(57)【要約】排出部を有するノズルボディを含むガスタービン用燃料噴射装置が開示される。上記排出部は、排出オリフィスと、ガスタービンに付随する燃料ポンプから上記排出オリフィスに中空の燃料膜を導くための燃料回路と、ガスタービンの外部供給源から排出オリフィスの上流の燃料膜に加圧空気を導くための空気補助回路とを有して、排出オリフィスから噴出する燃料膜の内表面に加圧空気を衝突させる。
2004524500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排出オリフィスを形成する排出部を有するノズルボディを備え、上記排出部は、ガスタービンに付随する燃料ポンプから上記排出オリフィスに中空の燃料膜を導くための燃料回路と、上記ガスタービンの外部供給源から上記排出オリフィスの上流の燃料膜に加圧空気を導く空気補助回路とを含んで、上記排出オリフィスから噴出する燃料膜の内表面に上記加圧空気を衝突させることを特徴とするガスタービンのための燃料噴射器。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料噴射器において、上記ガスタービンは陸上機関であり、上記排出部の上記空気補助回路は外部圧縮機によって供給されることを特徴とする燃料噴射器。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料噴射器において、上記ガスタービンは推進機関であり、上記排出部の空気補助回路は外部貯蔵タンクによって供給されることを特徴とする燃料噴射器。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料噴射器において、上記外部貯蔵タンクは、上記ガスタービンによって高圧力作動サイクル時に充填されることを特徴とする燃料噴射器。
【請求項５】
請求項１に記載の燃料噴射器において、上記排出部は、エンジン圧縮機の排出空気を上記排出オリフィスの上流の燃料膜に導くための第１空気ブラスト回路を含んでいて、上記排出オリフィスから噴出する燃料膜の内表面に上記排出空気を衝突させ、且つ、エンジン圧縮機の排出空気を上記排出オリフィスの下流の燃料膜に導くための第２空気ブラスト回路を含んでいて、上記排出オリフィスから噴出する燃料膜の外表面に上記排出空気を衝突させることを特徴とする燃料噴射器。
【請求項６】
請求項１に記載の燃料噴射器において、上記ノズルボディは、燃料を上記燃料回路に入れるための燃料入口を含んでいることを特徴とする燃料噴射器。
【請求項７】
請求項１に記載の燃料噴射器において、上記ノズルボディは、空気を上記空気補助回路に入れるための空気補助入口を含んでいることを特徴とする燃料噴射器。
【請求項８】
請求項５に記載の燃料噴射器において、上記ノズルボディは、空気を上記第１空気ブラスト回路に入れるための第１空気入口と、空気を上記第２空気ブラスト回路に入れるための第２空気入口とを含んでいることを特徴とする燃料噴射器。
【請求項９】
請求項１に記載の燃料噴射器において、上記ノズルボディは、空気ブラスト噴霧器とシンプレックス空気ブラスト噴霧器との内の少なくとも一方として形成されていることを特徴とする燃料噴射器。
【請求項１０】
請求項１に記載の燃料噴射器において、上記ノズルボディは、圧力噴霧器として形成されていることを特徴とする燃料噴射器。
【請求項１１】
ａ）ガスタービンに付随する燃料ポンプから燃料を受取るための燃料入口と、上記ガスタービンの外部供給源から加圧空気を受取るための空気補助入口とを含む入口部と、
ｂ）排出オリフィスを形成する排出部とを備え、上記排出部は、上記燃料入口から上記排出オリフィスに中空の燃料膜を導くための燃料回路と、上記空気補助入口から上記排出オリフィスの上流の燃料膜に加圧空気を導いて、上記排出オリフィスから噴出する燃料膜の内表面に上記加圧空気を衝突させるための空気補助回路とを含んでいることを特徴とするガスタービンのための燃料噴射器。
【請求項１２】
請求項１１に記載の燃料噴射器において、上記ガスタービンは陸上機関であり、上記排出部の上記空気補助回路は外部圧縮機によって供給されることを特徴とする燃料噴射器。
【請求項１３】
請求項１１に記載の燃料噴射器において、上記ガスタービンは推進機関であり、上記排出部の上記空気補助回路は外部貯蔵タンクによって供給されることを特徴とする燃料噴射器。
【請求項１４】
請求項１３に記載の燃料噴射器において、上記外部貯蔵タンクは、上記ガスタービンによって高圧力作動サイクル時に充填されることを特徴とする燃料噴射器。
【請求項１５】
請求項１１に記載の燃料噴射器において、上記排出部は、エンジン圧縮機の排出空気を上記排出オリフィスの上流の燃料膜に導くための第１空気ブラスト回路を含んでいて、上記排出オリフィスから噴出する燃料膜の内表面に上記排出空気を衝突させ、且つ、エンジン圧縮機の排出空気を上記排出オリフィスの下流の燃料膜に導くための第２空気ブラスト回路を含んでいて、上記排出オリフィスから噴出する燃料膜の外表面に上記排出空気を衝突させることを特徴とする燃料噴射器。
【請求項１６】
請求項１５に記載の燃料噴射器において、上記入口部と上記排出部との間に延在するノズルボディをさらに備え、上記ノズルボディは、エンジン圧縮機の排出空気を上記第１空気ブラスト回路に入れるための第１空気入口を含み、上記排出部は、エンジン圧縮機の排出空気を上記第２空気ブラスト回路に入れるための第２空気入口を含んでいることを特徴とする燃料噴射器。
【請求項１７】
ａ）排出オリフィスを形成する排出部を有するノズルを設けるステップと、
ｂ）ガスタービンに付随する燃料ポンプから上記排出オリフィスに中空の燃料膜を導くステップと、
ｃ）上記ガスタービンの外部供給源から上記排出オリフィスの上流の燃料膜に加圧空気を導くステップとを備え、上記排出オリフィスから噴出する燃料膜の内表面に上記加圧空気を衝突させることを特徴とするガスタービンの燃料噴射器における燃料霧化方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の燃料霧化方法において、エンジン圧縮機の排出空気を上記排出オリフィスの下流の燃料膜に導くステップをさらに備え、上記排出オリフィスから噴出する燃料膜の外表面に上記排出空気を衝突させることを特徴とする燃料霧化方法。
【請求項１９】
請求項１７に記載の燃料霧化方法において、エンジン圧縮機の排出空気を上記排出オリフィスの上流の燃料膜に導くステップをさらに備え、上記排出オリフィスから噴出する燃料膜の内表面に上記排出空気を衝突させることを特徴とする燃料霧化方法。
【請求項２０】
請求項１７に記載の燃料霧化方法において、上記ガスタービンの外部供給源から上記排出オリフィスに加圧空気を導くステップは、エンジン点火時に発生することを特徴とする燃料霧化方法。
【請求項２１】
ａ）内部チャンバを有する外側空気キャップと、
ｂ）上記空気キャップの上記内部チャンバ内に配置されていると共に、自身を貫いて延在する軸方向内腔を有する空気スワラとを備え、上記空気キャップと上記空気スワラとは、上記空気キャップと上記空気スワラとの間に、空気ブラスト回路を形成し、
ｃ）上記空気スワラの上記軸方向内腔の中に配置されると共に、自身を貫いて延在する軸方向内腔を有するプレフィルマと、
ｄ）上記プレフィルマの上記軸方向内腔の中に配置されると共に、自身を貫いて延在する軸方向内腔を有する燃料スワラとを備え、上記プレフィルマと上記燃料スワラとは、上記プレフィルマと上記燃料スワラとの間に、燃料回路を形成し、
ｅ）上記燃料スワラの上記軸方向内腔の中に配置されると共に、自身を貫いて延在する軸方向内腔を有して内側空気ブラスト回路を形成する熱シールドを備え、上記熱シールドと上記熱スワラとは、上記熱シールドと上記熱スワラとの間に、空気補助回路を形成していることを特徴とする空気ブラスト燃料霧化ノズル。
【請求項２２】
請求項２１に記載の空気ブラスト燃料霧化ノズルにおいて、上記ガスタービンに付随する燃料ポンプから上記燃料回路に燃料を供給するための手段と、上記ガスタービンの外部供給源から上記空気補助回路に高圧力高速度空気を供給するための手段とを含んでいるノズルボディをさらに備えていることを特徴とする空気ブラスト燃料霧化ノズル。
【請求項２３】
ａ）自身を貫いて延在する軸方向内腔を有する外側コーンと、
ｂ）上記コーンの軸方向内腔の中に配置されると共に、自身を貫いて延在する軸方向内腔を有する燃料スワラとを備え、上記コーンと上記燃料スワラとは、上記コーンと上記燃料スワラとの間に、燃料回路を形成して、上記ガスタービンに付随する燃料ポンプから低圧力燃料を受取り、
ｃ）上記燃料スワラの軸方向内腔内に配置された空気スワラを備え、
上記空気スワラと上記燃料スワラとは、上記空気スワラと上記燃料スワラとの間に、空気補助回路を形成して、上記ガスタービンの外部供給源から高圧力高速度空気を受取ることを特徴とする空気ブラスト燃料霧化ノズル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
１．発明の技術分野
本発明は、ガスタービンの燃料噴射装置を指向し、詳細には、エンジン点火時の燃料霧化を促進するための空気補助回路を含んだガスタービン用燃料ノズルを指向する。
【０００２】
２．背景関連技術
ガスタービンは、発電、軍用や民間用の航空機、パイプライン用トランスミッション、海上輸送を含む様々な用途に使用されている。ガスタービンに付随する共通の問題は、エンジン始動サイクル時の燃料点火開始に係わる困難さにある。しかも、エンジン始動時には、燃料は、点火を開始し維持するために、充分に霧化された状態になっていなければならない。しかしながら、エンジン始動時、エンジンが燃料を次第に取り込むときに、燃料を噴霧化するために必要な燃料の圧力や空気の圧力を入手するのは、通常不可能である。
【０００３】
エンジン点火シーケンス時の燃料の霧化を向上させるために、広い範囲に渡る燃料噴射装置および燃料噴射方法が開発されてきた。１つのアプローチは、外部発生源の高圧力高速度空気を用いる空気補助噴霧器を使用して、エンジン始動時に存在する低い燃料噴射圧力で霧化プロセスを増大させている。空気補助噴霧器は、外部から供給された高圧力高速度の空気を燃料とノズルの中で内部混合し、その後、排出オリフィスから噴出する構造に作られている。しかし、この空気と燃料との内部混合は、ノズル内に、好ましくない背圧（逆圧）を生じさせる。
【０００４】
また、空気補助回路が、外部発生源から排出オリフィスの下流の燃料膜に高圧力高速度空気を導いて、燃料膜の外表面上に衝突させるように、空気補助噴霧器は作られている。これにより、空気と燃料との間では内部的な接触がないので、内部混合法に付随する背圧は回避される。しかし、それは、内部混合法よりも効率が悪く、同程度の霧化を行なうためには、より大きな流量を要する。
【０００５】
点火時の燃料霧化を促進するもう１つのアプローチは、機能が空気補助噴霧器と実質的に同一の空気ブラスト噴霧器を使用することである。両者とも、気流の運動エネルギーを用いて、薄板状の燃料を微細な粒滴に粉砕する。この２つの霧化概念における主要な相違点は、使用される空気の量と霧化速度に在る。空気が、エンジン圧縮機の排出からではなく、外部圧縮機や補助圧縮機または高圧シリンダから供給される空気補助ノズルの場合、空気流量を最小に維持することが重要である。さらに、空気補助霧化用の空気の圧力に実質的に制限がないので、空気速度は非常に大きくすることができる。したがって、空気補助噴霧器は、一般に、比較的少量で非常に高速の空気流を使用することを特徴としている。
【０００６】
対照的に、空気ブラスト噴霧器を通る空気の速度は、燃焼室ライナーの差圧に対応した最大の値に限定されるので、良好な霧化を行なうには、多量の空気が必要となる。今日使用されている空気ブラスト噴霧器の多くは、プレフィルミング（膜予形成）型である。
【０００７】
以前の空気補助霧化法よりも有効な、プレフィルミング空気ブラスト噴霧器および圧力噴霧器と共に使用し得る空気補助燃料噴射法を提供することは、有益である。
【０００８】
発明の概要
本発明は、ガスタービンエンジンに適用するための新規で有用な空気補助燃料噴射手段を指向するものであって、上記手段は、特にエンジン点火シーケンス時に、燃料霧化を向上させるようになっていて、プレフィルミング空気ブラスト噴霧器および圧力噴霧器と共に使用し得る。
【０００９】
詳細には、本発明は、排出オリフィスを形成する排出部を有するノズルボディを含んだ新規で有用な燃料噴射器を指向する。上記排出部は、ガスタービンから動力供給される燃料ポンプから排出オリフィスに中空の燃料膜を導くために、燃料回路を含んでいる。この排出部は、燃料を霧化するために、排気オリフィスから上流側において、空気補助回路をさらに含んでいて、上記空気補助回路は、ガスタービンの外部供給源から燃料膜に高圧力高速度空気を導き、上記排出オリフィスから噴出する燃料膜の内表面に衝突させる。
【００１０】
本発明の燃料噴射器は陸上用エンジンに用いることができる。その場合、排出部の空気補助回路は、外部圧縮機によって空気供給されることが想定される。本発明の燃料噴射器は、航空機エンジンなどの推進機関と共に用いることができる。この場合、排出部の空気補助回路は、外部貯蔵タンクによって空気供給されることが想定される。この例では、外部貯蔵タンクは、好ましくは、ガスタービンによって、高圧力作動サイクル中に補充される。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態によると、燃料噴射器の排出部は、さらに、第１空気ブラスト回路を含み、エンジン圧縮機の排出空気を燃料膜に導き、排出オリフィスの上流において、排出オリフィスから噴出する燃料膜の内表面に衝突させる。また、燃料噴射器の排出部は、第２空気ブラスト回路を含み、エンジン圧縮機の排出空気を燃料膜に導き、排出オリフィスの下流において、排出オリフィスから噴出する燃料膜の外表面に衝突させる。
【００１２】
燃料噴射器のノズルボディは、さらに、燃料ポンプから燃料回路に燃料を入れるための燃料入口と、外部供給源から空気補助回路に空気を入れるための空気補助入口と、エンジン圧縮機から第１空気ブラスト回路に排出空気を入れるための第１空気入口と、エンジン圧縮機から第２空気ブラスト回路に排出空気を入れるための第２空気入口とを含む。
【００１３】
本発明は、また、ガスタービンの燃料噴射器において燃料を霧化する新規かつ有用な方法を指向する。この方法は、排出オリフィスを形成する排出部を有するノズルを設けるステップと、ガスタービンに付随する燃料ポンプから上記排出オリフィスに中空の燃料膜を導くステップと、上記ガスタービンの外部供給源から上記排出オリフィスの上流の燃料膜に高圧力高速度空気を導くステップとを備えて、上記排出オリフィスから噴出する燃料膜の内表面に上記高圧力高速度空気を衝突させる。
【００１４】
上記方法は、さらに、エンジン圧縮機の排出空気を上記排出オリフィスの下流の燃料膜に導くステップを備えて、上記排出オリフィスから噴出する燃料膜の外表面に衝突させ、エンジン圧縮機の排出空気を上記排出オリフィスの上流の燃料膜に導くステップを備えて、上記排出オリフィスから噴出する燃料膜の内表面に衝突させる。ガスタービンの外部供給源から燃料膜に空気を導くステップは、好ましくは、エンジンの点火中に現れる。
【００１５】
本発明は、また、ガスタービンのための空気ブラスト霧化ノズルを指向する。上記空気ブラスト霧化ノズルは、内部チャンバを有する外側空気キャップを含んでいる。空気スワラは、空気キャップの内部チャンバの中に配置され、空気スワラ自身を貫いて延在する軸方向内腔を有する。空気キャップと空気スワラとは、空気キャップと空気スワラとの間に、外側空気ブラスト回路を形成する。プレフィルマは、上記空気スワラの軸方向内腔の中に配置され、プレフィルマ自身を貫いて延在する軸方向内腔を有している。燃料スワラは、上記プレフィルマの内腔の中に配置され、燃料スワラ自身を貫いて延在する軸方向内腔を有している。上記プレフィルマと上記燃料スワラとは、それらの間に、燃料回路を形成する。熱シールドが、上記燃料スワラの軸方向内腔の中に形成され、熱シールド自身を貫いて延在する軸方向内腔を有する。上記燃料スワラの軸方向の内腔は内側空気ブラスト回路を形成する。上記熱シールドと燃料スワラとは、それらの間に、空気補助回路を形成する。上記空気ブラスト霧化ノズルは、さらに、ガスタービンに付随する燃料ポンプから上記燃料回路に燃料を供給するための手段と、上記ガスタービンの外部供給源から上記空気補助回路に高圧力高速度空気を供給するための手段とを有するノズルボディを含んでいる。
【００１６】
本発明は、また、ガスタービンのための圧力霧化ノズルを指向する。上記圧力霧化ノズルは外側コーンを含み、外側コーンは外側コーン自身を貫いて延在する軸方向内腔を有する。燃料スワラは、上記コーンの軸方向内腔の中に配置され、燃料スワラ自身を貫いて延在する軸方向内腔を有する。上記コーンと上記燃料スワラとは、そらの間に燃料回路を形成していて、ガスタービンに付随する燃料ポンプから低圧力燃料を受取る。空気スワラは、上記燃料スワラの軸方向内腔の中に配置されている。上記空気スワラと上記燃料スワラとは、それらの間に、ガスタービンの外部供給源から高圧力高速度空気を受取るための空気補助回路を形成している。
【００１７】
本発明およびこの発明を用いた方法の特徴は、図面に関連して為される本発明の下記詳細な説明から当業者には明らかである。
【００１８】
本発明に関連する技術分野の通常の技量を有する人々が、本発明品の作り方や使い方を容易に理解できるように、本発明の好ましい実施形態が、以下に詳細に、図面を言及しながら説明される。
【００１９】
好ましい実施形態の詳細な説明
以下の記載では、本発明が関連する技術に共通しているものとして、用語「上流」は、ノズルの排出オリフィスの後方に在る噴射ノズル位置を意味し、用語「下流」は、ノズルの排出オリフィスの前方に在る噴射ノズル位置を意味して、図１では、ＵとＤとによって識別されている。
【００２０】
図面を参照すると、同じ参照番号は本発明の装置の同一部品を示す。図１には、本発明の好ましい実施例によって作られた空気補助燃料ノズルアセンブリが示され、遍く参照番号１０で指定されている。ノズルアセンブリ１０はノズルボディを含み、ノズルボディは細長いフィードアーム（供給アーム）１２によって形成されている。上記供給アーム１２は、後端部に入口部１４を有し、前端部に排出部１６を有する。取付フランジ１８が上記供給アーム１２に結合されていて、上記ノズルアセンブリを、ノズルが使用されるガスタービンの燃焼室壁に取付ける。
【００２１】
上記入口部１４は、ネジ付き部品２０を含んで、適当な空気導管を経て外部供給源と連通する。本発明のノズルアセンブリ１０が陸上エンジンと共に使用されるとき、外部空気供給源は、ショップエアーサーバのような外部圧縮機１１５によって提供される。外部圧縮機１１５とエンジン圧縮機１１０とは、図３Ａに概略的に示すように、チャンバ１２０を経由して、タービン１００に繋がっている。本発明のノズルアセンブリ１０が、推進機関に使用されるとき、図３Ｂに概略的に示すように、外部空気供給源は、タービン２００の燃焼室２２０に作動可能に結合した貯蔵タンクまたはシリンダ２１０によって提供される。
【００２２】
上記入口部１４は、さらに、取付け部品２２を含んでいて、適当な燃料導管（図示せず）を経由して燃料ポンプと連通する。供給アーム１２は、ノズルアセンブリ１０の入口部１４から排出部１６へ高圧力高速度空気を導くために、内腔２４を形成している。同様に、供給アーム１２は内腔２６を形成し、この内腔２６の周りには、燃料をノズルアセンブリ１０の入口部１４から排出部１６に導く燃料管２８が存在する。
【００２３】
図２を参照すると、燃料ノズル１０の排出部１６は、一般には、プレフィルミング空気ブラスト噴霧器ノズルと称され、溶接や鑞接によってノズルボディに固定された複数の構成部品を含んでいる。上記複数の構成部品には、外側空気キャップすなわちシュラウド（覆い）３０が含まれる。上記外側空気キャップ３０は、半径方向内側に方向付けられた前部ディフレクタ（逸らせ板）部３２を有する。上記外側空気キャップ３０内には、プレフィルマ３４が配置されている。上記プレフィルマ３４は、その中を貫いて延在する軸方向内腔と、テーパー端部３４ａとを有し、上記テーパー端部３４ａは、ノズルアセンブリの排出オリフィス３６を形成する。
【００２４】
外側スワラ（旋回翼）３８は、上記プレフィルマ３４を取囲み、円周方向に配置された複数の羽根４０を含んでいる。上記外側スワラ３８は、空気キャップ３０の内側部と一緒になって、外側空気ブラスト回路４２を形成する。上記外側空気ブラスト回路４２は、エンジン圧縮機の排出空気を、排出オリフィス３６に導いて、排出オリフィス３６から噴出する燃料膜の外表面上に衝突させる。上記外側スワラ３８の羽根４０は、上記外側空気ブラスト回路４２を貫流する空気に、旋回運動を与える。空気キャップ３０の前部デフレクタ部３２は、上記エンジン圧縮機の排気旋回空気を、排出オリフィス３６から下流の燃料膜に導いて、燃料膜の霧化を容易にする。
【００２５】
燃料スワラ４４は、軸方向内腔とテーパーノーズ部４４ａとを有し、上記プレフィルマ３４の軸方向内腔の中に配置されている。燃料回路４６は、上記燃料スワラ４４と上記プレフィルマ３４との間に形成されていて、燃料をプレフィルマ３４の排出オリフィス３６に導く。上記燃料回路４６は、略円錐形をした中空の膜状またはシート状の旋回燃料を、プレフィルマ３４の排出オリフィス３６から噴出するように形成されている。上記燃料回路４６は、好ましくは、二又溝（図示せず）によって形成され、上記溝の両部分は、複数の角度付き燃料スロットに燃料を供給し、旋回チャンバ４８に至って燃料膜に旋回運動を与える。上記燃料回路４６は、入口部１４と排出部１６との間の供給アーム１２を貫いて延在する燃料管２８によって、燃料が供給される。
【００２６】
円筒形の熱シールド（遮蔽体）５０は、燃料スワラ４４の軸方向空腔の上流部内に配置されている。熱シールド５０は、排出オリフィス３６より上流側において、内側空気ブラスト回路５２を形成し、エンジン圧縮機の排出空気を、燃料膜に導いて、上記排出オリフィス３６から噴出する燃料膜の内表面上に衝突させる。熱シールド５０は、エンジン作動中に、華氏１６００度にも達する高温の圧縮機の空気が、燃料回路４６を貫流する燃料と反応するのを防ぐ。環状リング５４は、熱シールド５０の前端部を包囲し、熱シールド５０と燃料スワラ（旋回翼）４４の軸方向内腔との間に間隙を形成する。
【００２７】
図２を引き続き参照すると、排出オリフィス３６の上流側において、熱シールド５０の外表面と燃料スワラ４４の内腔との間の間隙によって、空気補助回路５６が形成されている。上記空気補助回路５６は、高圧力高速度の空気を、燃料膜に導いて、上記排出オリフィス３６から噴出する燃料膜の内表面上に衝突させる。上記空気補助回路５６は、空気補助流に旋回運動を与えるために、上記環状リング５４内に形成された円周方向に間隔の開いた複数のスロット（細長穴）を含んでいる。上記空気補助回路５６は供給アーム１２の内腔２４に連通している。上記供給アーム１２は、入口部１４を介して、外部供給源から加圧空気を受取る。エンジン点火シーケンス時には、空気補助回路５６からの旋回空気と、内側空気ブラスト回路５６を通ってノズルに入るエンジン圧縮機排出空気とが、燃料スワラ４４の混合チャンバ５８内で合流し、その後、上記排出オリフィス３６から噴出する燃料膜の内表面上に衝突する。
【００２８】
運転の際、エンジンを始動するために、タービンが、バッテリ駆動の起動モータなどによって低回転数で回される。同時に、タービンに連結された燃料ポンプや圧縮機も、低回転数で回される。これらの低回転速度では、少量の燃料が、約５psig（平方インチ当たりポンド）以下で、ノズルアセンブリ１０の入口部１４に供給される。この値は、タービンの作動中に生じる燃料圧力よりも遥かに小さい。また、この始動時には、低圧力の空気がエンジン圧縮機によって多量に造られる。この低圧力の空気は、図１に一連の流方向の矢印によって示されるように、燃焼室内のノズルアセンブリ１０の排出部１６に導かれる。一般に、多量の低圧力空気と低圧力燃料流との組合せは、始動時の燃料の霧化を比較的困難にする。本発明のノズルアセンブリでは、これらの始動条件下において、空気補助回路５６が燃料の霧化を向上させ促進する。
【００２９】
より詳細には、本発明によると、エンジン始動シーケンス時に、高圧力高速度空気が外部供給源からノズルアセンブリ１０の入口部１４に供給される。（図３Ａと３Ｂを参照）。これは、外部供給源と作動可能に結合されたバルブまたは同様の制御装置によって為される。外部供給源からの高圧力高速度空気流は、燃料スワラ４４によって形成された空気補助回路５６に供給され、空気流に旋回運動が付与される。
【００３０】
そのとき、空気補助回路の気流（カレント）は、内側空気ブラスト回路５２を通って移動する低圧力の圧縮機排出気流と合流し、次に、プレフィルマ（膜形成器）３４の排出オリフィス３６から噴出する旋回燃料膜に導かれ、上記燃料膜の内表面に衝突する。同時に、低圧力の圧縮機排出空気の旋回流が、外側空気ブラスト回路４２を通って、排出オリフィス３６から噴出する旋回燃料膜の外表面に導かれる。これらの併合した空気の流れは、比較的低圧力の燃料膜の内表面と外表面に作用し、エンジン始動用燃料の霧化に資する。
【００３１】
一旦点火が起こると、タービンは通常作動速度にまで上昇し、その際、ポンプによって供給される燃料の圧力と、エンジン圧縮機によって供給される空気の圧力とは、通常の作動レベルまで増大する。このときまでに、外部空気の供給は使い尽くされている。すなわち、そこからの流れは失活している。始動時に消費された外部空気の供給は、通常の高圧エンジン運転時の圧縮機によって充填される。
【００３２】
図４を参照すると、本発明の好ましい実施形態によって作られた空気補助圧力霧化ノズルが図示されていて、遍く参照番号７０によって示されている。圧力霧化ノズルは、一般に、小さな補助出力ユニットと共に使用される。通常、点火に伴って低流量の燃料で作動するために、圧力霧化ノズルの燃料回路には、複数の比較的小さな燃料通路が設けられていて、霧化に必要な高速燃料を生じさせる。これらの小さな通路は、燃料の汚染や炭素の形成の影響を受け易く、それ故、ノズルの耐用年数を限定している。
【００３３】
本発明の空気補助圧力霧化ノズル７０は、燃料回路に、燃料の汚染や炭素の形成の影響を受け難い比較的大きな燃料通路を設けることによって、また、点火時の燃料を霧化するために、高圧力高速度空気を中空の燃料膜の内表面に導く空気補助回路を設けることによって、従来の圧力霧化ノズルの問題を克服している。詳細には、図４に示す如く、圧力噴霧器７０は、内洞７４と排出オリフィス７６とを形成する外側コーン（円錐体）７２を含む。燃料スワラ７８は上記外側コーン７２の空洞７４の中で支持されている。燃料回路８０は内洞７４の壁と燃料スワラ７８との間に形成されている。燃料回路８０は、燃料スワラ７８の外表面に形成された溝によって形成される。上記燃料スワラ７８は、複数の円周方向に間隔の開いた複数のスピンスロット（回転細長穴）（図示せず）を含む。上記スピンスロットは、燃料が外側コーン７２の排出オリフィス７６から噴出するとき、燃料に回転を与える。
【００３４】
燃料スワラ７８は、それ自身を貫いて延在する軸方向の空腔を有する。上記空腔は、外部供給源からの高圧力高速度空気を、排出オリフィス７６から噴出する旋回燃料膜の内表面に導く空気補助回路８２を形成している。空気スワラ８４は、空気補助回路８２の後部端に配置されている。空気スワラ８４は、円周方向に間隔を開けて配置された複数の羽根８６を含んでいて、空気補助流に旋回運動を与える。図１に示されたものと違って、圧力噴霧器７０がノズルボディに作動可能に取り付けられることは、当業者は容易に認識する。運転の際の点火時に、旋回する空気補助気流は、低圧力燃料の霧化を行なうために、空気補助回路８２を通って導かれて、排出オリフィス７６から噴出される燃焼膜の内表面に衝突する。
【００３５】
図５を参照すると、本発明の好ましい実施形態によって作られたシンプレックス（単一）空気ブラストノズルが図示され、遍く参照番号５００によって示されている。シンプレックス空気ブラストノズル５００は外側空気キャップ５３０を含み、外側空気キャップ５３０は内部圧力噴霧器５４０を包囲している。空気ブラスト回路５３５が、空気キャップ５３０と圧力噴霧器５４０との間に形成されていて、圧縮機の排出空気を、ノズルの排出オリフィス５４５から噴出する燃料膜の外表面に導く。空気に旋回運動を与えるために、旋回羽根５５０が空気ブラスト回路５３５に取付けられている。
【００３６】
圧力噴霧器５４０は、さらに、燃料ポンプから燃料を受けると共にノズルオリフィス５４５に燃料を膜の形で導くために、燃料回路５５５を含んでいる。上記燃料回路５５５は、好ましくは、その中を貫流する燃料に回転運動を付与するための構造を含む。空気補助回路５６０は、圧力噴霧器５４０を貫いて軸方向に延在し、外部供給源からの高圧力高速度空気を、ノズルの排出オリフィス５４５から噴出する燃料膜の内表面に導く。空気スワラ５６５は、空気補助回路５６０の後部端に配置されていて、それを貫流する空気補助気流に回転運動を付与する。
【００３７】
本発明の好ましい実施形態によると、本発明の空気補助回路は、同一出願人のブレッツ等による米国特許第５,２２４,３３３号に開示されているようなシンプレックス空気ブラスト燃料霧化ノズルと共に使用し得ることが想定されている。上記米国特許の開示内容は、この言及によって、その全体がここに組込まれるものとする。米国特許第５,２２４,３３３号のシンプレックス空気ブラストノズルでは、ノズルオリフィスは内部圧力噴霧器から燃料を受取りながら、２つの空気ブラスト回路が、圧縮機の排出空気を、ノズルの排出オリフィスから噴出する燃料膜の外表面に導く。シンプレックス空気ブラストノズル内に形成された空気補助回路は、ノズルの中心を貫いて延在して、高圧力高速度の空気を、ノズルの排出オリフィスから噴出する燃料膜の内表面に導く。
【００３８】
本発明は好ましい実施形態について説明されたが、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の精神および範囲から逸脱することなく、それらに対する変更または変形が為され得ることは、当業者は容易に認識する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の好ましい実施例にしたがって作られた空気補助燃料ノズルアセンブリの側断面図である。
【図２】図１の空気補助燃料ノズルアセンブリの排出部の拡大側断面図である。
【図３Ａ】陸上用ガスタービンエンジンの概略表示である。
【図３Ｂ】推進用ガスタービンエンジンの概略表示である。
【図４】本発明の好ましい実施例にしたがって作られた空気補助圧力噴霧器の側断面図である。
【図５】本発明の好ましい実施例にしたがって作られた空気補助回路を有するシンプレックスエアーブラストノズルの側断面図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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2004524500.tif 000026
2004524500.tif 000027