JPS593120A - ガス・タ−ビン - Google Patents
ガス・タ−ビンInfo
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- JPS593120A JPS593120A JP58105644A JP10564483A JPS593120A JP S593120 A JPS593120 A JP S593120A JP 58105644 A JP58105644 A JP 58105644A JP 10564483 A JP10564483 A JP 10564483A JP S593120 A JPS593120 A JP S593120A
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Classifications
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- 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
- F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
- F02C7/12—Cooling of plants
- F02C7/14—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel
- F02C7/141—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid
- F02C7/143—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid before or between the compressor stages
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
- F02C6/18—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use using the waste heat of gas-turbine plants outside the plants themselves, e.g. gas-turbine power heat plants
-
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- F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
- F02C7/12—Cooling of plants
- F02C7/125—Cooling of plants by partial arc admission of the working fluid or by intermittent admission of working and cooling fluid
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (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】
本発明はタービン動翼を低温に保持する装置をそなえる
ガス・タービンに関する。よシ詳細には、高温ガスがタ
ービン翼の環状部分のみに内力)X、1、冷却ガスが真
の別個の環状部分に内力・うようにされたガス・タービ
ンに関する。
ガス・タービンに関する。よシ詳細には、高温ガスがタ
ービン翼の環状部分のみに内力)X、1、冷却ガスが真
の別個の環状部分に内力・うようにされたガス・タービ
ンに関する。
ガス・タービンの効率は、ガスの温度ならびに空気圧縮
機およびタービンの効率に大きく影響される。空気力学
の分野における有意義な発展により圧縮機とタービンと
の効率が大いに向上したが、ここでガス・タービンの熱
効率を向上させる更に重要な手がかシの一つは入口ガス
温度を上昇させることによるものである。しかし7人ロ
ガス温度は、構造上の完全さを左程失うことなしにター
ビン構成材料が耐え得る温度に限定される。現在、市販
のガス・タービンに使用される大半の材料は約1256
°K(1800°F)の最高温度に限定され、一般に約
1066°K(1400°F)の温度で作動する。
機およびタービンの効率に大きく影響される。空気力学
の分野における有意義な発展により圧縮機とタービンと
の効率が大いに向上したが、ここでガス・タービンの熱
効率を向上させる更に重要な手がかシの一つは入口ガス
温度を上昇させることによるものである。しかし7人ロ
ガス温度は、構造上の完全さを左程失うことなしにター
ビン構成材料が耐え得る温度に限定される。現在、市販
のガス・タービンに使用される大半の材料は約1256
°K(1800°F)の最高温度に限定され、一般に約
1066°K(1400°F)の温度で作動する。
よシ高い温度の使用を可能とするため、かなシの研究が
よシ高い温度に耐える合金を開発するために行われてい
る。更に、タービンのロータまたはディスクおよび翼の
温度を制御するためにこれらを冷却する種々の装置が提
案されている。例えば米国特許第3,318,573号
には、ディスクを低温に保持しようとの試みで、タービ
ン・ディスクの表面上を外方へ放射状に冷却空気を案内
翼が導くようにされたローラが説述されている。同様な
方法が、ガス・タービン回転部材を冷却する装置を説述
する米国特許第3,535,873号に示されている。
よシ高い温度に耐える合金を開発するために行われてい
る。更に、タービンのロータまたはディスクおよび翼の
温度を制御するためにこれらを冷却する種々の装置が提
案されている。例えば米国特許第3,318,573号
には、ディスクを低温に保持しようとの試みで、タービ
ン・ディスクの表面上を外方へ放射状に冷却空気を案内
翼が導くようにされたローラが説述されている。同様な
方法が、ガス・タービン回転部材を冷却する装置を説述
する米国特許第3,535,873号に示されている。
そこに開示された装置にあっては、エンジンの静止部分
からの冷却空気がタービン・ディスクの表面上に吹き付
けられ、空気の量は必要とされる冷却の程度による。
からの冷却空気がタービン・ディスクの表面上に吹き付
けられ、空気の量は必要とされる冷却の程度による。
米国特許第3,904,307号には、ガス・タービン
の高圧ならびに低圧ロータを冷却する装置をそなえる別
のガス発生機タービン冷却機構が開示されている。冷却
空気は、ロータ下流の供給源から低圧ロータを経てそれ
らの間の空間へ、そしてこの空間から翼を経て高圧ロー
タ上流の空間へも、それらの表面を冷却するために供給
される。
の高圧ならびに低圧ロータを冷却する装置をそなえる別
のガス発生機タービン冷却機構が開示されている。冷却
空気は、ロータ下流の供給源から低圧ロータを経てそれ
らの間の空間へ、そしてこの空間から翼を経て高圧ロー
タ上流の空間へも、それらの表面を冷却するために供給
される。
タービン翼内に形成された通路を通って比較的冷たい空
気が導かれるこれらの提案においては、この空気によっ
て得られる冷却効果により、翼材料の温度は、溶融まだ
は焼成が発生せず且つ翼材料が充分な強さを保つ程度K
まで低減される。しかし、このようにしてタービン・ロ
ータを冷却する際に遭遇する更に困難な問題の一つは、
冷却空気を圧縮機から高速で回転中のタービンに内面を
通して送っていることである。実際問題としては通常、
冷却空気がエンジンの燃焼器をl々イノぐスし、次いで
タービン・ロータ内に形成された通路内に導かれる。一
般に、これらのロータ通路への入口は毎秒0.305
X数百1rL(毎秒数百フィート)ないし毎秒605m
(毎秒2000フイート)程度の周速度を有する。従っ
て、ロータ内に冷却空気を導入するためにはこれに大量
の仕事がなされなければならないことがこの種類のター
ーンへの冷却空気の送出に固有のものである。この仕事
によシ、タービンに冷却空気が入る際、その温度の上昇
をもたらす。これがまた、冷却されるべきタービンの翼
およびその他の構成要素の温度を低減させる特定量の空
気の冷却の有効性を低減させる。
気が導かれるこれらの提案においては、この空気によっ
て得られる冷却効果により、翼材料の温度は、溶融まだ
は焼成が発生せず且つ翼材料が充分な強さを保つ程度K
まで低減される。しかし、このようにしてタービン・ロ
ータを冷却する際に遭遇する更に困難な問題の一つは、
冷却空気を圧縮機から高速で回転中のタービンに内面を
通して送っていることである。実際問題としては通常、
冷却空気がエンジンの燃焼器をl々イノぐスし、次いで
タービン・ロータ内に形成された通路内に導かれる。一
般に、これらのロータ通路への入口は毎秒0.305
X数百1rL(毎秒数百フィート)ないし毎秒605m
(毎秒2000フイート)程度の周速度を有する。従っ
て、ロータ内に冷却空気を導入するためにはこれに大量
の仕事がなされなければならないことがこの種類のター
ーンへの冷却空気の送出に固有のものである。この仕事
によシ、タービンに冷却空気が入る際、その温度の上昇
をもたらす。これがまた、冷却されるべきタービンの翼
およびその他の構成要素の温度を低減させる特定量の空
気の冷却の有効性を低減させる。
これらの問題を克服しようとして、翼の先端上方に位置
する室の中に冷却空気を導入する翼端冷却空気エキスパ
ンダ・シール方式を提供することが米国特許第3,70
3,808号に提案されてl、−る。
する室の中に冷却空気を導入する翼端冷却空気エキスパ
ンダ・シール方式を提供することが米国特許第3,70
3,808号に提案されてl、−る。
冷却空気は回転翼上に位置する複数のノズルを通過する
。これらのノズルはホイールの回転方向に冷却空気を加
速し、それを、静止ケース器材と冷却空気ノズルと翼端
上の回転シュラウドと翼のシュラウドの上流および下流
端に位置するシール要素とによって区切られた室の中に
放出する。次1.−で冷却空気は、この室から翼のシュ
ラウドを貫く通路を経て、各員で形成される冷却回路内
に流入する。
。これらのノズルはホイールの回転方向に冷却空気を加
速し、それを、静止ケース器材と冷却空気ノズルと翼端
上の回転シュラウドと翼のシュラウドの上流および下流
端に位置するシール要素とによって区切られた室の中に
放出する。次1.−で冷却空気は、この室から翼のシュ
ラウドを貫く通路を経て、各員で形成される冷却回路内
に流入する。
これらの冷却手法に伴う問題は、これらが大量の冷却空
気を必要とするのみならず、タービンの入口でガスの温
度を上げることによって増大すべき筈のサイクル効率を
しばしば相殺する結果となることである。更に詳細に言
えば、所要量の冷却ガスを圧縮するために、大量の仕事
を必要とする。
気を必要とするのみならず、タービンの入口でガスの温
度を上げることによって増大すべき筈のサイクル効率を
しばしば相殺する結果となることである。更に詳細に言
えば、所要量の冷却ガスを圧縮するために、大量の仕事
を必要とする。
更に、冷却ガスの圧縮によってその温度が上昇し、従っ
てその冷却能力が低減される。もう一つの問題は、ター
ビン翼の内側にある冷却通路の物理的な寸法上の制約に
よって、そこを通過できる冷却ガスの量が制限される、
ということである。さらに、これらの手法は複雑な構造
の回転部分を必要とする。従って、1922°x(30
00’F)を超える温度の高温ガスを使用して長時時間
作動でき、しかも構成材料用の高価な高温用合金と、複
雑な内部通路と、よシ高温な入口のガスを用いて得られ
たサイクル効率を相殺する冷却空気の作動負荷とを必要
としないガス・タービンがあきらかに必要である。
てその冷却能力が低減される。もう一つの問題は、ター
ビン翼の内側にある冷却通路の物理的な寸法上の制約に
よって、そこを通過できる冷却ガスの量が制限される、
ということである。さらに、これらの手法は複雑な構造
の回転部分を必要とする。従って、1922°x(30
00’F)を超える温度の高温ガスを使用して長時時間
作動でき、しかも構成材料用の高価な高温用合金と、複
雑な内部通路と、よシ高温な入口のガスを用いて得られ
たサイクル効率を相殺する冷却空気の作動負荷とを必要
としないガス・タービンがあきらかに必要である。
これまでに説明した形式のガス・タービンと相違して、
別の形式のガス・タービンがドイツで開発され、試験さ
れたことが報告(K・ライスト(Leist )および
B−クノルシルト(Knorshila) :NAOA
TM 1294 「ニゲシースト・タービン・アンド
・ジェットφプロノでルジョン・システムズ(Exha
ust Turbine and 、Tet Prop
ulsionSyecems )J 、1939年のド
イツ語報告書の翻訳)されている。このガス・タービン
においてはとくに、一部分または予め選定された数のタ
ービン翼のみの上に高温ガスが導かれている。残余の−
” o− 貴会Oタービンの翼とロータとは、冷却のため周囲の空
気に露出される。この形式のタービンについてそれ以上
に作業がなされたことは知られておらず、低いサイクル
効率の故にその開発は中止されたと信じられている。
別の形式のガス・タービンがドイツで開発され、試験さ
れたことが報告(K・ライスト(Leist )および
B−クノルシルト(Knorshila) :NAOA
TM 1294 「ニゲシースト・タービン・アンド
・ジェットφプロノでルジョン・システムズ(Exha
ust Turbine and 、Tet Prop
ulsionSyecems )J 、1939年のド
イツ語報告書の翻訳)されている。このガス・タービン
においてはとくに、一部分または予め選定された数のタ
ービン翼のみの上に高温ガスが導かれている。残余の−
” o− 貴会Oタービンの翼とロータとは、冷却のため周囲の空
気に露出される。この形式のタービンについてそれ以上
に作業がなされたことは知られておらず、低いサイクル
効率の故にその開発は中止されたと信じられている。
本発明の目的は、1922°K(3000下)以上の温
度の高温ガスを使用できるガス・タービンを提供すると
とKある。本発明の他の目的は、高価な高温用合金の使
用を必要とせずしかも高温ガスを使用する可能性を保有
するようなタービンを提供することにある。本発明の別
の目的は、1922°K(3000°F)以上の温度を
有する高温ガスを使用しながら翼の温度を約811°K
(1000’F)未満に制御し保持するガス・タービン
を提供することにある。本発明の更に目的とするところ
は、タービン翼を冷却する際に失われる効率が最小限と
なるような、冷却ガスを供給する圧縮機装置を有するタ
ービンを提供することにある。本発明の別の目的は、タ
ービンを流過する冷却ガスと高温ガスとの間の漏れがほ
ぼ最小限となるような、冷却ガスを供給する圧縮機装置
を有するガス・タービンを提供することにある。本発明
の以上その他の目的は、以下の説明によシあきらかとな
ろう。
度の高温ガスを使用できるガス・タービンを提供すると
とKある。本発明の他の目的は、高価な高温用合金の使
用を必要とせずしかも高温ガスを使用する可能性を保有
するようなタービンを提供することにある。本発明の別
の目的は、1922°K(3000°F)以上の温度を
有する高温ガスを使用しながら翼の温度を約811°K
(1000’F)未満に制御し保持するガス・タービン
を提供することにある。本発明の更に目的とするところ
は、タービン翼を冷却する際に失われる効率が最小限と
なるような、冷却ガスを供給する圧縮機装置を有するタ
ービンを提供することにある。本発明の別の目的は、タ
ービンを流過する冷却ガスと高温ガスとの間の漏れがほ
ぼ最小限となるような、冷却ガスを供給する圧縮機装置
を有するガス・タービンを提供することにある。本発明
の以上その他の目的は、以下の説明によシあきらかとな
ろう。
本発明によれば、高温ガス入口と高温ガス出口とを有す
るハウジングと、ノ・ウジング内に取シ付けられた回転
軸と、タービン・ロータを具備する少なく共一つのター
ーン段とを含むがス・タービンにおける改良が得られる
。タービン・ロータは一般に1軸に取υ付けられたディ
スク部材とディスクの周囲に位置する複数のタービン翼
とを含み、翼の各がディスクに取シ付けられる付根部分
と翼端部分で終わる放射状に外方に延在する表面とを有
する。本改良は、一部分または予め選定された数のター
ビン翼のみの上に高温ガスを導くノズル装置を備えるこ
とを包含する。本改良は更に、他の部分または予め選定
された数のタービン翼を包囲するシュラウド部材を含む
。このシュラウド部材は冷却ガスの入口と出口とを含み
、翼の表面上を放射状に内方または外方に冷却ガスを導
くために案内装置が備えられる。冷却ガスは偏向装置に
よって翼からシュラウドの冷却ガス出口へ導かれる。言
うまでもなく、全ての翼が高温ガス・ノズルを通シ、次
いでクユラウド部拐を通過し、その際これらは交互にそ
れぞれ高温ガスと冷却ガスとに露出される。
るハウジングと、ノ・ウジング内に取シ付けられた回転
軸と、タービン・ロータを具備する少なく共一つのター
ーン段とを含むがス・タービンにおける改良が得られる
。タービン・ロータは一般に1軸に取υ付けられたディ
スク部材とディスクの周囲に位置する複数のタービン翼
とを含み、翼の各がディスクに取シ付けられる付根部分
と翼端部分で終わる放射状に外方に延在する表面とを有
する。本改良は、一部分または予め選定された数のター
ビン翼のみの上に高温ガスを導くノズル装置を備えるこ
とを包含する。本改良は更に、他の部分または予め選定
された数のタービン翼を包囲するシュラウド部材を含む
。このシュラウド部材は冷却ガスの入口と出口とを含み
、翼の表面上を放射状に内方または外方に冷却ガスを導
くために案内装置が備えられる。冷却ガスは偏向装置に
よって翼からシュラウドの冷却ガス出口へ導かれる。言
うまでもなく、全ての翼が高温ガス・ノズルを通シ、次
いでクユラウド部拐を通過し、その際これらは交互にそ
れぞれ高温ガスと冷却ガスとに露出される。
好適な実施例によれば、このタービンはさらに、タービ
ン軸に作動自在に連結され且つ冷却ガスの入口と出口と
を有する圧縮機装置を含み、前記出口は、加圧された冷
却ガスの流れをシュラウrへ供給するためにシュラウド
出口と流体で連通される。加圧された冷却ガスは、なる
べくなら、タービンの翼の上を通る高温ガスの圧力とほ
ぼ同じ圧力で供給されることが望ましく、それによって
双方のガスの間の漏れはほぼ最小限となる。
ン軸に作動自在に連結され且つ冷却ガスの入口と出口と
を有する圧縮機装置を含み、前記出口は、加圧された冷
却ガスの流れをシュラウrへ供給するためにシュラウド
出口と流体で連通される。加圧された冷却ガスは、なる
べくなら、タービンの翼の上を通る高温ガスの圧力とほ
ぼ同じ圧力で供給されることが望ましく、それによって
双方のガスの間の漏れはほぼ最小限となる。
一般に、前記案内装置は、翼の先端部分をこえて付根部
分に向けて半径方向に下方へ冷却ガスを導くために設け
られ、前記偏向装置は翼の付根部分に近接して設けられ
る。しかし、冷却ガスの流れが、付根部分から翼端部分
をこえて半径方向に外方へ、同等の効果と最小の圧力損
失とを以て流れることもできることが理解できよう。し
かし、本発明の本質的な特徴は、冷却ガスが翼の外表面
の上を放射状に流れることである。
分に向けて半径方向に下方へ冷却ガスを導くために設け
られ、前記偏向装置は翼の付根部分に近接して設けられ
る。しかし、冷却ガスの流れが、付根部分から翼端部分
をこえて半径方向に外方へ、同等の効果と最小の圧力損
失とを以て流れることもできることが理解できよう。し
かし、本発明の本質的な特徴は、冷却ガスが翼の外表面
の上を放射状に流れることである。
本発明の特に好適な実施例によれば、ガス・タービンは
互いに軸方向に一直線をなす複数のタービン段をそなえ
、ノズル装置はノ・ウジングの高温ガス出口によシ近接
して位置する各連続段のタービン翼のよシ多くの部分の
上に高温ガスを導くためにそなえられる。各タービン段
の中間に、冷却ガスを隣接タービン段に供給する圧縮機
装置が備えられる。一般に、加圧された冷却ガスの流れ
は連続する各段を通る高温ガスの流れに対して逆流する
方向であるが、それは、これによって同じ段を横切って
流れる高温ガスとほぼ同じ圧力で各段に冷却ガスを供給
することが容易になるからである。高温ガスが、例えば
、約21.1 kgf /cm2(300pθia )
以上の比較的高圧にあシ、冷却ガスをほぼ同等の圧力に
圧縮しなければならないような場合には、圧縮機装置か
ら冷却ガスを引き出してこれを他の冷却流体と熱交換す
るように流過させ、冷却ガスを隣接のタービン段に導く
前にその温度を低下させるのが有利である。
互いに軸方向に一直線をなす複数のタービン段をそなえ
、ノズル装置はノ・ウジングの高温ガス出口によシ近接
して位置する各連続段のタービン翼のよシ多くの部分の
上に高温ガスを導くためにそなえられる。各タービン段
の中間に、冷却ガスを隣接タービン段に供給する圧縮機
装置が備えられる。一般に、加圧された冷却ガスの流れ
は連続する各段を通る高温ガスの流れに対して逆流する
方向であるが、それは、これによって同じ段を横切って
流れる高温ガスとほぼ同じ圧力で各段に冷却ガスを供給
することが容易になるからである。高温ガスが、例えば
、約21.1 kgf /cm2(300pθia )
以上の比較的高圧にあシ、冷却ガスをほぼ同等の圧力に
圧縮しなければならないような場合には、圧縮機装置か
ら冷却ガスを引き出してこれを他の冷却流体と熱交換す
るように流過させ、冷却ガスを隣接のタービン段に導く
前にその温度を低下させるのが有利である。
本発明の前述および関連の目的と特徴とは、特許請求の
範囲に指摘されたその新規性と共に、添付図面について
なされる次の説明を閲読することによってあきらかとな
ろう。
範囲に指摘されたその新規性と共に、添付図面について
なされる次の説明を閲読することによってあきらかとな
ろう。
第1図について説明する。同図は、軸流ガス・タービン
組立て体10が複数のセクション、即ち(I)〜(■)
、を備え、各セクションが軸12に作動自在に連結され
たターげン段と圧縮機装置とを含む本発明の4!に好適
な実施例を表わす。ガス・タービン組立て体10には、
各連続タービン段の周囲の漸増部分の周シに延在する高
温ガス導管14が含まれる。従ってセクション(IV)
においては高温ガス導管14が円周上の弧α、の周シに
延在し、セクション(I)の更に長い円周上の弧αゎへ
漸次増大する。ガス・タービン組立て体10は更に、そ
れぞれのタービン段の各の周シの円周上の弧の他の部分
を取り囲む冷却ガス・シュラウP16を含み、この弧は
概ね、高温ガス導管14に覆われる弧の増7pに相当す
る量だけ減少する。冷却ガスの圧縮によシ、その温度が
上昇することは理解されよう。ある場合には、この温度
上昇が、圧縮機装置を離れる圧縮または加圧された冷却
ガスがタービン翼を所望の温度範囲に保つには高過ぎる
温度を有するようなものであシ得る。このような場合に
は、各圧縮機装置からの加圧された冷却ガスが出口18
を経て引き出され、隣接のガス・タービン段への導入前
に入口20を経て冷却される。
組立て体10が複数のセクション、即ち(I)〜(■)
、を備え、各セクションが軸12に作動自在に連結され
たターげン段と圧縮機装置とを含む本発明の4!に好適
な実施例を表わす。ガス・タービン組立て体10には、
各連続タービン段の周囲の漸増部分の周シに延在する高
温ガス導管14が含まれる。従ってセクション(IV)
においては高温ガス導管14が円周上の弧α、の周シに
延在し、セクション(I)の更に長い円周上の弧αゎへ
漸次増大する。ガス・タービン組立て体10は更に、そ
れぞれのタービン段の各の周シの円周上の弧の他の部分
を取り囲む冷却ガス・シュラウP16を含み、この弧は
概ね、高温ガス導管14に覆われる弧の増7pに相当す
る量だけ減少する。冷却ガスの圧縮によシ、その温度が
上昇することは理解されよう。ある場合には、この温度
上昇が、圧縮機装置を離れる圧縮または加圧された冷却
ガスがタービン翼を所望の温度範囲に保つには高過ぎる
温度を有するようなものであシ得る。このような場合に
は、各圧縮機装置からの加圧された冷却ガスが出口18
を経て引き出され、隣接のガス・タービン段への導入前
に入口20を経て冷却される。
この好適な実施例においては、高温ガスと冷却ガスとが
互いに逆流する方向にガス・タービン組立て体10を流
過することがわかる。この装置には、それによって必要
な送気量が最小限になる、という独特の利点がある。更
に詳述すれば、高温ガスは高温ガス導管14と連続する
タービン段を流過するにつれて膨張し冷却される。従っ
て、最も冷却された最も低圧のガスがセクションCI)
のタービン段を流過する。セクション(I)のタービン
に隣接する圧縮機装置は、セクション(IV)のターー
ン段に冷却ガスを供給する場合はどに゛冷却ガスの圧力
を上昇させる必要がない。言うまでもなく、ターーン段
の高温ガスおよび冷却ガス両部分間のいかなる漏れをも
最小限にするために、同一のターぎン段を流過する冷却
ガスと高温ガスとはほぼ同じ静圧を有することが望まし
い。
互いに逆流する方向にガス・タービン組立て体10を流
過することがわかる。この装置には、それによって必要
な送気量が最小限になる、という独特の利点がある。更
に詳述すれば、高温ガスは高温ガス導管14と連続する
タービン段を流過するにつれて膨張し冷却される。従っ
て、最も冷却された最も低圧のガスがセクションCI)
のタービン段を流過する。セクション(I)のタービン
に隣接する圧縮機装置は、セクション(IV)のターー
ン段に冷却ガスを供給する場合はどに゛冷却ガスの圧力
を上昇させる必要がない。言うまでもなく、ターーン段
の高温ガスおよび冷却ガス両部分間のいかなる漏れをも
最小限にするために、同一のターぎン段を流過する冷却
ガスと高温ガスとはほぼ同じ静圧を有することが望まし
い。
ここで第2図について説明する。同図は、代表的なター
ビン段と圧縮機装置とを更に詳細に示す部分的に切シ収
られたガス・タービン組立て体10を表す。更に詳述す
れば、軸12に作動自在に連結されたタービン・ロータ
またはディスク24と、ロータ24の周囲に位置する複
数のタービン翼とをタービン段22が具備することがわ
かる。各員は、ロータ24に収り付けられた付根部分と
、放射状に外方へ延在する翼端部分で終わる翼の外表面
とを具備する。高温ガス導管14内には、一部分(予め
選定された数)のタービン翼26の上に高温ガスの流れ
を導く複数のタービン・ノズル静翼28が位置する。冷
却望気がタービン翼の内部を流過し、この種の通路のた
めの準備をしなければならない場合のように、タービン
翼の翼設計を冷却のために妥協させる必要のないことが
、本発明の独特の利点である。
ビン段と圧縮機装置とを更に詳細に示す部分的に切シ収
られたガス・タービン組立て体10を表す。更に詳述す
れば、軸12に作動自在に連結されたタービン・ロータ
またはディスク24と、ロータ24の周囲に位置する複
数のタービン翼とをタービン段22が具備することがわ
かる。各員は、ロータ24に収り付けられた付根部分と
、放射状に外方へ延在する翼端部分で終わる翼の外表面
とを具備する。高温ガス導管14内には、一部分(予め
選定された数)のタービン翼26の上に高温ガスの流れ
を導く複数のタービン・ノズル静翼28が位置する。冷
却望気がタービン翼の内部を流過し、この種の通路のた
めの準備をしなければならない場合のように、タービン
翼の翼設計を冷却のために妥協させる必要のないことが
、本発明の独特の利点である。
各圧縮機装置は、矢張シまた軸12に作動自在に連結さ
れ、且つタービン段22と軸方向に一線上にある少なく
共一つ、なるべくなら複数、の圧縮機ホイール30を具
備する。各圧縮機ホイール30には、ホイールの外周に
取シ付けられた複数の圧縮機翼32が備えられる。各圧
縮機ホイール30の中間に、−組の圧縮機翼から次へ圧
縮ガスを導く一連の圧縮機静翼34が設けられる。圧縮
機装置の高圧端からの吐出流は冷却ガス・マニホルド3
6に流体連通され、加圧された冷却ガスはここを経て、
その温度を下げるための熱交換器(図示せず)への通路
をなす出口冷却導管18に入ることができる。その後、
加圧された冷却ガスは入口導管20を経てシュラウド1
6に導かれる。
れ、且つタービン段22と軸方向に一線上にある少なく
共一つ、なるべくなら複数、の圧縮機ホイール30を具
備する。各圧縮機ホイール30には、ホイールの外周に
取シ付けられた複数の圧縮機翼32が備えられる。各圧
縮機ホイール30の中間に、−組の圧縮機翼から次へ圧
縮ガスを導く一連の圧縮機静翼34が設けられる。圧縮
機装置の高圧端からの吐出流は冷却ガス・マニホルド3
6に流体連通され、加圧された冷却ガスはここを経て、
その温度を下げるための熱交換器(図示せず)への通路
をなす出口冷却導管18に入ることができる。その後、
加圧された冷却ガスは入口導管20を経てシュラウド1
6に導かれる。
シュラウド16は導管20と円周上に間隔を置いて位置
する複数の冷却ガス・ノズル静翼40とを流体連通させ
る通路38をそなえる。ノズル翼40は、冷却ガスが翼
の外表面上を翼の付根部分に向かって流れるように、回
転するタービン翼26の先端と外表面とにわたる放射状
に内方へ向かう相対速度成分を冷却ガスに与える。急速
に動く冷却ガスをシュラウド16から次の隣接圧縮機装
置へ導く傾斜面42のような偏向装置が翼の付根部分に
近接して置かれる。
する複数の冷却ガス・ノズル静翼40とを流体連通させ
る通路38をそなえる。ノズル翼40は、冷却ガスが翼
の外表面上を翼の付根部分に向かって流れるように、回
転するタービン翼26の先端と外表面とにわたる放射状
に内方へ向かう相対速度成分を冷却ガスに与える。急速
に動く冷却ガスをシュラウド16から次の隣接圧縮機装
置へ導く傾斜面42のような偏向装置が翼の付根部分に
近接して置かれる。
冷却ガスがタービン翼の外表面を急速に通過することが
本発明の重大な特徴である。その理由は、このようにし
て冷却ガスを通すことによシ冷却効果が大いに強められ
、更に圧力降下がかなシ減少し、従ってポンプ圧送の必
要性とエネルギ損失とが最小限になる、ということであ
る。図示の実施例においては冷却ガスがタービン翼上を
放射上に内方へ通されるが、これも本発明の範囲に属す
るものであシ、時には冷却ガスを翼の付根部分の近くに
導き、それによって偏向装置が翼の外表面を放射状に外
方へガスを導くことが望ましい。
本発明の重大な特徴である。その理由は、このようにし
て冷却ガスを通すことによシ冷却効果が大いに強められ
、更に圧力降下がかなシ減少し、従ってポンプ圧送の必
要性とエネルギ損失とが最小限になる、ということであ
る。図示の実施例においては冷却ガスがタービン翼上を
放射上に内方へ通されるが、これも本発明の範囲に属す
るものであシ、時には冷却ガスを翼の付根部分の近くに
導き、それによって偏向装置が翼の外表面を放射状に外
方へガスを導くことが望ましい。
本発明のガス・タービンによれば、従来求め得なかった
多くの利点が得られる。とくに、各員の温度を同時に充
分低く保ちながら、よシ高いガス温度を用い得るので、
在来の構成材料を使用することができる。さらに、ター
ビン翼の温度をいかなる限界最大値よシも充分低く保つ
ことが可能なので、ガス流内の微粒子に!1ftl因す
るいかなる浸食効果もかなシ低減される。従って、はと
んど微粒子を含まないガス流を得る必要はなくなる。さ
らに、複数の段を設けることによシ、高温ガス流内に含
まれるエネルギの高率な利用ができる。
多くの利点が得られる。とくに、各員の温度を同時に充
分低く保ちながら、よシ高いガス温度を用い得るので、
在来の構成材料を使用することができる。さらに、ター
ビン翼の温度をいかなる限界最大値よシも充分低く保つ
ことが可能なので、ガス流内の微粒子に!1ftl因す
るいかなる浸食効果もかなシ低減される。従って、はと
んど微粒子を含まないガス流を得る必要はなくなる。さ
らに、複数の段を設けることによシ、高温ガス流内に含
まれるエネルギの高率な利用ができる。
1 ここで第3図について説明する。同図は、タービン
内に導かれる高温ガスに含まれる熱エネルギの利用を最
大限にさせる本発明のガス・タービンの作用説明図を表
す。詳細に言えば、4セクシヨンのガス・タービン組立
て体50が図式的に示してあシ、ここで英字rOJとI
T]とはそれぞれ圧縮機装置とタービン段とを表す。高
温ガス発生機52からの加圧された高温ガスは、導管5
4を経てタービン組立て体50内に導かれ、任意の所望
の方法で利用される機械的な動力を生成する。
内に導かれる高温ガスに含まれる熱エネルギの利用を最
大限にさせる本発明のガス・タービンの作用説明図を表
す。詳細に言えば、4セクシヨンのガス・タービン組立
て体50が図式的に示してあシ、ここで英字rOJとI
T]とはそれぞれ圧縮機装置とタービン段とを表す。高
温ガス発生機52からの加圧された高温ガスは、導管5
4を経てタービン組立て体50内に導かれ、任意の所望
の方法で利用される機械的な動力を生成する。
タービン組立て体50を離れた高温ガスは、そのエネル
ギのかなシの部分を利用された後、導管56を経て排出
され、ギイラ58内に導かれ、そこで相当量の残留熱エ
ネルギが蒸気を生成するために回収される。熱エネルギ
のほとんど枯渇した高温ガスは排気筒60を経て大気中
に排出される。
ギのかなシの部分を利用された後、導管56を経て排出
され、ギイラ58内に導かれ、そこで相当量の残留熱エ
ネルギが蒸気を生成するために回収される。熱エネルギ
のほとんど枯渇した高温ガスは排気筒60を経て大気中
に排出される。
ボイラ58内で生成された蒸気は導管64を経て在来の
蒸気タービン62内に導かれ、ここで蒸気は膨張し冷却
されて、その中に含まれるエネルギを電気動力の生成や
駆動ポンプなどに変換する。
蒸気タービン62内に導かれ、ここで蒸気は膨張し冷却
されて、その中に含まれるエネルギを電気動力の生成や
駆動ポンプなどに変換する。
蒸気タービン62からの排出蒸気は導管68を経て凝縮
器66に送られる。凝縮器62内では蒸気例液体の状態
までに冷却され、導管70、ポンプ72を経て引き出さ
れ、管74を経て排出され、ここで間接熱交換器76.
78.80.82を順次通過し、導管84を経てボイラ
58に戻る。冷却ガス、−例えば空気、は空気入口ダク
ト86を経てガス・タービン組立て体50内に導かれ、
ここで冷却ガスは四つのガス・タービン・セクションを
順次通過する。ガス・タービン組立て体50のセクショ
ン(I)〜(IV)にある圧縮機装置の各においては、
圧縮された冷却空気が前述のように圧縮機から引き出さ
れ、これに結合された熱変換器に導かれ、その隣接ター
ビン段に戻される。
器66に送られる。凝縮器62内では蒸気例液体の状態
までに冷却され、導管70、ポンプ72を経て引き出さ
れ、管74を経て排出され、ここで間接熱交換器76.
78.80.82を順次通過し、導管84を経てボイラ
58に戻る。冷却ガス、−例えば空気、は空気入口ダク
ト86を経てガス・タービン組立て体50内に導かれ、
ここで冷却ガスは四つのガス・タービン・セクションを
順次通過する。ガス・タービン組立て体50のセクショ
ン(I)〜(IV)にある圧縮機装置の各においては、
圧縮された冷却空気が前述のように圧縮機から引き出さ
れ、これに結合された熱変換器に導かれ、その隣接ター
ビン段に戻される。
セクション(IV)内の最終タービン段を離れた圧縮ガ
スはダクト88を通過して高温ガス発生機52に導かれ
る。燃料もまた入口管路90を経て高温ガス発生機52
に導かれる。かくして、タービン組立て体50から排出
された圧縮冷却ガスは付加高温ガスの生成に際して、燃
料のだめの予熱された燃焼用空気の源として役立ち、一
方、圧縮された加圧冷却ガスから取シ去られた熱は、ざ
イラ58へ導かれる水に伝達される。従って、開示され
た方式においては高い熱効率が得られることがわかる。
スはダクト88を通過して高温ガス発生機52に導かれ
る。燃料もまた入口管路90を経て高温ガス発生機52
に導かれる。かくして、タービン組立て体50から排出
された圧縮冷却ガスは付加高温ガスの生成に際して、燃
料のだめの予熱された燃焼用空気の源として役立ち、一
方、圧縮された加圧冷却ガスから取シ去られた熱は、ざ
イラ58へ導かれる水に伝達される。従って、開示され
た方式においては高い熱効率が得られることがわかる。
加えて、タービン組立て体50に使用される他のいかな
る冷却流体も、同様にしてボイラ58からの給水と熱交
換するように、これを送ることができる。例えば、高温
ガス・ダクト14、ノズル翼28、あるいはその両者と
間接的な熱交換をするように冷却流体を送ることが必要
または望ましい場合には、この種の冷却流体をボイラ5
8からの給水と熱交換するように送ることができる。
る冷却流体も、同様にしてボイラ58からの給水と熱交
換するように、これを送ることができる。例えば、高温
ガス・ダクト14、ノズル翼28、あるいはその両者と
間接的な熱交換をするように冷却流体を送ることが必要
または望ましい場合には、この種の冷却流体をボイラ5
8からの給水と熱交換するように送ることができる。
本発明を、その好適な実施例と現在考えられるものにつ
いて示し、説明したが、その形態と細部とにおける種々
の変更および省略を本発明の精神と範囲とにもとること
なく行い得ることは当業者によって了承されよう。従っ
て、本発明を定置ガス・タービンについて説明したが、
これを可動物用にも利用できることは理解できよう。さ
らに、一つのタービン段のみを示したが、各種の用途に
対する動力を得るために、そのタービンを同軸または同
心軸上の隣接する各対として備え得ることも理解できよ
う。これらの変更とその他の多くの変更とは、当業者に
は明白となろう。従って、本発明は、ここに説述された
教訓の範囲内で別の方法で実施できるものであシ、また
本発明は説明され特定されたその実施例によって制約さ
れるべきものではなく、むしろその範囲を特許請求の範
囲に従って定めるべきものである。
いて示し、説明したが、その形態と細部とにおける種々
の変更および省略を本発明の精神と範囲とにもとること
なく行い得ることは当業者によって了承されよう。従っ
て、本発明を定置ガス・タービンについて説明したが、
これを可動物用にも利用できることは理解できよう。さ
らに、一つのタービン段のみを示したが、各種の用途に
対する動力を得るために、そのタービンを同軸または同
心軸上の隣接する各対として備え得ることも理解できよ
う。これらの変更とその他の多くの変更とは、当業者に
は明白となろう。従って、本発明は、ここに説述された
教訓の範囲内で別の方法で実施できるものであシ、また
本発明は説明され特定されたその実施例によって制約さ
れるべきものではなく、むしろその範囲を特許請求の範
囲に従って定めるべきものである。
第1図は本発明に従って設計された軸流ガス・タービン
の斜視図、第2図は第1図に示すガス・タービンの代表
的なセクションの部分切取シ斜視図、第6図は本発明の
ガス・タービンの代表的な適用例の流れ図である。 10:軸流ガス・タービン 12:タービン(回転)軸 16:シュラウド部材 18:冷却ガス出口 20:冷却ガス入口 22:タービン段 24:タービン・ディスク(ロータ) 26:タービン・ブレード 28:ノズル装置 42:偏向装置 76:熱交換装置 78二同 上 80:同 上 82:同 上 T :タービン段 0 :圧縮機装置 代理人 浅 村 皓
の斜視図、第2図は第1図に示すガス・タービンの代表
的なセクションの部分切取シ斜視図、第6図は本発明の
ガス・タービンの代表的な適用例の流れ図である。 10:軸流ガス・タービン 12:タービン(回転)軸 16:シュラウド部材 18:冷却ガス出口 20:冷却ガス入口 22:タービン段 24:タービン・ディスク(ロータ) 26:タービン・ブレード 28:ノズル装置 42:偏向装置 76:熱交換装置 78二同 上 80:同 上 82:同 上 T :タービン段 0 :圧縮機装置 代理人 浅 村 皓
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 (1) 高温ガス入口と高温ガス出口とを有するノ・
ウゾングと、前記ノ・ウジング内に取シ付けられた回転
軸と、タービン・ロータを具備する少なく共一つのター
ビン段とをそなえ、前記ロータが前記軸に付けられたデ
ィスク部材と前記ディスクの周囲に位置する複数のター
♂/翼とを含み、前記翼の各が前記ディスクに付けられ
た付根部分と先端部分で終わる放射状に外方へ延在する
表面とを有するようにされたガス・タービンにおいて、
その改良が、前記翼の一部分のみの上に高温ガスを導く
ノズル装置と、前記翼の他の部分を包囲するシュラウド
部材とを包含し、前記シュラウド部材が冷却ガスの入口
と出口とを含み、前記翼の表面上に前記冷却ガスを放射
状に導く案内装置と、前記翼から前記シュラウドの冷却
ガス出口へ冷却ガスを導く偏向装置とを包含するガス・
タービン。 (2、特許請求の範囲第1項に記載のタービンが更に前
記タービン軸に作動自在に連結され且つ冷却ガスの入口
と出口とを有する圧縮機装置をそなえ、前記入口が加圧
冷却ガスの流れを前記シュラウドへ供給するために前記
シュラウド入口と流体で連通ずるもの。 (3)特許請求の範囲第1項に記載のタービンにおいて
、前記案内装置が前記翼の先端部分をこえて付根部分に
向は放射状に下方へ冷却ガスを導くために備えられ、前
記偏向装置が前記翼の付根部分に近接して位置するもの
。 (4)特許請求の範囲第1項に記載のタービンにおいて
、前記圧縮機装置が前記ハウシングの高温ガス入口に向
かう方向に加圧冷却ガスを流すために備えられるもの。 (5)特許請求の範囲第1項に記載のタービンにおいて
、前記圧縮機装置が前記翼の前記部分上に導かれる高温
ガスの圧力にほぼ等しい圧力の冷却ガスを供給するもの
。 (6) 特許請求の範囲第2項に記載のタービンにお
いて、前記タービンが互いに軸方向に一線上にある複数
のタービン段を具備し、前記ノズル装置が前記ハウジン
グの高温ガス出口によシ近く位置する各連続段の前記タ
ービン翼のより多くの部分上に高温ガスを導くために備
えられるもの。 (7)特許請求の範囲第6項に記載のタービンにおいて
、前記軸に作動自在に連結され且つ冷却ガスの入口と出
口とを有する圧縮機装置が各タービン段に設けられ、加
圧された冷却ガスの流れを前記シュラウド部材に供給す
るために前記出口が隣接のタービン段のシュラウド部材
と流体で連通ずるもの。 (8)特許請求の範囲第7項に記載のタービンにおいて
、前記圧縮機装置が前記ノ・ウジングの高温ガス入口に
向かう方向に冷却ガスを流すために備えられるもの。 (9)特許請求の範囲第8項に記載のタービンが更に、
各タービン段のシュラウド出口を次の隣接圧縮機装置入
口と相互連結する冷却ガス・ダクト装置をそなえるもの
。 αQ 特許請求の範囲第9項に記載のタービンにおいて
、前記冷却ガス・ダクト装置が更に、次の隣接圧縮機段
への冷却ガスの導入前に冷却流体と熱交換するように冷
却ガスを送る熱交換装置をそなえるもの。 0])一端に高温ガス入口を有し対向端に高温ガス出口
を有する細長いハウジングと、前記ハウジング内に取シ
付けられた回転軸と、タービン・ロータを具備する少な
く共一つのタービン段とをそなえ、前記ロータが前記軸
に付けられたディスク部材と前記ディスクの周囲に位置
する複数のタービン翼とを含み、前記翼の各が前記ディ
スクに付けられた付根部分と先端部分で終わる放射状に
外方へ延在する表面とを有するようにされた軸流ガスタ
ービンにおいて、その改良が、前記翼の一部分のみの上
に高温ガスの流れを導くノズル装置と、前記翼の他の部
分を包囲するシュラウド部材とを包含し、前記シュラウ
ド部材が冷却ガスの入口と出口とを含み、前記翼の表面
上に前記冷却ガスを放射状に導く案内装置と、前記翼か
ら前記シュラウドの冷却ガス出口へ前記冷却ガスを導く
偏向装置と、前記タービン軸に作動自在に連結され且つ
冷却ガス入口と冷却ガス出口とを有する圧縮機装置とを
包含し、前記入口が加圧冷却ガスの流れを前記翼の前記
部分上に導かれる高温ガスの圧力にほぼ等しい圧力で前
記ノ1ウジングの高温ガス入口に向かう方向に前記シュ
ラウドへ供給するために前記シュラウド入口と流体で連
通ずるようにされた軸流ガス・タービン。 (6)特許請求の範囲第11項に記載のタービンにおい
て、前記タービンが互いに軸方向に一線上にある複数の
タービン段を具備し、前記ノズル装置が前記ノ・ウジン
グの高温ガス出口端によシ近く位置する各連続段の前記
タービン翼のよシ多くの部分上に高温ガスを導くために
備えられ、圧縮機装置が前記の複数のタービン段の各に
近接して設けられるもの。 01 特許請求の範囲第12項に記載のタービン動翼
更に、各タービン段のシュラウド出口を次の隣接圧縮機
装置の冷却ガス入口と相互連結する冷却ガス・ダクト装
置をそなえるもの。 α◆ 特許請求の範囲第16項に記載のタービンにおい
て、前記案内装置が前記翼の先端部分をこえて付根部分
に向は放射状に下方へ冷却ガスを導くために備えられ、
前記偏向装置が前記翼の付根部分に近接して位置するも
の。 αQ 特許請求の範囲第14項に記載のタービンにおい
て、前記冷却ガス・ダクト装置が更に、次の隣接圧縮機
段への冷却ガスの導入前に冷却流体と熱交換するように
冷却ガスを送る熱交換装置をそなえるもの。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US387736 | 1982-06-14 | ||
US06/387,736 US4431371A (en) | 1982-06-14 | 1982-06-14 | Gas turbine with blade temperature control |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS593120A true JPS593120A (ja) | 1984-01-09 |
JPH0425415B2 JPH0425415B2 (ja) | 1992-04-30 |
Family
ID=23531174
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP58105644A Granted JPS593120A (ja) | 1982-06-14 | 1983-06-13 | ガス・タ−ビン |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4431371A (ja) |
EP (1) | EP0098363B1 (ja) |
JP (1) | JPS593120A (ja) |
AU (1) | AU559151B2 (ja) |
CA (1) | CA1196287A (ja) |
DE (1) | DE3377586D1 (ja) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS608497A (ja) * | 1983-06-29 | 1985-01-17 | Hitachi Ltd | 多段圧縮機の容量調節装置 |
FR2553835B1 (fr) * | 1983-10-25 | 1986-02-28 | Bertin & Cie | Machine de compression d'un fluide, a plusieurs etages de compression en serie |
US4784569A (en) * | 1986-01-10 | 1988-11-15 | General Electric Company | Shroud means for turbine rotor blade tip clearance control |
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