(57)【要約】      （修正有）【課題】ガスタービンエンジンの逆流燃焼装置に関し、特に、逆流燃焼装置の最適化形態を有するガスタービンエンジンを提供する。【解決手段】高圧コンプレッサと、単段高圧タービンと、多段低圧タービンと、逆流燃焼器ユニットとを含むガスタービンエンジン。逆流燃焼器ユニットは、燃焼器ライナー組立体と、燃焼器ドーム組立体と、複数の直線シャフト型の燃料インゼクタとを有する。燃焼器ライナー組立体は、内側ライナー及び外側ライナーを有する。内側ライナーは、単段高圧タービンを取り囲み、外側ライナーは、内側ライナーの半径方向外方に位置し、内側ライナーを少なくとも部分的に取り囲む。燃焼器ドーム組立体は、内側ライナーと外側ライナーとの間で結合され、その間に燃焼室を画定する。複数の直線シャフト型の燃料インゼクタは、燃焼器ドーム組立体に結合され、各燃料インゼクタは、入口と、出口と、これらの間を延びる直線状の燃料通路とを有する。【選択図】図２
2007292075.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボファンガスタービンエンジン（１００）であって、
第１の駆動力を受け取るように結合され、駆動力の受け取り時に、圧縮空気の流れを供給するように作動できる高圧コンプレッサ（１２４）と；
燃焼ガスを受け取るように結合され、その受け取り時に、（i）第１の駆動力を高圧コンプレッサ（１２４）に供給するように、及び（ii）タービン排気ガスの流れを供給するように作動できる単段高圧タービン（１２８）と；
単段高圧タービン（１２８）からタービン排気ガスを受け取るように結合され、その受け取り時に、第２の駆動力を供給するように作動できる多段低圧タービン（１３２）と；
単段高圧タービン（１２８）の半径方向外方及び多段低圧タービン（１３２）軸方向上流側に位置する環状の逆流燃焼器ユニット（１２６）と；を含み、
逆流燃焼器ユニット（１２６）は、
単段高圧タービン（１２８）を取り囲む内側ライナー（１４６）、及び内側ライナー（１４６）の半径方向外方に位置しこの内側ライナーを少なくとも部分的に取り囲む外側ライナー（１４８）を有する燃焼器ライナー組立体（１４０）と；
内側ライナー（１４６）と外側ライナー（１４８）との間に燃焼室（１５０）を画定するように結合され、高圧コンプレッサ（１２４）から供給される圧縮空気の流れを受け取るように流体結合された燃焼器ドーム組立体（１４２）と；
燃焼器ドーム組立体（１４２）に結合された複数の直線シャフト型の燃料インゼクタ（１４４）と、を有し、
各燃料インゼクタ（１４４）が、少なくとも燃料の流れを受け取るようにされた入口（１５２）と、燃焼室（１５０）に流体結合された出口（１５４）と、これらの出入口間を延びる直線状の燃料通路（１５６）とを有することを特徴とするターボファンガスタービンエンジン。
【請求項２】
前記単段高圧タービン（１２８）が回転軸線（１６０）のまわりで回転するように形状づけられ；直線シャフト型の燃料インゼクタ（１４４）が対称軸線（１６２）を有し；対称軸線（１６２）が単段高圧タービン（１２８）の回転軸線（１６０）に対して平行ではない；ことを特徴とする請求項１のターボファンガスタービンエンジン（１００）。
【請求項３】
燃焼器ユニット（１２６）上に位置する複数のネジ部（１７２）と；燃焼器ユニット（１２６）のネジ部（１７２）を介して直線シャフト型の燃料インゼクタ（１４４）を燃焼器ユニット（１２６）に固定するために、直線シャフト型の燃料インゼクタ（１４４）上に位置する対応するネジ部（１７２）と；を更に有することを特徴とする請求項１のターボファンガスタービンエンジン（１００）。
【請求項４】
前記燃焼器ドーム組立体（１４２）が実質上円錐状の形状を有することを特徴とする請求項１のターボファンガスタービンエンジン（１００）。
【請求項５】
燃焼器ライナー組立体（１４０）の外側ライナー（１４８）の半径方向外方に位置し、この外側ライナーを少なくとも部分的に取り囲む燃焼器ケーシング（１６４）を更に有することを特徴とする請求項１のターボファンガスタービンエンジン（１００）。
【請求項６】
前記燃焼器ケーシング（１６４）及び燃焼器ライナー組立体（１４０）の外側ライナー（１４８）が高圧コンプレッサ（１２４）から燃焼室（１５０）への圧縮空気の流れのための通路（１６６）を画定することを特徴とする請求項５のターボファンガスタービンエンジン（１００）。
【請求項７】
前記直線シャフト型の燃料インゼクタ（１４４）が燃焼器ケーシング（１６４）に結合されることを特徴とする請求項５のターボファンガスタービンエンジン（１００）。
【請求項８】
前記直線シャフト型の燃料インゼクタ（１４４）を燃焼器ユニット（１２６）に固定するように形状づけられた１又はそれ以上のフランジ（１６８）を更に有することを特徴とする請求項１のターボファンガスタービンエンジン（１００）。
【請求項９】
前記フランジ（１６８）が複数のボルト（１７０）により直線シャフト型の燃料インゼクタ（１４４）を燃焼器ユニット（１２６）に固定するように形状づけられることを特徴とする請求項８のターボファンガスタービンエンジン（１００）。
【請求項１０】
前記フランジ（１６８）が差込み式のフランジであることを特徴とする請求項８のターボファンガスタービンエンジン（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般にガスタービンエンジンの逆流燃焼装置（reverse flow combustion system）に関し、特に、逆流燃焼装置の最適化形態（optimized configuration）を有するガスタービンエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]ガスタービンエンジンは種々の形式の車両及び装置に動力を与えるために使用することができる。航空機に動力を与えるために使用できる特定の形式のガスタービンエンジンはターボファンガスタービンエンジンである。ターボファンガスタービンエンジンは例えば５つの主要な区分、即ち、ファン区分、コンプレッサ区分、燃焼器区分、タービン区分及び排気区分を有することができる。ファン区分はエンジンの前部即ち「入口」区分に位置し、周囲環境からエンジン内へ空気を導入し、この空気の一部をコンプレッサ区分に向かって加速させるファンを有する。ファン区分へ導入された空気の残りの部分はバイパスプレナム内で及びこれを通して加速され、排気区分から流出する。
【０００３】
[0003]コンプレッサ区分はファン区分から受け取った空気の圧力を比較的高いレベルへと上昇させる。多スプールエンジンにおいては、コンプレッサ区分は２又はそれ以上のコンプレッサを有することができる。コンプレッサ区分からの圧縮された空気は次いで燃焼器区分へ入り、そこで、燃料ノズルのリングが燃料の定常ストリームを射出する。射出された燃料はバーナーにより点火され、圧縮空気のエネルギを大幅に増大させる。
【０００４】
[0004] 燃焼器区分からの高エネルギの圧縮空気は次いでタービン区分へ流入してそこを通って流れ、回転自在に装着されたタービンブレードを回転させ、エネルギを発生させる。タービン区分を出た空気は排気区分を介してエンジンから排気され、この排気空気中に残ったエネルギはバイパスプレナムを通って流れる空気により発生するスラストを補助する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
[0005]性能要求が増大するにつれて、多くの新たなターボファンエンジンのタービン区分は増大する性能要求を満たすために大型化されてきた。しばしば、これは、ターボファンエンジンが単段高圧タービン及びその下流側に位置する多段低圧タービンを有するような形状を招く。しかし、この形式の形状は、典型的には、直線的な燃料インゼクタではなく、屈曲した燃料インゼクタの使用を招く。この形状はほぼ信頼できるが、屈曲した燃料インゼクタは比較的高価となり、直線シャフト型の燃料インゼクタよりも製造を一層困難にすることがある。従って、単段高圧タービンと、直線シャフト型の燃料インゼクタを含む多段低圧タービンとを有するターボファンエンジンの要求がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
[0006]ガスタービンエンジンのための装置が提供される。１つの実施の形態では、単なる例として、ガスタービンエンジンは高圧コンプレッサと、単段高圧タービンと、多段低圧タービンと、逆流燃焼器ユニットとを有する。高圧コンプレッサは第１の駆動力を受け取るように結合され、駆動力の受け取り時に、圧縮空気の流れを供給するように作動できる。単段高圧タービンは燃焼ガスを受け取るように結合され、その受け取り時に、第１の駆動力を高圧コンプレッサへ供給し、高圧タービンの排気ガスの流れを供給するように作動できる。多段低圧タービンは単段高圧タービンから高圧タービンの排気ガスを受け取るように結合され、その受け取り時に、第２の駆動力を供給するように作動できる。単段高圧タービンの半径方向外方及び多段低圧タービンの軸方向上流側に位置する逆流燃焼器は燃焼器ライナー組立体と、燃焼器ドーム組立体と、複数の直線シャフト型の燃料インゼクタとを有する。
【０００７】
燃焼器ライナー組立体は内側ライナー及び外側ライナーを有する。内側ライナーは単段高圧タービンを取り囲む。外側ライナーは内側ライナーの半径方向外方に位置し、内側ライナーを少なくとも部分的に取り囲む。燃焼器ドーム組立体は内側ライナーと外側ライナーとの間で結合され、その間に燃焼室を画定する。燃焼室は高圧コンプレッサから供給される圧縮空気の流れを受け取るように流体結合される。複数の直線シャフト型の燃料インゼクタは燃焼器ドーム組立体に結合される。各燃料インゼクタは入口と、出口と、これらの出入口間を延びる直線状の燃料通路とを少なくとも有する。燃料インゼクタの入口は燃料の流れを受け取るようになっている。燃料インゼクタの出口は燃焼室に流体結合される。
【０００８】
[0007]別の実施の形態では、単なる例として、ガスタービンエンジンは高圧コンプレッサと、単段高圧タービンと、多段低圧タービンと、逆流燃焼器ユニットとを有する。高圧コンプレッサは第１の駆動力を受け取るように結合され、駆動力の受け取り時に、圧縮空気の流れを供給するように作動できる。単段高圧タービンは燃焼ガスを受け取るように結合され、その受け取り時に、第１の駆動力を高圧コンプレッサへ供給し、高圧タービンの排気ガスの流れを供給するように作動できる。単段高圧タービンは回転軸線のまわりで回転するように形状づけられる。多段低圧タービンは単段高圧タービンから高圧タービンの排気ガスを受け取るように結合され、その受け取り時に、第２の駆動力を供給するように作動できる。単段高圧タービンの半径方向外方及び多段低圧タービンの軸方向上流側に位置する逆流燃焼器は燃焼器ライナー組立体と、燃焼器ドーム組立体と、複数の直線シャフト型の燃料インゼクタとを有する。燃焼器ライナー組立体は内側ライナー及び外側ライナーを有する。
【０００９】
内側ライナーは単段高圧タービンを取り囲む。外側ライナーは内側ライナーの半径方向外方に位置し、内側ライナーを少なくとも部分的に取り囲む。燃焼器ドーム組立体は内側ライナーと外側ライナーとの間で結合され、その間に燃焼室を画定する。燃焼室は高圧コンプレッサから供給される圧縮空気の流れを受け取るように流体結合される。複数の直線シャフト型の燃料インゼクタは燃焼器ドーム組立体に結合される。各燃料インゼクタは入口と、出口と、これらの出入口間を延びる直線状の燃料通路とを少なくとも有する。燃料インゼクタの入口は燃料の流れを受け取るようになっている。燃料インゼクタの出口は燃焼室に流体結合される。直線シャフト型の燃料インゼクタの少なくとも１つは対称軸線を有し、直線シャフト型の燃料インゼクタの対称軸線は単段高圧タービンの回転軸線に対して平行ではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
[0008]以下、添付図面に関連して本発明を説明するが、図面において、同様の素子は同様の符号で示す。[0011]本発明の以下の詳細な説明は本質的に単なる例示であり、本発明又は本発明の応用及び使用を限定する意図のものではない。更に、先に説明した本発明の背景技術又は本発明の以下の詳細な説明において提示したいかなる理論にも束縛されない。
【００１１】
[0012]図１は例示的な多スプールガスタービン主推進エンジン１００の実施の形態を示す。エンジン１００は吸入区分１０２と、コンプレッサ区分１０４と、燃焼区分１０６と、タービン区分１０８と、排気区分１１２とを有する。吸入区分１０２はファンケース１１６内に装着されたファン１１４を有する。ファン１１４は吸入区分１０２内へ空気を吸引し、その空気を加速する。ファン１１４から排出された加速された空気の一部はエンジン通気帽１２２とコンプレッサ１２４との間に位置するバイパス区分１１８を通して導かれ、推進スラストを発生させる。ファン１１４から排出された空気の残りの部分はコンプレッサ区分１０４内へ導かれる。
【００１２】
[0013]コンプレッサ区分１０４は１又はそれ以上のコンプレッサ１２４を有することができ、コンプレッサはファン１１４からここへ導かれた空気の圧力を上昇させ、圧縮された空気を燃焼区分１０６内へ導く。図示の実施の形態においては、単一のコンプレッサ１２４のみを示すが、１又はそれ以上の付加的なコンプレッサを使用できることを認識されたい。燃焼器ユニット１２６を有する燃焼区分１０６においては、圧縮空気は燃料源（図示せず）から供給された燃料と混合される。燃料／空気混合物は燃焼させられ、高エネルギの燃焼ガスを発生させ、このガスは次いでタービン区分１０８内へ導かれる。燃焼器ユニット１２６は多数の形式の燃焼器ユニットのうちの任意の１つとして実施することができる。しかし、後に一層詳細に説明するように、燃焼器ユニット１２６は好ましくは逆流燃焼器ユニットとして実施される。
【００１３】
[0014]タービン区分１０８は１又はそれ以上のタービンを有する。図示の実施の形態においては、タービン区分１０８は２つのタービン即ち高圧タービン１２８及び低圧タービン１３２、特に単段高圧タービン１２８及び多段低圧タービン１３２を有する。しかし、推進エンジン１００はこの数以上のタービンを有するように形状づけることができることを認識されたい。どんな特定数のタービンでも、燃焼区分１０６からの燃焼ガスは各タービンを通って膨張し、タービンを回転させる。次いで、ガスは排気区分１１２内に位置する推進ノズルを通して排出され、付加的な推進スラストを発生させる。タービン１２８、１３２が回転すると、各タービンは同心的に位置するシャフト又はスプールを介して主推進エンジン１００内の素子を駆動する。特に、高圧タービン１２８は高圧スプール１３６を介してコンプレッサ１２４を駆動し、低圧タービン１３２は低圧スプール１３８を介してファン１１４を駆動する。
【００１４】
[0015]ここで図２に戻ると、逆流燃焼器ユニット１２６の特定の実施の形態の断面図が示され、ここでこれを一層詳細に説明する。この実施の形態においては、燃焼器ユニット１２６は単段高圧タービン１２８の半径方向外方及び多段低圧タービン１３２の軸方向上流側に位置する。燃焼器ユニット１２６は好ましくは環状のライナー組立体１４０と、ドーム組立体１４２と、複数の燃料インゼクタ１４４とを有する。
【００１５】
[0016]図２に示すように、環状のライナー組立体１４０は環状の内側ライナー１４６及び環状の外側ライナー１４８を有する。環状の内側ライナー１４６は単段高圧タービン１２８を取り囲む。環状の外側ライナー１４８は好ましくは環状の内側ライナー１４６の半径方向外方に位置し、この内側ライナーを少なくとも部分的に取り囲む。環状の内側及び外側のライナー１４６、１４８はそこを通る空気の流れのための複数の開口（図示せず）を有する。
【００１６】
[0017]燃焼器ドーム組立体１４２は環状の内側ライナー１４６と環状の外側ライナー１４８との間で結合され、燃焼室１５０を画定する。燃焼室１５０は、環状の内側及び外側のライナー１４６、１４８の上述の開口を通して、コンプレッサ区分１０４特に高圧コンプレッサ１２４（図２には示さない）から供給された圧縮空気の流れを受け取るように流体結合される。
【００１７】
[0018]複数の直線シャフト型の燃料インゼクタ１４４（簡単の目的のため、図２には単一の燃料インゼクタ１４４のみを示す）は燃焼器ドーム組立体１４２に結合される。好ましくは、各直線燃料インゼクタ１４４は燃料の流れを受け取るようになった少なくとも１つの燃料入口１５２と、燃焼室１５０に流体連通する出口１５４と、これらの間を延びる直線状の燃料通路１５６とを有する。当業者なら、ある実施の形態において、燃料インゼクタ１４４の１又はそれ以上が他の燃料インゼクタ１４４とは異なる特徴を有することができることを認識できよう。例えば、燃料インゼクタ１４４の１又はそれ以上は直線状の燃料通路１５６を有しないことができる。
【００１８】
[0019]各燃料インゼクタ１４４が同一であると否とに拘わらず、燃料及び空気の混合物は燃料インゼクタ出口１５４を介して燃焼室１５０に供給され、次いで、１又はそれ以上の点火器（図示せず）により燃焼室１５０内で点火され、燃焼ガスを発生させる。燃焼ガスは次いで遷移直線状通路１５８を通って流れ、単段高圧タービン１２８内へ導かれる。次いで、単段高圧タービン１２８から排気されたガスは多段低圧タービン１３２内へ導かれる。
【００１９】
[0020]好ましい実施の形態においては、単段高圧タービン１２８は、燃焼ガスの受け取り時に、回転軸線１６０のまわりで回転するように、形状づけられる。更に、直線シャフト型の燃料インゼクタ１４４のうちの少なくとも１つ、好ましくはインゼクタの各々は、設置されたときに、回転軸線１６０に対して平行ではない対称軸線１６２を有する。その結果、燃焼器ドーム組立体１４２は軸線１６０のまわりで実質上円錐状の形状を有する。この実質上円錐状の形状は燃焼器ドーム組立体１４２の向上した剛性及び構造上の一体性を提供し、直線シャフト型の燃料インゼクタ１４４の使用を容易にする。直線シャフト型の燃料インゼクタ１４４は、例えば、この形式の燃焼器ユニット１２６において典型的に使用されるその屈曲状の対象物に比べて、製造が一層容易かつ安価であるという点で、有利である。
【００２０】
[0021] 燃焼器ユニット１２６は好ましくは燃焼器ケーシング１６４内に装着される。好ましくは、燃焼器ケーシング１６４は環状の外側ライナー１４８の半径方向外方に位置し、このライナーを少なくとも部分的に取り囲む。一緒に、燃焼器ケーシング１６４及び環状の外側ライナー１４８は高圧コンプレッサ１２４から燃焼器ユニット１２６への圧縮空気の流れのための圧縮空気通路１６６を少なくとも部分的に画定する。この実施の形態においては、直線シャフト型の燃料インゼクタ１４４は好ましくは燃焼器ケーシング１６４及び燃焼器ドーム組立体１４２に結合される。こうするために、燃焼器ユニット１２６はまた、例えば複数のボルト１７０を介して直線シャフト型の燃料インゼクタ１４４を燃焼器ユニット１２６に固定するための、差込み式（bayonet）フランジ又は多くの他の形式のフランジの任意の１つのような１又はそれ以上のフランジ１６８を有することができる。
【００２１】
これは単なる例示であり、他の実施の形態では、直線シャフト型の燃料インゼクタ１４４をドーム組立体１４２に固定するために、対応するネジ部１７２を、燃焼器ユニット１２６例えば燃焼器ケーシング１６４の少なくとも一部上及び直線シャフト型の燃料インゼクタ１４４上に配置できることを認識されたい。直線シャフト型の燃料インゼクタ１４４はまた燃焼器ユニット１２６上の種々の他の区域において燃焼器ユニット１２６に固定することができ、直線シャフト型の燃料インゼクタ１４４を燃焼器ユニット１２６に固定するために多数の機構の任意の１つを使用できることを認識されたい。
【００２２】
[0022]本発明の上述の詳細な説明において少なくとも１つの例示的な実施の形態を提示したが、多数の変形例が存在することを認識すべきである。また、例示的な実施の形態（単数又は複数）は単なる例であり、いかなる意味においても本発明の要旨、応用性又は形状を限定する意図のものではないことを認識すべきである。むしろ、上述の詳細な説明は、当業者に対して、本発明の例示的な実施の形態を履行するための便利なロードマップを提供し、特許請求の範囲で規定されるような本発明の要旨及びその法上の等価物から逸脱することなく、例示的な実施の形態において説明した素子の機能及び構成について種々の変更が可能であることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】例示的な多スプールターボファンガスタービンジェットエンジンの簡略断面側面図である。
【図２】図１のエンジンのようなエンジンに使用できる燃焼器ユニットの実施の形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１００：ガスタービンエンジン、１２４：高圧コンプレッサ、１２６：逆流燃焼器ユニット、１２８：単段高圧タービン、１３２：多段低圧タービン、１４０：燃焼器ライナー組立体、１４２：燃焼器ドーム組立体、１４４：燃料インゼクタ、１４６：内側ライナー、１４８：外側ライナー、１５０：燃焼室、１５２：入口、１５４：出口、１５６：燃料通路、１６０：回転軸線、１６２：対称軸線、１６４：燃焼器ケーシング、１６６：通路、１６８：フランジ、１７０：ボルト、１７２：ネジ部。
【図１】
2007292075.tif 000003
【図２】
2007292075.tif 000004
【外国語明細書】
2007292075000001.pdf