JP2007513283A - ガスタービン用可変式ノズル - Google Patents

Abstract

【課題】正圧上面（１２）と該上面（１２）と対向する負圧下面とを備えた、シャフト（１１）に固定されたガスタービン用可変式ノズル（１０）を提供する。
【解決手段】本可変式ノズルは、その各々が第１の丸味のある端部と第２の丸味のある端部とを有する一連のほぼ「Ｃ字」形セクションを含み、一連のセクションの各セクションはまた、基準面（９０）に対して上向きに面しかつシャフト（１１）の軸線の方向に曲線（６０）に沿って逐次連続して配置された凹面を有し、少なくとも二次曲線（６０）は、シャフト（１１）の軸線に対して直角な軸線を有しかつ同時に基準面（９０）に対して角度（８０）だけ傾いた面（７０）上に位置する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、特に出力タービンの第１段に適用することができるガスタービン用ノズルに関する。また、本発明は、ツインシャフトガスタービンに関し、具体的には低圧タービン用可変式ノズルに関する。

通常、ツインシャフトタービンでは、圧縮機で加圧された空気は、可燃性流体と混合されかつバーナ内に噴射されて高温の燃焼ガスを発生する。

高温燃焼ガスは、高圧タービンのノズルを通って流れ、ノズルは、高温燃焼ガスを発散させかつ高温燃焼ガスを加速する。

次に、高圧タービンの下流で、高温燃焼ガスは、低圧タービンを通って流れ、低圧タービンは、残りのエネルギーを取り出してユーザに供給する。

機械運転用ガスタービンは、低圧タービンの第１段内に配置された固定式又は可変式ノズルを有することができる。

可変式ノズルを使用した場合、タービンの高い運転性を得ると同時に、タービンのエミッション及び効率を可能な限り一定に維持することが可能になる。

他方、固定式ノズルは、ガスタービンのより高い空気力学的効率に特徴があるが、より低い運転性を伴う。

可変式ノズルの場合には、それらノズルの回転を可能にするのに必要な間隙が設けられる。

可変式ノズルは、高温ガスが接触する互いに対向する２つの面を有し、そのうちの１つの面は正圧になり、また他方の面は負圧になる。

可変式ノズルの１つの欠点は、該可変式ノズルが、間隙を通る燃焼ガスの流れの圧力低下損失とともに、この圧力低下損失により生じる二次損失とによる空気力学的効率損失を有することであり、このことは主として、加圧面と負圧面との間の圧力差に起因する。
米国特許出願公開第２００２／０６１２４９号明細書 米国特許出願公開第４９９５７８６号明細書 米国特許出願公開第４１７２３６１号明細書 欧州特許出願公開第０４４１０９７号明細書

本発明の目的は、固定式ノズルの性能に類似した高い性能を有すると同時に、その流速を変化させることでガスタービンの高い運転性を維持するガスタービン用可変式ノズルを提供することである。

本発明のもう１つの目的は、信頼性があるガスタービン用可変式ノズルを提供することである。

本発明によるこれらの目的は、請求項１に示すようなガスタービン用可変式ノズルを提供することによって達成される。

本発明のさらに別の特徴は、後続の請求項に記載している。

本発明によるガスタービン用可変式ノズルの特徴及び利点は、添付の概略図面を参照して以下の例示的かつ非制限的な説明を読むことにより一層明らかになるであろう。

図を参照すると、これらの図は、シャフト１１に固定され、該シャフトの軸線の周りで作動手段（図示せず）によって回転させることができるガスタービン用可変式ノズル１０を示す。

形態可変式ノズル１０は、圧力低下を最小にし、その結果としてガスタービンの効率を高めるのに好適である。

この可変式ノズル１０は、好ましくは可動であり、ほぼＣ字形であり、その全てが同一の方向に向き、かつ好ましくは基準面９０に対して上向きに面する凹面を持つ一連のセクションを有する。

一連のセクションの各セクションは、シャフト１１の軸線に平行な軸線を有する面に従った可変式ノズル１０のセクションを表す。

一連のセクションの各セクションは、第１の丸味のある端部２０と第２の丸味のある端部２１とを有する。

一連のセクションの各セクションの第１の端部２０は、シャフト１１の軸線に沿って少なくとも二次の曲線６０に従って配置される。

一連のセクションは、シャフト１１の軸線に沿って配置され、かつそれぞれ２つの面、すなわち正圧上面１２と対向する負圧になった下面１４とを形成し、これらの面には、それぞれ両方とも高温燃焼ガスが接触する。

高温ガスの流れＦの圧力は、上面１２上に作用し、一方、対向する下面は負圧状態になる。

上面１２はサドル形であり、そのサドル位置は、可変式ノズル１０の中間セクションに対応する。

従って、シャフト１１の軸線に平行な方向における上面１２は凸面形であり、一方、該軸線に対して直角な方向では、上面１２は凹面形であって、全てのセクションがほぼＣ字形となっている。

可変式ノズル１０は、第１の端部部分１７、第２の中央部分１８及び第３のハブ部分１９を有する。

第１の部分１７及び第３の部分はそれぞれ、最少の空気力学的圧力低下を有し、その結果として可変式ノズル１０の空気力学的効率を高める端部セクション３０及びハブセクション５０を含む。

さらに、常に端部セクション３０及びハブセクション５０にそれぞれ対応して正圧上面１２と負圧下面１４との間に生成される圧力差は、最少となり、その結果として空気力学的二次損失も最少となる。

従って、間隙を通る燃焼ガスの流れを導く力が、低下する。

他方、第２の中央部分１８は、中間セクション４０を含む。

可変式ノズル１０の第２の中央部分１８に対応するエッジ効果すなわち二次損失が全く生じず、その結果としてこの第２の中央部分１８における空気力学的効率がより高いものになる。

こういう理由で、第２の中央部分１８内により高い空気力学的効率が生じるので、可変式ノズル１０は、それに対する空気力学的負担を増大させるような形状にされる。

これらの結果はまた、ガスタービンの作動条件の変化に合わせて維持される。

これらの全ては、可変式ノズル１０の形状を定め、一連のセクションの各セクションを逐次連続して配置し、かつ一連のセクションの各セクションの第１の端部をシャフト１１の軸線の方向に少なくとも二次の曲線６０に沿って配列することによって得られる。

曲線６０は、シャフト１１の軸線に対して直角な軸線を有しかつ同時に基準面９０に対して０度とは異なるが９０度よりも少ない角度８０だけ傾いた面７０上に位置する。

この曲線６０は、少なくとも二次の線であり、放物線又は双曲線或いはそれらの組合せを含む。

第１の好ましい実施形態では、この曲線６０は、放物線であるのが好ましい。

従って、可変式ノズル１０は、放物線アーチ形であるのが好ましいアーチ形ノズルである。

第２の実施形態では、この曲線６０は、双曲線であるのが好ましい。

第３の実施形態では、この曲線６０は、三次の曲線であるのが好ましい。

さらに、この曲線６０は、最大又は最小点を持つのが好ましい。

従って、本発明によるガスタービン用可変式ノズルは、上に特定した目的を達成することが理解できるであろう。

このように着想した本発明のガスタービン用可変式ノズルに対して、数多くの改良及び変更を加えることができ、それら全ては、同一の発明概念の範囲内に含まれる。

さらに、実施において、寸法及び構成部品と同様に使用材料もまた、技術的要求に従って変更することができる。

本発明による可変式ノズルの特徴正面図。 可変式ノズルの上端部を通る線ＩＩ−ＩＩによる、図１のノズルの特徴断面正面図。 可変式ノズルの中間部分を通る線ＩＩＩ−ＩＩＩによる、図１のノズルの特徴断面正面図。 可変式ノズルのハブを通る線ＩＶ−ＩＶによる、図１のノズルの特徴断面正面図。 図１のノズルの斜視図。 図１のノズルの下から見た図。 図１のノズルの特徴側面図。 図１のノズルの上から見た図。 図１のノズルの特徴背面図。

符号の説明

１０ ガスタービン用可変式ノズル
１１ シャフト
１２ 上面
１４ 下面
１７ 第１の端部部分
１８ 第２の端部部分
１９ 第３のハブ部分
２０ 第１の丸味のある端部
２１ 第２の丸味のある端部
６０ 曲線
７０ 面
８０ 基準面に対する角度
９０ 基準面

Claims (8)

1. シャフト（１１）に固定されたガスタービン用の可変式ノズル（１０）であって、
   前記可変式ノズル（１０）は、正圧上面（１２）と該上面（１２）と対向する負圧下面（１４）とを含み、
   前記可変式ノズルは、一連の略Ｃ字形セクションを含み、該一連の略Ｃ字形セクションの各々は、第１の丸味のある端部（２０）と第２の丸味のある端部（２１）とを有し、
   前記一連の略Ｃ字形セクションの各セクションがまた、基準面（９０）に対して上向きに面しかつ前記シャフト（１１）の軸線の方向に曲線（６０）に沿って逐次連続して配置された凹面を有し、
   前記曲線（６０）は、少なくとも二次の曲線であり、前記シャフト（１１）の軸線に対して直角な軸線を有しかつ同時に前記基準面（９０）に対して所定角度（８０）だけ傾いた面（７０）上に位置することを特徴とする、可変式ノズル（１０）。
2. 前記曲線（６０）が、放物線であることを特徴とする、請求項１記載の可変式ノズル（１０）。
3. 前記曲線（６０）が、双曲線であることを特徴とする、請求項１記載の可変式ノズル（１０）。
4. 前記曲線（６０）が、放物線と双曲線との組合せであることを特徴とする、請求項１記載の可変式ノズル（１０）。
5. 前記曲線（６０）が、三次の曲線であることを特徴とする、請求項１記載の可変式ノズル（１０）。
6. 前記曲線（６０）が、最大又は最小点を有することを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれか１項記載の可変式ノズル（１０）。
7. 前記上面（１２）が、サドル形であることを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれか１項記載の可変式ノズル（１０）。
8. 本明細書にまた本明細書で特定するために上に記載しかつ説明したようなガスタービン用可変式ノズル。

Images