JPH11229812A - 冷却されるタービンのディストリビュータのブレード - Google Patents

冷却されるタービンのディストリビュータのブレード

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JPH11229812A
JPH11229812A JP10335451A JP33545198A JPH11229812A JP H11229812 A JPH11229812 A JP H11229812A JP 10335451 A JP10335451 A JP 10335451A JP 33545198 A JP33545198 A JP 33545198A JP H11229812 A JPH11229812 A JP H11229812A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 羽根の後縁に亀裂が生じた場合でも内側プラ
ットホーム内の流体が逆転することのない、冷却装置を
具備するタービンのディストリビュータのブレードを提
供する。 【解決手段】 このブレードは、外側プラットホームと
内側プラットホーム（４６）との間に挿入された同じく
中空羽根（４５）を含む。羽根の内部は、羽根の壁を衝
撃により冷却するための多孔スカートと、内側プラット
ホーム（４６）に固設された雄円錐台を覆う雌円錐台を
含む底部壁（６２）とを有するライナ（６０）を含む。
これらの円錐台は、ライナ（６０）の内部と内側プラッ
トホーム（４６）の内部との間の連絡を確保する。冷却
空気（７０）は、外側プラットホームによりライナ（６
０）内に送り込まれる。この空気の一部分（７１）が羽
根の壁を冷却する。他の部分（７２）は内側プラットホ
ーム（４６）内に入り、ディストリビュータの上流側お
よび下流側のタービンディスク（４９、５０）を冷却す
るため、プラットフォームからオリフィス６７を通って
排出される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、タービンエンジ
ン、特に航空機のタービンエンジンの高圧タービンのデ
ィストリビュータに関する。
【０００２】
【従来の技術】単数または複数のタービンの入口におけ
る温度レベルを上げることにより、タービンエンジンの
性能を最適化できることが知られている。この温度のレ
ベルを上げることにより、比消費量の節約、すなわち飛
行機の飛行範囲の拡大、あるいは搭載燃料の量の削減が
可能である。この温度の上昇により、タービンエンジン
の推力を増加させることも可能である。現在の最新型エ
ンジンは１５７７℃のタービン入口温度に耐えるが、１
９５０年に設計されたタービンエンジン（例えばＡＴＡ
Ｒ）では９３０℃までにしか耐えない。
【０００３】このような温度レベルに到達するために
は、案内羽根あるいはディストリビュータ(distributeu
r)のブレード(aubes)およびタービンホイールの冷却装
置を利用することが必要である。このために、冷却空気
の整然とした循環が可能な回路をブレードの内部に設
け、ブレードの保護膜を形成するために配置される孔を
ブレードの壁内に設け、二つの主な方法、すなわち内部
対流および保護膜により冷却を得る。
【０００４】図１および図２は、ＣＦ６−８０およびＧ
Ｅ９０形エンジンで現在使用されている解決方法を示す
図である。
【０００５】外側プラットホームと内側プラットホーム
９との間に挿入された中空羽根(pale creuse)１を含む
ブレードは、羽根１の外壁４とライナ２の外部との間
に、連続する周囲空洞３を規定するライナ２を含む。壁
４またはライナ２に固設されたブロックは、ライナ２と
前記壁４との間に間隙を維持する。ライナ２は、多孔ス
カート６と、同じく中空な内側プラットホーム９から羽
根１を分離する壁８から間隔をとって配置された底部壁
７とを含み、この壁８はオリフィス１０を含む。一般に
はタービンエンジンのコンプレッサである加圧空気発生
源から送出される空気流１１は外側プラットホームを通
過してライナ２の内部に到達し、スカート６の多孔から
出て、ブレード１の壁４を衝撃により冷却する空気ジェ
ット１２を周囲空洞３内に形成する。次にこの空気流１
１は内側プラットホーム９の内部側に漸進し、このプラ
ットフォームを冷却しながらこれを横断し、最後に、内
側プラットホーム９の上流側に位置するオリフィス１２
から排出される。上流側ケーシング１３内の圧力Ｐ１は
ケーシング１４内の圧力よりも高いため、これらのケー
シングは、内側プラットホーム９と、各々、上流側ター
ビンディスク１５および下流側タービンディスク１６と
により規定され、ケーシング１３および１４を分離し空
気流（量）１７の値を決定するラビリンス１８を通過し
て空気流が生じる。この空気流１７は、下流側ディスク
１６の周囲に冷却通路を有しながら、高温ガス層内に排
出される。オリフィス１２から出た残りの冷却空気１９
は、上流側ディスク１５の周囲に冷却通路を有しなが
ら、ディストリビュータの上流側の高温ガス層内に排出
される。このように高圧タービンディスクは、これら二
つの空気流１７および１９により冷却される。この単純
な技術的措置では、ライナ２の内部に注入された冷却空
気流１１の全部がまず、ブレードの羽根１を冷却するの
に用いられる。
【０００６】しかしながら、ブレードの内部に注入され
た空気は、ブレードの脚部側に再度下降し、その結果、
内側プラットホーム９から排出される。従って、衝撃の
ための流れのせん断(cisaillement)が生じるがこれでは
数学的モデリングが容易にはならず、また、内側プラッ
トホーム９およびタービンディスク１５、１６の冷却空
気は羽根１の壁４の冷却時にすでに再加熱されてしまっ
ているため冷却能力を下げる。
【０００７】ここで、図２に示すように、羽根１の後縁
に亀裂２０が生じると冷却空気流の少なくとも一部分２
１が亀裂２０から流れ出すが、ブレードの下流側にある
圧力は上流側にある圧力よりも低いため、ディストリビ
ュータの上流側から出て上流側ケーシング１３を通過す
る高温ガス流２２が通過する内側プラットホーム９の内
部で、流れの方向の逆転が生じるおそれがある。すると
内側プラットホーム９が加熱され、それによりブレード
の重大な損害、さらには破損が生じるおそれがある。プ
ラットフォーム９の下を通過する流れは層のきわめて高
温なガスから直接来るものであり、タービン全体を破壊
に至らしかねないロータの危険な温度上昇を引き起こ
す。
【０００８】図３および図４は、図１および図２に示す
実施形態に近い冷却回路の変形実施形態を示す図であ
る。ここでは、ライナ２の底部壁７は、内側プラットホ
ーム９内の入口オリフィス１０に対向する出口オリフィ
ス２３を含む。従って、冷却空気流１１はライナ２の内
部に入り、この流れの一部分２４が出口オリフィス２３
を直接横断し、内側プラットホーム９内を循環してこれ
を冷却する。図１および図２に示す実施形態における場
合と同様に、プラットフォーム９内を循環する空気は、
内側プラットホーム９の上流側に位置するオリフィス１
２から排出され、次に一部分１７がラビリンス１８を通
過するが、他方の部分１９は、ディストリビュータの上
流側の高熱ガス層内に排出され、これによりタービンデ
ィスク１５および１６の冷却が確保される。
【０００９】この第二の解決方法では、内側プラットホ
ーム９およびディスク１５、１６の冷却空気はより温度
が低いため有利であり、衝撃による冷却流束のせん断流
れはより少ない。ところが、羽根を冷却するための流れ
が少ないことは欠点である。さらに、漏れ（流出）２
５、２６が出口オリフィス２３から周囲空洞３内に逆流
することがあり、そのため、流れの数学的モデリングが
単純にならない。
【００１０】図４に示すように、羽根１の後縁に亀裂２
０が生じると、冷却空気の少なくとも一部分２１が高温
ガス流束内に排出され、内側プラットホーム９内の空気
の流れの方向は、エンジンの動作条件により維持される
か逆転される。プラットフォーム９および羽根１は損傷
または破損するおそれもある。１３および１４における
温度超過により、ディスクが膨張して、可動部品と固定
リングの間で接触が生じて、ロータの危険な温度上昇が
生じる。
【００１１】上に記載した二つの実際の変形形態では、
羽根１の壁４はさらに、羽根の周囲に保護膜を形成する
ために、一定口径のオリフィスを備える。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、この現行技
術を起点として、羽根の後縁に亀裂が生じた場合でも内
側プラットホーム内の循環流体が逆転（逆流）すること
のないディストリビュータのブレードを提供することを
目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】従って本発明は、冷却装
置を具備するタービンのディストリビュータのブレード
に関し、このブレードは、中空外側プラットホームと中
空内側プラットホームとの間に挿入された同じく中空な
羽根を含み、冷却装置は、羽根の内部に配設されたライ
ナを含み、このライナは、羽根の周囲壁から間隔をとっ
て保持される多孔スカートと、内側プラットホームの壁
内に設けた入口オリフィスに対向する出口オリフィスを
有する底部壁とを有し、この底部壁もプラットフォーム
の前記壁から間隔をとって保持され、ライナの内部に外
側プラットホームから冷却空気流が供給され、この冷却
空気の一部分はスカートの多孔を通して羽根の周囲壁を
衝撃冷却し、他の部分は内側プラットホーム内を循環
し、タービンのディスクを冷却するために前記プラット
フォームの上流側に設けたオリフィスを通って内側プラ
ットホームから排出され、羽根の壁は、羽根の外部に保
護膜を構成するための一定口径のオリフィスをさらに含
む。
【００１４】このブレードは、内側プラットホームの内
部と、羽根の周囲壁およびライナの外部で規定される空
洞との間の直接の連絡を阻止する気密装置により、ライ
ナの底部壁の出口オリフィスと内側プラットホーム内の
入口オリフィスとが相互に通じていることを特徴とす
る。
【００１５】この構成により、ライナの根元で二つの空
気流が混合する可能性がなく、内側プラットホームは、
たとえ羽根の後縁内に亀裂が生じた場合でも、常に冷温
空気により冷却されるようになる。
【００１６】好ましくは、気密装置は、一方が他方の中
にはめ込まれ、頂上部における開口部がライナの内部に
配設される二つの円錐台で構成され、雄円錐台は内側プ
ラットホームに固設され、入口オリフィスを規定し、雌
円錐台はライナに固設され、出口オリフィスを規定す
る。
【００１７】この構成により、部品の相互の軸位置の固
定、およびライナの基部の側面固定が可能である。
【００１８】本発明の他の特徴および長所は、例として
示し、添付の図面を参照して行う以下の説明を読むこと
により明らかになろう。
【００１９】
【発明の実施の形態】図５は、二段回転軸４４式の高圧
タービン４３のホイール(roues)４１と４２の間に配置
されたディストリビュータの固定ブレード４０を示す図
である。知られているように、ブレード４０は、図には
示さない外側プラットホームと、内側プラットホーム４
６との間に配置された中空空力羽根４５を含む。ディス
トリビュータのブレード４０のアセンブリは羽根車を形
成し、タービン４３の上流側ホイール４１の可動羽根４
７の翼列から出る高温ガス流束は羽根４５により整流(r
edresse)された後、下流側ホイール４２の可動ブレード
４８に到達する。ディストリビュータの外側プラットホ
ームは高温ガス層の外側輪郭を規定するが、内側プラッ
トホーム９は内側輪郭を規定する。
【００２０】ホイール４１および４２は各々、可動ブレ
ード４７および４８に加え、図示しないシャフトを駆動
するドラム５１により接続されたディスク４９、５０を
含む。ドラム５１は、内側プラットホーム４６に対向す
るラビリンス５２を含み、これは内側プラットホーム４
６とドラム５１との間に位置する環状空間を上流側ケー
シング５３および下流側ケーシング５４に分離する。こ
れらのケーシング５３、５４は、タービンディスク４
９、５０各々の内側プラットホーム９を分離する間隙５
５、５６により、高温ガス層と通じている。
【００２１】羽根４５の内部空洞には、多孔スカート６
１と、羽根４５を内側プラットホーム４６の内側から分
離する壁６３の近傍ではあるが間隙をあけて位置する底
部壁６２とを含むライナ６０が配設される。壁６３は、
内側プラットホーム４６の内部空洞内への入口オリフィ
ス６５を囲み、底部壁６３内に設けられ出口オリフィス
を規定する雌円錐台６６内に挿入される雄円錐台６４を
有する。さらに内側プラットホーム４６は、プラットフ
ォーム４６の内部と上流側ケーシング５３とを通じさせ
るオリフィス６７を、その上流側面内に含む。
【００２２】ライナ６０は、ブロックにより羽根４５の
周囲壁から間隔をとって保持され、外側プラットホーム
から冷却空気流７０が供給される。この冷却空気の第一
部分７１はスカート６１の多孔から排出され、羽根の周
囲に保護膜を形成してこの空気の部分７１を高温ガス層
内に排気することが可能な一定口径のオリフィスを含む
羽根４５の周囲空力壁(aerodynamique)を衝撃冷却(refr
oidit par impact)する。冷却空気の第一部分７２は、
雄円錐台６４の頂上に位置する開口部６５を通ってプラ
ットフォームの内部に入り、この開口部を通って上流側
ケーシング５３方向に排出される。上流側ケーシング５
３内の圧力レベルＰ１は下流側ケーシング５４内の圧力
レベルＰ２よりも高いので、内側プラットホーム４６の
出口における空気流７３は、上流側ディスク４９の周囲
を冷却した後、間隙５５を通ってディストリビュータの
上流側高温ガス層に合流する第一流束７３と、ラビリン
ス５２および下流側ケーシング５４を横断し、間隙５６
を通ってディストリビュータの下流側高温ガス層に合流
する第二流束７４とに分離する。
【００２３】ライナ６０の内部と内側プラットホーム４
６の内部との間の連絡は、相互に機密にはめ込まれる二
つの円錐台６４および６６により実現される。さらにこ
れらの二つの円錐台は、ライナ６０と羽根４５の相互の
軸位置を固定し、羽根４５の内部空洞内へライナ６０の
底部壁６２で側面が固定される。
【００２４】タービンのディスク４９、５０の冷却に使
用される空気流７２は、図８に示すように、たとえ羽根
４５の後縁上に亀裂７５がある場合でも、羽根の壁の冷
却に使用される空気流７１から分離される。
【図面の簡単な説明】
【図１】冷却回路の第一実施形態を示す、従来技術のデ
ィストリビュータのブレードにおけるタービンの回転軸
を通る径方向面での断面図である。
【図２】冷却回路の第一実施形態を示す、従来技術のデ
ィストリビュータのブレードにおけるタービンの回転軸
を通る径方向面での断面図である。
【図３】冷却回路の第二実施形態を示す、従来技術のデ
ィストリビュータのブレードにおけるタービンの回転軸
を通る径方向面での断面図である。
【図４】冷却回路の第二実施形態を示す、従来技術のデ
ィストリビュータのブレードにおけるタービンの回転軸
を通る径方向面での断面図である。
【図５】本発明によるディストリビュータにおけるブレ
ードのタービンの回転軸を通る径方向面での断面図であ
る。
【図６】ライナの内部と内側プラットホームとの間の連
絡手段の拡大図である。
【図７】内側プラットホームの上部壁とライナの脚部の
分解図である。
【図８】羽根の後縁内に亀裂が生じた場合の冷却空気量
の流れを示す図５の断面図と同様の断面図である。
【符号の説明】
４５ 中空空力羽根 ４６ 内側プラットホーム ４９、５０ タービンディスク ６０ ライナ ６１ 多孔スカート ６２ 底部壁 ６３ 壁 ６４ 雄円錐台 ６５ 入口オリフィス ６６ 雌円錐台 ６７ オリフィス ７０ 冷却空気 ７１ 冷却空気の一部分 ７２ 冷却空気の他の部分

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 冷却装置を具備するタービンのディスト
    リビュータのブレードであって、このブレードが、中空
    外側プラットホームと中空内側プラットホーム（４６）
    との間に挿入された同じく中空な羽根（４５）を含み、
    冷却装置が、羽根（４５）の内部に配設されたライナ
    （６０）を含み、このライナが、羽根（４５）の周囲壁
    から間隔をとって保持される多孔スカート（６１）と、
    内側プラットホーム（４６）の壁（６３）内に設けた入
    口オリフィスに対向する出口オリフィスを有する底部壁
    （６２）とを有し、この底部壁もプラットフォームの前
    記壁から間隔をとって保持され、ライナの内部に外側プ
    ラットホームから冷却空気流（７０）が供給され、この
    冷却空気の一部分（７１）がスカート（４）の多孔を通
    して羽根の周囲壁を衝撃冷却し、他の部分（７２）が内
    側プラットホーム（４６）内を循環し、タービンのディ
    スク（４９、５０）を冷却するために前記プラットフォ
    ームの上流側に設けたオリフィス（６７）を通って内側
    プラットホームから排出され、羽根の壁が、羽根の外部
    に保護膜を形成するための一定口径のオリフィスをさら
    に含み、 内側プラットホーム（４６）の内部と、羽根の周囲壁お
    よびライナ（６０）の外部によって規定される空洞との
    間の直接の連絡を阻止する気密装置により、ライナの底
    部壁の出口オリフィスと内側プラットホーム内の入口オ
    リフィスとが相互に連絡することを特徴とするディスト
    リビュータのブレード。
  2. 【請求項２】 前記気密装置が、一方が他方の中にはめ
    込まれ、頂上部における開口部がライナの内部に配設さ
    れた二つの円錐台（６４、６６）を含み、雄円錐台（６
    ４）が内側プラットホームに固設され、入口オリフィス
    （６５）を規定し、雌円錐台（６６）がライナに固設さ
    れ、出口オリフィスを規定することを特徴とする請求項
    １に記載のディストリビュータのブレード。
JP33545198A 1997-11-27 1998-11-26 冷却されるタービンのディストリビュータのブレード Expired - Lifetime JP3844609B2 (ja)

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EP (1) EP0919698B1 (ja)
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DE (1) DE69817303T2 (ja)
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