(57)【要約】  タービンエンジンの外側部分と内側部分との間に画定された中間領域を含むタービンエンジン。フロー付勢装置が設けられており、このフロー付勢装置は、中間領域内に配置されたフロー本体を含むと共に、入口、出口、及び、フロー本体内部で入口と出口との間に延在する流路を含んでいる。入口は、中間領域内に配置された第１の媒体のフローを受容し、フロー本体は、第２の媒体の付勢フローをフロー本体内部の第１の媒体の一部に噴射し、それによって出口の部分からの混合された媒体の付勢フローを形成し、混合された媒体の付勢フローは、中間領域内でフロー本体に隣接した第１の媒体のフローを形成している。
2015533994.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンエンジンの外側部分と内側部分との間に画定された中間領域；及び、
前記中間領域内に配置されたフロー本体を含むと共に、入口、出口、及び、前記フロー本体内部で前記入口と前記出口との間に延在する流路を含むフロー付勢装置、を含むタービンエンジンであって、
前記入口は、前記中間領域内に配置された第１の媒体のフローを受容し、前記フロー本体は、第２の媒体の付勢フローを前記フロー本体内部の前記第１の媒体の一部に噴射し、それによって前記出口の部分からの混合された媒体の付勢フローを形成し、前記混合された媒体の付勢フローは、前記中間領域内で前記フロー本体に隣接した前記第１の媒体のフローを形成しているタービンエンジン。
【請求項２】
前記中間領域が、前記外側部分と前記内側部分との間で、概ね前記エンジンの長手軸の周囲に存在している環状の外側空洞を備えている、請求項１に記載のタービンエンジン。
【請求項３】
前記外側部分が排気ケーシングを備えており、前記エンジンが、径方向に前記外側空洞を通って前記排気ケーシングから前記エンジンのための後軸受まで延在する複数の支柱を含んでおり、複数の前記フロー付勢装置が、複数の付勢フローを前記支柱の間に軸方向に噴出させるために設けられている、請求項２に記載のタービンエンジン。
【請求項４】
前記排気ケーシングを通って延在する環状の排ガス流路を含んでおり、前記流路が内側流路壁と外側流路壁との間に画定されており、前記外側流路壁が前記内側部分を備えており、前記支柱が前記内側流路壁と前記外側流路壁との間に延在する支柱シールドを通って延在しており、前記支柱シールドが前記外側空洞と軸受空洞との間に前記内側流路壁から径方向内側に向かって流路を形成する、請求項３に記載のタービンエンジン。
【請求項５】
前記支柱と前記支柱シールドのそれぞれとの間に、前記内側流路壁に隣接してバリア構造を含んでおり、それによって、前記軸受空洞内部から前記外側空洞へ向かって径方向外側に空気が通過することを制限している、請求項４に記載のタービンエンジン。
【請求項６】
前記フロー付勢装置が、前記流路を通るガスフローに対して上流の方向に延在する細長いディフューザを含んでおり、前記ディフューザが、複数の前記付勢フローに方向を与えるために方向付けられ、前記第１の媒体の周方向のフローを前記外側空洞の周囲に誘導するための部材を周方向において有している、請求項３に記載のタービンエンジン。
【請求項７】
前記フロー付勢装置がフロー増幅器であり、前記第２の媒体の前記付勢フローが、前記流路に供給される圧縮空気のフローを含んでおり、前記流路からの前記混合された媒体の体積流量が、前記流路への前記圧縮空気の体積流量よりも実質的に大きい、請求項１に記載のタービンエンジン。
【請求項８】
外側ケーシング、外側流路壁と内側流路壁との間に画定された環状の排ガス流路、及び、前記流路から径方向外側に配置された外側空洞を含むガスタービンエンジンであって、さらに、
前記エンジンの後軸受を前記外側ケーシングに対して支持している複数の構造的支柱；
前記外側流路壁と前記内側流路壁との間に延在する領域において前記支柱のそれぞれを囲んでいる支柱シールド；
周方向において循環するフローを生じさせるために前記外側空洞内で周方向に分配されている複数のフロー増幅器であって、前記フロー増幅器のぞれぞれは、前記外側空洞内に配置されたフロー本体を有していると共に、前記フロー本体の流路内の第１の媒体を受容するための入口と、前記入口に入ってくる前記第１の媒体を噴出させる付勢フローを供給するための出口とを画定している複数のフロー増幅器、を備えているガスタービンエンジン。
【請求項９】
前記フロー本体のぞれぞれが、前記外側空洞の外側の源から第２の媒体を受容するための供給口を含んでおり、前記第２の媒体は、前記フロー本体の前記流路内に、前記入口と前記出口との間で噴射され、前記フロー本体を通る前記第１の媒体のフローを付勢する、請求項８に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１０】
前記供給口が、前記第２の媒体を供給するために、外壁を通って前記フロー本体まで延在する導管に接続されている請求項９に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１１】
前記外側ケーシングが、タービン排気ケーシングと、前記タービン排気ケーシングの後方フランジにおいて支持された後部支持構造とを備えており、前記後部支持構造が、前記後部支持構造の周囲に周方向に配置された複数の取り外し可能なカバープレートを含んでおり、それによって、前記カバープレートと前記外側流路壁との間の前記外側空洞の後方チャンバが画定され、前記フロー増幅器がそれぞれ、前記カバープレート上で支持され、前記後方チャンバ内に配置されている、請求項８に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１２】
前記フロー増幅器がそれぞれ、前記流路を通るガスフローに対して上流の方向に延在する細長いディフューザを含んでおり、前記支柱間の前記付勢フローを、前記エンジンのタービンセクションと前記タービン排気ケーシングとの間のシールに隣接して画定された前記外側空洞の前方チャンバへ向けて誘導している、請求項１１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１３】
前記ディフューザが、周方向に伸びたシート状パターンで前記付勢フローを排出するための楕円形を画定している出口端を有している請求項１２に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１４】
前記ディフューザが、前記外側空洞の前記前方チャンバと前記後方チャンバとの間の径方向に収縮した流路に隣接して配置された出口端を有している請求項１２に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１５】
冷却空気を誘導するために前記内側流路壁の径方向内側に配置された軸受空洞を含んでおり、バリア構造が、前記軸受空洞から前記支柱シールド内への径方向外側への冷却空気のフローを制限するために、前記支柱と前記支柱シールドとの間に延在している、請求項８に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１６】
タービンエンジンの環状空洞内の温度分布を制御する方法であって、
外側ケーシングと環状排ガス流路との間に画定され、空洞空気を含んでいる外側空洞を設けるステップ；
前記外側空洞内に周方向に分配された複数のフロー付勢装置を設けるステップであって、前記フロー付勢装置のそれぞれは、前記外側空洞内に配置されたフロー本体を有しており、前記フロー本体のそれぞれは、入口及び出口を有しているステップ；及び、
前記空洞空気のフローを前記入口を通じて各フロー付勢装置に導入し、前記出口から出る前記空洞空気の付勢フローを形成し、それによって、前記空洞空気の周方向に循環するフローを前記外側空洞の周囲に誘導するステップ、を含む方法。
【請求項１７】
付勢空気フローを前記フロー本体のそれぞれに供給するステップを含んでおり、前記付勢フローは、付勢装置に入る前記付勢空気フローの体積流量率よりも大きな体積流量率で前記フロー付勢装置から流出する請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記付勢空気フローが、前記フロー本体に流入する前に、外壁を通過する請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記空洞空気の周方向に循環するフローが、前記外側空洞の温度を周方向において均一化する請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジンに、より具体的には、ガスタービンエンジンの外側ケース内部での温度分布の均一化に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ガスタービンエンジンは、圧縮機セクション、燃焼器セクション、タービンセクション及び排気セクションを含んでいる。運転中は、圧縮機セクションは周囲空気を導入し、圧縮する。圧縮機セクションからの圧縮空気は、燃焼器セクション内の１つ又は複数の燃焼器に流入する。圧縮空気は燃焼器内で燃料と混合され、空気と燃料との混合物は燃焼器内で燃焼し、高温の作動ガスが生成される。高温の作動ガスは、タービンセクションに送られ、タービンセクションにおいて、交互に配置された固定された翼の列と回転する翼の列とを通って膨張し、ロータを駆動できる力を生成するために用いられる。タービンセクションから出る膨張したガスは、排気セクションを経由してエンジンから排出され得る。
【０００３】
ガスタービンエンジン技術の進歩によって、温度の上昇と、関連付けられた外側ケースの熱膨張による変形とがもたらされた。ケースの変形は、ケース内、及び、排気端部軸受を支持するための軸受支持支柱のような、エンジン内のケース上に支持された部材内の応力を増大させる可能性がある。低サイクル疲労と組み合わされて機能し得る付加的な応力は、軸受支持支柱の亀裂、破砕又は不具合の一因になり得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一実施態様に従って、タービンエンジンの外側部分と内側部分との間に画定される中間領域を含むタービンエンジンが提供される。中間領域内に配置されたフロー本体（flow body）を含むと共に、入口、出口、及び、フロー本体内部で当該入口と当該出口との間に延在する流路を含むフロー付勢装置（flow energizer）が提供される。当該入口は、中間領域内に配置された第１の媒体のフローを受容し、フロー本体は、第２の媒体の付勢フロー（energizing flow）をフロー本体内部の第１の媒体の一部に噴射し、それによって出口部分からの混合された媒体の付勢フローを形成し、混合された媒体の付勢フローは、中間領域内でフロー本体に隣接した第１の媒体のフローを形成する。
【０００５】
中間領域は、環状の外側空洞を備えていて良く、当該外側空洞は、一般的に、外側部分と内側部分との間で、エンジンの長手軸の周囲に存在している。
【０００６】
外側部分は、排気ケーシングを備えていて良く、エンジンは、接線方向又は径方向に外側空洞を通って排気ケーシングからエンジンのための後軸受まで延在する複数の支柱を含んでいて良い。複数のフロー付勢装置を、複数の付勢フローを支柱の間に軸方向に噴出させるために設けても良い。
【０００７】
環状の排ガス流路を、排気ケーシングを通って延在するように設けて良く、当該流路は、内側流路壁と外側流路壁との間に画定されており、外側流路壁は内側部分を備えている。支柱は、内側流路壁と外側流路壁との間に延在する支柱シールドを通って延在して良く、支柱シールドは、外側空洞と軸受空洞との間に、内側流路壁から径方向内側に向かって流路を形成する。
【０００８】
支柱と各支柱シールドとの間に、内側流路壁に隣接してバリア構造を配置して良く、それによって、軸受空洞内部から外側空洞へ向かって径方向外側に空気が通過することが制限される。
【０００９】
フロー付勢装置は、流路を通るガスフローに対して上流の方向に延在する細長いディフューザを含んでいて良く、ディフューザは、複数の付勢フローに方向を与えるために方向付けられて良く、第１の媒体の周方向のフローを外側空洞の周囲に誘導するための部材を周方向において有している。
【００１０】
フロー付勢装置はフロー増幅器であって良く、第２の媒体の付勢フローは、流路に供給される圧縮空気のフローを含んでいて良く、流路からの混合された媒体の体積流量は、流路への圧縮空気の体積流量よりも大幅に大きい。
【００１１】
本発明の別の実施態様に従って、外側ケーシング、外側流路壁と内側流路壁との間に画定された環状の排ガス流路、及び、流路から径方向外側に配置された外側空洞を含むガスタービンエンジンが提供される。エンジンはさらに、エンジンの後軸受を外側ケーシングに対して支持している複数の構造的支柱と、外側流路壁と内側流路壁との間に延在する領域において各支柱を囲んでいる支柱シールドとを含んでいる。複数のフロー増幅器が、周方向において循環するフローを生じさせるために、外側空洞内で周方向に分配されており、各フロー増幅器は、外側空洞内に配置されたフロー本体を有していると共に、フロー本体の流路内の第１の媒体を受容するための入口と、入口に入ってくる第１の媒体を噴出させる付勢フローを供給するための出口とを画定している。
【００１２】
各フロー本体は、外側空洞の外側の源から第２の媒体を受容するための供給口を含んでいて良く、第２の媒体は、フロー本体の流路内の、入口と出口との間に噴射され、フロー本体を通る第１の媒体のフローに付勢する。
【００１３】
供給口を、第２の媒体を供給するために、外壁を通ってフロー本体まで伸びる導管に接続しても良い。
【００１４】
外側ケーシングは、タービン排気ケーシングと、タービン排気ケーシングの後方フランジにおいて支持された後部支持構造とを備えていて良く、後部支持構造は、後部支持構造の周囲に周方向に配置された複数の取り外し可能なカバープレートを含んでおり、それによって、カバープレートと外側流路壁との間の外側空洞の後方チャンバが画定され、フロー増幅器はそれぞれ、カバープレート上で支持され、後方チャンバ内に配置されている。
【００１５】
フロー増幅器はそれぞれ、流路を通るガスフローに対して上流の方向に延在する細長いディフューザを含んでいて良く、支柱間の付勢フローを、エンジンのタービンセクションとタービン排気ケーシングとの間のシールに隣接して画定された外側空洞の前方チャンバへ向けて誘導している。
【００１６】
ディフューザは、周方向に伸びたシート状パターンで付勢フローを排出するための楕円形を画定している出口端を有していて良い。
【００１７】
ディフューザは、外側空洞の前方チャンバと後方チャンバとの間の径方向に収縮した流路に隣接して配置された出口端を有していて良い。
【００１８】
軸受空洞を、冷却空気を誘導するために、内側流路壁の径方向内側に配置して良く、バリア構造は、軸受空洞から支柱シールド内への径方向外側への冷却空気のフローを制限するために、支柱と支柱シールドとの間に延在して良い。
【００１９】
本発明のさらなる実施態様に従って、タービンエンジンの環状空洞内の温度分布を制御する方法が提供される。当該方法は、外側ケーシング及び環状排ガス流路の間に画定され、空洞空気を含んでいる外側空洞を設けるステップと、外側空洞内に周方向に分配された複数のフロー付勢装置を供給するステップと、を含んでいる。各フロー付勢装置は、外側空洞内に配置されたフロー本体を有しており、各フロー本体は、入口及び出口を有している。空洞空気のフローは、入口を通って各フロー付勢装置に導入され、出口から出る空洞空気の付勢フローを形成し、それによって、空洞空気の周方向に循環するフローが外側空洞の周囲に誘導される。
【００２０】
付勢空気フローを各フロー本体に供給して良く、付勢フローは、付勢装置に入る付勢空気フローの体積流量率よりも大きな体積流量率でフロー付勢装置から流出する。
【００２１】
付勢空気フローは、フロー本体に流入する前に、外壁を通過して良い。
【００２２】
空洞空気の周方向に循環するフローは、外側空洞の温度を周方向において均一化する可能性がある。
【００２３】
本明細書は、特に本発明を指摘し、明確に主張している請求項で締めくくられるが、本発明は、添付の図面を用いた以下の説明から、より良好に理解されるであろうと思われる。これらの図面において、類似した参照符号は、類似した要素を特定している。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施態様を示した、タービンセクション及び排気セクションの一部を含むガスタービンエンジンの横断面の図である。
【図２】図１の線２‐２に沿った横断面の図である。
【図３】排気セクションの外側空洞内に配置されたフロー付勢装置を示す拡大斜視図である。
【図４】図３のフロー付勢装置を、異なる角度から見た斜視図である。
【図５】フロー付勢装置のディフューザの端部を示す図である。
【図６】後方排気ケーシングカバーに関連して取り付けられたフロー付勢装置の平面図である。
【図７】図１の線７−７に沿った横断面の図である。
【図８】フロー増幅器を備えたフロー付勢装置を示す横断面の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下の好ましい実施態様の詳細な説明において、その一部を成す添付の図面について言及される。当該図面では、限定ではなく説明の目的で、具体的な好ましい、本発明を実行できる実施態様が示される。他の実施態様を利用して良いこと、及び、本発明の精神及び範囲を離れることなく変更を行って良いことが理解されるべきである。
【００２６】
図１を参照すると、本発明の実施態様を示すために、ガスタービンエンジンの排気セクション１０の一部が示されており、当該部分は、タービンセクション１２の軸方向下流に配置されている。排気セクション１０は一般的に、概して水平な中央の長手軸ＡＣの周囲に周方向に延在する外側ケーシング１４によって画定される外側部分を含む円筒形構造を含んでいる。排気セクション１０の外側ケーシング１４は、タービン１２のフランジ１８に接続された前方フランジ１６を備えたタービン排気ケーシングを含んでいる。外側ケーシング１４は付加的に、径方向に延在する後方フランジ２２から後方に延在する後部支持構造２０を含んでいる。後部支持構造２０は、複数の支持ロッド２４（図１には１つが示されている）を含んでおり、図３も参照すると、当該支持ロッドは、水平フランジ２６に支持され、後壁２８に向かって後方に延在しており、排気ディフューザ２９の少なくとも一部を支持するために設けられている。図７から見て取れるように、図示された実施態様では、２４個の支持ロッド２４が設けられている。加えて、複数の後方排気ケーシングカバー２５が、後方フランジ２２と後壁２８との間に支持され、支持ロッド２４を周方向に囲んでいる外側後方ケーシング２７を形成している。後方カバー２５は、好ましくは、ボルトのような締め具によって、後方フランジ２２及び後壁２８に、前方及び後方カバーフランジ２５ａ、２５ｂにおいて取り付けられており（図３）、それによって後方カバー２５を取り外し可能なように取り付けることが可能になっている。
【００２７】
外側ケーシング１４は、エンジンの後端軸受３０を支持するための構造部材又はフレームを形成する比較的厚い壁を含んでいる。図２も参照のこと。エンジンは、タービンセクション２４内での回転のために、複数のブレード３４を支持しているロータ３２を含むと理解して良い。特に、高温の作動ガス３５は、燃焼器セクション（図示せず）で生成され、タービンセクション１２を通って延在する流路３７を通って流れ、そこで、ベーン３６の列及びブレード３４の列によって形成されたタービンセクション１２の段を通って膨張し、エンジンから作業出力を生じさせるためにブレード３４及びロータ３２を回転させる。
【００２８】
ディフューザ２９は、流路３７から連続する部分を含む環状流路を画定する外側流路壁３８及び内側流路壁４０を、タービンセクション１２からの膨張した高温の作業ガス又は排ガスを運ぶために含んでいる。端部軸受３０は、外側ケーシング１４内の中央の位置で軸受３０を支持かつ維持するために、外側ケーシング１４上の接続部４４からディフューザ２９を通って軸受３０上の接続部４６へ延在している複数の支柱４２によって支持されている。加えて、ディフューザ２９内の流路３７を通って延在する各支柱４２の一部は、支柱４２をディフューザ２９を通過する高温の排ガス３５から隔離するための支柱シールド４８によって囲まれている。支柱シールド４８は、ディフューザ２９の外側流路壁３８及び内側流路壁４０に接続された外側端５０及び内側端５２を有する中空構造を含んでいると理解して良い。
【００２９】
ディフューザ２９を排ガスが通過する結果、外側流路壁３８及び内側流路壁４０は高温になり、熱を径方向外側及び径方向内側に放射する。特に、熱は外側へ放射され、ここでは環状外側空洞５４と呼ばれる、外側ケーシング１４と内側部分との間の中間領域内の空気を暖める。当該中間領域は、ディフューザ２９の外壁３８によって画定され、軸方向において、タービンフランジ１８と外側ケーシング１４との間の接点で、軸方向前方のフィンガーシール５５と後壁２８とによって境界される。同様に、熱が内壁４０から軸受空洞５６に放射される。軸受空洞５６では、軸受３０及び何らかの関連する潤滑流体が過熱されないことを確実化するために、冷却空気を軸受空洞空気のフローによって供給して良い。しかしながら、内壁４０は、内壁４０から伝達される熱の量を制限又は削減するために、軸受空洞５６内部に断熱体（図示せず）を含んでいて良い。
【００３０】
本発明の一実施態様に従って、温度制御、及び、特に、環状外側空洞５４内における温度勾配の均衡のとれた分布は、いくつかの要因ゆえに困難であることが認識された。これらの要因に含まれるのは、外側空洞５４を形成する中間領域への冷却空気又は空気フローを供給するための手段が制限されていること；当該領域を周方向において熱的に分離されたセクションに分割するバリアを形成し、外側空洞を通って延在し、外側空洞５４の前方チャンバ５８を通る空気の制御された周方向フローを供給する能力を制限する支柱４２の径方向外側の部分の軸方向の長さ；外側空洞５４の後方チャンバ６０内の空気のフローを周方向において効果的に遮断する働きをする支持ロッド２４、である。外側空洞５４の前方チャンバ５８及び後方チャンバ６０が、後方フランジ２２の近傍に軸方向に配置された、径方向に制限された流路６２によって接続されていること、及び、制限された流路６２は、ディフューザ２９が加熱される際に狭まる傾向があり、外壁３８は外側ケーシング１４に向かって外側に膨張することを指摘しておいても良いだろう。
【００３１】
自然対流によって、外側空洞５４内の暖められた、又は、高温の空気は、エンジンの上半分に上昇する傾向があり、それによって、不均一な温度分布が形成され、エンジンの上半分における支柱４２及び外側ケーシング１４の一部は、エンジンの下半分における支柱４２及び外側ケーシング１４の一部よりも大幅に高温になり得る。例えば、約１８０℃の温度差が、排気セクション１０内部のエンジンの上半分と下半分との間には存在し得る。その結果、外側ケーシングは、円筒形からの歪みを呈するか、又は、楕円化し、外側ケーシングの垂直方向の寸法は、水平方向の寸法よりも大きくなる。加えて、支柱４２の異なる温度ムーブメント、すなわち異なる膨張及び収縮によって、端部軸受３０の位置が中心から移動し、例えばエンジン内で軸受３０が下方に移動し、ブレード３４が周囲のブレードリング構造３３の近くに移動し（図１）、ブレード端の隙間が減少し、摩擦が生じる可能性がある。加えて、例えばエンジンの通常の周期的運転及び停止によって生じる外側ケーシング１４の形の周期的な変化は、排気セクション１０の構造内の部材の寿命の減少を伴って、熱的に誘導された応力を増大させる可能性があると考えられる。
【００３２】
本発明の一実施態様に従って、外側空洞５４内で空気のフローを誘導又は生成し、排気セクションの周囲における温度差を大幅に減少させ、それによって、外側ケーシング１４及び端部軸受３０の一部への温度の影響を減少させるために、空気循環システムが提供される。
【００３３】
図１、図３、図４及び図７を参照すると、空気循環システムは、外側空洞５４内で周方向において互いに対して離間して配置された複数のフロー付勢装置６４を含んでおり、それによって、媒体、すなわち外側空洞５４内の暖かい、又は、高温の空洞空気を含む第１の媒体のフローが供給される。上述したように、エンジンが稼働している間は排ガスが生み出され、外側流路壁３８は、熱を外側空洞５４へ向けて外側に放射するので、外側空洞５４内の空気温度は非常に高くなる。以下にさらに説明するように、付勢装置６４は、外側空洞５４内部で加熱された空気の動き又は流れを形成するために設けられる。さらに、各付勢装置６４から排出された媒体のフローは、個別の付勢装置６４付近における空気の温度と実質的に類似した温度を有していると理解して良い。外側空洞５４内での高温空気の分配は、例えば冷却空気の噴射を用いる冷却手法といった、局部的な冷却手法から生じ得る熱的応力を回避又は制限するために行われる。
【００３４】
さらに図８を参照すると、各フロー付勢装置６４は、円筒形であって良いフロー本体６６を含んでおり、第１の媒体のフロー本体６６の入口６８からフロー本体６６の出口７０へのフローに関して、フロー中心軸ＡＦを決定している。図示された実施態様では、ディフューザ７２は、フロー本体６６に取り付けられ、出口７０からの付勢フローを方向に関して誘導するために、出口７０から軸方向に延在している。ディフューザ７２は付勢装置本体６６から分離した部材として記載されているが、ディフューザ７２は付勢装置本体６６と一体的に形成され得ると理解しても良い。
【００３５】
供給口７４は、第２の媒体をフロー本体６６によって画定された流路７６にフロー中心軸ＡＦに平行に噴射するために、入口６８と出口７０との間の付勢装置本体６６内に配置されている。供給口７４は、一般的に、フロー本体６６の内側表面７８によって形成される連続的な環状孔であって良いか、又は、環状本体６６内の環状供給チャンバ８０と流体接続されているように配置された、複数の周方向において離間した開口部を含んでいて良い。供給口７４は、供給チャンバ８０からの流路として形成されており、供給チャンバ８０は、フロー中心軸ＡＦの軸方向下流の方向において、第２の媒体を出口７０に向けて下流に排出するための部材を有している。
【００３６】
供給チャンバ８０には、好ましくは圧縮空気を含む第２の媒体が、第２の媒体導管８２を通じて供給される。以下「圧縮空気」と称される第２の媒体は、供給口７４から高い流速で排出され、第１の媒体のフローは入口６８へ流入し、流路７６を通り、出口７０まで流れるように誘導される。フロー本体は市販のフロー増幅器を含んでいて良く、入口６８に入る媒体の体積流量率は、供給口７４を通って供給される圧縮空気の体積流量率よりもはるかに大きく、流出する付勢フローは、圧縮空気と入口６８を通じて引き込まれた媒体との混合物を含む混合フロー又は混合媒体であると理解して良い。したがって、フロー本体６６は、従来のフロー増幅器の原理に従って動作している。
【００３７】
図１及び図３に見られるように、各フロー付勢装置６４は、外側空洞５４の後方チャンバ６０内に配置されており、各後方カバー２５上で、フロー本体６６から軸方向上流に、すなわち、ディフューザ２９を通る排ガスのフローに対して上流に延在しているディフューザ７２と共に支持されている。具体的には、付勢装置６４を、ブラケット８４ａ、８４ｂ（図４）によって、外側空洞５４から後方カバー２５を通って径方向外側に延在する第２の媒体導管８２と共に、各後方カバー２５の底面に固定して良い。付勢装置６４は、制限的な流路６２に向けて径方向内側に角度付けられたディフューザ７２に支持されており、付勢装置６４から排出されるフローは、軸方向前方へ向けられ、制限的な流路６２を通り、前方チャンバ５８に流入する。
【００３８】
図４及び図５を参照すると、ディフューザ７２の出口端８６は、周方向に延在する主軸Ａ１と径方向に延在する短軸Ａ２とを有する楕円又は略楕円の形状を画定する。図示された実施態様では、主軸Ａ１の寸法Ｄ１は、短軸Ａ２の寸法Ｄ２の約４倍大きい。ディフューザ７２の出口端８６は、排出されたフローの周方向に細長いシート形成するように構成されている。この排出されたフローは、制限的な流路６２を通って支柱４２の間を流れ、支柱４２の間からの暖かい空気を、前方チャンバ５８の軸方向上流側で、フィンガーシール５５に向けて軸方向前方に動かしている。
【００３９】
加えて、図６に見られるように、付勢装置６４のそれぞれは、エンジンの中央長手軸ＡＣに対して角度αを成すように方向付けられたフロー本体６６のフロー中心軸ＡＦで支持されている。図示された実施態様では、フロー軸ＡＦは、長手軸ＡＣに対して約２６°の角度αを成すように方向付けられており、部材によって、排気フローの下流方向に見た場合に、付勢フローを周方向において時計回りに移動させる。付勢装置６４から排出される空気は、フィンガーシール５５へ向けて軸方向前方へ進み、外側空洞５４の周囲を略周方向に動くように屈折させられる。したがって、付勢フローの周方向に角度付けられた方向は、外側空洞５４内部で周方向に循環する高温空気のフローを誘導し、それによって、通常は外側空洞５４の上側部分に蓄積する傾向のあるより高温の空気は、自然対流によって、エンジンの下半分に向けて下方に移動し、通常は外側空洞５４の下側部分に蓄積する傾向のあるより低温の空気は、エンジンの上半分に向けて上方に移動する。外側空洞５４内の周方向に循環する空気フローは、外側空洞５４における排気セクション１０の周囲付近の温度を実質的に均一にするために機能すると理解して良い。さらに、外側空洞５４内の空洞空気が後方チャンバ６０から前方チャンバ５８に軸方向に移動することは、外側空洞５４の周囲の空気の周方向の動きと組み合わせて、外側空洞５４内の温度を均一化するために空気の軸方向及び周方向両方の動きを供給する働きをすると理解して良い。
【００４０】
上述したように、支柱シールド４８は中空構造を含んでおり、流路９０（図１）は支柱シールド４８と関連する支柱４２との間で画定されて良い。軸受空洞５６内の冷却空気が外側空洞５４へ向けて径方向外側へ流れることを制限するために、フローバリア９２を、支柱４２が内側流路壁４０から径方向内側へ延在している場所に設けても良い。バリア９２は、支柱４２と内側流路壁４０との間に延在しており、軸受冷却空気が流路９０を流れることを実質的に防止又は制限する。したがって、バリア９２は、支柱４２の場所で外側空洞５４へ流入する軸受冷却空気の制御されていない流路によって形成され得る付加的な温度勾配条件を実質的に防止している。
【００４１】
運転中は、付勢装置６４から供給される空気の大部分は、後方チャンバ６０からフロー本体６６の入口６８へ引き出される高温の空洞空気を含んでおり、付勢空気のわずかな部分のみが、第２の媒体導管８２を通じて供給された圧縮空気を含んでいると理解して良い。さらに、エンジンが故障した場合の修理作業の間に修理用の空気を供給するために、導管８２に供給される圧縮空気を、図１において８８の参照符号で示されているような、一般的に発電所のタービンエンジンの近くに存在する工場用空気源から調達しても良いことが指摘される。工場用空気源８８と関連して、付勢装置６４に供給される空気の流量及び／又は圧力を制御するために、適切な弁、流量調整弁及びその他のフロー制御部材を設けても良く、圧縮空気のフローを個別に、すなわち異なる流量及び／又は圧力で、各付勢装置６４に関して制御して良いと理解して良い。代替的に、エンジンの圧縮機セクションからの抽気の一部を含む、他の圧縮空気源を用いても良い。
【００４２】
さらに、フロー付勢装置６４によってもたらされるような、外側空洞５４内部での空気の循環は、好ましくは、温度勾配の形成を制御又は制限するため、及び、好ましくはタービンの排気セクション１０の上側部分と下側部分との間における温度差の発生を回避するために、エンジンの作動に先立って行われる。空気循環システムは、エンジンが稼働している間、動作している。空気循環システムはまた、好ましくは、エンジンの停止の後、エンジン内部の部材温度が臨界温度以下に低下するまで動作する。当該臨界温度では、周囲のブレードリング構造上におけるタービンブレードの摩擦のような、可動部材と固定された部材との間における干渉が生じる可能性が大幅に減少する。
【００４３】
以上の説明から、後方カバー２５に付勢装置６４を取り付けることは、エンジンから離れた工場での作業において、付勢装置とカバー構造との組立に資するものであると理解して良い。さらに、後方カバー２５は、取り外し可能に取り付けられた、つまり部材にボルトで固定されたエンジン部材であるので、既存の後方カバー２５を、後方カバー２５に取り付けられた付勢装置６４を含み、付勢装置及びカバー構造を形成しているアセンブリと容易に交換することができる。したがって、複数の付勢装置及びカバー構造を工場で用意し、エンジンが存在する場所に船で輸送し、既存のエンジンを現場で修正し、本発明を実行しても良い。
【００４４】
本発明の特定の実施態様を図示かつ説明してきたが、本発明の精神及び範囲から離れることなく、様々なその他の変更及び修正を行うことが可能であることが、当業者には明らかであろう。したがって、添付の請求項では、本発明の範囲内のそのような全ての変更及び修正を対象とすることが意図されている。
【符号の説明】
【００４５】
１０  排気セクション
１２  タービンセクション
１４  外側ケーシング
１６  前方フランジ
１８  タービンフランジ
２０  後部支持構造
２２  後方フランジ
２４  支持ロッド
２５  後方カバー
２５ａ  前方カバーフランジ
２５ｂ  後方カバーフランジ
２６  水平フランジ
２７  外側後方ケーシング
２８  後壁
２９  ディフューザ
３０  軸受
３２  ロータ
３３  ブレードリング構造
３４  ブレード
３５  作動ガス
３６  ベーン
３７  流路
３８  外側流路壁
４０  内側流路壁
４２  支柱
４４  接続部
４６  接続部
４８  支柱シールド
５０  外側端
５２  内側端
５４  外側空洞
５５  フィンガーシール
５６  軸受空洞
５８  前方チャンバ
６０  後方チャンバ
６２  流路
６４  付勢装置
６６  フロー本体
６８  入口
７０  出口
７２  ディフューザ
７４  供給口
７６  流路
７８  内側表面
８０  供給チャンバ
８２  第２の媒体導管
８４ａ  ブラケット
８４ｂ  ブラケット
８６  出口端
８８  工場用空気源
９０  流路
９２  バリア
【図１】
2015533994.tif 000003
【図２】
2015533994.tif 000004
【図３】
2015533994.tif 000005
【図４】
2015533994.tif 000006
【図５】
2015533994.tif 000007
【図６】
2015533994.tif 000008
【図７】
2015533994.tif 000009
【図８】
2015533994.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成27年7月6日(2015.7.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンエンジンの外側部分と内側部分との間に画定された中間領域；及び、
前記中間領域内に配置されたフロー本体を含むと共に、入口、出口、及び、前記フロー本体の内部で前記入口と前記出口との間に延在する流路を含むフロー付勢装置、を含むタービンエンジンであって、
前記入口は、前記中間領域内に配置された第１の媒体のフローを受容し、前記フロー本体は、第２の媒体の付勢フローを前記フロー本体の内部の前記第１の媒体の一部に噴射し、それによって前記出口の部分からの混合された媒体の付勢フローを形成し、前記混合された媒体の付勢フローは、前記中間領域内で前記フロー本体に隣接した前記第１の媒体のフローを形成しているタービンエンジン。
【請求項２】
前記中間領域が、前記外側部分と前記内側部分との間で、前記タービンエンジンの長手軸の周囲に存在している環状の外側空洞を備えている、請求項１に記載のタービンエンジン。
【請求項３】
前記外側部分が排気ケーシングを備えており、前記タービンエンジンが、径方向に前記外側空洞を通って前記排気ケーシングから前記タービンエンジンのための後軸受まで延在する複数の支柱を含んでおり、複数の前記フロー付勢装置が、複数の付勢フローを前記支柱の間に軸方向に噴出させるために設けられている、請求項２に記載のタービンエンジン。
【請求項４】
前記排気ケーシングを通って延在する環状の排ガス流路を含んでおり、前記流路が内側流路壁と外側流路壁との間に画定されており、前記外側流路壁が前記内側部分を備えており、前記支柱が前記内側流路壁と前記外側流路壁との間に延在する支柱シールドを通って延在しており、前記支柱シールドが前記外側空洞と軸受空洞との間に前記内側流路壁から径方向内側に向かって流路を形成する、請求項３に記載のタービンエンジン。
【請求項５】
前記支柱と前記支柱シールドのそれぞれとの間に、前記内側流路壁に隣接してバリア構造を含んでおり、それによって、前記軸受空洞の内部から前記外側空洞へ向かって径方向外側に空気が通過することを制限している、請求項４に記載のタービンエンジン。
【請求項６】
前記フロー付勢装置が、前記流路を通るガスフローに対して上流の方向に延在する細長いディフューザを含んでおり、前記ディフューザが、複数の前記付勢フローに方向を与えるために方向付けられ、前記第１の媒体の周方向のフローを前記外側空洞の周囲に誘導するための部材を周方向において有している、請求項３に記載のタービンエンジン。
【請求項７】
前記フロー付勢装置がフロー増幅器であり、前記第２の媒体の前記付勢フローが、前記流路に供給される圧縮空気のフローを含んでおり、前記流路からの前記混合された媒体の体積流量が、前記流路への前記圧縮空気の体積流量よりも大きい、請求項１に記載のタービンエンジン。
【請求項８】
外側ケーシング、外側流路壁と内側流路壁との間に画定された環状の排ガス流路、及び、前記環状の排ガス流路から径方向外側に配置された外側空洞を含むガスタービンエンジンであって、さらに、
前記ガスタービンエンジンの後軸受を前記外側ケーシングに対して支持している複数の構造的支柱；
前記外側流路壁と前記内側流路壁との間に延在する領域において前記構造的支柱のそれぞれを囲んでいる支柱シールド；
周方向において循環するフローを生じさせるために前記外側空洞内で周方向に分配されている複数のフロー増幅器であって、前記フロー増幅器のぞれぞれは、前記外側空洞内に配置されたフロー本体を有していると共に、前記フロー本体の流路内の第１の媒体を受容するための入口と、前記入口に入ってくる前記第１の媒体を噴出させる付勢フローを供給するための出口とを画定している複数のフロー増幅器、を備えているガスタービンエンジン。
【請求項９】
前記フロー本体のそれぞれが、前記外側空洞の外側の源から第２の媒体を受容するための供給口を含んでおり、前記第２の媒体は、前記フロー本体の前記流路内に、前記入口と前記出口との間で噴射され、前記フロー本体を通る前記第１の媒体のフローを付勢する、請求項８に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１０】
前記供給口が、前記第２の媒体を供給するために、外壁を通って前記フロー本体まで延在する導管に接続されている請求項９に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１１】
前記外側ケーシングが、タービン排気ケーシングと、前記タービン排気ケーシングの後方フランジにおいて支持された後部支持構造とを備えており、前記後部支持構造が、前記後部支持構造の周囲に周方向に配置された複数の取り外し可能なカバープレートを含んでおり、それによって、前記カバープレートと前記外側流路壁との間の前記外側空洞の後方チャンバが画定され、前記フロー増幅器がそれぞれ、前記カバープレートの上で支持され、前記後方チャンバ内に配置されている、請求項８に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１２】
前記フロー増幅器がそれぞれ、前記流路を通るガスフローに対して上流の方向に延在する細長いディフューザを含んでおり、前記構造的支柱間の前記付勢フローを、前記ガスタービンエンジンのタービンセクションと前記タービン排気ケーシングとの間のシールに隣接して画定された前記外側空洞の前方チャンバへ向けて誘導している、請求項１１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１３】
前記ディフューザが、周方向に伸びたシート状パターンで前記付勢フローを排出するための楕円形を画定している出口端を有している請求項１２に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１４】
前記ディフューザが、前記外側空洞の前記前方チャンバと前記後方チャンバとの間の径方向に収縮した流路に隣接して配置された出口端を有している請求項１２に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１５】
冷却空気を誘導するために前記内側流路壁の径方向内側に配置された軸受空洞を含んでおり、バリア構造が、前記軸受空洞から前記支柱シールド内への径方向外側への冷却空気のフローを制限するために、前記支柱と前記支柱シールドとの間に延在している、請求項８に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１６】
タービンエンジンの環状空洞内の温度分布を制御する方法であって、
外側ケーシングと環状排ガス流路との間に画定され、空洞空気を含んでいる外側空洞を設けるステップ；
前記外側空洞内に周方向に分配された複数のフロー付勢装置を設けるステップであって、前記フロー付勢装置のそれぞれは、前記外側空洞内に配置されたフロー本体を有しており、前記フロー本体のそれぞれは、入口及び出口を有しているステップ；及び、
前記空洞空気のフローを前記入口を通じて各フロー付勢装置に導入し、前記出口から出る前記空洞空気の付勢フローを形成し、それによって、前記空洞空気の周方向に循環するフローを前記外側空洞の周囲に誘導するステップ、を含む方法。
【請求項１７】
付勢空気フローを前記フロー本体のそれぞれに供給するステップを含んでおり、前記付勢フローは、付勢装置に入る前記付勢空気フローの体積流量率よりも大きな体積流量率で前記フロー付勢装置から流出する請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記付勢空気フローが、前記フロー本体に流入する前に、外壁を通過する請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記空洞空気の周方向に循環するフローが、前記外側空洞の温度を周方向において均一化する請求項１６に記載の方法。
【国際調査報告】
2015533994.tif 000011
2015533994.tif 000012