JP2010196548A - タービンエンジン - Google Patents

Abstract

【課題】整流効率の低下を防止でき、エンジン性能の低下を防止できるタービンエンジンを提供することを課題とする。
【解決手段】環状を成す整流翼５を周方向に複数に分割し、隣接する分割翼５ｘ，５ｘ同士の間にテーパーボルト９を螺子込むことで、当該テーパーボルト９によって、分割翼５ｘ，５ｘに半径方向の分力を付与する構成とし、これにより、翼５ｂの外周面とケーシング１側の内周面とを密着させて隙間を無くし圧縮空気の流路からの流出を防止する。
【選択図】図２

Description

本発明は、タービンエンジンに関する。

従来、大気を圧縮機で圧縮し、この圧縮空気を燃焼室で燃焼し、この燃焼室からの燃焼ガスによりタービンを回転させて機械的動力を得ると共に、高速の排気ガスから推力を得るタービンエンジンが知られている（例えば、特許文献１参照）。この種のタービンエンジンにあっては、圧縮機からの圧縮空気を、圧力を高めるべく減速させるディフューザと、このディフューザからの流れを、燃焼器に対して整流して導く整流翼（ディスワーラとも呼ぶ）とを設ける場合がある。

ここで、整流翼は、円環状の静翼であって、円筒状部の外周面に周方向に沿って多数の翼を並設し、これらの翼の各々の外周面を、タービンエンジンのケーシングの内周面に対してそれぞれ当接させることで、円筒状部の外周面と、周方向に隣接する翼同士と、ケーシング内周面との間に流路を形成し、当該流路に圧縮機からの圧縮空気を流し燃焼器に整流して導くものである。

特開２００６−３２２３９４号公報

ところで、上記ケーシングにあっては、整流翼をケーシング内に入れるための開口の径が、整流翼の外径より小さい構造のものがある。このような場合には、周方向に複数個に分けた分割翼をケーシングの狭い開口から入れて、ケーシングの所定位置に対して各々組み付けボルト固定する必要があるが、整流翼自体の形状が複雑で寸法精度が厳しいことから、円環状の一体品を製造後に切断により分割して分割翼とするのが一般的である。

しかしながら、このように切断した分割翼にあっては、その翼の外周形状が維持できないことや変形等により、ケーシング内周面との間に隙間を生じてしまう。また、分割翼とした場合には、一体品での熱膨張とは別の延びとなるため、合わせ隙間の管理ができなくなる。そして、このような隙間発生要因によって、ディフューザからの空気が、整流されずに翼外周面とケーシング内周面との間の隙間から流出してしまい、これにより整流効率が低下し、ひいてはエンジン性能の低下をも引き起こしてしまう。

本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、整流効率の低下が防止され、エンジン性能の低下が防止されるタービンエンジンを提供することを課題とする。

本発明によるタービンエンジンは、その外周に周方向に沿って並設された翼により、ケーシング側の内周面との間に流路を形成し、上流の圧縮機からの圧縮空気を流路を通して下流の燃焼器に整流して導く環状の静翼である整流翼を、ケーシング側に固定し備えたタービンエンジンにおいて、整流翼は周方向に複数に分割され、隣接する分割翼同士の間に螺子込まれることで当該分割翼に半径方向の分力を付与するテーパーボルトを備えたことを特徴としている。

このようなタービンエンジンによれば、環状の整流翼が周方向に複数に分割され、隣接する分割翼同士の間にテーパーボルトが螺子込まれることで、当該テーパーボルトにより、分割翼に半径方向の分力が付与される。このため、翼の外周面とケーシング側の内周面とが密着し隙間が無くされて圧縮空気の流路からの流出が防止され、その結果、整流効率の低下が防止され、エンジン性能の低下が防止される。

ここで、上記作用を好適に奏する構成としては、具体的には、ケーシング側は、テーパーボルトの雄螺子が螺合する雌螺子を有し、隣接する分割翼同士の対向面である端面には、横断面略半円形を成し厚み方向に貫通し雌螺子側に向かって縮径するテーパー溝が各々形成され、これらの対向するテーパー溝同士により横断面略円形を成しテーパーボルトのテーパー部が進入するテーパー穴が構成され、雌螺子のピッチ円直径が、テーパー穴のピッチ円直径より大きい構成が挙げられる。

このような構成によれば、テーパーボルトがテーパー穴を通してケーシング側の雌螺子に螺子込まれると、雌螺子のピッチ円直径がテーパー穴のピッチ円直径より大きいことから、テーパーボルトのテーパー部により、テーパー穴を構成する分割翼の横断面略半円形のテーパー溝が半径方向外側に押しやられて隣接する分割翼同士の間の隙間が広げられ分割翼に半径方向の分力が付与される結果、翼の外周面とケーシング側の内周面とが確実に密着するようになり、圧縮空気が流路から流出することが確実に防止される。

また、上記作用を好適に奏する構成としては、具体的には、ケーシング側は、テーパーボルトの雄螺子が螺合する雌螺子を有し、隣接する分割翼同士の対向面である端面には、横断面略半円形を成し厚み方向に貫通し雌螺子側に向かって縮径するテーパー溝が各々形成され、これらの対向するテーパー溝同士により横断面略円形を成しテーパーボルトのテーパー部が進入するテーパー穴が構成され、テーパーボルトのテーパー部のサイズが、テーパー穴のサイズより大きい構成が挙げられる。

このような構成によれば、テーパーボルトがテーパー穴を通してケーシング側の雌螺子に螺子込まれると、テーパーボルトのテーパー部のサイズが、テーパー穴のサイズより大きいことから、テーパーボルトのテーパー部により、テーパー穴を構成する分割翼の横断面略半円形のテーパー溝が左右方向に押しやられて隣接する分割翼同士の間の隙間が広げられ分割翼に半径方向の分力が付与される結果、翼の外周面とケーシング側の内周面とが確実に密着するようになり、圧縮空気が流路から流出することが確実に防止される。

このように本発明によれば、整流効率の低下が防止され、エンジン性能の低下が防止されたタービンエンジンを提供できる。

本発明の第一実施形態に係るタービンエンジンを示す概略構成図である。 図１中の整流翼及びケーシングを示す下面図である。 図２中の整流翼の分割部を拡大すると共にテーパーボルトを取り外した状態を示す下面図である。 図２のIV-IV矢視図である。 図４中の整流翼を構成する分割翼を抽出して示す図である。 図１に示すタービンエンジンの組立手順を示す分解斜視図であり、分割翼を取り付ける際の図である。 図６に続く分解斜視図であり、燃焼器を取り付ける際の図である。 本発明の第二実施形態に係るタービンエンジンの要部を示す図であり、図４に対応する図である。 本発明の第三実施形態に係るタービンエンジンの要部を示す図であり、図２に対応する図である。 図９中のブロックのX-X矢視図である。

以下、本発明によるタービンエンジンの好適な実施形態について図１〜図１０を参照しながら説明する。なお、各図において、同一の要素には同一の記号を付し、重複する説明は省略する。

図１〜図７は、本発明の第一実施形態を、図８は、本発明の第二実施形態を、図９及び図１０は、本発明の第三実施形態を各々示すものであり、先ず、図１〜図７に示す第一実施形態を説明する。

図１は、本発明の第一実施形態に係るタービンエンジンを示す概略構成図、図２は、整流翼及びケーシングを示す下面図、図３は、整流翼の分割部を拡大すると共にテーパーボルトを取り外した状態を示す下面図、図４は、図２のIV-IV矢視図、図５は、図４中の整流翼を構成する分割翼を抽出して示す図、図６は、タービンエンジンの組立手順を示す分解斜視図であり、分割翼を取り付ける際の図、図７は、図６に続く分解斜視図であり、燃焼器を取り付ける際の図である。

図１に示すように、タービンエンジン１００は、その外形形状の構成部材として、壷状を成すエンジンケーシング１（図６及び図７参照）と、このエンジンケーシング１の下流側（図示下側）に接続された推力ダクト２と、を備える。

エンジンケーシング１は、図示上側に開口された大気の流入口を有する流入部１ａ、及び、図示下側に開口され推力ダクト２に連通する燃焼ガスの流出口を有する流出部１ｂが、これら流入部１ａと流出部１ｂとの間の円筒胴部１ｃに対して絞られる形状とされている。そして、このエンジンケーシング１内に、上流から下流（図示上側から図示下側）に向かって、圧縮機３、ディフューザ４、整流翼５、燃焼器６及び１段目のタービン７が配設されると共に、推力ダクト２内に、２段目のタービン８が配設される。

圧縮機３は、ローター軸１９の高速回転により高速駆動し大気を流入口を通して吸い込み圧縮し高圧空気とするものであり、流入部１ａ内の円筒胴部１ｃ寄りに配設される。

ディフューザ４は、圧縮機３からの高圧空気を減速させることでさらに圧力を高めるためのものであり、圧縮機３の下流寄りの位置で円筒胴部１ｃの上内壁に沿って配設される。そして、このディフューザ４は、圧縮機３からの旋回する高圧空気を円筒胴部１ｃの内周面に向かうように案内する。

整流翼５は、ディフューザ４からの旋回成分がある程度残る高圧空気を、真っ直ぐな流れを必要とする燃焼器６に対して整流して導くための静翼であり、エンジンケーシング１の円筒胴部１ｃの上端側で当該円筒胴部１ｃの内周面に沿うように配設される。

この整流翼５は、本実施形態にあっては、図２、図３及び図６に示すように、周方向に複数（本実施形態では３個）に分割されており、分割された各分割翼５ｘは、軸線方向視において所定厚みの略円弧状に構成され各々を連ねると略円環状を成す胴部５ａと、この胴部５ａの外周面に周方向に沿って傾斜するようにして並設された多数の翼５ｂとを有し、図１及び図４に示すように、これらの翼５ｂの各々の外周面を、エンジンケーシング１の円筒胴部１ｃの内周面に対してそれぞれ当接させることで、胴部５ａの外周面と、周方向に隣接する翼５ｂ，５ｂ同士の対向する側面同士と、エンジンケーシング１の円筒胴部１ｃの内周面との間に流路を形成し、当該流路によりディフューザ４からの高圧空気を整流し燃焼器６へ案内する。

燃焼器６は、整流翼５からの高圧空気に燃料を噴射し点火プラグ（不図示）の点火に従って高温・高圧の燃焼ガスを生成するものであり、円環状に構成されて（図７参照）円筒胴部１ｃ内の上下方向の略中央に配設される。

１段目のタービン７は、燃焼器６からの高温・高圧の燃焼ガスにより駆動するものであって圧縮機３に仕事をさせるものであり、流出部１ｂ内の円筒胴部１ｃ寄りに配設される。

２段目のタービン８は、１段目のタービン７からの高温・高圧の燃焼ガスにより駆動するものであって推力を発生させるためのものであり、推力ダクト２内のエンジンケーシング１寄りに配設される。

そして、このように構成されたタービンエンジン１００にあっては、大気が圧縮機３により圧縮され、圧縮機３からの高圧空気がディフューザ４により案内されながら減速されることでさらに高圧空気とされ、このディフューザ４からの高圧空気が整流翼５により案内されながら真っ直ぐな流れに整流され、この整流翼５からの高圧空気が燃焼器６により燃焼され、この燃焼器６からの高温・高圧の燃焼ガスにより１段目、２段目のタービン７，８が駆動され、１段目のタービン７によりエネルギーの一部が機械的動力に変換され、残りのエネルギーが２段目のタービン８により推力として得られる。

ここで、このようなタービンエンジン１００にあっては、前述したように、エンジンケーシング１において、上流側の流入部１ａ及び下流側の流出部１ｂが、これらの間の円筒胴部１ｃに対して絞られる形状とされており、具体的には、流入部１ａ及び流出部１ｂの内径が、整流翼５（翼５ｂ）の外径よりも小さくされているため、整流翼５が円環状であると、円筒胴部１ｃ内に入れることができず、従って、本実施形態では、図６に示すように、複数の分割翼５ｘをそれぞれ円筒胴部１ｃ内に入れ、各々の分割翼５ｘをエンジンケーシング１の円筒胴部１ｃに固定することにより、整流翼５が構成されている。

具体的には、分割翼５ｘは、図１〜図５に示すように、胴部５ａの内周側の略円弧状の部分を固定部５ｃとして備えると共に、この固定部５ｃの外周側に連設されて燃焼器６側に延び且つその外周面に翼５ｂが連設される略円弧状の翼支持部５ｄを備え、図３に示すように、隣接する分割翼５ｘ，５ｘ同士の対向面である端面（固定部５ｃの端面）に、横断面略半円形を成し厚み方向に貫通し流入部１ａ側（図３の紙面奥側）に向かって縮径するテーパー溝５ｅを各々有している。

そして、これらの隣接する分割翼５ｘ，５ｘ同士の分割部にあっては、対向するテーパー溝５ｅ，５ｅ同士により、横断面略円形を成しテーパーボルト９のテーパー部９ｃが進入するテーパー穴５ｆが構成される。なお、ここで用いられるテーパーボルト９とは、図５に示すように、その雄螺子９ａと頭部９ｂとの間に、頭部９ｂ側に行くに従い拡径するテーパー部９ｃを有するものである。そして、本実施形態にあっては、テーパーボルト９のテーパー部９ｃのサイズが、テーパー穴５ｆのサイズより大きくされている（図５参照）。

また、テーパー穴５ｆに対応するケーシング１側には、図３及び図４に示すように、テーパーボルト９の雄螺子９ａが螺合する雌螺子１ｘが設けられており、このケーシング１側の雌螺子１ｘのピッチ円直径（雌螺子１ｘの中心を結ぶ仮想円の直径）と、分割翼５ｘ，５ｘのテーパー溝５ｅ，５ｅにより構成されるテーパー穴５ｆのそのピッチ円直径（テーパー穴５ｆの中心を結ぶ仮想円の直径）とは、同じピッチ円直径Ｄ１とされている（図３参照）。

そして、分割された分割翼５ｘ，５ｘがケーシング１の円筒胴部１ｃ内に進入配置され、この分割翼５ｘ，５ｘの分割部に構成されたテーパー穴５ｆに対して、テーパーボルト９が通されて、図４に示すように、テーパーボルト９の雄螺子９ａがケーシング１側の雌螺子１ｘに螺子込まれる。

すると、テーパーボルト９のテーパー部９ｃのサイズが、テーパー穴５ｆのサイズより大きいことから、当該テーパーボルト９のテーパー部９ｃにより、テーパー穴５ｆを構成する横断面略半円形のテーパー溝５ｅが左右方向に押しやられて隣接する分割翼５ｘ，５ｘ同士の間の隙間が広げられ分割翼５ｘに半径方向の分力が付与される。

すなわち、本実施形態にあっては、整流翼５が周方向に複数に分割され、隣接する分割翼５ｘ，５ｘ同士の間にテーパーボルト９が螺子込まれることで、当該テーパーボルト９により、分割翼５ｘ，５ｘに半径方向の分力が付与されるため、翼５ｂの外周面とケーシング１側の内周面とが確実に密着し隙間が無くされて圧縮空気の流路からの流出が防止され、その結果、整流効率の低下が防止され、エンジン性能の低下が防止されている。

なお、この後、図７に示すように、燃焼器６がケーシング１の円筒胴部１ｃ内に進入配置され、さらに、１段目のタービン７がケーシング１の流出部１ｂ内に進入配置され、その後、推力ダクト２及び２段目のタービン８が配設される。

図８は、本発明の第二実施形態に係るタービンエンジンの要部を示す図であり、図４に対応する図である。

この第二実施形態のタービンエンジンが第一実施形態のそれと違う点は、ケーシング１側の雌螺子１ｘのピッチ円直径Ｄ１をピッチ円直径Ｄ２とし、このピッチ円直径Ｄ２を、分割翼５ｘ，５ｘのテーパー溝５ｅ，５ｅにより構成されるテーパー穴５ｆのそのピッチ円直径Ｄ１より大きくした点である。なお、この変更に伴い、テーパーボルト９のテーパー部９ｃのサイズとテーパー穴５ｆのサイズは同サイズとされている。

このような構成を有する第二実施形態によれば、テーパーボルト９がテーパー穴５ｆを通してケーシング１側の雌螺子１ｘに螺子込まれると、雌螺子１ｘのピッチ円直径Ｄ２がテーパー穴５ｆのピッチ円直径Ｄ１より大きいことから、テーパーボルト９のテーパー部９ｃにより、テーパー穴５ｆを構成する分割翼５ｘの横断面略半円形のテーパー溝５ｅが半径方向外側に押しやられて隣接する分割翼５ｘ，５ｘ同士の間の隙間が広げられ分割翼５ｘに半径方向の分力が付与される結果、翼５ｂの外周面とケーシング１側の内周面とが確実に密着し隙間が無くされて圧縮空気の流路からの流出が防止される。このため、第一実施形態とほぼ同様に、整流効率の低下が防止され、エンジン性能の低下が防止される。

図９は、本発明の第三実施形態に係るタービンエンジンの要部を示す図であり、図２に対応する図、図１０は、図９中のブロックのX-X矢視図である。

この第三実施形態のタービンエンジンが第二実施形態のそれと違う点は、隣接する分割翼５ｘ，５ｘ同士の間の隙間にブロック１０を配置した点である。

このブロック１０は、分割翼５ｘの胴部５ａと略同様な断面形状の胴部１０ａを備えると共に、分割翼５ｘの翼５ｂを無くした形状に構成されている。また、このブロック１０は、その外周側の部分の両側面（図１０においては隠れ線より図示右側の部分）が、外周側に向かって先細となるテーパー面１０ｔとされていると共に、先の実施形態のテーパー穴５ｆと同じ位置に、テーパーボルト９が通され且つテーパー部９ｃと同サイズのテーパー穴１０ｆが設けられている。

そして、この変更に伴い、分割翼５ｘのテーパー溝５ｅは無くされているが、ケーシング１側の雌螺子１ｘのピッチ円直径Ｄ２が、ブロック１０のテーパー穴１０ｆのピッチ円直径Ｄ１より大きい点等、他の点は第二実施形態と同様である。

このような構成を有する第三実施形態によれば、テーパーボルト９がブロック１０のテーパー穴１０ｆを通してケーシング１側の雌螺子１ｘに螺子込まれると、雌螺子１ｘのピッチ円直径Ｄ２がブロック１０のテーパー穴１０ｆのピッチ円直径Ｄ１より大きいことから、テーパーボルト９のテーパー部９ｃにより、ブロック１０が半径方向外側に押しやられ、これにより、ブロック１０のテーパー面１０ｔが、分割翼５ｘ、５ｘ同士の間に食い込み、分割翼５ｘが半径方向外側に押しやられて当該分割翼５ｘに半径方向の分力が付与される。

このため、第二実施形態と同様に、翼５ｂの外周面とケーシング１側の内周面とが確実に密着し隙間が無くされて圧縮空気の流路からの流出が防止され、その結果、整流効率の低下が防止され、エンジン性能の低下が防止される。加えて、この第三実施形態によれば、ブロック１０により、隣接する分割翼５ｘ，５ｘ同士の間の隙間が無くされるため（埋められるため）、圧縮空気の流出が一層防止され、その結果、エンジン性能の低下が一層防止される。

以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、上記第三実施形態においては、ブロック１０の外周側の部分の両側面を、外周側に向かって先細となるテーパー面１０ｔとしているが、テーパー面の位置及び縮まる方向（拡がる方向）はこれに限定されるものではなく、要は、テーパーボルト９が螺子込まれることで分割翼５ｘに半径方向の分力を付与できるようなテーパー面であれば良い。

１…ケーシング、１ｃ…円筒胴部、１ｘ…雌螺子、３…圧縮機、５…整流翼、５ａ…胴部、５ｂ…翼、５ｅ…テーパー溝、５ｆ…テーパー穴、５ｘ…分割翼、６…燃焼器、９…テーパーボルト、９ａ…テーパーボルトの雄螺子、９ｃ…テーパーボルトのテーパー部、１００…タービンエンジン、Ｄ１…テーパー穴のピッチ円直径、Ｄ２…雌螺子のピッチ円直径。

Claims (3)

1. その外周に周方向に沿って並設された翼により、ケーシング側の内周面との間に流路を形成し、上流の圧縮機からの圧縮空気を前記流路を通して下流の燃焼器に整流して導く環状の静翼である整流翼を、ケーシング側に固定し備えたタービンエンジンにおいて、
   前記整流翼は周方向に複数に分割され、
   隣接する分割翼同士の間に螺子込まれることで当該分割翼に半径方向の分力を付与するテーパーボルトを備えたことを特徴とするタービンエンジン。
2. 前記ケーシング側は、前記テーパーボルトの雄螺子が螺合する雌螺子を有し、
   前記隣接する分割翼同士の対向面である端面には、横断面略半円形を成し厚み方向に貫通し前記雌螺子側に向かって縮径するテーパー溝が各々形成され、これらの対向するテーパー溝同士により横断面略円形を成し前記テーパーボルトのテーパー部が進入するテーパー穴が構成され、
   前記雌螺子のピッチ円直径が、前記テーパー穴のピッチ円直径より大きいことを特徴とする請求項１記載のタービンエンジン。
3. 前記ケーシング側は、前記テーパーボルトの雄螺子が螺合する雌螺子を有し、
   前記隣接する分割翼同士の対向面である端面には、横断面略半円形を成し厚み方向に貫通し前記雌螺子側に向かって縮径するテーパー溝が各々形成され、これらの対向するテーパー溝同士により横断面略円形を成し前記テーパーボルトのテーパー部が進入するテーパー穴が構成され、
   前記テーパーボルトのテーパー部のサイズが、前記テーパー穴のサイズより大きいことを特徴とする請求項１記載のタービンエンジン。

Images