(57)【要約】【課題】冷却空気を乱すフィーチャ周囲の冷却層機能を改善して、冷却空気の必要量を実質的に増加することなく、温度分布の不均一や望ましくない温度レベルを除去する燃焼器ライナーを提供する。【解決手段】燃焼器アッセンブリは燃焼室を画定する内部と外部のライナーを備える。内部、外部ライナーは特定の間隔を置いて配列される複数の冷却空気開口を備える。冷却空気開口は特定の傾斜角と周方向角を有する。第１のグループの冷却空気開口は一定の幾何学的パターンと密度で離間している。第１のグループと、ライナー内のある構造的フィーチャとの間に設けられる第２のグループは不規則なパターンに配置されるが、その開口密度は第１のグループの開口密度と同じである。不規則な冷却空気開口の配置が局部的な乱れや熱特性に適応して冷却流効果を向上する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの表面のフィーチャを有する内面を含むライナーと、
上記ライナーに形成される、該ライナーの表面に対して第１の周方角と第１の傾斜角を有し、上記表面のフィーチャから離間した位置にある第１のグループの冷却空気取開口と、
上記第１のグループの冷却空気開口と、上記表面のフィーチャとの間の領域内に配置され、各々が上記第１の周方向角とは異なる第２の周方向角と、上記第１の傾斜角と等しい第２の傾斜角で配置される、第２のグループの冷却空気開口と、
を有することを特徴とする、ライナーアッセンブリ。
【請求項２】
前記表面のフィーチャが、前記ライナーアッセンブリを介して流れを放出させる開口からなり、前記第２の周方向角が、上記開口の近傍の前記第２のグループの冷却空気開口のそれぞれの周方向角とは異なることを特徴とする、請求項１記載のアッセンブリ。
【請求項３】
前記開口が円形であり、前記第２のグループの冷却空気開口の少なくとも一部が前記開口の外周に対して実質的に外接する周方向角を含むことを特徴とする、請求項２記載のアッセンブリ。
【請求項４】
前記第２のグループの冷却空気開口の少なくとも一部が、前記開口の外周に隣接して配置されることを特徴とする、請求項３記載のアッセンブリ。
【請求項５】
前記表面のフィーチャがレールからなり、前記第２のグループの冷却空気開口が前記レールを横切って配置されることを特徴とする、請求項１記載のアッセンブリ。
【請求項６】
前記レールが外周を画定し、前記第２のグループの冷却空気開口が少なくとも部分的に上記外周の内側に配置されることを特徴とする、請求項５記載のアッセンブリ。
【請求項７】
前記第２のグループの冷却空気開口の少なくとも一部が、前記レールの外周に対して設けられた周方向角を有することを特徴とする、請求項５記載のアッセンブリ。
【請求項８】
前記表面のフィーチャが直線状のフランジからなり、前記第２のグループの冷却空気開口が前記第１の周方向角とは異なる、一定の周方向角を有することを特徴とする、請求項１記載のアッセンブリ。
【請求項９】
前記第１のグループの冷却空気開口が、周方向と軸方向とにおいて実質的に均等な間隔を有し、前記第２のグループの冷却空気開口は、周方向と軸方向とにおいて実質的に不均等な間隔を有することを特徴とする、請求項１記載のアッセンブリ。
【請求項１０】
ガス流路を画定し、かつ、表面内に局部的な温度の不均一性を生じさせる構造的フィーチャを備える表面と、
第１の開口密度を画定するよう離間しており、それぞれが長手方向軸に対する第１の傾斜角と、該長手方向軸を横切る第１の周方向角とを有する、第１の複数の冷却空気開口と、
上記第１の複数の冷却空気開口と、上記構造的フィーチャとの間に配置された第２の複数の冷却空気開口であり、該第２の複数の冷却空気開口は、上記第１の開口密度と実質的に等しい開口密度で間隔が空けられており、上記第２の複数の冷却空気開口のそれぞれは、前記第１の傾斜角と実質的に等しい第２の傾斜角と、前記第１の周方向角とは異なる第２の周方向角とを有する、第２の複数の冷却空気開口と、
を有することを特徴とする、ガスタービンエンジン用のライナーアッセンブリ。
【請求項１１】
前記第２の周方向角が、前記構造的フィーチャに対して設けられることを特徴とする、請求項１０記載のアッセンブリ。
【請求項１２】
前記構造的フィーチャは開口からなり、前記第２の周方向角がその開口の外周に対して外接するように設けられることを特徴とする、請求項１１記載のアッセンブリ。
【請求項１３】
前記構造的フィーチャがレールからなり、前記第２の周方向角がそのレールに対して平行に設けられることを特徴とする、請求項１１記載のアッセンブリ。
【請求項１４】
前記構造的フィーチャがレールからなり、前記第２の周方向角がそのレールを横切るように設けられることを特徴とする、請求項１３記載のアッセンブリ。
【請求項１５】
前記構造的フィーチャが継ぎ目からなり、前記第２の周方向角がその継ぎ目に対して角度を有するよう設けられることを特徴とする、請求項１１記載のアッセンブリ。
【請求項１６】
前記継ぎ目の近傍の冷却空気開口が前記継ぎ目の両側において該継ぎ目に対して線対称となるよう、対向する角度で配置されることを特徴とする、請求項１５記載のアッセンブリ。
【請求項１７】
ライナー表面の構造的フィーチャ近傍におけるライナー表面温度を制御する方法であって、該方法は、
ａ）第１の開口密度を有する第１の複数の冷却空気開口を介して第１の冷却空気流を生じさせるステップと、
ｂ）上記第１の複数の冷却空気開口と構造的フィーチャとの間に配置された第２の複数の冷却空気開口を介して第２の冷却空気流を生じさせるステップと、
ｃ）第２の複数の冷却空気開口のそれぞれの周方向角を構造的フィーチャに対して選択的に配向するステップと、
ｄ）第２の複数の冷却空気開口内で第１の開口密度を維持するステップと、
を有することを特徴とする、方法。
【請求項１８】
第１の複数の冷却空気開口と第２の複数の冷却空気開口のそれぞれの傾斜角を実質的に一定の方向で配向するステップを含むことを特徴とする、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
第２の複数の冷却空気開口の周方向角を構造的フィーチャに外接するように配向するステップを含むことを特徴とする、請求項１７記載の方法。
【請求項２０】
第２の複数の冷却空気開口の周方向角を構造的フィーチャに対して垂直に配向するステップを含むことを特徴とする、請求項１８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用の燃焼器ライナーに関する。より詳細には、本発明は燃焼器ライナーの、冷却空気流を乱すフィーチャ（ｆｅａｔｕｒｅ、輪郭形状）の近傍で所望の冷却空気流れを与えるための冷却孔形態に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、ガスタービンエンジン用の燃焼器モジュールは、外部ケーシングと内部ライナーとを備える。ライナーとケーシングは、圧縮空気の通路を形成するよう、径方向に離間している。ライナーは燃焼室を形成し、燃焼室内では圧縮空気が燃料と混合されて点火される。ライナーは、高温の燃焼ガスにさらされる高温面と、ライナーとケーシングとの間に形成される通路に面する低温面とを有する。ライナーは、単一壁あるいは二重壁構造、単片構造、あるいは、別個の複数の熱シールド、パネル、タイルなどの形態を有するセグメント構造とすることもできる。
【０００３】
極度の燃焼温度からライナーの高温面を断熱する冷却空気の薄層は、通常、複数の冷却孔から供給される。ライナーは又、燃焼プロセスに供給される圧縮空気を導入する、冷却孔よりはるかに大きい別の開口部を備える。冷却空気の薄層は、そのより大きな開口部周囲の流れによって妨害されて、その結果、その大きな開口部に隣接するライナーの温度が上昇する可能性がある。さらに、ライナーは、冷却空気流を妨害して温度を上昇させる、継ぎ目やレールなどの他の構造的フィーチャを有する。ライナーにおける温度上昇や不均一な温度分布は、ライナーの効率、完全性、及び寿命を低下させるライナー材料の望ましくない酸化、被膜の損傷、あるいは熱歪みを促進する可能性がある。
【０００４】
冷却空気流を妨害し得る、そのような大きな開口部や他のフィーチャ周囲の冷却孔を、密度の異なるグループに分けて配置することは知られている。大きな開口部と他のフィーチャ周囲の冷却孔の数を増やすことによって、これらの領域で優先的に空気流が増加し、所望の冷却空気流を維持するのにいく分有効である。
【０００５】
欠点として、そのような開口部や他の妨害形状の周囲の増大された冷却空気流は、燃焼器ライナーに供給された限られた量の冷却空気の大部分を利用する。大きな開口部や妨害部分周囲の限られた領域における冷却空気流の所要量が増加することによって、ライナーアッセンブリの残りの部分で利用可能な冷却空気流の総量が減少する。冷却空気流の量は燃焼器ライナーの設計によって制限されるため、冷却空気流必要量の増加は他の設計および性能要求に影響を及ぼす可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、冷却空気流の所要量を実質的に増加することなく、不均一な温度分布や望ましくない温度レベルを排除する、冷却空気流妨害構造周囲の冷却層の特徴を改善する燃焼器ライナーの開発が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による、燃焼器アッセンブリの例は、燃焼器ライナーをフィルム冷却するための、流れを乱す構造に対して優位になるように配向された複数の冷却孔を備える。
【０００８】
本発明による燃焼器ライナーは、冷却空気流を乱す特定の構造的フィーチャに適応する、周方向の角度が異なるいくつかの冷却孔を備え、概ね均一な密度で設けられた冷却孔のグループを利用する。例の燃焼器ライナーアッセンブリは、冷却空気流と冷却空気の層を形成する第１の合成角でライナーを貫通する、燃焼器ライナー内の第１の複数の冷却孔を備える。各冷却孔の合成角は、第１の周方向の角度成分と、第１の傾斜角成分とを有する。第１のグループの冷却孔は、冷却空気流に影響を与える構造的フィーチャから離間した領域において燃焼器ライナー全体に分布される。第１のグループの冷却孔のそれぞれは、実質的に共通する周方向の角度成分と傾斜角成分とを有する共通の合成角を有する。
【０００９】
第２のグループの冷却孔は、冷却空気流に影響を与える構造的フィーチャに隣接して、構造的フィーチャに対して第２の合成角で配置される。第２のグループの冷却孔は、最も近い構造的フィーチャに対応する第２の周方向の方向を有する。第２のグループの冷却孔のそれぞれは又、第１のグループの冷却孔の傾斜角と実質的に同一の傾斜角を有する。第２のグループの冷却孔は、冷却空気流の必要量を著しく増大することなく、所望の壁温度を維持し、かつ、冷却フィルム効果を増大する、不均一で、構造的フィーチャに特定的な冷却空気流をもたらす冷却孔の配置を提供するべく、ライナーアッセンブリ内で構造的形状（フィーチャ）を取り囲む。
【００１０】
従って、ライナーアッセンブリの特定の構造的フィーチャに隣接する領域の、不均一な冷却孔の配列により、冷却空気必要量を増大させることなく、特定の構造的フィーチャの周囲で冷却フィルム効果を増強する、向上した冷却空気流が促進される。
【００１１】
本発明のこれら、及びその他の特徴は以下の詳細な説明並びに図面から最良に理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１を参照すると、タービンエンジンアッセンブリ１０は、ファンと、燃焼器１４に圧縮空気を供給する圧縮機１２とを有する。圧縮空気は燃料と混合されて、高温ガスを生成するよう燃焼器内で点火され、この高温ガスはタービン１６を通るよう送られる。タービンエンジンアッセンブリ１０の概略図は、説明を目的とするものであって、その他のタービンエンジンアッセンブリも又、本発明の開示から利益を受けるであろう。
【００１３】
図２を参照すると、燃焼器１４は二重壁ライナーアッセンブリ１５を有する。ライナーアッセンブリ１５は、内部シェル２２と外部シェル２４とを備える。外部シェル２４と内部シェル２２は、内部熱シールド２６と外部熱シールド２８とから、径方向において離間されている。内部シェル２２と外部シェル２４とは、外部熱シールド２８と内部熱シールド２６との間に空気通路２０を画定するよう、径方向におけるある距離、離間している。
【００１４】
図示した例の燃焼器アッセンブリは、軸１８を中心に環状に配置されている。シェル２２，２４と、熱シールド２６，２８との間の径方向の距離により、空気通路２０が画定されている。冷却空気３６は、熱シールド２６，２８を冷却するよう、通路２０を通って流れる。熱シールド２６，２８は、前方端においてドームプレート、即ち、隔壁アッセンブリ２５に取り付けられている。燃焼室３４は、熱シールド２６，２８によって画定されており、燃焼ガスの放出を可能にするよう後方端２７で開放されている。
【００１５】
冷却空気の層は、熱シールド２６，２８の高温面４６，４２に沿って供給される。冷却空気３６は、低温面４８，４４から、それぞれの熱シールド２６，２８を通って、燃焼室３４内の高温面４６，４２へと伝えられる。冷却空気の層は、熱シールド２６，２８を断熱するよう、高温面４２，４６に沿って後方端２７に向かって流れる。
【００１６】
熱シールド２６，２８のそれぞれは、複数の開口と、別の構造的フィーチャを有する。これらの開口は、希釈空気開口３２と、冷却空気開口３０とを備える。冷却空気開口３０は、熱シールド２６，２８内に配置されて、冷却空気の断熱層を形成する空気を伝えるよう設けられる。他方の開口は、燃焼プロセスを促進するよう空気を供給する、希釈開口３２を包含する。希釈開口３２は冷却空気開口３０よりもはるかに大きい。希釈開口３２を通る空気流は、熱シールド２８，２６に沿って流れる冷却空気流を乱す場合がある。
【００１７】
図３を参照すると、内部熱シールド２６は、高温面４２と低温面４４とを有する。冷却空気３６（図２）は、低温面４４から高温面４２へ流れる。希釈開口３２は、冷却空気開口３０よりはるかに大きい。さらに、熱シールド２６部分内には、レールアッセンブリ３８と継ぎ目４０がある。レールアッセンブリ３８と継ぎ目４０は、熱シールド２６の均一な温度を維持する際に問題を引き起こす、ライナーアッセンブリ中の材料厚さが不均一な領域である。
【００１８】
冷却空気開口３０は、熱シールド２６内において、実質的に均一な幾何学的パターンと密度で分布されている。しかしながら、希釈開口３２、レールアッセンブリ３８、あるいは継ぎ目４０などの様々な構造的フィーチャに近接した場所では、冷却空気開口３０は、ライナーアッセンブリ１５のこれらフィーチャに隣接して冷却空気流３６を促進するよう、不均一に分布されている。
【００１９】
冷却空気開口３０の第１のグループ５８は、第１の領域６０内において概ね均等な幾何学的パターンで配置される。第１の領域６０は、レール３８や希釈開口３２などの構造的フィーチャのいずれか一方に隣接していない、熱シールド２６内の全ての領域を包含する。第２の領域６４は、第１の領域６０と希釈開口３２との間に位置する。
【００２０】
冷却空気開口３０のそれぞれは、内部熱シールド２６の低温面４４から高温面４２に向かって、角度を有する配向で配置される。この角度を有する配向により、冷却空気流３６が方向を有する流れとなり、それにより高温面４２に沿った空気の断熱層を発生させることができる。冷却空気開口３０のそれぞれは、傾斜角５４と周方向角５６を含む合成角で配置される。傾斜角５４は、燃焼器アッセンブリ１４の長手方向軸５０に対して設けられる。周方向角５６は、軸５０を横断する横軸、即ち、周方向軸５２に対して設けられる。ここで、周方向軸５２は軸５０に対して垂直であり、軸１８に対して平行である。従って、冷却空気開口３０のそれぞれは、熱シールド２６内において、長手方向軸５０と周方向軸５２のそれぞれの対する角度成分を含む合成角で配置される。傾斜角５４と周方向角５６を調整することにより、高温面４２に沿った領域全体にわたって空気流を方向付けることができる。
【００２１】
図４Ａを参照すると、内部熱シールド２６内に配置される冷却空気開口３０の拡大概略図が示されている。冷却空気開口３０は、符号５４で示す傾斜角で配置されている。傾斜角５４は、約１５〜４５度の範囲にあることが好ましい。より好ましくは、傾斜角５４は、２０〜３０度の範囲にある。本発明によるライナーアッセンブリ１５内に配置される冷却空気開口３０に関して、冷却空気開口３０の特定の傾斜角が維持される。
図４Ｂを参照すると、冷却孔３０のそれぞれは又、軸１８を横断する周方向角、即ち、時計回り方向角５６で配置されている。時計回り方向角５６は、軸５２に対して９０度まで可変である。
【００２２】
冷却空気開口３０は、おおよそ０．０２〜０．０３インチ（０．５０８ｍｍ〜０．７６２ｍｍ）の口径を有し、周方向及び軸方向において、２個〜１０個分の口径を空けて配置される。軸方向と周方向において同様の間隔を空けることにより、幾何学的に一定のパターンが形成される。規則的かつ反復的な上記冷却空気開口の間隔は、ライナーアッセンブリの様々な領域で良好に機能する。しかしながら、冷却空気開口の効果が損なわれ得るような、希釈空気開口３２や、レール３８や、継ぎ目４０などの構造的フィーチャの近傍に位置するライナーアッセンブリの領域においては、冷却空気開口を異なる角度で配向することが必要である。これらの領域においては、冷却空気開口を不規則に配列することにより、希釈空気開口３２、レール３８、及び継ぎ目４０付近の熱シールド２６の温度を制御する。
【００２３】
図５と図６を参照すると、希釈空気開口３２などの大きな開口を流れる圧縮空気流が、高温面４２に沿って三次元の空気流を形成することがわかる。符号３７で概略的に示す三次元の空気流は、内部と外部の熱シールド２６，２８の表面に隣接する冷却空気流３６を乱す。希釈空気開口３２を通る空気流３７は、冷却空気流３６を停滞させて、符号３９で示す三次元的な再循環流を発生させる。三次元的な再循環流は、大きな希釈空気開口３２付近の表面領域から冷却空気流３６を排除し、冷却空気開口３０から、あるいは冷却空気開口３０へ、冷却空気流を局部的に押し下げたり、吸い上げたりする。これらの要因により、構造的フィーチャと希釈空気開口３２周囲の冷却効果が低減される。上流の空気流３６が、空気流３７の周囲で相当な勢いで移動して、冷却効果を低減する、複雑な勾配を形成する。
【００２４】
図７を参照すると、ライナーアッセンブリ１５は、冷却空気流を乱す可能性のある構造的フィーチャ付近における不規則な冷却空気開口３０のグループを備える。冷却空気開口３０の第１のグループ５８は、第１の領域６０内に配置されている。第１の領域６０は、空気流を乱す構造的フィーチャに隣接していない熱シールド２６，２８内における、ライナーアッセンブリ１５全体にわたって位置し、冷却空気開口３０の大部分を備える。第１の領域６０の第１のグループ５８では、冷却空気開口３０は、一定かつ反復的な幾何学的パターンで配置されている。第１のグループ５８内の冷却空気開口３０のそれぞれは、同一の傾斜角５４と周方向角５６を有する。
【００２５】
第１のグループ５８の冷却空気開口３０の傾斜角５４と周方向角５６は、熱シールド２６，２８の高温面４２に沿った冷却空気流を所望する方向の流れにする。
【００２６】
第１のグループ５８と、レール３８及びフランジ７２などの構造的フィーチャとの間には、冷却空気開口３０の第２のグループ６２がある。第２のグループ６２は、第１の領域６０と希釈空気開口３２との間の第２の領域６４中に配置されている。希釈空気開口３２は、希釈開口部３２近傍の厚さを増加させるグロメット３５が付随する場合が多い。グロメット３５は、希釈空気流の断熱チャンバーと、ライナーと熱シールドとの間のチャンバーのシーリングと、ライナーと熱シールドとの間の空隙を保持するための離隔体として機能する。第２の領域６４では、第２のグループの冷却空気開口３０は、第１のグループ５８の傾斜角５４に等しい傾斜角５４を有する。
【００２７】
第２のグループ６２の冷却空気開口３０の周方向角は、第１のグループ５８における周方向角とは異なる。第２のグループ内における周方向角は、冷却空気開口３０のそれぞれが、希釈空気開口３２の外周６３に対する接線の方向で配置されるように設けられる。接線の方向にある冷却空気開口３０により、希釈空気開口３２の外周６３周囲に、方向的に不規則な、即ち、周方向の冷却空気流が提供される。希釈空気開口３２近傍の、方向を有する冷却空気流３６は、熱シールド２６内を均一な温度にする冷却空気流を所望通りに調整する。
【００２８】
第３の領域６６は、第１の領域６０とレール３８との間に位置する。レール３８も又、第１のグループ６０を基準としかつこれと比較して、選択的かつ不均一な冷却が必要とされる。第３のグループは、第１の領域６０とレール３８との間に配置されている。第３のグループでは、冷却空気開口３０は、レール３８に沿って一定の周方向角で配置されている。第３のグループ６８の冷却空気開口３０の周方向角は、第１のグループ６０における場合とは異なる。第３のグループ６８の冷却空気開口３０周方向角は、レールを横断するよう冷却空気流３６を方向付けるために、レール３８に対して実質的に平行である。
【００２９】
第４のグループ７２は、第１のグループ６０と継ぎ目４０との間に位置する第４の領域７０内に配置されている。継ぎ目４０を中心として、冷却空気開口３０のそれぞれは、相互に隣接する冷却空気開口３０とは異なる周方向角で交互に配置されている。図示する実施態様では、冷却空気開口３０のそれぞれは、継ぎ目４０の外側の境界と交差する角度で配置されている。交互に配置された一方の冷却空気開口３０は、継ぎ目４０に対して対向するように配置された他方の冷却空気開口３０の周方向角とは、継ぎ目４０を中心に線対称となるような周方向角で配置されている。冷却空気開口３０の角度の互い違いのパターンによって、第１のグループ５８の開口密度と実質的に等しい開口密度で、冷却空気流３６が継ぎ目４０に沿って長手方向に供給される。これにより、継ぎ目４０の領域内における不均一な厚さに必要とされる冷却空気を、選択的に方向付けることができる。
【００３０】
周方向かつこれら不均一な領域において選択的に配置された冷却空気開口３０は、１８０度まで可変である。これら開口の傾斜角は隣接するグループのそれと同様であり、±５度の許容誤差内である。同じ口径径と、傾斜角に対する最小限度の変化を利用することによって、さらに別の機械加工作業を行うことなく、機械加工作業を連続して行うことが可能になる。さらにはこれにより、大きな希釈空気開口３２によって生じた三次元流への適応性に加えて、レール３８や継ぎ目４０付近の増加した質量に適応した増大した冷却効果が得られる。
【００３１】
本発明の好ましい実施例を開示してきたが、当業者であれば、発明の範囲内における一定の変更が可能であることを理解するであろう。このため、本発明の真の範囲および内容を確認するために特許請求の範囲を検討すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明によるタービンエンジンアッセンブリの概略図。
【図２】本発明による燃焼器アッセンブリの概略的な断面図。
【図３】本発明による内部ライナーアッセンブリの一部を示す概略図。
【図４Ａ】本発明によるライナー壁内で角度を有する冷却空気開口の概略図。
【図４Ｂ】本発明によるライナー壁内で周方向の角度を有する冷却空気開口の概略図。
【図５】本発明によるライナー壁内の開口を通る、三次元の流れの効果を示す概略図。
【図６】本発明による希釈空気開口周囲の冷却空気流を示す別の概略図。
【図７】本発明によるライナーアッセンブリの一部を示す概略図。
【符号の説明】
【００３３】
１０…タービンエンジンアッセンブリ
１８…軸
２６…内部熱シールド
３０…冷却空気開口
３２…希釈空気開口
３６…冷却空気
３８…レールアッセンブリ
４０…継ぎ目
４２…高温面
４４…低温面
５０…長手方向軸
５２…周方向軸
５４…傾斜角
５６…周方向角
５８…第１のグループ
６０…第１の領域
６２…第２のグループ
６４…第２の領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
2007163130.tif 000005
【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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