JP2017089646A - 高速低圧タービン部を有するガスタービンエンジン - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本開示のある実施例によるガスタービンエンジン20は特に、1つまたは複数のファンブレードを有するファン42を含む。コンプレッサ部24がファン42と流体連通し、第1のコンプレッサ部44および第2のコンプレッサ部52を含む。タービン部28がコンプレッサ部24と流体連通し、第1のタービン部46および第2のタービン部54を含む。第1のタービン部46は第1の出口点において第1の出口面積を有し、第1の速度で回転する。第2のタービン部54は第2の出口点において第2の出口面積を有し、第2の速度で回転する。第1の性能量が第1の速度の二乗と第1の面積の積として定められる。第2の性能量が第2の速度の二乗と第2の面積の積として定められる。
【選択図】図1
Description
本出願は、2012年1月31日出願の米国特許出願第13/363,154号の一部継続出願であり、2012年2月29日出願の米国仮出願第61/604,653号の優先権を主張する、2012年3月2日出願の米国出願第13/410,776号の一部継続出願である、2014年12月12日出願の米国出願第14/568,167号の一部継続出願である。
式1: PQltp=(Alpt×Vlpt 2)
式2: PQhpt=(Ahpt×Vhpt 2)
と定められ、ここで、Alptは低圧タービン部の出口における(たとえば401における)低圧タービン部の面積であり、Vlptは低圧タービン部の速度であり、Ahptは高圧タービン部の出口における(たとえば400における)高圧タービン部の面積であり、Vhptは高圧タービン部の速度である。
式3: (Alpt×Vlpt 2)/(Ahpt×Vhpt 2)=PQltp/PQhpt
となる。上述の設計によって作成されたあるタービンの実施例において、低圧タービン部および高圧タービン部の面積はそれぞれ、557.9in2および90.67in2である。さらに低圧および高圧タービン部の速度はそれぞれ、10179rpmおよび24346rpmである。したがって、低圧タービン部および高圧タービン部のための性能量は、上述の式1および2を利用して以下のように、
式1: PQltp=(Alpt×Vlpt 2)=(557.9in2)(10179rpm)2=57805157673.9in2rpm2
式2: PQhpt=(Ahpt×Vhpt 2)=(90.67in2)(24346rpm)2=53742622009.72in2rpm2
となり、また上述の式3を利用して、低圧タービン部の高圧タービン部に対する比は以下のように、
比=PQltp/PQhpt=57805157673.9in2rpm2/53742622009.72in2rpm2=1.075
となる。
22…ファン部
24…コンプレッサ部
26…燃焼器部
28…タービン部
30…低速スプール
32…高速スプール
42…ファン
44…低圧コンプレッサ部
46…低圧タービン部
48…ギア構造
52…高圧コンプレッサ部
54…高圧タービン部
56…燃焼器
Claims (20)
- 1つまたは複数のファンブレードを有し、約1.45未満の圧力比を定めるファンと、
前記ファンと流体連通しており、第1のコンプレッサ部および第2のコンプレッサ部を含むコンプレッサ部と、
前記コンプレッサ部と流体連通しているタービン部と、
を備え、
前記タービン部が第1のタービン部および第2のタービン部を含み、前記第1のタービン部および前記第1のコンプレッサ部が第1の方向に回転するように構成され、前記第2のタービン部および前記第2のコンプレッサ部が前記第1の方向と逆方向である第2の方向に回転するように構成され、
前記第1のタービン部の前後圧力比が約5:1を上回り、
前記第1のタービン部が第1の出口点において第1の出口面積を有し、第1の速度で回転し、
前記第2のタービン部が第2の出口点において第2の出口面積を有し、前記第1の速度よりも速い第2の速度で回転し、
第1の性能量が前記第1の速度の二乗と前記第1の面積の積として定められ、
第2の性能量が前記第2の速度の二乗と前記第2の面積の積として定められ、
前記第1の性能量の前記第2の性能量に対する比が約0.5〜約1.5であり、
前記ファンが前記第1のタービン部よりも低速で回転するように、前記ファンと、前記第1のタービン部によって駆動する低スプールとの間にギア減速機が含まれることを特徴とするガスタービンエンジン。 - 前記比が約0.8以上であることを特徴とする請求項1に記載のエンジン。
- 前記ギア減速機が前記ファンを前記第2の反対方向に回転させるように構成されることを特徴とする請求項1に記載のエンジン。
- 前記ギア減速機が前記ファンを前記第1の方向に回転させるように構成されることを特徴とする請求項1に記載のエンジン。
- 前記ギア減速機が遊星ギア減速機であることを特徴とする請求項4に記載のエンジン。
- 前記ギア減速機のギア比が約2.5を上回ることを特徴とする請求項1に記載のエンジン。
- 前記ファンが空気の一部分をバイパスダクトに送り込むように構成され、前記バイパスダクトに送り込まれる空気の部分を前記第1のコンプレッサ部に送り込まれる空気の量で除算したものとしてバイパス比が約10.0を上回って定められ、
前記ファンが26個以下のブレードを有することを特徴とする請求項1に記載のエンジン。 - 前記第1のタービン部が3〜6段を有し、
前記第2のタービンが1〜2段を有することを特徴とする請求項1に記載のエンジン。 - 前記ファンと、前記第1のタービン部によって駆動するコンプレッサロータとの中間に前記ギア減速機が位置することを特徴とする請求項1に記載のエンジン。
- 前記第1のタービン部と前記第2のタービン部との中間に位置する中間タービンフレームに取り付けられた第1の軸受に前記第1のタービン部が支持され、前記中間タービンフレームに取り付けられた第2の軸受に前記第2のタービン部が支持されることを特徴とする請求項1に記載のエンジン。
- 前記第1の軸受および前記第2の軸受が前記第1の出口面積と前記第2の出口面積の間に設けられることを特徴とする請求項10に記載のエンジン。
- ファンを駆動するように構成されたファン駆動タービンであって、前記第1のタービン部の前後圧力比が約5:1を上回る、ファン駆動タービンを提供し、
コンプレッサロータを駆動するように構成された第2のタービン部を提供する、
ことを含み、
前記ファン駆動タービン部が第1の出口点において第1の出口面積を有し、第1の速度で回転するように構成され、
前記第2のタービン部が第2の出口点において第2の出口面積を有し、前記第1の速度より速い第2の速度で回転するように構成され、
第1の性能量が所定の設計目標で、前記第1の速度の二乗と前記第1の面積の積として定められ、
第2の性能量が前記所定の設計目標で、前記第2の速度の二乗と前記第2の面積の積として定められ、
前記第1の性能量の前記第2の性能量に対する比が約0.5〜約1.5であることを特徴とする、ガスタービンエンジンのためのタービン部を設計する方法。 - 前記所定の設計目標が離陸条件に対応することを特徴とする請求項12に記載の方法。
- 前記第1のタービン部が3〜6段を有し、
前記第2のタービンが1〜2段を有することを特徴とする請求項12に記載の方法。 - 複数のファンブレードを有するファンを提供し、
前記ファンと流体連通しているコンプレッサ部を提供し、
前記ファンを駆動するように構成された第1のタービン部であって、第1のタービン部の前後圧力比が約5:1を上回る、第1のタービン部を提供し、
コンプレッサロータを駆動するように構成された第2のタービン部を提供する、
ことを含み、
前記第1のタービン部が第1の出口点において第1の出口面積を有し、第1の速度で回転するように構成され、
前記第2のタービン部が第2の出口点において第2の出口面積を有し、前記第1の速度より速い第2の速度で回転するように構成され、
第1の性能量が所定の設計目標で、前記第1の速度の二乗と前記第1の面積の積として定められ、
第2の性能量が前記所定の設計目標で、前記第2の速度の二乗と前記第2の面積の積として定められ、
前記第1の性能量の前記第2の性能量に対する比が約0.8〜約1.5であることを特徴とする、ガスタービンエンジンを設計する方法。 - 前記所定の設計目標が離陸条件および巡航条件の1つに対応することを特徴とする請求項15に記載の方法。
- 前記コンプレッサ部が第1のコンプレッサ部および第2のコンプレッサ部を含み、全体の圧力比が前記所定の設計目標で前記第1のコンプレッサの前後圧力比と前記第2のコンプレッサの前後圧力比との組み合わせによって与えられ、前記全体の圧力比が約35以上であることを特徴とする請求項15に記載の方法。
- 前記ファンが26個以下のファンブレードを有し、
前記ファンが圧力比を約1.45未満に定めることを特徴とする請求項17に記載の方法。 - 前記第1のタービン部と前記第2のタービン部との中間に位置する中間タービンフレームに取り付けられた第1の軸受に前記第1のタービン部が支持され、前記中間タービンフレームに取り付けられた第2の軸受に前記第2のタービン部が支持されることを特徴とする請求項15に記載の方法。
- 前記第1の軸受および前記第2の軸受が前記第1の出口面積と前記第2の出口面積の間に設けられることを特徴とする請求項19に記載の方法。
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