(57)【要約】  圧縮機は、半径方向に延在するパージ流抽気経路を含み、空気流を半径方向内側に向けるように構成される。また、圧縮機は中央ボアも備え、これは、軸線方向に延在して、パージ流抽気経路に流体連結されたロータ構造によって、少なくとも部分的に画成される。さらに、完全に中央ボア内に配置された、空気流操作装置も備え、空気流操作装置は、１以上のベーンスロットを画成する複数のベーンを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機（１２）であって、
半径方向に延在して、空気流を半径方向内向きに導くように構成されるパージ流抽気経路と、
軸線方向に延在する中央ボア（５０）であって、パージ流抽気経路に流体連結されるロータ構造（３０）によって少なくとも部分的に画成される中央ボア（５０）と、
完全に中央ボア（５０）内に配置された空気流操作装置（６０）であって、１以上のベーンスロット（７２）を画成する複数のベーン（６８）を有する、空気流操作装置（６０）と
を備える圧縮機（１２）。
【請求項２】
複数のベーン（６８）が円周方向に湾曲している、請求項１に記載の圧縮機（１２）。
【請求項３】
複数のベーン（６８）がその軸線方向の全長に沿って円周方向に湾曲している、請求項２に記載の圧縮機（１２）。
【請求項４】
中央ボア（５０）が、第１の半径を有する中央ボア壁（７０）によって画成され、空気流操作装置（６０）が、第２の半径を有する外側半径位置を含み、第１の半径が第２の半径よりも大きい、請求項１に記載の圧縮機（１２）。
【請求項５】
圧縮機（１２）が複数のホイールをさらに備えており、中央ボア（５０）が、複数のホイールのうちの１つのホイールボアによって部分的に画成される、請求項１に記載の圧縮機（１２）。
【請求項６】
パージ流抽気経路が、複数のホイールのうちの１対の隣接するホイール（４０、４２）によって画成される間隙（４４）を含む、請求項５に記載の圧縮機（１２）。
【請求項７】
パージ流抽気経路が、複数のホイールのうちの１以上の複数のインペラブレード（５２）によって画成される１以上のインペラスロット（５４）を含む、請求項５に記載の圧縮機（１２）。
【請求項８】
空気流操作装置（６０）の第１の端部が、１以上のインペラスロット（５４）の出口に近接して配置される、請求項７に記載の圧縮機（１２）。
【請求項９】
空気流操作装置（６０）が複数のベーンスロット（７２）を有する、請求項１に記載の圧縮機（１２）。
【請求項１０】
空気流操作装置（６０）が動作可能に連結されたプレートを備え、プレートが、空気流操作装置（６０）に入る空気流を導くように構成された漏斗形状を有する、請求項１に記載の圧縮機（１２）。
【請求項１１】
空気流が冷却流であり、ロータ構造（３０）の中央ボア（５０）を通って、ガスタービンエンジン（１０）のタービンセクション（２４）に送られる、請求項１に記載の圧縮機（１２）。
【請求項１２】
ガスタービンエンジン（１０）であって、
互いに隣接して配置された第１のホイール（４０）、第２のホイール（４２）、及び第１のホイール（４０）と第２のホイール（４２）との間に配置された間隙（４４）を有する圧縮機セクション（１２）であって、空気流が、間隙（４４）内に半径方向内向きに導かれる、圧縮機セクション（１２）と、
燃焼セクション（１４）と、
タービンセクション（２４）と、
圧縮機セクション（１２）とタービンセクション（２４）との間に軸線方向に延在して、これらを動作可能に連結する、ロータ構造（３０）と、
ロータ構造（３０）によって少なくとも部分的に画成され、間隙（４４）に流体連結される中央ボア（５０）であって、空気流を受けるように構成された中央ボア（５０）と、
完全に中央ボア（５０）内に配置された空気流操作装置（６０）であって、１以上のベーンスロット（７２）を画成する複数のベーン（６８）を有する空気流操作装置（６０）と
を備えるガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１３】
複数のベーン（６８）が周方向に湾曲している、請求項１２に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１４】
複数のベーン（６８）がその軸線方向の全長に沿って周方向に湾曲している、請求項１３に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１５】
中央ボア（５０）が、第１の半径を有する中央ボア壁（７０）によって画成され、空気流操作装置（６０）が、第２の半径を有する外側半径位置を含み、第１の半径が第２の半径よりも大きい、請求項１２に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１６】
中央ボア（５０）が、第１のホイール（４０）及び第２のホイール（４２）のうちの１以上のホイールボアによって部分的に画成される、請求項１２に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１７】
第１のホイール（４０）及び第２のホイール（４２）のうちの１以上の、複数のインペラブレード（５２）によって画成された、１以上のインペラスロット（５４）をさらに備え、１以上のインペラスロット（５４）が、空気流を中央ボア（５０）の入口（５６）に送るように構成される、請求項１２に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１８】
空気流操作装置（６０）の第１の端部（７４）が、１以上のインペラスロット（５４）の出口に近接して配置される、請求項１７に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１９】
空気流操作装置（６０）が、動作可能に連結されたプレート（７６）を備え、プレート（７６）が、空気流操作装置（６０）に入る空気流を導くように構成された漏斗形状を有する、請求項１２に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項２０】
第１のホイール（４０）及び第２のホイール（４２）が、圧縮機セクション（１２）の最後の２つの段を形成し、圧縮機セクション（１２）が、中央ボア壁（７０）と空気流操作装置（６０）との相対半径により、空気流操作装置（６０）に後付けされるように構成される、請求項１２に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示される主題は、ガスタービンシステムに関し、より詳細には、ガスタービンシステムの圧縮機セクション用の空気流操作装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ガスタービンシステムでは、バケット供給の二次冷却空気流は、圧縮機の後段から抽気されて、溝（ｆｌｕｔｅ）、インペラ、又は圧縮機のホイール同士の間隙を通って半径方向内側に導かれる。空気流は、ホイールの中央ボアに向かって移動する。溝から中央ボアへ移行する間に旋回渦が生じ、これにより、中央ボアの内部及び近傍に、不必要に高い圧力損失が生じる。空気流の旋回、及びそれに伴う圧力損失を低減することが有効であろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】欧州特許出願公開第２６２８８９７号明細書
【発明の概要】
【０００４】
本発明の１つの態様によれば、圧縮機は、半径方向に延在するパージ流抽気経路を備え、空気流を半径方向内側に向けるように構成される。また、圧縮機は中央ボアも備え、これは、軸線方向に延在して、パージ流抽気経路に流体連結されたロータ構造によって、少なくとも部分的に画成される。さらに、完全に中央ボア内に配置された、空気流操作装置も備え、空気流操作装置は、１以上のベーンスロットを画成する複数のベーンを有する。
【０００５】
本発明の別の態様によれば、ガスタービンエンジンは、互いに隣接して配置された第１のホイール、及び第２のホイール、並びに第１のホイールと第２のホイールとの間に配置された間隙を有し、空気流が、間隙内で半径方向内向きに導かれる、圧縮機セクションを備える。また、燃焼セクション及びタービンセクションも備える。さらに、圧縮機セクションとタービンセクションとの間に軸方向に延在し、これらを動作可能に結合するロータ構造を備える。さらに、ロータ構造によって少なくとも部分的に画成され、間隙に流体連結された中央ボアも備え、中央ボアは、空気流を受けるように構成される。また、完全に中央ボア内に配置された空気流操作装置も備え、空気流操作装置は、１以上のベーンスロットを画成する複数のベーンを有する。
【０００６】
これらその他の利点及び特徴は、図面と併せて、以下の説明からより明らかになるであろう。
【０００７】
本発明とみなされる主題は、本明細書の末尾の特許請求の範囲において具体的に指摘し、明確に特許請求する。本発明の前述その他の特徴、並びに利点は、添付の図面と併せ、以下の詳細な説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】ガスタービンエンジンの概略図である。
【図２】ガスタービンエンジンの圧縮機セクションの、第２のホイールの前方側の斜視図である。
【図３】空気流操作装置の斜視図である。
【図４】空気流操作装置の背面斜視図である。
【図５】空気流操作装置にバックプレートを取り付けた、空気流操作装置を示す、第２のホイールの前方側の斜視図である。
【図６】バックプレートを取り付けた、空気流操作装置の斜視図である。
【０００９】
例として図面を参照しながら、詳細な記載によって、本発明の実施形態を利点及び特徴と共に説明する。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１及び図２を参照すると、本発明の例示的な実施形態によって構成された、ガスタービンエンジン１０のようなタービンシステムが概略的に示されている。ガスタービンエンジン１０は、圧縮機セクション１２と、カンアニュラー配列で配置された複数の燃焼器アセンブリとを含み、その１つが符号１４で示されている。燃焼器アセンブリは、１以上の燃料ノズル２０（図示せず）を介して、燃料供給源（図示せず）から燃料を受け、圧縮機セクション１２から圧縮空気を受けるように構成される。燃料及び圧縮空気は、燃焼器ライナ２１によって画成された燃焼室１８に通されて点火され、タービンセクション２４を駆動させるために用いる、高温高圧の燃焼生成物又は空気流を形成する。タービンセクション２４は、ロータ構造３０（軸とも呼ばれる）を介して圧縮機１２に動作可能に連結される、複数の段２６〜２８を含む。
【００１１】
動作中に、空気は圧縮機１２に流入し、圧縮されて高圧ガスになる。高圧ガスは、燃焼器アセンブリ１４に供給され、燃焼室１８で、天然ガス、燃料油、プロセスガス、及び／又は合成ガス等の燃料と混合される。燃料／空気混合物、又は可燃性混合物は、点火されて高圧の高温燃焼ガス流を形成し、これはタービンセクション２４に送られて、熱エネルギーから機械的回転エネルギーに変換される。
【００１２】
ガスタービンエンジン１０の圧縮機セクション１２は、圧縮機セクション１２のホイールスペースに複数のホイールを備え、ガスタービンシステムを通って燃焼器アセンブリ１４の中に入る主空気流を加速するために、圧縮機翼形部が取り付けられる。空気流が通過する最後の２つのホイールは、それぞれ、第１のホイール４０及び第２のホイール４２と呼ばれる。一般的なガスタービンシステムでは、圧縮機セクション１２は、２つの第２のホイールを含む複数のホイールを備えてもよく、したがって第１のホイール４０は最後から２番目のホイールに相当し、第２のホイール４２は最後のホイールに相当する。圧縮機セクション１２内に配置されたホイールの正確な数にかかわらず、参照するホイールは、圧縮機セクション１２の最後の２つのホイールに関する。
【００１３】
第１のホイール４０と第２のホイール４２とは、この２つのホイール同士の間に軸方向の間隙４４を形成するように圧縮機セクション１２内に配置され、間隙４４は、ホイールの外径にほぼ相当する、外径位置４６から半径方向内向きに延在する。間隙４４は、空気流が、外径位置４６から中心軸線４８に向かうことができるように構成され、中心軸線４８は、第２のホイール４２の中央ボア５０を通って軸線方向に延在する。本明細書で言うホイールは、共にロータ構造３０を画成する、他の構造に動作可能に連結される。中央ボア５０は、ガスタービンエンジン１０の主軸に沿って軸線方向に延在し、以下に説明するように、圧縮機セクション１２をタービンセクション２４に流体連結するように構成される。空気流は、中央ボア５０を通過し、複数のタービンホイールを含むタービンセクション２４に向かって流れる。前述の説明は、第１のホイール４０と第２のホイール４２とが圧縮機セクション１２内に配置されていることに関連しているが、言及したホイールは、これに限定されないが、タービンセクション２４を含む、ガスタービンエンジン１０のどこに配置されてもよいことが理解されよう。さらに、本明細書では、圧縮機セクション１２の後方の２つのホイールに近接する領域からパージ流を抽気するものとして説明したが、圧縮機セクション１２の他の位置が、抽出に適している場合があることが理解されよう。
【００１４】
パージ流抽気経路は、第１のホイール４０と第２のホイール４２との間隙によって少なくとも部分的に画成され、空気流が中央ボア５０へと半径方向内向きに移動できるようにする。いくつかの実施形態では、パージ流抽気経路は、第１のホイール４０及び／又は第２のホイール４２の構造によって画成される、多くの流路の回路を含む。例えば、第２のホイール４２は、１以上のインペラスロット５４を画成する、複数のインペラ５２を有する。インペラスロット５４の数は、いくつのインペラ５２が存在するかの関数であり、各インペラスロット５４は、隣接するインペラ５２の対によって画成される。インペラスロット５４は、外径位置４６に近接する位置から、中央ボア５０に向かって半径方向内向きに延在し、インペラ５２の形状によって画成された、湾曲した形状をとってもよい。通常、インペラスロット５４は、中央ボア５０の入口５６に近接する位置まで延在する。各インペラ５２は、第１のホイール４０と直接接触するか、又は第１のホイール４０に密着するように、軸線方向前方、又は上流側に延在する。インペラ５２が第１のホイール４０に直接接触又は当接する場合、空気流は、インペラスロット５４を通って半径方向内向きにのみ移動する。
【００１５】
ここで図３及び図４を参照すると、中央部６２と、ベーン部６４とを有する空気流操作装置６０が、圧縮機セクション１２の後方領域に近接して、中央ボア５０内に配置されている。図示された実施形態では、中央部６２はほぼ円筒形であるが、別の幾何学的形状を使用してもよいことが理解されよう。ベーン部６４は、中央ボア５０内の中央部６２から半径方向外向きに延在する、１以上の、通常は複数のベーン６８を含む。空気流操作装置６０、そしてより具体的には複数のベーン６８は、中央ボア５０の半径方向寸法よりも小さい外径寸法を有し、その結果、空気流操作装置６０の最も外側の半径方向位置は、中央ボア５０を画成する中央ボア壁７０の半径方向内側に配置される。このような構成により、空気流操作装置６０は、完全に中央ボア５０内に配置されることが可能になり、その結果、空気流操作装置６０のどの部分も、中央ボア５０よりも大きい半径方向寸法を持たないことが確実になる。
【００１６】
好適には、空気流操作装置６０は、圧縮機セクション１２を後付けするだけで、既存の圧縮機セクションに取り付けることができる。空気流操作装置６０と中央ボア５０との相対的な形状により、圧縮機セクション１２及び／又はロータ構造３０の１つ以上の部品を取り外し、及び分解する必要なく、空気流操作装置６０を中央ボア５０の中に取り付けることが容易になる。具体的には、ロータ構造３０の一部である後部スタブ軸は、このようにしない場合は、中央ボア５０内に完全には収まらない空気流操作装置を収容するために、取り外して再度取り付ける必要がある。
【００１７】
複数のベーン６８は、１以上の、ただし通常は複数のベーンスロット７２を形成し、これは、１以上のインペラスロット５４の延長部の働きをするように機能し、その結果、１以上のインペラスロット５４を通って半径方向内向きに流れる空気流は、円滑に複数のベーンスロット７２の中に、そして中央ボア５０の中に移行する。複数のベーン６８は、その軸方向長さに沿ってほぼ直線状であってもよく、その結果、複数のベーン６８はそれぞれ、１つの各円周面内で整列する。或いは、図示されているように、複数のベーン６８の少なくとも１つから最大で全部までが、その軸方向長さの一部に沿って、円周方向に湾曲している。いくつかの実施形態では、この湾曲は、複数のベーン６８の全長に沿って延在する。
【００１８】
動作中は、複数のベーン６８と、インペラスロット５４との相互作用によって、中央ボア５０に向かって内向きに流れる空気流の円滑な偏向及び移行が確立される。空気流が１以上のインペラスロット５４から出ると、その空気流は、中央ボア５０の入口５６に近接し、かつ第１のホイール４０及び第２のホイール４２に近接して配置された、空気流操作装置６０の第１の端部７４の中に導かれる。いくつかの実施形態では、プレート７６は、空気流操作装置６０に動作可能に連結されるか、又はこれと一体的に形成され、第１の端部７４に近接して配置されて、空気流を複数のベーンスロット７２の中に向け直すのを容易にする。このような旋回空気流を減少させることによって、好適には、中央ボア５０の中を通過する際の、空気流の圧力損失が低減される。
【００１９】
本発明は、限られた数の実施形態に関して詳細に説明してきたが、本発明は、このような開示された実施形態に限定されないことは容易に理解されよう。むしろ、本発明は、これまでに説明していないが、本発明の精神及び範囲に相応する、任意の数の変形、変更、置換又は等価な構成を組み込むように修正されてもよい。また、本発明の様々な実施形態を説明したが、本発明の態様は、説明した実施形態のうちの一部のみを含んでもよいことが理解されよう。したがって、本発明は、前述の説明によって限定されるとみなされるべきではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００２０】
１０  ガスタービンエンジン
１２  圧縮機セクション
１４  燃焼器アセンブリ
１８  燃焼室
２１  燃焼器ライナ
２４  タービンセクション
２６、２７、２８  段
３０ロータ構造
４０  第１のホイール
４２  第２のホイール
４４  間隙
４６  外径位置
４８  中心軸線
５０  中央ボア
５２  インペラ
５４  インペラスロット
５６  入口
６０  空気流操作装置
６２  中央部
６４  ベーン部
６８  ベーン
７０  中央ボア壁
７２  ベーンスロット
７４  端部
７６  プレート
【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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【国際調査報告】
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