JPH0468450B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、航空機を推進駆動するためのガスタ
ービン型のパワープラントに係り、更に詳細には
エンジンの内部構成要素に対するスラスト荷重の
スラストバランスを行いこれと同時に軸受コンパ
ートメント及びタービンを冷却することに係る。

ツインスプール型の現代のガスタービンエンジ
ンに於ては、高圧コンプレツサのリヤロータシヤ
フトとデイフユーザケースとの間に設けられたラ
ビリンスシールを経て高圧のコンプレツサ吐出空
気が漏洩することにより、スラスト軸受の如き構
成部材にスラスト荷重が及ぼされる。上述の空気
は特に軸受コンパートメント及び高圧タービンを
冷却する目的でエンジン内の下流側部分に於て使
用される。かかる従来のエンジンに於ては、スラ
ストバランスはラビリンスシールの直径及び／又
は圧力によつて決定され、スラストバランスが或
る与えられた運転条件に対し設定されると、、他
の運転条件に対しスラストバランスを変化させる
ことができない。従つてスラストバランスが設定
されるポイントはエンジンの或る予め定められた
運転モードに対し選定され、それは他の全ての運
転モードと共に変化くる複合値である。従つて多
くのエンジンに於ては、海面レベルに於ける離陸
条件及び巡航条件の両方に於てスラスト荷重を所
望の値とすることは不可能ではないまでも困難で
ある。

軸受コンパーメントを囲繞する温度はコンプレ
ツサ吐出空気により決定されるので、エンジンに
よつては、特に本発明の特徴が考慮されているエ
ンジンに於ては、軸受コンパートメントを囲繞す
る温度は許容しがたいほど高い。かかる空気の温
度は従来より知られているエンジンの空気の温度
よりも高いので、高圧タービンの冷却にかかる空
気を使用することは好ましくなく、かかる空気が
使用される場合にはかなり多量の空気が必要とさ
れ、比推力燃料消費量が高くなる。

本願発明者等は、スラストバランスシールに加
えて、軸受コンパートメントの領域を隔離し且軸
受コンパートメントを囲繞する雰囲気を独立に制
御すべく、軸受コンパートメントの前後に賢明に
シールを配置することによつて、従来のエンジン
よりも有効なスラストバランス装置を構成し得る
ことを見出した。本発明によれば、前述の前方シ
ールのすぐ上流側に軸受コンパートメントよりコ
ンプレツサ吐出空気を抽気するよう構成された制
御可能な弁又はオリフイスが、エンジンの或る与
えられた運転条件中にスラスト荷重を所望の値に
すべくスラストバランスシールを横切る圧力降下
を制御する作用をなす。

軸受コンパートメントより抽気された空気（前
方シールより前方に於ては両立し得る温度及び圧
力状態にある）は、冷却の目的で高圧タービンの
静止構造体へエンジン外を経て導かれる。

比較的低温の空気、即ち軸受コンパートメント
を囲繞する環境よりも低温の空気が前方シールと
後方シールとの間の環境内へ導かれ、コンプレツ
サ抽気空気をエンジンのシヤフトへ向けて半径方
向内方へ導く渦流防止管を経て中間段コンプレツ
サより抽気され、シヤフトへ導かれた空気は中間
フレーム軸受コンパートメントを囲繞する環境へ
軸線方向に流れ、又は前記低温の空気は中間高圧
コンプレツサケースよりデイフユーザケースを経
て軸受コンパートメントへエンジン外を経由して
導かれ、次いでその空気は高圧タービンロータの
部分を冷却するための空気を供給するために使用
される。

本発明によれば、軸受コンパートメントを囲繞
するより低温の雰囲気を与え、また高圧タービン
ロータへより低温の空気を供給することができ
る。

前方シールの上流側に於てスラストバランスシ
ールを漏洩する空気の流量を制御する外部弁がス
ラストバランスを調節する作用をなす。

また追加のシールにより、タービン・オンボー
ド・インジエクタ（TOBI）が組込まれたエンジ
ンに於ては、スラストバランス及び空気の漏洩に
ほとんど影響を与えることなく、TOBI吐出圧を
増大させることができることが解つた。

本発明の目的は、ガスタービンエンジン用の改
良されたスラストバランス装置を提供することで
ある。本発明の一つの特徴は、軸受コンパートメ
ントを囲繞する制御された雰囲気を与えるシール
を軸受コンパートメントの前方及び後方に賢明に
配置するということである。軸受コンパートメン
トには比較的低温の中間コンプレツサ抽気空気が
供給される。本発明の他の一つの特徴は、エンジ
ンの或る運転モード中にスラストバランスシール
よりコンプレツサ吐出漏洩空気を抽気し、その空
気を高圧タービンを冷却するために使用する制御
可能な外部弁又はオリフイスを使用するというこ
とである。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例
について詳細に説明する。

簡明化及び便宜と目的で、添付の図に於ては本
発明の理解に必要なガスタービンエンジンの一部
のみが図示されている。好適なエンジンの詳細に
ついては、、本願出願人であるユナイテツド・テ
クノロジーズ・コーポレイシヨンの一つのデイビ
ジヨンであるPratt ＆ Whitney Aircraftによ
り製造されているJT−9Dエンジンモデルを参照
されたい。図示の好ましい実施例のエンジンはツ
インスプール軸流コンプレツサ型のエンジンであ
る。この実施例に於ては、高圧スプール（ガス発
生器）、即ち高圧コンプレツサの一部、高圧ター
ビンの一部、バーナセクシヨン及び中間軸受のみ
が開示されている。しかし本発明は他の型式のエ
ンジン、特にスラストバランスを調節し及び／又
ば軸受コンパートメントを冷却することが望まし
いエンジンに於て有用であることに留意された
い。

符号１０にて全体的に示されたエンジンは、コ
ンプレツサブレード１２及びステータ１４よりな
る複数個の軸流コンプレツサ段を有するコンプレ
ツサセクシヨンと、バーナ１６と、軸受１８と、
高圧タービン２０とを含んでいる。軸受１８はロ
ーラ２２とインナレース２４とアウタレース２５
とよりなつており、通常の要領にてコンプレツサ
ブレード１２及びタービン２０を担持するシヤフ
ト２６を支持している。軸受１８はケース３０内
に収容されており、ケース３０は軸受１８を収容
しており、軸受コンパートメント４２を郭定して
いる。軸受コンパートメントの両端はカーボンシ
ール３２及び３４によりシールされており、これ
らのカーボンシールは潤滑及び冷却の目的で使用
されるオイルが漏洩することを阻止する作用をな
す。

コンプレツサより流出する空気の一部はバーナ
１６へ空気を供給するデイフユーザ３６に通され
ることによつて拡散され、コンプレツサより流出
する空気の一部は高圧コンプレツサのリヤシヤフ
ト４１とデイフユーザケース４０との間に配置さ
れたスラストバランスシール３８に導かれる。ス
ラストバランスシール３８は周知のラビリンス型
のシールであり、回転シヤフト２６に接続された
歯状部４４は固定ランド４６に当接している。

本発明によれば、スラストバランスに使用され
ているラビリンスシールと同様のラビリンスシー
ルであることが好ましい追加のシール５０が、ス
ラストバランスシール３８と軸受コンバートメン
ト４２との間に配置されている。また高圧タービ
ン２０と軸受コンパートメント４２との間には追
加のシール５２が配置されており、該シールはそ
のシール及びシール５０とインナバーナケースと
の間のキヤビテイ５４を隔離する作用をなす。

以上の説明より明らかである如く、シール５０
と５２との間のキヤビテイ５４は軸受コンパート
メント４２を囲繞する隔離された制御可能な環境
を与える。従来コンプレツサの吐出圧に曝されて
いた前記環境は、本発明によれば、より低温の中
間段コンプレツサ空気に曝される。図示の如く、
この空気は中間段コンプレツサより渦発生防止管
５６を経て供給され、渦発生防止管５６は中間段
より半径方向内方へエンジンシヤフトへ向けてコ
ンプレツサ空気を導き、シヤフトへ導かれた空気
はキヤビテイ５４まで軸線方向に流れて軸受コン
パートメント４２を囲繞する。或いは、かかる空
気はコンプレツサの外壁より抽気され、図には示
されていない外部導管を経てキヤビテイ５４へ導
入されても良い。

或るエンジン運転条件下に於て、例えばスラス
ト従つてエンジンを貫流する空気の流量がその最
大値になる離陸時にスラストバランスを調節すべ
く、エンジンケース外に配置された弁６０が閉弁
位置より閉弁位置へ切換えられ、これによりスラ
ストバランスシール３８を漏洩した空気を導管６
２を経て抽気し、従つてスラストバランスシール
を横切る圧力降下を変化させて構成部材に作用す
る圧力荷重を変化されるようになつている。この
ことによりかかるエンジン運転モード中に所望の
スラスト荷重が維持される。エンジン出力が低減
されると、例えば巡航条件中には、弁６０は解図
的に示されたアクチユエータによつて閉弁位置へ
駆動される。

スラストバランスシールを漏洩した空気はター
ビン環境よりも低い温度状態にあり、タービンに
於ける圧力に匹敵する圧力状態にあるので、弁６
０はスラストバランスシールを漏洩した空気流を
導管６６内を流れるタービン冷却空気流へ導く作
用をなす。従つてかかる漏洩空気流は弁６０が開
弁されるエンジンの運転モード中には冷却空気と
混合されてその冷却容量を増大する。

以上に於ては本発明を特定の実施例について詳
細に説明したが、本発明はかかる実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の範囲内にて種々の実
施例が可能であることは当業者にとつて明らかで
あろう。

【図面の簡単な説明】

添付の図は本発明を組込まれたタービン型パワ
ープラントの要部を示す解図的部分断面図であ
る。 １０……エンジン、１２……コンプレツサブレ
ード、１４……ステータ、１６……バーナ、１８
……軸受、２０……高圧タービン、２２……ロー
ラ、２４……インナレース、２５……アウタレー
ス、２６……シヤフト、３０……ケース、３２，
３４……カーボンシール、３６……デイフユー
ザ、３８……スラストバランスシール、４０……
デイフユーザケース、４１……リヤシヤフト、４
２……軸受コンパートメント、４４……歯状部、
４６……固定ランド、５０，５２……シール、５
４……キヤビテイ、５６……渦発生防止管、６０
……弁、６２，６６……導管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ コンプレツサセクシヨンとタービンセクシヨ
   ンとバーナセクシヨンとを有するガスタービンエ
   ンジンにして、コンプレツサとタービンとを接続
   するシヤフトと、前記シヤフトを支持する軸受装
   置と、前記軸受装置を収容するコンパートメント
   と、コンプレツサ吐出空気を受けるデイフユーザ
   と、前記デイユーザより延在し前記バーナセクシ
   ヨンのバーナを囲繞するインナケースと、前記シ
   ヤフトと前記デイフユーザとの間に装着されたス
   ラストバランスシールと、前記スラストバランス
   シールの下流側に配置され前記インナケースと前
   記シヤフトとの間に実質的に閉ざされた第一のキ
   ヤビテイを郭定し且前記コンパートメントを収容
   する実質的に閉ざされた第二のキヤビテイを郭定
   する一対の軸線方向に隔置されたシール手段と、
   前記コンパートメントを囲繞する環境を与えるべ
   く前記コンプレツサより前記第二のキヤビテイ内
   へ空気を導入する手段と、前記エンジンの或る与
   えられた運転条件に対しスラストバランスを調節
   すべく前記第一のキヤビテイより選択的に空気を
   抽気する手段とを有するガスタービンエンジン。 ２ コンプレツサセクシヨンとタービンセクシヨ
   ンとバーナセクシヨンとを有するガスタービンエ
   ンジンにして、バーナを囲繞するインナケース
   と、コンプレツサ及びタービンを回転可能に支持
   するシヤフトを支持する軸受と、前記軸受を収容
   し前記軸受を冷却し且潤滑するために使用される
   オイルを貯容するためのコンパートメントを郭定
   するハウジングと、前記インナーケースと前記シ
   ヤフトとの間に延在し前記コンパートメントに近
   接して流れるコンプレツサ吐出空気の圧力降下を
   与えるスラストバランスシール手段と、前記コン
   プレツサ吐出空気の他の一つの圧力降下を与える
   べく前記スラストバランスシール手段より漏洩す
   る空気の流れに対し直列的関係にて配置され前記
   インナケースと前記シヤフトの間に延在する追加
   のシール手段と、前記エンジンの運転包囲線の或
   る予め定められた時間に於て前記スラストバラン
   スシール手段と前記追加のシール手段との間に捕
   捉された空気を抽気する手段とを有するガスター
   ビンエンジン。