燃焼器

ガスタービンの燃焼器の目的は、タービンに電力を供給するためにシステムにエネルギーを追加し、航空機用途でノズルを通って排気するための高速ガ エンジニアリング上の課題と同様に、これを達成するには、次のような多くの設計上の考慮事項のバランスをとる必要があります:

• 燃料を完全に燃焼させる。 さもなければ、エンジンは未燃燃料を無駄にし、未燃炭化水素、一酸化炭素（CO）およびすすの不必要な放出を作成する。
• 燃焼器全体の低圧損失。 燃焼器が供給するタービンは、効率的に動作するために高圧の流れを必要とする。
• 火炎（燃焼）は燃焼器の内部に保持（収容）しなければならない。 燃焼がエンジンで更に起これば、タービン段階は容易に過熱し、傷つくことができる。 さらに、タービンブレードがより高度に成長し続け、より高い温度に耐えることができるように、燃焼器はより高い温度で燃焼するように設計されており、燃焼器の部品はそれらのより高い温度に耐えるように設計されている必要がある。
• エンジンが燃え尽きた場合、高高度で再点灯することができるはずです。
• 均一な出口温度プロファイル。 出口の流れにホットスポットがあれば、タービンは損傷の熱圧力か他のタイプに服従するかもしれません。 同様に、燃焼器内の温度プロファイルは、内部から燃焼器を損傷または破壊する可能性があるため、ホットスポットを避ける必要があります。
• 小さい物理的なサイズおよび重量。 スペースおよび重量は航空機の塗布の報酬にある、従ってうまく設計された燃焼器は密集するように努力する。 発電ガスタービンのような航空機以外の用途は、この要因によって制約されていません。
• ほとんどの燃焼器は、さまざまな吸入圧、温度、および質量流で動作できる必要があります。 これらの要因は、エンジンの設定と環境条件の両方で変化します（すなわち、低高度でのフルスロットルは、高高度でのアイドルスロットルとは非常に異
• 二酸化炭素や窒素酸化物などの汚染物質の航空機排出量には厳しい規制があるため、燃焼器はそれらの排出量を最小限に抑えるように設計する必 （下の排出量のセクションを参照してください)

出典：

歴史編集

燃焼器技術の進歩は、排出量、動作範囲、および耐久性のいくつかの異なる分野に焦点を当てました。 初期のジェットエンジンは大量の煙を発生させたため、1950年代の初期の燃焼器の進歩はエンジンによって発生する煙を減らすことを目的としていた。 煙が本質的に排除されると、1970年代には未燃焼の炭化水素や一酸化炭素などの他の排出量を削減する努力が行われました（詳細については、以下の排 また、1970年代には燃焼器の耐久性が向上し、新しい製造方法によりライナー（下記のコンポーネントを参照）の寿命が初期のライナーの約100倍に向上した。 1980年代には、燃焼器は全動作範囲にわたって効率を改善し始め、燃焼器はフルパワーで非常に効率的（99％+）である傾向があったが、その効率は低い設定で低下した。 その十年にわたる開発はより低いレベルで効率を改善した。 1990年代と2000年代は、排出量、特に窒素酸化物の削減に新たな焦点を当てました。 燃焼器の技術はまだ積極的に研究され、進められて、多くの現代研究は同じ面の改善に焦点を合わせます。

コンポーネント編集

ケース

ケースは燃焼器の外殻であり、かなり単純な構造です。 包装は一般に少し維持を要求します。 ケースは、その中を流れる空気によって熱負荷から保護されているため、熱性能は限られた懸念事項です。 しかし、ケーシングは、燃焼器内部の高圧と外部の低圧との差に耐えなければならない圧力容器として機能する。 その機械的（熱的ではなく）負荷が、この場合の駆動設計要因である。

ディフューザー

ディフューザーの目的は、圧縮機からの高速、高度に圧縮された空気を燃焼器に最適な速度に遅くすることです。 速度を小さくすると全圧の損失が避けられないため、設計上の課題の1つは、圧力損失を可能な限り制限することです。 さらに、ディフューザーは、境界層の分離のような流れの影響を避けることによって、流れの歪みを可能な限り制限するように設計されなければな 他のほとんどのガスタービンエンジンの部品のように、拡散器はできるだけ短く、軽いように設計されている。

ライナー

ライナーには燃焼プロセスが含まれており、様々な気流（中間、希釈、冷却、下記の気流路を参照）が燃焼ゾーンに導入されます。 はさみ金は延長高温周期に抗するように設計され、造られなければならない。 そのためはさみ金は高性能の合金が使用されるのにHastelloy X.のような超合金から更になされがちである、はさみ金は気流と冷却されなければならない。 いくつかの燃焼器はまた、遮熱コーティングを利用する。 但し、空冷はまだ要求されます。 一般に、ライナー冷却には主に2つのタイプがあります; フィルム冷却および蒸散冷却。 フィルム冷却は、ライナーの外側からライナーのすぐ内側に冷たい空気を注入することによって（いくつかの方法のいずれかによって）動作します。 これは、例えば、約1800ケルビン（K）から約830Kにライナーで温度を低下させる、ライナーを保護する冷たい空気の薄膜を作成します。 他のタイプのライナー冷却、蒸散冷却は、ライナーに多孔質材料を使用するより現代的なアプローチである。 多孔性はさみ金は少しの冷却用空気がそれを通るようにしま冷却をフィルムに類似した冷却の利点を提供します。 二つの主な違いは、ライナーの結果として生じる温度プロファイルと必要な冷却空気の量にあります。 蒸散冷却は、冷却空気が細孔を通って均一に導入されるため、はるかに均一な温度プロファイルをもたらす。 フィルムの冷却用空気はスラットかルーバーを通して一般にスラットでより涼しく、スラット間のウォーマーである不均等なプロフィールに終って、もたらさ もっと重大に、蒸散の冷却は大いにより少ない冷却用空気を使用します（フィルムの冷却のための20-50%よりもむしろ総気流の10%の順序で、）。 冷却のためのより少ない空気を使用してより多くが高性能のためにますます重要、高い推圧エンジンである燃焼に使用されるようにします。

Snout

snoutはドームの延長部（下記参照）であり、空気スプリッタとして機能し、一次空気を二次空気流（中間空気、希釈空気、冷却空気、下の空気流路のセクションを参照）から分離する。

Dome/swirler

domeとswirlerは、一次空気（下記の空気流路を参照）が燃焼ゾーンに入るときに流れる燃焼器の一部です。 それらの役割は、空気を燃料と急速に混合するために流れに乱流を発生させることである。 初期の燃焼器は、燃料と空気を混合するために後流乱流を生成するために単純なプレートを使用したブラフボディドーム（スワラーではなく）を使用する傾向があった。 しかしほとんどの現代設計は安定する渦巻である（使用渦巻器）。 旋回装置は、燃焼生成物の一部を強制的に再循環させる局所的な低圧ゾーンを確立し、高い乱流を生成する。 しかし、乱流が高いほど、燃焼器の圧力損失が高くなるため、燃料と空気を十分に混合するために必要なよりも多くの乱流を発生させないように、ドー

燃料噴射装置

燃料噴射装置は、燃焼ゾーンに燃料を導入する責任があり、スワラー（上記）とともに、燃料と空気を混合する責任がある。 燃料噴射装置の4つの主要なタイプがあります。; 圧力粉砕、空気送風、蒸発、およびpremix/prevaporizing注入器。 圧力噴霧燃料噴射装置は、燃料を噴霧するために高い燃料圧力（3,400キロパスカル（500psi））に依存する。 このタイプの燃料噴射装置は非常に単純であるという利点があるが、いくつかの欠点がある。 燃料システムは、このような高圧に耐えるのに十分な堅牢でなければならず、燃料は不均一に霧化される傾向があり、その結果、より多くの汚染物質

第二のタイプの燃料噴射装置は、エアブラストインジェクタです。 このインジェクタは、燃料のシートを空気の流れで”爆発”させ、燃料を均質な液滴に粉砕する。 このタイプの燃料噴射装置は、最初の無煙燃焼器につながった。 使用される空気は、スワラーではなく、インジェクタを通って迂回される一次空気（以下の空気流路を参照）と同じ量です。 このタイプのインジェクタは、圧力噴霧タイプよりも低い燃料圧力を必要とする。

第三のタイプの気化燃料噴射装置は、一次空気が燃焼ゾーンに噴射される際に燃料と混合されるという点でエアブラスト噴射装置と同様である。 しかし、燃料-空気混合物は、燃焼ゾーン内のチューブを通過する。 燃焼ゾーンからの熱は、燃料-空気混合物に伝達され、燃焼する前に燃料の一部を気化させる（よりよく混合する）。 この方法は、燃料をより少ない熱放射で燃焼させることを可能にし、ライナーを保護するのに役立つ。 但し、蒸発器の管にそれの中の低い燃料の流れの深刻な耐久性の問題があるかもしれません（管の中の燃料は燃焼熱から管を保護します）。

予混合/予混合インジェクタは、燃焼ゾーンに到達する前に燃料を混合または気化させることによって機能します。 この方法は、燃料を空気と非常に均一に混合することを可能にし、エンジンからの排出を低減する。 この方法の１つの欠点は、燃料−空気混合物が燃焼ゾーンに到達する前に、燃料が自動点火するか、または他の方法で燃焼することができることである。 これが起これば燃焼器は真剣に傷つくことができる。

点火装置

ガスタービン用途のほとんどの点火装置は、自動車用点火プラグと同様の電気火花点火装置である。 点火装置は、燃料と空気が既に混合されている燃焼ゾーンにある必要がありますが、燃焼自体によって損傷されないように十分に上流にある必要があ 点火装置によって燃焼が最初に開始されると、それは自立し、点火装置はもはや使用されない。 缶環状および環状燃焼器（下記の燃焼器の種類を参照）では、炎はある燃焼ゾーンから別の燃焼ゾーンに伝播する可能性があるため、点火器はそれぞれに必 いくつかのシステムでは、点火支援技術が使用される。 そのような方法の1つは、酸素が点火領域に供給され、燃料が容易に燃焼するのを助ける酸素注入である。 これはエンジンが高高度で再始動しなければならないかもしれないある航空機の塗布に特に有用である。

空気流路編集

一次空気

これが主燃焼空気です。 燃焼器のドームの主要なチャネルおよびはさみ金の穴の最初のセットを通って与えられるのは高圧圧縮機からの非常に圧縮空気（頻繁に拡散器で減速 この空気は燃料と混合され、燃焼される。

中間空気

中間空気は、ライナー穴の第二のセットを介して燃焼ゾーンに注入された空気です（一次空気は最初のセットを通過します）。 この空気は反応プロセスを完了し、空気を冷却し、高濃度の一酸化炭素（CO）および水素（H2）を希釈する。

希薄の空気

希薄の空気はタービン段階に達する前にに空気を冷却するのを助けるように燃焼室の端にはさみ金の穴を通して注入される気流です。 空気が注意深く燃焼器で望まれる均一温度のプロフィールを作り出すのに使用されています。 しかし、タービン翼の技術が向上し、より高い温度に耐えることができるようになるにつれて、希釈空気はより少なく使用され、より多くの燃焼空気の使

冷却空気

冷却空気は、ライナーの小さな穴を通して注入され、ライナーを燃焼温度から保護するために冷却空気の層（フィルム）を生成する気流である。 冷却空気の実装は、燃焼空気およびプロセスと直接相互作用しないように慎重に設計する必要があります。 場合によっては、入口空気の50％もが冷却空気として使用される。 この冷却空気を注入するにはいくつかの異なる方法があり、この方法はライナーが暴露される温度プロファイルに影響を与える可能性があります（上