(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
衝突バッフル（１４８）を含むドーム板（１４２）と、該ドーム板に結合された熱シールド（１７０）とを含むドームアセンブリを通して、ガスタービンエンジン燃焼器（１６）に空気流を供給する方法であって、
加圧空気流を前記衝突バッフルに向ける段階と、
前記熱シールドを衝突冷却及びフィルム冷却するために、前記衝突バッフルの複数の孔（１６４）を通し、前記空気流の一部が前記熱シールドの複数の孔（１８４）を通って前記熱シールドの裏側に向けられるよう、空気流を前記熱シールドへ向け直す段階と、
前記熱シールド（１７０）の端部と前記ドームプレート（１４２）との間から前記空気流が流出するのを円周方向に延びるシール組立体（２２０）で防ぐ段階と
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
燃焼室（１１６）内における旋回空気流を強化するために、前記熱シールドの孔を介して空気流を向け直す段階と、を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ガスタービンエンジン燃焼器（１６）のためのドームアセンブリであって、
衝突バッフル（１４８）と、
それを貫通し、燃料噴射器を受ける寸法にされた開口（１５０）とを含むドーム板（１４２）と、
前記ドーム板の開口を貫通して延び、該ドーム板に結合された熱シールド（１７０）と、
を含み、
前記衝突バッフルが、該バッフルを貫通する複数の冷却孔（１６４）を備えて衝突冷却のために空気を方向付け、
前記熱シールド（１７０）は、前記衝突バッフル（１４８）から向けられた前記空気の一部を該熱シールドをフィルム冷却するように空気を向けるように構成された、該熱シールドを貫通して延びる複数の孔（１８４）を備え、
前記ドームアセンブリは、前記熱シールド（１７０）の端部と前記ドームプレート（１４２）との間から前記空気流が流出するのを防止する円周方向に延びるシール組立体（２２０）を有することを特徴とするドームアセンブリ。
【請求項４】
前記熱シールド（１７０）は、第１の本体部分（１７２）と第２の本体部分（１７４）とを含み、
前記第１本体部分（１７２）は、前記ドーム板（１４２）に結合された外縁（１７６）から前記第２本体部分（１７４）まで延び、
前記第２本体部分（１７４）は、前記第１本体部分（１７２）から先細に延びて、前記熱シールド（１７０）を貫通する開口（１９０）を形成することを特徴とする請求項３に記載のドームアセンブリ。
【請求項５】
前記熱シールドは、前記衝突バッフルに面する外表面（１８０）に隆起が設けられていることを特徴とする請求項３又は４に記載のドームアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的にガスタービンエンジンに関し、より具体的には、ガスタービンエンジン燃焼器に使用される熱シールドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、ガスタービンエンジンは、エンジンに流入する空気流を加圧する高圧圧縮機と、燃料と空気の混合物を燃焼させる燃焼器といった一連の流れ構成を有するコアエンジンを含む。燃焼器は、その前端部のドームアセンブリと、高温の燃焼生成物を包み込んで、それらをタービンへ向けるライナとからなる。燃料噴射器は、流入する燃料を燃焼に適した比率で空気と混合するよう特に設計された、燃焼器ドーム内の開口と整合している。燃焼生成物は全ての金属部品の耐熱度を越えているので、燃焼生成物は金属構造部品との直接接触を阻止される。構造部品の燃焼生成物からの隔離を容易にするために、少なくとも幾つかの公知の燃焼器ドームアセンブリは、ライナを支える構造ドーム板と、高温の燃焼生成物から構造部材を隔離する熱シールドとを含む。
【０００３】
冷却空気は、より高温の燃焼ガスに曝される構造部材の表面に供給される。より具体的に言えば、少なくとも幾つかの公知の燃焼器ドームアセンブリにおいては、ドームは、衝突冷却される熱シールドを含み、該熱シールドは、冷却空気がドーム内の小さな孔を通って加速され、熱シールドの前表面に衝突する時、冷却される。熱シールドの前表面に衝突した後、冷却空気は、熱シールドの縁部の周りを通って燃焼器に流入する。しかしながら、冷却空気はエンジンの多くの部品で必要とされ、少なくとも幾つかの公知の最新式高圧力比エンジンにおいては、冷却空気に対する必要性は、その供給量を上回り始めている。その結果、熱シールドの後表面が高温に連続的に曝され、ドームを含む燃焼器アセンブリの有効寿命を短くする可能性がある。
【特許文献１】
特開平１０−０６８５２４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、コスト効果がありかつ信頼性の高い手法で燃焼器の有効寿命を延長させることができるドームアセンブリを含む、ガスタービンのための燃焼器を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの態様においては、ドームアセンブリは、ドーム板と、該ドーム板に結合された熱シールドとを含む。ドーム板は、衝突バッフルと、燃料噴射器を受けるためにそれを貫通する開口とを含む。衝突バッフルはまた、それを貫通し、熱シールドと流体連通する複数の冷却孔を含む。
【０００６】
別の態様においては、ドーム板と、該ドーム板に結合された熱シールドとを含むドームアセンブリを備えるガスタービンエンジンのための燃焼器が提供される。ドーム板は、衝突バッフルと、それを貫通する燃料噴射器用の開口とを含む。衝突バッフルは、熱シールドを衝突冷却及びフィルム冷却するように空気を向けるように構成されている。
【０００７】
本発明の更に別の態様においては、ドームアセンブリを通して、空気流をガスタービンエンジン燃焼器に供給するための方法が提供される。ドームアセンブリは、ドーム板と熱シールドとを含む。ドーム板は衝突バッフルを含み、熱シールドはドーム板に結合されている。この方法は、加圧空気流を衝突バッフルに向ける段階と、熱シールドを衝突冷却及びフィルム冷却するために、衝突バッフルにより空気流を熱シールドへ向け直す段階とを含む。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、低圧圧縮機１２と高圧圧縮機１４と燃焼器１６とを含むガスタービンエンジン１０の概略図である。エンジン１０はまた、高圧タービン１８と低圧タービン２０を含む。
【０００９】
作動時に、空気は低圧圧縮機１２を通って流れ、加圧された空気は、低圧圧縮機１２から高圧圧縮機１４に供給される。高度に加圧された空気は、燃焼器１６へ送られる。燃焼器１６からの空気流（図１には示さず）はタービン１８、２０を駆動する。
【００１０】
図２は、ガスタービンエンジン１０のための燃焼器１６の概略側面断面図である。一実施形態においては、ガスタービンエンジンは、オハイオ州シンシナチのＧｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手できるＴ７００型である。図３は、区域３における燃焼器１６の拡大図である。燃焼器１６は圧縮機１４の下流にある。
【００１１】
圧縮機１４は、複数のブレード(図示せず)と遠心圧縮機、すなわちインペラ５０とを含む。遠心圧縮機５０は、ブレードの下流で圧縮機１４から後方へ延び、出口５２と、ハブ５４と、それらの間に延びる回転インペラ本体５６とを含む。遠心圧縮機５０はまた、非回転のインペラシュラウド５８を含む。一実施形態において、インペラ５０は単段遠心インペラである。
【００１２】
インペラ本体５６とインペラシュラウド５８とは、入口６０から出口５２まで半径方向外向きに切頭円錐形状に延び、チャンバ６２と、このチャンバ６２と流体連通している吐出口６６とを含む。インペラハブ５４は、ロータシャフト(図示せず)の周りに結合されている。吐出口６６は、インペラ出口５２に隣接しており、インペラチャンバ６２をデフューザ８２と流体連通させる。デフューザ８２は、遠心圧縮機５０から半径方向外向きに配置され、入口８４と出口８５とを含む。入口８４はインペラ吐出口６６に隣接し、インペラ５０から排出された入口空気をデフューザ８２内へ連続して流す。渦消カスケード８６が、デフューザ８２と流体連通しており、デフューザ出口８５から延びている。
【００１３】
燃焼器１６は、遠心圧縮機５０の下流に配置され、ケーシング９０を含む。複数の固定具(図示せず)がエンジン１０内で燃焼器１６を固定する。燃焼器１６は、該燃焼器１６の入口側１０２内へ燃料を噴射する複数の燃料ノズル１００を含む。燃焼器１６は、該燃焼器１６の入口側１０２から該燃焼器１６の出口側１２０まで延びる環状の燃焼室１１６を含む。燃焼器の出口側１２０は、高圧タービンノズル(図示せず)に隣接して配置される。
【００１４】
燃焼器１６は、環状の外側ライナ１３０と、環状の内側ライナ１３２と、それぞれ外側及び内側ライナ間に延びたドーム状端部１３４とを含む。外側ライナ１３０は、燃焼器ケーシング９０から半径方向内側に間隔を置いて配置され、内側ライナ１３２と共に環状の燃焼室１１６を形成する。例示的な実施形態においては、燃焼器のドーム状端部１３４は、単一環状形に構成された環状ドーム１４０を含む。１つの実施形態においては、燃焼器のドーム状端部１３４は、二重環状形に構成された複数のドーム１４０を含む。第２の実施形態においては、燃焼器のドーム状端部１３４は、三重環状形に構成された複数のドーム１４０を含む。
【００１５】
ドーム１４０は、燃焼器の外側ライナ１３０に固定された外端部１４４と、燃焼器の内側ライナ１３２に固定された内端部１４６とを有するドーム板１４２を含む。ドーム板１４２は、燃焼器入口側１０２を横切って延び、ドーム板１４２を貫通する中央開口１５０を形成する衝突バッフル１４８を含む。ドーム板の開口１５０は、それを通して燃料ノズル１００とスワーラ組立体(図示せず)とを受けるような寸法の直径１５２を有する。衝突バッフル１４８は、外表面１６０と、内表面１６２と、これら両表面の間で延びる複数の冷却孔１６４とを含む。冷却孔１６４は、冷却空気を加速して、該冷却空気を熱シールド１７０へ向ける。冷却孔１６４は、ドーム板の開口１５０の周り、及び燃焼器ドーム１４０の環形の周りの円周上で延びる。
【００１６】
熱シールド１７０は、ドーム板１４２に結合され、ドーム板の開口１５０を貫通して延びる。熱シールド１７０は、第１の本体部分１７２と第２の本体部分１７４とを含む。第１本体部分１７２は、ドーム板１４２に結合された外縁１７６から熱シールドの第２本体部分１７４まで延びる。より具体的には、第１本体部分の半径方向外側は、ドーム板１４２の内表面１７８に結合される。
【００１７】
熱シールドの第１本体部分１７２は、外表面１８０と、内表面１８２と、これら両表面間で延びる複数の孔１８４とを含む。外表面１８０の面積を増大させることによって衝突冷却空気の冷却能力を高めるために、一連のこぶ状隆起(図示せず)が、外表面１８０から外向きに延びる。冷却空気と熱シールド１７０とが接触する冷却表面積を更に増大できるように、孔１８４は、熱シールドの第１本体部分１７２を貫通して、内表面１８２と外表面１８０とに対して或る角度で延びる。孔１８４は、衝突バッフルの冷却孔１６４と流体連通している。第１本体部分１７２は、ドーム板の衝突バッフル１４８とほぼ平行であり、従って第１本体部分１７２は、衝突バッフルの冷却孔１６４と流体連通している。より具体的には、熱シールドの第１本体部分１７２は、熱シールドの外縁１７６から外向きに延びる取付突起部１８６を含む。取付突起部１８６は、ドーム板の内表面１７８から半径方向内向きに延びる肩部１８８と接触して、熱シールドの第１本体部分１７２をドーム板１４２に結合する。
【００１８】
熱シールドの第２本体部分１７４は、熱シールドの第１本体部分１７２から先細に延びて、熱シールド１７０を貫通する開口１９０を形成する。開口１９０は、該開口を通して燃料ノズル１００とスワーラ組立体とを受けるような寸法にされており、従って、熱シールドの本体部分１７４は先細になっているから、熱シールド１７０の上流側１９２における熱シールドの開口１９０の内径１９１は、熱シールドの開口１９０の下流側１９６における熱シールドの開口１９０の内径１９４よりも小さい。更に、熱シールドの第２本体部分１７４は、熱シールドの開口１９０がドーム板の開口１５０と同軸に整合するように、ドーム板の開口１５０を貫通して延びる。熱シールドの開口１９０を通過する燃料と空気の旋回を強化して、フィルム冷却効果を改善できるように、更に冷却孔１８４は円形パターンに配列される。熱シールドの外表面１８０において計測される熱シールドの開口１９０の外径１９８は、ドーム板の開口の直径１５２よりも僅かに小さい。
【００１９】
熱シールドの第２本体部分１７４は、該熱シールドの第２本体部分１７４がドーム板の開口１５０を貫通して延びる距離２０２を制限する環状肩部２００を含む。従って、第２本体部分の肩部２００は、ドーム板の開口の直径１５２よりも大きい外径２０４を有する。更に、熱シールドの第１本体部分の取付突起部１８６と熱シールドの第２本体部分の肩部２００との組合せは、熱シールド１７０がドーム１４０に対して整合した状態に維持されるのを保証する。より具体的には、突起部１８６と肩部２００とは、熱シールド１７０とドーム板１４２との間に空洞２１０が形成されるように、熱シールド１７０がドーム板１４２に結合されることを保証する。
【００２０】
空洞２１０は、ドーム板の衝突バッフル１４８と熱シールドの第１本体部分１７２との間において、熱シールドの第２本体部分１７４の周りで環状に延びる。より具体的には、空洞２１０は、衝突バッフル内表面１６２と熱シールド外表面１８０との間に形成される。従って、熱シールドの第１本体部分の孔１８４と衝突バッフルの冷却孔１６４とは、空洞２１０と流体連通する。
【００２１】
空洞２１０内に流入する空気流が、熱シールド１７０とドーム板１４２との間の境界面を通り抜けて流出するのを防止するために、熱シールド１７０とドーム板１４２との間にはシール組立体２２０が延びている。より具体的には、シール組立体２２０は、内側シール２２２と、外側シール２２４と、半径方向シール２２６とを含む。内側シール２２２は、ドーム板１４２と熱シールドの取付突起部１８６との間で、熱シールド１７０の半径方向内側２２８に沿って延びる。外側シール２２４は、ドーム板１４２と熱シールドの取付突起部１８６との間で、熱シールド１７０の半径方向外側２３０に沿って延びる。半径方向シール２２６は、熱シールドの半径方向内側２２８と外側２３０との間で、熱シールドの第１本体部分１７２に沿って延びる。別の実施形態においては、ドーム１４０は、シール組立体２２０を含まず、空洞２１０内に流入する空気流が熱シールド１７０とドーム板１４２との間を通り抜けて流出するのを防ぐために、熱シールド１７０とドーム板１４２との間が気密間隙になるように制御される。
【００２２】
作動中に、加圧空気流は、圧縮機１４から出て燃焼器１６を冷却するように向けられる。より具体的には、加圧空気流は、ドーム１４０に向けられて、ドーム板１４２を衝突冷却するために使用される。空気流は、衝突バッフル１４８に突き当たり、熱シールド１７０を衝突冷却するために、衝突バッフルの冷却孔１６４を通して空洞２１０内に向けられる。従って、衝突バッフル１４８に突き当たる空気流は、ドーム板１４２の作動温度を低下させる熱シンクとして機能する。
【００２３】
次いで空気流は、衝突バッフルの孔１６４を通って空洞２１０内に流入する。シール組立体２２０は、ドーム板内表面１６２と熱シールドの第１本体部分１７２との間に形成されるドーム板１４２と熱シールド１７０との境界面から加圧空気流が流出するのを防止する。その結果、空洞２１０に流入する空気流の圧力は、衝突バッフルの孔１６４の上流における圧力と、燃焼室１１６内及び熱シールドの冷却孔１８４の下流における圧力との中間の圧力である。従って、熱シールドの孔１８４を通って流れる空気は、熱シールド１７０の作動温度を低下させる熱シンクとして機能する。更に、空洞２１０は燃焼室１１６より高圧であるから、高温ガスが熱シールドの孔１８４を通って逆流するのが防止される。むしろ、熱シールドの孔１８４から出た空気流は、熱シールド内表面１７８をフィルム冷却する。
【００２４】
上に述べた燃焼器は、コスト効果がありかつ信頼性が高い。燃焼器は、熱シールドとドーム板との間に空洞が形成されるようにドーム板に結合された熱シールドを含む。熱シールドの冷却孔は、ドーム板の衝突バッフルの孔及びこれら両孔の間に形成された空洞と流体連通している。空洞に流入した空気流は、ドーム板と熱シールドとを衝突冷却するために使用される。熱シールドの孔を通って空洞から出た空気流は、熱シールドをフィルム冷却するために使用される。その結果、熱シールドとドーム板との作動温度は低下され、それによって燃焼器ドームの有効寿命はコスト効果がありかつ信頼性の高い手法で延長される。
【００２５】
本発明を様々な特定実施形態に即して説明してきたが、本発明が特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内の変更で実施できることは、当業者には明らかであろう。特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ガスタービンエンジンの概略図。
【図２】  図１に示したガスタービンエンジンに使用される燃焼器の概略側面断面図。
【図３】  図２に示した燃焼器の区域３の拡大図。
【符号の説明】
１０  ガスタービンエンジン
１４  高圧圧縮機
１６  燃焼器
５０  遠心圧縮機
５６  回転インペラ本体
５８  インペラシュラウド
６０  インペラ入口
６２  インペラチャンバ
６６  インペラ吐出口
８２  デフューザ
８６  渦消カスケード
９０  燃焼器ケーシング
１００  燃料ノズル
１０２  燃焼器入口側
１１６  燃焼室
１２０  燃焼器出口側
１３０  燃焼器外側ライナ
１３２  燃焼器内側ライナ
１３４  燃焼器ドーム状端部
１４０  ドーム
１４２  ドーム板
【図１】
0004208501.tif 000002
【図２】
0004208501.tif 000003
【図３】
0004208501.tif 000004