JPS6323452B2 - - 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の燃焼室に関す
るものである。

ガスタービンエンジンのタービン入口のガス温
度は近年急激に高いものとなつてきたが、さらに
高くなるものと考えられる。これは、推力が高く
経済的に運転できるガスタービンエンジンを作る
為に必要だからである。熱効率即ち出力および燃
料消費率は圧縮機の圧力と燃焼温度とが高い程良
くなる。圧縮機の圧力が高い程、圧縮機出口の空
気温度が高く、且つ、燃焼室の圧力が高くなり、
従つて、圧縮機から出る空気の高い温度と燃焼熱
とにより、燃焼室の壁の温度を許容値に維持する
ことが困難となつて来る。燃焼室の許容温度は金
属の機械的性質および耐熱性により決る。

本発明の目的は燃焼室の壁の温度を許容値に維
持することができるガスタービンエンジン燃焼室
を提供することにある。

特許願、昭50−148343号明細書（特開昭51−
86067号公報、特公昭58−2340号公報参照）には、
〓互いに対面して接着された耐熱材料の第１およ
び第２の板から成り、該第１および第２の板は
各々多数の孔を有し、片方の上記板の上記孔の位
置は他方の上記板の位置から外れており、少くと
も片方の上記板の他方の板に対面する面に、上記
第１の上記孔を上記第２の板の上記孔に連絡する
通路を形成する溝を有し、所定領域において上記
第１の板の上記孔の合計断面積が上記第２の板の
上記孔の合計断面積の少くとも２倍であり、冷却
空気が該第２の板の上記孔から流入して上記第１
の板の上記孔から流出するようになされた、ガス
タービンエンジン燃焼室用多孔積層材〓が開示さ
れている。

上記「所定領域〓即ち、少くとも一部の領域に
おいては、上記第１の板の上記孔から流出する冷
却空気の速度は上記第２の板の上記孔から流入す
る冷却空気の速度より著しく低く、上記第２の板
の上記孔から流入して上記第１の板の内面に衝突
した後該第１の板の上記孔から流出した冷却空気
は合流して該第１の板の外面に冷却空気の薄膜を
形成するから、上記の多孔積層材で形成した燃焼
室の壁は効果的に冷却される。

本発明は、上記多孔積層材を用いて燃焼室の内
壁が最も効果的に冷却される構造のガスタービン
エンジン燃焼室を提供することを目的とする。

本発明のガスタービンエンジンの燃焼室は、該
燃焼室の壁の少くとも１部が多孔積層材で形成さ
れ、該多孔積層材は互いに対面して接着された耐
熱材料の第１および第２の板から成り、該第１お
よび第２の板は各々多数の孔を有し、片方の上記
板の上記孔の位置は他方の上記板の上記孔の位置
から外れており、少くとも片方の上記板の他方の
板に対面する面に、上記第１の板の上記孔を上記
第２の板の上記孔に連絡する通路を形成する溝を
有し、少くとも一部の領域において上記第１の板
の上記孔の合計断面積が上記第２の板の上記孔の
合計断面積の少くとも２倍であり、冷却空気が該
第２の板の上記孔から流入して上記第１の板の上
記孔から流出するようになされ、上記燃焼室の壁
は、低温側壁面である外側壁面が上記第２の板に
より、高温側壁面である内側壁面が上記第１の板
によりそれぞれ形成されている燃焼室において、
燃焼室の高温側即ち内側壁面を形成する上記第１
の板の互いに隣接する孔は、上記少くとも一部の
領域においては、燃焼室の縦軸線に対し或る角度
で傾斜する方向に整列していることを特徴とする
ものである。

本発明に燃焼室は、上記少くとも一部の領域で
は、内側壁面の冷却空気流出孔が燃焼室の縦軸線
に対し或る角度で傾斜する方向に整列しているの
で、冷却空気流出孔の列の間に冷却空気薄膜の隙
間が生じることなく燃焼室内壁を完全に覆う冷却
空気薄膜が形成され、従つて、上記少くとも一部
の領域において、高温の燃焼ガスが燃焼室の内壁
に直接接触することが完全に防止されるとともに
燃焼室内壁面の薄膜冷却が効果的に行われる。

以下図面を参照しつつ本発明の実施例を説明す
る。

第１図および第２図に示すガスタービンエンジ
ン１０は、流れの順序に、圧縮機１１、環缶複合
型燃焼室１４を含む燃焼装置、および圧縮機駆動
用タービン１６から成つている。

燃焼室１４の缶１５は断面が円形で、内壁１８
と外壁２０とで形成された環の中に収容されてい
る。燃焼室１４の壁１４ａおよび頭部１４ｂは多
孔積層材２２で作られている。冷却空気および希
釈空気が壁１８，２０と缶１５との間の空間を通
り、冷却空気は多孔積層材を貫通しその内面に冷
却フイルムを形成する。冷却空気は頭部１４ｂに
も送られる。

第３図には、多孔積層材２２の詳細が分解図で
示されている。積層材２２は一連の対称的に配列
された同一サイズの孔３２と一連の対称的に配列
された溝３４とを備えた外側シート第２の板３０
を有している。溝３４は片面のみに形成され、孔
３２および溝３４は電気化学的エツチングにより
作られ、孔３２は溝３４の交叉点の１つ置きに設
けられ、１つの溝３４の上の孔３２は隣りの溝３
４の孔３２に対し喰違いに配置されている。内側
シート（第１の板）３６にも、一連の対称的に配
列された孔３２とサイズが同一の孔３８および交
叉する溝４０とが設けられ、溝４０も片面のみに
形成されているが、内側シート３６の孔３８は単
位面積当りの数が外側シート３０の孔３２の２倍
であり、孔３８と孔３２とは同一サイズであるか
ら、内側シート３６の孔３８の合計断面積が外側
シート３０の孔３２の合計断面積の２倍となる孔
３８は溝４０の交叉点の丁度中間で内側シート３
６を貫通するように配置されている。内外両シー
トは溝３４，４０の間の接触面を重ね合わせてろ
う付けされ、両シートの溝および孔は互に喰違つ
ている。

各シートの溝は正方形格子状に配列されている
が、内側シート３６の正方形格子の間隔は外側シ
ート３０よりも少し大きい。両シートはそれぞれ
の溝が互に対角線をなすよにろう付けされ、外側
シートの溝３４の孔３２を有しない交叉点が内側
シート３６の溝４０の交叉点と合致している。孔
３２から矢印４２のように流入した流体例えば空
気は、４等分されて溝３４に沿い放射状に流れ溝
３４および溝４０の重なり合つた交叉点で溝４０
に流入し、再び４等分されて、孔３８を通じて内
側シート３６から流出する。主な冷却効果はイン
ピンジメント衝突によるものであるが、冷却空気
が屈曲した流路を通る際の対流による冷却も幾ら
か行われる。冷却の程度は、孔および溝の寸法や
間隔および数により異る。

孔３８の数の多い、即ち、孔の合計断面積の大
きい内側シート３６を燃焼室の高温にさらし、冷
却空気を外側シート３０の孔３２に供給する。孔
３２を低温側孔と呼び、孔３８を高温側孔と呼
ぶ。内側シート３６の孔数が多く、即ち、孔の合
計断面積が大きいので、冷却空気は内側シート３
６の外面に比較的均等に分配されるとともに、冷
却空気が比較的低速となり、冷却空気のフイルム
（薄膜）が効果的に作られる。

第４図乃至第１１図には、積層材の種々の孔、
溝配列を示す。その高温側孔数対低温側孔数の比
は、２：１（第４図）から14：１（第１１図）まで
種々のものがある。即ち、４：１（第５図）、６：
１（第６図）、７：１（第７図）、８：１（第８図）、
10：１（第９図）、12：１（第１０図）および14：
１（第１１図）のものが示されている。低温側孔
を四角形記号で示し、高温側孔を円形記号で示
す。上記の比、即ち、高温側孔合計断面積対低温
側孔合計断面積の比は、四角形ABCDの中に含
まれる高温側孔および低温側孔の数を算えて計算
される。各四角形ABCDの中には低温側孔は１
個のみが中央に設けられ、例えば第８図では、孔
比は８：１であつて、４個の完全な高温側孔と８
個の半分の高温側孔とで合計８個の高温側孔が１
個の低温側孔に対し設けられている。図中、直線
は両シート３０，３６の溝３４，４０をそれぞれ
表している。両溝３４，４０は第４図乃至第１１
図の例では完全に重なり合い、第３図の例では喰
違つている。

第４図乃至第１１図に示す配列のうち幾つか
は、低温側孔の付近で溝の幾つかを閉塞し、冷却
空気の流路を長くし、かつ多数の高温側孔に冷却
空気を流すのが好ましい。そうしなければ、低温
側孔に近い高温側孔に冷却空気の流れが偏り、低
温側孔から遠い高温側孔に流れる冷却空気が不足
することになる。

第１２図乃至第１４図は第５図の多孔積層材を
詳細に示す。孔数比、即ち、孔合計断面積比は
４：１である。

両シート３０，３６は、溝３４，４０は同一パ
ターンのものであり、両シートを互にろう付けす
ると、両シートの溝パターンが重なり合い、冷却
空気が流れる通路４４（第１７図）が両シートの
対応する溝で形成される。好ましいろう付け温度
は、1100℃である。通路４４は第１３図および第
１４図に明瞭に示されている。第１３図は対角方
向の通路を示し、第１４図は縦横の通路を示す。

冷却空気の流れは矢印４２で示し、冷却空気は
先ず各低温側孔３２から注入し８つの流れに分岐
し、その４つは直接、通路４４に沿つて流れ高温
側孔３８から流出するが、残りの４つは、他の低
温側孔３２からの対応する冷却空気と合流し再分
岐された後、縦横の通路４４を経て高温側孔から
流出する。

第１５図乃至第１７図は第８図の多孔積層材
（孔数比、即ち孔合計断面積比８：１）の詳細を
示す。この例では、低温側孔３２の１つから流入
した冷却空気は分岐して一部は直接、４個の高温
側孔３８から流出し、残りは間接的に、正方形
ABCD内の８個の高温側孔に対する流れの半分
を供給する。これらの８個の孔に対する空気流の
残りの半分の供給は、他の低温側孔３２に流入す
る冷却空気流により行われる。

実際上、高温側孔合計断面積と低温側孔合計断
面積との比は、少くとも２：１とすることが適当
な冷却を行うために必要である。この比は必要に
応じ、例えば14：１まで大きくすることができる
が、実用上は、この比は２：１〜10：１の範囲と
しなければならない。

両シートの接触面積は重要であり、この面積
は、シート全面積に対する比で18〜60％の範囲内
でなければならず、30〜60％の範囲内であるのが
好ましい。本発明の燃焼室に用いられる多孔積層
材の他の諸元を以下に示す。

(1) 低温側および高温側孔の直径は0.020〜0.040
インチ（0.508〜1.016mm）の範囲とする。

(2) 空気中の微粒子、油、燃料の分解、および酸
化による通路の閉塞を防ぐため、通路の幅は
0.020〜0.050インチ（0.508〜1.070mm）の範囲、
深さは0.020〜0.030インチ（0.508〜0.762mm）
の範囲とする。

(3) 溝の上の金属の厚さは、酸化による厚さの減
少を考慮に入れて充分な強度を有するものとす
る。

(4) 燃焼室（第２図および第１８図）を作つた
時、高温側孔のパターンは燃焼室の縦軸線に対
し10〜30゜の適当な角度、例えば30゜の角度を有
すること、これは、燃焼室を通過する高温ガス
に冷却空気を供給するためである。高温側孔が
軸方向に整列していると、高温側孔の隣り合う
列の間を高温ガスが通り抜け全くフイルム冷却
が行われないことになるからである。

(5) 燃焼室１４の各々本発明により多孔積層材で
作られた構成部分の間の接続部を示す第１９図
からわかるように、この接続部では適当な冷却
効果を得るため、高温側孔の密度を大きくする
ことができる。多孔積層材を切つて互に溶接す
る場合は、溶接の幅と孔パターンの傾斜のた
め、冷却孔の幾つかは閉塞されるから、上述の
ように高温側孔の密度を増すことは不可欠であ
る。

第２０図では、孔パターンの密度は、下流方向
に漸減し、燃焼室の上流部分で冷却空気流を最大
とし、下流部分の最小の冷却空気流まで冷却空気
流を漸減させるようにしてもよい。このように孔
パターンを調整することにより、燃焼室の壁温度
を軸方向に略一定にし、或いは、所定の割合で壁
温度を変化させることができる。

又、２つのシートの溝３４，４０で作られる通
路４４は、片方のシートのみに適当な寸法の溝を
作り、他方のシートには溝を作らずに通路４４を
形成することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の燃焼室を有するガスタービン
エンジンを示す概略図。第２図は第１図の燃焼室
の拡大図。第３図は第１図および第２図の燃焼室
を作ることのできる特公昭58−2340号公報に記載
された多孔積層材の一形態を示す図。第４図乃至
第１１図は、２枚のシートの孔数比が１：２から
１：14まで異なる種々の多孔積層材を示す図。第
１２図は第５図の多孔積層材の分解斜視図。第１
３図は第１２図の矢印Ｅ視図。第１４図は第１２
図の矢印Ｆ視図。第１５図は第８図の多孔積層材
の平面図。第１６図は第８図の多孔積層材の下側
シートの平面図。第１７図は第１５図および第１
６図のＧ―Ｇ視断面図。第１８図は第１図および
第２図の燃焼室の内面の一部Ｈの拡大図。第１９
図は第１図および第２図の燃焼室の内面の一部Ｉ
の拡大図。第２０図は第１８図に示す孔の代替的
な配列を示す図。 ２２……多孔積層材、３０……外側シート（第
２の板）、３２，３８……孔、３４，４０……溝、
３６……内側シート（第１の板）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガスタービンエンジンの燃焼室であつて、該
   燃焼室の壁の少くとも１部が多孔積層材で形成さ
   れ、該多孔積層材は、互いに対面して接着された
   耐熱材料の第１および第２の板から成り、該第１
   および第２の板は各々多数の孔を有し、片方の上
   記板の上記孔の位置は他方の上記板の上記孔の位
   置から外れており、少くとも片方の上記板の他方
   の板に対面する面に、上記第１の板の上記孔を上
   記第２の板の上記孔に連絡する通路を形成する溝
   を有し、少くとも一部の領域において上記第１の
   板の上記孔の合計断面積が上記第２の板の上記孔
   の合計断面積の少くとも２倍であり、冷却空気が
   該第２の板の上記孔から流入して上記第１の板の
   上記孔から流出するようになされ、上記燃焼室の
   壁は、低温側壁面である外側壁面が上記第２の板
   により、高温側壁面である内側壁面が上記第１の
   板によりそれぞれ形成されている燃焼室におい
   て、燃焼室の高温側即ち内側壁面を形成する上記
   第１の板の互いに隣接する孔は、上記少くとも一
   部の領域においては、燃焼室の縦軸線に対し或る
   角度で傾斜する方向に整列していることを特徴と
   するガスタービンエンジン燃焼室。 ２ 特許請求の範囲第１項のガスタービンエンジ
   ン燃焼室において、上記第１の板の上記少くとも
   一部の領域における孔は、多数の矩形の辺および
   該矩形の対角線の上に位置し、各矩形の辺および
   対角線は全て燃焼室の縦軸線に対し10゜〜30゜の角
   度で傾斜している燃焼室。 ３ 特許請求の範囲第１項のガスタービンエンジ
   ン燃焼室において、上記燃焼室の壁の大部分が、
   溶接により互いに接続された多数の壁部分で形成
   され、該壁部分を構成する上記第１および第２の
   板の孔が、壁部分の接続端付近の領域においては
   他の領域より高い密度で設けられている燃焼室。