JPH09310622A - ガスタービン用の三通路ディフューザ - Google Patents
ガスタービン用の三通路ディフューザInfo
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Abstract
の間に延在する遷移部域の流れの均等性を高めるディフ
ューザを提供する。 【解決手段】燃焼器ライナと一タービン段との間に延在
する遷移部ダクトを含む燃焼器と該タービン段との間の
遷移域と、遷移部を囲みそして複数の孔を有する衝突ス
リーブと、圧縮機吐出し空気を遷移域内に向ける圧縮機
ディフューザとを有するガスタービンにおいて、前記デ
ィフューザは、圧縮機吐出し空気流の方向に外向きに張
り開いている1対のディフューザ外壁と、両ディフュー
ザ外壁により画成された流れ区域内にあってこの流れ区
域を3つの個別流路に分割する1対の邪魔板とを含む。
一つの流路は実質的に半径方向の流れ成分を有し、第2
通路は半径方向と軸方向の流れ成分を有し、第3通路は
実質的に軸方向の流れ成分を有する。
Description
に関し、特に、ガスタービン圧縮機吐出し部における多
通路ディフューザに関する。
効率の良いタービン運転を達成するために多数の燃焼室
アセンブリを用いる。各燃焼室には筒形燃焼器と、燃料
噴射装置と、遷移部とが含まれ、遷移部は燃焼器からの
高温ガスの流れをタービンの入口に導く。一般に、圧縮
機吐出し空気の一部分は燃焼器反応域内に直接導入され
燃料と混合され燃やされる。空気流の残部は、燃焼器排
出流がタービンに入る前に火炎を急冷するか、あるいは
燃焼器の壁そしてある場合には遷移部を冷却するように
作用する。
では、中空スリーブが遷移部を囲み、そしてスリーブ壁
が多孔を有するので、圧縮機吐出し空気はスリーブ壁の
冷却孔を通流しそして遷移部に衝突する(すなわちそれ
を冷却する)。遷移部は構造部材であるから、応力が最
高である箇所の温度を比較的低くすることが望ましい。
既にわかっていようにこれは達成し難いが、許容可能な
妥協は、遷移部の全長に沿って(応力が許容可能限度内
にある)均等温度を発生させることである。従って、衝
突スリーブに沿う均等流れ圧力が所望均等温度を得るの
に必要である。
が、通例ガスタービン内の圧縮機吐出し箇所に利用され
る。しかし、もし一通路ディフューザが機械の中央部に
おいて大きな空間を占めれば、その流れを均等に分布さ
せる能力は制限される。事実上、衝突冷却される遷移部
を有するガスタービンの場合、試験で示されているよう
に、一通路軸方向ディフューザ設計によれば、過酷な遷
移部温度変動と、大きな衝突スリーブ静圧変動とが発生
する。ガスタービン工業において湾曲ディフューザを利
用して流れを半径方向に変向させる少なくとも一つの試
みが既になされている(遷移部の衝突冷却を用いる装置
ではこのような試みはなされていない)が、ディフュー
ザは単一通路だけを含むように形成されたので、衝突ス
リーブの軸方向寸法に沿う均等流れは得られなかった。
めることによりガスタービン出力を最大にすることによ
って先行技術における諸問題を解決しようとするもので
ある。同時に、本発明によれば、ロータの動的な理由に
よりガスタービンロータ長さを最小にすることができ、
そして全体的にガスタービン長さを最小にして追加的な
経費節減を達成することもできる。
フューザが圧縮機吐出し部に設けられて圧縮機流をディ
フューザ出口で3つの相異なる方向に向ける。この構成
は遷移域周囲の衝突スリーブに沿って均等な流れ分布を
もたらし、従って望ましい静圧回復が達成される。この
実施態様では、圧縮機吐出し部における張り開き出口通
路が、吐出し部内に配置した2つの邪魔板の使用により
3つの個別通路に分割される。吐出し部の外壁は外向き
に張り開いているが、邪魔板の設計の結果、各流路の流
れ断面積が実質的に同じになる。この構成により、遷移
部域内で安定流が確保されると同時に比較的高効率かつ
均等な分布流が得られ、遷移部の所望均等衝突冷却が確
保される。
ービン用の圧縮機吐出しディフューザが設けられ、この
ディフューザは、圧縮機吐出し空気流の方向に外向きに
張り開いている1対のディフューザ外壁を形成する内部
ケーシングと、両ディフューザ外壁により画成された流
れ区域内にあってこの流れ区域を3つの個別流路に分割
する1対の邪魔板とからなる。
と一タービン段との間に延在する遷移部ダクトを含む燃
焼器と該タービン段との間の遷移域と、遷移部を囲みそ
して複数の冷却孔を有する衝突スリーブと、圧縮機吐出
し空気を遷移域内に向ける圧縮機ディフューザとを有す
るガスタービンにおける改良として、前記ディフューザ
は圧縮機吐出し空気流を少なくとも半径方向に向けるよ
うに形成された第1通路を含む。
明らかとなろう。
に遷移部10が含まれ、これにより、燃焼器ライナ12
の上流の燃焼器からの高温燃焼ガスが、14で表される
タービンの第1段に通される。ガスタービン圧縮機から
の流れは軸方向ディフューザ16を出て遷移域18に入
る。圧縮機吐出し空気の約50%が、衝突スリーブ22
に沿いかつその外周に形成された孔20を通り、遷移部
10と衝突スリーブ22との間の環状域24に流入す
る。圧縮機吐出し流の残りの約50%は流れスリーブ2
6に入り、結局燃焼器内でガスタービン燃料と混合す
る。図1に示した流れ矢印によって示されるように、従
来の構成における圧縮機吐出し流は不均等になりがちで
あり、その結果、かなりの遷移部温度変動とかなりの衝
突スリーブ静圧変動が発生するおそれがあり、このよう
な変動はガスタービン出力に悪影響を与える。
8の断面図である。この図に示したディフューザは図1
に示したディフューザ16の代わりに用いるものである
ことを理解されたい。この三通路ディフューザ28は、
ガスタービン遷移域18の中央部に向けて、圧縮機吐出
し空気流を相異なる半径方向と軸方向に変向させる。具
体的には、ディフューザ28は、(流れ方向に)外向き
に張り開いている外壁30、32と、1対の内部邪魔板
34、36とにより形成されている。邪魔板34は1対
の湾曲壁部38、40を含み、両壁部も流れ方向に外向
きにテ−パが付いておりそして下流端壁42によって連
結されている。壁部38、40は上流端において丸みを
付けた縁44により連結されている。同様に、邪魔板3
6にはテ−パ壁46、48が含まれ、下流端壁50と上
流縁52とにより連結されている。
はディフューザ外壁30、32と関連して3つのディフ
ューザ通路54、56、58を形成している。ディフュ
ーザ壁30、32の曲率と邪魔板34、36の形状は、
各通路54、56、58の流れ面積が実質的に等しくな
るように注意深く選定される。しかし同時に、図からわ
かるように、流れは3つの個別方向に向かう。さらに詳
述すると、通路58は小さな半径方向流れ成分とかなり
大きな軸方向流れ成分とを有する。中間通路56は実質
的に相等しい軸方向および半径方向流れ成分を有する。
これに対し、通路54はかなり大きな半径方向流れ成分
だけを有する。このように、遷移域18内への圧縮機吐
出し流は衝突スリーブ22の周囲により均等に分布し、
軸方向ディフューザと関連して従来発生した遷移部温度
変動と衝突スリーブ静圧変動を実質的に無くする。事実
上、試験により確認されているように、本発明の三通路
ディフューザの場合、遷移部域18の全長に沿って負圧
が存在せずそして遷移部10と衝突スリーブ22の長さ
に沿う圧力および温度分布は比較的均等である。
よれば、ロータの長さとタービン全長とを短くすること
ができるので、比較的少ない費用で総合タービン性能を
高め得ることに注意されたい。以上、本発明の最適実施
例と考えられるものについて説明したが、本発明は開示
した実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内
で様々な改変と対等構成が可能であることを理解された
い。
内の圧縮機吐出し部における従来の軸方向圧縮機ディフ
ューザの概略断面図である。
る。
Claims (4)
- 【請求項1】 圧縮機吐出し空気流の方向に外向きに張
り開いている1対のディフューザ外壁を形成する内部ケ
ーシングと、前記1対のディフューザ外壁により画成さ
れた流れ区域内にあってこの流れ区域を3つの個別流路
に分割する1対の邪魔板とからなる、ガスタービン用の
圧縮機吐出しディフューザ。 - 【請求項2】 前記3流路の一つが圧縮機吐出し流を軸
方向と半径方向とに実質的に相等しい量変向させる請求
項1記載の圧縮機吐出しディフューザ。 - 【請求項3】 燃焼器ライナと一タービン段との間に延
在する遷移部ダクトを含む燃焼器と前記タービン段との
間の遷移域と、前記遷移部を囲みそして複数の冷却孔を
有する衝突スリーブと、圧縮機吐出し空気を前記遷移域
内に向ける圧縮機ディフューザとを有するガスタービン
において、前記ディフューザは圧縮機吐出し空気流を少
なくとも半径方向に向けるように形成された第1通路を
含むようになっているガスタービン。 - 【請求項4】 前記ディフューザは、圧縮機吐出し空気
流の方向に外向きに張り開いている1対の外壁を含み、
また前記1対のディフューザ外壁により画成された流れ
区域内にあってこの流れ区域を前記第1通路を含む3つ
の個別流路に分割する1対の邪魔板を含む、請求項3記
載のガスタービン。
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