JP6804755B2 - Swirl type injection nozzle - Google Patents

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Description

本発明は、渦巻状に流体を噴射する渦巻型噴射ノズルであって、例えばガスタービンエンジンの燃料噴射ノズルとして使用されるものに関する。 The present invention relates to a spiral injection nozzle that injects a fluid in a spiral shape, which is used, for example, as a fuel injection nozzle of a gas turbine engine.

渦巻型噴射ノズルは、燃料、水等の流体を粒状化するノズルであり、ガスタービンを始め、様々な産業で使用されている。渦巻型噴射ノズルは、構造が複雑で、多数の部品を単品で加工した後、各部品を溶接、ロウ付け等を用いて接合することで組み立てている。 The spiral injection nozzle is a nozzle that granulates fluids such as fuel and water, and is used in various industries including gas turbines. The spiral injection nozzle has a complicated structure, and is assembled by processing a large number of parts individually and then joining the parts by welding, brazing, or the like.

特開2015−117626号公報JP-A-2015-117626

しかしながら、このような構成では、組立時に誤差が発生し易く、組立に手間がかかるうえに、接合部から流体が漏れ易い。なお、特許文献1には、ノズルではないが、三次元積層造形技術を用いて、接合部のない一体型のタービン動翼を製造する方法が開示されている。 However, in such a configuration, an error is likely to occur during assembly, labor is required for assembly, and fluid is likely to leak from the joint. In addition, Patent Document 1 discloses a method of manufacturing an integrated turbine blade without a joint by using a three-dimensional laminated molding technique, which is not a nozzle.

本発明は、寸法精度が高く、製造が容易で、流体の漏れを防ぐことができる渦巻型噴射ノズルを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a spiral injection nozzle which has high dimensional accuracy, is easy to manufacture, and can prevent fluid leakage.

以下、理解を容易にするために、便宜上、実施形態の符号を参照して説明する。
本発明の渦巻型噴射ノズルは、流体通路24を通って渦巻状に流体を噴射する渦巻型噴射ノズル10,12であって、
前記流体通路24は、流体をノズル軸心C1、C2回りに旋回させながら噴出する旋回通路30,44と、前記旋回通路に前記流体を供給する環状通路28,40と、ノズル軸心方向C1,C2に延びて前記環状通路28、40に前記流体を供給する供給通路26、38とを備え、
少なくとも、前記旋回通路30、44と前記環状通路28,40と前記供給通路26,38の下流部とを含む頭部20,45が、三次元造形による一体物である。
Hereinafter, for the sake of ease of understanding, reference numerals will be given to the embodiments for convenience.
The spiral injection nozzles of the present invention are spiral injection nozzles 10 and 12 that inject fluid in a spiral shape through a fluid passage 24.
The fluid passage 24 includes swirl passages 30 and 44 that eject the fluid while swirling around the nozzle axes C1 and C2, annular passages 28 and 40 that supply the fluid to the swirl passage, and nozzle axis directions C1. The annular passages 28 and 40 extending to C2 are provided with supply passages 26 and 38 for supplying the fluid.
At least, the heads 20 and 45 including the swivel passages 30 and 44, the annular passages 28 and 40, and the downstream portion of the supply passages 26 and 38 are integrated by three-dimensional modeling.

本発明の渦巻型噴射ノズルによれば、前記旋回通路30、44と前記環状通路28,40と前記供給通路26,38の下流部とを含むために構造が複雑な頭部20,45が、三次元造形(3Dプリンタ)による一体物で構成されているので、渦巻型噴射ノズル10、12の寸法精度が高く、製造が容易になる。しかも、接合部が少なくなるので、流体の漏れを防ぐことができる。 According to the spiral injection nozzle of the present invention, the heads 20 and 45 having a complicated structure because the swirl passages 30 and 44, the annular passages 28 and 40, and the downstream portions of the supply passages 26 and 38 are included. Since it is composed of an integral body by three-dimensional modeling (3D printer), the dimensional accuracy of the spiral injection nozzles 10 and 12 is high, and the manufacturing becomes easy. Moreover, since the number of joints is reduced, it is possible to prevent fluid leakage.

本発明において、好ましくは、前記環状通路28の通路横断面が、少なくともノズル頂面20aに対向する部分28bにおいて湾曲している。この構成によれば、3Dプリンタによって湾曲部分を形成する際に、金属層51を重ねても、上層の金属層51が下層の金属層51によって十分支持されるので、落下が避けされ、その結果、金属層のサポートが不要となる。これにより、燃料噴射ノズル10の頭部20を、3Dプリンタを用いて容易に形成することが可能となる。 In the present invention, preferably, the passage cross section of the annular passage 28 is curved at least in the portion 28b facing the nozzle top surface 20a. According to this configuration, even if the metal layers 51 are overlapped when forming the curved portion by the 3D printer, the upper metal layer 51 is sufficiently supported by the lower metal layer 51, so that the fall is avoided, and as a result, the metal layer 51 is prevented from falling. , No need for metal layer support. This makes it possible to easily form the head 20 of the fuel injection nozzle 10 using a 3D printer.

本発明において、前記環状通路28の横断面が、前記旋回通路30に接続されるノズル径方向内側部分28aを除いて円形または楕円形であるのが好ましい。円形または楕円形により、前記環状通路28の湾曲部分を容易に形成できる。また、環状通路28を流れる流体の通路抵抗が、矩形横断面の場合よりも小さくなる。 In the present invention, it is preferable that the cross section of the annular passage 28 is circular or elliptical except for the nozzle radial inner portion 28a connected to the swivel passage 30. The circular or oval shape allows the curved portion of the annular passage 28 to be easily formed. Further, the passage resistance of the fluid flowing through the annular passage 28 is smaller than that in the case of the rectangular cross section.

本発明の渦巻型噴射ノズルをガスタービンエンジンの燃料噴射ノズルとして利用する場合、
前記流体通路24はノズル軸心C1から偏心した位置に形成されて軸方向に延びるメイン燃料通路であり、
さらに、プライマリ燃料通路22を備え、
前記プライマリ燃料通路22は、前記メイン供給通路26よりもエンジン径方向の内側に形成されて前記ノズル軸心C1方向に延びるプライマリ供給通路32と、このプライマリ供給通路32の下流端部に連通してノズル径方向の内側に延びるプライマリ環状通路34と、このプライマリ環状通路34の下流端に連通するプライマリ噴射室36とを有し、
旋回通路30と前記プライマリ噴射室36とが前記ノズル頂面20aに形成された燃料噴射口10aに臨んでいる構成とすることができる。
When the spiral injection nozzle of the present invention is used as a fuel injection nozzle of a gas turbine engine,
The fluid passage 24 is a main fuel passage formed at a position eccentric from the nozzle axis C1 and extending in the axial direction.
In addition, it has a primary fuel passage 22
The primary fuel passage 22 communicates with a primary supply passage 32 formed inside the main supply passage 26 in the radial direction of the engine and extending in the nozzle axis C1 direction, and a downstream end portion of the primary supply passage 32. It has a primary annular passage 34 extending inward in the nozzle radial direction and a primary injection chamber 36 communicating with the downstream end of the primary annular passage 34.
The swivel passage 30 and the primary injection chamber 36 may be configured to face the fuel injection port 10a formed on the nozzle top surface 20a.

この構成によれば、メイン燃料通路24とプライマリ燃料通路22とを有するガスタービンエンジン用の渦巻型燃料噴射ノズル10を3Dプリンタにより容易に製造できる。 According to this configuration, a spiral fuel injection nozzle 10 for a gas turbine engine having a main fuel passage 24 and a primary fuel passage 22 can be easily manufactured by a 3D printer.

前記ガスタービンエンジン用の渦巻型燃料噴射ノズル10において、メイン燃料通路24の旋回通路30は、前記プライマリ燃料通路22のプライマリ噴射室36のノズル径方向外方に位置し、かつ、前記環状通路28のノズル径方向内側から径方向内方に延びる複数の傾斜孔30aと、その下流に連通する円錐筒状の傾斜室30bとを有し、
前記複数の傾斜孔30aはノズル軸心C1の周方向に離間して配置され、
前記傾斜室30bの下流端が前記燃料噴射口10aに連通している構成とすることができる。
In the spiral fuel injection nozzle 10 for the gas turbine engine, the swirl passage 30 of the main fuel passage 24 is located outside the nozzle radial direction of the primary injection chamber 36 of the primary fuel passage 22, and the annular passage 28. The nozzle has a plurality of inclined holes 30a extending inward in the radial direction from the inside of the nozzle, and a conical cylindrical inclined chamber 30b communicating with the downstream portion thereof.
The plurality of inclined holes 30a are arranged apart from each other in the circumferential direction of the nozzle axis C1.
The downstream end of the inclined chamber 30b may be configured to communicate with the fuel injection port 10a.

この構成によれば、メイン燃料通路24とプライマリ燃料通路22とを噴射ノズルの径方向に並べてコンパクトに配置できる。 According to this configuration, the main fuel passage 24 and the primary fuel passage 22 can be arranged in the radial direction of the injection nozzle and arranged compactly.

本発明の渦巻型噴射ノズルによれば、渦巻型噴射ノズルにおける構造が複雑な頭部が三次元造形による一体物で構成されているので、寸法精度が高く、製造が容易になる。しかも、接合部が少なくなるので、流体の漏れを防ぐことができる。 According to the spiral injection nozzle of the present invention, since the head of the spiral injection nozzle having a complicated structure is made of an integral body by three-dimensional modeling, the dimensional accuracy is high and the production is easy. Moreover, since the number of joints is reduced, it is possible to prevent fluid leakage.

本発明の一実施形態に係る渦巻型噴射ノズルを備えた燃焼器を示す縦断面図である。It is a vertical cross-sectional view which shows the combustor provided with the spiral type injection nozzle which concerns on one Embodiment of this invention. 同渦巻型噴射ノズルの頭部を示す縦断面図である。It is a vertical cross-sectional view which shows the head of the spiral type injection nozzle. 図2のIII−III線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the line III-III of FIG. 同渦巻型噴射ノズルの別の例の頭部を示す縦断面図である。It is a vertical sectional view which shows the head of another example of the same spiral type injection nozzle. 図4のV−V線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the VV line of FIG. 同渦巻型噴射ノズルの製造方法を示す要部の別の縦断面図である。It is another vertical sectional view of the main part which shows the manufacturing method of the spiral type injection nozzle. 従来の製造方法を示す要部の縦断面図である。It is a vertical sectional view of the main part which shows the conventional manufacturing method.

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。図1は本発明の第1実施形態に係る渦巻型噴射ノズルの一種である燃料噴射ノズル10を示す縦断面図である。燃料噴射ノズル10は、渦巻状に燃料を噴射する複式の渦巻型噴射ノズルであり
、この実施形態では、ガスタービンエンジン用のアニュラ型燃焼器1に設けられている。以下の説明で、「上流」および「下流」は、燃料の流れ方向の上流および下流をいう。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing a fuel injection nozzle 10, which is a type of spiral injection nozzle according to the first embodiment of the present invention. The fuel injection nozzle 10 is a double-type spiral injection nozzle that injects fuel in a spiral shape, and is provided in the annular combustor 1 for a gas turbine engine in this embodiment. In the following description, "upstream" and "downstream" refer to upstream and downstream in the fuel flow direction.

燃焼器1は、環状のアウタケーシング3と、その内側に配置された環状のインナケーシング4とを有し、これら両ケーシング3,4により、エンジン回転軸心Cと同心の環状の内部空間を有する燃焼器ハウジング2が構成されている。この燃焼器ハウジング2の環状の内部空間には、環状のアウタライナ6の内側に環状のインナライナ7が同心状に配置された燃焼筒5が、燃焼器ハウジング2と同心状に配置されている。 The combustor 1 has an annular outer casing 3 and an annular inner casing 4 arranged inside the annular outer casing 3, and both casings 3 and 4 have an annular internal space concentric with the engine rotation axis C. The combustor housing 2 is configured. In the annular internal space of the combustor housing 2, a combustion cylinder 5 in which the annular inner liner 7 is concentrically arranged inside the annular outer liner 6 is arranged concentrically with the combustor housing 2.

燃焼筒5の上流端に、筒状の支持部材15が溶接により連結されている。支持部材15の中心軸は、燃料噴射ノズル10のノズル軸心C1と一致している。支持部材15の先端壁15aは下流端に設けられ、先端壁15aに軸方向を向く開口部15bが形成されている。支持部材15の下流端部に、第1フランジ部15cが形成されており、この第1フランジ部15cに、スワーラ16が装着されている。スワーラ16の外側に、燃焼筒5の上流端が溶接により連結されている。燃焼筒5の下流端部はタービンの第1段ノズル(図示せず)に連通している。 A tubular support member 15 is connected to the upstream end of the combustion cylinder 5 by welding. The central axis of the support member 15 coincides with the nozzle axis C1 of the fuel injection nozzle 10. The tip wall 15a of the support member 15 is provided at the downstream end, and an opening 15b facing the axial direction is formed in the tip wall 15a. A first flange portion 15c is formed at the downstream end portion of the support member 15, and a swirl 16 is mounted on the first flange portion 15c. The upstream end of the combustion cylinder 5 is connected to the outside of the swirl 16 by welding. The downstream end of the combustion cylinder 5 communicates with the first stage nozzle (not shown) of the turbine.

支持部材15の上流端に、第2フランジ部15dが形成されており、この第2フランジ部15dを介して支持部材15と燃焼器ハウジング2とがボルト連結されている。支持部材15の周壁15fにおける軸方向中間部に、径方向を向いた貫通孔からなる複数の空気取入孔15eが形成されている。 A second flange portion 15d is formed at the upstream end of the support member 15, and the support member 15 and the combustor housing 2 are bolted to each other via the second flange portion 15d. A plurality of air intake holes 15e composed of radial through holes are formed in the axially intermediate portion of the peripheral wall 15f of the support member 15.

燃焼筒5は内部に環状の燃焼室8が形成されており、この燃焼筒5の上流端に、燃焼室8内に燃料を噴射する複数の前記燃料噴射ノズル10が設けられている。燃料噴射ノズル10は、燃焼筒5と同心の単一の円上に等間隔に配設されている。詳細には、燃料噴射ノズル10は、後述の頭部20を含む下流側部分が支持部材15の内部に収納され、燃料噴射口10aが支持部材15の開口部15bに臨むように配置されている。燃料噴射ノズル10は、ボルトのような締結部材(図示せず)によって燃焼器ハウジング2に支持されている。支持部材15の周壁15fと燃料噴射ノズル10の周壁10bとの間には、環状のノズル空気通路17が形成されている。燃料噴射ノズル10の構造の詳細は後述する。 An annular combustion chamber 8 is formed inside the combustion cylinder 5, and a plurality of fuel injection nozzles 10 for injecting fuel into the combustion chamber 8 are provided at the upstream end of the combustion chamber 5. The fuel injection nozzles 10 are arranged at equal intervals on a single circle concentric with the combustion cylinder 5. Specifically, the fuel injection nozzle 10 is arranged so that the downstream portion including the head portion 20 described later is housed inside the support member 15 and the fuel injection port 10a faces the opening 15b of the support member 15. .. The fuel injection nozzle 10 is supported by the combustor housing 2 by a fastening member (not shown) such as a bolt. An annular nozzle air passage 17 is formed between the peripheral wall 15f of the support member 15 and the peripheral wall 10b of the fuel injection nozzle 10. Details of the structure of the fuel injection nozzle 10 will be described later.

アウタケーシング3およびアウタライナ6を貫通して、燃焼室8に燃料を噴射する補助燃料噴射ノズル12が設けられている。補助燃料噴射ノズル12は、渦巻状に燃料を噴射する単式の渦巻型噴射ノズルである。補助燃料噴射ノズル12は、燃料噴射ノズル10から噴射された燃料Fに補助燃料F0を噴射するもので、例えば、着火用または保炎用に設けられる。ただし、補助燃料噴射ノズル12はなくてもよい。補助燃料噴射ノズル12は、燃焼筒5の径方向を向き、その軸心C2が燃料噴射ノズル10のノズル軸心C1と直交するように配置されている。補助燃料噴射ノズル12の構造の詳細は後述する。アウタケーシング3およびアウタライナ6を貫通して、着火用の点火プラグ14が設けられている。 An auxiliary fuel injection nozzle 12 that injects fuel into the combustion chamber 8 is provided so as to penetrate the outer casing 3 and the outer liner 6. The auxiliary fuel injection nozzle 12 is a single type spiral injection nozzle that injects fuel in a spiral shape. The auxiliary fuel injection nozzle 12 injects the auxiliary fuel F0 into the fuel F injected from the fuel injection nozzle 10, and is provided for, for example, for ignition or flame holding. However, the auxiliary fuel injection nozzle 12 may not be provided. The auxiliary fuel injection nozzle 12 is arranged so as to face the radial direction of the combustion cylinder 5 and its axis C2 is orthogonal to the nozzle axis C1 of the fuel injection nozzle 10. Details of the structure of the auxiliary fuel injection nozzle 12 will be described later. An ignition plug 14 for ignition is provided so as to penetrate the outer casing 3 and the outer liner 6.

燃焼器ハウジング2と燃焼筒5との間の環状の内部空間には、圧縮機(図示せず)から送給される圧縮空気CAが導入される空気通路25が形成されている。圧縮空気CAは、支持部材15のスワーラ16並びに燃焼筒5のアウタライナ6およびインナライナ7にそれぞれ複数形成された空気導入口18から燃焼室8内に供給される一方で、支持部材15の空気取入孔15eからノズル空気通路17に供給される。 In the annular internal space between the combustor housing 2 and the combustion cylinder 5, an air passage 25 into which compressed air CA supplied from a compressor (not shown) is introduced is formed. The compressed air CA is supplied into the combustion chamber 8 from a plurality of air introduction ports 18 formed in the swirler 16 of the support member 15 and the outer liners 6 and inner liners 7 of the combustion cylinder 5, respectively, while taking in the air of the support member 15. It is supplied from the hole 15e to the nozzle air passage 17.

燃料噴射ノズル10は、プライマリ燃料F1が供給されるプライマリ通路22と、メイン燃料F2が供給されるメイン燃料通路24とを有している。プライマリ燃料F1は、始動時および低出力時のみ、または全出力領域にわたって供給され、メイン燃料F2は、中
間出力および高出力時に供給される。プライマリ通路22は、メイン燃料通路24のエンジン径方向の内側に形成される。前記各燃料F0〜F2は、石油系の液体または天然ガスなどの流体である。
The fuel injection nozzle 10 has a primary passage 22 to which the primary fuel F1 is supplied and a main fuel passage 24 to which the main fuel F2 is supplied. The primary fuel F1 is supplied only at start-up and low power, or over the entire power region, and the main fuel F2 is supplied at intermediate power and high power. The primary passage 22 is formed inside the main fuel passage 24 in the engine radial direction. Each of the fuels F0 to F2 is a fluid such as a petroleum-based liquid or natural gas.

図2に示すように、流体通路の一種であるメイン燃料通路24は、ノズル軸心C1から偏心した位置に形成されてノズル軸心C1の方向に延びるメイン供給通路26と、メイン供給通路26の下流端部に連通するメイン環状通路28と、このメイン環状通路28からノズル軸心C1に向かって斜め下流方向に延びる複数のメイン旋回通路30とを有している。図3に示すように、メイン旋回通路30は、メイン燃料F2をノズル軸心C1回りに旋回させながら、図2の頭部20の先端面であるノズル頂面20aに開口した流体噴射口の一種である燃料噴射口10aから噴射する。 As shown in FIG. 2, one der Rume in fuel passage 24 of the fluid passageway, the main supply passage 26 extending in the direction of the nozzle axis C1 is formed at a position eccentric from the nozzle axis C1, the main supply passage It has a main annular passage 28 communicating with the downstream end of the 26, and a plurality of main turning passages 30 extending diagonally downstream from the main annular passage 28 toward the nozzle axis C1. As shown in FIG. 3, the main swivel passage 30 is a type of fluid injection port opened to the nozzle top surface 20a, which is the tip surface of the head portion 20 of FIG. 2, while swirling the main fuel F2 around the nozzle axis C1. The fuel is injected from the fuel injection port 10a.

メイン環状通路28の横断面は、メイン旋回通路30に接続された部分、つまりノズル軸心C1寄りのノズル径方向内側28aが直線状とされた円形または楕円形である。メイン旋回通路30は、図3に示すように、ノズル軸心C1の方向から見て、ノズル軸心C1の放射方向に対して傾斜して設けられた複数の傾斜孔30aと、それらの下流に続く円錐筒状の傾斜室30bとを有し、傾斜室30bの下流端が燃料噴射口10aに連通している。燃料噴射ノズル10は、全体が三次元造形(3Dプリンタ)による一体物で形成されている。ただし、図2のメイン供給通路26の下流部、メイン環状通路28およびメイン旋回通路30を含む頭部20のみを三次元造形による一体物で構成し、頭部20を除く胴部21を機械加工で形成して、両者20,21をろう付けしてもよい。 The cross section of the main annular passage 28 is a circular or elliptical portion in which the portion connected to the main swivel passage 30, that is, the inner side 28a in the nozzle radial direction near the nozzle axis C1 is linear. As shown in FIG. 3, the main swivel passage 30 has a plurality of inclined holes 30a provided so as to be inclined with respect to the radial direction of the nozzle axis C1 when viewed from the direction of the nozzle axis C1, and downstream thereof. It has a conical tubular inclined chamber 30b, and the downstream end of the inclined chamber 30b communicates with the fuel injection port 10a. The fuel injection nozzle 10 is entirely formed of an integral body by three-dimensional modeling (3D printer). However, only the head 20 including the downstream portion of the main supply passage 26 in FIG. 2, the main annular passage 28, and the main swivel passage 30 is made of an integral body by three-dimensional modeling, and the body portion 21 excluding the head 20 is machined. , And both 20 and 21 may be brazed.

プライマリ燃料通路22は、ノズル軸心C1から偏心した位置でメイン供給通路26のエンジン径方向の内側に形成されてノズル軸心C1方向に延びるプライマリ供給通路32と、プライマリ供給通路32の下流端部に連通してノズル径方向内側に延びるプライマリ環状通路34と、このプライマリ環状通路34からノズル軸心C1に向かって径方向内側に延びる導入通路35と、導入通路35の下流端に連通して軸方向に延びるプライマリ噴射室36とを有している。このプライマリ噴射室36は、ノズル軸心C1上に位置している。前記導入通路35には、ノズル軸心C1の放射方向または放射方向に対して斜めの方向に延びる複数のガイド体が、ノズル軸心C1の周方向に等間隔に並んで設けられている。 The primary fuel passage 22 is formed inside the main supply passage 26 in the engine radial direction at a position eccentric from the nozzle axis C1, and extends in the nozzle axis C1 direction, and a downstream end portion of the primary supply passage 32. A primary annular passage 34 extending inward in the radial direction of the nozzle, an introduction passage 35 extending inward in the radial direction from the primary annular passage 34 toward the nozzle axis C1, and a shaft communicating with the downstream end of the introduction passage 35. It has a primary injection chamber 36 extending in the direction. The primary injection chamber 36 is located on the nozzle axis C1. In the introduction passage 35, a plurality of guide bodies extending in the radial direction of the nozzle axis C1 or in a direction oblique to the radial direction are provided side by side at equal intervals in the circumferential direction of the nozzle axis C1.

プライマリ環状通路34は、メイン環状通路28のノズル軸心C1の径方向内側に配置されている。プライマリ噴射室36は、メイン環状通路28およびメイン旋回通路30のノズル軸心C1の径方向内側に配置されている。メイン燃料通路24のメイン旋回通路30の出口と、プライマリ燃料通路22のプライマリ噴射室36の出口は燃料噴射口10aに臨んでいる。 The primary annular passage 34 is arranged inside the nozzle axis C1 of the main annular passage 28 in the radial direction. The primary injection chamber 36 is arranged inside the nozzle axis C1 of the main annular passage 28 and the main swivel passage 30 in the radial direction. The outlet of the main swivel passage 30 of the main fuel passage 24 and the outlet of the primary injection chamber 36 of the primary fuel passage 22 face the fuel injection port 10a.

図4に示すように、渦巻き型の流体噴射ノズルの一種である補助燃料噴射ノズル12は、その軸心C2方向に延びる補助燃料(流体)供給通路38を有している。補助燃料供給通路38の下流端部は、補助燃料環状通路40に連通している。詳細には、補助燃料噴射ノズル12の下流端部に、有底筒状のカップ42が形成されている。カップ42の底壁42aは、カップ42の上流端に形成され、下流端の開口は補助燃料噴射ノズル12の燃料噴射口12aに連通している。 As shown in FIG. 4, the auxiliary fuel injection nozzle 12, which is a kind of spiral type fluid injection nozzle, has an auxiliary fuel (fluid) supply passage 38 extending in the direction of its axis C2. The downstream end of the auxiliary fuel supply passage 38 communicates with the auxiliary fuel ring passage 40. Specifically, a bottomed tubular cup 42 is formed at the downstream end of the auxiliary fuel injection nozzle 12. The bottom wall 42a of the cup 42 is formed at the upstream end of the cup 42, and the opening at the downstream end communicates with the fuel injection port 12a of the auxiliary fuel injection nozzle 12.

カップ42の周壁42bと補助燃料噴射ノズル12の周壁12bとの間に、環状の隙間40が形成されており、この隙間40が補助燃料環状通路40を構成している。カップ42の周壁42bに、補助燃料環状通路40から軸心C2に向かって斜めに延びる複数の連通孔44が形成されている。これら連通孔44が、図5に示すように、補助燃料F0を軸心C2回りに旋回させながら噴射する補助燃料旋回通路44を構成している。 An annular gap 40 is formed between the peripheral wall 42b of the cup 42 and the peripheral wall 12b of the auxiliary fuel injection nozzle 12, and this gap 40 constitutes the auxiliary fuel annular passage 40. A plurality of communication holes 44 extending obliquely from the auxiliary fuel ring passage 40 toward the axis C2 are formed on the peripheral wall 42b of the cup 42. As shown in FIG. 5, these communication holes 44 constitute an auxiliary fuel swivel passage 44 for injecting the auxiliary fuel F0 while swirling around the axis C2.

補助燃料噴射ノズル12は、全体が三次元造形(3Dプリンタ)による一体物で形成されている。ただし、図4に示す補助燃料供給通路38の下流部、補助燃料環状通路40、および補助燃料旋回通路44を含む頭部45のみを三次元造形による一体物で構成し、頭部45を除く胴部46を機械加工で形成して、両者45,46をろう付けしてもよい。 The auxiliary fuel injection nozzle 12 is entirely formed of an integral body by three-dimensional modeling (3D printer). However, only the head 45 including the downstream part of the auxiliary fuel supply passage 38, the auxiliary fuel ring passage 40, and the auxiliary fuel swivel passage 44 shown in FIG. 4 is composed of an integral body by three-dimensional modeling, and the body excluding the head 45. The portion 46 may be formed by machining and both 45 and 46 may be brazed.

図1の燃料噴射ノズル10の製造にあたっては、頭部20と反対側の基部から、3Dプリンタからの金属粉末の吐出による金属層の形成と、レーザ光または電子ビームの照射による金属層の溶融・凝固とを繰り返すことにより、一体化された凝固部分が形成される。レーザ光または電子ビームは、燃料噴射ノズル10の3次元CADデータに基づいて、各金属層における燃料噴射ノズル10の形状に対応する領域に照射される。 In the production of the fuel injection nozzle 10 of FIG. 1, the metal layer is formed by ejecting metal powder from a 3D printer from the base opposite to the head 20, and the metal layer is melted by irradiating a laser beam or an electron beam. By repeating the solidification, an integrated solidified portion is formed. The laser beam or electron beam is applied to a region corresponding to the shape of the fuel injection nozzle 10 in each metal layer based on the three-dimensional CAD data of the fuel injection nozzle 10.

ここで、図2の燃料噴射ノズル10の頭部20のメイン環状通路28と、メイン旋回通路30の傾斜孔30aとは、横断面がほぼ円形または楕円形で構成されている。これにより、メイン燃料F2が両通路28,30を流れる際の通路抵抗が、横断面を矩形とした場合よりも小さくなる。また、特に、三次元積層造形技術を用いてメイン環状通路28を形成する場合、図7の従来例に示すように、頭部20Aのメイン環状通路28Aの横断面が矩形であると、初期に形成される金属層51Aにおけるメイン環状通路28Aを覆う部分が落下するのを防ぐためにサポート材SPを用意する必要がある。 Here, the main annular passage 28 of the head 20 of the fuel injection nozzle 10 in FIG. 2 and the inclined hole 30a of the main swivel passage 30 have a substantially circular or elliptical cross section. As a result, the passage resistance when the main fuel F2 flows through both passages 28 and 30 becomes smaller than when the cross section is rectangular. Further, in particular, when the main annular passage 28 is formed by using the three-dimensional laminated molding technique, as shown in the conventional example of FIG. 7, if the cross section of the main annular passage 28A of the head 20A is rectangular, the initial stage is It is necessary to prepare the support material SP in order to prevent the portion of the metal layer 51A to be formed that covers the main annular passage 28A from falling.

これに対し、図6に示す本実施形態のように、頭部20のメイン環状通路28の横断面を円形または楕円形とすると、この横断面におけるノズル頂面20aに対向する部分28bがノズル頂面20aに向かって、すなわちノズル先端方向に向かって膨らむ湾曲した形状となるから、ノズル基端側から金属層51を重ねても、上層の金属層51が下層の金属層51によって十分支持されるので、落下が避けられ、その結果、サポートが不要となる。これにより、燃料噴射ノズル10の頭部20を、3Dプリンタを用いて容易に形成することが可能となる。 On the other hand, when the cross section of the main annular passage 28 of the head portion 20 is circular or elliptical as in the present embodiment shown in FIG. 6, the portion 28b facing the nozzle top surface 20a in this cross section is the nozzle top. Since the shape is curved so as to bulge toward the surface 20a, that is, toward the nozzle tip end, the upper metal layer 51 is sufficiently supported by the lower metal layer 51 even if the metal layer 51 is overlapped from the nozzle base end side. As a result, falls are avoided and, as a result, support is not required. This makes it possible to easily form the head 20 of the fuel injection nozzle 10 using a 3D printer.

つぎに図1の燃焼器1の動作について説明する。ガスタービンエンジンの始動時には、燃料噴射ノズル10から燃焼室8に噴射された霧状のプライマリ燃料F1が、スワーラ16によって旋回された圧縮空気CAと混合され、旋回しながら燃焼領域を形成する。点火プラグ14によって点火された火炎は、この燃焼領域内で維持される。 Next, the operation of the combustor 1 of FIG. 1 will be described. When the gas turbine engine is started, the atomized primary fuel F1 injected from the fuel injection nozzle 10 into the combustion chamber 8 is mixed with the compressed air CA swirled by the swirler 16 to form a combustion region while swirling. The flame ignited by the spark plug 14 is maintained within this combustion region.

メイン燃料F2は、メイン旋回通路30を通過することで、ノズル軸心C1回りに旋回しながら燃料噴射口10aから燃焼室8に噴射される。このとき、メイン燃料F2は、燃料噴射口10aの出口付近で、ノズル空気通路17に導入された圧縮空気CAと混合され、霧状となって開口部15bから燃焼室8に噴射される。これにより、燃焼が継続される。 By passing through the main swivel passage 30, the main fuel F2 is injected from the fuel injection port 10a into the combustion chamber 8 while swirling around the nozzle axis C1. At this time, the main fuel F2 is mixed with the compressed air CA introduced into the nozzle air passage 17 near the outlet of the fuel injection port 10a, becomes atomized, and is injected into the combustion chamber 8 from the opening 15b. As a result, combustion is continued.

一方、補助燃料F0は、図4の補助燃料旋回通路44を通過することで、軸心C2回りに旋回しながら燃料噴射口12aから図1の燃焼室8に霧状に噴射される。 On the other hand, the auxiliary fuel F0 passes through the auxiliary fuel turning passage 44 of FIG. 4, and is injected in a mist form from the fuel injection port 12a into the combustion chamber 8 of FIG. 1 while turning around the axis C2.

上記構成によれば、燃料噴射ノズル10の少なくとも頭部20および補助燃料噴射ノズル12の少なくとも頭部45が、三次元造形による一体物で構成されている。これにより、寸法精度が高く、かつ、製造が容易になる。さらに、接合部が少なくなるので、燃料の漏れを防ぐことができる。具体的には、接合不良、熱膨張等に起因するメイン燃料F2および補助燃料F0の外部漏れ、プライマリ燃料F1の内部漏れ等を回避できる。 According to the above configuration, at least the head 20 of the fuel injection nozzle 10 and at least the head 45 of the auxiliary fuel injection nozzle 12 are made of an integral body by three-dimensional modeling. As a result, the dimensional accuracy is high and the manufacturing becomes easy. Further, since the number of joints is reduced, fuel leakage can be prevented. Specifically, it is possible to avoid external leakage of the main fuel F2 and auxiliary fuel F0 due to poor joining, thermal expansion, etc., internal leakage of the primary fuel F1, and the like.

本発明は、以上の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。例えば、上記実施形態の渦巻型噴射ノズ
ルは燃料を噴射するノズルであったが、これに限定されず、水を噴射する冷房用のノズルであってもよい。また、本発明の渦巻型噴射ノズルはガスタービンエンジン用のノズルに限定されない。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。
The present invention is not limited to the above embodiments, and various additions, changes, or deletions can be made without departing from the gist of the present invention. For example, the spiral injection nozzle of the above embodiment is a nozzle for injecting fuel, but the nozzle is not limited to this, and may be a cooling nozzle for injecting water. Further, the spiral injection nozzle of the present invention is not limited to the nozzle for a gas turbine engine. Therefore, such things are also included within the scope of the present invention.

10 燃料噴射ノズル(渦巻型噴射ノズル)
12 補助燃料噴射ノズル(渦巻型噴射ノズル)
10a,12a 燃料噴射口
2045 頭部
20a ノズル頂面
28,34,40 環状通路
26,38 供給通路
30,44 旋回通路
30a 傾斜孔
30b 傾斜
36 プライマリ噴射
C1C2 ノズル軸心
10 Fuel injection nozzle (swirl type injection nozzle)
12 Auxiliary fuel injection nozzle (swirl type injection nozzle)
10a, 12a Fuel injection port 20 , 45 Head 20a Nozzle top surface 28, 34, 40 Circular passage 26, 38 Supply passage 30, 44 Swing passage 30a Inclined hole 30b Inclined chamber 36 Primary injection chamber C1 , C2 Nozzle axis

Claims (3)

流体通路(24)を通って渦巻状に流体を噴射する渦巻型噴射ノズル(10)であって、
前記流体通路(24)は、流体をノズル軸心(C1)回りに旋回させながら噴出する旋回通路(30)と、前記旋回通路(30)に前記流体を供給する環状通路(28)と、ノズル軸心(C1)方向に延びて前記環状通路(28)に前記流体を供給する供給通路(26)とを備え、
少なくとも、前記旋回通路(30)と前記環状通路(28)と前記供給通路(26)の下流部とを含む頭部(20)が、三次元造形による一体物であり、
前記環状通路(28)の通路横断面が、少なくともノズル頂面(20a)に対向する部分(28b)において湾曲しており、
前記環状通路(28)の横断面が、前記旋回通路(30)に接続されるノズル径方向内側部分(28a)を除いて円形または楕円形である渦巻型噴射ノズル。
A spiral injection nozzle (10) that injects fluid in a spiral shape through a fluid passage (24) .
The fluid passage (24) includes a swirling passage (30) that ejects the fluid while swirling around the nozzle axis (C1) , an annular passage (28) that supplies the fluid to the swirling passage (30) , and a nozzle. A supply passage (26) extending in the axial center (C1) direction to supply the fluid to the annular passage (28) is provided.
At least, the head (20) including the swivel passage (30) , the annular passage (28), and the downstream portion of the supply passage (26) is an integral body by three-dimensional modeling .
The passage cross section of the annular passage (28) is curved at least in the portion (28b) facing the nozzle top surface (20a).
A spiral injection nozzle in which the cross section of the annular passage (28) is circular or elliptical except for the nozzle radial inner portion (28a) connected to the swivel passage (30) .
ガスタービンエンジンの燃料噴射ノズルを形成する請求項に記載の渦巻型噴射ノズルであって、
前記流体通路(24)はノズル軸心(C1)から偏心した位置に形成されて軸方向に延びるメイン燃料通路であり、
さらに、プライマリ燃料通路(22)を備え、
前記プライマリ燃料通路(22)は、前記供給通路(26)よりもエンジン径方向の内側に形成されて前記ノズル軸心(C1)方向に延びるプライマリ供給通路(32)と、このプライマリ供給通路(32)の下流端部に連通してノズル径方向の内側に延びるプライマリ環状通路(34)と、このプライマリ環状通路(34)の下流端に連通するプライマリ噴射室(36)とを有し、
前記旋回通路(30)と前記プライマリ噴射室(36)とが前記ノズル頂面(20a)に形成された流体噴射口の一種である燃料噴射口(10a)に臨んでいる渦巻型噴射ノズル。
The spiral injection nozzle according to claim 1 , which forms a fuel injection nozzle for a gas turbine engine.
The fluid passage ( 24) is a main fuel passage formed at a position eccentric from the nozzle axis (C1) and extending in the axial direction.
In addition, it has a primary fuel passage (22)
The primary fuel passage (22) has a front bellflower supply passage (26) said nozzle axis (C1) is formed on the inside of the engine radial direction from extending in a direction the primary supply path (32), the primary supply passage It has a primary annular passage (34) that communicates with the downstream end of (32) and extends inward in the nozzle radial direction, and a primary injection chamber (36) that communicates with the downstream end of the primary annular passage (34) .
Said pivoting path (30) and the primary injection chamber (36) and said spiral jet nozzle that has to face the fuel injection port (10a) which is a type of fluid ejection port formed in the nozzle top surface (20a).
請求項に記載の渦巻型噴射ノズルにおいて、前記メイン燃料通路(24)の旋回通路(30)は、前記プライマリ燃料通路(22)の前記プライマリ噴射室(36)のノズル
径方向外方に位置し、かつ、前記環状通路(28)のノズル径方向内側から径方向内方に延びる複数の傾斜孔(30a)と、その下流に連通する円錐筒状の傾斜室(30b)とを有し、
前記複数の傾斜孔(30a)はノズル軸心(C1)の周方向に離間して配置され、
前記傾斜室(30b)の下流端が前記燃料噴射口(10a)に連通している渦巻型噴射ノズル。
In the spiral injection nozzle according to claim 2 , the swirling passage (30) of the main fuel passage (24) is located outside the nozzle radial direction of the primary injection chamber (36) of the primary fuel passage (22). In addition, the annular passage (28) has a plurality of inclined holes (30a) extending inward in the radial direction from the inside in the nozzle radial direction, and a conical tubular inclined chamber (30b) communicating downstream thereof.
The plurality of inclined holes (30a) are arranged apart from each other in the circumferential direction of the nozzle axis (C1) .
A spiral injection nozzle in which the downstream end of the inclined chamber (30b) communicates with the fuel injection port (10a) .
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