JP3146311B2 - ガスタービンエンジン装置 - Google Patents

ガスタービンエンジン装置

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明はガスタービンエンジン、特に湿り空気タービ
ンサイクルに用いられる圧縮機及びタービンセクション
の配列に関する。
背景 ガスタービンエンジンにおいて、一端から低圧圧縮
機、高圧圧縮機、高圧タービンそして低圧タービンの順
に多種の構成部品を配列することが慣例となっている。
屡々、低圧圧縮機及び低圧タービンロータは低圧軸に装
着されるとともに、発電機がこの軸に固着される。高圧
圧縮機ロータと高圧タービンロータは高圧軸に固着され
ている。
高圧軸は中空孔を有していて、低圧軸がこの孔を同心
的に貫通する。従って、低圧軸の径は、該軸が高圧軸を
貫通するという必要条件により制限されている。このこ
とは、軸のトルクを通常の３倍にし得る短縮した発電機
に対処するように十分な強度をもった軸を設計すること
を困難にしている。また、比較的小さい径の長い低圧軸
は重大な周波数の問題を有するであろう。従って、２個
以上の軸受が通常必要とされている。
従来のエンジンでは、軸線方向のクリアランスがター
ビンのベーン及びブレードよりも圧縮機のベーン及びブ
レードの間でより重要であるため、低圧軸スラスト軸受
は通常圧縮機の端部にある。圧縮機の近くでのスラスト
軸受の設置はステータとロータとの間の膨張差を制限す
る。連結される発電機は通常タービンの端部にあり、始
動装置はコールド側端部にある。従って、発電機への継
手に向かい低圧軸の著しい拡張がある。
タービンステータは、発電機とガスタービンエンジン
との間の膨張差を最小とするように発電機に近い端部で
固定されている。従来のエンジンでは、これはタービン
の端部である。従って、低圧軸の拡張はステータの拡張
とは反対で、ステータベーンとロータブレードとの間で
大きい軸線方向の拡張差を生じさせる。
また、タービンの端部に配置された発電機への継手は
タービン排気ディフューザトンネル内の高温度を受け
る。
フランス国特許第4,829,763号は、１つの軸上に低圧
圧縮機と低圧タービンをもったガスタービン装置を示し
ている。高圧圧縮機と高圧タービンが他の軸上にある。
発明の概要 米国特許第4,829,763号に開示されているようなガス
化装置一体型湿り空気タービンサイクルは、低圧及び高
圧圧縮機の間のインタークーラーと、高圧圧縮機と高圧
タービンに供給を行う燃焼器との間のサチュレータ及び
レキュペレータとを用いている。通常の態様でタービン
を通る慣例的な流体の軸線方向全流れは必要とされてい
ない。
従って、低圧圧縮機ロータと低圧タービンロータが低
圧軸に互いに隣接して配置されるとともに、この低圧軸
には外側の圧縮機に隣接して発電機が固着される。高圧
圧縮機ロータと高圧タービンロータがタービンエンジン
の高圧軸の端部において高圧タービンロータ軸に固着さ
れる。各軸はガスタービンエンジンの内側の軸線方向中
央点まで延びるだけである。
低圧軸は外側又は発電機の継手端部にスラスト軸受及
びジャーナル軸受を、また内側端部又は中央点にジャー
ナル軸受を有する。高圧軸は外側にスラスト吸収玉軸受
を、また内側端部又は中央点にころ軸受を有する。この
ころ軸受は“ピギーバック”配列で低圧軸内に配置され
てよい。
高圧圧縮機及び燃焼器を囲繞するケーシングは軸線方
向に分割されてはいない。高圧排気ボリュートとガスタ
ービンエンジンケーシングの残部は水平方向に分割され
ていて、保守を容易にしている。
図面の簡単な説明 図１はタービン及び圧縮機の配列の概略図である。
図２はガスタービンエンジンの断面平面図である。
図３は中央軸受区域の断面図である。
好適な実施例の説明 図１において、ガスタービンエンジン10は、低圧軸16
に固着されたロータをもった低圧圧縮機10及び低圧ター
ビン12を含む。発電機18の形状の動力発生装置が継手20
を介して該軸に固着される。
高圧タービン22と高圧圧縮機24は高圧軸26に固着した
ロータを有する。この高圧軸は低圧軸16とは独立して回
転可能である。
ライン28を通る空気が低圧圧縮機に入り、ライン30そ
してインタークーラー32を経て外部に進む。低減した温
度で空気がライン34を経て高圧圧縮機24に進み、これに
伴い高圧空気がライン36を経てサチュレータ38に進む。
飽和された高圧空気はライン40を経て燃焼器42に進み、
この燃焼器で燃料44が燃焼される。それから、空気がラ
イン46、一段高圧タービン22そして低圧タービン14を経
て進み、ライン48を経て排出される。
図２において、低圧圧縮機12の低圧圧縮機ロータ52が
低圧軸16の外側端部53に固着される。低圧タービン14の
低圧タービンロータ54が低圧軸16の内側端部55に固着さ
れる。
高圧軸26は、その外側端部57に固着した高圧圧縮機24
の高圧圧縮機ロータ56を有する。この軸の内側端部60
は、これに固着した高圧タービン22の一段高圧タービン
ロータ58を有する。高圧軸26の内側端部60は、図３に関
して後述するように、低圧軸16の内側端部55内へ具合よ
く延びている。
ジャーナル及びスラスト軸受から成る第１軸受62が、
低圧軸の外側端部において固定構造体64と低圧軸16との
間に配置される。この軸受は支持ストラット66上に支持
されている。この端部にはケーシングの固定点も配置さ
れている。
固定構造体64と低圧軸16との間のジャーナル軸受から
成る第２軸受68が、この軸受の内側端部に配置される。
この軸受は、図３に明瞭に示すように、ガス流路を貫通
するストラット70上に支持されている。
第３軸受72は、高圧軸の内側端部60と低圧軸の内側端
部55との間のころ軸受である。共通の軸受ハウジング78
がこれら両軸受を収容するとともに、ストラット70を介
して支持された構造体とで相互支持体として働く。
玉及びスラスト軸受の形状の第４軸受80が高圧軸26の
外側端部に配置される。この軸受は固定構造体64からの
ストラット82により支持されている。
低圧軸区域を囲繞するケーシング全体は、フランジ86
で水平方向に分割されていて、修理のための低圧ロータ
の取外しを具合よくできるようにしている。このフラン
ジは高圧タービンケーシングと燃焼器ケーシングとの間
の円周方向フランジ88へ延びる。高圧圧縮機排気ボリュ
ート90も水平方向に分割されている。燃焼器と高圧圧縮
機を囲繞するケーシングは分割されていない。
エンジンの高圧部分は今日の航空機エンジン用高圧圧
縮機の使用を許すように軸線方向に組立てられる。環状
燃焼器の接近及び分解も容易に行える。排気ボリュート
を囲繞する分割ケース90を取外した後、環状燃焼器ケー
シングが後方へ動かされて、検査及び保守のため燃焼器
を露出させることができる。
低圧タービンの後段ディスク92は冷却空気を必要とす
る。この配列では、これは、高圧圧縮機から位置94で空
気を引き出して高圧ロータの孔へ進めることにより達成
し得る。この冷却空気は冷却空気96として高圧軸の孔を
経て軸受68の位置で低圧軸の孔内へ流れることができ
る。この地点から、冷却空気が冷却を必要とする段部92
に進むことができる。
中央位置での共通軸受ハウジングは中央軸受パッケー
ジ全体のために単一の支持体だけを必要とする。従っ
て、ガスタービンエンジンを支持するためには全部で３
つの軸受ハウジングが必要となるだけである。大径で比
較的短い低圧軸は、重大な周波数の問題を起こすことな
く２個の軸受だけで支持することができる。この軸はま
た、短い発電機の場合に起こり得る高トルクを許すに十
分強度を高く設計することが容易にできる。タービンの
低圧側端部に固着される大きい発電機は、ガスタービン
エンジンを軸線方向に分解するように設計することを勧
められなくする。低圧側分割ケーシングは軸線方向の移
動なしで低圧側の取外しを許す。
低圧スラスト軸受と固定エンジン支持体の双方は発電
機への継手と同様にコールド側端部にある。必要な始動
装置は他のコールド側端部にあって、ホット側端部には
ない。ステータとロータは同じ方向に拡張して、必要と
される軸線方向のクリアランスを最小限にしている。
必要な流れの遮断は二軸ガスタービンでもって最適に
行われる。更に、軸を同心的よりはむしろ直列にした方
が機械的に好ましい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 パーキンス グレー エム アメリカ合衆国フロリダ 33418 パー ム ビーチ ガーデンズ ヒッコリー ドライブ 4253 (56)参考文献 国際公開95／3550（ＷＯ，Ａ１) 仏国特許出願公開2384951（ＦＲ，Ａ １) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02C 3/04 F02C 7/06 F01D 25/16

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】低圧軸（16）； 高圧軸（26）； 前記低圧軸上の低圧圧縮機ロータ（52）； 前記低圧軸上の低圧タービンロータ（54）； 前記高圧軸上の高圧圧縮機ロータ（56）； 前記高圧軸上の高圧タービンロータ（58）； 軸線方向に整合された前記低圧軸及び前記高圧軸が外側
    端部（53,57）及び内側端部（55,60）を設定しているこ
    と； 前記低圧軸（16）に連結された動力出力装置（18）； 前記低圧軸（16）と前記高圧軸（26）が独立して回転で
    きること； を包含する動力装置用ガスタービン装置において、 第１軸受（62）が前記低圧軸の外側端部（53）における
    固定構造体（64）と前記低圧軸（16）との間のジャーナ
    ル及びスラスト軸受から成ること； 第２軸受（68）が前記低圧軸の内側端部（55）における
    固定構造体（64）と前記低圧軸（16）との間のジャーナ
    ル軸受から成ること； 第３軸受（72）が前記低圧軸の内側端部（55）と前記高
    圧軸の内側端部（60）との間のころ軸受から成ること；
    及び 第４軸受（80）が固定構造体と前記高圧軸（26）の外側
    端部（57）との間の玉及びスラスト軸受から成ること； を特徴とする動力装置用ガスタービン装置。
  2. 【請求項２】共通の軸受ハウジング（78）が前記第２軸
    受（68）及び第３軸受（72）を囲繞している、請求項１
    記載のガスタービン装置。
JP50767093A 1991-10-15 1992-09-04 ガスタービンエンジン装置 Expired - Lifetime JP3146311B2 (ja)

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US775,865 1991-10-15
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