JPS5949493B2 - ガスタ−ビンエンジン用燃焼室 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本願発明は、基本的には、燃焼器室に関し、具体的には
、ガスタービンエンジン用空冷式燃焼ライナＩ １ｎｅ
ｒに関する。

カスタービンエンジンの作動温度を高くすることによっ
て、カスタービンエンジンの性能水準を増大することが
できる。

この場合、これらのカスタービンエンジンの燃焼室が極
度の高温にさらされ、予防措置がなされないかぎり、こ
の高温のために燃焼器装置が破壊されるであろう。

高温運転を可能とするために、ライチ合金や他の燃焼室
材料の著しい改良が行なわれて来たが、燃焼室の寿命と
確実性を伸ばす通常の方法は、冷却空気の循環によって
燃焼室を冷却することである。

燃焼器ライナな冷却する最も良い方法の１つに膜面冷却
があり、この方法では、燃焼室を形成するライナ部分と
高温燃焼ガスの間に冷却空気の薄い膜を形成する。

典型的には、燃焼区域を形成する燃焼室ライナが、当該
燃焼区域を普通に囲んでいる冷却流体用高圧室Ｐｌｅｎ
ｕｍをも部分的に形成する。

冷却流体の一部を高圧室から燃焼区域に移送して燃焼ラ
イナの内側面に保護障壁膜を形成するための装置を設け
るのが普通である。

ライナの全長に沿って十分な量の空気を分配することを
確実にするように、ライナの壁には、軸方向に隔たった
複数の穴ｈｏｌｅ又はみぞ穴５ｉｏｔを形成しである。

結果的に使用される冷却空気の量は、燃焼器の性能特性
に有害であり、従って最少に維持することが好ましい。

薄膜冷却ｆｉ１ｍｃｏｏｌｉ■ の局部的又は連続的中
断の原因となるものが運転中に生じないかぎり、冷却空
気の最少使用でもライナの寿希を許容しうるものにする
。

ライナの内側面全体にわたって膜の伝播を効果的に得る
ためには、周囲の高圧室から燃焼器ライナに入る空気の
方向を次のように、即ち、ライナの内側面にくっつけて
、燃焼区域からの高温ガスを吸込んだり、巻込んだりす
ることのない境界層を形成するようにする必要がある。

流体の流れの方向を適切にするのに、比較的長い、軸方
向に伸びる張出しリップｏｖｅｒｈａｎｇｉｎｇ ｌｉ
ｐを使用して、当該リップとライナの内側面とで、流体
の流れを適切に方向づけるみぞ穴を形成することが普通
になっていた。

張出しリップの使用において経験した困難の１つは、冷
却膜が弱まるとみぞ穴張出しが過熱しやすくなり、そし
て、みぞ穴張出しが比較的薄く且つその排出端で支持さ
れていないから、半径方向外側に伸びて冷却用みぞ穴を
閉塞しやすいことである。

この結果、冷却流を減少し、更にその下流側にあるみぞ
穴張出しを過熱する。

リップの熱膨張によって冷却材の流れが阻止されるのを
防止するために、冷却膜が弱まった結果生じる熱応力に
耐える重い材料でリップを作ってもよい。

しかし、張出しリップの形成に重い材料を使用すること
の利点は、重量と製造原価が増大するという欠点によっ
て全く相殺されてしまうだろう。

従って、本願発明の目的は、ライナの内側面に冷却空気
の中断されなり連続膜を作る燃焼器ライナな提供するこ
とである。

本願発明の他の目的は、長い耐用期間に渡って、高温状
態における運転が可能である燃焼器ライナを提供するこ
とである。

更に本願発明の別の目的は、安価に製造でき、そして非
常に効果的に使用できる燃焼器ライナな提供することで
ある。

これらの目的、特徴そして利点は、以下の記載及び添付
図面から一層明確になるであろう、。

本願発明の一形態に従って概略すると、燃焼器ライナ１
ｉｎｅｒが、複数の軸方向に隔たる孔を形成しである環
状の連続膜を有し、冷却空気の流れを周囲の高圧室ｐ
ｌｅｎｕｍから殻壁の内側面に導き、当該壁とそれに囲
まれた燃焼区域の間に冷却膜を形成することが示される
。

冷却材用入口孔の各々のすぐ上流の位置において、内側
壁に機械加工されたリップｌｉｐがとり付けられ、当該
リップが半径方向下流側に伸びて冷却材用みぞ穴ｃｏｏ
ｌａｎｔ −５ｌｏｔ を形成し、これにより冷却材の
流れを燃焼器の内側壁に沿うように向ける。

各リップは、高温にさらされたときに排気端の熱膨張か
ら実質的に影響を受けないような適当な厚さに形成され
ている。

適当な機械加工方法によってリップを輪の形に製造し、
これらを外側殻と密接なはめあい関係において適当な位
置にろう接等によって固定する。

本願発明の他の面では、連続外側殻を実質的に一定の厚
さの金属板から形成し、そしてそこに冷却孔を押抜き、
こうして殻の重量と製造原価を最小にする。

本願発明の別の面では、ライナの連続膜部分を、次のよ
うに、即ち空気孔のすぐ上流の当該部分を厳密な軸方向
配置から傾けて直径が下流側端に向って増大するように
、形成する。

この部分を傾けることによって、当該点で殻と好ましい
密接なはめあい関係に張出し輪を配置することを簡単に
し、ろう接等の取付けを容易にする。

第１図には、従来技術の燃焼器ライナの構造を図示して
あり、当該構造は積み重ね輪設計として周知であり、短
いセグメント１０を順次重なる方式に組み立てて、一つ
のセグメントの上流端１，１がそのすぐ上流のでグメン
トの部分１２と重なるようにする。

各セグメント１０は実質的に一定の厚さの材料で形成さ
れ、下流側へ直列関傾にある上流端１１、拡大部分１３
、中間部分１４重なり部分１２及び下流側部分１６から
なる。

孔１７を拡大部分１３に設け℃、空気の流れをライナの
外側から内側り矢印で示すように導き、ライナの薄膜冷
却を容易にする。

各セグメントの下流側端１６を下流側隣接セグメントの
拡大部分で囲み、排出み穴１８をセグメントとセグメン
トの間に形成し、孔１７に入る空気の流れを内側壁に沿
って連続的に流れるように方向付けて、こうして壁とそ
れに囲まれた燃焼区域の間に空気膜を保持する。

流入空気がみぞ穴に沿って下流側部分又は張出しｏｖｅ
ｒｈａｎｇ １６の方へ流れるにつれて、冷却膜は弱ま
り従って張出し１６が過熱する傾向がある。

その結果、張出し端の高温によって、張出し端が第１図
の点線で示すように半径方向外側に膨張し、従って冷却
みぞ穴１Ｂを閉塞する。

この結果、みぞ穴５１ｏｔ１８内の冷却流が減少し、み
ぞ穴の下流側にある張出しが一層過熱することになる。

この問題を解決するには、前述のような熱膨張を無くす
ために、張出しとライナ殻の間に介在するように下流側
端に形成した凹部を使用することがある。

しかし、この解決方法には、凹部それ自体が制限を生じ
やすくそして内側面に沿う連続的且つなめらかな空気流
を引き裂く渦を生じやすい欠点がある。

第２図には、燃焼器ライナの他の従来技術による実施例
２１を示すが、これは機械加工された輪設計と通常呼ば
れている型である。

それは、冷却空気の弱まりから生ずる熱応力に耐えるに
十分な厚さの区域と、エンジンの過剰重量に対する全体
的な調整のために十分な薄さの区域をもたらすような形
に機械加工した重り鍛造物２２からなる。

こうすると、張出し２３を厚く作って熱応力に耐えるよ
うにできる力）ら、みぞ穴の張出しのひずみの問題を解
決することができる。

特に、リップ部が比較的短いから、後端２４から基部２
６にかけてリップ全体を、前述の積み重ね輪装置よりも
かなり厚くすることができる。

同様に、孔２８を形成した連続ライナの拡大部分２７を
十分厚＜Ｌ／Ｃ１所望の強度特性をもたらすと共に、中
間部分２９を十分に薄くして、ライナ全体の重量を減少
することができる。

機械加工した輪設計の性能特性は満足しうるものである
が、この製造方法は、ライナ形状に機械加工する間に、
ライナ製造に使用する鍛造物の大部分を廃棄しなければ
ならないから、高価になる。

更に、孔２８の穴あけを含めて、こΩ方法の機械加工工
程は、第１図の従来技術の設計に示した個別でグメント
の製造よりも非常に高価である。

第３図に示す本願発明３１は、第１及び第２図の従来技
術の実施例の各々の利点を結合したものである。

特に、金属板の連続外側殻３２を有し、これは、直列に
つながった中間部分３３、遷移部分下流端に向って広が
る、同型の円錐台形状となっている３４、入口部分拡大
部分３６及びみぞ大部分３７からなる連続的パターンに
、＝定厚さの金属板から形成することが好ましい。

押抜き等の従来技術の簡単な方法によって、殻成形の前
又は後に、冷却孔３８を掛大部分３６に形成できる。

本願発明の張出しＯｖｅｒｈａｎｇ ３９は、外側殻と
は別に、個々に作り、そして各々の遷移部分３４に結合
する。

それらは、圧延や押出しのような周知の方法によって、
外側殻よりもかなり厚い厚さを有する輪に形成し、こう
して、第２図の従来装置に生じた廃棄材料の量を最少に
するか無すことができる。

第４図では、殻３２と輪３９を離して図示し、第３図で
は、それらを組み合わせて図示しであるが、張出し輪３
９が端部４１を含み、端部４１が殻のみぞ大部分３７と
共に、冷却孔３８から入った空気の流れを方向づける冷
却みぞ穴Ｃｏｏｌｉｎｇ −８ｌｏｔを形成し、そして
張出し輪３９は基部４２も含み、基部４２は、成る比較
的厚い厚さにまで移行した後に点４３までテーパになっ
て下り、これにより外側殻の遷移部分と係合する平らな
面４４′１２ｒ−もたらす。

遷移部分３４も同様に平面に形成し、従って、組み立て
により容易に結合できて、ろう接等の結合方法を容易に
する密接なはめあい関係をもたらす。

すなわち、密接なはめあい関係をもたらすような結合セ
グメントの正確な直径を得ることが困難な第１図の積み
重ね輪設計とは異なり、殻と張出しの間に所望の密接な
はめあい関係を得るまで、第４図の矢印で示すように、
張出し輪３９をその平面にそって移動することができる
。

このことは、第５図に示す典型的な燃焼器の構造特性全
体を考慮すると一層明確に理解できるだろう。

第５図には、ガスタービンエンジン用の代表的環状燃焼
室５１に用いた本願発明を図示しである。

外側ライナ５２が本願発明の燃焼器ライナ３１ａと協力
して、外側高圧室５３を形成する。

同様に、半径方向内側の高圧室５６を形成するために、
内側ライナ５４が本願発明の他の燃焼器ライナ３１ｂと
協力する。

燃焼区域５７自身は、ライナＬ ｉｎｅｒ３１ａ及び３
１ｂと上流側ドーム５８℃形成するが、上流側ドームが
燃料ノズル５９と協同しており、そして燃料ノズル５９
を通って燃焼用燃料を燃焼区域へ導く。

ライナ３１ａ及び３１ｂの各々軸方向延長体６１及び６
２の間に、空気及び燃料用人口６０を形成する。

一般に、燃焼室は周知の型であって、次のように作動す
る。

燃焼区域５７の上流側にある圧縮器装置（図示していな
い）によって、大気空気の流れを圧縮し、圧縮器の排気
を部分的に高圧室Ｐ ｌｅｎｕｍ ５３及び５６と空気
及び燃料用人口６０とに導く。

多量の燃料を入口６０に入る空気の一部と混合し、燃焼
区域５７内で点火する。

ライナ３１ａ及び３１ｂの形状内で燃焼ガスの急速な膨
張が生じると、ガスが燃焼区域５７から押出されて出口
６３を通りタービン６４と係合するようになる。

この激しい流体がタービンの回転部分を駆動し、そのエ
ネルギの一部が連結軸を介して上流側圧縮機を駆動する
働きを行なう。

ガス流の残りのエネルギがエンジンの駆動推力をもたら
す。

前述の環状型の燃焼器から、ライナ３１ａ及び３１ｂの
各々が、複数の張出し輪３９を配置した環状且つ軸方向
連続の殻３２からなることがわかる。

各輪３９を、第４図に示すように、軸方向に移動するこ
とができて、関連する殻との密接なはめあい関係を得る
。

最終的取り付けは、ろう接等の周知の方法で行なうこと
ができる。

本願発明を環状燃焼器に使用することに関して記載した
が、単一ライナを変角して、燃焼区域室の軸に大体沿う
ように燃料入射する燃焼区域を形成するカニュラＣａｎ
ｎｕｌａｒ型燃焼器に使用してもよいことがわかるだろ
う。

この型の燃焼器には、もちろん、環状燃焼器の各ライナ
について記載したのと実質的に同じ方法で組み立てて組
み合わせの、複数の張出し付き単一ライナのみがある。

本願発明は、所望の性能特性と廉価な製造技術を有する
燃焼器ライナ製造用装置の改良を示すために記載して来
た。

一実施例に関して本願発明の詳細な説明して来たが、こ
れらの概念を応用できることは明らかで、そして、当業
者によって本願発明の範囲を逸脱することなく、図示の
実施例に対して色々０放良構造を作ることができること
も明らかである。

例えば、冷却孔３８を色々な方法で形成することができ
、そしてそれらはライナに形成した周方向に隔たる複数
の穴であってもよい。

代りに、殻に周方向の 連続みぞ穴を形成してそれによ
って冷却空気を殻に導入してもよい。

更に、殻のみぞ穴部３１の整合を遷移部分に密接に対応
させ、密接なはめあい整合を容易にする張出し３９の軸
方向移動によって、みぞ大部分と張出しによって形成さ
れるみぞ穴の全体寸法が変わらないように、殻のみぞ大
部分３７を形成できる。

開示された構造に対してできる他の変更では、張出し部
材に、連続輪ではなくセグメントによる方法を使用して
もよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来技術による積み重ね縮型の燃焼器ライナ
、第２図は、他の従来技術による燃焼器ライナ、第３図
は、本願発明の実施例による燃焼器ライナの長手方向部
分断面図、第４図は、本願発明の一部を分解した拡大斜
視図、第５図は、本願発明を使用した燃焼器の長手方向
断面図。 １８・・・・・・みぞ穴、３１ａ、３１ｂ・・・・・・
ライナ、３２・・・・・・殻、３３・・・・・・中間部
分、３４・・・・・・遷移部分、３６・・・・・・拡大
部分、３７・・・・・・みぞ大部分、３８・・・・・・
冷却孔、３９・・・・・・張出し輪。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 冷却空気高圧室内に配置され、上流端で燃料混合物
   を受は取り且つ下流端から高温ガスを排気するようにな
   っている型の改良燃焼室であって、直列につながった、
   軸方向に伸びる中間部分、下流−に向って半径方向外向
   きに角度が付いている遷移部分、前記冷却空気高圧室か
   ら燃焼室への冷却空気の通路となる、円周方向に隔たる
   複数の冷却孔を有する入口部分を含み軸方向に連続的に
   くり返すパターン形状であって、実質的に一定の厚さの
   環状ライナと、 前記環状ライナの内周面に同軸に取り付けた複数の輪と
   を有し、各々の該輪の外周面はその中間点より軸方向上
   流にテーパになっていて密接なはめあい関係で前記遷移
   部分の１つに取付けられており、各々の該輪は軸方向下
   流に伸びて前記環状ライナとの間に冷却みぞ穴を形成し
   、各々の該輪は軸方向に沿っての冷却膜の弱まりによる
   熱ストレスに耐える厚さを有しており、その結果前記輪
   の下流端で冷却みぞ穴が閉塞しない改良燃焼室。 ２ 前記人口部分が拡大部分を含み、拡大部分は半径方
   向外向きに前記冷却空気高圧室内に伸びて、前記冷却孔
   への冷却空気の流れを特徴する特許請求の範囲第１項記
   載の改良燃焼室。 ３ 前記輪の一部がその中間の部分と下流側端の間で、
   テーパになっている、特許請求の範囲第１項の改良燃焼
   室。 ４ 前記遷移部分が、実質的に平らな形である、特許請
   求の範囲第１項記載の改良燃焼室。 ５ 前記冷却孔が、冷却空気が前記輪に衝突する角度で
   設けられている、特許請求の範囲第１項記載の改良燃焼
   室。