JP2016508570A - 前置旋回羽根を有する周辺空気冷却システムを備えたガスタービンエンジン - Google Patents
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Abstract
Description
本発明に係る開発の一部は、米国エネルギー省により付与された契約番号DE-FC26-05NT42644で支援を受けたものである。よって、米国政府は本発明において所定の権利を享受することがある。
本発明は、ガスタービンエンジンのタービンブレードの、周辺空気誘引方式の冷却に関する。具体的には本発明は、上述のシステムにおける圧力降下が低減した前置旋回羽根に関する。
本願の発明者は、ガスタービンエンジンにおいてタービンブレードを冷却するための周辺空気誘引方式冷却システム用の前置旋回羽根であって、当該前置旋回羽根内に流れる冷却流体の流れが示す流れ特性を改善するために輪郭加工された端面壁を有する前置旋回羽根を発明した。この前置旋回羽根は、周辺空気流が回転タービンブレード内に導入される前に当該周辺空気流に旋回を生じさせるものである。これにより、冷却流体流をブレード内の冷却路のインレットへ送る効率を上昇させることができる。前記輪郭加工された端面壁によって、流れにおける圧力損失が小さくなり、この圧力損失が小さくなることによって、前置旋回羽根内における流れ効率が向上し、この流れ効率の向上により、ガスタービンエンジンの効率が上昇する。
周辺空気供給源12、
当該供給源12と前置旋回羽根プレナム16とを流体連通させる少なくとも1つの空気供給流路14、
タービンブレード22に隣接するロータ空洞20、
各タービンブレード22に設けられた冷却路インレット(図示されていない)、冷却路26および冷却路アウトレット29
を有する。前記前置旋回羽根16はオプションとして、前置旋回羽根18を支持するストラット17内に配置される。前記冷却路アウトレット29は、タービンブレード22のチップに配置することができ、または配置しないことも可能である。周辺空気は、空気供給流路14内部に入ると冷却流体28となる。冷却流体28は空気供給流路14内部を通って前置旋回羽根プレナム16内に入る。この前置旋回羽根プレナム16は環状のプレナムであり、冷却流体28を前置旋回羽根18へ供給する。前置旋回羽根18内では、ロータディスク31の長手軸30を中心として冷却流体28を旋回させる。冷却流体28はたとえば、前置旋回羽根18から直接、冷却路インレットに流入するか、または、ロータディスク31とタービンブレード22のベースとの間のギャップを通ってから、その後に前置旋回羽根18内に流入する。その後は、冷却流体28は各冷却路26内を通流する。冷却路26内に入ると、タービンブレード22がロータディスク31の長手軸30(「回転軸」ともいう)を中心として回転することにより、径方向外側に向かう方向32に遠心力が生成され、これが、冷却路26内に冷却流体28を押し流す。冷却流体28は冷却路アウトレット29から排出され、内部にて高温ガス36が流れている高温ガス路34内に流入する。冷却流体28が冷却路26内を流れて冷却路アウトレット29から流出していくという動きにより、吸引力が発生し、この吸引力が、排出された冷却流体28の代わりとなるべく、ロータ空洞20から冷却流体28を冷却路26内に引き込む。周辺空気の静圧が、冷却路26内に引き込まれた冷却流体28の代わりとなるべく、冷却流体28をロータ空洞20に向けて押し流し、これにより、周辺空気冷却回路10が完成する。
Claims (18)
- 冷却路を有する周辺空気冷却回路と、
前置旋回羽根と
を備えたガスタービンエンジンであって、
前記冷却路はタービンブレード内に設けられており、かつ、冷却流体を供給する周辺空気供給源と流体連通されており、
前記前置旋回羽根は、
内部シュラウドと、
外部シュラウドと、
前記内部シュラウドから前記外部シュラウドまでそれぞれ及ぶ複数の案内羽根と
を有し、
周方向に互いに隣接する案内羽根によって、当該各案内羽根間にそれぞれ、前記冷却回路の一部を成すノズルが形成されており、
前記各ノズルは、
第1の案内羽根の正圧側と、
隣接する案内羽根の負圧側と、
前記外部シュラウドにより形成された外側端面壁と、
前記内部シュラウドにより形成された内側端面壁と
によって形成されており、
前記タービンブレードの回転によって生成された力が、前記冷却流体を前記冷却回路内に移動させ、
前記前置旋回羽根は、前記ノズルを介して引き込まれた前記冷却流体に旋回を伝え、当該旋回が加えられた冷却流体を、前記タービンブレードのベースに向けて送るように構成されている
ことを特徴とするガスタービンエンジン。 - 前記内部シュラウドはモノリシック体として形成されている、
請求項1記載のガスタービンエンジン。 - 前記外部シュラウドはモノリシック体として形成されている、
請求項1記載のガスタービンエンジン。 - 前記内側端面壁および外側端面壁はそれぞれ、前記互いに隣接する案内羽根間に配置された谷部を有する、
請求項1記載のガスタービンエンジン。 - 前記谷部は、前記タービンブレードの回転中に前記第1の案内羽根の前縁部によって前記引き込まれた冷却流体中に形成される渦より下流に配置されている、
請求項4記載のガスタービンエンジン。 - 前記内側端面壁および前記外側端面壁はそれぞれ、前記第1の案内羽根の正圧側に接する起伏部を有する、
請求項1記載のガスタービンエンジン。 - 前記起伏部の最高点は、前記第1の案内羽根の前縁部から、当該第1の案内羽根の翼弦線の長さの1/3の場所付近に配置されている、
請求項6記載のガスタービンエンジン。 - 前記冷却回路はさらに、前記周辺空気供給源から前記前置旋回羽根へ前記冷却流体を供給するように構成された空気供給流路を有する、
請求項1記載のガスタービンエンジン。 - 前記タービンブレードエンジンはさらに、前記前置旋回羽根を支持するストラットを有し、
前記ストラット内に、前記空気供給流路が設けられている、
請求項8記載のガスタービンエンジン。 - タービンブレード内に設けられた冷却路を有する周辺空気冷却回路を備えたガスタービンエンジンであって、
前記冷却路は、冷却流体を供給する周辺空気供給源に流体連通されており、
前記タービンブレードの回転によって生成された力が、前記冷却流体を前記冷却回路内へ移動させ
ガスタービンエンジンにおいて、
前記ガスタービンエンジンはさらに、前置旋回羽根を有し、
前記前置旋回羽根は、
モノリシックとして形成された内部シュラウド、
モノリスとして形成された外部シュラウド、および、
前記内部シュラウドと前記外部シュラウドとの間に環状配列で配置された複数の案内羽根
を有し、
前記前置旋回羽根は、前記冷却回路の一部を成す複数のノズルを形成し、
前記各ノズルは、
互いに隣接する案内羽根間にて前記外部シュラウドによって形成された外側端面壁と、
前記互いに隣接する案内羽根間にて前記内部シュラウドによって形成された内側端面壁と、
前記互いに隣接する案内羽根の正圧側および負圧側と
を有し、
前記前置旋回羽根は、前記ノズルを介して引き込まれた前記冷却流体に、ロータディスクの長手軸を中心とする周方向運動を伝え、旋回が加えられた当該冷却流体を、前記タービンブレードのベースに向かって送るように構成されている
ことを特徴とするガスタービンエンジン。 - 前記各ノズルの前記内側端面壁および前記外側端面壁は、それぞれ谷部を有する、
請求項10記載のガスタービンエンジン。 - 前記各ノズルの前記内側端面壁および前記外側端面壁はそれぞれ、各案内羽根の正圧側に接する起伏部を有する、
請求項10記載のガスタービンエンジン。 - 前記冷却回路はさらに、前記周辺空気供給源から前記前置旋回羽根へ前記冷却流体を供給するように構成された空気供給流路を有し、
前記空気供給流路は、前記前置旋回羽根を支持するストラット内に設けられている、
請求項10記載のガスタービンエンジン。 - タービンブレード内に設けられた冷却路を有する周辺空気冷却回路と、
前置旋回羽根と
を備えたガスタービンエンジンであって、
前記冷却路は、冷却流体を供給する周辺空気供給源に流体連通されており、
前記前置旋回羽根は、
内部シュラウド、
外部シュラウド、および、
前記内部シュラウドと前記外部シュラウドとの間に配置された複数の案内羽根
を有し、
前記内部シュラウドと、前記外部シュラウドと、前記複数の案内羽根とが、前記周辺空気冷却回路の一部を成す複数のノズルの環状配列体を形成し、
前記各ノズルは、2つの互いに隣接する案内羽根と、前記外部シュラウドの内側端面壁と、前記内部シュラウドの外側端面壁とによって区切られており、
前記ノズルは、互いに隣接して配置された回転ブレードのベース内に設けられた複数の冷却流体インレットに向けて当該ノズル内に前記冷却流体を流すように構成されており、
前記ノズルは、前記回転ブレードが回転する中心となる回転軸を中心として、当該ノズル内にて流れる冷却流体に周方向運動を伝える
ことを特徴とするガスタービンエンジン。 - 前記内部シュラウドおよび前記外部シュラウドはそれぞれ、別個のモノリシック体として形成されている、
請求項14記載のガスタービンエンジン。 - 前記各ノズルの前記外部シュラウドの内側端面壁および前記内部シュラウドの外側端面壁は、それぞれ谷部を有する、
請求項14記載のガスタービンエンジン。 - 前記各ノズルの前記外部シュラウドの内側端面壁および前記内部シュラウドの外側端面壁はそれぞれ、各案内羽根の正圧側に接する起伏部を有する、
請求項14記載のガスタービンエンジン。 - 前記冷却回路はさらに、前記周辺空気供給源から前記前置旋回羽根へ周辺空気を供給するように構成された空気供給流路を有し、
前記空気供給流路は、前記前置旋回羽根を支持するストラット内に設けられている、
請求項14記載のガスタービンエンジン。
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