JP2870766B2 - タービン間ダクト - Google Patents

タービン間ダクト

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    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はタービン間ダクト、つまりガスタービンエン
ジンを該エンジンの排気によって駆動されるようになっ
ているパワータービンに連結するダクト、に関する。
産業用または舶用に意図されているガスタービンエン
ジンは典型的にはタービン間ダクトを介してパワーター
ビンを駆動するようにされている。すなわち、エンジン
の排気ノズルはタービン間ダクトによってパワータービ
ンの入口に連結される。もちろん、タービン間ダクトは
代表的なガスタービンエンジンの排気に伴う高温に耐え
なければならず、そのため、ニッケル系合金のような特
殊耐熱合金から一枚板形式で作られることができる。し
かし、そのような合金は高価になり勝ちであり、またダ
クトの構造破損から起り得る結果、またはダクトの継目
からの高温の腐食性排気ガスの漏れ、に伴う他の欠点が
そのような合金の使用を思いとどめさせ勝ちである。
代替的な一つの行き方は、タービン間ダクトを、より
安価で特殊でない合金から製作し、例えばガスタービン
エンジンの圧縮機から抽出した空気でダクトを冷却する
ことである。しかし、ダクト冷却を与える代表的な方法
は通常、多数のダクトとバッフル（変向板）の使用を伴
い、これらは不幸にも、通常の使用中に遭遇するであろ
う、かなりのバフェッティング、振動および熱疲労の結
果として破損し勝ちである。
上記の欠点を実質的に避ける冷却タービン間ダクトを
与えることが本発明の一目的である。
本発明によれば、ガスタービンエンジンの排気ノズル
を、該ガスタービンエンジンの排気によって駆動される
ようにされたパワータービンの入口に連結するのに適し
たタービン間ダクトは、ほぼ截頭円錐形で二重薄板構造
を有し、該薄板は半径方向に隔置され、ほぼ対応する形
態を有するのでそれらは協働して円環形断面のほぼ截頭
円錐形の容積を画成し、前記半径方向内方の薄板は前記
ガスタービンエンジンの排気の通路を画成し、前記ダク
トの直径の小さい方の端に向けて、前記画成された容積
を通るほぼ螺旋形経路に冷却流体が流れるように、前記
ダクトの円周にほぼ接線方向に前記画成された容積に前
記冷却流体を導入するための装置が前記ダクトの直径が
大きい方の端に設けられ、前記画成された容積から前記
冷却流体を排出するための装置が前記直径の小さい方の
端に設けられる。
以下に添付図面を参照しつつ、例示により本発明を記
載する。
第１図を参照すると、ガスタービンエンジン10はター
ビン間ダクト12によりパワータービン11に連結される。
ガスタービンエンジン10は従来構造のもので、軸方向
流れの順に、吸気口13、圧縮機14、燃焼装置15、および
タービン16を含む。運転中にタービン16の排気が放出さ
れるタービン16の下流端はタービン間ダクト12によりパ
ワータービン11の上流端に連結されるので、エンジン排
気はパワータービン11の中に向けられてパワータービン
を駆動する。
パワータービンも従来構造のもので、排気出口17を有
し、例えば、発電機（図示せず）のような適当な負荷を
駆動するようにされている。
タービン間ダクト12は第１図に見られるように、ほぼ
截頭円錐形である。これはまた第２図に見られるよう
に、二重薄板構造である。内方薄板18および外方薄板19
はほぼ対応する形態を有し、半径方向に隔置されている
（タービン間ダクト12の縦軸線に対して）ので、協働し
てほぼ截頭円錐形の円環状断面の容積20を画成する。よ
って、外方薄板19はタービン間ダクト12の外方表面を画
成し、他方、内方薄板18はガスタービンエンジン10の排
気を含むタービン間ダクト12の部分の境界を画成する。
薄板18,19はその下流端にて一連のドグリング付きフ
ランジ21により連結される。そのうち、フランジ21は複
数のファスナー（図示せず）を担持し、これはタービン
間ダクト12の下流端をパワータービン11の上流端に結合
する働きをする。
タービン間ダクト12の下流の、直径の大きい方の端
に、画成容積20の下流端を高圧冷却空気源に連結する役
目の導管22が設けられる。本例において、冷却空気源は
ガスタービンエンジン10の圧縮機14であるが、そうした
ければ、他の適当な供給源を用いることができるであろ
うことは当然である。
タービン間ダクト12の円周にほぼ接線方向に、冷却空
気を画成容積20に向けるように導管22が配置される。し
かし、導管22は、第３図にもっと良く示されるように、
角度が付けられているので、画成容積20に入る冷却空気
は接線成分と共に、下流向き、つまり軸方向成分を有す
る。従って、冷却空気はドグリング付きフランジ21と連
合するファスナーとの冷却を与え、それにより、運転中
にタービン間ダクト12を通過する排気の高温度の潜在的
な破損作用からこれらを保護する。
冷却空気は高速度にて導管22から画成容積20に排出さ
れるので、空気はほぼ円周方向に画成容積をめぐって流
れ、それにより、ドグリング付きフランジ21の全円周端
および連合するファスナーの冷却を与える。しかし、画
成容積20はほぼ截頭円錐形であるから、空気は引続きほ
ぼ螺旋形の経路をとって、タービン間ダクト21の上流
の、直径の小さい方の端に向って流れる。もう一つの効
果として、タービン間ダクト12の漸進的に小さくなる直
径が冷却空気流の接線方向速度の増加を招く。これは、
ひいては冷却空気と高温の内方薄板18の間の熱伝達係数
を高めることになり、さらに空気と薄板18,19の間の摩
擦による冷却空気の速度損失を少なくする。
タービン間ダクト12の両端の中間にもう１個の冷却空
気導管23が設けられる。この補足導管23も圧縮機14に接
続され、画成容積20に補足の冷却空気を向ける役目をす
る。この補足導管23は、すでに画成容積20を通って流れ
る螺旋形の冷却空気流を補強するために、単純に接線方
向にのみ冷却空気を向けるように、配置される。この二
次冷却空気流は、内方薄板18と外方薄板19の間に存在し
そうな或る種の構造特性の効果を克服すると共に、画成
容積20を通る主冷却空気流中の境界層の生長を少なくす
るのに役立つ。
画成容積20を通る冷却空気流は究極的にタービン間ダ
クト12の直径が小さい方の端に達し、そこで一連の孔24
が冷却空気の方向を反転させて、タービン間ダクト12に
入る排気の中に流して混合させる。
従って、本発明によるタービン間ダクト12の冷却の態
様は、空気流を誘導する変向板などを必要とせずに、ダ
クト12のほぼ全体が冷却空気流によって冷却されること
を保証することが判る。そのうえ、冷却空気流は最終的
にタービン間ダクト12の上流端にてガスタービンエンジ
ン10の排気中に排出されるので、パワータービン11の直
ぐ上流にて冷却空気を排気中に排出する場合に本来生ず
るであろうタービン効率の損失が避けられる。
【図面の簡単な説明】
第１図はガスタービンエンジンをパワータービンに連結
する、本発明によるタービン間ダクトの概略側面図、 第２図は第１図に示すタービン間ダクトの一部の側断面
図、 第３図は第２図の矢印Ａから見た図である。 12……タービン間ダクト、20……円環状断面容積 22,23……導管
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−149918（ＪＰ，Ａ) 実開 昭51−99204（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭55−123635（ＪＰ，Ｕ) 米国特許3534555（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F02C 7/18

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ガスタービンエンジンの排気ノズルを該ガ
    スタービンエンジンの排気によって駆動されるようにさ
    れたパワータービンの入口に連結するのに適したタービ
    ン間ダクトであって、ほぼ截頭円錐形で二重の薄板を有
    し、該二重の薄板は半径方向に隔置されてほぼ対応する
    形態を有するので、該二重の薄板は協働して円環形断面
    のほぼ截頭円錐形の容積を画成し、半径方向内方の前記
    薄板はガスタービンエンジンの排気の通路を画成し、前
    記画成された容積を通るほぼ螺旋形の経路をとって冷却
    流体が前記ダクトの直径の小さい方の端に向けて流れる
    ように、前記ダクトのほぼ接線方向に冷却流体を前記画
    成された容積に導入するための装置が、前記ダクトの直
    径の大きい方の端に設けられ、前記画成された容積から
    前記冷却流体を排出するための装置が前記直径の小さい
    方の端に設けられている、タービン間ダクト。
  2. 【請求項２】前記画成された容積から前記冷却流体を排
    出するために前記直径の小さい方の端に設けられた前記
    装置が、運転時に前記半径方向内方の薄板によって画成
    される前記通路を通るガスタービンエンジン排気の中に
    前記冷却流体を向けるように配置されている、請求項１
    記載のタービン間ダクト。
  3. 【請求項３】前記タービン間ダクトの直径の小さい方の
    端が前記ガスタービンエンジンの下流端の近くに配置さ
    れる、請求項１記載のタービン間ダクト。
  4. 【請求項４】前記冷却流体を前記画成された容積に導入
    するために設けられた前記装置が、前記タービン間ダク
    トの直径の大きい方の端の冷却を前記冷却流体が与える
    ように、円周方向成分と共に軸方向成分をもって前記冷
    却流体を向けるように、配置されている、請求項１記載
    のタービン間ダクト。
  5. 【請求項５】前記ダクトの直径の大きい方の端に設けら
    れた冷却流体を導入するための前記装置と前記タービン
    間ダクトの直径の小さい方の端との中間の位置にて、前
    記画成された容積に冷却流体を導入するための補足の装
    置が設けられ、それにより導入された前記冷却流体が前
    記ほぼ螺旋形経路にそう前記最初に導入された冷却流体
    の流れを補強するように、前記補足の冷却流体導入装置
    が配設されている、請求項１記載のタービン間ダクト。
  6. 【請求項６】前記冷却流体が空気である、請求項１記載
    のタービン間ダクト。
  7. 【請求項７】運転時に前記タービン間ダクトに組合わさ
    れたガスタービンエンジンの圧縮機から前記空気が抽出
    される、請求項６記載のタービン間ダクト。
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