JP2009014337A - チャンバ端部壁熱遮蔽デフレクタを含む燃焼チャンバおよびそれを備えるガスタービンエンジン - Google Patents

Abstract

【課題】デフレクタ間の封止、および、噴射システムが通る開口部間に存在する狭い臨界領域中の空気ジェットの衝突による冷却の両方を提供する。
【解決手段】本発明は、チャンバ端部壁を構成する壁を含むガスタービンエンジン用の環状燃焼チャンバに関し、チャンバ端部壁には燃料噴射システムのための開口部が設けられ、熱遮蔽デフレクタが壁に固定され、デフレクタは燃料噴射システム用の上記開口部を中心とする開口部を備える平坦な壁部分と、２つの長手縁部と、２つの横断方向縁部とを含み、デフレクタは、少なくとも１つの長手縁部に沿って連結カバーを形成するタングを含み、２つのデフレクタの２つの隣接する縁部の間の連結部を封止するように、隣接するデフレクタの縁部用にこの縁部に沿ってハウジングを形成し、このタングは、チャンバ端部壁中のオリフィスを経由して冷却空気が供給される空間を形成するように、チャンバ端部壁から離れている。
【選択図】図５

Description

本発明は、ガスタービンエンジンの燃焼チャンバの技術分野に関する。本発明は特にチャンバ端部壁を目的とする。最終的に、本発明はそのような燃焼チャンバを備えるターボジェットエンジンなどのガスタービンエンジンに関する。

以降において、用語「軸状」、「放射状」、「交軸状」は、それぞれ軸方向、放射方向、およびエンジンの横断面に相当し、用語「上流」、「下流」はそれぞれエンジンを通るガス流の方向に相当する。

従来の分岐型燃焼チャンバは、燃焼チャンバの半分を示す軸状断面が図１に示され、その他の半分はエンジンの軸に対して対称の対部分である（図示せず）。燃焼チャンバ１１０は、外部ケーシング１３２と内部ケーシング１３４との間に画定される環状空間である拡散チャンバ１３０の下流に収容され、その中に圧縮機（図示せず）から上流で発生された圧縮された酸化剤、環境空気が、環状拡散導管１３６を経由して導かれる。

この分岐型燃焼チャンバ１１０は、外部壁１１２および内部壁１１４の２つの同心壁を含み、これらは同軸であり実質的に円錐形である。壁は上流から下流方向へ広がる。燃焼チャンバ１１０の外部壁１１２および内部壁１１４はチャンバ端部壁１１６によって燃焼チャンバの上流側に向かって互いに連結される。

チャンバ端部壁１１６は下流から上流方向へ広がる２つの実質的に横断面の間を延在する円錐台形部品である。チャンバ端部壁１１６は燃焼チャンバ１１０の外部壁１１２および内部壁１１４の各々に接続される。チャンバ端部壁１１６は小さな円錐角度を有する。それには噴射システム１１８が設けられ、それを通して燃焼反応が起きる燃焼チャンバ１１０の上流端部中に燃料を導入する噴射機１２０が通る。

これらの燃焼反応の効果は、チャンバ端部壁１１６に向かって下流から上流方向へ熱を放射することである。したがって、動作中に、チャンバ端部壁は高温に曝される。それを保護するために、デフレクタ１２２としても知られる分割された熱遮蔽物が燃焼部位とチャンバ端部壁との間に挿入される。これらのデフレクタ１２２は、その１つが図２に示され、実質的にチャンバ端部壁１１６に溶接された平坦なプレートであり、噴射機の通過のための中心開口部１２２ａを備える。それらは、チャンバ端部壁に対面する放射状縁部に沿って２つの側部バッフル１２２ｂ、１２２ｃと、燃焼部位に対面する横断縁部に沿って空気を案内しチャンバの内部壁１１４および外部壁１１２のそれぞれに対して空間を形成する２つのタングを含む。デフレクタは、チャンバ端部壁１１６に穿孔された冷却オリフィス１２４を通って燃焼チャンバ１１０に入りそれに衝突する冷却空気のジェットによって冷却される。上流から下流方向へ流れるこれらのジェットを形成する空気は、チャンバ１２６の流れライニングによって案内され、冷却オリフィスを通ってチャンバ端部壁１１６を通過し、デフレクタ１２２の上流面に衝突する。次いで、空気は燃焼部位の内部および外部に向かって放射状に案内され、それぞれ壁１１４および１１２を冷却する膜の形成を開始する。

デフレクタに沿うこの案内は放射状に導かれる側部バッフルによって行われる。これらのバッフルはまた、封止機能を行う。バッフルはチャンバ端部壁に接触し、または最小間隙を形成して、空気が２つの隣接するデフレクタ間に侵入して燃焼部位に入り、燃焼を妨害するのを防止する。そのような妨害は汚染に影響を与え、したがって回避すべきである。実際に起こり得ることは、特にクリアランス間隙が大きいエンジンのアイドリング速度で、この望ましくない冷気の侵入によって、ＣＯとＣＨｘ汚染物の排出に関する性能が悪化し易くなることである。

チャンバに空気と燃料を供給する手段の現在の発展により、噴射システムをチャンバ端部壁中に組み込む製造作業がますます困難になっている。例えば、多点噴射システムは、チャンバに流入する空気の大部分がそれらを通るので直径が増加し、したがって、チャンバ端部壁の周辺の空間の占有が増加し、２つの隣接システム間の間隙がますます小さくなる。

２つの隣接噴射機間の無用な領域を低減する観点から、同じチャンバについて噴射システムの数を増加させる必要があるとき、または替わりに、同じ数の噴射システムについてチャンバ端部壁の寸法が縮小されるとき、同様の状況が発生する。

そのような場合において、デフレクタの中心開口部は互いに近接することになる。したがって、デフレクタに側部バッフルを形成するための空間は非常に小さい。

図３および図４はこれらの状況に対して従来技術を適用することによって考えることのできる２つの解決策を示す。したがって、図３において、デフレクタ２２２は、デフレクタの縁部と開口部２２２ａの縁部を形成するフランジ２２２ａ’との間の全領域Ｂ、Ｃを占める側部縁部の各々の側にバッフル２２２ｂ、２２２ｃを有する。この解決策は、この追加の厚さのために封止を維持するが、この領域でデフレクタを冷却することはできないであろう。

図４において、解決策はデフレクタ３２２の側部縁部と開口部３２２ａの縁部のフランジ３２２ａ’との間の臨界領域中のバッフル３２２ｂ、３２２ｃを分断することである。形成された空間は、空気ジェットの衝突によるデフレクタの冷却を可能にするが、封止を犠牲にする。

この問題を取り除くことが本発明の目的である。

本発明によれば、ガスタービンエンジン用の環状燃焼チャンバは、外部壁と、内部壁と、これらの２つの壁を接続しチャンバ端部壁を構成する壁を含み、チャンバ端部壁には燃料噴射システムのための開口部が設けられ、熱遮蔽デフレクタが壁に固定され、デフレクタはこの燃料噴射システム用の上記開口部を中心とする開口部を備える平坦な壁部分と、２つの長手縁部と、２つの横断方向縁部を含み、デフレクタは、少なくとも１つの長手縁部に沿って連結カバーを形成するタングを含み、２つの縁部の間の連結を封止するように、隣接するデフレクタの縁部用にこの縁部に沿ってハウジングを形成し、このタングは、チャンバ端部壁中のオリフィスを経由して冷却空気が供給される空間を形成するように、チャンバ端部壁から離れている。

本発明の解決策によって、２つの隣接する開口部の間に存在する臨界領域は、両方とも連結カバーによって封止され、連結カバーが冷却空気の供給される空間を形成することが可能なので、冷却される。

さらに詳細には、チャンバは以下の特徴を有する。
ハウジングは壁の不連続性によって形成される。
デフレクタは、それらが噴射システム用開口部の縁部に着座する肩を含む。
肩は、チャンバ端部壁と燃料噴射用のシステムのための２つの隣接する開口部中に存在する領域中の連結カバーとの間に間隙を形成する。
デフレクタの横断縁部は湾曲した壁部分を含み、ハウジングはまたこの湾曲部分の長手縁部に沿って形成される。
デフレクタは、長手縁部に沿う連結カバー、および他の長手縁部に沿う連結カバーを含まない縁部を含み、２つの縁部は、縁対縁で配置された同様のデフレクタ縁部上に固定するように互いに補完し合う。
デフレクタの一部は両方の長手縁部に沿う連結カバーを含む。
デフレクタの一部は上記デフレクタの連結カバーを補完する２つの長手縁部を含む。

他の特徴および利点は、添付図面を参照する本発明のいくつかの実施形態の以下の説明から明らかになるであろう。

ここで、チャンバ端部壁中に並んで配置され耐火材料から作られたデフレクタ１０および１０’の間の封止の第１実施形態を示す、図５および図７を参照する。デフレクタ１０は中心開口部１０ｂを備える平坦部分１０ａを含み、図示されない噴射機のハウジングに相当する。図５において、開口部はチャンバ端部壁中に固定するためのフランジ１０ｂ１によって境界が作られる。デフレクタはエンジンの軸に対して放射方向に面する２つの長手縁部を含む。長手縁部１０ｃおよび縁部１０ｄは直線である。また、デフレクタ１０は２つの横断縁部１０ｅおよび１０ｆを含み、両方とも燃焼チャンバの湾曲に従うために丸められ、空気を案内するために燃焼チャンバの内部に向かって湾曲する。図５の左側の縁部１０ｃは直線であり、デフレクタの放射状輪郭に従う。他の側の縁部１０ｄは、デフレクタの壁の後部面に延在するタング１０ｄ１から形成された、図５に見える面に対して不連続の後部を含む。この不連続性は隣接するデフレクタ１０’の縁部１０’ｃ用の長手ハウジング１０ｄ１０を形成する。このデフレクタ１０’はデフレクタ１０と同一である。デフレクタ１０は平坦な部分１０’ａ、２つの長手縁部１０’ｃと１０’ｄ、および２つの丸められ湾曲した横断縁部１０’ｅおよび１０’ｆを含む。縁部１０’ｄは、ハウジング１０’ｄ１０を形成する長手タング１０’ｄ１を含む。

図５から図７の実施例において、デフレクタは全て同一であり、図５および６には図示されないチャンバ端部壁１６の周縁に搭載され、噴射システム用の開口部１０ｂ、１０’ｂのフランジ１０ｂ１および１０’ｂ１によって固定される。デフレクタごとに１つの噴射システムが存在する。各デフレクタのタング１０ｄ１によって形成される連結カバーは、燃焼チャンバの膨張変化に順応する十分な幅で隣接するデフレクタ１０’の縁部１０’ｃを覆う。各ハウジング１０ｄ１０、１０’ｄ１０は、２つの隣接するデフレクタ間の漏洩がエンジン速度にかかわらず完全に除去されなくても低減されるように、隣接するデフレクタの縁部１０ｃ、１０’ｃを保持するように設計される。

一方でデフレクタ１０と１０’の互いの配置、他方でチャンバ端部壁１６の互いの配置を図７に断面で見ることができる。チャンバ端部壁中の隣接する開口部間の距離は非常に短いことに留意すべきである。デフレクタはそれぞれ肩１０ｂ１ｅおよび１０’ｂ１ｅを経由して開口部の縁部に着座する。デフレクタ１０の壁は、隣接するデフレクタ１０’の縁部１０’ｃを覆うタング１０ｄ１によって縁部１０ｄに沿って延在される。肩１０ｂ１ｅおよび１０’ｂ１ｅによってチャンバ端部壁１６とデフレクタの後部面との間に空間が形成される。ジェットの形の空気は２つの開口部の間のチャンバ端部壁中に作られたオリフィス１６ａを通過する。デフレクタは、肩と一緒にチャンバ端部壁に対するクランプを形成するクリップ１６ｂによってチャンバ端部壁に対して不動化されることに留意することができる。

したがって、本発明の解決策はデフレクタ間の封止、および、噴射システムが通る開口部間に存在する狭い臨界領域中の空気ジェットの衝突による冷却の両方を提供することを可能にする。

図５から図７の実施形態において、デフレクタは同一であるが、解決策は、第１のデフレクタ１０が連結カバーをもたない第２デフレクタ１０’の平面縁部１０’ｃおよび１０’ｄと協働して、２つの長手縁部に沿う連結カバー１０ｃ１および１０ｄ１を含む場合も包含する。効果は同じである。これは図８に示される。しかし、固定は異なる。それはより簡単であるが、２つの異なる設計の部品を製造する必要がある。

本質的に知られている種類の分岐型燃焼チャンバの半分を示す軸状断面図である。 燃焼チャンバ端部壁の熱遮蔽のために用いられる従来技術のデフレクタを示す図である。 従来技術の教示によるデフレクタの構成を示す図である。 従来技術の教示によるデフレクタの他の構成を示す図である。 本発明のチャンバ端部壁を熱遮蔽するための２つのデフレクタを示す斜視図である。 図５のデフレクタ上の連結カバーの詳細を示す図である。 燃焼チャンバ中の２つの開口部間領域の詳細を示す図である。 ２つの隣接するデフレクタ間の封止の実施形態の代替の形態を示す図である。

符号の説明

１０、１０’、２２２ デフレクタ
１０ｂ、１２２ａ 中心開口部
１０ａ、１０’ａ 平坦部分
１０ｂ、１０’ｂ、２２２ａ、３２２ａ 開口部
１０ｃ、１０ｄ、１０’ｃ、１０’ｄ 長手縁部
１０ｃ１、１０ｄ１ 連結カバー
１０ｅ、１０ｆ、１０’ｅ、１０’ｆ 横断縁部
１０ｄ１、１０’ｄ１ タング
１０ｂ１ｅ、１０’ｂ１ｅ 肩
１０ｄ１０、１０’ｄ１０ ハウジング
１６、１１６ チャンバ端部壁
１６ａ オリフィス
１６ｂ クリップ
１１０ 燃焼チャンバ
１１２ 外部壁
１１４ 内部壁
１１８ 噴射システム
１２０ 噴射機
１２２ｂ、１２２ｃ 側部バッフル
１２４ 冷却オリフィス
１２６ 流れライニング
１３０ 拡散チャンバ
１３２ 外部ケーシング
１３４ 内部ケーシング
１３６ 環状拡散導管
２２２ａ’、３２２ａ’、１０ｂ１、１０’ｂ１ フランジ
２２２ｂ、２２２ｃ バッフル

Claims (9)

1. 外部壁と、内部壁と、これらの２つの壁を接続しチャンバ端部壁を構成する壁を含むガスタービンエンジン用の環状燃焼チャンバであって、チャンバ端部壁には燃料噴射システムのための開口部が設けられ、熱遮蔽デフレクタが壁に固定され、デフレクタは燃料噴射システム用の前記開口部を中心とする開口部を備える平坦な壁部分と、２つの長手縁部と、２つの横断方向縁部を含み、デフレクタは、少なくとも１つの長手縁部に沿って連結カバーを形成するタングを含み、２つのデフレクタの２つの隣接縁部間の連結を封止するように、隣接するデフレクタの縁部用に前記縁部に沿ってハウジングを形成し、前記タングは、チャンバ端部壁中のオリフィスを経由して冷却空気が供給される空間を形成するように、チャンバ端部壁から離れている、燃焼チャンバ。
2. ハウジングが、壁の不連続性によって形成される、請求項１に記載の燃焼チャンバ。
3. デフレクタが、チャンバ端部壁中の噴射システム用開口部の縁部にそれらの着座する肩を含む、請求項２に記載の燃焼チャンバ。
4. 肩が、燃焼チャンバ中へ燃料を噴射するシステム用の２つの隣接する開口部間に存在する領域中にチャンバ端部壁と連結カバーとの間の間隙を形成する、請求項１から３のいずれか一項に記載の燃焼チャンバ。
5. デフレクタの横断縁部が湾曲壁部分を含み、ハウジングも前記湾曲部分の長手縁部に沿って形成される、請求項１から４のいずれか一項に記載の燃焼チャンバ。
6. デフレクタが、長手縁部に沿う連結カバー、および他の長手縁部に沿う連結カバーのない縁部を含み、２つの縁部が縁対縁で配置された同様のデフレクタ縁部上に固定されるように互いに補完し合う、請求項１から５のいずれか一項に記載の燃焼チャンバ。
7. デフレクタの一部が両方の長手縁部に沿って連結カバーを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の燃焼チャンバ。
8. デフレクタの一部分が、請求項７に記載のデフレクタの連結カバーを補完する２つの長手縁部を含む、燃焼チャンバ。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の燃焼チャンバを含む、ガスタービンエンジン。

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