JP2007139407A - 通気装置を備える燃焼チャンバ端壁 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、航空機ターボ機械用の燃焼チャンバの分野に関する。これは複数の空気噴射装置および燃料噴射装置を備えるチャンバ端壁（３０）を有する、燃焼チャンバ（１００）に関する。
【解決手段】この装置はそれぞれボウルと、主軸に取り付けられボウル周囲に配置される遮熱板を形成するデフレクタ（２０）とを備え、このボウルはガスフロー方向へ広がっており環状部分（３）を有し、ボウルとデフレクタとの間の接合部（１０）がこの環状部分に位置する。この接合部の少なくとも一部は、ガスフロー方向で下流にある環状部分の端部（５）に向かって配置され、これにより環状キャビティ（１２）が、デフレクタと接合部の下流環状部分との間で画定される。環状キャビティ内で上流から下流への空気の流れを維持するために、デフレクタと接触するチャンバ端壁の縁部（３２）と合わせられて開口するように、第１のボウル穴（４）が環状部分に形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、航空機ターボ機械用の燃焼チャンバの分野に関する。

より詳細には、本発明は、複数の空気噴射装置および燃料噴射装置を備えるチャンバ端壁を有する種類のターボ機械燃焼チャンバの分野に関する。上記の各装置は、主軸に取り付けられるボウルと、このボウルの周囲に配置される遮熱板を形成するデフレクタとを備え、このボウルはガスフロー方向へ広がっており環状部分を有し、上記ボウルと上記デフレクタとの間の接合部は上記環状部分に位置する。

ターボ機械の燃焼チャンバでは、燃料と空気中の酸素との間で燃焼反応が起きる。その結果、燃焼により生じる高温ガスが高速で放出され、このガスが広がることにより推進力が提供される。この推進力によって、たとえば１つまたは複数のターボ機械が取り付けられている航空機が推進される。通常、燃焼チャンバは環状であり、その周囲に、端壁内の円形の穴に取り付けられる複数の燃料噴射装置が取り付けられている。ガスフロー方向へ広がるボウル状の形状を有し、ボウルと称される端部で、各装置が燃焼チャンバへ開放し、空気が継続的にチャンバへ進入して、噴射された燃料と混合される。燃焼チャンバの端壁は噴射装置を支持しこれと密接しているため、高温にさらされる。したがって端壁を高温から保護するために、端壁には各ボウルの周囲でデフレクタが設けられている。これは典型的には、デフレクタと端壁との間に空気の断熱層を作り出すことにより行われる。この空気層の断熱能力を向上させるために、デフレクタおよび／または端壁に、ボウルの周に近い位置で開口部を開け、上記層内に燃焼チャンバ外部からの冷たい空気流を維持することが通常行われる。

特定の燃焼チャンバ構造では、デフレクタの底部が固定される環状部分をボウルが有する。デフレクタの他の部分は、ボウルの主軸に対して垂直な平面部分であり、端壁より下流に位置する。しかし、ボウルの環状部分とデフレクタの底部との間の接合部は、接合部を介する伝導のため、端壁に望ましくない加熱をもたらす。

本発明は、この欠点を軽減することを目的とする。

本発明は、ボウルの環状部分およびデフレクタが、燃焼チャンバの作動中に、チャンバの端壁の温度が臨界値未満に維持されるために十分に冷却可能な形状である燃焼チャンバを提供することを目的とする。

この目的は、ボウルの環状部分とデフレクタとの間の接合部の少なくとも一部が、ガスフロー方向で上流に位置する環状部分の端部へ向かって配置されており、接合部の下流でデフレクタと環状部分との間に環状キャビティが画定され、環状キャビティ内の上流から下流への空気の流れを維持するためにデフレクタと接触するチャンバ端壁の縁部に合わせられて、第１のボウル穴が環状部分を通り開けられており、第１穴を通り通過する空気が、端壁の縁部と接触しているデフレクタの部分に直接当たることによって達成される。

ボウルとデフレクタとの間の新たな接続システムを設計するという、必然的に高コストであり長い時間を要する手順を回避するこのような構造により、デフレクタの底部および環状部分はいずれも、燃焼チャンバ外部からの空気流による対流により冷却される。これは、接合部分の接触面積を減らし、ボウル接合部を介してデフレクタに通気することによって、伝導による熱流を減らすことにより端壁の温度をより均一にし、その際機械的挙動の向上が得られる。ボウルがその下流端にカラーを有する場合、本発明ではカラーのより効率的な冷却が可能になる。さらに、接合部から材料を除去し、穴を設けることにより軽量化が図られる。

有利には、全ての接合部が、ガスフロー方向で上流に配置される環状部分の端部に向かって配置され、これによりキャビティは、環状開口部を介して燃焼チャンバへ開口する。

この構成により、燃焼チャンバ外部からの空気がデフレクタの下流部分を冷却することが可能になり、その際デフレクタへのコークス沈着が抑えられる。

有利には、環状部分はその下流端部に向かって環状リブを有する。このリブは、接合部の残りの部分を構成する接触領域にわたりデフレクタと接触しており、環状リブには第２のボウル穴が開けられており、環状キャビティからの空気は、第２穴を通り流れてボウルの下流端部を冷却することが可能である。

この構成により、燃焼チャンバの外部からの空気がボウルの下流端に当たることにより冷却が可能になり、またボウルがカラーを有する場合には、カラーに当たることにより冷却が可能になる。

有利には、デフレクタには穴が開けられ、この穴は環状キャビティからの空気が、デフレクタとチャンバ端壁との間に入ることを可能にする。

この穴があることにより、燃焼チャンバ外部からの冷たい空気がチャンバ端壁とデフレクタとの間を直接流れることが可能になり、これにより端壁とデフレクタとの間にある空気層の断熱能力が向上する。

本発明は、以下の実施形態の詳細な説明を読むことによって理解が深まり、利点がより明確になる。実施例はこれに限定されるものではない。説明は、添付図面を参照する。

図１および図２に示されるように、ボウル１は環状部分３を有し、これはボウル１の下流端部からガスフローに対して相対的に上流方向へ延伸する。ボウル１の周囲にはデフレクタ２０が取り付けられており、このデフレクタは、ボウルの主軸に対して平行である底部２２と、その底部２２から下流に、ボウルの主軸に対して垂直の平面部分２４とを有する。デフレクタ２０は、チャンバ３０の端壁内の円形穴３１の１つに取り付けられる。環状部分３の上流部分５は、環状部分３とデフレクタ２０との間の接合部を構成する第１環状接触領域１０を介してデフレクタ２０の底部２２と接触している。これは、環状部分３とデフレクタ２０の底部２２との間の環状キャビティ１２を画定する。環状キャビティ１２は、デフレクタ２０の平面下流部分２４と環状部分３の下流端部との間に画定される環状開口部１４を介して、燃焼チャンバ１００へ開口する。図１に示すボウルでは、ボウル１の下流端部（すなわち環状部分３の下流端部）は、カラー７を有する。端壁３０は、チャンバの端壁内の各円形穴３１の縁部３２を介してデフレクタ２０の底部２２の外面２６と接触している。環状部分３には、端壁３０の縁部３２に向かって開口する第１のボウル穴４が開けられている。図示される例では、第１穴４は円形であり、その軸はボウルの軸に対して相対的に径方向に延伸する。第１穴４は、この主軸に対して垂直で、周が傾斜していてもよい。また、これは溝またはその他の形状であってもよい。

チャンバ外部からの冷たい空気は、第１穴４を介して環状キャビティ１２へ入る。第１穴４は端壁３０の縁部３２へ向いているため、空気はデフレクタの底部２２の部分に直接当たる。その際、第１のボウル穴４が他の位置にある場合に比べて、端壁３０の縁部３２に隣接する周縁領域のより効果的な冷却が達成される。縁部３２に隣接する周縁領域はボウル１の加熱により高温にさらされるため、この構成は有利である。空気は、環状キャビティ１２からその環状開口部１４を介して燃焼チャンバ１００へ出る。環状部分３の上記下流端部にカラーが備えられている場合は、下流開口部１４から出る空気流は、カラー７により径方向に偏向され、その際空気流はデフレクタ２０の平面下流部分２４に沿って流される。この平面下流部分２４に沿った、冷たい空気の流れは、ここへのコークス沈着を抑制する。

図２は、ボウル１自体の形状、および第１穴４が開けられたその環状部分３の形状を示す。

図３は、本発明の別の実施形態を示す。ここでは、デフレクタ２０の底部２２にはデフレクタ穴２３が開けられ、これにより環状キャビティ１２からの空気が、デフレクタの平面部分２４と端壁３０との間にある空間の径方向の最内部へ流れることが可能になる。燃焼チャンバ１００外部からの空気は、第１穴４を介して環状キャビティ１２へ入った後、２つの流れに分岐する。図１の構成のように、第１フローは、環状キャビティ１２からその環状開口部１４を介して出る。第２フローは、デフレクタの平面部分２４と端壁３０との間のデフレクタ内の穴２３を介して、環状キャビティ１２から出る。空気の第２フローは、本発明の目的の通り、デフレクタの平面部分２４と端壁３０との間にある空間の径方向最内部を通り、有利には端壁３０の温度を下げる。図示する例では、デフレクタ内の穴２３は円形であり、その軸はボウルの軸に対して相対的に径方向に延伸する。デフレクタ内の穴２３は、上記の主軸に対して垂直で、周が傾斜していてもよい。または、溝またはその他の形状であってもよい。

図４は、デフレクタ２０自体の形状、および穴２３が開いている底部２２の形状を共に示す。

図５は、本発明の別の実施形態を示す。ここでは、環状部分３は、下流端部に向かう環状リブ４０を有する。これは、デフレクタ２０の底部２２の下流端部と、すなわちデフレクタ２０の平面部分２４と面一で、環状部分３とデフレクタ２０との間の接合部を第１の環状接触領域１０と共に構成する第２の環状接触領域１６において接触する。この環状リブ４０には、第２ボウル穴４２が開けられており、これを通り環状キャビティ１２からの空気が燃焼チャンバ１００へ流入し、ボウル１の下流端部を冷却する。この実施形態では、図１および図３の環状開口部１４が、一連の第２穴４２により置き換えられている。

図５の例では、図３の例のように、デフレクタ２０の底部２２には穴２３が開けられている。しかし、別の構成（図示せず）では、環状部分３の下流端部には、第２穴４２が開けられている環状リブ４０が設けられ、その際デフレクタの２０の底部２２には穴２３が開けられていないことも可能である。このような状況では、環状キャビティ１２から出る空気流は、第２穴４２を通るフローのみである。

図５では、第２穴４２の軸はボウルの主軸に対して平行である。図６および図７に示されるように、第２穴４２の軸はボウルの主軸に対して相対的に傾斜していてもよい。これにより、ボウル１のカラー７がより効率的に冷却されるという利点が得られる。

図１から図７に示されるボウル、デフレクタおよびチャンバ端壁は、非限定的な例として示される。これらは本発明の範囲内で別の形状を有することも可能である。

接合部全体が環状部分の上流端部に向かって配置されている場合の、本発明のチャンバ端壁、デフレクタおよびボウルの断面斜視図である。 本発明のボウルの断面斜視図である。 デフレクタに穴が開けられている場合の、本発明のチャンバ端壁、デフレクタおよびボウルの断面斜視図である。 デフレクタに穴が開けられている場合の本発明のデフレクタの断面斜視図である。 環状部分がその下流端部に向かって、第２穴が開けられている環状リブを有し、デフレクタに穴が開けられている場合の、本発明のチャンバ端壁、デフレクタおよびボウルの断面斜視図である。 環状部分がその下流端部に向かって、ボウルの軸に対して相対的に傾斜する第２穴が開けられている環状リブを有し、デフレクタに穴が開けられている場合の、本発明のチャンバ端壁、デフレクタおよびボウルの断面斜視図である。 図６のデフレクタの断面斜視図である。

符号の説明

１ ボウル
３ 環状部分
４ 第１穴
５ 上流部分
７ カラー
１０ 第１の環状接触領域
１２ 環状キャビティ
１４ 環状開口部
１６ 第２の環状接触領域
２０ デフレクタ
２２ 底部
２４ 平面部分
２６ 外面
３０ 端壁
３２ 縁部
４０ 環状リブ
４２ 第２穴
１００ 燃焼チャンバ

Claims (15)

1. 複数の空気噴射装置および燃料噴射装置を備えるチャンバ端壁（３０）を備え、前記装置が、それぞれボウル（１）と、主軸に取り付けられ前記ボウルの周囲に配置される遮熱板を形成するデフレクタ（２０）とを備え、前記ボウルがガスフロー方向へ広がって環状部分（３）を有し、前記ボウルと前記デフレクタとの間の接合部（１０、１６）が前記環状部分に位置する、ターボ機械の燃焼チャンバ（１００）であって、前記接合部の少なくとも一部が、ガスフロー方向で上流にある前記環状部分の端部（５）に向かって配置されていることと、環状キャビティ（１２）が、前記デフレクタと前記接合部から下流にある前記環状部分との間に画定されており、前記環状キャビティ内で上流から下流への空気の流れを維持するために、前記デフレクタと接触している前記チャンバ端壁の縁部（３２）と合わせられて開口するように第１のボウル穴（４）が前記環状部分に形成され、第１穴（４）を通る空気が、前記端壁の前記縁部（３２）と接触しているデフレクタ（２０）の部分に直接当たることを特徴とする、燃焼チャンバ。
2. 前記第１穴（４）が円形であることを特徴とする、請求項１に記載の燃焼チャンバ（１００）。
3. 前記第１穴（４）が溝であることを特徴とする、請求項１に記載の燃焼チャンバ（１００）。
4. 前記第１穴が、前記主軸に対して相対的に径方向に配向されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の燃焼チャンバ（１００）。
5. 前記第１穴（４）が前記主軸に対して垂直であり、周が傾斜していることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の燃焼チャンバ（１００）。
6. 前記接合部（１０）全てが、ガスフロー方向で上流に配置される前記環状部分（３）の端部（５）に向かって配置されており、これにより前記キャビティ（１２）が、環状開口部（１４）を介して前記燃焼チャンバへ開口することを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の燃焼チャンバ（１００）。
7. 前記環状部分（３）が、その下流端部に向かい環状リブ（４０）を有し、該リブが、前記接合部の残りの部分を構成する接触領域（１６）にわたり前記デフレクタ（２０）と接触しており、前記環状リブに第２のボウル穴（４２）が開けられており、前記環状キャビティ（１２）からの空気が、前記ボウル（１）の下流端部を冷却可能であるように前記第２穴を通り流れることが可能であることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の燃焼チャンバ（１００）。
8. 前記第２穴（４２）の軸が前記主軸に対して平行であることを特徴とする、請求項７に記載の燃焼チャンバ（１００）。
9. 前記第２穴（４２）の軸が、前記主軸に対して相対的に傾斜していることを特徴とする、請求項７に記載の燃焼チャンバ（１００）。
10. 前記デフレクタ（２０）に穴（２３）が開けられており、これにより前記環状キャビティ（１２）からの空気が前記デフレクタと前記チャンバ端壁（３０）との間に入ることが可能になることを特徴とする、請求項６から９のいずれか一項に記載の燃焼チャンバ（１００）。
11. 前記穴（２３）が円形であることを特徴とする、請求項１０に記載の燃焼チャンバ（１００）。
12. 前記穴（２３）が溝であることを特徴とする、請求項１０に記載の燃焼チャンバ（１００）。
13. 前記穴（２３）の軸が前記主軸に対して相対的に径方向に配向されていることを特徴とする、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の燃焼チャンバ（１００）。
14. 前記穴（２３）の軸が前記主軸に対して垂直であり、周が傾斜していることを特徴とする、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の燃焼チャンバ（１００）。
15. 請求項１から１４のいずれか一項に記載の燃焼チャンバ（１００）を含む、ターボ機械。

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