JP2599883B2 - 二重アンニュラ燃焼器 - Google Patents
二重アンニュラ燃焼器Info
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/42—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the arrangement or form of the flame tubes or combustion chambers
- F23R3/50—Combustion chambers comprising an annular flame tube within an annular casing
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
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Landscapes
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般にガスタービンエ
ンジンの燃焼装置に関し、特に、内側ドームと外側ドー
ムとを有しており、同心的に配置されている内側及び外
側アンニュラ燃焼器と、内側及び外側ドームの間に配置
されており、複数の環状セグメントで構成されている中
央体とを有している二重アンニュラ（環状）燃焼器に関
する。
ンジンの燃焼装置に関し、特に、内側ドームと外側ドー
ムとを有しており、同心的に配置されている内側及び外
側アンニュラ燃焼器と、内側及び外側ドームの間に配置
されており、複数の環状セグメントで構成されている中
央体とを有している二重アンニュラ（環状）燃焼器に関
する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンエンジンの放出物を減らす
努力の中から、段階燃焼技術が開発された。段階燃焼技
術は、１つ又は１組のバーナをアイドルのような低速低
温状態で用い、他の（追加の）１つ又は１組のバーナを
高温運転状態で用いる技術である。このような着想の具
体的な構成の１つに、２段が単一燃焼器ライナ内に同心
に配置されている二重アンニュラ燃焼器がある。通常、
パイロット段セクションは、同心外側に配置されてお
り、エンジンのアイドル運転中に低温且つ低い燃料／空
気比の状態で動作する。主段セクションは、同心内側に
配置されており、後から燃料が供給されパイロット段か
らクロス点火されて、高温且つ比較的高い燃料／空気比
の状態で動作する。パイロット段及び主段セクションそ
れぞれのスワーラカップは通常、同じ半径方向及び円周
方向平面内にある。これらのスワーラカップは、ウィル
クス（Wilkes）等の米国特許番号第４２９２８０１号、
並びにサザラン（Sotheran）の米国特許番号第４３７４
４６６号及び同第４２４９３７３号に具体的に示されて
いる。
努力の中から、段階燃焼技術が開発された。段階燃焼技
術は、１つ又は１組のバーナをアイドルのような低速低
温状態で用い、他の（追加の）１つ又は１組のバーナを
高温運転状態で用いる技術である。このような着想の具
体的な構成の１つに、２段が単一燃焼器ライナ内に同心
に配置されている二重アンニュラ燃焼器がある。通常、
パイロット段セクションは、同心外側に配置されてお
り、エンジンのアイドル運転中に低温且つ低い燃料／空
気比の状態で動作する。主段セクションは、同心内側に
配置されており、後から燃料が供給されパイロット段か
らクロス点火されて、高温且つ比較的高い燃料／空気比
の状態で動作する。パイロット段及び主段セクションそ
れぞれのスワーラカップは通常、同じ半径方向及び円周
方向平面内にある。これらのスワーラカップは、ウィル
クス（Wilkes）等の米国特許番号第４２９２８０１号、
並びにサザラン（Sotheran）の米国特許番号第４３７４
４６６号及び同第４２４９３７３号に具体的に示されて
いる。
【０００３】しかしながら、高エネルギ効率エンジン
（Ｅ３（Ｅｎｅｒｇｙ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｅｎｇｉ
ｎｅ））用の燃焼装置構成部技術に関するアメリカ合衆
国航空宇宙局（ＮＡＳＡ）の開発報告書と、ステンガ
（Stenger ）の米国特許番号第４１９４３５８号とに記
載されているように、パイロット段と主段とを半径方向
においてずらす（オフセットする、即ち別々の半径方向
平面内に配置する）ことができる。米国特許番号第４１
９４３５８号及びＥ３構造のいずれにおいても、主段セ
クションの有効長さは比較的短く、パイロット段セクシ
ョンの有効長さは比較的長い。この構造とすれば、パイ
ロット段セクションでの滞留時間が比較的長く、主段セ
クションでの滞留時間が比較的短いので、完全な又は完
全に近い燃焼を実現し、炭化水素及び一酸化炭素の放出
量を減らすことができる。
（Ｅ３（Ｅｎｅｒｇｙ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｅｎｇｉ
ｎｅ））用の燃焼装置構成部技術に関するアメリカ合衆
国航空宇宙局（ＮＡＳＡ）の開発報告書と、ステンガ
（Stenger ）の米国特許番号第４１９４３５８号とに記
載されているように、パイロット段と主段とを半径方向
においてずらす（オフセットする、即ち別々の半径方向
平面内に配置する）ことができる。米国特許番号第４１
９４３５８号及びＥ３構造のいずれにおいても、主段セ
クションの有効長さは比較的短く、パイロット段セクシ
ョンの有効長さは比較的長い。この構造とすれば、パイ
ロット段セクションでの滞留時間が比較的長く、主段セ
クションでの滞留時間が比較的短いので、完全な又は完
全に近い燃焼を実現し、炭化水素及び一酸化炭素の放出
量を減らすことができる。
【０００４】内側及び外側燃焼器を半径方向に整列させ
るかさせないか、又、外側アンニュラ燃焼器がパイロッ
ト段となるか主段となるか、いずれにしても、従来技術
ではパイロット段と主段とを分離するために中央体を用
いている。このような中央体を用いる目的は、種々の動
作点でのパイロット段の燃焼安定性を保証するために、
及び一次希釈空気をパイロット段反応域に送るために、
パイロット段を主段から隔離することである。
るかさせないか、又、外側アンニュラ燃焼器がパイロッ
ト段となるか主段となるか、いずれにしても、従来技術
ではパイロット段と主段とを分離するために中央体を用
いている。このような中央体を用いる目的は、種々の動
作点でのパイロット段の燃焼安定性を保証するために、
及び一次希釈空気をパイロット段反応域に送るために、
パイロット段を主段から隔離することである。
【０００５】現在まで、このような中央体は、鍛造又は
圧延リングと板金材料とから製造された連続リングであ
った。この一体設計は、製造及び組み立てに関する寸法
及び形状の公差要件が厳しいので、製造が困難である。
更に、燃焼器構造体と中央体との温度差により、取り付
け点で大きなフープ応力と関連力とが発生する。これは
又、中央構造体の個別部材における温度差の結果として
生ずる。一体型の中央体に関する他の問題は、局所的な
問題により生ずる一体物全体への影響である。例えば、
局所的な焼け抜け（バーンスルー）の場合にその結果生
ずる局所漏れにより、中央体全体が減圧される。又、中
央体の一区域が損傷した場合、全体を修理又は交換しな
ければならない。
圧延リングと板金材料とから製造された連続リングであ
った。この一体設計は、製造及び組み立てに関する寸法
及び形状の公差要件が厳しいので、製造が困難である。
更に、燃焼器構造体と中央体との温度差により、取り付
け点で大きなフープ応力と関連力とが発生する。これは
又、中央構造体の個別部材における温度差の結果として
生ずる。一体型の中央体に関する他の問題は、局所的な
問題により生ずる一体物全体への影響である。例えば、
局所的な焼け抜け（バーンスルー）の場合にその結果生
ずる局所漏れにより、中央体全体が減圧される。又、中
央体の一区域が損傷した場合、全体を修理又は交換しな
ければならない。
【０００６】
【発明の目的】従って、本発明の目的は、中央体の望ま
しい特性を維持しながら、一体型の中央体と関連する諸
問題を解消する代替的な中央体の設計を提供することに
ある。
しい特性を維持しながら、一体型の中央体と関連する諸
問題を解消する代替的な中央体の設計を提供することに
ある。
【０００７】
【発明の概要】同心的に配置されている内側及び外側ア
ンニュラ（環状）燃焼器を有している二重アンニュラ
（環状）燃焼器に、内側ドームと外側ドームとが設けら
れており、中央体が内側ドームと外側ドームとの間に配
置されていると共に、複数の環状セグメントから構成さ
れている。セグメントの各々は、上壁と、下壁と、上流
壁と、下流端とを含んでいる。上壁及び下壁は、空洞を
形成すべくそれらから延在しているフランジを含んでお
り、空洞内に冷却孔が存在している。中央体の上壁及び
下壁の冷却と構造的結合とを増強すべく、中央体の上壁
と下壁との間に延在しているピンが設けられている。
ンニュラ（環状）燃焼器を有している二重アンニュラ
（環状）燃焼器に、内側ドームと外側ドームとが設けら
れており、中央体が内側ドームと外側ドームとの間に配
置されていると共に、複数の環状セグメントから構成さ
れている。セグメントの各々は、上壁と、下壁と、上流
壁と、下流端とを含んでいる。上壁及び下壁は、空洞を
形成すべくそれらから延在しているフランジを含んでお
り、空洞内に冷却孔が存在している。中央体の上壁及び
下壁の冷却と構造的結合とを増強すべく、中央体の上壁
と下壁との間に延在しているピンが設けられている。
【０００８】本発明は、図面と関連する以下の説明から
より良く理解されよう。
より良く理解されよう。
【０００９】
【実施例】図面中の同一の参照番号は同一の構成要素を
示す。図１はガスタービンエンジンに用いるのに適当な
形式の連続燃焼用燃焼装置１０を示しており、燃焼装置
１０は、内部に燃焼室１２を画定している中空体１１を
備えている。中空体１１はほぼ環状の（アンニュラ）形
状を成しており、外側ライナ１３と、内側ライナ１４と
から成っている。中空体１１の上流端には、後述するよ
うな好適な態様で空気及び燃料を取り込む一連の開口１
５が設けられている。
示す。図１はガスタービンエンジンに用いるのに適当な
形式の連続燃焼用燃焼装置１０を示しており、燃焼装置
１０は、内部に燃焼室１２を画定している中空体１１を
備えている。中空体１１はほぼ環状の（アンニュラ）形
状を成しており、外側ライナ１３と、内側ライナ１４と
から成っている。中空体１１の上流端には、後述するよ
うな好適な態様で空気及び燃料を取り込む一連の開口１
５が設けられている。
【００１０】中空体１１は適当なシェル１６によって包
囲されており、シェル１６はライナ１３及び１４と共
に、外側通路１７と内側通路１８とをそれぞれ画定して
いる。外側及び内側通路１７及び１８は、圧縮機（図示
せず）のような適当な供給源及びディフューザ１９から
の加圧空気を、下流側への流れとして送るように構成さ
れている。ディフューザ１９からの圧縮空気の大部分は
環状開口１５に入って燃焼を支持し、圧縮空気の一部は
通路１７及び１８に入って、これらの通路で、複数の開
口２０を介してライナ１３及び１４を冷却したり、更に
下流側のターボ機関を冷却するために用いられる。
囲されており、シェル１６はライナ１３及び１４と共
に、外側通路１７と内側通路１８とをそれぞれ画定して
いる。外側及び内側通路１７及び１８は、圧縮機（図示
せず）のような適当な供給源及びディフューザ１９から
の加圧空気を、下流側への流れとして送るように構成さ
れている。ディフューザ１９からの圧縮空気の大部分は
環状開口１５に入って燃焼を支持し、圧縮空気の一部は
通路１７及び１８に入って、これらの通路で、複数の開
口２０を介してライナ１３及び１４を冷却したり、更に
下流側のターボ機関を冷却するために用いられる。
【００１１】外側ドーム２１及び内側ドーム２２が、外
側ライナ１３と内側ライナ１４との間にそれぞれ配置さ
れていると共に、両ライナをそれらの上流端の近くで相
互連結している。両ドームは好ましくは、別々のドーム
プレートであって、ボルト、ろう付け等によって両ライ
ナに取り付けられている。外側ドームプレート２１及び
内側ドームプレート２２の各々は、内側部分２５及び２
６と、外側部分２７及び２８とをそれぞれ有している。
従って、外側ドームプレートの外側部分２７は外側ライ
ナ１３に連結されており、内側ドームプレートの内側部
分２６は内側ライナ１４に連結されている。外側ドーム
の内側部分２５は後述のように、内側ドームの外側部分
２８に連結されている。
側ライナ１３と内側ライナ１４との間にそれぞれ配置さ
れていると共に、両ライナをそれらの上流端の近くで相
互連結している。両ドームは好ましくは、別々のドーム
プレートであって、ボルト、ろう付け等によって両ライ
ナに取り付けられている。外側ドームプレート２１及び
内側ドームプレート２２の各々は、内側部分２５及び２
６と、外側部分２７及び２８とをそれぞれ有している。
従って、外側ドームプレートの外側部分２７は外側ライ
ナ１３に連結されており、内側ドームプレートの内側部
分２６は内側ライナ１４に連結されている。外側ドーム
の内側部分２５は後述のように、内側ドームの外側部分
２８に連結されている。
【００１２】ドームプレート２１及び２２は、いわゆる
「二重アンニュラ（環状）」形状に配列されており、両
者は、別々の半径方向に離間したアンニュラ燃焼器の前
方境界を形成している。これらの燃焼器は、種々の段切
換（ステージング）運転時に別個の燃焼器として、ある
程度独立に動作する。記載の便宜上、これらのアンニュ
ラ燃焼器を内側アンニュラ燃焼器（主段セクション）２
３及び外側アンニュラ燃焼器（パイロット段セクショ
ン）２４と呼び、以下に更に詳しく説明する。
「二重アンニュラ（環状）」形状に配列されており、両
者は、別々の半径方向に離間したアンニュラ燃焼器の前
方境界を形成している。これらの燃焼器は、種々の段切
換（ステージング）運転時に別個の燃焼器として、ある
程度独立に動作する。記載の便宜上、これらのアンニュ
ラ燃焼器を内側アンニュラ燃焼器（主段セクション）２
３及び外側アンニュラ燃焼器（パイロット段セクショ
ン）２４と呼び、以下に更に詳しく説明する。
【００１３】図１の好適な実施例における内側アンニュ
ラ燃焼器２３と外側アンニュラ燃焼器２４との間に、中
央体５０が配置されており、中央体５０は、内側アンニ
ュラ燃焼器２３と外側アンニュラ燃焼器２４とを隔離す
るように作用すると共に、両アンニュラ燃焼器の間に共
通境界を部分的に画成するように作用する。中央体５０
は、空気流を後方に導き、内側アンニュラ燃焼器２３の
燃焼ガスが外側アンニュラ燃焼器２４に流入すること
と、又、反対に外側アンニュラ燃焼器２４の燃焼ガスが
内側アンニュラ燃焼器２３に流入することとを抑制す
る。図２に示すように、中央体５０は好ましくは、相等
しい周方向長さを有している複数のセグメント５１に分
割されている。中央体５０のセグメント５１の各々は、
内側及び外側ドームプレート２２及び２１に連結され、
上壁５２と、下壁５３と、上流壁５４と、下流端５５と
を有し、その中に内部室を限定しているものであること
に注意されたい。上壁５２及び下壁５３の各々は、それ
らからそれぞれ延在しているフランジ５６及び５７を含
んでおり、これにより、上側空洞５８及び下側空洞５９
が形成されている。上側空洞５８及び下側空洞５９内に
は、冷却孔６０及び６１がそれぞれ存在している。加え
て、冷却孔６２が下流端５５に設けられている。
ラ燃焼器２３と外側アンニュラ燃焼器２４との間に、中
央体５０が配置されており、中央体５０は、内側アンニ
ュラ燃焼器２３と外側アンニュラ燃焼器２４とを隔離す
るように作用すると共に、両アンニュラ燃焼器の間に共
通境界を部分的に画成するように作用する。中央体５０
は、空気流を後方に導き、内側アンニュラ燃焼器２３の
燃焼ガスが外側アンニュラ燃焼器２４に流入すること
と、又、反対に外側アンニュラ燃焼器２４の燃焼ガスが
内側アンニュラ燃焼器２３に流入することとを抑制す
る。図２に示すように、中央体５０は好ましくは、相等
しい周方向長さを有している複数のセグメント５１に分
割されている。中央体５０のセグメント５１の各々は、
内側及び外側ドームプレート２２及び２１に連結され、
上壁５２と、下壁５３と、上流壁５４と、下流端５５と
を有し、その中に内部室を限定しているものであること
に注意されたい。上壁５２及び下壁５３の各々は、それ
らからそれぞれ延在しているフランジ５６及び５７を含
んでおり、これにより、上側空洞５８及び下側空洞５９
が形成されている。上側空洞５８及び下側空洞５９内に
は、冷却孔６０及び６１がそれぞれ存在している。加え
て、冷却孔６２が下流端５５に設けられている。
【００１４】図１に見られるように、中央体５０のセグ
メント５１の各々は好ましくは、ボルト６３又は他の締
結手段によって内側ドームの外側部分２８に連結されて
いる。ボルト６３は内側ドームの外側部分２８内の孔６
４と、下壁５３内の開口６５の半径方向部６６とを貫通
している。内側ドームの外側部分２８には、他の孔６７
が設けられており、孔６７によって、冷却空気は下壁５
３内の開口６５を通流して、中央体５０の内部６８に達
する。次いで、この空気流は循環して冷却孔６０、６１
及び６２を通り、中央体５０の内側及び外側の表壁を冷
却する。
メント５１の各々は好ましくは、ボルト６３又は他の締
結手段によって内側ドームの外側部分２８に連結されて
いる。ボルト６３は内側ドームの外側部分２８内の孔６
４と、下壁５３内の開口６５の半径方向部６６とを貫通
している。内側ドームの外側部分２８には、他の孔６７
が設けられており、孔６７によって、冷却空気は下壁５
３内の開口６５を通流して、中央体５０の内部６８に達
する。次いで、この空気流は循環して冷却孔６０、６１
及び６２を通り、中央体５０の内側及び外側の表壁を冷
却する。
【００１５】中央体５０と、外側及び内側ドームプレー
ト２１及び２２との取り付けについて述べると、外側ド
ームプレートの内側部分２５は第１の部分２５ａを有し
ており、第１の部分２５ａは、一端が気化器３０にろう
付けされていると共にほぼ下流方向に第２の部分２５ｂ
まで延在しており、第２の部分２５ｂは、ほぼ半径方向
内方に延在して第３の部分２５ｃに達しており、第３の
部分２５ｃは、ほぼ上流方向に延在している。外側ドー
ムプレートの内側部分２５の第２の部分２５ｂは、中央
体５０の上流壁５４に隣接している。内側ドームプレー
トの外側部分２８は、第１の部分２８ａを含んでおり、
第１の部分２８ａは、一端が気化器３２にろう付けされ
ていると共にほぼ上流方向に延在しており、中央体５０
の下壁５３の一部に隣接している。それに続き、内側ド
ームプレートの外側部分２８の第２の部分２８ｂは、外
側ドームプレートの内側部分２５の第３の部分２５ｃに
ほぼ平行に延在していると共に、好ましくはボルト２９
によって第３の部分２５ｃに連結されており、これによ
り、外側ドームプレートの内側部分２５と、内側ドーム
プレートの外側部分２８とが取り付けられている。図２
に明示されているように、孔４１が第３の部分２５ｃと
第２の部分２８ｂとに設けられており、ボルト２９を受
け入れるように整合している。
ト２１及び２２との取り付けについて述べると、外側ド
ームプレートの内側部分２５は第１の部分２５ａを有し
ており、第１の部分２５ａは、一端が気化器３０にろう
付けされていると共にほぼ下流方向に第２の部分２５ｂ
まで延在しており、第２の部分２５ｂは、ほぼ半径方向
内方に延在して第３の部分２５ｃに達しており、第３の
部分２５ｃは、ほぼ上流方向に延在している。外側ドー
ムプレートの内側部分２５の第２の部分２５ｂは、中央
体５０の上流壁５４に隣接している。内側ドームプレー
トの外側部分２８は、第１の部分２８ａを含んでおり、
第１の部分２８ａは、一端が気化器３２にろう付けされ
ていると共にほぼ上流方向に延在しており、中央体５０
の下壁５３の一部に隣接している。それに続き、内側ド
ームプレートの外側部分２８の第２の部分２８ｂは、外
側ドームプレートの内側部分２５の第３の部分２５ｃに
ほぼ平行に延在していると共に、好ましくはボルト２９
によって第３の部分２５ｃに連結されており、これによ
り、外側ドームプレートの内側部分２５と、内側ドーム
プレートの外側部分２８とが取り付けられている。図２
に明示されているように、孔４１が第３の部分２５ｃと
第２の部分２８ｂとに設けられており、ボルト２９を受
け入れるように整合している。
【００１６】中央体５０の冷却を高めるために、及びそ
の構造を増強するために、柱体又はピン６９が上壁５２
の内壁と下壁５３の内壁との間を延在していることが好
ましい。これは、図１及び図２に示すように中央体５０
の下流端５５近くであれば特に有利である。更に、上壁
５２と下壁５３との間の空間が比較的大きい所、例えば
下側空洞５９の上流に、リブ又はバンプ（隆起体）７０
を上壁５２の内壁から設けてもよい。ピン６９と、リブ
又はバンプ７０とはいずれも、上壁５２に生ずる高温を
同壁から伝導により奪う助けとなる。これは、始動中又
はパイロット段（外側アンニュラ燃焼器２４）のみの着
火時に主として発生する。もちろん、主段（内側アンニ
ュラ燃焼器２３）の動作中に中央体５０の下壁５３に生
ずる高温が上壁５２に同様に伝えられて、伝熱効果を均
衡させることもあり得る。
の構造を増強するために、柱体又はピン６９が上壁５２
の内壁と下壁５３の内壁との間を延在していることが好
ましい。これは、図１及び図２に示すように中央体５０
の下流端５５近くであれば特に有利である。更に、上壁
５２と下壁５３との間の空間が比較的大きい所、例えば
下側空洞５９の上流に、リブ又はバンプ（隆起体）７０
を上壁５２の内壁から設けてもよい。ピン６９と、リブ
又はバンプ７０とはいずれも、上壁５２に生ずる高温を
同壁から伝導により奪う助けとなる。これは、始動中又
はパイロット段（外側アンニュラ燃焼器２４）のみの着
火時に主として発生する。もちろん、主段（内側アンニ
ュラ燃焼器２３）の動作中に中央体５０の下壁５３に生
ずる高温が上壁５２に同様に伝えられて、伝熱効果を均
衡させることもあり得る。
【００１７】本発明の複数のセグメントからなる中央体
のような分割形中央体を用いることの重要な一特徴は、
このようなセグメント５１を単一のインベストメント鋳
物から製造し得ることである。このことは、内部熱伝達
表壁の改良を可能にし、冷却空気の必要量を減少させ
る。中央体５０は連続リングではないので、熱勾配によ
るフープ応力と関連力とは発生しない。むしろ、中央体
５０は個々のセグメントから構成されるから、１つのセ
グメントの損傷が他のセグメントの冷却に影響を及ぼす
ことはなく、従って、中央体５０の損傷に関する公差を
大きくし得る。オーバホール時に破損したセグメントの
みを交換すればよいので、整備及び修理が改善される。
のような分割形中央体を用いることの重要な一特徴は、
このようなセグメント５１を単一のインベストメント鋳
物から製造し得ることである。このことは、内部熱伝達
表壁の改良を可能にし、冷却空気の必要量を減少させ
る。中央体５０は連続リングではないので、熱勾配によ
るフープ応力と関連力とは発生しない。むしろ、中央体
５０は個々のセグメントから構成されるから、１つのセ
グメントの損傷が他のセグメントの冷却に影響を及ぼす
ことはなく、従って、中央体５０の損傷に関する公差を
大きくし得る。オーバホール時に破損したセグメントの
みを交換すればよいので、整備及び修理が改善される。
【００１８】中央体セグメント５１をセラミックで製造
することが好ましいが、遮熱被覆を施した金属製中央体
を利用してもよい。セラミックセグメントを用いると、
金属ドーム構造体が膨脹及び収縮しても、中央体の構造
破損は起こらない。なぜならば、セラミックの熱膨張
と、金属の熱膨張とはかなり異なるからである。このセ
ラミック構造は又、中央体５０がかなり高温の環境にお
いて冷却空気なしに動作することを可能にする。
することが好ましいが、遮熱被覆を施した金属製中央体
を利用してもよい。セラミックセグメントを用いると、
金属ドーム構造体が膨脹及び収縮しても、中央体の構造
破損は起こらない。なぜならば、セラミックの熱膨張
と、金属の熱膨張とはかなり異なるからである。このセ
ラミック構造は又、中央体５０がかなり高温の環境にお
いて冷却空気なしに動作することを可能にする。
【００１９】外側アンニュラ燃焼器２４には、複数の気
化器（キャブレタデバイス）３０が円周方向に間隔をあ
けて配置されている。これらの気化器３０の軸線は、外
側アンニュラ燃焼器２４の軸線と一致していると共に、
ほぼまっすぐなアンニュラ燃焼器の輪郭を描くように外
側ライナ１３とほぼ心合わせされている。尚、気化器３
０は、燃焼室１２に導入するために燃料と空気とを混合
する作用、即ち気化作用をなすものであれば、どのよう
な設計でもよい。設計の一例が、本出願人に譲渡された
ステンガ（Stenger ）等の米国特許番号第４０７０８２
６号「低圧燃料噴射システム（Low Pressure Fuel Inje
ction System）」に記載され、図示されている。一般
に、気化器３０は燃料管３１から燃料ノズル３３を通し
て燃料を受け取ると共に、環状開口１５から空気を受け
取り、燃料を空気の流れによって噴霧し、燃焼室１２に
燃料の噴霧ミストを生成する。
化器（キャブレタデバイス）３０が円周方向に間隔をあ
けて配置されている。これらの気化器３０の軸線は、外
側アンニュラ燃焼器２４の軸線と一致していると共に、
ほぼまっすぐなアンニュラ燃焼器の輪郭を描くように外
側ライナ１３とほぼ心合わせされている。尚、気化器３
０は、燃焼室１２に導入するために燃料と空気とを混合
する作用、即ち気化作用をなすものであれば、どのよう
な設計でもよい。設計の一例が、本出願人に譲渡された
ステンガ（Stenger ）等の米国特許番号第４０７０８２
６号「低圧燃料噴射システム（Low Pressure Fuel Inje
ction System）」に記載され、図示されている。一般
に、気化器３０は燃料管３１から燃料ノズル３３を通し
て燃料を受け取ると共に、環状開口１５から空気を受け
取り、燃料を空気の流れによって噴霧し、燃焼室１２に
燃料の噴霧ミストを生成する。
【００２０】外側アンニュラ燃焼器２４と同様に、内側
アンニュラ燃焼器２３は、円周方向に間隔をあけて配置
されている複数の気化器３２を含んでおり、これらの気
化器３２の軸線は、気化器３０の軸線とほぼ平行に配列
されている。気化器３２は内側ドームプレート２２、内
側ライナ１４及び中央体５０と共に、内側アンニュラ燃
焼器２３を画定している。前述したように内側アンニュ
ラ燃焼器２３は、外側アンニュラ燃焼器２４とほぼ独立
に動作させることができる。やはり、気化器３２の特定
の形式及び構造は、本発明にとって重要ではないが、効
率がよく、放出ガス量の少ない最適な性能とすることが
好ましい。記載の便宜のためだけであるが、気化器３２
は、空気流容量が実質的に大きいことを除いては、気化
器３０と同じである。気化器３２は、燃料を導入する燃
料管３１に連結されている燃料ノズル３４を含んでお
り、燃料ノズル３４によって、燃料は高圧により噴霧さ
れるか、低圧で液体状態で導入される。一次スワラ３５
が空気を受け入れており、空気を燃料と相互作用させ、
燃料をベンチュリ３６に渦巻き状に導入する。次に、二
次スワラ３７が反対向きの空気の渦流を与えるように作
用し、燃料／空気混合物と相互作用させて、燃料／空気
混合物を更に霧化し、燃焼室１２に流入させる。燃料／
空気混合物が分散し過ぎるのを防止するために、好まし
くはスワラカップと一体に形成されている拡開したスプ
ラッシュプレート３８が、気化器３２の下流端に設けら
れている。この一体のスプラッシュプレート・スワラカ
ップ３８は、本発明の譲受人（本出願人）による他の米
国特許出願の主題であり、この出願は、本願の優先権主
張の基礎となる米国特許出願と同時に米国特許庁に出願
されたもので、その内容はここに参照されるべきもので
ある。点火器３９が外側アンニュラ燃焼器２４への点火
を可能にするために、外側ライナ１３に装着されてい
る。
アンニュラ燃焼器２３は、円周方向に間隔をあけて配置
されている複数の気化器３２を含んでおり、これらの気
化器３２の軸線は、気化器３０の軸線とほぼ平行に配列
されている。気化器３２は内側ドームプレート２２、内
側ライナ１４及び中央体５０と共に、内側アンニュラ燃
焼器２３を画定している。前述したように内側アンニュ
ラ燃焼器２３は、外側アンニュラ燃焼器２４とほぼ独立
に動作させることができる。やはり、気化器３２の特定
の形式及び構造は、本発明にとって重要ではないが、効
率がよく、放出ガス量の少ない最適な性能とすることが
好ましい。記載の便宜のためだけであるが、気化器３２
は、空気流容量が実質的に大きいことを除いては、気化
器３０と同じである。気化器３２は、燃料を導入する燃
料管３１に連結されている燃料ノズル３４を含んでお
り、燃料ノズル３４によって、燃料は高圧により噴霧さ
れるか、低圧で液体状態で導入される。一次スワラ３５
が空気を受け入れており、空気を燃料と相互作用させ、
燃料をベンチュリ３６に渦巻き状に導入する。次に、二
次スワラ３７が反対向きの空気の渦流を与えるように作
用し、燃料／空気混合物と相互作用させて、燃料／空気
混合物を更に霧化し、燃焼室１２に流入させる。燃料／
空気混合物が分散し過ぎるのを防止するために、好まし
くはスワラカップと一体に形成されている拡開したスプ
ラッシュプレート３８が、気化器３２の下流端に設けら
れている。この一体のスプラッシュプレート・スワラカ
ップ３８は、本発明の譲受人（本出願人）による他の米
国特許出願の主題であり、この出願は、本願の優先権主
張の基礎となる米国特許出願と同時に米国特許庁に出願
されたもので、その内容はここに参照されるべきもので
ある。点火器３９が外側アンニュラ燃焼器２４への点火
を可能にするために、外側ライナ１３に装着されてい
る。
【００２１】ドーム構造体を安定化するため、及び気化
装置３０及び３２を保護するために、カウル４０が設け
られている。カウル４０は、燃料管３１がカウル４０に
密接に隣接し得るように設計されている。カウル４０は
本発明の一部ではないが、本発明の譲受人（本出願人）
による他の米国特許出願の主題であり、この出願は、本
願の優先権主張の基礎となる米国特許出願と同時に米国
特許庁に出願されたもので、その内容はここに参照され
るべきものである。
装置３０及び３２を保護するために、カウル４０が設け
られている。カウル４０は、燃料管３１がカウル４０に
密接に隣接し得るように設計されている。カウル４０は
本発明の一部ではないが、本発明の譲受人（本出願人）
による他の米国特許出願の主題であり、この出願は、本
願の優先権主張の基礎となる米国特許出願と同時に米国
特許庁に出願されたもので、その内容はここに参照され
るべきものである。
【００２２】ここで上述した二重アンニュラ燃焼器の動
作について説明すると、所望の燃焼状態を得るために
は、外側アンニュラ燃焼器２４及び内側アンニュラ燃焼
器２３を個別に又は組み合わせて用いる。始動及び低速
状態では、外側アンニュラ燃焼器２４を単独で用いるこ
とが好ましく、このため、外側アンニュラ燃焼器２４を
パイロット段と呼ぶ。内側アンニュラ燃焼器２３は高速
高温状態で用い、このため、内側アンニュラ燃焼器２３
を主段燃焼器と呼ぶ。エンジンを始動する際、及びアイ
ドル状態の運転中、気化器３０に燃料管３１を経て燃料
を送り、パイロット段２４を点火器３９によって点火す
る。ディフューザ１９からの空気は、矢印で示すように
流れ、動作中の気化器３０にも、動作していない気化器
３２にも流れる。このようなアイドル状態の間、温度及
び空気流はいずれも比較的低いので、パイロット段２４
は比較的狭い燃料／空気比の範囲で動作し、そして気化
器３０の軸線延長線上にある外側ライナ１３は、比較的
低温レベルでの狭い温度の上がり下がりを経験するだけ
である。このため、開口２０内の冷却流れ分布を最小に
維持することができる。更に、外側アンニュラ燃焼器２
４及び内側アンニュラ燃焼器２３は異なる軸線方向平壁
内にあるので、パイロット段２４は主段２３に比べて比
較的長く、パイロット段２４での滞留時間が好ましいこ
とに比較的長くなるので、炭化水素や一酸化炭素の放出
量が最小限になる。
作について説明すると、所望の燃焼状態を得るために
は、外側アンニュラ燃焼器２４及び内側アンニュラ燃焼
器２３を個別に又は組み合わせて用いる。始動及び低速
状態では、外側アンニュラ燃焼器２４を単独で用いるこ
とが好ましく、このため、外側アンニュラ燃焼器２４を
パイロット段と呼ぶ。内側アンニュラ燃焼器２３は高速
高温状態で用い、このため、内側アンニュラ燃焼器２３
を主段燃焼器と呼ぶ。エンジンを始動する際、及びアイ
ドル状態の運転中、気化器３０に燃料管３１を経て燃料
を送り、パイロット段２４を点火器３９によって点火す
る。ディフューザ１９からの空気は、矢印で示すように
流れ、動作中の気化器３０にも、動作していない気化器
３２にも流れる。このようなアイドル状態の間、温度及
び空気流はいずれも比較的低いので、パイロット段２４
は比較的狭い燃料／空気比の範囲で動作し、そして気化
器３０の軸線延長線上にある外側ライナ１３は、比較的
低温レベルでの狭い温度の上がり下がりを経験するだけ
である。このため、開口２０内の冷却流れ分布を最小に
維持することができる。更に、外側アンニュラ燃焼器２
４及び内側アンニュラ燃焼器２３は異なる軸線方向平壁
内にあるので、パイロット段２４は主段２３に比べて比
較的長く、パイロット段２４での滞留時間が好ましいこ
とに比較的長くなるので、炭化水素や一酸化炭素の放出
量が最小限になる。
【００２３】エンジン速度が上昇するにつれて、主段２
３を動作状態にするために、燃料が燃料管３１によっ
て、燃料ノズル３４を介して気化器３２に導入される。
このような比較的高速の運転の間、パイロット段２４は
動作状態に留まるが、主段２３が燃料及び空気の大部分
を消費する。尚、主段２３はパイロット段２４と比べ
て、両段間の軸線方向のオフセットのせいで、軸線方向
長さが短く、このため、滞留時間が比較的短くなり、Ｎ
Ｏｘ放出量が少なくなる。
３を動作状態にするために、燃料が燃料管３１によっ
て、燃料ノズル３４を介して気化器３２に導入される。
このような比較的高速の運転の間、パイロット段２４は
動作状態に留まるが、主段２３が燃料及び空気の大部分
を消費する。尚、主段２３はパイロット段２４と比べ
て、両段間の軸線方向のオフセットのせいで、軸線方向
長さが短く、このため、滞留時間が比較的短くなり、Ｎ
Ｏｘ放出量が少なくなる。
【００２４】本発明を特定の実施例に関して説明した
が、本発明は、その範囲及び意図内で任意の様々な形態
を取り得ることを理解されたい。例えば、本発明は、内
側及び外側アンニュラ燃焼器が別々の半径方向平壁及び
周方向平壁内にあるか否かにかかわらず、任意の二重ア
ンニュラ燃焼器に適用可能である。又、図１には内側ド
ームプレート２２に連結されている中央体５０を示して
あるが、中央体５０は、外側ドームプレート２１にも同
様に連結され得るものである。
が、本発明は、その範囲及び意図内で任意の様々な形態
を取り得ることを理解されたい。例えば、本発明は、内
側及び外側アンニュラ燃焼器が別々の半径方向平壁及び
周方向平壁内にあるか否かにかかわらず、任意の二重ア
ンニュラ燃焼器に適用可能である。又、図１には内側ド
ームプレート２２に連結されている中央体５０を示して
あるが、中央体５０は、外側ドームプレート２１にも同
様に連結され得るものである。
【００２５】本発明の第２の実施例を図４〜図６に示
す。これらの図において、図１〜図３の構成要素と同じ
ものは、同じ参照番号で表されている。詳述すると、代
替中央体１００が示されており、やはり複数のセグメン
ト１０１で構成されている。中央体１００は、貫通孔１
０２を除けば、実質的に中実であることに注意された
い。孔１０２は、中央体１００の頂部において座ぐりを
施されているボルト１０３を受け入れている。
す。これらの図において、図１〜図３の構成要素と同じ
ものは、同じ参照番号で表されている。詳述すると、代
替中央体１００が示されており、やはり複数のセグメン
ト１０１で構成されている。中央体１００は、貫通孔１
０２を除けば、実質的に中実であることに注意された
い。孔１０２は、中央体１００の頂部において座ぐりを
施されているボルト１０３を受け入れている。
【００２６】好適な実施例とは異なり、中央体１００は
他のフランジ１０４に固定されており、フランジ１０４
は、一端が内側ドームプレートの外側部分２８の上流側
で気化器３２に取り付けられていると共に、中央体１０
０の下表面とほぼ平行に且つ隣接して上流方向に延在し
ている。更に、上側フランジ１０５が設けられており、
フランジ１０５は、一端が外側ドームプレートの内側部
分２５の上流側で気化装置３０に取り付けられている。
フランジ１０４及び１０５は、中央体１００の上流表壁
に隣接して合着していると共に、そこから上流方向に延
在しており、そこでドーム構造体全体を支持するように
連結されている。この設計では、外側ドームプレート２
１は、中央体セグメント１０１全体から狭い空間によっ
て隔てられており、この空間は、冷却のためと、外側ド
ームプレート２１とセグメント１０１との間で接触応力
が増大することを防止するためとに用いられている。
他のフランジ１０４に固定されており、フランジ１０４
は、一端が内側ドームプレートの外側部分２８の上流側
で気化器３２に取り付けられていると共に、中央体１０
０の下表面とほぼ平行に且つ隣接して上流方向に延在し
ている。更に、上側フランジ１０５が設けられており、
フランジ１０５は、一端が外側ドームプレートの内側部
分２５の上流側で気化装置３０に取り付けられている。
フランジ１０４及び１０５は、中央体１００の上流表壁
に隣接して合着していると共に、そこから上流方向に延
在しており、そこでドーム構造体全体を支持するように
連結されている。この設計では、外側ドームプレート２
１は、中央体セグメント１０１全体から狭い空間によっ
て隔てられており、この空間は、冷却のためと、外側ド
ームプレート２１とセグメント１０１との間で接触応力
が増大することを防止するためとに用いられている。
【００２７】図５に明示するように、孔１０６及び１０
７がフランジ１０４及び１０５にそれぞれ設けられてい
るので、冷却空気は、中央体１００の上表面と下表面と
に沿って流れ得る。他の空気は通路１０８及び１０９に
よって、中央体１００の上表面及び下表面に導かれ、通
路１０８及び１０９は、前もって主段２３のスプラッシ
ュプレート３８の冷却に用いられた空気を導く。
７がフランジ１０４及び１０５にそれぞれ設けられてい
るので、冷却空気は、中央体１００の上表面と下表面と
に沿って流れ得る。他の空気は通路１０８及び１０９に
よって、中央体１００の上表面及び下表面に導かれ、通
路１０８及び１０９は、前もって主段２３のスプラッシ
ュプレート３８の冷却に用いられた空気を導く。
【００２８】切頭Ｖ形状のスロットが中央体１００の下
表面に沿って形成されており、図６には下表面に沿って
いるスロット１１１が示されている。スロット１１１
は、中央体とドームプレートとの境界の冷却に利用され
ており、中央体１００がセラミック製の場合に特に有用
である。スロット１１１は又、中央体１００と内側ドー
ム２２との間の接触壁積の減少に役立ち、こうして、中
央体１００と内側ドーム２２との間の熱の流れを制限す
る。
表面に沿って形成されており、図６には下表面に沿って
いるスロット１１１が示されている。スロット１１１
は、中央体とドームプレートとの境界の冷却に利用され
ており、中央体１００がセラミック製の場合に特に有用
である。スロット１１１は又、中央体１００と内側ドー
ム２２との間の接触壁積の減少に役立ち、こうして、中
央体１００と内側ドーム２２との間の熱の流れを制限す
る。
【図１】本発明の好適な実施例による二重アンニュラ燃
焼器の横断壁図である。
焼器の横断壁図である。
【図２】図１の中央体と内側及び外側ドームとの部分斜
視図であって、中央体の下壁を示すために中央体を内側
ドームから取り外してある図である。
視図であって、中央体の下壁を示すために中央体を内側
ドームから取り外してある図である。
【図３】図１の二重アンニュラ燃焼器を図１の３−３線
方向に見た部分的な軸方向図である。
方向に見た部分的な軸方向図である。
【図４】代替設計の中央体を有している二重アンニュラ
燃焼器の横断壁図である。
燃焼器の横断壁図である。
【図５】図４における中央体の拡大横断壁図である。
【図６】図５の中央体を図５の６−６線方向に見た部分
的な軸方向図である。
的な軸方向図である。
１０ 燃焼装置 １２ 燃焼室 ２１ 外側ドーム ２２ 内側ドーム ２３ 内側アンニュラ燃焼器（主段） ２４ 外側アンニュラ燃焼器（パイロット段） ２５ 外側ドーム内側部分 ２５ａ、２８ａ 第１の部分 ２５ｂ、２８ｂ 第２の部分 ２５ｃ 第３の部分 ２６ 内側ドーム内側部分 ２７ 外側ドーム外側部分 ２８ 内側ドーム外側部分 ５０、１００ 中央体 ５１、１０１ 中央体セグメント ５２ 上壁 ５３ 下壁 ５４ 上流壁 ５５ 下流端 ５６、５７ フランジ ５８ 上側空洞 ５９ 下側空洞 ６０、６１、６２ 冷却孔 ６５ 開口 ６９ ピン ７０ リブ（バンプ） １０４ 下側フランジ １０５ 上側フランジ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヒューバート・スミス・ロバーツ，ジュ ニア アメリカ合衆国、オハイオ州、シンシナ ティ、トレイルウインド・ドライブ、 7845番 (72)発明者 ジェームス・ネイル・クーパー アメリカ合衆国、オハイオ州、ハミルト ン、ビーバー・コート、4806番 (72)発明者 スティーブン・ユージン・メルトン アメリカ合衆国、オハイオ州、ウエス ト・チェスター、リッジクレスト・ドラ イブ、8470番 (56)参考文献 特公 昭61−20770（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭59−14693（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (19)
- 【請求項１】 同心的に設けられている内側及び外側ア
ンニュラ燃焼器を有している二重アンニュラ燃焼器であ
って、（ａ）内側部分および外側部分を有する 内側ドームと、（ｂ）内側部分および外側部分を有し、該内側部分が前
記内側ドーム外側部と連結されている 外側ドームと、（ｃ） 前記内側ドームと前記外側ドームとの間に設けら
れており、複数の構造上独立な弧状セグメントを含んで
いる実質的に環状の中央体とを備え、前記中央体が、前
記外側ドーム内側部分および前記内側ドーム外側部分の
いずれか一方に連結されている二重アンニュラ燃焼器。 - 【請求項２】 前記中央体は、上壁と、下壁と、上流壁
と、下流端とを含んでいて内部室を形成する請求項１に
記載の二重アンニュラ燃焼器。 - 【請求項３】 前記中央体の下壁は、前記内側ドーム外
側部分に連結されている請求項２に記載の二重アンニュ
ラ燃焼器。 - 【請求項４】 前記中央体の上壁は、前記外側ドーム内
側部分に連結されている請求項２に記載の二重アンニュ
ラ燃焼器。 - 【請求項５】 前記下壁は、前記中央体の内部室に冷却
流を入れるための複数の開口を含んでいる請求項２に記
載の二重アンニュラ燃焼器。 - 【請求項６】 前記下流端は、少なくとも１つの冷却孔
を含んでいる請求項２に記載の二重アンニュラ燃焼器。 - 【請求項７】 前記内側アンニュラ燃焼器は、前記外側
アンニュラ燃焼器の下流側に半径方向にずれている請求
項１に記載の二重アンニュラ燃焼器。 - 【請求項８】 前記外側ドームの内側部分は、前記中央
体に向って実質的に下流方向に延在している第１の部分
と、実質的に半径方向内方に延在している第２の部分
と、実質的に前記中央体の上流方向に延在している第３
の部分とを含んでおり、前記第２の部分は、前記中央体
の上流壁に隣接しており、前記第３の部分は、前記内側
ドームの外側部分に取り付けられている請求項７に記載
の二重アンニュラ燃焼器。 - 【請求項９】 前記外側ドーム内側部分の第２の部分が
前記中央体の前記上流壁に連結されている請求項８に記
載の二重アンニュラ燃焼器。 - 【請求項１０】 前記内側ドームの外側部分は、前記中
央体の下壁に隣接していると共に該中央体の下壁に連結
されている第１の部分と、前記外側ドームの内側部分の
前記第３の部分と実質的に平行になっていると共に該第
３の部分に連結されている第２の部分とを含んでいる請
求項９に記載の二重アンニュラ燃焼器。 - 【請求項１１】 前記中央体の上壁及び下壁は、上側及
び下側の空洞を形成すべく該上壁及び下壁から延在して
いるフランジを含んでおり、該フランジの各々は、少な
くとも１つの冷却孔を含んでいる請求項２に記載の二重
アンニュラ燃焼器。 - 【請求項１２】 少なくとも１つのピンが前記中央体の
上壁から前記下壁まで延在している請求項２に記載の二
重アンニュラ燃焼器。 - 【請求項１３】 前記中央体の上壁は、該上壁の内壁か
ら延在しているリブを含んでいる請求項２に記載の二重
アンニュラ燃焼器。 - 【請求項１４】 前記中央体は、前記中央体の上壁及び
下壁の冷却と、構造的結合とを増強する手段を含んでい
る請求項２に記載の二重アンニュラ燃焼器。 - 【請求項１５】 弧状の前記セグメントは、周方向長さ
が略相等しい請求項１に記載の二重アンニュラ燃焼器。 - 【請求項１６】 前記中央体は、セラミックで形成され
ている請求項１に記載の二重アンニュラ燃焼器。 - 【請求項１７】 前記内側ドーム外側部分から延在して
いる第１のフランジと、前記外側ドーム内側部分から延
在している第２のフランジとを更に含んでおり、前記中
央体は、前記第１のフランジに連結されている請求項２
に記載の二重アンニュラ燃焼器。 - 【請求項１８】 前記第１及び第２のフランジは、前記
中央体の上流壁の上流側で連結されている請求項１７に
記載の二重アンニュラ燃焼器。 - 【請求項１９】 Ｖ形スロットが前記中央体と前記内側
及び外側ドームとの間の境界を冷却すべく、前記中央体
の前記下表面に隣接して設けられている請求項１８に記
載の二重アンニュラ燃焼器。
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