(57)【要約】  遠心圧縮機のディフューザ４２は、環状のディフューザハウジング２０を通って延在し、ディフューザベーン２３を周方向の境界とし、前方壁および後方壁１０１，１００を軸方向の境界とする複数のディフューザ流通路２２を含む。ディフューザ境界層抽気手段９６は、前方壁を貫通して配置された境界層抽気開口１０６またはスロット１３０、および通路のディフューザ空気流１０３の下流方向に対して鋭角で傾斜している下流側に面する壁１４２を含む。ディフューザ抽気流１１２はディフューザ境界層から抽気される。境界層抽気開口は、ベーンの圧力側近くでスロート部２８の下流に位置する。遠心圧縮機１８は、環状の遠心圧縮機インペラ３２を取り囲むディフューザと、インペラチップ３６とディフューザの環状入口２７との間の半径方向隙間からのインペラ抽気流１０２を、ディフューザ抽気流と混合してまたは別々に流して、タービン１６を冷却する装置とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジン（８）の遠心圧縮機（１８）のディフューザ（４２）であって、
環状のディフューザハウジング（２０）と、
前記ディフューザハウジング（２０）の前方壁（１０１）と後方壁（１００）との間を軸方向に延在するディフューザベーン（２３）と、
前記ハウジング（２０）を通って延在し、前記ハウジング（２０）の周囲（２６）の周りを離間して配置された複数のディフューザ流通路（２２）であって、
前記ディフューザベーン（２３）、ならびに前記前方壁（１０１）および前記後方壁（１００）を境界とする、ディフューザ流通路（２２）と、
前記ディフューザ流通路（２２）のそれぞれのディフューザ境界層（１１３）からディフューザ抽気流（１１２）を抽気するためのディフューザ境界層抽気手段（９６）と
を備える、ディフューザ（４２）。
【請求項２】
前記ディフューザ流通路（２２）のそれぞれの流れの弱い領域（１２７）に位置する前記ディフューザ境界層（１１３）から前記ディフューザ抽気流（１１２）を抽気するように構成された前記ディフューザ境界層抽気手段（９６）をさらに備える、請求項１記載のディフューザ（４２）。
【請求項３】
前記前方壁（１０１）を貫通して配置された境界層抽気開口（１０６）を含む前記ディフューザ境界層抽気手段（９６）をさらに備える、請求項１記載のディフューザ（４２）。
【請求項４】
前記ディフューザ流通路（２２）のそれぞれのディフューザ空気流（１０３）の下流方向に対してそれぞれ、鋭角の傾き角（Ｂ）で角度をつけられ、または傾斜している下流側に面する壁（１４２）を含むスロット（１３０）である前記境界層抽気開口（１０６）のそれぞれをさらに備える、請求項３記載のディフューザ（４２）。
【請求項５】
前記ディフューザベーン（２３）の圧力側（１２６）近くで、前記ディフューザ流通路（２２）のスロート部（２８）の下流に配置され、または位置する前記境界層抽気開口（１０６）をさらに備える、請求項３記載のディフューザ（４２）。
【請求項６】
前記ディフューザ流通路（２２）のそれぞれのディフューザ空気流（１０３）の下流方向に対してそれぞれ、鋭角の傾き角（Ｂ）で角度をつけられ、または傾斜している下流側に面する壁（１４２）を含むスロット（１３０）である前記境界層抽気開口（１０６）のそれぞれをさらに備える、請求項５記載のディフューザ（４２）。
【請求項７】
ガスタービンエンジン（８）の遠心圧縮機（１８）であって、
環状の遠心圧縮機インペラ（３２）と、
前記インペラ（３２）を環状に取り囲むディフューザ（４２）と、
前記ディフューザ（４２）のハウジング（２０）を通って延在し、前記ハウジング（２０）の周囲（２６）の周りを離間して配置された複数のディフューザ流通路（２２）であって、
前記通路（２２）のそれぞれが、スロート部（２８）、および前記スロート部（２８）の下流の減速部（９９）を含み、
前記ディフューザ（４２）の前方壁（１０１）と後方壁（１００）との間を軸方向に延在するディフューザベーン（２３）を周方向の境界とする、前記ディフューザ流通路（２２）と、
前記ディフューザ流通路（２２）のそれぞれのディフューザ境界層（１１３）からディフューザ抽気流（１１２）を抽気するためのディフューザ境界層抽気手段（９６）と
を備える、遠心圧縮機（１８）。
【請求項８】
前記ディフューザ流通路（２２）のそれぞれの流れの弱い領域（１２７）に位置する前記ディフューザ境界層（１１３）から前記ディフューザ抽気流（１１２）を抽気するように構成された前記ディフューザ境界層抽気手段（９６）をさらに備える、請求項７記載の遠心圧縮機（１８）。
【請求項９】
前記前方壁（１０１）を貫通して配置された境界層抽気開口（１０６）を含む前記ディフューザ境界層抽気手段（９６）をさらに備える、請求項７記載の遠心圧縮機（１８）。
【請求項１０】
前記ディフューザ流通路（２２）のそれぞれのディフューザ空気流（１０３）の下流方向に対してそれぞれ、鋭角の傾き角（Ｂ）で角度をつけられ、または傾斜している下流側に面する壁（１４２）を含むスロット（１３０）である前記境界層抽気開口（１０６）のそれぞれをさらに備える、請求項９記載の遠心圧縮機（１８）。
【請求項１１】
前記ディフューザベーン（２３）の圧力側（１２６）近くで、前記ディフューザ流通路（２２）のスロート部（２８）の下流に配置され、または位置する前記境界層抽気開口（１０６）をさらに備える、請求項１０記載の遠心圧縮機（１８）。
【請求項１２】
前記ディフューザ流通路（２２）のそれぞれのディフューザ空気流（１０３）の下流方向に対してそれぞれ、鋭角の傾き角（Ｂ）で角度をつけられ、または傾斜している下流側に面する壁（１４２）を含むスロット（１３０）である前記境界層抽気開口（１０６）のそれぞれをさらに備える、請求項１１記載の遠心圧縮機（１８）。
【請求項１３】
前記インペラ（３２）のインペラチップ（３６）と前記ディフューザ（４２）の環状入口（２７）との間の半径方向隙間（Ｃ）と、
前記半径方向隙間（Ｃ）からのインペラ抽気流（１０２）を前記境界層抽気開口（１０６）からの前記ディフューザ抽気流（１１２）と混合して、タービン冷却空気（８８）を供給し、前記タービン冷却空気（８８）をタービン（１６）に流す手段、または、
前記インペラ抽気流（１０２）と前記ディフューザ抽気流（１１２）とを別々に前記タービン（１６）に流す手段と
をさらに備える、請求項９記載の遠心圧縮機（１８）。
【請求項１４】
前記ディフューザ流通路（２２）のそれぞれのディフューザ空気流（１０３）の下流方向に対してそれぞれ、鋭角の傾き角（Ｂ）で角度をつけられ、または傾斜している下流側に面する壁（１４２）を含むスロット（１３０）である前記境界層抽気開口（１０６）のそれぞれをさらに備える、請求項１３記載の遠心圧縮機（１８）。
【請求項１５】
前記ディフューザベーン（２３）の圧力側（１２６）近くで、前記ディフューザ流通路（２２）のスロート部（２８）の下流に配置され、または位置する前記境界層抽気開口（１０６）をさらに備える、請求項１３記載の遠心圧縮機（１８）。
【請求項１６】
前記ディフューザ流通路（２２）のそれぞれのディフューザ空気流（１０３）の下流方向に対してそれぞれ、鋭角の傾き角（Ｂ）で角度をつけられ、または傾斜している下流側に面する壁（１４２）を含むスロット（１３０）である前記境界層抽気開口（１０６）のそれぞれをさらに備える、請求項１５記載の遠心圧縮機（１８）。
【請求項１７】
前記インペラ（３２）のインペラチップ（３６）と前記ディフューザ（４２）の環状入口（２７）との間の半径方向隙間（Ｃ）であって、
半径方向内側マニホールド（１０４）と流体連通している、半径方向隙間（Ｃ）と、
半径方向外側マニホールド（１１６）と流体連通している前記境界層抽気開口（１０６）と、
前記インペラ抽気流（１０２）が前記半径方向外側マニホールド（１１６）内に流れて、前記ディフューザ抽気流（１１２）と混合して、タービン冷却空気（８８）を形成するように、前記半径方向外側マニホールド（１１４）と流体連通している前記半径方向内側マニホールドと、
タービン冷却空気（８８）を前記半径方向外側マニホールド（１１６）から流す手段と
をさらに備える、請求項９記載の遠心圧縮機（１８）。
【請求項１８】
前記ディフューザ流通路（２２）のそれぞれのディフューザ空気流（１０３）の下流方向に対してそれぞれ、鋭角の傾き角（Ｂ）で角度をつけられ、または傾斜している下流側に面する壁（１４２）を含むスロット（１３０）である前記境界層抽気開口（１０６）のそれぞれをさらに備える、請求項１７記載の遠心圧縮機（１８）。
【請求項１９】
前記ディフューザベーン（２３）の圧力側（１２６）近くで、前記ディフューザ流通路（２２）のスロート部（２８）の下流に配置され、または位置する前記境界層抽気開口（１０６）をさらに備える、請求項１８記載の遠心圧縮機（１８）。
【請求項２０】
前記ディフューザ流通路（２２）のそれぞれのディフューザ空気流（１０３）の下流方向に対してそれぞれ、鋭角の傾き角（Ｂ）で角度をつけられ、または傾斜している下流側に面する壁（１４２）を含むスロット（１３０）である前記境界層抽気開口（１０６）のそれぞれをさらに備える、請求項１９記載の遠心圧縮機（１８）。
【請求項２１】
前記インペラ（３２）のインペラチップ（３６）と前記ディフューザ（４２）の環状入口（２７）との間の半径方向隙間（Ｃ）であって、
半径方向内側環状マニホールド（１５４）と流体連通している、半径方向隙間（Ｃ）と、
前記内側環状マニホールド（１５４）と複数の半径方向外側環状マニホールド（１５６）との間に配置されたマニホールド間開口（１６０）と、
前記半径方向隙間（Ｃ）からの前記インペラ抽気流（１０２）を、前記遠心圧縮機（１８）を取り囲むディフューザ前方ケーシング（１１４）内の、およびディフューザ前方ケーシング（１１４）を通る周方向に分布した複数のインペラ抽気流マニホールド口（１５７）を通って、タービン冷却のために前記高圧タービン（１６）に運ぶ、または流す手段と
環状のディフューザ抽気マニホールド（１５８）と流体連通し、環状のディフューザ抽気マニホールド（１５８）内に前記ディフューザ抽気流（１１２）を抽気するように作動可能な前記ディフューザ境界層抽気手段（９６）と、
前記ディフューザ抽気流（１１２）を、前記ディフューザ前方ケーシング（１１４）内の、および前記ディフューザ前方ケーシング（１１４）内を通る周方向に分布した複数のディフューザ抽気マニホールド口（１５９）を通って、タービン冷却のために前記高圧タービン（１６）に運ぶ、または流す手段と
をさらに備える、請求項１９記載の遠心圧縮機（１８）。
【請求項２２】
前記ディフューザ流通路（２２）のそれぞれのディフューザ空気流（１０３）の下流方向に対してそれぞれ、鋭角の傾き角（Ｂ）で角度をつけられ、または傾斜している下流側に面する壁（１４２）を含むスロット（１３０）である前記境界層抽気開口（１０６）のそれぞれをさらに備える、請求項２１記載の遠心圧縮機（１８）。
【請求項２３】
前記ディフューザベーン（２３）の圧力側（１２６）近くで、前記ディフューザ流通路（２２）のスロート部（２８）の下流に配置され、または位置する前記境界層抽気開口（１０６）をさらに備える、請求項２２記載の遠心圧縮機（１８）。
【請求項２４】
前記ディフューザ流通路（２２）のそれぞれのディフューザ空気流（１０３）の下流方向に対してそれぞれ、鋭角の傾き角（Ｂ）で角度をつけられ、または傾斜している下流側に面する壁（１４２）を含むスロット（１３０）である前記境界層抽気開口（１０６）のそれぞれをさらに備える、請求項２３記載の遠心圧縮機（１８）。
【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の遠心圧縮機からの抽気に関する。
【背景技術】
【０００２】
ある種のガスタービンエンジンは、回転可能なインペラを有し、それを通って流れる空気を加速して、それによって運動エネルギーを増大させる遠心圧縮機を含む。ディフューザは一般に、インペラの直ぐ下流で、それを取り囲んで配置される。ディフューザは、インペラから出る空気流の速度を減速して、そのエネルギーを、静圧を上昇させるように、したがって、空気を加圧するように変換する。
【０００３】
従来のガスタービンエンジンは、典型的には、圧縮機、燃焼器、およびタービンを含み、ブレード、ディスク、およびリテーナなどの回転タービン構成部品、ならびにベーン、シュラウド、およびフレームなどの静止タービン構成部品は、どちらも高温燃焼ガスによって加熱されるため、日常的に冷却が必要である。タービン、特に回転構成部品の冷却は、エンジンを適切に機能させ、かつ安全に運転するために重要である。遠心圧縮機から冷却空気を抽気してタービンの冷却に役立てることが知られている。
【０００４】
例えば、供給圧力、体積流量、または温度マージンが不十分な冷却空気を供給することでタービンディスクおよびその翼列を十分に冷却できない場合、タービンの寿命および機械的完全性に悪影響を及ぼす可能性がある。冷却の不十分さの性質および範囲によっては、エンジン運転に及ぼす影響は、エンジン出力の低下およびブレードの使用可能寿命の短縮をもたらす、比較的害の少ないブレード先端損傷から、予定外のエンジン運転停止をもたらすタービンディスクの破断にまで及ぶことがある。
【０００５】
タービンを十分に冷却する必要性とのバランスをとった、低燃料消費および低運転コストにつながる、より高レベルのエンジン運転効率が望ましい。タービン冷却空気は、典型的には、圧縮機の１つまたは複数の段から取り出されて、パイプ、ダクトおよび内部通路などの様々な手段によって所望の構成部品へ送られるので、このような空気は、燃料と混合され、燃焼器内で点火されて、タービンの主ガス流路内で仕事を取り出すのには利用できない。
【０００６】
圧縮機から抽気される全冷却流は、エンジン作動サイクルにおいては損失であり、このような損失を最小限にとどめることが望ましい。
【０００７】
いくつかの従来のエンジンは、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ＣＦＥ７３８エンジンで行われているように、清浄空気抽気システムを利用して、軸流−遠心圧縮機を用いたガスタービンのタービン構成部品を冷却する。タービン冷却供給空気は、ディフューザ出口とデスワーラ内側シュラウドとの間の狭い隙間を通って遠心ディフューザから出る。他のタービン冷却空気の方法には、インペラから、または、インペラとディフューザ出口との間の隙間から冷却空気を取り出すことが含まれる。
【０００８】
１９９６年９月１７日にＢｏｕｒｎｅｕｆらに付与された、「Ａ  Ｇａｓ  Ｔｕｒｂｉｎｅ  Ｅｎｇｉｎｅ  Ｃｏｏｌｉｎｇ  Ｓｕｐｐｌｙ  Ｃｉｒｃｕｉｔ」という名称の米国特許第５，５５５，７２１号では、ガスタービンのタービン冷却供給回路において、遠心圧縮機のインペラ段からの抽気を使用することが開示されている。米国特許第５，５５５，７２１号では、タービン構成部品を冷却するためにインペラチップ前方抽気流およびインペラチップ後方抽気流が開示されている。米国特許第５，５５５，７２１号は、本特許と同じＧｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏ．に譲渡され、参照により本明細書に援用する。
【０００９】
２０１２年１月３日にＯｔｔａｖｉａｎｏｆらに付与された、「Ａ  Ｔｕｒｂｉｎｅ  Ｃｏｏｌｉｎｇ  Ａｉｒ  Ｆｒｏｍ  Ａ  Ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ  Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ」という名称の米国特許第８，０８７，２４９号では、インペラおよびインペラの直ぐ下流のディフューザ、ならびにディフューザの下流から清浄冷却空気を抽気するための抽気手段を含むガスタービンエンジンのタービン冷却システムが開示されている。米国特許第８，０８７，２４９号は、本特許と同じＧｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏ．に譲渡され、参照により本明細書に援用する。
【００１０】
このように、空気力学性能を改善し、エンジン全体の半径方向外形を縮小するディフューザ設計および幾何形状を進展させることが引き続き要求されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第４４１４８１５号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
遠心圧縮機のディフューザは、環状のディフューザハウジングと、ディフューザハウジングの前方壁と後方壁との間を軸方向に延在するディフューザベーンと、ハウジングを通って延在し、ハウジングの周囲の周りを離間して配置された複数のディフューザ流通路とを含む。ディフューザ流通路は、ディフューザベーン、ならびに前方壁および後方壁を境界とする。ディフューザ境界層抽気手段は、ディフューザ流通路のそれぞれのディフューザ境界層からディフューザ抽気流を抽気するために設けられる。
【００１３】
ディフューザ境界層抽気手段は、ディフューザ流通路のそれぞれの流れの弱い領域に位置するディフューザ境界層からディフューザ抽気流を抽気するように構成することができる。
【００１４】
ディフューザ境界層抽気手段は、前方壁を貫通して配置された境界層抽気開口を含むことができる。境界層抽気開口のそれぞれは、ディフューザ流通路のそれぞれのディフューザ空気流の下流方向に対してそれぞれ、鋭角の傾き角で角度がつけられ、または傾斜している下流側に面する壁を含むスロットとすることができる。
【００１５】
境界層抽気開口は、ディフューザベーンの圧力側近くで、ディフューザ流通路のスロート部の下流に配置され、または位置することができる。
【００１６】
遠心圧縮機は、環状の遠心圧縮機インペラと、インペラを環状に取り囲むディフューザと、ディフューザのハウジングを通って延在し、ハウジングの周囲の周りを離間して配置された複数のディフューザ流通路とを含む。通路のそれぞれは、スロート部、およびスロート部の下流の減速部を含む。ディフューザ流通路は、ディフューザの前方壁と後方壁との間を軸方向に延在するディフューザベーンを周方向の境界とし、ディフューザ境界層抽気手段は、ディフューザ流通路のそれぞれのディフューザ境界層からディフューザ抽気流を抽気するために設けられる。
【００１７】
遠心圧縮機はまた、インペラのインペラチップとディフューザの環状入口との間の半径方向隙間と、半径方向隙間からのインペラ抽気流を境界層抽気開口からのディフューザ抽気流と混合して、タービン冷却空気を供給する手段と、タービン冷却空気をタービンに流す手段、または、インペラ抽気流とディフューザ抽気流とを別々にタービンに流す手段とを含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】インペラチップ抽気流とディフューザ抽気流とを圧縮機セクションで混合させてから、その流れを使用してタービン構成部品を冷却する、遠心圧縮機を有するガスタービンエンジンの断面図である。
【図２】図１に示した遠心圧縮機とディフューザ抽気孔を有するディフューザとの拡大断面図である。
【図３】図２の３−３を通るディフューザおよびディフューザ抽気孔の後方から前方を見た斜視図である。
【図４】図３に示した抽気孔の拡大斜視図である。
【図５】図２に示したディフューザの一部分およびディフューザ抽気孔の斜視図である。
【図６】図２に示した遠心圧縮機先端およびディフューザ抽気孔の拡大断面図である。
【図７】インペラチップ抽気を別に流してタービン構成部品を冷却する代替の配置を有するガスタービンエンジンの遠心圧縮機の断面図である。
【図８】ディフューザ抽気流を別に流してタービン構成部品を冷却する配置を有する、図７に示したガスタービンエンジンの断面図である。
【図９】図７に示し、図１０の９−９で切られたインペラ抽気流口のうちの１つの拡大斜視図である。
【図１０】遠心圧縮機を取り囲み、図７および図８にそれぞれ示したインペラおよびディフューザ抽気流口を含む後方ケーシングの前方から後方を見た斜視図である。
【図１１】図７および図９に示したインペラ抽気流口のうちの１つに対するインペラ抽気流路の切断斜視図である。
【図１２】図８に示し、図１０の１２−１２で切られたディフューザ抽気流口のうちの１つの拡大斜視図である。
【図１３】図８に示され、図１０の１２−１２で切られたディフューザ抽気流口のうちの１つを通るディフューザ抽気流路の切断斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１には、ガスタービンエンジン８の高圧ガス発生器１０のガスタービンエンジン高圧遠心圧縮機１８が示されている。高圧遠心圧縮機１８は、高圧圧縮機１４の最終圧縮機段である。高圧ガス発生器１０は、下流方向に直列すなわち流れ関係で、高圧圧縮機１４と、燃焼器５２と、高圧タービン１６とを含む高圧ロータ１２を有する。ロータ１２は、本明細書には示されていないエンジンフレームの軸受によってエンジン軸２５の周りに回転可能に支持される。
【００２０】
本明細書で示す高圧圧縮機１４の例示的な実施形態は、環状の遠心圧縮機インペラ３２を有する遠心圧縮機１８の前に５段軸流圧縮機３０を含む。出口案内翼４０が、５段軸流圧縮機３０と単段遠心圧縮機１８との間に配置される。圧縮機吐出圧力（ＣＤＰ：ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ  ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）の空気７６は、インペラ３２を出て、インペラ３２を環状に取り囲むディフューザ４２を通り、次いで、デスワール翼列４４を通って、燃焼器５２内の燃焼室４５に入る。燃焼室４５は、環状の半径方向外側および内側燃焼器ケーシング４６、４７によって取り囲まれる。空気７６は通常、複数の燃料ノズル４８によって供給された燃料と混合され、点火されて、環状の半径方向外側および内側燃焼ライナ７２、７３を境界とする環状の燃焼領域５０内で燃焼される。
【００２１】
従来知られているように、燃焼によって高温燃焼ガス５４が生じ、そのガス５４は、高圧タービン１６を通って流れ、高圧ロータ１２を回転させ、続いて下流に流れて、低圧タービン７８でさらに仕事が取り出されて、最終的に排出される。本明細書で示す例示的な実施形態では、高圧タービン１６は、下流方向に直列流れ関係で、第１および第２段ディスク６０、６２を有する第１および第２高圧タービン段５５、５６を含む。高圧ロータ１２の高圧シャフト６４は、高圧タービン１６を回転駆動係合状態でインペラ３２に接続する。第１段ノズル６６は、第１高圧タービン段５５の直ぐ上流にあり、第２段ノズル６８は、第２高圧タービン段の直ぐ上流にある。
【００２２】
図１を参照すると、圧縮機吐出圧力（ＣＤＰ）の空気７６は、遠心圧縮機１８のインペラ３２から吐出されて、燃焼器５２内で燃料を燃焼するために、かつ、第１段ノズル６６、ならびに第１および第２高圧タービン段５５、５６をそれぞれ取り囲む第１および第２段シュラウド７１、６９などの高温燃焼ガス５４に曝されるタービン１６の構成部品を冷却するために使用される。高圧圧縮機１４は、図１および２により完全に示されているように、圧縮機後方ケーシング１１０およびディフューザ前方ケーシング１１４を含む。圧縮機後方ケーシング１１０は概ね、軸流圧縮機３０を取り囲み、ディフューザ前方ケーシング１１４は概ね、遠心圧縮機１８を取り囲み、かつ遠心圧縮機１８の直ぐ下流のディフューザ４２を支持する。圧縮機吐出圧力（ＣＤＰ）の空気７６は、遠心圧縮機１８のインペラ３２から吐出されてディフューザ４２に直接入る。
【００２３】
図２および３を参照すると、インペラ３２は、ロータディスク部８２から半径方向に延在する複数の遠心圧縮機ブレード８４を含む。圧縮機ブレード８４の反対側で軸方向前方には、環状のブレードチップシュラウド９０がある。シュラウド９０は、圧縮機ブレード８４のブレードチップ８６に隣接し、それらの間にブレードチップクリアランス８０を画定する。ディフューザ４２は、環状のディフューザハウジング２０を含み、ディフューザハウジング２０は、それを通って半径方向に延在し、ハウジング２０の周囲２６の周りを離間する接線方向に配置された複数のディフューザ流通路２２を有し、ディフューザ空気流１０３は、ディフューザ流通路２２を通って下流方向に流れる。ディフューザベーン２３は、ディフューザ４２の前方壁１０１と後方壁１００との間を軸方向に延在する。
【００２４】
図２および３を参照すると、ディフューザベーン２３は、ディフューザ流通路２２の隣接する通路間を周方向に延在する。ディフューザ流通路２２は、周方向に間隔を置いて配置されたディフューザベーン２３によって部分的に画定され、それらが周方向の境界となる。隣接する通路２２は、通路２２の半径方向内側入口部２４で互いに交わり、ディフューザ４２の疑似的にベーンのない環状入口２７を画定する。各通路２２は、内側入口部２４の下流でそれと一体となっているスロート部２８をさらに含む。各通路２２は、スロート部２８の直ぐ下流に減速部９９をさらに含む。
【００２５】
図２および６を参照すると、タービン冷却空気８８用の遠心圧縮機の第１の冷却空気源９２は、回転インペラ３２のインペラチップ３６と静止ディフューザ４２の環状入口２７との間に位置する狭い所定の半径方向隙間（Ｃ）である。半径方向隙間（Ｃ）からのインペラ抽気流１０２は、半径方向内側マニホールド１０４に集められる。所定の半径方向隙間（Ｃ）は、インペラ３２の熱的および機械的な伸びを受容するように設計され、半径方向内側マニホールド１０４に開口している、すなわちそれと流体連通している。
【００２６】
図３〜６を参照すると遠心インペラ（インペラ３２など）に続く、すなわちそれの下流にある多数の通路のディフューザ（ディフューザ４２など）の通路（通路２２など）の一方の側のディフューザ空気流１０３はしばしば弱くて剥離しやすいことが分かった。通路での剥離は、大きな損失を生じてエンジン燃料消費率（ＳＦＣ：ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｆｕｅｌ  ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ）を悪化させる場合がある。この範囲、すなわち流れの弱い領域１２７また、圧縮機の流量範囲を制限するサージに関係すると考えられる。
【００２７】
タービン冷却空気８８用の遠心圧縮機段の第２の冷却空気源９４は、ディフューザ４２のディフューザ流通路２２のそれぞれのディフューザ境界層１１３からのディフューザ抽気流１１２を抽気するためのディフューザ境界層抽気９６を含む。本明細書では、複数の境界層抽気開口１０６が示されている。ディフューザ境界層抽気９６は、流体抽気とも呼ばれ、弱い流れを減らして、流れの望ましくない剥離を制限する、または防止することに役立つ。ディフューザ境界層抽気手段９６は、ディフューザ境界層１１３から半径方向外側マニホールド１１６内にディフューザ抽気流１１２を抽気する。
【００２８】
半径方向内側マニホールド１０４と半径方向外側マニホールド１１６とは流体連通しており、その結果、半径方向内側マニホールド１０４からのインペラ抽気１０２は半径方向外側マニホールド１１６内に流れる。インペラおよびディフューザ抽気流１０２、１１２は、半径方向外側マニホールド１１６内で混合されて、タービン冷却空気８８を供給する。次いで、タービン冷却空気８８は、半径方向外側マニホールド１１６から、周方向に分布した複数のマニホールド口１１７を通って、高圧タービン１６に運ばれる、または流される。タービン冷却空気８８は、そこから外部配管（図示せず）によって送られ、または流されて、第１および第２段シュラウド７１、６９（図１に示す）を冷却する。
【００２９】
実質的に軸方向に延在する梁またはストラット１２２は、半径方向内側マニホールド１０４と半径方向外側マニホールド１１６とを分離し、インペラ抽気流１０２は、半径方向内側マニホールド１０４から半径方向外側マニホールド１１６内に流れるときにストラット１２２間を通る。本明細書でディフューザ境界層抽気９６として示されている流体抽気は、エンジンコア流の１％より少ない小流量を表している。流体抽気は弱い流れが始まる場所の近くで戦略的に抜き取られて、ディフューザの全体性能を改善する。
【００３０】
図３〜５を参照すると、境界層抽気開口１０６は、本明細書で示すように、ディフューザ４２の前方壁１０１を貫通する孔またはスロット１３０とすることができる。境界層抽気開口１０６またはスロット１３０は、半径方向外側マニホールド１１６内につながり、それと流れ連通する。スロット１３０は、ディフューザベーン２３の圧力側１２６近くで、スロート部２８の下流に配置される、または位置する。その位置では、ディフューザ境界層抽気９６がなければ、流れは、ディフューザ内で弱くなり始める、または不安定になり始める。この位置は、流れの弱い領域１２７と呼ばれる領域に位置する。スロットの幅Ｗは、最小の工具の大きさなどの製造上の制約により大きさを決めることができる。スロットの長さＬは、エンジンコア流量の３％まで使用することができるように選ぶことができる。
【００３１】
スロット１３０は理想的には、図５に示すように、エンジン中心線または軸２５を通り抜ける半径方向平面１３２内のディフューザ４２の前方壁１０１の前方面１０５に対してディフューザ抽気流１１２が垂直にスロットを出るような角度にするべきである。しかしながら、スロットが、ディフューザ４２の前方壁１０１の曲がり部１３４を通る、またはそれのごく近傍を延在するなどの制約のためには、この角度を変えることができる。図６に示すように、スロット１３０は、半径方向外側壁および内側壁１３６、１３８を有し、また、図４および５に示すように、前方壁１０１を通ってそれぞれ延在する上流側および下流側に面する壁１４０、１４２を有する。下流側に面する壁１４２は、ディフューザ境界層１１３内だけの境界層空気１４４をすくい取るように設計される。したがって、下流側に面する壁１４２は、ディフューザ空気流１０３（ディフューザ４２のディフューザ流通路２２において下流方向に境界層空気１４４の方向に平行）に対して９０°より小さな鋭角の傾き角Ｂで角度をつけられ、または傾斜している。鋭角の傾き角Ｂは４５度が望ましく思われる。しかしながら、鋭角の傾き角Ｂは、ディフューザの外側での幾何形状および製造上の制約によって制限され、その結果、鋭角の傾き角は、例えば、約２２．５度がより実際的である。
【００３２】
図７〜１３には、図１〜３に示したガスタービンエンジンと同様の遠心圧縮機を有するガスタービンエンジンが示されているが、タービン構成部品を冷却するためにインペラチップ抽気流とディフューザ抽気流とを別々に集めて流す代替の配置または設計となっている。図９に示す半径方向隙間（Ｃ）からのインペラ抽気流１０２は、図７および９に示す半径方向内側環状マニホールド１５４に流入して集められる。マニホールド間開口１６０は、内側マニホールド１５４と図７、９、および１３に示す複数の半径方向外側環状マニホールド１５６との間に配置される。マニホールド間開口１６０によって、インペラ抽気流１０２は、内側環状マニホールド１５４から外側環状マニホールド１５６内に流れることができる。次いで、外側環状マニホールド１５６からのインペラ抽気流１０２は、図１０に示す周方向に分布した複数のインペラ抽気流マニホールド口１５７を通って、タービン冷却のために高圧タービン１６に運ばれる、または流される。
【００３３】
図８、１０、および１１〜１３を参照すると、ディフューザ境界層抽気手段９６は、ディフューザ境界層１１３から環状ディフューザ抽気マニホールド１５８内にディフューザ抽気流１１２を抽気し、次いで、ディフューザ抽気流１１２はここから、周方向に分布した複数のディフューザ抽気マニホールド口１５９を通って、タービン冷却のために高圧タービン１６に運ばれる、または流される。図１０は、ディフューザ前方ケーシング１１４上の、およびそれを通るインペラ抽気流マニホールド口１５７およびディフューザ抽気マニホールド口１５９の周方向および軸方向の相対位置を示す。
【００３４】
本発明の好ましくかつ例示的な実施形態であると考えられるものを本明細書で説明してきたが、本明細書での教示から当業者には本発明の他の修正が明らかになるはずであり、したがって、すべてのそのような修正は本発明の真の趣旨および範囲内にあるものとして添付の特許請求の範囲で保護されることが望まれる。したがって、米国の特許証によって保護されることを望むものは、以下の特許請求の範囲で規定され差別化される発明である。
【符号の説明】
【００３５】
８  ガスタービンエンジン
１０  高圧ガス発生器
１２  高圧ロータ
１４  高圧圧縮機
１６  高圧タービン
１８  遠心圧縮機
２０  ディフューザハウジング
２２  ディフューザ流通路
２３  ディフューザベーン
２４  半径方向内側入口部
２５  エンジン軸
２６  周囲
２７  環状入口
２８  スロート部
３０  軸流圧縮機
３２  インペラ
３６  インペラチップ
４０  出口案内翼
４２  ディフューザ
４４  デスワール翼列
４５  燃焼室
４６  半径方向外側燃焼器ケーシング
４７  半径方向内側燃焼器ケーシング
４８  燃料ノズル
５０  燃焼領域
５２  燃焼器
５４  高温燃焼ガス
５５  第１高圧タービン段
５６  第２高圧タービン段
６０  第１段ディスク
６２  第２段ディスク
６４  高圧シャフト
６６  第１段ノズル
６８  第２段ノズル
６９  第２段シュラウド
７１  第１段シュラウド
７２  半径方向外側燃焼ライナ
７３  半径方向内側燃焼ライナ
７６  空気
７８  低圧タービン
８０  ブレードチップクリアランス
８２  ロータディスク部
８４  遠心圧縮機ブレード
８６  ブレードチップ
８８  タービン冷却空気
９０  ブレードチップシュラウド
９２  第１の冷却空気源
９４  第２の冷却空気源
９６  ディフューザ境界層抽気（手段）
９９  減速部
１００  後方壁
１０１  前方壁
１０２  インペラ抽気流
１０３  ディフューザ空気流
１０４  半径方向内側マニホールド
１０５  前方面
１０６  境界層抽気開口
１１０  圧縮機後方ケーシング
１１２  ディフューザ抽気流
１１３  ディフューザ境界層
１１４  ディフューザ前方ケーシング
１１６  半径方向外側マニホールド
１１７  マニホールド口
１２２  ストラット
１２６  圧力側
１２７  流れの弱い領域
１３０  スロット
１３２  半径方向平面
１３４  曲がり部
１３６  半径方向外側壁
１３８  半径方向内側壁
１４０  上流側に面する壁
１４２  下流側に面する壁
１４４  境界層空気
１５４  半径方向内側環状マニホールド
１５６  半径方向外側環状マニホールド
１５７  インペラ抽気流マニホールド口
１５８  ディフューザ抽気マニホールド
１５９  ディフューザ抽気マニホールド口
１６０  マニホールド間開口
Ｂ  鋭角の傾き角
Ｃ  半径方向隙間
Ｌ  スロットの長さ
Ｗ  スロットの幅
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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