JP2001214891A - 空気流を圧縮機ボアに導く方法と装置 - Google Patents

空気流を圧縮機ボアに導く方法と装置

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JP2001214891A JP2001003140A JP2001003140A JP2001214891A JP 2001214891 A JP2001214891 A JP 2001214891A JP 2001003140 A JP2001003140 A JP 2001003140A JP 2001003140 A JP2001003140 A JP 2001003140A JP 2001214891 A JP2001214891 A JP 2001214891A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 空気流を圧縮機ボアに導く方法と装置。 【解決手段】 ガスタービンエンジンに圧縮機ロータア
センブリが含まれ、十分な圧力と温度の空気を圧縮機ロ
ータボアに導く。圧縮機アセンブリは圧縮機を含み、圧
縮機には複数のロータが含まれ複数の継手で結合され
る。各ロータは半径方向外側リムと、半径方向内側ハブ
と、それらの間に延在するウェブとを含む。ウェブはフ
ランジを含み、このフランジには複数のスロットが設け
られ、複数の半径方向羽根を画成する。半径方向羽根は
翼形であり、効果的に抽出空気の渦を減らしそして空気
流を圧縮機ボアに向け直す。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】本発明は一般的にはガスタービンエンジ
ンに関し、特にガスタービンエンジン圧縮機に関する。
【０００２】ガスタービンエンジンには、通例、多段軸
流圧縮機が含まれ、複数の圧縮機動翼列を備え、これら
の翼列は共通環状ロータリムから半径方向外方に突出し
ている。ロータリムの外面は圧縮機の半径方向内側流路
表面を画成し、空気が各段で圧縮される。ロータリムの
内側の内部域は圧縮機ボアと呼ばれ、通例、２次流冷却
回路を含む。２次流冷却回路に供給された十分な圧力と
温度の空気流が、サンプハードウェアを含む２次流冷却
回路構成部を働かせるために使用される。
【０００３】圧縮機抽出空気はしばしば２次流冷却回路
に導かれる。しかし、圧縮機抽出空気の温度は、圧縮機
空気抽出が発生し得る位置を制限する。比較的高温のボ
ア冷却空気流は圧縮機ロータ構成部の強度を減らすおそ
れがあるが、比較的低温のボア冷却空気流は、通例、こ
のような圧縮機ボア冷却回路を働かせるには不十分な圧
力を有する。圧縮機ボア冷却回路圧力を高めるために、
抽出空気を圧縮機流路内のさらに後方の位置で抽出し得
る。代表的な抽気システムは複雑な送給システムを包含
する。送給システム構成部は、追加的なハードウェアを
用いる複雑な装着設計を用いるものである。追加ハード
ウェアは総合的な圧縮機ロータ重量を増すので、ガスタ
ービンエンジンの性能に影響を及ぼす。その結果、組立
て時間と、追加ハードウェアと圧縮機ロータ構成部の破
損のおそれが増加する。
【０００４】
【発明の概要】一実施態様において、ガスタービンエン
ジンに圧縮機ロータアセンブリが含まれ、十分な圧力と
温度の空気を圧縮機ロータボアに効果的に導く。圧縮機
アセンブリは圧縮機を含み、圧縮機には複数のロータが
含まれ複数の継手で結合されている。各ロータは半径方
向外側リムと、半径方向内側ハブと、外側リムと内側ハ
ブとの間に延在するウェブとを含んでいる。ウェブには
フランジが含まれ、前面と、背面と、前面から背面まで
延在する複数の開口とを有し、これらの開口は継手を受
入れるような寸法を有する。フランジ前面には複数のス
ロットが設けられ、翼形の複数の半径方向羽根を画成し
ている。
【０００５】運転中、圧縮機抽出空気が圧縮機第１段静
翼から自由渦をなして流出する。半径方向羽根は圧縮機
ロータアセンブリと同時に回転しそして圧縮機抽出空気
を自由渦の方向に逆らって圧縮機ボアの方に向け直す。
翼形羽根の回転と形状により、空気流はスロットを通る
につれて渦が減少する。その結果、自由渦による圧力損
失が極めて少なくなりそして圧縮機ボアは十分な圧力と
温度の空気流を受入れる。
【０００６】
【発明の詳述】図１はガスタービンエンジン１０の概略
図であり、エンジン１０は低圧圧縮機１２と高圧圧縮機
１４と燃焼器１６を含み、さらに高圧タービン１８と低
圧タービン２０を含んでいる。圧縮機１２とタービン２
０は第１軸２１によって連結され、そして圧縮機１４と
タービン１８は第２軸２２によって連結されている。
【０００７】運転中、空気が低圧圧縮機１２を通流しそ
して圧縮空気が低圧圧縮機１２から高圧圧縮機１４に供
給される。高度に圧縮された空気が燃焼器１６に送給さ
れる。燃焼器１６からの気流（図１に図示せず）がター
ビン１８、２０を駆動しそしてノズル２４を経てガスタ
ービンエンジン１０を出る。
【０００８】図２は、ガスタービンエンジン１０（図
１）で使用される圧縮機ロータアセンブリ３０の一部分
の概略側面図である。ロータアセンブリ３０には複数の
ロータ３２が含まれ、継手３４で一緒に結合されてお
り、そしてロータアセンブリ３０はガスタービンエンジ
ン１０（図示せず）の軸方向中心線と同軸である。各ロ
ータ３２は一つ以上のブリスク（動翼付きディスク）３
６によって形成され、そして各ブリスクは半径方向外側
リム４０と、半径方向内側ハブ４２と、それらの間に延
在する一体ウェブ４４とを含んでいる。外側リム４０の
内側の内部域は時々圧縮機ボアと呼ばれる。各ブリスク
３６はまた、外側リム４０から半径方向外方に突出して
いる複数の動翼４６を含んでいる。ブリスク３６は圧縮
機ロータアセンブリ３０の周沿いに延在する。ブリスク
３６の各列は時々ロータ段と呼ばれる。
【０００９】各動翼４６は対応リム４０と一体に結合し
ている。代替的に、各動翼４６は動翼ダブテール（図示
せず）を用いてリム４０に着脱自在に結合することがで
き、ダブテールは各リム４０内の補完スロット（図示せ
ず）内に装着される。動翼４６は、それらが軸方向中心
線を中心として回転するにつれ、作動流体、例えば空気
と協働しそして複数の連続ロータ段において作動流体を
圧縮する。動翼４６が回転するにつれ、遠心荷重が発生
しそして各動翼４６の下のリム４０の部分によって支承
される。加えて、ロータリム４０の外面５０は圧縮機ロ
ータアセンブリ３０の半径方向内側流路表面を画成し、
空気が圧縮機１４内で圧縮されそして半径方向内方に向
けられる。
【００１０】各ウェブ４４は各ロータ半径方向外側リム
４０と各ロータ半径方向内側ハブ４２との間に延在しそ
して少なくとも一つのフランジ６０を含み、このフラン
ジによりロータ３２を継手３４で一緒に結合し得る。各
フランジ６０は環状であり、そして継手３４を受入れる
ような寸法の複数の開口６２を有する。開口６２はフラ
ンジ６０の前面６４からフランジ６０の背面６６まで延
在する。各フランジ前面６４は各フランジ背面６６の上
流に位置する。
【００１１】図３は、図２に示した区域３における圧縮
機ロータアセンブリ３０の拡大概略側面図である。第１
段ロータ７０が結合部７４において継手３４で第２段ロ
ータ７２に結合されている。結合部７４は第１ロータ段
と第２ロータ段との間に位置し、そして継手３４による
第１ウェブ８０と第２ウェブ８２と第３ウェブ８４との
結合を可能にする。一実施例において、結合部７４はさ
ねはぎ式ボルト止め結合部である。継手３４は第１ウェ
ブ８０のフランジ８６と、第２ウェブ８２のフランジ８
８と、第３ウェブ８４のフランジ９０とを貫通してい
る。
【００１２】第２ウェブフランジ８８は上流側肩部９４
と下流側肩部９６を有する。上流側肩部９４は第１ウェ
ブフランジ８６を受入れるような寸法を有し、従って、
結合部７４を完全に組立てた時、第２ウェブフランジ８
８は第１ウェブフランジ８６と接触する位置にある。第
２ウェブ下流側肩部９６は第３ウェブフランジ９０を受
入れるような寸法を有し、従って、結合部７４を完全に
組立てた時、第２ウェブフランジ８８は第３ウェブフラ
ンジ９０と接触している。
【００１３】第３ウェブフランジ９０はフランジ前面６
４と、フランジ背面６６と、フランジ９０の厚さ９８を
貫いて両面間に延在する開口６２とを有する。第３ウェ
ブフランジ９０はまた上側１００と、底側１０２と、両
側間に延在するスロット１０４とを有する。一実施例で
は、上側１００はさねはぎされている。スロット１０４
はフランジ前面６４からフランジ背面６６に向かってフ
ランジ厚さ９８より小さな深さ１０６だけ内方に延在す
る。後に詳述のように、スロット１０４は圧縮機抽出空
気１１０の流路として役立ち、空気１１０はこの流路か
ら半径方向内方に流れて圧縮機ボアに達する。
【００１４】図４は第３ウェブフランジ９０の前面斜視
図である。第３ウェブフランジ前面６４には複数のスロ
ット１０４が切削形成されている。スロット１０４は第
３ウェブフランジ上側１００から第３ウェブフランジ底
側１０２まで延在し、そして複数の一体の半径方向羽根
１２０を画成するように湾曲している。羽根１２０は第
１本体部１２２と第２本体部１２４を含みそして厚さ１
２６を有する。第１本体部１２２は第２本体部１２４と
フランジ背面６６（図３に示してある）との間にある。
厚さ１２６はスロット深さ１０６に等しい。第１本体部
１２２は、スロット１０４と羽根１２０との間の滑らか
な遷移をもたらすようにテ−パが付いている。第２本体
部１２４は第１本体部１２２からフランジ前面６４まで
延在し、そしてフランジ上側１００とフランジ前面６４
との間に延在するテ−パ付き表面１３０を有する。
【００１５】半径方向羽根１２０は翼形であり、フラン
ジ上側１００近辺の羽根１２０の幅１３４がフランジ底
側１０２近辺の羽根１２０の幅１３６より大きいように
なっている。加えて、スロット１０４は湾曲しているの
で、各羽根１２０の回転に関する前縁１４０は各羽根１
２０の後縁１４２より長い。この翼形は、羽根スロット
１０４が効果的に圧縮機抽出空気１１０の渦を減らしそ
してその空気を圧縮機ボア（図示せず）に向け直すこと
を可能にする。
【００１６】運転中、圧縮機抽出空気１１０が圧縮機第
１段静翼（図示せず）から流出する。圧縮機第１段静翼
は、第１段静翼を通る空気流１１０に自由渦を誘起す
る。自由渦は、下流位置から上流方向に見た時、時計方
向に生じる。羽根１２０は圧縮機ロータアセンブリ３０
（図２と図３に示してある）と同時に回転しそして抽出
空気１１０と接し合う。羽根１２０は空気流１１０を自
由渦の方向に逆らって圧縮機ボアの方に向け直す。空気
流１１０の渦が減少するので、自由渦による圧力損失が
極めて少なくなりそして空気流１１０は圧縮機ボアに対
して十分な与圧を維持する。
【００１７】上述の圧縮機ボアサンプ与圧デスワラアセ
ンブリは費用削減に有効でありそして信頼性が高い。翼
形スロットは十分な圧力と温度の抽出空気を効果的に圧
縮機ロータボアに向ける。その結果、十分な温度と圧力
の空気流を効果的に圧縮機ボアに向ける圧縮機デスワラ
が設けられる。
【００１８】本発明を様々な特定実施例に関して説明し
たが、本発明の実施に当たり、本発明の範囲内で改変が
可能であることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガスタービンエンジンの概略図である。
【図２】図１に示したガスタービンエンジンで使用され
る圧縮機ロータアセンブリの一部分の概略側面図であ
る。
【図３】図２に示した圧縮機ロータアセンブリ３０の区
域３における部分の拡大概略側面図である。
【図４】図２に示した圧縮機ロータアセンブリ３０の一
部分の前面斜視図である。
【符号の説明】
１０ ガスタービンエンジン ３０ 圧縮機ロータアセンブリ ３２ ロータ ３４ 継手 ３６ ブリスク ４０ 半径方向外側リム ４２ 半径方向内側ハブ ４４ ウェブ ４６ 動翼 ６０ フランジ ６２ 開口 ６４ フランジ前面 ６６ フランジ背面 ７０ 第１段ロータ ７２ 第２段ロータ ８０ 第１ウェブ ８２ 第２ウェブ ８４ 第３ウェブ ８６ 第１ウェブのフランジ ８８ 第２ウェブのフランジ ９０ 第３ウェブのフランジ １００ フランジ上側 １０２ フランジ底側 １０４ スロット １１０ 圧縮機抽出空気 １２０ 半径方向羽根
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ケネス・エドワード・セイツェル アメリカ合衆国、オハイオ州、メイソン、 バッキー・コート、1062番 (72)発明者 クレイグ・パトリック・バーンス アメリカ合衆国、オハイオ州、メイソン、 イーグル・コート、6311番 (72)発明者 ジェフリー・ドナルド・クレメンツ アメリカ合衆国、オハイオ州、メイソン、 ヴィラス・クリーク・ドライブ、5661番

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ガスタービンエンジン（１０）内の圧縮
    機ボアに圧縮空気流を供給するための圧縮機ロータアセ
    ンブリ（３０）であって、少なくとも一つのロータ（３
    ２）を含み、このロータは半径方向外側リム（４０）
    と、半径方向内側ハブ（４２）と、それらの間に延在す
    るウェブ（４４）と、前記リムから半径方向外方に延在
    する複数の周方向に相隔たる動翼（４６）とを含み、前
    記ウェブはデスワーラアセンブリを含み、このデスワラ
    アセンブリはフランジ（６０）を含むような圧縮機ロー
    タアセンブリ（３０）を製造する方法であって、複数の
    スロット（１０４）を前記フランジに組み込む段階と、
    空気流を半径方向内方に前記圧縮機ボアの方に向けるた
    めに半径方向羽根（１２０）を前記フランジ内に画成す
    る段階とからなる方法。
  2. 【請求項２】 前記フランジ（６０）は前面（６４）
    と、背面（６６）と、両面間に延在する複数の開口（６
    ２）とを含み、複数のスロット（１０４）を組み込む前
    記段階はさらに、前記スロットを前記フランジの前記前
    面に沿って延在させる段階と、前記スロットで翼形羽根
    （１２０）を画成する段階とを含む、請求項１記載の方
    法。
  3. 【請求項３】 前記フランジ（６０）は環状であり、複
    数のスロット（１０４）を組み込む前記段階はさらに、
    前記スロットを前記フランジの前記前面（６４）に周沿
    いに延在させる段階を含む、請求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記フランジ（６０）はさらに上側（１
    ００）と底側（１０２）とを含み、複数のスロット（１
    ０４）を組み込む前記段階はさらに、前記スロットを前
    記フランジの前記前面（６４）に切削形成する段階と、
    前記スロットを前記フランジ上側から前記フランジ底側
    まで延在させる段階とを含む、請求項３記載の方法。
  5. 【請求項５】 ガスタービンエンジン（１０）用の圧縮
    機アセンブリ（３０）であって、圧縮機（１２、１４）
    を含み、前記圧縮機は複数のロータ（３２）と複数の継
    手（３４）とを含み、前記ロータは前記継手で一緒に結
    合されており、各ロータは半径方向外側リム（４０）
    と、半径方向内側ハブ（４２）と、それらの間に延在す
    るウェブ（４４）とを含み、前記ウェブはフランジ（６
    ０）を含み、このフランジは前面（６４）と、背面（６
    ６）と、両面間に延在する複数の開口（６２）とを含
    み、前記フランジ前面は複数のスロット（１０４）を含
    む、圧縮機アセンブリ（３０）。
  6. 【請求項６】 前記フランジ（６０）はさらに上側（１
    ００）と底側（１０２）とを含み、前記スロット（１０
    ４）は前記フランジ上側から前記フランジ底側まで延在
    する、請求項５記載の圧縮機アセンブリ（３０）。
  7. 【請求項７】 前記スロット（１０４）は、前記フラン
    ジ前面（６４）に配設された複数の半径方向羽根（１２
    ０）を画成している、請求項６記載の圧縮機アセンブリ
    （３０）。
  8. 【請求項８】 前記半径方向羽根（１２０）の形状は抽
    出空気流（１１０）を圧縮機ボア冷却回路の方に向け
    る、請求項７記載の圧縮機アセンブリ（３０）。
  9. 【請求項９】 前記半径方向羽根（１２０）は翼形であ
    る請求項８記載の圧縮機アセンブリ（３０）。
  10. 【請求項１０】 前記フランジ（６０）は環状であり、
    前記複数のスロット（１０４）は前記圧縮機アセンブリ
    内に前記フランジの周沿いに延在する、請求項８記載の
    圧縮機アセンブリ（３０）。
  11. 【請求項１１】 前記フランジ（６０）はデスワラを含
    む請求項１０記載の圧縮機アセンブリ（３０）。
  12. 【請求項１２】 前記スロット（１０４）を前記フラン
    ジの前記前面（６４）に切削形成した請求項１１記載の
    圧縮機アセンブリ（３０）。
  13. 【請求項１３】 ガスタービンエンジン（１０）用のロ
    ータアセンブリ（３０）であって、第１ロータ（７０）
    と第２ロータ（７２）とを含み、前記第１ロータは前記
    第２ロータに結合されており、両ロータの少なくとも一
    方が半径方向外側リム（４０）と、半径方向内側ハブ
    （４２）と、それらの間に延在するウェブ（４４）と、
    前記リムから半径方向外方に延在する複数の周方向に相
    隔たる動翼（４６）とを含み、前記ウェブはスロット付
    きフランジ（６０）を含み、このスロット付きフランジ
    は抽出空気を圧縮機ボア冷却回路の方に向け直す、ロー
    タアセンブリ（３０）。
  14. 【請求項１４】 前記スロット付きフランジ（６０）は
    前面（６４）と、背面（６６）と、両面間に延在する複
    数の開口（６２）とを含み、前記ロータアセンブリはさ
    らに継手（３４）を含み、前記第１ロータは前記継手で
    前記第２ロータに結合されている、請求項１３記載のロ
    ータアセンブリ（３０）。
  15. 【請求項１５】 前記スロット付きフランジ（６０）は
    さらに複数のスロット（１０４）と少なくとも一つの開
    口（６２）とを含み、前記スロットは前記フランジ前面
    （６４）に配設されており、前記開口は前記継手（３
    ４）を受入れるような寸法を有する、請求項１４記載の
    ロータアセンブリ（３０）。
  16. 【請求項１６】 前記スロット（１０４）は、空気流を
    半径方向内方に向け直すような形状の複数の半径方向羽
    根（１２０）を画成しており、前記半径方向羽根は前記
    フランジ前面（６４）に配設されている請求項１５記載
    のロータアセンブリ（３０）。
  17. 【請求項１７】 前記半径方向羽根（１２０）は翼形で
    ある請求項１６記載のロータアセンブリ（３０）。
  18. 【請求項１８】 前記スロット付きフランジ（６０）は
    環状であり、前記複数のスロット（１０４）は前記スロ
    ット付きフランジに周沿いに延在する、請求項１７記載
    のロータアセンブリ（３０）。
  19. 【請求項１９】 前記フランジ（６０）はデスワラを含
    む請求項１８記載のロータアセンブリ（３０）。
JP2001003140A 2000-01-24 2001-01-11 空気流を圧縮機ボアに導く方法と装置 Pending JP2001214891A (ja)

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US09/490,625 US6361277B1 (en) 2000-01-24 2000-01-24 Methods and apparatus for directing airflow to a compressor bore
US09/490625 2000-01-24

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