JPH0682003B2

JPH0682003B2 - 燃焼器ライナ冷却装置

Info

Publication number: JPH0682003B2
Application number: JP63024109A
Authority: JP
Inventors: ハワード・ルイス・フォルズ
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1987-02-06
Filing date: 1988-02-05
Publication date: 1994-10-19
Anticipated expiration: 2009-10-19
Also published as: IT1226767B; DE3803086A1; JPS63294421A; GB2200738B; SE8800376L; SE8800376D0; DE3803086C2; IT8819295A0; SE505585C2; GB8802492D0; FR2610701B1; FR2610701A1; GB2200738A

Description

【発明の詳細な説明】発明の背景本発明はガスタービンエンジン、具体的にはガスタービ
ンエンジンの燃焼器ライナを冷却する装置に関する。

ガスタービンエンジンにおいて、エネルギは燃焼器また
は燃焼室内で燃料を燃焼することによって供給される。
燃料は燃焼器の一端の燃料ノズルを介して供給され、空
気と混合されて燃焼する。燃焼器ライナは燃焼する燃料
の火炎からの輻射によって、また燃焼ガスがライナに沿
って流れるときの伝達により加熱される。ライナの過度
の高温を回避するため、通常燃焼器の外側に沿って比較
的冷たい空気の流れを供給する。さらに、孔または他の
通路が燃焼器ライナに設けられ、燃焼器の外側を通って
流れる冷却空気の一部を燃焼器ライナの内側に沿ってフ
ィルムとして流し、冷却を燃焼器ライナの内側および外
側へ両方から実施する。

燃焼器ライナの内側表面を冷却する一つの手段は、約20
°の角度で燃焼器の壁に穿孔された非常に多数のきわめ
て小さい孔を設けることであり、燃焼器の外側から転向
されこれらの孔を通った空気は、ライナ内側表面に沿っ
て方向づけされる。これらの孔はレーザで穿孔され、僅
か約0.02インチの直径である。非常に多数のそのような
きわめて小さい孔が、ライナ内側表面に対して適切且つ
均一な冷却空気を発生するため使用される。或る特定の
ガスタービンエンジンでは約40,000個のそのような孔が
穿孔されている。燃焼器の壁に亘って近い間隔で設けら
れたこの多数の孔によって、冷却空気がライナ内側表面
の略全体に亘ってフィルムとして流れて、きわめて有効
な冷却を達成する。

しかしながら、燃焼器ライナ冷却に関するこの解決策に
関し一つの重大な問題が存在する。孔のきわめて小さい
寸法のため、冷却空気中のごみの粒子が相当数の孔を塞
ぎ、孔を通る冷却空気流を減少し燃焼器ライナ内側表面
の冷却を不適当かつ不均一なものとする。

本発明によって、この問題は著しく改善された。ごみ粒
子がこれら小さい孔に達する前に、この小さい孔を塞ぐ
合理的可能性を有するに十分な大きさの、略全てのごみ
粒子を空気から除去する構成が設けられた。即ち、本発
明によれば、孔を塞いで燃焼器ライナの内側表面への冷
却空気の通過を阻止する可能性は著しく減少し、この内
側表面の一層有効な冷却をすることが出来た。

従って、本発明の目的は、燃焼器ライナの内側表面に供
給される冷却空気からごみ粒子を除去して、これらの粒
子が、冷却空気の通過のためライナ壁に設けられたきわ
めて小さい孔を塞ぐことを防止することである。

発明の概要本発明を実施するに際し、その一形式において、シール
ドが燃焼器ライナの外側表面から離れた関係で配置され
且つ燃焼器ライナに形成された複数個のきわめて小さい
孔の上方を延び、これらの孔へ空気が直接流れるのを阻
止している。さらに、シールドはシールドと燃焼器ライ
ナの間に空間を備え、逆流する空気をうけ入れる。燃焼
器ライナの外側表面に沿って流れている空気の一部は偏
向されて、シールドと燃焼器ライナの間に形成された通
路に逆流する。相対的に少ない複数個の実質的に大きめ
の孔が空気の反転する個所において燃焼器ライナに設け
られ、空気中のごみ粒子はそれに作用する遠心力のた
め、これらの大きめの孔を通って流れようとする。第２
グループの大きめの孔が、シールドと燃焼器ライナの間
の空間のほゞ前端で燃焼器ライナに設けられる。空気は
燃焼器ライナのきわめて小さい孔に流れ込む際に２度目
の反転をしなければならず、残っているかも知れない略
全ての粒子はこの空気流の反転の際第２グループの大き
めの孔を通って流される。従って、燃焼器ライナのきわ
めて小さい孔に達し且つ冷却のため燃焼器ライナの内側
表面に向けられる空気には実質的にごみ粒子がなく、こ
れらのきわめて小さい孔を塞ぐ可能性は最小になる。

［好ましい実施例の説明］第１図を参照すると、全体的に10で示すガスタービンエ
ンジンの燃焼器の一部が図示されている。燃焼室は、外
側壁12および内側壁14を含み、その間に環状空間を備え
た、環状型式のものである。この環状空間の内部には燃
焼器16が設けられている。燃焼器16は外側ライナ18およ
び内側ライナ19を含んでいる。その一つを20で示す、複
数個の燃料ノズルが燃焼器の一端に設けられ、燃焼器内
に燃焼用燃料を供給する。燃焼空気は通路22に沿って供
給される。この空気の一部は、各燃料ノズルを取り囲む
開口24を通って燃焼器の内部に流れ、燃料と混合してそ
こで燃焼する。通常のガスタービンエンジンにおいて開
口24は渦流発生器に設けられ、渦流発生器は空気に旋回
運動を与えて燃料との完全な混合を達成する。しかしな
がらこれらの詳細は、本発明の一部ではないため、第１
図では省略してある。

入口通路22に沿って流れる空気の一部は、第１図に矢印
26で示すように、燃焼器16の外側の周りを通過する。燃
焼器ライナ18,19の内側表面は燃焼器内の燃料が燃焼す
る火炎からの輻射によって、また燃焼器の壁に沿う燃焼
生成物の流れによる伝達によって加熱される。通路26に
沿って燃焼器を流過する空気は燃焼器ライナ18,19が過
度の高温に達するのを防ぐのに役立つ。しかしながら、
燃焼器ライナの温度を受認可能な限界内に維持するため
その内側表面を冷却する空気を別に流すのが望ましいこ
とが分った。このため孔28が燃焼器ライナ18,19に設け
られ、通路26に沿って移動する空気の一部が、これらの
孔を通り燃焼器ライナ内側表面に沿ってフィルムとして
実質的に流される。

ライナ内側表面を有効に冷却するそのような装置の一つ
は第２図および第３図に、拡大して、幾分誇張して、示
されている。これらの図面に示された構成を持つこの装
置は、燃焼器ライナに穿孔された非常に多数のきわめて
小さい孔28を含んでいる。これらの孔はレーザ装置を使
って穿孔され、かつ燃焼器ライナ18の内側表面に対して
約20°の角度で形成され、これらの孔から排出する空気
は燃焼器ライナ18の内側表面に沿って大部分フィルムと
して流されその冷却を有効なものとする。ガスタービン
エンジンの特定の一実施例において、燃焼室の燃焼器に
設けられた孔28の総数は20,000個であり、また各孔は約
0.02インチの直径を有する。非常に多数のきわめて小さ
い孔が設けられたため、この装置は燃焼器の全表面に亘
って冷却空気を有効かつ均一に分配する。きわめて小さ
い孔の使用は、均一な冷却を達成するのに有効である
が、しかし一方、孔が通路22に沿って流れる空気中のご
み粒子によって塞がり易いという問題を含んでいる。こ
のことはとくにガスタービンエンジンが搭載された航空
機が、滑走および離陸する間のような、ごみの多い大気
中で運転するとき問題となる。本発明によって、これら
の非常に多数の孔が塞がる可能性を実質的に除去するこ
とを確実にする装置が設けられた。

第１図および第２図を参照すると、ライナ18は半径方向
に延びる外壁部分30を備えるように形成されている。シ
ールドまたは阻止部材32が壁部分30において燃焼器上に
取付けられている。シールドはＬ型断面のもので、シー
ルド32を燃焼器ライナに対して適切な関係で取付けるた
め、燃焼器の壁部分30に適当な方法で固定された第１の
脚部34を含んでいる。シールドは、燃焼器ライナから離
れて後方に延在し、かつそれに全体的に平行な長い第２
の脚部を含んでいる。この脚部36は、通路26に沿う空気
流と燃焼器ライナに形成された複数の孔28との間に介在
するように位置決めされる。第２図に最もよく示される
ように、脚部36の後端は燃焼器ライナに形成された孔28
の最後のものを丁度越えて延び、通路26の空気流が直接
に孔28内へまた孔を通過するのを阻止する。

脚部36の後端の向う側に、シールド32とライナ18の外側
表面の間の空間へ空気が流入する通路が設けられる。こ
の説明はライナ18に対する空気流に関するものであるけ
れども、説明が進むにつれて同様な流れの空気がライナ
19に関しても生ずることが明らかとなろう。不必要な重
複説明は省略する。

第２図に示すように、空気流のための空間38がシールド
32の後端とライナ18を支持するフランジ40との間に設け
られる。燃焼器外部の通路26の圧力に比較して燃焼器16
内の圧力が低いため、通路26に沿って流れる空気の一部
は空間38を通って偏向し、矢印44で示すように、シール
ド32と燃焼器ライナの外側表面の間の空間42を反対方向
に流される。空間38は、下記のように通路に沿う空気の
流れに対する入口を構成する。入口38を通って逆流通路
へ流れる空気の案内を容易にするため、シールド32の脚
部36の後端は、符号46に示すように、湾曲している。逆
流通路への空気の流れをさらに助けるため、シールド32
の湾曲端46と略平行な部分を有する流れガイド48が、シ
ールド32の湾曲端46とフランジ40とのほゞ中間の位置で
燃焼器ライナ上に取付けられる。流れガイド48は入口38
を二つの区分に分割し、その一方は矢印44で示された通
路に沿う空気の一部を通すためのものであり、また他方
は空気の他の部分を第２通路50に沿って通すためのもの
である。

孔28のあるものを塞ぐごみ粒子を空気から除去するた
め、燃焼器ライナには流れガイド48とフランジ40との間
に燃焼器ライナを貫通する複数個の孔52が設けられてい
る。これらの孔は孔28よりかなり大きく、孔28を塞ぐに
十分な大きさのごみ粒子は通路44に沿って空間42へ流れ
る空気流から除去され、そして孔52を自由に通過する。
本発明の特定の一実施例において孔28の直径が0.02イン
チであるのに対して、これらの孔は約0.05インチであ
る。孔52は孔28より数が少い。本発明の特定の一実施例
において約20,000個のライナ18の孔28に対して約400個
乃至500個の間のそのような燃焼室の孔52が設けられ
る。

第２図に最もよく示されたように、この偏向空気のある
ものは、矢印44で示されたように、空間42に入り、シー
ルド32と燃焼器ライナ18の間の空間42によって形成され
た流路を逆流する。この偏向空気の第２部分は矢印50の
方向に向って、ガイド48の端部とフランジ40との間の空
間54内に流れ孔52に向かう。この空気流の方向反転の間
に偏向空気流に作用する遠心力のため、その中の空気よ
り重いごみ粒子は外側通路50に沿って流れ、したがって
孔52に向かう。こうして空間44を逆流する矢印44の方向
に流れる偏向空気の部分から、これらごみ粒子が、除去
される。即ち、通路44に流れ込む空気流中のごみ粒子の
数は実質的に減少し、後に孔28を通って流れる空気には
そのようなごみ粒子はほとんどなく、そのような粒子が
孔28を閉塞する可能性は最小になる。

残っているかも知れないごみ粒子をさらに除去するた
め、必要ならば、本発明では空気流の２回目の反転をさ
せ且つその反転する個所の向こう側に複数個の大きめの
孔が更に設けられる。第２図に示されたように、孔28は
後向きに傾斜し、そこで空間42を通路42に沿って反対方
向に流れる空気は、孔28を通るため２回目の方向反転を
しなければならない。シールド32の脚部34が、空間42の
前端において最初の逆流流路に沿って空気が更に流れる
のを阻止することにより、この２回目の逆転の実施を助
勢する。空間42を流れる空気中の、残っているかも知れ
ないごみ粒子を除去するため、複数個の第２の大きめの
孔56がシールド36の脚部34に隣接して燃焼器ライナに設
けられる。空気の第１の反転の場合と同様、空気が孔28
を通る様に指向されるとき空間42で発生する第２の反転
が比較的重いごみ粒子を矢印57で示す、比較的大きい半
径の通路へ流し、こうして粒子は孔28をこえて孔56の中
へ流され、孔28を通る空気中にごみが残る可能性を更に
減少する。

孔52を通った空気を全体的に矢印58に示す方向にライナ
18の内側表面に沿って流すため、燃焼器ライナ18は開口
52の内方でそこから離れて位置決めされたフランジまた
は阻止脚部60を備えるよう形成される。同様のフランジ
または阻止脚部62が開口58から離れた位置に設けられ、
開口58を通った空気を全体的に矢印64で示す方向に燃焼
器ライナに沿って流す。

このように、本発明によりきわめて小さい孔28へ空気流
が直接に流れ込むのを阻止する装置が提供され、燃焼器
を流過する空気の一部は小さい孔28に達する前に方向を
反転される。反転地点には、そのような空気流の反転の
間これらの大きめの孔に向って外向きに投出されたごみ
粒子を通す大きめの孔が設けられる。ごみ粒子を一層完
全に確実に除去するため、本発明の構成では空気の第２
の反転が実施され、第２の複数個の大きめの孔がこの第
２の反転地点を過ぎた位置に設けられ、空気中に残って
いるかも知れないごみ粒子を除去する。こうして、最終
的に小さい孔に達する空気にはごみ粒子が実質的になく
ごみ粒子によるこれらの小さい孔の閉塞の危険は最小に
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の燃焼器冷却装置を示す、ガスタービン
エンジンの一部の断面図。第２図は本発明の詳細を示す、第１図に示された構造の
一部の拡大図。第３図は燃焼器ライナに使用される小さい孔を誇張した
形式で示す、燃焼器ライナ内側面の一部の別の拡大図。 10…ガスタービン、12,14…外，内壁、 16…燃焼器、18,19…内，外側ライナ、 22,26…冷却空気流、28…小さい孔、 32…シールド、34,36…第1,第２脚部、 38…入口、40…フランジ、44…逆流、 48…流れ案内、50…逆流、 52,56…第1,第２の大きい孔、 64,68…ごみを含んだ空気流。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】その外側表面を通って冷却空気を流すよう
に位置決めされたライナを有するガスタービンエンジン
用燃焼器であって、該燃焼器が、（ａ）燃焼器の後部に向って傾斜して空気を前記ライナ
の内側表面に沿って流す、前記ライナの複数個の小さい
孔と、（ｂ）空気が前記小さい孔へ直接に流れるのを阻止し且
つ前記外側表面との間に逆流空気の通路を形成する、前
記ライナ上の第１の手段と、（ｃ）前記第１の手段の後方に設置され、前記空気の一
部を偏向して偏向空気を前記通路へ逆流する第２の手段
と、（ｄ）ごみ粒子を通過させるための前記空気流の反転地
点における、前記ライナの複数個の第１の大きめの孔と
を含むガスタービンエンジン用燃焼器。
【請求項２】前記第１の手段が前記小さい孔の前方で前
記ライナの前記外側表面に固定されかつ前記外側表面に
平行に前記小さい孔の後方の点まで延びて前記通路を形
成するシールドである請求項（１）記載の燃焼器。
【請求項３】前記複数個の小さい孔が前記複数個の大き
めの孔よりも数がいちじるしく多い請求項（１）記載の
燃焼器。
【請求項４】前記小さい孔の直径が約0.02インチであり
前記大きめの孔の直径が約0.05インチである請求項
（１）記載の燃焼器。
【請求項５】前記第１の手段が前記小さい孔の前方で前
記ライナに固定された第１脚部および前記ライナに対し
て全体的に平行に延びかつ前記小さい孔の最後のものの
後方だが前記大きめの孔の前方まで後方に延在する第２
脚部を有するほゞＬ型断面のシールドを含み、前記第１
脚部が前記小さい孔への空気の直接の流れを阻止しまた
空気の逆流が前記通路に沿って更に流れるのを阻止して
空気流に２度目の反転をさせて前記小さい孔を通って流
す請求項（１）記載の燃焼器。
【請求項６】前記シールドの後端が外向きに湾曲して前
記通路への空気の逆流の案内を容易にする請求項（１）
記載の燃焼器。
【請求項７】前記シールドの前記湾曲部分に対して全体
的に平行に延びる部分を有する湾曲した流れガイドをさ
らに含み、前記流れガイドが前記シールドの前記後端か
ら離れた個所において前記ライナに固定され、前記シー
ルドの前記後端とともに、前記通路への空気の逆流を容
易にする入口を形成する請求項（５）記載の燃焼器。
【請求項８】前記大きめの孔が前記入口の後方部分に配
置され、それにより前記空気中のごみ粒子が前記空気の
反転中に前記大きめの孔に向けられる請求項（７）記載
の燃焼器。
【請求項９】前記複数個の第１の大きめの孔に加えて、
空気流の方向が２度目に反転されるとき空気中のごみ粒
子が通る前記第１脚部に近接した複数個の第２の大きめ
の孔を含む請求項（５）記載の燃焼器。
【請求項１０】前記燃焼器ライナが前記複数個の第１の
大きめの孔を通って流れる空気通路に配置された第１フ
ランジおよび前記複数個の第２の大きめの孔を通って流
れる空気通路内に配置された第２フランジをさらに含
み、前記第１および第２フランジは前記大きめの孔を通
る空気を偏向して前記ライナの内側表面に沿って流す請
求項（９）記載の燃焼器。