JP2003065538A - ハイブリッドフィルム冷却式燃焼器ライナ - Google Patents

ハイブリッドフィルム冷却式燃焼器ライナ

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ギルバート・ファーマー
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、ガスタービンエンジンに用いら
れるフィルム冷却式燃焼器ライナに関する。 【解決手段】 燃焼器ライナ（１２、１４）は、第１の
パネルセクション（４２）と後端に接合された環状の第
２のパネルセクション（４４）とを含む環状のシェルを
有する。パネルセクション（４２）は、冷却ナゲット及
びスロットを用いたスロットフィルム冷却を施され、ま
た第２のパネルセクション（４４）は多くの多孔冷却孔
を用いる多孔フィルム冷却を施される。多孔冷却部分
は、ライナ（１２、１４）が用いられることになる燃焼
器の性質に応じて、スロットフィルム冷却部分の前方又
は後方のどちらかに設置することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的にガスター
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式燃焼器ライナに関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンエンジンは、燃焼器に加圧
空気を供給する圧縮機を含み、該燃焼器において空気は
燃料と混合され点火されて、高温の燃焼ガスを発生す
る。これらのガスは、下流の１つ又はそれ以上のタービ
ンに流れ、該タービンがガスからエネルギーを取り出し
て圧縮機を駆動し、飛行中の航空機に動力を供給するよ
うな有用な仕事を行う。航空機エンジンに用いられる燃
焼器は、一般に燃焼過程を包み込み、空気の様々な燃焼
器領域への分配を促進する内側燃焼器ライナと外側燃焼
器ライナとを含む。燃焼器ライナは、それらの上流端で
ドーム組立体に接合される。ドーム組立体は、環状のド
ームプレートと該ドームプレートに取り付けられた複数
の周方向に間隔を置いて配置されたスワーラ組立体とを
含み、燃料／空気混合物を燃焼チャンバに導入する。ラ
イナは、該ライナに形成された多数の希釈孔により空気
の分配を促進する。希釈孔は、空気の噴流を燃焼チャン
バの主域と二次域に導入する。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
るために火炎を消炎する。消炎することでエンジン排気
ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）エミッションのレベルも
低下させる。
【０００３】燃焼器ライナは燃焼過程で発生する高い熱
に曝されるので、ライナは期待寿命要求を満たすために
冷却される。ライナの冷却は、一般に加圧空気（比較的
低温である）の１部分を反らし、それをライナの外側表
面上に流すようにすることによって施される。更に、冷
却空気流をライナに形成された冷却孔を通して流すこと
によって、ライナの燃焼側面に沿って冷却空気の薄い層
すなわちフィルムが形成される。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
近くの高温の燃焼ガスを希釈し、また冷却空気のフィル
ムがライナ壁に対流冷却を与えるので、ライナに掛かる
熱負荷全体を減少させる。フィルム冷却を用いるライナ
には、多孔冷却式ライナとスロット冷却式ライナとの２
つの基本形式がある。
【０００４】多孔冷却式ライナは、浅い角度（一般にラ
イナ表面から２０度）でライナを貫通して形成された多
数の極めて小さい冷却孔を用いる。圧縮機空気は、冷却
孔を通って流れ、冷却空気の最密な個別噴流を生じ、こ
れらの個別噴流が合体してライナの燃焼側面上に冷却空
気のフィルムを形成する。冷却孔は、ライナの全長に沿
って冷却フィルムを絶えず補充するように、ライナ全体
にわたって全体的に分散配置されている。スロット冷却
式ライナは、各パネルセクションの前端上に形成された
突出部すなわちナゲットを備える複数の接合パネルセク
ションを含む。軸方向に向いたスロットが、ナゲットに
おいて各パネルセクションの高温ガス側表面に形成さ
れ、また周方向に配置された冷却孔の列がナゲット中に
形成される。圧縮機空気は、冷却孔を通って流れて、パ
ネルセクションの高温ガス側表面上に冷却空気のフィル
ムを形成する。従って、冷却フィルムは各スロットにお
いて補充される。
【０００５】いずれの冷却手法についても、熱に関する
設計は、基板温度、遮熱コーティング（ＴＢＣ）の表面
温度、ボンディングコート温度、及びＴＢＣを通る熱勾
配の間で適切なトレードオフをする必要があり、このこ
とから良好なライナ設計を開発することの難しさが生じ
る。不適切な冷却は、低サイクル疲労寿命の短縮、ＴＢ
Ｃボンディングコート及び基板の酸化速度の増大、ＴＢ
Ｃの破砕、並びにスロット張出部のクリープの加速を生
じる可能性がある。材料の選択及び断面厚さ（従って、
重量）もまた、ライナを設計する際に考慮される。多孔
冷却式ライナは、一般により強度の大きい基板合金又は
より厚い設計を必要とするが、一方、スロット冷却式ラ
イナは、スロットナゲットによる補強効果の利点があ
る。しかしながら、スロット冷却式ライナの全体的な重
量は一般に、より大きい。ライナ設計において必要とさ
れる冷却空気の量を最小限にして、エンジン効率を増大
させエミッションを減少させることもまた望ましい。
【０００６】多孔冷却式ライナとスロット冷却式ライナ
は両方共、様々な用途に有効であることが判明した。多
孔フィルム冷却は、存在するフィルムを絶え間なく補充
する点で特に有効であり、またライナ基板のボア冷却の
利点を更にもたらす。しかしながら、冷却フィルム量
は、冷却孔の間隔と大きさにより制約される。スロット
フィルム冷却は、多孔フィルム冷却における孔の大きさ
の制限による制約を受けることなく、特定の領域に多量
の冷却フィルムを与える点で特に有効である。伝統的に
見て、多孔フィルム冷却は、より少ない空気を用いて許
容可能な基板温度を得るが、ＴＢＣを冷却する点におい
てスロットフィルム冷却ほど有効ではない。その上に、
スロット冷却式ライナは、多孔冷却式ライナに比較して
より費用が掛かり、またより重くなりがちである。
【０００７】冷却手法に関係なく、ライナは運転中にホ
ットスポット又は過熱領域を発生しがちである。異なる
ライナ設計は、異なる位置でホットスポットを発生す
る。どこでホットスポットが起こるかは、ライナ、ドー
ム組立体、及びスワーラの構成を含む多くの要素の関数
である。例えば、スワーラにより引き起こされる燃焼流
の旋回により、高温ガスはライナ表面の別の領域に衝突
する可能性がある。これらの領域は、冷却フィルム有効
度の低下を受け、従って熱劣化をより受けやすくなる。
この作用は、冷却フィルムスクラッビングと通常呼ば
れ、燃焼器の主反応域にしばしば起こるが、他の領域に
もまた起こる可能性がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ホットスポットは、一
般に、十分な全体空気流を供給し、そうしないとホット
スポットとなり易いライナ領域を適切に冷却することに
より対処される。しかしながら、この手法は、問題のな
い領域を過冷却し、冷却空気を浪費してエンジン効率を
損なう。従って、ライナの全ての部分を適切かつ効率的
に冷却する燃焼器ライナ冷却方式を備えるのが望まし
い。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上述の要求は、本発明に
より満たされ、本発明は、第１の部分と第２の部分とを
含む環状のシェルを有する燃焼器ライナを提供する。第
１の部分はスロットフィルム冷却を施され、また第２の
部分は多孔フィルム冷却を施される。多孔冷却部分は、
ライナが用いられることになる燃焼器の性質に応じて、
スロットフィルム冷却部分の前方又は後方のどちらかに
設置することができる。１つの可能な実施形態におい
て、ライナは、環状の第１のパネルセクションと、その
前端で第１のパネルセクションの後端に接合された環状
の第２のパネルセクションと、その前端で第２のパネル
セクションの後端に接合された環状の第３のパネルセク
ションとを含む。パネルセクションの少なくとも１つ
は、多孔フィルム冷却を備え、またパネルセクションの
少なくとも他の１つのセクションはスロットフィルム冷
却を備える。
【００１０】従来技術に優る本発明とその利点は、添付
の図面を参照して以下の詳細な説明及び添付の特許請求
の範囲を読むとき明らかになるであろう。
【００１１】本発明と見なされる主題は、本明細書の冒
頭部分に具体的に指摘され明確に請求されている。しか
しながら、本発明は、添付図面の図に関連してなされる
以下の説明を参照すれば最も良く理解することができ
る。
【００１２】
【発明の実施の形態】図面において同一の参照符号は様
々な図を通して同じ要素を示しているが、その図面を参
照すると、図１は、ガスタービンエンジンに用いるのに
適した形式の燃焼器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の間に
配置された、環状の外側ライナ１２と環状の内側ライナ
１４とを含む。外側ライナ１２と内側ライナ１４は、互
いに半径方向に間隔を置いて配置され、燃焼チャンバ２
０を形成する。外側ライナ１２と外側ケーシング１６は
その間に外側通路２２を形成し、また内側ライナ１４と
内側ケーシング１８はその間に内側通路２４を形成す
る。当技術で知られているように、加圧空気は燃焼器１
０の上流に設置された圧縮機（図示せず）により供給さ
れる。加圧空気は主として燃焼器１０中に流れて燃焼を
維持し、部分的に外側通路２２と内側通路２４中に流れ
て、そこでライナ１２及び１４並びに更に下流のターボ
機械を冷却するのに用いられる。
【００１３】外側ライナ１２と内側ライナ１４の上流端
に取り付けられたドーム組立体２６は、複数の周方向に
間隔を置いて配置されたスワーラ組立体２８（図１には
１つのみ示す）を支持する。各スワーラ組立体２８は、
圧縮機から加圧空気を受け、また対応する燃料ノズル３
０から燃料を受ける。燃料と空気はスワーラ組立体２８
により旋回を与えられ混合され、得られた燃料／空気混
合物は燃焼チャンバ２０中に吐出される。燃料／空気混
合物は外側ライナ１２の周囲の周りに配置された１つ又
はそれ以上の点火器（図示せず）により点火される。図
１は単式環状燃焼器の１つの可能な実施形態を示してい
るが、本発明は２段式環状燃焼器を含む他の形式の燃焼
器にも同様に適用できることに注目されたい。
【００１４】外側ライナ１２と内側ライナ１４の各々
は、ほぼ環状で軸方向に延びる形状を有する金属シェル
を含む。外側ライナ１２は、燃焼チャンバ２０内の高温
の燃焼ガスに面する高温側面３４と外側通路２２内の比
較的低温の空気に接触する低温側面３６とを有する。同
様に、内側ライナ１４は、燃焼チャンバ２０内の高温の
燃焼ガスに面する高温側面３８と内側通路２４内の比較
的低温の空気と接触する低温側面４０とを有する。当技
術で知られているように、高温側面３４、３８は、遮熱
コーティング（ＴＢＣ）を施すことができる。
【００１５】外側ライナ１２は、第１のパネルセクショ
ン４２と、第２のパネルセクション４３と、第３のパネ
ルセクション４４とを含む。パネルセクション４２〜４
４は、一体に形成され、機械加工された鍛造品にする
か、又はろう付け或いは溶接のような接合方法により互
いに接合された板金の別個の部品とすることができる。
各セクション４２〜４４は、ほぼ環状の形状を有する。
第３のパネルセクション４４は、必ずしもそうなるとは
限らないが、第１のパネルセクション４２と第２のパネ
ルセクション４３のいずれよりも軸方向に長くすること
ができる。本発明はこのような３面パネル構成に限定さ
れるものではなく、該構成はここでは単なる例示として
記載されていることに注目されたい。実際、本発明は異
なる数のパネルを有するライナにも適用可能である。
【００１６】第１のパネルセクション４２は、その前端
に形成された第１の冷却ナゲット４８を有する。第１の
冷却ナゲット４８は、該第１のナゲット上に形成された
環状リップ５０を含み、該環状リップ５０は、半径方向
内方に間隔を置いて配置されて冷却スロット５２を形成
する。冷却孔５４の列（図１には１つのみを示す）が、
第１の冷却ナゲット４８中に形成されて、冷却空気を第
１の冷却スロット５２に供給する。第１の冷却スロット
５２は、ほぼ軸方向に向いており、冷却空気は下流に導
かれて第１のパネルセクション４２の高温側面上に薄い
冷却フィルムを形成する。第１の冷却孔５４は、冷却ナ
ゲット４８の全周の周りに分散配置される。
【００１７】第２のパネルセクション４３は、その前端
で第１のパネルセクション４２の後端に接合される。第
２の冷却ナゲット５６は、第２のパネルセクション４３
の前端に形成される。第２の冷却ナゲット５６は、該第
２のナゲット上に形成された環状リップ５８を含み、該
環状リップ５８は、半径方向内方に間隔を置いて配置さ
れて冷却スロット６０を形成する。冷却孔６２の列（図
１には１つのみを示す）が、第２の冷却ナゲット５６中
に形成されて、冷却空気を第２の冷却スロット６０に供
給する。第２の冷却スロット６０は、ほぼ軸方向に向い
ており、冷却空気は下流に導かれて第２のパネルセクシ
ョン４３の高温側面上に薄い冷却フィルムを形成し、そ
れによって第１のパネルセクション４２からの冷却フィ
ルムを補充する。冷却孔６２は第２の冷却ナゲット５６
の全周の周りに分散配置される。
【００１８】同様に、第３のパネルセクション４４は、
その前端で第２のパネルセクション４３の後端に接合さ
れる。第３の冷却ナゲット６４は、第３のパネルセクシ
ョン４４の前端に形成される。第３の冷却ナゲット６４
は、該第３のナゲット上に形成された環状リップ６６を
含み、該環状リップ６６は半径方向内方に間隔を置いて
配置されて冷却スロット６８を形成する。冷却孔７０の
列（図１には１つのみを示す）が、第３の冷却ナゲット
６４中に形成されて、冷却空気を第３の冷却スロット６
８に供給する。第３の冷却スロット６８は、ほぼ軸方向
に向いており、冷却空気は下流に導かれて第３のパネル
セクション４４の高温側面上に薄い冷却フィルムを形成
し、それによって第２のパネルセクション４３からの冷
却フィルムを補充する。第３の冷却孔７０は第３の冷却
ナゲット６４の全周の周りに分散配置される。
【００１９】内側ライナ１４もまた端と端を互いに接合
された３つのパネルセクションを含み、半径方向内側表
面の代わりに半径方向外側表面上に形成される高温側面
３８を有することを除いては、外側ライナ１２と同様な
構造である。従って、内側ライナ１４の構造については
これ以上詳細に述べる必要はないであろう。更に、内側
ライナ１４の冷却方式は、外側ライナ１２の冷却方式と
ほぼ同じであり、以下の説明が両方のライナに本質的に
当てはまるので、ここでは詳細には説明しない。
【００２０】次に図２に移ると、この図には外側ライナ
１２の１部が詳細に示されている。周方向に間隔を置い
て配置された第１のグループの希釈孔７２が、これらは
主希釈孔と呼ばれるが、第１の軸方向位置において第２
のパネルセクション４３に形成され、また周方向に間隔
を置いて配置された第２のグループの希釈孔７４が、こ
れらは二次希釈孔と呼ばれるが、第2の軸方向位置にお
いて第３のパネルセクション４４に形成される。希釈孔
の追加の及び／又は他の配置が可能であることに注目さ
れたい。希釈孔７２、７４は、燃焼器チャンバ２０中に
希釈空気を流入させ、燃焼過程を改善するのに役立つ。
各希釈孔７２、７４は、冷却孔の直径よりもかなり大き
い直径を有するが、希釈孔の全てが必ずしも同一の直径
を有するわけではない。つまり、一部の希釈孔７２、７
４は、図２に示すように他の希釈孔より大きい直径を有
する。主希釈孔７２と二次希釈孔７４の相対的な軸方向
位置が、燃焼チャンバ２０の主反応域７６と二次反応域
７８を形成する。つまり、主反応域７６は、主希釈孔７
２を含む及びその前方の燃焼チャンバ２０の部分に対応
する。二次反応域７８は、主反応域７６の後方に位置す
る燃焼チャンバ２０の部分に対応する。
【００２１】外側ライナ１２は、スロットフィルム冷却
が主反応域７６で用いられ、また多孔フィルム冷却が二
次反応域７８で用いられる冷却方式を有する。このこと
は、外側ライナ１２の前方部分はスロットフィルム冷却
を施され、また後方部分は多孔フィルム冷却を施される
ことを意味する。特に、第３のパネルセクション４４
は、該第３のパネルセクション４４に形成された最密な
多孔冷却孔８０の配列を有する。（図２は冷却孔８０を
有する第３のパネルセクション４４の１部のみを示して
いるが、第３のパネルセクション４４は一般に多孔冷却
孔８０でほぼ全体が覆われることになることに注目され
たい。）冷却孔８０は、下流に向いた角度で低温側面３
６から高温側面３４まで軸方向に傾斜しており、必ずし
もそうである必要はいが、その角度は、約１５度から２
０度の範囲にあることが好ましい。第１のパネルセクシ
ョン４２と第２のパネルセクション４３は、そのような
多孔冷却孔を全く備えておらず、それぞれ第１の冷却ス
ロット５２と第２の冷却スロット６０から吐出される冷
却空気により形成される冷却フィルムによって冷却され
る。従って、本明細書で用いられる時、「多孔フィルム
冷却」とは、多くの多孔冷却孔を用いて冷却されるべき
表面上に冷却フィルムを形成することを言い、また「ス
ロットフィルム冷却」とは、冷却されるべき表面の前端
に形成された冷却ナゲット及びスロットを用いて多孔冷
却孔なしで表面上に冷却フィルムを形成することを言
う。第３の冷却孔７０は、多孔冷却孔８０により第３の
パネルセクション４４上に形成される冷却フィルムの最
初の流れを供給する機能を持つ。
【００２２】外側ライナ１２は、高い表面温度が主反応
域に起こる燃焼器に有用である。スロットフィルム冷却
を主反応域７６に用いることにより、多量のスロットフ
ィルムにより最も良く冷却される領域のＴＢＣ又は表面
に丈夫なフィルム冷却を施す。多孔フィルム冷却は、Ｔ
ＢＣ表面温度が全体的により低くてフィルム量を減少さ
せることができる二次反応域において用いられる。冷却
空気は保たれるので、ライナ基板温度は、多孔冷却孔８
０のボア冷却により許容可能なものとなる。スロットフ
ィルム冷却と多孔フィルム冷却を単一のライナ中に組み
合わせることにより、設計は最適化され必要とされる冷
却を最小限にして許容可能な部品温度を達成することが
できる。それに加えて、このハイブリッド冷却設計は、
スロット冷却式ライナの全重量を増加させることなし
に、多孔冷却式ライナ全体にわたって耐座屈性の向上を
もたらす。
【００２３】図２はスロットフィルム冷却が主反応域７
６において用いられ、また多孔フィルム冷却が二次反応
域７８において用いられる冷却方式を有するライナ１２
を示しているが、本発明はこの構成に限定されない。一
般に、本発明は、スロットフィルム冷却が第１のライナ
部分に用いられ、また多孔フィルム冷却が第２のライナ
部分に用いられるあらゆる構成を含む。
【００２４】冷却フィルムスクラッビングは主反応域中
において必ずしも起こるとは限らない。一部の燃焼器設
計の場合には、冷却フィルムスクラッビングは、燃焼器
内の更に下流において起こり、従ってライナの後方部分
が冷却フィルム効率の低下をより受けやすくなる。図３
は、そのような燃焼器において有用な第２の実施形態を
示す。
【００２５】具体的には、図３は、半径方向に互いに間
隔を置いて配置されて燃焼チャンバ１２０を形成する環
状の外側ライナ１１２と環状の内側ライナ１１４とを含
む燃焼器１１０を示す。外側ライナ１１２と内側ライナ
１１４の上流端に取り付けられたドーム組立体１２６
が、複数の周方向に間隔を置いて配置されたスワーラ組
立体１２８（図３には１つのみ示す）を支持する。各ス
ワーラ組立体１２８は圧縮機から加圧空気を受け、また
対応する燃料ノズル（図示せず）から燃料を受ける。燃
料と空気はスワーラ組立体１２８により旋回を与えられ
混合されて、得られた燃料／空気混合物は燃焼チャンバ
２０中に吐出される。
【００２６】燃料／空気混合物は、外側ライナ１１２の
周囲の周りに配置された１つ又はそれ以上の点火器（図
示せず）により点火される。図３は単一環状燃焼器を示
しているが、本発明は他の形式の燃焼器にも同様に適用
できることに注目されたい。
【００２７】外側ライナ１１２と内側ライナ１１４は各
々、ほぼ環状で軸方向に延びる形状を有する金属シェル
を含む。外側ライナ１１２は、燃焼チャンバ１２０内の
高温の燃焼ガスに面する高温側面１３４と、比較的低温
の空気と接触する低温側面１３６とを有する。同様に、
内側ライナ１１４は、燃焼チャンバ１２０内の高温の燃
焼ガスに面する高温側面１３８と、比較的低温の空気と
接触する低温側面１４０とを有する。
【００２８】第１の実施形態におけると同様に、外側ラ
イナ１１２は、第１のパネルセクション１４２と、第２
のパネルセクション１４３と、第３のパネルセクション
１４４とを含むが、第２の実施形態もこのような３面パ
ネル構成に限定されないことに注目されたい。第１のパ
ネルセクション１４２は、その前端でドーム組立体１２
６に接合される。第１のパネルセクション１４２は、必
ずしもそうなるとは限らないが、第２のパネルセクショ
ン１４３と第３のパネルセクション１４４のいずれより
も軸方向に長くすることができる。
【００２９】第２のパネルセクション１４３は、その前
端で第１のパネルセクション１４２の後端に接合され
る。冷却ナゲット１５６は、第２のパネルセクション１
４３の前端に形成される。冷却ナゲット１５６は、該ナ
ゲット上に形成された環状リップ１５８を含み、該環状
リップ１５８は半径方向内方に間隔を置いて配置されて
冷却スロット１６０を形成する。冷却孔１６２の列（図
３には１つのみを示す）が、冷却ナゲット１５６中に形
成されて、冷却空気を冷却スロット１６０に供給する。
冷却スロット１６０は、ほぼ軸方向に向いており、冷却
空気は下流に導かれて第２のパネルセクション１４３の
高温側面上に薄い冷却フィルムを形成し、それによって
第１のパネルセクション１４２からの冷却フィルムを補
充する。冷却孔１６２は冷却ナゲット１５６の全周の周
りに分散配置される。
【００３０】同様に、第３のパネルセクション１４４
は、その前端で第２のパネルセクション１４３の後端に
接合される。別の冷却ナゲット１６４が、第３のパネル
セクション１４４の前端に形成される。冷却ナゲット１
６４は、該ナゲット上に形成された環状リップ１６６を
含み、該環状リップ１６６は半径方向内方に間隔を置い
て配置されて冷却スロット１６８を形成する。冷却孔１
７０の列（図３には１つのみを示す）が、冷却ナゲット
１６４中に形成されて、冷却空気を冷却スロット１６８
に供給する。冷却スロット１６８は、ほぼ軸方向に向い
ており、冷却空気は下流に導かれて第３のパネルセクシ
ョン１４４の高温側面上に薄い冷却フィルムを形成し、
それによって第２のパネルセクション１４３からの冷却
フィルムを補充する。冷却孔１７０は冷却ナゲット１６
４の全周の周りに分散配置される。
【００３１】内側ライナ１１４もまた端と端を互いに接
合された３つのパネルセクションを含み、半径方向内側
表面の代わりに半径方向外側表面上に形成される高温側
面１３８を有することを除いては、外側ライナ１１２と
同様な構造である。従って、内側ライナ１１４の構造に
ついてはこれ以上詳細に述べる必要はないであろう。更
に、内側ライナ１１４の冷却方式は、外側ライナ１１２
の冷却方式とほぼ同じであり、以下の説明が両方のライ
ナに本質的に当てはまるので、ここでは詳細には説明し
ない。
【００３２】外側ライナ１１２は、該外側ライナ１１２
の前方部分に多孔フィルム冷却が施され、また後方部分
にスロットフィルム冷却が施される冷却方式を有する。
特に、第１のパネルセクション１４２は、該第１のパネ
ルセクション１４２を貫通して延びる最密な多孔冷却孔
１８０の配列で覆われる。冷却孔１８０は、下流に向い
た角度で低温側面１３６から高温側面１３４まで軸方向
に傾斜しており、必ずしもそうである必要はないが、そ
の角度は、約１５度から２０度の範囲にあることが好ま
しい。第２のパネルセクション１４３と第３のパネルセ
クション１４４は、そのような多孔冷却孔を全く備えて
おらず、それぞれの冷却スロット１６０、１６８から吐
出される冷却空気により形成される冷却フィルムによっ
て冷却される。
【００３３】ライナ１１２は、第１のパネルセクション
１４２の高温側面上に第１のＴＢＣ１８２が施され、ま
た第２のパネルセクション１４３と第３のパネルセクシ
ョン１４４の高温側面上に第２のＴＢＣ１８４が施され
る。第２のＴＢＣ１８４は、厚く、密な、垂直方向に微
細亀裂が入った（ＴＤＶＭ）ＴＢＣを含む。ＴＤＶＭＴ
ＢＣは当技術では一般に知られているのでここでは詳細
には説明しない。第１のＴＢＣ１８２は、より普通な多
孔性のＴＢＣを含む。従って、ＴＤＶＭ ＴＢＣは、ス
ロットフィルム冷却と共に用いられて、燃焼器の最も高
温の領域におけるライナ基板温度を低下させる。ＴＤＶ
Ｍ ＴＢＣは、多量のスロットフィルムが用いられるラ
イナの部分に追加の耐熱性を与える。多孔性のＴＢＣ
は、一般に、より費用がかからず、多孔フィルム冷却と
共に用いられる。
【００３４】この構成の場合には、スロットフィルム冷
却は、多量のスロットフィルムにより最も良く冷却され
るライナ１１２の後方部分に用いられ、第２のパネルセ
クション１４３と第３のパネルセクション１４４とのＴ
ＢＣに丈夫なフィルム冷却を施す。多孔フィルム冷却
は、ＴＢＣ表面温度が全体的により低くてフィルム量を
減少させることができるライナ１１２の前方部分に用い
られる。冷却空気は保たれるので、ライナ基板温度は多
孔冷却孔１８０のボア冷却により許容可能なものとな
る。上述のスロットフィルム冷却と多孔フィルム冷却と
を単一ライナ中で組み合わせることの別の利点も、第２
の実施形態において実現される。これは１つの可能なＴ
ＢＣ構成にすぎないということに注目されたい。ライナ
のパネルセクションのうちの任意の又は全てのパネルセ
クションが、ＴＢＣの任意の形式を備えてもよいし、全
くＴＢＣを備えなくてもよい。
【００３５】ドーム組立体の構成もまた、燃焼器ライナ
上のホットスポット形成に影響する可能性がある。例え
ば、広角のドームのような、より平坦なドームは、従来
のドームより安価でより軽いと考えられ、スワーラ組立
体中の飛沫プレートの耐久性を改善し、エンジンエミッ
ションを減少する可能性すらあるので、広角のドームを
設けるのが一般には望ましい。しかしながら、より平坦
なドームは、ドーム組立体に隣接するライナのより多く
の部分が高温の燃焼ガスに曝され、この領域を従来通り
に冷却したのでは不十分になる可能性があることを意味
する。図４は、この問題に対処する別の実施形態を示
す。
【００３６】具体的には、図４は、半径方向に互いに間
隔を置いて配置されて燃焼チャンバ２２０を形成する環
状の外側ライナ２１２と環状の内側ライナ２１４とを含
む燃焼器２１０を示す。外側ライナ２１２と内側ライナ
２１４の上流端に取り付けられたドーム組立体２２６
が、複数の周方向に間隔を置いて配置されたスワーラ組
立体２２８（図４には１つのみ示す）を支持する。各ス
ワーラ組立体２２８は、圧縮機から加圧空気を受け、ま
た対応する燃料ノズル２３０からは燃料を受ける。燃料
と空気はスワーラ組立体２２８により旋回を与えられ混
合されて、得られた燃料／空気混合物は燃焼チャンバ２
２０中に吐出される。燃料／空気混合物は、外側ライナ
２１２の周囲の周りに配置された１つ又はそれ以上の点
火器（図示せず）により点火される。図４は単一環状燃
焼器を示しているが、本発明は他の形式の燃焼器にも同
様に適用できることに注目されたい。
【００３７】外側ライナ２１２と内側ライナ２１４の各
々は、ほぼ環状で軸方向に延びる形状を有する金属シェ
ルを含む。外側ライナ２１２は、燃焼チャンバ２２０内
の高温の燃焼ガスに面する高温側面２３４と、比較的低
温の空気と接触する低温側面２３６とを有する。同様
に、内側ライナ２１４は、燃焼チャンバ２２０内の高温
の燃焼ガスに面する高温側面２３８と、比較的低温の空
気と接触する低温側面２４０とを有する。
【００３８】外側ライナ２１２は、第１のパネルセクシ
ョン２４２と、第２のパネルセクション２４３と、第３
のパネルセクション２４４とを含むが、第３の実施形態
もこのような３面パネル構成に限定はされないことに注
目されたい。第３のパネルセクション２４４は、必ずし
もそうなるとは限らないが、第１のパネルセクション２
４２と第２のパネルセクション２４３のいずれよりも軸
方向に長くすることができる。パネルセクション２４２
〜２４４は、各々のパネルセクションがその前端に形成
された冷却ナゲットを有し、また各冷却ナゲットが該冷
却ナゲット上に形成された環状リップを含み、該環状リ
ップが半径方向内方に間隔を置いて配置されて冷却スロ
ットを形成しているという点で、第１の実施形態のパネ
ルセクションとほぼ同様である。冷却孔の列が各冷却ナ
ゲット中に形成されて、冷却空気を冷却スロットに供給
する。冷却スロットは、ほぼ軸方向に向いており、冷却
空気は下流に導かれて対応するパネルセクションの高温
側面上に薄い冷却フィルムを形成する。外側ライナ２１
２はまた、第１のパネルセクション２４２と第２のパネ
ルセクション２４３がスロットフィルム冷却を施され、
また第３のパネルセクション２４４が多孔フィルム冷却
を施される、同様の冷却方式を有する。外側ライナ２１
２のパネルセクション２４２〜２４４は、より詳細に上
述した第１の実施形態の外側ライナ１２のパネルセクシ
ョンと本質的に同一である。従って、パネルセクション
２４２〜２４４の構造と冷却方式はこれ以上詳細には説
明する必要はないであろう。また、内側ライナ２１４の
構成は外側ライナ２１２と同様であり、従って現在の説
明は両方のライナに本質的に当てはまるのでここでは詳
細には説明しない。
【００３９】燃焼器２１０は、ドーム組立体２２６がよ
り広角ドームになっており、ドーム組立体２２６に最も
近いライナ２１２のより多くの部分が高温燃焼ガスに曝
されるという点において、第１の実施形態とは異なる。
第１のパネルセクション２４２の前方に位置するライナ
２１２のセクション２８６（時にはゼロパネルと呼ばれ
ることもある）は、多孔フィルム冷却を施される。具体
的には、ゼロパネルセクション２８６は、該ゼロパネル
セクション２８６を貫通して延びる最密な多孔冷却孔の
配列（図４には示さないが、図２に示す多孔冷却孔８０
と同様である）で覆われる。これらの多孔冷却孔は、下
流に向いた角度で低温側面から高温側面まで軸方向に傾
斜しており、その角度は、必ずしもそうである必要はな
いが、約１５度から２０度の範囲にあることが好まし
い。従って、ライナ２１２は、スロットフィルム冷却が
施される第１の部分と、該第１の部分の後方に位置す
る、多孔フィルム冷却が施される第２の部分と、第１の
部分の前方に位置する、多孔冷却が施される第３の部分
とを有する。
【００４０】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する本発明の技術思想
及び技術的範囲から離れることなく、それら実施形態に
対する様々な変更をなし得ることは、当業者には明らか
であろう。特許請求の範囲に記載された符号は、理解容
易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限
縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ハイブリッドフィルム冷却式燃焼器ライナの
第１の実施形態を有するガスタービン燃焼器の長手方向
断面図。
【図２】 図１の燃焼器ライナの１部の部分斜視図。
【図３】 ハイブリッドフィルム冷却式燃焼器ライナの
第２の実施形態を有するガスタービン燃焼器の長手方向
断面図。
【図４】 ハイブリッドフィルム冷却式燃焼器ライナの
第３の実施形態を有するガスタービン燃焼器の長手方向
断面図。
【符号の説明】
１０ 燃焼器 １２ 外側ライナ １４ 内側ライナ １６ 外側ケーシング １８ 内側ケーシング ２０ 燃焼チャンバ ２２ 外側通路 ２４ 内側通路 ２６ ドーム組立体 ２８ スワーラ組立体 ３０ 燃料ノズル ４２ 第１のパネルセクション ４３ 第２のパネルセクション ４４ 第３のパネルセクション ４８、５６、６４ 冷却ナゲット ５０、５８、６６ 環状リップ ５２、６０、６８ 冷却スロット ５４、６２、７０ 冷却孔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マールワン・アル−ローブ アメリカ合衆国、オハイオ州、シンシナテ ィ、ビエナ・ウッズ・ドライブ、2406番 (72)発明者 トマス・アンソニー・リーン アメリカ合衆国、オハイオ州、シンシナテ ィ、ロード・アルフレッド・コート、5012 番 (72)発明者 ダニエル・デール・ブラウン アメリカ合衆国、オハイオ州、フェアフィ ールド、ウッドクリーク・ドライブ、2028 番 (72)発明者 クレイグ・ダグラス・ヤング アメリカ合衆国、オハイオ州、メインビ ル、ウィンザー・パーク・ドライブ、7319 番 (72)発明者 ギルバート・ファーマー アメリカ合衆国、オハイオ州、シンシナテ ィ、ロイヤル・グレン・ドライブ、2800番 (72)発明者 モハマッド・エセシャミ アメリカ合衆国、オハイオ州、メーソン、 カリブー・コート、4172番

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 環状のシェルを含む燃焼器ライナ（１
    ２、１４）であって、前記シェルは第１の部分と第２の
    部分とを有しており、前記第１の部分はスロットフィル
    ム冷却を施され、また前記第２の部分は多孔フィルム冷
    却を施されることを特徴とする燃焼器ライナ（１２、１
    ４）。
  2. 【請求項２】 前記第１の部分は、前記第２の部分の前
    方に設置さ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）。
  3. 【請求項３】 第１の軸方向位置で前記シェルに形成さ
    れた第１のグループの希釈孔（７２）と、第２の軸方向
    位置で前記シェルに形成された第２のグループの希釈孔
    （７４）とを更に含んでおり、前記第１と第２のグルー
    プの希釈孔（７２、７４）は、主反応域と二次反応域
    （７６、７８）を形成するように配置され、前記第１の
    部分が前記主反応域（７６）に対応し、また前記第２の
    部分が前記二次反応域（７８）に対応することを特徴と
    する、請求項２に記載の燃焼器ライナ（１２、１４）。
  4. 【請求項４】 前記シェルは、前記第１の部分の前方に
    設置される第３の部分を含んでおり、該第３の部分は、
    多孔フィルム冷却を施されることを特徴とする、請求項
    ２に記載の燃焼器ライナ（１２、１４）。
  5. 【請求項５】 前記第１の部分は、前記第２の部分の後
    方に設置さ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）。
  6. 【請求項６】 前記第１の部分は第１の遮熱コーティン
    グ（１８２）を施され、また前記第２の部分は第２の遮
    熱コーティング（１８４）を施さ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）。
  7. 【請求項７】 前端と後端とを有する環状の第１のパネ
    ルセクション（４２）と、 前端と後端とを有し、その前端で前記第１のパネルセク
    ション（４２）の後端に接合された環状の第２のパネル
    セクション（４３）と、 前端と後端を有し、その前端で前記第２のパネルセクシ
    ョン（４３）の後端に接合された環状の第３のパネルセ
    クション（４４）と、を含んでおり、 前記パネルセクション（４２〜４４）の少なくとも１つ
    は多孔フィルム冷却を備え、また前記第パネルセクショ
    ン（４２〜４４）の少なくとも他の１つはスロットフィ
    ルム冷却を備えることを特徴とする燃焼器ライナ（１
    ２、１４）。
  8. 【請求項８】 前記第１と第２のパネルセクション（４
    ２、４３）はスロットフィルム冷却を施され、また前記
    第３のパネルセクション（４４）は多孔フィルム冷却を
    施されることを特徴とする、請求項７に記載の燃焼器ラ
    イナ（１２、１４）。
  9. 【請求項９】 前記第2のパネルセクション（４３）に
    形成された第1のグループの希釈孔（７２）と、 前記第３のパネルセクション（４４）に形成された第2
    のグループの希釈孔（７４）と、を更に含んでおり、 前記第1と第2のグループの希釈孔（７２、７４）は、主
    反応域と二次反応域（７６、７８）を形成するように設
    置され、スロットフィルム冷却が前記主反応域（７６）
    において用いられ、また多孔フィルム冷却が前記二次反
    応域（７８）において用いられることを特徴とする、請
    求項８に記載の燃焼器ライナ（１２、１４）。
  10. 【請求項１０】 前記第1のパネルセクション（４２）
    の前方に設置された環状の第４のパネルセクション（２
    ８６）を更に含んでおり、該第４のパネルセクション
    （２８６）は、多孔フィルム冷却を施されることを特徴
    とする、請求項８に記載の燃焼器ライナ（１２、１
    ４）。
  11. 【請求項１１】 前記第３のパネルセクション（４４）
    は、前記第１と第２のパネルセクション（４２、４３）
    のいずれよりも軸方向に長いことを特徴とする、請求項
    ８に記載の燃焼器ライナ（１２、１４）。
  12. 【請求項１２】 前記第１のパネルセクション（４２）
    は多孔フィルム冷却を施され、また前記第２と第３のパ
    ネルセクション（４３、４４）はスロットフィルム冷却
    を施されることを特徴とする、請求項７に記載の燃焼器
    ライナ（１２、１４）。
  13. 【請求項１３】 前記第１のパネルセクション（４２）
    は、前記第２と第３のパネルセクション（４３、４４）
    のいずれよりも軸方向に長いことを特徴とする、請求項
    １２に記載の燃焼器ライナ（１２、１４）。
  14. 【請求項１４】 前記少なくとも１つのパネルセクショ
    ン（４２〜４４）は第１の遮熱コーティング（１８２）
    を施され、また前記少なくとも他の１つのパネルセクシ
    ョン（４２〜４４）は第２の遮熱コーティング（１８
    ４）を施されることを特徴とする、請求項７に記載の燃
    焼器ライナ（１２、１４）。
  15. 【請求項１５】 前記第１の遮熱コーティング（１８
    ２）は、厚く、密な、垂直方向に微細亀裂が入った遮熱
    コーティングであることを特徴とする、請求項６、又は
    請求項１４に記載の燃焼器ライナ（１２、１４）。
  16. 【請求項１６】 前記第２の遮熱コーティング（１８
    ４）は多孔性の遮熱コーティングであることを特徴とす
    る、請求項項６、請求項１４又は請求項１５に記載の燃
    焼器ライナ（１２、１４）。
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