JPH01315626A - クリアランス制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、エンジンロータを選択的に加熱または冷却
することにより、ガスタービンエンジンのクリアランス
を変化させる制御装置に関す°る。

発明の背景 ガスタービンエンジンは、代表的には、コアエンジン、
コアエンジンに入る空気を圧縮する圧縮機、燃料を圧縮
空気と混合した後燃焼させて高エネルギーガス流を生成
する燃焼器、および圧縮機を駆動するエネルギーをガス
流から抽出する第１タービンを備える。航空機ターボフ
ァンエンジンでは、第２タービン、すなわち低圧タービ
ンがコアエンジンの下流に配置され、ファンを駆動する
エネルギーをガス流からさらに抽出する。ファンはこの
エンジンが発生する主推進スラストを生成する。

タービンおよび圧縮器の回転エンジン要素として、ディ
スクに取り付けられた多数のブレードがあり、これらの
ブレードは静止シュラウドで包囲されている。エンジン
効率を維持するため、ブレード先端とシュラウドとの間
の空間または隙間を最小に保つのが望ましい。エンジン
が定常状態でしか作動しないものであれば、小さな隙間
を確立し維持するのはかなり簡単である。しかし、航空
機ガスタービンエンジンの普通の運転には、ロータ速度
および温度の変化をともなう多数の過渡状態が含まれる
。たとえば、離陸のとき、ロータ速度および温度は高く
、このことはこれに対応してブレードおよびディスクが
半径方向に大きく膨張することを意味する。同様に、エ
ンジンロータ速度および温度の低下時には、ブレードお
よびディスクの半径方向寸法が減少する。静止シュラウ
ドもこのような温度変化に応じて膨張または収縮する。

ブレードおよびディスクがシュラウドと半径方向に同じ
率で移動して相互間に均一な隙間を維持する受動的な装
置を考案することは困難である。

これは一部には、ロータがロータ速度の変化に応答して
ほとんど瞬間的に弾性成長するのに、対応するシュラウ
ドの成長は本質的にゼロであるためである。さらに、シ
ュラウドとロータとは熱による成長速度に差がある。代
表的には、ロータブレードの熱成長は弾性成長より遅れ
、またシュラウドの熱成長はブレードの熱成長より遅れ
、ディスクの熱成長がすべての中でもっとも応答が遅い
。

従来、シュラウドとロータとの間の相対成長を制御する
ため種々の能動的な制御装置が用いられており、たとえ
ばステータシュラウドを選択的に加熱および／または冷
却する制御装置がＤａｖｉｓｏｎの米国特許第４．２３
０．４３６号に開示されている。

ロータを選択的に加熱することとにより圧縮機のクリア
ランスを制御する提案が、Ｗｅｌｎｅｒの米国特許第４
．．５７６．５４７号に開示されている。

これに開示された装置では、２つの供給源からの温度の
異なる比較的高圧の圧縮機空気を選択的に、圧縮機の中
間段で、ロータボア中に導入する。ロータを連続的に冷
却することによりクリアランスを制御する方法が、Ｋｏ
ｆｒの米国特許第３，６４７゜３１３号に開示されてい
る。

さらに検討すると、能動的制御装置が、ブレード先端と
これらを囲むシュラウドとの間のクリアランスを変える
能力を本来的に備える必要があるだけでなく、制御論理
手段がクリアランスを正確に予測し、クリアランスを変
えるために用いた手段に信号を送ることが必要である。

従来のクリアランス制御装置に用いられている制御論理
の１例がＤａｖｌｓｏｎの米国特許４，２３０゜４３６
号に開示されている。この例では、２つの空気供給源を
タイミングおよびエンジン速度の関数として制御する。

別の制御装置でもエンジン速度を制御パラメータとして
用いている。たとえば、Ｒｅｄｉｎｇｅｔの米国特許第
４．０６９，６６２号では、所定のエンジン速度および
高度でシュラウド冷却空気を流し始める。

空気温度または流れをもっと完全に変調する装置では、
もっと複雑な制御論理装置が必要になる。

発明の目的 この発明の目的は、ターボ機関のロータの温度を制御す
る新規な改良装置を提供することにある。

この発明の別の目的は、ターボ機関のブレード先端−シ
ュラウド間のクリアランスを変える新規な改良制御装置
を提供することにある。

この発明の他の目的は、ターボ機関のロータの温度を制
御する新規な改良方法を提供することににある。

この発明のさらに他の目的は、ターボ機関のブレード先
端−シュラウド間のクリアランスを変えるためにボアに
送る流体に必要な温度を正確に計算するために、ターボ
機関のロータのボア内の運転パラメータを予測する新規
な改良方法を提供することにある。

発明の要旨 第１の観点によれば、この発明はターボ機関のロータの
温度を制御する装置を提供する。この装置は、ロータに
熱伝達流体の流れを供給する手段、この流れの温度を変
える手段、および上記流れを上記流体の熱伝達容量の関
数として変える手段を備える。

第２の観点によれば、この発明はターボ機関のロータの
温度を制御する方法を提供する。この方法は、ロータに
熱伝達流体の流れ（Ｗ、）を供給し、ロータ温度をｗｂ
の関数として計算し、所望のロータ温度を決定し、この
所望のロータ温度を達成するよう上記熱伝達流体の温度
を変える工程を含む。

具体的な構成 第１図は、コアエンジン１２および低圧装置１４を含む
ガスタービンエンジン１０を示す。コアエンジン１２は
、軸流高圧圧縮機１６、燃焼器１８および高圧タービン
２０を直列流れ関係で含む。

圧縮機１６およびタービン２０はロータ部分を有し、こ
れらのロータ部分は第１シヤフト２２で連結され、−緒
にエンジン中心線２４のまわりを回転する。これらのロ
ータ部分は、シャフト２２およびコアエンジン１２の他
の回転部材とともにロータ１９を構成する。　・ 低圧装置１４は、ファン２６、軸流ブースタ圧縮機２８
および低圧タービン３０を含む。第１図から明らかなよ
うに、ファン２６と圧縮機２８とはコアエンジン１２の
前方に配置され、低圧タービン３０はコアエンジン１２
の後方に配置されている。低圧装置のロータ部分は、エ
ンジン中心線２４のまわりを回転する第２シヤフト３２
で連結されている。

コアエンジン１２に入ってくる空気は最初にファン２６
の半径方向内方部分、そしてブースタ圧縮機２８を通過
し、圧縮機２８で圧縮されてその圧縮と温度を高める。

この空気は、高圧圧縮機１６を通過する際にさらに圧縮
される。つぎに燃焼器１８で空気を燃料と混合し、燃焼
させて高エネルギーガス流を生成する。このガス流は高
圧タービン２０で膨張され、ここで圧縮機１６を駆動す
るエネルギーを抽出する。低圧タービン３０でさらにエ
ネルギーを抽出してファン２６およびブースタ圧縮機２
８を駆動する。エンジン１０は、ファンダクト３４から
出るファン空気とコアノズル３６から出るガスによりス
ラスト（推力）を生成する。

第２図は、ｉｆ図のエンジンの高圧圧縮機１εの断面図
である。高圧圧縮機１６は複数個のディスク４０を有す
る。各ディスク４０は、１つの圧縮機段を画定する複数
個の円周方向に離間された圧縮機ブレード４２を支持す
る。圧縮機段同士は部材４４で相互連結され、コーンま
たは前部支持構造体４６により管状シャフト２２に連結
されている。ロータ１９のこれらの要素はシャフト２２
と部材４４との間にロータボア４８を画定する。

第３図は、第１図のエンジンの高圧タービン２０の断面
図である。高圧タービン２０は、複数個の円周方向に離
間されたタービンブレード８−２を支持するディスク８
０を含む。このディスク８０は、部材４５により圧縮機
段に連結され、後部支持構造体８４によりシャフト２２
に連結されている。

エンジン１０の回転要素はすべて、その半径方向外端で
静止シュラウド構造により包囲されている。たとえば、
第２図に示すように、高圧圧縮機１６はシュラウド３８
で囲まれている。

この発明の第１の実施Ｈ様は、回転ブレードを支持する
ディスクの温度を制御することにより、回転ブレー　ド
とそれを囲むシュラウドとの間に所望のクリアランスを
維持する装置を提供する。−例では、この装置は、ロー
タに冷却流体を供給する手段とロータに加熱流体を供給
する手段と、加熱流体の流れのみを制御する手段とを備
える。

第２および３図に示すこの発明の実施態様において、冷
却流体はブースタ圧縮ｆｉ２８から供給される空気であ
る。このブースタ空気を供給する手段は、スロット５０
、マニホールド５６、共通混合室５８および六６０を含
む。スロット５０は、ブースタ抽出空気をとりいれる開
口の好適な形態である。スロット５０は、ブースタ圧縮
機２Ｂの後方かつ高圧圧縮機１６の前方の位置の環状流
路５４の半径方向内側の壁５２に設けられている。

ロータ１９を冷却するためのブースタ空気をスロット５
０を通して連続的に抽出する。この空気をマニホールド
５６（３６０°未満の構造体であるのが好ましいが、場
合によっては３６０’構造体とすることができ、複数の
個別のマニホールドとすることもできる）に集め、ここ
から共通混合室５８に送る。混合室５８は支持構造体４
６の前方にかつロータ１９の前端に位置する。混合室５
８は、前部支持構造体４６の複数個の穴６０を通してロ
ータボア４８に流体連通している。

第２および３図の実施態様をさらに説明すると、加熱流
体は、高圧圧縮機１６の中間段から抽出した圧縮機空気
である。第１上流高圧圧縮機段４３より後方の位置から
空気を供給することにより、より高温の空気が得られる
。この圧縮機空気を供給する手段は、マニホールド６２
、チューブ６４、支柱６６、共通混合室５８および穴６
０を含む。

高圧圧縮機１６に関して半径方向外方に配置された抽気
マニホールド６２に空気を取り込む。流路５４の半径方
向外側の壁５３の外側に延びるチューブ６４により油気
マニホールド６２を支柱６６に連結する。支柱６６はブ
ースタ圧縮機２８と高圧圧縮機１６との間に位置する。

この圧縮機空気供給手段を作動させると、圧縮機空気が
マニホールド６２から、チューブ６４および中空支柱６
６を通って共通混合室５８に流入する。

圧縮機空気の流れ（ｗｈ）を制御する手段は、Ｗｌｌを
変動する手段と、この変動手段を制御する手段とを含む
。第２図に示した実施例では、変動手段は、論理手段６
８で制御される弁７０として示されている。論理手段６
８の作動については後で詳しく説明する。しかし、構造
的には、論理手段６８は、当業者に明らかなように、マ
イクロプロセッサまたは類似の装置のような演算装置を
含む。弁７０はチューブ６４に挿入される。弁７０は、
組立、操作および保守を簡単にするため、エンジンケー
スの半径方向外側に配置する。

１実施態様においては、この発明の装置はさらに、ロー
タへの空気の流れを制限する手段を含む。

この発明の好適な実施態様では、この制限手段は、１個
または複数個の固定オリフィス、具体的には後部・支持
構造体８４に設けた計量用穴８６を含む。

作動時には、ブースタ空気を流路５４から、スロット５
０、マニホールド５６、混合室５８および穴６０を通し
てロータボア４８に導入する。空気は後方に流れ、計量
用穴８６を通ってロータボア４８の外に出る。図示の実
施例では、排出された空気は低圧タービンのボア空所８
８を通過し、その後スロット９０を通ってガス流路に復
帰する。

空気は連続的に流れ、その流れを制御する弁は存在しな
い。この基底冷却流を流すことにより最大成長状態での
ロータ熟成長を最小に抑える。弁がないことも装置の信
頼性を高め、あらゆるエンジン運転条件で空気が必ずボ
ア空所に流れこみ、これによりボア空所から望ましくな
い蒸気を追い出し続ける。その上、空気を流路５４から
内方に抽出するので、外部配管が不要である。

この発明で必要な弁は、高圧空気の流れ（ｗｈ）のみを
制御する弁７０だけである。弁７０が閉じているとき、
加熱空気は届かず、比較的低温のブースタ空気のみがロ
ータボア４８に入ってくる。

弁７０を部分的に開けるにつれて、圧縮機空気がチュー
ブ６４に流れ、ブースタ空気Ｒ（ｗｃ　）と圧縮機空気
流（ｗｈ）が混合室５８で混ざり、空気混合物、すなわ
ち合計の流れ（ｗｂ）を形成し、これが穴６０を通って
ロータボア４８に流入する。

後部支持構造体８６の計量用穴８６は、そこを通過する
流れを計量する寸法になっている。すなわち、所定の運
転条件で、このオリフィス寸法により流量を決定する。

これは、圧縮機空気の流れを増加したとき、空気混合物
中のブースタ空気の割合を小さくすることを意味する。

言い換えると、圧縮機空気の流れが増加するにつれて、
所定のターボ機関運転条件で合計ボア流れが比較的一定
に留まる、すなわちＷ　１．−　Ｗ　（＋　Ｗ　ｈとな
るように、ブースタ空気の流れが減少する。

上述したように、穴８６はそこを通る流れを計量するよ
うな寸法になっている。後部支持構造体８４の穴８６お
よび前部支持構造体４６の六６０の寸法を穴６０が流れ
を計量するように調節しても、流れを制限する手段が実
現できる。流れをさらに別の位置、たとえば高圧タービ
ンディスク８０とシャフト２２との間の環状部９０で計
量するように系の構成要素の寸法を調節することも可能
である。好適な実施例の１つの利点は、計量点をロータ
ボア４８の後端に置くこととにより、ボア４８内の圧力
を増加し、ごれによりディスク４０との熱移動が向上す
ることである。

弁７０の設定を制御するのに種々の制御パラメータおよ
び論理を使用することができる。たとえば、このような
制御パラメータとして、エンジン運転パラメータやエン
ジン運転条件を選ぶことができる。エンジン運転パラメ
ータには、エンジンコア速度、ファン速度、または所定
のエンジン位置での温度または圧力がある。エンジン運
転条件には、高度、外気温度または圧力がある。好適な
実施態様では、論理手段は高度とエンジンコア速度の両
方を入力として検出する。高度８０００フイート以下で
は弁を閉じて、エンジン速度の急な変化の際のブレード
先端とシュラウドとの間のこずれを防止する。高度８０
００フイ一ト以上では、弁を変調し、相対的に低いエン
ジン速度および相対的に低い高度で加熱空気の流れを多
くし、相対的に高いエンジン速度および相対的に高い高
度で加熱空気の流れを少なくする。

制御装置の目的は、加熱空気の流れを供給し、これを冷
却空気と混合し、空気混合物をロータボアに供給して、
圧縮機ブレード先端クリアランスを所望通りに変化させ
るのに十分なだけロータ温度を変化させることにある。

簡単に説明すると、この目的を達成するために、（１）
適切なロータボアパラメータ、たとえば熱伝達流体の流
れ（ｗｂ）、ｗｂの温度（Ｔｉｎ）、ボア内のロータの
温度（Ｔ）の値をすべて第１運転条件で求め、（２）所
望のロータ温度を決定し、（３）所望のロータ温度を達
成するようＷ、の温度を変える。

この発明の１実施態様によれば、ｗｂの所望の温度を達
成するのに必要な加熱空気の量を求めるには、まず、第
１運転条件下で、ボア内の圧縮機ロータの温度を計算す
る。（ここで用いる用語「ロータ」は、その意味が明ら
かにロータ１９の回転要素のすべてを指すとき以外は、
ディスク４０を含めて、ロータボア４８内にあるロータ
の部分を指す。）この計算は、通常下記の式を用いて行
なう。

（１）　　　　ｎ　−（Ｔ−Ｔｉｎ）　／　（Ｔｏｕｔ
　−Ｔｉｎ）ここで、Ｔ−ロータ温度、これは所定位置
でのロータボア内の空気温度として定義される＊。

Ｔｉｎ−ロータボアに入る熱伝達流体の温度、たとえば
弁７０を閉じたとき、Ｔｉｎ−ブースタ空気の２ｇ度と
なる。

Ｔ　ｏｕｔ−ロータへの熱入力を反映する基準温度、好
適な例では、この温度はＴ３、すなわち圧縮機１６の出
ロア５での温度となる。

＊なお、Ｔは実際のロータ温度ではない。しかし、ディ
スク４０の温度はその半径方向内端７７では空気温度に
近づくので、Ｔを「ロータ温度」と呼ぶのが好都合であ
る。したがって、用語「ロータ温度」は、ロータボア内
の空気の温度と定義される。

ｎの値はエンジンロータ速度とともに変わり、代表的に
は、地上試験中に実験的に求めることができる。地上試
験では、Ｔの値を直接測定で求めることができる。Ｔは
軸線方向位置に応じて変わることが明らかである。過去
には、ｎの値は、特定の異なる軸線方向位置で、コア速
度（Ｎ２）および％Ｗ２５の関数として求められていた
。ここで、％Ｗ２５は、圧縮機流路を通る空気流に対す
る割合（％）として表示したボアを通る空気流（ｗｂ）
の量である。第４図は、２つの異なる軸線方向位置での
ｎの値を、％Ｗ２５はほぼ一定としてＮ２の関数として
プロットした代表的なグラフであるる。軸線方向位置Ｂ
でのｎの値は、所定のコア速度において、上流位置Ａよ
り大きい。所定のコア速度Ｎ２について、Ｔｉｎおよび
Ｔ３は簡単に計算でき、したがって式（１）をＴについ
て解くことができる。

通常、所定のコア速度Ｎ２についてのＴｉｎ（ブースタ
空気のみが流れていると仮定したとき）およびＴ３は直
接測定により得られる。

従来、所定の高度でのＴの値を予測するのに式（１）を
用いるのが常法であった。％Ｗ２５がわかっていれば、
第４図に示すグラフから所定の％Ｗ２５についてのｎの
値が得られるので、式（１）は有効であると考えられて
いた。その理由は、圧縮機流路とボア内の圧縮機ロータ
との間の熱伝達関係は、高度の上昇で起こるような圧力
低下の結果としては有意に変化しないからとされていた
。

しかし、この方法によるＴの予測は低圧条件下では不正
確であることを確かめた。すなわち、高度の上昇ととも
に、Ｔの（その予想値に対する）これまで説明されてい
ない上昇が起こるようである。この発明によれば、ある
高度でのＴを予測するもっと正確な方法が提案される。

この発明では、Ｔをロータへの実際の熱伝達流体の流れ
（Ｗ、）の関数として計算する。従来％Ｗ２５を用いて
いたのに対してｗｂを用いると、Ｗ、が減少したときの
熱伝達流体の熱容量の減少を考慮に入れるので有効であ
る。この意味で、この発明は、弁７０をｗｂの熱容量の
関数として制御する方法とみなすことができる。この発
明の１実施態様によれば、Ｔを回転ドラムに関する基本
的な熱移動の式により計算することができる。

（２）　　　　Ｎｕ−ＣＲ，’　Ｇｒ　’　ｐ、　ｙこ
こで、Ｎｕは平均ヌセルト数、 Ｒ，Ｘは軸流レイノルズ数、 Ｇｒはグラストホフ数、 Ｐｒはプラントル数である。

定数Ｃおよび乗数１．　ｍおよびｙは所定の幾何形状に
ついて実験的に求められる。

レイノルズ数は次式で定義される。

（３）　　　　Ｒ１−２ｗｂ　ｒｌ）　／　ｕ　Ａｌこ
こで、Ｗｌ）はボア流量、 ｒｂはディスクボア半径７７、 Ｕは空気の動粘度、 Ａｂはボア流れ面積、すなわちＡｂ　−＝ａ＝πｒ　ｂ
２である。グラストホフ数は次式で定義される。

（４）　　　　Ｇｒ　＝　（１）ａ　／　ｕ）　２Ｂ　
（Ｔ６−Ｔａ）ｒ、１’ ここで、ｐは空気の密度、 ａはＮ２から求められるロータの角速度（ａ−２πｒｄ
　Ｎ２）、 Ｂは空気の熱膨張係数、 Ｔｓはドラム温度（ここではＴＳに等しいと仮定する）
、 Ｔａはボア内の平均空気温度、’ｒａ−（Ｔｉｎ＋Ｔ）
／２、 ｒｄはドラム半径７９である。

プラントル数は次式で定義される。

（５）　　　　Ｐｒｍｕｃｐ　／に ここで、ＣＰは空気の比熱、 ｋは空気の熱伝導率である。

式（３）、（４）および（５）をそれぞれＲえ、Ｇｒお
よびＰｒ−について解くことができる。

式（２）の解を完結するたために、Ｃ，ｎ、　ｍおよび
ｙの値を求めなければならない。これは、測定データの
線形回帰解析と呼ばれる技法で行なうのが最良である。

まず、変数ＲＸおよびＧｒそれぞれを変化させてデータ
を得る。Ｐｒの値は空気については定数であり、ｙは既
知の値０．４を有する。線形回帰解析は、統計的なデー
タ整理法で、Ｎｕの変数Ｒ，ｃおよびＧｒそれぞれとの
関係を独立に分離する。この回帰解析の１つの結果とし
て、係数Ｃおよび乗数ｌおよびｍの値が得られる。Ｃ＋
　　ｆｌｙ　ｍおよびｙの値が得られたら、Ｎｕは式（
２）から計算できる。

式（２）によるＮｕの計算により、高度による圧力の変
化を補償し式（１）をＴについて解くことにより得られ
るのより正確な結果を得る。このことは、高度運転中の
正確なりリアランス制御に必要である。

Ｔの値はＮｕの定義から求める。すなわち、Ｎｏの式を
Ｔについて解くと、次式が得られる。

（６）　　Ｔ−Ｔｉｎ　＋　［Ｎｕ　ｋ　Ａ　（ＴＳ　
　Ｔａ）　］／ｒｃ＋ｗｂｃｒ ここで、ｋは空気の熱伝導率、 Ａは半径７９でのロータドラムの熱伝達表面積（２πｒ
ｄ　Ｌ、ただしＬはロータボアの長さ）、 Ｔｓは平均表面温度で、圧縮機出口温度Ｔ３で近似でき
、 Ｔａは平均ボア空気温度、’ｒ、　−（Ｔｉｎ＋Ｔ）／
２、 ｒｄは７９での流路の平均半径、 ｗｂはボア流れ、 Ｃ１は空気の比熱である。

通常、式（６）は、Ｔｉｎ−ブースタ空気温度を用いて
解く。言い換えると、ロータの温度Ｔはブースタ空気の
流れのみに基づいて計算する。Ｔをこの条件について求
めたら、第５段の加熱空気の量を求めることができる。

しかし、最初に所望のロータ温度（Ｔ′）を決定しなけ
ればならない。

この決定は、ブレード先端クリアランスに望まれる変化
に依存し、実験により行なうか、たとえば下記の近似式
により解析により行なうことができる。

（７）　　　　　Ｃ＋　　’　　＝０１−ｅ　　（Ｔ’
　　　Ｔ）（ｒ（１＋　ｒｂ）／’１ ここで、ｅは線熱膨張係数 Ｃ１はボア温度Ｔでのクリアランス、 ０１′はボア温度Ｔ′でのクリアランスである。

代表的な実施例として、ボア温度Ｔが２５０″Ｆ変化す
ると、ブレード先端クリアランスが１０ミル変化する。

Ｔの変化をＴに加えることにより所望のロータ温度Ｔ′
を決定する。

さてここで、所望のロータ温度Ｔ′を達成するために、
熱伝達流体の温度を変える。具体的には、加熱流体の＝
ｗｈ　　（第５段空気）を変えてＴ′を達成する。しか
し、最初に式（６）をもう−度、今度はＴｉｎの必要な
値（Ｔｉｎ’　とする）について解かなければならない
。Ｔｉｎ’がわかれば、求めるｗｈは次式（８）および
（９）を解くことにより得られる。

（８）　　　　　Ｗ（Ｔ（＋Ｗｈ　Ｔｈ　”ｗｂ　Ｔｉ
ｎ’（９）　　　　ｗｌ）−Ｗ（：　＋ｗｈここで、Ｗ
ｃ−ブースタ空気流、 ｗｈ−第５段抽出空気流、 ｗｂ−ボア流、 Ｔｃ−ブースタ空気温度、 Ｔｈ−節５段空気温度。

こうして弁の位置を自動的に設定して必要な第５段空気
流を得、これにより所望のロータ温度を達成する。

この発明は、高圧圧縮機のクリアランスだけでなく、高
圧タービンおよび低圧タービンのクリアランスにも作用
する。第３図に示した実施例では、低圧タービンの２つ
の下流段のクリアランスに作用するだけである。

この発明が図示し説明した実施例のみに限定されないこ
とが、当業者には明らかである。たとえば、３つ以上の
空気供給源を用いるか、１つの空気供給源の温度を変え
ることによって、ｗｂの温度を変えることができる。

図面に示した寸法および比例と構造関係は例示のために
示したものにすぎず、これらの例示を本発明に用いる実
際の寸法および比例構造関係と考えるべきではない。

多数の変形、変更ならびに全体的または部分的均等物を
、この発明の要旨を逸脱せぬ範囲内で採用することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はガスタービンエンジンの線図的概略図であり、 第２図は第１図のエンジンの高圧圧縮機の線図的断面図
で、本発明の実施例を示し、 第３図は第１図のエンジンの高圧タービンの線図的断面
図で、第２図と共に本発明の実施例を示し、 第４図は、コアエンジンを通る質量流れに対する割合と
して測定したボア熱伝達流体の質量流れがほぼ一定であ
る場合の、２つの軸線方向位置での温度効率とエンジン
コア速度との関係を示すグラフである。 主な符号の説明 １０　ガスタービンエンジン、１２　コアエンジン、１
４　低圧装置、１６　高圧圧縮機、１８燃焼器、２０　
高圧タービン、２２　第１シヤフト、２６　ファン、２
８　ブースタ圧縮機、３０　低圧タービン、４０　ディ
スク、４２　ブレード、４３　第１段、４４　連結部材
、４６　前部支持構造体、４８　ロータボア、５０　ス
ロット、５４　流路、５６　マニホールド、５８　混合
室、６０　穴、６２　マニホールド、６４　チューブ、
６６　ストラット、６８　論理手段、７０　弁、８０　
ディスク、８２　ブレー′ド、８４後部支持構造体、８
６　計量穴、８８　ボア空所、９０　スロット。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ターボ機関のロータの温度を制御する装置において
   、 ロータに熱伝達流体の流れ（ｗ＿ｂ）を供給する手段と
   、 ｗ＿ｂの温度を変える変動手段と、 上記変動手段をｗ＿ｂの熱伝導容量の関数として制御す
   る手段とを含むロータ温度制御装置。 ２）上記流動体供給手段が、 ロータに冷却流体の流れ（ｗ＿ｃ）を供給する手段と、 ロータに加熱流体の流れ（ｗ＿ｈ）を供給する手段とを
   含む請求項１に記載の装置。 ３）上記変動手段がｗ＿ｈを変える手段を含む請求項２
   に記載の装置。 ４）ターボ機関のロータの温度を制御する装置において
   、 ロータに冷却流体の流れ（ｗ＿ｃ）を供給する手段と、 ロータに加熱流体の流れ（ｗ＿ｈ）を供給する手段と、 ｗ＿ｈを変える変動手段と、 上記変動手段を制御する手段とを含み、 合計の流れ（ｗ＿ｂ）、即ちｗ＿ｃ＋ｗ＿ｈが上記加熱
   流体の流量とは無関係に所定のターボ機関運転条件で比
   較的一定に維持され、上記制御手段がｗ＿ｈをｗ＿ｂの
   関数として計算する手段を含むロータ温度制御装置。 ５）ターボ機関のロータの温度を制御する方法に於て、 ロータに熱伝達流体の流れ（ｗ＿ｂ）を供給し、ロータ
   温度をｗ＿ｂの関数として計算し、 所望のロータ温度を決定し、 この所望のロータ温度を達成するよう上記熱伝達流体の
   温度を変える工程を含むロータ温度制御方法。 ６）ターボ機関のロータの温度を制御する方法に於て、 加熱流体の供給源を設け、 冷却流体の供給源を設け、 上記加熱流体および冷却流体の流れ（ｗ＿ｂ）をロータ
   に供給し、ただし流れｗ＿ｂは温度Ｔｉｎを有し、 ｗ＿ｂの関数としてロータ温度（Ｔ）を計算し、所望の
   ロータ温度を決定し、 この所望のロータ温度を達成するよう上記加熱流体の量
   を変える工程を含むロータ温度制御方法。 ７）上記ロータ温度（Ｔ）を次式に従って計算する請求
   項６に記載の方法。 Ｔ＝Ｔｉｎ＋［Ｎ＿ｕＫＡ（Ｔ＿ｓ−Ｔ＿ａ）］／ｒ＿
   ｄｗ＿ｂＣ＿ｐ ここで、Ｎ＿ｕ＝平均ヌセルト数、 Ｋ＝空気熱伝導率 Ａ＝ロータドラムの熱伝導表面積、 Ｔ＿ｓ＝平均表面温度、 Ｔ＿ａ＝平均ボア空気温度、 ｒ＿ｄ＝ボアの平均半径、 ｗ＿ｂ＝ボア流れ、 Ｎ＿ｕは異なる運転条件下で実験的に求められ、Ｔ＿ｓ
   はロータへの熱入力を反映する基準温度である。 ８）Ｎ＿ｕを次式に従って計算する請求項７に記載の方
   法。 （２）Ｎ＿ｕ＝ＣＲ＿ｘ＾ｌＧ＿ｒ＾ｍＰ＿ｒ＾ｙここ
   で、Ｒ＿ｘは軸流レイノルズ数、Ｇ＿ｒはグラストホフ
   数、 Ｐ＿ｒはプラントル数、 Ｃ、ｌ、ｍおよびｙは定数で、実験的に求められる。 ９）上記ターボ機関ロータがガスタービンエンジンの圧
   縮機であり、Ｔ＿ｏ＿ｕ＿ｔが圧縮機の出口の温度であ
   る請求項８に記載の方法。 １０）可変熱伝達流体流をボアに流す形式のガスタービ
   ンエンジンのボア内の運転パラメータを予測する方法が
   、 第１エンジン運転条件にて、ロータ温度、熱伝達流体流
   量、およびエンジン速度を含む内部ボア運転条件ならび
   に高度の値を求め、 熱伝達過程と上記変数との関係を定め、 この関係を使って第２運転条件下での上記変数の１つを
   計算する工程を含む運転パラメータ予測方法。 １１）計算する運転パラメータがロータ温度または熱伝
   達流体流量である請求項１０に記載の方法。