JP2003214117A - 地上又は航空ガスタービン用ディフューザ - Google Patents

地上又は航空ガスタービン用ディフューザ

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Abstract

(57)【要約】 【課題】圧力損失を実質的に低減できるガスタービンデ
ィフューザを提供する。 【解決手段】ガスタービンエンジン用ディフューザ１０
は、タービンの最終段と排出ケーシングとの間に配置さ
れ、そして流体の流れ方向Ｆに広がる流体の環状通路１
８をともに画定する外側環状壁１６ａ及び内側環状壁１
６ｂを有し、外側及び内側環状壁１６ａ、１６ｂの少な
くとも一方は、環状通路から、流体の一部を排出する手
段に通じる少なくとも一つの収集ボックス２２へ延び、
環状通路内の流体の流速を低減させる複数の開口部２０
を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、地上型又は航空型
のガスタービンエンジン用ディフューザの一般的な分野
に関するものである。より詳細には本発明は、タービン
とガスタービンエンジンの排出ケーシングとの間に配置
されたディフューザに関する。
【０００２】地上又は航空ガスタービンの機能は、オル
タネータ（地上タービン）か又はコンプレッサー（航空
タービン）を駆動するのに十分な動力を供給することに
ある。このために、ガスタービンは、タービンエンジン
の燃焼室から入ってくる高温圧縮ガスのエネルギーの一
部を取り込み、そしてこうして取り込んだエネルギーの
一部を機械的エネルギーに変換する。タービンは一般的
に多数の段を備え、各段は、ステーターノズルと、ノズ
ルの後に配置され、ガスの流れを加速させる可動ホィー
ルとを備えている。そしてタービンの最終段からのガス
は、排出ケーシングに供給される。
【０００３】タービンからすぐ下流側に配置された排出
ケーシングは、ディフューザと、複数のケーシングアー
ムとによって構成される。ケーシングアームは、本質的
には、非軸方向タービンの出口におけるガスの流れをま
っすぐにし、かつエンジンの内部へ冷却空気を通すよう
に作用する。ディフューザは、タービンの最終段からの
ガスの圧力を高め、かつ流速を低減するように作用す
る。この目的のために、ディフューザは通常、米国特許
第２５９４０４２号明細書に示されるように、ガスの通
路を形成し、ガスの流れ方向に広がる壁を備えている
（特許文献１参照）。
【０００４】排出ケーシングは、典型的にはケーシング
アームの前縁部におけるガスの流速の二乗に比例する圧
力損失を受ける。例えば、地上タービンの場合、ガス
は、タービンの最終段の可動ホィールからの出口におい
てマッハ０．６に近い速度に達する。ディフューザは、
ケーシングアームの前縁部において流速を約マッハ０．
４５に減速させることができ、これにより圧力損失は約
５％となる。しかしながら、約マッハ０．４５のガスの
流速でもなお高い値を成している。ディフューザを構成
する壁の傾斜は、この壁における境界層の厚さが厚くな
る危険があるので、ある一定の値を超えてはならない。
境界層が厚いと、ディフューザの効率を阻害する分離に
つながる。ディフューザの壁からの分離が生じると、そ
れより下流側の空気力学的部分は、その幾何学的部分よ
り非常に小さいため、ディフューザは拡散機能を実行す
るのを妨げられる。さらに、タービンをコスト、質量、
及び性能の点で最適化することにより、一般的には、段
当りの負荷は高くなり、タービンの最終段からの出口に
おけるガスの流速は非常に増大する。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第２，５９４，０４２号明細書
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、圧力損失を
実質的に低減できるガスタービンディフューザを提供す
ることにより、そのような欠点を軽減することを目的と
している。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この目的のため、本発明
は、タービンの最終段と排出ケーシングとの間に配置さ
れ、流体の流れ方向に広がる流体の環状通路をともに画
定する外側環状壁及び内側環状壁を有する、ガスタービ
ンエンジン用ディフューザを提供し、該ディフューザ
は、外側及び内側環状壁の少なくとも一方が、環状通路
内の流体の流速を低減させるように、環状通路から流体
の一部を排出する手段に通じる少なくとも一つの収集ボ
ックスへ延びる複数の開口部を備えていることを特徴と
している。
【０００８】結果として、ディフューザの環状壁の少な
くとも一方を通って形成された開口部は、環状通路を通
過する流体の部分を排出するため収集ボックスを介して
作用し、それにより環状通路内の流体の流速を低減で
き、従って圧力損失を最少化できる。ディフューザの壁
における境界層の厚さが厚くなり、分離する危険も避け
られる。収集ボックスは、少なくとも一つの流体排出チ
ャンネルに接続される。有利には、ディフューザはさら
に、排出されることになる流体の所定の流速を制御し監
視する吸引手段を有する。
【０００９】環状壁の少なくとも一方を通って形成され
た開口部は、壁に対して実質的に垂直である穴又は細長
いスロット、或いは壁に対して流体の流れ方向に実質的
に傾斜した穴又は細長いスロットであることができる。
【００１０】本発明の他の特徴及び利点は、本発明を限
定しない本発明の実施の形態を示す添付図面を参照する
以下の説明から明らかとなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１Ａにはディフューザ１０が示
され、このディフューザ１０はガスタービンの最終段の
可動ホィール１２の直ぐ下流側に配置されている。ここ
で「下流側」とは、タービンからのガス状流体の流れ方
向にあり、矢印Ｆで示す。特にガスの流れを真っ直ぐに
するように作用するケーシングアーム１４が、ディフュ
ーザ１０の下流側に設けられる。
【００１２】ディフューザ１０は、タービンからのガス
の環状通路１８を形成するように、外側環状壁１６ａ及
び内側環状壁１６ｂを備えている。環状壁１６ａ及び１
６ｂは、流速を低減しかつ環状通路１８を通過するガス
の圧力を高めるように、環状通路１８が、ガスの流れ方
向Ｆに広がるように構成されている。外側環状壁１６ａ
は広がっているが、内側環状壁１６ｂは、このディフュ
ーザに取付けられたエンジンの軸線（図示していない）
に実質的に平行である。また、内側環状壁１６ｂが（流
体に対して）広がり、他方外側環状壁１６ａがエンジン
の軸線に平行であるように、ディフューザを構成するこ
とも可能である。
【００１３】本発明において、ディフューザ１０は、そ
の外側環状壁１６ａ及び／又はその内側環状壁１６ｂを
通る複数の開口部２０を備える。これらの開口部２０
は、環状通路１８から、環状通路を通るガスの一部を排
出する手段に通じる少なくとも一つの収集ボックス２２
へ延びている。
【００１４】図１Ａにおいて、外側環状壁１６ａにのみ
開口部２０が設けられている。図示された開口部２０
は、外側環状壁１６ａに対してガスの流れ方向Ｆに実質
的に傾斜している穴である。また開口部２０は、外側環
状壁１６ａ及び／又は内側環状壁１６ｂに実質的に垂直
であってもよい（図２）。
【００１５】図１Ｂに示す第２の変形では、開口部２０
は、外側環状壁１６ａの円弧状領域に延びる、複数の細
長いスロットの形態であり得る。これらのスロットは、
同様に外側環状壁１６ａに対してガスの流れ方向Ｆに実
質的に垂直であるか又は実質的に傾斜し得る。
【００１６】更に別の変形例（図示していない）では、
開口部２０は、径方向にオフセットした上流側壁及び下
流側壁を備えた、「スクープ」型の一つ以上のスロット
で構成され得る。この形式の面取りしたスロットは、排
出手段に向かってガスをより良好に案内する。
【００１７】全ての穴２０から排出されることになるガ
スを収集するため、単一の環状ボックス２２が設けられ
得、又は排出すべきガスの流れがより均一となるのを確
実にするように、各開口部２０（又は複数の開口部）に
対して、ボックス例えば円筒状ボックスが設けられ得
る。
【００１８】一つ又は複数のガス収集ボックス２２は、
好ましくは、少なくとも一つのガス排出チャンネル２４
に接続される。ボックス２２毎に、一つ以上の排出チャ
ンネル２４を設けてもよい。ディフューザの内側環状壁
１６ｂに開口部２０が設けられる際には、単数又は複数
のチャンネル２４が、ガスをディフューザの外部へ排出
するためにケーシングアーム１４に沿って延び得る。
【００１９】本発明の有利な特徴によれば、ディフュー
ザはさらに、排出されるガスの一部を吸引する吸引手段
２６を有する。これらの吸引手段２６は、パイロット
弁、ポンプ、コンプレッサー、又はガスの所望の流れを
吸引できる任意の他のシステムによって構成され得る。
従って、排出されるガスの所望の流量を制御し監視する
ことができる。
【００２０】しかしながら、排出するガスの流量を制御
する必要がない場合には、外側環状壁１６ａ及び／又は
内側環状壁１６ｂに形成された開口部２０を通過するガ
スは、ガスの収集ボックス及び排出チャンネルを通さず
に、ディフューザの外部へ直接案内される。このような
場合には、環状通路１８とディフューザの外部との圧力
差により、十分にガスは開口部２０を介して吸引され
る。
【００２１】図２には、ダブルフロー航空ガスタービン
エンジンに適用した本発明のディフューザを示してい
る。ディフューザ１０は、ガスタービンの最終段の可動
ホィール１２の直ぐ下流側に配置されている。ディフュ
ーザの外側壁１６ａ及び内側壁１６ｂは、タービンから
のガスの第１の広がり環状通路１８を画定している。こ
の第１の広がり環状通路１８は、普通「高温流」通路と
呼ばれる。ディフューザの外側壁１６ａ及び内側壁１６
ｂのまわりに、同軸に付加的な壁１６ｃが設けられ、そ
れによりエンジンのファン（図示していない）によって
吸引される空気の第２の環状通路２８を画定する。この
第２の環状通路２８は、「低温流」通路と呼ばれる。
【００２２】本発明においては、内側壁１６ｂは、第１
の環状通路１８から、少なくとも一つのガス排出チャン
ネル２４に接続された少なくとも一つの収集ボックス２
２へ通じる複数の開口部２０を備えている。単数又は複
数の排出チャンネル２４は、第１の環状通路１８に取付
けられたケーシングアーム１４に沿って、そして第２の
環状通路２８に取付けられたケーシングアーム３０を介
して延びている。ディフューザ１０はまた、排出される
ことになるガスの一部を吸引する吸引手段２６を有し得
る。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】本発明のディフューザの縦断面図である。
【図１Ｂ】本発明のディフューザの第２の実施の形態の
部分図である。
【図２】ダブルフロー航空ガスタービンエンジンに適用
された本発明のディフューザの縦断面図である。
【符号の説明】
１０ ディフューザ １２ 最終段の可動ホィール １４ ケーシングアーム １６ａ 外側環状壁 １６ｂ 内側環状壁 １８ 環状通路 ２０ 開口部 ２２ ガス収集ボックス ２４ 排出チャンネル ２６ 吸引手段 ２８ 第２の環状通路 ３０ ケーシングアーム

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 タービンの最終段と排出ケーシングとの
    間に配置され、流体の流れ方向（Ｆ）に広がる流体の環
    状通路（１８）をともに画定する外側環状壁（１６ａ）
    及び内側環状壁（１６ｂ）を有する、ガスタービンエン
    ジン用ディフューザ（１０）であって、 外側及び内側環状壁（１６ａ、１６ｂ）の少なくとも一
    方が、前記環状通路内の前記流体の流速を低減させるよ
    うに、前記環状通路から前記流体の一部を排出する手段
    に通じる少なくとも一つの収集ボックス（２２）へ延び
    る複数の開口部（２０）を備えていることを特徴とす
    る、ガスタービンエンジン用ディフューザ。
  2. 【請求項２】 前記複数の開口部（２０）が、排出され
    る流体の一部を収集する単一の環状収集ボックス（２
    ２）に連通していることを特徴する、請求項１に記載の
    ガスタービンエンジン用ディフューザ。
  3. 【請求項３】 少なくとも一つのボックス（２２）が、
    少なくとも一つの流体排出チャンネル（２４）に接続さ
    れていることを特徴する、請求項１又は２に記載のガス
    タービンエンジン用ディフューザ。
  4. 【請求項４】 前記少なくとも一つの流体排出チャンネ
    ル（２４）が、ガスタービンエンジンからの高温流を画
    定する前記環状通路（１８）、及び前記環状通路（１
    ８）と同軸に低温流を画定する第２の環状通路（２８）
    に取付けられた、ケーシングアーム（１４、３０）を介
    して通ることを特徴する、請求項３に記載のガスタービ
    ンエンジン用ディフューザ。
  5. 【請求項５】 さらに、排出される流体の一部を吸引す
    る吸引手段（２６）を有することを特徴する、請求項１
    から４のいずれか一項に記載のガスタービンエンジン用
    ディフューザ。
  6. 【請求項６】 前記開口部（２０）が、全て前記環状壁
    に実質的に垂直であることを特徴する、請求項１から５
    のいずれか一項に記載のガスタービンエンジン用ディフ
    ューザ。
  7. 【請求項７】 前記開口部（２０）が、全て前記流体の
    流れ方向（Ｆ）において前記環状壁に対して実質的に傾
    斜していることを特徴する、請求項１から５のいずれか
    一項に記載のガスタービンエンジン用ディフューザ。
  8. 【請求項８】 前記開口部（２０）が、前記環状壁に実
    質的に垂直な細長いスロットであることを特徴する、請
    求項１から５のいずれか一項に記載のガスタービンエン
    ジン用ディフューザ。
  9. 【請求項９】 前記開口部（２０）が、前記流体の流れ
    方向（Ｆ）において前記環状壁に対して実質的に傾斜し
    ている細長いスロットであることを特徴する、請求項１
    から５のいずれか一項に記載のガスタービンエンジン用
    ディフューザ。
  10. 【請求項１０】 前記開口部（２０）が、前記排出手段
    に向かって排出される流体の一部の案内を改善するよう
    に面取りしたスロットであることを特徴する、請求項８
    又は９に記載のガスタービンエンジン用ディフューザ。
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