JPS6143201A - ガスタービンエンジンの圧縮機用の羽根及びパツキングの隙間最適化装置 - Google Patents

ガスタービンエンジンの圧縮機用の羽根及びパツキングの隙間最適化装置

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JPS6143201A
JPS6143201A JP60168466A JP16846685A JPS6143201A JP S6143201 A JPS6143201 A JP S6143201A JP 60168466 A JP60168466 A JP 60168466A JP 16846685 A JP16846685 A JP 16846685A JP S6143201 A JPS6143201 A JP S6143201A
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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】 本発明は羽根及びパッキングの隙間最適化装置に係り、
更に詳しくはガスタービンエンジン、特にその循環過程
から取り出された熱空気によって圧縮機ロータが衝動せ
しめられるガスタービンジェット推進装置の圧縮機用の
羽根及びパッキングの隙間最適化装置に関する。
〔従来の技術〕
流体機械(例えば蒸気タービン、圧縮機、ガスタービン
)のロータ及びケーシングは、強度及び/又は重量上の
理由から比較的少ない質量のケーシングが比較的多くの
質量のロータと相対するように、大抵設計されている。
それにつ−て特に次のようなデータがあげら九る。
(い 例えばほとんど1/100蝉以内の最適な半径方
向動翼遊び/静止翼遊びは特殊な負荷状態に対してのみ
設けることができる。その他の負荷状態は前記の最適化
の結果として冷間隙間及び両負荷状態間のロータ/ステ
ータの熱遷移を生む半径方向遊びのもとにかかれざるを
得な騒。
(11)熱遷移の差があまりにも大きい場合には一定の
遷移状態のとき、動翼/静止翼が半径方向にすれすれま
で接近するのを解消するために上記の最適な半径方向遊
びをより大きく設計することがどうしても必要である。
(11D  上記の諸点は半径方向のパッキングに対し
ても同様に重要である。
上記のデータには特に次のような欠点がある。
(1)最適に設計されたものからはずれた負荷状態のと
きの出力及び効率の損失及び燃料消費増大。
(11)遷移状態ないしは非定常運転状態のときの上記
(い。
Qll)急始動時に圧縮機ポンプの影響を受けやすいこ
と。
上述の問題の範囲に関して、安全な側に位置するように
、例えば、米国特許4,329.114によって、ガス
タービンエンジンの圧縮機に対してエンジンの冷却のた
めに常に、圧縮機の比較的冷たb領域から取出された空
気を外部の圧縮機ケーシングに存在するちょう形制御弁
によって、全体にまたは部分的に一内側の静止翼担持構
造に接して外側に、且つ取り出し部からほぼ最後の圧縮
機段進ずっとのびた軸方向延長部を経て、流すことがで
きる。エンジン出力パラメータによって調整可能な半径
方向隙間制御装置が設けられている。
そのほかの、米国特許4,338,061に記載さnて
いるような、主に(コンピュータによす)電気的に/(
制御弁により)機械的に働らく、ガスタービンエンジン
の圧縮機用の半径方向隙間調整システムの場合、常に比
較的広い前方にある領域例えば5番目の圧縮機段から、
タービンの冷却と閉鎖用に吹き出さn′る比較的冷たb
空気が、本来の用途に用いられる前に、先ず半径方向隙
間調整に用いらnる。その場合、とくに、その吹き出し
部は、外側を圧縮機ケーシングの縦方向に最後の圧縮機
段進はしる第1の管路と該第1の管路と平行にはしる第
2の管路とに連絡する。制御弁は両管路を流れる空気流
量を変え、それによって外側ケーシングの冷却の強さを
変える。その場合そのときの運転状態に対して最適な制
御の調整は、また、コンピュータシステムによって、関
連したエンジンパラメータを用いて実際のケーシング温
度(実際値)とそのときの運転状態に対して与えられる
ケーシング温度(目標値)間の差より求めたそのときに
実際に必要な半径方向隙間値に対応するものでもある。
上記の米国特許の隙間調整制御システムには下記のよう
な本質的な欠点がある。
(い 電子工学装置を作る費用がかかること。
(11)空気供給装置及び空気の制御装置(弁)をっく
るのに費用がかかること。
01り重量の増加が比較的大きいこと。
6ψ 特に圧縮機領域において、エンジンの径が比較的
大きいこと。
(ψ 手数をかけて圧縮した空気から比較的多量の空気
が放出されること。
(V番 事故をかこしやすい程度が総じて無視すること
ができない程度のものであること。
雑誌’ インfラビ7(INTERAVIA)“、2(
2月)1983.102頁、中間の段、最後の節にガス
タービンエンジンの圧縮機用の込わゆる能動的な隙間調
整を圧縮機ロータ中に熱空気を供給することによって行
なうことを望むことが記載されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明の課題は上記の米国特許による装置の欠点を本質
的に解消し、圧縮機ロータ中に熱空気を供給する方法で
はたらく、比較的少ない製作費で、エンジン循環過°程
損失が問題とならない、羽根及びパッキングの隙間最適
化装置を提案することにある・ 〔問題点を解決するための手段〕 上記の問題点は圧縮機端部領域に取り出された、操作上
の漏れ空気流を該漏n空気流が別の使用目的9例えば冷
却のために少なくとも一つの消費部に送られる前に先ず
、主流と相反する流れ方向から該流れ方向とは逆の向き
に、且つ、少なくとも1つの別のロータ担持ディスクな
しし羽根車ディスクに導びくことにより解決される。
本発明のその他の構成は特許請求の範囲第2項ないし第
12項の通りであり、羽根及びパッキングの隙間をその
ときと@に最適にするために圧縮機の外側構造領域に対
してのディスク構造の一時的な熱的1遅延Iを十分に最
小にするために最も大き々質量で装備された圧縮機ディ
スク部分を熱空気で洗うことを特に目標とする。
〔作用〕
本発明において、羽根車ディスクないしは圧縮機担持デ
ィスクに導びかれる取り出し熱空気流は羽根車ディスク
ないしは圧縮機担持ディスクを熱し、そnらのディスク
を圧縮機ケーシングに近づける作用をするものである。
又、一つの負荷状態から他の負荷状態へ移るときの羽根
車ディスクなりしは圧縮機担持ディスクの温度こう配を
減じ、且つそれらのディスクの応力を下げる作用をする
ものである。
又、羽根車ディスクないしは圧縮機担持ディスクの最も
大きな質量部分を熱空気で洗うことにより圧縮機の外側
構造領域に対してのディスク構造部分の一時的な熱的′
遅延〃が十分に最小にせしめられる。
〔実施例〕
本発明の実施例を図面を参照しながら詳細に説明する。
第1図は本発明の装置を含むジェットエンジンのガス発
生装置の高圧軸流圧縮機の断面図。
第2図は第1図示の■−■線矢視断面図。
第3図は本発明の装置の変形を含むジェットエンジンの
ガス発生装置の高圧軸流圧縮機の断面図。
第4図は第3図示のl−N線矢視断面図である。
第5図は本発明の装置を含むジェットエンジンの複合軸
流−半径流圧縮機の断面図である。
第4図示の軸流圧縮機にお−て、7.8.9,10 、
11 。
12社動@ 1.2.3.4.5.6を備えた左から右
へ一列に配列された羽根車ディスクを示す。又14 、
15 、16 。
17 、18 、19=は圧縮機外側ケーシングBに固
定された左から右へ一列に配列された静止翼を示す。尚
、最後の静止翼19は外側ケーシング13のみならず圧
縮機の内側流体管路壁に続くステータ内側構造部分間に
も固定さ几ている。圧縮機ロータ外側周囲の領域にお込
て、隣り合った羽根車ディスク7ないし12間の軸方向
へだたりはそれぞれ中間リングによって、例えは゛羽根
車ディスク7と羽根車ディスク8間の中間リング乙によ
って橋渡しされている。
中間リング4は個々の動翼足板間の圧縮機の内側流体管
路壁に続いており、且つ必要な半径方向隙間を保って静
止翼14ないし18が羽根端部側で中間リングに隣接し
ている。最後のロータディスクnは担持ディスクとして
機能し、且つステータ対向パッキング構造スと相応する
ラビンス状パッキング歯nの担体として形成されている
。動翼6と最後の圧縮機段の静止翼19との間に取り出
された比較的熱い漏れ空気流5がこのパッキングZ3,
24内に流出する。圧縮機の主パッキングのパッキング
プロセスが行なわれることによって、前記流出した比較
的熱い漏れ空気流25は漏れ空気流から得た取り出し熱
空気流として、本質的に燃焼室の外側ケーシング壁n′
ないしは該外側ケーシング壁n′に隣接する壁とガス発
生装置の円筒内壁部928 /と圧縮機のロータディス
ク部分(担持ディスク22)の間に形成された環状管路
間に送らn、この環状流体管路にから個々の環状室27
,28.29に送られる0 次いで第1図示のように取り出し熱空気は右から左へデ
ィスク22 、12 、11の軸方向距離をおいて形成
された隣接するディスク部分間の環状室n。
部、29を通って圧縮機の円筒内側に(矢印Fの方向に
)送らnる0そのために熱空気流孔すなわち開口部30
 、31 、32が半径方向内側の壁部分に距離をおい
て設けられている。
担持ディスクn及び羽根車ディスク12 、11 、1
0に設けられたスリットないしは開口部33,34.3
5を通して環状管路部から取り出された熱空気を環状室
27.28.29に送ることができる。その場合、開口
部33,34.35の回転中心面と環状室27.28゜
四の回転中心面を共通にすることができる。
環状室例えば公は第2図示のように周方向に一様に分配
配置することができる。
第1図において、あけいくつかの引張部材の1つを示す
。これらの引張部材によって個々のロータディスクがい
っしょに固定さ几ている。
第3図及び第4図示の実施例において、第1図示のもの
について重要な或は比較の対象とな9うる機能の支配を
受ける部分は、1/  、 2/  、 3/などの連
続番号で示されてbる。
第3図示のように圧縮機端部側に取出された漏n空気流
25/からの部分空気流F’ tiガス発生装置の中央
中空軸37から直接に担持ディスクないしは羽根車ディ
スク、例えば22/なりしは12’  、11’の自由
端部に向けて圧縮機円胴内側に、そのときどきの最も大
きな質量を有するディスク部分が熱部分空気流F/によ
り目標とさn、とらえられるように供給することができ
る。その際、担持ディスクないしは羽根車ディスクの端
部はロータ内に一体化された二重管41のそのときどき
の外側の開口部38,39.40を通して供給される圧
縮機から取り出された熱空気によって洗われる。熱空気
は圧縮機の主流と逆向きに取出し熱空気を流す二重管4
1により形成された環状管路部を介して供給される。
二重管410環状管路42は円胴内側から遮蔽された管
状案内部43(第4図)Kよって半径方向/軸方向に突
出する環状管路が′と結合されている。
環状管路26/は燃焼室外側ケーシング壁27/または
燃焼室外側ケーシング壁27/の隣りの壁とガス発生装
置の1つもしくは多数の円筒内壁部分28/との間に本
質的に形成さf′L、漏れ空気流25/から得た取り出
し熱空気を環状管路内に供給することができる。
羽根車ディスクを加熱したのち、残りの空気(矢印H/
)は熱がうばわれる結果、本来の圧縮機端部の温度より
も本質的に低い温度を有するので。
特に有利な方法でたとえばタービンの冷却のために利用
される。tJX1図示の構造についても同様である(矢
印R)。
本発明に係るものけ例えば複合軸流−半径流圧縮機を有
するガスタービンエンジンに有利に適用することができ
る。
前記の、特許請求の範囲第2項に1例として、示す本発
明の変形態様を第5図に示す。
第5図は第3図示のものの変形を示すものであり、最後
のロータ担持ディスクn′は軸流圧縮機関に接続き詐る
半径流圧縮機51の半径流圧縮機動翼52を担持する。
半径流圧縮機51は更にディフ一ザ案内羽根おを有し、
ディフーーザ案内羽根&から半径方向の流れを軸方向の
流れにかえる環状臼り管8に介して圧縮機空気流がガス
タービンエンジンの燃焼室に送らnる。
それ以外は第5図示のものは第3図示のものと機能的に
同一であり、そのときどきに同一の参照番号1例えば2
3/  、24/  、z5/などを用いて、同一であ
ることを示すものである。
〔発明の作用、効果〕
本発明によnば圧縮機ロータと圧縮機ステータ間のさけ
がたい漏れ空気によって非定常な運転状態を考慮しても
最適な隙間を得ることができる。
特に、 (1)羽根車ディスクないしは圧縮機担持ディスクの温
度がそれらのディスクを圧縮機ケーシングに近づけるこ
とができ且つ (11)それらのディスクの温度が新しい負荷状態ない
しは変化した負荷状態の空気温度に正確に迅速に順応す
る。
それによって更に (曲 一つの負荷状態から他の負荷状態へ移るときそれ
らのディスクの温度こう配を減じることができ、且つ 翰 一つの負荷状態から他の負荷状態へ移るときのそれ
らのディスクの応力を下げ、特にそれらのディスクの寿
命を高めることができ或はそnらのディスクを細身に且
つ軽量に形成することができる。又、有利に調整制御技
術の費用を必要とすることなしにこれらすべてを行なう
ことができるO 又1羽根車ディスクないしは圧縮機担持ディスクの最も
大きな質豊部分を熱空気で洗うことにより圧縮機の外側
構造領域に対してのディスク構造部分の一時的な熱的亀
遅延Iが十分に最小にせしめられ、それによって羽根及
びパッキングの隙間を最適にすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の装置を含むジェットエンジンのガス発
生装置の高圧軸流圧縮機の断面図、第2図は第1図示の
■−■線矢視断面図、第3図は本発明の装置の変形を含
むジェットエンジンのガス発生装置の高圧軸流圧縮機の
断面図、第4図は第3図示のtv−tv線矢視断面図、
第5図は本発明の装置を含むジェットエンジンの複合軸
流−半径流圧縮機の断面図である。 1.2,3,4,5.6・・・・・・動翼、14 、1
5 、16゜17 、18 、19・・・・・・・・・
静止翼、 7,85.9,10 、11.12・・・・
・・・・・羽根車ディスク、  12’ 11/・・・
・・・羽根車ディスク、  22′、22・・・・・・
ロータ担持ディスク、FgF′・・・・・・部分空気流
、  37−・・・・中空軸、 38.39゜40・・
・・・・開口部、  41・・・・・・二重管% 43
・・・・・管状案内部、 42・・・・・・環状管路 
26 、26 ’・・・・・・環状管路、27/、・・
・・・燃焼室外側ケーシング壁、28t・・・・・円筒
内壁部分、’27,28.29・・・・・・・・・環状
室 羽、 34 、35・・・・・・開口部、  30
,31.32・・・・・・開口部、n・山・・ラビリン
スパッキング歯、 ス・・・・・・ステータ対向ハ。 キング構造。

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ガスタービンエンジン、特に循環過程から取り出
    された熱空気によって圧縮機ロータが衝動せしめられる
    ガスタービンジェット推進装置の圧縮機用の羽根及びパ
    ッキングの隙間最適化装置において、圧縮機端部領域に
    取り出された、操作上の漏れ空気流を、該漏れ空気流が
    別の使用目的、例えば冷却のために少なくとも一つの消
    費部に送られる前に、先ず主流と相反する流れ方向から
    該流れ方向とは逆の向きに且つ少なくとも1つの別のロ
    ータ担持ディスク22ないし羽根車ディスク12に導び
    くことができるように構成されていることを特徴とする
    ガスタービンエンジンの圧縮機用の羽根及びパッキング
    の隙間最適化装置。
  2. (2)漏れ空気流ないしパッキング空気流が、熱空気流
    としていくつかの部分空気流F、F′に分割され該部分
    空気流F、F′は主に最も大きな質量を有するロータデ
    ィスク部分の方に向けられることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項記載のガスタービンエンジンの圧縮機用の
    羽根及びパッキングの隙間最適化装置。
  3. (3)部分空気流F′がガス発生装置の中央の中空軸3
    7から直接にロータ担持ディスク22′ないし羽根車デ
    ィスク12′、11′の自由端部の方に向けられ、圧縮
    機の円筒内側に供給されることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項、及び第2項記載のガスタービンエンジンの
    圧縮機用の羽根及びパッキングの隙間最適化装置。
  4. (4)ロータ担持ディスクないし羽根車ディスクの端部
    がロータ内に一体に形成された二重管41により囲まれ
    た環状管路42を圧縮機の主流と逆の向きに流れ通り、
    二重管41の外側の複数の開口部38、39、40を介
    して供給される圧縮機から取り出された熱空気によって
    洗われることを特徴とする特許請求の範囲第3項記載の
    ガスタービンエンジンの圧縮機用の羽根及びパッキング
    の隙間最適化装置。
  5. (5)二重管41の環状管路42が円筒内側から遮蔽さ
    れた管状案内部43によって半径方向/軸方向に拡がる
    環状管路26′とつながっており、環状管路26′は本
    質的に燃焼室外側ケーシング壁27′、または該燃焼室
    外側ケーシング壁の隣りの壁とガス発生装置の1つもし
    くは複数の円筒内側壁部分28′との間に形成され、且
    つ環状管路26′内に漏れ空気流から得られた熱空気を
    供給できることを特徴とする特許請求の範囲第3項、及
    び第4項記載のガスタービンエンジンの圧縮機用の羽根
    及びパッキングの隙間最適化装置。
  6. (6)2つの隣り合うディスク部分の間にディスク22
    、12、11、10の軸方向に距離をおいて一体化され
    た複数の環状室27、28、29を介して圧縮機円筒内
    側に熱空気を供給できることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項、及び第2項記載のガスタービンエンジンの圧
    縮機用の羽根及びパッキングの隙間最適化装置。
  7. (7)ロータ担持ディスク22ないしは羽根車ディスク
    12、11に設けられた裂け目ないしは開口部33ない
    し34、35を介して熱空気を環状室27ないし28、
    29に供給することができることを特徴とする特許請求
    の範囲第6項記載のガスタービンエンジンの圧縮機用の
    羽根及びパッキングの隙間最適化装置。
  8. (8)複数の開口部33、34、35及び複数の環状室
    27、28、29が共通の回転中心面を有することを特
    徴とする特許請求の範囲第7項記載のガスタービンエン
    ジンの圧縮機用の羽根及びパッキングの隙間最適化装置
  9. (9)複数の熱空気排出用開口部30、31、32が複
    数の環状室29、28、27の半径方向の内側に位置す
    る壁部分に設けられていることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項、第2項、第6項、第7項及び第8項の1項
    もしくは多数項に記載のガスタービンエンジンの圧縮機
    用の羽根及びパッキングの隙間最適化装置。
  10. (10)漏れ空気流から得られた取り出し熱空気を本質
    的に燃焼室外側ケーシング壁27′とガス発生装置の円
    筒内壁部分28′との間及び燃焼室外側ケーシング壁2
    7′に隣り合う壁と圧縮機ロータディスク部分−ロータ
    担持ディスク22−との間に形成された環状管路26に
    供給することができ、且つ圧縮機ロータディスク部分は
    環状管路26から環状室27、28、29に供給される
    べきすべての取り出し熱空気用の入口部分を有すること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項、第2項、第6項、
    第7項、第8項、及び第9項の1項又は複数項に記載の
    ガスタービンエンジンの圧縮機用の羽根及びペッキング
    の隙間最適化装置。
  11. (11)圧縮機の主流方向に見て最後のロータディスク
    がロータ担持ディスク22として形成されていると共に
    ステータ対向パッキング構造24と対向して、最後の圧
    縮機段の動翼6を通って取り出された漏れ空気のパッキ
    ング作用をする。例えばラビリンスパッキング歯23状
    のパッキングの担体として形成されていることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項、第2項、第3項、第4項、
    第5項、第6項、第7項、第8項、第9項及び第10項
    の1項又は複数項に記載のガスタービンエンジンの圧縮
    機用の羽根及びパッキングの隙間最適化装置。
  12. (12)複合軸流−半径流圧縮機に利用したことを特徴
    とする特許請求の範囲第1項、第2項、第3項、第4項
    、第5項、第6項、第7項、第8項、第9項、第10項
    、及び第11項の1項又は複数項に記載のガスタービン
    エンジンの圧縮機用 の羽根及びパッキングの隙間最適化装置。
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