(57)【要約】本発明は、燃焼器が一体型の高温燃焼器壁と前方および後方の低温燃焼器壁とを有し、冷却空気が加圧の下で低温燃焼器壁の孔を通って押し込まれるとともに、高温燃焼器壁の環状の前方部および後方部に衝突して高温燃焼器壁の背面を冷却する、燃焼器／タービンの連続デュアル冷却装置に関する。燃焼器背面からの排出冷却空気は、エンジンの高温端部すなわちタービン部に接近してタービン部を冷却するように導かれる。
2004514873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼器を有するガスタービンエンジン用冷却装置であって、
前記ガスタービンエンジンの燃焼器壁の外側面を冷却するために、壁と前記燃焼器壁との間に冷却空気を導く空気流路が形成されるように、前記燃焼器壁の外側面から実質的に平行に離間された状態で該燃焼器壁に取付可能に設けられた壁と、
前記燃焼器壁に冷却空気を衝突させて該燃焼器壁の背面を冷却するために、加圧された冷却空気供給源から前記空気流路に冷却空気を取り入れる冷却空気取入手段と、
前記ガスタービンエンジンの燃焼器の下流のタービン部を冷却するために、前記空気流路から冷却空気を放出する冷却空気放出手段と、を含むことを特徴とするガスタービンエンジン用冷却装置。
【請求項２】
前記冷却空気取入手段は、前記壁に設けられるとともに前記空気流路および燃焼器ケース内のプレナムと流体的に連通する孔を含み、これらの孔を通して前記プレナムから取り入れられる冷却空気が、前記空気流路を通して下流に導かれる前に前記燃焼器壁の外側面に衝突することを特徴とする請求項１記載のガスタービンエンジン用冷却装置。
【請求項３】
前記冷却空気放出手段は、前記燃焼器の背面からの排出冷却空気が高温端部を冷却するために利用可能となるように、前記空気流路の開口した下流端を含み、これにより、前記燃焼器の背面からの排出冷却空気の全てでかつこの排出冷却空気のみによって前記タービン部が冷却されることを特徴とする請求項１記載のガスタービンエンジン用冷却装置。
【請求項４】
前記空気流路の上流端が閉じていることを特徴とする請求項１記載のガスタービンエンジン用冷却装置。
【請求項５】
タービン部に向かって流れる高温燃焼ガスと接する内側面と、冷却空気と接する外側面と、を備える環状の燃焼チャンバを画成する一体型の高温燃焼器壁と、
冷却空気をタービン部に向かって導く空気流路が、前記高温燃焼器壁との間に形成されるように、前記高温燃焼器壁から実質的に平行に離間された状態で該高温燃焼器壁に固定された低温燃焼器壁と、
一次プレナム内の加圧された冷却空気が、前記空気流路を通って前記タービン部に向かって導かれる前に、前記高温燃焼器壁の背面を冷却するために孔に流入して該高温燃焼器壁の外側面に衝突するように、前記低温燃焼器壁を貫通するとともに前記空気流路および燃焼器ケース内の一次プレナムと流体的に連通する複数の孔と、
前記空気流路の閉じた上流端と、前記燃焼器の背面からの排出冷却空気が前記タービン部を冷却するために利用可能となるように設けられた前記空気流路の開口した下流端と、を含み、これにより、前記燃焼器の背面からの排出冷却空気の全てでかつこの排出冷却空気のみがタービン部品を冷却するために導かれ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６】
前記低温燃焼器壁は、前記高温燃焼器壁の環状の前方部に固定された環状の前方低温燃焼器壁を含むことを特徴とする請求項１記載のガスタービンエンジンの燃焼器。
【請求項７】
前記前方低温燃焼器壁は、前記空気流路の閉じた上流端を形成するように、環状の上流端で環状のスペーサによって前記高温燃焼器壁の環状の前方部に固定されていることを特徴とする請求項１記載のガスタービンエンジンの燃焼器。
【請求項８】
前記前方低温燃焼器壁は、環状の下流端でケース構造体に支持されており、前記空気流路の開口した下流端は、前記燃焼器の背面からの排出冷却空気をタービンキャビティ内に放出するように設けられていることを特徴とする請求項１記載のガスタービンエンジンの燃焼器。
【請求項９】
前記低温燃焼器壁は、前記高温燃焼器壁の環状の後方部に固定された環状の後方低温燃焼器壁を含むことを特徴とする請求項１記載のガスタービンエンジンの燃焼器。
【請求項１０】
前記後方低温燃焼器壁は、前記空気流路の閉じた上流端を形成するように、環状の上流端で環状のスペーサによって前記高温燃焼器壁の後方部に固定されていることを特徴とする請求項１記載のガスタービンエンジンの燃焼器。
【請求項１１】
前記空気流路の開口した下流端は、前記タービン部を囲む二次プレナムと流体的に連通しているとともに、前記タービン部を冷却するために該タービン部およびその内部とも連通していることを特徴とする請求項１記載のガスタービンエンジンの燃焼器。
【請求項１２】
燃焼器壁の背面を冷却するために、該燃焼器壁の外側面に衝突する空気流を形成するように加圧された冷却空気を導くとともに、
空気流の衝突と同時に、この空気流を前記燃焼器壁の外側面に沿ってタービン部に向かって下流に導き、
かつタービン部を冷却するために、燃焼器の背面からの排出冷却空気流を利用可能とする構造体を提供することを含むことを特徴とするガスタービンエンジンの燃焼器およびタービン部の冷却方法。
【請求項１３】
前記燃焼器壁の外側面に衝突する空気流は、加圧された冷却空気が、該燃焼器壁の外側面から離間された有孔壁の孔を通って流れることによって形成されることを特徴とする請求項１２記載のガスタービンエンジンの燃焼器およびタービン部の冷却方法。
【請求項１４】
空気流の衝突と同時に、この空気流は、前記燃焼器壁と前記有孔壁との間に形成された空気流路を通って下流に導かれることを特徴とする請求項１記載のガスタービンエンジンの燃焼器およびタービン部の冷却方法。
【請求項１５】
前記燃焼器の背面からの排出冷却空気流は、タービン部品を冷却するために、前記タービン部のキャビティに取り入れられることを特徴とする請求項１記載のガスタービンエンジンの燃焼器およびタービン部の冷却方法。
【請求項１６】
前記燃焼器の背面からの排出冷却空気流は、タービン部品を冷却するために、前記タービン部を囲むとともに該タービン部の内部と連通するプレナムに取り入れられることを特徴とする請求項１記載のガスタービンエンジンの燃焼器およびタービン部の冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、主に、ガスタービンエンジンのタービン冷却構造体に関し、特に、燃焼器／タービンの連続デュアル冷却装置の改善された構造体に関する。
【０００２】
【背景技術】
圧縮機、燃焼器、およびタービンを含む従来のガスタービンエンジンでは、高温の燃焼ガスによる加熱のために、燃焼器およびタービンの両方を冷却する必要がある。
【０００３】
燃焼器では、燃料ノズルによって供給された燃料が高圧圧縮機からの圧縮空気と混合されるとともに点火され、燃焼器から放出される高温ガスによってタービンが駆動される。金属製の燃焼器内では、ガスは約３５００〜４０００°Ｆで燃焼する。燃焼チャンバは、非常に高い温度に耐えうる金属から製造される。しかし、耐性の高い金属でも約２１００〜２２００°Ｆで溶融してしまう。従って、エンジンの安全な運転のためには、ガスタービンエンジンの高温燃焼器壁を充分に冷却することが重要である。
【０００４】
当該技術で周知のように、燃焼器の内部面に沿って冷却空気のフィルムを導くことによって、燃焼器の材料に燃焼ガスが直接接することが防止される。燃焼器は、複数のルーバ開口部を有し、これらの開口部を通って燃焼器壁と平行に圧縮空気が供給される。冷却空気のカーテンは、徐々に弱まって燃焼ガスと混ざる。しかし、このような空気フィルム冷却装置では、燃焼ガスと混ざる冷却空気によってＮＯｘ（窒素酸化物）の放出が増加してしまう。よって、燃焼器ライナに利用される冷却技術は、最大エンジン温度を増加させるために有利でありうる一方で、有害なＮＯｘの形成および放出を増加させる。
【０００５】
空気フィルムによる冷却は、燃焼器壁の冷却だけに利用できる空気量によって制限される。一般に、エンジン部品を冷却するための冷却空気が増加すると、燃焼器で利用可能な空気量が減少してしまう。
【０００６】
ガスタービンエンジンの燃焼器壁を冷却すると同時に、ＮＯｘの形成の増加を防止する取組みがなされている。例えば、１９９７年１１月１８日にシュランツ等に付与された米国特許第５，６８７，５７２号は、有孔の金属製外側シェルと、背面が衝突冷却される無孔のセラミック製薄壁ライナと、を有するガスタービンエンジン用燃焼器を開示している。衝突冷却に利用される全ての空気流は、燃焼過程に再度投入され、好ましくは、熱力学的な観点から圧縮空気の損失がないように主に燃焼過程の希釈ゾーンに投入される。また、セラミック製ライナの内部面にはＮＯｘの形成を引き起こすフィルム冷却がなされない。
【０００７】
他の例では、１９９８年６月２日にアブリュ等に付与された米国特許第５，７５８，５０４号は、中心（ｃｅｎｔｒｏｉｄ）を定める予め設定されたパターンで配置された複数の傾斜した孔が貫通する内部ライナと、約９０度で複数の孔が貫通する外部ライナと、を含む燃焼器構造体を開示している。外部ライナの孔の少なくとも一部は、燃焼器壁の単位長さ当たりの冷却空気流の使用を減少させるために内部の孔の中心と整列しており、これによりＣＯの放出が減少する。
【０００８】
燃焼器の冷却に加えて、ガスタービンエンジンのタービン部でも、ブレード、ディスク、保持器などのタービンの回転部品、およびベーン、シュラウド、フレームなどのタービンの固定部品は、共に燃焼器から放出される高温燃焼ガスに直接さらされており、常に冷却が必要である。タービンの冷却、特に回転部品の冷却は、エンジンが適切に機能するとともに安全に運転されるために重要である。タービンディスクおよびそのブレードを充分に冷却できない場合、例えば冷却空気の供給圧力、体積流量、または温度マージンが不充分な場合には、タービンの寿命および機械的一体性に悪影響が及びうる。
【０００９】
タービンを充分に冷却する必要性と対照されるものに、高いレベルのエンジン運転効率、すなわち低い燃料消費および運転コストの要求がある。タービンの冷却空気は、一般に、圧縮機の１つまたは複数の段から引き込まれるとともに、パイプ、ダクト、および内部流路などの種々の手段によって所望の部品まで導かれる。このような空気は、燃料と混合して燃焼器で点火するとともにタービンの一次ガス流路において仕事を抽出するためには利用できないので、圧縮機から抽気された総空気流は、エンジンの運転サイクルにおいて寄生損として扱われる。このような損失は、最小限に抑えることが望ましい。
【００１０】
供給圧力、圧力降下、流量、および温度などの抽気供給源や冷却回路のパラメータを制御することによって、圧縮機抽気およびこれに伴うサイクル損失を最小化する取組みがなされている。一例が、１９９６年９月１７日にボルヌフ等に付与された米国特許第５，５５５，７２１号に示されている。この特許は、エンジンを通る冷媒流れがタービン内に排出される前に、温度上昇が最小化されるようにこの冷媒流れを導く、ガスタービンエンジンのタービン用冷却供給回路を開示している。圧縮機から放出された燃焼器ケース内の加圧空気は、燃焼に使用されるとともに、最も高温の燃焼ガスにさらされるタービン部の部品すなわち第１の段のノズル、第１の段のシュラウド、および第１の段のディスクを冷却するために使用される。タービン冷却空気の他の抽気供給源には、インペラ先端部前方抽気流れと、インペラ先端部後方抽気流れと、が含まれ、これらの抽気流れは、第２の段のノズルと第２の段のシュラウドとともに他のタービン部品を冷却するために提供される。上記特許は、燃焼器壁の冷却を開示しておらず、添付図面から分かるようにフィルム冷却装置の使用を意図したものである。
【００１１】
燃焼制御よりはむしろ冷却空気の導入によって、排気エミッションの最適化の程度が制限されること、および当該技術におけるエミッションが少ないガスタービン燃焼装置の設計では燃焼器の冷却量が重要であることが分かった。従って、当産業において、エミッションが少ないガスタービンエンジン燃焼器／タービンの冷却装置および冷却方法の開発が絶えずなされている。
【００１２】
【発明の開示】
本発明の１つの目的は、改善された冷却方法を使用するエミッションが少ないガスタービン燃焼装置を提供することである。
【００１３】
本発明の他の目的は、燃焼器ライナの冷却に使用される冷媒量がかなり減少するガスタービンエンジン用冷却装置を提供することである。
【００１４】
本発明のまた他の目的は、典型的に燃焼器下流のエンジン高温端部を冷却するために使用される空気の全てを燃焼器の冷却にも使用できるようにする燃焼器／タービンの連続デュアル冷却を提供することである。
【００１５】
一般には、ガスタービンエンジンの燃焼器およびタービン部の冷却方法は、燃焼器壁の背面を冷却するために、燃焼器壁の外側面に衝突する空気流を形成するように加圧された冷却空気を導くとともに、燃焼器壁をさらに冷却するために、空気流の衝突と同時にこの空気流を燃焼器壁の外側面に沿ってタービン部に向かって下流に導き、かつタービン部を冷却するために、燃焼器背面からの放出冷却空気流を利用可能とする構造体を提供することを含む。
【００１６】
本発明の１つの形態では、燃焼器を有するガスタービンエンジン用冷却装置は、ガスタービンエンジンの燃焼器壁に取付可能に設けられた壁を含む。この壁は、燃焼器壁の外側面から実質的に平行に離間されており、これにより、燃焼器壁の外側面を冷却する冷却空気を導くための空気流路が壁と燃焼器壁との間に形成される。背面冷却のために燃焼器壁に冷却空気を衝突させるように、加圧冷却空気の供給源から空気流路に冷却空気を取り入れる手段が設けられている。また、ガスタービンエンジンの燃焼器の下流のタービン部を冷却するように、空気流路から冷却空気を放出する手段も設けられている。冷却空気を取り入れる手段は、壁に設けられるとともに空気流路および燃焼器ケース内のプレナムと流体的に連通する孔を含むことが好ましく、これらの孔を通してプレナムから取り入れられる冷却空気は、空気流路を通って下流に導かれる前に燃焼器壁の外側面に衝突する。冷却空気を放出する手段は、燃焼器背面からの排出冷却空気が高温端部の冷却のために利用可能となるように、空気流路の開口した下流端を含み、これにより、燃焼器背面からの排出冷却空気の全てでかつこの排出冷却空気のみによってタービン部が冷却される。
【００１７】
本発明の好適実施例におけるガスタービンエンジンの燃焼器は、環状の燃焼チャンバを画成する一体型の高温燃焼器壁を含む。高温燃焼器壁は、タービン部に向かって流れる高温の燃焼ガスと接する内側面と、冷却空気と接する外側面と、を備える。ガスタービンエンジンの燃焼器は、さらに、高温燃焼器壁に固定された低温燃焼器壁を含む。低温燃焼器壁は、高温燃焼器壁から実質的に平行に離間されており、冷却空気をタービン部に向かって導くための空気流路が高温壁と低温壁との間に形成される。空気流路および燃焼器ケース内の一次プレナムと流体的に連通する複数の孔が低温燃焼器壁を貫通しており、一次プレナム内の加圧された冷却空気が、これらの孔に流入するとともに、タービン部に向かって空気流路を通って導かれる前に高温燃焼器壁の背面を冷却するように高温燃焼器壁の外側面に衝突する。空気流路は、閉じた上流端と、燃焼器背面からの排出冷却空気がタービン部を冷却するために利用可能となるように開口した下流端と、を有し、これにより、燃焼器背面からの排出冷却空気の全てでかつこの排出冷却空気のみがタービン部品を冷却するために導かれる。
【００１８】
環状の前方低温燃焼器壁が高温燃焼器壁の環状の前方部に固定されるとともに、環状の後方低温燃焼器壁が高温燃焼器壁の環状の後方部に固定されることが好ましい。前方低温燃焼器壁は、環状の上流端で環状のスペーサによって高温燃焼器壁の環状の前方部に固定されており、空気流路の閉じた上流端を形成する。前方低温燃焼器壁の環状の下流端は、ケース構造体に支持されており、空気流路の開口した下流端は、タービン部品を冷却するために燃焼器背面からの放出冷却空気をタービンキャビティ内に放出するように設けられている。環状の後方低温燃焼器壁は、環状の上流端で環状のスペーサによって高温燃焼器壁の後方部に固定されており、空気流路の閉じた上流端を形成する。後方低温燃焼器壁と高温燃焼器壁の環状の後方部との間に形成される空気流路の開口した下流端は、二次プレナムと流体的に連通しており、これにより、燃焼器背面の排出冷却空気がタービン部を冷却するために利用可能となっている。
【００１９】
本発明による燃焼器／タービンの連続デュアル冷却方法および構造体は、圧縮空気が、高温端部の冷却のために下流に分流される前に燃焼器壁の背面を有利に衝突冷却することを可能にし、冷却空気は、燃焼装置内に吸い込まれることなく、燃焼器背面の冷却量がかなり減少するように燃焼器壁とタービン部の冷却のみに使用され、これにより、エミッションが少ないガスタービンエンジンが得られる。
【００２０】
【発明を実施するための最良の形態】
本発明は、燃焼器およびタービンの冷却空気流量を最小化し、これにより排気エミッションを減少させるために、下流の高温端部を冷却するように圧縮空気を分流する前に、燃焼器壁に衝突してその背面を冷却するように圧縮空気を導く、連続デュアル冷却機構の原理に関する。本発明で示す原理は、例示的なエミッションが少ないＳＴ４０ガスタービンエンジン燃焼器の１つの特定の用途に関して説明するが、ガスタービンエンジンの他の用途にも適用可能である。
【００２１】
図１は、ディフューザ１７まで径方向外向きに流れを導くガスタービンエンジンの圧縮部の遠心インペラ段１５を示している。空気流は、続いて、ディフューザパイプ１９によって軸方向に導かれ、これらのディフューザパイプは、当該技術で周知のように空気流速度を減少させるとともに、空気流圧力を増加させるように機能する。このように、高圧の空気流は、燃焼器ケース２２内に画成されるとともに環状の燃焼チャンバ２４を囲む一次環状プレナム２０に導かれる。
【００２２】
図１に示すように、環状プレナム２０内の空気流は、主に矢印２６の方向で燃焼チャンバ２４の周りに導かれる。燃焼チャンバ２４は、この空気流を噴射燃料（図示省略）と混合することにより、空気流の大部分を燃焼過程で使用する。燃焼過程で発生する高温でかつ高圧の排気ガスは、続いて出口ダクト２８に導かれる。排気ガスは、矢印３０で示す流路に沿って流れるとともに、第１の段のステータベーン３２を横切って、第２の段のステータベーン３４と、ブレード３６，３８が取り付けられた第１の段および第２の段のタービンディスクと、をさらに含むタービン部へと流れる。環状のプレナム２０を通過する空気流の一部は、以下で説明する空気のチャネリングによって燃焼器とタービン部の冷却に使用される。
【００２３】
燃焼チャンバ２４は、一体型の高温燃焼器壁４０によって画成され、この高温燃焼器壁４０は、タービン部に向かって流れる高温燃焼ガスと接する内側面４１と、プレナム２０内の冷却空気と接する外側面４３と、を備える。前方低温燃焼器壁４２が、高温燃焼器壁４０の環状の前方部４４に固定されており、この前方低温燃焼器壁４２は、高温燃焼器壁４０の前方部４４との間に空気流路４６が形成されるように、高温燃焼器壁４０から実質的に平行に離間されている。環状の前方低温燃焼器壁４２は、上流端でスペーサ４８によって高温燃焼器壁４０の前方部４４に固定されており、空気流路４６の閉じた上流端を形成する。また、環状の前方低温燃焼器壁４２は、環状の下流端でケース構造体５０に支持されており、タービンのキャビティ５２と流体的に連通する空気流路４６の開口した下流端を形成する。
【００２４】
複数の孔５４が、空気流路４６および一次プレナム２０と流体的に連通するように、環状の前方低温燃焼器壁４２を貫通する。プレナムを通過する空気流の一部は、矢印５６で示すように、加圧の下で環状の前方低温燃焼器壁４２の孔５４を通って空気流路４６内に押し込まれる。環状の前方低温燃焼器壁４２の孔５４を通過する空気流５６は、矢印５４ａで示すように、高温燃焼器壁４０の環状の前方部において高温燃焼器壁４０の外側面４３に衝突し、これにより、高温燃焼器壁４０の前方部の背面が冷却される。燃焼器背面の冷却空気は、矢印５８で示すように、衝突と同時にタービン部に向かって下流に導かれるとともに、空気流路４６の開口した下流端からタービンキャビティ５２内に放出され、当該技術で周知のように空気流路（図示省略）を介してタービン部品、特に第１の段のステータベーン３２と第１の段のディスクに取り付けられたブレード３６を冷却する。
【００２５】
環状の後方低温燃焼器壁６０が、高温燃焼器壁４０の環状の後方部６２で高温燃焼器壁４０に固定されており、この後方低温燃焼器壁６０は、高温燃焼器壁４０との間に空気流路６４が形成されるように、高温燃焼器壁４０から実質的に平行に離間されている。環状の後方低温燃焼器壁６０は、環状の上流端で環状のスペーサ６６によって高温燃焼器壁４０に固定されており、空気流路６４の閉じた上流端を形成する。後方低温燃焼器壁６０の環状の下流端は、環状の燃焼出口ダクト２８の後方部分に連結された環状の支持構造体６８によって支持されている。前方端で環状の後方低温燃焼器壁６０の下流部に連結された環状の独立壁７２が、軸方向後方に延在して燃焼器ケース構造体２２と連結されており、これにより、一次プレナム２０から独立し、かつタービン部を囲む二次プレナム７４が形成される。
【００２６】
複数の孔７６が、環状の後方低温燃焼器壁６０を貫通するとともに、空気流路６４および一次プレナム２０と流体的に連通している。矢印７８で示す一次プレナム２０を通過する空気流の一部は、加圧の下で環状の後方低温燃焼器壁６０の孔７６を通って空気流路６４内に押し込まれるとともに、矢印７６ａで示すように、環状の後方部６２において高温燃焼器壁４０の外側面４３に衝突し、これにより、高温燃焼器壁４０の環状の後方部６２の背面が冷却される。
【００２７】
環状の独立壁７２と連結された箇所よりも下流で、環状の支持構造体６８および／または環状の後方低温燃焼器壁に符号８０，８２として示す孔が設けられている。好ましくは調節可能であるこれらの孔８０，８２は、空気流路６４および二次プレナム７４と流体的に連通している。矢印８４で示す空気流路６４内の燃焼器背面からの排出冷却空気は、オリフィス８０，８２によって形成される空気流路６４の開口した下流端に向かって導かれるとともに、二次プレナム７４内に放出される。二次プレナム７４内の燃焼器背面からの排出冷却空気８４は、特に第１の段のステータベーン３２、第１の段のディスクに取り付けられたブレード３６、およびタービン部の第１の段を囲むシュラウドアセンブリ８６を指すエンジンの高温端部に接近可能となっている。燃焼器背面からの排出冷却空気８４は、第２の段のステータベーン３４、第２の段のディスクに取り付けられたブレード３８、およびタービン部の第２の段を囲むシュラウドアセンブリ８８にも接近可能となっている。タービン部の第１の段および第２の段の両方への接近により、二次プレナム７４内の燃焼器背面からの排出冷却空気８４は、タービン部を冷却するために、加圧の下でこれらのタービン部品を通ってこれらのタービン部品と接するように押し込まれる。上述したタービン部の第１の段および第２の段への接近については、当該技術で周知であるので、ここでは詳細に説明しない。
【００２８】
このような装置では、冷却空気流の全てが冷却回路を通るように押しこまれ、この冷却回路において燃焼器チャンバ２４の高温燃焼器壁４０の背面がこれに衝突する空気流によって冷却されるとともに、排出された背面冷却空気が、続いて高温端部の冷却のために導かれる。最初に燃焼器壁背面の冷却に使用されずに、タービン部の冷却のために導かれる冷却空気は存在しない。さらに、背面からの排出冷却空気は、全てタービン部の冷却に使用され、かつ背面からの排出冷却空気が燃焼器チャンバ２４に流入して排気エミッションに影響を与えることがない。
【００２９】
本発明の上述の実施例の変更および改良は、当業者には明らかであろう。上述の説明は、限定的ではなく例示的である。従って、本発明の範囲は、請求の範囲のみによって限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の好適実施例を含むガスタービンエンジンの燃焼部およびタービン部の軸方向部分断面図である。
【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年7月19日(2002.7.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼器を有するガスタービンエンジン用冷却装置であって、
前記ガスタービンエンジンの燃焼器壁の外側面を冷却するために、壁と前記燃焼器壁との間に冷却空気を導く空気流路が形成されるように、前記燃焼器壁の外側面から実質的に平行に離間された状態で該燃焼器壁に取付可能に設けられた壁と、
前記燃焼器壁に冷却空気を衝突させて該燃焼器壁の背面を冷却するために、加圧された冷却空気供給源から前記空気流路に冷却空気を取り入れる冷却空気取入手段と、
前記ガスタービンエンジンの燃焼器の下流のタービン部を冷却するために、前記空気流路に流入した全ての冷却空気を放出する冷却空気放出手段と、を含むことを特徴とするガスタービンエンジン用冷却装置。
【請求項２】
前記冷却空気取入手段は、前記壁に設けられるとともに前記空気流路および燃焼器ケース内のプレナムと流体的に連通する孔を含み、これらの孔を通して前記プレナムから取り入れられる冷却空気が、前記空気流路を通して下流に導かれる前に前記燃焼器壁の外側面に衝突することを特徴とする請求項１記載のガスタービンエンジン用冷却装置。
【請求項３】
前記冷却空気放出手段は、前記燃焼器の背面からの排出冷却空気が高温端部を冷却するために利用可能となるように、前記空気流路の開口した下流端を含み、これにより、前記燃焼器の背面からの排出冷却空気の全てでかつこの排出冷却空気のみによって前記タービン部が冷却されることを特徴とする請求項２記載のガスタービンエンジン用冷却装置。
【請求項４】
前記空気流路の上流端が閉じていることを特徴とする請求項２記載のガスタービンエンジン用冷却装置。
【請求項５】
タービン部に向かって流れる高温燃焼ガスと接する内側面と、冷却空気と接する外側面と、を備える環状の燃焼チャンバを画成する一体型の高温燃焼器壁と、
冷却空気をタービン部に向かって導く空気流路が、前記高温燃焼器壁との間に形成されるように、前記高温燃焼器壁から実質的に平行に離間された状態で該高温燃焼器壁に固定された低温燃焼器壁と、
一次プレナム内の加圧された冷却空気が、前記空気流路を通って前記タービン部に向かって導かれる前に、前記高温燃焼器壁の背面を冷却するために孔に流入して該高温燃焼器壁の外側面に衝突するように、前記低温燃焼器壁を貫通するとともに前記空気流路および燃焼器ケース内の一次プレナムと流体的に連通する複数の孔と、
前記空気流路の閉じた上流端と、前記燃焼器の背面からの排出冷却空気が前記タービン部を冷却するために利用可能となるように設けられた前記空気流路の開口した下流端と、を含み、これにより、前記燃焼器の背面からの排出冷却空気の全てでかつこの排出冷却空気のみがタービン部品を冷却するために導かれ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６】
前記低温燃焼器壁は、前記高温燃焼器壁の環状の前方部に固定された環状の前方低温燃焼器壁を含むことを特徴とする請求項５記載のガスタービンエンジンの燃焼器。
【請求項７】
前記前方低温燃焼器壁は、前記空気流路の閉じた上流端を形成するように、環状の上流端で環状のスペーサによって前記高温燃焼器壁の環状の前方部に固定されていることを特徴とする請求項６記載のガスタービンエンジンの燃焼器。
【請求項８】
前記前方低温燃焼器壁は、環状の下流端でケース構造体に支持されており、前記空気流路の開口した下流端は、前記燃焼器の背面からの排出冷却空気をタービンキャビティ内に放出するように設けられていることを特徴とする請求項６記載のガスタービンエンジンの燃焼器。
【請求項９】
前記低温燃焼器壁は、前記高温燃焼器壁の環状の後方部に固定された環状の後方低温燃焼器壁を含むことを特徴とする請求項５記載のガスタービンエンジンの燃焼器。
【請求項１０】
前記後方低温燃焼器壁は、前記空気流路の閉じた上流端を形成するように、環状の上流端で環状のスペーサによって前記高温燃焼器壁の後方部に固定されていることを特徴とする請求項９記載のガスタービンエンジンの燃焼器。
【請求項１１】
前記空気流路の開口した下流端は、前記タービン部を囲む二次プレナムと流体的に連通しているとともに、前記タービン部を冷却するために該タービン部およびその内部とも連通していることを特徴とする請求項９記載のガスタービンエンジンの燃焼器。
【請求項１２】
燃焼器壁の背面を冷却するために、該燃焼器壁の外側面に衝突する空気流を形成するように加圧された冷却空気を導くとともに、
空気流の衝突と同時に、この空気流を前記燃焼器壁の外側面に沿ってタービン部に向かって下流に導き、
かつタービン部を冷却するために、燃焼器の背面からの排出冷却空気流を利用可能とする構造体を提供することを含むことを特徴とするガスタービンエンジンの燃焼器およびタービン部の冷却方法。
【請求項１３】
前記燃焼器壁の外側面に衝突する空気流は、加圧された冷却空気が、該燃焼器壁の外側面から離間された有孔壁の孔を通って流れることによって形成されることを特徴とする請求項１２記載のガスタービンエンジンの燃焼器およびタービン部の冷却方法。
【請求項１４】
空気流の衝突と同時に、この空気流は、前記燃焼器壁と前記有孔壁との間に形成された空気流路を通って下流に導かれることを特徴とする請求項１３記載のガスタービンエンジンの燃焼器およびタービン部の冷却方法。
【請求項１５】
前記燃焼器の背面からの排出冷却空気流は、タービン部品を冷却するために、前記タービン部のキャビティに取り入れられることを特徴とする請求項１４記載のガスタービンエンジンの燃焼器およびタービン部の冷却方法。
【請求項１６】
前記燃焼器の背面からの排出冷却空気流は、タービン部品を冷却するために、前記タービン部を囲むとともに該タービン部の内部と連通するプレナムに取り入れられることを特徴とする請求項１４記載のガスタービンエンジンの燃焼器およびタービン部の冷却方法。
【国際調査報告】
2004514873.tif 000023
2004514873.tif 000024
2004514873.tif 000025