JP2010025109A

JP2010025109A - 燃料ノズル中心体及びそれを組立てる方法

Info

Publication number: JP2010025109A
Application number: JP2009167339A
Authority: JP
Inventors: Beverly Stephenson Duncan; ビヴァリー・スティーブンソン・ダンカン; Michael Anthony Benjamin; マイケル・アンソニー・ベンジャミン; George Chia-Chun Hsiao; ジョージ・チア−チュン・シャオ; Hukam Chand Mongia; ハカム・チャンド・モンギア
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2008-07-21
Filing date: 2009-07-16
Publication date: 2010-02-04
Anticipated expiration: 2029-07-16
Also published as: EP2148141A3; CA2672502A1; EP2148141A2; JP5507139B2; CA2672502C; US8555645B2; US20100012750A1

Abstract

【課題】円筒形断面積を有する燃料ノズル中心体（１０２）を提供する。
【解決手段】本中心体（１０２）は、入口（５２）と、出口（５４）と、入口から出口まで延びる中心軸線（１０３）と、該中心体内部でほぼ同軸に整列したバッフル（２００）とを含み、バッフルは、半径方向外向きに空気流を送って該中心体のインピンジメント冷却を可能にするように構成された複数の円周方向に間隔を置いて配置されたアパーチャ（８４）を含む。
【選択図】図１

Description

本発明の分野は、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、燃焼器構成部品の冷却に関する。

少なくとも幾つかの公知のガスタービンエンジンは、前方ファン、コアエンジン及び出力タービンを含む。コアエンジンは、加圧空気を燃焼器に供給する少なくとも１つの圧縮機を含み、燃焼器において、空気は燃料と混合されかつ点火されて、高温燃焼ガスを生成するのに使用される。生成された燃焼ガスは、下流方向に１つ又はそれ以上のタービンに流れ、これらのタービンは、燃焼ガスからエネルギーを取出して圧縮機を駆動しまた航空機に動力を供給するような有用な仕事を行う。タービンセクションは、燃焼器の出口に配置されてその下流のタービンロータ内に燃焼ガスを送るようになった固定タービンノズルを含むことができる。少なくとも幾つかの公知のタービンロータは、複数の円周方向に間隔を置いて配置されたタービンブレードを含み、それらタービンブレードは、エンジンの中心軸線の周りで回転するロータディスクから半径方向外向きに延びる。

少なくとも幾つかの公知の燃焼器では、燃料及び空気は、燃料ノズル内で予混合されてＮＯｘエミッションを低減するリーン燃焼火焔を発生させる。幾つかの公知のシステムでは、スワールベーン組立体を通してかつ入れ子式燃料ノズルの周りに空気を送って内部温度を低下させるようになった空気流システムを使用することにより、エミッションをさらに低減させている。このようなシステムでは、燃料ノズル中心体は、空気／燃料混合気を点火ゾーンに導いて燃焼させるようにする。しかしながら、燃料ノズル中心体の使用はまた、該中心体の回りの領域内に残る残留燃料の自己着火、逆火又はデトネーションの発生可能性を増大させるので望ましくない。より具体的には、中心体構造体を適切に冷却しない状態では、中心体壁を過熱しかつ溶落ちを生じさせる自己着火、逆火又はデトネーション、或いは時間の経過と共に中心体壁を弱体化させる局所的ホットスポットを生じさせるおそれがある中心体構造体の加熱の発生可能性が増大する。

米国特許第７，１８１，９１５Ｂ２号公報米国特許第７，００７，４７７Ｂ２号公報米国特許第６，３８９，８１５Ｂ１号公報米国特許第６，１４１，９６７号公報米国特許第５，９０８，１６０号公報米国特許出願公開第２００６／００１０８７８Ａ１号公報

１つの態様では、円筒形断面積を有する燃料ノズル中心体を提供する。本中心体は、入口と、出口と、入口から出口まで延びる中心軸線とを含む。本中心体はまた、該中心体内部でほぼ同軸に整列したバッフルを含み、バッフルは、半径方向外向きに空気流を送って中心体のインピンジメント冷却を可能にするように構成された複数の円周方向に間隔を置いて配置されたアパーチャを含む。

別の態様では、燃料ノズル中心体を組立てる方法を提供する。本方法は、取付けフランジを備えかつ燃焼ゾーンに燃料を送るように構成されたガスタービンエンジン用燃料ノズル組立体を準備するステップを含む。本方法はさらに、取付けフランジとの間で摩擦嵌合を形成するように構成された中間支持体を備えたバッフルを該取付けフランジ上に配置するステップと、端壁フランジがバッフルの第１の端部を支持するように端壁を燃料ノズル組立体に結合するステップとを含む。

さらに別の態様では、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、円筒形断面を有する燃料ノズル中心体を含み、中心体は、中心体外壁を貫通する複数のアパーチャを含む。中心体から半径方向外向きに空気流を送るように構成された複数のアパーチャが設けられる。

本発明の上述の態様に関連して記載した機構の様々な改良が存在する。その上、本発明の上述の態様にはまた、付加的な機構を組入れることができる。それらの改良及び付加的機構は、個々に又はあらゆる組合せで存在させることができる。例えば、本発明の例示した実施形態のいずれかに関連する下記で説明する様々な機構は、要素を、本発明の上記の態様のいずれにも単独で又はあらゆる組合せで組入れることができる。

例示的なガスタービンエンジンの概略図。図１に示すガスタービンエンジンで使用する例示的な燃焼器の内部斜視図。図２に示す燃焼器で使用する例示的な燃料ノズル組立体の概略図。図２に示す燃焼器で使用する例示的な中心体の概略図。図４に示す中心体で使用する例示的な中心体冷却システムの概略図。図５に示す中心体冷却システムで使用する例示的なバッフルの斜視図。図６に示すバッフルの側面図。図４に示す中心体で使用することができる別の中心体冷却システムの概略図。図４に示す中心体で使用することができるもう１つ別の中心体冷却システムの側面図。図４に示す中心体で使用することができるさらに別の中心体冷却システムの斜視図。

図１は、長手方向軸線１５に沿ってファンセクション１４の軸方向下流に配置されたコアエンジンセクション１２を含む例示的なガスタービンエンジン１０の概略図である。コアエンジンセクション１２は、ほぼ管状の外側ケーシング１６を含み、外側ケーシング１６は、環状のコアエンジン入口１８を形成しまたコアエンジンセクション１２に流入する空気の圧力を第１の圧力レベルまで上昇させるのに使用する加圧ブースタ２０を囲みかつ支持する。高圧多段式軸流圧縮機２２は、ブースタ２０から加圧空気を受けかつその空気の圧力をさらに高める。この加圧空気は燃焼器２４に流れ、燃焼器２４内において、燃料が加圧空気ストリーム内に噴射されて、加圧空気の温度及びエネルギーレベルを上昇させる。高エネルギー燃焼生成物は、第１の駆動シャフト２８を介して圧縮機２２を駆動するのに使用される第１のタービン２６に流れ、次に第１の駆動シャフト２８と同軸になった第２の駆動シャフト３２を介してブースタ２０を駆動するのに使用される第２のタービン３０に流れる。タービン２６及び３０の各々を駆動した後に、燃焼生成物は、コアエンジンセクション１２から排出ノズル内に送られて推進ジェットスラストをもたらす。

ファンセクション１４は、環状のファンケーシング３８によって囲まれた回転可能な軸流ファンロータ３６を含む。ファンケーシング３８は、複数のほぼ半径方向に延びる円周方向に間隔を置いて配置された支持ストラット４０によってコアエンジンセクション１２の周りに支持される。ファンケーシング３８は、半径方向に延びる出口ガイドベーン４２によって支持され、かつファンロータ３６及び複数のファンロータブレード４４を囲む。ファンケーシング３８の下流側セクション３９は、コアエンジン１２の外側部分上に延びて、付加的な推進ジェットスラストをもたらす二次つまりバイパス空気流導管４６を形成する。

図２は、図１に示すガスタービンエンジン１０で使用する燃焼器２４の内部斜視図である。この例示的な実施形態では、燃焼器２４は、エンジンの長手方向軸線１５とほぼ同軸に整列した環状の燃焼チャンバ５０と、入口５２及び出口５４とを含む。燃焼器２４は、圧縮機２２（図１に示す）から吐出された加圧空気ストリームを受ける。圧縮機吐出空気の一部分は、燃焼チャンバ５０内に流れ、燃焼チャンバ５０内において、燃料噴射装置組立体５６から噴射された燃料がその空気と混合されて燃焼用の燃料−空気混合気を形成する。燃料−空気混合気の点火は、好適な点火装置（図示せず）によって行われ、生じた燃焼ガスは環状の第１段タービン入口５８に向かって吐出される。タービン入口５８は、複数の円周方向に間隔を置いて配置されたステータベーン６０を備えた環状の流路５９を形成し、複数のステータベーン６０は、ガス流が第１段タービンディスク６４に結合された複数の第１段タービンブレード６２上に衝突するように該ガス流を送る。図１に示すように、第１段タービン２６は、圧縮機２２を回転させ、また１つ又はそれ以上の付加的な下流段（図示せず）を設けてブースタ２０及びファンロータ３６を駆動するようにすることができる。

図２に示すように、燃焼チャンバ５０は、エンジン外側ケーシング６６内に収納されかつ環状の燃焼器外側ライナ６８及び半径方向内側に配置された環状の内側ライナ７０によって形成される。それを通して送られる空気流の一部分７２は、外側ライナ６８の最外側表面上を流れる。その中に送られる空気流の一部分７４は、燃焼チャンバ５０内に導かれ、燃焼チャンバ５０内において、空気流の一部分７６は内側ライナ７０の最内側表面上を流れる。

外側ライナ６８及び内側ライナ７０の各々内には、複数の希釈開口部７８が形成される。開口部７８は、付加的な空気が燃焼器２４に流入して、燃焼生成物がタービン入口５８に向かって送られる前に燃焼プロセスを完了させるのを可能にする。さらに、この例示的な実施形態では、外側ライナ６８及び内側ライナ７０は、比較的短い傾斜外向きフレア環状パネル８２によって形成された複数の環状段差部分８０を含み、環状パネル８２は、それぞれ外側及び内側ライナ６８及び７０の最外側表面に沿って流れる空気の一部分が燃焼チャンバ５０の内部内に流れるのを可能にするのに使用する複数の円周方向に間隔を置いて配置された冷却空気アパーチャ８４を含む。

複数の軸方向に延びる燃料噴射装置組立体５６が、燃焼器２４の上流端部に円形アレイの形態で配置されかつ環状の燃焼チャンバ５０の入口５２内に延びる。それぞれ外側及び内側ライナ６８及び７０の上流部分は、互いに半径方向に間隔を置いて配置されかつ外側カウル８６及び内側カウル８８を形成する。カウル８６及び８８の最前方端部間の間隔は、燃焼チャンバ入口５２を形成しかつ圧縮機吐出空気が燃焼チャンバ５０に流入するのを可能にする開口部となる。

図３は、燃焼チャンバ５０（図２に示す）で使用する例示的な燃料ノズル組立体８９の内部側面図である。環状の燃焼チャンバ９０は、環状の燃焼器外側ライナ９２及び環状の燃焼器内側ライナ９４を含み、かつ環状のエンジン外側ケーシング９６内に配置される。燃焼チャンバ９０は、外側ケーシング９６から内側に間隔を置いて配置されて、外側ライナ９２及び外側ケーシング９６が冷却目的のためにそれを通って流れる圧縮機吐出空気用の流路９８を形成するようになる。燃焼チャンバ９０の上流端部９９は、圧縮機吐出空気を送る複数の空気入口孔（図示せず）を備えた環状ドーム１００を含む。ドーム１００は、中心体組立体（燃料ノズル中心体）１０２に向かって内向きかつ前向きに延びる。燃焼チャンバ９０の断面積は、第１段タービンノズル１０４の断面積とほぼ同じ寸法である、該燃焼チャンバの下流端部１０１におけるより小さい断面積まで減少している。

環状ケーシング１０６は、燃焼器内側ライナ９４から半径方向内側に配置されて、圧縮機２２（図１に示す）からの空気が該内側ライナ９４に沿って流れるようにして、エンジン駆動シャフト（図示せず）のようなその他のエンジン内部構成部品を燃焼チャンバ９０内に発生した熱から遮蔽するのを可能にする。

この例示的な実施形態では、圧縮機吐出空気は、環状ダクト１０８を通ってまた拡大断面積を有するディフューザセクション１１０内を通って燃焼チャンバ９０に流れる。ディフューザセクション１１０は、燃焼チャンバ９０のすぐ上流に位置しかつ外側流路９８、内側流路１１２及び中心体組立体１０２と流れ連通状態になっている。この例示的な実施形態では、圧縮機吐出空気の約６０％が、中心体組立体１０２を通ってまた該中心体１０２の周りを通って燃焼チャンバ９０に流入し、残りの圧縮機吐出空気が、外側流路９８及び内側流路１１２を通ってまた燃焼チャンバ９０の周りを通って流れてその他の燃焼器構成部品を冷却するのに使用されるようになる。

中心体組立体１０２は、燃料入口１１４を介して加圧燃料源（図示せず）と流れ連通状態になっている。中心体組立体１０２は、エンジン外側ケーシング１１６に結合される。点火装置１１８は、中心体組立体１０２の下流に位置しまたエンジン外側ケーシング１１６を貫通しかつ燃焼チャンバ９０内に延びて、該燃焼チャンバ９０内で燃料−空気の初期点火を行う。この例示的な実施形態では、中心体組立体１０２は、一次燃料噴射装置１２２から噴射された燃料に点火するようになった中心の一次燃焼領域１２０と、一次燃料噴射装置１２２から半径方向外側に間隔を置いて配置された環状の二次燃料噴射装置１２６から噴射された燃料に点火するようになった環状の二次燃焼領域とを含む。

この例示的な実施形態では、燃焼チャンバ９０の入口５２には、円形アレイの形態で１２個の中心体組立体１０２が配置される。それに代えて、燃焼チャンバ９０内には、あらゆる数の燃料ノズル組立体を配置して、ガスタービンエンジンが本明細書に記載するように機能するのを可能にすることができる。一次燃料噴射装置１２２及び二次燃料噴射装置１２６は、外側ライナ９２及び内側ライナ９４の各々から延びかつそれらの各々に結合されたそれぞれの環状の燃焼器ドーム１００内に受けられる。

外側カウル１８８は、外側ライナ９２の前方端縁部９５から延びる。外側カウル１８８は、燃料噴射装置１２２に向かってアーチ形に延びかつ外側カウルリップ部１８８ａで終端する。同様に、内側カウル１８９は、内側ライナ９４の前方端縁部９７から前方に延びかつ燃料噴射装置１２２に向かってアーチ形に延びる。内側カウル１８９は、内側カウルリップ部１８９ａで終端する。外側カウルリップ部１８８ａ及び内側カウルリップ部１８９ａは、エンジン長手方向軸線１０３に対して互いに半径方向に間隔を置いて配置されて、それを通して圧縮機吐出空気が燃焼チャンバ９０に流入する環状の開口部１９１が形成されるようになる。

図４は、図２に示す燃焼器２４で使用することができる例示的な中心体組立体１０２の概略図であり、また図５は、中心体組立体１０２の概略図である。中心体組立体１０２は、燃焼器ドーム１００内に受けられかつ軸線１０３の周りにほぼ軸対称に配置される。この例示的な実施形態では、中心体組立体１０２は、中心の一次燃焼領域１２０と、周囲の環状の二次燃焼領域１２４とを含む。一次燃焼領域１２０は、一次燃料噴射装置１２２を含む。噴射装置１２２は、同心に整列した一次環状部材１３０によって囲まれて、環状の内側空気導管１３２が部材１３０と噴射装置１２２との間に形成されるようになる。環状部材１３０は、一次燃料噴射装置１２２から半径方向外側に配置されかつ複数の半径方向に延びる内側スワールベーン１３４を介して該一次燃料噴射装置１２２に結合される。スワールベーン１３４は、中心体組立体１０２の軸線１０３に対して半径方向及び軸方向の両方向に傾斜して、入口１３８を通って流入する圧縮機吐出空気に対して回転運動を与える。より具体的には、ベーン１３４により、導管１３２内でほぼ螺旋状態に空気を旋回させることが可能になる。環状部材１３０は、一次燃料噴射装置１２２を囲みまた該一次燃料噴射装置１２２の周りにかつ噴射装置端面１４０の外向きフレア壁１４４により第１のディフューザセクション１４２を通して空気を導く。

この例示的な実施形態では、第２の環状部材１４６が一次環状部材１３０を囲みかつ該一次環状部材１３０から半径方向外側に間隔を置いて配置される。部材１４６は、外壁１４８及び内壁１５０を含む。内壁１５０は、第１の軸方向に延びる表面１５２、中間セクション１５４、及び半径方向外向きに延びるフランジ１５８で終端する外向き発散形外側セクション１５６を含む。内壁１５０及び一次環状部材１３０は、環状の外側空気導管１６０を形成する。

第２の環状部材１４６は、燃料ノズル組立体軸線１０３に対して半径方向及び軸方向の両方向に傾斜した複数の半径方向に延びる外側スワールベーン１６４を介して一次環状部材１３０に結合される。ベーン１６４は、入口１６６を通って外側導管１６０に流入する圧縮機吐出空気に対して回転運度を与える。より具体的には、ベーン１６４により、空気流が導管１６０を通って流れる時にほぼ螺旋状態に該空気流を旋回させることが可能になる。この例示的な実施形態では、導管１６０内での空気ストリームの回転方向は、導管１３２内での空気ストリームの回転方向と同一である。それに代えて、空気ストリームの回転方向は、燃料ノズル組立体寸法及び構成並びに特定の燃焼チャンバ設計での作動条件に応じて逆の回転方向とすることができる。

環状部材１４６は、中心体外壁１７０を含む環状ハウジング１６８の内壁１５０を形成する。外壁１７０は、その両方が端壁１７６まで延びる内表面１７２及び外表面１７４を含む。この例示的な実施形態では、環状導管１７８によって空気を送って内表面１７２を冷却するのを可能にする。より具体的には、またこの例示的な実施形態では、複数のアパーチャ１８０を通して空気分散領域１８２に向けて空気が送られる。複数の軸方向に延びるアパーチャ１８４が、端壁１７６内に形成される。この例示的な実施形態では、アパーチャ１８４はほぼ同一直径を有しかつ端壁１７６の周りに互いに千鳥配置されて、ほぼ均一な流れ場がギャップ１８６内に形成されてフランジ１５８を冷却するのに使用されるようになる。それに代えて、アパーチャ１８４は、本明細書に記載するように中心体組立体１０２を冷却するのを可能にするような寸法及び／又は配向で配置することができる。より具体的には、この例示的な実施形態では、軸方向に延びるアパーチャ１８４は、フランジ１５８の上流表面１９０に向かって空気を直接送るように配向される。

この例示的な実施形態では、複数の傾斜アパーチャ１９２が、端壁１７６内に形成される。アパーチャ１９２は、下流方向にかつ外向きに空気を送るような寸法及び配向にされる。より具体的には、またこの例示的な実施形態では、アパーチャ１９２は、燃料ノズル組立体軸線１０３に対して外向きかつ後向きに配向されて、フランジ１５８を通過してかつ二次燃焼領域１２４（図３に示す）の最内側部分に向かって空気を送る。この例示的な実施形態では、アパーチャ１９２は、軸線１０３に対して約４５度の角度で配向される。それに代えて、アパーチャ１９２は、軸線１０３に対して約４０度〜約５０度の範囲にある角度で配向することができる。

図６は、中心体組立体１０２（図５に示す）で使用するバッフル２００の斜視図であり、図７はそのバッフル２００の側面図である。この例示的な実施形態では、バッフル２００は、ほぼアーチ形であり、空気分散領域１８２に隣接してかつ中心体外壁１７０から半径方向内側に配置される。バッフル２００は、導管１７８から送られた空気を用いて内表面１７２を冷却するのに使用する複数の空気冷却アパーチャ２０２を含む。バッフル２００は、第１の直径Ｄ_１を有しかつ本体部分２０５から延びる第１の端部２０４を含む。バッフル２００はまた、第２の直径Ｄ_２を有する軸方向に対向する外向きに発散した第２の端部２０６を含む。この例示的な実施形態では、第１の直径Ｄ_１は、第２の直径Ｄ_２よりも小さい。バッフルの第１の端部２０４は、空気分散領域１８２内で、係合面２１３において付加的な支持を得るように端壁１７６から内向きに延びたフランジ２０８によって支持される。この例示的な実施形態では、係合面２１３は、摩擦嵌合である。それに代えて、係合面２１３は、中心体組立体１０２が本明細書に記載するように機能するのを可能にする、ボルト継手、溶接継手及び／又はあらゆる継手構成とすることができる。さらに、バッフル２００は、半径方向内向きに延びて内側支持フランジ２１２に対して付加的な支持を与える中間支持体２１０を含む。この例示的な実施形態では、空気冷却アパーチャ２０２は、ほぼ同一の直径Ｄ（図５〜７に示すような）を有し、かつバッフル２００の周りに互いに円周方向に千鳥配置されて、ギャップ２１４（図５に示す）内にほぼ均一な流れ場を形成する。アパーチャ２０２により、中心体外壁１７０、より具体的には内表面１７２を冷却することが可能になる。それに代えて、アパーチャ２０２は、本明細書に記載するように中心体組立体を冷却するのを可能にするあらゆる構成の寸法及び／又は配向で配置することができる。

さらに、またこの例示的な実施形態では、第２の複数のアパーチャ２２０が、バッフル２００内に形成されかつアパーチャ２０２の軸方向上流に配置される。アパーチャ２２０は、燃料ノズル組立体軸線１０３に対して外向きかつ前向きに配向され、上流方向にかつ外向き方向に空気を送る。より具体的には、アパーチャ２２０は、本明細書に記載するように、空気をギャップ２１４内に送って中心体外壁１７０、より具体的には内表面１７２を冷却するのに使用するような寸法及び配向にされる。本明細書により詳細に記載するように、空気は、ギャップ２１４からアパーチャ１９２を通して送られる。

図８は、中心体組立体１０２（図４に示す）で使用することができる別のバッフル３００の概略図である。中心体外壁３０２は、その内部にほぼ環状の部材３０４を収納する。部材３０４は、半径方向外向きに延びるフランジ３０８で終端する外向き発散形外側セクション３０６までほぼ軸方向外向きに延びる。この例示した実施形態では、環状導管３１０を通して空気を送って、中心体外壁３０２の内表面３１２及びフランジ３０８を冷却するのを可能にする。より具体的には、複数のほぼ軸方向に延びる冷却空気アパーチャ３１４が、バッフルの端壁３１６内に形成される。この例示した実施形態では、アパーチャ３１４は、フランジ３０８を冷却するのに使用するほぼ均一な流れ場を形成するような寸法及び配向にされる。アパーチャ３１４は、ほぼ同一の直径Ｄ_３を有しかつ端壁３１６の周りに円周方向に千鳥配置される。

中間フランジ３１８が、アパーチャ３１４の半径方向外側に配置されかつバッフル端壁３１６の上流に延びる。この例示した実施形態では、フランジ３１８内には、複数の半径方向に延びる空気冷却アパーチャ３２０が形成される。アパーチャ３２０は、ほぼ同一の直径を有しかつ中間フランジ３１８の周りに円周方向に千鳥配置されて、中心体外壁３０２、より具体的には内表面３１２を冷却するのに使用するほぼ均一な流れ場を形成する。

端壁３１６内には、複数の外側冷却アパーチャ３２２が形成される。アパーチャ３２２は、空気を下流方向にかつ外向きに送るような寸法及び配向にされる。この例示した実施形態では、アパーチャ３２２は、燃料ノズル組立体軸線１０３に対して外向きにかつ後向きに配向されて、フランジ３０８を通過してかつ燃焼領域（図示せず）の最内側部分に向かって空気を送る複数の空気ジェットを形成する。より具体的には、アパーチャ３２２は、中心体組立体１０２の軸線１０３に対して約４５度の角度で斜めに配向される。それに代えて、アパーチャ３２２は、軸線１０３に対して約４５度〜約５０度の角度で配向することができる。

バッフル３００は、継手３２６において中心体外壁３０２に結合される。この例示的な実施形態では、継手３２６は、溶接継手である。それに代えて、バッフル３００は、燃焼器が本明細書に記載するように機能するのを可能にするあらゆる構成で中心体外壁３０２に結合される。

図９は、中心体４０２で使用することができる別の中心体冷却システム４００の側面図である。中心体４０２は、端壁４０６及びフランジ４０８まで延びる環状の外壁４０４を含む。この例示的な実施形態では、中心体４０２は、本明細書に記載するような内部インピンジメント冷却システム（図示せず）を含む。それに代えて、中心体４０２は、内部インピンジメント冷却システムを含まない。中心体４０２は、外壁４０４を貫通して延びる複数のほぼ半径方向に延びる冷却空気アパーチャ４１０を含む。この例示的な実施形態では、アパーチャ４１０は、中心体４０２の内部領域、例えばギャップ２１４（図５に示す）から中心体外壁４０４に隣接する境界層（図示せず）に向かってほぼ均一な流れ場を形成するような寸法及び配向にされる。より具体的には、アパーチャ４１０は、中心体４０２の周りでの空気流の旋回方向とほぼ整列している。この例示した実施形態では、アパーチャ４１０は、構造試験時に中心体外壁４０４の局所的ホットスポット又は損傷領域を減少させるのを可能にするように間隔を置いて配置される。さらに、各位置に形成されるアパーチャの個数は、中心体４０２内での空気流量（本明細書に記載するように）並びに中心体外壁４０４上の選択位置における局所的圧力制約条件に少なくとも部分的に基づいている。例示した実施形態により、中心体外壁４０４に隣接して残る可能性があるあらゆる残留燃料又は火焔を実質的に排除して、逆火又は自己着火の発生可能性を大幅に減少させることができるようになる。

図１０は、中心体５０２で使用することができるさらに別の中心体冷却システム５００の斜視図である。中心体５０２は、端壁５０６及びフランジ５０８まで延びる環状の外壁５０４を含む。この例示的な実施形態では、中心体５０２は、本明細書に記載するような内部インピンジメント冷却システム（図示せず）を含む。それに代えて、中心体５０２は、内部インピンジメント冷却システムを含まない。中心体５０２は、外壁５０４を貫通して延びる複数のほぼ半径方向に延びる冷却空気アパーチャ５１０を含む。この例示的な実施形態では、アパーチャ５１０は、中心体５０２の内部領域、例えばギャップ２１４（図５に示す）から中心体外壁５０４に隣接する境界層（図示せず）に向かってほぼ均一な流れ場を形成するような寸法及び配向にされる。より具体的には、この例示的な実施形態では、アパーチャ５１０は、中心体５０２の周りでの空気流の旋回方向とほぼ整列している。そのような流れパターンにより、中心体外壁５０４に対する付加的な冷却が得られると同時に、中心体外壁５０４に隣接して残る可能性があるあらゆる残留燃料又は火焔が排除される。従って、それによって、アパーチャ５１０は、逆火又は自己着火の発生可能性を大幅に減少させると同時に、中心体外壁５０４に対する付加的な冷却をもたらす。

以上、ガスタービンエンジンに使用する中心体冷却組立体の例示的な実施形態を詳細に説明している。上記の冷却組立体は、インピンジメント冷却方法を使用して、中心体壁の作動温度を低下させるのを可能にし、また燃焼器中心体の内表面を冷却するように配向されかつ配置されたアパーチャを通して空気ストリームを送ることによって中心体の近傍からの残留燃料の排除を可能にする。このような成果は、燃料混合システムの空気力学的機構を乱さないで状態で、かつ中心体の周りでの大きな圧力変化を生じさせない状態で達成される。より具体的には、空気及び燃料を予混合するようなタービンエンジでは、自己着火又は逆火の発生可能性が存在する。公知のエンジンにおいて燃料ノズル中心体を付加することにより、自己着火、逆火又はデトネーションが増加する危険が高くなる。適切な冷却を行わない状態では、自己着火、逆火又はデトネーションの発生時に中心体壁が過熱しかつ溶落ちを生じる可能性がある。本明細書に説明した冷却組立体は、逆火又は自己着火発生により生じる局所的加熱を大幅に減少させ、かつ中心体のこの局所的ホットスポット又は損傷領域を回避するように中心体表面温度を低下させる。そのような温度の低下は、逆火又は自己着火発生の可能性を大幅に減少させる。さらに、本明細書に説明した冷却組立体により、中心体の近傍から燃料を排除して自己着火及び逆火の発生可能性をさらに減少させることが可能になる。

前述の記載は多くの特定の形態を含むが、それらは、本発明の技術的範囲を限定するものとして解釈するべきではなく、ただ単に現時点で好ましい実施形態の幾つかの例示を示すものとしているに過ぎない。同様に、本発明の技術思想又は技術的範囲から逸脱しない本発明のその他の実施形態を考案することができる。異なる実施形態による特徴は、組合せて用いることができる。従って、本発明の技術的範囲は、前述の記載によるのではなく、特許請求の範囲及びその法律的な均等範囲によってのみ示されかつ限定される。本明細書に開示したような特許請求の範囲の意図及び技術的範囲に属する本発明に対するあらゆる付加、削除及び修正は、特許請求の範囲によって包含されることになる。

本明細書で使用する場合に、数詞を付していない要素又はステップは、特にそうでないことを明記していない限り、複数の要素又はステップを除外するものではないと理解されたい。さらに、本発明の「１つの実施形態」という表現は、記載した特徴を同様に組み入れた別の実施形態の存在を排除するものとして解釈されることを意図していない。

本明細書は最良の形態を含む幾つかの実施例を使用して、本発明を開示し、さらにあらゆる装置又はシステムを製作しかつ使用しまたあらゆる組込み方法を実行することを含む本発明の当業者による実施を可能にする。本発明の特許性がある技術的範囲は、特許請求の範囲によって定まり、また当業者が想到するその他の実施例を含むことができる。そのようなその他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言と相違しない構造的要素を有するか又はそれらが特許請求の範囲の文言と本質的でない相違を有する均等な構造的要素を含む場合には、特許請求の範囲の技術的範囲内に属することになることを意図している。

１０ガスタービンエンジン
１２コアエンジンセクション
１４ファンセクション
１５長手方向軸線
１６外側ケーシング
１８コアエンジン入口
２０加圧ブースタ
２２高圧多段式軸流圧縮機
２４燃焼器
２６第１のタービン
２８第１の駆動シャフト
３０第２のタービン
３２第２の駆動シャフト
３４排出ノズル
３６軸流ファンロータ
３８ファンケーシング
３９下流側セクション
４０支持ストラット
４２出口ガイドベーン
４４ファンロータブレード
４６空気流導管
５０燃焼チャンバ
５２入口
５４出口
５６燃料噴射装置組立体
５８第１段タービン入口
５９流路
６０ステータベーン
６２第１段タービンブレード
６４第１段タービンディスク
６６エンジン外側ケーシング
６８燃焼器外側ライナ
７０燃焼器内側ライナ
７２空気流の一部分
７４空気流の一部分
７６空気流の一部分
７８希釈開口部
８０段差部分
８２パネル
８４アパーチャ
８６外側カウル
８８内側カウル
８９燃料ノズル組立体
９０燃焼チャンバ
９２燃焼器外側ライナ
９４燃焼器内側ライナ
９５前方端縁部
９６エンジン外側ケーシング
９７前方端縁部
９８外側流路
９９上流端部
１００ドーム
１０１下流端部
１０２燃料ノズル中心体（中心体組立体）
１０３中心軸線（エンジン長手方向軸線）
１０４タービンノズル
１０６ケーシング
１０８環状ダクト
１１０ディフューザセクション
１１２内側流路
１１４燃料入口
１１６エンジン外側ケーシング
１１８点火装置
１２０一次燃焼領域
１２２一次燃料噴射装置
１２４二次燃焼領域
１２６二次燃料噴射装置
１３０一次環状部材
１３２内側空気導管
１３４内側スワールベーン
１４０噴射装置端面
１４２第１のディフューザセクション
１４４外向き押し広げ壁
１４６二次環状部材
１５０内側壁
１５８冷却フランジ
１６０外側導管
１６４外側スワールベーン
１６８ハウジング
１７０中心体外側壁
１７２内表面
１７４外表面
１７６端壁
１７８環状導管
１８０アパーチャ
１８２空気分散領域
１８４アパーチャ
１８６ギャップ
１８８外側カウル
１８８ａ外側カウルリップ部
１８９内側カウル
１８９ａ内側カウルリップ部
１９０上流表面
１９１開口部
１９２傾斜アパーチャ
２００バッフル
２０２空気冷却アパーチャ
２０４第１の端部
２０５本体部分
２０６第２の端部
２０８フランジ
２１２内側支持フランジ
２１４ギャップ２２０アパーチャ
３００バッフル
３０２中心体外壁
３０４環状部材
３０６外側セクション
３０８フランジ
３１０環状導管
３１２内表面
３１４冷却空気アパーチャ
３１６バッフル端壁
３１８フランジ
３２０空気冷却アパーチャ
３２２外側冷却アパーチャ
３２６継手
４００中心体冷却システム
４０２中心体
４０４外壁
４０６端壁
４０８フランジ
４１０冷却空気アパーチャ
５００中心体冷却システム
５０２中心体
５０４外壁
５０６端壁
５０８フランジ
５１０冷却空気アパーチャ

Claims

円筒形断面積を有する燃料ノズル中心体（１０２）であって、
入口（５２）と、
出口（５４）と、
前記入口から前記出口まで延びる中心軸線（１０３）と、
該中心体内部でほぼ同軸に整列したバッフル（２００）と、を含み、
前記バッフルが、半径方向外向きに空気流を送って該中心体のインピンジメント冷却を可能にするように構成された複数の円周方向に間隔を置いて配置されたアパーチャ（８４）を含む、
燃料ノズル中心体（１０２）。
前記バッフル（２００）が、
第１の端部及び対向する第２の端部を有しかつ第１の直径を備えた中間部分と、
前記中間部分の第１の端部から軸方向に延びかつ前記第１の直径よりも大きい第２の直径を備えた第１の末端部分と、
前記中間部分の第２の端部から延びかつ前記第１の直径及び第２の直径よりも小さい第３の直径を備えた第２の末端部分と、を含む、
請求項１記載の燃料ノズル中心体（１０２）。
前記複数のアパーチャ（２０２）が、
中心体内表面（１７２）に対して垂直方向に空気流を導くように構成された少なくとも１つの列の円周方向に間隔を置いて配置されたアパーチャと、
前記中心体内表面に対して斜め方向に空気流を導くように構成された少なくとも１つの列の円周方向に間隔を置いて配置されたアパーチャと、をさらに含む、
請求項１又は２記載の燃料ノズル中心体（１０２）。
該中心体が、該中心体内部から前記空気流を排出するように構成された複数のアパーチャ（１８０）を備えた端壁（１７６）を含む、請求項１乃至３のいずれか1項記載の燃料ノズル中心体（１０２）。
それを貫通する第２の複数のアパーチャ（２２０）を備えかつ該中心体から半径方向外向きに第２の空気流を送るように構成された中心体外壁（１７０）をさらに含む、請求項１乃至４のいずれか1項記載の燃料ノズル中心体（１０２）。
前記第２の複数のアパーチャ（２７０）が、前記中心体外壁（１７０）上に配置された少なくとも１つのグルーピングの形態で配置される、請求項５記載の燃料ノズル中心体（１０２）。
前記第２の複数のアパーチャ（２２０）が、前記中心体外壁（１７０）の周りに円周方向に間隔を置いて配置される、請求項５記載の燃料ノズル中心体（１０２）。
円筒形断面を有する燃料ノズル中心体（１０２）を含み、
前記中心体が、中心体外壁（１７０）を貫通する複数のアパーチャ（１８０）を含み、
前記複数のアパーチャが、前記中心体から半径方向外向きに空気流を送るように構成される、
ガスタービンエンジン（１０）。
前記複数のアパーチャ（１８０）が、前記空気流が前記中心体（１０２）を囲むスワール方向と整列するように配向される、請求項８記載のガスタービンエンジン（１０）。
前記複数のアパーチャ（１８０）が、前記中心体外壁（１７０）上に配置された少なくとも１つのグルーピングの形態で配置される、請求項９記載のガスタービンエンジン（１０）。