JPH0275819A - ガスタービンエンジンの燃焼室 - Google Patents

ガスタービンエンジンの燃焼室

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JPH0275819A
JPH0275819A JP1173862A JP17386289A JPH0275819A JP H0275819 A JPH0275819 A JP H0275819A JP 1173862 A JP1173862 A JP 1173862A JP 17386289 A JP17386289 A JP 17386289A JP H0275819 A JPH0275819 A JP H0275819A
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JP
Japan
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wall
combustion chamber
windows
window
row
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JP1173862A
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English (en)
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William Ching To Kwan
ウィリアム・チン・トウ・クワン
Anthony Pidcock
アンソニー・ピドコック
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Rolls Royce PLC
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Rolls Royce PLC
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    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F01D5/186—Film cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F01D5/182—Transpiration cooling
    • F01D5/184—Blade walls being made of perforated sheet laminae
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/002—Wall structures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/202—Heat transfer, e.g. cooling by film cooling

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガスタービンエンジンの燃焼室に関し、殊に燃
焼室の壁の冷却に関する。
ガスタービンエンジンの燃焼室の壁を冷却する従来の一
方法は、軸方向に隔置された壁部分の間に配置され、そ
れらに固定される冷却リングを用いる。これらの冷却リ
ングには、複数の比較的大きい窓を並べた１列、または
比較的小さい窓の複数列が設けられる。これらの窓は、
燃焼室内に生ずる高温度から壁を守る冷却流体の薄膜を
形成するように、壁の内面上に冷却流体の流れを振向け
る。しかし、そのような冷却リングでは、冷却流体が比
較的無駄になり易い。
冷却リングに伴ういま一つの問題は、冷却リングにわた
って生ずる熱勾配が冷却リングの亀裂発生をもたらし、
また多数の冷却窓の存在が亀裂の伝播を容易にし、究極
的には冷却リングを破壊することである。
ガスタービンエンジンの燃焼室の壁を冷却する従来のい
ま一つの方法は、冷却流体によって壁を蒸散冷却するた
めに内部通路を中に形成するように、２枚以上の薄層を
結合して成形される壁を用いる。つぎに、壁の内面上に
流体の冷却薄膜を形成するように、冷却流体を、窓から
壁の外に通す。
これらの仕組は、冷却流体の約３分の１を用いる冷却リ
ングよりも効率的ではあるが、壁の内面に直角に配置さ
れて、比較的大きな距離に隔置されている窓による非効
率的な薄膜冷却のために、壁の内面が比較的高温になり
勝ちである。
本発明は、燃焼室の壁の薄膜冷却を改良したガスタービ
ンエンジンの燃焼室を与えることを目的とする。
従って、本発明は燃焼室を少なくとも部分的に画成する
少なくとも１個の壁を有するガスタービンエンジン燃焼
室を与え、前記壁は内面と外面を有し、さらに壁の内面
に流体の冷却薄膜を形成するように壁の内面に冷却流体
を供給するために、壁を貫通する少なくとも１列の窓を
有し、窓の軸線は壁の内面と２０〜４０°の角度を形成
するように配置され、各窓は第１の部分と第２の部分を
有し、第１の部分は壁の外面を流れる冷却流体か°ら冷
却流体を受入れてその冷却流体を第２の部分に供給する
ように配置され、第２の部分は末広がり形であって、流
体の冷却薄膜を形成するように内面の上に冷却流体を振
向けるように配置されろ。
窓の軸線は壁の内面に対して２５〜３５°の角度に配置
されることができる。
窓の末広がり部分は窓の軸線に対して、はぼ１２．５°
の角度で広がることができる。
窓の第１の部分は円筒形であることができる。
各列内の隣合せの窓の軸線は窓の円筒形部分の直径の少
なくとも３倍だけ隔置されることができる。
壁は少なくとも２列の窓を有することができ、各列の窓
は隣りの列の窓に対して食い違いに配置される。
窓の隣合せの列は窓の円筒形部分の直径の少なくとも２
倍だけ隔置されることができる。
窓の円筒形部分の直径は約０．７６２＋＊−であること
ができる。
壁は燃焼室の上流壁であることができる。
壁は筒形燃焼室の筒形壁であるか、円環形態焼室の内方
円環壁であるか、円環形態焼室の外方円環壁であること
ができる。
壁の上流部分は軸方向に隔置された群として配置される
窓を有し、各群は３列の窓を有することができる。
壁の下流部分は軸方向に隔置された群として配置される
窓を有し、各群は２列の窓を有することができる。
以下に、添付図面を参照しつつ、本発明の実施例を詳細
に説明する。
ターボファン・ガスタービンエンジン１０が第１図に示
され、軸方向流れの順に、ファン部１４、圧縮機部１６
、燃焼器部１８、タービン部２０および排気ノズル２２
を有する。ターボファン・ガスタービンエンジン１０の
作動は全〈従来通りであって、空気は入口１２に流入し
、ファン部１４により初期の圧縮を与えられる。この空
気は２つの部分に分けられる。空気の第１の部分はファ
ンダクト（図示せず）を通過して、ファンノズル（図示
せず）に流れる。空気の第２の部分は圧縮機部１６に供
給され、そこで空気はさらに圧縮されたあと、燃焼器部
１８に供給される。燃焼器部１８に供給された空気の中
で燃料が燃やされて高温ガスを発生し、高温ガスはター
ビン部２０を通過してそれを駆動したあと、排気ノズル
２２を通過して大気中に出る。タービン部２０は軸（図
示せず）を介して、ファン部１４と圧縮機部１６を駆動
するように装置される。
燃焼器部１８は第２図ないし第１０図に、より明らかに
示される。燃焼器部は、外側ケーシング２４と、ケーシ
ング２４に囲まれた円環形態焼室２６と、を有する。円
環形態焼室２６は、円環形上流壁２８と、円環形外壁３
０と、円環形内壁３２と、によって画成される。冷却空
気流のための円環形外方通路２５がケーシング２４と円
環形外壁３０の間に形成され、冷却空気流の内方通路２
７が円環形内壁３２の中に形成される。
円環形上流壁２８には、同一円周上に隔置される複数の
窓３６が設けられる、燃料噴射器３４が窓３６の各々に
同軸状に配置される０円環形上流壁２８は上流壁部材３
７と下流壁部材３８とを含み、その間に室３９が形成さ
れる。上流壁部材３７は空気を室３９に供給するための
複数の窓（図示せず）を有する。第９図および第１０図
に示される下流壁３８は複数の円弧形部分５４によって
形成され、その各々は燃料噴射器３４を受承するように
、はぼ中央に中央窓４０が形成される。
各部分５４は数本のボルト６４とナツト（図示せず）に
より、上流壁部材３７に固定される。
下流壁部材３８の部分５４は内面５６と外面５８を有し
、また部分５４には、室３９がらの冷却空気を部分５４
の内面上に供給して冷却空気薄膜を形成させる複数列の
窓６０が貫通して設けられる。窓６０の列は円環形態焼
室２６の軸線に対して半径方向に延在する。窓６０は、
その軸線が部分５４の内面５６に対して２０〜４０°の
角度をなすように、配置される。窓６０は円筒形の第１
の部分と、末広がりの第２の部分と、を有する。
円筒形部分は冷却空気を室３つから末広がり部分に供給
し、末広がり部分は冷却空気を部分５４の内面５６上に
振向けて冷却空気薄膜を形成させる。
窓の末広がり部分は、本例では、窓の軸線に対して１２
．５°の角度で広がる。各列の隣合せの窓６゜の軸線は
窓の円筒形部分の直径の３倍だけ隔置される。
窓６０の列は３列つづめ群として配置され、窓の列の各
群は隣りの群から角度隔置される。各列の中の窓は、同
じ群の隣合せの列の窓に対して喰違っている。
各群の中の窓の隣合せの列は、窓の円筒形部分の直径の
少なくとも２倍だけ隔置されている。
部分５４の円周方向の２分の１の区域に窓６゜の各３列
から成る２つの群があり、部分５４の円周方向の他の２
分の１の区域に窓６ｏの各３列から成るもう２つの群が
あり、これらの窓６ｏの群は中央窓４０に向けて、円周
方向に冷却空気を振向けるように配置される。
第３図ないし第８図に示す外方円環壁３０は内面４４と
外面４６を有し、複数列の窓４８を有する。外方円環通
路２５から外方円環壁３０の内面４４に冷却空気を供給
して冷却空気薄膜を形成させるように、外方円環壁３０
を窓４８が貫通する。
窓４８の列は燃焼室２６の軸線に対して円周方向に延在
する。窓４８はその軸線が外方円環壁３０の内面に対し
て２０〜４０°の角度をなすように配置される。窓４８
は円筒形の第１の部分５０と、末広がりの第２の部分５
２と、を有する０円筒形部分５０は、外方円環通路２５
の外方円環壁３０の外面４６を流れる冷却空気を末広が
り部分５２に供給し、末広がり部分５２は冷却空気を下
流方向に、外方円環壁３０の内面４４の上に振向けて、
冷却空気薄膜を形成させる。窓４８の末広がり部分５２
は窓４８の軸線に対して角度α＝１２．５°に広がる。
各列の隣合せの窓４８の軸線は距離Ｓだけ隔置され、距
ｗＩＳは窓４８の円筒形部分５０の直径ｄの３倍である
。窓４８の末広がり部分５２はファン形窓を生ずるよう
に、円周方向に広がる。
外方円環壁３０の上流部分３１では、窓４８の列が３列
から成る群として配置され、外方円環壁３０の下流部分
３３では、２列から成る群として配置されることに注目
すべきである。上流部分３１の窓の３列から成る各群、
または下流部分３３の窓の２列から成る各群は、隣りの
群から軸方向に隔置される。各列の窓４８は同じ群の隣
りの列の窓４８と喰違っている。
各群の窓４８の隣合せの列は窓４８の円筒形部分５０の
直径ｄの少なくとも２倍だけ隔置されている。
望ましくは、窓４８はその軸線が外方円環壁３０の内面
４４に対して２５〜３５°の角度をなすように配置され
る。
本例の窓４８の円筒形部分５０の直径ｄは０．７６２−
一であり、レーザー・ドリルまたは他の適当な方法によ
り形成される。
窓と窓の間隔Ｓ、つまりピッチ、は最も重要な寸法であ
り、窓の広がり角度に関係している。窓の間隔Ｓは窓の
広がり角度と共に増す０本例では、窓の広がり角度αは
１２．５°であり、間隔Ｓは直径ｄの３倍である。　１
２．５＠より大きい角度αを有する窓の間隔Ｓは直径ｄ
の３倍よりも大きい。
窓を通って流れる冷却空気が上流壁または円環形外方壁
の内面上に冷却空気薄膜を形成するように、上流壁また
は円環形外方壁の内面に対して窓が傾斜している。壁の
内面に対して９０°に配置された窓は空気の冷却薄膜を
形成しない、冷却空気が壁の内面にそって流れないから
である。
空気速度を減じ、冷却空気を広げて各列の隣合せの窓か
らの冷却空気と混合させ、また冷却薄膜が壁の内面に確
実にとどまるようにすることにより、空気の冷却薄膜の
効果を高めるように、窓が末広がり形になっている。
しかし、単列の窓では、冷却効果は向上するけれども、
空気の冷却薄膜と壁の内面との間に、燃焼過程で生じた
高温ガスが成る程度、滞留する。
群として配置された、窓の密接に隔置された数列を用い
ることの殊に有利である理由は、第１列の窓により壁の
内面に放出された空気の冷却薄膜が、第２列の窓によっ
て生じた冷却薄膜と壁の内面との間に高温ガスの滞留す
るのを防止する遮蔽物として働き、また同じく、第２列
の窓によって壁の内面に放出された冷却空気薄膜が、第
３列の窓によって生じた冷却薄膜と壁の内面との間に高
温ガスの滞留するのを防止する、もう１つの遮蔽物とし
て（至）くからである、密接に隔置される数列の窓の使
用は、壁の内面に高温ガスが接触するのを防止する空気
の、より厚い冷却薄膜を発生する。
上記の冷却窓を有する壁の使用が従来技術の冷却リング
よりも効果的である理由は、等しい面積を冷却するのに
使用する空気量がより少ないことであり、本発明では、
従来技術の冷却リングが使用する冷却空気の量の約３分
の２が使用される。
円環形内方壁にも、円環形外方壁の窓の列と同様に配置
された窓の列が設けられる。
本発明は、円環形燃焼室を引用して説明されたけれども
、筒形燃焼室、または他の配置の冷燃焼室にも等しく適
用されること、は当然である。
冷却窓の列は製作が簡単であり、局部的過熱点に対抗す
るために、軸方向および／または円周方向の任意の個所
に配置されることができる、つまり、冷却窓の列の局部
配置は通常、過熱される燃焼室の区域に冷却薄膜を与え
るように設けられることができる。
各列の隣きせの窓の広がり部分は、その広がり部分が混
合しない、つまり各列の隣合せの窓の広がり部分を隔て
る空間が生ずるように配置される。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による燃焼室を示す、ガスタービンエン
ジンの部分切断図、 第２図は第１図に示ず燃焼室の拡大縦断面図、第３図は
第２図に示す燃焼室の円環形外壁の拡大縦断面、 第４図は第３図の矢印Ａの方向に見た図、第５図は第３
図に示す円環形外壁の一部分の拡大縦断面図、 第６図は第５図の矢印Ｂの方向に見た図、第７図は第５
区の矢印Ｃの方向に見た図、第８図は第５図の矢印Ｄ−
Ｄの方向に見た断面図、 第９図は第２図に示す上流壁の、紙面に直角な平面内の
拡大断面図、 第１０図は第９図の矢印Ｅの方向に見た図である。 １０・・・ガスタービンエンジン １８・・・燃焼器部　　　　２６・・・燃焼室３０・・
・円環形外壁　　　４８・・・窓（外４名） Ｆｉｇ、７゜ ゝ１４ Ｆｉｇ、２゜ ２７　　　　　”３２ Ｆｉｇ、　９゜ Ｆｉｇ、　１θ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも部分的に燃焼室を画成する少なくとも１
    個の壁を含む、ガスタービンエンジンの燃焼室であって
    ： ａ、前記壁は内面と外面を有し、前記壁の内面上に冷却
    流体を供給して、前記壁の内面上に冷却流体の薄膜を形
    成させるように、貫通する窓の少なくとも１列を前記壁
    が有し、 ｂ、前記少なくとも１列の中の各窓は１本の軸線を有し
    、前記窓の軸線は前記壁の内面に対して２０〜４０°の
    角度を形成するように配置され、 ｃ、前記各窓は第１の部分と第２の部分を有し、前記各
    窓の第１の部分は、前記壁の外面上を流れる冷却流体か
    ら冷却流体を受入れて前記第２の部分に供給するように
    配置され、前記各窓の第２の部分は末広がり形であって
    、前記冷却流体を前記壁の内面上に振向けて前記冷却流
    体の薄膜を形成させるように配置されている； 燃焼室。 ２、前記窓の軸線は前記壁の内面に対して２５〜３５°
    の角度に配置される、請求項１記載の燃焼室。 ３、前記窓の第２の部分は前記窓の軸線に対してほぼ１
    ２．５°の角度に広がっている、請求項１記載の燃焼室
    。 ４、前記窓の第１の部分は円筒形である、請求項３記載
    の燃焼室。 ５、前記各列の隣合せの窓の軸線は前記窓の円筒形部分
    の直径の少なくとも３倍だけ隔置されている、請求項４
    記載の燃焼室。 ６、前記壁は少なくとも２列の窓を有し、前記各列の窓
    は隣合せの列の窓に対し喰違っている、請求項１記載の
    燃焼室。 ７、前記壁は少なくとも２列の窓を有し、前記各列の窓
    は隣合せの列の窓に対して喰違っており、前記隣合せの
    窓の列は前記窓の円筒形部分の直径の少なくとも２倍だ
    け隔置されている、請求項４記載の燃焼室。 ８、前記窓の円筒形部分はほぼ０．７６２ｍｍの直径を
    有する、請求項４記載の燃焼室。９、前記壁は燃焼室の
    上流壁である、請求項１記載の燃焼室。 １０、前記壁は筒形（かん形）燃焼室の筒形壁である、
    請求項１記載の燃焼室。 １１、前記壁は円環形燃焼室の内方円環壁である、請求
    項１記載の燃焼室。 １２、前記壁は円環形燃焼室の外方円環壁である、請求
    項１記載の燃焼室。 １３、前記壁は上流部分を有し、前記上流部分は軸方向
    に隔置された群として配置される窓を有し、各群は３列
    の窓を有し、各列の窓は円周方向に隔置されている、請
    求項１０ないし１２の任意の項記載の燃焼室。 １４、前記壁は下流部分を有し、前記下流部分は軸方向
    に隔置される群として配置される窓を有し、各群は２列
    の窓を有し、各列の窓は円周方向に隔置されている、請
    求項１３記載の燃焼室。
JP1173862A 1988-08-17 1989-07-05 ガスタービンエンジンの燃焼室 Pending JPH0275819A (ja)

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GB8819537.5 1988-08-17
GB8819537A GB2221979B (en) 1988-08-17 1988-08-17 A combustion chamber for a gas turbine engine

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GB (1) GB2221979B (ja)

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