-
Querverweis auf die verwandte Anmeldung
-
Die vorliegende Anmeldung basiert auf und beansprucht die Priorität der Japanischen Patentanmeldung Nr.
2015-254073 , eingereicht am 25. Dezember 2015, deren Offenbarung in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme Teil der vorliegenden Anmeldung ist.
-
Hintergrund der Erfindung
-
(Gebiet der Erfindung)
-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gasturbinenmotor und insbesondere den Aufbau eines Durchlasses, durch welchen komprimierte Luft von einem Kompressor an einen Brenner geliefert wird.
-
(Beschreibung des Standes der Technik)
-
Bei einem Gasturbinenmotor ist im Allgemeinen ein Diffusor an einem Auslass eines Kompressors vorgesehen, wodurch statischer Druck der komprimierten Luft rückgewonnen und Druckverlust (hauptsächlich dynamischer Druckverlust) bis zum Strömen der komprimierten Luft in einen Brenner verringert wird. Zur Rückgewinnung des statischen Drucks der komprimierten Luft ist es effektiv, die axiale Strecke eines Luftströmungswegs des Diffusors zu verlängern. In diesem Fall nimmt auch die axiale Größe des gesamten Gasturbinenmotos zu. Es ist daher bekannt, den Luftströmungsweg des Diffusors in radialer Richtung zu teilen, wodurch der Druckverlust wirksam verringert wird, während eine Zunahme der Größe des Gasturbinenmotors vermieden wird (siehe beispielsweise Patentdokument 1).
-
Das heißt, dass das Verhältnis der Rückgewinnung von statischem Druck (Anstiegsrate des statischen Drucks an einem Diffusorauslass in Bezug zu einem Diffusoreinlass) entsprechend dem Flächenverhältnis zwischen dem Auslass und dem Einlass innerhalb eines Bereichs, der kein Ablösen des Luftstroms bewirkt, steigt. Je geringer der Grad der Erweiterung der Strömungswegfläche pro Längeneinheit (Strömungswegerweiterungsrate) ist, desto weniger tritt die Ablösung des Luftstroms auf. In dem Fall, dass der Luftströmungsweg des Diffusors in radialer Richtung geteilt ist, ist bei gleicher Strömungsweglänge die Strömungswegerweiterungsrate verringert, da die radiale Abmessung jedes der Teil-Strömungswege geringer als die des einzelnen Strömungswegs, d.h. desselben, jedoch nicht geteilten Strömungswegs ist. Infolgedessen ist das Auftreten einer Ablösung der Luftströmung nicht wahrscheinlich und daher kann das Verhältnis der Rückgewinnung von statischem Druck vergrößert werden, indem das Flächenverhältnis zwischen dem Auslass und dem Einlass des Luftströmungswegs des Diffusors vergrößert wird.
-
[Dokument aus dem Stand der Technik]
-
[Patentdokument]
-
[Patentdokument 1] Japanische Patentveröffentlichung
JP 2010- 223 223 A US 8 133 017 B2 beschreibt einen Diffusor für einen Turbinenmotor mit einem ringförmig umlaufenden Gehäuse zum Versiegeln von Kompressoraustrittsluft.
DE 10 2011 052 241 A1 beschreibt einen Austrittsdiffusor mit einem vorderen Bereich, um eine Austrittsöffnung aus dem Verdichter zu einer Ausgabekavität zu leiten.
-
Überblick über die Erfindung
-
Wenn jedoch, wie in dem Patentdokument 1 offenbart, ein Teilerkörper zum Teilen des Luftströmungswegs des Diffusors in axial rückwärtiger Richtung mittels Streben gestützt ist, bei welchen es sich um Stützen zum Abstützen anderer Strukturen in dem Gasturbinenmotor handelt, ist das Anordnen des Teilerkörpers und dessen Stützkörpers durch die Positionen der Streben eingeschränkt. Bei einem Gasturbinenmotor, in dem eine Vielzahl von Bauteilen in einem begrenzten Raum angeordnet werden muss, erschwert die genannte Konfiguration eine ausreichende Verringerung des Druckverlusts durch Anpassen der Position des Diffusorkörpers, wenn die Positionsbeziehungen mit anderen, den Gasturbinenmotor bildenden Bauteilen berücksichtigt werden.
-
Zur Lösung des zuvor beschriebenen Problems ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Gasturbinenmotor zu schaffen, der einen in radialer Richtung geteilten Diffusor aufweist, bei welchem der Freiheitsgrad des Anordnens eines Teilerkörpers und dessen Stützkörpers gewährleistet ist, wodurch der Druckverlust des komprimierten Gases ausreichend verringert ist, während eine Zunahme der Größe des Gasturbinenmotors vermieden ist.
-
Zur Lösung der zuvor beschriebenen Aufgabe handelt es sich bei einem Gasturbinenmotor gemäß der vorliegenden Erfindung um einen Gasturbinenmotor, bei welchem ein komprimiertes Gas aus einem Kompressor in einem Brenner verbrannt wird und das erhaltene Verbrennungsgas eine Turbine antreibt. Der Gasturbinenmotor weist auf: einen Bereich zum Zuführen von komprimiertem Gas, der dazu ausgebildet ist, das aus dem Kompressor erhaltene komprimierte Gas dem Brenner zuzuführen; einen ringförmigen, teilenden Führungskörper der in einem Diffusor angeordnet ist, welcher einen stromaufwärtigen Bereich des Bereichs zum Zuführen von komprimiertem Gas bildet, wobei der teilende Führungskörper dazu ausgebildet ist, das komprimierte Gas in radialer Richtung zu teilen; und einen Führungsstützkörper, der den teilenden Führungskörper an einer Innendurchmesser-Seitenwand des Bereichs zum Zuführen von komprimiertem Gas abstützt. Anders ausgedrückt ist der Führungsstützkörper nur durch die Innendurchmesser-Seitenwand abgestützt, und ist von anderen benachbarten Elementen, beispielsweise einer den Diffusor bildenden Außendurchmesser-Seitenwand des Diffusors, beabstandet vorgesehen.
-
Gemäß dieser Konfiguration ist der Freiheitsgrad des Anordnens des teilenden Führungskörpers und dessen Stützkörpers gewährleistet, da der teilende Führungskörper zum Teilen des komprimierten Gases in radialer Richtung von der Innendurchmesser-Seitenwand gestützt ist, welche den Bereich zum Zuführen von komprimiertem Gas bildet. Zur effektiven Verringerung des Druckverlusts des komprimierten Gases können daher der teilende Führungskörper und der Führungsstützkörper unter gleichzeitiger Berücksichtigung der Positionsverhältnisse zu anderen Bauteilen des Gasturbinenmotors angeordnet werden. Somit kann der Druckverlust des komprimierten Gases ausreichend verringert werden, während eine Zunahme der Größe des Gasturbinenmotors vermieden wird.
-
Nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann der Führungsstützkörper radial einwärts eines Übergangskanals angeordnet sein, welcher dazu ausgebildet ist, das Verbrennungsgas von dem Brenner zu der axial hinter dem Brenner befindlichen Turbine zu führen. Gemäß dieser Ausbildung wird das komprimierte Gas in Umfangsrichtung durch den sich radial erstreckenden Führungsstützkörper an einer radial einwärts des Übergangskanals gelegenen Position geteilt. Daher kann das komprimierte Gas gleichmäßig aus dem engen Raum zwischen den Übergangskanälen und der Innendurchmesser-Seitenwand den Räumen zwischen mehreren Übergangskanälen zugeführt werden.
-
Nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann der Führungsstützkörper aufweisen: einen Schenkelbereich, der von der Innendurchmesser-Seitenwand des Bereichs zum Zuführen von komprimiertem Gas radial auswärts ragt; und einen Befestigungsbereich, an welchem der teilende Führungskörper befestigt ist. Der Schenkelbereich kann derart geformt sein, dass die Breite desselben in tangentialer Richtung von einem vorderen Ende desselben zur Rückseite zunimmt, beispielsweise im Wesentlichen die Form eines dreieckigen Stabs aufweist, der zur Vorderseite hin verjüngt ist. Gemäß dieser Konfiguration kann das komprimierte Gas in Umfangsrichtung geteilt werden, während der Druckverlust durch den Führungsstützkörper verringert ist.
-
Nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann der teilende Führungskörper an dem Führungsstützkörper mittels eines Schraubenelements befestigt sein, das den Führungsstützkörper von der Rückseite her durchdringt und in den teilenden Führungskörper eingeschraubt ist. Da das komprimierte Gas nicht direkt auf das Schraubenelement trifft, ist nach dieser Konfiguration die Montage des teilenden Führungskörpers und des Führungsstützkörpers vereinfacht, während das Auftreten eines Druckverlusts aufgrund des Schraubenelements vermieden ist.
-
Nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann der Führungsstützkörper einstückig mit der Innendurchmesser-Seitenwand ausgebildet sein. Nach dieser Konfiguration ist die Anzahl Bauteile des Diffusors für den die genannten Vorteile aufweisenden Kompressor verringert, und die Montage ist entsprechend vereinfacht.
-
Jede Kombination aus mindestens zwei Konstruktionen, die in den beigefügten Ansprüchen und/oder der Beschreibung und/oder den zugehörigen Zeichnungen offenbart sind, sollte als in den Rahmen der vorliegenden Erfindung fallend gelten. Insbesondere sollte jede Kombination von zwei oder mehr der beigefügten Ansprüche gleichermaßen als in den Rahmen der vorliegenden Erfindung fallend gelten.
-
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
Ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung ergibt sich in jedem Fall aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele derselben in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen. Die Ausführungsbeispiele und die Zeichnungen sind jedoch lediglich zu Darstellungs- und Erläuterungszwecken angeführt und sollten nicht als den Rahmen der Erfindung in irgendeiner Weise einschränkend angesehen werden, welcher durch die beigefügten Ansprüche bestimmt ist. In den zugehörigen Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen in sämtlichen der mehreren Ansichten gleiche Teile, und:
- 1 ist eine teilweise weggeschnittene Seitenansicht zur Darstellung eines schematischen Aufbaus eines Gasturbinenmotors mit einem Diffusor für einen Kompressor nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 2 ist eine Längsschnittansicht zur vergrößerten Darstellung eines Umfangsbereichs des Diffusors für einen Kompressor des in 1 dargestellten Gasturbinenmotors;
- 3 ist eine Vorderansicht zur Darstellung des Umfangsbereichs des Diffusors für einen Kompressor des in 1 dargestellten Gasturbinenmotors; und
- 4 ist eine Querschnittansicht zur Darstellung eines Schenkelbereichs eines Führungsstützkörpers, der für den in 2 dargestellten Diffusor für den Kompressor verwendet wird.
-
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
-
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt.
-
1 ist eine teilweise weggeschnittene Seitenansicht eines Gasturbinenmotors (nachfolgend einfach als „Gasturbine“ bezeichnet) GE nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei der Gasturbine GE wird von außen eingeleitete Luft A von einem Kompressor 1 komprimiert und zu einem Brenner 3 geleitet, ein Brennstoff F wird zusammen mit der komprimierten Luft CA in dem Brenner 3 verbrannt, und eine Turbine 5 wird unter Verwendung des erhaltenen Hochtemperatur- und Hochdruck-Verbrennungsgases G angetrieben. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind mehrere becherartige Brenner 3 in gleichmäßigen Abständen in Umfangsrichtung der Gasturbine GE angeordnet. In der nachfolgenden Beschreibung kann die entlang der Achse C der Gasturbine GE in Richtung des Kompressors 1 gelegene Seite als „Vorderseite“ und die entlang der Achse C der Gasturbine GE in Richtung der Turbine 5 gelegene Seite als „Rückseite“ bezeichnet werden. Die in den Bezeichnungen von Elementen, welche das Ausführungsbeispiel bilden, verwendeten Begriffe „Vorder-“ und „Rück-“ haben dieselbe Bedeutung. Darüber hinaus bedeuten in der nachfolgenden Beschreibung die Begriffe „axiale Richtung“, „Umfangsrichtung“ und „radiale Richtung“ die Richtung der Achse C, die Umfangsrichtung und die radiale Richtung der Gasturbine GE, sofern dies nicht anders angegeben ist.
-
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Kompressor vom Axialkompressortyp als der Kompressor 1 verwendet. Der Axialkpmpressor 1 komprimiert die von außen genommene Luft A, indem eine Kombination von mehreren Rotorflügeln 11, die an einer Außenumfangsfläche eines Rotors 7 angeordnet sind, der einen drehenden Teil der Gasturbine GE bildet, und mehreren Statorflügeln 15, die an einer Innenumfangsfläche eines Gehäuses 13 angeordnet sind. Die von dem Kompressor 1 erhaltene komprimierte Luft CA wird dem Brenner 3 über einen Bereich 17 zum Zuführen von komprimiertem Gas zugeführt, der mit einem stromabwärtigen Endbereich des Kompressors 1 verbunden ist. Das in dem Brenner 3 erzeugte Hochtemperatur- und Hochdruck-Verbrennungsgas G wird der Turbine 5 zugeleitet.
-
Wie in 2 dargestellt, weist der Bereich 17 zum Zuführen von komprimiertem Gas auf: einen Diffusor 19, der einen stromaufwärtigen Bereich desselben bildet; und eine Kammer 21, die sich stromabwärts des Diffusors 19 befindet und die komprimierte Luft CA, welche den Diffusor 19 passiert hat, in den Brenner 3 führt. Der Diffusor 19 leitet die aus einem Auslass 1a des Kompressors 1 ausgelassene komprimierte Luft CA in axialer Richtung zu der Rückseite. Der Diffusor 19 weist einen Strömungsweg auf, dessen Fläche allmählich von einem mit dem Kompressorauslass 1a verbundenen Einlass des Diffusors 19 zur Rückseite hin zunimmt. Die aus dem Kompressorauslass CA ausgelassene komprimierte Luft CA durchströmt den Diffusor 19, wodurch der statische Druck rückgewonnen wird.
-
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Diffusor 19 zwischen einem mit dem Kompressor 1 verbundenen vorderen (stromaufwärtigen) Bereich einer Innendurchmesser-Seitenwand 23 des Bereichs 17 zum Zuführen von komprimiertem Gas und einer rohrförmigen äußeren durchmesserseitigen Diffusorwand 25, die radial auswärts eines vorderen Bereichs der Innendurchmesser-Seitenwand 23 vorgesehen ist, ausgebildet. Die Innendurchmesser-Seitenwand 23 ist eine zylindrische Wand, welche einen Zuführweg des Bereichs 17 zum Zuführen von komprimiertem Gas von einem Aufnahmeraum für Bauteile (beispielsweise den Rotor 7) der Gasturbine GE trennt, der radial einwärts des Zuführwegs angeordnet ist. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Innendurchmesser-Seitenwand 23 auf: einen vorderen inneren Durchmesser-Wandbereich 23a, bei dem es sich um den vorerwähnten vorderen Bereich handelt, der mit dem Kompressorauslass 1a verbunden ist; und einen hinteren inneren Durchmesser-Wandbereich 23b, der mit einem hinteren Ende des vorderen inneren Durchmesser-Wandbereichs 23a verbunden ist.
-
Die äußere durchmesserseitige Diffusorwand 25 ist rohrförmig ausgebildet und weist einen Durchmesser auf, der allmählich von der Vorderseite zur Rückseite hin zunimmt. Genauer gesagt, weist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die äußere durchmesserseitige Diffusorwand 25 einen vorderen Bereich 25a und einen hinteren Bereich 25b mit unterschiedlichen Neigungswinkeln der Umfangswände in Bezug auf die axiale Richtung auf. Insbesondere ist die äußere durchmesserseitige Diffusorwand 25 derart ausgebildet, dass der vordere Bereich 25a derselben einen kleineren Neigungswinkel in Bezug auf die Achse C aufweist, während der hintere Bereich 25b derselben einen größeren Neigungswinkel in Bezug auf die Achse C aufweist. Die äußere durchmesserseitige Diffusorwand 25 ist derart angeordnet, dass ein hinteres Ende derselben vor einem hinteren Ende des vorderen inneren Durchmesser-Wandbereichs 23a der Innendurchmesser-Seitenwand 23 liegt.
-
Die Kammer 21 ist durch ein Kammergehäuse 37, das radial auswärts des Diffusors 19 des Bereichs 17 zum Zuführen von komprimiertem Gas vorgesehen ist, und die äußere durchmesserseitige Diffusorwand 25 gebildet. Das Kammergehäuse 37 bildet einen Bereich eines Gehäuses für die gesamte Gasturbine GE.
-
Der Bereich 17 zum Zuführen von komprimiertem Gas ist mit mehreren Streben 41 zur Verstärkung versehen, welche radial von der Innendurchmesser-Seitenwand 23 abstehen. Die mehreren Streben 41 sind in Umfangsrichtung voneinander beabstandet. Die Streben 41 dienen beispielsweise dem Stützen der Bauteile der Gasturbine GE, die um den Bereich 17 zum Zuführen von komprimiertem Gas herum angeordnet sind. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel stützen die Streben 41 die äußere durchmesserseitige Diffusorwand 25 des Bereichs 17 zum Zuführen von komprimiertem Gas. In dem dargestellten Beispiel steht genauer gesagt jede Strebe 41 derart vor, dass sie von dem hinteren inneren Durchmesser-Wandbereich 23b radial nach außen und vorn ragt.
-
Die spezifischen Strukturen der den Diffusor 19 und die Kammer 21 bildenden Elemente, beispielsweise die Arten des Verbindens der Elemente, sind nicht auf das dargestellte Beispiel beschränkt.
-
In dem Diffusor 19 des Bereichs 17 zum Zuführen von komprimiertem Gas ist ein ringförmiger teilender Führungskörper 45 vorgesehen. Der teilende Führungskörper 45 teilt die aus dem Kompressor 1 ausgelassene Strömung der komprimierten Luft CA in radialer Richtung. In dem dargestellten Beispiel teilt der teilende Führungskörper 45 die Strömung der komprimierten Luft CA in einen inneren Teilweg47 und einen äußeren Teilweg 49, welche in radialer Richtung geteilt sind. Insbesondere weist der teilende Führungskörper 45 eine derartige Form auf, dass die radiale Breite eines Querschnitts eines vorderen Bereichs desselben vom vorderen Ende zur Rückseite zunimmt. Daher wird die Luftströmung, die auf ein vorderes Ende 45a des teilenden Führungskörpers 45 trifft, in radialer Richtung nach außen und innen geteilt. In dem dargestellten Beispiel weist der Querschnitt des vorderen Bereichs des teilenden Führungskörpers 45 eine Dreiecksform auf, wobei das vordere Ende 45a eine Ecke ist.
-
Der teilende Führungskörper 45 ist durch einen Führungsstützkörper 51 an der Innendurchmesser-Seitenwand 23 des Bereichs 17 zum Zuführen von komprimiertem Gas, d.h. der Innendurchmesser-Seitenwand 23 des inneren Teilbereichs 47, gestützt. In dem dargestellten Beispiel stehen mehrere (in diesem Beispiel sechs) Führungsstützkörper 51 radial nach außen von der Innendurchmesser-Seitenwand 23 ab. In dem dargestellten Beispiel stehen die Führungsstützkörper 51 von einem vorderen Endbereich des hinteren inneren Durchmesser-Wandbereichs 23b der Innendurchmesser-Seitenwand 23 radial nach außen vor. Anders ausgedrückt sind die Führungsstützkörper 51 stromabwärts (hinter) dem Diffusor 19 angeordnet. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist jeder Führungsstützkörper 51 einstückig mit der Innendurchmesser-Seitenwand 23 ausgebildet. Der Führungsstützkörper 51 kann getrennt von der Innendurchmesser-Seitenwand 23 ausgebildet sein. Jedoch ermöglichen die einstückig mit der Innendurchmesser-Seitenwand 23 ausgebildeten Führungsstützkörper 51 eine Verringerung der Anzahl der Teile des Bereichs 17 zum Zuführen von komprimiertem Gas für den Kompressor, und sie ermöglichen eine Vereinfachung der Montage. In 2 ist, zur einfacheren Beschreibung, ein den Führungsstützkörper 51 einschließender Querschnitt auf der oberen Seite der axialen Linie C der Gasturbine GE dargestellt, während ein die Strebe 41 beinhaltender Querschnitt auf der unteren Seite der axialen Linie C dargestellt ist.
-
Die mehreren Führungsstützkörper 51 sind in gleichmäßigen Abständen voneinander in Umfangsrichtung angeordnet. Die Anordnung der Führungsstützkörper 51 in axialer Richtung und in Umfangsrichtung wird nachfolgend näher beschrieben.
-
Wie in 3 dargestellt ist jeder Führungsstützkörper 51 radial einwärts eines Übergangskanals 53 an derselben Umfangsposition wie der Übergangskanal 53 angeordnet. Der Übergangskanal 53 leitet das in dem Brenner 3 erzeugte Hochtemperatur-Verbrennungsgas G in Richtung der axial rückwärtig angeordneten Turbine 5. Insbesondere ist der Übergangskanal 53 des Brenners 3 stromabwärts eines Verbrennungsrohrs 31 verbunden, welches eine in 1 dargestellte Brennkammer 30 bildet und das Verbrennungsgas G von der Brennkammer 30 zu der Turbine 5 leitet. Der Übergangskanal 53 weist auf: einen Übergangskanalkörper 54 mit einem darin ausgebildeten Strömungsweg für das Verbrennungsgas G; und eine Kanalabdeckung 55, welche den Außenumfang des Übergangskanalkörpers 54 mit einem dazwischenliegenden Spalt abdeckt.
-
Wie in 3 dargestellt, ist die Kanalabdeckung 55 über im Wesentlichen die gesamte Fläche derselben mit mehreren Lufteinleitungslöchern 57 zum Einleiten der komprimierten Luft CA in den Brenner 3 ausgebildet. Dementsprechend wirkt die Kanalabdeckung 55 als ein Lufteinleitungselement zum Einleiten der komprimierten Luft CA in den Brenner 3. Die durch die Lufteinleitungslöcher 57 der Kanalabdeckung 55 eingeleitete Luft dient ebenfalls als ein Kühlmedium zum Kühlen der Oberfläche des Übergangskanalkörpers 54. Jeder Führungsstützkörper 51 ist an einer Stelle einwärts des die vorangehende Struktur aufweisenden Übergangskanals 53 in radialer Richtung des Gasturbinenmotors angeordnet, das heißt, an einer Stelle, an welcher der Übergangskanal 53 und der Führungsstützkörper 51 einander umfangsmäßig und axial überlappen.
-
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist jede Strebe 41 an einer Umfangsposition angeordnet, die eine Mittelposition zwischen zwei benachbarten Brennern 3 ist. Daher ist jeder Führungsstützkörper 51 an einer Umfangsposition zwischen zwei einander in Umfangsrichtung benachbarten Streben 41 angeordnet. Wie in 2 dargestellt, ist ferner jede Strebe 41 derart angeordnet, dass zumindest ein Bereich derselben den Übergangskanal 53 des Brenners 3 in Umfangsrichtung gesehen überlappt. Anders ausgedrückt befindet sich die Strebe 41 nahe einer Umfangsseitenfläche (einer in Umfangsrichtung gewandten Fläche) 53a des Übergangskanals 53.
-
Der Diffusor 19 des Bereichs 17 zum Zuführen von komprimiertem Gas mit dem zuvor beschriebenen Aufbau weist einen vorderen Diffusorbereich 61 und einen hinteren Diffusorbereich 63 auf. Ferner ist ein Diffusorrückseitenbereich 65 hinter dem hinteren Diffusorbereich 65 vorgesehen. Der vordere Diffusorbereich 61 ist ein zwischen dem vorderen inneren Durchmesser-Wandbereich 23a der Innendurchmesser-Seitenwand 23 und dem vorderen Bereich der äußeren durchmesserseitigen Diffusorwand 25 ausgebildeter Bereich und weist einen Hauptweg 67 auf, der einen axialen Bereich von dem Diffusoreinlass zum vorderen Ende des teilenden Führungskörpers 45 entspricht. Der hintere Diffusorbereich 63 ist ein Bereich, der den inneren Teilweg 47 und den äußeren Teilweg 49 umfasst, welche durch den vorderen inneren Durchmesser-Wandbereich 23a der Innendurchmesser-Seitenwand 23, den hinteren Bereich der äußeren durchmesserseitigen Diffusorwand 25 und dem zwischen diesen angeordneten teilenden Führungskörper 45 gebildet sind. Das heißt, dass der axiale Bereich des hinteren Diffusorbereichs 63 dem axialen Bereich des teilenden Führungskörpers 45 entspricht. Der Diffusorrückseitenbereich 65 ist ein Bereich, der radial auswärts des hinteren inneren Durchmesser-Wandbereichs 23b der Innendurchmesser-Seitenwand 23 ausgebildet ist, und weist einen hinteren Weg 69 auf, der stromabwärts des inneren Teilwegs 47 verbunden ist.
-
Der Führungsstützkörper 51 weist auf: einen Schenkelbereich 51a, der von der Innendurchmesser-Seitenwand 23 des Bereichs 17 zum Zuführen von komprimiertem Gas radial nach außen ragt; und einen Befestigungsbereich 51b, an welchem der teilende Führungskörper 45 befestigt ist. Wie in 4 dargestellt, ist der Schenkelbereich 51a derart geformt, dass die Breite in tangentialer Richtung von dessen vorderen Ende zur Rückseite hin zunimmt. „Tangentiale Richtung“ bedeutet eine tangentiale Richtung in Bezug auf die Umfangsrichtung der Gasturbine GE. In dem dargestellten Beispiel weist der Schenkelbereich 51a zwei Seitenflächen 51aa auf, die in die tangentiale Richtung gerichtet sind, und die beiden Seitenflächen 51aa entfernen sich in Richtung der Rückseite allmählich voneinander. Insbesondere weist der Schenkelbereich 51a im Wesentlichen die Form eines dreieckigen Stabs auf, der zur Vorderseite hin verjüngt ist.
-
Wie in 2 dargestellt, ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der teilende Führungskörper 45 an dem Befestigungsbereich 51b des Führungsstützkörpers 51 mittels eines Schraubenelements 71 befestigt, das sich durch den Befestigungsbereich 51b des Führungsstützkörpers 51 von der Rückseite her erstreckt und in den teilenden Führungskörper 45 geschraubt ist. Die Art der Befestigung des teilenden Führungskörpers an dem Führungsstützkörper 51 ist nicht auf das genannte Beispiel beschränkt. Wenn beispielsweise der teilende Führungskörper 45 einen oberen Bereich (radial auswärts gerichteten Bereich) des Führungsstützkörpers 51 überlagert, kann der teilende Führungskörper 45 an dem Führungsstützkörper 51 mittels eines Schraubenelements befestigt werden, das sich von radial außen durch den teilenden Führungskörper 45 erstreckt und in den Führungsstützkörper 51 geschraubt ist. Wenn jedoch die Befestigungsstruktur, in welche das Schraubelement 71 von der Rückseite her wie beschrieben eingeschraubt ist, verwendet wird, wird verhindert, dass die komprimierte Luft CA direkt auf das Schraubenelement 71 auftrifft, wodurch das Auftreten eines Druckverlusts aufgrund des Schraubenelements 71 vermieden werden kann, und die Montage des teilenden Führungskörpers 45 und des Führungsstützkörpers 51 vereinfacht werden kann.
-
Nachfolgend wird die Funktion des Bereichs 17 zum Zuführen von komprimiertem Gas der Gasturbine GE gemäß der vorbeschriebenen Konfiguration dargelegt.
-
Die aus dem Kompressorauslass 1a ausgelassenen komprimierte Luft CA strömt in den Diffusor 19 des Bereichs 17 zum Zuführen von komprimiertem Gas, passiert den Diffusor 19 und die Kammer 21, und wird in die Lufteinleitungslöcher 57 des Brenners 3 eingeleitet. Ein Bereich des Diffusors 19 vom Hauptweg 67 zum inneren Teilweg 47 und dem äußeren Teilweg 49 ist derart ausgebildet, dass die Strömungswegfläche desselben in radial rückwärtiger Richtung allmählich zunimmt, wobei es sich um die Bewegungsrichtung des komprimierten Luftstroms handelt, wodurch der statische Druck der komprimierten Luft CA rückgewonnen wird. Insbesondere kann, da der Strömungsweg für die komprimierte Luft CA durch den teilenden Führungskörper 45 radial geteilt ist, in dem hinteren Diffusorbereich 53 des Diffusors 19 im Vergleich mit einem einzelnen Strömungsweg, der dieselbe Strömungsweglänge aufweist, ein größeres Verhältnis der Rückgewinnung von statischem Druck erreicht werden. Da der Bereich 17 zum Zuführen von komprimiertem Gas mit dem Diffusorrückseitenbereich 65 versehen ist, der im hinteren inneren Durchmesser-Wandbereich 23b ausgebildet ist und einen radial einwärts ausgenommenen Ausnehmungsbereich aufweist, strömt ferner die den inneren Teilweg 47 passierende komprimierte Luft CA in den relativ breiten Raum des Ausnehmungsbereichs, wodurch der statische Druck weiter rückgewonnen wird. Die Führungsstützkörper 51, welche den teilenden Führungskörper 45 stützen, sind somit an der Innendurchmesser-Seitenwand 23 des Bereichs 17 zum Zuführen von komprimiertem Gas vorgesehen, und der Raum hinter dem teilenden Führungskörper 45 kann effektiv verwendet werden, um ein größeres Verhältnis der Rückgewinnung von statischem Druck zu erreichen.
-
Da jeder Führungsstützkörper 51 von der Innendurchmesser-Seitenwand 23 des Bereichs 17 zum Zuführen von komprimiertem Gas absteht, wirkt der Führungsstützkörper 51 auch als ein umfangsmäßig teilender Körper, der die Strömung der komprimierten Luft CA, welche den inneren Teilweg 47 passiert, umfangsmäßig teilt, wie in 4 dargestellt. Daher erreicht ein Teil der von dem Kompressor 1 kommenden komprimierten Luft CA eine innere durchmesserseitige Fläche 53b des Übergangskanals 53 durch den in 2 dargestellten äußeren Teilweg 49, während der andere Teil der komprimierten Luft CA in Umfangsrichtung in den inneren Teilweg 47 abzweigt und gleichmäßig eine äußere durchmesserseitige Fläche 53c des Übergangskanals 53 von den gegenüberliegenden Seitenflächen 53a erreicht. Die komprimierte Luft CA kann den Räumen zwischen den mehreren Übergangskanälen gleichmäßig durch den engen Raum zwischen den Übergangskanälen 53 und der Innendurchmesser-Seitenwand 23 zugeführt werden. Da die komprimierte Luft CA durch die in der Oberfläche des Übergangskanals 53 vorgesehenen mehreren Lufteinleitungslöcher 57 in jeden der Brenner 3 strömt, wird der Strom der komprimierten Luft CA gleichmäßig der gesamten Fläche des Übergangskanals 53 zugeführt und in den Brenner 3 eingeleitet, wodurch der Druckverlust extrem wirksam verringert wird. Da der Schenkelbereich 51a des Führungsstützkörpers 51 derart geformt ist, dass die Breite in tangentialer Richtung von dem vorderen Ende zur Rückseite hin zunimmt, das heißt im Wesentlichen die Form eines dreieckigen Stabs, der in Richtung der Vorderseite verjüngt ist, aufweist, kann bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie in 4 dargestellt, insbesondere der Strom der komprimierten Luft CA in Umfangsrichtung geteilt werden, während der Druckverlust aufgrund der Führungsstützkörper 51 verringert wird.
-
Wie sich aus 2 ergibt sind die Führungsstützkörper 51 darüber hinaus nur durch die Innendurchmesser-Seitenwand 23 gestützt, von den benachbarten Elementen, wie der Außendurchmesser-Seitenwand 25 des Diffusors und den Streben 41, getrennt ausgebildet, und von diesen Elementen beabstandet angeordnet. Der Freiheitsgrad beim Anordnen der Führungsstützkörper 51 als umfangsmäßige Strömungsteilerkörper ist gewährleistet. Obwohl die Führungsstützkörper 51 in dem dargestellten Beispiel hinter dem Diffusor 19 angeordnet sind, können die Führungsstützkörper 51 in dem Diffusor 19 angeordnet werden.
-
Wie in 3 dargestellt ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ferner der Übergangskanal 53 jedes Brenners 3 an einer Umfangsposition zwischen zwei einander in Umfangsrichtung benachbarten Streben 41 angeordnet, und der Führungsstützkörper 51 ist radial einwärts des Übergangskanals 53 angeordnet. Die durch den Führungsstützkörper 51 in Umfangsrichtung geteilte komprimierte Luft CA wird durch die Strebe 41, die sich nahe der Seitenfläche 53a des Übergangskanals 53 befindet, in Richtung des Übergangskanals 53 gleitet. Somit kann der Druckverlust effektiver verringert werden.
-
Wie zuvor beschrieben wird bei der Gasturbine GE gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der teilende Führungskörper 45 zum Teilen des komprimierten Gases in radialer Richtung von der Innendurchmesser-Seitenwand 23, welche den Bereich 17 zum Zuführen von komprimiertem Gas bildet, gestützt. Daher sind die Beschränkungen bei der Anordnung des teilenden Führungskörpers 45 in Umfangsrichtung und in axialer Richtung verringert, und der Freiheitsgrad des Anordnens des teilenden Führungskörpers 45 und der Führungsstützkörper 51 ist gewährleistet. Um den Druckverlust der komprimierten Luft CA effektiv zu verringern, können der teilende Führungskörper 45 und die Führungsstützkörper 51 angeordnet werden, wobei auch das Positionsverhältnis zu anderen Bauteilen (in dem vorangehenden Beispiel die Übergangskanäle 53 der Brenner 3, die Streben 41 und dergleichen) des Gasturbinenmotors berücksichtigt werden kann. Der Druckverlust der komprimierten Luft kann ausreichend verringert werden, während eine Zunahme der Größe des Gasturbinenmotors vermieden wird.
-
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die komprimierte Luft CA unter Verwendung des einzelnen teilenden Führungskörpers 45 in zwei Teilwege, die radial innen und radial außen vorgesehen sind (d.h. einen inneren Teilweg 47 und einen äußeren Teilweg 49), geteilt. Durch das Verwenden von mehreren teilenden Führungskörper 45, die in radialer Richtung angeordnet sind, kann jedoch die komprimierte Luft CA in drei oder mehr Teilwege (einen inneren Teilweg 47 und mehrere äußere Teilwege 49) geteilt werden. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Gasturbinenmotor, der Luft als Arbeitsgas verwendet, als Beispiel für den Gasturbinenmotor GE beschrieben. Jedoch fällt auch ein Gasturbinenmotor, der ein von Luft verschiedenes Arbeitsgas verwendet, wie beispielsweise Methangas, ebenfalls in den Rahmen der vorliegenden Erfindung.
-
Zwar wurde die vorliegende Erfindung zuvor in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsbeispielen derselben unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben, jedoch sind zahlreiche Zusätze, Änderungen oder Auslassungen möglich, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Derartige Zusätze, Änderungen oder Auslassungen gelten somit als in den Rahmen der vorliegenden Erfindung fallend.
-
[Bezugszeichen]
-
- 1
- Kompressor
- 3
- Brenner
- 5
- Turbine
- 17
- Bereich zum Zuführen von komprimiertem Gas
- 19
- Diffusor
- 23
- Innendurchmesser-Seitenwand des Bereichs zum Zuführen von komprimiertem Gas
- 25
- Außendurchmesser-Seitenwand des Diffusors
- 41
- Strebe
- 45
- teilender Führungskörper
- 47
- innerer Teilweg
- 49
- äußerer Teilweg
- 51
- Führungsstützkörper
- 51a
- Schenkelbereich des Führungsstützkörpers
- 51b
- Befestigungsbereich des Führungsstützkörpers
- 53
- Übergangskanal
- CA
- komprimierte Luft (komprimiertes Gas)
- GE
- Gasturbinenmotor
