JPH04227417A - ガスタービンエンジンの燃焼器 - Google Patents

ガスタービンエンジンの燃焼器

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JPH04227417A
JPH04227417A JP3204442A JP20444291A JPH04227417A JP H04227417 A JPH04227417 A JP H04227417A JP 3204442 A JP3204442 A JP 3204442A JP 20444291 A JP20444291 A JP 20444291A JP H04227417 A JPH04227417 A JP H04227417A
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JP
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turbine engine
cooling air
gas turbine
heat shield
combustor
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JP3204442A
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John S Richardson
ジョン・スタンリー・リチャードソン
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Rolls Royce PLC
Original Assignee
Rolls Royce PLC
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Publication date
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    • 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
    • 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
    • F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/04—Air inlet arrangements
    • F23R3/10—Air inlet arrangements for primary air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05B2260/221—Improvement of heat transfer
    • F05B2260/224—Improvement of heat transfer by increasing the heat transfer surface
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  • General Engineering & Computer Science (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】
【０００１】本発明はガスタービンエンジン燃焼器に関
し、殊に円環形燃焼器の上流端における壁の熱保護に関
する。
【０００２】近代のガスタービンエンジンは普通、ほぼ
円環形形態の燃焼器を具えている。通常数個の燃料バー
ナを受承するように適当な窓を有する壁または隔壁が燃
焼器の上流端に設けられる。燃料バーナは隔壁の回りに
等間隔に配置され、燃料を燃焼器に送って、中の燃焼を
維持する。したがって燃焼器隔壁は通常、燃焼器内で起
こっている高温の燃焼過程に接近していて、熱損傷を受
け易い。
【０００３】燃焼過程の直接効果から隔壁を保護する一
方法はその弱い部分に遮勢板を配置することである。代
表的には、各遮熱板は対応する燃料バーナに連合し、半
径方向内方および外方の隔壁端部に向けて半径方向に延
在すると共に隣りの遮熱板に衝接するように円周方向に
延在する。各遮熱板は隔壁から隔置されていて、両者間
に狭い空間が画成される。遮熱板の冷却を与えるために
この空間に冷却空気が送られ、遮熱板と隔壁を許容し得
る低温度に保つ。
【０００４】実際に、過度の量の冷却空気を用いること
なく、遮熱板の各々の大半が許容し得る低温度に保たれ
るのを保証することは困難であると判った。冷却空気は
通常、ガスタービンエンジン圧縮機によって圧縮された
空気であるから、冷却の目的でこの空気を過大に使用す
ることは、エンジン全体効率に与える有害な影響を考え
ると、望ましくない。
【０００５】冷却に使用する空気をより効果的に使用す
るような形態を有する遮熱板が設けられた隔壁を有する
ガスタービンエンジン円環形燃焼器を与えることが、本
発明の一目的である。
【０００６】本発明によれば、ガスタービンエンジン燃
焼器はその上流端に隔壁を含み、該隔壁は複数の窓を有
し、各窓は１個の燃料バーナを受承するようにされ、該
窓の縦軸線は仮想表面の形成線を構成し、該仮想表面の
軸線は燃焼器の縦軸線と同軸線上にあり、燃焼器はまた
該隔壁の下流面にその熱遮蔽を与えるように配置される
複数の遮熱板を有し、各遮熱板は該燃料バーナ窓の対応
する一つと連合し、対応する燃料バーナ窓を自体も有し
、該遮熱板の各々と該隔壁とを隔置して、両者間に対応
する窓が画成するようにする装置が設けられ、該遮熱板
の各々の外周近くの位置にて該室の中に冷却空気を通し
て送るための複数のさらに別の窓を該隔壁が有し、該室
の各々の中にある冷却空気の一部がその連合する燃料バ
ーナ窓の縦軸線を含む放射面にほぼ向って流れるように
、各室を小区分する装置が設けられ、続いて冷却空気を
室の各々から排出する装置が設けられる。
【０００７】以下に添付図面を参照しつつ、例示により
本発明を説明する。
【０００８】図１を参照すると、ダクテッドファン・ガ
スタービンエンジン１０は従来構造のもので、軸方向流
れの順序に、ダクテッドファン１１、圧縮機１２、燃焼
装置１３、タービン１４および推進ノズル１５を含む。 エンジン１０の作動は従来通りで、ファン１１および圧
縮機１２によって圧縮された空気が燃料と混合され、こ
の混合気が燃焼装置１３内で燃焼される。生じた燃焼生
成物はつぎにタービン１４を通って膨張し、タービンは
ファン１１と圧縮機１２を駆動し、燃焼生成物は推進ノ
ズル１５を通して排気される。推力は推進ノズル１５の
排気と、ファン１１から排出される空気流の部分との双
方によって与えられる。
【０００９】燃焼装置１３は円環形燃焼器１６を含み、
その一部の上流端が図２に、より明らかに示される。燃
焼器１６は半径方向内方および外方の円環壁１７、１８
を有し、この両壁はその上流端が隔壁１９によって連結
され、隔壁の中央部はほぼ平面で、半径方向に延在する
。隔壁１９の半径内方および外方の端部２０、２１は燃
焼器壁１７、１８に融合するような形態をとる。燃焼器
壁１７、１８は隔壁１９の上流に延在して、複数の空気
入口２２を画成する。空気入口２２には、ほぼ矢印Ｘの
方向に流れる。圧縮機１２からの空気が送られる。
【００１０】隔壁１９には複数の窓２３が設けられ、そ
の各々が燃料バーナ２４の出口端を受承する。窓２３は
隔壁１９をめぐって等間隔に配置されて、その縦軸線２
５は実質的に円筒状の仮想表面２６の形成線となる。し
かし、窓の縦軸線２５は半径方向外方にひろがるように
傾斜することができるのは当然である。この場合、仮想
表面２６は実質的に截頭円錐形となるであろう。
【００１１】図３で判るように、仮想円筒表面２６の軸
線は燃焼機１６の縦軸線と同軸線上にあり、該縦軸線自
体はエンジン１０の縦軸線と同軸線上にある。
【００１２】図４を参照すると、各燃料バーナ２４とそ
の対応する隔壁窓２３との間に、円環形シール２７が介
在する。シール２７は、熱的不整合によって生ずる問題
を考慮に入れて、燃料バーナ２４と窓２３の間の半径方
向の限定された量の動きを許すと同時に、両者間のガス
漏れを少なくする。
【００１３】隔壁１９は、燃焼器１６内で起きる燃焼過
程から生ずる過熱に殊に弱い。隔壁１９の熱遮蔽を与え
るために、複数の遮熱板２８が隔壁１９の下流面の半径
方向延在部に取付けられる。各遮熱板２８と一体になっ
た４本のボルト２８ａがその取付けを助ける。
【００１４】各遮熱板２８には半径方向に延在する縁２
９が設けられ、縁２９は隣りの遮熱板２８の対応する縁
２９に衝接するか、極く近接する。よって遮熱板２８は
協働して、全円環形遮蔽を画成する。
【００１５】各遮熱板２８は対応する燃料バーナ窓２３
と連合し、それ自体に同様の燃料バーナ窓３０が設けら
れる。よって、図４で判るように、隔壁窓２３と遮熱板
窓３０は、シール２７、ひいては燃料バーナ２４を収容
するように軸線方向に整合する。
【００１６】遮熱板２８は全て同様な構成である。従っ
て１個だけの遮熱板２８を参照して説明する。
【００１７】遮熱板２８の上流面は隔壁１９の下流面中
央部から隔置されているので、両者間に室３１が画成さ
れる。隔壁１９と遮熱板２８の隔置、および室３１の画
成は、遮熱板２８の上流面上に一体形成される数個のフ
ランジによって行われる。しかし、フランジの幾つか、
または全部は、そうしたければ、代りに隔壁１９の下流
面に形成することができるであろうことは明らかである
。
【００１８】特に図５を参照すると、遮熱板２８には、
その外周をめぐって延在するフランジ３２と、フランジ
３２に協働して遮熱板２８の半径方向内方端および外方
端にて円周方向に延在する隔室３４、３５を室３１の中
に画成するフランジ３３とが設けられる。室３１の残り
は、燃料バーナ窓３０の回りに設けられた円環形フラン
ジ３７に向って遮熱板２８の半径方向延在縁２９から円
周方向に延在し、該フランジ３７の手前で終る４個のフ
ランジ３６によって小分割される。
【００１９】空気入口２２から入る空気流の一部である
冷却空気は、図６に示されるように、隔壁１９にある複
数の窓３８、３９を通して室３１の中に送られる。窓３
８は、円周方向に延在する隔室３４、３５に冷却空気を
送るように配置されるのに対し、窓３８よりも直径の小
さい窓３９は室３１の残りの部分に冷却空気を送る。窓
３８、３９を通過する冷却空気は遮熱板２８の上流面の
部分に衝突して、これらの部分の局部的衝突冷却を与え
る。
【００２０】図４に示されるように、隔室３４、３５を
部分的に画成する遮熱板２８の部分は、遮熱板２８の残
りの部分よりも深い。これは遮熱板２８の半径方向内方
および外方の端近くにそれぞれ小面４０、４１を画成す
るためである。小面４０、４１は共に仮想表面２６に対
面し、多数の小窓４２が設けられて、これを通して隔室
３４、３５からの冷却空気が排出される。小面４０、４
１は遮熱板１９の残りの部分に対して傾斜しており、小
窓４２から出た冷却空気が遮熱板１９の下流面をほぼ蔽
って流れて、この下流面に或る量の薄膜冷却を与えるよ
うになっている。半径方向内方および外方の端のフラン
ジ３２の部分に補足の冷却窓４９が設けられ、窓４９か
ら出る空気は隔壁１９の半径方向内方および外方の端２
０、２１の冷却を与える。
【００２１】冷却空気窓３９は、遮熱板２８の外方縁近
くの室３１の領域に冷却空気を送るように、隔壁１９上
に配置される。遮熱板２８の半径方向に延在する縁２９
の近くの冷却窓３９を通って室３１に入る冷却空気はつ
ぎに、燃料バーナ窓３０の縦軸線を含む放射面４３にほ
ぼ向って流れる。冷却空気は４個のフランジ３６によっ
てこの方向に流れるように制約される。遮熱板２８の上
流面にフランジ３６の間に設けられたペデスタル４４は
、冷却空気流と遮熱板２８との間に有効な熱交換関係を
樹立することを保証する。
【００２２】燃料バーナ窓３０の回りの円環形フランジ
３７に、その全周をめぐって窓４５が設けられる。フラ
ンジ３６によって制約される冷却空気流の大半は窓４５
の幾つかを通って室３１から排出されて、フランジ３７
から半径方向に隔置されるシール２７に衝突する。よっ
て、遮熱板２８の半径方向に延在する縁２９に近い窓３
９を通る冷却空気流は遮熱板２８の一部の対流冷却と、
シール２７の一部の衝突冷却との両方を与える。つぎに
冷却空気は燃焼器１８内に流れ、そこで生ずる燃焼過程
に参加する。
【００２３】遮熱板２８の半径方向内方および外方の縁
の近くの窓３９を通って室３１に入る冷却空気はフラン
ジ３２によって制約されて、ほぼ仮想円筒表面２６に向
って流れる。遮熱板２８の上流面に設けられている、さ
らに別のペデスタル４６の回りを冷却空気が流れて、再
び冷却空気と遮熱板２８の間の秀れた熱交換関係を保証
する。
【００２４】ペデスタル４６の回りを流れた後、冷却空
気の或るものは円形フランジ３７にある残りの窓４５を
通って、シール２７を衝突冷却する。残りの冷却空気は
、遮熱板２８上に、４個のフランジ３６と前記別のペデ
スタル４６の中間にある複数の薄膜冷却孔４７を通って
、室３１から排出される。薄膜冷却孔４７から出た冷却
空気はつぎに遮熱板２８の下流面上を、ほぼ仮想円筒表
面２６に向って流れ続けて、その面の薄膜冷却を与え、
続いて、燃焼器１８内で起きている燃焼過程に参加する
ことになる。
【００２５】従って、各遮熱板２８は、衝突冷却、対流
冷却および薄膜冷却によって広く冷却されることが、以
上で明らかであろう。さらに、冷却空気は概して燃料バ
ーナ２４に向って流れるので、燃料バーナ２４に最も近
く、冷却が通常、最も難かしい遮熱板２８の部分が実際
に、効果的に冷却されることになる。
【００２６】本発明によって与えられるいま一つの利点
は、薄膜冷却孔４７から出た冷却空気の薄膜が燃焼器１
８内の上流の一次燃焼区域内で望ましい循環流を引き起
こす傾向があることである。
【００２７】従って本発明は、遮熱板２８の衝突冷却と
対流冷却、そして遮熱板２８の薄膜冷却またはシール３
７の衝突冷却の何れかに、同じ空気が順次使用されるこ
とから、冷却空気を非常に効果的に利用する。遮熱板２
８は従って隔壁１９の有効な熱保護を与える。
【００２８】状況によっては、薄膜冷却孔４７から冷却
空気を出すことによる遮熱板２８の下流面の薄膜冷却を
避けたいこともある。そのような状況においては、冷却
孔４７を削除し、さきに薄膜冷却孔４７に隣接していた
フランジ３２の部分もその区域の遮熱板２８の部分とも
に削除することができよう。よって、室３１からの冷却
空気のあるものは、仮想円筒表面にほぼ向って流れた後
、円周方向に隣接する遮熱板２８の間に画成される隙間
を通して排出されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による燃焼器を有するダクテッドファン
・ガスタービンエンジンの側面図である。
【図２】本発明による燃焼器の上流端の一部の、該燃焼
器の燃料バーナの１個を示す側断面図である。
【図３】判り易くするために燃料バーナが省いてある、
本発明による燃焼器の遮熱板の一つを図２の矢印Ａの方
向に見た図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図５】図３に示す遮熱板の上流面の図である。
【図６】判り易くするための燃料バーナとシールを省い
てある、図２の矢印Ｃの方向に見た図である。
【符号の説明】
１６　　燃焼器 １７、１８　　燃焼器壁 １９　　隔壁 ２３　　燃料バーナ窓 ２４　　燃料バーナ ２７　　シール ２８　　遮熱板 ３０　　燃料バーナ窓 ３１　　室 ３２　　フランジ ３３　　フランジ ３５　　隔壁 ３６　　フランジ ３７　　円環形フランジ ３８、３９　　窓 ４４、４６　　ペデスタル

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　上流端に隔壁を含むガスタービンエン
    ジン円環形燃焼器であって、該隔壁は複数の窓を有し、
    各窓は燃料バーナを受承するようにされ、該窓の縦軸線
    は仮想表面の形成線を構成し、該仮想表面の軸線は該燃
    焼器の縦軸線と同軸線上にあり、該燃焼器は該隔壁の下
    流面にその熱遮蔽を与えるように配置される複数の遮熱
    板を有し、各遮熱板は該燃料バーナ窓の対応する一つと
    連合し、対応する燃料バーナ窓を自体も有し、該遮熱板
    の各々と該隔壁とを隔置して、両者間に対応する室が画
    成されるようにする装置が設けられ、該遮熱板の各々の
    外周近くの位置にて該室の中に冷却空気を通して送るた
    めの複数のさらに別の窓を該隔壁が有し、該各室に送ら
    れた該冷却空気の一部がその連合する燃料バーナ窓の縦
    軸線を含む放射面にほぼ向って流れ、該冷却空気の残部
    が仮想表面にほぼ向って流れるように、該室の各々を小
    区分する装置が設けられ、引続いて該冷却空気を該室の
    各々から排出する装置が設けられる、ガスタービンエン
    ジン円環形燃焼器。
  2. 【請求項２】　　引続き該冷却空気を該室の各々から排
    出するために設けられた該装置は該遮熱板の各々にある
    複数の窓を含み、該窓は該室の部分と該遮熱板の下流面
    を連通し、該室から排出される該冷却空気の少なくとも
    或る量を該遮熱板下流面の少なくとも部分の上に向けて
    流すように配置されていて、その薄膜冷却を与えるよう
    になっている、請求項１のガスタービンエンジン円環形
    燃焼器。
  3. 【請求項３】　　該冷却空気の薄膜はほぼ該仮想表面に
    向けて送られる、請求項２のガスタービンエンジンの円
    環形燃焼器。
  4. 【請求項４】　　該遮熱板の各々と該隔壁とを隔置する
    ために設けられた該装置は該遮熱板および該隔壁の一つ
    と一体である、請求項１のガスタービンエンジン燃焼器
    。
  5. 【請求項５】　　該遮熱板の各々と該隔壁とを隔置する
    ために設けられた該装置は該遮熱板の各々の外周をめぐ
    って設けられるフランジを含み、該各フランジは、該隔
    壁および遮熱板の間に画成される該室の周囲限界を画成
    する補助的な役目を果す、請求項４のガスタービンエン
    ジン円環形燃焼器。
  6. 【請求項６】　　該室の部分を画成するのに役立つ該遮
    熱板の表面の部分は、該遮熱板とそこを流れる該冷却空
    気の間の熱交換関係を高めるように変形されている、請
    求項１のガスタービンエンジン円環形燃焼器。
  7. 【請求項７】　　該遮熱板表面はその上にペデスタルを
    設けて、そのように変形される、請求項６のガスタービ
    ンエンジン円環形燃焼器。
  8. 【請求項８】　　該隔壁にある該燃料バーナ窓の各々に
    シールが設けられ、該隔壁と該燃料バーナの間の限定さ
    れた度合の半径運動を作動自在に許容すると同時に、該
    燃料バーナと該隔壁の間のガスシールを与えるように、
    該隔壁と、該窓の中に作動自在に配置される燃料バーナ
    との間に介在するように該シールが配置されている、請
    求項１のガスタービンエンジン円環形燃焼器。
  9. 【請求項９】　　該室の各々の内周を画成するために、
    画遮熱板の各々にある該燃料バーナ窓の回りにフランジ
    が設けられ、該隔壁にある対応する燃料バーナ窓のシー
    ルから該フランジの各々が半径方向に隔置される、請求
    項８のガスタービンエンジン円環形燃焼器。
  10. 【請求項１０】　　該遮熱板の燃料バーナ窓の回りの該
    フランジに複数の冷却空気孔が設けられていて、該室内
    の冷却空気のいくらかが該冷却空気孔を通って排出され
    て該シールの冷却を与えることになる、請求項９のガス
    タービンエンジン円環形燃焼器。
  11. 【請求項１１】　　該遮熱板と該隔壁の間に画成される
    該室の各々の内部がフランジによって小区分されていて
    、該シールの冷却の大半を与える冷却空気は、該燃料バ
    ーナ窓の軸線を含む該放射面にほぼ向って流れる該室内
    の冷却空気流から主として得られる、請求項１０のガス
    タービンエンジン円環形燃焼器。
  12. 【請求項１２】　　該遮熱板の各々の対向する端部がそ
    れぞれの遮熱板の残部に対して傾斜した小面を画成する
    ような形態を有し、窓を有していて、該小面の窓を通し
    て該室から冷却空気が排出されて該遮熱板の下流面を横
    切って流れることになる、請求項１のガスタービンエン
    ジン円環形燃焼器。
  13. 【請求項１３】　　該遮熱板の各々に該小面の２個づつ
    が設けられ、その１個は該遮熱板の半径方向外方端部に
    あり、他の１個は該遮熱板の半径方向内方端部にある、
    請求項１２のガスタービンエンジン円環形燃焼器。
  14. 【請求項１４】　　該遮熱板と該隔壁の間に画成される
    該室の各々はフランジによってさらに小区分されて、該
    遮熱板の各々の半径方向内方および外方端部の各々に、
    区別された円周方向に延在する隔室を画成し、該隔室の
    中に冷却空気を向けるための装置が設けられ、該小面は
    該隔室を部分画成するのに役立つ、請求項１３のガスタ
    ービンエンジン円環形燃焼器。
  15. 【請求項１５】　　該円周方向に延在する隔室の各々に
    補足の冷却空気孔を有し、該孔は、該燃焼器の縦軸線に
    直角な方向に、該隔室からの冷却空気を、該遮熱板の各
    々の半径方向内方および外方端部から離れるように流し
    て、該燃焼器の補足の薄膜冷却を与える、請求項１４の
    ガスタービンエンジン円環形燃焼器。
  16. 【請求項１６】　　該仮想表面は実質的に円筒形である
    、請求項１のガスタービンエンジン円環形燃焼器。
JP3204442A 1990-08-16 1991-08-14 ガスタービンエンジンの燃焼器 Withdrawn JPH04227417A (ja)

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