(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンの最終段と排出ケーシングとの間に配置され、流体の流れ方向（Ｆ）に広がる流体の環状通路（１８）をともに画定する外側環状壁（１６ａ）及び内側環状壁（１６ｂ）を有する、ガスタービンエンジン用ディフューザ（１０）であって、
外側及び内側環状壁（１６ａ、１６ｂ）の少なくとも一方が、前記環状通路内の前記流体の流速を低減させるように、前記環状通路から前記流体の一部を排出する手段に通じる少なくとも一つの収集ボックス（２２）へ延びる複数の開口部（２０）を備えており、該少なくとも一つの収集ボックス（２２）が、少なくとも一つの流体排出チャンネル（２４）に接続されており、該少なくとも一つの流体排出チャンネル（２４）が、ガスタービンエンジンからの高温流を画定する前記環状通路（１８）及び前記環状通路（１８）と同軸に低温流を画定する第２の環状通路（２８）に取付けられたケーシングアーム（１４、３０）を介して通ることを特徴とする、ガスタービンエンジン用ディフューザ。
【請求項２】
前記複数の開口部（２０）が、排出される流体の一部を収集する単一の環状収集ボックス（２２）に連通していることを特徴する、請求項１に記載のガスタービンエンジン用ディフューザ。
【請求項３】
さらに、排出される流体の一部を吸引する吸引手段（２６）を有することを特徴する、請求項１または２に記載のガスタービンエンジン用ディフューザ。
【請求項４】
前記開口部（２０）が、全て前記環状壁に実質的に垂直であることを特徴する、請求項１から３のいずれか一項に記載のガスタービンエンジン用ディフューザ。
【請求項５】
前記開口部（２０）が、全て前記流体の流れ方向（Ｆ）において前記環状壁に対して実質的に傾斜していることを特徴する、請求項１から３のいずれか一項に記載のガスタービンエンジン用ディフューザ。
【請求項６】
前記開口部（２０）が、前記環状壁に実質的に垂直な細長いスロットであることを特徴する、請求項１から３のいずれか一項に記載のガスタービンエンジン用ディフューザ。
【請求項７】
前記開口部（２０）が、前記流体の流れ方向（Ｆ）において前記環状壁に対して実質的に傾斜している細長いスロットであることを特徴する、請求項１から３のいずれか一項に記載のガスタービンエンジン用ディフューザ。
【請求項８】
前記開口部（２０）が、前記排出手段に向かって排出される流体の一部の案内を改善するように面取りしたスロットであることを特徴する、請求項６又は７に記載のガスタービンエンジン用ディフューザ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地上型又は航空型のガスタービンエンジン用ディフューザの一般的な分野に関するものである。より詳細には本発明は、タービンとガスタービンエンジンの排出ケーシングとの間に配置されたディフューザに関する。
【０００２】
地上又は航空ガスタービンの機能は、オルタネータ（地上タービン）か又はコンプレッサー（航空タービン）を駆動するのに十分な動力を供給することにある。このために、ガスタービンは、タービンエンジンの燃焼室から入ってくる高温圧縮ガスのエネルギーの一部を取り込み、そしてこうして取り込んだエネルギーの一部を機械的エネルギーに変換する。タービンは一般的に多数の段を備え、各段は、ステーターノズルと、ノズルの後に配置され、ガスの流れを加速させる可動ホィールとを備えている。そしてタービンの最終段からのガスは、排出ケーシングに供給される。
【０００３】
タービンからすぐ下流側に配置された排出ケーシングは、ディフューザと、複数のケーシングアームとによって構成される。ケーシングアームは、本質的には、非軸方向タービンの出口におけるガスの流れをまっすぐにし、かつエンジンの内部へ冷却空気を通すように作用する。ディフューザは、タービンの最終段からのガスの圧力を高め、かつ流速を低減するように作用する。この目的のために、ディフューザは通常、米国特許第２５９４０４２号明細書に示されるように、ガスの通路を形成し、ガスの流れ方向に広がる壁を備えている（特許文献１参照）。
【０００４】
排出ケーシングは、典型的にはケーシングアームの前縁部におけるガスの流速の二乗に比例する圧力損失を受ける。例えば、地上タービンの場合、ガスは、タービンの最終段の可動ホィールからの出口においてマッハ０．６に近い速度に達する。ディフューザは、ケーシングアームの前縁部において流速を約マッハ０．４５に減速させることができ、これにより圧力損失は約５％となる。しかしながら、約マッハ０．４５のガスの流速でもなお高い値を成している。ディフューザを構成する壁の傾斜は、この壁における境界層の厚さが厚くなる危険があるので、ある一定の値を超えてはならない。境界層が厚いと、ディフューザの効率を阻害する分離につながる。ディフューザの壁からの分離が生じると、それより下流側の空気力学的部分は、その幾何学的部分より非常に小さいため、ディフューザは拡散機能を実行するのを妨げられる。さらに、タービンをコスト、質量、及び性能の点で最適化することにより、一般的には、段当りの負荷は高くなり、タービンの最終段からの出口におけるガスの流速は非常に増大する。
【０００５】
【特許文献１】
米国特許第２，５９４，０４２号明細書
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、圧力損失を実質的に低減できるガスタービンディフューザを提供することにより、そのような欠点を軽減することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的のため、本発明は、タービンの最終段と排出ケーシングとの間に配置され、流体の流れ方向に広がる流体の環状通路をともに画定する外側環状壁及び内側環状壁を有する、ガスタービンエンジン用ディフューザを提供し、該ディフューザは、外側及び内側環状壁の少なくとも一方が、環状通路内の流体の流速を低減させるように、環状通路から流体の一部を排出する手段に通じる少なくとも一つの収集ボックスへ延びる複数の開口部を備えていることを特徴としている。
【０００８】
結果として、ディフューザの環状壁の少なくとも一方を通って形成された開口部は、環状通路を通過する流体の部分を排出するため収集ボックスを介して作用し、それにより環状通路内の流体の流速を低減でき、従って圧力損失を最少化できる。ディフューザの壁における境界層の厚さが厚くなり、分離する危険も避けられる。収集ボックスは、少なくとも一つの流体排出チャンネルに接続される。有利には、ディフューザはさらに、排出されることになる流体の所定の流速を制御し監視する吸引手段を有する。
【０００９】
環状壁の少なくとも一方を通って形成された開口部は、壁に対して実質的に垂直である穴又は細長いスロット、或いは壁に対して流体の流れ方向に実質的に傾斜した穴又は細長いスロットであることができる。
【００１０】
本発明の他の特徴及び利点は、本発明を限定しない本発明の実施の形態を示す添付図面を参照する以下の説明から明らかとなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１Ａにはディフューザ１０が示され、このディフューザ１０はガスタービンの最終段の可動ホィール１２の直ぐ下流側に配置されている。ここで「下流側」とは、タービンからのガス状流体の流れ方向にあり、矢印Ｆで示す。特にガスの流れを真っ直ぐにするように作用するケーシングアーム１４が、ディフューザ１０の下流側に設けられる。
【００１２】
ディフューザ１０は、タービンからのガスの環状通路１８を形成するように、外側環状壁１６ａ及び内側環状壁１６ｂを備えている。環状壁１６ａ及び１６ｂは、流速を低減しかつ環状通路１８を通過するガスの圧力を高めるように、環状通路１８が、ガスの流れ方向Ｆに広がるように構成されている。外側環状壁１６ａは広がっているが、内側環状壁１６ｂは、このディフューザに取付けられたエンジンの軸線（図示していない）に実質的に平行である。また、内側環状壁１６ｂが（流体に対して）広がり、他方外側環状壁１６ａがエンジンの軸線に平行であるように、ディフューザを構成することも可能である。
【００１３】
本発明において、ディフューザ１０は、その外側環状壁１６ａ及び／又はその内側環状壁１６ｂを通る複数の開口部２０を備える。これらの開口部２０は、環状通路１８から、環状通路を通るガスの一部を排出する手段に通じる少なくとも一つの収集ボックス２２へ延びている。
【００１４】
図１Ａにおいて、外側環状壁１６ａにのみ開口部２０が設けられている。図示された開口部２０は、外側環状壁１６ａに対してガスの流れ方向Ｆに実質的に傾斜している穴である。また開口部２０は、外側環状壁１６ａ及び／又は内側環状壁１６ｂに実質的に垂直であってもよい（図２）。
【００１５】
図１Ｂに示す第２の変形では、開口部２０は、外側環状壁１６ａの円弧状領域に延びる、複数の細長いスロットの形態であり得る。これらのスロットは、同様に外側環状壁１６ａに対してガスの流れ方向Ｆに実質的に垂直であるか又は実質的に傾斜し得る。
【００１６】
更に別の変形例（図示していない）では、開口部２０は、径方向にオフセットした上流側壁及び下流側壁を備えた、「スクープ」型の一つ以上のスロットで構成され得る。この形式の面取りしたスロットは、排出手段に向かってガスをより良好に案内する。
【００１７】
全ての穴２０から排出されることになるガスを収集するため、単一の環状ボックス２２が設けられ得、又は排出すべきガスの流れがより均一となるのを確実にするように、各開口部２０（又は複数の開口部）に対して、ボックス例えば円筒状ボックスが設けられ得る。
【００１８】
一つ又は複数のガス収集ボックス２２は、好ましくは、少なくとも一つのガス排出チャンネル２４に接続される。ボックス２２毎に、一つ以上の排出チャンネル２４を設けてもよい。ディフューザの内側環状壁１６ｂに開口部２０が設けられる際には、単数又は複数のチャンネル２４が、ガスをディフューザの外部へ排出するためにケーシングアーム１４に沿って延び得る。
【００１９】
本発明の有利な特徴によれば、ディフューザはさらに、排出されるガスの一部を吸引する吸引手段２６を有する。これらの吸引手段２６は、パイロット弁、ポンプ、コンプレッサー、又はガスの所望の流れを吸引できる任意の他のシステムによって構成され得る。従って、排出されるガスの所望の流量を制御し監視することができる。
【００２０】
しかしながら、排出するガスの流量を制御する必要がない場合には、外側環状壁１６ａ及び／又は内側環状壁１６ｂに形成された開口部２０を通過するガスは、ガスの収集ボックス及び排出チャンネルを通さずに、ディフューザの外部へ直接案内される。このような場合には、環状通路１８とディフューザの外部との圧力差により、十分にガスは開口部２０を介して吸引される。
【００２１】
図２には、ダブルフロー航空ガスタービンエンジンに適用した本発明のディフューザを示している。ディフューザ１０は、ガスタービンの最終段の可動ホィール１２の直ぐ下流側に配置されている。ディフューザの外側壁１６ａ及び内側壁１６ｂは、タービンからのガスの第１の広がり環状通路１８を画定している。この第１の広がり環状通路１８は、普通「高温流」通路と呼ばれる。ディフューザの外側壁１６ａ及び内側壁１６ｂのまわりに、同軸に付加的な壁１６ｃが設けられ、それによりエンジンのファン（図示していない）によって吸引される空気の第２の環状通路２８を画定する。この第２の環状通路２８は、「低温流」通路と呼ばれる。
【００２２】
本発明においては、内側壁１６ｂは、第１の環状通路１８から、少なくとも一つのガス排出チャンネル２４に接続された少なくとも一つの収集ボックス２２へ通じる複数の開口部２０を備えている。単数又は複数の排出チャンネル２４は、第１の環状通路１８に取付けられたケーシングアーム１４に沿って、そして第２の環状通路２８に取付けられたケーシングアーム３０を介して延びている。ディフューザ１０はまた、排出されることになるガスの一部を吸引する吸引手段２６を有し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】本発明のディフューザの縦断面図である。
【図１Ｂ】本発明のディフューザの第２の実施の形態の部分図である。
【図２】ダブルフロー航空ガスタービンエンジンに適用された本発明のディフューザの縦断面図である。
【符号の説明】
１０  ディフューザ
１２  最終段の可動ホィール
１４  ケーシングアーム
１６ａ  外側環状壁
１６ｂ  内側環状壁
１８  環状通路
２０  開口部
２２  ガス収集ボックス
２４  排出チャンネル
２６  吸引手段
２８  第２の環状通路
３０  ケーシングアーム
【図１Ａ】
0004035059.tif 000002
【図１Ｂ】
0004035059.tif 000003
【図２】
0004035059.tif 000004