JP3149618B2 - エアターボラムジェットエンジン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、宇宙往還機等に用いる
エアターボラムジェットエンジンに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的なエアターボラムジェットエンジ
ンを図２及び図３により説明すると、エアターボラムジ
ェットエンジン先端の漏斗状の空気取入筒１の後方に、
円筒状の燃焼室ケーシング２を配設すると共に燃焼室ケ
ーシング２の空気取入筒１側端部に燃焼室ケーシング２
に対し直列になるようチップタービンケーシング２２を
一体的に接続し、両ケーシング２，２２内中心に、前記
空気取入筒１から流入する空気を圧縮し後方の燃焼室３
へ送給する圧縮機４を設ける。該圧縮機４は、燃焼室ケ
ーシング２に径方向へ向けて固定したフレーム５により
支持され且つ内部に燃焼室ケーシング２の長手方向へ所
定の間隔をおいて複数の軸受を収納した軸受ハウジング
６と、該軸受ハウジング６内の軸受により回転自在に支
持した軸７と、該軸７の先端に燃焼室ケーシング２長手
方向へ所定の間隔を置き取付けられた中空円錐筒状の圧
縮機動翼固定部材３７と、該圧縮機動翼固定部材３７の
外周に燃焼室ケーシング２の軸線方向へ所定の間隔を置
いて設置した圧縮機動翼１０，１１と、該圧縮機動翼１
０，１１の間と圧縮機動翼１１の後方とに配設され且つ
燃焼室ケーシング２内に収納された筒状の圧縮機静翼支
持部材９に固定した圧縮機静翼１２，１３とを備え、さ
らに圧縮機４は前記圧縮機動翼１０前方及び軸受ハウジ
ング６後方にスピンナ１４，１５を備え、各スピンナ１
４，１５及び、前記軸受ハウジング６並に圧縮機動翼固
定部材３７、圧縮機静翼１２の内周に固着した中空円錐
筒状の空気通路形成部材３８により全体の外形形状が略
紡錘形に形成されており、圧縮機動翼１０の外周には円
錐筒状のシュラウド８が固着されている。

【０００３】前記圧縮機４の外周にチップタービンケー
シング２２に格納され且つチップタービン燃料ガス通路
１７ａを有するチップタービン１７を設ける。該チップ
タービン１７は、前記圧縮機４の空気取入筒１側にある
圧縮機動翼１０の外周に固着した円錐筒状のシュラウド
８に外嵌され且つ該シュラウド８先端に連結する円筒状
のチップタービン動翼支持筒１８と、該チップタービン
動翼支持筒１８の外周にチップタービンケーシング２２
の軸線方向へ所定の間隔をおいて固着されたチップター
ビンディスク１８ａ，１８ｂ，１８ｃの外周に取付けた
チップタービン動翼１９，２０，２１と、前記チップタ
ービンケーシング２２内周に前記チップタービン動翼１
９，２０，２１の間に位置するよう取付けたチップター
ビン静翼２３，２４とを備えている。

【０００４】前記チップタービン１７へ燃料ガス（水素
ガス）を導くため、チップタービン１７の空気取入筒１
側に、チップタービン燃料ガス通路１７ａに連通するタ
ービンマニホールド燃料ガス通路２５ａを備えた環状の
タービン入口マニホールド２５を設け、チップタービン
１７から圧縮機４後方の燃焼室３へ前記燃料ガスを導く
ため、チップタービン１７の出口側に燃焼室ケーシング
２に対し同心状に収納された載頭中空円錐筒状の燃料ガ
ス通路隔壁２６を配設して、チップタービン１７後方の
燃焼室ケーシング２内周と燃料ガス通路隔壁２６外周と
の間にチップタービン１７から燃焼室３へ通じる円錐筒
状の燃料ガス通路２６ａを設ける。

【０００５】タービン入口マニホールド２５の殻部（タ
ービン入口マニホールド殻部）２５ｄの内周部には、断
面形状が多段状に形成され、チップタービンケーシング
２２に対向する内径の大きいタービン入口マニホールド
外壁２５ａと空気取入筒１に外嵌する内径の小さいター
ビン入口マニホールド外壁２５ｂと両外壁２５ａ，２５
ｂにつらなり且つ内径が両外壁２５ａ，２５ｂの中間の
径のタービン入口マニホールド外壁２５ｃを備えてい
る。

【０００６】さらにまた、前記タービン入口マニホール
ド２５側に位置する第１段のチップタービンディスク１
８ａの外周部から前方へ向かって突出させた筒状部材２
７ａにタービン入口マニホールド外壁２５ａの内周面へ
対向するラビリンスシール２７を設け、タービン入口マ
ニホールド外壁２５ａとチップタービンディスク１８ａ
との間に形成された隙間Ａからチップタービンディスク
１８ａ及びタービン入口マニホールド２５並にチップタ
ービン動翼支持筒１８に包囲された空間３３に燃料ガス
が漏洩しないようにし、前記シュラウド８の先端に連結
され且つチップタービン動翼支持筒１８の先端部に形成
した筒状部材２８ａに、タービン入口マニホールド外壁
２５ｂの内周面へ対向するラビリンスシール２８を設
け、前記空間３３から空気取入筒１のチップタービン１
７側端部とシュラウド８の空気取入筒１側端部に形成さ
れた隙間Ｂを通って圧縮機４側へ燃料ガスが漏洩しない
ようにする。

【０００７】またさらに最終段のチップタービンディス
ク１８ｃの外周部後部に突出させた筒状部材３０ａに、
燃料ガス通路隔壁２６の内周面に対向するラビリンスシ
ール３０を設け、前記チップタービンディスク１８ｃと
燃料ガス通路隔壁２６との間に形成された隙間Ｃからチ
ップタービンディスク１８ｃ及び燃料ガス通路隔壁２６
並に円板状隔壁２９、円板状隔壁２９にチップタービン
ディスク１８ｃ側へ向けて突出されたシール受筒２９ａ
により包囲された空間３５に燃料ガスが漏洩しないよう
にし、前記シール受筒２９ａの内周面と対向するラビリ
ンスシール３１を前記チップタービン動翼支持筒１８の
後端基部から後方へ向け突出させた筒状部材３１ａに設
け、前記空間３５からシュラウド８と圧縮機静翼支持部
材９との間に形成された隙間Ｄを通って圧縮機４側へ燃
料ガスが漏洩しないようにする。なお、１６は圧縮機４
の空気通路、２５ｄはタービンマニホールド殻部、３２
は燃料ガスを昇温させて高温高圧の燃料ガスとする加熱
器、３９，４０はチップタービン静翼２３，２４に取付
けられたシール受部４１，４２内周とチップタービン動
翼１９，２０，２１が取付けられたチップタービン動翼
支持筒１８外周の間をシールするラビリンスシールであ
る。

【０００８】液体燃料を加熱器３２で加熱することによ
り得られた高温高圧の燃料ガスをタービン入口マニホー
ルド燃料ガス通路２５ｅへ導き、該タービン入口マニホ
ールド燃料ガス通路２５ｅからチップタービン燃料ガス
通路１７ａ内を通過して燃料ガス通路２６ａを通り燃焼
室３へ流出する高温、高圧の燃料ガスの膨張力により、
チップタービン動翼１９，２０，２１を回転駆動する。
該動翼１９，２０，２１が回転駆動されると、チップタ
ービン動翼支持筒１８に連結した圧縮機４のシュラウド
８を介して圧縮機動翼１０，１１が回転駆動され、空気
取入筒１から流入した空気を圧縮して空気通路１６から
後方の燃焼室３へ供給する。これにより、チップタービ
ン１７から燃料ガス通路２６ａを通り流出した燃料ガス
と、圧縮機動翼１０，１１により圧縮供給された空気と
が混合して燃焼室３で燃焼し、燃料ガスよりもさらに高
温高圧の燃焼ガスとなり加熱器３２を通って後方へ流
れ、図示しないエアターボラムジェットエンジンの推力
ノズル出口から噴出されて膨張し、推力を発生する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
チップタービンでは、ラビリンスシール２７，２８，３
０，３１を設けてはいるが、燃料ガスはタービン入口マ
ニホールド外壁２５ａ後端と第１段のチップタービンデ
ィスク１８ａ前面との間の隙間Ａからラビリンスシール
２７を通って空間３３へ流入し、空間３３からラビリン
スシール２８を通り、シュラウド８先端部と空気取入筒
１後端部の間の隙間Ｂを通り、圧縮機４の空気通路１６
へ漏洩し、又最終段のチップタービンディスク１８ｃ後
面と燃料ガス通路隔壁２６先端部の間の隙間Ｃからチッ
プタービンディスク１８ｃ後面のラビリンスシール３０
を通って空間３５内へ流入し、空間３５からシュラウド
８後端部と圧縮機静翼支持部材９先端部の間の隙間Ｄを
通って圧縮機４の空気通路１６へ漏洩する。このため燃
焼器の着火後に圧縮機４の空気通路１６で着火及び燃焼
が生じ、部品が焼損したり、エンジン性能が低下する等
の問題があった。

【００１０】本発明は、前述の実情に鑑み、チップター
ビンの前部と後部にある空間に不活性ガスを充填するこ
とにより圧延機の空気通路への燃料の漏洩を防止し、空
気通路での着火燃焼の危険性を減じ得るエアターボラム
ジェットエンジンを提供することを目的としてなしたも
のである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第１の手段においては、空気取入筒と、該空気取入
筒から流入した空気を圧縮する圧縮機と、圧縮機下流側
に設けられた燃焼室と、圧縮機の外周に設けられた高温
高圧の燃料ガスの膨張力を利用して回転し圧縮機を駆動
するチップタービンと、チップタービン出口からの燃料
ガスを燃焼室に導く燃料ガス通路と、燃焼室後方に設け
られ液体燃料を加熱して高温高圧の燃料ガスにする加熱
器と、加熱器で発生した高温高圧の燃料ガスをチップタ
ービンに送り込むためチップタービン直前に設けられた
タービン入口マニホールドとを備えたエアターボラムジ
ェットエンジンにおいてチップタービンの前部と後部に
燃料ガスと空気との混合を防止するための前部シール室
と後部シール室とを備え、該両シール室は燃料ガス通路
との境界及び空気通路との境界にラビリンスシールを備
え、該両シール室には不活性ガスを供給する通路を接続
するようにしており、第２の手段においては、第１の手
段におけるチップタービンの第１段のディスクの外周部
及び基部から前方に向かってラビリンスを有する筒状部
材を張り出すように設けてマニホールド外壁との間で前
部シール室を形成すると共に、上記チップタービンの最
終段のディスクの外周部及び基部から後方に向かってラ
ビリンスを有する筒状部材を張り出すように設けて前記
燃料ガス通路の内側を画する燃料ガス通路隔壁との間で
後部シール室を形成し、該両方のシール室に不活性ガス
を供給する通路を接続するようにしている。

【００１２】

【作用】第１の手段では、前部シール室及び後部シール
室の燃料ガス通路側境界と空気通路側境界にはラビリン
スシールが設けられ、しかも前部シール室及び後部シー
ル室へは不活性ガスが供給されるため、燃料ガスがチッ
プタービンから前部シール室及び後部シール室を通り圧
縮機の空気通路へ漏洩することはない。

【００１３】第２の手段では、チップタービンの第１段
のディスクの外周部及び基部から前方に向かって張り出
した筒状部材には夫々ラビリンスシールが設けられると
共に外周部及び基部並びにマニホールド外壁との間に前
部シール室が形成され、チップタービンの最終段の外周
部及び基部から後方に向って張り出した筒状部材には夫
々ラビリンスシールが設けられると共に外周部及び基部
並に燃料ガス通路隔壁との間に後部シール室が形成さ
れ、しかも前部シール室及び後部シール室へは不活性ガ
スが供給されるため、この場合にも燃料ガスがチップタ
ービンから前部シール室及び後部シール室へは不活性ガ
スが供給されるため、この場合にも燃料ガスがチップタ
ービンから前部シール室及び後部シール室を通り圧縮機
の空気通路へ漏洩することはない。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１５】図１は本発明のエアターボラムジェットエ
ンジンのチップタービンの部分の概略を表す側面図で、
図３と同一のものには同一の符号が付してある。

【００１６】本実施例における特長について説明する
と、図３に示した従来例と略同様のエアターボラムジェ
ットエンジン用のチップタービン１７において、チップ
タービンディスク１８ａの前面に張出した筒状部材２７
ａにタービン入口マニホールド外壁２５ａの内周面へ対
向するよう設けたラビリンスシール２７と、チップター
ビン動翼支持筒１８先端部に形成した筒状部材２８ａに
タービン入口マニホールド外壁２５ｃ内周面へ対向する
よう設けたラビリンスシール２８と、前記タービン入口
マニホールド外壁２５ａ，２５ｃと、チップタービンデ
ィスク１８ａ及びチップタービン動翼支持筒１８とによ
り形成された空間である前部シール室３３ａへ不活性ガ
スを充填するため、前記タービン入口マニホールド殻部
２５ｄにタービン入口マニホールド２５前面から前記前
部シール室３３ａへ通る導孔３４を設け、また、燃料ガ
ス通路隔壁２６の内周面に対向するよう筒状部材３０ａ
に設けたラビリンスシール３０、円板状隔壁２９から燃
料ガス通路２６ａ側のチップタービンディスク１８ｃの
後面に向け突出したシール受筒２９ａの内面へ対向する
よう筒状部材３１ａに設けたラビリンスシール３１と、
前記燃料ガス通路隔壁２６、前記チップタービンディス
ク１８ｃ及び円板状隔壁２９並にシール受筒２９ａとに
より形成された空間である後部シール室３５ａへ不活性
ガスを充填するため、燃焼室ケーシング２のフレーム５
付近、燃料ガス通路隔壁２６及び円板状隔壁２９を貫通
してガス供給用の導管３６を配設する。

【００１７】前記のように、導孔３４及び導管３６を設
けた他は図３に示した従来のエアターボラムジェットエ
ンジンと変わるところはないので、前記以外の構成に関
する説明は省略する。

【００１８】運転時には、エンジン外に設けた不活性ガ
ス供給手段から、前部シール室３３ａへ導孔３４を通し
て不活性ガスを充填加圧することにより、隙間Ａから前
部シール室３３ａへ漏れようとする燃料ガスの流入を阻
止し、後部シール室３５ａへ導管３６を通して不活性ガ
スを充填加圧することにより、隙間Ｃから後部シール室
３５ａへ漏れようとする燃料ガスの流入を阻止する。こ
のため、隙間Ｂ，Ｄから燃料ガスが圧縮機４の空気通路
１６へ漏洩することを防止できる。

【００１９】なお、本発明は前述の実施例に限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々
変更を加え得ることは勿論である。

【００２０】

【発明の効果】本発明のエアターボラムジェットエンジ
ンによれば、請求項１、２の何れにあっても燃料ガスが
チップタービンの燃料ガス通路から圧縮機の空気通路へ
漏洩することがなく、従って、圧縮機内におけるバック
ファイヤ等による着火燃焼が起こらず、部品の焼損やエ
ンジン性能の低下が起こらない等、種々の優れた効果を
奏し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のエアターボラムジェットエンジンのチ
ップタービンの部分の詳細を表す断面図である。

【図２】一般的なエアターボラムジェットエンジンの構
造の概略を表す断面図である。

【図３】図２に示すエアターボラムジェットエンジンの
チップタービンの部分の詳細を表す断面図である。

【符号の説明】

１ 空気取入筒 ３ 燃焼室 ４ 圧縮機 １６ 空気通路 １７ チップタービン １７ａ チップタービン燃料ガス通路（燃料ガス通路） １８ａ，１８ｂ，１８ｃ チップタービンディスク（デ
ィスク） ２５ タービン入口マニホールド ２５ａ，２５ｃ タービン入口マニホールド外壁（マニ
ホールド外壁） ２６ 燃料ガス通路隔壁 ２６ａ 燃料ガス通路 ２７，２８ ラビリンスシール ２７ａ，２８ａ 筒状部材 ２９ 円板状隔壁 ２９ａ シール受筒 ３０，３１ ラビリンスシール ３０ａ，３１ａ 筒状部材 ３２ 加熱器 ３３ａ 前部シール室 ３４ 導孔（通路） ３５ａ 後部シール室 ３６ 導管（通路）

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空気取入筒と、該空気取入筒から流入し
   た空気を圧縮する圧縮機と、圧縮機下流側に設けられた
   燃焼室と、圧縮機の外周に設けられた高温高圧の燃料ガ
   スの膨張力を利用して回転し圧縮機を駆動するチップタ
   ービンと、チップタービン出口からの燃料ガスを燃焼室
   に導く燃料ガス通路と、燃焼室後方に設けられ液体燃料
   を加熱して高温高圧の燃料ガスにする加熱器と、加熱器
   で発生した高温高圧の燃料ガスをチップタービンに送り
   込むためチップタービン直前に設けられたタービン入口
   マニホールドとを備えたエアターボラムジェットエンジ
   ンにおいてチップタービンの前部と後部に燃料ガスと空
   気との混合を防止するための前部シール室と後部シール
   室とを備え、該両シール室は燃料ガス通路との境界及び
   空気通路との境界にラビリンスシールを備え、該両シー
   ル室には不活性ガスを供給する通路を接続したことを特
   徴とするエアターボラムジェットエンジン。
2. 【請求項２】 上記チップタービンの第１段のディスク
   の外周部及び基部から前方に向かってラビリンスを有す
   る筒状部材を張り出すように設けてマニホールド外壁と
   の間で前部シール室を形成すると共に、上記チップター
   ビンの最終段のディスクの外周部及び基部から後方に向
   かってラビリンスを有する筒状部材を張り出すように設
   けて前記燃料ガス通路の内側を画する燃料ガス通路隔壁
   との間で後部シール室を形成し、該両方のシール室に不
   活性ガスを供給する通路を接続した請求項１記載のエア
   ターボラムジェットエンジン。