JP2879340B2

JP2879340B2 - 増強されたタービンノズル冷却を有する燃焼器

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Publication number: JP2879340B2
Application number: JP63150388A
Authority: JP
Inventors: ジャック・アール・シェクルトン
Original assignee: Sundstrand Corp
Current assignee: Sundstrand Corp
Priority date: 1987-07-16
Filing date: 1988-06-20
Publication date: 1999-04-05
Anticipated expiration: 2014-04-05
Also published as: US4825640A; JPS6424126A; DE3824121A1

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、ガス・タービン機関において使用するため
の新規な空気熱力学的設計の環状燃焼器に関するもので
あり、一層詳細には、このような機関、特に、環状燃焼
器を備えた機関におけるタービン・ノズルの増強された
冷却に関するものである。

従来の技術現在使用されている大概の比較的小さなミサイルは、
例えば、ターボ・ジェット機関と相違して、固体燃料ロ
ケットにより推進される。推進装置としての固体燃料ロ
ケットの選択は、大部分、２個の因子により決定されて
いる。第一に、多くの場合に、タービン機関は、固体燃
料ロケット機関に匹敵するように、十分に経済的に製造
されることができないことである。第二に、小さな寸法
のミサイルにおいては、すなわち、約152.4mm（６イン
チ）のオーダーの比較的小さな直径を有しているミサイ
ルにおいては、従来、このようなミサイルに対する推進
ユニットの要求される152.4mm（６インチ）の外皮の内
部に適応する効率的なターボ・ジェット機関を製造する
ことは、極めて困難であったことである。

ガスタービン機関によって発生される出力即ち推力
は、タービンの速度を変更することにより簡単に増減さ
せることができ、更に固体燃料ロケット機関の出力はそ
う簡単には調節できないので、ガスタービン機関を使用
するミサイルの飛行経路及び弾道は、固定燃料ロケット
機関を使用するミサイルよりも制御し易い。更に、若し
仮令、ガスタービン機関が相対的に非効率に作動したと
しても、ガスタービン機関を使用するとミサイルの射程
が大幅に増加する。

小直径のガスタービン機関を経済的に製造することに
おける困難性は、該機関の圧縮機部及び／或いはタービ
ン部の製造にそれほど多くあるのではなく、むしろ燃焼
器製造の労働集約性に多く帰するものである。更にその
上、前述した相対的に小さいミサイルの152.4mm（６イ
ンチ）外被の程度の要求された小型外被の中に組み込ま
れるように燃焼器寸法が縮小されると、燃料の効率的燃
焼を実現する困難性が比べものにならないほど増大す
る。特に、燃焼器の寸法乃至容積が減少するにつれて、
燃料が先ず完全に蒸発し、効率的に燃焼し、更に一様に
混合するには容積が不足してくる。

たとえ、燃焼器の寸法についての困難が、解決された
としても、依然として、他の困難が、それ自体にある。
すなわち、このような小さな燃焼器において不可避的に
発生する高温点を、タービンノズルに不利に影響し、そ
の寿命を早期の破損の点にまで短縮することを防止する
ことである。約１、037℃（１、900゜F）の典型的なタ
ービン入口温度を仮定すると、少なくとも1,148.9℃
（２、100゜F）の高温点の温度が生ずる。

高温点温度のガスがタービン・ノズルの羽根に接触す
る時は、過熱が生じ、これはノズルの寿命を縮め、ター
ビン機関それ自体の早期の機能不善とするかも知れな
い。従って、タービン・ノズル羽根のための多数の提案
がり、一般的には、タービン・ノズル羽根に内部通路を
設け、それを経て、空気、典型的には、圧縮機から引き
出された空気、又は、さもなければ、燃焼器をバイパス
させることによる空気が、冷却の目的で流れるようにす
ることである。例えば、米国特許第４、296、599及び
４、522、557号を参照のこと。

固定されているノズル羽根の冷却へのこれらの取り上
げ方法は、効率的ではあるが、経済的とは言えず、それ
故、それら自身、経済的に製造されなければならないタ
ービン機関には、使用の役に立たないものである。

本発明は、上述の問題の一つ、又は、それ以上を克服
することに向けられているものである。

発明が解決しようとする課題経済的に製造されることができ及び（又は）異常に小
さな外皮の内部にはめられることができる新規で且つ改
良されたガス・タービン機関を得ることが、本発明の主
な目的である。一層詳細には、タービン・ノズルの中の
羽根の寿命を延長し、これにより、燃焼のために燃焼器
の容積のより大きな割合の使用を許し（燃焼ガスを希釈
空気と混合することとは相違して）、また、これによ
り、増加された熱負荷を達成するために、タービン・ノ
ズルの中の羽根の冷却のための独特の手段を含んでいる
新規で改良されたガス・タービン機関を得ることにある
ものである。

課題を解決するための手段本発明の一つの例示的な実施例は、前述の目的を、放
射方向に内部の壁と外部の壁とにより包囲された、軸心
を有しているハウジングを含んでいるガス・タービンに
おいて達成している。環状のライナが、ハウジングの内
部にハウジングの壁の間に配置されており、また、それ
ぞれ、内部及び外部ハウジング壁から間隔を置かれた同
心の内部及び外部の環状の軸方向に細長い壁並びに内部
の壁及び外部の壁をそれらの１端部において相互に連結
している放射方向に延びている端部壁を有している。燃
焼されるべき燃料をライナの中に多数の円周方向に間隔
を置かれた箇所において導入するための手段が、設けら
れており、また、多数の円周方向に間隔を置かれたノズ
ル羽根を含んでいるタービン・ノズル構造物が、ライナ
の内部及び外部の壁の端部に且つ放射方向に延びている
端部壁に向き合って置かれている。多数の空気入口が、
ライナの外部の壁の中に、ノズル構造物に接近して隣接
して置かれており、羽根のそれぞれに対して、少なくと
も１個の空気入口があり、また、ライナ及び協同される
羽根を冷却するために、空気をライナの中及び協同され
る羽根に向けるために、協同される羽根に関して置かれ
ている。

本発明の一つの推奨実施例においては、ライナは、金
属板から形成されており、また、空気入口が、ライナの
外部の壁の中の打ち抜きされた穴により形成されてい
る。

一つの高度に推奨される実施例においては、打ち抜き
された穴は、流れ指導器として作用をするためにノズル
構造物の方に向けられた内方に折り曲げられたタブを含
んでいる。

本発明は、ある場合には、空気入口及び協同されるノ
ズル羽根が、相互に次のように、すなわち、ライナの外
部の壁と、ハウジングの外壁との間の旋回空気及び入口
に入る空気が、協同されるノズル羽根の前縁に衝突する
ように、角度的に偏らされることを考慮しているもので
ある。

好適には、多数の空気入口の個数は、多数の羽根の個
数の整数倍であることが望ましい。

一つの高度に推奨される実施例においては、ハウジン
グは、ベル状の要素並びに軸方向に延びているスリーブ
により形成されている。燃料導入手段は、角度的に間隔
を置かれた燃料分配開口を有する円形の燃料マニホルド
を含むこともできるが、これらの開口は、ハウジングの
外壁とライナの外部の壁との間に配置されると共に機械
の軸に対して直角な第一の平面内に置かれている。燃料
分配手段は、また、ライナの外部の壁の中にあると共に
マニホルドに隣接して置かれた多数の開放端部の細長い
管を含んでいる。管は、第一平面に対して平行な第二平
面内に横たわっており、また、一般的に、ライナの内部
及び外部の壁の間の空間に対して接線状に向けられてい
る。各管の１端部は、ライナの内部及び外部の壁の間の
空間の中に置かれ、また、各管の他端部は、ハウジング
の外壁と、ライナの外部の壁との間に置かれており、こ
のような管が、各燃料分配開口に対してある。各燃料分
配開口と、その協同される管の内部との間の流体連通を
確立するための手段が、設けられている。

実施例本発明の他の目的及び利点は、添付図面についての以
下の説明から、明らかとなるものと思われる。

本発明により作られた燃焼器の１実施例が、第１図
に、ガス・タービン機関の中に示されている。このガス
・タービン機関は、ターボ・ジェットの形状であり、そ
れ故、推力の生成により仕事を遂行する。しかしなが
ら、当業者には、本発明が、出力動力が、回転軸から取
られるガス・タービン機関を含む他の形式のガス・ター
ビンにも応用可能なものであることは、容易に理解され
るところである。

とにかく、このガス・タービン機関は、空気入口ハウ
ジング10を含んでいる。多数の角度的に間隔を置かれ
た、放射方向に内方に向けられた支柱12（それらの内
の、１個が示されているだけである）が、適当に空力的
に輪郭を付けられたハウジング14を、ハウジング10の上
の円周方向の入口開口16の内部に、中心に静止して取り
付けている。ハウジング14は、軸受18を含んでいるが、
これらの軸受は、軸20を軸受けしており、また、軸20
は、一般的に、24の符号を付けられている、いわゆる、
単回転子のハブ22に連結されている。

ハウジング14の内部の軸20は、、入口管路28及び出口
管路30を有している月並みな構造の燃料ポンプ26に連結
されることもできる。

出口管路30は、支柱12の前縁を上り、それから、32で
示されるように、軸方向に延び、部分34に連結され、こ
の部分34は、それ自体、一般的に、38の参照数字を付け
られた且つ本発明により作られた環状燃焼器の内部の燃
料マニホルド36まで延びている。回転子24に立ち戻る
が、その一つの側の上において、回転子24は、多数の圧
縮機羽根40を設けられているが、これらの羽根40は、入
口16と流体的に連通しており、また、圧縮空気を月並み
なディフューザ42を経て放射方向に向ける。ディフュー
ザ42を通った後、圧縮空気は、後に詳細に説明されるよ
うに、燃焼器38のための入口の中に、軸方向に向けられ
る。

圧縮機の羽根40と反対側のハブ22の側の上において、
回転子24は、半径流タービンの羽根44を含んでいる。燃
焼器38からの高温の燃焼ガスは、羽根44の方へ、一般的
に46の参照数字を付けられたタービン・ノズル構造物に
より向けられ、回転子24を、タービンの作動のために必
要な空気を圧縮するため並びに燃料ポンプ26及び動力を
必要とする何らかの他の付属系統に対して動力を与える
ために、十分に駆動する。高温燃焼ガスは、それから、
機械をジェットノズル48を経て出るが、その過程中にお
いて推力を生成する。

多くの例において、所謂脱旋回羽根がディフューザ42
と燃焼器38の入口との間に介装されている。周知のよう
に、この種の羽根の設置目的は、ディフューザ42からの
空気流の旋回成分を減少させるにある。

当業者は又、多くのガスタービンにおいて、ディフュ
ーザ42と燃焼器38の入口との間に介装される本発明の羽
根50に対応する脱旋回羽根の外形が空気流の旋回成分を
最小にするために相当に複雑になっていることも承知し
ている。

しかしながら、本発明によれば、羽根50は従来のもの
と異なり、燃焼器38の内部に高い度合いの旋回が許容さ
れるから、相対的に構造が簡単であり、そのためコスト
が小さく、そして実のところ、この旋回は有利でもあ
る。

一般的に前に述べられたように、本発明の燃焼器38
は、製造が低廉であることを意図されているだけでは無
く、追加して、ガス・タービンに対して小さな外皮を有
している環境の中における使用に対して理想的に適して
おり、また、すべての考えられる燃料を燃焼させること
も、意図されているものである。この点に関して、次ぎ
の記載においては、構造が、実際に試験された構造であ
り、また、燃焼器38を含む機関の外径が、単に、152.4m
m（６インチ）であり、環状体の高さが約25.4mm（１イ
ンチ）しか無いものであることを理解されたい。

第２図に最善に示されるように、燃焼器38は、取り付
けの目的のためのリング58を受け入れている縁56に終わ
っている円筒形状の壁54を有しているベル状のハウジン
グ52を含んでいる。円筒形状の壁54の表面は、一般的に
放射方向に内方に向けられた表面60に併合しているが、
この表面60は、それ自体、ジェットノズル48に対する取
り付けリング64は受け取る短い、小直径の、軸方向に延
びている円筒形状部分62に併合している。

一般的に、円筒形状のスリーブ66が、円筒形状部分62
の内部に配置されており、それに固着されている。スリ
ーブ66は、取り付けリング58の方に実質的に延びている
が、取り付けリング58までは延びておらず、わずかに拡
大された端部68に終わっており、この拡大端部68は、第
１図に見られるように、タービン・ノズル構造物46に接
合されている環状鋳物72の開放端部70の上に受け取られ
るようにされている。

ベル状のハウジング52の中に且つそれ並びにスリーブ
66と間隔を置かれた関係に配置されて、一般的に、74の
参照数字を付けられているライナがある。このライナ74
は、一般的に放射方向に延びている壁78に接合している
円筒形状の、放射方向に外部の壁76を含んでおり、ま
た、放射方向に延びている壁78それ自体は、放射方向に
内部の壁80に接合されている。第２図から見分けられる
ように、壁76、78及び80は、分離された部品であり、そ
れらは適当に一緒に接合されている。この関係におい
て、本発明の一つの推奨実施例によると、構造の経済性
を達成するために、ライナ74の壁76、78及び80並びにベ
ル状のハウジング52及びスリーブ66は、すべて、金属板
から、型打ちなどにより形成される。前に述べたよう
に、ベル状のハウジング52の内部におけるライナ74の配
置は、軸方向に細長い環状空間82を生じさせるが、この
空間82は、環状の圧縮空気の入口開口84の中の取り付け
リング58に隣接して終わっている。この関係で、ライナ
74の放射方向に外部の壁76の１端部86は、ディフューザ
42と、ノズル48との間に介装されている静止しているケ
ーシング88に適合し、ノズル48をシールするようにす
る。このようにして、ディフューザ42からの圧縮空気
は、羽根50を通過した後、ベル状のハウジング52と、ラ
イナ74の放射方向に外部の壁76との間の環帯82の中に向
けられる。

環帯82と流体的に連通している放射方向に細長い環帯
90が、ライナ74の放射方向の壁78と、ベル状のハウジン
グ52との間に存在する。この環帯90は、それ自体、スリ
ーブ66と、ライナ74の放射方向に内部の壁80とにより形
成される非常に狭い、軸方向に細長い放射方向に内部の
環帯92に併合している。スリーブ66と、ライナ74の放射
方向に内部の壁80との間の同心性を確保するために、端
部68に隣接して、ライナ74は、多数のスペーサ94を取り
付けている。これらのスペーサ94は、スリーブ66の拡大
された端部68及び内部の壁80の拡大された端部に係合す
ると共にそれらに固着されており、熱的な力による部材
の間における相対的運動を許している。

ライナ74の放射方向に外部の壁76の回りで、放射方向
の壁78に直接的に隣接した円周方向に間隔を置かれた箇
所において、外部の壁76は、多数の打ち抜きをされた穴
96を設けられている。環帯82の中に流れる空気は、穴96
に入り、放射方向の壁78の内部側に沿うフィルムとし
て、冷却の目的で、流れ去ることができる。この空気の
流れが、矢印98により示されている。無論、放射方向の
壁78の追加の冷却が、放射方向の環帯90の中を流れる空
気によって達成される。

放射方向の壁78の放射方向の内周辺の近くにおいて、
この壁78は、１組の打ち抜きをされた開口100を設けら
れており、放射方向の環帯90からの圧縮空気が、ライナ
74の内部へ入り、矢印102により現されているように、
内部の壁80の内面に沿ってフィルム状に、冷却の目的で
流れることを許している。

開口100を過ぎて環帯90の中に流れ続けるこの空気
は、環帯92の中に入る。環帯92の極めて狭い幅のため
に、この空気は、それを通って流れるために、その速度
を増加する。増加された速度は、無論、増加されたレイ
ノルズ数及びヌセルト数を意味しており、これらは、無
論、放射方向に内部の壁80における熱伝達を増強させ
る。

今、ちょうど述べられた構造は、基本のフィルム冷却
により補足された外部の対流的の冷却を与え、寿命を減
少させる望ましくない温度こう配を避けるのに有効であ
る。同時に、この構造は、比較的に高いライナ温度の維
持を許し、これは、冷却空気に関して、その上への炭素
の沈殿を最小にするように作用をする。

当業者には明らかであるように、このような冷却を達
成するための手段は、低廉である。この冷却に対する構
造の低廉は、以下に説明される燃焼器の独特な空気熱力
学的設計により、容易とされる。燃焼器の試験は、青い
炎の燃焼を示し、ライナ74の壁への低いふく射熱とな
り、このようにして、今、述べられた冷却を可能とさせ
る。

放射方向に内部の壁80を冷却した後、空気は環状開口
104を出て、燃焼器38の内部の燃焼ガスと完全に且つ有
効に混合し、希釈空気として作用をする。

一つの箇所において、軸方向に向けられた管106が、
ハウジング52と放射方向の壁70との両方を貫いてライナ
74の内部まで延びている。この管106は、ライナ74の内
部における最初の燃焼の目的で、任意の適当な点火器乃
至点火装置を設けられることもできる。

第２及び３図に見られるように、円形の燃料マニホル
ド108が、ライナ74の外部の壁76の回りを、円周方向に
延びている。１組のブラケット110が、マニホルド108
を、燃焼器38の軸に対して垂直な平面内に固着してい
る。

多数の角度的に間隔を置かれた箇所において、ノズル
として作用をする端部を開口された管112が、ライナ74
の外部の壁76を貫いて延びている。図示された実施例に
おいては、11個の管112が使用されている。当業者に
は、希望されるとおり、より多くの、又は、より少ない
数が使用されることのできることは、理解されるところ
である。

管112は、それぞれ、開放された１端部114を環帯82の
内部に有しており、また、接近する空気の流れの方に開
放するように向けられている。換言すると、管112は、
それらの開放端部114を、環帯82の内部の旋回する空気
が、管112の中に、認められるような方向の変化無しに
入ることを許すように、向けられている。図示されてい
ないが、端部114は、それらの箇所における圧力損失を
減少させるために、朝顔形とされることもできる。

管112の反対側の開放端部116は、ライナ74の内部の中
に配置されており、また、管112の軸が、ライナ74の内
部壁76及び外部壁80の間の空間に対して一般的に接線状
であることが、第３図から認められる。また、第２図か
ら、各管112の軸が、燃焼器38の軸に対して垂直な平面
内に、燃料マニホルド108により占められる平面に直接
的に隣接して横たわっていることも、認められるところ
である。

第４及び５図に立ち戻り、管112のそれぞれは、その
端部114に近い側壁の中に、円形の開口120を設けられて
いる。この開口120は、燃料マニホルド108の中の対応す
る小開口122と整列されている。好適には、小開口122
は、穴あけ過程により形成され、これにより、それらの
寸法が、希望される燃料流れに従って、容易に制御され
ることができ、また、各開口122が、他の開口122に関し
て、比較的に一様であるようにすることが望ましい。し
かしながら、同時に、この形式のインゼクタは、月並み
なインゼクタよりも、「いい加減な」穴に対して、一層
許容性があることが認められた。

この輪郭の結果として、マニホルド108からの燃料
は、開口122及び120を通って、管112のそれぞれの内部
の中に噴射される。管112を通過し、ライナ74の中に接
線状に入る圧縮空気は、燃料の急速な蒸発を生じさせ、
続いて、ライナ74の内部におけるその燃焼を生じさせ
る。ライナ74の内部における燃料及び燃焼空気の両方の
運動経路が、比較的に高い接線成分を有しているので、
燃料及び空気は、ライナ74の中に、十分に長い時間留ど
まり、ライナ74の外径が、152.4mm（６インチ）よりも
より小さく、25.4mm（１インチ）の環帯の高さという事
実にもかかわらず、有効な蒸発及び完全燃焼の両方を促
進させる。

燃料マニホルド108は、若し要求があれば、管112の上
流側と下流側のどちら側にも設けられ得ることに留意す
べきである。しかしながら、マニホルド108を管112の下
流側に設けるのが望ましい。なぜならば、入口84の中に
入る空気のかなりの量が、環帯82から管112それら自体
の中に反らされるので、入口84の中に入るかなりの少な
い量の空気が、その箇所にあるからである。このように
して、下流箇所においては、マニホルド108は、ライナ7
4の回りの空気の流れとのより少ない干渉を生じさせ
る。

これに関して、環帯82の中においては、かなりの度合
いの旋回が希望されるので、燃料管路34は、部分的にら
旋の輪郭を有し、旋回空気が羽根50から出て来る時に、
旋回空気との干渉を最小にすることができる。

ライナ74の放射方向に外部の壁76は、また、内方に曲
げられたタブ130の円周方向の列をも設けられている。
第６図に最善に示されるように、タブ130のそれぞれ
は、外部壁76の中の希望される箇所にＵ字型のスロット
132を打ち抜きし、それから、タブ130を内方へ、第７図
に見られるように、開口134を形成するように内方に曲
げることにより形成される。第２図に見られることがで
きるように、タブ130のそれぞれの、放射方向に最も内
方の端部は、ライナ74の外部の壁76の端部86の方に向け
られており、これにより、タブ130が、流れ案内器とし
て作用をするようにする。

第３図に立ち戻るが、この図から、各タブ130の、タ
ービン・ノズル構造物46の部分を形成している個々の羽
根136に関する角度的な関係が、見られることができ
る。個々のノズル羽根136は、月並みな横断面形状を持
つことができ、また、前縁138及び後縁140を含んでい
る。第１図に見られるように、前縁138は、タブ130に比
較的に隣接して燃焼器38に面している。後縁140は、タ
ービン羽根車の羽根44に面している。

前に述べたように、環帯82の中の圧縮空気の旋回は、
抑制されておらず、また、本発明の例示的な実施例にお
いては、助長さえされている。本願の一部を形成してい
る図面により作られた本発明の物理的な実施例において
は、空気の流れの方向は、タービンの軸に対して平行な
線から約40゜であり、また、第３図に見られるように、
反時計方向である。本発明によると、タブ130、従っ
て、開口134のそれぞれに対して、１個のタービン・ノ
ズル羽根136がある。しかしながら、ある場合には、
２、３個、又は、それ以上のタブ130及び開口134を、各
ノズル羽根136に対して設けることが望ましいかも知れ
ない。とにかく、タブ130及び開口134の個数は、常に、
タービン・ノズル羽根136の個数の１整数倍、又は、そ
れ以上の整数倍である。

上述の特定の旋回角度が与えられて、各羽根136の前
縁138が、タブ130の２個の隣接するものの間の中央に置
かれている。

これは、今度は、環帯82から、各自の開口134を通っ
て、ライナ74の内部に入る、一般的に、矢印142の方向
に流れる、入って来る空気の流れが、タービン・ノズル
羽根136の対応するものの前縁138に衝突する結果とな
る。この空気の流れは、無論、比較的低温である。なぜ
ならば、この空気は、燃焼器38の内部に形成される燃焼
ガスと、認め得る程には混合されていないからである。
この認め得る混合の無いことは、開口134のノズル46へ
の接近によるものである。

この配置は、各自のタービン・ノズル羽根136を低温
点に置くが、この低温点は、ノズル46へ流れるガスの平
均温度よりも、比較的により低温であり、このガスの最
高温度よりも、数百度より低温である。同時に、比較的
より高温のガスは、個数が、開口134の個数に対応する
１組の流れに分割され、それぞれは、燃焼器の内部か
ら、矢印144により示されるように、対応するタービン
・ノズル羽根136の対の間に通る。このようにして、全
体の流れの中の比較的に高温点は、隣接するタービン・
ノズル羽根136の隣接するものの間の空所146を通って流
れる。その結果、タービン・ノズル羽根136が、運転の
間に受ける温度は、比較的により低温であり、タービン
・ノズル構造物46に対して、増加した寿命を与える。

本発明のこの特徴を考慮するに当たり、タブ130以外
の手段が、環帯82からの圧縮空気の燃焼器38の内部への
導入のために、タービン・ノズル羽根136のちょうど上
流に設けることのできることを、心に留めるべきであ
る。更に、第３図に示され且つ上に述べられたタブ130
と、タービン・ノズル羽根136との間の特定の角度は、
本発明において使用される旋回の特定の度合いに対し
て、最善である。より少ない度合いの旋回が使用される
場合には、タービン・ノズル羽根136と、タブ130の対応
するものとの間の食い違いとされた関係が、何らの旋回
も環帯82の中に生じない点にまで、漸次強調されないよ
うにし、タブ130、又は、他の形状の空気進入開口が、
多かれ少なかれ、タービン・ノズル羽根136の対応する
ものの前縁138と同一の放射線の上にあるようにされ
る。

前述のことから、本発明により作られた燃焼器は、多
数の独特の特徴を有しており、また（又は）、多数の利
点を与えることを理解されたい。高い入口の空気の旋回
の使用は、価格を最小にするために、最小の羽根50の使
用を許す。更に、高い旋回は、ライナ74の内部における
燃料と、燃焼空気との円周方向の混合を促進し、一方、
旋回からの高速は、ライナの壁の低廉な対流による冷却
を、高価な冷却ストリップの必要無しに与える。

希釈空気の追加は、低廉な穴あけされた希釈空気ポー
トの使用を介して、簡単に且つ低廉に達成される。

燃料噴射は、低廉な接線状に置かれた管を介して達成
され、これらの管は、霧化する空気噴流として作用をす
る。燃料に対する計量オリフィスが、比較的に低廉な穴
あけ手段により達成される。

ライナの中の計略的な箇所における打ち抜きされた穴
の使用は、ライナの壁のフィルム状の冷却を与え、一
方、スペーサ94の使用は、部材に応力を与えること無し
に、放射方向及び軸方向の熱膨張の両方を生ずることを
許す。

上述の空気の流れ模様は、更に、環状の燃焼器に対し
て、極端に小さな全体の直径及び環帯の高さを許す。こ
れに関して、本発明により作られた環状の燃焼器は、機
関の試験において、従来技術の環状燃焼器に比べ、熱負
荷に30％以上の増加（1776X10⁴BTU/ft³atm）を達成する
ことが見いだされた。

本発明により作られた構造において達成される効率的
な燃焼は、希望される無煙の排気を与え、しかも、燃焼
器は、若しも、希望されるならば、「投げ捨て」の可能
性を有するように、十分に経済的に製造されることがで
きる。換言すれば、燃焼器は、価格有効性を有して使用
されることができるが、しなしながら、例えば、ミサイ
ルを推進するガス・タービン機関の中に、１回だけ使用
されることもできる。

発明の効果このようにして、本発明は、小さな外皮を必要とする
環境の中における使用に対して、低価格と、理想的に適
していることとの両方である環状燃焼器を与えるもので
ある。その結果、比較的小さなミサイルの中に使用され
るガス・タービン機関の部分として使用するのに理想的
に適しているものであり、また、他の環境においても、
同様に、有効に使用されることができるものである。

更に、タービン・ノズル羽根136に関するタブ130及び
開口134の形状の希釈空気の導入開口の独特の配置は、
全体の空気流れの中の相対的な低温点が、ノズル羽根13
6の上を通り、それらを冷却し、一方、高温点は、羽根1
36の間の空所146を通過する。その結果、ノズル46のき
わどい寿命を制限する部品であるノズル羽根136は、そ
れらの寿命を実質的に増加し、一層信頼性のあるタービ
ンを与える。その上、上述の構造により、比較的に高い
燃焼器の圧力降下が、意味のある性能の損失無しに、使
用された。これに関して、タービン・ノズル46への入口
に直接的に向けられた、矢印142により示された高速度
の空気の流れのエネルギーが、燃焼器38の内部における
旋回する混合で失われるのでは無く、タービン羽根車の
羽根44に衝突して、有用な仕事を遂行するために使用可
能であり、利用される。

本発明は、他の利点を有している。本願の添付図面に
より作られた一つの物理的実施例においては、燃焼器38
を通る空気流れの約半分が、タブ130を通って入る希釈
空気である。タブ130のタービン・ノズル構造物46の入
口側に接近していること及びタブ130により形成される
開口134を通って流える空気の高速度のために、燃焼生
成物が同行され、一般的に軸方向の流れから、放射方向
への流れへの転向を一層容易にし、タービン効率を向上
させる。このことは、今度は、タービン・ノズル構造物
46への入口を形成している環帯が、比較的小さいことを
許し、このようにして、機関の全体の直径を最小とする
ことを許す。

その上、上述の高い熱的負荷が、タービン・ノズル羽
根136に関する開口134の形状の希釈空気の入口の独特の
位置決めのために、達成される。特に、この配置は、羽
根136が低温において作動することを許すので、燃焼器3
8の容積のより多くが、燃焼にささげられることがで
き、また、容積のわずかが、平均ガス温度を減少させる
ために必要な空気と混合することにささげられることが
できるようにし、タービン・ノズル構造物46が、合理的
な有用な寿命を持つことを許すようにする。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による環状燃焼器を実施しているガス
・タービン機関、特に、ターボジェット機関の断面図、
第２図は、燃焼器の断面図、第３図は、燃焼器において
使用されるライナの端面図、第４図は、本発明において
使用されている燃料マニホルド及びノズル構造の一部分
を示す拡大部分図、第５図は、他の方向から見られたノ
ズル及び燃料マニホルドの部分拡大図、第６図は、燃焼
器への希釈空気の入口を示す拡大部分図、第７図は、希
釈空気の入口の断面図である。 38……燃焼器、46……タービン・ノズル構造物、52……
ベル型ハウジング、66……スリーブ、74……ライナ、76
……放射方向に外部の壁、78……放射方向の壁、80……
放射方向に内部の壁、82……環帯、90……放射方向に細
長い環帯、92……放射方向に内部の環帯、96……穴、10
8……マニホルド、112……開放端部の管、114、116……
開放端部、122、134……開口、130……タブ、134……開
口、136……タービン・ノズル羽根、138……前縁、140
……後縁、146……空所。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ガスタービンにおいて、軸心を有しているベル状のハウジングと、前記ハウジング内に環状の内部壁及び環状の外部壁を有
する環状のライナであって、前記ハウジングから離れて
該ハウジングと該ライナーとの間に半径方向外側の圧縮
空気入口、該ハウジングと該外部壁との間に細長い軸方
向圧縮空気環帯及び前記入口の反対側において前記細長
い軸方向環帯と流体的に連通している半径方向圧縮空気
環帯を画成しており、更に前記内部壁と外部壁との間で
且つ半径方向で前記入口の直ぐ内側で実質的に軸方向に
向いている前記環状のライナと、前記出口にあると共にガス通路を形成している空所によ
り分離されている多数のガス案内羽根を有している環状
タービンノズルと、前記外部壁の中に形成されると共に前記細長い軸方向圧
縮空気環帯と前記出口との間に流体連通を確立し且つ個
数が前記多数の羽根の個数の整数倍である複数の空気入
口であって、前記複数の羽根の対応する羽根に対して角
度を有して配置されていて、対応する空気入口を通って
流入する冷却空気流が対応する前記羽根を横切って流れ
該羽根を冷却するようになっている前記空気入口と、前記内部壁と外部壁の間に燃料を燃焼させるための複数
の手段とから構成され、燃焼ガスが隣接する羽根に沿う冷却空気
流の間の空所において前記タービンノズルに実質的に入
るようになっているガスタービン。
【請求項２】前記ライナが、前記内部壁と前記外部壁と
を相互に連結し実質的に半径方向に延びている壁を前記
環状出口の反対側に更に有している請求項１記載のガス
タービン。
【請求項３】前記外部壁及び半径方向壁が型打ちされた
金属板であり、又、前記空気入口が打ち抜きされたタブ
により形成されている請求項１記載のガスタービン。
【請求項４】前記ハウジングが、更に、前記内部壁の内
部に中心スリーブを有しており、前記半径方向圧縮空気
環帯と流体連通すると共に前記内部壁の冷却をもたらし
及び前記環状出口の内側に隣接して開放している他の軸
方向に細長い環帯を形成するようにしている請求項１記
載のガスタービン。
【請求項５】前記外部壁が金属板から形成されており、
又前記空気入口が、前記冷却空気の流れが前記出口の近
くにおいて前記ライナに入るように、前記出口の方に向
けられた内方に折り曲げられた円周方向のタブの列によ
り形成されている請求項１記載のガスタービン。
【請求項６】ガスタービンにおいて、軸心を有しているベル状のハウジングと、前記ハウジング内において軸方向に延びているスリーブ
と、前記ハウジングの内側で前記スリーブの周りにある環状
ライナであって、環状で軸方向に細長くそれぞれが前記
スリーブと前記ハウジングから離れている同軸の内部壁
及び外部壁、前記内部壁及び外部壁をその一端において
連結している半径方向に延びた端壁並びに前記内部壁及
び外部壁の他端にあって前記端壁に対向している出口を
有している前記環状ライナと、角度的に間隔を置かれた燃料分配開口を有すると共に前
記ハウジングと前記外部壁との間に配置され且つ前記軸
心に対し直角方向の第一の平面内に置かれた円形の燃料
マニホルドと、前記外部壁の中にあると共に前記マニホルドに隣接して
おり、前記第一の平面に対して平行な第二の平面内に横
たわっていると共に前記内部壁と外部壁との間の空間に
対して実質的に接線状に向けられており、それぞれの１
端部が前記空間の中に位置すると共にそれぞれの他端部
が前記ハウジングと前記外部壁との間に位置し、前記燃
料分配開口のそれぞれに対して１個づつある複数の開口
端部を有している複数の細長い管と、前記燃料分配開口の各と、それに組み合わされた管の内
部との間に流体流通を確立する手段と、前記軸心の回りに置かれると共に前記出口と流体連通し
ており且つ多数のタービン・ノズル羽根を有している環
状のタービン・ノズル構造物と、前記軸心の回りに回転するように取り付けられると共に
前記タービン・ノズル構造物と整列される羽根を有して
いるタービン羽根車と、前記出口に直接的に隣接する前記外部壁にあり、それぞ
れが、前記出口に向かって延びると共に前記ハウジング
と前記外部壁との間からの空気を、前記タービン・ノズ
ル羽根の組み合わされた１つの前縁に向け、前記タービ
ン・ノズル羽根を冷却するように配置されており、同時
に、前記空間の内部の燃焼による高温燃焼ガスが電気タ
ービン・ノズル構造物の羽根の間を通過することを許す
ようにする流れ案内器を有している複数の空気入口開口
と、から構成されているガスタービン。
【請求項７】前記空気入口及び前記流れ案内器の少なく
とも幾つかが、前記外部壁の中のタブにより形成される
と共に半径方向内方に前記出口の方に向けられるように
された請求項６記載のガスタービン。
【請求項８】前記タブが、折り曲げられた金属板から形
成されている請求項６記載のガスタービン。