(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側および外側燃料噴射ポート(13,23)および、空気および燃料を内側および外側再循環領域(M,P)へ方向付ける、前記内側および外側燃料噴射ポート(13,23)と結合する第一および第二の空気スワーラー(3,6,28)を具え、前記外側領域を予備燃焼領域(P)となるように配置し、前記内側領域を主燃焼領域(M)となるように配置し、中間空気フィルマー(5)を、内側燃料噴射ポート(13)と、二つの領域(M,P)内で空気と燃料の混合物を分離させる空気の中間カーテンを生成させるために配置した第二の空気スワーラー(6)との間に位置させたことを特徴とする、空気吹き付け型燃料噴射装置。
【請求項２】
第一の空気スワーラー(3)を内側燃料噴射ポート(13)内部に位置させ、第二の空気スワーラー(6)を外側燃料噴射ポート(23)内部に位置させたことを特徴とする、請求項１記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
中間空気フィルマーが軸線方向空気フィルマー(5)であることを特徴とする、請求項１または２記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
中間空気フィルマー(5)を内側空気スワーラー(3)で生成される旋回流よりも低速の旋回流を生成するために配置したことを特徴とする、請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
【請求項５】
外側燃料噴射ポート(23)の外側に配置した外側空気スワーラー(28)を含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項記載の燃料噴射装置。
【請求項６】
内側の燃料噴射におけるスプレーコーンの角度がほぼ90°の角度になるように配置されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項記載の燃料噴射装置。
【請求項７】
外側の燃料噴射におけるスプレーコーンの角度がほぼ140°の角度になるように配置されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項記載の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内側および外側燃料噴射ポートおよび、空気および燃料を内側および外側再循環領域へ方向付ける、前記内側および外側燃料噴射ポートと結合する第一および第二の空気スワーラーを具える形式の空気吹き付け型燃料噴射装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
公知の空気吹き付け型燃料噴射装置は、同心状に配置した空気および燃料の噴射ポートを具え、これらポートを通して空気および燃料が噴射され、それによって空気の旋回する円錐状の流れが燃料の円錐状の薄膜と接触して環状のスプレーが生成される。単純型の燃料噴射装置は単一の燃料供給部を有する。複合型の燃料噴射装置は予備燃料供給部および主燃料供給部を有し、これらはそれぞれ、対応する空気の旋回流によって燃料を霧化する。例えば、公知の複合型の空気吹き付け型燃料噴射装置は、同心状に配置した内側空気スワーラー(swirler)、予備燃料フィルマー(filmer)、中間空気スワーラー、主燃料フィルマーおよび外側空気スワーラーを具える。こうした配置は、内側再循環または燃焼領域における予備噴射と、外側再循環または燃焼領域における主燃料噴射の生成を主張するものであるが、性能および安定性の試験は、主燃料噴射が予備燃料噴射と独立していないことを示している。主領域内側にある予備領域の位置は、信頼性の高い点火を困難なものとし得る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、新たな複合型の空気吹き付け型燃料噴射装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの特徴によれば、上述した種類の空気吹き付け型燃料噴射装置が提供され、この装置は、外側領域を予備燃焼領域となるように配置し、内側領域を主燃焼領域となるように配置し、中間空気フィルマーを内側燃料噴射ポートと、二つの領域内で空気と燃料の混合物を分離させる空気の中間カーテンを生成させるために配置した第二の空気スワーラーとの間に位置させたことを特徴とするものである。
【０００５】
第一の空気スワーラーを内側燃料噴射ポート内部に位置させ、第二の空気スワーラーを外側燃料噴射ポート内部に位置させ、中間空気フィルマーを内側燃料噴射ポートと、二つの領域内で空気と燃料の混合物を分離させる空気の中間カーテンを生成させるために配置した第二の空気スワーラーとの間に位置させることが望ましい。
【０００６】
本発明の第二の特徴によれば、内側および外側燃料噴射ポートおよび、空気および燃料を内側および外側再循環領域へ方向付ける、前記内側および外側燃料噴射ポートと結合する第一および第二の空気スワーラーを具え、二つの領域内で空気と燃料の混合物を分離させる空気の中間カーテンを生成させるために配置した内側および外側燃料噴射ポートの間に配置した中間空気フィルマーを含むことを特徴とする、空気吹き付け型燃料噴射装置が提供される。
【０００７】
中間空気フィルマーは、内側燃料噴射ポートと第二の空気スワーラーとの間に配置することが望ましい。中間空気フィルマーは軸線方向空気フィルマーであることが望ましい。また中間空気フィルマーは、内側空気スワーラーで生成される旋回流よりも低速の旋回流を生成するために配置することが望ましい。本装置は、外側燃料噴射ポートの外側に配置した外側空気スワーラーを含むことが望ましい。内側の燃料噴射におけるスプレーコーンの角度は、ほぼ90°の角度になるように配置されることが望ましく、外側の燃料噴射におけるスプレーコーンの角度は、ほぼ140°の角度になるように配置されることが望ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明を添付図面を参照して、例示によって説明する。
【０００９】
図示の噴射装置1は、内側空気スワーラー3を規定する一連の同心状の部品によって形成されるノズル2、内側燃料フィルマー4、中間軸線方向空気フィルマー5、外側空気スワーラー6および外側燃料フィルマー7より構成される。
【００１０】
内側空気スワーラー3は管8を具え、この管8は、その中を通過する空気の流れを旋回させるための内側旋回ブレード9を有して形成される。内側燃料フィルマー4は管8上に固定したスリーブ10から構成され、これらの間には環状のチャンネル11が形成され、チャンネル11は供給チャンネル12からの燃料の流れを、旋回ブレード14と嵌合した環状噴射ポート13へ供給する。管8からの旋回する空気の流れは燃料噴射ポート13を通過して、噴射された燃料と混合して霧化し、その結果、噴射された燃料および空気は旋回することによって、図３に示す中央の主燃焼領域Ｍにおける再循環流パターンを有する円錐状のスプレーとして方向付けられる。通常、旋回ブレード9，14は、90°の噴射コーンを得るために角度45°に設定されている。
【００１１】
中間軸線方向空気フィルマー5は管17によって形成され、管17は軸方向ベーン18によってスリーブ10の周りに取り付けられている。これは、内側空気スワーラー3によって生成されるスプレーの形状に収束する軸線方向流れを送る空気流のチャンネルを形成するためである。中間空気フィルマーは、低い旋回流を生成する旋回ブレードと合併させても良く、それによって、発生する空気のカーテンは、内側空気スワーラーによって生成されるスプレーの形状になおも収束することとなる。最先端部において、中間空気フィルマーの旋回ブレードの旋回角が、内側空気スワーラーのブレードの旋回角よりも大きく設定される場合、各空気流は発散し、空気のカーテンの、内側再循環領域における収容効果(a containing effect)はより小さなものとなる。
【００１２】
外側空気スワーラー6は管17周りの管19によって形成され、これら二つの管の間には、そこを通過する空気の流れを旋回させるための旋回ブレード20が設けられている。外側燃料フィルマー7は管19の周りのスリーブ21によって形成され、管19とスリーブ21との間には、供給チャンネル22から環状の噴射ポート23へと流れる燃料の流れを供給する環状のチャンネルが形成される。噴射ポート23には旋回ブレード24が嵌合している。管19からの旋回空気の流れは噴射ポート23を通過し、図３に示す半径方向外向きに流れる円錐状のスプレーを形成するために燃料を霧化する。通常、旋回ブレード20，24は、角度140°の広いスプレーコーンを与えるために角度70°で設定され、スプレーは燃焼器の側壁27へ向かって半径方向外向きに流れ、図３に示す外側環状領域Ｐ、すなわち予備燃焼領域で再循環する。予備燃焼領域Ｐには比較的小さい連続的な燃料の流れが供給され、一方、主燃焼領域には、より大きな燃料の流れが供給されるが、その流れは変化しうるものであり、また不連続ともなりうるものである。
【００１３】
追加的な特徴として、本燃料噴射装置は最外郭空気スワーラー28を有しても良く、この最外郭空気スワーラー28は外側スリーブ21上に嵌合させた短スリーブを具え、これらスリーブ間には、通常70°の角度に設定された旋回ブレード30を有する。このスワーラーは環状の予備燃焼領域Ｐへの噴射を伴って外側へ流れるさらなる空気の旋回流を発生させる。
【００１４】
中間空気フィルマー5によって生成される軸線方向流れは、内側の燃料および空気のスプレーと共に前方へ流れて収束し、空気のカーテンを形成する傾向となり、この空気のカーテンは中央の主燃焼領域Ｍにおいて、このスプレーを継続させ、かつ、環状の予備燃焼領域Ｐにおける外側スプレーと分離させることが理解される。こうした燃焼領域の分離は、燃焼器内の燃料流束を標本として抽出する収集管レーキの配置を用いることにより測定することができ、その結果は図4に示されており、図では二つの燃焼領域ＭおよびＰの間の分離が示されている。グラフＡは内側燃料フィルマー4単独で供給される燃料のための燃料流束を示し、グラフＢは外側燃料フィルマー7単独で供給される燃料のための燃料流束を示し、またグラフＣは、燃料が内側および外側燃料フィルマー双方により等しく供給される時の燃料流束を示す。
【００１５】
図示の実施形態において、燃料噴射装置のノズル2はアーム31の端部で支持され、アーム31は二本の分離した供給管12，22を支持する燃料供給導管として働く。ノズルは図３に示すように空気流内に配置され、そのため空気はスワーラー3，6，28および軸線方向空気フィルマー5の全てに供給される。
【００１６】
好適な実施形態において、燃焼領域Ｐは予備動作のための燃焼領域として作用し、一方燃焼領域Ｍは主燃焼領域として作用し、結果的にそれぞれに燃料が供給される。予備燃焼領域は主燃焼領域の外側に配置されているため、主燃焼領域の内側に配置されている場合よりも、かなり点火し易いものとなる。
【００１７】
エンジン燃焼器の分離した領域への燃料噴射は、例えば、予備動作のために広いスプレー分布を有する第一の領域および噴射装置近傍の気密性の高い再循環流れパターンを用いることにより、および、最大出力下での主燃料供給のための燃焼器中心線上における長くて狭い再循環流れパターンを有する第二の領域を用いることにより、異なるエンジン動作条件に応じた燃料の配置の変化を許容する。予備動作のための第一の領域における燃料噴射は、良好な点火と良好な取り扱い性能のために最適化することができ、主動作のための第二の領域における燃料噴射は、良好な放出性能のために最適化することができる。予備動作および主動作の条件の間で、二つの噴射は、動作しているエンジン内部を通しての燃焼の最適化を許容するために制御することが可能である。
【００１８】
燃料供給をアイドルレベルまで低下させ、一方空気流を絶えず維持し、その結果消火を可能とする時に急激な減速下での燃焼の安定性を補償するために、第一の領域における燃料噴射を強化し、第二の領域における燃料噴射を弱めることは可能である。本発明により提示されるこうした燃料の配置の制御は、特に高圧、高温および高低下率で動作する航空機用エンジンに適したものであり、ここで最大値と飛行時のアイドル条件との間の比は極端なものである。しかしながら、本発明による燃料噴射装置は、ケロシン噴射型の軍用および民間用の航空機用ターボファン、ディーゼルおよびケロシン噴射型の海洋および地上用のガスタービンを含むいかなる液体噴射型のガスタービンにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による空気噴射装置の断面図である。
【図２】  図1の噴射装置の前立面図である。
【図３】  ガスタービンエンジンに固定した図1の噴射装置の模式的な図であり、噴射装置から噴射される流れのパターンを示す。
【図４】  図1の噴射装置の噴射領域において生成される燃料流束の測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
1  燃料噴射装置
2  ノズル
3  内側空気スワーラー
4  内側燃料フィルマー
5  中間軸線方向空気フィルマー
6  外側空気スワーラー
7  外側燃料フィルマー
8，17，19  管
9，14，20，24，30  旋回ブレード
10，21  スリーブ
11  環状チャンネル
12，22  供給チャンネル
13，23  環状噴射ポート
28  最外郭空気スワーラー
31  アーム
【図１】
0004076058.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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