JP2002543319A - ガスタービンエンジンの高圧タービンの冷却 - Google Patents
ガスタービンエンジンの高圧タービンの冷却Info
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Abstract
(57)【要約】
高圧タービンの冷却が改善されたガスタービンエンジン（１０）が開示されている。比較的低温でかつ中間圧力の（Ｐ２ｘ）空気が、完全に圧縮される前に圧縮機セクションの領域から分流される。冷却空気は、管路によって高圧タービンに導かれ、ここでロータおよび最終的にはタービンのブレードが冷却される。さらに、分流された空気は、後方のベアリング室を密閉するとともにエンジンのメインシャフトを冷却するためにも使用可能である。
Description
【０００１】
本発明は、タービンエンジンに関し、特に、高圧タービンの冷却が改善された
タービンエンジンに関する。
タービンエンジンに関する。
【０００２】
航空機のターボジェットエンジンやターボファンエンジンなどとして使用され
るタービンエンジンは、一般に、エンジン内の流体流れの方向に前方から後方に
向かって、ファン、圧縮機、燃焼、およびタービンの各セクションをハウジング
内に含む。これらのセクションには、エンジンの中心軸を中心に回転するように
１つまたはそれ以上の同軸シャフトに固定された回転部材が含まれる。
るタービンエンジンは、一般に、エンジン内の流体流れの方向に前方から後方に
向かって、ファン、圧縮機、燃焼、およびタービンの各セクションをハウジング
内に含む。これらのセクションには、エンジンの中心軸を中心に回転するように
１つまたはそれ以上の同軸シャフトに固定された回転部材が含まれる。
【０００３】 ファンセクションは、エンジン内に空気を引き込む。空気は、圧縮機セクショ
ンで圧縮され、続いて燃焼セクションで燃料と混合されるとともにこの混合物が
点火される。燃焼ガスが燃焼セクションから放出され、タービンセクション内の
１つまたはそれ以上のタービンを駆動する。
ンで圧縮され、続いて燃焼セクションで燃料と混合されるとともにこの混合物が
点火される。燃焼ガスが燃焼セクションから放出され、タービンセクション内の
１つまたはそれ以上のタービンを駆動する。
【０００４】 一般に、最初のタービンセクションの一部を構成する高圧タービン（“ＨＰＴ
”）の第一段のブレードは、溶解を防止するためにＰ３空気と呼ばれる非燃焼の
高圧空気を使用して冷却される。より詳細には、Ｐ３空気は、一般にオンボード
接線方向噴射（“ＴＯＢＩ”）ノズルを通過する。ＴＯＢＩノズルは、Ｐ３空気
の相対的な全温度を約１００°Ｆ（５５℃）減少させる。温度が減少したＰ３空
気は、ＨＰＴディスク／カバープレイトの回転キャビティ内に流入するとともに
ＨＰＴブレード上を通過する。Ｐ３空気は、ここで一般にシャワーヘッド冷却に
よってＨＰＴブレードを冷却する。
”）の第一段のブレードは、溶解を防止するためにＰ３空気と呼ばれる非燃焼の
高圧空気を使用して冷却される。より詳細には、Ｐ３空気は、一般にオンボード
接線方向噴射（“ＴＯＢＩ”）ノズルを通過する。ＴＯＢＩノズルは、Ｐ３空気
の相対的な全温度を約１００°Ｆ（５５℃）減少させる。温度が減少したＰ３空
気は、ＨＰＴディスク／カバープレイトの回転キャビティ内に流入するとともに
ＨＰＴブレード上を通過する。Ｐ３空気は、ここで一般にシャワーヘッド冷却に
よってＨＰＴブレードを冷却する。
【０００５】 しかし、高圧のＰ３空気を使用することは、熱力学的に効率が悪い。さらに、
ＴＯＢＩノズルとその補助部材は、エンジン重量を増加させる。また、シャワー
ヘッド冷却は、比較的複雑な部材の機械加工を必要とする。
ＴＯＢＩノズルとその補助部材は、エンジン重量を増加させる。また、シャワー
ヘッド冷却は、比較的複雑な部材の機械加工を必要とする。
【０００６】 従って、熱力学的により効率が高い、タービンエンジン内のＨＰＴの冷却方法
が求められている。さらに、ＨＰＴの冷却に関連する部材の重量が減少したエン
ジンが求められている。
が求められている。さらに、ＨＰＴの冷却に関連する部材の重量が減少したエン
ジンが求められている。
【０００７】
従って、本発明の目的は、ＨＰＴの冷却が改善されたタービンエンジンを提供
することである。
することである。
【０００８】 本発明では、比較的低温の中間圧力空気が、タービンエンジン内の圧縮機セク
ションの領域から分流され、分流された空気よりも低い静圧でタービンブレード
上に流れるように導かれる。分流された空気は、比較的低温であるので、従来の
ＴＯＢＩノズルをなくすことができる点で有利である。同様に、ブレードのシャ
ワーヘッドもなくすことができる。
ションの領域から分流され、分流された空気よりも低い静圧でタービンブレード
上に流れるように導かれる。分流された空気は、比較的低温であるので、従来の
ＴＯＢＩノズルをなくすことができる点で有利である。同様に、ブレードのシャ
ワーヘッドもなくすことができる。
【０００９】 好都合なことには、分流された空気は、エンジンの後方ベアリング室を密閉す
るためにも使用することができる。
るためにも使用することができる。
【００１０】 本発明の一形態では、吸入空気を高圧空気と中間圧力空気へと圧縮する圧縮機
セクションと、圧縮機セクションと流体的に連通し、かつ燃料を圧縮空気ととも
に燃焼する燃焼セクションと、燃焼セクションからの燃焼ガスと流体的に連通し
、かつ回転タービンブレードを含み、このタービンブレードにおける静圧が中間
圧力空気の圧力よりも低い燃焼セクションと、中間圧力空気と流体的に連通する
入口とタービンブレードと流体的に連通する出口を有し、これにより中間圧力空
気をタービンブレード上に導く管路と、を含むタービンエンジンが設けられる。
セクションと、圧縮機セクションと流体的に連通し、かつ燃料を圧縮空気ととも
に燃焼する燃焼セクションと、燃焼セクションからの燃焼ガスと流体的に連通し
、かつ回転タービンブレードを含み、このタービンブレードにおける静圧が中間
圧力空気の圧力よりも低い燃焼セクションと、中間圧力空気と流体的に連通する
入口とタービンブレードと流体的に連通する出口を有し、これにより中間圧力空
気をタービンブレード上に導く管路と、を含むタービンエンジンが設けられる。
【００１１】 本発明の他の形態および特徴は、本発明の以下の詳細な実施例の説明および添
付図面によって当業者に明らかになる。
付図面によって当業者に明らかになる。
【００１２】
図１は、本発明の実施例に係る例示的なガスタービンエンジン１０を示してい
る。エンジン１０は、ファンセクション１２と、流れに沿って順に、圧縮機セク
ション１４、燃焼セクション１６、タービンセクション１８、および排気セクシ
ョン２０を含むコアエンジンを有し、これらのセクションは全てエンジンハウジ
ング２２内に設けられている。
る。エンジン１０は、ファンセクション１２と、流れに沿って順に、圧縮機セク
ション１４、燃焼セクション１６、タービンセクション１８、および排気セクシ
ョン２０を含むコアエンジンを有し、これらのセクションは全てエンジンハウジ
ング２２内に設けられている。
【００１３】 圧縮機セクション１４は、複数の圧縮機段を含むことが好ましい。タービンセ
クション１８は、単一のタービン段からなることが好ましい。しかし、タービン
セクション１８は、複数のタービン段を含むこともできる。タービンセクション
１８内の少なくとも１つのタービンは、長手方向に延びるシャフト２４によって
圧縮機セクション１４の最終段に回転可能に連結されている。シャフト２４は、
その後方端部の近傍ではローラベアリング室２６内のローラベアリング２５によ
って、かつその前部の近傍ではスラストベアリングアセンブリ２８によってハウ
ジング内に支持されている。
クション１８は、単一のタービン段からなることが好ましい。しかし、タービン
セクション１８は、複数のタービン段を含むこともできる。タービンセクション
１８内の少なくとも１つのタービンは、長手方向に延びるシャフト２４によって
圧縮機セクション１４の最終段に回転可能に連結されている。シャフト２４は、
その後方端部の近傍ではローラベアリング室２６内のローラベアリング２５によ
って、かつその前部の近傍ではスラストベアリングアセンブリ２８によってハウ
ジング内に支持されている。
【００１４】 図２は、圧縮機セクション１４の後部および燃焼セクション１６の前部の近傍
におけるタービンエンジン１０の一部分の断面を示している。図示のように、圧
縮機セクション１４の最終段は、燃焼セクション１６と流体的に連通する回転イ
ンペラであることが好ましい。
におけるタービンエンジン１０の一部分の断面を示している。図示のように、圧
縮機セクション１４の最終段は、燃焼セクション１６と流体的に連通する回転イ
ンペラであることが好ましい。
【００１５】 燃焼セクション１６は、いずれの側においても、燃焼ケース３２とディフュー
ザアセンブリ３６の一部を構成するディフューザケース３４とによって形成され
る。ディフューザアセンブリ３６は、さらにディフューザパイプ３８と支持部４
０を含んでいる。最も高圧な“Ｐ３”空気は、ディフューザパイプ３８から流出
する。
ザアセンブリ３６の一部を構成するディフューザケース３４とによって形成され
る。ディフューザアセンブリ３６は、さらにディフューザパイプ３８と支持部４
０を含んでいる。最も高圧な“Ｐ３”空気は、ディフューザパイプ３８から流出
する。
【００１６】 ディフューザパイプ３８は、燃焼セクション１６内に位置し、インペラ３０の
先端部と燃焼セクション１６とを流体的に連通させるとともに、インペラ３０か
ら燃焼セクション１６のＰ３領域４２へ圧縮空気を導く。当業者であれば分かる
ように、また、米国特許出願第０８／７７１，９０６号に説明されているように
、ディフューザパイプ３８は、主に、インペラ３０から流出する空気の接線速度
を減少させるように機能する。
先端部と燃焼セクション１６とを流体的に連通させるとともに、インペラ３０か
ら燃焼セクション１６のＰ３領域４２へ圧縮空気を導く。当業者であれば分かる
ように、また、米国特許出願第０８／７７１，９０６号に説明されているように
、ディフューザパイプ３８は、主に、インペラ３０から流出する空気の接線速度
を減少させるように機能する。
【００１７】 さらに、燃焼セクション１６内には、エンジンハウジング２２にケース支持部
４８によって取り付けられた燃焼室４６を画定する燃焼ライナ４４が設けられて
いる。燃焼室４６は、Ｐ３領域４２と流体的に連通している。また、燃料ノズル
５０も、燃焼室４６と流体的に連通している。
４８によって取り付けられた燃焼室４６を画定する燃焼ライナ４４が設けられて
いる。燃焼室４６は、Ｐ３領域４２と流体的に連通している。また、燃料ノズル
５０も、燃焼室４６と流体的に連通している。
【００１８】 インペラ３０の後方には、インペラ後方キャビティ（“ＩＲＣ”）５２が形成
されている。ローラベアリング室２６は、ＩＲＣ５２のすぐ下、かつその後方に
形成されている。
されている。ローラベアリング室２６は、ＩＲＣ５２のすぐ下、かつその後方に
形成されている。
【００１９】 タービンセクション１８は、高圧タービン５４を含み、高圧タービン５４は、
ロータ５６とブレード５８を含んでいる。カバープレート６０が、吸い込まれる
おそれのある高温ガスから冷却空気を遮へいするとともに、回転キャビティ６４
を画定する。カバープレート６０の孔６２は、燃焼セクション１６とロータ５６
との間に管路を提供する。
ロータ５６とブレード５８を含んでいる。カバープレート６０が、吸い込まれる
おそれのある高温ガスから冷却空気を遮へいするとともに、回転キャビティ６４
を画定する。カバープレート６０の孔６２は、燃焼セクション１６とロータ５６
との間に管路を提供する。
【００２０】 圧縮機セクション１４と出力インペラ３０との間に広がる圧縮機セクション１
４の中間圧力空気の領域から管７６が延在している。管７６は、カバープレート
６０のすぐ前方のバッフル７０まで延在する。管７６は、０．５インチの内径を
有する３本の中空の金属管であることが好ましい。
４の中間圧力空気の領域から管７６が延在している。管７６は、カバープレート
６０のすぐ前方のバッフル７０まで延在する。管７６は、０．５インチの内径を
有する３本の中空の金属管であることが好ましい。
【００２１】 運転中は、ファンセクション１２（図１参照）がエンジン１０内に空気を引き
込む。空気は、ファンセクション１２を通過して圧縮機セクション１４に入り、
ここで複数の圧縮機段によって圧縮される。圧縮の最終段は、図２に示す回転イ
ンペラ３０である。高圧空気は、インペラ３０の先端部から流出する。この高圧
空気の大部分は、Ｐ３空気を流出させるディフューザパイプ３８を通して燃焼セ
クション１６に導かれる。燃焼セクション１６では、Ｐ３空気の大部分が燃焼室
４６に流入するとともに、ノズル５０からの燃料と混合されて燃焼される。燃焼
ガスは、燃焼室の後部の近傍で燃焼室から放出されるとともにタービンブレード
５８上を通過し、これにより、ＨＰＴ５４を駆動する。燃焼室４６からの放出ガ
スは、ブレード５８の溶解温度に近いまたはこれを超える温度であることが多い
。従って、ブレード５８を冷却することが非常に望ましい。
込む。空気は、ファンセクション１２を通過して圧縮機セクション１４に入り、
ここで複数の圧縮機段によって圧縮される。圧縮の最終段は、図２に示す回転イ
ンペラ３０である。高圧空気は、インペラ３０の先端部から流出する。この高圧
空気の大部分は、Ｐ３空気を流出させるディフューザパイプ３８を通して燃焼セ
クション１６に導かれる。燃焼セクション１６では、Ｐ３空気の大部分が燃焼室
４６に流入するとともに、ノズル５０からの燃料と混合されて燃焼される。燃焼
ガスは、燃焼室の後部の近傍で燃焼室から放出されるとともにタービンブレード
５８上を通過し、これにより、ＨＰＴ５４を駆動する。燃焼室４６からの放出ガ
スは、ブレード５８の溶解温度に近いまたはこれを超える温度であることが多い
。従って、ブレード５８を冷却することが非常に望ましい。
【００２２】 従来のタービンエンジンでは、図３に示したように、前方カバー６０の孔６２
を通して導かれ、かつＴＯＢＩノズルによって噴射されたＰ３空気によってター
ビンブレード５８’が冷却される。続いて、米国特許第５，７７９，４３７号な
どに説明されたタービンブレード５８’の冷却シャワーヘッド（図示省略）が、
噴射空気をブレード５８’にわたって分散し、ブレード５８’の熔解を防止する
。
を通して導かれ、かつＴＯＢＩノズルによって噴射されたＰ３空気によってター
ビンブレード５８’が冷却される。続いて、米国特許第５，７７９，４３７号な
どに説明されたタービンブレード５８’の冷却シャワーヘッド（図示省略）が、
噴射空気をブレード５８’にわたって分散し、ブレード５８’の熔解を防止する
。
【００２３】 しかし、図２に示した本発明の実施例では、中空の管７６を含む管路が、圧縮
機セクション１４の比較的低圧の領域から（Ｐ２ｘ空気と呼ばれる）中間圧力空
気を導く。詳細には、圧縮機セクション１４のＰ２ｘ領域に近接する金属管７６
の入口からバッフル７０に接続された出口に空気が導かれる。これは、タービン
ブレード５８の前縁の近傍の静圧が、インペラ３０の先端部における静圧、そし
てより重要にはＰ２ｘ空気の一部よりもかなり低いことによって可能になる部分
が大きい。これにより、Ｐ２ｘ空気は、ＨＰＴブレード５８の前縁よりも高い圧
力を有するＰ２ｘ領域から管７６によって分流され、ブレード５８用の冷却空気
のただ１つのまたは主な供給源となり得る。Ｐ２ｘ領域からの空気は、ブレード
５８の前縁における静圧よりも圧力が３０ｐ．ｓ．ｉ．（２１０ｋＰａ）高いガ
スを有する圧縮機セクション１４の領域から選択されることが好ましい。ＨＰＴ
５４のブレード５８の前縁とＰ２ｘ空気との間の圧力差は、全てのタービンエン
ジンで存在するものではない。しかし、この圧力差は、大部分の高仕事量単段タ
ービン、およびいくつかの多段タービンのＨＰＴブレードにおいて認められる。
バッフル７０とカバープレート６０は、カバープレート６０のすぐ前方の領域を
画定する。この領域からの空気は、カバープレート６０の孔６２を通してロータ
５６の前方のキャビティ６４内に導かれ、そして図示のように最終的にブレード
５８上に導かれる。
機セクション１４の比較的低圧の領域から（Ｐ２ｘ空気と呼ばれる）中間圧力空
気を導く。詳細には、圧縮機セクション１４のＰ２ｘ領域に近接する金属管７６
の入口からバッフル７０に接続された出口に空気が導かれる。これは、タービン
ブレード５８の前縁の近傍の静圧が、インペラ３０の先端部における静圧、そし
てより重要にはＰ２ｘ空気の一部よりもかなり低いことによって可能になる部分
が大きい。これにより、Ｐ２ｘ空気は、ＨＰＴブレード５８の前縁よりも高い圧
力を有するＰ２ｘ領域から管７６によって分流され、ブレード５８用の冷却空気
のただ１つのまたは主な供給源となり得る。Ｐ２ｘ領域からの空気は、ブレード
５８の前縁における静圧よりも圧力が３０ｐ．ｓ．ｉ．（２１０ｋＰａ）高いガ
スを有する圧縮機セクション１４の領域から選択されることが好ましい。ＨＰＴ
５４のブレード５８の前縁とＰ２ｘ空気との間の圧力差は、全てのタービンエン
ジンで存在するものではない。しかし、この圧力差は、大部分の高仕事量単段タ
ービン、およびいくつかの多段タービンのＨＰＴブレードにおいて認められる。
バッフル７０とカバープレート６０は、カバープレート６０のすぐ前方の領域を
画定する。この領域からの空気は、カバープレート６０の孔６２を通してロータ
５６の前方のキャビティ６４内に導かれ、そして図示のように最終的にブレード
５８上に導かれる。
【００２４】 Ｐ２ｘ空気は、Ｐ３空気よりも熱力学的に安価な点で有利である。Ｐ２ｘ空気
の圧力は比較的低く、さらに有利な点は、Ｐ２ｘ空気がＰ３空気よりも温度が低
いことであり、使用されるＰ２ｘ空気の温度は、好ましくは３００°Ｆ（１７０
℃）低い。よって、Ｐ２ｘ空気を使用すること、およびこの結果ＨＰＴブレード
５８の冷却に使用されるＰ３空気が減少することにより、エンジンの全体的な効
率が改善される。さらに重要なことは、Ｐ２ｘ空気がＰ３空気よりも低温である
ので、従来のＨＰＴブレードの一部として形成されていたシャワーヘッドをなく
すことができることである。また、従来のシャワーヘッドに比べて単純なシャワ
ーヘッドを使用することもできる。
の圧力は比較的低く、さらに有利な点は、Ｐ２ｘ空気がＰ３空気よりも温度が低
いことであり、使用されるＰ２ｘ空気の温度は、好ましくは３００°Ｆ（１７０
℃）低い。よって、Ｐ２ｘ空気を使用すること、およびこの結果ＨＰＴブレード
５８の冷却に使用されるＰ３空気が減少することにより、エンジンの全体的な効
率が改善される。さらに重要なことは、Ｐ２ｘ空気がＰ３空気よりも低温である
ので、従来のＨＰＴブレードの一部として形成されていたシャワーヘッドをなく
すことができることである。また、従来のシャワーヘッドに比べて単純なシャワ
ーヘッドを使用することもできる。
【００２５】 同様に、主にＰ３空気の温度を減少させるように機能する従来のＴＯＢＩノズ
ルの使用も不要となる。よって、図３に示した従来のエンジンのＴＯＢＩノズル
はなくすことができる。当業者であれば分かるように、図３に示した従来のター
ビンエンジンでは、Ｐ３空気がキャビティ４２からＴＯＢＩノズル６８に導かれ
る。空気は、ＴＯＢＩノズル６８の出口から前方カバープレート６０の孔６２を
通って流れる。この空気は、カバープレート６０とロータ５６の間で分散し、最
終的にタービンブレード５８’にわたって分散する。ブラシシール７４によって
、ＴＯＢＩノズル６８から流出する空気の圧力が、シャワーヘッド冷却に必要と
される高い空気圧力に維持される。さらに、バッフル７８が、ローラベアリング
室２６からＴＯＢＩノズル６８を従来の方法で分離する。
ルの使用も不要となる。よって、図３に示した従来のエンジンのＴＯＢＩノズル
はなくすことができる。当業者であれば分かるように、図３に示した従来のター
ビンエンジンでは、Ｐ３空気がキャビティ４２からＴＯＢＩノズル６８に導かれ
る。空気は、ＴＯＢＩノズル６８の出口から前方カバープレート６０の孔６２を
通って流れる。この空気は、カバープレート６０とロータ５６の間で分散し、最
終的にタービンブレード５８’にわたって分散する。ブラシシール７４によって
、ＴＯＢＩノズル６８から流出する空気の圧力が、シャワーヘッド冷却に必要と
される高い空気圧力に維持される。さらに、バッフル７８が、ローラベアリング
室２６からＴＯＢＩノズル６８を従来の方法で分離する。
【００２６】 同様に重要であるのは、より低温のＰ２ｘ空気（すなわち約３００°Ｆつまり
１７０℃低い温度を有する空気）の使用によって、カバープレート６０とＨＰＴ
５４の周囲の温度が減少し、エンジン寿命が延長されるということである。
１７０℃低い温度を有する空気）の使用によって、カバープレート６０とＨＰＴ
５４の周囲の温度が減少し、エンジン寿命が延長されるということである。
【００２７】 また、比較的低温の空気によってＨＰＴブレード５８への冷却流を減少させる
ことができる。
ことができる。
【００２８】 さらに、Ｐ３空気の代わりに、分流されたＰ２ｘ空気をシャフト２４に導くこ
ともできる。Ｐ２ｘ空気は比較するとかなり低温なので、シャフト２４は、ＩＮ
ＣＯＮＥＬTMなどの耐熱性合金でなく鋼製とすることができ、このことはエンジ
ンの製造コストの削減につながる。
ともできる。Ｐ２ｘ空気は比較するとかなり低温なので、シャフト２４は、ＩＮ
ＣＯＮＥＬTMなどの耐熱性合金でなく鋼製とすることができ、このことはエンジ
ンの製造コストの削減につながる。
【００２９】 また、比較的低圧のＰ２ｘ空気を使用するとともにシャワーヘッドをなくすこ
とにより、要求されるブレードへの供給圧力が減少する。これにより、図２に示
すように従来のブラシシール７４（図３参照）をなくすことができる。これによ
り、好都合なことにブレード５８（図２参照）への空気流が、シール７４（図３
参照）などのブラシシールの摩耗に影響されることがなくなり、エンジン１０の
全体的な信頼性が向上する。
とにより、要求されるブレードへの供給圧力が減少する。これにより、図２に示
すように従来のブラシシール７４（図３参照）をなくすことができる。これによ
り、好都合なことにブレード５８（図２参照）への空気流が、シール７４（図３
参照）などのブラシシールの摩耗に影響されることがなくなり、エンジン１０の
全体的な信頼性が向上する。
【００３０】 さらに、シール７４が不要となるので、管７６によって案内されるＰ２ｘ空気
を後方ローラベアリング室２６にも導くことができ、これにより、図３に示した
従来のバッフル７８を図２に示すようになくすことができる。従って、再度導か
れたＰ２ｘ空気は、ベアリング室２６の内部よりも高圧となり、このため、ＨＰ
Ｔブレード５８の冷却に加えてベアリング室が密閉される。
を後方ローラベアリング室２６にも導くことができ、これにより、図３に示した
従来のバッフル７８を図２に示すようになくすことができる。従って、再度導か
れたＰ２ｘ空気は、ベアリング室２６の内部よりも高圧となり、このため、ＨＰ
Ｔブレード５８の冷却に加えてベアリング室が密閉される。
【００３１】 本発明は、単に本発明を実行する好適実施例を説明しているとともに形態、寸
法、部材配置や動作の詳細が変更可能な上述の説明に限定されるものではない。
本発明は、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変更するため
に容易に実施することができる。本発明は、請求項によって定められるこのよう
な全ての変更を含むことを意図するものである。
法、部材配置や動作の詳細が変更可能な上述の説明に限定されるものではない。
本発明は、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変更するため
に容易に実施することができる。本発明は、請求項によって定められるこのよう
な全ての変更を含むことを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例に係る例示的なタービンエンジンの部分的に断面を示す側面図
である。
である。
【図２】 図１の部分的な拡大断面図である。
【図３】 周知のタービンエンジンの部分的な拡大断面図である
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１３年６月１日（２００１．６．１）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】 ファンセクションは、エンジン内に空気を引き込む。空気は、圧縮機セクショ
ンで圧縮され、続いて燃焼セクションで燃料と混合されるとともにこの混合物が
点火される。燃焼ガスが燃焼セクションから放出され、タービンセクション内の
１つまたはそれ以上のタービンを駆動する。 いくつかのタービンエンジン設計は、種々の理由でタービンセクションに圧縮 空気を分流する。米国特許第２，６２０，１２３号は、回転するタービンディス ク／ハブを冷却するために圧縮機セクションから中間圧力空気が抽気されるエン ジンを開示している。バックウィズに付与された米国特許第５，００３，７７３ 号には、漏れた高圧空気が圧縮機セクションに分流され、漏れた空気のエネルギ が再度回復されるタービンエンジンが開示されている。
ンで圧縮され、続いて燃焼セクションで燃料と混合されるとともにこの混合物が
点火される。燃焼ガスが燃焼セクションから放出され、タービンセクション内の
１つまたはそれ以上のタービンを駆動する。 いくつかのタービンエンジン設計は、種々の理由でタービンセクションに圧縮 空気を分流する。米国特許第２，６２０，１２３号は、回転するタービンディス ク／ハブを冷却するために圧縮機セクションから中間圧力空気が抽気されるエン ジンを開示している。バックウィズに付与された米国特許第５，００３，７７３ 号には、漏れた高圧空気が圧縮機セクションに分流され、漏れた空気のエネルギ が再度回復されるタービンエンジンが開示されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】 高圧タービンエンジンでは、最初のタービンセクションの一部を構成する高圧
タービン（“ＨＰＴ”）の第一段のブレードは、溶解を防止するためにＰ３空気
と呼ばれる非燃焼の高圧空気を使用して一般に冷却される。より詳細には、Ｐ３
空気は、一般にオンボード接線方向噴射（“ＴＯＢＩ”）ノズルを通過する。Ｔ
ＯＢＩノズルは、Ｐ３空気の相対的な全温度を約１００°Ｆ（５５℃）減少させ
る。温度が減少したＰ３空気は、ＨＰＴディスク／カバープレイトの回転キャビ
ティ内に流入するとともにＨＰＴブレード上を通過する。Ｐ３空気は、ここで一
般にシャワーヘッド冷却によってＨＰＴブレードを冷却する。
タービン（“ＨＰＴ”）の第一段のブレードは、溶解を防止するためにＰ３空気
と呼ばれる非燃焼の高圧空気を使用して一般に冷却される。より詳細には、Ｐ３
空気は、一般にオンボード接線方向噴射（“ＴＯＢＩ”）ノズルを通過する。Ｔ
ＯＢＩノズルは、Ｐ３空気の相対的な全温度を約１００°Ｆ（５５℃）減少させ
る。温度が減少したＰ３空気は、ＨＰＴディスク／カバープレイトの回転キャビ
ティ内に流入するとともにＨＰＴブレード上を通過する。Ｐ３空気は、ここで一
般にシャワーヘッド冷却によってＨＰＴブレードを冷却する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】 従って、熱力学的により効率が高い、タービンエンジン内のＨＰＴブレードの
冷却方法が求められている。さらに、ＨＰＴの冷却に関連する部材の重量が減少
したエンジンが求められている。
冷却方法が求められている。さらに、ＨＰＴの冷却に関連する部材の重量が減少
したエンジンが求められている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
【発明の開示】 従って、本発明の目的は、ＨＰＴブレードの冷却が改善されたタービンエンジ
ンを提供することである。
ンを提供することである。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】 本発明では、比較的低温の中間圧力空気が、タービンエンジン内の圧縮機セク
ションにおける圧縮機セクションからの高圧空気の出口の上流の領域から分流さ
れ、分流された空気よりも低い静圧でタービンブレード上に流れるように導かれ
る。分流された空気は、比較的低温であるので、従来のＴＯＢＩノズルをなくす
ことができる点で有利である。同様に、ブレードのシャワーヘッドもなくすこと
ができる。
ションにおける圧縮機セクションからの高圧空気の出口の上流の領域から分流さ
れ、分流された空気よりも低い静圧でタービンブレード上に流れるように導かれ
る。分流された空気は、比較的低温であるので、従来のＴＯＢＩノズルをなくす
ことができる点で有利である。同様に、ブレードのシャワーヘッドもなくすこと
ができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】 本発明の一形態では、ハウジングと、吸入空気を高圧空気と、この高圧空気よ りも低い圧力および温度を有するとともに圧縮機において高圧空気よりも上流で 形成される中間圧力空気へと、 圧縮する圧縮機セクションと、圧縮機セクション
と流体的に連通し、かつ燃料を圧縮空気とともに燃焼する燃焼セクションと、燃
焼セクションからの燃焼ガスと流体的に連通し、かつ回転タービンブレードを含
み、このタービンブレードにおける静圧が中間圧力空気の圧力よりも低い燃焼セ
クションと、圧縮機セクションとタービンセクションを接続するとともに、ハウ ジングに対して固定配置された 管路と、を含むタービンエンジンが設けられる。 管路は、中間圧力空気と流体的に連通する入口とタービンブレードと流体的に連 通する出口を有し、これにより、タービンブレードを冷却するために中間圧力空 気をタービンブレードへと導く。 本発明の他の形態によると、タービンエンジン内の部材の冷却方法が提供され ている。このタービンエンジンは、流体的に連通する圧縮機セクション、燃焼セ クション、およびタービンセクションを含む。この方法は、タービンセクション 内で回転するタービンブレードの静圧よりも高い圧力の中間圧力空気を、燃焼器 セクションに流入する最も高圧の空気の出口の上流における圧縮機セクションの 領域から、タービンエンジンのハウジングに対して固定された管路を通してター ビンブレードへと分流して、タービンブレードを冷却することを含み、上記中間 圧力空気は、最も高圧の空気よりも低い温度を有する。 本発明のまた他の形態では、ハウジングと、吸入空気を高圧空気と、この高圧 空気よりも低い温度および圧力を有するとともに高圧空気よりも上流で形成され る中間圧力空気へと、圧縮する手段と、圧縮手段からの圧縮空気と混合された燃 料を燃焼する手段と、燃焼手段からの燃焼ガスと流体的に連通し、かつタービン ブレードを含み、このタービンブレードにおける静圧が上記中間圧力空気の圧力 よりも低いタービンセクションと、中間圧力空気をタービンブレード上に導いて ブレードを冷却し、かつハウジングに対して動かないようにハウジングに固定さ れている手段と、を有するタービンエンジンが設けられる。
と流体的に連通し、かつ燃料を圧縮空気とともに燃焼する燃焼セクションと、燃
焼セクションからの燃焼ガスと流体的に連通し、かつ回転タービンブレードを含
み、このタービンブレードにおける静圧が中間圧力空気の圧力よりも低い燃焼セ
クションと、圧縮機セクションとタービンセクションを接続するとともに、ハウ ジングに対して固定配置された 管路と、を含むタービンエンジンが設けられる。 管路は、中間圧力空気と流体的に連通する入口とタービンブレードと流体的に連 通する出口を有し、これにより、タービンブレードを冷却するために中間圧力空 気をタービンブレードへと導く。 本発明の他の形態によると、タービンエンジン内の部材の冷却方法が提供され ている。このタービンエンジンは、流体的に連通する圧縮機セクション、燃焼セ クション、およびタービンセクションを含む。この方法は、タービンセクション 内で回転するタービンブレードの静圧よりも高い圧力の中間圧力空気を、燃焼器 セクションに流入する最も高圧の空気の出口の上流における圧縮機セクションの 領域から、タービンエンジンのハウジングに対して固定された管路を通してター ビンブレードへと分流して、タービンブレードを冷却することを含み、上記中間 圧力空気は、最も高圧の空気よりも低い温度を有する。 本発明のまた他の形態では、ハウジングと、吸入空気を高圧空気と、この高圧 空気よりも低い温度および圧力を有するとともに高圧空気よりも上流で形成され る中間圧力空気へと、圧縮する手段と、圧縮手段からの圧縮空気と混合された燃 料を燃焼する手段と、燃焼手段からの燃焼ガスと流体的に連通し、かつタービン ブレードを含み、このタービンブレードにおける静圧が上記中間圧力空気の圧力 よりも低いタービンセクションと、中間圧力空気をタービンブレード上に導いて ブレードを冷却し、かつハウジングに対して動かないようにハウジングに固定さ れている手段と、を有するタービンエンジンが設けられる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】 圧縮機セクション１４と出力インペラ３０との間に広がる圧縮機セクション１
４の中間圧力空気の領域から管７６が延在している。管７６は、カバープレート
６０のすぐ前方のバッフル７０まで延在する。管７６は、０．５インチ（１．２ ７ｃｍ） の内径を有する３本の中空の金属管であることが好ましい。
４の中間圧力空気の領域から管７６が延在している。管７６は、カバープレート
６０のすぐ前方のバッフル７０まで延在する。管７６は、０．５インチ（１．２ ７ｃｍ） の内径を有する３本の中空の金属管であることが好ましい。
Claims (16)
- 【請求項１】 吸入空気を高圧空気と中間圧力空気に圧縮する圧縮機セクショ
ンと、 前記圧縮機セクションと流体的に連通しており、かつ燃料を圧縮空気とともに
燃焼させる燃焼セクションと、 前記燃焼セクションからの燃焼ガスと流体的に連通しており、かつ回転タービ
ンブレードを含み、このタービンブレードにおける静圧が前記中間圧力空気の圧
力よりも低いタービンセクションと、 前記中間圧力空気と流体的に連通する入口と前記タービンブレードと流体的に
連通する出口を有し、これにより前記中間圧力空気を前記タービンブレードへと
導いている管路と、を有していることを特徴とするタービンエンジン。 - 【請求項２】 前記ブレードは、前縁を有し、該前縁の近傍の静圧が前記中間
圧力空気の圧力よりも低いことを特徴とする請求項１記載のタービンエンジン。 - 【請求項３】 前記タービンブレードは、高仕事量タービンの一部であること
を特徴とする請求項２記載のタービンエンジン。 - 【請求項４】 前記タービンブレードは、前記燃焼セクションからのガスと流
体的に連通する、前記エンジンにおける第一のタービンブレードであることを特
徴とする請求項２記載のタービンエンジン。 - 【請求項５】 前記管路は、前記圧縮機セクションから前記タービンセクショ
ンへの管を含んでいることを特徴とする請求項１記載のタービンエンジン。 - 【請求項６】 前記燃焼セクションと前記タービンセクションとの間に設けら
れたカバープレートをさらに有し、該カバープレートは、タービンセクションか
ら燃焼セクションへと高温ガスが逆流するのを制限するために燃焼セクションか
らタービンセクションを少なくとも部分的に分離し、前記カバープレートには、
前記管路の一部として機能する通路が貫通していることを特徴とする請求項１記
載のタービンエンジン。 - 【請求項７】 回転シャフトを支持し、かつ前記圧縮機セクションと前記ター
ビンセクションとの間に設けられたベアリングアセンブリをさらに有し、 前記管路は、さらに、前記ベアリングアセンブリ上に中間圧力空気を導き、こ
れにより、該ベアリングアセンブリを密閉していることを特徴とする請求項１記
載のタービンエンジン。 - 【請求項８】 前記タービンブレードは、シャワーヘッド冷却アセンブリを含
んでいないことを特徴とする請求項１記載のタービンエンジン。 - 【請求項９】 前記管路は、前記タービンブレードへの冷却空気の主な供給源
を提供していることを特徴とする請求項１記載のタービンエンジン。 - 【請求項１０】 前記タービンセクションを前記燃焼セクションに接続する鋼
製の回転シャフトをさらに有し、前記管路は、さらに、前記鋼製シャフトを冷却
するために前記中間圧力空気を導いていることを特徴とする請求項１記載のター
ビンエンジン。 - 【請求項１１】 流体的に連通する圧縮機セクションと、燃焼セクションと、
タービンセクションと、を有するタービンエンジンの部材の冷却方法であって、 前記タービンセクション内で回転するタービンブレードの静圧よりも高い圧力
の中間圧力空気を、前記圧縮機セクションの領域から前記タービンブレードへと
分流することを含み、前記中間圧力空気は、前記燃焼セクションに流入する最も
高圧の空気よりも温度が低いことを特徴とするタービンエンジンの部材の冷却方
法。 - 【請求項１２】 前記タービンブレードの前縁における静圧が、前記中間圧力
空気の圧力よりも低いことを特徴とする請求項１１記載のタービンエンジンの部
材の冷却方法。 - 【請求項１３】 少なくとも１つのベアリングシールを収容するベアリングア
センブリハウジングの外部に前記中間圧力空気を分流することをさらに含み、前
記ハウジングは、タービンエンジンの中心シャフトを支持していることを特徴と
する請求項１１記載のタービンエンジンの部材の冷却方法。 - 【請求項１４】 前記中間圧力空気は、高圧タービンのブレード上に分流され
ることを特徴とする請求項１１記載のタービンエンジンの部材の冷却方法。 - 【請求項１５】 前記タービンブレードは、前記燃焼セクションからのガスと
流体的に連通する前記エンジンの複数のタービンブレードのうちの第一のタービ
ンブレードであることを特徴とする請求項１１記載のタービンエンジンの部材の
冷却方法。 - 【請求項１６】 吸入空気を高圧空気と中間圧力空気へと圧縮する手段と、 前記圧縮手段からの圧縮空気と混合された燃料を燃焼する手段と、 前記燃焼手段からの燃焼ガスと流体的に連通し、かつタービンブレードを含み
、このブレードにおける静圧が前記中間圧力空気の圧力よりも低いタービンセク
ションと、 前記中間圧力空気を前記タービンブレード上に導いて、これにより該ブレード
を冷却する手段と、を有していることを特徴とするタービンエンジン。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/299,877 | 1999-04-27 | ||
| US09/299,877 US6227801B1 (en) | 1999-04-27 | 1999-04-27 | Turbine engine having improved high pressure turbine cooling |
| PCT/CA2000/000437 WO2000065201A1 (en) | 1999-04-27 | 2000-04-26 | High pressure turbine cooling of gas turbine engine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002543319A true JP2002543319A (ja) | 2002-12-17 |
Family
ID=23156691
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000613924A Withdrawn JP2002543319A (ja) | 1999-04-27 | 2000-04-26 | ガスタービンエンジンの高圧タービンの冷却 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6227801B1 (ja) |
| EP (1) | EP1173656B1 (ja) |
| JP (1) | JP2002543319A (ja) |
| CA (1) | CA2367684C (ja) |
| DE (1) | DE60023681T2 (ja) |
| WO (1) | WO2000065201A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008121671A (ja) * | 2006-11-10 | 2008-05-29 | General Electric Co <Ge> | 中間冷却タービンエンジン |
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|---|---|---|---|---|
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