JP6736998B2 - Combustor liner - Google Patents
Combustor liner Download PDFInfo
- Publication number
- JP6736998B2 JP6736998B2 JP2016120123A JP2016120123A JP6736998B2 JP 6736998 B2 JP6736998 B2 JP 6736998B2 JP 2016120123 A JP2016120123 A JP 2016120123A JP 2016120123 A JP2016120123 A JP 2016120123A JP 6736998 B2 JP6736998 B2 JP 6736998B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- liner body
- cooling hole
- cooling
- compressed air
- section
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
本発明は、燃焼装置に用いられるライナに関する。 The present invention relates to liners used in combustion devices.
燃焼装置である航空機用エンジンは、燃焼器を備えている。燃焼器では燃料を燃焼させて高温ガスを生成する。従って、燃焼器の周囲に配置されたエンジン部品を高温ガスから保護するために、熱シールドとしての波形ライナが用いられる。例えば、特許文献1には、航空機用エンジンに用いられる波形ライナが開示されている。
An aircraft engine that is a combustion device includes a combustor. In the combustor, fuel is burned to generate high temperature gas. Therefore, corrugated liners are used as heat shields to protect engine components located around the combustor from hot gases. For example,
特許文献1に開示されたライナは筒状をなし、その内側において高温ガスが流れる。そして、ライナは、ライナの周囲から冷却孔を介して例えば圧縮空気といった低温ガスをライナの内部に取り入れ、高温ガスと接するライナの内側表面を冷却する。
The liner disclosed in
近年、燃焼器の性能向上の観点から、燃焼器において発生させる高温ガスの温度が高くなる傾向にある。一方、ライナの冷却に利用できる低温ガスの量は制限されている。従って、低温ガスをライナの冷却に効率よく利用可能な技術が望まれている。 In recent years, from the viewpoint of improving the performance of the combustor, the temperature of the high temperature gas generated in the combustor tends to increase. On the other hand, the amount of cold gas available to cool the liner is limited. Therefore, there is a demand for a technique capable of efficiently using the low temperature gas for cooling the liner.
本発明の一形態は、第1の温度を含む第1のガスが流れる第1の流路と、第1の温度よりも低い第2の温度を含む第2のガスが流れる第2の流路とを隔てるライナ本体を備え、ライナ本体は、第1のガス及び第2のガスの流れる第1の方向と交差する第2の方向に延在し、第1の流路側に突出する頂部と、第2の方向に延在し、第2の流路側に突出すると共に、第1の方向において頂部とは異なる位置に形成された谷部と、第1の方向に沿って、頂部と頂部より下流側の谷部との間に形成された斜面部と、斜面部において第1の方向に延びる第1の軸線上に設けられ、第1の流路と第2の流路とを連通させる第1の冷却孔と、斜面部において第1の方向に延びる第2の軸線上に設けられ、第1の流路と第2の流路とを連通させる第2の冷却孔と、を含み、第2の冷却孔は、第1の冷却孔よりも谷部側に設けられ、第2の冷却孔は、第1の冷却孔よりも大きい。 One embodiment of the present invention is a first flow path in which a first gas containing a first temperature flows and a second flow path in which a second gas containing a second temperature lower than the first temperature flows. A liner body, the liner body extending in a second direction intersecting a first direction in which the first gas and the second gas flow, and a top portion protruding toward the first flow path, A trough that extends in the second direction, projects toward the second flow path, and is formed at a position different from the apex in the first direction, and along the first direction, the apex and the downstream of the apex. A slope formed between the side valley and a first axis provided on the first axis extending in the first direction in the slope and connecting the first flow path and the second flow path. And a second cooling hole that is provided on the second axis extending in the first direction in the slope portion and that connects the first flow path and the second flow path to each other. Cooling holes are provided on the valley side of the first cooling holes, and the second cooling holes are larger than the first cooling holes.
第1の冷却孔から噴出した第2のガスは、第1の方向に流れつつ、第1の方向の周りに回転する渦を形成する。この渦によって、第1のガスの一部には、ライナ本体の表面に向かう流れが励起される。ここで、第2の冷却孔は第1の冷却孔よりも谷部側に設けられている。そうすると、ライナ本体の表面に向かって流れる第1のガスに対抗するように、第2のガスが第2の冷却孔から噴出される。そして、第2の冷却孔は第1の冷却孔よりも大きい。第2の冷却孔が大きくなると、噴出する第2のガスの勢いが弱まる傾向にある。このため、第2の冷却孔から噴出した第2のガスは、ライナ本体の表面に向かって流れる第1のガスの流れに対抗し難くなる。この状態によれば、第2の冷却孔から噴出した第2のガスは、ライナ本体の表面に向かって流れる第1のガスによってライナ本体の表面近傍に留められることになる。従って、第1のガスよりも低温である第2のガスがライナ本体の表面近傍に留められるので、第2のガスをライナ本体の冷却に効率よく利用することができる。 The second gas ejected from the first cooling hole forms a vortex that rotates around the first direction while flowing in the first direction. Due to this vortex, a flow toward the surface of the liner body is excited in a part of the first gas. Here, the 2nd cooling hole is provided in the valley part side rather than the 1st cooling hole. Then, the second gas is ejected from the second cooling hole so as to oppose the first gas flowing toward the surface of the liner body. And the 2nd cooling hole is larger than the 1st cooling hole. When the second cooling holes are large, the momentum of the ejected second gas tends to be weakened. Therefore, the second gas ejected from the second cooling hole is less likely to oppose the flow of the first gas flowing toward the surface of the liner body. According to this state, the second gas ejected from the second cooling holes is retained near the surface of the liner body by the first gas flowing toward the surface of the liner body. Therefore, the second gas, which has a lower temperature than the first gas, is retained near the surface of the liner body, so that the second gas can be efficiently used for cooling the liner body.
ライナ本体の断面形状を、頂部を第1の頂点とし谷部を第2の頂点とした代表曲線により示したとき、代表曲線は、第1の頂点と第2の頂点との間に形成された変曲点を含んでもよい。このような形状であるライナ本体によっても、第2のガスを冷却に効率よく利用することができる。 When the cross-sectional shape of the liner body is shown by a representative curve having the top as the first vertex and the valley as the second vertex, the representative curve is formed between the first vertex and the second vertex. It may include an inflection point. The liner body having such a shape can also efficiently use the second gas for cooling.
第1の冷却孔は、代表曲線において、第1の頂点と変曲点との間に設けられ、第2の冷却孔は、代表曲線において、第1の冷却孔と変曲点との間に設けられてもよい。第2の冷却孔からの第2のガスの噴出方向は、第2の冷却孔が設けられた代表曲線の位置における法線方向として示される。ここで、代表曲線上の変曲点における法線方向は、第1のガスが流れる方向に対する角度が最も小さくなる。従って、第2のガスがライナ本体の表面に沿って流れやすくなるので、第2のガスをライナ本体の冷却にさらに効率よく利用することができる。 The first cooling hole is provided between the first apex and the inflection point on the representative curve, and the second cooling hole is provided between the first cooling hole and the inflection point on the representative curve. It may be provided. The ejection direction of the second gas from the second cooling hole is shown as the normal direction at the position of the representative curve where the second cooling hole is provided. Here, the normal direction at the inflection point on the representative curve has the smallest angle with respect to the direction in which the first gas flows. Therefore, since the second gas easily flows along the surface of the liner body, the second gas can be used more efficiently for cooling the liner body.
本発明によれば、低温ガスをライナの冷却に効率よく利用可能な燃焼装置用ライナが提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the liner for combustion apparatuses which can utilize low temperature gas efficiently for cooling a liner is provided.
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description.
図1は、本実施形態に係る燃焼装置用ライナ(以下、単に「ライナ」とも言う)が設けられるジェットエンジン10の概略構成を示す模式的な断面図である。本実施形態のジェットエンジン10は、ファン11と、圧縮機12と、燃焼器13と、タービン14と、ハウジング15を備える燃焼装置である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of a
ファン11は、ジェットエンジン10の内部に外気を取り込むためのものであり、回転駆動される軸部16の回転軸A周りに配列された複数の動翼を有する。圧縮機12は、ファン11によって取り込まれた空気を圧縮して、圧縮空気A2(第2のガス)を形成する。圧縮機12は、回転駆動される動翼と固定された静翼とが空気の流れ方向に交互に複数段配列された構成を有する。燃焼器13は、圧縮機12によって圧縮された空気を燃料と共に燃焼させるものである。燃焼器13の構成については、後述する。タービン14は、燃焼器13にて空気及び燃料が燃焼されることによって生じた燃焼ガスA1(第1のガス)が有する速度エネルギの一部を回転エネルギに変換するものである。タービン14は、当該回転エネルギによってファン11及び圧縮機12を駆動するものである。タービン14は、軸部16に連結することで回転駆動されるディスク17と、ディスク17の外周縁に回転軸A周りに配列された複数のタービンブレード18と、を有している。
The
このような構成を有するジェットエンジン10において、空気は、ファン11によってジェットエンジン10の内部に取り込まれる。そして、圧縮機12に供給された空気は、圧縮機12にて圧縮された後、燃焼器13にて燃料と共に燃焼される。そして、燃焼によって発生した燃焼ガスA1の速度エネルギの一部は、タービン14にて回転エネルギに変換されてファン11及び圧縮機12の駆動に用いられる。一方、燃焼ガスA1の残りの速度エネルギは、燃焼ガスA1がジェットエンジン10の後部から排気される際にジェットエンジン10に推進力を付与するために用いられる。この結果、ジェットエンジン10が推進する。このような空気及び燃焼ガスA1の流れをガスの主流MSとする。なお、本明細書においては、ジェットエンジン10に取り込まれる空気の流れを基準として「上流側」「下流側」の語を用いる。
In the
燃焼器13は、ケース21と、燃焼ユニット22と、を備える。ケース21は、燃料と空気の混合気を燃焼させる空間を形成する容器であり、燃焼ガスA1が流れる第1の流路を形成する。ケース21は、ハウジング15内において、軸部16を囲むように環状に形成される。ケース21とハウジング15との間には隙間31が設けられる。また、ケース21と軸部16との間にも隙間32が設けられる。これら隙間31,32は、圧縮空気A2が流れる第2の流路に対応する。
The
ケース21の上流端側には、燃焼ユニット22が設けられる。燃焼ユニット22は、例えば、燃料供給機構及び着火装置を含む。ケース21において、燃焼ユニット22よりも下流側には、ライナ本体1が設けられる。ライナ本体1は、燃焼ガスA1が流れる第1の流路と、圧縮空気A2が流れる第2の流路と、を隔てる。従って、ライナ本体1は、ケース21の一部を構成する。ケース21の下流端側には、開口23が設けられ、燃焼ガスA1がケース21の外部に放出される。
A
このような構成を有する燃焼器13では、圧縮機12から供給された空気と燃料供給機構から供給された燃料とが混合されて、混合気が形成される。そして、着火装置が混合気に着火することにより、燃焼ガスA1が形成される。燃焼ガスA1は、ケース21内を流動して開口23からタービンブレード18へ提供される。ここで、燃焼ガスA1がケース21内を流動するとき、ケース21の内側表面は高温の燃焼ガスA1に曝される。ここで、ケース21とハウジング15との隙間31、及び、ケース21と軸部16との隙間32には、圧縮機12から提供される圧縮空気A2の一部が流動している。この隙間31,32に流動する圧縮空気A2は、燃焼ガスA1よりも温度が低い。一例として、燃焼ガスA1の温度(第1の温度)は2000℃程度であり、圧縮空気A2の温度(第2の温度)は500℃程度である。そこで、ケース21のライナ本体1に複数の冷却孔を設けることにより、圧縮空気A2をケース21内に取り入れる。この圧縮空気A2は、高温の燃焼ガスA1とライナ本体1との間に後述する温度境界層を形成する。この温度境界層により、ライナ本体1の内側表面が燃焼ガスA1に対して直接に曝されることが抑制される。従って、ライナ本体1を有するケース21が熱的に保護される。
In the
次に、ライナ本体1について詳細に説明する。図2は、ライナ本体1の一部を拡大して示す斜視図である。図2に示されるように、ライナ本体1は、断面波状の薄板である。ライナ本体1は、例えば、ニッケル基耐熱合金といった板材により構成される。ライナ本体1は、頂部2と、谷部3と、第1の斜面部4と、第2の斜面部6と、第1の冷却孔7と、第2の冷却孔8とを有する。
Next, the
頂部2は、ケース21の内側に向けて突出した部分である。すなわち、頂部2は、燃焼ガスA1が流れる第1の流路側に突出する。頂部2は、燃焼ガスA1及び圧縮空気A2の流れる第1の方向D1と交差する第2の方向D2に延在する。また、頂部2は、第1の方向D1に沿って、所定のピッチをもって繰り返し設けられる。
The
谷部3は、ケース21の外側に向けて突出した部分である。すなわち、谷部3は、圧縮空気A2が流れる第2の流路側に突出する。谷部3は、頂部2と同様に、第2の方向D2に延在する。また、谷部3は、第1の方向D1に沿って、所定のピッチをもって繰り返し設けられる。
The
第1の斜面部4は、第1の方向D1において頂部2と谷部3との間に形成される。従って、第1の斜面部4は、第1の方向D1において負の傾き(下り勾配)を有する。一方、第2の斜面部6は、第1の方向D1において谷部3と頂部2との間に形成される。従って、第2の斜面部6は、第1の方向D1において正の傾き(上り勾配)を有する。
The
すなわち、ライナ本体1は、第1の方向D1に沿って(上流から下流に向かって)、頂部2、第1の斜面部4、谷部3、第2の斜面部6がこの順に形成されている。そして、これら頂部2、第1の斜面部4、谷部3、第2の斜面部6を含む構成は、第1の方向D1に沿って、繰り返し複数設けられる。従って、ライナ本体1を断面視したとき、ライナ本体1は、いわゆる波状と呼ばれる形状を有する。
That is, the
ライナ本体1の波状形状についてさらに説明する。図3は、ライナ本体1の一部を断面視した図である。図3に示されるように、頂部2から次の頂部2までの距離を、波長Lと規定する。また、頂部2から隣接する谷部3までの距離を谷底位置mと規定する。頂部2と谷部3との距離の中心を通る中心線CLを規定し、頂部2から中心線CLまでの距離を振幅rと規定する。ライナ本体1は、比較的大きな振幅を有する。具体的に、「比較的大きな振幅」とは振幅rと波長Lの比率が0.08以上0.25以下(0.08≦(振幅r/波長L)≦0.25)と規定することができる。一例として、ライナ本体1の振幅rと波長Lの比率(振幅r/波長L)は、0.12としてもよい。
The corrugated shape of the
第1の冷却孔7及び第2の冷却孔8は、第1の斜面部4において平面視して千鳥状に設けられる。第1の冷却孔7及び第2の冷却孔8の軸線AXは、第1の斜面部4の表面に対して略直交する。すなわち、第1の冷却孔7及び第2の冷却孔8は、ライナ本体1を構成する板材の厚みに対して垂直になるように設けられる。この構成によれば、第1の冷却孔7及び第2の冷却孔8から噴出する圧縮空気A2は、第1の斜面部4の法線方向に噴出する。第1の斜面部4は、第1の方向D1において負の傾きを有する。そうすると、第1の斜面部4の法線方向は、第1の方向D1と同じ向きの第1の成分と、第1の成分に直交する向きの第2の成分とを有する。
The
図2に示されるように、第1の冷却孔7は、第1の内径F1をする。第1の冷却孔7は、第1の方向D1に延びる第1の軸線L1において、1波長又は2波長と同じ距離をもって複数形成される。図2には、2波長毎に第1の冷却孔7が設けられた構成が示されている。また、第1の冷却孔7は、第2の方向D2に延びる第3の軸線L3上において、所定のピッチをもって複数形成される。
As shown in FIG. 2, the
第2の冷却孔8は、第2の内径F2をする。第2の内径F2は、第1の内径F1よりも大きい。例えば、第1の内径F1と第2の内径F2との比率(F1/F2)は、0.49である。第2の冷却孔8は、第1の方向D1に延びる第2の軸線L2において、1波長又は2波長と同じ距離をもって複数形成される。図2には、2波長毎に第2の冷却孔8が設けられた構成が示されている。第2の軸線L2は、第1の軸線L1に対して平行であり、第2の方向D2に離間するように設定される。従って、第1の方向D1において、第1の冷却孔7と第2の冷却孔8とが同一の軸線上に形成されることはない。すなわち、第2の冷却孔8は、第1の冷却孔7よりも下流側であって、一対の第1の冷却孔7の間に形成される。
The
また、第2の冷却孔8は、第2の方向D2に延びる第4の軸線L4上において、所定のピッチをもって複数形成される。第4の軸線L4は、第3の軸線L3に対して平行である。第4の軸線L4は、第3の軸線L3に対して下流側に設定される。従って、第2の冷却孔8は、第1の冷却孔7よりも下流側に設けられる。換言すると、第2の冷却孔8は、第1の冷却孔7よりも谷部3側に設けられるともいえる。このような第2の冷却孔8の配置によれば、第2の冷却孔8から噴出した圧縮空気A2の流れが谷間の流れに干渉するように谷部3に寄せられる。
Further, a plurality of second cooling holes 8 are formed with a predetermined pitch on the fourth axis L4 extending in the second direction D2. The fourth axis L4 is parallel to the third axis L3. The fourth axis L4 is set on the downstream side with respect to the third axis L3. Therefore, the
このような第1の冷却孔7及び第2の冷却孔8の配置によって、上述したように、第1の冷却孔7と第2の冷却孔8とは平面視して千鳥状に形成される。
With the arrangement of the
第1の方向D1における第1の冷却孔7の位置と第2の冷却孔8の位置とは、谷底位置mを基準として規定することができる。例えば、頂部2から谷底位置mまでの距離(S1)に対して、頂部2から第1の冷却孔7までの距離(S2)を、0.38(S2/S1)としてもよい。また、頂部2から谷底位置mまでの距離(S1)に対して、頂部2から第2の冷却孔8までの距離(S3)を、0.63(S3/S1)としてもよい。
The positions of the
ところで、ライナ本体1の断面は、波形形状であることは既に述べた。図4は、ライナ本体1の断面形状を代表する代表曲線を示す図である。図4の代表曲線9は、ライナ本体1の断面形状を代表して示すものである。この代表曲線9は、ライナ本体1の厚み方向における中心線の形状としてもよいし、ライナ本体1の内側表面或いは外側表面の形状としてもよい。このような変曲点9cを有する代表曲線9としては、正弦波曲線や、円弧を組み合わせた曲線、n次曲線などが挙げられる。図4に示されるように、代表曲線9は、頂部2に対応する第1の頂点9aと、谷部3に対応する第2の頂点9bとを有する。そして、代表曲線9は、第1の頂点9aと第2の頂点9bとの間に設けられた1個の変曲点9cを有していてもよい。
By the way, it has already been described that the cross section of the
変曲点9cとは、平面上の曲線において曲がる方向が変わる点をいい、数学的には曲線上で曲率の符号がプラスからマイナス、或いは、マイナスからプラスに変化する点をいう。
The
第1の冷却孔7の位置と第2の冷却孔8の位置とは、谷底位置mの他に、変曲点9cを基準として規定することもできる。第1の冷却孔7及び第2の冷却孔8は、代表曲線9に示される第1の頂点9aと変曲点9cとの間に設けられる。さらに、第1の頂点9aと変曲点9cとの間において、第2の冷却孔8は、第1の冷却孔7と変曲点9cとの間に設けられる。すなわち、第2の冷却孔8は、第1の冷却孔7よりも変曲点9c側に設けられる。
The positions of the
次に、ライナ本体1の作用効果について説明する。
Next, the function and effect of the
第1の冷却孔7から噴出した圧縮空気A2は、第1の方向D1に流れつつ、第1の方向D1の周りに回転する渦を形成する。この渦によって、燃焼ガスA1の一部には、ライナ本体1の表面に向かう流れが励起される。ここで、第2の冷却孔8は第1の冷却孔7よりも谷部3側に設けられている。これにより、ライナ本体1の表面に向かって流れる燃焼ガスA1に対抗するように、圧縮空気A2が第2の冷却孔8から噴出される。そして、第2の冷却孔8は第1の冷却孔7よりも内径が大きい。内径が大きくなると、噴出する圧縮空気A2の勢いが弱まる傾向にある。このため、第2の冷却孔8から噴出した圧縮空気A2は、ライナ本体1の表面に向かって流れる燃焼ガスA1の流れに対抗し難くなる。この状態によれば、第2の冷却孔8から噴出した圧縮空気A2は、ライナ本体1の表面に向かって流れる燃焼ガスA1によってライナ本体1の表面近傍に留められることになる。そして、燃焼ガスA1は、圧縮空気A2によってライナ本体1の表面に到達することが阻害される。従って、燃焼ガスA1よりも低温である圧縮空気A2がライナ本体1の表面近傍に留められるので、圧縮空気A2をライナ本体1の冷却に効率よく利用することができる。
The compressed air A2 ejected from the
ライナ本体の断面形状を代表曲線9により示したとき、代表曲線9は、第1の頂点9aと第2の頂点9bとの間に形成された変曲点9cを有する。さらに、第1の冷却孔7は、代表曲線9において、第1の頂点9aと変曲点9cとの間に設けられる。第2の冷却孔8は、代表曲線9上において、第1の冷却孔7と変曲点9cとの間に設けられる。第2の冷却孔8からの圧縮空気A2の噴出方向は、第2の冷却孔8が設けられた代表曲線9の位置における法線方向として示される。ここで、代表曲線9上の変曲点9cにおける法線方向は、燃焼ガスA1が流れる方向に対する角度が最も小さくなる。従って、圧縮空気A2がライナ本体1の表面に沿って流れやすくなるので、圧縮空気A2をライナ本体1の冷却にさらに効率よく利用することができる。
When the cross-sectional shape of the liner body is shown by the
以下、比較例に係るライナ本体1の冷却の効果を数値計算によって確認した結果と比較しつつ、本実施形態に係るライナ本体1による冷却の効果について説明する。
Hereinafter, the effect of cooling by the
<実施例1、比較例1>
実施例1及び比較例1では、ライナ本体1上における二次元状の温度分布を確認した。この確認は、数値計算による熱流体解析によって得た。実施例1及び比較例1に係るライナ本体1は、以下の構成を有するものとした。
[実施例1]
振幅rと波長Lとの比率(r/L):0.12
第1の冷却孔7の位置(S2/S1):0.38
第2の冷却孔8の位置(S3/S1):0.63
第1の冷却孔7の内径と第2の冷却孔8の内径との比率(F1/F2):0.49
[比較例1]
振幅rと波長Lとの比率:0.07
第1の冷却孔7の位置:0.14
第2の冷却孔8の位置:0.48
第1の冷却孔7の内径と第2の冷却孔8の内径との比率:1.0
<Example 1, Comparative Example 1>
In Example 1 and Comparative Example 1, a two-dimensional temperature distribution on the
[Example 1]
Ratio of amplitude r and wavelength L (r/L): 0.12
Position of first cooling hole 7 (S2/S1): 0.38
Position of second cooling hole 8 (S3/S1): 0.63
Ratio (F1/F2) of inner diameter of
[Comparative Example 1]
Ratio of amplitude r and wavelength L: 0.07
Position of first cooling hole 7: 0.14
Position of second cooling hole 8: 0.48
Ratio of inner diameter of
図5及び図6は、ライナ本体1をA1側から平面視したときの温度分布を示す図である。図5は、実施例1の結果を示す。図6は、比較例1の結果を示す。図5及び図6には、第1の方向D1に沿って4波長分の長さを有するライナ本体1,100が図示される。図5及び図6において、最も濃いハッチングを施した領域K1は、相対的に温度が高い高温領域を示す。一方、最も薄いハッチングを施した領域K2は、相対的に温度が低い低温領域を示す。すなわち、図5及び図6において、ハッチングの濃度は、相対的な温度の高低を示す。
5 and 6 are diagrams showing the temperature distribution when the liner
まず、実施例1の結果を示す図5を参照すると、第1の方向D1に沿って、ライナ本体1表面上の温度が低下していることがわかった。つまり、上流から下流に進むに従って、ライナ本体1表面上の温度が低下していることがわかった。一方、比較例1の結果を示す図6を参照すると、実施例1と同様に第1の方向D1に沿ってライナ本体100表面上の温度が低下している。しかし、温度分布の様子を確認すると、実施例1では、第4番目の谷部3において領域K2まで温度が低下していたが、比較例1では、第4番目の谷部103において領域K2まで温度は低下していなかった。
First, referring to FIG. 5 showing the results of Example 1, it was found that the temperature on the surface of the liner
さらに、図7は、第1の方向D1に沿ったフィルム冷却効率を示すグラフである。グラフG7aは、実施例1の結果を示す。グラフG7bは、比較例1の結果を示す。横軸は波長で無次元化された第1の方向D1における距離である。つまり、第1番目の頂部2から第2番目の頂部2までを1としている。従って、第1番目の頂部2から第1番目の谷部3までは0.5となる。縦軸はフィルム冷却効率(η)である。ここで、フィルム冷却効率(η)とは、下記式(1)により示される評価値である。
η:フィルム冷却効率
T:燃焼ガスの温度
T1:ライナ本体の壁面温度
T2:圧縮空気の温度
Further, FIG. 7 is a graph showing the film cooling efficiency along the first direction D1. Graph G7a shows the results of Example 1. Graph G7b shows the result of Comparative Example 1. The horizontal axis is the distance in the first direction D1 which is dimensionlessized by the wavelength. That is, 1 is set from the first top 2 to the
η: Film cooling efficiency T: Combustion gas temperature T1: Liner body wall temperature T2: Compressed air temperature
グラフG7a(実施例1)を参照すると、第1番目の谷部3(横軸の0.5に対応)より下流側において、フィルム冷却効率が0.6以上であり、第4番目の谷部3(横軸の4に対応)の近傍では0.9にまで達することがわかった。一方、グラフG7b(比較例1)を参照すると、第1番目の谷部103(横軸の0.5に対応)より下流側において、フィルム冷却効率は最大でも0.7以上であった。従って、実施例1のライナ本体1が有するフィルム冷却効率は、比較例1のライナ本体が有するフィルム冷却効率に対して、0.2〜0.4程度向上していた。従って、実施例1のライナ本体1によれば、比較例1のライナ本体1よりも圧縮空気A2を効率よく利用できていることが確認できた。
Referring to the graph G7a (Example 1), the film cooling efficiency is 0.6 or more on the downstream side of the first valley portion 3 (corresponding to 0.5 on the horizontal axis), and the fourth valley portion. It was found that the value reached to 0.9 in the vicinity of 3 (corresponding to 4 on the horizontal axis). On the other hand, referring to the graph G7b (Comparative Example 1), the film cooling efficiency was 0.7 or more at the maximum on the downstream side of the first valley portion 103 (corresponding to 0.5 on the horizontal axis). Therefore, the film cooling efficiency of the
<実施例2,比較例2>
次に、ライナ本体1上における三次元状の温度分布を確認した。この確認は、数値計算による熱流体解析によって得た。実施例2のライナ本体は、実施例1のライナ本体と同様の構成とした。また、比較例2のライナ本体も、比較例1のライナ本体と同様の構成とした。
<Example 2, Comparative Example 2>
Next, the three-dimensional temperature distribution on the
図8、図9、図10及び図11は、実施例2の結果を示す。また、図12、図13及び図14は、比較例2の結果を示す。三次元状の温度分布を示すために、例えば、図8に示されるように、第1の方向D1に直交する複数の断面8A〜8Qを設定し、それぞれの断面における二次元状の温度分布を確認した。それぞれの断面8A〜8Qに対応する二次元温度分布は、図9、図10及び図11に図示される。図9、図10及び図11は、図5等と同様に、ハッチングの濃淡によって、相対的な温度分布を示している。 8, 9, 10 and 11 show the results of Example 2. Further, FIGS. 12, 13 and 14 show the results of Comparative Example 2. In order to show the three-dimensional temperature distribution, for example, as shown in FIG. 8, a plurality of cross-sections 8A to 8Q orthogonal to the first direction D1 are set, and the two-dimensional temperature distribution in each cross-section is set. confirmed. The two-dimensional temperature distributions corresponding to each cross section 8A-8Q are illustrated in FIGS. 9, 10 and 11. Similar to FIG. 5 and the like, FIG. 9, FIG. 10, and FIG. 11 show the relative temperature distribution by the shading shading.
実施例2の結果である図8の断面8A〜8Qと、図9、図10及び図11に示された二次元温度分布のコンター図との関係は以下のとおりである。
断面8A:図9の(a)部
断面8B:図9の(b)部
断面8C:図9の(c)部
断面8D:図9の(d)部
断面8E:図9の(e)部
断面8D:図9の(f)部
断面8G:図10の(a)部
断面8H:図10の(b)部
断面8I:図10の(c)部
断面8J:図10の(d)部
断面8K:図10の(e)部
断面8L:図10の(f)部
断面8M:図11の(a)部
断面8N:図11の(b)部
断面8O:図11の(c)部
断面8P:図11の(d)部
断面8Q:図11の(e)部
The relationship between the cross-sections 8A to 8Q of FIG. 8 which is the result of Example 2 and the contour diagrams of the two-dimensional temperature distributions shown in FIGS. 9, 10 and 11 is as follows.
Section 8A: Part (a) of FIG. 9
まず、図9の(a)部(断面8A)に示されるように、第1の冷却孔7から圧縮空気A2が噴出する。図中の矢印は、圧縮空気A2が噴出される方向を示す。次に、図9の(b)部(断面8B)に示されるように、噴出された圧縮空気A2は、ライナ本体1から離間しつつ、渦V1を形成する。この渦V1は、矢印に示されるように、ライナ本体1に向かう方向の流れを有する。渦V1の数は、第1の冷却孔7の数に対応している。次に、図9の(c)部(断面8C)に示されるように、渦V1は、さらにライナ本体1から離間する。このとき、渦V1の流れによって、燃焼ガスA1の一部にライナ本体1に向かう流れが励起される。具体的には、一対の渦V1の間に、ライナ本体1に向かう流れが発生する。
First, as shown in part (a) of FIG. 9 (cross section 8A), compressed air A2 is ejected from the
次に、図9の(d)部(断面8D)に示されるように、渦V1は引き続きライナ本体1から離間するように移動する。また、第2の冷却孔8から圧縮空気A2が噴出する。次に、図9の(e)部(断面8E)に示されるように、第2の冷却孔8から噴出した圧縮空気A2がライナ本体1から離間するように、渦V2を形成しつつ浮上する。ここで、第1の冷却孔7と第2の冷却孔8とは、第2の方向D2に沿ってずれた位置に配置されている。従って、ライナ本体1に向かう燃焼ガスA1の流れに対抗するように、第2の冷却孔8から圧縮空気A2が噴出される。
Next, as shown in part (d) (
次に、図9の(f)部(断面8F)に示されるように、ライナ本体1に向かう燃焼ガスA1の流れと、第2の冷却孔8から噴出された圧縮空気A2の渦V2とが衝突する。ここで、第2の冷却孔8の内径は、第1の冷却孔7の内径よりも大きい。内径が大きい場合には、第2の冷却孔8から噴出する圧縮空気A2の勢いが低下する。具体的には、第2の冷却孔8から噴出する圧縮空気A2の流速が低下する。このため、第2の冷却孔8から噴出する圧縮空気A2の渦V2は、ライナ本体1に向かう燃焼ガスA1の流れに抗して浮上することができない。
Next, as shown in part (f) (
次に、図10の(a)部(断面8G)に示されるように、燃焼ガスA1に留められた圧縮空気A2は、ライナ本体1の表面近傍に停留する。従って、燃焼ガスA1が流れる領域と、ライナ本体1との間に、比較的低温である温度境界層BLが形成される。次に、図10の(b)部(断面8H)に示されるように、温度境界層BLにおいて、第2の冷却孔8から提供された圧縮空気A2が循環し、さらに温度分布が均一化していく。そして、図10の(c)部(断面8I)に示されるように、燃焼ガスA1が流れる領域B1と、ライナ本体1との間の温度境界層BLにおける温度分布がさらに均一化される。
Next, as shown in part (a) of FIG. 10 (
そして、再び第1の冷却孔7から圧縮空気A2が噴出され(図10の(d)部(断面8J))、圧縮空気A2が渦V1を形成する(図10の(e)部(断面8K))。次に、図10の(f)部(断面8L)に示されるように、渦V1は、ライナ本体1から離間しようとするが、上流側の第1の冷却孔7及び第2の冷却孔8から噴出された圧縮空気A2によって形成された流れによって、ライナ本体1から離間する移動が阻害される。次に、図11の(a)部(断面8M)に示されるように、第2の冷却孔8から再び圧縮空気A2が噴出される。次に、図11の(b)部(断面8N)に示されるように、第2の冷却孔8から噴出した圧縮空気A2もライナ本体1から離間する移動が阻害されるので、ライナ本体1近傍に留まる。次に、図11の(c)部(断面8O)に示されるように、温度境界層BLに比較的低温の圧縮空気A2が留まると、温度境界層BLにおいて気体同士の循環が発生する。次に、図11の(d)部(断面8P)に示されるように、温度境界層BLにおいて気体同士の循環が発生すると、結果的に、温度境界層BLにおける平均的な温度がさらに低下する(図11の(e)部(断面8Q))。
Then, the compressed air A2 is again ejected from the first cooling hole 7 ((d) part of FIG. 10 (
このように上流から下流に向かうに伴って、比較的低温である圧縮空気A2が温度境界層BLに供給されて、温度境界層BL、ひいてはライナ本体1の表面温度が次第に低下する。従って、圧縮空気A2をライナ本体1の冷却に効率よく利用できることがわかった。
In this way, the compressed air A2 having a relatively low temperature is supplied to the temperature boundary layer BL as it goes from the upstream side to the downstream side, and the surface temperature of the temperature boundary layer BL, and by extension, the
次に、比較例2に係る結果について説明する。図12の断面12A〜12Kと、図13、及び図14に示された二次元温度分布のコンター図との関係は以下のとおりである。
断面12A:図13の(a)部
断面12B:図13の(b)部
断面12C:図13の(c)部
断面12D:図13の(d)部
断面12E:図13の(e)部
断面12F:図13の(f)部
断面12G:図14の(a)部
断面12H:図14の(b)部
断面12I:図14の(c)部
断面12J:図14の(d)部
断面12K:図14の(e)部
Next, the result according to Comparative Example 2 will be described. The relationship between the cross-sections 12A to 12K in FIG. 12 and the contour diagrams of the two-dimensional temperature distribution shown in FIGS. 13 and 14 is as follows.
図13の(a)部(断面12A)に示されるように、第1の冷却孔107から圧縮空気A2が噴出する。次に、図13の(b)部(断面12B)に示されるように、噴出された圧縮空気A2は、渦V1を形成し、ライナ本体100から離間するように移動する。次に、図13の(c)部(断面12C)に示されるように、渦V1は、隣接する渦V1との間にライナ本体100に向かう流れを発生させる。次に、図13の(d)部(断面12D)に示されるように、第2の冷却孔108から圧縮空気A2が噴出する。次に、図13の(e)部(断面12E)に示されるように、噴出された圧縮空気A2は、渦V2を形成し、ライナ本体100から離間するように移動する。
As shown in part (a) of FIG. 13 (
次に、図13の(f)部(断面12F)に示されるように、第1の冷却孔107から噴出された圧縮空気A2に基づく渦V1が発生させる下向きの流れと、第2の冷却孔108から噴出された圧縮空気A2に基づく渦V2とが互いに干渉し合う。このとき、比較的高い温度を有する燃焼ガスA1は、渦V1と渦V2の間からライナ本体100にまで到達する。
Next, as shown in part (f) (
次に、図14の(a)部(断面12G)に示されるように、比較例2では、第2の冷却孔108の内径と第1の冷却孔107の内径とが互いに等しい。従って、第2の冷却孔108から噴出された圧縮空気A2に基づく渦V2の勢いが強く、渦V1が発生させる下向きの流れに対抗することが可能である。
Next, as shown in part (a) of FIG. 14 (
次に、図14の(b)部(断面12H)に示されるように、ライナ本体100と燃焼ガスA1が流れる高温領域との間に温度境界層BMが形成される。次に、図14の(c)部(断面12I)に示されるように、比較例2の場合には、先の図13の(f)部において述べたように、燃焼ガスA1の一部がライナ本体100に到達している。従って、温度境界層BMは、比較的温度が高い燃焼ガスA1を含んでしまう。
Next, as shown in part (b) of FIG. 14 (
そして、図14の(e)部(断面12K)に示されるように、再び第1の冷却孔107から圧縮空気A2が噴出される。この圧縮空気A2は、温度境界層BMに留まり、温度境界層BMの平均温度を下げるように作用する。しかし、温度境界層BMは、比較的高温である燃焼ガスA1を部分的に含む。このため、圧縮空気A2によって平均温度が低下したとしても、実施例2の場合と比較すると、ライナ本体100近傍の温度は高くなる傾向にある。
Then, as shown in part (e) of FIG. 14 (
従って、実施例2及び比較例2の結果によれば、実施例2のライナ本体1が第2の冷却孔8の内径を第1の冷却孔7よりも大きくすることにより、第2の冷却孔8から不出する圧縮空気A2が形成する渦V2の強さを抑制する。そして、弱い渦V2がライナ本体1の表面から離間するように移動するとき、第1の冷却孔7から噴出された圧縮空気A2により形成された流れによって、弱い渦V2はライナ本体1の表面近傍に押し付けられる。これにより、圧縮空気A2をライナ本体1の冷却に効率よく利用できることがわかった。
Therefore, according to the results of Example 2 and Comparative Example 2, the
<実施例3,比較例3>
次に、第2の冷却孔8の位置が奏する効果を確認した。この確認は、数値計算による流体解析によって得た。実施例3のライナ本体1は、実施例1のライナ本体1と同様の構成とした。また、比較例3のライナ本体100も、比較例1のライナ本体100と同様の構成とした。
<Example 3, Comparative Example 3>
Next, the effect produced by the position of the
図15及び図16は、ライナ本体1を断面視した様子を示す。図15は、実施例3の結果を示す。図16は、比較例3の結果を示す。そして、図15及び図16には、第1の流線R1と第2の流線R2と示す。第1の流線R1は、第1の冷却孔7から噴出した圧縮空気A2の流れを示す。第2の流線R2は、第2の冷却孔8から噴出した圧縮空気A2の流れを示す。
15 and 16 show a state in which the
まず、実施例3の結果を示す図15を参照すると、第1の冷却孔7から提供された第1の流線R1は、第2の冷却孔8から提供された第2の流線R2の上方に位置することがわかった。したがって、第1の冷却孔7から提供された圧縮空気A2は、第2の冷却孔8から提供された圧縮空気A2をライナ本体1の表面近傍に留める効果があることが予想された。また、第2の流線R2は、谷部3に留まる流れR2aと、下流側の頂部2を越える流れR2bとを有することがわかった。
First, referring to FIG. 15 showing the results of Example 3, the first streamline R1 provided from the
次に、比較例3の結果を示す図16を参照すると、第2の流線R2は、すべて下流側の頂部102を越える流れであり、実施例3のように、第2の流線R2は谷部3に留まる流れR2aを有しないことがわかった。
Next, referring to FIG. 16 showing the results of Comparative Example 3, all of the second streamlines R2 are flows that flow over the apex 102 on the downstream side, and as in Example 3, the second streamlines R2 are It was found that there was no flow R2a remaining in the
従って、実施例3に係るライナ本体1の第1の冷却孔7及び第2の冷却孔8の配置によれば、第2の冷却孔8から提供される圧縮空気A2の一部を谷部3近傍に留めることが可能になるので、圧縮空気A2を効率的にライナ本体1の冷却に利用可能であることがわかった。
Therefore, according to the arrangement of the
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。 The present invention has been described above in detail based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the above embodiment. The present invention can be variously modified without departing from the gist thereof.
例えば、上記実施形態では、燃焼装置としてジェットエンジン10を例示した。ライナ本体1が適用可能な燃焼装置は、ジェットエンジン10に限定されることはない。例えば、燃焼装置として、ボイラや、ガスタービン等が挙げられる。
For example, in the above embodiment, the
1 ライナ本体
2 頂部
3 谷部
4 第1の斜面部
6 第2の斜面部
7 第1の冷却孔
8 第2の冷却孔
9 代表曲線
9c 変曲点
9a 第1の頂点
9b 第2の頂点
10 ジェットエンジン
11 ファン
12 圧縮機
13 燃焼器
14 タービン
15 ハウジング
16 軸部
17 ディスク
18 タービンブレード
21 ケース
22 燃焼ユニット
23 開口
31 隙間
32 隙間
100 ライナ本体
102 頂部
103 谷部
107 第1の冷却孔
108 第2の冷却孔
A 回転軸
A1 燃焼ガス
A2 圧縮空気
AX 軸線
BL 温度境界層
BM 温度境界層
B1 領域
CL 中心線
D1 第1の方向
D2 第2の方向
F1 第1の内径
F2 第2の内径
G7a グラフ
G7b グラフ
L1 第1の軸線
L2 第2の軸線
L3 第3の軸線
L4 第4の軸線
L 波長
MS 主流
m 谷底位置
r 振幅
R1 第1の流線
R2 第2の流線
V1 渦
V2 渦
1
Claims (1)
前記ライナ本体は、
前記第1のガス及び前記第2のガスの流れる第1の方向と交差する第2の方向に延在し、前記第1の流路側に突出する頂部と、
前記第2の方向に延在し、前記第2の流路側に突出すると共に、前記第1の方向において前記頂部とは異なる位置に形成された谷部と、
前記第1の方向に沿って、前記頂部と前記頂部より下流側の前記谷部との間に形成された斜面部と、
前記斜面部において前記第1の方向に延びる第1の軸線上に設けられ、前記第1の流路と前記第2の流路とを連通させる第1の冷却孔と、
前記斜面部において前記第1の方向に延びる第2の軸線上に設けられ、前記第1の流路と前記第2の流路とを連通させる第2の冷却孔と、を含み、
前記第2の冷却孔は、前記第1の冷却孔よりも前記谷部側に設けられ、
前記第2の冷却孔は、前記第1の冷却孔よりも大きく、
前記ライナ本体の断面形状を、前記頂部を第1の頂点とし前記谷部を第2の頂点とした代表曲線により示したとき、
前記代表曲線は、前記第1の頂点と前記第2の頂点との間に形成された変曲点を含み、
前記第1の冷却孔は、前記代表曲線において、前記第1の頂点と前記変曲点との間に設けられ、
前記第2の冷却孔は、前記代表曲線において、前記第1の冷却孔と前記変曲点との間に設けられる、燃焼装置用ライナ。 A liner body that separates a first flow path through which a first gas containing a first temperature flows and a second flow path through which a second gas containing a second temperature lower than the first temperature flows Prepare,
The liner body is
A top portion extending in a second direction intersecting a first direction in which the first gas and the second gas flow, and protruding toward the first flow path side;
A valley portion that extends in the second direction, projects toward the second flow path, and is formed at a position different from the top portion in the first direction;
Along the first direction, a slope portion formed between the top and the valley downstream from the top,
A first cooling hole that is provided on the first axis extending in the first direction in the slope portion and that connects the first flow path and the second flow path;
A second cooling hole that is provided on the second axis extending in the first direction in the slope portion and that connects the first flow path and the second flow path to each other;
The second cooling hole is provided closer to the valley than the first cooling hole is,
The second cooling holes is much larger than the first cooling holes,
When the cross-sectional shape of the liner body is represented by a representative curve having the top portion as a first vertex and the valley portion as a second vertex,
The representative curve includes an inflection point formed between the first vertex and the second vertex,
The first cooling hole is provided between the first vertex and the inflection point in the representative curve,
The liner for a combustion device, wherein the second cooling hole is provided between the first cooling hole and the inflection point on the representative curve.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016120123A JP6736998B2 (en) | 2016-06-16 | 2016-06-16 | Combustor liner |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016120123A JP6736998B2 (en) | 2016-06-16 | 2016-06-16 | Combustor liner |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017223419A JP2017223419A (en) | 2017-12-21 |
JP6736998B2 true JP6736998B2 (en) | 2020-08-05 |
Family
ID=60686035
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016120123A Active JP6736998B2 (en) | 2016-06-16 | 2016-06-16 | Combustor liner |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6736998B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109882886B (en) * | 2018-12-21 | 2020-10-16 | 西安航天动力研究所 | RBCC engine combustion chamber with slope rocket layout mode and design method thereof |
-
2016
- 2016-06-16 JP JP2016120123A patent/JP6736998B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2017223419A (en) | 2017-12-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5809815B2 (en) | Preferential cooling of gas turbine nozzles | |
EP2343435B1 (en) | Engine component | |
US8245519B1 (en) | Laser shaped film cooling hole | |
US8523523B2 (en) | Cooling arrangements | |
US11280215B2 (en) | Engine component assembly | |
EP2666964B1 (en) | Gas turbine engine blades with cooling hole trenches | |
US20090317258A1 (en) | Rotor blade | |
US10837459B2 (en) | Mistuned fan for gas turbine engine | |
EP2662528B1 (en) | Gas turbine engine component with cooling holes having a multi-lobe configuration | |
US9556741B2 (en) | Shrouded blade for a gas turbine engine | |
JP2005030316A (en) | Shroud segment | |
JP2010203439A (en) | Effusion cooled one-piece can combustor | |
US10458436B2 (en) | Fan rotor with flow induced resonance control | |
US10480535B2 (en) | Fan rotor with flow induced resonance control | |
US20140037429A1 (en) | Turbine vane | |
US20160123186A1 (en) | Shroud assembly for a turbine engine | |
JP2016211545A (en) | Rotor blade having flared tip | |
US20220106884A1 (en) | Turbine engine component with deflector | |
US11199099B2 (en) | Gas turbine engines with improved airfoil dust removal | |
JP6736998B2 (en) | Combustor liner | |
KR20210129712A (en) | Turbine stator and gas turbine | |
US20170101894A1 (en) | Angled impingement insert with discrete cooling features | |
JP2009209745A (en) | Turbine stage of axial flow type turbo machine, and gas turbine | |
JP6735605B2 (en) | Cooling structure of gas turbine engine | |
KR102588778B1 (en) | Turbine Rotor and Gas Turbine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190425 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200310 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20200312 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200323 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20200616 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20200629 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6736998 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |