JP5618586B2 - 燃焼器ライナー - Google Patents

Description

本発明は燃焼器に関し、より詳細には、熱シールドを有する燃焼器に関する。

燃焼器はガスタービン、ラムジェット又はパルスジェットエンジンの部品又は領域であって、そこで燃焼が行われる。ガスタービンエンジンにおいて、主燃焼器又は燃焼室は空気圧縮システムによって高圧空気を供給され、ガス発生器のタービン部品に高温排気を供給する。燃焼器は、燃焼混合気を収容及び制御するように設計されている。燃焼器は通常３つの部品からなり、高圧容器として作用する外部ケーシングと、フレームを含む燃焼室自体と、燃料噴射装置とである。

米国特許第７，３６３，７６３Ｂ２号

燃焼器は、通常運転中にその内部で頻繁に高温にさらされるので、燃焼器部品の熱関連損傷はよく見られる故障モードである。

本発明の一態様によれば、内部で燃焼帯が形成される燃焼器が提供され、第１軸方向位置でそこに形成された第１混合穴を有する環状ライナーと、第２軸方向位置でそこに形成された第２混合穴を有する流れスリーブであって、ライナーを取り囲んでライナーの外部に第１流れ空間を形成する流れスリーブと、第２軸方向位置で流れスリーブに連結され、第２混合穴を介して第１流れ空間からの空気を除去するように構成されるポートと、第２軸方向位置でそこに形成された第３混合穴を有するシールドであって、ライナーを保護すると共に、第３混合穴を介して燃焼帯と通じ、且つ第１混合穴を介して第１流れ空間と通じる第２流れ空間をライナー内に形成するように配置されるシールドとを含む。

本発明の別の態様によれば、内部で燃焼帯が形成される環状筒形燃焼器が提供され、第１軸方向位置でそこに形成された第１混合穴を有する環状ライナーと、第２軸方向位置でそこに形成された第２混合穴を有する流れスリーブであって、ライナーを取り囲んでライナーの外部に第１流れ空間を形成する流れスリーブと、第２軸方向位置で流れスリーブに連結され、第２混合穴を介して第１流れ空間からの空気を除去するように構成されるポートと、第２軸方向位置でそこに形成された第３混合穴を有するシールドであって、ライナーを保護すると共に、第３混合穴を介して燃焼帯と通じ、且つ第１混合穴を介して第１流れ空間と通じる第２流れ空間をライナー内に形成するように配置されるシールドとを含む。

本発明のまた別の態様によれば、燃焼帯を取り囲んでそこに空気除去ポートが連結される燃焼器シュラウドが提供され、第１軸方向位置でそこに形成された第１混合穴を有するライナーと、ライナーに対して第１流れ空間を形成するための流れスリーブであって、ポートの位置と一致する第２軸方向位置でそこに形成された第２混合穴を有しており、それを介してポートが第１流れ空間からの空気を除去する流れスリーブと、第２軸方向位置でそこに形成された第３混合穴を有するシールドであって、ライナーを保護すると共に、第３混合穴を介して燃焼帯と通じ、且つ第１混合穴を介して第１流れ空間と通じる第２流れ空間をライナーに対して形成するように配置されるシールドとを含む。

上記及びその他の利点及び特徴は、図面と関連してなされる以下の説明からより明らかになるであろう。

熱シールドを有する燃焼器ライナーの断面図である。 熱シールドを有する燃焼器ライナーの断面図である。 熱シールドを有する燃焼器ライナーの断面図である。

本発明と見なされる主題は、本明細書の結びの特許請求の範囲において具体的に指摘され明確に請求されている。本発明の上記及びその他の特徴及び利点は、添付図面と関連してなされる以下の詳細な説明から明らかである。

詳細な説明は、図面に関する例証として、利点及び特徴と共に本発明の実施形態を説明する。

図１〜３は、内部で燃焼帯２が形成される環状筒形燃焼器等の燃焼器１を示す。燃焼器１は、環状ライナー１０と、流れスリーブ２０と、空気抽出ポート４０と、熱シールド５０とを含む。

環状ライナー１０は一般的に円筒状であり、環状筒形燃焼器の場合は、一連の缶状ライナーから形成される。どんな場合でも、環状ライナー１０は環状であり、燃焼帯２を取り囲む。このように、環状ライナー１０は内面及び外面１２及び１３を含み、そこに形成された内面１２から外面１３に延在する第１混合穴１１を有する。第１混合穴１１は、燃焼器１の第１軸方向位置１４に位置する。

流れスリーブ２０は環状ライナー１０と同じように成形されるため、内面及び外面２２及び２３を含み、そこに形成された内面２２から外面２３に延在する第２混合穴２１を有する。流れスリーブ２０は一般的に環状ライナー１０を取り囲み、外面１３に隣接して第１環状流れ空間３０を形成する。第１環状流れ空間３０は、様々な寸法及び／又は形状で形成することができる。第２混合穴２１は、燃焼器１の第２軸方向位置２４に位置する。図１〜３は第２軸方向位置２４を第１軸方向位置１４から上流に位置するものとして図示しているが、この配置は単なる例示であること、更に第２軸方向位置２４が第１軸方向位置１４から下流に位置する実施形態が存在することを理解されたい。

空気抽出ポート４０は流れスリーブ２０に連結され、流れスリーブ２０の外面２３から離れて略半径方向に延在する。空気抽出ポート４０は、例えば、第２混合穴２１を介して第１環状流れ空間３０からの圧縮機排気を除去するように構成される。このため、空気抽出ポート４０は第２軸方向位置２４に対応する軸方向位置に配置され、更に第２混合穴２１の位置に対応する円周方向位置に配置しても良い。

熱シールド５０は内面及び外面５２及び５３を含み、そこに形成された内面５２から外面５３に延在する第３混合穴５１を有する。熱シールド５０は環状ライナー１０の内面１２内に配置されて、燃焼帯２内で発生する燃焼関連損傷から内面１２を保護する。このように、熱シールド５０は燃焼器１の犠牲要素としての機能を果たし、熱シールド５０は比較的頻繁な修理及び／又は交換を必要とする場合があるが、そのような修理及び交換は環状ライナー１０の部品の修理及び／又は交換よりもコストが低く時間がかからないであろう。

熱シールド５０は更に、内面１２に隣接してライナー１０内に第２環状流れ空間６０を形成するように配置される。第２環状流れ空間６０は、様々な寸法及び／又は形状で形成することができるという点で、第１環状流れ空間３０と同様である。第２環状流れ空間６０は、第３混合穴５１を介して燃焼帯２と、第１混合穴１１を介して第１環状流れ空間３０と通じるように配置される。第３混合穴５１は、第２軸方向位置２４に対応する位置に配置される。

熱シールド５０は単一の部品であっても良く、代替実施形態では、複数個あっても良い。熱シールド５０が複数個ある場合、個々のシールド部材は、個々のシールド部材の境界内に形成される第３混合穴５１と実質的に肩を並べて配列することができる。或いは、第３混合穴５１は、個々のシールド部材の間に形成された空間内に形成しても良い。

熱シールド５０は、セラミック及び／又はニッケル合金を含むがこれらに限らない任意の適切な材料組成から形成することができ、任意の適切な製造工程によって形成することができる。更に、実施形態によれば、ライナー１０及び熱シールド５０の少なくとも一方が遮熱コーティング９０を含む。

ライナー１０、流れスリーブ２０及び熱シールド５０の少なくとも１つは、それぞれ第１及び第２環状流れ空間３０及び６０に突出して、第１及び第２環状流れ空間３０及び６０の有効寸法にわたって延在する様々な寸法及び形状の突出部７０を含む。一部の実施形態において、突出部７０は、ライナー１０と流れスリーブ２０の間及びライナー１０と熱シールド５０の間に冷却流路を形成する。

図１及び２に示すようなフック８０や、図３に示すようなボルトとナットの組み合わせ８１等の締結要素を使用して、ライナー１０の内面１２から熱シールド５０を懸架することができる。もちろん、これらの締結要素は単なる例示であり、更なる締結要素を使用して同様の効果を得ることができることを理解されたい。

上述のように、第１軸方向位置１４の第１混合穴１１と、第２軸方向位置２４の第２混合穴２１、ポート４０及び第３混合穴５１とにより、圧縮機排気は空気抽出ポート４０によって第１環状流れ空間３０から除去される。

図１〜３に示すように、第１、第２及び第３混合穴１１、２１及び５１は様々な寸法及び形状を有し得る。例えば、第１混合穴１１が燃焼器１の軸方向に垂直に配向されるのに対して、第３混合穴５１は角度をなす配向で設けることができる。このようにして、第３混合穴５１からの流出流Ｅ_Ｆが燃焼帯２を通って下流に案内されて、熱シールド５０の内面５２に沿って進むことができる（図２参照）。

別の態様によれば、例えば、環状筒形燃焼器で用いる燃焼器シュラウド１００が提供され、燃焼帯２を取り囲む。空気抽出ポート４０は燃焼器シュラウド１００に連結され、燃焼器シュラウド１００は、第１軸方向位置１４でそこに形成された第１混合穴１１を有する環状ライナー１０を含む。流れスリーブ２０は、環状ライナー１０に対して第１環状流れ空間３０を形成する。流れスリーブ２０は、空気抽出ポート４０の位置と一致する第２軸方向位置２４でそこに形成された第２混合穴２１を有する。空気抽出ポート４０は、第２混合穴２１を介して第１環状流れ空間３０からの空気を除去する。熱シールド５０は第２軸方向位置２４でそこに形成された第３混合穴５１を有しており、環状ライナー１０を保護するように配置される。熱シールド５０は更に、環状ライナー１０に対して第２環状流れ空間６０を形成するように配置される。第２環状流れ空間６０は、第３混合穴５１を介して燃焼帯２と、第１混合穴１１を介して第１環状流れ空間３０と通じる。

限られた数の実施形態のみに関して本発明を詳細に説明してきたが、本発明がこのような開示した実施形態に限定されるものではないことは容易に理解されたい。むしろ、本発明は、これまで説明していないが本発明の技術思想及び技術的範囲に相応するあらゆる数の変形、変更、置換又は同等の構成を組み込むように修正することができる。更に、本発明の様々な実施形態について説明してきたが、本発明の態様は説明した実施形態の一部のみを含むことができることを理解されたい。従って、本発明は、上記の説明によって限定されるものと見なすべきではなく、特許請求の範囲の技術的範囲によってのみ限定される。

１ 燃焼器
２ 燃焼帯
１０ 環状ライナー
１１ 第１混合穴
１２ 内面
１３ 外面
１４ 第１軸方向位置
２０ 流れスリーブ
２１ 第２混合穴
２２ 内面
２３ 外面
２４ 第２軸方向位置
３０ 第１環状流れ空間
４０ 空気抽出ポート
５０ 熱シールド
５１ 第３混合穴
５２ 内面
５３ 外面
６０ 第２環状流れ空間
７０ 突出部
８０ フック
８１ ボルトとナットの組み合わせ
９０ 遮熱コーティング
１００ 燃焼器シュラウド

Claims (9)

1. 内部で燃焼帯（２）が形成される燃焼器（１）であって、
   第１軸方向位置（１４）に形成された第１混合穴（１１）を有する環状ライナー（１０）と、
   第２軸方向位置（２４）に形成された第２混合穴（２１）を有する流れスリーブ（２０）であって、前記ライナー（１０）を取り囲んで前記ライナー（１０）の外部に第１流れ空間（３０）を形成する前記流れスリーブ（２０）と、
   前記第２軸方向位置（２４）で前記流れスリーブ（２０）に連結され、前記第２混合穴（２１）を介して前記第１流れ空間（３０）からの空気を除去するように構成されるポート（４０）と、
   前記第２軸方向位置（２４）に形成された第３混合穴（５１）を有するシールド（５０）であって、前記ライナー（１０）を保護すると共に、前記第３混合穴（５１）を介して前記燃焼帯（２）と通じ、且つ前記第１混合穴（１１）を介して前記第１流れ空間（３０）と通じる第２流れ空間（６０）を前記ライナー（１０）内に形成するように配置される前記シールド（５０）とを含む、燃焼器（１）。
2. 前記ライナー（１０）及び前記シールド（５０）の少なくとも一方が突出部（７０）を含む、請求項１に記載の燃焼器（１）。
3. 前記シールド（５０）を前記ライナー（１０）に連結するための締結要素（８０、８１）を更に含む、請求項１に記載の燃焼器（１）。
4. 前記シールド（５０）が複数個ある、請求項１に記載の燃焼器（１）。
5. 前記シールド（５０）がニッケル合金を含む、請求項１に記載の燃焼器（１）。
6. 前記ライナー（１０）及び前記シールド（５０）の少なくとも一方が遮熱コーティング（９０）を含む、請求項１に記載の燃焼器（１）。
7. 内部で燃焼帯（２）が形成される環状筒形燃焼器（１）であって、
   第１軸方向位置（１４）に形成された第１混合穴（１１）を有する環状ライナー（１０）と、
   第２軸方向位置（２４）に形成された第２混合穴（２１）を有する流れスリーブ（２０）であって、前記ライナー（１０）を取り囲んで前記ライナー（１０）の外部に第１流れ空間（３０）を形成する前記流れスリーブ（２０）と、
   前記第２軸方向位置（２４）で前記流れスリーブ（２０）に連結され、前記第２混合穴（２１）を介して前記第１流れ空間（３０）からの空気を除去するように構成されるポート（４０）と、
   前記第２軸方向位置（２４）に形成された第３混合穴（５１）を有するシールド（５０）であって、前記ライナー（１０）を保護すると共に、前記第３混合穴（５１）を介して前記燃焼帯（２）と通じ、且つ前記第１混合穴（１１）を介して前記第１流れ空間（３０）と通じる第２流れ空間（６０）を前記ライナー（１０）内に形成するように配置される前記シールド（５０）とを含む、環状筒形燃焼器（１）。
8. 燃焼帯（２）を取り囲み、空気除去ポート（４０）が連結される燃焼器シュラウド（１００）であって、
   第１軸方向位置（１４）に形成された第１混合穴（１１）を有するライナー（１０）と、
   前記ライナー（１０）に対して第１流れ空間（３０）を形成するための流れスリーブ（２０）であって、前記ポート（４０）の位置と一致する第２軸方向位置（２４）に形成された第２混合穴（２１）を有しており、該第２混合穴（２１）を介して前記ポート（４０）が前記第１流れ空間（３０）からの空気を除去する前記流れスリーブ（２０）と、
   前記第２軸方向位置（２４）に形成された第３混合穴（５１）を有するシールド（５０）であって、前記ライナー（１０）を保護すると共に、前記第３混合穴（５１）を介して前記燃焼帯（２）と通じ、且つ前記第１混合穴（１１）を介して前記第１流れ空間（３０）と通じる第２流れ空間（６０）を前記ライナー（１０）に対して形成するように配置されている前記シールド（５０）とを含む、燃焼器シュラウド（１００）。
9. 環状筒形燃焼器（１）内に配置される、請求項８に記載の燃焼器シュラウド（１００）。
   

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