JP2006220410A - ターボ機械燃焼室のためのシュラウド - Google Patents

Abstract

【課題】シュラウドの内側と外側との間の圧力差を排除することによって、全ての機械の動作モードに関する空気流を調整する。
【解決手段】燃料噴射器を覆うように構成された燃焼室底部のためのシュラウドには、シュラウド内の空洞を開口し、且つそれが生起するノイズおよび燃焼不安定性を低減すべく、その少なくとも一方の側面部に穿孔２１が設けられる。穿孔は、シュラウドのまわりの空気流の不安定性および不均一性を低減する効果をさらに有している。
【選択図】 図７

Description

本発明の主題は、ターボ機械燃焼室のためのシュラウドである。

このようなシュラウドは、燃料噴射器の背面側を覆い、且つ機械内への氷塊または鳥のような物体の吸い込みに起因する衝撃からそれら燃料噴射器を保護する。それらシュラウドは、ほぼセミトロイダル形状であり、且つ燃焼器を取り囲む環状室底板の縁部まで、２つの同心取り付け部縁部の間に延在する。噴射器は、この板を通って延在する。シュラウドの中央部分は、燃料噴射パイプが、噴射器まで通過することを可能とすべく、開いている。開口は、単一の円形スリット（そのとき、シュラウドは、「キャップ」と称される２つの同心で分離された側面で構成される）であっても良く、または一群の噴射器に各々通じる一連の窓からなっても良い。

シュラウドがその中に延在する燃焼室は、不安定な燃焼および振動に起因して過大なノイズをしばしば生起する。音響放出の低減は、それら音響放出を生起する構造に対して、補剛材または緩衝器を付加することによって達成されるかもしれないが、これは、製造をさらに複雑にし、且つ重量および流れ品質を増大させる。他の方法は、燃焼の動的制御からなるが、それら他の方法は、未だいかなる実際的な応用をも持つに至っていない。これらの知られている方法を用いて、良好な結果を得ることは困難であるため、不安定性の制限は、たとえこれが、エンジンによって満足されるべきノイズ低減および適正動作のためのますます厳しい要求によって、次第に受容されにくくなっているとはいえ、時には無視されていた。

シュラウドは、燃焼空気の満足な流れをも可能としなければならない。それらシュラウドの丸みのある形状は、それらシュラウドのまわりの乱流をほとんどなくして、滑らかな流れを可能とするが、しかしこの都合の良い流れは、名目上の動作条件のもとで保証されるのみであり、シュラウドの形状は、他の条件のもとではもはや適合されないことが見出され、すなわち、流れ分離および不均一な圧力が、シュラウドの側面のいくつかの部分で起こる場合がある。
独国特許出願公開第１９９０００２５号明細書 欧州特許出願公開第０５６２７９２号明細書 米国特許第５５２４４３０号明細書 国際公開第２００４／１１３７９４号パンフレット 米国特許第２９０１０３２号明細書

本発明は、これらの不完全を克服すべく構成されたものである。本発明は、何ら付加される材料のない、シュラウドの構成に対する改良に基づいている。本発明の本質的な特徴は、シュラウドの少なくとも一つの側面部には、少なくとも一列の穿孔が設けられていることである。穿孔は、シュラウドに形成される容積における共振空胴の形成を防止し、それゆえそこから出力されるノイズを低減する。本発明において開示される他の情報によれば、それら穿孔は、シュラウドの内側と外側との間の圧力差を排除することによって、全ての機械の動作モードに関して空気流を調整することに寄与する。

本発明の一つの趣旨は、燃料噴射器の円形の列を覆う、ターボ機械燃焼室のためのシュラウドであり、開口中央部分と、およびシュラウドが燃焼室の環状底板に取り付けられる２つの同心縁部において中央部分を連結する２つの側面部が設けられるシュラウドであって、少なくとも一方の側面部には、少なくとも１列の穿孔が設けられていることを特徴とする。

本発明の他の態様は、ターボ機械燃焼室であり、拡散室の範囲を定めるケースと、ケース内に配置された炎管（内筒）と、拡散室内に開口し且つ拡散室内への第１のガス流のためのスタート点を形成するコンプレッサディフューザとを含み、炎管は、シェルと、シェルに取り付けられ且つコンプレッサディフューザに対向するシュラウドとを備え、シュラウドは、燃料噴射器の円形の列を覆い、かつ開口中央部分と、開口中央部分をシェルに連結する２つの同心側面部とを備え、第１の流れは、ディフューザから開口中央部分に向い、その後にシュラウドの周りを進み、側面部に沿って、かつ最後にはシェルに沿って通過する方向である、ターボ機械燃焼室であって、側面部の少なくとも一方が、少なくとも１列の穿孔を設けられることを特徴とする。

本発明の他の態様は、このシュラウドまたはこの燃焼室を装備するターボ機械である。

さて、以下の図面を参照して、本発明が説明されるであろう。

図１は、当該機械を通る軸上平面に沿った、機械のロータ１の回転軸Ｘの一側方のみからの断面図を示している。このターボ機械は、本発明の装備された部分において部分的にのみ示されており、残りの部分は、従来技術から変更されていない。高圧コンプレッサ２の下流側において、機械のステータ３は、拡散室５内に開口しているディフューザ４を備え、拡散室５は、外部ケース６と、外部ケース６と同心の内部ケース７とによって範囲が定められ、かつ拡散室５は、ケース６および７によって支持される炎管８によって占められ、炎管８は、前部において２つの同心のほぼ円筒状のケーシングから構成されるシェル９と、後部において丸みのあるシュラウド１０およびシュラウド１０内の容積から炎管８を分離する室底板１１とから構成される。室底板１１は、拡散室５およびシュラウド１０を通過するパイプ１４を通してそれらを供給する、燃料供給システム１３に接続された燃料噴射器１２を支持している。室底板１１、シェル９、およびシュラウド１０の縁部は、内側から外側へこの順序でそれらを重ね合わせることによって、ボルト１５を用いて組み立てられることが分かる。ボルト１５は、２つの同心円を形成し、且つこれらの部品の各々の２つの縁部に結合される。

シュラウド１０は、供給パイプ１４が通過する開口の両側に、円形で且つ同心の２つの縁部１６および１７を備える。シュラウド１０の従来の実施形態においては、側面部１６および１７が、環状開口によって完全に分離されており、かつステータの残部に別々に組み付けられる。

本発明は、中央円形スリットが、側面部１６および１７を互いに連結する径方向ブリッジによって分離される、一連のより短いスリットによって置き換えられる、単一片のシュラウドにも等しく良好に適用され得る。

ディフューザ４からの出力における空気流は、好ましくは、図２において矢印および流動線によって示される流路に沿って通り、この流路は、本質的に、その側面部１６および１７に滑らかに沿うべき流れを形成して、換言すれば、それらの全長にわたってそれらに接して、シュラウド１０をまわる。ディフューザ４からの空気流出力は、第１にシュラウド１０の中央に向けて方向付けられる。その空気流出力は、シュラウド１０の正面で、ターボ機械の下流側に向かって分岐し、且つそれからシェル９の外側ケーシングおよび内側ケーシングの前を通り、したがってシェル９は冷却される。この主要な流れすなわち第１の流れは、第２の流れによって完成され、この第２の流れは、やはりディフューザ４から出力され、シュラウド１０に入り、次にシュラウド１０における中央開口を通って炎管８に入る。しかしながら、機械のいくつかの動作モードは、図３に示されたような流れを課すことがあり、その流れでは、ほぼ停滞しているエアポケットに関連する分離２０が、シュラウド１０の外側側面部１６の外側面の一部分の前で生じている。より一般的には、第１の流れの分離は、側面部１６および１７のより大きな曲率を有する部分のちょうど下流側、および特にシェル９への接合部に近い外側側面１６で、しばしば生ずる。

本発明によれば、シュラウド１０は、図４に示されるように穿孔され得る。穿孔２１は、円形または長円、楕円または長方形であっても良いが、円形の穿孔がより容易に製作される。それら穿孔は、シュラウド１０の両側面部１６および１７に、または側面部１６および１７の一方のみに、列での均一または不均一な分布で、円形の列に製作される。一連の、密集した円形の穿孔は、長円の穿孔に関する結果と類似した結果を与える。

これらの穿孔は、好ましくは、分離２０が生じる可能性のある位置に一致する。それらの主な効果は、シュラウド１０の内部容積において生起されるノイズ放出を低減することである。この放出は、燃焼に源を発し、シェル９とシュラウド１０との間の音響結合によって適用され、シュラウド１０における音響空胴を効果的に開くことによって、シェル９または室底板１１への結合の位置から遠くない位置に設置された穿孔２１によって減衰される。燃料噴射器の通路のための中央開口は、それらの大きな面積にもかかわらず、ノイズ低減への重要な効果を有しておらず、そのことは、側面部１６および１７に形成された、より小さいがより良く配置された穿孔２１が、驚くべき効果を有することを示唆していることに留意されたい。

穿孔２１に関する有効な位置は、良好に配置された穿孔２１が均一な流れを回復させるのをも助けるように、しばしば分離位置２０と一致する。技術的な効果は、図７に示される通りであろう。すなわち、シュラウド１０に入り且つ穿孔２１を通過して側面部１６および１７の内側面に沿って通る、上述された第２の流れの一部２２は、そこで圧力が負となる分離位置２０の前に良好に配置される。第２の流れのこの部分２２は、高圧側２３から低圧側２４へ向かって通り、より密な平行な流動線を作り出し、かつ流れの形状をより均一にすることによって、それらを均一化する傾向がある。それゆえ、穿孔２１は、しばしば、より高い曲率を有する側面部１６および１７の部分のわずかに下流側に、特に外側側面１６に、または空気の流れ方向に大きな変化が存在するそのように強く丸められた部品の端部に、作られ得る。

図４は、穿孔２１の単一の列を有する本発明の一つの可能性な構成を示している。穿孔のグループに関連するより複雑なパターンは、より良好な結果を呈することができる。図５は、いくつかのそのようなパターン、図４における単一の穿孔２１から構成される基本のパターン（ａ）に隣接して、軸方向について（ｂまたはｅ）または接線方向（ｃ）についての２つまたは３つの穿孔のパターン、三角形配置（ｄ）、正方形配置（ｆ）、または菱形配置（ｇ）を示している。穿孔の列は、このパターンのタイプの多かれ少なかれ均一な組み合わせを含んでいても良い。図６は、例として三角形と交互に接線方向に整列された、８つの近接した穿孔から構成されるパターンの例を示している。最適化は、特定の流れ条件および要求される改善の度合いに応じる。すなわち、特に、これらの例に加えて、いかなる規則をも規定する必要はないように、経験的に決定されるであろう。

流れの均一性を増大するために、穿孔２１のいくつかの列を作成することがしばしば有用であるが、穿孔２１の単一の良好に配置された列は、しばしばより良好なノイズ低減を与えるのに充分である。

明らかに、本発明による穿孔は、室底板１１に固定するためのボルト１５を保持するのに使用される、シュラウド１０の縁部の穿孔と区別される必要があり、それら穿孔は封鎖され、且つ本発明による穿孔と同様の特性を有さない。炎管８のシェル９を通って形成された多数の小径の穿孔についても同様のことが言え、それら小径の穿孔の役割は、あらゆる状況のもとで、燃焼器が届く限り、燃焼に関与する間、適度な温度に維持するために、炎管８に向かう空気流を作ることである。

シュラウドを含む燃焼室の概観図である。 流れモードを示す図である。 流れモードを示す図である。 本発明の実施形態を示す図である。 本発明において使用されるいくつかのパターンを示す図である。 本発明において使用されるいくつかのパターンを示す図である。 本発明の効果を示す図である。

符号の説明

１ ロータ
２ 高圧コンプレッサ
３ ステータ
４ ディフューザ
５ 拡散室
６ 外部ケース
７ 内部ケース
８ 炎管
９ シェル
１０ シュラウド
１１ 室底板
１２ 燃料噴射器
１３ 燃料供給システム
１４ パイプ
１５ ボルト
１６、１７ 側面部
２０ 分離
２１ 穿孔
２３ 高圧側
２４ 低圧側

Claims (7)

1. 燃料噴射器（１２）の円形の列を覆う、ターボ機械燃焼室のためのシュラウド（１０）であり、該シュラウド（１０）は、開口中央部分と、燃焼室における環状室底板へのシュラウドの２つの同心取り付け部縁部を有して開口中央部分を結合する２つの側面部（１６、１７）とを備える、シュラウド（１０）であって、少なくとも一方の側面部が、少なくとも１列の穿孔（２１）を設けられることを特徴とする、シュラウド。
2. 穿孔の列が、シュラウドの周囲に均一に配列された円形の穿孔から構成されることを特徴とする、請求項１に記載のシュラウド。
3. 拡散室（５）の範囲を定めるケース（６、７）と、ケース内に配置された炎管（８）と、拡散室内に開口し且つ拡散室内への第１のガス流のためのスタート点を形成するコンプレッサ（２）ディフューザ（４）とを備えるターボ機械燃焼室であり、炎管が、シェル（９）と、シェル（９）に取り付けられ且つコンプレッサディフューザに対向するシュラウド（１０）とを備え、シュラウドが、燃料噴射器（２２）の円形の列を覆い、かつ開口中央部分と、開口中央部分をシェルに連結する２つの同心側面部（１６、１７）とを設けられ、第１のガス流が、ディフューザから開口中央部分に向い、その後にシュラウドの周りを進みし、側面部に沿って、かつ最後にシェルに沿って通過する方向である、ターボ機械燃焼室であって、側面部の少なくとも一方が、少なくとも１列の穿孔（２１）を設けられることを特徴とする、燃焼室。
4. 穿孔（２１）が、第１のガス流の分離点の位置に作られることを特徴とする、請求項３に記載の燃焼室。
5. ディフューザ（４）が、拡散室における第２のガス流のスタート点を形成し、第２のガス流が、ディフューザから開口中央部分に向けて方向付けられ、次に炎管（８）に対向するシュラウド側における開口中央部分を通過し、且つ側面部（１６、１７）に沿って通過し、穿孔（２１）の列を通過することによって第１のガス流に合流することを特徴とする、請求項３または４に記載の燃焼室。
6. 請求項１または２に記載のシュラウドを備える、ターボ機械。
7. 請求項３から５のいずれか一項に記載の燃焼室を備える、ターボ機械。

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