JP4219990B2 - 流体機械用出口装置 - Google Patents

Description

発明の技術分野と先後技術
本発明は、請求項１の序文に記載の流体機械の出口装置に関する。
本発明は、ガスタービンに関連して説明することとするが、しかしながら本発明は、ポンプ、圧縮機などのその他の流体機械にも適用し得るものである。
通常、ガスタービンは、タービンの下流に配置されるディフューザを有し、このディフューザは、流れの方向に増大する横断面積の環状断面形のチャネルである。このディフューザは、タービンからの流れの速度を低減し、その運動エネルギの大部分を圧力エネルギに変換して有効利用することを目的とする。ディフューザの下流には、いわゆる出口ハウジングが設けられており、このは、ディフューザから、タービンよりの流れを誘導する出口流路への流れを、大概においてタービンの回転軸にほぼ垂直な方向に収集することを目的とするものである。流れをディフューザから出口ハウジングに導くためにディフューザからの流れを半径方向外方に誘導する環状ガイドベーン構成を設けてディフューザを終端させることはすでに知られている。目立ような圧力損失無く外方に向かう外方流れを出口ハウジングに収集しかつ方向を転換することを可能ならしめるために、出口ハウジングは、ある寸法を有しなければならない。すなわち、側方での半径は、ディフューザとタービンの半径よりほぼ大きいものである必要がある。側方半径すなわち出口ハウジングの幅が大きいと、ガスタービンプラントに広い空間を要する結果となるものである。
ＵＳ−Ａ−５１８８５１０には、ガスタービンからの流体を流すための拡張ディフューザチャネルと、ディフューザチャネルの下流に設けられてガスタービンの回転軸にほぼ垂直な方向で外方に流れを誘導する出口ハウジングとを含む出口装置が開示されている。出口ハウジングは、出口バッフルと、円周方向に延在するガイドベーンとを含み、これらにより、流れを出口ハウジングを通る複数の異なる部分流に分割し、出口ハウジングの形状を異なる部分流の運動エネルギにマッチさせるようにしている。
発明の概要
本発明の目的は、上述問題を解消し、性能を低下させることなく、少なくとも一方向に径を低減した出口ハウジングを有する出口装置を提供することである。
以上の目的は、初めに言及した出口装置において、ガイドベーン構成は、チャネルからの流れの第１部分流を外方の出口ハウジングの第１室へと向きを変え、かつ該出口装置は、チャネルからガイドベーン構成を通して延在し、前記ガイドベーン構成をバイパスして前記流れの第２の部分流を出口ハウジングの第２室へと誘導するようにする少なくとも一つのバイパスチャネルを有する。ガイドベーン構成を通して延在するバイパスチャネルを設けることにより、出口ハウジングの半径すなわち幅をこのバイパスチャネルの延在する領域で低減できる。なぜならこの領域では流れが外方に向かわず、出口ハウジングの第２室にへと後方へ連続的に流れからである。後方後とは、流体機械の出口に向かう方向であり、前方向とは、流体機械の入口に向かう方向である。
本発明の実施例によれば、第１と第２の室は、第１と第２の部分流用の共通の出口流路により接続されている。このために、両部分流は、共通の出口流へと連通可能となる。
本発明の別の実施例によれば、上記バイパスチャネルは、上述第２部分流の少なくとも一部を第２室を通して出口流路に向けるようにした少なくとも一つのガイドベーンを有している。このために、所望の流れ方向が第２室内で得られる。さらに、第１室と第２室は、それぞれ第１と第２の部分流をこれらの流れ方向を出口流路内でほぼ平行とするように出口流路に誘導するように構成しても良い。これにより、ほぼ渦のない共通の出口流れが得られる。
本発明のさらなる実施例によれば、上記バイパスチャネルは、ガイドベーン構成をほぼ真っ直ぐに貫通する。このようなバイパスチャネルを設けることにより、バイパスチャネルの径方向のサイズが最小に低減され、しかるにハウジングは、その上半部からの流れが絞られることなく上方へと流れるようにできる形状を有することとなる。
本発明のさらなる実施例によれば、出口装置は、チャネルの後壁を有し、ガイドベーン構成は、チャネルに面する壁部材の側に設けられ、第２室が、チャネルとは逆向きの側に設けられている。結果として、出口装置の長さを増大でき、幅の減少を補うことができる。これにより、バイパスチャネルは、後壁部材を貫通して延在する。
本発明のさらなる実施例によれば、チャネルの横断面は、ほぼ環状である。出口装置は、チャネルの断面で見て互いに関してほぼ径方向に設けられた二つのチャネルを有すると有利である。このような出口装置の対称構造は、流れの観点から好ましいもつのである。
本発明のさらなる実施例によれば、ガイドベーン構成は、前記第１部分流の向きを外方へと向け、かつ円周方向におけるガイドベーン構成の延長の少なくとも第１領域で少なくとも部分的に前方へ向けるようになっている。このように流れを前方へ誘導することにより、出口ハウジングの第１室に形成される渦がかなり低減できる。ある応用例では、おけるガイドベーン構成の延長の少なくとも第２領域で上記第１部分流を円周方向に少なくとも部分的に前方へ向けるようすると有利である。よって第２領域は、チャネルの出口流路に向く側に配置すると良く、第１領域は、チャネルの出口流路とは逆向きとなる側に配置すると良い。
発明のさらなる実施例によれば、チャネルは、このチャネル内で径方向外方に延在する支持部材を有し、ほぼ平面状のプレートが各指示部材の上流あるいは下流の軸方向平面にほぼ平行に設けられている。このようなプレートを設けることにより、チャネルを通る流体流れは、チャネルを通ってほぼ軸方向に誘導可能となる。
【図面の簡単な説明】
本発明を、図面を参照しかち種々の実施例を例示することにより、詳細に説明する。
図１は、本発明の出口装置を設けたガスタービンを示す斜視図。
図２は、本発明の実施例における出口装置の後方から見た図３のII−II線に沿う断面図。
図３は、出口装置の図２のIII―III線に沿う断面図。
図４は、図２のIV-IVに沿う断面図。
図５、出口装置の図２のV-V線に沿う断面図。
図６は、図４のVI―VI線に沿う断面図。
種々の実施例の詳細な説明
図１は、ガスタービン1とした流体機械と、ガスタービン１から延在しガスタービン1からのガスを本発明による出口装置３に誘導するようにしたガスチャネル２を概略的に図示する。
出口装置３は、図２から図６を参照し詳細に説明する。出口装置３は、拡大する横断面積のディフューザチャネルとしてのチャネル4を有している（特に図３を参照）。ディフューザチャネル４の入口端（図３の左部分を参照）は、ガスチャネル２に接続されている。ガイドベーン構成５は、ディフューザチャネル４の下流に設けられて、ディフューザチャネル４を流れる流体の第１部分流を出口ハウジング６内へ、そして特に出口ハウジング６の第１室７へと向きを変えるものである。さらには、出口装置３は、２本のほぼ真っ直ぐなバイパスチャネル８を有している。この各バイパスチャネル８は、ディフューザチャネル４からガイドベーン構成５を通って出口ハウジング６の第２室に達し、かつこの各バイパスチャネル８は、ディフューザチャネル４を囲むチャネル壁により終端している。よって、各バイパスチャネル８は、ガイドベーン構成５をバイパスしてディフューザチャネル４内で流体流れの第２部分流を誘導してディフューザチャネル４を通る流体流れの主流方向における第２室９へと導くようになっている。さらに、各バイパスチャネル８は、二つのガイドベーン１０を有する。このガイドベーン１０は、第２部分流の少なくとも一部を誘導しており、流れは、第２室を上方へ流れてほぼ真っ直ぐなディフューザチャネル４から流出する（特に図６を参照）。これらガイドベーン１０により、第２室９の流れに好ましい影響が与えられ、流れをほとんど渦が無く、かつ第２室９を上方に向かうようにできる。第１室７と第２室９は、後壁部材１１により互いに隔離されている。ガイドベーン構成５は、壁部材のディフューザチャネル４へ向く側に設けられ、第２室９は、壁部材１１のディフューザチャネル４とは逆向きの側に配置される。第１室７と第２室９は、第１部分流と第２部分流とに対する共通出口流路１２において壁部材１１上方のーで互いに接続され、最終的にこれらは、出口流路１２において再接続される（特に図３を参照）。
図５から図６で明らかなように、各バイパスチャネル８は、後壁部材１１を貫通している。図２および図４から明らかなように、各バイパスチャネル8は、対称的に設けられ、バイパスチャネル８の半径方向断面で見てほぼ径方向に互いに関して配置されている。
図３から見て、ガイドベーン構成５は、ディフューザチャネル４からの第１部分流の向きを外方に変更し、かつ少なくとも部分的に前方にすなわちディフューザチャネル４内の流れの主流方向ａにほぼ対向する方向のほぼ１８０度の方向に指向される。結果として、図２から図６に図示のガイドベーン構成５は、対称的であり、すなわち、当然ながらバイパスチャネル８の例外を除き、全円周方向で同じ形である。ある領域内で、特にディフューザチャネル４の出口流路１２に向いた側に配置されたガイドベーン構成５の上部で第１部分流がほぼ半径方向に向きを変えて、すなわち出口流路１２へ真っ直ぐに向けられる。
図３および図５から明らかなように、支持部材１３がディフューザチャネル４に設けられ、ディフューザチャネル４内でほぼ半径方向外方に延在している。ディフューザチャネル４内の支持部材１３の数は、２から９のいずれでも良く、例えば５でも良い。各支持部材１３の前方すなわち上流で、軸方向面に平行にほぼ平面のプレート１４が設けられている。図示の実施例では、平面プレート１４は、プレート１４の軸方向断面で見てほぼ3角形の形状である。さて特に支持部材１３がディフューザチャネル１４の入口に非常に近接して配置される場合には、平面プレート１４を支持部材１３の下流に配置することも可能である。
本発明は、上記実施例に限定されずに、以下の請求項に限定される範囲で変更修正可能である。本発明は、ガスタービンのみならず例えば、圧縮機、ポンプなどの種々の多くの流体機械に適用可能である。これらに適用する場合において、チャネル４を横断面積が流れ方向に増大するディフューザチャネルとして設計する必要は無く、その他の形状として良い。出口装置は、単一のバイパスチャネル８のみ有するものであっても良く、また二本以上のこのようなチャネルを有するものも本発明の範囲内となり得る。バイパスチャネル８は、図示の２のガイドベーン１０以下あるいは以上の数のガイドベーン１０を有するようにしてもよい。
本発明は、軸方向ディフューザ、半径方向ディフューザあるいはこの組み合わせに関しても適用可能である。半径方向ディフューザに関する場合、後壁部材１１は、径方向ディフューザの後壁で構成しても良い。

Claims (11)

1. 流体機械（１）からの流体流れのためのチャネル（４）と、該チャネル（４）の下流に設けられ、該チャネル（４）を出口ハウジング（６）に接続するガイドベーン構成（５）とを有する該流体機械（１）の出口装置において、前記ガイドベーン構成（５）は、該チャネル（４）からの流体流れの第１部分流を外方に前記出口ハウジング（６）の第１室（７）へ向きを変えるようになっており、前記出口装置（３）は、該チャネル（４）から前記ガイドベーン構成（５）を通って延在し、かつ前記流体流れの第２の部分流を誘導して前記ガイドベーン構成（５）をバイパスして前記出口ハウジング（６）の第２室（９）に導く少なくとも１つのバイパスチャネル（８）を有することを特徴とする出口装置。
2. 請求項１に記載の出口装置において、前記第１室（７）と前記第２室（９）は、前記第１と第２の部分流用の共通の出口流路（１２）により接続されていることを特徴とする出口装置。
3. 請求項２に記載の出口装置において、前記バイパスチャネル（８）は、前記第２の部分流の少なくとも一部を該第２室（９）を通して前記出口流路（１２）に向きを変える少なくとも１つのガイドベーン（１０）を有することを特徴とする出口装置。
4. 請求項２および請求項３のいずれか一項に記載の出口装置において、前記第１室（７）と前記第２室（９）とは、前記第１と第２の部分流を前記出口流路（１２）にそれぞれ誘導し、該出口流路（１２）を通して該部分流の流れ方向をほぼ平行にすることを特徴とする出口装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の出口装置において、前記バイパスチャネル（８）は、前記ガイドベーン構成（５）を通してほぼ真っ直ぐに延在していることを特徴とする出口装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の出口装置において、前記チャネル（４）の後壁部材（１１）が設けられ、前記ガイドベーン構成（５）は、該部材（１１）の前記チャネル（４）に向いた側に設けられ、前記第２室（９）は、該部材（１１）の前記チャネル（４）から逆向きの側に設けられていることを特徴とする出口装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の出口装置において、前記バイパスチャネル（８）は、前記後壁部材（１１）を貫通して延在していることを特徴とする出口装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の出口装置において、前記チャネル（４）は、その横断面でみて、ほぼ環状形であることを特徴とする出口装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の出口装置において、二つのバイパスチャネル（８）が設けられ、これらバイパスチャネル（８）は、円周方向に互いに対称に配置されていることを特徴とする出口装置。
10. 請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の出口装置において、前記チャネル（４）は、該チャネル（４）内を半径方向外方に延在する支持部材を含み、さらにほぼ平面のプレート（１４）が前記各支持部材（１３）の上流あるいは下流に軸方向平面にほぼ平行に設けられていることを特徴とする出口装置。
11. 請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の出口装置において、前記チャネルは、流れの方向に増大する横断面積を有することを特徴とする出口装置。

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