JPS6130160B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） 本発明はデイフユーザ、特に遠心圧縮機のイン
ペラ（羽根車）からのガス流を燃焼器の入口に極
めて少ない圧力損失にて配給するガスタービンエ
ンジン用デイフユーザに関する。

（発明の背景） 一般に遠心圧縮機は回転インペラ（羽根車）を
有し、このインペラはここを通過するガス流を加
速し、これによりガス流の運動エネルギーを増加
するように配置される。デイフユーザは一般に定
義すれば、インペラを囲す環状空間である。デイ
フユーザはインペラから出てくる流体流の速度を
低下し、これによりその静圧を高める作用をな
す。かゝるデイフユーザはベーン型とも、管型と
もすることができる。双方のタイプとも一般に、
インペラを囲む環状空間に対して接線方向に収斂
する、複数個の円周方向に離間したデイフユーザ
通路を有する。これらの通路はインペラの下流で
末広形状になつてインペラからのガス流を拡散す
る。ベーン型デイフユーザでは複数個の円周方向
で離間したベーン部材を用いてかゝる通路を形成
する。これは、例えば米国特許第3460748号およ
び米国特許第3369737号に開示されている。或は
また、上記通路を対向プレート間の管部材として
形成してもよい。これは、例えば米国特許第
3719430号に開示されている。本明細書では、ベ
ーン型、管型デイフユーザ共に、デイフユーザの
流路を燃焼器の幾何学形状に適合させるためデイ
フユーザ通路の下流に配置されている領域を総称
して、「転移領域」とよぶ。転移領域には燃焼器
への入口の上流位置に渦流除去手段を設けて、デ
イフユーザ通路から出てくる流れから円周方向過
流を除去する。上記米国特許第3719430号のデイ
フユーザにおいては、複数個の円周方向に離間さ
れたデイフユーザ通路が環状マニホールドよりな
る転移領域に徐々に進行し次いでここから出る。
マニホールドに複数個の円周方向に離間された渦
流除去手段であるベーン（案内翼）を設ける。こ
れらのベーンはデイフユーザ通路から出る流れの
残留円周方向速度成分を打消す作用をなす。渦流
除去ベーンを通過した流れは燃焼室に案内され
る。

この構造はガスタービンエンジン用の従来の遠
心圧縮機の性能に較べて著しく改良されている
が、上述したデイフユーザの性能、特に系の圧力
損失の面で改良の余地が残つている。このような
従来のデイフユーザにおいて、デイフユーザ通路
から出てくる流れは、渦流除去ベーンにより渦流
除去される時に比較的高い速度状態にある。高い
マツハ数での渦流除去は燃焼器に入る流れの圧力
を著しく低下する原因となる。さらに高いマツハ
数での流れには環高（転移領域の入口部は環状形
状であり、この人口幅をいう）の小さい、滑らか
な壁表面の通路が必要で、かつ転移領域の製作時
に比較的厳しい製造公差（燃焼器入口とデイフユ
ーザ出口との公差）を維持しなければならず、ま
た渦流除去ベーンを配置する結果として上記米国
特許第3719430号明細書に開示されたタイプのデ
イフユーザおよび比較的高いマツハ数で渦流除去
を行う他の従来のデイフユーザが一層複雑とな
り、製造コストが上昇する。

（発明の目的） 従つて本発明の主要目的は、圧力損失、複雑さ
および製造コストを低限し得るように構成された
遠心圧縮機デイフユーザを提供することにある。

（発明の構成） 本願発明は次の構成を採択する。

遠心圧縮機を包囲する環状ハウジングと、該環
状ハウジング内に円周に沿つて離間配置され、該
環状ハウジング内を貫通延在して、前記遠心圧縮
機から出てくるガス流を拡散させる複数個のデイ
フユーザ通路と、該デイフユーザ通路の下流に配
置され、排出されるガス流を膨張させて、該ガス
流の速度を減少させるプレナム区域と、該プレナ
ム区域の下流で前記環状燃焼器の入口の近くに、
円周に沿つて離間配置された複数個の渦流除去ベ
ーンとを含む、遠心圧縮機から環状燃焼器へ加速
されたガス流を拡散させるデイフユーザであつ
て、前記プレナム区域が前記デイフユーザ通路を
前記環状燃焼器入口の形状に適合させるための転
移領域としても作用するデイフユーザ。

上記構成を採択して、遠心圧縮機から出てくる
空気流を圧縮機インペラに対して接線方向の通路
内で拡散させマツハ数を減少する。これら通路は
効率的な圧力回収を保証し連続スロツト排出に近
似するような形状とする。出口面積が減少してな
い通路による低いデイフユーザ出口マツハ数（例
えば＜0.3）から、空気流がプレナム区域に一気
に放出されるのでマツハ数がさらに減少し、結果
として圧力損失は小さくなる。減少したマツハ数
の流れは、燃焼器の入口と流体連通した通路に配
置された複数個の円周方向に離間された渦流除去
ベーンへ導びかれる。0.15程度まで減少したマツ
ハ数のガス流において渦流除去を行えば、デイフ
ユーザで圧力損失は著しく減少する。さらに、通
過するガス流が低いマツハ数なので、渦流除去ベ
ーンの製造公差および接線方向通路の出口と燃焼
器への入口との間の流路の製造公差は従来のデイ
フユーザの転移領域に関する夫々の製造公差と較
べて著しく緩和される。公差が緩和される結果、
本発明のデイフユーザの製造コストおよび複雑さ
がこれに応じて減少する。本発明のデイフユーザ
の他の利点は、プレナム区域の流れが低いマツハ
数なので中央フレームの引込み管（中央フレーム
部にあるエンジン軸受への滑油循環等に使用する
管）をここに配置してもガスタービンエンジンに
性能低下をきたさない。従来、かゝる引込み管を
渦流除去ベーンの下流に接する燃焼室への入口付
近に配置することが慣例であつた。かゝる管を渦
流除去ベーンの上流に配置することは禁止されて
いた。その理由は、この上流点での流れのマツハ
数が比較的高く、中央フレーム引込管配置によつ
て燃焼器に入る流れに余計な伴流を生成するから
である。しかし、引込管を燃焼器の近くに配置す
る結果、燃焼器から出てくるガスの温度分布に望
ましくない乱れを生じ、燃焼器のシエルに沿つて
この乱れによつてシエル金属に局部的な高温個所
を生じる。かゝる望ましくない作用を有してはい
るが、これらのもたらす損失が、中央フレームへ
の引込み管を上流に配置した場合に生じる損失よ
り小さいという理由で、引込管を燃焼器近くに配
置する構成を従来は採用してきたが、しかし、本
発明のデイフユーザは、プレナム区域における流
れのマツハ数が低いので、中央フレームへの引込
管を渦流除去ベーンの上流に配置しても、余計な
乱流やこれに起因する損失を生じない。この結
果、従来技術が有していた、燃焼器の出口温度分
布およびシエル温度に与える悪影響は大幅に軽減
され、従つて本発明のデイフユーザを組込んだガ
スタービンエンジンの総合性能が改善される。

（実施例の記載） 本発明を一層明確にするために、以下に図面を
参照しながら従来例および本発明の実施例を説明
する。

第１図はガスタービンエンジンの遠心圧縮機に
用いる従来のデイフユーザの断面図である。この
環状圧縮機においては、インペラ１がエンジン中
心軸（図示せず）のまわりに回転自存に装着され
ている。インペラ１はウエブ（図示せず）により
相互に間隔を置いて円周方向に支持された複数個
のブレード３を有する。４はデイフユーザの全体
を示し、このデイフユーザは環状ハウジング５を
有し、該ハウジング内には複数個の通路６が配置
され、各通路６の入口７はインペラブレード３の
外端を囲む。通路６の断面積は半径方向外方に
徐々に拡大し、ここを流れるガスを拡散させ、こ
れによりガスの高い運動エネルギーを静圧エネル
ギーに転換するよう構成される。プレナム区域の
圧力損失を低くするために、デイフユーザの出口
通路の形状を米国特許第4027997号に開示された
形状と一致させるのが好適である。デイフユーザ
をエンジンケーシング１１内の燃焼器１０の幾何
学形状に適合させるために、１２で示される「転
移領域」をデイフユーザ通路６の出口付近に設け
る。転移領域１２には、燃焼器１０への流れから
望ましくない渦流を除去する複数個の渦流除去ベ
ーン１４を設ける。エンジンベアリングの潤滑お
よび環流作用をなす複数個の、エンジン中央フレ
ームへの引込み管１６をデイフユーザ通路６の下
流に接続する燃焼器１０の入口付近に配置する。

前述したように、このタイプのデイフユーザは
幾つかの欠点を残している。欠点の一つは、デイ
フユーザ通路６の小さな寸法、滑らかな壁表面お
よび厳しい製造公差（デイフユーザと燃焼器入口
との公差）が必要であり、かゝるデイフユーザの
製造が比較的高価なことである。また、デイフユ
ーザ出口通路６からの流れが渦流除去ベーン１４
に衝突する際にマツハ数が比較的高いので、大き
な圧力損失が生じる。更に別の欠点は、中央フレ
ームの引込み管１６が渦流除去ベーン１４の個所
で燃焼器１０の入口の近傍に位置することであ
る。中央フレーム引込み管１６がこの区域に位置
すると、燃焼器に入る流れに乱流が生じ、またこ
れにより燃焼器１０の出口温度分布が不均一にな
り、またシエル温度が局部的に高くなる。

第２図に本発明の改良形放出デイフユーザを示
す。第１図と同一の数示は前記と同じ部品を示
す。図面から明らかなように、２０で総称される
プレナム区域（高圧区域）を含む転移領域１２を
デイフユーザ通路６の出口に配置して、更にデイ
フユーザ内の流れを膨張させるとともにそのマツ
ハ数を減少させ得るようにする。プレナム区域２
０は燃焼器１０と流体連通した首部２１で終端
し、この部分に複数個の渦流除去ベーン１５を配
置して燃焼器１０に入る流れから円周方向渦流を
除去し得るようにする（プレナム区域２０により
流れの速度が一更に減少するので、中央フレーム
への引込み管１６をプレナム区域２０を貫通し、
かつ渦流除去ベーン１４より上流に配置転換する
ことができる。）このように構成する結果、渦流
除去ベーンを通過する流れのマツハ数が比較的低
くなり、従つて圧力損失が減少する。この方式を
第１図の従来方式と比較検討すると、系全体の圧
力損失を1.5％だけ減少させ得ることがわかる。
この1.5％の減少はターボシヤフト・ガスタービ
ンエンジンにおける約15軸馬力の増加に等しい。
このことは、従来のデイフユーザおよび本発明の
デイフユーザの性能を入口流れのマツハ数（第３
図横軸の入口流れ係数）に対するデイフユーザス
ロート部から燃焼器プレナム部までの圧力損失の
関係を示した第３図に図示されている。

比較的低いマツハ数で渦流除去を行うことによ
りプレナム区域２０、首部２１および渦流除去ベ
ーン１４の幾何学形状の公差が緩和される。プレ
ナム区域２０において流れが比較的低速であるこ
とにより、中央フレームの引込み管１６を渦流除
去ベーン１４より上流に配置でき、この結果燃焼
器に入る流れが一層均一になり、これに応じて燃
焼器から出る流れの出口温度分布および燃焼器の
シエル温度への悪影響が減少する。

本発明の好適実施例を図示し説明したが、本発
明の要旨を逸脱せぬ範囲内で種々の変更を加え得
ることが明らかである。本発明を管型のデイフユ
ーザに適用した例について説明したが、ベーン型
及び管型の従来のデイフユーザすべてに等しく適
用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はガスタービンエンジンの遠心圧縮機に
組込んだ従来のデイフユーザを示す断面図、第２
図は本発明のデイフユーザを示す断面図、および
第３図は従来および本発明のデイフユーザの性能
を示すグラフである。 １……インペラ、３……ブレード、４……テイ
フユーザ、５……環状ハウジング、６……デイフ
ユーザ通路、７……入口、１０……燃焼器、１２
……転移領域、１４……渦流除去ベーン、１６…
…中央フレームの引込み管、２０……プレナム区
域、２１……首部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 遠心圧縮機を包囲する環状ハウジング５と、 該環状ハウジング内に円周に沿つて離間配置さ
   れ、該環状ハウジング内を貫通延在して、前記遠
   心圧縮機から出てくるガス流を拡散させる複数個
   のデイフユーザ通路６と、 該デイフユーザ通路の下流に配置され、排出さ
   れるガス流を膨張させて、該ガス流の速度を減少
   させるプレナム区域２０と、 該プレナム区域の下流で前記環状燃焼器の入口
   の近くに、円周に沿つて離間配置された複数個の
   渦流除去ベーン１４とを含む、遠心圧縮機から環
   状燃焼器１０へ加速されたガス流を拡散させるデ
   イフユーザ４であつて、 前記プレナム区域が前記デイフユーザ通路を前
   記環状燃焼器入口の形状に適合させるための転移
   領域としても作用するデイフユーザ。 ２ 上記プレナム区域が前記環状燃焼器にガス流
   を配給する縮小断面の首部を含む特許請求の範囲
   第１項記載のデイフユーザ。 ３ 上記首部に円周方向に離間された前記渦流除
   去ベーンが配置されている特許請求の範囲第１項
   記載のデイフユーザ。 ４ 前記プレナム区域には、円周方向に沿つて離
   間配置された複数個の中央フレーム引込み管が配
   置され、該引込み管は前記プレナム領域を貫通し
   ている特許請求の範囲第３項記載のデイフユー
   ザ。