WO2011142298A1 - ガスタービンエンジンの圧縮機から圧縮空気を抽出する構造、およびガスタービンエンジン - Google Patents

ガスタービンエンジンの圧縮機から圧縮空気を抽出する構造、およびガスタービンエンジン Download PDF

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祐輔 酒井
拓也 池口
晃司 寺内
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川崎重工業株式会社
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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
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    • F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
    • F04D29/522—Casings; Connections of working fluid for axial pumps especially adapted for elastic fluid pumps

Definitions

  • the present invention relates to a structure for extracting compressed air from a compressor of a gas turbine engine, and a gas turbine engine having the structure.
  • the object of the present invention is to easily manage the size of a bleed hole for extracting compressed air with a small flow rate, and to make the pressure distribution in the compressor uniform with a simple structure.
  • An object of the present invention is to provide a gas turbine compressor bleed structure that can be maintained.
  • the bleed structure of the gas turbine compressor according to the present invention includes: A cylindrical casing that extends around a shaft, and forms at least a part of a compression chamber in which compressed air is formed by flowing air in a direction parallel to the shaft to form the compressed air.
  • the annular chamber has an annular first plenum chamber and a partition wall that is arranged upstream with respect to the direction and divides the annular second plenum chamber separated from the first tubular plenum chamber,
  • the cylindrical casing includes a plurality of first apertures that penetrate the cylindrical casing and communicate the compression chamber and the first plenum chamber;
  • the partition wall includes a plurality of second apertures penetrating the partition wall to communicate the first plenum chamber and the second plenum chamber,
  • the first aperture and the second aperture include a plurality of the first apertures having a first total cross-sectional area, a plurality of the second apertures having a second total cross-sectional area, and the second total cross-sectional area being Smaller than the first total cross-sectional area,
  • the second plenum chamber is connected to a second extraction passage.
  • the second aperture having a small total cross-sectional area is arranged downstream of the plurality of first apertures having a relatively large total cross-sectional area, the pressure distribution in the circumferential direction in the compression chamber is substantially constant. Become. Moreover, the amount of extraction of compressed air can be changed by changing the size of the second aperture.
  • the first plenum chamber is connected to a first extraction passage for extracting the compressed air from the first plenum chamber. is there.
  • the first extraction passage includes a valve for closing the first extraction passage.
  • the cylindrical casing has a first casing part and a second casing part arranged on the upstream side of the first casing part,
  • the first casing part and the second casing part extend in the radial direction, face each other, and a first joint surface that joins the first casing part and the second casing part in a combined state.
  • Each of the first apertures is constituted by a recess formed in the first joint surface, the second joint surface, or the first joint surface and the second joint surface,
  • the first joint surface and the second joint surface each have an annular first recess and second recess, and the first recess and the second recess are the first casing portion and the second recess, respectively.
  • the annular chamber is formed in a state where the casing portions are combined.
  • the second casing part has a plurality of casing segments, Each of the plurality of casing segments has an annular chamber portion that forms part of the annular chamber in a state where the casing segments are combined.
  • Each of the plurality of annular chamber portions has an inner circumferential guide and an outer circumferential guide that form a continuous annular inner guide and outer guide in a state where the casing segments are combined.
  • the annular partition wall has a plurality of partition wall segments, The partition wall segment is assembled to the casing segment while the inner periphery and the outer periphery of the partition wall segment are guided by the inner guide and the outer guide, respectively.
  • the extraction amount of the compressed air can be accurately managed even with a small amount.
  • the circumferential pressure distribution in the compression chamber can be kept uniform with a simple structure.
  • FIG. 1 is a partially cutaway side view showing a gas turbine engine in which an extraction structure according to a first embodiment of the present invention is incorporated. It is a longitudinal cross-sectional view which shows the principal part of the extraction structure of FIG. It is a front view which shows the annular member used for the extraction structure of FIG. FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a cross section of the bleed structure of FIG. 1 different from FIG. It is a rear view of the front casing used for the extraction structure of FIG.
  • FIG. 1 is a side view in which a part of a gas turbine engine (hereinafter simply referred to as “engine”) to which an extraction structure according to an embodiment of the present invention is applied is broken.
  • an engine 1 compresses introduced air IA from the outside with a compressor 3 and guides it to a combustor 5, injects fuel F into the combustor 5 and burns it.
  • the turbine 7 is driven by G.
  • the left side of the figure in the direction of the axis C of the engine 1 may be referred to as “front side / upstream side” and the right side may be referred to as “rear side / downstream side”.
  • the compressor 3 is an axial flow type.
  • the axial flow type compressor 3 includes a compressor rotor 11 ⁇ / b> A that constitutes a front portion of a rotating portion of the engine 1.
  • the front part of the compressor rotor 11A is covered with a front and rear split compressor casing 13, and an annular compression chamber 30 is formed around the compressor rotor 11A.
  • the compressor casing 13 is provided with a plurality of stages of compressor vanes 15 protruding into the compression chamber 30 at a predetermined interval.
  • each stage of the turbine A plurality of stages of compressor blades 17 are provided so as to be located downstream of the blades.
  • the combination of the compressor rotor blade 17 and the compressor stationary blade 15 compresses the air IA sucked from the intake cylinder 19.
  • the compressed air CA is supplied to the combustor 5 through a diffuser 21 disposed on the downstream side of the compressor 3.
  • a plurality of the combustors 5 are arranged at equal intervals along the circumferential direction of the engine 1.
  • the compressed air CA supplied from the compressor 3 is mixed with the fuel F injected into the combustor 5 and burned, and the high-temperature and high-pressure combustion gas G is converted into a turbine nozzle (first stage stationary blade). 23 flows into the turbine 7.
  • the compressor rotor 11A is connected to the high-pressure turbine rotor 11B of the turbine 7, and the low-pressure turbine rotor 11C is disposed behind the high-pressure turbine rotor 11B.
  • the compressor rotor 11A is rotatably supported by the compressor casing 13 via a front bearing 33A and a central bearing 33B.
  • the low-pressure turbine rotor 11C is supported by a rear bearing 33C via a turbine shaft 11D connected to the rear portion thereof.
  • the compressor casing 13 is connected to the front casing 13A covering the front from the middle stage of the compressor rotor 11A (frontward from the vicinity of the seventh stage stationary blade 15 in this embodiment), and is connected to the rear end of the front casing 13A by a connecting bolt 41 and compressed.
  • the rear casing 13B covers the rear from the middle stage of the machine rotor 11A (backward from the vicinity of the eighth stage moving blade 17 in this embodiment).
  • FIG. 2 the cross section of the connection part periphery of 13 A of front casings and the back casing 13B is expanded and shown.
  • An extraction structure ES for extracting the compressed air CA from the compressor 3 is provided around the connection portion between the front casing 13 ⁇ / b> A and the rear casing 13 ⁇ / b> B, that is, around the front / rear dividing surface (joint surface) P of the compressor casing 13.
  • Flange 43A, 43B which is an annular casing portion protruding in the radial direction is integrally provided at a connecting portion between the front casing 13A and the rear casing 13B. That is, an annular front flange 43A is provided on the rear end side of the front casing 13A, and a rear flange 43B having substantially the same outer diameter as the front flange 43A is provided on the front end side of the rear casing 13B. Both flanges 43A and 43B are formed with bolt insertion holes extending in the axial direction at a plurality of positions in the circumferential direction, and the connecting bolts 41 are inserted therethrough. A nut 45 is screwed to the tip of the connecting bolt 41, and the front casing 13A and the rear casing 13B are connected to each other by tightening the front casing 13A and the rear casing 13B in the axial direction.
  • the front flange 43A and the rear flange 43B have a rear end surface 44A and a front end surface 44B that face each other along the split surface P, and as shown in the drawing, the front casing 13A and the rear casing 13B. In a state where the two are combined, the end faces 44A and 44B are joined to form a seal therebetween.
  • annular front recess (continuous groove) 47 On the rear end surface 44A of the front flange 43A, an annular front recess (continuous groove) 47 that is recessed forward is formed.
  • annular rear concave portion (continuous groove) 49 that is recessed rearward is formed on the front end surface 44B of the rear flange 43B.
  • the front concave portion 47 and the rear concave portion 49 form an annular chamber 54 between the front casing 13A and the rear casing 13B in a combined state as illustrated.
  • a plate 51 which is a partition wall of an annular member formed separately from the front flange 43A of the compressor casing 13 is provided in the front recess 47 of the front flange 43A. As shown in FIG. 3, the plate 51 has a plurality of openings (second apertures) 53 penetrating in the axial direction at equal intervals in the circumferential direction.
  • the plate 51 is composed of a plurality of divided pieces (segments) having the same length in the circumferential direction.
  • the plate 51 is formed of two divided pieces-semi-annular portions 51A and 51B- having substantially the same length.
  • the outer peripheral edge and the inner peripheral edge of the plate 51 are fitted and held in annular fitting grooves 47A and 47B formed continuously in the outer peripheral wall 45A and the outer peripheral wall 45B of the front recess 47.
  • the front casing 13A and the plate 51 are each divided into two, and one half of the plate is slid and fitted into the grooves 47A and 47B of one front casing half from one end.
  • the other plate half portion is slidably fitted into the grooves 47A and 47B of the other front casing half portion from one end thereof, and the two front casing half portions fitted with these plate half portions are combined to constitute the front casing 13A. Is done.
  • the casing 13 has a hole (first aperture) 61 that communicates between the compression chamber 30 and the annular chamber 54 (of which “first plenum chamber 55” to be described later).
  • the inner circumferential wall 45B of the front flange 43A is cut from the rear end face 44A to form a groove 47C that connects the compression chamber 30 and the annular chamber 54, and the communication hole 61 is configured by the groove 47C.
  • the communication hole 61 has a groove 47C formed on the rear end surface 44A of the front flange 43A, a groove (not shown) formed on the front end surface 44B of the rear flange 43B, both of these grooves, or the front flange 43A.
  • the communication hole 61 is formed between the seventh stage stationary blade 15 and the eighth stage moving blade 17, and the compressed air CA is introduced into the first plenum chamber 55 through the communication hole 61.
  • the annular chamber 54 surrounded by the flanges 43A and 43B on the outer periphery of the compressor casing 13 has a first plenum chamber 55 located behind the plate 51, and The first plenum chamber 55 and the second plenum chamber 57 communicate with each other through the opening 53, and the first plenum chamber 55 and the compression chamber 30 communicate with each other.
  • the holes 61 communicate with each other.
  • the total cross-sectional area (total channel cross section) of the plate opening 53 is set smaller than the total cross-sectional area (total channel cross-section) of the communication hole 61.
  • the number of openings 53 is set to be smaller than the number of communication holes 61.
  • the number of openings 53 is set to about half of the number of communication holes 61, and the total cross-sectional area of the openings 53 is set to 10% of the total cross-sectional area of the communication holes 61.
  • FIG. 4 shows a longitudinal section of the bleed structure ES at a circumferential position different from FIG.
  • the first plenum chamber 55 is provided with a first bleed passage 63 for extracting the compressed air CA of the first plenum chamber 55.
  • the second plenum chamber 57 is provided with a second bleed passage 65 for extracting the compressed air of the second plenum chamber 57.
  • the first bleed passage 63 includes a first bleed hole 67 formed in the rear casing 13B and a first bleed pipe 69 connected thereto
  • the second bleed passage 65 is a second bleed hole formed in the front casing 13A. 71 and a second extraction pipe 73 connected thereto.
  • the 1st extraction hole 67 and the 2nd extraction hole 71 are arrange
  • the total cross-sectional area of the communication hole 61 is set larger than the total cross-sectional area of the opening 53, and the first bleed passage 63 is compressed with a large flow rate through the communication hole 61 and the first plenum chamber 55. It functions as a large-flow bleed passage that extracts air.
  • the second bleed passage 65 functions as a small flow bleed passage that bleeds a small flow of compressed air through the opening 53 and the second plenum chamber 57.
  • the number of these bleed passages 63 and 65 may be appropriately determined according to the required amount of bleed.
  • the first bleed passage 63 is provided at two intervals in the circumferential direction of the compressor casing 13
  • the second bleed passage 65 is provided at one location in the circumferential direction of the compressor casing 13. It has been.
  • the first bleed passage 63 that is a large flow bleed passage is connected to the exhaust gas passage 31.
  • a valve mechanism 77 is provided in the middle of the first bleed passage 63, and the valve mechanism 77 is closed and the first bleed passage 63 is opened except when a large flow rate of compressed air is extracted using the first bleed passage 63. Blocked.
  • the second bleed passage 65 which is a small flow bleed passage, is connected to a bearing chamber 81 in which the high temperature portion in the engine 1, for example, the central bearing 37 is accommodated, and is used as cooling air for cooling the high temperature portion.
  • the compressed air CA to be generated is guided to the hot part.
  • the valve mechanism 77 of the first bleed passage 63 is opened.
  • the compressed air CA in the compressor 3 passes through the numerous communication holes 61 provided in the circumferential direction of the compressor casing 13 as shown in FIG.
  • the first plenum chamber 55 is introduced.
  • the flow passage area of the first bleed passage 63 is set to be sufficiently larger than the flow passage area of the communication hole 61, so that the communication hole 61 is a throttle between the compression chamber 30 and the first plenum chamber 55. And prevents the circumferential pressure distribution in the compressor 3 from becoming uneven.
  • the flow rate of the compressed air CA flowing into the first plenum chamber 55 through the communication hole 61 is sufficiently larger than the maximum flow rate calculated from the total cross-sectional area of the plate opening 53, and in the direction of the central axis of the plate opening 53 Since the direction parallel to the axis C is substantially perpendicular to the central axis direction of the communication hole 61 and the extraction direction of the first extraction passage 63 (the radial direction of the compressor 3), the first plenum chamber extends from the communication hole 61. Almost the entire amount of the compressed air CA that has flowed into 55 is not led into the second plenum chamber 57 from the opening 53, but is led out from the first bleed passage 63 to the exhaust gas passage 31 of FIG.
  • the valve mechanism 77 of the first bleed passage 63 is closed.
  • the compressed air CA in the compressor 3 is introduced into the first plenum chamber 55 through the communication hole 61 as a small flow rate compressed air SF. Since the area is set larger than the total cross-sectional area corresponding to the bleed amount, the communication hole 61 does not function as a throttle.
  • the total cross-sectional area of the opening 53 of the plate 51 is set to a value sufficiently smaller than the total cross-sectional area corresponding to the amount of bleed, the presence of the opening 53 causes the first plenum chamber 55 and the compression chamber 30 to It is suppressed that the circumferential pressure distribution is non-uniform.
  • the plate 51 is formed as a separate member from the compressor casing 15, it is possible to easily manage the dimensions of the opening 53 that requires high accuracy for a small flow rate.
  • the first bleed passage 63 functioning as the large flow bleed passage shown in FIG. 1 is connected to the exhaust gas passage 31 when the engine 1 is started, and the second bleed passage 65 serving as the small flow bleed passage is formed.
  • the connection place of each extraction path 63 and 65 is regardless of the inside of the engine 1, the exterior, and the use. Thus, it is possible to appropriately connect to portions where different bleed amounts are required.
  • the plate 51 is fixed by sliding engagement with the circumferential grooves 47A and 47B formed in the front casing 13A.
  • the method of fixing the plate 51 is not limited to this, and the groove Instead of this, a fixing ring may be used, and the partition wall may be sandwiched between the fixing ring and the annular end surface of the front or rear casing.
  • the plate 51 is configured by a plurality of segments divided in the circumferential direction.
  • the partition wall does not need to be configured by a plurality of segments. , One annular member.
  • the plate 51 is attached to the front casing 13A, but a plate may be attached to the rear casing 13B.

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Abstract

　圧縮機で生成された圧縮空気の一部を抽出する、ガスタービンエンジンの構造を提供する。この構造は、軸（Ｃ）を中心にその回りに伸びる筒状ケーシング（１３）であって、軸と平行な方向に向けて空気が流されながら圧縮されて圧縮空気が形成される圧縮室（３０）の少なくとも一部を内側に形成するケーシングと、圧縮室の回りに伸びて環状室（５４）を形成する環状部（４３Ａ，４３Ｂ）と、環状室を、環状の第１プレナム室（５５）と、上記方向に関して上流側に配置されて第１の管状プレナム室から分離された環状の第２プレナム室（５７）に分割する仕切壁（５１）とを有する。筒状ケーシングは、該筒状ケーシングを貫通して圧縮室と第１プレナム室を連通する複数の第１アパーチャ（６１）を備えている。仕切壁は、該仕切壁を貫通して第１プレナム室と第２プレナム室を連通する複数の第２アパーチャ（５３）を備えている。第１アパーチャと第２アパーチャは、複数の第１アパーチャが第１総断面積を有し、複数の第２アパーチャが第２総断面積を有し、第２総断面積は第１総断面積よりも小さくしてある。

Description

ガスタービンエンジンの圧縮機から圧縮空気を抽出する構造、およびガスタービンエンジン
　本発明は、ガスタービンエンジンの圧縮機から圧縮空気を抽出する構造、およびその構造を備えたガスタービンエンジンに関する。
　多段軸流型の圧縮機を備えるガスタービンエンジンでは、タービンの冷却など種々の目的で、圧縮機から高圧の圧縮空気を抽出して利用している。圧縮機から抽気を行う場合には、抽気する領域の圧力が低下して圧縮機内での圧力分布が不均一となることを防ぐために、圧縮機ケーシングの周方向に等間隔に設けられた複数のスリットを介して抽気される。特に、１つのガスタービンエンジンにおいて、抽気の用途に応じて異なる流量の抽気を行う必要がある場合、流量に応じて異なる大きさのスリットを設けることが提案されている（特許文献１）。このように構成することにより、異なる抽気量に対しても、適切に圧縮機内の圧力分布の均一性が保たれる。
特開２００１－３０４１９４号公報
　しかしながら、特許文献１に開示されたガスタービンエンジンでは、異なる大きさのスリットを、いずれも圧縮機ハウジングに一体的に形成するので、抽気量の変更に応じた設計変更が困難である。また、小流量用のスリットを、圧縮機ハウジングの内側部分と外側部分を構成する別々の部材間の隙間で形成しているので、特に高い寸法精度が要求される小流量用のスリットの寸法管理が容易でなく、圧縮機内の圧力分布が十分に均一に保たれないという問題があった。
　本発明の目的は、上記の課題を解決するために、小流量の圧縮空気を抽気するための抽気用孔の寸法管理が容易であり、かつ、簡単な構造で圧縮機内の圧力分布を均一に保つことができるガスタービン圧縮機の抽気構造を提供することにある。
　前記した目的を達成するために、本発明に係るガスタービン圧縮機の抽気構造は、
　軸を中心にその回りに伸びる筒状ケーシングであって、上記軸と平行な方向に向けて空気が流されながら圧縮されて上記圧縮空気が形成される圧縮室の少なくとも一部を内側に形成するものと、
　上記圧縮室の回りに伸びて環状室を形成する環状部と、
　上記環状室を、環状の第１プレナム室と、上記方向に関して上流側に配置されて上記第１の管状プレナム室から分離された環状の第２プレナム室に分割する仕切壁とを有し、
　上記筒状ケーシングは、該筒状ケーシングを貫通して上記圧縮室と上記第１プレナム室を連通する複数の第１アパーチャを備えており、
　上記仕切壁は、該仕切壁を貫通して上記第１プレナム室と上記第２プレナム室を連通する複数の第２アパーチャを備えており、
　上記第１アパーチャと上記第２アパーチャは、複数の上記第１アパーチャが第１総断面積を有し、複数の上記第２アパーチャが第２総断面積を有し、上記第２総断面積は上記第１総断面積よりも小さくしてあり、
　上記圧縮空気を上記第２プレナム室から抽出するために、上記第２プレナム室は、第２抽出通路に接続されるようにしてある。
　この構成によれば、比較的大きな総断面積を有する複数の第１アパーチャの下流に小さな総断面積を有する第２アパーチャが配置されているので、圧縮室における周方向に関する圧力分布がほぼ一定になる。また、第２アパーチャの大きさを変えることにより、圧縮空気の抽気量を変更できる。
　本発明に係るガスタービン圧縮機の抽気構造の他の形態において、上記第１プレナム室は、上記第１プレナム室から上記圧縮空気を抽出するために、第１抽出通路に接続されるようにしてある。
　本発明に係るガスタービン圧縮機の抽気構造の他の形態において、上記第１抽出通路は、上記第１抽出通路を閉鎖する弁を備えている。
　本発明に係るガスタービン圧縮機の抽気構造の他の形態において、
　上記筒状ケーシングは、第１ケーシング部と、上記第１ケーシング部の上流側に配置された第２ケーシング部を有し、
　上記第１ケーシング部と上記第２ケーシング部は、それぞれ径方向に伸びて互いに対向し、上記第１のケーシング部と上記第２のケーシング部が組み合わされた状態で互いに接合する第１接合面と第２接合面を有し、
　上記第１アパーチャはそれぞれ、上記第１接合面又は上記第２接合面若しくは上記第１接合面と第２接合面に形成された凹みによって構成され、
　上記第１接合面と上記第２接合面は、環状の第１凹所と第２凹所をそれぞれ有し、上記第１凹所と上記第２凹所が上記第１ケーシング部と上記第２ケーシング部が組み合わされた状態で上記環状チャンバを形成する。
　本発明に係るガスタービン圧縮機の抽気構造の他の形態において、
　上記第２ケーシング部は複数のケーシングセグメントを有し、
　複数の上記ケーシングセグメントはそれぞれ、上記ケーシングセグメントが組み合わされた状態で上記環状チャンバの一部を形成する環状チャンバ部を有し、
　複数の上記環状チャンバ部はそれぞれ、上記ケーシングセグメントが組み合わされた状態で連続的な環状の内側ガイドと外側ガイドを形成する内側周ガイドと外側周ガイドを有し、
　上記環状仕切壁は複数の仕切壁セグメントを有し、
　上記仕切壁セグメントは、上記仕切壁セグメントの内側周縁と外側周縁が上記内側ガイドと上記外側ガイドにそれぞれガイドされながら、上記ケーシングセグメントに組み付けられる。
　以上のように、本発明に係るガスタービン圧縮機の抽気構造によれば、少量であっても、圧縮空気の抽出量を正確に管理できる。また、簡単な構造で圧縮室の周方向圧力分布を均一に保つことができる。
本発明の第１実施形態に係る抽気構造が組み込まれたガスタービンエンジンを示す部分破断側面図である。 図１の抽気構造の要部を示す縦断面図である。 図１の抽気構造に用いられる環状部材を示す正面図である。 図１の抽気構造の、図２と異なる断面を示す縦断面図である。 図１の抽気構造に用いられる前方ケーシングの背面図である。
　以下、本発明に係る実施形態を図面に従って説明する。
　図１は、本発明の一実施形態に係る抽気構造が適用されるガスタービンエンジン（以下、単に「エンジン」と称する。）の一部を破断した側面図である。同図において、エンジン１は、外部からの導入空気ＩＡを圧縮機３で圧縮して燃焼器５に導き、燃料Ｆを燃焼器５内に噴射して燃焼させ、得られた高温高圧の燃焼ガスＧによりタービン７を駆動する。なお、以下の説明において、エンジン１の軸心Ｃ方向に関して図の左側を「前側／上流側」と呼び、右側を「後側／下流側」と呼ぶ場合がある。
　この実施形態では、圧縮機３として軸流型のものを用いている。この軸流型圧縮機３は、エンジン１の回転部分の前部を構成する圧縮機ロータ１１Ａを備えている。圧縮機ロータ１１Ａの前部は、前後２分割型の圧縮機ケーシング１３によって覆われており、圧縮機ロータ１１Ａの周囲に環状の圧縮室３０が形成されている。圧縮機ケーシング１３は、圧縮室３０に突出する複数段の圧縮機静翼１５が所定間隔をおいて取り付けられ、一方、圧縮機ロータ１１Ａの外周部には、圧縮室３０において各段のタービン静翼の下流側に位置するように、複数段の圧縮機動翼１７が設けられている。これら圧縮機動翼１７と圧縮機静翼１５との組み合わせにより、吸気筒１９から吸入した空気ＩＡを圧縮する。その圧縮空気ＣＡは、圧縮機３の下流側に配置されたディフューザ２１を介して燃焼器５に送給される。
　燃焼器５は、エンジン１の周方向に沿って複数個が等間隔に配置されている。燃焼器５では、圧縮機３から送給された圧縮空気ＣＡが、燃焼器５内に噴射された燃料Ｆと混合されて燃焼し、高温高圧の燃焼ガスＧが、タービンノズル（第１段静翼）２３からタービン７内に流入する。
　圧縮機ロータ１１Ａにはタービン７の高圧タービンロータ１１Ｂが連結され、高圧タービンロータ１１Ｂの後方に低圧タービンロータ１１Ｃが配置されている。圧縮機ロータ１１Ａは、圧縮機ケーシング１３に、前部の軸受３３Ａと中央部の軸受３３Ｂを介して回転自在に支持されている。低圧タービンロータ１１Ｃは、その後部に連結されたタービンシャフト１１Ｄを介して、後部の軸受３３Ｃにより支持されている。
　圧縮機ケーシング１３は、圧縮機ロータ１１Ａの中段から前方（本実施形態では第７段静翼１５付近より前方）を覆う前方ケーシング１３Ａと、この前方ケーシング１３Ａの後端に連結ボルト４１により連結されて圧縮機ロータ１１Ａの中段から後方（本実施形態では第８段動翼１７付近より後方）を覆う後方ケーシング１３Ｂとから構成されている。図２に、前方ケーシング１３Ａと後方ケーシング１３Ｂとの連結部分周辺の断面を拡大して示す。前方ケーシング１３Ａと後方ケーシング１３Ｂとの連結部分周辺、つまり圧縮機ケーシング１３の前後分割面（接合面）Ｐの周辺に、圧縮機３から圧縮空気ＣＡを抽出する抽出構造ＥＳが設けられている。
　前方ケーシング１３Ａと後方ケーシング１３Ｂとの連結部分には、径方向に突出する環状のケーシング部分であるフランジ４３Ａ，４３Ｂが一体に設けられている。すなわち、前方ケーシング１３Ａの後端側に環状の前方フランジ４３Ａが設けられており、後方ケーシング１３Ｂの前端側に、前方フランジ４３Ａとほぼ同一の外径を有する後方フランジ４３Ｂが設けられている。両フランジ４３Ａ，４３Ｂは、周方向の複数の位置に、軸方向に伸びるボルト挿通孔が形成されており、そこに連結ボルト４１が挿通されている。また、連結ボルト４１の先端にはナット４５が螺合され、前方ケーシング１３Ａと後方ケーシング１３Ｂとを軸方向に締め付けることにより、前方ケーシング１３Ａと後方ケーシング１３Ｂとが連結されている。
　図２に示すように、前方フランジ４３Ａと後方フランジ４３Ｂは、分割面Ｐに沿って、それぞれ他方に対向する後端面４４Ａと前端面４４Ｂを有し、図示するように前方ケーシング１３Ａと後方ケーシング１３Ｂが組み合わされた状態で、端面４４Ａ，４４Ｂが接合して両者の間にシールを形成するようにしてある。
　前方フランジ４３Ａの後端面４４Ａには、前方に向けて凹む環状の前方凹部（連続溝）４７が形成されている。他方、後方フランジ４３Ｂの前端面４４Ｂには、後方に向けて凹む環状の後方凹部（連続溝）４９が形成されている。前方凹部４７と後方凹部４９は、図示するように前方ケーシング１３Ａと後方ケーシング１３Ｂを組み合わせた状態でそれらの間に環状室５４を形成する。
　前方フランジ４３Ａの前方凹部４７には、圧縮機ケーシング１３の前方フランジ４３Ａとは別に形成された環状部材の仕切壁であるプレート５１が設けられている。図３に示すように、プレート５１は、軸心方向に貫通する複数の開口（第２アパーチャ）５３が周方向に等間隔に形成されている。プレート５１は、周方向に同じ長さを有する複数の分割片（セグメント）で構成されている。本実施形態において、プレート５１は、ほぼ同じ長さの２分割片－半環状部５１Ａ，５１Ｂ－で形成されている。このように構成することにより、圧縮機３にプレート５１を容易に組み付けることができる。プレート５１は、その外周縁と内周縁を、前方凹部４７の外周壁４５Ａと外周壁４５Ｂに連続的に形成された環状の嵌合溝４７Ａ，４７Ｂに嵌合して、保持される。この場合、例えば、前方ケーシング１３Ａとプレート５１がそれぞれ２分割されており、一方の前方ケーシング半部の溝４７Ａ、４７Ｂにその一端から一方のプレート半部をスライド係合してはめ込み、同様に、他方の前方ケーシング半部の溝４７Ａ、４７Ｂにその一端から他方のプレート半部をスライド係合してはめ込み、これらプレート半部を装着した２つの前方ケーシング半部が組み合わされて前方ケーシング１３Ａが構成される。
　ケーシング１３は、圧縮室３０と環状室５４（そのうち、後述する「第１プレナム室５５」）を連通する孔（第１アパーチャ）６１を有する。実施形態では、前方フランジ４３Ａの内周壁４５Ｂをその後端面４４Ａから切除することにより圧縮室３０と環状室５４を連通する溝４７Ｃを形成し、この溝４７Ｃで連通孔６１を構成している。このように、連通孔６１は、前方フランジ４３Ａの後端面４４Ａに形成された溝４７Ｃ、後方フランジ４３Ｂの前端面４４Ｂに形成された溝（図示せず）、それら両方の溝、または前方フランジ４３Ａ又は後方フランジ４３Ｂを貫通する孔（スルーホール）のいずれであってもよい。ただし、フランジ４３Ａ，４３Ｂの溝は、より簡単に形成することができる。実施形態では、第７段静翼１５と第８段動翼１７との間に連通孔６１が形成されており、圧縮空気ＣＡが連通孔６１を介して第１プレナム室５５に導入される。
　したがって、前方ケーシング１３Ａと後方ケーシング１３Ｂとが連結された状態で、圧縮機ケーシング１３の外周でフランジ４３Ａ，４３Ｂで囲まれた環状室５４は、プレート５１の後方に位置する第１プレナム室５５と、プレート５１の前方に位置する第２プレナム室５７に区画されており、第１プレナム室５５と第２プレナム室５７が開口５３を介して連通し、第１プレナム室５５と圧縮室３０が連通孔６１を介して連通している。
　プレート開口５３の総横断面積（流路総断面）は、連通孔６１の総横断面積（流路総断面）よりも小さく設定されている。実施形態では、開口５３の数は、連通孔６１の数よりも少なく設定されている。実施形態では、開口５３の数が連通孔６１の数の約半分に設定され、開口５３の総横断面積が連通孔６１の総横断面積の１０％に設定されている。
　抽気構造ＥＳの、図２と異なる周方向位置における縦断面を図４に示す。同図に示すように、第１プレナム室５５には、第１プレナム室５５の圧縮空気ＣＡを抽出するための第１抽気路６３が設けられている。他方、第２プレナム室５７には、第２プレナム室５７の圧縮空気を抽出するための第２抽気路６５が設けられている。第１抽気路６３は後方ケーシング１３Ｂに形成された第１抽気孔６７とこれに接続された第１抽気パイプ６９とからなり、第２抽気路６５は前方ケーシング１３Ａに形成された第２抽気孔７１とこれに接続された第２抽気パイプ７３とからなる。好ましくは、第１抽気孔６７と第２抽気孔７１とは周方向に互いにずれた位置に配置される。
　上述のように、連通孔６１の総横断面積は、開口５３の総横断面積より大きく設定されており、第１抽気路６３は、連通孔６１と第１プレナム室５５を介して大流量の圧縮空気を抽出する大流量抽気路として機能する。一方、第２抽気路６５は、開口５３と第２プレナム室５７を介して小流量の圧縮空気を抽気する小流量抽気路として機能する。これら抽気路６３，６５の数は、必要な抽気量に応じて適宜決定すればよい。本実施形態では、第１抽気路６３は、圧縮機ケーシング１３の周方向の２箇所に等間隔に設けられており、第２抽気路６５は、圧縮機ケーシング１３の周方向の１箇所に設けられている。
　図１に示すように、本実施形態では、大流量抽気路である第１抽気路６３は、排ガス通路３１に接続されている。第１抽気路６３の途中には弁機構７７が設けられており、第１抽気路６３を用いて大流量の圧縮空気を抽出する場合以外、弁機構７７が閉じられて第１抽気路６３が遮断されている。一方、小流量抽気路である第２抽気路６５は、エンジン１内の高温部分、例えば中央部の軸受３７が収容される軸受室８１に接続されており、高温部分を冷却する冷却空気として用いられる圧縮空気ＣＡを該高温部分に案内する。
　次に、本実施形態に係る抽気構造の動作を説明する。図１のエンジン１の始動時、圧縮機の起動トルクを小さくするために大流量の圧縮空気ＣＡを抽出することが好ましく、そのために第１抽気路６３の弁機構７７を開く。これにより、圧縮機３内の圧縮空気ＣＡは、前方ケーシング１３Ａを後方から見た図５に示すように、圧縮機ケーシング１３の周方向に設けられた多数の連通孔６１を介して、図４の第１プレナム室５５に導入される。このとき、第１抽気路６３の流路面積が、連通孔６１の流路面積に対して十分大きく設定されているので、連通孔６１が圧縮室３０と第１プレナム室５５との間の絞りとして機能し、圧縮機３内の周方向の圧力分布が不均一になるのを防止する。
　さらに、連通孔６１を介して第１プレナム室５５に流入する圧縮空気ＣＡの流量は、プレート開口５３の総横断面積から計算される最大流量よりも十分大きく、しかも、プレート開口５３の中心軸方向（軸Ｃと平行な方向）が、連通孔６１の中心軸方向と第１抽気路６３の抽気方向（圧縮機３の径方向）にほぼ直交しているので、連通孔６１から第１プレナム室５５に流入した圧縮空気ＣＡのほぼ全量が、開口５３から第２プレナム室５７に流入することなく、大流量圧縮空気ＬＦとして第１抽気路６３から図１の排ガス通路３１に導出される。
　一方、エンジン１の定常運転時、小流量の抽気が必要とされため、第１抽気路６３の弁機構７７は閉じられる。このとき、図２に示すように、圧縮機３内の圧縮空気ＣＡは、小流量圧縮空気ＳＦとして、連通孔６１を介して第１プレナム室５５に導入されるが、連通孔６１の総横断面積は抽気量に対応した総横断面積よりも大きく設定されているので、連通孔６１は絞りとして機能しない。一方、プレート５１の開口５３の総横断面積が、抽気量に対応した総横断面積よりも十分小さい値に設定されているので、開口５３の存在により、第１プレナム室５５および圧縮室３０内の周方向の圧力分布が不均一となることが抑制される。しかも、プレート５１は、圧縮機ケーシング１５とは別体の部材として形成されているので、小流量用に高い精度が要求される開口５３の寸法を容易に管理することができる。また、エンジン１の仕様変更に応じた開口５３の寸法、数、配置等の変更も容易にできる。
　なお、本実施形態の説明において、図１に示す大流量抽気路として機能する第１抽気路６３をエンジン１の始動時に排ガス通路３１に接続し、小流量抽気路としての第２抽気路６５をエンジン１内の中央軸受室８１を冷却するためにそこに接続した例を示したが、各抽気路６３，６５の接続先は、エンジン１の内部、外部を問わず、またその用途を問わず、互いに異なる抽気量が必要とされる部分に適宜接続できる。
　以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。例えば、上述の実施形態では、前方ケーシング１３Ａに形成された周方向溝４７Ａ，４７Ｂにプレート５１をスライド係合することにより固定したが、プレート５１を固定する方法はこれに限るものでなく、溝に代えて、固定用のリングを使用し、該固定リングと前方又は後方ケーシングの環状端面で仕切壁を挟持してもよい。また、上述の実施形態ではプレート５１は周方向に分割された複数のセグメントで構成するものとしたが、固定手段として固定リングを使用する場合、仕切壁は、複数のセグメントで構成する必要はなく、一つの環状部材で構成することができる。さらに、上述の実施形態では、前方ケーシング１３Ａにプレート５１を取り付けたが、後方ケーシング１３Ｂにプレートを取り付けてもよい。
１　ガスタービンエンジン
３　圧縮機
１３　圧縮機ケーシング
５１　プレート（環状部材）
５３　開口
５５　第１プレナム室
５７　第２プレナム室
６１　スリット（貫通孔）
６３　第１抽気路（大流量抽気路）
６５　第２抽気路（抽気路）
ＣＡ　圧縮空気
ＥＳ　抽気構造

Claims (10)

  1. 　圧縮機で生成された圧縮空気の一部を抽出する、ガスタービンエンジンの構造であって、
    　軸を中心にその回りに伸びる筒状ケーシングであって、上記軸と平行な方向に向けて空気が流されながら圧縮されて上記圧縮空気が形成される圧縮室の少なくとも一部を内側に形成するものと、
    　上記圧縮室の回りに伸びて環状室を形成する環状部と、
    　上記環状室を、環状の第１プレナム室と、上記方向に関して上流側に配置されて上記第１の管状プレナム室から分離された環状の第２プレナム室に分割する仕切壁とを有し、
    　上記筒状ケーシングは、該筒状ケーシングを貫通して上記圧縮室と上記第１プレナム室を連通する複数の第１アパーチャを備えており、
    　上記仕切壁は、該仕切壁を貫通して上記第１プレナム室と上記第２プレナム室を連通する複数の第２アパーチャを備えており、
    　上記第１アパーチャと上記第２アパーチャは、複数の上記第１アパーチャが第１総断面積を有し、複数の上記第２アパーチャが第２総断面積を有し、上記第２総断面積は上記第１総断面積よりも小さくしてあり、
    　上記圧縮空気を上記第２プレナム室から抽出するために、上記第２プレナム室は、第２抽出通路に接続されるようにしてある、構造。
  2. 　上記第１プレナム室は、上記第１プレナム室から上記圧縮空気を抽出するために、第１抽出通路に接続されるようにしてある、請求項１の構造。
  3. 　上記第１抽出通路は、上記第１抽出通路を閉鎖する弁を備えている、請求項１又は２の構造。
  4. 　上記筒状ケーシングは、第１ケーシング部と、上記第１ケーシング部の上流側に配置された第２ケーシング部を有し、
    　上記第１ケーシング部と上記第２ケーシング部は、それぞれ径方向に伸びて互いに対向し、上記第１のケーシング部と上記第２のケーシング部が組み合わされた状態で互いに接合する第１接合面と第２接合面を有し、
    　上記第１アパーチャはそれぞれ、上記第１接合面又は上記第２接合面若しくは上記第１接合面と第２接合面に形成された凹みによって構成され、
    　上記第１接合面と上記第２接合面は、環状の第１凹所と第２凹所をそれぞれ有し、上記第１凹所と上記第２凹所が上記第１ケーシング部と上記第２ケーシング部が組み合わされた状態で上記環状チャンバを形成する、請求項１～３のいずれかの構造。
  5. 　上記第２ケーシング部は複数のケーシングセグメントを有し、
    　複数の上記ケーシングセグメントはそれぞれ、上記ケーシングセグメントが組み合わされた状態で上記環状チャンバの一部を形成する環状チャンバ部を有し、
    　複数の上記環状チャンバ部はそれぞれ、上記ケーシングセグメントが組み合わされた状態で連続的な環状の内側ガイドと外側ガイドを形成する内側周ガイドと外側周ガイドを有し、
    　上記環状仕切壁は複数の仕切壁セグメントを有し、
    　上記仕切壁セグメントは、上記仕切壁セグメントの内側周縁と外側周縁が上記内側ガイドと上記外側ガイドにそれぞれガイドされながら、上記ケーシングセグメントに組み付けられる、請求項４の構造。
  6. 　空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機、
    　上記圧縮空気を燃焼と共に燃焼して高圧燃焼ガスを生成する燃焼器、および
    　上記燃焼ガスを用いてロータを回転するタービンを備えており、
    　上記圧縮機は
    　軸を中心にその回りに伸びる筒状ケーシングであって、上記軸と平行な方向に向けて空気が流されながら圧縮されて上記圧縮空気が形成される圧縮室の少なくとも一部を内側に形成するものと、
    　上記圧縮室の回りに伸びて環状室を形成する環状部と、
    　上記環状室を、環状の第１プレナム室と、上記方向に関して上流側に配置されて上記第１の管状プレナム室から分離された環状の第２プレナム室に分割する仕切壁とを有し、
    　上記筒状ケーシングは、該筒状ケーシングを貫通して上記圧縮室と上記第１プレナム室を連通する複数の第１アパーチャを備えており、
    　上記仕切壁は、該仕切壁を貫通して上記第１プレナム室と上記第２プレナム室を連通する複数の第２アパーチャを備えており、
    　上記第１アパーチャと上記第２アパーチャは、複数の上記第１アパーチャが第１総断面積を有し、複数の上記第２アパーチャが第２総断面積を有し、上記第２総断面積は上記第１総断面積よりも小さくしてあり、
    　上記圧縮空気を上記第２プレナム室から抽出するために、上記第２プレナム室は、第２抽出通路に接続されるようにしてある、ガスタービンエンジン。
  7. 　上記第１プレナム室は、上記第１プレナム室から上記圧縮空気を抽出するために、第１抽出通路に接続されるようにしてある、請求項６のガスタービンエンジン。
  8. 　上記第１抽出通路は、上記第１抽出通路を閉鎖する弁を備えている、請求項６又は７のガスタービンエンジン。
  9. 　上記筒状ケーシングは、第１ケーシング部と、上記第１ケーシング部の上流側に配置された第２ケーシング部を有し、
    　上記第１ケーシング部と上記第２ケーシング部は、それぞれ径方向に伸びて互いに対向し、上記第１のケーシング部と上記第２のケーシング部が組み合わされた状態で互いに接合する第１接合面と第２接合面を有し、
    　上記第１アパーチャはそれぞれ、上記第１接合面又は上記第２接合面若しくは上記第１接合面と第２接合面に形成された凹みによって構成され、
    　上記第１接合面と上記第２接合面は、環状の第１凹所と第２凹所をそれぞれ有し、上記第１凹所と上記第２凹所が上記第１ケーシング部と上記第２ケーシング部が組み合わされた状態で上記環状チャンバを形成する、請求項６～８のいずれかのガスタービンエンジン。
  10. 　上記第１ケーシング又は上記第２ケーシング部は複数のケーシングセグメントを有し、
    　複数の上記ケーシングセグメントはそれぞれ、上記ケーシングセグメントが組み合わされた状態で上記環状チャンバの一部を形成する環状チャンバ部を有し、
    　複数の上記環状チャンバ部はそれぞれ、上記ケーシングセグメントが組み合わされた状態で連続的な環状の内側ガイドと外側ガイドを形成する内側周ガイドと外側周ガイドを有し、
    　上記環状仕切壁は複数の仕切壁セグメントを有し、
    　上記仕切壁セグメントは、上記仕切壁セグメントの内側周縁と外側周縁が上記内側ガイドと上記外側ガイドにそれぞれガイドされながら、上記ケーシングセグメントに組み付けられる、請求項９のガスタービンエンジン。
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