JP2004085189A

JP2004085189A - ガスタービンエンジン用の燃焼器ドーム

Info

Publication number: JP2004085189A
Application number: JP2003296951A
Authority: JP
Inventors: Farmer Gilbert; ギルバート・ファーマー; James Anthony Groeschen; ジェームズ・アンソニー・グロッシェン
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2002-08-22
Filing date: 2003-08-21
Publication date: 2004-03-18
Also published as: CN1487237A; CN1487237B; US6725667B2; EP1408279A3; US20040035115A1; EP1408279A2

Abstract

【課題】　組立を簡単で軽量なガスタービンエンジン（１０）用の燃焼器（１６）を提供する。
【解決手段】　燃焼室（３０）は、内側ライナ（３４）、外側ライナ（３２）、及びドーム（３６）により形成されている。ドーム（３６）は更に、燃焼器（１６）のライナ（３２／３４）に接合された第１の端部（４８／５２）と、該第１の端部から半径方向に間隔を置いて配置された第２の端部と、第１の端部（４８／５２）からライナ（３２／３４）に隣接して後方に延びる第１の部分（６０／６２）と、第２の端部から後方に延びかつ長手方向軸線（２８）から半径方向外向きに拡大する第２の部分（６４／６６）と、第１のドーム部分（６０／６２）と第２のドーム部分（６４／６６）とを接合する非直線の第３の部分（６８／７０）と含む。
【選択図】　　　図２

Description

　本発明は、一般的にガスタービンエンジン用の燃焼器ドームに関し、具体的には、燃焼器のライナ及びカウルに直接接合される単一部品の燃焼器ドームに関する。

　ガスタービンエンジンの燃焼器技術の範囲において、内側及び外側ライナと共にドーム部分が、燃焼室の境界を形成する働きをすることは、よく知られている。燃料と空気の混合気が、そのような燃焼室内で点火され燃焼されて、燃焼生成物が、タービンのブレードと作用し合い、１つ又はそれ以上のシャフトを通して仕事を生成することができるようにする。また、環状の燃焼器ドームは、燃料／空気混合気が所望の状態で供給されるような円周方向の形態で複数のミキサを配置する働きをする。ドームは燃焼室の高温ガス及びその中で生じる極限温度に近接しているために、該ドームは、その過酷な環境に耐えるように構成されなければならない。

　従来の設計は、ドームと該ドームの下流のライナ部分とを接合することを開示しているが、このことにより、接合部が燃焼室の高温に曝され、またライナに沿う冷却空気の流れが中断されることになっていた。従って、ドームとライナと更にそれぞれのカウルとの接合部をドームの上流に位置させることが好ましいものとなってきた。現行の設計では、ドームを隣接するライナ及びカウルに間接的に接合するために、中間部材（リベットバンドのような）が用いられてきた。更に、中間部材は、一般的にドームにろう付けされるので、製造サイクルにおいて付加的な時間及び労力を必要とすることになる。

　別の燃焼器構成が、特許文献１に示されており、そこでは、一体のＶ字形状の断面を有するドームが尖端部分を有し、この尖端部分から第１及び第２の脚部が垂下している。この設計は現在用いられているが、それぞれ２箇所の溶接部を必要とする１対の鍛造品が用いられる。これは、製造サイクルを更に複雑にし、製造サイクルに必要とされる時間を延長する。
米国特許第３，９９０，２３２号

　従って、上述のことに照らして、その組立を簡単にしかつ時間及び費用が掛かる作業を製造サイクルから排除する燃焼器ドーム構成が開発されることが望ましいといえる。可能な場合にはドーム及びライナ部分の重量が減量されるのもまた望ましい。同時に、燃焼器の機能特性は、供給される冷却空気の量及び流れを含め従来の設計と同じ状態に維持されて、エンジンの再認可が回避されるようにするのが好ましい。

　本発明の第１の例示的な実施形態において、それを通して延びる長手方向軸線を有するガスタービンエンジン用の燃焼器が開示され、該燃焼器は、内側ライナと、該内側ライナから半径方向に間隔を置いて配置された外側ライナと、内側及び外側ライナに接合された環状のドームと、該ドームに接合されかつ該ドーム内部に円周方向に間隔を置いて配置された複数の空気／燃料ミキサと、外側ライナに接合された外側カウルと、内側ライナに接合された内側カウルとを含み、燃焼室が、内側ライナ、外側ライナ、及びドームにより形成されている。該ドームは更に、燃焼器の外側ライナに接合された第１の端部と、該第１のドーム端部から半径方向に間隔を置いて配置されかつ燃焼器の内側ライナに接合された第２の端部と、第１の端部から外側ライナに隣接して後方に延びる第１の部分と、第２の端部から内側ライナに隣接して後方に延びる第２の部分と、その内径から延びかつ長手方向軸線に対して半径方向外向きに拡大する第３の部分と、その内径から延びかつ長手方向軸線に対して半径方向内向きに拡大する第４の部分と、第１のドーム部分と第３のドーム部分とを接合する円弧形の第５の部分と、第２のドーム部分と第４のドーム部分とを接合する円弧形の第６の部分とを含む。

　本発明の第２の例示的な実施形態において、それを通して延びる長手方向軸線を有するガスタービンエンジンの燃焼器用の環状のドームが開示され、該ドームは、燃焼器の燃料／空気ミキサに接合された第１の端部と、燃焼器のライナに接合された第２の端部と、第１の端部から後方に延びかつ長手方向軸線から半径方向外向きに拡大する第１の部分と、第２の端部からライナに隣接して後方に延びる第２の部分と、第１のドーム部分と第２のドーム部分とを接合する円弧形の第３の部分とを含む。

　図を通じて同一の符号が同じ要素を示す図面をここで詳細に参照すると、図１は、直列に流体連通した状態で、低圧圧縮機１２、高圧圧縮機１４、及び燃焼器１６を有する例示的なガスタービンエンジン１０を示す。燃焼器１６は、通常の方法で燃焼ガスを発生させ、該燃焼ガスは燃焼器から高圧タービンノズル組立体１８を通して吐出され、該燃焼ガスは、高圧タービンノズル組立体から通常の高圧タービン２０に流れ、次に通常の低圧タービン２２に流れる。高圧タービン２０は、適当なシャフト２４を介して高圧圧縮機１４を駆動し、一方、低圧タービン２２は別の適当なシャフト２６を介して低圧圧縮機１２を駆動するようになっており、これら全てが、長手方向又は軸方向の中心軸線２８の周りで同軸に配置されている。

　図２に見られるように、燃焼器１６は更に、外側ライナ３２、内側ライナ３４、及びそれらの上流端に設置されたドーム３６により形成された燃焼室３０を含む。複数の燃料／空気ミキサ３８が、ドーム３６の内部に円周方向に間隔を置いて配置されて、燃料と空気の混合気を燃焼室３０に導入するようになっており、該燃焼室３０において混合気が点火器（図示せず）により点火されて、燃焼ガスが生成され、この燃焼ガスが、それぞれ高圧タービン２０及び低圧タービン２２を駆動するために用いられることが分かるであろう。より具体的には、空気／燃料ミキサ３８は、フェルールリテーナ４０、フェルールフランジ４２、ディフレクタプレート４４、及びスワーラ４６を含む。フェルールフランジ４２及びディフレクタプレート４４は、それらの間にカップインサートを配置する必要性を排除するために、例えばろう付けにより直接接合されることが好ましい。

　本発明によると、ドーム３６は環状でありかつ該ドーム３６の外径の周りに設置された第１の端部４８を含むのが好ましいことが、図２〜図４から分かるであろう。第１の端部４８は、本明細書により詳細に述べる方法で外側ライナ３２及び外側カウル５０に接合されることが好ましい。ドーム３６は更に、該ドーム３６の内径の周りに、第１のドーム端部４８から半径方向内側に設置された第２の端部５２を含み、該ドーム３６の内径の周りにおいて、第２の端部５２は、第１のドーム端部４８、外側ライナ３２及び外側カウル５０の場合の接合と同様に、内側ライナ３４及び内側カウル５４に接合されるのが好ましい。より具体的には、第１のコネクタ５６が、第１のドーム端部４８、外側ライナ３２及び外側カウル５０を、それらが適当に整列されたとき積層体として互いに接合することが分かるであろう。同様に、第２のコネクタ５８が、第２のドーム端部５２、内側ライナ３４及び内側カウル５４を、それらが整列状態にされたとき積層体として互いに接合する。

　ドーム３６は、第１のドーム端部４８から外側ライナ３２に隣接して後方に（すなわち、燃焼室３０の方向に）延びる第１の部分６０と、第２のドーム端部５２から内側ライナ３４に隣接して後方に延びる第２の部分６２とを含むのが好ましい。ドーム３６は更に、めがねプレート４４に接合され、それぞれ燃料／空気ミキサ３８及び長手方向軸線２８から半径方向外向き及び半径方向内向きに拡大するのが好ましい第３のドーム部分６４及び第４のドーム部分６６を含むことが分かるであろう。第５のドーム部分６８が、第１のドーム部分６０と第３のドーム部分６４とを接合するように設けられ、この第５のドーム部分６８は、第１のドーム部分６０と第３のドーム部分６４との間の角度のある状態に適合するように非直線である。同様に、第６のドーム部分７０が、第２のドーム部分６２と第４のドーム部分６６とを接合するように設けられ、この第６のドーム部分７０は、第２のドーム部分６２と第４のドーム部分６６との間の角度のある状態に適合するように非直線である。

　第５のドーム部分６８及び第６のドーム部分７０は、それぞれ断面が円弧形であり、燃焼器の環境の厳しさにより良好に耐えるために指定された半径（指定半径）を有するようになっているのが好ましいことが理解されるであろう。第５及び第６のドーム部分６８及び７０の半径Ｒは、ドーム３６の厚さｔの関数であり、この半径Ｒは、好ましくは厚さｔの少なくとも２倍、最適には厚さｔのおよそ３〜５倍である。現行の構成では、燃焼器ドーム３６の厚さｔは、およそ０．０３０〜０．０３８インチ（０．７６２〜０．９６５mm）の範囲内であるのが好ましく、その結果、第５及び第６のドーム部分６８及び７０の半径Ｒは、およそ０．０６０〜０．１２０インチ（１．５２４〜３．０４８mm）の範囲内にあるのが好ましい。

　従来の設計に匹敵する燃焼器１６の作動特性を維持するためには、ドーム３６は、その外径及び内径に形成された複数の円周方向に間隔を置いて配置された波形部７２及び７４を含むのが好ましい。各波形部７２は、ドーム３６と外側ライナ３２との間に開口７６を形成し、一方、各波形部７４は、ドーム３６と内側ライナ３４との間に開口７８を形成するので、冷却空気がそれら開口を通って流れることが可能になる。波形部７２及び７４は、図４で見ると、ほぼ台形の形状であるが、これら波形部は、所望の空気流量を可能にするようないかなる形状とすることもできることが分かるであろう。

　ドーム３６は、単一部品の構造であり、金属薄板で製作されるのが好ましいが、他の類似の材料を使用してもよいことが理解されるであろう。

　本発明の好ましい実施形態を図示しかつ説明してきたが、当業者は、本発明の技術的範囲から逸脱することなく、適当な変更により燃焼器及びそのドームの更なる翻案を達成することができる。なお、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。

本発明の燃焼器のような燃焼器を含むガスタービンエンジンの概略断面図。本発明による燃焼器ドームを含む、図１に示す燃焼器の断面図。図２に示す燃焼器の拡大部分断面図。分かり易くするために燃料／空気ミキサを省略した、図３の線４−４に沿って取られた、図２及び図３に示す燃焼器の後方から前方を見た部分図。

符号の説明

　１６　燃焼器
　３０　燃焼室
　３２　外側ライナ
　３４　内側ライナ
　３６　燃焼器ドーム
　３８　燃料／空気ミキサ
　４６　スワーラ

Claims

それを通して延びる長手方向軸線（２８）を有するガスタービンエンジン（１０）用の燃焼器（１６）であって、
　（ａ）内側ライナ（３４）と、
　（ｂ）前記内側ライナ（３４）から半径方向に間隔を置いて配置された外側ライナ（３２）と、
　（ｃ）前記内側及び外側ライナ（３４、３２）に接合された環状のドーム（３６）と、を含み、該ドーム（３６）が更に、
　（１）前記燃焼器（１６）の前記外側ライナ（３２）に接合された第１の端部（４８）と、
　（２）前記第１の端部（４８）から半径方向に間隔を置いて配置され、かつ前記燃焼器（１６）の前記内側ライナ（３４）に接合された第２の端部（５２）と、
　（３）前記第１の端部（４８）から前記外側ライナ（３２）に隣接して後方に延びる第１の部分（６０）と、
　（４）前記第２の端部（５２）から前記内側ライナ（３４）に隣接して後方に延びる第２の部分（６２）と、
　（５）その内径から延び、かつ前記長手方向軸線（２８）に対して半径方向外向きに拡大する第３の部分（６４）と、
　（６）その内径から延び、かつ前記長手方向軸線（２８）に対して半径方向内向きに拡大する第４の部分（６６）と、
　（７）前記第１のドーム部分（６０）と前記第３のドーム部分（６４）とを接合する円弧形の第５の部分（６８）と、
　（８）前記第２のドーム部分（６２）と前記第４のドーム部分（６６）とを接合する円弧形の第６の部分（７０）と、を含み、該燃焼器が更に、
　（ｄ）前記第２のドーム端部（５２）に接合され、かつ前記ドーム（３６）内部に円周方向に間隔を置いて配置された複数の空気／燃料ミキサ（３８）と、
　（ｅ）前記外側ライナ（３２）に接合された外側カウル（５０）と、
　（ｆ）前記内側ライナ（３４）に接合された内側カウル（５４）と、を含み、
　燃焼室（３０）が、前記内側ライナ（３４）、前記外側ライナ（３２）、及び前記ドーム（３６）により形成されている、
ことを特徴とする燃焼器（１６）。
該燃焼器（１６）が、単一の環状燃焼器であることを特徴とする、請求項１に記載の燃焼器（１６）。
前記燃焼器ドーム（３６）が、単一片の金属薄板で形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の燃焼器（１６）。
前記円弧形の第５及び第６のドーム部分（６８、７０）が、指定半径（Ｒ）を有することを特徴とする、請求項１に記載の燃焼器（１６）。
前記第５及び第６のドーム部分（６８、７０）の前記指定半径（Ｒ）が、前記燃焼器ドーム（３６）の厚さ（ｔ）の関数であることを特徴とする、請求項４に記載の燃焼器（１６）。
前記指定半径（Ｒ）が、前記燃焼器ドーム（３６）の厚さ（ｔ）の少なくとも２倍であることを特徴とする、請求項５に記載の燃焼器（１６）。
前記指定半径（Ｒ）が、前記燃焼器ドーム（３６）の厚さ（ｔ）のおよそ３〜５倍であることを特徴とする、請求項５に記載の燃焼器（１６）。
前記第１のドーム部分（６０）内に形成された複数の円周方向に間隔を置いて配置された波形部（７２）を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の燃焼器（１６）。
前記第２のドーム部分（６２）内に形成された複数の円周方向に間隔を置いて配置された波形部（７４）を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の燃焼器（１６）。
開口（７６）が、各波形部（７２）と前記外側ライナ（３２）との間に形成されて、該開口を通して空気が流れることを可能にすることを特徴とする、請求項８に記載の燃焼器（１６）。
開口（７８）が、各波形部（７４）と前記内側ライナ（３４）との間に形成されて、該開口を通して空気が流れることを可能にすることを特徴とする、請求項９に記載の燃焼器（１６）。
前記第１のドーム端部（４８）が、前記第５のドーム部分（６８）から前方の位置において前記外側ライナ（３２）に接合されていることを特徴とする、請求項１に記載の燃焼器（１６）。
前記第２のドーム端部（５２）が、前記第６のドーム部分（７０）から前方の位置において前記内側ライナ（３４）に接合されていることを特徴とする、請求項１に記載の燃焼器（１６）。
それを通して延びる長手方向軸線（２８）を有するガスタービンエンジン（１０）の燃焼器（１６）用の環状のドーム（３６）であって、
　（ａ）前記燃焼器（１６）の燃料／空気ミキサ（３８）に接合された第１の端部と、
　（ｂ）前記燃焼器（１６）のライナ（３２／３４）に接合された第２の端部（４８／５２）と、
　（ｃ）前記第１の端部から後方に延び、かつ前記長手方向軸線（２８）から半径方向外向きに拡大する第１の部分（６４／６６）と、
　（ｄ）前記第２の端部（４８／５２）から前記ライナ（３２／３４）に隣接して後方に延びる第２の部分（６０／６２）と、
　（ｅ）前記第１のドーム部分（６４／６６）と前記第２のドーム部分（６０／６２）とを接合する円弧形の第３の部分（６８／７０）と、
を含むことを特徴とする燃焼器用の環状のドーム（３６）。
該燃焼器ドーム（３６）が、単一片の金属薄板で形成されていることを特徴とする、請求項１４に記載の燃焼器ドーム（３６）。
該燃焼器ドーム（３６）の前記第２の端部（５２）が、前記燃焼器（１６）の内側ライナ（３４）及び内側カウル（５４）に接合されていることを特徴とする、請求項１４に記載の燃焼器ドーム（３６）。
該燃焼器ドーム（３６）の前記第２の端部（４８）が、前記燃焼器（１６）の外側ライナ（３２）及び外側カウル（５０）に接合されていることを特徴とする、請求項１４に記載の燃焼器ドーム（３６）。
前記円弧形の第３のドーム部分（６８／７０）が、指定半径（Ｒ）を有することを特徴とする、請求項１４に記載の燃焼器ドーム（３６）。
前記円弧形の第３のドーム部分（６８／７０）の前記指定半径（Ｒ）が、該燃焼器ドーム（３６）の厚さ（ｔ）の関数であることを特徴とする、請求項１８に記載の燃焼器ドーム（３６）。
前記指定半径（Ｒ）が、該燃焼器ドーム（３６）の厚さ（ｔ）の少なくとも２倍であることを特徴とする、請求項１９に記載の燃焼器ドーム（３６）。
前記指定半径（Ｒ）が、該燃焼器ドーム（３６）の厚さ（ｔ）のおよそ３〜５倍であることを特徴とする、請求項１９に記載の燃焼器ドーム（３６）。
前記第2のドーム部分（６０／６２）内に形成された複数の円周方向に間隔を置いて配置された波形部（７２／７４）を更に含むことを特徴とする、請求項１４に記載の燃焼器ドーム（３６）。
開口（７６／７８）が、各波形部（７２／７４）と前記ライナ（３２／３４）との間に形成されて、該開口を通して空気が流れることを可能にすることを特徴とする、請求項２２に記載の燃焼器ドーム（３６）。
前記第2のドーム部分（６０／６２）が、前記第３のドーム部分（６８／７０）から前方の位置において前記ライナ（３２／３４）に接合されていることを特徴とする、請求項１４に記載の燃焼器ドーム（３６）。