JP2019060336A

JP2019060336A - タービン排気ディフューザ

Info

Publication number: JP2019060336A
Application number: JP2018147314A
Authority: JP
Inventors: プジェムィスワフ・ミカル・ジェイカブクザック; Michal Jakubczak Przemyslaw; カロル・レシチニスキ; Leszczynski Karol; ロバート・ジャミオロスキー; Jamiolkowski Robert
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2017-08-11
Filing date: 2018-08-06
Publication date: 2019-04-18
Anticipated expiration: 2038-08-06
Also published as: KR20190017658A; US20190048745A1; CN109386320A; EP3441578A1; JP7171297B2; KR102604517B1; US11215085B2; EP3441578B1

Abstract

【課題】ガスタービンの分割式の排気ディフューザは、シールおよび／または取付けのために丈の高い半径方向フランジを使用することがある。これらの丈の高いフランジは、その長さに沿って応力および熱勾配を受けることがあり、その結果、真円から大きくずれることがある。真円からのずれの状態を制限するように排気ディフューザを操作する方法を提供する。【解決手段】真円からのずれの状態が少なくなるように構成された改良された排気ディフューザ１００およびディフューザシールを提供する。排気ディフューザは、前方部を有する外側ディフューザセクション１１０を含むことができる。外側前方シールシステム１３０は、前方部に配置することができる。外側前方シールシステムは、シールポケット１９０に取り外し可能に配置されたシール基部１５０を含むことができる。【選択図】図３

Description

本出願およびその結果の特許は一般にガスタービンエンジンに関し、より詳細には、真円からのずれの状態が少なくなるように構成された改良された排気ディフューザおよびディフューザシールを有するガスタービンエンジンに関する。

ガスタービンエンジンは一般に、タービンの最終段の下流に配置された排気ディフューザを含む。大まかに言うと、排気ディフューザは、タービンの最終段を出る高温燃焼ガスの運動エネルギーを、増大した静圧の形態のポテンシャルエネルギーに変換する。排気ディフューザは、高温燃焼ガスを、流れ方向に断面積が大きくなるケーシングを通るように向ける。排気ディフューザは一般に、ハブに取り付けられケーシングによって囲まれたいくつかのストラットを含む。

典型的な排気ディフューザは、切れ目のない３６０度の円の場合もあり、または何らかの様式でいくつかのセグメントに分割される場合もある。切れ目のないディフューザは、製造することが最も容易となる場合があるが、分割ディフューザは、軸受けなどの分野の特定の構成部品へのアクセスを含む操作上の柔軟性をより多く提供することができる。しかしながら、分割ディフューザは、シールおよび／または取付けのために丈の高い半径方向フランジを使用することがある。これらの丈の高いフランジは、その長さに沿って応力および熱勾配を受けることがあり、その結果、真円から大きくずれることがある。タービン出口に近接して真円からずれている状態は、空力性能全体、ならびにガスタービン出力および効率に影響を与えることがある。

したがって、本出願およびその結果の特許はタービン用の排気ディフューザを提供する。排気ディフューザは、前方部を有する外側ディフューザセクションを含むことができる。外側前方シールシステムは、前方部に配置することができる。外側前方シールシステムは、シールポケットに取り外し可能に配置されたシール基部を含むことができる。

本出願およびその結果の特許は、真円からのずれの状態を制限するように排気ディフューザを操作する方法をさらに提供する。本方法は、シール基部を排気ディフューザの前方部のシールポケットに配置するステップと、シール基部を、前方部の流れ側から前方部を通って延在するチャネルによって定位置に係止するステップと、燃焼ガスを前方部の流れ側で前方部を通過させるステップとを含むことができる。

本出願およびその結果の特許は排気ディフューザをさらに提供する。排気ディフューザは、前方部を有する外側ディフューザセクションを含むことができる。外側前方シールシステムは前方部に配置することができる。外側前方シールシステムは、シール部材を有するシール基部と前方部内に形成されたシールポケットとを含むことができる。シール基部は、シールポケット内に取り外し可能に配置することができ、前方部を通って延在するだぼによって固定することができる。

本出願およびその結果の特許のこれらのおよび他の特徴および改良は、いくつかの図面および添付の特許請求の範囲と併せて以下の発明を実施するための形態を検討すれば、当業者には明らかになるであろう。

次に、添付図を参照するが、これらの図は、必ずしも原寸に比例して描かれたものではない。

圧縮機、燃焼器、タービン、排気ディフューザ、および負荷を有するガスタービンエンジンの概略図である。図１のガスタービンエンジンの排気ディフューザの一部分の断面図である。本明細書で説明するような排気ディフューザの外側前方シールシステムの断面図である。

次に、いくつかの図全体にわたって類似の数字が類似の要素を指す図面を参照すると、図１は、本明細書で使用するようなガスタービンエンジン１０の概略図を示す。ガスタービンエンジン１０は圧縮機１５を含むことができる。圧縮機１５は流入する空気２０の流れを圧縮する。圧縮機１５は、圧縮された空気２０の流れを燃焼器２５に送出する。燃焼器２５は、圧縮された空気２０の流れと加圧された燃料３０の流れとを混合し、その混合物を点火して燃焼ガス３５の流れを生成する。単一の燃焼器２５のみが示されているが、ガスタービンエンジン１０は、周方向の列などに構成された任意の数の燃焼器２５を含むことができる。燃焼ガス３５の流れは、続いてタービン４０に送出される。燃焼ガス３５の流れは、機械仕事を生じさせるようにタービン４０を駆動する。タービン４０で生じた機械仕事は、軸４５を介して圧縮機１５を駆動し、かつ発電機などの外部負荷５０を駆動する。

ガスタービンエンジン１０は、天然ガス、様々なタイプの合成ガス、液体燃料、および／または他のタイプの燃料、ならびにこれらの混合物を使用することができる。ガスタービンエンジン１０は、限定するものではないが、７または９シリーズの重構造型ガスタービンエンジンなどを含む、ＮｅｗＹｏｒｋ州ＳｃｈｅｎｅｃｔａｄｙのＧｅｎｅｒａｌＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏｍｐａｎｙによって提供されるいくつかの異なるガスタービンエンジンのうちのいずれか１つとすることができる。ガスタービンエンジン１０は、様々な構成を有することができ、他のタイプの構成部品を使用することができる。他のタイプのガスタービンエンジンもまた本明細書で使用することができる。複数のガスタービンエンジン、他のタイプのタービン、および他のタイプの発電装置もまた本明細書でともに使用することができる。

図１および２に示すように、ガスタービンエンジン１０はまた、排気ディフューザ５５を含むことができる。排気ディフューザ５５は、タービン４０の下流に配置され、タービン４０と連通することができる。上記のように、排気ディフューザ５５は、ハブ６５に取り付けられ外側ケーシング７０内に囲まれたいくつかのストラット６０を含むことができる。スラット６０は、ハブ６５とケーシング７０とを互いに固定した関係で保持する働きをする。排気ディフューザ５５は、燃焼ガス３５の流れを半径方向に転向させることができる。

排気ディフューザ５５は、ケーシング７０に取り付けられた外側ディフューザセクション７５を含んで、高温燃焼ガス３５のための連続した流路を画定することができる。外側ディフューザセクション７５は、タービン４０の出口のあたりに配置された前方部８０を含むことができる。前方部８０は、ケーシング７０の方へ延在する外側前方シール８５を含むことができる。外側前方シール８５は、可撓性シール部材８７を含むことができる。可撓性シール部材８７は、外側ディフューザセクション７５の前方部８０の外皮９５から延在するいくつかのフランジ９２によって形成された半径方向スロット９０に配置することができる。上記のように、排気ディフューザ５５は、特に、タービン４０の出口に近接した外側ディフューザセクション７５のあたりで、真円からずれた状態になることがある。

図３は、本明細書で説明するような排気ディフューザ１００の一部分を示す。この例では、排気ディフューザ１００は２つ以上のセグメント１０５に分割することができる。排気ディフューザ１００は、タービン４０の出口のあたりに配置された前方部１２０を有する外側ディフューザセクション１１０を含むことができる。外側ディフューザセクション１１０は、前方部１２０の外皮１４０のまわりを延在する外側前方シールシステム１３０を含むことができる。本明細書で説明する排気ディフューザ１００は、上記のような外皮９５から延在するフランジ９２によって形成されるスロット９０の代わりにシール基部１５０を含む。シール基部１５０は、前方部１２０の外皮１４０から取り外し可能とすることができる。シール基部１５０は、一対のフランジ１７０の間に形成された半径方向スロット１６０を含むことができる。可撓性シール部材１８０は、半径方向スロット１６０内に配置されて固定することができる。シール基部１５０およびその構成部品は、任意の適切な大きさ、形状、または構成を有することができる。

シール基部１５０は、前方部１２０の外皮１４０内に形成されたシールポケット１９０に配置することができる。シールポケット１９０は、任意の適切な大きさ、形状、または構成を有することができる。シール基部１５０は、シールポケット１９０内の軸方向に延在するスロット２１０と嵌合することができる軸方向に延在するフック２００を有することができる（または、その逆もあり得る）。前方部１２０はその中に、その流れ側２４０に開口しシールポケット１９０まで延在するチャネル２３０を有することができる。シール基部１５０は、前方部１２０のチャネル２３０を通って延在するだぼ２２０によって定位置に固定することができる。本明細書では、他の係止機構を使用することができる。

使用時、シール基部１５０は、シールポケット１９０内に配置され、前方部１２０の流れ側２４０からチャネル２３０を通って延在するだぼ２２０によって固定することができる。軸方向に延在するシール基部１５０のフック２００と軸方向に延在するシールポケット１９０のスロット２１０との嵌合は、シール基部１５０を半径方向および軸方向の両方向には定位置に効果的に係止するが、周方向にはほとんど結合されない。したがって、外側前方シールシステム１３０は、前方部１２０の半径方向高さを効果的に減じて、排気ディフューザ１００の全体の半径方向の剛性を下げる。その結果、シール有効性を良好に維持しながら真円からのずれの状態を全体的に減じることができる。

このように、本明細書で説明する排気ディフューザ１００は、シール機能と流路形成機能とを分割する。このように分割することによって、静止しているフレームと熱膨張する排気ディフューザ１００との間の大きな相対的なゆがみを補償することができる。詳細には、外側前方シールシステム１３０は、シール効率を良好に維持しながら、前方部１２０の外皮１４０への応力を減らして真円からのずれの状態を最小限にすることができる。したがって、外側前方シールシステム１３０を有する排気ディフューザ１００は良好なシール性能を与え、その結果、より小型のブロワーを冷却／シール空気を供給するために使用することができる。さらに、真円からのずれの状態が減って円形形状が改善されると、高流速状態での剥離がより小さくなってタービン出口でのディフューザ性能を改善することができる。排気ディフューザ１００がより薄いことはまた、応力を下げて、メンテナンスの削減を伴うより高いロバスト性を得ることができる。

上述のことは、本出願およびその結果の特許の特定の実施形態のみに関するものであることは明らかである。当業者は、以下の特許請求の範囲およびその均等物によって規定される本発明の全体的な趣旨および範囲から逸脱することなく本明細書で多くの変更および修正を行うことができる。

最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
前方部（１２０）を備える外側ディフューザセクション（１１０）と、
前記前方部（１２０）に配置され、シールポケット（１９０）に取り外し可能に配置されたシール基部（１５０）を備える外側前方シールシステム（１３０）と
を備える排気ディフューザ（１００）。
［実施態様２］
前記シール基部（１５０）が、半径方向スロット（１６０）を画定する一対のフランジ（１７０）を備える、実施態様１に記載の排気ディフューザ（１００）。
［実施態様３］
前記シール基部（１５０）が、前記半径方向スロット（１６０）内に配置されたシール部材（１８０）を備える、実施態様２に記載の排気ディフューザ（１００）。
［実施態様４］
前記シール部材（１８０）がケーシング（７０）の方へ延在する、実施態様３に記載の排気ディフューザ（１００）。
［実施態様５］
前記シール部材（１８０）が可撓性シール（１８０）を備える、実施態様３に記載の排気ディフューザ（１００）。
［実施態様６］
前記シール基部（１５０）がフック（２００）を備える、実施態様１に記載の排気ディフューザ（１００）。
［実施態様７］
前記シールポケット（１９０）が、前記フック（２００）を収容するスロット（２１０）を備える、実施態様６に記載の排気ディフューザ（１００）。
［実施態様８］
前記前方部（１２０）が流れ側（２４０）を備える、実施態様７に記載の排気ディフューザ（１００）。
［実施態様９］
前記前方部（１２０）がその中に、前記流れ側（２４０）から延在するチャネル（２３０）を備える、実施態様８に記載の排気ディフューザ（１００）。
［実施態様１０］
前記前方部（１２０）が、前記チャネル（２３０）内に取り外し可能に配置され前記スロット（２１０）まで延在するだぼ（２２０）を備える、実施態様９に記載の排気ディフューザ（１００）。
［実施態様１１］
前記前方部（１２０）が燃焼ガス（３５）の流れに面する外皮（１４０）を備える、実施態様１に記載の排気ディフューザ（１００）。
［実施態様１２］
前記シールポケット（１９０）が、燃焼ガス（３５）の前記流れに面する前記外皮（１４０）の反対側の前記前方部（１２０）に配置される、実施態様１１に記載の排気ディフューザ（１００）。
［実施態様１３］
前記排気ディフューザ（１００）が複数のセグメント（１０５）を備える、実施態様１に記載の排気ディフューザ（１００）。
［実施態様１４］
前記前方部（１２０）がタービン（４０）に面する、実施態様１に記載の排気ディフューザ（１００）。
［実施態様１５］
真円からのずれの状態を制限するように排気ディフューザ（１００）を操作する方法であって、
シール基部（１５０）を前記排気ディフューザ（１００）の前方部（１２０）のシールポケット（１９０）に配置するステップと、
前記シール基部（１５０）を、前記前方部（１２０）の流れ側（２４０）から前記前方部（１２０）を通って延在するチャネル（２３０）によって定位置に係止するステップと、
燃焼ガス（３５）を、前記前方部（１２０）の前記流れ側（２４０）で前記前方部（１２０）を通過させるステップと
を含む、方法。
［実施態様１６］
前方部（１２０）を備える外側ディフューザセクション（１１０）と、
前記前方部（１２０）に配置され、シール部材（１８０）を有するシール基部（１５０）と前記前方部（１２０）内に形成されたシールポケット（１９０）とを備える外側前方シールシステム（１３０）であって、前記シール基部（１５０）が、前記シールポケット（１９０）内に取り外し可能に配置され、前記前方部（１２０）を通って延在するだぼ（２２０）によって固定される、外側前方シールシステム（１３０）と
を備える排気ディフューザ（１００）。
［実施態様１７］
前記シール基部（１５０）が、半径方向スロット（１６０）を画定する一対のフランジ（１７０）を備える、実施態様１６に記載の排気ディフューザ（１００）。
［実施態様１８］
前記シール基部（１５０）がフック（２００）を備え、前記シールポケット（１９０）が、前記フック（２００）を収容するスロット（１６０）を備える、実施態様１６に記載の排気ディフューザ（１００）。
［実施態様１９］
前記前方部（１２０）が流れ側（２４０）を備える、実施態様１６に記載の排気ディフューザ（１００）。
［実施態様２０］
前記前方部（１２０）がその中にチャネル（２３０）を備え、前記チャネル（２３０）が前記流れ側（２４０）から延在し、前記だぼ（２２０）が前記チャネル（２３０）内に取り外し可能に配置される、実施態様１９に記載の排気ディフューザ（１００）。

１０ガスタービンエンジン
１５圧縮機
２０空気
２５燃焼器
３０燃料
３５燃焼ガス
４０タービン
４５軸
５０負荷
５５排気ディフューザ
６０ストラット
６５ハブ
７０外側ケーシング
７５外側ディフューザセクション
８０前方部
８５外側前方シールシステム
８７可撓性シール部材
９０半径方向スロット
９２フランジ
９５外皮
１００排気ディフューザ
１０５セグメント
１１０外側ディフューザセクション
１２０前方部
１３０外側前方シールシステム
１４０外皮
１５０シール基部
１６０半径方向スロット
１７０フランジ
１８０シール部材
１９０ポケット
２００フック
２１０スロット
２２０だぼ
２３０チャネル
２４０流れ側

Claims

前方部（１２０）を備える外側ディフューザセクション（１１０）と、
前記前方部（１２０）に配置され、シールポケット（１９０）に取り外し可能に配置されたシール基部（１５０）を備える外側前方シールシステム（１３０）と
を備える排気ディフューザ（１００）。
前記シール基部（１５０）が、半径方向スロット（１６０）を画定する一対のフランジ（１７０）を備える、請求項１記載の排気ディフューザ（１００）。
前記シール基部（１５０）が、前記半径方向スロット（１６０）内に配置されたシール部材（１８０）を備える、請求項２記載の排気ディフューザ（１００）。
前記シール部材（１８０）がケーシング（７０）の方へ延在する、請求項３記載の排気ディフューザ（１００）。
前記シール部材（１８０）が可撓性シール（１８０）を備える、請求項３記載の排気ディフューザ（１００）。
前記シール基部（１５０）がフック（２００）を備える、請求項１記載の排気ディフューザ（１００）。
前記シールポケット（１９０）が、前記フック（２００）を収容するスロット（２１０）を備える、請求項６記載の排気ディフューザ（１００）。
前記前方部（１２０）が流れ側（２４０）を備える、請求項７記載の排気ディフューザ（１００）。
前記前方部（１２０）がその中に、前記流れ側（２４０）から延在するチャネル（２３０）を備える、請求項８記載の排気ディフューザ（１００）。
前記前方部（１２０）が、前記チャネル（２３０）内に取り外し可能に配置され前記スロット（２１０）まで延在するだぼ（２２０）を備える、請求項９記載の排気ディフューザ（１００）。
前記前方部（１２０）が燃焼ガス（３５）の流れに面する外皮（１４０）を備える、請求項１記載の排気ディフューザ（１００）。
前記シールポケット（１９０）が、燃焼ガス（３５）の前記流れに面する前記外皮（１４０）の反対側の前記前方部（１２０）に配置される、請求項１１記載の排気ディフューザ（１００）。
前記排気ディフューザ（１００）が複数のセグメント（１０５）を備える、請求項１記載の排気ディフューザ（１００）。
前記前方部（１２０）がタービン（４０）に面する、請求項１記載の排気ディフューザ（１００）。
真円からのずれの状態を制限するように排気ディフューザ（１００）を操作する方法であって、
シール基部（１５０）を前記排気ディフューザ（１００）の前方部（１２０）のシールポケット（１９０）に配置するステップと、
前記シール基部（１５０）を、前記前方部（１２０）の流れ側（２４０）から前記前方部（１２０）を通って延在するチャネル（２３０）によって定位置に係止するステップと、
燃焼ガス（３５）を、前記前方部（１２０）の前記流れ側（２４０）で前記前方部（１２０）を通過させるステップと
を含む、方法。