JPH04227411A - 自己作動可変形状スワーラ - Google Patents

自己作動可変形状スワーラ

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JPH04227411A
JPH04227411A JP3145255A JP14525591A JPH04227411A JP H04227411 A JPH04227411 A JP H04227411A JP 3145255 A JP3145255 A JP 3145255A JP 14525591 A JP14525591 A JP 14525591A JP H04227411 A JPH04227411 A JP H04227411A
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JP
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swirler
swirl
fuel nozzle
surrounding
temperature
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Pending
Application number
JP3145255A
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English (en)
Inventor
Jack Rogers Taylor
ジャック・ロジャース・テイラー
Willard James Dodds
ウィラード・ジェームス・ダッズ
Edward Ernst Ekstedt
エドワード・アーンスト・エクステッド
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General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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Publication date
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    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/04—Air inlet arrangements
    • F23R3/10—Air inlet arrangements for primary air
    • F23R3/12—Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex
    • F23R3/14—Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex by using swirl vanes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C7/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
    • F23C7/002—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply the air being submitted to a rotary or spinning motion
    • F23C7/004—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply the air being submitted to a rotary or spinning motion using vanes
    • F23C7/006—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply the air being submitted to a rotary or spinning motion using vanes adjustable
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    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はガスタービンエンジン燃
焼装置に関し、特に、このような燃焼装置において空気
と燃料を混合する可変形状スワーラに関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンエンジンにおける多種の燃
焼室では、スワーラのような変流装置が用いられ、燃料
と空気を混合しそしてその結果生じた混合気の燃焼室内
の分布を助ける。旋回空気は燃料の霧化傾向を高めるの
で、混合を良くして燃焼室内の混合気の燃焼効率を高め
る。
【０００３】通例、スワーラは、燃焼室を形成する中空
ライナの上流端にあるドーム内の燃料ノズルの周囲に設
けた旋回カップを含み得る。旋回カップは、燃料出口面
の上流で旋回カップ内に配置された複数の半径方向また
軸方向旋回羽根あるいは半径方向・軸方向混成旋回羽根
を含む。旋回羽根は、燃料と空気の急速な霧化と混合を
引起こす高度に乱流化したせん断流を発生する。通常、
これらのスワーラは一定形状を有する。すなわち、スワ
ーラからの空気の噴射の量と方向すなわち旋回角は、燃
焼室内に噴射される燃料の量にかかわらず比較的一定で
ある。
【０００４】しかし、これらの一定形状スワーラは、現
今の先進ガスタービンエンジンで必要とされる広い昇温
範囲にわたって安定した運転と高い効率をもたらすこと
ができない。比較的低い出力状態で燃焼安定性を良くす
るには、燃焼器内の空気流を少なくする必要がある。さ
らに、エンジン点火と緩速状態の場合、安定運転のため
には、燃焼器ドーム内に比較的濃い空燃混合気と低い空
気速度が必要である。他方、高出力状態で、燃焼器出口
温度が高い値に近づいた場合、燃焼器の燃焼効率を高め
かつ発煙と窒素酸化物の発生を少なくするためには、燃
焼器ドーム内に多量かつ高速の空気流が必要である。
【０００５】この問題を解決するには、燃料と空気を最
初に混合する箇所で可変形状スワーラを用いればよい。 可変形状スワーラは、温度上昇状態の広い範囲にわたっ
て燃焼器ドーム内に所望の化学量論的状態をもたらすた
めに使用されて成功を収めてきた。可変形状スワーラは
一般に、外部から作動される旋回羽根装置を備えた旋回
カップを含んでいる。しかし、可変形状スワーラの外部
作動式旋回羽根装置は、旋回羽根を機械的に動かして旋
回カップ内の空気流を変えるために、回転軸と大きなユ
ニゾンリングとレバーの非常に複雑な配置を必要とする
。これらの機械的に作動される装置を用いる結果、費用
と重量が増しそして燃焼装置の信頼性が低下するおそれ
がある。
【０００６】
【発明の目的】従って、本発明の目的は、外部作動式装
置を要しない可変形状スワーラを提供することである。
【０００７】本発明の他の目的は、複雑な機械的に作動
される装置を要しない可変形状スワーラを提供すること
である。
【０００８】本発明の他の目的は、部品が少なくて費用
とエンジン重量を少なくする可変形状スワーラを提供す
ることである。
【０００９】本発明の他の目的は、エンジン制御要件ま
たは機構のない自動装置を提供することである。
【００１０】
【発明の概要】簡単に述べると、上記の目的を達成する
ため、本発明の好適実施例では、自己作動可変形状羽根
装置を有し燃料と空気を最初に混合する独特な可変形状
スワーラが設けられる。さらに詳述すると、この可変形
状スワーラには温度感応材料で作った複数の旋回羽根が
含まれ、これらの旋回羽根は、熱を受けた時温度の関数
として開閉両位置間を動き得る。
【００１１】従って、本発明は可変形状スワーラ用の外
部作動式装置を必要としない。その結果、本発明は、複
雑な機械的作動装置において通常見られる外部のユニゾ
ンリングとレバーと制御装置の必要を無くする。また、
本発明は比較的少数の部品しか必要としないので、エン
ジンの重量と機械的な複雑さが減り、その結果エンジン
の費用が減る。さらに、本発明はエンジン制御要件また
は機構のない自動装置を提供する。
【００１２】本発明の他の目的と特徴と利点は添付図面
と関連する以下の説明からさらに良く理解されよう。
【００１３】
【実施例の記載】添付図面の全図を通じて同符号は同要
素を表す。図１にはターボファンガスタービンエンジン
のような従来のガスタービンエンジン１０を示す。ガス
タービンエンジン１０は外側ケーシングまたはナセル１
２を備え、その上流端は所定の空気流を通すような寸法
の入口１４を形成している。入口１４内には、総体的に
１６で示したファンが設けられている。ファン１６は入
口１４からの空気流を圧縮する。ファン１６の下流には
総体的に１８で示したコアエンジンがある。コアエンジ
ン１８は、総体的に２０で示した軸流圧縮機を含む。フ
ァン１６からの圧縮空気はコアエンジン１８に入って圧
縮機２０によりさらに圧縮され、そして、総体的に２２
で示した燃焼器に向かって放出される。燃焼器２２内で
燃料が燃やされて高エネルギー燃焼ガスを発生し、総体
的に２４で示したコアエンジンタービンを駆動する。コ
アエンジンタービン２４は軸２６を介してガスタービン
エンジンの通常の方式で圧縮機２０を駆動する。次いで
、高温燃焼ガスは総体的に２８で示したファンタービン
に達してそれを駆動し得る。ファンタービン２８は軸３
０を介してガスタービンエンジンの通常の方式でファン
１６を駆動する。ガスタービンエンジン１０のさらに詳
細な説明は、サーギソン（Ｓａｒｇｉｓｓｏｎ　）の米
国特許第３８７９９４１　号またはコフ（Ｋｏｆｆ）等
の米国特許第４０８０７８５　号に開示されている。両
引例とも本発明と同じ譲受人（本件出願人）に譲渡され
たものである。
【００１４】図２は燃焼器２２の拡大図である。好まし
くは、燃焼器２２は、周方向に配列した多数の燃料ノズ
ルを内蔵する環状燃焼器である。しかし、燃焼器２２は
多数の燃焼器をガスタービンエンジン１０の周囲に沿っ
て配列した燃焼器環状配列構造体とし得るものであるこ
とを理解されたい。燃焼器２２には中空ライナ３２が含
まれ、内部に燃焼室３４を画成している。中空ライナ３
２はそれと一体に形成した横方向の上流ドーム３６を有
する。当業者に理解されるように、燃焼室３４は環状ま
たは環状多筒形のものでよい。
【００１５】燃焼器２２にはまた外側ケーシング３８と
内側ケーシング４０が含まれ、中空ライナ３２とともに
、それぞれ外側および内側通路４２、４４を画成してい
る。ガスタービンエンジンの当業者に理解されるように
、両通路４２、４４は圧縮機２０のような適源からの圧
縮空気の一部分を中空ライナ３２の適当な開口またはル
ーバ４６から燃焼室３４内に送り込むようになっている
。
【００１６】圧縮空気は圧縮機２０からステップディフ
ューザ５０を経て送出され、そこで外側および内側通路
４２、４４に分けられ、また圧縮空気の一部は、先端部
材５４によって形成された開口５２を経て流入する。先
端部材５４はドーム３６の上流に位置し、それとともに
環状室５６を形成している。先端部材５４はドーム３６
と一体でもあるいはそれに取付けたものでもよく、締結
部品５８のような手段により外側ケーシング３８に固定
され得る。環状室５６からの空気流は、総体的に６０で
示したスワーラに入る。通路４２、４４に送給された圧
縮空気は中空ライナ３２を冷却しそしてルーバ４６を通
流して当該技術において周知のように燃焼生成ガスを希
釈する。点火器６１が外側ケーシング３８とねじ係合し
そしてスワーラ６０の下流端の近くで燃焼室３４内に突
入しており、当該技術において周知のように空燃混合気
の点火に役立つ。
【００１７】燃焼用の燃料は燃料源（図示せず）から中
空燃料管６２に送給され、この管は取付けブラケット６
４により外側ケーシング３８に連結されている。取付け
ブラケット６４は締結部品６６のような手段により外側
ケーシング３８に固定されている。燃料管６２は先端部
材５４の開口５２内にはまり込むように湾曲している。 燃料ノズル６８が環状室５６内において燃料管６２の端
に設けられている。
【００１８】スワーラ６０は燃料ノズル６８の周囲に配
置されそしてドーム３６に連結されている。スワーラ６
０は、ドーム３６と一体かまたはそれに取付け得るほぼ
筒形の旋回カップ７０を含む。旋回カップ７０は下流端
において、張り開きらっぱ形出口７２によって囲まれ、
これは燃焼室３４内に突出している。旋回カップ７０は
上流端において環状の半径方向延在フランジ７３を有す
る。ベンチュリシュラウド７４が部分的に旋回カップ７
０内に配置され、そして燃料ノズル６８の端の周囲に配
置されている。ベンチュリシュラウド７４は、旋回カッ
プ７０と一体かまたはそれに取付け得る環状円板７６を
有する。環状円板７６は半径方向フランジ７３から軸方
向に離間して流体通路を画成し、空気が、矢印で示すよ
うに概して半径方向からこの通路を通って流入する。こ
の空気は２次流として、ベンチュリシュラウド７４を出
る燃料と混合する。ベンチュリシュラウド７４はほぼ環
状のＬ形部材７８を備え、この部材は燃料ノズル６８と
環状円板７６との間に延在し、そして環状円板７６と一
体かまたはそれに取付け得るものである。スワーラ６０
はまた、Ｌ形部材７８に複数の流体ダクトまたは開口８
０を有し得るもので、空気が、矢印で示すように概して
半径方向および軸方向からダクトまたは開口８０を通っ
てベンチュリシュラウド７４内に流入する。この空気は
１次流としてベンチュリシュラウド７４内の燃料と混合
する。
【００１９】図２と図３に示すように、スワーラ６０は
複数の旋回羽根８４を含み、これらの羽根は自己作動を
なすもので、本発明による自己作動可変形状スワーラを
構成する。旋回羽根８４はスワーラ６０内で半径方向フ
ランジ７３と環状円板７６間において半径方向に延在し
かつ周方向に配列されている。スワーラ６０は異なる形
状のものでもよく、例えば、旋回羽根８４は軸方向に延
在する羽根かあるいは半径方熊かつ軸方向に延在する羽
根でもよいことを理解されたい。
【００２０】旋回羽根８４は、第１ピン８８の周りに固
定された第１端８６を有し、第１ピン８８は半径方向フ
ランジ７３と環状円板７６との間に延在する。旋回羽根
８４は、止め部により移動を制限され得る第２端９０を
有し、止め部は、例えば、半径方向フランジ７３または
環状円板７６から軸方向に突出した第２ピン９２と第３
ピン９３である。図３に示すように、第２ピン９２は羽
根移動を制限し、旋回羽根８４を実線で示したような全
開位置に正確に位置づけする。第３ピン９３は羽根移動
を制限し、旋回羽根８４を点線で示したような全閉位置
に正確に位置づけする。
【００２１】旋回羽根８４は温度感応性又は応答性のバ
イメタル材料で作られる。旋回羽根８４は、第１材料か
らなる第１帯片９４と、この第１帯片に取付けたあるい
はそれと一体の第２材料からなる第２帯片９６とで構成
され得る。第２帯片９６は温度感応性のもので、加熱さ
れた時第１帯片９４を温度の関数として動かす。好適実
施例では、旋回羽根８４は入口空気流温度が高くなるに
つれ、閉位置から反時計方向にたわむことにより、流量
規制間隙とスワーラ空気流を増大する。旋回羽根８４の
移動の好適範囲は４００　゜　Ｆ　（羽根閉位置）と６
００　゜　Ｆ　（羽根開位置）との間にある。バイメタ
ル帯片を用いて、旋回羽根８４を動かすレバーを操作す
るか、または温度感応性「記憶金属」材料を用いて旋回
羽根８４を操作してもよいことを理解されたい。
【００２２】運転中、圧縮機２０からの圧縮空気が開口
５２を経て環状室５６に入る。環状室５６からの空気は
１次流として流体ダクト８０とベンチュリシュラウド７
４とを通流する。また、環状室５６からの空気は環状円
板７６と半径方向フランジ７３との間の通路を経て流入
する。旋回羽根８４は、前記通路内を２次流として流れ
る空気に旋回または渦運動を与える。燃料は、燃料ノズ
ル６８を出た時、スワーラ６０内の空気と混合し、その
結果生じた混合気が燃焼室３４に入って燃焼する。空気
流の旋回または渦運動により、空気は、燃料ノズル６８
から出てベンチュリシュラウド７４に入った燃料と混合
し、その結果燃料が霧化して混合が良くなる。
【００２３】従って、旋回羽根８４は、それを構成する
バイメタル材料または帯片の膨縮に応じて開閉両位置間
を自動的に動く。この自己作動による旋回羽根８４の可
変形状は燃焼器ドームにおける化学量論的状態の確実な
制御をもたらす。旋回羽根８４用の外部作動機構が無い
ので、旋回羽根８４は、簡単で信頼性の高い軽量装置を
もたらす。旋回羽根８４は自己作動をなすので、旋回羽
根８４用の自動操作機構が提供されたことになり、幾つ
ものエンジン制御要件を不要にする。
【００２４】以上、本発明の好適実施例を説明したが、
用いた術語は説明のためのもので本発明を制限するもの
ではないことを理解されたい。
【００２５】もちろん、本発明の範囲内で幾多の改変が
可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガスタービンエンジンの断面図である。
【図２】図１の丸で囲んだ部分の拡大図で、燃焼器を示
す。
【図３】図２の線３ー３に沿う断片図で、本発明による
自己作動可変形状スワーラを示す。
【符号の説明】
３４　　燃焼室 ６０　　スワーラ ６８　　燃料ノズル ７０　　旋回カップ ７３　　フランジ ７４　　ベンチュリシュラウド ７６　　環状円板 ８４　　旋回羽根 ８６　　第１端 ８８　　第１ピン ９０　　第２端 ９２　　第２ピン ９３　　第３ピン ９４　　第１帯片 ９６　　第２帯片

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　ガスタービンエンジン燃焼器において
    燃料ノズルを囲むスワーラであって、前記燃料ノズルを
    囲む上流端を有しかつ軸方向に下流端まで延在して前記
    燃料ノズルとの間に環状流路を画成する旋回カップを形
    成する手段と、前記流路内に配置されその下流端で旋回
    空気流を発生する自己作動旋回羽根手段とからなるスワ
    ーラ。
  2. 【請求項２】　　前記自己作動羽根手段は、固定第１端
    と可動第２端とを有する複数の旋回羽根からなる、請求
    項１記載のスワーラ。
  3. 【請求項３】　　前記複数の旋回羽根は、それらが熱を
    受けた時、前記第２端を第１および第２位置間で温度の
    関数として移動させるような温度感応材料で作られてい
    る、請求項２記載のスワーラ。
  4. 【請求項４】　　前記第２端の移動を制限する手段を含
    む請求項３記載のスワーラ。
  5. 【請求項５】　　ガスタービンエンジン燃焼器において
    燃料ノズルを囲むスワーラであって、前記燃料ノズルを
    囲むベンチュリシュラウドと、前記ベンチュリシュラウ
    ドを部分的に囲みそれと協働して相互間に環状流路を画
    成する旋回カップと、前記流路内に配置されそして前記
    流路を通流する空気を旋回させるようになっている複数
    の旋回羽根と、前記旋回羽根が熱を受けた時前記旋回羽
    根を開閉両位置間で温度の関数として動かす温度感応手
    段とからなるスワーラ。
  6. 【請求項６】　　前記旋回羽根と前記温度感応手段はバ
    イメタル帯片の形態をなす、請求項５記載のスワーラ。
  7. 【請求項７】　　前記温度感応手段は、温度の関数とし
    て動くように温度感応材料で作られた少なくとも一つの
    帯片からなる、請求項５記載のスワーラ。
  8. 【請求項８】　　前記帯片は温度が４００　゜　Ｆ　と
    ６００　゜　Ｆ　間の範囲で変わる時それぞれに対応す
    る開閉両位置間を移動する、請求項７記載のスワーラ。
  9. 【請求項９】　　前記帯片は固定第１端と可動第２端と
    を有する、請求項８記載のスワーラ。
  10. 【請求項１０】　　前記第２端の移動を制限する手段を
    含む請求項９記載のスワーラ。
  11. 【請求項１１】　　ガスタービンエンジン燃焼器におい
    て燃料ノズルを囲むスワーラであって、前記燃料ノズル
    を囲む上流端を有しかつ軸方向に下流端まで延在するベ
    ンチュリシュラウドであって半径方向に延在する環状円
    板を有するベンチュリシュラウドと、このベンチュリシ
    ュラウドを囲み、そして前記環状円板から軸方向に離間
    しそれと共に相互間に環状流路を画成する半径方向延在
    フランジを有する旋回カップと、前記環状円板と前記半
    径方向フランジとの間に配置されそして前記流路を通流
    する空気を旋回させるようになっている複数の半径方向
    旋回羽根と、前記環状円板と前記半径方向フランジとの
    間に軸方向に延在する第１ピンとからなり、前記半径方
    向旋回羽根は前記第１ピンに固定した第１端と、可動第
    ２端とを有し、前記半径方向旋回羽根は、それらが熱を
    受けた時、４００　゜Ｆ　と６００　゜　Ｆ　間の範囲
    で変わる温度の関数として、それぞれに対応する開閉両
    位置間で前記第２端を移動させるバイメタル材料で作ら
    れているようにしたスワーラ。
JP3145255A 1990-05-29 1991-05-22 自己作動可変形状スワーラ Pending JPH04227411A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US52980490A 1990-05-29 1990-05-29
US529,804 1990-05-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH04227411A true JPH04227411A (ja) 1992-08-17

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ID=24111300

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3145255A Pending JPH04227411A (ja) 1990-05-29 1991-05-22 自己作動可変形状スワーラ

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JP (1) JPH04227411A (ja)
DE (1) DE4116405A1 (ja)
FR (1) FR2662783A1 (ja)
GB (1) GB2244551A (ja)
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