JP4718746B2 - ガスタービンの冷却流量を制御するための装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンの冷却流量を制御するための装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
公知のように、ガスタービンは圧縮機を含んでおり、該圧縮機には、圧力を高めるために外部環境から空気が供給される。
【0003】
加圧状態の空気は、一連の燃焼チャンバ中に流れ込み、該一連の燃焼チャンバは、ノズルで終り、またその各々の中にインゼクタが空気と混合される燃料を供給し、燃焼される可燃性空気混合物を生成する。
【0004】
タービンは、前記燃焼チャンバ内で燃焼されるガスのエンタルピーを使用者が利用できる機械的エネルギーに変換する。
【0005】
本発明は、具体的にはガスタービン圧縮機の出口区域について述べる。
【0006】
本発明により解決される技術的問題の導入にあたって、ガスタービンの効率を向上させようとする絶え間ない努力は、タービンエンジン内部の全ての流量を最適化することを必要とすることに注目されたい。
【0007】
具体的には、圧縮段から供給される空気は、熱力学サイクルの点から見てかなりの消費により生成されたものであるから、該空気は、最も重要な高温区域で更に必要とされる冷却又は拘束機能のためではなく、できる限り燃焼に使用されなければならない。
【0008】
従って、このことに関して生じる問題は、運転状態、タービンエンジンとその構成部品の使用年数及び摩耗又は汚損の程度、及び過渡現象の間の構成部品の寸法の変化に応じて必要とされる空気量が変化するということを考慮に入れて、様々な区域内でこの空気を正確に計測する問題である。
【0009】
事実、空気流量が不十分な場合には、その結果は、よくても、構成部品の寿命を著しく縮め、ブレードが破損及び焼損する可能性がある。
【0010】
これらの要因は、使用者にとって結果として経費が増大するというマイナスの影響を与える懼れがあることをついでながらここで指摘しておく。
【0011】
本発明に関連する技術的問題をより充分に理解するために、先ず最初に図1から図3までを参照されたく、これらの図はそれぞれ、全体を参照符号20で示す従来技術によるガスタービンの断面図、ガスタービン20の圧縮機21の出口区域の拡大図、及び内側バレル23の本体50に固定穴22を持つ場合があるガスタービン20の冷却流量を制御するための従来の解決策を示す。
【0012】
より詳細には、図1は、内側バレル23及び荷重支持ボルスタ24が組み合わされた圧縮機21を備えるガスタービン20を示し、図1はまた、とりわけタービン20のロータ25及び26を示す。
【0013】
図2をより詳細に検討すれば、ケーシング27及びブレード28を見ることができ、圧縮機21の一部、圧縮機21の出口ディフューザ29、荷重支持ボルスタ24の通気出口33、及び内側バレル23の空気シール30と31を形成している。図2はまた、ロータ32の1部分も示す。
【0014】
冷却及びシールのための空気流量を正確に計測するために現在用いられている解決策は、供給管/導管のオリフィスの仕様を確定することと、回転部材と相補形のステータ構成部品内に形成されたラビリンスとの間の遊びの程度を決定することからなっている。
【0015】
従って、オリフィス及びラビリンス(図3参照)は、設計の観点からすれば相互依存しており、試作品の完成の間に正確に決定されるので、設計の極端な条件及び偏りは安全に処理することができる。
【0016】
従って、このことは、これらの調整及び公差は組み立ての間に製造業者により規定されることを意味する。
【0017】
しかしながら、顧客側での機械の効率を向上させる必要性は、非常に効率的で、しばしば過度に効率的過ぎ、上述の深刻な危険を招くことなるシールを使用することにより、必要な絶対最小量まで空気流量を減少させる結果になる。
【0018】
具体的には、圧縮機21から、機械20の最内部分(図1〜図2)、特に内側バレル22の内部に位置する区域に向かって逸出する空気量を減少させがちであった。
【0019】
この空気は、ラビリンスシールの第1のバリヤーを通過し、次いで圧縮機21の荷重支持ボルスタ24の通気孔から、第1のタービンロータの正面の空間を通り、ブレードのシャンク上のエンゼルウィングとケーシングに取り付けられた固定シールで形成されたラビリンスを通って逸出する。
【0020】
従って、この空気の機能は、ボルスタ24中のオイル蒸気及びタービン20内部の高温ガスからのシールを行い、タービンディスクを冷却し、内側バレル23内部の換気摩擦によって生じる熱を除去する機能である。
【0021】
これまでの経験によると多くの場合、機械の効率の向上と信頼性の向上との必要性の間で採用された妥協の結果は、調整することができないために、機械の信頼性の突然の低下をもたらしていた。
【0022】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、内側バレルの交換を必要とすることなく、該内側バレルへ流入する空気量を変化させることを可能にするガスタービンの冷却流量を制御するための装置を提供することである。
【0023】
より具体的には、本発明は、内側バレルへの空気流量を変化させることを可能にしながら、タービンエンジンの最も重要な構成部品のいかなる種類の分解をも避けることを狙いとする。
【0024】
本発明の別の目的は、単に機械を停止して適当な構成部品を選定し交換することを伴う簡単な作業を実施することによって、ニーズに合わせて変更しかつある期間にわたって繰り返し可能な調整を行うことが可能になるガスタービンの冷却流量を制御するための装置を提供することである。
【0025】
本発明の更に最終的な目的は、費用の観点から有利なガスタービンの冷却流量を制御するための装置を提供することである。
【0026】
最後に述べるが重要さは劣らないものであるが、本発明の目的は、実質的に安全でかつ信頼性のあるガスタービンの冷却流量を制御するための装置を提供することである。
【0027】
【課題を解決するための手段】
これら及び他の目的は、内側バレル及び荷重支持ボルスタが組み合わされている圧縮機を備えるガスタービンの冷却流量を制御するための装置により達成され、該装置は、異なる直径の内部穴を有し、かつ前記内側バレルのほぼ円筒形の本体に形成された適当な孔に取り付けることができる複数の交換可能なノズルの配列を準備しており、適当な直径の内部穴を有する他のノズル選択し、前記ノズルの少なくとも一部を該他のノズルと交換することによって、前記内側バレルの中に流入する空気の流量を変化させることができるようになっている。
【0028】
本発明の好ましい実施形態によると、前記ノズルの各々は、前記内側バレルに形成された孔内にある対応する雌ねじ部分と係合することができるねじ部分を有する。
【0029】
本発明の別の好ましい実施形態によると、各交換可能なノズルは、ねじ部分の直径より小さい直径の円筒部分を有し、また磁気ヘッドスパナと係合するための1対の切込部(15)を有する。
【0030】
本発明の別の好ましい実施形態によると、ノズルは、前記圧縮機のケーシング内にある対応する孔の内側に挿入された案内管と磁気ヘッドスパナとを用いて挿入される。
【0031】
より具体的には、案内管は、圧縮機のケーシング内にある対応する孔と係合することができるねじ付きカラーを有する。
【0032】
案内管は、それを滑り込ませることによって圧縮機ケーシングの孔に挿入され、その後、機械の内側にあるその端部が前記内側バレルと接触するまで、前記案内管のねじ付きカラーが圧縮機ケーシングの対応するねじにねじ込まれて、該内側バレルの本体にねじ込まれるノズルがその内側を通過することができる保持兼案内用チャネルを形成するようになっている。
【0033】
本発明の更に別の好ましい実施形態によると、前記ガスタービンの運転中には、圧縮機ケーシングの孔は、案内管の除去後に所定の位置に挿入されたボルト又は他の類似の閉塞装置を用いて閉じられている。
【0034】
更に、本発明は、ノズルを作動位置に固定するために、案内管を打撃位置への案内として利用することによって使用されるディンプルパンチを用いることが更に意図されている。
【0035】
本発明の更に独特な特徴が、本発明の特許出願に添付する特許請求の範囲に記載される。
【0036】
本発明の更なる目的及び利点が、その構造的及び機能的特徴と共に、単に非限定的な実例として示される以下の説明及びその添付図を精査することにより明らかになるであろう。
【0037】
【発明の実施の形態】
先ず図6及び図7を特に参照すると、本発明によるガスタービンの冷却流量を制御するための装置が、全体が参照符号10により示される。
【0038】
装置10は、内側バレル23の本体50に形成された適当な孔14に取り付けることができる複数の交換可能なノズル11を含む。
【0039】
図4及び図5を参照すると、ノズル11は、孔14内にある対応する雌ねじ部分13と係合することができるねじ部分12を有する。
【0040】
ノズル11はまた、ねじ部分12の直径及び最内部の平滑部分14の直径より小さい直径の円筒形部分16と、磁気ヘッドスパナと係合するための1対の切込部15とを有する。
【0041】
本発明はまた、案内管17及び磁気ヘッドスパナにより構成される特殊工具の使用を意図している。
【0042】
ディンプルパンチの使用もまた、意図している。
【0043】
案内管17はまた、該案内管が圧縮機21のケーシング27内にある対応する孔19と係合することを可能にするねじ付きカラー18を有する。
【0044】
従って、孔19は、雌ねじ部分40を有する。
【0045】
上記のことに関しては、ガスタービン20に実施されなければならない機械加工作業は、圧縮機21の外側ケーシング27に対する穿孔及びねじ切りと内側バレル23に対する穿孔及びねじ切りからなる。
【0046】
内側バレル23に流入させられる空気の正確な公称値に対して必要な有効面積が規定されると、この面積は適当な断面直径の適当な数のノズル11に分割され、該ノズル11は、内側バレル23の円筒形の本体50上で適当なねじ付き孔14に半径方向内側にねじ込まれる。
【0047】
これらの孔14に対向して、対応する数のねじ付き半径方向孔が圧縮機21のケーシング27に形成され、該半径方向孔は、外部から交換可能なノズル11へ接近できるようにする機能を有する。
【0048】
ガスタービン20の運転中には、これらの孔19は、ボルト41及び他の類似の閉塞装置により閉じられている。
【0049】
交換可能なノズル11は、適当な直径の内部穴51を有するのは明らかである。
【0050】
交換可能なノズル11は、実際には、様々な直径の内部穴51を有するセット又はキットの形態で提供され、その直径の平均値は最適設計の公称直径に相当する。
【0051】
ガスタービン20がこの最初の試用直径を用いて始動された後に、次いで機械計装により与えられた読取り値に基づいて最適である直径が選ばれる。
【0052】
交換可能なノズルを取り付けるための特殊工具は、すでに説明したように、案内管17と特殊な磁気クロスヘッドを備える挿し込み可能なスパナとから成る。
【0053】
案内管17は、軸線に垂直な平坦切断面を備える2つの端部と、1端におけるねじ付きカラー18とを有しており、該ねじ付きカラー18は、圧縮機21のケーシング27に接近するための孔19のねじと同じねじを備えている。
【0054】
作業の観点からすれば、案内管17は、それを滑り込ませることによってケーシング27の孔19に挿入され、その後、そのねじ付きカラー18がケーシング27の対応するねじにねじ込まれる。
【0055】
この作業は、機械の内側にある端部を内側バレル23と接触させ、内側バレル23の本体50にねじ込まれるノズル11がその内側を通過することができる保持兼案内用チャネルを形成するようになっている。
【0056】
従って、磁気ヘッドスパナの挿入後、ノズル11は除去され及び挿入される。
【0057】
交換作業が完了した後、交換可能なノズル11は、特殊工具の管、すなわち打撃位置への案内としての案内管17を用いてディンプル加工によって固定されなければならない。
【0058】
この作業が完了した後、次に案内管17はねじ込みを弛められ、ねじプラグ41が、孔19内側で雌ねじ40によりそれらの所定の位置に挿入される。
【0059】
スパナは、任意の傾斜角で容易に操作できるように、磁化されたヘッドを有する。
【0060】
理論的かつ実験的な結果は、この装置が、広く用いられているガスタービンに使うことができることを実証しているように、満足できるものであった。
【0061】
従って、提案された解決策は、内側バレル23を交換する必要がなく或いは如何なる場合にもタービンエンジンの重要な構成部品を全く分解することもなく、常時は閉じられている孔19を介して特殊工具、すなわち案内管17を用いて交換可能なノズル11に単に接近することによるだけで、内側バレル23中に流入する空気の流量を変えることを可能にすることを目的としている。
【0062】
このことにより、機械20を単に停止し適当な較正されたノズル11を交換するだけで、ニーズに合わせて変更しかつある期間にわたって繰り返し可能な調整を行うことが可能になる。
【0063】
以上の説明から、本発明の主題を構成する、ガスタービンの冷却流量を制御するための装置の独特な特徴が、その利点と同様に明らかになる。
【0064】
より正確にかつ明瞭に前述の利点を明示するために、以下の最終的な解説及び考察をここに追加する。
【0065】
説明した本発明の結果として、常時は閉じられている孔19を介して特殊工具を用いて、除去可能なノズル11に単に接近するだけで、内側バレル23に流入する空気の流量を変えることが可能である。
【0066】
この特徴は、単に機械を停止して適当な較正されたノズルとの交換を実施することにより、ニーズに合わせて変更しかつある期間にわたって繰り返し可能な調整を行うことが可能になる。
【0067】
本発明によるガスタービンの冷却流量を制御するための装置に対して、前述の発明力を要する考えから逸脱することなく、数多くの変更を行うことができるのは明らかである。
【0068】
結局、本発明の実際の実施形態において、その詳細が例示された材料、形態及び寸法は、必要に応じていかなる種類とすることもできること、またそれらは技術的観点から見て均等である他のものと置き換えることができることは明らかである。
【0069】
なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来技術によるガスタービンの断面図。
【図2】 図1によるガスタービンの圧縮機の出口区域の拡大断面図。
【図3】 内側バレルの本体内に固定穴を備える、ガスタービンの冷却流量を制御するための従来の解決策を示す図。
【図4】 本発明によるガスタービンの冷却流量を制御するための装置の1部を形成するノズルの部分断面図。
【図5】 図4によるノズルの平面図。
【図6】 第1の組み立て段階における、本発明によるガスタービンの冷却流量を制御するための装置の部分断面図。
【図7】 作動可能な組み立て状態における、本発明によるガスタービンの冷却流量を制御するための装置の部分断面図。
【符号の説明】
10 装置
11 ノズル
12 ノズルのねじ部分
13 本体の雌ねじ部分
14 本体の孔
15 切込部
17 案内管
18 ねじ付きカラー
19 圧縮機ケーシングのねじ付き孔
23 内側バレル
27 圧縮機のケーシング
29 出口ディフューザ
40 ケーシングの雌ねじ部分
50 内側バレルの本体
51 内部穴
Claims (7)
- 内側バレル(23)及び荷重支持ボルスタ(24)が組み合わされている圧縮機(21)を備えるガスタービン(20)の冷却流量を制御するための装置(10)であって、該装置は、異なる直径の内部穴(51)を有し、かつ前記内側バレル(23)の円筒形の本体(50)に形成された適当な孔(14)に取り付けることができる複数の交換可能なノズル(11)の配列を準備しており、適当な直径の内部穴(51)を有する他のノズル(11)を選択し、前記ノズル(11)の少なくとも一部を該他のノズルと交換することによって、前記内側バレル(23)の中に流入する空気の流量を変化させることができるようになっており、
前記ノズル(11)は、前記圧縮機(21)のケーシング(27)内にある対応する孔(19)の内側に挿入された案内管(17)と磁気ヘッドスパナとを用いて挿入され、前記案内管(17)は、それを滑り込ませることによって前記ケーシング(27)の孔(19)に挿入され、その後、機械の内側にある端部が前記内側バレル(23)と接触するまで、そのねじ付きカラー(18)が前記ケーシング(27)の対応するねじにねじ込まれて、前記内側バレル(23)の本体にねじ込まれる前記ノズル(11)がその内側を通過することができる保持兼案内用チャネルを形成するようになっている
ことを特徴とする装置(10)。 - 前記ノズル(11)の各々は、前記内側バレル(23)の本体(50)に形成された対応する孔(14)内にある対応する雌ねじ部分(13)と係合することができるねじ部分(12)を有することを特徴とする、請求項1に記載の装置(10)。
- 前記交換可能なノズル(11)の各々は、前記ねじ部分(12)の直径より小さい直径の円筒部分(16)を有することを特徴とする、請求項2に記載の装置(10)。
- 前記交換可能なノズル(11)の各々は、磁気ヘッドスパナと係合するための1対の切込部(15)を有することを特徴とする、請求項2又は請求項3に記載の装置(10)。
- 前記案内管(17)は、前記圧縮機(21)のケーシング(27)内にある対応する孔(19)と係合することができるねじ付きカラー(18)を有することを特徴とする、請求項1に記載の装置(10)。
- 前記ガスタービンの運転中には、前記孔(19)は、前記案内管(17)を除去した後に前記孔(19)に挿入されたボルト(41)又は他の類似の閉塞装置により閉じられていることを特徴とする、請求項1に記載の装置(10)。
- 前記ノズル(11)を作動位置に固定するために、前記案内管(17)を打撃位置への案内として利用することによって使用されるディンプルパンチを用いることが更に意図されていることを特徴とする、請求項1から請求項6のうちのいずれか1項に記載の装置(10)。
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