JPH06507468A - ガスタービンエンジン燃焼器 - Google Patents

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】 ガスタービンエンジン燃焼器 本発明は、ガスタービンエンジン燃焼器及び特に、このような燃焼器の壁の構造 に関する。

ガスタービンエンジン燃焼器内で生じる燃焼プロセスにおいて、燃焼器の壁は非 常に高圧にさらされる。燃焼器構造の壁に使用される合金は、通常、ある形態の 冷却を除いてこれらの温度に耐えることができない。これまで、冷却の目的でエ ンジンコンプレッサから引き出される圧縮空気を利用した種々の燃焼壁が使用さ れた。英国特許出願第２，０８７，０６５Ａ号において説明された特定の壁の設 Ｊ１において、壁は、２つの部分、すなわち、連続した外壁と、多数の部分的に 重複した内壁エレメントからなる内壁とから形成される。外壁及び内壁エレメン トは、間隔を置いて離れた関係で維持され、冷却空気は外壁の穴を通ってそれら の間に規定された空間に向かう。冷却空気は、空間を通って流れ、内壁エレメン トの重複部分の間に規定されたガス流通路を通って排出される。冷却空気は、そ れによって内壁エレメントと外壁との間を流れるとき対流冷却を行い、それが内 壁エレメントの間の間隙から排出された後に内壁エレメントの薄膜冷却を行う。

このタイプの燃焼器は、内壁エレメントの薄膜冷却が、望まれる程度には有効で はないことが分かっている。また、これは、内壁エレメントの重複部分の露出縁 部にオーバーヒーティングによって損傷を与える可能性がある。

本発明の１−４的は、改良された効果を有する薄膜冷却を行うガスタービンエン ジン燃焼器の壁の構造を提供することである。

本発明によれば、外壁及び別体の複数の壁エレメントによって形成された内壁及 び１１１ノ記壁エレメント及び前記外壁の大部分を間隔を置いた関係に維持する ように具備された装置とを有し、前記外壁は、前記外壁と前記壁エレメントとの 間に規定された空間に冷却流体の流れを流すことができるように開口を有し、前 記壁エレメントの各々は前記空間から前記冷却流の放出を容易にするための開口 を有する壁構造体を具備したガスタービンエンジン燃焼器において、各壁エレメ ントと１１１ｊ記外壁の周囲を相互に接続するための装置が具備され、前記相互 に接続する装置は、前記冷却流を流すことができるように前記壁エレメントの各 々と前記外壁との間の個々の室が規定されるように各壁エレメントのまわりに連 続的な壁を規定することを特徴とするガスタービンエンジン燃焼器が提供される 。

本発明を添付図面を参照して例示として説明する。

第１図は、本発明による燃焼器を組み込んだダクトファンを有するガスタービン エンジンの上半分の側断面図である。

第２図は、第１図に示すガスタービンエンジンの燃焼器の壁の一部の側断面図で ある。

第３図は、第２図の矢印Ａから見た図である。

第４図は、第２図に示す燃焼器壁の一部の拡大図である。

第５図は、第４図の矢印Ｂから見た図である。

第６図は、本発明による燃焼器の変形された形態を示す図である。

全体が参照符号１０で示されるダクトファンを有するガスタービンエンジンは、 軸線方向の流れにおいて、空気取り入れロ１１．推進ファン１２．中間圧縮コン プレッサ１３．高圧コンプレッサ１４．燃焼装置１５．高圧タービン１６．中間 圧縮タービン１７、低圧タービン１８及び排気ノズル１９からなる。

ガスタービンエンジン１０は、取り入れ口１１に入る空気が２つの空気流、すな わち中間圧縮コンプレッサに入る第１の空気流と、推進力を提供する第２の空気 流の２つの空気流をつ（るためにファン１２によって加速されるような従来の方 法で作動する。中間圧縮コンプレッサ１３は、その空気をさらに圧縮する高圧の コンプレッサに空気を供給する前に、コンプレッサ１３に向かって流れる空気流 を圧縮する９゜ 高圧のコンプレッサから排出された圧縮空気は、圧縮空気を燃料と混合し、混合 体を燃焼する燃焼装置１５に向かう。次に、その結果生じる熱い燃焼生成物は、 膨張し、ノズルを通る前に高圧、中間及び低圧のタービン１．６．１７及び１８ を駆動して追加の推進スラストを提供する。高圧、中間の圧力及び低い圧縮ター ビン１６．１７及び１８は、適当な相互接続軸によって高圧、中間の圧縮コンプ レッサ１４及び１３及びファン１２を駆動する。

燃焼装置１５は、それぞれ半径方向内側及び外側の壁構造２１及び２２を有する 環状燃焼器２０によって構成される。燃料は、燃焼器２０の上流端２３に配置さ れた多数の燃料ノズル（図示せず）を通って燃焼器２０に向かう。燃料ノズルは 、エンジン１０のまわりで円周方向に間隔を置いて配置されており、高圧コンプ レッサから引き出された空気に燃料を噴射するように作用する。その結果生じる 燃料／空気混合体が燃焼器２０内で燃焼する。

燃焼器２０内で生じる燃焼ブａセスは、大量の熱を発生する。内壁及び外壁構造 ２］及び２２は、正常な方法で作用しながら、この熱に耐えることができなけれ ばならない。

第２図を参照すると、半径方向の外壁構造２２がさらにはっきりと分かる。しか しながら、半径方向内側の構造２１は、半径方向外側の壁構造体２２と同じ通常 の形状である。

第２図を参照すると、半径方向の外壁構造体２２は、外壁２４と内壁２５とから なる。内壁２５は、すべてが同じ通常の矩形状であり、互いに隣接するように配 置されている複数の別々の壁エレメント２６から形成される。各壁エレメント２ ６の大部分は、外壁から等間隔になるように配置されている。しかしながら、各 壁エレメント２６の周囲は、壁エレメント２６と外壁２４との間を等間隔にする ことを容易にするように連続的なフランジ２７を備えている。従って、室２８が 、各壁エレメント２６と外側壁２４との間に規定されている。

外壁２６は、鋳造から形成された構造体であり、それを外壁に取り付けることを 容易にする一体のボルトを備えている。

エンジンの作動中、高圧コンプレッサ１４から排出されたある量の空気は、燃焼 器２０の外面」二を流れることができる。空気は、燃焼器２ｏを冷却し、そのい くつかは、燃焼過程において補助となるように燃焼器２ｏの内側に向かう。第３ 図で分かるように、外壁２４内に多数の穴３ｏが設けられ、この空気のい（っか の流れは、室２８に流れることができる。穴３ｏを通過する空気は、矢印３１に よって示されるように空気流は、壁エレメント２６の半径方向外側面上に衝突す る。これは壁エレメント２６の各々が高能率で冷却されることを保証する。次に この空気は、各壁エレメント２６に配置された複数の傾斜した拡散穴３２を通っ て室２８から排出される。拡散穴３２は、燃焼室２ｏを通る通常の流体流に関し てほぼ下流方向に整合するように傾斜している。

第４図及び第５図ではっきりと分かるように傾斜拡散穴３２は、円形の断面形状 ではない。そのかわり、それらは、いわゆる競技場の形状、すなわち、半円形の 断面部分によって相互に接続された平行な２つの側部を有する。この形状は、穴 ３２の傾斜によって、これらから排出された空気が各壁エレメント２６の内表面 上、すなオ）ち、燃焼器２０内に生じる燃焼過程に出合う表面上に冷却空気の薄 膜を形成することを保証する。冷却空気のこの薄膜は、壁のエレメントを燃焼器 ２０内の高温ガスの影響から保護する助けとなる。

本発明を競技場形の断面の拡散穴３２に関して説明したが、十分な壁エレメント ２６の冷却を提供するために他の形状も有効である。

従って、壁エレメント２６の各々は、冷却、すなわち衝突冷却及び薄膜冷却の２ つの高い有効な形態を具備している。従って、それらは、燃焼器２ｏ内で高温の 影響から完全に保護される。

本発明の他の特徴は、壁エレメント２６のいずれもが燃焼器２ｏ内の燃焼処理に 対してその縁部をさらさないということである。

その結果、このような縁部を有する壁エレメントに関する加熱に関する問題が回 避される。

ある環境において、室２８と壁エレメント２６を通過する冷却空気の間の熱交換 の関係を向上させることが望ましい。これを容易に達成する１つの方法は、第６ 図に示すように出口壁２４に対向する壁エレメント２６の表面上の面積を増大さ せるペデスタル３３または他の適当な装置を提供することである。ペデスタル３ ３は、壁エレメント２６と一体的であり、外壁２４に係合するか、外壁２４に非 常に接近して終了するかのいずれかであるように構成される。各エレメント２６ の中央領域に配置されたペデスタル３３を設けることによって、壁エレメント２ ６に傾斜した拡散穴３２の数を少なくする。その結果、傾斜した拡散穴３２は、 壁のエレメントの縁部領域に集約される。

補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８） １、特許出願の表示 ＰＣＴ／ＧＢ９２１００２０１ 、発明の名称 ガスタービンエンジン燃焼器 ３、特許出願人 名　称　ロールス拳ロイス・ピーエルシー４、代理人 住　所　東京都千代田区大手町二丁目２番１号新大手町ビル　２０６区 ５、補正書の提出日 平成　４年１２月２３日／ ６、添付書類の目録 （１）　補正書の翻訳文　１通 ［明細書第１頁第１行目から第頁２第１５行目までを次のように補正する。〕明 細書 ガスタービンエンジン燃焼器 本発明は、ガスタービンエンジン燃焼器及び特に、このような燃焼器の壁の構造 に関する。

ガスタービンエンジン燃焼器内で生じる燃焼プロセスにおいて、燃焼器の壁は非 常に高圧にさらされる。燃焼器構造の壁に使用される合金は、通常、ある形態の 冷却を除いてこれらの温度に耐えることができない。これまで、冷却の目的でエ ンジンコンプレッサから引き出される圧縮空気を利用した種々の燃焼壁が使用さ れた。英国特許出願筒２，０８７，０６５Ａ号において説明された特定の壁の設 計において、壁は、２つの部分、すなわち、連続した外壁と、多数の部分的に重 複した内壁エレメントからなる内壁とから形成される。外壁及び内壁エレメント は、間隔を償いて離れた関係で維持され、冷却空気は外壁の穴を通ってそれらの 間に規定された空間に向かう。冷却空気は、空間を通って流れ、内壁エレメント の重複部分の間に規定されたガス流通路を通って排出される。それによって冷却 空気は、内壁エレメントと外壁との間を流れるとき対流冷却を行い、それが内壁 エレメントの間の間隙から排出された後に内壁エレメントの薄膜冷却を行う。

このタイプの燃焼器は、内壁エレメントの薄膜冷却が、望まれる程度には有効で はないことが分かっている。また、これは、内壁エレメントの重複部分の露出縁 部にオーバーヒーティングによって損傷を与える可能性がある。

本発明の目的は、改良された効果を有する薄膜冷却を行うガスタービンエンジン 燃焼器の壁の構造を提供することである。

本発明によれば、ガスタービンエンジン環状燃焼器は、各々が半径方向の外壁及 び別体の複数の壁エレメントによって形成された半径方向の内壁を有する半径方 向の内壁構造体及び半径方向の外壁構造体及び前記壁エレメント及び前記半径方 向の外壁の大部分を間隔を置いた関係に維持するように具備された装置とを有し 、前記半径方向の外壁は、前記半径方向の外壁と前記壁エレメントとの間に規定 された空間に冷却流体を流すことができるように開口を有し、前記壁エレメント の各々は、前記空間から前記冷却流の放出を容易にするための開口を有し、前記 相互に接続する装置は、前記冷却流を流すことができるように前記壁エレメント の各々と前記半径方向の外壁との間の個々の室が規定されるように各壁エレメン トのまわりに一体的な連続的な壁を規定する。

本発明を添付図面を参照して例示として説明する。

第１図は、本発明による燃焼器を組み込んだダクトファンを有するガスタービン エンジンの上半分の側断面図である。

第２図は、第１図に示すガスタービンエンジンの燃焼器の壁の一部の側断面図で ある。

第３図は、第２図の矢印Ａから見た図である。

第４図は、第２図に示す燃焼器壁の一部の拡大図である。

第５図は、第４図の矢印Ｂから見た図である。

第６図は、本発明による燃焼器の変形された形態を示す図である。

全体が参照符号１０で示されるダクトファンを有するガスタービンエンジンは、 軸線方向の流れにおいて、空気取り入れロ１１．推進ファン１２．中間圧縮コン プレッサ１３．高圧コンプレッサ１４．燃焼装置１５．高圧タービン１６．中間 圧縮タービン１６、中間圧縮タービン１８及び排気ノズル１９からなる。

［明細書第５百第１行目から第６頁第１８行目までを次のように補正する。］請 求の範囲 １、各々が半径方向の外壁（２４）及び別体の複数の壁エレメント（２６）によ って形成された半径方向の内壁（２５）及び前記壁エレメント（２６）及び前記 半径方向の外壁（２４）の大部分を間隔を置いた関係に維持するように具備され た装置とを有し、前記半径方向の外壁（２４）は、前記半径方向の外壁（２４） と’に記載エレメント（２６）との間に規定された空間に冷却流体を流すことが できるように開口を有し、前記壁エレメント（２６）の各々は、前記空間から前 記冷却流の放出を容易にするための開口を有し、各壁エレメント（２６）と前記 半径方向の外壁（２４）の周囲を相互に接続するための装置（２７）が具備され た半径横行内壁構造体（２１）と半径方向外壁構造体（２２）とを有するガスタ ービンエンジン環状燃焼器において、前記相互に接続する装置（２７）は、前記 冷却流を流すことができるように前記壁エレメント（２６）の各々と前記半径方 向の外壁（２４）との間の個々の室（２８）が規定されるように各壁エレメント （２６）のまわりにその周縁部と一体の連続的な壁を規定することを特徴とする ガスタービンエンジン燃焼器。

２、前記半径方向の外壁（２４）の前記開口部（３０）は、前記壁エレメント（ ２６）に冷却流体を流してその衝突冷却を行うように配置されていることを特徴 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、訂記載エレメント（２５）の各々のｒｈＩ記開口開口部２）は、前記壁ニレ メン１−（２５）の薄膜冷却を行うために前記別体の室（２８）から冷却流体を 排出するよう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、前記壁エレメント（２５）の前記開口部（３２）は、前記壁エレメント（２ ５）の前記薄膜冷却を容易にするために前記燃焼器を通る流体流の通常の方向に 対して傾斜していることを特徴とする請求項３に記載のガスタービンエンジン燃 焼器。

５、前記壁エレメント（２５）の前記開口部（３２）は、競技場形の断面である ことを特徴とする請求項４に記載のガスタービンエンジン燃焼器。

６、前記壁エレメント（２５）は、通常互いに隣接するように前記外壁（２４） 上に配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のガ スタービンエンジン燃焼器。

７　各壁エレメント（２５）の周囲のフランジは、その関連する壁エレメント（ ２５）と外壁（２４）とを離す前記装置を形成することを特徴とする請求項１か ら６のいずれか一項に記載のガスタービンエンジン燃焼器。

８、前記壁ニレメン１−（２５）の各々は、前記外壁（２４）への取り付けを容 易にするために一体のボルト（２９）を具備していることを特徴とする請求項１ から７のいずれか一項に記載のガスタービンエンジン燃焼器。

９　前記壁エレメント（２５）の各々は、前記壁エレメント（２５）と、前記壁 エレメント（２５）と前記外壁（２４）との間の前記空間を通る前記冷却流との 間の熱交換の関係を向上させるための複数のペデスタル（３３）を備えているこ とを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のガスタービンエンジン燃 焼器。

１０、前記ペデスタル（３３）の各々は、前記外壁（２４）に係合することを特 徴とする請求項１０に記載のガスタービンエンジン燃焼器。

フロントページの続き （７２）発明者　フライ、ビータ− イギリス国ダービー、ディーイー３２エスワイ、アレストリー、コブソーン・ド ライヴ　１２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．外壁（２４）及び別体の複数の壁エレメント（２６）によって形成された内 壁（２５）及び前記壁エレメント（２６）及び前記外壁（２４）の大部分を間隔 を置いた関係に維持するように具備された装置とを有し、前記外壁は、前記外壁 （２４）と前記壁エレメント（２６）との間に規定された空間に冷却流体の流れ を流すことができるように開口を有し、前記壁エレメントの各々は、前記空間か ら前記冷却流の放出を容易にするための開口を有する壁構造体（２２）を具備し たガスタービンエンジン燃焼器において、各壁エレメント（２６）を前記外壁（ ２４）の周囲に相互に接続するための装置（２７）が具備され、前記相互に接続 する装置（２７）は、前記冷却流を流すことができるように前記壁エレメント（ ２６）の各々と前記外壁（２４）との間の個々の室（２８）が規定されるように 各壁エレメント（２６）のまわりに連続的な壁を規定することを特徴とするガス タービンエンジン燃焼器。 ２．前記外壁（２４）の前記開口部（３０）は、前記壁エレメント（２６）に冷 却流体を流してその衝突冷却を行うように配置されてい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．前記壁エレメント（２５）の各々の前記開口部（３２）は、前記壁エレメン ト（２５）の薄膜冷却を行うために前記別体の室（２８）から冷却流体を排出す るよう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．前記壁エレメント（２５）の前記開口部（３２）は、前記壁エレメント（２ ５）の前記薄膜冷却を容易にするために前記燃焼器を通る流体流の通常の方向に 対して傾斜していることを特徴とする請求項３に記載のガスタービンエンジン燃 焼器。 ５．前記壁エレメント（２５）の前記開口部（３２）は、競技場形の断面である ことを特徴とする請求項４に記載のガスタービンエンジン燃焼器。 ６．前記壁エレメント（２５）は、通常互いに隣接するように前記外壁（２４） 上に配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のガ スタービンエンジン燃焼器。 ７．各壁エレメント（２５）の周囲と前記外壁（２４）とを相互に接続するため の前記装置（２７）は、前記壁エレメント（２５）の周囲全体に沿って伸びる連 続的なフランジからなることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載 のガスタービンエンジン燃焼器。 ８．前記エレメント（２５）の各々の周縁方向のフランジ（２７）は、前記装置 をその関連した壁エレメント（２５）及び前記外壁（２４）を間隔を置くように さらに形成することを特徴とする請求項７に記載のガスタービンエンジン燃焼器 。 ９．前記壁エレメント（２５）の各々は、前記外壁（２４）への取り付けを容易 にするために一体のボルト（２９）を具備していることを特徴とする請求項１か ら８のいずれか一項に記載のガスタービンエンジン燃焼器。 １０．前記壁エレメント（２５）は、前記壁エレメントと、前記壁エレメント（ ２５）と前記外壁（２４）との間の前記空間を通る前記冷却流との間の熱交換の 関係を向上させるための複数のペデスタル（３３）を備えていることを特徴とす る請求項１から９のいずれか一項に記載のガスタービンエンジン燃焼器。 １１．前記ペデスタル（３３）の各々は、前記出口壁（２４）に係合することを 特徴とする請求項１０に記載のガスタービンエンジン燃焼器。 １２．前記燃焼器（１５）は、環状である請求項１から１０のいずれか一項に記 載のガスタービンエンジン燃焼器。