JP3529779B2 - タービンディスク用自立型サイドプレートアッセンブリ - Google Patents
タービンディスク用自立型サイドプレートアッセンブリInfo
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
- F01D5/3007—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of axial insertion type
- F01D5/3015—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of axial insertion type with side plates
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
- F01D11/005—Sealing means between non relatively rotating elements
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
- F01D5/08—Heating, heat-insulating or cooling means
- F01D5/081—Cooling fluid being directed on the side of the rotor disc or at the roots of the blades
- F01D5/082—Cooling fluid being directed on the side of the rotor disc or at the roots of the blades on the side of the rotor disc
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に関し、より詳細に
はタービンディスクのサイドプレートアッセンブリに関
するものである。
はタービンディスクのサイドプレートアッセンブリに関
するものである。
発明の背景
典型的なガスタービンエンジンでは、作動流体が圧縮
機領域、燃焼領域、タービン領域を順次通過するよう
に、長軸方向に沿った環状流路を有する。前記の圧縮機
領域には、複数の回転するブレードがあり、作動流体に
エネルギーを付与する。この作動流体は前記圧縮機領域
から排出された後、燃焼領域に導入される。燃焼領域で
は燃料が圧縮された作動流体と混合されて、前記混合物
に点火され前記作動流体により多くのエネルギーを付与
する。得られた燃焼生成物はその後に前記タービン領域
を通過してから膨張する。このタービン領域には、複数
の回転するブレードがあり、膨張する流体からエネルギ
ーを取り出す。このようにして取り出されたエネルギー
の一部分は、前記圧縮機領域とタービン領域とを連結し
ているローターシャフトを通じて圧縮機領域に戻され
る。取り出されたエネルギーの残りの部分は、その他の
機能のために使用される。
機領域、燃焼領域、タービン領域を順次通過するよう
に、長軸方向に沿った環状流路を有する。前記の圧縮機
領域には、複数の回転するブレードがあり、作動流体に
エネルギーを付与する。この作動流体は前記圧縮機領域
から排出された後、燃焼領域に導入される。燃焼領域で
は燃料が圧縮された作動流体と混合されて、前記混合物
に点火され前記作動流体により多くのエネルギーを付与
する。得られた燃焼生成物はその後に前記タービン領域
を通過してから膨張する。このタービン領域には、複数
の回転するブレードがあり、膨張する流体からエネルギ
ーを取り出す。このようにして取り出されたエネルギー
の一部分は、前記圧縮機領域とタービン領域とを連結し
ているローターシャフトを通じて圧縮機領域に戻され
る。取り出されたエネルギーの残りの部分は、その他の
機能のために使用される。
前記ガスタービンエンジンの前記ローターアッセンブ
リは、回転するディスクを有しており、これに前記ロー
ターブレードが取り付けられている。このローターブレ
ードの他、前記ディスクは、シールランナーやサイドプ
レートといった他の回転可能な構造体の支持体としても
使用できる。前記ディスクの寸法と重量は、前記ディス
クが支持しなければならない荷重に依存する。前記ディ
スクの回転により必然的に生じる遠心力は、前記荷重を
何倍にも増大させることになる。前記ローターアッセン
ブリの寸法と重量は、前記ガスタービンエンジンの出力
に対して直接的に影響するため重量や質量を付け加える
ことは、直接的にガスタービンエンジンの運転効率を低
下することになる。
リは、回転するディスクを有しており、これに前記ロー
ターブレードが取り付けられている。このローターブレ
ードの他、前記ディスクは、シールランナーやサイドプ
レートといった他の回転可能な構造体の支持体としても
使用できる。前記ディスクの寸法と重量は、前記ディス
クが支持しなければならない荷重に依存する。前記ディ
スクの回転により必然的に生じる遠心力は、前記荷重を
何倍にも増大させることになる。前記ローターアッセン
ブリの寸法と重量は、前記ガスタービンエンジンの出力
に対して直接的に影響するため重量や質量を付け加える
ことは、直接的にガスタービンエンジンの運転効率を低
下することになる。
多くの研究及び開発がタービンディスクにかかる荷重
を減少させるために行われており、前記タービンディス
クの寸法は小さくなってきている。タービンの構造用部
品は、高強度かつ低密度の材料を使用することでより軽
量に設計されるようになっていることに加えて、前記ロ
ーターアッセンブリとその付属品は前記タービンディス
ク上での寸法が小さくなるように形成される。
を減少させるために行われており、前記タービンディス
クの寸法は小さくなってきている。タービンの構造用部
品は、高強度かつ低密度の材料を使用することでより軽
量に設計されるようになっていることに加えて、前記ロ
ーターアッセンブリとその付属品は前記タービンディス
ク上での寸法が小さくなるように形成される。
サイドプレートアッセンブリもまた研究、開発の対象
とされてきた。典型的なサイドプレートアッセンブリに
は数種類の機能がある。例えば、カンター（Canter）等
に付与された米国特許第4,701,105号の“タービンロー
ターフェースプレート（Faceplate）用アンチ−ローテ
ーション機構”に開示のものを挙げることができる。前
記サイドプレートは第１に、前記ディスクが加熱された
作動流体と直接接触しないようにする。第２には、前記
のサイドプレートは、前記ディスクの前面に沿って流れ
前記ローターブレードに流れ込む冷却流体の経路を提供
する。前記サイドプレートは、前記作動流体から熱が伝
達されてしまうと悪影響がでる前記ディスクと、前記ロ
ーターブレードと、をそれぞれ直接的、間接的に保護す
る機能を有する。しかしながらこのサイドプレートアッ
センブリは、ディスクの荷重を増加させるため、前記デ
ィスクは前記サイドプレートアッセンブリを支持するた
めに大きくならざるおえなかった。
とされてきた。典型的なサイドプレートアッセンブリに
は数種類の機能がある。例えば、カンター（Canter）等
に付与された米国特許第4,701,105号の“タービンロー
ターフェースプレート（Faceplate）用アンチ−ローテ
ーション機構”に開示のものを挙げることができる。前
記サイドプレートは第１に、前記ディスクが加熱された
作動流体と直接接触しないようにする。第２には、前記
のサイドプレートは、前記ディスクの前面に沿って流れ
前記ローターブレードに流れ込む冷却流体の経路を提供
する。前記サイドプレートは、前記作動流体から熱が伝
達されてしまうと悪影響がでる前記ディスクと、前記ロ
ーターブレードと、をそれぞれ直接的、間接的に保護す
る機能を有する。しかしながらこのサイドプレートアッ
センブリは、ディスクの荷重を増加させるため、前記デ
ィスクは前記サイドプレートアッセンブリを支持するた
めに大きくならざるおえなかった。
前記の技術があるものの、科学者及び技術者は、出願
人の譲受人の指示の下にガスタービンエンジンの運転効
率をさらに増大させるべく、軽量のタービンローターア
ッセンブリの開発を行ってきた。
人の譲受人の指示の下にガスタービンエンジンの運転効
率をさらに増大させるべく、軽量のタービンローターア
ッセンブリの開発を行ってきた。
発明の開示
本発明によるローターアッセンブリは、サイドプレー
トアッセンブリを有するとともに、ボア部（bore）と、
ウエブ（web）と、リム（rim）と、を有するディスクを
有する。また前記サイドプレートアッセンブリは前記デ
ィスクの前記ウエブや前記リムのいずれにも半径方向に
保持されていないことを特徴とする。
トアッセンブリを有するとともに、ボア部（bore）と、
ウエブ（web）と、リム（rim）と、を有するディスクを
有する。また前記サイドプレートアッセンブリは前記デ
ィスクの前記ウエブや前記リムのいずれにも半径方向に
保持されていないことを特徴とする。
さらに本発明の前記サイドプレートアッセンブリは、
前記ディスクに対し長軸方向に組み合わされたサイドプ
レートを備え、さらにこのサイドプレートと前記ディス
クとの間には、両者の組付により長軸方向に対してシー
ル力を有するようなディスクシールが配設されてなる。
前記ディスクに対し長軸方向に組み合わされたサイドプ
レートを備え、さらにこのサイドプレートと前記ディス
クとの間には、両者の組付により長軸方向に対してシー
ル力を有するようなディスクシールが配設されてなる。
本発明の代表的な実施例では、ローターアッセンブリ
は、前記ローターディスクボア部よりも半径方向の外周
側に位置するディスク自己保持半径（self−sustaining
radius）を有するローターディスクと、サイドプレー
トボア部よりも半径方向外側にサイドプレート自己保持
半径が位置するサイドプレートアッセンブリと、を有す
る。半径方向と長軸方向への取り付け手段は、サイドプ
レートボア部と前記ローターディスクボア部の間に配設
される。前記サイドプレートは、冷却流体源から前記サ
イドプレートと前記ローターディスクとの間のキャビテ
ィーへ流体が流れるようにする開口を有している。シー
ル手段は、前記サイドプレートとローターディスクとの
間に配設されている。前記シール手段は、前記サイドプ
レートの半径方向の外部端とローターディスクとの間で
長軸方向に当接してシール力を発生させている。
は、前記ローターディスクボア部よりも半径方向の外周
側に位置するディスク自己保持半径（self−sustaining
radius）を有するローターディスクと、サイドプレー
トボア部よりも半径方向外側にサイドプレート自己保持
半径が位置するサイドプレートアッセンブリと、を有す
る。半径方向と長軸方向への取り付け手段は、サイドプ
レートボア部と前記ローターディスクボア部の間に配設
される。前記サイドプレートは、冷却流体源から前記サ
イドプレートと前記ローターディスクとの間のキャビテ
ィーへ流体が流れるようにする開口を有している。シー
ル手段は、前記サイドプレートとローターディスクとの
間に配設されている。前記シール手段は、前記サイドプ
レートの半径方向の外部端とローターディスクとの間で
長軸方向に当接してシール力を発生させている。
本発明の本質的な特徴は、前記ローターディスクのウ
エブやリムへ取り付けるための取り付け手段を全く有し
ない自立（free standing）型のサイドプレートディス
クにある。本発明は、前記サイドプレートと、前記ロー
ターディスクと、の間で長軸方向に当接することで発生
したシール力を利用するディスクシール手段を有するこ
とをさらに特徴とするものである。具体的な実施例で
は、前記冷却流体源と、サイドプレートとローターディ
スクの間に形成されるキャビティーとの間に開口が配設
される。
エブやリムへ取り付けるための取り付け手段を全く有し
ない自立（free standing）型のサイドプレートディス
クにある。本発明は、前記サイドプレートと、前記ロー
ターディスクと、の間で長軸方向に当接することで発生
したシール力を利用するディスクシール手段を有するこ
とをさらに特徴とするものである。具体的な実施例で
は、前記冷却流体源と、サイドプレートとローターディ
スクの間に形成されるキャビティーとの間に開口が配設
される。
本発明の第一の効果は、自立型サイドプレートを用い
ることで、前記ローターアッセンブリを最小の寸法及び
重量とすることができることにある。前記ローターディ
スクのウエブとリムからサイドプレートの半径方向の荷
重が取り除かれるため、前記半径方向の荷重を支持する
ためにより大きなローターディスクが必要とされなくな
る。本発明のサイドプレートは、ウエブと、ボア部と、
を有し、前記サイドプレートボア部は前記サイドプレー
トに対する主要な回転荷重を有する部分である。本発明
の別の効果としては、前記ディスクシール手段を設ける
結果として、加熱された作動流体が前記ローターブレー
ドに直接接触することを防止できることにある。前記シ
ールは、前記サイドプレートと、ローターディスクの間
が当接することによる長軸方向に向いたシール力によっ
て達成されている。サイドプレートを位置決めする取り
付け手段は、半径方向の外側の前記端部がローターディ
スクに密着するように当接させている。この具体的な実
施例における効果として、ローターディスクが、前記開
口及び前記サイドプレートとディスクの間のキャビティ
ーを通過してくる冷却流体により冷却されることにあ
る。前記の冷却流体は、前記ディスクウエブを冷却し、
その後半径方向外側に向かって流動して、前記ローター
ブレードといったローターアッセンブリの別の構造を冷
却する。
ることで、前記ローターアッセンブリを最小の寸法及び
重量とすることができることにある。前記ローターディ
スクのウエブとリムからサイドプレートの半径方向の荷
重が取り除かれるため、前記半径方向の荷重を支持する
ためにより大きなローターディスクが必要とされなくな
る。本発明のサイドプレートは、ウエブと、ボア部と、
を有し、前記サイドプレートボア部は前記サイドプレー
トに対する主要な回転荷重を有する部分である。本発明
の別の効果としては、前記ディスクシール手段を設ける
結果として、加熱された作動流体が前記ローターブレー
ドに直接接触することを防止できることにある。前記シ
ールは、前記サイドプレートと、ローターディスクの間
が当接することによる長軸方向に向いたシール力によっ
て達成されている。サイドプレートを位置決めする取り
付け手段は、半径方向の外側の前記端部がローターディ
スクに密着するように当接させている。この具体的な実
施例における効果として、ローターディスクが、前記開
口及び前記サイドプレートとディスクの間のキャビティ
ーを通過してくる冷却流体により冷却されることにあ
る。前記の冷却流体は、前記ディスクウエブを冷却し、
その後半径方向外側に向かって流動して、前記ローター
ブレードといったローターアッセンブリの別の構造を冷
却する。
本発明の上述及びその他の目的、本発明の特徴及び効
果については、実施例を添付の図面をもって詳細に、よ
り明確に説明を行う。
果については、実施例を添付の図面をもって詳細に、よ
り明確に説明を行う。
図面の簡単な説明
図１は、ガスタービンエンジンの断面図である。
図２は、自立型サイドプレートを有するローターアッ
センブリの側面断面図である。
センブリの側面断面図である。
図３は、ブラシュシール（brush seals）を切り取っ
てサイドプレートアッセンブリの部分を長軸方向から見
た図である。
てサイドプレートアッセンブリの部分を長軸方向から見
た図である。
図４はサイドプレートアッセンブリの側面断面図であ
り、一点鎖線は取り付けられていない状態での前記サイ
ドプレートアッセンブリの形状を示したものである。
り、一点鎖線は取り付けられていない状態での前記サイ
ドプレートアッセンブリの形状を示したものである。
図５は、前記サイドプレートアッセンブリの長軸方向
及び半径方向に対する取り付け手段の断面図である。
及び半径方向に対する取り付け手段の断面図である。
発明の最良の実施態様
図１は、典型的なターボ機械の代表的なカスタービン
エンジン12を図示したものである。前記ガスタービンエ
ンジンは、長軸16方向に配設された作動流体の流路14
と、圧縮機領域18と、燃焼領域22と、タービン領域24
と、を有する。
エンジン12を図示したものである。前記ガスタービンエ
ンジンは、長軸16方向に配設された作動流体の流路14
と、圧縮機領域18と、燃焼領域22と、タービン領域24
と、を有する。
図２に示すように、ガスタービンエンジン用のタービ
ンローターアッセンブリ26は、環状のローターディスク
28を有している。このローターディスク28には、複数の
ローターブレード32と、該ローターディスクの長軸方向
前面に配設されているサイドプレートアッセンブリ34
と、が取り付けられている。前記ローターブレードは、
前記ローターディスクのリム36に取り付けられており、
かつ前記ガスタービンエンジンの流路を横切って延びて
いる（図１参照）。前記ディスクは、その半径方向内側
の端部で、前記ガスタービンエンジンのタービン領域と
圧縮機領域とを連結するローターシャフト38に取り付け
られている。前記ローターディスクは、自己保持半径42
と、前記自己保持半径の半径方向の外側でかつ前記リム
の半径方向の内側に取り付けされたウエブ44と、前記自
己保持半径の半径方向内側に配設されたボア部46と、を
有している。
ンローターアッセンブリ26は、環状のローターディスク
28を有している。このローターディスク28には、複数の
ローターブレード32と、該ローターディスクの長軸方向
前面に配設されているサイドプレートアッセンブリ34
と、が取り付けられている。前記ローターブレードは、
前記ローターディスクのリム36に取り付けられており、
かつ前記ガスタービンエンジンの流路を横切って延びて
いる（図１参照）。前記ディスクは、その半径方向内側
の端部で、前記ガスタービンエンジンのタービン領域と
圧縮機領域とを連結するローターシャフト38に取り付け
られている。前記ローターディスクは、自己保持半径42
と、前記自己保持半径の半径方向の外側でかつ前記リム
の半径方向の内側に取り付けされたウエブ44と、前記自
己保持半径の半径方向内側に配設されたボア部46と、を
有している。
前記サイドプレートアッセンブリは、前記ローターデ
ィスクの長軸方向前面に配設されており、その間にディ
スクキャビティー48を形成している。前記サイドプレー
トアッセンブリは、ボア部52と、ウエブ54と、第１のシ
ール手段56と、第２のシール手段58と、ディスクキャビ
ティーシール手段62と、取り付け手段64と、複数の冷却
用の開口66と、を有している。前記サイドプレートアッ
センブリは、自己保持半径68を有しており、この半径が
前記サイドプレートアッセンブリの前記ボア部分と前記
ウエブ部分との境界となっている。第１のシール手段と
第２のシール手段は、前記サイドプレートの長軸方向の
上流側に配設されている冷却流体用キャビティー72を形
成している。前記冷却用キャビティーの内側には、前記
キャビティー中に冷却流体を噴出するタンジェンシャル
オン−ボードインジェクター（tangential on−boad
injector）（TOBI）74がある。この冷却流体は、圧縮領
域から取り出され、燃焼領域を迂回したものである。前
記冷却流体は前記TOBIから排出され、前記開口を通過し
て前記ディスクキャビティーに入り、前記ディスクのウ
エブを冷却する。
ィスクの長軸方向前面に配設されており、その間にディ
スクキャビティー48を形成している。前記サイドプレー
トアッセンブリは、ボア部52と、ウエブ54と、第１のシ
ール手段56と、第２のシール手段58と、ディスクキャビ
ティーシール手段62と、取り付け手段64と、複数の冷却
用の開口66と、を有している。前記サイドプレートアッ
センブリは、自己保持半径68を有しており、この半径が
前記サイドプレートアッセンブリの前記ボア部分と前記
ウエブ部分との境界となっている。第１のシール手段と
第２のシール手段は、前記サイドプレートの長軸方向の
上流側に配設されている冷却流体用キャビティー72を形
成している。前記冷却用キャビティーの内側には、前記
キャビティー中に冷却流体を噴出するタンジェンシャル
オン−ボードインジェクター（tangential on−boad
injector）（TOBI）74がある。この冷却流体は、圧縮領
域から取り出され、燃焼領域を迂回したものである。前
記冷却流体は前記TOBIから排出され、前記開口を通過し
て前記ディスクキャビティーに入り、前記ディスクのウ
エブを冷却する。
取り付け手段は、前記サイドプレートの前記ボア部に
配設されており、前記サイドプレートアッセンブリを前
記ローターディスクに対して半径方向及び長軸方向に取
り付ける手段となっている。前記取り付け手段はまた、
前記サイドプレートを前記ディスクに対して回転しない
ように固定する手段である。前記取り付け手段は、前記
サイドプレートの自己保持半径の半径方向の内側、でか
つ前記ローターディスクの自己保持半径内側のところに
配設されている。前記取り付け手段は図５に示されるよ
うに第２のシール手段から半径方向内側に延長されるフ
ランジ76と、機械的締付け手段78と、ラジアルリップ
（radial lip）82を有している。前記の機械的締付け
手段は、前記フランジと前記ローターディスクボア部の
延長部84とを連結して、前記ローターディスクに前記サ
イドプレートアッセンブリを長軸方向に向けて配設し、
かつ回転しないように固定する。前記ラジアルリップ
は、前記ローターディスクの前記延長部の半径方向内側
面に係合して、前記サイドプレートアッセンブリの半径
方向での位置決めを行う。
配設されており、前記サイドプレートアッセンブリを前
記ローターディスクに対して半径方向及び長軸方向に取
り付ける手段となっている。前記取り付け手段はまた、
前記サイドプレートを前記ディスクに対して回転しない
ように固定する手段である。前記取り付け手段は、前記
サイドプレートの自己保持半径の半径方向の内側、でか
つ前記ローターディスクの自己保持半径内側のところに
配設されている。前記取り付け手段は図５に示されるよ
うに第２のシール手段から半径方向内側に延長されるフ
ランジ76と、機械的締付け手段78と、ラジアルリップ
（radial lip）82を有している。前記の機械的締付け
手段は、前記フランジと前記ローターディスクボア部の
延長部84とを連結して、前記ローターディスクに前記サ
イドプレートアッセンブリを長軸方向に向けて配設し、
かつ回転しないように固定する。前記ラジアルリップ
は、前記ローターディスクの前記延長部の半径方向内側
面に係合して、前記サイドプレートアッセンブリの半径
方向での位置決めを行う。
図２に示すように、前記キャビティーシール手段は、
前記サイドプレートの半径方向の外周端と前記ディスク
のリムとの間において、長軸に面して配設される対とな
ったワイヤーシール86を有している。前記ワイヤーシー
ルのシール力は、前記サイドプレートが前記取り付け手
段により前記長軸方向に固定したことの反発力によって
与えられる。前記反発力は、装着された状態での前記サ
イドプレートのたわみに起因する。図４に示されるよう
に、前記サイドプレートアッセンブリは、一点鎖線で示
される自由状態を有しているが、前記サイドプレートア
ッセンブリのウエブに装着された状態では、長軸方向に
たわんで、前記長軸方向にシール力を発生する。このシ
ール力は前記サイドプレートアッセンブリを前記ロータ
ーディスクに押圧し、前記各ワイヤーシールを圧縮し
て、これがサイドプレートとローターディスクとが接触
する周辺部をシールする。
前記サイドプレートの半径方向の外周端と前記ディスク
のリムとの間において、長軸に面して配設される対とな
ったワイヤーシール86を有している。前記ワイヤーシー
ルのシール力は、前記サイドプレートが前記取り付け手
段により前記長軸方向に固定したことの反発力によって
与えられる。前記反発力は、装着された状態での前記サ
イドプレートのたわみに起因する。図４に示されるよう
に、前記サイドプレートアッセンブリは、一点鎖線で示
される自由状態を有しているが、前記サイドプレートア
ッセンブリのウエブに装着された状態では、長軸方向に
たわんで、前記長軸方向にシール力を発生する。このシ
ール力は前記サイドプレートアッセンブリを前記ロータ
ーディスクに押圧し、前記各ワイヤーシールを圧縮し
て、これがサイドプレートとローターディスクとが接触
する周辺部をシールする。
運転時、前記の自己保持半径の半径方向外側にある回
転構造体のバルク材料部位に対し、遠心力が半径方向の
外側に向かって作用する。前記ローターディスクにおい
ては、前記ローターブレードアッセンブリのリムと、ウ
エブは、前記ローターディスク上で大きな径方向の荷重
を発生するが、これは前記ローターディスクの前記ボア
部によって支持されている。前記サイドプレートアッセ
ンブリについては、前記ウエブ、第１のシール手段、及
びディスクキャビティーのシール手段は、径方向に荷重
を発生させ、これが前記サイドプレートボア部と相互作
用して、前記サイドプレートアッセンブリが自立するこ
とになる。前記サイドプレートアッセンブリを前記ロー
ターディスクのウエブに搭載しないことで前記ローター
ディスクは従来のローターディスクより著しく小さくで
き、かつ軽量とすることが可能となっている。サイドプ
レートアッセンブリの寸法が増加してしまうことは、デ
ィスクから前記サイドプレートを取り除くことで達成さ
れる前記ローターディスクの寸法の低減に比較すれば僅
かな影響にすぎない。
転構造体のバルク材料部位に対し、遠心力が半径方向の
外側に向かって作用する。前記ローターディスクにおい
ては、前記ローターブレードアッセンブリのリムと、ウ
エブは、前記ローターディスク上で大きな径方向の荷重
を発生するが、これは前記ローターディスクの前記ボア
部によって支持されている。前記サイドプレートアッセ
ンブリについては、前記ウエブ、第１のシール手段、及
びディスクキャビティーのシール手段は、径方向に荷重
を発生させ、これが前記サイドプレートボア部と相互作
用して、前記サイドプレートアッセンブリが自立するこ
とになる。前記サイドプレートアッセンブリを前記ロー
ターディスクのウエブに搭載しないことで前記ローター
ディスクは従来のローターディスクより著しく小さくで
き、かつ軽量とすることが可能となっている。サイドプ
レートアッセンブリの寸法が増加してしまうことは、デ
ィスクから前記サイドプレートを取り除くことで達成さ
れる前記ローターディスクの寸法の低減に比較すれば僅
かな影響にすぎない。
冷却流体は、前記TOBIから前記シールキャビティーへ
と流れる。図２に示されるように、前記開口は前記TOBI
の排出口の中心軸に対し半径方向に整列した位置には配
置されておらず、TOBI中心軸92の半径方向外周部にあ
る。このように半径方向にずらしてあるのは、前記サイ
ドプレートのウエブの表面に沿った流体の界面層におけ
る回転力によって発生する、前記ディスクの吸引動作を
考慮したものである。このようなディスクの吸引効果
は、界面領域において半径方向外側に流体が流れること
を促進し、前記TOBIの中心軸の外側にずらしてあること
により、前記アッセンブリにより効果的にディスクキャ
ビティー中へ冷却流体を導入することができる。
と流れる。図２に示されるように、前記開口は前記TOBI
の排出口の中心軸に対し半径方向に整列した位置には配
置されておらず、TOBI中心軸92の半径方向外周部にあ
る。このように半径方向にずらしてあるのは、前記サイ
ドプレートのウエブの表面に沿った流体の界面層におけ
る回転力によって発生する、前記ディスクの吸引動作を
考慮したものである。このようなディスクの吸引効果
は、界面領域において半径方向外側に流体が流れること
を促進し、前記TOBIの中心軸の外側にずらしてあること
により、前記アッセンブリにより効果的にディスクキャ
ビティー中へ冷却流体を導入することができる。
前記ディスクキャビティー中では、前記冷却流体が前
記ローターディスクの表面上を流れて、前記ローターデ
ィスクを冷却する。上記冷却流体の一部分は、その後半
径方向外周側に向かい、前記ローターディスクの外側の
通路に入って、ローターブレードを冷却するためにロー
ターブレードに通される。前記ディスクキャビティーの
冷却流体の残りは、半径方向内周に向かってディスクキ
ャビティー内を流れ、フランジの冷却口94を通過する
（図５参照）。この冷却流体は、その後タービン領域の
別の構造体に通されて、タービン領域内の別の構造を冷
却することになる。
記ローターディスクの表面上を流れて、前記ローターデ
ィスクを冷却する。上記冷却流体の一部分は、その後半
径方向外周側に向かい、前記ローターディスクの外側の
通路に入って、ローターブレードを冷却するためにロー
ターブレードに通される。前記ディスクキャビティーの
冷却流体の残りは、半径方向内周に向かってディスクキ
ャビティー内を流れ、フランジの冷却口94を通過する
（図５参照）。この冷却流体は、その後タービン領域の
別の構造体に通されて、タービン領域内の別の構造を冷
却することになる。
取り付け手段は、前記サイドプレートアッセンブリを
長軸方向に保持して、前記サイドプレートアッセンブリ
を動かないように固定し、かつ前記サイドプレートアッ
センブリの前記ウエブにたわみを与え、これによってシ
ール力を発生させる。加えて、前記取り付け手段は、半
径方向に前記サイドプレートアッセンブリを位置決めす
る。前記サイドプレートアッセンブリが回転している間
には、前記サイドプレートアッセンブリにおける主要な
荷重発生構造は、そのボア部である。非運転時には、前
記取り付け手段は前記機械的締付け具と前記リップによ
って前記サイドプレートアッセンブリを前記ディスクに
位置決めし、かつ保持する手段となる。
長軸方向に保持して、前記サイドプレートアッセンブリ
を動かないように固定し、かつ前記サイドプレートアッ
センブリの前記ウエブにたわみを与え、これによってシ
ール力を発生させる。加えて、前記取り付け手段は、半
径方向に前記サイドプレートアッセンブリを位置決めす
る。前記サイドプレートアッセンブリが回転している間
には、前記サイドプレートアッセンブリにおける主要な
荷重発生構造は、そのボア部である。非運転時には、前
記取り付け手段は前記機械的締付け具と前記リップによ
って前記サイドプレートアッセンブリを前記ディスクに
位置決めし、かつ保持する手段となる。
本発明を典型的な実施例によって開示し、説明を行っ
たが、当業者によれば、本発明の範囲及び趣旨を逸脱し
ない範囲で本発明に対する種々の変更、除外、及びつけ
加えが可能であることは明白である。
たが、当業者によれば、本発明の範囲及び趣旨を逸脱し
ない範囲で本発明に対する種々の変更、除外、及びつけ
加えが可能であることは明白である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 ホイト，スティーブン ディー.
アメリカ合衆国，コネチカット 06033,
グラストンベリー，ヘブロン アヴェニ
ュー 3695
(56)参考文献 特開 平４−303101（ＪＰ，Ａ)
特開 昭59−153927（ＪＰ，Ａ)
特開 昭52−118033（ＪＰ，Ａ)
米国特許2928650（ＵＳ，Ａ)
西独国特許918667（ＤＥ，Ｂ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F01D 5/00 - 11/00
F02C 7/12
Claims (20)
- 【請求項１】長軸と、長軸方向に配設された作動流体が
流れる流路と、を有するガスタービンエンジンにおい
て、 前記ガスタービンエンジンは、 ローターディスクと、 ローターディスクに隣接して長軸方向に位置決めされ、
かつローターディスクとの間でディスクキャビティーを
形成するサイドプレートアッセンブリと、を有するロー
ターアッセンブリを有し、 前記ローターディスクは、ローター自己保持半径と、 前記ローター自己保持半径の半径方向内側に配設された
ローターディスクボア部と、 前記ローター自己保持半径の半径方向外側に配設された
ローターウエブと、を有し、 前記サイドプレートアッセンブリは、サイドプレートデ
ィスクと、取り付け手段と、を有し、 前記サイドプレートディスクは、サイドプレート自己保
持半径と、 前記サイドプレート自己保持半径の半径方向内側に配設
されたサイドプレートボア部と、 前記サイドプレート自己保持半径の半径方向外側に配設
されたサイドプレートウエブと、を有し、 前記取り付け手段は、前記サイドプレートボア部に配設
されているとともに、前記ローターディスクボア部に連
結しており、 前記サイドプレートアッセンブリは、作動流体が前記デ
ィスクキャビティー内へ流入するのを防止することで作
動流体と前記ローターウエブが接触することを防止して
おり、 さらに、前記サイドプレートアッセンブリは、長軸方向
及び半径方向にディスクウエブによって支持されていな
いことを特徴とするガスタービンエンジン。 - 【請求項２】冷却流体源をさらに有し、前記サイドプレ
ートディスクは、前記冷却流体源と前記キャビティーと
を連通する開口をさらに有することを特徴とする請求項
１に記載のガスタービンエンジン。 - 【請求項３】前記冷却流体源は、噴出軸を有するタンジ
ェンシャルオンーボードインジェクターであり、前記開
口の中心軸は、長軸方向に向いているとともに、前記噴
出軸と前記中心軸は、半径方向に整列されておらず、前
記中心軸は、前記噴出軸の半径方向外側に配設されてい
ることを特徴とする請求項２に記載のガスタービンエン
ジン。 - 【請求項４】サイドプレートボア部に配設された回転可
能な第１のシールと、 前記サイドプレートウエブに配設された回転可能な第２
のシールの各シール手段を有し、 前記回転可能な第１のシールと回転可能な第２のシール
により、第２のキャビティーが形成されており、前記第
２のキャビティーは、前記冷却流体源と、前記ディスク
キャビティーと、に連通していることを特徴とする請求
項１に記載のガスタービンエンジン。 - 【請求項５】サイドプレートボア部に配設された回転可
能な第１のシールと、 前記サイドプレートウエブに配設された回転可能な第２
のシールの各シール手段を有し、 前記回転可能な第１のシールと回転可能な第２のシール
により、第２のキャビティーが形成されており、前記第
２のキャビティーは、前記冷却流体源と、前記ディスク
キャビティーと、に連通していることを特徴とする請求
項２に記載のガスタービンエンジン。 - 【請求項６】サイドプレートボア部に配設された回転可
能な第１のシールと、 前記サイドプレートウエブに配設された回転可能な第２
のシールの各シール手段を有し、 前記回転可能な第１のシールと回転可能な第２のシール
により、第２のキャビティーが形成されており、前記第
２のキャビティーは、前記冷却流体源と、前記ディスク
キャビティーと、に連通していることを特徴とする請求
項３に記載のガスタービンエンジン。 - 【請求項７】前記サイドプレートウエブは、前記ディス
クウエブに接触した第３のシール手段を有し、 前記取り付け手段と前記ローターディスクボア部との連
結は、長軸方向に前記サイドプレートアッセンブリを取
り付けることで、前記第３のシール手段と前記ディスク
ウエブとの間を長軸方向に接触させており、 前記接触部では前記サイドプレートウエブを前記ディス
クウエブから離れるようにさせることで、第３のシール
手段とディスクウエブとの間にシール力を生じさせてい
ることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエン
ジン。 - 【請求項８】前記サイドプレートウエブは、前記ディス
クウエブに接触した第３のシール手段を有し、 前記取り付け手段と前記ローターディスクボア部との連
結は、長軸方向に前記サイドプレートアッセンブリを取
り付けることで、前記第３のシール手段と前記ディスク
ウエブとの間を長軸方向に接触させており、 前記接触部では前記サイドプレートウエブを前記ディス
クウエブから離れるようにさせることで、第３のシール
手段とディスクウエブとの間にシール力を生じさせてい
ることを特徴とする請求項２に記載のガスタービンエン
ジン。 - 【請求項９】前記サイドプレートウエブは、前記ディス
クウエブに接触した第３のシール手段を有し、 前記取り付け手段と前記ローターディスクボア部との連
結は、長軸方向に前記サイドプレートアッセンブリを取
り付けることで、前記第３のシール手段と前記ディスク
ウエブとの間を長軸方向に接触させており、 前記接触部では前記サイドプレートウエブを前記ディス
クウエブから離れるようにさせることで、第３のシール
手段とディスクウエブとの間にシール力を生じさせてい
ることを特徴とする請求項３に記載のガスタービンエン
ジン。 - 【請求項１０】前記サイドプレートウエブは、前記ディ
スクウエブに接触した第３のシール手段を有し、 前記取り付け手段と前記ローターディスクボア部との連
結は、長軸方向に前記サイドプレートアッセンブリを取
り付けることで、前記第３のシール手段と前記ディスク
ウエブとの間を長軸方向に接触させており、 前記接触部では前記サイドプレートウエブを前記ディス
クウエブから離れるようにさせることで、第３のシール
手段とディスクウエブとの間にシール力を生じさせてい
ることを特徴とする請求項４に記載のガスタービンエン
ジン。 - 【請求項１１】長軸と、長軸方向に配設された作動流体
が流れる流路と、を有するガスタービンエンジン用ロー
ターアッセンブリにおいて、 前記ローターアッセンブリは、 ローターディスクと、 前記ローターディスクに隣接して長軸方向に位置決めさ
れ、かつローターディスクとの間でディスクキャビティ
ーを形成する自立型のサイドプレートアッセンブリと、
を有し、 前記ローターディスクは、ローター自己保持半径と、 前記ローター自己保持半径の半径方向内側に配設された
ローターディスクボア部と、 前記ローター自己保持半径の半径方向外側に配設された
ローターウエブと、を有し、 前記サイドプレートアッセンブリは、サイドプレートデ
ィスクと、取り付け手段と、を有し、 前記サイドプレートディスクは、サイドプレート自己保
持半径と、 前記サイドプレート自己保持半径の半径方向内側に配設
されたサイドプレートボア部と、 前記サイドプレート自己保持半径の半径方向外側に配設
されたサイドプレートウエブと、を有し、 前記取り付け手段は、サイドプレートボア部に配設され
ているとともに、ローターディスクボア部に連結してお
り、 前記サイドプレートアッセンブリは、作動流体が前記デ
ィスクキャビティー内へ流入するのを防止することで作
動流体と前記ローターウエブが接触することを防止して
おり、 さらに、前記サイドプレートアッセンブリは、長軸方向
及び半径方向に前記ディスクウエブによって支持されて
いないことを特徴とするガスタービンエンジン用ロータ
ーアッセンブリ。 - 【請求項１２】冷却流体源をさらに有し、 前記サイドプレートディスクは、前記冷却流体源と前記
キャビティーとを連通する開口をさらに有することを特
徴とする請求項11に記載のローターアッセンブリ。 - 【請求項１３】前記冷却流体源は、噴出軸を有するタン
ジェンシャルオン−ボードインジェクターであり、前記
開口の中心軸は、長軸方向に向いているとともに、前記
噴出軸と前記中心軸は、半径方向には整列されておら
ず、前記中心軸は、前記噴出軸の半径方向外側に配設さ
れていることを特徴とする請求項12のローターアッセン
ブリ。 - 【請求項１４】サイドプレートボア部に配設された回転
可能な第１のシールと、 前記サイドプレートウエブに配設された回転可能な第２
のシールの各シール手段を有し、 前記回転可能な第１のシールと回転可能な第２のシール
により、第２のキャビティーが形成されており、前記第
２のキャビティーは、前記冷却流体源と、前記ディスク
キャビティーと、に連通していることを特徴とする請求
項11に記載のローターアッセンブリ。 - 【請求項１５】サイドプレートボア部に配設された回転
可能な第１のシールと、 前記サイドプレートウエブに配設された回転可能な第２
のシールの各シール手段を有し、 前記回転可能な第１のシールと回転可能な第２のシール
により、第２のキャビティーが形成されており、前記第
２のキャビティーは、前記冷却流体源と、前記ディスク
キャビティーと、に連通していることを特徴とする請求
項12に記載のローターアッセンブリ。 - 【請求項１６】サイドプレートボア部に配設された回転
可能な第１のシールと、 前記サイドプレートウエブに配設された回転可能な第２
のシールの各シール手段を有し、 前記回転可能な第１のシールと回転可能な第２のシール
により、第２のキャビティーが形成されており、前記第
２のキャビティーは、前記冷却流体源と、前記ディスク
キャビティーと、に連通していることを特徴とする請求
項13に記載のローターアッセンブリ。 - 【請求項１７】前記サイドプレートウエブは、前記ディ
スクウエブに接触した第３のシール手段を有し、 前記取り付け手段と前記ローターディスクボア部との連
結は、長軸方向に前記サイドプレートアッセンブリを取
り付けることで、前記第３のシール手段と前記ディスク
ウエブとの間を長軸方向に接触させており、 前記接触部では前記サイドプレートウエブを前記ディス
クウエブから離れるようにさせることで、第３のシール
手段とディスクウエブとの間にシール力を生じさせてい
ることを特徴とする請求項11に記載のローターアッセン
ブリ。 - 【請求項１８】前記サイドプレートウエブは、前記ディ
スクウエブに接触した第３のシール手段を有し、 前記取り付け手段と前記ローターディスクボア部との連
結は、長軸方向に前記サイドプレートアッセンブリを取
り付けることで、前記第３のシール手段と前記ディスク
ウエブとの間を長軸方向に接触させており、 前記接触部では前記サイドプレートウエブを前記ディス
クウエブから離れるようにさせることで、第３のシール
手段とディスクウエブとの間にシール力を生じさせてい
ることを特徴とする請求項12に記載のローターアッセン
ブリ。 - 【請求項１９】前記サイドプレートウエブは、前記ディ
スクウエブに接触した第３のシール手段を有し、 前記取り付け手段と前記ローターディスクボア部との連
結は、長軸方向に前記サイドプレートアッセンブリを取
り付けることで、前記第３のシール手段と前記ディスク
ウエブとの間を長軸方向に接触させており、 前記接触部では前記サイドプレートウエブを前記ディス
クウエブから離れるようにさせることで、第３のシール
手段とディスクウエブとの間にシール力を生じさせてい
ることを特徴とする請求項13に記載のローターアッセン
ブリ。 - 【請求項２０】前記サイドプレートウエブは、前記ディ
スクウエブに接触した第３のシール手段を有し、 前記取り付け手段と前記ローターディスクボア部との連
結は、長軸方向に前記サイドプレートアッセンブリを取
り付けることで、前記第３のシール手段と前記ディスク
ウエブとの間を長軸方向に接触させており、 前記接触部では前記サイドプレートウエブを前記ディス
クウエブから離れるようにさせることで、第３のシール
手段とディスクウエブとの間にシール力を生じさせてい
ることを特徴とする請求項14に記載のローターアッセン
ブリ。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US003,337 | 1993-01-12 | ||
| US08/003,337 US5310319A (en) | 1993-01-12 | 1993-01-12 | Free standing turbine disk sideplate assembly |
| PCT/US1994/000414 WO1994016200A1 (en) | 1993-01-12 | 1994-01-12 | Free standing turbine disk sideplate assembly |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08505678A JPH08505678A (ja) | 1996-06-18 |
| JP3529779B2 true JP3529779B2 (ja) | 2004-05-24 |
Family
ID=21705353
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP51631094A Expired - Lifetime JP3529779B2 (ja) | 1993-01-12 | 1994-01-12 | タービンディスク用自立型サイドプレートアッセンブリ |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5310319A (ja) |
| EP (1) | EP0679217B1 (ja) |
| JP (1) | JP3529779B2 (ja) |
| DE (1) | DE69406645T2 (ja) |
| WO (1) | WO1994016200A1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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