JP2012102728A

JP2012102728A - シュラウド漏洩カバー

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Publication number: JP2012102728A
Application number: JP2011240718A
Authority: JP
Inventors: Michael James Dutka; マイケル・ジェームズ・ドゥッカ; Venkata Siva Pradad Chaluvadi; ヴェンカタ・シヴァ・プラダッド・チャルヴァディ
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2010-11-05
Filing date: 2011-11-02
Publication date: 2012-05-31
Anticipated expiration: 2031-11-02
Also published as: JP6118018B2; US20120114458A1; CN102705254B; US8714908B2; FR2967222A1; CN102705254A; DE102011055046A1

Abstract

【課題】ガスタービンの圧縮機セクションの性能を向上させるための方法及びシステムを提供する。
【解決手段】本方法及びシステムは、ステータベーン組立体の下流の高圧から該ステータベーン組立体の上流の低圧に流れる漏洩空気を迂回させてステータベーンの前縁における設計流れパターンを崩壊させないようにすることによって、ガスタービンの圧縮機セクションの性能を向上させる。内側シュラウド組立体の前面にカバーを設けて、漏洩空気が前縁上に衝突するのを防止する。カバーは、内側シュラウド組立体の前面上に取付けられた流れ迂回装置の出口チャネルに設けることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、ターボ機械及び軸流圧縮機に関する。より具体的には、本発明は、ガスタービンエンジンの圧縮機におけるステータベーンの内側シュラウド領域に適用することができるシュラウド漏洩カバーに関連する。シュラウド漏洩カバーは、ステータベーンの前縁上への漏洩空気の直接的衝突を防いで、それにより生じる圧縮機性能の低下を防止する。

ガスタービンエンジンは、車両及び発電装置用の多種多様な機械的駆動装置に動力供給するために使用されてきた。ガスタービンエンジンの運転は、３段階のプロセスにまとめることができ、それらプロセスでは、空気が、回転圧縮機内で加圧され、燃焼チャンバ内で加熱されかつタービンを通して膨張する。タービンの出力は、圧縮機及び駆動装置に連結されたあらゆる機械的負荷を駆動するために使用される。軸流圧縮機は、その周辺部に翼形部を支持した複数の環状ディスク部材を含む。ディスク部材の幾つかは、内側ロータに取付けられ、従って回転（ロータ）ブレード組立体であり、一方、その他のディスク部材は、外側ケーシングから垂下し、従って固定（ステータ）ブレード又はベーン組立体である。翼形部又はブレードは、圧縮機の入口に流入する流体（空気）に作用しかつ該空気を連続的流れ燃焼システムに導く準備としてその温度及び圧力を上昇させる。ステータベーンは、回転ブレード組立体から流出する空気を再配向しかつ拡散させて後続の回転ブレード組立体に最適な方向にする。圧縮機の入口に流入する空気は、圧縮機の吐出端部における空気よりも全体圧力が低い状態にあり、この全体圧力の差は、圧縮機圧力比として知られている。内部では、拡散及び速度低下によりステータベーンにわたり静圧上昇が発生する。

主として特定のエンジンで使用するサイクルの設計パラメータを処置しなければならない幾つかの理由で、ステータベーン組立体の入口側における主空気流れ内に戻るその経路が明確に存在することは、ステータベーン組立体の吐出側におけるより高い静圧及びより高い静温度にとって望ましくない。ベーン組立体入口における比較的低静圧領域に戻るこの空気は、漏洩空気と呼ばれかつエンジン効率の低下を引き起こす。従って、圧縮機内の空気の漏洩は、圧縮機自体の効率のみならず、タービンエンジン運転の全体効率もまた低下させる。

圧縮機段のステータベーン組立体の半径方向内側に連結されたラビリンスシール及び内側ロータに対するシールが、長い間にわたって、該ステータベーン組立体の周りの主作動流体通路近くにおける漏洩流れを防止する手段として使用されてきた。ラビリンスシールの使用にも拘わらず、幾らかの漏洩が発生し、この漏洩空気は、例えばステータベーン組立体の半径方向内側端部及びロータに連結されたラビリンスシール間に存在する通路を介してステータベーン組立体の下流側における高静圧からステータベーン組立体の上流側における低静圧に移動する。ステータベーン組立体の上流側に移動した後に、漏洩空気は、該ステータベーン組立体及び隣接するロータ組立体間に存在する空洞内を半径方向外向きに移動する。この漏洩空気が取る半径方向通路は、圧縮機の作動流体流れ通路を通り抜ける空気の速度及び軸方向成分を減少させる傾向を有しかつ抽出空気の量を増大させてさらにエンジンを非効率にする傾向がある。

漏洩空気を迂回させてタービンエンジンの流れ通路内に戻るようにするための努力がなされてきた（米国特許第５，２１１，５３３号におけるＷａｌｋｅｒ他により）。ステータベーン組立体は、該ステータベーン組立体の半径方向内側端部においてシュラウド組立体に結合することができる。シュラウド組立体には、スクープが設けられ、スクープは、ステータベーンの高静圧側から該ステータベーンの低静圧側に前方方向に通り抜ける漏洩空気の通路内に配置される。漏洩通路は、ステータベーン組立体及び回転部材間に設置される。スクープは、漏洩空気を途中捕捉しかつ該漏洩空気を後方向き速度成分を有する状態で圧縮機の空気流れ通路内に再配向する。

しかしながら、半径方向に流れ通路内に流入する漏洩流れは、その注入の近傍において流体の軸方向運動量に対して大きな悪影響を与える。軸方向運動量の減少は、翼形部の前縁における負荷を増大させ、それにより、流れ剥離及び圧縮機サージを生じさせるおそれがある。

米国特許第５，９６７，７４５号明細書

ステータベーンの前縁に対するこの悪影響を排除すると同時に、圧縮流れに戻る漏洩空気に軸方向速度成分を与えた状態を維持するようにすることが望ましいと言える。

本発明の１つの態様によると、タービンエンジンの圧縮機内に設置されたステータベーン組立体の高静圧側から低静圧側に流れて該圧縮機の主作動流体流れ通路内に戻る漏洩空気をステータベーンの前縁において該作動流体流れと干渉するのを回避するように導くためのシステムを提供する。本システムは、ステータベーンと、ステータベーンの半径方向内側先端部に連結されたシュラウド組立体と、シュラウド組立体の半径方向内側先端部に連結された固定シール組立体と、固定シール組立体の半径方向内側に設置されかつ該シール組立体との間の境界面に漏洩流れ通路を形成した回転シール手段とを含む。そうでなければ圧縮機性能を損なう作動流体流れとの干渉を回避するようにステータベーンの前縁から離れた主作動流体流れ通路内に漏洩空気流れを導くための手段が設けられる。

本発明の別の態様によると、タービンエンジンの圧縮機内に設置されたステータベーン組立体の高静圧側から低静圧側に流れて該圧縮機の主作動流体流れ通路内に戻る漏洩空気をステータベーンの前縁が該漏洩空気の再配向によって直接的衝突から保護されるように導くためのシステムを提供する。本システムは、エンジンの固定ケーシング要素に固定された複数の円周方向に間隔を置いて配置されたステータベーンを備えたステータベーン組立体と、ステータベーン組立体の半径方向内側に設置されかつ該ステータベーン組立体と共に該ステータベーン組立体の後方に位置した高静圧空洞から該ステータベーン組立体の前方に位置した低静圧空洞に至る漏洩空気流れ通路を形成したロータ手段と、主作動流体流れ通路内に戻る漏洩空気流れ通路からの漏洩空気流れを該漏洩空気流れが複数の円周方向に間隔を置いて配置されたステータベーンの前縁を迂回するように導くための手段とを含む。

本発明のさらに別の態様によると、ステータベーンの後方に位置した高静圧側からステータベーン組立体の前方の低静圧側に流れる漏洩空気流れを該ステータベーンの前縁における空気力学的流れを妨げないように迂回させることによってガスタービン圧縮機の性能を向上させる方法を提供する。本方法は、流れ迂回装置の半径方向内側端縁部をステータベーン組立体の低静圧側において漏洩空気通路の半径方向内側に配置するステップと、ステータベーン組立体の高静圧側から低静圧側に流れる漏洩空気流れを途中捕捉して、主作動流れと再合流させるステップと、複数の翼形部の前縁を該前縁に近接させたカバーにより漏洩空気流れから遮蔽するステップとを含む。

本発明のこれらの及びその他の特徴、態様並びに利点は、図面全体を通して同じ参照符号が同様の部品を表している添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むことにより一層良好に理解されるであろう。

ガスタービンエンジンの基本的作動を概略的に示す図。従来技術のタービンエンジン圧縮機のセグメントを示す図。本発明の実施形態による隣接するロータブレード間のステータベーン組立体を表すガスタービン圧縮機のセグメントを示す図。フロントカバーリングを備えたステータベーン組立体のセクションの上面図。フロントカバーリングを備えたステータベーン組立体のセクションの下流方向図。分離フロントカバー要素を備えたステータベーン組立体のセクションの上面図。分離フロントカバー要素を備えたステータベーン組立体のセクションの下流方向図。ロータブレード間に位置するステータベーン組立体を表すタービンエンジン圧縮機の従来技術のセグメントを示す図。本発明の実施形態による、ステータベーンの前縁に近接して取付けられた流れ迂回装置のためのカバーの軸方向図。内側シュラウド組立体の前面に対して流れ迂回装置を備えた状態での流れカバー要素の取付けの軸方向図。流れ迂回装置のためのカバーを備えたステータベーン組立体のセクタの斜視図。ガスタービンの圧縮機段内におけるステータベーンの前縁から漏洩流れを迂回させる方法のフロー図。

本発明の以下の実施形態は、圧縮機セクションの性能を向上させることにより全体ガスタービン性能を改善することを含む多くの利点を有する。

ステータベーン組立体の下流の高圧から該ステータベーン組立体の上流の低圧に流れる漏洩空気を迂回させてステータベーンの前縁における設計流れパターンを崩壊させないようにすることによって、ガスタービンの圧縮機セクションの性能を向上させるための方法及びシステムを提供する。内側シュラウド組立体の前面にカバーを設けて、漏洩空気が前縁上に衝突するのを防止する。カバーは、内側シュラウド組立体の前面上に取付けられた流れ迂回装置の出口チャネルに設けることができる。

図１は、ガスタービンエンジン１０の基本的作動を概略的に示している。エンジン１０は、圧縮機１２、燃焼器１４及びタービン１６を含む。圧縮機１２は、複数のロータブレード２２を有するロータ２０を含み、複数のロータブレード２２は、ロータ２０の長さに沿った段内に配置されかつ外側ケーシング２４から内向きに延びるステータベーン２４と協働し、それによって加圧空気の軸方向流れを形成して燃焼器１４内での燃焼を支援する。ロータ２０と組合さった圧縮機外側ケーシング２６は、燃焼器１４に到る環状流れ通路１３を形成する。

燃焼器１４内で発生させた高温ガスストリーム２１は、タービン１６を駆動し、タービン１６は、シャフト２８によって該タービンに連結された負荷２９及び圧縮機ロータ２０を回転させる動力を供給する。タービンを通って流れた後に高温ガスストリーム２１は、排出口に吐出させることができる。

図２は、ロータブレード２２Ａ及び２２Ｂ間に位置したステータベーン組立体２４を表す従来技術のタービンエンジン圧縮機１２のセグメントを示している。ステータベーン組立体は、半径方向内側シュラウド組立体３２を含む。内側シュラウド組立体３２の半径方向内側面３４に対して、異なるシールの組合せ（ブラシシール３０及びエッジシール３１のような）を連結することができる。それに限定されないが、１つ又はそれ以上の歯形エッジシール３８のようなシールは、ロータ２０に取付けることができる。内側シュラウド組立体３２はまた、上部回転機構（図示せず）と作用してガスタービン運転条件に基づいてステータブレード２５を位置決めする下部回転機構５０を収容することができる。

回転ブレード２２Ａにより加圧された作動流体例えば空気が、空気静圧Ｐ₁及び静温度Ｔ₁を有する状態でロータブレード２２Ａ及びステータベーン２４間の空間４０に流入する。この空気は、円周方向成分を有しかつステータブレード２５によって後続の回転ブレード２２Ｂ上に衝突するのに最適な方向に再配向されるのが望ましい。空間４１内におけるステータベーン２４の下流側において、空気は、空気静圧Ｐ₂及び静温度Ｔ₂を有する。空気圧力Ｐ₂は、空気圧力Ｐ₁よりも大きくまた温度Ｔ₂は、温度Ｔ₁よりも高い。より大きい空気圧力Ｐ₂及びより高い温度Ｔ₂は、空気が空間４１内の空気流れ通路４２のより低い速度に再配向されかつ拡散され、従って該空気が圧縮機を通って下流方向に移動する時に温度及び圧力の増大を生じるという事実によって認識することができる。

ロータ２０及び内側シュラウド３２の半径方向内側面３４間の空間は、シール３０、３１、３８によって緊密な間隙で形成することができる。しかしながら、シール作用は完全ではなくて、高圧Ｐ₂から低圧Ｐ₁への漏洩空気通路４４が可能になる。この漏洩空気４５は次に、半径方向外向きに流れかつ作動流体流れの方向にほぼ直角な方向で作動流体ストリーム４２に再流入する。その結果生じた乱流により、圧縮機及びエンジン性能が低下する。

図３は、本発明の実施形態によるロータブレード３２２Ａ及び３２２Ｂ間に位置したステータベーン組立体３２４を表すタービンエンジン圧縮機３００のセグメントを示している。ステータベーン組立体３２４の構造的構成は、前縁３２７を備えたステータベーン３２５及び内側シュラウド組立体３３２を含む。内側シュラウド組立体３３２はまた、上部回転機構（図示せず）と作用してガスタービン運転条件に基づいてステータブレード３２５を位置決めする下部回転機構３５０を収容することができる。内側シュラウド組立体３３２は、ロータ２０の１つ又はそれ以上の歯形エッジシール３８と共にブラシシール３０及びエッジシール３１間で制限空気漏洩通路４４を形成する。それに代えて、空気漏洩通路は、内側シュラウド組立体３３２及びロータ２０間におけるその他の数及び形式のシールにより制限することができる。

内側シュラウド組立体３３２にはさらに、該内側シュラウド組立体３３２の前面３０９の周りに配置されたフロントカバー３４０を設けることができる。フロントカバー３４０は、内側シュラウド組立体と一体形に形成することができ、或いは公知の手段により内側シュラウド組立体に取付けられた別個の要素とすることができる。フロントカバー３４０の一部は、内側シュラウド組立体３３２の前面３０９から軸方向上流に漏洩流れ４６内に延び、それにより漏洩流れ４６を作動流体流れ４２と混合させることができる。フロントカバー部分は、ステータブレード３２５の前縁３２７に円周方向に近接して選択的に配置し、それによって前縁の近傍を漏洩空気流れ４７による衝突から遮蔽することができる。内側シュラウド組立体３３２の前面３０９のその他の部分は、被覆されておらず、それによって漏洩流れ４７がステータベーンの前縁から離れた該前面の非被覆セクションに沿って流れるのを可能にすることができる。フロントカバー３４０は、内側シュラウド組立体の前面に取付けられたカバーリングとして或いは別個のカバー要素として形成することができ、これら両方の形式は、さらに説明する。

図４は、本発明のフロントカバー３４０の実施形態を備えたステータベーン組立体３２４の上面図を示している。このセクションは、内側シュラウド組立体３３２の上部表面３０６上にステータピッチ３０８を有する３つのステータベーン３２５を含む。フロントカバー３４０は、内側シュラウド組立体３３２の前面３０９上に取付けられたカバーリング３４５（その一部を図示している）として形成することができる。カバーリング３４５は、ステータブレード３２５の前縁３２７に円周方向に近接して配置された遮蔽セクタ３４６を含むことができ、この場合に、遮蔽セクタは、前面３０９から作動流体流れ４０２の上流方向に延びる増加した軸方向厚さ３４７を含む。カバーリング３４５の厚さ３４７は、そうでなければ作動流体流れ４２（図３）の設計流れを崩壊させる漏洩流れ４７（矢印ポイントで表している）による衝突から前縁３２７を遮蔽するのを助ける。ステータベーンの前縁３２７から離れたカバーリング３４５の残りの非遮蔽セクタ３４８上にわたっては、遮蔽が必要でなく、またカバーリングの比較的薄い深さ３４９を設けて漏洩流れの不必要な制限を防止する。内側シュラウド組立体３３２の前面３０９の円周の遮蔽セクタ３４６は、ステータベーン３２５のピッチ３０８の約３０％〜ピッチの約７０％とすることができる。一部のステータブレード３２５が下部回転機構５０及び上部回転機構（図示せず）の周りの軸線上で回転可能であって、ステータブレード３２５の前縁が圧縮機作動条件に応答して移動するので、そのような広い範囲の遮蔽は望ましく、また回転運動の全範囲にわたって遮蔽するのが望ましい筈である。固定ステータブレードの場合には、遮蔽厚さは、ステータベーンの前縁３２７に中心合せすることができる。回転可能ステータブレード（円弧３１１で示す）の場合には、遮蔽厚さは、ステータブレードの回転中心３１２に中心合せすることができる。

図５は、本発明のフロントカバーリング３４５の実施形態を備えたステータベーン組立体３２４のセクタについての作動流体流れの方向における下流方向向き図を示している。セクタは、説明目的のため、前縁３２７を備えた３つのステータブレード３２５を含む。フロントカバーリング３４５は、内側シュラウド組立体３３２の上部表面３０６によって外側半径方向端部上に結合されかつ深さ３５１だけ内向き半径方向に延びる。増加した軸方向厚さ３４７（図４）の遮蔽セクタ３４６は、名目的に前縁３２７に中心合せすることができる。限定厚さの非遮蔽セクタ３４８は、それら遮蔽セクタ３４６間に位置させることができる。内側シュラウド組立体の前面３０９に沿った漏洩流れ４７は、遮蔽セクタ３４６では封鎖されかつ前縁から離れたリングセクタ３４８では通過する。

図６は、本発明の分離フロントカバーの実施形態を備えたステータベーン組立体のセクションの上面図を示している。図７は、分離フロントカバーを備えたステータベーン組立体のセクションの下流方向図を示している。このセクションは、内側シュラウド組立体３３２上にステータピッチ３０８を有する３つのステータベーン３２５を含む。分離カバー４４０が、各ステータベーン３２５の前縁３２７に円周方向に近接して設けられる。分離カバー４４０は、内側シュラウド組立体３３２の前面３０９から作動流体流れ４２の上流方向に延びることができる軸方向厚さ４５０を含む。カバーの厚さ４５０は、前縁３２７の周りの作動流体流れ４２（図３）の設計流れを崩壊させる漏洩流れ４７による衝突からブレード３２５の前縁３２７を遮蔽するのを助ける。各分離カバー４４０の円周方向スパン４４５は、カバーが前縁３２７上に名目的に中心合せされた状態でステータベーンのピッチの約３０％〜ピッチの約７０％とすることができる。ステータブレードの前縁から離れたステータベーン組立体３３２の前面３０９の非被覆円周４４８では、遮蔽が必要でなく、従ってカバーを設ける必要がない。そのような広い範囲の遮蔽は、ステータブレード３２５が下部回転機構５０及び上部回転機構（図示せず）の周りの軸線上で該ステータブレードの前縁３２７が移動するように回転可能であるので望ましく、また回転運動の全範囲にわたって遮蔽されるのが望ましい筈である。分離カバー４４０の様々なテーパを半径方向及び円周方向に設けて非被覆位置におけるカバーの周りの漏洩空気４７の円滑な流れを可能にすることができる。フロントカバー要素の内側半径方向表面４６５は、内側シュラウド組立体３３２のフロント面３０９に対するテーパを含むことができる。フロントカバー４４０の円周方向表面４６０は、内側シュラウド組立体３３２の前面３０９に対してテーパさせることができる。

図８は、ロータブレード２２Ａ及び２２Ｂ間に位置したステータベーン組立体３２４を表すタービンエンジン圧縮機２００の従来技術のセグメントを示している。ステータベーン組立体３２４の構造的構成は、前縁３２７を備えたステータブレード３２５及び内側シュラウド組立体３３２を含む。内側シュラウド組立体３３２はまた、上部回転機構（図示せず）と作用してガスタービン運転条件に基づいてステータブレード３２５を位置決めする下部回転機構３５０を収容することができる。内側シュラウド組立体３３２は、ロータ２０の１つ又はそれ以上の歯形エッジシール３８と共にブラシシール３０及びエッジシール３１間で制限空気漏洩通路４４を形成する。それに代えて、空気漏洩通路は、内側シュラウド組立体３３２上におけるその他の数及び形式のシールにより制限することができる。

内側シュラウド組立体にはさらに、ロータ２０及び内側シュラウド組立体３３２間の漏洩流れ４４を作動流体ストリーム４２内に戻るようにより効果的に導入する流れ迂回装置（流れスプリッタとも呼ぶ）３６０を設けることができる。環状流れ迂回装置３６０は、内側シュラウド組立体の上流面３０９の周りに配置される。流れ迂回装置３６０は、上流面３０９からオフセットしてそれらの間にチャネル３６５を形成する。流れ迂回装置３６０の内側半径方向端部は、漏洩流れ４４の大きな部分を収集するスクープ３７０を形成した下流方向湾曲部を含むことができる。漏洩流れ４４の収集部分４８は、チャネル３６５を外向き半径方向上方に流れることができる。流れ迂回装置３６０の外側半径方向端部は、漏洩に対して下流方向速度成分を付加する吐出要素３７５を形成した下流方向湾曲部を含み、それによって作動流体４２／漏洩流れ４８の効率を向上させることができる。しかしながら、この構成は、ステータブレード３２５の前縁３２７の周りにおける漏洩空気衝突に対する保護をしていなくて、設計流れパターンを崩壊させかつブレード性能を最適性能以下にする。

本発明のさらに別の実施形態によると、流れ迂回装置からの流れに対してカバーを設けて、該流れ迂回装置を通って流れる漏洩空気の吐出がステータベーンの前縁における作動流体の設計流れに悪影響を与えるのを防止することができる。

図９は、本発明の実施形態による、ステータベーンの前縁に近接させて取付けられた流れ迂回装置で使用するフロントカバー５５０の軸方向図を示している。カバー５５０は、内側シュラウド組立体３３２の前面３０９の一部とすることができ或いはそれに代えて内側シュラウド組立体３３２の前面及び流れ迂回装置３６０間に取付けられた別個の要素とすることができる。カバー５５０は、ベーン性能を低下させる作動流体の流れパターンに対する崩壊からステータベーン３２５の前縁３２７を保護する。カバー５５０は、内側シュラウド組立体３３２の前面３０９から作動流体流れ４２と混合する漏洩流れ４８内に軸方向上流に延びることができる。カバー５５０は、内側シュラウド組立体の前面に取付けられたリング（図４及び図５における参照符号４４５を参照）として形成することができる。カバー５５０は、ステータブレード３２５の前縁３２７に円周方向に近接して配置されたセクタを含むことができ、その場合にセクタは、作動流体流れ４２の上流方向に延びる増加した軸方向厚さを含む。増加した厚さのセクタは、漏洩流れによる衝突から前縁を遮蔽することができる。ステータベーンの前縁から離れたリング１４５の残りの円周には、遮蔽が必要でなくかつリングの比較的薄い厚さを設けて漏洩流れ（図３、図４及び図５を参照）の不必要な制限を防止する。それに代えて、分離カバー要素４４０（図６及び図７に流れ迂回装置がない状態でステータベーン組立体を前述したような）は、流れ迂回装置３６０及び前面３０９間に配置することができる。

遮蔽された内側シュラウド組立体の面の円周のセクタは、ステータベーンのピッチの約３０％〜ピッチの約７０％とすることができる。そのような広い範囲の遮蔽は、ステータブレード３２５が下部回転機構５０及び上部回転機構（図示せず）の周りの軸線上で該ステータブレード３２５の前縁３２７が移動するように回転可能であるので望ましく、また回転運動の全範囲にわたって遮蔽されるのが望ましい筈である。

図１０は、内側シュラウド組立体の前面における流れ迂回装置の本発明の流れカバーの実施形態の軸方向図を示している。流れカバー５５０は、内側シュラウド組立体３３２の前面３０９と一体形に形成することができ或いは該内側シュラウド組立体３３２の前面３０９に締結することができる。内側シュラウド組立体３３２の前面に対する流れカバー５５０の取付けは、ボルト止め５７又はその他の公知の取付け方法によるものとすることができ或いはまた内側シュラウド組立体に対して流れ迂回装置３６０の外側半径方向端部を同時に取付けることができる。流れ迂回装置３６０の下部端部は、ボルト止め５６又はその他の公知の手段により前面３０９に直接固定することができる。流れカバー５５０は、図４、図５、図６及び図７で前述したように配置されて回転可能な圧縮機ブレード作動又は回転しないブレード３２５の固定位置における前縁３２７の移動の範囲にわたる不都合な流れパターンからステータブレード３２５の前縁領域３２７を遮蔽する。

図１１は、タービンエンジン３００の圧縮機における流れ迂回装置３６０のカバー５５０を備えたステータベーン組立体のセクタの斜視図を示している。ステータベーン組立体３２４は、ステータ内側シュラウドに半径方向に取付けられたステータブレード３２５を含む。流れ迂回装置３６０は、ステータベーン組立体３２４の前面３０９の軸方向前方に取付けられて該ステータベーン組立体３２４の前面３０９との間にチャネル６５を形成する。ステータブレード３２５の前縁に円周方向に近接して分離流れカバー要素４４０が配置される。流れカバー要素４４０は、ステータピッチ３０８の約３０％〜約７０％の円周方向スパンを被覆することができる（図４及び図６）。流れカバー要素４４０の厚さは、流れ迂回装置３６０の外側端部に漏洩空気流れ５１のためのチャネル３６５の深さ５５５を形成することができる。流れカバー要素４４０は、公知の取付け方法によってシュラウドの前面に取付けることができる。流れ迂回装置３６０はさらに、流れカバー要素４４０により内側シュラウド組立体３３２の前面３０９に締結することができる。

ステータベーンの後方に位置した高静圧側から前方側に流れる漏洩空気流れを該ステータベーンの前縁における空気力学的流れを妨げないようにすることによってガスタービン圧縮機の性能を向上させる方法を提供する。図１２は、ガスタービンの圧縮機段内におけるステータベーンの前縁から漏洩流れを迂回させる方法のフロー図を示している。ステップ１０００は、ステータベーンピッチの約３０％〜約７０％の円周方向幅を備えて取付ける流れカバー要素を準備するステップを含む。ステップ１０１０は、流れカバー要素が流れ迂回装置リングを備えた漏洩通路に取付けられるか否かを判定するステップを含む。漏洩通路が流れ迂回装置リングを備えている場合には、次にステップ１０２０において、流れ迂回装置リング及び内側シュラウド組立体の前面間においてステータブレードの前面に近接してチャネルの出口に流れカバー要素を取付ける。ステップ１０１０において漏洩通路が流れ迂回装置リングを備えていない場合には、次にステップ１０３０において、ステータブレードの前面に近接させて内側シュラウド組立体の前面に流れカバー要素を取付ける。ステップ１０４０において、ステータベーンが固定であるか又は回転可能であるかが判定される。ステータブレードが固定ベーンである場合には、次にステップ１０５０において、流れカバー要素の円周方向寸法をステータベーンの前縁に中心合せする。ステータブレードが可動ベーンである場合には、次にステップ１０６０において、流れカバー要素をステータブレードの前縁における回転中心に中心合せする。

本明細書では様々な実施形態を説明しているが、これらの実施形態における要素の様々な組合せ、変更又は改良を行なうことができまたそれらが本発明の技術的範囲内にあることは、本明細書から分かるであろう。

１０ガスタービンエンジン
１２圧縮機
１３加圧空気の軸方向流れ
１４燃焼器
１６タービン
２０ロータ
２１高温ガスストリーム
２２ロータブレード
２２Ａ上流ロータブレード
２２Ｂ下流ロータブレード
２３従来技術のガスタービン圧縮機
２４ステータベーン組立体
２５ステータブレード
２６外側ケーシング
２７前縁
２８シャフト
３０ブラシシール
３２内側シュラウド組立体
３４内側半径方向面
３６シール組立体
３８歯形シール
４０第１のロータブレード及びステータブレード間の空間
４１ステータブレード及び第２のロータブレード間の空間
４２作動流体流れ
４４ロータ及びシュラウド間の漏洩流れ
４５作動流体流れに再合流する漏洩流れ
４６漏洩流れ
４７フロントカバーを通る漏洩流れ
４８迂回チャネルを通る流れ
４９迂回カバーの周りの流れ
５０下部回転機構
１００タービンエンジン圧縮機のセグメント
２００従来技術のタービンエンジン圧縮機のセグメント
３００タービンエンジン圧縮機のセグメント
３０５ステータベーン組立体
３０６上部表面
３０８ステータピッチ
３０９前面
３１１回転軸線
３１２回転中心
３２４ステータベーン組立体
３２５ステータブレード
３２７前縁
３３２内側シュラウド組立体
３４０カバー
３４５カバーリング
３４６前縁に近接した遮蔽セクタ
３４７厚さ
３４８前縁から離れた非遮蔽セクタ
３４９厚さ
３５１深さ
３６０流れ迂回装置
３６５チャネル
３７０スクープ
３７５吐出要素
４４０分離カバー要素
４４５円周方向スパン
４５０軸方向厚さ
４６０フロント面までの内側半径方向表面
４６５フロント面までの円周方向表面
５５０カバー
５５５深さ
５６０支持部材

Claims

タービンエンジンの圧縮機内に設置されたステータベーン組立体の高静圧側から低静圧側に流れて該圧縮機の主作動流体流れ通路内に戻る漏洩空気を該ステータベーンの前縁において該作動流体流れと干渉するのを回避するように導くためのシステムであって、
ステータベーンと、
前記ステータベーンの半径方向内側先端部に連結されたシュラウド組立体と、
前記シュラウド組立体の半径方向内側先端部に連結された固定シール組立体と、
前記固定シール組立体の半径方向内側に設置されかつ該固定シール組立体との間の境界面に漏洩流れ通路を形成した、回転表面をシールするための手段と、
前記ステータベーンの前縁において前記作動流体流れと干渉するのを回避するように前記圧縮機の主作動流体流れ通路内に前記漏洩空気流れを導くための手段と
を含む、漏洩空気を導くためのシステム。
前記漏洩空気流れを導くための手段が、前記シュラウド組立体の前端縁部に連結されまた前記シールするための手段から流出する前記漏洩空気を捕捉しかつ前記主作動流体流れ通路と直接流体連通したチャネルを有し、それによって該漏洩空気流れを該主作動流体流れ通路内に戻るように導く流れ迂回装置を含む、請求項１記載の漏洩空気を導くためのシステム。
前記漏洩空気流れを導くための手段が、速度の後向き成分を有する状態で前記漏洩空気を前記主作動流体流れ通路内に戻るように吐出する前記チャネルの後向き配置出口セクションをさらに含む、請求項２記載の漏洩空気を導くためのシステム。
前記漏洩空気流れを導くための手段が、前記流れ迂回装置及び内側シュラウド組立体間で前記ステータベーンの前縁の上流に円周方向に近接して前記漏洩空気流れ通路内に配置されたカバーをさらに含む、請求項３記載の漏洩空気を導くためのシステム。
前記カバーが、前記流れ迂回装置及び内側シュラウド組立体間で前記漏洩空気流れ通路の出口に近接してさらに配置される、請求項４記載の漏洩空気を導くためのシステム。
前記カバーが、前記ステータベーンを通過する前記漏洩空気流れ通路内にステータベーンピッチの約３０％〜約７０％の円周方向円弧にわたって配置される、請求項５記載の漏洩空気を導くためのシステム。
前記カバーが、前記ステータベーンの前縁の周りで円周方向に対称に配置される、請求項６記載の漏洩空気を導くためのシステム。
前記カバーが、前記シュラウド組立の前端縁部及び前記流れ迂回装置の後壁間に固定取付けされて、該流れ迂回装置を支持するための手段を構成する、請求項４記載の漏洩空気を導くためのシステム。
前記カバーが、弓形スライスを含む、請求項８記載の漏洩空気を導くためのシステム。
タービンエンジンの圧縮機内に設置されたステータベーン組立体の高静圧側から低静圧側に流れて該圧縮機の主作動流体流れ通路内に戻る漏洩空気を該ステータベーンの前縁が該漏洩空気の再配向によって直接的衝突から保護されるように導くためのシステムであって、
前記エンジンの固定ケーシング要素に固定された複数の円周方向に間隔を置いて配置されたステータベーンを備えたステータベーン組立体と、
前記ステータベーン組立体の半径方向内側に設置されかつ該ステータベーン組立体と共に該ステータベーン組立体の後方に位置した高静圧空洞から該ステータベーン組立体の前方に位置した低静圧空洞に至る漏洩空気流れ通路を形成したロータ手段と、
前記主作動流体流れ通路内に戻る前記漏洩空気流れ通路からの前記漏洩空気流れを該漏洩空気流れが前記複数の円周方向に間隔を置いて配置されたステータベーンの前縁を迂回するように導くための手段と、を含む、
漏洩空気を導くためのシステム。
前記漏洩空気流れ通路からの前記漏洩空気流れを導くための手段が、前記漏洩空気を封鎖する複数のカバーを含み、
前記複数のカバーが、前記複数の円周方向に間隔を置いて配置されたステータベーンの前縁の上流に円周方向に近接して前記漏洩空気通路内で上流に配置される、
請求項１０記載の漏洩空気を導くためのシステム。
前記複数のカバーの各カバーが、前記ステータベーンの前縁の周りで前記ステータベーンを通過する前記漏洩空気流れ通路内においてステータベーンピッチの約３０％〜約７０％の円周方向円弧を封鎖する、請求項１１記載の漏洩空気を導くためのシステム。
各個々のカバーが、前記ステータベーンの前縁の周りで円周方向に対称に配置される、請求項１２記載の漏洩空気を導くためのシステム。
前記漏洩空気流れ通路からの前記漏洩空気流れを導くための手段が、前記ステータベーン組立体の前方表面に結合されかつ該ステータベーン組立体の前方表面との間に該ステータベーン組立体の下方を軸方向前向きに流れる漏洩流れを該ステータベーン組立体の前方表面に沿って半径方向外向きに前記複数のステータベーンに向けて流れるように導くチャネルを形成した流れ迂回装置を含み、
前記複数のカバーが、前記流れ迂回装置及びステータベーン組立体間で前記ステータベーンの前縁に円周方向に近接して前記チャネルの出口に配置される、
請求項１０記載の漏洩空気を導くためのシステム。
前記複数のカバーが、前記流れ迂回装置及びステータベーン組立体間に機械的に取付けられて、流れ迂回装置に対するその上部端部における支持を行なう、請求項１３記載の漏洩空気を導くためのシステム。
前記複数のカバーが、前記ステータベーンの前縁の軸方向前方で前記ステータベーン組立体上に配置される、請求項１３記載の漏洩空気を導くためのシステム。
ステータベーンの後方に位置した高静圧側からステータベーン組立体の前方の低静圧側に流れる漏洩空気流れを該ステータベーンの前縁における空気力学的流れを妨げないように迂回させることによってガスタービン圧縮機の性能を向上させる方法であって、
流れ迂回装置の半径方向内側端縁部を前記ステータベーン組立体の低静圧側において漏洩空気通路の半径方向内側に配置するステップと、
前記ステータベーン組立体の高静圧側から低静圧側に流れる前記漏洩空気流れを途中捕捉して、主作動流れと再合流させるステップと、
複数の翼形部の前縁を該前縁に近接させた複数のカバーにより前記漏洩空気流れから被覆するステップと
を含む、ガスタービン圧縮機の性能を向上させる方法。
前記被覆するステップが、前記複数の翼形部の前縁を該前縁に対して上流かつ円周方向に配向させた状態で前記複数のカバーを配置するステップを含む、請求項１７記載のガスタービン圧縮機の性能を向上させる方法。
前記被覆するステップが、ステータピッチの約３０％〜約７０％の円周方向円弧にわたって前記複数の翼形部の前縁を被覆するステップをさらに含む、請求項１８記載のガスタービン圧縮機の性能を向上させる方法。
前記被覆するステップが、前記流れ迂回装置及びステータベーン組立体間で該流れ迂回装置のチャネルの出口に前記カバーを配置するステップさらに含む、請求項１７記載のガスタービン圧縮機の性能を向上させる方法。