＮＯxの発生を極めて
低く押さえると考えられる重要な要素は、主燃料噴射源として一連の単純な混合
管を使用である。しかし、このような混合管だけを組み込んだ燃焼器の火炎安定
性及び排出ガス特性が、低出力時には悪化することが判明した。ここで、このよ
うな燃焼器の低出力時における火炎安定性を改善するとともに離着陸時やアイド
リング時の排出ガス要件を緩和する上で、独立パイロット燃料インジェクタ・シ
ステムが役立つということが確認された。
【０００５】 ガスタービンエンジン技術の中で、燃焼の段階化は、燃焼システムの運転可能
範囲を拡大するとともにガスタービン出力と応用範囲を広げるのもとして、長年
使用されてきた。通常、燃焼の段階化は、複数の燃料空気混合装置内の燃料を段
階化する、即ち各混合装置を独立して調節することによって達成されるものであ
った。加えて、空気の段階化は、有害排出ガス成分を低減し運転可能範囲を広げ
るように独立して制御できる、分離及び／又は独立した、環状又は管状の燃焼区
域を設けることにより行われてきた。しかし、現在まで、パイロット及び主燃焼
区域による段階化は、略同一の環状平面内に設けられてきた。
範囲を拡大するとともにガスタービン出力と応用範囲を広げるのもとして、長年
使用されてきた。通常、燃焼の段階化は、複数の燃料空気混合装置内の燃料を段
階化する、即ち各混合装置を独立して調節することによって達成されるものであ
った。加えて、空気の段階化は、有害排出ガス成分を低減し運転可能範囲を広げ
るように独立して制御できる、分離及び／又は独立した、環状又は管状の燃焼区
域を設けることにより行われてきた。しかし、現在まで、パイロット及び主燃焼
区域による段階化は、略同一の環状平面内に設けられてきた。
【０００６】 以上の観点からすると、燃焼器の長手方向軸線に対し略直角に方向付けられた
ドーム用に構成された燃料空気混合器を開発することが望ましいと考えられる。
また、このような燃料空気混合器は、燃料と空気との混合を改善するとともに、
このドームの燃焼領域に供給される予混合気燃空比の希薄化を促進する冷却構想
を採り入れるよう構成されることが好ましいと考えられる。
ドーム用に構成された燃料空気混合器を開発することが望ましいと考えられる。
また、このような燃料空気混合器は、燃料と空気との混合を改善するとともに、
このドームの燃焼領域に供給される予混合気燃空比の希薄化を促進する冷却構想
を採り入れるよう構成されることが好ましいと考えられる。
【０００７】 （発明の概要） 本発明の例示的実施態様において、燃料空気混合器を貫く長手方向軸線を有し
、この長手方向軸線に対し略半径方向に方向付けられたドームに使用するように
構成されたガスタービンエンジン燃焼器用燃料空気混合器が開示される。該燃料
空気混合器は、燃料噴射組立体を備えており、該燃料噴射組立体は、第一端部、
第二端部、燃料噴射組立体を貫通して伸びる燃料通路、及びフランジ部を有し、
このフランジ部は、そこに形成され、第一端部から伸び、間隔を空けて設けられ
た複数の開口を有する。また、燃料空気混合器は、第一端部、第二端部、その中
央部に形成された空洞、及びフランジ部を備え、このフランジ部は、そこに形成
され、第一端部から伸び、間隔を空けて設けられた複数の開口を有する。混合器
組立体は、該空洞内に燃料噴射組立体を受け入れるように構成されているので、
燃料噴射組立体及び混合器組立体を、それぞれのフランジ部によって、燃焼器の
外側ケーシングに接続することができる。
、この長手方向軸線に対し略半径方向に方向付けられたドームに使用するように
構成されたガスタービンエンジン燃焼器用燃料空気混合器が開示される。該燃料
空気混合器は、燃料噴射組立体を備えており、該燃料噴射組立体は、第一端部、
第二端部、燃料噴射組立体を貫通して伸びる燃料通路、及びフランジ部を有し、
このフランジ部は、そこに形成され、第一端部から伸び、間隔を空けて設けられ
た複数の開口を有する。また、燃料空気混合器は、第一端部、第二端部、その中
央部に形成された空洞、及びフランジ部を備え、このフランジ部は、そこに形成
され、第一端部から伸び、間隔を空けて設けられた複数の開口を有する。混合器
組立体は、該空洞内に燃料噴射組立体を受け入れるように構成されているので、
燃料噴射組立体及び混合器組立体を、それぞれのフランジ部によって、燃焼器の
外側ケーシングに接続することができる。
【０００８】 （発明の実施の形態） ここで図面を詳細に参照すると、同一の数字は全図面を通じ同じ部品を示し
ており、図１及び２には、参照番号１０によって全体が示されたガスタービンエ
ンジン燃焼器が描かれている。そこで判るように、燃焼器１０は、それを貫いて
伸びる長手方向軸線１２を有し、外側ライナー１４、内側ライナー１６、第一又
はパイロット・ドーム１８、及びドーム板２２を含んでいる。パイロット・ドー
ム１８は外側ライナー１４の直上流に配置されて、長手方向軸線１２に対し半径
方向に方向付けられた第一燃焼区域２０を形成し、ドーム板２２は外側部分で第
一ドーム１８に、内側部分で内側ライナー１６に接続される。このようにして、
第二燃焼区域すなわち主燃焼区域２４が、ドーム板２２、外側ライナー１４、及
び第一燃焼区域２０に対し略直角に位置した内側ライナー１６によって区画され
る。この燃焼器設計は、多段階・半径方向・軸線方向（ＭＲＡ）型として知られ
、「多段階・半径方向・軸線方向型ガスタービンエンジン燃焼器」という名称の
第‘ 号特許出願で詳細に論じられており、これを参照文献として援用する。
ており、図１及び２には、参照番号１０によって全体が示されたガスタービンエ
ンジン燃焼器が描かれている。そこで判るように、燃焼器１０は、それを貫いて
伸びる長手方向軸線１２を有し、外側ライナー１４、内側ライナー１６、第一又
はパイロット・ドーム１８、及びドーム板２２を含んでいる。パイロット・ドー
ム１８は外側ライナー１４の直上流に配置されて、長手方向軸線１２に対し半径
方向に方向付けられた第一燃焼区域２０を形成し、ドーム板２２は外側部分で第
一ドーム１８に、内側部分で内側ライナー１６に接続される。このようにして、
第二燃焼区域すなわち主燃焼区域２４が、ドーム板２２、外側ライナー１４、及
び第一燃焼区域２０に対し略直角に位置した内側ライナー１６によって区画され
る。この燃焼器設計は、多段階・半径方向・軸線方向（ＭＲＡ）型として知られ
、「多段階・半径方向・軸線方向型ガスタービンエンジン燃焼器」という名称の
第‘ 号特許出願で詳細に論じられており、これを参照文献として援用する。
【０００９】 第‘ 号特許出願に示されるように、燃料空気混合器４６は、第一ドーム１
８用の各セグメント１９の軸線２５と一直線とされるように、各衝突バッフルの
開口２８内に設けられる。他の燃料空気混合器構成を使用することもできるが、
燃料空気混合器４６は、米国特許第５，５０４，０５６号及び第５，４４４，９
８２号に開示されたサイクロン型混合器に類似したデザインとするのが好ましく
、これらの特許をここに参照文献として援用する。しかし、本明細書において、
このサイクロン型設計に対する特定の改良、特に半径方向ドーム構成でのその応
用について論じられることは理解されるであろう。
８用の各セグメント１９の軸線２５と一直線とされるように、各衝突バッフルの
開口２８内に設けられる。他の燃料空気混合器構成を使用することもできるが、
燃料空気混合器４６は、米国特許第５，５０４，０５６号及び第５，４４４，９
８２号に開示されたサイクロン型混合器に類似したデザインとするのが好ましく
、これらの特許をここに参照文献として援用する。しかし、本明細書において、
このサイクロン型設計に対する特定の改良、特に半径方向ドーム構成でのその応
用について論じられることは理解されるであろう。
【００１０】 図３及び４から判るように、燃料空気混合器４６は、燃料噴射組立体９２、混
合器組立体９４、及び熱遮蔽体９６を備えることが好ましく、これらは協調して
、冷却を促進するためにそこからの所望の空気流を維持するとともに、境界が形
成されるような状態を回避する一方、燃料空気の混合気９８を第一ドーム１８に
供給する。より具体的に言えば、燃料噴射組立体９２は、軸線２５に沿って第一
端部１０２から第二端部１０４へと伸び、内部に通路１０６を有する細長い燃料
ステム１００を備える。燃料ステム１００の直径は、その略中間点から第二端部
１０４にかけて小さくされており、端部壁１０８が、通路１０６を閉じるように
第二端部１０４付近に設けられている点を注記しておく。更に、フランジ部１１
０は、第一端部１０２付近で、軸線２５から半径方向外側へ伸びており、開口１
１２を有する。通路１０６と流れが通じ合う燃料ステム１００の第一端部１０２
付近に燃料入口部１１４が設けられる。図１から判るように、燃料入口部１１４
は、燃料源１１６と接続されている。複数の燃料インジェクタ１１８は、燃料ス
テム１００の第二端部１０４付近に設けられた、各燃料インジェクタに対応する
半径方向開口１１９内に配置され、これら燃料インジェクタ１１８は、通路１０
６と流れが通じ合うようになっている。従って、燃料は、燃料入口部１１４から
燃料空気混合器４６に入り、通路１０６を介して流れ、燃料インジェクタ１１８
を介して半径方向に噴射され、渦発生器４２からの空気流と混合され、予混合気
９８として第一ドーム１８に供給される。
合器組立体９４、及び熱遮蔽体９６を備えることが好ましく、これらは協調して
、冷却を促進するためにそこからの所望の空気流を維持するとともに、境界が形
成されるような状態を回避する一方、燃料空気の混合気９８を第一ドーム１８に
供給する。より具体的に言えば、燃料噴射組立体９２は、軸線２５に沿って第一
端部１０２から第二端部１０４へと伸び、内部に通路１０６を有する細長い燃料
ステム１００を備える。燃料ステム１００の直径は、その略中間点から第二端部
１０４にかけて小さくされており、端部壁１０８が、通路１０６を閉じるように
第二端部１０４付近に設けられている点を注記しておく。更に、フランジ部１１
０は、第一端部１０２付近で、軸線２５から半径方向外側へ伸びており、開口１
１２を有する。通路１０６と流れが通じ合う燃料ステム１００の第一端部１０２
付近に燃料入口部１１４が設けられる。図１から判るように、燃料入口部１１４
は、燃料源１１６と接続されている。複数の燃料インジェクタ１１８は、燃料ス
テム１００の第二端部１０４付近に設けられた、各燃料インジェクタに対応する
半径方向開口１１９内に配置され、これら燃料インジェクタ１１８は、通路１０
６と流れが通じ合うようになっている。従って、燃料は、燃料入口部１１４から
燃料空気混合器４６に入り、通路１０６を介して流れ、燃料インジェクタ１１８
を介して半径方向に噴射され、渦発生器４２からの空気流と混合され、予混合気
９８として第一ドーム１８に供給される。
【００１１】 混合器組立体９４は、細長い混合管１２０を含んでおり、この混合管は、第一
端部１２２から第二端部１２４に伸び、端部壁１２８と共に空洞１２６を形成す
る。空洞１２６が燃料ステム１００の大部分をその中に受け入れることができる
ように混合管１２０を構成するのが好ましいことは理解できるであろう。更に、
複数の第一開口１３０が、外側環状通路６８に供給される空気流を受け入れるた
めに、混合管１２０の長さ方向の略中間位置に形成される。開口１３０は、燃料
ステム１００及び燃料インジェクタ１１８によって噴射された燃料に空気を供給
する混合管１２０によって形成された環状通路１３２と流れが通じ合うようにな
っている。言うまでもなく、複数の第二開口１３４は、混合管の第二端部１２４
付近で混合管１２０に設けられており、これら開口１３４は、燃料ステム１００
が混合管１２０内に配置された時、燃料インジェクタ１１８と一直線状とされる
。更に、フランジ部１３６は、第一端部１２２付近で混合管１２０から半径方向
外向きに伸び、燃料ステムのフランジ部１１０がそれと略突き合せ関係となるよ
うに構成される。複数の開口１３７は、燃料ステムフランジ部１１０の開口１１
２と一直線状となることかできるフランジ１３６の部位に設けられる。
端部１２２から第二端部１２４に伸び、端部壁１２８と共に空洞１２６を形成す
る。空洞１２６が燃料ステム１００の大部分をその中に受け入れることができる
ように混合管１２０を構成するのが好ましいことは理解できるであろう。更に、
複数の第一開口１３０が、外側環状通路６８に供給される空気流を受け入れるた
めに、混合管１２０の長さ方向の略中間位置に形成される。開口１３０は、燃料
ステム１００及び燃料インジェクタ１１８によって噴射された燃料に空気を供給
する混合管１２０によって形成された環状通路１３２と流れが通じ合うようにな
っている。言うまでもなく、複数の第二開口１３４は、混合管の第二端部１２４
付近で混合管１２０に設けられており、これら開口１３４は、燃料ステム１００
が混合管１２０内に配置された時、燃料インジェクタ１１８と一直線状とされる
。更に、フランジ部１３６は、第一端部１２２付近で混合管１２０から半径方向
外向きに伸び、燃料ステムのフランジ部１１０がそれと略突き合せ関係となるよ
うに構成される。複数の開口１３７は、燃料ステムフランジ部１１０の開口１１
２と一直線状となることかできるフランジ１３６の部位に設けられる。
【００１２】 熱遮蔽体９６を、混合管１２０の下部に取り付けることが好ましく、この熱遮
蔽体は、空洞１４２を形成するために、略環状の壁１３８と、この環状壁１３８
の底部を横切るように設けられた端部壁１４０とを備える。図３及び４から判る
ように、複数の開口１４４が、混合管１２０の開口１３４と一直線状になるよう
な位置で熱遮蔽体に形成されている。その上、熱遮蔽体９６と混合管１２０とは
、開口１３４及び１４４を通して挿入された複数の管１４６によって接続される
のが好ましい。次に、管１４６は、熱遮蔽体の開口１４４にロウ付けされるが、
混合管の開口１３４とは滑り継ぎ手になるように放置され、混合管１２０の動き
を許容する。管１４６は、燃料インジェクタ１１８と一直線状となるように配置
され、図示されていないが、燃料インジェクタ１１８を管１４６内に配置しても
よいことは理解できるであろう。開口１３０から入り、環状通路１３２を下方に
移動した空気は、次に、管１４６を介して、燃料インジェクタ１１８によって供
給された空気と混合する。
蔽体は、空洞１４２を形成するために、略環状の壁１３８と、この環状壁１３８
の底部を横切るように設けられた端部壁１４０とを備える。図３及び４から判る
ように、複数の開口１４４が、混合管１２０の開口１３４と一直線状になるよう
な位置で熱遮蔽体に形成されている。その上、熱遮蔽体９６と混合管１２０とは
、開口１３４及び１４４を通して挿入された複数の管１４６によって接続される
のが好ましい。次に、管１４６は、熱遮蔽体の開口１４４にロウ付けされるが、
混合管の開口１３４とは滑り継ぎ手になるように放置され、混合管１２０の動き
を許容する。管１４６は、燃料インジェクタ１１８と一直線状となるように配置
され、図示されていないが、燃料インジェクタ１１８を管１４６内に配置しても
よいことは理解できるであろう。開口１３０から入り、環状通路１３２を下方に
移動した空気は、次に、管１４６を介して、燃料インジェクタ１１８によって供
給された空気と混合する。
【００１３】 流体通路１４８は、熱遮蔽体９６の環状壁１３８及び混合管１２０の一部によ
って形成され、この流体通路１４８は、空洞１４２に空気を供給するように、外
側の環状通路６８に供給された空気流と流れが通じ合うようになっている。端部
壁１４０へ流れる空気を計量するために、空洞１４２内に衝突バッフル１５０を
設けるのが好ましい。端部壁１４０は、参照番号１５２で示されるように、断熱
コーティングを塗布されることが好ましいが、上記のように空洞１４２への空気
流によって、熱遮蔽体端部壁１４０の冷却を促進することは可能である。また、
空洞１４２と流れが通じ合う空洞１４３からの使用済み冷却用空気を逃がすため
に、複数の開口１５４が、端部壁１４０に形成されていることも判るであろう。
使用済みの冷却用空気は、第一燃焼区域２０に噴射され、それによって混合が改
善され、スロート部６０への逆火防止にも役立ち、更に、第一燃焼区域２０に入
る予混合気９８の燃空比を希薄化できる。スロート部６０を介した燃料と空気と
の混合を改善するために、付加的な開口１５６を、環状壁１３８の一部内（好ま
しくは、衝突バッフル１５０の下方）に追加して設けることもできる。
って形成され、この流体通路１４８は、空洞１４２に空気を供給するように、外
側の環状通路６８に供給された空気流と流れが通じ合うようになっている。端部
壁１４０へ流れる空気を計量するために、空洞１４２内に衝突バッフル１５０を
設けるのが好ましい。端部壁１４０は、参照番号１５２で示されるように、断熱
コーティングを塗布されることが好ましいが、上記のように空洞１４２への空気
流によって、熱遮蔽体端部壁１４０の冷却を促進することは可能である。また、
空洞１４２と流れが通じ合う空洞１４３からの使用済み冷却用空気を逃がすため
に、複数の開口１５４が、端部壁１４０に形成されていることも判るであろう。
使用済みの冷却用空気は、第一燃焼区域２０に噴射され、それによって混合が改
善され、スロート部６０への逆火防止にも役立ち、更に、第一燃焼区域２０に入
る予混合気９８の燃空比を希薄化できる。スロート部６０を介した燃料と空気と
の混合を改善するために、付加的な開口１５６を、環状壁１３８の一部内（好ま
しくは、衝突バッフル１５０の下方）に追加して設けることもできる。
【００１４】 燃料空気混合器４６を各衝突バッフル開口２８と適切に一直線状にするために
、それらを、燃料ステム１００のフランジ部１１０と混合管１２０のフランジ部
１３６とを機械的に接続することによって、外部ケーシング７０に接続すること
が好ましい。これは、ボルト１５８、或いは、フランジ部１１０及び１３６に形
成された上記複数の開口１１２及び１３７に設けられる他の類似装置によって実
現される。このようにして、燃料空気混合器４６は、燃焼器１０を分解すること
なく、メインテナンスのために取り外すことができる。開口１１２及び１３７は
、通常、それらの各フランジ部のまわりに左右対称に設けられ、開口１３４と燃
料インジェクタ１１８との適切な位置決めと方向付けを確保するために、付加的
な開口１６０及び１６２が、フランジ部１１０及び１３６内に形成される（図４
参照）。これに代えて、燃料ステム１００及び混合管１２０を、開口１３４及び
燃料インジェクタ１１８と同じ数のボルト孔のそれぞれを周囲において同一の位
置に配置するように作製しても良い。いずれにせよ、付加的な開口１６０及び１
６２による機械的な接続によって（ケーシング７０とは独立した）フランジ部１
１０と１３６とを接続するため、燃料空気混合器４６は、ボルト１５８を取り外
せば、燃焼器１０から（燃料噴射組立体９２と混合器組立体９４とを別々に取り
外すのとは対照的に）全体として取り外すことができる。
、それらを、燃料ステム１００のフランジ部１１０と混合管１２０のフランジ部
１３６とを機械的に接続することによって、外部ケーシング７０に接続すること
が好ましい。これは、ボルト１５８、或いは、フランジ部１１０及び１３６に形
成された上記複数の開口１１２及び１３７に設けられる他の類似装置によって実
現される。このようにして、燃料空気混合器４６は、燃焼器１０を分解すること
なく、メインテナンスのために取り外すことができる。開口１１２及び１３７は
、通常、それらの各フランジ部のまわりに左右対称に設けられ、開口１３４と燃
料インジェクタ１１８との適切な位置決めと方向付けを確保するために、付加的
な開口１６０及び１６２が、フランジ部１１０及び１３６内に形成される（図４
参照）。これに代えて、燃料ステム１００及び混合管１２０を、開口１３４及び
燃料インジェクタ１１８と同じ数のボルト孔のそれぞれを周囲において同一の位
置に配置するように作製しても良い。いずれにせよ、付加的な開口１６０及び１
６２による機械的な接続によって（ケーシング７０とは独立した）フランジ部１
１０と１３６とを接続するため、燃料空気混合器４６は、ボルト１５８を取り外
せば、燃焼器１０から（燃料噴射組立体９２と混合器組立体９４とを別々に取り
外すのとは対照的に）全体として取り外すことができる。
【００１５】 また、燃料空気混合器４６は、燃料空気混合器４６と、各衝突バッフル開口２
８に配置された渦発生組立体３６の外側リング部３８との微小間隙５０（図３参
照）を確保できるように、渦発生組立体３６に対して燃料空気混合器４６の大き
さが決められることも理解されるであろう。間隙５０は、外側リング部３８及び
燃料空気混合器４６の熱膨張を補償するだけでなく、外側ケーシング７０に対す
る第一ドーム１８の相対的移動も補償する。また、間隙５０は、そこを介して空
気が噴射されるようにし、それにより渦発生組立体３６と燃料空気混合器４６と
によって区画される再循環区域をなくするのに役立てることができる。
８に配置された渦発生組立体３６の外側リング部３８との微小間隙５０（図３参
照）を確保できるように、渦発生組立体３６に対して燃料空気混合器４６の大き
さが決められることも理解されるであろう。間隙５０は、外側リング部３８及び
燃料空気混合器４６の熱膨張を補償するだけでなく、外側ケーシング７０に対す
る第一ドーム１８の相対的移動も補償する。また、間隙５０は、そこを介して空
気が噴射されるようにし、それにより渦発生組立体３６と燃料空気混合器４６と
によって区画される再循環区域をなくするのに役立てることができる。
【００１６】 運転時に、燃料空気混合器４６は （図１に示される）燃料源１１６と流れが
通じ合うパイロット供給管２５４から燃料入口部１１４を介して燃料を受け取る
。この燃料は、燃料ステム１００中の通路１０６に入り、燃料インジェクタ１１
８を介して噴射されることにより通路１０６から出る。噴射された燃料は、外側
環状通路６８から供給され、第一の混合管開口１３０を経由して環状通路１３２
に入る空気と混合される。次に、燃料空気混合気９８は、混合管１２０及び熱遮
蔽体９６のそれぞれの開口１３４及び１４４を接続する管１４６を介して噴射さ
れる。燃料空気混合気９８は、渦発生器４２からの流入する空気によって攪拌さ
れ、スロート部６０を介して第一燃焼区域２０へ回転しながら流れ込む。言うま
でもなく、燃料空気混合気９８は、熱遮蔽体端部壁１４０及び熱遮蔽体環状断面
壁１３８の開口１５４、１５６及びライナーセグメントの開口７４を介して流入
する空気によっても影響される。前者については、外側環状通路６８及び熱遮蔽
体空洞１４２、１４３の流れが通じ合う流体通路１４８によって、空気が供給さ
れることが分かる。従って、燃料空気混合器４６は、そこを通る二重の空気流通
回路を有していることが理解されるであろう。
通じ合うパイロット供給管２５４から燃料入口部１１４を介して燃料を受け取る
。この燃料は、燃料ステム１００中の通路１０６に入り、燃料インジェクタ１１
８を介して噴射されることにより通路１０６から出る。噴射された燃料は、外側
環状通路６８から供給され、第一の混合管開口１３０を経由して環状通路１３２
に入る空気と混合される。次に、燃料空気混合気９８は、混合管１２０及び熱遮
蔽体９６のそれぞれの開口１３４及び１４４を接続する管１４６を介して噴射さ
れる。燃料空気混合気９８は、渦発生器４２からの流入する空気によって攪拌さ
れ、スロート部６０を介して第一燃焼区域２０へ回転しながら流れ込む。言うま
でもなく、燃料空気混合気９８は、熱遮蔽体端部壁１４０及び熱遮蔽体環状断面
壁１３８の開口１５４、１５６及びライナーセグメントの開口７４を介して流入
する空気によっても影響される。前者については、外側環状通路６８及び熱遮蔽
体空洞１４２、１４３の流れが通じ合う流体通路１４８によって、空気が供給さ
れることが分かる。従って、燃料空気混合器４６は、そこを通る二重の空気流通
回路を有していることが理解されるであろう。
【００１７】 本発明の好ましい実施例を提示し説明することによって、半径方向型燃焼器ド
ーム用の燃料空気混合器の更なる応用は、当業者により、本発明の範囲を逸脱す
ることなく適切な変更を持って成し遂げ得るであろう。
ーム用の燃料空気混合器の更なる応用は、当業者により、本発明の範囲を逸脱す
ることなく適切な変更を持って成し遂げ得るであろう。
【図１】 本発明による燃料空気混合器を備えるガスタービンエンジン燃焼器の概略縦断
面図である。
面図である。
【図２】 図１に示された、本発明による半径方向ドーム内に配置された燃料空気混合器
を備える多段・半径方向・軸線方向型燃焼器の詳細縦断面図である。
を備える多段・半径方向・軸線方向型燃焼器の詳細縦断面図である。
【図３】 図１及び２に示された半径方向ドーム及び燃料空気混合器の拡大断面図である
。
。
【図４】 図２及び３に示された燃料空気混合器の分解図である。
【図５】 図４に示された燃料空気混合器の平面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ０９／３９８，５５９ (32)優先日 平成11年９月17日(1999．9．17) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ (72)発明者 グリーンフィールド，スチュアート・シイ アメリカ合衆国・45215・オハイオ州・シ ンシナティ・タウン コモンズ ウェイ・ 123・アパートメント ３番 (72)発明者 へバーリング，ポール・ヴィンセント アメリカ合衆国・47025・インディアナ 州・ローレンスバーグ・マッターホン ド ライブ・20301 (72)発明者 バイブラー，ジョン・デイビッド アメリカ合衆国・45040・オハイオ州・メ イソン・シャーウッド グリーン コー ト・204 (72)発明者 カストル，ジョン・アンドリュー アメリカ合衆国・45036・オハイオ州・レ バノン・レイク フォレスト ドライブ・ 769
Claims (13)
- 【請求項１】 長手方向軸線を有し、前記長手方向軸線に対し略半径方向に
方向付けられたドームに使用されるように構成されたガスタービンエンジンの燃
料空気混合器であって、 （ａ） 第一端部、第二端部、それらを通って伸びる燃料通路、及び前記第
一端部から広がっており、間隔を空けて設けられた複数の開口を有するフランジ
部を有する燃料噴射組立体と （ｂ） 第一端部、第二端部、中央部に形成された空洞、及び前記第一端部
から広がっており、間隔を空けて設けられた複数の開口を持つフランジ部を有す
る混合器組立体とを備え、 前記混合器組立体を、前記空洞内に前記燃料噴射組立体を受け入れるように構
成することによって、前記燃料噴射組立体及び前記混合器組立体が、前記両フラ
ンジ部によって、前記燃焼器の外側ケーシングに接続できるようにしたことを特
徴とする燃料空気混合器。 - 【請求項２】 前記燃料噴射組立体は、 （ａ） 前記第一端部から前記第二端部に伸びるとともに、前記第一端部か
ら前記第二端部に伸びる燃料通路を有する細長い燃料ステム、 （ｂ） その前記第一端部付近において前記燃料ステムの前記通路と流れが
通じ合う燃料入口部、及び （ｃ） その前記第二端部付近において前記燃料ステムの前記通路と流れが
通じ合う複数の燃料インジェクタを備え、 前記燃料入口部で前記燃料空気混合器に入る燃料は、前記燃料ステム通路を介
して供給され、前記半径方向ドームによって形成される燃焼区域に、前記燃料イ
ンジェクタを介して噴射されることを特徴とする請求項１に記載の燃料空気混合
器。 - 【請求項３】 前記混合器組立体は、 （ａ） 前記第一端部から前記第二端部に伸びる空洞を有する細長い混合管
を備え、前記混合管は、前記燃焼器の外側環状部への空気源と流れが通じ合う複
数の第一開口、及び前記燃料インジェクタと一直線とすることができるように、
その前記第二端部付近に形成された複数の第二開口を有し、且つ （ｂ） 前記第二端部付近の前記空洞の下部を横切って伸びる端部壁を更に
備えることを特徴とする請求項２に記載の燃料空気混合器。 - 【請求項４】 前記燃料ステムは、前記混合管の第一開口と流れが通じ合う
とともに、空気が前記混合管の第二開口を介して噴射される時に燃料と混合され
ることを可能とする通路を形成するために、直径を小さくした下部を有すること
を特徴とする請求項３に記載の燃料空気混合器。 - 【請求項５】 前記燃料噴射組立体及び前記混合管の前記フランジ部の各々
は、前記燃料インジェクタと前記混合器組立体の第二開口とが整列され連結され
た時、両者の適切な位置決め及び方向付けを確実にするために、それらに形成さ
れた付加的開口を有することを特徴とする請求項３に記載の燃料空気混合器。 - 【請求項６】 前記燃料混合器は、前記混合器組立体の下部に取り付けられ
た熱遮蔽体を備えたことを特徴とする請求項３に記載の燃料空気混合器。 - 【請求項７】 前記熱遮蔽体は、 （１） 前記混合管の下部を受け入れるように構成された略環状の壁部を備
え、前記熱遮蔽体の前記環状壁部が、それに形成され、前記混合管の前記第二開
口と一直線状になるように構成された複数の開口を有するとともに、 （２） 前記環状壁部の下端部を横切る端部壁を備え、 前記熱遮蔽体及び前記混合器組立体が、前記混合器の端部壁と前記熱遮蔽体の
端部壁との間に空洞を形成するように、前記混合器組立体の第二開口及び前記熱
遮蔽体の開口の各々を貫通して挿入された管によって接続されたことを特徴とす
る請求項６に記載の燃料空気混合器。 - 【請求項８】 前記管は、前記管及び前記混合管の第二開口によって滑り継
ぎ手が形成されて前記混合管の横方向移動ができるように、前記熱遮蔽体の開口
のみと接続されたことを特徴とする請求項７に記載の燃料空気混合器。 - 【請求項９】 前記熱遮蔽体及び前記混合管は、それらの間に、前記空洞と
流れが通じ合う空気流通路を形成するように構成されたことを特徴とする請求項
７に記載の燃料空気混合器。 - 【請求項１０】 前記熱遮蔽体の端部壁は、断熱コーティングを施されたこ
とを特徴とする請求項７に記載の燃料空気混合器。 - 【請求項１１】 前記熱遮蔽体の端部壁は、前記空洞に流入する空気が前記
燃焼区域に向けられるようにするため、複数の開口を有することを特徴とする請
求項７に記載の燃料空気混合器。 - 【請求項１２】 前記熱遮蔽体及び前記半径方向ドームは、それらの間に、
前記混合管及び前記熱遮蔽体を接続する前記管を介して供給される燃料空気混合
気と流れが通じ合うスロート部を形成することを特徴とする請求項７に記載の燃
料空気混合器。 - 【請求項１３】 前記熱遮蔽体の前記環状壁部は、前記空洞に流入する空気
が前記スロート部に供給されるように、前記端部壁付近に形成された複数の開口
を有することを特徴とする請求項１２に記載の燃料空気混合器。
Applications Claiming Priority (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US10365298P | 1998-10-09 | 1998-10-09 | |
| US10364998P | 1998-10-09 | 1998-10-09 | |
| US60/103,649 | 1998-10-09 | ||
| US60/103,652 | 1998-10-09 | ||
| US09/398,559 | 1999-09-17 | ||
| US09/398,559 US6339923B1 (en) | 1998-10-09 | 1999-09-17 | Fuel air mixer for a radial dome in a gas turbine engine combustor |
| PCT/US1999/022662 WO2000025067A2 (en) | 1998-10-09 | 1999-09-29 | Fuel air mixer for a radial dome in a gas turbine engine combustor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002528694A true JP2002528694A (ja) | 2002-09-03 |
Family
ID=27379580
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000578600A Withdrawn JP2002528694A (ja) | 1998-10-09 | 1999-09-29 | ガスタービンエンジン燃焼器の半径方向ドーム用燃料空気混合器 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6339923B1 (ja) |
| EP (1) | EP1053434B1 (ja) |
| JP (1) | JP2002528694A (ja) |
| DE (1) | DE69922347T2 (ja) |
| WO (1) | WO2000025067A2 (ja) |
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| JP2007132652A (ja) * | 2005-11-07 | 2007-05-31 | General Electric Co <Ge> | タービンエンジン内に流体を噴射するための装置 |
| JP2010216668A (ja) * | 2009-03-13 | 2010-09-30 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | ガスタービン燃焼器 |
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| JP2014132214A (ja) * | 2013-01-07 | 2014-07-17 | General Electric Co <Ge> | 燃焼器に燃料を供給する燃料噴射器 |
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- 1999-09-17 US US09/398,559 patent/US6339923B1/en not_active Expired - Fee Related
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