JPH0474532B2 - - Google Patents

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JPH0474532B2
JPH0474532B2 JP59259033A JP25903384A JPH0474532B2 JP H0474532 B2 JPH0474532 B2 JP H0474532B2 JP 59259033 A JP59259033 A JP 59259033A JP 25903384 A JP25903384 A JP 25903384A JP H0474532 B2 JPH0474532 B2 JP H0474532B2
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duct
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/18—Lubricating arrangements
    • F01D25/183—Sealing means
    • 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
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/12—Cooling
    • F01D25/125—Cooling of bearings
    • 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
    • F02C7/14—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel
    • 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
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    • F02C7/12—Cooling of plants
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    • F02C7/18—Cooling of plants characterised by cooling medium the medium being gaseous, e.g. air
    • F02C7/185—Cooling means for reducing the temperature of the cooling air or gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/22—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings
    • F16C19/24—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for radial load mainly
    • F16C19/26—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for radial load mainly with a single row of rollers
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    • F16C2360/00—Engines or pumps
    • F16C2360/23—Gas turbine engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C37/00—Cooling of bearings
    • F16C37/007—Cooling of bearings of rolling bearings
    • 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
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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  • Combustion & Propulsion (AREA)
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  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明はガスタービンエンジンに係り、一層詳
細には、高温高圧空気を軸受コンパートメントに
隣接して通る流路に沿つてロータブレードへ送り
得る装置に係る。本発明は軸流ガスタービンエン
ジンに対して開発されたが、他の分野にも応用さ
れ得る。
背景技術 軸流ガスタービンエンジンは圧縮段、燃焼段及
びタービン段を含んでいる。動作媒体ガスに対す
る流路はエンジンのこれらの段を通つて軸線方向
に延びている。ガスが流路に沿つて流されるにつ
いて、ガスは圧縮段内で圧縮され、またガスにエ
ネルギを加えるべく燃焼段内で燃料と共に燃焼さ
れる。高温の加圧されたガスは、有用な仕事及び
推力を生ずるべく、タービン段を通じて膨張させ
られる。
タービン段内のロータは、高温の加圧されたガ
スから有用な仕事を取出すためロータ組立体を有
する。ロータ組立体は少なくとも二段のロータデ
イスク・ブレード組立体を含んでいる。ロータ
は、動作媒体ガスを圧縮するため圧縮段に仕事を
与えるべく圧縮段内の他のロータ組立体に上記の
ロータデイスク−ブレード組立体の段を連結する
ロータ軸を有する。ステータはエンジンを通つて
軸線方向に延びており、ロータを囲繞し、また軸
受コンパートメント内に配置されている軸受を通
じてロータを支持している。軸受コンパートメン
トはエンジンの内側キヤビテイ内に配置されてい
る。
最近のエンジンに於てエンジンの動作温度及び
圧力が高められるにつれて、燃焼段の吐出領域に
最も近いタービン内のこれらのロータ段に加圧さ
れた冷却空気を与えることが必要になつてきた。
冷却空気を第二のロータ組立体に与えるために
好都合な流路は、軸受コンパートメントを含む内
側キヤビテイを通る流路である。タービン段内で
の使用に十分な高い圧力の冷却空気が圧縮機の後
段から送られる。冷却空気の温度は、冷却に適す
るようにタービン段に比べて低いが、軸受コンパ
ートメントの内部に比べれば高い温度である。タ
ービンに対して必要とされる高い圧力のために、
この“冷却空気”は軸受コンパートメント内に問
題を惹起してきた。高温の加圧されたガスはシー
ルを通つて軸受コンパートメント内へ漏洩する。
この漏洩に伴い、しばしば、シール領域に隣接す
る自己点火の小さなポケツトに基因する熱的に荷
酷な状態が生ずる。この問題は、以前の方法で
は、軸受コンパートメントを非常に低い圧力にベ
ントすることにより回避されてきた。しかし、現
在のエンジンでは適正な圧力でタービン段に冷却
空気を供給するため大きな圧力差が必要とされる
ので、軸受コンパートメント内の公知のシーリン
グ手段がその完全性を維持し得ないため、軸受コ
ンパートメントを非常に低い圧力にベントするこ
とはもはや実行不可能である。内側空気キヤビテ
イを通して流される空気のすべてを冷却すれば、
圧力を適当なレベルに維持しつつ上記の問題を解
決し得るが、この方法は空気の冷却に伴つて寄生
的動力及び利用不可能なエネルギが生ずるためエ
ンジンの性能に大きな不利を及ぼすので実行不可
能である。
従つて、科学者及び技術者は、高温の加圧され
た空気を内側キヤビテイを通じてロータ組立体に
供給する方法として、軸受コンパートメントに隣
接して熱的に苛酷な条件が生ずるのを防止し得る
方法を探求している。
発明の開示 本発明によれば、少量の空気がエンジンの一次
動作媒体流路から二次動作媒体流路と連通してい
る熱交換器へ送られ、熱交換器内で冷却され、ま
たエンジンの軸受コンパートメントへ送られ、そ
こで空気は軸受コンパートメントのシール手段に
隣接する空気の低温高圧カーテンを形成するのに
用いられる。
一つの実施態様によれば、ガスタービンエンジ
ンは、軸受コンパートメント内のシール手段に隣
接するキヤビテイと連通しているフアン・コンパ
ートメント内に配置された熱交換器を有する。
本発明の一つの実施態様によれば、フアン・熱
交換器は動作媒体流路を横切つて半径方向に延び
ているエーロフオイルストラツトであり、またガ
スを冷却するべく高温ガスをエーロフオイル表面
の内部に衝突させるための衝突チユーブを有して
いる。
本発明の主面な特徴は、軸受コンパートメント
のシール手段に隣接している第一のバツフアキヤ
ビテイ及び第二のバツフアキヤビテイを軸受コン
パートメントが有していることである。本発明の
他の特徴は、熱交換器がエンジンのフアン段から
の動作媒体ガスと連通していることである。一つ
の実施態様では、熱交換器はエンジンのフアン・
コンパートメント内に配置されている。熱交換器
はダクトを通じて動作媒体流路内の高圧の源と、
また軸受コンパートメント内のバツフアキヤビテ
イと連通している。本発明の他の特徴は、熱交換
器が圧力封じ込め容器であることである。熱交換
器は、第一の圧力封じ込め容器を形成するエーロ
フオイルを有し、また空気をエーロフオイルの壁
に衝突させるため第一の容器内に第二の容器を形
成する衝突チユーブを有している。一つの衝突チ
ユーブは、エーロフオイル上の最も薄い境界層を
有する外面に隣接しているエーロフオイルの内面
に空気を衝突させるべく、前猿に隣接して配置さ
れている。
本発明の主要な利点は、軸受キヤビテイに隣接
している領域を通じて高圧高温の冷却空気を送り
得ることである。他の利点は、軸受コンパートメ
ントに対する冷却システムがエンジン効率に及ぼ
す影響が、軸受コンパートメントをバツフアする
のに必要とされる冷却空気が少量であることによ
り最小にされることである。一のつ利点は、湾曲
したエーロフオイル形状と、高圧と封じ込めまた
高温ガスを冷却するのに熱交換器の質量を有効に
用いる衝突冷却の採用との結果として、圧力容器
の重量が軽いことである。更に他の利点は、熱交
換器からエンジンのキヤビテイ内への高温ガスの
漏洩により惹起される問題を回避し得るように熱
交換器が配置されていることである。
本発明の上記の特徴及び利点は、本発明を実施
するための量良の形態の詳細な説明及び添付図面
から一層明らかになろう。
発明を実施するための最良の形態 第１図はターボフアンガスタービンエンジン１
０の側立面図である。エンジンは回転の軸線Ar
を有する。エンジンはフアン段１２、圧縮機段１
４、燃焼段１６及びタービン段１８を含んでい
る。一次動作媒体ガスに対する環状流路２２はエ
ンジンのこれらの段を通つて軸線方向に延びてい
る。二次動作媒体ガスに対する環状流路２４は一
次動作媒体流路の半径方向に外側に位置してい
る。二次流路はエンジンのフアン段を通つて軸線
方向にの延びている。
破線で示されているように、ステータ組立体２
６は、動作媒体流路を境するため、またロータ組
立体２８のよう回転要素を支持するため、エンジ
ンを通つて軸線方向に延びている。ロータ組立体
は動作媒体流路２２を境しており、またエンジン
の圧縮段及びタービン段を通つて軸線方向に延び
ている。ロータ組立体は、圧縮機内の最後部ロー
タブレード３０及びタービン内の第一及び第二段
ロータブレード３２，３４により示されているよ
うに、動作媒体流路を横切つて半径方向に外方に
延びているロータブレードを有するロータ段を有
している。
ロータ軸３６は圧縮機内の最後部ロータ段及び
タービン内の第一及び第二段を連結するべく軸線
方向に延びている。軸受（図示せず）が、軸を支
持するべく、ステータ組立体とロータ軸との間に
延びている。軸受ハウジング３８は軸受コンパー
トメント４０内に軸受を収容するべくロータ軸を
囲繞している。ロータ軸の外側に環状キヤビテイ
４２が位置しており、そこに軸受コンパートメン
トが収容されている。
第二ロータ段３４に対する空気を冷却するため
の流路４４は環状キヤビテイ４２を通つて軸線方
向に延びている。加圧された空気を軸受コンパー
トメントに与えるための冷却システム４６はエン
ジンのフアン段内に設けられた熱交換器４８を含
んでいる。第一のダクト５２は高温の被加圧空気
を熱交換器へ流すため高圧圧縮機の後段から延び
ている。第二のダクト５４は冷却された被加圧空
気を軸受コンパートメント３８へ流すため熱交換
器から延びている。軸受コンパートメントの領域
内のダクト５４の一部分は、図面を見やすくする
ため、破断されている。
第２図は圧縮段１４、燃焼段１６及びタービン
段１８の一部分の拡大断面図である。第一のダク
ト５２及び第二のダクト５４は、図面を見やすく
するため、破断されている。
ステータ組立体２６は回転の軸線Arを囲繞し
ている外側ケース５６を含んでいる。内側デイフ
ユーザ・ケース５８は外側ケースから半径方向に
内方に延びている。内側デイフユーザ・ケースは
エンジンの内部を内側環状キヤビテイ４２及び外
側環状キヤビテイ６２に分割している。環状燃焼
チヤンバ６４は外側キヤビテイ内の燃料に対する
燃焼ゾーンを郭定するべく周縁方向に延びてい
る。高温動作媒体ガスに対する一次流路２２は後
方に圧縮機１４の最後部ロータ段２８から燃焼チ
ヤンバを通じて高圧タービン段へ延びている。タ
ービン段内で、流路は第一のロータ段３２及び第
二のロータ段３４（図示せず）を通過する。
環状ストラツト６６は内側デイフユーザ・ケー
スから内側キヤビテイ４２及び流路４４を横切つ
て半径方向に内方に延びている。軸受コンパート
メント内に設けられた軸受６８はストラツト６６
とロータ軸３６との間を延びている。軸受ハウジ
ング３８は、軸受を保護するべく、また軸受コン
パートメント上に噴霧される潤滑材を閉じ込める
べく、軸受を囲繞している。軸受ハウジング３８
は軸受を囲繞しているケーシング７０を含んでい
る。第一のシールド７２及び第二のシールド７４
はケーシングから軸線方向に間隔をおいて配置さ
れ、それらの間に第一の環状マニホルド７６及び
第二の環状マニホルド７８を残している。熱シー
ルト８２及び熱シールド８４は第一及び第二のシ
ールドから軸線方向に間隔をおいて配置され、そ
れらの間に死空気空間を残している。
第一及び第二の環状マニホルドは開口８６，８
８を通じてダクト５４から空気を受入れる。ダク
ト５４は、これらの開口と連通している第一のパ
イプ９２及び第二のパイプ９４内で終端してい
る。
代替的な実施例９６が鎖線で示されており、こ
れは第４図を参照して一層詳細に説明される。こ
の代替的な実施例は、加圧された冷却空気を軸受
コンパートメントに与えるのにダクト５４を用い
ていない。その代わりに、ロータ軸３６は、半径
方向に延びており内側キヤビテイを境する表面９
８を有する。900rpmを超過してよい速度での回
転の軸線のまわりの軸の回転がキヤビテイ内の空
気を100フイート毎秒（30.5ｍ／sec）よりも大き
い速度に加速する。キヤビテイ内の動作媒体ガス
の循環パターン１００が低圧Ｐ−の領域に対して
キヤビテイ内に高圧Ｐ＋の領域を生ずる。
第３図は軸受ハウジング７２の代替的実施例で
あり、また第二のダクト５４と連通している複数
のパイプ１０８を有する軸受ハウジングを示して
いる。各パイプは第一の環状マニホルド７６及び
第二の環状マニホルド７８に接続されている。衝
突板１１２は第一の環状マニホルド内を周縁方向
に延びている。この衝突板は第一のシールド７２
に押付けられている第一の端１１４とパイプ１０
８に隣接している第二の端１１６とを有する。局
部的な隆起部１１８は衝突板１１２とシールド７
２との間に間隔をおき、そこに供給領域１２２を
残している。この供給領域は第二の端で冷却され
た被加圧空気の複数のパイプ１０８と連通してい
る。隆起部１１８は衝突板と環状ケーシング７４
との間にも間隔をおき、そこに衝突領域１２４を
残している。複数個の孔１２６が衝突板を通つて
延びおり、供給領域を衝突領域と連通させてい
る。第二の衝突板１１２が第二の環状マニホルド
７８内に設けられてよい。第一の衝突板の部分と
機能的に同一の第二の衝突板の部分には同一の参
照符号が付されている。
軸受ハウジングは第一の端１２８及び第二の端
１３０を有する。第一のシール手段１３１が第一
の端に配置されており、また第二のシール手段１
３２が第二の端に配置されている。軸受ハウジン
グは第一の端でロータ組立体から半径方向に間隔
をおいて配置され、それらの間に第一のシール手
段に隣接する第一の環状バツフアキヤビテイ１３
３を残している。軸受ハウジングは第二の端でも
ロータ組立体から半径方向に間隔をおいて配置さ
れ、それの間に第二のシール手段に隣接する第二
の環状バツフアキヤビテイ１３４を残している。
各バツフアキヤビテイは組合されているマニホル
ドとハウジング内に周縁方向に間隔をおいて設け
られている複数個の孔１３５とを通じてダクト５
４と連通しており、又は代替的に、鎖線で示され
ているように、ダクト５４は複数のパイプ１０８
を通じてバツフアキヤビテイへ直接に冷却空気を
供給し得る。
図示されている実施例では、第１のシール手段
は、第一のバツフアキヤビテイの一部分を郭定
し、また第二のシール手段は第二のバツフアキヤ
ビテイの一部分を郭定している。
各シール手段はシール支持構造１３６と、シー
ル板１４２のような隣接ロータ構造にばね（図示
せず）により押付けられているカーボン・シール
リング１３８とを含んでいる。シール要素１４４
は周縁方向に延びており、またロータ軸３６に取
付けられている。このシール要素は周縁方向に延
びているナイフ１４６を有し、このナイフは半径
方向に外方にシール要素から熱シールド８２又は
熱シールド８４のようなハウジングの一部分の付
近まで延びている。
軸受コンパートメントの内部は、軸受上に油を
噴射する供給ライン（図示せず）を経て軸受６８
を潤滑するべく油を供給されている。油は軸受を
冷却する役割をし、また内側キヤビテイの温度よ
りもはるかに低い温度にある。モドレライン（図
示せず）は油を軸受コンパートメントの底から排
出し、また油をエンジン燃料と熱伝達可能に連通
している熱交換器へ循環させる。加えて、油噴射
パイプ１５６及び１５８のような油の捕捉的な源
が設けられていてよい。これらのパイプは、衝突
領域１２４に隣接しているケーシングの内面及び
特別な冷却を必要とする領域に隣接するケーシン
グの他の内面に油を噴射するための孔１６０を有
する。
第４図は第２図の説明で言及した代替的な実施
例であり、内側キヤビテイの第二の領域Ｐ＋から
の空気を捕捉して環状マニホルド７６及び７８へ
送るべく近接する流れと接合している複数個の第
一のスコツプ１０２及び複数個の第二のスコツプ
１０４を用いるハウジング９６を示している。空
気は、マニホルドに入るにつれて、Ｐ−を付され
ている領域内の圧力よりも高い静圧にある。
第５図は熱交換器４８の拡大された側立面図で
ある。この熱交換器は動作媒体ガスに対する二次
縦路２４を横切つて半径方向に延びている。この
熱交換器はエーロフオイル部分１６４により形成
されたエーロフオイル形状を有する。ベース部分
１６６はコード方向に延びているベース壁１６８
を有する。ベース壁内の第一のダクト１７２は熱
交換器を第一のダクト５２のような高温の被加圧
ガスの源とベース壁を通じて連通させている。ダ
クト５２は高圧圧縮機の最後部の段と連通してい
る。このダクトを通じて流されるガスは14bar
（Pd≧14bar）を越える圧力にあり、また430℃を
十分に越える温度にある。第二ダクト１７４は熱
交換器を第二のダクト５４のような排出ダクトと
ベース壁を通じて連通させている。排出ダクトは
エンジンの軸受コンパートメントに隣接している
環状バツフアキヤビテイ１３３，１３４と連通し
ている。
エーロフオイル部分は前縁１７６、後縁１７８
及び第一の側壁１８２を含んでいる。第二の側壁
１８４は前縁及び後縁で第一の側壁に繋げられて
いる。第二の側壁は第一の側壁から間隔をおいて
配置され、その間にキヤビテイ１８６を形成して
いる。先端壁１８８はコード方向に第一の側壁と
第二の側壁との間を延びている。
第一のバツフル１９２は、キヤビテイ１８６を
前部１９４及び後部１９６に分割するべくベース
壁１６８からスパン方向に延びている。第一のバ
ツフルは先端壁から間隔をおいて配置され、それ
らの間に転向通路１９８を残している。後部１９
６は排出ダクト１７４と連通している。
複数個の第二のバツフル２０２がキヤビテイ１
８６の前部１９４内に設けられている。第二のバ
ツフルはスパン方向に延びており、またコード方
向に互に間隔をおいて配置され、そこにスパン方
向に延びている複数個の通路２０４を残してお
り、その一つは前縁領域１７６に隣接している。
複数組の衝突チユーブ２０６がエーロフオイルの
前部１９４内に設けられている。各チユーブは組
合さている通路内に設けられている。各チユーブ
は、高温の被加圧ガスに対するダクト５２と連通
している内部２０８を有する。複数個の孔２１０
が、衝突流をエーロフオイルの側壁に向けるた
め、また前縁チユーブの場合にはエーロフオイル
の前縁領域に向けるため、衝突チユーブの壁を通
つて延びている。代替的構造では、高温空気はバ
ツフル２０２に向けられ得る。
各衝突チユーブ２０６は局部的隆起部２１２に
よりバツフル２０２からコード方向に、また側壁
１８２，１８４からコード方向に間隔をおいて配
置され、それらの間に衝突ギヤツプＧを残してい
る。衝突ギヤツプはスパン方向に延びており、転
向通路１９８と連通している各チユーブのまわり
に環状流路２１４を残している。
第６図は第５図の線６−６に沿つての熱交換器
４８の拡大された断面図であり、衝突チユーブ２
０６と側壁１８２，１８４及びバツフル２０２と
の関係を示している。図示されているように、隆
起部２１２は側壁及びバツフルからチユーブへ延
びており、環状流路２１４を形成している。
第７図は温度〔℃〕の関数として油及び空気の
混合物の点火遅れ時間〔ｍｓ〕を示すグラフであ
る（自己点火時間特性）。このグラフから解るよ
うに、自己点火時間特性は温度及び圧力の増大と
共に減少する。
ガスタービンエンジン１０の運転中、動作媒体
ガスは一次流路２２及び二次流路２４に沿つて流
される。ガスぱ一次流路に沿つて流されるにつれ
て、ガスはフアン及び圧縮機段内で圧縮され、ま
たガスを加熱することによりガスにエネルギを追
加するべく燃焼段内で燃料と共に燃焼される。高
温の被加圧ガスは、推力を生ずるべく、またロー
タ組立体をその回転の軸線Arの周りに駆動する
ことにより有用な仕事を行うべく、タービン段を
通じて排出される。これらのガスの温度は1100℃
に近接してよく、またそれらの圧力は14barを超
過してよい。
ロータブレード３２及びロータブレード３４の
ような動作媒体流路内へ延びている冷却可能なロ
ータブレードのアレイは高温の動作媒体ガス内に
位置しており、ガスから熱を得る。ブレードは、
加圧された冷却空気をブレードを通じて動作媒体
流路内へ流すことにより冷却される。冷却空気は
流路の高圧タービン段内の動作媒体ガスの高圧を
超える高い圧力に加圧される。高圧タービン段内
のブレードの加圧された冷却のための冷却空気の
適当な源は最後部の高圧圧縮機ロータ段、高圧圧
縮機のロータ段３０、の吐出領域である。
第一段ロータブレードに対する加圧された冷却
空気は冷却空気流路C1を経て供給される。第二
段ロータブレードに対する冷却空気は、第一段よ
りは少し低いが、流路内の第二段ロータと高圧圧
縮機の最終段との密接のためにまだ非常に高い圧
力で供給される。ロータ段３０は第二段ロータブ
レード３４に対する冷却空気の満足な源でもあ
る。冷却空気は一次流路から流路４４に沿つて環
状内側キヤビテイ４２へ供給される。冷却された
空気は軸受コンパートメントにより、また第一の
ロータ段３２の孔を通つて第二段ロータブレード
へ流される。高圧空気はロータブレード（1100℃
に近接するガス流路温度及び空気より少し低い圧
力に曝される）への適度な圧力の冷却空気として
作用するが、空気の温度は430℃を超過し、また
圧力は14barを超過することになる。
200℃よりも低い温度と内側キヤビテイの圧力
よりもはるかに低い圧力とで作動する軸受コンパ
ートメント４０の内部に関しては、流路４４に沿
う冷却空気は高温高圧の空気である。
第一のシール手段１３１及び第二のシール手段
１３２の有効性は、シールの両側の圧力が7bar
を超過し始めるにつれて、急速に減少する。その
結果、軸受コンパートメントは、シールの両側の
圧力が7barを超過しないことを保証するように、
7barを超過する圧力で作動せしめられる。第７
図に示されているように、430℃の温度での軸受
コンパートメント内の油及び空気の混合物内への
漏洩路L1及びL2に沿う空気漏洩はコンパートメ
ント内への空気の入口で100ｍｓ以内の自己点火
を生じさせ、近似的に150℃の軸受コンパートメ
ントのクーラ環境で漏洩空気が混合され得ないよ
うにする。エンジンの特殊な運転条件、例えば海
面離陸では、内側キヤビテイ内の空気の温度は
480℃に近接し得るし、自己点火のための時間は
５ｍｓのオーダーである。
従つて、シール部分１３１，１３２に林接する
エンジンの局部領域は一層低い温度の空気を与え
られる。例えば、第一のバツフアキヤビテイ１４
８及び第二のバツフアキヤビテイ１５２は、内側
キヤビテイ内の空気がシール手段内へ流れるのを
防止するため、シール手段に隣接する内側キヤビ
テイ内の空気の局部的静圧よりも高い静圧を有す
る空気の源と連通させられている。バツフア空気
は、漏洩空気のすべてが加圧された空気により供
給されるように、また空気がチヤンバ内へ漏洩す
るときに自己点火を防止する程度に空気が冷却さ
れるように、十分は流量率で供給される。この点
で、最も保守的な運転モードは、自己点火までの
時間、即ち漏洩空気の自己点火特性、を決定し、
次いで漏洩空気が軸受コンパートメント内の一層
低い温度の空気／油混合物と完全に混合される以
前に漏洩空気が軸受コンパートメント内で消費さ
れる時間の最大の大きさ、即ち急冷時間特性、を
決定し、更に次いで加圧された空気が急冷時間特
性よりも大きい自己点火時間特性を有するまでバ
ツフア空気を冷却する方法である。更に一層保守
的な運転モードは、完全な混合のための時間が軸
受コンパートメント内の空気の最短の滞留時間で
あり、また軸受コンパートメントを通る空気及び
油の混合物の流量率に関係すると見做す方法であ
る。コンパートメント内の時間はコンパートメン
トの滞留時間特性である。
こうして、軸受コンパートメント４０が高温高
圧環境内で作動することを可能にするこの運転方
法を用いる場合には、加圧された空気が内側空気
キヤビテイ内の局部的静圧よりも大きい静圧で、
また空気が漏洩路L1及びL2のような漏洩路に沿
つて軸受コンパートメント内へ漏洩するにつれて
供給されたバツフア空気の自己点火特性が空気急
冷時間特性又は滞留時間特性よりも大きいように
十分に低い温度で、バツフアキヤビテイ１４８，
１５２のようなバツフア領域へ供給される。
加圧された空気の一つの源はエンジンの高圧圧
縮機段である。しかし、その空気は高められた温
度にある。第１図、第２図及び第３図に実施例に
示されているように、高圧圧縮機空気の一部分は
（空気がバツフアキヤビテイへ供給されるときに
第一のシール手段及び第二のシール手段に於ける
シール漏洩を少なくとも満足する流量率で）圧縮
機流路から取出して送られ、ダクト５２を経て熱
交換機４８へ流される。高温の被加圧空気は熱交
換器内へ入る。熱交換器は、空気を衝突チユーブ
２０６へ送り、また空気の流れをエーロフオイル
形状の熱交換器の側壁及び前縁１７６へ衝突させ
ることにより、空気の高い圧力の利益を得る。衝
突流は伝導及び滞留熱伝達を大幅に増大し、また
空気から熱交換器の壁への熱伝達により空気を冷
却する効率的な手段である。エーロフオイル１７
６の外側表面上を流れるフアン・バイパス空気は
ガスから熱を得て、空気がエンジンに二次的推力
を与えるべく排出されるにつれて空気のエネルギ
含有量を増大させる。この形状の熱交換器の特別
な利点は、エーロフオイルの前縁領域と、側壁と
フアン空気との間の乱流熱伝達を許す側壁の前部
とに存在する境界層の厚みである。類似の衝突チ
ユーブ熱交換器が熱交換器４８のそばに破線で示
されているようなダクトの側面におかれていてよ
い。このような場合には、熱交換器の一つの壁
は、流れる動作媒体ガスと直接的に熱伝達可能に
連通することになる。代替的に、チヤネル２１４
のような大きな流体力学的直径を有する環状チヤ
ネルを通じて空気を強制的に送るように高圧を用
いることにより滞留による熱伝達のため高圧高温
の空気を用い得る。
熱交換器４８とその周囲との間の圧力の差は
14barを越えることになり、そのために熱交換器
は熱交換器及び圧力封じ込め容器の双方として作
用する必要がある。この点での利点は、引張応力
（側壁１８２）及び圧縮応力の双方で圧力に抵抗
する熱交換器の湾曲した側壁である。これらの湾
曲した壁は剛固なウエブ状の板と組合せて用いら
れており、バツフル１９２及びバツフル２０２の
ような板の間を延びている。こうして、バツフル
は熱交換器内の流れの案内及び熱交換器の保持の
二重の目的で用いられている。
衝突チユーブも二重の目的で用いられており、
その一つはエーロフオイルが加圧されたガスを封
じ込める能力を助けることである。第一に、チユ
ーブは衝突流を導き、また滞留熱交達経路を形成
する。第二にチユーブは側壁１８２，１８４によ
り形成された外側封じ込め容器内の加圧された空
気を受入れるための内側圧力封じ込め容器として
作用する。高温の被加圧空気を冷却するための位
置としてのフアン・ダクトの他の利点は、燃焼可
能な蒸気が存在しないことである。供給ダクト５
２又は熱交換器４８が漏洩を生ずる場合には、小
さな自己点火特性に対する可能性を有する漏洩ガ
スは二次縦路内の動作媒体ガスによりエンジンか
ら排出される。
熱交換器４８が空気を冷却し終つた後、冷却さ
れた空気は第二のダクト５４を経てエンジン内部
へ戻される。冷却された空気は第３図中に破線で
示されているように直接に第一及び第二のバツフ
アキヤビテイ１４８，１５２へ流され、若しくは
第一の環状マニホルド７６及び第二の環状マニホ
ルド７８へ流され、そこから第一のバツフアキヤ
ビテイ及び第二のバツフアキヤビテイへ流され
る。空気がマニホルドを通じて流されるにつれ
て、熱が軸受コンパートメントの内部に伝達さ
れ、空気がバツフアキヤビテイに到達する以前に
空気を更に一層冷却する。第３図中に示されてい
るように、空気の一層の冷却は、空気を衝突板１
１２を通じてケーシング７０の表面上に衝突させ
ることにより助長される。空気の冷却は、油を噴
射パイプ１５６，１５８によりケーシング上に衝
突させることにより一層助長される。衝突板無し
でも、また噴射される油無しでも、実験の結果、
フアン・ダクト内のみに熱交換器を使用すること
により、バツフア空気の温度が370℃以下に下げ
られ得ることが示されている。漏洩路L1，L2及
びL3に失われた空気を置換するのに少なくとも
十分な空気をバツフア空気キヤビテイに供給るの
に用いられる空気の量は、軸受コンパートメント
４０の内部をパージするのに、又はコンパートメ
ント全体を完全にバツフアするのに大量の空気を
使用する構造に比較して小さい。それにも拘ら
ず、このバツフア空気は動作媒体流路から有用な
仕事を行わない流路へ逸される空気である。ま
た、フアン・ダクト内の熱交換器は小さく且空気
力学的輪郭を有しているけれども、熱交換器はエ
ンジンの空気力学的流路２４内への突出物となつ
ていない。
第４図中に破線で示されている軸受コンパート
メント４０は動作媒体流路の外側の熱交換器に接
続されていないし、追加的なガスが動作媒体流路
から直接的に流されない。その代わり、内側環状
キヤビテイ４２からの高温冷却空気の一部分がキ
ヤビテイの高圧領域Ｐ＋からスコツプ９６，９８
を通じて送られる。スコツプは空気の速度圧力の
実質的部分、従つてまた空気の全圧の実質的な部
分を静圧に変換する。その結果、内側キヤビテイ
４２からの空気は第１図乃至第３図の実施例中の
空気のように環状マニホルド７６，７８へ、また
次いでバツフアキヤビテイ１４８，１５２へ流さ
れる。第１図乃至第３図に示されている実施例の
ように、バツフア空気は衝突板１１２により、ま
た衝突領域１２４に隣接しているケーシングの表
面上に衝突させられる油により増大され得る。実
験の結果、衝突板無しで、またケーシングの内側
に油を噴射する特殊なパイプ無しで、環状マニホ
ルド内に内側キヤビテイ空気を流すことにより、
バツフア空気の満足な冷却が行われ得ることが示
されている。
軸受コンパートメントの熱容量は、バツフアキ
ヤビテイへ流されている空気から除かれる熱及び
第一の漏洩経路L1及び第二の漏洩経路L2を経て
バツフアキヤビテイからの質量流量により取得さ
れる熱の大きさに比較して大きい。その結果、油
の温度の小さな増加しかバツフア空気の冷却に基
因して生せず、またエンジンの性能の低下を惹起
しない。実際、この熱はエンジン燃料／エンジン
油クーラを通つて燃焼チヤンバへ入り、従つてま
た一次動作媒体流路へ戻る燃料に吐き出される。
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】
第１図は破線により示されているエンジンの選
択された内側部分及び矢印により示されている流
路を有するターボハン・ガスタービンエンジンの
側立面図である。第２図はエンジンの圧縮段、燃
焼段及びタービン段の一部分の断面図であり、本
発明の一つの実施例を示し、また破線で第二の実
施例を示す図である。第３図は第２図中に示され
ているエンジンの一部分の拡大図であり、第三の
代替的な実施例を示す図である。第４図は第２図
中に破線で示されているような第２図中の構造の
代替的な実施例である。第５図はエンジンのフア
ン・コンパートメント内に配置されている圧力封
じ込め熱交換器の側立面断面図である。第６図は
第５図の線６−６に沿う断面図である。第７図は
幾つかの異なる圧力の関数として点火遅れ時間
（自己点火時間特性）と油及び空気の混合物の温
度との関係を示すグラフである。 １０……ガスタービンエンジン、１２……フア
ン段、１４……圧縮機段、１６……燃焼段、１８
……タービン段、２２，２４……環状流路、２６
……ステータ組立体、２８……ロータ組立体、３
０，３２，３４……ロータブレード、３６……ロ
ータ軸、３８……軸受ハウジング、４０……軸受
コンパートメント、４２……環状キヤビテイ、４
４……冷却空気流路、４６……冷却システム、４
８……熱交換器、５２，５４……ダクト、５６…
…外側ケース、５８……内側デイフユーザケー
ス、６２……外側環状キヤビテイ、６４……環状
燃焼チヤンバ、６６……環状ストラツト、６８…
…軸受、７０……ケーシング、７２，７４……シ
ールド、７６，７８……環状マニホルド、８２，
８４……熱シールド、８６，８８……開口、９
２，９４，１０８……パイプ、１１２……衝突
板、１１４，１１６……衝突板の端、１２２……
供給領域、１２６……孔、１２８，１３０……軸
受ハウジングの端、１３１，１３２……シール手
段、１３３，１３４……環状バツフアキヤビテ
イ、１３５……孔、１３６……シール支持構造、
１３８……カーボン・シールリング、１４２……
シール板、１４４……シール要素、１４６……ナ
イフ、１５６，１５８……油噴射パイプ、１６０
……孔、１６４……エーロフオイル部分、１６６
……ベース部分、１６８……側壁、１７２，１７
４……ダクト、１７６……前縁、１７８……後
縁、１８２，１８４……側壁、１８６……キヤビ
テイ、１８８……先端壁、１９２……バツフル、
１９４……前部、１９６……後部、１９８……転
向通路、２０２……バツフル、２０４……通路、
２０６……衝突チユーブ、２０８……内部、２１
０……孔。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ フアン段と、圧縮機段と、圧縮機段を通つて
    延びている動作媒体に対する一次流路と、フアン
    段を通つて延びている動作媒体に対する二次流路
    と、ロータ組立体と、ロータ組立体から間隔をお
    いて配置されたステータ組立体と、ロータ組立体
    に隣接しており動作媒体流路からのガスで満たさ
    れている内側キヤビテイと、ロータ組立体を支持
    するためステータ組立体とロータ組立体との間に
    設けられた軸受と、軸受コンパートメントを郭定
    するべく軸受を囲繞しているケーシングを含んで
    おりまたロータ組立体に隣接している少なくとも
    一つの端を有する軸受ハウジングと、ロータ組立
    体の付近まで延びている軸受ハウジングの前記端
    に位置する第一のシール手段とを含んでいる形式
    の軸流ターボフアンガスタービンエンジンに於
    て、 ロータ組立体から間隔をおいて配置され、そこ
    にシール手段に隣接して、第一の漏洩路を通じて
    軸受コンパートメントと連通しまた第二の漏洩路
    を通じて内側キヤビテイと連通しているバツフア
    キヤビテイを残している軸受ハウジングと、 内側キヤビテイ内の温度よりも低い温度で加圧
    された冷却空気を供給するための冷却システムで
    あつて、 二次流路の動作媒体ガスと連通している熱交換
    器と、 熱交換器へ高圧圧縮機の後段から加圧された空
    気を流すためのダクトと、熱交換器から軸受コン
    パートメントへ冷却された空気 を流すためのダクトと、 前記冷却された空気をバツフア空気キヤビテイ
    内へ吐出するための手段と を含んでいる冷却システムとを含んでいることを
    特徴とする軸流ターボフアンガスタービンエンジ
    ン。 ２ ガスタービンエンジンに於て、高温の被加圧
    ガスを冷却するためエーロフオイル形状を有する
    熱交換器を含んでおり、この熱交換器はベース部
    分及びエーロフオイル部分を含んでおり、 Ａ ベース部分はコード方向に延びているベース
    壁と、熱交換器がベース壁を通じて高温の被加
    圧ガスの源と連通し得るようにする第一のダク
    トと、熱交換器が冷却された被加圧ガスを排出
    し得るようにする第二のダクトとを有してお
    り、 Ｂ エーロフオイル部分は 前縁と、 後縁と、 第一の側壁と、 前縁及び後縁で第一の側壁に繋げられてお
    り、また第一の側壁との間にキヤビテイを形成
    する第一の側壁から間隔をおいて配置されてい
    る第二の側壁と、 第一の側壁と第二の側壁との間にコード方向
    に延びている先端壁と、 キヤビテイを前部と、排出ダクトと連通して
    いる後部とに分割するべくベース壁からスパン
    方向に延びており、また先端壁から間隔をおい
    て配置され、そこに転向通路を残している第一
    のバツフルと、 前部内に設けられ、スパン方向に延びてお
    り、またコード方向に互に間隔をおいて配置さ
    れ、そこにスパン方向に延びている複数個の通
    路を残している複数個の第二のバツフルと、 各々が第一のダクトと連通している内部を有
    しており、また各々が前記通路の一つの中に側
    壁及び第二のバツフルからコード方向に間隔を
    おいて配置され、そこに前記転向通路と連通し
    ている環状流路を郭定するべくスパン方向に延
    びている衝突ギヤツプを残しており、また各々
    が衝突流をエーロフオイルの側壁に向かわせる
    ための複数個の貫通孔を有しており、また一つ
    が冷却空気をエーロフオイルの前縁領域の内部
    に衝突させるための貫通孔を有している複数個
    の衝突チユーブと を有していることを特徴とするガスタービンエ
    ンジン。
JP59259033A 1983-12-23 1984-12-07 ガスタービンエンジン Granted JPS60142021A (ja)

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