JPH0755148A - 燃焼器用のスワールミキサー及び燃焼器において燃料と空気を燃焼させる方法 - Google Patents

燃焼器用のスワールミキサー及び燃焼器において燃料と空気を燃焼させる方法

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JPH0755148A
JPH0755148A JP6177855A JP17785594A JPH0755148A JP H0755148 A JPH0755148 A JP H0755148A JP 6177855 A JP6177855 A JP 6177855A JP 17785594 A JP17785594 A JP 17785594A JP H0755148 A JPH0755148 A JP H0755148A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ガスタービンエンジンからの煙の発生を低減
でき、さらにそれの再点火の安定性を高めることのでき
るガスタービンエンジンの燃焼器用のスワールミキサー
を提供する。 【構成】 燃料／空気ミキサー１０は、第１ダクト２０
と第１ダクト２０から半径方向に外側に位置する環状の
第２及び第３ダクト２２，２４を含む混合用ダクト１２
を有する。各々のダクト２０，２２，２４は空気取り入
れ用入口２８，３４，４０及び該入口に隣接するスワー
ル羽根５０，５８，６２を有する。第１ダクト２０の出
口３０は、完全に第２ダクト２２の中に位置する。ダク
ト２０，２２，２４の中の気流のスワール角度はそれぞ
れ適切に調整されて明らかに異なる値を有する。それに
よって、ガスタービンの煙の発生が低減でき、さらに再
点火の安定性を高めることができる。

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
に使われる種類の燃焼器用のスワールミキサー及び燃焼
器において燃料と空気を燃焼させる方法に関し、さらに
詳しく言えば、前記燃焼器の炎の再点火安定性を維持又
は改善しながら、燃料／空気の混合気の燃焼によって生
じる煙を減少させるように燃料と空気を均一に混合する
ものに関する。
【０００２】
【従来の技術】高性能の航空機のガスタービンエンジン
に使われる燃焼器の設計者の目標の一つに、ガスタービ
ンエンジンにおける燃料工程によって発生する煙及び他
の汚染物質の量をできるだけ減少させるということがあ
る。特に軍用航空機では、煙の跡が見えない場合に比べ
て、煙が発生すると高い高度を飛行する航空機が容易に
発見されてしまうことになる。従って、設計者は煙の発
生をできるだけ少なくする燃焼器を設計することを目指
す。
【０００３】高性能航空機の燃焼器の設計者のもう一つ
の目標に、燃焼器の「再点火の安定性」をできるだけ高
めるということがある。この再点火の安定性という用語
は、何らかの原因で燃焼工程が停止した後で、高速気流
及び低い気圧の下で燃焼工程を開始する能力を指す。再
点火の安定性が低いと、燃焼器の再点火に失敗した時点
の状況によっては、航空機及び／又は生命を失うことに
なる。今日のガスタービンに使用される典型的な燃焼器
においては、再点火の安定性は燃焼器における合計に直
接に関連する。
【０００４】当業者にとっては容易に理解されることで
あるが、煙の発生は燃焼器の燃料と空気の混合気を薄く
することによって最少限に押えることができる。同様
に、再点火の安定性は燃料と空気の混合気を濃くするこ
とによって高めることができる。このように、過去にお
いて、燃焼器の設計者は煙の発生を低く押えるか又は再
点火の安定性を高めるかのどちらか一方を選択すること
を強制されてきた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、煙の
発生を低下させるということと再点火の安定性を高める
という相反する目標を同時に達成するガスタービンエン
ジンの燃焼器用のスワールミキサーを提供することであ
る。
【０００６】本発明の他の目的は、燃料と空気の混合気
が燃焼器において点火されるときに煙の発生をできるだ
け低減させるために燃料と空気を均一に混合する燃焼器
用のスワールミキサーを提供することができる。
【０００７】本発明の別の目的は、高所において再点火
の安定性を高める燃焼器用のスワールミキサーを提供す
ることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を、本発明
は、ガスタービンエンジンにおける燃焼の前に燃料と空
気を混合するための燃焼器用のスワールミキサーであっ
て、長手方向の軸、前記燃料及び空気を受け取るための
上流端及び前記混合した燃料及び空気を排出するための
下流端を有する混合用ダクトを含む燃料／空気ミキサー
において、円形断面を有し第１通路を規定する第１ダク
トであって、前記第１通路が前記空気を前記第１通路に
導くための第１入口と前記空気を前記第１通路から排出
させるための第１出口を有するところの前記第１ダクト
と、前記第１ダクトと同軸上にある第２ダクトであっ
て、前記第２ダクトは前記第１ダクトから半径方向に外
側に離間し、前記第１及び第２ダクトの間に第２通路が
規定されており、前記第２通路が前記空気を前記第２通
路に導くための第２入口と前記空気を前記第２通路から
排出させるための第２出口を有するところの前記第２ダ
クトと、前記第２ダクトと同軸上にある第３ダクトであ
って、前記第３ダクトは前記第２ダクトから半径方向に
外側に離間し、前記第２及び第３ダクトの間に第３通路
が規定されており、前記第３通路が前記空気を前記第３
通路に導くための第３入口と前記空気を前記第３通路か
ら排出させるための第３出口を有するところの前記第３
ダクトと、燃料を前記第１通路に導入するために前記混
合用ダクトの一端に固定された燃料ノズルと、前記第１
入口を通って前記第１通路に入る空気に第１スワール角
度を与える手段と、前記第２入口を通って前記第２通路
に入る空気に第２スワール角度を与える手段と、前記第
３入口を通って前記第３通路に入る空気に第３スワール
角度を与える手段を含む前記混合用ダクトであって、前
記第１及び第２通路を通る空気の合計はコア空気マスフ
ローを規定し、前記第１ダクトは前記第２ダクトに注
ぎ、これによって前記第１及び第２ダクトからの空気の
流れの合流部が生じることを特徴とする燃焼器用のスワ
ールミキサーにより達成した。
【０００９】上記の目的を、本発明は、さらに、煙の発
生を最低限に押え、炎の安定性を高めるために燃焼器に
おいて燃料と空気を燃焼させる方法であって、円形の断
面を有し第１通路を規定する第１ダクト及び前記第１ダ
クトと同軸上にあり前記第１ダクトから半径方向に外側
に離間する第２ダクトであって前記第１及び第２ダクト
の間に環状の第２通路を規定する前記第２ダクトを提供
することと、少なくとも５０°の第１スワール角度で燃
料と接触させるために空気の第１部分にスワールを生じ
させる一方で、前記第１ダクトに燃料を噴射させること
によって前記燃料と空気の前記第１部分を混合すること
と、前記燃料及び第１部分に第２スワール角度で空気の
第２部分を混合させて６０°未満のスワール角度を有す
る前記第１及び第２部分の合流部を発生させることと、
前記燃料及び前記空気の第１及び第２部分から成る混合
物を点火することを含む前記方法により達成した。
【００１０】
【作用】本発明は、燃焼器用のスワールミキサー及び燃
焼器において燃料と空気を燃焼させる方法を開示してい
る。前記ミキサーは円形の断面を有する第１の通路及び
該第１の通路から半径方向に外側に離間する２つの環状
の通路を有する。前記２つの環状の通路は前記第１の通
路と同軸上にある。前記第１通路のスワラは、前記第１
通路を通過する燃料及び空気に十分に大きなスワール角
度を与える。
【００１１】これによって燃焼器における煙の発生が最
低限に押えられる。前記第１の通路のすぐ外側の前記環
状の通路は、該環状の通路を通過する空気に、前記第１
通路におけるスワール角度とは明らかに異なるスワール
角度を与える。前記第１の通路の出口は、該第１の通路
のすぐ外側の前記環状の通路の中に注ぐ。前記第１の通
路及びそのすぐ外側の前記環状通路における２つの気流
のスワール角度が相対的に異なるために、前記２つの気
流が合成された気流のスワール角度が低くなる。これに
よって、高所での再点火の安定性を高めるための、より
濃い再循環領域（ａ ｒｉｃｈｅｒ ｒｅｃｉｒｗｌａ
ｔｉｏｎ ｚｏｎｅ）が形成される。
【００１２】本発明の前述及びその他の特長と利点は、
以下の説明及び添付した図面により、より明らかになる
であろう。
【００１３】
【実施例】本発明の燃焼用のスワールミキサーとしての
燃料／空気ミキサー１０は、図１に示されるとおり、長
手方向の軸１４を有する混合用ダクト１２を有する。固
定板１８に固定された燃料ノズル１６は、長手方向の軸
１４と公称として同軸上に位置し、後述するようにミキ
サー１０に燃料を導入するためにミキサー１０の上流に
位置する。燃料ノズル１６は熱膨張による変化を許容す
るように固定されていてもよく、ノズル１６の熱膨張後
の位置は、長手方向の軸１４と同軸上に位置しないこと
もある。このように、本発明では、燃料ノズル１６が中
心線１４又は長手方向の軸１４から外れて半径方向の位
置（ｒａｄｉａｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎｓ）を取ることも
許容される。
【００１４】混合用ダクト１２は、好適には、第１円筒
形ダクト２０、第２円筒形ダクト２２および第３円筒形
ダクト２４を含み、これらの各々は長手方向の軸１４と
同軸上にある。本発明のダクト２０，２２，２４が円筒
形であると図示し記述したのは、理解を容易にするため
だけである。これらダクトは、円錐形又は長軸に直角の
断面が円形であるならあらゆる形状をとることができる
ので、ここで示した円筒形のダクトは特許請求の範囲に
限定を加えることを意図したものではない。第２円筒形
ダクト２２は第１円筒形ダクトから半径方向に外側に離
間し、第３円筒形のダクト２４は第２円筒形ダクト２２
から半径方向に外側に離間している。第１円筒形ダクト
２０は、第１入口２８及び第１出口３０を有する第１通
路２６を規定し、第１入口２８は第１通路２６に空気１
００を導入し、第１出口３０は第１通路２６から空気１
００を排出させる。第１円筒形ダクト２０と第２円筒形
ダクト２２は、それらの環状の形をした第２通路３２を
規定する。第２通路３２は、第２通路３２に空気１００
を導入するための第２入口３４と第２通路３２から空気
１００を排出するための第２出口３６を有する。第２円
筒形ダクト２２と第３円筒形ダクト２４は、それらの間
に環状の形をした第３通路３８を規定する。第３通路３
８は、第３通路３８に空気１００を導入するための第３
入口４０及び第３通路３８から空気１００を排出するた
めの第３出口４２を有する。
【００１５】第２円筒形ダクト２２の下流部の端部は、
円錐形のプレフィルマー（ｐｒｅｆｉｌｍｅｒ）４４に
なっている。第１円筒形ダクト２０の端部はプレフィル
マー４４よりも上流側に位置するため、第１円筒形ダク
ト２０を出る空気の部分は、第２円筒形ダクト２２の円
錐形の部分４４の中に排出される。後述する理由によ
り、第１ダクト２０の出口３０は、少なくとも第２出口
３６の半径と同じ長さだけ、軸方向において第２出口３
６から離間していなければならない。第３円筒形ダクト
２４の下流部の端部も同様に収束部分４６になってお
り、第２及び第３出口３６，４２は好適には同一平面上
にある。
【００１６】第１円筒形ダクト２０の上流側の端部は、
長手方向の軸１４に対して略直角である第１リム部４８
と一体的に構成されている。第１リム部４８は固定板１
８との間に間隔を有し、該間隔は第１入口２８を規定す
る。第１スワラ５２のスワラ羽根（ｓｗｉｒｌｉｎｇ
ｖａｎｅｓ）５０は第１リム部４８と固定板１８との間
をつなぎ、各々の羽根５０は好適には第１リム４８と一
体的に構成され、熱膨張による燃料ノズル１６の半径方
向の動きを許容するために、羽根５０は摺動表面取り付
け（ｓｌｉｄｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ ａｔｔａｃｈｅ
ｍｅｎｔ）によって固定板１８に固定されている。
【００１７】第２及び第３円筒形ダクト２２，２４の上
流端は、同様にそれぞれ第２及び第３リム部５４，５６
と一体的に構成されており、これらのリム部５４，５６
の各々は長手方向の軸１４に対して略直角である。第２
リム部５４は第１リム部４８との間に間隔を有し、該間
隔は第２入口３４を規定する。第３リム部５６は第２リ
ム部５４との間によって間隔を有し、該間隔は第３入口
４０を規定する。第２スワラ６０のスワラ羽根５８は第
１リム４８と第２リム５４との間をつなぎ、各々の羽根
５８は、好適には、第１及び第２円筒形ダクト２０，２
２の相対的位置を固定するために、両方の隣合うリム４
８，５４と一体的に構成されている。同様に、第３スワ
ラ６４のスワラ羽根６２は第３リム５６と第２リム５４
との間をつなぎ、各々の羽根６２は、好適には、第２及
び第３円筒形ダクト２２，２４の相対的位置を固定する
ために、両方の隣合うリム５４，５６と一体的に構成さ
れている。このように、第１通路２６は第１通路２６の
入口２８に隣接する第１スワラ５２を含み、第２通路３
２は第２通路３２の入口３４に隣接する第２スワラ６０
を含み、第３通路３８は第３通路３８の入口４０に隣接
する第３スワラ６４を含む。
【００１８】スワラ５２，６０，６４は好適には半径方
向にあるが、軸方向又は軸方向及び半径方向の組み合わ
せでもよい。スワラ５２，６０，６４は長手方向の軸１
４を中心に対称的に配置されている複数の羽根（図１に
概略的に示す）を有する。各々の通路２６，３２，３８
への気流の質量は制御されるので、有効な空気１００は
所望のとおりに別々の通路２６，３２，３８を通る。各
の通路２６，３２，３８への気流は好適には各々２６，
３２，３８にとっての所望のマスフローを決定し、それ
から各々の通路への有効フロー面積を確定することによ
って調節され、それによって空気１００は所望のとおり
に通路２６，３２，３８に導入される。
【００１９】好適な実施例において、図２に示されてい
るとおり、第１及び第２スワラ５２，６０は長手方向の
軸１４に対して逆回転する（すなわち、第１スワラ５２
の羽根５０は、第２通路３２の気流に対して第１通路２
６の気流を逆回転させるような角度になっている）。こ
の開示のためには、燃料ノズル１６は燃料スプレー６６
を渦流（スワール）にはしないと仮定され、このために
は第１及び第２通路２６，３２の気流が反対方向に回転
していればよく、これらの気流が実際にどの方向に回転
するかは問題ではない。しかしながら、もし燃料ノズル
１６が燃料スプレー６６を渦流（スワール）にする場合
には、第１通路の渦流（スワール）の方向は燃料スプレ
ー６６の渦流（スワール）の方向と同じでなければなら
ない。第１スワラ５２の羽根５０は、第１通路２６のス
ワール角度を少なくとも５０°に、好適には５５°にす
るような角度になっている。本発明者は第１通路２６の
気流のスワール角度が５０°未満の場合には、スワール
角度が５０°以上の場合と比較して、明らかにより多量
の煙を発生させることを発見した。従って５０°以上で
あるこのスワール角度は本発明にとって重要な事項であ
る。ここで使用されている「スワール角度」という用語
は、通路内の気流の軸方向の速度に対する通路内の気流
の接線速度の比に由来する角度という意味である。気流
のスワール角度は、ボルトのねじやまのピッチから類推
し、各々の通路２６，３２，３８の気流がねじやまに沿
った経路をたどると考えることにより理解され得る。小
さなスワール角度は、１インチ当たりいくつかのねじや
ましか持たないボルトに相当し、大きなスワール角度
は、１インチ当たり多くのねじやまを持つボルトに相当
する。
【００２０】第２スワラ６０の複数の羽根は、第１及び
第２通路２６，３２の合流部６８でのスワール角度を６
０°以下にするような角度になっている。好適な実施例
の実験による評価によって、第１通路２６の空気と第２
通路３２の空気との間の質量比が８３：１７から９１：
９の範囲にある時に、第１通路２６の空気とは反対方向
に回転する第２通路３２の空気のスワール角度を６８°
から７５°の範囲にすることによって、合流部６８で約
５０°というスワール角度が得られることが示された。
本発明者は、合流部６８でのスワール角度が６０°を越
える場合には、合流部６８でのスワール角度が６０°以
下の場合と比較すると、明らかに再点火安定性を低下さ
せることを発見した。従って、合流部６８でのスワール
角度もまた本発明にとって重要な事項である。上述した
第１出口３０と第２出口３６との間の軸方向における間
隔は、第３通路３８からの気流の部分と前記合流部での
気流との相互作用が起きる前に、合流部６８でのスワー
ル角度を与えるために必要である。
【００２１】第３通路３８の気流は第１通路２６の気流
と同一方向に回転する。第３通路３８を通過する空気の
部分の質量は、第１，第２及び第３通路２６，３２，３
８を通過する空気の質量の合計の３０％以下、好ましく
は１５％以下である。第３スワラ６４の複数の羽根６２
は、第３通路３８を通過する空気の部分におけるスワー
ル角度を約７０°にするような角度になっている。第３
スワラ６４の羽根６２をこのような角度にした理由は、
本発明者が、このような大きいスワール角度を有する第
３通路３８の気流と第１及び第２通路２６，３２からの
気流の合流部６８の気流が合成されると、燃焼器におい
て外側剪断層炎（ｏｕｔｅｒ ｓｈｅａｒ ｌａｙｅｒ
ｆｌａｍｅ）が発生することを発見したからである。
この外側剪断層炎は重要である。その理由は、これによ
って再点火の安定性が気流の合計には依存しなくなるか
らである。そのかわり、外側剪断層炎が生じると、再点
火の安定性は第３通路３８を通過する気流の関数にな
る。従って、第３通路３８の気流を増加させることによ
って、所望のとおりに再点火の安定性を減少させること
が可能であり、第３通路３８の気流を減少させることに
よって、所望のとおりに再点火の安定性を増加させるこ
とが可能である。
【００２２】本発明のミキサーの作動を以下に説明す
る。
【００２３】コンプレッサー（図示せず）から排出され
た空気１００は３つの通路２６，３２，３８の入口２
８，３４，４０からスワラ５２，６０，６４を通して混
合ダクト１２に導入される。混合ダクト１２に導入され
た気流の合計の１５％が第３通路３８に導入され、気流
の残り８５％（以下「コア気流」と言う）は第１及び第
２通路にそれぞれ８３：１７から９１：９の範囲になる
ように二分される。第１スワラ５２によって、燃料ノズ
ル１６がある第１通路の気流のスワール角度が５５°に
なる。燃料は空気のスワール（渦流）に噴霧され、燃料
と空気の混合気はスワールとなって長軸方向１４を第１
円筒形ダクト２０の出口３０に進む。第１通路のスワー
ル角度が大きいことが、燃料の流れが多いときに中空の
円錐形燃料スプレーの形成を助けるので、煙の発生が減
少する。第１出口３６において、第１通路からの燃料と
空気の混合気は第２円筒形ダクト２２と第２通路３２か
らの反対方向に回転する気流に排出される。第１通路２
６の気流と反対方向に回転する第２通路３２の気流の強
い剪断作用によって引き起こされる乱流によって、この
二つの気流の合流部６８における全体のスワール角度は
減少する。合流部６８の下流のコア気流のスワール角度
が小さいことによって、再点火の安定性を増加させるよ
り濃い再循環領域（ｒｉｃｈｅｒ ｒｅｃｉｒｃｕｌａ
ｔｉｏｎ ｚｏｎｅ）の形成が促進される。合流部６８
のすぐ下流のスワール角度が、所望の再点火の安定性を
得るために許容できる最大のスワール角度である６０°
よりもかなり小さい約５０°であるということが実験結
果によって示された。当業者にとって容易に理解できる
ことであるが、第２通路３２のスワール角度を例えば７
５°と比較的大きい値にすることによって、最少限の第
２通路３２の気流の量でもって第１通路のスワール角度
を所望のとおりに減少させることが可能である。
【００２４】コア気流のスワール角度は合流部６８のす
ぐ下流において減少するけれども、図３に示すとおり、
コア気流の回転方向は第１通路２６の気流の回転方向と
同じである。コア気流が５０°のスワール角度でプレフ
ィルマー（ｐｒｅｆｉｌｍｅｒ）を出ると、７０°のス
ワール角度を有する第３通路３８の気流と合流する。こ
れら二つの気流の相互作用が外側剪断層（ｏｕｔｅｒ
ｓｈｅａｒ ｌａｙｅｒ）を発生させ、そこで発生する
渦が第３出口４２の下流に延びる再循環領域を提供す
る。上述したように、再循環領域は再点火安定性を高
め、外側剪断層がさらに本発明の再点火安定性を高め
る。
【００２５】本発明の代わりの実施例について以下に述
べる。
【００２６】図４に示すとおり、第１及び第２スワラ５
２，６０は長手方向の軸１４に対して同じ方向に回転す
る（すなわち、第１スワラ５２の複数の羽根は、第１通
路の気流の回転方向を第２通路３２の気流のそれと同じ
にするような角度になっている）。第１スワラ５２の羽
根５０は第１通路２６のスワール角度を５０°以上に、
好適には６５°から７５°の間にするような角度になっ
ている。第２スワラ６０の羽根５８は、第１及び第２通
路２６，３２の合流部６８におけるスワール角度を６０
°以下にするような角度になっている。この代わりの実
施例の実験による評価によって、第１及び第２通路２
６，３２の空気の質量比が９：９１から１７：８３の範
囲にあるときに、第１通路２６の空気と同一方向に回転
する第２通路３２の空気のスワール角度を３４°とする
ことによって、合流部６８におけるスワール角度を約４
２°にすることができる。第３通路３８の気流について
は、前述の好適実施例の場合と同様である。
【００２７】上記代わりの実施例の作動を以下に述べ
る。
【００２８】コンプレッサーからの空気１００は３つの
通路２６，３２，３８の入口２８，３４，４０からスワ
ラ５２，６０，６４を通して混合ダクト１２に導入され
る。混合ダクト１２に導入された気流の合計の１５％が
第３通路３８に導入され、気流の残り８５％が第１及び
第２通路２６，３２にそれぞれ９：９１から１７：８３
の範囲になるように二分される。第１スワラ５２によっ
て、燃料ノズル１６がある第１通路の気流のスワール角
度が６５°から７５°の範囲に入る。燃料は空気のスワ
ールに噴霧され、燃料と空気の混合気はスワールとなっ
て長軸方向１４を第１円筒形ダクト２０の出口３０に進
む。前述の理由によって、第１通路のスワール角度が大
きいことが、煙の発生を減少させる。第１出口におい
て、第１通路２６からの燃料と空気の混合気は、第２円
筒形ダクト２２と第１通路の気流と同一方向に回転する
第２通路３２からの気流に排出される。大きなスワール
角度を有する第１通路２６の気流と小さな角度を有する
第２通路３２の気流を合成することによって、これら２
つの気流の合流部６８で剪断が生じる。前記小さなスワ
ール角度の気流の質量は、前記大きなスワール角度の気
流の質量の５倍以上なので、合流部６８のすぐ下流のス
ワール角度は、所望の再点火安定性のために許容できる
最大のスワール角度である６０°よりもかなり小さい約
４２°である。図５に示すとおり、コア気流の回転方向
は第１通路２６の気流の回転方向と同じである。コア気
流が４２°のスワール角度でプレフィルマー（ｐｒｅｆ
ｉｌｍｅｒ）４４を出ると、７０°のスワール角度を有
する第３通路３８の気流と合流する。これらの２つ気流
の相互作用により、前述の好適な実施例において記述し
た有益な結果と同様な結果が得られる。
【００２９】本発明の燃料及び空気のスワールミキサー
は、大きな剪断を得るように設計されており、高性能を
有する。半径方向の流入スワラ５２，６０，６４は、現
在の大きな剪断を得る設計に存在する同一で再現可能な
均一の燃料の分布を発現させる。再点火の安定性は現在
の大きな剪断を得る設計に存在する流れの分割の変化に
明確に対応する。さらに、スワールミキサー１０の新し
い特徴には、現在の大きな剪断を得る設計の霧状にする
ことに優れていることがある。
【００３０】本発明は詳細な実施例について記述された
が、当業者にとって特許請求の範囲を越えずに本発明を
さまざまに変形することは可能であることが理解される
べきである。
【００３１】
【発明の効果】本発明のスワールミキサーによれば、第
１，第２及び第３通路の気流のスワール角度をそれぞれ
調整することによって、ガスタービンからの煙の発生が
低く押えられ、再点火の安定性が高まる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料ノズル／ミキサーアセンブリの好
適な実施例の長手方向の断面図である。
【図２】図１の線Ａ−Ａに沿う断面図である。
【図３】図１の線Ｂ−Ｂに沿う断面図である。
【図４】図２と同様であるが、本発明の代わりの実施例
を示した断面図である。
【図５】図３と同様であるが、本発明の代わりの実施例
を示した断面図である。
【符号の説明】
１０…燃料／空気ミキサー １２…混合用ダクト １４…長手方向の軸 １６…燃料ノズル ２０…第１ダクト ２２…第２ダクト ２４…第３ダクト ２６…第１通路 ２８…第１入口 ３０…第１出口 ３２…第２通路 ３４…第２入口 ３６…第２出口 ３８…第３通路 ４０…第３入口 ４２…第３出口 ５２…第１スワラ ６０…第２スワラ ６４…第３スワラ ６６…燃料スプレー ６８…合流部 １００…空気

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ガスタービンエンジンにおける燃焼の前
    に燃料と空気を混合するための燃料／空気ミキサーであ
    って、長手方向の軸、前記燃料及び空気を受け取るため
    の上流端及び前記混合した燃料及び空気を排出するため
    の下流端を有する混合用ダクトを含む燃焼器用のスワー
    ルミキサーにおいて、 円形断面を有し第１通路を規定する第１ダクトであっ
    て、前記第１通路が前記空気を前記第１通路に導くため
    の第１入口と前記空気を前記第１通路から排出させるた
    めの第１出口を有するところの前記第１ダクトと、 前記第１ダクトと同軸上にある第２ダクトであって、前
    記第２ダクトは前記第１ダクトから半径方向に外側に離
    間し、前記第１及び第２ダクトの間に第２通路が規定さ
    れており、前記第２通路が前記空気を前記第２通路に導
    くための第２入口と前記空気を前記第２通路から排出さ
    せるための第２出口を有するところの前記第２ダクト
    と、 前記第２ダクトと同軸上にある第３ダクトであって、前
    記第３ダクトは前記第２ダクトから半径方向に外側に離
    間し、前記第２及び第３ダクトの間に第３通路が規定さ
    れており、前記第３通路が前記空気を前記第３通路に導
    くための第３入口と前記空気を前記第３通路から排出さ
    せるための第３出口を有するところの前記第３ダクト
    と、 燃料を前記第１通路に導入するために前記混合用ダクト
    の一端に固定された燃料ノズルと、 前記第１入口を通って前記第１通路に入る空気に第１ス
    ワール角度を与える手段と、 前記第２入口を通って前記第２通路に入る空気に第２ス
    ワール角度を与える手段と、 前記第３入口を通って前記第３通路に入る空気に第３ス
    ワール角度を与える手段を含む前記混合用ダクトであっ
    て、 前記第１及び第２通路を通る空気の合計はコア空気マス
    フローを規定し、前記第１ダクトは前記第２ダクトに注
    ぎ、これによって前記第１及び第２ダクトからの空気の
    流れの合流部が生じることを特徴とする燃焼器用のスワ
    ールミキサー。
  2. 【請求項２】 前記第１スワール角度が少なくとも５０
    °であり、これによって前記合流部のすぐ下流のスワー
    ル角度は６０°以下である請求項１記載の燃焼器用のス
    ワールミキサー。
  3. 【請求項３】 前記第２スワール角度は前記第１スワー
    ル角度に対して逆方向の回転である請求項２記載の燃焼
    器用のスワールミキサー。
  4. 【請求項４】 前記コア空気マスフローの少なくとも８
    ０％を前記第１ダクトに通すための手段をさらに含む請
    求項３記載の燃焼器用のスワールミキサー。
  5. 【請求項５】 前記コア空気マスフローの少なくとも５
    ％を前記第２ダクトに通すための手段をさらに含む請求
    項４記載の燃焼器用のスワールミキサー。
  6. 【請求項６】 前記コア空気マスフローの約９１％を前
    記第１ダクトに通すための手段及び前記コア空気マスフ
    ローの約９％を前記第２ダクトに通すための手段をさら
    に含み、前記第１スワール角度が約５５°である請求項
    ３記載の燃焼器用のスワールミキサー。
  7. 【請求項７】 前記第３スワール角度は約７０°である
    請求項６記載の燃焼器用のスワールミキサー。
  8. 【請求項８】 前記第２スワール角度は少なくとも６０
    °である請求項５記載の燃焼器用のスワールミキサー。
  9. 【請求項９】 前記第２スワール角度は前記第１スワー
    ル角度に対して同一方向の回転である請求項２記載の燃
    焼器用のスワールミキサー。
  10. 【請求項１０】 前記コア空気マスフローの少なくとも
    １０％を前記第１ダクトに通すための手段をさらに含む
    請求項９記載の燃焼器用のスワールミキサー。
  11. 【請求項１１】 前記コア空気マスフローの少なくとも
    ８０％を前記第２ダクトに通すための手段をさらに含む
    請求項１０記載の燃焼器用のスワールミキサー。
  12. 【請求項１２】 前記コア空気マスフローの約１５％を
    前記第１ダクトに通すための手段及び前記コア空気マス
    フローの約８５％を前記第２ダクトに通すための手段を
    さらに含み、前記第１スワール角度が約７５°である請
    求項９記載の燃焼器用のスワールミキサー。
  13. 【請求項１３】 前記第３スワール角度は約７０°であ
    る請求項１２記載の燃焼器用のスワールミキサー。
  14. 【請求項１４】 前記第２スワール角度は４０°以下で
    ある請求項１１記載の燃焼器用のスワールミキサー。
  15. 【請求項１５】 煙の発生を最低限に押え、炎の安定性
    を高めるために燃焼器において燃料と空気を燃焼させる
    方法であって、 円形の断面を有し第１通路を規定する第１ダクト及び前
    記第１ダクトと同軸上にあり前記第１ダクトから半径方
    向に外側に離間する第２ダクトであって前記第１及び第
    ２ダクトの間に環状の第２通路を規定する前記第２ダク
    トを提供することと、 少なくとも５０°の第１スワール角度で燃料と接触させ
    るために空気の第１部分にスワールを生じさせる一方
    で、前記第１ダクトに燃料を噴射させることによって前
    記燃料と空気の前記第１部分を混合することと、 前記燃料及び第１部分に第２スワール角度で空気の第２
    部分を混合させて６０°未満のスワール角度を有する前
    記第１及び第２部分の合流部を発生させることと、 前記燃料及び前記空気の第１及び第２部分から成る混合
    物を点火することを含む燃焼器において燃料と空気を燃
    焼させる方法。
  16. 【請求項１６】 前記第２スワール角度は前記第１スワ
    ール角度に対して逆方向の回転である請求項１５記載の
    燃焼器において燃料と空気を燃焼させる方法。
  17. 【請求項１７】 空気の前記第２部分の質量に対する空
    気の前記第１部分の質量の比は約９：１であり、前記第
    １スワール角度は約５５°であり、前記第２スワール角
    度は約７５°である請求項１６記載の燃焼器において燃
    料と空気を燃焼させる方法。
  18. 【請求項１８】 前記第２スワール角度は前記第１スワ
    ール角度に対して同一方向の回転である請求項１５記載
    の燃焼器において燃料と空気を燃焼させる方法。
  19. 【請求項１９】 空気の前記第２部分の質量に対する空
    気の前記第１部分の質量の比は１５：８５であり、前記
    第１スワール角度は約７５°であり、前記第２スワール
    角度は約３４°である請求項１８記載の燃焼器において
    燃料と空気を燃焼させる方法。
  20. 【請求項２０】 第１ダクトを提供する前記ステップは
    前記第２ダクトと同軸上にある第３ダクトを提供するこ
    とを含んでおり、前記第３ダクトは前記第２ダクトから
    半径方向に外側に離間し、前記第２及び第３ダクトの間
    に第３通路が規定され、前記混合物を点火するステップ
    の前に約７０°のスワール角度を有する空気の第３部分
    を前記第１及び第２部分に混合するステップを有する請
    求項１５記載の燃焼器において燃料と空気を燃焼させる
    方法。
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