JP2000145403A - パ―ジ空気回路を有するタ―ビンノズル - Google Patents
パ―ジ空気回路を有するタ―ビンノズルInfo
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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
- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
- F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
- F01D5/187—Convection cooling
- F01D5/188—Convection cooling with an insert in the blade cavity to guide the cooling fluid, e.g. forming a separation wall
- F01D5/189—Convection cooling with an insert in the blade cavity to guide the cooling fluid, e.g. forming a separation wall the insert having a tubular cross-section, e.g. airfoil shape
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- 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
- F05D2240/00—Components
- F05D2240/80—Platforms for stationary or moving blades
- F05D2240/81—Cooled platforms
-
- 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
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- F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
- F05D2260/201—Heat transfer, e.g. cooling by impingement of a fluid
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】ガスタービンエンジンの前方及び後方ロータキ
ャビティのパージ冷却を改善することのできるタービン
ノズルを提供する。 【解決手段】タービンノズルは半径方向外側のバンドと
半径方向内側のバンド３４を含んでおり、その間に複数
のベーン３６が延在している。ベーン３６には、ベーン
の内部に冷却空気を衝突させてベーンを冷却するための
インピンジメント孔を有するインピンジメントバッフル
４２が含まれている。空気回路６４が内側バンド内に配
設されるが、これは複数の出口孔を含んでいる。これら
の出口孔６６を通して放出するためのプレインピンジメ
ント空気としてバッフル内部から冷却空気の一部を空気
回路６４へと導くべく、移送管６８がバッフルの各々と
空気回路の間に流通して配設される。
ャビティのパージ冷却を改善することのできるタービン
ノズルを提供する。 【解決手段】タービンノズルは半径方向外側のバンドと
半径方向内側のバンド３４を含んでおり、その間に複数
のベーン３６が延在している。ベーン３６には、ベーン
の内部に冷却空気を衝突させてベーンを冷却するための
インピンジメント孔を有するインピンジメントバッフル
４２が含まれている。空気回路６４が内側バンド内に配
設されるが、これは複数の出口孔を含んでいる。これら
の出口孔６６を通して放出するためのプレインピンジメ
ント空気としてバッフル内部から冷却空気の一部を空気
回路６４へと導くべく、移送管６８がバッフルの各々と
空気回路の間に流通して配設される。
Description
【０００１】
【発明の技術的背景】本発明は概してガスタービンエン
ジンに関するものであり、さらに具体的にはロータキャ
ビティのパージに関する。
ジンに関するものであり、さらに具体的にはロータキャ
ビティのパージに関する。
【０００２】ガスタービンエンジンでは、空気は多段圧
縮機の複数の段で加圧され、燃焼器内で燃料と混合され
高温燃焼ガスを発生するが、この高温燃焼ガスは数段の
タービンを通して下流に流れる。高圧タービン（ＨＰ
Ｔ）は燃焼器出口にタービンノズルを含んでおり、この
ノズルはＨＰＴロータブレード間に燃焼ガスを送ってそ
こから圧縮機を駆動するためのエネルギーが抽出され
る。
縮機の複数の段で加圧され、燃焼器内で燃料と混合され
高温燃焼ガスを発生するが、この高温燃焼ガスは数段の
タービンを通して下流に流れる。高圧タービン（ＨＰ
Ｔ）は燃焼器出口にタービンノズルを含んでおり、この
ノズルはＨＰＴロータブレード間に燃焼ガスを送ってそ
こから圧縮機を駆動するためのエネルギーが抽出され
る。
【０００３】ＨＰＴは第一段ブレードの下流に配設され
た対応タービンノズルとそれに続く第二段タービンブレ
ード列の第二段を含んでいてもよく、第二タービンブレ
ード列で燃焼ガスから圧縮機を駆動するためのエネルギ
ーがさらに抽出される。ＨＰＴの後には通例低圧タービ
ンがあり、圧縮機上流のファンを駆動するためのエネル
ギーがさらに抽出されるが、このファンが飛行中の航空
機を推進するスラストを発生する。
た対応タービンノズルとそれに続く第二段タービンブレ
ード列の第二段を含んでいてもよく、第二タービンブレ
ード列で燃焼ガスから圧縮機を駆動するためのエネルギ
ーがさらに抽出される。ＨＰＴの後には通例低圧タービ
ンがあり、圧縮機上流のファンを駆動するためのエネル
ギーがさらに抽出されるが、このファンが飛行中の航空
機を推進するスラストを発生する。
【０００４】燃焼ガスが上記複数のタービン段を通って
下流に流れると、その圧力はそれからエネルギーが抽出
されるにつれて低下する。従って、ノズル上流の高圧燃
焼ガスが第二段タービンブレードに至るまでにノズルを
バイパスするのを防ぐため第二段タービンノズルの半径
方向内側に段間シールが設けられる。このシールは、第
一段ブレードと第二段ブレードの対応ロータディスクに
取付けられたブレードリテーナを画成する前方端及び後
方端を有するシールリングによって部分的に画成され
る。
下流に流れると、その圧力はそれからエネルギーが抽出
されるにつれて低下する。従って、ノズル上流の高圧燃
焼ガスが第二段タービンブレードに至るまでにノズルを
バイパスするのを防ぐため第二段タービンノズルの半径
方向内側に段間シールが設けられる。このシールは、第
一段ブレードと第二段ブレードの対応ロータディスクに
取付けられたブレードリテーナを画成する前方端及び後
方端を有するシールリングによって部分的に画成され
る。
【０００５】シールリングの軸方向中間部分には半径方
向に延在するシール歯が含まれており、このシール歯は
第二段ノズルの内側バンドに取付けられた通例ハニカム
形態の環状シールパッドと協同している。シール歯とシ
ールパッドはラビリンスシールを画成し、このラビリン
スシールがそれを通る空気もしくは燃焼ガスの流れを実
質的に制限する。
向に延在するシール歯が含まれており、このシール歯は
第二段ノズルの内側バンドに取付けられた通例ハニカム
形態の環状シールパッドと協同している。シール歯とシ
ールパッドはラビリンスシールを画成し、このラビリン
スシールがそれを通る空気もしくは燃焼ガスの流れを実
質的に制限する。
【０００６】シールリングの前方部分は第一段タービン
ロータ及び第二段ノズル内側バンドの前方部分と共に上
流もしくは前方キャビティを画成し、シールリングの後
方部分は内側バンドの後方部分及び第二段タービンロー
タと共に下流もしくは後方キャビティを画成する。
ロータ及び第二段ノズル内側バンドの前方部分と共に上
流もしくは前方キャビティを画成し、シールリングの後
方部分は内側バンドの後方部分及び第二段タービンロー
タと共に下流もしくは後方キャビティを画成する。
【０００７】シールリングは第一段及び第二段ロータと
共に回転し、作動中それらと共に加熱される。前方及び
後方ロータキャビティはその温度を下げて隣接ロータ部
品の有効耐用寿命を維持すべく作動中冷却空気源でパー
ジされるのが通例である。キャビティパージ空気は通例
圧縮機抽気によって供給され、第二段ノズルのベーンを
最初に冷却した後、前方及び後方キャビティをパージす
べくこれらのキャビティ内に放出される。
共に回転し、作動中それらと共に加熱される。前方及び
後方ロータキャビティはその温度を下げて隣接ロータ部
品の有効耐用寿命を維持すべく作動中冷却空気源でパー
ジされるのが通例である。キャビティパージ空気は通例
圧縮機抽気によって供給され、第二段ノズルのベーンを
最初に冷却した後、前方及び後方キャビティをパージす
べくこれらのキャビティ内に放出される。
【０００８】第二段ベーンには通例その中に対応する多
孔インピンジメントバッフルが含まれており、ベーンの
内側表面にインピンジメントさせてベーンを冷却するた
めの冷却空気を圧縮機から受け入れる。使われたインピ
ンジメント空気は次いでノズル内側バンドを通り、前方
ロータキャビティ及び後方ロータキャビティとそれぞれ
流通して配置された前方パージ空気孔及び後方パージ空
気孔を通して放出される。
孔インピンジメントバッフルが含まれており、ベーンの
内側表面にインピンジメントさせてベーンを冷却するた
めの冷却空気を圧縮機から受け入れる。使われたインピ
ンジメント空気は次いでノズル内側バンドを通り、前方
ロータキャビティ及び後方ロータキャビティとそれぞれ
流通して配置された前方パージ空気孔及び後方パージ空
気孔を通して放出される。
【０００９】ポストインピンジメントパージ空気はベー
ンのインピンジメント冷却のためにその温度がかなり上
昇しているのでロータキャビティに対する冷却能力が限
られており、パージ孔を通して空気を流すのに利用でき
る圧力が低下している。前方キャビティは後方キャビテ
ィよりも圧力が高いので、後方キャビティに比べて前方
キャビティに利用し得る供給パージ空気での差圧が少な
い。
ンのインピンジメント冷却のためにその温度がかなり上
昇しているのでロータキャビティに対する冷却能力が限
られており、パージ孔を通して空気を流すのに利用でき
る圧力が低下している。前方キャビティは後方キャビテ
ィよりも圧力が高いので、後方キャビティに比べて前方
キャビティに利用し得る供給パージ空気での差圧が少な
い。
【００１０】利用可能な差圧の不足のため通例内側バン
ドを貫通する前方パージ孔は接線方向に傾いておらず、
その結果、第一段ロータが静止内側バンドに対して回転
すると前方キャビティ内でのウィンデイジのためにその
温度上昇が増大する。しかし、後方キャビティではより
大きな駆動圧差が利用でき、そのため後方パージ孔は接
線方向に傾けることができ、パージ空気を回転第二段ロ
ータに対して接線方向に向けてウィンデイジ損を低減す
るとともにパージ空気の温度上昇を低減することができ
る。
ドを貫通する前方パージ孔は接線方向に傾いておらず、
その結果、第一段ロータが静止内側バンドに対して回転
すると前方キャビティ内でのウィンデイジのためにその
温度上昇が増大する。しかし、後方キャビティではより
大きな駆動圧差が利用でき、そのため後方パージ孔は接
線方向に傾けることができ、パージ空気を回転第二段ロ
ータに対して接線方向に向けてウィンデイジ損を低減す
るとともにパージ空気の温度上昇を低減することができ
る。
【００１１】ベーン冷却空気は圧縮機出口上流の中間段
において圧縮機空気の一部を抽出することによって得ら
れるので、その供給圧は限られており、そのロータキャ
ビティ内のシンク圧との差圧はエンジン速度及び温度の
上昇とともに減少する。そのためロータキャビティへの
パージ空気はそれが最も必要とされるときに減少してし
まう。
において圧縮機空気の一部を抽出することによって得ら
れるので、その供給圧は限られており、そのロータキャ
ビティ内のシンク圧との差圧はエンジン速度及び温度の
上昇とともに減少する。そのためロータキャビティへの
パージ空気はそれが最も必要とされるときに減少してし
まう。
【００１２】従って、ロータキャビティの構造敵及び機
能的動作特性によってその利用可能な冷却作用が制限さ
れ、それに応じて適当な耐用寿命に至るまでのエンジン
の潜在的パワーが制限される。
能的動作特性によってその利用可能な冷却作用が制限さ
れ、それに応じて適当な耐用寿命に至るまでのエンジン
の潜在的パワーが制限される。
【００１３】ロータキャビティ冷却の限界に対処すべく
商業運転で採用されている一つの変更として、各ベーン
の後縁近くのインピンジメントバッフルの底部に単一の
ダンプ孔を加えることがある。ダンプ孔は前方及び後方
パージ孔双方への共通の供気キャビティにバッフルから
直接プレインピンジメント空気を供給する。この変更は
一年以上もの運用でベーンインピンジメント冷却を犠牲
にしながらロータキャビティ冷却に限られた改善しかも
たらさなかったことが実証されている。
商業運転で採用されている一つの変更として、各ベーン
の後縁近くのインピンジメントバッフルの底部に単一の
ダンプ孔を加えることがある。ダンプ孔は前方及び後方
パージ孔双方への共通の供気キャビティにバッフルから
直接プレインピンジメント空気を供給する。この変更は
一年以上もの運用でベーンインピンジメント冷却を犠牲
にしながらロータキャビティ冷却に限られた改善しかも
たらさなかったことが実証されている。
【００１４】従って、前方及び後方ロータキャビティの
パージ空気冷却の改善されたタービンノズルを提供する
ことが望まれている。
パージ空気冷却の改善されたタービンノズルを提供する
ことが望まれている。
【００１５】
【発明の簡単な概要】タービンノズルは半径方向外側の
バンドと半径方向内側のバンドを含んでおり、その間に
複数のベーンが延在している。ベーンには、ベーンの内
部に冷却空気を衝突させてベーンを冷却するためのイン
ピンジメント孔を有するインピンジメントバッフルが含
まれている。空気回路が内側バンド内に配設されるが、
これは複数の出口孔を含んでいる。これらの出口孔を通
して放出するためのプレインピンジメント空気としてバ
ッフル内部から冷却空気の一部を空気回路へと導くべ
く、移送管がバッフルの各々と空気回路の間に流通して
配設される。
バンドと半径方向内側のバンドを含んでおり、その間に
複数のベーンが延在している。ベーンには、ベーンの内
部に冷却空気を衝突させてベーンを冷却するためのイン
ピンジメント孔を有するインピンジメントバッフルが含
まれている。空気回路が内側バンド内に配設されるが、
これは複数の出口孔を含んでいる。これらの出口孔を通
して放出するためのプレインピンジメント空気としてバ
ッフル内部から冷却空気の一部を空気回路へと導くべ
く、移送管がバッフルの各々と空気回路の間に流通して
配設される。
【００１６】
【発明の詳しい説明】以下の詳細な説明では、添付の図
面を参照しつつ、本発明の好ましい例示的な実施形態を
本発明のさらなる目的及び利点と併せてより具体的に説
明する。
面を参照しつつ、本発明の好ましい例示的な実施形態を
本発明のさらなる目的及び利点と併せてより具体的に説
明する。
【００１７】図１に示すのは航空機ターボファンガスタ
ービンエンジン１０の一部分であり、これは長軸線もし
くは軸方向中心軸１２のまわりに軸対称である。エンジ
ンには多段軸流圧縮機（図示せず）が含まれており、こ
の圧縮機により圧縮空気が図にその出口部分を示す環状
燃焼器１４に供給され、そこで燃料と混合され、点火さ
れて高温燃焼ガス１６を発生する。燃焼ガスは二段高圧
タービン（ＨＰＴ）を通して下流に流れるが、この高圧
タービンが圧縮機を駆動する。
ービンエンジン１０の一部分であり、これは長軸線もし
くは軸方向中心軸１２のまわりに軸対称である。エンジ
ンには多段軸流圧縮機（図示せず）が含まれており、こ
の圧縮機により圧縮空気が図にその出口部分を示す環状
燃焼器１４に供給され、そこで燃料と混合され、点火さ
れて高温燃焼ガス１６を発生する。燃焼ガスは二段高圧
タービン（ＨＰＴ）を通して下流に流れるが、この高圧
タービンが圧縮機を駆動する。
【００１８】ＨＰＴは燃焼器１４の直ぐ下流に第一段タ
ービンノズル１８を含んでいるが、これにより燃焼ガス
がディスク形態の支持第一ロータ２２から半径方向外側
に延在する第一段タービンブレード２０間に導かれる。
第一ロータ２２に続くのが第二段タービンノズル２４で
あり、同様にディスクの形態をした支持第二ロータ２８
から半径方向外側に延在する第二段タービンブレード２
６間に燃焼ガス１６を導く。
ービンノズル１８を含んでいるが、これにより燃焼ガス
がディスク形態の支持第一ロータ２２から半径方向外側
に延在する第一段タービンブレード２０間に導かれる。
第一ロータ２２に続くのが第二段タービンノズル２４で
あり、同様にディスクの形態をした支持第二ロータ２８
から半径方向外側に延在する第二段タービンブレード２
６間に燃焼ガス１６を導く。
【００１９】第二段ノズル２４は半径方向外側のシュラ
ウドもしくはバンド３２によって環状外側ケーシング３
０に適切に取付けられる。外側バンドから半径方向内側
に離隔しているのが半径方向内側のシュラウドもしくは
バンド３４である。複数の中空ノズルステーターベーン
３６が上記外側バンドと内側バンドの間に延在してお
り、例えば共通のケーシング内で、それらに固定結合さ
れている。典型的な構成では、二つの周方向に離隔した
ベーン３６はそれぞれ対応する外側バンド及び内側バン
ドの弧状セグメントに装着され、個々の弧状ノズルセグ
メントが幾つか集合してエンジン中心軸に同心の完全ノ
ズルリングとなる。
ウドもしくはバンド３２によって環状外側ケーシング３
０に適切に取付けられる。外側バンドから半径方向内側
に離隔しているのが半径方向内側のシュラウドもしくは
バンド３４である。複数の中空ノズルステーターベーン
３６が上記外側バンドと内側バンドの間に延在してお
り、例えば共通のケーシング内で、それらに固定結合さ
れている。典型的な構成では、二つの周方向に離隔した
ベーン３６はそれぞれ対応する外側バンド及び内側バン
ドの弧状セグメントに装着され、個々の弧状ノズルセグ
メントが幾つか集合してエンジン中心軸に同心の完全ノ
ズルリングとなる。
【００２０】外側バンド３２は各ベーン３６の上部に空
気入口３８を含んでおり、この空気入口３８を通して、
圧縮機出口手前の圧縮機中間段で抽気した圧縮空気４０
が取り込まれる。この抽気４０はベーン３６における冷
却空気として使われる。
気入口３８を含んでおり、この空気入口３８を通して、
圧縮機出口手前の圧縮機中間段で抽気した圧縮空気４０
が取り込まれる。この抽気４０はベーン３６における冷
却空気として使われる。
【００２１】さらに具体的には、各々のベーン３６は、
インピンジメント冷却用にベーンの内側表面に対してベ
ーン内部の空気を衝突させるための複数のインピンジメ
ント孔４４を横方向に離隔したパターンで有するインピ
ンジメントバッフル４２を含んでいる。各ベーン３６
は、前縁４６、軸方向反対側の後縁４８と、軸方向には
これら前縁と後縁の間に延在しかつ半径方向には外側バ
ンド３２と内側バンド３４の間に延在する周方向に相対
した中高負圧面５０と中低正圧面５２とを含んでいる。
各ベーン３６は一列の後縁孔５４も含んでおり、それを
通してポストインピンジメント空気の一部が排出され
る。
インピンジメント冷却用にベーンの内側表面に対してベ
ーン内部の空気を衝突させるための複数のインピンジメ
ント孔４４を横方向に離隔したパターンで有するインピ
ンジメントバッフル４２を含んでいる。各ベーン３６
は、前縁４６、軸方向反対側の後縁４８と、軸方向には
これら前縁と後縁の間に延在しかつ半径方向には外側バ
ンド３２と内側バンド３４の間に延在する周方向に相対
した中高負圧面５０と中低正圧面５２とを含んでいる。
各ベーン３６は一列の後縁孔５４も含んでおり、それを
通してポストインピンジメント空気の一部が排出され
る。
【００２２】第二段ノズル２４は軸方向にみて第一段タ
ービンブレード２０と第二段タービンブレード２６の間
に配設されるので、作動時に燃焼ガス１６に差圧が生じ
る。従って、内側バンド３４は前方に第一段ブレード２
０の対応内側プラットホームまで延在するとともに後方
に第二段ブレード２６の対応プラットホームまで延在し
ており、実質的に連続した燃焼ガス用内側流路を与え
る。
ービンブレード２０と第二段タービンブレード２６の間
に配設されるので、作動時に燃焼ガス１６に差圧が生じ
る。従って、内側バンド３４は前方に第一段ブレード２
０の対応内側プラットホームまで延在するとともに後方
に第二段ブレード２６の対応プラットホームまで延在し
ており、実質的に連続した燃焼ガス用内側流路を与え
る。
【００２３】さらに、段間シールリングが第一ロータ２
２と第二ロータ２８の双方に固定結合されていて、内側
バンド３４に固定結合された相補的段間シールパッド５
８と協同する。シールパッド５８は環状ハニカム部材の
形態をしていてリング５６の中央の対応シール歯６０と
協同する。シール歯６０はシールパッド５８と共に、第
二段ノズル２４を横切る差圧を維持するのに有効なラビ
リンスシールを画成する。
２と第二ロータ２８の双方に固定結合されていて、内側
バンド３４に固定結合された相補的段間シールパッド５
８と協同する。シールパッド５８は環状ハニカム部材の
形態をしていてリング５６の中央の対応シール歯６０と
協同する。シール歯６０はシールパッド５８と共に、第
二段ノズル２４を横切る差圧を維持するのに有効なラビ
リンスシールを画成する。
【００２４】シールリング５６は歯６０前方の環状部分
を含んでいて第一ロータ２２と内側バンド３４の間の環
状前方キャビティ６２を画成するとともに、歯６０後方
の環状部分も含んでいて内側バンド３４の後方部分と第
二ロータ２８の間の環状後方キャビティ６３を画成す
る。図１に示す例示的実施形態では、シールリング５６
の前方部分と後方部分はブレードリテーナの形態をして
おり、それぞれ個々の第一段ブレード２０及び第二段ブ
レード２６をそれらのダブテールにて各ロータの外周の
対応軸方向ダブテールスロット内に軸方向に保持する。
を含んでいて第一ロータ２２と内側バンド３４の間の環
状前方キャビティ６２を画成するとともに、歯６０後方
の環状部分も含んでいて内側バンド３４の後方部分と第
二ロータ２８の間の環状後方キャビティ６３を画成す
る。図１に示す例示的実施形態では、シールリング５６
の前方部分と後方部分はブレードリテーナの形態をして
おり、それぞれ個々の第一段ブレード２０及び第二段ブ
レード２６をそれらのダブテールにて各ロータの外周の
対応軸方向ダブテールスロット内に軸方向に保持する。
【００２５】以上説明したエンジン１０は慣用的な構造
及び動作のものである。しかし、本発明によれば、新規
事項として、前方ロータキャビティ６２及び後方ロータ
キャビティ６３の双方のパージ冷却を改善するため冷却
空気４０が内側バンド３４を通して送られる。
及び動作のものである。しかし、本発明によれば、新規
事項として、前方ロータキャビティ６２及び後方ロータ
キャビティ６３の双方のパージ冷却を改善するため冷却
空気４０が内側バンド３４を通して送られる。
【００２６】さらに具体的には、第二段ノズル２４の軸
側部分を図２に一段と詳細に示す。独立かつ専用の空気
回路６４が内側バンド内に配設されるが、これは複数の
周方向に離隔した第一もしくは前方の出口孔６６を含ん
でいる。各ベーン３６はそれぞれのバッフル４２と共通
空気回路６４との間に流通して配設された移送管６８を
それぞれ含んでおり、出口孔６６を通して放出するため
のプレインピンジメント空気としてバッフルの内部から
冷却空気４０の一部を直接空気回路６４へと導く。空気
回路６４とそれと協同する移送管６８を図３〜図５にさ
らに詳細に図示する。
側部分を図２に一段と詳細に示す。独立かつ専用の空気
回路６４が内側バンド内に配設されるが、これは複数の
周方向に離隔した第一もしくは前方の出口孔６６を含ん
でいる。各ベーン３６はそれぞれのバッフル４２と共通
空気回路６４との間に流通して配設された移送管６８を
それぞれ含んでおり、出口孔６６を通して放出するため
のプレインピンジメント空気としてバッフルの内部から
冷却空気４０の一部を直接空気回路６４へと導く。空気
回路６４とそれと協同する移送管６８を図３〜図５にさ
らに詳細に図示する。
【００２７】冷却空気４０は個々のバッフル４２の内部
で最も圧力が高く温度が低いが、ベーンの内側表面に対
するインピンジメントに当たりインピンジメント孔４４
を通して送られた後はその圧力は低下し、温度は上昇す
る。従って、プレインピンジメント冷却空気は従来技術
で通例見受けられるポストインピンジメント空気よりも
ロータキャビティの冷却に一段と効果的である。
で最も圧力が高く温度が低いが、ベーンの内側表面に対
するインピンジメントに当たりインピンジメント孔４４
を通して送られた後はその圧力は低下し、温度は上昇す
る。従って、プレインピンジメント冷却空気は従来技術
で通例見受けられるポストインピンジメント空気よりも
ロータキャビティの冷却に一段と効果的である。
【００２８】第一出口孔６６は内側バンド３４内にベー
ンの前縁４６に隣接して配設され、従って、プレインピ
ンジメント冷却空気を前方ロータキャビティ６２内に放
出するための前方出口孔を画成する。前方ロータキャビ
ティ６２内の高圧・低温プレインピンジメント冷却空気
はその隣接ロータ部品を一段と効果的に冷却し、二次的
にはシール歯６０を通り越して後方キャビティ６３へと
漏洩する際に後方キャビティ６３の冷却を改善する。
ンの前縁４６に隣接して配設され、従って、プレインピ
ンジメント冷却空気を前方ロータキャビティ６２内に放
出するための前方出口孔を画成する。前方ロータキャビ
ティ６２内の高圧・低温プレインピンジメント冷却空気
はその隣接ロータ部品を一段と効果的に冷却し、二次的
にはシール歯６０を通り越して後方キャビティ６３へと
漏洩する際に後方キャビティ６３の冷却を改善する。
【００２９】前方孔６６から前方キャビティ６２内に放
出されるプレインピンジメント冷却空気では高い圧力が
利用できることから、前方出口孔は好ましくは、図５に
最もよく示されている通り、第一段ロータ２２の回転の
周方向に折線寄りに傾斜もしくは傾いている。本発明で
は十分な駆動圧が利用できるので、静止ノズル２４から
回転ロータ２２に冷却空気を放出する際のウィンデイジ
損をかかる傾斜孔を用いて最小限にすることができる。
ウィンデイジ損の低減によってパージ空気の温度上昇が
減り、ロータキャビティのパージ及び冷却作用がさらに
一段と改善される。
出されるプレインピンジメント冷却空気では高い圧力が
利用できることから、前方出口孔は好ましくは、図５に
最もよく示されている通り、第一段ロータ２２の回転の
周方向に折線寄りに傾斜もしくは傾いている。本発明で
は十分な駆動圧が利用できるので、静止ノズル２４から
回転ロータ２２に冷却空気を放出する際のウィンデイジ
損をかかる傾斜孔を用いて最小限にすることができる。
ウィンデイジ損の低減によってパージ空気の温度上昇が
減り、ロータキャビティのパージ及び冷却作用がさらに
一段と改善される。
【００３０】図４及び図５に示す通り、空気回路６４は
内側バンドの底部で隣り合った移送管６８同士の間に周
方向に延在するクロスチャネルの形態をしている。内側
バンド３４は通例強度のための強化リブと軽量化のため
の介在ポケットを有する鋳造部品である。クロスチャネ
ル回路６４は、利用可能なポケットを利用するとともに
介在リブに溝を形成して移送管６８と前方出口孔６６の
間に流路を設けることによって簡便に設けることができ
る。
内側バンドの底部で隣り合った移送管６８同士の間に周
方向に延在するクロスチャネルの形態をしている。内側
バンド３４は通例強度のための強化リブと軽量化のため
の介在ポケットを有する鋳造部品である。クロスチャネ
ル回路６４は、利用可能なポケットを利用するとともに
介在リブに溝を形成して移送管６８と前方出口孔６６の
間に流路を設けることによって簡便に設けることができ
る。
【００３１】図５に示す通り、出口孔６６は内側バンド
の周方向に延在する前方リブを通して簡便に設けられ、
内側バンド内部の複数のポケットのそれぞれと連通して
いる。この構成では、前方孔６６は上述の通りウィンデ
イジ損を低減すべく第一段ロータの回転方向に約２５°
〜４０°の例示的範囲の角度で周方向もしくは折線方向
に傾いている。そして、幾つかの前方出口孔６６には、
各ノズルセグメント内の幾つかの移送管６８からの空気
によって供給される共通クロスチャネル６４からのプレ
インピンジメント冷却空気を供給し得る。
の周方向に延在する前方リブを通して簡便に設けられ、
内側バンド内部の複数のポケットのそれぞれと連通して
いる。この構成では、前方孔６６は上述の通りウィンデ
イジ損を低減すべく第一段ロータの回転方向に約２５°
〜４０°の例示的範囲の角度で周方向もしくは折線方向
に傾いている。そして、幾つかの前方出口孔６６には、
各ノズルセグメント内の幾つかの移送管６８からの空気
によって供給される共通クロスチャネル６４からのプレ
インピンジメント冷却空気を供給し得る。
【００３２】各バッフル内部のプレインピンジメント冷
却空気４０の一部は前方キャビティ６２のパージに使用
するために空気回路６４を通じて取り去られるので、ベ
ーンの内側表面のインピンジメント冷却には利用されな
い。
却空気４０の一部は前方キャビティ６２のパージに使用
するために空気回路６４を通じて取り去られるので、ベ
ーンの内側表面のインピンジメント冷却には利用されな
い。
【００３３】従って、これに応じてベーンの冷却に変更
が設けられる。例えば、図３に示す通り、バッフルイン
ピンジメント孔４４はベーン負圧面５０側よりもベーン
正圧面５２側で間隔が密に取られている。また、各ベー
ンはさらに前縁４６近傍の負圧面５０側だけにフィルム
冷却孔７０の列を含んでいる。従って、ポストインピン
ジメント冷却空気がベーンの外側表面から放出されるの
は後縁孔５４とフィルム冷却孔７０を通してのみであ
る。
が設けられる。例えば、図３に示す通り、バッフルイン
ピンジメント孔４４はベーン負圧面５０側よりもベーン
正圧面５２側で間隔が密に取られている。また、各ベー
ンはさらに前縁４６近傍の負圧面５０側だけにフィルム
冷却孔７０の列を含んでいる。従って、ポストインピン
ジメント冷却空気がベーンの外側表面から放出されるの
は後縁孔５４とフィルム冷却孔７０を通してのみであ
る。
【００３４】負圧面上のインピンジメント孔の間隔が増
すと同じ直径をもつその総数を減らすことができ、前方
パージ孔６６を通して導かれる冷却空気の部分を失った
インピンジメント冷却の最大性能を保つことができる。
負圧面側フィルム冷却孔７０はベーン負圧面に沿って冷
却空気のフィルムもしくは境界層をもたらして、減少し
たインピンジメント冷却を補ってベーン自体を適切に冷
却する。
すと同じ直径をもつその総数を減らすことができ、前方
パージ孔６６を通して導かれる冷却空気の部分を失った
インピンジメント冷却の最大性能を保つことができる。
負圧面側フィルム冷却孔７０はベーン負圧面に沿って冷
却空気のフィルムもしくは境界層をもたらして、減少し
たインピンジメント冷却を補ってベーン自体を適切に冷
却する。
【００３５】図２に示す通り、内側バンド３４は、後方
ロータキャビティ６４のパージに使用するためベーン３
６内部から冷却空気の一部を取り入れるためにベーン３
６の各々と流通して配設された複数の第二もしくは後方
出口孔７２も含んでいる。
ロータキャビティ６４のパージに使用するためベーン３
６内部から冷却空気の一部を取り入れるためにベーン３
６の各々と流通して配設された複数の第二もしくは後方
出口孔７２も含んでいる。
【００３６】図１に示す通り、第一段ロータ２２はベー
ン前縁４６に隣接して配設され、第二段ロータ２６はベ
ーン後縁４８に隣接して配設される。それらの間に段間
シールリング５６と段間シールパッド５８が配設され
る。また、後方パージ孔７２は後方キャビティ６３に後
方ポストインピンジメントパージ空気を供給すべく後方
キャビティ６３と流通して配設され、一方、前方パージ
孔６６はポストインピンジメントパージ空気よりも高い
圧力で前方キャビティ６２にプレインピンジメントパー
ジ空気を供給すべく前方キャビティ６２と流通して配設
される。
ン前縁４６に隣接して配設され、第二段ロータ２６はベ
ーン後縁４８に隣接して配設される。それらの間に段間
シールリング５６と段間シールパッド５８が配設され
る。また、後方パージ孔７２は後方キャビティ６３に後
方ポストインピンジメントパージ空気を供給すべく後方
キャビティ６３と流通して配設され、一方、前方パージ
孔６６はポストインピンジメントパージ空気よりも高い
圧力で前方キャビティ６２にプレインピンジメントパー
ジ空気を供給すべく前方キャビティ６２と流通して配設
される。
【００３７】図２に示す例示的実施形態では、後方パー
ジ孔に供給される空気はベーン内部のバッフルから放出
されるポストインピンジメント空気のみである。後方ロ
ータキャビティ６３は前方キャビティ６２よりも低い圧
力にあるので、子法パージ孔７２を通して供給される低
圧ポストインピンジメント冷却空気は十分な駆動圧を有
していて後方孔７２もウィンデイジ損を低減するために
傾けることができる。従って、後方パージ孔７２に供給
される空気は前方パージ孔専用の空気回路６４とは独立
しており、異なる前方及び後方ロータキャビティのパー
ジ空気冷却を至適化する。
ジ孔に供給される空気はベーン内部のバッフルから放出
されるポストインピンジメント空気のみである。後方ロ
ータキャビティ６３は前方キャビティ６２よりも低い圧
力にあるので、子法パージ孔７２を通して供給される低
圧ポストインピンジメント冷却空気は十分な駆動圧を有
していて後方孔７２もウィンデイジ損を低減するために
傾けることができる。従って、後方パージ孔７２に供給
される空気は前方パージ孔専用の空気回路６４とは独立
しており、異なる前方及び後方ロータキャビティのパー
ジ空気冷却を至適化する。
【００３８】図２〜図５に示す例示的実施形態では、各
ベーン内の移送管６８は内側バンド３４に固定取付けさ
れていて、バッフル４２の底部の開口７４を通して延在
している。取付開口７４は好ましくは移送管６８の外径
よりも若干大きく、プレインピンジメント空気４０の一
部がその間隙を通して漏れて後方パージ孔７２に追加供
給されるようになっている。
ベーン内の移送管６８は内側バンド３４に固定取付けさ
れていて、バッフル４２の底部の開口７４を通して延在
している。取付開口７４は好ましくは移送管６８の外径
よりも若干大きく、プレインピンジメント空気４０の一
部がその間隙を通して漏れて後方パージ孔７２に追加供
給されるようになっている。
【００３９】図２に最初に示したように、移送管６８は
好ましくはシート状金属キャップもしくはカラー７６固
定取付けされており、カラーは空気回路６４をベーン内
部のポストインピンジメント流路から隔離すべく例えば
ろう付等によって内側バンドに封止取付けされる。
好ましくはシート状金属キャップもしくはカラー７６固
定取付けされており、カラーは空気回路６４をベーン内
部のポストインピンジメント流路から隔離すべく例えば
ろう付等によって内側バンドに封止取付けされる。
【００４０】図５に示す通り、管のカラー７６は個々の
ベーンの内側断面の部分にマッチした切頭翼形を有して
おり、内側バンドのリブにろう付し得る。空気回路６４
は図４及び図５に示す通りシート状金属カバー７８によ
って部分的に画成されるが、このカバーは例えば内側バ
ンド３４の対応リブの頂部にろう付し得る。
ベーンの内側断面の部分にマッチした切頭翼形を有して
おり、内側バンドのリブにろう付し得る。空気回路６４
は図４及び図５に示す通りシート状金属カバー７８によ
って部分的に画成されるが、このカバーは例えば内側バ
ンド３４の対応リブの頂部にろう付し得る。
【００４１】図６は本発明の代替的実施形態を例示する
もので、移送管６８の取付け及びそれと協同する空気回
路６４の構成を除いては図２の実施形態と同一である。
この実施形態では、各移送管６８はバッフル４２自体の
底部に固定取付けされており、内側バンドに接合したシ
ート状金属隔壁８０の開口を通して延在している。隔壁
８０は、図２の実施形態におけるカラー７６と同様に、
カバー７８と共に前方パージ孔６６を通してプレインピ
ンジメント冷却空気を供給するための空気回路６４をそ
れらの間に画成する。
もので、移送管６８の取付け及びそれと協同する空気回
路６４の構成を除いては図２の実施形態と同一である。
この実施形態では、各移送管６８はバッフル４２自体の
底部に固定取付けされており、内側バンドに接合したシ
ート状金属隔壁８０の開口を通して延在している。隔壁
８０は、図２の実施形態におけるカラー７６と同様に、
カバー７８と共に前方パージ孔６６を通してプレインピ
ンジメント冷却空気を供給するための空気回路６４をそ
れらの間に画成する。
【００４２】所望により、後方パージ孔７２も隔壁８０
とカバー７８の間の空気回路６４と流通して配設して、
後方ロータキャビティ６３のパージ用にプレインピンジ
メント冷却空気を取り込むようにしてもよい。プレイン
ピンジメント冷却空気はベーン内側のポストインピンジ
メント冷却空気よりも高い圧力にあるので、前者の一部
は移送管６８の周りの隙間を通して漏れてベーンに戻り
後縁孔５４から排出されるであろう。
とカバー７８の間の空気回路６４と流通して配設して、
後方ロータキャビティ６３のパージ用にプレインピンジ
メント冷却空気を取り込むようにしてもよい。プレイン
ピンジメント冷却空気はベーン内側のポストインピンジ
メント冷却空気よりも高い圧力にあるので、前者の一部
は移送管６８の周りの隙間を通して漏れてベーンに戻り
後縁孔５４から排出されるであろう。
【００４３】以上開示したいずれの実施形態でも、プレ
インピンジメント冷却空気は、ベーン内部のポストイン
ピンジメント冷却空気から得られるときよりも高い圧力
及び低い温度で前方ロータキャビティ６２に供給され
る。前方キャビティにおいて改善された冷却及び性能が
得られ、それに応じて後方ロータキャビティ６３の冷却
も改善される。
インピンジメント冷却空気は、ベーン内部のポストイン
ピンジメント冷却空気から得られるときよりも高い圧力
及び低い温度で前方ロータキャビティ６２に供給され
る。前方キャビティにおいて改善された冷却及び性能が
得られ、それに応じて後方ロータキャビティ６３の冷却
も改善される。
【００４４】本明細書では本発明の好ましい例示的な実
施形態と考えられるものを開示してきたが、本発明のそ
の他の変更は本明細書の教示内容から当業者には自明で
あり、かかる変更がすべて本発明の真の技術的思想及び
技術的範囲に属するものとして請求項で保護されること
を望むものである。
施形態と考えられるものを開示してきたが、本発明のそ
の他の変更は本明細書の教示内容から当業者には自明で
あり、かかる変更がすべて本発明の真の技術的思想及び
技術的範囲に属するものとして請求項で保護されること
を望むものである。
【００４５】従って、特許による保護を望むのは請求項
に規定され特徴づけられた発明である。
に規定され特徴づけられた発明である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の例示的実施形態によるター
ビンノズルを有する航空機用ターボファンガスタービン
エンジンの一部分の軸方向断面図である。
ビンノズルを有する航空機用ターボファンガスタービン
エンジンの一部分の軸方向断面図である。
【図２】 図２は、図１に示すタービンノズルの軸側部
分の拡大立面部分断面図であり、本発明の例示的実施形
態によるインピンジメントバッフルとパージ空気回路を
示す。
分の拡大立面部分断面図であり、本発明の例示的実施形
態によるインピンジメントバッフルとパージ空気回路を
示す。
【図３】 図３は、図２の線３−３に沿ったノズルベー
ンの半径方向断面図である。
ンの半径方向断面図である。
【図４】 図４は、図２の線４−４に沿ったノズルベー
ンセグメントの立面断面図である。
ンセグメントの立面断面図である。
【図５】 図５は、図５の線５−５に沿って軸から外向
きに見た内側バンドの図である。
きに見た内側バンドの図である。
【図６】 図６は、本発明の第二の実施形態による図１
に示すタービンノズルの軸側部分の立面部分断面図であ
る。
に示すタービンノズルの軸側部分の立面部分断面図であ
る。
Claims (10)
- 【請求項１】 外側バンド３２と、内側バンド３４と、
これら外側バンドと内側バンドの間に延在する複数のノ
ズルベーン３６であってその各々が冷却空気を受け入れ
るための入口３８を含んでいるノズルベーン３６と、こ
れらのベーン３６にそれぞれ配設された複数のインピン
ジメントバッフル４２であってその各々が上記ベーン内
部の空気を衝突させるためのインピンジメント孔４４を
複数含んでいるインピンジメントバッフル４２と、上記
内側バンド内に配設された空気回路６４であって複数の
出口孔６６を含んでいる空気回路６４と、上記出口孔を
通して放出するためのプレインピンジメント空気として
上記バッフルの内部から上記冷却空気の一部を上記空気
回路へと導くために上記バッフルの各々と上記空気回路
との間に流通して配設された複数の移送管６８とを備え
てなるタービンノズル２４。 - 【請求項２】 上記ベーン３６が前縁４６と後縁４８と
を有しているとともに、上記出口孔６６が上記内側バン
ド３４内に上記前縁に隣接して配設されており前方出口
孔を画成している、請求項１記載のノズル。 - 【請求項３】 上記空気回路６４が上記内側バンド３４
内の隣り合った移送管６８同士の間に延在するクロスチ
ャネルを含んでおり、上記前方出口孔６６が上記クロス
チャネルと流通して配設されている、請求項２記載のノ
ズル。 - 【請求項４】 上記内側バンド３４が弧状であり、上記
前方出口孔６６が接線方向に傾いている、請求項３記載
のノズル。 - 【請求項５】 上記ベーン３６が相対する負圧面５０と
正圧面５２とをさらに含んでいて、上記バッフルのイン
ピンジメント孔４４が負圧面５０よりも正圧面５２で密
に間隔が取られており、しかも上記ベーンが上記負圧面
５０の上記前縁４６近傍にのみフィルム冷却孔７０を含
んでいる、請求項３記載のノズル。 - 【請求項６】 上記内側バンド３４が上記ベーン３６の
内部から上記冷却空気の一部を受け入れるために上記ベ
ーン３６の各々と流通して配設された複数の後方出口孔
７２をさらに含んでいる、請求項３記載のノズル。 - 【請求項７】 上記移送管６８の各々が上記内側バンド
３４に固定取付けされており、しかも上記バッフル内の
開口７４を通して延在している、請求項６記載のノズ
ル。 - 【請求項８】 上記移送管６８の各々がカラー７６に固
定取付けされており、しかも上記ベーンから上記空気回
路を隔離すべく上記カラーが上記内側バンドに封止取付
けされている、請求項７記載のノズル。 - 【請求項９】 上記移送管６８の各々が上記バッフル４
２に固定取付けされており、上記内側バンド内の開口
（８０）を通して延在している、請求項６記載のノズ
ル。 - 【請求項１０】 上記ベーンの前縁４６に隣接して配設
された第一タービンロータ２２、上記ベーンの後縁４８
に隣接して配設された第二タービンロータ２６、上記内
側バンド３４に固定結合された段間シールパッド５８、
並びに上記第一ロータと第二ロータの双方に固定結合さ
れているとともに上記シールパッドと協同して上記第一
ロータ２２と上記内側バンドの間の環状前方キャビティ
６２及び上記内側バンドと上記第二ロータ２８の間の環
状後方キャビティ６３を画成する段間シールリング５６
と組み合わせた請求項６記載のノズルであって、上記後
方出口孔７２が上記後方キャビティにパージ空気を供給
すべく後方キャビティと流通して配設されており、かつ
上記前方出口孔６６が上記前方キャビティ６２に上記後
方出口孔よりも高い圧力でパージ空気を供給すべく前方
キャビティと流通して配設されている、請求項６記載の
ノズル。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/119914 | 1998-07-22 | ||
| US09/119,914 US6065928A (en) | 1998-07-22 | 1998-07-22 | Turbine nozzle having purge air circuit |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000145403A true JP2000145403A (ja) | 2000-05-26 |
| JP2000145403A5 JP2000145403A5 (ja) | 2006-09-07 |
Family
ID=22387152
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11205496A Withdrawn JP2000145403A (ja) | 1998-07-22 | 1999-07-21 | パ―ジ空気回路を有するタ―ビンノズル |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6065928A (ja) |
| EP (1) | EP0974733B1 (ja) |
| JP (1) | JP2000145403A (ja) |
| DE (1) | DE69926574T2 (ja) |
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