JP2001506342A - スラストベアリング荷重制御装置を有するタービンエンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 スラストベアリングにかかる前向き荷重の制御が改善され、バランスピストンを用いる必要性が軽減あるいは除去された、改良型タービンエンジンの設計が開示される。このタービンエンジンは長手方向の軸を有し、エンジン中で気体を加圧するためのコンプレッサーを備える。インペラーはインペラー後面と先端部を有する。エンジンはさらに、スラストベアリング上に架装されて軸を中心として回転するシャフトを備える。インペラーはシャフトに固定されてこれとともに回転する。エンジンケーシングの中に設けられた空洞部は少なくともインペラー後面によって画定され、インペラー先端部の圧縮気体と連通関係にある。エンジンはさらに空洞部と圧縮気体の両方と連通関係にある抽気を備えていて、空洞部がインペラー先端部および抽気からの圧縮気体によって与圧されるようになっており、これによってインペラー後面に荷重をかけ、したがってシャフトを通じてスラストベアリングに荷重をかける。好ましくは抽気からの圧縮気体は空洞部中の旋回流を低減することによって空洞部中の圧力を増加する。

Description

【発明の詳細な説明】 スラストベアリング荷重制御装置を有するタービンエンジン 発明の属する技術分野 本発明はタービンエンジンに関するものであり、より具体的には、改善された スラストベアリングの荷重制御装置を有するタービンエンジンに関するものであ る。 背景技術 航空機用のターボジェットエンジンまたはターボファンエンジンとして用いら れるようなタービンエンジンは、通常、前方から後方に向かって、すなわちエン ジンの気流流れ方向に沿って、ファン、コンプレッサー、およびタービンの各部 からなっており、全体はハウジングに納められている。これらの回転ファン、コ ンプレッサー、およびタービンからなるエンジン部分は、１個または２個以上の 同軸シャフトに軸方向に架装されて、エンジンの中心軸を中心として回転する。 シャフトは少なくとも２個のベアリングアセンブリーによって支持されている。 これらベアリングアセンブリーはシャフト、したがってファン、コンプレッサー 、およびタービンが回転できるようにしている。エンジンの気流流れ方向の中で 最前部のベアリングアセンブリーは、またケースの中のシャフトの軸方向の動き を防止しており、“スラストベアリングアセンブリー”と呼ばれる。スラストベ アリングアセンブリーは、通常、狭い許容誤差で加工されてはいるが、ハウジン グの中のベアリングボールとベアリングレー スの間には小さな遊びが存在する。この遊びは、エンジンの作動中に騒音と振動 を発生するので、好ましくない。 この遊びの多くは、ベアリングに前向きの荷重をかけることによってなくすこ とができる。このような前向きの荷重はシャフトを通じてベアリングに伝達され る。荷重をかけるには例えば、コンプレッサーからの圧縮気体によってコンプレ ッサー部の後部に前向きの力をかけ、これによってシャフトに前向きの力をかけ てもよい。しかしながら、エンジンの寸法上の制約およびコンプレッサー部の性 能要求に起因して、在来のエンジンにおいてかけられる前向きの力は、スラスト ベアリングに適当な力をかけてベアリングアセンブリーの遊びを減らし、それに よる騒音と振動を低減するのに、必ずしも十分ではない。 この問題に対する一つの解決法は、エンジンのコンプレッサー部の後部に、シ ャフト上に架装された、回転するバランスピストンを設けることであった。これ については後により詳細に説明する。このバランスピストンはエンジンの高圧領 域と低圧領域の間に位置している。ピストンにかかる差圧はシャフトに、したが ってスラストベアリングに前向きの力をかける。しかしながら、このバランスピ ストンは、高価でかつ重要な、エンジンの回転部品である。ピストンは小さけれ ば小さいほど良く、さらに言えばピストンを省略できることがもっとも望ましい 。 発明の概要 本発明はスラストベアリングにかかる前向き荷重の制御装置が改善され、バラ ンスピストンを用いる必要性を軽減または除去できるような、改良されたタービ ンエンジンの設計を提供する。 本発明の一態様によれば、エンジンケーシングに納められたタービンエンジン が提供され、前記タービンエンジンが長手方向の軸を有し、かつ前記タービンエ ンジンが：インペラー後面とインペラー先端部を有するインペラーを具備する、 前記タービンエンジン中で気体を圧縮するためのコンプレッサーと；スラストベ アリングに架装されて前記軸を中心として回転し、かつ前記インペラーがその上 に固定されてそれと共に回転するシャフトと；前記エンジンケーシングの内部に 設けられ、少なくとも前記インペラー後面で画定され、前記インペラー先端部に おいて前記圧縮気体と連通関係にある空洞部と；前記空洞部と前記圧縮気体の両 方と連通関係にある抽気と、を具備し、前記空洞部は前記インペラー先端部およ び前記抽気からの前記圧縮気体によって与圧され、よってインペラー後面に荷重 をかけ、前記シャフトを通じて前記スラストベアリングに荷重をかける。 本発明の他の態様によればタービンエンジンが提供され、該タービンエンジン はエンジンケーシングの中に：インペラーを具備するコンプレッサー部と；燃焼 室と；タービンと；長手方向の軸を中心として回転するように架装され、前記イ ンペラーを前記タービンに 連結するシャフトと；前記ケーシングに架装され、前記シャフトの、前記軸に沿 った、および前記軸と直角方向の動きを制限する、前記シャフト周りのスラスト ベアリングと；前記インペラーと前記タービンの間の、前記インペラーに向かっ て開いた、前記コンプレッサーが画定する空洞部と；圧縮気体を前記空洞部に抽 気し、前記空洞部を与圧し、前記インペラーを、したがって前記シャフトを第一 の位置に押しやるための、前記燃焼部から前記空洞部に至る抽気と、を具備する 。 タービンエンジンはエンジンケーシングの中に：インペラーを具備するコンプ レッサー部と；燃焼部壁で画定される燃焼部と；タービンと；長手方向の中心軸 を中心に回転するように架装され、前記インペラーを前記タービンに連結するシ ャフトと；前記ケーシングに架装され、前記シャフトの前記軸に沿った、および 前記軸から離れる動きを制限する、前記シャフト周りのスラストベアリングと； 前記インペラーと前記燃焼部との間で、前記コンプレッサー部が画定する空洞部 と；前記燃焼室壁が有する空気抽気入口であって、該空気抽気入口が圧縮空気を 前記燃焼室から前記インペラー空洞部へ抽気し、前記空洞部を与圧して、前記イ ンペラーを、したがって前記シャフトを第一の位置に押しやる。 図面の簡単な説明 本発明の実施例を図示する図面は次の通りである。 第１図は代表的なタービンエンジン（既知）の側面図である。 第２図は第１図の一部の拡大断面図である。 第３図は本発明の一態様による代表的なタービンエンジンの一部の断面図であ る。 第４図はタービンエンジンの一部の接線方向空気速度の特性のグラフである。 第５図はタービンエンジンの一部の圧力特性のグラフである。 好ましい実施例の詳細な説明 第１図は代表的なガスタービンエンジン１０を図示している。このエンジン１ ０はファン部１１とエンジン中核部とからなり、エンジン中核部は流れの順にコ ンプレッサー部１２；燃焼部１４；タービン部１６；および排出部１８を具備し ており、これらすべてはハウジング１９の内部に架装されている。 タービン部１６およびコンプレッサー部１２は多段になっている。タービン部 １６中の少なくとも一つのタービンは、シャフト２０によって、コンプレッサー 部１２の最終段に回転可能に連結されている。シャフト２０は、その後部近傍に おいてローラーベアリングアセンブリー２２によって支持され、その前部近傍に おいてスラストベアリングアセンブリー２４によって支持されている。スラスト ベアリングアセンブリー２４は、ハウジング２５とスラストベアリング２７とか らなっている。 第２図は、代表的なタービンエンジンの、コンプレッサー部１2 の後部付近と燃焼部１４の前部付近を断面図として示している。コンプレッサー 部１２の最終段は回転インペラー２６であり、これは燃焼部１４と流体的連通関 係にある。 燃焼部１４は、その内外を燃焼器ケース２８、およびディフューザーアセンブ リー３２の一部をなすディフューザーケース３０で形成されている。ディフュー ザーアセンブリー３２は、さらにディフューザーパイプ３４と熱遮蔽３６および 熱遮蔽サポート３８を具備している。 ディフューザーパイプ３４は燃焼部１４の中にあり、インペラー２６の先端部 ４０と燃焼部１４との間に流体的連通関係を提供している。さらに、燃焼部１４ の内部にはエンジンハウジング１９にケースサポート４８で架装された燃焼器ラ イナー４４があって、燃焼室４６を画定している。燃焼室４６は、燃焼部１４の 高圧（“Ｐ３”）領域５０と流体的連通関係にある。燃焼室４６は、また燃料ノ ズル５２とも流体的連通関係にある。 インペラー２６は、シャフト２０の最外部に架装されており、エンジンの中心 軸を中心として回転する。スタブシャフト６６はインペラー２６とともに回転す る。ハウジング５５とベアリング５４からなるローラーベアリングアセンブリー ５２がシャフト２０の後部を支持している。カーボンシール５６ａおよび５６ｂ がアセンブリー５２をシールしている。またバランスピストン６２がシャフト２ ６に架装されており、これとともに回転する。 ディフューザーケース３０の底部と、インペラー２６の後部外面と、ローラー ベアリングハウジング５５の前部カバー５７とがインペラー後部空洞部６４（“ ＩＲＣ”）を画定している。ＩＲＣ６４は、ラビリンスシール７０とブラシシー ル６８でシールされている。ブラシシール６８は、ベアリングハウジング５５の 後部５４から延びており、バランスピストン６２の直前にある空洞部７２をシー ルする。空洞部７２は、シャフト２０に隣接する低圧領域６９と流体的連通関係 にある。 作動時には、ファン部１１が空気をエンジン１０に誘引し、空気はファン部１ １からコンプレッサー部１２へと通過し、ここで多段コンプレッサーによって圧 縮される。圧縮の最後の段階はインペラー２６である。高圧の空気はインペラー ２６の先端部から出ていく。この高圧空気の大部分はディフューザーパイプ３４ によって燃焼部１４に導かれる。ここで大部分のＰ３空気は室４６に入り、ノズ ル５２からの燃料と混合されて燃やされる。しかしながら、一部のＰ３圧縮空気 は、インペー２６の先端部４０とディフューザーケース３０の間のシールされて いない隙間７６を通ってＩＲＣ６４へ抽気する。 この隙間７６からの抽気空気はＩＲＣ６４を与圧する。ＩＲＣの与圧は、イン ペラー２６の後部とディフューザーケース３０に力を かける。インペラー２６の後部に働く力は、その反動として、シャフト２０に、 したがってスラストベアリング２７に前向きの力をかける。理論的には、ベアリ ングアセンブリー２４の遊びを減らして騒音と振動を低減するために、ＩＲＣ６ ４中の圧力がインペラー２６の後部に、したがってスラストベアリング２７に十 分な前向きの圧力をかけるように、インペラー２６の後部に十分な表面積を与え てエンジンを設計することは可能である。しかしながら、実際上は、インペラー ２６およびエンジン１０の寸法と重量、およびコンプレッサー部１２の出力空気 の圧力が問題となる。したがって、ＩＲＣ６４内部の相対圧力およびインペラー ２６の後面の表面積は、スラストベアリング２７に十分な前向きの荷重を与える には不十分であることが多い。そこで、以下に述べるように、バランスピストン ６２によって追加の前向き荷重が、シャフト２０およびスラストベアリング２５ に与えられる。 高圧空気はＩＲＣ６４の後部６５から外へ漏出される。これがバランスピスト ン６２の後側の空洞部７３を与圧する。バランスピストン６２の反対側にある空 洞部７２は、シャフト２０の近傍の低圧領域６９と流体的連通関係にある。した がって空洞部７２は空洞部７３より低圧であり、これによってバランスピストン ６２の両側には差圧が発生する。この差圧は、ピストン６２、シャフト２０およ びスラストベアリング２７に、前向きの力を発生させる。バランスピストン６２ の寸法およびその両側の差圧は、インペラー２６の後面の不十分な前向きの力を 補償して、スラストベアリング２７に必 要な前向きの力を与えるように、選択される。 通常の“離陸”条件においては、スラストベアリングには約２８００ポンドの 前向き荷重がかかるが、このうち約２０００ポンドはバランスピストン６２によ って与えられる。前述したようにこのバランスピストンは回転するので、エンジ ンの重要な部品である。 ＩＲＣ６４中に抽気する与圧のための空気はインペラー２６の先端部から発散 されるので、圧縮空気がＩＲＣ６４に入るときにインペラー２６の回転方向にか なりの接線方向速度、あるいは“旋回流”を有している。この接線方向速度は空 気がＩＲＣ６４の中で半径方向内側に移動するにつれて変化する。第４図の実線 は、第２図のエンジンのＩＲＣ６４内部の、半径方向の各点における空気の接線 方向速度と、その点におけるインペラーの接線方向速度との比（“Ｋファクター ”とも呼ばれる）のシミュレーションを示している。 “旋回流”の結果として、空気の静圧は半径方向内側に向かって減少する。こ れによって、ＩＲＣ６４内部には半径方向の圧力勾配が発生する。この圧力勾配 は、ＩＲＣ６４中の平均圧力を、したがってインペラー２６に働く前向きの力を 著しく減少させる。第５図中の実線は、第１図と第２図のエンジンについて、イ ンペラー先端部４０からの各距離における、インペラー２６に働く静圧のこのよ うな減少を示している。 本発明において、ＩＲＣ６４中の空気の“旋回流”を低減することによってＩ ＲＣ中の平均静圧が著しく増加することが認められた。これによってスラストベ アリング２７に十分な前向きの荷重を与えることができるので、バランスピスト ン６２の必要寸法が小さくなり、さらには全くこれを省略することができる。 第３図は、ジェットエンジンの一部を断面図として示したものであるが、この エンジンは高圧空気の一部を、インペラー２６の先端部近傍において、エンジン １０の燃焼部１４からＩＲＣ６４中に抽気するように改良されている。 前述したように、インペラー２６を出ていく空気の大部分はディフューザーパ イプ３４によって燃焼部１４に案内される。ディフューザーパイプ34はインペラ ー２６から燃焼部１４に入る空気の接線方向速度を、したがって“旋回流”を、 著しく減少させる。したがって、燃焼部１４の高圧空気領域５０中のＰ３空気は 、ほとんど“無旋回流”である。インペラー２６の先端の近くで、高圧空気を燃 焼部１４からＩＲＣ６４へ抽気することによって、ＩＲＣ６４内部の空気の旋回 流、ひいては、この旋回流によって生じる圧力勾配が著しく減少する。 ＩＲＣ６４を通る空気の流量を第２図の実施例と同様に保つために、孔９０の 寸法が調整される。ＩＲＣ６４を通る全空気流量は第２図の実施例と同じなので 、ＩＲＣ６４への高圧空気の抽気量にし たがって、ＩＲＣ６４へのインペラー先端の抽気量は減らされる。 燃焼室１４からＩＲＣ６４への抽気は、熱遮蔽３６の前側のディフューザーケ ース３０に開けられた、小さな抽気用通路または孔８０によって達成されてもよ い。燃焼部１４からＩＲＣ６４へのＰ３空気の抽気量は、孔の寸法、位置および 数によって決定され、これによって、スラストベアリング２７の負荷に対する抽 気の効果が調整される。抽気孔８０の最良の位置は、図示されるようにインペラ ー先端部４０の近傍である。 第４図のグラフ中の点線はインペラー２６の先端から２％の距離に設けた抽気 孔８０の、第３図の実施例のＩＲＣ６４の半径上の各点におけるＫファクター（ 説明上述）に対する効果のシミュレーションを示している。このようなＩＲＣ６ ４の先端部４０の近傍における接線方向速度の低減は、ＩＲＣ６４中の圧力勾配 を低減し、これがＩＲＣ６４中の半径上の各点における圧力の全体的な増加をも たらす。第５図のグラフ中の点線はさらに、第３図の実施例のＩＲＣ６４の半径 上の各点において、インペラー２６後面にもたらされる静圧増加のシミュレーシ ョンを示している。 ＩＲＣ６４中の、全体として増加した圧力は、結果として、インペラー26後部 、シャフト２０およびスラストベアリング２７に働く前向きの力を増大する。シ ミュレーションは、第３図のように改修された代表的エンジンにおいて、インペ ラー２６後面にかかる前 向きの荷重が約１３００ポンド（第２図のエンジンに比較して）増加することを 示している。この結果、第３図に示されるように、バランスピストン６２（第２ 図）を省略することができ、なおかつ、スラストベアリング２７に約２１００ポ ンドという、十分な前向きの荷重をかけることができ、それは満足すべきもので ある。 これに加えて、今やＩＲＣ６４全体の圧力が上がっているので、領域８８（第 ３図)（第２図の空洞部７３に相当）の空気圧は抽気８０がない場合よりも高い 。このために高圧タービンディスク８６に開ける孔９０の寸法を小さくしても、 孔９０を通る空気の流量を第２図の未改修のエンジンと同等に保つことができる 。これによってタービンディスク８６の寿命が増加する。空洞部８８中の圧力の 増加によってラビリンスシール８７のクリアランスを広げることができ、したが ってこのシールが磨耗しにくくなる。さらにまた、抽気孔８０の寸法を調整する ことによってスラスト荷重を制御することができるので便利である。 バランスピストンを省略することによって、エンジン１０の重要な回転部品が 除去される。 本発明はここに記載した図面に限定されるものではなく、これらの図面は単に 本発明を実施するための好ましい実施例を説明するものであり、形状、寸法、部 品配列および作動の詳細を変更することは容易であることは理解されるであろう 。本発明を上述した代表的 なエンジン以外の、既存のエンジン設計を改修するために応用することは容易で ある。本発明は、請求範囲によって画定される本発明の主旨と範囲から逸脱しな い限り、全てのこのような変更を包含するものである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年２月５日（１９９８．２．５） 【補正内容】 スの間には小さな遊びが存在する。この遊びは、エンジンの作動中に騒音と振動 を発生するので、好ましくない。 この遊びの多くは、ベアリングに前向きの荷重をかけることによってなくすこ とができる。このような前向きの荷重はシャフトを通じてベアリングに伝達され る。荷重をかけるには例えば、コンプレッサーからの圧縮気体によってコンプレ ッサー部の後部に前向きの力をかけ、これによってシャフトに前向きの力をかけ てもよい。しかしながら、エンジンの寸法上の制約およびコンプレッサー部の性 能要求に起因して、在来のエンジンにおいてかけられる前向きの力は、スラスト ベアリングに適当な力をかけてベアリングアセンブリーの遊びを減らし、それに よる騒音と振動を低減するのに、必ずしも十分ではない。 この問題に対する一つの解決法は、エンジンのコンプレッサー部の後部に、シ ャフト上に架装された、回転するバランスピストンを設けることであった。これ については後により詳細に説明する。このバランスピストンはエンジンの高圧領 域と低圧領域の間に位置している。ピストンにかかる差圧はシャフトに、したが ってスラストベアリングに前向きの力をかける。しかしながら、このバランスピ ストンは、高価でかつ重要な、エンジンの回転部品である。ピストンは小さけれ ば小さいほど良く、さらに言えばピストンを省略できることがもっとも望ましい 。 発明の概要 本発明はスラストベアリングにかかる前向き荷重の制御装置が改善され、バラ ンスピストンを用いる必要性を軽減または除去できるような、改良されたタービ ンエンジンの設計を提供する。 本発明の一態様によれば、エンジンケーシングに納められたタービンエンジン が提供され、前記タービンエンジンは長手方向の軸を有し、該タービンエンジン が：インペラー後面とインペラー先端部を有するインペラーを具備する、タービ ンエンジン中で気体を圧縮するためのコンプレッサーと；スラストベアリングに 架装されて前記軸を中心として回転し、かつインペラーがその上に固定されてそ れと共に回転するシャフトと；コンプレッサーからの圧縮気体と流体的連通関係 にある燃焼部と；エンジンケーシングの内部に設けられ、少なくとも部分的にイ ンペラー後面で画定され、インペラー先端部においてインペラー先端部からの圧 縮気体と流体的連通関係にある空洞部と、を具備し、インペラー先端部からの気 体が空洞部中で軸の周りの接線方向速度を有するタービンエンジンであって、抽 気が空洞部と燃焼部との間で流体的連通関係にあり、該抽気が燃焼部の気体流を 案内して、空洞部中のインペラー先端部気体の接線方向速度を低減するように適 合されており、空洞部はインペラー先端部および抽気からの圧縮気体によって与 圧され、よってインペラー後面に荷重をかけ、シャフトを通じてスラストベアリ ングに荷重をかけることを特徴とする。 好ましくは、空洞部がインペラー先端部まで伸び、抽気がインペラー先端部の 近傍に開口している。 また、タービンエンジンは、好ましくはインペラー先端部から燃焼部まで伸び る空気ディフューザーパイプを更に具備し、該空気ディフューザーパイプがコン プレッサーと燃焼部との間の流体的連通関係を提供し、空気ディフューザーパイ プがインペラー先端部から燃焼部に入る気体の接線方向速度を低減するように適 合されており、かつ抽気がディフューザーパイプからの気体と連通関係にある。 さらにまた、抽気は好ましくは燃焼部から空洞部に至る、一般的にインペラー 後面に対して直角に伸びる複数の通路からなっている。 最も好ましくは、抽気は燃焼部の高圧領域から伸びている。 図面の簡単な説明 本発明の実施例を図示する図面は次の通りである。 第１図は代表的なタービンエンジン（既知）の側面図である。 の後部付近と燃焼部１４の前部付近を断面図として示している。コンプレッサー 部１２の最終段は回転インペラー２６であり、これは燃焼部１４と流体的連通関 係にある。 燃焼部１４は、その内外を燃焼器ケース２８、およびディフューザーアセンブ リー３２の一部をなすディフューザーケース３０で形成されている。ディフュー ザーアセンブリー３２は、さらにディフューザーパイプ３４と熱遮蔽３６および 熱遮蔽サポート３８を具備している。 ディフューザーパイプ３４は燃焼部１４の中にあり、インペラー２６の先端部 ４０と燃焼部１４との間に流体的連通関係を提供している。さらに、燃焼部１４ の内部にはエンジンハウジング１９にケースサポート４８で架装された燃焼器ラ イナー４４があって、燃焼室４６を画定している。燃焼室４６は、燃焼部１４の 高圧（“Ｐ３”）領域５０と流体的連通関係にある。燃焼室４６は、また燃料ノ ズル５２とも流体的連通関係にある。 インペラー２６は、シャフト２０の最外部に架装されており、エンジンの中心 軸を中心として回転する。スタブシャフト６６はインペラー２６とともに回転す る。ハウジング５５とローラーベアリング５４からなるローラーベアリングアセ ンブリー２２がシャフト２０の後部を支持している。カーボンシール５６ａおよ び５６ｂがアセンブリー５２をシールしている。またバランスピストン６２がシ ャフト２０に架装されており、これとともに回転する。 ディフューザーケース３０の底部と、インペラー２６の後部外面と、ローラー ベアリングハウジング５５の前部カバー５７とがインペラー後部空洞部６４（“ ＩＲＣ”）を画定している。ＩＲＣ６４は、ラビリンスシール７０とブラシシー ル６８でシールされている。ブラシシール６８は、ベアリングハウジング５５の 後部から延びており、バランスピストン６２の直前にある空洞部７２をシールす る。空洞部７２は、シャフト２０に隣接する低圧領域６９と流体的連通関係にあ る。 作動時には、ファン部１１が空気をエンジン１０に誘引し、空気はファン部１ １からコンプレッサー部１２へと通過し、ここで多段コンプレッサーによって圧 縮される。圧縮の最後の段階はインペラー２６である。高圧の空気はインペラー ２６の先端部から出ていく。この高圧空気の大部分はディフューザーパイプ３４ によって燃焼部１４に導かれる。ここで大部分のＰ３空気は室４６に入り、ノズ ル５２からの燃料と混合されて燃やされる。しかしながら、一部のＰ３圧縮空気 は、インペラー２６の先端部４０とディフューザーケース３０の間のシールされ ていない隙間７６を通ってＩＲＣ６４へ抽気する。 この隙間７６からの抽気空気はＩＲＣ６４を与圧する。ＩＲＣの与圧は、イン ペラー２６の後部とディフューザーケース３０に力を かける。インペラー２６の後部に働く力は、その反動として、シャフト２０に、 したがってスラストベアリング２７に前向きの力をがける。理論的には、ベアリ ングアセンブリー２４の遊びを減らして騒音と振動を低減するために、ＩＲＣ６ ４中の圧力がインペラー２６の後部に、したがってスラストベアリング２７に十 分な前向きの圧力をかけるように、インペラー２６の後部に十分な表面積を与え てエンジンを設計することは可能である。しかしながら、実際上は、インペラー ２６およびエンジン１０の寸法と重量、およびコンプレッサー部１２の出力空気 の圧力が問題となる。したがって、ＩＲＣ６４内部の相対圧力およびインペラー ２６の後面の表面積は、スラストベアリング２７に十分な前向きの荷重を与える には不十分であることが多い。そこで、以下に述べるように、バランスピストン ６２によって追加の前向き荷重が、シャフト２０およびスラストベアリング２７ に与えられる。 高圧空気はＩＲＣ６４の後部６５から外へ漏出される。これがバランスピスト ン６２の後側の空洞部７３を与圧する。バランスピストン６２の反対側にある空 洞部７２は、シャフト２０の近傍の低圧領域６９と流体的連通関係にある。した がって空洞部７２は空洞部７３より低圧であり、これによってバランスピストン ６２の両側には差圧が発生する。この差圧は、ピストン６２、シャフト２０およ びスラストベアリング２７に、前向きの力を発生させる。バランスピストン６２ の寸法およびその両側の差圧は、インペラー２６の後面の不十分な前向きの力を 補償して、スラストベアリング２７に必 要な前向きの力を与えるように、選択される。 通常の“離陸”条件においては、スラストベアリングには約２８００ポンド（ １２．４５４ｋＮ）の前向き荷重がかかるが、このうち約２０００ポンド（８． ８９６ｋＮ）はバランスピストン６２によって与えられる。前述したようにこの バランスピストンは回転するので、エンジンの重要な部品である。 ＩＲＣ６４中に抽気する与圧のための空気はインペラー２６の先端部から発散 されるので、圧縮空気がＩＲＣ６４に入るときにインペラー２６の回転方向にか なりの接線方向速度、あるいは“旋回流”を有している。この接線方向速度は空 気がＩＲＣ６４の中で半径方向内側に移動するにつれて変化する。第４図の実線 は、第２図のエンジンのＩＲＣ６４内部の、半径方向の各点における空気の接線 方向速度と、その点におけるインペラーの接線方向速度との比（“Ｋファクター ”とも呼ばれる）のシミュレーションを示している。 “旋回流”の結果として、空気の静圧は半径方向内側に向かって減少する。こ れによって、ＩＲＣ６４内部には半径方向の圧力勾配が発生する。この圧力勾配 は、ＩＲＣ６４中の平均圧力を、したがってインペラー２６に働く前向きの力を 著しく減少させる。第５図中の実線は、第１図と第２図のエンジンについて、イ ンペラー先端部４０からの各距離における、インペラー２６に働く静圧のこのよ うな減少を示している。 たがって、ＩＲＣ６４へのインペラー先端の抽気量は減らされる。 燃焼室１４からＩＲＣ６４への抽気は、熱遮蔽３６の前側のディフューザーケ ース３０に開けられた、小さな抽気用通路または孔８０によって達成されてもよ い。抽気は、抽気からの気体が、ＩＲＣ６４中のインペラー先端部４０からの気 体の接線方向速度を低減するように構成されている。燃焼部１４からＩＲＣ６４ へのＰ３空気の抽気量は、孔の寸法、位置および数によって決定され、これによ って、スラストベアリング２７の負荷に対する抽気の効果が調整される。抽気孔 ８０の最良の位置は、図示されるようにインペラー先端部４０の近傍である。 好ましくは、抽気孔８０はインペラー後面に対して一般的に直角に伸びている 。 第４図のグラフ中の点線はインペラー２６の先端から２％の距離に設けた抽気 孔８０の、第３図の実施例のＩＲＣ６４の半径上の各点におけるＫファクター（ 説明上述）に対する効果のシミュレーションを示している。このようなＩＲＣ６ ４の先端部４０の近傍における接線方向速度の低減は、ＩＲＣ６４中の圧力勾配 を低減し、これがＩＲＣ６４中の半径上の各点における圧力の全体的な増加をも たらす。第５図のグラフ中の点線はさらに、第３図の実施例のＩＲＣ６４の半径 上の各点において、インペラー２６後面にもたらされる静圧増加のシミュレーシ ョンを示している。 ＩＲＣ６４中の、全体として増加した圧力は、結果として、インペラー２６後 部、シャフト２０およびスラストベアリング２７に働く前向きの力を増大する。 シミュレーションは、第３図のように改修された代表的エンジンにおいて、イン ペラー２６後面にかかる前 請求の範囲 １． エンジンケーシングに納められたタービンエンジン（１０）であって、 該タービンエンジン（１０）は長手方向の軸を有し、かつ該タービンエンジン（ １０）は： インペラー後面とインペラー先端部（４０）とを有するインペラー（２６）を 具備し、前記タービンエンジン（１０）中で気体を圧縮するためのコンプレッサ ー（１２）と； スラストベアリング（２７）に架装されて前記軸を中心として回転し、かつ前 記インペラー（２６）がその上に固定されてそれと共に回転するシャフト（２０ ）と； 前記コンプレッサー（１２）からの圧縮気体と流体的連通関係にある燃焼部（ １４）と； 前記エンジンケーシングの内部に設けられ、少なくとも部分的に前記インペラ ー後面で画定され、前記インペラー先端部（４０）において前記インペラー先端 部（４０）からの圧縮気体と流体的連通関係にある空洞部（６４）と、 を具備し、前記インペラー先端部（４０）からの気体が前記空洞部（６４）中 で前記軸の周りの接線方向速度を有するタービンエンジンであって、 抽気（８０）が前記空洞部（６４）と前記燃焼部（１４）との間で流体的連通 関係にあり、前記抽気(80)が前記燃焼部の気体流を案内して、前記空洞部（６４ ）中の前記インペラー先端部気体の 前記接線方向速度を低減するように適合されており、前記空洞部（６４）は前記 インペラー先端郎（４０）および前記抽気（８０）からの圧縮気体によって与圧 され、よって前記インペラー後面に荷重をかけ、前記シャフト（２０）を通じて 前記スラストベアリング（２７）に荷重をかけることを特徴とする、タービンエ ンジン。 ２． 前記空洞部（６４）が前記インペラー先端部（４０）まで伸び、かつ前 記抽気（８０）が前記インペラー先端部（４０）の近傍に開口している、請求項 １のタービンエンジン（１０）。 ３． 前記インペラー先端部（４０）から前記燃焼部まで伸びる空気ディフュ ーザーパイプ（３４）を更に具備し、前記空気ディフューザーパイプ（３４）は 前記コンプレッサー（１２）と前記燃焼部（１４）との間の前記流体的連通関係 を提供し、前記空気ディフューザーパイプ（３４）は前記インペラー先端部（４ ０）から前記燃焼部（１４）に入る前記気体の前記接線方向速度を低減するよう に適合されており、前記抽気（８０）は前記ディフューザーパイプ（３４）から の気体と連通関係にある、請求項２のタービンエンジン（１０）。 ４． 前記抽気（８０）は、前記燃焼部（１４）から前記空洞部（６４）に至 る複数の通路からなるものである、請求項２のタービンエンジン（１０）。 ５． 前記通路は、前記インペラー後面に対して、おおよそ直角に伸びている 、請求項４のタービンエンジン（１０）。 ６． 前記抽気（８０）が前記燃焼部（１４）の高圧領域（５０）から伸びて いる、請求項１のタービンエンジン（１０）。 【図２】【図３】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． エンジンケーシングに納められたタービンエンジンであって、該タービ ンエンジンは長手方向の軸を有し、かつ該タービンエンジンは： インペラー後面とインペラー先端部とを有するインペラーを具備し、前記タ ービンエンジン中で気体を圧縮するためのコンプレッサーと； スラストベアリングに架装されて前記軸を中心として回転し、かつ前記イン ペラーがその上に固定されてそれと共に回転するシャフトと； 前記エンジンケーシングの内部に設けられ、少なくとも前記インペラー後面 で画定され、前記インペラー先端部において前記圧縮気体と連通関係にある空洞 部と； 前記空洞部と前記圧縮気体の双方と連通する抽気と、 を具備し、前記空洞部は前記インペラー先端部および前記抽気からの前記圧縮気 体によって与圧され、よって前記インペラー後面に荷重をかけ、前記シャフトを 通じて前記スラストベアリングに荷重をかけるタービンエンジン。 ２． 前記インペラー先端部から伸びる空気ディフューザーパイプを更に具備し 、該空気ディフューザーパイプは、前記インペラーからの気体を案内し、かつ前 記インペラーからの前記気体の接線方向速度を低減するものであって、前記抽気 は前記ディフューザーパイ プからの気体と連通関係にある、請求項１のタービンエンジン。 ３． 前記ディフューザーパイプと流体的連通関係にある燃焼部を更に具備し 、前記抽気が前記燃焼部と流体的連通関係にある、請求項２のタービンエンジン 。 ４． 前記空洞部が前記インペラー先端部まで伸び、かつ前記抽気が前記イン ペラー先端部の近傍に開口している、請求項３のタービンエンジン。 ５． 前記抽気は、前記燃焼部から前記空洞部に至る複数の通路からなるもの である、請求項４のタービンエンジン。 ６． 前記空洞部中の前記インペラーからの前記圧縮気体が、前記軸のまわり の接線方向速度を有し、前記抽気は、前記抽気からの前記気体が前記空洞部中の 前記インペラーからの前記気体の前記接線方向速度を低減するように構成されて いる、請求項１のタービンエンジン。 ７． 前記通路は、前記インペラー後面に対しておおよそ直角に伸びている、 請求項５のタービンエンジン。 ８． 前記抽気は、前記燃焼部の高圧領域から伸びている、請求項１のタービ ンエンジン。 ９． インペラーを具備するコンプレッサー部と； 燃焼室と； タービンと； 前記インペラーを前記タービンに連結し、長手方向の軸を中心として回転す るように架装されたシャフトと； 前記シャフトの、前記軸に沿った、および前記軸と直角方向の動きを制限す るため、前記ケーシングに架装された前記シャフト周りのスラストベアリングと ； 前記インペラーと前記タービンの間で、前記インペラーに向かって開いき、 前記コンプレッサー部が画定する空洞部と； 圧縮気体を前記燃焼部から前記空洞部に抽気し、前記空洞部を与圧し、前記 インペラーを、したがって前記シャフトを第一の位置に押しやるための抽気と、 をエンジンケーシングの中に具備するタービンエンジン。 １０． 前記インペラー先端部から伸び、前記燃焼部と流体的連通関係にある 空気ディフューザーパイプを更に具備し、該空気ディフューザーパイプが前記イ ンペラーから前記燃焼部へ空気を案内し、かつ前記インペラー空気の接線方向速 度を低減する、請求項９のタービンエンジン。 １１． 前記空洞部が前記インペラーの先端部まで伸び、かつ前記抽気が前記 インペラーの前記先端部の近傍に開口している、請求 項９のタービンエンジン。 １２． 前記空洞部が前記インペラーの前記先端部まで伸び、かつ前記抽気が 前記インペラーの前記先端部の近傍に開口している、請求項１０のタービンエン ジン。 １３． 前記抽気は、前記燃焼部から前記空洞部に至る複数の通路からなる、 請求項１２のタービンエンジン。 １４． 前記空洞部が、前記インペラーの回転時に、インペラー空気の一部を 前記インペラーの前記先端部の近傍から前記空洞部へ案内するように構成されて おり、前記インペラー空気の一部は接線方向の速度を有し、前記抽気が前記接線 方向の速度を低減するための圧縮空気を供給するように配置されている、請求項 １３のタービンエンジン。 １５． 前記抽気は前記燃焼部の高圧領域から伸びている、請求項９のタービ ンエンジン。 １６． インペラーを具備するコンプレッサー部と； 燃焼部壁で画定される燃焼部と； タービンと； 前記インペラーを前記タービンに連結し、長手方向の中心軸を中心に回転す るように架装されたシャフトと； 前記シャフトの前記軸に沿った、および前記軸から離れる動きを制限するた め、前記ケーシングに架装された前記シャフト周りのスラストベアリングと； 前記インペラーと前記燃焼部との間で、前記コンプレッサー部が画定する空 洞部と； 前記燃焼部壁が有する空気抽気入口であって、該空気抽気入口は、圧縮空気 を前記燃焼部から前記インペラー空洞部へ抽気し、前記空洞部を与圧して、前記 インペラーを、したがって前記シャフトを第一の位置に押しやるものである空気 抽気入口と、をエンジンケーシングの中に具備するタービンエンジン。 １７． 前記抽気入口が前記インペラーの先端部の近傍において、前記燃焼部 壁を貫通して伸びている、請求項１６のタービンエンジン。 １８． 前記インペラーの前記先端部から伸びるディフューザーパイプであっ て、該ディフューザーパイプは前記燃焼部と流体的連通関係にある出口を有し、 該出口が前記インペラーからの空気を前記燃焼部へ案内し、かつ前記インペラー からの前記空気の接線方向速度を低減するディフューザーパイプをさらに具備し 、前記抽気入口が前記出口の近傍において、前記燃焼部壁を貫通して伸びている 、請求項１７のタービンエンジン。 １９． 前記空洞部が、前記インペラーの回転時に、インペラー 空気の一部を前記インペラーの前記先端部の近傍から前記空洞部へ案内するよう に構成されており、前記インペラー空気の一部は接線方向の速度を有し、前記抽 気入口が前記接線方向の速度を低減するための圧縮空気を供給するように配置さ れている、請求項１８のタービンエンジン。