タービンエンジン用の燃焼器アセンブリ及びその組み立て方法
【課題】改良されたタービンエンジン用の燃焼器アセンブリを提供する。
【解決手段】燃焼器アセンブリ３０は、中心軸６２を有し、内部に燃焼室６０が画定される燃焼器ライナ５４と、燃焼器ライナから延びる複数の燃料ノズル３８と、環状の流動スリーブ４０とを含み、流動スリーブは、当該流動スリーブと燃焼器ライナの間に環状の流路７６が画定されるように、燃焼器ライナの径方向外側に連結され、流動スリーブは、上部終端壁と下部終端壁の間に延びる前面を含み、上部終端壁は、複数の燃料ノズルから第１の距離で配置され、下部終端壁は、複数の燃料ノズルから、第１の距離とは異なる第２の距離で配置される。
【解決手段】燃焼器アセンブリ３０は、中心軸６２を有し、内部に燃焼室６０が画定される燃焼器ライナ５４と、燃焼器ライナから延びる複数の燃料ノズル３８と、環状の流動スリーブ４０とを含み、流動スリーブは、当該流動スリーブと燃焼器ライナの間に環状の流路７６が画定されるように、燃焼器ライナの径方向外側に連結され、流動スリーブは、上部終端壁と下部終端壁の間に延びる前面を含み、上部終端壁は、複数の燃料ノズルから第１の距離で配置され、下部終端壁は、複数の燃料ノズルから、第１の距離とは異なる第２の距離で配置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概してタービンエンジンに関し、特に、タービンエンジンに用いる燃焼器アセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくとも一部の既に知られているガスタービンエンジンでは、冷却用空気を使用して、エンジン内に組み込まれている燃焼器アセンブリを冷却する。この冷却用空気は、多くの場合、燃焼器アセンブリの上流に流体連通接続されたコンプレッサから供給される。具体的には、少なくとも一部の既知のタービンエンジンにおいて、冷却用空気は、コンプレッサから、燃焼器アセンブリの遷移片の周りを少なくとも部分的に取り巻いて延びるプレナム内に送出される。プレナムに入る冷却用空気の一部は、遷移片に外接する衝突スリーブに供給され、その後、衝突スリーブと遷移片の間に画定される冷却チャンネル内に送られる。冷却チャンネルに入る冷却用空気は、下流側で、燃焼器ライナと流動スリーブの間に画定される第２のチャンネル内に送出される。プレナムに入る冷却用空気の残りの部分は、流動スリーブ内に画定された吸気口から流れ出て下流に向かい、第２のチャンネル内に送られる。
【０００３】
第２のチャンネルを通る冷却用空気は、燃焼器ライナの外側を冷却する。既知の流動スリーブの少なくともいくつかは、第２のチャンネル内に冷却用空気を送出する吸気口及びシンブルを含む。この吸気口は、燃焼器ライナの外側表面の周りに不均一な空気流パターンで冷却用空気を送り込む。この不均一な分布は、燃焼器ライナ外側表面における温度のばらつきの原因となり得ると共に、燃焼器ライナと冷却用空気の間の不均一な熱伝達を生じ得る。やがて、この不均一な熱伝達は、熱亀裂及び燃焼器ライナの損傷の少なくともいずれかを引き起こす可能性があり、これらはいずれも燃焼器ライナの全有効寿命の短縮、もしくはタービンエンジンの製造及び運用コストの上昇、又はその両方をもたらし得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７７５７４９２Ｂ２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
改良されたタービンエンジン用の燃焼器アセンブリを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一態様において、燃焼器アセンブリが提供される。燃焼器アセンブリは、中心軸を有する燃焼器ライナを含み、この燃焼器ライナの内部に燃焼室が画定される。燃焼器ライナから複数の燃料ノズルが延びる。環状の流動スリーブは、流動スリーブと燃焼器ライナの間に環状の流路が画定されるように、燃焼器ライナの径方向外側に連結される。流動スリーブは、上部終端壁と下部終端壁の間に延びる前面を含む。上部終端壁は、複数の燃料ノズルから第１の距離で配置される。下部終端壁は、複数の燃料ノズルから、第１の距離とは異なる第２の距離で配置される。
【０００７】
他の態様において、タービンエンジンが提供される。このタービンエンジンは、コンプレッサと、そのコンプレッサに流体連通して、コンプレッサから放出された空気の少なくとも一部を受け取る燃焼器とを含む。燃焼器は、複数の燃焼器アセンブリを含む。複数の燃焼器アセンブリのうちの少なくとも一つの燃焼器アセンブリは、中心軸を有する燃焼器ライナを含み、この燃焼器ライナの内部に燃焼室が画定される。燃焼器ライナから複数の燃料ノズルが延びる。環状の流動スリーブは、流動スリーブと燃焼器ライナの間に環状の流路が画定されるように、燃焼器ライナの径方向外側に連結される。流動スリーブは、上部終端壁と下部終端壁の間に延びる前面を含む。上部終端壁は、複数の燃料ノズルから第１の距離で配置される。下部終端壁は、複数の燃料ノズルから、第１の距離とは異なる第２の距離で配置される。
【０００８】
更なる態様において、燃焼器アセンブリの組立方法が提供される。この方法は、複数の燃料ノズルに燃焼器ライナを連結することを含み、燃焼器ライナは、内部に画定された燃焼室を含み、燃焼器ライナは、中心軸に沿って延びる。環状の流動スリーブは、その流動スリーブと燃焼器ライナの間に環状の流路が画定されるように、燃焼器ライナの径方向外側に連結される。環状の流動スリーブは、上部終端壁と下部終端壁の間に延びる前面を含む。上部終端壁は、複数の燃料ノズルから第１の距離で配置される。下部終端壁は、複数の燃料ノズルから、第１の距離とは異なる第２の距離で配置される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】例示的タービンエンジンの模式的断面図である。
【図２】図１に記載したタービンエンジンに利用できる例示的燃焼器アセンブリの一部を示す拡大断面図である。
【図３】図２に記載した燃焼器アセンブリに利用できる例示的流動スリーブの部分断面図である。
【図４】図２に記載した燃焼器アセンブリに利用できる代替流動スリーブの断面図である。
【図５】図２に記載した燃焼器アセンブリに利用できる代替流動スリーブの断面図である。
【図６】図２に記載した燃焼器アセンブリに利用できる代替流動スリーブの断面図である。
【図７】図２に記載した燃焼器アセンブリに利用できる代替流動スリーブの断面図である。
【図８】図２に記載した燃焼器アセンブリに利用できる代替流動スリーブの断面図である。
【図９】図２に記載した燃焼器アセンブリに利用できる代替流動スリーブの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書に記載する例示的方法及び装置は、燃焼器ライナの周りに実質的に均一な流量分布の冷却液を送出する流動スリーブを設けて、冷却液と燃焼器ライナの外側表面との間の向上した熱伝達を促進することによって、既知の燃焼器アセンブリの欠点を克服する。具体的には、本明細書に記載する実施形態は、燃焼器ライナの中心軸に対して斜めに位置する吸気開口を含む流動スリーブを提供して、均一な周方向圧力分布を有する冷却液の流れを、燃焼器ライナの外側表面の周りに規定できるようにする。均一な分布の冷却液は、燃焼器ライナの外側表面の温度のほぼ均一な低下を促進しながら、燃焼器ライナの動作寿命の向上を促進する。
【００１１】
本明細書において、「上流」の用語は、タービンエンジンの前方端部を意味し、「下流」の用語は、タービンエンジンの後方端部を意味する。
【００１２】
図１は、例示的タービンエンジン１０の模式図である。タービンエンジン１０は、吸気区画１２、吸気区画１２の下流のコンプレッサ区画１４、コンプレッサ区画１４の下流の燃焼器区画１６、燃焼器区画１６の下流のタービン区画１８、及びタービン区画１８の下流の排気区画２０を含む。タービン区画１８は、シャフト２８を含むロータアセンブリ２２を介してコンプレッサ区画１４に連結される。燃焼器区画１６は、複数の燃焼器アセンブリ３０を含み、その各燃焼器アセンブリ３０はコンプレッサ区画１４と流体連通接続される。燃料ノズルアセンブリ２６は、各燃焼器アセンブリ３０に連結される。タービン区画１８は、コンプレッサ区画１４と、負荷（図示せず）とに回転可能に連結され、この負荷は、特に限定するものではないが、発電機、もしくは機械駆動用途、又はその両方などである。一実施形態において、タービンエンジン１０は、ニューヨーク州、スケネクタディ所在のゼネラルエレクトリックカンパニー（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙ）から市販されているＭＳ９００１Ｅエンジンである。タービンエンジン１０は、単に例示しただけであり、本発明は、タービンエンジン１０に利用されることのみに限定されるのではなく、むしろ、本明細書に記載されるように機能するあらゆるタービンエンジンにおいて実施できる。
【００１３】
動作において、空気はコンプレッサ区画１４を通って流れ、圧縮された空気が燃焼器区画１６内に送られる。燃焼器アセンブリ３０は、この空気流の中に、燃料、例えば、天然ガス、もしくは燃料油、又はその両方を噴射して、燃料−空気混合物を点火し、燃焼によって燃料−空気混合物を膨張させて、高温の燃焼ガスを生成する。燃焼ガスは、燃焼器アセンブリ３０からタービン区画１８に向かって送出され、タービン区画１８において、そのガス内の熱エネルギが機械的回転エネルギに変換される。燃焼ガスは、タービン区画１８及びロータアセンブリ２２に回転エネルギを伝達し、この後、ロータアセンブリ２２がコンプレッサ区画１４に回転動力を提供する。
【００１４】
図２は、燃焼器アセンブリ３０の一部の拡大断面図である。例示的実施形態において、燃焼器アセンブリ３０は、タービン区画１８と、コンプレッサ区画１４とに流体連通接続される。また、例示的実施形態において、コンプレッサ区画１４は、吐出プレナム３４と流体連通接続されるディフューザ３２を含み、この吐出プレナム３４によって、コンプレッサ区画１４から下流側に燃焼器アセンブリ３０に向かって空気を送ることができる。
【００１５】
例示的実施形態において、燃焼器アセンブリ３０は、複数の燃料ノズル３８を少なくとも部分的に支持する略円形のドームプレート３６を含む。ドームプレート３６は、前方区画４４と後方区画４６の間に延びる外側表面４２を含む略円筒の燃焼器流動スリーブ４０に連結される。外側表面４２には燃焼器ケース４８が連結され、流動スリーブ４０は、燃焼器ケース４８の内側表面５２によって画定されるチャンバ５０内に、少なくとも部分的に配置される。より詳細には、燃焼器ケース４８は、前方区画４４と後方区画４６の間で流動スリーブ４０に連結される。前方区画４４はドームプレート３６に連結されており、チャンバ５０は、コンプレッサ区画１４からの空気の流れが流動スリーブ４０に流入できるように、プレナム３４と連通している。流動スリーブ４０内に配置される略円筒の燃焼器ライナ５４は、流動スリーブ４０に連結され、かつ、その流動スリーブ４０によって支持される。具体的には、例示的実施形態において、流動スリーブ４０は、流動スリーブ４０と燃焼器ライナ５４の間に環状の冷却通路５６が画定されるように、燃焼器ライナ５４の径方向外側に連結される。流動スリーブ４０及び燃焼器ケース４８は、燃焼器ライナ５４、及び関連する燃焼過程を周囲のタービン構成要素から実質的に分離する。
【００１６】
例示的実施形態において、燃焼器ライナ５４は、環状の燃焼室６０を画定する略円筒形の内側表面５８を含み、この燃焼室６０は、燃焼室６０を通って延びる中心軸６２を有する。燃焼器ライナ５４は、燃焼室６０内に燃料を送る燃料ノズル３８にも連結される。環状の冷却通路５６は、燃焼器ライナ５４の外側表面６４を通って燃料ノズル３８に向かう冷却液を送る。例示的実施形態において、流動スリーブ４０は、冷却通路５６内に流路を画定する吸気開口６６を含む。
【００１７】
遷移片６８は、燃焼器ライナ５４に連結され、燃焼器ライナ５４からタービン区画１８への燃焼ガスの送出に利用される。例示的実施形態において、遷移片６８は、燃焼室６０から下流にタービンノズル７４まで燃焼ガスを送る案内空洞７２を画定する内側表面７０を含む。燃料器ライナの内側表面５８は、中心軸６２と略平行な燃焼ガスの流路７６を画定する。燃焼室６０内で生成された燃焼ガスは、流路７６に沿って遷移片６８に送られる。遷移片６８の上流側端部７８は、燃焼器ライナ５４の下流側端部８０に連結される。一実施形態において、燃焼器ライナ５４は、燃焼室６０が案内空洞７２と流動連通して配置され、かつ、燃焼室６０及び案内空洞７２がプレナム３４から実質的に分離されるように、少なくとも部分的に上流側端部７８の中に挿入される。
【００１８】
衝突スリーブ８２は、遷移片６８から径方向外側に間隔を空けて配置される。具体的には、衝突スリーブ８２の下流側端部８４は、衝突スリーブ８２が、遷移片６８の径方向外側に配置されて、衝突スリーブ８２と遷移片６８の間に遷移片冷却通路８６が画定されるように、遷移片６８に連結される。衝突スリーブ８２を貫通する複数の開口部８８により、コンプレッサの吐出プレナム３４からの空気流の一部は、冷却通路８６内に流入する。例示的実施形態において、衝突スリーブ８２の上流側端部９０は、流動スリーブ４０と実質的に同軸に整列されるため、冷却液は、冷却通路８６から冷却通路５６内に向かうことができる。
【００１９】
動作中、コンプレッサ区画１４は、シャフト２８（図１を参照）を介してタービン区画１８によって駆動される。コンプレッサ区画１４の回転に伴い、圧縮空気９２がディフューザ３２に送出される。例示的実施形態において、コンプレッサ区画１４からディフューザ３２内に送出される圧縮空気９２のほとんどは、コンプレッサの吐出プレナム３４を通って、燃焼器アセンブリ３０に送られる。コンプレッサ区画１４から送出される圧縮空気９２の僅かな部分は、下流に送られて、タービンエンジン１０の構成要素の冷却に使用される。より詳細には、プレナム３４内の加圧された圧縮空気９２の第１の流れ９４は、衝突スリーブ開口部８８を通って冷却通路８６に流れ込む。この空気９４は、次に、冷却通路８６を通り、その後、冷却通路５６内に入る。また、プレナム３４内の加圧された圧縮空気９２の第２の流れ９６は、衝突スリーブ８２の周りを流れ、吸気開口６６から冷却通路５６内に流入する。そして、吸気開口６６に入る空気９６、及び遷移片冷却通路８６からの空気９４は、冷却通路５６内で混合された後、冷却通路５６から燃料ノズル３８に送り出される。空気９２は、燃料ノズル３８から放出される燃料と混合して、燃焼室６０内で着火し、燃焼ガス流９８を生成する。燃焼ガス９８は、燃焼室６０から遷移片案内空洞７２を通ってタービンノズル７４に向かう。
【００２０】
図３は、燃焼器アセンブリ３０に利用できる例示的流動スリーブ１００の断面図である。図３に示される同様の構成要素は、図２で用いたものと同じ参照番号で示されている。流動スリーブ１００は、略円筒形で、上流側端部１０４と下流側端部１０６の間に延びる内側表面１０２を含む。上流側端部１０４は、ドームプレート３６（図２に記載）に連結され、下流側端部１０６は、上流側端部１０４から衝突スリーブ８２に向かって延びる。燃焼器ライナ５４は、流動スリーブの内側表面１０２と燃焼器ライナの外側表面６４の間に冷却通路５６が画定されるように、流動スリーブ１００の径方向内側に連結される。下流側端部１０６は、吸気開口１１２を画定する前面１１０を含み、この吸気開口１１２は、冷却通路５６と流体連通しており、空気９６は燃焼器プレナム３４（図２に記載）から冷却通路５６に向かうことができる。
【００２１】
例示的実施形態において、前面１１０は、上部終端壁１１４と、下部終端壁１１６と、吸気平面１１９とを含み、この吸気平面１１９は、上部と下部の各終端壁１１４、１１６の間に延びる。上部終端壁１１４は、燃料ノズル３８から第１の距離１１７で配置される。下部終端壁１１６は、燃料ノズル３８から、第１の距離１１７とは異なる第２の距離１１８で配置されるため、吸気平面１１９は、中心軸６２に対して斜めに傾いている。具体的には、中心軸６２と吸気平面１１９の交点に角度α1が画定される。例示的実施形態において、下部終端壁１１６は、中心軸６２から時計回りに測定したときに、角度α1が約９０°と約１１５°の間になるように、上部終端壁１１４よりも燃料ノズル３８により近づいて配置される。一実施形態において、角度α1は１３５°にほぼ等しい。衝突スリーブの上流側端部９０は、上流開口１２２を画定する上流エッジ１２０を含む。上流開口１２２により、冷却液は、遷移片冷却通路８６から冷却通路５６内に向かうことができる。例示的実施形態において、上流エッジ１２０は、中心軸６２に対して略垂直に位置する衝突平面１２４を画定する。流動スリーブの前面１１０は、上流エッジ１２０に対して、前面１１０と上流エッジ１２０の間に環状間隙１２６が設けられるように配置される。間隙１２６は、遷移片冷却通路８６及びプレナム３４から冷却通路５６への空気の流れを調整できるようにする。例示的実施形態において、流動スリーブの上部終端壁１１４は、上流エッジ１２０から第１の距離１３０で配置される。流動スリーブの下部終端壁１１６は、上流エッジ１２０から、第１の距離１３０より大きい第２の距離１３２で配置される。
【００２２】
タービンエンジン１０の動作中、冷却用空気は、衝突スリーブ８２及び流動スリーブ１００を実質的に取り囲む方式でプレナム３４から送出される。具体的には、冷却用空気は、流動スリーブ１００及び衝突スリーブ８２の周りに、不均一な圧力分布で、プレナム３４から燃焼器ケースのチャンバ５０内に送られる。また、第１の流れ９４は、開口部８８から遷移片冷却通路８６に入り、遷移片冷却通路８６内を移動することによって、遷移片６８の冷却を促進する。従って、第１の流れ９４は、遷移片６８の温度低下を促進する。第１の流れ９４は、環状間隙１２６から燃焼器ライナ冷却通路５６内に流入し、燃焼器ライナ５４の温度低下を促進する。第２の流れ９６の第１部分１３４は、衝突スリーブ８２の周りを流れ、吸気開口１１２の下側終端壁１１６の近くで燃焼器ライナ冷却通路５６内に進入する。第２の流れ９６の第２部分１３６は、吸気開口１１２の上部終端壁１１４の近くで冷却通路５６に進入する。吸気開口１１２の向きによって、第１部分１３４及び第２部分１３６が冷却通路５６内に送られ、第２の流れ９６が、燃焼器ライナ５４の周りで実質的に均一な流量分布を有することが保証される。ライナ冷却通路５６内で、第１及び第２の流れ９４、９６が混合して、燃焼器ライナ５４の温度低下を促進する。
【００２３】
流動スリーブの吸気開口１１２の向きによって、実質的に均一な流量分布の第２の流れ９６が冷却通路５６に送られることが保証される。この均一な流量分布は、冷却通路５６を通って流れる第１及び第２の流れ９４及び９６と、燃焼器ライナ５４との間の熱伝達を向上させることに役立つ。環状間隙１２６によって、第１の流れ９４は、制御された流量で、燃焼器冷却通路５６内に入ることができる。従って、吸気開口１１２及び環状間隙１２６によって、燃焼器ライナの外側表面６４の周方向に均一な圧力分布が容易に生じる。
【００２４】
図４〜図９に、流動スリーブ１００の各種の代替実施形態の断面図を示す。図４〜図９に記載された同様の構成要素は、図３に用いたものと同じ参照番号で識別される。図４を参照して説明すると、一実施形態において、上部終端壁１１４は、角度α1が約２５°と約９０°の間に規定されるように、下部終端壁１１６よりも燃料ノズル３８により近づいて配置される。一実施形態において、角度α1は約４５°にほぼ等しい。このような実施形態において、衝突スリーブの上流エッジ１２０は、衝突平面１２４が中心軸６２に対して斜めに傾いて、第１の距離１３０が第２の距離１３２と実質的に等しくなるように方向決めされる。また、一実施形態において、衝突平面１２４は、中心軸６２と衝突平面１２４の間に、吸気平面の角度α1と実質的に等しい角度α2を形成する。これに代えて、角度α2は、吸気平面の角度α1より大きくても、又は小さくてもよい。例示的実施形態において、流動スリーブ１００に画定される複数の開口部１３８は、流動スリーブの下流側端部１０６に隣接して配置される。開口部１３８は、略円形で、開口部１３８から冷却通路５６に入る空気の圧力低下を促進する方式で方向決めされる。
【００２５】
図５を参照して説明すると、一実施形態において、燃焼器アセンブリ３０は、衝突スリーブ８２を含まず、むしろ燃焼器ライナ５４が、遷移区画１４０において遷移片６８に連結される。流動スリーブ１００は、ドームプレート３６から遷移片６８に向かって延び、流動スリーブの内側表面１０２が、遷移片６８の外側表面１４２の一部に重畳している。具体的には、前面１１０は、冷却通路５６が流動スリーブ内側表面１０２と遷移片の外側表面１４２の間に少なくとも部分的に形成されるように、遷移片の上流側端部７８の上に延びる。一実施形態において、前面１１０は、上部終端壁１１４と下部終端壁１１６の間に延びる弓形の表面１４４を含み、これにより、前面１１０は、上部終端壁１１４と下部終端壁１１６の間に延びる略凹形の表面１４４を形成する。これに代えて、前面１１０は略凸形の表面１４４（仮想線で図示）を含むことができる。一実施形態において、流動スリーブ１００が遷移片６８の全長に亘って延び、流動スリーブ１００は、ドームプレート３６からタービンノズル７４まで延びる。
【００２６】
図６を参照して説明すると、一実施形態において、流動スリーブの前面１１０は、上側部位１４６と下側部位１４８とを含む。一実施形態において、上側部位１４６は、中心軸６２に沿って下側部位１４８に結合される。このような実施形態において、上側部位１４６は、下側部位１４８から距離１５０だけ下流側に延び、下側部位１４８は、上側部位１４６が配置された位置と比べ、燃料ノズル３８により近付いて配置される。また、このような実施形態において、上側部位１４６は、中心軸６２に対して略垂直である外側エッジ１５２を含む。一実施形態において、外側エッジ１５２は、中心軸６２に対して斜めに傾いている（仮想線で図示）。
【００２７】
図７を参照して説明すると、一実施形態において、上側部位１４６は、上部終端壁１１４と下側部位１４８の間に延びる弓形の表面１５４を含み、上側部位１４６が、上部終端壁１１４と下側部位１４８の間に延びる略凹形の表面１５４を形成する。この実施形態において、下側部位１４８は、上側部位１４６と下部終端壁１６６の間に延びる弓形の表面１５６を含み、下側部位１４８が、上側部位１４６と下部終端壁１１６の間に延びる略凸形の表面１５６を形成する。これに代えて、上側部位１４６は略凸形の表面１５４（仮想線で図示）を含むことができ、下側部位１４８は略凹形の表面１５６（仮想線で図示）を含むことができる。
【００２８】
図８を参照して説明すると、一実施形態において、流動スリーブ１００は、燃焼器ライナ５４の径方向外側に間隔を空けて配置され、上部終端壁１１４が、ライナの外側表面６４から第１の距離１５８で配置され、下部終端壁１１６が、外側表面６４から第２の距離１６０で配置される。このような実施形態において、第２の距離１６０は、第１の距離１５８より長い。また、一実施形態において、流動スリーブ１００は、第１の距離１５８が第２の距離１５６より長くなるように配置される。
【００２９】
図９を参照して説明すると、一実施形態において、流動スリーブ１００は、弓形の形状を有する外側表面１６２を含み、この外側表面１６２は、前面１１０において、又は前面１１０の近くで燃焼器ライナ５４の径方向外側に延びる。このような実施形態において、流動スリーブ１００は、ベル形の吸気開口部１１２を画定する末広がりの内側表面１０２を含む。複数の開口部１６４は、吸気開口部１１２において、又はその近くで、流動スリーブの外側表面１６２を貫通して延びる。
【００３０】
前述した装置及び方法は、実質的に均一な流量分布の冷却液を燃焼器ライナの周りに送る流動スリーブを設けて、冷却液と燃焼器ライナの外側表面との間の向上した熱伝達を促進することによって、既知の燃焼器アセンブリの欠点を克服する。具体的には、燃焼器ライナの中心軸に対して斜めに傾いた吸気開口部を含む流動スリーブを提供することで、燃焼器ライナの周りの圧力分布が容易に均一化される。また、本明細書に記載した実施形態は、燃焼器ライナの外側表面の外面全体で温度を均一に低減することに役立ち、燃焼器ライナの動作寿命の向上を促進する。このため、ガスタービンエンジンシステムの製造コストが容易に低減される。
【００３１】
タービンエンジンに用いる燃焼器アセンブリ、及び同アセンブリの組立方法の実施形態について上記で詳細に説明した。本方法及び装置は、本明細書に記載した特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ、本システムの構成要素、もしくは本方法のステップ、又はその両方は、本明細書に記載した他の方法及びステップの少なくともいずれかから独立して個別に利用できる。例えば、本方法及び装置は、他の燃焼システム及び方法と組み合わせて利用されてもよく、本明細書に記載したタービンエンジンアセンブリのみで実施することに限定されるものではない。むしろ、例示的実施形態は、他の多くの燃焼システムの用途と組み合わせて実施及び利用できる。
【００３２】
本発明の各種実施形態の特定の特徴は、一部の図面に記載されて、他の図面には記載されていないが、これは便宜上のものである。また、上記の説明における「一実施形態」への言及は、列挙した特徴が同様に組み込まれる追加の実施形態の存在を排除するものとして解釈されることを意図したものではない。本発明の原理に従って、図面の各種の特徴は、他の図面の各種の特徴と組み合わせて参照される、もしくは請求の範囲に組み込まれる、又はその両方である。
【００３３】
本明細書では、例を用いて、最良の形態を含めて本発明を開示すると共に、装置又はシステムを作製及び利用すること、ならびに採用された各種の方法を実行することを含め、当業者が本発明を実施できるようにした。本発明の特許を受けられる範囲は、特許請求の範囲によって定義されており、当業者が想到する他の例を含むことができる。このような他の例は、その例が、特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有する場合、又は、特許請求の範囲の文言から僅かに異なるだけの等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲に包含されることが意図される。
【符号の説明】
【００３４】
１０ タービンエンジン
１２ 吸気区画
１４ コンプレッサ区画
１６ 燃焼器区画
１８ タービン区画
２０ 排気区画
２２ ロータアセンブリ
２６ 燃料ノズルアセンブリ
２８ シャフト
３０ 燃焼器アセンブリ
３２ ディフューザ
３４ プレナム
３６ ドームプレート
３８ 燃料ノズル
４０ 流動スリーブ
４２ 外側表面
４４ 前方区画
４６ 後方区画
４８ 燃焼器ケース
５０ チャンバ
５０ 燃焼器ケースのチャンバ
５２ 内側表面
５４ 燃焼器ライナ
５６ 環状の冷却通路
５８ 燃料器ライナの内側表面
６０ 燃焼室
６２ 中心軸
６４ 燃焼器ライナの外側表面
６６ 吸気開口
６８ 遷移片
７０ 内側表面
７２ 案内空洞
７４ タービンノズル
７６ 流路
７８ 上流側端部
８０ 下流側端部
８２ 衝突スリーブ
８４ 下流側端部
８６ 冷却通路
８８ 複数の開口部
９０ 衝突スリーブの上流側端部
９２ 圧縮空気
９４ 第１の流れ
９６ 第２の流れ
９８ 燃焼ガス流
１００ 流動スリーブ
１０２ 内側表面
１０４ 上流側端部
１０６ 下流側端部
１１０ 前面
１１２ 吸気開口
１１４ 上部終端壁
１１６ 下部終端壁
１１７ 第１の距離
１１８ 第２の距離
１１９ 吸気平面
１２０ 上流エッジ
１２２ 上流開口
１２４ 衝突平面
１２６ 環状間隙
１３０ 第１の距離
１３２ 第２の距離
１３４ 第１部分
１３６ 第２部分
１３８ 複数の開口部
１４０ 遷移区画
１４２ 遷移片の外側表面
１４４ 弓形の表面
１４６ 上側部位
１４８ 下側部位
１５０ 距離
１５２ 外側エッジ
１５４ 弓形の表面
１５６ 弓形の表面
１５８ 第１の距離
１６０ 第２の距離
１６２ 外側表面
１６４ 複数の開口部
１６６ 下部終端壁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概してタービンエンジンに関し、特に、タービンエンジンに用いる燃焼器アセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくとも一部の既に知られているガスタービンエンジンでは、冷却用空気を使用して、エンジン内に組み込まれている燃焼器アセンブリを冷却する。この冷却用空気は、多くの場合、燃焼器アセンブリの上流に流体連通接続されたコンプレッサから供給される。具体的には、少なくとも一部の既知のタービンエンジンにおいて、冷却用空気は、コンプレッサから、燃焼器アセンブリの遷移片の周りを少なくとも部分的に取り巻いて延びるプレナム内に送出される。プレナムに入る冷却用空気の一部は、遷移片に外接する衝突スリーブに供給され、その後、衝突スリーブと遷移片の間に画定される冷却チャンネル内に送られる。冷却チャンネルに入る冷却用空気は、下流側で、燃焼器ライナと流動スリーブの間に画定される第２のチャンネル内に送出される。プレナムに入る冷却用空気の残りの部分は、流動スリーブ内に画定された吸気口から流れ出て下流に向かい、第２のチャンネル内に送られる。
【０００３】
第２のチャンネルを通る冷却用空気は、燃焼器ライナの外側を冷却する。既知の流動スリーブの少なくともいくつかは、第２のチャンネル内に冷却用空気を送出する吸気口及びシンブルを含む。この吸気口は、燃焼器ライナの外側表面の周りに不均一な空気流パターンで冷却用空気を送り込む。この不均一な分布は、燃焼器ライナ外側表面における温度のばらつきの原因となり得ると共に、燃焼器ライナと冷却用空気の間の不均一な熱伝達を生じ得る。やがて、この不均一な熱伝達は、熱亀裂及び燃焼器ライナの損傷の少なくともいずれかを引き起こす可能性があり、これらはいずれも燃焼器ライナの全有効寿命の短縮、もしくはタービンエンジンの製造及び運用コストの上昇、又はその両方をもたらし得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７７５７４９２Ｂ２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
改良されたタービンエンジン用の燃焼器アセンブリを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一態様において、燃焼器アセンブリが提供される。燃焼器アセンブリは、中心軸を有する燃焼器ライナを含み、この燃焼器ライナの内部に燃焼室が画定される。燃焼器ライナから複数の燃料ノズルが延びる。環状の流動スリーブは、流動スリーブと燃焼器ライナの間に環状の流路が画定されるように、燃焼器ライナの径方向外側に連結される。流動スリーブは、上部終端壁と下部終端壁の間に延びる前面を含む。上部終端壁は、複数の燃料ノズルから第１の距離で配置される。下部終端壁は、複数の燃料ノズルから、第１の距離とは異なる第２の距離で配置される。
【０００７】
他の態様において、タービンエンジンが提供される。このタービンエンジンは、コンプレッサと、そのコンプレッサに流体連通して、コンプレッサから放出された空気の少なくとも一部を受け取る燃焼器とを含む。燃焼器は、複数の燃焼器アセンブリを含む。複数の燃焼器アセンブリのうちの少なくとも一つの燃焼器アセンブリは、中心軸を有する燃焼器ライナを含み、この燃焼器ライナの内部に燃焼室が画定される。燃焼器ライナから複数の燃料ノズルが延びる。環状の流動スリーブは、流動スリーブと燃焼器ライナの間に環状の流路が画定されるように、燃焼器ライナの径方向外側に連結される。流動スリーブは、上部終端壁と下部終端壁の間に延びる前面を含む。上部終端壁は、複数の燃料ノズルから第１の距離で配置される。下部終端壁は、複数の燃料ノズルから、第１の距離とは異なる第２の距離で配置される。
【０００８】
更なる態様において、燃焼器アセンブリの組立方法が提供される。この方法は、複数の燃料ノズルに燃焼器ライナを連結することを含み、燃焼器ライナは、内部に画定された燃焼室を含み、燃焼器ライナは、中心軸に沿って延びる。環状の流動スリーブは、その流動スリーブと燃焼器ライナの間に環状の流路が画定されるように、燃焼器ライナの径方向外側に連結される。環状の流動スリーブは、上部終端壁と下部終端壁の間に延びる前面を含む。上部終端壁は、複数の燃料ノズルから第１の距離で配置される。下部終端壁は、複数の燃料ノズルから、第１の距離とは異なる第２の距離で配置される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】例示的タービンエンジンの模式的断面図である。
【図２】図１に記載したタービンエンジンに利用できる例示的燃焼器アセンブリの一部を示す拡大断面図である。
【図３】図２に記載した燃焼器アセンブリに利用できる例示的流動スリーブの部分断面図である。
【図４】図２に記載した燃焼器アセンブリに利用できる代替流動スリーブの断面図である。
【図５】図２に記載した燃焼器アセンブリに利用できる代替流動スリーブの断面図である。
【図６】図２に記載した燃焼器アセンブリに利用できる代替流動スリーブの断面図である。
【図７】図２に記載した燃焼器アセンブリに利用できる代替流動スリーブの断面図である。
【図８】図２に記載した燃焼器アセンブリに利用できる代替流動スリーブの断面図である。
【図９】図２に記載した燃焼器アセンブリに利用できる代替流動スリーブの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書に記載する例示的方法及び装置は、燃焼器ライナの周りに実質的に均一な流量分布の冷却液を送出する流動スリーブを設けて、冷却液と燃焼器ライナの外側表面との間の向上した熱伝達を促進することによって、既知の燃焼器アセンブリの欠点を克服する。具体的には、本明細書に記載する実施形態は、燃焼器ライナの中心軸に対して斜めに位置する吸気開口を含む流動スリーブを提供して、均一な周方向圧力分布を有する冷却液の流れを、燃焼器ライナの外側表面の周りに規定できるようにする。均一な分布の冷却液は、燃焼器ライナの外側表面の温度のほぼ均一な低下を促進しながら、燃焼器ライナの動作寿命の向上を促進する。
【００１１】
本明細書において、「上流」の用語は、タービンエンジンの前方端部を意味し、「下流」の用語は、タービンエンジンの後方端部を意味する。
【００１２】
図１は、例示的タービンエンジン１０の模式図である。タービンエンジン１０は、吸気区画１２、吸気区画１２の下流のコンプレッサ区画１４、コンプレッサ区画１４の下流の燃焼器区画１６、燃焼器区画１６の下流のタービン区画１８、及びタービン区画１８の下流の排気区画２０を含む。タービン区画１８は、シャフト２８を含むロータアセンブリ２２を介してコンプレッサ区画１４に連結される。燃焼器区画１６は、複数の燃焼器アセンブリ３０を含み、その各燃焼器アセンブリ３０はコンプレッサ区画１４と流体連通接続される。燃料ノズルアセンブリ２６は、各燃焼器アセンブリ３０に連結される。タービン区画１８は、コンプレッサ区画１４と、負荷（図示せず）とに回転可能に連結され、この負荷は、特に限定するものではないが、発電機、もしくは機械駆動用途、又はその両方などである。一実施形態において、タービンエンジン１０は、ニューヨーク州、スケネクタディ所在のゼネラルエレクトリックカンパニー（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙ）から市販されているＭＳ９００１Ｅエンジンである。タービンエンジン１０は、単に例示しただけであり、本発明は、タービンエンジン１０に利用されることのみに限定されるのではなく、むしろ、本明細書に記載されるように機能するあらゆるタービンエンジンにおいて実施できる。
【００１３】
動作において、空気はコンプレッサ区画１４を通って流れ、圧縮された空気が燃焼器区画１６内に送られる。燃焼器アセンブリ３０は、この空気流の中に、燃料、例えば、天然ガス、もしくは燃料油、又はその両方を噴射して、燃料−空気混合物を点火し、燃焼によって燃料−空気混合物を膨張させて、高温の燃焼ガスを生成する。燃焼ガスは、燃焼器アセンブリ３０からタービン区画１８に向かって送出され、タービン区画１８において、そのガス内の熱エネルギが機械的回転エネルギに変換される。燃焼ガスは、タービン区画１８及びロータアセンブリ２２に回転エネルギを伝達し、この後、ロータアセンブリ２２がコンプレッサ区画１４に回転動力を提供する。
【００１４】
図２は、燃焼器アセンブリ３０の一部の拡大断面図である。例示的実施形態において、燃焼器アセンブリ３０は、タービン区画１８と、コンプレッサ区画１４とに流体連通接続される。また、例示的実施形態において、コンプレッサ区画１４は、吐出プレナム３４と流体連通接続されるディフューザ３２を含み、この吐出プレナム３４によって、コンプレッサ区画１４から下流側に燃焼器アセンブリ３０に向かって空気を送ることができる。
【００１５】
例示的実施形態において、燃焼器アセンブリ３０は、複数の燃料ノズル３８を少なくとも部分的に支持する略円形のドームプレート３６を含む。ドームプレート３６は、前方区画４４と後方区画４６の間に延びる外側表面４２を含む略円筒の燃焼器流動スリーブ４０に連結される。外側表面４２には燃焼器ケース４８が連結され、流動スリーブ４０は、燃焼器ケース４８の内側表面５２によって画定されるチャンバ５０内に、少なくとも部分的に配置される。より詳細には、燃焼器ケース４８は、前方区画４４と後方区画４６の間で流動スリーブ４０に連結される。前方区画４４はドームプレート３６に連結されており、チャンバ５０は、コンプレッサ区画１４からの空気の流れが流動スリーブ４０に流入できるように、プレナム３４と連通している。流動スリーブ４０内に配置される略円筒の燃焼器ライナ５４は、流動スリーブ４０に連結され、かつ、その流動スリーブ４０によって支持される。具体的には、例示的実施形態において、流動スリーブ４０は、流動スリーブ４０と燃焼器ライナ５４の間に環状の冷却通路５６が画定されるように、燃焼器ライナ５４の径方向外側に連結される。流動スリーブ４０及び燃焼器ケース４８は、燃焼器ライナ５４、及び関連する燃焼過程を周囲のタービン構成要素から実質的に分離する。
【００１６】
例示的実施形態において、燃焼器ライナ５４は、環状の燃焼室６０を画定する略円筒形の内側表面５８を含み、この燃焼室６０は、燃焼室６０を通って延びる中心軸６２を有する。燃焼器ライナ５４は、燃焼室６０内に燃料を送る燃料ノズル３８にも連結される。環状の冷却通路５６は、燃焼器ライナ５４の外側表面６４を通って燃料ノズル３８に向かう冷却液を送る。例示的実施形態において、流動スリーブ４０は、冷却通路５６内に流路を画定する吸気開口６６を含む。
【００１７】
遷移片６８は、燃焼器ライナ５４に連結され、燃焼器ライナ５４からタービン区画１８への燃焼ガスの送出に利用される。例示的実施形態において、遷移片６８は、燃焼室６０から下流にタービンノズル７４まで燃焼ガスを送る案内空洞７２を画定する内側表面７０を含む。燃料器ライナの内側表面５８は、中心軸６２と略平行な燃焼ガスの流路７６を画定する。燃焼室６０内で生成された燃焼ガスは、流路７６に沿って遷移片６８に送られる。遷移片６８の上流側端部７８は、燃焼器ライナ５４の下流側端部８０に連結される。一実施形態において、燃焼器ライナ５４は、燃焼室６０が案内空洞７２と流動連通して配置され、かつ、燃焼室６０及び案内空洞７２がプレナム３４から実質的に分離されるように、少なくとも部分的に上流側端部７８の中に挿入される。
【００１８】
衝突スリーブ８２は、遷移片６８から径方向外側に間隔を空けて配置される。具体的には、衝突スリーブ８２の下流側端部８４は、衝突スリーブ８２が、遷移片６８の径方向外側に配置されて、衝突スリーブ８２と遷移片６８の間に遷移片冷却通路８６が画定されるように、遷移片６８に連結される。衝突スリーブ８２を貫通する複数の開口部８８により、コンプレッサの吐出プレナム３４からの空気流の一部は、冷却通路８６内に流入する。例示的実施形態において、衝突スリーブ８２の上流側端部９０は、流動スリーブ４０と実質的に同軸に整列されるため、冷却液は、冷却通路８６から冷却通路５６内に向かうことができる。
【００１９】
動作中、コンプレッサ区画１４は、シャフト２８（図１を参照）を介してタービン区画１８によって駆動される。コンプレッサ区画１４の回転に伴い、圧縮空気９２がディフューザ３２に送出される。例示的実施形態において、コンプレッサ区画１４からディフューザ３２内に送出される圧縮空気９２のほとんどは、コンプレッサの吐出プレナム３４を通って、燃焼器アセンブリ３０に送られる。コンプレッサ区画１４から送出される圧縮空気９２の僅かな部分は、下流に送られて、タービンエンジン１０の構成要素の冷却に使用される。より詳細には、プレナム３４内の加圧された圧縮空気９２の第１の流れ９４は、衝突スリーブ開口部８８を通って冷却通路８６に流れ込む。この空気９４は、次に、冷却通路８６を通り、その後、冷却通路５６内に入る。また、プレナム３４内の加圧された圧縮空気９２の第２の流れ９６は、衝突スリーブ８２の周りを流れ、吸気開口６６から冷却通路５６内に流入する。そして、吸気開口６６に入る空気９６、及び遷移片冷却通路８６からの空気９４は、冷却通路５６内で混合された後、冷却通路５６から燃料ノズル３８に送り出される。空気９２は、燃料ノズル３８から放出される燃料と混合して、燃焼室６０内で着火し、燃焼ガス流９８を生成する。燃焼ガス９８は、燃焼室６０から遷移片案内空洞７２を通ってタービンノズル７４に向かう。
【００２０】
図３は、燃焼器アセンブリ３０に利用できる例示的流動スリーブ１００の断面図である。図３に示される同様の構成要素は、図２で用いたものと同じ参照番号で示されている。流動スリーブ１００は、略円筒形で、上流側端部１０４と下流側端部１０６の間に延びる内側表面１０２を含む。上流側端部１０４は、ドームプレート３６（図２に記載）に連結され、下流側端部１０６は、上流側端部１０４から衝突スリーブ８２に向かって延びる。燃焼器ライナ５４は、流動スリーブの内側表面１０２と燃焼器ライナの外側表面６４の間に冷却通路５６が画定されるように、流動スリーブ１００の径方向内側に連結される。下流側端部１０６は、吸気開口１１２を画定する前面１１０を含み、この吸気開口１１２は、冷却通路５６と流体連通しており、空気９６は燃焼器プレナム３４（図２に記載）から冷却通路５６に向かうことができる。
【００２１】
例示的実施形態において、前面１１０は、上部終端壁１１４と、下部終端壁１１６と、吸気平面１１９とを含み、この吸気平面１１９は、上部と下部の各終端壁１１４、１１６の間に延びる。上部終端壁１１４は、燃料ノズル３８から第１の距離１１７で配置される。下部終端壁１１６は、燃料ノズル３８から、第１の距離１１７とは異なる第２の距離１１８で配置されるため、吸気平面１１９は、中心軸６２に対して斜めに傾いている。具体的には、中心軸６２と吸気平面１１９の交点に角度α1が画定される。例示的実施形態において、下部終端壁１１６は、中心軸６２から時計回りに測定したときに、角度α1が約９０°と約１１５°の間になるように、上部終端壁１１４よりも燃料ノズル３８により近づいて配置される。一実施形態において、角度α1は１３５°にほぼ等しい。衝突スリーブの上流側端部９０は、上流開口１２２を画定する上流エッジ１２０を含む。上流開口１２２により、冷却液は、遷移片冷却通路８６から冷却通路５６内に向かうことができる。例示的実施形態において、上流エッジ１２０は、中心軸６２に対して略垂直に位置する衝突平面１２４を画定する。流動スリーブの前面１１０は、上流エッジ１２０に対して、前面１１０と上流エッジ１２０の間に環状間隙１２６が設けられるように配置される。間隙１２６は、遷移片冷却通路８６及びプレナム３４から冷却通路５６への空気の流れを調整できるようにする。例示的実施形態において、流動スリーブの上部終端壁１１４は、上流エッジ１２０から第１の距離１３０で配置される。流動スリーブの下部終端壁１１６は、上流エッジ１２０から、第１の距離１３０より大きい第２の距離１３２で配置される。
【００２２】
タービンエンジン１０の動作中、冷却用空気は、衝突スリーブ８２及び流動スリーブ１００を実質的に取り囲む方式でプレナム３４から送出される。具体的には、冷却用空気は、流動スリーブ１００及び衝突スリーブ８２の周りに、不均一な圧力分布で、プレナム３４から燃焼器ケースのチャンバ５０内に送られる。また、第１の流れ９４は、開口部８８から遷移片冷却通路８６に入り、遷移片冷却通路８６内を移動することによって、遷移片６８の冷却を促進する。従って、第１の流れ９４は、遷移片６８の温度低下を促進する。第１の流れ９４は、環状間隙１２６から燃焼器ライナ冷却通路５６内に流入し、燃焼器ライナ５４の温度低下を促進する。第２の流れ９６の第１部分１３４は、衝突スリーブ８２の周りを流れ、吸気開口１１２の下側終端壁１１６の近くで燃焼器ライナ冷却通路５６内に進入する。第２の流れ９６の第２部分１３６は、吸気開口１１２の上部終端壁１１４の近くで冷却通路５６に進入する。吸気開口１１２の向きによって、第１部分１３４及び第２部分１３６が冷却通路５６内に送られ、第２の流れ９６が、燃焼器ライナ５４の周りで実質的に均一な流量分布を有することが保証される。ライナ冷却通路５６内で、第１及び第２の流れ９４、９６が混合して、燃焼器ライナ５４の温度低下を促進する。
【００２３】
流動スリーブの吸気開口１１２の向きによって、実質的に均一な流量分布の第２の流れ９６が冷却通路５６に送られることが保証される。この均一な流量分布は、冷却通路５６を通って流れる第１及び第２の流れ９４及び９６と、燃焼器ライナ５４との間の熱伝達を向上させることに役立つ。環状間隙１２６によって、第１の流れ９４は、制御された流量で、燃焼器冷却通路５６内に入ることができる。従って、吸気開口１１２及び環状間隙１２６によって、燃焼器ライナの外側表面６４の周方向に均一な圧力分布が容易に生じる。
【００２４】
図４〜図９に、流動スリーブ１００の各種の代替実施形態の断面図を示す。図４〜図９に記載された同様の構成要素は、図３に用いたものと同じ参照番号で識別される。図４を参照して説明すると、一実施形態において、上部終端壁１１４は、角度α1が約２５°と約９０°の間に規定されるように、下部終端壁１１６よりも燃料ノズル３８により近づいて配置される。一実施形態において、角度α1は約４５°にほぼ等しい。このような実施形態において、衝突スリーブの上流エッジ１２０は、衝突平面１２４が中心軸６２に対して斜めに傾いて、第１の距離１３０が第２の距離１３２と実質的に等しくなるように方向決めされる。また、一実施形態において、衝突平面１２４は、中心軸６２と衝突平面１２４の間に、吸気平面の角度α1と実質的に等しい角度α2を形成する。これに代えて、角度α2は、吸気平面の角度α1より大きくても、又は小さくてもよい。例示的実施形態において、流動スリーブ１００に画定される複数の開口部１３８は、流動スリーブの下流側端部１０６に隣接して配置される。開口部１３８は、略円形で、開口部１３８から冷却通路５６に入る空気の圧力低下を促進する方式で方向決めされる。
【００２５】
図５を参照して説明すると、一実施形態において、燃焼器アセンブリ３０は、衝突スリーブ８２を含まず、むしろ燃焼器ライナ５４が、遷移区画１４０において遷移片６８に連結される。流動スリーブ１００は、ドームプレート３６から遷移片６８に向かって延び、流動スリーブの内側表面１０２が、遷移片６８の外側表面１４２の一部に重畳している。具体的には、前面１１０は、冷却通路５６が流動スリーブ内側表面１０２と遷移片の外側表面１４２の間に少なくとも部分的に形成されるように、遷移片の上流側端部７８の上に延びる。一実施形態において、前面１１０は、上部終端壁１１４と下部終端壁１１６の間に延びる弓形の表面１４４を含み、これにより、前面１１０は、上部終端壁１１４と下部終端壁１１６の間に延びる略凹形の表面１４４を形成する。これに代えて、前面１１０は略凸形の表面１４４（仮想線で図示）を含むことができる。一実施形態において、流動スリーブ１００が遷移片６８の全長に亘って延び、流動スリーブ１００は、ドームプレート３６からタービンノズル７４まで延びる。
【００２６】
図６を参照して説明すると、一実施形態において、流動スリーブの前面１１０は、上側部位１４６と下側部位１４８とを含む。一実施形態において、上側部位１４６は、中心軸６２に沿って下側部位１４８に結合される。このような実施形態において、上側部位１４６は、下側部位１４８から距離１５０だけ下流側に延び、下側部位１４８は、上側部位１４６が配置された位置と比べ、燃料ノズル３８により近付いて配置される。また、このような実施形態において、上側部位１４６は、中心軸６２に対して略垂直である外側エッジ１５２を含む。一実施形態において、外側エッジ１５２は、中心軸６２に対して斜めに傾いている（仮想線で図示）。
【００２７】
図７を参照して説明すると、一実施形態において、上側部位１４６は、上部終端壁１１４と下側部位１４８の間に延びる弓形の表面１５４を含み、上側部位１４６が、上部終端壁１１４と下側部位１４８の間に延びる略凹形の表面１５４を形成する。この実施形態において、下側部位１４８は、上側部位１４６と下部終端壁１６６の間に延びる弓形の表面１５６を含み、下側部位１４８が、上側部位１４６と下部終端壁１１６の間に延びる略凸形の表面１５６を形成する。これに代えて、上側部位１４６は略凸形の表面１５４（仮想線で図示）を含むことができ、下側部位１４８は略凹形の表面１５６（仮想線で図示）を含むことができる。
【００２８】
図８を参照して説明すると、一実施形態において、流動スリーブ１００は、燃焼器ライナ５４の径方向外側に間隔を空けて配置され、上部終端壁１１４が、ライナの外側表面６４から第１の距離１５８で配置され、下部終端壁１１６が、外側表面６４から第２の距離１６０で配置される。このような実施形態において、第２の距離１６０は、第１の距離１５８より長い。また、一実施形態において、流動スリーブ１００は、第１の距離１５８が第２の距離１５６より長くなるように配置される。
【００２９】
図９を参照して説明すると、一実施形態において、流動スリーブ１００は、弓形の形状を有する外側表面１６２を含み、この外側表面１６２は、前面１１０において、又は前面１１０の近くで燃焼器ライナ５４の径方向外側に延びる。このような実施形態において、流動スリーブ１００は、ベル形の吸気開口部１１２を画定する末広がりの内側表面１０２を含む。複数の開口部１６４は、吸気開口部１１２において、又はその近くで、流動スリーブの外側表面１６２を貫通して延びる。
【００３０】
前述した装置及び方法は、実質的に均一な流量分布の冷却液を燃焼器ライナの周りに送る流動スリーブを設けて、冷却液と燃焼器ライナの外側表面との間の向上した熱伝達を促進することによって、既知の燃焼器アセンブリの欠点を克服する。具体的には、燃焼器ライナの中心軸に対して斜めに傾いた吸気開口部を含む流動スリーブを提供することで、燃焼器ライナの周りの圧力分布が容易に均一化される。また、本明細書に記載した実施形態は、燃焼器ライナの外側表面の外面全体で温度を均一に低減することに役立ち、燃焼器ライナの動作寿命の向上を促進する。このため、ガスタービンエンジンシステムの製造コストが容易に低減される。
【００３１】
タービンエンジンに用いる燃焼器アセンブリ、及び同アセンブリの組立方法の実施形態について上記で詳細に説明した。本方法及び装置は、本明細書に記載した特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ、本システムの構成要素、もしくは本方法のステップ、又はその両方は、本明細書に記載した他の方法及びステップの少なくともいずれかから独立して個別に利用できる。例えば、本方法及び装置は、他の燃焼システム及び方法と組み合わせて利用されてもよく、本明細書に記載したタービンエンジンアセンブリのみで実施することに限定されるものではない。むしろ、例示的実施形態は、他の多くの燃焼システムの用途と組み合わせて実施及び利用できる。
【００３２】
本発明の各種実施形態の特定の特徴は、一部の図面に記載されて、他の図面には記載されていないが、これは便宜上のものである。また、上記の説明における「一実施形態」への言及は、列挙した特徴が同様に組み込まれる追加の実施形態の存在を排除するものとして解釈されることを意図したものではない。本発明の原理に従って、図面の各種の特徴は、他の図面の各種の特徴と組み合わせて参照される、もしくは請求の範囲に組み込まれる、又はその両方である。
【００３３】
本明細書では、例を用いて、最良の形態を含めて本発明を開示すると共に、装置又はシステムを作製及び利用すること、ならびに採用された各種の方法を実行することを含め、当業者が本発明を実施できるようにした。本発明の特許を受けられる範囲は、特許請求の範囲によって定義されており、当業者が想到する他の例を含むことができる。このような他の例は、その例が、特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有する場合、又は、特許請求の範囲の文言から僅かに異なるだけの等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲に包含されることが意図される。
【符号の説明】
【００３４】
１０ タービンエンジン
１２ 吸気区画
１４ コンプレッサ区画
１６ 燃焼器区画
１８ タービン区画
２０ 排気区画
２２ ロータアセンブリ
２６ 燃料ノズルアセンブリ
２８ シャフト
３０ 燃焼器アセンブリ
３２ ディフューザ
３４ プレナム
３６ ドームプレート
３８ 燃料ノズル
４０ 流動スリーブ
４２ 外側表面
４４ 前方区画
４６ 後方区画
４８ 燃焼器ケース
５０ チャンバ
５０ 燃焼器ケースのチャンバ
５２ 内側表面
５４ 燃焼器ライナ
５６ 環状の冷却通路
５８ 燃料器ライナの内側表面
６０ 燃焼室
６２ 中心軸
６４ 燃焼器ライナの外側表面
６６ 吸気開口
６８ 遷移片
７０ 内側表面
７２ 案内空洞
７４ タービンノズル
７６ 流路
７８ 上流側端部
８０ 下流側端部
８２ 衝突スリーブ
８４ 下流側端部
８６ 冷却通路
８８ 複数の開口部
９０ 衝突スリーブの上流側端部
９２ 圧縮空気
９４ 第１の流れ
９６ 第２の流れ
９８ 燃焼ガス流
１００ 流動スリーブ
１０２ 内側表面
１０４ 上流側端部
１０６ 下流側端部
１１０ 前面
１１２ 吸気開口
１１４ 上部終端壁
１１６ 下部終端壁
１１７ 第１の距離
１１８ 第２の距離
１１９ 吸気平面
１２０ 上流エッジ
１２２ 上流開口
１２４ 衝突平面
１２６ 環状間隙
１３０ 第１の距離
１３２ 第２の距離
１３４ 第１部分
１３６ 第２部分
１３８ 複数の開口部
１４０ 遷移区画
１４２ 遷移片の外側表面
１４４ 弓形の表面
１４６ 上側部位
１４８ 下側部位
１５０ 距離
１５２ 外側エッジ
１５４ 弓形の表面
１５６ 弓形の表面
１５８ 第１の距離
１６０ 第２の距離
１６２ 外側表面
１６４ 複数の開口部
１６６ 下部終端壁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸（６２）を有し、内部に燃焼室（６０）が画定される燃焼器ライナ（５４）と、
前記燃焼器ライナから延びる複数の燃料ノズル（３８）と、
環状の流動スリーブ（４０、１００）とを含む燃焼器アセンブリ（３０）であって、
前記流動スリーブ（４０、１００）は、当該流動スリーブと前記燃焼器ライナの間に環状の流路（７６）が画定されるように、前記燃焼器ライナの径方向外側に連結され、
前記流動スリーブは、上部終端壁（１１４）と下部終端壁（１１６）の間に延びる前面（１１０）を含み、
前記上部終端壁は、前記複数の燃料ノズルから第１の距離（１１７）で配置され、
前記下部終端壁は、前記複数の燃料ノズルから、前記第１の距離とは異なる第２の距離（１１８）で配置される、燃焼器アセンブリ（３０）。
【請求項２】
前記上部終端壁（１１４）は、前記下部終端壁（１１６）が前記複数の燃料ノズル（３８）に対して配置された位置よりも、前記複数の燃料ノズルにより近接して配置される、請求項１に記載の燃焼器アセンブリ（３０）。
【請求項３】
前記前面（１１０）は、前記燃焼器ライナの中心軸（６２）に対して約２５度と約９０度の間の角度で位置する吸気平面（１１９）を画定する、請求項２に記載の燃焼器アセンブリ（３０）。
【請求項４】
前記下部終端壁（１１６）は、前記上部終端壁（１１４）が配置された位置よりも、前記複数の燃料ノズルにより近接して配置される、請求項１に記載の燃焼器アセンブリ（３０）。
【請求項５】
前記前面（１１０）は、前記燃焼器ライナの中心軸（６２）に対して、約９０度と約１５５度の間の角度で位置する吸気平面（１１９）を画定する、請求項４に記載の燃焼器アセンブリ（３０）。
【請求項６】
前記燃焼器ライナ（５４）に連結された環状の遷移片（１４０）を更に含み、
前記流動スリーブの前面（１１０）が前記遷移片の少なくとも一部の上に延びて、前記流動スリーブと前記遷移片の間に、前記環状の流路（７６）が少なくとも部分的に画定される、請求項１に記載の燃焼器アセンブリ（３０）。
【請求項７】
前記前面（１１０）は弓形の形状を含む、請求項１に記載の燃焼器アセンブリ（３０）。
【請求項８】
前記前面（１１０）は、第１部位（１３４）と第２部位（１３６）とを含み、前記第１部位は凹形の形状を含み、前記第２部位は凸形の形状を含む、請求項１に記載の燃焼器アセンブリ（３０）。
【請求項９】
コンプレッサ（１４）と、
前記コンプレッサと流体連通して、前記コンプレッサから送出される空気の少なくとも一部を受け取る燃焼器（１６）と、を含むタービンエンジン（１０）であって、
前記燃焼器は複数の燃焼器アセンブリ（３０）を含み、前記複数の燃焼器アセンブリのうちの少なくとも一つの燃焼器アセンブリは、
中心軸（６２）を有し、内部に燃焼室（６０）が画定される燃焼器ライナ（５４）と、
前記燃焼器ライナから延びる複数の燃料ノズル（３８）と、
環状の流動スリーブ（４０、１００）とを含み、
前記流動スリーブは、当該流動スリーブと前記燃焼器ライナの間に環状の流路（７６）が画定されるように、前記燃焼器ライナの径方向外側に連結され、
前記流動スリーブは、上部終端壁（１１４）と下部終端壁（１１６）の間に延びる前面（１１０）を含み、前記上部終端壁は、前記複数の燃料ノズルから第１の距離（１１７）で配置され、前記下部終端壁は、前記複数の燃料ノズルから、前記第１の距離とは異なる第２の距離（１１８）で配置される、タービンエンジン（１０）。
【請求項１０】
前記上部終端壁（１１４）は、前記下部終端壁（１１６）が前記複数の燃料ノズルに対して配置された位置よりも、前記複数の燃料ノズル（３８）により近接して配置される、請求項９に記載のタービンエンジン（１０）。
【請求項１】
中心軸（６２）を有し、内部に燃焼室（６０）が画定される燃焼器ライナ（５４）と、
前記燃焼器ライナから延びる複数の燃料ノズル（３８）と、
環状の流動スリーブ（４０、１００）とを含む燃焼器アセンブリ（３０）であって、
前記流動スリーブ（４０、１００）は、当該流動スリーブと前記燃焼器ライナの間に環状の流路（７６）が画定されるように、前記燃焼器ライナの径方向外側に連結され、
前記流動スリーブは、上部終端壁（１１４）と下部終端壁（１１６）の間に延びる前面（１１０）を含み、
前記上部終端壁は、前記複数の燃料ノズルから第１の距離（１１７）で配置され、
前記下部終端壁は、前記複数の燃料ノズルから、前記第１の距離とは異なる第２の距離（１１８）で配置される、燃焼器アセンブリ（３０）。
【請求項２】
前記上部終端壁（１１４）は、前記下部終端壁（１１６）が前記複数の燃料ノズル（３８）に対して配置された位置よりも、前記複数の燃料ノズルにより近接して配置される、請求項１に記載の燃焼器アセンブリ（３０）。
【請求項３】
前記前面（１１０）は、前記燃焼器ライナの中心軸（６２）に対して約２５度と約９０度の間の角度で位置する吸気平面（１１９）を画定する、請求項２に記載の燃焼器アセンブリ（３０）。
【請求項４】
前記下部終端壁（１１６）は、前記上部終端壁（１１４）が配置された位置よりも、前記複数の燃料ノズルにより近接して配置される、請求項１に記載の燃焼器アセンブリ（３０）。
【請求項５】
前記前面（１１０）は、前記燃焼器ライナの中心軸（６２）に対して、約９０度と約１５５度の間の角度で位置する吸気平面（１１９）を画定する、請求項４に記載の燃焼器アセンブリ（３０）。
【請求項６】
前記燃焼器ライナ（５４）に連結された環状の遷移片（１４０）を更に含み、
前記流動スリーブの前面（１１０）が前記遷移片の少なくとも一部の上に延びて、前記流動スリーブと前記遷移片の間に、前記環状の流路（７６）が少なくとも部分的に画定される、請求項１に記載の燃焼器アセンブリ（３０）。
【請求項７】
前記前面（１１０）は弓形の形状を含む、請求項１に記載の燃焼器アセンブリ（３０）。
【請求項８】
前記前面（１１０）は、第１部位（１３４）と第２部位（１３６）とを含み、前記第１部位は凹形の形状を含み、前記第２部位は凸形の形状を含む、請求項１に記載の燃焼器アセンブリ（３０）。
【請求項９】
コンプレッサ（１４）と、
前記コンプレッサと流体連通して、前記コンプレッサから送出される空気の少なくとも一部を受け取る燃焼器（１６）と、を含むタービンエンジン（１０）であって、
前記燃焼器は複数の燃焼器アセンブリ（３０）を含み、前記複数の燃焼器アセンブリのうちの少なくとも一つの燃焼器アセンブリは、
中心軸（６２）を有し、内部に燃焼室（６０）が画定される燃焼器ライナ（５４）と、
前記燃焼器ライナから延びる複数の燃料ノズル（３８）と、
環状の流動スリーブ（４０、１００）とを含み、
前記流動スリーブは、当該流動スリーブと前記燃焼器ライナの間に環状の流路（７６）が画定されるように、前記燃焼器ライナの径方向外側に連結され、
前記流動スリーブは、上部終端壁（１１４）と下部終端壁（１１６）の間に延びる前面（１１０）を含み、前記上部終端壁は、前記複数の燃料ノズルから第１の距離（１１７）で配置され、前記下部終端壁は、前記複数の燃料ノズルから、前記第１の距離とは異なる第２の距離（１１８）で配置される、タービンエンジン（１０）。
【請求項１０】
前記上部終端壁（１１４）は、前記下部終端壁（１１６）が前記複数の燃料ノズルに対して配置された位置よりも、前記複数の燃料ノズル（３８）により近接して配置される、請求項９に記載のタービンエンジン（１０）。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−３７２２５（Ｐ２０１２−３７２２５Ａ）
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６６１２４（Ｐ２０１１−１６６１２４）
【出願日】平成２３年７月２９日（２０１１．７．２９）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２９日（２０１１．７．２９）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
[ Back to top ]