JP3954165B2 - 高均一度噴射システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は特にタービンエンジン用の燃料および一次空気を燃焼室に供給することに関する。
【０００２】
航空機用タービンエンジンでは、動作範囲が大きく、かつ燃焼室の様々な性能に関して仕様がますます厳しくなってきたために、ますます微妙な妥協を行わざるを得なくなっている。
【０００３】
【従来の技術】
対立する性能の典型的な例は、アイドリング時の炎の安定性と、フルスロットル時の煙および窒素酸化物の排出を避ける必要があることである。したがって燃料および空気噴射システムは、非常に異なる方式および状態で正しい燃焼を確保しなければならない。
【０００４】
したがって、タービンホイールに許容できない熱ストレスが課されるのを避けるために、室出口温度の径方向プロフィルを保持しながら気化をできるだけ均一にすることが不可欠である。
【０００５】
ＦＲ−Ａ−２ ５９６ １０２は、図１８に、ある数の空気取入通路を規定するそれと同数の対の羽根を有するスワラ（旋回器）を備え、一方の通路が、径方向入口にあって燃料噴射チャンネルの周りに空気流を流し、収束形／発散形の内部輪郭をもつハウジングによって規定される室内で最初の混合を構成し、他の通路が、軸方向入口にあってハウジングの下流側の周囲に空気流を流すようになっている機械式噴射器を示している。
【０００６】
この空気供給チャンネルの交互配置により、予混合スワラの透過性が制限される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、様々な方式で技術者に課される汚染および性能に関する基準に応えることのできる、高透過率の予混合スワラに関連する機械式噴射装置を実現することを意図するものである。
【０００８】
したがって、本発明は、特にタービンエンジンの燃焼室内の空気および燃料の噴射装置であって、上流側から下流側に向かって、軸Ａの燃料噴射器と、軸Ａと同軸に配置されたベンチュリ管を形成し、予混合室を規定する収束形／発散形の内部輪郭を有し、予混合室中へ燃料が噴射されるハウジングと、下流側に広がり、上流側にそれをハウジングの周りに固定するためのスリーブを有するボウルと、燃料噴霧用の空気を噴射する手段とを有する装置に関する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、この装置は燃料噴霧用空気を噴射する手段が、ハウジングの上流側に配置された、予混合室内で空気と燃料の最初の混合を行うことのできる高透過性の第一の径方向スワラと、ハウジングの上流側部分に設けられた複数のチャンネルを有し、収束形の内部輪郭に開口する、ベンチュリ管内で均一な気化を行うための第二のスワラと、ハウジングの下流側部分の周囲に配置された第三の軸方向スワラとを備え、第三のスワラの軸方向出口が第二のスワラの径方向出口と周囲で交互に配置されていることを特徴とする。
【００１０】
ハウジングの上流側部分に設けられ第二のスワラのチャンネルと交互に配置された径方向通路によって、第三のスワラの入口に空気を供給することが好ましい。
【００１１】
第三のスワラを、ハウジングの周囲壁に設けられた溝によって形成し、前記の溝をボウルの固定スリーブで覆うと有利である。
【００１２】
本発明の他の利点および特徴は、添付の図面を参照しながら例として示した以下の説明を読めば明らかになるであろう。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図は、タービンエンジンの燃焼室（図示せず）内のこの機械式タイプの空気および燃料噴射装置１を示す。
【００１４】
装置１は、最初の燃焼ゾーン４の上流側の燃焼囲壁の底部に配置された予混合室３内で燃料を下流に向けて噴射する、軸Ａの燃料噴射器２を備えている。
【００１５】
予混合室３は軸Ａと同軸のスリーブ（ｄｏｕｉｌｌｅ）またはハウジング６の内部輪郭５によって規定されている。この内部輪郭５は従来のボウル（ｂｏｌ）８の広がった壁７を貫いて下流側に延びている。ボウル８は広がった壁７の上流側にそれをハウジング６に固定するためのスリーブ（ｍａｎｃｈｏｎ）９を備えている。ボウル８は燃焼室の底部に設けられたオリフィス中に既知の方式で取り付けられる。
【００１６】
図１および図４を見るとわかるように、ハウジング６の上流側末端と燃料噴射器２の下流側末端の間に、燃料噴射器２のセンタリングリング１１によって担持される第一の径方向スワラ（ｖｒｉｌｌｅ）１０が挿入される。
【００１７】
ハウジング６の内部輪郭５は上流側から下流側に向かって収束形／発散形であり、ベンチュリ管を構成する。
【００１８】
輪郭５の収束形ゾーンの右側にあるハウジング６の上流側部分１２には、交互に配置され羽根（ａｉｌｅｔｔｅｓ）１３によって規定される二組の通路が設けられている。
【００１９】
第一組の通路１４ａ、１４ｂは径方向であり、ハウジング６の上流部分１２を貫通し、ベンチュリ管の頸部１５の上流側で開いている。
【００２０】
通路１４ａ、１４ｂと交互に配置された第二組の通路１６ａ、１６ｂは、ハウジング６の上流側部分１２の周囲からボウル８のスリーブ９の内部に径方向に位置するゾーンまで延び、そこで軸方向に下流側へそれている。
【００２１】
輪郭５の発散型内部輪郭の右側にあるハウジング６の下流側部分１７の周囲で、ボウル８のスリーブ９の内部で径方向に、方形断面の軸方向溝１８ａ、１８ｂが設けられており、第二組の通路１６ａ、１６ｂに沿って走り、ハウジング６の下流側周囲で開いている。
【００２２】
通路１４ａ、１４ｂは予混合室３内に空気を噴射するための第二の径方向を構成し、ボウル８のスリーブ９で軸方向溝１８ａ、１８ｂは第三の軸方向スワラを構成する。
【００２３】
構造上、図２にはっきり示されているように、第三の軸方向スワラの出口は第二の径方向スワラの出口と周囲で交互に配置されている。
【００２４】
通路１４ａ、１４ｂの数は通路１６ａ、１６ｂの数と等しい。好ましくは、図３を見るとわかるように、第一のスワラ１０の通路の数がハウジング６の上流側部分１２に設けられた通路１４ａ、１４ｂおよび１６ａ、１６ｂの総数に等しい。したがって、第一のスワラ１０は高い透過性をもつ。
【００２５】
羽根１３は燃料噴射器２の軸Ａに対して３０〜４０°の間の角度αだけ接線方向からずれている。第二のハウジングの通路１４ａ、１４ｂの出口のオリフィスの軸も、この点における半径に対して角度βだけ傾いている。したがって、第二のスワラはベンチュリ管内に渦運動を生じさせる。
【００２６】
第二の径方向スワラ１０の羽根２０も径方向にずれており、第一のスワラ１０と第二のスワラは逆回転であることが好ましい。
【００２７】
第一の径方向スワラ１０は予混合室３の底部で最初の予混合を実施することができる。このスワラはさらにパージの働きをする。
【００２８】
第二の径方向スワラは接線方向にも径方向にもずれており、ベンチュリ管内での均一な気化を保証する。
【００２９】
そのために、第二の径方向スワラの接線入射角は最初の予混合の接線成分に対して６０〜９０°の角度をなさなければならない。
【００３０】
第三の軸方向スワラのずれは、その出口にある軸方向配列によって、すなわち、軸Ａに対する溝１８ａ、１８ｂの側壁の角度によって決まる。
【００３１】
第三の軸方向スワラの出口は、所望の気化ナップに応じて、ベンチュリ管内での渦流の接線方向成分に対して同回転でも逆回転でもよい。
【００３２】
さらに、第三のスワラの接線方向の傾きは、使用するボウル技術によって変わり、従来のオリフィスをもつボウルが、同回転または逆回転の渦流を生じるオリフィスをもつボウルか、あるいはオリフィスのないボウルかによって変わる。
【００３３】
第三のスワラによって噴射される空気の速度と、ベンチュリ管出口の混合気の速度の比は０．８〜１．６の間でなければならず、この比は使用するボウル技術に依存する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による噴射装置の燃料噴射器の軸を通る平面に沿った断面図であり、軸Ａより上にある部分は第二のスワラの通路を通る平面に沿った半断面図、軸Ａより下の部分は第三のスワラの通路を通る平面に沿った半断面図である。
【図２】第二のスワラと第三のスワラの出口が交互に配置されていることを示す図である。
【図３】三つのスワラの接線方向のずれと、各スワラによって与えられる流束の接線入射角を示す噴射装置の周囲展開図である。
【図４】図１に示した装置の変形実施形態を示す図である。
【図５】図４の線Ｖ−Ｖに沿った断面図である。
【図６】図４の装置のベンチュリ管を形成するハウジングの透視図である。
【符号の説明】
１ 噴射装置
２ 燃料噴射器
３ 予混合室
４ 主燃焼ゾーン
５ 内部輪郭
６ ハウジング
７ 広がった壁
８ ボウル
９ スリーブ
１０ 第一のスワラ
１１ センタリングリング
１３、２０ 羽根
１４、１６ 通路
１８ 軸方向溝

Claims (5)

1. 上流側から下流側に向かって、軸Ａの燃料噴射器（２）と、軸Ａと同軸に配置されたベンチュリ管を形成し、燃料が噴射される予混合室（３）を規定する収束形／発散形の内部輪郭（５）を有するハウジング（６）と、下流側に広がり、上流側にハウジング（６）の周りに固定するためのスリーブ（９）を有するボウル（８）と、燃料噴霧用の空気を噴射する手段とを有する、特にタービンエンジンの燃焼室内の空気および燃料の噴射装置であって、
   燃料噴霧用空気を噴射する手段が、ハウジング（６）の上流側に配置された、予混合室（３）内で空気と燃料の最初の混合を行うことのできる高透過性の第一の径方向スワラ（１０）と、ハウジング（６）の上流側部分（１２）に設けられた複数のチャンネル（１４ａ、１４ｂ）を有し、収束形の内部輪郭（５）に開口する、ベンチュリ管内で均一な気化を行うための第二のスワラと、ハウジング（６）の下流側部分（１７）の周囲に配置された第三の軸方向スワラ（１８ａ、１８ｂ）とを備え、第三のスワラ（１８ａ、１８ｂ）の軸方向出口が第二のスワラの径方向出口と外周部で交互に配置されていることを特徴とする装置。
2. ハウジング（６）の上流側部分（１２）に設けられ第二のスワラのチャンネル（１４ａ、１４ｂ）と交互に配置された径方向通路（１６ａ、１６ｂ）によって、第三のスワラ（１８ａ、１８ｂ）の入口に空気が供給されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 第三のスワラが、ハウジング（６）の周囲壁に設けられた溝（１８ａ、１８ｂ）によって形成され、前記の溝（１８ａ、１８ｂ）がボウル（８）の固定スリーブ（９）で覆われていることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. 第一のスワラ（１０）と第二のスワラ（１４ａ、１４ｂ）が逆回転することを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
5. 第二のスワラ（１４ａ、１４ｂ）から予混合室（３）に噴射される空気の接線入射が、最初の混合気の接線成分と６０〜９０°の間の角度をなすことを特徴とする請求項４に記載の装置。

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