(57)【要約】  ガスタービンエンジンの燃焼器（１６）のための熱シールド（８０）は、少なくとも熱シールドの冷却を向上させるようにらせん状の流れを提供する機構（９２，９４）を備える。
2008510954.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室を囲むライナと、
熱シールドであって、前記ライナと該熱シールドとの間に空気空間を画定するように、前記ライナから離間して、前記ライナの内側に取付けられた熱シールドと、
を備えるガスタービンエンジンの燃焼器であって、
前記ライナおよび前記熱シールドは、協働して燃料ノズルをそれぞれ受けるように画定された少なくとも１つの開口部をそれぞれ有し、
前記熱シールドは、該熱シールドにおける前記少なくとも１つの開口部の周囲に画定された複数の冷却孔をさらに備え、
前記冷却孔は、前記熱シールドに亘る前記空気空間から空気を、前記熱シールドにおける前記少なくとも１つの開口部の軸の周囲においてらせん状に導くように適合されていることを特徴とするガスタービンエンジンの燃焼器。
【請求項２】
前記熱シールドの開口部の軸が、前記燃料ノズルの燃料噴射軸と概ね整列することを特徴とする請求項１記載の燃焼器。
【請求項３】
前記冷却孔が、前記熱シールドの開口部のすぐ近くに隣接した領域に限定されていることを特徴とする請求項１記載の燃焼器。
【請求項４】
前記冷却孔が、前記熱シールドの開口部の周囲において実質的に周方向に配設されることを特徴とする請求項１記載の燃焼器。
【請求項５】
前記冷却孔が、前記軸の周囲で同軸状に配設されることを特徴とする請求項１記載の燃焼器。
【請求項６】
前記冷却孔が、前記熱シールドの開口部の周囲において複数の列で配設されることを特徴とする請求項１記載の燃焼器。
【請求項７】
前記列が互いに同軸であることを特徴とする請求項６記載の燃焼器。
【請求項８】
前記熱シールドは、第１の開口部に対応する少なくともいくつかの冷却孔が、前記熱シールドにおける第２の燃料ノズルの開口部に対応する少なくともいくつかの冷却孔と組み合わされた領域を備えることを特徴とする請求項１記載の燃焼器。
【請求項９】
前記熱シールドは、前記開口部に対応する少なくともいくつかの冷却孔が、第２のセットの冷却孔と組み合わされた領域を備え、
前記第２のセットの冷却孔は、前記熱シールドを通る非らせん状の空気流を導くように適合されることを特徴とする請求項１記載の燃焼器。
【請求項１０】
前記冷却孔が、前記熱シールドを通る空気を前記開口部に対して概ね接線をなすように導く角度を有することを特徴とする請求項１記載の燃焼器。
【請求項１１】
ガスタービンエンジンの燃焼器用の熱シールドであって、
画定された少なくとも１つの燃料ノズル開口部を有する熱シールド部材と、
前記熱シールド部材を通る冷却空気を前記開口部の軸周囲でらせん状のパターンに導く手段と、
を備えることを特徴とするガスタービンエンジン燃焼器用熱シールド。
【請求項１２】
前記導く手段が、前記開口部に対して概ね接線をなすように前記冷却空気を導く手段を含むことを特徴とする請求項１１記載の熱シールド。
【請求項１３】
前記導く手段が、実質的に前記開口部の周囲に配設されることを特徴とする請求項１１記載の熱シールド。
【請求項１４】
前記導く手段が、前記開口部と同軸に配設されることを特徴とする請求項１１記載の熱シールド。
【請求項１５】
前記導く手段が、前記軸に対して実質的に垂直に配設されることを特徴とする請求項１１記載の熱シールド。
【請求項１６】
前記導く手段が、前記熱シールドの実質的に平坦な部分に配設されることを特徴とする請求項１１記載の熱シールド。
【請求項１７】
ガスタービンエンジンの燃焼器の熱シールドを冷却する方法であって、
前記熱シールドの低温側に空気を導くステップと、
前記熱シールドを通る前記空気を、前記熱シールドにおける燃料ノズル開口部の軸の周囲においてらせん状に導くステップと、
を含むことを特徴とするガスタービンエンジン燃焼器の熱シールド冷却方法。
【請求項１８】
前記空気が、前記開口部のすぐ近くに隣接する前記熱シールドを通って導かれることを特徴とする請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記空気が、前記熱シールドを通り前記開口部の周囲で概ね同軸状に導かれることを特徴とする請求項１７記載の方法。
【請求項２０】
前記導くステップが、前記開口部に対して実質的に接線をなす方向に前記熱シールドを通って導かれることを含むことを特徴とする請求項１７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、ガスタービンエンジンの燃焼器に関し、より詳細には、低コスト燃焼器の燃焼器熱シールドの構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンの燃焼器は、低コストで、より良好な冷却、混合、燃料効率および性能などを得るために、絶え間ない改善を課題としている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
例えば、熱シールドは、燃焼器に良好な保護をもたらすことが周知であるが、同時に、熱シールドを冷却することが必要である。熱シールドの冷却機構は当分野において既知であるが、いまだ改善する余地がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明によれば、ガスタービンエンジンの燃焼器が提供され、該燃焼器は、燃焼室を囲むライナと、ライナと熱シールドとの間に空気空間を画定するように、ライナから離間してライナの内側に取付けられた熱シールドと、を備え、ライナおよび熱シールドは、協働して燃料ノズルを受けるように画定された少なくとも１つの開口部をそれぞれ有し、熱シールドは、熱シールドにおける少なくとも１つの開口部の周囲に画定された複数の冷却孔をさらに備え、冷却孔は、熱シールドに亘る空気空間から空気を、熱シールドにおける少なくとも１つの開口部の軸の周囲においてらせん状に導くように適合されている。
【０００５】
本発明の別の態様によれば、ガスタービンエンジンの燃焼器用の熱シールドが提供され、該熱シールドは、熱シールド部材に画定された少なくとも１つの燃料ノズル開口部を有する熱シールド部材と、熱シールド部材を通る冷却空気を開口部の軸周囲でらせん状のパターンに導く手段と、を備える。
【０００６】
本発明のさらに別の態様によれば、ガスタービンエンジンの燃焼器の熱シールドを冷却する方法が提供され、該方法は、熱シールドの低温側に空気を導くステップと、熱シールドにおける燃料ノズル開口部の軸の周囲において、熱シールドを通る空気をらせん状に導くステップと、を含む。
【０００７】
本発明の上記の細部およびの他の態様は、以下の詳細な説明および添付の図面から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、亜音速での使用に望ましいガスタービンエンジン１０を示しており、概して、各々が直列で流体流通した、通流する周囲空気を推進させるファン１２と、該空気を圧縮する多段圧縮機１４と、高温の燃焼ガスの環状流を生じさせるように、内部で圧縮空気を燃料と混合させて点火する環状の燃焼器１６と、を含み、この高温の燃焼ガスは、燃焼器１６によって、燃焼ガスからエネルギーを抽出するタービンセクション１８にさらに導かれる。
【０００９】
図２および図３を参照すると、燃焼器１６は、ガスジェネレータケース２２で部分的に画定されたプレナム２０内に収容され、圧縮機１４からの圧縮空気が供給される。燃焼器１６は、概して、外側ライナ２６Ａおよび内側ライナ２６Ｂを備えており、前記ライナ間に燃焼室３２が画定される。燃焼器１６は、外側ドームパネル部３４Ａと、内側ドームパネル部３４Ｂと、を有するドーム３４を備える。出口ダクト４０Ａ，４０Ｂはともに、タービンセクション１８と連通する燃焼器出口４２を画定する。複数の燃料ノズル５０は、燃料混合気５８を燃焼室３２に送るように、燃料ノズル開口部５６を介して燃焼室３２に通じている。図に示すように、燃料混合気は、円錐（コーン）状のスプレーパターンで供給されるため、本明細書では、燃料スプレーコーン５８と称する。従来のフローティング（浮動）カラー７０が、相対移動を許容するように、燃焼器１６と燃料ノズル５０との間に取り付けられている。熱シールド８０は、燃焼器の内面３６に対して取り付けられている。以下でより詳細に説明するように、熱シールド８０は、間を空気が循環するように、本実施例ではリブ８２およびレール８３によって面３６から離間している。レール８３は、燃料ノズル５０を受ける中央に配置された環状の開口部８４の周囲に延在している。熱シールド８０は、また、もどり止めナットによって燃焼器２６Ａに取り付けるための、燃焼器２６Ａを通って延びるねじ部を有する複数のスタッド８６を備える。
【００１０】
図３を参照すると、熱シールド８０を冷却するために、外側の燃焼器１６から燃焼室３２へ熱シールド８０と内面３６との間に冷却空気を導く冷却孔９０がドーム３４に設けられている。熱シールド８０の冷却をさらに高めるために、冷却孔９２，９４がさらに設けられている。次に図４を参照すると、ドーム３４は孔９２，９４を備えている。孔９２は、開口部８４の周囲において環状のパターンで空気を導くように、レール８３間でノズル開口部の周囲において同軸で環状の形態で配設されるとともに、開口部８４に対して概ね接線をなす角度を有することが好ましい。図４において、孔９２の進入／進出角度は、矢印で示されており、この平面で見る場合には開口部８４に対して概ね接線をなすように図示されている。孔９４は、従来の方法で熱シールド８０に設けられたさらなる流出冷却孔である。孔９２は、各開口部８４の周囲において２つの同軸状のリング形態で設けられることが好ましいが、開口部８４の周囲の孔９２の配列パターンは、隣接する開口部８４の孔９２と組み合わされてもよく、また、孔９４と組み合わされてもよい。
【００１１】
図２を再び参照すると、使用中、高速の圧縮空気がプレナム２０に流入する。空気は、ライナ２６における複数の孔（図示せず）を通って燃焼室３２に流入する。燃焼器１６の内側に流入すると、空気は、燃焼のため燃料と混合され点火される。次いで、燃焼ガスは、出口４２からタービンセクション１８に排気される。熱シールド８０は、ドーム３４を燃焼の熱から保護するのに役立つが、それ自体高温となるため、以下で説明するように冷却が必要となる。
【００１２】
図５を参照すると、空気は、冷却孔９０を通って熱シールド８０と燃焼器１６の内面３６との間の空間に流入する。この空気は（点線の矢印で示す）、リブ８２を通って移動し、このプロセス中にリブを冷却し、次いで、孔９４を通って熱シールド８０を流出冷却する。また、（実線の矢印で示す）空気は、開口部５６から流入し、フローティングカラー７０を通過して、熱シールド８０の後ろのリブ８３間に画定された内側空間へと流れ、孔９２から流出する。上述の孔９２の配置により、孔９２を通過する空気は、ノズル開口部８４の周囲でらせん状となる傾向があり、そのため、燃料スプレーコーン５８の周囲で渦が生じやすくなる。
【００１３】
孔９２を通過する冷却空気をらせん状の流れとすることにより、熱シールド８０の冷却が向上する。らせん状の流れにより、最も径方向内側のレール８３（すなわち、開口部８４を画定するレール）の冷却が促進され、これにより、このレールの酸化および歪みが防止される。従って、本発明は、従来技術に比べて改善された冷却を提供するが、改良された冷却をもたらすように、単に冷却孔の再方向付けを行うため、費用や重量が増すことはない。
【００１４】
さらに、本発明のらせん状の冷却孔の配列パターンは、また、燃焼器における混合を促進するとともに、燃料スプレーコーン５８の横方向の範囲を抑制する。ライナの内側におけるらせん状の流れにより、低密度の燃料粒子からなる燃料スプレーコーンの外側シェルが「攻撃され」、次いで、燃焼室内における燃料と空気の混合が向上するため、より良好な燃料と空気の混合が得られるとともに、エンジンの再点火特性が改善される。燃料ノズル周囲の渦は、また、その強さに応じて、燃料スプレーコーン５８の横方向の範囲を抑制するとともに、燃焼をライナ２６から隔てるように作用する。
【００１５】
従って、本発明により、費用、重量または複雑性をほぼ、あるいは全く増大させることなく、従来技術よりも性能が向上する。
【００１６】
上述の説明は、例示を目的とするものであり、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなくさらなる変更を行うことが可能であることを認識されるであろう。例えば、本発明は、適切な熱シールド構成および適当な燃焼器構成に設けられ、ターボファンエンジンにおける適用に限定されない。また、孔９２を同軸で環状の形態で設ける必要はなく、ノズル周囲でらせん状の流れが得られる適当なパターンで設けてもよいことを理解されるであろう。孔９２，９４をドーム３４の個々の領域に設けなくてもよく、代わりに、重なる領域において組み合わせてもよい。隣接するノズル開口部８４周囲の孔９２を同様に相互に組み合わせてもよい。各ノズル周囲の渦流の方向は同じ方向であることが好ましいが、そうである必要はない。各熱シールドは、らせん状の孔９２を有していることが好ましいが、必ずしも必要とするものではない。熱シールドと燃焼器ライナとの間の空間を維持する手段を熱シールドに設ける必要はないが、熱シールドに、あるいは代わりにライナやそれらの間、またはいずれかの位置に設置された別の手段上に設けてよい。さらなる修正については、本明細書を鑑みることにより、当業者には明らかであろう。また、そのような修正は特許請求の範囲にあるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】環状燃焼器を有するターボファンエンジンの概略的な断面図。
【図２】図１の燃焼器の拡大図。
【図３】図２の燃焼器の一部の拡大図。
【図４】図２および図３の燃焼器のドームの内端部の図。
【図５】図３と同様の図であるが、使用時における装置の上部半分の概略拡大図。
【図１】
2008510954.tif 000003
【図２】
2008510954.tif 000004
【図３】
2008510954.tif 000005
【図４】
2008510954.tif 000006
【図５】
2008510954.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成18年6月27日(2006.6.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室を囲むライナと、
熱シールドであって、前記ライナと該熱シールドとの間に空気空間を画定するように、前記ライナから離間して、前記ライナの内側に取付けられた熱シールドと、
を備えるガスタービンエンジンの燃焼器であって、
前記ライナおよび前記熱シールドは、協働して燃料ノズルをそれぞれ受けるように画定された少なくとも１つの開口部をそれぞれ有し、
前記熱シールドは、該熱シールドにおける前記少なくとも１つの開口部の周囲に画定された複数の冷却孔をさらに備え、
前記冷却孔は、前記熱シールドに亘る前記空気空間から空気を、前記熱シールドにおける前記少なくとも１つの開口部の軸の周囲においてらせん状に導くように適合されており、
前記熱シールドは、第１の燃料ノズル開口部に対応する少なくともいくつかの冷却孔が、前記熱シールドにおける第２の燃料ノズル開口部に対応する少なくともいくつかの冷却孔と組み合わされた領域を備えることを特徴とするガスタービンエンジンの燃焼器。
【請求項２】
前記熱シールドの開口部の軸が、前記燃料ノズルの燃料噴射軸と概ね整列することを特徴とする請求項１記載の燃焼器。
【請求項３】
前記冷却孔が、前記熱シールドの開口部のすぐ近くに隣接した領域に限定されていることを特徴とする請求項１記載の燃焼器。
【請求項４】
前記冷却孔が、前記熱シールドの開口部の周囲において実質的に周方向に配設されることを特徴とする請求項１記載の燃焼器。
【請求項５】
前記冷却孔が、前記軸の周囲で同軸状に配設されることを特徴とする請求項１記載の燃焼器。
【請求項６】
前記冷却孔が、前記熱シールドの開口部の周囲において複数の列で配設されることを特徴とする請求項１記載の燃焼器。
【請求項７】
前記列が互いに同軸であることを特徴とする請求項６記載の燃焼器。
【請求項８】
前記熱シールドは、前記第１の燃料ノズル開口部に対応する前記少なくともいくつかの冷却孔が、第２のセットの冷却孔と組み合わされた少なくとも第２の領域を備え、
前記第２のセットの冷却孔が、前記熱シールドを通る非らせん状の空気流を導くように適合されることを特徴とする請求項１記載の燃焼器。
【請求項９】
前記冷却孔が、前記熱シールドを通る空気を前記開口部に対して実質的に接線をなすように導く角度を有することを特徴とする請求項１記載の燃焼器。
【請求項１０】
ガスタービンエンジンの燃焼器用の熱シールドであって、
画定された複数の燃料ノズル開口部を有する熱シールド部材と、
前記熱シールド部材を通る冷却空気を前記複数の開口部の各々の軸周囲でらせん状のパターンに導く手段と、
を備え、
前記複数の燃料ノズル開口部のうち隣接する燃料ノズル開口部の前記手段が、組み合わされていることを特徴とするガスタービンエンジン燃焼器用熱シールド。
【請求項１１】
前記導く手段が、前記開口部に対して実質的に接線をなすように前記冷却空気を導く手段を含むことを特徴とする請求項１０記載の熱シールド。
【請求項１２】
前記導く手段が、実質的に前記開口部の周囲に配設されることを特徴とする請求項１０記載の熱シールド。
【請求項１３】
前記導く手段が、前記開口部と同軸に配設されることを特徴とする請求項１０記載の熱シールド。
【請求項１４】
前記導く手段が、前記軸に対して実質的に垂直に配設されることを特徴とする請求項１０記載の熱シールド。
【請求項１５】
前記導く手段が、前記熱シールドの実質的に平坦な部分に配設されることを特徴とする請求項１０記載の熱シールド。
【請求項１６】
前記熱シールド部材は、前記導く手段が、前記熱シールド部材を通る冷却空気を、前記熱シールドを通る非らせん状の空気流で導く第２の手段と組み合わされた少なくとも１つの領域を備えることを特徴とする請求項１０記載の熱シールド。
【請求項１７】
ガスタービンエンジンの燃焼器の熱シールドを冷却する方法であって、
前記熱シールドの低温側に空気を導くステップと、
前記熱シールドを通る前記空気を、前記熱シールドにおける第１の燃料ノズル開口部の軸の周囲においてらせん状に導くステップと、
前記熱シールドを通る前記空気を、前記熱シールドにおける第２の燃料ノズル開口部の軸の周囲においてらせん状に導くステップであって、これにより、前記第２の燃料ノズル開口部の周囲に導かれた前記空気が、前記第１の燃料ノズル開口部の周囲に導かれた前記空気と組み合わさる、前記空気を第２の燃料ノズル開口部の軸の周囲においてらせん状に導くステップと、
を含むことを特徴とするガスタービンエンジン燃焼器の熱シールド冷却方法。
【請求項１８】
前記空気が、各開口部のすぐ近くに隣接する前記熱シールドを通って導かれることを特徴とする請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記空気が、前記熱シールドを通り各開口部の周囲で概ね同軸状に導かれることを特徴とする請求項１７記載の方法。
【請求項２０】
前記導くステップが、各開口部に対して実質的に接線をなす方向に前記熱シールドを通って導かれることを含むことを特徴とする請求項１７記載の方法。
【国際調査報告】
2008510954.tif 000008
2008510954.tif 000009