JP4974295B2 - チャンバ端部壁、チャンバ端部壁の製造方法、チャンバ端部壁を含む燃焼チャンバ、および燃焼チャンバを備えるタービンエンジン - Google Patents

Description

本発明は、タービンエンジンの燃焼チャンバの技術分野に関する。詳細には、燃焼チャンバおよびチャンバ端部壁を製造する方法を目的とする。最終的に、そのような燃焼チャンバを装備したタービンエンジンを目的とする。

以下を通して、用語「軸方向」、「径方向」、および「横断」は、それぞれタービンエンジンの軸方向、径方向、および横断面に相当し、用語「上流側」および「下流側」は、それぞれタービンエンジンのガス流の方向に相当する。

従来の燃焼チャンバは、図６に示されており、これは燃焼チャンバの半分を示す軸方向断面であり、その他の半分は、タービンエンジンの軸に対する対称によって導かれる（図示せず）。燃焼チャンバ１１０は、外部ケーシング１３２と内部ケーシング１３４との間に画定される環状空間である拡散チャンバ１３０内に収容され、その空間中に、圧縮機（図示せず）の上流側から発生する圧縮された酸化剤が、環状拡散ダクト１３６によって導入される。

この従来の燃焼チャンバ１１０は、外部壁１１２および内部壁１１４を備え、これら外部壁１１２および内部壁１１４は、同軸でありかつ実質的に円錐状であり、上流側から下流側へ１０度から１２度に及ぶ円錐角度αで広がる。燃焼チャンバ１１０の外部壁１１２および内部壁１１４は、チャンバ端部壁１１６によって燃焼チャンバの上流側端部へ向かって互いに接続される。

チャンバ端部壁１１６は、実質的に２つの横断面の間を下流側から上流側へ広がりながら延在する円錐台環状の構成要素である。チャンバ端部壁１１６は、燃焼チャンバ１１０の２つの外部壁１１２および内部壁１１４の各々に接続される。燃焼チャンバ１１０の傾斜が小さいため、チャンバ端部壁１１６の円錐テーパは小さい。チャンバ端部壁１１６には噴射開口部１１８が設けられ、燃焼反応が行われる燃焼チャンバ１１０の上流側端部で燃料を導入する噴射システム１２０が通過する。

これらの燃焼反応は、チャンバ端部壁１１６の下流側から上流側方向へ熱を放射する効果を有する。このチャンバ端部壁１１６が熱によって損傷するのを防止するために、デフレクタ１２２とも呼ばれる熱保護シールドが設けられる。これらのデフレクタ１２２は、ろう付けによってチャンバ端部壁１１６に固定された実質的に平坦なプレートである。それらデフレクタ１２２は、チャンバ端部壁１１６に穿孔された冷却オリフィス１２４を経由して燃焼チャンバ１１０に入る冷却空気のジェットによって冷却される。上流側から下流側へ流れるこれらの空気ジェットは、冷却オリフィスを経由してチャンバ端部壁１１６を横断して、チャンバフェアリング１２６によって案内され、デフレクタ１２２の上流側面に衝突する。

高圧圧縮機の出口が遠心式であるタービンエンジン構成において、高圧圧縮機出口での平均直径は、高圧タービン入口での平均直径よりも大きい。したがって、燃焼チャンバの外部壁および内部壁は、上述の従来の燃焼チャンバの上流側から下流側ではなく、下流側から上流側へ広がって傾斜し、円錐角度は実質的に２５度から３５度の範囲である。

燃焼チャンバのそのような大きな傾斜は、チャンバ端部壁の円錐テーパおよびチャンバ端部壁に対するデフレクタの位置に影響を与える。そのような燃焼チャンバは、部分的な軸状断面が図７に示される。この図は、タービンエンジンの軸に平行な軸方向１００、燃焼チャンバ１１０の主方向２００、およびこれらの２つの軸１００と２００との間の角度αを示す。燃焼チャンバ１１０の傾斜が大きいため、チャンバ端部壁１１６は、従来の燃焼チャンバ端部壁よりも大きな円錐テーパを有する。これは、大きな円錐テーパを有するチャンバ端部壁と平面デフレクタとの間の距離Ｄに影響を与える。図７に示した軸状断面の面において、チャンバ端部壁１１６とデフレクタ１２２との間の距離Ｄは、一定であるように見える。しかし、図７の面ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩの断面である図８に示されるように、この距離Ｄは、それが、チャンバ端部壁１１６の円周母線にわたって延在すると、チャンバ端部壁１１６とデフレクタ１２２が接触する点まで小さくなる。これらの構成要素間のそのような接触は、燃焼チャンバにおけるデフレクタの正確な組み立てを損なう。その結果、デフレクタ１２２によるチャンバ端部壁１１６の冷却は、正確に行われない。

本発明の目的は、これらの欠点を克服することであり、本発明は、そのチャンバ端部壁が、チャンバ端部壁とデフレクタとの間の距離Ｄを一定に保つように構成された、タービンエンジンの燃焼チャンバを提供することである。

燃焼チャンバは、外部壁と内部壁によって境界付けられた環状構成要素であり、前記外部壁および内部壁は、円錐台形であり、前記外部壁と内部壁が、チャンバ端部壁を構成する壁によって上流側で接続され、燃焼チャンバが、燃焼チャンバの内部に面する前記チャンバ端部壁の面に固定された平坦なプレートの形態をとる複数のデフレクタを含み、上流側から下流側へ広がる前記チャンバ端部壁が、一連の隣接する平坦部分からなる実質的に円錐台形の構成要素の形態をとることを特徴とする。

各平坦部分は、角度セクタに位置する輪郭を有し、輪郭の２つの側部は、同じ中心から始まる直線部分である。

前記平坦部分の輪郭は、４つの側部を有し、輪郭の２つの側部が、同じ中心を有する同心円弧であり、輪郭の他の２つの側部が、この中心から始まりこれら２つの円弧を接続する直線部分であることが好ましい。

各平坦部分は、４つの側部を有しかつ角度セクタに位置する輪郭を有し、輪郭の２つの側部が、同じ中心を有する同心円弧であり、輪郭の他の２つの側部が、この中心から始まりこれら２つの円弧を接続する直線部分である。

前記平坦部分の少なくとも１つを噴射開口部が横断する。

さらに、チャンバ端部壁は、前記平坦部分間に径方向に延在するリブを含む。さらに、チャンバ端部壁は、前記リブに沿って冷却オリフィスを含む。前記冷却オリフィスは、各リブの両側に配置された２つの線に沿って延在することが好ましい。

第２の態様によれば、本発明は、本発明の第１の態様によるチャンバ端部壁の製造方法に関し、平坦部分を製造するように、当初平坦なチャンバ端部壁を変形させる少なくとも１つのプレス作業を含む。

さらに、本方法は、少なくとも１つの平坦部分を通る噴射開口部を製造する少なくとも１つの穿孔作業を含む。

さらに、前記プレス作業は、前記平坦部分間にリブを製造する。

さらに、本方法は、前記リブに沿って冷却オリフィスを製造する少なくとも１つの穿孔作業を含む。

第３の態様によれば、本発明は、実質的に平坦なプレートの形態のデフレクタを備えるチャンバ端部壁を含む燃焼チャンバに関し、前記デフレクタの数は、チャンバ端部壁の平坦部分の数に等しく、各デフレクタは、前記燃焼チャンバの内部に面する面上の前記平坦部分の１つに固定される。

前記デフレクタは、前記リブと協働して、側面漏れを防止すること目的とする側面リムを含む。

第４の態様によれば、本発明は、第１の態様による燃焼チャンバを含むタービンエンジンに関する。

本発明は、従来の燃焼チャンバのチャンバ端部壁の平坦デフレクタに類似した平坦デフレクタを用い、それによって複雑な幾何形状を有するデフレクタの製造に伴う追加のコストを発生することなく、チャンバ端部壁とデフレクタとの間の距離Ｄを保つことを可能にする利点を提供する。

本発明は、非限定な表示として与えられ、付属図面によって図示される本発明の１つの特定の実施形態の以下の詳細な説明を読むことによって、より良好に理解される。

最初に図１を参照すれば、タービンエンジン２の一部が示され、タービンエンジン２の一部は、軸方向１００に延在し、燃焼チャンバ１０が設けられ、遠心高圧圧縮機出口を有する。この燃焼チャンバ１０は、外部壁１２および内部壁１４を含み、外部壁１２および内部壁１４は、同軸であり、実質的に円錐台形状であり、実質的に２５度から３５度に及ぶ円錐角度αで、下流側から上流側へ広がる。

燃焼チャンバ１０は、拡散チャンバ３０内に収容され、拡散チャンバ３０は、外部ケーシング３２と内部ケーシング３４との間に画定される環状空間であり、この環状空間に、圧縮機（図示せず）の上流側から発生する圧縮された酸化剤が、環状拡散ダクト３６によって導入される。燃焼チャンバ１０の傾斜のため、その上流側端部は、その下流側端部よりもより大きく径方向に外側に位置する。

燃焼チャンバ１０の外部壁１２および内部壁１４は、チャンバ端部壁１６によって燃焼チャンバの上流側端部に向かって互いに接続され、チャンバ端部壁１６は、上流側から下流側へ広がりながら、実質的に２つの横断面の間に延在する、実質的に環状円錐台形の構成要素である。チャンバ端部壁１６は、燃焼チャンバ１０のこれら２つの外部壁１２および内部壁１４それぞれに接続される。チャンバ端部壁１６は、噴射開口部１８が設けられ、噴射開口部１８を、噴射システム２０が通り、噴射システム２０は、外部ケーシング３２を横断し、燃焼反応が生じる燃焼チャンバ１０の上流側端部に燃料を導入する。

図２ａは、チャンバ端部壁１６を概略に斜視図で示し、チャンバ端部壁１６は、運転中その軸１６０がタービンエンジンの軸と同軸である、実質的に円錐台形の構成要素である。チャンバ端部壁１６は、上流側縁部１６２および下流側縁部１６４を有する。チャンバ端部壁１６は、上流側縁部１６２から下流側縁部１６４に向かって広がる。チャンバ端部壁１６は、内面８０と外面８２を有する円錐台形の包絡面の形態をとる。チャンバ端部壁の本体は、連続して湾曲せず、連続して隣接する平坦部分１６６またはファセットを有する。平坦部分１６６は、図２ｂに上面図で示される。平坦部分１６６は、点１７０から始まる角度セクタに位置する４つの側部１７２、１７４、１７６、１７８を有する輪郭を有する。２つの側部１７２、１７６は、点１７０を中心とする同心円弧である。他の２つの側部１７４、１７８は、点１７０から始まり、角度セクタに位置する直線状部分であり、これらの部分は、２つの円弧１７２、１７６を接続する。

図３は、図２ａにおいて矢印ＩＩＩで示した、下流側端部から見た平面図であり同じチャンバ端部壁１６の概略を示す。この図は、平坦部分１６６を示し、平坦部分１６６は、その上流側縁部１６２とその下流側縁部１６４との間のチャンバ端部壁１６の本体にわたって均一に分配される。

図４は、下流側端部から見た平面図として、チャンバ端部壁１６の一部をより具体的に示す図３に類似した部分図である。チャンバ端部壁は、各平坦部分１６６を通して形成された噴射開口部１８を含む。これらの噴射開口部１８は、図１を参照して既に説明した噴射システム２０を通過させる機能を有する。各噴射開口部１８は、対応する平坦部分１６６に実質的に中心合わせされる。２つの隣接する平坦部分１６６間の接合部で、チャンバ端部壁１６は、リブ４０を含み、リブ４０は、前記縁部１６２、１６４に垂直な実質的に直線方向に、その上流側縁部１６２からその下流側縁部１６４へ延在する。これらのリブ４０は、チャンバ端部壁１６の内面８０に窪みを形成し、その外面８２上に突起を形成する。図示された例において、リブ４０は、実質的に矩形形状を有し、０ｍｍから２ｍｍまたは３ｍｍに変化することがある比較的薄い厚みを有する。それらリブ４０は、２つの上流側縁部１６２および下流側縁部１６４の各々までは延在せず、それら端部の前で、実質的に０．５ｍｍから２ｍｍの範囲の距離で短く終わる。チャンバ端部壁１６は、リブ４０に沿って冷却オリフィス２４を含み、冷却オリフィス２４の機能は、以下で詳述する。図示された例において、冷却オリフィス２４は、各リブの両側にも配列され、各リブ４０の両側に４つ存在する。

図５は、図３の面Ｖ−Ｖのチャンバ端部壁１６の断面図である。この図は、平坦部分１６６と、それらの間の接合部において、チャンバ端部壁１６の外面８２上のリブ４０によって形成された突起とを示す。各リブ４０の両側には、平坦部分１６６を通して形成された冷却オリフィス２４が現れる。図５はまた、チャンバ端部壁１６に固定された実質的に平坦なプレートであるデフレクタ２２を示す。これらのデフレクタは、側部リム２２２を含み、各側部リム２２２は、デフレクタ２２を受容する平坦部分１６６と境界を接する２つのリブ４０の１つと係合する。これらの側部リム２２２と前記リブ４０との間の協働によって、任意の側部漏洩を防止することが可能になる。また、各デフレクタ２２は、対応する噴射システム２０（図１参照）を通過させるために、このデフレクタ２２を受容する平坦部分１６６の噴射開口部１８に面して配置された実質的に中央の孔２２６を含む。図示された例において、これら中央の孔２２６は、隆起縁部２２４を有する孔である。デフレクタ２２は、中央孔２２６にろう付けによってチャンバ端部壁１６に固定されることが好ましい。

そのような構造によって、各デフレクタを受容する平坦部分１６６から各デフレクタ２２を分離する距離Ｄが、一定に保たれ、デフレクタ２２を十分冷却することができる。冷却は、図５の右側に空気のジェットを表す矢印４４によって描かれ、空気のジェットは、この平坦部分１６６に固定されたデフレクタ２２に衝突するように、上流側から始まり、チャンバ端部壁１６の平坦部分１６６の冷却オリフィス２４を通過する。

本発明によるチャンバ端部壁１６の製造は、少なくとも１つの圧力変形作業と、多数の穿孔作業を含む。出発点は、先端を切った円錐の本体を互いに隣接する一連の平坦部分に変換するように、プレス作業によって変形された軸対称の円錐台形部分である。このプレス作業中に、リブも、平坦部分の間に製造される。

各平坦部分の実質的な中心に噴射開口部を穿孔することと、各平坦部分に各リブに沿って分配される冷却オリフィスの穿孔することとを含む、穿孔作業がこれに続く。冷却オリフィスは、各リブの両側に穿孔されることが好ましい。冷却オリフィスの数と位置は、制限されない。

燃焼チャンバが大きく傾斜するタービンエンジン部分の軸状断面であり、燃焼チャンバの半分を示し、他の半分は軸対称によって導かれる。 チャンバ端部壁の概略斜視図である。 チャンバ端部壁の平坦部分の上面図である。 図２ａに概略を示したチャンバ端部壁を、図２ａの矢印ＩＩＩの方向に下流側端部から見た平面図である。 図３に概略を示したチャンバ端部壁の一部を、さらに実際的に下流側端部から見た平面図である。 図３の面Ｖ−Ｖの断面で見た、図４に示したチャンバ端部壁のこの部分の断面図である。 傾斜の少ない従来技術の燃焼チャンバの軸状断面を示す図である。 軸状断面で見た、傾斜の大きな従来技術の燃焼チャンバの一部の拡大図である。 図７の矢印ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ方向の断面で見た、傾斜の大きな従来技術の燃焼チャンバの部分の拡大図である。

符号の説明

２ タービンエンジン
１０、１１０ 燃焼チャンバ
１６、１１６ チャンバ端部壁
１８ 噴射開口部
２０、１２０ 噴射システム
２２、１２２ デフレクタ
２４、１２４ 冷却オリフィス
３０、１３０ 拡散チャンバ
３２、１３２ 外部ケーシング
３４、１３４ 内部ケーシング
３６、１３６ 環状拡散ダクト
４０ リブ
８０ 内面
８２ 外面
１２６ チャンバフェアリング
１６２ 上流側縁部
１６４ 下流側縁部
１６６ 平坦部分
１７２、１７４、１７６、１７８ 側部
２２２ リム
２２６ 中央孔
２２４ 隆起縁部

Claims (14)

1. 外部壁および内部壁によって境界付けられる、タービンエンジンの環状燃焼チャンバであって、前記外部壁および内部壁が、円錐台形であり、下流側から上流側へ広がって傾斜しており、前記外部壁および内部壁が、チャンバ端部壁を構成する壁によって上流側で接続され、燃焼チャンバが、燃焼チャンバの内部に面する前記チャンバ端部壁の面に固定された平坦なプレートの形態をとる複数のデフレクタを含み、上流側から下流側へ広がる前記チャンバ端部壁が、チャンバ端部壁とデフレクタとの間の距離を一定に保つように、一連の隣接する平坦部分からなる円錐台形の構成要素の形態をとる、燃焼チャンバ。
2. チャンバ端部壁の各平坦部分が、角度セクタに位置する輪郭を有し、輪郭の２つの側部が、同じ上流側中心から始まる直線部分である、請求項１に記載の燃焼チャンバ。
3. 前記平坦部分の輪郭が、４つの側部を有し、輪郭の２つの側部が、同じ中心を有する同心円弧であり、輪郭の他の２つの側部が、前記中心から始まり２つの円弧を接続する直線部分である、請求項２に記載の燃焼チャンバ。
4. 前記平坦部分の少なくとも１つを噴射開口部が横断する、請求項１から３のいずれか一項に記載の燃焼チャンバ。
5. 前記平坦部分間を径方向に延在するリブを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の燃焼チャンバ。
6. 前記リブに沿って冷却オリフィスを含む、請求項５に記載の燃焼チャンバ。
7. 前記冷却オリフィスが、各リブの両側に配置された２つの径方向線に沿って延在する、請求項６に記載の燃焼チャンバ。
8. 平坦部分を製造するように、当初平坦なチャンバ端部壁を変形させる少なくとも１つのプレス作業を含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の燃焼チャンバを製造する方法。
9. 少なくとも１つの平坦部分を通る噴射開口部を製造する少なくとも１つの穿孔作業を含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記プレス作業が、前記平坦部分間のリブを製造する、請求項８または９に記載の方法。
11. 前記リブに沿って冷却オリフィスを製造する少なくとも１つの穿孔作業を含む、請求項１０に記載の方法。
12. 平坦なプレートの形態をとるデフレクタを含み、前記デフレクタの数が、チャンバ端部壁の平坦部分の数に等しく、各デフレクタが、前記燃焼チャンバの内部に面する面上の前記平坦部分の１つに固定される、請求項１に記載の燃焼チャンバ。
13. 前記デフレクタが、前記リブと協働して側部漏洩を防止する側部リムを含む、請求項１２に記載の燃焼チャンバ。
14. 請求項１から７および１２および１３のいずれか一項に記載の燃焼チャンバを含む、タービンエンジン。

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