JPH01116252A - ガスタービン動力装置 - Google Patents
ガスタービン動力装置Info
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- JPH01116252A JPH01116252A JP63241178A JP24117888A JPH01116252A JP H01116252 A JPH01116252 A JP H01116252A JP 63241178 A JP63241178 A JP 63241178A JP 24117888 A JP24117888 A JP 24117888A JP H01116252 A JPH01116252 A JP H01116252A
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- Japan
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- turbine
- combustor
- compressor
- axis
- guide vane
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- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
- F02C9/16—Control of working fluid flow
- F02C9/20—Control of working fluid flow by throttling; by adjusting vanes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
- F01D17/10—Final actuators
- F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
- F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
- F01D17/16—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
- F01D17/162—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes for axial flow, i.e. the vanes turning around axes which are essentially perpendicular to the rotor centre line
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
- F02C3/04—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor
- F02C3/045—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor having compressor and turbine passages in a single rotor-module
- F02C3/05—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor having compressor and turbine passages in a single rotor-module the compressor and the turbine being of the radial flow type
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2220/00—Application
- F05D2220/50—Application for auxiliary power units (APU's)
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Control Of Turbines (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
発明の分野
この発明はタービン羽根車に対して放射方向流入を有す
るタービン、特にタービンにおける軸方向を向いた可変
ノズルの構成に関するものである。
るタービン、特にタービンにおける軸方向を向いた可変
ノズルの構成に関するものである。
発明の背景
小型ガスタービンの形の補助動力装置は軸出力と圧縮空
気出力の種々な組合せを設けることが出来る。一般的に
は、所謂“一体抽気”や“負荷圧ｌｉｉ機”等がある。
気出力の種々な組合せを設けることが出来る。一般的に
は、所謂“一体抽気”や“負荷圧ｌｉｉ機”等がある。
１００％軸動力状憇（零抽気出力）だけで作動する条件
に加えて協同の軸動力出力なしに一体抽気補助動力装置
の圧縮機放出空気の抽出は、圧縮機サージに対し適宜な
利得を維持するよう必要な実施妥結に基く。
に加えて協同の軸動力出力なしに一体抽気補助動力装置
の圧縮機放出空気の抽出は、圧縮機サージに対し適宜な
利得を維持するよう必要な実施妥結に基く。
可変タービンノズルは、タービンが適切な圧縮機効率に
合致するよう許すことによって妥協を排除するよう使用
される。従来、放射方向流入タービンの場合には、放射
方向タービンノズルが用いられている。この型の装置の
例が、オハイオ州、ライトーバターソン空軍基地の空車
航空研究所（ＦＥＤ）が１９７６年５月〜１９７６年７
月の間に発行した“中間報告ＡＦＦＤＬ−ＴＲ−７７−
６８第■巻”と題する可変ノズル構造に係わる８６〜９
５頁の報告に示されている。
合致するよう許すことによって妥協を排除するよう使用
される。従来、放射方向流入タービンの場合には、放射
方向タービンノズルが用いられている。この型の装置の
例が、オハイオ州、ライトーバターソン空軍基地の空車
航空研究所（ＦＥＤ）が１９７６年５月〜１９７６年７
月の間に発行した“中間報告ＡＦＦＤＬ−ＴＲ−７７−
６８第■巻”と題する可変ノズル構造に係わる８６〜９
５頁の報告に示されている。
この様な構成は上述した実施妥結の解決を助けるが、別
の困難が見られる。特に、放射方向流入タービンに適用
されるときの可変ノズルの部材が比較的熱い状況で作動
することである。ノズル羽根と作動機構は熱を受けるの
で、従って動力装置寿命と確実性が損なわれる。
の困難が見られる。特に、放射方向流入タービンに適用
されるときの可変ノズルの部材が比較的熱い状況で作動
することである。ノズル羽根と作動機構は熱を受けるの
で、従って動力装置寿命と確実性が損なわれる。
この発明は以上の問題を解決することに向けられる。
発明の要約
この発明の主な目的は新規で改善されたガスタービン動
力装置を提供することにある。特に、この発明の目的は
軸流可変タービンノズルを持った放射方向流入タービン
を有する型の新規で改善されたガスタービン動力装置を
提供することにある。
力装置を提供することにある。特に、この発明の目的は
軸流可変タービンノズルを持った放射方向流入タービン
を有する型の新規で改善されたガスタービン動力装置を
提供することにある。
この発明の推奨実施例は、回転軸心回りに一緒に回転す
べく連結された放射方向流出圧縮機と放射方向流入ター
ビンを有するタービン動力装置によって上述の目的を達
成している。燃焼器から放射方向流入タービンに回転軸
心と同心の軸方向燃焼ガス通路に沿って燃焼ガスを供給
する装置が設けられると共に、放射方向流出圧縮機から
燃焼器に軸方向燃焼ガス通路に平行な圧縮ガス通路に沿
って圧縮ガスを供給する装置が設けられている。
べく連結された放射方向流出圧縮機と放射方向流入ター
ビンを有するタービン動力装置によって上述の目的を達
成している。燃焼器から放射方向流入タービンに回転軸
心と同心の軸方向燃焼ガス通路に沿って燃焼ガスを供給
する装置が設けられると共に、放射方向流出圧縮機から
燃焼器に軸方向燃焼ガス通路に平行な圧縮ガス通路に沿
って圧縮ガスを供給する装置が設けられている。
案内羽根は軸方向燃焼ガス通路内に回転可能に取付配置
されると共に、軸方向燃焼ガス通路を通る圧縮ガスの通
過によって冷却されるように圧縮ガス通路を通って延び
る一体的な回転可能な案内羽根制御部材が設けられる。
されると共に、軸方向燃焼ガス通路を通る圧縮ガスの通
過によって冷却されるように圧縮ガス通路を通って延び
る一体的な回転可能な案内羽根制御部材が設けられる。
効率の増大と一緒に改善された冷却の利点に加えて、部
材の合致を改善する能力のために、この発明は高い効率
を腐すタービンロータ先端における大きな直径の使用を
許す別の利点を有する。また、放射方向流入タービンに
一般に用いられる放射ノズルにおけるノズル腐食の問題
を最小にしたり或は排除している。
材の合致を改善する能力のために、この発明は高い効率
を腐すタービンロータ先端における大きな直径の使用を
許す別の利点を有する。また、放射方向流入タービンに
一般に用いられる放射ノズルにおけるノズル腐食の問題
を最小にしたり或は排除している。
更に、この発明は、直角にタービンの回転軸心と交差す
る軸心回りに複数個の回転可能な案内羽根が個別に取付
られることを意図している。
る軸心回りに複数個の回転可能な案内羽根が個別に取付
られることを意図している。
推奨実施例にて、圧縮ガス通路は燃焼ガス通路の放射方
向外方に配置される。また、この発明は、圧縮機とター
ビンが単一の軸に取付られ且つ互いに大体隣接して設け
られることを意図している。
向外方に配置される。また、この発明は、圧縮機とター
ビンが単一の軸に取付られ且つ互いに大体隣接して設け
られることを意図している。
この発明は、羽根が設けられていてタービンの上に集ま
る放射方向内方を向いた燃焼ガス通路部分に終っている
軸方向燃焼ガス通路部分を燃焼ガス通路が有することを
意図している。
る放射方向内方を向いた燃焼ガス通路部分に終っている
軸方向燃焼ガス通路部分を燃焼ガス通路が有することを
意図している。
アクチュエータは案内羽根制御部材に連結され、且つ案
内羽根の位置制御をなすよう適宜な手段によって作動で
きる。
内羽根の位置制御をなすよう適宜な手段によって作動で
きる。
この発明の他の目的や利点は添付図面に関連した以下の
詳細な説明から明らかにな−ろう。
詳細な説明から明らかにな−ろう。
実 施 例
この発明に従って造られたガスタービン動力装置の推奨
実施例が図面に示されており、第１図を参照するに、軸
心回りに回転すべく一組だけが図示された軸受１２によ
り軸承された軸１ｏを有するよう見られる。軸１ｏは動
力伝達手段として作用する歯車の歯１４を有するよう出
来る。
実施例が図面に示されており、第１図を参照するに、軸
心回りに回転すべく一組だけが図示された軸受１２によ
り軸承された軸１ｏを有するよう見られる。軸１ｏは動
力伝達手段として作用する歯車の歯１４を有するよう出
来る。
軸１０には半径方向流出型の圧縮機１６と半径方向流入
型のタービン１８が固着されている。圧縮機１６は、軸
１０に固着されたボス２２に取付られた複数個の羽根２
０（１つだけが図示されている）を有する。各羽根２０
は、通常の構成のディフューザ２６に向かって放射方向
を向いた放出端部２４を有する。また、各羽根２ｏは空
気入口３０の方を向いた軸方向の流入端部２８を有して
いる。入口案内羽根３２は入口３ｏと流入端部２８との
間に配置できる。入口案内羽根３２は軸心３４回りに普
通に回転でき、且つ周知の様にアクチュエータ３６によ
って駆動され。
型のタービン１８が固着されている。圧縮機１６は、軸
１０に固着されたボス２２に取付られた複数個の羽根２
０（１つだけが図示されている）を有する。各羽根２０
は、通常の構成のディフューザ２６に向かって放射方向
を向いた放出端部２４を有する。また、各羽根２ｏは空
気入口３０の方を向いた軸方向の流入端部２８を有して
いる。入口案内羽根３２は入口３ｏと流入端部２８との
間に配置できる。入口案内羽根３２は軸心３４回りに普
通に回転でき、且つ周知の様にアクチュエータ３６によ
って駆動され。
圧縮機１６の回転によって入口空気が圧縮されて圧縮機
１６がら放射方向にディフューザ２６を経て放出されて
、速度水頭が圧力水頭に変換されるようになる。環状エ
ルボ型の通路３８は軸１゜と同心で、ディフューザ２６
の出口側で通常の構成の渦分離用の羽根４２を一般に有
する軸方向の通路４０（軸１０回りに同心になった）を
経て放射方向の圧縮された空気の流れをほり放射方向に
向けるようにする。
１６がら放射方向にディフューザ２６を経て放出されて
、速度水頭が圧力水頭に変換されるようになる。環状エ
ルボ型の通路３８は軸１゜と同心で、ディフューザ２６
の出口側で通常の構成の渦分離用の羽根４２を一般に有
する軸方向の通路４０（軸１０回りに同心になった）を
経て放射方向の圧縮された空気の流れをほり放射方向に
向けるようにする。
通路４０を出た圧縮空気は環状燃焼器４４に入る。燃焼
器４４は環状外ライナー４６と、間隔を置いた壁４８．
５０および端壁５２がら成る環状内ライナーとを有する
。圧縮空気は燃焼器４４に普通に入り、燃焼器４４内で
燃料と混合されて点火される。熱い燃焼ガスは燃焼器４
４がら環状出口５４を経て放出される。
器４４は環状外ライナー４６と、間隔を置いた壁４８．
５０および端壁５２がら成る環状内ライナーとを有する
。圧縮空気は燃焼器４４に普通に入り、燃焼器４４内で
燃料と混合されて点火される。熱い燃焼ガスは燃焼器４
４がら環状出口５４を経て放出される。
壁４６．４８が軸１０の回転軸心回りにほり同心で、従
ってこれら２つの壁４６．４８にて通路４０の軸方向の
延長部５６が形成されることが注意されるべきである。
ってこれら２つの壁４６．４８にて通路４０の軸方向の
延長部５６が形成されることが注意されるべきである。
タービン１８は、複数個の羽根６ｏに沿って適宜な手段
によって軸１０に取付られたボス５８を有する１羽根６
０は放射方向外方を向いた流入端部６２とはゾ軸方向を
向いた流出端部６４とを有する。流出端部６４は排気ダ
クト６６と流体連通し、流入端部６２は軸１ｏと同心の
間隔を置いた放射方向の壁７０．７２により形成された
放射方向内方を向いた環状喉部６８と流体連通してい、
る。
によって軸１０に取付られたボス５８を有する１羽根６
０は放射方向外方を向いた流入端部６２とはゾ軸方向を
向いた流出端部６４とを有する。流出端部６４は排気ダ
クト６６と流体連通し、流入端部６２は軸１ｏと同心の
間隔を置いた放射方向の壁７０．７２により形成された
放射方向内方を向いた環状喉部６８と流体連通してい、
る。
壁７０は軸方向の通路４０近くにて放射方向に閏じな軸
方向の延長部７４を有し、壁７２は放射方向内側の軸方
向の延長部７６を有する。延長部７４．７６は、軸１０
と同心で燃焼器出口５４がら放射方向の通路すなわち喉
部６８に延びていてタービン１８の羽根６０の流入端部
６２に終わっている軸方向の通路７８を従って形成して
いる。
方向の延長部７４を有し、壁７２は放射方向内側の軸方
向の延長部７６を有する。延長部７４．７６は、軸１０
と同心で燃焼器出口５４がら放射方向の通路すなわち喉
部６８に延びていてタービン１８の羽根６０の流入端部
６２に終わっている軸方向の通路７８を従って形成して
いる。
軸方向の通路６８内には複数個の羽根８ｏが等角度に間
隔を置いて設けられている０羽根８ｏは、羽根８０を放
射方向内側から見て部分的に展開した第２図に示される
様にはｆ軸方向に延びている。
隔を置いて設けられている０羽根８ｏは、羽根８０を放
射方向内側から見て部分的に展開した第２図に示される
様にはｆ軸方向に延びている。
羽根８０と軸方向の延長部７４．７６は、タービン１８
の羽根車の羽根６０に対して指向される燃焼ガスのため
の軸方向のノズルを形成している。
の羽根車の羽根６０に対して指向される燃焼ガスのため
の軸方向のノズルを形成している。
各羽根８０は、第１図に示される様に通路４゜の両側に
軸受８４によって軸承された一体的に連動した軸８２に
取付られている。従って、各軸８２は、ｍｉｏの回転軸
心を直角に大体横切る軸心回りに回転すべく軸承されて
いる。
軸受８４によって軸承された一体的に連動した軸８２に
取付られている。従って、各軸８２は、ｍｉｏの回転軸
心を直角に大体横切る軸心回りに回転すべく軸承されて
いる。
各軸８２の放射方向外端部は、軸方向を向いたアクチュ
エータアームまたはリンク８８を取付ける関連したボス
８６に固着されている。各アクチュエータアーム８８は
適宜な手段によってアクチュエータ９０に連結されてい
る。１つの羽根８０に１つのアクチュエータを設けるよ
うできるが、推奨実施例ではリンクまたは同様なものを
介して作動する単一アクチュエータ９０が総ての羽根８
０に使用できる。
エータアームまたはリンク８８を取付ける関連したボス
８６に固着されている。各アクチュエータアーム８８は
適宜な手段によってアクチュエータ９０に連結されてい
る。１つの羽根８０に１つのアクチュエータを設けるよ
うできるが、推奨実施例ではリンクまたは同様なものを
介して作動する単一アクチュエータ９０が総ての羽根８
０に使用できる。
いずれの場合にも、軸方向通路７８内の羽根８０の角度
位置は、最適な作動効率を得るよう燃焼器４４から羽根
車のボス５８へのガス流れを持った種々な作動状態のた
めの圧縮機１６の能力に適切に合致するよう第２図に示
される矢印９２．９４方向に変化できる。先に注意され
る様に、これは、圧縮機サージに対する所要の利得を設
けるように必要な固定されたタービンに見られる妥協を
最小にしたり避けたりする。更に、この発明はアクチュ
エータ部材の良好な冷却を設けることにより従来周知の
放射タービンノズルにおける利点を設けている。特に、
圧縮機１６からの圧縮空気が燃焼器４４の上流を流れる
通路４０を通って軸８２が延びていることが注意される
。従って、軸８２と、ボス８６を含むリンクと、アーム
８８とアクチュエータ９０は可動部材の熱低下を最小に
するよう総て比較的冷たい部分に配置される。更に、放
射方向の通路６８内に通常設けられる放射方向を向いた
ノズルに対向するようにタービンノズルが軸方向に向け
られているために、与えられた全体外径のガス動力装置
の高い作動効率を設けるようにタービン１８の羽根車の
先端直径を増大できる。
位置は、最適な作動効率を得るよう燃焼器４４から羽根
車のボス５８へのガス流れを持った種々な作動状態のた
めの圧縮機１６の能力に適切に合致するよう第２図に示
される矢印９２．９４方向に変化できる。先に注意され
る様に、これは、圧縮機サージに対する所要の利得を設
けるように必要な固定されたタービンに見られる妥協を
最小にしたり避けたりする。更に、この発明はアクチュ
エータ部材の良好な冷却を設けることにより従来周知の
放射タービンノズルにおける利点を設けている。特に、
圧縮機１６からの圧縮空気が燃焼器４４の上流を流れる
通路４０を通って軸８２が延びていることが注意される
。従って、軸８２と、ボス８６を含むリンクと、アーム
８８とアクチュエータ９０は可動部材の熱低下を最小に
するよう総て比較的冷たい部分に配置される。更に、放
射方向の通路６８内に通常設けられる放射方向を向いた
ノズルに対向するようにタービンノズルが軸方向に向け
られているために、与えられた全体外径のガス動力装置
の高い作動効率を設けるようにタービン１８の羽根車の
先端直径を増大できる。
終りに、放射方向のノズル構成にて度々受ける腐食の問
題は軸方向ノズル構成の利用によって最小に或は排除さ
れる。
題は軸方向ノズル構成の利用によって最小に或は排除さ
れる。
第１図はこの発明に従って構成されたガスタービン動力
装置の概略断面図、第２図はタービンノズルの拡大展開
部分図である０図中、１０．８２２軸、１２．８４：軸
受、１４：歯、１６：圧縮機、１８：タービン、２０．
８０：羽根、２２．８６：ボス、２６：ディフューザ、
３２：案内羽根、３６．９０：アクチュエータ、４０．
７８：通路、４４：燃焼器、４６：ライナー、４８．５
０．７０．７２：壁、６０：アクチュエータ羽根、７４
．７６：延長部、８８：アクチュエータアーム。
装置の概略断面図、第２図はタービンノズルの拡大展開
部分図である０図中、１０．８２２軸、１２．８４：軸
受、１４：歯、１６：圧縮機、１８：タービン、２０．
８０：羽根、２２．８６：ボス、２６：ディフューザ、
３２：案内羽根、３６．９０：アクチュエータ、４０．
７８：通路、４４：燃焼器、４６：ライナー、４８．５
０．７０．７２：壁、６０：アクチュエータ羽根、７４
．７６：延長部、８８：アクチュエータアーム。
Claims (3)
- （１）回転軸心回りに一緒に回転すべく連結された放射
方向流出圧縮機と放射方向流入タービン、燃焼器から放
射方向流入タービンに回転軸心と同心の軸方向燃焼ガス
通路に沿って燃焼ガスを供給する装置、 放射方向流出圧縮機から燃焼器に、軸方向燃焼ガス通路
と平行な圧縮ガス通路に沿って圧縮ガスを供給する装置
、 軸方向燃焼ガス通路内に設けられて圧縮ガス通路を通っ
て延びる回転可能な案内羽根制御部材が一体的に固着さ
れ且つ該案内羽根制御部材が圧縮ガスの通過によって冷
却される回転可能に取付られた案内羽根、 を組合せ備えたガスタービン動力装置。 - （２）放射方向流出圧縮機、 放射方向流入タービン、 軸心回りに一緒に回転すべく該圧縮機とタービンを連結
する軸、 燃焼器、 圧縮ガスを該圧縮機から受けて該圧縮ガスを軸方向流れ
にて該燃焼器に供給すべくディフューザを有する装置、 燃焼器から燃焼生成物を受けてこの燃焼生成物を該ター
ビンに供給すべく圧縮ガスを受ける該装置の内方に設け
られ且つ該タービンの周辺を向いた放射方向内方に延び
る通路内に終つている軸方向に延びる通路を有する装置
、 放射方向内方に延びる通路の直ぐ上流の軸方向に延びる
通路内に回転可能に取付られた案内羽根、案内羽根を選
択的に回転する装置、 を備えたガスタービン動力装置。 - （３）放射方向流出圧縮機、 放射方向流入タービン、 軸心回りに一緒に回転すべく該圧縮機とタービンを連結
する少なくとも１つの軸、 燃焼器、 圧縮ガスを該圧縮機から受けて該圧縮ガスを軸方向流れ
にて該燃焼器に供給すべくディフューザを有する装置、 燃焼器から燃焼生成物を受けてこの燃焼生成物を該ター
ビンに供給すべく圧縮ガスを受ける該装置の内方に設け
られ且つ該タービンの周辺を向いた放射方向内方に延び
る通路内に終っている軸方向に延びる環状通路を該燃焼
生成物を受ける装置が有している装置、 軸方向に延びる通路内に設けられ、ほゞ放射方向に延び
ると共に放射方向内方に延びる通路の直ぐ上流に設けら
れた各軸心回りに回転可能で、関連した軸心を形成する
軸に設けられ且つ案内羽根取付軸がの軸方向流れを通っ
て延びている複数個の案内羽根、 案内羽根を選択的に回転すべく軸方向流れにより案内羽
根から間隔を置いた場所にて案内羽根軸に取付られ、こ
れによつて案内羽根を回転する装置、 を備えたガスタービン動力装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US105866 | 1987-10-08 | ||
| US07/105,866 US4821506A (en) | 1987-10-08 | 1987-10-08 | Radial turbine with variable axial nozzle |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01116252A true JPH01116252A (ja) | 1989-05-09 |
Family
ID=22308218
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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