(57)【要約】【課題】中心部分冷却システムを備えた燃料ノズルを提供すること。【解決手段】タービンエンジン用の燃料ノズルが、燃料ノズルの下流端部を冷却するのを助ける、燃料ノズルの下流端部に配置されている冷却シュラウドを含む。冷却シュラウドは、燃料ノズルの下流端部の円周を取り巻いている。空気流が冷却シュラウド内に進入し、空気流は、燃料ノズルの外面を覆う第１の通路を通って下流方向に移動する。冷却空気流は、次いで、１８０°方向転換し、第１の通路の外側に同心円状に配置されている第２の通路を通って上流方向に移動する。空気流は、次いで、冷却シュラウドの上流端部を離れ、燃料ノズルの内部に進入する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンエンジン用燃料ノズルであって、
概して円筒形状の外側ハウジングと、
前記外側ハウジングの外面の下流部分を同心円状に取り巻いている円筒形状の冷却シュラウドとを備え、前記冷却シュラウドが、
円筒形状の外壁、
前記外壁の下流端部を前記外側ハウジングの下流端部に結合する下流端壁、
前記冷却シュラウドの前記外壁と前記外側ハウジングの前記外面との間に同心円状に配置されている円筒形状の分割壁であり、分割壁の下流端部と前記下流端壁との間に間隙が存在する、分割壁、
前記冷却シュラウドの上流端部に配置されており、前記外側ハウジングの前記外面と前記分割壁の内面との間の環状空間内に冷却空気流を進入させる、複数の空気入口、および
前記冷却シュラウドの前記上流端部に配置されており、前記冷却シュラウドの前記分割壁の前記外面と前記外壁の内面との間の環状空間から前記燃料ノズルの前記外側ハウジングの内側にある空間内に冷却空気流を向けて送る、空気出口
を含む、燃料ノズル。
【請求項２】
前記冷却シュラウドは、前記複数の空気入口を通って前記外側ハウジングの前記外面と前記分割壁の前記内面との間の前記環状空間内に進入した冷却空気流が下流方向に前記冷却シュラウドの下流端部まで移動し、前記分割壁の前記下流端部の周囲で約１８０°方向転換し、前記冷却シュラウドの前記分割壁の前記外面と前記外壁の前記内面との間の前記環状空間内に進入し、上流方向に前記冷却シュラウドの前記上流端部まで流動するように構成されている、請求項１記載の燃料ノズル。
【請求項３】
複数の噴散冷却孔が、前記冷却シュラウドの前記下流端壁に配置されており、前記冷却シュラウドの前記下流端部の内部にある冷却空気が、前記複数の噴散冷却孔を通過して、前記冷却シュラウドを出ることができる、請求項１記載の燃料ノズル。
【請求項４】
前記分割壁の前記下流端部は、丸みを帯びた端部を備えた厚さ増加部分を有する、請求項１記載の燃料ノズル。
【請求項５】
前記外側ハウジングの前記外面と前記分割壁の前記内面との間の前記環状空間内にある冷却空気が、複数のインピンジメント冷却孔を通過して、前記冷却シュラウドの前記分割壁の前記外面と前記外壁の前記内面との間の前記環状空間に進入することができるように、前記複数のインピンジメント冷却孔が、前記分割壁の下流部分に形成されている、請求項１記載の燃料ノズル。
【請求項６】
前記分割壁の前記下流端部は、前記燃料ノズルの前記外側ハウジングの前記外面の方へ内側に約９０°方向転換する湾曲部分を含み、空気が開口部を通過することができるように、前記開口部が、前記分割壁の前記下流端部に設けられている、請求項５記載の燃料ノズル。
【請求項７】
突出部が、前記冷却シュラウドの前記外壁の前記内面上に形成されている、請求項１記載の燃料ノズル。
【請求項８】
前記突出部は、前記冷却シュラウドの円周を巡って延在する、前記冷却シュラウドの前記外壁の前記内面上の突出リングを含む、請求項７記載の燃料ノズル。
【請求項９】
前記突出部は、前記燃料ノズルの長手方向軸に平行な方向に、前記冷却シュラウドの前記外壁の前記内面に沿って延在する突出部を含む、請求項７記載の燃料ノズル。
【請求項１０】
各空気入口が、一対の隣接する空気出口間に配置されている、請求項１記載の燃料ノズル。
【請求項１１】
各空気出口は、前記冷却シュラウドの前記分割壁の前記外面と前記外壁の前記内面との間の前記環状空間から前記外側ハウジングの前記外面にある開口部まで概して径方向に延在する径方向通路を含む、請求項１記載の燃料ノズル。
【請求項１２】
各空気出口は、前記冷却シュラウドの前記分割壁の前記外面と前記外壁の前記内面との間の前記環状空間から前記外側ハウジングの前記外面にある開口部まで延在する通路を含む、請求項１記載の燃料ノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンエンジンの燃焼器で使用される燃料ノズルに関する。通常、複数の燃料ノズルが、燃焼器の上流端部に配置されている燃焼器キャップ上に取り付けられる。燃料ノズルは、圧縮空気流中に燃料を送達して、燃料−空気混合物を作り出し、燃料−空気混合物は、次いで、燃焼器内で燃焼する。
【背景技術】
【０００２】
燃料ノズルは、燃料−空気混合物が燃焼する位置のすぐ上流に配置されているため、燃料ノズルの外面および下流端部は、高温燃焼生成物に晒される。これらの高温は、燃料ノズルを損傷させる可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
中心部分冷却システムを備えた改良された燃料ノズルを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
第１の態様では、本発明は、概して円筒形状の外側ハウジングと、外側ハウジングの外面の下流部分を同心円状に取り巻いている円筒形状の冷却シュラウドとを含む、タービンエンジン用燃料ノズルで実施される。冷却シュラウドは、円筒形状の外壁と、外壁の下流端部を外側ハウジングの下流端部に結合する下流端壁と、冷却シュラウドの外壁と外側ハウジングの外面との間に同心円状に配置されている円筒形状の分割壁とを含む。分割壁の下流端部と冷却シュラウドの下流端壁との間に、間隙が維持されている。複数の空気入口が、冷却シュラウドの上流面に配置されており、空気入口は、外側ハウジングの外面と分割壁の内面との間の環状空間内に冷却空気流を進入させる。冷却空気流は、下流方向に冷却シュラウドの下流端部まで移動し、分割壁の下流端部の周囲で１８０°方向転換し、冷却シュラウドの分割壁の外面と外壁の内面との間の環状空間に進入する。冷却空気流は、次いで、上流方向に、冷却シュラウドの上流端部まで移動する。複数の空気出口が、冷却シュラウドの上流端部に配置されており、空気出口は、分割壁の外面と外壁の内面との間の環状空間から燃料ノズルの外側ハウジングの内側にある空間内に冷却空気流を向けて送る。
【０００５】
別の態様では、本発明は、タービンエンジンの円筒形燃料ノズルの外面を冷却する冷却シュラウドで実施される。冷却シュラウドは、概して円筒形の外壁と、外壁の下流端部を燃料ノズルの外側ハウジングの下流端部に結合させるように構成されている下流端壁と、概して円筒形状の分割壁とを含む。分割壁は、外壁の内側に同心円状に配置されており、分割壁は、冷却シュラウドの外壁と燃料ノズルの外側ハウジングとの間に配置されるように構成されている。分割壁の下流端部と冷却シュラウドの下流端壁との間に、間隙が維持されている。冷却シュラウドが燃料ノズル上に取り付けられた場合に、空気入口が燃料ノズルの外側ハウジングと分割壁の内面との間の環状空間内に冷却空気流を進入させるように、複数の空気入口が冷却シュラウドの上流面に配置されている。さらに、複数の空気出口が、冷却シュラウドの上流端部に配置されている。冷却シュラウドが燃料ノズル上に取り付けられた場合、空気出口は、冷却シュラウドの分割壁の外面と外壁の内面との間の環状空間から燃料ノズルの外側ハウジングにある開口部内へ冷却空気流を向けて送る。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】冷却シュラウドを含むタービンエンジン用燃料ノズルの横断面図である。
【図２】冷却シュラウドを備えた燃料ノズルの下流端部の横断面図である。
【図３】冷却シュラウドを備えた燃料ノズルの下流端部の横断面図である。
【図４】冷却シュラウドを備えた燃料ノズルの下流端部を示す斜視横断面図である。
【図５】冷却シュラウドを備えた燃料ノズルの下流端部を示す斜視横断面図である。
【図６】冷却シュラウドを備えた燃料ノズルの下流端部の斜視横断面図である。
【図７】冷却シュラウドを備えた燃料ノズルの下流端部の斜視横断面図である。
【図８】燃料ノズルの冷却シュラウドの空気入口と空気出口とを示す斜視図である。
【図９】燃料ノズルの冷却シュラウドの空気入口に空気がどのようにして進入するかを示す斜視横断面図である。
【図１０】冷却シュラウドの冷却空気出口が、冷却シュラウドから外へかつ燃料ノズル内に、冷却空気をどのようにして方向付けるかを示す斜視横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
冷却シュラウドを含む、タービンエンジンで使用するための燃料ノズルが、図１に示されている。図１に示されている通り、燃料ノズルは、外側ハウジング１０４の内側に配置されている概して円筒形の中心ノズル部分１０２を含む。矢印１１０で示されている空気流が、燃料ノズルの上流端部に進入する。燃料ノズルに進入する空気は、中心ノズル部分１０２の外壁と外側ハウジング１０４の内壁との間にある環状空間を通って移動する。空気流は、燃料を空気流中に送達する燃料ベーン１０６を通過する。燃料ベーン１０６はまた、ノズルの長手方向軸に対して角度が付けられていてもよく、それにより、空気と燃料との混合物が燃料ノズル内部で渦を巻き、この渦巻きが、燃料と空気との混合を助けることができる。
【０００８】
燃料が空気中に送達されると、中心ノズル部分１０２の外面と外側ハウジング１０４の内壁との間の環状空間を通って、矢印１１２で示されている燃料−空気混合物が下流方向に通過し続ける。燃料−空気混合物は、次いで、最終的に、燃料ノズルの下流端部を出る。
【０００９】
また、同様の燃料−空気混合物が、中心ノズル部分１０２の中心部を通過し、中心ノズル部分１０２の先端１０８を出てもよい。この燃料−空気混合物はまた、次いで、燃料ノズルの下流端部を出てもよい。
【００１０】
通常、燃料−空気混合物は、燃料ノズルのすぐ下流で燃焼する。さらに、いくつかの燃焼器では、隣接する燃料ノズルを、燃焼器の長さに沿って異なる位置に配置することができる。その結果、第２の燃料ノズルよりさらに上流に配置されている第１の燃料ノズルが、第２の下流ノズルの外面に直接隣接する炎を作り出すことができる。その結果、燃料ノズルの外側および下流端部は、極度に高い動作温度に晒される。そのため、燃料ノズルの外側および少なくとも下流端部を冷却して、高い燃焼温度による燃料ノズルの損傷の防止を助けることが望ましい。
【００１１】
図１は、燃料ノズル１００の下流端部の周囲に、冷却シュラウド１２０が取り付けられていることを示す。以下にさらに詳細に説明される通り、冷却シュラウドは、燃料ノズルの下流端部の外面の周囲で冷却空気流を循環させるように働く。冷却空気流は、最終的に、外側ハウジング１０４の内部へ送達される。その結果、ノズルの端部を冷却するのに使用された空気流は、最終的に、中心ノズル部分の外側と外側ハウジングの内側との間の環状空間を通過する燃料−空気混合物に合流する。
【００１２】
図２は、燃料ノズルの下流端部の拡大図を示し、そこでは、冷却シュラウド１２０が、燃料ノズルの下流端部の外面の周囲に取り付けられている。図３は、冷却シュラウドを含む、燃料ノズルの下流端部の拡大図を提供する。
【００１３】
図２および図３に示されている通り、冷却シュラウドは、外壁１２２と分割壁１２４とを含む。分割壁１２４は、外壁１２２の内側に同心円状に配置されている。その結果、分割壁１２４は、燃料ノズルの外側ハウジング１０４と冷却シュラウドの外壁１２２との間に配置されている。また、冷却シュラウド１２０の端壁１２８が、燃料ノズルの外壁１０４の端部に結合されている。
【００１４】
冷却シュラウド１２０の上流端部で、複数の空気入口が、燃料ノズルの外面の長さを下って通過する空気流を進入させる。この冷却空気流は、図２に矢印１２１で示されている。
【００１５】
冷却空気流は、冷却シュラウドの空気入口を通過し、燃料ノズルの外側ハウジング１０４の外面と分割壁１２４の内面との間にある環状空間内に入る。冷却空気は、燃料ノズルの外面の長さを下って通過して、燃料ノズルの下流端部を冷却するのを助ける。図３に示されている通り、冷却空気流は、冷却シュラウドの下流端部に到達し、分割壁１２４の下流縁部の周囲で１８０°方向転換する。この冷却空気流は、図３に出現する矢印１３０で識別される。
【００１６】
冷却空気流は、次いで、冷却シュラウドの分割壁１２４の外面と外壁１２２の内面との間の環状空間に沿って上流方向に通過する。冷却空気流は、上流方向に冷却シュラウドの上流端部まで移動する。
【００１７】
移動して冷却シュラウドの上流端部に戻った冷却空気流は、次いで、９０°方向転換し、冷却シュラウドの空気出口を通過し、燃料ノズルの内部に入る。この冷却空気流は、図２に参照番号１２３で識別される矢印で示されている。冷却空気流は、次いで、燃料ノズルの内部にある空気−燃料混合物と混合する。したがって、ノズルの下流端部を冷却するのに使用された空気は、最終的に、燃料ノズルの下流端部を出て、燃焼器内で燃焼する。
【００１８】
図３に示されている通り、いくつかの実施形態では、分割壁１２４の下流端部は、拡大部分１２６を含んでいてもよい。図３に示されている通り、この拡大部分は丸みを帯びていてもよい。拡大された、丸みを帯びた端部１２６は、冷却シュラウドの下流端部で空気が１８０°方向転換する際に、空気流の流速を加速させる。流速の加速は、冷却シュラウドの下流端部で空気流により実現される冷却の効率性を高めるのを助ける。
【００１９】
図４に示されている通り、冷却シュラウド１２０の端壁１２８に複数の噴散冷却孔１３２を配置することができる。噴散冷却孔１３２は、冷却空気流のごく一部を冷却シュラウドの内部から冷却シュラウドの外部へ逃がすことになる。この噴散冷却は、冷却シュラウドの下流端壁１２８を冷却するのを助けることになる。
【００２０】
図５に示されている通り、いくつかの実施形態では、分割壁１２４は、複数のインピンジメント冷却孔１４０を含んでいてもよい。インピンジメント冷却孔１４０は、外側ハウジング１０４の外面と分割壁１２４の内面との間にある冷却空気流が、インピンジメント冷却孔１４０を通過し、冷却シュラウドの分割壁１２４の外面と外壁１２２の内面との間の環状空間内に入ることを可能にすることになる。
【００２１】
インピンジメント冷却孔１４０を含む実施形態では、分割壁１２４の下流端部は、内側に９０°向きを変えて燃料ノズルの外壁１０４と結合している湾曲端部１４４を含んでいてもよい。分割壁１２４のこの湾曲端部１４４のインピンジメント冷却孔１４０はまた、冷却シュラウドの端壁１２８の内面に当たって冷却空気流を向けて送るのに役立ち、端壁１２８の冷却を助けることができる。
【００２２】
いくつかの実施形態では、突出部が、冷却シュラウドの外壁１２２の内側上に形成されていてもよい。例えば、図６は、冷却シュラウドの外壁１２２の内面上に複数のリング形状突出部１５０が配置されている実施形態を示す。リング形状突出部１５０は、外壁１２２の内側の円周を巡って形成されることになる。これらリング形状突出部１５０は、冷却空気流中に乱流を誘発するのに役立ち、それにより、より大きな冷却効果をもたらすことができる。
【００２３】
図７に示されている実施形態では、また、複数の突出部１６０が、冷却シュラウドの外壁１２２の内面上に形成されている。しかし、これら突出部１６０は、長手方向に延在しており、冷却シュラウドの上流端部の方へ冷却空気流を案内するのに役立つ。突出部１６０はまた、冷却フィンとしての機能を果たして、冷却空気流によりもたらされる冷却効果を高めるのを助けてもよい。
【００２４】
冷却シュラウドの上流端部に配置されている空気入口および空気出口は、図８〜図１０により詳細に示されている。空気入口１７０は、燃料ノズルおよび冷却シュラウドの長手方向に延在することになる。空気入口１７０は、燃料ノズルの外面を下って通過する空気流を、燃料ノズルの外側ハウジング１０４の外面と冷却シュラウドの分割壁１２４の内面との間にある環状空間内に放出するように働くことになる。図９は、冷却シュラウド内に空気を放出する空気入口１７０の別の図を提供している斜視断面図である。
【００２５】
空気出口１７２は、冷却シュラウドの分割壁１２４の外面と外壁１２２の内面との間の環状空間から燃料ノズルの外側ハウジング１０４の内側にある空間内へ冷却空気流を送るように働く。したがって、空気出口は、一般に、燃料ノズルの内側の方へ径方向に延在することになる。図１０は、空気出口１７２が燃料ノズルの内部へどのようにして空気を送るかの別の図を提供している。
【００２６】
いくつかの実施形態では、各空気入口１７０は、一対の隣接する空気出口１７２間に配置されていることになる。したがって、空気入口１７０と空気出口１７２とは、冷却シュラウドの円周を巡って互いに交互になっている。
【００２７】
いくつかの実施形態では、空気出口１７２は、冷却シュラウドの分割壁１２４の外面と外壁１２２の内面との間の環状空間から径方向に延在することになる。他の代替実施形態では、空気出口の中心軸が、径方向に対して角度が付けられている。この例では、空気出口１７２を通って冷却シュラウドを出る空気および燃料ノズルの内部に進入する空気は、燃料ノズルの内部で渦を巻く傾向があることになる。このことは、燃料ノズルの内部に存在する燃料と空気との混合を助けるのに有利である可能性がある。
【００２８】
本発明は、現在最も実践的かつ好適な実施形態であると考えられるものに関連して記載されているが、当然のことながら、本発明は開示された実施形態に限定されず、反対に、添付の特許請求の範囲の精神および範囲内に含まれる種々の修正および均等な装置を包含するものである。
【符号の説明】
【００２９】
１００  燃料ノズル
１０２  円筒形の中心ノズル部分
１０４  外側ハウジング、燃料ノズルの外壁
１０６  燃料ベーン
１０８  （中心ノズル部分１０２の）先端
１１０  矢印、空気流
１１２  矢印、燃料−空気混合物
１２０  冷却シュラウド
１２１、１２３、１３０  矢印、冷却空気流
１２２  外壁
１２４  分割壁
１２６  （分割壁の）拡大部分
１２８  （冷却シュラウドの）下流端壁
１３２  噴散冷却孔
１４０  インピンジメント冷却孔
１４４  （分割壁の）湾曲端部
１５０  リング形状突出部
１６０  突出部
１７０  空気入口
１７２  空気出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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