(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
静翼列（４ｂ）と動翼列（４ａ）の間にパージエア（９ｂ）を吹き出すための隙間（１０）を備え、該隙間を静翼列の背側の主流（９ａ）と混合する隙間の狭い狭領域（１０ａ）と、静翼列の腹側の主流（９ａ）と混合する隙間の広い広領域（１０ｂ）とで構成し、パージエアを静翼列の腹側を通過した主流と混合させる、ことを特徴とするガスタービンパージエアの主流吹き出し方法。
【請求項２】
狭領域（１０ａ）と広領域（１０ｂ）からなる隙間（１０）の吹き出し面積を、隙間が均一な場合と同一に設定する、ことを特徴とする請求項１に記載のガスタービンパージエアの主流吹き出し方法。
【請求項３】
前記狭領域（１０ａ）と広領域（１０ｂ）を上流側の静翼列（４ｂ）を構成する静翼に合わせて交互に複数設定する、ことを特徴とする請求項１に記載のガスタービンパージエアの主流吹き出し方法。
【請求項４】

静翼列（４ｂ）と動翼列（４ａ）の間にパージエア（９ｂ）を吹き出すための隙間（１０）を備え、該隙間を静翼列の背側の主流（９ａ）と混合する隙間の狭い狭領域（１０ａ）と、静翼列の腹側の主流（９ａ）と混合する隙間の広い広領域（１０ｂ）とで構成し、パージエアを静翼列の腹側を通過した主流と混合させるようにした、ことを特徴とするガスタービンパージエアの主流吹き出し構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ガスタービンパージエアの主流吹き出し方法と構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２はターボジェットエンジンの模式的構成図であり、空気取入口１、圧縮機２、燃焼器３、ガスタービン４、アフターバーナ５、ジェットノズル６、等を備えている。かかるターボジェットエンジンでは、空気を空気取入口１から導入し、圧縮機２でこの空気を圧縮し、燃焼器３内で燃料を燃焼させて高温の燃焼ガスを発生させ、発生した燃焼ガスでガスタービン４を駆動し、このガスタービン４で圧縮機２を駆動し、アフターバーナ５でタービンを出た排ガスにより燃料を再度燃焼させ、高温の燃焼排ガスをジェットノズル６で膨張させて後方に噴出し、推力を発生するようになっている。この構成は、ターボジェットエンジン以外のジェットエンジンでも同様である。
【０００３】
図３は、図２のガスタービン４の部分拡大断面図である。この図に示すように、ジェットエンジンのガスタービンは、軸７と共に回転する動翼列４ａと、その間に位置する静翼列４ｂとからなり、燃焼器３で発生した燃焼ガスの流れ方向を静翼列４ｂで動翼列に適した方向に向け、この燃焼ガスで動翼列４ａを回転駆動する。
また、燃焼ガスの主流９ａに対して、タービンディスクフロント等を冷却する冷却空気９ｂ（パージエア）が静翼列４ｂと動翼列４ａの間から吹き出し、主流９ａと混合して下流側の動翼列４ａに流入する。
なお、この図では、２組の動翼列４ａとその間に位置する１組の静翼列４ｂを示しているが、通常最上段を含めて２組以上の静翼列を備える。最上段の静翼列は、単にノズルと呼ぶ場合もある。更に、上流側の高圧タービンと下流側の低圧タービンを備え、それぞれ別個に動翼列と静翼列を有する場合もある。
【０００４】
図４は、図３のＡ−Ａ矢視図である。この図に示すように、パージエア９ｂは、静翼列４ｂと動翼列４ａの間（タービンディスクフロント）から全周にわたり吹き出し、主流９ａと混合するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、タービン入口の高温化に伴い、冷却空気量（パージエア９ｂ）が増大する傾向にある。それら冷却空気（パージエア）は図４に示したように翼列間の均一な隙間から全周にわたり吹き出し、主流９ａと混合する。しかし、この混合によりミキシングロスと呼ぶエネルギー損失が生じ、タービンの空力性能が低下する。
【０００６】
すなわち、冷却空気の一部であるタービンディスクフロントのパージエア９ｂは、主流９ａの流れが超音速（マッハ数１以上）であるタービン静翼出口に吹き出しているため、他の部分の冷却空気と比べて流量あたりのミキシングロスが大きく、タービンの空力性能への悪影響も大きい問題点があった。
【０００７】
本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、静翼列と動翼列の間（タービンディスクフロント）から吹き出し、主流と混合するパージエアによるミキシングロスを低減し、タービンの空力性能を向上させることができるガスタービンパージエアの主流吹き出し方法と構造を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
静翼まわりの主流の速度は、静翼の背側（Ｓｕｃｔｉｏｎ  Ｓｕｒｆａｃｅ）と腹側（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｕｒｆａｃｅ）とで大きく相違し、背側ではマッハ数が高く高速であり、腹側ではマッハ数が低く相対的に低速である。上述した従来のパージエアの吹き出し方法では、パージエア９ｂを、静翼列４ｂと動翼列４ａの間（タービンディスクフロント）の均一な隙間から全周にわたり吹き出していたため、背側の高速主流９ａと混合する部分（図中に大きい破線円で示す）では大きいミキシングロスが発生する。
更に、主流の翼間の静圧は背側が低く腹側が高いため、均一な隙間の全周から吹き出されるパージエアは、背側が流量が多く腹側が少ない傾向となり、ミキシングロスは更に大きくなる。従って、これらのミキシングロスがタービン空力性能を低下させていると考えることができる。本発明は、かかる新規の知見に基づくものである。
【０００９】
すなわち、本発明によれば、静翼列（４ｂ）と動翼列（４ａ）の間にパージエア（９ｂ）を吹き出すための隙間（１０）を備え、該隙間を静翼列の背側の主流（９ａ）と混合する隙間の狭い狭領域（１０ａ）と、静翼列の腹側の主流（９ａ）と混合する隙間の広い広領域（１０ｂ）とで構成し、パージエアを静翼列の腹側を通過した主流と混合させる、ことを特徴とするガスタービンパージエアの主流吹き出し方法が提供される。
また、本発明によれば、静翼列（４ｂ）と動翼列（４ａ）の間にパージエア（９ｂ）を吹き出すための隙間（１０）を備え、該隙間を静翼列の背側の主流（９ａ）と混合する隙間の狭い狭領域（１０ａ）と、静翼列の腹側の主流（９ａ）と混合する隙間の広い広領域（１０ｂ）とで構成し、パージエアを静翼列の腹側を通過した主流と混合させるようにした、ことを特徴とするガスタービンパージエアの主流吹き出し構造が提供される。
【００１０】
本発明の方法によれば、パージエア（９ｂ）を吹き出すための隙間（１０）が狭領域（１０ａ）と広領域（１０ｂ）とで構成されるので、狭領域（１０ａ）から吹き出す流量が少なく、広領域（１０ｂ）から吹き出す流量が多くなる。従って、全体のパージエア量が同一であっても、静翼列の背側を通過した高速の主流と混合するパージエア量が少なくなり、翼間で比較的高いマッハ数の主流との混合量を低減して、後述するように主流速度の二乗に比例するミキシングロスを低く抑えることができ、それによりタービン空力性能を向上させることができる。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態によれば、狭領域（１０ａ）と広領域（１０ｂ）からなる隙間（１０）の吹き出し面積を、隙間が均一な場合と同一に設定する。この構成により、パージエア吹き出しマッハ数の増大を防ぎ、ミキシングロスの増加を防止することができる。
【００１２】
また、前記狭領域（１０ａ）と広領域（１０ｂ）を上流側の静翼列（４ｂ）を構成する静翼に合わせて交互に複数設定する、ことが好ましい。この構成により、狭領域（１０ａ）と広領域（１０ｂ）の設定・加工を容易にし、かつ摩擦損失や縮流等の影響を低減することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付して使用する。
【００１４】
主流９ａとパージエア９ｂとが混合する際に生じるミキシングロスは、（数１）で表わすことができる。この式で添字ｇは主流、添字ｃは冷却空気（パージエア）、添字ｔはミキシングロスであり、Ｐ，Ｍ，Ｗ，Ｔ，Ｖは、それぞれ圧力、マッハ数、質量流量、絶対温度、流速である。また、κは比熱比、φは吹き出し角度を示している。吹き出し角度φは、図３に示すようにガスタービンの回転軸に対する角度である。
【００１５】
【数１】
0004586276.tif 000002
【００１６】
（数１）からミキシングロスΔＰｔは、主流のマッハ数Ｍｇの二乗に比例することがわかる。すなわち、パージエア全体の質量流量Ｗｃ、絶対温度Ｔｃ、流速Ｖｃと吹き出し角度φが同一である限り、主流のマッハ数Ｍｇを低減できれば大幅にミキシングロスΔＰｔが低下することがわかる。
【００１７】
図４に示した従来のガスタービンパージエアの主流吹き出し方法では、パージエア９ｂを、静翼列４ｂと動翼列４ａの間（タービンディスクフロント）の均一な隙間から全周にわたり吹き出していたため、背側の高速主流９ａと混合する部分（図中に大きい破線円で示す）では大きいミキシングロスが発生することが、（数１）からも明らかである。
また、主流の翼間の静圧は背側が低く腹側が高いため、均一な隙間の全周から吹き出されるパージエアは、背側が流量が多く腹側が少ない傾向となり、ミキシングロスは更に大きくなる。
【００１８】
図１は、本発明によるガスタービンパージエアの主流吹き出し方法の説明図である。上述した知見を基に、本発明の方法では、図１に示すように、静翼列４ｂと動翼列４ａの間にパージエア９ｂを吹き出すための隙間１０を備える。この隙間１０は、隙間の狭い狭領域１０ａと隙間の広い広領域１０ｂからなる。また、狭領域１０ａは、静翼列４ｂの背側の主流９ａの下流位置、すなわち背側の主流９ａと混合する位置に設定する。また、広領域１０ｂは、静翼列４ｂの腹側の主流９ａの下流位置、すなわち背側の主流９ａと混合する位置に設定する。
【００１９】
また、狭領域１０ａと広領域１０ｂからなる隙間１０の吹き出し面積は、パージエア吹き出しマッハ数の増大を防ぎ、ミキシングロスの増加を防止するために、隙間が均一な場合と同一に設定する。
【００２０】
更に、狭領域１０ａと広領域１０ｂを上流側の静翼列４ｂを構成する静翼に合わせて交互に複数設定する。すなわち、隣接する静翼の間には、狭領域１０ａと広領域１０ｂをそれぞれ１つづつ設け、狭領域１０ａと広領域１０ｂの設定・加工を容易にし、かつ摩擦損失や縮流等の影響を低減するようになっている。
【００２１】
上述した方法により、図１に示すように、パージエア９ｂの大部分を静翼列４ｂの腹側を通過した比較的低速の主流９ａと混合させることができる。すなわち、本発明の方法によれば、パージエア９ｂを吹き出すための隙間１０が狭領域１０ａと広領域１０ｂとで構成されるので、狭領域１０ａから吹き出す流量が少なく、広領域１０ｂから吹き出す流量が多くなる。従って、全体のパージエア量が同一であっても、静翼列の背側を通過した高速の主流と混合する部分（図中に小さい破線円で示す）のパージエア量が少なくなり、翼間で比較的高いマッハ数の主流との混合量を低減して、（数１）で示した主流速度の二乗に比例するミキシングロスを低く抑えることができ、それによりタービン空力性能を向上させることができる。
【００２２】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００２３】
【発明の効果】
上述したように、本発明のガスタービンパージエアの主流吹き出し方法は、静翼列と動翼列の間（タービンディスクフロント）から吹き出し、主流と混合するパージエアによるミキシングロスを低減し、タービンの空力性能を向上させることができる等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるガスタービンパージエアの主流吹き出し方法の説明図である。
【図２】ターボジェットエンジンの模式的構成図である。
【図３】図２のガスタービンの部分拡大断面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線における矢視図である。
【符号の説明】
１  空気取入口、２  圧縮機、３  燃焼器、４  ガスタービン、４ａ  動翼列、４ｂ  静翼列、５  アフターバーナ、７  軸、６  ジェットノズル、８  ケーシング
【図１】
0004586276.tif 000003
【図２】
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【図３】
0004586276.tif 000005
【図４】
0004586276.tif 000006