JP4334142B2 - ガス・タービン構造 - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の背景および従来の技術）
本発明は、インペラを備えたコンプレッサ、インペラを備え且つコンプレッサに接続されたタービン、およびタービン・インペラに接続されてコンプレッサ・インペラおよびタービン・インペラの発生する軸方向の力に対抗するように構成された釣合部材を有するガス・タービン構造であって、釣合部材が圧力流体によって作動するように構成されたガス・タービン構造に関するものである。
【０００２】
従来の技術によるそのようなガス・タービン構造では、通常、コンプレッサ・インペラはタービン・インペラと同軸に接続される。そして、コンプレッサ・インペラおよびタービン・インペラは、通常、２つのインペラの反対両側の端部区域に配置された軸受に担持される。
【０００３】
コンプレッサ・インペラおよびタービン・インペラは、通常、異なる種類のブレードを有し、さらにタービン・インペラによって生成される動力の方が普通は大きいので、２つのインペラによって生成される反対方向に配向された軸方向の力は、完全には相互に相殺しない。したがって、その結果として軸方向の力が生じる。アキシアル軸受、または前記結果として生じる軸方向の力を担持するようになっている軸受にかかる力を減少させるため、従来技術によるガス・タービン構造は、インペラと同軸に、且つコンプレッサ・インペラから離れたタービン・インペラの端部に取り付けられる釣合ピストンを備える。そして、釣合ピストンは軸と一体化された円盤形状の部片によって形成されていてもよく、この軸は前記部片を介してタービン・インペラに接続され、且つタービン・インペラから突出している。釣合ピストン内に軸方向力を発生させるために、冷却目的でコンプレッサから引き出された圧縮空気の一部が釣合ピストンに案内され、タービン・インペラから離れた釣合ピストンの側部に力を加えるようにされている。これによってコンプレッサ・インペラ／タービン・インペラ・ユニットのこの端部のアキシアル軸受を除外することさえ可能である。
【０００４】
釣合ピストンの作動に用いた圧縮空気は、その目的を果たした後、できるだけ少量に限ってタービンの主流れ通路に流出するようにされている。圧縮空気がさらに利用されることはない。
【０００５】
（発明の概要）
本発明の目的は、釣合部材の作動に使用する圧力流体が、特にガス・タービン構造の冷却のために抜き取る圧縮空気量を減少するように、または所定量の圧縮空気を抜き取ることでタービンに含まれる構成要素の温度に大きな影響を与えるように、用いられるように構成されたガス・タービン構造を達成することである。本明細書では、「温度に対する影響」とは主に冷却を意味するが、特定の運転段階において所望により実施され得る特定構成要素の加熱であってもよい。
【０００６】
この目的は、最初に規定したようなガス・タービン構造によって達成され、これは、前記作動のために使用する圧力流体の少なくとも一部を、タービンの少なくとも一部へと案内し、その温度に影響を与える。温度に対する影響とは、主に冷却を意味するが、有利であることが発見された場合は、圧力流体をタービンの前記一部の加熱に使用することも当然可能である。
【０００７】
好ましい実施形態によると、前記タービンの一部がインペラ部分である。これによって、圧力流体による、望ましいインペラ部分の冷却を果たすことが可能となる。
好ましい実施形態によると、インペラ部分はインペラ・ディスクである。通常、タービンのインペラ・ディスクは、冷却が望ましいか、または必要である。しかし、冷却用空気をその全部に案内するためには特定の構造的解決策が必要である。タービンの１つまたは複数のインペラ・ディスクの温度に影響を与えるために、好ましくは抜き取られた圧縮空気からなる釣合部材の圧力流体を使用することによって、特に釣合部材はインペラ・ディスクに関連して適切に配置されているので、圧力流体をインペラ・ディスクに案内することを技術的に単純に解決することができる。
【０００８】
さらに別の好ましい実施形態によると、釣合部材がタービン・インペラの端部に取り付けられ、前記通路がインペラの端部と釣合部材との間に形成された空間に通じている。これにより、一列に並んだインペラ・ディスクの最後の１つが十分に冷却される。
さらに別の好ましい実施形態によると、ガス・タービン構造は、前記温度に対して影響するように使用した圧力流体がタービンの主流れ通路へと漏出できるように配置された少なくとも１本の漏出通路を備える。これにより、圧力流体は前述した空間に連続的に流入して通過するようになる。さらに、前記インペラ・ディスクとともに前記空間を画定する釣合部材の表面の冷却もまた、都合よく達成される。
【０００９】
さらに別の好ましい実施形態によると、釣合部材は、タービン・インペラと同軸上でタービン・インペラの下流端に取り付けられる軸を備える。軸は既知の方法で円盤形状の部片を備えることができ、その部片を介してタービン・インペラに取り付けられていてもよく、その部片は、圧力流体がタービン・インペラに向かう方向の圧力を加える壁を画定してもよい。
さらに別の好ましい実施形態によると、前述した通路は、軸の外周から軸を通して軸方向に前記空間まで延在する。通路は、軸の外周から軸の中心区域まで延在する少なくとも１つの半径方向の穴と、前記半径方向穴と前記空間の端部とに接続する少なくとも１つの軸方向の穴とを有することが好ましい。
さらに別の好ましい実施形態によると、釣合部材は圧力室を備え、これは圧力流体を内部に案内する開口を有している。前記通路は圧力室に接続することが好ましい。このような方法で、タービン・インペラの最も下流に配置されたインペラ・ディスクへの圧力流体／圧力媒体の確実な流れを達成することができる。
【００１０】
本発明によるガス・タービン構造のさらに別の利点および特徴は、特許請求の範囲の従属請求項および以下の説明から明白になるであろう。
以下に、本発明によるガス・タービン構造の実施形態について、添付図面を参照して非制限的な例によって説明する。
【００１１】
（実施形態の詳細な説明）
本発明によるガス・タービン構造１は、その構成が図１に図示され、コンプレッサ２およびタービン３を備える。さらに、これは燃焼室４を備え、ここでは環状の種類である。燃焼室４には複数のバーナー部材５が配置される。これらは、燃焼室４の内部に高温の気体を発生させるように、内部に燃焼を引き起こす。燃焼室４は一端に出口を備え、発生した気体は出口を介してタービン３へと流入し、それを運転することができる。コンプレッサ２は、圧縮媒体、この場合は圧縮空気をバーナー部材５へと送出する目的を主に有し、圧縮媒体／空気は燃焼のために用いられる。
【００１２】
コンプレッサ２、燃焼室４およびタービン３は同軸に配置され、その順序で相互に接続される。
コンプレッサ２は、ステータ６およびインペラ７を備える。ステータ６は複数の案内羽根リング８を備え、これは既知の方法で複数の案内羽根を有している。
【００１３】
インペラ７は複数のディスク９で形成され、これは電子ビーム溶接で相互に溶接することが好ましい。インペラ・ディスク９の半径方向外側で、個々のインペラ・ディスク９上にインペラ羽根１０が配置される。
タービン３はステータ１１およびインペラ１２を備える。インペラ１２は複数の、この場合は３枚のインペラ・ディスク１３を備え、その上にインペラ羽根１４のリングが既知の方法で配置される。
【００１４】
コンプレッサ・インペラ７は、環状燃焼室４の中心を通って延在する接続部材１５を介してタービン・インペラ１２と接続される。接続部材１５は、本明細書では基本的に管の形状である。コンプレッサ・インペラ７およびタービン・インペラ１２は、それらのインペラの反対両側の端部に配置された軸受部材１６、１７に掛けられている。
【００１５】
図２から明白であるように、ガス・タービン構造は釣合部材１８を備え、これはタービン・インペラ１２の一方の端に接続された円盤形状部片１９と、円盤形状部片に接続された軸部分２０とを備える。軸部分２０は、タービン・インペラ１２から離れる方向に延在し、軸受部材１７によって担持される。釣合部材１８は、軸ボルト３０によってタービン・インペラ１２のインペラ・ディスク１３とともにねじで締め付けられる。釣合部材１８は、下流に位置するタービン・インペラ１２の端部に取り付けられる。
【００１６】
釣合部材１８は、円盤形状部片１９の側部であってタービン・インペラ１２から離れた方向を向いた側部に配置された圧力室２１を備える。圧力流体が圧力室２１へと流入できるように、１つまたは複数の開口２２が配置される。圧力流体は、コンプレッサから抜き取られた、高い圧力および比較的高い温度を有する圧縮空気であることが好ましい。
【００１７】
軸部分２０の外周区域には、本質的に半径方向の穴２３が軸部分２０の中心に向かって穿孔されている。さらに、軸部分２０の中心には、本質的に軸方向の穴２４が延在し、それは端部の一方の区域で半径方向の穴２３と接続し、他方の端部ではタービン・インペラ１２の最後のインペラ・ディスクと円盤形状部片１９とによって画定された空間２５で終了する。半径方向の穴２３は圧力室２１と接続し、軸方向の穴２４とともに、圧力室２１から空間２５へと圧力流体／圧力空気を伝達するよう配置される通路２６を形成する。
【００１８】
さらに、圧力流体を空間２５からタービン３の主流れ通路へと移動できるように、空間２５の半径方向外周に沿って複数の漏出通路２７が設けられる。
さらに、圧力流体が部片１９と、この部片１９とともに圧力室２１を画定する壁部分２９との間に漏出するのを可能な限り防止するために、円盤形状部片１９の外周に沿って密封部材２８が配置される。
【００１９】
本発明の範囲から逸脱する必要なく、特許請求の範囲によって規定された本発明によるガス・タービン構造の幾つかの改造および変形が当業者には明白であることは明瞭である。
例えば、軸方向の穴を介して冷却用圧縮空気を最後のインペラ・ディスクの空間から残りのインペラ・ディスクへと案内してそれを冷却するように、タービン３の１つまたは複数のインペラ・ディスク１３にこの穴を設けることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるガス・タービンを示す側断面図である。
【図２】 図１によるガス・タービン構造の一部分の側断面図である。

Claims (9)

1. インペラ（７）を備えたコンプレッサ（２）と、
   インペラ（１２）を備え、且つコンプレッサ（２）に接続されたタービン（３）と、
   タービン・インペラ（１２）に接続され、且つコンプレッサ・インペラ（７）およびタービン・インペラ（１２）の発生する軸方向力に対抗するように構成された釣合部材（１８）とを有し、
   該釣合部材（１８）は圧力流体によって作動するように構成されているガス・タービン構造において、
   該ガス・タービン構造が、前記タービン（３）の温度に影響を与えるために前記作動用圧力流体の少なくとも一部を前記タービン（３）の少なくとも一部に導くように構成された少なくとも１つの通路（２６）を有し、タービン（３）の前記一部がインペラ部分（１３）であり、釣合部材（１８）が下流に配置されたタービン・インペラ（１２）の端部に取り付けられており、前記通路（２６）がインペラ（３）の該端部と釣合部材（１８）との間に形成された空間（２５）へ通じていることを特徴とするガス・タービン構造。
2. インペラ部分がインペラ・ディスク（１３）であることを特徴とする、請求項１に記載のガス・タービン構造。
3. 温度に影響を与えるために用いる前記圧力流体がタービン（３）の主流れ通路（３１）へ漏出するように構成された少なくとも１本の漏出通路（２７）を有することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のガス・タービン構造。
4. 釣合部材（１８）がタービン・インペラ（１２）と同軸の軸部分（２０）を有することを特徴とする、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のガス・タービン構造。
5. 前記通路（２６）が、軸部分（２０）の外周から該軸部分を通して延び、且つ軸部分内を軸方向に前記空間（２５）まで延びていることを特徴とする、請求項４に記載のガス・タービン構造。
6. 前記通路（２６）が、軸部分（２０）の外周から該軸部分の中心区域まで延びる少なくとも１つの半径方向の穴（２３）と、該半径方向の穴（２３）に接続され且つ前記空間（２５）で終了する少なくとも１つの軸方向の穴（２４）とを有することを特徴とする、請求項４に記載のガス・タービン構造。
7. 前記通路（２６）が、軸部分（２０）の外周から該軸部分の中心に向かって延びる複数の本質的に半径方向の穴（２３）と、該半径方向の穴（２３）に接続され且つ一方の端部が前記空間（２５）で終了する少なくとも１つの軸方向の穴（２４）とを有することを特徴とする、請求項４に記載のガス・タービン構造。
8. 釣合部材（１８）が圧力室（２１）を有し、該圧力室が圧力流体をその内部へ導く開口（２２）を有することを特徴とする、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載のガス・タービン構造。
9. 前記温度に与える影響が冷却作用であることを特徴とする、請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載のガス・タービン構造。

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