JP5679883B2 - 流れスリーブを有する燃焼器 - Google Patents

Description

本明細書に開示した主題は、流れスリーブを有する燃焼器に関する。

タービンエンジン、特にガスタービンエンジンでは、ガス及び加圧空気のような燃料が、燃焼器に供給され、燃焼器において、それら燃料の燃焼を行なう。この燃焼により発生した高温流体が次に、出力発生及び／又は発電のためにトランジションピースを通してかつタービン内に導かれる。一般的に、加圧空気は、圧縮機とまた燃焼器ケーシングと流体連通して配置されたプレナムから燃焼器に供給される。この加圧空気は、プレナムから上流方向にヘッド端部に向けて強制的に移動するようにされ、ヘッド端部において、加圧空気はその他の燃料と混合される。

多くの場合、加圧空気は、ヘッド端部に向けて導かれる前にトランジションピースをインピンジメント冷却するために使用される。このようにした場合か否かに拘らず、加圧空気は、トランジションピースに近接して流路に流入するようにされる。しかしながら、このようにする場合には、加圧空気の圧力は、完全な空気／燃料混合が行なわれるように維持されなければならない。

米国特許第７５７４８６５号明細書

本発明の１つの態様では、燃焼器を提供し、本燃焼器は、少なくとも２つの導入ポイントから供給された流体がそれを通ってヘッド端部からトランジションピースの内部に流れるライナを含み、少なくとも２つの導入ポイントのうちの第１の導入ポイントが、ライナ及びトランジションピース間の流体不通継手に軸方向に近接しかつヘッド端部に至る第１の通路と流体連通して配置されたアパーチャを形成し、少なくとも２つの導入ポイントのうちの第２の導入ポイントが、アパーチャ及びヘッド端部の軸方向間においてまた第１の通路を通る流体流れの方向に対して該アパーチャの上流に配置され、かつヘッド端部に至る第２の通路と流体連通して配置された開口部で形成される。

本発明の別の態様では、燃焼器を提供し、本燃焼器は、少なくとも２つの導入ポイントから供給された流体がそれを通ってヘッド端部からトランジションピースの内部に流れるライナを含み、少なくとも２つの導入ポイントのうちの第１の導入ポイントが、ライナ及びトランジションピース間の流体不通継手に軸方向に近接しかつヘッド端部に至る第１の通路と流体連通して配置されたアパーチャを形成し、少なくとも２つの導入ポイントのうちの第２の導入ポイントが、アパーチャ及びヘッド端部の軸方向間においてまた第１の通路を通る流体流れの方向に対して該アパーチャの上流に配置され、かつヘッド端部に至る第２の通路と流体連通して配置された開口部で形成され、それによって、開口部を介して第２の通路に流入しかつ該第２の通路を通って流れる流体は、階層化し、従ってアパーチャを介して第１の通路に流入しかつ該第１の通路を通って流れる流体の圧力を維持する。

本発明のさらに別の態様では、燃焼器を提供し、本燃焼器は、第１の流体がそれを通ってヘッド端部からトランジションピースの内部に流れるライナと、ライナ、トランジションピース及びそれらの流体不通継手のそれぞれの部分の周りに配置されて第１の通路を形成し、トランジションピースに結合され、かつ第２の流体がそれを通してヘッド端部に向けて第１の通路内に導入されるアパーチャがその中に形成された第１のスリーブと、第１のスリーブの周りに配置されて第３の流体がヘッド端部に向けてその中に導入される第２の通路を形成して、第２の流体の圧力が第１の通路の長さに沿って実質的に維持されるようにする第２のスリーブとを含む。

これらの及びその他の利点並びに特徴は、図面と関連させて行った以下の説明から一層明らかになるであろう。

本発明と見なされる主題は、本明細書と共に提出した特許請求の範囲において具体的に指摘しかつ明確に特許請求している。本発明の前述の及びその他の特徴並びに利点は、添付図面と関連させて行った以下の説明から明らかである。

燃焼器の流れスリーブ及び燃焼ライナの側面図。 図１の流れスリーブ及び燃焼ライナの断面図。 図１の流れスリーブ及び燃焼ライナの別の実施形態の断面図。

詳細な説明では、図面を参照しながら実施例によって、本発明の実施形態をその利点及び特徴と共に説明する。

態様では、燃焼器には、燃焼器ライナに対する対流冷却を維持しながら燃焼器ヘッド端部に向けて導かれる加圧空気の小さい圧力低下を達成する流れスリーブが設けられる。具体的には、あらゆる寸法のものとすることができかつエッジ処理部を備えることができる一連の円形アパーチャを介しての第１の軸方向フィード（供給）が、該第１の軸方向フィードの効果を高める第２の軸方向フィードと共に設けられる。

図１及び図２を参照すると、燃焼器１０を示しており、本燃焼器１０は、高温ガスのような第１の流体２１がそれを通ってヘッド端部２２からトランジションピース２３の内部に流れるライナ２０と、第１の流れスリーブ３０と、第２の流れスリーブ４０とを含む。トランジションピース２３は、加圧空気の供給により得られるインピンジメント冷却によって冷却する又は冷却しないものとすることができる。第１の流れスリーブ３０は、ライナ２０、トランジションピース２３及び流体不通継手５０のそれぞれの部分に周りに配置される。流体不通継手５０は、燃焼器ライナ２０及びトランジションピース２３が互いに流体連通するように該ライナ２０及びトランジションピース２３間にシール可能に配置された、フラシール又幾つかのその他のタイプのシーラントのようなシールとすることができる。

第１の流れスリーブ３０は、トランジションピース２３の外表面にシール可能に結合され、従って該第１の流れスリーブ３０の内表面と燃焼器ライナ２０及びトランジションピース２３の外表面との間に第１の通路３５を形成する。第１の流れスリーブ３０は、主として軸方向にヘッド端部２２に向けて流れる第２の流体７０がそれを通して第１の通路３５内に導入されるアパーチャ６０がその中に形成される。

第２のスリーブ４０は、第１の流れスリーブ３０の周りに配置されて、該第２の流れスリーブ４０の内表面と第１の流れスリーブ３０及び燃焼器ライナ２０の外表面との間に第２の通路４５を形成するように支持される。第３の流体８０が、第２の通路４５の開口部１００を介して該第２の通路４５内に導入されて、第３の流体８０の流れを形成する。第３の流体８０は次に、主として軸方向にヘッド端部２２に向けて流れる。開口部１００は、アパーチャ６０及びヘッド端部２２の軸方向間においてまた第１の通路３５を通る流体流れの方向に対して該アパーチャ６０の上流に配置される。第１の通路３５及び第２の通路４５は、ヘッド端部２２に近接した軸方向位置において合流して、第３の流体８０及び第２の流体７０は、混合しかつその他互いに相互作用する。この流体相互作用の効果は、第３の流体８０の流れが第２の流体７０の流れを階層化して、第２の流体７０の圧力が第１の通路３５の少なくとも部分長さに沿って実質的に維持されるようにすることである。つまり、第２の流体７０が領域９０から第１の通路３５に沿ってかつヘッド端部２２に向かって進むにつれての該第２の流体７０の圧力低下が防止されるか或いは少なくとも大幅に減少される。第２の流体の圧力の維持はさらに、第３の流体８０の流れの改善によって得られ、それら改善には、第１及び／又は第２の通路３５、４５を広く又は狭くすること並びに／或いは第１及び／又は第２の通路３５、４５内にタービュレータ又はその他の同様の装置を配置することを含むことができる。

燃焼器ライナ２０、第１の流れスリーブ３０及び第２のスリーブ４０は、幾つかの軸方向位置において互いにほぼ同軸かつ／又はほぼ平行とすることができるが、そのことは、必ずしも必要ではなく、このケースのようになっていない実施形態が存在する。加えて、燃焼器ライナ２０、第１の流れスリーブ３０及び第２のスリーブ４０は各々、ほぼ管状である。このようにして、第１及び第２の通路３５及び４５は各々、ほぼ環状である。

第１の流れスリーブ３０は、第１のスリーブ部分３１と切頭円錐形部分３２とを含むことができる。切頭円錐形部分３２は、第１のスリーブ部分３１のエッジに対して及びトランジションピース２３に対してシールされるか又は他の方法で結合されかつアパーチャ６０を形成するように構成される。アパーチャ６０は、流体不通継手５０の軸方向位置に軸方向に近接しているが、そのことは、必ずしも必要ではなく、この軸方向位置からアパーチャ６０を移動させた実施形態が存在する。

アパーチャ６０は、燃焼器ライナ２０の周りで周辺方向に互いにほぼ半径方向に整列させて配置することができる。幾つかのケースでは、アパーチャ６０は、同様の形状及び寸法とすることができ、他のケースでは、アパーチャ６０は、固有の形状及び寸法を有することができる。一例として、アパーチャ６０は各々、卵形又は円形とすることができる。それらアパーチャ６０はさらに、第２の流体７０の流れを乱し、従って該第２の流体７０の流れの圧力低下をさらに減少させるエッジ処理部６１を含むことができる。

第２のスリーブ４０は、第２のスリーブ部分４１とフランジ４２とを含むことができる。フランジ４２は、第２のスリーブ部分４１から半径方向外向きに延在しかつ第２の通路４５への入口におけるベルマウス開口部であるような開口部１００を形成する。

図３を参照すると、燃焼器ライナ２０は、第１の通路３５と流体連通して配置された半径方向アパーチャ１１０を形成するように構成することができる。このケースでは、燃焼器ライナ２０の内部表面に対して内部フランジ１２０を結合することができ、バッフル１３０を内部フランジ１２０に対してバッフル１３０を結合することができる。内部フランジ１２０及びバッフル１３０の両方は、環状としかつ燃焼器ライナ２０の中心線の周りで円周方向に延在するようにすることができる。さらに、バッフル１３０は、半径方向アパーチャ１１０を通って半径方向内向き流れるように導かれた第２の流体７０の一部分１５０がそれを通してトランジションピース２３の内部に向けて導入される冷却チャネル１４０を形成するように、燃焼器ライナ２０に対して形成することができる。

図３に示すように、トランジションピース２３の内部に向けて導入された第２の流体７０の一部分１５０は、第１の流体２１と該トランジションピース２３の内部表面２４との間に入り込むように導かれる。このようにして、第１の流体２１の温度と比べて比較的低温である第２の流体７０の一部分１５０は、内部表面２４と第１の流体２１との間における障壁流体層としての働きをし、それにより、比較的高温の第１の流体２１のトランジションピース２３上への衝突による該トランジションピース２３に対する損傷を防止するか或いは少なくとも大幅に減少させることができる。

限られた数の実施形態に関してのみ本発明を詳細に説明してきたが、本発明がそ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、容易に理解される筈である。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、置換え又は均等な構成を組込むように改良することができる。さらに、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、本発明は、特許請求の範囲の技術的範囲によってのみ限定される。

１０ 燃焼器
２０ 燃焼器ライナ
２１ 第１の流体
２２ ヘッド端部
２３ トランジションピース
２４ 内部表面
３０ 第１の流れスリーブ
３１ 第１のスリーブ部分
３２ 切頭円錐形部分
３５ 第１の流体
４０ 第２の流れスリーブ
４１ 第２のスリーブ部分
４２ フランジ
４５ 第２の通路
５０ 継手
６０ アパーチャ
６１ エッジ処理部
７０ 第２の流体
８０ 第３の流体
９０ 領域
１００ 開口部
１１０ 半径方向アパーチャ
１２０ 内部フランジ
１３０ バッフル
１４０ 冷却チャネル
１５０ 一部分

Claims (8)

1. 燃焼器（１０）であって、当該燃焼器（１０）が、
   ライナ（２０）であって該ライナ（２０）を通して第１の流体（２１）がヘッド端部（２２）からトランジションピース（２３）の内部へと流れるライナ（２０）と、
   前記ライナ（２０）、トランジションピース（２３）及びそれらの流体不通継手（５０）のそれぞれの部分の周りに配置されて、軸方向に延びる部分を有する第１の通路（３５）を形成する第１のスリーブ（３０）であって、第１のスリーブ（３０）が前記トランジションピース（２３）に結合していて、第１のスリーブ（３０）にアパーチャ（６０）が形成されていて該アパーチャ（６０）を通して第２の流体（７０）が前記ヘッド端部（２２）に向けて第１の通路（３５）内に導入される、第１のスリーブ（３０）と、
   第１のスリーブ（３０）の周りに配置されて、第２の通路（４５）を形成する第２のスリーブ（４０）であって、該第２の通路（４５）が、第２の軸方向に延びる部分と、前記第１のスリーブ（３０）の前端と後端との間の軸方向位置に配置された入口（１００）とを有していて、第２の流体（７０）の圧力が第１の通路（３５）の長さに沿って実質的に維持されるように、第３の流体（８０）が前記入口（１００）から導入されて前記第２の軸方向に延びる部分を通って前記ヘッド端部（２２）に向かって流れる、第２のスリーブ（４０）と
   を備えており、前記第１のスリーブ（３０）が、第１のスリーブ部分（３１）と、前記アパーチャ（６０）が形成されている切頭円錐形部分（３２）であって第１のスリーブ部分（３１）の後端及び前記トランジションピース（２３）に結合している切頭円錐形部分（３２）とを含んでいる、燃焼器（１０）。
2. 前記ライナ（２０）並びに第１及び第２のスリーブ（３０，４０）の部分が各々ほぼ管状であり、第１及び第２の通路（３５，４５）が各々ほぼ環状である、請求項１に記載の燃焼器（１０）。
3. 前記流体不通継手（５０）が、前記ライナ（２０）及びトランジションピース（２３）のそれぞれの部分間に配置されたシーラントを含む、請求項１又は請求項２に記載の燃焼器（１０）。
4. 前記アパーチャ（６０）が、前記流体不通継手（５０）に軸方向に近接して配置される、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の燃焼器（１０）。
5. 前記アパーチャ（６０）に配置されて第２の流体の流れを乱すエッジ処理部（６１）をさらに含む、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の燃焼器（１０）。
6. 第２のスリーブ（４０）が、第２の通路（４５）に対する入口にベルマウス形状の開口部を含む、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の燃焼器（１０）。
7. 前記ライナ（２０）が、第１の通路（３５）と流体連通した半径方向アパーチャ（１１０）を形成するように構成されており、前記ライナ（２０）が、
   該ライナの内部表面に結合したフランジ（１２０）と、
   前記フランジに結合したバッフル（１３０）であって前記半径方向アパーチャ（１１０）を通して導入された第２の流体（７０）の一部分が前記トランジションピース（２３）の内部に向けて導入される冷却チャネル（１４０）を形成するように構成されたバッフル（１３０）と
   を備えている、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の燃焼器（１０）。
8. 前記トランジションピース（２３）の内部に向けて導入された第２の流体（７０）の一部分（１５０）が、第１の流体（２１）と前記トランジションピース（２３）の内部表面との間に入り込む、請求項７に記載の燃焼器（１０）。