Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7615741B2 - Combustor for gas turbine engine - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7615741B2 - Combustor for gas turbine engine - Google Patents

Combustor for gas turbine engine Download PDF

Info

Publication number
JP7615741B2
JP7615741B2 JP2021023797A JP2021023797A JP7615741B2 JP 7615741 B2 JP7615741 B2 JP 7615741B2 JP 2021023797 A JP2021023797 A JP 2021023797A JP 2021023797 A JP2021023797 A JP 2021023797A JP 7615741 B2 JP7615741 B2 JP 7615741B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
liner
inner liner
downstream
air
combustor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2021023797A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2022125942A (en
Inventor
聖也 伊藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2021023797A priority Critical patent/JP7615741B2/en
Publication of JP2022125942A publication Critical patent/JP2022125942A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7615741B2 publication Critical patent/JP7615741B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Landscapes

  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

本発明は、ガスタービンエンジンの燃焼器に係り、より詳細には、燃焼器の冷却構造に係る。 The present invention relates to a combustor for a gas turbine engine, and more specifically, to a cooling structure for the combustor.

ガスタービンエンジンの燃焼器には、種々の燃料が使用可能であり、従来から使用されている化石燃料だけでなく、化学反応器の出口残渣物質(ガス、液体)などの熱量が小さい物質も燃料として使用することが可能である。熱量の小さい燃料では、安定燃焼のためには当量比を増大させて燃焼場を高温にすることが必要であるが、熱量が大きい燃料を使用する場合には、燃焼器内の燃焼場の温度が高温になりすぎるので、燃焼器の冷却が必要である。そのような燃焼器を冷却するための構成としては、例えば、特許文献1に於いては、圧縮機によって燃焼器に供給された空気の少なくとも50%を用いて燃料と混合させて希薄空燃混合物を生成し、残りの空気を衝撃冷却のために利用し、その使用済みの衝撃冷却空気を壁に形成されたパーホレーションを通して後一次燃焼帯域内へ半径方向のジェットとして噴射する、といった構成が提案されている。また、特許文献2に於いては、燃焼器が、インピンジメント冷却孔が形成された外壁部とエフュージョン冷却孔が形成された内壁部とから構成され、外壁部に形成した外側開口部および内壁部に形成した内側開口部を接続して燃焼室に希釈空気を導入する筒状の希釈空気導入通路が形成され、圧縮機からの空気の一部は、希釈空気導入通路を通って燃料の燃焼のために使用される一方、圧縮機からの空気の別の一部は、外壁部のインピンジメント冷却孔を通って内壁部に略垂直に衝突して冷却し、更に、その空気は、内壁部に於いて厚み方向に対して傾斜して形成されたエフュージョン冷却孔を通って内壁部の内面にて空気膜を形成して、燃焼室で発生した燃焼ガスが内壁部の内面に直接接触するのを防止し、内壁部が過熱されることを抑制することが開示されている。 In the combustor of a gas turbine engine, various fuels can be used, and not only fossil fuels that have been used traditionally, but also substances with low calorific value, such as residue materials (gas, liquid) at the outlet of a chemical reactor, can be used as fuel. With a fuel with low calorific value, it is necessary to increase the equivalence ratio and make the combustion field hot for stable combustion, but when a fuel with high calorific value is used, the temperature of the combustion field in the combustor becomes too high, so the combustor needs to be cooled. For example, Patent Document 1 proposes a configuration for cooling such a combustor, in which at least 50% of the air supplied to the combustor by the compressor is mixed with the fuel to generate a lean air-fuel mixture, the remaining air is used for impingement cooling, and the used impingement cooling air is injected as a radial jet into the post-primary combustion zone through perforations formed in the wall. In addition, in Patent Document 2, the combustor is composed of an outer wall portion in which impingement cooling holes are formed and an inner wall portion in which effusion cooling holes are formed, and an outer opening portion formed in the outer wall portion and an inner opening portion formed in the inner wall portion are connected to form a cylindrical dilution air introduction passage that introduces dilution air into the combustion chamber. A part of the air from the compressor passes through the dilution air introduction passage and is used for fuel combustion, while another part of the air from the compressor passes through the impingement cooling holes in the outer wall portion and collides with the inner wall portion approximately perpendicularly to cool it. Furthermore, the air passes through effusion cooling holes formed in the inner wall portion at an angle to the thickness direction to form an air film on the inner surface of the inner wall portion, preventing the combustion gas generated in the combustion chamber from directly contacting the inner surface of the inner wall portion and suppressing overheating of the inner wall portion.

特開平8-246900JP 8-246900 特開2020-143850Patent Publication No. 2020-143850

上記の燃焼器の冷却のための構成に関して、空気を、燃焼室を画定するライナの冷却に使用する場合に、冷却後の空気を燃焼場にそのまま流入させてしまうと、燃焼器内の混合ガスの当量比を低下させることとなり、好ましくない。また、燃焼室を画定するライナの冷却のための構造として、上記の特許文献1、2の如く、燃焼室を画定するライナを二重壁構造とし、外側のライナの外表面に沿って流通させた冷却用の空気を、外側のライナに穿孔された孔(インピンジメント冷却孔)を通して内側のライナへ衝突させる構成が採用されているところ、かかる構成の場合、外側のライナの外表面上の冷却用空気の流れに於いて、上流側の孔を通って内側ライナに衝突する空気流に比べて、下流側の孔を通って内側ライナに衝突する空気流の冷却効果が低下する場合がある。即ち、上流側の孔を通った空気流は、内側ライナへの衝突後に下流へ流れることとなるところ、外側ライナと内側ライナとの間の流路の断面積が上流と下流とで略同様の構造の場合には、上流側で内側ライナに衝突した空気流が、下流側の孔を通って内側ライナに衝突する空気流の勢い弱めてしまうためである。そして、このように冷却効果にムラが生ずると、燃焼室内での温度分布やライナの耐久性にも影響を及ぼす可能性がある(そのままでは、ライナの下流側の部分の耐熱性を高くする必要が出てくるなど、ライナの設計が複雑となり得る。)。従って、燃焼室を画定するライナの冷却構造として、上記の如き、冷却用の空気を、外側ライナのインピンジメント冷却孔を通して内側のライナへ衝突させる構成を採用する場合には、下流側の孔を通って内側ライナに衝突する空気流の冷却効果の低下を抑制できる構成があると有利である。 Regarding the above-mentioned configuration for cooling the combustor, when air is used to cool the liner that defines the combustion chamber, if the cooled air is allowed to flow directly into the combustion field, it will lower the equivalence ratio of the mixed gas in the combustor, which is undesirable. In addition, as a structure for cooling the liner that defines the combustion chamber, as in the above-mentioned Patent Documents 1 and 2, a configuration is adopted in which the liner that defines the combustion chamber has a double-wall structure, and the cooling air that flows along the outer surface of the outer liner is made to collide with the inner liner through holes (impingement cooling holes) drilled in the outer liner. In such a configuration, in the flow of cooling air on the outer surface of the outer liner, the cooling effect of the air flow that collides with the inner liner through the downstream holes may be reduced compared to the air flow that collides with the inner liner through the upstream holes. That is, the airflow that passes through the upstream hole flows downstream after colliding with the inner liner, and if the cross-sectional area of the flow passage between the outer liner and the inner liner is approximately the same upstream and downstream, the airflow that collides with the inner liner on the upstream side weakens the momentum of the airflow that collides with the inner liner through the downstream hole. If the cooling effect becomes uneven in this way, it may affect the temperature distribution in the combustion chamber and the durability of the liner (if it remains as it is, the design of the liner may become complicated, such as requiring the heat resistance of the downstream part of the liner to be increased). Therefore, when adopting a configuration in which cooling air is made to collide with the inner liner through the impingement cooling holes of the outer liner as the cooling structure of the liner that defines the combustion chamber, it is advantageous to have a configuration that can suppress the decrease in the cooling effect of the airflow that collides with the inner liner through the downstream hole.

かくして、本発明の一つの課題は、ガスタービンエンジンの燃焼器に於いて、空気を外側ライナのインピンジメント冷却孔を通して内側のライナへ衝突させることにより、燃焼室を画定するライナを冷却する構成の場合に、外側ライナの下流側の孔を通って内側ライナに衝突する空気流の冷却効果の低下を抑制できるよう構成された燃焼器の冷却構造を提供することである。 Thus, one object of the present invention is to provide a combustor cooling structure configured to suppress a decrease in the cooling effect of the airflow that impinges on the inner liner through the downstream holes of the outer liner in a gas turbine engine combustor in which the liner defining the combustion chamber is cooled by impinging air through impingement cooling holes in the outer liner.

本発明によれば、上記の課題は、ガスタービンエンジンの燃焼器であって、
燃焼場を画定する筒状の内側ライナと、
前記内側ライナの放射方向外側にて該内側ライナを囲繞し、前記燃焼場に於いて発生した燃焼ガスの流出口を画定する筒状の外側ライナと
を有し、
前記外側ライナに於いて、その外面から内面へ貫通する孔が前記筒状の延在方向に沿って複数の部位に穿孔され、前記外側ライナの外面に沿って流れる空気が前記孔を通って前記内側ライナに衝突して前記内側ライナを冷却し、その後、前記内側ライナの外面に沿って流通するよう構成され、
前記内側ライナの外面にて流通する前記空気の流れの上流側から下流側に沿って前記外側ライナと前記内側ライナとの間の放射方向の間隔又は前記外側ライナに穿孔された前記孔の孔径が増大されている燃焼器
によって達成される。
According to the present invention, the above object is achieved by providing a combustor for a gas turbine engine, comprising:
a cylindrical inner liner defining a combustion field;
a cylindrical outer liner that surrounds the inner liner on the radially outer side of the inner liner and defines an outlet for combustion gas generated in the combustion field;
In the outer liner, holes penetrating from the outer surface to the inner surface are drilled at a plurality of positions along the extending direction of the cylindrical shape, and air flowing along the outer surface of the outer liner passes through the holes and collides with the inner liner to cool the inner liner, and then flows along the outer surface of the inner liner,
This is achieved by a combustor in which the radial spacing between the outer liner and the inner liner or the diameter of the holes drilled in the outer liner is increased along the upstream to downstream side of the air flow flowing on the outer surface of the inner liner.

上記の構成に於いて、「ガスタービンエンジン」は、燃焼器に於ける燃料と圧縮空気との燃焼により得られた高温高圧のガスでタービンを回転駆動し、回転力を得ると共に、燃焼器へ供給する空気を圧縮する圧縮機を駆動するよう構成された任意の形式のガスタービンエンジンであってよい。「筒状の内側ライナ」と「筒状の外側ライナ」とは、この分野で通常用いられる耐熱性の材料にて形成されてよい。外側ライナの「外面」と「内面」とは、筒状の外側ライナの放射方向外方の表面と放射方向内方の表面である。内側ライナに画定される燃焼場へされる燃料は、ガスタービンエンジンの燃料として通常用いられる燃料であってよく、都市ガスなどの気体燃料や灯油等の液体燃料であってよいが、これに限定されず、化学反応器の出口残渣物質、液体アンモニアなどの可燃性物質であってもよい。圧縮空気は、圧縮機が大気から取り込んだ空気を圧縮しつつ送出することで燃焼場に任意の態様にて供給され、燃焼場に於いては、内側ライナの一方の端側、即ち、上流端側から空気と燃料が流入し、燃焼されながら、燃焼ガスとなって、内側ライナの他方の端側、下流端側へ流出し、熱エネルギーを発生する。また、外側ライナは、内側ライナに対してその上流端に於いて接続され、そこから下流側に沿っては、内側ライナから隔置されるよう配置されて、外側ライナと内側ライナとの間に空気の流通路が形成される。そして、外側ライナの外面には、燃焼器の冷却用として、圧縮空気の一部が分流して流通するようになっていてよく、その外側ライナの外面を流れる空気が上記の如く、外側ライナに穿孔されたインピンジメント冷却孔として機能する孔を通り、内側ライナに衝突し、その後、上記の外側ライナと内側ライナとの間に空気の流通路を流通することとなる。なお、上記の如く、外側ライナに於いては、その筒状形状の延在方向に沿って、複数の孔が穿孔される。更に、外側ライナは、内側ライナの下流端を覆うように延在し、外側ライナと内側ライナとの間の流通路を流れた空気流が内側ライナの下流端よりも下流側で内側ライナからの流体(燃焼ガス)に合流できるよう構成されていてよい。 In the above configuration, the "gas turbine engine" may be any type of gas turbine engine configured to rotate and drive a turbine with high-temperature, high-pressure gas obtained by burning fuel and compressed air in a combustor, obtain rotational force, and drive a compressor that compresses air to be supplied to the combustor. The "cylindrical inner liner" and the "cylindrical outer liner" may be formed of heat-resistant materials commonly used in this field. The "outer surface" and "inner surface" of the outer liner are the radially outer surface and the radially inner surface of the cylindrical outer liner. The fuel fed to the combustion field defined by the inner liner may be a fuel commonly used as a fuel for gas turbine engines, and may be a gaseous fuel such as city gas or a liquid fuel such as kerosene, but is not limited to these, and may be a flammable material such as a residue material at the outlet of a chemical reactor or liquid ammonia. The compressed air is supplied to the combustion field in an arbitrary manner by the compressor compressing and sending out the air taken in from the atmosphere, and in the combustion field, air and fuel flow in from one end side, i.e., the upstream end side, of the inner liner, and are combusted to become combustion gas, which flows out to the other end side, the downstream end side, of the inner liner, generating thermal energy. The outer liner is connected to the inner liner at its upstream end, and is arranged to be spaced from the inner liner along the downstream side from there, so that an air flow passage is formed between the outer liner and the inner liner. A part of the compressed air may be branched and circulated on the outer surface of the outer liner for cooling the combustor, and the air flowing on the outer surface of the outer liner passes through holes that function as impingement cooling holes drilled in the outer liner as described above, collides with the inner liner, and then flows through the air flow passage between the outer liner and the inner liner. As described above, the outer liner has multiple holes drilled along the extension direction of its cylindrical shape. Furthermore, the outer liner may extend to cover the downstream end of the inner liner, and the air flow that flows through the flow passage between the outer liner and the inner liner may be configured to merge with the fluid (combustion gas) from the inner liner downstream of the downstream end of the inner liner.

上記の燃焼器の構成に於いては、既に述べた如く、外側ライナの外面に沿って流れる空気が外側ライナの孔を通って内側ライナに衝突して内側ライナを冷却し、その後、内側ライナの外面に沿って流通するよう構成されるところ、特に、本発明の構成では、内側ライナの外面にて流通する空気の流れの上流側から下流側に沿って外側ライナと内側ライナとの間の放射方向の間隔又は外側ライナに穿孔された孔の孔径が増大され、これにより、外側ライナの下流側の孔を通って内側ライナに衝突する空気流の冷却効果の低下を抑制できることとなる。即ち、、既に述べた如く、外側ライナのインピンジメント冷却孔からの空気流が内側ライナへ衝突して冷却する構成に於いては、空気流の冷却量は、外側ライナの外面側と外側ライナの内面側(内側ライナの外面側)との差圧により決まるところ、上流で冷却した空気は内側ライナの下流端の方向へ流れるので、もし下流まで外側ライナと内側ライナとの間隔が殆ど変わらない場合、下流側は上流側に比して差圧が小さくなり、また、内側ライナの上流から流れてくる空気流により、流速ベクトルが二重のライナの半径方向から下流側(燃焼器軸方向)へシフトするため、下流側の孔からの空気流が内側ライナの外面に到達しにくくなる。これに対し、上記の本発明の構成の如く、内側ライナの外面にて流通する空気の流れの上流側から下流側に沿って外側ライナと内側ライナとの間の放射方向の間隔が増大されれば、下流側の二重のライナの間の半径方向断面積が増大し、二重のライナの間の圧力が低下することで、空気流の冷却量を決める差圧を確保され、また、二重のライナの間の上流からの冷却後の空気の流速が遅くなるため、下流側の孔からの空気流が内側ライナの外面に到達しやすくなり、冷却効果の低下が抑制されることとなる。同様に、内側ライナの外面にて流通する空気の流れの上流側から下流側に沿って外側ライナに穿孔された孔の孔径が増大されれば、下流側の孔からの空気流が増大し、下流側の孔からの空気流が内側ライナの外面に到達しやすくなり、冷却効果の低下が抑制されることとなる。 As already mentioned, in the above combustor configuration, air flowing along the outer surface of the outer liner passes through the holes in the outer liner, collides with the inner liner to cool the inner liner, and then flows along the outer surface of the inner liner. In particular, in the configuration of the present invention, the radial spacing between the outer liner and the inner liner or the hole diameter of the holes drilled in the outer liner is increased from the upstream to downstream side of the air flow flowing on the outer surface of the inner liner, thereby making it possible to suppress a decrease in the cooling effect of the air flow passing through the downstream holes in the outer liner and colliding with the inner liner. That is, as already mentioned, in a configuration in which the airflow from the impingement cooling holes in the outer liner collides with the inner liner to cool it, the amount of cooling of the airflow is determined by the pressure difference between the outer surface of the outer liner and the inner surface of the outer liner (the outer surface of the inner liner), and since the air cooled upstream flows toward the downstream end of the inner liner, if the distance between the outer liner and the inner liner remains almost unchanged downstream, the pressure difference on the downstream side will be smaller than that on the upstream side, and further, the airflow flowing from the upstream of the inner liner shifts the flow velocity vector from the radial direction of the double liner to the downstream side (in the combustor axial direction), making it difficult for the airflow from the downstream hole to reach the outer surface of the inner liner. In contrast, if the radial distance between the outer liner and the inner liner is increased from the upstream to downstream of the air flow flowing on the outer surface of the inner liner as in the configuration of the present invention described above, the radial cross-sectional area between the double liners on the downstream side increases, and the pressure between the double liners decreases, ensuring the differential pressure that determines the amount of cooling of the air flow. Also, since the flow rate of the cooled air from the upstream between the double liners slows, the air flow from the downstream hole is more likely to reach the outer surface of the inner liner, and the decrease in cooling effect is suppressed. Similarly, if the hole diameter of the hole drilled in the outer liner is increased from the upstream to downstream of the air flow flowing on the outer surface of the inner liner, the air flow from the downstream hole increases, and the air flow from the downstream hole is more likely to reach the outer surface of the inner liner, and the decrease in cooling effect is suppressed.

上記の構成に於いて、外側ライナと内側ライナとは、別体にて形成され、上記の如く、それらの上流端に於いて接続され、ピン又はボルトなどの固定具を用いて締結されてよい。ピン又はボルトなどの締結は、最低2ヶ所、好適には3ヶ所以上であってよい。ライナが分割構造であるために、部品毎の交換が可能であり、外側ライナと内側ライナとを一体的に形成した場合に比して、材料寿命を有効に利用できることとなる。 In the above configuration, the outer liner and the inner liner are formed separately and, as described above, may be connected at their upstream ends and fastened using fasteners such as pins or bolts. Fastening with pins or bolts may be at least two locations, and preferably three or more locations. Because the liner has a split structure, it is possible to replace each part, and the material life can be utilized more effectively than when the outer liner and the inner liner are formed as a single unit.

また、上記の構成に於いて、内側ライナの外面に衝突して内側ライナの外面に沿って流れた空気流は、上記の如く、内側ライナの下流端よりも下流側で内側ライナからの流体(燃焼ガス)に合流できるようになっていてよく、その空気流は、2次燃焼用空気又は希釈用空気として使用されてよい。更に、かかる空気流の一部は、外側ライナの内面に沿ってそのまま流れることにより、外側ライナの内面を高温の既燃ガスから保護するフィルム冷却用空気として利用されてよい。 In addition, in the above configuration, the airflow that collides with the outer surface of the inner liner and flows along the outer surface of the inner liner may be able to merge with the fluid (combustion gas) from the inner liner downstream of the downstream end of the inner liner, as described above, and the airflow may be used as secondary combustion air or dilution air. Furthermore, a portion of the airflow may be used as film cooling air that protects the inner surface of the outer liner from high-temperature burnt gas by flowing directly along the inner surface of the outer liner.

かくして、上記の本発明によれば、ガスタービンエンジンの燃焼器の冷却構造として、冷却用の空気を外側ライナのインピンジメント冷却孔を通して内側のライナへ衝突させる構成に於いて、内側ライナの外面にて流通する空気の流れの上流側から下流側に沿って外側ライナと内側ライナとの間の放射方向の間隔又は外側ライナに穿孔された孔の孔径を増大することにより、外側ライナの下流側のインピンジメント冷却孔からの空気流の冷却作用の低下の抑制が図られることとなる。そして、この効果によって、燃焼場内での温度分布の調節やライナの耐久性のための設計も容易となることが期待される。また、上記の本発明の二重のライナから成る構造に於いて、冷却空気が燃焼場へ直接に流れ込まないようになっているので、燃焼場に於ける安定な燃焼状態を保つことが可能となる。本発明の構成は、種々のガスタービンエンジンの燃焼器に於いて有利に用いられてよい。 Thus, according to the present invention, in a cooling structure for a combustor of a gas turbine engine, in which cooling air is impinged on the inner liner through the impingement cooling holes of the outer liner, by increasing the radial distance between the outer liner and the inner liner or the hole diameter of the hole drilled in the outer liner along the upstream to downstream side of the air flow flowing on the outer surface of the inner liner, the decrease in the cooling effect of the air flow from the impingement cooling holes on the downstream side of the outer liner is suppressed. This effect is expected to facilitate the adjustment of the temperature distribution in the combustion field and the design for the durability of the liner. In addition, in the above-mentioned double liner structure of the present invention, since the cooling air does not flow directly into the combustion field, it is possible to maintain a stable combustion state in the combustion field. The configuration of the present invention may be advantageously used in combustors of various gas turbine engines.

本発明のその他の目的及び利点は、以下の本発明の好ましい実施形態の説明により明らかになるであろう。 Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description of preferred embodiments of the present invention.

図1(A)は、本実施形態によるガスタービンエンジンの燃焼器の一つの態様の横方向から見た模式的な断面図であり、図1(B)は、図1(A)中の(B)と付された部分の拡大図である。FIG. 1(A) is a schematic cross-sectional view of one embodiment of a combustor of a gas turbine engine according to the present embodiment, as viewed from the lateral direction, and FIG. 1(B) is an enlarged view of a portion marked (B) in FIG. 1(A). 図2(A)は、本実施形態によるガスタービンエンジンの燃焼器のもう一つの態様の横方向から見た模式的な断面図であり、図2(B)は、図2(A)中の(B)と付された部分の拡大図である。FIG. 2(A) is a schematic cross-sectional view of another embodiment of a combustor of a gas turbine engine according to the present embodiment, as viewed from the lateral direction, and FIG. 2(B) is an enlarged view of a portion marked (B) in FIG. 2(A). 図3(A)は、本実施形態によるガスタービンエンジンの燃焼器のもう一つの態様の横方向から見た模式的な断面図であり、図3(B)は、図3(A)中の(B)と付された部分の拡大図である。FIG. 3(A) is a schematic cross-sectional view of another aspect of a combustor of a gas turbine engine according to this embodiment, as viewed from the side, and FIG. 3(B) is an enlarged view of a portion marked (B) in FIG. 3(A).

1…燃焼器
2…内側ライナ
2a…内側ライナ上流端
2b…内側ライナ下流端
3…外側ライナ
3a…外側ライナ上流端
3b…外側ライナ下流端
3p…インピンジメント冷却孔
4…燃料ノズル
5…燃焼器流出口
6…冷却空気流通路
7…固定用ピン
BP…燃焼場
FL…燃料
Ar、ar…冷却用空気流
Reference Signs List 1: Combustor 2: Inner liner 2a: Inner liner upstream end 2b: Inner liner downstream end 3: Outer liner 3a: Outer liner upstream end 3b: Outer liner downstream end 3p: Impingement cooling hole 4: Fuel nozzle 5: Combustor outlet 6: Cooling air flow passage 7: Fixing pin BP: Combustion field FL: Fuel Ar, ar: Cooling air flow

燃焼器の概略構成
図1(A)を参照して、本実施形態のガスタービンエンジンの燃焼器1は、任意の形式のガスタービンエンジンに適用されてよい。その構成に於いて、燃焼器1は、燃焼場BPを画定する筒状の内側ライナ2と、内側ライナ2をその半径方向(放射方向)外側から囲繞する筒状の外側ライナ3と、燃焼場BPへ燃料FLを噴射する燃料ノズル4とを有し、燃焼場BPに於いて、圧縮機(図示せず)から送出される圧縮空気と燃料ノズル4からの燃料が混合されて燃焼され、燃焼ガスが燃焼場BPの下流側にて外側ライナ3により画定される流出口5から流出し、タービン(図示せず)へ送られる。内側ライナ2と外側ライナ3とは、この分野で通常用いられる耐熱性の材料にて形成されてよく、典型的には、円筒状であるが、その他の形状の筒状(楕円筒状、角筒状)であってもよい。内側ライナ2と外側ライナ3とは、図示の如く、それぞれの上流端2a、3aに於いて連結され、それらの間に空気が流通可能な環状の空間6(冷却空気流通路)を画定する二重のライナ構造が形成される。また、外側ライナ3には、図1(B)に描かれている如く、その上流端3a側から下流端3b側に沿って、その外面から内面へ貫通したインピンジメント冷却孔3pが複数穿孔される。そして、外側ライナ3の外面には、圧縮空気の一部Arが流通し、その空気流arがインピンジメント冷却孔3pから外側ライナ3の内面側へ流れ、内側ライナ2の外面に衝突し、内側ライナ2を冷却する。
Referring to Fig. 1(A) showing a schematic configuration of a combustor , a combustor 1 of a gas turbine engine of the present embodiment may be applied to any type of gas turbine engine. In this configuration, the combustor 1 has a cylindrical inner liner 2 that defines a combustion field BP, a cylindrical outer liner 3 that surrounds the inner liner 2 from the radial (radial) outside, and a fuel nozzle 4 that injects fuel FL into the combustion field BP. In the combustion field BP, compressed air delivered from a compressor (not shown) and fuel from the fuel nozzle 4 are mixed and combusted, and the combustion gas flows out from an outlet 5 defined by the outer liner 3 downstream of the combustion field BP and is sent to a turbine (not shown). The inner liner 2 and the outer liner 3 may be formed of a heat-resistant material commonly used in this field, and are typically cylindrical, but may be cylindrical in other shapes (elliptical cylinder, square cylinder). As shown in the figure, the inner liner 2 and the outer liner 3 are connected at their respective upstream ends 2a, 3a to form a double liner structure that defines an annular space 6 (cooling air flow passage) through which air can flow between them. In addition, as shown in Fig. 1(B), the outer liner 3 is drilled with a plurality of impingement cooling holes 3p that penetrate from its outer surface to its inner surface along its upstream end 3a side to its downstream end 3b side. A part of the compressed air Ar flows on the outer surface of the outer liner 3, and the air flow ar flows from the impingement cooling holes 3p to the inner surface side of the outer liner 3 and collides with the outer surface of the inner liner 2 to cool the inner liner 2.

上記のように燃焼場BPが二重のライナ構造に形成され、内側ライナ2を冷却する空気が燃焼場BPへ直接に流入しないようになっていることによれば、燃焼場の当量比が冷却用の空気によって変動することが回避され、燃焼場の安定な燃焼状態を保つことが可能となる。なお、内側ライナ2の外面に衝突して内側ライナ2を冷却した空気流は、冷却空気流通路6を内側ライナ2の下流端2bの方向へ流れ、燃焼場BPの下流側で流出する燃焼ガスに合流するようになっていてよく、その空気流は、2次燃焼用空気又は希釈用空気として使用されてよい。更に、かかる空気流の一部は、外側ライナ3の内面に沿って外側ライナ3の下流端3bへ向かって層状に流れることで、外側ライナの内面を高温の既燃ガスから保護するフィルム状の空気層が形成されるようになっていてよい。 As described above, the combustion field BP is formed in a double liner structure, and the air cooling the inner liner 2 does not flow directly into the combustion field BP, so that the equivalence ratio of the combustion field is prevented from fluctuating due to the cooling air, and it is possible to maintain a stable combustion state of the combustion field. The air flow that collides with the outer surface of the inner liner 2 and cools the inner liner 2 may flow through the cooling air flow passage 6 toward the downstream end 2b of the inner liner 2 and merge with the combustion gas flowing out downstream of the combustion field BP, and this air flow may be used as secondary combustion air or dilution air. Furthermore, a part of this air flow may flow in a layer along the inner surface of the outer liner 3 toward the downstream end 3b of the outer liner 3, forming a film-like air layer that protects the inner surface of the outer liner from the high-temperature burnt gas.

上記の構成に於いて、内側ライナ2と外側ライナ3とは、別体にて形成されていてよく、上流端2a、3aに於いては、図1(B)に描かれている如く、固定用ピン7の締結によって連結されてよい。固定用ピン7の締結部位は、上流端2a、3aの周方向に沿って、最低2ヶ所、好適には3ヶ所以上、設けられてよい。内側ライナ2と外側ライナ3とが分離可能となっていることにより、別々に交換が可能であり、外側ライナ3と内側ライナ2とを一体的に形成した場合に比して、材料寿命を有効に利用できることとなる。 In the above configuration, the inner liner 2 and the outer liner 3 may be formed separately, and may be connected at the upstream ends 2a, 3a by fastening the fixing pin 7 as shown in FIG. 1(B). The fastening points of the fixing pin 7 may be provided at least in two places, preferably three or more places, along the circumferential direction of the upstream ends 2a, 3a. Since the inner liner 2 and the outer liner 3 are separable, they can be replaced separately, and the material life can be utilized more effectively than when the outer liner 3 and the inner liner 2 are formed integrally.

内側ライナの冷却構造の第一の態様
図1(B)を参照して、上記の外側ライナ3のインピンジメント冷却孔3pから空気流arが内側ライナ2の外面に衝突した後に冷却空気流通路6を内側ライナ2の下流端2bの方向へ流れる構成の場合、冷却空気流通路6に於いては、上流側より下流側の方が空気量が多くなるので、もし冷却空気流通路6の断面積が上流側から下流側まで殆ど変化しない場合には、冷却空気流通路6内部の圧力は、下流にいくほど高くなる。この点に関し、インピンジメント冷却孔3pから内側ライナ2の外面へ向かう空気量は、外側ライナ3の外面と内面との差圧が大きいほど多く、その分、冷却効果が高くなるところ、上記の如く冷却空気流通路6の内圧が下流にいくほど高くなると、下流にいくほど、インピンジメント冷却孔3pに於ける外側ライナ3の外面と内面との差圧が低下し、これにより、冷却効果が低下してしまう可能性がある。
1(B), in the case of a configuration in which the airflow ar from the impingement cooling hole 3p of the outer liner 3 collides with the outer surface of the inner liner 2 and then flows through the cooling air passage 6 toward the downstream end 2b of the inner liner 2, the amount of air is greater on the downstream side than on the upstream side in the cooling air passage 6, so if the cross-sectional area of the cooling air passage 6 does not change much from the upstream side to the downstream side, the pressure inside the cooling air passage 6 becomes higher the further downstream. In this regard, the amount of air flowing from the impingement cooling hole 3p to the outer surface of the inner liner 2 increases as the pressure difference between the outer surface and the inner surface of the outer liner 3 increases, and the cooling effect increases accordingly. However, if the internal pressure of the cooling air passage 6 increases downstream as described above, the pressure difference between the outer surface and the inner surface of the outer liner 3 at the impingement cooling hole 3p decreases downstream, which may result in a decrease in the cooling effect.

そこで、本実施形態の第一の態様に於いては、図1(A)、(B)から理解される如く、外側ライナ3と内側ライナ2との間に於ける下流側の間隔Rdが上流側の間隔Ruよりも大きくなるように、外側ライナ3と内側ライナ2の筒状形状の径が設計される。かかる構成によれば、冷却空気流通路6の断面積が上流側から下流側へ進むほど増大し、これにより、冷却空気流通路6の内圧の上昇が抑制されて、インピンジメント冷却孔3pに於ける外側ライナ3の外面と内面との差圧の低下が抑制され、かくして、下流側のインピンジメント冷却孔3pからの空気流量の低下が抑制され、下流側の冷却効果の低下が抑制されることとなる。上流側の間隔Ruに対して下流側の間隔Rdを大きくする程度は、適合により決定可能である。 In the first aspect of this embodiment, as can be seen from Figs. 1(A) and (B), the diameters of the cylindrical shapes of the outer liner 3 and the inner liner 2 are designed so that the downstream spacing Rd between the outer liner 3 and the inner liner 2 is larger than the upstream spacing Ru. With this configuration, the cross-sectional area of the cooling air flow passage 6 increases from the upstream side to the downstream side, thereby suppressing the increase in the internal pressure of the cooling air flow passage 6 and suppressing the decrease in the differential pressure between the outer surface and the inner surface of the outer liner 3 at the impingement cooling hole 3p, thus suppressing the decrease in the air flow rate from the downstream impingement cooling hole 3p and suppressing the decrease in the cooling effect on the downstream side. The degree to which the downstream spacing Rd is made larger than the upstream spacing Ru can be determined by suitability.

内側ライナの冷却構造の第二の態様
図2(A)、(B)を参照して、上記の外側ライナ3のインピンジメント冷却孔3pから空気流が内側ライナ2の外面に衝突した後に冷却空気流通路6を内側ライナ2の下流端2bの方向へ流れる構成に於いて、冷却空気流通路6の下流側のインピンジメント冷却孔3pからの空気量の低下を抑制する別の態様としては、図2(B)に描かれている如く、上流側から下流側までのインピンジメント冷却孔3pの孔径δ1~δ5が、下流側にいくほど、大きくなるように、インピンジメント冷却孔3pが穿孔されてよい(即ち、δ1<δ2<δ3<δ4<δ5)。これにより、下流側のインピンジメント冷却孔3pからの空気流量の低下が抑制され、下流側の冷却効果の低下が抑制されることとなる。上流側の孔径に対して下流側の孔径を大きくする程度は、適合により決定可能である。[図2の例では、外側ライナ3と内側ライナ2との間に於ける下流側の間隔Rdは、上流側の間隔Ruとほぼ同様であってよい。]
2(A) and (B), in the configuration in which the airflow from the impingement cooling hole 3p of the outer liner 3 collides with the outer surface of the inner liner 2 and then flows through the cooling air flow passage 6 toward the downstream end 2b of the inner liner 2, as another mode for suppressing the decrease in the amount of air from the impingement cooling hole 3p downstream of the cooling air flow passage 6, the impingement cooling holes 3p may be drilled so that the hole diameters δ1 to δ5 of the impingement cooling holes 3p from the upstream side to the downstream side become larger toward the downstream side (i.e., δ1<δ2<δ3<δ4<δ5), as shown in FIG. 2(B). This suppresses the decrease in the airflow rate from the impingement cooling hole 3p downstream, and suppresses the decrease in the cooling effect downstream. The degree to which the downstream hole diameter is made larger than the upstream hole diameter can be determined by suitability. [In the example of FIG. 2, the downstream spacing Rd between the outer liner 3 and the inner liner 2 may be approximately the same as the upstream spacing Ru.]

内側ライナの冷却構造の第三の態様
図3(A)、(B)を参照して、上記の第一の態様と第二の態様に於ける構成が組み合わされてよい。具体的には、図3(B)に描かれている如く、外側ライナ3と内側ライナ2との間に於ける下流側の間隔Rdが上流側の間隔Ruよりも大きくなるように、外側ライナ3と内側ライナ2の筒状形状の径が設計されると共に、上流側から下流側までのインピンジメント冷却孔3pの孔径δ1~δ5が、下流側にいくほど、大きくなるように、インピンジメント冷却孔3pが穿孔されてよい。かかる構成によれば、下流側のインピンジメント冷却孔3pからの空気流量の低下及びこれによる下流側の冷却効果の低下がより確実に抑制されることが期待される。
3(A) and (B), the configurations in the first and second embodiments may be combined. Specifically, as shown in FIG. 3(B), the diameters of the cylindrical shapes of the outer liner 3 and the inner liner 2 are designed so that the downstream interval Rd between the outer liner 3 and the inner liner 2 is larger than the upstream interval Ru, and the impingement cooling holes 3p may be drilled so that the hole diameters δ1 to δ5 of the impingement cooling holes 3p from the upstream side to the downstream side become larger toward the downstream side. With this configuration, it is expected that the decrease in the air flow rate from the downstream impingement cooling holes 3p and the resulting decrease in the cooling effect on the downstream side are more reliably suppressed.

かくして、上記の本実施形態の構成によれば、燃焼場を画定するライナ(内側ライナ)の上流から下流に亙っての冷却作用のムラが解消されることが期待され、燃焼場の温度分布に応じたライナの耐久性のための設計も容易となることが期待される。 Thus, the configuration of this embodiment is expected to eliminate unevenness in the cooling action from upstream to downstream of the liner (inner liner) that defines the combustion field, and to facilitate designing the durability of the liner according to the temperature distribution of the combustion field.

以上の説明は、本発明の実施の形態に関連してなされているが、当業者にとつて多くの修正及び変更が容易に可能であり、本発明は、上記に例示された実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の概念から逸脱することなく種々の装置に適用されることは明らかであろう。 The above description is given in relation to an embodiment of the present invention, but many modifications and changes are easily possible for those skilled in the art, and it is clear that the present invention is not limited to the embodiment exemplified above, but can be applied to various devices without departing from the concept of the present invention.

Claims (1)

ガスタービンエンジンの燃焼器であって、
燃焼場を画定する筒状の内側ライナと、
前記内側ライナの放射方向外側にて該内側ライナを囲繞し、前記燃焼場の上流側にて前記内側ライナと接続され、前記燃焼場に於いて発生した燃焼ガスの流出口を画定する筒状の外側ライナと
を有し、
前記外側ライナに於いて、その外面から内面へ貫通する孔が前記筒状の延在方向に沿って複数の部位に穿孔され、前記外側ライナの外面に沿って流れる空気が前記孔を通って前記内側ライナに衝突して前記内側ライナを冷却し、その後、前記内側ライナの外面に沿って前記燃焼場の下流側へ流通し、前記下流側にて前記燃焼ガスと合流するよう構成され、
前記内側ライナの外面にて流通する前記空気の流れの上流側から下流側に沿って前記外側ライナと前記内側ライナとの間の放射方向の間隔が増大されている燃焼器。
1. A combustor for a gas turbine engine, comprising:
a cylindrical inner liner defining a combustion field;
a cylindrical outer liner that surrounds the inner liner on the radially outer side of the inner liner, is connected to the inner liner on the upstream side of the combustion field, and defines an outlet for combustion gas generated in the combustion field;
the outer liner is perforated at a plurality of positions along the cylindrical extension direction with holes penetrating from the outer surface to the inner surface, and air flowing along the outer surface of the outer liner passes through the holes and collides with the inner liner to cool the inner liner, and then flows along the outer surface of the inner liner to the downstream side of the combustion field and merges with the combustion gas on the downstream side ;
A combustor in which a radial distance between the outer liner and the inner liner increases from the upstream side to the downstream side of the flow of the air flowing on the outer surface of the inner liner.
JP2021023797A 2021-02-17 2021-02-17 Combustor for gas turbine engine Active JP7615741B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021023797A JP7615741B2 (en) 2021-02-17 2021-02-17 Combustor for gas turbine engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021023797A JP7615741B2 (en) 2021-02-17 2021-02-17 Combustor for gas turbine engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2022125942A JP2022125942A (en) 2022-08-29
JP7615741B2 true JP7615741B2 (en) 2025-01-17

Family

ID=83058449

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021023797A Active JP7615741B2 (en) 2021-02-17 2021-02-17 Combustor for gas turbine engine

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7615741B2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5960632A (en) 1995-10-13 1999-10-05 General Electric Company Thermal spreading combustion liner
JP2011089435A (en) 2009-10-21 2011-05-06 Kawasaki Heavy Ind Ltd Gas turbine combustor
JP2014037832A (en) 2012-08-14 2014-02-27 General Electric Co <Ge> Turbine component cooling arrangement and method of cooling turbine component
US20190219266A1 (en) 2018-01-12 2019-07-18 United Technologies Corporation Apparatus and method for mitigating particulate accumulation on a component of a gas turbine

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5960632A (en) 1995-10-13 1999-10-05 General Electric Company Thermal spreading combustion liner
JP2011089435A (en) 2009-10-21 2011-05-06 Kawasaki Heavy Ind Ltd Gas turbine combustor
JP2014037832A (en) 2012-08-14 2014-02-27 General Electric Co <Ge> Turbine component cooling arrangement and method of cooling turbine component
US20190219266A1 (en) 2018-01-12 2019-07-18 United Technologies Corporation Apparatus and method for mitigating particulate accumulation on a component of a gas turbine

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022125942A (en) 2022-08-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5583368B2 (en) Premixed direct injection nozzle
US8113000B2 (en) Flashback resistant pre-mixer assembly
JP5432683B2 (en) Premixed direct injection nozzle
US11131460B2 (en) Lean burn fuel injector
JP5530131B2 (en) Flame-resistant fuel / air premixer for gas turbine combustors
US8424311B2 (en) Premixed direct injection disk
US8544277B2 (en) Turbulated aft-end liner assembly and cooling method
JP4922878B2 (en) Gas turbine combustor
US9506654B2 (en) System and method for reducing combustion dynamics in a combustor
US8904802B2 (en) Turbomachine combustor assembly including a vortex modification system
US20090120093A1 (en) Turbulated aft-end liner assembly and cooling method
CN102472493B (en) Gas turbine combustor and gas turbine
EP1826485B1 (en) Burner and method of combustion with the burner
CN111237806B (en) premix fuel nozzle
US20070227150A1 (en) Combustor
US9518742B2 (en) Premixer assembly for mixing air and fuel for combustion
JP2012057611A (en) Apparatus and method for cooling combustor cap
JP2012017971A5 (en)
JP2017166479A (en) Gas turbine flow sleeve mounting
CN103930723A (en) Tangential annular combustor with premixed fuel and air for use on a gas turbine
JP7615741B2 (en) Combustor for gas turbine engine
JP6037736B2 (en) Gas turbine combustor and gas turbine engine equipped with the same
US10890328B2 (en) Fin-pin flow guide for efficient transition piece cooling
JP7696453B2 (en) Combustor and gas turbine
US11815267B2 (en) Combustor liner having cooling dispersing member for localized liner cooling

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20231219

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20240626

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240702

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240814

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20241029

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20241106

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20241203

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20241216

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7615741

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150