JP2018538473A - 冷却システムが装備されたブレード、付随するガイドベーンアセンブリおよび付随するターボ機械 - Google Patents
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Abstract
本発明は、冷却システムが取り付けられた、ターボ機械のガイドベーンアセンブリのブレードであって、前記ブレードの内部空洞(24)内に配置され、ブレードの冷却空気入口(26)に結合され、ブレードの内部空洞(24)の表面を冷却するように設計されたインサート(22)と、インサート(22)内の冷却空気の一部を抜き取るように構成され、ターボ機械の中央ハブにそれを送るように設計されたブリード装置と、を備える、ブレードに関する。
ブレードは、ブリード装置が、ブレードの内部空洞(24)内に配置され、インサートの開口部(34)を通過し、インサート(22)内の冷却空気の一部を抜き取るように構成されたブリードヘッド(30)を備えることを特徴とする。
ブレードは、ブリード装置が、ブレードの内部空洞(24)内に配置され、インサートの開口部(34)を通過し、インサート(22)内の冷却空気の一部を抜き取るように構成されたブリードヘッド(30)を備えることを特徴とする。
Description
本発明は、ターボ機械のガイドベーンアセンブリのブレードに関する。特に、本発明は、ターボ機械のブレード用および他の部品用の冷却システムが取り付けられた、ガイドベーンアセンブリのブレードに関する。
ターボ機械は、一般に、上流から下流へ、例えば低圧圧縮機および高圧圧縮機などの1つまたは複数の圧縮機段、燃焼室、例えば高圧タービンおよび低圧タービンなどの1つまたは複数のタービン段を備える。上流および下流は、流出噴流(上流から下流へ)における通常のガス流の方向に対して画定される。
タービンは、燃焼室から来るガス流の熱および運動エネルギーを、例えば、ヘリコプタの場合、圧縮機、および/またはロータを駆動するために必要な機械エネルギーに変換する。
タービンは、通常、1つまたは複数のブレード段を備え、各段は、一般に、既知の方法で、ガイドベーンアセンブリおよび移動カスケードと呼ばれる固定カスケードを含む。カスケード内の複数ブレードのアセンブリは、「翼配列」と呼ばれることがある。ブレードは、前縁と呼ばれる上流に向けられた部分と、後縁と呼ばれる下流に向けられた部分とを備える。
ガイドベーンアセンブリは、一般に、ブレードの内側を通って流れ、ラビリンスを形成する回路を用いて、強制対流によって冷却される。冷却空気は、外部子午線と呼ばれるガイドベーンアセンブリの各ブレードの部分で、燃焼室の周辺上のタービンの燃焼室側のブレードに入る。冷却空気は、外部子午線から循環し、ブレードを通過して、タービンの中央ハブの側面上に配置される、内部子午線と呼ばれるガイドベーンアセンブリの各ブレードの部分まで内側上のブレード(ブレードの前縁を含む)を冷却する。用語「冷却空気」または「冷たい空気」は、ターボ機械の流出噴流内を流れるガスの温度よりも低い温度の空気を表し、流出噴流内に配置される要素の温度を低下させるために使用される。
冷却空気の一部は、これらの内部子午線で抜き取られてハブに送られて、タービンの他の部分を冷却する。それにもかかわらず、ブレードがラビリンス型回路によって冷却される冷却システムでは、ハブに送られる空気は、ブレードの前縁で加熱された空気であり、したがって、冷却空気よりも高い温度を含む。加えて、消費される冷却空気の量はかなり大きい。
他の冷却システムは、ブレード内に配置され、ブレードの内面を冷却するために使用されるインサートまたはダブルスキンを含む。特に、インサートは、冷たい空気の衝撃を用いてブレードの前縁を冷却するために使用される複数の穿孔を有する壁を備える。これらのインサートは、ラビリンス型冷却システムに関連する空気消費を減少させるために使用される。加えて、対流熱伝達係数は、ラビリンス型システムによって生成される熱伝達係数よりも大きい。場合によっては、ハブを介して、ブリード空気の一部をタービンの他の部分に向かって送る目的で、これらのインサートは、内部子午線を横切るように延長される。
しかしながら、このインサート構成は、インサートと内部子午線との間の界面で冷たい空気の著しい漏れを引き起こす。この漏れによって逃げる空気が失われ(特にガスの流出噴流の中で)、タービンのブレードまたは他の部分を冷却する役目を果たさなくなる。
したがって、本発明者らは、既存のガイドベーンアセンブリのブレードを改良する方法を模索してきた。
本発明は、既知のブレードの欠点の少なくともいくつかを軽減することを目的とする。
特に、本発明は、本発明の少なくとも1つの実施形態において、ブレード、およびターボ機械のブレードが設置される他の部分を効果的に冷却するために使用される冷却システムが取り付けられたブレードを提供することを目的とする。
本発明はまた、少なくとも1つの実施形態において、冷却空気の消費を制限する冷却システムが取り付けられたブレードを提供することを目的とする。
本発明はまた、少なくとも1つの実施形態において、冷却空気の損失を減少させる冷却システムが取り付けられたブレードを提供することを目的とする。
本発明はまた、少なくとも1つの実施形態において、ターボ機械の他の部分を冷却する目的で、ブレードを通過する空気の加熱を制限するために使用される冷却システムが取り付けられたブレードを提供することを目的とする。
この目的のために、本発明は、冷却システムが取り付けられたターボ機械のガイドベーンアセンブリのブレードにして、
前記ブレードの内部空洞内に配置され、ブレードの冷却空気入口に結合され、ブレードの内部空洞の表面を冷却するように設計されたインサートと、
インサート内の冷却空気の一部を抜き取るように構成され、ターボ機械の中央ハブにそれを送るように設計されたブリード装置と、
を備える、ブレードであって、
ブリード装置が、
ブレードの内部空洞内に配置され、インサートの開口部を通過し、インサート内の冷却空気の一部を抜き取るように構成されたブリードヘッドを備えることを特徴とする、ブレードに関する。
前記ブレードの内部空洞内に配置され、ブレードの冷却空気入口に結合され、ブレードの内部空洞の表面を冷却するように設計されたインサートと、
インサート内の冷却空気の一部を抜き取るように構成され、ターボ機械の中央ハブにそれを送るように設計されたブリード装置と、
を備える、ブレードであって、
ブリード装置が、
ブレードの内部空洞内に配置され、インサートの開口部を通過し、インサート内の冷却空気の一部を抜き取るように構成されたブリードヘッドを備えることを特徴とする、ブレードに関する。
したがって、本発明によるブレードは、冷却空気が冷却されるべき要素によって加熱される前に、その冷却システムによって、インサート内の冷却空気の一部を直接に抜き取ることを可能にする。したがって、冷却空気は中心に向かってハブ内に送られ、冷却空気がブレードの入口を通って到着してからハブに到着するまでに加熱される程度を最小限に抑える。したがって、ハブに到着する空気の温度は、インサートの入口での空気の温度に近い。一旦冷却空気がハブに送られると、それはターボ機械の他の要素を冷却するために使用される。
加えて、ブレードの内部空洞内にブリードヘッドを配置することにより、ブリードヘッドが配置されるインサートの開口部に潜在的な空気漏れを封じ込めることが可能になり、その空気漏れはブレードの内部空洞内に留まる。したがって、これらの空気漏れは制御され、それらはブレードの冷却に寄与し、漏れを原因とする空気が失われることはない。
有利には、本発明によれば、ブリード装置は、一方では第1のボールジョイントによってブレードに結合され、他方では第2のボールジョイントによってターボ機械の中央ハブに結合されるように設計され、ブリードヘッドから来るブリード空気をターボ機械のハブに送るように設計されたブリードダクトを備える。
本発明のこの態様によれば、ブリードダクトをブレードに、かつハブに結合するボールジョイント型の機械的結合部は、ブリードヘッドによって抜き取られた空気がハブに送られることを可能にし、同時に、ガイドベーンアセンブリのブレードとハブとの間の移動の可能性を保持する。これらの移動は、特に熱機械的負荷の作用によるものであり、これらのボールジョイントがない場合にはブリードダクトを損傷する可能性がある。
有利には、本発明のこの最後の態様によれば、ブリードヘッドおよびブリードダクトは一体的に結合されている。
本発明のこの態様によれば、ブリードヘッドおよびブリードダクトは、ブリード機構と呼ばれる単一部品を形成し、それによってブレードを大幅に変更する必要がないので製造することが容易である。本発明のこの変形形態では、ブリードヘッドがブレードダクトと一体的であるので、ブリードヘッドとインサートの開口部との間の隙間は、ブリードヘッドの移動を可能にするように設計され、それによって、ブレード、および/またはハブが移動する場合、ブリードダクトが移動可能であり、同時に開口部での空気漏れを最小限に抑える。
有利には、本発明によれば、ブリードヘッドおよびブレードは一体的に結合されている。
本発明のこの態様によれば、ブリードヘッドが固定されているので、インサートの開口部とブリードヘッドとの間の隙間を減少させることができ、したがって、開口部での空気漏れを減少させる。ブリードヘッドは、ブレードの部分から形成されてもよく、したがって、ブレードが製造される場合に製造されてもよい。
本発明はまた、ターボ機械の中央ハブの周りに配置された複数のブレードを備えるガイドベーンアセンブリであって、ガイドベーンアセンブリの少なくとも1つのブレードが本発明によるブレードであることを特徴とする、ガイドベーンアセンブリに関する。
本発明はまた、中央ハブを備えるターボ機械であって、本発明によるガイドベーンアセンブリを備えることを特徴とする、ターボ機械に関する。
本発明はまた、上述または下述の特徴の全てまたは一部の組み合わせを特徴とするブレード、ガイドベーンアセンブリ、およびターボ機械に関する。
本発明の他の目的、特徴および利点は、限定しない例としてのみ提供され、添付の図面を参照する以下の説明を読むことによって明らかになるであろう。
以下の実施形態は、例である。説明は1つまたは複数の実施形態を参照するが、これは必ずしも各参照が同じ実施形態に関連していること、またはその特徴が単一の実施形態にのみ当てはまることを意味するものではない。異なる実施形態の単一の特徴を組み合わせて、他の実施形態を提供することもできる。図面では、尺度および比率は厳密に守られておらず、これは例示および明瞭性のためである。
図1の斜視図、ならびに図2および図3の断面図として、図1から図3は、ターボ機械のガイドベーンアセンブリのブレード10を概略的に示す。ターボ機械に配置される場合、ブレード10は、ターボ機械の燃焼室(図示せず)の側面上に位置する外部子午線12と呼ばれる部分と、ターボ機械の回転部分が周りを回る、ターボ機械の中央ハブ16の側面上に位置する内部子午線14と呼ばれる部分とを含む。加えて、ガスが上流から下流へターボ機械を通過し、上流に向けられたブレード10の部分は前縁18と呼ばれ、下流に向けられたブレード10の部分は後縁20と呼ばれる。
ブレード10には、以下に説明する様々な実施形態による冷却システムが取り付けられている。図1から図3において、矢印は、ブレード10、および/または冷却システムの様々な要素内の冷却空気の循環を部分的に示している。
図1および図2に示すブレード10には、本発明の第1の実施形態による冷却システムが取り付けられている。
冷却システムは、ブレード10の内部空洞24内に配置され、ブレード10の冷却空気入口26に結合されたダブルスキンとも呼ばれるインサート22を備える。インサートは、ブレード10の内部空洞24の表面上、特に前縁18に冷たい空気の衝撃を生成するための微小穿孔28を含む。
冷却システムは、ブレード10の内部空洞24内に配置され、インサート22内の冷却空気の一部を抜き取るように構成された中空ブリードヘッド30を含むブリード装置をさらに備える。これを実施するために、ブリードヘッド30はインサート22の開口部34を通過し、その結果、インサート22内を循環する空気の一部がブリードヘッド30に入る。
開口部34とブリードヘッド30との間の隙間は、冷却空気の漏れ36を引き起こす。ブリードヘッド30がブレード10の内部空洞24内に配置されているので、これらの漏れ36に起因する空気漏れは、ブレード10の内部空洞24内に留まり、したがってブレード10の冷却に関与する。
ブリード装置はさらに、ブリードヘッド30から来る、抜き取られたインサート22内部の空気を送り、それを中央ハブ16に送るように設計された中空ブリードダクト32を含む。
ブリードダクト32は、一方では第1のボールジョイント結合部38によってブレード10に結合され、他方では第2のボールジョイント結合部40によってハブ16に結合される。特に、第1のボールジョイント結合部38は、ブレード10のこの部分がハブ16に近接して、対向して配置されているため、ブレード10の内部子午線14上に配置されている。ボールジョイント結合部38、40は、ブレード10およびハブ16が互いに対して移動することを可能にする機械的結合部を形成する。
この第1の実施形態では、ブリードヘッド30およびブリードダクト32は一体的に結合され、ブリード機構と呼ばれる単一部品を形成する。
ブリードダクト32とブレード10との間に第1のボールジョイント結合部38が存在するために、ブレード10がハブ16に対して移動する場合、ブリードヘッド30は、インサート22の開口部34の中に移動することができる。したがって、開口部34の寸法は、ブリードヘッド30のこの移動のために設計されており、開口部34とブリードヘッド30との間の隙間は、ブリードヘッド30の移動を可能にするのに十分に大きいが、しかし空気漏れ36を最小限に抑えるために十分に小さい。上述したように、これらの空気漏れ36は、全ての場合において制御され、ブレード10の冷却に関与し、したがって、それらが冷却空気の損失を意味するものではない。
図3に示すブレード10には、本発明の第2の実施形態による冷却システムが取り付けられている。
この実施形態は、上述の第1の実施形態と同様であるが、しかしブリードヘッド30は、ブリードダクト32に一体的に結合されておらず、ブリードヘッド30は、特にブレードの内部子午線14でブレード10に一体的に結合され、ターボ機械のハブ16に対向している。ブリードヘッド30は、例えば、ブレード10の部分から形成され、同一材料でブレード10と共に製造され得る。
Claims (5)
- 冷却システムが取り付けられたターボ機械のガイドベーンアセンブリのブレードにして、
前記ブレードの内部空洞(24)内に配置され、ブレードの冷却空気入口(26)に結合され、ブレードの内部空洞(24)の表面を冷却するように設計されたインサート(22)と、
インサート(22)内の冷却空気の一部を抜き取るように構成され、ターボ機械の中央ハブ(16)にそれを送るように設計されたブリード装置と、
を備えるブレードであって、
ブリード装置が、
ブレードの内部空洞(24)内に配置され、インサートの開口部(34)を通過し、インサート(22)内の冷却空気の一部を抜き取るように構成されたブリードヘッド(30)と、
一方では第1のボールジョイント(38)によってブレードに結合され、他方では第2のボールジョイント(40)によってターボ機械の中央ハブ(16)に結合されるように設計され、ブリードヘッド(30)から来るブリード空気をターボ機械のハブ(16)に送るように設計されたブリードダクト(32)と
を備えることを特徴とする、ブレード。 - ブリードヘッド(30)およびブリードダクト(32)が、一体的に結合されていることを特徴とする、請求項1に記載のブレード。
- ブリードヘッド(30)およびブレードが、一体的に結合されていることを特徴とする、請求項1に記載のブレード。
- ターボ機械の中央ハブ(16)の周りに配置された複数のブレードを備えるターボ機械のガイドベーンアセンブリであって、ガイドベーンアセンブリの少なくとも1つのブレードが、請求項1から3のいずれか一項に記載のブレード(10)であることを特徴とする、ガイドベーンアセンブリ。
- 中央ハブ(16)を備え、請求項4に記載のガイドベーンアセンブリを備えることを特徴とする、ターボ機械。
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