JPH04303101A - タービンロータディスク - Google Patents
タービンロータディスクInfo
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- JPH04303101A JPH04303101A JP3292002A JP29200291A JPH04303101A JP H04303101 A JPH04303101 A JP H04303101A JP 3292002 A JP3292002 A JP 3292002A JP 29200291 A JP29200291 A JP 29200291A JP H04303101 A JPH04303101 A JP H04303101A
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- Japan
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- disk
- seal
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- rotor
- radially
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Links
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- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 9
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- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
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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
- F01D5/02—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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、一般にタービンロー
タに関し、特にタービンディスクの軸線方向肉厚化部分
に貫通させて冷却空気流路を形成し、ここを通して冷却
空気をタービンブレードまで半径方向に供給する構成と
したタービンディスクに関する。
タに関し、特にタービンディスクの軸線方向肉厚化部分
に貫通させて冷却空気流路を形成し、ここを通して冷却
空気をタービンブレードまで半径方向に供給する構成と
したタービンディスクに関する。
【０００２】
【従来の技術】現代のガスタービンエンジンでは、その
内部を流れる高熱の排気ガスにより加熱されるタービン
ロータブレードその他のエンジン部品を冷却するのに、
圧縮機空気の一部を使用する。タービン圧縮機は、燃焼
器に供給される空気をポンプ供給および加圧する必要だ
けでなく、これらの加熱されたタービン部品を冷却する
ために必要な空気をポンプ供給する必要がある。必要な
タービン冷却空気流を得るのにかなりの量の圧縮機エネ
ルギーが費やされる。このエネルギーの一部は、冷却空
気が最終的にタービンブレードを貫通する小さな冷却穴
を通ってタービン流路に入るときに、回収される。
内部を流れる高熱の排気ガスにより加熱されるタービン
ロータブレードその他のエンジン部品を冷却するのに、
圧縮機空気の一部を使用する。タービン圧縮機は、燃焼
器に供給される空気をポンプ供給および加圧する必要だ
けでなく、これらの加熱されたタービン部品を冷却する
ために必要な空気をポンプ供給する必要がある。必要な
タービン冷却空気流を得るのにかなりの量の圧縮機エネ
ルギーが費やされる。このエネルギーの一部は、冷却空
気が最終的にタービンブレードを貫通する小さな冷却穴
を通ってタービン流路に入るときに、回収される。
【０００３】通常のタービンエンジン冷却空気流れ回路
の１例を図１に示す。圧縮機吐出し空気１０はディフュ
ーザベーン１２を通って燃焼器１４の内部および周囲に
向かう。吐出し空気１０の一部はステータノズル１６、
ブレードシュラウド１８およびロータブレード２０を冷
却するのに用いられる。
の１例を図１に示す。圧縮機吐出し空気１０はディフュ
ーザベーン１２を通って燃焼器１４の内部および周囲に
向かう。吐出し空気１０の一部はステータノズル１６、
ブレードシュラウド１８およびロータブレード２０を冷
却するのに用いられる。
【０００４】ロータブレード冷却空気１０（ａ）は燃焼
器１４のまわりを流れてから、インデューサベーン・サ
ポート２４に設けた穴２２を通過する。冷却空気１０（
ａ）はこの後、インデューサベーン２６を流れる。イン
デューサベーン２６は、冷却空気をロータ速度まで加速
し、冷却空気をロータが回転している方向に旋回させる
。この後、冷却空気を、前部回転シール３６の貫通穴４
４を通して、タービンロータディスク３３の半径方向外
側部分に導く。
器１４のまわりを流れてから、インデューサベーン・サ
ポート２４に設けた穴２２を通過する。冷却空気１０（
ａ）はこの後、インデューサベーン２６を流れる。イン
デューサベーン２６は、冷却空気をロータ速度まで加速
し、冷却空気をロータが回転している方向に旋回させる
。この後、冷却空気を、前部回転シール３６の貫通穴４
４を通して、タービンロータディスク３３の半径方向外
側部分に導く。
【０００５】冷却空気１０（ａ）はこの後、ブレードリ
テイナ・フランジ３０に設けた穴またはスロット２８を
流れてから、タービンディスク３３の半径方向外端に配
置されたダブテールスロット３２に入る。冷却空気１０
（ａ）はつぎに、各ロータブレード２０の半径方向に延
在する内部冷却通路２９を通してロータブレード２０中
に流れる。その後、冷却空気はロータブレード冷却通路
２９からガス流３４に周知の態様で出て行く。前部回転
シール３６の軸線方向前方かつ半径方向内方に単一ラビ
リンスシール８０が配置され、これにより圧縮機吐出し
漏洩空気１１の大部分が前部回転シール３６に達するの
を防止する。
テイナ・フランジ３０に設けた穴またはスロット２８を
流れてから、タービンディスク３３の半径方向外端に配
置されたダブテールスロット３２に入る。冷却空気１０
（ａ）はつぎに、各ロータブレード２０の半径方向に延
在する内部冷却通路２９を通してロータブレード２０中
に流れる。その後、冷却空気はロータブレード冷却通路
２９からガス流３４に周知の態様で出て行く。前部回転
シール３６の軸線方向前方かつ半径方向内方に単一ラビ
リンスシール８０が配置され、これにより圧縮機吐出し
漏洩空気１１の大部分が前部回転シール３６に達するの
を防止する。
【０００６】図２に示すように、前部回転シール３６に
は大径の歯付きラビリンスシール３８が設けられ、これ
により冷却空気１０（ａ）のガス流３４への漏れを防止
している。前部回転シール３６には二歯ラビリンスシー
ル４０も設けられ、これにより圧縮機吐出し漏洩空気１
１がインデューサ空気空所４２に入り込むのを防止して
いる。これらのラビリンスシール３８および４０は、そ
の回転中心から比較的大きな距離に半径方向外向きに配
置されているので、エンジン運転中に半径方向に移動す
る傾向があり、したがって価値ある冷却空気１０（ａ）
を多量にガス流３４の流路に漏らす傾向がある。この漏
れは、エンジン性能を低下させ、燃料消費量を増加する
程大きくなるおそれがある。
は大径の歯付きラビリンスシール３８が設けられ、これ
により冷却空気１０（ａ）のガス流３４への漏れを防止
している。前部回転シール３６には二歯ラビリンスシー
ル４０も設けられ、これにより圧縮機吐出し漏洩空気１
１がインデューサ空気空所４２に入り込むのを防止して
いる。これらのラビリンスシール３８および４０は、そ
の回転中心から比較的大きな距離に半径方向外向きに配
置されているので、エンジン運転中に半径方向に移動す
る傾向があり、したがって価値ある冷却空気１０（ａ）
を多量にガス流３４の流路に漏らす傾向がある。この漏
れは、エンジン性能を低下させ、燃料消費量を増加する
程大きくなるおそれがある。
【０００７】冷却空気１０（ａ）を前部回転シール３６
の穴４４から直接ディスクダブテールスロット３２に送
ることができれば、エンジン性能を改善できるはずであ
る。このような送り（ポンピング）は、前部回転シール
３６にフィンまたはチューブを取り付けて、冷却空気１
０（ａ）を穴４４からダブテールスロット３２まで案内
することにより達成できるが、前部回転シール３６が追
加したチューブまたはフィンが生成する追加の荷重を支
えることは、特にこのように大きな半径では、困難また
は不可能である。したがって、この方法は実用的でない
。
の穴４４から直接ディスクダブテールスロット３２に送
ることができれば、エンジン性能を改善できるはずであ
る。このような送り（ポンピング）は、前部回転シール
３６にフィンまたはチューブを取り付けて、冷却空気１
０（ａ）を穴４４からダブテールスロット３２まで案内
することにより達成できるが、前部回転シール３６が追
加したチューブまたはフィンが生成する追加の荷重を支
えることは、特にこのように大きな半径では、困難また
は不可能である。したがって、この方法は実用的でない
。
【０００８】しかし、これらのシールの直径を小さくす
ることにより、ラビリンスシールでの漏れを大幅に減少
でき、これによりエンジン性能を向上させることができ
る。したがって、エンジン性能を改善する一層直接的か
つ効率的方法は、ラビリンスシール３８および４０の直
径を小さくすることである。ところが、図３からわかる
ように、ラビリンスシールの直径を小さくすると、その
分空気シールドアーム５０の長さが長くなる。
ることにより、ラビリンスシールでの漏れを大幅に減少
でき、これによりエンジン性能を向上させることができ
る。したがって、エンジン性能を改善する一層直接的か
つ効率的方法は、ラビリンスシール３８および４０の直
径を小さくすることである。ところが、図３からわかる
ように、ラビリンスシールの直径を小さくすると、その
分空気シールドアーム５０の長さが長くなる。
【０００９】この空気シールドアーム５０の長さの延長
は相当に大きいので、前部回転シール３６はもはや、増
大した空気シールドアーム直径で発生する増大した遠心
力に耐えられない。その上、タービンディスク３３のダ
ブテールスロット３２に入れるためには、冷却空気１０
（ａ）を回転シール３６の穴４４から半径方向外方へか
なりの距離送らなければならない。
は相当に大きいので、前部回転シール３６はもはや、増
大した空気シールドアーム直径で発生する増大した遠心
力に耐えられない。その上、タービンディスク３３のダ
ブテールスロット３２に入れるためには、冷却空気１０
（ａ）を回転シール３６の穴４４から半径方向外方へか
なりの距離送らなければならない。
【００１０】空気シールドアーム５０がそれ自身の増大
した長さでの増大した遠心力に耐えられないと、空気シ
ールドアーム５０がその遠心力プラス空気チューブまた
はフィンを追加した場合に生じる追加の遠心力に耐えら
れないのは確実である。したがって、空気シールドアー
ム５０の直径を増加することなく、ラビリンスシールの
直径を小さくでき、冷却空気をタービンディスク・ダブ
テールスロット３２に効率よくポンプ送りすることので
きる、前部回転シールとロータディスクのアセンブリが
必要とされている。
した長さでの増大した遠心力に耐えられないと、空気シ
ールドアーム５０がその遠心力プラス空気チューブまた
はフィンを追加した場合に生じる追加の遠心力に耐えら
れないのは確実である。したがって、空気シールドアー
ム５０の直径を増加することなく、ラビリンスシールの
直径を小さくでき、冷却空気をタービンディスク・ダブ
テールスロット３２に効率よくポンプ送りすることので
きる、前部回転シールとロータディスクのアセンブリが
必要とされている。
【００１１】従来の前部回転シール３６の設計で遭遇す
る別の問題は、図３の設計で必要とされるようなボルト
穴４６の存在と関連している。これらのボルト穴４６は
、そこにかかる半径方向荷重のせいで、大きな応力をう
ける。前部シールディスクハブ５２は、ラビリンスシー
ルを支えるだけでなく、ディスクフランジ５４およびロ
ータシャフトフランジ５６からの継手荷重を支えること
も要求される。
る別の問題は、図３の設計で必要とされるようなボルト
穴４６の存在と関連している。これらのボルト穴４６は
、そこにかかる半径方向荷重のせいで、大きな応力をう
ける。前部シールディスクハブ５２は、ラビリンスシー
ルを支えるだけでなく、ディスクフランジ５４およびロ
ータシャフトフランジ５６からの継手荷重を支えること
も要求される。
【００１２】そのため、ボルト穴４６は２つの牽引力の
はざまにある。シールハブ５２がボルト穴４６を半径方
向内方へ引っ張り、一方、前部回転シール３６の半径方
向外側部分が半径方向外方へ引っ張る。このように大き
な応力をうけるボルト穴４６は、前部シールの有効寿命
を短くするおそれがある。したがって、前部シールから
ボルト穴をなくすのが望ましい。
はざまにある。シールハブ５２がボルト穴４６を半径方
向内方へ引っ張り、一方、前部回転シール３６の半径方
向外側部分が半径方向外方へ引っ張る。このように大き
な応力をうけるボルト穴４６は、前部シールの有効寿命
を短くするおそれがある。したがって、前部シールから
ボルト穴をなくすのが望ましい。
【００１３】タービンディスク３３のリムに設けたロー
タディスク・ダブテールスロット３２間に位置するボル
ト穴４８にも、同様の応力問題がある。これらのボルト
穴４８と、ブレードリテイナ５８、６０のボルト穴は応
力増加部であり、ブレードディスクおよびブレードリテ
イナの寿命を短くする。そこで、ボルト穴の影響を最小
限に抑えるか、ボルト穴をなくした、前部シールとロー
タディスクのアセンブリが必要とされている。
タディスク・ダブテールスロット３２間に位置するボル
ト穴４８にも、同様の応力問題がある。これらのボルト
穴４８と、ブレードリテイナ５８、６０のボルト穴は応
力増加部であり、ブレードディスクおよびブレードリテ
イナの寿命を短くする。そこで、ボルト穴の影響を最小
限に抑えるか、ボルト穴をなくした、前部シールとロー
タディスクのアセンブリが必要とされている。
【００１４】
【発明の目的】この発明は上述した要求を満たすために
開発され、したがってその目的は、タービンロータディ
スクに複数の半径方向に延在するチャンネルまたはスロ
ットを設け、これらのスロットを通して冷却空気を、た
とえば静止インデューサベーンの環状配列体から半径方
向外方の位置まで効率よく送り（ポンピング）、タービ
ンロータディスクの外側リムに形成した複数のダブテー
ルスロットに入るようにした、タービンロータディスク
を提供することにある。
開発され、したがってその目的は、タービンロータディ
スクに複数の半径方向に延在するチャンネルまたはスロ
ットを設け、これらのスロットを通して冷却空気を、た
とえば静止インデューサベーンの環状配列体から半径方
向外方の位置まで効率よく送り（ポンピング）、タービ
ンロータディスクの外側リムに形成した複数のダブテー
ルスロットに入るようにした、タービンロータディスク
を提供することにある。
【００１５】この発明の別の目的は、前部回転シールを
タービンロータディスクとシール関係で協動させ、冷却
空気をシールを通して効率よく導き、実質的に直接ター
ビンロータディスクの軸線方向に拡大した無荷重支承部
分に形成した複数の冷却空気チャンネルまたはスロット
に導くようにした、タービンロータディスクを提供する
ことにある。
タービンロータディスクとシール関係で協動させ、冷却
空気をシールを通して効率よく導き、実質的に直接ター
ビンロータディスクの軸線方向に拡大した無荷重支承部
分に形成した複数の冷却空気チャンネルまたはスロット
に導くようにした、タービンロータディスクを提供する
ことにある。
【００１６】この発明の他の目的は、前部回転シールに
１つ以上の環状ラビリンス型シール部材を、共通な回転
中心から比較的小さな直径のところに設け、シール部材
のシール性能を改良した、前部回転シールを提供するこ
とにある。
１つ以上の環状ラビリンス型シール部材を、共通な回転
中心から比較的小さな直径のところに設け、シール部材
のシール性能を改良した、前部回転シールを提供するこ
とにある。
【００１７】この発明のさらに他の目的は、前部回転シ
ールから半径方向に延在する大径の空気シールドアーム
の必要をなくすことにある。
ールから半径方向に延在する大径の空気シールドアーム
の必要をなくすことにある。
【００１８】この発明のさらに他の目的は、前部シール
とタービンロータディスクとの間にフィンおよび／また
はチューブを用いるのを避けるだけでなく、従来前部シ
ールをロータシャフトにボルト締めするのに用いたよう
な装着穴の必要もなくした、ガスタービンエンジン用前
部シールを提供することにある。
とタービンロータディスクとの間にフィンおよび／また
はチューブを用いるのを避けるだけでなく、従来前部シ
ールをロータシャフトにボルト締めするのに用いたよう
な装着穴の必要もなくした、ガスタービンエンジン用前
部シールを提供することにある。
【００１９】この発明のさらに他の目的は、ロータディ
スクのウェブの荷重支え部分に冷却空気チャンネルまた
はスロットを形成することを回避することにある。
スクのウェブの荷重支え部分に冷却空気チャンネルまた
はスロットを形成することを回避することにある。
【００２０】
【発明の概要】簡潔に説明すると、この発明のタービン
ロータディスクは、ロータディスクのリムの下から、半
径方向内方へロータディスクのウェブに隣接して延在す
る軸線方向肉厚化部分を有する。この軸線方向肉厚化ウ
ェブ部分に複数の円弧状またはまっすぐな冷却チャンネ
ルまたはスロットを形成する。これらのチャンネルは、
ロータディスクのリム（端縁）に形成した軸線方向に延
在するダブテールスロットと連通する。冷却チャンネル
間にリブを設け、冷却空気をダブテールスロットに送る
遠心ポンプを形成する。ダブテールスロットはタービン
ブレードに形成した冷却チャンネルと連通し、周知の通
りにタービンブレードを冷却する。
ロータディスクは、ロータディスクのリムの下から、半
径方向内方へロータディスクのウェブに隣接して延在す
る軸線方向肉厚化部分を有する。この軸線方向肉厚化ウ
ェブ部分に複数の円弧状またはまっすぐな冷却チャンネ
ルまたはスロットを形成する。これらのチャンネルは、
ロータディスクのリム（端縁）に形成した軸線方向に延
在するダブテールスロットと連通する。冷却チャンネル
間にリブを設け、冷却空気をダブテールスロットに送る
遠心ポンプを形成する。ダブテールスロットはタービン
ブレードに形成した冷却チャンネルと連通し、周知の通
りにタービンブレードを冷却する。
【００２１】ロータディスクの実質的に荷重のかからな
い部分を形成する軸線方向肉厚化部分に冷却チャンネル
を設けることにより、ロータディスクの中心の荷重支え
部分をそのままに保つ、すなわち、中実な破断のないウ
ェブ部分のままとし、これによりロータディスクの強度
および有効寿命を保存する。ロータディスクの軸線方向
肉厚化部分の半径方向内端および外端部分にシール面を
形成して、冷却空気をロータディスクに形成した冷却チ
ャンネル内に維持する。
い部分を形成する軸線方向肉厚化部分に冷却チャンネル
を設けることにより、ロータディスクの中心の荷重支え
部分をそのままに保つ、すなわち、中実な破断のないウ
ェブ部分のままとし、これによりロータディスクの強度
および有効寿命を保存する。ロータディスクの軸線方向
肉厚化部分の半径方向内端および外端部分にシール面を
形成して、冷却空気をロータディスクに形成した冷却チ
ャンネル内に維持する。
【００２２】ロータディスクの軸線方向肉厚化材料部分
の半径方向内側シール面は、前部ロータシールの半径方
向外端から突出する短い空気シールドアームとシール関
係で協動する。軸線方向肉厚化材料部分がロータディス
クのリム（端縁）から半径方向内方へ延在し、空気シー
ルドアームに対して回転し、それとシールを形成するの
で、空気シールドアームは短い半径方向長さに維持され
る。
の半径方向内側シール面は、前部ロータシールの半径方
向外端から突出する短い空気シールドアームとシール関
係で協動する。軸線方向肉厚化材料部分がロータディス
クのリム（端縁）から半径方向内方へ延在し、空気シー
ルドアームに対して回転し、それとシールを形成するの
で、空気シールドアームは短い半径方向長さに維持され
る。
【００２３】軸線方向肉厚化材料部分は、空気シールド
アームの半径方向短縮を可能にするだけでなく、前部ロ
ータシールに形成したラビリンスシールの半径方向寸法
の縮小も可能にする。すなわち、これらのラビリンスシ
ールの直径を従来の設計と比較して小さくすることがで
きる。それは、冷却チャンネルが、ロータディスクのリ
ムから半径方向内方へ延在し、ロータディスクの中心か
ら比較的小さな半径方向距離のところで軸線方向肉厚化
材料部分から抜け出るからである。
アームの半径方向短縮を可能にするだけでなく、前部ロ
ータシールに形成したラビリンスシールの半径方向寸法
の縮小も可能にする。すなわち、これらのラビリンスシ
ールの直径を従来の設計と比較して小さくすることがで
きる。それは、冷却チャンネルが、ロータディスクのリ
ムから半径方向内方へ延在し、ロータディスクの中心か
ら比較的小さな半径方向距離のところで軸線方向肉厚化
材料部分から抜け出るからである。
【００２４】したがって、前部回転シールを半径方向外
方へ伸ばして、ロータディスクのリム部分に到達させ、
そこに対するシールを形成する代わりに、この発明の冷
却チャンネルは半径方向内方へ延在して、半径方向に短
い前部回転シールに出会う。これにより、前部シールは
その効果と効率が増すだけでなく、一層軽量の、したが
って受ける遠心力が減少したシールとなる。
方へ伸ばして、ロータディスクのリム部分に到達させ、
そこに対するシールを形成する代わりに、この発明の冷
却チャンネルは半径方向内方へ延在して、半径方向に短
い前部回転シールに出会う。これにより、前部シールは
その効果と効率が増すだけでなく、一層軽量の、したが
って受ける遠心力が減少したシールとなる。
【００２５】半径方向に短い、つまりコンパクトな前部
シールを用いることにより得られるもう一つの利点とし
て、前部シールの半径方向内側のハブ部分を、従来の設
計で可能であったより大きな直径に位置させることが可
能である。これにより、前部シール全体をロータシャフ
トの外部に配置することができ、また圧縮機吐出し漏洩
空気が前部回転シールに達するのを防止する構成の半径
方向内方のラビリンスシールで半径方向に支持すること
ができる。そうすれば、前部回転シールは、半径方向内
方のラビリンスシールから片持ち支持されるので、ボル
ト穴なしに形成することができる。
シールを用いることにより得られるもう一つの利点とし
て、前部シールの半径方向内側のハブ部分を、従来の設
計で可能であったより大きな直径に位置させることが可
能である。これにより、前部シール全体をロータシャフ
トの外部に配置することができ、また圧縮機吐出し漏洩
空気が前部回転シールに達するのを防止する構成の半径
方向内方のラビリンスシールで半径方向に支持すること
ができる。そうすれば、前部回転シールは、半径方向内
方のラビリンスシールから片持ち支持されるので、ボル
ト穴なしに形成することができる。
【００２６】この発明の目的、構成および効果は以上の
通りであり、添付の図面を参照した以下の実施例の説明
の中でその一部を具体的に指摘し、また一部は以下の説
明からおのずと明らかになるであろう。
通りであり、添付の図面を参照した以下の実施例の説明
の中でその一部を具体的に指摘し、また一部は以下の説
明からおのずと明らかになるであろう。
【００２７】
【具体的な構成】この発明の具体的な構成を、図面を参
照しながら説明する。なお、種々の図面中の同一符号は
同一部品を示す。
照しながら説明する。なお、種々の図面中の同一符号は
同一部品を示す。
【００２８】図４はこの発明にしたがって設計した前部
シールおよびロータディスクを有するガスタービンエン
ジンの一部の軸線方向断面図で、図５は図４のＡ−Ａ断
面、そして図６は図５のＢ−Ｂ断面である。前部回転シ
ール３６が、ロータディスク３９にラビリンスシール８
０を介して回転自在に取り付けられている。ラビリンス
シール８０は、圧縮機吐出し漏洩空気１１の大部分が前
部シール３６に達するのを防止する。ラビリンスシール
８０から後方へ突出するフランジまたはアーム５３は、
前部シール３６の片持ち支持部をなす。後述する通りに
前部シール３６とロータディスク３３とが協動するので
、歯付きラビリンスシール３８、４０それぞれの直径は
、図１の設計と比較して５インチ以上減少している。 前部回転シール３６が小さな直径となっているので、遠
心力がいちじるしく減少し、したがって、各ラビリンス
シール３８、４０に一層多くのラビリンス歯を追加して
も、作動可能な応力および重量限界を越えない。ラビリ
ンスシール３８に静止シール歯４１を追加してシール性
能をさらに改良することができる。図４の前部回転シー
ル３６は、図１の設計と比較して、シール漏洩を６０％
減少させることを確かめた。
シールおよびロータディスクを有するガスタービンエン
ジンの一部の軸線方向断面図で、図５は図４のＡ−Ａ断
面、そして図６は図５のＢ−Ｂ断面である。前部回転シ
ール３６が、ロータディスク３９にラビリンスシール８
０を介して回転自在に取り付けられている。ラビリンス
シール８０は、圧縮機吐出し漏洩空気１１の大部分が前
部シール３６に達するのを防止する。ラビリンスシール
８０から後方へ突出するフランジまたはアーム５３は、
前部シール３６の片持ち支持部をなす。後述する通りに
前部シール３６とロータディスク３３とが協動するので
、歯付きラビリンスシール３８、４０それぞれの直径は
、図１の設計と比較して５インチ以上減少している。 前部回転シール３６が小さな直径となっているので、遠
心力がいちじるしく減少し、したがって、各ラビリンス
シール３８、４０に一層多くのラビリンス歯を追加して
も、作動可能な応力および重量限界を越えない。ラビリ
ンスシール３８に静止シール歯４１を追加してシール性
能をさらに改良することができる。図４の前部回転シー
ル３６は、図１の設計と比較して、シール漏洩を６０％
減少させることを確かめた。
【００２９】図４に示すようにラビリンスシール３８お
よび４０の直径を減少させることにより得られるもう一
つの利点は、図３に示したような半径方向に長い空気シ
ールドアーム５０がなくなることである。ラビリンスシ
ール３８が各スロット６６が画定する各冷却空気チャン
ネルの入口ポート６５付近に位置するので、空気シール
ドアーム５０を比較的短い半径方向長さに維持すること
ができる。さらに、空気シールドアーム５０の作用応力
は、実際に、図１に示したような従来の設計で遭遇する
応力より小さい。それは、図４の空気シールドアーム５
０は小さな半径で回転し、したがって小さな遠心力しか
うけないからである。
よび４０の直径を減少させることにより得られるもう一
つの利点は、図３に示したような半径方向に長い空気シ
ールドアーム５０がなくなることである。ラビリンスシ
ール３８が各スロット６６が画定する各冷却空気チャン
ネルの入口ポート６５付近に位置するので、空気シール
ドアーム５０を比較的短い半径方向長さに維持すること
ができる。さらに、空気シールドアーム５０の作用応力
は、実際に、図１に示したような従来の設計で遭遇する
応力より小さい。それは、図４の空気シールドアーム５
０は小さな半径で回転し、したがって小さな遠心力しか
うけないからである。
【００３０】この発明の主要な特徴、そしてラビリンス
シール３８および４０の直径を小さくするためのかぎは
、冷却空気１０（ａ）を半径方向外方へロータディスク
３３のリム６１に形成したブレード保持用ダブテールス
ロット３２中に送る空気ポンプ６２の設計である。ポン
プ６２はタービンロータディスク３３に一体的かつ均質
に組み込まれ、具体的には、ディスク３３の前面から軸
線方向前方へ延在、突出する軸線方向拡大材料部分また
はボス７５に、組み込まれている。
シール３８および４０の直径を小さくするためのかぎは
、冷却空気１０（ａ）を半径方向外方へロータディスク
３３のリム６１に形成したブレード保持用ダブテールス
ロット３２中に送る空気ポンプ６２の設計である。ポン
プ６２はタービンロータディスク３３に一体的かつ均質
に組み込まれ、具体的には、ディスク３３の前面から軸
線方向前方へ延在、突出する軸線方向拡大材料部分また
はボス７５に、組み込まれている。
【００３１】ポンプ６２は、外壁６４、湾曲スロット６
６および円周方向に間隔をあけて配置された半径方向内
方へ細くなる（テーパされた）リブ６８またはまっすぐ
なリブ６８ａを含む。スロット６６は、従来の設計のよ
うにタービンディスク３３の主な荷重支えウェブ部分７
０を通らない。そうではなく、スロット６６はウェブ部
分７０の外部に沿って半径方向に延在し、ディスクリム
６１の荷重支承領域の外側のリム６１の軸線方向前方部
分でダブテールスロット３２につながる。外壁６４の半
径方向内側部分は空気シールドアーム５０とシール関係
で協動し、冷却空気１０（ａ）をスロット６６およびリ
ブ（またはベーン）６８で画定された流路に効率よく案
内する。
６および円周方向に間隔をあけて配置された半径方向内
方へ細くなる（テーパされた）リブ６８またはまっすぐ
なリブ６８ａを含む。スロット６６は、従来の設計のよ
うにタービンディスク３３の主な荷重支えウェブ部分７
０を通らない。そうではなく、スロット６６はウェブ部
分７０の外部に沿って半径方向に延在し、ディスクリム
６１の荷重支承領域の外側のリム６１の軸線方向前方部
分でダブテールスロット３２につながる。外壁６４の半
径方向内側部分は空気シールドアーム５０とシール関係
で協動し、冷却空気１０（ａ）をスロット６６およびリ
ブ（またはベーン）６８で画定された流路に効率よく案
内する。
【００３２】スロットがウェブ部分に貫通しているター
ビンディスクは、必然的に、この発明の湾曲スロット設
計より重い。それは、そのようなスロット付きウェブは
、エンジン運転中に発生する遠心力に耐えるのに必要な
強度を得るために、スロット領域のまわりに余分な材料
を追加しなければならないからである。図４のロータデ
ィスク３３は、ポンプ６２がロータディスクの実質的に
無荷重の部分に配置されているので、ディスク重量をそ
のように増加する必要がない。
ビンディスクは、必然的に、この発明の湾曲スロット設
計より重い。それは、そのようなスロット付きウェブは
、エンジン運転中に発生する遠心力に耐えるのに必要な
強度を得るために、スロット領域のまわりに余分な材料
を追加しなければならないからである。図４のロータデ
ィスク３３は、ポンプ６２がロータディスクの実質的に
無荷重の部分に配置されているので、ディスク重量をそ
のように増加する必要がない。
【００３３】さらに図４から、ロータディスク３３には
、ロータディスクをロータシャフト３９に連結するため
のフランジ５４が形成されていることがわかる。前部シ
ール３６のハブ５２およびポンプ６２全体はともに、フ
ランジ５４より半径方向外方に位置する。さらに、実質
的に前部シール３６全体がポンプ６２より半径方向内方
に、前部シール３６の回転中心から比較的小さな距離に
位置する。
、ロータディスクをロータシャフト３９に連結するため
のフランジ５４が形成されていることがわかる。前部シ
ール３６のハブ５２およびポンプ６２全体はともに、フ
ランジ５４より半径方向外方に位置する。さらに、実質
的に前部シール３６全体がポンプ６２より半径方向内方
に、前部シール３６の回転中心から比較的小さな距離に
位置する。
【００３４】図７は図４に示すロータディスクに冷却ス
ロットを形成するためのＥＣＭ工具を示し、図８は図７
のＣ−Ｃ断面である。これらの図からわかるように、図
４の湾曲した冷却空気スロット６６は、円弧状電極を有
するＥＣＭ工具７１を共通軸線７３のまわりに揺動する
ことにより形成される真半径により規定できる。
ロットを形成するためのＥＣＭ工具を示し、図８は図７
のＣ−Ｃ断面である。これらの図からわかるように、図
４の湾曲した冷却空気スロット６６は、円弧状電極を有
するＥＣＭ工具７１を共通軸線７３のまわりに揺動する
ことにより形成される真半径により規定できる。
【００３５】図９はまっすぐな冷却チャンネルをロータ
ディスクに形成したこの発明の別の実施例を示し、図１
０は図９のＤ−Ｄ断面、図１１は図１０のＥ−Ｅ断面で
ある。これらの図からわかるように、ディスクによって
は、湾曲したスロットより、まっすぐなスロット６６（
ａ）をタービンディスクウェブ７０の完全に外側にかつ
タービンディスクウェブの前側に形成するのが望ましい
。
ディスクに形成したこの発明の別の実施例を示し、図１
０は図９のＤ−Ｄ断面、図１１は図１０のＥ−Ｅ断面で
ある。これらの図からわかるように、ディスクによって
は、湾曲したスロットより、まっすぐなスロット６６（
ａ）をタービンディスクウェブ７０の完全に外側にかつ
タービンディスクウェブの前側に形成するのが望ましい
。
【００３６】ふたたび図４に戻ると、半径方向にコンパ
クトなボルトなしブレードリテイナ兼シール７２が、ポ
ンプ６２の外壁６４と一体のリップ７４により軸線方向
所定の位置に保持されている。このブレードリテイナ７
２は、タービンディスク・ダブテールポスト上のさね継
ぎ部材（ラベット）７６により半径方向に位置決めされ
、リム６１に隣接する外壁６４の半径方向外端部分に対
するシールを形成する。ディスクリムの後ろ側には、米
国特許第４，３０４，５２３号に開示された形式の大き
なボルトなしブレードリテイナ兼シール７８を使用する
。これらのボルトなしブレードリテイナを用いることに
より、ブレードリテイナおよびディスクリムの高応力ボ
ルト穴がなくなる。
クトなボルトなしブレードリテイナ兼シール７２が、ポ
ンプ６２の外壁６４と一体のリップ７４により軸線方向
所定の位置に保持されている。このブレードリテイナ７
２は、タービンディスク・ダブテールポスト上のさね継
ぎ部材（ラベット）７６により半径方向に位置決めされ
、リム６１に隣接する外壁６４の半径方向外端部分に対
するシールを形成する。ディスクリムの後ろ側には、米
国特許第４，３０４，５２３号に開示された形式の大き
なボルトなしブレードリテイナ兼シール７８を使用する
。これらのボルトなしブレードリテイナを用いることに
より、ブレードリテイナおよびディスクリムの高応力ボ
ルト穴がなくなる。
【００３７】図４に示すように前部シール３６のハブ５
２の内径を増加することにより、図３に示した前部シー
ル３６の高応力ボルト穴４６をなくした。ハブ５２の直
径を増加することが可能なのは、前部シール３６の外径
がいちじるしく小さくなっているからである。１例では
、前部シール３６の外径を従来の設計より５インチ減ら
すことができる。これにより前部シールの重量がいちじ
るしく減少し、その結果、ハブ５２が支えなければなら
ない荷重が減少する。
２の内径を増加することにより、図３に示した前部シー
ル３６の高応力ボルト穴４６をなくした。ハブ５２の直
径を増加することが可能なのは、前部シール３６の外径
がいちじるしく小さくなっているからである。１例では
、前部シール３６の外径を従来の設計より５インチ減ら
すことができる。これにより前部シールの重量がいちじ
るしく減少し、その結果、ハブ５２が支えなければなら
ない荷重が減少する。
【００３８】以上から、この発明により、ロータブレー
ド冷却空気を内径位置から半径方向外方へブレードダブ
テールまで移送するための軽量で効率のよい組立体が得
られることがわかる。
ド冷却空気を内径位置から半径方向外方へブレードダブ
テールまで移送するための軽量で効率のよい組立体が得
られることがわかる。
【００３９】この設計により、前部回転シール３６の大
きな直径を大幅に減少させ、そしてそれにより関連する
応力を減らし、シール漏洩を減らし、こうして燃料消費
率（ＳＦＣ）を改良し、重量を減らす。さらに、ディス
クリムやディスクウェブを通るボルト穴や空気穴がなく
、そして前部シールを通る高応力ボルト穴もなくなって
いる。もっとも重要なこととして、ポンプ６２の冷却空
気スロットはディスクウェブ７０の荷重支え部分を通ら
ない。
きな直径を大幅に減少させ、そしてそれにより関連する
応力を減らし、シール漏洩を減らし、こうして燃料消費
率（ＳＦＣ）を改良し、重量を減らす。さらに、ディス
クリムやディスクウェブを通るボルト穴や空気穴がなく
、そして前部シールを通る高応力ボルト穴もなくなって
いる。もっとも重要なこととして、ポンプ６２の冷却空
気スロットはディスクウェブ７０の荷重支え部分を通ら
ない。
【００４０】以上、この発明の現在のところ最適と考え
られる実施態様を説明した。しかし、この発明の範囲内
で種々の変更や改変が可能である。
られる実施態様を説明した。しかし、この発明の範囲内
で種々の変更や改変が可能である。
【図１】従来の設計による前部シールおよびロータディ
スクを有するガスタービンエンジンの一部の軸線方向断
面図である。
スクを有するガスタービンエンジンの一部の軸線方向断
面図である。
【図２】図１の前部シールおよびロータディスクの拡大
図である。
図である。
【図３】前部シールに半径方向に長い空気シールドアー
ムを形成した、図２の前部シールおよびロータディスク
の別の例を示す断面図である。
ムを形成した、図２の前部シールおよびロータディスク
の別の例を示す断面図である。
【図４】この発明の設計による前部シールおよびロータ
ディスクを有するガスタービンエンジンの一部の軸線方
向断面図である。
ディスクを有するガスタービンエンジンの一部の軸線方
向断面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線方向に見た半径方向断面図であ
る。
る。
【図６】図５のＢ−Ｂ線方向に見た断面図である。
【図７】図４に示したロータディスクに冷却スロットを
形成するためのＥＣＭ工具を示す略図である。
形成するためのＥＣＭ工具を示す略図である。
【図８】図７のＣ−Ｃ線方向に見た断面図である。
【図９】まっすぐな冷却チャンネルをロータディスクに
形成したこの発明の別の実施例を示す軸線方向断面図で
ある。
形成したこの発明の別の実施例を示す軸線方向断面図で
ある。
【図１０】図９のＤ−Ｄ線方向に見た半径方向断面図で
ある。
ある。
【図１１】図１０のＥ−Ｅ線方向に見た断面図である。
１０（ａ） 冷却空気
１１ 圧縮機吐出し漏洩空気
３２ ダブテールスロット
３３ ロータディスク
３６ 前部回転シール
３８、４０、８０ ラビリンスシール５０ 空気シ
ールドアーム ６１ リム ６２ ポンプ ６４ 外壁 ６６ スロット ６８ リブ ７０ ウェブ ７２ ブレードリテイナ ７５ 軸線方向拡大材料部分
ールドアーム ６１ リム ６２ ポンプ ６４ 外壁 ６６ スロット ６８ リブ ７０ ウェブ ７２ ブレードリテイナ ７５ 軸線方向拡大材料部分
Claims (19)
- 【請求項１】ハブ部分と、このハブ部分から半径方向外
方へ延在するウェブ部分と、このウェブ部分の半径方向
外端部分に配置されたリム部分と、上記リム部分から半
径方向内方へ延在し、上記ウェブ部分から軸線方向に延
在する肉厚化部分と、上記肉厚化部分に形成され、冷却
空気を半径方向外向きに上記ウェブ部分に沿って上記リ
ム部分中へ送る内部スロットとを備えるガスタービンエ
ンジン用ロータディスク。 - 【請求項２】上記肉厚化部分が上記ウェブ部分から軸線
方向前方へ突出する請求項１に記載のディスク。 - 【請求項３】上記スロットが円弧状流路を画定する請求
項１に記載のディスク。 - 【請求項４】上記スロットが直線状流路を画定する請求
項１に記載のディスク。 - 【請求項５】上記リム部分にそこに軸線方向に延在する
少なくとも１つのブレード保持用スロットが形成され、
上記内部スロットが上記保持用スロットと上記リム部分
の軸線方向前側でつながる請求項１に記載のディスク。 - 【請求項６】上記肉厚化部分がその半径方向内端部分に
位置するシール面部分を含む請求項１に記載のディスク
。 - 【請求項７】上記肉厚化部分が上記リム部分に隣接して
位置するシール面部分を含む請求項１に記載のディスク
。 - 【請求項８】さらに、上記ディスクをロータシャフトに
装着するためのフランジを備え、上記肉厚化部分が上記
フランジより半径方向外方に配置された請求項１に記載
のディスク。 - 【請求項９】上記肉厚化部分が上記ウェブ部分と均質に
形成されている請求項１に記載のディスク。 - 【請求項１０】上記内部スロットが上記ウェブ部分より
完全に外側に配置されている請求項１に記載のディスク
。 - 【請求項１１】ハブ部分と、ウェブ部分と、リム部分と
、上記ウェブ部分から軸線方向前方に延在し、内部に複
数のスロットが貫通形成された材料部分とを含むロータ
ディスクと、ハブ部分と、少なくとも１つのラビリンス
シールと、前部シールから突出して、上記ロータディス
クの材料部分とシール関係で係合する空気シールドアー
ムとを含む前部シールとを備える前部シールとロータデ
ィスクの組立体。 - 【請求項１２】上記空気シールドアームが上記ラビリン
スシールから突出する請求項１１に記載の組立体。 - 【請求項１３】さらに、圧縮機吐出し漏洩空気をシール
する内側ラビリンスシールを含み、この内側ラビリンス
シールは上記前部シールを支持する支持アームを含む請
求項１２に記載の組立体。 - 【請求項１４】上記前部シールが上記内側ラビリンスシ
ールから片持ち支持されている請求項１３に記載の組立
体。 - 【請求項１５】上記ロータディスクがさらに、ロータデ
ィスクをロータシャフトに装着するフランジを含み、上
記前部シールのハブ部分が上記フランジより半径方向外
方に配置された請求項１１に記載の組立体。 - 【請求項１６】上記ロータディスクがさらに、ロータデ
ィスクをロータシャフトに装着するフランジを含み、上
記複数のスロットが上記フランジより半径方向外方に配
置された請求項１１に記載の組立体。 - 【請求項１７】ハブ部分と、このハブ部分から半径方向
外方へ延在するウェブ部分と、このウェブ部分の半径方
向外端部分に配置されたリム部分と、上記ウェブ部分の
外方に配置され、ウェブ部分と均質に形成され、冷却空
気を半径方向外向きに上記ウェブ部分に沿って上記リム
部分中へ送るポンプ手段とを備えるタービンエンジン用
ロータディスク。 - 【請求項１８】上記ポンプ手段が上記ウェブ部分に隣接
して配置した複数の半径方向に延在するスロットを含む
請求項１７に記載のロータディスク。 - 【請求項１９】上記ポンプ手段がさらに上記複数のスロ
ット間に配置された複数の円周方向に間隔のあいた半径
方向延在リブを含む請求項１８に記載のロータディスク
。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US661,930 | 1991-02-28 | ||
| US07/661,930 US5143512A (en) | 1991-02-28 | 1991-02-28 | Turbine rotor disk with integral blade cooling air slots and pumping vanes |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04303101A true JPH04303101A (ja) | 1992-10-27 |
Family
ID=24655696
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3292002A Pending JPH04303101A (ja) | 1991-02-28 | 1991-10-14 | タービンロータディスク |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5143512A (ja) |
| EP (1) | EP0501066A1 (ja) |
| JP (1) | JPH04303101A (ja) |
| CA (1) | CA2059913A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005248959A (ja) * | 2004-03-03 | 2005-09-15 | Snecma Moteurs | 航空機用ターボジェットなどのターボ機械 |
| CN116537895A (zh) * | 2023-07-04 | 2023-08-04 | 中国航发四川燃气涡轮研究院 | 一种带有篦齿间隙控制的预旋供气系统 |
Families Citing this family (38)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US5332358A (en) * | 1993-03-01 | 1994-07-26 | General Electric Company | Uncoupled seal support assembly |
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