(57)【要約】【課題】ガスタービンエンジンの構成要素の急速な加熱・冷却による熱成長率を抑えることで、ガスタービンエンジン全体の効率を向上させる圧縮器吐出ケーシング組立体を提供する。【解決手段】圧縮器吐出ケーシング組立体は、圧縮器セクションの尾翼領域に近接して配設されたディフューザを含み、該ディフューザは、圧縮器吐出ケーシング組立体の内部領域へと圧縮空気流の経路を定めるように構成されている。また圧縮器吐出ケーシング組立体の内部領域に配設されディフューザの出口領域に近接して位置する支柱も含まれる。さらに支柱の上流部分に近接して配設された遮熱材も含まれており、該遮熱材は、支柱に対する圧縮空気流の衝突を抑えるように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮器セクション（１２）の尾翼領域に近接して配設され、圧縮器吐出ケーシング組立体（２０）の内部領域（３７）へと圧縮空気流（１９）の経路を定めるように構成されディフューザ（４４）と、
前記圧縮器吐出ケーシング組立体（２０）の前記内部領域（３７）に配設され前記ディフューザ（４４）の出口領域に近接して位置する支柱（４６）と、
前記支柱（４６）の上流部分（６２）に近接して配設され、前記支柱（４６）に対する圧縮空気流（１９）の衝突を抑えるように構成された遮熱材（６０）と
を備える圧縮器吐出ケーシング組立体（２０）。
【請求項２】
前記支柱（４６）が、圧縮器吐出ケーシング隔壁（４０）と内側支持リング（５２）に作動式に結合され、その間に延在する、請求項１に記載の圧縮器吐出ケーシング組立体（２０）。
【請求項３】
前記遮熱材（６０）が前記支柱（４６）に作動式結合される、請求項１に記載の圧縮器吐出ケーシング組立体（２０）。
【請求項４】
タービンセクション（１６）の入口に近接して配設されたノズル（５８）をさらに備え、前記ノズル（５８）が、前記内側支持リング（５２）と外側支持リング（５０）に作動式に結合される、請求項２に記載の圧縮器吐出ケーシング組立体（２０）。
【請求項５】
前記遮熱材（６０）が、前記支柱（４６）の熱成長率を抑えるように構成される、請求項４に記載の圧縮器吐出ケーシング組立体（２０）。
【請求項６】
前記遮熱材（６０）が、トランジションピース（２６）と前記ノズル（５８）の間の相対運動を抑えるように構成される、請求項４に記載の圧縮器吐出ケーシング組立体（２０）。
【請求項７】
前記遮熱材（６０）が、前記支柱（４６）の全長に対して前記支柱（４６）に沿って延在する、請求項１に記載の圧縮器吐出ケーシング組立体（２０）。
【請求項８】
前記遮熱材（６０）が前記内側支持リング（５２）に作動式に結合される、請求項２に記載の圧縮器吐出ケーシング組立体（２０）。
【請求項９】
圧縮器セクション（１２）と、
燃焼器セクション（１４）と、
タービンセクション（１６）と、
前記圧縮器セクション（１２）からの圧縮空気流（１９）を前記圧縮器吐出ケーシング組立体（２０）の内部領域（３７）へと経路を定めるように構成されたディフューザ（４４）と、
前記ディフューザ（４４）の出口領域に近接して配設され、圧縮器吐出ケーシング隔壁（４０）と前記タービンセクション（１６）のタービンシェルの内側支持リング（５２）に作動式に結合され、その間に延在する支柱（４６）と、
前記支柱（４６）の上流部分（６２）に近接して配設され、前記支柱（４６）に対する前記圧縮空気流（１９）の衝突を抑えるように構成された遮熱材（６０）とを備える圧縮器吐出ケーシング組立体（２０）と
を備えるガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１０】
前記遮熱材（６０）が前記支柱（４６）に作動式に結合される、請求項９に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示される主題は、タービン組立体に関し、より詳細には圧縮器吐出ケーシング組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンの燃焼器組立体は、圧縮器から圧縮された高度に加圧された空気流を受け取り、燃焼目的で燃料と混ぜ合わせるように構成されている。圧縮空気流の燃焼器への経路指定は、燃焼器缶を部分的に取り囲む圧縮器吐出ケーシング（ＣＤＣ）の内部領域に圧縮空気流を供給することによってある程度容易になる。
【発明の概要】
【０００３】
ＣＤＣは、タービンシェルの内側支持リングに作動式に結合された少なくとも１つの支柱を含む。内側支持リングは、ガスタービンエンジンのタービンセクションの入口に近接して位置する第１段ノズルの一端を支持する。この第１段ノズルの他端は、外側支持リングによって支持される。支柱は、圧縮器の出口に近接して位置するため、加熱された空気が直接支柱の上流部分に衝突し、これにより始動時に支柱を相対的に急速に加熱し、停止時に相対的に急速に冷却する。支柱を急速に加熱することにより、第１段ノズルに結合された内側支持リングを押す支柱の熱成長が生じることになる。このような第１段ノズルに対する力によって、トランジションピースと第１段ノズルの間に大きな過渡的な運動が生じ、これによりこれらの領域を冷却およびパージするために使用されるより多くの空気を必要とする。冷却およびパージに使用される付加的な空気は、燃焼目的から逸れたいずれの空気もシステム損失として認識されるためガスタービンエンジンの全体の効率に直接影響を及ぼす。
【０００４】
本発明の一態様によって、圧縮器吐出ケーシング組立体は、圧縮器セクションの尾翼領域に近接して配設されたディフューザを含んでおり、該ディフューザは、圧縮器吐出ケーシング組立体の内部領域へと圧縮空気流の経路を定めるように構成されている。また圧縮器吐出ケーシング組立体の内部領域に配設されディフューザの出口領域に近接して位置する支柱も含まれている。さらに支柱の上流部分に近接して配設された遮熱材も含まれており、これは圧縮器空気流の支柱に対する衝突を抑えるように構成されている。
【０００５】
本発明の別の態様によって、燃焼器組立体は、高温ガス流を生成するための燃焼器を含む。またタービンセクションの入口へと高温ガス流の経路を定めるように構成されたトランジションピースも含まれている。さらに、燃焼器組立体の一部分を取り囲み燃焼器内での燃焼に使用される圧縮空気流を受け取るように構成される圧縮器吐出ケーシング組立体も含まれている。さらに圧縮器吐出ケーシング組立体の内部領域へと圧縮器セクションからの圧縮空気流の経路を定めるように構成されたディフューザも含まれている。またディフューザの出口領域に近接して配設された支柱も含まれる。さらに支柱の上流部分に近接して配設された遮熱材も含まれており、これは圧縮空気流の支柱に対する衝突を抑えるように構成されている。
【０００６】
本発明のさらに別の態様によって、ガスタービンエンジンは、圧縮器セクションと、燃焼器セクションと、タービンセクションと圧縮器吐出ケーシング組立体とを含んでいる。圧縮器吐出ケーシング組立体は、圧縮器吐出ケーシング組立体の内部領域へと圧縮器セクションからの圧縮空気流の経路を定めるように構成されたディフューザを含む。圧縮器吐出ケーシング組立体はまた、ディフューザの出口領域に近接して配設された支柱も含んでおり、これは圧縮器吐出ケーシング隔壁およびタービンセクションのタービンシェルの内側支持リングに作動式に結合されており、その間に延在している。圧縮器吐出ケーシング組立体はさらに、支柱の上流部分に近接して配設された遮熱材も含んでおり、これは圧縮空気流の支柱に対する衝突を抑えるように構成されている。
【０００７】
これらのおよび他の利点および特徴は、以下の明細書を図面と併せて利用することでより明らかになるであろう。
【０００８】
本発明と見なされる主題は特に、明細書の結論における特許請求の範囲において具体的に指摘されはっきりと主張されている。上述のおよび他の本発明の特徴および利点は、以下の詳細な記載を添付の図面と併せて利用することから明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ガスタービンエンジンの概略図である。
【図２】ガスタービンの燃焼セクションの断面概略図であり、燃焼セクションがそれと関連する圧縮器吐出ケーシング組立体を含む図である。
【図３】圧縮器吐出ケーシング組立体の支柱の側面図である。
【図４】圧縮器吐出ケーシングの支柱の上流部分に沿って配設された遮熱材の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
詳細な記載は、利点および特徴と併せて図面を参照した一例によって本発明の実施形態を説明している。
【００１１】
図１を参照すると、例えばガスタービンエンジンなどのタービンシステムが、参照番号１０によって概略的に示されている。ガスタービンエンジン１０は、圧縮器セクション１２と、燃焼器セクション１４と、タービンセクション１６と、ロータ１７と、燃料ノズル１８とを含む。ガスタービンエンジン１０の一実施形態は、複数の圧縮器セクション１２、燃焼器セクション１４、タービンセクション１６、ロータ１７およびノズル１８を含む場合があることを理解されたい。圧縮器セクション１２と、タービンセクション１６がロータ１７によって結合される。
【００１２】
図２を参照すると、ガスタービンエンジン１０の複数の部分の簡素化された図が示されている。ガスタービンエンジン１０は、ガスタービンエンジン１０を通って流れる圧縮空気流１９と呼ばれる作用流体を加圧するための圧縮器セクション１２を備える。圧縮器セクション１２から排出された圧縮空気流１９は、燃焼器セクション１４へと流れ込み、このセクションは一般に、ガスタービンエンジン１０の軸の周りに環状の配列で配設された複数の燃焼器（図１および図２には１つのみが示されている）によって特徴付けられる。燃焼器セクション１４に進入する圧縮空気流１９は、天然ガスまたは別の好適な液体または気体などの燃料と混合され燃焼される。燃焼の高温ガスが、各々の燃焼器からタービンセクション１６へと流れることでガスタービンエンジン１０を駆動し電力を生成する。
【００１３】
ガスタービンエンジン１０における各々の燃焼器は、圧縮空気流１９と燃料を混合し燃焼させることを目的とした多様な構成要素を含む可能性がある。例えば、燃焼器は、燃焼器吐出ケーシング（ＣＤＣ）２０などのケーシングを含む場合がある。様々なスリーブ（概ね環状スリーブであってよい）が、少なくとも部分的にＣＤＣ２０内に配設されてよい。例えば燃焼器ライナー２２が一般にその中に燃焼区域２４を画定する場合がある。圧縮空気流１９、燃料および任意選択の酸化剤の燃焼は一般に、燃焼区域２４内で行なわれる。結果として生じる燃焼の高温ガスは、燃焼器ライナー２２を通って下流に流れトランジションピース２６に進入することができる。流れスリーブ３０は概ね、燃焼器ライナー２２の少なくとも一部を取り囲み、それらの間に流路３２を画定することができる。そらせ板３４が一般に、トランジションピース２６の少なくとも一部を取り囲み、それらの間に流路３６を画定することができる。あるいは、単一のライナーと、単一のスリーブが、単一の流路を形成する場合もある。燃焼器セクション１４に進入する圧縮空気流１９は、ＣＤＣ２０によって画定され種々のスリーブを少なくとも部分的に取り囲む外側の環状の部分３８を通ってＣＤＣ２０の内部領域３７へと流れ込む。圧縮空気流１９の少なくとも一部は、流れスリーブ３０およびそらせ板３４の中に画定される穴（図示せず）を介して流路３２および３６に進入することができる。以下に考察するように、作用流体はその後、燃焼のために燃焼区域２４に進入することができる。
【００１４】
燃焼器は上記に記載され本明細書に示されるように構成される必要はなく、一般に作用流体が燃料と混合され、燃焼されガスタービンエンジン１０のタービンセクション１６に移動するのを可能にするいずれの構成も有する可能性があることを容易に理解すべきである。例えば、本開示は、環状燃焼器およびサイロ形燃焼器ならびに任意の他の好適な燃焼器を包括的に含んでいる。
【００１５】
次に図３を参照すると、ＣＤＣ２０が、より詳細に概略的に示されており、ＣＤＣ２０の種々の部分の図を強調する例示の目的で燃焼器が取り除かれている。ＣＤＣ２０は、ＣＤＣ２０の半径方向外側の領域に近接する外側タービンシェル４２に作動式に結合されたＣＤＣ隔壁４０を含んでいる。圧縮器セクション１２の尾翼領域は、圧縮空気流１９をＣＤＣ２０の内部領域３７へと排出するディフューザ４４として特徴付けることができる。ＣＤＣ２０はまた、ディフューザ４４の出口領域に近接して位置する支柱４６を含む。支柱４６は、ＣＤＣ隔壁４０と、内側タービンシェル４８に作動式に結合され、それらの間に延在している。外側タービンシェル４２は、外側支持リング５０を含む、あるいはそれに作動式に結合され、その一方で内側タービンシェル４８は、内側支持リング５２を含む、あるいはそれに作動式に結合される。外側支持リング５０および内側支持リング５２は、タービンセクション１６の入口に位置する第１段ノズル５８（図２）の外側端部５４および内側端部５６をそれぞれ支持している。
【００１６】
示されるように支柱４６は、圧縮空気流１９として圧縮器セクション１２を出る高温の空気の衝突を受ける領域内に位置する。ガスタービンエンジン１０の始動時の支柱４６の急速な加熱を回避するために、例えば遮熱材６０が含まれ、支柱４６の上流部分６２に沿って位置している。遮熱材６０は、ＣＤＣ２０の内部領域３７に存在する作動温度に耐えるのに適した任意の材料で形成されてよい。一実施形態において遮熱材６０は、支柱４６に作動式に結合される。別の実施形態において、遮熱材６０は、内側タービンシェル４８に単独に、あるいは内側タービンシェル４８と支柱４６に作動式に結合される。あるいは遮熱材６０は、ＣＤＣ２０および／またはディフューザ４４の別の構成要素に作動式に結合される場合もある。遮熱材６０がどの構成要素に結合されるかに関係なく、遮熱材６０は、支柱４６の上流部分６２から離間される。遮熱材６０は、支柱４６の上流部分６２の全長に沿って、またはその一部に沿って延在することで、支柱４６が体験する熱伝達の速度を減速させる。一実施形態において、遮熱材６０は、支柱４６の最も長い寸法において支柱４６に沿って（すなわち支柱４６の全長に沿って）延在する。別の実施形態において、遮熱材６０は、圧縮器セクション１２を出る高温の空気の衝突に直接曝される支柱４６の一部のみに沿って延在する。
【００１７】
支柱４６の熱伝達速度を減速させることによって、支柱４６の急速な熱成長を抑えることが実現する。結果として生じる熱伝達の減速によって有利には、より均衡した熱伝達速度が助長され、故にＣＤＣ２０の全ての構成要素のより均一な熱成長率を助長する。より均一な成長率によって、関連する構成要素間の過渡的な運動および相対運動を抑える。例えば支柱４６の熱成長を抑えることによって、支柱４６によって内側支持リング５２に及ぼす力が、そうではなく遮熱材６０なしで観察される場合よりも遅い速度で増大し、これによりトランジションピース２６と第１段ノズル５８の間の相対運動も抑える。
【００１８】
限定された数の実施形態のみに関連して本発明を記載してきたが、本発明は、これまで記載されていないが、本発明の精神および範囲内に相当する任意の数の変形形態、代替形態、代用形態または等価な構成を組み込むように修正することができる。付加的に、本発明の種々の実施形態が記載されているが、本発明の態様は、記載される実施形態の一部のみを含む場合があることを理解すべきである。したがって本発明は、上述の記載によって限定されるものとして理解すべきではなく、添付の特許請求の範囲の範囲によっての限定されるものである。
【符号の説明】
【００１９】
１０  ガスタービンエンジン
１２  圧縮器セクション
１４  燃焼器セクション
１６  タービンセクション
１７  ロータ
１８  燃料ノズル
１９  圧縮空気流
２０  圧縮器吐出ケーシング（ＣＤＣ）
２２  燃焼器ライナー
２４  燃焼区域
２６  トランジションピース
３０  流れスリーブ
３２  流路
３４  そらせ板
３６  流路
３８  外側の環状の部分
４０  ＣＤＣ隔壁
４２  外側タービンシェル
４４  ディフューザ
４６  支柱
４８  内側タービンシェル
５０  外側支持リング
５２  内側支持リング
５４  外側端部
５６  内側端部
５８  第１段ノズル
６０  遮熱材
６２  上流部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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