JP2002516943A - ガス・タービン構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 インペラ（７）を備えたコンプレッサ（２）、インペラ（１２）を備え且つコンプレッサ（２）に接続されたタービン（３）、およびタービン・インペラ（１２）に接続されてコンプレッサ・インペラ（７）とタービン・インペラ（１２）との発生する軸方向の力に対抗するように構成された釣合部材（１８）を備えるガス・タービン構造において、釣合部材（１８）が圧力流体によって作動するように構成されたガス・タービン構造。このガス・タービン構造（１）は、前記作動に使用する圧力流体の少なくとも一部を、タービン（３）の少なくとも一部に案内し、その温度に影響を与えるように配置された少なくとも１つの通路（２６）を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （発明の背景および従来の技術） 本発明は、インペラを備えたコンプレッサ、インペラを備え且つコンプレッサ
に接続されたタービン、およびタービン・インペラに接続されてコンプレッサ・
インペラおよびタービン・インペラの発生する軸方向の力に対抗するように構成
された釣合部材を有するガス・タービン構造であって、釣合部材が圧力流体によ
って作動するように構成されたガス・タービン構造に関するものである。

【０００２】 従来の技術によるそのようなガス・タービン構造では、通常、コンプレッサ・
インペラはタービン・インペラと同軸に接続される。そして、コンプレッサ・イ
ンペラおよびタービン・インペラは、通常、２つのインペラの反対両側の端部区
域に配置された軸受に担持される。

【０００３】 コンプレッサ・インペラおよびタービン・インペラは、通常、異なる種類のブ
レードを有し、さらにタービン・インペラによって生成される動力の方が普通は
大きいので、２つのインペラによって生成される反対方向に配向された軸方向の
力は、完全には相互に相殺しない。したがって、その結果として軸方向の力が生
じる。アキシアル軸受、または前記結果として生じる軸方向の力を担持するよう
になっている軸受にかかる力を減少させるため、従来技術によるガス・タービン
構造は、インペラと同軸に、且つコンプレッサ・インペラから離れたタービン・
インペラの端部に取り付けられる釣合ピストンを備える。そして、釣合ピストン
は軸と一体化された円盤形状の部片によって形成されていてもよく、この軸は前
記部片を介してタービン・インペラに接続され、且つタービン・インペラから突
出している。釣合ピストン内に軸方向力を発生させるために、冷却目的でコンプ
レッサから引き出された圧縮空気の一部が釣合ピストンに案内され、タービン・
インペラから離れた釣合ピストンの側部に力を加えるようにされている。これに
よってコンプレッサ・インペラ／タービン・インペラ・ユニットのこの端部のア
キシアル軸受を除外することさえ可能である。

【０００４】 釣合ピストンの作動に用いた圧縮空気は、その目的を果たした後、できるだけ
少量に限ってタービンの主流れ通路に流出するようにされている。圧縮空気がさ
らに利用されることはない。

【０００５】 （発明の概要） 本発明の目的は、釣合部材の作動に使用する圧力流体が、特にガス・タービン
構造の冷却のために抜き取る圧縮空気量を減少するように、または所定量の圧縮
空気を抜き取ることでタービンに含まれる構成要素の温度に大きな影響を与える
ように、用いられるように構成されたガス・タービン構造を達成することである
。本明細書では、「温度に対する影響」とは主に冷却を意味するが、特定の運転
段階において所望により実施され得る特定構成要素の加熱であってもよい。

【０００６】 この目的は、最初に規定したようなガス・タービン構造によって達成され、こ
れは、前記作動のために使用する圧力流体の少なくとも一部を、タービンの少な
くとも一部へと案内し、その温度に影響を与える。温度に対する影響とは、主に
冷却を意味するが、有利であることが発見された場合は、圧力流体をタービンの
前記一部の加熱に使用することも当然可能である。

【０００７】 好ましい実施形態によると、前記タービンの一部がインペラ部分である。これ
によって、圧力流体による、望ましいインペラ部分の冷却を果たすことが可能と
なる。 好ましい実施形態によると、インペラ部分はインペラ・ディスクである。通常
、タービンのインペラ・ディスクは、冷却が望ましいか、または必要である。し
かし、冷却用空気をその全部に案内するためには特定の構造的解決策が必要であ
る。タービンの１つまたは複数のインペラ・ディスクの温度に影響を与えるため
に、好ましくは抜き取られた圧縮空気からなる釣合部材の圧力流体を使用するこ
とによって、特に釣合部材はインペラ・ディスクに関連して適切に配置されてい
るので、圧力流体をインペラ・ディスクに案内することを技術的に単純に解決す
ることができる。

【０００８】 さらに別の好ましい実施形態によると、釣合部材がタービン・インペラの端部
に取り付けられ、前記通路がインペラの端部と釣合部材との間に形成された空間
に通じている。これにより、一列に並んだインペラ・ディスクの最後の１つが十
分に冷却される。 さらに別の好ましい実施形態によると、ガス・タービン構造は、前記温度に対
して影響するように使用した圧力流体がタービンの主流れ通路へと漏出できるよ
うに配置された少なくとも１本の漏出通路を備える。これにより、圧力流体は前
述した空間に連続的に流入して通過するようになる。さらに、前記インペラ・デ
ィスクとともに前記空間を画定する釣合部材の表面の冷却もまた、都合よく達成
される。

【０００９】 さらに別の好ましい実施形態によると、釣合部材は、タービン・インペラと同
軸上でタービン・インペラの下流端に取り付けられる軸を備える。軸は既知の方
法で円盤形状の部片を備えることができ、その部片を介してタービン・インペラ
に取り付けられていてもよく、その部片は、圧力流体がタービン・インペラに向
かう方向の圧力を加える壁を画定してもよい。 さらに別の好ましい実施形態によると、前述した通路は、軸の外周から軸を通
して軸方向に前記空間まで延在する。通路は、軸の外周から軸の中心区域まで延
在する少なくとも１つの半径方向の穴と、前記半径方向穴と前記空間の端部とに
接続する少なくとも１つの軸方向の穴とを有することが好ましい。 さらに別の好ましい実施形態によると、釣合部材は圧力室を備え、これは圧力
流体を内部に案内する開口を有している。前記通路は圧力室に接続することが好
ましい。このような方法で、タービン・インペラの最も下流に配置されたインペ
ラ・ディスクへの圧力流体／圧力媒体の確実な流れを達成することができる。

【００１０】 本発明によるガス・タービン構造のさらに別の利点および特徴は、特許請求の
範囲の従属請求項および以下の説明から明白になるであろう。 以下に、本発明によるガス・タービン構造の実施形態について、添付図面を参
照して非制限的な例によって説明する。

【００１１】 （実施形態の詳細な説明） 本発明によるガス・タービン構造１は、その構成が図１に図示され、コンプレ
ッサ２およびタービン３を備える。さらに、これは燃焼室４を備え、ここでは環
状の種類である。燃焼室４には複数のバーナー部材５が配置される。これらは、
燃焼室４の内部に高温の気体を発生させるように、内部に燃焼を引き起こす。燃
焼室４は一端に出口を備え、発生した気体は出口を介してタービン３へと流入し
、それを運転することができる。コンプレッサ２は、圧縮媒体、この場合は圧縮
空気をバーナー部材５へと送出する目的を主に有し、圧縮媒体／空気は燃焼のた
めに用いられる。

【００１２】 コンプレッサ２、燃焼室４およびタービン３は同軸に配置され、その順序で相
互に接続される。 コンプレッサ２は、ステータ６およびインペラ７を備える。ステータ６は複数
の案内羽根リング８を備え、これは既知の方法で複数の案内羽根を有している。

【００１３】 インペラ７は複数のディスク９で形成され、これは電子ビーム溶接で相互に溶
接することが好ましい。インペラ・ディスク９の半径方向外側で、個々のインペ
ラ・ディスク９上にインペラ羽根１０が配置される。 タービン３はステータ１１およびインペラ１２を備える。インペラ１２は複数
の、この場合は３枚のインペラ・ディスク１３を備え、その上にインペラ羽根１
４のリングが既知の方法で配置される。

【００１４】 コンプレッサ・インペラ７は、環状燃焼室４の中心を通って延在する接続部材
１５を介してタービン・インペラ１２と接続される。接続部材１５は、本明細書
では基本的に管の形状である。コンプレッサ・インペラ７およびタービン・イン
ペラ１２は、それらのインペラの反対両側の端部に配置された軸受部材１６、１
７に掛けられている。

【００１５】 図２から明白であるように、ガス・タービン構造は釣合部材１８を備え、これ
はタービン・インペラ１２の一方の端に接続された円盤形状部片１９と、円盤形
状部片に接続された軸部分２０とを備える。軸部分２０は、タービン・インペラ
１２から離れる方向に延在し、軸受部材１７によって担持される。釣合部材１８
は、軸ボルト３０によってタービン・インペラ１２のインペラ・ディスク１３と
ともにねじで締め付けられる。釣合部材１８は、下流に位置するタービン・イン
ペラ１２の端部に取り付けられる。

【００１６】 釣合部材１８は、円盤形状部片１９の側部であってタービン・インペラ１２か
ら離れた方向を向いた側部に配置された圧力室２１を備える。圧力流体が圧力室
２１へと流入できるように、１つまたは複数の開口２２が配置される。圧力流体
は、コンプレッサから抜き取られた、高い圧力および比較的高い温度を有する圧
縮空気であることが好ましい。

【００１７】 軸部分２０の外周区域には、本質的に半径方向の穴２３が軸部分２０の中心に
向かって穿孔されている。さらに、軸部分２０の中心には、本質的に軸方向の穴
２４が延在し、それは端部の一方の区域で半径方向の穴２３と接続し、他方の端
部ではタービン・インペラ１２の最後のインペラ・ディスクと円盤形状部片１９
とによって画定された空間２５で終了する。半径方向の穴２３は圧力室２１と接
続し、軸方向の穴２４とともに、圧力室２１から空間２５へと圧力流体／圧力空
気を伝達するよう配置される通路２６を形成する。

【００１８】 さらに、圧力流体を空間２５からタービン３の主流れ通路へと移動できるよう
に、空間２５の半径方向外周に沿って複数の漏出通路２７が設けられる。 さらに、圧力流体が部片１９と、この部片１９とともに圧力室２１を画定する
壁部分２９との間に漏出するのを可能な限り防止するために、円盤形状部片１９
の外周に沿って密封部材２８が配置される。

【００１９】 本発明の範囲から逸脱する必要なく、特許請求の範囲によって規定された本発
明によるガス・タービン構造の幾つかの改造および変形が当業者には明白である
ことは明瞭である。 例えば、軸方向の穴を介して冷却用圧縮空気を最後のインペラ・ディスクの空
間から残りのインペラ・ディスクへと案内してそれを冷却するように、タービン
３の１つまたは複数のインペラ・ディスク１３にこの穴を設けることが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるガス・タービンを示す側断面図である。

【図２】 図１によるガス・タービン構造の一部分の側断面図である。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１２年５月１６日（２０００．５．１６）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ， ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，Ｎ Ｏ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ， ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インペラ（７）を備えたコンプレッサ（２）と、 インペラ（１２）を備え、且つコンプレッサ（２）に接続されたタービン（３
   ）と、 タービン・インペラ（１２）に接続され、且つコンプレッサ・インペラ（７）
   およびタービン・インペラ（１２）の発生する軸方向力に対抗するように構成さ
   れた釣合部材（１８）とを有するガス・タービン構造であって、 釣合部材（１８）が圧力流体によって作動するように構成されたガス・タービ
   ン構造において、 前記タービン（３）の温度に影響を与えるために前記作動に用いられる圧力流
   体の少なくとも一部を前記タービン（３）の少なくとも一部に導くように構成さ
   れた少なくとも１つの通路（２６）を有することを特徴とするガス・タービン構
   造。
2. 【請求項２】 タービン（３）の前記一部がインペラ部分（１３）であるこ
   とを特徴とする、請求項１に記載のガス・タービン構造。
3. 【請求項３】 インペラ部分がインペラ・ディスク（１３）であることを特
   徴とする、請求項２に記載のガス・タービン構造。
4. 【請求項４】 釣合部材（１８）がタービン・インペラ（１２）の端部に取
   り付けられ、前記通路（２６）がインペラ（３）の該端部と釣合部材（１８）と
   の間に形成された空間（２５）へ通じていることを特徴とする、請求項１から請
   求項３までのいずれか１項に記載のガス・タービン構造。
5. 【請求項５】 温度に影響を与えるために用いられる前記圧力流体がタービ
   ン（３）の主流れ通路（３１）へ漏出するように構成された少なくとも１つの漏
   出通路（２７）を有することを特徴とする、請求項１から請求項４までのいずれ
   か１項に記載のガス・タービン構造。
6. 【請求項６】 釣合部材（１８）がタービン・インペラ（１２）と同軸の軸
   部分（２０）を有し、該釣合部材（１８）がタービン・インペラ（１２）の下流
   端で該タービン・インペラ（１２）に取り付けられていることを特徴とする、請
   求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のガス・タービン構造。
7. 【請求項７】 前記通路（２６）が、軸部分（２０）の外周から該軸部分（
   ２０）を通して延びており、且つ軸部分（２０）内を軸方向に前記空間（２５）
   まで延びていることを特徴とする、請求項４または請求項６に記載のガス・ター
   ビン構造。
8. 【請求項８】 前記通路（２６）が、軸部分（２０）の外周から軸部分の中
   心区域まで延びる少なくとも１つの半径方向の穴（２３）と、該半径方向の穴（
   ２３）に接続され且つ前記空間（２５）で終了する少なくとも１つの軸方向の穴
   （２４）とを有することを特徴とする、請求項４または請求項６に記載のガス・
   タービン構造。
9. 【請求項９】 前記通路（２６）が、軸部分（２０）の外周から該軸部分の
   中心に向かって延びる複数の本質的に半径方向の穴（２３）と、該半径方向の穴
   （２３）に接続され且つ一方の端部が前記空間（２５）で終了する少なくとも１
   つの軸方向の穴（２４）とを有することを特徴とする、請求項４または請求項６
   に記載のガス・タービン構造。
10. 【請求項１０】 釣合部材（１８）が圧力室（２１）を有し、該圧力室が圧
    力流体をその内部へ導く開口（２２）を有することを特徴とする、請求項１から
    請求項９までのいずれか１項に記載のガス・タービン構造。
11. 【請求項１１】 前記温度に与える影響が冷却作用であることを特徴とする
    、請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載のガス・タービン構造。