JP2007146838A - ガスタービンエンジンの圧縮機ディフューザおよびダートセパレータ、並びにガスタービンエンジンの圧縮機ディフューザに配設されるダートセパレータ - Google Patents

Abstract

【課題】内部冷却に用いるように、不純物を含有した空気の量を最小限にするダートセパレータを提供する。
【解決手段】ガスタービンエンジンの圧縮機の下流側かつ燃焼セクション１４の上流側で、圧縮機ディフューザ３０のハウジング内にダートセパレータ４２が配設される。ダートセパレータ４２の湾曲した径方向外側面４３により、ダートや不純物を含有する空気流３８が径方向外側に案内され、湾曲した径方向内側面４５により、比較的清浄な空気流４０が径方向内側に案内されてタービンセクションなどの内部冷却に利用される。ディフューザ３０の径方向外側表面３００は径方向外側に拡開している。これにより、空気流３８の径方向外側通路への案内が促進される。ダートセパレータ４２の端部面４６にはチャンバ３６の圧力を検知する圧力センサ４８が取り付けられている。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、ガスタービンエンジンにおける圧縮機のディフューザにダートセパレータを配設することに関する。

ガスタービンエンジンは、ファンセクション、圧縮セクション、燃焼セクション、タービンセクションなど複数の機能的なセクションから構成されている。空気および燃料は、燃焼セクションにおいて燃焼される。燃焼生成物は、下流へ移動して一連のタービンロータを通過し、これにより、ロータが駆動され、圧縮セクションの圧縮機に動力が供給される。

ガスタービンエンジン内の構成部品の多くは、運転中に高温の熱を受ける。例えば、タービンロータは、複数のタービンブレードを備えており、該ブレードは、高温の燃焼生成物により駆動されて回転し、動力を生じさせる。タービンブレード本体の内側を冷却流体（通常は空気）が通流して、タービンブレードを冷却している。また、空気は燃焼のためにも必要とされる。

ガスタービンを通流する空気は、ほこりや塵（ダート：ｄｉｒｔ）および他の不純物を含んでいる場合が多い。様々な構成部品の冷却に利用される空気は、上記の不純物を含有していない清浄な空気であることが望ましい。構成部品の冷却には比較的狭い冷却通路が用いられているため、ダート（塵やほこり）や不純物によって、これらの狭い通路が塞がってしまう恐れがある。圧縮セクションからの空気は、ディフューザを通流する。ディフューザのすぐ下流には、燃焼セクションが位置している。燃焼セクションを通流し、冷却に使用される空気は、できる限り清浄であることが好ましい。

本発明は、ディフューザにおいて、ダートを含有する汚れた空気と清浄な空気とを分離することに関する。これにより、燃焼セクションを通流して、冷却に使用される汚れた空気の量が最小限に抑えられる。

開示される本発明の実施例では、ガスタービンエンジンの圧縮機の下流側かつ燃焼セクションの上流側にダートセパレータが配設される。第一の実施例では、ダートセパレータは圧縮機のディフューザ内に取り付けられ、第二の実施例では、ダートセパレータは圧縮機ディフューザのすぐ下流に取り付けられる。ダートセパレータは、ダートを含有し比較的汚れた空気をガスタービンエンジン内の最も径方向外側の通路に向けて下流方向に案内するように構成されている。冷却を目的として径方向内側の箇所、および燃焼セクションに導かれる空気は、概して清浄な空気であって、この空気は、ダートセパレータにより径方向内側へ案内される。開示される実施例では、ダートセパレータは、湾曲面を備えており、この湾曲面によって、ダートを含有する汚れた空気が径方向外側に案内され、清浄な空気が燃焼セクションおよび内側冷却通路に案内される。

他の特徴として、ダートセパレータは、圧力センサを取付けるための好適な場所を付与する。従来技術では、圧縮機ディフューザのすぐ下流側に圧力センサを取り付けるために、付加的なブラケットなどが必要とされていた。本発明により、センサを取り付けるための簡単な構造が付与される。

図１Ａは、ガスタービンエンジン１０を示す。周知のように、ファンセクション１１は、軸方向の中心線１２を中心に回転し、空気を送る。さらに、圧縮セクション１３、燃焼セクション１４およびタービンセクション１５は、軸方向中心線１２を中心に配設されている。図１Ａは、ガスタービンエンジンの主要部品を示す概略図である。図１Ａには特定の型式のガスタービンエンジンが図示されているが、本発明は他の型式のガスタービンエンジンにも及ぶことを理解されたい。

タービンセクション１５は、タービンブレード２０を有するロータと、ステータベーン１８と、を備える。前述のように、動力を発生させるために、燃焼生成物がタービンブレード２０およびベーン１８上を通過するので、ブレード２０およびベーン１８は非常に高温となる。これらの構成部品を冷却するために様々な冷却方法が用いられている。

図１Ｂは、圧縮セクション１３と、燃焼セクション１４の始点との中間部分を示している。周知のように、この部分には、圧縮セクション１３を通過した空気の流れを拡散させるため圧縮機ディフューザ１２０が配設されている。入口２２の断面積は、出口２４の断面積より小さくなっている。空気はディフューザ１２０の下流側に位置するチャンバ２６を通って、燃焼セクション１４、燃焼セクションの径方向内側および径方向外側の両方に送られ、タービンセクションなどにおいて種々の冷却を提供する。

従来技術では、圧縮セクション１３から流出する空気は、不純物を含んでおり比較的汚れていた。汚れた空気が燃焼セクション１４に達した場合、望ましくない結果が生じ得る。例えば、塵やほこり（ダート）により、ガラス状のプラズマ（ｇｌａｓｓｙ ｐｌａｓｍａ）付着物がバーナのライナに生じてしまい、ライナの寿命が短くなってしまう。さらに、上述したように、汚れた空気が内部冷却流として利用されると、ダート（塵やほこり）や他の不純物により、狭小の冷却通路が塞がってしまうため望ましくない。

図２Ａでは、本発明のディフューザ３０を示しており、入口３２および出口３４は図１Ｂと同様に機能する。しかし、本発明では、図のように、出口３４に隣接してダートセパレータ４２が設けられている。ダートセパレータ４２の先端部４４は、湾曲した径方向外側面４３および湾曲した径方向内側面４５につながっている。理解されるように、湾曲した径方向外側面４３により、空気流３８が径方向外側に案内され、この流れの大部分は燃焼セクション１４の径方向外側へ向かい、最も径方向外側の空気流チャネルへと送られる。

また、ダートセパレータ４２の径方向内側面４５も、出口端部１４６に向かって外側に湾曲している。空気流４０は、第１に径方向内側の冷却空気チャネルおよび燃焼セクションへと径方向内側に向けて案内される。出口端部１４６は径方向外側の構成部分を備えているため、清浄な空気は、燃焼セクション１４に向かって径方向外側にも案内される。空気流４０は、空気流３８よりも清浄である。ダートを含んだより重い空気は、遠心作用により、径方向外側に送られる。したがって、本発明により、清浄な空気は、燃焼セクション１４に案内され、内側冷却空気として利用される。

図２Ａに見られるように、ディフューザ３０の径方向外側表面３００は径方向外側に拡開している。これにより、空気流３８の径方向外側通路への案内が促進される。従来の径方向外側表面２９９（図１Ａ参照）は、径方向外側に拡開していない場合が多い。本発明のこの特徴部は、特にダートセパレータ４２と組み合せた際に、ダートを含有する汚れた空気流の径方向外側への案内を促進する。

図２Ｂから分かるように、径方向内側面４５の出口端部１４６は、径方向外側方向への僅かな構成部分を備え外側に湾曲している。これは、最初に先端部４４で分離された清浄な空気の一部を、径方向外側方向に、特に燃焼セクション１４に向けて案内するように機能する。

図２Ｂは、本発明の他の特徴を示している。ダートセパレータ４２の端部面４６にはセンサ４８が取り付けられている。センサ４８は、ディフューザ３０のすぐ下流にあるチャンバ３６の圧力を検知する圧力センサである。コントロールワイヤ５０は、エンジンの制御装置などの制御部まで延びている。周知のように、エンジン制御装置は、エンジンの制御方法を決定するために、チャンバ３６からの圧力などいくつかの変数を取得して、これらの圧力を利用している。本発明では、ダートセパレータ４２にセンサ取付箇所を設けることにより、独立した取付構造部を設ける必要性が排除される。

図３は、図２Ａの実施例と類似した他の実施例を示しているが、本実施例では、ディフューザのハウジングのすぐ下流にダートセパレータが取り付けられている。本実施例は、図２Ａの参照番号に２００を加えた参照番号を用いており、図２Ａ実施例と同様に作用する。

図２Ａおよび図３では、構成部品の一部分を単に示しているに過ぎないが、ディフューザおよびダートセパレータは、中心軸１２（図１Ａ参照）を中心として概ね３６０°にわたって延在することを理解されたい。

本発明の好適な実施例を開示したが、当業者であれば、本発明の範囲にはある種の変更形態が含まれることを理解されるであろう。そのため、本発明の真の範囲と内容を判断するために、上記の特許請求の範囲を検討されたい。

ガスタービンエンジンの概略図。 従来のガスタービンエンジンの一部の図。 図１Ｂと同様の図であるが、本発明の圧縮機のディフューザの図。 図２Ａのダートセパレータの一部の拡大図。 他の実施例を示す図。

Claims (19)

1. ガスタービンエンジンの圧縮機ディフューザおよびダートセパレータであって、
   第１の断面積を有する入口と、第２の断面積を有する出口と、を備え、該第２の断面積が該第１の断面積より大きいディフューザハウジングと、
   前記ディフューザハウジングの下流側端部付近でかつ前記出口に隣接して配置され、ダートを含有するより重い空気を径方向外側の部分に分離し、比較的清浄な空気を径方向内側の部分に分離するように作動可能なダートセパレータと、
   を備えるガスタービンエンジンの圧縮機ディフューザおよびダートセパレータ。
2. 前記ダートセパレータが、径方向外側に面する第１の湾曲面と、径方向内側に面する第２の湾曲面と、を備え、該第１の湾曲面により、前記ダートを含有する空気が径方向外側の部分に案内されることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機ディフューザおよびダートセパレータ。
3. 前記第２の湾曲面が、最初に前記比較的清浄な空気を径方向内側に案内し、次いで空気の一部を径方向外側に案内するように径方向外側の構成部分を備えて径方向外側に湾曲していることを特徴とする請求項２に記載の圧縮機ディフューザおよびダートセパレータ。
4. 前記ダートセパレータ内に圧力センサが取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機ディフューザおよびダートセパレータ。
5. 前記圧力センサが、前記ダートセパレータの端部面に取り付けられることを特徴とする請求項４に記載の圧縮機ディフューザおよびダートセパレータ。
6. 前記ダートセパレータが、前記ディフューザハウジング内に配置されることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機ディフューザおよびダートセパレータ。
7. 前記ダートセパレータが、前記ディフューザハウジングの前記出口の下流側に配置されることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機ディフューザおよびダートセパレータ。
8. 前記ダートを含有するより重い空気を前記径方向外側の部分に案内することを促進するように、前記ディフューザハウジングの径方向外側表面が径方向外側へ拡開していることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機ディフューザおよびダートセパレータ。
9. ガスタービンエンジンの圧縮機ディフューザに配設されるダートセパレータであって、
   径方向内側に面する湾曲面と、径方向外側に面する湾曲面と、を備え、該径方向内側および外側に面する湾曲面の各々が、前記ダートセパレータの下流側端部において径方向外側方向に向かう構成部分を備えて延在する本体部を備えるガスタービンエンジンの圧縮機ディフューザに配設されるダートセパレータ。
10. 前記本体部に圧力センサが取り付けられることを特徴とする請求項９に記載のダートセパレータ。
11. 前記圧力センサが前記本体部の端部面に取り付けられることを特徴とする請求項１０に記載のダートセパレータ。
12. ファンセクションと、
    圧縮セクションであって、該圧縮セクションの下流側に圧縮機ディフューザが位置する圧縮セクションと、
    前記圧縮機ディフューザの下流側に位置する燃焼セクションと、
    前記燃焼セクションの下流側に位置するタービンセクションと、
    を備え、
    前記圧縮機ディフューザが、第１の断面積を有する入口と、第２の断面積を有する出口と、を備えるハウジングを有し、該第２の断面積が該第１の断面積より大きく、
    さらに、前記圧縮セクションの下流側かつ前記燃焼セクションの上流側で、前記出口に隣接して配置され、ダートを含有するより重い空気を径方向外側の部分に分離し、比較的清浄な空気を径方向内側の部分に分離するように作動可能なダートセパレータと、
    を備えるガスタービンエンジン。
13. 前記ダートセパレータが、径方向外側に面する第１の湾曲面と、径方向内側に面する第２の湾曲面と、を備え、該第１の湾曲面により、前記ダートを含有する空気が径方向外側の部分に案内されることを特徴とする請求項１２に記載のガスタービンエンジン。
14. 前記第２の湾曲面が、最初に前記比較的清浄な空気を径方向内側に案内し、次いで空気の一部を径方向外側に案内するように径方向外側の構成部分を備えて径方向外側に湾曲していることを特徴とする請求項１３に記載のガスタービンエンジン。
15. 前記ダートセパレータ内に圧力センサが取り付けられることを特徴とする請求項１２に記載のガスタービンエンジン。
16. 前記圧力センサが前記ダートセパレータの端部面に取り付けられることを特徴とする請求項１５に記載のガスタービンエンジン。
17. 前記ダートセパレータが前記ディフューザハウジング内に配置されることを特徴とする請求項１２に記載のガスタービンエンジン。
18. 前記ダートセパレータが前記ディフューザハウジングの前記出口の下流側に配置されることを特徴とする請求項１２に記載のガスタービンエンジン。
19. 前記ダートを含有するより重い空気を前記径方向外側の部分に案内することを促進するように、前記ディフューザハウジングの径方向外側表面が径方向外側へ拡開していることを特徴とする請求項１２に記載のガスタービンエンジン。

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