JPH0333906B2 - - Google Patents

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料系に係
り、更に詳細にはガスタービンエンジンの始動を
改善する方法及び装置に係る。

本発明は燃料を燃焼器へ供給する互いに均等に
隔置された複数個の二重燃料ノズルを含む環形の
燃焼器に於けるエンジンの始動の問題を解決せん
とするものである。本明細書に於て、「二重燃料
ノズル」とは、プライマリ燃料系とセカンダリ燃
料系とを収納する単一の燃料ノズルを意味してお
り、各燃料系はそれぞれプライマリノズル及びセ
カンダリノズルと呼ばれる。かかる型式のバーナ
構造に於ては、本願出願人であるユナイテツド・
テクノロジーズ・コーポレイシヨンのPratt ＆
Whitney Aircraft Groupにより製造されてい
るJT9Dエンジンの場合の如く、各燃料ノズルは
互いに同一であり、各燃料ノズルは実質的に同一
量の燃料を燃焼器へ供給するようになつている。
典型的には、かかる二重燃料ノズルに於ては、プ
ライマリノズルはエンジン運転領域全体に亙つて
作動し、例えばアイドル運転時には全燃料量の75
％を供給し、離陸時には全燃料量の10％を供給す
る。またセカンダリノズルは高推力運転時にのみ
使用され、アイドル運転時には全燃料量の30％を
供給し、離陸時には全燃料量の90％を供給する。
全燃料流量は燃料制御装置により計量され、分流
弁によりこれらのノズルと連通する燃料マニホー
ルドへ分配される。

例えば上述のJT9Dエンジンの如く、従来のガ
スタービンエンジンに於ては、全ての燃料ノズル
へ始動燃料流（全体で600〜800ポンド／時（272
〜363Kg／時））が供給され、上述の如く燃料は全
ての燃料ノズルに均等に分配される。燃料は一般
的には圧力により霧化若しくは気化され、空気と
混合されて可燃性の混合気に形成される。燃焼は
その混合気を少なくとも燃焼が発生するまでの或
る時間の間励起された状態にある高エネルギイグ
ナイタに曝すことにより開始される。

燃焼器及びエンジン内に於ては種々の機械的制
約があるので、最適始動温度以外の条件下（例え
ば低温日）に於けるエンジンの始動や燃料ノズル
及びイグナイタの構造が最適状態にはない状況に
於けるエンジンの始動に際しては、オペレータは
燃料流量を増大させてエンジンの始動を行なう。
かかる状況に於てはエンジンの始動に要する時間
が長くなり、また燃料は燃焼室内に蓄積し若しく
は液滴を形成するので、エンジンの始動は好まし
からざるホツトスタートの状態となり、圧縮機の
失速を誘発する可能性が増大する。

本願発明者等は、環形燃焼器内の対称的な燃料
ノズル／燃料噴射系を非対称的な燃料ノズル／燃
料噴射系とすることにより、エンジンの始動性及
び始動時間を改善し得ることを見出した。本発明
によれば、イグナイタが設けられていないプライ
マリ燃料ノズルの全てに簡単な流路絞りが組込ま
れ、イグナイタが設けられたプライマリノズルに
は絞りが設けられない。従つて、適宜な位置に流
路絞りを追加するという簡単な手段により始動特
性が改善される。例えばツインイグナイタ系に於
ては20個の燃料ノズルのうち18個の燃料ノズルに
絞りが設けられる。このことにより既存の部材を
そのまま使用することができ、燃料流量要件及び
その燃料計量／分配系を変更する必要がない。例
えば或る限られた数のプライマリノズルを栓塞し
たり、イグナイタが設けられた燃料ノズルの流れ
特性を変更するなどの如く、エンジンの最適始動
を達成する他の手段も本発明の範囲内に含まれる
ものである。本発明の重要な特徴は、最適の始動
特性を得るべく、イグナイタへ分配される燃料の
量が予め確かめられ、既に確立されている量の燃
料を分配する燃料分配系からの燃料が非対称分配
パターンにて再分配され、これによりイグナイタ
ノズルへ所要の予め定められた量の燃料が供給さ
れるということである。

このことにより絞りを設けられていない燃料ノ
ズルに於ける燃料量を増大しつつ、絞りが設けら
れた燃料ノズルに於ける燃料の量を制限すること
ができる。エンジンの最適始動を達成すべく、絞
りを設けられていない燃料ノズル内に於ける燃料
の量が予め確かめられる。従つて絞りの大きさは
絞りを設けられていないノズルに必要とされる量
の燃料を供給し得るよう予め決定される。

本発明の目的は、環形燃焼器を組込まれたガス
タービンエンジンのための改良された始動装置を
提供することである。本発明の一つの特徴は、エ
ンジンの最適始動を達成すべくイグナイタ燃料ノ
ズルへ供給される必要のある燃料の量を確立し、
燃料ノズルへ予め選定された量の燃料を供給し得
るよう非対称パターンにて燃料ノズルへ供給され
る燃料を再分配することである。本発明の他の一
つの特徴は、イグナイタに関連していない各燃料
ノズルがその上流側に設けられた絞りを含むよ
う、二重燃料ノズルのプライマリ燃料ノズルに於
ける燃料流パターンを修正することである。かか
る燃料ノズル系は既存の構成要素をただ単に修正
するだけであり、低廉であり、また全ての燃料ノ
ズルが互いに同一であつてよいという特徴を有し
ている。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例
について詳細に説明する。

本発明の好ましい実施例は、20個の二重燃料ノ
ズルが燃焼器のドームに対称的に互いに隔置して
設けられたガスタービンエンジンのための環形燃
焼器に使用されるものであるが、燃料ノズルの位
置及び数は本発明の範囲を制限するものではな
い。本発明は二重燃料ノズル系内に均一に燃料が
流れる環形燃焼器に於ける始動の問題を解決する
ものである。上述の如き二重燃料ノズル系に於て
改善された始動特性を達成する方法は、最適始動
が必要とされる条件下に於てイグナイタへ供給さ
れるべき燃料の量を予め確かめることである。ひ
とたびこの値が確定され、燃料系により計量され
て各燃料ノズルへ供給される全燃料量が解れば、
イグナイタに関連するプライマリ燃料ノズル内に
所要量の燃料を流すべく、対称的な燃料分配パタ
ーンを非対称パターンに変更することができる。
本明細書に於ては所要の燃料をイグナイタへ供給
すべく設けられた燃料ノズルをイグナイタ燃料ノ
ズルと指称し、それ以外の燃料ノズルを非イグナ
イタ燃料ノズルと指称することとする。

第１図及び第２図に於て符号１０にて全体的に
示された環形燃焼器は、従来のルーバ型に構成さ
れたアウタ環状部材１４と、アウタ環状部材１４
より半径方向内方に隔置され且アウタ環状部材１
４と同心状に装着されたルーバ構造を有するイン
ナ環状部材１２とにより郭定されている。燃焼生
成物の流れ方向に見て上流側の燃焼器の端部はド
ーム１６により閉じられており、ドーム１６は周
縁方向に隔置された複数個（20個）の孔２０を有
しており、孔２０はデイフユーザケース２６によ
り適宜に支持された20個（第１図に於てはその一
つのみが図示されている）の燃料ノズル２２を受
けるようになつている。また環形燃焼器の前端は
アウタ環状部材１４及びインナ環状部材１２に取
付けられたフード２４内に収納されている。この
環形燃焼器及びこれに関連する燃料ノズルの詳細
な点については便宜及び簡略化の目的で本明細書
に於ては省略するが、これらの詳細な点について
は上述のJT9Dエンジンを参照されたい。

各燃料ノズル２２はエンジン運転サイクルの全
体に亙つてプライマリノズルを経て、また高推力
運転時にのみセカンダリノズルを経て燃料を連続
的に供給するよう構成された二重燃料ノズルであ
る。典型的には、また第２図に示されている如
く、かかる環形燃焼器は二つのイグナイタ３０を
担持している。イグナイタ３０も市販のものであ
り、この場合燃料ノズルからの軸線方向距離に対
するドーム１６の高さの比が0.5〜1.0の範囲内の
ものである。

本発明によれば、プライマリ燃料導管３４（そ
のうちの一つのみが図示されている）のうちの18
個の燃料導管には、プライマリノズルの出口より
上流側の位置に適当な絞り３２が設けられてい
る。セカンダリ燃料導管３６（そのうちの一つの
みが図示されている）には絞りは設けられていな
い。即ちこの好ましい実施例に於ては、第２図に
示されている如く、位置Ａ及びＢに於ける燃料ノ
ズルは変更されていないが、イグナイタ３０と整
合していない他の位置に於ける残りの18個の燃料
ノズルの全てのプライマリノズルは上流側絞り３
２を含むよう修正されている。

１個の燃料ノズル当り30ポンド／時（13.6Kg／
時）の燃料を流す既存の均一な燃料ノズル系が使
用され、18個の絞り通路を含むよう修正された実
際の実施例に於ては、イグナイタ燃料ノズルへ供
給される燃料が52ポンド／時（23.6Kg／時）であ
る最適の点火が確立された。18個の非イグナイタ
プライマリノズルへの燃料流を制限して燃料流を
約28ポンド／時（12.7Kg／時）に低減するだけ
で、燃料系の他の部分を変更せずにイグナイタ燃
料ノズル内に於ける燃料が増大した。

プライマリノズルの燃料流量は高出力運転時に
於ける全燃料流量の10％でしかないので、上述の
如き修正はエンジンの性能及び圧力効果に対し殆
ど重大な影響を及ぼすものではなかつた。またプ
ライマリノズルの燃料流量が全燃料流量の大部分
（例えば50〜75％）を占めるアイドル運転時に於
ては、絞りを有する燃料通路はエンジンの作動に
対し大きな影響を有しており、かかる影響は好ま
しいものであつた。また上述の如き燃料系はエン
ジンの始動時間を低減し、またエンジンのホツト
スタートや圧縮機の失速を最小限に抑えるもので
あつた。

以上に於ては本発明を特定の実施例について詳
細に説明したが、本発明はかかる実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の範囲内にて種々の実
施例が可能であることは当業者にとつて明らかで
あろう。

【図面の簡単な説明】

第１図はプライマリ燃料系及びセカンダリ燃料
系を有する二重燃料ノズルを組込まれた典型的な
環形燃焼器を示す解図的部分断面図である。第２
図は典型的な燃焼系に於けるイグナイタに対する
燃料ノズルの位置関係を示す解図である。 １０…環形燃焼器、１２…インナ環状部材、１
４…アウタ環状部材、１６…ドーム、２０…孔、
２２…燃料ノズル、２４…フード、２６…デイフ
ユーザケース、３０…イグナイタ、３２…絞り、
３４…プライマリ燃料導管、３６…セカンダリ燃
料導管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも一つのイグナイタを備える環状の
   燃焼器を有するガスタービンエンジンの燃料装置
   にして、 前記燃焼器に燃料を導くため円周方向に隔置さ
   れた複数の二重燃料ノズルと、 前記二重燃料ノズルの各々はエンジン運転領域
   全体に亙つて前記燃焼器へ連続的に燃料を流すプ
   ライマリ燃料装置と、エンジン運転領域のうち高
   推力運転領域に於てのみ前記燃焼器へ燃料を流す
   セカンダリ燃料装置と、を含むことと、 前記二重燃料ノズルの少なくとも一つは前記ガ
   スタービンエンジンを始動させるとき所定量の燃
   料を前記イグナイタに供給するために前記イグナ
   イタに付属して設けられていることと、 前記二重燃料ノズルの各々へ所定量の燃料を非
   対称的に分配する装置であつて、前記イグナイタ
   が付設された二重燃料ノズルのプライマリ燃料装
   置に対しては該イグナイタが付設された二重燃料
   ノズル以外の他の全ての二重燃料ノズルのプライ
   マリ燃料装置へ供給される燃料流量より多い燃料
   流量を供給するように構成された装置と、 を含むことを特徴する燃料装置。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載された燃料装置
   にして、前記イグナイタが付設されていない二重
   燃料ノズルのプライマリ燃料装置の各々に対して
   前記イグナイタより上流側に配置された固定絞り
   装置を含むことを特徴とする燃料装置。 ３ 環状の燃焼器と前記燃焼器の円周方向に対称
   的に配置された複数の二重燃料ノズルとを有し、
   前記二重燃料ノズルの各々は所定量の燃料が供給
   されるように構成されたプライマリ燃料装置とセ
   カンダリ燃料装置とを含み、少なくとも一つのイ
   グナイタが前記二重燃料ノズルの少なくとも一つ
   に付設されているが如き形式のガスタービンエン
   ジンの燃料装置を始動する方法にして、 前記燃焼器を最適に始動するべく前記イグナイ
   タが付設された二重燃料ノズルの一つによつて該
   二重燃料ノズルに付設されたイグナイタに対して
   供給すべく燃料流量を予め定めることと、 前記所定量の燃料を前記二重燃料ノズルの全て
   のプライマリ燃料装置に対して非対称的な分配パ
   ターンにて再分配し、前工程で予め定められた量
   の燃料流量を前記イグナイタが付設された二重燃
   料ノズルのプライマリ燃料装置を経由して供給
   し、前工程で予め定められた量の燃料流量より少
   ない量の燃料を前記イグナイタが付設された二重
   燃料ノズル以外の全ての二重燃料ノズルのプライ
   マリ燃料装置を経由して供給することと、 の各工程を含むことを特徴とする始動方法。 ４ 特許請求の範囲第３項に記載された燃料装置
   の始動方法にして、前記イグナイタが付設されて
   いない二重燃料ノズルのプライマリ燃料装置の
   各々に対しては固定された絞り装置を経由して燃
   料を供給することを含むことを特徴とする方法。