(57)【要約】【課題】ガスタービン（１００）で使用する燃焼器（１２０）を提供する。【解決手段】本燃焼器（１２０）は、ライナ（１６０）とインピンジメントスリーブ（２００）とを含み、ライナ（１６０）及びインピンジメントスリーブ（２００）が、空気流路（１８０）を形成するようにすることができる。インピンジメントスリーブ（２００）は、それを貫通する複数のコンタード孔（２１０）を含むことができる。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ライナ（１６０）と、
インピンジメントスリーブ（２００）と
を含む燃焼器であって、ライナ（１６０）及びインピンジメントスリーブ（２００）が、空気流路（１８０）を形成し、インピンジメントスリーブ（２００）がそれを貫通する複数のコンタード孔（２１０）を含む、燃焼器（１２０）。
【請求項２】
該燃焼器（１２０）が逆流式燃焼器（１２０）を含む、請求項１記載の燃焼器（１２０）。
【請求項３】
前記ライナ（１６０）によって形成された燃焼チャンバ（１５０）をさらに含む、請求項１記載の燃焼器（１２０）。
【請求項４】
前記複数のコンタード孔（２１０）が、その上に曲線半径（２２０）を含む、請求項１記載の燃焼器（１２０）。
【請求項５】
前記インピンジメントスリーブ（２００）が、複数のシャープエッジ孔（１９０）を含む、請求項１記載の燃焼器（１２０）。
【請求項６】
前記複数のコンタード孔（２１０）が、複数の異なる寸法を含む、請求項１記載の燃焼器（１２０）。
【請求項７】
燃焼器（１２０）を作動させる方法であって、
複数のコンタード孔（２１０）をその中に備えたインピンジメントスリーブ（２００）を前記燃焼器（１２０）に設けるステップと、
空気の流れを前記燃焼器（１２０）に向かって導くステップと、
前記空気の流れの少なくとも一部を前記複数のコンタード孔（２１０）を通して導いて前記燃焼器（１２０）を冷却するステップと、を含む、
方法。
【請求項８】
前記複数のコンタード孔（２１０）を備えるように既存のインピンジメントスリーブ（１７０）を改造するステップをさらに含む、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記複数のコンタード孔（２１０）の使用により、複数のシャープエッジ孔（１９０）を備えたインピンジメントスリーブ（１７０）と比較して、前記インピンジメントスリーブ（２００）の両側面間における圧力低下を減少させる、請求項７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、総括的にはガスタービンエンジンに関し、より具体的には、それを貫通するコンタード孔（contoured hole）を有する燃焼器用のインピンジメントスリーブに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に記述すると、ガスタービンエンジンは、流入空気流を加圧する圧縮機と、加圧空気を燃料流と混合しかつ混合気を点火燃焼させる燃焼器と、圧縮機並びに発電機などの外部負荷を駆動するタービンとを含む。燃焼器を冷却するために、インピンジメントスリーブを使用して、該燃焼器上の高温領域に冷却空気を導くことができる。インピンジメントスリーブは一般的に、それを必要とする場所に冷却空気を導くシャープエッジ（縁の尖った）孔を使用している。
【０００３】
しかし、インピンジメントスリーブのシャープエッジ孔は、空気流に妨害を与え、従って全体機械効率を低下させる可能性がある。具体的には、この妨害により、インピンジメントスリーブにわたるつまりその両側面間における圧力低下が生じる可能性がある。そのような圧力低下は普通、インピンジメントスリーブ孔の寸法を変更することによって調整することができる。この解決法により圧力低下を減少させることはできるが、この寸法の増加によりまた、冷却熱伝達が低下するおそれがある。
【０００４】
さらに、燃焼器内での燃焼が幾分不安定になる可能性があり、燃焼火炎内の小規模な変動により、大規模な圧力変動が生じるおそれがある。この圧力変動すなわち「ダイナミックス」は、燃焼器に対してエネルギーを伝達して該燃焼器内に構造振動を引き起こすおそれがある。時間の経過と共に振動サイクルが蓄積するにつれて、疲労損傷が発生するおそれがある。このような圧力変動は、従前、共振器装置の使用によって制御されてきた。しかし、これらの共振器装置は一般的に、広範囲のダイナミック圧力変動とは対照的に、離散又は狭帯域周波数を対象としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第３６５２１８１号明細書
【特許文献２】米国特許第４７１９７４８号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００５／０２６８６１５号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００７／００２２７５８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、燃焼器冷却に関する圧力低下制御、ダイナミックス制御及び熱的分布制御の改善を行う要望が存在する。インピンジメントスリーブにわたる圧力低下及びダイナミックスを減少させながら燃焼器冷却を改善することにより、ガスタービンエンジンの全体効率及び耐久性を高めることができるのが好ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
従って、本出願は、ガスタービンエンジンで使用する燃焼器について記述する。本燃焼器は、ライナとインピンジメントスリーブとを含み、ライナ及びインピンジメントスリーブが、空気流路を形成するようにすることができる。インピンジメントスリーブは、それを貫通する複数のコンタード孔を含むことができる。
【０００８】
本出願はさらに、燃焼器を作動させる方法について記述する。本方法は、幾つかのコンタード孔をその中に備えたインピンジメントスリーブを燃焼器に設けるステップと、空気の流れを燃焼器に向かって導くステップと、空気の流れの少なくとも一部を複数のコンタード孔を通して導いて燃焼器を冷却するステップとを含む。
【０００９】
本出願はさらに、逆流式燃焼器について記述する。本逆流式燃焼器は、燃焼チャンバと、燃焼チャンバを囲むライナと、インピンジメントスリーブとを含み、ライナ及びインピンジメントスリーブが、冷却空気流路を形成するようにすることができる。インピンジメントスリーブは、それを貫通する幾つかのコンタード孔を含むことができる。
【００１０】
本出願のこれらの及びその他の特徴は、幾つかの図面及び特許請求の範囲と関連させて以下の好ましい実施形態の詳細な説明を精査することにより、当業者には明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ガスタービンエンジンの概略図。
【図２】公知のインピンジメントスリーブを備えた燃焼器の側面断面図。
【図３】公知のシャープエッジインピンジメント孔の側面断面図。
【図４】本明細書に説明したようなコンタードインピンジメント孔の側面断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、幾つかの図全体を通して同じ参照符号が同様な要素を指している図面を参照すると、図１は、ガスタービンエンジン１００を示している。上記のように、ガスタービンエンジン１００は、流入空気流を加圧する圧縮機１１０を含むことができる。圧縮機１１０は、燃焼器１２０に加圧空気流を送給する。燃焼器１２０は、加圧空気を燃料流と混合しかつ混合気を点火燃焼させる。次に、高温燃焼ガスが、タービン１３０に送給されて、圧縮機１１０を駆動しまた発電機などの外部負荷１４０を駆動する。本明細書では、ガスタービンエンジン１００は、他の構成及び構成部品を含むことができる。
【００１３】
図２は、燃焼器１２０の別の図を示している。この実施例では、燃焼器１２０は、逆流式燃焼器とすることができる。しかし、本明細書では、あらゆる数の異なる燃焼器構成を使用することができる。例えば、燃焼器１２０は、前方取付け燃料噴射器、多チューブ後方供給噴射器、単一チューブ後方供給噴射器、壁面供給噴射器、多段壁面供給噴射器、及び本明細書で使用することができるその他の構成を含むことができる。
【００１４】
上記のように、高圧空気は、圧縮機１１０から流出し、燃焼チャンバ１５０の外側に沿って逆方向に流れ、また燃焼チャンバ１５０に流入する時に再び逆方向に流れ、燃焼チャンバ１５０内において、燃料／空気混合気が点火燃焼される。本明細書では、他の構成を使用することができる。燃焼高温ガスは、該ガスがタービン１３０に流れる前に、燃焼チャンバ１５０に沿って高い放射及び対流熱負荷を与える。従って、高温ガス流を考慮した燃焼チャンバ１５０の冷却が必要となる。
【００１５】
従って、燃焼チャンバ１５０は、冷却流を供給するライナ１６０を含むことができる。ライナ１６０は、インピンジメントスリーブ１７０内に配置されて、該インピンジメントスリーブ１７０との間に空気流路１８０を形成するようにすることができる。圧縮機１１０からの空気流の少なくとも一部分は、インピンジメントスリーブ１７０を貫通しかつ空気流路１８０内に流れることができる。空気は、ライナ１６０上に導かれて、燃焼チャンバ１５０内への流入又はその他の前にライナ１６０を冷却するようにすることができる。
【００１６】
インピンジメントスリーブ１７０は、流入空気流を幾つかの個別ジェットに分割して、ライナ１６０に沿って高度に局所化した背面冷却を行うようにする。しかし、流入圧縮機流の高速ジェットへの変換は、静圧損失を伴う。具体的には、インピンジメントスリーブ１７０の両側面間における圧力低下は、冷却熱伝達のレベルに比例する。より大きな冷却は、より大きなジェット速度により行うことができるが、徐々に大きくなる圧力低下の損失の下で行われることになる。
【００１７】
図３は、その中に配置されたシャープエッジ孔１９０を備えた公知のインピンジメントスリーブ１７０を示している。上記のように、インピンジメントスリーブ１７０の両側面間における圧力低下を減少させることは一般的に、大径のシャープエッジ孔を使用することで行われてきた。同様に、インピンジメントスリーブ１７０内の圧力変動はまた、疲労損傷に至るおそれがある機械的振動をその中に引き起こす可能性がある。流入空気ジェットはシャープエッジ孔１９０の入口においてのみ付着していることに注目されたい。
【００１８】
図４は、本明細書に説明したようなコンタード孔２１０を備えたインピンジメントスリーブ２００を示している。コンタード孔２１０は、上記のシャープエッジ孔１９０と同一の直径を有することができるが、適合輪郭（contour）の使用により、冷却空気のより強力かつ／又はより高速のジェットを可能にしかつ従ってより全体的冷却を可能にする。図示するように、コンタード孔２１０は、その外側端縁部において上記のシャープエッジ孔１９０の代わりに曲線半径２２０をもつように形成することができる。本明細書では、他の種類、形状及び寸法の適合輪郭も使用できる。本明細書では、異なる寸法の孔２１０を使用することができる。コンタード孔２１０は、従来型の機械加工法又はその他のタイプの従来型の製造法によって設けることができる。
【００１９】
シャープエッジ孔１９０と比較すると、流入空気ジェットは、コンタード孔２１０の曲線半径２２０全体に付着する。従って、コンタード孔２１０は、該孔２１０を通るより小さい空気抵抗を生じて、インピンジメントスリーブ２００の両側面間における圧力低下を減少させ、全体機械効率を増大させかつ全体出力を高めるようにすることができる。コンタード孔２１０はまた、燃焼器ダイナミック圧力変動を減少させることができる。具体的には、コンタード孔２１０は、より大きなインピーダンス比をもたらすことによってダイナミックスを制御することができる。インピーダンス比は、ガスタービンエンジン１００における前進圧力波の後進圧力波との相互作用を全体として分離する。そのような分離によって、あらゆる圧力変動を減弱させることができる減衰メカニズムとして、粘性減衰を強力に生じさせる。インピーダンス比はまた、全体作動条件の関数とすることができる。圧力振動の大きさが増大するにつれて、インピーダンス比はまた、増大させることができる。この広範囲の振動数と組合さった高減衰により、潜在的にロバストな全体システムを得ることができる。
【００２０】
従って、コンタード孔２１０の使用は、熱伝達への影響を最小にしながら全体圧力低下及びダイナミックスを低減する。さらに、構成部品温度の一層の低下により、耐久性の向上が得られることになる。シャープエッジ孔１９０及びコンタード孔２１０の組合せもまた、使用することができる。既存のシャープエッジ孔１９０はまた、コンタード孔２１０に改造することができる。
【００２１】
以上の説明は本出願の一部の実施形態のみに関するものであること、並びに本明細書において当業者は、特許請求の範囲及びその均等物によって定まる本発明の一般的技術思想及び技術的範囲から逸脱せずに、多くの変更及び修正を行うことができることを理解されたい。
【符号の説明】
【００２２】
１００  ガスタービンエンジン
１１０  圧縮機
１２０  燃焼器
１３０  タービン
１４０  外部負荷
１５０  燃焼チャンバ
１６０  ライナ
１７０  インピンジメントスリーブ
１８０  空気流路
１９０  シャープエッジ孔
２００  インピンジメントスリーブ
２１０  コンタード孔
２２０  半径
【図１】
2010043851.tif 000003
【図２】
2010043851.tif 000004
【図３】
2010043851.tif 000005
【図４】
2010043851.tif 000006