JP2006189028A - 排気ライナアッセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】冷却空気流が直接供給されない領域の高温側ライナに、インピンジメント冷却を提供する。
【解決手段】排気ノズルアッセンブリ１８は、高温ガス２０にさらされる内側ライナ２２および外側ライナ２８からなる二重壁構造を備える。冷却空気３４は、開口部３６を通り、低温側２６の内側ライナ２２に衝突し、インピンジメント冷却をもたらす。シール４４により、末端部４５に冷却空気３４が伝わらない。プレナム３８は、第１の領域４８と第２の領域５０との間、かつ末端部４５まで延び、プレナムチャンバ４０を画定する。冷却空気流３４は、供給開口部４３からチャンバ４０内に流れ込み、シール４４の軸方向外側の第２の領域５０に流動する。冷却空気流３４は、インピンジメント開口部４２から流出して、末端部４５の内側ライナ２２にインピンジメント冷却空気流が供給される。
【選択図】図２

Description

本発明は、タービンエンジンの排気ライナに関し、特に、排気ライナの末端部にインピンジメント冷却を提供する排気ライナに関する。

ガスタービンエンジンは、圧縮機、燃焼室およびタービンを備える。燃焼室において燃料と圧縮空気を混合することにより、軸方向の高温ガス流が生じる。高温ガスは、タービンを通って流れ、複数のタービンブレードに接触する。タービンブレードにより、高温ガス流がロータシャフトを駆動させる力学的エネルギーに変換され、これにより圧縮機が駆動される。排気ライナアッセンブリは、タービンブレードから流出した燃焼ガスを案内し、かつ他のエンジン構成部品を燃焼ガスから保護する。

排気ライナアッセンブリは、通常、互いに半径方向に間隔を隔てる高温側のライナおよび低温側のライナを備える。高温側のライナは、高温の燃焼ガスに接した表面を備える。低温側のライナは、複数の冷却空気用開口部を備える。所望の温度を維持するとともに、高温の燃焼ガスから保護するために、高温側のライナは冷却される。冷却空気が、低温側のライナを通って流れ、高温側のライナに衝突することにより、インピンジメント冷却がもたらされる。インピンジメント流が高温側のライナに直接衝突することにより、所望の冷却効果がもたらされる。

通常、インピンジメント流は、高温側のライナを冷却して、所望の温度を維持するためには適しているが、支持構造物により低温側のライナの一部分が覆われ、そのため供給源からの冷却空気が冷却開口部から供給されない箇所（例えば、末端部領域など）がいくつか存在する。そのような箇所においては、通常、低温側のライナと高温側のライナとの間の空間内に冷却空気流を導くことにより冷却がもたらされる。不利なことには、インピンジメント冷却流を高温側のライナに供給できないことにより、冷却効率が低減してしまう。

したがって、冷却空気流が直接供給されない局所的な領域における高温側のライナに、インピンジメント冷却を提供する改善された特徴を備えた排気ライナを開発することが望ましい。

本発明は、二重壁構造の排気ノズルライナアッセンブリに関する。排気ノズルアッセンブリは、冷却空気流の伝達を阻止している構造の軸方向外側（ｏｕｔｂｏａｒｄ）にインピンジメント冷却空気を供給するプレナムチャンバを備える。

本発明の例示的な排気ノズルアッセンブリは、高温の燃焼ガスにさらされる内側ライナと、内側ライナから半径方向に間隔を隔てた外側ライナとを備え、両者間にチャンバを形成する。内側ライナは、高温の燃焼ガスに直接さらされる高温側と、チャンバ内の冷却空気にさらされる低温側を備える。外側ライナは、冷却空気流にさらされる外面を備える。冷却空気流は、外側ライナの複数の冷却空気開口部を通って流れ、内側ライナに衝突する。冷却空気のインピンジメント流により、内側ライナが冷却されて、所望の温度が保たれる。次いで、内側ライナに衝突した冷却空気は、狭まった出口（ｃｌｏｓｅｏｕｔ）部分から流出し、あるいは、拡散開口部を通り高温ガス流に流れ込む。拡散開口部から流出した空気により、内側ライナの高温側に沿って冷却空気の断熱フィルムが形成される。

インピンジメント冷却空気流は、実質的に内側ライナの末端部、つまり外側ライナを通した冷却空気を妨げる障害物の軸方向外側に供給される。プレナムは、外側ライナに取り付けられるとともに、末端部まで延びるプレナムチャンバを画定する。プレナムチャンバは、供給開口部からの冷却空気流を受けるとともに、障害物の軸方向外側に冷却空気流を導く。末端部の内側ライナに直接インピンジメント冷却空気流を供給する複数のインピンジメント開口部を、プレナムは備える。

したがって、本発明のプレナムチャンバにより、排気ライナアッセンブリの末端部に冷却空気流が供給され、冷却空気流に対する障害物の軸方向外側にインピンジメント冷却空気流を供給することが可能となる。

図１を参照すると、圧縮機１２、燃焼室１４およびタービン１６を備えたタービンエンジンアッセンブリ１０が図示されている。タービンエンジンアッセンブリ１０は、圧縮機１２から燃焼室１４に圧縮空気を供給する周知の方法により作動する。圧縮空気が燃料と混合され、点火されることにより、高温ガス２０の軸方向の流れが生じる。タービン１６は、高温ガス２０の軸方向の流れを力学的エネルギーに変換して、圧縮機１２を駆動させる。高温ガス２０は、排気ノズルアッセンブリ１８によりエンジンアッセンブリ１０の外部へ案内される。排気ノズルアッセンブリ１８は、非常に高い温度の高温ガス２０にさらされるため、冷却空気流により冷却される。
図２を参照すると、例示的な排気ノズルアッセンブリ１８の末端部の拡大断面図が図示されている。例示的な排気ノズルアッセンブリ１８は、二重壁構造を備える。この二重壁構造は、高温ガス２０にさらされる内側ライナ２２と、内側ライナ２２から半径方向に間隔を隔てた外側ライナ２８と、を備え、環状チャンバ２５を形成している。
内側ライナ２２は、高温ガス２０に直接さらされる高温側２４を備える。低温側２６は、チャンバ２５内の冷却空気にさらされる。外側ライナ２８は、冷却空気流３４にさらされる外面３０を有する。冷却空気流３４は、複数の冷却空気用開口部３６を通って流れ、内側ライナ２２の低温側２６に衝突する。冷却空気３４のインピンジメント流は、内側ライナ２２を冷却し、所望の温度を維持する。
内側ライナ２２は、拡散冷却空気流３５を内側ライナ２２の高温側２４に導く複数の拡散開口部２１を備える。拡散冷却空気流３５により、高温側２４と高温ガス２０との間に冷却空気のフィルムが生じる。拡散冷却空気流３５により生じた断熱フィルムは、非常に高い温度の高温ガス２０から内側ライナ２２を断熱する。拡散開口部２１の数および向きにより、内側ライナ２２を保護する所望の断熱フィルム特性が提供される。
冷却空気流３４は、複数の開口部３６を通って流れ、内側ライナ２２の低温側２６に衝突する。冷却空気流３４が直接衝突することにより、所望の冷却効果がもたらされる。内側ライナ２２の低温側２６に直接衝突する冷却空気流３４に比べて、低温側２６に沿って単に流れているだけの冷却空気３４は、あまり効果的ではない。環状チャンバ２５内の冷却空気流３４は、狭まった出口（ｃｌｏｓｅ ｏｕｔ）４６に向かって流れ、高温ガス流２０に流れ込む。狭まった出口４６は、環状チャンバ２５からの冷却空気流３４を制御する計量用開口部を備える。
接合型ハードウェアシール４４が、外側ライナ２８をシールしており、冷却空気３４が排気ノズルアッセンブリ１８の末端部４５に達しないようにしている。このため、末端部４５においては、冷却空気流３４が遮断されて、内側ライナ２２に望ましいインピンジメント空気流が供給されない。プレナム３８は、プレナムチャンバ４０を画定するように設けられる。プレナム３８は、外側ライナ２８の内面３２に取り付けられるとともに、末端部４５まで延びている。プレナム３８は、冷却空気流３４と連通している第１の領域４８とシール４４の軸方向外側となる第２の領域５０との間にわたり延びている。第２の領域５０に位置する外側ライナ２８は、冷却空気流３４を受けない。

プレナムチャンバ４０は、供給開口部４３から冷却空気流３４を受ける。プレナムチャンバ４０内の冷却空気流３４は、シール４４の軸方向外側の第２の領域５０に流動する。プレナム３８は、複数のインピンジメント開口部４２を備え、内側ライナ２２に直接衝突するように、冷却空気流３４を末端部４５に供給する。プレナムチャンバ４０内の冷却空気流３４を末端部４５に追いやり、複数のインピンジメント開口部４２から流出させる圧力勾配をもたらすように、プレナムチャンバ４０は加圧される。

本発明のプレナムチャンバ４０により、加圧された冷却空気流３４が排気ノズルアッセンブリ１８の末端部４５に伝わり、シール４４などの制限部の軸方向外側にインピンジメント冷却空気流を供給することが可能となる。

本発明による排気ノズルを備えたガスタービンエンジンの概略図。 本発明による排気ライナの概略的断面図。

Claims (17)

1. 内側ライナと、
   前記内側ライナから間隔を隔てるとともに、複数の冷却空気用開口部を備える外側ライナと、
   前記内側ライナと、前記外側ライナとの間にあり、複数のインピンジメント開口部を備えるプレナムと、
   を備える排気ライナアッセンブリ。
2. 前記外側ライナが、冷却空気にさらされるとともに、前記複数の開口部を備える第１の領域と、冷却空気にさらされない第２の領域と、を含み、前記プレナムが、前記第２の領域内に配置されることを特徴とする請求項１に記載のアッセンブリ。
3. 前記外側ライナが、外面および内面を備え、前記プレナムが、前記外側ライナの前記内面に取り付けられることを特徴とする請求項２に記載のアッセンブリ。
4. 前記外側ライナの前記第２の領域内における前記外面への冷却空気の伝達を防ぐ制限部により、前記第２の領域が覆われることを特徴とする請求項２に記載のアッセンブリ。
5. 前記第２の領域が、シールにより前記外面に沿って覆われ、前記シールが、前記外側ライナの前記第２の領域内における前記外面への冷却空気の伝達を防ぐことを特徴とする請求項２に記載のアッセンブリ。
6. 前記複数の冷却開口部が、前記第１の領域内にある前記内側ライナの外面に対しインピンジメント流を供給することを特徴とする請求項２に記載のアッセンブリ。
7. 前記プレナムの前記複数のインピンジメント開口部が、前記第２の領域内にある前記内側ライナの外面に対してインピンジメント流を供給することを特徴とする請求項２に記載のアッセンブリ。
8. 前記プレナムが、前記内側ライナと前記外側ライナとの間にチャンバを画定することを特徴とする請求項１に記載のアッセンブリ。
9. 前記プレナムが、冷却空気と連通する供給開口部を備えることを特徴とする請求項１に記載のアッセンブリ。
10. 前記プレナムが、前記外側ライナの内面に取り付けられた薄板からなることを特徴とする請求項１に記載のアッセンブリ。
11. 前記内側ライナが、前記内側ライナの内面と高温の燃焼ガスとの間に冷却空気の拡散流を生じさせる複数の拡散開口部を備えることを特徴とする請求項１に記載のアッセンブリ。
12. 内側ライナと、
    前記内側ライナと間隔を隔てるとともに、外面に冷却空気を受け、かつ前記内側ライナの外面に対して前記冷却空気を案内する外側ライナと、
    前記内側ライナと前記外側ライナとの間に狭まった出口を備えるとともに、冷却空気を受けないように断絶されている末端セグメントと、
    前記末端セグメント内に位置するとともに、前記内側ライナの前記外面に対して冷却空気を導く複数のインピンジメント開口部を備えるプレナムチャンバと、
    を備える排気ライナアッセンブリ。
13. 前記プレナムチャンバが、前記末端セグメント内の前記外側ライナの内面に取り付けられていることを特徴とする請求項１２に記載のアッセンブリ。
14. 前記末端セグメントが、シールに対応する面を備え、前記シールが、前記シールを通過する冷却空気の伝達を妨げることを特徴とする請求項１２に記載のアッセンブリ。
15. 前記末端セグメントが、前記内側ライナと前記外側ライナとの間に狭まった出口を備えることを特徴とする請求項１２に記載のアッセンブリ。
16. 前記プレナムチャンバが、前記外側ライナの冷却空気供給開口部を通る冷却空気流を受けることを特徴とする請求項１２に記載のアッセンブリ。
17. 前記内側ライナが、高温の燃焼ガス流にさらされる高温側と、
    冷却空気を前記高温側に供給するとともに、前記高温側と前記ガス流との間に冷却空気のフィルムを形成する複数の拡散開口部と、
    を備えることを特徴とする請求項１に記載のアッセンブリ。

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