(57)【要約】      （修正有）【課題】ガスタービン排気ケーシングの圧力損失を低減する。【解決手段】入口開口部を有するタービン係合壁と、タービン係合壁から距離をあけて配置され、半径流排気ディフューザの大きさ及び方向に合わせたエンジン軸穴１１８を有する排気ディフューザ係合壁１１６と、タービン係合壁の縁部及び排気ディフューザ係合壁の縁部に連結又は隣接する複数の略直線状側壁１２０と、インボリュート曲線のサイクルの一部に近似するように、タービン係合壁の他縁部及び排気ディフューザ係合壁の他縁部に連結又は隣接する複数の略平面板とを含む。装置は、半径流排気ディフューザを囲むように構成され、天板、底板、略直線状側壁、及び略直線状板は、半径流排気ディフューザからの排気が出口側を介して装置から出るように係合する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半径流排気ディフューザ（１１２）を含むガスタービンエンジン用のインボリュート型ケーシング装置であって、
入口開口部（１４）を有するタービン係合壁（１３）と、
前記タービン係合壁から距離をあけて配置され、前記半径流排気ディフューザの大きさ及び方向に合わせたエンジン軸穴（１１８）を有する排気ディフューザ係合壁（１１６）と、
前記タービン係合壁の縁部及び前記排気ディフューザ係合壁の縁部に連結又は隣接する複数の略直線状側壁（１２０）と、
インボリュート曲線（７００）のサイクルの一部に近似するように、前記タービン係合壁の他縁部（４２０）及び前記排気ディフューザ係合壁の他縁部（５２０）に連結又は隣接する複数の略平面板（２２）とからなり、
前記半径流排気ディフューザを囲むように構成され、天板、底板、略直線状側壁、及び略直線状板は、前記半径流排気ディフューザからの排気が出口側を介して前記装置から出るように係合する、装置。
【請求項２】
前記天板、底板、略直線状側壁（１２０）、及び略直線状板は、溶接によって係合する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記天板、底板、略直線状側壁（１２０）、及び略直線状板は、ボルトによって係合する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
少なくとも４個以上１２個以下の略直線状板（２２）を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
少なくとも６個以上１０個以下の略直線状板（２２）を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
８個の略直線状板（２２）を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
半径流排気ガスタービン装置であって、
入口セクション（１０２）と、
前記入口セクションに動作可能に連結された圧縮機セクション（１０４）と、
前記圧縮機セクションに動作可能に連結された燃焼器セクション（１０６）と、
前記燃焼器セクションに動作可能に連結されたタービンセクション（１０８）と、
前記タービンセクション（１０８）に動作可能に連結された半径流排気ディフューザ（１１２）と、
半径流排気ディフューザを囲むインボリュート型ケーシングとからなり、
前記インボリュート型ケーシングは、
入口開口部（１４）を有するタービン係合壁（１３）と、
前記タービン係合壁から距離をあけて配置され、前記半径流排気ディフューザの大きさ及び方向に合わせたエンジン軸穴（１１８）を含む排気ディフューザ係合壁（１１６）と、
インボリュート曲線（７００）のサイクルの一部に近似するように、前記タービン係合壁の他縁部（４２０）及び前記排気ディフューザ係合壁の他縁部（５２０）に連結又は隣接する複数の略平面板（２２）と、
前記排気ディフューザ係合壁の他縁部に隣接し、インボリュート曲線のサイクルの一部に近似するように、前記タービン係合壁に連結する複数の略直線状板とからなり、
天板、底板、略直線状壁（１２０）、及び略直線状板は、前記排気ディフューザからの排気が出口側を介して前記インボリュート型ケーシングから出るように係合する、装置。
【請求項８】
前記天板、底板、略直線状壁（１２０）、及び略直線状板（２２）は、溶接によって係合する、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記天板、底板、略直線状壁（１２０）、及び略直線状板（２２）は、ボルトによって係合する、請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
少なくとも４個以上１２個以下の略直線状板（２２）を有する、請求項７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の技術分野は、概してガスタービン発電機に関し、より詳細には、半径流排気ガスタービンで使用されるインボリュート型ケーシングに関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくとも一部の既知のガスタービンエンジンは、高い圧力損失を受けることがある。そのような圧力損失は、エンジン性能及び／又はエンジン効率に悪影響を与える可能性がある。例えば、外部ケーシングを含む少なくとも一部の既知の半径流排気ガスタービンは、その排気ディフューザセクション内で高い圧力損失を受けることがある。この圧力降下を減少させるために円形外部ケーシングを使用できるが、特に大型のケーシングを必要とするガスタービンに関しては、そのようなケーシングは製造費がかかる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第５７０４２１１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、半径流排気装置を含むガスタービンで使用されるより効率的でより費用のかからないケーシングを提供することが望ましいであろう。特に、比較的製造費がかからないが、外部ケーシングセクション内の圧力損失を低減するケーシングを提供することが望ましいであろう。圧力損失の低減によって、ガスタービンが追加燃料を使用せずに更なる出力増大をもたらすため、タービンの作動効率を向上させることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一態様において、半径流排気ディフューザを含むガスタービンエンジン用のインボリュート型ケーシング装置を提供する。装置は、入口開口部を有するタービン係合壁と、タービン係合壁から距離をあけて配置された排気ディフューザ係合壁とを含む。ディフューザ係合壁は、半径流排気ディフューザの大きさ及び方向に合わせたエンジン軸穴を有する。装置はまた、タービン係合壁の縁部及び排気ディフューザ係合壁の縁部に連結又は隣接する複数の略直線状側壁と、インボリュート曲線のサイクルの一部に近似するように、タービン係合壁の他縁部及び排気ディフューザ係合壁の他縁部に連結又は隣接する複数の略平面板とを含む。装置は、半径流排気ディフューザを囲むように構成され、天板、底板、略直線状側壁、及び略直線状板は、半径流排気ディフューザからの排気が出口側を介して装置から出るように係合する。
【０００６】
別の態様において、半径流排気ガスタービン装置を提供する。半径流排気ガスタービン装置は、入口セクションと、入口セクションに動作可能に連結された圧縮機セクションと、圧縮機セクションに動作可能に連結された燃焼器セクションと、燃焼器セクションに動作可能に連結されたタービンセクションと、タービンセクションに動作可能に連結された半径流排気ディフューザと、半径流排気ディフューザを囲むインボリュート型ケーシングとを有する。インボリュート型ケーシングは、入口開口部を有するタービン係合壁と、タービン係合壁から距離をあけて配置され、半径流排気ディフューザの大きさ及び方向に合わせたエンジン軸穴を含む排気ディフューザ係合壁とを有する。インボリュート型ケーシングはまた、インボリュート曲線のサイクルの一部に近似するように、タービン係合壁の他縁部及び排気ディフューザ係合壁の他縁部に連結又は隣接する複数の略平面板を有する。インボリュート型ケーシングはまた、排気ディフューザ係合壁の他縁部に隣接し、インボリュート曲線のサイクルの一部に近似するように、タービン係合壁に連結する複数の略直線状板を有する。天板、底板、略直線状壁、及び略直線状板は、排気ディフューザからの排気が出口側を介してインボリュート型ケーシングから出るように係合する。
【０００７】
更に別の態様において、半径流排気ガスタービン装置を提供する。半径流排気ガスタービン装置は、半径流排気ディフューザセクションと、多角壁、略直線状板、及び略直線状側壁から本質的になるケーシング装置とを含むガスタービンエンジンを有する。ケーシング装置は、半径流排気ディフューザセクションを囲み、半径流排気ディフューザセクションから出るガスの少なくとも相当部分を略インボリュート経路を介してケーシング装置の出口に案内するように構成される。
【発明の効果】
【０００８】
従って、インボリュート型ケーシングの実施形態が、金属薄板の異なる直線部分を結合することによって形成されることが理解されるであろう。この構成が半径流排気ガスタービンに設置されると、ケーシングの製造費を増加させることなくケーシング内の圧力損失を低減することになる。ケーシングは、ベーンから外に出る煙道ガスを収集し、片側に向かって煙道ガスを案内する。インボリュート型ケーシングは、工学的要求及び設置条件に基づいて右巻き実施形態又は左巻き実施形態で製造できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】例示的なガスタービンエンジンの切欠図である。
【図２】半径流排気ディフューザで使用される例示的なケーシングの斜交三軸図である。
【図３】図２に示すケーシングの斜交三軸分解図である。
【図４】ガスタービンエンジンの半径流排気ディフューザで使用することのできる例示的なケーシングの斜交三軸図である。
【図５】図４に示すケーシングの斜交三軸図である。
【図６】インボリュートケーシングを製造する例示的な方法のフローチャートである。
【図７】インボリュート曲線を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示の実施形態は、ガスタービン発電機の半径流排気ディフューザで使用されるインボリュート型ケーシングを含む。半径流排気ディフューザが半径流排気ガスタービンに設置されると、ケーシングの製造費を増加させることなく、全般的にケーシング内の圧力損失の低減を促進する。ベーンから排出された煙道ガスは、ケーシングに入り、ケーシングの片側に向かって案内される。
【００１１】
一部の実施形態では、特に図１を参照すると、半径流排気ガスタービン１００は、入口セクション１０２と、圧縮機セクション１０４と、燃焼器セクション１０６と、タービンセクション１０８と、排気ディフューザセクション１１２とを含む。図２及び図３は、それぞれ、排気ディフューザケーシング１１０の三軸図及び分解三軸図を示す。図示の実施形態では、排気ディフューザケーシング１１０は、入口開口部１１４を含むタービン係合壁１１３を備える。排気ディフューザ係合壁１１６は、タービン係合壁１１３の反対側に配置され、エンジン軸及び反対側の丸い入口開口部１１４の貫通を可能にするように構成された穴１１８を含む。入口開口部１１４は、図１に示すように、排気ディフューザセクション１１２と流体連通しており、エンジン軸穴１１８と同じ大きさである必要はない。より詳細には、エンジン軸穴１１８は、入口開口部１１４と相対的な任意の大きさであってよい。複数の略直線状側壁１２０及び弧状壁１２２は、タービン係合壁１１３の縁部２２０及び２２２並びにディフューザ係合壁１１６の縁部３２０及び３２２の上又は近傍に、溶接又はボルト締めされる。その結果、係合壁１１３及び１１６は一定距離離れて維持される。壁１２０及び壁１２２の縁部１３０は更に、それらが接触するところでしっかりと連結される。排気ディフューザケーシング１１０の排気側１２４は、排気ガス１２６を大気又は何か他の構成部品に排出できるように開いたままで遮られていない。
【００１２】
図４及び５は、排気ディフューザケーシング１０の三軸傾斜図を示す。例示的な実施形態では、ケーシング１０は、略円形入口開口部１４を含むタービン係合壁１３を備える。排気ディフューザ係合壁１６は、タービン係合壁１３の反対側に配置され、入口開口部１４の反対側に形成されたエンジン軸穴１８を含む。入口開口部１４は、図１で最も明確に示されるように、排気ディフューザセクション１１２と流体連通しており、エンジン軸穴１８と同じ大きさであってよいが、同じである必要はない。複数の略直線状側壁２０は、タービン係合壁１３の縁部４２０及びディフューザ係合壁１６の縁部５２０に連結又は隣接する。そのため、壁１３及び１６は一定距離離れて維持される。様々な幅の複数の略直線状（平面）板２２は、壁１３及び１６が互いに略平行になるように、タービン係合壁１３の縁部４２２又は縁部５２２に連結又は隣接する。また、側壁２０は、それらが接触するところ、及び板２２が互いに合わさるところで板２２に連結される。排気ディフューザケーシング１０の排気側２２４は、排気ガス１２６を大気又は何か他の構成部品に排出できるように開いたままで遮られていない。
【００１３】
例示的な実施形態では、インボリュートケーシング１０は円弧状ではないが、同じインボリュート曲線が壁縁部４２２及び５２２によって近似される。インボリュートケーシング１０は、ディフューザセクション１１２内の圧力降下の減少を促進するようにしてそれを通じて排気流を導くように成形される。更に、現行のチャンバと同じく、インボリュートケーシング１０も製造費がかからない。各板２２の長さ７２２（図４に示す）は、所望のインボリュートケーシング断面を得るために必要に応じて変化する。また、インボリュートケーシング１０は、右巻き構成又は左巻き構成のどちらかで組み立てられて使用される。図２及び３は右巻きの従来技術の構成を示すのに対して、図４及び５は左巻きの構成を示すことに留意されたい。
【００１４】
円筒座標（ｒ、θ、ｚ）のＺ軸の周りの円のインボリュートは、記述したパラメータ方程式ｒ＝αｓｅｃα、θ＝ｔａｎα−α、ｚ＝ｚ０（ａは円の半径を表し、αはパラメータであり、ｚ０はＺ軸に沿った円の位置である）によって与えられる。図７に示すように、各板２２の長さ７２２は、インボリュートに沿って規定された線分７５２の長さによって近似される。一部の実施形態では、線分７５２は、θ方向の規則的又は不規則に間隔をあけた角度とインボリュートとの交点によって選択される。製造の時間と費用の最適化を促進するためには、板２２の数は３個〜約１２個以下であるべきである。図４及び５に示す例示的な実施形態では、８個の直線状板２２が示されている。最小の実効性を確保するためには、少なくとも１２０°以上２１０°以下のサイクルのインボリュート曲線を近似すべきである。以下に列挙する請求項の必要上、上述の各範囲は全ての部分的な範囲を含むとみなされる。例えば、５〜７個の板を有し、１６０°〜２１０°のインボリュートサイクルを近似する装置は、上述のより広い範囲によって規定されるとみなされる。
【００１５】
板２２は、任意の適切な金属材料から製造された薄板を含み、薄板を曲線形状に形成（即ち、圧延）する必要性を排除するようにしてボルト締め又は溶接される。
【００１６】
別の態様において図４、５、及び６を参照すると、本発明の一部の実施形態では、半径流排気ガスタービン１００用のインボリュート型ケーシング１０を製造する例示的な方法６００を提供する。例示的な実施形態では、方法６００は、半径流排気ガスタービン１００のタービンセクション１０８に係合するように大きさ及び方向を合わせた開口部１４を備える多角第１壁１３を製造するステップ６０２を含む。第１壁１３はまた、図７に示す１２０°〜２１０°のサイクルのインボリュート曲線７００に近似する第１組の少なくとも３つの縁部４２２を含む。第１壁１３はまた、第２組のその他の略直線状縁部４２０を含む。
【００１７】
例示的な実施形態では、方法６００はまた、半径流排気ガスディフューザセクション１１２に係合するように大きさ及び方向を合わせたエンジン軸穴１８を内部に備える多角第２壁１６を製造するステップ６０４を含む。第２壁１６は、第１壁１３の第１組の少なくとも３つの縁部４２２と同じインボリュート曲線７００に近似するために用いられる第３組の少なくとも３つの縁部５２０を含む。第２壁１６はまた、各々が第２組の縁部４２０の対応する縁部５２０とほぼ同じ長さを有する第４組の直線状縁部５２２を含む。
【００１８】
方法６００はまた、複数の板２２を製造するステップ６０６を含む。具体的には、ステップ６０６で製造された板２２の数は、第１組の縁部４２２の縁部の数と等しい。各板２２は、異なる縁部４２２の長さ８２２とほぼ同じ大きさである長さ７２２を有しており、全ての板２２は同じ幅９２２で製造される。
【００１９】
例示的な方法６００では、複数の側壁２０もまたステップ６０８にて製造される。より詳細には、側壁２０の数は、第２組の縁部４２０よりも数が１つ少ない。各側壁２０は、異なる縁部４２０の長さ８２０とほぼ等しい幅７２０と、板２２の幅９２２と等しい長さ９２０とを有する。
【００２０】
方法６００はまた、固定された板２２の長さ７２２と同じ長さ８２２を有する縁部４２２及び固定された板２２の幅９２２と同じ長さ１０２２を有する縁部５２２上又は近傍に各板２２を固定するステップ６１０を含む。
【００２１】
例示的な実施形態では、方法６００はまた、各側壁２０を固定された側壁２０の幅と同じ長さを有する縁部４２０と縁部５２０の間で第１壁１３及び第２壁１６に固定するステップ６１２を含む。ステップ６０２、６０４、６０６、６０８、６１０、及び６１２の終了後、図４及び図５に示すようなケーシング１０が製造される。
【００２２】
例示的な実施形態では、方法６００は、隣接する板２２、隣接する側壁２０、及び直線状側壁２０に隣接する板２２を固定するステップを更に含む。従って、この実施形態では、第１壁１３及び第２壁１６は互いに平行であり、出口側２２４は開いたままであり、別個の構成部品に属する全ての隣接縁部は互いに固定される。
【００２３】
一部の例示的な方法６００では、第１壁１３、第２壁１６、各側壁２０及び各直線状板２２は、製造された金属薄板からなる。製造された金属薄板は、所定の形状に切り取られるか又は打ち抜かれる。更に、各々の固定には、溶接、ボルト、及び／又はねじをあらゆる組み合わせで含むことができる。
【００２４】
一部の例示的な方法６００ではまた、４〜１２個以下の板２２が製造されるか、６〜１０個以下の板２２が製造されるか、又はちょうど８個の板２２が製造される。図７を参照すると、各板２２は、円７５６のインボリュート７５４の一部７５０に近似する寸法７５２を有する。インボリュートケーシング１０を半径流排気ガスタービン１００の半径流排気ガスディフューザセクション１１２を囲むように構成し、円７５６のインボリュート７５４の一部７５０の近似が半径流排気ガスディフューザセクション１１２から出るガスの少なくとも相当部分を略インボリュート経路を介してケーシング装置の出口２２４に案内すれば十分である。
【００２５】
従って、インボリュート型ケーシングの実施形態が、金属薄板の異なる直線部分を結合することによって形成されることが理解されるであろう。この構成を半径流排気ガスタービンに設置すると、ケーシングの製造費を増加させることなくケーシング内の圧力損失を低減することになる。ケーシングは、ベーンから外に出る煙道ガスを収集し、片側に向かって煙道ガスを案内する。インボリュート型ケーシングは、工学的要求及び設置条件に基づいて右巻き実施形態又は左巻き実施形態で製造できる。
【００２６】
本明細書において、「等しい」という句を寸法との関係で使用した場合、グッドエンジニアリングプラクティスの標準公差で互いに等しい量を指す。同様に、「近似する」という動詞句は、グッドエンジニアリングプラクティスの標準公差及び、曲線が一連の直線によって近似される必要等の課された制限内で行なわれた近似を指す。
【００２７】
本明細書は、実施例を使用して、最良の形態を含む本発明を開示し、更にあらゆる装置又はシステムを製作且つ使用すること及びあらゆる組み込まれた方法を実行することを含む本発明の実施を当業者が行なうのを可能にする。本発明の特許性がある技術的範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者が想到するその他の実施例を含むことができる。そのようなその他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言と相違しない構造的要素を有する場合、又はそれらが特許請求の範囲の文言と本質的でない相違を有する同等な構造的要素を含む場合には、特許請求の範囲の技術的範囲内に属することになることを意図する。
【符号の説明】
【００２８】
１０  ケーシング
１３  タービン係合壁
１４  入口開口部
１６  第２壁
１８  エンジン軸穴
２０  複数の側壁
２２  板
１００  半径流排気ガスタービン
１０２  入口セクション
１０４  圧縮機セクション
１０６  燃焼器セクション
１０８  タービンセクション
１１０  排気ディフューザケーシング
１１２  排気ガスディフューザセクション
１１３  タービン係合壁
１１４  入口開口部
１１６  排気ディフューザ係合壁
１１８  エンジン軸穴
１２０  複数の略直線状側壁
１２２  弧状壁
１２４  排気側
１２６  排気ガス
１３０  縁部
２２０  縁部
２２２  縁部
２２４  排気側
３２０  縁部
３２２  縁部
４２０  縁部
４２２  縁部
５２０  縁部
５２２  縁部
６００  例示的な方法
６０２  半径流排気ガスタービン１００のタービンセクション１０８に係合するように構成された開口部１４を有する多角第1壁１３を製造するステップ
６０４  半径流排気ガスディフューザ１１２に係合するように構成された穴１８を有する多角第２壁１６を製造するステップ
６０６  複数の長方形直線状板２２を製造するステップ
６０８  複数の直線状側壁２０を製造するステップ
６１０  直線状板２２を固定する
６１２  側壁２０を固定する
７００  インボリュート曲線
７２０  幅
７２２  長さ
７５０  一部
７５２  線分
７５４  インボリュート
７５６  円
８２０  長さ
８２２  長さ
９２０  長さ
９２２  幅
１０２２  長さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2011196375.tif 000007
【図６】
2011196375.tif 000008
【図７】
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