JPH07500396A - ガスタービンエンジン装置 - 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】 ガスタービンエンジン装置 技術分野 本発明はガスタービンエンジン、特に湿り空気タービンサイクルに用いられる圧 縮機及びタービンセクションの配列に関する。

背景 ガスタービンエンジンにおいて、一端から低圧圧縮機、高圧圧縮機、高圧タービ ンそして低圧タービンの順に多種の構成部品を配列することが慣例となっている 。屡々、低圧圧縮機及び低圧タービンロータは低圧軸に装着されるとともに、発 電機がこの軸に固着される。高圧圧縮機ロータと高圧タービンロータは高圧軸に 固着されている。

高圧軸は中空孔を有していて、低圧軸がこの孔を同心的に貫通する。従って、低 圧軸の径は、該軸が高圧軸を貫通するという必要条件により制限されている。

このことは、軸のトルクを通常の３倍にし得る短縮した発電機に対処するように 十分な強度をもった軸を設計することを困難にしている。また、比較的小さい径 の長い低圧軸は重大な周波数の問題を有するであろう。

従って、２個以上の軸受が通常必要とされている。

従来のエンジンでは、軸線方向のクリアランスがタービンのベーン及びブレード よりも圧縮機のベーン及びブレードの間でより重要であるため、低圧軸スラスト 軸受は通常圧縮機の端部にある。圧縮機の近くでのスラスト軸受の設置はステー タとロータとの間の膨張差を制限する。連結される発電機は通常タービンの端部 にあり、始動装置はコールド側端部にある。従って、発電機への継手に向かい低 圧軸の著しい拡張がある。

タービンステータは、発電機とガスタービンエンジンとの間の膨張差を最小とす るように発電機に近い端部で固定されている。従来のエンジンでは、これはター ビンの端部である。従って、低圧軸の拡張はステータの拡張とは反対で、ステー タベーンとロータブレードとの間で大きい軸線方向の拡張差を生じさせる。

また、タービンの端部に配置された発電機への継手はタービン排気ディフューザ トンネル内の高温度を受ける。

発明の概要 米国特許第４．８２９，７６３号に開示されているようなガス化装置一体型湿り 空気タービンサイクルは、低圧及び高圧圧縮機の間のインタークーラーと、高圧 圧縮機と高圧タービンに供給を行う燃焼器との間のサチュレータ及びレキュペレ ータとを用いている。通常の態様でタービンを通る慣例的な流体の軸線方向合流 れは必要とされていない。

従って、低圧圧縮機ロータと低圧タービンロータが低圧軸に互いに隣接して配置 されるとともに、この低圧軸には外側の圧縮機に隣接して発電機が固着される。

高圧圧縮機ロータと高圧タービンロータがタービンエンジンの高圧軸の端部にお いて高圧タービンロータ軸に固着される。各軸はガスタービンエンジンの内側の 軸線方向中央点まで延びるだけである。

低圧軸は外側又は発電機の継手端部にスラスト軸受及びジャーナル軸受を、また 内側端部又は中央点にジャーナル軸受を有する。高圧軸は外側にスラスト吸収玉 軸受を、また内側端部又は中央点にころ軸受を有する。このころ軸受は“ピギー バック”配列で低圧軸内に配置されてよい。

高圧圧縮機及び燃焼器を囲繞するケーシングは軸線方向に分割されてはいない。

高圧排気ボリュートとガスタービンエンジンケーシングの残部は水平方向１こ分 割されていて、保守を容易にしている。

図面の簡単な説明 図１はタービン及び圧縮機の配列の概略図である。

図２はガスタービンエンジンの断面平面図である。

図３は中実軸受区域の断面図である。

好適な実施例の説明 図１において、ガスタービンエンジン１０（ま、低圧軸１６に固着されたロータ をもった低圧圧縮機１０及び低圧タービン１２を含む。発電機１８の形状の動力 発生装置が継手２０を介して該軸に固着される。

高圧タービン２２と高圧圧縮機２４は高圧軸２６に固着したロータを有する。こ の高圧軸は低圧軸１６とは独立して回転可能である。

ライン２８を通る空気が低圧圧縮機に入り、ライン３０そしてインタークーラー ３２を経て外部に進む。

低減した温度で空気がライン３４を経て高圧圧縮機２４に進み、これに伴い高圧 空気がライン３６を経てサチュレータ３８に進む。飽和された高圧空気はライン ４０を経て燃焼器４２に進み、この燃焼器で燃料４４が燃焼される。それから、 空気がライン４６、一段高圧タービン２２そして低圧タービン１４を経て進み、 ライン４８を経て排出される。

図２において、低圧圧縮機１２の低圧圧縮機ロータ５２が低圧軸１６の外側端部 ５３に固着される。低圧タービン１４の低圧タービンロータ５４が低圧軸１６の 内側端部５５に固着される。

高圧軸２６は、その外側端部５７に固着した高圧圧縮機２４の高圧圧縮機ロータ ５６を有する。この軸の内側端部６０は、これに固着した高圧タービン２２の一 段高圧タービンロータ５８を有する。高圧軸２６の内側端部６０は、図３に関し て後述するように、低圧軸１６の内側端部５５内へ具合よく延びている。

ジャーナル及びスラスト軸受から成る第１軸受６２が、低圧軸の外側端部におい て固定構造体６４と低圧軸１６との間に配置される。この軸受は支持ストラット ６６上に支持されている。この端部にはケーシングの固定点も配置されている。

固定構造体６４と低圧軸１６との間のジャーナル軸受から成る第２軸受６８が、 この軸受の内側端部に配置される。この軸受は、図３に明瞭に示すように、ガス 流路を貫通するストラット７０上に支持されている。

第３軸受７２は、高圧軸の内側端部６０と低圧軸の内側端部５５との間のころ軸 受である。共通の軸受）λウジング７８がこれら両軸受を収容するとともに、ス トラット７０を介して支持された構造体とで相互支持体として働く。

玉及びスラスト軸受の形状の第４軸受８０が高圧軸２６の外側端部に配置される 。この軸受は固定構造体６４からのストラット８２により支持されている。

低圧軸区域を囲繞するケーシング全体は、フランジ８６で水平方向に分割されて いて、修理のための低圧ロータの取外しを具合よくできるようにしている。この フランジは高圧タービンエンジングと燃焼器ケーシングとの間の円周方向フラン ジ８８へ延びる。高圧圧縮機排気ボリュート９０も水平方向に分割されている。

燃焼器と高圧圧縮機を囲繞するケーシングは分割されていない。

エンジンの高圧部分は今日の航空機エンジン用高圧圧縮機の使用を許すように軸 線方向に組立てられる。

環状燃焼器の接近及び分解も容易に行える。排気ボリュートを囲繞する分割ケー ス９０を取外した後、環状燃焼器ケーシングが後方へ動かされて、検査及び保守 のため燃焼器を露出させることができる。

低圧タービンの後段ディスク９２は冷却空気を必要とする。この配列では、これ は、高圧圧縮機から位置９４で空気を引き出して高圧ロータの孔へ進めることに より達成し得る。この冷却空気は冷却空気９６として高圧軸の孔を経て軸受６８ の位置で低圧軸の孔内へ流れることができる。この地点から、冷却空気が冷却を 必要とする段部９２に進むことができる。

中央位置での共通軸受ハウジングは中実軸受パッケージ全体のために単一の支持 体だけを必要とする。従って、ガスタービンエンジンを支持するためには全部で ３つの軸受ハウジングが必要となるだけである。大径で比較的短い低圧軸は、重 大な周波数の問題を起こすことなく２個の軸受だけで支持することができる。

この軸はまた、短い発電機の場合に起こり得る高トルクを許すに十分強度を高（ 設計することが容易にできる。タービンの低圧側端部に固着される大きい発電機 は、ガスタービンエンジンを軸線方向に分解するように設計することを勧められ なくする。低圧側分割ケーシングは軸線方向の移動なしで低圧側の取外しを許す 。

低圧スラスト軸受と固定エンジン支持体の双方は発電機への継手と同様にコール ド側端部にある。必要な始動装置は他のコールド側端部にあって、ホット側端部 にはない。ステータとロータは同じ方向に拡張して、必要とされる軸線方向のク リアランスを最小限にしている。

必要な流れの遮断は二軸ガスタービンでもって最適に行われる。更に、軸を同心 的よりはむしろ直列にした方が機械的に好ましい。

Ｒｏ、１ ２さ 補正書の写しく翻訳文）提出書 （特許法第１８４条の８） 平成６年４月１５日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　低圧軸； 高圧軸； 前記低圧軸上の低圧圧縮機ロータ； 前記低圧軸上の低圧タービンロータ； 前記高圧軸上の高圧圧縮機ロータ； 前記高圧軸上の高圧タービンロータ； 軸線方向に整合され長手方向にオフセットされた前記低圧軸及び前記高圧軸が低 圧軸端部及び高圧軸端部を設定していること； 前記低圧端部における前記低圧軸上の前記低圧圧縮機ロータ及び前記低圧タービ ンロータ；前記高圧端部における前記高圧軸上の前記高圧圧縮機ロータ及び前記 高圧タービンロータ；及び前記低圧軸に連結された動力出力装置；前記低圧軸と 前記高圧軸が独立して回転できること；前記低圧軸の外側端部における固定構造 体と前記低圧軸との間のジャーナル及びスラスト軸受から成る第１軸受； 前記高圧軸の内側端部における固定構造体と前記低圧軸との間のジャーナル軸受 から成る第２軸受；前記低圧軸の内側端部と前記高圧軸の内側端部との間のころ 軸受から成る第３軸受；及び 固定構造体と前記高圧軸の外側端部との間の玉及びスラスト軸受から成る第４軸 受； を包含する動力装置用ガスタービン装置。 ２　共通の軸受ハウジングが前記第２軸受及び第３軸受を囲繞している、請求項 １記載のガスタービン装置。