JP2013524162A - フロースプリッタを備える圧縮器排出ケーシングを有するガスタービンエンジン - Google Patents

Abstract

ガスタービンエンジンの圧縮器排出ケーシング（ＣＤＣ）（１１４）の圧力回復を向上させるために、スプリッタ（１４８）が設けられる。このＣＤＣは、ＣＤＣの少なくとも一部分に沿って概して軸方向に延在する環状壁（１４２）を含む。このＣＤＣは第１の燃焼器および第２の燃焼器（１０６）を収容するように構成される。スプリッタは、環状壁から第１および第２の燃焼器の間を延在する。スプリッタは、流体を第１の燃焼器の方に誘導するように構成されている第１の表面（１５４）と、流体を第２の燃焼器の方に誘導するように構成されている第２の表面（１５８）とを含む。
【選択図】図４

Description

本明細書で開示される主題は、概して、ガスタービンエンジンに関し、より詳細には、スプリッタを備える圧縮器組立体を含むガスタービンエンジンに関する。

少なくとも一部の既知のガスタービンエンジンは、圧縮器組立体を通して、より具体的には、燃焼器のアレイを収容する圧縮器排出ケーシング（（ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｃａｓｉｎｇ）ＣＤＣ）を通して、空気を運ぶ。空気は、ＣＤＣを通して運ばれるとき、隣接する燃焼器の間で圧縮され、ＣＤＣのメリジオナル平面に沿って渦が形成される。空気が圧縮されると、空気ストリームが局部的に加速されて拡散が弱まり、それにより圧力回復が低下する可能性がある。したがって、圧縮器組立体を通して空気を運ぶためのより効率的な方法および／またはシステムが必要とされている。

米国特許第４２９７８４３号明細書

一態様では、ガスタービンエンジンを組み立てるための方法が提供される。この方法は、圧縮器排出ケーシング（ＣＤＣ）の少なくとも一部分に沿って概して軸方向に延在する環状壁を含むＣＤＣを設けることを含む。ＣＤＣは、第１の燃焼器および第２の燃焼器が環状壁内に収容されるように、燃焼器ケーシングに連結される。スプリッタが、環状壁から、第１の燃焼器と第２の燃焼器との間を延在する。このスプリッタは、流体を第１の燃焼器の方に誘導するように構成されている第１の表面と、流体を第２の燃焼器の方に誘導するように構成されている第２の表面とを含む。

別の態様では、ガスタービンエンジンと共に使用されるための圧縮器組立体が提供される。この圧縮器組立体は、圧縮器排出ケーシング（ＣＤＣ）の少なくとも一部分に沿って概して軸方向に延在する環状壁を含むＣＤＣを含む。このＣＤＣは、第１の燃焼器および第２の燃焼器を収容するように構成されている。スプリッタが、環状壁から、第１の燃焼器と第２の燃焼器との間を延在する。このスプリッタは、流体を第１の燃焼器の方に誘導するように構成されている第１の表面と、流体を第２の燃焼器の方に誘導するように構成されている第２の表面とを含む。

さらに別の態様では、ガスタービンエンジンが提供される。このガスタービンエンジンは、第１の燃焼器、第２の燃焼器、圧縮器排出ケーシング（ＣＤＣ）、および、スプリッタを含む。ＣＤＣは、ＣＤＣの少なくとも一部分に沿って概して軸方向に延在する環状壁を含む。ＣＤＣは第１および第２の燃焼器を収容する。スプリッタは、環状壁から、第１の燃焼器と第２の燃焼器との間を延在する。スプリッタは、流体を第１の燃焼器の方に誘導するように構成されている第１の表面と、流体を第２の燃焼器の方に誘導するように構成されている第２の表面とを含む。

例示的ガスタービンエンジンを示す側面図である。 図１に示されるガスタービンエンジンと共に使用され得る例示的燃焼器を示す側面図である。 図１に示されるガスタービンエンジンと共に使用され得る例示的圧縮器排出ケーシング（ＣＤＣ）を示す側面図である。 図３に示されるＣＤＣを示す端面斜視図である。

本明細書で説明される方法およびシステムは、ガスタービンエンジンの長手方向軸を中心にして流体渦を実質的に位置合わせすることにより、圧縮器排出ケーシング（ＣＤＣ）の圧力回復を向上させることを促進する。

本明細書で使用される「軸方向の」および「軸方向に」という語は、ガスタービンエンジンの長手方向軸に実質的に平行に延びる方向および向きを意味する。さらに、「径方向の」および「径方向に」という語は、ガスタービンエンジンの長手方向軸に対して実質的に垂直に延びる方向および向きを意味する。

図１は、例示的ガスタービンエンジン１００の側面図を示している。この例示的実施形態では、ガスタービンエンジン１００は、シリアルフロー構成で、圧縮器１０２と、複数の燃焼器１０６を含む燃焼器組立体１０４と、タービン１０８とを含む。燃焼器１０６は、圧縮器１０２とタービン１０８との間を延在し、かつそれらを回転可能に連結させる、シャフト１１０の周りに延在する環状アレイに間隔を置いて配置される。

図２は１つの燃焼器１０６の側面図である。この例示的実施形態では、圧縮器１０２はその中に画定されるディフューザ１１２を含む。さらに、この例示的実施形態では、圧縮器１０２は、中に画定される圧縮器排出プレナム（ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｐｌｅｎｕｍ）１１６を含む圧縮器排出ケーシング（ＣＤＣ）１１４を含む。

この例示的実施形態では、燃焼器組立体１０４が、締結具１２０によってＣＤＣ１１４に連結される燃焼器ケーシング１１８を含む。この例示的実施形態では、燃焼器ケーシング１１８は燃焼器組立体１０４の周りに延在し、複数の燃料ノズル組立体１２２と、中に画定される燃焼室１２６を含む燃焼器ライナ１２４とを収容する。

この例示的実施形態では、燃焼器組立体１０４はまた、連絡管組立体（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｐｉｅｃｅ ａｓｓｅｍｂｌｙ）１２８を含む。より具体的には、この例示的実施形態では、ＣＤＣ１１４が環状通路１３０を画定する連絡管組立体１２８を収容し、この環状通路１３０は連絡管組立体１２８の内壁１３２と外壁１３４との間を延在する。内壁１３２は中に画定されるガイドキャビティ１３６を含む。一実施形態では、内壁１３２は連絡管と称されてもよく、また、外壁１３４は衝突スリーブと称されてもよい。

この例示的実施形態では、内壁１３２は、燃焼室１２６内で発生する燃焼ガスをタービンノズル１３８に向けて下流へ運ぶ。この例示的実施形態では、外壁１３４は中に画定される複数の開口部１４０を含む。

運転中、タービン１０８がシャフト１１０を介して圧縮器１０２を駆動させる。圧縮器１０２が回転されると、そこを通って下流に流れる空気が圧縮される。圧縮器１０２から排出される圧縮空気は、燃焼器１０６に向かうように運ばれ、そこで、圧縮空気は燃料と混合されて点火されて燃焼ガスを発生させる。より具体的には、この例示的実施形態では、圧縮器１０２が、付随する矢印で示されるように、ディフューザ１１２および圧縮器排出プレナム１１６を通して燃焼器１０６に向かうように圧縮空気を排出する。より具体的には、この例示的実施形態では、圧縮空気は、圧縮器排出プレナム１１６を通るように排出され、開口部１４０を通って環状通路１３０に入る。

環状通路１３０に入る圧縮空気は燃料ノズル組立体１２２内に誘導され、そこで、圧縮空気は燃料に混合される。この混合物は燃焼室１２６内で点火されて燃焼ガスを発生させる。燃焼ガスは燃焼室１２６から排出されてガイドキャビティ１３６を通ってタービンノズル１３８に向かう。タービン１０８が、燃焼ガスの気体熱エネルギーを、シャフト１１０を回転させるのに使用される機械的な回転エネルギーに変換する。

図３はＣＤＣ１１４の側面図であり、図４はＣＤＣ１１４の端面斜視図である。この例示的実施形態では、ＣＤＣ１１４は、ＣＤＣ１１４の少なくとも一部分に沿って概して軸方向に延在する壁１４２を含む。さらに、この例示的実施形態では、壁１４２は締結具１２０によって燃焼器ケーシング１１８に連結される。壁１４２および燃焼器ケーシング１１８は、燃焼器１０６、より具体的にはその中にある複数の連絡管組立体１２８を収容する。より具体的には、この例示的実施形態では、燃焼器ケーシング１１８は、第１の燃焼器表面１４４および第２の燃焼器表面１４６を収容する。一実施形態では、燃焼器表面１４４および１４６は衝突スリーブと称されてもよい。

この例示的実施形態では、壁１４２から延在するスプリッタ１４８がＣＤＣ１１４の圧力回復を向上させることを促進する。より具体的には、スプリッタ１４８は壁１４２の内側表面１５０から径方向内側に延在する。さらに、この例示的実施形態では、スプリッタ１４８は、第１の燃焼器表面１４４および第２の燃焼器表面１４６などの、２つの隣接する連絡管組立体１２８の間を実質的に円周方向に延在する。より具体的には、この例示的実施形態では、スプリッタ１４８は、第１の燃焼器表面１４４および第２の燃焼器表面１４６から実質的に等距離となるように位置決めされおよび／またはそのように間隔を置いて配置され、したがって、第１の表面１５４上のある点から第１の燃焼器表面１４４上のある点までの距離１５２は、第２の表面１５８上の対応する点から第２の燃焼器表面１４６上の対応する点までの距離１５６とほぼ等しくなる。別法として、スプリッタ１４８は、本明細書で説明されるような所望の空気流が形成されるのを可能にするようなＣＤＣ１１４内の任意に位置に配置されてもよい。

この例示的実施形態では、第１の表面１５４および第２の表面１５８は各々が概して凹形になるように形成される。別法として、第１の表面１５４および／または第２の表面１５８は、所望の空気流が形成されるのを可能にする任意の形状を有するように形成されてもよい。例えば、この例示的実施形態では、第２の表面１５８は第１の表面１５４から角度１６０のところに変位され、第１の表面１５４が流体を第１の燃焼器表面１４４に向かうように誘導するような向きとなり、第２の表面１５８が流体を第２の燃焼器表面１４６に向かうように誘導するような向きとなる。この例示的実施形態では、第１の表面１５４および第２の表面１５８は壁１４２と一体に形成される。別法として、スプリッタ１４８が、壁１４２に連結される連結表面（図示せず）を含んでもよい。

第１の表面１５４および第２の表面１５８はＣＤＣ１１４の少なくとも一部分に沿って概して軸方向に延在する。この例示的実施形態では、第１の表面１５４は、ＣＤＣ１１４の一部分に沿って軸方向に延在する頂点１６２のところで第２の表面１５８に連結される。別法として、第１の表面１５４および／または第２の表面１５８は、第１の表面１５４と第２の表面１５８との間を延在する表面（図示せず）に連結されてもよい。この例示的実施形態では、第１の表面１５４は第２の表面１５８と鏡映関係（ｍｉｒｒｏｒｅｄ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ）となるように方向付けられ、したがって、第１の表面１５４および第２の表面１５８は頂点１６２を中心に実質的に対称となる。別法として、第１の表面１５４および／または第２の表面１５８は、所望の空気流が形成されるのを可能にする任意の非対称の向きとなるように方向付けられてもよい。

運転中、圧縮空気は圧縮器排出プレナム１１６を通るように運ばれる。スプリッタ１４８が、ガスタービンエンジン１００の軸の周りの循環を強化することを促進するために、圧縮器排出プレナム１１６内の空気流の一部の方向を変える。より具体的には、この例示的実施形態では、第１の表面１５４が第１の空気流を第１の燃焼器表面１４４に向かうように誘導し、第２の表面１５８が第２の空気流を第２の燃焼器表面１４６に向かうように誘導する。この例示的実施形態では、第１の空気流が長手方向軸の周りを反時計回り方向に循環し、第２の空気流が長手方向軸の周りを時計回り方向に循環する。第１および第２の空気流が分離されることにより、燃焼器表面１４４および１４６の間で空気流が交差するのを軽減することが促進される。

圧縮器排出ケーシング、および、圧縮器排出ケーシングを組み立てるための方法の例示的実施形態を詳細に上述した。この方法およびシステムは本明細書に記載される特定の実施形態のみに限定されず、むしろ、これらの方法およびシステムの構成要素は、本明細書に記載される別の構成要素から独立して分離されて使用されてもよい。例えば、本明細書に記載される方法およびシステムは別の産業用途および／またはコンシューマ用途を有してもよく、本明細書に記載されるガスタービンエンジンと共に実施されることのみに限定されない。むしろ、本発明は多くの別の産業に関連して実施および利用され得る。

本明細書で示される場合、「ａ」または「ａｎ」という語と共に単数形で引用される要素またはステップは、特に排除されることが述べられない限り、複数形の上記の要素またはステップを排除しないものとして理解されるべきである。さらに、「一実施形態」に言及することは、引用されるフィーチャをやはり取り込む追加の実施形態が存在することを排除するものとして解釈されるものとは意図されない。さらに、逆の意味で特に言及しない限り、特別な特性を有する１つの要素または複数の要素を「備える」、「含む」または「有する」実施形態は、その特性を有さないような追加の要素を含むことができる。

ここに記載される説明は、最良の形態を含めた本発明を開示するために、さらには、任意のデバイスまたはシステムを製造および使用することならびに採用される任意の方法を実施することを含めて、当業者が本発明を実施するのを可能にするために、複数の例を使用する。特許を受けることができる本発明の範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者には思い付く別の例を含むことができる。このような別の例は、特許請求の範囲の文字通りの意味と違わない構造的要素を有する場合には、または、特許請求の範囲の文字通りの意味とほぼ違わない等価の構造的要素を含む場合には、特許請求の範囲内にあることが意図される。

１００ ガスタービンエンジン
１０２ 圧縮器
１０４ 燃焼器組立体
１０６ 燃焼器
１０８ タービン
１１０ シャフト
１１２ ディフューザ
１１４ 圧縮器排出ケーシング
１１６ 圧縮器排出プレナム
１１８ 燃焼器ケーシング
１２０ 締結具
１２２ 燃料ノズル組立体
１２４ 燃焼器ライナ
１２６ 燃焼室
１２８ 連絡管組立体
１３０ 環状通路
１３２ 内壁
１３４ 外壁
１３６ ガイドキャビティ
１３８ タービンノズル
１４０ 開口部
１４２ 壁
１４４ 第１の燃焼器表面
１４６ 第２の燃焼器表面
１４８ スプリッタ
１５０ 内側表面
１５２、１５６ 距離
１５４ 第１の表面
１５８ 第２の表面
１６０ 角度
１６２ 頂点

Claims (18)

1. ガスタービンエンジンを動作させるための方法であって、
   少なくとも一部分に沿って概して軸方向に延在する環状壁を含む圧縮器排出ケーシング（ＣＤＣ）を設けるステップと、
   第１の燃焼器および第２の燃焼器が前記環状壁内に収容されるように、前記ＣＤＣを燃焼器ケーシングに連結するステップと、
   前記環状壁から前記第１および第２の燃焼器の間にスプリッタを延在させるステップと
   を含み、前記スプリッタが、流体を前記第１の燃焼器の方に誘導するように構成されている第１の表面と、流体を前記第２の燃焼器の方に誘導するように構成されている第２の表面とを含む、
   方法。
2. スプリッタを延在させるステップが、前記スプリッタを前記第１および第２の燃焼器から実質的に等距離に間隔を置いて配置するステップをさらに含む、請求項１記載の方法。
3. スプリッタを延在させるステップが、概して凹形を有する前記第１および第２の表面のうちの少なくとも１つを形成するステップをさらに含む、請求項１記載の方法。
4. スプリッタを延在させるステップが、前記環状壁から径方向内側に前記スプリッタが延在するように、前記環状壁の内側表面と一体に前記スプリッタを形成するステップをさらに含む、請求項１記載の方法。
5. スプリッタを延在させるステップが、前記ＣＤＣの少なくとも一部分に沿って概して軸方向に延在する頂点のところで前記第１の表面を前記第２の表面に連結させるステップをさらに含む、請求項１記載の方法。
6. スプリッタを延在させるステップが、前記第２の表面と実質的に対称となるように前記第１の表面を方向付けるステップをさらに含む、請求項１記載の方法。
7. 少なくとも一部分に沿って概して軸方向に延在する環状壁を備える圧縮器排出ケーシング（ＣＤＣ）であって、第１の燃焼器および第２の燃焼器を収容するように構成されている、圧縮器排出ケーシング（ＣＤＣ）と、
   前記環状壁から前記第１および第２の燃焼器の間を延在するスプリッタであって、流体を前記第１の燃焼器の方に誘導するように構成されている第１の表面、および流体を前記第２の燃焼器の方に誘導するように構成されている第２の表面を備える、スプリッタと
   を備える、圧縮器組立体。
8. 前記スプリッタが、前記第１および第２の燃焼器から実質的に等距離となるように位置決めされる、請求項７記載の圧縮器組立体。
9. 前記第１および第２の表面のうちの少なくとも１つが概して凹形を有する、請求項７記載の圧縮器組立体。
10. 前記スプリッタが、前記環状壁から径方向内側に延在するように、前記環状壁と一体に形成される、請求項７記載の圧縮器組立体。
11. 前記第１の表面が、前記ＣＤＣの少なくとも一部分に沿って概して軸方向に延在する頂点のところで前記第２の表面に連結される、請求項７記載の圧縮器組立体。
12. 前記第１の表面が前記第２の表面と実質的に対称である、請求項７記載の圧縮器組立体。
13. 第１の燃焼器と、
    第２の燃焼器と、
    少なくとも一部分に沿って概して軸方向に延在する環状壁を備える圧縮器排出ケーシング（ＣＤＣ）であって、前記第１および第２の燃焼器を収容する、圧縮器排出ケーシング（ＣＤＣ）と、
    前記環状壁から前記第１および第２の燃焼器の間を延在するスプリッタであって、流体を前記第１の燃焼器の方に誘導するように構成されている第１の表面、および流体を前記第２の燃焼器の方に誘導するように構成されている第２の表面を備える、スプリッタと
    を備える、ガスタービンエンジン。
14. 前記スプリッタが、前記第１および第２の燃焼器から実質的に等距離となるように位置決めされる、請求項１３記載のガスタービンエンジン。
15. 前記第１および第２の表面のうちの少なくとも１つが概して凹形を有する、請求項１３記載のガスタービンエンジン。
16. 前記スプリッタが、前記環状壁から径方向内側に延在するように、前記環状壁と一体に形成される、請求項１３記載のガスタービンエンジン。
17. 前記第１の表面が、前記ＣＤＣの少なくとも一部分に沿って概して軸方向に延在する頂点のところで前記第２の表面に連結される、請求項１３記載のガスタービンエンジン。
18. 前記第１の表面が前記第２の表面と実質的に対称である、請求項１３記載のガスタービンエンジン。