JPH05106467A - 先端クリアランス制御装置 - Google Patents
先端クリアランス制御装置Info
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- JPH05106467A JPH05106467A JP4082567A JP8256792A JPH05106467A JP H05106467 A JPH05106467 A JP H05106467A JP 4082567 A JP4082567 A JP 4082567A JP 8256792 A JP8256792 A JP 8256792A JP H05106467 A JPH05106467 A JP H05106467A
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- compressor
- stator
- engine
- turbine
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- 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
- F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
- F01D11/14—Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing
- F01D11/20—Actively adjusting tip-clearance
-
- 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
- F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
- F01D11/14—Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing
- F01D11/20—Actively adjusting tip-clearance
- F01D11/24—Actively adjusting tip-clearance by selectively cooling-heating stator or rotor components
-
- 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
- F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
- F01D25/16—Arrangement of bearings; Supporting or mounting bearings in casings
- F01D25/162—Bearing supports
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 種々の運転状態でロータとステータ部品間に
円周方向に均一なクリアランスを生成できるガスタービ
ンエンジン用先端クリアランス制御装置の提供。 【構成】 二段高圧タービンセクション３０と多段高圧
圧縮機セクション４８のロータ４４のシャット部分４６
は、エンジンフレーム６６に支持されたロータ軸受６
２，６４により回転自在に支持されている。圧縮機後部
のフレーム６６部は、多数の等角度間隔で半径方向に配
置された中空な支持支柱７０を具える。支柱７０のうち
選ばれた１群の中空な支柱に、圧縮機から抽出した冷却
空気を入口ポート９２に連結された配管９０を通して送
る。熱伝達により選ばれた支柱は熱的に収縮し、高出力
エンジン出力時のロータ軸線６０ｒの下方シフトに対抗
するとともに円周方向に均一な先端クリアランスを維持
する。冷却される支柱内に空気バッフルを配置して、半
径方向に均一な熱的収縮と効率よい熱伝導を確保する。
円周方向に均一なクリアランスを生成できるガスタービ
ンエンジン用先端クリアランス制御装置の提供。 【構成】 二段高圧タービンセクション３０と多段高圧
圧縮機セクション４８のロータ４４のシャット部分４６
は、エンジンフレーム６６に支持されたロータ軸受６
２，６４により回転自在に支持されている。圧縮機後部
のフレーム６６部は、多数の等角度間隔で半径方向に配
置された中空な支持支柱７０を具える。支柱７０のうち
選ばれた１群の中空な支柱に、圧縮機から抽出した冷却
空気を入口ポート９２に連結された配管９０を通して送
る。熱伝達により選ばれた支柱は熱的に収縮し、高出力
エンジン出力時のロータ軸線６０ｒの下方シフトに対抗
するとともに円周方向に均一な先端クリアランスを維持
する。冷却される支柱内に空気バッフルを配置して、半
径方向に均一な熱的収縮と効率よい熱伝導を確保する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、一般にガスタービン
エンジンに関し、特に回転ブレードに円周方向に均一な
先端クリアランスを維持することのできるクリアランス
制御装置に関する。
エンジンに関し、特に回転ブレードに円周方向に均一な
先端クリアランスを維持することのできるクリアランス
制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】代表的な航空機ガスタービンエンジンで
は、タービンセクションと圧縮機セクションとが共通な
ロータまたは「スプール」から作動する。圧縮機セクシ
ョンは、ロータに装着した回転ブレードの複数列を含
み、これらが圧縮機セクションのロータアセンブリ部分
を構成し、また圧縮機ケーシングに装着したステータベ
ーンの複数列を含み、これらが圧縮機セクションのステ
ータアセンブリ部分を構成する。回転ブレードの各列と
隣接するステータベーンの列とが圧縮機セクションの１
つの「段」と呼ばれる。
は、タービンセクションと圧縮機セクションとが共通な
ロータまたは「スプール」から作動する。圧縮機セクシ
ョンは、ロータに装着した回転ブレードの複数列を含
み、これらが圧縮機セクションのロータアセンブリ部分
を構成し、また圧縮機ケーシングに装着したステータベ
ーンの複数列を含み、これらが圧縮機セクションのステ
ータアセンブリ部分を構成する。回転ブレードの各列と
隣接するステータベーンの列とが圧縮機セクションの１
つの「段」と呼ばれる。
【０００３】タービンセクションは、ロータに装着した
回転ブレードの少なくとも１列を含み、これがタービン
セクションのロータアセンブリ部分を構成し、またステ
ータケーシングに装着したステータベーンの少なくとも
１列を含み、これがタービンセクションのステータ部分
を構成する。二重ロータ型ガスタービンエンジン、たと
えば、ＧＥ社モデルＣＦ６−５０航空機ガスタービンエ
ンジンの概略図である図１に示したエンジンでは、低圧
圧縮機セクション１０と低圧タービンセクション１２と
が共通なロータ１４から作動する。そして、高圧圧縮機
セクション１６と高圧タービンセクション１８とが、ロ
ータ１４と同軸の共通ロータ２０から作動する。タービ
ンセクション１２および１８は、燃焼器２２からの排気
ガスで駆動され、こうしてそれぞれ圧縮機１０および１
６を駆動する。
回転ブレードの少なくとも１列を含み、これがタービン
セクションのロータアセンブリ部分を構成し、またステ
ータケーシングに装着したステータベーンの少なくとも
１列を含み、これがタービンセクションのステータ部分
を構成する。二重ロータ型ガスタービンエンジン、たと
えば、ＧＥ社モデルＣＦ６−５０航空機ガスタービンエ
ンジンの概略図である図１に示したエンジンでは、低圧
圧縮機セクション１０と低圧タービンセクション１２と
が共通なロータ１４から作動する。そして、高圧圧縮機
セクション１６と高圧タービンセクション１８とが、ロ
ータ１４と同軸の共通ロータ２０から作動する。タービ
ンセクション１２および１８は、燃焼器２２からの排気
ガスで駆動され、こうしてそれぞれ圧縮機１０および１
６を駆動する。
【０００４】タービンセクションの各列の回転ブレード
の先端とステータ部分、たとえばステータシュラウドの
対応する環状表面との間の円周方向クリアランスを均一
に保って、最適なエンジン性能を達成する必要がある。
しかし、たとえば、スラストがエンジン中心線からはず
れて反力を受けるエンジンの場合、高出力状態が原因で
エンジンのケーシングの「心棒曲がり」（ｂａｃｋｂｏ
ｎｅｂｅｎｄｉｎｇ）が生じる。心棒曲がりが原因で、
ロータの軸線とステータ構造の軸線とが同心でなくな
る。従来、ステータシュラウドを研削してステータシュ
ラウド軸線を対応するロータ軸線に対してオフセット
し、離陸（高出力）状態で円周のまわりに均一な先端ク
リアランスを確保する。図２（ａ）に略図的に示すよう
に、オフセットの結果として、１タービンブレード列の
回転ブレードの先端の円形通路２４が、対応するステー
タシュラウド表面２６に関して偏心する。オフセット量
ｏは、エンジンが冷却した運転状態（エンジン始動前）
にあるときの、ロータ軸線２４ｃとステータシュラウド
軸線２６ｃとの間の鉛直方向距離である。なお、図２
（ａ）−２（ｃ）では、図示の便宜上、オフセット量と
クリアランスの寸法を誇張してある。
の先端とステータ部分、たとえばステータシュラウドの
対応する環状表面との間の円周方向クリアランスを均一
に保って、最適なエンジン性能を達成する必要がある。
しかし、たとえば、スラストがエンジン中心線からはず
れて反力を受けるエンジンの場合、高出力状態が原因で
エンジンのケーシングの「心棒曲がり」（ｂａｃｋｂｏ
ｎｅｂｅｎｄｉｎｇ）が生じる。心棒曲がりが原因で、
ロータの軸線とステータ構造の軸線とが同心でなくな
る。従来、ステータシュラウドを研削してステータシュ
ラウド軸線を対応するロータ軸線に対してオフセット
し、離陸（高出力）状態で円周のまわりに均一な先端ク
リアランスを確保する。図２（ａ）に略図的に示すよう
に、オフセットの結果として、１タービンブレード列の
回転ブレードの先端の円形通路２４が、対応するステー
タシュラウド表面２６に関して偏心する。オフセット量
ｏは、エンジンが冷却した運転状態（エンジン始動前）
にあるときの、ロータ軸線２４ｃとステータシュラウド
軸線２６ｃとの間の鉛直方向距離である。なお、図２
（ａ）−２（ｃ）では、図示の便宜上、オフセット量と
クリアランスの寸法を誇張してある。
【０００５】図２（ｂ）に示すように、エンジンが高出
力状態で、たとえばフルスロットル（離陸）にて作動し
ているとき、円形通路２４の直径がタービンブレードの
熱膨張のために増大し、そして心棒曲がりによりロータ
軸線２４ｃが下方へ変位し、したがってロータ軸線２４
ｃがステータ軸線２６ｃとほぼ一致するようになり、こ
うして望ましい均一な円周方向クリアランスｃ１を生成
する。
力状態で、たとえばフルスロットル（離陸）にて作動し
ているとき、円形通路２４の直径がタービンブレードの
熱膨張のために増大し、そして心棒曲がりによりロータ
軸線２４ｃが下方へ変位し、したがってロータ軸線２４
ｃがステータ軸線２６ｃとほぼ一致するようになり、こ
うして望ましい均一な円周方向クリアランスｃ１を生成
する。
【０００６】低出力状態、たとえば巡航出力状態では、
心棒曲がり効果は無視でき、図２（ｃ）に示すように、
オフセットｏ’が再び現われ、こうしてエンジンの下方
部分に望ましくない大きなブレード先端クリアランスｃ
２を、そしてエンジンの頂部に極めて近いクリアランス
ｃ３（先端がこすれる可能性がある）を生じる。この近
接クリアランスｃ３のため、現在の能動的クリアランス
制御（ＡＣＣ＝ａｃｔｉｖｅ ｃｌｅａｒａｎｃｅ ｃ
ｏｎｔｒｏｌ）システム、たとえば、ステータシュラウ
ドを均一に熱的に収縮させるために、冷却空気をステー
タシュラウドにシュラウド円周のまわりに対称に通気す
るシステムの有効性が制限される。均一な収縮はｃ２の
クリアランスを小さくする一方、ギャップｃ３もなく
し、望ましくない先端こすれを生じるおそれがある。
心棒曲がり効果は無視でき、図２（ｃ）に示すように、
オフセットｏ’が再び現われ、こうしてエンジンの下方
部分に望ましくない大きなブレード先端クリアランスｃ
２を、そしてエンジンの頂部に極めて近いクリアランス
ｃ３（先端がこすれる可能性がある）を生じる。この近
接クリアランスｃ３のため、現在の能動的クリアランス
制御（ＡＣＣ＝ａｃｔｉｖｅ ｃｌｅａｒａｎｃｅ ｃ
ｏｎｔｒｏｌ）システム、たとえば、ステータシュラウ
ドを均一に熱的に収縮させるために、冷却空気をステー
タシュラウドにシュラウド円周のまわりに対称に通気す
るシステムの有効性が制限される。均一な収縮はｃ２の
クリアランスを小さくする一方、ギャップｃ３もなく
し、望ましくない先端こすれを生じるおそれがある。
【０００７】
【発明の目的】この発明の目的は、ガスタービンエンジ
ン用の、種々の運転状態でロータとステータ部品間に円
周方向に均一なクリアランスを生成することができる先
端クリアランス制御装置を提供することにある。この発
明の別の目的は、ロータ軸線からオフセットされたステ
ータシュラウド軸線を規定するようにステータシュラウ
ドを研削する必要なしに、ロータの心棒曲がりに対抗す
ることにある。
ン用の、種々の運転状態でロータとステータ部品間に円
周方向に均一なクリアランスを生成することができる先
端クリアランス制御装置を提供することにある。この発
明の別の目的は、ロータ軸線からオフセットされたステ
ータシュラウド軸線を規定するようにステータシュラウ
ドを研削する必要なしに、ロータの心棒曲がりに対抗す
ることにある。
【０００８】このような目的を達成するために、この発
明は、ロータ軸線を有する共通ロータから作動するター
ビンセクションと圧縮機セクションとを有するガスター
ビンエンジン用の先端クリアランス制御装置を提供す
る。圧縮機セクションは、共通ロータに装着した複数列
の回転圧縮機ブレードを有する圧縮機ロータアセンブリ
部分と、圧縮機ステータケーシングに装着した複数列の
圧縮機ステータベーンを有する圧縮機ステータアセンブ
リ部分とを含み、隣接する回転圧縮機ブレード列と圧縮
機ステータベーン列との各１対が１圧縮機段を構成す
る。タービンセクションは、共通ロータに装着した少な
くとも１列の回転タービンブレードを有するタービンロ
ータアセンブリ部分と、タービンステータケーシングに
装着した少なくとも１列のステータベーンを有するター
ビンステータアセンブリ部分と、各回転タービンブレー
ド列のまわりで円周方向にタービンステータケーシング
に装着されたステータシュラウドとを含む。各回転ター
ビンブレードは先端を有し、各ステータシュラウドはス
テータシュラウド軸線を有し、このステータシュラウド
軸線は、エンジンが冷却した非出力状態にあるときまた
エンジンが低出力で作動しているとき上記ロータ軸線と
実質的に一致し、先端クリアランスがある列の回転ター
ビンブレード先端と対応するタービンステータシュラウ
ドの対向面との間の円周方向空間として画定され、エン
ジンの非出力状態および低出力状態の間円周方向に均一
である。上記ロータは上記タービンステータアセンブリ
部分に対して、フレームに装着した複数の中空な支柱で
支持された軸受手段により位置決めされ、上記中空な支
柱はロータ軸線のまわりに等角度間隔で半径方向に配置
され、各支柱がロータ軸線に実質的に平行な長さ方向軸
線を有する。先端クリアランス制御装置は、加圧冷却空
気の源がエンジン出力に比例した流量を有し、配管手段
を通してこの加圧冷却空気を上記源から選ばれた１群の
中空な支柱にその選ばれた１群の中空な支柱を熱的に収
縮させるのに十分な温度にて送り、これによりエンジン
の高出力運転中のロータ軸線の下向きシフトに対抗する
とともに、先端クリアランスを円周方向に均一に保つこ
とを特徴とする。
明は、ロータ軸線を有する共通ロータから作動するター
ビンセクションと圧縮機セクションとを有するガスター
ビンエンジン用の先端クリアランス制御装置を提供す
る。圧縮機セクションは、共通ロータに装着した複数列
の回転圧縮機ブレードを有する圧縮機ロータアセンブリ
部分と、圧縮機ステータケーシングに装着した複数列の
圧縮機ステータベーンを有する圧縮機ステータアセンブ
リ部分とを含み、隣接する回転圧縮機ブレード列と圧縮
機ステータベーン列との各１対が１圧縮機段を構成す
る。タービンセクションは、共通ロータに装着した少な
くとも１列の回転タービンブレードを有するタービンロ
ータアセンブリ部分と、タービンステータケーシングに
装着した少なくとも１列のステータベーンを有するター
ビンステータアセンブリ部分と、各回転タービンブレー
ド列のまわりで円周方向にタービンステータケーシング
に装着されたステータシュラウドとを含む。各回転ター
ビンブレードは先端を有し、各ステータシュラウドはス
テータシュラウド軸線を有し、このステータシュラウド
軸線は、エンジンが冷却した非出力状態にあるときまた
エンジンが低出力で作動しているとき上記ロータ軸線と
実質的に一致し、先端クリアランスがある列の回転ター
ビンブレード先端と対応するタービンステータシュラウ
ドの対向面との間の円周方向空間として画定され、エン
ジンの非出力状態および低出力状態の間円周方向に均一
である。上記ロータは上記タービンステータアセンブリ
部分に対して、フレームに装着した複数の中空な支柱で
支持された軸受手段により位置決めされ、上記中空な支
柱はロータ軸線のまわりに等角度間隔で半径方向に配置
され、各支柱がロータ軸線に実質的に平行な長さ方向軸
線を有する。先端クリアランス制御装置は、加圧冷却空
気の源がエンジン出力に比例した流量を有し、配管手段
を通してこの加圧冷却空気を上記源から選ばれた１群の
中空な支柱にその選ばれた１群の中空な支柱を熱的に収
縮させるのに十分な温度にて送り、これによりエンジン
の高出力運転中のロータ軸線の下向きシフトに対抗する
とともに、先端クリアランスを円周方向に均一に保つこ
とを特徴とする。
【０００９】この発明の他の特徴および効果を明瞭にす
るために、以下にこの発明の実施例を図面を参照しなが
ら詳しく説明する。
るために、以下にこの発明の実施例を図面を参照しなが
ら詳しく説明する。
【００１０】
【具体的な構成】図３に、この発明の装置を組み込んだ
ガスタービンエンジン２８の一部を部分的な長さ方向軸
線断面にて示す。エンジン２８はＧＥ社モデルＣＦ６−
８０Ａ／Ｃ２で、これをこの発明の先端クリアランス制
御装置を組み込むよう改変してあるが、その構成は図１
に概略を示したモデルＣＦ６−５０エンジンと同様であ
る。図３ではわかりやすいように構成の細部を省略して
ある。エンジン２８は２段高圧タービンセクション３０
と多段高圧圧縮機セクション４８を含む。２段高圧ター
ビンセクション３０は、回転ブレード３６および３８か
らなる２列３２および３４を有する。２列の回転ブレー
ド３２および３４はそれぞれのディスク４０および４２
に装着され、これら２つのディスク４０および４２がシ
ャフト部分４６とともに、ロータ４４を構成する。
ガスタービンエンジン２８の一部を部分的な長さ方向軸
線断面にて示す。エンジン２８はＧＥ社モデルＣＦ６−
８０Ａ／Ｃ２で、これをこの発明の先端クリアランス制
御装置を組み込むよう改変してあるが、その構成は図１
に概略を示したモデルＣＦ６−５０エンジンと同様であ
る。図３ではわかりやすいように構成の細部を省略して
ある。エンジン２８は２段高圧タービンセクション３０
と多段高圧圧縮機セクション４８を含む。２段高圧ター
ビンセクション３０は、回転ブレード３６および３８か
らなる２列３２および３４を有する。２列の回転ブレー
ド３２および３４はそれぞれのディスク４０および４２
に装着され、これら２つのディスク４０および４２がシ
ャフト部分４６とともに、ロータ４４を構成する。
【００１１】多段高圧圧縮機セクション４８は、複数の
回転ブレード列、たとえばロータ４４に装着した回転ブ
レード５２の列５０と、複数の静止ベーン列、たとえば
ステータケーシング５８に装着したステータベーン５６
の列５４とを含む。ロータ４４はロータ軸線６０ｒを有
し、そのシャフト部分４６は、エンジンのフレーム６６
で支持され位置を固定された軸線方向に離れたロータ軸
受６２および６４により、回転自在に支承されている。
なお、フレーム６６は技術的には高圧圧縮機セクション
４８の後部フレームであるが、エンジンの他のフレーム
構造でこれらの軸受を支持してもよい。
回転ブレード列、たとえばロータ４４に装着した回転ブ
レード５２の列５０と、複数の静止ベーン列、たとえば
ステータケーシング５８に装着したステータベーン５６
の列５４とを含む。ロータ４４はロータ軸線６０ｒを有
し、そのシャフト部分４６は、エンジンのフレーム６６
で支持され位置を固定された軸線方向に離れたロータ軸
受６２および６４により、回転自在に支承されている。
なお、フレーム６６は技術的には高圧圧縮機セクション
４８の後部フレームであるが、エンジンの他のフレーム
構造でこれらの軸受を支持してもよい。
【００１２】圧縮機後部フレーム６６は、図３およびそ
のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面である図７からわかるように、
環状エンジンケーシング６８および多数の中空な支持支
柱（支柱）７０、７１、７３、７５、７７、７９、８
１、８３、８５および８７を含む。図３ではこれらのう
ち支柱７０だけが見えている。各支柱はケーシング６８
と一体に形成され、その長さ方向軸線がロータ軸線６０
ｒにほぼ平行に配向されている。複数の支柱のそれぞれ
の軸線は、図７に示すように、ロータ軸線６０ｒのまわ
りに等角度間隔で半径方向に配置されている。図３−５
に示すように、支柱７０はエアーホイル形状をもち、そ
の２つの向かい合う側壁７０ａおよび７０ｂが軸線方向
反対側の端部７０ｃおよび７０ｄで近づき合一してそこ
に前縁および後縁を形成する。側壁７０ａおよび７０
ｂ、エンジンケーシング６８の半径方向外側壁部分６８
ａおよびロータ支持構造７４の半径方向内側壁部分７４
ａが内部室７２を形成する。
のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面である図７からわかるように、
環状エンジンケーシング６８および多数の中空な支持支
柱（支柱）７０、７１、７３、７５、７７、７９、８
１、８３、８５および８７を含む。図３ではこれらのう
ち支柱７０だけが見えている。各支柱はケーシング６８
と一体に形成され、その長さ方向軸線がロータ軸線６０
ｒにほぼ平行に配向されている。複数の支柱のそれぞれ
の軸線は、図７に示すように、ロータ軸線６０ｒのまわ
りに等角度間隔で半径方向に配置されている。図３−５
に示すように、支柱７０はエアーホイル形状をもち、そ
の２つの向かい合う側壁７０ａおよび７０ｂが軸線方向
反対側の端部７０ｃおよび７０ｄで近づき合一してそこ
に前縁および後縁を形成する。側壁７０ａおよび７０
ｂ、エンジンケーシング６８の半径方向外側壁部分６８
ａおよびロータ支持構造７４の半径方向内側壁部分７４
ａが内部室７２を形成する。
【００１３】高圧タービンセクション３０は、ステータ
ケーシング７６を含み、これに１列７８のステータベー
ン８０が装着されている。２つのステータシュラウド８
２および８４がステータケーシング７６に装着されると
ともに、回転ブレード３６および３８の先端のまわりに
環状に配置されている。第１クリアランス８６が回転ブ
レード３６の先端とステータシュラウド８２の内面との
間の空間として画定され、第２クリアランス８８が回転
ブレード３８の先端とステータシュラウド８４の内面と
の間の空間として画定される。
ケーシング７６を含み、これに１列７８のステータベー
ン８０が装着されている。２つのステータシュラウド８
２および８４がステータケーシング７６に装着されると
ともに、回転ブレード３６および３８の先端のまわりに
環状に配置されている。第１クリアランス８６が回転ブ
レード３６の先端とステータシュラウド８２の内面との
間の空間として画定され、第２クリアランス８８が回転
ブレード３８の先端とステータシュラウド８４の内面と
の間の空間として画定される。
【００１４】ステータシュラウド８２および８４につい
てのシュラウド軸線６０ｓは、エンジンが冷めていると
き、また低出力（低ｒｐｍ）で作動しているとき、図３
に示すように、ロータ軸線６０ｒと一致する。高出力状
態（高ｒｐｍ）では、心棒曲がりが起こり、他の手段で
それを補償しなければ、その結果としてロータ軸線６０
ｒがステータシュラウド軸線６０ｓに対して（図３で見
て）鉛直下方にシフトし、このため円周方向先端クリア
ランスが不均一になる。
てのシュラウド軸線６０ｓは、エンジンが冷めていると
き、また低出力（低ｒｐｍ）で作動しているとき、図３
に示すように、ロータ軸線６０ｒと一致する。高出力状
態（高ｒｐｍ）では、心棒曲がりが起こり、他の手段で
それを補償しなければ、その結果としてロータ軸線６０
ｒがステータシュラウド軸線６０ｓに対して（図３で見
て）鉛直下方にシフトし、このため円周方向先端クリア
ランスが不均一になる。
【００１５】この発明によれば、選ばれた１群の半径方
向に延在する支柱７０、７１．．．．８７を熱的に収縮
させることにより、ロータ軸線６０ｒの位置を上方へシ
フトして、心棒曲がりのような作動条件に起因する下向
きシフトを補償する。このことは、選ばれた１群の支柱
の中空な内部７２に冷却空気を導入することによって、
達成される。
向に延在する支柱７０、７１．．．．８７を熱的に収縮
させることにより、ロータ軸線６０ｒの位置を上方へシ
フトして、心棒曲がりのような作動条件に起因する下向
きシフトを補償する。このことは、選ばれた１群の支柱
の中空な内部７２に冷却空気を導入することによって、
達成される。
【００１６】冷却空気を高圧圧縮機セクション４８の段
の一つから抽出し、選ばれた群の支柱に設けられた入口
ポート９２に連結された配管９０を通して選ばれた群の
支柱に送る。エンジン２８の運転により発生する熱によ
り、多数の支柱は均一に熱膨張する。中空な支柱のうち
選ばれたものに導入された冷却空気は、熱伝達により選
ばれた支柱を熱的に収縮させ、その結果、軸受６２およ
び６４が、したがってロータ軸線６０ｒが半径方向上向
きにシフトする。冷却空気は、ロータ支持構造７４に設
けた排気開口７４ｂ、７４ｃおよび７４ｄを通って支柱
から外に出る。
の一つから抽出し、選ばれた群の支柱に設けられた入口
ポート９２に連結された配管９０を通して選ばれた群の
支柱に送る。エンジン２８の運転により発生する熱によ
り、多数の支柱は均一に熱膨張する。中空な支柱のうち
選ばれたものに導入された冷却空気は、熱伝達により選
ばれた支柱を熱的に収縮させ、その結果、軸受６２およ
び６４が、したがってロータ軸線６０ｒが半径方向上向
きにシフトする。冷却空気は、ロータ支持構造７４に設
けた排気開口７４ｂ、７４ｃおよび７４ｄを通って支柱
から外に出る。
【００１７】熱的収縮を半径方向に均一にするとともに
熱伝達の効率をよくするために、選ばれた群の中空支柱
それぞれの内部に空気バッフル９４を配置する。各空気
バッフル９４は中空で、ほぼ支柱の形状に成形され、し
たがって向かい合う側壁９４ａおよび９４ｂを有する
（図５）。側壁９４ａおよび９４ｂは軸線方向反対端で
接近合一して前縁９４ｃおよび後縁９４ｄを形成する。
側壁９４ａおよび９４ｂはそれぞれ支柱の側壁７０ａお
よび７０ｂの内面に向かい合い、多数の開口９４ｅが設
けられているので、バッフルの入口９４ｆに入ってきた
冷却空気は側壁７０ａおよび７０ｂの内面に差し向けら
れる。中空な支柱から吐出された冷却空気を通気した
り、他の目的、たとえば、油溜りの洩れ止めの加圧また
はタービン構成部品の冷却などの目的に再使用すること
ができる。
熱伝達の効率をよくするために、選ばれた群の中空支柱
それぞれの内部に空気バッフル９４を配置する。各空気
バッフル９４は中空で、ほぼ支柱の形状に成形され、し
たがって向かい合う側壁９４ａおよび９４ｂを有する
（図５）。側壁９４ａおよび９４ｂは軸線方向反対端で
接近合一して前縁９４ｃおよび後縁９４ｄを形成する。
側壁９４ａおよび９４ｂはそれぞれ支柱の側壁７０ａお
よび７０ｂの内面に向かい合い、多数の開口９４ｅが設
けられているので、バッフルの入口９４ｆに入ってきた
冷却空気は側壁７０ａおよび７０ｂの内面に差し向けら
れる。中空な支柱から吐出された冷却空気を通気した
り、他の目的、たとえば、油溜りの洩れ止めの加圧また
はタービン構成部品の冷却などの目的に再使用すること
ができる。
【００１８】多数の支柱のうちどれを冷却すべきかを決
定するためには、心棒曲がりの結果として、ロータ軸線
６０ｒがステータ軸線６０ｓに対して鉛直下方にシフト
することを認識する必要がある。このシフトを補償する
ためには、冷却され、したがって熱的に収縮する支柱
は、図７に示すように、ロータ４４の水平中央平面Ｐ１
より上に位置する支柱群、好ましくは鉛直中央平面Ｐ２
に対して対称に配置された支柱群であり、こうすれば、
力のベクトルＶ１（心棒曲がり）の方向が回復力のベク
トルＶ２（熱的収縮）に等しいが、反対向きになる。し
かし、この発明を実際に実施するにあたっては、これら
の力が正確に等しくないときに、上方または下方へのロ
ータ軸線６０ｓの正味の移動が起こると予想される。
定するためには、心棒曲がりの結果として、ロータ軸線
６０ｒがステータ軸線６０ｓに対して鉛直下方にシフト
することを認識する必要がある。このシフトを補償する
ためには、冷却され、したがって熱的に収縮する支柱
は、図７に示すように、ロータ４４の水平中央平面Ｐ１
より上に位置する支柱群、好ましくは鉛直中央平面Ｐ２
に対して対称に配置された支柱群であり、こうすれば、
力のベクトルＶ１（心棒曲がり）の方向が回復力のベク
トルＶ２（熱的収縮）に等しいが、反対向きになる。し
かし、この発明を実際に実施するにあたっては、これら
の力が正確に等しくないときに、上方または下方へのロ
ータ軸線６０ｓの正味の移動が起こると予想される。
【００１９】支柱７０、７１および８７は水平中央平面
Ｐ１より上に位置し、垂直中央平面Ｐ２に実質的に心合
せされていたり、それに対称である。圧縮機セクション
からの冷却空気による支柱７０、７１および８７の熱的
収縮は、ロータ軸線６０ｒを上方へ移動し、フル出力状
態で生じる下向きシフトに対抗する。支柱７３および８
５も冷却空気を用いて熱的に収縮させることができる
が、これらの支柱は平面Ｐ１からの角度変位が小さいの
で、これらの支柱のロータ軸線シフトへの寄与はわずか
である。
Ｐ１より上に位置し、垂直中央平面Ｐ２に実質的に心合
せされていたり、それに対称である。圧縮機セクション
からの冷却空気による支柱７０、７１および８７の熱的
収縮は、ロータ軸線６０ｒを上方へ移動し、フル出力状
態で生じる下向きシフトに対抗する。支柱７３および８
５も冷却空気を用いて熱的に収縮させることができる
が、これらの支柱は平面Ｐ１からの角度変位が小さいの
で、これらの支柱のロータ軸線シフトへの寄与はわずか
である。
【００２０】冷却空気の源としては他の源、たとえば低
圧圧縮機排気（図示せず）からの抽出空気を用いてもよ
い。熱的収縮の代わりに、あるいはそれと組み合わせ
て、燃焼器または排気ノズル（図示せず）から抽出した
加熱空気を用いることにより、水平中央平面Ｐ１より下
の選ばれた１群の支柱を熱膨張させることもでき、同じ
結果が得られる。さらに、ベクトルＶ３のような他の歪
みベクトルも、選ばれた群の支柱を冷却して（たとえ
ば、少なくとも支柱７３および７５、そしておそらくは
支柱７１および７７も冷却することにより）、ベクトル
Ｖ３にほぼ等しいが、反対向きの補正ベクトルＶ４を生
成すれば、補正することができる。もちろん、冷却する
（あるいは加熱する）支柱には、いずれにも、適当な空
気バッフル、入口、出口などを設けて、そこに冷却（ま
たは加熱）空気を通すことができる。
圧圧縮機排気（図示せず）からの抽出空気を用いてもよ
い。熱的収縮の代わりに、あるいはそれと組み合わせ
て、燃焼器または排気ノズル（図示せず）から抽出した
加熱空気を用いることにより、水平中央平面Ｐ１より下
の選ばれた１群の支柱を熱膨張させることもでき、同じ
結果が得られる。さらに、ベクトルＶ３のような他の歪
みベクトルも、選ばれた群の支柱を冷却して（たとえ
ば、少なくとも支柱７３および７５、そしておそらくは
支柱７１および７７も冷却することにより）、ベクトル
Ｖ３にほぼ等しいが、反対向きの補正ベクトルＶ４を生
成すれば、補正することができる。もちろん、冷却する
（あるいは加熱する）支柱には、いずれにも、適当な空
気バッフル、入口、出口などを設けて、そこに冷却（ま
たは加熱）空気を通すことができる。
【００２１】圧縮機段からの空気の流量はエンジンの運
転速度に依存するので、流れ制御装置を使用しなけれ
ば、冷却速度はエンジン速度の関数である。したがっ
て、この発明は、流量、したがって冷却容量をただエン
ジン走行速度に比例させる場合には「パッシブ」（受動
的）であり、流れコントローラを用いて流れを必要に応
じて変調する場合には「アクティブ」（能動的）であ
る。したがって、エンジンの運転状態に応答する適当な
作動装置を設けた流量制御装置、たとえばスロットル弁
を配管に配設することにより、流量を調節して、必要な
補正係数を得ることができる。現存のＡＣＣシステム制
御装置を変更して、流れ制御弁をアイドルおよびフルス
ロットルで全開に位置させ、また巡航状態で冷却空気を
絞り込むことができる。
転速度に依存するので、流れ制御装置を使用しなけれ
ば、冷却速度はエンジン速度の関数である。したがっ
て、この発明は、流量、したがって冷却容量をただエン
ジン走行速度に比例させる場合には「パッシブ」（受動
的）であり、流れコントローラを用いて流れを必要に応
じて変調する場合には「アクティブ」（能動的）であ
る。したがって、エンジンの運転状態に応答する適当な
作動装置を設けた流量制御装置、たとえばスロットル弁
を配管に配設することにより、流量を調節して、必要な
補正係数を得ることができる。現存のＡＣＣシステム制
御装置を変更して、流れ制御弁をアイドルおよびフルス
ロットルで全開に位置させ、また巡航状態で冷却空気を
絞り込むことができる。
【００２２】図７に示した支柱の数（１０）はＧＥ社モ
デルＣＦ６−８０Ａ／Ｃ２航空機エンジンに特有のもの
である。このエンジンは、ロータ軸受がロータ軸線の位
置を決定し、ロータ軸受の位置が支柱の配列により支持
されている軸受構造を持っているので、この発明を適用
すると、特に良好な結果が得られる。支柱数が異なり、
また同様に熱的収縮または膨張を受ける他の軸受支持構
造を有する他のエンジンも、この発明の先端クリアラン
ス制御装置および方法を使用するように改変することが
できる。
デルＣＦ６−８０Ａ／Ｃ２航空機エンジンに特有のもの
である。このエンジンは、ロータ軸受がロータ軸線の位
置を決定し、ロータ軸受の位置が支柱の配列により支持
されている軸受構造を持っているので、この発明を適用
すると、特に良好な結果が得られる。支柱数が異なり、
また同様に熱的収縮または膨張を受ける他の軸受支持構
造を有する他のエンジンも、この発明の先端クリアラン
ス制御装置および方法を使用するように改変することが
できる。
【００２３】この発明の種々の改変や変更が当業者には
明らかである。したがって、このような改変や変更もす
べてこの発明の要旨の範囲内に入る。
明らかである。したがって、このような改変や変更もす
べてこの発明の要旨の範囲内に入る。
【図面の簡単な説明】
【図１】既知の構造の航空機ガスタービンエンジンの概
略図である。
略図である。
【図２】ガスタービンエンジン用の公知のクリアランス
制御技術を説明する図で、図２（ａ）、図２（ｂ）、図
２（ｃ）は低温、高出力および低出力運転状態における
先端クリアランスを示す略図である。
制御技術を説明する図で、図２（ａ）、図２（ｂ）、図
２（ｃ）は低温、高出力および低出力運転状態における
先端クリアランスを示す略図である。
【図３】この発明の先端クリアランス制御装置を用いた
ガスタービンエンジンの一部を示す部分的長さ方向断面
図（図７のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図）である。
ガスタービンエンジンの一部を示す部分的長さ方向断面
図（図７のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図）である。
【図４】図３のガスタービンエンジンの圧縮機後部フレ
ームの複数の支柱のうち１本を示す拡大長さ方向断面図
（図７のＩＶ−ＩＶ線断面図）である。
ームの複数の支柱のうち１本を示す拡大長さ方向断面図
（図７のＩＶ−ＩＶ線断面図）である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿って見た横断面図である。
【図６】この発明のクリアランス制御装置および方法に
用いる空気バッフルの斜視図である。
用いる空気バッフルの斜視図である。
【図７】図３のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿って見た横断面図
で、圧縮機後部フレーム支柱の配列を示す。
で、圧縮機後部フレーム支柱の配列を示す。
２８ ガスタービンエンジン ３０ 高圧タービンセクション ３２、３４ 列 ３６、３８ 回転ブレード ４４ ロータ ４８ 高圧圧縮機セクション ５０ 列 ５２ 回転ブレード ５４ 列 ５６ ステータベーン ５８ ステータケーシング ６０ｒ ロータ軸線 ６０ｓ ステータ軸線 ６２、６４ ロータ軸受 ６６ フレーム ６８ エンジンケーシング ７０、７１、７３、７５、７７、７９、８１、８３、８
５、８７ 支柱 ７０ａ、７０ｂ 側壁 ７４ ロータ支持構造 ７６ ステータケーシング ７８ 列 ８０ ステータベーン ８２、８４ ステータシュラウド ８６、８８ クリアランス ９０ 配管 ９２ 入口ポート ９４ 空気バッフル
５、８７ 支柱 ７０ａ、７０ｂ 側壁 ７４ ロータ支持構造 ７６ ステータケーシング ７８ 列 ８０ ステータベーン ８２、８４ ステータシュラウド ８６、８８ クリアランス ９０ 配管 ９２ 入口ポート ９４ 空気バッフル
Claims (5)
- 【請求項１】ロータ軸線を有する共通ロータから作動す
るタービンセクションと圧縮機セクションとを有するガ
スタービンエンジンであって、 圧縮機セクションは、共通ロータに装着した複数列の回
転圧縮機ブレードを有する圧縮機ロータアセンブリ部分
と、圧縮機ステータケーシングに装着した複数列の圧縮
機ステータベーンを有する圧縮機ステータアセンブリ部
分とを含み、隣接する回転圧縮機ブレード列と圧縮機ス
テータベーン列との各１対が１圧縮機段を構成し、 タービンセクションは、共通ロータに装着した少なくと
も１列の回転タービンブレードを有するタービンロータ
アセンブリ部分と、タービンステータケーシングに装着
した少なくとも１列のステータベーンを有するタービン
ステータアセンブリ部分と、各回転タービンブレード列
のまわりで円周方向にタービンステータケーシングに装
着されたステータシュラウドとを含み、各回転タービン
ブレードは先端を有し、各ステータシュラウドはステー
タシュラウド軸線を有し、上記ロータ軸線は、エンジン
が冷却した非出力状態にあるときまたエンジンが低出力
で作動しているとき上記ステータシュラウド軸線と実質
的に一致し、 先端クリアランスは、ある列の回転タービンブレード先
端と対応するタービンステータシュラウドの対向面との
間の円周方向空間として画定され、エンジンの非出力状
態および低出力状態の間円周方向に均一であり、 上記ロータ軸線は上記ステータ軸線に対して、圧縮機セ
クションの後部フレームに装着した複数の中空な支柱で
支持された軸受手段により位置決めされ、上記中空な支
柱はロータ軸線のまわりに等角度間隔で半径方向に配置
され、各支柱がロータ軸線に実質的に平行な長さ方向軸
線を有する、構成のガスタービンエンジンにおいて、上
記先端クリアランスを制御するにあたり、 加圧冷却空気の源がエンジン出力に比例した流量を有
し、配管を通してこの加圧冷却空気を上記源から選ばれ
た１群の中空な支柱にその選ばれた１群の中空な支柱を
熱的に収縮させるのに十分な温度にて送り、これにより
エンジンの高出力運転中のロータ軸線の下向きシフトに
対抗するとともに、先端クリアランスを円周方向に均一
に保つことを特徴とする先端クリアランス制御装置。 - 【請求項２】選ばれた１群の中空な支柱がロータの水平
中央平面より上にあり、かつロータの鉛直中央平面上に
心合せされている請求項１に記載の先端クリアランス制
御装置。 - 【請求項３】選ばれた１群の中空な支柱それぞれが、軸
線方向反対端で収束して前縁および後縁を形成する２つ
の反対側側壁、半径方向内壁および半径方向外壁で画定
された内部室と、半径方向外壁に形成した入口ポート
と、半径方向内壁に形成した排気ポートとを含む請求項
２に記載の先端クリアランス制御装置。 - 【請求項４】選ばれた１群の中空な支柱それぞれに空気
バッフルが配置され、上記空気バッフルは対応する中空
な支柱それぞれの２つの側壁の内面に対向する２つの穴
あき側壁と、対応する中空な支柱それぞれの入口ポート
に連結した入口とを有する請求項３に記載の先端クリア
ランス制御装置。 - 【請求項５】加圧空気の源が複数の圧縮機段の選ばれた
１段であり、配管がその選ばれた圧縮機段から選ばれた
１群の中空な支柱それぞれまで延在するパイプである請
求項１に記載の先端クリアランス制御装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US685948 | 1991-04-16 | ||
| US07/685,948 US5212940A (en) | 1991-04-16 | 1991-04-16 | Tip clearance control apparatus and method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05106467A true JPH05106467A (ja) | 1993-04-27 |
| JPH06102986B2 JPH06102986B2 (ja) | 1994-12-14 |
Family
ID=24754325
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4082567A Expired - Lifetime JPH06102986B2 (ja) | 1991-04-16 | 1992-04-06 | 先端クリアランス制御装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5212940A (ja) |
| EP (1) | EP0509802B1 (ja) |
| JP (1) | JPH06102986B2 (ja) |
| CA (1) | CA2062929A1 (ja) |
| DE (1) | DE69205047T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008190530A (ja) * | 2007-02-06 | 2008-08-21 | General Electric Co <Ge> | 遮熱冷却回路を備えたガスタービンエンジン |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008190530A (ja) * | 2007-02-06 | 2008-08-21 | General Electric Co <Ge> | 遮熱冷却回路を備えたガスタービンエンジン |
Also Published As
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| DE69205047D1 (de) | 1995-11-02 |
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