JP2005526210A - チャンバの下側の空洞にステータシュラウドを有するガスタービン - Google Patents

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Abstract

本発明は、軸Xを有し、上流から下流において、ロータが下流コーン(4)を含む高圧コンプレッサと、前記コンプレッサチャンバの下流コーンの径方向外側に配置される内側ケーシング(5)によって軸Xと並んで下流に延在するディフューザ(3)と、前記ディフューザの内側ケーシングの径方向外側に配置される燃焼室と、ロータが接続シャフトによってコンプレッサの下流コーンに接続される高圧タービンとを備え、ディフューザの内側ケーシングとコンプレッサの下流コーンがディスチャージラビリンス(13)より下流に位置するチャンバの下側に取り付けられ、冷却用空気を上流から下流に循環させる空洞を間に画定するガスタービンに関わる。本発明は、ディスチャージラビリンス(13)の下流でディフューザの内側ケーシング(5)の下側に取り付けられるステータシュラウド(20)を更に備えることを特徴とする。

Description

本発明は、高圧タービンホイールの通気(ベンチレーション)に関わる。
本発明は、より詳細には、軸Xを有し、上流から下流において、ロータが下流コーンを呈する高圧コンプレッサと、前記下流のコンプレッサコーンの径方向外側に配置される内側ケーシングによって軸Xと並んで下流に延在するディフューザと、前記内側ディフューザケーシングの径方向外側に配置される燃焼室と、ロータが接続ドラムによって下流のコンプレッサコーンに接続される高圧タービンとを備えており、内側ディフューザケーシングと下流のコンプレッサコーンとがそれらの間に、ディスチャージラビリンスから下流に位置し、冷却用空気がその中を下流に流れるチャンバ下側空洞を画定するターボ機械に関わる。
軸Xのこのようなターボ機械1は、図1に示される。符号2は、高圧コンプレッサの最終段のディスクを示し、このディスクはディフューザ3に対して入口に配置されるブレードを周囲に含む。コンプレッサのロータは、ディフューザ3の径方向内側部分に延在する内側ケーシング5の径方向内側に配置される下流コーン4を介して下流に延在する。環状の燃焼室6は、内側ケーシング5の周りに取り付けられる。燃焼室6は、高圧コンプレッサのロータを回転させるために、ロータが接続ドラム7によって下流コーン4に接続される高圧タービンの最初の段より上流に配置される、図示しないステータに熱ガス(ホットガス)を供給する。符号8は、高圧タービンから下流に配置される低圧タービンを、高圧タービンから上流に配置される低圧コンプレッサに、また任意に、ターボジェットエンジンの場合にはファンに接続する低圧軸を示す。
燃焼室の内側ジャケット10について、ディフューザ3の内側ケーシング5は、ディフューザ3によって供給され燃焼室の一次ゾーンにおいて燃料を燃焼し、高圧タービンに供給される熱ガスの温度を下げるために希釈ゾーンにおいて燃焼ガスを希釈するための、空気流用の環状路11を画定する。環状路11を通る空気流の一部分は高圧タービンにおいてブレードを冷却するよう有利的に機能し得る。
ディフューザ3の内側ケーシング5および高圧コンプレッサの下流コーン4は、内側ケーシング5と高圧コンプレッサのロータの下流コーン4との間に密封性を提供するようにディフューザ3の下側に取り付けられるディスチャージラビリンス13よりも下流において、内側ケーシング5の径方向下側に位置する環状の空洞12をそれらの間に画定する。
漏れ空気流は、ディフューザ3の径方向内側部分の上流端をコンプレッサのディスク2の周囲の下流端から分離する隙間を通って、ディフューザ3の下側でディスチャージラビリンス13より上流に位置するチャンバ14に入る。この空気はディスチャージラビリンス13を介して環状の空洞12に流れ、コンプレッサのロータの下流コーン4並びに、タービンロータの上流表面、特に、タービンディスクの上流フランジを冷却し、それにより空気流はステータとタービンロータとの間に位置する通気用空洞を通って熱ガスの流れの中に放出される。
環状の空洞12は、下流に広がる径方向断面を有し、その中に流れる空気は下流に移動するにつれて速度を失い、内側ケーシング5の壁に対して擦りつけられる空気の摩擦によって生成される力(パワー)に関連する大きい温度上昇を受ける。温度上昇は、ステータの摩擦域が増加すると増加し、100℃近い値に達することもある。
本発明は、中を流れる冷却空気の温度を下げるために環状の空洞12において生成される力を減少させることを目的とする。
本発明は、ターボ機械が、ディスチャージラビリンスより下流において内側のディフューザケーシングの下側に取り付けられたステータシュラウドを更に含むことでこの目的を達成する。
従って、この領域におけるステータの半径は大幅に減少され、ステータの摩擦域の減少および摩擦によって生成される力の減少につながる。
有利には、ステータシュラウドと下流コーンによって画定される環状の空洞の断面は、上流から下流まで略一定である。
この配置により、空気は環状の空洞において略一定の速度で流れることができ、空気がこのゾーンを流れるのにかかる時間が短縮される。
更に、ステータシュラウドとディフューザの内側ケーシングは、環状の空洞をディフューザの内側ケーシングの周りに位置する環状路から分離する環状チャンバをそれらの間に画定する。環状チャンバにおける温度は、2つの空気流の温度の和の半分に略等しく、2つの空気流間の熱交換を減少することが可能となる。
本発明の他の特徴および利点は、例として示され、添付図面を参照する以下の説明を読むことで明らかとなるであろう。
図1に示す当技術分野の現状は上述の序文に説明されているため、更に説明する必要はないであろう。
図2は、高圧コンプレッサの最終段から下流の燃焼室6の径方向内側に位置される本発明のターボ機械の部分を示す図である。
最新技術のように、コンプレッサのディスク2は、高圧タービンのロータの接続ドラムに接続される下流コーン4を介して下流に延在する。ディフューザ3も、下流に広がり、燃焼室6の径方向内側にあるジャケット10の内側に配置される内側ケーシング5を含み、前記ケーシングと協働してディフューザ3によって送り込まれる空気流を供給するための通路11を画定する。ディスチャージラビリンス13は、内側ケーシング5と下流コーン4との間でディフューザ3の下側に設けられる。
本発明において、ステータシュラウド20は、ディスチャージラビリンス13より下流において内側ケーシング5の下側に設置される。ディスチャージラビリンス13より下流において、シュラウド20と下流コーン4は、径方向の厚さまたは断面がシュラウド20の全長にわたって略一定の円錐環状路21を画定する。
半径が上流から下流に減少する円錐環状路21は、タービンのロータの上流面を冷却するために、ディスチャージラビリンス13を通る漏れフローをシュラウド20より下流に位置するエンクロージャ22の方向に供給する。
シュラウド20とディフューザ3の内側ケーシング5は、路11中の主空気流と円錐の環状路21中の漏れフローを熱的に絶縁するチャンバ23を画定する。このチャンバ23に含まれる空気は、主空気流の温度と漏れ流の温度との中間の温度である。
ディフューザ3の内側ケーシング5の下側にステータシュラウド20を設置することにより、ステータの摩擦域を相当の程度減少することが可能となり、環状路21で生成される力が減少される。
ディスチャージラビリンス13を通る同じ漏れ流れについても、エンクロージャ22に入る空気の温度は26℃程度であり得る値だけ減少される。
反対に、エンクロージャ22における空気の温度がシュラウド20のないチャンバでの温度と同じになるようにディスチャージラビリンス13を通る漏れ流が減少される場合、燃料消費率の節約は、約0.1%と推定され得る。
従来技術のターボ機械の燃焼室の下側に位置する部分の片側断面図である。 本発明のターボ機械の燃焼室の下側に位置する部分の片側断面図である。

Claims (2)

  1. 軸Xを有し、上流から下流において、ロータが下流コーン(4)を呈する高圧コンプレッサと、前記下流のコンプレッサコーンの径方向外側に配置された内側ケーシング(5)によって軸Xと並んで下流に延びるディフューザ(3)と、前記内側のディフューザケーシングの径方向外側に配置された燃焼室と、ロータが接続ドラムによって前記下流のコンプレッサコーンに接続された高圧タービンとを備えており、内側のディフューザケーシングと下流のコンプレッサコーンとがそれらの間に、ディスチャージラビリンス(13)から下流に位置し、冷却用空気がその中を下流に流れるチャンバ下側空洞を画定するターボ機械であって、
    ディスチャージラビリンス(13)より下流において内側ディフューザケーシング(5)の下側に取り付けられたステータシュラウド(20)を更に備えることを特徴とする、前記ターボ機械。
  2. ステータシュラウド(20)と下流コーン(4)とによって画定された環状の空洞(21)の断面は、上流から下流まで略一定であることを特徴とする、請求項1に記載のターボ機械。
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