JPH07253003A - ガスタービンエンジン - Google Patents
ガスタービンエンジンInfo
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- JPH07253003A JPH07253003A JP6322911A JP32291194A JPH07253003A JP H07253003 A JPH07253003 A JP H07253003A JP 6322911 A JP6322911 A JP 6322911A JP 32291194 A JP32291194 A JP 32291194A JP H07253003 A JPH07253003 A JP H07253003A
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- blade
- gas turbine
- turbine engine
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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
- 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
- F01D11/10—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using sealing fluid, e.g. steam
-
- 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
- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
- F01D5/20—Specially-shaped blade tips to seal space between tips and stator
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ガスタービンエンジンに用いるロータブレー
ド先端の受動クリアランス調整を改善し、作動流体の漏
れを抑制する。 【構成】 タービンブレード４０の圧力側のあるポイン
トから、その圧力側に隣接する先端部４２の所定ポイン
トまで翼部の中実状の部分内に延在するＣ型に湾曲させ
たスロット５４を有し、流動作動媒体の一部が、前記ス
ロット５４を通じて前記流動作動媒体の流れる方向と逆
向きに前記先端部４２に隣接して排出される。
ド先端の受動クリアランス調整を改善し、作動流体の漏
れを抑制する。 【構成】 タービンブレード４０の圧力側のあるポイン
トから、その圧力側に隣接する先端部４２の所定ポイン
トまで翼部の中実状の部分内に延在するＣ型に湾曲させ
たスロット５４を有し、流動作動媒体の一部が、前記ス
ロット５４を通じて前記流動作動媒体の流れる方向と逆
向きに前記先端部４２に隣接して排出される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ガスタービンエンジン
用のロータブレードに関し、特に、ロータブレードと外
側エアシールの間隙を受動調整する手段に関する。
用のロータブレードに関し、特に、ロータブレードと外
側エアシールの間隙を受動調整する手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】航空学の分野では周知のように、ロータ
ブレードの効率、特に、ガスタービンエンジンのタービ
ンブレードの効率は、ロータブレードの先端と外側エア
シールまたは先端を囲むシュラウドとの間でエンジンの
作動媒体が漏れると、悪影響を受ける。作動媒体が漏出
しない場合には作動ブレードを通過し、それ以外の場合
には漏出する媒体からのエネルギーは明らかにロスであ
り、ロータ部の性能の低下、延いてはエンジン性能の低
下につながる。過去数年に渡り、ロータブレード先端と
外側シュラウド、すなわち外側エアシールの隙間を能動
クリアランス調整または受動クリアランス調整によって
狭くし、エンジンの性能を高くする試みが数多く成され
てきた。
ブレードの効率、特に、ガスタービンエンジンのタービ
ンブレードの効率は、ロータブレードの先端と外側エア
シールまたは先端を囲むシュラウドとの間でエンジンの
作動媒体が漏れると、悪影響を受ける。作動媒体が漏出
しない場合には作動ブレードを通過し、それ以外の場合
には漏出する媒体からのエネルギーは明らかにロスであ
り、ロータ部の性能の低下、延いてはエンジン性能の低
下につながる。過去数年に渡り、ロータブレード先端と
外側シュラウド、すなわち外側エアシールの隙間を能動
クリアランス調整または受動クリアランス調整によって
狭くし、エンジンの性能を高くする試みが数多く成され
てきた。
【０００３】能動クリアランス調整には、ロータアセン
ブリの構成部品を加熱または冷却してケースまたはロー
タディスクもしくはロータブレードを収縮または膨脹し
て構成部品のいずれかを他方に近付けたり他方から離し
たりするように媒体を調整して効率良く間隙を狭める開
ループまたは閉ループ制御される外部の調整機構を備え
る。能動クリアランス調整では、エンジンに損傷を与え
る恐れがある摩擦を避けるため、構成部品が急速に異な
る速度で膨脹するピンチポイントを回避しなければなら
ないことは明らかである。能動クリアランス調整につい
ては、米国特許第４，０６９，６６２号などで開示され
ている。
ブリの構成部品を加熱または冷却してケースまたはロー
タディスクもしくはロータブレードを収縮または膨脹し
て構成部品のいずれかを他方に近付けたり他方から離し
たりするように媒体を調整して効率良く間隙を狭める開
ループまたは閉ループ制御される外部の調整機構を備え
る。能動クリアランス調整では、エンジンに損傷を与え
る恐れがある摩擦を避けるため、構成部品が急速に異な
る速度で膨脹するピンチポイントを回避しなければなら
ないことは明らかである。能動クリアランス調整につい
ては、米国特許第４，０６９，６６２号などで開示され
ている。
【０００４】本発明の趣旨である受動クリアランス調整
では、エンジンに利用できる作動媒体または冷却媒体を
利用し、ブレード先端と外側エアシールの間の間隙を効
果的に狭める。受動クリアランス調整は、例えば米国特
許第４，３９０，３２０号や米国特許第４，８６３，３
４８号などで開示されている。これらの各特許は、冷却
空気を注入してブレードの内側から緩衝ゾーンを効果的
に形成する位置に排気しガス経路からの漏出を防ぎブレ
ードの作動領域をバイパスする位置まで排出して、空力
的に間隙を効率良く狭める手段を開示している。
では、エンジンに利用できる作動媒体または冷却媒体を
利用し、ブレード先端と外側エアシールの間の間隙を効
果的に狭める。受動クリアランス調整は、例えば米国特
許第４，３９０，３２０号や米国特許第４，８６３，３
４８号などで開示されている。これらの各特許は、冷却
空気を注入してブレードの内側から緩衝ゾーンを効果的
に形成する位置に排気しガス経路からの漏出を防ぎブレ
ードの作動領域をバイパスする位置まで排出して、空力
的に間隙を効率良く狭める手段を開示している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、ロータ
ブレードと静的構造の間には、ある程度のクリアランス
がある。本来、空力的にロータブレードでは、ブレード
先端全体の静圧が異なるので、主流から漏出したガスは
ブレードの作動領域を迂回して間隙を通じて流れること
は理解できよう。この先端の漏れは、ロータ部内および
エンジン内のエネルギー損失が生じる最大唯一の原因で
ある。周知のように、ある場合には、クリアランスは過
渡的な条件または機械的な制限によって定まるので、設
計者はクリアランス、ならびにこのクリアランスが原因
で生じる短所を許容しなければならない。
ブレードと静的構造の間には、ある程度のクリアランス
がある。本来、空力的にロータブレードでは、ブレード
先端全体の静圧が異なるので、主流から漏出したガスは
ブレードの作動領域を迂回して間隙を通じて流れること
は理解できよう。この先端の漏れは、ロータ部内および
エンジン内のエネルギー損失が生じる最大唯一の原因で
ある。周知のように、ある場合には、クリアランスは過
渡的な条件または機械的な制限によって定まるので、設
計者はクリアランス、ならびにこのクリアランスが原因
で生じる短所を許容しなければならない。
【０００６】従来から知られる設計では、冷却空気がロ
ータブレード内側からブレードの圧力面に排出される
と、緩衝ゾーンが生じるので、物理的クリアランスは同
じままで効果的に間隙は狭まる。この受動的クリアラン
ス調整は、ロータ部の効率を高めることは明らかであ
る。しかし、この設計は内部に冷却空気を多量に供給さ
れるタービン（例えば機尾のエンジンの燃焼機に設置し
たタービン）の第１のブレードには適しているが、冷却
空気が供給されないロータや十分に供給されないロータ
には不適切であり、又は利用できない。つまり、冷却さ
れない露出されたブレード、少量の空気で根元を冷却す
るものの先端は冷却しないブレード、あるいは先端は冷
却するが受動クリアランス調整を行うには空気が不十分
であるブレードには、同様の受動的クリアランス調整は
適用できない。
ータブレード内側からブレードの圧力面に排出される
と、緩衝ゾーンが生じるので、物理的クリアランスは同
じままで効果的に間隙は狭まる。この受動的クリアラン
ス調整は、ロータ部の効率を高めることは明らかであ
る。しかし、この設計は内部に冷却空気を多量に供給さ
れるタービン（例えば機尾のエンジンの燃焼機に設置し
たタービン）の第１のブレードには適しているが、冷却
空気が供給されないロータや十分に供給されないロータ
には不適切であり、又は利用できない。つまり、冷却さ
れない露出されたブレード、少量の空気で根元を冷却す
るものの先端は冷却しないブレード、あるいは先端は冷
却するが受動クリアランス調整を行うには空気が不十分
であるブレードには、同様の受動的クリアランス調整は
適用できない。
【０００７】例えば図２は、軸流型ガスタービンエンジ
ンのタービンブレード１０の縦軸に沿った部分断面図で
ある。複数の同形のブレード１０が、周知の態様でもっ
てタービンロータの周辺円周上に間隔を空けて位置して
いる。図示のように、このブレード１０は圧力面１４に
沿って間隔をあけて位置するフィルム冷却孔１２（一つ
のみを図示する）と、先端部１８の先端冷却孔１６（一
のみを図示する）とを有し、各孔１２、１６はブレード
１０の内部に形成した冷却媒体を送る供給通路２０に通
じている。外側エアシール、もしくはシュラウド２２は
複数のブレード１０を囲んでいる。シュラウド２２とブ
レード１０との間に生じる間隙２４は過渡的なエンジン
運転条件、および定常運転条件とでに変化する。空力的
にブレード１０先端には静圧差が生じ、矢印Ａで示すエ
ンジンガス流の主流から実際の間隙２４を通過して漏れ
が起こる結果、タービン部の航空学的効率は低下する。
このような効率の損失は、エンジン全体の性能に反映さ
れ、エンジン設計者が課題とする制約であった。
ンのタービンブレード１０の縦軸に沿った部分断面図で
ある。複数の同形のブレード１０が、周知の態様でもっ
てタービンロータの周辺円周上に間隔を空けて位置して
いる。図示のように、このブレード１０は圧力面１４に
沿って間隔をあけて位置するフィルム冷却孔１２（一つ
のみを図示する）と、先端部１８の先端冷却孔１６（一
のみを図示する）とを有し、各孔１２、１６はブレード
１０の内部に形成した冷却媒体を送る供給通路２０に通
じている。外側エアシール、もしくはシュラウド２２は
複数のブレード１０を囲んでいる。シュラウド２２とブ
レード１０との間に生じる間隙２４は過渡的なエンジン
運転条件、および定常運転条件とでに変化する。空力的
にブレード１０先端には静圧差が生じ、矢印Ａで示すエ
ンジンガス流の主流から実際の間隙２４を通過して漏れ
が起こる結果、タービン部の航空学的効率は低下する。
このような効率の損失は、エンジン全体の性能に反映さ
れ、エンジン設計者が課題とする制約であった。
【０００８】従って、受動クリアランス調整手段等の特
別な手段を講じて過渡時、もしくは構造的に生じる間隙
２４を取り除かなければ空力学的に劣る設計になる。
別な手段を講じて過渡時、もしくは構造的に生じる間隙
２４を取り除かなければ空力学的に劣る設計になる。
【０００９】漏れを低減する方法の１つは、ブレード１
０から排出する冷却媒体を利用する受動クリアランス調
整法である。
０から排出する冷却媒体を利用する受動クリアランス調
整法である。
【００１０】図３に示したように、冷却媒体は、先端と
圧力面に向けて排出される。この場合、冷却媒体は内部
通路３０に通じている孔２８を通じて排出される。図３
は、縦の軸線に沿って描いた他のブレードの断面図であ
る。ここで、冷却媒体は内部通路３０に通じている孔２
８を通って排出されている。
圧力面に向けて排出される。この場合、冷却媒体は内部
通路３０に通じている孔２８を通じて排出される。図３
は、縦の軸線に沿って描いた他のブレードの断面図であ
る。ここで、冷却媒体は内部通路３０に通じている孔２
８を通って排出されている。
【００１１】図から明らかなように、孔２８は、先端３
２と圧力面３４に隣接し傾斜を成して冷却媒体を排出す
る。これは、間隙２４の入口近傍でせき止め作用を発揮
し、エンジンのガス流が間隙２４に進入する際の障害と
して機能する。これによって、物理的クリアランスが同
じであっても、実質的な間隙２４を効率良く狭くするこ
とができ、この部分の空力特性を高める。
２と圧力面３４に隣接し傾斜を成して冷却媒体を排出す
る。これは、間隙２４の入口近傍でせき止め作用を発揮
し、エンジンのガス流が間隙２４に進入する際の障害と
して機能する。これによって、物理的クリアランスが同
じであっても、実質的な間隙２４を効率良く狭くするこ
とができ、この部分の空力特性を高める。
【００１２】このように、冷却空気を使用して効果的に
クリアランスを狭くすることで、第１のステージのター
ビンブレードはうまく作動する。しかしながら、露出し
たブレードや根元を少量の空気で冷却するものの先端を
冷却しないブレードの場合には、先端のクリアランスを
閉鎖するため利用できる冷却空気がなく、冷却空気によ
る先端クリアランス調整を達成することができない。
クリアランスを狭くすることで、第１のステージのター
ビンブレードはうまく作動する。しかしながら、露出し
たブレードや根元を少量の空気で冷却するものの先端を
冷却しないブレードの場合には、先端のクリアランスを
閉鎖するため利用できる冷却空気がなく、冷却空気によ
る先端クリアランス調整を達成することができない。
【００１３】以上のように、従来の受動クリアランス調
整は、ブレードのロータの翼が中実状であったり、また
は冷却媒体が利用できないかもしくは受動クリアランス
調整するには十分ではない環境ではロータブレードの受
動先端クリアランス調整するには十分ではなかった。
整は、ブレードのロータの翼が中実状であったり、また
は冷却媒体が利用できないかもしくは受動クリアランス
調整するには十分ではない環境ではロータブレードの受
動先端クリアランス調整するには十分ではなかった。
【００１４】本発明の第１の技術的課題は、上記欠点に
鑑み、ガスタービンエンジンに用いるロータの翼が中実
状であったり、または冷却媒体が利用できないかもしく
は受動クリアランス調整するには十分ではない環境でロ
ータブレードの受動先端クリアランス調整を改善するこ
とにある。
鑑み、ガスタービンエンジンに用いるロータの翼が中実
状であったり、または冷却媒体が利用できないかもしく
は受動クリアランス調整するには十分ではない環境でロ
ータブレードの受動先端クリアランス調整を改善するこ
とにある。
【００１５】また、本発明の第２の技術的課題は、湾曲
スロットを先端を有する翼に組込み、フィルム孔の入口
と出口の中間のあるポイントで湾曲スロットに内部接続
させて湾曲スロットを圧力面に隣接するブレード先端ま
で延長することによって冷却することである。
スロットを先端を有する翼に組込み、フィルム孔の入口
と出口の中間のあるポイントで湾曲スロットに内部接続
させて湾曲スロットを圧力面に隣接するブレード先端ま
で延長することによって冷却することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、円周状
に間隔を空けて配置した複数のタービンブレードを含む
タービンロータを有するガスタービンエンジンであっ
て、前記タービンブレードは、一体翼部と、圧力面と、
吸引面と、前縁と、後縁と、根元部と、先端部と、を有
し、作動流体が前記翼部の作動面を迂回して隣接する前
記先端部へ流れる傾向を有するガスタービンにおいて、
前記の傾向を抑制する手段として、前記タービンブレー
ドの圧力側のある点から前記翼部の圧力側でかつ前記先
端部に隣接する所定の点まで前記翼部の中実状の部分内
に延在する少なくとも一つの通路を有しているととも
に、前記作動流体の一部が、該通路を通じて前記作動流
体の流れる方向と逆向きに前記先端部近傍から噴出され
るように、該手段が湾曲していることを特徴とするガス
タービンエンジンが得られる。
に間隔を空けて配置した複数のタービンブレードを含む
タービンロータを有するガスタービンエンジンであっ
て、前記タービンブレードは、一体翼部と、圧力面と、
吸引面と、前縁と、後縁と、根元部と、先端部と、を有
し、作動流体が前記翼部の作動面を迂回して隣接する前
記先端部へ流れる傾向を有するガスタービンにおいて、
前記の傾向を抑制する手段として、前記タービンブレー
ドの圧力側のある点から前記翼部の圧力側でかつ前記先
端部に隣接する所定の点まで前記翼部の中実状の部分内
に延在する少なくとも一つの通路を有しているととも
に、前記作動流体の一部が、該通路を通じて前記作動流
体の流れる方向と逆向きに前記先端部近傍から噴出され
るように、該手段が湾曲していることを特徴とするガス
タービンエンジンが得られる。
【００１７】また、本発明によれば、円状に間隔を空け
て配置した複数の空冷タービンブレードを含むタービン
ロータを有するガスタービンエンジンであって、前記タ
ービンブレードは、翼部と、圧力面と、吸引面と、前縁
と、後縁と、根元部と、先端部と、冷却空気を前記根元
部から前記翼に形成された排出孔まで誘く内部通路とを
有し、作動流体が前記翼部の作動面を迂回して隣接する
先端部へ流れる傾向を有するガスタービンエンジンにお
いて、前記の傾向を抑制する手段として、前記内部通路
と交差する点から前記翼部の圧力側でかつ前記先端部に
隣接する所定の点まで前記翼部内に延在する少なくとも
一つの通路を有しているとともに、前記内部通路の流体
の一部が該通路を通じて前記作動流体の流れる方向と逆
向きに前記先端部近傍から噴出されるように湾曲してい
ることを特徴とするガスタービンエンジンが得られる。
て配置した複数の空冷タービンブレードを含むタービン
ロータを有するガスタービンエンジンであって、前記タ
ービンブレードは、翼部と、圧力面と、吸引面と、前縁
と、後縁と、根元部と、先端部と、冷却空気を前記根元
部から前記翼に形成された排出孔まで誘く内部通路とを
有し、作動流体が前記翼部の作動面を迂回して隣接する
先端部へ流れる傾向を有するガスタービンエンジンにお
いて、前記の傾向を抑制する手段として、前記内部通路
と交差する点から前記翼部の圧力側でかつ前記先端部に
隣接する所定の点まで前記翼部内に延在する少なくとも
一つの通路を有しているとともに、前記内部通路の流体
の一部が該通路を通じて前記作動流体の流れる方向と逆
向きに前記先端部近傍から噴出されるように湾曲してい
ることを特徴とするガスタービンエンジンが得られる。
【００１８】すなわち、本発明の特徴は、湾曲孔すなわ
ち翼部の圧力側からロータブレードの軸線に内側に向か
って延在し圧力面に隣接するロータブレード先端に湾曲
して連絡する湾曲スロットを提供し、受動先端クリアラ
ンス調整することである。
ち翼部の圧力側からロータブレードの軸線に内側に向か
って延在し圧力面に隣接するロータブレード先端に湾曲
して連絡する湾曲スロットを提供し、受動先端クリアラ
ンス調整することである。
【００１９】本発明の別の特徴は、上述の湾曲したＣ型
スロットを内部に冷却空気がないか内部の冷却がロータ
ブレード先端に限定された翼に使用することである。
スロットを内部に冷却空気がないか内部の冷却がロータ
ブレード先端に限定された翼に使用することである。
【００２０】最後に、本発明は、ロータブレード先端と
それに隣接する周囲部分との間隙を空力的に狭める手段
を提供しロータブレードの先端および圧力側に隣接して
位置する湾曲孔または湾曲スロットを組込むことをも特
徴とする。
それに隣接する周囲部分との間隙を空力的に狭める手段
を提供しロータブレードの先端および圧力側に隣接して
位置する湾曲孔または湾曲スロットを組込むことをも特
徴とする。
【００２１】
【作用】本発明は、冷却空気がまったく供給されないブ
レード、または十分に供給されないブレードに対して特
に効果があるだけでなく、先端冷却用の冷却空気が十分
な場合にも利用できる。このような状況で、本発明を使
用して先端シーリングを高めることができる。
レード、または十分に供給されないブレードに対して特
に効果があるだけでなく、先端冷却用の冷却空気が十分
な場合にも利用できる。このような状況で、本発明を使
用して先端シーリングを高めることができる。
【００２２】翼を先端冷却する後者の用途では、本発明
に係る湾曲スロットに連係するフィルム孔を追加するこ
とができ、フィルムエアにより先端の漏れを阻止する。
湾曲スロットは翼のラジアルフィルム孔の開口端に端を
発し、湾曲孔を通過する流れがフィルム孔を通過する流
れの出口の冷却空気温度になるように設計する。
に係る湾曲スロットに連係するフィルム孔を追加するこ
とができ、フィルムエアにより先端の漏れを阻止する。
湾曲スロットは翼のラジアルフィルム孔の開口端に端を
発し、湾曲孔を通過する流れがフィルム孔を通過する流
れの出口の冷却空気温度になるように設計する。
【００２３】また、フィルム孔を湾曲スロットにより囲
まれた部分と交差して流れる角度に配置するとともに、
湾曲スロットの流れをフィルム孔により仕切られた部分
に整列させることによりエッジ冷却効果は最大になる。
フィルム孔から出る流量は、フィルム孔と湾曲スロット
の流量が十分になるように供給される。ロータブレード
先端の摩擦が大きく湾曲スロットが汚れにより閉塞され
た場合、全体の冷却流量は変化せず、圧力側の流量が10
0％となるので、さらに優れた圧力面フィルムを形成で
き、大きな摩擦による作用やブレード先端の汚れを緩和
して耐用性を高めることができる。
まれた部分と交差して流れる角度に配置するとともに、
湾曲スロットの流れをフィルム孔により仕切られた部分
に整列させることによりエッジ冷却効果は最大になる。
フィルム孔から出る流量は、フィルム孔と湾曲スロット
の流量が十分になるように供給される。ロータブレード
先端の摩擦が大きく湾曲スロットが汚れにより閉塞され
た場合、全体の冷却流量は変化せず、圧力側の流量が10
0％となるので、さらに優れた圧力面フィルムを形成で
き、大きな摩擦による作用やブレード先端の汚れを緩和
して耐用性を高めることができる。
【００２４】
【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照して
説明する。
説明する。
【００２５】図１、図４、図５を参照して、本実施例を
説明すれば、ブレード４０の圧力側にＣ型の通路が設け
られている。この通路の出口オリフィスはブレード４０
の先端に隣接して配置され、かつエンジンのガスの主流
と反対方向に流れを噴出するよう配向されている。
説明すれば、ブレード４０の圧力側にＣ型の通路が設け
られている。この通路の出口オリフィスはブレード４０
の先端に隣接して配置され、かつエンジンのガスの主流
と反対方向に流れを噴出するよう配向されている。
【００２６】図１に示すように、ブレード４０は、先端
部４２と、根元部４４と、圧力面４６と、吸込面４８
（図１では見えないが、圧力面４６の反対の面である）
と、前縁５０と後縁５２とから成る軸流タービンブレー
ドである。ブレード４０は中実状であり、前述した第１
段のタービンのタービンブレードが有するような内部通
路は設けられていない。例えば、ツインスプールエンジ
ンでは、低圧タービン部のブレードは中実状であり、内
部冷却されないのが一般的である。
部４２と、根元部４４と、圧力面４６と、吸込面４８
（図１では見えないが、圧力面４６の反対の面である）
と、前縁５０と後縁５２とから成る軸流タービンブレー
ドである。ブレード４０は中実状であり、前述した第１
段のタービンのタービンブレードが有するような内部通
路は設けられていない。例えば、ツインスプールエンジ
ンでは、低圧タービン部のブレードは中実状であり、内
部冷却されないのが一般的である。
【００２７】図４に示すように、受動クリアランス制御
を行うために、圧力面のブレード先端は、前縁５０から
後縁５２に、すなわち、翼弦方向にわたって、それぞれ
間隔を空けて配置された長方形をした複数のＣ型スロッ
ト５４が開口している。この実施例では、Ｃ型スロット
５４は等間隔で位置する。具体的には、各スロットは圧
力側に隣接する先端４２から孔空けされ、ここから下方
放射状に伸びて圧力面４６で終結する。適切に孔空けす
るには、周知の電気化学的な放電加工方法、レーザビー
ム切削方法などを行えば良い。
を行うために、圧力面のブレード先端は、前縁５０から
後縁５２に、すなわち、翼弦方向にわたって、それぞれ
間隔を空けて配置された長方形をした複数のＣ型スロッ
ト５４が開口している。この実施例では、Ｃ型スロット
５４は等間隔で位置する。具体的には、各スロットは圧
力側に隣接する先端４２から孔空けされ、ここから下方
放射状に伸びて圧力面４６で終結する。適切に孔空けす
るには、周知の電気化学的な放電加工方法、レーザビー
ム切削方法などを行えば良い。
【００２８】スロット５４を通じてガスの主流にポンプ
作用を与えるのに十分な圧力差が得られるように、Ｃ型
スロット５４の入口オリフィス５６が圧力面４６に適切
に配置され、かつ出口オリフィスが先端部４２に適切に
配置される。既に知られているように、出口オリフィス
５８付近の圧力は、圧力面４６の静圧よりも低い吸込面
４８の静圧と等しく、ポンプ作用を引き起こすのに十分
なレベルにある。
作用を与えるのに十分な圧力差が得られるように、Ｃ型
スロット５４の入口オリフィス５６が圧力面４６に適切
に配置され、かつ出口オリフィスが先端部４２に適切に
配置される。既に知られているように、出口オリフィス
５８付近の圧力は、圧力面４６の静圧よりも低い吸込面
４８の静圧と等しく、ポンプ作用を引き起こすのに十分
なレベルにある。
【００２９】本実施例によれば、ガスタービンエンジン
に用いるロータの翼が中実状であったり、または冷却空
気が利用できない場合、もしくは受動クリアランス調整
するには十分ではない場合にもロータブレード先端の受
動クリアランス調整を行うことができる。
に用いるロータの翼が中実状であったり、または冷却空
気が利用できない場合、もしくは受動クリアランス調整
するには十分ではない場合にもロータブレード先端の受
動クリアランス調整を行うことができる。
【００３０】また、本発明によるＣ型スロット５４は、
図６に示した内部空気冷却タービンブレードに使用する
こともできる。図示された部分断面図のように、内部冷
却ブレード６０の内部には、エンジンの圧縮手段（図示
せず）等の適切な供給源からの冷却媒体を導入する縦方
向の冷却通路６２を備えている。
図６に示した内部空気冷却タービンブレードに使用する
こともできる。図示された部分断面図のように、内部冷
却ブレード６０の内部には、エンジンの圧縮手段（図示
せず）等の適切な供給源からの冷却媒体を導入する縦方
向の冷却通路６２を備えている。
【００３１】図６の実施例では、翼は縦方向の通路６２
から供給される冷却媒体によって翼部の先端が冷却され
ている。放射状に延びるフィルム孔６４は、Ｃ型スロッ
ト６６と交差して連通する。これにより、フィルム冷却
に使用される冷却媒体が、受動クリアランス調整にも使
用される。Ｃ型スロット６６の入口６８は、ラジアルフ
ィルム孔６４の開口部７０の適当な位置に開口してい
る。Ｃ型スロット６６を通じる流れの温度は、ラジアル
フィルム孔６４の出口における冷却媒体の温度と同じに
保たれることが望ましい。ラジアルフィルム孔６４は、
Ｃ型スロット６６に挟まれた部分を流れが横切るように
傾斜が付けられ、またＣ型スロット６６の流れがラジア
ルフィルム孔６４に仕切られた部分に整列しており、エ
ッジの冷却効果が最大に得られる。Ｃ型スロット６６で
適切なポンプ作用を確保するためには、ラジアルフィル
ム孔６４からの流出量をラジアルフィルム孔６４のフィ
ルム冷却用冷却媒体の流れの静的圧力が十分になり、し
かもＣ型スロット６６への流れが十分となるようにすれ
ばよい。
から供給される冷却媒体によって翼部の先端が冷却され
ている。放射状に延びるフィルム孔６４は、Ｃ型スロッ
ト６６と交差して連通する。これにより、フィルム冷却
に使用される冷却媒体が、受動クリアランス調整にも使
用される。Ｃ型スロット６６の入口６８は、ラジアルフ
ィルム孔６４の開口部７０の適当な位置に開口してい
る。Ｃ型スロット６６を通じる流れの温度は、ラジアル
フィルム孔６４の出口における冷却媒体の温度と同じに
保たれることが望ましい。ラジアルフィルム孔６４は、
Ｃ型スロット６６に挟まれた部分を流れが横切るように
傾斜が付けられ、またＣ型スロット６６の流れがラジア
ルフィルム孔６４に仕切られた部分に整列しており、エ
ッジの冷却効果が最大に得られる。Ｃ型スロット６６で
適切なポンプ作用を確保するためには、ラジアルフィル
ム孔６４からの流出量をラジアルフィルム孔６４のフィ
ルム冷却用冷却媒体の流れの静的圧力が十分になり、し
かもＣ型スロット６６への流れが十分となるようにすれ
ばよい。
【００３２】本発明は、外側シュラウドまたは外側ケー
シングとタービンブレード先端との摩擦によって生じる
問題についても対処している。例えば、過度の摩擦によ
りＣ型スロットの出口端が閉塞されたとしても、冷却媒
体全体の流量は変化しない。しかし、流れがすべてラジ
アルフィルム孔６４に向けられることになり、しかもこ
のラジアルフィルム孔６４は翼の圧力側にあるので、フ
ィルム冷却効果はさらに良くなる。Ｃ型スロットが万一
閉塞してしまった場合には、このように一層効率よく冷
却することが耐久性の点で望ましいものとなる。
シングとタービンブレード先端との摩擦によって生じる
問題についても対処している。例えば、過度の摩擦によ
りＣ型スロットの出口端が閉塞されたとしても、冷却媒
体全体の流量は変化しない。しかし、流れがすべてラジ
アルフィルム孔６４に向けられることになり、しかもこ
のラジアルフィルム孔６４は翼の圧力側にあるので、フ
ィルム冷却効果はさらに良くなる。Ｃ型スロットが万一
閉塞してしまった場合には、このように一層効率よく冷
却することが耐久性の点で望ましいものとなる。
【００３３】以上、本発明を詳細な実施例に関して説明
してきたが、その態様および細部について様々な変更
が、請求した発明の精神ならびに範囲を逸脱せずに成し
得ることは理解できよう。
してきたが、その態様および細部について様々な変更
が、請求した発明の精神ならびに範囲を逸脱せずに成し
得ることは理解できよう。
【００３４】
【発明の効果】本発明によれば、内部冷却されない翼、
あるいは内部冷却されるものの従来の受動クリアランス
調整には冷却媒体が不十分である翼に対して、ロータブ
レードの先端の受動クリアランス調整を実現することが
でき、ガスタービンエンジンのエンジン性能を改善する
ことができる。
あるいは内部冷却されるものの従来の受動クリアランス
調整には冷却媒体が不十分である翼に対して、ロータブ
レードの先端の受動クリアランス調整を実現することが
でき、ガスタービンエンジンのエンジン性能を改善する
ことができる。
【図１】本発明に係るガスタービンエンジンに用いるロ
ータブレードの正面図である。
ータブレードの正面図である。
【図２】ロータブレードの冷却通路内部を示す部分断面
図である。
図である。
【図３】受動クリアランス調整を行うためのロータブレ
ードの冷却通路内部を示す部分断面図である。
ードの冷却通路内部を示す部分断面図である。
【図４】本発明の説明に用いる図１のラインＢ−Ｂに沿
って切り取ったロータブレードの部分断面図である。
って切り取ったロータブレードの部分断面図である。
【図５】図４に示した実施例の部分側面図である。
【図６】本発明の他の実施例を示す部分断面図である。
【図７】図６の実施例の部分側面図である。
１０…タービンブレード １２…フィルム冷却孔 １４…圧力面 １６…先端冷却孔 １８…先端部 ２０…通路 ２２…シュラウド ２４…間隙 ２８…孔 ３０…内部通路 ３２…先端 ３４…圧力面 ４０…ブレード ４２…先端部 ４４…根元部 ４６…圧力面 ４８…吸込面 ５０…前縁 ５２…後縁 ５４…スロット ５６…入口オリフィス ５８…出口オリフィス ６０…内部冷却ブレード ６２…縦方向冷却通路 ６４…ラジアルフィルム孔 ６６…Ｃ型スロット ６８…入口 ７０…開口部
Claims (11)
- 【請求項１】 円周状に間隔を空けて配置した複数のタ
ービンブレードを含むタービンロータを有するガスター
ビンエンジンであって、前記タービンブレードは、一体
翼部と、圧力面と、吸引面と、前縁と、後縁と、根元部
と、先端部と、を有し、作動流体が前記翼部の作動面を
迂回して隣接する前記先端部へ流れる傾向を有するガス
タービンにおいて、前記の傾向を抑制する手段として、
前記タービンブレードの圧力側のある点から前記翼部の
圧力側でかつ前記先端部に隣接する所定の点まで前記翼
部の中実状の部分内に延在する少なくとも一つの通路を
有しているとともに、前記作動流体の一部が、該通路を
通じて前記作動流体の流れる方向と逆向きに前記先端部
近傍から噴出されるように、該手段が湾曲していること
を特徴とするガスタービンエンジン。 - 【請求項２】 前記湾曲した通路がＣ型に湾曲したもの
であることを特徴とする請求項１記載のガスタービンエ
ンジン。 - 【請求項３】 前記タービンブレードが複数のＣ型通路
を有することを特徴とする請求項２記載のガスタービン
エンジン。 - 【請求項４】 前記Ｃ型通路の断面が長方形であること
を特徴とする請求項３記載のガスタービンエンジン。 - 【請求項５】 前記Ｃ型通路が前記前縁から前記後縁に
向かう翼弦方向に沿って等間隔に位置することを特徴と
する請求項４記載のガスタービンエンジン。 - 【請求項６】 前記タービンブレード各々がＣ型通路を
有することを特徴とする請求項２記載のガスタービンエ
ンジン。 - 【請求項７】 円周状に間隔を空けて配置した複数の空
冷タービンブレードを含むタービンロータを有するガス
タービンエンジンであって、前記タービンブレードは、
翼部と、圧力面と、吸引面と、前縁と、後縁と、根元部
と、先端部と、冷却空気を前記根元部から前記翼に形成
された排出孔まで誘く内部通路とを有し、作動流体が前
記翼部の作動面を迂回して隣接する先端部へ流れる傾向
を有するガスタービンエンジンにおいて前記の傾向を抑
制する手段として、前記内部通路と交差する点から前記
翼部の圧力側でかつ前記先端部に隣接する所定の点まで
前記翼部内に延在する少なくとも一つの通路を有してい
るとともに、前記内部通路の流体の一部が該通路を通じ
て前記作動流体の流れる方向と逆向きに前記先端部近傍
から噴出されるように湾曲していることを特徴とするガ
スタービンエンジン。 - 【請求項８】 前記湾曲した通路がＣ型に湾曲したもの
であることを特徴とする請求項７記載のガスタービンエ
ンジン。 - 【請求項９】 前記Ｃ型通路の断面が長方形であること
を特徴とする請求項８記載のガスタービンエンジン。 - 【請求項１０】 前縁から後縁に向かう翼弦方向に延在
する複数のＣ型通路を有することを特徴とする請求項８
記載のガスタービンエンジン。 - 【請求項１１】 前記Ｃ型通路が等間隔に位置すること
を特徴とする請求項１０記載のガスタービンエンジン。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/173,531 US5403158A (en) | 1993-12-23 | 1993-12-23 | Aerodynamic tip sealing for rotor blades |
| US173,531 | 1993-12-23 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07253003A true JPH07253003A (ja) | 1995-10-03 |
| JP3592387B2 JP3592387B2 (ja) | 2004-11-24 |
Family
ID=22632454
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32291194A Expired - Fee Related JP3592387B2 (ja) | 1993-12-23 | 1994-12-26 | ガスタービンエンジン |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5403158A (ja) |
| EP (1) | EP0659978B1 (ja) |
| JP (1) | JP3592387B2 (ja) |
| DE (1) | DE69417375T2 (ja) |
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