JPS6132576B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本願発明は一般的には気化装置に関し、具体的
には中央低圧燃料噴射器（injector）を有するガ
スタービンエンジン用燃焼装置に関する。

概略的には、本願発明の１特徴に従うと、中央
燃料噴射器に通ずる低圧燃料供給管によつて、燃
焼装置の通気帽へ燃料が導入され、該噴射器の外
周に燃料流を導くために複数の孔を形成してあ
る。

複数の実質的に半径方向に伸びる通路が形成さ
れている円板が噴射器を囲み、高速噴流の形で空
気を供給し燃料へ向けて空気を集中して吹き込
む。これがその後噴射器の外周から流れ出て噴射
器の下流側周囲に形成されたベンチユリに入る。
吹き込まれた燃料の一部が霧化してベンチユリを
軸方向に通過して点火用燃焼器に入る。そして他
の一部がベンチユリの中で一回転方向に旋回し、
軸方向へ流れて流出し、２次旋回装置からの、反
対の回転方向に旋回する空気流とぶつかり合う。
その結果、霧化された混合物が下流方向へ流れて
点火用燃焼装置へ入る。

本願発明の他の特徴によれば、円板内に実質的
に半径方向に伸びる通路は整合されていて、噴射
器の外周に実質的に接線となる方向へ空気を吹き
込む。これらの通路の一部は放出孔の放出端へ直
接に空気流を導くように位置してあり、通路の他
の部分が放出孔の中間の点に吹込み空気流を向け
るように整合されている。各噴流は、ベンチユリ
によつて案内される旋回場の中に入つて一緒にな
る。こうして、低圧状態で供給された燃料が、噴
射器の尖端外周に炭素を堆積することなく微細に
霧化される。

次に添付の図面によつて本発明の一実施例を説
明する。もちろん、この実施例に対して本発明の
範囲内で多様な改変が可能である。

第１図において、ガスタービンエンジン内で好
適に使用し得る型の連続燃焼式燃焼装置１１に適
用した本発明の燃料噴射装置を総括的に符号１０
で示す。燃焼装置１１は中空体１２を有し、その
中に燃焼室１３が形成されている。中空体１２は
ほぼ環状であつて、外側ライナ１４と内側ライナ
１６とドーム形端部１７から成る。しかし、本発
明はこのような環状構造だけに適用されるもので
はなく、周知の筒形またはカニユラ形の燃焼装置
に同様に利用し得るものである。本例の環状構造
では、中空体１２のドーム形端部１７は複数の周
方向に離隔した開口１８を有する。各開口は１８
は、空気と燃料の混合気を燃焼室１３に送り込む
ための本発明の改良燃料噴射装置１０を受入れて
いる。

中空体１２は適当な外殻１９によつて包囲され
得る。この外殻はライナ１４，１６と共に通路２
１，２２をそれぞれ限定する。これらの通路は、
当業者に周知のように、中空体１２の冷却と燃焼
生成ガスの希釈のため圧縮機２３およびデイフユ
ーザ２５のような適当な圧縮空気源からの圧縮空
気流を適当な開口またはルーバ２４を介して燃焼
室１３内に送り込むようになつている。中空体１
２の上流延長体２６は圧縮機２３から送られた圧
縮空気を通路２１，２２と延長体２６の上流端開
口２７とに分けるための分流体として働く。開口
２７は本発明の改良燃料噴射装置１０と連通し
て、燃料の気化に要する空気を通す。

燃料噴射装置１０への燃料供給は中空燃料管２
８を通じて行われ、この燃料管は取付けパツド２
９によつて外殻１９に連結されている。燃料管２
８は開口２７内に入り込むように曲がつており、
内部に燃料通路３１（第６図）が形成された中空
管から成る。通路３１は液体燃料を燃料噴射器の
先端部３２に供給し、この燃料はその後本発明の
気化装置によつて霧化される。

先端部３２およびそれと関連する燃料管２８
は、燃料が高度に霧化された噴流として燃焼室に
送られるような従来の霧化ノズルを混同されるべ
きではない。このような従来の霧化ノズルは通常
断面積が減少する小さな通路を有し、これによつ
て燃料は加速されるとともに加圧され、その後、
ノズル出口またはのど部から膨張する時霧化され
る。他の用途において、従来の霧化ノズルは渦流
路を有し得る。この渦流路は、その出口から流路
への膨張の過程で霧化される燃料を加速するため
に用いられる。この種の霧化ノズルに対して、本
出願人の装置では低圧燃料供給管２８を用いる。
この燃料管は燃料を噴射器先端部３２に送る。先
端部３２には複数の孔３３が形成されていて、低
圧流体流（燃料流）が本発明の独得の方式によつ
て噴射器の外周に送られ、そこで供給空気に混入
して気化される。一般に、低圧燃料噴射装置は、
全出口オリフイス面積（孔面積）が燃焼供給管の
流れ面積と同じかそれより大きい燃料噴射装置と
定義される。燃料管２８と燃料噴射器先端部３２
の特殊な構造は後に詳述する。

第２〜５図において、本発明の燃料噴射装置１
０は、直列関係にある空気吹込み円板３４とベン
チユリ・シユラウド３６と２次旋回装置３７とを
含む。簡単に述べると、噴射器先端部３２から出
る燃料を気化して燃料室１３に導入するには、ま
ず高圧空気噴流群を噴射孔３３から出る低圧燃料
流に向け、こうして燃料の液滴を部分的に分散さ
せ且つベンチユリ・シユラウド３６内で霧化混合
気を反時計方向に旋回させる。燃料の一部分はベ
ンチユリ壁をぬらす。旋回混合気は、軸方向の速
度成分も有するので、ベンチユリ・シユラウド３
６の下流リツプ３９から流出し、そこで２次旋回
装置３７から供給されたばかりの逆回転方向すな
わち時計方向の空気旋回流と作用し合う。両空気
流のこの相互作用によつて、ある範囲の高いせん
断力が生じて、ベンチユリ・シユラウド３６から
旋回しながら出てくる燃料を細かに霧化する。従
つて、燃料は燃焼室１３内でただちに点火し得
る。

第２図と第４図に示すように、空気吹込み円板
３４は、噴射器先端部３２の突出方向中心線に対
して概して対称形であり、その上流端に円すい台
形の開口４１を有する。この開口は丸い穴４２に
向かつてテーパになつており、この穴４２が燃料
噴射器先端部３２に受入れる。このようなテーパ
つき開口４１を設けることにより、燃料管２８と
噴射器先端部３２の組立体を円板３４内にその上
流端から無造作に挿入できるので、燃料噴射装置
１０の組立ては容易である。組立て位置にある噴
射器先端部３２は、機械的および熱的変化によつ
て生ずる可能性のある相対的な軸方向移動を許容
するように穴４２内にゆるくはまつている。空気
吹込み円板３４は、ベンチユリ・フランジ４５
と、それに軸方向に離隔して取付けられたブラケ
ツト４４との間に形成された滑り継手４３によつ
て保持される。このような環状滑り継手４３は円
板３４を確実に位置決めするが、しかし熱膨張や
公差の集積によつて生じうるような円板３４とそ
の周囲の構造体との間の相対移動は許容する。

円板３４には、第２図に矢印で示すように燃焼
室内へ高圧空気を導くための複数の通路３８が形
成されている。各通路３８は一端に円板３４の斜
面４８に形成された入口４７を有し、そして他端
には円板の下流側平面５１に形成された細長い出
口４９を有する。通路３８の軸線は燃焼噴射装置
の軸線に対して角度αをなし、そして第２図に示
すように、角度αは、通路３８を通つて燃焼室に
入る空気が、先行技術の軸方向とは異なつて、ほ
ぼ半径方向に向けられるような角度である。角度
αは35゜から85゜まで変え得るが、ベンチユリ上
と自由流内に燃料の最適な分布をもたらすように
設計される。図示の通路３８は丸形であるが、装
置の構成に応じて他の形状を用い得る。

第４図と第５図に示すように、通路３８はほぼ
半径方向を向いて整合されているが、しかし円板
４の中心からわずかにずれて、燃料噴射器先端部
３２の外周に向けられている。さらに詳述する
と、通路のうちの半分の通路３８ａは、各通路か
ら流出する空気や燃料噴射ノズル孔３３の一つの
放出端に直接到達するような向きに配設されてい
る。他の半分の通路３８ｂは通路３８ａと交互に
設けられ、通路３８ｂから出る空気が燃料噴射器
先端部３２の外周面の燃料噴射孔３３間の諸点に
衝突するような向きに配設されている。換言すれ
ば、第４図を第８図に示すノズルと円板の組立体
の場合、燃料は90゜ずつ離れた箇所にある孔３３
から放出される。上方を向いた孔は符号３３ａで
示されている。第４図に見られるように、通路３
８ａは燃料噴射器先端部３２の外周面の頂点に直
接向けられて、孔３３ａ（第８図）の放出端と整
合する。このようにして、孔３３ａから出た低圧
燃料流は、直接それに向かう高圧空気流によつて
ただちに吹飛ばされるので、噴射器先端部３２の
外面の頂点において燃料の炭化は生じない。第４
図の隣り合う通路３８ｂは、図からわかるよう
に、ノズル周囲の燃料噴射孔３３ａと孔３３ｄ
（第８図）の中間位置に空気流を向けるような方
位に配設されている。通路３８ｂを設けたのは、
通路３８ａからの空気によつて吹き飛ばされた燃
料の方向を変るためであり、これによつて、燃料
はさらに霧化されるとともにベンチユリシユラウ
ド３６内で旋回する。すなわち、通路を上述のよ
うに設けると、（通路３８ａからの）高圧空気の
直射噴流と（通路３８ｂからの）補足噴流が交互
に分布し、協同して集中噴流となり、かくして噴
射器先端部３２の外周面上の燃料の炭化を許すこ
となく低圧燃料流初期霧化をもたらす。個別空気
噴流は合流して旋回渦となり、この渦によつて燃
料の一部分がベンチユリ上に、そして他の部分が
自由流内に分布する。

ベンチユリシユラウド３６はそのフランジ部分
４５から最小半径点またはのど５２まで先細とな
り、次いで下流リツプ３９までわずかに末広とな
つて、軸方向流路を限定する。この流路内を空燃
混合気が逆回転方向に旋回しながら通り抜け、２
次旋回装置３７の作用域に流入する。ベンチユリ
シユラウド３６にはその下流側に平面５３が形成
されており、この平面は２次旋回装置３７の前壁
５４に取付けられてそれに支持される。ベンチユ
リリツプ３９と２次旋回装置出口リツプ５８の間
には均一な環状域が形成されている。

２次旋回装置３７は、前壁５３のほかに、それ
から軸方向に隔たる後壁５５と、第２図に示す方
向に高圧空気流を生ずるように両壁５３，５５間
に配置された複数の逆旋回半径流羽根５６とを含
む。２次旋回装置３７は、その後方に突出した環
状フランジ５７を溶接等によつてドーム形端部１
７に取付けることによつて支持される。第１環状
フランジ５７の半径方向内側に設けた２次出口リ
ツプ５８には、第１図と第２図に示すように燃焼
室１３内に突出したトランペツト形張り開き出口
５９が取付けられている。

次に本発明の燃料送り部分を説明する。燃料噴
射器先端部３２と燃料管２８の詳細は第６〜１０
図に明示されている。第６図に示すように、燃料
管２８は外管６１と、その半径方向内側に離隔ワ
イヤ６３を介して設けた内管６２から成り、離隔
ワイヤ６３によつて外管（外壁）６１と内管（内
壁）６２の間に絶縁用空間６４が形成されてい
る。離隔ワイヤ６３の使用によつて、内管と外管
の間にいかなる固定取付物も使用しないで両管の
間に制御された空気間隔が保たれる。このように
して、内管６２は外管６１の高温から絶縁される
ので、内管６２の内側壁面の温度は燃料ゴム化温
度以下に保たれる。外壁６１と内壁６２の間の所
要間隙は、エンジンの運転変数、特に外壁６１が
さらされる運転時の温度に従つて決められる。

絶縁空間６４は外管と内管の組合せの全長にわ
たつて連続しており、その下流端に、拡大域６６
が外壁６１の一部分の除去によつて形成されて、
燃料管２８を噴射器先端部３２に取付けることを
容易にするとともに燃料と外壁の間の絶縁関係を
維持する。これは管２８と噴射器先端部３２を連
結する保護スリーブ６７によつて達成される。

保護スリーブ６７は第１筒形部分６８と、その
下流位置においてそれと一体に形成された第２筒
形部分６９から成り、第２筒形部分は第１筒形部
分より直径が小さい。第１筒形部分６８は拡大域
６６内の配置に適し、その内径は内管６２の外径
と密接にはまり合い、そして第１筒形部分の外径
は外管６１と絶縁関係を保つように外管から隔た
つている。第２筒形部分６９は燃料噴射器先端部
３２の本体７１内にはまり込み、第２筒形部分の
外径は本体７１の内径７２に存する。保護スリー
ブ６７と本体７１の軸方向の確実な位置決めは、
両者間に半径方向に延在する境界面７３を形成す
るようにそれぞれの面を合わせることによつてな
される。こうして、燃料管２８と噴射器先端部３
２は７５において合体し、そして保護スリーブ３
７はその一端部が内管６２と係合しそして他端部
が燃料噴射器内径７２内に突入している。

本体７１の内径７２はその全長にわたつて実質
的に一定であるが、第２筒形部６９の外径は点７
４において減少して、第２筒形部分６９と本体７
１の間に環状空間７６を形成する。この空間７６
は通路７７によつて燃料流に通じており、燃料流
路７８と本体７１の間の絶縁手段として役立つ。
なお本体７１はその外側の比較的高温の環状流路
７９によつて加熱される。

第６〜８図に示すように、燃料噴射器先端部３
２の本体７１は、閉ざされたほぼ球根状の下流端
８１を有する概して筒形の要素である。保護スリ
ーブ６７を密接に受入れて燃料流路７８を限定す
る本体７１の内径は、狭まつて小さな下流室８２
になり、この小室８２は、本体に形成された複数
孔の３３ａないし３３ｄによつて噴射器先端部３
２の外周と連通している。各孔の長さは本体から
ほぼ半径方向外向きに突出した筒形流出管８３に
よつて延長されている。流出管８３および関連孔
３３の数は図示の場合４つであるが、この数は、
所与の１組の運転変数に対する所望の特定運転特
性または要件に合うよう増減し得る。また、孔３
３の軸線は半径方向面に対して角度θをなして延
在するように図示されているが、この角度は軸線
がほぼ半径方向にある限り変え得るものであるこ
とは理解されよう。所望の性能を得るには角度θ
の大きさは55゜を超えるべきでないことがわかつ
た。ベンチユリ・シユラウドののど５２は、燃料
噴射器の面に熱気還流荷重がかかることを防ぐよ
うに選定すべきである。

噴射器本体７１のまわりには、それと同心関係
にあるシユラウド８４が存する。シユラウド８４
はほぼ筒形であり、そして複数のほぼ半径方向に
延在するリブ８６によつて噴射器本体７１に固定
されかつそれによつて支持されてる。図示の実施
例におけるリブ８６の数は４個としてあるが、こ
の数は機械設計の要件や所望因子に応じて変える
ことができる。シユラウド８４の前端または上流
端には張り開き部分８７が存し、内側の本体７１
と共に、空気流路７９の入口８８を限定する。シ
ユラウド８４にはその下流端近くに複数の空気出
口８９が形成され、各出口の位置と寸法は、それ
が流出管８３の一つを囲んで相互間に環状空気通
路９１を限定するように定められる。環状空気通
路９１の目的は、空気流路７９からの高圧空気流
をシユラウド８４の外周に導き、こうして流出管
８３からの燃料流を空気で完全に囲むことによつ
て燃料流を比較的高温のシユラウド表面から絶縁
することである。さもないと、燃料がシユラウド
表面で炭化し、そこに堆積することになる。

第７〜９図に示すように、シユラウド構造体８
４には、各空気出口８９と連通して空気出口８９
から上流方向へ他端まで延びる切り口９２が形成
されている。この複数の切り口９２は、噴射器本
体７１とシユラウド８４の温度が相異なるので両
部材間に熱膨張差が生ずるという事実を考慮して
設けたものである。従つて、切り口９２はシユラ
ウド８４内に有害な応力を生ずることなくシユラ
ウド８４の比較的大きな熱膨張を可能にする。

シユラウド８４の下流端には端壁９３が存し、
この端壁にはその中央に開口９４が形成されて、
第６図に矢印で示すように空気流路７９からの高
圧空気流を通す。この高圧空気流は下流方向に向
かう空気噴流となり、かくて先端部の下流端を燃
焼域からさらにしやへいする。

次に本実施例の作用を説明する。第１図に示す
ように、圧縮機２３から出た高圧空気はデイフユ
ーザ２５を通つて開口２７に達し、そこで高圧空
気の一部分は１次旋回装置または空気吸込み円板
３４に入り、そして他の一部は２次旋回装置３７
に供給される。同時に、一部の空気は円すい台形
開口４１に流入しそして燃料噴射器の空気入口８
８に入る。そこから空気は流路７９内を流れ、そ
して流出管８３に対して同心的に流出して、流出
管８３とその中を流れる燃料とをシユラウド８４
の比較的高温の表面から絶縁し、これによつて流
出管８３の表面に炭素が堆積することを防止す
る。さらに、燃料噴射点の上流に、燃料流を高温
個所から絶縁する手段が設けられている。例え
ば、燃料管２８において、絶縁空間６４と拡大域
６６が外管６１と流体送り内管６２の間に設けら
れていて、燃料通路３１内の燃料の加熱を防止す
る。前述のように、保護スリーブの第１筒形部分
６８はそれを囲む拡大域６６によつて絶縁され、
他方、その下流の第２筒形部分は環状通路７６に
よつて絶縁される。この環状通路は下流室８２ま
で延びており、前述のよに下流室８２から燃料が
孔３３に排出される。

開口２７に達した空気流を再び説明すると、そ
の一部分は複数の入口４７に入り、通路３８内を
ほぼ半径方向に流れて、細長い放出孔４９から第
２図と第４図に示す方向に放出される。前述のよ
うに、高圧空気流は、複数の孔３３から噴出する
燃料流と直接出合つて、それをただちに分散しそ
して霧化する。その結果生じた空燃混合気の一部
分は軸方向流として下流に向かい、混合気の大部
分はベンチユリ・シユラウド３６内で反時計方向
に旋回する。次いで、この旋回混合気はベンチユ
リ・シユラウドの下流リツプ３９から流出し、そ
こで２次旋回装置３７からの空気流と作用し合
う。この２次空気流は逆方向すなわち時計方向に
向いているので、空燃混合気が燃焼室１３に入る
前にそれをさらに霧化する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を用いたガスタービン燃焼装置
の一例の軸方向断面図、第２図は本発明の気化装
置を示す拡大図、第３図は第２図の線３―３にそ
う前記気化装置の部分断面図、第４図は第２図の
線４―４にそつて見た前記気化装置の図、第５図
は第２図の線５―５にそう部分断面図、第６図は
本発明の噴射器および管部の部分的な軸方向断面
図、第７図は噴射器先端部の部分断面図、第８図
は第７図の線８―８にそう断面図、第９図は第６
図に示す噴射器の上面図、第１０図は第６図の線
１０―１０にそつて見た噴射器の端面図である。 ２８……燃料供給管、３２……燃焼噴射器先端
部、３３……燃料噴射（放出）孔、３６……（ベ
ンチユリ）シユラウド、６７……保護スリーブ、
７１……先端部本体（中空体）、７６……環状空
間、７９……空気流路、８３……流出管、８４…
…シユラウド、８６……リブ、８８……空気入
口、８９……空気出口、９１……環状空気流路、
９２……切り口、９４……開口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 噴射器３２へ通じる燃料管２８を有する型の
   ガスタービンエンジン用燃料噴射装置１０であつ
   て、 (a) 燃料流を噴射器の外周へ導びくように、噴射
   器に形成された複数の燃料噴射孔３３と、 (b) 空気流を略半径方向に該複数の燃料噴射孔の
   個所で前記噴射器の外周に衝突させる空気吹込
   手段とを有し、該空気吹込手段は上流側と下流
   側を有する円板３４からなり、且つ該円板には
   前記上流側と下流側とを連通する実質的に半径
   方向に整合された複数のオリフイス３８が形成
   されているガスタービンエンジン用燃料噴射装
   置。 ２ 前記円板が噴射器を受け入れるように形成さ
   れた中央穴を有する特許請求の範囲第１項記載の
   ガスタービンエンジン用燃料噴射装置。 ３ 空気吸込手段が、燃料に軸方速度をも付加す
   るようになつている特許請求の範囲第１項記載の
   ガスタービンエンジン用燃料噴射装置。 ４ 空気吸込手段からの空気流が、前記孔の少な
   くとも１つにおいて噴射器に対して実質的に接続
   方向へ流れるように向けられる特許請求の範囲第
   １項記載のガスタービンエンジン用燃料噴射装
   置。 ５ 空気吸込み手段からの少なくとも一部の空気
   流が、一対の隣接する燃料噴射孔の中間の点にお
   いて噴射器に対して実質的に接線方向へ流れるよ
   うに向けられる特許請求の範囲第１項記載のガス
   タービンエンジン用燃料噴射装置。 ６ 周方向速度を有する燃料を容れそして燃料を
   軸方向下流に放出するように前記円板の直ぐ下流
   側に配置されたベンチユリを含む特許請求の範囲
   第２項記載のガスタービンエンジン用燃料噴射装
   置。 ７ 前記周方向速度の方向とは反対の方向に向け
   て空気を前記燃料の中へ導入するようになつてい
   る第２空気吸込手段を前記ベンチユリの下流に配
   置した、特許請求の範囲第６項記載のガスタービ
   ンエンジン用燃料噴射装置。 ８ 前記空気流と前記噴射器の軸線との角度が35
   ゜から85゜の範囲にある特許請求の範囲第１項記
   載のガスタービンエンジン用燃料噴射装置。 ９ 前記空気流は、各々が前記複数の燃料噴射孔
   の１つに向けられている離散的な空気ジエツトよ
   り成る特許請求の範囲第１項記載のガスタービン
   エンジン用燃料噴射装置。 １０ 前記複数のオリフイスが丸形である特許請
   求の範囲第１項記載のガスタービンエンジン用燃
   料噴射装置。 １１ (a) 上流端と下流端を有し且つ下流端近く
   の円筒形外周に形成した複数の孔３３を有する
   軸方向配置の噴射器と、 (b) 前記複数の孔から排出するように、前記上流
   端へ燃料を注入する手段と、 (c) 前記下流端を囲み且つ開放下流端を有するベ
   ンチユリ・シユラウド３６と、 (d) 空気流を実質的に半径方向へ向けて噴射器の
   外周へ衝突させ、該シユラウド内で燃料を周方
   向及び軸方向へ向けて旋回させるように噴射器
   を囲む一次空気旋回装置とを有し、該一次空気
   旋回装置が上流側と下流側を有する円板３４か
   らなり、且つ該円板には前記上流側と下流側と
   を連流する実質的に半径方向に整合された複数
   のオリフイス３８が形成されているガスタービ
   ンエンジン用燃料気化装置。 １２ 一次空気旋回の方向とは反対の周方向の速
   度成分を有する空気旋回を前記シユラウド下流端
   の近くに導入するようにシユラウドの下流に二次
   旋回装置を含む特許請求の範囲第１１項記載の燃
   料気化装置。 １３ 前記円板がノズルを受け入れるように形成
   した中央穴を有する特許請求の範囲第１１項記載
   の燃料気化装置。 １４ 一次空気旋回装置が燃料に軸方向速度をも
   付加する、特許請求の範囲第１１項記載の燃料気
   化装置。 １５ 一次空気旋回装置からの空気のすくなくと
   も一部が、前記孔の少なくとも１つにおいて噴射
   器に対して実質的に接線方向に流れるように向け
   られる、特許請求の範囲第１１項記載の気化装
   置。 １６ 前記空気流と前記噴射器の軸線との角度が
   35゜から85゜の範囲にある、特許請求の範囲第１
   １項記載の気化装置。 １７ 前記複数のオリフイスが丸形である、特許
   請求の範囲第１１項記載の気化装置。 １８ 前記一次空気旋回装置が前記噴射器と構造
   的に独立しており、両者間に相対的な軸方向移動
   を許容する、特許請求の範囲第１１項記載の気化
   装置。