JPS61231331A - 燃焼室構造 - 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】 １１列１１ 本発明は、ガスタービンエンジン、特にガスタービンエ
ンジンに用いる燃焼室に関する。

ガスタービンエンジン効率は種々のパラメータの関数で
あり、特に燃焼室内に達成し得る温度およびエンジンの
種々の要素を冷却するために分流しなければならない空
気の固の関数である。現在、ａｉｉｔ度にさらされない
、従ってそれに伴なう熱応力を受けないエンジンの要素
により構造的向■を支えれば、エンジンの構造的一体性
が改良される。

燃焼室内に達成し得る温度を高めようとする試みでは、
種々の材料および合金を燃焼室の構成に用いることが提
案されている。熱の作用に対して特に有効な抵抗性を呈
する２つの材料は酸化物分散強化材料と種々のセラミッ
クである。もう一つの有効な材料としてコＯンビウムの
耐熱コーティングがある。しかし、前者の材料おｊび幾
つかの他の材料に関する主な欠点は、溶接が困難である
か実用的でないことである。本発明は燃焼室にコロンビ
ウム被覆を用いる場合に特に適切であるが、本発明の思
想はもっと広く適用可能である。

上述のような耐熱材料を適用する効果は、一層高い温度
に達することが可能になるのに加えて、運転中に燃焼室
に導びく必要のある冷却流体の囚を少くすることができ
ることである。このように冷却流体の量を減少するとエ
ンジンの動作効率を増大できる。

過去におけるガスタービンエンジンの構造的損傷には、
エンジンの構造的荷重支持部分が燃焼の高温度に伴な−
う熱応力にさらされる結果として生じるものがあった。

燃焼室（燃焼熱に直接さらされる）がライナに関連する
構造的荷重を支えることを必要とするようなやり方で燃
焼室を形成すると、このような損傷につながることもあ
った。本発明の構造を用いれば、燃焼室のライナを、燃
焼室を囲むフレームに関連する構造的荷重から隔離する
ことにより、これらの問題を解決することができる。

本発明のもう一つの特徴として、構造用フレームおよび
関連要素を完全に分離する必要なしに、個々のライナリ
ングを容易に取り外すことができる。このことから、長
期間の使用で摩耗または疲労したライナリングを新しい
ライナリングに取換えたり、まだ有効寿命のある個々の
ライナリングを補修したりできる。燃焼室が実質的にユ
ニット化された構造に形成されていて、燃焼室のほんの
一部分に損傷や摩耗が生じても大きな部品もしくはその
全体を取り換える必要があった従来の装置と比べて、上
記の取換、補修可能なことは大きなコスト節減になる。

１」二１江 従って、本発明の主要目的は、燃焼室に関連する熱的応
力および構造的応力をそれぞれ負担する別々の部材を設
けることにより、構造的完全さを改良した、ガスタービ
ンエンジン用燃焼苗を提供することにある。

本発明の別の目的は、ライナを複数のリングから形成し
て補修および取換を容易かつ効果的にし、改良ライナ材
料を従来の製作法での欠点なしに利用できるガスタービ
ンエンジン用の燃焼室を提供することにある。

これらの目的および他の目的が以下の詳細な説明から明
らかになるであろうが、このような目的を達成するため
に本発明では、複数の環状リングから形成したライナを
用いる。これらのリングは互に入れ子式に協働するとと
もに、関連するばね部材と突起および止め部材の組合せ
よりなる保持手段とにより弾性協働関係で、リングを囲
む構造用フレームと協働する。１実施態様では、ばね手
段がほぼＵ字形断面の弾性部材よりなり、０字の片方の
脚部上に突起を支持し、他方の脚部が関連するリングと
協働する。軸線方向に隣接するライナリングは順次積み
重なり、各リングの前縁がＵ字形弾性部材の両脚部間に
はさまれている。

好ましい実施例の説明 第１図に示した燃焼室は、種々の形式のうちの代表的な
ターボ機関の燃焼室部分の基本要素を、本発明に特有の
実質的改良点とともに例示するものである。当業界でよ
く知られているように、大気空気は燃焼室１０に、左側
から高圧圧縮機（図示せず）の下流の燃料／空気入口１
２を通って入る。燃焼室１０は燃焼領域１４を限定し、
また入口１２内に配置された燃料ノズル１６を含む。裏
あて部材２０を含む高強度構造用フレーム１８が燃焼領
域１４を包囲している。典型的な態様では、ノズル１６
からの燃料と入口１２から入ってくる空気とを燃焼領域
１４内で混合して燃焼させる。

燃焼生成物を第１図の右方へ、出口１９からタービン翼
列２１を横切って吐出する。タービンブレードはこうし
て出てくる燃焼生成物からエネルギーを抽出して、上流
の圧縮機に動力を与える回転自在なシャフトをまねず役
目を果す。燃焼生成物の残りの噴流が第１図の左方への
推力を発生する。

本発明による燃焼室の構造を残りの図面を参照しながら
ざらに具体的に説明する。図示の裏あて部材２０を含む
フレーム１８は、軸線方向に離間した半径方向段部２２
と、燃焼室の上流端から乍流端に向って徐々にテーバが
付けられていることとにより半径が次第に増加している
ことがわかる。

各段部２２には１対の円周方向に延在する肩部２４およ
び２６が設けられており、両者間に実質的に円周方向に
延在するスロット２８を形成している。このスロット２
８は、後述するように、燃焼室部材を保持するための止
め部材を構成する。

本発明の主目的に従って、複数の個別のライナリング３
０が設けられる。これらのライナリング３０は構造用フ
レーム１８と協働して燃焼室の形状を完成する。ライナ
リング３０の構造用フレーム１８のまわりへの配置を容
易にするために、フレームに対してライナリングを位置
決めおよび固定するための装着手段を設ける。この装着
手段は前述したスロットすなわち止め部材２８を含む。

更に第３図に図示した本発明の態様では、各ライナリン
グは前縁３２と後縁３４を含み、止め部材２８と協働す
る実質的に半径方向に伸びる突起３６を支持する。突起
３６と止め部材２８とは一緒に組合わさって、フレーム
と協働してライナリングの位置を保持する保持手段を構
成する。

さらに、装着手段は第３図に示すばね３８のような可撓
性手段を含む。保持手段と可撓性手段とは一緒に加合わ
さって、燃焼室の動作中ライナリング３０をフレーム１
８に対してほぼ所定の位置以内に保持する。

構造的には、突起３６をほぼＵ字形断面のばね３８の片
方の脚部に配置し、他方の脚部をライナリング３０にそ
の後縁３４付近で剛固に取付ける。

個々のライナリングをフレーム１８に対して所定位置に
配置するときには、突起３６をそのライナリングに向っ
て半径方向に動かして関連するばね３８をそらｕｌすな
わちばねに予備荷重を与え、突起３６を止め部材（スロ
ット）２８に対して保持位置にスナップ式にはめ入れる
。

軸線方向における隣接するライナリング３０間　　　　
゛の協＠関係は、複数のライナリングが入れ子式に積み
重なって燃焼領域１４を限定するようになっている。第
３図の実施例では、軸線方向の協働関係は、各ライナリ
ング３０の後縁３４がその下流側のライナリングの前縁
３２を、はぼＵ字形断面の弾性部材すなわち３８の両脚
部間にサンドイッチ状にはさんだ関係で、受けて保持す
るようになっている。言い換えると、各下流側のライナ
リングの前縁がＵ字形弾性部材（３８）の両脚部間に突
入し、両脚部間の空所内に保持される。

第２図および第３図かられかるように、突起３６および
スロット２８はそれぞれライナリン、グ３０およびフレ
ーム１８のほぼ円周方向に延在する。

さらに、各ライナリング３０はばね３８と突起３６の組
合せを含み、フレーム１８は複数の離間した止め部材す
なわちスロット２８を含む。従って、上述したのと同様
のやり方で、複数のライナリング３０を所定位置に配置
して保持することができる。本発明の主目的に従って、
ライナリングが長期間の使用中にすり減ったり損傷した
りしたら、個々のライナリングを簡単に取り外しできる
ように、上述した装着手順を逆にすることができる。

従って、本発明によれば、実用中の燃焼室ライナの妥当
な安価なメインテナンスが可能になる。

燃焼室の全体的動作についてはすでに説明した。

この動作と本発明の機能とを関係づけるために、燃焼室
ライナに対する空気力学的および熱的効果を考察する。

空気力学的には、燃焼領域１４内にはそこで燃焼するガ
スの膨張により非常に大きいガス速度が得られる。従っ
て、個々のライナリング３０に大ぎな静的および動的圧
力が加わる。これらの圧力は直接構造用フレーム１８に
伝達され、フレーム１８は燃焼苗に関連した機械的力の
大部分を支える役目を果す。

熱的には、燃焼領域１４内で燃焼するガスは極めて高い
温度に達し、個々のライナリング３０は直接この高温に
さらされる。（リングの冷却はリングの半径方向外側面
に対する冷却空気の衝突による冷７ＪＩと、燃焼領域１
４に而するライナリングの側面の空気膜冷却との組合せ
によって行うことができる。別の冷却方式を採用するこ
ともできるが、冷却するライナリングへの熱衝撃は極め
て大きい）。この問題を軽減するために、本発明では有
効な熱特性を呈するコロンビウム被覆材料を使用するこ
とができる。

多くの耐熱材料は残念なことに構造的荷重を支えるのに
適していない性質を有する。本発明によれば、個々のラ
イナリング３０は構造的な力に耐えることを要求されな
い。構造的な力は直接にフレーム１８に伝達されるから
である。同様に、フレーム１８の材料、即ち高強度材料
は、必ずしも燃焼領域１４内での燃焼熱にさらされるの
に適した材料である必要はない。本発明によれば、構造
用フレーム１８は高温に直接さらされず、ライナリング
３０により高温から隔離されている。従って、この発明
の結果とし、て、高強度材料および耐熱材料をそれ゛ぞ
れ機械的および熱的応力のかかる区域に、互に悪影響を
及ぼすことなく適用することができる。

本発明に適当なコロンビウム被覆材料の特徴は、熱膨張
係数が低いことである。フレーム材料の熱膨張係数はそ
れより著しく高くできる。従って、膚焼室の過渡的な動
作の間、ライナリング３０およびフレーム１８の熱膨張
をかなり効果的に相互に整合させることができ、従って
ライナリング３Ｏの膨張に伴なう機械的応力またはフー
プ応力がフレーム１８に悪影響を及ぼさない。ライナリ
ング３０に加わる熱的作用に伴なった機械的応力からフ
レーム１８をさらに隔離するのに、上述した装着手段は
特に適したものである。

この目的のために、フレーム１８上にライナリング３０
を取付けると複数のライナリングが入れ予成に配置され
、各ライナリングはフレームから離間しでいる。各ライ
ナリング３０は、その前縁３２と軸線方向に隣接する上
流側のライナリングの後縁３４との係合により、その前
縁３２の所で、この離間関係に維持される。各ライナリ
ングの後縁３４は弾性部材すなわちばね３８によりフレ
ー　　　　゛ム１８から所定の距離に維持される。個々
のライナリング３０の熱膨張によりライナリングがばね
３８を押しまげ、これによりフレーム１８に対するライ
ナリング３０の半径方向位置の調節を行う。

従って、リング３０からフレーム１８に加えられる機械
的力の影響は著しく軽減される。同様に、構造的な力に
よりフレーム１８がたわむと、このたわみはうイナリン
グ３０に直接伝達されず、むしろ一部分がばね３８の曲
げにより吸収される。

ライナリング３０をフレーム１８に対する軸線方向位置
から移動させようとする力に対して、突起３６およびス
ロット２８を含む保持手段が反作用をなしてその力に耐
える。従って、本発明を用いる結果として、燃焼室を、
軸線方向および半径方向両方の所定の位置以内にしつか
り保持された個別のほぼ環状のライナリングから形成す
ることができる。ライナリングは適当な耐熱材料（この
材料が溶接その他の加工に実用的でない場合でも）から
つくることができる。さらに、保持手段および可撓性の
半径方向装着手段によってライナリングは信頼性よく所
定位置に保ｉされる。

本発明のイ■の実施例を第４図および第５図に示す。こ
の実施例の構造は最初の実施例に関して説明した構造と
は異なるが□、その動作は実質的に同様である。フレー
ム１８−には止め部材すなわちスロット２８−を形成す
る肩部２４−および２６′が設けられている。はぼ環状
ライナリング３０′がばね手段５０を瀬え、このばね手
段５０は個々のライナリング３０′とフレーム１８−ど
の間に延びるほぼ指状の弾性部材またはばね５２の形態
をとっている。ばね手段５０はライナリングの後縁３４
′付近に設けられ、復縁３４′をフレーム１８′から所
定の空間５４だけ離すように作用する。これらの指状ば
ね５２は、上述したＵ字形ばねと同様に、たわんでフレ
ームに対するライナリングの半径方向位置の変化を吸収
する作用をな　　′す。その上、各ライナリング３０′
の後縁３４′はその下流側のライナリングの前縁３２′
と協働し、前縁３２′を空間５４内に受入れて保持する
。

ライナリング３０′をフレームに対して軸線方向に位置
決めするために、各ばね手段５０はフレーム肩部２６′
とほぼ同じ方向に突出するほぼ半径方向の肩部５６を含
む。スロット２８−内に保持バンド６０が配置される。

この保持バンド６０は、このバンドが接触するフレーム
肩部２４′に対する肩部５６の軸線方向の移動を阻止す
る作用をなす。燃焼室の製作時には、ばね手段５０の個
々の指状ばね５２を曲げ、すなわち予備荷重をかける。

ざらに、燃焼室の動作中、熱的および機械的応力により
押されるにつれて、これらの指はさらに曲げられ、ライ
ナリング３０−とフレーム１８−との間の空間調整を補
正ｔａ。本発明のこの実施例もフレーム１８′をライナ
リング３０−に関連する熱的応力から実質的に隔離する
ことができ、同様にライナリング３０′をフレーム１８
′に関連する構造的応力か□ら隔離するン　□また、燃
焼室の製作順序を逆にすることは容易であり、保持バン
ド５６を取去り、組立順序を逆にたどることにより、個
々のライナリング３０′をフレーム１８−どの協働関係
から抜き出すことができる。

本発明の好適実施例について説明したが、本発明の要旨
は特許請求の範囲に記載した通りである。

ここに開示した構造の多数の変更例が本発明の要旨を逸
脱せぬ範囲内で可能であることは、当業者には明らかで
あろう。例えば、Ｇ４ね部材および保持手段は、ここに
開示した目的に等しく適合す慕機能を持つ任意の構造形
状をちって構成することができる。これらの変形および
他の同様の変更も本発明の一部として包含されるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるガスタービンエンジンの燃焼室の
簡略化した断面図、 第２図は本発明の第１実施例による１つのライナリング
を構造用フレームの一部との協動関係において示す斜視
図、 第３図は本発明の第１実施例のライナリングの相互間係
および構造用フレームとの協働関係を示１断面−・、 第４図は本発明の第２実施例による１つのライナリング
を構造用フレームの一部とのｂ３　ｌ＃１関係において
示す、斜視図、そして 第５図１．を本発明の第４図に示す第２実施例のライナ
リングとその隣接する類似のライナリングおよび構造用
フレームとの協ｆ！！ＪｐＡ係を示す断面図である。 １０・・・燃焼室、１８・・・フレーム、２８．２８′
、・・スロット（止め部材）、３ｏ、３０＝・・・ライ
ナリング、３２．３２−・・・前縁、３４．３４′・・
・後縁、３６・・・突起、３８・・・ばね、５ｏ・・・
ばね手段、５２・・・指状ばね、５４・・・空間、６ｏ
・・・保持バンド。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、燃焼させるべき燃料と空気を受入れる入口、燃焼生
   成物を吐出する出口、 入口と出口の間に配置され、燃焼室に関連する機械的力
   を支持する高強度構造用フレーム手段、このフレーム手
   段と協働し、燃焼領域を限定するライナ手段であって、
   複数の連続環状リングを含むライナ手段、および これらのリングを位置決めする装着手段であって、可撓
   性手段およびこの可撓手段と協働して燃焼室の動作中に
   上記リングを上記フレームに対してほぼ所定の位置以内
   に保持する保持手段を含む装着手段、を有するガスター
   ビンエンジン用燃焼室。 ２、上記可撓性手段がばね手段を含み、上記保持手段が
   突起およびこの突起を受入れる止め部材を含んでいる特
   許請求の範囲第１項記載の燃焼室。 ３、上記リングのそれぞれが上記ばね手段を支持し、上
   記フレーム手段が間隔をあけて設けた複数の上記止め部
   材を含んでいる特許請求の範囲第２項記載の燃焼室。 ４、上記リングが前縁と後縁を持ち、各リングの後縁が
   軸線方向に隣接するリングの前縁を受入れて保持するよ
   うに構成されていることにより、上記リングが入れ子式
   に協動する特許請求の範囲第３項記載の燃焼室。 ５、上記突起が上記ばね手段により支持されている特許
   請求の範囲第４項記載の燃焼室。 ６、上記ばね手段がほぼＵ字形断面の弾性部材を含み、
   上記突起がＵ字の片方の脚部に設けられ、関連するリン
   グがＵ字の他方の脚部と協働し、軸線方向に隣接するリ
   ングの前縁がこれらの脚部間に突入されている特許請求
   の範囲第５項記載の燃焼室。 ７、上記ばね手段が関連するリングのほぼ円周方向に延
   在し、上記止め部材が上記フレーム手段のほぼ円周方向
   に延在するスロットを含む特許請求の範囲第６項記載の
   燃焼室。 ８、上記止め部材が上記フレーム手段のほぼ円周方向に
   延在するスロットを含み、上記突起が、上記スロット内
   に配置されて上記リングの１つと協働する保持バンドを
   含む特許請求の範囲第４項記載の燃焼室。 ９、上記ばね手段が、上記リングのそれぞれと上記フレ
   ーム手段との間に延在して、上記リングの後縁をフレー
   ム手段から所定の空間だけ離間する指状弾性部材を含み
   、軸線方向に隣接するリングの前縁が上記空間に突入し
   て、保持されている特許請求の範囲第８項記載の燃焼室
   。 １０、上記弾性部材が関連するリングのほぼ円周方向に
   延在し、上記止め部材が上記フレーム手段のほぼ円周方
   向に延在するスロットを含む特許請求の範囲第９項記載
   の燃焼室。 １１、動作時にライナに加えられる空気力学的力により
   上記リングが上記ばね手段を押しまげ、これにより上記
   フレーム手段に対する上記リングの半径方向位置を調節
   する特許請求の範囲第４項記載の燃焼室。