(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
底（４）により上流で結合され、底と共に燃焼室（５）を画定する互いに離れた２個の環状壁（１，３）と、前記環状壁（１，３）のほぼ対称な軸（２）と、対称軸（２）を中心として同心の２列（１４ａ，１４ｂ）に分けられ、底（４）に形成されたオリフィス（１０）に配置された燃料インゼクタ（１１）とを含む燃焼室であって、前記２列（１４ａ、１４ｂ）は、対称軸（２）を中心として規則正しく配分された同数のＮ個のインゼクタを含み、外側の列（１４ｂ）の前記インゼクタ（１１）は、対称軸（２）を通る、内側の列（１４ａ）のインゼクタ（１１）と同じ縦断面（Ｐ１，Ｐ２）に配置され、内側の列（１４ａ）のインゼクタおよび外側の列（１４ｂ）のインゼクタは燃焼室の出口（６）からほぼ等距離のところにあって、それらの軸（１５ａ，１５ｂ）は前記出口（６）に向けて配向され、インゼクタ（１１）は、航空力学的な型であってボウル状ケース（１３）を備え、また各インゼクタには前記燃焼室の動作時に常時、燃料が供給され、燃焼室はさらに、環状の内壁（１）と内側の列（１４ａ）のインゼクタのケースとの間に位置する内側グループ（１７ａ）、環状の外壁（３）と外側の列（１４ｂ）のインゼクタのケースとの間に位置する外側グループ（１７ｂ）、ならびに内側の列（１４ａ）のインゼクタのケースと外側の列（１４ｂ）のインゼクタのケースとの間に位置する中央グループ（１７ｃ）に分けられ、前記底（４）に形成された、補給空気の給気通路（１７ａ，１７ｂ，１７ｃ）と、前記壁（１，３）に形成されて燃焼室の主要ゾーン（１９）内に一定の空気を導入するための主要穴（１８ａ，１８ｂ）と、前記壁（１，３）における主要穴（１８ａ，１８ｂ）の下流に形成されて燃焼室の希釈ゾーン（２１）内に空気を導入するための希釈穴（２０ａ，２０ｂ）と、希釈ゾーンの壁を冷却するためのオリフィス（２１ａ、２１ｂ）とを含み、前記壁（１，３）は、前記燃焼室（５）の外に燃焼ガスを排出するための環状の出口（６）を下流で画定する燃焼室において、作動時に噴射される空気の割合が、燃焼室内に噴射される空気量全体に対してインゼクタ（１１）でほぼ２６％、給気通路（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）により７．５％、主要穴（１８ａ，１８ｂ）により２２．３％、希釈穴（２０ａ，２０ｂ）により２４．７％、冷却オリフィス（２１ａ、２１ｂ）により１９．５％であり、２つのインゼクタ列（１４ａ、１４ｂ）が、ほぼ同量の空気および燃料を導入することを特徴とする燃焼室。
【請求項２】
給気通路から噴射される空気の割合は、全体量のほぼ１．６％が通路の内側グループ（１７ａ）から、３．５％が中央グループ（１７ｃ）から、２．４％が外側グループ（１７ｂ）から導入されるように配分されることを特徴とする請求項１に記載の燃焼室。
【請求項３】
希釈穴（２０ａ，２０ｂ）の数は、主要穴（１８ａ、１８ｂ）の数の二倍であることを特徴とする請求項１または２に記載の燃焼室。
【請求項４】
各環状壁（１）における主要穴（１８ａ，１８ｂ）の数は、各インゼクタ列（１４ａ、１４ｂ）のインゼクタ（１１）の数の２倍であることを特徴とする請求項３に記載の燃焼室。
【請求項５】
環状壁（１，３）に形成される希釈穴（２０ａ、２０ｂ）は、２個の隣接する主要穴（１８ａ，１８ｂ）を隔てる距離（Ｄ１，Ｄ２）よりも短い距離（ｄ１，ｄ２）のところで同じ壁の主要穴（１８ａ，１８ｂ）を含む横断面（Ｐ３，Ｐ４）から離れた横断面（Ｐ５，Ｐ６）に配置されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の燃焼室。
【請求項６】
Ｌが燃焼室の長さ、Ｈが径方向の最大の幅を示すとき、長さＬ対幅Ｈの比が１．２以上であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の燃焼室。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はターボ機械の燃焼室に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特に民間用でも軍用でも航空機で使用されるターボ機械の分野で最も重要な目的の一つは、大気汚染防止対策であり、特に窒素酸化物の放出防止対策である。
【０００３】
窒素酸化物の生成は、混合気の濃度、温度、圧縮比および燃焼時間の関数である。この生成は特に、混合気の濃度が正規組成比に近く、高温で高圧縮比であるだけに濃度がいっそう高くなる燃焼室のゾーンで生じる。従って、これらの臨界ゾーンでの停滞時間を減らすか、あるいは、これらのゾーンの大きさを減らすことが望ましい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
航空機のターボ機械は、色々な飛行運転、特にアイドリング運転および飛行機の離陸時のエンジン全開運転を行うことから、問題の解決は、ますます難しい。
【０００５】
ＦＲ  ２６９１２３５、２７０６０２１、および２６８６６８３では、燃料インゼクタを二つのグループに分けて、一方のグループのインゼクタはアイドリング運転などの第一作動モード時の燃料供給用、他方のグループのインゼクタは、エンジン全開運転などの第二作動モード時の燃料供給用にした燃焼室を既に提案した。このような燃焼室では、二つのグループのインゼクタを燃焼室の底に同心に配置し、燃焼室の内部に延びる分離プレートによって物理的に分離することによって、長さが異なる二つの区間を燃焼室内に決定し、短い方の区間をエンジン全開運転に用いている。この燃焼室は、いわゆるダブルヘッド型で、一方のヘッドのインゼクタが、飛行中の一時期および離陸時に作動しないので、所定の最大スラストに対して複雑で、しかも重くなる。さらに、この種の燃焼室では、分離プレートがしばしば非対称である。機械的にも熱的にも極めて大きな応力に耐えなければならないこうした分離プレートは実際には、設計および製造が困難である。
【０００６】
本発明は、上記の方法よりも簡単で他の長所を有する、窒素酸化物の放出を低減するための別の解決法を提案する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
従って本発明は、底により上流で結合され、底と共に燃焼室を画定する互いに離れた２個の環状壁と、前記環状壁の対称軸と、底に形成されたオリフィスに配置される燃料インゼクタとを含む燃焼室であって、前記インゼクタは、前記燃焼室の動作時に常時、燃料を供給され、燃焼室はさらに、前記底に形成された補給空気の給気通路と、前記壁に形成されて燃焼室の主要ゾーン内に一定の空気を導入するための主要穴と、前記壁の主要穴の下流に形成されて燃焼室の希釈ゾーン内に空気を導入するための希釈穴と、希釈ゾーンの壁の冷却オリフィスとを含み、前記壁は、前記燃焼室の外に燃焼ガスを排出するための環状の出口を下流で画定する燃焼室に関する。
【０００８】
この燃焼室は、以下の構成全体を特徴とする。すなわち、
ａ）燃料インゼクタは、対称軸を中心として同心の二つの列に分けられる；
ｂ）前記二つの列は、対称軸を中心として規則正しく配分された同数Ｎ個のインゼクタを含む；
ｃ）外側の列のインゼクタは、対称軸が通る、内側の列のインゼクタと同じ縦断面に配置される；
ｄ）内側の列のインゼクタおよび外側の列のインゼクタは、燃焼室の出口からほぼ等距離にあって、それらの軸は前記出口に向けて配向されている；
ｅ）インゼクタは航空力学的な型であって、ボウル状のケースを備える；
ｆ）補給空気の給気通路が、環状の内壁と内側の列のインゼクタのケースとの間の内側グループ、環状の外壁と外側の列のインゼクタのケースとの間の外側グループ、内側の列のインゼクタのケースと外側の列のインゼクタのケースとの間の中央グループに分けられる。
【０００９】
さらに以下の有利な構成を採用した。
【００１０】
作動時において、噴射される空気の割合は、燃焼室内に噴射される空気量全体に対してインゼクタでほぼ２６％、給気通路により７．５％、主要穴により２２．３％、希釈穴により２４．７％、冷却オリフィスにより１９．５％である。
【００１１】
二つのインゼクタ列は、ほぼ同量の空気および燃料を導入する。
【００１２】
給気通路から噴射される空気の割合は、全体量のほぼ１．６％が通路の内側グループから、３．５％が中央グループから、２．４％が外側グループから導入される。
【００１３】
希釈穴の数は、主要穴の数の二倍である。
【００１４】
各環状壁の主要穴の数は、各インゼクタ列のインゼクタの数の２倍である。
【００１５】
環状壁に形成される希釈穴は、２個の隣接する主要穴を隔てる距離Ｄよりも短い距離ｄだけ同じ壁の主要穴を含む横断面から離れた横断面に配置される。
【００１６】
Ｌが燃焼室の長さ、Ｈが径方向の最大の幅を示す場合、長さＬ対幅Ｈの比は１．２以上である。
【００１７】
本発明の他の長所および特徴は、添付図に関して例としてあげられた以下の説明を読めば明らかになろう。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図に示されたガスタービン燃焼室は、軸２を持つ環状の内壁１と、軸２を持つ環状の外壁３と、これらの二つの環状壁１および３と共に燃焼室５を画定する底４とを含み、この燃焼室５は、底４から離れた環状壁１，３の端に、燃焼室５の下流に配置されたタービンに向けて燃焼ガスを排出するための、軸２をもつ環状の出口６を有する。燃焼室５は、軸２を持つ環状の内側ハウジング８および外側ハウジング９によって画定されるスペース７に配置され、このスペースには圧縮された支燃性物質（矢印Ｇ）、一般には、タービンが駆動するコンプレッサで圧縮される空気が入る。
【００１９】
底４は複数のオリフィス１０を有する。各オリフィスに配置される航空力学的な型の燃料インゼクタ１１は、燃料の蒸発および噴霧に関与する空気流量を導入するためのスワール発生器１２と、燃焼室の底４の一部をなしながら出口６に向かって広がるボウル状ケース１３に接続される。
【００２０】
図１および２からはっきりと分かるように、燃料インゼクタ１１は、軸２を持つ２つの同心の列１４ａ、１４ｂに分けられる。
【００２１】
二つのインゼクタ列１４ａ、１４ｂは、軸２を中心として周方向に規則正しく配分された同数Ｎ個のインゼクタを、軸２を有する同じ縦断面Ｐ１，Ｐ２に含む。内側の列１４ａのインゼクタの軸１５ａは燃焼室５の出口６に向けて配向され、外側の列１４ｂのインゼクタの軸１５ｂも出口６に向けて配向されるので、重なった２個のインゼクタ１１の軸１５ａ、１５ｂは、出口６の領域でほぼ交わる。重なった２個のインゼクタは、燃料を含む同一のランプ（燃料供給ライン）１６に結合する。
【００２２】
本発明による燃焼室の特徴によれば、２列１４ａ、１４ｂのインゼクタ１１は、出口６からほぼ等距離にあり、動作時には同時に且つ常時、供給される。さらに、二つのインゼクタ列１４ａ、１４ｂの間には分離プレートを設けていない。
【００２３】
燃焼室に空気を導入するためのスワール発生器１２に加えて、補給空気を導入するための通路が底４に設けられている。これらの通路は三つのグループに分けられる。すなわち環状の内壁１と内側の列１４ａのインゼクタのケースとの間の内側グループ１７ａと、環状の外壁３と外側の列１４ｂのインゼクタのケースとの間の外側グループ１７ｂと、内側の列１４ａのインゼクタのケースと前記底４に形成された外側の列１４ｂのインゼクタのケースとの間の中央グループ１７ｃとである。
【００２４】
内壁１および外壁３はまた、対称軸２に垂直な横断面Ｐ３，Ｐ４に規則正しく配分された燃焼室５の主要ゾーン１９に一定量の空気を導入するための主要穴１８ａ，１８ｂと、対称軸２に垂直な横断面Ｐ５，Ｐ６に規則正しく配分された燃焼室５の希釈ゾーン２１に一定量の希釈空気を導入するための希釈穴２０ａ，２０ｂとを含む。
【００２５】
各環状壁１，３の主要穴１８ａ，１８ｂの数は、各インゼクタ列１４ａ、１４ｂのインゼクタ数Ｎの二倍に等しく、一方、希釈穴２０ａ，２０ｂの数は主要穴の数の二倍に等しい。
【００２６】
図４ａ及び図４ｂに示したように、二つの面Ｐ４，Ｐ６を隔てる距離ｄ１は、外側の環状壁３の連続する２個の主要穴１８ｂの距離Ｄ１よりも短い。同様に、二つの面Ｐ３，Ｐ５を隔てる距離ｄ２は、内側の環状壁１の連続する２個の主要穴１８ａの距離Ｄ２よりも短い。また、この距離ｄ２は、距離ｄ１よりも短く、距離ｄ１の半分にほぼ等しい。
【００２７】
希釈穴２０ａ，２０ｂの下流において、内壁１および外壁３は、これらの壁の冷気導入用の冷気オリフィス２１ａ、２１ｂをさらに含む。
【００２８】
スペース７に導入された一定量の空気Ｇは、図３に示された下記の配分に従って燃焼室５に供給される。
【００２９】
流量Ｇの約１３％は、各列１４ａ、１４ｂのインゼクタ１１を介して導入される。
【００３０】
流量Ｇの約７．５％は、供給通路１７ａ、１７ｂ、１７ｃを介して、内側通路グループ１７ａから１．６％、外側通路グループ１７ｂから２．４％、中央通路グループ１７Ｃから３．５％の割合で導入される。
【００３１】
流量Ｇの約１０．２％は、主要穴１８ａから、１２．１％は主要穴１８ｂから導入される。
【００３２】
流量Ｇの約１１．８％は、内壁１の希釈穴２０ａから導入され、１２．９％は、外壁３の希釈穴２０ｂから導入される。
【００３３】
さらに、約９．２％が冷却オリフィス２１ａから、１０．３％が冷却オリフィス２１ｂから導入される。
【００３４】
このような空気流量の配分により、フルスロットル時の燃焼室内の混合気の割合が３２．６％のとき、フルスロットル時のインゼクタのバランス比１．８を得ることができる。バランス比とは、正規組成の混合気の濃度に対するゾーン内の混合気の濃度であり、ゾーン内の混合気の濃度とは、ゾーン内の燃料流量と空気流量との比である。
【００３５】
本発明により提案された配分で、窒素酸化物の放出を最低に減らせることが計算で確かめられた。これは、希釈穴２０ａ、２０ｂが主要穴１８ａ、１８ｂに近ければ近いほど良好であった。
【００３６】
燃焼室の全体的な構成を考慮して、燃焼室５の長さをＬで表し、その径方向の最大の幅をＨで表すと、二つのインゼクタ列１４ａ、１４ｂの間にセパレータがないので、外側のヘッドと内側のヘッドが近づけられ、長さＬとその径方向の幅Ｈとの比を、従来の二重ヘッド付き環状燃焼室では１であったものを、本発明では１．２以上にすることができる。こうした状況において、空気の迂回による負荷損失をふやさずに、単一フローディフューザ２２により燃焼室に空気を供給することができる。
【００３７】
さらに、内側の列１４ａのインゼクタ１１の軸１５ａが内壁１の翼形中心線に平行に傾斜しているので、インゼクタ１の設置および分解を常に可能にしながら、内壁１の熱応力レベルを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による燃焼室の軸方向の断面図である。
【図２】燃焼室の底におけるインゼクタの配置を示す図１の矢印Ｆによる断面図である。
【図３】図１の燃焼室の軸方向の概略断面図であり、各種のオリフィスにより燃焼室内に導入される空気流量の最適配分を示している。
【図４ａ】図１の燃焼室の外壁の、主要穴および希釈穴の領域の展開図である。
【図４ｂ】図１の燃焼室の内壁の、主要穴および希釈穴の領域の展開図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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