JP4016845B2 - ガスタービンエンジン - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼ガスの膨張によってタービンを駆動させることにより、タービンから回転力を得たり、又は前記タービン側から噴射される燃焼ガスの噴射によって推進力を得ることができる、例えばジェットエンジン等のガスタービンエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンエンジンの一例としてジェットエンジンの先行技術として特許文献１に示すものがあり、この先行技術について簡単に説明すると、次のようになる。
【０００３】
前記ジェットエンジンは、空気を取り入れるファンと、このファンによって取り入れた空気を圧縮する圧縮機と、この圧縮機によって圧縮された圧縮空気の中で燃料を燃焼させる燃焼器と、この燃焼器からの燃焼ガスの膨張によって駆動されると共に前記ファン及び前記圧縮機を連動して駆動するタービンとを備えている。
【０００４】
従って、前記ファンの駆動によって空気を取り入れ、前記圧縮機の駆動によって取り入れた空気を圧縮する。そして、前記燃焼器によって圧縮空気の中で燃料を燃焼させると、前記燃焼器からの燃焼ガスの膨張によって前記タービンを駆動させると共に、前記タービンによって前記ファン及び前記圧縮機を連動して駆動する。上述の一連の動作（前記ファンの駆動、前記圧縮機の駆動、前記燃焼器による燃焼、前記タービンの駆動）が連続して行われることにより、前記ジェットエンジンを適切に稼働させることができ、前記タービンから回転力を得たり、又は前記タービン側から噴射される燃焼ガスによって推進力を得ることができる。
【０００５】
ところで、前記ジェットエンジンの稼働中において、前記タービンにおけるタービンディスクの高速回転によって前記タービンディスクのリム部には過大な遠心力が働く。一方、前記燃焼器からの燃焼ガスの影響によって前記タービンディスクが高温になって、前記タービンディスクの許容応力が低下する。そのため、前記ジェットエンジンにあっては、次のような構成により前記タービンディスクの温度を十分に下げるようにしている。
【０００６】
即ち、前記タービンディスクのリム部には複数の冷却孔が周方向へ適宜に形成されており、各冷却孔はそれぞれ冷却空気として圧縮空気の一部が流入可能である。また、前記タービンディスクの前側近傍の静止部には冷却ダクトが設けられており、この冷却ダクトは前記複数の冷却孔に連通してあって、冷却空気を前記複数の冷却孔へ誘導するものである。
【０００７】
従って、前記ジェットエンジンの稼働中に、冷却空気が前記冷却ダクトによって前記複数の冷却孔へ誘導され、前記複数の冷却孔内に流入される。これにより、前記タービンディスクのリム部を冷却して、前記タービンディスクの許容応力の低下を抑制することができる。
【０００８】
【特許文献１】
特開平８−２９６４５５号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記ジェットエンジンを高出力状態で稼働させると、前記タービンディスクの回転速度が速くなって、多量の燃焼ガスが前記タービンディスクのリム部からディスク中心側に向かって巻き込まれることになる。そのため、前記冷却流路に流入させる冷却空気の流量を増大して、前記タービンディスクを十分に冷却する必要がある。一方、前記タービンディスクを十分に冷却すると、冷却空気の消費流量の増大によるエネルギー損失によって、前記ジェットエンジンのエネルギー効率が低下する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明にあっては、空気を圧縮する圧縮機と、この圧縮機によって圧縮された圧縮空気の中で燃料を燃焼させる燃焼器と、この燃焼器からの燃焼ガスの膨張によって駆動されると共に前記圧縮機を連動して駆動するタービンとを備えてなるガスタービンエンジンにおいて、
前記タービンにおけるタービンディスク近傍の静止部に設けられ、前記タービンディスクのリム部の側面に対向するように前記タービンディスクのディスク径方向へ延びてあって、対向面が前記リム部の側面に近接した冷却プレートと、
この冷却プレートの対向面と前記リム部の側面との間に形成され、冷却空気として圧縮空気の一部が流入可能な冷却流路と、
前記冷却プレートの外側に配置され、先端部が前記冷却プレートの先端部に近接したフ ランジと、
を備えてなることを特徴とする。
【００１１】
請求項１に記載の発明特定事項によると、前記圧縮機の駆動によって空気を圧縮する。そして、前記燃焼器によって圧縮空気の中で燃料を燃焼させると、前記燃焼器からの燃焼ガスの膨張によって前記タービンを駆動させる共に、前記タービンによって前記圧縮機を連動して駆動する。上述の一連の動作（前記圧縮機の駆動、前記燃焼器による燃焼、前記タービンの駆動）が連続して行われることにより、前記ガスタービンエンジンを適切に稼働させることができ、前記タービンから回転力を得たり、又は前記タービン側から噴射される燃焼ガスによって推進力を得ることができる。
【００１２】
前記ガスタービンの稼働中において、冷却空気が前記冷却流路内に流入されて、主流路側へ放出される。ここで、前記冷却プレートが前記リム部の側面に対向するように前記ディスク径方向へ延びてあって、前記冷却プレートの対向面が前記リム部の側面に近接しているため、前記冷却流路内において冷却効果の高い循環冷却空気流層が形成される。これにより、前記冷却流路内に小流量の冷却空気が流入させるだけで、燃焼ガスが前記リム部側からディスク中心側に向かって巻き込まれることを十分に抑制することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明にあっては、請求項１に記載の発明特定事項の他に、前記冷却プレートの対向面が前記リム部の側面に対して略平行になるように構成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載の発明特定事項によると、請求項１に記載の発明特定事項による作用の他に、前記冷却プレートの対向面が前記リム部の側面に対して略平行になるため、前記冷却流路内においてより冷却効果の高い循環冷却空気流層を形成することができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明にあっては、空気を圧縮する圧縮機と、この圧縮機によって圧縮された圧縮空気の中で燃料を燃焼させる燃焼器と、この燃焼器からの燃焼ガスの膨張によって駆動されると共に前記圧縮機を連動して駆動するタービンとを備えてなるガスタービンエンジンにおいて、
前記タービンにおけるタービンディスク前側近傍のフロント静止部に設けられ、前記タービンディスクのリム部の前側面に対向するように前記ディスク径方向へ延びてあって、対向面が前記リム部の前側面に近接したフロント冷却プレートと、
このフロント冷却プレートの対向面と前記リム部の前側面との間に形成され、冷却空気として圧縮空気の一部が流入可能なフロント冷却流路と、
前記タービンディスクの後側近傍のリア静止部に設けられ、前記リム部の後側面に対向するように前記ディスク径方向へ延びてあって、対向面が前記リム部の後側面に近接したリア冷却プレートと、 このリア冷却プレートの対向面と前記リム部の後側面との間に形成され、冷却空気として圧縮空気の一部が流入可能なリア冷却流路と、
を備えてなることを特徴とする。
【００１６】
請求項３に記載の発明特定事項によると、前記圧縮機の駆動によって空気を圧縮する。そして、前記燃焼器によって圧縮空気の中で燃料を燃焼させると、前記燃焼器からの燃焼ガスの膨張によって前記タービンを駆動させる共に、前記タービンによって前記圧縮機を連動して駆動する。上述の一連の動作（前記圧縮機の駆動、前記燃焼器による燃焼、前記タービンの駆動）が連続して行われることにより、前記ガスタービンエンジンを適切に稼働させることができ、前記タービンから回転力を得たり、又は前記タービン側から噴射される燃焼ガスによって推進力を得ることができる。
【００１７】
前記ガスタービンの稼働中において、冷却空気が前記フロント冷却流路内及び前記リア冷却流路内に流入されて、主流路側へ放出される。ここで、前記フロント冷却プレートが前記リム部の前側面に対向するように前記ディスク径方向へ延びてあって、前記フロント冷却プレートの対向面が前記リム部の前側面に近接しているため、前記フロント冷却流路内において冷却効果の高い循環冷却空気流層が形成される。同様に、前記リア冷却プレートを前記リム部の後側面に対向するように前記ディスク径方向へ延びてあって、前記リア冷却プレートの対向面が前記リム部の後側面に近接しているため、前記リア冷却流路内において冷却効果の高い循環冷却空気流層が形成される。これにより、前記フロント冷却流路内及び前記リア冷却流路内に小流量の冷却空気が流入されるだけで、燃焼ガスが前記リム部からディスク中心側に向かって巻き込まれることを十分に抑制することができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明にあっては、請求項３に記載の発明特定事項の他に、前記フロント冷却プレートの対向面が前記リム部の前側面に対して略平行になるように構成し、前記リア冷却プレートの対向面が前記リム部の後側面に略平行になるように構成されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項４に記載の発明特定事項によると、請求項３に記載の発明特定事項による作用の他に、前記フロント冷却プレートの対向面が前記リム部の前側面に対して略平行になるため、前記フロント冷却流路内においてより冷却効果の高い循環冷却空気流層を形成することができる。同様に、前記リア冷却プレートの対向面が前記リム部の後側面に対して略平行になるため、前記リア冷却流路内においてより冷却効果の高い循環冷却空気流層を形成することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図１及び図２を参照して説明する。
【００２１】
図１は、図２における矢視部Ｉの拡大図であって、図２は、本発明の実施の形態に係わるジェットエンジンの概略的な図であって、一部を断面している。ここで、「前」とは、図１及び図２において左のことをいい、「後」は、図１及び図２において右のことをいう。
【００２２】
図２に示すように、本発明の実施の形態に係わるジェットエンジン（ガスタービンエンジンの一つ）１は、航空機に用いられものであって、外筒フレーム３と、この外筒フレーム３の内側に一体的に設けられた内筒フレーム５とをベースとして備えている。内筒フレーム５の内側には環状の主流路（コア流路）７が形成されており、外筒フレーム３の内側と内筒フレーム５の外側には環状のバイパス流路９が形成されている。
【００２３】
内筒フレーム５の前端部にはファン１１が回転可能に設けられており、このファン１１は、主流路７内及びバイパス流路９内へ空気を取り込むものである。また、ファン１１の中央部には空気を案内するインレットコーン１３が設けられている。
【００２４】
内筒フレーム５におけるファン１１の後側には低圧圧縮機１５が設けられており、この低圧圧縮機１５は、主流路７内に取り入れた空気を低圧圧縮するものである。また、この低圧圧縮機１５は、内筒フレーム５に主流方向（図２において左方向）に沿って設けられた複数段の低圧圧縮機ステータ１７と、内筒フレーム５に主流方向に沿って回転可能に設けられた複数段の低圧圧縮機ロータ１９とを備えている。ここで、複数段の低圧圧縮機ステータ１７と複数段の低圧圧縮機ロータ１９は交互に配置されてあって、複数の低圧圧縮ロータ１９はファン１１に一体的に連結されている。
【００２５】
内筒フレーム５における低圧圧縮機１５の後方側には高圧圧縮機２１が設けられており、この高圧圧縮機２１は、低圧圧縮された圧縮空気を更に高圧圧縮するものである。また、高圧圧縮機２１は、内筒フレーム５に主流方向に沿って設けられた複数段の高圧圧縮機ステータ２３と、内筒フレーム５に主流方向に沿って回転可能に設けられた複数段の高圧圧縮機ロータ２５とを備えている。ここで、複数段の高圧圧縮機ステータ２３と複数段の高圧圧縮機ロータ２５は交互に配置されている。
【００２６】
内筒フレーム５における高圧圧縮機２１の後側には燃焼器２７が設けられており、この燃焼器２７は、高圧圧縮された圧縮空気の中で燃料を燃焼させるものである。また、燃焼器２７は、内筒フレーム５に設けられた環状の燃焼器ケーシング２９と、この燃焼器ケーシング２９の内側に設けられた環状の燃焼器ライナ３１と、この燃焼器ライナ３１に設けられかつ燃料を噴射する噴射ノズル３３とを備えている。ここで、燃焼器ケーシング２９の内部及び燃焼器ライナ３１の内部はそれぞれ主流路７の一部を形成するものであって、燃焼器ケーシング２９の内部と燃焼器ライナ３１の内部は複数の連通孔（図示省略）によって連通されている。
【００２７】
内筒フレーム５における燃焼器２７の後側には高圧タービン３５が設けられており、この高圧タービン３５は、燃焼器２７からの燃焼ガスの膨張によって駆動されると共に高圧圧縮機２１を連動して駆動するものである。また、高圧タービン３５は、内筒フレーム５に設けられた高圧タービンステータ３７と、内筒フレーム５に回転可能に設けられた高圧タービンロータ３９とを備えている。ここで、高圧タービン３５が駆動されると高圧圧縮機２１を連動して駆動することができるように、高圧タービンロータ３９は高圧圧縮機ロータ２５に高圧タービン軸（図示省略）を介して一体的に連結されている。
【００２８】
内筒フレーム５における高圧タービン３５の後方側には低圧タービン４１が設けられており、この低圧タービン４１は、燃焼ガスの膨張によって駆動される共に低圧圧縮機１５及びファン１１を連動して駆動するものである。また、低圧タービン４１は、内筒フレーム５に主流方向に沿って設けられた複数段の低圧タービンステータ４３と、内筒フレーム５に回転可能に設けられた複数段の低圧タービンロータ４５とを備えている。ここで、複数段の低圧タービンステータ４３と複数段の低圧タービンロータ４５は交互に配置されてあって、低圧タービン４１が駆動されると低圧圧縮機１５及びファン１１を連動して駆動することができるように、低圧タービンロータ４５は低圧圧縮機ロータ１９に低圧タービン軸（図示省略）を介して一体的に連結されている。
【００２９】
内筒フレーム５の後端部には主流路７における低圧タービン４１側から噴出された燃焼ガスを案内するテールコーン４７が設けられている。なお、主流路７から噴出される燃焼ガスは、バイパス流路９から噴出される空気により包まれるものである。
【００３０】
次に、本発明の実施の形態の要部である高圧タービン３５の具体的構成について説明する。
【００３１】
図１に示すように、高圧タービン３５の構成要素である高圧タービンステータ３７は、内筒フレーム５に固定された翼支持部材４９と、この翼支持部材４９に周方向へ等間隔に設けられた多数のタービン静翼５１（図面には１つのみ図示）等からなっている。
【００３２】
また、高圧タービン３５の構成要素である高圧タービンロータ３９は、内筒フレーム５に回転可能に設けられかつリム部（周縁部）に多数の切欠き５３を有したタービンディスク５５と、このタービンディスク５５における多数の切欠き５３に嵌合して設けられた多数のタービン動翼５７（図面には１つのみ図示）等からなっている。更に、タービンディスク５５は、多数の切欠き５３を有した環状のディスク本体５９と、このディスク本体５９の前側に設けられかつタービン動翼５７を前方向の移動しないように保持する環状のフロントシール６１と、ディスク本体５９の後側に設けられかつタービン動翼５７を後方向へ移動しないように保持する環状のリアシール６３とからなっている。
【００３３】
タービンディスク５５は、前述のように（従来技術の説明参照）燃焼器２７からの燃焼ガスの影響によって高温になるため、本発明の実施の形態にあっては、次のような構成によりタービンディスク５５等の温度を十分に下げるようにしている。
【００３４】
即ち、まず、高圧タービンステータ３７と高圧タービンロータ３９との間には２つのフロントラビレンスシール６５，６７が介在されており、フロントラビレンスシール６５，６７は、燃焼ガスがタービンディスク５５の前側を通ってタービンディスク５５のディスク中心側（エンジン中心側）に向かって流れ込むことを抑制するものである。ここで、フロントラビレンスシール６５は、翼支持部材４９におけるタービンディスク５５前側近傍に設けられた環状の静止側シール部材６９と、フロントシール６１に一体的に形成された環状の可動側シール部材７１とからなっている。また、フロントラビレンスシール６７は、翼支持部材４９における静止側シール部材６９の内側に設けられた環状の静止側シール部材７３と、フロントシール６１における可動側シール部材７１の内側に一体的に形成された環状の可動側シール部材７５とからなっている。
【００３５】
内筒フレーム５におけるタービンディスク５５の後側にはリア静止部材７７が設けられてあって、高圧タービンロータ３９とリア静止部材７７との間にはリアラビレンスシール７９が介在されており、このリアラビレンスシール７９は、燃焼ガスがタービンディスク５５の後側を通って前記ディスク中心側へ流れ込むことを抑制するものである。ここで、リアラビレンスシール７９は、リア静止部材７７におけるタービンディスク５５後側近傍に設けられた環状の静止側シール部材８１と、リアシール６３に一体的に形成された環状の可動側シール部材８３とからなっている。
【００３６】
なお、図示は省略してあるが、高圧タービンステータ３７と高圧タービンロータ３９の間、及び高圧タービンロータ３９とリア静止部材７７との間には、ラビレンスシール６５，６７，７９以外のラビレンスシールが適宜に介在されてある。
【００３７】
そして、フロントラビレンスシール６５における静止側シール部材６９には環状のフロント冷却プレート８５が一体的に形成されており、このフロント冷却プレート８５はフロントシール６１のリム部の前側面（タービンディスク５５のリム部の前側面）に対向するようにタービンディスク５５のディスク径方向へ延びている。ここで、フロント冷却プレート８５の対向面がフロントシール６１のリム部の前側面に近接しかつ略平行になるように構成されている。また、フロント冷却プレート８５の対向面とフロントシール６１のリム部の前側面との間には冷却空気として圧縮空気の一部が流入可能なフロント冷却流路８７が形成されており、翼支持部材４９には複数の貫通孔８９（図面には１つのみ図示）が周方向に設けられてあって、このフロント冷却流路８７は複数の貫通孔８９及びフロントラビレンスシール６５の微小間隙によって燃焼器ケーシング２９内部における燃焼器ライナ３１の外側部分（冷却空気源の１つ）に連通されている。
【００３８】
図１に明らかに示すように、翼支持部材４９におけるタービンディスク５５前側近傍であってフロント冷却プレート８５の外側には、フロントフランジ９１が配置されており、このフロントフランジ９１の先端部は、フロント冷却プレート８５の先端部に近接してある。
【００３９】
また、リアラビレンスシール７９における静止側シール部材８１には環状のリア冷却プレート９３が一体的に形成されており、このリア冷却プレート９３はリアシール６３のリム部の後側面（タービンディスク５５のリム部の後側面）に対向するようにタービンディスク５５のディスク径方向へ延びている。ここで、リア冷却プレート９３の対向面がリアシール６３のリム部の後側面に近接しかつ略平行になるように構成されている。また、リア冷却プレート９３の対向面とリアシール６３のリム部の後側面との間には冷却空気として圧縮空気の一部が流入可能なリア冷却流路９５が形成されており、このリア冷却流路９５はリアラビレンスシール７９の微小間隙等によって適宜の冷却空気源に連通されている。
【００４０】
図１に明らかに示すように、リア静止部材７７におけるタービンディスク５５後側近傍であってリア冷却プレート９３の外側には、リアフランジ９７が配置されており、このリアフランジ９７の先端部は、リア冷却プレート９３の先端部に近接してある。
【００４１】
また、各タービン動翼５７は、それぞれ、特開平２００２−３０３１０１号公報に示すように中空構造になっており、各タービン動翼５７の後側面にはその翼内部に連通した多数の吹出し孔（図示省略）が形成されている。各タービン動翼５７と対応する切欠き５３との間にはそれぞれ冷却空気としての圧縮空気の一部分が流入可能な連絡冷却流路９９が形成されており、各タービン動翼５７の翼内部と対応する連絡冷却流路９９はそれぞれ連通口（図示省略）を介して連通してある。更に、フロントシール６１には複数の貫通孔１０１（図面には１つのみ図示）が周方向へ適宜間隔に形成されてあって、各連絡冷却流路９９は複数の貫通孔１０１及び複数の貫通孔８９によって燃焼器ケーシング２９内部における燃焼器ライナ３１の外側部分に連通されている。
【００４２】
次に、本発明の実施の形態の作用について説明する。
【００４３】
まず、適宜のスタータ装置（図示省略）の作動によって高圧圧縮機２１を駆動させて、複数段の高圧圧縮機ロータ２５を回転させることにより、複数段の高圧圧縮機ステータ２３と複数段の高圧圧縮機ロータ２５によって空気を圧縮する。
これにより、ジェットエンジン１の稼働が開始される。なお、高圧タービンロータ２３の回転数が所定の回転数に達したら、前記スタータ装置の作動を停止しておく。
【００４４】
そして、燃焼器２７によって圧縮空気の中で燃料を燃焼させると、燃焼器ライナ３１からの燃焼ガスの膨張によって高圧タービン３５及び低圧タービン４１を駆動させて、高圧タービンロータ３９及び複数段の低圧タービンロータ４５を回転させる。また、高圧タービン３５によって高圧圧縮機２１を連動して駆動して、高圧圧縮機ロータ２５を回転させると共に、低圧タービン４１によって低圧圧縮機１５及びファン１１を連動して駆動して、複数段の低圧圧縮機ロータ１９及びファン１１を一体的に回転させる。これにより、ファン１１の駆動によって空気を主流路７内及びバイパス流路９内に取り入れ、複数段の低圧縮機ステータ１７と複数段の低圧圧縮機ロータ１９によって取り入れた空気を低圧圧縮し、更に、複数段の高圧圧縮機ステータ２３と複数段の高圧圧縮機ロータ２５によって低圧圧縮された圧縮空気を高圧圧縮することができる。
【００４５】
上述のような一連の動作（ファン１１の回転、低圧圧縮機１５の駆動、高圧圧縮機２１の駆動、燃焼器２７による燃焼、高圧タービン３５の駆動、低圧タービン４１の駆動）が連続して行われることにより、ジェットエンジン１を適切に稼働させることができ、高圧タービン３５から回転力を得たり、主流路７における低圧タービン４１側から噴射される燃焼ガスによって推進力を得ることができる。なお、ジェットエンジン１の稼働中において、バイパス流路９から冷たい空気が噴出され、この冷たい空気より燃焼ガスが包み込まれるため、燃焼ガスの噴出による騒音を抑制できる共に、燃料の消費を少なくすることができる。
【００４６】
ジェットエンジン１の稼働中において、フロントラビレンスシール６５，６７によって燃焼ガスがタービンディスク５５の前側を通ってタービンディスク５５のディスク中心側に向かって流れ込むことを抑制すると共に、リアラビレンスシール７９によって燃焼ガスがタービンディスク５５の後側を通って前記ディスク中心側へ流れ込むことを抑制する。
【００４７】
更に、燃焼器ケーシング２９内部における燃焼器ライナ３１の外側部分からの冷却空気（圧縮空気の一部分）が、複数の貫通孔８９及びフロントラビレンスシール６５の微小間隙を経由してフロント冷却流路８７内に流入して、主流路７側へ放出される。また、前記適宜の冷却空気源からの冷却空気が、リアラビレンスシール７９の微小間隙を経由してリア冷却流路９５内に流入されて、主流路７側へ放出される。ここで、フロント冷却プレート８５がフロントシール６１のリム部の前側面に対向するように前記ディスク径方向へ延びてあって、フロント冷却プレート８５の対向面がフロントシール６１のリム部の前側面に近接しているため、フロント冷却流路８７内において冷却効果の高い循環冷却空気流層が形成される。同様に、リア冷却プレート９３がリアシール６３のリム部の後側面に対向するように前記ディスク径方向へ延びてあって、リア冷却プレート９３の対向面がリアシール６３のリム部の後側面に近接しているため、リア冷却流路９５内において冷却効果の高い循環冷却空気流層が形成される。これにより、フロント冷却流路８７内及びリア冷却流路９５内に小流量の冷却空気が流入されるだけで、燃焼ガスがフロントシール６１のリム部側又はリアシール６３のリム部側からディスク中心側に向かって巻き込まれることを十分に抑制することができる。
【００４８】
以上により、タービンディスク５５全体、特にフロントシール６１のリム部及びリアシール６３のリム部の温度を十分に下げることができる。
【００４９】
なお、燃焼器ケーシング２９内部における燃焼器ライナ３１の外側部分からの冷却空気が、複数の貫通孔８９及び複数の貫通孔１０１を経由して連絡冷却流路９９内に流入して、各タービン動翼５７の翼内部を経由して各タービン動翼５７における前記多数の吹出し孔から主流路７側へ吹出される。これにより、各タービン動翼５７の温度を十分に下げることができる。
【００５０】
以上の如き、本発明の実施の形態によれば、フロント冷却流路８７内及びリア冷却流路９５内に小流量の冷却空気が流入されるだけで、燃焼ガスがフロントシール６１のリム部側又はリアシール６３のリム部側からディスク中心側に向かって巻き込まれることを十分に抑制することができるため、タービンディスク５５全体の冷却に要する冷却空気の消費流量を少なくして、ジェットエンジン１のエネルギー効率の低下を抑制しつつ、ジェットエンジン１を高出力状態で稼働させることができる。
【００５１】
なお、本発明は、前述の発明の実施の形態の説明に限るものではなく、適宜の変更を行うことにより、その他種々の態様で実施可能である。
【００５２】
【実施例】
実施例について図３及び図４を参照して簡単に説明する。
【００５３】
図３（ａ）は、フロント冷却プレートを用いた場合における、フロントシールのリム部周辺の無次元化した温度の分布状態を示す図であって、図３（ｂ）は、フロント冷却プレートを用いない場合における、フロントシールのリム部周辺の無次元化した温度の分布状態を示す図であって、図４（ａ）は、リア冷却プレートを用いた場合における、リアシールのリム部周辺の無次元化した温度の分布状態を示す図であって、図４（ｂ）は、リア冷却プレートを用いない場合における、リアシールのリム部周辺の無次元化した温度の分布状態を示す図である。
【００５４】
図３（ａ）（ｂ）に示すように、フロント冷却プレート８５を用いることによって、フロントシール６１のリム部周辺の温度が大きく低下した。同様に、図４（ａ）（ｂ）に示すように、リア冷却プレート９３を用いることによって、リアシール６３のリム部周辺の温度が大きく低下した。
【００５５】
ここで、無次元化した温度とは、
【数１】
によって求まる。従って、無次元化した温度が１ということは、そのポイントの空気温度は燃焼ガスのガス温度と同じ温度であることを表し、無次元化した温度が０ということは、そのポイントの空気温度は冷却空気源の空気温度と同じ温度であることを表している。
【００５６】
なお、そのポイントの温度は、市販の流体解析ソフト等を用いて求めた。
【００５７】
【発明の効果】
請求項１又は請求項２に記載の発明によれば、前記冷却流路内に小流量の冷却空気が流入されるだけで、燃焼ガスが前記リム部側からディスク中心側に向かって巻き込まれることを十分に抑制することができるため、前記タービンディスク全体の冷却に要する冷却空気の消費流量を少なくして、前記ガスタービンエンジンのエネルギー効率の低下を抑制しつつ、前記ガスタービンエンジンを高出力状態で稼働させることができる。特に、請求項２に記載の発明によれば、前記冷却流路内においてより冷却効果の高い循環冷却空気流層を形成することができるため、前記効果がより一層向上する。
【００５８】
請求項３又は請求項４に記載の発明によれば、前記フロント冷却流路内及び前記リア冷却流路内に小流量の冷却空気が流入されるだけで、燃焼ガスが前記リム部側からディスク中心側に向かって巻き込まれることを十分に抑制することができるため、前記タービンディスク全体の冷却に要する冷却空気の消費流量を少なくして、前記ガスタービンエンジンのエネルギー効率の低下を抑制しつつ、前記ガスタービンエンジンを高出力状態で稼働させることができる。特に、請求項４に記載の発明によれば、前記フロント冷却流路内及び前記リア流路内においてより冷却効果の高い循環冷却空気流層を形成することができるため、前記効果がより一層向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図２における矢視部Ｉの拡大図である。
【図２】 本発明の実施の形態に係わるジェットエンジンの概略的な図であって、一部を断面している。
【図３】 図３（ａ）は、フロント冷却プレートを用いた場合における、フロントシールのリム部周辺の無次元化した温度の分布状態を示す図であって、図３（ｂ）は、フロント冷却プレートを用いてない場合における、フロントシールのリム部周辺の無次元化した温度の分布状態を示す図である。
【図４】 図４（ａ）は、リア冷却プレートを用いた場合における、リアシールのリム部周辺の無次元化した温度の分布状態を示す図であって、図４（ｂ）は、リア冷却プレートを用いない場合における、リアシールのリム部周辺の無次元化した温度の分布状態を示す図である。
【符号の説明】
１ ジェットエンジン
７ 主流路
１１ ファン
１５ 低圧圧縮機
２１ 高圧圧縮機
２７ 燃焼器
３５ 高圧タービン
３７ 高圧タービンステータ
３９ 高圧タービンロータ
４１ 低圧タービン５１ タービン靜翼
５５ タービンディスク
５７ タービン動翼
５９ ディスク本体
６１ フロントシール
６３ リアシール
８５ フロント冷却プレート
８７ フロント冷却流路
９３ リア冷却プレート
９５ リア冷却流路
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼ガスの膨張によってタービンを駆動させることにより、タービンから回転力を得たり、又は前記タービン側から噴射される燃焼ガスの噴射によって推進力を得ることができる、例えばジェットエンジン等のガスタービンエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンエンジンの一例としてジェットエンジンの先行技術として特許文献１に示すものがあり、この先行技術について簡単に説明すると、次のようになる。
【０００３】
前記ジェットエンジンは、空気を取り入れるファンと、このファンによって取り入れた空気を圧縮する圧縮機と、この圧縮機によって圧縮された圧縮空気の中で燃料を燃焼させる燃焼器と、この燃焼器からの燃焼ガスの膨張によって駆動されると共に前記ファン及び前記圧縮機を連動して駆動するタービンとを備えている。
【０００４】
従って、前記ファンの駆動によって空気を取り入れ、前記圧縮機の駆動によって取り入れた空気を圧縮する。そして、前記燃焼器によって圧縮空気の中で燃料を燃焼させると、前記燃焼器からの燃焼ガスの膨張によって前記タービンを駆動させると共に、前記タービンによって前記ファン及び前記圧縮機を連動して駆動する。上述の一連の動作（前記ファンの駆動、前記圧縮機の駆動、前記燃焼器による燃焼、前記タービンの駆動）が連続して行われることにより、前記ジェットエンジンを適切に稼働させることができ、前記タービンから回転力を得たり、又は前記タービン側から噴射される燃焼ガスによって推進力を得ることができる。
【０００５】
ところで、前記ジェットエンジンの稼働中において、前記タービンにおけるタービンディスクの高速回転によって前記タービンディスクのリム部には過大な遠心力が働く。一方、前記燃焼器からの燃焼ガスの影響によって前記タービンディスクが高温になって、前記タービンディスクの許容応力が低下する。そのため、前記ジェットエンジンにあっては、次のような構成により前記タービンディスクの温度を十分に下げるようにしている。
【０００６】
即ち、前記タービンディスクのリム部には複数の冷却孔が周方向へ適宜に形成されており、各冷却孔はそれぞれ冷却空気として圧縮空気の一部が流入可能である。また、前記タービンディスクの前側近傍の静止部には冷却ダクトが設けられており、この冷却ダクトは前記複数の冷却孔に連通してあって、冷却空気を前記複数の冷却孔へ誘導するものである。
【０００７】
従って、前記ジェットエンジンの稼働中に、冷却空気が前記冷却ダクトによって前記複数の冷却孔へ誘導され、前記複数の冷却孔内に流入される。これにより、前記タービンディスクのリム部を冷却して、前記タービンディスクの許容応力の低下を抑制することができる。
【０００８】
【特許文献１】
特開平８−２９６４５５号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記ジェットエンジンを高出力状態で稼働させると、前記タービンディスクの回転速度が速くなって、多量の燃焼ガスが前記タービンディスクのリム部からディスク中心側に向かって巻き込まれることになる。そのため、前記冷却流路に流入させる冷却空気の流量を増大して、前記タービンディスクを十分に冷却する必要がある。一方、前記タービンディスクを十分に冷却すると、冷却空気の消費流量の増大によるエネルギー損失によって、前記ジェットエンジンのエネルギー効率が低下する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明にあっては、空気を圧縮する圧縮機と、この圧縮機によって圧縮された圧縮空気の中で燃料を燃焼させる燃焼器と、この燃焼器からの燃焼ガスの膨張によって駆動されると共に前記圧縮機を連動して駆動するタービンとを備えてなるガスタービンエンジンにおいて、
前記タービンにおけるタービンディスク近傍の静止部に設けられ、前記タービンディスクのリム部の側面に対向するように前記タービンディスクのディスク径方向へ延びてあって、対向面が前記リム部の側面に近接した冷却プレートと、
この冷却プレートの対向面と前記リム部の側面との間に形成され、冷却空気として圧縮空気の一部が流入可能な冷却流路と、
前記冷却プレートの外側に配置され、先端部が前記冷却プレートの先端部に近接したフ ランジと、
を備えてなることを特徴とする。
【００１１】
請求項１に記載の発明特定事項によると、前記圧縮機の駆動によって空気を圧縮する。そして、前記燃焼器によって圧縮空気の中で燃料を燃焼させると、前記燃焼器からの燃焼ガスの膨張によって前記タービンを駆動させる共に、前記タービンによって前記圧縮機を連動して駆動する。上述の一連の動作（前記圧縮機の駆動、前記燃焼器による燃焼、前記タービンの駆動）が連続して行われることにより、前記ガスタービンエンジンを適切に稼働させることができ、前記タービンから回転力を得たり、又は前記タービン側から噴射される燃焼ガスによって推進力を得ることができる。
【００１２】
前記ガスタービンの稼働中において、冷却空気が前記冷却流路内に流入されて、主流路側へ放出される。ここで、前記冷却プレートが前記リム部の側面に対向するように前記ディスク径方向へ延びてあって、前記冷却プレートの対向面が前記リム部の側面に近接しているため、前記冷却流路内において冷却効果の高い循環冷却空気流層が形成される。これにより、前記冷却流路内に小流量の冷却空気が流入させるだけで、燃焼ガスが前記リム部側からディスク中心側に向かって巻き込まれることを十分に抑制することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明にあっては、請求項１に記載の発明特定事項の他に、前記冷却プレートの対向面が前記リム部の側面に対して略平行になるように構成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載の発明特定事項によると、請求項１に記載の発明特定事項による作用の他に、前記冷却プレートの対向面が前記リム部の側面に対して略平行になるため、前記冷却流路内においてより冷却効果の高い循環冷却空気流層を形成することができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明にあっては、空気を圧縮する圧縮機と、この圧縮機によって圧縮された圧縮空気の中で燃料を燃焼させる燃焼器と、この燃焼器からの燃焼ガスの膨張によって駆動されると共に前記圧縮機を連動して駆動するタービンとを備えてなるガスタービンエンジンにおいて、
前記タービンにおけるタービンディスク前側近傍のフロント静止部に設けられ、前記タービンディスクのリム部の前側面に対向するように前記ディスク径方向へ延びてあって、対向面が前記リム部の前側面に近接したフロント冷却プレートと、
このフロント冷却プレートの対向面と前記リム部の前側面との間に形成され、冷却空気として圧縮空気の一部が流入可能なフロント冷却流路と、
前記タービンディスクの後側近傍のリア静止部に設けられ、前記リム部の後側面に対向するように前記ディスク径方向へ延びてあって、対向面が前記リム部の後側面に近接したリア冷却プレートと、 このリア冷却プレートの対向面と前記リム部の後側面との間に形成され、冷却空気として圧縮空気の一部が流入可能なリア冷却流路と、
を備えてなることを特徴とする。
【００１６】
請求項３に記載の発明特定事項によると、前記圧縮機の駆動によって空気を圧縮する。そして、前記燃焼器によって圧縮空気の中で燃料を燃焼させると、前記燃焼器からの燃焼ガスの膨張によって前記タービンを駆動させる共に、前記タービンによって前記圧縮機を連動して駆動する。上述の一連の動作（前記圧縮機の駆動、前記燃焼器による燃焼、前記タービンの駆動）が連続して行われることにより、前記ガスタービンエンジンを適切に稼働させることができ、前記タービンから回転力を得たり、又は前記タービン側から噴射される燃焼ガスによって推進力を得ることができる。
【００１７】
前記ガスタービンの稼働中において、冷却空気が前記フロント冷却流路内及び前記リア冷却流路内に流入されて、主流路側へ放出される。ここで、前記フロント冷却プレートが前記リム部の前側面に対向するように前記ディスク径方向へ延びてあって、前記フロント冷却プレートの対向面が前記リム部の前側面に近接しているため、前記フロント冷却流路内において冷却効果の高い循環冷却空気流層が形成される。同様に、前記リア冷却プレートを前記リム部の後側面に対向するように前記ディスク径方向へ延びてあって、前記リア冷却プレートの対向面が前記リム部の後側面に近接しているため、前記リア冷却流路内において冷却効果の高い循環冷却空気流層が形成される。これにより、前記フロント冷却流路内及び前記リア冷却流路内に小流量の冷却空気が流入されるだけで、燃焼ガスが前記リム部からディスク中心側に向かって巻き込まれることを十分に抑制することができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明にあっては、請求項３に記載の発明特定事項の他に、前記フロント冷却プレートの対向面が前記リム部の前側面に対して略平行になるように構成し、前記リア冷却プレートの対向面が前記リム部の後側面に略平行になるように構成されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項４に記載の発明特定事項によると、請求項３に記載の発明特定事項による作用の他に、前記フロント冷却プレートの対向面が前記リム部の前側面に対して略平行になるため、前記フロント冷却流路内においてより冷却効果の高い循環冷却空気流層を形成することができる。同様に、前記リア冷却プレートの対向面が前記リム部の後側面に対して略平行になるため、前記リア冷却流路内においてより冷却効果の高い循環冷却空気流層を形成することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図１及び図２を参照して説明する。
【００２１】
図１は、図２における矢視部Ｉの拡大図であって、図２は、本発明の実施の形態に係わるジェットエンジンの概略的な図であって、一部を断面している。ここで、「前」とは、図１及び図２において左のことをいい、「後」は、図１及び図２において右のことをいう。
【００２２】
図２に示すように、本発明の実施の形態に係わるジェットエンジン（ガスタービンエンジンの一つ）１は、航空機に用いられものであって、外筒フレーム３と、この外筒フレーム３の内側に一体的に設けられた内筒フレーム５とをベースとして備えている。内筒フレーム５の内側には環状の主流路（コア流路）７が形成されており、外筒フレーム３の内側と内筒フレーム５の外側には環状のバイパス流路９が形成されている。
【００２３】
内筒フレーム５の前端部にはファン１１が回転可能に設けられており、このファン１１は、主流路７内及びバイパス流路９内へ空気を取り込むものである。また、ファン１１の中央部には空気を案内するインレットコーン１３が設けられている。
【００２４】
内筒フレーム５におけるファン１１の後側には低圧圧縮機１５が設けられており、この低圧圧縮機１５は、主流路７内に取り入れた空気を低圧圧縮するものである。また、この低圧圧縮機１５は、内筒フレーム５に主流方向（図２において左方向）に沿って設けられた複数段の低圧圧縮機ステータ１７と、内筒フレーム５に主流方向に沿って回転可能に設けられた複数段の低圧圧縮機ロータ１９とを備えている。ここで、複数段の低圧圧縮機ステータ１７と複数段の低圧圧縮機ロータ１９は交互に配置されてあって、複数の低圧圧縮ロータ１９はファン１１に一体的に連結されている。
【００２５】
内筒フレーム５における低圧圧縮機１５の後方側には高圧圧縮機２１が設けられており、この高圧圧縮機２１は、低圧圧縮された圧縮空気を更に高圧圧縮するものである。また、高圧圧縮機２１は、内筒フレーム５に主流方向に沿って設けられた複数段の高圧圧縮機ステータ２３と、内筒フレーム５に主流方向に沿って回転可能に設けられた複数段の高圧圧縮機ロータ２５とを備えている。ここで、複数段の高圧圧縮機ステータ２３と複数段の高圧圧縮機ロータ２５は交互に配置されている。
【００２６】
内筒フレーム５における高圧圧縮機２１の後側には燃焼器２７が設けられており、この燃焼器２７は、高圧圧縮された圧縮空気の中で燃料を燃焼させるものである。また、燃焼器２７は、内筒フレーム５に設けられた環状の燃焼器ケーシング２９と、この燃焼器ケーシング２９の内側に設けられた環状の燃焼器ライナ３１と、この燃焼器ライナ３１に設けられかつ燃料を噴射する噴射ノズル３３とを備えている。ここで、燃焼器ケーシング２９の内部及び燃焼器ライナ３１の内部はそれぞれ主流路７の一部を形成するものであって、燃焼器ケーシング２９の内部と燃焼器ライナ３１の内部は複数の連通孔（図示省略）によって連通されている。
【００２７】
内筒フレーム５における燃焼器２７の後側には高圧タービン３５が設けられており、この高圧タービン３５は、燃焼器２７からの燃焼ガスの膨張によって駆動されると共に高圧圧縮機２１を連動して駆動するものである。また、高圧タービン３５は、内筒フレーム５に設けられた高圧タービンステータ３７と、内筒フレーム５に回転可能に設けられた高圧タービンロータ３９とを備えている。ここで、高圧タービン３５が駆動されると高圧圧縮機２１を連動して駆動することができるように、高圧タービンロータ３９は高圧圧縮機ロータ２５に高圧タービン軸（図示省略）を介して一体的に連結されている。
【００２８】
内筒フレーム５における高圧タービン３５の後方側には低圧タービン４１が設けられており、この低圧タービン４１は、燃焼ガスの膨張によって駆動される共に低圧圧縮機１５及びファン１１を連動して駆動するものである。また、低圧タービン４１は、内筒フレーム５に主流方向に沿って設けられた複数段の低圧タービンステータ４３と、内筒フレーム５に回転可能に設けられた複数段の低圧タービンロータ４５とを備えている。ここで、複数段の低圧タービンステータ４３と複数段の低圧タービンロータ４５は交互に配置されてあって、低圧タービン４１が駆動されると低圧圧縮機１５及びファン１１を連動して駆動することができるように、低圧タービンロータ４５は低圧圧縮機ロータ１９に低圧タービン軸（図示省略）を介して一体的に連結されている。
【００２９】
内筒フレーム５の後端部には主流路７における低圧タービン４１側から噴出された燃焼ガスを案内するテールコーン４７が設けられている。なお、主流路７から噴出される燃焼ガスは、バイパス流路９から噴出される空気により包まれるものである。
【００３０】
次に、本発明の実施の形態の要部である高圧タービン３５の具体的構成について説明する。
【００３１】
図１に示すように、高圧タービン３５の構成要素である高圧タービンステータ３７は、内筒フレーム５に固定された翼支持部材４９と、この翼支持部材４９に周方向へ等間隔に設けられた多数のタービン静翼５１（図面には１つのみ図示）等からなっている。
【００３２】
また、高圧タービン３５の構成要素である高圧タービンロータ３９は、内筒フレーム５に回転可能に設けられかつリム部（周縁部）に多数の切欠き５３を有したタービンディスク５５と、このタービンディスク５５における多数の切欠き５３に嵌合して設けられた多数のタービン動翼５７（図面には１つのみ図示）等からなっている。更に、タービンディスク５５は、多数の切欠き５３を有した環状のディスク本体５９と、このディスク本体５９の前側に設けられかつタービン動翼５７を前方向の移動しないように保持する環状のフロントシール６１と、ディスク本体５９の後側に設けられかつタービン動翼５７を後方向へ移動しないように保持する環状のリアシール６３とからなっている。
【００３３】
タービンディスク５５は、前述のように（従来技術の説明参照）燃焼器２７からの燃焼ガスの影響によって高温になるため、本発明の実施の形態にあっては、次のような構成によりタービンディスク５５等の温度を十分に下げるようにしている。
【００３４】
即ち、まず、高圧タービンステータ３７と高圧タービンロータ３９との間には２つのフロントラビレンスシール６５，６７が介在されており、フロントラビレンスシール６５，６７は、燃焼ガスがタービンディスク５５の前側を通ってタービンディスク５５のディスク中心側（エンジン中心側）に向かって流れ込むことを抑制するものである。ここで、フロントラビレンスシール６５は、翼支持部材４９におけるタービンディスク５５前側近傍に設けられた環状の静止側シール部材６９と、フロントシール６１に一体的に形成された環状の可動側シール部材７１とからなっている。また、フロントラビレンスシール６７は、翼支持部材４９における静止側シール部材６９の内側に設けられた環状の静止側シール部材７３と、フロントシール６１における可動側シール部材７１の内側に一体的に形成された環状の可動側シール部材７５とからなっている。
【００３５】
内筒フレーム５におけるタービンディスク５５の後側にはリア静止部材７７が設けられてあって、高圧タービンロータ３９とリア静止部材７７との間にはリアラビレンスシール７９が介在されており、このリアラビレンスシール７９は、燃焼ガスがタービンディスク５５の後側を通って前記ディスク中心側へ流れ込むことを抑制するものである。ここで、リアラビレンスシール７９は、リア静止部材７７におけるタービンディスク５５後側近傍に設けられた環状の静止側シール部材８１と、リアシール６３に一体的に形成された環状の可動側シール部材８３とからなっている。
【００３６】
なお、図示は省略してあるが、高圧タービンステータ３７と高圧タービンロータ３９の間、及び高圧タービンロータ３９とリア静止部材７７との間には、ラビレンスシール６５，６７，７９以外のラビレンスシールが適宜に介在されてある。
【００３７】
そして、フロントラビレンスシール６５における静止側シール部材６９には環状のフロント冷却プレート８５が一体的に形成されており、このフロント冷却プレート８５はフロントシール６１のリム部の前側面（タービンディスク５５のリム部の前側面）に対向するようにタービンディスク５５のディスク径方向へ延びている。ここで、フロント冷却プレート８５の対向面がフロントシール６１のリム部の前側面に近接しかつ略平行になるように構成されている。また、フロント冷却プレート８５の対向面とフロントシール６１のリム部の前側面との間には冷却空気として圧縮空気の一部が流入可能なフロント冷却流路８７が形成されており、翼支持部材４９には複数の貫通孔８９（図面には１つのみ図示）が周方向に設けられてあって、このフロント冷却流路８７は複数の貫通孔８９及びフロントラビレンスシール６５の微小間隙によって燃焼器ケーシング２９内部における燃焼器ライナ３１の外側部分（冷却空気源の１つ）に連通されている。
【００３８】
図１に明らかに示すように、翼支持部材４９におけるタービンディスク５５前側近傍であってフロント冷却プレート８５の外側には、フロントフランジ９１が配置されており、このフロントフランジ９１の先端部は、フロント冷却プレート８５の先端部に近接してある。
【００３９】
また、リアラビレンスシール７９における静止側シール部材８１には環状のリア冷却プレート９３が一体的に形成されており、このリア冷却プレート９３はリアシール６３のリム部の後側面（タービンディスク５５のリム部の後側面）に対向するようにタービンディスク５５のディスク径方向へ延びている。ここで、リア冷却プレート９３の対向面がリアシール６３のリム部の後側面に近接しかつ略平行になるように構成されている。また、リア冷却プレート９３の対向面とリアシール６３のリム部の後側面との間には冷却空気として圧縮空気の一部が流入可能なリア冷却流路９５が形成されており、このリア冷却流路９５はリアラビレンスシール７９の微小間隙等によって適宜の冷却空気源に連通されている。
【００４０】
図１に明らかに示すように、リア静止部材７７におけるタービンディスク５５後側近傍であってリア冷却プレート９３の外側には、リアフランジ９７が配置されており、このリアフランジ９７の先端部は、リア冷却プレート９３の先端部に近接してある。
【００４１】
また、各タービン動翼５７は、それぞれ、特開平２００２−３０３１０１号公報に示すように中空構造になっており、各タービン動翼５７の後側面にはその翼内部に連通した多数の吹出し孔（図示省略）が形成されている。各タービン動翼５７と対応する切欠き５３との間にはそれぞれ冷却空気としての圧縮空気の一部分が流入可能な連絡冷却流路９９が形成されており、各タービン動翼５７の翼内部と対応する連絡冷却流路９９はそれぞれ連通口（図示省略）を介して連通してある。更に、フロントシール６１には複数の貫通孔１０１（図面には１つのみ図示）が周方向へ適宜間隔に形成されてあって、各連絡冷却流路９９は複数の貫通孔１０１及び複数の貫通孔８９によって燃焼器ケーシング２９内部における燃焼器ライナ３１の外側部分に連通されている。
【００４２】
次に、本発明の実施の形態の作用について説明する。
【００４３】
まず、適宜のスタータ装置（図示省略）の作動によって高圧圧縮機２１を駆動させて、複数段の高圧圧縮機ロータ２５を回転させることにより、複数段の高圧圧縮機ステータ２３と複数段の高圧圧縮機ロータ２５によって空気を圧縮する。
これにより、ジェットエンジン１の稼働が開始される。なお、高圧タービンロータ２３の回転数が所定の回転数に達したら、前記スタータ装置の作動を停止しておく。
【００４４】
そして、燃焼器２７によって圧縮空気の中で燃料を燃焼させると、燃焼器ライナ３１からの燃焼ガスの膨張によって高圧タービン３５及び低圧タービン４１を駆動させて、高圧タービンロータ３９及び複数段の低圧タービンロータ４５を回転させる。また、高圧タービン３５によって高圧圧縮機２１を連動して駆動して、高圧圧縮機ロータ２５を回転させると共に、低圧タービン４１によって低圧圧縮機１５及びファン１１を連動して駆動して、複数段の低圧圧縮機ロータ１９及びファン１１を一体的に回転させる。これにより、ファン１１の駆動によって空気を主流路７内及びバイパス流路９内に取り入れ、複数段の低圧縮機ステータ１７と複数段の低圧圧縮機ロータ１９によって取り入れた空気を低圧圧縮し、更に、複数段の高圧圧縮機ステータ２３と複数段の高圧圧縮機ロータ２５によって低圧圧縮された圧縮空気を高圧圧縮することができる。
【００４５】
上述のような一連の動作（ファン１１の回転、低圧圧縮機１５の駆動、高圧圧縮機２１の駆動、燃焼器２７による燃焼、高圧タービン３５の駆動、低圧タービン４１の駆動）が連続して行われることにより、ジェットエンジン１を適切に稼働させることができ、高圧タービン３５から回転力を得たり、主流路７における低圧タービン４１側から噴射される燃焼ガスによって推進力を得ることができる。なお、ジェットエンジン１の稼働中において、バイパス流路９から冷たい空気が噴出され、この冷たい空気より燃焼ガスが包み込まれるため、燃焼ガスの噴出による騒音を抑制できる共に、燃料の消費を少なくすることができる。
【００４６】
ジェットエンジン１の稼働中において、フロントラビレンスシール６５，６７によって燃焼ガスがタービンディスク５５の前側を通ってタービンディスク５５のディスク中心側に向かって流れ込むことを抑制すると共に、リアラビレンスシール７９によって燃焼ガスがタービンディスク５５の後側を通って前記ディスク中心側へ流れ込むことを抑制する。
【００４７】
更に、燃焼器ケーシング２９内部における燃焼器ライナ３１の外側部分からの冷却空気（圧縮空気の一部分）が、複数の貫通孔８９及びフロントラビレンスシール６５の微小間隙を経由してフロント冷却流路８７内に流入して、主流路７側へ放出される。また、前記適宜の冷却空気源からの冷却空気が、リアラビレンスシール７９の微小間隙を経由してリア冷却流路９５内に流入されて、主流路７側へ放出される。ここで、フロント冷却プレート８５がフロントシール６１のリム部の前側面に対向するように前記ディスク径方向へ延びてあって、フロント冷却プレート８５の対向面がフロントシール６１のリム部の前側面に近接しているため、フロント冷却流路８７内において冷却効果の高い循環冷却空気流層が形成される。同様に、リア冷却プレート９３がリアシール６３のリム部の後側面に対向するように前記ディスク径方向へ延びてあって、リア冷却プレート９３の対向面がリアシール６３のリム部の後側面に近接しているため、リア冷却流路９５内において冷却効果の高い循環冷却空気流層が形成される。これにより、フロント冷却流路８７内及びリア冷却流路９５内に小流量の冷却空気が流入されるだけで、燃焼ガスがフロントシール６１のリム部側又はリアシール６３のリム部側からディスク中心側に向かって巻き込まれることを十分に抑制することができる。
【００４８】
以上により、タービンディスク５５全体、特にフロントシール６１のリム部及びリアシール６３のリム部の温度を十分に下げることができる。
【００４９】
なお、燃焼器ケーシング２９内部における燃焼器ライナ３１の外側部分からの冷却空気が、複数の貫通孔８９及び複数の貫通孔１０１を経由して連絡冷却流路９９内に流入して、各タービン動翼５７の翼内部を経由して各タービン動翼５７における前記多数の吹出し孔から主流路７側へ吹出される。これにより、各タービン動翼５７の温度を十分に下げることができる。
【００５０】
以上の如き、本発明の実施の形態によれば、フロント冷却流路８７内及びリア冷却流路９５内に小流量の冷却空気が流入されるだけで、燃焼ガスがフロントシール６１のリム部側又はリアシール６３のリム部側からディスク中心側に向かって巻き込まれることを十分に抑制することができるため、タービンディスク５５全体の冷却に要する冷却空気の消費流量を少なくして、ジェットエンジン１のエネルギー効率の低下を抑制しつつ、ジェットエンジン１を高出力状態で稼働させることができる。
【００５１】
なお、本発明は、前述の発明の実施の形態の説明に限るものではなく、適宜の変更を行うことにより、その他種々の態様で実施可能である。
【００５２】
【実施例】
実施例について図３及び図４を参照して簡単に説明する。
【００５３】
図３（ａ）は、フロント冷却プレートを用いた場合における、フロントシールのリム部周辺の無次元化した温度の分布状態を示す図であって、図３（ｂ）は、フロント冷却プレートを用いない場合における、フロントシールのリム部周辺の無次元化した温度の分布状態を示す図であって、図４（ａ）は、リア冷却プレートを用いた場合における、リアシールのリム部周辺の無次元化した温度の分布状態を示す図であって、図４（ｂ）は、リア冷却プレートを用いない場合における、リアシールのリム部周辺の無次元化した温度の分布状態を示す図である。
【００５４】
図３（ａ）（ｂ）に示すように、フロント冷却プレート８５を用いることによって、フロントシール６１のリム部周辺の温度が大きく低下した。同様に、図４（ａ）（ｂ）に示すように、リア冷却プレート９３を用いることによって、リアシール６３のリム部周辺の温度が大きく低下した。
【００５５】
ここで、無次元化した温度とは、
【数１】
【００５６】
なお、そのポイントの温度は、市販の流体解析ソフト等を用いて求めた。
【００５７】
【発明の効果】
請求項１又は請求項２に記載の発明によれば、前記冷却流路内に小流量の冷却空気が流入されるだけで、燃焼ガスが前記リム部側からディスク中心側に向かって巻き込まれることを十分に抑制することができるため、前記タービンディスク全体の冷却に要する冷却空気の消費流量を少なくして、前記ガスタービンエンジンのエネルギー効率の低下を抑制しつつ、前記ガスタービンエンジンを高出力状態で稼働させることができる。特に、請求項２に記載の発明によれば、前記冷却流路内においてより冷却効果の高い循環冷却空気流層を形成することができるため、前記効果がより一層向上する。
【００５８】
請求項３又は請求項４に記載の発明によれば、前記フロント冷却流路内及び前記リア冷却流路内に小流量の冷却空気が流入されるだけで、燃焼ガスが前記リム部側からディスク中心側に向かって巻き込まれることを十分に抑制することができるため、前記タービンディスク全体の冷却に要する冷却空気の消費流量を少なくして、前記ガスタービンエンジンのエネルギー効率の低下を抑制しつつ、前記ガスタービンエンジンを高出力状態で稼働させることができる。特に、請求項４に記載の発明によれば、前記フロント冷却流路内及び前記リア流路内においてより冷却効果の高い循環冷却空気流層を形成することができるため、前記効果がより一層向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図２における矢視部Ｉの拡大図である。
【図２】 本発明の実施の形態に係わるジェットエンジンの概略的な図であって、一部を断面している。
【図３】 図３（ａ）は、フロント冷却プレートを用いた場合における、フロントシールのリム部周辺の無次元化した温度の分布状態を示す図であって、図３（ｂ）は、フロント冷却プレートを用いてない場合における、フロントシールのリム部周辺の無次元化した温度の分布状態を示す図である。
【図４】 図４（ａ）は、リア冷却プレートを用いた場合における、リアシールのリム部周辺の無次元化した温度の分布状態を示す図であって、図４（ｂ）は、リア冷却プレートを用いない場合における、リアシールのリム部周辺の無次元化した温度の分布状態を示す図である。
【符号の説明】
１ ジェットエンジン
７ 主流路
１１ ファン
１５ 低圧圧縮機
２１ 高圧圧縮機
２７ 燃焼器
３５ 高圧タービン
３７ 高圧タービンステータ
３９ 高圧タービンロータ
４１ 低圧タービン５１ タービン靜翼
５５ タービンディスク
５７ タービン動翼
５９ ディスク本体
６１ フロントシール
６３ リアシール
８５ フロント冷却プレート
８７ フロント冷却流路
９３ リア冷却プレート
９５ リア冷却流路
Claims (4)
- 空気を圧縮する圧縮機と、この圧縮機によって圧縮された圧縮空気の中で燃料を燃焼させる燃焼器と、この燃焼器からの燃焼ガスの膨張によって駆動されると共に前記圧縮機を連動して駆動するタービンとを備えてなるガスタービンエンジンにおいて、
前記タービンにおけるタービンディスク近傍の静止部に設けられ、前記タービンディスクのリム部の側面に対向するように前記タービンディスクのディスク径方向へ延びてあって、対向面が前記リム部の側面に近接した冷却プレートと、
この冷却プレートの対向面と前記リム部の側面との間に形成され、冷却空気として圧縮空気の一部が流入可能な冷却流路と、
前記冷却プレートの外側に配置され、先端部が前記冷却プレートの先端部に近接したフランジと、
を備えてなることを特徴とするガスタービンエンジン。 - 前記冷却プレートの対向面が前記リム部の側面に対して略平行になるように構成され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。
- 空気を圧縮する圧縮機と、この圧縮機によって圧縮された圧縮空気の中で燃料を燃焼させる燃焼器と、この燃焼器からの燃焼ガスの膨張によって駆動されると共に前記圧縮機を連動して駆動するタービンとを備えてなるガスタービンエンジンにおいて、
前記タービンにおけるタービンディスク前側近傍のフロント静止部に設けられ、前記タービンディスクのリム部の前側面に対向するように前記ディスク径方向へ延びてあって、対向面が前記リム部の前側面に近接したフロント冷却プレートと、
このフロント冷却プレートの対向面と前記リム部の前側面との間に形成され、冷却空気として圧縮空気の一部が流入可能なフロント冷却流路と、
前記タービンディスクの後側近傍のリア静止部に設けられ、前記リム部の後側面に対向するように前記ディスク径方向へ延びてあって、対向面が前記リム部の後側面に近接したリア冷却プレートと、 このリア冷却プレートの対向面と前記リム部の後側面との間に形成され、冷却空気として圧縮空気の一部が流入可能なリア冷却流路と、
を備えてなることを特徴とするガスタービンエンジン。 - 前記フロント冷却プレートの対向面が前記リム部の前側面に対して略平行になるように構成し、前記リア冷却プレートの対向面が前記リム部の後側面に略平行になるように構成され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。
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