JP2002155701A - 時計方向にずらしたタービン翼形部の冷却 - Google Patents
時計方向にずらしたタービン翼形部の冷却Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ガスタービンエンジンの翼形部冷却。
【解決手段】 タービン（１６）は、作動中に高温燃焼
ガスを順次受ける翼形部（２２〜２８）を含む。翼形部
（２６、２８）は、翼形部（２２、２４）に対して円周
方向に沿って時計方向にずらされ、出力運転されている
ガスタービンエンジンの最高温度作動状態の間に、翼形
部（２２、２４）から放出される比較的冷たい後流４４
が翼形部（２６、２８）を浸す。従って、翼形部（２
６、２８）は燃焼ガスの最高温度を回避し、その冷却要
求が減少される。
ガスを順次受ける翼形部（２２〜２８）を含む。翼形部
（２６、２８）は、翼形部（２２、２４）に対して円周
方向に沿って時計方向にずらされ、出力運転されている
ガスタービンエンジンの最高温度作動状態の間に、翼形
部（２２、２４）から放出される比較的冷たい後流４４
が翼形部（２６、２８）を浸す。従って、翼形部（２
６、２８）は燃焼ガスの最高温度を回避し、その冷却要
求が減少される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的にはガスタ
ービンエンジンに関し、より具体的にはガスタービンエ
ンジン内のタービンに関する。
ービンエンジンに関し、より具体的にはガスタービンエ
ンジン内のタービンに関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンエンジンにおいては、空気
は圧縮機内で加圧され、燃焼器内で燃料と混合されて高
温の燃焼ガスを発生し、燃焼ガスは多くのタービン段を
通って下流へ流れる。タービン段は、ステータベーンを
有する固定タービンノズルを含み、ステータベーンは、
支持ディスクから半径方向外方に延びた下流のタービン
ロータブレード列を通るように、燃焼ガスを導く。支持
ディスクはガスからエネルギーを抽出することにより動
力を得る。
は圧縮機内で加圧され、燃焼器内で燃料と混合されて高
温の燃焼ガスを発生し、燃焼ガスは多くのタービン段を
通って下流へ流れる。タービン段は、ステータベーンを
有する固定タービンノズルを含み、ステータベーンは、
支持ディスクから半径方向外方に延びた下流のタービン
ロータブレード列を通るように、燃焼ガスを導く。支持
ディスクはガスからエネルギーを抽出することにより動
力を得る。
【０００３】第１段すなわち高圧タービンノズルは、燃
焼器からの最高温度の燃焼ガスを最初に受け、この燃焼
ガスは第１段ロータブレードに導かれ、これらのロータ
ブレードは燃焼ガスからエネルギーを抽出する。第２段
タービンノズルは第１段ブレードの直ぐ下流に配設さ
れ、次いで第２段タービンノズルの下流には第２段ター
ビンロータブレード列が配設される。これらの第２段タ
ービンロータブレード列は燃焼ガスから更にエネルギー
を抽出する。
焼器からの最高温度の燃焼ガスを最初に受け、この燃焼
ガスは第１段ロータブレードに導かれ、これらのロータ
ブレードは燃焼ガスからエネルギーを抽出する。第２段
タービンノズルは第１段ブレードの直ぐ下流に配設さ
れ、次いで第２段タービンノズルの下流には第２段ター
ビンロータブレード列が配設される。これらの第２段タ
ービンロータブレード列は燃焼ガスから更にエネルギー
を抽出する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】燃焼ガスからエネルギ
ーが抽出されると、それに応じて燃焼ガスの温度が低下
する。しかしながら、ガスの温度は比較的高いので、高
圧タービン段は、一般的に圧縮機から抽気された冷却空
気を中空のベーンあるいはブレード内に流すことによっ
て冷却される。冷却空気が燃焼器から分流されるため、
その分だけエンジンの総合効率が低下する。従って、エ
ンジンの総合効率を最大にするために、かかる冷却空気
の使用を最小化することが望まれている。
ーが抽出されると、それに応じて燃焼ガスの温度が低下
する。しかしながら、ガスの温度は比較的高いので、高
圧タービン段は、一般的に圧縮機から抽気された冷却空
気を中空のベーンあるいはブレード内に流すことによっ
て冷却される。冷却空気が燃焼器から分流されるため、
その分だけエンジンの総合効率が低下する。従って、エ
ンジンの総合効率を最大にするために、かかる冷却空気
の使用を最小化することが望まれている。
【０００５】必要とされる冷却空気の量は、燃焼ガスの
温度に応じて変わる。燃焼ガスの温度は、エンジンのア
イドリング運転から最大出力運転まで変化する。燃焼ガ
スの温度はベーン及びブレードが受ける最大応力に直接
影響するので、タービン段が必要とする冷却空気は、エ
ンジン作動中の比較的短時間に起る作動状態ではある
が、最高の燃焼ガス温度でのエンジン運転に耐えるのに
有効でなくてはならない。
温度に応じて変わる。燃焼ガスの温度は、エンジンのア
イドリング運転から最大出力運転まで変化する。燃焼ガ
スの温度はベーン及びブレードが受ける最大応力に直接
影響するので、タービン段が必要とする冷却空気は、エ
ンジン作動中の比較的短時間に起る作動状態ではある
が、最高の燃焼ガス温度でのエンジン運転に耐えるのに
有効でなくてはならない。
【０００６】例えば、旅客や貨物を輸送するために飛行
中の航空機に動力を供給する商用航空機用ガスタービン
エンジンは、離陸時に最高温度作動状態となる。軍事用
航空機用エンジンの場合には、最高温度作動状態はその
軍事的任務に応じて変わるが、一般的にはアフタバーナ
を作動させている離陸時に起る。また、発電機に動力を
供給する陸上用ガスタービンエンジンの場合には、最高
温度作動状態は一般的に暑い日中の最大ピーク発電状態
の時に起る。
中の航空機に動力を供給する商用航空機用ガスタービン
エンジンは、離陸時に最高温度作動状態となる。軍事用
航空機用エンジンの場合には、最高温度作動状態はその
軍事的任務に応じて変わるが、一般的にはアフタバーナ
を作動させている離陸時に起る。また、発電機に動力を
供給する陸上用ガスタービンエンジンの場合には、最高
温度作動状態は一般的に暑い日中の最大ピーク発電状態
の時に起る。
【０００７】従って、最高燃焼ガス温度は、エンジンの
運転あるいは作動状態にわたって経時的に変化する。ま
た、最高燃焼ガス温度もまた、ガスが燃焼器の出口環状
口から放出される時、円周方向及び半径方向の両方向に
おいて空間的に変化する。この空間的な温度変化は、一
般的に周知の燃焼器パターン及びプロフィール係数によ
って表される。
運転あるいは作動状態にわたって経時的に変化する。ま
た、最高燃焼ガス温度もまた、ガスが燃焼器の出口環状
口から放出される時、円周方向及び半径方向の両方向に
おいて空間的に変化する。この空間的な温度変化は、一
般的に周知の燃焼器パターン及びプロフィール係数によ
って表される。
【０００８】従って、各タービン段即ちブレードあるい
はベーンのいずれかは、一般的にそれらの直ぐ上流にあ
る燃焼ガス内に経時的にも空間的にも生じる最高燃焼ガ
ス温度に耐え得るように特別に設計される。それぞれの
ベーン列及びブレード列に含まれる翼形部は、互いに同
一形状であるので、その冷却構成は、また同一であり、
個々の段で生じる燃焼ガスの最高燃焼ガス温度において
好適な冷却を行い、熱応力を含む最大翼形部応力をター
ビン段の好適な使用寿命を確保する許容限度内に維持す
るのに有効である。
はベーンのいずれかは、一般的にそれらの直ぐ上流にあ
る燃焼ガス内に経時的にも空間的にも生じる最高燃焼ガ
ス温度に耐え得るように特別に設計される。それぞれの
ベーン列及びブレード列に含まれる翼形部は、互いに同
一形状であるので、その冷却構成は、また同一であり、
個々の段で生じる燃焼ガスの最高燃焼ガス温度において
好適な冷却を行い、熱応力を含む最大翼形部応力をター
ビン段の好適な使用寿命を確保する許容限度内に維持す
るのに有効である。
【０００９】更に、通常の運転による使用の間にエンジ
ンが損耗してくると、それが劣化しているにも拘らずエ
ンジンの最小定格出力を確保する限度内で、燃焼ガス温
度を意図的に上昇させる場合がある。長期にわたる使用
から生じる通常のエンジン劣化は、その効率を低下させ
るが、出力における低下を燃焼ガスの温度を上昇させる
ことによって回復させて、出力を得ている。
ンが損耗してくると、それが劣化しているにも拘らずエ
ンジンの最小定格出力を確保する限度内で、燃焼ガス温
度を意図的に上昇させる場合がある。長期にわたる使用
から生じる通常のエンジン劣化は、その効率を低下させ
るが、出力における低下を燃焼ガスの温度を上昇させる
ことによって回復させて、出力を得ている。
【００１０】従って、タービン冷却構成は、中古エンジ
ンに対しても一般的な排気ガス温度（ＥＧＴ）限度まで
十分冷却するのに有効でなくてはならない。
ンに対しても一般的な排気ガス温度（ＥＧＴ）限度まで
十分冷却するのに有効でなくてはならない。
【００１１】従って、翼形部のための改良された冷却装
置を備えるガスタービンエンジンを提供することが望ま
れている。
置を備えるガスタービンエンジンを提供することが望ま
れている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】タービンは作動中に高温
燃焼ガスを順次受ける３列の翼形部を含む。第３列翼形
部は、第１列翼形部に対して円周方向に沿って時計方向
にずらされ、運転されているガスタービンエンジンの最
高温度作動状態の間に第１列翼形部から放出される比較
的冷たい後流で第３列翼形部を浸す。従って、第３列翼
形部は、燃焼ガスの最高温度を回避し、これを冷却する
必要性を減少させる。
燃焼ガスを順次受ける３列の翼形部を含む。第３列翼形
部は、第１列翼形部に対して円周方向に沿って時計方向
にずらされ、運転されているガスタービンエンジンの最
高温度作動状態の間に第１列翼形部から放出される比較
的冷たい後流で第３列翼形部を浸す。従って、第３列翼
形部は、燃焼ガスの最高温度を回避し、これを冷却する
必要性を減少させる。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明を、好ましい例示的な実施
形態により、その更なる目的及び利点と共に、添付図面
に関連してなされる以下の詳細な記載において、さらに
具体的に説明する。
形態により、その更なる目的及び利点と共に、添付図面
に関連してなされる以下の詳細な記載において、さらに
具体的に説明する。
【００１４】図１には、飛行中の航空機に動力を供給す
るように構成されたターボファンガスタービンエンジン
１０の一部が図示されている。エンジンは、長手方向す
なわち軸方向中心軸線の周りに軸対称であり、連続した
流体連通状態でファン（図示せず）、その後方の部品で
ある多段軸流圧縮機１２、環状燃焼器１４、２段高圧タ
ービン１６、及び多段低圧タービン（図示せず）を含
む。
るように構成されたターボファンガスタービンエンジン
１０の一部が図示されている。エンジンは、長手方向す
なわち軸方向中心軸線の周りに軸対称であり、連続した
流体連通状態でファン（図示せず）、その後方の部品で
ある多段軸流圧縮機１２、環状燃焼器１４、２段高圧タ
ービン１６、及び多段低圧タービン（図示せず）を含
む。
【００１５】作動中に、空気１８は圧縮機内で加圧さ
れ、燃焼器内で燃料と混合され、高温の燃焼ガス２０を
発生し、高温燃焼ガス２０は高圧及び低圧タービンを通
って下流へ流れ、高圧及び低圧タービンは燃焼ガスから
エネルギーを抽出する。高圧タービンは圧縮機に動力を
供給し、低圧タービンは通常の形状のファンに動力を供
給し、離陸から巡航、降下及び着陸まで、飛行中の航空
機を推進する。
れ、燃焼器内で燃料と混合され、高温の燃焼ガス２０を
発生し、高温燃焼ガス２０は高圧及び低圧タービンを通
って下流へ流れ、高圧及び低圧タービンは燃焼ガスから
エネルギーを抽出する。高圧タービンは圧縮機に動力を
供給し、低圧タービンは通常の形状のファンに動力を供
給し、離陸から巡航、降下及び着陸まで、飛行中の航空
機を推進する。
【００１６】図１及び図２に示すように、高圧タービン
１６は、互いに軸方向に直列に配置された４列の翼形部
２２、２４、２６、２８を有する２段に構成され、これ
らを順次通して燃焼ガス２０を流し、翼形部列は、燃焼
ガス２０からエネルギーを抽出する。
１６は、互いに軸方向に直列に配置された４列の翼形部
２２、２４、２６、２８を有する２段に構成され、これ
らを順次通して燃焼ガス２０を流し、翼形部列は、燃焼
ガス２０からエネルギーを抽出する。
【００１７】翼形部２２は、互いに円周方向に間隔を置
いて配設され、外側及び内側バンド３０、３２の間で半
径方向に延びる第１段ステータベーンとして構成され
て、燃焼器からの燃焼ガス２０を最初に受ける。
いて配設され、外側及び内側バンド３０、３２の間で半
径方向に延びる第１段ステータベーンとして構成され
て、燃焼器からの燃焼ガス２０を最初に受ける。
【００１８】翼形部２４は、第１支持ディスク３４の周
辺部から半径方向外方に延び、第１段ベーン翼形部２２
から燃焼ガスを受ける第１段タービンロータブレードと
して構成され、作動中にエネルギーを抽出しディスクを
回転させる。
辺部から半径方向外方に延び、第１段ベーン翼形部２２
から燃焼ガスを受ける第１段タービンロータブレードと
して構成され、作動中にエネルギーを抽出しディスクを
回転させる。
【００１９】翼形部２６は、支持外側及び内側バンド３
６、３８の間で半径方向に延びる第２段ノズルベーンと
して構成され、第１段ブレード翼形部２４から燃焼ガス
を直接受ける。
６、３８の間で半径方向に延びる第２段ノズルベーンと
して構成され、第１段ブレード翼形部２４から燃焼ガス
を直接受ける。
【００２０】また、翼形部２８は、第２支持ディスク４
０から半径方向外方に延び、第２段ベーン翼形部２６か
ら燃焼ガスを直接受ける第２段タービンロータブレード
として構成され、燃焼ガスから更にエネルギーを抽出し
ディスク４０を回転させる。
０から半径方向外方に延び、第２段ベーン翼形部２６か
ら燃焼ガスを直接受ける第２段タービンロータブレード
として構成され、燃焼ガスから更にエネルギーを抽出し
ディスク４０を回転させる。
【００２１】作動中にタービン翼形部２２〜２８は高温
燃焼ガス２０に浸されるので、それらは一般的に通常の
方法で冷却される。例えば、４列の翼形部は、中空であ
り、その内部に多様な内部冷却形状を備えることができ
る。圧縮空気１８の一部は、圧縮機から分流され、幾つ
かの翼形部の中を流れてそれを内部冷却する冷却空気と
して使用される。
燃焼ガス２０に浸されるので、それらは一般的に通常の
方法で冷却される。例えば、４列の翼形部は、中空であ
り、その内部に多様な内部冷却形状を備えることができ
る。圧縮空気１８の一部は、圧縮機から分流され、幾つ
かの翼形部の中を流れてそれを内部冷却する冷却空気と
して使用される。
【００２２】４列の翼形部はまた、一般的にその対向す
る正圧側壁と負圧側壁を貫通した幾多の孔すなわち開口
４２を有しており、使用済みの冷却空気はこれらの開口
を通して燃焼ガス流路内へ放出される。これらの開口
は、通常のフィルム冷却孔又は後縁孔の列として構成す
ることができ、あるいは通常の方式で各翼形部の側壁の
一方もしくは両方に設けることができる。
る正圧側壁と負圧側壁を貫通した幾多の孔すなわち開口
４２を有しており、使用済みの冷却空気はこれらの開口
を通して燃焼ガス流路内へ放出される。これらの開口
は、通常のフィルム冷却孔又は後縁孔の列として構成す
ることができ、あるいは通常の方式で各翼形部の側壁の
一方もしくは両方に設けることができる。
【００２３】このようにして、各翼形部の内部からの使
用済み冷却空気は、幾多の開口を介して放出され、翼形
部の外部表面上に冷却空気の保護フィルムを形成して、
高温燃焼ガスから更に翼形部を保護する。
用済み冷却空気は、幾多の開口を介して放出され、翼形
部の外部表面上に冷却空気の保護フィルムを形成して、
高温燃焼ガスから更に翼形部を保護する。
【００２４】図１示すエンジン１０は、例示的な実施形
態においては、飛行中の航空機に動力を供給するための
ターボファンエンジンとして構成され、従って、アイド
リングから離陸、巡航、降下及び着陸と様々に変わる作
動状態又は出力で運転される。従って、運転中に発生す
る燃焼ガス２０の最高温度もエンジンの様々な作動状態
に応じて経時的に変化する。
態においては、飛行中の航空機に動力を供給するための
ターボファンエンジンとして構成され、従って、アイド
リングから離陸、巡航、降下及び着陸と様々に変わる作
動状態又は出力で運転される。従って、運転中に発生す
る燃焼ガス２０の最高温度もエンジンの様々な作動状態
に応じて経時的に変化する。
【００２５】更に、作動中に燃焼器１４から放出される
燃焼ガス２０の空間的な温度分布は、周知のプロフィー
ル及びパターン係数によって表されるように、円周方向
及び半径方向の両方向において変化する。
燃焼ガス２０の空間的な温度分布は、周知のプロフィー
ル及びパターン係数によって表されるように、円周方向
及び半径方向の両方向において変化する。
【００２６】図２に示す第１段ベーン２２は、下流の第
１段ブレード２４の間に燃焼ガスを流すように構成さ
れ、これらのブレードは燃焼ガスからエネルギーを抽出
する。図３は、燃焼ガス２０の例示的な全相対温度プロ
フィールすなわち分布を示し、この全相対温度分布は、
各ベーン間通路内で半径方向及び円周方向の両方向にお
いて変化している。この例示的な温度分布は、最新の３
次元数値計算方程式を用いて従来方法で解析的に求める
ことができる。図３は、燃焼ガスの比較的熱い（Ｈ）か
ら比較的冷たい（Ｃ）までの異なる温度の等温線を示
す。
１段ブレード２４の間に燃焼ガスを流すように構成さ
れ、これらのブレードは燃焼ガスからエネルギーを抽出
する。図３は、燃焼ガス２０の例示的な全相対温度プロ
フィールすなわち分布を示し、この全相対温度分布は、
各ベーン間通路内で半径方向及び円周方向の両方向にお
いて変化している。この例示的な温度分布は、最新の３
次元数値計算方程式を用いて従来方法で解析的に求める
ことができる。図３は、燃焼ガスの比較的熱い（Ｈ）か
ら比較的冷たい（Ｃ）までの異なる温度の等温線を示
す。
【００２７】図４は、燃焼ガス２０が４列の翼形部２２
〜２８にわたって段間を流れる時の、燃焼ガスの軸方向
の流路を概略的に示す。燃焼ガス２０は各段において、
必然的に翼形部間を流れるので、個々の翼形部自体は燃
焼ガスの流れを円周方向に遮り、従って個々の翼形部の
それぞれの後縁から対応する後流４４を発生させる。
〜２８にわたって段間を流れる時の、燃焼ガスの軸方向
の流路を概略的に示す。燃焼ガス２０は各段において、
必然的に翼形部間を流れるので、個々の翼形部自体は燃
焼ガスの流れを円周方向に遮り、従って個々の翼形部の
それぞれの後縁から対応する後流４４を発生させる。
【００２８】後流４４は、主燃焼ガス流の連続性におけ
る局所的なインターラプションであって、主燃焼ガス流
に局所的な乱流を発生させる。また、後流は、隣接翼形
部間の燃焼ガス流よりも識別可能なほど低い運動量(Mom
entum)を持つ。タービンの場合には、後流４４は、下記
の２つの理由により周囲の燃焼ガス流よりも冷たい。
る局所的なインターラプションであって、主燃焼ガス流
に局所的な乱流を発生させる。また、後流は、隣接翼形
部間の燃焼ガス流よりも識別可能なほど低い運動量(Mom
entum)を持つ。タービンの場合には、後流４４は、下記
の２つの理由により周囲の燃焼ガス流よりも冷たい。
【００２９】基本的に、タービンは燃焼ガスからエネル
ギーを抽出するので、その平均温度を低下させる。下流
のベーン及びブレードの翼形部は、周囲の燃焼ガスに対
して作用するよりも、その直ぐ上流の翼形部からの低運
動量の後流流体に対して一層大きく作用し、従って燃焼
ガス後流自体の温度を低下させる。このことは、図２に
示す高圧タービンにおいても、また、図示しない低圧タ
ービンにおいても起きる。
ギーを抽出するので、その平均温度を低下させる。下流
のベーン及びブレードの翼形部は、周囲の燃焼ガスに対
して作用するよりも、その直ぐ上流の翼形部からの低運
動量の後流流体に対して一層大きく作用し、従って燃焼
ガス後流自体の温度を低下させる。このことは、図２に
示す高圧タービンにおいても、また、図示しない低圧タ
ービンにおいても起きる。
【００３０】図２に示す高圧タービンの場合、個々の翼
形部は内部冷却を行われており、使用済み冷却空気１８
は幾多の開口４２を介して燃焼ガス流路内へ放出され
る。使用済み冷却空気は、このように翼形部の外部表面
に沿って流れ、その後縁から形成されている後流４４中
に直接放出される。それ故に、後流は、これに使用済み
冷却空気が導入されることによって一層冷却される。
形部は内部冷却を行われており、使用済み冷却空気１８
は幾多の開口４２を介して燃焼ガス流路内へ放出され
る。使用済み冷却空気は、このように翼形部の外部表面
に沿って流れ、その後縁から形成されている後流４４中
に直接放出される。それ故に、後流は、これに使用済み
冷却空気が導入されることによって一層冷却される。
【００３１】本発明では、この特性を利用して、ブレー
ド又はベーン列と同一の相対運動系内にある対応する上
流翼形部列からの比較的冷たい後流で、タービンのロー
タブレード又はノズルベーンを浸すことによって、それ
らの温度を低下させる。ノズルに関して言えば、上流ノ
ズルは、ロータブレード列を介在させて、対応する下流
ノズルと円周方向に整合されているか、もしくは時計方
向にずらされている。ロータに関して言えば、上流ブレ
ード列は、その間にノズルを介在させて、対応する下流
ブレード列と円周方向に整合されているか、もしくは時
計方向にずらされている。
ド又はベーン列と同一の相対運動系内にある対応する上
流翼形部列からの比較的冷たい後流で、タービンのロー
タブレード又はノズルベーンを浸すことによって、それ
らの温度を低下させる。ノズルに関して言えば、上流ノ
ズルは、ロータブレード列を介在させて、対応する下流
ノズルと円周方向に整合されているか、もしくは時計方
向にずらされている。ロータに関して言えば、上流ブレ
ード列は、その間にノズルを介在させて、対応する下流
ブレード列と円周方向に整合されているか、もしくは時
計方向にずらされている。
【００３２】すなわち、翼形部２６、２８は、翼形部２
２、２４に対して円周方向に沿って時計方向にずらさ
れ、出力運転されているガスタービンエンジンの最高温
度作動状態の間に、翼形部２２、２４から放出される比
較的冷たい後流４４が翼形部２６、２８を浸す。従っ
て、翼形部２６、２８は燃焼ガスの最高温度を回避し、
その冷却要求が減少される。
２、２４に対して円周方向に沿って時計方向にずらさ
れ、出力運転されているガスタービンエンジンの最高温
度作動状態の間に、翼形部２２、２４から放出される比
較的冷たい後流４４が翼形部２６、２８を浸す。従っ
て、翼形部２６、２８は燃焼ガスの最高温度を回避し、
その冷却要求が減少される。
【００３３】このように、図４に示す比較的冷たい後流
４４を使用して、対応する下流列翼形部を選択的に浸
し、例えば図５及び図６に示すような下流列翼形部が受
ける温度を低下させることができる。
４４を使用して、対応する下流列翼形部を選択的に浸
し、例えば図５及び図６に示すような下流列翼形部が受
ける温度を低下させることができる。
【００３４】図５は、図４に示す第２段ブレード２８の
圧力側の全相対温度のプロフィールすなわち分布を示
し、図６は、その負圧側の対応する全相対温度分布を示
す。温度分布の等温線は比較的冷たい（Ｃ）から比較的
暖かい又は熱い（Ｈ）まで変化する。
圧力側の全相対温度のプロフィールすなわち分布を示
し、図６は、その負圧側の対応する全相対温度分布を示
す。温度分布の等温線は比較的冷たい（Ｃ）から比較的
暖かい又は熱い（Ｈ）まで変化する。
【００３５】対応するロータブレード又はノズルベーン
列を適当に時計方向にずらすことにより、冷たい後流４
４は対応する下流列翼形部を浸すように規制され、これ
らの翼形部が受ける温度は低下され、エンジン作動中に
生じる応力を減少させることができる。
列を適当に時計方向にずらすことにより、冷たい後流４
４は対応する下流列翼形部を浸すように規制され、これ
らの翼形部が受ける温度は低下され、エンジン作動中に
生じる応力を減少させることができる。
【００３６】図７は、本発明の好ましい実施形態による
図１及び図２に示す高圧タービン１６の例示的な冷却方
法を示す流れ図である。本発明は、同一の相対運動系内
にあるタービンブレード又はノズルベーンに対して実施
できるので、この流れ図は、図４に示す例示的なタービ
ン構成に組み合わせて全体的に示されており、両者の基
本構成を表している。
図１及び図２に示す高圧タービン１６の例示的な冷却方
法を示す流れ図である。本発明は、同一の相対運動系内
にあるタービンブレード又はノズルベーンに対して実施
できるので、この流れ図は、図４に示す例示的なタービ
ン構成に組み合わせて全体的に示されており、両者の基
本構成を表している。
【００３７】タービンノズルに適用する場合には、３連
のタービン翼形部列は、第１段ベーン２２及びブレード
２４と、第２段ベーン２６とを含む。また、タービンロ
ータに適用する場合には、３連のタービン翼形部列は、
第１段タービンブレード２４と、第２段ベーン２６及び
ブレード２８とを含む。
のタービン翼形部列は、第１段ベーン２２及びブレード
２４と、第２段ベーン２６とを含む。また、タービンロ
ータに適用する場合には、３連のタービン翼形部列は、
第１段タービンブレード２４と、第２段ベーン２６及び
ブレード２８とを含む。
【００３８】両方の適用例において、第３列のタービン
翼形部すなわちベーン２６又はブレード２８は、その間
に翼形部列を介在させて、対応する第１列翼形部、すな
わち第１段ベーン２２又は第１段ブレード２４に対して
選択的に円周方向に沿って時計方向にずらすことによっ
て冷却される。
翼形部すなわちベーン２６又はブレード２８は、その間
に翼形部列を介在させて、対応する第１列翼形部、すな
わち第１段ベーン２２又は第１段ブレード２４に対して
選択的に円周方向に沿って時計方向にずらすことによっ
て冷却される。
【００３９】この冷却方法は、最初にエンジンの最高温
度作動状態を選択し、３つの列の翼形部列を通って順次
流れる最高温度の燃焼ガスを発生させることによって実
施される。また、第２段ブレード２８のような第３列翼
形部は、第１段ブレード２４のような対応する第１列翼
形部に対して対応して円周方向に整合されあるいは円周
方向に沿って時計方向にずらされており、第１列翼形部
から放出される比較的冷たい後流４４で第３列翼形部を
浸し、第３列翼形部を冷却する。上流列の後縁を下流列
の前縁に対して同一円周方向において対応して整合させ
るために、上流第１列のブレード数は下流第３列と同一
か、あるいは、その整数比であるべきである。
度作動状態を選択し、３つの列の翼形部列を通って順次
流れる最高温度の燃焼ガスを発生させることによって実
施される。また、第２段ブレード２８のような第３列翼
形部は、第１段ブレード２４のような対応する第１列翼
形部に対して対応して円周方向に整合されあるいは円周
方向に沿って時計方向にずらされており、第１列翼形部
から放出される比較的冷たい後流４４で第３列翼形部を
浸し、第３列翼形部を冷却する。上流列の後縁を下流列
の前縁に対して同一円周方向において対応して整合させ
るために、上流第１列のブレード数は下流第３列と同一
か、あるいは、その整数比であるべきである。
【００４０】図４に示すように、個々の列に含まれる翼
形部は、各列における翼形部間のピッチとして表現され
る等しい間隔で、各列において互いに円周方向に間隔を
置いて配設される。この周ピッチは、翼形部の前縁から
後縁まで同一である。対応する翼形部列間での円周方向
に沿う時計方向のずれは、上流翼形部の後縁から下流翼
形部の前縁までの円周方向の間隔Ｓによって表される。
ずれ即ち間隔Ｓは下流翼形部ピッチのパーセンテージで
表すことができ、その場合、０％及び１００％は対応す
る後縁と前縁との間に円周方向の間隔が無いことを示
し、５０％ピッチ間隔は、上流翼形部の後縁が下流翼形
部の前縁間の円周方向中間位置に整合していることを示
す。
形部は、各列における翼形部間のピッチとして表現され
る等しい間隔で、各列において互いに円周方向に間隔を
置いて配設される。この周ピッチは、翼形部の前縁から
後縁まで同一である。対応する翼形部列間での円周方向
に沿う時計方向のずれは、上流翼形部の後縁から下流翼
形部の前縁までの円周方向の間隔Ｓによって表される。
ずれ即ち間隔Ｓは下流翼形部ピッチのパーセンテージで
表すことができ、その場合、０％及び１００％は対応す
る後縁と前縁との間に円周方向の間隔が無いことを示
し、５０％ピッチ間隔は、上流翼形部の後縁が下流翼形
部の前縁間の円周方向中間位置に整合していることを示
す。
【００４１】図１に示す第１及び第２ロータ段の場合、
それらロータ段間の円周方向に沿う時計方向のずれは、
それらの間を連結する連結シャフト４６のボルト孔と保
持ボルトとの対応する割り出しによって達成される。図
１に示す２つのノズル段の場合は、それらノズル間の対
応する円周方向の割り出しは、第１段ベーン２２に対す
るそれらの支持ケース内における第２段ベーン２６の円
周方向の位置決めによって達成される。翼形部を適切に
時計方向にずらすために、あらゆる従来の形式のディス
ク間、あるいはベーン間取付を利用することができ、別
の例を挙げると、ロータディスクのスプライン継手があ
る。
それらロータ段間の円周方向に沿う時計方向のずれは、
それらの間を連結する連結シャフト４６のボルト孔と保
持ボルトとの対応する割り出しによって達成される。図
１に示す２つのノズル段の場合は、それらノズル間の対
応する円周方向の割り出しは、第１段ベーン２２に対す
るそれらの支持ケース内における第２段ベーン２６の円
周方向の位置決めによって達成される。翼形部を適切に
時計方向にずらすために、あらゆる従来の形式のディス
ク間、あるいはベーン間取付を利用することができ、別
の例を挙げると、ロータディスクのスプライン継手があ
る。
【００４２】幾多のタービン段を通って流れる燃焼ガス
は、対応する翼形部を加熱するので、翼形部はその上に
生じる温度分布の変化によって熱的に引き起こされる応
力を受ける。この熱応力は、翼形部に作用する圧力荷重
による応力、また、作動中にロータブレードが回転する
時に生じる遠心力に、さらに追加される。
は、対応する翼形部を加熱するので、翼形部はその上に
生じる温度分布の変化によって熱的に引き起こされる応
力を受ける。この熱応力は、翼形部に作用する圧力荷重
による応力、また、作動中にロータブレードが回転する
時に生じる遠心力に、さらに追加される。
【００４３】従って、２４、２８又は２２、２６のよう
な第１列及び第３列翼形部もまた、最高温度作動状態で
時計方向にずらされ、燃焼ガスからの熱応力を受ける第
３列翼形部内の応力を減少させることが好ましい。それ
故、第３列翼形部を、最高温度作動状態の間に冷たい後
流に浸すことにより冷却するばかりでなく、時計方向に
ずらすことを用いて、それらの翼形部を選択的に冷却
し、翼形部内の熱勾配を減少させて翼形部に望まれるよ
うに応力を低減させることができる。
な第１列及び第３列翼形部もまた、最高温度作動状態で
時計方向にずらされ、燃焼ガスからの熱応力を受ける第
３列翼形部内の応力を減少させることが好ましい。それ
故、第３列翼形部を、最高温度作動状態の間に冷たい後
流に浸すことにより冷却するばかりでなく、時計方向に
ずらすことを用いて、それらの翼形部を選択的に冷却
し、翼形部内の熱勾配を減少させて翼形部に望まれるよ
うに応力を低減させることができる。
【００４４】図７は、タービンの最初の設計において翼
形部列の望ましい時計方向のずれを決定する例示的な方
法を示す。時計方向のずれは、冷たい後流４４を翼形部
の第１列から第３列まで解析的に追跡することによって
決定することができる。これは、関連したタービン段を
順次通って流れる燃焼ガスの非常に複雑な流れ領域分析
を行うことができる好適な３次元計算ソフトを備えたデ
ジタル式プログラム可能コンピュータ４８で達成するこ
とができる。これらの解析的な分析には、周知の非定常
分析（Unsteady Analysis）、平均流量重量追跡（Mean-
flow Weight Tracking）、あるいは平均通路アプローチ
(Average Passage Approach)を含むことができる。
形部列の望ましい時計方向のずれを決定する例示的な方
法を示す。時計方向のずれは、冷たい後流４４を翼形部
の第１列から第３列まで解析的に追跡することによって
決定することができる。これは、関連したタービン段を
順次通って流れる燃焼ガスの非常に複雑な流れ領域分析
を行うことができる好適な３次元計算ソフトを備えたデ
ジタル式プログラム可能コンピュータ４８で達成するこ
とができる。これらの解析的な分析には、周知の非定常
分析（Unsteady Analysis）、平均流量重量追跡（Mean-
flow Weight Tracking）、あるいは平均通路アプローチ
(Average Passage Approach)を含むことができる。
【００４５】次いで第３列翼形部は、初期位置において
解析的に時計方向にずらされ、その両側面上における対
応する表面温度分布が評価される。図５及び図６は、比
較的冷たい後流と比較的熱い燃焼ガスによる第２段ブレ
ード２８の対向する２つの側面上における全相対温度の
例示的な分布を示す。この温度分布は、通常の３次元ナ
ビエ−ストロークス（３−Ｄ Ｎａｖｉｅｒ−Ｓｔｒｏ
ｋｅｓ）計算解法を用いて解析的に求めることができ
る。
解析的に時計方向にずらされ、その両側面上における対
応する表面温度分布が評価される。図５及び図６は、比
較的冷たい後流と比較的熱い燃焼ガスによる第２段ブレ
ード２８の対向する２つの側面上における全相対温度の
例示的な分布を示す。この温度分布は、通常の３次元ナ
ビエ−ストロークス（３−Ｄ Ｎａｖｉｅｒ−Ｓｔｒｏ
ｋｅｓ）計算解法を用いて解析的に求めることができ
る。
【００４６】０％から１００％までの翼形部ピッチ整合
の時計方向のずれ位置の全域をカバーするために、この
分析プロセスは、第１及び第３翼形部列間の複数の異な
る時計方向のずれ位置に関して繰り返される。
の時計方向のずれ位置の全域をカバーするために、この
分析プロセスは、第１及び第３翼形部列間の複数の異な
る時計方向のずれ位置に関して繰り返される。
【００４７】タービン段を解析的に評価する目的は、図
３に示すノズルのような上流翼形部間通路から放出され
る燃焼ガスのホットスポットが形成されないように、下
流列翼形部を位置付けするためである。
３に示すノズルのような上流翼形部間通路から放出され
る燃焼ガスのホットスポットが形成されないように、下
流列翼形部を位置付けするためである。
【００４８】第１及び第３翼形部列間の広範に解析され
た種々の時計方向のずれ位置を用いて、第３列翼形部上
に生じる温度プロフィールを評価することができる。２
つの列のタービンブレード２４、２８を好ましい状態で
時計方向にずらすことは、回転時においても互いに対す
る位置は変わらないロータ同士の間で解析的に追跡され
た後流の相対的全温度を計算することによって達成され
る。冷たい後流４４は上流ロータブレード２４の後縁か
ら流れ出て、次に完全に固定しているフレームに対して
は静止しているがタービンブレードに対しては相対的に
移動している第２段ノズルベーン２６によって曲げられ
る。
た種々の時計方向のずれ位置を用いて、第３列翼形部上
に生じる温度プロフィールを評価することができる。２
つの列のタービンブレード２４、２８を好ましい状態で
時計方向にずらすことは、回転時においても互いに対す
る位置は変わらないロータ同士の間で解析的に追跡され
た後流の相対的全温度を計算することによって達成され
る。冷たい後流４４は上流ロータブレード２４の後縁か
ら流れ出て、次に完全に固定しているフレームに対して
は静止しているがタービンブレードに対しては相対的に
移動している第２段ノズルベーン２６によって曲げられ
る。
【００４９】ガスがノズルベーンによって曲げられる
時、相対的全温度は低下し、後流流体温度は更に低下す
る。第２段ノズルベーン２６を通る実際の物理学的現象
は、後流が断ち切られ捻じ曲げられた状態の、非定常状
態である。しかし、ロータブレードを基準にした系にお
いては、図４に破線で示すように時間平均効果により後
流４６は曲げられ、後流は、第２段ブレード２８に向か
って流れる時、下流方向に拡散する。
時、相対的全温度は低下し、後流流体温度は更に低下す
る。第２段ノズルベーン２６を通る実際の物理学的現象
は、後流が断ち切られ捻じ曲げられた状態の、非定常状
態である。しかし、ロータブレードを基準にした系にお
いては、図４に破線で示すように時間平均効果により後
流４６は曲げられ、後流は、第２段ブレード２８に向か
って流れる時、下流方向に拡散する。
【００５０】第１及び第２段ノズルベーン２２、２６を
互いに対して時計方向にずらすために、対応する後流が
解析的に追跡される時に相対的全温度ではなく絶対的全
温度が求められることを除けば、実質的に上記と同じ解
析手順が用いられる。
互いに対して時計方向にずらすために、対応する後流が
解析的に追跡される時に相対的全温度ではなく絶対的全
温度が求められることを除けば、実質的に上記と同じ解
析手順が用いられる。
【００５１】上に述べたように、冷却空気１８を通すた
めに、第１列翼形部、例えば、２２又は２４は中空であ
る。これらの翼形部はまた、最高温度作動状態の間に対
応する後流４４内へ冷却空気を放出するための出口開口
４２を備える。
めに、第１列翼形部、例えば、２２又は２４は中空であ
る。これらの翼形部はまた、最高温度作動状態の間に対
応する後流４４内へ冷却空気を放出するための出口開口
４２を備える。
【００５２】このようにして、上流列翼形部から放出さ
れる使用済み冷却空気１８の導入により、対応する後流
４４は更に冷却され、下流列翼形部に対する後流の冷却
効果は更に増大する。
れる使用済み冷却空気１８の導入により、対応する後流
４４は更に冷却され、下流列翼形部に対する後流の冷却
効果は更に増大する。
【００５３】図５及び図６は、第１及び第３列翼形部の
特定の時計方向のずれに対応する幾つかの温度分布の１
つを示す。この時計方向のずれは、下流の第３列翼形
部、例えば第２段ブレード２８の約４０％ピッチ位置で
あり、ここでは第１及び第３列翼形部２４、２８は、例
えばその半径方向外側先端におけるような翼形部の外部
表面上の所定の部位において局所的に第３列翼形部２８
を冷却するように特別に時計方向にずらされている。図
５及び図６に示す複雑な等温線は、時計方向のずれ位置
が変わるにつれて変化し、後流４４の冷却効果も変化す
る。従って、第１及び第３列翼形部は、第３列翼形部２
８の半径方向の翼長に沿った所定の高さＨにおいて第３
列翼形部を局所的に冷却するように、選択的に時計方向
にずらされことができる。もし望むならば、この翼長方
向の位置はブレード先端付近とすることができるし、あ
るいは、冷たい後流が冷却できる範囲内であればいずれ
の翼長方向位置とすることもできる。
特定の時計方向のずれに対応する幾つかの温度分布の１
つを示す。この時計方向のずれは、下流の第３列翼形
部、例えば第２段ブレード２８の約４０％ピッチ位置で
あり、ここでは第１及び第３列翼形部２４、２８は、例
えばその半径方向外側先端におけるような翼形部の外部
表面上の所定の部位において局所的に第３列翼形部２８
を冷却するように特別に時計方向にずらされている。図
５及び図６に示す複雑な等温線は、時計方向のずれ位置
が変わるにつれて変化し、後流４４の冷却効果も変化す
る。従って、第１及び第３列翼形部は、第３列翼形部２
８の半径方向の翼長に沿った所定の高さＨにおいて第３
列翼形部を局所的に冷却するように、選択的に時計方向
にずらされことができる。もし望むならば、この翼長方
向の位置はブレード先端付近とすることができるし、あ
るいは、冷たい後流が冷却できる範囲内であればいずれ
の翼長方向位置とすることもできる。
【００５４】もしくは、第１及び第３列翼形部２４、２
８は、局所的な部位のみの温度を低下させることに代え
て、その平均温度を低下させるように第３列翼形部２８
を冷却するように時計方向にずらされことができる。
８は、局所的な部位のみの温度を低下させることに代え
て、その平均温度を低下させるように第３列翼形部２８
を冷却するように時計方向にずらされことができる。
【００５５】約５０％の時計方向のずれ位置でタービン
効率は最小になるので、タービン効率を最大にするため
には第１及び第３列タービンロータブレードは０％ピッ
チ付近に時計方向にずらされるのが良いことが従来から
知られている。しかしながら、タービン効率を最大にす
るように時計方向にずらすことは、総合効率を最大にす
るためには、航空機エンジンにおける巡航運転のような
エンジンの最長持続時間作動状態で行われる。
効率は最小になるので、タービン効率を最大にするため
には第１及び第３列タービンロータブレードは０％ピッ
チ付近に時計方向にずらされるのが良いことが従来から
知られている。しかしながら、タービン効率を最大にす
るように時計方向にずらすことは、総合効率を最大にす
るためには、航空機エンジンにおける巡航運転のような
エンジンの最長持続時間作動状態で行われる。
【００５６】これとは対照的に、上述したような第１及
び第３列翼形部は、本発明により、一般的に比較的短い
持続時間であり、航空機用ガスタービンエンジンの離陸
時の出力運転に対応する最高温度作動状態で時計方向に
ずらされる。下流の第３列翼形部の十分な冷却は、第１
及び第３列翼形部を特別に時計方向にずらすことによっ
て得ることができ、これは一般的にはタービン効率が最
高温度作動状態での最大タービン効率よりも小さくなる
ような設定に対応する。従って、離陸時において効率は
犠牲にされるが、下流列翼形部を冷却しその耐久性と寿
命を改善するという実質的な利点を得ることができる。
び第３列翼形部は、本発明により、一般的に比較的短い
持続時間であり、航空機用ガスタービンエンジンの離陸
時の出力運転に対応する最高温度作動状態で時計方向に
ずらされる。下流の第３列翼形部の十分な冷却は、第１
及び第３列翼形部を特別に時計方向にずらすことによっ
て得ることができ、これは一般的にはタービン効率が最
高温度作動状態での最大タービン効率よりも小さくなる
ような設定に対応する。従って、離陸時において効率は
犠牲にされるが、下流列翼形部を冷却しその耐久性と寿
命を改善するという実質的な利点を得ることができる。
【００５７】一般的な軍事用ガスタービンエンジンにと
っての最高温度作動状態は、アフタバーナの作動させる
離陸出力時に生じる。従って、軍事用エンジンにおいて
は、第１及び第３列翼形部はこの最高温度作動状態で時
計方向にずらされ、第３列翼形部の冷却を更に高めるこ
とができる。
っての最高温度作動状態は、アフタバーナの作動させる
離陸出力時に生じる。従って、軍事用エンジンにおいて
は、第１及び第３列翼形部はこの最高温度作動状態で時
計方向にずらされ、第３列翼形部の冷却を更に高めるこ
とができる。
【００５８】図７には、例えば新品エンジンに対する本
発明の実施形態における離陸作動状態が概略的に示して
ある。図１に示す航空機用エンジン１０の構成部品に匹
敵する部品を備えた陸上用ガスタービンエンジン１０ｂ
について言えば、エンジンがそれに接続された発電機を
駆動するために使用されている場合であれば、エンジン
が最高温度作動状態になるのは暑い日中のピーク出力発
電時である。
発明の実施形態における離陸作動状態が概略的に示して
ある。図１に示す航空機用エンジン１０の構成部品に匹
敵する部品を備えた陸上用ガスタービンエンジン１０ｂ
について言えば、エンジンがそれに接続された発電機を
駆動するために使用されている場合であれば、エンジン
が最高温度作動状態になるのは暑い日中のピーク出力発
電時である。
【００５９】本発明の特別な利点は、一般的には何千時
間という形で表されるエンジンの期待寿命の相当な部分
を実用に費やした中古エンジン１０Ｃの翼形部冷却を改
善するためにも使用できるということである。エンジン
が損耗すると、その性能が劣化するから、エンジンを新
品エンジンで通常使用されるよりも高温の燃焼ガスで作
動させ、追加の出力を発生させエンジンの最小定格出力
を確保しなければならない。従って、この一層高温の燃
焼ガスは、新品エンジンにおけるよりも大きな熱を中古
エンジンのタービン翼形部に与える。
間という形で表されるエンジンの期待寿命の相当な部分
を実用に費やした中古エンジン１０Ｃの翼形部冷却を改
善するためにも使用できるということである。エンジン
が損耗すると、その性能が劣化するから、エンジンを新
品エンジンで通常使用されるよりも高温の燃焼ガスで作
動させ、追加の出力を発生させエンジンの最小定格出力
を確保しなければならない。従って、この一層高温の燃
焼ガスは、新品エンジンにおけるよりも大きな熱を中古
エンジンのタービン翼形部に与える。
【００６０】更に、タービンが劣化するにつれて、ター
ビンを通過する燃焼ガスの流路が変化する。従って、本
発明は、エンジンがまだ新しかった時とは異なる中古エ
ンジンにおける最高温度作動状態に合わせて、第１及び
第３列翼形部を本来的に時計方向にずらすために用いる
ことができる。
ビンを通過する燃焼ガスの流路が変化する。従って、本
発明は、エンジンがまだ新しかった時とは異なる中古エ
ンジンにおける最高温度作動状態に合わせて、第１及び
第３列翼形部を本来的に時計方向にずらすために用いる
ことができる。
【００６１】このようにエンジンがその耐用期間中に損
耗されるにつれて、下流列翼形部を選択的に冷却するよ
うに冷たい後流の流路も変化させ、さもなければ、エン
ジンの性能低下を補償するために燃焼ガスの温度が上昇
させていたであろう下流列翼形部の温度を低下させる。
耗されるにつれて、下流列翼形部を選択的に冷却するよ
うに冷たい後流の流路も変化させ、さもなければ、エン
ジンの性能低下を補償するために燃焼ガスの温度が上昇
させていたであろう下流列翼形部の温度を低下させる。
【００６２】従って、エンジンが劣化し、燃焼ガス温度
の上昇がエンジンに必要であるにもかかわらず、エンジ
ンの最小定格出力における有効な冷却を確保するよう
に、冷却効果を最大にするために、下流列翼形部を冷た
い後流４４で浸して冷却する利点を用いることが、エン
ジンの寿命期間中において後延ばしにされることができ
る。
の上昇がエンジンに必要であるにもかかわらず、エンジ
ンの最小定格出力における有効な冷却を確保するよう
に、冷却効果を最大にするために、下流列翼形部を冷た
い後流４４で浸して冷却する利点を用いることが、エン
ジンの寿命期間中において後延ばしにされることができ
る。
【００６３】本発明を用いることによって、上流列翼形
部からの比較的冷たい後流に曝される下流列翼形部は、
今や、それらの上を流れる燃焼ガスの最高温度ではな
く、選択的に整合させた冷却後流に因る一層低い温度に
合わせて設計できる。翼形部を通過する同量の冷却空気
流によって、翼形部の冷却を一層高めることができる。
あるいは、必要な冷却空気流量を減少させ、エンジン効
率を更に増大させることができる。
部からの比較的冷たい後流に曝される下流列翼形部は、
今や、それらの上を流れる燃焼ガスの最高温度ではな
く、選択的に整合させた冷却後流に因る一層低い温度に
合わせて設計できる。翼形部を通過する同量の冷却空気
流によって、翼形部の冷却を一層高めることができる。
あるいは、必要な冷却空気流量を減少させ、エンジン効
率を更に増大させることができる。
【００６４】後者の実施形態における、より少ない冷却
空気を使用してエンジン性能を増大させることを利用し
て、それらの公称ピッチでの時計方向のずれから２つの
翼形部列を更に時計方向にずらしたことに起因するター
ビン効率の如何なる低下も相殺することができる。ま
た、時計方向にずらすことは、エンジンの最高温度作動
状態で行われるので、その作動状態は一般的に短い持続
時間であり、従って作動効率の如何なる低下もそれに応
じて持続時間が短いものとなる。
空気を使用してエンジン性能を増大させることを利用し
て、それらの公称ピッチでの時計方向のずれから２つの
翼形部列を更に時計方向にずらしたことに起因するター
ビン効率の如何なる低下も相殺することができる。ま
た、時計方向にずらすことは、エンジンの最高温度作動
状態で行われるので、その作動状態は一般的に短い持続
時間であり、従って作動効率の如何なる低下もそれに応
じて持続時間が短いものとなる。
【００６５】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記載したが、当業者には本発
明のその他の変更形態が本明細書の教示から明らかであ
り、それ故、本発明の技術思想及び技術的範囲内に含ま
れる全ての変更形態は、添付の特許請求の範囲において
保護されることを望む。
施形態と考えられるものを記載したが、当業者には本発
明のその他の変更形態が本明細書の教示から明らかであ
り、それ故、本発明の技術思想及び技術的範囲内に含ま
れる全ての変更形態は、添付の特許請求の範囲において
保護されることを望む。
【図１】 本発明の好ましい実施形態によるタービンを
含む例示的な航空機用ガスタービンエンジンの一部の軸
方向断面図。
含む例示的な航空機用ガスタービンエンジンの一部の軸
方向断面図。
【図２】 図１に示す２段高圧タービンの一部の斜視
図。
図。
【図３】そこを通って流れる燃焼ガスの例示的な全相対
温度プロフィールを示す、線３−３による図２に示す第
１段タービンノズルの一部の端面図。
温度プロフィールを示す、線３−３による図２に示す第
１段タービンノズルの一部の端面図。
【図４】 線４−４による図２に示す２段タービンの例
示的なベーン及びブレード翼形部の平面図。
示的なベーン及びブレード翼形部の平面図。
【図５】 ロータブレード上の例示的な全相対温度分布
を示す、線５−５による図４に示すロータブレードの圧
力側の図。
を示す、線５−５による図４に示すロータブレードの圧
力側の図。
【図６】ロータブレード上の全相対温度分布を示す、線
６−６による図４に示すロータブレードの負圧側の図。
６−６による図４に示すロータブレードの負圧側の図。
【図７】 本発明の好ましい実施形態による第３の翼形
部列を冷却する方法を示す流れ図。
部列を冷却する方法を示す流れ図。
１０ ガスタービンエンジン １２ 多段軸流圧縮機 １４ 環状燃焼器 １６ ２段高圧タービン １８ 圧縮空気 ２０ 燃焼ガス ２２ 第１段ステータノズルベーン ２４ 第１段ロータブレード ２６ 第２段ステータノズルベーン ２８ 第２段ロータブレード ３０ 外側バンド ３２ 内側バンド ３４ 第１支持ディスク ３６ 支持外側バンド ３８ 支持内側バンド ４０ 第２支持ディスク ４２ 開口 ４４ 後流 ４６ 連結シャフト
Claims (20)
- 【請求項１】 ガスタービンエンジン内で順に並んだ第
１及び第２列のタービン翼形部２２、２４、２６に後続
する第３列のタービン翼形部２６、２８を冷却する方法
であって、 前記エンジン１０の最高温度作動状態を選択し、前記３
つの列を通って順に流れる最高温度の燃焼ガスを発生さ
せる段階と、 前記作動状態で前記第1列翼形部に対して前記第３列翼
形部２６、２８を円周方向に沿って時計方向にずらし、
前記第1列翼形部から放出される後流４４で前記第３列
翼形部を浸し、該第３列翼形部を冷却する段階と、を含
むことを特徴とする方法。 - 【請求項２】 前記第１及び第３列翼形部２４、２６
は、前記燃焼ガスからの熱応力を受ける前記第３列翼形
部内の応力を減少させるように、時計方向にずらされる
ことを特徴とする、請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 前記時計方向にずらす段階は、前記後流
４４を前記第１列２２、２４から前記第３列２６、２８
まで解析的に追跡することと、 前記第３列翼形部上の前記後流の表面温度分布を解析的
に求めることと、 複数の異なる位置において、前記第３列翼形部を解析的
に時計方向にずらし、解析的に求められたその対応する
表面温度分布を評価することと、によって決定されるこ
とを特徴とする、請求項２に記載の方法。 - 【請求項４】 前記後流の相対的全温度が解析的に追跡
されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。 - 【請求項５】 前記後流の絶対的全温度が解析的に追跡
されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。 - 【請求項６】 前記第１列翼形部２２、２４の中を通し
て冷却空気１８を流し、それらを内部冷却する段階と、 前記冷却空気を前記第１列翼形部から前記後流４４内へ
放出させ、その温度を低下させる段階と、を更に含むこ
とを特徴とする、請求項２に記載の方法。 - 【請求項７】 前記第1及び第３列翼形部２４、２８は
ロータブレードであり、前記第２列翼形部２６はステー
タノズルベーンであることを特徴とする、請求項２に記
載の方法。 - 【請求項８】 前記第1及び第３列翼形部２２、２６は
ステータノズルベーンであり、前記第２列翼形部２４は
ロータブレードであることを特徴とする、請求項２に記
載の方法。 - 【請求項９】 前記第1及び第３列翼形部２４、２８
は、前記第３列翼形部２８をその外部表面上の所定位置
で局所的に冷却するように、時計方向にずらされること
を特徴とする、請求項２に記載の方法。 - 【請求項１０】 前記第1及び第３列翼形部２４、２８
は、前記第３列翼形部２８をその半径方向の翼長に沿っ
た所定の高さで局所的に冷却するように、時計方向にず
らされることを特徴とする、請求項２に記載の方法。 - 【請求項１１】 前記第1及び第３列翼形部２４、２８
は、第３列翼形部２８を平均温度に冷却するように、時
計方向にずらされることを特徴とする、請求項２に記載
の方法。 - 【請求項１２】 前記第1及び第３列翼形部２４、２８
は、前記最高温度作動状態において最大効率よりも低い
効率になるように、時計方向にずらされることを特徴と
する、請求項２に記載の方法。 - 【請求項１３】 前記最高温度作動状態は、航空機エン
ジンの場合の離陸出力時であることを特徴とする、請求
項２に記載の方法。 - 【請求項１４】 前記最高温度作動状態は、発電用エン
ジン１０ｂの場合の暑い日中の最大ピーク発電時である
ことを特徴とする、請求項２に記載の方法。 - 【請求項１５】 前記最高温度作動状態は、中古エンジ
ン１０ｃにおいて生じ、該エンジンの新品時に比べて異
なることを特徴とする、請求項２に記載の方法。 - 【請求項１６】 ガスタービンエンジン１０用のタービ
ン１６であって、 順次それらを通って燃焼ガス２０を流す第１、第２及び
第３列翼形部２２〜２８を含み、 前記第３列翼形部２６、２８は、前記第1列翼形部に対
して円周方向に沿って時計方向にずらされ、前記燃焼ガ
スの最高温度を生み出す前記エンジンの最高温度作動状
態の間に、前記第1列翼形部から放出される後流４４で
前記第３列翼形部を浸し、該第３列翼形部を冷却するこ
とを特徴とする、タービン１６。 - 【請求項１７】 前記第１列翼形部２２、２４は、その
中を通して冷却空気１８を流すために中空であり、か
つ、前記最高温度作動状態の間に、前記冷却空気を前記
後流内に放出するための複数の開口４２を含むことを特
徴とする、請求項１６に記載のタービン。 - 【請求項１８】 前記第１及び第３列翼形部２４、２６
は、前記燃焼ガスからの熱応力を受ける前記第３列翼形
部内の応力を減少させるように、時計方向にずらされる
ことを特徴とする、請求項１７に記載のタービン。 - 【請求項１９】 前記第1及び第３列翼形部２４、２８
はロータブレードであり、前記第２列翼形部２６はステ
ータノズルベーンであることを特徴とする、請求項１８
に記載のタービン。 - 【請求項２０】 前記第1及び第３列翼形部２２、２６
はステータノズルベーンであり、前記第２列翼形部２４
はロータブレードであることを特徴とする、請求項１８
に記載のタービン。
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