JPS59153927A - 改良空気冷却回路を備えたガスタ−ビンエンジン - Google Patents
改良空気冷却回路を備えたガスタ−ビンエンジンInfo
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- JPS59153927A JPS59153927A JP58189392A JP18939283A JPS59153927A JP S59153927 A JPS59153927 A JP S59153927A JP 58189392 A JP58189392 A JP 58189392A JP 18939283 A JP18939283 A JP 18939283A JP S59153927 A JPS59153927 A JP S59153927A
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- 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
- F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
- F01D5/08—Heating, heat-insulating or cooling means
- F01D5/081—Cooling fluid being directed on the side of the rotor disc or at the roots of the blades
- F01D5/082—Cooling fluid being directed on the side of the rotor disc or at the roots of the blades on the side of the rotor disc
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
- F02C7/12—Cooling of plants
- F02C7/16—Cooling of plants characterised by cooling medium
- F02C7/18—Cooling of plants characterised by cooling medium the medium being gaseous, e.g. air
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2260/00—Function
- F05D2260/60—Fluid transfer
- F05D2260/607—Preventing clogging or obstruction of flow paths by dirt, dust, or foreign particles
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
発 明 の 背 景
本発明はガスタービンエンジン、特にか)るエンジンに
組込む空気冷M1回路に関する。 ガスタービンエンジンは内部ぐ燃料を燃焼さけC航空機
などに推進力を与える。燃料の燃焼により、これらの1
ンジンは極めて晶泥で作動することになる。過熱を避け
るために、作動中にエンジンの種々の部品を冷却りる手
段を設りるのが望ましい。特に、タービンの回転ブレー
ド(全体としてロータと称される)おj;び静止ベーン
(全体としてステータと称される)は燃焼器より下流に
位置し、効率よく機能させるために冷ノJI Lなりれ
ばならない。ターどンのブレードおよびベーンには、代
表的には、数列の穴をあり、これらの穴を通して空気を
循環さけてこの冷M1機能を得る。 通常、人口圧縮機またはファンまたはその両方によりエ
ンジンの燃焼器に空気を供給り”る。この空気の一部を
分流し冷却材とし−C用いる。冷Nl空気をエンジンの
ステータ部品に、またエンジンの「l−タとステータ間
に層成された内部空腔に直接流通させることができる。 しかし、冷t(J空気をタービンのブレードに流通さぼ
る前に、その冷却空気を、(’I動申に非常に高速C゛
回転るエンジンのロータ構造体に送らなりればならない
。 ]−ンジンのロータとステータとの間に流通りる空気の
温度が高くなり、タービンブレードの冷却に用いるのに
不適当になることが知られている。 従っ(、冷)J1空気を、エンジンの1−1−夕とステ
ータ間の空腔の一端に形成されたインデコーリ(ind
uccr ) 掌を経Cエンジンのロータに送るための
冷)i11回路が設バ1されている。インデユー1)空
は空腔の残りの部分からシールで遮蔽されCおり、空腔
を冷7.11 fJる空気はこのインデユーり室をバイ
パスする。従っC,論理トは、タービンのブレード用の
冷1J1空気はエンジンのステータからインデl−ザ至
を経て1]−夕構造体に、空腔の残りの部分に流れる空
気の混入なしに、導びかれる。 このような設計の冷却空気回路の効果は、インデユーり
至を1」−夕とステータ間の空腔の残りの部分から仕切
るために設()るシールの有効度に依存りる。しかし、
従来の設へ1では、シールイj効度が過渡状態、15よ
ひ離陸(take−off )状態中、エンジン内にこ
のような時に生じる急激な温度変化のlこめに悪化する
ことを見出した。このような過渡状態の間良好なロータ
・ステータ整合を達成するように選択した熱膨服特性を
右゛りる、特別に選lυIピ材料で、ロータおよびステ
ータ部品を構成するように設バ1することによつC1こ
の状況を解決しようとづる試みがなされ−Cいる。この
ような構成が、米tjJ特R’F第3.986,720
号に記載されている。 本発明の目的は、静止−1ンジン部品と回転−Iレジン
部品間に形成されたインデコーリー室を紅C冷 。 N」空気を尋びき、この際に冷1J1空気への加温され
た空気の混入を小さくりるようにした改良されIζ空気
冷N1回路をイjするガスタービンエンジン椙造を提供
することにある。 本発明の他の目的は、冷却回路のインデユー1ノ室に対
するより効果的な空気バイパスおJ、びシール設計を右
する冷却回路を提供7ることにある。 本発明の他の目的および利点は、本発明の原理を具体的
に説明した、図面を参照した以下の説明から明らかにな
るであろう。 発 明 の 概 要 本発明の1形態においては、ガスタービンエンジンの回
転部品と静止部品との間に空腔が形成され、ここに空腔
を介しC空気が流通覆る。空腔の反対端に、空腔に入る
空気J3よび空腔から出る空気の流通を制限りる上流シ
ールJ3J、び下流シールが配置される。]−ンジンの
ロータに対し、エンジンの静止部分から■−タに両者間
の空11’i’を経て空気を導ひく冷却空気回路が設け
られくいる。1]−タ空気冷却回路はインデユー1ノ室
を含み、ここで冷II空気を加速しエンジン[1−夕に
送る。インテ1−4)室は2つの追;」11シールによ
り限定され、これらシールは他の空n7のシールと共に
中央インテ′1−り室J:り上流の苗a3よび下流の空
を限定づる。バイパス回路が上流空白に流通りる空気を
直接下流室に(インテコ−11室をバイパスしく)4び
ぎ、従っCインデユー1す空に流れる冷に1空気にはエ
ンジンの11−タd3よびスミ−タ間に流通する空気が
混入しない。 本発明の他の観点によれば、インデユー1室構造を特殊
月利製の端部シール支持ブラケットから分離して、これ
によりエンジン作動中にエンジン内の温度変化によって
溶接継目と関連して惹き起される問題を、静止部品と回
転部品との間の熱膜lk特性を良好に整合さけるよう段
重されたシールを犠牲にづることなく、解決づる。 さらに本発明の冷却回路は、−ヒ流インテユーサ全シー
ルの半径の大きさを同タイプの従来のエンジンのbのよ
り小さくし、かつ上流インデユーυ室シールをインデユ
ー1ノ室体の高熱応答部分から分圓しC1エンジンの作
動中のシール作用を一層効果的にすると共にその悪化を
少なくづる。 第1図は本発明を適用できる7jスタービンエンジンの
概略図である。図示のターボファンエンジン10はファ
ンロータ11とコアエンジンロータ12を含む。ファン
ロータ11は、ディスク16」二に一緒に回転づるよう
に装着された多数のファンブレード13および14と、
低圧すなわちファンタービン17とを含み、ファンター
ビン17はファンディスク16を周知の態様で駆動りる
。−]]ノアエンジン]〕−タ1は圧縮(幾18とこの
圧縮機を駆動りる高圧タービン19とを含む。−1jZ
エンジンは燃焼装置21も含み、燃焼装置21は燃料を
空気流と混合し、混合気を燃焼させC熱」ネルギーを噴
Q’lづる。 作v)時には、空気が、ファン11−夕11を囲む適当
なカウリングまたはナセル23により形成された空気入
[122を通って、カスターヒン土ンジン10に入る。 人口22に入った空気はファンシレーl” 13 J5
よぴ14の回転にょっ(圧縮され、次いてナセル23J
5よび]−ンジンクーシング2(うにより形成された1
−状通路2/lど、その境界が■レジンケーシング26
により限定されたコノ′」ンジン通路27と分割される
。−Jア土ンジンに入った加圧空気は圧縮1幾18によ
りさらに加圧され、しかる後燃焼装動21がらの高1ネ
ルギー燃YN+と共に点火される。この高エネルギーを
もったガス流は次に高圧タービン19を通過して圧縮(
幾18を駆動し、しかる後ファンタービン17を通過し
てファンロータディスク16を駆動づる。ガスは次に、
当業界で周知の態様で、主ノズル28から放出されて1
ンジンにl(f進方を与える。環状通路24から排出さ
れる+JI]圧空気から追加の11(進方が得られる。 次に燃焼装置21を囲む土ンジン部分につぃCちつと詳
しく説明する。第2図に示すように、圧縮機18は静止
圧縮機スデータベーン29d5よび回転ロータブレード
31を有し、これらベーンd5よひプレートが高汁空気
を後りに案内ベーン32に向って排出りるようにfl;
j <。CD P (圧縮機471出圧力)空気の一部
は案内ベーン3)2の内側と外側に()J、
組込む空気冷M1回路に関する。 ガスタービンエンジンは内部ぐ燃料を燃焼さけC航空機
などに推進力を与える。燃料の燃焼により、これらの1
ンジンは極めて晶泥で作動することになる。過熱を避け
るために、作動中にエンジンの種々の部品を冷却りる手
段を設りるのが望ましい。特に、タービンの回転ブレー
ド(全体としてロータと称される)おj;び静止ベーン
(全体としてステータと称される)は燃焼器より下流に
位置し、効率よく機能させるために冷ノJI Lなりれ
ばならない。ターどンのブレードおよびベーンには、代
表的には、数列の穴をあり、これらの穴を通して空気を
循環さけてこの冷M1機能を得る。 通常、人口圧縮機またはファンまたはその両方によりエ
ンジンの燃焼器に空気を供給り”る。この空気の一部を
分流し冷却材とし−C用いる。冷Nl空気をエンジンの
ステータ部品に、またエンジンの「l−タとステータ間
に層成された内部空腔に直接流通させることができる。 しかし、冷t(J空気をタービンのブレードに流通さぼ
る前に、その冷却空気を、(’I動申に非常に高速C゛
回転るエンジンのロータ構造体に送らなりればならない
。 ]−ンジンのロータとステータとの間に流通りる空気の
温度が高くなり、タービンブレードの冷却に用いるのに
不適当になることが知られている。 従っ(、冷)J1空気を、エンジンの1−1−夕とステ
ータ間の空腔の一端に形成されたインデコーリ(ind
uccr ) 掌を経Cエンジンのロータに送るための
冷)i11回路が設バ1されている。インデユー1)空
は空腔の残りの部分からシールで遮蔽されCおり、空腔
を冷7.11 fJる空気はこのインデユーり室をバイ
パスする。従っC,論理トは、タービンのブレード用の
冷1J1空気はエンジンのステータからインデl−ザ至
を経て1]−夕構造体に、空腔の残りの部分に流れる空
気の混入なしに、導びかれる。 このような設計の冷却空気回路の効果は、インデユーり
至を1」−夕とステータ間の空腔の残りの部分から仕切
るために設()るシールの有効度に依存りる。しかし、
従来の設へ1では、シールイj効度が過渡状態、15よ
ひ離陸(take−off )状態中、エンジン内にこ
のような時に生じる急激な温度変化のlこめに悪化する
ことを見出した。このような過渡状態の間良好なロータ
・ステータ整合を達成するように選択した熱膨服特性を
右゛りる、特別に選lυIピ材料で、ロータおよびステ
ータ部品を構成するように設バ1することによつC1こ
の状況を解決しようとづる試みがなされ−Cいる。この
ような構成が、米tjJ特R’F第3.986,720
号に記載されている。 本発明の目的は、静止−1ンジン部品と回転−Iレジン
部品間に形成されたインデコーリー室を紅C冷 。 N」空気を尋びき、この際に冷1J1空気への加温され
た空気の混入を小さくりるようにした改良されIζ空気
冷N1回路をイjするガスタービンエンジン椙造を提供
することにある。 本発明の他の目的は、冷却回路のインデユー1ノ室に対
するより効果的な空気バイパスおJ、びシール設計を右
する冷却回路を提供7ることにある。 本発明の他の目的および利点は、本発明の原理を具体的
に説明した、図面を参照した以下の説明から明らかにな
るであろう。 発 明 の 概 要 本発明の1形態においては、ガスタービンエンジンの回
転部品と静止部品との間に空腔が形成され、ここに空腔
を介しC空気が流通覆る。空腔の反対端に、空腔に入る
空気J3よび空腔から出る空気の流通を制限りる上流シ
ールJ3J、び下流シールが配置される。]−ンジンの
ロータに対し、エンジンの静止部分から■−タに両者間
の空11’i’を経て空気を導ひく冷却空気回路が設け
られくいる。1]−タ空気冷却回路はインデユー1ノ室
を含み、ここで冷II空気を加速しエンジン[1−夕に
送る。インテ1−4)室は2つの追;」11シールによ
り限定され、これらシールは他の空n7のシールと共に
中央インテ′1−り室J:り上流の苗a3よび下流の空
を限定づる。バイパス回路が上流空白に流通りる空気を
直接下流室に(インテコ−11室をバイパスしく)4び
ぎ、従っCインデユー1す空に流れる冷に1空気にはエ
ンジンの11−タd3よびスミ−タ間に流通する空気が
混入しない。 本発明の他の観点によれば、インデユー1室構造を特殊
月利製の端部シール支持ブラケットから分離して、これ
によりエンジン作動中にエンジン内の温度変化によって
溶接継目と関連して惹き起される問題を、静止部品と回
転部品との間の熱膜lk特性を良好に整合さけるよう段
重されたシールを犠牲にづることなく、解決づる。 さらに本発明の冷却回路は、−ヒ流インテユーサ全シー
ルの半径の大きさを同タイプの従来のエンジンのbのよ
り小さくし、かつ上流インデユーυ室シールをインデユ
ー1ノ室体の高熱応答部分から分圓しC1エンジンの作
動中のシール作用を一層効果的にすると共にその悪化を
少なくづる。 第1図は本発明を適用できる7jスタービンエンジンの
概略図である。図示のターボファンエンジン10はファ
ンロータ11とコアエンジンロータ12を含む。ファン
ロータ11は、ディスク16」二に一緒に回転づるよう
に装着された多数のファンブレード13および14と、
低圧すなわちファンタービン17とを含み、ファンター
ビン17はファンディスク16を周知の態様で駆動りる
。−]]ノアエンジン]〕−タ1は圧縮(幾18とこの
圧縮機を駆動りる高圧タービン19とを含む。−1jZ
エンジンは燃焼装置21も含み、燃焼装置21は燃料を
空気流と混合し、混合気を燃焼させC熱」ネルギーを噴
Q’lづる。 作v)時には、空気が、ファン11−夕11を囲む適当
なカウリングまたはナセル23により形成された空気入
[122を通って、カスターヒン土ンジン10に入る。 人口22に入った空気はファンシレーl” 13 J5
よぴ14の回転にょっ(圧縮され、次いてナセル23J
5よび]−ンジンクーシング2(うにより形成された1
−状通路2/lど、その境界が■レジンケーシング26
により限定されたコノ′」ンジン通路27と分割される
。−Jア土ンジンに入った加圧空気は圧縮1幾18によ
りさらに加圧され、しかる後燃焼装動21がらの高1ネ
ルギー燃YN+と共に点火される。この高エネルギーを
もったガス流は次に高圧タービン19を通過して圧縮(
幾18を駆動し、しかる後ファンタービン17を通過し
てファンロータディスク16を駆動づる。ガスは次に、
当業界で周知の態様で、主ノズル28から放出されて1
ンジンにl(f進方を与える。環状通路24から排出さ
れる+JI]圧空気から追加の11(進方が得られる。 次に燃焼装置21を囲む土ンジン部分につぃCちつと詳
しく説明する。第2図に示すように、圧縮機18は静止
圧縮機スデータベーン29d5よび回転ロータブレード
31を有し、これらベーンd5よひプレートが高汁空気
を後りに案内ベーン32に向って排出りるようにfl;
j <。CD P (圧縮機471出圧力)空気の一部
は案内ベーン3)2の内側と外側に()J、
【ノーC,
環状区域33J5よひ34に入り、ζこC′冷却目的に
使用される。きらに訂しくは、酸1或33に入ったCD
P空気は、静止燃焼装置21と二Iア土ンジンロータ1
2どの間に形成された内部空腔36を流れる。この空腔
3Gを流れる空気の流れは、空腔36に入る空気流を制
限Jる上流側の5つの爾を持つシール37と、空腔36
を出(燃焼器20のり1気流に入る空気流を制限りる下
流側の4つの歯を持つシール38とによっ゛(調整され
る。ブラクッh 39.40がシール37.38の静1
1一部分を支持りる。これらブラケッ1〜を、U−夕1
2とよく整合づる熱膨張特性を右りるように設田された
月刊C形成しで、シー°ル内の僅かな隙間を軒1持づる
。空腔36を通るC D P空気の流れは、[−1−タ
およびステータの該空腔を限定覆る部分を冷却りる作用
をなり。しかし、この空気は熱くなるのC,冷1111
jrAとしてさらに使用りるには不適当(゛ある。 Cl) l)空気の主要部分は案内ベーン32から段イ
;]ディフコーリ゛/I6を通過し、燃焼器20の内部
L13よび周囲に達りる。燃焼器20は外側ライナ47
J5よび内側ライナ48を相亙間に環状燃焼3工を形
成りるにうに配置しC414成され、この燃焼室には、
燃焼器ケース51を通つC内方に伸びた燃料ノズル49
により燃料が噴則される。燃焼器20の冷FJjは、デ
ィフューザ゛46から燃焼器外側ライ−プ/17ど燃焼
器クース壁51間に形成された環状通路45に流れる空
気流によって行われる。同様に燃焼器20の内側Cは、
内側ライナ48と燃焼器ケース内壁52により環状室5
0が形成され、ここに流れる空気流が燃焼器の当該部分
を冷却する。ノズル49からの燃料とディフューザ46
からの空気との混合、そし−Cその後の燃焼器20′c
の混合気の燃焼に続いC1高熱ガスは燃焼装置21から
後方へ1列の円周方向に相隔C)配置された高圧ノズル
53に流れ、次いぐさらに後方へ流れ(高圧タービン1
9の1列の円周方向に相隔でて配置されたタービンブレ
ード54に衝突する。 燃焼装置21から出”Cくる高熱膨脹カスは高圧状熱で
タービンノスル53およびタービンブレード54を通過
づる。同時に、これら部品の温度を許容可能な温度レベ
ルに維持するために冷fAl空気が流通される。タービ
ンブレード54用の冷7j+空気は燃焼器を取囲む環状
室50からt)られる。この空気はコアエンジンロータ
12内の至55に送られ、ここから通常のようにタービ
ンプレード54中に導びかれる。従つ(、冷fJI空気
を至50から静[に燃焼装置21とコア1コータ12間
に形成された空腔336を経((室62を介して)移送
し、しかもこの冷141空気に、空腔36に流通づるC
[)1〕空気が混ざり合うことがないようにする冷u1
空気回路56を設りる。 第3図に、冷月1空気を1」−9苗5)5に移送覆るだ
めの従来の空気回路56−を示り。環状室50内からの
冷却空気は孔59.60を通ってマニホルドb8−に流
入りる。空気はエキスパンダノズル61′を通つCマニ
ホルド58−を出ζ、2つの歯を持つインデコーサシー
ル64′と4つの歯を持つ空腔シール38″とにより限
定されたインデj−サ室62′に入る。ノズル61′は
冷月1空気を接線方向にタービンシールディスクロ5−
に向つ′C今びく。タービンシールディスク655′に
は、内部ロータ室55と連通りる孔67′が環状に配列
されている。このようにして、インデューリー室62′
を流れる冷却空気は加速され、その後ディスクの孔67
′を通り抜け、ロータの内部室55に入り、そこからタ
ービンブレードの冷fll Inのヂ℃7ンネルに送ら
れる。 この従来の設i1例ひは、燃焼器Fl 21と目−41
712間の内部空腔がインチ]−サシール6/1′によ
り2つの室70′と62−に分割されCいる。このシー
ル64′は、(CI) P空気が流通りる)前室70″
からインデユーり左62−への空気流を制限する。CD
P空気はマニホルド58″に設りIこ連絡導管71′
を通って、燃焼器り−ス壁52、シール支持ブラケツi
〜40′およびマニホルド58′により限定されたポケ
ット72−に尋びかれる。CDP空気は次に4つの歯を
持つシール38−にありられI〔孔73−を経(、この
シールの第1および第2歯間に1))出される。 理論上は、2つの南を持つインアコ−+1シール64−
は、4つの歯を持つシール3ε3−の第1歯間ボクツ1
〜74−へのCD I)空気の流れを助長し、このポケ
ットでCD P空気によりシールを空気力学的に1+A
1塞して、インデユt +J至62−がら空気をサイ
ホン式に吸い出】シールの寄生流れ条件を減じることに
より、インアコ−11室62−を通過する冷却空気への
伯からの空気の混入を最小限にりる。インノ゛l−サ(
シール64′がモの(本能を有効に果りことがC゛きな
くなると、プレート冷却空気温度が上がり、金属温度が
上がり、グレー1−N命が短くなる。離陸中にタービン
プレート温度が上がると得られる推力(スラスト)が小
さくなる。 この従来の段目を用いるエンジンにおいて、過渡的なエ
ンジン動作に起因しCインデJ−リ゛シール64′の機
能が低下りると、離陸■4にタービンブレード寿命が2
5〜356F J−昇し、ブレードリ−イクルが20%
、破断ノミ命が50%減少りる。 第4図に明示されるように、本発明による冷IJ1回路
の構成は従来のものと幾つかの点で相違しCいる。外側
の1つの歯を持つインデー1−リシール63 i+3J
:び内側の段付の2つの歯を持つインデフ−リシール6
4が空腔36を前室70、中央のインj′コーり室62
および後室72に分割りる。特別な形状の連絡マニホル
ド58が設りられ、冷却空気を室50から高熱応答エキ
スパンダノズル61を経Cインデコー1ノ室62に尋び
く。連絡導管71は、CI) P空気がインデコーり室
62をバイパスしC前室70から後室72に直接流れる
ように導ひく。 第3図に示した従来の設n1とは違−)で、マニホルド
58は4つの歯を持つシール38のゾラケツト40から
分割されている。1ラクツh 40をマニホルド58か
ら弁部1づることにJ:す、とれら部祠のそれぞれに異
なる材料を使用し−C、バイメタル溶接継目を用いる必
要なしに、エンジンの定常状態および過渡状態両方の運
転中に良好な1]−タ・ステータ整合を達成覆ることが
Cきる。従って、熱膨服特性の差に起因り−るバイメタ
ル溶接継目に関連した問題が解消される。 マニホルド58の内方突出延長部74は2つの歯を持つ
シール64の静止シー]・75を支持りる。 従つく゛、従来の段目(第3図)と比較して、このシー
ル64が」エキスパンダノズル61から分1t![され
るだりでなく、シール6/Iの半径も小さい。シールの
シート75を高熱応答エキスパンダノズル61から機械
的d5よび熱的に分前したことにより、スj−タv′i
昂83J:ひ月利特性を選択しCステータ熱応答整合を
一層うまく行うことができる。シールの半径を小さくり
ることにより、定常状態d3よび過渡状態運転中にシー
ル64の[1−9側部品が早りる(!l!械的膨服行程
全体が減少Jる。これらの特徴がこのシール64の段イ
]の歯の段目と相俟つC、シール劣化を減少し、作動時
の隙間を改良し、流れの漏洩面積を減少覆る。 内側インデユーリシール64は第1室70からバイパス
導管71を通るC D I)空気の流れを促進し、一方
外側の1つの歯を持つインデニL−リーシール63はイ
ンデコー(ノー室62と、後方の4つの歯を持つシール
338の流れ条件を満たさな(〕れば4fらない後室7
2との間の流れ抵抗を増加りる。この外側イン1゛コー
リシール63は、第33図に示した従来の段目と較べて
、内側インデーノーリシールの背圧を増加させ、シール
動作圧力比を減少し、シール流れ抵抗を増加さける。ま
た、1つの歯を持つシール63はそのシート部分が歯部
分により包囲されCいて、((l!!のシールと較べて
)逆の構成になっている。この構成により、外側インテ
コ−1ナシール63は、高熱応答ノズル61に結合され
ているにもか1わらず、適正に(本能づることがCきる
。 これらのインデコーリーシール63.64の効果は、ス
テータの膨張特性をロータの膨張特性に整合させる月利
でつくったマニホルドb8を設(Jることによつ′CC
大人れる。好適例にd5いて′は、マニホルド58をR
ana ’ 41まIコはI 11cODel 718
、または当業界で周知4市場で入子できるニッケルをベ
ースとじIこ超合金からつくり、連絡導管71の直径を
従来の段目にa5りる連絡導管71′の直径より1 、
’5 (8人きい約0.375インチとηる。J−だ
、本発明によれば、4つの歯を持つシール38がC1,
) l)空気が導入される後室72と面接連通しCいる
のC1このシール38の設δ1が筒中になる。、1−述
した緒特徴を甲−シス−,zlxに一体化づ−ることに
より、口−り冷f’J]回路の効果が増大し、性能とタ
ービンブレード寿命が改良される。 本発明をその特定の実施例についで説明したが、本発明
の要旨を逸IB2 t!ぬ範囲内で・種々の変更や改変
を加え(r)ることが当業省には明らかCあろう。 特r範囲の範囲は本発明のこのような変更例および改変
例のリベCを包括りるbのと理W(リベきである。
環状区域33J5よひ34に入り、ζこC′冷却目的に
使用される。きらに訂しくは、酸1或33に入ったCD
P空気は、静止燃焼装置21と二Iア土ンジンロータ1
2どの間に形成された内部空腔36を流れる。この空腔
3Gを流れる空気の流れは、空腔36に入る空気流を制
限Jる上流側の5つの爾を持つシール37と、空腔36
を出(燃焼器20のり1気流に入る空気流を制限りる下
流側の4つの歯を持つシール38とによっ゛(調整され
る。ブラクッh 39.40がシール37.38の静1
1一部分を支持りる。これらブラケッ1〜を、U−夕1
2とよく整合づる熱膨張特性を右りるように設田された
月刊C形成しで、シー°ル内の僅かな隙間を軒1持づる
。空腔36を通るC D P空気の流れは、[−1−タ
およびステータの該空腔を限定覆る部分を冷却りる作用
をなり。しかし、この空気は熱くなるのC,冷1111
jrAとしてさらに使用りるには不適当(゛ある。 Cl) l)空気の主要部分は案内ベーン32から段イ
;]ディフコーリ゛/I6を通過し、燃焼器20の内部
L13よび周囲に達りる。燃焼器20は外側ライナ47
J5よび内側ライナ48を相亙間に環状燃焼3工を形
成りるにうに配置しC414成され、この燃焼室には、
燃焼器ケース51を通つC内方に伸びた燃料ノズル49
により燃料が噴則される。燃焼器20の冷FJjは、デ
ィフューザ゛46から燃焼器外側ライ−プ/17ど燃焼
器クース壁51間に形成された環状通路45に流れる空
気流によって行われる。同様に燃焼器20の内側Cは、
内側ライナ48と燃焼器ケース内壁52により環状室5
0が形成され、ここに流れる空気流が燃焼器の当該部分
を冷却する。ノズル49からの燃料とディフューザ46
からの空気との混合、そし−Cその後の燃焼器20′c
の混合気の燃焼に続いC1高熱ガスは燃焼装置21から
後方へ1列の円周方向に相隔C)配置された高圧ノズル
53に流れ、次いぐさらに後方へ流れ(高圧タービン1
9の1列の円周方向に相隔でて配置されたタービンブレ
ード54に衝突する。 燃焼装置21から出”Cくる高熱膨脹カスは高圧状熱で
タービンノスル53およびタービンブレード54を通過
づる。同時に、これら部品の温度を許容可能な温度レベ
ルに維持するために冷fAl空気が流通される。タービ
ンブレード54用の冷7j+空気は燃焼器を取囲む環状
室50からt)られる。この空気はコアエンジンロータ
12内の至55に送られ、ここから通常のようにタービ
ンプレード54中に導びかれる。従つ(、冷fJI空気
を至50から静[に燃焼装置21とコア1コータ12間
に形成された空腔336を経((室62を介して)移送
し、しかもこの冷141空気に、空腔36に流通づるC
[)1〕空気が混ざり合うことがないようにする冷u1
空気回路56を設りる。 第3図に、冷月1空気を1」−9苗5)5に移送覆るだ
めの従来の空気回路56−を示り。環状室50内からの
冷却空気は孔59.60を通ってマニホルドb8−に流
入りる。空気はエキスパンダノズル61′を通つCマニ
ホルド58−を出ζ、2つの歯を持つインデコーサシー
ル64′と4つの歯を持つ空腔シール38″とにより限
定されたインデj−サ室62′に入る。ノズル61′は
冷月1空気を接線方向にタービンシールディスクロ5−
に向つ′C今びく。タービンシールディスク655′に
は、内部ロータ室55と連通りる孔67′が環状に配列
されている。このようにして、インデューリー室62′
を流れる冷却空気は加速され、その後ディスクの孔67
′を通り抜け、ロータの内部室55に入り、そこからタ
ービンブレードの冷fll Inのヂ℃7ンネルに送ら
れる。 この従来の設i1例ひは、燃焼器Fl 21と目−41
712間の内部空腔がインチ]−サシール6/1′によ
り2つの室70′と62−に分割されCいる。このシー
ル64′は、(CI) P空気が流通りる)前室70″
からインデユーり左62−への空気流を制限する。CD
P空気はマニホルド58″に設りIこ連絡導管71′
を通って、燃焼器り−ス壁52、シール支持ブラケツi
〜40′およびマニホルド58′により限定されたポケ
ット72−に尋びかれる。CDP空気は次に4つの歯を
持つシール38−にありられI〔孔73−を経(、この
シールの第1および第2歯間に1))出される。 理論上は、2つの南を持つインアコ−+1シール64−
は、4つの歯を持つシール3ε3−の第1歯間ボクツ1
〜74−へのCD I)空気の流れを助長し、このポケ
ットでCD P空気によりシールを空気力学的に1+A
1塞して、インデユt +J至62−がら空気をサイ
ホン式に吸い出】シールの寄生流れ条件を減じることに
より、インアコ−11室62−を通過する冷却空気への
伯からの空気の混入を最小限にりる。インノ゛l−サ(
シール64′がモの(本能を有効に果りことがC゛きな
くなると、プレート冷却空気温度が上がり、金属温度が
上がり、グレー1−N命が短くなる。離陸中にタービン
プレート温度が上がると得られる推力(スラスト)が小
さくなる。 この従来の段目を用いるエンジンにおいて、過渡的なエ
ンジン動作に起因しCインデJ−リ゛シール64′の機
能が低下りると、離陸■4にタービンブレード寿命が2
5〜356F J−昇し、ブレードリ−イクルが20%
、破断ノミ命が50%減少りる。 第4図に明示されるように、本発明による冷IJ1回路
の構成は従来のものと幾つかの点で相違しCいる。外側
の1つの歯を持つインデー1−リシール63 i+3J
:び内側の段付の2つの歯を持つインデフ−リシール6
4が空腔36を前室70、中央のインj′コーり室62
および後室72に分割りる。特別な形状の連絡マニホル
ド58が設りられ、冷却空気を室50から高熱応答エキ
スパンダノズル61を経Cインデコー1ノ室62に尋び
く。連絡導管71は、CI) P空気がインデコーり室
62をバイパスしC前室70から後室72に直接流れる
ように導ひく。 第3図に示した従来の設n1とは違−)で、マニホルド
58は4つの歯を持つシール38のゾラケツト40から
分割されている。1ラクツh 40をマニホルド58か
ら弁部1づることにJ:す、とれら部祠のそれぞれに異
なる材料を使用し−C、バイメタル溶接継目を用いる必
要なしに、エンジンの定常状態および過渡状態両方の運
転中に良好な1]−タ・ステータ整合を達成覆ることが
Cきる。従って、熱膨服特性の差に起因り−るバイメタ
ル溶接継目に関連した問題が解消される。 マニホルド58の内方突出延長部74は2つの歯を持つ
シール64の静止シー]・75を支持りる。 従つく゛、従来の段目(第3図)と比較して、このシー
ル64が」エキスパンダノズル61から分1t![され
るだりでなく、シール6/Iの半径も小さい。シールの
シート75を高熱応答エキスパンダノズル61から機械
的d5よび熱的に分前したことにより、スj−タv′i
昂83J:ひ月利特性を選択しCステータ熱応答整合を
一層うまく行うことができる。シールの半径を小さくり
ることにより、定常状態d3よび過渡状態運転中にシー
ル64の[1−9側部品が早りる(!l!械的膨服行程
全体が減少Jる。これらの特徴がこのシール64の段イ
]の歯の段目と相俟つC、シール劣化を減少し、作動時
の隙間を改良し、流れの漏洩面積を減少覆る。 内側インデユーリシール64は第1室70からバイパス
導管71を通るC D I)空気の流れを促進し、一方
外側の1つの歯を持つインデニL−リーシール63はイ
ンデコー(ノー室62と、後方の4つの歯を持つシール
338の流れ条件を満たさな(〕れば4fらない後室7
2との間の流れ抵抗を増加りる。この外側イン1゛コー
リシール63は、第33図に示した従来の段目と較べて
、内側インデーノーリシールの背圧を増加させ、シール
動作圧力比を減少し、シール流れ抵抗を増加さける。ま
た、1つの歯を持つシール63はそのシート部分が歯部
分により包囲されCいて、((l!!のシールと較べて
)逆の構成になっている。この構成により、外側インテ
コ−1ナシール63は、高熱応答ノズル61に結合され
ているにもか1わらず、適正に(本能づることがCきる
。 これらのインデコーリーシール63.64の効果は、ス
テータの膨張特性をロータの膨張特性に整合させる月利
でつくったマニホルドb8を設(Jることによつ′CC
大人れる。好適例にd5いて′は、マニホルド58をR
ana ’ 41まIコはI 11cODel 718
、または当業界で周知4市場で入子できるニッケルをベ
ースとじIこ超合金からつくり、連絡導管71の直径を
従来の段目にa5りる連絡導管71′の直径より1 、
’5 (8人きい約0.375インチとηる。J−だ
、本発明によれば、4つの歯を持つシール38がC1,
) l)空気が導入される後室72と面接連通しCいる
のC1このシール38の設δ1が筒中になる。、1−述
した緒特徴を甲−シス−,zlxに一体化づ−ることに
より、口−り冷f’J]回路の効果が増大し、性能とタ
ービンブレード寿命が改良される。 本発明をその特定の実施例についで説明したが、本発明
の要旨を逸IB2 t!ぬ範囲内で・種々の変更や改変
を加え(r)ることが当業省には明らかCあろう。 特r範囲の範囲は本発明のこのような変更例および改変
例のリベCを包括りるbのと理W(リベきである。
第1図は本発明が適用されるガスタービンエンジンの概
略図、 第2図は第1図のガスタービンコーンジンの一部分の断
面図であっC1本発明の1実施例の細部を示り断面図、 第3図は従来のガスタービンエンジンの一部分の断面図
、そして 第4図は第2図のガスタービン−エンジンの−ellの
断面図であっC1本発明に従っ−(4jへ成しIこイン
デユー−り室構造を詳しく示り断面図である、。 主な符号の説明 10・・・ターボファン1ンジン、 11・・・ファンl二1−夕、 12・・・]ア]−ンジンロータ、 17・・・ノアンターピン、 18・・・圧縮機、19
・・・高圧タービン、 20・・・燃焼器、21・
・・燃焼装置Uス、 36・・・空腔、37・・
・上流側の5つの歯を持つシール、38・・・下流側の
4つの歯を持つシール、52・・・燃焼ケース壁、
55・・・[]−タ内部室、56・・・冷J、IJ空気
回路1、 58・・・ン二ボルド、61・・・エキスパ
ンタノズル、 62・・・インデユーり室、 63・・・1つの歯を持つイウ−i; 、−IJシール
、64・・・2つの歯を1寺つインテ、、、 +Jシ
ール、65・・・ディスク、 67・・・孔、7
0・・・前空、 71゛・・・連絡導管、
72・・・後室、 74・・!延長部、7
b・・・シー1〜郡分。 特¥[出願人
略図、 第2図は第1図のガスタービンコーンジンの一部分の断
面図であっC1本発明の1実施例の細部を示り断面図、 第3図は従来のガスタービンエンジンの一部分の断面図
、そして 第4図は第2図のガスタービン−エンジンの−ellの
断面図であっC1本発明に従っ−(4jへ成しIこイン
デユー−り室構造を詳しく示り断面図である、。 主な符号の説明 10・・・ターボファン1ンジン、 11・・・ファンl二1−夕、 12・・・]ア]−ンジンロータ、 17・・・ノアンターピン、 18・・・圧縮機、19
・・・高圧タービン、 20・・・燃焼器、21・
・・燃焼装置Uス、 36・・・空腔、37・・
・上流側の5つの歯を持つシール、38・・・下流側の
4つの歯を持つシール、52・・・燃焼ケース壁、
55・・・[]−タ内部室、56・・・冷J、IJ空気
回路1、 58・・・ン二ボルド、61・・・エキスパ
ンタノズル、 62・・・インデユーり室、 63・・・1つの歯を持つイウ−i; 、−IJシール
、64・・・2つの歯を1寺つインテ、、、 +Jシ
ール、65・・・ディスク、 67・・・孔、7
0・・・前空、 71゛・・・連絡導管、
72・・・後室、 74・・!延長部、7
b・・・シー1〜郡分。 特¥[出願人
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、ロータ絹ダL体、 前記【」−タ組立体のまわりに同心配置された環状燃焼
器ケース、 前記1]−タ紺立体と前記燃焼器ケースとの間に位胃し
、相n9間に空腔を限定づる第1 a>よひ第2シール
手段、 前記ロータ組立体と前記燃焼器ケースとの間に位’e?
シ、前記空腔を上流室、中央室および下流室に分割り
る第3 A3よび第4シール手段を右し、前記燃焼器ケ
ースおよび前記1コ一タ相立体はそれぞれ、前記中央室
ど連通して該中央室を通る冷lil+空気回路を形成づ
る手段を含んC゛おり、史に、1111記上流室を前記
上流室と直接連通させC1前記冷却空気回路をバイパス
し、これにより前記−1流室d3 J:ひ下流室に対し
前配置11ゆ室から流入および流出りる空気流を制限J
る直接連通手段を有づるターボマシン。 2、圧縮機が空気を燃焼器に供給し、燃焼器が高圧ター
ビンを駆動しC圧縮機に動力を与える構成のターボマシ
ンにおいC1 圧縮機d3よびタービンを連結する[]−夕手段、前記
ロータ手段のまわりに同心配置され、相互間に空腔を形
成する環状燃焼器ケース、前記ロータ手段および前記燃
焼器ケース間に配置され、圧縮機から前記空腔への空気
流を制限づる第1シール手段、 前記ロータ手段および前記燃焼器ケース間に配置召され
、前記空腔から高圧タービンへの空気流を制限Jる第2
シール手段、 前記ロータ手段および前記燃焼器ケース間に配置された
第3および第4シール手段を右し、前記空腔は、前記第
1および第3シール手段により限定された上流室、前記
第3および第4シール手段により限定された中央室、J
3よび前記第2および第4シール手段により限定された
下流室に分割され、 前記燃焼器ノ7−スd3よび前記ロータ手段はそれぞれ
、前記中央室と連通して該中央室を通る冷却空気回路を
形成りる連通手段を含んでおり、更に、前記上流室を前
記下流室と直接連通させて、前記冷却空気回路をバイパ
スし、これにJ:り前記下流室おJ:び前記下流室に対
し前記中央室から流出A3 J:び流入りる空気流を制
限りる手段を有づるターボマシン。 3、連絡マニホルド構造体が前記燃焼器ケースの前記連
通手段と前記直接連通手段とで格別され、前記[J−夕
手段の前記連通手段が環状配列した孔よりなる特許請求
の範囲第2項記載のターボマシン。 4、前記第1シール手段が段イ」の5つの歯を持つシー
ルよりなり、前記第2シール手段が段付の4つの歯を持
つシールJ:りなり、前記第3シール手段が段イ」の2
つの歯を持つシールJ二りなり、前記第4シール手段が
1つの歯を持つシールよりなる特許請求の範囲第2項記
載のターボマシン。 5、前記1つの歯を持つシールがシート部分を歯部C取
囲んで(1?i成された’I”I n’l請求の範囲第
4]負記載のターボマシン。 6、前記連絡マニホルド構造体が、前記中央室と連通す
゛るエキスパンタノスル手段と、前記第3シール手段を
前記■キスパンダノスル手段から内方に前記した位置に
支持づ“る手段とを含んでいる特許請求の範囲第3項記
載のターボマシン。 7、前記連絡マニホルド構造体がニッケルをベースとし
た超合金ひつくられ”Cいる特許請求の範囲第6項記載
のターボマシン。 ε3.圧縮機が空気を燃焼器に供給し、燃焼器が高圧タ
ービンを駆動しC圧縮機に動力を与える格別のターボマ
シンにおいて、 圧縮機およびタービンを連結づ−る[1−夕手段、前記
ロータ手段のまわりに同心配置べされて該ロータ手段と
の間に空腔を形成して、該空腔を通って前記圧縮機から
の空気を前記燃焼器の排気流に流通させる環状燃焼器ケ
ース、 前記ロータ手段および前記燃焼器ケース間に配INされ
、前記1f縮1幾から前記空腔への空気流を調整づる第
1シール手段、 前記11−り手段および前記燃焼器ケース間に配置され
、前記空腔から前記燃焼器の1)1気流への空気流を調
整りる第2シール手段、J3よび冷却空気を前記燃焼器
ケース内から前記空腔を経て前記11−夕手段に移送J
る手段をイーjし、この移送りる手段は、前記燃焼器ケ
ースから前記空腔内に延在りるマニホルドと、前記マニ
ホルドa5よび前記(]−夕手段間に配置された第3a
−3よび第4シール手段どを含み、 前記空腔は、前記第1および第3シール手段により限定
されIこ前室、前記第3および第4シール手段により限
定された中央室、J3よび前記第2おJこび第4シール
手段にJ:り限定されlc少空に分割されてd5す、 前記マニホルドが前記前室を111i記後室と連通さU
るバイパス専管を含んでいる、ことを特徴とするターボ
マシン。 9、前記7ニボルドが、前記中央室と連通するエキスパ
ンダノスル手段と、前記第3シール手段を前記エキスパ
ンタノズル手段から内方に離間した位置に支持り゛る手
段を含んでいるQ’+ i’r品求の範囲第8項記載の
ターボマシン。 10、前記マニホルドがニッケルをベースどした超合金
でつくられCいる特許請求の範囲第81頁記載のターボ
マシン。 11、ロータ組立体と、前記1]−9組立体のまわりに
同心配置され’C)If 14間に空腔を形成りる環状
燃焼器ケースと、前記]」−9組立体a5よぴ燃焼器ケ
ース間に配ff’iされて前記空腔に入る空気流を制限
づる第1シールと、前記]]−タ組立体J5よひ燃焼器
リース間に配置されて前記空腔から出る空気流を制限り
る第2シールとを具えるターボマシンにa3いて、冷却
空気を燃焼器ケースから1コ一タ組立体に流通さけるた
め、 前記空腔を、前記第1シールと第3シールにより限定さ
れる上流室、前記第3シールと第4シールにより限定さ
れる中央室、および前記第2シールと第4シールにより
限定される下流室に分割し、冷却空気を前記燃焼器ケー
スから前記中央室を経°(前記【1−夕組立体中に導ひ
き、前記上流室からの空気を、前記中央室をバイパスさ
ゼcし一ζ前配下流室に導びき、これにより前記」二流
室および下流室に対して前記中央室がら流出J3よぴ流
入りる空気流を制限°りることを特徴とブる方法。 12、冷却空気を燃焼器ケースがら前記空′腔の中央室
中に導び(とともに、前記空腔の上流室からの空気前記
下流室中に直接導びくだめの連絡マニホルドを設け、 冷却空気を前記中央室から前記ロータ組立体中に尋びく
ための孔を前記ロータ組立体に設りる特ム′[請求の範
囲第11項記載の方法。 13、前記連絡マニホルドがニラクルをベースどした超
合金でつくられている特R′1請求の範囲第12項記載
の方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US06/468,216 US4466239A (en) | 1983-02-22 | 1983-02-22 | Gas turbine engine with improved air cooling circuit |
US468216 | 1995-06-06 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS59153927A true JPS59153927A (ja) | 1984-09-01 |
JPH0421054B2 JPH0421054B2 (ja) | 1992-04-08 |
Family
ID=23858887
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP58189392A Granted JPS59153927A (ja) | 1983-02-22 | 1983-10-12 | 改良空気冷却回路を備えたガスタ−ビンエンジン |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4466239A (ja) |
JP (1) | JPS59153927A (ja) |
DE (1) | DE3338082A1 (ja) |
FR (1) | FR2541371B1 (ja) |
GB (2) | GB2135394B (ja) |
IT (1) | IT1171771B (ja) |
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