JP2005308389A - Method and device for manufacturing gas turbine engine combustor - Google Patents

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David Allen Kastrup
デビッド・アレン・カストラップ
Jeffrey Michael Martini
ジェフリー・マイケル・マルティーニ
Douglas Marti Fortuna
ダグラス・マーティ・フォーテュナ
Timothy James Held
ティモシー・ジェームズ・ヘルド
Vane Shaun Michael De
ショーン・マイケル・ドゥ・ヴェイン
James Neil Cooper
ジェームズ・ニール・クーパー
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    • 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
    • F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/04—Air inlet arrangements
    • F23R3/10—Air inlet arrangements for primary air
    • F23R3/12—Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex
    • F23R3/14—Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex by using swirl vanes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2211/00—Thermal dilatation prevention or compensation

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas turbine engine combustor 16. <P>SOLUTION: This engine combustor includes a Venturi 36 and a secondary swirler 34 extending around the Venturi in the circumferential direction. The secondary swirler has a gap 120 between a part of the secondary swirler and the Venturi. A primary swirler 32 connected to the Venturi 36 is arranged so that the Venturi is between the secondary swirler 34 and the primary swirler 34. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本出願は、総括的にはガスタービンエンジンに関し、より具体的にはガスタービンエンジン用の燃焼器に関する。   The present application relates generally to gas turbine engines, and more specifically to a combustor for a gas turbine engine.

燃焼器は、ガスタービンエンジン内で燃料及び空気の混合気を燃焼させるために用いられる。公知の燃焼器は、燃焼帯を形成する燃焼器ライナに取付けられた少なくとも１つのドームを含む。燃料噴射装置は、ドームと流れ連通状態で燃焼器に取付けられ、燃焼帯に燃料を供給する。燃料は、メガネプレート又はドームプレートに取付けられたドーム組立体を通して燃焼器に流入する。   A combustor is used to burn a fuel and air mixture in a gas turbine engine. Known combustors include at least one dome attached to a combustor liner that forms a combustion zone. The fuel injector is attached to the combustor in flow communication with the dome and supplies fuel to the combustion zone. Fuel flows into the combustor through a dome assembly attached to the eyeglass plate or dome plate.

少なくとも一部の公知のドーム組立体は、ドームプレートに固定されかつベンチュリから半径方向外側に位置する空気スワーラを含む。ベンチュリは、発散形であり、空気と燃料とを混合するのを可能にしかつ混合気を半径方向外向きに燃焼帯内に拡散するのを可能にする。   At least some known dome assemblies include an air swirler secured to the dome plate and located radially outward from the venturi. The venturi is divergent, allowing air and fuel to mix and allowing the air / fuel mixture to diffuse radially outwardly into the combustion zone.

窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減を可能にするために、少なくとも一部の公知のガスタービンエンジン燃焼器内には水が噴射される。しかしながら、水噴射を使用して継続的に作動させることは、燃焼器ベンチュリの材料の劣化及び／又は侵食の原因となる可能性がある。より具体的には、水及び燃料は、一般的に燃焼器ベンチュリを通して噴霧されるので、水がベンチュリに接触すると、水の高い作動温度は、「爆発沸騰」として知られている作用で水を瞬時に液体から蒸気に変化さることになる。時間の経過とともに、このような爆発沸騰は、水とベンチュリと間の衝突部位での材料の劣化及び／又は離脱を招くおそれがある。水噴射の影響を少なくするのを可能にするために、少なくとも一部の公知の燃焼器ベンチュリは、セラミック皮膜で被覆される。このような皮膜は水噴射の影響を少なくするることができるが、かかる皮膜はまた、製作時間及び費用を増大させる。
米国特許第６，５７１，５５９号公報 Water is injected into at least some known gas turbine engine combustors to enable reduction of nitrogen oxides (NOx). However, continuous operation using water jets can cause combustor venturi material degradation and / or erosion. More specifically, since water and fuel are typically sprayed through the combustor venturi, when water contacts the venturi, the high operating temperature of the water causes water to be removed by an action known as “explosion boiling”. It will instantly change from liquid to vapor. Over time, such explosive boiling can lead to material degradation and / or detachment at the site of collision between water and the venturi. In order to be able to reduce the effects of water injection, at least some known combustor venturis are coated with a ceramic coating. While such coatings can reduce the effects of water jets, such coatings also increase fabrication time and cost.
US Pat. No. 6,571,559

１つの実施形態では、ガスタービンエンジン燃焼器を製作する方法を提供する。本方法は、ベンチュリを１次スワーラに結合する段階と、ベンチュリの一部分と１次スワーラ及び２次スワーラの１つの一部分との間にギャップが形成されるようにベンチュリを２次スワーラに結合する段階とを含む。   In one embodiment, a method for fabricating a gas turbine engine combustor is provided. The method includes coupling a venturi to a primary swirler and coupling the venturi to the secondary swirler such that a gap is formed between a portion of the venturi and a portion of the primary swirler and one of the secondary swirlers. Including.

別の実施形態では、ガスタービンエンジン用の燃焼器を提供する。本燃焼器は、ベンチュリと、ベンチュリの周りで円周方向に延びる２次スワーラとを含む。２次スワーラは、該２次スワーラの一部分とベンチュリとの間にギャップが形成されるようにベンチュリに結合される。   In another embodiment, a combustor for a gas turbine engine is provided. The combustor includes a venturi and a secondary swirler that extends circumferentially around the venturi. The secondary swirler is coupled to the venturi such that a gap is formed between a portion of the secondary swirler and the venturi.

さらに別の実施形態では、ガスタービンエンジンを提供する。本ガスタービンエンジンは、少なくとも１つの環状の空気スワーラと環状のベンチュリとを備えた燃焼器を含む。環状の空気スワーラは、該空気スワーラの一部分とベンチュリとの間にギャップが形成されようにベンチュリに結合される。   In yet another embodiment, a gas turbine engine is provided. The gas turbine engine includes a combustor with at least one annular air swirler and an annular venturi. The annular air swirler is coupled to the venturi such that a gap is formed between a portion of the air swirler and the venturi.

図１は、低圧圧縮機１２、高圧圧縮機１４及び燃焼器１６を含むガスタービンエンジン１０の概略図である。エンジン１０はまた、高圧タービン１８及び低圧タービン２０を含む。燃焼器１６は、上流側２２と、少なくとも１つのドーム（図示せず）とを含む。１つの実施形態では、ガスタービンエンジンは、オハイオ州シンシナティ所在のＧｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙから購入可能なＬＭＳ１００型エンジンである。   FIG. 1 is a schematic diagram of a gas turbine engine 10 that includes a low pressure compressor 12, a high pressure compressor 14, and a combustor 16. The engine 10 also includes a high pressure turbine 18 and a low pressure turbine 20. The combustor 16 includes an upstream side 22 and at least one dome (not shown). In one embodiment, the gas turbine engine is an LMS100 engine available from General Electric Company, Cincinnati, Ohio.

動作中、空気は低圧圧縮機１２を通って流れ、加圧された空気が低圧圧縮機１２から高圧圧縮機１４に供給される。高度に加圧された空気は、燃焼器１６に送給される。燃焼器１６からの空気流（図１には図示せず）は、タービン１８及び２０を駆動する。   In operation, air flows through the low pressure compressor 12 and pressurized air is supplied from the low pressure compressor 12 to the high pressure compressor 14. The highly pressurized air is delivered to the combustor 16. Airflow (not shown in FIG. 1) from combustor 16 drives turbines 18 and 20.

図２は、ガスタービンエンジン１０で用いることができる、燃焼器１６のような燃焼器の一部分の断面図である。燃焼器１６は、複数のスワーラ組立体３０を含み、スワーラ組立体３０の各々は、１次スワーラ３２と、２次スワーラ３４と、それぞれ１次及び２次スワーラ３２及び３４に結合されたベンチュリ３６とを含む。１次スワーラ３２、２次スワーラ３４及びベンチュリ３６は各々、スワーラ組立体３０の軸方向中心線３８と同軸に整列される。   FIG. 2 is a cross-sectional view of a portion of a combustor, such as combustor 16, that may be used with gas turbine engine 10. The combustor 16 includes a plurality of swirler assemblies 30, each of which is coupled to a primary swirler 32, a secondary swirler 34, and primary and secondary swirlers 32 and 34, respectively. Including. Primary swirler 32, secondary swirler 34, and venturi 36 are each aligned coaxially with an axial centerline 38 of swirler assembly 30.

１次スワーラ３２は、外周部４２、内側面４４及び外側面４６によって形成されたほぼ円筒形の本体４０を含む。半径方向開口４８がそれぞれ内側及び外側面４４及び４６間で延びる。１次スワーラ３２が燃焼器１６内に結合されると、外側面４６は上流方向に面し、内側面４４は下流方向に面する。複数のスワール羽根５０は、開口４８の周りで円周方向に延びかつ内側面４４とベンチュリ３６との間で延びる。別の実施形態では、スワール羽根５０は、半径方向外側又は上流壁５２と半径方向内側又は下流壁（図示せず）との間で延びる。この例示的な実施形態では、１次スワール羽根５０は、等距離に間隙を置いて配置されかつスワーラ組立体３０を通る燃料／空気混合気に旋回動作を生じさせるように配向される。   The primary swirler 32 includes a generally cylindrical body 40 formed by an outer periphery 42, an inner surface 44 and an outer surface 46. A radial opening 48 extends between the inner and outer surfaces 44 and 46, respectively. When the primary swirler 32 is coupled into the combustor 16, the outer surface 46 faces the upstream direction and the inner surface 44 faces the downstream direction. The plurality of swirl blades 50 extend circumferentially around the opening 48 and extend between the inner surface 44 and the venturi 36. In another embodiment, the swirl vane 50 extends between a radially outer or upstream wall 52 and a radially inner or downstream wall (not shown). In this exemplary embodiment, primary swirl vanes 50 are oriented to cause a swirling motion in the fuel / air mixture that is spaced equidistantly and that passes through swirler assembly 30.

２次スワーラ３４は、内側壁６０と、外側壁６２と、それらの間で延びる流路６４とを含む。この例示的な実施形態では、２次スワーラ３４は、内側壁６０と外側壁６２とを含む二部品組立体である。これに代えて、２次スワーラ３４は、一体形成の単一部品組立体とすることができる。流路６４は、上流側端部６６と下流側端部６８とを有する。内側及び外側壁６０及び６２は、それぞれスワーラ組立体３０の軸方向中心線３８の周りで円周方向に延びる。２次スワーラ３４のフランジ部分７０は、流路上流側端部６６から半径方向外向きに距離７２だけ延びて、フランジ部分７０の外周部７４が１次スワーラ外周部４２とほぼ整列するようになる。フランジ部分７０は、フランジ部分７０を通して空気が流路６４に供給されるように流路６４と流れ連通状態になっている。   Secondary swirler 34 includes an inner wall 60, an outer wall 62, and a flow path 64 extending therebetween. In the exemplary embodiment, secondary swirler 34 is a two-part assembly that includes an inner wall 60 and an outer wall 62. Alternatively, the secondary swirler 34 can be an integrally formed single part assembly. The flow path 64 has an upstream end 66 and a downstream end 68. Inner and outer walls 60 and 62 each extend circumferentially about the axial centerline 38 of the swirler assembly 30. The flange portion 70 of the secondary swirler 34 extends radially outward from the flow path upstream end 66 by a distance 72 so that the outer peripheral portion 74 of the flange portion 70 is substantially aligned with the primary swirler outer peripheral portion 42. . The flange portion 70 is in flow communication with the flow path 64 so that air is supplied to the flow path 64 through the flange portion 70.

複数のスワール羽根８０は、外側壁６２の内側面８２から内側壁６０の内側面８４まで延びる。この例示的な実施形態では、内側及び外側壁６０及び６２はそれぞれ、２次スワール羽根８０を内側壁６０にロウ付け又は溶接することによって互いに結合される。別の実施形態では、外側壁６２及び内側壁６０は、互いに一体に形成され、２次スワール羽根８０がそれらの間で延びる。この例示的な実施形態では、２次スワール羽根８０は、等距離に間隙を置いて配置されかつ流路６４を通って流れる空気に旋回動作を生じさせるように配向される。この例示的な実施形態では、１次及び２次スワール羽根５０及び８０は、反対方向に配向されて、２次空気流及び１次空気流が合流したときに、燃料／空気混合気の混合を促進するように対向する旋回流の形成を生じるようになる。別の実施形態では、１次及び２次スワール羽根５０及び８０は、ほぼ同一方向に配向されて燃料／空気混合気内に同様の旋回流が形成されるようになる。   The plurality of swirl blades 80 extend from the inner surface 82 of the outer wall 62 to the inner surface 84 of the inner wall 60. In this exemplary embodiment, the inner and outer walls 60 and 62 are joined together by brazing or welding secondary swirl vanes 80 to the inner wall 60, respectively. In another embodiment, the outer wall 62 and the inner wall 60 are integrally formed with each other and a secondary swirl vane 80 extends therebetween. In this exemplary embodiment, secondary swirl vanes 80 are spaced to equidistantly and are oriented to cause a swirling action on air flowing through flow path 64. In this exemplary embodiment, the primary and secondary swirl blades 50 and 80 are oriented in opposite directions to mix the fuel / air mixture when the secondary air flow and the primary air flow merge. As a result, an opposing swirl flow is formed. In another embodiment, the primary and secondary swirl blades 50 and 80 are oriented in substantially the same direction so that a similar swirl flow is formed in the fuel / air mixture.

ベンチュリ３６は、ほぼ環状の本体９０を含み、本体は、ベンチュリ３６の上流側端部９６からベンチュリ３６の下流側端部９８まで延びる内側面９２及び外側面９４を有する。ベンチュリ３６は、上流側端部９６に隣接して配置されたフランジ部分１００と、フランジ部分１００から下流側端部９８まで延びるスロート部分１０２とを含む。スロート部分１０２は、スワーラ組立体の軸方向中心線３８に沿ってほぼ軸方向に延び、フランジ部分１００は、スロート部分１０２から距離１０６だけ半径方向外向きに延びて、ベンチュリフランジ部分１００の外周部１０８が、それぞれ１次スワーラ及び２次スワーラ外周部４２及び７４にほぼ整列するようになる。   The venturi 36 includes a generally annular body 90 that has an inner surface 92 and an outer surface 94 that extend from an upstream end 96 of the venturi 36 to a downstream end 98 of the venturi 36. Venturi 36 includes a flange portion 100 disposed adjacent to upstream end 96 and a throat portion 102 extending from flange portion 100 to downstream end 98. The throat portion 102 extends generally axially along the axial centerline 38 of the swirler assembly, and the flange portion 100 extends radially outward from the throat portion 102 by a distance 106 to provide an outer periphery of the venturi flange portion 100. 108 become substantially aligned with primary swirler and secondary swirler perimeters 42 and 74, respectively.

この例示的な実施形態では、ベンチュリフランジ部分１００は、１次スワーラ３２及び２次スワーラ３４間で延びて、ベンチュリ内側面９２が１次スワール羽根５０に当接して結合されかつベンチュリ外側面９４が２次スワーラ内側壁６０の外側面１１０に当接して結合されるようになる。別の実施形態では、内側面９２は、１次スワーラ内側壁（図示せず）に当接して結合される。より具体的には、この例示的な実施形態では、フランジ部分１００は、ロウ付け工程又は溶接工程によってそれぞれ１次及び２次スワーラ３２及び３４に結合される。   In this exemplary embodiment, the venturi flange portion 100 extends between the primary swirler 32 and the secondary swirler 34 so that the venturi inner surface 92 is coupled against the primary swirl blade 50 and the venturi outer surface 94 is It comes into contact with the outer surface 110 of the inner wall 60 of the secondary swirler 60 to be coupled. In another embodiment, the inner surface 92 abuts and is coupled to a primary swirler inner wall (not shown). More specifically, in this exemplary embodiment, flange portion 100 is coupled to primary and secondary swirlers 32 and 34, respectively, by a brazing process or a welding process.

ベンチュリ３６は１次スワーラ３２から下流方向に延びて、スワーラ３２から吐出された空気流がベンチュリ３６を通って流れ、それによりベンチュリ３６を通って流れる空気流に旋回動作を生じさせる。具体的には、ベンチュリ３６内に吐出された空気流は、フランジ部分１００によってスロート部分１０２内に導かれる。スロート部分１０２は、最小スロート直径Ｄ１が下流側端部９８から距離１１２だけ上流に位置するようにフランジ部分１００から下流側端部９８に延びる収束・発散断面輪郭を有する。従って、スロート直径Ｄ１は、１次スワーラ開口４８の直径Ｄ２よりも小さく、下流側端部９８におけるベンチュリ３６の直径Ｄ３よりも小さい。 The venturi 36 extends downstream from the primary swirler 32 so that the air flow discharged from the swirler 32 flows through the venturi 36, thereby causing a swirling action on the air flow flowing through the venturi 36. Specifically, the air flow discharged into the venturi 36 is guided into the throat portion 102 by the flange portion 100. The throat portion 102 has a converging / diverging cross-sectional profile extending from the flange portion 100 to the downstream end 98 such that the minimum throat diameter D 1 is located a distance 112 upstream from the downstream end 98. Accordingly, the throat diameter D 1 is smaller than the diameter D 2 of the primary swirler opening 48 and smaller than the diameter D 3 of the venturi 36 at the downstream end 98.

２次スワーラ３４はベンチュリスロート部分１０２を囲み、スロート部分１０２の一部分は２次スワーラ３４に結合される。具体的には、ベンチュリ外側面９４の一部分１１４は、摺動嵌合で２次スワーラ内側壁外側面１１０の一部分１１６に結合される。ベンチュリ３６と２次スワーラ３４との間に形成された摺動嵌合継手は、ベンチュリ３６が２次スワーラ３４の熱膨張を吸収するのを可能にし、また下流側端部９８におけるベンチュリ３６と２次スワーラ３４との間での燃料、水及び空気の吸込みを防止するのを可能にする。別の実施形態では、ベンチュリ下流側端部９８は、ロウ付け又は溶接工程によって２次スワーラ３４に結合される。   Secondary swirler 34 surrounds venturi throat portion 102 and a portion of throat portion 102 is coupled to secondary swirler 34. Specifically, a portion 114 of the venturi outer surface 94 is coupled to a portion 116 of the secondary swirler inner wall outer surface 110 in a sliding fit. A sliding fit joint formed between the venturi 36 and the secondary swirler 34 allows the venturi 36 to absorb the thermal expansion of the secondary swirler 34 and also allows the venturis 36 and 2 at the downstream end 98 to be absorbed. This makes it possible to prevent the intake of fuel, water and air from / to the next swirler 34. In another embodiment, the venturi downstream end 98 is coupled to the secondary swirler 34 by a brazing or welding process.

一般的に、ベンチュリ外側面９４と２次スワーラ内側壁６０との間には、部分的にギャップ１２０が形成される。この例示的な実施形態では、ギャップ１２０は、それぞれベンチュリ及び２次スワーラフランジ部分３６及び３４から、ベンチュリ３６及び２次スワーラ３４が互いに固定結合されるベンチュリ下流側端部９８に向かって延びる。ギャップ１２０は、ベンチュリ３６と２次スワーラ流路６４との間に停滞空気空洞を形成し、この停滞空気空洞が、流路６４周りの高温からベンチュリ３６を断熱することを可能にする。従って、ギャップ１２０はまた、ベンチュリ外側面９４上での「爆発沸騰」の発生率を低下させることを可能にし、それによりベンチュリ外側面上のセラミック皮膜の必要性を最小限にする。しかしながら、別の実施形態では、ベンチュリ外側面９４は、セラミック皮膜で被覆される。さらに別の実施形態では、ベンチュリ内側及び／又は外側面９２及び／又は９４は断熱皮膜で被覆されて、ベンチュリ３６を高温から断熱するのを可能にする。   In general, a gap 120 is partially formed between the venturi outer surface 94 and the secondary swirler inner wall 60. In the exemplary embodiment, gap 120 extends from venturi and secondary swirler flange portions 36 and 34, respectively, toward venturi downstream end 98 where venturi 36 and secondary swirler 34 are fixedly coupled to each other. The gap 120 forms a stagnant air cavity between the venturi 36 and the secondary swirler flow path 64, which allows the venturi 36 to be insulated from the high temperature around the flow path 64. Thus, the gap 120 also allows a reduction in the incidence of “explosive boiling” on the venturi outer surface 94, thereby minimizing the need for a ceramic coating on the venturi outer surface. However, in another embodiment, the venturi outer surface 94 is coated with a ceramic coating. In yet another embodiment, the venturi inner and / or outer surfaces 92 and / or 94 are coated with a thermal barrier coating to allow the venturi 36 to be insulated from high temperatures.

この例示的な実施形態では、複数の開口部１２２が、２次スワーラ内側壁６０を貫通して延びて流路６４とギャップ１２０とを流れ連通状態で結合する。開口部１２２により、流路６４を通って流れるブリード空気がギャップ１２０に流入して、ギャップ１２０を通るパージ流を形成することを可能にする。パージ流は、燃料、水及び空気のギャップ１２０内への吸込みを防止するのを可能にする。別の実施形態では、流路６４とギャップ１２０との間に開口部を設けない。   In this exemplary embodiment, a plurality of openings 122 extend through the secondary swirler inner wall 60 to couple the flow path 64 and the gap 120 in flow communication. The opening 122 allows bleed air flowing through the flow path 64 to enter the gap 120 to form a purge flow through the gap 120. The purge flow makes it possible to prevent the intake of fuel, water and air into the gap 120. In another embodiment, no opening is provided between the flow path 64 and the gap 120.

この例示的な実施形態では、１次スワーラ３２、２次スワーラ３４及びベンチュリ３６のようなスワーラ組立体３０の個々の構成部品は、異なる材料で製造されかつ組立てられて、摩耗特性及び性能特性を最適化するのを可能にする。例えば、１次スワーラ３２は、摩耗を最適化するのを可能にするように選択した材料で製作され、２次スワーラ３４は、熱特性を最適化しかつベンチュリ３６と接合するのを可能にするように選択した異なる材料で製作される。さらに、ベンチュリ３６は、噴霧した燃料及び水の存在下で摩耗特性を最適化するのを可能にしかつそれぞれ１次及び２次スワーラ３２及び３４と接合するのを可能にするように選択した材料で製作される。   In this exemplary embodiment, the individual components of swirler assembly 30, such as primary swirler 32, secondary swirler 34, and venturi 36, are manufactured and assembled from different materials to provide wear and performance characteristics. Allows to optimize. For example, the primary swirler 32 is made of a material selected to allow wear to be optimized, and the secondary swirler 34 optimizes the thermal properties and allows it to be joined to the venturi 36. Made with different materials selected. In addition, the venturi 36 is a material selected to enable optimization of wear characteristics in the presence of sprayed fuel and water and to allow bonding with the primary and secondary swirlers 32 and 34, respectively. Produced.

動作中、空気／燃料混合気は、スワーラ組立体３０を通って下流方向に流れる。混合気が１次スワーラ開口４８を通って流れるので、混合気は、１次スワーラ３２からの旋回空気と混合される。旋回動作は、スワーラ組立体３０から燃焼帯内に混合気を半径方向外向きに拡散するのを促進する。混合気がスワーラ組立体３０から流れるとき、混合気は、２次スワーラ流路６４によって供給された空気とさらに混合される。   During operation, the air / fuel mixture flows downstream through the swirler assembly 30. As the air-fuel mixture flows through the primary swirler opening 48, the air-fuel mixture is mixed with swirling air from the primary swirler 32. The swirl action facilitates the outward diffusion of the air-fuel mixture from the swirler assembly 30 into the combustion zone. As the mixture flows from the swirler assembly 30, the mixture is further mixed with the air supplied by the secondary swirler flow path 64.

図３は、燃焼器１６（図１に示す）のような燃焼器と組合せて用いることができるスワーラ組立体１３０の別の実施形態の断面図である。スワーラ組立体１３０は、図２に示すスワーラ組立体３０とほぼ同様であり、スワーラ組立体３０の構成要素と同一であるスワーラ組立体１３０の構成要素は、図３において、図２で用いたのと同じ参照符号を用いて特定する。従って、スワーラ組立体１３０は、１次スワーラ３２、２次スワーラ３４及びベンチュリ３６を含む。   FIG. 3 is a cross-sectional view of another embodiment of a swirler assembly 130 that may be used in combination with a combustor, such as combustor 16 (shown in FIG. 1). The swirler assembly 130 is substantially the same as the swirler assembly 30 shown in FIG. 2, and the components of the swirler assembly 130 that are identical to the components of the swirler assembly 30 are the same as those used in FIG. Are identified using the same reference numerals. Accordingly, the swirler assembly 130 includes a primary swirler 32, a secondary swirler 34, and a venturi 36.

１次スワーラ３２は、半径方向外側壁５２と、半径方向内側壁１４０と、それぞれ内側及び外側壁１４０及び５２間で延びる半径方向開口１４２とを含む。各壁５２及び１４０は、それぞれ内側面１４４及び１４６と、それぞれ外側面１４８及び１５０と、それぞれそれらの間で延びる外周部１５２及び１５４とを有する。１次スワーラ３２が燃焼器１６内に適正に配置されると、外側面１４８及び１５０は上流方向に面し、内側面１４４及び１４６は下流方向に面する。スワール羽根５０は、開口１４２の周りで円周方向に延びかつ外側壁１４０と内側壁５２との間で延びる。   Primary swirler 32 includes a radially outer wall 52, a radially inner wall 140, and a radial opening 142 extending between inner and outer walls 140 and 52, respectively. Each wall 52 and 140 has an inner surface 144 and 146, an outer surface 148 and 150, respectively, and an outer periphery 152 and 154 extending therebetween, respectively. When primary swirler 32 is properly positioned within combustor 16, outer surfaces 148 and 150 face upstream and inner surfaces 144 and 146 face downstream. The swirl blade 50 extends circumferentially around the opening 142 and extends between the outer wall 140 and the inner wall 52.

２次スワーラ３４は、内側壁６０と、外側壁６２と、それらの間で延びる流路６４とを含む。この例示的な実施形態では、２次スワーラ内側壁６０は、１次スワーラ３２に向かって外向きに延びるリッジ１６０を有し、１次スワーラ内側壁５２は、リッジ１６０に係合する上部ショルダ１６２を有する。スワール羽根８０は、フランジ部分７０内で内側壁内側面８４から外側壁内側面８２まで延びる。フランジ部分７０は、フランジ部分７０を通して流路６４に空気を供給するように流路６４と流れ連通状態になっている。   Secondary swirler 34 includes an inner wall 60, an outer wall 62, and a flow path 64 extending therebetween. In this exemplary embodiment, the secondary swirler inner wall 60 has a ridge 160 that extends outwardly toward the primary swirler 32, and the primary swirler inner wall 52 engages the upper shoulder 162 that engages the ridge 160. Have The swirl vane 80 extends from the inner wall inner surface 84 to the outer wall inner surface 82 in the flange portion 70. The flange portion 70 is in flow communication with the flow path 64 so as to supply air to the flow path 64 through the flange portion 70.

ベンチュリ３６は、上流側端部９６から下流側端部９８まで延びる内側面９２及び外側面９４を有する本体９０を含む。ベンチュリ３６は、上流側端部９６に、スロート部分１０２から延びるフランジ部分１７０を含む。フランジ部分１７０は、スロート部分１０２から半径方向外向きに距離１７２だけ延びて、ベンチュリフランジ部分１７０の外周部１７４が１次スワーラ３２と２次スワーラ３４との間に配置されるようになる。この例示的な実施形態では、ベンチュリ外周部１７４は、２次スワーラ内側壁６０から延びるリッジ１６０の下端縁１７６に当接しかつ１次スワーラ内側壁５２の下部ショルダ１７８に当接する。具体的には、ベンチュリフランジ部分１７０は、１次スワーラ３２及び２次スワーラ３４に当接して摺動嵌合で結合される。ベンチュリ３６とそれぞれ１次及び２次スワーラ３２及び３４との間に形成された摺動嵌合継手は、ベンチュリ３６がスワーラ３２及び３４の熱膨張を吸収するのを可能にし、またベンチュリ３６とスワーラ３２及び／又は３４と間での燃料、水及び／又は空気の吸込みを防止するのを可能にする。別の実施形態では、ベンチュリフランジ部分１７０は、ロウ付け又は溶接工程によってそれぞれ１次及び／又は２次スワーラ３２及び／又は３４に結合される。   Venturi 36 includes a body 90 having an inner surface 92 and an outer surface 94 that extend from upstream end 96 to downstream end 98. The venturi 36 includes a flange portion 170 that extends from the throat portion 102 at the upstream end 96. The flange portion 170 extends radially outward from the throat portion 102 by a distance 172 such that the outer periphery 174 of the venturi flange portion 170 is disposed between the primary swirler 32 and the secondary swirler 34. In this exemplary embodiment, the venturi perimeter 174 abuts the lower edge 176 of the ridge 160 extending from the secondary swirler inner wall 60 and a lower shoulder 178 of the primary swirler inner wall 52. Specifically, the venturi flange portion 170 contacts the primary swirler 32 and the secondary swirler 34 and is coupled by sliding fitting. Sliding mating joints formed between the venturi 36 and the primary and secondary swirlers 32 and 34, respectively, allow the venturi 36 to absorb the thermal expansion of the swirlers 32 and 34, and the venturi 36 and swirler. Making it possible to prevent inhalation of fuel, water and / or air between 32 and / or 34. In another embodiment, the venturi flange portion 170 is coupled to the primary and / or secondary swirlers 32 and / or 34, respectively, by a brazing or welding process.

２次スワーラ３４はベンチュリスロート部分１０２を囲み、スロート部分１０２の一部分１８０は２次スワーラ３４に結合される。具体的には、ベンチュリ外側面部分１１４は、下流側端部９８においてロウ付け工程又は溶接工程によって２次スワーラ内側壁６０に結合されて、ベンチュリ３６と２次スワーラ３４との間での燃料、水及び空気の吸込みを防止するのを可能にする。別の実施形態では、外側面９４は、摺動嵌合継手を介して内側壁６０に結合される。   The secondary swirler 34 surrounds the venturi throat portion 102 and a portion 180 of the throat portion 102 is coupled to the secondary swirler 34. Specifically, the venturi outer surface portion 114 is coupled to the secondary swirler inner wall 60 at the downstream end 98 by a brazing process or a welding process to provide fuel between the venturi 36 and the secondary swirler 34, It makes it possible to prevent inhalation of water and air. In another embodiment, the outer surface 94 is coupled to the inner wall 60 via a sliding fit joint.

ギャップ１２０が、ベンチュリ外側面９４と２次スワーラ内側壁６０との間に部分的に形成される。この例示的な実施形態では、ギャップ１２０は、それぞれベンチュリフランジ部分１７０及び２次スワーラフランジ部分７０から、ベンチュリ３６及び２次スワーラ３４が互いに固定結合されるベンチュリ下流側端部９８に向かって延びる。この例示的な実施形態では、開口部１２２が、流路６４及びギャップ１２０を流れ連通状態にするように流路６４とギャップ１２０との間で延びる。別の実施形態では、流路６４とギャップ１２０との間には、開口部は全く設けられない。   A gap 120 is partially formed between the venturi outer surface 94 and the secondary swirler inner wall 60. In this exemplary embodiment, gap 120 extends from venturi flange portion 170 and secondary swirler flange portion 70, respectively, toward venturi downstream end 98 to which venturi 36 and secondary swirler 34 are fixedly coupled together. In the exemplary embodiment, opening 122 extends between flow path 64 and gap 120 so that flow path 64 and gap 120 are in flow communication. In another embodiment, no opening is provided between the channel 64 and the gap 120.

上述のガスタービンエンジン用の燃焼器システムは、費用効果がありかつ信頼性がある。燃焼器システムは、１次スワーラ、２次スワーラ及びベンチュリを備えた多部品スワーラ組立体を含む。ベンチュリとスワーラの少なくとも１つとの間に、ベンチュリを低温にするのを可能にする停滞空気ギャップを設け、またベンチュリと空気流路との間に、空気ギャップ及び流路を流れ連通状態にする開口部を設ける。さらに、構成部品は互いに摺動嵌合されているので、構成部品は、それらの間に熱膨張が発生するの許すことを可能にする。その結果、スワーラ組立体は、信頼性がありかつ費用効果がある方法で燃焼器の耐用年数を延ばすことを可能にする。   The above-described combustor system for a gas turbine engine is cost effective and reliable. The combustor system includes a multi-part swirler assembly with a primary swirler, a secondary swirler and a venturi. A stagnant air gap is provided between the venturi and at least one of the swirlers that allows the venturi to cool, and the air gap and the flow path are in flow communication between the venturi and the air flow path. Provide a part. Further, since the components are slidingly fitted together, the components allow for thermal expansion to occur between them. As a result, the swirler assembly makes it possible to extend the useful life of the combustor in a reliable and cost effective manner.

以上、スワーラ組立体の例示的な実施形態を詳細に説明している。本組立体は、本明細書に記載した特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ各組立体の構成要素は、本明細書に記載した他の構成要素から独立してかつ別個に利用することができる。各スワーラ組立体の構成要素はまた、他のスワーラ組立体の構成要素と組合せて用いることができる。   The exemplary embodiments of the swirler assembly have been described in detail above. The assemblies are not limited to the specific embodiments described herein; rather, the components of each assembly are utilized independently and separately from the other components described herein. can do. Each swirler assembly component can also be used in combination with other swirler assembly components.

本発明を様々な特定の実施形態に関して説明してきたが、本発明が特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内の変更で実施することができることは、当業者には明らかであロウ。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。   While the invention has been described in terms of various specific embodiments, those skilled in the art will recognize that the invention can be practiced with modification within the spirit and scope of the claims. In addition, the code | symbol described in the claim is for easy understanding, and does not limit the technical scope of an invention to an Example at all.

ガスタービンエンジンの概略図。1 is a schematic view of a gas turbine engine. 図１に示すガスタービンエンジンで用いることができる燃焼器の一部分の断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view of a portion of a combustor that can be used in the gas turbine engine shown in FIG. 図１に示すガスタービンエンジンで用いることができる燃焼器の別の実施形態の一部分の断面図。2 is a cross-sectional view of a portion of another embodiment of a combustor that may be used with the gas turbine engine shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１０ ガスタービンエンジン
１６ 燃焼器
３０ スワーラ組立体
３２ １次スワーラ
３４ ２次スワーラ
３６ ベンチュリ
１２０ ギャップ
１２２ 開口部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Gas turbine engine 16 Combustor 30 Swirler assembly 32 Primary swirler 34 Secondary swirler 36 Venturi 120 Gap 122 Opening

Claims (10)

ベンチュリ（３６）と、
前記ベンチュリの周りで円周方向に延びる２次スワーラ（３４）と、
を含み、
前記２次スワーラが、該２次スワーラの一部分と前記ベンチュリとの間にギャップ（１２０）が形成されるように該ベンチュリに結合されている、
ガスタービンエンジン（１０）用の燃焼器（１６）。 Venturi (36),
A secondary swirler (34) extending circumferentially around the venturi;
Including
The secondary swirler is coupled to the venturi such that a gap (120) is formed between a portion of the secondary swirler and the venturi;
A combustor (16) for a gas turbine engine (10). 前記２次スワーラ（３４）との間に前記ベンチュリが位置するように該ベンチュリ（３６）に結合された１次スワーラ（３２）をさらに含む、請求項１記載の燃焼器（１６）。 The combustor (16) of claim 1, further comprising a primary swirler (32) coupled to the venturi (36) such that the venturi is positioned between the secondary swirler (34). 前記ベンチュリ（３６）の少なくとも一部分が、前記１次及び２次スワーラ（３２）及び（３４）の１つの一部分に摺動可能に結合されている、請求項２記載の燃焼器（１６）。 The combustor (16) of claim 2, wherein at least a portion of the venturi (36) is slidably coupled to a portion of one of the primary and secondary swirlers (32) and (34). 前記ベンチュリ（３６）の少なくとも一部分が、前記１次及び２次スワーラ（３２）及び（３４）の１つの一部分に摺動嵌合で結合され、前記摺動嵌合が、前記ベンチュリに対する前記１次及び２次スワーラの少なくとも１つの熱膨張を吸収するのを可能にする、請求項２記載の燃焼器（１６）。 At least a portion of the venturi (36) is coupled in a sliding fit to a portion of the primary and secondary swirlers (32) and (34), the sliding fit being connected to the primary with respect to the venturi. And a combustor (16) according to claim 2, which makes it possible to absorb at least one thermal expansion of the secondary swirler. 前記２次スワーラ（３４）が、その中を通って延びる２次空気通路（６４）と複数の開口部（１２２）とを含み、前記開口部が、前記２次空気通路と前記ギャップ（１２０）とを流れ連通状態で結合している、請求項１記載の燃焼器（１６）。 The secondary swirler (34) includes a secondary air passage (64) extending therethrough and a plurality of openings (122), wherein the opening includes the secondary air passage and the gap (120). The combustor (16) of claim 1, wherein the two are connected in flow communication. 前記ギャップ（１２０）が、前記ベンチュリ（３６）の半径方向外側面（９４）と前記２次スワーラ（３４）の半径方向内側面（１１０）との間に形成され、前記ベンチュリ半径方向外側面が断熱皮膜の層を含む、請求項１記載の燃焼器（１６）。 The gap (120) is formed between a radially outer surface (94) of the venturi (36) and a radially inner surface (110) of the secondary swirler (34), wherein the venturi radially outer surface is The combustor (16) of claim 1, comprising a layer of thermal barrier coating. 前記ギャップ（１２０）が、前記ベンチュリ（３６）の作動温度を低下させるのを可能にする、請求項１記載の燃焼器（１６）。 The combustor (16) of any preceding claim, wherein the gap (120) enables the operating temperature of the venturi (36) to be reduced. 少なくとも１つの環状の空気スワーラ（３４）と環状のベンチュリ（３６）とを備えた燃焼器（１６）を含み、
前記環状の空気スワーラが、該空気スワーラの一部分と前記ベンチュリとの間にギャップ（１２０）が形成されように該ベンチュリに結合されている、
ガスタービンエンジン（１０）。 A combustor (16) with at least one annular air swirler (34) and an annular venturi (36);
The annular air swirler is coupled to the venturi such that a gap (120) is formed between a portion of the air swirler and the venturi;
Gas turbine engine (10). 前記ギャップ（１２０）が、前記ベンチュリ（３６）の作動温度を低下させるのを可能にし、前記少なくとも１つの環状の空気スワーラ（３４）の少なくとも一部分が、前記ベンチュリに当接して摺動嵌合で結合されている、請求項８記載のガスタービンエンジン（１０）。 The gap (120) allows the operating temperature of the venturi (36) to be lowered, and at least a portion of the at least one annular air swirler (34) abuts the venturi and is in a sliding fit. The gas turbine engine (10) of claim 8, wherein the gas turbine engine (10) is coupled. 前記空気スワーラ（３４）が、その中を通って延びる流路（６４）を形成し、前記少なくとも１つの空気スワーラが、前記流路と前記ギャップ（１２０）との間を流れ連通状態で延びる複数の開口部（１２２）を含む、請求項８記載のガスタービンエンジン（１０）。 The air swirler (34) forms a flow path (64) extending therethrough, and the at least one air swirler extends in flow communication between the flow path and the gap (120). The gas turbine engine (10) of claim 8, comprising an opening (122).
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