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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5985191
(24)【登録日】2016年8月12日
(45)【発行日】2016年9月6日
(54)【発明の名称】ガスタービンエンジンのミキサーアッセンブリ
(51)【国際特許分類】
F23R 3/18 20060101AFI20160823BHJP
F23R 3/30 20060101ALI20160823BHJP
F23R 3/14 20060101ALI20160823BHJP
F23R 3/06 20060101ALI20160823BHJP
F02C 7/24 20060101ALI20160823BHJP
【ＦＩ】
F23R3/18
F23R3/30
F23R3/14
F23R3/06
F02C7/24 A
【請求項の数】24
【全頁数】13
(21)【出願番号】特願2012-10601(P2012-10601)
(22)【出願日】2012年1月23日
(65)【公開番号】特開2012-154618(P2012-154618A)
(43)【公開日】2012年8月16日
【審査請求日】2014年9月22日
(31)【優先権主張番号】13/014,434
(32)【優先日】2011年1月26日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】590005449
【氏名又は名称】ユナイテッド テクノロジーズ コーポレイション
【氏名又は名称原語表記】ＵＮＩＴＥＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
(74)【代理人】
【識別番号】100086232
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 博通
(74)【代理人】
【識別番号】100092613
【弁理士】
【氏名又は名称】富岡 潔
(72)【発明者】
【氏名】ジョンタオ ダイ
(72)【発明者】
【氏名】ジェフリー エム．コーエン
(72)【発明者】
【氏名】カタリン ジー．フォタッシェ
【審査官】
米澤 篤
(56)【参考文献】
【文献】
特開２００８−１９６８３１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１０−２５５９４４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００５−６９６７５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表平６−５０７２３１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００８−１８０４９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００３−４２３２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許第６４１８７２６（ＵＳ，Ｂ１）
【文献】
米国特許出願公開第２０１０／０３０８１３５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
特開２００４−２２６０５１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１０−２８１４８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許出願公開第２００９／０１７３０７６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
特開２００８−１９６８３０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｆ２３Ｒ ３／１８
Ｆ０２Ｃ ７／２４
Ｆ２３Ｒ ３／０６
Ｆ２３Ｒ ３／１４
Ｆ２３Ｒ ３／３０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
メインミキサーと、
メインミキサーと同心円状に配設されたパイロットミキサーと、
を備えるガスタービンエンジンのミキサーアッセンブリであって、
メインミキサーは、パイロットミキサーの少なくとも一部を取り囲み、
パイロットミキサーは、
メインミキサーからパイロットミキサーを隔て、かつキャビティを画定する環状のハウジングであって、前方部分及び後方部分を有し、後方部分の直径は前方部分の直径よりも大きい、環状のハウジングと、
環状ハウジングの前方部分によって囲まれた燃料ノズルと、
燃料ノズルの下流に位置し、環状ハウジングの前方部分と後方部分を接続する隔壁と、
環状ハウジングの後方部分の内側面上に設けられた断熱コーティングと、
を備え、
隔壁は、環状ハウジングの後方部分と実質的に直交し、該後方部分と隔壁との間にコーナー部を画定することを特徴とするミキサーアッセンブリ。
メインミキサーと同心円状に配設されたパイロットミキサーと、
を備えるガスタービンエンジンのミキサーアッセンブリであって、
メインミキサーは、パイロットミキサーの少なくとも一部を取り囲み、
パイロットミキサーは、
メインミキサーからパイロットミキサーを隔て、かつキャビティを画定する環状のハウジングであって、前方部分及び後方部分を有し、後方部分の直径は前方部分の直径よりも大きい、環状のハウジングと、
環状ハウジングの前方部分によって囲まれた燃料ノズルと、
燃料ノズルの下流に位置し、環状ハウジングの前方部分と後方部分を接続する隔壁と、
環状ハウジングの後方部分の内側面上に設けられた断熱コーティングと、
を備え、
隔壁は、環状ハウジングの後方部分と実質的に直交し、該後方部分と隔壁との間にコーナー部を画定することを特徴とするミキサーアッセンブリ。
【請求項2】
メインミキサーと、
メインミキサーと同心円状に配設されたパイロットミキサーと、
を備えるガスタービンエンジンのミキサーアッセンブリであって、
メインミキサーは、パイロットミキサーの少なくとも一部を取り囲み、
パイロットミキサーは、
メインミキサーからパイロットミキサーを隔て、かつキャビティを画定する環状のハウジングであって、前方部分及び後方部分を有し、後方部分の直径は前方部分の直径よりも大きい、環状のハウジングと、
環状ハウジングの前方部分によって囲まれた燃料ノズルと、
燃料ノズルの下流に位置し、環状ハウジングの前方部分と後方部分を接続する隔壁と、
隔壁の下流側面上に設けられた断熱コーティングと、
を備え、
隔壁は、環状ハウジングの後方部分と実質的に直交し、該後方部分と隔壁との間にコーナー部を画定することを特徴とするミキサーアッセンブリ。
メインミキサーと同心円状に配設されたパイロットミキサーと、
を備えるガスタービンエンジンのミキサーアッセンブリであって、
メインミキサーは、パイロットミキサーの少なくとも一部を取り囲み、
パイロットミキサーは、
メインミキサーからパイロットミキサーを隔て、かつキャビティを画定する環状のハウジングであって、前方部分及び後方部分を有し、後方部分の直径は前方部分の直径よりも大きい、環状のハウジングと、
環状ハウジングの前方部分によって囲まれた燃料ノズルと、
燃料ノズルの下流に位置し、環状ハウジングの前方部分と後方部分を接続する隔壁と、
隔壁の下流側面上に設けられた断熱コーティングと、
を備え、
隔壁は、環状ハウジングの後方部分と実質的に直交し、該後方部分と隔壁との間にコーナー部を画定することを特徴とするミキサーアッセンブリ。
【請求項3】
メインミキサーと、
メインミキサーと同心円状に配設されたパイロットミキサーと、
を備えるガスタービンエンジンのミキサーアッセンブリであって、
メインミキサーは、パイロットミキサーの少なくとも一部を取り囲み、
パイロットミキサーは、
メインミキサーからパイロットミキサーを隔て、かつキャビティを画定する環状のハウジングであって、前方部分及び後方部分を有し、後方部分の直径は前方部分の直径よりも大きい、環状のハウジングと、
環状ハウジングの前方部分によって囲まれた燃料ノズルと、
燃料ノズルの下流に位置し、環状ハウジングの前方部分と後方部分を接続する隔壁と、
隔壁の前方面の上流に位置し、環状ハウジングの前方部分と後方部分とを接続する前方壁部と、
前記前方壁部を横断方向に貫通して該壁部に周方向に配設される複数の第２の開口部と、
を備え、
隔壁は、環状ハウジングの後方部分と実質的に直交し、該後方部分と隔壁との間にコーナー部を画定し、
前記前方壁部と隔壁との間にスペースが画定されることを特徴とするミキサーアッセンブリ。
メインミキサーと同心円状に配設されたパイロットミキサーと、
を備えるガスタービンエンジンのミキサーアッセンブリであって、
メインミキサーは、パイロットミキサーの少なくとも一部を取り囲み、
パイロットミキサーは、
メインミキサーからパイロットミキサーを隔て、かつキャビティを画定する環状のハウジングであって、前方部分及び後方部分を有し、後方部分の直径は前方部分の直径よりも大きい、環状のハウジングと、
環状ハウジングの前方部分によって囲まれた燃料ノズルと、
燃料ノズルの下流に位置し、環状ハウジングの前方部分と後方部分を接続する隔壁と、
隔壁の前方面の上流に位置し、環状ハウジングの前方部分と後方部分とを接続する前方壁部と、
前記前方壁部を横断方向に貫通して該壁部に周方向に配設される複数の第２の開口部と、
を備え、
隔壁は、環状ハウジングの後方部分と実質的に直交し、該後方部分と隔壁との間にコーナー部を画定し、
前記前方壁部と隔壁との間にスペースが画定されることを特徴とするミキサーアッセンブリ。
【請求項4】
環状ハウジングの前方部分は、
隔壁の上流に位置し、燃料ノズルの少なくとも一部を取り囲む第１のスワラと、
隔壁の上流で、かつ第１のスワラの下流で該スワラに隣接して位置し、燃料ノズルの少なくとも一部を取り囲む第２のスワラと、
第１および第２のスワラを隔てるスワラ内側コーンと、
を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のミキサーアッセンブリ。
隔壁の上流に位置し、燃料ノズルの少なくとも一部を取り囲む第１のスワラと、
隔壁の上流で、かつ第１のスワラの下流で該スワラに隣接して位置し、燃料ノズルの少なくとも一部を取り囲む第２のスワラと、
第１および第２のスワラを隔てるスワラ内側コーンと、
を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のミキサーアッセンブリ。
【請求項5】
第１のスワラは、複数の第１の空気通路を画定する複数の第１のベーンを有し、該第１のベーンは、第１のスワラの軸に対して第１の角度をなして位置づけられ、
第２のスワラは、複数の第２の空気通路を画定する複数の第２のベーンを有し、該第２のベーンは、第２のスワラの軸に対して第２の角度をなして位置づけられることを特徴とする請求項４に記載のミキサーアッセンブリ。
第２のスワラは、複数の第２の空気通路を画定する複数の第２のベーンを有し、該第２のベーンは、第２のスワラの軸に対して第２の角度をなして位置づけられることを特徴とする請求項４に記載のミキサーアッセンブリ。
【請求項6】
第１のスワラの軸は、第２のスワラの軸と同じであり、該軸は、ミキサーアッセンブリの中心軸に対して実質的に半径方向に延びることを特徴とする請求項５に記載のミキサーアッセンブリ。
【請求項7】
前記第１の角度は前記第２の角度と異なることを特徴とする請求項５に記載のミキサーアッセンブリ。
【請求項8】
環状ハウジングの後方部分を長手方向に貫通する複数の第１の開口部をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のミキサーアッセンブリ。
【請求項9】
第１の開口部から環状ハウジングの後方部分の内側面へと延びる複数の通路をさらに備えることを特徴とする請求項８に記載のミキサーアッセンブリ。
【請求項10】
環状ハウジングの後方部分の内側面に近接し、前記隔壁を横断方向に貫通して該隔壁に周方向に配設される複数の第３の開口部をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載のミキサーアッセンブリ。
【請求項11】
メインミキサーと、
メインミキサーと同心円状に配設されたパイロットミキサーと、
を備えるガスタービンエンジンのミキサーアッセンブリであって、
メインミキサーは、パイロットミキサーの少なくとも一部を取り囲み、
パイロットミキサーは、
メインミキサーからパイロットミキサーを隔てる環状のハウジングであって、前方部分及び後方部分を有し、後方部分の直径は前方部分の直径よりも大きい、環状ハウジングと、
環状ハウジングの後方部分と実質的に直交し、かつ環状ハウジングの前方部分と後方部分を接続する隔壁と、
環状ハウジングの後方部分を長手方向に貫通する複数の第１の開口部と、
環状ハウジングの後方部分の内側面上に設けられた断熱コーティングと、
を備えることを特徴とするミキサーアッセンブリ。
メインミキサーと同心円状に配設されたパイロットミキサーと、
を備えるガスタービンエンジンのミキサーアッセンブリであって、
メインミキサーは、パイロットミキサーの少なくとも一部を取り囲み、
パイロットミキサーは、
メインミキサーからパイロットミキサーを隔てる環状のハウジングであって、前方部分及び後方部分を有し、後方部分の直径は前方部分の直径よりも大きい、環状ハウジングと、
環状ハウジングの後方部分と実質的に直交し、かつ環状ハウジングの前方部分と後方部分を接続する隔壁と、
環状ハウジングの後方部分を長手方向に貫通する複数の第１の開口部と、
環状ハウジングの後方部分の内側面上に設けられた断熱コーティングと、
を備えることを特徴とするミキサーアッセンブリ。
【請求項12】
メインミキサーと、
メインミキサーと同心円状に配設されたパイロットミキサーと、
を備えるガスタービンエンジンのミキサーアッセンブリであって、
メインミキサーは、パイロットミキサーの少なくとも一部を取り囲み、
パイロットミキサーは、
メインミキサーからパイロットミキサーを隔てる環状のハウジングであって、前方部分及び後方部分を有し、後方部分の直径は前方部分の直径よりも大きい、環状ハウジングと、
環状ハウジングの後方部分と実質的に直交し、かつ環状ハウジングの前方部分と後方部分を接続する隔壁と、
環状ハウジングの後方部分を長手方向に貫通する複数の第１の開口部と、
隔壁の下流側面上に設けられた断熱コーティングと、
を備えることを特徴とするミキサーアッセンブリ。
メインミキサーと同心円状に配設されたパイロットミキサーと、
を備えるガスタービンエンジンのミキサーアッセンブリであって、
メインミキサーは、パイロットミキサーの少なくとも一部を取り囲み、
パイロットミキサーは、
メインミキサーからパイロットミキサーを隔てる環状のハウジングであって、前方部分及び後方部分を有し、後方部分の直径は前方部分の直径よりも大きい、環状ハウジングと、
環状ハウジングの後方部分と実質的に直交し、かつ環状ハウジングの前方部分と後方部分を接続する隔壁と、
環状ハウジングの後方部分を長手方向に貫通する複数の第１の開口部と、
隔壁の下流側面上に設けられた断熱コーティングと、
を備えることを特徴とするミキサーアッセンブリ。
【請求項13】
メインミキサーと、
メインミキサーと同心円状に配設されたパイロットミキサーと、
を備えるガスタービンエンジンのミキサーアッセンブリであって、
メインミキサーは、パイロットミキサーの少なくとも一部を取り囲み、
パイロットミキサーは、
メインミキサーからパイロットミキサーを隔てる環状のハウジングであって、前方部分及び後方部分を有し、後方部分の直径は前方部分の直径よりも大きい、環状ハウジングと、
環状ハウジングの後方部分と実質的に直交し、かつ環状ハウジングの前方部分と後方部分を接続する隔壁と、
環状ハウジングの後方部分を長手方向に貫通する複数の第１の開口部と、
隔壁の前方面の上流に位置し、環状ハウジングの前方部分と後方部分とを接続する前方壁部と、
前記前方壁部を横断方向に貫通して該壁部に周方向に配設される複数の第２の開口部と、
を備え、
前記前方壁部と隔壁との間にスペースが画定されることを特徴とするミキサーアッセンブリ。
メインミキサーと同心円状に配設されたパイロットミキサーと、
を備えるガスタービンエンジンのミキサーアッセンブリであって、
メインミキサーは、パイロットミキサーの少なくとも一部を取り囲み、
パイロットミキサーは、
メインミキサーからパイロットミキサーを隔てる環状のハウジングであって、前方部分及び後方部分を有し、後方部分の直径は前方部分の直径よりも大きい、環状ハウジングと、
環状ハウジングの後方部分と実質的に直交し、かつ環状ハウジングの前方部分と後方部分を接続する隔壁と、
環状ハウジングの後方部分を長手方向に貫通する複数の第１の開口部と、
隔壁の前方面の上流に位置し、環状ハウジングの前方部分と後方部分とを接続する前方壁部と、
前記前方壁部を横断方向に貫通して該壁部に周方向に配設される複数の第２の開口部と、
を備え、
前記前方壁部と隔壁との間にスペースが画定されることを特徴とするミキサーアッセンブリ。
【請求項14】
第１の開口部から環状ハウジングの後方部分の内側面へと延びる複数の通路をさらに備えることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれかに記載のミキサーアッセンブリ。
【請求項15】
環状ハウジングの後方部分の内側面に近接し、前記隔壁を横断方向に貫通して該隔壁に周方向に配設される複数の第３の開口部をさらに備えることを特徴とする請求項１３に記載のミキサーアッセンブリ。
【請求項16】
メインミキサーと、
メインミキサーと同心円状に配設されたパイロットミキサーと、
を備えるガスタービンエンジンのミキサーアッセンブリであって、
メインミキサーは、パイロットミキサーの少なくとも一部を取り囲み、
パイロットミキサーは、
メインミキサーからパイロットミキサーを隔てる環状のハウジングであって、前方部分及び後方部分を有し、後方部分の直径は前方部分の直径よりも大きい、環状ハウジングと、
環状ハウジングの後方部分と実質的に直交し、かつ環状ハウジングの前方部分と後方部分を接続する隔壁と、
隔壁の前方面の上流に位置し、環状ハウジングの前方部分と後方部分とを接続する前方壁部と、
前記前方壁部を横断方向に貫通して該壁部に周方向に配設される複数の第１の開口部と、
を備え、
前記前方壁部と隔壁との間にスペースが画定されることを特徴とするミキサーアッセンブリ。
メインミキサーと同心円状に配設されたパイロットミキサーと、
を備えるガスタービンエンジンのミキサーアッセンブリであって、
メインミキサーは、パイロットミキサーの少なくとも一部を取り囲み、
パイロットミキサーは、
メインミキサーからパイロットミキサーを隔てる環状のハウジングであって、前方部分及び後方部分を有し、後方部分の直径は前方部分の直径よりも大きい、環状ハウジングと、
環状ハウジングの後方部分と実質的に直交し、かつ環状ハウジングの前方部分と後方部分を接続する隔壁と、
隔壁の前方面の上流に位置し、環状ハウジングの前方部分と後方部分とを接続する前方壁部と、
前記前方壁部を横断方向に貫通して該壁部に周方向に配設される複数の第１の開口部と、
を備え、
前記前方壁部と隔壁との間にスペースが画定されることを特徴とするミキサーアッセンブリ。
【請求項17】
環状ハウジングの後方部分を長手方向に貫通する複数の第２の開口部をさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載のミキサーアッセンブリ。
【請求項18】
環状ハウジングの後方部分の内側面に近接し、前記隔壁を横断方向に貫通して該隔壁に周方向に配設される複数の第３の開口部をさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載のミキサーアッセンブリ。
【請求項19】
メインミキサーと、
メインミキサーと同心円状に配設されたパイロットミキサーと、
を備えるガスタービンエンジンのミキサーアッセンブリであって、
メインミキサーは、パイロットミキサーの少なくとも一部を取り囲み、
パイロットミキサーは、
メインミキサーからパイロットミキサーを隔て、かつキャビティを画定する環状のハウジングであって、前方部分及び後方部分を有し、後方部分の直径は前方部分の直径よりも大きく、後方部分の下流端部が環状の端部プレートを有する、環状のハウジングと、
後方部分および環状の端部プレートを貫通する、周方向の第１の組の長手方向の開口部と、
環状ハウジングの前方部分によって囲まれた燃料ノズルと、
燃料ノズルの下流で、環状の端部プレートの上流かつ半径方向内側に位置し、環状ハウジングの前方部分の半径方向外側面と後方部分の半径方向内側面を接続する隔壁であって、環状ハウジングの後方部分と実質的に直交し、該後方部分と隔壁との間にコーナー部を画定する隔壁と、
環状ハウジングの後方部分の内側面に近接し、隔壁を横断方向に貫通し該隔壁に配設された、周方向の第２の組の長手方向の開口部と、
を備えることを特徴とするミキサーアッセンブリ。
メインミキサーと同心円状に配設されたパイロットミキサーと、
を備えるガスタービンエンジンのミキサーアッセンブリであって、
メインミキサーは、パイロットミキサーの少なくとも一部を取り囲み、
パイロットミキサーは、
メインミキサーからパイロットミキサーを隔て、かつキャビティを画定する環状のハウジングであって、前方部分及び後方部分を有し、後方部分の直径は前方部分の直径よりも大きく、後方部分の下流端部が環状の端部プレートを有する、環状のハウジングと、
後方部分および環状の端部プレートを貫通する、周方向の第１の組の長手方向の開口部と、
環状ハウジングの前方部分によって囲まれた燃料ノズルと、
燃料ノズルの下流で、環状の端部プレートの上流かつ半径方向内側に位置し、環状ハウジングの前方部分の半径方向外側面と後方部分の半径方向内側面を接続する隔壁であって、環状ハウジングの後方部分と実質的に直交し、該後方部分と隔壁との間にコーナー部を画定する隔壁と、
環状ハウジングの後方部分の内側面に近接し、隔壁を横断方向に貫通し該隔壁に配設された、周方向の第２の組の長手方向の開口部と、
を備えることを特徴とするミキサーアッセンブリ。
【請求項20】
メインミキサーと、
メインミキサーと同心円状に配設されたパイロットミキサーと、
を備えるガスタービンエンジンのミキサーアッセンブリであって、
メインミキサーは、パイロットミキサーの少なくとも一部を取り囲み、
パイロットミキサーは、
メインミキサーからパイロットミキサーを隔てる環状のハウジングであって、前方部分及び後方部分を有し、後方部分の直径は前方部分の直径よりも大きく、後方部分の下流端部が環状の端部プレートを有する、環状ハウジングと、
環状の端部プレートの上流かつ半径方向内側に位置し、環状ハウジングの後方部分と実質的に直交し、かつ環状ハウジングの前方部分の半径方向外側面と後方部分の半径方向内側面を接続する隔壁と、
環状ハウジングの後方部分および環状の端部プレートを貫通する、周方向の第１の組の長手方向の開口部と、
環状ハウジングの後方部分の内側面に近接し、隔壁を横断方向に貫通し該隔壁に配設された、周方向の第２の組の長手方向の開口部と、
環状ハウジングの後方部分の半径方向内側面から周方向の第１の組の長手方向の開口部へと延びる複数の通路と、
を備えることを特徴とするミキサーアッセンブリ。
メインミキサーと同心円状に配設されたパイロットミキサーと、
を備えるガスタービンエンジンのミキサーアッセンブリであって、
メインミキサーは、パイロットミキサーの少なくとも一部を取り囲み、
パイロットミキサーは、
メインミキサーからパイロットミキサーを隔てる環状のハウジングであって、前方部分及び後方部分を有し、後方部分の直径は前方部分の直径よりも大きく、後方部分の下流端部が環状の端部プレートを有する、環状ハウジングと、
環状の端部プレートの上流かつ半径方向内側に位置し、環状ハウジングの後方部分と実質的に直交し、かつ環状ハウジングの前方部分の半径方向外側面と後方部分の半径方向内側面を接続する隔壁と、
環状ハウジングの後方部分および環状の端部プレートを貫通する、周方向の第１の組の長手方向の開口部と、
環状ハウジングの後方部分の内側面に近接し、隔壁を横断方向に貫通し該隔壁に配設された、周方向の第２の組の長手方向の開口部と、
環状ハウジングの後方部分の半径方向内側面から周方向の第１の組の長手方向の開口部へと延びる複数の通路と、
を備えることを特徴とするミキサーアッセンブリ。
【請求項21】
メインミキサーと、
メインミキサーと同心円状に配設されたパイロットミキサーと、
を備えるガスタービンエンジンのミキサーアッセンブリであって、
メインミキサーは、パイロットミキサーの少なくとも一部を取り囲み、
パイロットミキサーは、
メインミキサーからパイロットミキサーを隔てる環状のハウジングであって、前方部分及び後方部分を有し、後方部分の直径は前方部分の直径よりも大きく、後方部分の下流端部が環状の端部プレートを有する、環状ハウジングと、
環状の端部プレートの上流かつ半径方向内側に位置し、環状ハウジングの後方部分と実質的に直交し、かつ環状ハウジングの前方部分の半径方向外側面と後方部分の半径方向内側面を接続する隔壁であって、該隔壁と環状の端部プレートのそれぞれが周方向の一組の長手方向の開口部を有する、隔壁と、
隔壁の前方面の上流に位置し、環状ハウジングの前方部分と後方部分とを接続する前方壁部であって、該前方壁部と隔壁との間にスペースが画定される、前方壁部と、
前記前方壁部を横断方向に貫通して該壁部に周方向に配設される複数の開口部と、
を備えることを特徴とするミキサーアッセンブリ。
メインミキサーと同心円状に配設されたパイロットミキサーと、
を備えるガスタービンエンジンのミキサーアッセンブリであって、
メインミキサーは、パイロットミキサーの少なくとも一部を取り囲み、
パイロットミキサーは、
メインミキサーからパイロットミキサーを隔てる環状のハウジングであって、前方部分及び後方部分を有し、後方部分の直径は前方部分の直径よりも大きく、後方部分の下流端部が環状の端部プレートを有する、環状ハウジングと、
環状の端部プレートの上流かつ半径方向内側に位置し、環状ハウジングの後方部分と実質的に直交し、かつ環状ハウジングの前方部分の半径方向外側面と後方部分の半径方向内側面を接続する隔壁であって、該隔壁と環状の端部プレートのそれぞれが周方向の一組の長手方向の開口部を有する、隔壁と、
隔壁の前方面の上流に位置し、環状ハウジングの前方部分と後方部分とを接続する前方壁部であって、該前方壁部と隔壁との間にスペースが画定される、前方壁部と、
前記前方壁部を横断方向に貫通して該壁部に周方向に配設される複数の開口部と、
を備えることを特徴とするミキサーアッセンブリ。
【請求項22】
環状ハウジングの後方部分の内側面上に断熱コーティングを含むことを特徴とする請求項１９〜２１のいずれかに記載のミキサーアッセンブリ。
【請求項23】
隔壁の下流側面上に断熱コーティングを含むことを特徴とする請求項２２に記載のミキサーアッセンブリ。
【請求項24】
隔壁の下流側面上に断熱コーティングを含むことを特徴とする請求項１９〜２１のいずれかに記載のミキサーアッセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ガスタービンエンジンの燃焼器に関し、特に、ガスタービンエンジンのミキサーアッセンブリに関する。
【0002】
本発明は、航空宇宙局（ＮＡＳＡ）によって授与され、政府支援の下（契約番号ＮＮＣ０８ＣＡ９２Ｃ）でなされたものである。本発明については米国政府が一定の権利を有する。
【0003】
本願は、同一出願人に譲渡され、本願と同時に出願され同時係属中の米国特許出願番号第１３／０１４３８８号（ＵＴＣドケット番号ＰＡ−００１２６７４−ＵＳ）、発明の名称「ガスタービンエンジンのミキサーアッセンブリ」に関連する。
【背景技術】
【0004】
ガスタービンエンジンは、例えば、現代の航空機や船舶に動力を供給するため又は電力を生成するため、あるいは産業上の用途等に用いられものであり、供給吸気を圧縮する圧縮機と、圧縮された空気の存在下で炭化水素燃料を燃焼させる燃焼器と、結果として生じた燃焼ガスからエネルギーを抽出するタービンと、を備える。通常、圧縮機、燃焼器及びタービンは、エンジンの中心軸を中心として配設され、圧縮機は燃焼器の軸方向上流つまり前方に配され、タービンは燃焼器の軸方向下流に配される。ガスタービンエンジンの運転時、圧縮機からの圧縮空気とともに、燃焼器に燃料が噴射されて燃焼される、これにより高温の燃焼ガスが生じ、このガスがタービンを通流して回転軸動力をもたらす。軸動力は、圧縮機を駆動するために用いられて、空気が燃焼プロセスに導かれ、高エネルギーガスが生じる。さらに、軸動力は、例えば、電気を生成するジェネレータを駆動するため、あるいは、推力をもたらす高運動量のガスを生じさせるために用いられる。
【0005】
例示的な燃焼器は、環状の燃焼室を有し、該燃焼室は前方隔壁から後方へと延在する半径方向内側ライナと半径方向外側ライナとの間に画定される。半径方向外側ライナは、内側ライナから半径方向に離間し該ライナに沿って周方向に延在し、燃焼室はライナ間において前方から後方へと延在する。周方向に配された複数の燃料インジェクタが前方隔壁に取り付けられ、燃焼される燃料を供給するように環状の燃焼室の前方端部へと突出している。燃料インジェクタに近接して配された空気スワラは、隔壁において燃焼室の前方端部に流入する入口空気を旋回させ、燃料及び入口空気の急速な混合をもたらす。
【0006】
ガスタービンにおける空気中の炭化水素燃料の燃焼により、窒素酸化物（ＮＯX）、二酸化炭素（ＣＯ2）、一酸化炭素（ＣＯ）、未燃炭化水素（ＵＨＣ）や煙等、その発生を避けることができない排気物質が生じてしまう。これらの物質は排気ガスとしてガスタービンエンジンから大気に排出されることとなる。このため、これらの排気物質を抑制するための規制がより厳しくなってきている。同時に、エネルギー効率の向上、特定燃料の消費の減少、二酸化炭素（ＣＯ2）の排出量の減少のためエンジンの圧力比はますます高くなっており、その結果、排気物質を減少させつつ、燃焼器の入口圧力、温度及び燃料／空気比を高める燃焼器を設計しなければならないという問題が生じる。過濃燃焼急混合希薄燃焼（ＲＱＬ：rich burn, quick quench, lean burn）型の燃焼器による排気物質の減少の限界のため、排気物質をさらに減少すべく、半径方向に燃料ステージを有する希薄燃焼型燃焼器（radially fuel staged lean burn combustors）がより頻繁に使用されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
既存の半径方向に燃料ステージを有する希薄燃焼型燃焼器のミキサーアッセンブリは、通常、メインミキサーにより囲まれたパイロットミキサーを有し、２つのミキサー間に燃料マニホールドが設けられ、燃料排出口を通してメインミキサーのキャビティへと半径方向に燃料が供給される。パイロットミキサー及びメインミキサーは、通常、空気スワラを用いて、ミキサーに流入する空気を旋回させ、空気及び燃料の急速な混合をもたらす。半径方向に燃料ステージを有する燃焼器の改良に伴う主要な問題の一つとして、低出力運転時において、燃焼効率、排気物質、安定性、リーンブロウアウト（希薄吹きとび）及び燃焼器のダイナミックスなど、パイロットミキサーの性能に悪影響を及ぼすことなくメインミキサーにおける混合を改善することが挙げられる。例えば、メインミキサーからの燃焼空気は、パイロットミキサーと相互作用して、パイロットミキサーの火炎を吹き消してリーンブロウアウトを生じさせる場合がある。同様に、パイロットミキサーの安定性が燃焼器全体の安定性に依存している場合には、パイロットミキサーの火炎のリーンブロウアウトが生じ得る。低出力運転時におけるメインミキサーからの低温の空気により、パイロットミキサー付近の燃焼器における火炎の温度が低下し、不適切又は不完全な燃焼によりＣＯ及びＵＨＣが発生する可能性が増してしまう。さらに、他の主要な設計上の問題は、ミキサーアッセンブリに悪影響を及ぼし得る過度の熱を回避すべく、パイロットミキサーを十分に冷却することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明はガスタービンエンジンのミキサーアッセンブリを提供する。ミキサーアッセンブリは、メインミキサーと、環状ハウジング及び隔壁を有するパイロットミキサーと、を備える。環状ハウジングの後方部分と隔壁との間にコーナー部が画定される。さらに、パイロットミキサーの火炎を安定化させるコーナー再循環領域が設けられる。さらに、パイロットミキサーは、コーナー再循環領域の領域等に環状ハウジングを冷却する特徴部を有する。
【0009】
一実施例では、ガスタービンエンジンのミキサーアッセンブリが提供され、該ミキサーアッセンブリは、メインミキサーと、メインミキサーと同心円状に配設されたパイロットミキサーと、を備え、メインミキサーは、パイロットミキサーの少なくとも一部を取り囲み、パイロットミキサーは、メインミキサーからパイロットミキサーを隔て、かつキャビティを画定する環状のハウジングであって、前方部分及び後方部分を有し、後方部分の直径は前方部分の直径よりも大きい、環状のハウジングと、環状ハウジングの前方部分によって囲まれた燃料ノズルと、燃料ノズルの下流に位置し、環状ハウジングの前方部分と後方部分を接続する隔壁と、を備え、隔壁は、環状ハウジングの後方部分と実質的に直交し、該後方部分と隔壁との間にコーナー部を画定する。
【0010】
他の実施例では、ガスタービンエンジンのミキサーアッセンブリが提供され、該ミキサーアッセンブリは、メインミキサーと、メインミキサーと同心円状に配設されたパイロットミキサーと、を備え、メインミキサーは、パイロットミキサーの少なくとも一部を取り囲み、パイロットミキサーは、メインミキサーからパイロットミキサーを隔てる環状のハウジングであって、前方部分及び後方部分を有し、後方部分の直径は前方部分の直径よりも大きい、環状ハウジングと、環状ハウジングの後方部分と実質的に直交し、かつ環状ハウジングの前方部分と後方部分を接続する隔壁と、環状ハウジングの後方部分を長手方向に貫通する複数の第１の開口部と、を備える。
【0011】
さらに別の実施例では、ガスタービンエンジンのミキサーアッセンブリが提供され、該ミキサーアッセンブリは、メインミキサーと、メインミキサーと同心円状に配設されたパイロットミキサーと、を備え、メインミキサーは、パイロットミキサーの少なくとも一部を取り囲み、パイロットミキサーは、メインミキサーからパイロットミキサーを隔てる環状のハウジングであって、前方部分及び後方部分を有し、後方部分の直径は前方部分の直径よりも大きい、環状ハウジングと、環状ハウジングの後方部分と実質的に直交し、かつ環状ハウジングの前方部分と後方部分を接続する隔壁と、隔壁の前方面の上流に位置し、環状ハウジングの前方部分と後方部分とを接続する前方壁部と、前記前方壁部を横断方向に貫通して該壁部に周方向に配設される複数の第１の開口部と、を備え、前記前方壁部と隔壁との間にスペースが画定される。
【発明を実施するための形態】
【0013】
図１は、ガスタービンエンジン１０の例示的な実施例の概略図である。ガスタービンエンジン１０は、ファンセクション２０、圧縮セクション３０、燃焼セクション４０及びタービンセクション５０を含むターボファン型として図示されている。燃焼セクション４０は、複数の燃料インジェクタ１５０を有する燃焼器１００を含み、該燃料インジェクタ１５０は、タービン５２，５４の上流で、エンジン１０の中心線２を中心として環状に配されている。本願において用いる用語である「前方」又は「上流」として示す方向及び位置は、「後方」又は「下流」として示す方向及び位置に比べて、燃焼システムの燃料／空気取込み側に対してより軸方向に近接することを意味する。燃料インジェクタ１５０は、１つまたは複数の燃焼室に挿入され、混合又は点火のため燃焼室に燃料を供給する。本明細書に開示する燃焼器１００及び燃料インジェクタ１５０は、ガスタービンエンジン１０について示した実施例の用途に限定されず、最新の航空機や船舶に動力を供給するため又は電力を生成するために用いるガスタービンエンジン、あるいは工業用のガスタービンエンジンなど、他の種類のガスタービンエンジンにも適用され得ることを理解されたい。
【0014】
図２は、ガスタービンエンジン１０における燃焼器１００の例示的な実施例を部分的に示す斜視図である。燃焼器１００は、ガスタービンエンジン１０の圧縮セクション３０とタービンセクション５０との間に位置する。例示的な燃焼器１００は、環状の圧縮室１３０を有し、該圧縮室１３０は、内側（インボード）壁１３４、外側（アウトボード）壁１３２及び燃焼器１００の前方端部において壁１３２，１３４の間に延在する前方隔壁１３６によって境界づけられる。燃焼器１００の前方隔壁１３６は、複数のミキサーアッセンブリ２００を支持し、該アッセンブリは、燃料ノズル１５２、メインミキサー２２０及びパイロットミキサー２１０を含む。図２には、説明を目的とするため単一のミキサーアッセンブリ２００のみを図示しているが、燃焼器１００は、燃焼器１００の前方端に取り付けられ、周方向に配置された複数のミキサーアッセンブリ２００を有し得ることを理解されたい。燃料及び空気混合物の燃焼を開始するため、複数のスパークプラグ（図示せず）が圧縮室１３０の前方部分に沿った作業端に配置される。燃焼混合物は、燃焼器１００内を主流路１７０に沿ってエンジン１０のタービンセクション５０へと下流方向に流れる。パイロットミキサー２１０に供給される燃料及び空気は、圧縮室１３０の中心部分内に第１の燃焼領域１１０をもたらす。メインミキサー２２０に供給される燃料及び空気は、圧縮室１３０内に第２の燃焼領域１２０をもたらす。この第２の燃焼領域１２０は、第１の燃焼領域１１０から半径方向外側に離間し、かつ該領域１１０を同心円状に取り囲む。
【0015】
図３は、図２に示した例示的な燃焼器１００におけるミキサーアッセンブリ２００の例示的な実施例を部分的に示す拡大斜視図である。例示的なミキサーアッセンブリ２００は、メインミキサー２２０及びパイロットミキサー２１０を含む。パイロットミキサー２１０及びメインミキサー２２０は同心円状に配設され、パイロットミキサー２１０はメインミキサー２２０の中央に位置し、メインミキサー２２０はパイロットミキサー２１０の一部を取り囲む。ミキサーアッセンブリ２００は、中心軸２１８を有する。パイロットミキサー２１０は、環状のパイロットミキサーハウジング２１２を有する。該ハウジング２１２は、メインミキサー２２０からパイロットミキサー２１０を隔てかつ保護するとともに、パイロットミキサーキャビティ２０８を画定する。パイロットミキサーハウジング２１２は、前方部分２０２及び後方部分２０４を有しており、後方部分２０４の直径は前方部分２０２の直径より大きい。パイロットミキサーハウジング２１２の前方部分２０２は、燃料ノズル１５２の一部を取り囲む。環状のパイロットミキサーハウジング２１２の前方部分２０２及び後方部分２０４は、燃料ノズル１５２の下流に位置し後方部分２０４に実質的に直交するパイロットミキサー隔壁２１４によって接続され、このパイロットミキサー隔壁２１４と後方部分２０４との間にコーナー部２０６が画定される。さらに、メインミキサー２２０は、環状のメインミキサー半径方向外側壁部２２２及びメインミキサー前方壁部２２４を有する。環状のメインミキサー半径方向外側壁部２２２は、環状のパイロットミキサーハウジング２１２の一部を半径方向において取り囲み、パイロットミキサーハウジング２１２の外側面は、環状のメインミキサー半径方向内側壁部２１９を画定する。メインミキサー前方壁部２２４は、メインミキサー半径方向外側壁部２２２及びメインミキサー半径方向内側壁部２１９に対して実質的に直交して該外側壁部２２２及び内側壁部２１９を接続し、メインミキサー環状キャビティ２２８を画定する。さらに、メインミキサー半径方向外側壁部２２２には、複数の半径方向スワラ（旋回器）２９０が組み込まれる。さらに、メインミキサー前方壁部２２４には、軸方向スワラ２８０及び複数の燃料噴射口２２６が組み込まれる。燃料噴射口２２６は、半径方向スワラ２９０と軸方向スワラ２８０の間でメインミキサー前方壁部２２４に沿って周方向に配設される。燃料噴射口２２６は、燃料マニホールド（図示せず）と流体連通し、該マニホールドは燃料供給源と流体連通する。燃料ノズル１５２は、パイロットミキサーキャビティ２０８内に燃料を供給する。液体燃料について開示しているが、ミキサーアッセンブリ２００の例示的な実施例は気体燃料や部分的に気化した燃料とともに使用してもよい。
【0016】
環状のパイロットミキサーハウジング２１２の前方部分２０２は、第１のスワラ２３０を組み込み、該スワラ２３０は、パイロットミキサー隔壁２１４の上流に位置し、燃料ノズル１５２の一部を半径方向に取り囲む。第１のスワラ２３０の下流方向に隣接した第２のスワラ２４０がパイロットミキサーハウジング２１２の前方部分２０２に組み込まれる。第２のスワラ２４０は、パイロットミキサー隔壁２１４の上流に位置し、燃料ノズル１５２の一部を半径方向に取り囲む。第１のスワラ２３０及び第２のスワラ２４０は、ミキサーアッセンブリ２００の中心線２１８から実質的に半径方向（放射状）に延びる軸２４８をそれぞれ有する。スワラ内側コーン２５２により第１のスワラ２３０と第２のスワラ２４０が隔てられる。一実施例では、パイロットミキサー２１０から流れる燃料／空気混合物は、メインミキサー２２０から流れる燃料／空気混合物と一緒に回転して、特に、メインミキサー２２０からの低温の空気がパイロットミキサー２１０の火炎を消す恐れのある低出力運転時において、パイロットミキサーハウジング２１２の後方部分２０４とともに、２つの空気流間の望ましくない混合を最小限にする。
【0017】
図３に示すように、第１のスワラ２３０は、第２のスワラ２４０より幅広くなっている。第１および第２のスワラ２３０，２４０は、スワラを通流する空気を旋回させる複数のベーンをそれぞれ有し、空気と燃料ノズル１５２から供給される燃料とを混合させる。第１のスワラ２３０は、複数の第１のベーン２３２を有し、該ベーン２３２間に複数の第１の空気流路２３４を画定する。ベーン２３２は、軸２４８に対して第１の角度をなして位置づけられ、パイロットミキサーキャビティ２０８に第１の方向（例えば、時計回り）において空気を回転させる。第２のスワラ２４０は、複数のベーン２４２を有し、該ベーン２４２間に複数の第２の空気流路２４４が画定される。ベーン２４２は、軸２４８に対して第２の角度をなして位置づけられ、パイロットミキサーキャビティ２０８において異なる角度で第１の方向（例えば、時計回り）に空気を回転させる。２つのスワラ２３０，２３４が異なる角度を有することにより、高いせん断が生じ、燃料フィルムを霧化してスワラ内側コーン２５２上に供給することが助長される。燃料フィルムは、旋回する空気流間でせん断され、フィルムにおける不安定性及びせん断により燃料フィルムが小さな液滴（飛沫）となり微細な液滴が生じる。開示した旋回方向は例示的なものであり、これに限定されない。通流する空気の旋回方向を変えるように、スワラにおけるベーンの形態を変更してもよい。
【0018】
霧化され供給されると、燃料／空気混合物は点火されて、環状のパイロットミキサーハウジング２１２の後方部分２０４とパイロットミキサー隔壁２１４との間のコーナー部２０６でかつパイロットミキサーキャビティ２０８に凹をなすコーナー再循環領域２５０が生じる。このコーナー再循環領域２５０は、パイロットミキサーハウジング２１２の後方部分２０４によりメインミキサー２２０から効果的に保護される。コーナー再循環領域２５０は、狭い第２のスワラ２４０から流れる空気が急速に膨張することにより生じ、空気はパイロットミキサーキャビティ２０８内のコーナー部２０６へと素早く広がる。コーナー再循環領域２５０は、パイロットミキサーキャビティ２０８のコーナー部２０６において高温の生成物を効果的に再循環させ、燃焼器１００の残部から独立して、パイロットミキサー２１０の安定性を維持し、これにより、パイロットミキサー２１０の火炎の保護及び安定性が向上する自立型の高温ガス源がもたらされる。コーナー再循環領域２５０により、パイロットミキサー２１０のパイロットミキサーハウジング２１２から流出して圧縮室１３０（図２）に流入する前に燃料が完全燃焼し、これにより、望ましくない不完全燃焼によるＣＯ（一酸化炭素）及びＵＨＣ（未燃炭化水素）の生成が最小限に抑えられる。燃焼器１００の中央の再循環領域はパイロットミキサー２１０を安定化させるように機能する一方で、パイロットミキサー２１０は独自の離間し独立した安定性の源を有する。
【0019】
図３を参照すると、パイロットミキサー２１０、特に、コーナー再循環領域２５０が位置する環状のパイロットミキサーハウジング２１２のコーナー部２０６を過度の熱から保護するため、該ハウジング２１２の後方部分２０４の内側面及びパイロットミキサー隔壁２１４の下流側面に断熱コーティングが施される。メインミキサー半径方向内側壁部２１９を画定するパイロットミキサーハウジング２１２の後方部分２０４の外側面は、メインミキサー環状キャビティ２２８を通る高速でかつ乱流の激しい空気流によって冷却され、後方の対流冷却をもたらす。さらに、複数の第１の開口部２１３が、パイロットミキサーハウジング２１２の後方部分２０４を貫通して長手方向に延びて周方向に配設され、該開口部を通る冷却空気によりパイロットミキサーハウジング２１２が冷却される。また、パイロットミキサーハウジング２１２の後方部分２０４を長手方向に貫通する第１の開口部２１３を通流する冷却空気によって、パイロットミキサーハウジング２１２の先端部が冷却される。第１の開口部２１３を通流する冷却空気は、第１の開口部２１３からパイロットミキサーハウジング２１２の後方部分２０４の内側面まで延びている通路２０３を通って流れ、パイロットミキサーハウジング２１２にしみ出し（ｅｆｆｕｓｉｏｎ）冷却をもたらす。パイロットミキサー２１０は、パイロットミキサー隔壁２１４の前方面の上流側にパイロットミキサー前方壁２１６を有し、パイロットミキサーハウジング２１２の前方部分２０２と後方部分２０４とを接続する。パイロットミキサー前方壁２１６とパイロットミキサー隔壁２１４の前方面との間にスペース２０７が画定される。複数の第２の開口部２１７がパイロットミキサー前方壁２１６を横断方向に延びて周方向に配設され、該開口部を冷却空気が通流してパイロットミキサー隔壁２１４の前方面を冷却して、パイロットミキサーハウジング２１２に後方のインピンジメント冷却をもたらす。複数の第３の開口部２１５が、パイロットミキサーハウジング２１２の後方部分２０４の内側面に近接するパイロットミキサー隔壁２１４を横断方向に延びて周方向に配設され、パイロットミキサー前方壁２１６における第２の開口部２１７を通流する空気の少なくとも一部が第３の開口部２１５を通って流れてパイロットミキサーハウジング２１２の内側面にフィルム冷却をもたらす。
【0020】
例示的な実施例を参照して本発明について説明してきたが、開示した実施例は例示的なものであり、限定的なものではない。当業者であれば本発明の範囲から逸脱することなく種々の変更や修正を加えることが可能であることを理解されるであろう。
【符号の説明】
【0021】
１０ ガスタービンエンジン２０ ファンセクション
３０ 圧縮セクション
４０ 燃焼セクション
５０ タービンセクション
５２，５４ タービン
１００ 燃焼器
１１０ 第１の燃焼領域
１２０ 第２の燃焼領域
１３０ 圧縮室
１３２ 外側壁
１３４ 内側壁
１３６ 前方隔壁
１５０ 燃料インジェクタ
２００ ミキサーアッセンブリ
２０４ 後方部分
２０６ コーナー部
２０８ パイロットミキサーキャビティ
２１０ パイロットミキサー
２１２ パイロットミキサーハウジング
２１４ パイロットミキサー隔壁
２２０ メインミキサー
２３０ 第１のスワラ
２３２ 第１のベーン
２３４ 第１の空気流路
２４０ 第２のスワラ
２４２ ベーン
２４４ 第２の空気流路
２５０ コーナー再循環領域
２５２ スワラ内側コーン