JP4993365B2 - ガスタービンエンジン燃焼器を冷却するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、総括的には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用の燃焼器に関する。

少なくとも幾つかの公知の燃焼器は、燃焼域を形成する燃焼器ライナに結合された少なくとも１つのミキサ組立体を含む。燃料噴射器は、燃料を燃焼域に供給するために、ミキサ組立体と流れ連通状態で燃焼器に結合される。具体的には、そのような設計では、燃料は、ミキサ組立体を通して燃焼器に流入する。ミキサ組立体は、ドームプレートすなわちメガネ形プレートによって燃焼器ライナに結合される。

少なくとも幾つかの公知のミキサ組立体は、フレアコーンを含む。一般的に、フレアコーンは、発散形であり、燃焼器の中心軸線から半径方向外向きに延びて、
空気と燃料とを混合するのを可能にしかつその混合気を半径方向外向きに燃焼域内に拡散するのを可能にする。発散形のデフレクタが、フレアコーンの周りで円周方向にかつ該フレアコーンから半径方向外向きに延びる。デフレクタ（そらせ部材）は、スプラッシュプレートと呼ばれることもあるが、燃焼域内で発生した高温燃焼ガスのドームプレートへの衝突を防止するのを可能にする。

作動時に、燃焼域に吐出された燃料により、フレアコーン及びデフレクタに沿って燃料−空気混合気が形成される可能性がある。この燃料−空気混合気は、燃焼して高いガス温度を発生する可能性がある。高温度に対する長時間の暴露により、フレアコーン上への酸化物形成速度が増大するおそれがあり、またフレアコーン及びデフレクタの変形が生じるおそれがある。

フレアコーン及びデフレクタの作動温度を低下させるのを可能にするために、少なくとも幾つかの公知の燃焼器ミキサ組立体では、フレアコーン内に形成した空気インジェクタを介して対流冷却空気を供給している。具体的には、そのような燃焼器では、冷却空気は、燃焼器中心軸線の周りで円周方向にフレアコーン及びデフレクタ間で延びるギャップ内に供給される。しかしながら、少なくとも幾つかの公知のデフレクタは、その周りに冷却空気を分布させるのに役立つような幾何学的形状を有しておらず、従って温度差が発生するおそれがある。
米国特許第６，４４２，９４０号公報 米国特許第６，５３０，２２７号公報 米国特許第６，５４６，７３２号公報 米国特許第６，６５１，４３９号公報

１つの態様では、燃焼器用のコーン組立体を提供する。本コーン組立体は、デフレクタと該デフレクタに結合されたフレアコーンとを含む。フレアコーンは、該フレアコーンの一部分を貫通して延びる複数の冷却用インジェクタを含む。冷却用インジェクタは、フレアコーンの中心軸線の周りで円周方向に間隔を置いて配置されかつ冷却流体源と流れ連通状態で結合される。複数の冷却用インジェクタは、複数の第１の冷却用インジェクタと複数の第２の冷却用インジェクタとを含む。複数の第１の冷却用インジェクタは、複数の第２の冷却用インジェクタよりも多くデフレクタの一部分を冷却するのを可能にする。

別の態様では、ガスタービンエンジンを提供する。本ガスタービンエンジンは、圧縮機と、該圧縮機と流れ連通状態で結合され燃焼器とを含む。燃焼器は、コーン組立体を含む。コーン組立体は、デフレクタと該デフレクタに結合されたフレアコーンとを含む。フレアコーンは、該フレアコーンの一部分を貫通して延びる複数の冷却用インジェクタを含む。冷却用インジェクタは、フレアコーンの中心軸線の周りで円周方向に間隔を置いて配置されかつ冷却流体源と流れ連通状態で結合される。複数の冷却用インジェクタは、複数の第１の冷却用インジェクタと複数の第２の冷却用インジェクタとを含む。複数の第１の冷却用インジェクタは、複数の第２の冷却用インジェクタよりも多くデフレクタの一部分を冷却するのを可能にする。

またここでは、ガスタービンエンジンを作動させる方法を開示する。この方法は、冷却流体源から燃焼器に冷却流体を送る段階を含み、燃焼器は、少なくとも１つのデフレクタと少なくとも１つのフレアコーンとを含む。デフレクタ及びフレアコーンは、互いに結合され、またそれらの間に冷却流体チャネルを形成するように構成される。フレアコーンは、該フレアコーンの一部分を貫通して延びる複数の冷却用インジェクタを有する。複数の冷却用インジェクタは、フレアコーンの中心軸線の周りで円周方向に間隔を置いて配置されかつ冷却流体源と流れ連通状態で結合される。複数の冷却用インジェクタは、複数の第１の冷却用インジェクタと複数の第２の冷却用インジェクタとを含む。本方法はまた、複数の第１の冷却用インジェクタを通して冷却流体の一部分を導く段階を含む。本方法はさらに、第１の複数の冷却用インジェクタが、第２の複数の冷却用インジェクタよりも多くデフレクタの一部分を冷却するのを可能にするように、複数の第２の冷却用インジェクタを通して冷却流体の一部分を導く段階を含む。

図１は、ファン組立体１０２、ブースタ１０３、高圧圧縮機１０４及び燃焼器１０６を含む例示的なガスタービンエンジン１００の概略図である。ファン組立体１０２、ブースタ１０３、圧縮機１０４及び燃焼器１０６は、流れ連通状態で結合される。エンジン１００はまた、燃焼器１０６及び低圧タービン１１０と流れ連通状態で結合された高圧タービン１０８を含む。ファン組立体１０２は、ロータディスク１１６から半径方向外向きに延びるファンブレード１１４の配列を含む。エンジン１００は、吸気側１１８と排気側１２０とを有する。エンジン１００はさらに、その周りでファン１０２、ブースタ１０３、圧縮機１０４並びにタービン１０８及び１１０が回転する中心線１２２を含む。

作動中、空気が、吸気口１１８を通してエンジン１００に流入し、ファン組立体１０２を通ってブースタ１０３内に送り込まれる。加圧空気が、ブースタ１０３から高圧圧縮機１０４内に吐出される。高度に加圧された空気が、圧縮機１０４から燃焼器１０６に送られ、そこで燃料が空気と混合され、その混合気が燃焼器１０６内で燃焼される。発生した高温燃焼ガスは、タービン１０８及び１１０に送られる。タービン１０８は、圧縮機１０４を駆動し、またタービン１１０は、ファン組立体１０２及びブースタ１０３を駆動する。その後燃焼ガスは、排気側１２０を通してエンジン１００から放出される。

図２は、ガスタービンエンジン１００の一部分の拡大断面図である。燃焼器１０６は、エンジン中心線１２２（図１に示す）の周りで環状に延び、環状外側ライナ１４０と環状内側ライナ１４２とを含む。ライナ１４０及び１４２は、それらの間に実質的に環状の燃焼室１５０を形成する。この例示的な実施形態では、エンジン１００は、それぞれ外側及び内側ライナ１４０、１４２の上流に取付けられた環状ドーム１４４を含む。ドーム１４４は、燃焼室１５０の上流端部を定める。半径方向外側ミキサ組立体１４６及び半径方向内側ミキサ組立体１４８が、ドーム１４４に結合される。この例示的な実施形態では、組立体１４６及び１４８は、二重環状構成（ＤＡＣ）として配置される。それに代えて、組立体１４６及び／又は１４８は、単一環状構成（ＳＡＣ）として配置することができ、或いは三重環状構成の一部分を形成することもできる。

外側及び内側ライナ１４０及び１４２は、ドーム１４４から下流方向にタービンノズル１５６まで延びる。この例示的な実施形態では、それぞれ外側及び内側ライナ１４０及び１４２は各々、それぞれ複数のパネル１５８及び１６０を含み、また各々、一連の段部１６２を含み、これら一連の段部の各々は、燃焼器ライナ１４０及び／又は１４２の個別の部分を形成する。ミキサ組立体１４６及び１４８は、燃焼室１５０を介してタービンノズル１５６と流れ連通状態で結合される。

燃焼器１０６は、外側カウル１６４と内側カウル１６６とを含む。外側カウル１６４及び内側カウル１６６は各々、それぞれパネル１５８及び１６０の一部分に結合される。より具体的には、それぞれ外側及び内側パネル１５８及び１６０は、それぞれカウル１６４及び１６６と直列的に結合されかつ該カウル１６４及び１６６から下流方向に延びる。外側カウル１６４は、燃焼器１０６内においてミキサ１４６の周りで環状に延び、また内側カウル１６６は、燃焼器１０６内においてミキサ１４８の周りで環状に延びる。燃焼器１０６はまた、環状中央カウル１６８を含み、環状中央カウル１６８は、外側カウル部分１７０、内側カウル部分１７２及び中央部分１７４を含む。部分１７０及び１７２は、部分１７４に結合され、３つの部分１７０、１７２及び１７４の全てにより、それらの間に環状空洞１７５が形成される。カウル１６４と中央カウル部分１７０とは、少なくとも部分的に外側ミキサ空洞１７６及び環状入口１７８を形成する。同様に、カウル１６６とカウル部分１７２とは、少なくとも部分的に内側ミキサ空洞１８０及び入口１８２を形成する。圧縮機１０４は、入口１７８及び空洞１７６を介して、ミキサ１４６と流れ連通状態で結合される。同様に、圧縮機１０４は、入口１８２及び空洞１８０を介して、ミキサ１４８と流れ連通状態で結合される。

燃焼器１０６はまた、燃焼室１５０の上流においてエンジン中心線１２２の周りで環状に延びるドームプレート１８４を含む。ドームプレート１８４は、ライナ１４０及び１４２と結合され、ミキサ１４６及び１４８に対する構造的支持を与える。ドームプレート１８４内には、複数の開口（図２には図示せず）が形成され、これら複数の開口は、ミキサ１４６及び１４８を受ける寸法にされる。具体的には、ドームプレート１８４は、燃焼器１０６内で所定の位置にミキサ組立体１４６及び１４８を固定するのを可能にする。

ミキサ１４６は、デフレクタ部分１９２とフレアコーン部分１９４とを有するコーン組立体１９０を含む。同様に、ミキサ１４８は、デフレクタ部分２０２とフレアコーン部分２０４とをさらに有するコーン組立体２００を含む。この例示的な実施形態では、ミキサ１４６及び１４８は、実質的に同一である。

ミキサ組立体１４６には、燃料噴射器２０５を介して燃料が供給され、燃料噴射器２０５には、燃料供給管２０６を介して燃料が供給される。管２０６は、燃料源（図２には図示せず）に連結される。燃料噴射器２０５は、ミキサ１４６内に延びる。より具体的には、燃料噴射器２０５は、ミキサ入口１７８を貫通して延び、ミキサ１４６を貫通して延びる長手方向対称軸線２０７と実質的に平行な方向に燃料を吐出する（図２には図示せず）。燃焼器１０６はまた、ミキサ１４６及び１４８の下流で燃焼室１５０内に延びかつ点火器エンクロージャ２０８内に収納された燃料点火器（図２には図示せず）を含む。同様に、ミキサ組立体１４８には、燃料噴射器２０９を介して燃料が供給される。燃料噴射器２０９は、ミキサ１４８内に延び、燃料供給管２０６と流れ連通状態で結合される。より具体的には、燃料噴射器２０９は、ミキサ１４８の長手方向対称軸線２１０と実質的に平行な方向に燃料を吐出する。

燃焼器１０６はまた、ミキサ１４６及び１４８間に配置された実質的に環状の流れ中央シールド２１１を含む。中央シールド２１１は、複数の壁２１２を含み、これらの壁２１２は、その中に環状チャンバ２１３を形成しかつ複数の空気ジェット２１４を含む。中央シールド２１１は、壁２１２を介してドームプレート１８４及びカウル中央部分１７４に結合される。空洞１７５、カウル中央部分１７４、壁２１２の一部分、中央シールドチャンバ２１３及び空気ジェット２１４は、流れ連通状態で結合され、高圧圧縮機１０４から燃焼室１５０に空気を送るための通路を形成する。空気ジェット２１４は、ミキサ１４６及びミキサ１４８からの火炎を、２つの火炎間の相互作用が緩和されるように分割する。さらに、圧縮機１０４から中央シールド２１１を介して燃焼室１５０に流れる空気流は、カウル１６８及びドームプレート１８４から熱を除去するのを可能にする。

作動時に、高圧圧縮機１０４から吐出された空気は、燃焼器１０６に送られる。具体的には、空気は、入口１７８を介してミキサ空洞１７６内に送られ、また入口１８２を介してミキサ空洞１８０内に送られる。燃料は、燃料源（図２には図示せず）から燃料管２０６を介して燃料噴射器２０５内に送られ、燃焼室１５０に向けて吐出される。空気と燃料とは、ミキサ１４６及び１４８内で混合され、燃料／空気混合気は、それぞれミキサ中心線２０７及び３１０と実質的に平行な方向に燃焼室１５０内に噴出される。中央シールド２１１は、ミキサ１４６及び１４８に関連する火炎を分離するのを可能にし、燃焼室１５０内での燃焼が可能になる。その後、関連する燃焼ガスは、タービンノズル１５６に送られる。

図３は、コーン組立体１９０の一部分の斜視図である。図４は、コーン組立体１９０の端面図である。図５は、コーン組立体１９０の分解図である。図３、図４及び図５は、以下の説明において同時に参照する。ミキサ１４６の組立て及び作動について以下に詳しく述べるが、ミキサ１４８（図２に示す）も同様に組立てられかつ作動する。ミキサ１４６は、環状の出口コーン２１６を有する環状の空気スワーラ２１５を含み、出口コーン２１６は、長手方向対称軸線２０７の周りに実質的に対称的に配置される。出口コーン２１６は、半径方向内向きに面した流れ表面２１８を含む。空気スワーラ２１５は、半径方向外表面２２０と半径方向内向きに面した流れ表面２２２とを含む。流れ表面２１８及び外表面２２０は、空気の一部分を下流方向に送るために使用する後方ベンチュリチャネル２２４を形成する。表面２２２は、一般的にまた本明細書ではベンチュリ２２５と呼ぶチャンバ２２５を形成する。空気スワーラ２１５はまた、複数の円周方向に間隔を置いて配置された前方スワーラ羽根２２６及び後方スワーラ羽根２２７を含み、これらのスワーラ羽根は、ミキサ１４６を通って流れる空気の少なくとも一部分に複数の対向する旋回運動を与えて、燃料及び空気の混合を可能にする。ミキサ１４６はまた、管状フェルール２２８を含む。燃料噴射器２０５の一部分は、該燃料噴射器２０５とフェルール２２８との間の熱膨張差による軸方向及び半径方向の動きを吸収するようにフェルール２２８内に摺動可能に配置される。

コーン組立体１９０は、空気スワーラ２１５に結合される。具体的には、フレアコーン部分１９２が、出口コーン２１６に結合されて、出口コーン２１６から下流方向に延びる。より具体的には、フレアコーン部分１９２は、半径方向内側流れ表面２３０と半径方向外表面２３２とを含む。フレアコーン部分１９２が出口コーン２１６に結合された時、半径方向内側流れ表面２３０は、出口コーン流れ表面２１８と実質的に同一平面上に配置される。具体的には、フレアコーン内側流れ表面２３０は、該フレアコーン内側流れ表面２３０がフレアコーン本体２３５のエルボ２３４からフレアコーン部分１９２の後端縁２３６まで半径方向外向きに延びるように発散する。より具体的には、フレアコーン外表面２３２は、後端縁２３６とエルボ２３４との間で内側流れ表面２３０と実質的に平行である。

デフレクタ部分１９４は、燃焼器ドームプレート１８４に対する高温燃焼ガスの衝突を防止するのを可能にする。デフレクタ部分１９４はまた、半径方向外表面２４０と半径方向内表面２４２とを含む。半径方向外表面２４０及び半径方向内表面２４２は、デフレクタ前端縁２４４からデフレクタ１９４を横切ってデフレクタ後端縁２４６まで延びる。デフレクタ半径方向内表面２４２は、２つの半径方向に狭い領域２４１及び２つの半径方向に広い領域２４３を含む。実質的に環状のギャップ２４７が、半径方向外表面２３２とデフレクタ内表面２４２の少なくとも一部分との間に形成される。

フレアコーン本体２３５は、前方表面２４８と後方表面２５０とを含む。複数の冷却用インジェクタ３００が、フレアコーン本体２３５内に形成されかつ該フレアコーン本体２３５を軸方向に貫通して延びる。より具体的には、インジェクタ３００は、フレアコーン本体前方表面２４８内に形成された入口３０２からフレアコーン本体後方表面２５０内に形成された出口３０４まで延びる。入口３０２は、インジェクタ３００がそれを通して低い圧力で冷却流体を吐出するように、出口３０４の上流に設けられる。１つの実施形態では、冷却流体は、圧縮機１０４から送られた加圧空気である。それに代えて、冷却流体は、本明細書に記載したように冷却するのを可能にするいずれの供給源からのものとすることができる。

インジェクタ３００は、軸線２０７に対して半径方向外向きにかつ前方入口３０２から後方出口３０４まで延びる。この例示的な実施形態では、インジェクタ３００は、異なる吐出径を有する複数のインジェクタを含む。具体的には、この例示的な実施形態では、２つの群のインジェクタ３００、すなわち小径群３０６と大径群３０８とが設けられる。より具体的には、この例示的な実施形態では、群３０６に関連する直径は、約０．８８９ｍｍ（０．０３５０インチ）であり、群３０８に関連する直径は、約１．４３３ｍｍ（０．０５６４インチ）である。さらに、この例示的な実施形態では、インジェクタ３００は、２つの円周方向に対向する群３０６がデフレクタ内表面２４２の半径方向に狭い領域２４１に向けて冷却流体を噴射するように配置されまたデフレクタ内表面２４２の半径方向に最も広い領域２４３に向けて冷却流体を噴射する２つの円周方向に対向した群３０８が設けられるように、配置される。インジェクタ群３０６及び３０８に関連する異なる直径は、デフレクタ１９４上で冷却流体流を偏向させるのを可能にする。具体的には、異なる直径により、デフレクタ表面２４２の異なる領域２４１及び２４３にわたって異なる冷却流体質量流量を噴射することが可能になる。より具体的には、インジェクタ群３０８は、インジェクタ群３０６が領域２４１にわたって噴射するよりも大きな所定の質量流量の冷却流体を領域２４３にわたって噴射する。それに代えて、所定の作動パラメータを達成するいずれかの構成として配置したあらゆる直径も使用することができる。

この例示的な実施形態では、フレアコーン１９２及びデフレクタ１９４は、独立して製作される。製作の方法には、それに限定されないが、鋳造法が含まれる。その後、インジェクタ３００が、それに限定されないが、公知の放電加工（ＥＤＭ）法を含む方法を使用して形成される。それに代えて、インジェクタ３００は、鋳造時にフレアコーン１９２内に形成することができる。また、それに代えて、フレアコーン１９２及びデフレクタ１９４は、それに限定されないが、鋳造法を含む方法によって、一体形の単体構造のフレアコーン−デフレクタ組立体１９０として形成することもできる。

作動時に、前方スワーラ羽根２２６は、空気を第１の回転方向に旋回させ、また後方スワーラ羽根２２７は、空気を第１の回転方向とは反対の第２の回転方向に旋回させる。燃料噴射器２０５（図２に示す）から吐出された燃料は、ベンチュリ２２５内に噴射され、前方スワーラ羽根２２６によって旋回を与えられた空気と混合される。この初期燃料／空気混合気は、ベンチュリ２２５から後方に吐出され、後方スワーラ羽根２２７によって旋回を与えられた空気と混合され、後方ベンチュリチャネル２２４を通して送られる。燃料／空気混合気は、それぞれ前方及び後方スワーラ羽根２２６及び２２７の遠心効果により、半径方向外向きに拡散し、比較的広い放出噴霧角度でフレアコーン流れ表面２３０及びデフレクタ部分流れ表面２４２に沿って流れる。

冷却流体は、冷却用インジェクタ群３０６及び３０８を通してコーン組立体１９０に供給される。群３０６及び３０８は、フレアコーン１９２の衝突冷却のために冷却流体の連続流が低い圧力で吐出されるように送るのを可能にする。低い圧力により、半径方向外表面２３２上への冷却流体衝突によるフレアコーン１９２の冷却及び衝突冷却のための逆流マージンの改善が可能になる。さらに、冷却流体は、対流熱伝達を増大させ、またフレアコーン１９２の作動温度を低下させるのを可能にする。低い作動温度により、それに限定されないが、フレアコーン１９２の熱誘起歪み及び有害酸化の可能性を軽減することを含むメカニズムにより、フレアコーン１９２の有効寿命の延長が可能になる。

さらに、冷却流体がインジェクタ群３０６及び３０８を通して吐出される時に、デフレクタ１９４は、フィルム冷却される。より具体的には、インジェクタ群３０６及び３０８は、内表面２４２にフィルム冷却を行う。群３０６及び３０８が、フレアコーン１９２の周りに円周方向に配置されまた冷却流体が、半径方向外表面２３２上に衝突するので、フィルム冷却は、フレアコーン１９２の周りで内表面２４２に沿って円周方向に方向付けられる。これに加えて、群３０６及び３０８は、上記のように冷却流の方向付けを可能にするので、コーン組立体１９０は、デフレクタ領域２４１及び２４３全体にわたってフィルム冷却を最適化するのを可能にする。具体的には、インジェクタ群３０６及び３０８に関連する異なる直径は、デフレクタ１９４上で冷却流体流を偏向せるのを可能にする。より具体的には、異なる直径により、デフレクタ表面２４２の異なる領域２４１及び２４３にわたって異なる冷却流体質量流量を噴射することが可能になる。さらにより具体的には、インジェクタ群３０８は、インジェクタ群３０６が領域２４１にわたって噴射するよりも大きな所定の質量流量の冷却流体を領域２４３にわたって噴射する。従って、領域２４１及び２４３の選択的冷却が可能になり、領域２４１及び２４３間の温度差が緩和される。さらに、領域２４１及び２４３間の温度差の減少は、領域２４１及び２４３間における熱応力の発生を軽減し、このことが次にデフレクタ１９４の歪み発生の可能性を軽減する。さらに、本明細書に記載したように冷却流体流を最適化することにより、冷却流体が空気である場合に、窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）形成の可能性を軽減することが可能になる。

この例示的な実施形態では、半径方向外表面２３２は、内表面２４２の一部分と実質的に平行に配置される。従って、この例示的な実施形態では、表面２４２と後端縁２３６との間の距離は、実質的に円周方向に一定であり、冷却流体質量流量は、インジェクタ群３０６及び３０８の寸法及び位置によって実質的に偏向したものになる。それに代えて、フレアコーン１９２は、表面２４２と後端縁２３６との間の距離（図示せず）を変化させて、冷却流体の質量流量がさらに偏向したものになって領域２４１にわたるよりも領域２４３にわたって大きな所定の質量流量になるのを可能にするようにする。具体的には、領域２４３に関連する表面２４２と後端縁２３６との間のギャップ２４７の距離は、領域２４１に関連するギャップ２４７の距離よりも大きい。上記のような一体形の単体構造コーン組立体１９０を製造することにより、この別の実施形態が可能になる。

ガスタービンエンジン１００を作動させる方法は、冷却流体源すなわち圧縮機１０４から燃焼器１０６に冷却流体すなわち空気を送る段階を含み、燃焼器１０６は、少なくとも１つのデフレクタ１９４と少なくとも１つのフレアコーン１９２とを含む。デフレクタ１９４及びフレアコーン１９２は、互いに結合され、またそれらの間に冷却流体チャネル２４７すなわちギャップ２４７を形成するように構成される。フレアコーン１９２は、該フレアコーン１９２の一部分を貫通して延びる複数の冷却用インジェクタ３００を有する。複数の冷却用インジェクタ３００は、フレアコーン１９２の中心軸線２０７の周りで円周方向に間隔を置いて配置されかつ冷却流体源すなわち圧縮機１０４と流れ連通状態で結合される。複数の冷却用インジェクタ３００は、複数の第１の冷却用インジェクタ３０８と複数の第２の冷却用インジェクタ３０６とを含む。本方法はまた、複数の第１の冷却用インジェクタ３０８を通して冷却流体すなわち加圧空気の一部分を導く段階を含む。本方法はさらに、第１の複数の冷却用インジェクタ３０８が、第２の複数の冷却用インジェクタ３０６よりも多くデフレクタ１９４の一部分を冷却するのを可能にするように、複数の第２の冷却用インジェクタ３０６を通して加圧空気の一部分を導く段階を含む。

図６は、本明細書に記述したような選択的偏向デフレクタ冷却を備えた例示的なコーン組立体１９０の破断図である。組立体１９０は、狭い内表面領域２４１と広い内表面領域２４３とを備えたデフレクタ１９４を含む。組立体１９０はまた、例示的なフレアコーン１９２を含む。従って、フレアコーン１９２内のインジェクタ３００（図４及び図５に示す）によって生成された空気流パターン４９４（複数の矢印で示す）が、ギャップ２４７を通って送られる。パターン４９４は、偏向空気流４９５と偏向空気流４９６とを含み、流量４９６が流量４９５よりも大きく、領域２４１に比べて領域２４３に向けてより多くの冷却量が偏向されるようになる。流れパターン４９４は、幾つかの公知のコーン組立体とは対照的なものとすることができ、公知のコーン組立体は、本明細書に記載したような選択的偏向デフレクタ冷却を有しておらず、冷却流偏向は実質的に弱められており、また領域２４１及び２４３に対する流量は実質的に同じになっている。

図７は、コーン組立体１９０（図６に示す）を使用して発生させることができる空気流パターン４９４のグラフ図５００である。グラフ５００は、横座標軸（Ｘ軸）５０４上に表したギャップ２４７の周りの円周方向位置の関数として冷却流体分布の分率を表す縦座標軸（Ｙ軸）５０２を含む。Ｘ軸５０４は、ギャップ２４７の１２時位置を表す０°位置を含んだ１８０°円弧を表している。１８０°円弧を表すＸ軸５０４はまた、ギャップ２４７の６時位置を表す１８０°位置を含む。０°位置は、時計回転方向に１８０°位置まで延びる。１８０°円弧の周りで３６°毎に取った位置での空気流パターン４９４のプロット曲線５０６は、領域２４３と比べて小さいパーセンテージの領域２４１にわたるギャップ２４７を通るより冷却流を示している。プロット曲線５０６は、本明細書に記載したような選択的偏向デフレクタ冷却を有しない幾つかの公知のコーン組立体の空気流パターンに関連させることができるプロット曲線と対照的なものとすることができる。そのようなコーン組立体は、実質的に弱まった冷却流の偏向を有し、領域２４１及び２４３に対する空気流は、実質的に同じとなることになる。そのようなコーン組立体の関連するプロット曲線は、実質的にゼロの傾きを有し、すなわちプロット図は、実質的に平坦である。

本明細書に記載した燃焼器用の方法及び装置は、ガスタービンを作動させるのを可能にする。より具体的には、上記のような燃焼器コーン組立体は、効率的かつ効果的な燃焼器冷却メカニズムを可能にする。また、堅牢な燃焼器コーン組立体は、燃焼器のデフレクタ及びフレアコーンの平均作動寿命を延長するのを可能にする。そのような燃焼器デフレクタ−フレアコーン組立体はまた、ガスタービンの信頼性を高め、またメインテナンスコストを低減しかつガスタービンの停止を減少させるのを可能にする。

以上において、ガスタービンに関連する燃焼器のデフレクタ−フレアコーン組立体の例示的な実施形態について詳述している。本方法、装置及びシステムは、本明細書に記載した特定の実施形態にもまた図示した特定のガスタービンにも限定されるものではない。

様々な特定の実施形態に関して本発明を説明してきたが、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することができることは、当業者には分かるであろう。

例示的なガスタービンエンジンの概略図。 図１に示すガスタービンエンジンの一部分の拡大断面図。 図２に示すガスタービンエンジンで使用することができる例示的な燃焼器コーン組立体の一部分の斜視図。 図３に示す燃焼器コーン組立体の端面図。 図３に示す燃焼器コーン組立体の分解図。 図３に示す燃焼器コーン組立体の破断図。 図６に示す燃焼器コーン組立体を使用して発生させることができる空気流パターンのグラフ図。

符号の説明

１００ ガスタービンエンジン
１０２ ファン組立体
１０３ ブースタ
１０４ 高圧圧縮機
１０６ 燃焼器
１０８ 高圧タービン
１１０ 低圧タービン
１１４ ファンブレード
１１６ ロータディスク
１１８ 吸気側
１２０ 排気側
１２２ エンジン中心線
１４０ 外側ライナ
１４２ 内側ライナ
１４４ ドーム
１４６ ミキサ
１４８ ミキサ組立体
１５０ 燃焼室
１５６ タービンノズル
１５８ 内側ライナパネル
１６０ ライナパネル
１６２ 段部
１６４ 外側カウル
１６６ 内側カウル
１６８ 中央カウル
１７０ 外側カウル部分
１７２ 内側カウル部分
１７４ カウル中央部分
１７５ 空洞
１７６ 外側ミキサ空洞
１７８ 入口
１８０ ミキサ空洞
１８２ 入口
１８４ 燃焼器ドームプレート
１９０ コーン組立体
１９２ フレアコーン
１９４ デフレクタ
２００ コーン組立体
２０２ デフレクタ部分
２０４ フレアコーン部分
２０５ 燃料噴射器
２０６ 燃料管
２０７ 対称軸線
２０８ 点火器エンクロージャ
２０９ 燃料噴射器
２１０ 対称軸線
２１１ 流れ中央シールド
２１２ 壁
２１３ 中央シールドチャンバ
２１４ 空気ジェット
２１５ 空気スワーラ
２１６ 出口コーン
２１８ 流れ表面
２２０ 外表面
２２２ 流れ表面
２２４ 後方ベンチュリチャネル
２２５ ベンチュリ
２２６ 前方スワーラ羽根
２２７ 後方スワーラ羽根
２２８ 管状フェルール
２３０ 内側流れ表面
２３２ 外表面
２３４ エルボ
２３５ フレアコーン本体
２３６ 後端縁
２４０ 外表面
２４１ 領域
２４２ デフレクタ内表面
２４３ 内表面広領域
２４４ デフレクタ前端縁
２４６ デフレクタ後端縁
２４７ ギャップ
２４８ 前方表面
２５０ 後方表面
３００ 冷却用インジェクタ
３０２ 前方入口
３０４ 出口
３０６ 冷却用インジェクタ群
３０８ 第１の冷却用インジェクタ
４９４ 空気流パターン
４９５ 空気流
４９６ 空気流
５００ グラフ図
５０２ Ｙ軸
５０４ Ｘ軸
５０６ プロット曲線

Claims (10)

1. 燃焼器用のコーン組立体（１９０）であって、
   デフレクタ（１９４）と、
   前記デフレクタに結合されたフレアコーン（１９２）と、を含み、
   前記フレアコーンが、該フレアコーンの一部分を貫通して延びる複数の冷却用インジェクタ（３００）を含み、
   前記複数の冷却用インジェクタが、前記フレアコーンの中心軸線の周りで円周方向に間隔を置いて配置されかつ冷却流体源と流れ連通状態で結合され、
   前記複数の冷却用インジェクタが、複数の第１の冷却用インジェクタと複数の第２の冷却用インジェクタとを含み、
   前記デフレクタ（２０２）が、第２の部分（２４１）と、該第２の部分より半径方向の領域が広い第１の部分（２４３）とを含み、
   前記複数の第１の冷却用インジェクタが、前記デフレクタの前記第１の部分を冷却するのを可能にし、
   前記複数の第１の冷却用インジェクタが、前記複数の第２の冷却用インジェクタよりも大きな直径を有して、該複数の第２の冷却用インジェクタよりも多く前記デフレクタの前記第１の部分を冷却するのを可能にし、
   前記複数の第２の冷却用インジェクタが、前記デフレクタの前記第１及び第２の部分間に生じる熱応力を減少させるのを可能にするように、該デフレクタの前記第２の部分を冷却するのを可能にする
   ことを特徴とする、コーン組立体（１９０）。
2. 前記フレアコーン（１９２）が、前記デフレクタ（１９４）との間に実質的に環状のギャップ（２４７）が形成されるように該デフレクタ（１９４）の半径方向内側に配置される、請求項１記載のコーン組立体（１９０）。
3. 前記ギャップ（２４７）が、実質的に一定の幅を有する、請求項２記載のコーン組立体（１９０）。
4. 前記ギャップの幅が、前記中心軸線の周りで円周方向に変化する、請求項２記載のコーン組立体（１９０）。
5. 前記ギャップ（２４７）が、前記デフレクタ（１９４）及びフレアコーン（１９２）の少なくとも一部分を冷却するのを可能にする、請求項４記載のコーン組立体（１９０）。
6. 前記フレアコーン（１９２）が、前記デフレクタ（１９４）に対して取外し可能に結合される、請求項１記載のコーン組立体（１９０）。
7. 前記フレアコーン（１９２）が、前記デフレクタ（１９４）と一体形に形成される、請求項１記載のコーン組立体（１９０）。
8. 加圧空気を送るように構成された圧縮機（１０４）と、
   前記圧縮機と流れ連通状態で結合されかつコーン組立体（１９０）を含む燃焼器（１０６）と、
   を含み、前記コーン組立体が、
   デフレクタ（１９４）と前記デフレクタに結合されたフレアコーン（１９２）とを含み、
   前記フレアコーンが、該フレアコーンの一部分を貫通して延びる複数の冷却用インジェクタ（３００）を含み、
   前記複数の冷却用インジェクタが、前記フレアコーンの中心軸線の周りで円周方向に間隔を置いて配置され、前記圧縮機と流れ連通状態で結合されかつ該圧縮機からの加圧空気を受けるように構成され、
   前記複数の冷却用インジェクタが、複数の第１の冷却用インジェクタと複数の第２の冷却用インジェクタとを含み、
   前記デフレクタ（２０２）が、第２の部分（２４１）と、該第２の部分より半径方向の領域が広い第１の部分（２４３）とを含み、
   前記複数の第１の冷却用インジェクタが、前記デフレクタの前記第１の部分を冷却するのを可能にし、
   前記複数の第１の冷却用インジェクタが、前記複数の第２の冷却用インジェクタよりも大きな直径を有して、該複数の第２の冷却用インジェクタよりも多く前記デフレクタの前記第１の部分を冷却するのを可能にし、
   前記複数の第２の冷却用インジェクタが、前記デフレクタの前記第１及び第２の部分間に生じる熱応力を減少させるのを可能にするように、該デフレクタの前記第２の部分を冷却するのを可能にする
   ことを特徴とする、ガスタービンエンジン（１００）。
9. 前記フレアコーン（１９２）が、前記デフレクタ（１９４）との間に実質的に環状のギャップ（２４７）が形成されるように該デフレクタ（１９４）の半径方向内側に配置される、請求項８記載のガスタービンエンジン（１００）。
10. 前記ギャップ（２４７）が、実質的に一定の幅を有する、請求項９記載のガスタービンエンジン（１００）。
    

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