(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流ライナ部分と、前記上流ライナ部分に対してある角度で配向された下流ライナ部分と、前記上流ライナ部分と前記下流ライナ部分とを連結して前記上流および下流ライナ部分の継目に機械的剛性をもたらす環状冷却ナゲットとからなるガスタービンエンジン燃焼器用ライナであって、
前記冷却ナゲットは、（ａ）前記上流ライナ部分に結合された第１冷却ナゲット部分と、（ｂ）前記下流ライナ部分に結合された第２冷却ナゲット部分と、（ｃ）第１端において前記第１および第２冷却ナゲット部分を連結しそして前記第１端から半径方向に延在する第３冷却ナゲット部分とを含み、
前記冷却ナゲットは冷却空気供給源と流通しており、そして前記上流ライナ部分と前記下流ライナ部分それぞれの表面に沿って冷却空気の出発膜を生成するように形成されている、ガスタービンエンジン燃焼器用ライナ。
【請求項２】
前記上流ライナ部分はさらに、（ａ）後壁と、（ｂ）前壁と、（ｃ）一端が前記後壁にそして他端が前記前壁に結合された中間壁とを含み、前記上流ライナ部分の前記後壁は前記冷却ナゲットに結合されそして前記下流ライナ部分に対して前記角度で配向されている、請求項１記載のライナ。
【請求項３】
前記上流ライナ部分は実質的に直角の断面形状を有する請求項１又は２記載のライナ。
【請求項４】
前記第１および第２冷却ナゲット部分に複数の環状に相隔たる冷却通路が形成されて前記第３冷却ナゲット部分と流通している、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のライナ。
【請求項５】
前記上流および下流ライナ部分に複数の環状に相隔たる冷却通路が形成されて前記第３冷却ナゲット部分と流通している、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のライナ。
【請求項６】
前記第３冷却ナゲット部分はさらに、（ａ）前記第３冷却ナゲット部分の第２端に結合されそして前記上流ライナ部分から隔てられかつそれと平行に配向された第１フランジ部と、（ｂ）前記第３冷却ナゲット部分の前記第２端に結合されそして前記下流ライナ部分から隔てられかつそれと平行に配向された第２フランジ部とを含む、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のライナ。
【請求項７】
前記第１冷却ナゲット部分と、前記第３冷却ナゲット部分の前記第１フランジ部と、前記第３冷却ナゲット部分の表面が、前記冷却空気を前記上流ライナ部分の表面に沿って導くように形成されている、請求項６に記載のライナ。
【請求項８】
前記第２冷却ナゲット部分と、前記第３冷却ナゲット部分の前記第２フランジ部と、前記第３冷却ナゲット部分の表面が、前記冷却空気を前記下流ライナ部分の表面に沿って導くように形成されている、請求項６又は７記載のライナ。
【請求項９】
前記第３冷却ナゲット部分の前記第１および第２フランジは前記上流ライナ部分と前記下流ライナ部分との継目に熱遮蔽体を形成している請求項６乃至８のいずれか１項に記載のライナ。
【請求項１０】
前記第３冷却ナゲット部分に複数の相隔たる冷却通路が設けられて冷却空気供給源と流通しており、前記上流および下流ライナ部分の継目における熱負荷が減らされる請求項１乃至９のいずれか１項に記載のライナ。
【請求項１１】
前記第１および第２冷却ナゲット部分の前記冷却通路は互いに特定角度をなして配向されている請求項４に記載のライナ。
【請求項１２】
前記特定角度は７５゜〜１０５゜の範囲内にある請求項１１記載のライナ。
【請求項１３】
前記燃焼器の内側ライナである請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のライナ。
【請求項１４】
前記燃焼器の外側ライナである請求項１乃至１３のいずれか１項にのライナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、トラップ渦空洞を有するガスタービンエンジン燃焼器用のライナに関し、特に、空洞ライナ部分を下流ライナ部分と連結する環状冷却ナゲットに関する。
【０００２】
【関連技術の説明】
先進航空機ガスタービンエンジン技術の要件は、燃焼器が短い長さを持ち、比較的広い運転範囲にわたって比較的高い性能レベルを有し、そして比較的低い排気汚染物排出レベルを示すようにすることである。このような目的を達成するために設計された燃焼器の一例がバラス（Burrus）の米国特許第５６１９８５５号に開示されている。その開示からわかるように、バラスの燃焼器は、高い亜音速マッハ数を有する入口空気流で効率良く作用し得る。これは部分的に、空気が上流圧縮機から燃焼室まで自由に流れることを可能にするドーム入口モジュールによるものであり、その流路内に燃料が噴射される。燃焼器はまたドーム入口モジュールに取付けられた内側および外側ライナを有し、両ライナは、内部に燃料と空気のトラップ渦を生成する上流空洞部分と、タービンノズルまで延在する下流部分とを備えている。
【０００３】
前述の米国特許第５６１９８５５号の燃焼器でわかっていることは、空洞燃焼域からの高温ガスが高温と適度の高速を有し、対応ライナの空洞部分が残りの下流ライナ部分と結合するコーナ継目に衝突するということである。その結果、ライナのこのような継目に高い熱負荷がかかる。米国特許第５６１９８５５号には、下流ライナ部分の上流端に設けた冷却通路が開示されており、下流ライナ部分の表面に沿う冷却流を発生させるが、追加的な冷却がコーナ継目自体に必要であるとともに空洞ライナ部分の後面に沿っても必要である。さらに、空洞ライナ部分と下流ライナ部分とのコーナ継目は構造的な強さを要求されるので、この箇所を強化する手段も同様に必要である。
【０００４】
従って、空洞ライナ部分と下流ライナ部分との継目が比較的大きな構造安定性を有するようなライナを開発することが望ましい。さらに、このようなライナがこの箇所にかつまた空洞ライナ部分の後部に沿って比較的多くの冷却をもたらすことが望ましい。
【０００５】
【発明の概要】
本発明の一態様によれば、ガスタービンエンジン燃焼器用のライナが、上流ライナ部分と、この上流ライナ部分に対してある角度で配向された下流ライナ部分と、上流ライナ部分と下流ライナ部分とを連結して上流および下流ライナ部分の継目に機械的剛性をもたらす環状冷却ナゲットとを含むものとして開示される。冷却ナゲットはさらに、上流ライナ部分に結合された第１冷却ナゲット部分と、下流ライナ部分に結合された第２冷却ナゲット部分と、第１端において第１および第２冷却ナゲット部分を連結している第３冷却ナゲット部分とを有し、第３冷却ナゲット部分は第１端から半径方向に延在する。冷却ナゲットは冷却空気供給源と流通し、そして上流ライナ部分と下流ライナ部分それぞれの表面に沿って冷却空気の出発膜を生成するように形成されている。
【０００６】
本発明の第２態様によれば、ガスタービンエンジンライナの隣合う部分を連結する冷却ナゲットが開示され、両ライナ部分は互いにある角度をなして配向されているものである。この冷却ナゲットは、上流ライナ部分に結合された第１部分と、下流ライナ部分に結合された第２部分と、第１端において第１部分と第２部分とを連結している第３部分とを含み、第３部分は第１端から半径方向に延在する。第３部分は冷却空気供給源と流通しており、そして上流ライナ部分と下流ライナ部分それぞれの表面に沿って冷却空気の出発膜を生成するように形成されている。冷却ナゲット第３部分はさらに、第３部分の第２端に結合されそして上流ライナ部分から隔てられかつそれと平行に配向された第１フランジ部と、第３部分の第２端に結合されそして下流ライナ部分から隔てられかつそれと平行に配向された第２フランジ部とを含んでいる。
【０００７】
本発明の第３態様によれば、ガスタービンエンジンライナの隣合う部分を連結する環状冷却ナゲットが開示され、両ライナ部分は互いにある角度をなして配向されているものである。この冷却ナゲットは、上流ライナ部分に結合された第１部分と、下流ライナ部分に結合された第２部分と、第１端において第１部分と第２部分とを連結している第３部分とを含み、第３部分は第１端から半径方向に延在し、そして内部に設けられた複数の相隔たる冷却通路を有する。冷却ナゲット第３部分は冷却空気供給源と流通しており、そして上流ライナ部分と下流ライナ部分との継目に冷却空気を供給するように形成されている。
【０００８】
【発明の詳述】
本発明は特許請求の範囲に明確に記載してあるが、添付図面と関連する以下の説明からより良く理解されよう。
【０００９】
添付図面の全図を通じて同符号は同要素を表す。図面について詳述すると、図１は、内部に燃焼室１２を規定している中空体を含む燃焼器１０を示す。燃焼器１０は軸線１４を中心として概して環状であり、そしてさらに外側ライナ１６と、内側ライナ１８と、総体的に符号２０で示したドーム入口モジュールとを備えている。ケーシング２２が好ましくは燃焼器１０の周囲に配置され、従って、外側半径方向通路２４がケーシング２２と外側ライナ１６との間に形成されそして内側通路２６がケーシング２２と内側ライナ１８との間に規定されている。
【００１０】
ドーム入口モジュール２０はバラス（Burrus）の米国特許第５６１９８５５号に開示されているものと同様でよいことを認識されたい。この特許はやはり本発明の譲受人により所有されそして参照によりここに包含されるものである。代わりに、図１は燃焼器１０を異なるドーム入口モジュール２０を有するものとして示す。この例では、モジュール２０は、その上流に配置されて圧縮機の排出端３０からの空気流を導くディフューザ２８から離れている。ドーム入口モジュール２０は、「トラップ渦空洞を有するガスタービンエンジン燃焼器用の燃料噴射棒」と題した、本発明の米国特許出願と同時の他の米国特許出願の明細書にさらに詳しく記載されており、これは参照によりここに包含される。本発明のライナ１６、１８はどちらの設計においても利用することができる。燃焼器１０のドーム入口モジュール２０に関するさらなる詳細については前述の米国特許と米国特許出願を参照されたい。
【００１１】
このような高速流内で燃焼を達成しかつ持続することは困難であり燃焼室１２内下流に同様に搬送されることに注意されたい。燃焼室１２内のこの問題を克服するために、空燃混合気に点火しそしてその火炎を安定化するなんらかの手段が必要である。好ましくは、これは、少なくとも外側ライナ１６に形成した、総体的に符号３２で示したトラップ渦空洞を組み入れることにより達成される。同様なトラップ渦空洞３４を内側ライナ１８にも設けることが好ましい。空洞３２、３４は、前述の米国特許第５６１９８５５号に記載されているように、燃料と空気のトラップ渦を生成するように利用される。以下のさらなる説明は主として外側ライナ１６とその空洞３２に関してなされるが、内側ライナ１８とそれに形成した空洞３４にも通用することを認識されたい。
【００１２】
外側ライナ１６に対して、トラップ渦空洞３２はドーム入口モジュール２０のすぐ下流に設けられそして実質的に直角形状のものとして示されている（ただし空洞３２は断面が弧状のものとして形成されてもよい）。空洞３２は燃焼室１２に開いており、後壁３６と、前壁３８と、前後両壁間に形成されそして好ましくは外側ライナ１６にほぼ平行な外壁４０とにより形成されている。米国特許第５６１９８５５号に示されているように、燃料は後壁３６の通路内の中央に設けた燃料噴射器を通ってトラップ渦空洞３２に入り得るが、前述の米国特許出願の明細書に記載されているように燃料噴射棒４２により前壁３８を通して燃料を噴射することが好ましい。
【００１３】
米国特許第５６１９８５５号では、空洞３２（すなわち後壁３６）はコーナ域（符号無し）で外側ライナの下流部分４４に直接結合されていることに注意されたい。この設計のさらなる解析によれば、このコーナ域は、空洞３２内の燃焼域４６からの高温ガスが高温と適度の高速でそれに衝突することによって生じる高い熱負荷を受ける。さらにわかったことは、このコーナ域はライナ１６における構造的に弱い箇所であるということである。
【００１４】
これらの問題を処理するとともに空洞３２、３４内の渦流を改善するために、本発明は、空洞ライナ部分３２、３４をそれぞれ外側ライナ１６と内側ライナ１８の下流ライナ部分４４、５０と連結する環状冷却ナゲット４８、４９を設ける。空洞３２、３４の後壁３６、５２は下流ライナ部分４４、５０にほぼ垂直にそして好ましくは約７５゜〜１０５゜の範囲内で配向されることを認識されたい。
【００１５】
図２に明示のように、冷却ナゲット４８は、空洞ライナ部分３２の後壁３６に結合された第１部分５４と、下流ライナ部分４４に結合された第２部分５６と、第１端６０において第１部分５４と第２部分５６とを連結している第３部分５８とを有する。第３冷却ナゲット部分５８は第１端６０から第２端６２まで半径方向内方に延在することに注意されたい。第１フランジ部６４が第３冷却ナゲット部分５８の第２端６２に結合され、そして第２フランジ部６６も同様である。第１フランジ部６４は好ましくは後壁３６から隔てられかつそれとほぼ平行に配向され、そして第２フランジ部６６は好ましくは下流ライナ部分４４から隔てられかつそれとほぼ平行に配向される。このように、第１および第２フランジ部６４、６６は空洞ライナ部分３２と下流ライナ部分４４との継目に熱遮蔽体を形成するように作用する。
【００１６】
第３冷却ナゲット部分５８は、第１冷却ナゲット部分５４に設けた複数の環状に相隔たる冷却通路６８と、第２冷却ナゲット部分５６に設けた複数の環状に相隔たる冷却通路７０とを介して冷却空気供給源（例えば、外側通路２４内から得られるバイパス空気）と流通していることを認識されたい。このようにして、冷却ナゲット４８の構造体は低温に保たれ、従ってその機械的剛性を維持して空洞ライナ部分３２と下流ライナ部分４４との継目を支持することができる。さらに、冷却ナゲット４８は、後壁３６の表面７２と下流ライナ部分４４の表面７４とに沿って冷却空気の出発膜を生成するように形成されている。代替的に、冷却通路６８、７０を後壁３６と下流ライナ部分４４とに形成して冷却空気供給源と第３冷却ナゲット部分５８との流通を可能にし得る。冷却通路６８、７０間の角度は、代表的な場合、後壁３６と下流ライナ部分４４との間の角度に相当するので、やはり好ましくは約７５゜〜１０５゜の範囲内にある。
【００１７】
さらに詳述すると、図示のように、第１冷却ナゲット部分５４と、第１フランジ部６４と、第３冷却ナゲット部分５８の表面７６は、冷却空気を外側空洞後壁表面７２に沿って導くように形成されている。同様に、第２冷却ナゲット部分５６と、第２フランジ部６６と、第３冷却ナゲット部分５８の表面７７は、冷却空気を外側下流ライナ部分４４の表面７４に沿って導くように形成されている。また、本発明の冷却ナゲット４９により冷却空気の出発膜が内側空洞後壁５２の表面８０と内側下流ライナ部分５０の表面８２とに沿って同様に生成されることも理解されよう。ライナ１６、１８の冷却を促進することに加え、空洞３２、３４内の渦流は、後壁表面７２、８０に送給される冷却空気によって増大する。
【００１８】
第１および第２フランジ部６４、６６に沿う区域の冷却を助長するために、一連の相隔たる冷却通路７８を第３冷却ナゲット部分５８の中央部分７６を貫通するように設け得る。これは、冷却空気供給源から空洞ライナ部分３２と下流ライナ部分４４との連結域への直接の流通を可能にする。
【００１９】
本発明の好適実施例を説示したが、本発明の範囲内でライナをさらに改変することができる。特に、冷却ナゲット４８と外側ライナ１６に関して冷却ナゲットを詳述したが、同じことが冷却ナゲット４９と内側ライナ１８にも当てはまることに注意されたい。さらに、ここに説明した燃焼器ライナはトラップ渦空洞を有するが、本発明は、互いにある角度をなして配向された隣合う部分を有する任意のライナに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるライナを有するガスタービンエンジン燃焼器の縦断面図である。
【図２】図１に示したコーナ冷却ナゲットの拡大縦断面図である。
【符号の説明】
１０  燃焼器（全体）
１２  燃焼室
１４  縦軸線
１６  外側ライナ
１８  内側ライナ
２０  ドーム入口モジュール（全体）
２２  ケーシング
２４  外側通路
２６  内側通路
２８  ディフューザ
３０  上流圧縮機の排出端
３２  トラップ渦空洞（外側ライナ）
３４  トラップ渦空洞（内側ライナ）
３６  外側ライナトラップ渦空洞の後壁
３８  外側ライナトラップ渦空洞の前壁
４０  外側ライナトラップ渦空洞の外壁
４２  燃料噴射棒
４４  下流ライナ部分（外側ライナ）
４６  外側空洞内の燃焼域
４８  外側ライナ用の環状冷却ナゲット（全体）
４９  内側ライナ用の環状冷却ナゲット（全体）
５０  下流ライナ部分（内側ライナ）
５２  内側空洞の後壁
５４  冷却ナゲットの第１部分
５６  冷却ナゲットの第２部分
５８  冷却ナゲットの第３部分
６０  第３冷却ナゲット部分の第１端
６２  第３冷却ナゲット部分の第２端
６４  第３冷却ナゲット部分の第１フランジ部
６６  第３冷却ナゲット部分の第２フランジ部
６８  第１冷却ナゲット部分内の冷却通路
７０  第２冷却ナゲット部分内の冷却通路
７２  後壁３６の表面
７４  下流ライナ部分４４の表面
７６  第３冷却ナゲット部分の第１表面
７７  第３冷却ナゲット部分の第２表面
７８  第３冷却ナゲット部分の中央部分内の冷却通路（外側ライナ）
８０  後壁５２の表面
８２  下流ライナ部分５０の表面
【図１】
0004380855.tif 000002
【図２】
0004380855.tif 000003