JPH1047003A - タービンエンジンの被冷却ロータアッセンブリー - Google Patents
タービンエンジンの被冷却ロータアッセンブリーInfo
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- JPH1047003A JPH1047003A JP9095633A JP9563397A JPH1047003A JP H1047003 A JPH1047003 A JP H1047003A JP 9095633 A JP9095633 A JP 9095633A JP 9563397 A JP9563397 A JP 9563397A JP H1047003 A JPH1047003 A JP H1047003A
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- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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- F05D2240/00—Components
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- F05D2240/81—Cooled platforms
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Abstract
気を再び向けるとともに、エンジンの主ガス通路を通る
熱ガスにさらされる機械要素を冷却するために再び向け
られた漏れ空気を使用する。 【解決手段】 ガスタービンエンジン用の被冷却ロータ
アッセンブリーは、ロータ羽根板48と、ロータディス
ク30の羽根板取付け溝34に支持された複数のカバー
板86aを含んでいる。各羽根板は後縁(58)を備え
るプラットホーム46を有し、各カバー板はディスクの
前のプレナム102からの漏れ空気を後縁を冷やすため
に抽出するとともにその空気をプラットホーム後縁58
に衝突させるための少なくとも一つの導管120,12
6を含んでいる。実施例では、各導管120は、羽根板
ルート40の前面と、カバー板に加工させた溝122に
よって規定される。本発明は、むしろ漏れ空気をプラッ
トホーム前縁(56)の近くにおけるエンジンガス通路
内に無益に流させるよりも、プラットホーム後縁を冷や
すためにその空気を使用することによって漏れ空気を生
産的に使用する。
Description
ジンに係り、特に冷却ガス流路から必然的に逃げる冷却
空気がエンジンの主ガス流路を介して流れる熱ガスにさ
らされるエンジンの被冷却ロータアッセンブリーに関す
る。
量の圧縮空気が、エンジンのコンプレッサ部から抽出さ
れるとともに、羽根板が羽根のようなこれらの機械要素
を冷却するために使用されるエンジンのタービン部に通
される。また、圧縮された空気は、エンジンの主ガス流
路を介して流れる熱い燃焼ガス、にさらされる。タービ
ン機械要素を冷却することにより、より高いガス流路温
度の設定が可能になり、かつエンジンのバワー出力を改
良することが出来る。しかしながら、タービンが空気を
圧縮するために消費したエネルギーを完全に回収するこ
とができないので、コンプレッサからの空気の抽出は非
効率性を導出する。それ故に、コンプレッサから抽出さ
れた空気を冷却する量を少なくすることと、抽出された
その空気を充分に使用することが重要である。
を経由して、コンプレッサからタービンまで空気が通さ
れる。代表的な冷却空気流路は多くのシールを含んでお
り、流路からの冷却空気の漏れを小さくするために効率
の低下が科せられる。それにも拘わらず、冷却空気は流
路から必然的に漏れる。コンプレッサから抽出されたこ
の空気に関連する効率低下が有するので、この漏れ空気
を、出来るだけ使用しかつ複雑さを生じることなく使用
するために、エンジンに導入させることが望ましい。同
様にして、エンジン製作のコストが増すことを避けるこ
とが望ましい。
蒙むるタービンエンジンの特殊な例として、冷却空気
は、冷却空気流路から逃げタービンディスクの前のプレ
ナムに入る。この漏れ空気の多くは、プレナムから、タ
ービン羽根板プラットホームの前縁のまわりと主ガス路
内に流れる。この漏れ空気はプラットホーム前縁を冷や
すけれども、後縁を冷やすことがより一層大切なことで
ある。かくして、漏れ空気はできるだけ使用されない。
さらに、漏れ空気は、むしろ、タービンが空気からエネ
ルギーを有効に回収する(コンプレッサからの抽出され
た空気に関連する非効率性を小さくする)ためにタービ
ンにとって必要とされる軸方向速度成分よりも、大きな
径方向成分で、ガス通路に流れる。漏れ空気の小さい部
分は、もちろん、羽根板プラットホームの後縁に近くの
ガス通路に漏れる。しかしながら、この後縁漏れは、空
気の量が少なくかつガス通路への受け入れが管理できな
いので、後縁を冷却するためには効果的ではない。
から漏れているタービン冷却空気を再び向けるととも
に、エンジンの主ガス通路を通る熱ガスにさらされる機
械要素を冷却するために再び向けられた漏れ空気を使用
することである。
有益な使用を完成することである。
気流路から漏れており、かつロータディスクの前面によ
って一部が区画されるプレナムに入る冷却空気は、プレ
ナムから引き出されるとともに、タービン羽根板の後縁
に衝突する。
タービン羽根板と後カバー板は、タービンロータディス
クの取付け溝に取付けられる。タービン羽根板基部の背
面のまわりのカバー板は、一連の径方向の溝を含んでい
る。溝は羽根板基部の背面と共働してカバー板に導管を
形成する。導管はロータディスクの前のプレナムに漏れ
ている空気をプレナムから、冷却空気空洞を介して後方
と羽根板基部の径方向内方に流される。漏れ空気は、導
管に入り、タービン羽根板プラットホームの後縁にしみ
出される。
るための最良な形態の詳細な説明と添付図面に鑑みて、
より明らかになる。
ビンエンジンのタービン10は、回転しないステータア
ッセンブリー12と、中心軸16のまわりに回転可能な
冷却されたロータアッセンブリー14を含んでいる。気
体力学的に取付けられた羽根と羽根板、例えば羽根20
と羽根板22は主ガス流路24を介して径方向に伸び
る。羽根と羽根板は、ガス流路を介して流れる高温度燃
焼生成物26からのエネルギーを、共働して回収する。
燃焼生成物からのエネルギーを回収することにより、ロ
ータアッセンブリーを軸のまわりに回転させ、回転運動
は伝達され、回転しないコンプレッサを励起する。
と、ロータディスク30は、外部リム32と、外部リム
から内部リム36まで伸びる複数のモミの木状の取付け
溝34を持っている。各ロータ羽根板22はルート40
を有し、ルート40はモミの木状の取付け具42とネッ
ク44によって構成されている。モミの木状の取付け具
は、羽根板を径方向に保持するために、ディスクにおけ
る取付け溝に係合する。また、各羽根板は、主ガス通路
の内部境界を形成するためのプラットホーム46と、ガ
ス通路を介して伸びるエアホイル48を、含んでいる。
各プラットホームは、前縁56と、後縁58、および前
縁から後縁まで伸びる横縁60を持っている。
ディスクに取付けられたとき、取付け溝の側壁68およ
び内部リム36と共働して部屋70を形成する。さら
に、内部リム32と、羽根板のネック44、および隣り
合う羽根板のプラットホーム46は空洞74を形成し、
空洞74は羽根板の不要な振動を減衰させるためのダン
パー(図示せず)を含んでいる。
びる前後側板76,78を含み、これらの側板は、取付
け溝の羽根板を保持するために、羽根板ルートに設けら
れている。前側板は、円筒状のシールランド80と、側
板と羽根板ルートの前面間のインタフェースで円周方向
に伸びるワイヤーシール82を含んでいる。ブラシシー
ル80はステータアッセンブリーの肩92とシールリテ
イナー94間でせきとめられ、シール刺毛96はシール
ランド80に係合する。複数の非気密なウインデイジカ
バー84はディスクの前面に固設されている。各々、モ
ミの木状のベース88を有する複数の前カバー板86は
ディスク取付け溝の羽根板に隣接して保持される。
82はプレナム100を区画する。シールリテイナー9
4,側板76,羽根板プラットホーム46,および羽根
板ルートの前面は円環状の外部フレナム102を区画す
る。
ンジンパワーを得るために、熱い燃焼生成物に直接さら
されるこれらのタービン構成要素を冷却することは、通
常のことである。冷却空気は、コンプレッサ(図示せ
ず)から抽出され、かつ一つ又はそれ以上の冷却空気流
路を経由してタービン羽根板と羽根に供給される。これ
らの流路の一つは、ブラシシール90によって一部が区
画され、かつ、前側板の穴106の近くに冷却空気を注
入する一連のノズル104を含んでいる。流路は穴,内
部フレナム100,および部屋70を通して伸び、冷却
空気は各羽根板の通路108に供給される。通路はエア
ホイルと羽根板プラットホーム内に伸び、通路を通して
流れる冷却空気は羽根板とプラットホームを冷却する。
良く知られているように、冷却空気はエアホイルとプラ
ットホームの冷却空気穴(図示せず)を通して放出さ
れ、羽根板とプラットホーム面にわたって保護冷却膜を
形成する。
は、必然的にブラシシールから漏れ外部プレナム102
に入る。外部プレナムからの空気のほとんどは、羽根板
プラットホームの前縁56の径方向外方に流れる前縁漏
れ空気112であり、大きな径方向成分で主ガス通路内
に放出する。この前縁漏れ空気の径方向速度成分はそこ
からのエネルギーの回収を妨害する。外部プレナムから
の空気のバランスは前縁漏れ空気114であり、前縁漏
れ空気114は、ウインデイジカバー84,空洞74を
通過し、後カバー板86と羽根板ルート40の後面間の
インターフェースに沿って径方向外方にしみでる。
流よりも低い羽根板の下流である。燃焼ガスはもちろん
径方向の温度勾配を持っており、この温度勾配は、ガス
が羽根板22を径方向に通過して流れるにつれて、ガス
流の径方向成分のために変化する。結局、ガス通路温度
はプラットホーム前縁56の近くよりも、プラットホー
ム後縁58の近くが高い。それ故に、プラットホーム前
縁の囲りを流れる前縁漏れ空気112はある程度の冷却
を行うけれども、後縁を冷却することが最も重要であ
る。プラットホーム後縁の近くにしみこむ後縁漏れ空気
は、あまりにも量が不充分であるとともに、後縁を冷や
すためにはあまりにも否効果的である。
本発明による被冷却されたロータアッセンブリーは、外
部プレナム102からの大パーセンテージの漏れ空気を
抽出するとともに、それを羽根プラットホームの後縁5
8に対して衝突するための少なくとも一つの導管120
を有する複数のカバー板86aを含んでいる。好ましい
実施例においては、プラットホームの一つの横縁から他
の横縁まで後縁に衝突するための多くの導管が有るとと
もに、各導管は羽根板ルート40と溝122(図4に良
く示されている)によって形成され、カバー板86aの
突合面124に加工される。また、代りに、導管は、図
5に示すようにカバー板の内部を通して加工(例えば放
電加工又はレーザ穴開け)された通路を充分に区切るこ
とが出来る。この他の実施例では、優れた冷却が得られ
るが、前述した実施例の加工された溝を有するカバー板
よりも生産コストがかなり高くなる。
と連通する各導管の取り入れ口端130を置くためのカ
バー板に加工されたマニホールド128を含んでいる。
マニホールドは導管の間に漏れ空気を均等に分配すると
ともに、もしエンジンが航空機用に使用されると、カバ
ー板の重量をかなり軽減する。重量軽減は、重量軽減さ
れた空洞をカバー板のベース136中に加工することに
よって、実現される。
助ガス通路領域134間の流通をプラットホーム後縁の
径方向内方に確立する。ガス圧が前縁近くよりも後縁近
くの方が低いので、外部プレナム102(図1)は径方
向外方に流れることと、プラットホーム前縁の近くにお
いてガス通路に無益に入ること、によって消勢される。
代りに、圧力差によって、ほとんどの空気は、励起さ
れ、空洞74を通して後方に流れるとともに、それから
導管120を通して径方向外方に流れる。漏れ空気は、
プラットホームの内部通路によって供給された冷却を増
すために、プラットホーム後縁に強制的に衝突される。
結果として、プラットホーム内部冷却流は、エンジン効
率の改良にともなって、減少される。限界において、内
部冷却通路で完全に消費し、それにより、カバー板に溝
を加工するために消費するよりも、羽根板製造コストを
かなり減少させることができる。
リーは、プレナム102からの漏れ空気のほとんどを放
散する導管を有する後カバー板を特徴とし、残っている
比較的に少ない漏れ空気をプラットホーム前縁の近くに
流すことを特徴とする。さらに、導管は、羽根板プラッ
トホームに対して、放散された漏れた空気を衝突させ、
その冷却を改善し、漏れ空気をできるだけ有益に試用す
る。逆に、従来のロータアッセンブリーにおいて導管が
無ければ、前縁漏れ空気112の量が後縁漏れ空気11
4の量を莫大に越すことになる。結果として、多くの漏
れ空気は、後縁が高温度にさらされている領域であって
も、プラットホームの前縁を冷却することになる。
縁の近くのガス通路に無益に流れ込むであろう冷却空気
が、より多く冷却する必要がある後縁に放散される、こ
とである。
る小さな通路を通して漏れ空気を流すとともに冷却膜と
してのその空気を後縁外部表面にわたって放出すること
により、プラットホーム後縁を冷却する必要性を減らす
か又は除却することである。この内部および膜冷却空気
の量を減らすことによってエンジン効率が改良される。
内部および膜冷却が完全に不要になると、内部冷却通路
を設ける必要がなくなり羽根板の製造費用が節減され
る。
の近くにおけるエンジンの主ガス通路内の冷却の漏れを
示す、ガスタービンエンジンのタービン部の破断側面
図。
なタービン羽根板を示す、図1の線2−2に沿ってとら
れたエンジン軸に平行な図。
の突合面における溝によって形成された、本発明の冷却
空気導管を示す拡大図。
て、図3のカバー板を示す、エンジン軸に平行な図。
図。
Claims (3)
- 【請求項1】 外部リムと、内部リム、および外部リム
から内部リムまで伸びる複数の羽根板取り付け溝を有す
るディスクと、 各々、ルートと、前縁,外縁および前縁から後縁まで伸
びる横縁を有するとともに、外部リム,羽根板ルートお
よび羽根板プラットホームが複数の冷却空気空洞を形成
するように取付け溝に支持されている、複数のロータ羽
根板、および羽根板溝に支持され、関連する羽根板基部
に突合する、複数のカバー板を含み、 各カバー板が、ディスクの前のプレナムから漏れ空気を
抽出するとともに羽根板プラットホームの後縁に対して
漏れ空気を衝突させる、ことを特徴とする、被冷却ロー
タアッセンブリー。 - 【請求項2】 各導管が、一つの羽根板基部と、カバー
板の突合面における溝によって、規定されていることを
特徴とする、請求項1に記載の被冷却アッセンブリー。 - 【請求項3】 カバー板が、導管を空洞と流通するよう
に配置するためのマニホールドを含むことを特徴とす
る、請求項1又は2に記載の被冷却ロータアッセンブリ
ー。
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EP (1) | EP0801208B1 (ja) |
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