JP4066241B2 - 逆流防止主スワラーを備えた空気力学的な噴射システム - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ターボ機械という特定の分野に関し、より詳細には、ターボ機械の燃焼室内へ燃料を噴射することによって生じる問題に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ターボジェットまたはターボプロップにおいては、図４に示されるように、燃料は、複数の噴射システム５２を介して燃焼室５０の中へ噴射され、それぞれの噴射システム５２は、第１に、燃焼室内へ燃料を噴霧するための燃料噴射ノズル５４、および、第２に、燃料と酸化剤とを混合してその混合物を燃焼室内へ拡散させる役割をなすミキサー／デフレクタ組立品５６を備える。ミキサー／デフレクタ組立品は、燃料噴射ノズル５４に（スリーブ６０を介して）摺動可能に取り付けられた第１のスピナー装置すなわち主スワラー５８と、ベンチュリ装置６２と、第２のスピナー装置すなわち副スワラー６４と、燃焼室５０の端壁に取り付けられたデフレクタ６６とを備える。フランス特許出願第２，７２８，３３０号および米国特許第５，４９０，３７８号は、いずれも、従来技術の良い例である。これまでに開示されたすべての噴射システムにおいては、図５に示されるように、噴射ノズル５４によって噴霧された燃料が衝突するベンチュリの内面６２Ａは、常に、主スワラーから空気出口までずっと（勾配の不連続点がまったくない）連続的な表面を有することに注意されたい。
【０００３】
しかしながら、ある特定の使用条件下においては、噴射システムのための従来のそのような構造は、自己点火の可能性を有するという大きな欠点を有し、その自己点火は、燃焼室を破壊することもあるような類のものである。燃料がベンチュリの内面に衝突することは、燃料の被膜を得るために必要なことであり、その被膜を小さな液滴に微細化することは、主スワラーおよび副スワラーによって生成されるシヤーによって保証されるが、それによって、燃料が、主スワラーの羽根の中へ吸い上げられることがある。さらに、燃料が前記内面に衝突する領域は、特定の範囲に正確に限定されないために、燃料が、逆方向に前記主スワラーの中へ噴射されることもある。不幸にも、燃料が、主スワラーの中へそのように逆流することは、燃焼器内筒の外部に燃料が漏れる原因となる場合があり、それによって、ターボ機械の燃焼室の燃焼中心部分を破壊するという危険にさらされる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ターボ機械の燃焼室のための噴射システムを提案することによって、これらの欠点を軽減するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このシステムは、第１に、燃料を燃焼室内へ噴霧するための燃料噴射ノズルと、第２に、前記噴射ノズルと同軸に配置され、かつ、燃料と酸化剤とを混合してその混合物を前記燃焼室内へ拡散させる役割をなすミキサー／デフレクタ組立品とを備え、前記ミキサー／デフレクタ組立品は、第１のスピナー装置すなわち「主スワラー」と少なくとも１つの第２のスピナー装置すなわち「副スワラー」とを備え、それらのスラワーは、お互いに所定の距離だけ離れて同軸に配置され、かつ、前記噴射ノズルと同軸に配置されたベンチュリ装置によって分離された噴射システムであって、前記第１のスピナー装置が、前記噴射ノズルにしっかりと取り付けられ、かつ、前記噴射ノズルから一定のラジアル距離だけ離れて配置され、そのラジアル距離は、前記噴射ノズルによって噴霧される燃料が、いかなる場合においても、前記第１のスピナー装置に衝突しないように決められたことを特徴とする。
【０００６】
好ましくは、前記第２のスピナー装置にしっかりと取り付けられ、かつ、前記ベンチュリ装置の環状ハウジング内を前記噴射ノズルの対称軸Ｓに垂直に移動することのできるリングを介して、前記第２のスピナー装置が、前記噴射ノズルに対して相対的に摺動するように取り付けられる。
【０００７】
副スワラーだけに関係するこの摺動接続システムによって、主スワラーにおける燃料の逆流噴射が除去される。
【０００８】
有利な実施形態においては、ベンチュリ装置は、勾配不連続点を上流側部分に有する内面を有する。ベンチュリ装置の内面のこの上流側部分は、凹形または凸形の段を含んでもよい。
【０００９】
ベンチュリのためのこの特有の構造によれば、燃料が、毛管現象によって、主スワラー内へ噴射されるのを制限することができる。
【００１０】
限定されない例としての以下の説明から、そして、添付の図面を参照することによって、本発明の特徴および利点をより良く理解できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、ターボ機械の噴射部分の軸方向片側断面図であり、長手方向軸１０を有する外側環状シェル（または、外側ケース）１２と、それと同軸の内側環状シェル（または、内側ケース）１４と、２つのシェル１２および１４間に広がり、かつ、ターボ機械の上流側にあるコンプレッサ（図示しない）から、全体的なガスの流れる方向Ｆを規定する環状ディフューザマニホールド１８（ディフューザグリッド１８ａの存在に注意されたい）を介して送られる圧縮された酸化剤、一般には、空気を受け取る環状空間１６とを備え、前記空間１６は、ガスの流れる方向に、まず最初に、外側環状シェル１２に取り付けられ、かつ、マニホールド１８の周囲に均一に配置された複数の噴射システム２０を備えた噴射組立品と、環状燃焼室２２と、最後に、高圧タービンの入口ステージを構成する環状ノズル（図示しない）とを含む。
【００１２】
環状燃焼室は、軸方向に延びる外側側壁２４と、軸方向に延びる内側側壁２６とを備え、それらの２つの側壁は、軸１０を中心にして同軸であり、さらに、環状燃焼室は、噴射システムが取り付けられる複数の孔３０を備えた横端壁２８を備える。燃焼室の軸方向に延びる側壁２４および２６の上流側端部と、オプションとしてそれらの側壁２４および２６に取り付けられ、側壁の前記端部を上流方向へ拡張するキャップ３２および３４と、燃焼室の端壁２８の折り曲げられた縁との接続は、例えば、皿ボルト、好ましくは、キャプティブ型ナットのような良く知られている、いかなる接続手段（図示しない）によってなされてもよい。
【００１３】
噴射組立品のそれぞれの噴射システムは、第１に、燃焼室内へ燃料を噴霧するための燃料噴射ノズル３６と、第２に、ミキサー／デフレクタ組立品３８とを備え、そのミキサー／デフレクタ組立品３８は、噴射ノズルと同軸であり、燃料と酸化剤とを混合してその混合物を燃焼室内へ拡散させる役割をなす。ミキサー／デフレクタ組立品は、第１のスピナー装置すなわち主スワラー４０と、第２のスピナー装置すなわち副スワラー４２とを少なくとも備え、それらのスワラーは、軸方向に所定の距離だけお互いに離れて配置され、かつ、ベンチュリ装置４４によって分離される。副スワラーは、燃焼室の端壁２８に取り付けられ、かつ、孔３０を通って燃焼室２２内へ広がるデフレクタ４６によって拡張される。
【００１４】
本発明によれば、主スワラー４０は、例えば、スリーブ４８を介して、噴射ノズル３６にしっかりと取り付けられ、したがって、主スワラー４０は、噴射ノズル３６から一定のラジアル距離だけ離れている。この距離は、ターボ機械の作動速度（ウインドミリング速度、アイドリング速度、最大速度）に関係なく、噴射ノズルによって噴霧される燃料が、いかなる場合においても、主スワラーに衝突しないように決められる。これは、燃料が、前記主スワラー内へ逆流方向に噴射されないことを保証するものであり、その逆流方向への噴射は、燃料が散乱することによって生じることがあり、その燃料の散乱は、例えば、燃料がベンチュリ装置から跳ね返るように、噴射を行うたびに必然的に存在するものである（噴射角度、円周の均一性、などのために）。
【００１５】
さらに、図２に示される本発明の第１の実施形態においては、ベンチュリ装置は、上流側部分をそれの内面４４Ａ上に有し、その上流側部分は、Ｐにおいて、勾配の不連続点を有し、それによって、毛管現象によって燃料が噴射システム２０の主スワラー４０の中へ吸い上げられるあらゆる可能性を防止し、あるいは、その可能性を少なくとも相当に減少させる。燃料噴射コーンの外面Ｅから上流側に提供されたこの勾配の不連続点は、例えば、凹形の段によって形成されてもよい。図３に示される実施形態においては、この勾配の不連続点は、対照的に、凸形の段によって形成される。
【００１６】
さらに、外側シェル１２にしっかりと取り付けられた噴射ノズル３６とミキサー／デフレクタ組立品３８との間に十分なクリアランスを確保するために（とりわけ、熱膨張を吸収するために）、副スワラー４２は、例えば、前記副スワラーに取り付けられ、かつ、ベンチュリ装置４４の環状ハウジング４９内を移動することのできるリング４７を介して、前記噴射ノズルに対してノズルの対称軸Ｓに垂直に摺動するように取り付けられる。このために、十分なクリアランスが、この環状ハウジングの内周とリングの外周との間に確保される。
【００１７】
この摺動接続のためにここで提案された構造によれば、噴射ノズルは、常に、主スワラーおよびベンチュリ装置の中心にくるように配置され、それによって、燃料を逆流方向へ噴射するのを防止することができ、また、ベンチュリの勾配不連続点は、毛管現象によって燃料が吸い上げられるのを防止する役割をなす。このように、本発明による特有の構造によれば、あらゆる飛行条件下において、とりわけ、小さなマッハ数において風車状態にあるときに再点火するというもっとも厳しい条件下、すなわち、空気供給の圧力損失が、燃料を十分に微細化するのを保証するには小さすぎる条件下において、燃料を適切に噴霧することが保証され、それによって、再点火することのできる条件の範囲をきわめて広いものにするための方法を与える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるターボ機械の噴射部分の概略軸方向片側断面図である。
【図２】本発明による第１の実施形態における図１の部分拡大図である。
【図３】本発明による第２の実施形態における図１の部分拡大図である。
【図４】従来技術による噴射システムを含むターボ機械の噴射部分の概略軸方向片側断面図である。
【図５】図４の部分拡大図である。
【符号の説明】
１０ 縦軸
１２ 外側環状シェル
１４ 内側環状シェル
１６ 環状空間
１８ 環状ディフューザマニホールド
１８ａ ディフューザグリッド
２０ 噴射システム
２２ 環状燃焼室
２４ 外側側壁
２６ 内側側壁
２８ 横端壁
３０ 孔
３２、３４ キャップ
３６ 燃料噴射ノズル
３８ ミキサー／デフレクタ組立品
４０ 主スワラー
４２ 副スワラー
４４ ベンチュリ装置
４４Ａ 内面
４６ デフレクタ
４７ リング
４８ スリーブ
４９ 環状ハウジング
５０ 燃焼室
５２ 噴射システム
５４ 燃料噴射ノズル
５６ ミキサー／デフレクタ組立品
５８ 主スワラー
６０ スリーブ
６２ ベンチュリ装置
６２Ａ ベンチュリの内面
６４ 副スワラー
６６ デフレクタ
６８ 燃焼室
Ｅ 燃料噴射コーンの外面
Ｆ ガスの流れる方向
Ｐ 勾配不連続点

Claims (5)

  1. 第１に、燃料を燃焼室（２２）内へ噴霧するための燃料噴射ノズル（３６）と、第２に、前記噴射ノズルと同軸に配置され、かつ、燃料と酸化剤とを混合してその混合物を前記燃焼室内へ拡散させる役割をなすミキサー／デフレクタ組立品（３８）とを備え、前記ミキサー／デフレクタ組立品が、第１のスピナー装置すなわち「主スワラー」（４０）と少なくとも１つの第２のスピナー装置すなわち「副スワラー」（４２）とを備え、これらのスピナー装置が、お互いに所定の距離だけ離れて同軸に配置され、かつ、前記噴射ノズルと同軸に配置されると共に前記第１のスピナー装置にしっかりと固定されたベンチュリ装置（４４）によって分離された、ターボ機械の燃焼室のための噴射システムであって、
    前記第１のスピナー装置が、前記噴射ノズルにしっかりと取り付けられ、かつ、前記噴射ノズルから一定のラジアル距離だけ離れて配置され、そのラジアル距離が、前記噴射ノズルによって噴霧される燃料が、いかなる場合においても、前記第１のスピナー装置に衝突しないように決められた、
    ことを特徴とする噴射システム。
  2. 前記第２のスピナー装置にしっかりと取り付けられ、かつ、前記ベンチュリ装置の環状ハウジング（４９）内を前記噴射ノズルの対称軸Ｓに垂直に移動することのできるリング（４７）を介して、前記第２のスピナー装置が、前記噴射ノズルに対して相対的に摺動するように取り付けられたことを特徴とする請求項１に記載の噴射システム。
  3. 前記ベンチュリ装置が、勾配不連続点Ｐを持つ上流側部分を有する内面（４４Ａ）を備えることを特徴とする請求項１に記載の噴射システム。
  4. ベンチュリ装置の内面の前記上流側部分が、凹形の段を有することを特徴とする請求項３に記載の噴射システム。
  5. ベンチュリ装置の内面の前記上流側部分が、凸形の段を有することを特徴とする請求項３に記載の噴射システム。
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