(57)【要約】【課題】  燃焼器の内部における混合気の安定した燃焼とドーム部の燃料供給孔の近傍の冷却とを両立させる。【解決手段】  ガスタービンエンジンの軸線Ｌを取り囲む環状の燃焼器のドーム部１３の壁部に、軸線Ｌを中心とする円周方向に所定間隔で離間する複数の燃料供給孔１３ａ−１，１３ａ−２と、壁部をその法線Ｎに対して傾斜する方向に貫通する多数の冷却孔１３ｂ−１，１３ｂ−２とが形成される。隣接する二つの燃料供給孔を第１燃料供給孔１３ａ−１および第２燃料供給孔１３ａ−２としたとき、第１燃料供給孔１３ａ−１における軸線Ｌから遠い外側半周部分と、第２燃料供給孔１３ａ−２における軸線Ｌに近い内側半周部分とに接する仮想境界線Ｉが設定され、仮想境界線Ｉの軸線Ｌに対する径方向外側の領域に位置する第１冷却孔１３ｂ−１は第２燃料供給孔１３ａ−２に向けて傾斜するとともに、仮想境界線Ｉの軸線Ｌに対する径方向内側の領域に位置する第２冷却孔１３ｂ−２は第１燃料供給孔１３ａ−１に向けて傾斜する。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジンの軸線（Ｌ）を取り囲む環状の燃焼器（１１）のドーム部（１３）の壁部に、前記軸線（Ｌ）を中心とする円周方向に所定間隔で離間する複数の燃料供給孔（１３ａ−１，１３ａ−２）と、前記壁部をその法線（Ｌ）に対して傾斜する方向に貫通する多数の冷却孔（１３ｂ−１，１３ｂ−２）とが形成されるガスタービンエンジンの冷却構造であって、
隣接する二つの前記燃料供給孔（１３ａ−１，１３ａ−２）を第１燃料供給孔（１３ａ−１）および第２燃料供給孔（１３ａ−２）としたとき、前記第１燃料供給孔（１３ａ−１）における前記軸線（Ｌ）から遠い外側半周部分と、前記第２燃料供給孔（１３ａ−２）における前記軸線（Ｌ）に近い内側半周部分とに接する仮想境界線（Ｉ）が設定され、前記仮想境界線（Ｉ）の前記軸線（Ｌ）に対する径方向外側の領域に位置する前記冷却孔（１３ｂ−１，１３ｂ−２）は前記第２燃料供給孔（１３ａ−２）に向けて傾斜するとともに、前記仮想境界線（Ｉ）の前記軸線（Ｌ）に対する径方向内側の領域に位置する前記冷却孔（１３ｂ−１，１３ｂ−２）は前記第１燃料供給孔（１３ａ−１）に向けて傾斜することを特徴とするガスタービンエンジンの冷却構造。
【請求項２】
前記仮想境界線（Ｉ）が前記第１燃料供給孔（１３ａ−１）に接する接点における接線と前記軸線（Ｌ）に対する前記第１燃料供給孔（１３ａ−１）の径方向外端における接線とが成す第１角度（α）が、前記仮想境界線（Ｉ）が前記第２燃料供給孔（１３ａ−２）に接する接点における接線と前記軸線（Ｌ）に対する前記第２燃料供給孔（１３ａ−２）の径方向内端における接線とが成す第２角度（β）に略等しいことを特徴とする、請求項１に記載のガスタービンエンジンの冷却構造。
【請求項３】
前記第１角度（α）および前記第２角度（β）は２５°以下であることを特徴とする、請求項２に記載のガスタービンエンジンの冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジンの軸線を取り囲む環状の燃焼器のドーム部の壁部に、前記軸線を中心とする円周方向に所定間隔で離間する複数の燃料供給孔と、前記壁部をその法線に対して傾斜する方向に貫通する多数の冷却孔とが形成されるガスタービンエンジンの冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のガスタービンエンジンの燃焼器のドーム部の壁部には、その法線に対して傾斜する多数の冷却孔が形成されており、冷却孔を介して導入された空気で燃焼器の壁部の内表面に薄い空気層を形成することでドーム部の冷却が図られる。
【０００３】
しかしながら、ドーム部に形成された燃料供給孔の周辺に傾斜した冷却孔を形成する場合、冷却孔入口に対して冷却孔出口が燃料供給孔から遠ざかるように傾斜していると、高温になるドーム部の内表面における燃料供給孔の周辺に冷却空気が流れない領域（ホットスポット）が発生し、燃焼器の耐久性を低下させる虞がある。
【０００４】
燃料供給孔の周囲の冷却孔を、冷却孔入口に対して冷却孔出口が燃料供給孔に接近するように傾斜させれば、燃料供給孔の周辺にホットスポットが発生するのを防止できるが、このようにすると燃料供給孔とは別の場所にホットスポットが発生する問題がある（図５参照）。
【０００５】
そこで、下記特許文献１に記載された発明は、冷却孔を冷却孔出口に対して冷却孔入口が燃料供給孔に接近するように傾斜させて図５に示すホットスポットをなくすとともに、燃料供給孔の出口を覆うように断面Ｌ字状の庇を突出させ、そこに冷却空気を導入することで燃料供給孔の周囲にも冷却空気層を形成し、ドーム部の全面においてホットスポットの発生を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５３０７６３７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来のものは、燃料供給孔の近傍に断面Ｌ字状の庇を突出させる必要があるため、燃焼器の壁部の構造が複雑化して加工工数が増加する問題がある。
【０００８】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、燃焼器の内部における混合気の安定した燃焼とドーム部の燃料供給孔の近傍の冷却とを両立させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、ガスタービンエンジンの軸線を取り囲む環状の燃焼器のドーム部の壁部に、前記軸線を中心とする円周方向に所定間隔で離間する複数の燃料供給孔と、前記壁部をその法線に対して傾斜する方向に貫通する多数の冷却孔とが形成されるガスタービンエンジンの冷却構造であって、隣接する二つの前記燃料供給孔を第１燃料供給孔および第２燃料供給孔としたとき、前記第１燃料供給孔における前記軸線から遠い外側半周部分と、前記第２燃料供給孔における前記軸線に近い内側半周部分とに接する仮想境界線が設定され、前記仮想境界線の前記軸線に対する径方向外側の領域に位置する前記冷却孔は前記第２燃料供給孔に向けて傾斜するとともに、前記仮想境界線の前記軸線に対する径方向内側の領域に位置する前記冷却孔は前記第１燃料供給孔に向けて傾斜することを特徴とするガスタービンエンジンの冷却構造が提案される。
【００１０】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記仮想境界線が前記第１燃料供給孔に接する接点における接線と前記軸線に対する前記第１燃料供給孔の径方向外端における接線とが成す第１角度が、前記仮想境界線が前記第２燃料供給孔に接する接点における接線と前記軸線に対する前記第２燃料供給孔の径方向内端における接線とが成す第２角度に略等しいことを特徴とするガスタービンエンジンの冷却構造が提案される。
【００１１】
また請求項３に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、前記第１角度および前記第２角度は２５°以下であることを特徴とするガスタービンエンジンの冷却構造が提案される。
【００１２】
なお、実施の形態の第１燃料供給孔１３ａ−１および第２燃料供給孔１３ａ−２は本発明の燃料供給孔に対応し、実施の形態の第１冷却孔１３ｂ−１および第２冷却孔１３ｂ−２は本発明の冷却孔に対応する。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の構成よれば、ガスタービンエンジンの軸線を取り囲む環状の燃焼器のドーム部の壁部に、軸線を中心とする円周方向に所定間隔で離間する複数の燃料供給孔と、壁部をその法線に対して傾斜する方向に貫通する多数の冷却孔とが形成される。隣接する二つの燃料供給孔を第１燃料供給孔および第２燃料供給孔としたとき、第１燃料供給孔における軸線から遠い外側半周部分と、第２燃料供給孔における軸線に近い内側半周部分とに接する仮想境界線が設定され、仮想境界線の軸線に対する径方向外側の領域に位置する冷却孔は第２燃料供給孔に向けて傾斜するとともに、仮想境界線の軸線に対する径方向内側の領域に位置する冷却孔は第１燃料供給孔に向けて傾斜するので、仮想境界線の径方向外側の領域の冷却孔を通過した空気により一方向の旋回流を発生させ、仮想境界線の径方向内側の領域の冷却孔を通過した空気により他方向の旋回流を発生させることで、燃焼器の内部における混合気の燃焼を安定させることができる。しかも第１、第２燃料供給孔の近傍の冷却孔は、冷却孔入口に対して冷却孔出口が第１、第２燃料供給孔に向けて傾斜するように形成されるので、冷却孔出口を第１、第２燃料供給孔の全周に接近させてホットスポットの発生を防止し、また第１、第２燃料供給孔の周辺を含めたドーム部の全面においてホットスポットの発生を防止することで、ドーム部の冷却効果を高めることができる。
【００１４】
また請求項２の構成によれば、仮想境界線が第１燃料供給孔に接する接点における接線と軸線に対する第１燃料供給孔の径方向外端における接線とが成す第１角度が、仮想境界線が第２燃料供給孔に接する接点における接線と軸線に対する第２燃料供給孔の径方向内端における接線とが成す第２角度に略等しいので、第１燃料供給孔の近傍および第２燃料供給孔の近傍を均等に冷却することができる。
【００１５】
また請求項３の構成によれば、第１角度および第２角度は２５°以下であるので、ドーム部の壁部内表面における冷却孔出口の密度を所定値以上にして効果的な冷却を可能にしながら、壁部外表面における冷却孔入口の密度を所定値以下にして冷却孔の加工を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ガスタービンエンジンの燃焼器の縦断面図。
【図２】図１の２−２線矢視図。
【図３】冷却孔の配置を示す模式図。
【図４】図３の４Ａ部に対応する模式図。
【図５】従来例におけるホットスポットの発生理由の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図１〜図５に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【００１８】
図１に示すように、ガスタービンエンジンのエンジン軸線Ｌを取り囲むように配置された燃焼器１１は、環状の燃焼器本体部１２と、燃焼器本体部１２の一端部を閉塞するドーム部１３とを備える。半円状断面を有するドーム部１３にはエンジン軸線Ｌを中心とする半径Ｒの円周上に複数の開口フランジ部１４…が等間隔で配置されており、開口フランジ部１４…の中心に形成された燃料供給孔１３ａ…から燃焼器１１の内部に燃料を噴射する燃料ノズル１５…の先端部が、ノズルガイド支持手段１６…によって浮動状態で支持されたノズルガイド１７により覆われている。
【００１９】
次に、図２および図３に基づいてドーム部１３の冷却構造を説明する。ドーム部１３の壁部には、その内外を連通させる多数の冷却孔１３ｂ−１…，１３ｂ−２…が形成されており、これらの冷却孔１３ｂ−１…，１３ｂ−２…を通して燃焼器１１の内部に供給された空気がドーム部１３の内表面に空気の薄膜を形成することで、ドーム部１３の壁部を冷却して耐久性の向上が図られる。冷却孔１３ｂ−１…，１３ｂ−２…はドーム部１３の壁部の法線Ｎに対して所定角度で傾斜しているが（図３参照）、その傾斜方向はドーム部１３の壁部に設定された領域に応じて異なっている。
【００２０】
すなわち、円周方向に隣接する二つの燃料供給孔をそれぞれ第１燃料供給孔１３ａ−１および第２燃料供給孔１３ａ−２とし、第１燃料供給孔１３ａ−１におけるエンジン軸線Ｌから遠い外側半周部分と、第２燃料供給孔１３ａ−２におけるエンジン軸線Ｌに近い内側半周部分とに接する円弧状の仮想境界線Ｉを設定する。エンジン軸線Ｌに対して仮想境界線Ｉの径方向外側の領域に位置する第１冷却孔１３ｂ−１…は、冷却孔入口に対して冷却孔出口が第２燃料供給孔１３ａ−２側に向けて傾斜し、エンジン軸線Ｌに対して仮想境界線Ｉの径方向内側の領域に位置する第２冷却孔１３ｂ−２…は、冷却孔入口に対して冷却孔出口が第１燃料供給孔１３ａ−１側に向けて傾斜するように形成される。図２〜図４における矢印は、第１冷却孔１３ｂ−１…および第２冷却孔１３ｂ−２…の傾斜方向（冷却孔入口から冷却孔出口を向く方向）を示している。
【００２１】
図２に示すように、第１燃料供給孔１３ａ−１のエンジン軸線Ｌに対する径方向外端における接線Ｔ１と、第１燃料供給孔１３ａ−１に接する仮想境界線Ｉの接点における接線Ｔ２とが成す第１角度αは、第２燃料供給孔１３ａ−２のエンジン軸線Ｌに対する径方向内端における接線Ｔ３と、第２燃料供給孔１３ａ−２に接する仮想境界線Ｉの接点における接線Ｔ４とが成す第２角度βに等しくなるように、すなわちα＝βとなるように設定される。本実施の形態では、第１角度αおよび第２角度βが２５°以下に設定される。
【００２２】
次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。
【００２３】
ガスタービンエンジンの運転中、コンプレッサで圧縮された空気は燃焼器１１の周囲の空間に供給され、そこから燃焼器本体部１２の空気導入孔１２ｂ…、燃焼器本体部１２の冷却孔（不図示）およびドーム部１３の第１、第２冷却孔１３ｂ−１…，１３ｂ−２…を通過して燃焼器１１の内部に供給され、燃焼器１１の内部で燃料ノズル１５から噴射された燃料と空気とが混合して燃焼する。燃焼により発生した燃焼ガスは燃焼器１１から排出されてタービンを駆動した後、排気ノズルから排出されて推力を発生する。
【００２４】
ドーム部１３の仮想境界線Ｉの径方向外側に形成された第１冷却孔１３ｂ−１…は、エンジン軸線Ｌ方向に見たときに、ドーム部１３の壁部の法線Ｎに対して一律に図２の反時計方向に傾斜しているため、その第１冷却孔１３ｂ−１…を通過した空気は燃焼器１１の内部の径方向外側の領域に図２の反時計方向の旋回流を発生させる。またドーム部１３の仮想境界線Ｉの径方向内側に形成された第２冷却孔１３ｂ−２…は、エンジン軸線Ｌ方向に見たときに、ドーム部１３の壁部の法線Ｎに対して一律に図２の時計方向に傾斜しているため、その第２冷却孔１３ｂ−２…を通過した空気は燃焼器１１の内部の径方向内側の領域に図２の時計方向の旋回流を発生させる。このようにして、第１、第２燃料供給孔１３ａ−１，１３ａ−２の周辺に二つの異なる方向の旋回流が発生することで、燃焼器１１における混合気の安定した燃焼を可能にすることができる。
【００２５】
また第１、第２燃料供給孔１３ａ−１，１３ａ−２の近傍の第１、第２冷却孔１３ｂ−１…，１３ｂ−２…が、冷却孔入口に対して冷却孔出口が第１、第２燃料供給孔１３ａ−１，１３ａ−２側に傾斜するように形成されていれば、冷却孔出口を第１、第２燃料供給孔１３ａ−１，１３ａ−２の外周に接近させ、かつ冷却空気を第１、第２燃料供給孔１３ａ−１，１３ａ−２の外周に向けて流すことができる。しかしながら、冷却孔入口に対して冷却孔出口が第１、第２燃料供給孔１３ａ−１，１３ａ−２と反対側に傾斜するように形成されていると、冷却孔出口が第１、第２燃料供給孔１３ａ−１，１３ａ−２の外周から離れてしまうだけでなく、冷却空気を第１、第２燃料供給孔１３ａ−１，１３ａ−２の外周から離れるように流れてしまうため、第１、第２燃料供給孔１３ａ−１，１３ａ−２の外周に冷却が不充分なホットスポットが発生する虞がある。
【００２６】
本実施の形態によれば、第１燃料供給孔１３ａ−１の半周部分（図２における第１燃料供給孔１３ａ−１の左半部および図３における第１燃料供給孔１３ａ−１の右半部）には第１燃料供給孔１３ａ−１に向けて傾斜する第２冷却孔１３ｂ−２…が配置され、第２燃料供給孔１３ａ−２の半周部分（図２における第２燃料供給孔１３ａ−２の右半部および図３における第２燃料供給孔１３ａ−２の左半部）には第２燃料供給孔１３ａ−２に向けて傾斜する第１冷却孔１３ｂ−１…が配置されるので、第１、第２燃料供給孔１３ａ−１，１３ａ−２の周囲に配置される全ての第１、第２冷却孔１３ｂ−１…，１３ｂ−２…が該第１、第２燃料供給孔１３ａ−１，１３ａ−２を指向して傾斜することになり、第１、第２燃料供給孔１３ａ−１，１３ａ−２の全周に近接して第１、第２冷却孔１３ｂ−１…，１３ｂ−２…の冷却孔出口を配置し、冷却空気を第１、第２燃料供給孔１３ａ−１，１３ａ−２の外周に向かう方向に流すことで、ホットスポットの発生を防止することができる。
【００２７】
次に、図４に基づいて、前記第１、第２角度α，βを所定値（本実施の形態では２５°）以下に制限する理由を説明する。
【００２８】
図４（Ａ）は図３の４Ａ部を拡大した模式図であって第１角度αが２５°を超える場合に相当し、第１燃料供給孔１３ａ−１に仮想境界線Ｉが接する部分の近傍で、所定個数の第１冷却孔１３ｂ−１…は領域Ａに開口する冷却孔入口（矢印の始端参照）から領域Ｂに開口する冷却孔出口（矢印の終端参照）へと貫通する。領域Ｂの面積に対する領域Ａの面積の比が小さいため、領域Ｂに冷却性能を満たす密度で冷却孔出口を形成すると、領域Ａに開口する冷却孔入口の密度が高くなってしまい、そのために第１冷却孔１３ｂ−１…の加工が困難になる問題がある。
【００２９】
一方、図４（Ｂ）は同じく図３の４Ａ部を拡大した模式図であって第１角度αが２５°以下の場合に相当し、第１角度αが小さくなることで領域Ｂの面積に対する領域Ａの面積の比が大きくなり、領域Ｂに冷却性能を満たす密度で冷却孔出口を形成しても、領域Ａに開口する冷却孔入口の密度が低くなり、そのために第１冷却孔１３ｂ−１…の加工が可能になる。
【００３０】
第２燃料供給孔１３ａ−２に仮想境界線Ｉが接する部分の第２角度β（図３の４Ｂ部参照）についても同様であり、第２角度βを２５°以下にすることで、冷却性能の確保および第２冷却孔１３ｂ−２…の加工性の確保が両立される。
【００３１】
しかも、第１角度αおよび第２角度βを一致させることで、第１燃料供給孔１３ａ−１に仮想境界線Ｉが接する部分の近傍と、第２燃料供給孔１３ａ−２に仮想境界線Ｉが接する部分の近傍とで冷却性能を均一化することができる。
【００３２】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００３３】
例えば、仮想境界線Ｉの形状は必ずしも実施の形態の円弧状である必要はなく、仮想境界線Ｉを種々の曲線や折れ線で構成することが可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１１        燃焼器
１３        ドーム部
１３ａ−１  第１燃料供給孔（燃料供給孔）
１３ａ−２  第２燃料供給孔（燃料供給孔）
１３ｂ−１  第１冷却孔（冷却孔）
１３ｂ−２  第２冷却孔（冷却孔）
Ｌ          ガスタービンエンジンの軸線
Ｉ          仮想境界線
α          第１角度
β          第２角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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