JPH06213443A - ガスタービンエンジン燃焼器 - Google Patents

ガスタービンエンジン燃焼器

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JPH06213443A
JPH06213443A JP5249494A JP24949493A JPH06213443A JP H06213443 A JPH06213443 A JP H06213443A JP 5249494 A JP5249494 A JP 5249494A JP 24949493 A JP24949493 A JP 24949493A JP H06213443 A JPH06213443 A JP H06213443A
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JP
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gas turbine
turbine engine
chamber
cooling air
combustor
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JP5249494A
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English (en)
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Richard P North
リチャード・フィリップ・ノース
Christopher P Madden
クリストファー・ポール・マッデン
Christopher S Parkin
クリストファー・スティーブン・パーキン
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Rolls Royce PLC
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Rolls Royce PLC
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/002Wall structures
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00Function
    • F05B2260/20Heat transfer, e.g. cooling
    • F05B2260/202Heat transfer, e.g. cooling by film cooling

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃焼器の冷却を行い、有害な放出物を減少す
るために有効なガスタービンエンジン燃焼器の提供。 【構成】 ガスタービンエンジン燃焼器(20)は、そ
の壁が冷却空気を室(21)の内側に流すようにその中
に伸びる複数の穴を有する燃焼室(21)を有する。穴
(32)は、室(21)を通って流れるガス流の通常の
方向に直角または傾斜しており、室(21)の壁の部分
に対して傾斜している方向に排出するように構成され及
び配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ガスタービンエンジン
燃焼器に関し、特に、燃焼器が空気が供給され、それを
利用する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ガスタービンエンジンは、通常、燃料噴
射ノズルまたはノズルを通してその上流端に燃料が導入
される燃焼器を有する。このように導入された空気は、
2つの目的を果たす。すなわち、それは、室内に生じる
燃焼プロセスをサポートし、室の冷却を行う。
【0003】冷却を目的として燃焼室に空気を導入する
1つの方法は、燃焼室内に配置された穴及びまた通常、
室の上流端に配置され且つ燃料射出ノズルを包囲する熱
のシールドの穴を通すことである。このように冷却され
た燃焼室は、英国特許第2221979Aに開示されて
いる。穴は、熱シールドにおいて、それらを通って燃料
ノズルに向けるように配置されている。燃焼室のこれら
の穴は、それらを通る空気をほぼ下流に向けるように配
置する。双方の場合において、空気は、壁の内面上に薄
層を形成して壁がオーバーヒートしないことを保証す
る。
【0004】壁を越える主ガス流に対して45°の角度
で壁の傾斜穴を通る冷却空気の流れを側方に噴射するこ
とは、1976年9月オハイオ州ジュリーブランドのロ
イスリサーチセンター44135のレイモンドSコラデ
ィ及びロイスMラッセルの「直角、傾斜及び成分角度射
出によってディスクリートホールフィルム冷却のストリ
ークライン流の視覚化」と題したNASA技術ノートT
N−8248から知られている。
【0005】これらの構成において、与えられた空気流
において、通常の望ましい程度に有効に冷却するために
室内に空気を導入するための構成は見いだされない。さ
らに炭素の堆積が生じ、室から一酸化炭素、不燃性の炭
化水素、煙り及び窒素酸化物の有害な放出が法定の制限
以下であることを保証することは困難である。これらの
放出物は、冷却空気フィルムに堆積する傾向があり、そ
れらが燃焼プロセスによって燃焼する機会を有する前
に、フィルムの室の外側に掃き出される。さらに1つの
問題は、有効な冷却を保証するために比較的大量の空気
が必要とされることである。これは、主に燃焼プロセス
内に占める空気の量が制限され、それによって有効な燃
焼に対して悪影響を与える。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、燃焼
器の冷却及び有害な放出を減少するためにさらに有孔に
使用されるガスタービンエンジン燃焼器を提供すること
である。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、ガスタ
ービンエンジン燃焼器は、加圧冷却空気の領域を分離す
る壁であって、その壁を貫通して伸びる多数の穴を有
し、動作時にそれを通って前記冷却空気が前記室に入る
壁によって規定された燃焼室からなり、前記穴は、前記
燃焼室内でガス流の通常の方向にほぼ直角であり、燃焼
室の壁の部分に対して斜めである流れの方向に前記空気
を向けるように形成され配置されている。
【0008】
【実施例】本発明の一実施例を図面を参照しながら説明
する。
【0009】第1図を参照すると、全体が参照符号10
で示されるバイパスガスタービンエンジンは、ほぼ従来
の形状である。それは低圧及び高圧コンプレッサ11及
び12、燃焼装置13、高圧及び低圧タービン14及び
15及び排出ノズル16からなる。低圧コンプレッサ1
1によって圧縮された空気は、2つの流れに分けられ
る。第1の流れは、排出ノズル16内のエンジン排出ガ
スと混合するためにエンジン10のまわりに配置された
環状のバイパスダクト17を通過する。第2の流れは、
燃焼装置13に向かう前にさらに圧縮するために高圧コ
ンプレッサ12に向けられる。そこで燃料と混合され、
混合体が燃焼される。その結果生じる燃焼物は、ノズル
16を通って排出される前に高圧及び低圧タービン14
及び15を通って膨張し、それを駆動しながら推進スラ
ストを提供する。
【0010】燃焼装置13は、エンジン10のまわりで
環状アレイを形成するように配置された同様の複数の燃
焼器20からなる。第2図で分かるように各燃焼器20
は、燃焼プロセスを含むように設計された燃焼室21を
有する。
【0011】燃焼器20の上流端は、操作において高圧
コンプレッサ12から排出される高圧空気にさらされ
る。この空気は燃焼器20内に流れ、2つの流れに分割
される。第1の流れは、デヒューザ23を通って燃焼室
21に入る。デヒューザ23を通って燃焼室に入る大部
分の空気は、リング形状の部材25を包囲し、燃料噴射
ノズル(図示せず)を支持する複数のスワーラ翼を介し
て流れる。デヒューザ23からの空気の残りは燃焼室2
1の上流壁27内の複数の穴26を通って流れる。次に
空気は、(第3図で分かるように)燃焼室21の一部を
形成する円錐台加熱シールドまたはヘッド28の上流面
に流れる。空気はそこから、加熱シールド28の複数の
小さい穴29を通って燃焼室21の主燃焼領域21
に流れる。
【0012】第2の流れは、燃焼室21の外側のまわり
に流れる。空気は、室21及び包囲する構造体31によ
って規定された環状空間30を通って流れる。この空気
は、空間30を通って流れるときに、燃焼室の外側を冷
却する。室21のさらなる冷却は、室21の壁を通って
伸びる多数の小さい穴32を通って流れるときに行われ
る。第2図には穴32の小さい領域のみが示されるが、
それらは室21の大部分にわたって配分されることは理
解できよう。残りの空気は、室21の上流端に向かって
配置されたいくつかの大きな穴40を通って室21に流
れ込む。この空気は、冷却用として特定されないが、そ
のかわり、燃焼領域21aに向けられる。
【0013】穴32を通過する空気は、最初に室21の
内面にわたる冷却空気の薄層を形成し、さらに室21の
冷却を行う。空気は、動作中において室21の燃焼領域
21a内で行われる燃焼プロセスに参加する。
【0014】穴32は、室21を通るガス流の通常の方
向には整合しない方向に冷却空気を向けるように特別に
配置され製造される。室21を通るガス流の通常の方向
は(エンジン10の長手方向の軸線に関して)基本的に
は軸線方向である。しかしながら、穴32は、それらが
冷却空気をその流れにほぼ直角に室21の内側に向ける
ように配置されている。さらに、穴32は、それらが排
出する冷却空気流が室21の内面にほぼ斜めである方向
になるように配置される。これは、空気が少なくとも最
初に内面上に薄層として流れ、それを冷却することを目
的とする。
【0015】穴32の配置は、第5、6及び7図を参照
するならば、さらにはっきりする。
【0016】第5図は、室21の壁の内面上に冷却空気
の薄層の確立を容易にするように室21の壁に対して斜
めに配置された穴32の軸線33を示す。第5図は、室
21の通常のガス流にほぼ直角な方向に冷却空気を向け
るように形成されている。空気は、最初に内面の室21
に隣接する薄層の形態で室21内でほぼ円周方向に流れ
る。
【0017】第6図及び第7図は、矢印34で室21の
ほぼガス流の方向を示し、矢印32でそれが穴32を出
るときに冷却空気の流れの方向を示ことによってほぼ円
周方向の流れを示す。第6図及び第7図において、矢印
35によって示される冷却空気は、通常のガス流の方向
34に対してほぼ直角になっている。
【0018】また、第6図及び第7図は、穴32が適当
な形状に配置されることを示す。第6図において、列状
に配置されるが、第7図においては、アレイ状に配置さ
れる。
【0019】熱シールド28の冷却空気穴29は、軸線
方向に伸びる列上に配置され、穴32とほぼ同様の方法
で形成されるが、所望であればアレイ状に配置すること
もできる。それらは、冷却空気を第3図の矢印36によ
って指示されるようにほぼ円周方向に向ける。従って、
冷却空気は、作動中に燃焼室21に配置される燃料噴射
器の軸線のまわりに流れる。
【0020】この流れは、燃焼室21の作動に対して重
要な利点をもたらす。詳しく説明すると、軸線方向の冷
却空気の流れを備えた室21の流れと比較するときに、
承諾できる範囲の低い温度で燃焼室の壁を維持する場合
に冷却空気の能率が向上する。さらに、燃焼室21内で
生じる燃焼プロセスの能率が改良される。これは、冷却
の能率が改良される他に燃焼室21からの望ましくない
多量の放出物、特に窒素酸化物、一酸化炭素、燃えない
炭化水素及び煙りを減少させる。
【0021】なぜならば、これは、穴29及び32から
排出された空気の円周方向の薄層内に堆積する傾向があ
る望ましくない放出物が、空気の薄層が基本的に軸線方
向に流れる従来技術の装置よりも長い滞留時間を有する
からである。その結果、室21内に加わった燃焼プロセ
ス内で放出物の燃焼可能な成分が消費される機会が大き
くなる。さらに、燃焼室21の壁は、従来技術の装置の
場合よりもさらに能率的に冷却され、冷却のための空気
を余り必要とせず、燃焼プロセスにおいて直接の使用に
おいてさらに多量の空気を放出する。これは、穴40を
介して燃焼領域21にさらに多くの空気が向かうこと
を示す。これは、この領域における窒素酸化物の形成を
減少させる。
【0022】本発明をガスタービンエンジン10のまわ
りに配置された多数の同様の室21の1つである燃焼室
21を参照して説明したが、既知の環状タイプ及び他の
既知のタイプの燃焼室に適用可能であることは理解でき
よう。ガスタービンエンジンは、このような室の1つを
備えている。本発明をそれに適用する場合において、室
を規定する半径方向内側及び外側の壁は、エンジンの長
手方向の軸線のまわりの燃焼室の内面上にほぼ円周方向
の冷却空気を供給するために前述したように形成され及
び配置された冷却空気穴を具備している。燃焼器の上流
端の熱シールドは、第4図に示すようなもの37として
構成され、全体が矢印39によって指示される方向に冷
却空気の渦巻き流を供給する。
【0023】冷却空気穴29及び32は、冷却空気の所
望の薄層をつくるために適当な形状をとることは理解で
きよう。従って、例えばそれらは、円形の断面またはス
ロットの形態をとることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による燃焼器を有するガスタービンエン
ジンの側断面図である。
【図2】第1図に示すガスタービンエンジンの燃焼器の
側断面図である。
【図3】第2図に示す燃焼器の上流端の軸線方向の図面
である。
【図4】燃焼器の他の形態の上流端を示す第3図の図面
に対応した図面である。
【図5】第2図に示す燃焼器の壁部分の軸線方向の断面
図である。
【図6】第2図に示す燃焼器の壁の冷却空気の穴の配置
図である。
【図7】第6図に示す冷却空気の穴の他の構成図であ
る。
【符号の説明】
11 低圧コンプレッサ 13 燃焼装置 18、19 駆動軸 20 ガスタービンエンジン燃焼器 21 燃焼室 28 熱シールド 32 穴
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クリストファー・ポール・マッデン イギリス国 ウエスト・ヨークシャー ビ ーディー16 2アールジェイ,ビングレ ー,ベイリー・ヒルズ,ソーンフィールド 3 (72)発明者 クリストファー・スティーブン・パーキン イギリス国 ダービー ディーイー21 2 ビーエル,オークウッド,ヴェストリー・ ロード 34

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 加圧冷却空気の領域を分離する壁であっ
    て、その壁を貫通して伸びる多数の穴(32)を有し、
    動作時にそれを通って前記冷却空気が前記室(21)に
    入る壁によって規定された燃焼室(21)からなるガス
    タービンエンジン燃焼器(20)において、前記穴(3
    2)は、前記燃焼室(21)内でガス流の通常の方向に
    ほぼ直角であり、燃焼室(21)の壁の部分に対して斜
    めの流れの方向に前記空気を向けるように形成され配置
    されていることを特徴とするガスタービンエンジン燃焼
    器。
  2. 【請求項2】 前記燃焼室(21)は、その上流に配置
    された少なくとも1つの熱シールド(28)と、各前記
    熱シールド(28)に関連する燃料噴射ノズルを支持す
    るための手段を含み、各熱シールド(28)はその関連
    する燃料噴射ノズルサポート装置のまわりでの渦巻き運
    動で前記穴(29)を通過するように空気を向けるよう
    に形成され配置されることを特徴とする請求項1に記載
    のガスタービンエンジン燃焼器。
  3. 【請求項3】 前記冷却空気穴(32)の少なくともあ
    る部分は、列状に配置されている請求項1に記載のガス
    タービンエンジン燃焼器。
  4. 【請求項4】 すべての冷却空気穴(32)は、動作中
    にそれから排出される冷却空気がほぼ同じ方向に排出さ
    れるように形成され配置されていることを特徴とする請
    求項1から3のいずれか一項に記載のガスタービンエン
    ジン燃焼器。
  5. 【請求項5】 前記燃焼器(20)は、ガスタービンエ
    ンジン(10)上に環状のアレイに配置される複数の同
    様の燃焼器(20)の1つであることを特徴とする請求
    項1から4のいずれか一項に記載のガスタービンエンジ
    ン燃焼器。
JP5249494A 1992-10-06 1993-10-05 ガスタービンエンジン燃焼器 Withdrawn JPH06213443A (ja)

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GB9220937:8 1992-10-06
GB929220937A GB9220937D0 (en) 1992-10-06 1992-10-06 Gas turbine engine combustor

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US (1) US5398509A (ja)
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DE (1) DE69301890T2 (ja)
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