JP2017525888A - 環状扇形部に分割された環状流路を備えるガスタービン - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも一つの内部ハウジング部分（２）と、少なくとも一つの外部ハウジング部分（３）と、を備えるガスタービン（１）であって、内部ハウジング部分（２）と外部ハウジング部分（３）との間にリングチャネル（４）が少なくとも部分的に設けられており、リングチャネルはガスタービン（１）の作動時に主流である作動流体（５）の有効流と、ガスタービンロータ（６）と、を周囲において囲繞しており、リングチャネル（４）は、冷却流体（８）、特に圧縮空気を周方向において導くように構成されており、リングチャネル（４）は周方向において分離部（７）によってリング扇形部（１０）に分割されており、リングチャネル（４）内に管（２０）が少なくとも部分的に設けられており、管は個々のリング扇形部（１０）を互いに流体接続しており、管（２０）は分配管として構成されており、分配管は、冷却流体を導くための少なくとも一つの冷却流体ライン（９）と流体接続されているとともに、少なくとも一つの排出開口部（２１）、好ましくは多数の排出開口部を有しており、少なくとも１つの排出開口部は冷却流体（８）を管（２０）からリング扇形部（１０）内に移送するように構成されている、ガスタービンに関する。

Description

本発明は、少なくとも一つの内部ケーシング部分と、少なくとも一つの外部ケーシング部分と、を備えるガスタービンであって、当該内部ケーシング部分と外部ケーシング部分との間に少なくとも部分的に環状流路が設けられており、当該環状流路は、ガスタービンの作動時に主流である作動流体の有効流と、ガスタービンロータと、を囲繞しており、環状流路は冷却流体、特に圧縮空気を導くように構成されている、ガスタービンに関する。

このようなガスタービンは、典型的には定置式ガスタービンとして構成されているが、航空エンジンとしても構成されており、当該航空エンジンは、熱容量が大きく、従って蓄熱能力も大きい金属のケーシング部分を有している。ケーシング部分には、典型的に、流出開口部が設けられており、当該流出開口部は、環状流路から冷却流体を、さらなる冷却およびシールの目的のために、流体接続されたガスタービンのさらなる部分に導くように構成されている。当然ながら冷却流体はさらに、熱調節、すなわち環状流路を画定する構成部材を冷却する働きもする。

ガスタービンの作動条件によっては、環状流路に比較的わずかな量の冷却流体のみを送り込むことが必要となる。その結果、環状流路内で自由対流セルが形成され得ることにつながり、当該自由対流セルは環状流路内部に温度差に起因して形成される。自由対流セルは、環状流路内の流れ全体に重要な影響を及ぼし、それにより環状流路内の冷却流体の配分において、時に望ましくない非対称性が形成される。これにより環状流路内部で、他の領域よりも高温の場所的領域が形成されることが増大する。温度配分における不均一性により、個々の場所的領域の材料膨張が異なるために、ガスタービンの幾何学的形状が変形され得る。当該変形ゆえに、ガスタービンの軸対称性が失われる結果となり得、それにより、ガスタービンの回転部材と静止部材の間の間隙距離は、断面内周にわたり、ガスタービンの長手方向において異なる。すなわち例えば、始動過程の間に、ガスタービン内部の温度配分が不均一であることに起因して、ケーシング全体が楕円形になること、もしくは歪曲することが生じ得ることが知られている。

加えて環状流路内で冷却流体を対流によって分配することは、環状流路の周囲にわたって冷却流体温度が異なることを提供する。しかしながらこれによりまた、ガスタービンの部分であって、冷却流体によるさらなる冷却作用が及ぼされるべき部分において、例えば環状流路から供給が行われるタービンブレード冷却の際に、可変的な冷却流体温度が生じる。その結果、これらの部分に対して冷却流体消費を増大するように設計しなければならない、という必要が生じ得、それは技術的に回避すべきである。

これに応じてガスタービンにおける構成部材は、常に最も不都合な幾何学的事例に合わせて設計されることになり、それにより効率が損なわれること、もしくはコストが増大することが加えられる。

このような問題は典型的に、ほとんどのガスタービンにおいて顧みられず、効率が損なわれること、もしくはコストが増大することは許容されている。特に、内部ケーシング部分と回転する構成部材との間の間隙距離が、ガスタービンが歪みもしくは歪曲を受けていない場合に想定される当該間隙距離よりも大きいことが許容されている。

これらの問題を回避するためのいくつかの試みはすでに先行技術から、例えば特許文献１から知られており、当該特許文献は、環状流路を周方向においてゾーンに分割することを教示しており、当該ゾーンは流体的に互いに分離されている。

この流体的分割は、環状流路全体にわたって自由対流セルが形成されることを、少なくとも部分的に防止することができ、あるいは完全に防止することさえできる。同等な技術的予防措置は、例えば特許文献２、特許文献３、または特許文献４から知られている。しかしながら環状流路を上記のように流体的にゾーンに分割することの不利点は、個々の環状扇形部に対して外部から大量に冷却流体を供給しなければならず、全ての扇形部がそれぞれ供給ラインを必要とすることである。加えて個々の扇形部を流体的に分離することは、個々の扇形部が異なる冷却能力を必要とし得る点で問題があることが判明している。従って扇形部に対して、単位時間当たりに異なる量の冷却流体を供給すべきであり、それにより開ループ制御および閉ループ制御の手間も著しく増大する。

欧州特許出願公開第１５０５２６１号明細書 英国特許出願公開第２０１７８２６号明細書 米国特許出願公開第５２１９２６８号明細書 米国特許出願公開第４６３１９１３号明細書

これらの事情から、従来技術に由来するこれらの不利点を回避するという技術的必然性が生じる。従って、本発明の目的はまさにこれを行うことである。特に、内部ケーシング部分のより均一な冷却、取り分け環状流路のより均一な冷却を、簡単かつ費用効果が高い方法で可能にし得るガスタービンが提案されるべきである。加えて環状流路の多大な領域に及ぶ自由対流セルの形成は回避されるべきであるが、同時に環状流路内の冷却流体の有利な配分は実現されるべきである。

本発明が基づくこれらの目的は、請求項１に記載のガスタービンによって達成される。

本発明が基づく目的は特に、少なくとも一つの内部ケーシング部分と、少なくとも一つの外部ケーシング部分と、を備えるガスタービンであって、内部ケーシング部分と外部ケーシング部分との間に少なくとも部分的に環状流路が設けられているガスタービンにおいて、当該環状流路は、ガスタービンの作動時に主流である作動流体の有効流と、ガスタービンロータと、を周囲において囲繞しており、環状流路は冷却流体、特に圧縮空気を周方向において導くように構成されており、環状流路は周方向において仕切りによって環状扇形部に分割されており、環状流路内に少なくとも部分的に管が設けられており、当該管は個々の環状扇形部を互いに流体接続しており、当該管は分配管として構成されており、当該分配管は、冷却流体を供給するための少なくとも一つの冷却流体供給ラインと流体接続されているとともに、少なくとも一つの排出開口部、好ましくは多数の排出開口部を有しており、当該排出開口部は冷却流体を前記管から環状扇形部内に移送するために形成されている、ガスタービンによって達成される。

環状流路のこの分割は、流体的な分割であって、個々の環状扇形部同士の間の自由な、すなわち制限のない流体交換を妨げ得る分割であると理解される。

ガスタービンの外部ケーシング部分は、典型的に当該ガスタービンを環境に対して画定し、前記ガスタービンの作動時に作動流体がガスタービンからこの環境に流出することを防止する。これに対して内部ケーシング部分は、高温ガス流に対してガスタービンを画定し、当該高温ガス流は、作動流体として熱エネルギーを機械的回転エネルギーに変換するために用いられる。このとき内部ケーシング部分は高温ガス流とガスタービンロータとを少なくとも部分的に囲繞する。

環状流路は典型的に二次流体プレナムとして形成されており、当該二次流体プレナム内に二次流体もしくは冷却流体が蓄えられるとともに、特に周方向に導かれ得る。好適に冷却流体は圧縮空気であるが、相応に圧縮された他の流体であってもよい。このような流体は例えば、空気と水の混合物、または空気と蒸気の混合物である。

本発明によれば、内部ケーシング部分と外部ケーシング部分との間に設けられた環状流路が流体的に分割されていることが行われ、それにより個々の環状扇形部が形成されている。当該流体的な分割は、環状流路全体にわたって自由対流セルが形成されることを抑制することができ、または防止することさえできる。従って、環状流路内で主流となる冷却流体流に対して自由対流セルが及ぼす効果も低減され得る。換言すれば、環状流路内の自由対流セルが、環状流路内で主流となる流体流に対して及ぼす影響は、分割がない場合よりも小さい。

さらに個々の環状扇形部内に局所的な自由対流セルが形成され得、当該局所的な自由対流セルは冷却流体をより迅速に混合することを保証し得る。同様に冷却流体およびそれとともに当該冷却流体の冷却能力は、個々の環状扇形部の領域内でより迅速に蓄積され、それにより冷却流体を介してより効率的な冷却が結果として得られる。すなわち環状扇形部により、自由対流セルによって決定される温度成層化の固有ダイナミクスは局所的に限定され、それにより環状流路の周囲にわたる温度配分は改善されるとともに、より均一になることにつながる。これにより、周方向における不均一な温度配分ゆえに楕円形になること、もしくは歪曲することが、少なくとも環状流路の領域内で明らかに低減され得る。

本発明のさらなる態様によれば、環状流路内に少なくとも部分的に管が設けられることが行われ、当該管は個々の環状扇形部を互いに流体接続している。当該流体接続は、個々の環状扇形部同士の間の流体交換を促進する。このようにして、目標を定めて、冷却流体およびそれとともに熱が、個々の環状扇形部同士の間で交換され得る。これは特に、ガスタービンの作動の間に、個々の環状扇形部が他の環状扇形部よりも大きな冷却能力を求めるとき、有利であることが判明している。このような場合、いくらかの冷却流体は、他の環状扇形部から、影響を受けた環状扇形部に移り得る。同時に、個々の環状扇形部における冷却流体量が等しいとき、より高温の環状扇形部から、当該より高温の環状扇形部において支配的であるより高い圧力ゆえに、冷却流体が隣接する環状扇形部内に流出することも可能である。

本発明によればさらに、前記管が分配管として構成されることが行われ、当該分配管は、冷却流体を供給するための少なくとも一つの冷却流体ラインと流体接続されているとともに、少なくとも一つの排出開口部、好ましくは多数の排出開口部を有しており、当該排出開口部は冷却流体を前記管から環状扇形部内に移送するために形成されている。特に当該管は環状流路の周囲全体周りで延在しており、全ての環状扇形部内に冷却流体を分配する。これにより管は、均一化された分配と、環状扇形部への冷却流体の供給と、を可能にし、この点において、また、環状流路内の個々の環状扇形部にわたる温度配分を均一化することに寄与する。

すなわち環状扇形部への供給は、組み込まれた管を介して行われ、それにより個々の環状扇形部を、手間をかけて外部からの供給ラインシステムと結合することは省略できる。加えて冷却流体は、目標を定めて個々の環状扇形部に、管を介して導入され得る。同様に個々の環状扇形部には、冷却流体が増加して供給され得るが、それはすなわち、例えば該当する環状扇形部において長さあたりにより多くの排出開口部が設けられているために、所定の領域ごとに管から冷却流体が増加して流出することによって行われる。

環状流路内に分配管として構成された管は、冷却流体を供給するための少なくとも一つの冷却流体供給ラインと流体接続されているとともに、複数の排出開口部を有しており、当該排出開口部は冷却流体を前記管から、流出を介して環状流路内に移送するように構成されている。

好適に冷却流体は圧縮空気であるが、例えば圧縮された外部源の流体であってもよい。このような流体は例えば、空気と水の混合物、または空気と蒸気の混合物である。

本発明の基本的なアイデアは、環状扇形部によって分割された環状流路内に管を組み込むことにあり、当該管は冷却流体を供給するための少なくとも一つの冷却流体供給ラインと流体接続されており、それにより冷却流体が供給され得る。すなわち、環状流路の環状扇形部に直接、冷却流体を供給する代わりに、まず環状流路内に組み込まれている管に冷却流体が供給され、管から環状流路の環状扇形部内に、当該管内もしくは当該管上の多数の排出開口部を介して冷却流体を移送することが可能となる。

すなわち環状流路に冷却流体を供給すると、時により、場所的に均一な冷却流体の配分を形成するために不利となる流れを形成するのに対し、分配管として構成された管を設けることにより、冷却流体は概ね制御された状態で、目標を定めて環状流路の環状扇形部内に、好ましくは冷却空気をより多く必要とする環状流路のケーシング部分にガイドされ得る。同様に、管内の排出開口部が均一に配分されていることにより、環状流路に対して概ね均一化された冷却流体の供給を実現することが可能であり、例えば対流障害を考慮する必要もない。これにより環状流路の該当するケーシング部分に対して、概ね均一化された冷却が実現され得、それによりガスタービンの個々のケーシング部分の歪曲もしくは不均一な熱膨張が概ね回避され得る。これはまた、ガスタービン内の上記の間隙距離が比較的均一に形成されており、ケーシング部分の周面形状全体にわたって間隙の最適化が行われ得るという有利な結果を生じさせる。さらにこれにより、ガスタービンの特に効率的な作動が可能となる。

本発明は、冷却流体がガスタービンの環状流路の金属の構成部材と直接的な熱接触を行う前に、まず環状流路全体にわたって周囲において冷却流体を分配することを可能にする。熱量がケーシング部分から冷却流体へと、より均一に伝わることにより、例えばケーシング全体が楕円形になること、あるいは歪曲することなどの現象は回避され得る。

ここで、分配管として構成された管は、方向づけられるとともに囲繞された流れを形成させる流れガイドとして理解すべきことが指摘される。当該管はそのために、流れの画定部の役目を果たす管壁部を有する。これにより管断面も規定され得、当該管断面は冷却流体の流れを決定する。この場合、管断面の幾何形状は円形に構成されている必要はないが、一の好ましい実施の形態においては円形に構成されている。管断面は例えば矩形または楕円形、もしくは場所的に異なっていてよく、それにより管は例えば環状流路の場所的な要求に適合されていてよい。同様に管が波形管として構成されていることも想定可能である。管は典型的に熱硬化性の金属合金を含んでいる。

本発明の一の好適な実施の形態によれば、管が概ね環状流路の周面全体にわたって設けられており、好適に排出開口部が周方向において互いに等しく離間していることが行われる。排出開口部は典型的に、数センチメートルの距離をおいて互いに離間している。同様に排出開口部の個々のグループが設けられていてよく、当該排出開口部の個々のグループは、管もしくは環状流路の周囲にわたって配分されている。排出開口部がこのように配分されているために、環状流路に対して比較的均一に冷却空気を供給することが実現され得、管が設けられていなければ熱的な加熱をより大きく受けると想定されるこれらケーシング部分も、好適に冷却され得る。

本発明のさらなる好適な実施の形態によれば、管の流れ断面が可変的に構成されており、特に管の領域であって、冷却流体供給ラインにより近くに設けられている領域の流れ断面が、当該冷却流体供給ラインから比較的遠く離れて設けられている領域の流れ断面よりも大きいことが行われる。従って管内の冷却流体の流れ速度は可変的に適合され得、それにより、冷却流体の滞留時間および流量もしくは局所的な静圧が相応に適合される。これにより例えば、冷却流体供給ラインから比較的遠く離れて設けられている管の領域内で、排出開口部を介して連続的に冷却流体が失われるにもかかわらず、十分な量の冷却流体が存在する効果が実現され得る。

本発明にかかるガスタービンのさらなる好適な実施の形態によれば、管に多数の冷却流体供給ラインが設けられており、当該冷却流体供給ラインが特に、周方向において互いに等しく離間していることが行われる。当該実施の形態によればこれにより、管への冷却流体の供給のさらなる均一化が実現され得る。加えて必要な管直径が低減され得る。

本発明のさらなる好適な実施の形態によれば、排出開口部が孔として形成されることが行われ、当該孔は特に、断面における当該孔の直径の大きさが３０ｍｍより大きくない。好適に断面の大きさはまた、０．５ｍｍよりも小さくない。排出開口部を孔として構成することにより、排出開口部を備える管を特に簡単に製造することが可能である。孔が、当該孔の断面において、直径の寸法が３０ｍｍより大きくない場合、環状流路のケーシング構成部材に向かって目標を定めた冷却空気流も実現され得、それにより衝突冷却を用いた付加的な冷却効果が実現され得る。

本発明のさらなる態様によれば、管が周方向に対して垂直な断面であって、直径が４０ｃｍより大きくなく、特に２５ｃｍより大きくない断面を有していることが行われる。好適に当該直径はまた、１ｃｍより小さくない。管断面は、管容積であって、異なる圧力において冷却空気を受容し、排出開口部へと流し、それにより続いて冷却流体を排出開口部から環状流路に移るように流すことを可能にするのに好適な管容積を規定する。管の断面の大きさは十分に小さく、それにより低圧の場合においても、管内の圧力差に基づいて方向性を有する流れが形成される。

本発明の特に好適なさらなる実施の形態によれば、管が周方向に対して垂直に、８ｍｍよりも大きくない壁部を有していることが行われる。好適に当該壁部は０．５ｍｍよりも小さくない。すなわち管が、通常の場合に見られるように、金属材料から成っているとき、管自体はわずかな熱容量しか有しておらず、排出開口部から出る冷却空気の温度配分を歪めることは概ね生じない。

本発明のさらなる好適な実施の形態によれば、管が二重壁の管として構成されていることが行われる。この点において管の内部容積は、管の外部領域から熱的に分離され得、それによりまた管から出る作動流体の温度に関する均一化が増大することが生じ得る。

さらに管に断熱層が設けられていることも可能である。断熱層は内側にも外側にも設けられていてよい。当該断熱層もまた、管全体にわたる温度配分を均一化することに役立ち、それにより管自体を通過する冷却流体の加熱率が異なることを概ね回避する。

本発明の一の特に好適な実施の形態によれば、仕切りが少なくとも個々の隣接する環状扇形部、特に全ての隣接する環状扇形部を互いに流体密封的に分離していることが行われる。一つより多くの環状扇形部にわたって拡がり得る自由対流セルによる温度伝達は、これにより概ね防止され得る。この点において個々の環状流路内の温度成層もしくは温度配分は、さらに良好に局所化され得る。環状扇形部の構成に応じて、すなわち環状扇形部の大きさおよび幾何形状に応じて、周方向における次の温度配分に対して、特に有利に影響が及ぼされ得る。

代替的に、あるいはまたアイデアを進めて、環状扇形部の少なくともいくつか、特に全ての環状扇形部に、個別の冷却流体供給ラインが備えられていることが行われる。特に個々の環状扇形部が互いに流体密封的に分離されているとき、環状扇形部ごとのこのような個々の冷却流体供給ラインは、環状扇形部に十分な冷却流体を供給するために、非常に有利であり、もしくは必要ですらある。個々の冷却流体供給ラインにより、各環状扇形部には他の環状扇形部から独立して冷却流体が供給され得、特に環状扇形部が、ガスタービンが作動する間、特定の冷却能力を求める領域内に設けられているとき、当該環状扇形部には特定の冷却流体が供給され得る。

本発明の非常に有利なさらなる実施の形態によれば、少なくとも個々の仕切り、特に全ての仕切りが、それぞれ断面Ｑを備える通路を有していることが行われる。ここで断面の寸法は、平均的な寸法であり、例えば平均化された直径として計算され得る。しかしながら寸法は特に、断面平面における最大寸法、例えば最大直径に関していてもよい。仕切り内に通路を設けることにより、冷却流体は部分的に、環状扇形部同士の間で交換され得る。個々の通路の断面の大きさに応じて、個々の環状扇形部同士の間での特定の冷却流体の移送が実現され得る。このとき環状扇形部の個々の仕切りは、それぞれ同じ断面の大きさの通路を有する必要はない。むしろ個々の仕切りは大きさの異なる通路を有し得、それにより環状流路内の環状扇形部の場所に応じて、隣接する環状扇形部とより多い量、もしくはより少ない量の流体交換が行われ得る。

本発明の一の特に好適な実施の形態によれば、少なくとも個々の仕切り、好ましくは全ての仕切りが、分離板として構成されていることが行われる。分離板は典型的に隔壁板とも称される。環状流路内部では典型的に、大きな圧力差は優勢にならず、もしくは個々の環状扇形部同士の間にこのような圧力差が確立されるべきではないために、仕切りは比較的薄い壁で構成されていてよい。これはまた、簡単かつ廉価な構成部材を用いて、環状流路を環状扇形部に分割することを可能にする。

本発明のさらなる実施の形態によれば、環状扇形部が環状流路の周方向において概ね同じ長さの寸法を有していることが行われる。当該実施の形態によれば、個々の環状扇形部内の冷却流体配分は、比較的同等に行われる。加えて通常は、個々の環状扇形部を当該環状扇形部の冷却流体供給ラインに関して特別に適合させる必要はない。従って流体流が比較的大きい場合、環状流路にわたる冷却流体配分は、迅速に均一化され得る。

本発明のさらなる好適な実施の形態によれば、環状流路の周方向において、偶数の環状扇形部が設けられていることが行われる。特に２個、４個、６個、または８個の環状扇形部がある。当該分割は、環状流路を、互いに対称的に設けられ得る環状扇形部に分割させることを可能にする。これはまた、４個もしくは８個の環状扇形部内部の温度配分の均一化を向上させることを可能にする。

本発明のさらなる実施の形態によれば、少なくとも一つの仕切りが環状流路の上方先端の領域内に設けられており、および／または少なくとも一つの仕切りが環状流路の下方先端の領域内に設けられていることが行われる。このとき上方先端とは、ガスタービンを設置する際、環状流路の場所的に最も高い点であり、下方先端とは最も低い点である。当該実施に応じた分割に基づき、自由対流セルがそれぞれ他の対称領域内に拡大することが防止され得る。仕切りの対称的な構成に基づき、環状扇形部には概ね均一に冷却流体が供給され得、自由対流セルもしくは冷却流体流の形成は、上記の仕切りが唯一である限り、同様に概ね同等である。

同様に好適な一の実施の形態によれば、少なくとも二つの仕切りが設けられており、当該仕切りは環状流路の周方向において、互いに反対側に設けられており、特に環状流路の上方先端に対して、８５°から９５°の大きさの分（すなわちほぼπ／２の分）だけ回転された状態で設けられていることが行われる。上方先端および下方先端の定義は、前記の実施の形態に応じて理解されるべきである。

本発明のさらなる実施の形態によれば、仕切りが保持板として構成されていることが行われ、当該保持板を用いて管は、環状流路内で固定されている。これにより仕切りは、当該仕切りの流体的機能のほかに、機械的機能も有している。加えてこのような板は廉価に製造されるとともに、非常に軽い。

以下において本発明の実施の形態を、個々の図に基づいて詳細に説明する。ここで指摘すべき点は、図は単に概略的に理解されるべきであって、実施可能性は当該表示に基づいて制限されないことである。

さらに、同じ参照番号を備える技術的特徴は、同じ技術的作用を有している点を指摘すべきである。

さらに、以下に示される技術的特徴の全ての任意の組み合わせは、当該組み合わせが本発明に係る目的を達成できる限りは、本願において請求の対象となることを指摘しておく。図に示すのは以下の通りである。

従来技術によるガスタービンを長手方向における側方断面で示す図である。 従来技術から知られているような、ガスタービンに沿った長手方向における環状流路を断面で示す図である。 従来技術から知られているような、ガスタービンの実施の形態を長手方向における側方断面で示す図である。 従来技術から知られているような、ガスタービンに沿った長手方向における環状流路を断面で示す図である。 本発明の一の実施の形態によるガスタービンに沿った長手方向における環状流路を断面で示す図である。 管を有しておらず、本願において請求されないガスタービンの実施の形態を長手方向における側方断面で示す図である。

図１は、従来技術から知られているガスタービンの一の実施の形態を長手方向における側方断面で示している。本図においてガスタービンはコンプレッサ１１を有しており、当該コンプレッサは作動時に作動流体５、すなわち空気を吸引し、圧縮する。圧縮された作動流体５は大部分が燃焼室１２に供給されて燃焼されるが、圧縮された作動流体５のわずかな部分は冷却流体８として、参照番号を付されていないプレナムに供給され、当該プレナムから、当該冷却流体８は二次流体導管１４を介して環状流路４に供給させられる。環状流路４は、環境に対して外部ケーシング部分３によって画定されており、内側ではガスタービンロータ６に対して内部ケーシング部分２によって画定されている。加えてガスタービンの長手方向において、さらなる構成部材が設けられており、当該さらなる構成部材は流体的に画定された環状流路４を形成している。

従ってガスタービンの作動時、環状流路４に作動流体が導入され、当該作動流体は作動状態に応じて、環状流路内により大きな流れ、あるいはより小さな流れを形成させる。環状流路からは例えば、冷却流体がさらなる冷却のため、もしくはシールを行う目的で取り出される。しかしながらガスタービン１の作動状態に応じて、環状流路４を画定する構成部材は多少なりとも加熱される。同様に、環状流路４から排出される冷却流体８を用いて供給や冷却が行われる構成部材は、多少なりとも加熱され得る。両方の場合において、ガスタービンが歪曲すること、もしくは楕円形になることのみならず、不均一な冷却作用が生じる懸念があり、それにより上記においてすでに述べたように、効率が損なわれる。

不均一な加熱に起因して、また時に環状流路４に導入された冷却流体８の量が十分でないことに起因して、環状流路４内では、図２に示されるように、冷却流体８について比較的大きな自由対流セルが形成される。当該自由対流セルは本図において点線で表示されている。ここで自由対流セルは環状流路４の下方先端点ＵＳから上方先端点ＯＳに達し、それにより環状流路４内の冷却流体８の流体流全体に影響を及ぼす。さらに自由対流セルの形成により、取り分け環状流路４内に少量の冷却流体８しかないとき、環状流路内部で不利な温度配分が生じる。自由対流セルによって生じさせられた流れへの影響ゆえに、時として全ての領域に、同等に熱的調整をされた冷却流体４が十分に供給されないことがある。同様に冷却流体８は、所定の箇所（本図に示されていない）において環状流路から取り出され得、当該冷却流体は当該冷却流体の温度に関して、円周角にわたって変化し得る。これら全ての点は回避すべきものである。

上記の点の回避は、例えば図３に示される実施の形態によって達成され得る。このケースでは、図３はガスタービン１の長手方向において、全体で３個の環状流路４の詳細断面を示しており、当該環状流路はそれぞれ、仕切り７によって分割されている。仕切り７は、参照番号を備えて表示されていない環状扇形部１０（それぞれ紙面から外に出るもの、およびそれぞれ紙面の背後にあるもの。図４も参照のこと）を画定し、それにより環状流路４内で大きな自由対流セルが形成されることを遮断もしくは防止し得る。このケースでは、環状扇形部１０は特に、外部ケーシング部分３によって環境に対して画定されており、もしくは内部ケーシング部分２によって膨張タービン１３の回転する構成部材に対して画定されている。内部ケーシング部分２は膨張タービン１３内で膨張させられた高温ガス流ゆえに、より速く加熱されるので、当該構成部材にもより多くの冷却流体によって作用されるべきである。

図４は、従来技術から知られているガスタービン１の環状流路４のさらなる実施の形態を、当該ガスタービンの長手方向に沿った断面において示しており、当該環状流路４は仕切り７によってそれぞれ均一に個々の環状扇形部１０に分割されている。このとき個々の環状扇形部１０にはそれぞれ、個別の冷却流体供給ライン９が備えられ、当該冷却流体供給ラインを介して、個々の環状扇形部に冷却流体８が供給され得る。

本図に示す実施の形態においても、冷却流体８について個々の自由対流セルが形成されるが、当該個々の自由対流セルは個々の環状扇形部１０に限定されたままである。これにより、一方では、環状扇形部１０の容積をより迅速に混合することが達成され得るのに加えて、内部ケーシング部分２へのより迅速な熱伝達が達成され得る。これは、環状扇形部１０内で流れはより小規模だからである。このように仕切り７に基づき、環状流路４は、概ね全ての領域に対して、比較的均一に冷却流体が供給され得るように分割され得る。これは特に内部ケーシング部分２の均一な温度配分を促進し、それによりガスタービン１が歪むこと、もしくは楕円形になることは概ね回避され得る。このとき個々の環状扇形部１０に対して、冷却流体供給ライン９を介して、それぞれ異なる量の冷却流体８を供給することが必要にされてもよい。同様にそれぞれの環状扇形部１０から異なる量が、再び取り出され得る（本図には示されていない）。

図５は本発明の一の実施の形態であって、図４に示される実施の形態と以下の点で異なるものを示している。すなわち、個々の環状扇形部１０への冷却流体導入の均一化を進めるために、分配管として構成された管２０が設けられており、当該管は全ての環状扇形部を通過して延在するとともに、排出開口部２１を介して、冷却流体を管の内部からそれぞれ個々の環状扇形部１０内へ移送する。分配管として構成された管２０自体には、冷却流体供給ライン９を介して冷却流体８が供給されている。管２０の流れ断面が比較的小さいことに起因して、管２０内には環状流路４内よりもより良好な方向性を有する流れが形成され得る。これにより時に冷却流体８は管２０内で、より良好かつ迅速に配分される。加えて管２０内の圧力は、個々の環状扇形部１０内の圧力に比べて高められていてよく、それにより冷却流体８の個々の環状扇形部内への移送は第一に、圧力降下によって決定されており、個々の環状扇形部１０内で生じ得る自由対流現象によって決定されていない。

図６に表示されているように、管２０を有していないさらなる実施の形態によれば、環状流路４の個々の仕切り７にそれぞれ貫通部１５を設けることが想定可能である。貫通部１５は例えば孔として構成されていてよく、断面平面ＱＥにおいて断面直径Ｑを有しており、当該断面平面は仕切り７の平面的な拡張によって規定されている。個々の貫通部１５を介して、環状扇形部１０はそれぞれ互いに流体接触しており、それにより必要な場合は冷却流体の交換が可能となる。貫通部１５の大きさの寸法に応じて、隣接する環状扇形部１０同士の間でより大量、またはより少量の冷却流体が交換され得、それによりそれぞれの環状流路４内の温度配分の均一化に寄与する。

さらなる実施の形態は従属請求項からもたらされる。

１ ガスタービン
２ 内部ケーシング部分
３ 外部ケーシング部分
４ 環状流路
５ 作動流体
６ ガスタービンロータ
７ 仕切り
８ 冷却流体
９ 冷却流体供給ライン
１０ 環状扇形部
１１ コンプレッサ
１２ 燃焼室
１３ 膨張タービン
１４ 二次流体導管
１５ 貫通部
２０ 管
２１ 排出開口部
ＯＳ 上方先端点
ＵＳ 下方先端点
ＱＥ 断面平面
Ｑ 断面直径

Claims (10)

1. 少なくとも一つの内部ケーシング部分（２）と、少なくとも一つの外部ケーシング部分（３）と、を備えるガスタービン（１）であって、前記内部ケーシング部分（２）と前記外部ケーシング部分（３）との間に少なくとも部分的に環状流路（４）が設けられており、当該環状流路は、前記ガスタービン（１）の作動時に主流である作動流体（５）の有効流と、ガスタービンロータ（６）と、を周囲において囲繞しており、前記環状流路（４）は冷却流体（８）、特に圧縮空気を周方向において導くように構成されており、前記環状流路（４）は周方向において仕切り（７）によって環状扇形部（１０）に分割されているガスタービンにおいて、
   前記環状流路（４）内に少なくとも部分的に管（２０）が設けられており、当該管は個々の環状扇形部（１０）を互いに流体接続しており、前記管（２０）は分配管として構成されており、当該分配管は、冷却流体を供給するための少なくとも一つの冷却流体供給ライン（９）と流体接続されているとともに、少なくとも一つの排出開口部（２１）、好ましくは多数の排出開口部（２１）を有しており、当該排出開口部は、前記冷却流体（８）を前記管（２０）から前記環状扇形部（１０）内に移送す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。
2. 前記仕切り（７）が、少なくとも個々の隣接する環状扇形部（１０）、特に全ての隣接する環状扇形部（１０）を互いに流体密封的に分離していることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン。
3. 前記環状扇形部（１０）の少なくともいくつか、特に全ての環状扇形部（１０）に、個別の冷却流体供給ライン（９）が備えられていることを特徴とする請求項１または２に記載のガスタービン。
4. 少なくとも個々の仕切り（７）、特に全ての仕切り（７）は、それぞれ断面（Ｑ）を備える貫通部（８）を有していることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のガスタービン。
5. 少なくとも個々の仕切り（７）、好ましくは全ての仕切り（７）は、分離板として構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のガスタービン。
6. 前記環状扇形部（１０）は周方向において概ね同じ長さの寸法を有していることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のガスタービン。
7. 周方向において、偶数の環状扇形部（１０）が設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のガスタービン。
8. 少なくとも一つの仕切り（７）が前記環状流路（４）の上方先端（ＯＳ）の領域内に設けられており、および／または少なくとも一つの仕切り（７）が前記環状流路（４）の下方先端（ＵＳ）の領域内に設けられていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のガスタービン。
9. 少なくとも二つの仕切り（７）が設けられており、当該仕切りは前記環状流路（４）の周方向において、互いに反対側に設けられており、特に前記環状流路（４）の前記上方先端（Ｓ）に対して、８５°から９５°の大きさの分だけ回転された状態で設けられていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のガスタービン。
10. 前記仕切り（７）は保持板として構成されており、当該保持板を用いて前記管（２０）は、前記環状流路（４）内で固定されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のガスタービン。

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