(57)【要約】      （修正有）【課題】回転軸線を中心として同心に配置されている環状の圧縮機流路を有している軸流式ターボ圧縮機に関する。【解決手段】圧縮機流路２５の外側の境界が、流路壁４２によって形成されており、環を形成するように組み付け可能なロータブレードが、回転軸線を中心として回転可能に取り付けられた状態で配置されている、軸流式ターボ圧縮機において、ロータブレードの自由端側の先端が、間隙を形成している状態で流路壁４２に対向しており、流路壁が、先端のアキシアル方向区間において壁内構造体４４を少なくとも部分的に有しており、ブリード流路５０のブリード開口部５２が、圧縮機流路２５内に流れている媒体を流出させるために設けられている軸流式ターボ圧縮機に関する。圧縮機流路２５内で流れている媒体を著しく効果的に抽気可能とするために、ブリード開口部が、壁内構造体内に配置されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸線（１２）を中心として同心に配置されている環状の圧縮機流路（２５）を有している軸流式ターボ圧縮機（１８）であって、前記圧縮機流路（２５）の外側の境界が、ラジアル方向において流路壁（４２）によって形成されており、前記流路壁（４２）内には、環を形成するように組み付け可能なロータブレード（２７）が、前記回転軸線（１２）を中心として回転可能に取り付けられた状態で配置されている、前記軸流式ターボ圧縮機（１８）において、
前記ロータブレード（２７）の自由端側の先端（２９）それぞれが、前記流路壁（４２）に対向しており、前記流路壁（４２）と間隙を形成しており、前記流路壁（２９）が、前記先端（２９）のアキシアル方向区間において壁内構造体（４４）を少なくとも部分的に有しており、
ブリード流路（５０）のブリード開口部（５２）が、前記圧縮機流路（２５）内に流れている媒体を流出させるために、前記流路壁（４２）内に設けられており、
前記ブリード開口部（５２）が、前記壁内構造体（４４）内に配置されていることを特徴とする軸流式ターボ圧縮機（１８）。
【請求項２】
前記壁内構造体（４４）が、その大きさ及び／又は形状について変更可能とされ、これにより、前記ブリード開口部（５２）が、少なくとも部分的に開放されることを特徴とする請求項１に記載の軸流式ターボ圧縮機。
【請求項３】
前記壁内構造体（４４）が、可動式インサート（４５，４８，６８）によって、その大きさ及び／又は形状について変更可能とされ、
前記ブリード開口部（５２）が、前記可動式インサート（４５，４８，６８）を収容する凹所（４６，４７，７０）の側壁（５４，７０）に配設されていることを特徴とする請求項２に記載の軸流式ターボ圧縮機（１８）。
【請求項４】
前記ブリード流路（５０）が、流れ流出側において、空気噴出システム及び／又は空気冷却システムに接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の軸流式ターボ圧縮機（１８）。
【請求項５】
複数の前記ブリード開口部（５２）が、ロータブレードリング毎に配設されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の軸流式ターボ圧縮機（１８）。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の軸流式ターボ圧縮機（１８）を備えていることを特徴とするガスタービン（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸線を中心として同心に配置されている環状の圧縮機流路を有している軸流式ターボ圧縮機であって、圧縮機流路の外側の境界が、流路壁によってラジアル方向において形成されており、環を形成するように組み付け可能なロータブレードが、回転軸線を中心として回転可能に取り付けられた状態で配置されている、軸流式ターボ圧縮機において、ロータブレードの自由端側の先端それぞれが、間隙を形成している状態で流路壁に対向しており、流路壁が、先端のアキシアル方向区間において壁内構造体（ケーシング処理としても知られている）を少なくとも部分的に有しており、ブリード流路のブリード開口部が、圧縮機流路内に流れている媒体を流出させるために設けられている、軸流式ターボ圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
上述の構成は、例えば特許文献１に開示されている。ケーシング処理が、上流側に配置されているロータブレード列の上方においてケーシング側の流路壁に配設されている。流出された空気のための抽気ポイントが、上流のロータブレード列の下流側に配置されているロータブレード列に配設されている。さらに、ブレード流路内では、バルブが、運転状況に応じて様々な体積の圧縮機空気を流出させるために設けられている。両方の方策によって、例えばプロセス流に生じるサージ現象や分離現象のような望ましくない現象が圧縮機に生じないで、高圧縮比で圧縮機の運転をある程度制御することができる。しかしながら、上述の構成では、ガスタービンの部分負荷運転において満足することができないことが分かっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】独国特許出願公開第２１５８８７９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、本発明の目的は、望ましくない現象が圧縮機に発生することをより効果的に防止することによって運転範囲をさらに改善した、軸流式ターボ圧縮機を提供することである。
【０００５】
本発明のさらなる目的は、特に部分負荷運転の際に許容不可能な程に高い排出を防止することができる、本発明における軸流式ターボ圧縮機を備えたガスタービンを提供することである。
【０００６】
本発明の根本を成す目的は、請求項１の特徴に従った軸流式ターボ圧縮機によって達成される。優位な発展形態及び実施例については、従属請求項それぞれに開示されている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、壁内構造体内にブリード開口部を配置するように構成されている。従って、ケーシング処理の利用と圧縮機空気の流出とを提案されるターボ圧縮機の内側において同時に利用することのみならず、ケーシング処理の利用と圧縮機空気の流出とを特に軸流式ターボ圧縮機の単一のロータブレード列の領域において組み合わせることが、局所的に効果的である。従って、続く圧縮機段における、圧縮された空気の逆流とこれに関連する空気力学的に好ましくない高い圧力比が防止されるので、主に圧縮機における望ましくない現象の発生を防止することができる。本発明における組み合わせの結果として、当該圧縮機段のサージ限界が、特に簡便な方法で、運転状況に応じて調整可能とされる。これによって、軸流式ターボ圧縮機が固定式ガスタービン内で利用される場合に、特に低い部分負荷運転が、プロセス内で排出限界を超過することなく可能となる。部分負荷運転のための対応する小さな空気体積は、軸流式ターボ圧縮機がガスタービン内で利用される場合に、特に圧縮機空気を流出させることによって燃焼室内部に向けられ、その結果として、一酸化炭素の排出が最小限度に抑えられる。従って、空気が、望ましくない流体的効果が発生しないように圧縮機から排出される。従来技術に基づくブローオフバルブの場合に、このようなことが発生する場合がある。さらに、ケーシング処理内の空気の流出も壁内構造体自体の効果を補助するので、ブリード開口部が設けられていないケーシング処理より場所を取らない態様でケーシング処理が形成可能とされる。
【０００８】
第１の優位な発展形態では、壁内構造体が、その大きさ及び／又は形状において変更可能とされ、その結果として、ブリード開口部が少なくとも部分的に開放される。当該実施例によって、単純な構成であっても、軸流式ターボ機械の３つの運転状態が可能となる。
１．軸流式ターボ圧縮機が、ケーシング処理を利用せず、圧縮機空気が抽気されない状態において、好ましくは全負荷で運転される。
２．軸流式ターボ圧縮機が、ケーシング処理のみを利用することによって、圧縮機空気が流出されない状態において、好ましくは高い部分負荷で運転される。
３．軸流式ターボ圧縮機が、ケーシング処理と圧縮機空気の流出とを同時に利用することによって、好ましくは低い部分負荷で運転される。
【０００９】
結論として、その大きさ又は形状について調整可能なケーシング処理は、壁内構造体を調整するために単に利用される訳ではなく、同時に、圧縮機空気の抽気を可能又は不可能とするためにも利用される。これにより、特に構造を小型化することができる。
【００１０】
上述の実施例は、可動式インサートを利用することによって壁内構造体がその大きさ及び／又は形状において変更可能とされ、且つ、ブリード開口部がインサートを収容する凹所の側壁に配設されている場合には、構造に関して特に簡便な態様で実現される。インサートは、凹所に沿って移動可能なプラグとして形成されている場合がある。プラグの位置に依存して、凹所が完全に閉じられている状態（第１の運転状態）、凹所が部分的にのみ閉じられているが、ブリード開口部が依然として閉じられている状態（第２の運転状態）、又は凹所及びブリード開口部が開放されている状態（第３の運転状態）となる。この点において、単にプラグを収容する凹所に沿ってプラグを移動させることによって、単純且つ確実に上述の３つの運転状態の間で自在に切り替えることができる。
【００１１】
優位には、ブリード流路は、流体の排出側において、空気噴出システム及び／又は空気冷却システムに接続されている。
【００１２】
優位には、複数のブリード開口部が、ロータブレードリング毎に配置されている。この場合には、圧縮機流路内で流れる媒体が、大抵の場合において空気であるが、軸流式ターボ圧縮機の全周に亘って圧縮機流路から均一に吹き出される。特に優位には、ガスタービンは、上述の形式で構成されている軸流式ターボ圧縮機を有しており、その結果として、ガスタービンは、特に低い排出を伴う低い部分負荷で運転可能とされる。
【００１３】
本発明のさらなる利点、機能、及び特徴については、図面に表わす好ましい典型的な実施例に基づいて詳細に説明する。優位な実施例は、結果として、図示した本発明における装置の機能の優位な組み合わせに相当する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】軸流式ターボ圧縮機を備えた固定式ガスタービンの部分的な長手方向断面図である。
【図２】第１の実施例に基づくケーシング処理が施された軸流式ターボ圧縮機のケーシングの詳細な断面図である。
【図３】第１の実施例に基づくケーシング処理が施された軸流式ターボ圧縮機のケーシングの詳細な断面図である。
【図４】第２の実施例に基づくケーシング処理が施された軸流式ターボ圧縮機のケーシングの詳細な斜視図である。
【図５】本発明の第３の実施例に基づく装置の斜視図である。
【図６】本発明の第４の実施例に基づくケーシング処理及びブリード開口部を表わす。
【図７】本発明の第４の実施例に基づくケーシング処理及びブリード開口部を表わす。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、固定式ガスタービン１０の部分的な長手方向断面図である。ガスタービン１０は、その内部において、回転軸線１２を中心として回転可能に取り付けられているロータ１４を有している。また、ロータ１４は、タービンロータ組立体と呼称される。入口ダクト１６と、軸流式ターボ圧縮機１８と、回転可能に且つ互いに対して対称に配置されている複数のバーナー２２を具備しているトロイダルな環状燃焼室２０と、タービンユニット２４と、排出ガスダクト２６とが、ロータ１４に沿って直列に配置されている。また、ガスタービンが、環状燃焼室の代わりに、サイロ型燃焼室又は管状燃焼室を備えている場合がある。
【００１６】
軸流式ターボ圧縮機１８は、環状に構成されている圧縮機流路２５を備えており、圧縮機流路２５は、圧縮機流路内においてカスケード式で直列に配置されているロータブレードリングとステータブレードリングとから構成されている圧縮機段を備えている。ロータブレード２７は、ロータ１４に配置されており、自由端であるブレード翼先端２９の近傍において圧縮機流路２５の外側の流路壁４２に対向している。圧縮機流路２５は、圧縮機出口側のディフューザ３６を介して、プレナム３８内部に向かって開口している。環状燃焼室２０は、プレナム３８の内側において、タービンユニット２４の環状の高温ガス流路３０と流通している燃焼空間２８を備えている。図示の典型的な実施例では、直列に接続されている４つのタービン段３２が、タービンユニット２４内に配置されている。発電機又は駆動される機械（いずれも図示しない）がロータ１４に接続されている。
【００１７】
ガスタービン１０の運転の最中に、軸流式ターボ圧縮機１８が、圧縮すべき媒体として、周囲空気３４を入口ダクト１６を通じて導入し、この周囲空気３４を圧縮する。圧縮された周囲空気は、圧縮機出口側のディフューザ３６を通じてプレナム３８内部に向かって方向づけられ、当該プレナムからバーナー２２内部に流入する。また、燃料が、バーナー２２を介して燃焼空間２８内部に進行する。当該燃焼空間において、燃料は、圧縮空気を加えられて燃焼され、高温ガスＭが生成される。その後に、高温ガスＭは、高温ガスＭを膨張させる高温ガス流路３０内部に流入し、タービンユニット２４のタービンブレードにおいて機能する。その間に解放されたエネルギが、ロータ１４によって吸収され、軸流式ターボ圧縮機１８を駆動するために利用される一方、駆動される機械又は発電機を駆動するために利用される。
【００１８】
しかしながら、ガスタービン１０の運転の最中に、ひいては軸流式ターボ圧縮機１８の運転の最中に、空気力学的制約及び空気力学的現象が発生する場合があり、この場合には、当該運転が部分的に制限される。これら空気力学的制約及び空気力学的現象の発生を防止するために、少なくとも１つの壁内構造体が流路壁４２内に設けられている。図１では、明確化のために、この壁内構造体が省略されている。また、この壁内構造体は、いわゆる“ケーシング処理（casing treatment）”として知られており、例えば周方向に延在している環状無端溝、又は全周に亘って配置されていると共にアキシアル方向において延在しているケーシング溝として形成されている。壁内構造体は、通常、圧縮機流路２５のアキシアル方向区間内に設けられており、圧縮機流路２５内では、ロータブレード２７の自由端側の先端部それぞれが、流路壁４２に対向して配置されており、流路壁４２との間に間隙を形成している。
【００１９】
図２及び図３は、壁内構造体４４の領域における、圧縮機流路２５の流路壁４２を貫通している断面の詳細図である。第１の実施例では、壁内構造体４４は、ラジアル方向において流路壁４２を貫通して延在している複数の凹所４６を備えている。ラジアル方向において変位可能なインサート４８は、その断面がＴ状であり、凹所４６それぞれの内に着座している。２つの流路が、その側部において凹所４６に向かって開口している。これら流路は、ブリード流路５０として形成されている。ブリード流路５０の開口部５２は、壁内構造体４４内に位置しており、すなわち凹所４６の側壁５４に形成されている。インサート４８が内方に押されている状態では、凹所４６と開口部５２とが、同時に完全に閉じている（図示しない）。
【００２０】
図２に表わすインサート４８の位置では、インサート４８が凹所４６に悪影響を及ぼす閉位置から外向きに変位することによって、空気力学的な効果を発揮する壁内構造体４４を作動させるために、凹所４６が部分的に開口している。インサート４８の図示の位置では、ブリード流路５０の第１の開口部５２が開放されているので、同時に圧縮機空気が圧縮機流路２５から凹所４６を介して抽気可能すなわち排出可能とされる。図３に表わすインサート４８の位置では、ブリード流路５０の両方の開口部５２が開放している。この点において、壁内構造体４４はその大きさ及び／又は形態において可変であり、その結果として、ブリード流路５０の開口部５２が少なくとも部分的に開放可能となる。
【００２１】
図４は、本発明に係る装置における第２の実施例の斜視図である。第２の実施例では、周方向に延在している環状無端溝６０が、圧縮機流路２５に向かって向いている流路壁４２の表面に設けられている。ロータブレードの先端は、図示しないが、環状溝６０に沿って周方向に移動する。複数のブリード流路６２は、一部分の周囲を図示するにすぎないが、周囲に沿って一定間隔で分布配置されており、環状無端溝６０のうち一の環状無端溝の側壁６１の内部に向かって開口している。しかしながら、当該実施例の場合には、圧縮機空気の抽気を開閉するためのバルブシステムが、可動式インサートによっては形成されていないが、下流側のシステムとして構成されている。また、言うまでもなく、ブリード流路６２が非一定の間隔で分布配置されている場合がある。
【００２２】
図５に表わす第３の実施例では、壁内構造体４４は、アキシアル方向に延在していると共に流路壁４２の全周に亘って同一形状で分布配置されている、溝６４として構成されている。溝６４は、流路壁４２に配設されていると共にインサート４５に対応している、凹所４７内に配置されていると共に周方向に回転可能な、インサート４５内に形成されている。ブリード流路５０の開口部５２は凹所４７の底部に設けられている。溝６４同士の間に配置されているインサート４５のウェブ４９が、インサート４５の位置に依存して、ブリード開口部５２を閉じているか、部分的に開放しているか、又は完全に開放している。
【００２３】
図６及び図７はそれぞれ、その内部にブリード開口部５２が配置されている調整可能なケーシング処理に係る第４の実施例の部分的な斜視図である。図６は、周方向の環状無端溝６６が形成されている流路壁４２を表わす。環状無端溝６６内には、ラジアル方向に変位可能なインサート６８が、壁内構造体４４と環状溝の側壁７０内に配設されているブリード開口部５２とを開閉するために配置されている。図６では、ブリード開口部５２はインサート６８によって閉じられている。図７では、ブリード開口部５２が開口している。
【００２４】
結論として、本発明は、回転軸線１２を中心として同心に配置されている環状の圧縮機流路２５を有している、軸流式ターボ圧縮機１８又はガスタービン１０であって、圧縮機流路の境界が、外側では流路壁４２によってラジアル方向に形成されており、圧縮機流路内では、環を形成するように組み付けられているロータブレード２７が、回転軸線１２を中心として回転可能に取り付けられた状態で配置されている、軸流式ターボ圧縮機１８又はガスタービン１０を提案する。この場合には、ロータブレード２７の自由端側の先端２９それぞれは、流路壁４２に対向しており、流路壁４２と間隙を形成している。流路壁４２自体には、壁内構造体４４が、自由端側の先端２９のアキシアル方向区間に少なくとも部分的に設けられている。軸流式ターボ圧縮機１８の動作性能をさらに向上させるために、本発明における壁内構造体４４内に配設されているブリード流路５０のブリード開口部５２が、圧縮機流路２５内を流れている空気を流出及び排出するために設けられている。
【符号の説明】
【００２５】
１０  ガスタービン
１２  回転軸線
１４  ロータ
１６  入口ダクト
１８  ターボ圧縮機
２０  環状燃焼室
２２  バーナー
２４  タービンユニット
２５  圧縮機流路
２６  排出ガスダクト
２７  ロータブレード
２８  燃焼空間
２９  ブレード翼先端
３０  高温ガス流路
３２  タービン段
３４  周囲空気
３６  圧縮機出口側のディフューザ
３８  プレナム
４２  流路外壁
４４  壁内構造体
４５  インサート
４６  凹所
４７  凹所
４８  インサート
５０  ブリード流路
５２  （ブリード流路５０の）開口部
５４  （凹所４６の）側壁
６０  環状無端溝
６２  ブリード流路
６４  溝
６６  環状無端溝
６８  インサート
【図１】
2012255440.tif 000003
【図２】
2012255440.tif 000004
【図３】
2012255440.tif 000005
【図４】
2012255440.tif 000006
【図５】
2012255440.tif 000007
【図６】
2012255440.tif 000008
【図７】
2012255440.tif 000009
【外国語明細書】
2012255440.tif 000010
2012255440.tif 000011
2012255440.tif 000012
2012255440.tif 000013
2012255440.tif 000014
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