JP2013148338A - インピンジメントスリーブ孔及びタービュレータを備えた燃焼器組立体 - Google Patents

Abstract

【課題】インピンジメントスリーブ孔及びタービュレータを備えた燃焼器組立体を提供すること。
【解決手段】ガスタービンと共に使用するための燃焼器組立体。燃焼器組立体は、ライナと、ライナの周りに配置されたインピンジメントスリーブ２００と、ライナとインピンジメントスリーブとの間に定められる空気流チャンネルと、を含むことができる。インピンジメントスリーブを貫通して配置された１つ又はそれ以上の孔２１０を配置することができ、空気流チャンネル内に１つ又はそれ以上のタービュレータ２２０を配置することができる。
【選択図】図４

Description

本出願の実施形態は、全体的に、ガスタービンエンジンに関し、より詳細には、インピンジメントスリーブ孔及びタービュレータを備えた燃焼器組立体に関する。

一般的に述べると、ガスタービンエンジンは、流入空気流を加圧するための圧縮機と、燃料の流れと加圧空気を混合して該混合気を点火する燃焼器と、圧縮機並びに発電機及び同様のものなどの外部負荷を駆動するタービンと、を含むことができる。燃焼器を冷却するために、インピンジメントスリーブを用いて冷却空気を高温領域に配向することができる。インピンジメントスリーブは、一般に、必要に応じて冷却空気を配向するようにする孔を含むことができる。

インピンジメントスリーブにおいて孔を使用することにより、燃焼器に沿ったほぼ層状の冷却空気の境界層を生成する場合がある。その上、孔に最も近い燃焼器の一部は、熱伝達レベルの増大を伴うことができる。これにより燃焼器の冷却の不均一性が生じる場合がある。従って、燃焼器に沿った熱伝達の均一性を向上させる要求がある。

蒸気の要求及び／又は問題の一部又は全ては、本出願の特定の実施形態によって対処することができる。１つの実施形態によれば、ガスタービンエンジンと共に使用するための燃焼器組立体が開示される。燃焼器組立体は、ライナと、ライナの周りに配置されたインピンジメントスリーブと、ライナとインピンジメントスリーブとの間に定められる空気流チャンネルと、を含むことができる。インピンジメントスリーブを貫通して配置された１つ又はそれ以上の孔を配置することができ、空気流チャンネル内に１つ又はそれ以上のタービュレータを配置することができる。

別の実施形態によれば、燃焼器組立体の移行部品が開示される。移行部品は、ライナと、ライナの周りに配置されて移行部品を形成するインピンジメントスリーブと、ライナとインピンジメントスリーブとの間に定められる空気流チャンネルと、を含むことができる。インピンジメントスリーブを貫通して配置された１つ又はそれ以上の孔を配置することができ、空気流チャンネル内に１つ又はそれ以上のタービュレータを配置することができる。

更に別の実施形態によれば、燃焼器組立体の移行部品内の熱伝達を向上させる方法が開示される。本方法は、ライナとインピンジメントスリーブとの間に空気流チャンネルを形成するステップを含むことができる。本方法はまた、インピンジメントスリーブにおける１つ又はそれ以上の孔を介して空気流チャンネルを通って加圧空気流を配向するステップを含むことができる。更に、本方法は、空気流チャンネル内に配置された１つ又はそれ以上のタービュレータを用いて空気流チャンネルを通る加圧空気流を分離するステップを含むことができる。

本発明の他の実施形態、態様、及び特徴は、当業者であれば、以下の詳細な説明、添付図面、及び添付の請求項から明らかであろう。

ここで、必ずしも縮尺通りではない添付図面を参照する。

ガスタービンエンジンの概略図。 インピンジメントスリーブを備えた燃焼器の側断面図。 インピンジメント孔の側断面図。 １つの実施形態による、インピンジメント孔及びタービュレータの側断面図。 １つの実施形態による、インピンジメント孔及びタービュレータの平面図。 １つの実施形態による、燃焼器組立体の移行部品内の熱伝達を向上させる例示的な方法のフロー図。

次に、本発明の全てではなく一部の実施形態を示している添付図面を参照しながら、本発明の例示的な実施形態を以下でより詳細に説明する。本出願は、多くの異なる形態で具現化することができ、本明細書で記載される実施形態に限定されるものと解釈すべきではない。全体を通じて同じ参照符号は同じ要素を示している。

ここで、複数の図を通して同じ参照符号は同じ要素を示す図面を参照すると、図１は、ガスタービンエンジン１００の概略図を示す。上述のように、ガスタービンエンジン１００は、流入空気流を加圧する圧縮機１１０を含むことができる。圧縮機１１０は、加圧空気流を燃焼器１２０に送給する。燃焼器１２０は、加圧空気流と燃料の流れとを混合し、該混合気を点火する。次いで、高温燃焼ガスは、タービン１３０に送給され、圧縮機１１０と、発電機及び同様のものなどの外部負荷１４０とを駆動する。ガスタービンエンジン１００は、他の構成及び構成要素を用いることもできる。

図２は、燃焼器１２０の別の図を示す。この実施例において、燃焼器１２０は、逆流型燃焼器とすることができる。しかしながら、あらゆる数の燃焼器１２０構成を用いてもよい。例えば、燃焼器１２０は、前方取付け燃料噴射器、多管後方供給噴射器、単一管後方供給噴射器、壁面供給噴射器、多段壁面供給噴射器、及び本明細書で使用することができるその他の構成を含むことができる。

上記のように、高圧空気は、圧縮機１１０から流出し、燃焼室１５０の外側に沿って流れ、また燃焼室１５０に流入する時に逆方向に流れ、燃焼室１５０内において燃料／空気混合気が点火燃焼される。本明細書では、他の構成を使用することができる。燃焼高温ガスは、該ガスがタービン１３０に流入する前に、燃焼室１５０及び移行部品１６５に沿って高い放射及び対流熱負荷を与える。従って、高温ガス流を考慮して燃焼室１５０及び移行部品１６５の冷却が必要とすることができる。

燃焼室１５０及び移行部品１６５は、冷却流を供給するようになったライナ１６０を含むことができる。ライナ１６０は、インピンジメントスリーブ１７０内に位置付けられ、該インピンジメントスリーブ１７０との間に空気流チャンネル１８０を形成するようにすることができる。圧縮機１１０からの空気流の少なくとも一部分は、インピンジメントスリーブ１７０を通って空気流チャンネル１８０内に流れることができる。空気は、ライナ１６０上に導かれて、燃焼室１５０内への流入又はその他の前にライナ１６０を冷却するようにすることができる。

図３は、内部に孔１９０が位置付けられたインピンジメントスリーブ１７０を示している。上述のように、圧縮機１１０からの空気流の少なくとも一部は、インピンジメントスリーブ１７０を通って空気流チャンネル１８０に流れることができる。空気は、ライナ１６０上に導かれて、燃焼室１５０内への流入又はその他の前にライナ１６０を冷却するようにすることができる。

空気流の少なくとも一部を圧縮機１１０から空気流チャンネル１８０内に配向して燃焼室１５０及び移行部品１６５を冷却するために孔１９０を使用することだけでは、十分に冷却をすることができない。例えば、境界層が空気流チャンネル１８０のライナ１６０及びインピンジメントスリーブ１７０に沿って形成される場合がある。境界層は、燃焼室１５０及び／又は移行部品１６５と空気流チャンネル１８０内の冷却空気流との間の熱伝達を低減する可能性がある。その上、孔１９０に最も近いライナ１６０の一部は、熱伝達レベルの増大を含むことができ、孔１９０から最も離れたライナ１６０の一部は、境界層に起因して熱伝達レベルの現象を含むことができる。これにより燃焼室１５０及び移行部品１６５の冷却の不均一性が生じる場合がある。

図４及び５は、本明細書で記載されるような孔２１０及びタービュレータ２２０を備えたインピンジメントスリーブ２００を全体的に示している。例えば、１つの実施形態によれば、１つ又はそれ以上の孔２１０は、インピンジメントスリーブ２００を貫通して配置することができ、１つ又はそれ以上のタービュレータ２２０は、空気流チャンネル２３０内に配置することができる。タービュレータ２２０は、空気流チャンネル２３０の他の層状流れ内に渦流又は乱流を生じさせることができる。タービュレータ２２０は、層状流を分離すことにより、燃焼室１５０及び移行部品１６５と空気流チャンネル２３０内の冷却空気流との間の熱伝達の均一性をより高めることができる。

特定の実施形態において、タービュレータ２２０は、ライナ２４０から空気流チャンネル２３０内に延びる突起部を含むことができる。例えば、特定の態様において、タービュレータ２２０は、ライナ２４０の周りで空気流チャンネル２３０内に延びる環状リブとすることができる。他の態様において、タービュレータは、インピンジメントスリーブ２００における孔２１０の近傍又は周囲に配置することができる。その上、タービュレータ２２０は、燃焼室１５０及び移行部品１６５の熱伝達の均一性を向上させるような様々な異なる形状及びサイズを含むことができる。しかしながら、タービュレータ２２０は、空気流チャンネル２３０内のあらゆる場所に配置することができ、空気流チャンネル２３０内の層状流を分離し且つ燃焼室１５０及び移行部品１６５の熱伝達の均一性を向上させるのに必要なあらゆる形状及び／又はサイズとすることができる点は理解されるであろう。

図６は、燃焼器組立体の移行部品内の熱伝達を向上させる方法６００の例示的なフロー図を示す。この特定の実施形態において、方法６００は、図６のブロック６０２にて始まることができ、方法６００は、ライナとインピンジメントスリーブとの間に空気流チャンネルを形成するステップを含むことができる。ブロック６０４において、方法６００は、インピンジメントスリーブ内の１つ又はそれ以上の孔を介して空気流チャンネルを通る加圧空気の流れを配向するステップを含むことができる。その上、ブロック６０６において、方法６００は、空気流チャンネル内に配置された１つ又はそれ以上のタービュレータを用いて空気流チャンネルを通る加圧空気の流れを分離するステップを含むことができる。

本開示事項は、典型的な実施形態において図示し説明してきたが、本開示の技術的思想から逸脱することなく、種々の修正形態及び置き換えを可能とすることができることから、図示の詳細事項に限定されることを意図するものではない。従って、本明細書で開示された開示事項の更なる修正形態及び均等物は、当業者であれば日常的な経験と同程度のものを用いて想起することができ、全てのこのような修正形態及び均等物は、添付の請求項により定められる開示事項の技術的思想及び範囲内にあるものとみなされる。

２００ インピンジメントスリーブ
２１０ 孔
２２０ タービュレータ
２３０ 空気流チャンネル

Claims (20)

1. 燃焼器組立体であって、
   ライナと、
   前記ライナの周りに配置されたインピンジメントスリーブと、
   前記ライナと前記インピンジメントスリーブとの間に定められる空気流チャンネルと、
   前記インピンジメントスリーブを貫通して配置された１つ又はそれ以上の孔と、
   前記空気流チャンネル内に配置された又はそれ以上のタービュレータと、
   を備える、燃焼器組立体。
2. 前記ライナ及び前記インピンジメントスリーブが、燃焼器の移行部品を定める、請求項１に記載の燃焼器組立体。
3. 前記燃焼器組立体が、逆流型燃焼器を備える、請求項１に記載の燃焼器組立体。
4. 前記ライナが燃焼室を定める、請求項１に記載の燃焼器組立体。
5. 前記１つ又はそれ以上のタービュレータが、複数の異なる形状を含む、請求項１に記載の燃焼器組立体。
6. 前記１つ又はそれ以上のタービュレータが、複数の異なるサイズを含む、請求項１に記載の燃焼器組立体。
7. 前記１つ又はそれ以上のタービュレータが、前記ライナから前記空気流チャンネル内に延びる突起部を含む、請求項１に記載の燃焼器組立体。
8. 前記空気流チャンネルが、前記インピンジメントスリーブを貫通して配置された１つ又はそれ以上の孔を介して加圧空気流を受ける、請求項１に記載の燃焼器組立体。
9. 前記１つ又はそれ以上のタービュレータが、前記燃焼器組立体内の熱伝達の均一性を向上させる、請求項１に記載の燃焼器組立体。
10. 前記１つ又はそれ以上のタービュレータが、前記インピンジメントスリーブ内の前記１つ又はそれ以上の孔の周りに配置される、請求項１に記載の燃焼器組立体。
11. 燃焼器組立体における移行部品であって、
    ライナと、
    前記ライナの周りに配置されて移行部品を形成するインピンジメントスリーブと、
    前記ライナと前記インピンジメントスリーブとの間に定められる空気流チャンネルと、
    前記インピンジメントスリーブを貫通して配置された１つ又はそれ以上の孔と、
    前記空気流チャンネル内に配置された１つ又はそれ以上のタービュレータと、
    を備える、移行部品。
12. 逆流型燃焼器を更に備える、請求項１１に記載の移行部品。
13. 前記ライナが燃焼室を定める、請求項１１に記載の移行部品。
14. 前記１つ又はそれ以上のタービュレータが複数の異なる形状を含む、請求項１１に記載の移行部品。
15. 前記１つ又はそれ以上のタービュレータが複数の異なるサイズを含む、請求項１１に記載の移行部品。
16. 前記１つ又はそれ以上のタービュレータが、前記ライナから前記空気流チャンネルに延びる突起部を含む、請求項１１に記載の移行部品。
17. 前記空気流チャンネルが、前記インピンジメントスリーブを貫通して配置された１つ又はそれ以上の孔を介して加圧空気流を受ける、請求項１１に記載の移行部品。
18. 前記１つ又はそれ以上のタービュレータが、前記移行部品内での熱伝達の均一性を向上させる、請求項１１に記載の移行部品。
19. 前記１つ又はそれ以上のタービュレータが、前記インピンジメントスリーブ内の前記１つ又はそれ以上の孔の周りに配置される、請求項１１に記載の移行部品。
20. 燃焼器組立体の移行部品内の熱伝達を向上させる方法であって、
    ライナとインピンジメントスリーブとの間に空気流チャンネルを形成するステップと、
    前記インピンジメントスリーブにおける１つ又はそれ以上の孔を介して前記空気流チャンネルを通って加圧空気流を配向するステップと、
    前記空気流チャンネル内に配置された１つ又はそれ以上のタービュレータを用いて前記空気流チャンネルを通る前記加圧空気流を分離するステップと、
    を含む、方法。