本発明は、一般に、ガスタービンエンジンに関し、より具体的には、ガスタービンの遠心式または混合流圧縮機の軸方向拡散段に関する。

圧縮機は、ベーン付きまたはベーン無しの1つ以上の回転ディスク(ローターまたはインペラー)と、固定ベーン(ステーターベーン段)を備えた1つ以上のホイールとを備える。

ラジアル(または遠心式)圧縮機は、少なくとも1つの遠心式圧縮段を有する。すなわち、圧縮機の中心軸に対して垂直なガスの流れを生成することができる。それは、半径方向の力の影響下で加速され、圧縮され、半径方向に排出される空気を軸方向に吸い込むラジアルベーンを備えた少なくとも1つのインペラーを備える。そして、この空気は、インペラーの出口でガスを減速させることによって速度の一部を静圧に変換するディフューザー(固定ベーンアセンブリ)においてまっすぐになる。

その後、ガスは、燃焼室に導かれる。

混合流(または螺旋形−遠心式)圧縮機は、流体が半径方向に非ゼロの角度で圧縮機のインペラーから出ていくように、中心軸に対して傾斜した少なくとも1つの圧縮段を有する。

遠心式圧縮機のディフューザーは、その間でガスが半径方向に流れるか、または中心から周辺に向かって傾斜して流れる2つのフランジから形成されたホイールから構成される。一般に、ディフューザーは、圧縮機内のガスの流れの方向の上流から下流まで、半径方向部分と軸方向部分5とを備える。フィン10’は、ディフューザーの半径方向部分および軸方向部分において、ホイールに沿って全てのフランジ間に分布している。これらのフィン10’は、その前縁と後縁との間に流れカスケードを形成する。

ディフューザーの軸方向部分5は、一般に、外側シュラウド、内側シュラウドおよびフィンの3つのアセンブリのはんだ付けによって形成される。外側シュラウドおよび内側シュラウドは、ディフューザーのフランジの下流(および軸方向)部分を形成する。

しかしながら、運転中、多数のサイクルの後、フィン10’の後縁に円周方向の亀裂7が形成される可能性があることが観察されている。そして、これらの亀裂7は、フィン10’とシュラウド20’の1つ(図1の内側シュラウド)との間に延在するはんだ半径8から始まり、その後、フィンおよびシュラウド20’内で円周方向に伝播する。これらの亀裂7は、ディフューザーによって受ける高い振動応力のために現れ、局所的な過負荷を引き起こす非常に小さなはんだ半径8によって増幅される。しかしながら、はんだ半径8の形状は、手動操作(はんだペースト9の堆積)に依存する限り、工業的に制御するのが困難であり、したがって、生産に大きなばらつきがある。

はんだ半径8とは、熱の影響下で毛管現象によりペースト9が流れた後、フィン10’とシュラウド20’に形成されたスリットとの間に堆積したはんだペースト9により形成されるフィレットを意味する。そのようなはんだ半径8は、例えば図1に示されている。

したがって、本発明の目的は、遠心式または混合流圧縮機の軸方向ディフューザーが損傷するリスクを制限するための、特にディフューザーを振動応力およびはんだ半径の値の分散に対してより耐性があるようにするための解決策を提案することである。

この目的のために、本発明は、内側シュラウドと、外側シュラウドと、内側シュラウドと外側シュラウドとの間のディフューザーの回転軸に対して半径方向に延在する一連のフィンとを備える遠心式または混合流圧縮機のディフューザーを提案する。各フィンは、前縁と、前縁の反対側の後縁と、ディフューザーの軸に対する半径方向に沿って、フィンにおける内側シュラウドと外側シュラウドとの間でフィンの最小寸法に対応する高さとを有する。

各フィンの後縁は、フィンの前縁と後縁との間の距離がフィンのほぼ中間の高さで、内側シュラウドにおいてフィンの前縁と後縁との間の距離よりも5%から15%短くなるように湾曲している。

上述したディフューザーのいくつかの好ましいが非限定的な特徴は、以下の通りである。

−フィンの中央高さにおけるフィンの前縁と後縁との間の距離は、内側シュラウドにおけるフィンの前縁と後縁との間の距離よりも10%から15%短く、 −後縁は、内側シュラウドと外側シュラウドの近くにおいて、フィンの中央高さの曲率半径よりも小さい曲率半径を有し、 −内側シュラウドおよび外側シュラウドの近くの後縁の曲率半径は、フィンの中央高さの後縁の曲率半径より少なくとも2倍小さく、 −後縁は、外側シュラウドの近傍に壁を形成し、且つフィンの高さの最大10%に等しい略一定の高さを有する第1の部分、湾曲した第2の部分、および第1の部分と略同一の壁を形成する第3の部分を含む可変断面を有し、 −内側シュラウドおよび外側シュラウドは、それぞれ、フィンに面して延在する内面と、内面と反対側の外面と、上流縁および下流縁とを有し、上流および下流は、ディフューザー内のガスの流れの方向によって規定され、外側シュラウドおよび内側シュラウドの外面は、それぞれ、各フィンに追加の厚さを有し、前記追加の厚さは、前記外面において少なくとも関連するシュラウドの下流縁とフィンの後縁の突起との間で延在しており、 −内側シュラウドおよび/または外側シュラウドの追加の厚さは、フィンを収容する関連するスリットの両側にさらに延在しており、 −追加の厚さは、内側シュラウドおよび/または外側シュラウドの関連するスリットの長さの最大で3分の1に亘って延在しており、前記長さは、内側シュラウドにおけるフィンの前縁と後縁との間の距離に実質的に対応し、 −追加の厚さは、関連するシュラウドのスリットから2mm程度の距離まで延びており、および/または −追加の厚さ(28,38)は、V字またはY字形状を有する。

本発明はまた、そのようなディフューザーを備える遠心式または混合流圧縮機ならびにこの遠心式または混合流圧縮機を備えるモータを提案する。

本発明の他の特徴、目的および利点は、以下の詳細な説明を読み、非限定的な例として与えられた添付の図面に関連してより明らかになるであろう。

図1は、はんだ半径で開始されてフィン内を伝播する亀裂の例が見られる、従来のディストリビュータの内側シュラウドのスリットにおける、根元においてはんだ付けによって固定されたフィンの後縁の部分断面図を示している。

図2は、従来技術に係る軸方向ディフューザーのフィンおよび関連するシュラウドが破線で表されている、本発明に係る軸方向ディフューザーのフィンおよび関連するシュラウドの実施形態の一例の部分断面図を示している。

図3は、図2の実施形態の例のより詳細な側面図である。

図4aは、本発明にかかる追加の厚さの実施形態の例が見られる、軸方向ディフューザーの外側シュラウドの斜視図である。

図4bは、本発明にかかる追加の厚さの実施形態の例が見られる、軸方向ディフューザーの内側シュラウドの斜視図である。

図5は、その高さが一定または変化する壁の実施形態のいくつかの例が表されている軸方向ディフューザーの(外側または内側)シュラウドの部分概略断面図である。

本発明に係る軸方向ディフューザー5は、特に、遠心式または混合流タイプの圧縮機で使用されることを意図している。

遠心式圧縮機の場合、ガス流は、最初に吸気スリーブに吸い込まれ、次に遠心式圧縮機のインペラーのブレードとそのケーシングの間で圧縮される。圧縮機は、軸に関して軸対称である。そして、圧縮されたガス流は、インペラーから半径方向に出ていく。圧縮機が混合流圧縮機である場合、ガス流は、軸に対して半径方向に対して非ゼロの角度で傾斜して出ていく。

圧縮空気は、動的モーメントを有しながら半径方向にインペラーを出ていき、圧縮機のディフューザー5へ流入する。ディフューザー5の役割は、ガスの速度を減速させることで圧縮機からのガスの運動エネルギーの一部を静圧に変換し、インペラーから得られる流れをまっすぐにすることである。それは、この目的のために、特に、軸方向部分と、その周囲に沿って配置され、内側シュラウド20と外側シュラウド30との間に延在する複数のフィン10とを備える。

各フィン10は、公知の方法で、ディフューザー5内のガス流に面して配置された前縁11と、前縁11に対向する後縁12と、内側シュラウド20のスリット21にはんだ付けにより固定された根元13aと、外側シュラウド30のスリット31にはんだ付けにより固定されたヘッド13bとを有し、高さhは、フィン10における内側シュラウド20と外側シュラウド30との間のディフューザーの軸に対して半径方向に沿ったフィン10の最小寸法に対応する。一般に、高さhは、フィン10の前縁11の高さに対応する。

亀裂形成のリスクを減らすために、各フィン10の後縁12は、フィン10の中央高さh/2におけるフィン10の前縁11と後縁12の間の距離d₁が内側シュラウド20におけるフィン10の前縁11と後縁12との間の距離d₂よりも5%から15%短くなるように湾曲している(後者の距離d₂は、しばしば「弦」と呼ばれる)。

したがって、後縁12は、三日月形または半月形に湾曲した形状を有する。この湾曲した形状は、例えば、従来のディフューザー5のフィン10の機械加工による材料の除去によって、またはフィン10の製造中の鋳造によって直接達成することができる。

好ましくは、フィン10の中央高さh/2におけるフィン10の前縁11と後縁12との間の距離d₁は、弦よりも10%から15%短い。

したがって、この形状は、力の経路を変更し且つ後縁12を強く軟化させることにより、フィン10の後縁12ではんだ半径8を排出することを可能にする。出願人は、強い振動応力のために損傷する可能性のある臨界領域がはんだ半径8に残っているが、後縁12の特定の形状(その高さhの少なくとも一部に亘る曲線)が、フィン10がより厚く且つはんだ半径8がより大きな領域において、上流に向かうこの臨界領域をシフトすることを可能とすることを見出した。これはまた、ディフューザー5の静的および動的負荷を一般に減らすこともできる。

フィン10の中央高さh/2におけるフィン10の長さ(すなわち、前縁11と後縁12との間の距離d₁)の変更の影響は、空気力学的に許容可能であること、すなわち、フィン10は、圧縮機のインペラーの出口で流れを十分にまっすぐにし、且つガスの速度を遅くすることができるままであることに留意されたい。

一実施形態では、フィン10の後縁12は、フィン10の中央高さh/2よりも内側シュラウド20および外側シュラウド30の近傍でより小さい曲率半径R1を有する。例えば、内側シュラウド20および外側シュラウド30の近傍の曲率半径R1は、フィン10の中央高さh/2における曲率半径R2よりも少なくとも2倍小さく、例えば4倍小さい。

したがって、これは、はんだ半径8を十分に排出しながら、前縁11と後縁12との間のフィン10の中央高さh/2において最小距離(したがって、フィン10への空力的衝撃)を維持することができる。実際に、後縁12の湾曲部分の曲率半径がフィン10の全高hに亘って一定である場合、前縁11と後縁12との間の中央高さh/2の距離d₁は、曲率半径がフィン10の高さhの少なくとも一部よりも大きい場合よりも必然的に短くなることが理解される。

例えば、10ミリメートル程度の高さhと約30ミリメートルの弦d₂とを有するフィン10の場合、後縁12の湾曲部分の曲率半径R1は、内側シュラウド20および外側シュラウド30の近傍において1.5mm程度とすることができ、そして、距離d₁がこのフィン10の弦d₂よりも3.8mm短くなるように、最大で6mm程度の曲率半径R2まで増加する。したがって、フィン10の中央高さh/2では、本発明に係るディフューザー5のフィン10の後縁12は、従来のフィン10’の後縁12’から約3.8mmまで延びている(したがって、湾曲部分がなく、図2および図3において破線で表されている)。

一実施形態では、後縁12の湾曲部分の小さな曲率半径R1と大きな曲率半径R2との間の遷移は緩やかである。

図2および図3からわかるように、後縁12は、フィン10の高さhの一部のみに亘って湾曲していてもよい。例えば、後縁12は、外側シュラウド30の近傍に壁14を形成し且つ略一定の高さHを有する第1の部分と、湾曲部分に対応する第2の部分と、第1の部分と略同一の内側シュラウド20の近傍に壁14を形成する第3の部分とを含む可変断面を有することができる。

壁14の高さHは、後縁12の下流端と第2の部分(湾曲部分)の始まりとの間で略一定である。例えば、壁14の高さHは、約1.5mmの軸方向長さに亘って略一定とすることができる。

あるいは(図5を参照)、壁14の高さHは変化している。例えば、図5に示すように、高さHは、後縁12の下流端で0.6mmから第2の部分の始めで約1.0mmの間に含まれることができる(参照符号14aによって示される曲線を参照)。

各壁14の高さHは、せいぜいフィン10の高さhの10%に等しい。したがって、上記与えられた例では、各壁14の高さHは、1ミリメートル未満、例えば0.6mm程度である。

したがって、後縁12は、フィン10の高さhのかなりの部分に亘って、ここではその高さhの少なくとも90%に亘って湾曲したままである。

したがって、この実施形態では、後縁12の湾曲部分は、内側シュラウド20および外側シュラウド30からではなく壁14から始まる。

後縁12に壁14を形成することにより、後縁12までのフィン10とフィン10に沿ったシュラウド20,30との間の連続的なはんだフィレットを得ることが可能になる。実際に、機械的強度または空力に有害となる可能性のある不連続性はない。壁14は、さらに、ディフューザー5の製造、特に、はんだ付け前のフィン10とシュラウド20,30との組み立てを容易にする。実際に、壁14は、後縁12がフィン10の全高hに亘って湾曲し、且つ壁14がない場合よりも大きいスリット21,31におけるフィン10の半径方向のくさび許容差を可能にする。実際に、最大公差での半径方向の位置決めの場合であっても、壁14は、流路に対して後退することはなく(常に流路に開く)、したがって、流路に不連続性を生じさせない(負オフセット)。

内側シュラウド20および外側シュラウド30は、それぞれ、フィン10に面して延在する内面22,32と、内面22,32の反対側の外面24,34とを有する。したがって、内側シュラウド20および外側シュラウド30の内面22,32は、互いに向かい合っており、ディフューザー5内のガス流の流路を共に区切っている。

内側シュラウド20および外側シュラウド30は、それぞれ上流縁25,35および下流縁26,36をさらに備え、上流および下流は、ディフューザー5内のガスの流れの方向によって規定される。

必要に応じて、はんだ半径8での静的および動的負荷をさらに減らし、ディフューザー5の固有モードの周波数配置を改善するために、内側シュラウド20および外側シュラウド30の外面24,34は、それぞれ、各フィン10において追加の厚さ28,38を有することができる。そして、この追加の厚さ28,38は、少なくとも、前記外面24,34上のフィン10の後縁12の突起と、関連するシュラウド20,30の下流縁26,36との間に延在する。必要に応じて、追加の厚さ28,38は、後縁12の突起を超えて延びてもよい。

追加の厚さ28,38は、関連するシュラウド20,30の下流縁26,36まで延びることができ、その場合、前記追加の厚さ28,38は、シュラウド20,30の機械加工に通常使用される取付フランジにおいて部分的に達成することができる。あるいは、追加の厚さ28,38は、それを含まずに取付フランジの近傍で停止してもよい。

追加の厚さ28,38は、流路から外れているため、ディフューザー5内のガスの流れを妨げない。

一実施形態では、追加の厚さ28,38は、フィン10を収容するスリット21,31の両側に延在するようにさらに延長することができる。例えば、追加の厚さ28,38は、各スリット21,31に沿って、フィン10の弦d₂の最大3分の1に等しい距離d₃に亘って延在していてもよい。

追加の厚さ28,38は、0.5から2mmの間、すなわち、シュラウド20,30の初期厚さの10%から100%の間で構成される厚さ(ディフューザー5の回転軸に対する半径方向に沿った寸法に対応する)を有してもよい。

ディフューザー5の動的および静的負荷を軽減しながら、フィン10をスリット21,31に固定するためのはんだペースト9の堆積を可能にするために、追加の厚さ28,38は、各スリット21,31縁から2ミリメートル程度の距離まで延在する。

追加の厚さ28,38は、例えば、V字またはY字形状を有してもよい。

追加の厚さ28,38の例は、例えば、添付の図4aおよび図4bに示されている。

添付の図4aからわかるように、外側シュラウド30の追加の厚さ38は、V字形の溝の形態を有してもよい。これらの溝は、特に、V字形の下流隆起部を形成するために、一方では下流縁36から外側シュラウド30を機械加工することにより、V字形の上流隆起部を形成するために、次に他方では上流縁35から外側シュラウドを機械加工することにより作製されることができる。

内側シュラウド20は、外側シュラウド30のものと同一の形状および寸法の追加の厚さ28を有することができる。しかしながら、実行可能性および、特に上流縁25へのアクセスの理由から、上流の材料を残す可能性を有しながら下流縁のみを形成することができる(図4bを参照)。