JP2005530956A - Gas turbine ventilation circuit - Google Patents
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Abstract
本発明は、タービンディスク3と、燃焼室の上流側に配置され、かつ空洞12によって燃焼室から離間された上流側方プレート5とを備えた、ガスタービンロータ1の通気回路に関する。第1の冷却空気回路が、主噴射装置15および側方プレート5に設けられた穴を介して、空気を空洞12内に送る。第2の冷却空気回路が、排出ラビリンスを介し、燃焼室の内部ハウジングおよびロータによって範囲を定められたチャンバと、副噴射装置ラビリンスと、環状構造27と側方プレート5とのの間で、主噴射装置の下流側に配置された少なくとも1つのラビリンスとを通して空気を送る。本発明は、各々が主噴射装置の下流側に漏れ防止ユニットを備え、タービンディスク3のパージ空洞20の上流側に2つの空洞34、35を画定する、3つのラビリンス31、32、33が設けられることを特徴とする。前記空洞34、35のうちの1つには、副噴射装置ラビリンスの上流側の第2の回路から捕らえられる空気が、ロータの回転方向に接線方向に傾斜しかつ環状構造27内に配置された穴38を通って供給される。The present invention relates to a ventilation circuit for a gas turbine rotor 1 comprising a turbine disk 3 and an upstream side plate 5 arranged upstream of the combustion chamber and spaced from the combustion chamber by a cavity 12. The first cooling air circuit sends air into the cavity 12 through holes provided in the main injector 15 and the side plate 5. A second cooling air circuit is connected between the chamber delimited by the combustion chamber inner housing and the rotor, the secondary injector labyrinth, the annular structure 27 and the side plate 5 via the exhaust labyrinth. Air is routed through at least one labyrinth located downstream of the injector. The present invention is provided with three labyrinths 31, 32, 33 each comprising a leakage prevention unit downstream of the main injector and defining two cavities 34, 35 upstream of the purge cavity 20 of the turbine disk 3. It is characterized by being able to. In one of the cavities 34, 35, air trapped from the second circuit upstream of the sub-injector labyrinth is disposed in an annular structure 27 that is inclined tangentially to the rotational direction of the rotor. Supplied through hole 38.
Description
本発明は、航空機ターボマシンにおける高圧タービンの通気の分野に関する。 The present invention relates to the field of high pressure turbine ventilation in aircraft turbomachines.
より詳細には、本発明は、タービンロータと燃焼室の内部ケーシングとの間にシーリング装置を有するターボマシンに関し、前記タービンロータは、第一に、圧縮機の下流側コーンに固定するための上流側クランプ環状部分を呈するタービンディスクを備え、第二に、前記ディスクの上流側に配置され、前記ディスクから1つの空洞によって離間されたフランジを備えており、前記フランジは、前記ディスクの上流側クランプ環状部分によって横断される内部ボアと、前記下流側コーンに固定されることが可能になるような上流側クランプ環状部分とを有し、第1の空気回路が、前記内部ケーシングに固定され、第1の空気回路は、第1の冷却流を、主噴射装置と前記フランジに設けた穴とを介して前記空洞内へ送り、前記シーリング装置は、下流側コーンと前記内部ケーシングとの間の排出ラビリンスと、フランジと第1の空気回路の内壁との間に配置された主噴射装置下方のラビリンスと、第1の空気回路の外壁および前記内部ケーシングの間の環状構造とフランジとの間に設けられた少なくとも1つの噴射装置上方のラビリンスとを備えており、第2の冷却空気の流れが、前記ラビリンスを介して前記内部ケーシングおよび前記ロータで範囲を定められたエンクロージャによって画定された第2の回路内を流れ、前記ディスクの上流側通気空洞内に一部が排出される。 More particularly, the present invention relates to a turbomachine having a sealing device between a turbine rotor and an inner casing of a combustion chamber, wherein the turbine rotor is primarily upstream for securing to a downstream cone of a compressor. A turbine disk having a side clamp annular portion, and secondly, a flange disposed upstream of the disk and spaced from the disk by a cavity, the flange being an upstream clamp of the disk An inner bore traversed by an annular portion and an upstream clamp annular portion that is capable of being secured to the downstream cone, wherein a first air circuit is secured to the inner casing, The first air circuit sends a first cooling flow into the cavity through a main injection device and a hole provided in the flange, and the sealing device A discharge labyrinth between the downstream cone and the inner casing, a labyrinth below the main injection device disposed between the flange and the inner wall of the first air circuit, an outer wall of the first air circuit and the inner casing And a labyrinth above the injector provided between the flange and the second cooling air flow through the labyrinth in the inner casing and the rotor. Flows in a second circuit defined by the defined enclosure and is partially evacuated into the upstream vent cavity of the disk.
図1は、燃焼室2の下流側に配置され、ブレード4が取り付けられたタービンディスク3と、ディスク3から上流側に配置されたフランジ5とを備えた、1つのこのような高圧タービンロータ1を示している。ディスク3とフランジ5の両方は、これらをロータ1により駆動される高圧圧縮機の下流側コーン7の下流側端部6に固定することを可能にするために、それぞれの上流側クランプ環状部分を含んでおり、これらの上流側クランプ環状部分は、ディスク3に関しては3aで示され、フランジ5に関しては5aで示されている。
FIG. 1 shows one such high-
ディスク3は、低圧タービンのシャフト9を通る内部ボア8を含み、また、フランジ5は、ディスク3のクランプ環状部分3aを包囲する内部ボア10を呈し、さらに、通気穴11を備え、燃焼室の底部から取った冷却空気の第1の流れC1が、この通気穴の内部を通り、フランジ5の下流側面をディスク3の上流側面と分離する空洞12内へと送られる。冷却空気の流れC1が、径方向外方に向かって流れ、ブレード4の基部を含んだ凹部4a内に浸入して、該基部を冷却する。燃焼室の底部からの空気の流れが、フランジ5を燃焼室の底部から分離するエンクロージャ14内部に配置されたダクト13内に流れ込み、空洞12内に送られた空気の温度を低下させるために、噴射装置15によって回転で引き込まれる。
The
燃焼室の底部から取った冷却空気の第2の流れC2が、高圧圧縮機内の下流側コーン7を、燃焼室2の内部ケーシング17から分離するエンクロージャ16内部の下流側を流れる。空気の流れC2が、排出ラビリンス18を通って流れ、また、流れの一部C2aが、エンクロージャ14内へと進入してから、フランジ5の上流側クランプ環状部分5aに設けられたオリフィス19を介して流れ、次に、フランジの径方向内部を冷却し、かつブレード4を冷却する空気の流れC1に合流するために、フランジ5のボア10を通過する。第2の空気流C2の別の部分C2bが、フランジ5の上流側面を冷却し、噴射装置15の周囲を流れ、タービンロータ1の上流側通気空洞20内へ排出される。
A second flow C2 of cooling air taken from the bottom of the combustion chamber flows downstream in the
最後に、第2の空気流C2の第3の部分C2cが、噴射装置15の下に配置された第2のラビリンス22を介して、フランジ5の上流側頂面21を通気する機能をする。この第3の部分C2cは、フランジ5と噴射装置15との間の第2のラビリンス22の下流側に配置されたエンクロージャ23内に浸入し、噴射装置15の上に配置された第3のラビリンス24を介して、タービンロータ1の上流側通気空洞内へ排出されるか、あるいは、第1の空気流C1と混合される。
Finally, the third portion C2c of the second air flow C2 functions to vent the upstream
第2の空気流C2は、下流側コーン7を冷却する機能し、また、接続ドラムが、高圧圧縮機を、高圧タービンおよびフランジ5と接続する。チャンバに固定された固定壁と、ロータに固定された調整可能な回転壁とにより範囲を定められている環状空間内を軸方向に流れる第2の空気流が、ロータとステータとの間で放散されるパワーによって加熱される。 The second air flow C2 functions to cool the downstream cone 7 and the connecting drum connects the high pressure compressor with the high pressure turbine and the flange 5. A second air flow that flows axially in an annular space delimited by a fixed wall fixed to the chamber and an adjustable rotating wall fixed to the rotor is dissipated between the rotor and the stator. Heated by the power to be.
機械動作仕様に準拠させるべく上流側フランジの温度を低下するためには、高圧圧縮機から下流側に配置されている排出ラビリンス18を通る空気の流れC2を増加して、これを、ブレードを冷却するための回路内か、あるいは、高圧タービンホイールから上流側に位置する排出気体流内に吐出する必要がある。このような流量の増加の結果、ブレード冷却回路内で加熱された空気が排出されるため、ブレードを冷却する空気の温度が上昇し、また、排出気体ストリーム内への排出のために、タービンの効率が低下する。
In order to reduce the temperature of the upstream flange to comply with the machine operating specifications, the air flow C2 through the
さらに、噴射装置15の下に配置された第2のラビリンス22から下流側のフランジを冷却するべく機能する空気の流れC2cは、容易に制御することができない。なぜなら、排出ラビリンス18、第2のラビリンス22、および噴射装置15の上に配置されている第3のラビリンス24における間隔は、エンジンの動作中、およびこのエンジンの寿命を通して発生する変化にさらされるためである。
Furthermore, the air flow C2c, which functions to cool the downstream flange from the second labyrinth 22 arranged under the
大量の漏出が、噴射装置15の上に配置された第3のラビリンス24を通過することを防止するために、前記第3のラビリンスは、フランジ5の角度付けされた部分25上に形成されている3つの連続したワイパを備えており、前記ワイパは、ダクト13の外壁28と内部ケーシング27の上流側部分29との間に挿入された環状構造27に固定されているシーリング要素26と協働する。このタイプの3つのワイパを備えたラビリンスの重量は相当に重く、また、遠心力のために、フランジ5を、爪結合30の手段によってタービンディスク3の上流側面に固定する必要がある。
The third labyrinth is formed on the
この従来技術は、フランス特許第2541371号明細書およびフランス特許第第2744761号明細書にも記載されている。これらの文献の両方が、主噴射装置から下流側の2つのラビリンスの存在と、分岐ダクトを介して第2の空気流と交差する第1の空気流が、第1の空気流用の回路を通過することを示唆している。 This prior art is also described in French Patent 2,541,371 and French Patent 2,744,761. Both of these documents show that the presence of two labyrinths downstream from the main injector and the first air flow that intersects the second air flow through the branch duct passes through the circuit for the first air flow. Suggests to do.
本発明の第1の目的は、上流側フランジを軽量化するために、主噴射装置から上流側のシーリング装置を改良することである。 The first object of the present invention is to improve the upstream sealing device from the main injection device in order to reduce the weight of the upstream flange.
本発明の第2の目的は、ロータから上流側の通気流量の減少を可能にし、これにより、比消費量の節約を達成することである。 A second object of the present invention is to allow a reduction in the air flow upstream from the rotor, thereby achieving a specific consumption saving.
本発明の第3の目的は、ブレードの冷却に有利となるよう、タービンホイールの冷却空気供給回路内の圧力レベルを上昇させることである。 A third object of the present invention is to increase the pressure level in the turbine wheel cooling air supply circuit to favor blade cooling.
本発明は、第2の冷却空気流の流れ方向における主噴射装置から下流側で、シーリング装置が、径方向に離間しフランジと環状構造との間に配置されている、少なくとも3つのラビリンスを備えることによって、第1の目的を達成する。 The invention comprises at least three labyrinths, wherein the sealing device is arranged radially between the flange and the annular structure downstream from the main injection device in the flow direction of the second cooling air flow. Thus, the first object is achieved.
最も有利なことに、前記3つのラビリンスは、各々単一のワイパを備えている。 Most advantageously, the three labyrinths each comprise a single wiper.
したがって、ラビリンスの各々の構造は軽量であるため、爪結合を省略することが可能である。 Therefore, each structure of the labyrinth is lightweight, so that the claw coupling can be omitted.
本発明は、前記3つのラビリンスのうち2つの連続したラビリンスの間に位置する環状空洞の1つに、噴射装置下方のラビリンスから上流側の第2の回路からの冷却空気を供給することによって、第2および第3の目的を達成する。 The present invention provides cooling air from the second circuit upstream from the labyrinth below the injector to one of the annular cavities located between two consecutive labyrinths of the three labyrinths. The second and third objectives are achieved.
有利なことに、この第3の空気の流れが、第2の噴射装置によるロータの回転と同方向の回転で引き込まれる。 Advantageously, this third air flow is drawn with a rotation in the same direction as the rotation of the rotor by the second injector.
第2の噴射装置は、環状構造に形成された傾斜した穴の形態に作られることが好ましい。 The second injection device is preferably made in the form of an inclined hole formed in an annular structure.
本発明のこれ以外の利点および特徴は、添付の図面を参照して、例として示された以下の記述を読むことで明白になる。 Other advantages and features of the invention will become apparent upon reading the following description, given by way of example, with reference to the accompanying drawings.
図1に示す従来技術は、導入部分において説明しているため、これ以上の説明は不要である。 Since the prior art shown in FIG. 1 is explained in the introduction part, further explanation is unnecessary.
図2は、燃焼室2から下流側に配置されており、外周にブレード4を装備したタービンディスク3と、ディスク3から上流側に配置されたフランジ5とを備えている、参照符号1を付した高圧タービンロータを示している。ディスク3とフランジ5は、ディスク3とフランジ5との間に空洞12が画定し、この空洞12は、主噴射装置15を介し、さらに主噴射装置15と対向するフランジ5に設けられた穴11を介して、冷却空気を供給される。主噴射装置15は、供給する空気をタービンロータ1の回転方向に向けるように、タービンの回転軸に対して傾斜している。
FIG. 2 shows a
主噴射装置15には、径方向内壁13aと径方向外壁28とを備えた管状ダクト13の手段により、燃焼室の底部から取った空気が供給される。
The
図2には示されていない第2のラビリンスが、主噴射装置の下方で径方向内壁13aとフランジ5との間に配置されている。ダクト13の径方向外壁28と燃焼室2の内部ケーシングの上流側部分29との間には、環状構造27が挿入されている。
A second labyrinth not shown in FIG. 2 is arranged between the radial inner wall 13a and the flange 5 below the main injection device. An
図2に見られるように、本発明は、従来技術の第3のラビリンス24の代わりである3つの径方向に離間したラビリンス31、32、および33を備えており、前記3つのラビリンスは、第2のラビリンスの上流側に配置された空洞23と、タービンロータ1内の上流側通気空洞20との間に、主噴射装置15よりも上方に設けられている。これら3つのラビリンス31、32、および33の各々は、単一のワイパを備えており、さらに、これら3つのラビリンスが共に、主噴射装置15および上流側通気空洞20が現れるエンクロージャ23間に、2つの中間空洞34および35を画定している。
As seen in FIG. 2, the present invention comprises three radially spaced
本発明の範囲から逸脱することなく、ラビリンス31、32、および33を、ブラシガスケットのような他のロータ/ステータシーリングシステムで代用することが可能であり、さらに、ラビリンスとブラシガスケットの組み合わせであってもよい。
Without departing from the scope of the present invention, the
環状ダクト13の壁に設けた分岐穴36によって、燃焼室の下方に位置し、かつ主噴射装置の下方に設けた第2ラビリンスから下流側に配置されているエンクロージャ14が、環状ダクト13の径方向外側に配置されたエンクロージャ37と連通する。タービンロータ1の回転軸に対して傾斜したボア穴38が、環状構造27内で、エンクロージャ37と通気空洞20からすぐ上流側に位置した空洞35との間に形成されている。フランジ5の径方向外方壁の冷却空気の温度を低下させるために、ボア穴38は、タービンロータ1の回転方向に傾斜している。
An
ボア穴38を通って空洞35内に浸入する空気が、噴射装置下方のラビリンスの上流側から来るため、空洞35内の圧力が上昇し、ラビリンス31および32から逃げる空気量が減少する。
Since air entering the
これにより、空洞23および12内の圧力が上昇するため、ブレード4の冷却にとって好都合である。
This increases the pressure in the
本発明が、3つのワイパを備えた従来技術の1つの噴射装置上方のラビリンス24を、各々が1つの単一のワイパを有する3つの径方向に離間したラビリンス31、32、および33に置き換えることにより、フランジ5の径方向外方部分の構造を簡素化することが可能になる。この部分は、ブレード4の基部、およびディスクの歯に位置した径方向内方端部を有するウェブの形態をなしている。このような配置によって、フランジ5の重量が低減され、フランジ5のディスク3への爪結合を回避でき、フランジ5とディスク3の寿命が延びる。
The present invention replaces the
ボア穴38は、通気空洞20から逃げる空気の量を低減するべく選別されており、これにより、比消費量を約0.1%低減することが可能である。
The
ボア穴38は、上流側フランジの頂部を冷却するために、分岐穴36を介して、燃焼室下方の空洞内にある空気の殆どを使用することを可能にする、第2の噴射装置のシステムを構成している。この空気流が、ブレードを冷却する空気と合流するが、これが、一般に「シャント」流と呼ばれる所以である。本発明の範囲から逸脱することなく、傾斜しているボア穴38の代わりに、環状構造27の壁内に組み立てた羽根付き噴射装置または傾斜管で代用してもよい。
The
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