JP2010223223A - 圧縮機ディフューザ - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼器サポートを有し、コストが低減された圧縮機ディフューザを提供する。
【解決手段】ディフューザは、前方面（５３）が前方側に配設されたリング形状環状体（５１）を含むリング部分（５０）であって、ストラット（３０）によって支持可能である、リング部分（５０）と、後方面（６２）が後方側に配設されてリング部分体（５１）の前方面（５３）と対合するリング形状環状体（６１）を含むスプリッタ部分（６０）とを含み、スプリッタ部分（６０）は、スプリッタ部分体（６１）の前方側に前縁部（７０）をさらに含み、前縁部（７０）は、圧縮機吐出気の流れ経路（８０）を、スプリッタ部分体（６１）のラジアル方向外側およびラジアル方向内側に画成される二次流れ経路（８１、８２）へと分割するように流れ経路（８０）内へ延伸可能である。
【選択図】図３

Description

本明細書において開示される主題は、ガスタービン圧縮機ディフューザに関し、より詳細には、燃焼器サポートを有する圧縮機ディフューザに関する。

既存のガスタービンに関する現行のエンジン／リグテストデータは、圧縮機ディフューザの下流の軸方向位置における圧縮機吐出ケース（ＣＤＣ：ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｃａｓｅ）内のフローエネルギー損失が、ガスタービンの効率および出力における重要な要素であることを示している。新たなエンジン設計については、これらの損失を緩和するための従来の制御装置および装置により、ＣＤＣの長さが増大することが判明している。残念ながら、これらの制御装置により、ガスタービンの機械的設計の複雑さが全体的に増し、ガスタービンの製品コストが増加する。

さらに、これらの制御装置および装置は、多通路ディフューザの使用と組み合わされる場合がある。しかし、このような多通路ディフューザの使用により、鋳造工程および機械加工工程を増大させる必要性が生じ、これがやはり、製品コスト全体を増大させる。

米国特許出願第２００７０２７１９２３号公報

燃焼器サポートを有し、コストが低減された圧縮機ディフューザを提供する。

本発明の一態様によれば、圧縮機吐出気をシールするための環状ケースと、ストラット内領域の環状アレイを画成するようにケースに装着されるストラットとを含む、タービンエンジン用のディフューザが提供され、このディフューザは、前方面が前方側に配設されたリング形状環状体を含むリング部分であって、ストラットのうちの１つまたは複数によって支持可能である、リング部分と、後方面が後方側に配設されてリング部分体の前方面と対合するリング形状環状体を含むスプリッタ部分とを含み、このスプリッタ部分は、スプリッタ部分体の前方側に前縁部をさらに含み、この前縁部は、圧縮機吐出気の流れ経路を、スプリッタ部分体のラジアル方向外側およびラジアル方向内側に画成される二次流れ経路へと分割するようにこの流れ経路内へ延伸可能である。

本発明の別の態様によれば、圧縮機吐出気をシールするための環状ケースと、ストラット内領域の環状アレイを画成するようにケースに装着されるストラットとを含む、タービンエンジン用のディフューザが提供され、このディフューザは、ストラットのうちの１つまたは複数によって後方側で支持可能であるリング形状環状体を含み、このリング形状環状体は、前方側に前縁部を含み、この前縁部は、圧縮機吐出気の流れ経路を、リング形状環状体および前縁部のラジアル方向外側およびラジアル方向内側に画成される二次流れ経路へと分割するようにこの流れ経路内へ延伸可能である。

本発明のさらに別の態様によれば、圧縮機吐出気をシールするための環状ケースと、ストラット内領域の環状アレイを画成するようにケースに装着されるストラットとを含む、タービンエンジン用のディフューザが提供され、このディフューザは、ストラットのうちの１つまたは複数によって後方側で支持可能であり、前方側に前縁部を含むリング形状環状体であって、その前縁部が、圧縮機吐出気の流れ経路を、リング形状環状体および前縁部のラジアル方向外側およびラジアル方向内側に画成される二次流れ経路へと分割するようにその流れ経路内へ延伸可能である、リング形状環状体と、ストラット内領域内においてリング形状環状体の上に配設される支持アセンブリであって、その上で燃焼器アセンブリを支持することが可能である、支持アセンブリとを含む。

図面と組み合わされる以下の詳細な説明から、これらのおよび他の利点ならびに特徴がより明らかになろう。

本発明としてみなされる主題は、明細書の最後の特許請求の範囲において、詳細に示され、明確に特許請求される。本発明の前述のおよび他の特徴ならびに利点は、添付の図面と組み合わされる以下の詳細な説明から明らかである。

複数の実施形態による圧縮機吐出ケースおよびディフューザの後方斜視図である。 複数の実施形態による圧縮機吐出ケースおよびディフューザの前方斜視図である。 図１および図２のディフューザ環状体の側方断面図である。 図１〜３のディフューザのスプリッタ部分の斜視図である。 複数の実施形態による、圧縮機吐出ケース、ディフューザ、および支持アセンブリの後方斜視図である。 複数の実施形態による、圧縮機吐出ケース、ディフューザ、およびディフューザ上に支持される燃焼器アセンブリの側方断面図である。

詳細な説明により、図面を参照して、例示として、本発明の実施形態について、利点および特徴と共に説明する。

図１〜６を参照すると、ディフューザ１０が、タービンエンジン１において使用するために提供される。タービンエンジン１は、その中心線を中心にして回転するロータと、吸気を圧縮して高温圧縮機吐出気を吐出する、ディフューザ１０の上流の圧縮機セクションと、環状圧縮機吐出ケース（ＣＤＣ）２０とを含むことができる。この環状圧縮機吐出ケース（ＣＤＣ）２０により、ロータおよびストラット３０のセットからの圧縮機吐出気がシールされる。この環状圧縮機吐出ケース（ＣＤＣ）２０は、壁部表面２１および２２を含み、これらの壁部表面２１および２２により、高温圧縮機吐出気が流れることが可能な領域が画成される。

ストラット３０はそれぞれ、対向する前方端部および後方端部を備える。これらの端部はそれぞれ、ストラット３０がそれぞれロータの長手方向軸に実質的に整列されるように、および、これらのストラットが実質的に規則的に離間された外周位置に配設された状態で、ＣＤＣ２０に装着される。このようにして、ストラット３０により、ストラット内領域４０の環状アレイが画成される。燃焼動作用の圧縮機吐出気を受容する燃焼器アセンブリ１１０の環状筒型アレイを、以下において説明するように、これらのストラット内領域４０において、ディフューザ１０の複数部分の上で支持することができる。

ディフューザ１０は、壁部表面２１および２２と、リング部分５０と、スプリッタ部分６０とを備える。リング部分５０は、リング形状環状体５１、前方面５３、および後方面５２を備え、これら前方面５３および後方面５２は、環状体５１の対向する前方側および後方側にそれぞれ配設される。リング部分５０は、ストラット３０のうちの１つまたは複数によって支持可能である。リング部分５０に対する支持は、一般的には、ストラット３０と後方面５２との間の連結によって与えることができるが、リング部分５０の他の構成要素が、ストラット３０に対して連結することもできる。

スプリッタ部分６０は、リング形状環状体６１および後方面６２を含み、後方面６２は、スプリッタ部分体６１の後部表面上に配設される。スプリッタ部分６０の後方面６２は、リング部分５０およびスプリッタ部分６０が単一のリング形状構造部を協働的に形成するように、リング部分の前方面５３と対合することができる。

スプリッタ部分６０は、前縁部７０をさらに含む。前縁部７０は、スプリッタ部分体６１の第１の前方面７１と第２の前方面７２との交差部に形成される。面７１および７２は、上流方向に相互の方向へテーパ状になされる。リング部分５０が、ストラット３０により支持されるため、前縁部７０は、圧縮機吐出気の流れ経路８０内へと延伸可能である。したがって、ディフューザ１０は、流れ経路８０を二次流れ経路８１および８２へと分割するように構成され、これらの二次流れ経路８１および８２は、それぞれ、ディフューザ１０のラジアル方向外側に、面７１と壁部表面２１との間に、および、ラジアル方向内側に、面７２と壁部表面２２との間に、画成される。すなわち、二次流れ経路８１および８２は、少なくとも、初めはラジアル方向に分岐し、その一方で、これらは、下流で、以下において説明されることとなる燃焼器アセンブリ１１０にて終端することができる。

ディフューザ１０は、単一の構成要素として、または、それぞれが実質的に上述のように構築された複数のディフューザ１０として提供することができる。ディフューザ１０が、複数のディフューザ１０として提供される場合には、それぞれ個々のディフューザ１０が、少なくとも１つの個々のストラット３０の上で個別に支持される。当然ながら、ディフューザ１０に関してさらに他の構成が可能であり、例えばそれぞれ個々のディフューザ１０を２つ以上のストラット３０の上で支持することもできるということを理解されたい。ディフューザ１０が、複数の構成要素から形成される場合には、これらの構成要素は、それらの中の（１つまたは複数の）接合部でボルト６７によって接合することができる。また、これらの構成要素間における空気漏れを防いだり制御したりするためのシール部やバッフルを使用することもできる。

リング部分５０は、ストラット３０に一体的に結合される。すなわち、リング部分５０は、ストラット３０およびＣＤＣ２０と共に鋳造またはその他の形で適切に形成することができる。その一方で、スプリッタ部分６０を別個の機械加工プロセスによって形成して、後にリング部分５０と対合することもできる。それにより、実質的に平滑であるべき面７１および７２を、高精度に機械加工することが可能となる。これにより、スプリッタ部分６０は、加工公差を高精度に維持することができる限り、また機械応力が許容可能である限り、リング部分５０、ストラット３０、およびＣＤＣ２０と一体的に形成することができるということを理解されたい。スプリッタ部分６０およびリング部分５０が形成されると、スプリッタ部分６０は、リング部分５０に結合される。軸ボルト９０、または他の何らかのタイプの適切な固定要素が、この結合を実現する役割を果たすことができる。

上述の構造を有するディフューザ１０は、１つまたは複数のストラット３０の上で支持され、圧縮機吐出気の流れ経路８０を分割する。さらなる一構成においては、燃焼器アセンブリ１１０が、燃焼器アセンブリ１１０の環状筒型アレイにおいてディフューザ１０のリング部分５０およびスプリッタ部分６０の少なくとも一方によって支持される。この場合、それぞれ個々の燃焼器アセンブリ１１０は、リング部分５０およびスプリッタ部分６０の少なくとも一方のラジアル方向外方部分の上で、およびストラット内領域４０内で支持される。

支持アセンブリ１００により、各燃焼器アセンブリ１１０の支持が与えられる。支持アセンブリ１００は、パッド１０１およびブラケット１０２を含む。パッド１０１は、リング部分５０およびスプリッタ部分６０の少なくとも一方に結合される。ブラケット１０２は、パッド１０１に結合され、拡声器（ｂｕｌｌｈｏｒｎ）形状のものとすることができる。このようにして、ブラケット１０２は、側方翼部を含むことができ、それらの側方翼部に沿って、燃焼器アセンブリ１１０への装着用の摺動装着部が配設される。この場合には、摺動装着部によって、熱膨張または熱収縮の際に、燃焼器アセンブリ１１０に対する支持が維持される。

限られた数の実施形態のみとの関連において本発明を詳細に説明したが、本発明は、そのような開示されている実施形態に限定されないことが、容易に理解されよう。むしろ、本発明は、これまで述べられていないが、本発明の趣旨および範囲と同等の、任意の数の変更形態、代替形態、代替物、または均等構成物を包含するように修正することができる。さらに、本発明の種々の実施形態を説明したが、本発明の態様は、説明された実施形態のうちの一部のみを含むこともできるということを理解されたい。したがって、本発明は、前述の説明によって限定されるものとして理解されるべきではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。

１ タービンエンジン
１０ ディフューザ
２０ 圧縮機吐出ケース
２１、２２ 壁部表面
３０ ストラット
４０ ストラット内領域
５０ リング部分
５１ リング形状環状体
５２ 後方面
５３ 前方面
６０ スプリッタ部分
６５ 上方部分
６６ 下方部分
６７ ボルト
６１ スプリッタ部分体
６２ 後方面
７０ 前縁部
７１、７２ 前方面
８０ 流れ経路
８１、８２ 二次流れ経路
９０ 軸ボルト
１００ 支持アセンブリ
１０１ パッド
１０２ ブラケット
１１０ 燃焼器アセンブリ

Claims (10)

1. 圧縮機吐出気をシールするための環状ケース（２０）と、ストラット内領域（４０）の環状アレイを画成するように前記ケース（２０）に装着されるストラット（３０）とを含む、タービンエンジン（１）用のディフューザ（１０）であって、
   前方面（５３）が前方側に配設されたリング形状環状体（５１）を含むリング部分（５０）であり、前記ストラット（３０）のうちの１つまたは複数によって支持可能である、リング部分（５０）と、
   後方面（６２）が後方側に配設されて前記リング部分体（５１）の前記前方面（５３）と対合するリング形状環状体（６１）を含むスプリッタ部分（６０）とを備え、前記スプリッタ部分（６０）が、
   前記スプリッタ部分体（６１）の前方側に前縁部（７０）をさらに含み、前記前縁部（７０）が、前記圧縮機吐出気の流れ経路（８０）を、前記スプリッタ部分体（６１）のラジアル方向外側およびラジアル方向内側に画成される二次流れ経路（８１、８２）へと分割するように前記流れ経路（８０）内へ延伸可能である、ディフューザ（１０）。
2. 前記リング部分（５０）および前記スプリッタ部分（６０）の少なくとも一方が、複数のセグメントから形成される、請求項１記載のディフューザ（１０）。
3. 前記リング部分（５０）が、前記ストラット（２０）に一体的に結合される、請求項１記載のディフューザ（１０）。
4. 前記スプリッタ部分（６０）が、前記リング部分（５０）に結合される、請求項１記載のディフューザ（１０）。
5. 前記スプリッタ部分（６０）が、前記リング部分（５０）にボルト留めされる、請求項１記載のディフューザ（１０）。
6. 前記スプリッタ部分（６０）が、上方部分（６５）および下方部分（６６）を含む、請求項１記載のディフューザ（１０）。
7. 前記上方部分（６５）および前記下方部分（６６）を接合するためのボルト（６７）をさらに備える、請求項６記載のディフューザ（１０）。
8. 支持アセンブリ（１００）をさらに備え、その上で燃焼器アセンブリ（１１０）を支持することが可能である、請求項１記載のディフューザ（１０）。
9. 圧縮機吐出気をシールするための環状ケース（２０）と、ストラット内領域（４０）の環状アレイを画成するように前記ケース（２０）に装着されるストラット（３０）とを含む、タービンエンジン（１）用のディフューザ（１０）であって、
   前記ストラット（３０）のうちの１つまたは複数によって後方側で支持可能であるリング形状環状体（５１、６１）を備え、前記リング形状環状体（５１、６１）が、
   前方側に前縁部（７０）を含み、前記前縁部（７０）が、前記圧縮機吐出気の流れ経路（８０）を、前記リング形状環状体（５１、６１）および前記前縁部（７０）のラジアル方向外側およびラジアル方向内側に画成される二次流れ経路（８１、８２）へと分割するように前記流れ経路（８０）内へ延伸可能である、ディフューザ（１０）。
10. 圧縮機吐出気をシールするための環状ケース（２０）と、ストラット内領域（４０）の環状アレイを画成するように前記ケース（２０）に装着されるストラット（３０）とを含む、タービンエンジン（１）用のディフューザ（１０）であって、
    前記ストラット（３０）のうちの１つまたは複数によって後方側で支持可能であり、前方側に前縁部（７０）を含むリング形状環状体（５１、６１）であり、前記前縁部（７０）が、前記圧縮機吐出気の流れ経路（８０）を、前記リング形状環状体（５１、６１）および前記前縁部（７０）のラジアル方向外側およびラジアル方向内側に画成される二次流れ経路（８１、８２）へと分割するように前記流れ経路（８０）内へ延伸可能である、リング形状環状体（５１、６１）と、
    ストラット内領域（４０）内において前記リング形状環状体の上に配設される支持アセンブリ（１００）であり、その上で燃焼器アセンブリ（１１０）を支持することが可能である、支持アセンブリ（１００）と
    を備える、ディフューザ（１０）。