JP2005300145A - 改良した内側固定フランジを有するターボ機械の環状燃焼室 - Google Patents

Abstract

【課題】空気／燃料混合物の燃焼によって生じる振動に優れた耐久性を示す燃焼室を提供する。
【解決手段】ターボ機械の環状燃焼室は、横断方向壁により結合された内側および外側環状壁４ａを備え、内側および外側環状壁は、それらの下流側端が、内側および外側固定フランジ１８によって延長され、ターボ機械ケーシングの内側および外側シェル２ａにそれぞれ固定され、燃焼室を所定位置に保持する。内側フランジ１８には複数の空気供給穴を設けて、ターボ機械の高圧タービンに冷却空気を供給する。内側フランジ１８を貫通する空気供給穴は、互い違いの構成に配置された少なくとも２列２６ａ、２６ｂにわたって円周状に配分される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ターボ機械の燃焼室の一般分野に関する。さらに詳細には、本発明は、ターボ機械の環状燃焼室をターボ機械のケーシングに固定することによって発生する問題に関する。

従来から、ターボ機械の環状燃焼室は、燃焼室の端部を形成する横断方向壁によって相互結合される内側環状壁と外側環状壁とによって構成される。燃焼室の端部には、燃焼室に取り付けられた燃料噴射器を有する複数の開口が設けられる。

燃焼室の内側壁と外側壁は、一般に、それらの下流側端部で、ターボ機械のケーシングの内側シェルと外側シェルにそれぞれ固定されるように構成された、類似の環状の内側フランジと外側フランジとによって延長されている。これらのフランジは、ターボ機械のケーシング内の所定位置に燃焼室を保持する役割を果たす。

燃焼室から上流側に位置するターボ機械のコンプレッサ段から流れ込む空気は、ケーシングのシェルと燃焼室の環状壁との間を流れる。特に、燃焼室の壁を貫通して形成された穴を通して燃焼室に流入するこの空気は、空気／燃料混合物の燃焼に関与する。

さらに、この空気の一部は、燃焼室から下流側に置かれたターボ機械の高圧タービンを冷却するための循環路を形成するのに役立つ。

この目的のため、一般に、燃焼室の内側固定フランジには、空気がコンプレッサから高圧タービンの冷却循環路まで通過できる複数の穴が開けられている。これらの穴は、通常、内側フランジの円周全体にわたり列に沿って均一に間隔を空けている。

ターボ機械のケーシングの内側シェルもまた、複数の開口によって穴が開けられ、この複数の開口は、内側シェルと燃焼室を固定するための内側フランジとの間に画定された環状空間内に開いており、さらに高圧タービンの冷却循環路に向かって開いている。

燃焼室を固定するための内側フランジを貫通する空気供給穴を開けることは、燃焼室内の空気／燃料混合物の燃焼によって生じる振動に耐える能力に問題を引き起こす。

燃焼室内の空気／燃料混合物の燃焼周波数によって、燃焼室壁内に固定フランジまで伝播する振動が生じる。したがって、固定フランジは十分な可撓性を有して、このような振動を減衰しなければならず、また十分な剛性を有して、ケーシングの所定位置に燃焼室を保持する機能を果たす必要がある。

不都合な点は、内側固定フランジを貫通する穴が存在すると、振動に耐えるフランジの能力が低下する。内側フランジに均一に分散した穴を設けることに伴い、燃焼室の壁の振動が、振動共振現象を引き起こし、これにより内側フランジ、特に２つの隣接した穴の間が破損する危険性につながる。

このように、本発明は、空気／燃料混合物の燃焼によって生じる振動に優れた耐久性を示す燃焼室を提案することによって、このような欠点を低減することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明は、ターボ機械の環状燃焼室を提供する。環状燃焼室は、横断方向壁によって結合された内側環状壁と外側環状壁とを備え、内側環状壁と外側環状壁は、それらの下流側端部で、内側および外側固定フランジによって延長され、これらの内側および外側固定フランジは、燃焼室を所定位置に保持するために、ターボ機械のケーシングの内側シェルと外側シェルにそれぞれ固定される。内側フランジには、ターボ機械の高圧タービンに冷却用空気を送るための複数の空気供給穴が設けられる。燃焼室は、内側フランジを貫通する空気供給穴が、互い違いの構成で配置された少なくとも２列にわたって円周状に配分されることを特徴とする。

互い違いの構成で配置された少なくとも２列の全体にわたって内側フランジを貫通する穴の特定の配分は、空気／燃料混合物の燃焼によって生じる振動の高調波分を「抑える」効果がある。したがって、このような配分は、任意の振動共振も回避する役割を果たし、これにより燃焼室を固定する内側フランジが破損する危険性を抑制する。

本発明の有利な特徴によれば、内側壁および外側壁には、燃焼室に空気を送る複数の空気供給穴が設けられ、燃焼室は、内側固定フランジを貫通する空気供給穴が、内側環状壁を貫通する空気供給穴に対して径方向にずれていることを特徴とする。

このように、内側固定フランジを貫通する穴と燃焼室の内側環状壁を貫通する穴との径方向のずれは、燃焼ガスが、ケーシングの内側シェルに向かって直接噴射されることを避ける作用をする、この放射は、特にシェルの寿命に有害である。

本発明の別の有利な特徴によれば、ターボ機械のケーシングの内側シェルには、複数の開口が設けられ、燃焼室は、内側固定フランジを貫通する空気供給穴が、ケーシングの内側シェルを貫通する開口に対して径方向にずれていることを特徴とする。

上記と同じ理由で、この径方向のずれは、燃焼ガスが燃焼室から高圧タービンの冷却循環路に向かって直接噴射されるのを避ける作用をする。

本発明はさらに、上述のような燃焼室を所定位置に保持するための内側フランジを提供する。

本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照した以下の説明から明らかになる。この説明は、１つの実施形態を示すものであって、限定を意味するものではない。

図１は、本発明によるターボ機械の燃焼室を示す。

ターボ機械は、圧縮部（図示せず）を備え、この圧縮部において空気が圧縮された後、チャンバケーシング２内に噴射され、次いでケーシング内部に取り付けられた燃焼室４内に噴射される。

圧縮空気は、燃焼室に導入され、燃料と混合された後に燃焼室で燃焼される。この燃焼から生じるガスは、その後、燃焼室４から出口に置かれた高圧タービン６に向けられる。

燃焼室４は環状型で、燃焼室の端部を形成する横断方向壁４ｃによって結合される内側環状壁４ａと外側環状壁４ｂとによって構成される。

内側壁４ａと外側壁４ｂは、ターボ機械の長手方向軸Ｙ−Ｙに対してわずかに傾斜した長手方向軸Ｘ−Ｘに沿って延びる。燃焼室の端部４ｃには、燃料噴射器１０が取り付けられた複数の開口８が設けられる。

チャンバケーシング２は、内側シェル２ａと外側シェル２ｂとで形成され、かつ燃焼室４と協働して環状空間１２を画定し、この空間内に圧縮空気が、燃焼、希釈、および燃焼室を冷却するために噴射される。燃焼室４は、一次領域（または燃焼領域）と、一次領域から下流側に位置する二次領域（または希釈領域）とに分けられる。

燃焼室４の一次領域および二次領域に送られる空気は、燃焼室の内側壁４ａおよび外側壁４ｂを貫通してそれぞれ形成される１つ以上の列の穴１４、１６を通って導入される。

燃焼室４の内側壁４ａおよび外側壁４ｂは、それぞれの下流側端において、内側環状フランジ１８および外側環状フランジ（またはタング）２０によって延長される。

これら内側フランジ１８および外側フランジ２０は、それぞれボルト締め接続２２、２４によって、チャンバケーシング２の内側シェル２ａと外側シェル２ｂにそれぞれ固定されるように構成される。これらの機能は、燃焼室４をチャンバケーシング２内の所定位置に保持することである。

環状空間１２内を流れる圧縮空気は、ターボ機械の高圧タービン６を冷却する循環路に供給するためにも用いられる。

この目的のために、燃焼室４を保持する内側フランジ１８には、空気供給穴２６が設けられる。これらの穴２６によって、空気は、内側フランジ１８から下流側の環状空間１２内に流入できる。

同様に、チャンバケーシング２の内側シェル２ａには、空気供給開口２８によって穴が開けられており、空気供給開口２８は、例えば単一の列で配分され、内側フランジ１８から下流側の環状空間１２内で開き、チャンバケーシング２の外側の空気噴射器３０に通じる。この空気噴射器３０は、ターボ機械の高圧タービン６を冷却するためのものである。

本発明によれば、内側フランジ１８の空気供給穴２６は、互い違いの構成に配置された少なくとも２列２６ａ、２６ｂにわたって円周状に配分される。

詳細には、この配分は、図２および図３で示されている。これらの図において、内側フランジ１８を貫通する空気供給穴の２列２６ａおよび２６ｂが、互い違いの構成であることが明瞭に示されている。

「互い違いの構成に配分された列」という用語は、列２６ａ、２６ｂのうちの一方の列における穴が、燃焼室４の長手方向軸Ｘ−Ｘに沿った他方の列における穴と位置が合わさっていないことを意味するのに用いられる。

互い違いの構成に配分された２列の穴のこのような配置は、燃焼室の空気／燃料混合物の燃焼によって生じる振動の高調波分を「抑える」作用をして、それによって内側フランジが振動の効果で破損するのを避ける。

図２および図３において、燃焼室の空気供給穴２６は、円形断面である。しかし、例えば長円形状などいくつかの他の形状の断面を考えることも可能である。

内側フランジ１８を貫通する穴２６が、２つの互い違いの列で配分されているため、穴の個々の断面を、従来の単一列における配置に比べて小さくすることができる一方で、同一の全体空気流量を空気噴射器３０に供給し続けることができることにも注目すべきである。したがって、２つの隣接する穴の間の距離が増し、これによってこの位置での内側フランジの破損の危険性をさらに低減することができる。

図３に示される本発明の有利な特徴によれば、内側フランジ１８を貫通する空気供給穴２６は、燃焼室４の内側壁４ａを貫通する空気供給穴１４に対して径方向にずれている。

内側フランジ１８を貫通する穴２６が、内側壁４ａを貫通する穴１４と位置が合わさっていないために、燃焼室４での空気／燃料混合物の燃焼によって生じるガスが、チャンバケーシング２の内側シェル２ａに向かって直接噴射されることを防ぐことが可能であり、この直接噴射は、チャンバケーシング２に損傷を与える危険性がある。

同様に図３に示される本発明の別の有利な特徴によれば、内側フランジ１８を貫通する空気供給穴２６は、チャンバケーシング２の内側シェル２ａを貫通する開口２８に対して径方向にずれている。

したがって、燃焼ガスが、燃焼室４から、高圧タービン６を冷却するために設けられた空気噴射器３０に直接噴射されるのを避けることもできる。この結果、内側フランジ１８を貫通する空気供給穴２６が存在することにより、高圧タービンの冷却効果が低下することはない。

内側フランジ１８を貫通する空気供給穴２６と、内側シェル２ａを貫通する開口２８とのこの位置ずれは、内側フランジを貫通する空気供給穴２６と燃焼室４の内側壁４ａを貫通する穴１４との間の有利な位置ずれと組み合わせることができることは注目されるべきである。

本発明の１つの実施形態における燃焼室とその周辺部の縦断面図である。 図１の一部分および切断斜視図である。 本発明の燃焼室の内側フランジを貫通する穴の配分を示した展開図である。

符号の説明

２ チャンバケーシング
２ａ 内側シェル
２ｂ 外側シェル
４ 燃焼室
４ａ 内側環状壁
４ｂ 外側環状壁
４ｃ 横断方向壁
６ 高圧タービン
８ 開口
１０ 燃料噴射器
１２ 環状空間
１４、１６ 穴
１８ 内側フランジ
２０ 外側フランジ
２２、２４ ボルト締め接続
２６ 空気供給穴
２６ａ、２６ｂ 列
２８ 空気供給開口
３０ 空気噴射器

Claims (4)

1. ターボ機械の環状燃焼室（４）であって、環状燃焼室が、横断方向壁（４ｃ）によって結合された内側および外側環状壁（４ａ、４ｂ）を備え、該内側および外側環状壁が、それら内側および外側環状壁の下流側端において、内側および外側固定フランジ（１８、２０）によって延長され、該内側および外側固定フランジ（１８、２０）が、燃焼室を所定位置で保持するために、ターボ機械のケーシング（２）の内側および外側シェル（２ａ、２ｂ）にそれぞれ固定され、内側フランジ（１８）には、ターボ機械の高圧タービン（６）に冷却空気を供給するための複数の空気供給穴（２６）が設けられ、内側フランジ（１８）を貫通する空気供給穴（２６）が、互い違の構成に配置された少なくとも２列（２６ａ、２６ｂ）にわたって円周状に配分されることを特徴とする、燃焼室。
2. 内側および外側環状壁（４ａ、４ｂ）には、燃焼室に空気を供給するための複数の空気供給穴（１４、１６）が設けられ、内側固定フランジ（１８）を貫通する空気供給穴（２６）が、内側環状壁（４ａ）を貫通する空気供給穴（１４）に対して径方向にずれていることを特徴とする、請求項１に記載の燃焼室。
3. ターボ機械ケーシング（２）の内側シェル（２ａ）には、複数の開口（２８）が設けられ、内側固定フランジ（１８）を貫通する空気供給穴（２６）が、ケーシング（２）の内側シェル（２ａ）を貫通する開口（２８）に対して径方向にずれていることを特徴とする、請求項１または２に記載の燃焼室。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載のターボ機械の燃焼室（４）を所定位置に保持するための内側フランジ（１８）。

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