(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン燃焼器ライナであって、
冷却空気流に曝される外面と、高温燃焼ガスに曝される内面と、
前記ガスタービン燃焼器ライナの厚さを貫通する複数のフィルム冷却孔であって、該フィルム冷却孔は前記ガスタービン燃焼器ライナの周囲に周方向に延びており、前記フィルム冷却孔は、
第１の軸方向列間隔Ｘを有する孔の第１のセットを含み、該孔の第１のセットは、周方向に延びる孔の第１の複数の列によって規定されており、かつ
第２の軸方向列間隔Ｘ’を有する孔の第２のセットを含み、該孔の第２のセットは、周方向に延びる孔の第２の複数の列によって規定されており、前記孔の第２のセットは、前記孔の第１のセットに対して下流方向に前記ガスタービン燃焼器ライナに形成されており、前記第２の軸方向列間隔Ｘ’は前記第１の軸方向列間隔Ｘよりも大きい、複数のフィルム冷却孔と、
前記ガスタービン燃焼器ライナの前記外面に固定された複数の共鳴器ボックスと、
を備え、
各共鳴器ボックスは、前記孔の第１のセットおよび前記孔の第２のセットのそれぞれの少なくとも一部にわたって軸方向に延びていることを特徴とする、ガスタービン燃焼器ライナ。
【請求項２】
前記フィルム冷却孔の軸線は、前記ガスタービン燃焼器ライナの前記外面および前記内面に対して実質的に垂直である、請求項１記載のガスタービン燃焼器ライナ。
【請求項３】
前記孔の第１のセットの無次元の第１の軸方向列間隔Ｘ0＝Ｘ／ｄは、３以上１０未満であり、ここで、ｄは孔の直径であり、前記孔の第２のセットの第２の軸方向列間隔Ｘ0’＝Ｘ’／ｄは、３〜１０である、請求項１記載のガスタービン燃焼器ライナ。
【請求項４】
前記共鳴器ボックスは、さらに、冷却空気流の少なくとも一部を前記共鳴器ボックスに導入するように構成された複数のインピンジメント孔を有する、請求項１記載のガスタービン燃焼器ライナ。
【請求項５】
前記共鳴器ボックスは、さらに、上流壁および下流壁を有し、前記上流壁の高さは前記下流壁の高さよりも小さい、請求項４記載のガスタービン燃焼器ライナ。
【請求項６】
前記共鳴器ボックスは、前記高温燃焼ガスの流れ温度が下流方向に増大している前記ガスタービン燃焼器ライナの位置に固定されている、請求項１記載のガスタービン燃焼器ライナ。
【請求項７】
前記孔の第１のセットは、さらに、第１の周方向孔間隔を有し、前記孔の第２のセットは、さらに、第２の周方向孔間隔を有し、前記第１の周方向孔間隔Ｙは前記第２の周方向孔間隔とは異なる、請求項１記載のガスタービン燃焼器ライナ。
【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に関し、より詳細には、ガスタービンエンジン内の燃焼器ライナを冷却することに関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンエンジン内では、圧縮機セクションから排出された圧縮空気と、燃料の供給源から導入された燃料とが混合され、燃焼セクション内で燃焼させられ、高温燃焼ガスを形成する燃焼生成物を生じる。燃焼ガスは、タービンセクション内の高温ガス通路を通じて方向付けられ、タービンセクションにおいて燃焼ガスは膨張し、タービンロータの回転を提供する。タービンロータは、圧縮機セクションに動力を供給するために軸に連結されており、発電機において電気を発生するために発電機に連結されていてもよい。
【０００３】
燃焼セクションに配置された１つまたは複数の燃焼器アセンブリからタービンセクションへ燃焼ガスを搬送するために、燃焼器ライナなどの１つまたは複数の導管が通常は使用される。燃焼ガスの高温により、燃焼器ライナは、通常、過熱を回避するためにエンジンの作動中に冷却を必要とする。冷却のための従来の解決手段は、直接対流冷却を提供するために、燃焼器ライナの外面に、圧縮機セクションから抽出された空気などの冷却流体を供給することを含む。インピンジメント部材またはインピンジメントスリーブがライナの外面の周囲に設けられてもよく、この場合、冷却流体は、ライナの外面に導入される前に、インピンジメント部材に形成された小さな孔を通って流れてもよい。別の従来の解決手段は、内面にフィルム冷却を提供するためにライナの内面に沿って少量の冷却流体を噴射する。
【０００４】
エンジン作動中に生じる音響エネルギを抑制または吸収するために、共振器ボックスなどの減衰装置が使用されてもよい。慣用の構成は、各孔の間の軸方向および周方向の距離を等しくする均一な均等に間隔を空けたパターンで配置された音響的調量孔を備える燃焼器ライナを利用する。例えば、矩形のパターンおよび／または軸方向にずらされた矩形のパターンで編成された調量孔は、共鳴器ボックスの内部と、燃焼器ライナによって包囲された燃焼室との間の音響通路を提供することができ、かつ、共鳴器ボックスの領域において燃焼器ライナを冷却するために冷却空気用の通路を提供することができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の１つの態様によれば、本開示は、外面および内面と、ガスタービン燃焼器ライナの厚さを貫通する複数のフィルム冷却孔と、ガスタービン燃焼器ライナの外面に固定された複数の共鳴器ボックスとを備えるガスタービン燃焼器ライナを提供する。ガスタービン燃焼器ライナの外面は冷却空気流に曝され、内面は高温燃焼ガスに曝される。フィルム冷却孔は、ガスタービン燃焼器ライナの周囲に周方向に延びており、第１の軸方向列間隔Ｘを有しかつ周方向に延びる第１の複数の列の孔によって規定された孔の第１のセットと、第２の軸方向列間隔Ｘ’を有しかつ周方向に延びる第２の複数の列の孔によって規定された孔の第２のセットとを含む。孔の第２のセットは、孔の第１のセットに対して下流方向にガスタービン燃焼器ライナに形成されている。第２の軸方向列間隔Ｘ’は、第１の軸方向列間隔Ｘよりも大きい。
【０００６】
別の態様によれば、フィルム冷却孔の軸線は、ガスタービン燃焼器ライナの外面および内面に対して実質的に垂直であってもよい。付加的な態様によれば、孔の第１のセットの無次元の第１の軸方向列間隔Ｘ0＝Ｘ／ｄは、約３以上でかつ１０未満であってもよい。ここで、ｄは孔の直径であり、孔の第２のセットの無次元の第２の軸方向列間隔Ｘ0’＝Ｘ’／ｄは、約３〜１０であってもよい。別の態様によれば、各共鳴器ボックスは、孔の第１のセットおよび孔の第２のセットのそれぞれの少なくとも一部にわたって軸方向に延びていてもよい。
【０００７】
別の態様によれば、共鳴器ボックスは、さらに、冷却空気流の少なくとも一部を共鳴器ボックスに導入するように構成された複数のインピンジメント孔を有していてもよい。特定の態様では、共鳴器ボックスは、さらに、上流壁および下流壁を有していてもよく、上流壁の高さは下流壁の高さよりも小さくてもよい。付加的な態様によれば、共鳴器ボックスは、高温燃焼ガスの流れ温度が下流方向に増大しているガスタービン燃焼器ライナの位置に固定されていてもよい。さらに別の態様によれば、孔の第１のセットは、さらに、第１の周方向孔間隔を有していてもよく、孔の第２のセットは、さらに、第２の周方向孔間隔を有していてもよく、第１の周方向孔間隔は第２の周方向孔間隔とは異なる。
【０００８】
本発明の別の態様によれば、本開示は、圧縮機セクションと、燃焼器ライナを有する燃焼器と、タービンセクションと、燃焼器ライナの外面に固定されかつ燃焼器ライナの外面の周囲に周方向に配置された複数の共鳴器ボックスと、を有するタービンエンジンを備えたタービンエンジンアセンブリを提供する。燃焼器ライナは、燃焼器ライナの周囲に周方向に延びておりかつ燃焼器ライナの厚さを貫通して延びる複数のフィルム冷却孔を有する。フィルム冷却孔は、第１の軸方向列間隔Ｘを有する孔の第１のセットと、第２の軸方向列間隔Ｘ’を有する孔の第２のセットとを含む。孔の第１のセットと、孔の第２のセットとは、それぞれ周方向に延びる孔の複数の列によって形成されており、孔の第２のセットは、孔の第１のセットに対して下流方向に配置されている。第２の軸方向列間隔Ｘ’は、第１の軸方向列間隔Ｘよりも大きい。各共鳴器ボックスは、孔の第１のセットおよび孔の第２のセットのそれぞれの少なくとも一部にわたって軸方向に延びている。共鳴器ボックスは、さらに、冷却空気流を共鳴器ボックスに導入するように構成された複数のインピンジメント孔を有する。
【０００９】
１つの態様によれば、インピンジメント孔は、フィルム冷却孔からずれていてもよい。別の態様によれば、各共鳴器ボックスの内部は、燃焼器の内部と流体連通していてもよい。特定の態様では、共鳴器ボックスは、さらに、上流壁および下流壁を有していてもよく、上流壁の高さは下流壁の高さよりも小さくてもよい。
【００１０】
本発明の別の態様によれば、本開示は、燃焼器ライナにフィルム冷却を提供する方法を提供する。１つの態様では、方法は、燃焼器ライナの厚さを貫通する複数のフィルム冷却孔と、燃焼器ライナの外面の一部に固定されかつ燃焼器ライナの外面の一部を包囲する複数の共鳴器ボックスとを有する燃焼器ライナを提供するステップと、冷却空気の少なくとも一部が各共鳴器ボックスにおける複数のインピンジメント孔に進入する燃焼器ライナに冷却空気を提供するステップと、燃焼器ライナを通る空気流が共鳴器ボックスの上流端部において最大になるように共鳴器ボックスから燃焼器ライナの内部へ冷却空気を流すステップと、を含む。共鳴器ボックスは、フィルム冷却孔の一部にわたって軸方向に延びており、各共鳴器におけるインピンジメント孔への冷却空気の進入は、共鳴器ボックスによって包囲された燃焼器ライナの外面の部分のインピンジメント冷却を提供する。
【００１１】
別の態様によれば、方法はさらに、共鳴器ボックスの上流端部に最大厚さのフィルム冷却境界層を提供し、共鳴器ボックスの上流端部から下流方向にフィルム冷却境界層を実質的に一定の厚さに維持することを含んでもよい。
【００１２】
別の態様によれば、方法は、さらに、下流端部と比較して共鳴器ボックスの上流端部において燃焼器ライナのより大きなインピンジメント冷却を提供することを含んでもよい。特定の態様では、共鳴器ボックスは、上流壁および下流壁をさらに有していてもよく、燃焼器ライナのより大きなインピンジメント冷却を提供することは、上流壁高さが下流壁高さよりも小さくなるように共鳴器ボックスを形成することを含んでもよい。
【００１３】
別の態様によれば、方法は、さらに、燃焼器ライナの内部における高温燃焼ガスの流れ温度が共鳴器ボックスの軸方向長さに沿って上流から下流方向へ増大するように共鳴器ボックスを燃焼器ライナに配置することを含んでもよい。
【００１４】
方法のさらに別の態様によれば、フィルム冷却孔は、第１の軸方向列間隔Ｘを有する孔の第１のセットと、第２の軸方向列間隔Ｘ’を有する孔の第２のセットとをさらに含んでもよい。孔の第１のセットと、孔の第２のセットとはそれぞれ、周方向に延びる孔の複数の列によって形成されており、孔の第２のセットは、孔の第１のセットに対して下流方向にガスタービン燃焼器ライナに形成されている。第２の軸方向列間隔Ｘ’は、第１の軸方向列間隔Ｘよりも大きい。各共鳴器ボックスは、孔の第１のセットおよび孔の第２のセットのそれぞれの少なくとも一部にわたって軸方向に延びている。
【００１５】
明細書は、本発明を特に指摘しかつ本発明を明瞭に請求する請求項によって結論づけるが、本発明は、同じ参照符号が同じ要素を表している添付の図面に関連した以下の説明からよりよく理解されると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の態様による共鳴器構造を有するガスタービンエンジンの部分的な断面図である。
【図２Ａ】本発明の態様を例示するガスタービンエンジン燃焼器の燃焼器ライナの一部の透視図であり、複数の共鳴器ボックスがライナに固定されており、下側に位置するフィルム冷却孔を示すために２つの共鳴器ボックスが省略されている。
【図２Ｂ】本発明の別の態様を例示するガスタービンエンジン燃焼器の燃焼器ライナの一部の透視図であり、複数の共鳴器ボックスがライナに固定されている。
【図３Ａ】線３Ａ−３Ａに沿った、図２Ａに示した共鳴器ボックスの拡大断面図である。
【図３Ｂ】線３Ｂ−３Ｂに沿った、図２Ａに示した共鳴器ボックスの拡大断面図である。
【図３Ｃ】別の典型的な共鳴器ボックスの拡大断面図である。
【図４】図２Ａの部分４−４の拡大平面図である。
【図５Ａ】本発明の態様によるフィルム冷却有効性を示す典型的なグラフである。
【図５Ｂ】本発明の態様によるフィルム冷却有効性を示す典型的なグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
好適な実施の形態の以下の詳細な説明において、その一部を形成する添付の図面が参照され、図面には、例として、限定としてではなく、本発明を実施可能な特定の好適な実施の形態が示されている。本発明の思想および範囲から逸脱することなく、その他の実施の形態も使用可能であり、変更をなし得ることが理解されるべきである。
【００１８】
図１には、圧縮機セクション１２と、燃焼器１４と、タービンセクション１６とを有するガスタービンエンジン１０が示されている。圧縮機セクション１２は、入口２０に進入する周囲空気１８を圧縮する。燃焼器１４は、圧縮された空気を燃料と組み合わせ、混合物に点火し、作動流体を形成する高温作動ガスを含む燃焼生成物を発生する。作動流体はタービンセクション１６へ移動する。タービンセクション１６内には、固定ベーン２２の複数の列と、ロータ２６に接続された回転するブレード２４の複数の列とが設けられており、ベーン２２およびブレード２４の列のそれぞれの対は、タービンセクション１６内で段を形成している。ベーン２２の列およびブレード２４の列は、タービンセクション１６を通って延びる軸方向流路２８内へ半径方向に延びている。作動流体は、タービンセクション１６を通って膨張し、ブレード２４、ひいてはロータ２６を回転させる。ロータ２６は、圧縮機１２内へ、かつ圧縮機１２を通って延びており、圧縮機１２に動力を、発電機（図示せず）に出力動力を提供してもよい。ガスタービンエンジン１０は、さらに、燃焼器１４の燃焼ゾーンの下流に配置された複数の共鳴器ボックス３２（図２Ａおよび図２Ｂに詳細に示す）を有する共鳴器構造３０を備える。
【００１９】
図２Ａおよび図２Ｂを参照して、燃焼器ライナ３４および共鳴器構造３０を有する図１の燃焼器１４の一部を説明する。燃焼器ライナ３４は中心軸線ＣAを有しており、内面３６と、外面３８と、上流端部４０と、下流端部４２とを備える。燃焼器ライナ３４は、燃焼ゾーン３５を包囲してもよく、高温燃焼ガスＣGは、実質的に一定の速度で燃焼器ライナ３４の内部を通流する。冷却空気の流れ（図示せず）は外面３８に供給される。全体を通じて使用されるように、「周方向」、「軸方向」、「内側／半径方向内側」および「外側／半径方向外側」という用語は、燃焼器ライナ３４の中心軸線ＣAに関して使用されており、「上流」および「下流」という用語は、高温燃焼ガスＣGの流れに関して使用されている。燃焼器ライナ３４は、図２Ａおよび図２Ｂに示す実質的に円形の横断面形状、および楕円または矩形などの、あらゆる適切な横断面形状を有していてもよい。加えて、燃焼器ライナ３４は、例えば略円形の横断面形状から略矩形の横断面形状のように、異なる形状の間で移行していてもよい。
【００２０】
共鳴器構造３０は、下流端部４２において燃焼器ライナ３４の外面に固定された複数の共鳴器ボックス３２ａ，３２ｂを備える。共鳴器ボックス３２ａ，３２ｂは、燃焼器ライナ３４の外面３８の周囲に周方向に分配されていてもよく、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、燃焼器ライナ３４の周囲に均一にまたは均等に間隔を空けていてもよい。共鳴器ボックス３２ａ，３２ｂは、図２Ａに示した矩形の共鳴器ボックス３２ａおよび図２Ｂに示した台形の共鳴器ボックス３２ｂなどの様々な適切な形状を有していてもよい。図２Ａに最も明らかに示されているように、共鳴器ボックス３２ａ，３２ｂは、部分４−４を囲む点線によって示す燃焼器ライナ３４の外面３８の一部を包囲している。各共鳴器ボックス３２ａ，３２ｂの下で包囲された表面積の一部は、さらに、外面３８から内面３６まで燃焼器ライナ３４の厚さを貫通して延びる複数のフィルム冷却孔４４を有する。フィルム冷却孔４４は、燃焼器ライナ３４の周囲に周方向に延びている。
【００２１】
図３Ａ〜図３Ｃは、共鳴器ボックス３２ａ，３２ｃおよびフィルム冷却孔４４の様々な実施の形態をより詳細に示している。図３Ａは、中心軸線ＣAに対して実質的に垂直な線３Ａ−３Ａに沿った、図２Ａに示した共鳴器ボックス３２ａの断面図である。図３Ｂは、中心軸線ＣAに対して実質的に平行な線３Ｂ−３Ｂに沿った、図２Ａに示した共鳴器ボックス３２ａの断面図である。図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、各共鳴器ボックス３２ａは、半径方向外面４６、側壁４８、上流壁５２および下流壁５４を有する閉鎖された構造を形成している。複数のインピンジメント孔５０は、例えば、共鳴器ボックス３２ａの半径方向外面４６に配置されていてもよい。インピンジメント孔５０は、インピンジメント冷却空気流ＣIを共鳴器ボックス３２ａの内部へ導入するように構成されており、共鳴器ボックス３２ａにおいて、インピンジメント冷却空気流ＣIは燃焼器ライナ３４の高温の外面３８に衝突する。インピンジメント孔５０は、円形および楕円形を含むあらゆる適切な横断面サイズおよび形状を有していてもよい。
【００２２】
図３Ａおよび図３Ｂに示したように、側壁４８、上流壁５２および下流壁５４は、共鳴器ボックス３２ａの半径方向外面４６および燃焼器ライナ３４の外面３８に対して実質的に垂直であってもよい。他の実施の形態（図示せず）では、側壁４８、上流壁５２および下流壁５４のうちの１つまたは複数は、例えば、内方へ傾斜しているか、さもなければ半径方向外面４６および／または外面３８に対して非垂直であってもよい。加えて、半径方向外面４６および外面３８との側壁４８、上流壁５２および下流壁５４の交差部のうちの１つまたは複数は、図３Ａおよび図３Ｂに示したように約９０度の角度を有していてもよい。別の実施の形態（図示せず）では、交差部のうちの１つまたは複数は、湾曲しているかまたは丸みが付けられていてもよい。
【００２３】
幾つかの実施の形態では、共鳴器ボックス３２ａは、例えば図３Ｂに示したように、実質的に対称的な軸方向横断面形状を有していてもよい。図３Ｃに示したように、共鳴器ボックス３２ｃは、燃焼器ライナ３４の中心軸線ＣAに関して軸方向で非対称的な横断面形状を有していてもよい。例えば、共鳴器ボックス３２ｃの１つの軸方向で非対称的な実施の形態における上流壁５２の高さは、下流壁５４の高さよりも低くてもよく、これにより、半径方向外面４７は、上流壁５２と下流壁５４との間において軸方向で上方へ傾斜している。幾つかの実施の形態では、上流壁５２の高さは、図３Ｃに示したように下流壁５４の高さの略半分であってもよい。
【００２４】
図２Ａに示したように、各共鳴器ボックス３２ａは、燃焼器ライナ３４の外面３８の一部を包囲しており、包囲された表面積（図２Ａに部分４−４を囲む点線によって示されている）は、側壁、上流壁および下流壁４８，５２，５４の長さによって規定されている。図３Ａ、図３Ｂおよび図３Ｃを参照すると、各共鳴器ボックス３２ａ〜３２ｃの内部体積は、さらに、側壁、上流壁および下流壁４８，５２，５４の高さによって規定されている。横断面形状に拘わらず、同じ包囲された表面積を包囲する共鳴器ボックス３２ａ〜３２ｃは、実質的に同じ内部体積を有していてもよい。
【００２５】
図３Ａ〜図３Ｃを参照すると、共鳴器ボックス３２ａ〜３２ｃの下に位置する燃焼器ライナ３４の部分は、燃焼器ライナの外面３８を貫通して内面３６まで延びる複数のフィルム冷却孔４４を有する。図３Ａおよび図３Ｂに示したように、インピンジメント冷却空気流ＣIは、インピンジメント孔５０を介して共鳴器ボックス３２ａ，３２ｂの内部に進入し、幾つかの実施の形態では、燃焼器ライナ３４のインピンジメント冷却を高めるために、インピンジメント孔５０はフィルム冷却孔４４から軸方向および／または周方向にずらされていてもよい。共鳴器ボックス３２ａ，３２ｂの内部はフィルム冷却孔４４を介して燃焼器ライナ３４の内部と流体連通しており、これにより、フィルム冷却空気流ＣFは燃焼器ライナ３４の内部に進入することができる。図３Ａ〜図３Ｃに示す実施の形態では、フィルム冷却孔４４の軸線は、内面および外面３６，３８ならびに燃焼器ライナ３４の中心軸線ＣAに対して実質的に垂直、すなわち約９０度である。別の実施の形態では、フィルム冷却孔４４の軸線は、約７０度〜９０度までの傾斜角を有していてもよい。一般に、フィルム冷却孔４４が、約９０度未満の傾斜角を有するならば、フィルム冷却孔４４の長さが増大され、これは、燃焼器ライナ３４の冷却を増強させることがあるが、共鳴器構造３０の性能は、角度が浅くなるほど低下することがある。フィルム冷却孔４４が、さらに、燃焼器ライナ３４の内部における望ましくない音響を減衰させるために共鳴器ボックス３２ａ〜３２ｃの内部と燃焼器ライナ３４の内部との間に音響的連通を提供する音響通路を規定していることが理解されてもよい。
【００２６】
図２Ａ、図３Ｂおよび図４を参照して、図２Ａにおける部分４−４を包囲する点線によって示した、１つの共鳴器ボックスの下に位置するフィルム冷却される部分６０を詳細に説明する。フィルム冷却される部分６０は、孔の第１のセット５６と孔の第２のセット５８とをさらに含む複数のフィルム冷却孔４４を有し、孔の第２のセット５８は孔の第１のセット５６の下流に配置されている。全体を通じて使用されるように、「孔のセット」という用語は、燃焼器ライナ３４の周囲に周方向に延びるフィルム冷却孔の２つ以上の列であると定義される。各共鳴器ボックス３２ａ，３２ｂは、フィルム冷却される部分６０が孔の第１のセット５６および孔の第２のセット５８のそれぞれの少なくとも一部を包囲するように、燃焼器ライナ３４に沿って軸方向に延びている。フィルム冷却孔４４は、あらゆる適切な形状およびサイズを有していてもよい。例えば、フィルム冷却孔４４は、図４に示したように実質的に円形であっても、または、楕円形、三角形またはその他の適切な形状であってもよい。図３Ｂおよび図４に示す典型的な実施の形態では、孔の第１のセット５６は孔の２つの列を有するが、別の実施の形態は孔の３つ以上の列を含んでもよい。同様に、孔の第２のセット５８は、孔の３つの列を有するように示されているが、孔の２つの列および孔の４つ以上の列を有していてもよい。
【００２７】
図４を参照すると、Ｘは孔の隣接する列の間の軸方向列間隔であり、Ｙは同じ列における隣接する孔の間の周方向孔間隔である。図３Ｂ、図３Ｃおよび図４に最もよく示されているように、孔の第２のセット５８の軸方向列間隔Ｘ’は、孔の第１のセット５６の軸方向列間隔Ｘよりも大きい。軸方向列間隔および周方向孔間隔は、無次元の項で記述することができる。特に、無次元の第１の軸方向列間隔Ｘ0はＸ／ｄとして記述することができ、ここで、ｄは孔の直径である。同様に、無次元の第２の軸方向列間隔Ｘ0’はＸ0’＝Ｘ’／ｄとして記述することができる。また、無次元の周方向孔間隔Ｙ0は、Ｙ／ｄとして記述することができる。幾つかの実施の形態では、Ｘ0は約３以上でかつ１０未満であり、Ｘ0’は約３〜１０である。
【００２８】
幾つかの実施の形態では、共鳴器ボックス３２ａ，３２ｂは、燃焼器１４の主燃焼ゾーン３５の下流端部に向かって配置されていてもよい。図２Ａおよび図２Ｂに示したような別の実施の形態では、共鳴器ボックス３２ａ，３２ｂは、軸方向で燃焼ゾーン３５と整列していてもよく、これにより、高温燃焼ガスＣGの流れ温度、ひいては燃焼器ライナ３４の温度は、進行する燃焼反応により、上流から下流方向へ上昇している。
【００２９】
例えば、図３Ｂ、図３Ｃおよび図４に示したように、共鳴器ボックス３２ａ，３２ｃの上流壁５２の近くのフィルム冷却孔４４の密度を増大することによって、冷却空気の供給が増大され、フィルム冷却される部分の開始エッジにおけるフィルム効力を改善し、共鳴器ボックス３２ａ，３２ｃの軸方向長さに沿ってより均一な温度分布を提供する。フィルム冷却孔４４のこの配列は、均一に間隔を空けた孔によって多くの場合に観察される、低減されたおよび／または一貫しないフィルム効力を回避することがあり、均一に間隔を空けた孔の場合、フィルム冷却が最大効力に達する前に共鳴器ボックスの上流部分において温度が実質的により高くなる恐れがあることが観察されていた。本発明によって提供される、共鳴器ボックス３２ａ，３２ｃの軸方向長さに沿ったより均一な温度分布は、熱勾配を低減し、したがって、燃焼器ライナ３４の低サイクル疲労寿命が増加する。改良されたフィルム効力は、より均一な温度分布とともに、ひいては、従来の均一に間隔を空けたフィルム冷却孔と同じレベルの冷却を達成するために、より少ない冷却空気を必要とすることがあり、一次ヘッド端部反応のためにより大きな空気供給を残し、潜在的にＮＯｘエミッションを低減する。
【００３０】
ここで説明されているように、フィルム冷却される部分の上流端部における、より狭い軸方向列間隔は、燃焼器ライナの改善された冷却および増大されたフィルム効力を達成するために、非対称的な横断面形状を有する共鳴器ボックスと組み合わされてもよい。例えば、図３Ｃに示した共鳴器ボックス３２ｃなどの軸方向で非対称の実施の形態では、共鳴器ボックス３２ｃの上流壁５２の高さは、下流壁５４の高さよりも低く、共鳴器ボックス３２ｃの半径方向外面４７と燃焼器ライナ３４の外面３８との間の距離を減少させている。この減少した距離は、上流壁５２の近くの燃焼器ライナ３４のインピンジメント冷却の程度を高めることができ、さらに、フィルム冷却される部分の軸方向長さに沿った冷却効力を改善することができる。
【００３１】
別の実施の形態（図示せず）では、孔の第１および第２のセットを有する燃焼器ライナは、さらに、フィルム冷却孔の１つまたは複数の付加的なセットを有していてもよい。これらのフィルム冷却孔の付加的なセットは、孔の第２のセットの下流に配置されていてもよく、付加的な軸方向列間隔Ｘ’’（図示せず）を有していてもよい。本発明の別の実施の形態（やはり図示されていない）において、局所的な領域のための付加的な冷却を提供するために、周方向孔間隔Ｙは、孔の１つまたは複数の列においてまたはフィルム冷却される部分の１つまたは複数の領域において変化してもよい。燃焼器ライナに沿った発熱および放熱の速度は、フィルム冷却孔の付加的なセットの周方向孔間隔Ｙおよび軸方向列間隔Ｘ’’を決定し、それら両方は、フィルム冷却空気流の所望の量を達成するために必要に応じて孔の第１および第２のセットの間隔に関して増減してもよい。幾つかの実施の形態では、付加的な軸方向列間隔Ｘ’’は、孔の第２のセットの軸方向列間隔Ｘ’よりも大きい。例えば、幾つかの実施の形態は、付加的な列間隔Ｘ’’が上流から下流への方向で次第に大きくなった、フィルム冷却孔の付加的なセットを有していてもよい。別の実施の形態では、付加的な列間隔Ｘ’’は、孔Ｘ’の第２のセットの軸方向列間隔よりも小さくてもよい。
【００３２】
図５Ａおよび図５Ｂは、共鳴器ボックスの下方の包囲された表面積を有するフィルム冷却される部分の２つの実施の形態に伴う、フィルム温度ＴFおよび軸方向距離Ｄに関するフィルム冷却効力の典型的な例示である。複数のフィルム冷却孔４４を有する燃焼器ライナ３４の一部の軸方向断面図が、各グラフの上方に示されている。図５Ａにおけるグラフは、実質的に均一な軸方向列間隔を有するフィルム冷却孔４４の６つの列を備えた従来のフィルム冷却される部分におけるフィルム冷却効力を示している。図５Ｂにおけるグラフは、本発明によるフィルム冷却孔４４の６つの列を備えたフィルム冷却される部分のフィルム冷却効力を示している。図５Ｂのグラフにおける孔の第１のセット５６は、フィルム冷却される部分の上流端部に孔の３つの列を含み、孔の第２のセット５８と比較して、より小さな軸方向列間隔Ｘを有している。孔の第２のセット５８は、孔の第１のセット５６の下流に配置された孔の３つの列を含み、軸方向列間隔Ｘ’を有している。
【００３３】
両グラフに見られるように、フィルム冷却孔４４のそれぞれの連続する列は、ＴFの減少を達成した後、平衡温度ＴEに達する前に孔のそれぞれの列の下流においてＴFの漸進的な増大を生じる。図５Ａに示すグラフにおけるフィルム冷却の効力は、ＴEに達する前に、包囲された表面積の軸方向長さにわたって次第に増大しており、これは、燃焼器ライナ３４に沿った熱勾配を生じる可能性があり、その場合、フィルム冷却される部分の中間部分における、例えば、フィルム冷却孔の第３および第４の列の間の温度が、下流位置における、例えば、図３Ｂおよび図３Ｃに示した下流壁５４に隣接する温度よりも依然として実質的に高いことがある。比較すると、図５Ｂに示すグラフに見られるように、孔の第１のセット５６のより狭い軸方向列間隔Ｘは、ＴFのより急速な減少を達成し、フィルム冷却される部分が、より急速にＴEに達することができ、熱勾配を減少させ、包囲された表面積の軸方向長さに沿ってより均一な温度分布を達成する。図５Ｂのグラフにおける孔の第２のセット５８の軸方向列間隔は、ＴFをＴEにまたはＴEの近くに維持するように設計されてもよい。
【００３４】
本発明は、さらに、燃焼器ライナにフィルム冷却を提供しかつフィルム効力を高める方法を含む。例示目的のために、ここでは図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ〜図３Ｃおよび／または図４が参照されるが、当業者は、ここで開示された方法がその他の適切な構成部材および構成によって実施されてもよいことを理解するであろう。この方法は、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ｂおよび図３Ｃのうちのいずれか１つに示した燃焼器ライナ３４およびフィルム冷却孔４４などの、ライナの厚さを貫通する複数のフィルム冷却孔を備える燃焼器ライナを提供することによって開始する。燃焼器ライナ３４は、燃焼器ライナ３４の外面３８に固定されかつフィルム冷却孔４４の少なくとも一部にわたって軸方向に延びる複数の共鳴器ボックス３２ａ〜３２ｃをさらに有する。
【００３５】
次のステップにおいて、冷却空気流が燃焼器ライナ３４に供給される。冷却空気流の少なくとも一部は、インピンジメント孔５０を介して共鳴器ボックス３２ａ，３２ｂに進入するインピンジメント冷却空気流ＣIを含み、図３Ａおよび図３Ｂに示したように燃焼器ライナ３４のインピンジメント冷却を提供する。次いで、燃焼器ライナ３４を通る空気流が共鳴器ボックス３２ａ，３２ｂの上流端部において最大となるように、冷却空気流ＣFが共鳴器ボックス３２ａ，３２ｂから燃焼器ライナ３４の内部へ流入する。図３Ｂ、図３Ｃおよび図４に示したように、共鳴器ボックス３２ｂ，３２ｃの上流端部における増大した空気流は、例えば、孔の第１のセット５６の下流に配置された孔の第２のセット５８と比較して共鳴器ボックス３２ｂ，３２ｃの上流端部においてより狭く集合した孔の第１のセット５６を有する燃焼器ライナ３４によって、達成されてもよい。孔の第２のセット５８の軸方向列間隔Ｘ’は、孔の第１のセット５６の軸方向列間隔Ｘよりも大きい。各共鳴器ボックス３２ｂ，３２ｃは、孔の第１のセット５６および孔の第２のセット５８のそれぞれの少なくとも一部にわたって軸方向に延びている。この形式において、例えば図５Ｂのグラフに示すように、共鳴器ボックス３２ｂ，３２ｃの上流端部において最大厚さのフィルム冷却境界層が生じてもよく、共鳴器ボックス３２ｂ，３２ｃの上流端部から下流方向に、実質的に一定の厚さのフィルム冷却境界層が維持されてもよい。
【００３６】
方法の幾つかの実施の形態では、下流端部と比較して共鳴器ボックスの上流端部において燃焼器ライナのより大きなインピンジメント冷却が提供されてもよい。インピンジメント冷却のこの増大した程度は、例えば、燃焼器ライナの中心軸線ＣAに関して軸方向で非対称的な横断面形状を有する共鳴器ボックスを提供することによって達成されてもよい（例えば、図３Ｃ参照）。幾つかの実施の形態では、共鳴器ボックスの上流壁の高さは、下流壁の高さよりも低くてもよく、これにより、半径方向外面は、上流壁と下流壁との間において軸方向で上方へ傾斜している。幾つかの実施の形態では、上流壁の高さは、下流壁の高さの略半分であってもよい。
【００３７】
方法の別の実施の形態では、共鳴器ボックスは、燃焼器ライナの内部における高温燃焼ガスの流れ温度が共鳴器ボックスの軸方向長さに沿って上流から下流方向へ上昇していることがある軸方向位置において燃焼器ライナに配置されていてもよい。
【００３８】
本発明の特定の実施の形態が例示および説明されているが、本発明の思想および範囲から逸脱することなく様々なその他の変更および改変をなし得ることは当業者に明らかであろう。したがって、本発明の範囲に包含される全てのこのような変更および改変を添付の請求項において網羅しようとするものである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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