JPS6236142B2 - - Google Patents

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JPS6236142B2
JPS6236142B2 JP54117423A JP11742379A JPS6236142B2 JP S6236142 B2 JPS6236142 B2 JP S6236142B2 JP 54117423 A JP54117423 A JP 54117423A JP 11742379 A JP11742379 A JP 11742379A JP S6236142 B2 JPS6236142 B2 JP S6236142B2
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JP
Japan
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combustor
temperature
holes
hot gas
turbine
Prior art date
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Application number
JP54117423A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5560625A (en
Inventor
Ueinsutein Baarii
Uiriamu Budobiaku Jon
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General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of JPS5560625A publication Critical patent/JPS5560625A/en
Publication of JPS6236142B2 publication Critical patent/JPS6236142B2/ja
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/04Air inlet arrangements
    • F23R3/06Arrangement of apertures along the flame tube
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12Cooling of plants
    • F02C7/16Cooling of plants characterised by cooling medium
    • F02C7/18Cooling of plants characterised by cooling medium the medium being gaseous, e.g. air
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガスタービンエンジンに関し、特にガ
スタービンエンジンの燃焼器から流出する熱ガス
流の温度調整に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to gas turbine engines, and more particularly to temperature conditioning of a hot gas stream exiting a combustor of a gas turbine engine.

航空機用原動機として用いられる現在のガスタ
ービンエンジンは高いガス温度で作動する。事実
上、エンジンの推力を示す主要性能因子の一つは
燃焼器出口温度である。ある定格推力の発生と維
持のためには、燃焼器を出る熱ガスあるいは平均
ガス温度レベルにある必要があり、この温度レベ
ルは、通例、エンジン内に生ずる最高平均ガス温
度である。多くの場合、この温度レベルは燃焼器
出口に配設されたタービン静翼のような構成部品
の限界温度に接近する。その結果、設計者はター
ビン静翼と、燃焼器を出る熱ガスの高い平均温度
とを両立させる問題に直面する。
Current gas turbine engines used as aircraft prime movers operate at high gas temperatures. In fact, one of the main performance factors that determines the thrust of an engine is the combustor exit temperature. In order to generate and maintain a certain rated thrust, there must be a hot or average gas temperature exiting the combustor, which temperature level is typically the highest average gas temperature encountered within the engine. In many cases, this temperature level approaches the critical temperature of components such as turbine vanes located at the combustor outlet. As a result, designers are faced with the problem of balancing turbine vanes with high average temperatures of the hot gases exiting the combustor.

燃焼器出口面における熱ガス温度の不均等は、
設計者の上記の両立問題を一層やつかいにする別
の要因である。温度の不均等は一般に燃焼器自体
の形状設計に起因する。例えば、燃焼器の燃料噴
射器は上記出口面において平均温度よりかなり高
い局在温度を発生させて不均一な出口温度分布の
一因となつている。特に、燃焼過程中、空燃混合
気の燃焼は燃焼器内の燃料噴射点で比較的強烈に
なりがちである。燃焼器を通る空気流は高速であ
るから、これらの強烈燃焼域は延長して、燃焼器
の長さに沿つて軸方向に延びる高温条帯となる。
多くの場合、高温条帯は、燃焼器出口の下流に存
するタービン静翼を包囲するほど軸方向後方に延
びるおそれがある。従つて、設計者は燃焼器の出
口面における熱ガスの平均温度に対して設計を行
わなければならないということは一般に正しい
が、設計者は事実上タービン静翼を出口面におけ
る熱ガスの最高単点温度と両立し得るように設計
する必要がある。従つて、この単点温度は、通例
既存の冷却技術の適用によつて対策を講じてきた
設計者にとつて重大な問題である。特に、標準の
方策として、例えば、静翼の表面の膜冷却、また
は圧縮機排出空気を用いた静翼の衝突冷却と内部
対流冷却が行われてきた。しかし、このように冷
却空気を用いると、それに伴つて、推力低下また
は単位推力当りの燃料消費力の増加という形でエ
ンジンの性能低下が生ずる。さらに、これらの従
来装置では冷却空気はガスが高マツハ数を示す箇
所で導入されるので混合損失が多い。その上、衝
突冷却のような冷却技術を利用して設計した静翼
は、構造が複雑であり、また最新のタービンエン
ジンにおいて高価な構成部品となる。
The non-uniformity of the hot gas temperature at the combustor exit surface is
This is another factor that makes the above-mentioned problem of coexistence even more difficult for designers. Temperature non-uniformity is generally due to the geometrical design of the combustor itself. For example, combustor fuel injectors generate localized temperatures at the exit surface that are significantly higher than the average temperature, contributing to non-uniform exit temperature distribution. In particular, during the combustion process, combustion of the air-fuel mixture tends to be relatively intense at the fuel injection point within the combustor. Because the airflow through the combustor is high velocity, these intense combustion zones extend into hot bands that extend axially along the length of the combustor.
In many cases, the hot band can extend axially aft enough to encompass turbine vanes downstream of the combustor outlet. Therefore, while it is generally true that designers must design for the average temperature of the hot gas at the exit face of the combustor, designers effectively design turbine vanes for the highest temperature of the hot gas at the exit face. It is necessary to design it so that it is compatible with the point temperature. Therefore, this single point temperature is a significant problem for designers who have typically addressed it by applying existing cooling techniques. In particular, standard strategies have been, for example, film cooling of the surfaces of the vanes, or impingement cooling and internal convection cooling of the vanes using compressor exhaust air. However, when cooling air is used in this manner, engine performance is degraded in the form of reduced thrust or increased fuel consumption per unit thrust. Furthermore, in these conventional devices, the cooling air is introduced at a location where the gas exhibits a high Matzha number, resulting in large mixing losses. Additionally, vanes designed using cooling techniques such as impingement cooling are complex and expensive components in modern turbine engines.

燃焼器の出口面におけるガスの温度分布の不均
等の度合は、燃焼のために許容される長さに大い
に依存する。短い燃焼器は不適当な混合長さによ
る比較的高い条帯温度を生じやすい。従つて、幾
種かの従来のエンジンは温度分布の不均等の影響
を除去するために比較的長い燃焼器を利用してい
る。本発明は燃焼器出口面における熱ガスのあら
かじめ選定された周方向分布をもたらすもので、
この分布は静翼冷却空気の所要流量を減らし、静
翼の機械的構造を簡単にし、さらに、短い燃焼器
の設計を可能にするものである。
The degree of non-uniformity of the temperature distribution of the gas at the exit face of the combustor is highly dependent on the length allowed for combustion. Short combustors are prone to relatively high strip temperatures due to improper mixing length. Accordingly, some conventional engines utilize relatively long combustors to eliminate the effects of uneven temperature distribution. The present invention provides a preselected circumferential distribution of hot gases at the combustor exit surface,
This distribution reduces the required flow rate of vane cooling air, simplifies the mechanical construction of the vanes, and allows for shorter combustor designs.

従つて、本発明の目的はガスタービンエンジン
のタービン静翼を、エンジン燃焼器を出る熱ガス
との両立性を確保することである。
Accordingly, it is an object of the present invention to make turbine vanes of a gas turbine engine compatible with hot gases exiting the engine combustor.

本発明の他の目的はエンジンの性能に悪影響を
与えることなくタービン静翼と燃料を出る熱ガス
との両立性を確保することである。
Another object of the invention is to ensure compatibility between turbine vanes and hot gases exiting the fuel without adversely affecting engine performance.

本発明の他の目的は、エンジン燃焼器を出る熱
ガスの不均等温度分布タービン静翼に対する悪影
響を除去することにある。
Another object of the present invention is to eliminate the adverse effects of hot gases exiting an engine combustor on uneven temperature distribution turbine vanes.

本発明の他の目的は比較的短い燃焼器から出る
熱ガスに、タービン静翼と両立し得るように予選
された温度分布を与えることである。
Another object of the invention is to provide the hot gases exiting the relatively short combustor with a temperature distribution that is pre-qualified to be compatible with turbine vanes.

簡単に述べると、以下の説明と添付の図面から
明らかとなるはずの本発明の上記および他の目的
を達成するため、本発明は、一態様において、内
側および外側静翼シユラウドによつて部分的に画
成された環状路内を熱ガスが流れるガスタービン
エンジンであつて次のような改良構造をもつもの
を提供する。すなわち、熱ガスにあらかじめ選定
された周方向温度勾配を確立する手段が、燃焼器
と関連するタービン静翼の上流に設けられる。前
記温度勾配は、それによつて比較的高い温度の熱
ガス流が静翼間のギヤツプを通りそして比較的低
い温度の熱ガス流が静翼に衝突するように前もつ
て選定される。この勾配は、空気をエンジンの燃
焼器内に導入する手段として第1群の孔と第2群
の孔を設けることによつて確立され得る。第1群
の孔は第2群の孔より断面積が大きく、タービン
静翼と軸方向に整合して配設され、第2群の孔は
前記ギヤツプと軸方向に整合して配設される。本
発明の正弦波形特性は、燃料をエンジンに送給す
る燃料噴射器の数の倍数の静翼を用いることによ
つて高められる。
Briefly stated, to accomplish the above and other objects of the invention which should be apparent from the following description and accompanying drawings, the invention in one aspect comprises To provide a gas turbine engine in which hot gas flows in an annular passage defined by a gas turbine engine having the following improved structure. That is, means for establishing a preselected circumferential temperature gradient in the hot gases are provided upstream of the turbine vanes associated with the combustor. The temperature gradient is preselected so that a relatively high temperature hot gas flow passes through the gap between the stator vanes and a relatively low temperature hot gas flow impinges on the stator vanes. This gradient may be established by providing a first group of holes and a second group of holes as a means of introducing air into the engine's combustor. The first group of holes has a larger cross-sectional area than the second group of holes and is disposed in axial alignment with the turbine stator blade, and the second group of holes is disposed in axial alignment with the gap. . The sinusoidal waveform characteristics of the present invention are enhanced by using a multiple of the number of stator vanes as the number of fuel injectors delivering fuel to the engine.

次に、添付の図面を参照して本発明を説明す
る。
The invention will now be described with reference to the accompanying drawings.

第1図は本発明の適用を例示するために代表的
な空気吸入ガスタービンエンジンを総体的に30
で示す概略図である。エンジン30は入口32
と、ブースタ組立体34と、圧縮機組立体36
と、燃焼器組立体38と、タービン組立体40と
排気部44から成り、これらの構成部は直列に配
置されている。軸方向に延在する内部環状流路3
3が入口32から排気部44まで後方に延び、エ
ンジン30を貫流する空気の流路として役立つ。
また、タービン組立体40の一部分を構成する複
数のタービン静翼46が燃焼器組立体38のすぐ
下流において環状流路33内に配設されている。
入口32に入つた周囲空気はブースター34と圧
縮機36によつて圧縮される。この圧縮空気は燃
焼器38に入り、そこで燃料と混合され、燃焼を
起こす。この燃焼によつて生じた燃ガスは、幾種
かのガスタービンエンジンにおいては2500〓
(1370℃)を超えたことがある。この燃焼ガスは
燃焼器38を出た後、タービン静翼46を通過し
そしてタービン組立体40の残部を通る。タービ
ン組立体40は高温燃焼ガスからエネルギーを抽
出してブースタ34と圧縮機36とを駆動する。
その後、熱ガスは高速で排気部44を通つてエン
ジン30から噴出し、これによつて熱ガスの残留
エネルギーがエンジン30による推力発生に役立
つ。
FIG. 1 depicts a typical air-breathing gas turbine engine with a total of 30
FIG. The engine 30 has an inlet 32
, a booster assembly 34 , and a compressor assembly 36
, a combustor assembly 38, a turbine assembly 40, and an exhaust section 44, these components being arranged in series. Internal annular channel 3 extending in the axial direction
3 extends rearwardly from inlet 32 to exhaust 44 and serves as a flow path for air flowing through engine 30 .
Also, a plurality of turbine vanes 46 forming part of the turbine assembly 40 are disposed within the annular flow passage 33 immediately downstream of the combustor assembly 38 .
Ambient air entering inlet 32 is compressed by booster 34 and compressor 36. This compressed air enters the combustor 38 where it is mixed with fuel and combustion occurs. The fuel gas produced by this combustion is 2,500〓 in some types of gas turbine engines.
(1370℃). After exiting the combustor 38, the combustion gases pass through turbine vanes 46 and through the remainder of the turbine assembly 40. Turbine assembly 40 extracts energy from the hot combustion gases to drive booster 34 and compressor 36.
The hot gases then exit the engine 30 through the exhaust 44 at high velocity, whereby the residual energy of the hot gases assists the engine 30 in generating thrust.

第2図は、複数のタービン静翼46およびター
ビン組立体40の残部と機能的に関連する燃焼器
組立体38の斜視図である。燃焼器組立体38
は、軸方向および周方向に延在する外側ライナ組
立体48と内側ライナ組立体50を備え、流ライ
ナ組立体は半径方向に相隔たつて相互的に環状流
路33の一部分を画成する。燃焼器ライナ48,
50の上流端には複数の燃料噴射器52が燃焼器
組立体38の複数の孔54内に装着されている。
燃焼器組立体38は好適な環形をなし、エンジン
中心線を中心として周方向に延在するということ
に注意されたい。従つて、燃料噴射器52は周方
向に相隔たり、環状流路33の全周に沿つて空燃
混合気を燃焼器組立体38に入れる複数の噴射点
となる。
FIG. 2 is a perspective view of combustor assembly 38 in functional association with a plurality of turbine vanes 46 and the remainder of turbine assembly 40. FIG. Combustor assembly 38
includes an axially and circumferentially extending outer liner assembly 48 and an inner liner assembly 50, the flow liner assemblies being radially spaced apart and mutually defining a portion of the annular flow passage 33. combustor liner 48,
At the upstream end of 50 , a plurality of fuel injectors 52 are mounted within a plurality of holes 54 in combustor assembly 38 .
Note that the combustor assembly 38 is preferably annular and extends circumferentially about the engine centerline. The fuel injectors 52 thus provide a plurality of injection points that are circumferentially spaced and direct the air/fuel mixture into the combustor assembly 38 along the entire circumference of the annular passageway 33 .

外側ライナ48は複数の一体に形成された段付
きフープ56から成る。各フープは、概して軸方
向に延在する概して筒形の部分58と、その下流
端に配設された半径方向および周方向に延在する
一体段階60とを有する。段部60は次の隣接下
流フープ56の上流端に一体に結合されている。
各上流フープ56の下流端のリツプ部62が次の
隣接下流フープ56の上流端と部分的に重なり合
い、かくてライナ48の内面を膜冷却する手段と
して働く。
Outer liner 48 is comprised of a plurality of integrally formed stepped hoops 56. Each hoop has a generally axially extending generally cylindrical portion 58 and a radially and circumferentially extending integral step 60 disposed at its downstream end. The step 60 is integrally coupled to the upstream end of the next adjacent downstream hoop 56.
The lip 62 at the downstream end of each upstream hoop 56 partially overlaps the upstream end of the next adjacent downstream hoop 56, thus serving as a means for film cooling the inner surface of the liner 48.

同様に、内側ライナ50は複数の一体に形成さ
れた段付きフープ64から成る。各フープは、概
して軸方向に延在する筒形部66と、その下流端
に配設された半径方向および周方向に延在する一
体段部68とを有する。段部68は次の隣接下流
フープ65の上流端に一体に結合されている。各
上流フープ64の下流端のリツプ部70は次の隣
接下流フープ64の上流端と部分的に重なり合
い、かくてライナ50の内面を膜冷却する手段と
して働く。
Similarly, inner liner 50 is comprised of a plurality of integrally formed stepped hoops 64. Each hoop has a generally axially extending cylindrical portion 66 and a radially and circumferentially extending integral step 68 disposed at its downstream end. The step 68 is integrally connected to the upstream end of the next adjacent downstream hoop 65. The lip 70 at the downstream end of each upstream hoop 64 partially overlaps the upstream end of the next adjacent downstream hoop 64, thus serving as a means for film cooling the interior surface of the liner 50.

複数のタービン静翼またはノズル翼64は燃焼
器組立体38のすぐ下流に配置され、燃焼器組立
体38の全周に沿つて相隔たつて配設されてい
る。静翼46は外側静翼台または静翼シユラウド
72と、内側静翼台またはシユラウド73とに固
定され、両静翼シユラウドは前述の流路33をさ
らに画成する。静翼のすぐ下流には、複数の周方
向に離隔したタービン動翼74が回転自在のロー
タデイスク76に装着されている。動翼74は静
翼46を通過する熱ガス流からエネルギーを受取
る。
A plurality of turbine vanes or nozzle vanes 64 are positioned immediately downstream of the combustor assembly 38 and are spaced apart along the entire circumference of the combustor assembly 38 . The vanes 46 are secured to an outer vane platform or shroud 72 and an inner vane platform or shroud 73, both of which further define the aforementioned flow path 33. Immediately downstream of the stator vanes, a plurality of circumferentially spaced turbine rotor blades 74 are mounted on a rotatable rotor disk 76 . The rotor blades 74 receive energy from the hot gas flow passing through the stator blades 46 .

空気導入手段として、周方向に相隔たる第1群
の希釈孔78と第2群の希釈孔80が外側ライナ
48と内側ライナ50の各々に配設されている。
各孔80は2つの隣接孔78間に介在し、断面積
が各孔78より小さい。希釈孔78,80は共に
追加的な空気を燃焼器38内に導入する。この追
加空気は噴射器52からの空燃混合気と混合して
燃焼過程を促進しかつ完了させる。
As air introduction means, a first group of dilution holes 78 and a second group of dilution holes 80 that are spaced apart in the circumferential direction are provided in each of the outer liner 48 and the inner liner 50.
Each hole 80 is interposed between two adjacent holes 78 and has a smaller cross-sectional area than each hole 78 . Both dilution holes 78 and 80 introduce additional air into the combustor 38. This additional air mixes with the air/fuel mixture from injector 52 to accelerate and complete the combustion process.

次に、第3図を参照し、本発明によつてタービ
ン静翼46に対して定めた希釈孔78,80の周
方向位置について説明する。第3図はタービン静
翼46に対する希釈孔78,80の軸方向整合関
係を示す図であり、この整合関係が本発明の一部
を構成するものである。この図の横軸はガスター
ビンエンジンの中心線を中心とする周方向位置を
示し、縦軸はガスタービンエンジンの中心線に沿
う軸方向位置を概略的に示す。なお、この図の下
から上に移るにつれて位置は前方から後方に移
る。従つて、図に見られるように、タービン静翼
46の前縁82はエンジンの全周に沿つて約40゜
ずつ相隔たつている。また、図示のように、希釈
孔78はタービン静翼46の前縁82と軸方向に
整合して配設されている。例えば、120゜の周方
向位置では1個の孔78が1枚の静翼46の前縁
と軸方向に整合してそのすぐ上流に設けられてい
る。いずれの場合も、静翼46の前縁82のすぐ
上流に希釈孔78が存する。
Next, referring to FIG. 3, the circumferential positions of the dilution holes 78 and 80 determined for the turbine stator blade 46 according to the present invention will be described. FIG. 3 is a diagram illustrating the axial alignment of dilution holes 78, 80 with respect to turbine vane 46, which alignment constitutes a part of the present invention. The horizontal axis of this figure schematically indicates a circumferential position around the centerline of the gas turbine engine, and the vertical axis schematically indicates an axial position along the centerline of the gas turbine engine. Note that the position moves from the front to the rear as you move from the bottom to the top of this diagram. Thus, as can be seen, the leading edges 82 of the turbine vanes 46 are spaced approximately 40 degrees apart along the entire circumference of the engine. Also, as shown, the dilution hole 78 is disposed in axial alignment with the leading edge 82 of the turbine vane 46 . For example, at a circumferential position of 120 degrees, one hole 78 is axially aligned with and immediately upstream of the leading edge of one vane 46. In either case, there is a dilution hole 78 just upstream of the leading edge 82 of the vane 46 .

他方、希釈孔80は隣接前縁8間のギヤツプ8
4と軸方向に整合して配設されている。例えば、
1個の希釈孔80が、120゜の位置の前縁82と
160゜の位置の前縁82との間のギヤツプ84と
軸方向に整合している。この整合配置はエンジン
の中心線を中心とする様々な周方向位置で繰返さ
れている。
On the other hand, the dilution hole 80 is located in the gap 8 between adjacent leading edges 8.
4 in axial alignment. for example,
One dilution hole 80 connects the leading edge 82 at a 120° position.
It is axially aligned with a gap 84 between the leading edge 82 at a 160° position. This alignment is repeated at various circumferential locations about the centerline of the engine.

第3図には、タービン入口平均温度88も、連
続的な周方向温度分布曲線90と共に概略的に示
されている。曲線90は静翼46に対する入口面
の様々な周方向離隔点における温度を表す。図示
のように、本発明によれば、孔78,80がそれ
ぞれ前縁82およびギヤツプ84と軸方向に整合
しているので、静翼に衝突する熱ガスの温度は平
均ガス温度88より低く、これに対し、ギヤツプ
84内へ軸方向に流入する熱ガスの温度は平均ガ
ス温度88より高い。すなわち、あらかじめ選定
された周方向温度勾配が確立され、比較的高い温
度の熱ガス流がギヤツプ84を通り、比較的低い
温度の熱ガスが静翼46に衝突する。連続的な温
度分布曲線のこの正弦波形特性は、燃焼器に入る
希釈空気が燃焼中の空燃混合より低い温度をも
ち、従つて、冷却能力を有するという事実に基
く。大孔78は静翼46と軸方向に整合する箇所
で比較的多量の空気を通すのに対し、小孔80は
ギヤツプ84と軸方向に整合する箇所で比較的少
量の空気を通す。大孔78は小孔80より多大の
冷却効果をもたらす。従つて、断面積のより大き
な希釈孔78は局所的な低温点または低温条帯を
発生する。これらの低温点または条帯を前縁82
と整合させることにより、希釈温度の冷却増進特
性を利用し得る。さらに詳述すると、希釈孔7
8,80を前述のように配設することによつて、
高温域と低温域が交互に存する好適な周方向温度
分布また勾配が発生し得る。高温域は翼間ギヤツ
プ84に対応し、静翼46自体は低温域内に置か
れる。孔78,80が前述のように配設されてい
るので、エンジンの利用可能推力の一つの目安で
あるタービン入口平均温度は所望レベルに保たれ
る。なぜなら、静翼46間の高温ガス流は比較的
低温のガス流によつて補われるからである。従つ
て、上述の希釈孔の特定配設により、燃焼器出口
環状域における熱ガスの平均温度に影響を与える
ことなく、静翼46の前縁における熱ガスの温度
を下げることができる。
The average turbine inlet temperature 88 is also shown schematically in FIG. 3 together with a continuous circumferential temperature distribution curve 90. Curve 90 represents the temperature at various circumferential separations of the inlet face to vane 46 . As shown, in accordance with the present invention, the holes 78, 80 are axially aligned with the leading edge 82 and gap 84, respectively, so that the temperature of the hot gas impinging the vane is lower than the average gas temperature 88; In contrast, the temperature of the hot gas flowing axially into the gap 84 is higher than the average gas temperature 88. That is, a preselected circumferential temperature gradient is established such that relatively high temperature hot gas flow passes through gap 84 and relatively low temperature hot gas impinges on vane 46. This sinusoidal characteristic of the continuous temperature distribution curve is based on the fact that the dilution air entering the combustor has a lower temperature than the air-fuel mixture during combustion and therefore has cooling capacity. Large holes 78 allow a relatively large amount of air to pass through where they are axially aligned with vanes 46, whereas small holes 80 allow a relatively small amount of air to pass through where they are axially aligned with gap 84. The large holes 78 provide a greater cooling effect than the small holes 80. Thus, the larger cross-sectional area dilution holes 78 create localized cold spots or cold bands. These cold spots or stripes are located at the leading edge 82.
The cooling-enhancing properties of the dilution temperature can be utilized by matching the dilution temperature. To explain in more detail, dilution hole 7
By arranging 8 and 80 as described above,
A suitable circumferential temperature distribution or gradient with alternating high and low temperature regions can occur. The hot region corresponds to the interblade gap 84, and the stator blades 46 themselves are located within the cold region. Because the holes 78, 80 are arranged as described above, the average turbine inlet temperature, which is a measure of the engine's available thrust, is maintained at the desired level. This is because the high temperature gas flow between the vanes 46 is supplemented by a relatively low temperature gas flow. Therefore, the specific arrangement of the dilution holes described above allows the temperature of the hot gas at the leading edge of the vane 46 to be reduced without affecting the average temperature of the hot gas at the combustor exit annulus.

上述の構成の他の利点は、噴射器52によつて
生ずる局在高温または高温条帯が、前述のよう
に、前縁82の前方に確立された低温域を貫通で
きないという事実に存する。さらに、燃料噴射器
52の数の倍数の静翼46を用いることによつ
て、連続温度曲線90の正弦波形特性が補強され
る。このような構成によつて、特定の配合配列を
エンジンの全周にわたつて繰返すことができるの
で、温度領域制御が促進される。
Another advantage of the above-described arrangement resides in the fact that the localized high temperature or hot streak created by the injector 52 cannot penetrate the low temperature zone established in front of the leading edge 82, as described above. Additionally, by using a multiple of the number of vanes 46 as fuel injectors 52, the sinusoidal nature of continuous temperature curve 90 is reinforced. Such a configuration facilitates temperature domain control by allowing a particular formulation sequence to be repeated around the circumference of the engine.

前述の装置は本発明の前記目的の達成に好適で
ある。本発明によつて、従来の装置に存在してき
た温度勾配の無作為性が除去されたことになる。
すなわち、従来の無作為温度勾配の代わりに整然
としたまたはあらかじめ選定された温度勾配が確
立され、ガス流の高温部分が静翼間のギヤツプに
流入するように限定される。これは燃焼過程促進
用の既存の希釈空気の制御によつて達成される。
本発明は、従来の装置が必要となるような追加冷
却空気と手のこんだ静翼冷却設計を必要としな
い。従つて、本発明は当業者に知られた従来の装
置に比べてかなり大きな利点を有する。
The device described above is suitable for achieving the above object of the invention. The present invention eliminates the randomness of temperature gradients that existed in conventional devices.
That is, an ordered or preselected temperature gradient is established instead of the conventional random temperature gradient, and the hot portion of the gas flow is confined to the gap between the vanes. This is achieved by controlling the existing dilution air to promote the combustion process.
The present invention does not require additional cooling air and elaborate stator vane cooling designs as required by conventional devices. The invention therefore has considerable advantages over conventional devices known to those skilled in the art.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明を適用する代表的なガスタービ
ンエンジンの概略図、第2図は第1図に示したエ
ンジンの燃焼器部とタービン部の部分的な拡大斜
視図、第3図は本発明による諸要素の相対的な軸
方向位置を示すグラフである。 46……タービン静翼、48,50……それぞ
れ外側および内側ライナ、52……燃料噴射器、
72,73……それぞれ外側および内側静翼シユ
ラウド、78,80……希釈孔、84……翼間ギ
ヤツプ、88……タービン入口平均温度、90…
…周方向温度分布曲線。
FIG. 1 is a schematic diagram of a typical gas turbine engine to which the present invention is applied, FIG. 2 is a partially enlarged perspective view of the combustor section and turbine section of the engine shown in FIG. 1 is a graph showing the relative axial position of elements according to the invention; 46... Turbine stator blade, 48, 50... Outer and inner liners, respectively, 52... Fuel injector,
72, 73...outer and inner stator blade shrouds, respectively, 78, 80...dilution hole, 84...blade gap, 88...average turbine inlet temperature, 90...
...Circumferential temperature distribution curve.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 燃焼器の内側および外側ライナと内側および
外側静翼シユラウドとによつて部分的に画成され
た通路内を熱ガスが流れ、該燃焼器はその中で空
気と燃料の原混合物を燃焼させるため、該原混合
物を燃焼器上流端に導入する複数の噴射器を該上
流端に有し、該熱ガスはタービン入口平均温度を
有するガスタービンエンジンにおいて、該噴射器
の数の倍数の周方向に相隔たるタービン静翼が前
記燃焼器の下流において前記熱ガス流路内に配設
され、各静翼は前記熱ガス流路を横切つて半径方
向に延在し、前記静翼間の離隔によつて静翼間ギ
ヤツプが形成され、第一の複数の周方向に相隔た
る孔が該静翼と軸方向に整合して配設され、第二
の複数の周方向に相隔たる孔が該静翼間ギヤツプ
と軸方向に整合して配設され、該孔は前記原混合
物と混合して燃焼を促進するために前記燃焼器内
に追加の空気を導入するために該燃焼器に配設さ
れ、かつ該孔は該追加の空気と原混合物の燃焼が
該熱ガスにあらかじめ選定された温度勾配を発生
するように配置され、該温度勾配は、前記静翼間
ギヤツプを通つて流れる前記熱ガスが前記タービ
ン入口平均温度を超える第一温度と、前記静翼に
衝突する前記熱ガスが前記タービン入口平均温度
より低い第二温度を有することを特徴とするガス
タービンエンジン。 2 第二の複数の孔のうちの1つの断面積が第一
の複数の孔のうちの1つの断面積より小さい特許
請求の範囲第1項記載のガスタービンエンジン。
Claims: 1. Hot gas flows within passageways defined in part by inner and outer liners and inner and outer stator vane shrouds of a combustor, in which air and fuel flow. in a gas turbine engine having a plurality of injectors at the upstream end of the combustor for introducing the raw mixture into the combustor to combust the raw mixture, the hot gas having an average turbine inlet temperature. multiples of the number of circumferentially spaced turbine stator vanes are disposed in the hot gas flow path downstream of the combustor, each stator vane extending radially across the hot gas flow path; The spacing between the stator vanes forms an inter-stator vane gap, a first plurality of circumferentially spaced holes are disposed in axial alignment with the stator vanes, and a second plurality of circumferentially spaced holes are disposed in axial alignment with the stator vanes. spaced apart holes are disposed in axial alignment with the vane gap, the holes for introducing additional air into the combustor to mix with the raw mixture and promote combustion. disposed in the combustor, and the holes are positioned such that combustion of the additional air and raw mixture creates a preselected temperature gradient in the hot gas, the temperature gradient being A gas turbine engine characterized in that the hot gas flowing through has a first temperature above the turbine inlet average temperature and the hot gas impinging on the stator blade has a second temperature below the turbine inlet average temperature. . 2. The gas turbine engine according to claim 1, wherein the cross-sectional area of one of the second plurality of holes is smaller than the cross-sectional area of one of the first plurality of holes.
JP11742379A 1978-10-02 1979-09-14 Gas turbine engine Granted JPS5560625A (en)

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US94791978A 1978-10-02 1978-10-02

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JPS5560625A (en) 1980-05-07
FR2438166A1 (en) 1980-04-30
GB2030653B (en) 1983-05-05
IT7926087A0 (en) 1979-09-28
CA1148755A (en) 1983-06-28
IT1165348B (en) 1987-04-22
DE2939563A1 (en) 1980-04-17

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