JPH1054258A - 圧縮機、燃焼タービン及び燃焼タービンの冷却方法 - Google Patents
圧縮機、燃焼タービン及び燃焼タービンの冷却方法Info
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- JPH1054258A JPH1054258A JP16427097A JP16427097A JPH1054258A JP H1054258 A JPH1054258 A JP H1054258A JP 16427097 A JP16427097 A JP 16427097A JP 16427097 A JP16427097 A JP 16427097A JP H1054258 A JPH1054258 A JP H1054258A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
- F01D5/08—Heating, heat-insulating or cooling means
- F01D5/081—Cooling fluid being directed on the side of the rotor disc or at the roots of the blades
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2260/00—Function
- F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
- F05D2260/205—Cooling fluid recirculation, i.e. after cooling one or more components is the cooling fluid recovered and used elsewhere for other purposes
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 燃焼タービンにおいて、装置の複雑化及びコ
ストの増加無しで、性能向上及び超低NOX放出を達成
する。 【解決手段】 燃焼タービン10は、複数の回転圧縮機
翼12と、固定羽根及び出口案内羽根の組とを備えた圧
縮機を有し、更に、主圧縮機出口ディフューザ30に隣
接し且つ最後列の固定羽根及び出口案内羽根20に隣接
して配置された副空気圧縮機50を有し、これは主圧縮
機を出る空気流の一部を構成する副空気流34を受け入
れる。
ストの増加無しで、性能向上及び超低NOX放出を達成
する。 【解決手段】 燃焼タービン10は、複数の回転圧縮機
翼12と、固定羽根及び出口案内羽根の組とを備えた圧
縮機を有し、更に、主圧縮機出口ディフューザ30に隣
接し且つ最後列の固定羽根及び出口案内羽根20に隣接
して配置された副空気圧縮機50を有し、これは主圧縮
機を出る空気流の一部を構成する副空気流34を受け入
れる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はターボ機械に関し、
特に燃焼タービン用冷却装置のための圧縮機の構造に関
する。
特に燃焼タービン用冷却装置のための圧縮機の構造に関
する。
【0002】
【発明の背景】圧縮機から空気を抽出し、その空気を冷
却し更にその空気を使用して燃焼タービンのタービン部
を冷却することは知られている。その様な装置の数例
が、本発明の譲受人に譲渡されている米国特許第5,2
55,505号(Cloyd et al)に記載されており、本引
用により完全な形で記載されているように本明細書に組
み入れられる。
却し更にその空気を使用して燃焼タービンのタービン部
を冷却することは知られている。その様な装置の数例
が、本発明の譲受人に譲渡されている米国特許第5,2
55,505号(Cloyd et al)に記載されており、本引
用により完全な形で記載されているように本明細書に組
み入れられる。
【0003】燃焼タービンの性能増大は、閉ループ形空
気冷却装置を使用して達成することができる。加えて、
超低NOx放出燃焼方式の燃焼タービンは、圧縮機空気
の殆ど全部が燃料と事前混合することを必要としてい
る。これらの装置のどちらにおいても、圧縮機の吐出し
空気の一部を抽出し、それを冷却し、外部の圧縮機で圧
縮することが必要である。圧縮空気は、それから冷却に
使用される箇所で燃焼タービンに再導入される。しかし
ながら、外部の圧縮機を追加することは装置の複雑さ及
び製造コストを結果として増大し、更に又補助圧縮機或
いはその制御装置の一方が故障することによる運転停止
の可能性を生ずる。
気冷却装置を使用して達成することができる。加えて、
超低NOx放出燃焼方式の燃焼タービンは、圧縮機空気
の殆ど全部が燃料と事前混合することを必要としてい
る。これらの装置のどちらにおいても、圧縮機の吐出し
空気の一部を抽出し、それを冷却し、外部の圧縮機で圧
縮することが必要である。圧縮空気は、それから冷却に
使用される箇所で燃焼タービンに再導入される。しかし
ながら、外部の圧縮機を追加することは装置の複雑さ及
び製造コストを結果として増大し、更に又補助圧縮機或
いはその制御装置の一方が故障することによる運転停止
の可能性を生ずる。
【0004】タービン翼の入口に且つ燃焼室の出口に隣
接して補助の遠心圧縮機を設けることは、米国特許第
3,936,215号(Hoff)に開示されている。この
特許は、圧縮機の出口空気が十分な圧力を喪失して、燃
焼室が高温ガスを出す箇所でタービン部の中に効果的に
導入されることが出来ないことを示している。温度が最
も高く従って冷却が必要とされるのはこの箇所であり、
従って燃焼室の出口とタービン部の入口の間に小さい遠
心圧縮機が介装される。遠心圧縮機は圧縮機からの空気
が供給されるが、これはその圧力損失により冷却を効果
的に行うものよりは低圧になっている。
接して補助の遠心圧縮機を設けることは、米国特許第
3,936,215号(Hoff)に開示されている。この
特許は、圧縮機の出口空気が十分な圧力を喪失して、燃
焼室が高温ガスを出す箇所でタービン部の中に効果的に
導入されることが出来ないことを示している。温度が最
も高く従って冷却が必要とされるのはこの箇所であり、
従って燃焼室の出口とタービン部の入口の間に小さい遠
心圧縮機が介装される。遠心圧縮機は圧縮機からの空気
が供給されるが、これはその圧力損失により冷却を効果
的に行うものよりは低圧になっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このように、圧縮機の
排出空気の圧力を増大するために外置きの遠心圧縮機を
設けることは知られているけれども、かかる装置は前述
した複雑さの問題を抱えている。タービンの内部にある
先行技術の遠心型圧縮機は、閉ループ形空気冷却装置に
ために必要とされる、或いは圧縮機空気の殆ど全部が燃
料と事前混合することが要求される超低NOx放出燃焼
方式の燃焼タービンの為に必要とされると同じ流れ諸元
及び熱交換性能を齎さない。従って、圧縮機から出る冷
却空気に付加圧力が発生される方法及び装置に対して、
長期に亘って感じられ且つ未解決のままである必要性が
存在している。
排出空気の圧力を増大するために外置きの遠心圧縮機を
設けることは知られているけれども、かかる装置は前述
した複雑さの問題を抱えている。タービンの内部にある
先行技術の遠心型圧縮機は、閉ループ形空気冷却装置に
ために必要とされる、或いは圧縮機空気の殆ど全部が燃
料と事前混合することが要求される超低NOx放出燃焼
方式の燃焼タービンの為に必要とされると同じ流れ諸元
及び熱交換性能を齎さない。従って、圧縮機から出る冷
却空気に付加圧力が発生される方法及び装置に対して、
長期に亘って感じられ且つ未解決のままである必要性が
存在している。
【0006】
【発明の概要】しかしながら、直接的に或いは燃焼筒か
ら抽出することにより高温側の部材を冷却し、これを冷
却し、そしてしかる後に被冷却部材へ再導入するための
増圧された圧力空気の必要量を供給する補助圧縮機によ
り先行技術の欠陥が克服されることが今や見いだされ
た。好適な実施形態において、圧縮機の吐出し空気の一
部が圧縮機出口の内径面において逸らされ、そして主圧
縮機出口ディフューザの内壁の下側に位置する1以上の
低高軸方向圧縮段によって圧縮されるが、その主圧縮機
出口ディフューザは補助圧縮機に隣接して下流側に設置
されている。それから、圧縮空気は燃焼器及びタービン
部材を冷却するために通路を通って運ばれ、或いは導管
を経由して筒から取り出される。当業者は、かかる導管
の使用及びこれらを使用して燃焼タービンを冷却するこ
とを熟知しているであろう。
ら抽出することにより高温側の部材を冷却し、これを冷
却し、そしてしかる後に被冷却部材へ再導入するための
増圧された圧力空気の必要量を供給する補助圧縮機によ
り先行技術の欠陥が克服されることが今や見いだされ
た。好適な実施形態において、圧縮機の吐出し空気の一
部が圧縮機出口の内径面において逸らされ、そして主圧
縮機出口ディフューザの内壁の下側に位置する1以上の
低高軸方向圧縮段によって圧縮されるが、その主圧縮機
出口ディフューザは補助圧縮機に隣接して下流側に設置
されている。それから、圧縮空気は燃焼器及びタービン
部材を冷却するために通路を通って運ばれ、或いは導管
を経由して筒から取り出される。当業者は、かかる導管
の使用及びこれらを使用して燃焼タービンを冷却するこ
とを熟知しているであろう。
【0007】
【好適な実施形態の詳細な説明】先ず図1を参照する
に、本発明の好適な実施形態の構成部材の全体配置及び
操作が示されている。当業者は、燃焼タービンに使用さ
れる装置の構造及び運転を熟知しているであろう。本発
明を更に明瞭に例示するために種々の装置は図示されて
いないが、燃焼タービンの構成部材の幾つかが、部分断
面に図解的に示されている。
に、本発明の好適な実施形態の構成部材の全体配置及び
操作が示されている。当業者は、燃焼タービンに使用さ
れる装置の構造及び運転を熟知しているであろう。本発
明を更に明瞭に例示するために種々の装置は図示されて
いないが、燃焼タービンの構成部材の幾つかが、部分断
面に図解的に示されている。
【0008】図1に示されるように、代表的な装置は燃
焼タービン及び圧縮機10を有していて、これは複数列
の圧縮機翼を持っている。最後列の圧縮機翼12が図1
に図示されている。最後列の圧縮機翼12の直ぐ下流側
に最後列の固定羽根と出口案内羽根の組20がある。固
定羽根と案内翼の組20を通り過ぎた後、空気流は主圧
縮機出口ディフューザ30を貫流する。しかしながら、
本発明によれば、主空気流は、内壁乃至仕切り36によ
り主部分32と副空気流34とに分割される。図1の矢
印に示されるように、副空気流34は副空気圧縮機50
を通って導かれる。副空気圧縮機50は、燃焼タービン
10の中心主軸11に連結されて駆動され、そして、円
形スペーサ21によって最後列の圧縮機翼12から離さ
れている。副空気圧縮機50は、一つ又は複数の副圧縮
機翼52からできており、これらは最も好ましくは圧縮
機翼12に比較して小さい高さを有していて、主圧縮機
出口ディフューザ30の内壁36の下側(図において)
に隣接して配置されている。副空気流34は翼列に流入
すると圧縮され、しかる後副出口ディフューザを通って
流出する。副空気圧縮機50は、直接的に或いは燃焼筒
からこの空気を抽出することにより高温部材を冷却し、
これを冷却し、そして冷却されるべき部材に再導入され
るために使用される増圧空気を供給する。
焼タービン及び圧縮機10を有していて、これは複数列
の圧縮機翼を持っている。最後列の圧縮機翼12が図1
に図示されている。最後列の圧縮機翼12の直ぐ下流側
に最後列の固定羽根と出口案内羽根の組20がある。固
定羽根と案内翼の組20を通り過ぎた後、空気流は主圧
縮機出口ディフューザ30を貫流する。しかしながら、
本発明によれば、主空気流は、内壁乃至仕切り36によ
り主部分32と副空気流34とに分割される。図1の矢
印に示されるように、副空気流34は副空気圧縮機50
を通って導かれる。副空気圧縮機50は、燃焼タービン
10の中心主軸11に連結されて駆動され、そして、円
形スペーサ21によって最後列の圧縮機翼12から離さ
れている。副空気圧縮機50は、一つ又は複数の副圧縮
機翼52からできており、これらは最も好ましくは圧縮
機翼12に比較して小さい高さを有していて、主圧縮機
出口ディフューザ30の内壁36の下側(図において)
に隣接して配置されている。副空気流34は翼列に流入
すると圧縮され、しかる後副出口ディフューザを通って
流出する。副空気圧縮機50は、直接的に或いは燃焼筒
からこの空気を抽出することにより高温部材を冷却し、
これを冷却し、そして冷却されるべき部材に再導入され
るために使用される増圧空気を供給する。
【0009】そうして、圧縮空気はそれから直接的に通
路を運ばれて燃焼器及び他の燃焼タービン部品を冷却し
たり、或いは導管を介して筒から取り出されたりする。
当業者は、その様な導管の使用や燃焼タービンの冷却を
熟知しているであろう。本発明によって得られる組込み
式副圧縮機の効率は、同様の使用目的の外置き圧縮機の
ものと同程度である。
路を運ばれて燃焼器及び他の燃焼タービン部品を冷却し
たり、或いは導管を介して筒から取り出されたりする。
当業者は、その様な導管の使用や燃焼タービンの冷却を
熟知しているであろう。本発明によって得られる組込み
式副圧縮機の効率は、同様の使用目的の外置き圧縮機の
ものと同程度である。
【0010】前述に加えて、本発明は又、燃焼タービン
の冷却方法に改善を齎すことが理解される。以上に説明
したように、従来の装置においては圧縮機部分を出た空
気は、圧縮機の外殻、或いは燃焼室から抽出され、参照
により本明細書に組込まれている米国特許第5,25
5,505号に示されているように冷却される。しかし
ながら、本発明によれば、効率及び信頼性の改善は、最
初に圧縮機出口流を主部分と小さい部分とに分割し、し
かる後に圧縮機出口流の小さい部分を副圧縮機へ導くこ
とにより得られる。本発明の好適な実施形態によれば、
圧縮機出口流は、主圧縮機出口ディフューザを横切る仕
切りを設けることにより分割される。
の冷却方法に改善を齎すことが理解される。以上に説明
したように、従来の装置においては圧縮機部分を出た空
気は、圧縮機の外殻、或いは燃焼室から抽出され、参照
により本明細書に組込まれている米国特許第5,25
5,505号に示されているように冷却される。しかし
ながら、本発明によれば、効率及び信頼性の改善は、最
初に圧縮機出口流を主部分と小さい部分とに分割し、し
かる後に圧縮機出口流の小さい部分を副圧縮機へ導くこ
とにより得られる。本発明の好適な実施形態によれば、
圧縮機出口流は、主圧縮機出口ディフューザを横切る仕
切りを設けることにより分割される。
【0011】本発明の副圧縮機は、最も好ましくは組込
まれて配置され、そして主圧縮機出口流の小さい部分
は、好ましくは、1以上の副軸流圧縮機翼を通してその
圧縮機出口流の小さい部分を流すことにより副圧縮機出
口流に圧縮される。好適な実施形態において、圧縮機は
中心主軸11により駆動され、且つ副軸流圧縮機翼はそ
の中心主軸11に連結されて回転される。副圧縮機出口
流は直接的に1以上の燃焼器や他の構成部材に通路を通
して運ばれ、或いは1以上の導管に移されて熱交換器に
運ばれる。どちらの場合にも、副圧縮機出口流はその後
冷却され且つタービンに再導入される。
まれて配置され、そして主圧縮機出口流の小さい部分
は、好ましくは、1以上の副軸流圧縮機翼を通してその
圧縮機出口流の小さい部分を流すことにより副圧縮機出
口流に圧縮される。好適な実施形態において、圧縮機は
中心主軸11により駆動され、且つ副軸流圧縮機翼はそ
の中心主軸11に連結されて回転される。副圧縮機出口
流は直接的に1以上の燃焼器や他の構成部材に通路を通
して運ばれ、或いは1以上の導管に移されて熱交換器に
運ばれる。どちらの場合にも、副圧縮機出口流はその後
冷却され且つタービンに再導入される。
【0012】最後に、上述した軸流組込み式副圧縮機の
機能は、遠心流圧縮機によっても斜流圧縮機よっても達
成される。本発明のこれらの実施形態によれば、副圧縮
機は、主圧縮機出口ディフューザの下側に隣接して配置
されるのが最も好適である。本発明の幾つかの実施形態
がここに述べられ、詳細に説明されているけれども、こ
れらの説明は本発明の特性を例示するためと理解され、
限定的なものと理解すべきではない。前述の説明をレビ
ューすると、開示された方法及び装置に対する種々の部
分的修正、改作及び改良は当業者にとって直ちに想起さ
れるであろう。かかる部分的修正、改作及び改良は、本
発明の精神を離脱しないし、このような理由から本発明
の全範囲を理解するために添付されている特許請求の範
囲を参照すべきである。
機能は、遠心流圧縮機によっても斜流圧縮機よっても達
成される。本発明のこれらの実施形態によれば、副圧縮
機は、主圧縮機出口ディフューザの下側に隣接して配置
されるのが最も好適である。本発明の幾つかの実施形態
がここに述べられ、詳細に説明されているけれども、こ
れらの説明は本発明の特性を例示するためと理解され、
限定的なものと理解すべきではない。前述の説明をレビ
ューすると、開示された方法及び装置に対する種々の部
分的修正、改作及び改良は当業者にとって直ちに想起さ
れるであろう。かかる部分的修正、改作及び改良は、本
発明の精神を離脱しないし、このような理由から本発明
の全範囲を理解するために添付されている特許請求の範
囲を参照すべきである。
【図1】本発明を組み入れた燃焼タービン及び関連部材
の一部分を示す部分図式図である。
の一部分を示す部分図式図である。
10 燃焼タービン、11 中心主軸、12 圧縮機
翼、20 固定羽根と出口案内羽根の組、21 円形ス
ペーサ、30 主圧縮機出口ディフューザ、32主部
分、34 副空気流、36 仕切り、50 副空気圧縮
機、52 副圧縮機翼。
翼、20 固定羽根と出口案内羽根の組、21 円形ス
ペーサ、30 主圧縮機出口ディフューザ、32主部
分、34 副空気流、36 仕切り、50 副空気圧縮
機、52 副圧縮機翼。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デイビッド・ジョン・フーバー アメリカ合衆国、オハイオ州、ノース・カ ントン、エヌ・イー、ナンバー4、ビーチ ウッド・アベニュー 1783 (72)発明者 ネイザン・リチャード・ファイファー アメリカ合衆国、フロリダ州、オーラン ド、グレン・コウブ・サークル 10847、 ナンバー106
Claims (3)
- 【請求項1】 複数の回転圧縮機翼と、固定羽根及び出
口案内羽根の組とを有し、空気が圧縮されて主圧縮機出
口ディフューザの中へ出る圧縮機であり、 タービンは更に、前記主圧縮機出口ディフューザに隣接
し且つ最後列の固定羽根及び出口案内羽根に隣接して配
置され前記圧縮機を出る空気流の一部を構成する副空気
流を受け入れる組み込み型副空気圧縮機を有し、 前記副空気圧縮機が、燃焼タービン装置の1以上の部材
を冷却するために使用される空気を増大圧力で供給する
圧縮機。 - 【請求項2】 最後列の固定羽根及び出口案内羽根の組
に直接的に隣接した副軸流圧縮機と、主圧縮機出口ディ
フューザを主部分と副部分とに分ける仕切りとを有し、
該仕切りが前記副軸流圧縮機に連通している入口を画成
している燃焼タービン。 - 【請求項3】 主圧縮機出口流を大部分と小部分に分け
る工程、 前記主圧縮機出口流の前記小部分を直接的に副圧縮機の
中に送給する工程、 前記主圧縮機出口流の前記小部分を圧縮して前記副圧縮
機の出口流とする工程、 前記副圧縮機の前記出口流を冷却する工程、及び前記副
圧縮機の前記出口流をタービンに再導入する工程からな
る燃焼タービンを冷却する方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US66888196A | 1996-06-24 | 1996-06-24 | |
US08/668881 | 1996-06-24 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1054258A true JPH1054258A (ja) | 1998-02-24 |
Family
ID=24684129
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP16427097A Pending JPH1054258A (ja) | 1996-06-24 | 1997-06-20 | 圧縮機、燃焼タービン及び燃焼タービンの冷却方法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1054258A (ja) |
AR (1) | AR007457A1 (ja) |
WO (1) | WO1997049902A1 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6217280B1 (en) | 1995-10-07 | 2001-04-17 | Siemens Westinghouse Power Corporation | Turbine inter-disk cavity cooling air compressor |
US6250061B1 (en) * | 1999-03-02 | 2001-06-26 | General Electric Company | Compressor system and methods for reducing cooling airflow |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
NL72348C (ja) * | 1948-10-15 | |||
US4236869A (en) * | 1977-12-27 | 1980-12-02 | United Technologies Corporation | Gas turbine engine having bleed apparatus with dynamic pressure recovery |
DE3037020C2 (de) * | 1980-10-01 | 1983-11-03 | MTU Motoren- und Turbinen-Union München GmbH, 8000 München | Gasturbinenstrahltriebwerk in Mehrwellen-Bauweise mit Verdichterhochdruckluftentnahme- und -führungseinrichtungen zur Turbinenkühlung |
FR2614654B1 (fr) * | 1987-04-29 | 1992-02-21 | Snecma | Disque de compresseur axial de turbomachine a prelevement d'air centripete |
US4901520A (en) * | 1988-08-12 | 1990-02-20 | Avco Corporation | Gas turbine pressurized cooling system |
FR2656657A1 (fr) * | 1989-12-28 | 1991-07-05 | Snecma | Turbomachine refroidie par air et procede de refroidissement de cette turbomachine. |
US5452573A (en) * | 1994-01-31 | 1995-09-26 | United Technologies Corporation | High pressure air source for aircraft and engine requirements |
-
1997
- 1997-05-12 WO PCT/US1997/008107 patent/WO1997049902A1/en active Application Filing
- 1997-06-20 JP JP16427097A patent/JPH1054258A/ja active Pending
- 1997-06-23 AR ARP970102759A patent/AR007457A1/es unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO1997049902A1 (en) | 1997-12-31 |
AR007457A1 (es) | 1999-10-27 |
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