JP2001271709A - センタボデー内の熱応力を最小化する方法と装置 - Google Patents
センタボデー内の熱応力を最小化する方法と装置Info
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- F02K—JET-PROPULSION PLANTS
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- Combustion & Propulsion (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 センタボデー内の熱応力を最小化する方法と
装置。 【解決手段】 ガスタービンエンジン用センタボデー
は、センタボデーと複数のスティフナとの間の熱応力を
最小化する熱制御装置を備える。センタボデースティフ
ナはセンタボデーシェルから半径方向内側に延在する。
空洞が各センタボデースティフナ内に画定される。熱制
御装置は、センタボデーの周囲に円周方向に配置された
複数の開口部を備えている。各開口部はセンタボデーシ
ェルを貫通して各空洞に通じる。開口部は、センタボデ
ー空洞部内で円周方向の流れが生じるのを可能にする複
数の対をなす入口開口部と出口開口部とを含んでいる。
装置。 【解決手段】 ガスタービンエンジン用センタボデー
は、センタボデーと複数のスティフナとの間の熱応力を
最小化する熱制御装置を備える。センタボデースティフ
ナはセンタボデーシェルから半径方向内側に延在する。
空洞が各センタボデースティフナ内に画定される。熱制
御装置は、センタボデーの周囲に円周方向に配置された
複数の開口部を備えている。各開口部はセンタボデーシ
ェルを貫通して各空洞に通じる。開口部は、センタボデ
ー空洞部内で円周方向の流れが生じるのを可能にする複
数の対をなす入口開口部と出口開口部とを含んでいる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般的にガスタービ
ンエンジンに関し、より具体的には排気センタボデーを
備えるガスタービンエンジンに関する。
ンエンジンに関し、より具体的には排気センタボデーを
備えるガスタービンエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンエンジンは、しばしばエン
ジンの全体性能を増大させるために排気オーグメンタを
備え、オーグメンタに入る空気とガスの流れの速度を低
下させるためにセンタボデーが用いられる。センタボデ
ーは一般的にガスタービンエンジンの中心縦軸線と同軸
に位置し、タービンコアから少なくとも部分的にオーグ
メンタ内に延在している。エンジン重量への配慮から、
そのようなセンタボデーは薄い金属板から作られてい
る。そのような薄いセンタボデーシェルは比較的低い固
有振動数を有し、エンジン作動中に発生する損傷を与え
る可能性のある共振あるいは振動にさらされる可能性が
ある。
ジンの全体性能を増大させるために排気オーグメンタを
備え、オーグメンタに入る空気とガスの流れの速度を低
下させるためにセンタボデーが用いられる。センタボデ
ーは一般的にガスタービンエンジンの中心縦軸線と同軸
に位置し、タービンコアから少なくとも部分的にオーグ
メンタ内に延在している。エンジン重量への配慮から、
そのようなセンタボデーは薄い金属板から作られてい
る。そのような薄いセンタボデーシェルは比較的低い固
有振動数を有し、エンジン作動中に発生する損傷を与え
る可能性のある共振あるいは振動にさらされる可能性が
ある。
【０００３】そのような損傷を与える可能性のある振動
がセンタボデーに悪影響を及ぼすことを防ぐものとし
て、センタボデーを構造的に支持するスティフナが用い
られる。スティフナは、センタボデーシェルの内側表面
に取付けられ半径方向内側に延在している。スティフナ
とセンタボデーシェルの間に空洞が画定される。運転
中、センタボデーの過熱を防止するために、冷却空気が
センタボデー内でスティフナの周囲を導かれる。ガスタ
ービンエンジンがアイドリング運転状態から増大出力状
態に加速されるとき、センタボデーの外側表面は高温ガ
スの流れに曝される。熱移動及び冷却空気の結果とし
て、センタボデーの外側表面はスティフナよりも遥かに
高い温度に曝される。エンジンの減速時には、センタボ
デーの表面とスティフナの間にはその反対の結果が起き
る。温度差の結果として、スティフナとセンタボデーシ
ェルの間に熱応力が発生する。そのような熱応力は、し
ばしばセンタボデーの故障をもたらす。
がセンタボデーに悪影響を及ぼすことを防ぐものとし
て、センタボデーを構造的に支持するスティフナが用い
られる。スティフナは、センタボデーシェルの内側表面
に取付けられ半径方向内側に延在している。スティフナ
とセンタボデーシェルの間に空洞が画定される。運転
中、センタボデーの過熱を防止するために、冷却空気が
センタボデー内でスティフナの周囲を導かれる。ガスタ
ービンエンジンがアイドリング運転状態から増大出力状
態に加速されるとき、センタボデーの外側表面は高温ガ
スの流れに曝される。熱移動及び冷却空気の結果とし
て、センタボデーの外側表面はスティフナよりも遥かに
高い温度に曝される。エンジンの減速時には、センタボ
デーの表面とスティフナの間にはその反対の結果が起き
る。温度差の結果として、スティフナとセンタボデーシ
ェルの間に熱応力が発生する。そのような熱応力は、し
ばしばセンタボデーの故障をもたらす。
【０００４】
【０００５】
【課題を解決するための手段】例示的な実施形態では、
ガスタービンエンジン用センタボデーは、センタボデー
とセンタボデースティフナの間の熱応力を最小化する熱
制御装置を備えている。センタボデーは、センタボデー
シェルに取付けられ半径方向内側に延在する複数のステ
ィフナを備えている。各スティフナ及びセンタボデーシ
ェルは空洞を画定する。熱制御装置はセンタボデーシェ
ルを貫通して各空洞に通じる複数の開口部を備えてい
る。開口部は、センタボデーの周囲に円周方向に配置さ
れ、複数の対の対応する入口開口部と出口開口部を含
む。各入口開口部は各出口開口部から円周方向に離れて
配置されている。
ガスタービンエンジン用センタボデーは、センタボデー
とセンタボデースティフナの間の熱応力を最小化する熱
制御装置を備えている。センタボデーは、センタボデー
シェルに取付けられ半径方向内側に延在する複数のステ
ィフナを備えている。各スティフナ及びセンタボデーシ
ェルは空洞を画定する。熱制御装置はセンタボデーシェ
ルを貫通して各空洞に通じる複数の開口部を備えてい
る。開口部は、センタボデーの周囲に円周方向に配置さ
れ、複数の対の対応する入口開口部と出口開口部を含
む。各入口開口部は各出口開口部から円周方向に離れて
配置されている。
【０００６】この例示的な実施形態においては、各入口
開口部はエンジンの各フレームストラットの下流に位置
している。各出口開口部は円周方向に隣接する２つのフ
レームストラットの間に位置している。
開口部はエンジンの各フレームストラットの下流に位置
している。各出口開口部は円周方向に隣接する２つのフ
レームストラットの間に位置している。
【０００７】運転中、入口開口部はフレームストラット
の下流に位置しているので、入口開口部は空気流れの伴
流に曝される。対照的に、出口開口部は空気流れの流路
中に直接位置する。その結果、入口開口部と出口開口部
との間に圧力差が生じる。そのような圧力差が、空洞内
に円周方向の流れを発生させる。その結果、スティフナ
とセンタボデーとの間に存在する温度差はより小さいも
のとなる。さらに、エンジンの運転出力レベルが変化す
るとき、スティフナの温度はより急激に上昇及び下降す
る。さらに、センタボデー内の円周方向の温度の変化が
最小化される。その結果、センタボデーに生じる熱応力
はより小さいものとなる。
の下流に位置しているので、入口開口部は空気流れの伴
流に曝される。対照的に、出口開口部は空気流れの流路
中に直接位置する。その結果、入口開口部と出口開口部
との間に圧力差が生じる。そのような圧力差が、空洞内
に円周方向の流れを発生させる。その結果、スティフナ
とセンタボデーとの間に存在する温度差はより小さいも
のとなる。さらに、エンジンの運転出力レベルが変化す
るとき、スティフナの温度はより急激に上昇及び下降す
る。さらに、センタボデー内の円周方向の温度の変化が
最小化される。その結果、センタボデーに生じる熱応力
はより小さいものとなる。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１は、低圧圧縮機１２、高圧圧
縮機１４、及び燃焼器１６を備えるガスタービンエンジ
ン１０の概略図である。エンジン１０はまた、高圧ター
ビン１８、低圧タービン２０、出力タービン２２、及び
排気オーグメンタ２４を備えている。圧縮機１２とター
ビン２０は第1の軸２５で結合され、圧縮機１４とター
ビン１８は第２の軸２６で結合されている。エンジン１
０は、エンジン１０の入口側３４から後方に向ってエン
ジン１０の排気側３６へ延びる対称軸線３２を持ってい
る。
縮機１４、及び燃焼器１６を備えるガスタービンエンジ
ン１０の概略図である。エンジン１０はまた、高圧ター
ビン１８、低圧タービン２０、出力タービン２２、及び
排気オーグメンタ２４を備えている。圧縮機１２とター
ビン２０は第1の軸２５で結合され、圧縮機１４とター
ビン１８は第２の軸２６で結合されている。エンジン１
０は、エンジン１０の入口側３４から後方に向ってエン
ジン１０の排気側３６へ延びる対称軸線３２を持ってい
る。
【０００９】排気オーグメンタ２４は、エンジン重量抑
制のため薄い金属板から作られたシェル４４を含むセン
タボデー４２を備えている。センタボデー４２は環状で
ありエンジンの対称軸線３２と同軸に配置され、エンジ
ン１０のタービン２２から後方にノズル４６内へと延在
している。ある実施形態では、排気センタボデー４２は
約０．０２インチの厚さの金属板から作られている。
制のため薄い金属板から作られたシェル４４を含むセン
タボデー４２を備えている。センタボデー４２は環状で
ありエンジンの対称軸線３２と同軸に配置され、エンジ
ン１０のタービン２２から後方にノズル４６内へと延在
している。ある実施形態では、排気センタボデー４２は
約０．０２インチの厚さの金属板から作られている。
【００１０】運転中、空気はエンジン１０の入口側３４
から低圧圧縮機１２を通って流れ、圧縮された空気が低
圧圧縮機１２から高圧圧縮機１４に供給される。次ぎに
高度に圧縮された空気が燃焼器１６に供給され、燃焼器
１６からの空気流れがタービン１８、２０、及び２２を
駆動する。空気流れは、タービン２２から及びバイパス
ダクト４８から排気オーグメンタ２４に入る。排気オー
グメンタ２４は少なくとも1つの点火器(図１に示さず）
で空気流れに再点火し、空気流れはセンタボデー４２の
周囲からノズル４６を通ってガスタービンエンジン１０
から排出される。
から低圧圧縮機１２を通って流れ、圧縮された空気が低
圧圧縮機１２から高圧圧縮機１４に供給される。次ぎに
高度に圧縮された空気が燃焼器１６に供給され、燃焼器
１６からの空気流れがタービン１８、２０、及び２２を
駆動する。空気流れは、タービン２２から及びバイパス
ダクト４８から排気オーグメンタ２４に入る。排気オー
グメンタ２４は少なくとも1つの点火器(図１に示さず）
で空気流れに再点火し、空気流れはセンタボデー４２の
周囲からノズル４６を通ってガスタービンエンジン１０
から排出される。
【００１１】図２は、センタボデーシェル４４を含むセ
ンタボデー４２の部分概略側面図である。図３は、シェ
ル４４を含むセンタボデー４２の概略横断面図である。
センタボデー４２は中空であり、シェル４４は外側表面
７４と内側表面７６とを備えている。複数のスティフナ
８０が、シェルの内側表面７６に取付けられ、エンジン
の対称軸線３２に向かって半径方向内側に延びている。
ある実施形態では、スティフナ８０は、断面ハット形の
スティフナで、曲面になった頂点８２を備える全体とし
て円錐形をしている。スティフナ８０は環状で、センタ
ボデーシェル４４に支持を与えるようにセンタボデー内
に円周方向に取付けられている。
ンタボデー４２の部分概略側面図である。図３は、シェ
ル４４を含むセンタボデー４２の概略横断面図である。
センタボデー４２は中空であり、シェル４４は外側表面
７４と内側表面７６とを備えている。複数のスティフナ
８０が、シェルの内側表面７６に取付けられ、エンジン
の対称軸線３２に向かって半径方向内側に延びている。
ある実施形態では、スティフナ８０は、断面ハット形の
スティフナで、曲面になった頂点８２を備える全体とし
て円錐形をしている。スティフナ８０は環状で、センタ
ボデーシェル４４に支持を与えるようにセンタボデー内
に円周方向に取付けられている。
【００１２】空洞８４がスティフナ８０とセンタボデー
シェル４４との間に形成されている。空洞８４は環状で
センタボデー４２内で円周方向に延びている。センタボ
デーシェル４４はまた、センタボデー４２内の熱応力の
量を減少させるための熱制御装置８６を備えている。装
置８６はセンタボデー４２内に配置され、空気流れ９１
が空洞８４を通って流れることを可能にする複数のスク
ープ９０を備えている。スクープ９０は、センタボデー
シェル外側表面７４から半径方向外側に延び、センタボ
デー４２の周囲に円周方向に間隔を置いて配置されてい
る。ある実施形態では、スクープ９０はセンタボデーシ
ェル４４と一体に形成されている。スクープ９０は、対
応する対をなす入口スクープ９２と出口スクープ９４を
含んでいる。各出口スクープ９４は、各対応する入口ス
クープ９２から円周方向に距離をおいて位置している。
シェル４４との間に形成されている。空洞８４は環状で
センタボデー４２内で円周方向に延びている。センタボ
デーシェル４４はまた、センタボデー４２内の熱応力の
量を減少させるための熱制御装置８６を備えている。装
置８６はセンタボデー４２内に配置され、空気流れ９１
が空洞８４を通って流れることを可能にする複数のスク
ープ９０を備えている。スクープ９０は、センタボデー
シェル外側表面７４から半径方向外側に延び、センタボ
デー４２の周囲に円周方向に間隔を置いて配置されてい
る。ある実施形態では、スクープ９０はセンタボデーシ
ェル４４と一体に形成されている。スクープ９０は、対
応する対をなす入口スクープ９２と出口スクープ９４を
含んでいる。各出口スクープ９４は、各対応する入口ス
クープ９２から円周方向に距離をおいて位置している。
【００１３】各スクープ９０は、センタボデーシェル４
４の開口部９８に隣接して位置している。開口部９８は
周辺部(図示せず）によって画定され、空気がセンタボ
デー空洞８４に流入するのを可能にしている。各開口部
９８は上流側１００及び下流側１０２を含んでいる。各
入口スクープ９２は、開口部周辺部から半径方向外側に
延びており、各開口部９８の下流側１０２が入口スクー
プ９２によって境が定められるように位置している。各
出口スクープ９４は、開口部周辺部から半径方向外側に
延び、各開口部９８の上流側１００が出口スクープ９４
によって境が定められるように位置している。従って、
入口スクープ９２は空気流れ９１がセンタボデー空洞８
４に流入するのを可能にし、出口スクープ９４は空気流
れ９１がセンタボデー空洞８４から流出するのを可能に
している。ある実施形態では、センタボデーシェル４４
は同数の入口スクープ９２と出口スクープ９４を備えて
いる。さらに、各入口スクープ９２は上流に向いて空気
流れ９１中に開口しており、各出口スクープ９４は反対
方向に開口し、下流に向いて空気流れ９１から遠ざかる
ように開口している。
４の開口部９８に隣接して位置している。開口部９８は
周辺部(図示せず）によって画定され、空気がセンタボ
デー空洞８４に流入するのを可能にしている。各開口部
９８は上流側１００及び下流側１０２を含んでいる。各
入口スクープ９２は、開口部周辺部から半径方向外側に
延びており、各開口部９８の下流側１０２が入口スクー
プ９２によって境が定められるように位置している。各
出口スクープ９４は、開口部周辺部から半径方向外側に
延び、各開口部９８の上流側１００が出口スクープ９４
によって境が定められるように位置している。従って、
入口スクープ９２は空気流れ９１がセンタボデー空洞８
４に流入するのを可能にし、出口スクープ９４は空気流
れ９１がセンタボデー空洞８４から流出するのを可能に
している。ある実施形態では、センタボデーシェル４４
は同数の入口スクープ９２と出口スクープ９４を備えて
いる。さらに、各入口スクープ９２は上流に向いて空気
流れ９１中に開口しており、各出口スクープ９４は反対
方向に開口し、下流に向いて空気流れ９１から遠ざかる
ように開口している。
【００１４】ガスタービンエンジン１０(図1に示す）の
運転中は、高温ガスがタービン２２（図１に示す）及び
バイパスダクト４８(図1に示す）を出てオーグメンタ２
４(図１に示す）の中へと導かれる。センタボデー４２
は、高温ガスがオーグメンタ２４に入るとき、その速度
を減少させるような形状になっている。追加の空気流れ
１１０が、空気流れ９１の速度よりも低い速度でセンタ
ボデー４２を通って導かれる。
運転中は、高温ガスがタービン２２（図１に示す）及び
バイパスダクト４８(図1に示す）を出てオーグメンタ２
４(図１に示す）の中へと導かれる。センタボデー４２
は、高温ガスがオーグメンタ２４に入るとき、その速度
を減少させるような形状になっている。追加の空気流れ
１１０が、空気流れ９１の速度よりも低い速度でセンタ
ボデー４２を通って導かれる。
【００１５】運転中、センタボデー入口スクープ９２は
空気流れ９１の一部をセンタボデー４２の中へと導く。
空気流れ９１はセンタボデー空洞８４を通って流れ、出
口スクープ９４を通って空洞８４から流出する。入口ス
クープ９２は空気流れ９１に向って空気流れ９１の中に
開いているので、入口スクープ９２は空気流れ９１の全
圧力の衝撃を受ける。各出口スクープ９４は下流に向い
て空気流れ９１から遠ざかるように開口しているので、
各出口スクープ９４の近傍にはより低い静圧が発生す
る。この圧力の差が、センタボデー空洞８４内に円周方
向の流れ１１２を生じさせる。空気流れ１１２の結果と
して、センタボデー４２とスティフナ８０との間に存在
する温度の不一致が減少され、センタボデー４２内の熱
応力が減少する。さらに、空気流れ１１２はセンタボデ
ー４２内に存在する可能性がある円周方向の温度差を減
少させ、これによってセンタボデー内の平均応力レベル
を減少させる。その結果、センタボデー４２の耐振動応
力性能が増大する。
空気流れ９１の一部をセンタボデー４２の中へと導く。
空気流れ９１はセンタボデー空洞８４を通って流れ、出
口スクープ９４を通って空洞８４から流出する。入口ス
クープ９２は空気流れ９１に向って空気流れ９１の中に
開いているので、入口スクープ９２は空気流れ９１の全
圧力の衝撃を受ける。各出口スクープ９４は下流に向い
て空気流れ９１から遠ざかるように開口しているので、
各出口スクープ９４の近傍にはより低い静圧が発生す
る。この圧力の差が、センタボデー空洞８４内に円周方
向の流れ１１２を生じさせる。空気流れ１１２の結果と
して、センタボデー４２とスティフナ８０との間に存在
する温度の不一致が減少され、センタボデー４２内の熱
応力が減少する。さらに、空気流れ１１２はセンタボデ
ー４２内に存在する可能性がある円周方向の温度差を減
少させ、これによってセンタボデー内の平均応力レベル
を減少させる。その結果、センタボデー４２の耐振動応
力性能が増大する。
【００１６】図4は、ガスタービンエンジン１０（図１
に示す）に使用することができるセンタボデー１２０の
別の実施形態の部分概略側面図である。図５はセンタボ
デー１２０の概略横断面図である。センタボデー１２０
は中空でシェル１２２を含んでいる。シェル１２２は外
側表面１２４と内側表面１２６とを備えている。スティ
フナ８０が、センタボデーシェル内側表面１２６に取付
けられ、センタボデー対称軸線１２８に向かって半径方
向内側に延びている。センタボデー対称軸線１２８はエ
ンジンの対称軸線３２と同軸である。センタボデーシェ
ル内側表面１２６及びスティフナ８０は空洞１３８を画
定している。各空洞１３８は環状でセンタボデー１２０
内で円周方向に延びている。
に示す）に使用することができるセンタボデー１２０の
別の実施形態の部分概略側面図である。図５はセンタボ
デー１２０の概略横断面図である。センタボデー１２０
は中空でシェル１２２を含んでいる。シェル１２２は外
側表面１２４と内側表面１２６とを備えている。スティ
フナ８０が、センタボデーシェル内側表面１２６に取付
けられ、センタボデー対称軸線１２８に向かって半径方
向内側に延びている。センタボデー対称軸線１２８はエ
ンジンの対称軸線３２と同軸である。センタボデーシェ
ル内側表面１２６及びスティフナ８０は空洞１３８を画
定している。各空洞１３８は環状でセンタボデー１２０
内で円周方向に延びている。
【００１７】センタボデー１２０は、センタボデー１２
０内の熱応力を減少させる熱制御装置１４０を備えてい
る。熱制御装置１４０は、空気流れ９１が空洞１３８を
通って流れることを可能にする複数の開口部１４２を備
えている。開口部１４２はセンタボデー１２０の周囲に
円周方向に均等に間隔を置いて配置され、センタボデー
シェル１２２を貫通して空洞１３８に通じている。開口
部１４２は、対応する対をなす入口開口部１４４と出口
開口部１４６を含んでいる。各出口開口部１４６は隣接
する対応する入口開口部１４４の間に位置している。各
入口開口部１４４はフレームストラット１５０の下流に
位置している。各フレームストラット１５０は厚さ１５
２を持ち、センタボデー１２０とオーグメンタ内側表面
(図示せず）の間に延びている。各開口部１４２はフレー
ムストラットの厚さ１５２よりも小さい直径１５４を持
っている。従って、各入口開口部１４４は各フレームス
トラット１５０の下流に中心を置いている。
０内の熱応力を減少させる熱制御装置１４０を備えてい
る。熱制御装置１４０は、空気流れ９１が空洞１３８を
通って流れることを可能にする複数の開口部１４２を備
えている。開口部１４２はセンタボデー１２０の周囲に
円周方向に均等に間隔を置いて配置され、センタボデー
シェル１２２を貫通して空洞１３８に通じている。開口
部１４２は、対応する対をなす入口開口部１４４と出口
開口部１４６を含んでいる。各出口開口部１４６は隣接
する対応する入口開口部１４４の間に位置している。各
入口開口部１４４はフレームストラット１５０の下流に
位置している。各フレームストラット１５０は厚さ１５
２を持ち、センタボデー１２０とオーグメンタ内側表面
(図示せず）の間に延びている。各開口部１４２はフレー
ムストラットの厚さ１５２よりも小さい直径１５４を持
っている。従って、各入口開口部１４４は各フレームス
トラット１５０の下流に中心を置いている。
【００１８】２個の円周方向に隣接するフレームストラ
ット１５０の間に環状体がある。各出口開口部１４６は
各環状体１５６中に位置している。ある実施形態では、
各出口開口部１４６は各環状形１５６の中に配置され隣
接するフレームストラット１５０の間に中心が置かれて
いる。
ット１５０の間に環状体がある。各出口開口部１４６は
各環状体１５６中に位置している。ある実施形態では、
各出口開口部１４６は各環状形１５６の中に配置され隣
接するフレームストラット１５０の間に中心が置かれて
いる。
【００１９】ガスタービンエンジン１０（図１に示す）
の運転中、高温ガスがタービン２２（図１に示す）及び
バイパスダクト４８(図１に示す）から出てオーグメン
タ２４(図１に示す）の中へと導かれ、センタボデー１
２０は、高温ガスがオーグメンタ２４に入るとき、高温
ガスの速度を減少させるような形状になっている。追加
の空気流れ１１０が、センタボデー１２０を通って導か
れる。空気流れ１１０は空気流れ９１よりも低い速度で
センタボデー１２０を通って導かれる。
の運転中、高温ガスがタービン２２（図１に示す）及び
バイパスダクト４８(図１に示す）から出てオーグメン
タ２４(図１に示す）の中へと導かれ、センタボデー１
２０は、高温ガスがオーグメンタ２４に入るとき、高温
ガスの速度を減少させるような形状になっている。追加
の空気流れ１１０が、センタボデー１２０を通って導か
れる。空気流れ１１０は空気流れ９１よりも低い速度で
センタボデー１２０を通って導かれる。
【００２０】空気流れ９１が各フレームストラット１５
０の周囲及び各環状体１５６の中を通過するとき、各フ
レームストラット１５０における空気力学的損失によっ
て速度が減少し、空気流れ伴流(図示せず）を生成し、
空気流れ伴流内の空気流れ９１の圧力を増大させる。入
口開口部１４４は空気流れ伴流の中でフレームストラッ
ト１５０の後に整列されており、また出口開口部１４６
はフレームストラット１５０の間の各環状体１５６中に
配置されているので、入口開口部１４４と出口開口部１
４６との間に圧力差が生じ各センタボデー空洞１３８内
に円周方向の流れ１６０を生じさせる。空気流れ１６０
の結果として、センタボデー空洞１３８とセンタボデー
１２０との間に存在する温度差は低下する。従って、セ
ンタボデー１２０内の熱応力が減少する。さらに、空気
流れ１６０はセンタボデー１２０内に存在する可能性が
ある円周方向の温度差を減少させ、これによってセンタ
ボデー１２０内の平均応力レベルを減少させる。その結
果、センタボデー１２０の耐振動応力性能が増大する。
０の周囲及び各環状体１５６の中を通過するとき、各フ
レームストラット１５０における空気力学的損失によっ
て速度が減少し、空気流れ伴流(図示せず）を生成し、
空気流れ伴流内の空気流れ９１の圧力を増大させる。入
口開口部１４４は空気流れ伴流の中でフレームストラッ
ト１５０の後に整列されており、また出口開口部１４６
はフレームストラット１５０の間の各環状体１５６中に
配置されているので、入口開口部１４４と出口開口部１
４６との間に圧力差が生じ各センタボデー空洞１３８内
に円周方向の流れ１６０を生じさせる。空気流れ１６０
の結果として、センタボデー空洞１３８とセンタボデー
１２０との間に存在する温度差は低下する。従って、セ
ンタボデー１２０内の熱応力が減少する。さらに、空気
流れ１６０はセンタボデー１２０内に存在する可能性が
ある円周方向の温度差を減少させ、これによってセンタ
ボデー１２０内の平均応力レベルを減少させる。その結
果、センタボデー１２０の耐振動応力性能が増大する。
【００２１】図６は、ガスタービンエンジン１０(図１
に示す）に使用することができるセンタボデー２４２の
別の実施形態の部分概略側面図である。図７は、センタ
ボデーシェル２４４を含むセンタボデー２４２の概略横
断面図である。センタボデー２４２は中空であり、シェ
ル２４４は外側表面２７４と内側表面２７６とを備えて
いる。複数のスティフナ２８０が、シェルの内側表面２
７６に取付けられ、エンジンの対称軸線３２に向かって
半径方向内側に延びている。ある実施形態では、スティ
フナ２８０は断面ハット形のスティフナで、曲面になっ
た頂点２８２を備える全体として円錐形をしている。ス
ティフナ２８０は環状で、センタボデーシェル２４４に
支持を与えているようにセンタボデー２４２内に円周方
向に取付けられている。
に示す）に使用することができるセンタボデー２４２の
別の実施形態の部分概略側面図である。図７は、センタ
ボデーシェル２４４を含むセンタボデー２４２の概略横
断面図である。センタボデー２４２は中空であり、シェ
ル２４４は外側表面２７４と内側表面２７６とを備えて
いる。複数のスティフナ２８０が、シェルの内側表面２
７６に取付けられ、エンジンの対称軸線３２に向かって
半径方向内側に延びている。ある実施形態では、スティ
フナ２８０は断面ハット形のスティフナで、曲面になっ
た頂点２８２を備える全体として円錐形をしている。ス
ティフナ２８０は環状で、センタボデーシェル２４４に
支持を与えているようにセンタボデー２４２内に円周方
向に取付けられている。
【００２２】空洞２８４がスティフナ２８０とセンタボ
デーシェル２４４との間に形成されている。空洞２８４
は環状でセンタボデー２４２内で円周方向に延びてい
る。センタボデーシェル２４４はまた、センタボデー２
４２内の熱応力の量を減少させるための熱制御装置２８
６を備えている。装置２８６はセンタボデー２４２内に
配置され、空気流れ２９１が空洞２８４を通って流れる
ことを可能にする複数のスクープ２９０を備えている。
スクープ２９０はセンタボデーシェル内側表面２７６か
ら半径方向内側に延び、センタボデー２４２の周囲に円
周方向に間隔を置いて配置されている。ある実施形態で
は、スクープ２９０はセンタボデーシェル２４４と一体
に形成されている。スクープ２９０は、対応する対をな
す入口スクープ２９２と出口スクープ２９４とを含んで
いる。各出口スクープ２９４は、各対応する入口スクー
プ２９２から円周方向に距離をおいて位置している。
デーシェル２４４との間に形成されている。空洞２８４
は環状でセンタボデー２４２内で円周方向に延びてい
る。センタボデーシェル２４４はまた、センタボデー２
４２内の熱応力の量を減少させるための熱制御装置２８
６を備えている。装置２８６はセンタボデー２４２内に
配置され、空気流れ２９１が空洞２８４を通って流れる
ことを可能にする複数のスクープ２９０を備えている。
スクープ２９０はセンタボデーシェル内側表面２７６か
ら半径方向内側に延び、センタボデー２４２の周囲に円
周方向に間隔を置いて配置されている。ある実施形態で
は、スクープ２９０はセンタボデーシェル２４４と一体
に形成されている。スクープ２９０は、対応する対をな
す入口スクープ２９２と出口スクープ２９４とを含んで
いる。各出口スクープ２９４は、各対応する入口スクー
プ２９２から円周方向に距離をおいて位置している。
【００２３】各スクープ２９０は、センタボデーシェル
２４４の開口部２９８に隣接して配置している。開口部
２９８は周辺部（図示せず）によって画定され、空気が
センタボデー空洞２８４に流入するのを可能にしてい
る。各開口部２９８は上流側３００と下流側３０２とを
含んでいる。スクープ２９０は、各開口部２９８の円周
方向に約半分の位置に境界をもつ大きさになっている。
各入口スクープ２９２は、開口部周辺部から半径方向内
側に延びており、各開口部２９８の上流側３００が入口
スクープ２９２によって境が定められるように位置して
いる。各出口スクープ２９４は、開口部周辺部から半径
方向内側に延びており、各開口部２９８の下流側３０２
が出口スクープ２９４によって境が定められるように位
置している。従って、入口スクープ２９２は空気流れ２
９１がセンタボデー空洞２８４に流入するのを可能に
し、出口スクープ２９４は空気流れ２９１がセンタボデ
ー空洞２８４から流出するのを可能にしている。ある実
施形態では、センタボデーシェルは同数の入口スクープ
２９２と出口スクープ２９４を備えている。
２４４の開口部２９８に隣接して配置している。開口部
２９８は周辺部（図示せず）によって画定され、空気が
センタボデー空洞２８４に流入するのを可能にしてい
る。各開口部２９８は上流側３００と下流側３０２とを
含んでいる。スクープ２９０は、各開口部２９８の円周
方向に約半分の位置に境界をもつ大きさになっている。
各入口スクープ２９２は、開口部周辺部から半径方向内
側に延びており、各開口部２９８の上流側３００が入口
スクープ２９２によって境が定められるように位置して
いる。各出口スクープ２９４は、開口部周辺部から半径
方向内側に延びており、各開口部２９８の下流側３０２
が出口スクープ２９４によって境が定められるように位
置している。従って、入口スクープ２９２は空気流れ２
９１がセンタボデー空洞２８４に流入するのを可能に
し、出口スクープ２９４は空気流れ２９１がセンタボデ
ー空洞２８４から流出するのを可能にしている。ある実
施形態では、センタボデーシェルは同数の入口スクープ
２９２と出口スクープ２９４を備えている。
【００２４】ガスタービンエンジン１０(図１に示す）
の運転中、高温ガスはタービン２２(図１に示す）及び
バイパスダクト４８(図１に示す）から出て、オーグメ
ンタ２４(図１に示す）を通って導かれる。センタボデ
ー２４２は、高温ガスがオーグメンタ２４に入るとき、
その速度を減少させるような形状になっている。追加の
空気流れ３１０が、空気流れ２９１よりも低い速度でセ
ンタボデー２４２を通って導かれる。
の運転中、高温ガスはタービン２２(図１に示す）及び
バイパスダクト４８(図１に示す）から出て、オーグメ
ンタ２４(図１に示す）を通って導かれる。センタボデ
ー２４２は、高温ガスがオーグメンタ２４に入るとき、
その速度を減少させるような形状になっている。追加の
空気流れ３１０が、空気流れ２９１よりも低い速度でセ
ンタボデー２４２を通って導かれる。
【００２５】運転中は、空気流れ２９１はセンタボデー
空洞の入口スクープ２９２によって空洞２８４に導か
れ、出口スクープ２９４を通って空洞２８４から流出す
る。入口スクープ２９２は空気流れ２９１の全圧力の衝
撃を受ける。各出口スクープ２９４の近傍にはより低い
静圧が発生し、それがセンタボデー空洞２８４内に円周
方向の流れ３１２を生じさせる。空気流れ３１２の結果
として、センタボデー２４２とスティフナ２８０の間に
は温度の不一致が低下しセンタボデー２４２内の熱応力
が減少する。さらに、空気流れ３１２はセンタボデー２
４２内に存在する可能性がある円周方向の温度差を減少
させ、これによってセンタボデー２４２内の平均応力レ
ベルを減少させる。その結果、センタボデー２４２の耐
振動応力性能が増大する。
空洞の入口スクープ２９２によって空洞２８４に導か
れ、出口スクープ２９４を通って空洞２８４から流出す
る。入口スクープ２９２は空気流れ２９１の全圧力の衝
撃を受ける。各出口スクープ２９４の近傍にはより低い
静圧が発生し、それがセンタボデー空洞２８４内に円周
方向の流れ３１２を生じさせる。空気流れ３１２の結果
として、センタボデー２４２とスティフナ２８０の間に
は温度の不一致が低下しセンタボデー２４２内の熱応力
が減少する。さらに、空気流れ３１２はセンタボデー２
４２内に存在する可能性がある円周方向の温度差を減少
させ、これによってセンタボデー２４２内の平均応力レ
ベルを減少させる。その結果、センタボデー２４２の耐
振動応力性能が増大する。
【００２６】別の態様では、センタボデー２４２は、開
口部１４２(図４に示す）と同様の開口部２９８、スク
ープ９０（図２に示す）及びスクープ２９０の組合せを
含む。
口部１４２(図４に示す）と同様の開口部２９８、スク
ープ９０（図２に示す）及びスクープ２９０の組合せを
含む。
【００２７】上記のセンタボデーはコスト効果が大きく
信頼性が高い。センタボデーは、センタボデー内の熱応
力の量を減少させるために熱制御装置を備えている。熱
制御装置は、複数の対応する対をなす入口開口部と出口
開口部を備えており、これらは、空気流れが複数のステ
ィフナでセンタボデー内に画定される空洞を通して流れ
ることを可能にする。その結果、対応するガスタービン
エンジンが高い効率及び性能で運転され、同時にセンタ
ボデー内に生じる熱応力を最小化することができるセン
タボデーが提供される。
信頼性が高い。センタボデーは、センタボデー内の熱応
力の量を減少させるために熱制御装置を備えている。熱
制御装置は、複数の対応する対をなす入口開口部と出口
開口部を備えており、これらは、空気流れが複数のステ
ィフナでセンタボデー内に画定される空洞を通して流れ
ることを可能にする。その結果、対応するガスタービン
エンジンが高い効率及び性能で運転され、同時にセンタ
ボデー内に生じる熱応力を最小化することができるセン
タボデーが提供される。
【００２８】本発明を種々の具体的な実施形態によって
説明してきたが、本発明が特許請求の範囲の技術思想及
び技術的範囲内の変形形態で実施できることは当業者に
は明らかであろう。
説明してきたが、本発明が特許請求の範囲の技術思想及
び技術的範囲内の変形形態で実施できることは当業者に
は明らかであろう。
【図１】 ガスタービンエンジンの概略図。
【図２】 図１に示すガスタービンエンジンに使用する
ことができるセンタボデーの部分概略側面図。
ことができるセンタボデーの部分概略側面図。
【図３】 図２に示すセンタボデーの概略横断面図。
【図４】 図1に示すガスタービンエンジンに使用する
ことができるセンタボデーの別の実施形態の部分概略側
面図。
ことができるセンタボデーの別の実施形態の部分概略側
面図。
【図５】 図４に示すセンタボデーの概略横断面図。
【図６】 図１に示すガスタービンエンジンに使用する
ことができるセンタボデーの別の実施形態の部分概略側
面図。
ことができるセンタボデーの別の実施形態の部分概略側
面図。
【図７】 図６に示すセンタボデーの概略横断面図。
１０ ガスタービンエンジン １２ 低圧圧縮機 １４ 高圧圧縮機 １６ 燃焼器 １８ 高圧タービン ２０ 低圧タービン ２２ 出力タービン ２４ 排気オーグメンタ ２５ 第1シャフト ２６ 第２シャフト ３２ エンジン対称軸線 ３４ エンジンの入口側 ３６ エンジンの排気側 ４２ センタボデー ４４ センタボデーシェル ４６ エンジンノズル ４８ バイパスダクト ７４ 外側表面シェル ７６ 内側表面シェル ８０ スティフナ ８２ スティフナの頂点 ８４ 空洞 ８６ 熱制御装置 ９０ スクープ ９１ 空気流れ ９２ 入口スクープ ９４ 出口スクープ ９８ シェルの開口部 １００ 開口部の上流側 １０２ 下流側 １１０ 燃焼器を通る空気流れ １１２ 空洞内の円周方向の流れ １２０ センタボデー １２２ センタボデーシェル １２４ シェルの外側表面 １２６ シェルの内側表面 １２８ 対称軸線 １３８ 空洞 １４０ 熱制御装置 １４２ 装置の開口部 １４４ 入口開口部 １４６ 出口開口部 １５０ フレームストラット １５２ フレームストラットの厚さ １５４ 開口部の直径 １５６ 環状体 １６０ 円周方向の流れ ２４２ センタボデー ２４４ シェル ２７４ シェルの外側表面 ２７６ シェルの内側表面 ２８０ スティフナ ２８２ スティフナの頂点 ２８４ 空洞 ２８６ 冷却装置 ２９０ スクープ ２９１ 空気流れ ２９２ 入口スクープ ２９４ 出口スクープ ２９８ シェルの開口部 ３００ 開口部の上流側 ３０２ 下流側 ３１０ 燃焼器を通る空気流れ ３１２ 空洞内の円周方向の流れ
Claims (15)
- 【請求項１】 外板（１２４）、複数のスティフナ（８
０）、及び熱制御装置（１４０）を備え、前記複数のス
ティフナが前記外板に取付けられ各スティフナ及び前記
外板が空洞（１３８）を画定するように半径方向内側に
延在しており、前記熱制御装置が複数の開口部（１４
２）を備えているガスタービンエンジン排気センタボデ
ー（１２０）を、該センタボデー内の熱応力を減少させ
るように製作する方法であって、開口部が前記排気セン
タボデー外板から前記スティフナと前記外板とで画定さ
れた各空洞まで通じ、前記開口部がガスタービンエンジ
ン流路と流体連通するように、前記排気センタボデーの
周囲に円周方向に複数の開口部を形成する段階を含むこ
とを特徴とする方法。 - 【請求項２】 前記複数の開口部（１４２）が、対をな
す入口開口部（１４４）及び出口開口部（１４６）を含
み、複数の開口部を形成する前記段階が、前記エンジン
（１０）の運転時円周方向の空気流れが生成されるよう
に、各入口開口部を円周方向に隣接する出口開口部の間
に位置させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項
１に記載の方法。 - 【請求項３】 前記ガスタービンエンジン（１０）が前
記センタボデー（１２０）の上流に複数のフレームスト
ラット（１５０）を備え、複数の開口部（１４２）を形
成する前記段階が、 各入口開口部（１４４）をストラットの下流に位置させ
る段階と、 各出口開口部（１４６）を円周方向に隣接する２つのス
トラットの間に位置させる段階と、をさらに含むことを
特徴とする請求項２に記載の方法。 - 【請求項４】 前記排気センタボデー（１２０）が複数
の入口スクープ（２９２）及び対応する複数の出口スク
ープ（２９４）をさらに含み、複数の開口部（１４２）
を形成する前記段階が、 各熱制御装置入口開口部（１４４）を各入口スクープに
隣接して位置させる段階と、 各熱制御装置出口開口部（１４６）を各出口スクープに
隣接して位置させる段階と、をさらに含むことを特徴と
する請求項２に記載の方法。 - 【請求項５】 ガスタービンエンジン（１０）用排気セ
ンタボデー（１２０）であって、 外板（１２４）と、 前記外板に取付けられ、前記外板から半径方向内側に延
在し、その各々と前記外板とで空洞（１３８）を画定す
る複数のスティフナ（８０）と、 前記外板から前記空洞の各々まで通じる複数の開口部
（１４２）と、を含むことを特徴とする排気センタボデ
ー（１２０）。 - 【請求項６】 前記スティフナ（８０）が前記排気セン
タボデーの周囲に円周方向に配置され、前記複数の開口
部（１４２）が前記センタボデーの周囲に円周方向に配
置されることを特徴とする請求項５に記載の排気センタ
ボデー（１２０）。 - 【請求項７】 前記複数の開口部（１４２）が対をなす
入口開口部（１４４）及び出口開口部（１４６）を含
み、該出口開口部の各々が円周方向に隣接する入口開口
部の間に配置されることを特徴とする請求項６に記載の
排気センタボデー（１２０）。 - 【請求項８】 前記ガスタービンエンジン（１０）が前
記センタボデーの上流に複数のストラット（１５０）を
含み、前記入口開口部（１４４）が前記ストラットのそ
れぞれの下流に配置されることを特徴とする請求項7に
記載の排気センタボデー（１２０）。 - 【請求項９】 前記出口開口部（１４６）の各々が円周
方向に隣接する２つのストラット（１５０）の間に配置
されることを特徴とする請求項８に記載の排気センタボ
デー（１２０）。 - 【請求項１０】 前記排気センタボデーに取付けられた
複数のスクープ（２９０）をさらに含むことを特徴とす
る請求項７に記載の排気センタボデー（１２０）。 - 【請求項１１】 前記複数のスクープ（２９０）が対を
なす入口スクープ（２９２）及び出口スクープ（２９
４）を含むことを特徴とする請求項１０記載の排気セン
タボデー（１２０）。 - 【請求項１２】 前記複数のスクープ（２９０）が前記
排気センタボデーから半径方向外側に延びていることを
特徴とする請求項１１に記載の排気センタボデー（１２
０）。 - 【請求項１３】 前記複数のスクープ（２９０）が前記
排気センタボデーから半径方向内側に延びていることを
特徴とする請求項１０に記載の排気センタボデー（１２
０）。 - 【請求項１４】 複数のステイフナ（８０）及び外板
（１２４）を含み、前記複数のスティフナが、前記ステ
ィフナの各々と前記外板とが空洞（１３８）を画定する
ように、前記外板に取り付けられ前記外板から半径方向
内側に延在している排気センタボデー（１２０）と、 前記排気センタボデー内に配置され、前記排気センタボ
デー内の熱応力を最小化するように構成され、前記セン
タボデー外板から前記空洞の各々まで通じる複数の開口
部（１４２）を含む熱制御装置（１４０）と、を含むこ
とを特徴とするガスタービンエンジン（１０）。 - 【請求項１５】 前記スティフナ（８０）が前記排気セ
ンタボデー（１２０）を円周方向に取巻き、前記複数の
熱制御装置開口部（１４２）が前記排気センタボデー
（１２０）の周囲に円周方向に配置されて対をなす出口
開口部（１４４）及び入口開口部（１４６）を含み、前
記出口開口部の各々が前記円周方向に隣接する入口開口
部の間に配置されることを特徴とする請求項１４に記載
のガスタービンエンジン（１０）。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/535922 | 2000-03-24 | ||
| US09/535,922 US6584766B1 (en) | 2000-03-24 | 2000-03-24 | Methods and apparatus for minimizing thermal stresses in a centerbody |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001271709A true JP2001271709A (ja) | 2001-10-05 |
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Family
ID=24136352
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001013911A Expired - Fee Related JP4627889B2 (ja) | 2000-03-24 | 2001-01-23 | センタボデー内の熱応力を最小化する方法と装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6584766B1 (ja) |
| EP (1) | EP1136687B1 (ja) |
| JP (1) | JP4627889B2 (ja) |
| AT (1) | ATE373775T1 (ja) |
| DE (1) | DE60130511T2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| FR2901578B1 (fr) * | 2006-05-23 | 2008-07-25 | Snecma Sa | Corps central pour canal d'echappement d'un turboreacteur, turboreacteur |
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| US9200537B2 (en) | 2011-11-09 | 2015-12-01 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Gas turbine exhaust case with acoustic panels |
| US8826669B2 (en) | 2011-11-09 | 2014-09-09 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Gas turbine exhaust case |
| US8944753B2 (en) | 2011-11-09 | 2015-02-03 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Strut mounting arrangement for gas turbine exhaust case |
| US10094285B2 (en) * | 2011-12-08 | 2018-10-09 | Siemens Aktiengesellschaft | Gas turbine outer case active ambient cooling including air exhaust into sub-ambient cavity |
| US9664062B2 (en) * | 2011-12-08 | 2017-05-30 | Siemens Energy, Inc. | Gas turbine engine with multiple component exhaust diffuser operating in conjunction with an outer case ambient external cooling system |
| US20130149107A1 (en) * | 2011-12-08 | 2013-06-13 | Mrinal Munshi | Gas turbine outer case active ambient cooling including air exhaust into a sub-ambient region of exhaust flow |
| US8894359B2 (en) * | 2011-12-08 | 2014-11-25 | Siemens Aktiengesellschaft | Gas turbine engine with outer case ambient external cooling system |
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