JPH05288080A - ガスタービンエンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧縮機のインペラ背面に圧縮空気が流入して
スラスト力を発生するのを防止、また、高圧ノズルと動
翼部のシール性能に秀れ、更には、クロスオーバー型の
ものにおいて低圧圧縮機出口の空気が高圧圧縮機出口の
高熱で加熱されることのないガスタービンを提供する。 【構成】 インペラ（５）背面部の対向壁面に段差（2
4）を備えたリング状プレート（22）を取付ける。ま
た、高圧ノズル（13）と動翼（14）間を覆う第１のシー
ルプレート（32）に延出部（33）を設けて、セグメント
シュラウド（36）内周面のスリット部をシールする。更
に、低圧圧縮機（51）の出口空間（57）に断熱層（63）
を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ガスタービンエンジ
ンに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】遠心圧縮機を備え、この遠心圧縮機によ
って圧縮した空気を燃焼器に送り、その燃焼器によって
発生したガスを高圧タービンに供給するようにしたガス
タービンにおいて、前記遠心圧縮機のインペラー出口の
背面部に圧縮空気の一部が回り込むと、この空気の圧力
のために軸方向のスラストを生じて、インペラを支持す
るロータ部の軸受が破損し、あるいは寿命を低下させる
不都合がある。従来においては、図１０のように、イン
ペラ（71）先端面にラビリンスシール（72）を形成し、
それに対向するハウジング面にアブレイダブル溶射（7
3）を施して強化して、空気が矢印方向に出来るだけ回
り込まないようこの部分にシールを施している。

【０００３】他方、燃焼器によって発生した高圧ガス
は、スクロールを通って、図１１のように、そのスクロ
ールの出口（81）に配置した高圧ノズル（82）から高圧
ロータの動翼（83）に送られるが、動翼（83）の外周を
カバーするセグメントシュラウド（84）とこの高圧ノズ
ル（82）とは、それらを支持するための取付け位置が違
うため、両者間には熱膨張を吸収するためのすき間（8
5）が必要であり、このすき間（85）を覆うため図のよ
うに短尺筒状のシールプレート（86）で覆っている。ま
た、セグメントシュラウド（84）の内周面にも別のシー
ルプレート（87）を取付けてこの部分のシールを施して
いる。

【０００４】更に、クロスオーバーダクト方式のガスタ
ービンエンジンにおいては、低圧圧縮機より出た低温の
空気をインペラ外方を迂回して直径内方向に向って高圧
圧縮機の入口へ導くようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のガスタービ
ンエンジンにおいて、圧縮機のインペラ先端にラビリン
スを形成したものでは、運転時にインペラ外径が膨脹
し、更に、吸気側へも変形して溶射が脱落してシールが
損われ、このために背面側に廻り込んだ空気の圧力によ
ってインペラに軸方向のスラストを生じ、インペラの軸
受部が破損し或いは摩耗するいう欠点があった。

【０００６】また、セグメントシュラウドと高圧ノズル
との間にシールプレートを取り付けたものでは、そのシ
ールプレートとセグメントシュラウド内周面の第２のシ
ールプレートとの間に隙間があり、この部分から図の矢
印方向に外周の冷却用空気がメイン通路側に入り込み、
更にセグメントシュラウドには内周から直径外方向に向
けてスリットが設けられているが、高圧ノズル外方から
くる冷却用空気がこのスリットを通って、同様に抜ける
ことになり、エネルギーロスを生じて効率低下を招く恐
れがあった。

【０００７】更に、上記クロスオーバー型のガスタービ
ンにおいては、低圧圧縮機から出た低温空気の出口空間
が、高圧圧縮機からの出口通路と接触しているため、そ
の出口通路の高熱により加熱されて、エンジン出力およ
び効率が低下する欠点があった。

【０００８】この発明は、これらの欠点を解消すること
を目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この出願の第１の発明は、吸入空気を圧縮して燃焼
器側へ送出す遠心圧縮機のインペラ先端において、その
インペラの空気流との接触面とは反対側の面に対面する
ハウジング壁に、リング状プレートを取付け、かつ、こ
のリング状プレートの前記インペラとの対向面には、そ
のインペラの外周端部分においてのみ近接するような段
差を設けたことを特徴とする。

【００１０】同じくこの出願の第２の発明は、高圧ロー
タの動翼を囲むセグメントシュラウドとその動翼よりも
ガス流れ方向の前部側の高圧ノズルとにまたがって、そ
れらセグメントシュラウドと高圧ノズル間の隙間を覆う
短尺筒状の第１のシールプレートと、その第１のシール
プレートの外周側においてセグメントシュラウドの空気
流れ方向の上流側の面を覆う第２のシールプレートとか
らなり、かつ、前記第１のシールプレートには、セグメ
ントシュラウド内周のスリット部を覆う軸方向の延出部
を一体に形成したことを特徴とする。

【００１１】また、この出願の第３の発明は、軸方向に
直列配置された低圧圧縮機と高圧圧縮機とからなり、低
圧圧縮機によって圧縮された空気をその直径外方向を迂
回して高圧圧縮機へ流入させるようにしたクロスオーバ
ー型のガスタービンであって、高圧圧縮機外方の低圧圧
縮機出口空間における高圧圧縮機の空気流出通路との境
界壁に、断熱層を設けたことを特徴とする。

【００１２】

【作用】上記この出願の第１の発明では、遠心圧縮機の
インペラ先端における空気流との接触面とは反対側の面
に対面するハウジング壁に、リング状プレートを取付け
て、そのインペラの周端部分においてのみ近接するよう
な段差を設けているから、その近接部分の隙間を適切に
設定することによって、この部分のシールを向上できる
とともに、その近接部分以外の段差部分については体積
を多くして、この部分の圧力を低下でき、軸方向に対す
るスラスト力を低減することができる。

【００１３】また、この出願の第２の発明では、高圧ノ
ズルとセグメントシュラウドとに跨がる第１のシールプ
レートに一体として、そのセグメントシュラウド内周面
のスリットを覆う延出部を設け、更に、そのセグメント
シュラウド内の前端面を覆う第２のシールプレートを設
けているから、これらによって、この部分のガスの漏れ
或いは空気の流入を少なくして、エネルギーロスを低減
できる。

【００１４】更に、この出願の第３の発明では、クロス
オーバー型のガスタービンエンジンにおいて、低圧圧縮
機の出口空間における高圧圧縮機の出口通路との境界壁
部分に断熱層を設けているため、その低圧圧縮機から出
た出口空間の空気が加熱されるのを防止できる。

【００１５】

【実施例】図１は、ガスタービンエンジンの圧縮機とタ
ービン部分の要部を縦断して示すものであり、図におい
て（１）は圧縮機ハウジングであって、この圧縮機ハウ
ジング（１）の軸方向の端面に、そのハウジング（１）
の壁面との間に圧縮空気の出口通路（２）を形成するよ
うにして、ガイドプレート（３）がボルト（４）によっ
て取付けられている。圧縮機ハウジング（１）に内装さ
れ、かつ、軸受（16）で支持された圧縮用のインペラ
（５）周端部が、この出口通路（２）の入口部分へ臨む
ようにして配置されている。

【００１６】上記ガイドプレート（３）の外端部には、
ボルト（６）によってスクロール（７）が取付けられ、
このスクロール（７）の外周部を、前記圧縮機ハウジン
グ（１）の外端部において接合したスクロールハウジン
グ（８）が覆っている。また、このスクロールハウジン
グ（８）の内端部に取付けたコンテインメントリング
（９）が、上記スクロール（７）の内周面を、その内方
から覆っている。このスクロール（７）の内端の出口
（10）が、前記インペラ（５）とは反対側の軸方向に向
けて開口している。その出口（10）の直径方向の内方に
おいて、前記ガイドプレート（３）の内端部に固着され
た支持部材（11）の軸方向の端面に、ディスク（12）が
固定され、このディスク（12）の外周部分に、前記スク
ロール出口（10）に臨むようにして、高圧ノズル（13）
が取付けられている。更にこの高圧ノズル（13）の出口
側に、動翼（14）が配置されている。上記インペラ
（５）より直径外方向に送り出される圧縮空気は、前記
出口通路（２）を通って、その一部は、スクロール
（７）の外周の空間（15）へ冷却用空気として供給され
るが、大部分が、図示しない燃焼器へ送られて、その燃
焼器において燃料と混合して燃焼させることによって発
生した高圧ガスが、スクロール（７）内を通って前記出
口（10）より、高圧ノズル（13）を介して動翼（14）側
に噴出し、その動翼（14）を高速回転させるものであ
る。動翼（14）を回転させたガスは、その軸方向の後方
の排出通路（16）より排出される。

【００１７】図２は、上記遠心圧縮機のインペラ（５）
部分を拡大して示すもので、このインペラ（５）の周端
部分においては、前記ガイドプレート（３）の段部
（４）が、そのインペラ（５）の空気通過部（21）とは
反対の面と先端面とを覆うようにしているが、その段部
（４）よりも直径内方向の内側において、リング状プレ
ート（22）が、ネジ（23）によって取付けられている。
このリング状プレート（22）は、その直径方向の外端部
分が、インペラ（21）側に近接するように突出した段差
（24）が形成され、これによって、段差部（24）よりも
外端部分においては、この部分からインペラ（21）の背
面側の空間（26）へ空気が流出するのを出来るだけ低減
するような近接した隙間とされている。そして、この近
接した隙間よりも内側部分においては段差（24）によっ
て拡大された空間になっており、これにより、インペラ
（21）の背面部の圧力を低下させ、スラスト力が図の矢
印Ｘ方向に作用するのを低減するようにしている。更
に、リング状プレート（22）とガイドプレート（３）と
の間には、上記の隙間を適切な大きさに設定するための
調整シム（25）を設けている。

【００１８】図３は、前記高圧ノズル（13）と動翼（1
4）部分を拡大して示すもので、まず、前記コンテイン
メントリング（９）より内側の固定具（30）の先端部に
は、シュラウドサポート（34）がボルト（35）によって
固定され、このシュラウドサポート（34）の先端が、ス
クロール（７）より突出するステー（29）に固定されて
いる。シュラウドサポート（34）の直径方向の内端部分
には、第５図で示すような環状のセグメントシュラウド
（36）が、ボルト（37）によって固定され、このセグメ
ントシュラウド（36）が、前記動翼（14）の外周を覆っ
ている。また、高圧ノズル（13）の外周部は、支持部材
（38）によって保持されるとともに、その支持部材（3
8）の内側において、高圧ノズル（13）の外周に沿って
配置したシール材（39）でシールされている。そして、
高圧ノズル（13）と動翼（14）との外周端部分には、隙
間（31）が形成されるが、この隙間（31）を塞ぐように
して、図４で示すような短尺筒状の第１のシールプレー
ト（32）がそれらの外周面に跨がって配置され、これに
よってこの隙間（31）を塞ぐようにしている。この第１
のシールプレート（32）は、薄肉の帯板材を環状に折り
曲げたもので、その端部（40）（40）同士を互いに重ね
るようにして、この部分に隙間が生じないようにしてい
る。更に、図４で示すように、そのシールプレート（3
2）の軸方向の一端部より複数の延出部（33）（33）
が、円周方向に間隔をおいて一体に形成されている。こ
の延出部（33）（33）は、図５で示すように、セグメン
トシュラウド（36）の内周に形成されるスリット（41）
（41）の位置に対応して形成されるもので、これによっ
て、このスリット（41）の内周部をシールしている。ま
た、延出部（33）の先端部は、図３のように外方へ折り
曲げ（42）されて、軸方向にずれるのを防止している。

【００１９】（44）は、この発明の第２のシールプレー
トで、前記セグメントシュラウド（36）のガス流れ方向
の上流側端面に沿うようリング状に形成されて、この端
面に当接して、前記スリット（41）の端面を塞ぐように
している。その際、この第２のシールプレート（44）
は、セグメントシュラウド（36）の端面と前記シュラウ
ドサポート（34）内端の突出部（45）との間に挾持され
るようにして保持されている。また、第１のシールプレ
ート（32）は、この第２のシールプレート（44）と前記
シール部材（39）とによって外側から押圧保持されてい
る。

【００２０】図８は、クロスオーバー型ガスタービンエ
ンジンの要部の拡大図であり、低圧圧縮機（51）と高圧
圧縮機（52）を軸方向に直列接続したものにおいて、低
圧圧縮機（51）のインペラ（53）を囲むハウジング（5
4）と、高圧圧縮機（52）のインペラ（55) を囲むハウ
ジング（56）の外周とに跨がって、低圧圧縮機（51）の
インペラ（53）より排出される圧縮空気の出口空間（5
7）を形成するためのケーシング（58）が取付けられて
いる。即ち、低圧圧縮機（51）のインペラ（53）より排
出された圧縮空気は、その半径外方向の出口通路（59）
から外方を介してこの出口空間（57）に入り、更にその
出口空間（57）から高圧圧縮機（52）のインペラ（55)
部分に流入して、そのインペラ（55) によって更に圧縮
された後、直径外方向の出口通路（60）より排出される
ようになっている。この高圧圧縮機（52）の出口通路
（60）と、低圧圧縮機（51）の出口空間（57）とが、前
記ケーシング（58）の側壁（61）によって仕切られてい
るが、この側壁（61）の出口空間（57）側の壁面より突
出部（62）（62）を形成し、この突出部（62）（62）の
先端部に、側壁面（61）との間に断熱空間（63）を形成
するようにして、遮熱板（64）をボルト（65）で固定
し、出口空間（57）内の低温空気が、高圧圧縮機（52）
の出口通路（60）の高温空気の熱によって加熱されるの
を防止する断熱層を形成したものである。図９は、この
ような断熱空間（63）からなる断熱層に代えて、断熱材
（66）を直接張付けたものである。

【００２１】

【発明の効果】この出願の第１の発明では、遠心圧縮機
のインペラ周端部分において、段差を設けたリング状プ
レートを取付けてインペラの周端部分においてのみ近接
するようにしているから、この部分で空気のインペラ背
面部への流入を出来るだけ少なくして、シール性能を向
上させるとともに、段差部分よりも内側においては拡大
された空間を形成することによって、その背面部の圧力
を低下させてスラスト力を低減しており、そのスラスト
力によって生ずるインペラの軸受部分等の破損や寿命の
低下を防止できるという効果がある。

【００２２】また、この出願の第２の発明では、高圧ノ
ズルとセグメントシュラウドとの間の隙間を塞ぐ第１の
シールプレートに、更に一体にしてそのセグメントシュ
ラウドの内周面のスリットを塞ぐ延出部を形成している
から、そのスリット部分から前記隙間部分にかけて隙間
のない完全なシール構造を得ることができる。更に、セ
グメントシュラウドの前端面にも第２のシールプレート
を取付けていることから、そのセグメントシュラウドの
スリット部分の側面のシールも完全なものとなり、ガス
の漏出による効率の低下を防止できるという効果があ
る。

【００２３】更に、この出願の第３の発明では、クロス
オーバー型のガスタービンエンジンにおいて、低圧圧縮
機の出口空間に高圧圧縮機から出た高温空気によって加
熱されるのを防止するための遮熱板を設けているから、
その低圧空気の出口空間の空気が加熱されて、効率低下
を招くのを防止できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この出願の実施例を示すガスタービンエンジン
の要部の縦断面図である。

【図２】図１における遠心圧縮機のインペラ先端部分の
拡大図である。

【図３】同じく高圧ノズルと動翼部分の拡大縦断面図で
ある。

【図４】セグメントシュラウドとシールプレート部分を
分解して示す斜視図である。

【図５】セグメントシュラウドの側面図である。

【図６】同じく断面図である。

【図７】同じくセグメントシュラウドの側面部の要部拡
大図である。

【図８】クロスオーバー型ガスタービンエンジンの要部
の縦断面図である。

【図９】同じくクロスオーバー型ガスタービンエンジン
の他の例を示す要部の縦断面図である。

【図１０】圧縮機のインペラ出口の従来例を示す要部縦
断面図である。

【図１１】高圧ノズルと動翼部分のシール構造の従来例
を示す要部縦断面図である。

【符号の説明】

（５） インペラ （７） スクロール （10） スクロール出口 （13） 高圧ノズル （14） 動翼 （22） リング状プレート （24） 段差 （31） 高圧ノズルと動翼との隙間 （32） 第１のシールプレート （33） 延出部 （41） 第２のシールプレート （51） 低圧圧縮機 （52） 高圧圧縮機 （57） 出口空間 （64） 遮熱板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸入空気を圧縮して燃焼器側へ送出す遠
   心圧縮機のインペラ先端において、そのインペラの空気
   流との接触面とは反対側の面に対面するハウジング壁
   に、リング状プレートを取付け、かつ、このリング状プ
   レートの前記インペラとの対向面には、そのインペラの
   外周端部分においてのみ近接するような段差を設けたこ
   とを特徴とするガスタービンエンジン。
2. 【請求項２】 高圧ロータの動翼を囲むセグメントシュ
   ラウドとその動翼よりもガス流れ方向の前部側の高圧ノ
   ズルとにまたがって、それらセグメントシュラウドと高
   圧ノズル間の隙間を覆う短尺筒状の第１のシールプレー
   トと、その第１のシールプレートの外周側においてセグ
   メントシュラウドの空気流れ方向の上流側の面を覆う第
   ２のシールプレートとからなり、かつ、前記第１のシー
   ルプレートには、セグメントシュラウド内周のスリット
   部を覆う軸方向の延出部を一体に形成したことを特徴と
   するガスタービンエンジン。
3. 【請求項３】 軸方向に直列配置された低圧圧縮機と高
   圧圧縮機とからなり、低圧圧縮機によって圧縮された空
   気をその直径外方向を迂回して高圧圧縮機へ流入させる
   ようにしたクロスオーバー型のガスタービンであって、
   高圧圧縮機外方の低圧圧縮機出口空間における高圧圧縮
   機の空気流出通路との境界壁に、断熱層を設けたことを
   特徴とするガスタービンエンジン。