-
Gebiet
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verdichter-Leitschaufeleinheit, die Verdichter-Leitschaufeln aufweist, die in bestimmten Intervallen in einer Umfangsrichtung angeordnet sind, einen Verdichter, der die Verdichter-Leitschaufeleinheit aufweist, und eine Gasturbine, die den Verdichter aufweist.
-
Hintergrund
-
Eine Gasturbine umfasst einen Verdichter, eine Brennkammer und eine Turbine. Der Verdichter umfasst eine Vielzahl von Verdichter-Leitschaufeln und eine Vielzahl von Verdichter-Laufschaufeln, die in einem Gehäuse abwechselnd angeordnet sind. Die Verdichter-Leitschaufeln sind in bestimmten Intervallen in einer Umfangsrichtung angeordnet und Außenenden von den Verdichter-Laufschaufeln sind an einer Innenumfangsoberfläche des Gehäuses befestigt. Die Verdichter-Leitschaufeln sind in bestimmten Intervallen in der Umfangsrichtung angeordnet und Innenenden der Verdichter-Laufschaufeln sind an einem Außenumfang eines Rotors befestigt, der durch das Gehäuse drehbar getragen wird. Innenenden der Verdichter-Leitschaufeln sind an einem ringförmigen Deckband (engl.: „shroud“) befestigt. Ein Dichtungselement ist zwischen dem Deckband und dem Rotor vorgesehen.
-
Der Verdichter verdichtet Luft, die von einem Lufteinlass aufgenommen wird, um verdichtete Luft mit hoher Temperatur und hohem Druck zu erzeugen. Der Druck der Luft erhöht sich, wenn die Luft stromab in einer Luftströmungsrichtung strömt. Die verdichtete Luft, die einen höheren Druck an einer Stromabseite der Verdichter-Leitschaufeln hat, neigt dazu, in die verdichtete Luft, die einen niedrigeren Druck an einer Stromaufseite der Verdichter-Leitschaufeln hat, durch einen Hohlraum, der zwischen dem Deckband und dem Rotor vorgesehen ist, einzuströmen. Obwohl das Dichtungselement vorgesehen ist, ist es schwierig, eine Leckage der verdichteten Luft vollständig zu vermeiden. Wenn die verdichtete Luft von der Stromabseite zu der Stromaufseite der Verdichter-Leitschaufeln durch den Hohlraum leckt und sich mit einer Hauptströmung der verdichteten Luft mischt, wird eine sekundäre Strömung erzeugt und es tritt ein Druckverlust auf.
-
Konventionelle Techniken zur Lösung des obigen Problems sind beispielsweise in der untenstehenden Patentliteratur offenbart.
-
Zitierungsliste
-
Patentliteratur
-
- Patentliteratur 1: Japanische Patentanmeldung Veröffentlichungsnr. 2006-233787
- Patentliteratur 2: Japanisches Patent Nr. 5651459 Zusammenfassung
-
Technisches Problem
-
Konventionelle Verdichter, die in der oben genannten Patentliteratur beschrieben sind, umfassen ein Verwirbelungselement oder einen Tangentialströmungserzeuger, der in einem Leckageströmungsweg der verdichteten Luft vorgesehen ist. Jedoch kann diese Ausgestaltung eine strukturelle Komplexität und die Herstellungskosten erhöhen.
-
Die vorliegende Erfindung wurde hinsichtlich des Vorstehenden gemacht und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verdichter-Leitschaufeleinheit, einen Verdichter und eine Gasturbine vorzusehen, die verhindern, dass ein Leckagefluid ausströmt, ohne dass die strukturelle Komplexität oder die Herstellungskosten sich erhöhen, und einen Druckverlust verhindern.
-
Lösung des Problems
-
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Verdichter-Leitschaufeleinheit vorgesehen, mit: mehreren Verdichter-Leitschaufeln, die in einem bestimmten Intervall in einer Umfangsrichtung angeordnet sind, und einem ringförmigen Verbindungselement, das mit Innenenden der mehreren Verdichter-Leitschaufeln verbunden ist, wobei das ringförmige Verbindungselement eine Außendurchmesser-Seitenoberfläche eines Leckagefluid-Strömungswegs bildet, der in einer Innendurchmesserseite des Verbindungselements vorgesehen ist und der einen Hochdruckraum, der sich stromab der mehreren Verdichter-Leitschaufeln in einer Fluidströmungsrichtung befindet, mit einem Niederdruckraum, der sich stromauf der mehreren Verdichter-Leitschaufeln in der Fluidströmungsrichtung befindet, in Verbindung setzt, und D/P auf einem Bereich von 0,05 ≤ D/P ≤ 0,2 eingestellt ist, wobei D als ein Abstand in einer Axialrichtung zwischen einer Stromaufendoberfläche des ringförmigen Verbindungselements in der Fluidströmungsrichtung und einer stromaufwärtigen Kante der mehreren Verdichter-Leitschaufeln in der Fluidströmungsrichtung definiert ist, und P als ein Abstand zwischen den angrenzenden Verdichter-Leitschaufeln in der Umfangsrichtung definiert ist.
-
Das Einstellen einer Beziehung zwischen dem Abstand D, der sich in der Axialrichtung zwischen der Öffnung des Leckagefluid-Strömungswegs nahe an dem Niederdruckraum und der stromaufwärtigen Kante der Verdichter-Leitschaufeln befindet, und dem Abstand P zwischen den Verdichter-Leitschaufeln in der Umfangsrichtung an einem entsprechenden Bereich kann eine Interferenz zwischen der Hauptfluidströmung und dem Leckagefluid verhindern und kann eine Erzeugung einer sekundären Strömung verhindern, wenn das Fluid in dem Hochdruckraum in den Niederdruckraum durch den Leckagefluid-Strömungsweg leckt. Deshalb kann die Verdichter-Leitschaufeleinheit das Leckagefluid am Ausströmen hindern, ohne dass die strukturelle Komplexität oder die Herstellungskosten zunehmen, und einen Druckverlust verhindern.
-
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die oben beschriebene Verdichter-Leitschaufeleinheit vorgesehen, wobei D/P auf einem Bereich von 0,06 ≤ D/P ≤ 0,18 eingestellt ist.
-
Diese Ausgestaltung kann die Interferenz zwischen der Hauptfluidströmung und dem Leckagefluid effektiv verhindern und kann die Erzeugung der sekundären Strömung verhindern, wenn das Fluid in dem Hochdruckraum in den Niederdruckraum durch den Leckagefluid-Strömungsweg leckt.
-
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Verdichter-Leitschaufeleinheit vorgesehen, mit: mehreren Verdichter-Leitschaufeln, die in einem bestimmten Intervall einer Umfangsrichtung angeordnet sind, und einem ringförmigen Verbindungselement, das mit Innenenden der mehreren Verdichter-Leitschaufeln verbunden ist, wobei das ringförmige Verbindungselement eine Außendurchmesser-Seitenoberfläche eines Leckagefluid-Strömungswegs bildet, der in einer Innendurchmesserseite des Verbindungselements vorgesehen ist und der einen Hochdruckraum, der sich stromab der mehreren Verdichter-Leitschaufeln in einer Fluidströmungsrichtung befindet, mit einem Niederdruckraum, der sich stromauf der mehreren Verdichter-Leitschaufeln in der Fluidströmungsrichtung befindet, in Verbindung steht, und D/T auf einen Bereich von 0,3 ≤ D/T ≤ 1,2 eingestellt ist, wobei D als ein Abstand einer Axialrichtung zwischen einer Stromaufendoberfläche des ringförmigen Verbindungselements in der Fluidströmungsrichtung und einer stromaufwärtigen Kante der mehreren Verdichter-Leitschaufeln in der Fluidströmungsrichtung definiert ist, und T als eine maximale Dicke von jeder von den mehreren Verdichter-Leitschaufeln definiert ist, wobei D/T auf einen Bereich von 0,3 ≤ D/T ≤ 1,2 eingestellt ist.
-
Das Einstellen der Beziehung zwischen dem Abstand D, der sich in der Axialrichtung zwischen der Öffnung des Leckagefluid-Strömungswegs nahe an dem Niederdruckraum und der stromaufwärtigen Kante der Verdichter-Leitschaufeln befindet, und der maximalen Dicke der Verdichter-Leitschaufeln T auf den angemessenen Bereich, kann eine Interferenz zwischen der Hauptfluidströmung und dem Leckagefluid verhindern und kann eine Erzeugung einer sekundären Strömung verhindern, wenn das Fluid in dem Hochdruckraum in den Niederdruckraum durch den Leckagefluid-Strömungsweg leckt. Deshalb kann die Verdichter-Leitschaufeleinheit das Leckagefluid am Ausströmen hindern, ohne dass die strukturelle Komplexität oder die Herstellungskosten zunehmen, und kann den Druckverlust verhindern.
-
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die oben beschriebene Verdichter-Leitschaufeleinheit vorgesehen, wobei D/T auf einem Bereich von 0,4 ≤ D/T ≤ 1,1 eingestellt ist.
-
Diese Ausgestaltung kann die Interferenz zwischen der Hauptfluidströmung und dem Leckagefluid effektiv verhindern und kann die Erzeugung der sekundären Strömung verhindern, wenn das Fluid in dem Hochdruckraum in den Niederdruckraum durch den Leckagefluid-Strömungsweg leckt.
-
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verdichter vorgesehen, mit: einem Gehäuse, einer Rotationswelle, die in dem Gehäuse angeordnet ist und rotierbar durch dieses getragen ist, den oben beschriebenen mehreren Verdichter-Leitschaufeleinheiten, wobei die Verdichter-Leitschaufeleinheiten an einer Innenumfangsoberfläche des Gehäuses in einem bestimmten Intervall in der Axialrichtung der Rotationswelle angeordnet sind, und mehreren Verdichter-Laufschaufeleinheiten, die an einem Außenumfang der Rotationswelle in einem bestimmten Intervall in der Axialrichtung befestigt sind, und jede der mehreren Verdichter-Laufschaufeleinheiten mehrere Verdichter-Laufschaufeln umfasst, die an dem Außenumfang der Rotationswelle in einem bestimmten Intervall in einer Umfangsrichtung befestigt sind.
-
Der Verdichter kann das Leckagefluid am Ausströmen verhindern, ohne dass sich die strukturelle Komplexität oder die Herstellungskosten erhöhen, und kann den Druckverlust verhindern.
-
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Gasturbine vorgesehen, mit: dem oben beschriebenen Verdichter, einer Brennkammer, die ausgestaltet ist, um verdichtete Luft, die durch den Verdichter verdichtet ist, mit einem Brennstoff zu mischen, um die Mischung zu verbrennen, und einer Turbine, die durch Verbrennungsgas, das durch die Brennkammer erzeugt wird, zur Drehung angetrieben ist.
-
Die Gasturbine kann das Leckagefluid am Ausströmen hindern, ohne dass die strukturelle Komplexität oder die Herstellungskosten zunehmen, und kann den Druckverlust verhindern.
-
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die oben beschriebene Gasturbine vorgesehen, wobei eine Nenndrehzahl der Gasturbine in einem Bereich von 2500 Umdrehungen pro Minute bis 4000 Umdrehungen pro Minute eingestellt ist.
-
Die Gasturbine im Betrieb mit einer Nenndrehzahl kann die Interferenz zwischen der Hauptfluidströmung und dem Leckagefluid effektiv verhindern und kann die Erzeugung der sekundären Strömung verhindern, wenn das Fluid in dem Hochdruckraum in den Niederdruckraum durch den Leckagefluid-Strömungsweg leckt.
-
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die oben beschriebene Gasturbine vorgesehen, wobei eine Geschwindigkeit von Fluid, das in der Axialrichtung durch einen Bereich zwischen den Verdichter-Leitschaufeln mit einer Nenngeschwindigkeit strömt, auf einen Bereich von 50 m/s bis 200 m/s eingestellt ist.
-
Die Gasturbine im Betrieb mit der Nenngeschwindigkeit kann die Interferenz zwischen der Hauptfluidströmung und dem Leckagefluid effektiv verhindern und kann die Erzeugung der sekundären Strömung verhindern, wenn das Fluid in dem Hochdruckraum in den Niederdruckraum durch den Leckagefluid-Strömungsweg leckt.
-
Die Verdichter-Leitschaufeleinheit, der Verdichter und die Gasturbine gemäß der vorliegenden Erfindung können das Leckagefluid am Ausströmen hindern, ohne dass die strukturelle Komplexität oder die Herstellungskosten zunehmen, und kann den Druckverlust verhindern.
-
Figurenliste
-
- 1 ist ein schematisches Schaubild, das eine allgemeine Ausgestaltung einer Gasturbine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
- 2 ist eine Schnittansicht, die ein Hauptteil eines Verdichters gemäß der Ausführungsform darstellt.
- 3 ist eine schematische Seitenansicht, die eine Beziehung zwischen einem Leckagefluid-Strömungsweg und Verdichter-Leitschaufeln darstellt.
- 4 ist eine schematische Draufsicht, die eine Relation zwischen dem Leckagefluid-Strömungsweg und den Verdichter-Leitschaufeln darstellt.
- 5 ist ein Diagramm, das den Druckverlust relativ zu D/P darstellt.
- 6 ist ein Diagramm, das den Druckverlust relativ zu D/T darstellt.
-
Beschreibung der Ausführungsform
-
Das folgende beschreibt eine bevorzugte Ausführungsform einer Verdichter-Leitschaufeleinheit, einen Verdichter und eine Gasturbine gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug zu den beigefügten Zeichnungen. Die Ausführungsform wird nicht gezeigt, um den Umfang der vorliegenden Erfindung zu beschränken. Wenn es eine Vielzahl von Ausführungsformen gibt, sind Kombinationen der Ausführungsformen ebenfalls in dem Umfang der vorliegenden Erfindung enthalten.
-
1 ist ein schematisches Schaubild, das eine allgemeine Ausgestaltung einer Gasturbine gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
-
Bei der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Gasturbine wie in 1 dargestellt einen Verdichter 11, eine Brennkammer 12 und eine Turbine 13. Der Verdichter 11 ist integral und drehbar mit der Turbine 13 durch einen Rotor (Rotorwelle) 14 verbunden, und der Rotor 14 ist mit einem Generator 15 verbunden. Der Verdichter 11 ist mit einer Lufteinlassleitung L1 und einer Zufuhrleitung für verdichtete Luft L2 verbunden. Die Brennkammer 12 ist mit der Zufuhrleitung für verdichtete Luft L2 und einer Zufuhrleitung für Brenngas L3 verbunden. Die Brennkammer 12 ist mit der Turbine 13 über eine Zufuhrleitung für Verbrennungsgas L4 verbunden. Die Turbine 13 ist mit einer Abgasleitung L5 verbunden.
-
Bei der Gasturbine 10 verdichtet der Verdichter 11 Luft, die von der Lufteinlassleitung L1 aufgenommen wird, und die Brennkammer 12 mischt die verdichtete Luft, die von der Zufuhrleitung für verdichtete Luft L2 zugeführt wird, mit Brenngas, das von der Zufuhrleitung für Brenngas L3 zugeführt wird, und verbrennt die Mischung. Die Turbine 13 ist durch das Brenngas, das von der Zufuhrleitung für Verbrennungsgas L4 zugeführt wird, zur Drehung angetrieben, und danach erzeugt der Generator 15 Strom. Abgas, das von der Turbine 13 ausgestoßen wird, wird durch die Abgasleitung L5 ausgetragen.
-
2 ist eine Schnittansicht, die ein Hauptteil des Verdichters gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
-
Wie in den 1 und 2 dargestellt umfasst der Verdichter 11 ein Gehäuse 21, den Rotor 14, mehrere Verdichter-Leitschaufeleinheiten 22 und mehreren Verdichter-Laufschaufeleinheiten 23. Der Rotor 14 ist in dem Gehäuse 21 angeordnet und durch dieses drehbar getragen. Die mehreren Verdichter-Leitschaufeleinheiten 22 sind in einem bestimmten Intervall in einer Axialrichtung A des Rotors 14 angeordnet. Jede von den Verdichter-Leitschaufeleinheiten 22 umfasst mehrere Verdichter-Leitschaufeln 31, die in einem bestimmten Intervall in einer Umfangsrichtung angeordnet sind. Außenenden der Verdichter-Leitschaufeln 31 in einer Radialrichtung R sind an einer Innenumfangsoberfläche 21a des Gehäuses 21 befestigt. Innenenden der Verdichter-Leitschaufeln 31 in der Radialrichtung R sind mit einem ringförmigen Deckband (Verbindungselement) 32 verbunden.
-
Die mehreren Verdichter-Laufschaufeleinheiten 23 sind in einem bestimmten Intervall in der Axialrichtung A des Rotors 14 angeordnet. Die mehreren Verdichter-Laufschaufeleinheiten 23 und die mehreren Verdichter-Leitschaufeleinheiten 22 sind abwechselnd in der Axialrichtung A des Rotors 14 angeordnet. Jede von den Verdichter-Laufschaufeleinheiten 23 umfasst mehrere Verdichter-Laufschaufeln 33, die in einem bestimmten Intervall in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Innenenden der Verdichter-Laufschaufeln 33 in der Radialrichtung R sind mit einem Außenumfang einer Scheibe 34 befestigt, die an dem Rotor 14 befestigt ist. Die mehreren Verdichter-Laufschaufeln 33 erstrecken sich in der Radialrichtung R und deren Außenwände befinden sich nahe an der Innenumfangsoberfläche 21a des Gehäuses 21.
-
Bei dieser Struktur sind die Verdichter-Laufschaufeln 33 an einer Seite der Verdichter-Leitschaufeln angeordnet und die anderen Verdichter-Laufschaufeln 33 sind an der anderen Seite derselben Verdichter-Leitschaufeln 31 in der Axialrichtung A des Rotors 14 angeordnet. Mit anderen Worten sind die Verdichter-Laufschaufeln 33 an der einen Seite angrenzend zu einer Stromaufseite der Verdichter-Leitschaufeln 31 in einer Luftströmungsrichtung A1 eines Hauptgas-Strömungswegs 35 angeordnet, und die Verdichter-Laufschaufeln 33 an der anderen Seite sind angrenzend an einer Stromabseite derselben Verdichter-Leitschaufeln 31 in der Luftströmungsrichtung A1 des Hauptgas-Strömungswegs 35 angeordnet. Der Hauptgas-Strömungsweg 35 ist durch die Innenumfangsoberfläche 21a des Gehäuses 21, das Deckband 32 der Verdichter-Leitschaufeln 31 und Plattformen 36 der Verdichter-Laufschaufeln 33 definiert.
-
Ein Hohlraum 37 ist zwischen dem Deckband 32 der Verdichter-Leitschaufeln 31 und der Scheibe 34 gebildet. Das Deckband 32 der Verdichter-Leitschaufeln 31 bildet also eine Außenumfangsseitenoberfläche des Hohlraums 37. Ein erster Leckageluft-Strömungsweg 38 ist zwischen den Verdichter-Leitschaufeln 31 und den Verdichter-Laufschaufeln 33 an der anderen Seite vorgesehen. Der erste Leckageluft-Strömungsweg 38 erlaubt dem Hauptgas-Strömungsweg 35, mit dem Hohlraum 37 in Verbindung zu stehen. Ein zweiter Leckageluft-Strömungsweg 39 ist zwischen denselben Verdichter-Leitschaufeln 31 und den Verdichter-Laufschaufeln 33 an der einen Seite vorgesehen. Der zweite Leckageluft-Strömungsweg 39 erlaubt dem Hauptgas-Strömungsweg 35, mit dem Hohlraum 37 in Verbindung zustehen. Der erste Leckageluft-Strömungsweg 38 steht mit dem Hohlraum 37 an einer Stromabseite einer Hinterkante 31b der Verdichter-Leitschaufeln 31 in der Luftströmungsrichtung A1 in Verbindung, und der zweite Leckageluft-Strömungsweg 39 steht mit dem Hohlraum 37 an einer Stromaufseite einer Vorderkante 31a derselben Verdichter-Leitschaufeln 31 in der Luftströmungsrichtung A1 in Verbindung. Ein Leckagefluid-Strömungsweg gemäß der vorliegenden Erfindung ist nahe einer Mitte des Deckbands 32 (Rotor 14) vorgesehen, also an einer Innenumfangsseite des Deckbands 32, und umfasst den Hohlraum 37, den ersten Leckageluft-Strömungsweg 38 und den zweiten Leckageluft-Strömungsweg 39. Der erste Leckageluft-Strömungsweg 38 ist mit einer Labyrinthdichtung (Dichtungselement) 40 versehen. Die Labyrinthdichtung 40 sieht eine Dichtung an dem ersten Leckageluft-Strömungsweg 38 vor, um die verdichtete Luft in dem Hauptgas-Strömungsweg 35 nahe der Hinterkante 31b der Verdichter-Leitschaufeln 31 am Einströmen in den Hohlraum 37 zu hindern.
-
Der Verdichter 11 nimmt Luft von einem Lufteinlass (nicht dargestellt) auf und verdichtet Luft, während die Luft durch die mehreren Verdichter-Leitschaufeleinheiten 22 und die mehreren Verdichter-Laufschaufeleinheiten 23 strömt, die abwechselnd angeordnet sind, um verdichtete Luft mit hoher Temperatur und hohem Druck zu erzeugen. Die verdichtete Luft in einem Hochdruckraum H, der sich stromab in der Luftströmungsrichtung A1 befindet, neigt dazu, durch den ersten Leckageluft-Strömungsweg 38, den Hohlraum 37 und den zweiten Leckageluft-Strömungsweg 39 in einen Niederdruckraum L, der sich stromauf in der Luftströmungsrichtung A1 befindet, zu lecken. Obwohl der erste Leckageluft-Strömungsweg 38 mit der Labyrinthdichtung 40 versehen ist, neigt eine kleine Menge von verdichteter Luft dazu, zu lecken. Wenn diese Leckageluft sich mit der verdichteten Luft mischt, die in dem Hauptgas-Strömungsweg 35 strömt, erzeugt sie eine sekundäre Strömung und verursacht einen Druckverlust.
-
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die sekundäre Strömung an ihrer Erzeugung gehindert, indem der zweite Leckageluft-Strömungsweg 39 vorgesehen ist, der mit dem Niederdruckraum L in dem Hauptgas-Strömungsweg 35 an einer optimalen Position in Verbindung steht, und somit der Druckverlust an seiner Erzeugung gehindert wird. 3 ist eine schematische Seitenansicht, die eine Beziehung zwischen dem Leckageluft-Strömungsweg und den Verdichter-Leitschaufeln darstellt, und 4 ist eine schematische Draufsicht, die eine Beziehung zwischen dem Leckageluft-Strömungsweg und den Verdichter-Leitschaufeln darstellt.
-
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird angenommen, wie in den
3 und
4 dargestellt, dass ein Abstand in der Axialrichtung A zwischen einer Öffnung und dem zweiten Leckageluft-Strömungsweg
39 nahe an dem Niederdruckraum
L und der Hinterkante (Kante)
31a der Verdichter-Leitschaufeln
31, die stromauf in der Luftströmungsrichtung A1 liegen, als D (nachstehend bevorzugt als ein Öffnungsabstand D) definiert ist, und ein Abstand zwischen den Verdichter-Leitschaufeln
31 in der Umfangsrichtung C als P (nachstehend bevorzugt als ein Verdichter-Leitschaufelabstand P) definiert ist. In diesem Fall ist ein Verhältnis des Öffnungsabstands D zu dem Verdichter-Leitschaufelabstand P, bzw. D/P, auf den folgenden Bereich eingestellt:
-
Es wird bevorzugt, dass das Verhältnis des Öffnungsabstands D zu dem Verdichter-Leitschaufelabstand P, bzw. D/P, auf den folgenden Bereich eingegrenzt wird:
-
Es wird angenommen, dass eine maximale Dicke der Verdichter-Leitschaufeln
31 als T (nachstehend bevorzugt als eine maximale Verdichter-Leitschaufeldicke T) definiert ist. In diesem Fall ist ein Verhältnis des Öffnungsabstands D zu der maximal Verdichter-Leitschaufeldicke T, bzw. D/T, auf den folgenden Bereich eingestellt:
-
Es wird bevorzugt, dass das Verhältnis des Öffnungsabstands D zu der maximalen Verdichter-Leitschaufeldicke T, bzw. D/T, auf den folgenden Bereich eingeschränkt ist:
-
Der Öffnungsabstand D ist insbesondere ein Abstand in der Axialrichtung A zwischen einer Endoberfläche
39a des zweiten Leckageluft-Strömungswegs
39, der sich stromab in der Luftströmungsrichtung A1 befindet, die mit einer Stromaufendoberfläche des Deckbands
32 in der Luftströmungsrichtung A1 korrespondiert, und der Vorderkante
31a der Verdichter-Leitschaufeln
31 an einer Position, an der der zweite Leckageluft-Strömungsweg
39 mit dem Abgas-Strömungsweg
35 in Verbindung steht. Ein gekrümmter Abschnitt
41 ist zwischen der Vorderkante
31a der Verdichter-Leitschaufel
31 und einer Außenoberfläche
32a des Deckbands
32 vorgesehen. Ein gekrümmter Abschnitt
42 ist zwischen der Außenoberfläche
32a des Deckbands
32 und der Endoberfläche
39a des zweiten Leckageluft-Strömungswegs
39 vorgesehen. Es wird angenommen, dass ein Abstand einer Axialrichtung A von einer Grenze zwischen der Außenoberfläche
32a des Deckbands
32 und dem gekrümmt Abschnitt
42 zu einer Grenze zwischen der Vorderkante
31a der Verdichter-Leitschaufeln
31 und dem gekrümmten Abschnitt
41 als D1 definiert ist, und ein Abstand in der Axialrichtung A von der Endoberfläche
39a des zweiten Luftströmungsweg
39 zu der Grenze zwischen der Außenoberfläche
32a des Deckbands
32 und dem gekrümmten Abschnitt
42, also ein Abstand des gekrümmten Abschnitts
42 in der Axialrichtung A, als D2 definiert ist. In diesem Fall kann eine Beziehung zwischen dem Öffnungsabstand D und dem Abstand D2 wie folgt geschrieben werden:
-
Die mehreren Verdichter-Leitschaufeln
31 sind in einem bestimmten regelmäßigen Intervall in der Umfangsrichtung C angeordnet. Der Verdichter-Leitschaufelabstand P ist insbesondere eine Länge zwischen zwei angrenzenden Verdichter-Leitschaufeln
31 in der Umfangsrichtung C an einer Position am nächsten zu dem Deckband
32, und weiter besonders an einer Position der Grenze zwischen der Vorderkante
31a der Verdichter-Leitschaufel
31 und dem gekrümmten Abschnitt
41. Die maximale Verdichter-Leitschaufeldicke T ist insbesondere eine Dicke der Verdichter-Leitschaufel
31 an einer Position am nächsten zu dem Deckband
32, und weiter besonders an einer Position der Grenze zwischen der Vorderkante
31a der Verdichter-Leitschaufel
31 und dem gekrümmt Abschnitt
41. In diesem Fall ist die maximale Verdichter-Leitschaufeldicke T eine Dicke der Verdichter-Leitschaufel
31 in einer Richtung orthogonal zu der Richtung einer Sehnenlänge E der Verdichter-Leitschaufel
31. Eine Beziehung zwischen dem Öffnungsabstand D und der Sehnenlänge E kann wie folgt beschrieben werden:
-
Es sei darauf hingewiesen, dass ein Winkel 9 zwischen einer Richtung der Sehnenlänge E und der Axialrichtung A auf einen Bereich von 10° ≤ θ ≤ 80° eingestellt ist.
-
Wenn die Leckageluft, die von dem zweiten Leckageluft-Strömungsweg 39 ausströmt, sich mit der Hauptströmung der verdichteten Luft in dem Niederdruckraum L des Hauptgas-Strömungswegs 35 mischt, erzeugt die Leckageluft typischerweise die sekundäre Strömung und verursacht den Druckverlust. Jedoch wird die Öffnung (Endoberfläche 39a) des zweiten Leckageluft-Strömungswegs 39 an einer optimalen Position relativ zu der Vorderkante 31a der Verdichter-Leitschaufeln 31 angeordnet, und diese Ausgestaltung verhindert die Erzeugung der sekundären Strömung und den Druckverlust.
-
5 ist ein Diagramm, das den Druckverlust relativ zu D/P darstellt, und 6 ist ein Diagramm, das den Druckverlust relativ zu D/T darstellt. Die Daten des Druckverlusts, der in den 5 und 6 dargestellt ist, werden gemessen, wenn die Gasturbine 10 mit einer Nenndrehzahl betrieben wird, die von 2500 Umdrehungen/min bis 4000 Umdrehungen/min reicht. Insbesondere die Daten des Druckverlusts, der in den 5 und 6 dargestellt ist, werden gemessen, wenn die Gasturbine 10 in einem Nenndrehzahlbereich betrieben wird, und wobei eine Geschwindigkeit einer Luftströmung in der Axialrichtung durch einen Bereich zwischen den Verdichter-Leitschaufeln 31 von 50 m/s bis 200 m/s reicht.
-
Wie in 5 beschrieben ist der Druckverlust am kleinsten, wenn das Verhältnis des Öffnungsabstands D zu dem Verdichter-Leitschaufelabstand P, bzw. D/P, 0,13 ist, und der Druckverlust zunimmt, wenn D/P von 0,13 abnimmt oder zunimmt. Es wird bevorzugt, dass das Verhältnis D/P auf einen Bereich von α1 von \0,05 ≤ D/P ≤ 0,2 eingestellt ist, und weiter bevorzugt auf einen Bereich α2 von 0,06 ≤ D/P ≤ 0,18 eingestellt ist. Aufgrund eines niedrigen Drucks an der Rückseite und eines höheren Drucks an der Vorderseite der Verdichter-Leitschaufeln 31, wird eine Druckdifferenz in der Umfangsrichtung an der Vorderkante 31a erzeugt. Deshalb wird, wenn das Verhältnis D/P kleiner ist als 0,05, die Druckdifferenz einfach auf die Öffnung des zweiten Leckageluft-Strömungswegs 39 wirken und die sekundäre Strömung neigt dazu, aufzutreten und den Druckverlust zu verursachen. Wenn das Verhältnis D/P größer ist als 0,2, neigt die Druckdifferenz dazu, auf die Öffnung des zweiten Leckageluft-Strömungswegs 39 zu wirken, aber der Druckverlust nimmt aufgrund einer größeren Außenoberfläche des Deckbands 32 nahe an der Vorderkante 31a der Verdichter-Leitschaufeln 31 zu. Im Besonderen nimmt der Druckverlust signifikant zu, wenn das Verhältnis D/P außerhalb des Bereichs α1 ist. Wenn das Verhältnis D/P außerhalb des Bereichs α2 ist, ist der Druckverlust gleich oder größer als zweimal oder mehr des kleinsten Druckverlusts bei dem Verhältnis D/P von 0,13. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden analytische Modelle verwendet, um den Druckverlust, der zwischen den dem Einlass der Verdichter-Leitschaufel und dem Auslass der Verdichter-Leitschaufel auftritt, in einem Bereich von 20% von einer Höhe von einer Plattform zu einem Außenende der Verdichter-Leitschaufel mit einer Gesamtlänge der Verdichter-Leitschaufel von 100% zu berechnen.
-
Wie in 6 dargestellt ist, wenn das Verhältnis des Öffnungsabstands D zu der maximalen Verdichter-Leitschaufeldicke T, bzw. D/T, 0,8 ist, der Druckverlust am kleinsten, und wenn das Verhältnis D/T größer als 0,8 ist, nimmt der Druckverlust aufgrund einer Erhöhung eines Strömungsbereichs zu. Wenn das Verhältnis D/T kleiner ist als 0,8, wird die Vorderkante 31a der Verdichter-Leitschaufeln 31 nahe zu der Öffnung 39 liegen und die Leckage aufgrund eines Effekts eines Potentialfelds der Verdichter-Leitschaufel erzeugt, und somit nimmt der Druckverlust zu. Es wird bevorzugt, dass das Verhältnis D/T auf einen Bereich von β1 von 0,3 ≤ D/T ≤ 1,2, und insbesondere auf einen Bereich β2 von 0,4 ≤ D/T ≤ 1,1 eingestellt ist.
-
Bei der Verdichter-Leitschaufeleinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist, wenn der Abstand in der Axialrichtung A zwischen der Öffnung des zweiten Leckageluft-Strömungswegs 39 nahe an dem Niederdruckraum L ist und die Vorderkante 31a der Verdichter-Leitschaufeln 31, die sich stromauf in der Luftströmungsrichtung A1 befinden, D ist, und wenn der Abstand zwischen den Verdichter-Leitschaufeln 31 in der Umfangsrichtung C P ist, das Verhältnis D/P auf \0,05 ≤ D/P ≤ 0,2 eingestellt. In diesem Fall wird es bevorzugt, dass das Verhältnis D/P auf 0,06 ≤ D/P ≤ 0,18 eingestellt ist.
-
Das Einstellen des Verhältnisses von dem Öffnungsabstand D zu dem Verdichter-Leitschaufelabstand P, bzw. D/P, auf einen geeigneten Bereich, kann die Interferenz zwischen der Hauptströmung der verdichteten Luft und der Leckageluft verhindern und kann die Erzeugung der sekundären Strömung verhindern, wenn die Luft in dem Hochdruckraum H durch den ersten Leckageluft-Strömungsweg 38, den Hohlraum 37 und den zweiten Leckageluft-Strömungsweg 39 in den Niederdruckraum L leckt. Diese Ausgestaltung kann die Leckageluft am Ausströmen hindern, ohne dass die strukturelle Komplexität oder die Herstellungskosten zunehmen, und kann den Druckverlust verhindern.
-
Bei der Verdichter-Leitschaufeleinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist, wenn der Abstand in der Axialrichtung A zwischen der Öffnung des zweiten Leckageluft-Strömungswegs 39 nahe dem Niederdruckraum L und die Vorderkante 31a der Verdichter-Leitschaufeln 31, die sich stromauf in der Luftströmungsrichtung A1 befinden, D ist, und wenn die maximale Dicke der Verdichter-Leitschaufeln 31 T ist, das Verhältnis D/T auf den Bereich β1 von 0,3 ≤ D/T ≤ 1,2 eingestellt. In diesem Fall wird es bevorzugt, dass das Verhältnis D/T in dem Bereich β2 von 0,4 ≤ D/T ≤ 1,1 eingestellt ist. Wenn das Verhältnis D/T außerhalb von dem Bereich β1 liegt, nimmt der Druckverlust signifikant zu, und somit wird es bevorzugt, dass das Verhältnis D/T auf den Bereich β1 eingestellt ist. Wenn das Verhältnis D/T auf den Bereich β2 eingestellt ist, wird der Druckverlust ungefähr kleiner als zweimal oder mehr des kleinsten Druckverlusts bei D/T = 0,8.
-
Das Einstellen des Verhältnisses des Öffnungsabstands D zu der maximalen Dicke T, bzw. D/T, auf einen geeigneten Bereich kann die Interferenz zwischen der Hauptströmung der verdichteten Luft und der Leckageluft verhindern und kann die Erzeugung der sekundären Strömung verhindern, wenn die Luft in dem Hochdruckraum H durch den ersten Leckageluft-Strömungsweg 38, den Hohlraum 37 und den zweiten Leckageluft-Strömungsweg 39 in den Niederdruckraum L leckt. Diese Ausgestaltung kann die Leckageluft am Ausströmen hindern, ohne dass die strukturelle Komplexität oder die Herstellungskosten zunehmen und kann den Druckverlust verhindern.
-
Der Verdichter gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst das Gehäuse 21, den Rotor 14, der in dem Gehäuse 21 angeordnet ist und durch dieses rotierbar getragen ist, die mehreren Verdichter-Leitschaufeleinheiten 22, die an der Innenumfangsoberfläche 21a des Gehäuses 21 in einem bestimmten Intervall in der Axialrichtung A des Rotors 14 befestigt sind, und die mehreren Verdichter-Laufschaufeleinheiten 23, die die mehreren Verdichter-Laufschaufeln 33 aufweisen, die an dem Außenumfang des Rotors 14 in einem bestimmten Intervall in der Umfangsrichtung C befestigt sind, wobei die mehreren Verdichter-Laufschaufeleinheiten 23 an dem Außenumfang des Rotors 14 in einem bestimmten Intervall in der Axialrichtung befestigt sind. Diese Ausgestaltung ermöglicht dem Verdichter 11, die Leckageluft am Ausströmen zu hindern, ohne dass die strukturelle Komplexität oder die Herstellungskosten zunehmen und kann den Druckverlust verhindern.
-
Die Gasturbine gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst den Verdichter 11, die Brennkammer 12, die die verdichtete Luft, die durch den Verdichter 11 verdichtet wird, mit einem Brennstoff mischt und die Mischung verbrennt, und die Turbine 13, die durch Verbrennungsgas, das durch die Brennkammer 12 erzeugt wird, zur Drehung angetrieben ist. Diese Ausgestaltung ermöglicht der Gasturbine 10, die Leckageluft am Ausströmen zu hindern, ohne dass die strukturelle Komplexität oder die Herstellungskosten zunehmen und sie kann den Druckverlust verhindern.
-
Bezugszeichenliste
-
- [0052]
- 10 Gasturbine
- 11
- Verdichter
- 12
- Brennkammer
- 13
- Turbine
- 14
- Rotor (Rotationswelle)
- 15
- Generator
- 21
- Gehäuse
- 21a
- Innenumfangsoberfläche
- 22
- Verdichter-Leitschaufeleinheit
- 23
- Verdichter-Laufschaufeleinheit
- 31
- Verdichter-Leitschaufel
- 31a
- Vorderkante (Kante)
- 31b
- Hinterkante
- 32
- Deckband (Verbindungselement)
- 33
- Verdichter-Laufschaufel
- 34
- Scheibe
- 35
- Hauptgas-Strömungsweg
- 36
- Plattform
- 37
- Hohlraum (Leckagefluid-Strömungsweg)
- 38
- erster Leckageluft-Strömungsweg (Leckagefluid-Strömungsweg)
- 39
- zweiter Leckageluft-Strömungsweg (Leckagefluid-Strömungsweg)
- 40
- Labyrinthdichtung (Dichtungselement)
- D
- Öffnungsabstand
- P
- Verdichter-Leitschaufelabstand
- T
- Maximale Verdichter-Leitschaufeldicke
- E
- Sehnenlänge
- H
- Hochdruckraum
- L
- Niederdruckraum
- A
- Axialrichtung
- A1
- Luftströmungsrichtung
- C
- Umfangsrichtung
- R
- Radialrichtung
- L1
- Lufteinlassleitung
- L2
- Zufuhrleitung für verdichtete Luft
- L3
- Zufuhrleitung für Brenngas
- L4
- Zufuhrleitung für Verbrennungsgas
- L5
- Abgasleitung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
