JP2003533631A - ガスタービンの冷却流量を制御するための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 内側バレル（２３）及び荷重支持ボルスタ（２４）が組み合わされている圧縮機（２１）を備えるガスタービン（２０）の冷却流量を制御するための装置（１０）に関する。該装置（１０）は、異なる直径の内部穴（５１）を有し、かつ内側バレル（２３）のほぼ円筒形の本体（５０）に形成された適当な孔（１４）に取り付けることができる複数の交換可能なノズル（１１）の配列を準備しており、適当な直径の内部穴（５１）を有する他のノズル（１１）を選択し、これらノズル（１１）の少なくとも一部を該他のノズル（１１）と交換することによって、内側バレル（２３）の中に流入する空気の流量を変化させることができるようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、ガスタービンの冷却流量を制御するための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

公知のように、ガスタービンは圧縮機を含んでおり、該圧縮機には、圧力を高
めるために外部環境から空気が供給される。

【０００３】 加圧状態の空気は、一連の燃焼チャンバ中に流れ込み、該一連の燃焼チャンバ
は、ノズルで終り、またその各々の中にインゼクタが空気と混合される燃料を供
給し、燃焼される可燃性空気混合物を生成する。

【０００４】 タービンは、前記燃焼チャンバ内で燃焼されるガスのエンタルピーを使用者が
利用できる機械的エネルギーに変換する。

【０００５】 本発明は、具体的にはガスタービン圧縮機の出口区域について述べる。

【０００６】 本発明により解決される技術的問題の導入にあたって、ガスタービンの効率を
向上させようとする絶え間ない努力は、タービンエンジン内部の全ての流量を最
適化することを必要とすることに注目されたい。

【０００７】 具体的には、圧縮段から供給される空気は、熱力学サイクルの点から見てかな
りの消費により生成されたものであるから、該空気は、最も重要な高温区域で更
に必要とされる冷却又は拘束機能のためではなく、できる限り燃焼に使用されな
ければならない。

【０００８】 従って、このことに関して生じる問題は、運転状態、タービンエンジンとその
構成部品の使用年数及び摩耗又は汚損の程度、及び過渡現象の間の構成部品の寸
法の変化に応じて必要とされる空気量が変化するということを考慮に入れて、様
々な区域内でこの空気を正確に計測する問題である。

【０００９】 事実、空気流量が不十分な場合には、その結果は、よくても、構成部品の寿命
を著しく縮め、ブレードが破損及び焼損する可能性がある。

【００１０】 これらの要因は、使用者にとって結果として経費が増大するというマイナスの
影響を与える懼れがあることをついでながらここで指摘しておく。

【００１１】 本発明に関連する技術的問題をより充分に理解するために、先ず最初に図１か
ら図３までを参照されたく、これらの図はそれぞれ、全体を参照符号２０で示す
従来技術によるガスタービンの断面図、ガスタービン２０の圧縮機２１の出口区
域の拡大図、及び内側バレル２３の本体５０に固定穴２２を持つ場合があるガス
タービン２０の冷却流量を制御するための従来の解決策を示す。

【００１２】 より詳細には、図１は、内側バレル２３及び荷重支持ボルスタ２４が組み合わ
された圧縮機２１を備えるガスタービン２０を示し、図１はまた、とりわけター
ビン２０のロータ２５及び２６を示す。

【００１３】 図２をより詳細に検討すれば、ケーシング２７及びブレード２８を見ることが
でき、圧縮機２１の一部、圧縮機２１の出口ディフューザ２９、荷重支持ボルス
タ２４の通気出口３３、及び内側バレル２３の空気シール３０と３１を形成して
いる。図２はまた、ロータ３２の１部分も示す。

【００１４】 冷却及びシールのための空気流量を正確に計測するために現在用いられている
解決策は、供給管／導管のオリフィスの仕様を確定することと、回転部材と相補
形のステータ構成部品内に形成されたラビリンスとの間の遊びの程度を決定する
ことからなっている。

【００１５】 従って、オリフィス及びラビリンス（図３参照）は、設計の観点からすれば相
互依存しており、試作品の完成の間に正確に決定されるので、設計の極端な条件
及び偏りは安全に処理することができる。

【００１６】 従って、このことは、これらの調整及び公差は組み立ての間に製造業者により
規定されることを意味する。

【００１７】 しかしながら、顧客側での機械の効率を向上させる必要性は、非常に効率的で
、しばしば過度に効率的過ぎ、上述の深刻な危険を招くことなるシールを使用す
ることにより、必要な絶対最小量まで空気流量を減少させる結果になる。

【００１８】 具体的には、圧縮機２１から、機械２０の最内部分（図１〜図２）、特に内側
バレル２２の内部に位置する区域に向かって逸出する空気量を減少させがちであ
った。

【００１９】 この空気は、ラビリンスシールの第１のバリヤーを通過し、次いで圧縮機２１
の荷重支持ボルスタ２４の通気孔から、第１のタービンロータの正面の空間を通
り、ブレードのシャンク上のエンゼルウィングとケーシングに取り付けられた固
定シールで形成されたラビリンスを通って逸出する。

【００２０】 従って、この空気の機能は、ボルスタ２４中のオイル蒸気及びタービン２０内
部の高温ガスからのシールを行い、タービンディスクを冷却し、内側バレル２３
内部の換気摩擦によって生じる熱を除去する機能である。

【００２１】 これまでの経験によると多くの場合、機械の効率の向上と信頼性の向上との必
要性の間で採用された妥協の結果は、調整することができないために、機械の信
頼性の突然の低下をもたらしていた。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】 従って、本発明の目的は、内側バレルの交換を必要とすることなく、該内側バ
レルへ流入する空気量を変化させることを可能にするガスタービンの冷却流量を
制御するための装置を提供することである。

【００２３】 より具体的には、本発明は、内側バレルへの空気流量を変化させることを可能
にしながら、タービンエンジンの最も重要な構成部品のいかなる種類の分解をも
避けることを狙いとする。

【００２４】 本発明の別の目的は、単に機械を停止して適当な構成部品を選定し交換するこ
とを伴う簡単な作業を実施することによって、ニーズに合わせて変更しかつある
期間にわたって繰り返し可能な調整を行うことが可能になるガスタービンの冷却
流量を制御するための装置を提供することである。

【００２５】 本発明の更に最終的な目的は、費用の観点から有利なガスタービンの冷却流量
を制御するための装置を提供することである。

【００２６】 最後に述べるが重要さは劣らないものであるが、本発明の目的は、実質的に安
全でかつ信頼性のあるガスタービンの冷却流量を制御するための装置を提供する
ことである。

【００２７】

【課題を解決するための手段】

これら及び他の目的は、内側バレル及び荷重支持ボルスタが組み合わされてい
る圧縮機を備えるガスタービンの冷却流量を制御するための装置により達成され
、該装置は、異なる直径の内部穴を有し、かつ前記内側バレルのほぼ円筒形の本
体に形成された適当な孔に取り付けることができる複数の交換可能なノズルの配
列を準備しており、適当な直径の内部穴を有する他のノズル選択し、前記ノズル
の少なくとも一部を該他のノズルと交換することによって、前記内側バレルの中
に流入する空気の流量を変化させることができるようになっている。

【００２８】 本発明の好ましい実施形態によると、前記ノズルの各々は、前記内側バレルに
形成された孔内にある対応する雌ねじ部分と係合することができるねじ部分を有
する。

【００２９】 本発明の別の好ましい実施形態によると、各交換可能なノズルは、ねじ部分の
直径より小さい直径の円筒部分を有し、また磁気ヘッドスパナと係合するための
１対の切込部（１５）を有する。

【００３０】 本発明の別の好ましい実施形態によると、ノズルは、前記圧縮機のケーシング
内にある対応する孔の内側に挿入された案内管と磁気ヘッドスパナとを用いて挿
入される。

【００３１】 より具体的には、案内管は、圧縮機のケーシング内にある対応する孔と係合す
ることができるねじ付きカラーを有する。

【００３２】 案内管は、それを滑り込ませることによって圧縮機ケーシングの孔に挿入され
、その後、機械の内側にあるその端部が前記内側バレルと接触するまで、前記案
内管のねじ付きカラーが圧縮機ケーシングの対応するねじにねじ込まれて、該内
側バレルの本体にねじ込まれるノズルがその内側を通過することができる保持兼
案内用チャネルを形成するようになっている。

【００３３】 本発明の更に別の好ましい実施形態によると、前記ガスタービンの運転中には
、圧縮機ケーシングの孔は、案内管の除去後に所定の位置に挿入されたボルト又
は他の類似の閉塞装置を用いて閉じられている。

【００３４】 更に、本発明は、ノズルを作動位置に固定するために、案内管を打撃位置への
案内として利用することによって使用されるディンプルパンチを用いることが更
に意図されている。

【００３５】 本発明の更に独特な特徴が、本発明の特許出願に添付する特許請求の範囲に記
載される。

【００３６】 本発明の更なる目的及び利点が、その構造的及び機能的特徴と共に、単に非限
定的な実例として示される以下の説明及びその添付図を精査することにより明ら
かになるであろう。

【００３７】

【発明の実施の形態】

先ず図６及び図７を特に参照すると、本発明によるガスタービンの冷却流量を
制御するための装置が、全体が参照符号１０により示される。

【００３８】 装置１０は、内側バレル２３の本体５０に形成された適当な孔１４に取り付け
ることができる複数の交換可能なノズル１１を含む。

【００３９】 図４及び図５を参照すると、ノズル１１は、孔１４内にある対応する雌ねじ部
分１３と係合することができるねじ部分１２を有する。

【００４０】 ノズル１１はまた、ねじ部分１２の直径及び最内部の平滑部分１４の直径より
小さい直径の円筒形部分１６と、磁気ヘッドスパナと係合するための１対の切込
部１５とを有する。

【００４１】 本発明はまた、案内管１７及び磁気ヘッドスパナにより構成される特殊工具の
使用を意図している。

【００４２】 ディンプルパンチの使用もまた、意図している。

【００４３】 案内管１７はまた、該案内管が圧縮機２１のケーシング２７内にある対応する
孔１９と係合することを可能にするねじ付きカラー１８を有する。

【００４４】 従って、孔１９は、雌ねじ部分４０を有する。

【００４５】 上記のことに関しては、ガスタービン２０に実施されなければならない機械加
工作業は、圧縮機２１の外側ケーシング２７に対する穿孔及びねじ切りと内側バ
レル２３に対する穿孔及びねじ切りからなる。

【００４６】 内側バレル２３に流入させられる空気の正確な公称値に対して必要な有効面積
が規定されると、この面積は適当な断面直径の適当な数のノズル１１に分割され
、該ノズル１１は、内側バレル２３の円筒形の本体５０上で適当なねじ付き孔１
４に半径方向内側にねじ込まれる。

【００４７】 これらの孔１４に対向して、対応する数のねじ付き半径方向孔が圧縮機２１の
ケーシング２７に形成され、該半径方向孔は、外部から交換可能なノズル１１へ
接近できるようにする機能を有する。

【００４８】 ガスタービン２０の運転中には、これらの孔１９は、ボルト４１及び他の類似
の閉塞装置により閉じられている。

【００４９】 交換可能なノズル１１は、適当な直径の内部穴５１を有するのは明らかである
。

【００５０】 交換可能なノズル１１は、実際には、様々な直径の内部穴５１を有するセット
又はキットの形態で提供され、その直径の平均値は最適設計の公称直径に相当す
る。

【００５１】 ガスタービン２０がこの最初の試用直径を用いて始動された後に、次いで機械
計装により与えられた読取り値に基づいて最適である直径が選ばれる。

【００５２】 交換可能なノズルを取り付けるための特殊工具は、すでに説明したように、案
内管１７と特殊な磁気クロスヘッドを備える挿し込み可能なスパナとから成る。

【００５３】 案内管１７は、軸線に垂直な平坦切断面を備える２つの端部と、１端における
ねじ付きカラー１８とを有しており、該ねじ付きカラー１８は、圧縮機２１のケ
ーシング２７に接近するための孔１９のねじと同じねじを備えている。

【００５４】 作業の観点からすれば、案内管１７は、それを滑り込ませることによってケー
シング２７の孔１９に挿入され、その後、そのねじ付きカラー１８がケーシング
２７の対応するねじにねじ込まれる。

【００５５】 この作業は、機械の内側にある端部を内側バレル２３と接触させ、内側バレル
２３の本体５０にねじ込まれるノズル１１がその内側を通過することができる保
持兼案内用チャネルを形成するようになっている。

【００５６】 従って、磁気ヘッドスパナの挿入後、ノズル１１は除去され及び挿入される。

【００５７】 交換作業が完了した後、交換可能なノズル１１は、特殊工具の管、すなわち打
撃位置への案内としての案内管１７を用いてディンプル加工によって固定されな
ければならない。

【００５８】 この作業が完了した後、次に案内管１７はねじ込みを弛められ、ねじプラグ４
１が、孔１９内側で雌ねじ４０によりそれらの所定の位置に挿入される。

【００５９】 スパナは、任意の傾斜角で容易に操作できるように、磁化されたヘッドを有す
る。

【００６０】 理論的かつ実験的な結果は、この装置が、広く用いられているガスタービンに
使うことができることを実証しているように、満足できるものであった。

【００６１】 従って、提案された解決策は、内側バレル２３を交換する必要がなく或いは如
何なる場合にもタービンエンジンの重要な構成部品を全く分解することもなく、
常時は閉じられている孔１９を介して特殊工具、すなわち案内管１７を用いて交
換可能なノズル１１に単に接近することによるだけで、内側バレル２３中に流入
する空気の流量を変えることを可能にすることを目的としている。

【００６２】 このことにより、機械２０を単に停止し適当な較正されたノズル１１を交換す
るだけで、ニーズに合わせて変更しかつある期間にわたって繰り返し可能な調整
を行うことが可能になる。

【００６３】 以上の説明から、本発明の主題を構成する、ガスタービンの冷却流量を制御す
るための装置の独特な特徴が、その利点と同様に明らかになる。

【００６４】 より正確にかつ明瞭に前述の利点を明示するために、以下の最終的な解説及び
考察をここに追加する。

【００６５】 説明した本発明の結果として、常時は閉じられている孔１９を介して特殊工具
を用いて、除去可能なノズル１１に単に接近するだけで、内側バレル２３に流入
する空気の流量を変えることが可能である。

【００６６】 この特徴は、単に機械を停止して適当な較正されたノズルとの交換を実施する
ことにより、ニーズに合わせて変更しかつある期間にわたって繰り返し可能な調
整を行うことが可能になる。

【００６７】 本発明によるガスタービンの冷却流量を制御するための装置に対して、前述の
発明力を要する考えから逸脱することなく、数多くの変更を行うことができるの
は明らかである。

【００６８】 結局、本発明の実際の実施形態において、その詳細が例示された材料、形態及
び寸法は、必要に応じていかなる種類とすることもできること、またそれらは技
術的観点から見て均等である他のものと置き換えることができることは明らかで
ある。

【００６９】 なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発
明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来技術によるガスタービンの断面図。

【図２】 図１によるガスタービンの圧縮機の出口区域の拡大断面図。

【図３】 内側バレルの本体内に固定穴を備える、ガスタービンの冷却流量
を制御するための従来の解決策を示す図。

【図４】 本発明によるガスタービンの冷却流量を制御するための装置の１
部を形成するノズルの部分断面図。

【図５】 図４によるノズルの平面図。

【図６】 第１の組み立て段階における、本発明によるガスタービンの冷却
流量を制御するための装置の部分断面図。

【図７】 作動可能な組み立て状態における、本発明によるガスタービンの
冷却流量を制御するための装置の部分断面図。

【符号の説明】

１０ 装置 １１ ノズル １２ ノズルのねじ部分 １３ 本体の雌ねじ部分 １４ 本体の孔 １５ 切込部 １７ 案内管 １８ ねじ付きカラー １９ 圧縮機ケーシングのねじ付き孔 ２３ 内側バレル ２７ 圧縮機のケーシング ２９ 出口ディフューザ ４０ ケーシングの雌ねじ部分 ５０ 内側バレルの本体 ５１ 内部穴

───────────────────────────────────────────────────── 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，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内側バレル（２３）及び荷重支持ボルスタ（２４）が組み合
   わされている圧縮機（２１）を備えるガスタービン（２０）の冷却流量を制御す
   るための装置（１０）であって、該装置は、異なる直径の内部穴（５１）を有し
   、かつ前記内側バレル（２３）のほぼ円筒形の本体（５０）に形成された適当な
   孔（１４）に取り付けることができる複数の交換可能なノズル（１１）の配列を
   準備しており、適当な直径の内部穴（５１）を有する他のノズル（１１）を選択
   し、前記ノズル（１１）の少なくとも一部を該他のノズルと交換することによっ
   て、前記内側バレル（２３）の中に流入する空気の流量を変化させることができ
   るようになっていることを特徴とする装置（１０）。
2. 【請求項２】 前記ノズル（１１）の各々は、前記内側バレル（２３）の本
   体（５０）に形成された対応する孔（１４）内にある対応する雌ねじ部分（１３
   ）と係合することができるねじ部分（１２）を有することを特徴とする、請求項
   １に記載の装置（１０）。
3. 【請求項３】 前記交換可能なノズル（１１）の各々は、前記ねじ部分（１
   ２）の直径より小さい直径の円筒部分（１６）を有することを特徴とする、請求
   項２に記載の装置（１０）。
4. 【請求項４】 前記交換可能なノズル（１１）の各々は、磁気ヘッドスパナ
   と係合するための１対の切込部（１５）を有することを特徴とする、請求項２又
   は請求項３に記載の装置（１０）。
5. 【請求項５】 前記ノズル（１１）は、前記圧縮機（２１）のケーシング（
   ２７）内にある対応する孔（１９）の内側に挿入された案内管（１７）と磁気ヘ
   ッドスパナとを用いて挿入されることを特徴とする、請求項１に記載の装置（１
   ０）。
6. 【請求項６】 前記案内管（１７）は、前記圧縮機（２１）のケーシング（
   ２７）内にある対応する孔（１９）と係合することができるねじ付きカラー（１
   ８）を有することを特徴とする、請求項５に記載の装置（１０）。
7. 【請求項７】 前記案内管（１７）は、それを滑り込ませることによって前
   記ケーシング（２７）の孔（１９）に挿入され、その後、機械の内側にある端部
   が前記内側バレル（２３）と接触するまで、そのねじ付きカラー（１８）が前記
   ケーシング（２７）の対応するねじにねじ込まれて、前記内側バレル（２３）の
   本体にねじ込まれる前記ノズル（１１）がその内側を通過することができる保持
   兼案内用チャネルを形成するようになっていることを特徴とする、請求項５又は
   請求項６に記載の装置（１０）。
8. 【請求項８】 前記ガスタービンの運転中には、前記孔（１９）は、前記案
   内管（１７）を除去した後に所定の位置に挿入されたボルト（４１）又は他の類
   似の閉塞装置により閉じられていることを特徴とする、請求項５又は請求項６に
   記載の装置（１０）。
9. 【請求項９】 前記ノズル（１１）を作動位置に固定するために、前記案内
   管（１７）を打撃位置への案内として利用することによって使用されるディンプ
   ルパンチを用いることが更に意図されていることを特徴とする、請求項１から請
   求項８のうちのいずれか１項に記載の装置（１０）。
10. 【請求項１０】 実質的に説明しかつ添付の図面に示したような全ての、ガ
    スタービンの冷却流量を制御するための装置。