JPS621174B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガスタービンエンジン用の燃焼器に係
り、更に詳細にはこれより排出される排気ガスの
排煙密度を低減する装置に係る。

1970年３月３日に発行され本件と同一の譲受人
に譲渡された米国特許第3498055号は本件と同様
の問題を取扱つており、この特許に於ては臨界的
な量の空気をプライマリ燃焼ゾーンに導入すべく
突起孔を加えることによる一つの解法が開示され
ている。突起孔の列はバーナカンのライナ上に配
置されており且つ燃料ノズルの下流側であるがプ
ライマリ燃焼ゾーン内に配置されている。かかる
構成により臨界的な量の空気を与えるような大き
さとされた単一バンクの突起孔が形成されてい
る。

前述の特許に開示された突起孔の配列及び臨界
的な空気流量はある用途に於る排煙低減には有効
であるが、かかる解法は他の燃焼器に於ても実現
可能であるかどうかはわかつていない。

本件発明者等は、ガスタービンエンジンに於て
許容し得る所要の作動パラメータを維持し且つバ
ーナ効率を低下することなく既存のバーナより比
較的排煙発生の少ないバーナを得ることができる
ことを見出した。即ち前述の米国特許第3498055
号に開示された構造体に於る排煙低減装置とは異
なり、６％以下の空気をプライマリ燃焼ゾーンに
加えることは排煙が充分低減され且つ他の所要の
バーナ作動パラメータを損ねることのない効率的
な燃焼に重要であることを見出した。実際大きな
パーセンテージの空気を導入してバーナを作動さ
せようとするとリーンブローアウトを誘発し、そ
の燃焼は航空機の用途には不充分なものとなつて
しまうであろう。

更に孔を賢明に配置することや孔の数も重要で
あることがわかつた。例えば単一バンクの数列の
孔によつては空気を適当に導入し得ず、隔置され
た数列の周縁孔がバーナの適切な作動に必要であ
ることが見出された。又各バンクの孔の位置関係
も排煙低減を行ないつつバーナ運転の性能を維持
することに重要であることがわかつた。

本発明は、ガスタービンエンジン用の燃焼器
に、その始動容易性、燃焼安定性、高高度に於け
る点火性、高出力への迅速な加速性、好ましい排
気温度パターンを与える特性を犠性にすることな
くまた燃焼効率を下げることなく、排煙密度を低
減する手段を組込むことを目的としている。

かかる目的は、本発明によれば、アウタライナ
と、該アウタライナ内の中心に配置されたチユー
ブ要素とを有し、前記アウタライナと前記チユー
ブ要素の間に形成された燃焼室は上流端にて閉じ
られまた下流端にて開放されており、前記アウタ
ライナには前記燃焼室の閉じられた前端に近接す
るプライマリ燃焼ゾーンへ一次空気を導入するた
めの複数個の孔がが設けられており、前記燃焼室
へ燃料を注入するための複数個の燃料ノズルが設
けられており、前記チユーブ要素には前記燃焼室
の閉じられた上流端に近接して前記プライマリ燃
焼ゾーンへ一次空気を導入するための第一の列の
孔が設けられており、更に前記チユーブ要素には
前記第一の列の孔より下流側に前記プライマリ燃
焼ゾーンへ一次空気を導入するための第二の列の
孔が設けられており、前記第二の列の孔の数は前
記第一の列の孔の数の半分であり且前記第二の列
の孔は前記第一の列の孔に対し周方向に変位され
ており、前記第二の列の各孔は前記第一の列の二
つの隣接する孔の間に配置されて前記第二の列の
一つの孔と前記第一の列の二つの孔の三者が一つ
の群をなしており、一次空気導入のための前記の
全ての孔の寸法と数と配列は燃焼室へ取入れられ
る空気の全量の６％以下を導くように定められて
おり、前記第一及び第二の列の孔の寸法と数と配
列は燃焼室へ取入れられる空気の全量の1.5〜2.5
％を導くように定められていることを特徴とする
燃焼器によつて達成される。

上記の如き燃焼器に於て、各燃料ノズルは前記
チユーブ要素に設けられた前記の三つの孔の群の
一つと関連付けられているのが好ましい。また前
記アウタライナと前記チユーブ要素とはそれぞれ
複数個の環状のルーバ要素が隣合つて接続された
構造に作られ、前記第一の列の孔は上流側のルー
バ要素に設けられ、前記第二の列の孔は前記上流
側ルーバ要素に隣接した下流側ルーバ要素に設け
られているのが好ましい。更に前記アウタライナ
の孔は燃焼室へ取入れられる空気の全量の2.0〜
3.5％の範囲の空気を導く寸法に定められている
のが好ましい。前記第二の列の孔の数は前記燃料
ノズルの数に等しく、これらの孔は燃焼室へ取入
れられる空気の全量の0.5〜1.0％の範囲の空気を
導くよう構成されているのが好ましい。前記第二
の列の孔は前記燃料ノズルと軸線方向に整列して
配置されているのが好ましい。前記第一の列の孔
は燃焼のために取入れられる空気の全量の1.0〜
1.5％の範囲の空気を導くよう構成されているの
が好ましい。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明をその好
ましい実施例について詳細に説明する。

本発明は、本件の譲受人であるユナイテツド・
テクノロジーズ・コーポレイシヨンのPratt＆Ｗ
−hitney Aircraft Divisionにより製造されるJT
−3Dエンジンの如きタービン型パワープラント
用に構成されたバーナカンに特に有用である。し
かし当業者には理解され得る如く、本発明は前端
部に複数個の燃料ノズルを含むよう構成されてお
り且つ冷却空気及び燃焼空気を導くためのセンタ
チユーブを含む他のバーナカンにも適用可能であ
る。

添付の図に於て符号１０にて全体的に図示され
たバーナカンは、接合されて燃焼室を郭定する実
質的に一様な筒状のアウタライナ１４を郭定する
複数個のルーバ要素１２より成つている。圧縮機
（図示せず）に最も近い端部は閉じられており、
タービン（図示せず）に最も近い端部は開かれて
いる。バーナの技術分野に於てよく知られている
如く、通常燃焼ゾーンは燃料ノズル１６に近接し
て配置されたプライマリゾーンとその下流側のセ
カンダリゾーンとである。かかる燃焼器の作動は
よく知られているので、簡便のためにそれらに関
する詳細な説明は省略する。しかし詳細について
は前述の米国特許第3498055号を参照されたい。
従来のバーナカンは、その前端部に於て空気を受
けるよう開かれておりその後端部に於て閉じられ
て該バーナカンの端部に間近な位置にて終る中央
に装着されたチユーブ要素１８を含んでいる。同
様に燃焼用空気、希薄化用空気、ルーバ冷却空気
などを与えるための複数個の周縁方向に隔置され
た孔を含んでおり、一様な出口温度、低圧力降下
などの作動パラメータが達成されるのを確保しつ
つ作動状態を最適にするようになつていることも
よく知られている。

ルーバ要素１２と同様チユーブ要素１８は例え
ば溶接などにより適宜に接合された個々のルーバ
より形成されて弾丸状チユーブを形成している。
ルーバ要素１２同様チユーブ要素１８内の各ルー
バは、よく知られた要領にてフイルム冷却を行な
うべく複数個の周縁方向に隔置された冷却用孔２
０と燃焼用空気及び希薄化用空気を導入すべく複
数個の周縁方向に隔置された孔７０を担持してい
る。

本発明によれば、これまでプライマリ燃焼ゾー
ンに近接して孔が配置されていなかつたルーバ２
２，２４は第３図乃至第５図に図示されたルーバ
要素２６，２８に置換えられている（添付の図は
改良後の燃焼器を示している）。各ルーバ要素は
燃料ノズルに対し所与の関係を有する複数個の周
縁方向に設けられた孔を含んでいる。第２図より
わかる如く、かかる構成には六つの燃料ノズル１
６が含まれており、各ノズルは同一であり（従つ
て同一の符号が付されている）、バーナ軸線の周
りに対称に隔置されている。ルーバ要素２８内の
孔３０はチユーブの中心線の周りに対称に隔置さ
れており、燃料ノズル１６の中心線と同一の位相
角で隔置されている。かかる突起孔は全空気の
0.5〜１％の空気を燃焼器内に導入するような大
きさとされており、各燃料ノズルに対しそれぞれ
一つの突起孔が設けられている。

ルーバ要素２６は対をなして設けられた複数個
の突起孔３２を含んでおり、各対はチユーブの中
心軸線の周りに対称に隔置されている。各対はル
ーバ要素２８内の孔３０に対し特別に配置されて
おり、隣接する一対の突起孔３２を二等分する半
径３６は突起孔３０の中心線を形成する半径３８
と同一の平面内に存在している。かくして第４図
及び第５図に図示されている如く、三つの孔３
２，３２，３０は燃料ノズルの位置に対し特定の
パターンを構成している。又半径３６の両側の一
対の孔３２，３２はそれぞれ隣りの孔３２に比べ
互いにより近接して隔置されていることが理解さ
れよう。全燃焼用空気に対する孔３２を貫流する
空気のパーセンテージは1.0〜1.5％の範囲内でな
ければならない。突起孔３０，３２により導かれ
る空気の合計パーセンテージは1.5〜2.5％の範囲
内である。実際の試験に於て、突起孔３２をそれ
が全燃焼用空気の1.18％を与えるよう又突起孔３
０をそれが全燃焼用空気の0.79％を与えるような
大きさとすることにより燃焼性能に悪影響を及ぼ
すことなく許容し得る排煙低減が達成されること
がわかつた。排煙密度を最適にするために、燃焼
ノズルに対し所与の関係を有する追加の複数個の
周縁方向に設けられた孔３９が第６図及び第７図
に図示されている如くプライマリ燃焼ゾーン内の
アウタ筒状体上に組込まれている。ルーバ要素１
２内の孔３９はバーナ中心線の周りに対称に隔置
されており、燃料ノズル１６の中心線と同一の位
相角位置に配置されている。かかる突起孔３９は
センタチユーブ内の孔の群と同様各燃料ノズルに
つき三つの孔の群としてまとめられている。組立
ての目的で、かかる特定の実施例に於ては、ある
群の孔にクロスオーバチユーブを設け孔のいくつ
かをなくすることが必要であることがわかつた。
第２図、第４図、第５図及び第７図よりわかる如
く、角θは等しく、このことは互いに他に対する
又燃料ノズルに対するかかる排煙低減孔の関係を
示している。全燃焼用空気に対する孔３９を貫流
する空気のパーセンテージは2.0〜3.5％の範囲内
でなければならない。実際の試験に於て、突起孔
３９をそれが全バーナ空気流の3.12％を与えるよ
うな大きさとすることにより燃焼器性能に悪影響
を及ぼすことなく許容し得る排煙低減が達成され
ることがわかつた。従つて排煙低減の目的で設計
された空気のパーセンテージは航空機用に構成さ
れた燃焼器に導入される全空気の5.09％に達す
る。

本明細書に開示されたものはバーナ作動パラメ
ータに悪影響を及ぼすことなく燃焼器により排出
されるガスの排煙密度を低減する比較的単純で低
廉な手段である。本発明は既存の燃焼器を修正或
は改良するものであるが、新規な燃焼器にかかる
特徴が組込まれてもよいことが理解されよう。

以上に於ては本発明をその特定の実施例につい
て詳細に説明したが、本発明はかかる実施例に限
定されるものではなく、本発明の範囲内にて種々
の修正並びに省略が可能であることは当業者にと
つて明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は一部破断して示すバーナカンの正面図
である。第２図はバーナカンの燃料ノズルの配列
を示す側面図である。第３図は排煙低減を改善す
る装置を強調するために拡大されたセンタチユー
ブの部分断面図である。第４図は第３図の線４−
４による断面図である。第５図は第３図の線５−
５による断面図である。第６図は排煙低減を改善
する装置を強調するために一部破断にて示す筒状
アウタボデーの部分正面図である。第７図は第６
図の線６−６による断面図である。 １０〜バーナカン、１２〜ルーバ要素、１４〜
アウタライナ、１６〜燃料ノズル、１８〜チユー
ブ要素、２０〜孔、２２，２４〜ルーバ、２６，
２８〜ルーバ要素、３０，３２〜突起孔、３６，
３８〜半径、３９〜孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アウタライナ１４と、該アウタライナ内の中
   心に配置されたチユーブ要素１８とを有し、前記
   アウタライナと前記チユーブ要素の間に形成され
   た燃焼室は上流端にて閉じられまた下流端にて開
   放されており、前記アウタライナには前記燃焼室
   の閉じられた前端に近接するプライマリ燃焼ゾー
   ンへ一次空気を導入するための複数個の孔３９が
   設けられており、前記燃焼室へ燃料を注入するた
   めの複数個の燃料ノズル１６が設けられており、
   前記チユーブ要素１８には前記燃焼室の閉じられ
   たた上流端に近接して前記プライマリ燃焼ゾーン
   へ一次空気を導入するための第一の列の孔３２が
   設けられており、更に前記チユーブ要素１８には
   前記第一の列の孔３２より下流側に前記プライマ
   リ燃焼ゾーンへ一次空気を導入するための第二の
   列の孔３０が設けられており、前記第二の列の孔
   ３０の数は前記第一の列の孔３２の数の半分であ
   り且前記第二の列の孔３０は前記第一の列の孔３
   ２に対し周方向に変位されており、前記第二の列
   の各孔３０は前記第一の列の二つの隣接する孔３
   ２の間に配置されて前記第二の列の一つの孔３０
   と前記第一の列の二つの孔３２の三者が一つの群
   をなしており、一次空気導入のための前記の全て
   の孔３０，３２，３９の寸法と数と配列は燃焼室
   へ取入れられる空気の全量の６％以下を導くよう
   に定められており、前記第一及び第二の列の孔３
   ０，３２の寸法と数と配列は燃焼室へ取入れられ
   る空気の全量の1.5〜2.5％を導くように定められ
   ていることを特徴とする燃焼器。 ２ 特許請求の範囲第１項の燃焼器にして、各燃
   料ノズル１６は前記チユーブ要素１８に設けられ
   た前記の三つの孔３０，３２の群の一つと関連付
   けられていることを特徴とする燃焼器。 ３ 特許請求の範囲第１項又は第２項の燃焼器に
   して、前記アウタライナ１４と前記チユーブ要素
   １８とはそれぞれ複数個の環状のルーバ要素１
   ２，２６，２８が隣合つて接続された構造に作ら
   れており、前記第一の列の孔３２は上流側のルー
   バ要素２６に設けられており、 前記第二の列の孔３０は前記上流側ルーバ要素
   に隣接した下流側ルーバ要素２８に設けられてい
   ることを特徴とする燃焼器。 ４ 特許請求のの範囲第１項〜第３項の何れかの
   燃焼器にして、前記アウタライナ１４の孔３９は
   燃焼室へ取入れられる空気の全量の2.0〜3.5％の
   範囲の空気を導く寸法に定められていることを特
   徴とする燃焼器。 ５ 特許請求の範囲第１項〜第４項の何れかの燃
   焼器にして、前記第二の列の孔３０の数は前記燃
   料ノズル１６の数に等しく、これらの孔３０は燃
   焼室へ取入れられる空気の全量の0.5〜1.0％の範
   囲の空気を導くよう構成されていることを特徴と
   する燃焼器。 ６ 特許請求の範囲第１項〜第５項の何れかの燃
   焼器にして、前記第二の列の孔３０は前記燃料ノ
   ズル１６と軸線方向に整列して配置されているこ
   とを特徴とする燃焼器。 ７ 特許請求の範囲第１項〜第６項の何れかの燃
   焼器にして、前記第一の列の孔３２は燃焼のため
   に取入れられる空気の全量の1.0〜1.5％の範囲の
   空気を導くよう構成されていることを特徴とする
   燃焼器。