JP2003529015A - ガスタービンエンジンのステータケース - Google Patents
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Abstract
Description
的には、エンジンのロータに一致した過渡変形を有するステータケースに関する
。
1つ又はそれ以上のロータを有する。ロータは、周方向の列に配置されたブレー
ドを有する。ブレードの各々は、根元から先端まで外向きに延びる。ステータは
、1つ又はそれ以上の管状のケースから形成され、該ケースは、ロータブレード
がケースの内部で回転するようにロータを収納する。ガスタービンエンジンの圧
縮機セクションにおいては、ブレード先端とケースの内部表面との間の間隙を最
小にしてエンジンの失速マージン及び効率を改善することが望ましい。ガスター
ビンエンジンのタービンセクションにおいては、ブレード先端とケースの内部表
面との間の間隙を最小にしてエンジン効率を改善することが望ましい。
タケースの内部表面の変形により定まる。ブレード先端の変形は、高速回転する
ロータの遠心力による機械的ひずみ、及び高温の流路ガス温度による熱膨張によ
り生じる。更に、ケースの内部表面の変形は、機械的ひずみと熱膨張の関数であ
る。これらの変形は、ロータ及びステータケースの機械的ひずみ及び熱膨張を制
御することにより調整することができる。一般に、ロータブレード先端とステー
タケースの内部表面との間の間隙が、特に定常状態のエンジン運転中に最小にな
るように変形を調整することが望ましい。
変形を減少させることにより制御され、それによってブレード先端とケースの内
部表面との間の間隙を減少させてきた。若しくは、周方向のリブをブレード先端
の直ぐ上方のケースに形成して、ステータの変形を減少させた。しかしながら、
ガスタービンエンジンの失速マージン及び効率を改善するために更に間隙を減少
させる必要性がある。
ータとを有するガスタービンエンジン用のステータケースの構成である。ロータ
は、複数の周方向のブレード列を有する。各ブレードは、根元から先端まで半径
方向外向きに延びる。ケースは、前方端と後方端との間で軸方向に延びる管状の
シェルを含む。シェルは、ガスタービンエンジンのロータの少なくとも一部を受
けるような寸法及び形状にされた中空の内部を形成する内部表面を有する。ケー
スはまた、シェルの前方端から半径方向外向きに延びる円形の前方フランジとシ
ェルの後方端から半径方向外向きに延びる円形の後方フランジとを含む。更に、
ケースは、隣接するブレード列の間でシェルから半径方向外向きに延びる円形の
リブを含む。リブは、複数のロータブレードの先端の過渡変形にほぼ一致するよ
うにシェルの過渡変形を調整し、管状のシェルの内部表面とロータブレードの先
端との間の過渡間隙を減少させるような寸法及び形状にされている。
たロータとを備えるガスタービンエンジンを含む。ステータは上述のようなケー
スを含む。
ろう。
全体を参照符号10で示される。エンジン10は、ステータ(全体を12で示す
)とステータに回転可能に取り付けられた1つ又はそれ以上のロータ(全体を1
4で示す)とを有する。図1は高圧圧縮機のステータとロータを示しているが、
本発明がタービンのようなエンジンの他の部分にも応用することができることは
当業者には明らかであろう。ロータ14は、周方向列に配置されたブレード16
を有する。ブレード16の各々は、根元18から先端20まで外向きに延びる。
ステータ12は、ブレード先端20を取り囲む内部表面24を有する、全体を2
2で示す管状のケースを含む。当業者には明らかなように、ブレード先端20と
ケース22の内部表面24との間の間隙26を最小にすることが望ましい。
タケースの間の相違をより分かり易く示すために、図2を参照して従来技術のス
テータケース22を更に詳細に説明する。従来技術のケース22は、軸方向分割
線36において接合された2つのケース半割体34から形成された管状のシェル
32を含む。各ケース半割体34は、半割体を固締具(図示せず)で接合するた
めの、そのそれぞれの側面に沿って軸方向に延びるフランジ38を有する。シェ
ル32は、前方端40と該前方端に対向する後方端42との間で軸方向に延びる
。更に、シェル32の内部表面24は、ガスタービンエンジン10のロータ14
(図1)の少なくとも一部を受けるような寸法及び形状にされた、全体を44で
示す中空の内部を形成する。円形の前方フランジ46が、ケース22をシェルの
前方に配置された第1のステータ構成部品48(図1)に接続するために、シェ
ル32の前方端40から半径方向外向きに延びる。同様に、円形の後方フランジ
50が、ケース22をシェルの後方に配置された第2のステータ構成部品52(
図1)に接続するために、シェル32の後方端42から半径方向外向きに延びる
。マニホルド60が、流路から取り出された加圧空気をエンジン10の他の部分
に導くために、ケース22の後方端42寄りに設けられる。更に、円筒形のボス
62の周方向列が、可変ピッチステータ羽根64(図1)を、隣接するブレード
16の列の間でシェルの内部表面24の内側に保持するために、シェル32から
外向きに延びる。各々のボス62の列は、対応する可変ピッチステータ羽根64
の列から直ぐ外側に配置される。更に、ボス62は、ボスを支持するためにまた
製造の便宜上からウェブ66(図2)によって結合される。従来は、ウェブ66
の幅は、エンジン重量を軽減するために最小限にされてきた。ステータ12の他
の特徴は、従来のものと変わりがないので、これ以上詳細には説明しないことに
する。
リブ70がボス62及びウェブ66の代わりにシェル32から半径方向外向きに
延びていること以外は、上述の従来技術のステータケース22と同じである。ボ
ス62及びウェブ66の場合と同様に、リブ70は、隣接するロータブレード1
6の列の間に配置される。更に、リブ70は、可変ステータ羽根64(図1)の
各列の半径方向外側に配置される。この位置で、リブ70は、羽根64の外側プ
ラットホーム(図示せず)により高温の流路ガスから遮蔽される。従来技術の圧
縮機ケース(図示せず)の一部にはリブを有するものもあるが、それらはブレー
ド先端の間ではなくブレード先端の上方に配置されている。本発明のリブ70は
、羽根の外側プラットホームにより流路ガスから熱的に遮蔽されるので、本発明
のケース22は、従来技術のリブ付きケースより流路ガスからの加熱による熱変
形が小さくなる。リブ70は熱的に遮蔽されるので、加熱された流路ガスに曝さ
れるリブの表面積がより狭くなり、リブに伝達される熱エネルギーはより少なく
なる。図3に更に示すように、リブ70は、可変ステータ羽根64をシェル32
に取り付けるために、リブの周りで一定の角度間隔でリブを半径方向に貫通する
一連の孔72を有する。
、シェル32の過渡変形を調整するような寸法及び形状にされている。当業者に
は明らかなように、リブ断面積を増せば増すほど機械的ひずみを減少させ、シェ
ル32の熱応答を緩やかにすることになる。シェル32の変形をブレード先端2
0の変形に一致させることにより、管状のシェル32の内部表面24とロータブ
レード16の先端20との間の過渡間隙26は、減少される。リブ70は、管状
のシェル32の内部表面24とロータブレード16の先端20との間の過渡間隙
26を最小にするような寸法及び形状にされているのがより好ましい。更に、リ
ブ70は、シェル32の変形を調整して、シェルの内部表面24の非真円度を低
下させるような寸法及び形状にされている。この非真円度は、軸方向のフランジ
36がシェル32の他の部分より剛性が高く機械的及び熱的負荷に影響されるこ
とが少ない結果である。当業者には明らかなように、間隙を減少及び/又は最小
にするために、また非真円度を低下させるために必要とされるリブ70の寸法及
び形状は、エンジンの特定の形状及び運転条件に応じて変化することになる。し
かしながら、リブ70の寸法及び形状を決めることは、通常のよく知られている
工業技術手順を用いて達成することができる。
するために、タービンケースにリブを加えることもできることは、当業者には明
らかであろう。圧縮機の失速マージンを増大させるのに加えて、従来の圧縮機の
ボス及びウェブ構造を一様の長方形断面を有するリブに置き換えることにより、
機械加工作業をなくすことによってケース22を製造することに関連する費用を
低減する。
1つ」、「2つ」、「複数」及び「多数」などの数詞の特定のないものは、1つ
又はそれ以上の要素があることを意図する。用語「備える」、「含む」、及び「
有する」は、包括的であって、記載した要素以外に更なる要素があってもよいこ
とを意味せんとするものである。
なされ得るので、上述の説明中に含まれるかまたは添付の図面中に示される全て
の事項は、例示的な意味であって限定する意味ではないと解されたい。
Claims (6)
- 【請求項1】 ステータ(12)と該ステータ(12)に回転可能に取り付
けられたロータ(14)とを有し、該ロータ(14)が複数の周方向のブレード
(16)列を有しており、該ブレード(16)の各々が根元18)から先端(2
0)まで半径方向外向きに延びている、ガスタービンエンジン(10)用のステ
ータケース(22)であって、 前方端(40)と該前方端(40)に対向する後方端(42)との間で軸方向
に延び、前記ガスタービンエンジン(10)のロータ(14)の少なくとも一部
を受けるような寸法及び形状にされた中空の内部(44)を形成する内部表面(
24)を有する管状のシェル(32)と、 該ケース(22)を前記シェル(32)の前方に配置された第1のステータ構
成部品(48)に接続するために、前記シェル(32)の前方端(40)から半
径方向外向きに延びる円形の前方フランジ(46)と、 該ケース(22)を前記シェル(32)の後方に配置された第2のステータ構
成部品(52)に接続するために、前記シェル(32)の後方端(42)から半
径方向外向きに延びる円形の後方フランジ(50)と、 前記複数のブレード(16)列のうちの隣接するブレード(16)列の間で前
記シェル(32)から半径方向外向きに延びる円形のリブ(70)と、 を含み、 該円形のリブ(70)は、前記複数のロータブレード(16)の先端(20)
の過渡変形にほぼ一致するように前記シェル(32)の過渡変形を調整し、それ
によって前記管状のシェル(32)の内部表面(24)と前記複数のロータブレ
ード(16)の先端(20)との間の過渡間隙を減少させるような寸法及び形状
にされている、 ことを特徴とするステータケース(22)。 - 【請求項2】 前記リブ(70)は、前記複数のブレード(16)列のうち
の隣接する列の間で、前記シェル(32)の内部表面(24)の内側に取り付け
られたステータ羽根(64)の周方向列の半径方向外側に配置されていることを
特徴とする、請求項1に記載のステータケース(22)。 - 【請求項3】 前記リブ(70)は、前記複数のブレード(16)列のうち
の隣接する列の間で、前記シェル(32)の内部表面(24)の内側に取り付け
られた可変ステータ羽根(64)列の半径方向外側に配置されていることを特徴
とする、請求項2に記載のステータケース(22)。 - 【請求項4】 前記リブ(70)は、前記可変ステータ羽根(64)を前記
シェル(32)に取り付けるために、該リブ(70)の周りで一定の角度間隔で
該リブ(70)を半径方向に貫通する一連の孔(72)を含むことを特徴とする
、請求項3に記載のステータケース(22)。 - 【請求項5】 前記シェル(32)は、軸方向の分割線(36)において接
合される2つの半割体(34)を含んでおり、前記分割線(36)の各々は、前
記半割体(34)を接合してそれによって前記シェル(32)を形成するための
、前記半割体(34)上の軸方向フランジ(38)をかみ合わせることにより形成
され、 前記リブ(70)は、前記シェル(32)の変形を調整して、前記管状のシェ
ル(32)の内部表面(24)の非真円度を低下させるような寸法及び形状にさ
れている、 ことを特徴とする、請求項1に記載のステータケース(22)。 - 【請求項6】 前記ケース(22)は、圧縮機ケース(22)であることを
特徴とする、請求項1に記載のステータケース(22)。
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