JP2011521172A - 軸方向の当接部を有するタービンエンジンのための圧縮機カバー - Google Patents

Abstract

本発明は、上流側端部および下流側端部（１００ｂ）を有するカバーを含むタービンエンジンの遠心圧縮機であって、上流側縁部および下流側縁部（３４）を有するケーシング（３０）と、前記ケーシング内に回転可能に装着された羽根ホィール（２０）とを含み、前記カバーが、ケーシングの上流側縁部と下流側縁部の間を延びるガス流の外面を画定するためにホィールの羽根を覆う目的のものであり、その上、カバーの上流側端部によってケーシングの上流側縁部に取り付けられ、このときカバーの下流側端部は自由のままである、圧縮機に関する。本発明は、カバー（１００）がまた、圧縮機が作動しているとき、ケーシングの下流側縁部（３４）に対する下流側端部（１００ｂ）の軸方向の移動を限定するための当接部（１０２）を備えることを特徴とする。

Description

本発明は、ガスタービンの分野に関し、詳細にはターボ機械内、非限定的な例としてそれだけではないが、ヘリコプターのタービンエンジン内または航空機用のターボジェット内に見られるものに関する。

本発明は、より詳細には、飛行機の主要な動力装置を構成するそのようなガスタービンの圧縮段に関する。

さらにより正確には、本発明は：
上流側端部および下流側端部を含むカバーと、
上流側縁部および下流側縁部を呈するケーシングと、
前記ケーシング内で回転するように装着された羽根付きインペラーとを備える、タービンエンジンの遠心圧縮機であって、
前記カバーは、ケーシングの上流側縁部と下流側縁部の間を延びるガス流路の外側表面を画定するためにインペラーの羽根を覆うように設計され、カバーの上流側端部を介してケーシングの上流側縁部に締め付けられるが、カバーの下流側端部は、自由のままである、圧縮機に関する。

従来、圧縮機は、外気入口と燃焼室の間に置かれ、圧縮機の役割は、ガスタービン内に入って来る外気を圧縮し、圧縮された空気を、燃料と混合させるために燃焼室内に運ぶことである。

さらに、インペラーは、ガスタービンの回転式シャフトに締め付けられたインペラーハブから概ね径方向に延びる複数の羽根を備えることが知られている。

したがって、ガス流は、最初、上流側入口を介して圧縮機のケーシング内に入り、次いで、カバーによって画定された外側表面と、インペラーハブの表面によって画定された内側表面との間に画定されたガス流路に沿って流れ、その間、圧縮され、インペラーの軸周りで回転駆動され、その後圧縮機の下流側出口を通って排出されるが、ここで、用語「上流側」および「下流側」は、圧縮機を通るガス流路内のガスの流れ方向に対して使用されると規定される。

一般に、インペラーを離れた圧縮されたガス流は、次いで、拡散器に進入し、その後、燃焼室内に入る。

したがって、カバーは、ガス流路の外側表面を画定し、このとき経路の内側表面は、羽根がそこから延びるインペラーハブの表面によって形成されることが理解され得る。

カバーの熱機械的挙動を制御するために、その下流側端部は、一般に自由にされ、すなわち、ケーシングの下流側縁部に締め付けられない。

この構成は、インペラーとカバーの間の隙間に対する制御を損なう可能性を有することになる統計的に過剰規定された方法で、カバーが固定されるのを回避する役割を果たす。

それにも関わらず、この解決策は完全ではない。たとえばポンピングまたは他の不安定な現象などの圧縮機の特定の劣化挙動が現れる可能性があり、これは、圧縮機のインペラー内の圧力の突然の変動につながる可能性がある。

カバーの下流側端部が自由である限りにおいて、カバーは、圧縮機内部の圧力変動の結果、僅かに変形することがあり、そのような変形によって、カバーが、インペラーの羽根と接触するようになる可能性があることを理解される。圧縮機内部の圧力が、カバーの外側に存在する圧力を下回るとき、カバーは、インペラーの羽根と接触するように変形する傾向がある。この変形はまた、振動に起因することもある。

当然ながら、カバーがインペラーの羽根と接触するようになる場合、カバーおよびインペラーの両方にとって極めて有害になり、この場合、そのような接触が、圧縮機を著しく損なうことがある。

そのような現象はまた、ガスタービンが厳しい条件下で作動されているときにも発生することがある。

問題に対する１つの解決策は、カバーとインペラーの羽根の間に存在する隙間を増大させることである。それにも関わらず、そのような解決策は、圧縮機の効率を低下させ、その結果、ガスタービンの性能を下げるという欠点を呈している。

したがって、本発明の目的は、圧縮機の劣化作動中、インペラーの羽根との接触を回避することができるカバーを提案することである。

本発明は、カバーが、圧縮機が作動状態にある間、ケーシングの下流側縁部に対するカバーの下流側端部の軸方向の移動を限定するための当接部をさらに含むということによってその目的を達成する。

好ましくは、当接部は、カバーの下流側端部に置かれる。

本発明による当接部を用いることにより、カバーの下流側端部の軸方向の移動が限定される。

カバーの下流側端部およびケーシングの下流側縁部は、カバーの下流側端部がケーシングの下流側縁部に対して当接するようになるとき、インペラーの羽根とカバーの間に依然として隙間が残るようにして配置され、それによって接触が有利に回避される。

好ましくは、カバーは、カバーの下流側端部とケーシングの下流側縁部の間に軸方向の隙間を較正された量だけ残すように装着される。

有利には、好ましい環状当接部は、カバーの下流側端部から延びる径方向の延長部を形成する。したがって、この延長部は、カバーが定位置にあるとき、インペラーの軸に対して直角に延びる。変形形態では、当接部は、複数の径方向の舌部によって構成される。

したがって、当接部は、ケーシングの縁部の円周部分を径方向に覆う。

好ましくは、カバーの下流側端部はまた、カバーが定位置にあるとき、ケーシングの下流側縁部とほとんど同一平面に位置するのに適した環状のリムを形成する軸方向の延長部を含む。

この軸方向の延長部の利点は、インペラーから下流側の空気の流れをより良好に誘導することである。

したがって、カバーの下流側端部とケーシングの下流側縁部の内側端部の間に、較正された少量の径方向の隙間が設けられ、その結果、圧縮機の効率に有害である空気路内の形状の突然の変化を限定する。

最後に、本発明はまた、本発明による１つまたは複数の圧縮機を含む、特にヘリコプター用のガスタービンも提供する。

本発明は、非限定的な例として与えられた実施形態の以下の説明を読むことにより、より良好に理解され、その利点はより明確に現れてくる。説明は、以下の添付の図を参照する。

従来技術のカバーが設けられた圧縮機を含むヘリコプターのタービンエンジンの断面図である。 図１Ａのカバーの詳細図である。 本発明によるカバーの下流側端部を示す図である。

図１Ａは、よく知られているヘリコプターのタービンエンジン１０の全体的な断面図である。

この例では、タービンエンジン１０は、圧縮段とも称される圧縮機１２と、外気を圧縮機１２内に流入させる空気入口１４と、燃焼が、燃料および圧縮機１２によって圧縮された空気の混合物からその中で起こる燃焼室１６とを備えるガスタービンによって構成される。

タービンエンジン１０はまた、圧縮機１２の羽根付きインペラー２０にシャフト２２を介して接続されたタービン１８であって、燃焼室１６を離れた燃焼済みガス流によって開始され、インペラー２０を回転させる役割を果たすタービン１８も含む。

最後に、タービンエンジン１０はまた、タービン１８を離れたガス流によって回転させられる自由タービン２４も含み、前記自由タービンは、ヘリコプター（図示せず）のローターを回転させる役割を果たす。

遠心インペラータイプの羽根付きインペラー２０は、他の方面でよく知られているものである。これは、湾曲された形状を呈することができる複数の羽根２８が径方向にそこから延びるハブ２６を備え、その径方向端部は、回転双曲面の形状を有する幾何学的包絡線内に含まれている。インペラー２０はまた、回転軸Ａも呈し、用語「軸方向」は、前記軸に対して使用される。

さらに、圧縮機１２は、好ましくはタービンエンジン１０のケーシングの構成要素部分を形成するケーシング３０を含む。

ケーシング３０は、圧縮機の要素を一緒に保持する構造であり、この点において、インペラー２０は、ケーシング３０内で回転するように装着される。

ケーシング３０は、上流側縁部３２および下流側縁部３４を呈し、用語「上流側」および「下流側」は、圧縮機２０内部のガス流の流れ方向に対して考えられると規定する。流れ方向は、種々の図では矢印Ｆによって表される。

図１Ｂから、ガス流Ｆが、上流側入口３３を介して軸方向に羽根付きインペラー２０内に入り、ケーシング３０の下流側縁部３４近傍の出口３５を介してそこを径方向に離れ、その後、拡散器３６内に進入することが理解され得る。ケーシング３０の下流側縁部３４は、この例では、拡散器３６の上流側縁部によって構成される。

ガス流は、ケーシング３０の上流側縁部３２から下流側縁部３４まで延びるガス流路３８内で、インペラー２０の羽根２８の間を流れることが理解され得る。

また、経路３８は、羽根２８がそこから延びるハブ２６によって構成された表面２６ａと、経路３８の外側表面を画定するカバー４０との間に画定されることも示され得る。

言い換えれば、カバー４０は、ケーシングの上流側縁部３２とケーシング３０の下流側縁部３４の間を延びながら、上記で述べられた幾何学的包絡線の形状にほぼ適合するようにインペラー２０の羽根２８を覆う。言い換えれば、羽根２８の各々とカバー４０の間の隙間は、小さいものである。

より正確には、カバー４０は、上流側端部４０ａおよび下流側端部４０ｂを有し、上流側端部４０ａは、締結具部材４２を介してケーシングの上流側縁部３２に締め付けされ、下流側端部４０ｂは自由である。

言い換えれば、カバー４０の下流側端部４０ｂは、ケーシング３０の下流側縁部３４には締め付けられない。

その一方は、ケーシング３０の下流側縁部３４は、カバー４０の下流側縁部４０ｂに連続的につながるように達することが示され得る。

カバー４０が上流側縁部３２だけによってケーシングに締め付けられる限り、ケーシングは、本質的には、自由であるその下流側縁部４０ｂにおいて自由に変形することが理解され得る。

本発明のタービンエンジンの詳細を示す図２を参照して、本発明による遠心圧縮機２００のカバー１００の説明が続き、タービンエンジン１０の他の構成要素部分は、上記で説明されたものと同一であり、同じ参照符号を持つ。

図２に示され得るように、従来技術に比べ、本発明のカバー１００の下流側端部１００ｂは、インペラー２０の軸Ａに対して直角に延びる径方向の延長部を形成する当接部１０２をさらに含む。

好ましくは環状であるこの当接部１０２は、カバー１００の下流側端部１００ｂの軸方向の移動を限定するような役割を果たす。

このため、当接部１０２は、カバー１００の下流側端部１００ｂがインペラーの羽根２８に向かって屈曲する場合、ケーシング３０の下流側縁部３４に対して支持するのに適した接触面１０３を有し、それによって、カバー１００がそれ以上変形することを防止し、したがって有利には、カバー１００とインペラー２０の羽根２８の間のあらゆる接触を回避する。

正常な作動では、軸方向の隙間Ｊａが、接触面１０３とケーシング３０の下流側縁部３４の間に確保される。

図２で示され得るように、カバー１００の下流側端部１００ｂはまた、接触面１０３とは反対方向に延びる軸方向の隆起部１０４も含む。この軸方向の隆起部は、環形状を呈し、当接部１０２が、ケーシング３０の下流側縁部３４と接触するようになるとき、機械的応力を受ける当接部１０２の機械的強度を強化する役割を果たす。

さらに、下流側端部１００ｂはまた、ケーシング３０の下流側縁部３４とほぼ同一平面になるように設計された環状リムの形態の軸方向の延長部１０６も含む。より正確には、ガス流が、カバー１００の下流側端部１００ｂとケーシング３０の下流側縁部３４の間に存在する空隙内でかく乱されることを防止するために、小さい径方向の隙間Ｊｒが、この環状リム１０６と下流側縁部３４の間に設けられる。

好ましくは、環状リム１０６は、羽根の後縁部の高さよりも大きい径方向の高さを呈するようにして配置される。

好ましくは、インペラーのそばのカバー１００の内側表面は、カバーおよび羽根の接触時にこれらを損なうことを回避するために、他の方面から知られる摩耗性材料で覆われる。

Claims (6)

1. 上流側端部（４０ａ）および下流側端部（１００ｂ）を含むカバーと、
   上流側縁部（３２）および下流側縁部（３４）を呈するケーシング（３０）と、
   前記ケーシング内で回転するように装着された羽根付きインペラー（２０）とを備えるタービンエンジンの遠心圧縮機であって、
   前記カバーが、ケーシングの上流側縁部と下流側縁部の間を延びるガス流路（３９）の外側表面を画定するためにインペラーの羽根（２８）を覆うように設計され、カバーの上流側端部を介してケーシングの上流側縁部（３２）に締め付けられるが、カバーの下流側端部（１００ｂ）は、自由のままである、圧縮機において、
   カバーが、圧縮機が作動状態にある間、ケーシングの下流側縁部（３４）に対するカバーの下流側端部（１００ｂ）の軸方向の移動を限定するための当接部（１０２）をさらに含むことを特徴とする、遠心圧縮機。
2. 当接部（１０２）が、カバーの下流端部から延びる径方向の延長部を形成することを特徴とする、請求項１に記載の遠心圧縮機。
3. 当接部（１０２）が、環状であることを特徴とする、請求項１または２に記載の遠心圧縮機。
4. 当接部（１０２）が、複数の径方向の舌部によって構成されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の遠心圧縮機。
5. カバーの下流側端部（１００ｂ）が、環状リムを形成する軸方向の延長部（１０６）をさらに含むことを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の遠心圧縮機。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の遠心圧縮機（２００）を含むガスタービン。

Images