(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジンの運転方法であって、上記ガスタービンエンジンは、流体流れを生み出すための圧縮機と、ケーシングと、前記ケーシング内の燃焼器とを有し、前記燃焼器は入口部分と、羽根を備えたタービンローターディスクと、前記ケーシング内の環状空間とを有し、前記環状空間は前記羽根を取囲むような上記ガスタービンエンジンであり、前記方法が、
−  加熱流体を用意するために燃料と燃焼空気とを前記燃焼器に供給する段階と、
−  前記燃焼器から前記羽根へ前記加熱流体を直接供給する段階と、
−  前記圧縮機からの前記流体流れを前記羽根に供給して前記環状空間内に回転する流体流れを形成する段階と、
−  前記回転する流体流れのすくなくとも一部を前記燃焼器の前記入口部分へ送る段階とを備えていることを特徴とする運転方法。
【請求項２】
前記燃料は前記燃焼器の前記入口部分の中の前記回転する流体流れへ供給される請求項１記載の方法。
【請求項３】
ガスタービンエンジンの運転方法であって、上記ガスタービンエンジンは、流体流れを生み出すための圧縮機と、ケーシングと、前記ケーシング内の燃焼器とを有し、前記燃焼器は入口部分と、羽根を備えたタービンローターディスクと、前記ケーシング内の環状空間とを有し、前記環状空間は前記羽根を取囲むような上記ガスタービンエンジンであり、前記方法が、
−  前記圧縮機からの前記流体流れを前記羽根に供給して前記環状空間内に回転する流体流れを形成する段階と、
−  前記回転する流体流れの少なくとも一部を前記燃焼器の前記入口部分へ送る段階と、
−  前記燃焼器の前記入口部分の中の前記回転する流体流れへ前記燃料を送る段階と、
−  前記燃焼器内で前記燃料と空気を燃やすことによって前記燃焼器内で加熱流体を用意する段階と、
−  前記燃焼器からの前記加熱流体を前記羽根に直接供給する段階とを備えていることを特徴とする運転方法。
【請求項４】
ガスタービンエンジンであって、前記ガスタービンエンジンが、
−  流体流れを生み出すための圧縮機と、
−  燃料源と、
−  燃焼空気源と、
−  ケーシングと、
−  前記ケーシング内の燃焼器であって、前記燃焼器は環状の内壁と入口部分とを有し、前記燃焼器は前記燃料源及び前記燃焼空気源と連通して加熱流体を用意するような上記燃焼器と、
−  羽根を備えたタービンローターディスクであって、前記羽根は前記燃焼器のすぐ下流側に配置されて前記燃焼器から前記加熱流体を受けるような上記タービンローターディスクと、
−  前記ケーシング内の環状空間であって、前記羽根を取囲むような前記環状空間と、
−  前記タービンローターディスクの上流側の領域であって、前記領域は前記圧縮機と連通し前記圧縮機からの前記流体流れを前記羽根に供給して、前記環状空間内に回転する流体流れを形成するような上記領域と、
−  前記環状空間から前記前記燃焼器の入口部分へ前記回転する流体流れを進入させる手段であって、この手段によって回転する流体流れが前記燃焼器の前記入口部分内に形成されるような上記手段とを備えていることを特徴とするガスタービンエンジン。
【請求項５】
前記燃料源が前記燃焼器の前記入口部分と連通している請求項４記載のガスタービンエンジン。
【請求項６】
前記環状空間から前記前記燃焼器の入口部分へ前記回転する流体流れを進入させる前記手段が、
−  前記燃焼器の前記環状の内壁と間隔を隔てられて前記燃焼器内に据付けられた環状の案内壁であって、前記燃焼器の前記環状の内壁と共に前記燃焼器の前記入口部分を形成するような前記環状の案内壁と、
−  前記ケーシングの前記環状空間と連通する前記燃焼器の前記入口部分とを備えていることを特徴とする請求項４記載のガスタービンエンジン。
【請求項７】
前記燃料源が前記燃焼器の前記入口部分と連通している請求項６記載のガスタービンエンジン。
【請求項８】
ガスタービンエンジンであって、前記ガスタービンエンジンが、
−  流体流れを生み出すための圧縮機と、
−  燃料源と、
−  燃焼空気源と、
−  ケーシングと、
−  前記ケーシング内の燃焼器であって、前記燃焼器は環状の内壁と入口部分とを有し、前記燃焼器は前記燃焼空気源と連通して前記燃料を前記燃焼空気と共に燃やすことによって加熱流体を用意するための上記燃焼器と、
−  羽根を備えたタービンローターディスクであって、前記羽根は前記燃焼器のすぐ下流側に配置されて前記燃焼器から前記加熱流体を受けるような上記タービンローターディスクと、
−  前記ケーシング内の環状空間であって、前記羽根を取囲むような前記環状空間と、
−  前記タービンローターディスクの上流側の領域であって、前記領域は前記圧縮機と連通し前記圧縮機からの前記流体流れを前記羽根に供給して、前記環状空間内に回転する流体流れを形成するような上記領域と、
−  前記燃焼器の前記環状の内壁と間隔を隔てられて前記燃焼器内に据付けられた環状の案内壁であって、前記燃焼器の前記環状の内壁と共に前記燃焼器の前記入口部分を形成するような前記環状の案内壁と、
−  前記ケーシングの前記環状空間と連通する前記燃焼器の前記入口部分と、
とを有し、
前記燃料源が前記燃焼器の前記入口部分と連通していることを特徴とするガスタービンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願は係属中の３つの米国特許出願、出願日は１９９８年９月２５日で米国特許出願番号が第０９／１６１，１１４号、第０９／１６１，１１５号、及び第０９／１６１，１７０号と相互参照され、これらのそれぞれの係属中の米国出願は参照によってここに組入れられる。
【０００２】
本発明はガスタービンエンジンの分野に関し、より詳細には、燃焼器へ給送に回転する流体流れのトレーンを用いて、空気／燃料の混合を高め、排出物を改善する、改良されたガスタービンエンジンに関する。
【０００３】
【従来の技術】
あるタイプの従来技術のガスタービンエンジンは、圧縮機と、燃料源と、燃焼空気源と、ケーシングと、燃料と燃焼空気とから加熱流体を用意する燃焼器とを有する。燃焼器は燃料源と燃焼空気源と圧縮機とに結合される。実際には圧縮機からの流体流れのすべてが燃焼器に向けられる。エンジンは燃焼器からの加熱流体を受ける羽根をもったタービンローターディスクを有する。エンジンの運転中にタービンローターディスクが回転するとき、燃焼器から来る加熱流体の流れは、羽根に対して角度を付けて向けられて、滑らかな入射状態を確保しなければならない。このために一定角度に配置された固定羽根を用いて、ローターディスクの回転と矛盾しないやり方で、燃焼器からの加熱流体をタービンローターディスクへ導く。このガスタービンエンジンはBranstromらへの米国特許第３，８２６，０８４号に開示される。
【０００４】
固定羽根の角度は通常、タービンローターディスクの最も最適で優勢な動作条件（速度）に適合するように選定される。この解決策は、大体において安定した運転条件を有するガスタービンエンジン、例えば発電機のために用いる場合などのためには十分に受け入れられる。ガスタービンエンジンの負荷が安定している用途では、タービンローターディスクは安定した速度で回転し、羽根の入射角は変化しないので損失が最小になる。他方において、このガスタービンエンジンが乗り物を動かすのに使用されるならば、状況は根本的に異なっている。そのような用途では、タービンローターディスクの速度は乗り物の負荷に応じて広い範囲の中で変化するだろう。その結果、入射角もまた負荷変動の下の広い範囲の中で変化して、これがより大きい損失に通じる。この問題は、固定羽根を用いた従来のアプローチでは解決できない。羽根の入射角を変化させるためにコントロール可能な固定羽根を使用することもできるが、燃焼器の下流側の温度が高温で空間に制限がある場合には、それは非常に複雑で高価な解決策となる。この結果、乗り物の用途においてはガスタービンエンジンは高い損失を有することとなろう。さらに、ステータとベーンは追加空間を占めて、エンジンデザインをより複雑で高価にする。コントロール可能な羽根の使用はエンジンの信頼性を低くする。上述の問題点は本発明のガスタービンエンジンによって解決される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上述したタイプのガスタービンエンジンであって高い効率を有するものを提供することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、より簡単なデザインのよりコンパクトなガスタービンエンジンを提供することにある。
【０００７】
本発明の別の目的はガスタービンエンジンの排出物質の特性を改善することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
ガスタービンエンジンは、ケーシング内の環状空間から燃焼器の入口部分へ回転する流体流れを進入させるための装置を有し、燃焼器の入口部分の中に回転する流体流れを発生させる。圧縮機からの流体をタービンローターディスクの羽根へ供給することによって、回転する流体流れがケーシング内の環状空間に形成される。
【０００９】
本発明の他の目的と利点とは好ましい実施形態と添付図面についての以下の詳細な説明から明らかになるだろう。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図ｌを参照すると、ガスタービンエンジンは、ケーシング１０と、悪しくされた流体を供給するための圧縮機１２と、タービンロータに据付けられ、圧縮機１２の下流側に取付けられたタービンローターディスク１４と、タービンローターディスク１４に供給される加熱流体を用意する燃焼器１６とを有する。燃焼器１６は、燃料源（図示せず）から供給される燃料に導入するためのポート１８を有する。燃焼器１６は燃焼領域２０を形成し、その中で加熱流体が生成される。燃焼空気は矢印Ａが示すように空気源（図示せず）から燃焼器の入口部分へ供給されて、そこにはポート１８が提供されている。
【００１１】
符号１９にて示した燃焼器の入口部分は燃焼器１６の内側の環状壁２２によって、そして、環状の案内壁２４によって形成されていて、前記案内壁は燃焼器内において環状の内側壁２２と間隔を隔てて延在している。環状の案内壁２４はブラケット２６によって据付けられていて、流体の通路のための空間２８が残されている。
【００１２】
圧縮機１２からの流体の一部がタービンローターディスク１４へ供給されて、矢印Ｂに示す如く燃焼器１６を迂回して、ケーシング１０の通路３０を通ってタービンローターディスク１４の上流側の領域３２へ達する。羽根３４は通路３０に設けられて、この流体の流れをタービンローターディスクの回転に対して反することのないようにする。これらの羽根は一定のタービンエンジンの運転条件の下でだけ最適なやり方で機能するだろう。タービンローターディスク１４に送られる流体の量とこの流体の速度とがそれほど高くないので、最適ではない条件の下で発生する損失は比較的少ない。この流体はタービンローターディスク１４に導入されて、羽根１５を包囲する。圧縮機１２からの流体は、羽根１５の通路３６を通り抜けて、通路３６から出て、ケーシング１０内に形成された羽根１５を取囲む環状空間３８に達する。羽根１５が回転するとき、圧縮機１２からの流体は羽根通路３６から出て、環状空間３８内において回転する流体流れを形成する回転を得る。この回転する流体流れは、空間２８を通って燃焼器１６の入口部分１９へ進入しそこで回転する流体流れを生成する。燃料がポート１８を介して送られるとき、燃料は入口部分内の回転する流体流れによる回転動作に引きずられて、燃料と流体との激しいかき混ぜと混合が生じて、良質の燃料混合物を用意する。回転する流体流れは矢印Ａにて示すように燃焼領域２０内へと空気を引き込んで、燃焼領域２０内で形成された加熱流体に回転を与える。この回転する流れの方向はタービンローターディスクの回転方向と同じであって、この回転する流れの速度が着実にタービンローターディスク１４の回転速度に（非常に短いタイムラグで）追従する。燃焼器１６内で形成された加熱流体はタービンローターディスクの回転とほとんど完全に矛盾しないやり方でタービン羽根１５へと動く。その結果、この領域内における、タービン流れダクト内の損失の大部分に起因する損失は最小にされる。
【００１３】
本発明の他の利点は通路３６を通って、羽根１５に達する圧縮機からの流体はケーシング１０の羽根と隣接している壁を冷やすことである。
【００１４】
燃料と空気との強力な混合と撹拌、及び圧縮機から入口部分１９へ来る流体が、ほぼ理想的な状態で燃料の混合物を用意する。この高品質の燃料混合物はより良い状態の燃焼を提供して、エンジンの排出物質の特性を改善する。
【００１５】
本発明の他の利点は燃料混合物の準備の方法である。小出力のガスタービンエンジンに供給される燃料の量はかなり少ない。燃料対空気の比率が１：１５〜１：３０である均質の燃料混合物を用意するのは非常に難しい。ここで使用される燃料混合方法はこの問題を解決する。燃料が燃焼器の入口部分に進入した回転する流体流れによる回転動作の中で飛沫浮遊して運ばれるとき、燃料は微粒子化して、回転する流れの中での混合と撹拌は非常に完全で強力である。この完全性は燃料混合物の均質さを高度に保証する。
【００１６】
図２は、ブラケット２６によって取付けられた環状の案内壁２４を備えた空間２８の実施形態を示している。この空間２８は環状の案内壁のフランジ部分内の円弧状のスリットの形態をとるか、または、隣接するブラケット同士の間の隙間の形態をとる（図示せず）。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明によるガスタービンエンジンを示す模式図である。
【図２】  図２は環状空間の実施形態を示す断面図である（Leonidがスケッチを提供した。）。
【図１】
0004263364.tif 000002
【図２】
0004263364.tif 000003