JP2005226559A - Gas turbine engine - Google Patents
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Description
本発明は、ガスタービンエンジンに関し、特に軸流タービンからなる各1段の高圧タービンと低圧タービンとを直列配置してなるガスタービンエンジンに関するものである。 The present invention relates to a gas turbine engine, and more particularly, to a gas turbine engine in which a single-stage high-pressure turbine and an low-pressure turbine each including an axial turbine are arranged in series.
周方向に列設された複数の静翼で構成されるノズルを高圧タービンの動翼の直前に配置したガスタービンエンジンにおいては、高圧タービンの効率を高める上にノズルを構成する静翼の圧力損失および動翼の共振が問題となる。特に推力が3000lb以下の小型のガスタービンエンジンにおいては、動翼と静翼との関係を適切に定める上での制約が大きく、効率を高めるために種々の工夫が凝らされている(特許文献1を参照されたい)。
本出願人は、特許文献1で提案した静翼のアスペクト比の最適設定の研究の中で、互いに隣り合う静翼同士間の流路断面積を適切に設定することにより、高圧タービンの効率向上に有為な作用が得られることを見出した。
In the study of the optimum setting of the aspect ratio of the stationary blade proposed in
本発明は、このような知見に基づくものであり、その主な目的は、高圧タービンの効率低下を抑制し、高圧タービン自体の多段化を回避することは勿論のこと、高圧タービンの後段に配される低圧タービンの多段化をも回避し得るガスタービンエンジンを提供することにある。 The present invention is based on such knowledge, and its main purpose is to suppress the reduction in efficiency of the high-pressure turbine and to avoid the multi-stage of the high-pressure turbine itself. Another object of the present invention is to provide a gas turbine engine that can avoid the increase in the number of stages of the low-pressure turbine.
このような課題を解決するために本発明の請求項1においては、軸流タービンからなる各1段の高圧タービン(HT)と低圧タービン(LT)とを有するガスタービンエンジンを、周方向に列設された複数の静翼(31)で構成され、前記高圧タービンの動翼(32)の直前に配置されるノズルNにおける入口部の面積S1とスロート部の面積S2との関係が、0.18≦S1/S2≦0.4であることを特徴とするものとした。
In order to solve such a problem, according to
また本発明の請求項2は、上記構成に加えて、前記ノズルを流過するガスの流速V(マッハ数M)を、M0.05≦V≦M0.2とし、且つ前記高圧タービンの互いに隣り合う動翼同士間における入口側の面積S3と出口側の面積S4との関係を、0.3≦S3/S4≦1.2としたことを特徴とするものとした。 According to a second aspect of the present invention, in addition to the above configuration, the flow velocity V (Mach number M) of the gas flowing through the nozzle is set to M0.05 ≦ V ≦ M0.2, and the high-pressure turbines are adjacent to each other. the relationship between the inlet side area S 3 and the area S 4 of the outlet side of between blades each other fit, and shall be characterized in that a 0.3 ≦ S 3 / S 4 ≦ 1.2.
このような本発明によれば、高圧タービンの効率を所定範囲に維持することができるので、高圧タービン並びに低圧タービンの多段化を回避し、小型で高推力なタービンエンジンを実現する上に大きな効果を奏することができる。 According to the present invention, since the efficiency of the high-pressure turbine can be maintained within a predetermined range, it is possible to avoid the multistage of the high-pressure turbine and the low-pressure turbine, and a great effect in realizing a small and high-thrust turbine engine. Can be played.
以下に添付の図面を参照して本発明について詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明が適用される複軸バイパスジェットエンジンの模式図である。このエンジン1は、互いの間を整流板2で連結されて同軸上に配置されたそれぞれが円筒状をなすアウタケーシング3とインナケーシング4とを有している。また、同心的に組み合わされた中空軸からなり、それぞれが互いに独立した軸受5f・5r・6f・6rをもってインナケーシング4の中心部に支持されたアウタシャフト7とインナシャフト8とを有している。
FIG. 1 is a schematic view of a multi-shaft bypass jet engine to which the present invention is applied. The
アウタシャフト7には、その前側に高圧遠心コンプレッサHCのインペラホイール9が、そして後側に逆流燃焼室10のノズルNに隣接配置された高圧タービンHTのタービンホイール11が、それぞれ一体的に結合されている。
The outer shaft 7 is integrally coupled with the
インナシャフト8には、その前端にフロントファン12が、フロントファン12の後方に低圧軸流コンプレッサLCの動翼を構成するコンプレッサホイール13が、そして後端に燃焼ガスの噴射ダクト14中に低圧タービンLTの動翼を置いたタービンホイール15が、それぞれ一体的に結合されている。
The
フロントファン12の中心には、ノーズコーン16が設けられ、フロントファン12の後方には、アウタケーシング3の内周面にその外端を結合させた静翼17が配置されている。
A
インナケーシング4の前端部内周には、低圧軸流コンプレッサLCの静翼18が配置されている。そしてその後方には、フロントファン12が吸入し、かつ低圧軸流コンプレッサLCが予圧した空気を高圧遠心コンプレッサHCへと送り込むための吸入ダクト19と、これに連続する高圧遠心コンプレッサHCのインペラケーシング20とが形成されている。また吸入ダクト19の内周側には、前記したアウタシャフト7並びにインナシャフト8の前端側を支持する軸受5f・6fの軸受箱21が結合されている。
A stationary blade 18 of a low-pressure axial compressor LC is disposed on the inner periphery of the front end portion of the inner casing 4. Behind that, a
フロントファン12が吸入した空気は、その一部が上記のように低圧軸流コンプレッサLCを経て高圧遠心コンプレッサHCへと送り込まれる。そしてその残りの比較的低速かつ大量の空気は、アウタケーシング3とインナケーシング4との間に形成されたバイパスダクト22から後方へ噴射され、低速域での主たる推力となる。
Part of the air sucked by the
高圧遠心コンプレッサHCの外周部には、ディフューザ23が結合されており、その直後に設けられた逆流燃焼室10へ高圧の空気を送り込むようになっている。
A
逆流燃焼室10では、その後端面に設けられた燃料噴射ノズル24から噴射された燃料とディフューザ23から送り込まれた高圧空気とを混合して燃焼させる。そして後方を向くノズルNから噴射ダクト14を経て大気中へ噴射する燃焼ガスにより、高速域での主たる推力を得る。
In the reverse
なお、噴射ダクト14の内周側には、前記したアウタシャフト7並びにインナシャフト8の後端側を支持する軸受5r・6rの軸受箱25が結合されている。
A
このエンジン1のアウタシャフト7には、図示されていないギア機構を介してスタータモータ26の出力軸が連結されている。このスタータモータ26を駆動すると、高圧遠心コンプレッサHCのインペラホイール9がアウタシャフト7と共に駆動され、高圧空気が逆流燃焼室10へ送り込まれる。この高圧空気と燃料とを混合して燃焼させると、その燃焼ガスの噴射圧で高圧タービンHTのタービンホイール11並びに低圧タービンLTのタービンホイール15が駆動される。この高圧タービンホイール11の回転力で高圧遠心コンプレッサHCのインペラホイール9が、そして低圧タービンホイール15の回転力でフロントファン12及び低圧軸流コンプレッサLCのコンプレッサホイール13が、それぞれ駆動される。そして燃焼ガスの噴射圧で高圧タービンホイール11並びに低圧タービンホイール15が駆動されると、燃料供給量と吸入空気量との自己フィードバック的釣り合いに応じて定まる状態でエンジン1が回転を継続することとなる。
An output shaft of a
このようなエンジン1においては、高圧コンプレッサHCを駆動する高圧タービンHTの損失を低減するために、高圧タービンHTへ燃焼ガスを送り込むノズルNを構成する静翼の流路面積が重要なファクタとなっている。
In such an
ここでノズルNの面積、つまり周方向について互いに隣り合う2つの静翼同士間の面積は、図2に示す通り、静翼31同士間の寸法と静翼31の径方向寸法との積で与えらるが、互いに隣り合う静翼31の燃焼ガス入口側端縁同士間の面積S1に対する、一方の静翼31の出口側端縁と他方の静翼31の湾曲面との間隔寸法が最小となる部位(スロート部)の面積S2の比(S2/S1)と高圧タービンHTの効率との関係は、図3に示すようになる。
Here, the area of the nozzle N, that is, the area between two stationary blades adjacent to each other in the circumferential direction is given by the product of the dimension between the
図3で分かる通り、S2/S1の値が0.18で効率が最大となり、0.18以下の領域は効率が著しく低下する。これはスロート部の面積S2が相対的に小さくなるに従ってノズル出口の流速が増大し、ノズル出口の流速V(マッハ数M)がM0.2を超えると、高圧タービンHTにおける動翼32の表面に衝撃波が発生するからである。そしてS2/S1の値が0.18を超える、つまりスロート部の面積S2が相対的に増大するに連れてノズル出口の流速Vが低下すると効率は徐々に低下し、S2/S1の値が0.4を超えるとノズル出口の流速V(マッハ数M)はM0.05を下回り、効率はピーク値から半減する。
As can be seen from FIG. 3, the efficiency is maximized when the value of S 2 / S 1 is 0.18, and the efficiency is remarkably lowered in the region of 0.18 or less. If this is the flow rate of the nozzle outlet increases the area S 2 of the throat portion is in accordance with a relatively small flow rate of the nozzle outlet V (Mach number M) is more than M0.2, surface of the
このことは、高圧タービンHTの仕事量を半減させないためには、高圧タービンHTを複数段直列させねばならず、あるいは高圧タービンHTの仕事量が半減しても低圧タービンLTに同じだけの仕事量をさせるためには、低圧タービンLTを複数段直列させねばならないことを意味している。これはエンジン1の軸長を増大させることに繋がるので好ましいことではない。
This means that in order not to halve the work load of the high-pressure turbine HT, the high-pressure turbines HT must be arranged in a plurality of stages, or even if the work load of the high-pressure turbine HT is halved, the same work load as the low-pressure turbine LT. This means that a plurality of low-pressure turbines LT must be connected in series. This is not preferable because it leads to an increase in the axial length of the
本発明は、このような知見に鑑み、高圧タービンHTに対して燃焼ガスを噴出させるノズルNの出入り口の面積比を0.18〜0.4の範囲に設定することで対処している。 In view of such knowledge, the present invention addresses this problem by setting the area ratio of the inlet / outlet of the nozzle N that ejects combustion gas to the high-pressure turbine HT in the range of 0.18 to 0.4.
また、高圧タービンHTの互いに隣り合う動翼32同士間の寸法と動翼32の径方向寸法との積で与えられる面積については、一方の動翼32の燃焼ガス入口側端縁と他方の動翼32の湾曲面との間隔が最小となる部位の面積S3に対する、一方の動翼32の出口側端縁と他方の動翼32の湾曲面との間隔が最小となる部位の面積S4の比(S4/S3)を、0.3〜1.2の範囲に設定することにより、高圧タービンHTの効率がピーク値から半減しない範囲に定めることができる。これにより、高圧タービンHT並びに低圧タービンLTを多段化せずに済むようにしている。
In addition, regarding the area given by the product of the dimension between
HT 高圧タービン
LT 低圧タービン
N ノズル
1 エンジン
31 静翼
32 動翼
HT High-pressure turbine LT Low-pressure
Claims (2)
周方向に列設された複数の静翼で構成され、前記高圧タービンの動翼の直前に配置されるノズルにおける入口部の面積S1とスロート部の面積S2との関係を、
0.18≦S1/S2≦0.4としたことを特徴とするガスタービンエンジン。 A gas turbine engine in which a single-stage high-pressure turbine and a low-pressure turbine each consisting of an axial turbine are arranged in series,
Is composed of a plurality of vanes which are arrayed in the circumferential direction, the relationship between the area S 2 of the surface area S 1 and the throat portion of the inlet portion of the nozzle which is arranged immediately before the rotor blades of the high pressure turbine,
A gas turbine engine characterized by 0.18 ≦ S 1 / S 2 ≦ 0.4.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004036419A JP2005226559A (en) | 2004-02-13 | 2004-02-13 | Gas turbine engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004036419A JP2005226559A (en) | 2004-02-13 | 2004-02-13 | Gas turbine engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2005226559A true JP2005226559A (en) | 2005-08-25 |
Family
ID=35001473
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004036419A Pending JP2005226559A (en) | 2004-02-13 | 2004-02-13 | Gas turbine engine |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2005226559A (en) |
-
2004
- 2004-02-13 JP JP2004036419A patent/JP2005226559A/en active Pending
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