JPH1136983A - ターボファンエンジンのタービンフレーム構造 - Google Patents

ターボファンエンジンのタービンフレーム構造

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JPH1136983A
JPH1136983A JP19691397A JP19691397A JPH1136983A JP H1136983 A JPH1136983 A JP H1136983A JP 19691397 A JP19691397 A JP 19691397A JP 19691397 A JP19691397 A JP 19691397A JP H1136983 A JPH1136983 A JP H1136983A
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JP
Japan
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strut
temperature
ventilation air
combustion gas
turbofan engine
Prior art date
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Pending
Application number
JP19691397A
Other languages
English (en)
Inventor
Osamu Funadogawa
治 船渡川
Tetsuya Mizutani
哲也 水谷
Nobuhiko Moriya
信彦 守屋
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IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
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Publication date
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  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ストラットを燃焼ガスより低温側に温度制御
しつつ各部材の熱膨張差を低減して長寿命化を図ったタ
ーボファンエンジンのタービンフレーム構造を提供す
る。 【解決手段】 燃焼器2からの燃焼ガスが流れる外側リ
ング9と内側リング10との間に、周方向に所定間隔を
隔てて中空のストラット11を放射状に複数設け、スト
ラット11の外側端面26に、燃焼器2より上流側のベ
ンチレーションエア27をストラット11内に導入する
入口28を設け、ストラット11の内側端面29に、ス
トラット11内のベンチレーションエア27を排出する
出口30を設けた。燃焼ガスよりも温度が遥かに低いベ
ンチレーションエア27をストラット11内部に流すこ
とでストラット11が冷却され、その冷却時の熱交換に
よって温度が上昇したベンチレーションエア27が内側
リング10に供給されるために内側リング10の温度が
上昇する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、外側リングと内側
リングとストラットとの熱膨張差を最小にし、長寿命化
を図ったターボファンエンジンのタービンフレーム構造
に関する。
【0002】
【従来の技術】ターボファンエンジンは、図1に示すよ
うに、空気を圧縮するコンプレッサ1と、圧縮された空
気に燃料を噴射して燃焼させる燃焼器2と、燃焼ガスに
より回転駆動されその回転力を第1回転軸3を介してコ
ンプレッサ1に伝える高圧タービン4と、燃焼ガスによ
り回転駆動されその回転力を第2回転軸5を介してファ
ン6に伝える低圧タービン7とを有している。
【0003】かかるターボファンエンジンTのタービン
フレーム8は、その間に燃焼ガスが通過する外側リング
9および内側リング10と、これらリング9、10の間
に周方向に所定間隔を隔てて放射状に設けられたストラ
ット11とを有しており、上記第1および第2回転軸
3、5を軸支するステータとしての役割を果たす。この
タービンフレーム8においては、高温の燃焼ガスが流れ
当るストラット11の温度と、それ程高温とはならない
外側リング9および内側リング10の温度とに大きな温
度差が生じるため、熱膨張差による熱応力が発生し、タ
ービンフレーム8の寿命が制限される。
【0004】そこで、従来、このタービンフレーム8の
熱応力を緩和する技術として、ストラット11に燃焼ガ
スの一部を取り込むエアスクープ(図示せず)を設け、
そこからストラット11内に取り込んだ燃焼ガスを内側
リング10方向に導き、前述の温度差を小さくするよう
にしたものが知られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この技術で
は、高温の燃焼ガスをストラット11から取り込んで内
側リング10方向に導くと、第2回転軸5のベアリング
12が許容以上に高温化してしまったり、局部的に高温
化することにより新たな熱応力発生の原因となる。ま
た、上記エアスクープは推力を生じさせる燃焼ガスの一
部を捨てることになるため、推力が低下する。
【0006】以上の事情を考慮して創案された本発明の
目的は、ストラットを燃焼ガスより低温側に温度制御し
つつ各部材の熱膨張差を低減して長寿命化を図ったター
ボファンエンジンのタービンフレーム構造を提供するこ
とにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく本
発明に係るターボファンエンジンのタービンフレーム構
造は、燃焼器からの燃焼ガスが流れる外側リングと内側
リングとの間に、周方向に所定間隔を隔てて中空のスト
ラットを放射状に複数設け、該ストラットの外側端面
に、燃焼器より上流側のベンチレーションエアを当該ス
トラット内に導入する入口を設け、上記ストラットの内
側端面に、当該ストラット内のベンチレーションエアを
排出する出口を設けたものである。
【0008】本発明によれば、燃焼ガスよりも温度が遥
かに低いベンチレーションエアを外側リング側からスト
ラット内部に流すことでストラットが冷却され、その冷
却時の熱交換によって温度が上昇したベンチレーション
エアが内側リングに供給されるために内側リングの温度
が上昇する。これにより、ストラットが燃焼ガスより低
温側に温度制御されると共に内側リングが通常より高温
側に温度制御され、両者が等温化方向に制御される。よ
って、熱膨張差が小さくなって熱応力が低減され、ター
ビンフレームが長寿命化する。
【0009】また、上記外側リングの外側にカバーを設
け、該カバーにターボファンエンジンのファンで加圧さ
れたフレッシュエアを導入しこれを上記ストラットのベ
ンチレーションエアとするための導入口を設け、他方、
上記内側リングにテールコーンを設け、該テールコーン
に上記ストラットの出口から排出されたベンチレーショ
ンエアを大気中に放つ排出口を設けてもよい。
【0010】こうすれば、カバーの導入口の近傍はファ
ンによって加圧状態となっており、他方テールコーンの
排出口は大気圧となっているため、両者の圧力差によっ
て上記ベンチレーションエアがスムーズにドラフトし、
前述の熱応力低減が効率よく達成される。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面に基いて説明する。
【0012】ターボファンエンジンTは、前述したよう
に、空気を圧縮するコンプレッサ1と、圧縮された空気
に燃料を噴射して燃焼させる燃焼器2と、燃焼ガスによ
り回転駆動されその回転力を第1回転軸3を介してコン
プレッサ1に伝える高圧タービン4と、燃焼ガスにより
回転駆動されその回転力を第2回転軸5を介してファン
6に伝える低圧タービン7とを有している。
【0013】コンプレッサ1は、外周ケーシング13と
内周ケーシング14との間に軸方向に交互に配置された
静翼15と動翼16とからなっている。同様に、高圧タ
ービン4および低圧タービン7は、外周リング9と内周
リング10との間に軸方向に交互に配置された静翼17
と動翼18とからなっている。上記第1回転軸3および
第2回転軸5は、コンプレッサ1の内周ケーシング14
またはタービン4、7の内周リング10に設けられた複
数のベアリング(12等)によって軸支されている。
【0014】コンプレッサ1の外周ケーシング13およ
びタービン4、7の外周リング9の外側には、筒体状の
カバー19が設けられており、その内部に空間20が形
成されている。この空間20内には、上記燃焼器2へ燃
料を供給する燃料供給装置21等が設けられている。上
記カバー19の外側には、ファン6で加圧されたバイパ
スエア(フレッシュエア22)が流れる。また、このカ
バー19には、ステー23を介してファン6を囲繞する
ダクト24が取り付けられている。
【0015】かかるターボファンエンジンのタービンフ
レーム8は、その間に燃焼ガスが通過する外側リング9
および内側リング10と、これらリング9、10の間に
周方向に所定間隔を隔てて放射状に設けられた翼断面形
状のストラット11とを有している。そして、内側リン
グ10には、コーン体25が設けられており、コーン体
25の内周部には、第2回転軸5を軸支するベアリング
12が設けられている。
【0016】本実施形態の特長とするところは、図2に
も示すように上記ストラット11を中空に成形し、その
ストラット11の外側端面26に、燃焼器2より上流側
のフレッシュエア22をベンチレーショエア27として
当該ストラット11内に導入する入口28を設け、スト
ラット11の内側端面29に、当該ストラット11内の
ベンチレーションエア27を排出する出口30を設けた
点にある。ストラット11内に形成される通路は、単純
な形状でも径方向または軸方向に折り返して蛇行するよ
うな形状でもよい。
【0017】上記フレッシュエア22は、図1に示すよ
うに、上記カバー19の前縁側に設けた導入口31から
飛行中自動的に内部の空間20内に導かれ、ベンチレー
ションエア27となる。フレッシュエア22はファン6
により加圧されているからである。上記導入口31は、
その口径がストラット11の温度に応じたベンチレーシ
ョンエア27の必要流量に基いて設定されており、1個
に限らず周方向または軸方向に複数設けてもよい。
【0018】また、導入口31に口径可変機構を設けた
り、複数の導入口31を選択的に開閉したりして、導入
口31からのベンチレーションエア27の流量をエンジ
ンの運転状態や飛行速度等に連動させて調節するように
してもよい。ストラット11の温度は、エンジンの運転
状態や飛行速度等によって変動するため、これを補正す
るためである。なお、上記口径可変機構等は、タービン
4、7のように発熱部ではない部位に設けられるため、
耐熱対策は不要である。
【0019】こうして上記導入口31からカバー19内
に導かれたベンチレーションエア27は、カバー19内
の空間20を軸方向に流れ、上記入口28からストラッ
ト11内に導入される。ここで、カバー19内を流れる
ベンチレーションエア27は、仮に燃料供給装置21か
ら燃料が漏洩した場合であっても、その発火を吹き消す
機能を発揮する。また、上記入口28に口径可変機構を
設けたり、入口28を複数設けてそれらを選択的に開閉
したりして、入口28からストラット11へのベンチレ
ーションエア27の流量をエンジンの運転状態や飛行速
度等に連動させて調節するようにしてもよい。
【0020】ストラット11の出口30から排出された
ベンチレーションエア27は、内側リング10に設けら
れたテールコーン32に形成された排出口33から大気
中に放たれる。排出口33の口径は、ベンチレーション
エア27の流量に応じて適宜設定される。また、排出口
33の位置は、内周リング10内のベンチレーションエ
ア27を効率よく排出すべく、なるべく圧力の低くなる
箇所(例えばテールコーン32の後端近傍)に設定され
る。上記導入口31との圧力差を大きくしてベンチレー
ションエア27のドラフトを活発化させるためである。
また、上記出口30に口径可変機構を設けたり、出口を
複数設けてそれらを選択的に開閉したりしてもよい。
【0021】以上の構成からなる本実施形態の作用を述
べる。
【0022】図1に示すように、カバー19に形成され
た導入口31と、テールコーン32に形成された排出口
33との間には、エアの通路が形成される。そして、飛
行中、ファン6によって加圧されたフレッシュエア22
は、カバー19に形成された導入口31からベンチレー
ションエア27としてカバー19内に導かれ、外側リン
グ9側の入口28からストラット11の内部を通って内
側リング10側の出口30へ流れ、最終的にはテールコ
ーン32の排出口33から大気中に放たれる(図2参
照)。
【0023】このように、燃焼ガスよりも温度が遥かに
低いベンチレーションエア27を外側リング9側からス
トラット11内部に流すことでストラット11が冷却さ
れ、その冷却時の熱交換によって温度が上昇したベンチ
レーションエア27が内側リング10に供給されるため
に内側リング10の温度が上昇する。これにより、スト
ラット11が燃焼ガスより低温側に温度制御されると共
に内側リング10が通常より高温側に温度制御され、両
者が等温化方向に制御される。よって、熱膨張差が小さ
くなって熱応力が低減され、タービンフレーム8が長寿
命化する。
【0024】また、燃焼ガスよりも遥かに低温のベンチ
レーションエア27を用いて等温化を図っているので、
たとえストラット11を通過する際に加熱されたとして
も、内側リング内のベンチレーションエア27は、ベア
リング12が熱劣化する程高温にはならない。よって、
従来のように燃焼ガスにより等温化を図るものと比べる
と、ベアリング12の熱的な耐久性が高まる。また、ベ
アリング12の近傍における局部的な高温化およびそれ
に基く新たな熱応力の発生をも防止できる。
【0025】また、上記カバー19の導入口31の近傍
はファン6によって加圧状態となっており、他方テール
コーン32の排出口33は大気圧となっているため、両
者の圧力差によって、上記ベンチレーションエア27が
スムーズにドラフトし、前述の熱応力低減が効率よく達
成される。また、上記ベンチレーションエア27はコン
プレッサ1から抽気してないので、コンプレッサ効率が
悪化することはない。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係るターボ
ファンエンジンのタービンフレーム構造によれば、スト
ラットを燃焼ガスより低温側に温度制御しつつ各部材の
熱膨張差を低減することができ、タービンフレームの長
寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ターボファンエンジンの側断面図である。
【図2】タービンフレーム構造を示す側断面図である。
【符号の説明】
2 燃焼器 9 外側リング 10 内側リング 11 ストラット 19 カバー 22 フレッシュエア 26 外側端面 27 ベンチレーションエア 28 入口 29 内側端面 30 出口 31 導入口 32 テールコーン 33 排出口

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃焼器からの燃焼ガスが流れる外側リン
    グと内側リングとの間に、周方向に所定間隔を隔てて中
    空のストラットを放射状に複数設け、該ストラットの外
    側端面に、燃焼器より上流側のベンチレーションエアを
    当該ストラット内に導入する入口を設け、上記ストラッ
    トの内側端面に、当該ストラット内のベンチレーション
    エアを排出する出口を設けたことを特徴とするターボフ
    ァンエンジンのタービンフレーム構造。
  2. 【請求項2】 上記外側リングの外側にカバーを設け、
    該カバーにターボファンエンジンのファンで加圧された
    フレッシュエアを導入しこれを上記ストラットのベンチ
    レーションエアとするための導入口を設け、他方、上記
    内側リングにテールコーンを設け、該テールコーンに上
    記ストラットの出口から排出されたベンチレーションエ
    アを大気中に放つ排出口を設けた請求項1記載のターボ
    ファンエンジンのタービンフレーム構造。
JP19691397A 1997-07-23 1997-07-23 ターボファンエンジンのタービンフレーム構造 Pending JPH1136983A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006084171A (ja) * 2004-09-15 2006-03-30 General Electric Co <Ge> 改善されたコアシステムを有するガスタービンエンジンのための冷却システム
JP2006083857A (ja) * 2004-09-15 2006-03-30 General Electric Co <Ge> 改善されたコアシステムを備えた高推力ガスタービンエンジン
JP2010025006A (ja) * 2008-07-22 2010-02-04 Hitachi Ltd ガスタービンの排気ディフューザ
CN110214218A (zh) * 2017-01-30 2019-09-06 通用电气公司 带有附加核心的涡轮星形框架
US20240060459A1 (en) * 2022-08-19 2024-02-22 Pratt & Whitney Canada Corp. Exhaust assembly for purging a nacelle cavity of a propulsion system

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