JP6170562B2 - タービンエンジンの燃焼室のための２つの回路の噴射器 - Google Patents

Description

本発明の分野はタービンエンジンの燃焼室の噴射器であり、特に燃焼始動噴射器の分野である。

本発明はまた、このような噴射器に取り付けられるタービンエンジンに関する。

図１を参照すると、タービンエンジン１は従来式に、ケーシング３０内に収容された燃焼室１０と、ディストリビュータ２０とを備え、燃焼室は、一方が他方の内側に延在し燃焼室の環状の底部壁１６によって接続される回転の外側の壁１４と、内側の壁１２によって境界が定められている。

ケーシングはまた、燃焼室の内側の壁１２と、外側の壁１４がそれぞれ固定される内側の壁３２と、外側の壁３１とを有する。

空気と燃料の混合気が、燃焼室の底部壁に設置され底部壁の外周全体にわたって分散される複数の噴射器１８によって燃焼室へと噴射される。

燃焼室には始動噴射器を含めた複数のタイプの噴射器が配置され、この始動噴射器は空気と燃料の混合気を噴射する噴霧器と、この混合気に点火するスパークプラグとを備える。

噴射器を特徴付けるためにフロー数（ＦＮ）として知られる量が利用され、これは噴射される混合気のバールでの圧力で割った噴射器のＬ／Ｈでの流量に等しい。始動噴射器は、典型的には１．２から１．５からなるフロー数を有する。

他の噴射器は、始動後の速度、すなわち一時的な加速または減速速度および飛行中の速度に限って用いられる。これらの噴射器は、９から１０から成るさらに高いフロー数を有し、つまりそれぞれの燃料噴射流量がより高いことを表している。

これらの噴射器は、空気と燃料の混合気を燃焼室の高温の壁に対して噴射する噴霧器を備え、この壁は、始動噴射器によってあらかじめ加熱されることで接触すると燃料に点火される。

従来の始動噴射器にはいくつかの欠点があり、これには燃焼室内の空気の流れに関連した相当な吹き出し作用が含まれ、これによりエンジンがその能力の２０％未満まで低下されるため、その始動または再始動が妨げられる。スイッチが切られたばかりのエンジンはよって、直ぐに再始動させることができない。

エンジンはまた、燃焼室の内部に噴霧器およびスパークプラグを入れることから燃焼室内およびケーシング内の噴射器あたり２つのオリフィスを必要とするため壊れやすくもなる。

またエンジンの始動時に、燃焼室全体に直ちに点火する必要がある。しかしながら、知られているように、始動噴射器の流量は低いため、燃焼室の底部壁の円周全体にわたって多数の噴射器を配置する必要がある。これによりエンジンの重量が増え、製造するのにより費用がかかることになる。

米国特許第２，９４９，０１２号明細書は、燃焼室の空間内に配置され前記燃焼室から空気流を受け取る始動噴射器を備える燃焼室を記載している。この噴射器によって点火された燃料が、燃料が主要な噴射器を介して噴射される壁を加熱することで燃料が壁に接触した途端に点火される。

燃焼室内のこのような組立体は、詳細には始動噴射器が燃焼室の空気流に曝されるため、吹き出し作用を修正しない。その結果、高速のエンジン速度の場合、燃料の点火を開始することは不可能である。

米国特許第２９４９０１２号明細書

本発明の目的は、上記に挙げた欠点の少なくとも１つをなくすことである。詳細には、本発明の目的は、エンジンの速度に関わらず、燃焼室を始動するための燃焼室の噴射器を提案することである。

本発明の別の目的は、燃焼室のより迅速な点火を可能にし、これにより燃料をより経済的にすることである。

この点において、本発明の目的は、燃焼室の壁に配置され壁のオリフィスを介して燃焼室内で終端することが意図され、
−燃料噴射回路と、
−燃料噴射回路によって燃料が供給される燃料噴射器と、噴射された燃料のスパークプラグとを備える燃料点火回路とを備えるタービンエンジンの燃焼室の始動噴射器であって、
−スパークプラグによる燃料の点火が行なわれる第１の区画と、熱伝導性の仕切りによって第１の区画から隔てられる第２の区画とを備える仕切られた筐体と、
−前記燃料噴射回路によって燃料が供給され、筐体の第２の区画の中で終端し前記壁に当たるように燃料を噴射するように構成された少なくとも１つの燃料噴射器を備える主要な燃焼始動回路とをさらに備えることを特徴とする始動噴射器である。

有利には、但し任意選択で、本発明はまた以下の特徴の少なくとも１つを含む：
−燃料噴射回路が、燃料供給入口と、燃料の圧力が所定の閾値を下回った場合、燃焼始動回路の供給を阻止する過圧弁とを備える。
−これを下回ると過圧弁が燃焼始動回路の供給を阻止する閾値圧力が、２．５から３バールの間である。
−始動回路の燃料噴射器が、燃料を気化させるように適合された事前気化噴射器である。
−仕切られた筐体が、２つの区画に共通の燃料排気開口を備える。
−スパークプラグがグロープラグまたはスパークプラグである。
−筐体が、空気進入開口に取り付けられた外側の壁を有する。

本発明の別の目的は、タービンエンジンの燃焼室と、本発明による少なくとも１つの始動噴射器とを備えるタービンエンジンのための燃焼組立体である。

本発明の目的は最終的に、燃焼室と、本発明による少なくとも１つの噴射器とを備えるタービンエンジンである。

有利には、但し任意選択で、本発明によるタービンエンジンは、燃焼室が中に配置されるケーシングを備え、噴射器が前記ケーシングに装着されることで、
−仕切られた筐体が、ケーシングおよび前記燃焼室の壁を通って燃焼室の内部に入り、
−前記筐体の燃料排気開口が燃焼室内で終端し、
−前記筐体の壁の空気進入開口が、ケーシングと燃焼室の間の隙間の中で終端することになる。

本発明によって提案される噴射器には多くの利点がある。

燃料点火回路が筐体内に配置されている場合、筐体がその壁が空気を閉じ込める事前燃焼室として作用するため、噴射器が吹き出し現象に曝されることがずっと少なくなる。燃料の点火はよって、より迅速になり、始動時の燃料の消費を大幅に減少させる。

また吹き出しに対する保護は、燃焼室がエンジンをその能力の２０％まで減速させる必要なしに停止したばかりの時でも燃焼室を始動または再始動させることができる。

その主要な始動回路によって、噴射器は、従来の始動噴射器より大きな割合の燃料を有する。この割合が、燃焼室のより大きな広さに点火するため、同時に使用され点火される噴射器の数が削減される。タービンエンジンに点火され、したがってこのタービンエンジンは製造するのにより費用が少なく、燃料がより経済的である。

最終的に本発明による噴射器は、それが両方の燃料点火回路に燃料を供給する単一の燃料噴射回路を備え、これがケーシングおよび燃焼室の壁にある噴射器あたりただ１つのオリフィスを必要とするためにコンパクトである。

本発明の他の特徴および利点は、以下の記載からはっきりとすることになり、この記載は、純粋に例示的であり、かつ非制限的であり、添付の図面に関してかなり考慮される。

既に記載した燃焼室のレベルにおけるタービンエンジンケーシングの断面図である。 本発明による噴射器の一実施形態の図である。 図２の噴射器の燃料噴射回路の概略図である。 図２に例示される噴射器の断面図であり、図４ｃに示される軸ＡＡによる断面図である。 図２に例示される噴射器の断面図であり、図４ｃに示される軸ＢＢによる断面図である。 図２に例示される噴射器の断面図である。 図２の噴射器の下からの図である。 タービンエンジンの燃焼室にある噴射器の設置を示す図である。 本発明による噴射器による燃焼室の点火の時系列の順番を示す図である。

図２を参照すると、これはタービンエンジンの燃焼室の始動噴射器１００を示している。それは、燃料点火スパークプラグ１０１と、燃料入口１０２とを備える。

スパークプラグ１０１は、スパークプラグ、好ましくはグロープラグであってよく、これはスパークプラグに対して縮小されたサイズを有するため、噴射器１００の体積を削減する。

図３を参照すると、噴射器１００は、燃料入口１０２、ならびに燃焼室に点火することを目的とした２つの回路１３０および１４０と流体連通する燃料噴射回路１２０を備える。

再び図２を参照すると、燃料噴射回路は、例えばボルト締めによってタービンエンジン１のケーシング３０に固定されることが意図された噴射器のフード１０３内に配置される。

燃料が燃焼室に入る前に燃料の点火が中で行なわれる筐体１０４が、フード１０３から突出している。図４ａから４ｃにおいて明らかなように、噴射器は、この筐体１０４が、ケーシング３０内に配置されたオリフィス３３を通ってその内部に入るようにケーシング３０に取り付けられている。

またそれは、燃焼室１０の外側の壁１４に配置されたオリフィス１１を通ってその内部へと入り、このオリフィスはケーシングのオリフィス３３と向き合っている。

筐体１０４は、燃焼した燃料の排気開口１０９を介して燃焼室１０の内部で終端している。

図４ａから４ｃを参照すると、筐体１０４は、２つの区画１０６と１０７の間に熱伝導性の仕切りを形成する壁１０５を備える。この壁１０５は有利には、例えば鋼などの金属でできている。

噴射器１００の下からの図を示す図６ならびに図４ａおよび図４ｃにおいて明らかなように、壁１０５は、２つの区画１０６および１０７を完全には隔てていない。

当然のことながら、区画１０６は、燃焼した燃料の排気開口１０８を有し、この開口は有利には区画１０７の燃焼した燃料の排気開口１０９付近でこの区画１０７内で終端している。

「開口１０９付近」とは、開口１０８が点火された燃料のみを収容するために開口１０９に十分に近い区域において区画１０７内で終端することを意味しており、燃料の点火は、区画１０７における燃料の軌道に対してこの区画内でさらに上流で行なわれる。

第１の区画１０６の開口１０８がしたがって第２の区画１０７と連通することで、点火された燃料の集合体が、第２の区画１０７の開口１０９を通って噴射器１００から排気される。

２つの区画１０６、１０７の間の仕切りを形成する壁１０５は、区画１０６を横切り、壁１０５と、これに対向するように配置された仕切られた筐体１０４の壁１１１の間に延在する複数のスペーサ１１０によって所定の位置に保持される。

これらのスペーサ１１０の間の隙間が、第１の区画１０６の開口１０８を画定する。

最終的に、壁１０５に対して壁１１１の反対側に位置する仕切られた筐体の壁１１２に複数の空気進入オリフィス１１３が取り付けられ、区画１０７内の燃料の燃焼を可能にする。

区画１０６を取り囲む壁の１つ、例えば壁１１１または壁１１１に隣接する壁の１つはまた、図５に明らかな空気供給オリフィス１１４を備える。

これらのオリフィスは、燃焼室の外側の壁１４と、ケーシングの対応する壁３１の間に位置する隙間５０の中で終端し、その中で空気流が循環する。

燃焼室１０の２つの点火回路を次に記載する。図４ａは、燃焼室の第１の点火回路１３０を示している。

この回路は燃料点火回路である。この点において、それは、燃料噴射回路１１０によって燃料が供給される燃料噴射器１３２を備え、これは仕切られた筐体１０４の第１の区画１０６へと燃料を噴射する。区画１０６内に噴射された燃料は、区画１０６の内部に入り込むスパークプラグ１０１の一端によって点火される。

点火された燃料が、区画１０７を取り巻く仕切られた筐体の壁を加熱し、特に第１の区画１０６を第２の区画１０７から隔てている仕切り１０５を加熱する。

いったん点火されると、燃料は、開口１０８を通り、次に区画１０７の開口１０９を通って燃焼室に向かって排気される。

図４ｂおよび図４ｃを参照すると、燃焼室の第２の点火回路１４０は、それが高い割合の燃料を有し燃焼室の点火を生じさせるため主要な始動燃焼回路と呼ばれており、少なくとも１つの燃料噴射器１４２、好ましくは２つの噴射器１４２を備え、これもまた同一の燃料噴射回路１２０によって燃料が供給される。

これらの噴射器１４２は事前気化噴射器であり、これは、蒸気の形態の燃料を区画１０７の内部に噴射し、十分高温な筐体１０４の壁と接触することで燃料の点火を生じさせる。好ましくは噴射器１４２は、点火回路１３０によって加熱された仕切り１０５に向かって配向されこの仕切りに当たるように燃料を噴射し、その結果この仕切りに接触することで燃料が点火する。

ひとたび点火された燃料は、区画１０７の開口１０９を通って燃焼室１０に進入する。

燃焼室１０に対して位置決めされた噴射器１００が図６に示される。噴射器は、燃焼室の外側の環状の壁１４の上に配置され、開口１０９を介して燃焼室内で終端する。噴射器１００によって噴射される点火された燃料からより大きな割合の燃料に点火するために事前気化ロッド４０も設けられる。このような事前気化ロッドは、燃焼室１０の後部壁１６上に配置される。

再び図３を参照すると、燃料噴射回路１２０は、燃焼室の２つの点火回路１３０および１４０に共通である。各々の回路に適合した燃料供給を可能にするために、燃料噴射回路は、第１の点火回路１３０の燃料噴射器１３２の供給出口１２１と、第２の回路１４０の噴射器１４２と同じ数だけの燃料を供給するための１つまたは複数の出口１２２とを備える。

また過圧弁１２３が所与の閾値、例えば２．５から３バール未満の燃料圧力の場合燃料出口１２２を封鎖することで、そのような圧力の燃料は燃料噴射器１３２のみに向かって流れることになる。

燃料の圧力が前記閾値を超えた場合、過圧弁１２３は、開口１２２を解放することで第２の回路１４０の噴射器に燃料を供給する。

この目的のために、過圧弁１２３は、燃料供給開口１０２から延び、出口１２１に向かって第１のチャネル１２５より大きな直径の第２のチャネル１２６上で終端する第１のチャネル１２５を備える。これに起因して、第２のチャネル１２６は、第１のチャネル１２５との接合部のレベルに周辺リム１２７を有する。

第１のチャネル１２５の直径より大きいが、第２のチャネル１２６の直径より小さい直径のボール１２８が、第２のチャネル１２６内にそれと摺動する関係で配置される。

それは、ばね１２９によって環状のリム１２７に接するように支持された状態で維持され、その設定、すなわち戻り力に対抗しばねを圧縮するために及ぼすべき圧力は、第２の回路１４０の噴射器の供給開口１２２を解放するための上記の閾値圧力に相当する。

この方法において、燃料の圧力が、例えば２．５バールを下回る場合、ボール１２８をリム１２７に当ててふさぎ、その直径がチャネル１２５の直径より大きいためこのボールがチャネル１２５を封鎖する。燃料は開口１２１のみに流れる。燃料の圧力が上昇し、ばねの設定（２．５から３バールの間）を超えた場合、この圧力は、ボール１２８を移動させるのに十分であり、開口１２２に向かう燃料の流れが可能になる。

この後者の状況において、燃料は開口１２２および１２１に向かって同時に流れることで点火回路１３０に継続して供給される。

燃料点火回路１２０および２つの噴射器１３０、１４０の上記の構成が、燃焼室の点火サイクルを始動する。このサイクルの主なステップが図７に示される。用語「ＯＫ」を含むくくりは、この段の対応する対象が、始動されるまたは作用していることを示している。

ステップ２００において、スパークプラグ１０１が点火され、ばねの設定を下回る圧力の燃料が、燃料噴射回路内を循環する。

ステップ２１０において、燃料が点火回路に進入し、スパークプラグによって点火される。

燃料の圧力がステップ２２０において上昇することで、燃料は点火回路に継続的に進入し点火され、燃料はまた第２の区画１０７へと噴射され、仕切り１０５と接触することで点火される。点火された燃料はその後燃焼室へと進入する。

ステップ２３０において、燃焼室１０へと噴射される点火された燃料の量によって燃焼室の点火が生じる。

ステップ２４０において、燃焼室が再度点火される間、スパークプラグおよび燃料供給が停止される。

最後にステップ２５０において、２つの燃焼室点火回路および燃料噴射回路が両方ともパージされる。

サイクルはその後ステップ２００を繰り返す。

Claims (8)

1. タービンエンジン燃焼室（１０）とタービンエンジン燃焼室のための始動噴射器（１００）とを備えるタービンエンジンの燃焼組立体であって、前記始動噴射器（１００）が、燃焼室の壁に配置されかつ壁のオリフィスを介して燃焼室内で終端し、
   −燃料噴射回路（１２０）と、
   −燃料噴射回路（１２０）によって燃料が供給される燃料噴射器（１３２）と、噴射された燃料のスパークプラグ（１０１）とを備える燃料点火回路（１３０）とを備え、前記始動噴射器（１００）がさらに、
   −スパークプラグ（１０１）による燃料の点火が行なわれる第１の区画（１０６）と、熱伝導性の仕切り（１０５）によって第１の区画から隔てられる第２の区画（１０７）とを備える仕切られた筐体（１０４）を備え、両方の区画が、共通の燃料排気開口（１０９）を介して燃焼室（１０）内で終端し、前記始動噴射器（１００）がさらに、
   −前記燃料噴射回路（１２０）によって燃料が供給され、前記壁（１０５）に当たるように燃料を噴射するように構成されることによって筐体の第２の区画（１０７）の中で終端する少なくとも１つの燃料噴射器（１４２）を備える主要な燃焼始動回路（１４０）を備えることを特徴とする、燃焼組立体。
2. 燃料噴射回路（１２０）が、燃料供給入口と、燃料の圧力が所定の閾値を下回った場合、燃焼始動回路の供給を阻止する過圧弁（１２３）とを備える、請求項１に記載のタービンエンジンの燃焼室の燃焼組立体。
3. これを下回ると過圧弁（１２３）が燃焼始動回路の供給を阻止する閾値圧力が、２．５から３バールの間である、請求項２に記載の燃焼組立体。
4. 主要な燃焼始動回路の燃料噴射器（１４２）が、燃料を気化させるように適合された事前気化噴射器である、請求項１から３のいずれか一項に記載の燃焼組立体。
5. スパークプラグ（１０１）がグロープラグまたはスパークプラグである、請求項１から４のいずれか一項に記載の燃焼組立体。
6. 筐体が、空気進入開口（１１３、１１４）が取り付けられた外側の壁を有する、請求項１から５のいずれか一項に記載の燃焼組立体。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の燃焼組立体を備える、タービンエンジン（１）。
8. 燃焼室（１０）が中に配置されるケーシング（３０）を備え、始動噴射器が前記ケーシングに装着されることで、
   −仕切られた筐体（１０４）が、ケーシング（３０）および前記燃焼室の１つの壁（１４）を通って燃焼室（１０）の内部に入り、
   −前記筐体の壁の空気進入開口（１１３、１１４）が、ケーシングと燃焼室の間の隙間の中で終端することになる、請求項７に記載のタービンエンジン（１）。

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