(57)【要約】【課題】タービンエンジン用の燃焼器組立体を提供する。【解決手段】本タービンエンジン用の燃焼器組立体は、燃焼器ライナと該燃焼器ライナを囲む流れスリーブとを含む。加圧空気が、燃焼器ライナの外表面及び流れスリーブの内表面間に設置された環状空間を通って流れる。複数の冷却孔が、流れスリーブを貫通して形成されて、流れスリーブの外側の位置から該冷却孔を通って環状空間内に加圧空気が流入するのを可能にする。環状空間の高さは、燃焼器組立体の長さに沿って変化させることができる。従って、流れスリーブは減少直径部分を有し、この減少直径部分により、環状空間の高さが燃焼器組立体の長さに沿った他の位置におけるよりも一部の位置においてより小さくなるようにすることができる。【選択図】      図１
2011102580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンエンジン用の燃焼器であって、
燃焼器ライナと、
前記燃焼器ライナの上流端部に取付けられた端部キャップと、
前記燃焼器ライナの外部を囲む流れスリーブと、を含み、
加圧空気が、前記燃焼器ライナの外表面及び前記流れスリーブの内表面間の環状空間を通って流れ、
冷却孔が、前記流れスリーブを貫通しかつ該流れスリーブの外部から前記環状空間内に加圧空気が流れるのを可能にし、また
前記流れスリーブが、少なくとも１つの減少直径部分を含み、かつ前記環状空間の高さが、前記流れスリーブの他の部分に沿ってよりも該流れスリーブの少なくとも１つの減少直径部分に沿って小さくなっている、
燃焼器。
【請求項２】
単位面積当たりより多くの数の冷却孔が、前記流れスリーブの他の部分に沿ってよりも該流れスリーブの少なくとも１つの減少直径部分に沿って形成される、請求項１記載の燃焼器。
【請求項３】
前記流れスリーブの少なくとも１つの減少直径部分に沿った前記冷却孔の直径が、該流れスリーブの他の部分に沿った前記冷却孔の直径よりも小さい、請求項２記載の燃焼器。
【請求項４】
前記流れスリーブの少なくとも１つの減少直径部分に沿った前記冷却孔の直径が、該流れスリーブの他の部分に沿った前記冷却孔の直径よりも大きい、請求項２記載の燃焼器。
【請求項５】
冷却シンブルが、前記流れスリーブの少なくとも１つの減少直径部分に沿って設置された前記冷却孔内に取付けられる、請求項２記載の燃焼器。
【請求項６】
前記冷却シンブルの各々が、前記流れスリーブの内表面から前記燃焼器ライナの外表面に向けて延びる円筒形バレルを含む、請求項５記載の燃焼器。
【請求項７】
前記流れスリーブの少なくとも１つの減少直径部分に沿った前記冷却孔の直径が、該流れスリーブの他の部分に沿った前記冷却孔の直径よりも小さい、請求項１記載の燃焼器。
【請求項８】
前記流れスリーブの少なくとも１つの減少直径部分に沿った前記冷却孔の直径が、該流れスリーブの他の部分に沿った前記冷却孔の直径よりも大きい、請求項１記載の燃焼器。
【請求項９】
冷却シンブルが、前記流れスリーブの少なくとも１つの減少直径部分に沿った前記冷却孔内に取付けられる、請求項１記載の燃焼器。
【請求項１０】
前記冷却シンブルの各々が、前記流れスリーブの内表面から前記燃焼器ライナの外表面に向けて延びる円筒形バレルを含む、請求項９記載の燃焼器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンエンジン用の燃焼器組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電産業において使用されるタービンエンジンは一般的に、複数の燃焼器によって囲まれた圧縮機セクションを含む。各燃焼器において、タービンの圧縮機セクションからの加圧空気は、燃焼器ライナの内部内に導入される。加圧空気は燃料と混合され、かつこの燃料−空気混合気が次に点火燃焼される。燃焼ガスは次に、燃焼器からエンジンのタービンセクション内に流れる。
【０００３】
一般的な燃焼器組立体では、燃焼器ライナは、流れスリーブによって囲まれる。流れスリーブの内表面及び燃焼器ライナの外表面間に設置された環状空間により、タービンの圧縮機セクションからの加圧空気の流れが、燃焼が行われる燃焼器ライナの内部内に導かれる。タービンの圧縮機セクションからの加圧空気はまた、流れスリーブの外部を囲んでいる。流れスリーブ内に冷却孔を形成して、流れスリーブの外側の位置から該冷却孔を通って環状空間内に加圧空気が流れるのを可能にすることができる。冷却孔を通る加圧空気の流れは、燃焼器ライナの外表面上に衝突する。冷却孔を通して燃焼器ライナの外表面に当たるこの加圧空気の流れは、燃焼器ライナを冷却するのに役立つ。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
第１の態様では、本発明は、タービンエンジン用の燃焼器として具現化することができ、本燃焼器は、燃焼器ライナと、該燃焼器ライナの上流端部に取付けられた端部キャップと、該燃焼器ライナの外部を囲む流れスリーブとを含む。加圧空気が、燃焼器ライナの外表面及び流れスリーブの内表面間の環状空間を通って流れる。冷却孔が、流れスリーブを貫通しかつ該流れスリーブの外部から環状空間内に加圧空気が流れるのを可能にする。流れスリーブは、少なくとも１つの減少直径部分を含み、かつ環状空間の高さが、流れスリーブの他の部分に沿ってよりも該流れスリーブの少なくとも１つの減少直径部分に沿って小さくなっている。
【０００５】
第２の態様では、本発明は、タービンエンジン用の燃焼器として具現化することができ、本燃焼器は、燃焼器ライナと、該燃焼器ライナの上流端部に取付けられた端部キャップと、該燃焼器ライナの外部を囲む流れスリーブとを含む。加圧空気が、燃焼器ライナの外表面及び流れスリーブの内表面間の環状空間を通って流れる。冷却孔が、流れスリーブを貫通しかつ該流れスリーブの外部から環状空間内に加圧空気が流れるのを可能にする。流れスリーブの内表面及び燃焼器ライナの外表面間の環状空間の高さは、流れスリーブの長さに沿って変化する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】タービンエンジン用の一般的な燃焼器組立体を示す断面図。
【図２】タービンエンジン用の別の一般的な燃焼器組立体を示す断面図。
【図３】燃焼器ライナ及び周囲の流れスリーブを備えた燃焼器組立体の一部分を示す断面図。
【図４】燃焼器ライナ及び周囲の流れスリーブを備えた燃焼器組立体の一部分を示す断面図。
【図５】燃焼器ライナ及び周囲の流れスリーブを含みかつ該流れスリーブの一部分が減少直径を有する燃焼器組立体の一部分を示す断面図。
【図６】２つの減少直径部分を有する流れスリーブを備えた燃焼器組立体を示す図。
【図７】燃焼器ライナ及び減少直径部分を有する流れスリーブを備えかつ該減少直径部分の冷却孔内に冷却シンブルが設置された燃焼器組立体の一部分を示す断面図。
【図８】燃焼器ライナ及び減少直径部分を有する流れスリーブを備えた燃焼器組立体の一部分を示す断面図。
【図９】燃焼器ライナ及び減少直径部分を有する流れスリーブを備えた燃焼器組立体の一部分を示す断面図。
【図１０】燃焼器ライナ及び減少直径部分を有する流れスリーブを備えた燃焼器組立体の一部分を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
図１には、タービンエンジン用の一般的な燃焼器組立体を示している。この図に示すように、ケーシング１００が、燃焼器組立体の外部を囲む。タービンの圧縮機セクションからの加圧空気が、下方からケーシング内側に流入する。
【０００８】
燃焼器組立体は、ほぼ円筒形の燃焼器ライナ１２０を囲む流れスリーブ１１２を含む。燃焼器ライナ１２０の下流端部は、燃焼生成物をトランジションピース１１６内に送給する。トランジションピース１１６は、燃焼生成物の流れをエンジンのタービンセクション内に導く。インピンジメントスリーブ１１４が、トランジションピース１１６の外部を囲む。
【０００９】
端部キャップ１３０が、燃焼器ライナ１２０の上流端部に設置される。複数の一次燃料ノズル１４０が、円筒形端部キャップ１３０の外部の周りに取付けられる。さらに、二次燃料ノズル１５０が、端部キャップ１３０の中心部に設置される。燃焼ゾーン２００が、一次燃料ノズル及び二次燃料ノズルの直ぐ下流に設置される。
【００１０】
タービンの圧縮機セクションからの加圧空気は、燃焼器ライナ１２０の外表面及び流れスリーブ１１０の内表面間に形成された環状空間に流入する。図１における矢印は、この環状空間内の加圧空気が、燃焼器組立体の長さに沿って下方に端部キャップ１３０及び燃料ノズルに向けて移動することを示している。加圧空気は次に、端部キャップ１３０の後方で１８０°方向転換して燃焼ゾーン２００内に流入する。燃料ノズルを通過して流れる加圧空気は、燃料ノズルを通して該加圧空気ストリーム内に送給された燃料と混合される。燃料−空気混合気は次に、燃焼ゾーン２００内において燃料ノズルの直ぐ下流で点火燃焼される。燃焼ガスは次に、矢印で示すように燃焼器ライナの長さに沿って下方に流れ、また燃焼ガスは、燃焼器ライナ１２０の下流端部におけるトランジションピース１１６を通ってエンジンのタービンセクション内に流れる。
【００１１】
流れスリーブ１１０の長さに沿って、複数の冷却孔１１２を設置することができる。冷却孔はまた、トランジションピース１１６を囲むインピンジメントスリーブ１１４上にも設置することができる。図１に矢印で示すように、加圧空気は、流れスリーブ外側の位置から冷却孔１１２を通って燃焼器ライナ１２０及び流れスリーブ１１０間の環状空間内に流れることができる。冷却孔１１２を通る加圧空気の移動により、その加圧空気が燃焼器ライナ１２０の外表面上に衝突し、この加圧空気は、燃焼器ライナ１２０を冷却するのに役立つ。同様に、冷却空気は、トランジションピース１１６を囲むインピンジメントスリーブ１１４内の冷却孔を通って流れかつトランジションピース１１６の外表面上に衝突して該トランジションピース１１６を冷却することができる。
【００１２】
図２は、トランジションピース１１６及びインピンジメントスリーブ１１４が排除されている、燃焼器の別の設計を示している。この実施形態では、燃焼器ライナ１２０は、エンジンのタービンセクションの入口までの径路全体にわたって下方に延びている。
【００１３】
図１及び図２に示す実施形態のいずれにおいても、燃焼器ライナのより高温の部分を囲むこれら流れスリーブの部分内に、単位面積当たり多くの数の冷却孔を設置することができる。従って、単位面積当たりより多くの数の冷却孔を設けることにより、燃焼器ライナ１２０のより高温の部分を冷却するのに役立つ。
【００１４】
図３は、燃焼器組立体の一部分の拡大断面図を示している。図３に示すように、燃焼器ライナ１２０を囲む流れスリーブ１１０内には、複数の冷却孔１１２が形成される。図３における矢印は、燃焼器ライナ１２０及び流れスリーブ１１０間の環状空間内の並びに冷却孔１１２を通る加圧空気の両方の流れを示している。図３に示すように、冷却孔１１２を通って環状空間に流入する空気は、該環状空間を通って下方に移動して、燃焼器ライナ１２０の外表面上に衝突し、それによって燃焼器ライナ１２０を冷却するのに役立つ。
【００１５】
図４は、図３と同様な図を示している。図４では、流れスリーブ１１０は、冷却孔１１２の一部に冷却孔内に取付けられた複数の冷却シンブル１１６を含む。冷却シンブル１１６は、流れスリーブ１１０の内表面から燃焼器ライナ１２０の外表面に向けて下方に延びる円筒形部分を有する。その結果、冷却シンブル１１６は、流れスリーブの冷却孔を通して流入する冷却空気が、燃焼器ライナ１２０の外表面に対してより強力に導かれることを保証するのに役立つ。冷却シンブル１１６の使用は、冷却孔１１２によって得られかつ燃焼器ライナ１２０が受ける冷却効果を高めるのに役立つ。しかしながら、環状空間内に下方に延びる冷却シンブル１１６の存在は、燃焼器ライナ及び流れスリーブ間の環状空間に沿った加圧空気の滑らかな流れを妨げる可能性がる。
【００１６】
図５は、図３及び図４と同様な図を示している。図５に示すように、流れスリーブ１１０は、燃焼器ライナ１２０の外部を囲む。しかしながら、この図５に示した実施形態では、流れスリーブ１１０は、減少直径部分１１４を有する。その結果、燃焼器ライナ１２０の外表面及び流れスリーブ１１０の内表面間の環状空間の高さが、流れスリーブ１１０の減少直径部分に沿って減少する。
【００１７】
流れスリーブ１１０の減少直径部分１１４内の冷却孔１１２を通って流れる冷却空気は、燃焼器ライナ１２０の外表面上に一層効果的に圧送される。従って、減少直径部分１１４を有するように流れスリーブを形成することは、流れスリーブ１１０の減少直径部分に沿って燃焼器ライナが受ける冷却効果を高めるのに役立てることができる。この意味では、流れスリーブ１１０の減少直径部分１１４は、図４に示した冷却シンブルと同様に機能する。しかしながら、この図５に示した実施形態では、この高い冷却効果を生じさせるために、シンブルを必要としない。その結果、環状空間を通る冷却空気の流れを妨げるようなシンブルは、環状空間内に全く存在しない。
【００１８】
図６は、２つの減少直径部分を有する流れスリーブ１１０を備えた燃焼器組立体を示している。図６に示すように、第１の減少直径部分１１４が、燃焼器ライナ１２０の下流端部に設置される。この減少直径部分１１４は、燃焼ガスをエンジンのタービンセクション内に送給するのに先立ってその直径が減少している燃焼器ライナ１２０の一部分に隣接して設置される。
【００１９】
図６に示す流れスリーブ１１０はまた、燃焼器ライナ１２０の上流端部に設置された第２の減少直径部分１１４を含む。流れスリーブ１１０のこの第２の減少直径部分１１４は、燃焼器ライナ１２０内側の燃焼ゾーン２００に隣接して設置される。
【００２０】
上記に説明したように、流れスリーブ１１０の減少直径部分１１４は、冷却孔１１２を通って流れる冷却空気の冷却効果を高めて、燃焼器ライナ１２０の選択部分により大きな冷却を与えるのに役立つ。さらに、図６に示すように、単位面積当たりの冷却孔の数は、流れスリーブのより大きい直径部分と比較して、該流れスリーブ１１０の減少直径部分１１４においてより多くすることができる。この場合も同様に、単位面積当たり増加した数の冷却孔を設けることはさらに、流れスリーブ１１０の減少直径部分１１４に隣接する燃焼器ライナに対してもたらされる冷却効果を高めるのに役立つ。
【００２１】
図７は、燃焼器ライナ１２０及び流れスリーブ１１０を備えた燃焼器組立体の別の実施形態を示している。この図７に示した実施形態では、流れスリーブ１１０の減少直径部分１１４の冷却孔１１２内には、冷却シンブル１１６が設けられる。流れスリーブの直径を減少させて環状空間の高さを減少させることまた減少直径部分１１４における冷却孔１１２内に冷却シンブル１１６を設けることの両方によって、冷却シンブル１１６を通って流れかつ燃焼器ライナ１２０の外表面に対して衝突する冷却空気の冷却効果を最大にすることができる。
【００２２】
図８は、燃焼器組立体のさらに別の実施形態を示している。この図８に示す実施形態では、流れスリーブ１１０の減少直径部分１１４上には、単位面積当たりより多くの数の冷却孔１１２が形成される。さらに、各個々の冷却孔１１２の直径は、流れスリーブ１１０のより大きい直径部分と比較して該流れスリーブ１１０の減少直径部分１１４でより小さくなっている。
【００２３】
図９は、さらに別の実施形態を示している。この図９に示した実施形態では、流れスリーブ１１０の減少直径部分１１４における冷却孔１１２の直径は、該流れスリーブ１１０の他の部分における冷却孔１１２の直径よりも大きくなっている。
【００２４】
図８及び図９に示すように冷却孔の直径を変化させることにより、冷却孔によって得られる冷却効果を変化させることができる。幾つかの実施例では、流れスリーブ１１０の減少直径部分における冷却孔の直径を減少させることにより、利点を得ることができる。他の実施例では、流れスリーブ１１０の減少直径部分における冷却孔の直径を増大させることにより、利点を得ることができる。
【００２５】
図１０は、さらに別の実施形態を示している。この実施形態では、流れスリーブ１１０の減少直径部分１１４には、冷却孔が全く形成されていない。減少直径部分１１４は、流れスリーブ１１０及び燃焼器ライナ１２０間の環状空間内を流れる空気の速度を該減少直径部分において増大させる。空気流の速度の増大により、減少直径部分１１４における冷却の強化が得られる。
【００２６】
現時点で最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えられるものに関して本発明を説明してきたが、本発明は開示した実施形態に限定されるべきものではなく、逆に、特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内に含まれる様々な変更及び均等な構成を保護しようとするものであることを理解されたい。
【符号の説明】
【００２７】
１００  ケーシング
１１０  流れスリーブ
１１２  冷却孔
１１４  インピンジメントスリーブ
１１４  減少直径部分
１１６  トランジションピース
１１６  冷却シンブル
１２０  燃焼器ライナ
１３０  端部キャップ
１４０  一次燃料ノズル
１５０  二次燃料ノズル
２００  燃焼ゾーン
【図１】
2011102580.tif 000003
【図２】
2011102580.tif 000004
【図３】
2011102580.tif 000005
【図４】
2011102580.tif 000006
【図５】
2011102580.tif 000007
【図６】
2011102580.tif 000008
【図７】
2011102580.tif 000009
【図８】
2011102580.tif 000010
【図９】
2011102580.tif 000011
【図１０】
2011102580.tif 000012