JP2008232150A - 冷却回路を備えたタービン間のケーシングおよびそれを備えるターボファン - Google Patents

Abstract

【課題】冷却空気の漏れを最小限に抑える冷却回路構成を提供すること。
【解決手段】本発明は、ターボファン（２）のタービン間ケーシング（４０）であって、外部リング（４４）と、内部リング（５４）と、内部リングと外部リングとの間の中間リング（５２）と、を備え、内部リング（５４）および中間リング（５２）が、冷却空気の通路のためのそれぞれの開口部（５４０、５２０）を有するタービン間ケーシングに関する。ケーシングは、外部リング（４４）と中間リング（５２）との間に配置される少なくとも１つの封止デバイス（８０）を備え、冷却空気の通路のための少なくとも１つのオリフィス（９０）を設けられた基部（８２）と、弾性的に圧縮および膨張され得る周辺スカート（８４）と、を有し、基部（８２）が外部リング（４４）に対して担持され、周辺スカート（８４）が中間リング（５２）に対して担持される点で特徴付けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ターボ機械の分野に関し、詳細にはターボファンのタービンの冷却に関する。ターボファンのタービン間ケーシングの位置で、ターボファンのタービンを冷却するための回路に用いられることを意図した封止デバイスをさらに詳細に狙いとしている。そのような封止デバイスを備えたタービン間ケーシングを狙いとしている。最終的には、そのような封止デバイスおよび／またはそのようなタービン間ケーシングを備えるターボファンを狙いとしている。

以下の全体にわたって、用語「軸方向」および「半径方向」は、ターボファンの軸方向および半径方向を指す。

航空機のターボファンは、知られている態様において、「タービン間ケーシング」として知られるケーシングの流路間区画によって分離される一次ガス流路および二次ガス流路を備える。一次流路には、ガス流方向において上流から下流に低圧圧縮機および高圧圧縮機が配置される。このように圧縮された空気は、燃焼室にもたらされ、燃焼室において、燃焼される加圧燃料と混合され、その結果、燃焼室の下流に向かってエネルギが、高圧圧縮機を駆動する高圧タービンと、ファンおよび低圧圧縮機を駆動する低圧タービンと、に供給される。タービンに残っているガスは、航空機を推進するために、二次流路において循環するガスによって生成されるスラストと組み合わせる残留スラストを提供する。

図１は、ターボファンのタービンに関する知られている構造を概略的に示している。低圧タービン１０は、ステータブレード１２およびロータブレード１４を備える。ロータブレード１４は、上記低圧タービン１０の下流端部で、外部ケーシング２２に対して半径方向に延在する排気ケーシング２０によって支持される軸受１８において回転するシャフト１６を駆動する。高圧タービン２４は、ステータブレード２６およびロータブレード２８を備える。ロータブレード２８は、低圧タービン１０の上流端部で、タービン間空間３４において外部ケーシング２２に対して半径方向に延在するタービン間ケーシング４０によって支持される軸受３２において回転するシャフト３０を駆動する。高圧タービンが低圧タービンのステータ上に保持されるそのようなタービン構造は、２つのタービンの相対的な移動の改良した制御を可能にし、それによって、他のタービン構造に比べて稼動中のクリアランスを低減するという知られている利点を有する。

タービン間ケーシング４０は、知られている態様において、高圧タービンシャフト軸受支持材が固着される外部ケーシングの外部リング形成部分および内部ケーシングまたはハブの内部リング形成部分を備える構造的構成要素である。タービン間ケーシングはまた、外部リングおよび内部リングを接続する構造的構成要素である一定数の半径方向のアームを備える。タービン間ケーシングはまた、低圧タービンの第１の段階に達する前に高圧タービンから来る空気流を分散するために、空気力学的な空気ダクトに配置されるプロファイル形状を有する整形板４２を備える。半径方向のアームは好ましくは、これらの整形板の一部の内部またはこれらの整形板の全ての中に配置される。

タービンロータ、整形板および半径方向のアームなどの熱応力を受ける構成要素は、冷却される必要がある。この目的のために、外部リング、整形板および内部リングを通って供給されるターボファンの冷却器部分から流出する空気を冷却するための知られている慣例がある。しかし、構成要素が動作中に受ける膨張のために、整形板は、セクタに分かれ、したがって、種々のセクタの間の稼動中のクリアランスを可能にする。しかし、これらの稼動中のクリアランスはまた、冷却空気の一部が中を通って逃げる望ましくない漏れの元凶でもある。冷却空気の品質が最適化されないため、そのような漏れは、冷却回路性能における不足の原因となる。冷却される構成要素の耐用年数の低下または冷却空気の流速の増大の必要性を結果として生じる。

本発明の目的は、上述の欠点を克服することであり、本発明は、冷却空気の漏れを最小限に抑える冷却回路構成を提供する。

本発明は、ターボファンのタービン間ケーシングであって、外部リングおよび内部リングに加えて、内部リングと外部リングとの間の中間リングを備え、内部リングおよび中間リングが、冷却空気の通路のためのそれぞれの開口部を有するタービン間ケーシングに関する。本発明によれば、ケーシングは、外部リングと中間リングとの間に配置される少なくとも１つの封止デバイスを備え、冷却空気の通路のための少なくとも１つのオリフィスを設ける基部と、弾性的に圧縮および膨張され得る周辺スカートと、を有し、基部が外部リングに対して担持され、周辺スカートが中間リングに対して担持される点で特徴付けられる。

１つのさらなる特徴によれば、タービン間ケーシングはさらに、内部リングおよび中間リングにおける上記それぞれの開口部を貫通する構造的アームを備え、封止デバイスが半径方向のアームの１つの一端と上記外部リングとの間に取り付けられる。

別のさらなる特徴によれば、封止デバイスは、基部における上記オリフィスが、外部リングにおける開口部に対向して位置付けられるように取り付けられる。

別のさらなる特徴によれば、封止デバイスは、周辺スカートが中間リングにおける開口部を包囲するように取り付けられる。好ましくは、封止デバイスは、その周辺スカートが圧縮状態にして予め応力が印加されるように取り付けられる。特に、封止デバイスは、その基部に形成される固着孔を貫通するボルトによって構造的アームの１つの端板に固着される。

本発明によれば、タービン間ケーシングはさらに、中間リングと内部リングとの間に配置されるスリーブを備え、上記スリーブのそれぞれは、中間リングにおけるそれぞれの開口部の１つを内部リングのそれぞれの開口部の１つと連通する。好ましくは、各スリーブは、冷却空気の通路のための横方向の穿孔部を設ける。

別の態様によれは、本発明は、少なくとも１つのタービン間ケーシングを備えるターボファンに関する。

本発明は、添付図面によって非限定的に表され示されることによって提供される１つの具体的な実施形態について以下で与えられる詳細な説明を読めば、よりよく理解されるであろう。

図２を参照すると、ターボファン２の部分を示しており、さらに詳細には、空気力学的空気ダクト３６においてそれぞれのブレード（図２には図示せず）が延在する低圧タービン１０と高圧タービン２４との間のタービン間空間３４を示している。このタービン間空間３４において、それ自体が知られている態様で、外部リング４４と、参照符号１００によって示されるたとえばボルトなどの固着手段によって軸受支持材に固着される内部リング４６と、外部リング４４に固着され、内部リング４６に固定されるフランジ４６ａ、４６ｂに固着される整形板４２と、を備え、整形板４２が実際に、これらのフランジ４６ａ、４６ｂの間にそれらの内部端部で締め付けられるタービン間ケーシング４０が取り付けられる。これらの整形板４２は、低圧タービン１０の第１の段階に達する前に、高圧タービン２４から来る空気流を特に分散する機能を有する。これらの整形板４２は、空気力学的空気ダクト３６において、低圧タービン１０のブレード１２の上流に向かって延在する。これらの整形板は、外部中間リング５２および内部中間リング５４によって結び付けられる。

タービン間ケーシング４０は、構造的構成要素である半径方向のアーム４８を備える。これらの半径方向のアーム４８は、この目的のための開口部５４０を有する内部中間リング５４を貫通し、この目的のための開口部５２０を有する上部中間リング５２も貫通する。各半径方向のアーム４８は、たとえば、クレビス５０によって、内部リング４６上で連結される１つの端部を有する。各半径方向のアーム４８は、固着板５６と、図２に参照符号２００によって示され、固着板５６における固着孔５６０（図６参照）を貫通するたとえばボルトなどの標準の固着手段によって外部リング４４に固着される別の端部を有する。

タービン間ケーシング４０はさらに、スリーブ５８を設ける。各スリーブ５８は、整形板４２の一方の内部で、半径方向のアーム４８の周囲に配置され、外部中間リング２５における開口部５２０を内部中間リング５４における開口部５４０に接続する。各スリーブ５８はさらに、対応する整形板４２に面して配置される横方向の穿孔部５８０を設ける。

冷却回路はここで、図２を参照して記載される。たとえば高圧圧縮機のターボファンの冷却器部分から流出する冷却空気は、矢印４によって示されるように、外部リング４４と上記外部リング４４の周囲に固着されるマニフォルド６２との間に画定される第１のエンクロージャ６０に供給される。冷却空気は次に、矢印５によって示されるように、この目的のための開口部４４０を有する外部リング４４を通過し、外部リング４４と外部中間リング５２との間に画定される第２のエンクロージャ７０に供給される。冷却空気は次に、その開口部５２０を介して外部中間リング５２を通過する。次に、冷却空気は、矢印６によって示されるように、スリーブ５８の内部を半径方向のアーム４８の周囲に伝わり、この空気の一部は、矢印７によって示されるように、上記整形板４２を冷却するために、スリーブ５８の穿孔部５８０を通って整形板４２に送られる。次に、ターボファン２の内側部分に向かって供給され、矢印８によって示されているように、その内側部分２を冷却するために、冷却空気の大部分は、その開口部５４０を介して内部中間リング５４を通過する。

この冷却回路における望ましくない漏れは、第１のエンクロージャ６０に導入される大量の冷却空気（矢印４）が、タービンの高温の内部部分に達する（矢印８）ことを確実にするために、可能な限り低減される必要がある。外部中間リング５２と内部中間リング５４との間の整形板４２の中のスリーブ５８の存在は、空気力学的空気ダクト３６におけるそのような漏れを避けるのに役立つ。

第２のエンクロージャ７０における潜在的な漏れもまた、制限される必要がある。この目的のために、タービン間ケーシング４０は、上記第２のエンクロージャ７０に取り付けられる封止デバイス８０を設ける。これについては、図２から図６を参照してここで説明される。

それぞれ、上部概略図および下部概略図において封止デバイスを示す図３および図４に示されているように、各封止デバイス８０は、基部８２および周辺スカート８４を備える。基部８２は、円の内部に内接する実質的に平坦なシートの形をとる。周辺スカート８４は、上記基部８２の平面に対して実質的に垂直な方向において、上記基部８２の周囲から延在し、蛇腹の形をとる。示された実施例において、この蛇腹は、後退部分８８から分離される２つの突出部８６を備えるが、異なる数の突出部分および後退部分を備えることも可能である。さらに、封止デバイス８０は、孔９０を設け、示された実施例において２つのそのような孔がある。

周辺スカート８４は、弾性的に圧縮および膨張され得る。基部８２に実質的に並行な実質的に平面状のリップ９２を形成するように、周辺スカート８４の自由端は、内部に湾曲される。図２に示されているように、封止デバイスが第２のエンクロージャ７０に取り付けられるときには、基部８２は、上記外部リング４４における開口部４４０の１つに対向して、外部リング４４の内面に対して担持されるのに対し、リップ９２は、外部中間リング５２の外面に対して担持され、上記外部中間リング５２における開口部２０の１つを包囲する。したがって、周辺スカート８４の自由縁９２（リップ９２）は、外部中間リング５２の外面に把持するための領域を形成し、接触が線に沿って行われるようにリップ９２が湾曲している場合には、この把持領域はたとえば、母線からなってもよく、接触が面接触であるようにリップ９２が形成される場合には、把持領域は面からなってもよい。

封止デバイス８０は、圧縮状態にして予め応力が印加されている間に、上記第２のエンクロージャ７０に取り付けられる。封止デバイスのそのような弾性構造は、外部リング４４と外部中間リング５２（図２参照）との間の十分な封止を確保するという利点を有する。したがって、外部リング４４の開口部４４０を通過する冷却空気はまた、封止デバイス８０におけるオリフィス９０も通過し、第２のエンクロージャ７０で封止デバイス８０によって画定される容積の中に依然として収容されている。言い換えれば、冷却空気は、第２のエンクロージャ７０において横方向に逃げることはできない。そのような構造のさらなる利点は、封止デバイス８０が、ばねの態様において、上記外部リング４４と上記外部中間リング５２との間の相対的な移動を吸収することができるという事実にある。

図５および図６は、それぞれ、側面図および下部斜視図において、半径方向のアーム４８によって外部リング４４に対する封止デバイス８０の固着を示している。図６は、固着ボルト２００（図６には示さず）を収容することを意図している孔５６０によって、外部リング４４に対する板５６の固着を図２よりさらに詳細に示している。基部８２は、これらの固着ボルト２００のための通路を形成する固着ボルト２００を収容することを意図した孔９４を有する。半径方向のアーム４８を固着するための板５６は、封止デバイス８０の基部８２においてオリフィス９０を覆うことなく、延在される固着エリアを提供するように適合される形状を有する。

軸断面において、本発明が適用されるターボファンのタービンの構造を概略的に示す。 軸断面において、本発明による封止デバイスを備えたタービン間ケーシングを示す。 本発明による封止デバイスの上面斜視図を示す。 本発明による封止デバイスの下面斜視図を示す。 外部リングに取り付けられ、構造アームに固着される封止デバイスの軸断面図である。 外部リングに取り付けられ、構造アームに固着される封止デバイスの下面斜視図である。

符号の説明

２ ターボファン
４、５、６、７ 矢印
１０ 低圧タービン
１２、２６ ステータブレード
１４、２８ ロータブレード
１６、３０ シャフト
１８、３２ 軸受
２０ 排気ケーシング
２２ 外部ケーシング
２４ 高圧タービン
３４ タービン間空間
３６ 空気力学的空気路
４０ タービン間ケーシング
４２ 整形板
４４ 外部リング
４６ 内部リング
４６ａ、４６ｂ フランジ
４８ 半径方向のアーム
５０ クレビス
５２ 外部中間リング
５４ 内部中間リング
５６ 固着板
５８ スリーブ
６０、７０ エンクロージャ
６２ マニフォルド
８０ 封止デバイス
８２ 基部
８４ 周辺スカート
８６ 突出部分
８８ 後退部分
９０、９４ 孔
９２ リップ
１００、２００ 固着手段
４４０、５２０、５４０ 開口部
５６０ 固着孔
５８０ 横方向の穿孔部

Claims (12)

1. ターボファンのタービン間ケーシングであって、外部リングと、内部リングと、内部リングと外部リングとの間の中間リングと、を備え、内部リングおよび中間リングが、冷却空気の通路のためのそれぞれの開口部を有し、ケーシングは、外部リングと中間リングとの間に配置される少なくとも１つの封止デバイスを備え、冷却空気の通路のための少なくとも１つのオリフィスを設ける基部と、弾性的に圧縮および膨張され得る周辺スカートと、を有し、基部が外部リングに対して担持され、周辺スカートが中間リングに対して担持される、タービン間ケーシング。
2. 周辺スカートが、前記基部の平面に対して実質的に垂直方向において、前記基部から延在する、請求項１に記載のタービン間ケーシング。
3. 周辺スカートが、担持面を形成するように内側に湾曲される自由縁を有する、請求項１または２に記載のタービン間ケーシング。
4. 封止デバイスが、基部の上に配置される固着手段を備え、孔（９４）が前記基部を通過し、固着ボルトを収容する、請求項１から３のいずれか一項に記載のタービン間ケーシング。
5. 内部リングおよび中間リングにおける前記それぞれの開口部を通過する構造的アームをさらに備え、前記封止デバイスが、半径方向のアームの一方の一端と前記外部リングとの間に取り付けられる、請求項１に記載のタービン間ケーシング。
6. 前記封止デバイスが、基部における少なくとも１つのオリフィスが、外部リングにおける開口部に対向して位置付けられるように取り付けられる、請求項５に記載のタービン間ケーシング。
7. 封止デバイスが、周辺スカートが、前記中間リングにおける開口部を包囲するように取り付けられる、請求項１から６のいずれか一項に記載のタービン間ケーシング。
8. 封止デバイスが、その周辺スカートが圧縮状態にして予め応力を印加されるように取り付けられる、請求項１から７のいずれか一項に記載のタービン間ケーシング。
9. 封止デバイスが、その基部に形成される固着孔を貫通するボルトによって、構造的アームの１つの端板に固着される、請求項４に記載のタービン間ケーシング。
10. 中間リングと内部リングとの間に配置されるスリーブをさらに備え、前記スリーブのそれぞれが、中間リングにおけるそれぞれの開口部の１つを内部リングのそれぞれの開口部の１つと連通する、請求項１から９のいずれか一項に記載のタービン間ケーシング。
11. 前記スリーブが、冷却空気の通路のための横方向の穿孔部を設ける、請求項１０に記載のタービン間ケーシング。
12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載の少なくとも１つのタービン間ケーシングを備える、ターボファン。

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