JPS63294421A - 燃焼器ライナ冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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つ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２
０°の角度で燃焼器の壁に穿孔された非常に多板のきわ
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、伜か約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。

成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−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
空間のはＶ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
で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図では省略しである。

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、また名札は約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弔行な長い第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１（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ｌ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４
６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とのほり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２
８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２
８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１
８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、３
２・・・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。 １面の浄杏（内容に変更なし） 手続ネ市正書（方式） １．事件の表示 昭和６３年特許願第０２４１０９号 ２、発明の名称 燃焼器ライチ冷却装置 ３、補正をする者 事件との関係　　　　　　　特許出願人名　称　　ゼネ
ラル・エレクトリック・カンパニイ４、代理人 住所　　〒１０７東京都港区赤坂１丁目１４番１４号第
３５興和ビル　４階 日本ゼネラル・エレクトリック株式会社・極東特許部内
ｌα舌　（５８ｇ）　　５２００−５２０７昭和６３年
５月１１日（発送日：昭和６３年５月３１日）６、補正
の対象

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （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。
2. （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。
3. （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
   。
4. （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。
5. （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。
6. （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。
7. （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。
8. （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。
9. （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。
10. （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。