JP2006348931A - タービンエンジン、タービンエンジンロータおよび連結システム - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機の流路断面積の減少を補い、効率を向上させる
【解決手段】ロータスタック３２は、ベーン段３８Ａ〜Ｉとブレードディスク３４Ａ〜Ｉを備え、各ディスクは、ブレード段３６Ａ〜Ｉを支持する。スペーサ６２Ａ〜Ｈは、ディスク３４Ａ〜Ｉの隣接のペアを連結し、圧縮力を伝える。スペーサ６２Ｂ〜Ｈの凹部は、流路断面積の減少を補う。スペーサ６２は、外側ディスク間キャビティに伴う空気再循環の損失や熱移動を排除する。スペーサ６２Ｃ〜Ｈの半径方向内側の継手６６Ｃ〜Ｈは、前方のディスクから後方に延びる第１の環状構造部および後方のディスクから前方に延びる第２の環状構造部を備えるとともに、トルクを伝える。ディスク３４Ｇと３４Ｈとの間のアンチボルテックスチューブ１００は、継手６６Ｇに取り付けられるとともに、半径方向内側の空気流をスペーサ６７Ｇに導き、所望のディスク温度特性を維持し、熱／機械的応力を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ガスタービンエンジンに関し、特に、中心で連結固定されたロータスタックを有するガスタービンエンジンに関する。

ガスタービンエンジンは、通常、エンジンの１つまたは複数のセクションに対応する１つまたは複数のロータスタックを備える。ロータスタックは、１つのセクションにおける連続する段の複数のディスクを備える。これらのディスクは、長手方向に間隔を隔てるとともに、ブレードを支持する。ステータ構造は、ロータディスクの間に長手方向に位置する周方向のベーン段を備える。ロータディスクは、相対的に回転しないように互いに固定されており、ロータスタックは、共通のスプール（例えば、エンジンの低速／低圧スプール、高速／高圧スプール）上に固定され、他の構成部品に対し回転する。

ロータディスクを一体的に連結するために、多数のシステムが用いられている。例示的な中心連結（ｃｅｎｔｅｒ−ｔｉｅ）システムにおいては、ディスクは、スリーブ状のスペーサにより、互いに長手方向に間隔を隔てて保持されている。スペーサは、１つまたは両方の隣接するディスクとともに単体として一体的に形成される場合がある。しかし、スペーサは、隣接するディスクのペアの少なくとも１つから独立していることが多く、締まりばめ、ないしキー構造を介してディスクに係合している場合もある。このような締まりばめ、またはキー構造においては、係合を維持するために、ディスクスタックにわたる長手方向の圧縮力を維持することが要求される場合がある。圧縮力は、スタックの対向する両端部をスタック内を通る中央のシャフトに固定することにより得られる。スタックは、長手方向の予圧力（ｐｒｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｆｏｒｃｅ）を与えた状態でシャフトに取り付けられ、それにより、同等の大きさの引張力が、スタック内のシャフトの部分から伝わる。

別の形態では、周方向に間隔を有するタイロッドの列の使用が含まれる。タイロッドは、ディスクを一体的に連結するようにロータディスクのウエブ部分を通り延びている。そのようなシステムにおいては、対応するスプールは、ロータ内を通るシャフト部分を備えていない場合がある。代わりに、分割したシャフトセグメントが、ロータスタックの１つまたは両方の端部から長手方向外側に延びた形となる。

効率および出力における所望の改良により、タービンエンジンの形態の発展が大いに促進される。効率には、性能上の効率および生産効率が含まれる。

ＳｕｃｉｕおよびＮｏｒｒｉｓの米国特許出願第１０／８２５，２５５号（特許文献１）、第１０／８２５，２５６号（特許文献２）および第１０／９８５，８６３（以下、Ｓｕｃｉｕらの出願とする）では、１つまたは複数の外側にくぼんだディスク間スペーサを有するエンジンが開示されている。ロータが回転すると、遠心力により、長手方向のロータの圧縮が維持され、スペーサと少なくとも１つの隣接するディスクとの係合が維持される。この係合は、圧縮に加えて、ディスク間に長手方向のトルクを伝える。
特開２００５−２９９６７３号公報 特開２００５−２９９６７２号公報

本発明の１つの態様は、内側の開口部から外側周縁部にそれぞれ延びている第１のディスクおよび第２のディスクを備えるタービンエンジンに関する。継手（カップリング）は、第１のディスクと第２のディスクとの間でトルクおよび長手方向の圧縮力を伝える。継手は、トルクの大部分を伝える第１の手段と、第１の手段の半径方向外側に位置するとともに、圧縮力の大部分を伝える第２の手段と、を備える。

種々の実施例においては、第２の手段は、スペーサ（例えば、Ｓｕｃｉｕらの出願と同様または別のスペーサ）を備えていてもよい。第１の手段は、第１および第２のディスクに放射状のスプライン、つまり互いに嵌合する第１および第２の複数の歯部をそれぞれ備えていても良い。第１の複数の歯部を、第１のディスクのウエブの後方から延びている第１のスリーブの後方リムに形成してもよいし、第１のディスクのウエブと一体的に形成してもよい。第２の複数の歯部を、第２のディスクのウエブの前方から延びている第２のスリーブの前方リムにおいて形成してもよいし、第２のディスクのウエブと一体的に形成してもよい。第１および第２のディスクは、第１および第２のスリーブの内側に内側環状隆起部をそれぞれ備えていてもよい。第２の手段は、外側へ向かってくぼんだ長手方向の部分を有するスペーサをからなっていてもよい。このくぼんだ部分は、第１および第２のディスクの回転速度に伴って、圧縮力を増加させるのに効果的な厚さおよび長手方向の範囲を備える。エンジンは、高速／高圧圧縮機および低速／低圧圧縮機を備えていてもよく、第１および第２のディスクは、高速／高圧圧縮機に位置する。第１の手段により、周方向に間隔を有する複数のアンチボルテックスチューブ（ａｎｔｉ ｖｏｒｔｅｘ ｔｕｂｅ）が支持されていてもよい。引張（テンション）シャフトは、第１および第２のディスクの各々の内側開口部内を通って延びるとともに、第１および第２のディスクに対して実質的に回転しない。第１のディスクとシャフトとの間をシールする手段を備えていてもよい。第３のディスクは、内側開口部から外側周縁部に向かって延びていてもよい。第２の継手は、第３のディスクと第２のディスクとの間でトルクおよび長手方向の圧縮力を伝える。第２の継手は、トルクの大部分を伝える第１の手段と、第１の手段の半径方向外側に位置し、圧縮力の大部分を伝える第２の手段と、を備える。長手方向に圧縮して第１および第２のディスクを保持する中心から外れた連結部材を備えていなくてもよい。

本発明の別の態様は、熱的に制御され、かつ中心で連結固定されたロータに関する。ロータは、中心シャフトおよび複数のブレードディスクを有する。各ディスクは、シャフトを取り囲む中央開口部を備える。ディスクにより、ディスクの隣接するペアの間に環状キャビティが画定される。円周方向に分配された１つまたは複数のアンチボルテックスチューブは、第１のディスクと第２のディスクとの間に位置する少なくとも第１のキャビティ内を延びている。半径方向に追従性を有するシール（ｒａｄｉａｌｌｙ ｃｏｍｐｌｉａｎｔ ｓｅａｌ）が、シャフトと少なくとも１つのディスクとの間に配置される。

種々の実施例においては、放射状スプライントルク継手が、第１のディスクと第２のディスクとの間に位置し、円周方向に分配された１つまたは複数のアンチボルテックスチューブを支持する。半径方向に追従性を有するシールは、金属製のベローシールであってもよく、１つまたは複数の他のキャビティと、キャビティの少なくとも一部分またはより多くの部分とを熱的に隔てる。円周方向に分配された１つまたは複数のアンチボルテックスチューブは、共通の長手方向の位置における円周方向に均等な間隔を有する複数のチューブであってもよい。

本発明の別の態様は、複数のディスクおよび複数のブレード段を有するタービンエンジンロータに関する。各ディスクは、内側開口部から外側周縁部まで半径方向に延びている。各段は、ディスクの対応する１つにより支持されている。複数のスペーサが存在しており、各スペーサは、ディスクの隣接するペアの間に位置する。中心シャフトは、複数のディスクおよび複数のスペーサを支持し、これらとともに中心軸を中心に回転する。第１のスペーサは、第１のディスクと第２のディスクとの間に長手方向の圧縮力を伝える。第１および第２のディスクの互いに嵌合する第１および第２の部分は、第１のスペーサの半径方向内側に位置し、第１のディスクと第２のディスクとの間で長手方向のトルクを伝える。

種々の実施例においては、嵌合する第１および第２の部分は、放射状のスプラインを備えていてもよい。第１のスペーサは、第１のディスクと単体として一体的に形成されていてもよい。第１のスペーサは、第２のディスクの一部分内に実質的に締まりばめした端部を備えていてもよい。ステータは、複数のベーン段を備えていてもよい。第１のスペーサは、長手方向の断面を有していてもよく、この長手方向の断面は、静止状態で実質的に外側にくぼんでいる第１の部分を有する。ベーン段は、第１のベーン段を少なくとも備えていてもよい。第１のベーン段は、第１の部分における第１のスペーサの外側面に近接して直面している内側ベーン先端部を有する。第１のベーン段の内側先端部は、長手方向に凸状をなしていてもよい。

図１では、高速／高圧圧縮機（ＨＰＣ）２２を有するガスタービンエンジン２０が図示されている。高速／高圧圧縮機（ＨＰＣ）２２は、低速／低圧圧縮機（ＬＰＣ）２３からコア流路５００に沿って流れる空気を受けるとともに、燃焼室２４に空気を供給する。高速／高圧タービン部（ＨＰＴ）２５および低速／低圧タービン部（ＬＰＴ）２６は、コアの流路５００に沿って燃焼室２４の下流側に位置する。エンジンは、他のシステムまたは構造として、バイパス流路５０１に沿って空気を送るトランスミッション駆動式のファン２８、およびオーグメンタ（図示せず）をさらに備えていてもよい。

エンジン２０は、低速スプールおよび高速スプールを備える。低速および高速スプールは、エンジンの長手方向の中心軸つまり中心線５０２を中心に回転するように、複数のベアリングシステムを介してエンジンの静止構造物に取り付けられている。低速スプールには、低速／低圧圧縮機（ＬＰＣ）および低速／低圧タービン部（ＬＰＴ）のロータおよびブレードを支持する低速シャフト２９が含まれる。高速スプールには、高速／高圧圧縮機（ＨＰＣ）および高速／高圧タービン部（ＨＰＴ）のロータおよびブレードが含まれる。図２では、低速シャフト２９を同心円状に取り囲んでいるＨＰＣ連結シャフト３０が図示されている。シャフト２９，３０の各々は、（例えば、溶接により）完全に、あるいは部分的に一体化したアッセンブリであってもよい。

図２では、高速シャフト３０に取り付けられたＨＰＴロータスタック３２が図示されている。例示的なロータスタック３２は、前方／上流側から後方／下流側に向かって、例示的な９個のブレードディスク３４Ａ〜３４Ｉを備え、各々のディスクは、対応するブレード段３６Ａ〜３６Ｉをそれぞれ支持する。複数のベーン段３８Ａ〜３８Ｉは、コア流路５００に沿って、ブレード段と交互に並び連続的に配置されている。ベーンは、エアフォイルを有し、このエアフォイルは、コア流路の外側壁４０の一部として形成された外側プラットフォーム３９のルート部から半径方向内側に延びている。第１および第２のベーン段のエアフォイルは、コア流路内側壁４６の一部を形成している内側プラットフォーム４２まで延びている。以下にさらに詳しく述べるように、連続するベーン段のエアフォイルは、内側エアフォイル先端部４８まで延びている。

実施例においては、各々のディスクは、実質的に環状のウエブ５０Ａ〜５０Ｉを有する。ウエブ５０Ａ〜５０Ｉは、“ボア（ｂｏｒｅ）”として知られる内側の環状隆起部分５２Ａ〜５２Ｉから、外側周縁部（ブレードプラットフォームバンド）５４Ａ〜５４Ｉに向かって半径方向外側に延びている。ボア５２Ａ〜５２Ｉは、ディスクの中央開口部を取り囲んでおり、その中を連結シャフト３０の一部分５６が隙間を備えて円滑に通過している。周縁部５４Ａ〜５４Ｉとともに予め単体として（例えば、連続的な微細構造を備えた単一の部品として）ブレードを形成してもよいし、完全な単体としてではなく（例えば、破壊によってのみ取り外し可能なように溶接により）ブレードを形成してもよいし、あるいは取付機構（例えば、末梢部分における相補的なもみの木形状の溝部に取り付けられるもみの木形状のブレードルート部、またはばち型（ダブテール）の相互作用、周方向のスロットの相互作用など）により非破壊的に取り外しできるように周縁部にブレードを取付けてもよい。

一連のスペーサ６２Ａ〜６２Ｈにより、ディスク３４Ａ〜３４Ｉの互いに隣接するペアが連結される。例示的なエンジンでは、第１のスペーサ６２Ａは、第１のディスクのウエブ５０Ａと一体的に（例えば、ウエブ５０Ａとともに予め単体として、あるいはウエブ５０Ａに溶接されて）形成されており、第２のディスクとの接触結合部まで後方に延びている。例示的なエンジンでは、（例えば、Ｓｕｃｉｕらの出願に記載されているように）第１のスペーサ６２Ａは、外側に向かってくぼんおり、そのため、第２のディスク３４Ｂとの接触係合部では、スペーサの断面を平坦にする遠心力により、速度とともに長手方向の係合力が増す。例示的なエンジンでは、第２のスペーサ６２Ｂは、（ブレードプラットフォームバンド５４Ｂを備えて）第２のディスク３４Ｂと一体的に形成され、（ブレードプラットフォームバンド５４Ｃにおける）第３のディスク３４Ｃとの接触係合部まで後方に延びている。例示的な残りのスペーサ６２Ｃ〜６２Ｈは、隣接するディスクと別々に形成され、隣接ディスクのブレードプラットフォームバンドと接触係合する。スペーサ６２Ｂ〜６２Ｈは、（Ｓｕｃｉｕの米国特許出願第１０／９８５，８６３号に記載されているように）対応するベーンの内側先端部に近接して面している外側面を備える。また、これらのスペーサ６２Ｂ〜６２Ｈの外側へのくぼみによっても、速度に応じて増加する長手方向の圧縮力が生じる。

したがって、第１のスペーサ６２Ａにより、外側／外部の環状ディスク間キャビティ６５と内側／内部の環状ディスク間キャビティ６４Ａとが隔てられている。キャビティ６５は、第２のベーン段３８Ｂのプラットフォーム４２を収容していてもよく、第１のスペーサ６２Ａは、そのプラットフォームをシールする機構を備えていてもよい。これに対し、前述のように、残りのスペーサのうち１つまたは複数のスペーサ（例示的なロータスタックにおいては残りの全てのスペーサ）は、半径方向外側に移動している。スペーサの上流側および下流側の部分は、隣接ディスクのプラットフォームバンド５４Ｂ〜５４Ｇと実質的に一体化または接続している。したがって、例示的な残りのスペーサ６２Ｂ〜６２Ｈは、コア流路５００から対応する第１の環状ディスク間キャビティ６４Ｂ〜６４Ｈを隔てている。

付加的なディスク間の継手（カップリング）が、少なくともいくつかのディスクの間に設けられている。図２では、対応するスペーサ６２Ｃ〜６２Ｈの半径方向内側に位置する継手６６Ｃ〜６６Ｈが図示されている。継手６６Ｃ〜６６Ｈにより、第２の環状キャビティ６７Ｃ〜６７Ｈから対応する第１の環状キャビティ６４Ｃ〜６４Ｈが隔てられている。例示的な継手６６Ｃ〜６６Ｈの各々は、前方に位置するディスクから後方に向かって延びている第１の管状ないし、スリーブ状の構造部７０（図３参照）と、後方に位置するディスクから前方に向かって延びている第２の管状ないし、スリーブ状の構造部７２と、を備える。例示的な環状構造部７０，７２の各々は、対応する個々のディスクと単体として一体的に形成されており、ディスクのウエブとボアとの接合部付近からそれぞれ後方および前方に向かって延びている。別の実施例においては、環状構造部を、対応するディスクの残りの部分に接合、溶接してもよいし、あるいは一体化、連結してもよい。環状構造部７０の後方リムおよび環状構造部７２の前方リムにおいて、環状構造部は、円周方向の列をなす互いに嵌合する放射状スプラインつまり歯部７４を有する（図４参照）。例示的な嵌合においては、対をなす環状構造部７０，７２の歯部の間の谷部が、環状構造部７０，７２の歯部７４の一つを受ける。

図示された例示的な歯部７４は、半径方向のスパンと概ね等しい長手方向のスパンと、やや長い円周方向のスパンと、を有する。以下でさらに詳しく説明するように、実施例においては、各々の歯部７４と歯部を受ける谷部との間に、長手方向のギャップ７５を備えていてもよい。例示的な実施例においては、このギャップ７５は、歯部の長手方向の先端部７６と歯部間の谷部の底部７７との間に位置している。各歯部７４の側面７８は、長手方向に延び、嵌合する隣接の歯部の隣接する側面７８とスライド可能に係合して、相対的な長手方向の動きが可能となる。

継手６６Ｃ〜６６Ｈにより、圧縮力よりもトルクが優先的に伝えられる。歯部の側面７８の係合により、トルクが伝達される。長手方向のギャップ７５が存在する場合には、継手６６Ｃ〜６６Ｈの収縮が許容され、実質的に圧縮力が伝達されない。

例示的なロータスタックでは、前方端部８０および後方端部８２において、ロータスタックが連結シャフト３０に取り付けられているが、中間部分（例えば、ディスクのボアの部分）では、構造的にシャフト３０に取り付けられていない。後方端部８２において、後方ハブ９０（図２参照：これは連結シャフト３０の隣接部分と単体として一体的に形成されていてよいし、一体化していてもよい）は、外側面および前方リム面を有する環状の遠位端部９２まで、半径方向外側かつ前方に延びている。この外側面を、後方にあるディスク３４Ｉのプラットフォームバンド５４Ｉの後方部分の内側面が受けている。この部分の係合は、Ｓｕｃｉｕらの出願のハブの係合と同様であってもよい。

Ｓｕｃｉｕらの出願のスペーサと同様に、速度が増加することにより、特に長手方向の中間部分において、スペーサ６２Ａ〜６２Ｈは半径方向に延び、それにより部分的にスペーサが平坦化する。有利には、先端部４８およびスペーサの外側面の形状は、定常状態の運転条件および過渡条件、またはそのような条件の範囲において、実質的に最小のギャプをもたらすように選択される。

したがって、スペーサ６２Ａ〜６２Ｈは、ロータスタックに亘る圧縮荷重を局所的に受ける。連結シャフト３０は、対応する引張荷重が生じる（これは空気流によりブレードにかかる正味の長手方向の力に影響を受ける）。一方、少なくとも特定のディスク間においては、付加的な継手（例えば、６６Ｃ〜６６Ｈ）が、ディスク間のねじり（トルク）荷重を少なくとも部分的に受ける。例えば、スペーサ６２Ａ，６２Ｂは、ディスク３４Ａ〜３４Ｃの間の圧力荷重およびねじり荷重を実質的に全て受ける場合がある。したがって、スペーサ６２Ａ，６２Ｂおよびこれらのディスクとの接触部分は、そのような圧力荷重およびねじり荷重に耐え得る十分な堅牢性を備えていなければならない。例えば、ねじり荷重を伝えるように、接触部分において嵌合する歯部を備えていてもよいし、部分的に堅牢な摩擦／締まりばめしていてもよい。しかし、残りのスペーサ６２Ｃ〜６２Ｈは、ディスク３４Ｃ〜３４Ｉの間のねじり荷重のごく一部（例えば、半分以下）を受けるか、好ましくは実質的に全く受けない（例えば、変形が生じない最小限に近い程度）。継手６６Ｃ〜６６Ｈは、ねじり荷重の残余を受ける。

別の実施例においては、継手６６Ｃ〜６６Ｈは、長手方向の荷重をある程度受ける場合がある（例えば、ギャップ７５が存在しない場合、ギャップが底部に届くほど小さい場合、または付加的な荷重の経路が存在する場合）。そのような場合、スペーサ６２Ｃ〜６２Ｈが、ねじり荷重のごく少量を受けるとともに、継手６６Ｃ〜６６Ｈは、ディスク３４Ｃ〜３４Ｉの間の長手方向の荷重のごく少量を受ける。しかし、長手方向の荷重がそのように分割された場合、予測するのが困難であり、技術的な問題が生じる恐れがある。

スタックの少なくとも一部についてトルクと圧縮とで継手を別にすることにより、このような２系統の継ぎ手を備えていない（例えば、ディスクの隣接するペアの間の圧縮およびねじり荷重の全てを、１つのスペーサが支持する）形態に対して設計する自由度および利点がもたらされる。スペーサ６２Ｃ〜６２Ｈからねじり荷重を支持する必要性を取り除くことにより、スペーサ６２Ｃ〜６２Ｈは、基準の形態のスペーサと比べ、軽量化される。特に対応するディスクとの接触部分において、（例えば、特に締まりばめしている堅牢な部分の歯部の係合機構を取り除くことにより）軽量化が実現する。また、ディスクバンド５４Ｃ〜５４Ｉの相補的な機構を、削減ないしは除去できる。

付加的なスペーサ６２Ｃ〜６２Ｈは、スペーサおよびディスクの軽量化により減少した質量よりも、より多く質量を加えてしまう場合がある。しかし、１つまたは複数の潜在的な利点がある。スペーサやプラットフォームバンドに質量が存在する場合、相対的に外側の部分となるので、そのような質量によってかかる遠心応力が著しく増加する。そのような質量（可能性のある質量の純増加を含む）を内側の構造物に対して半径方向内側に移動することにより、応力が減少する。応力の減少によって、いくつかの設計または再設計の利点が得られる。エンジンは、半径方向に膨張する可能性がある。そのような膨張により応力が増すため、継手を分けることにより生じた応力の減少により、全体の応力を危険な状態以下にとどめることができる。ボアおよびウエブは荷重の影響を受けにくいため、所定の半径の大きさで、（例えば、ディスクボアおよびウエブを）軽量化してもよい。これは、他の方法では達成できないか、あるいは構成部品のより優れた堅牢性（および質量）を増すことを通してのみ達成できるようなエンジンの大きさ、幾何学的形状、および運転速度の増加を実現する潜在的な可能性がある。全体の質量が増加したとしても、ロータの慣性極モーメントを減少させることが可能であり、それにより、加速／減速の性能が向上する。

種々の設計上の考慮により、ディスク間の継手を２系統に分割するか、しないかということに影響が及ぶ。例示的なエンジンにおいては、コア流路は、下流側方向に向かって半径方向外側にそれている。したがって、下流側の領域において遠心荷重がより顕著である。したがって、下流側の継手は２系統に分割されているが、例示的な上流側の継手は２系統に分割されていない。種々の設計上の考慮により、コア流路の半径方向位置の外形に影響が及ぶ。したがって、これにより、適用される特定の継ぎ手の分割に影響が及ぶ。

さらに、１つまたは複数の継手６６Ｃ〜６６Ｈは、アンチボルテックスチューブ１００（図２参照）を支持するために用いられる。他の方法で取り付けられた種々のそのようなチューブは、当技術分野で周知である。例示的なエンジンにおいては、長手方向の位置において、ディスク３４Ｇとディスク３４Ｈとの間にあり、円周方向に均一な間隔を有して、半径方向に延びている円周方向の列をなすチューブ１００（例えば、３〜８個）を備える。
内側端部１０２付近において、チューブ１００は継手６６Ｇに取り付けられる。例えば、チューブ１００は、リング１０３に取り付けられている（図３参照）。リング１０３を、環状構造部の一方（例えば、環状構造部７２）にスナップ式に嵌合していてもよい。ギャップ７５と同じように同様の可動性／自由度を付与するのに効果的な長手方向のギャップが、チューブ１００と他方の環状構造部（例えば、７０）との間に存在する。

チューブの外側端部１０４は、中心線５０２と流路５００との間の半径方向のスパンの外側部分に位置している。より具体的には、端部１０４は、かなり外側に位置する（例えば、継手６６Ｇとスペーサ６２Ｇとの間の半径方向のスパンの外側半分）。チューブ１００により、半径方向内側の空気流がスペーサ６７Ｇに導かれる。有利には、この空気流により、所望のディスク温度特性が維持され、熱／機械的応力が制御される。条件に応じて、空気流により、ディスクの他の部分より熱い部分が冷却され、あるいは、ディスクの他の部分より冷たい部分が加熱される。

個々のディスクまたは一群のディスクを熱的に絶縁することが望ましい場合がある（例えば、チューブ１００の特定のグループを通る流れの熱的影響を受けやすいディスクを限定するために）。例えば、図３では、ディスクボア５２Ｇの前方端部における円周方向の幅の狭いリップ部１２２から内側に延びている金属製のベローシール１２０が図示されている。シール１２０は、連結シャフト３０の外側面との接触係合部分まで延びている。シール１２０は、シャフト３０に固定されていてもよいが、ねじれおよび円周方向の振動を吸収するように、円周方向の移動に自由度があることが有利である。同様に、ベローシールの断面は、半径方向の追従性を付与し、ボア５２Ｇに対してシャフト３０の半径方向の移動（例えば、振動）を吸収する。シール１２０により、ディスクボア５２Ｇの後方に位置する環状の体積６７Ｇからボア５２Ｇの前方の体積６７Ｆが隔てられる。

Ｓｕｃｉｕらの米国特許第１０／９８５，８６３号の出願に記載されているように、６２Ｂ〜６２Ｈなどのスペーサを利用することは、さらなる利点をもたらす。外側へのくぼみは、スペーサの中間部分においてスペーサの外側面に半径方向の凹部をもたらす。この凹部により、コア流路に対してより優れた半径方向のスパンがもたらされる。半径方向のスパンが増加すると、面積法則の効果がもたらされ、ベーンエアフォイルが存在することにより生じる流路断面積の減少を少なくとも部分的に補う。これにより、圧縮機の効率が向上する。スペーサ６２により、ベーン内側プラットフォーム（例えば、プラットフォーム４２など）を収容する従来技術の外側ディスク間キャビティに付随する空気再循環の損失、熱移動などが実質的に排除される。さらに、例えば、ベーン内側プラットフォームが存在することによる製造上の複雑さも緩和される。

前述の原理を、現存のエンジン形態の再構成、または新しく設計する工程において適用してもよい。種々の設計技術を用いてもよい。種々の設計技術には、模擬実験および実際のハードウェア試験が含まれる。模擬実験／試験は、静止状態および１つまたは複数のゼロを超える速度条件下で行われる。ゼロを超える速度条件は、定常状態の運転条件および過渡条件の一方または両方を含んでいてもよい（例えば、加速、減速およびそれらの組み合わせ）。模擬実験／試験は、繰り返し行われる。繰り返し行われる模擬実験／試験には、スペーサの厚さ、スペーサの曲率または他の形状のパラメータ、ベーン先端の曲率または他の形状のパラメータ、および静止状態の先端部とスペーサの距離（先端部とスペーサの特定の位置を変更することも含んでいてもよい）などのスペーサ６２Ｃ〜６２Ｈのパラメータを変更することが含まれる。繰り返し行われる模擬実験／試験には、環状構造部７０，７２の厚さの形状、歯部７４のサイズと幾何学形状、継手の半径方向の位置などの継手６６Ｃ〜６６Ｈのパラメータを変えることが含まれる。

本発明の１つまたは複数の実施例の説明がなされた。しかしながら、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、種々の変更形態がなされることが理解されるであろう。例えば、従来のエンジン形態の再設計品として適用する場合、従来形態の詳細は、あらゆる特定の実施態様に影響を及ぼす場合がある。したがって、他の実施例は、添付の特許請求の範囲の範囲内にある。

ガスタービンエンジンの長手方向に亘る部分断面図。 図１のエンジンの高圧圧縮機のロータスタックの長手方向に亘る部分断面図。 図２のスタックのディスクボアの長手方向に亘る断面図。 図２のスタックの２つのディスクの嵌合しているスプラインの半径方向に亘る図。

Claims (23)

1. 内側開口部から外側周縁部まで半径方向にそれぞれ延びている第１のディスクおよび第２のディスクと、
   前記第１のディスクと前記第２のディスクとの間でトルクおよび長手方向の圧縮力を伝えるとともに、
   前記トルクの大部分を伝える第１の手段と、
   前記第１の手段の半径方向外側に位置するとともに、前記圧縮力の大部分を伝える第２の手段と、を備える
   継手と、
   を備えることを特徴とするタービンエンジン。
2. 前記第１の手段が、前記第１のディスクおよび第２のディスクにそれぞれ設けられた互いに嵌合する第１および第２の複数の歯部を備えることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
3. 前記第１の複数の歯部が、前記第１のディスクのウエブから後方に延びるとともに前記ウエブと一体的に形成されている第１のスリーブの後方リムに位置し、
   前記第２の複数の歯部が、前記第２のディスクのウエブから前方に延びるとともに前記ウエブと一体的に形成されている第２のスリーブの前方リムに位置し、
   前記第１のディスクおよび前記第２のディスクが、前記第１のスリーブおよび前記第２のスリーブの内側に内側環状隆起部をそれぞれ有することを特徴とする請求項２に記載のエンジン。
4. 前記第２の手段が、外側に向かって長手方向にくぼんだ部分を有するスペーサを備え、前記外側に向かって長手方向にくぼんだ部分が、前記第１のディスクおよび前記第２のディスクの回転速度とともに前記圧縮力を増加させるのに効果的な厚さおよび長手方向の範囲を備えることを特徴とする請求項２に記載のエンジン。
5. 前記エンジンが、高速／高圧圧縮機を備え、
   前記第１のディスクおよび前記第２のディスクが、前記高速／高圧圧縮機に位置することを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
6. 前記第１の手段により支持される円周方向に間隔を有する複数のアンチボルテックスチューブをさらに備える請求項５に記載のエンジン。
7. 前記第１のディスクおよび前記第２のディスクの各々の前記内側開口部を通って延びる引張シャフトをさらに備える請求項１に記載のエンジン。
8. 前記第１のディスクおよび前記第２のディスクの各々の前記内側開口部を通って延びるとともに、前記第１のディスクおよび前記第２のディスクに対して実質的に回転しない引張シャフトと、
   前記第１のディスクと前記シャフトとの間をシールする手段と、
   をさらに備える請求項１に記載のエンジン。
9. 内側開口部から外側周縁部に半径方向に延びている第３のディスクと、
   前記第３のディスクと前記第２のディスクとの間にトルクおよび長手方向の圧縮力を伝えるとともに、
   前記トルクの大部分を伝える第１の手段と、
   前記第１の手段の半径方向外側に位置し、前記圧縮力の大部分を伝える第２の手段と、を備える
   第２の継手と、
   をさらに備える請求項１に記載のエンジン。
10. 長手方向に圧縮して前記第１のディスクおよび前記第２のディスクを保持する中心から外れた連結部材を備えていないことを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
11. 中心シャフトと、
    前記シャフトを囲む中央開口部をそれぞれ有するとともに、隣接するペアの間に環状キャビティを画定する複数のブレードディスクと、
    前記ディスクのうちの第１のディスクと第２のディスクとの間に位置する前記キャビティのうち少なくとも第１のキャビティ内で延びている円周方向に分配された１つまたは複数のアンチボルテックスチューブと、
    前記シャフトと前記ディスクの少なくとも１つとの間に位置する半径方向に追従性を有するシールと、
    を備える熱的に制御され、かつ中心で連結固定されたロータ。
12. 前記第１のディスクと前記第２のディスクとの間に位置するとともに、前記円周方向に分配された１つまたは複数のアンチボルテックスチューブを支持する放射状スプライントルク継手をさらに備える請求項１１に記載のロータ。
13. 前記半径方向に追従性を有するシールが、１つまたは複数の別の前記キャビティから、１つまたは複数の前記キャビティの少なくとも一部分を熱的に隔てるように配置されたベローシールであることを特徴とする請求項１１に記載のロータ。
14. 前記円周方向に分配された１つまたは複数のアンチボルテックスチューブが、共通の長手方向の位置における円周方向に均等な間隔を有する複数のチューブであることを特徴とする請求項１１に記載のロータ。
15. 内側開口部から外側周縁部に向かって半径方向にそれぞれ延びている複数のディスクと、
    前記ディスクの対応する１つにそれぞれ支持された複数のブレード段と、
    前記ブレード段の間に広がる複数のベーン段と、
    前記ディスクの隣接するペアの間にそれぞれ位置する複数のスペーサと、
    前記複数のディスクおよび前記複数のスペーサを支持し、これらとともに中心軸を中心に回転する中央シャフトと、
    を備え、
    前記スペーサのうちの第１のスペーサが、前記ディスクのうち第１のディスクと第２のディスクとの間に長手方向の圧縮力を伝え、
    前記第１のスペーサの半径方向内側に、前記第１のディスクおよび第２のディスクの互いに嵌合する第１および第２の部分を備え、前記第１のディスクと前記第２のディスクとの間で長手方向のトルクを伝えることを特徴とするタービンエンジンロータ。
16. 前記嵌合する第１および第２の部分が、放射状のスプラインを備えることを特徴とする請求項１５に記載のロータ。
17. 前記第１のスペーサが、前記第１のディスクと一体的に形成されるとともに、前記第２のディスクの一部内に実質的に締まりばめした端部を有することを特徴とする請求項１５に記載のロータ。
18. ステータと組み合わされるロータであって、
    前記ステータが、複数のベーン段を備え、
    前記第１のスペーサが、長手方向の断面を有し、前記長手方向の断面が、静止状態で実質的に外側にくぼんでいる第１の部分を有し、
    前記ベーン段が、前記第１の部分において、前記第１のスペーサの外側面に近接して直面している内側ベーン先端部を有する少なくとも第１のベーン段を備えていることを特徴とする請求項１５に記載のロータ。
19. 前記第１のベーン段の前記内側先端部が、長手方向に凸状をなしていることを特徴とする請求項１８に記載のロータ。
20. 第１のディスクおよび第２のディスクの互いに嵌合する第１の嵌合部分と、
    前記第１の嵌合部分の半径方向外側に間隔を隔てるとともに、長手方向外側にくぼんだ部分を備えるスペーサと、
    を備える第１および第２のターボ機械用ディスクを連結するシステム。
21. 前記第１のディスクおよび前記第２のディスクの前記第１の嵌合部分が、前記第１のディスクおよび前記第２のディスクにおいて互いに嵌合する第１および第２の複数の歯部を備えることを特徴とする請求項２０に記載のシステム。
22. 前記スペーサが、前記第１のディスクおよび前記第２のディスクの少なくとも一方と別体であることを特徴とする請求項２０に記載のシステム。
23. 前記第１のディスクおよび前記第２のディスクが、内側開口部から外側周縁部まで半径方向にそれぞれ延びており、前記外側周縁部が、前記外側周縁部と一体的に形成されているか、あるいは前記外側周縁部に取り付けられている対応するベーン段を支持し、
    前記スペーサが、前記外側周縁部と近接しており、
    引張シャフトが、前記内側開口部を通って延びていることを特徴とする請求項２０に記載のシステム。
    

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