JPS5879608A - タ−ボ機械の排ガスデイフユ−ザからの作動媒体一部排出方法及びその装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、コンプレッサと、排ガスディフューザを有す
るガスタービンとから成るターボ機械の全エンジン効率
を、排ガスディフューザの境界■又は渦領域から流体作
動流体の一部を排出することにより改良する方法に関す
る。本発明は、又、この方法を実施する装置にも関する
。

米国特許第３８５６４３０号やフランス特許第１１９９
０４２号に示されているように、作動媒体の一部を選択
的に排出することによりディフューザ内部の流れを安定
化しディフューザ内部の圧損を減少させることは公知で
ある。空気等の、低運動エネルギを有する作動流体をデ
ィフューザ内の渦流から排出させると、主流から渦流に
高エネルギレベルの空気が補充されて安定化する。この
ような安定化した渦流を含む段付ディフューザ（円錐形
ディフューザのように流れの面積が漸増するのではなく
て所望値へと急増するディフューザ）は非常に高いディ
フューザ面積比を持つ場合でも流れの分離を起こさずに
機能し得る。作動媒体の排出は短いディフューザ長さで
所定の圧力回復を御るのにも利用するこ゛とができ、こ
れによりディフューザはより軽―且つより安価になる。

境界層からの排出は大抵の型のディフューザに有益な効
果をもたらすが、上記した段付ディフューザの場合に効
果が特に大きい。

しかしながら、従来このような利点が活用されることは
あまりなかった。何故なら、作動媒体の２部を排出する
ことはロスとなり、流れの安定化によるエンジン効率の
増加を少なくとも部分的に相彎するからである。更に、
排ガスディフューザから作動媒体を排出する際、ポンプ
等の吸引装置を用いねばならない。何故なら、排ガスデ
ィフューザ内の圧力は雰囲気圧より低いため作動媒体の
排出には吸引が必要だからである。これに対し、例えば
コンプレッサディフューザ等の高圧域では作動媒体の排
出は単に穴あけにより行うことができる。

他方、ターボ機械の１転部と同定部との閣のうとリンス
シール等の１−を介した空気漏出は避けられないもので
あって、遠心コンプレッサの出口では通常０．５〜２％
の空気がエンジンサイクルから排出され、これが性能劣
化をもたらす。

本発明の目的は、作動媒体の排出をより有効な仕方で行
なって全エンジン効率を改良できるようにターボ機械の
排ガスディフューザから作動媒体を排出する簡単な方法
を提供することにある。

本発明は、コンプレッサのラビリンスシールからの避け
られない圧縮空気の漏出を排ガスディフューザの境界■
又は濃領域からの流体作動媒体の排出と有利に組み合わ
せて全効率を大幅に改良するという認識に４基いている
。従って、漏出空気を排ガスディフューザからの作動媒
体の除去に直接用いる。即ち、高圧域から出てきた通常
はロスになる作動媒体を低圧域での作動媒体の吸引のた
めのエネルギとして有利に活用するのである。このよう
にして得られる排ガスディフューザ性能の改良は空気損
失を充分埋め合わせるものであり、更には動力出力及び
温度効率を相殺なく改良するものである このように、本発明はコンプレッサのラビリンスシール
を介して漏れる漏出空気を排出し、該漏出空気のエネル
ギを利用して前記排ガスディフューザから作動媒体の前
記一部を吸引により除去することにある。

本発明を実施できるター・ボ機械はラビリンスシールを
含むコンプレッサと、排ガスディフューザを含むタービ
ンとから成る。このような、ターボ過給機やターボ軸エ
ンジン等のターボ−械は前記ラビリンスシールから漏出
する圧縮空気によって操作されて前記排ガスディフュー
ザの境界層又は渦流から吸引により作動流体を排出する
エネルギを供給するエネルギ変換手段から成り、該エネ
ルギ変換手段が、一端で前記コンプレッサの前記ラビリ
ンスシールの低圧側に連結されて前記ラビリンスシール
を介して漏出する空気を受領し他端でポンプ手段に連結
される第１の導管と、一端で前記ポンプ手段の吸引入口
に連結され他端で前記排ガスディフューザの前記境界層
又は渦流に連結された第２の導管手段とで構成されるこ
とを特徴とする。

上記したように、排出は特に段付ディフューザの場合に
有効であるが、これは排出を流路の段部付近の単一領域
で行な、うことができるからで、従って、本発明はこの
ような段付ディフューザに関して特に有益である。資料
によると、排出機構を備えた段付ディフューザは通常の
段なしの円錐形ディフューザが約６０％の圧力回復なの
に対し約９０％の圧力回復を得ることができる。約９０
％の圧力ａ慣を排出機構のない円錐形ディフューザで得
るには一連の共軸に配したディフューザを用いればでき
るが、これは費用の面でもかなり高くつくし機械的にも
かなり複雑なものとなるのでほとんど行なわれない。排
出機構を備えた段付ディフューザで約９０％の圧力回復
を得るには約１〜３％の作動媒体を排出する必要がある
が、より少量に減らすことも可能である。空気力学的な
利得により性能全体の改良を１０％台にすることができ
る。ガスタービンの場合、これに相応して燃料消費が減
少することになる。段付ディフューザを用いることは製
造コストを減少させるという実際的な利点もある。近代
のラジアルタービンでは高排ガス速度が使用又は設計さ
れることを鑑みると、良好な排ガスディフューザを用い
ることは全濃度効率に関し特に重要性が大きい。本発明
の意義は、自動車等の駆動機械で用いられる作動媒体及
びターボ過給機やガスタービン等の小食−オ機械に関し
特に大きい。何故なら、これらの小型機械の境界層は流
路の比較的大きな部分を占めているので効率のかなり大
幅な削減となっているからである。従って、本発明に従
い、漏出圧縮空気のエネルギを内部利用することは小型
機械の効率をかなり大幅に増加させることになり、その
ような小型機械固有の低効串という欠点を削減すること
ができる。

本発明について、更に図面を参照しつつ説明する。

第１図において、コンプレッサ１はコンプレッサディフ
ューザ２を介し圧縮空気を燃焼室１に供給する。燃焼室
７から排出された排ガスは段付の排ガスディフューザ４
を備えたガスタービン３に送られ、ガスタービン３がコ
ンプレッサ１を駆動する。勿論、ガスタービン３はコン
プレッサ１の駆動に要するよりも充分に大きいエネルギ
を発生し、発電機（図示せず）等の負荷を操作する“エ
ネルギをも供給する。コンプレッサ１の、従来型のラビ
リンスシール１から漏出する圧縮空気は導管６を介して
排出されてエアタービン９に至る。エアタービン９はポ
ンプ又はコンプレッサ９を駆動して、段付の排ガスディ
フューザ４の渦流から吸引により導管１０を介し作動媒
体を除去する。

タービンとポンプとを組み合わせる代りにエゼクタを用
い、これを漏出空気で操作して排ガスディフューザ４か
らの作動媒体除去に必要な吸引を生み出すこともできる
。コンプレッサ１からの空気と排ガスディフューザ４か
らの作動媒体とがほぼ同一の濃度を有する場合にエゼク
タを用いれば最良の結果が得られる。勿論、エゼクタ以
外の別の手段を用いても良好な結果が嵜られるが、それ
でもやはり低コスト等の種々の欠点があるので小型機械
にはエゼクタを用いるのが好ましい。

コンプレッサ１からの空気排出を機械高温部の冷却にも
利用することができ、この場合には排出空気は排ガスデ
ィフューザからの作動媒体の排出のためにそのエネルギ
を利用する前に冷却に利用される。冷却中、熱エネルギ
が空気に供給されることとなり、この熱が、空気を冷却
に用いる際に通常は大きなものとなる流れ摩擦ロスを相
殺する。

第２図は、圧縮空気が導管６に至る前に通るラビリンス
シール５を概略的に示す拡大図である。ターボ機械の回
転部と固定部との閣の間開を介し大気圧以上の空気が漏
出するのは避けられず、遠心コンプレッサ出口では通常
０．５〜２％の空気がエンジンサイクルから排出されて
性能劣化をもたらす。圧力比が７：１以上のコンプレッ
サではこの空気は軸受シール空気として用いるには高温
過ぎる。本発明ではこの「０スの」空気をタービンの排
ガスディフューザの境界層を制御するのに用いる。

第２図に示したようにコンプレッサ１の出口部分から空
気がラビリンスシール５を介して漏出する。この通常は
むだにされる漏出空気が導管６を介し排出されてエゼク
タ入口ライン（図示せず）又は第１図のエアタービン８
の入口に供給される。このようにして、本発明ではコン
プレッサ１からの漏出空気をジェットポンプ又はエゼク
タの一次空気として用いるか、或いは又、ポンプ又はコ
ンプレッサ９の駆動に用いて、排ガスディフューザ７４
から大気圧以下の空気を吸引する。排ガスディフューザ
性能はこれにより大きく改良され、損失空気が埋め合わ
されるのみならずパワー出力や濃度効率が相殺なく改良
される。

上記した記述ではターボ過給機やターボ軸エンジンに関
して本発明を説明したため作動媒体は空気と燃焼ガスで
あるが、勿論他の流体（液体も含む）でも同様の効果が
得られる。従って、蒸気やその他ガス等の作動媒体も本
発明の範囲内である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明により排ガスディフューザからの作動
媒体の排出がコンプレッサの漏出空気を利用して得られ
る段付排ガスディフューザを有するガスタービンエンジ
ンを示す概略図であり、第２図は第１図の８八で囲んだ
部分の拡大断面図でラビリンスシールを示すものである
。 １・・・コンプレッサ、３・・・ガスタービン、４・・
・排ガスディフューザ、５・・・ラビリンスシール、６
・・・導管、８・・・エアタービン、９・・・ポンプ又
はコンプレッサ、１０・・・導管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）　コンプレッサと、排ガスディフューザを有するガ
   スタービンとから成るターボ機械の全エンジン効率を、
   排ガスディフューザの境界層又は渦領域から流体作動媒
   体の一部を排出することにより改良する方法において、
   コンプレッサのラビリンスシールから■れる請出空気を
   排出し、該濡出空気のエネルギを利用して前記排ガスデ
   ィフューザからの作動媒体の前記一部を吸引により排出
   することを特徴とする方法。 ２）濡出空気をジェットエゼクタに供給し、ジェットエ
   ゼクタの吸引入口を排ガスディフューザに接続すること
   により排ガスディフューザから作動媒体を排出すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３）濡出空気を補助のエアタービンに供給して該補助の
   １７タービンを駆動し、前記補助のエアタービンにより
   ポンプを駆動し、該ポンプの吸引入口を排ガスディフュ
   ーザに連結することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の方法。 ４）　ラビリンスシールを含むコンプレッサと排ガスデ
   ィフューザを含むタービンとを有するターボ過給機やガ
   スタービンエンジン等のターボ−械において、前記ラビ
   リンスシールから濡出する圧縮空気によって操作されて
   前記排ガスディフューザの境界層又は渦流から吸引によ
   り作動流体を排出するエネルギを供給するエネルギ変換
   手段から成り、該エネルギ変換手段が、一端で前記コン
   プレッサの前記ラビリンスシールの低圧側に連結されて
   前記ラビリンスシールな介して濡出する空気を受領し他
   端でポンプ手段に連結される第１の導管と、一端で前記
   ポンプ手段の吸引入口に連結され他端で前記排ガスディ
   フューザの前記境界■又は渦流に連結された第２の導管
   手段とで構成されることを特徴とするターボ機械の排ガ
   スディフューザからの作動媒体一部排出装置。 ５）ポンプ手段が補助のエアタービンとポンプとから成
   り、前記エアタービンが前記ポンプを駆動するよう前記
   エアタービンと前記ポンプとを作動連結し、前記第１の
   導管の前記他端を前記エアタービンに連結して前記エア
   タービンを駆動するよう構成したことを特徴とする特許
   請求のＩｆ！囲第４項記載のターボ機械の排ガスディフ
   ューザからの作動媒体一部排出装■。 ６）ポンプ手段がジェットエゼクタから成る特許請求の
   範囲第４項記載のターボ機械の排ガスディフューザから
   の作動媒体一部排出装置。