JPH11107776A - 外部中心フレームを有するガスタービンエンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外部中心フレームを有するガスタービンエン
ジンを提供する。 【解決手段】 現在のガスタービンエンジンは、エンジ
ンを構成する部品を有効にかつ効率的に位置決めし、配
置して、エンジン費用、寿命および効率をより有効に改
善することができない。本発明のガスタービンエンジン
は、エンジンの費用、修繕性および効率を高める外側中
央フレームを利用する。例えば、外部中心フレームの前
部プレート構造が取り外し可能に燃焼セクションに取り
付けられており、外部中心フレームの後部プレート構造
が圧縮セクションに取り外し可能に取り付けられてお
り、複数の細長い連結部材が前側プレート構造と後部プ
レート構造の間を延びている。従って外部中心フレーム
は、構造的な設計を簡単にし、ガスタービンエンジンの
部品の一部分の高応力と高温度能力材料の必要性を取り
除くことによって、費用を節約し、温流通路ををエンジ
ン部品から分離することによって熱シールドと断熱材を
必要することがなくなり、整備の複雑さが少なくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般的にガスタービン
エンジンに関する。より詳細には、本発明はタービンエ
ンジンの部品を相互に接続する外部中心フレームに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のガスタービンエンジンは、一体型
構造となるような部品からなる構造を利用しており、こ
の部品構造が一体フレームとして機能することになる。
フレームとして部品構造を用いる場合、物理的および構
造的な妥協がなされなければならない。例えば、内部の
熱が熱成長と応力の原因となり、現場での整備中、部品
を支持する構造的な一体性が必要となり、設計に関する
分析と製造考案中には、整備の可能性が重要な要因とな
る。このようなエンジンの構造の１例が米国特許第３、
５０７、１１５号に見ることができる。このワイサカの
特許に開示されたエンジンの構造は、入口端部が中央に
配置された中心軸線と、該中心軸線のまわりに整列した
軸流型圧縮器と、中心軸線から半径方向に間隔のあいた
レキュペレータと、圧縮器とレキュペレータとを相互接
続するポートとを含む一般的に従来の構造を含む。圧縮
チャンバが、レキュペレータの半径方向内方で中心軸線
の半径方向外方に配置されており、タービンが燃焼室の
半径方向内方で、中心軸線の中央に配置される。エンジ
ン構造では、これとともに熱が発生する関係で、上述の
部品が中に配置され、部品を従来の手段で構造的に支持
する一体式ハウジングを含む。

【０００３】重要な部品の位置と場所は、整備時間と費
用に影響を及ぼす。例えば、多くの既存のガスタービン
エンジンにおいて、燃焼器、第１段ノズル、およびター
ビンのような整備を必要とする主要部品が、好ましくな
い場所に配置されており、支持構造の一部を形成する。
このために、現場での整備と、部品の交換には広範囲に
わたる分解となってしまう。本発明は、上述の問題の１
つか、２つ以上を解決する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の１態様におい
て、ガスタービンエンジンは、中心軸線を形成し、前部
と後部を有する。ガスタービンエンジンは、以下の部品
から構成される。圧縮セクションがガスタービンエンジ
ンの後部近くに配置されており、中心軸線を中心とす
る。タービンセクションが、圧縮セクションとガスター
ビンエンジンの前部との中間に配置されており、中心軸
線を中心とする。該タービンセクションが圧縮セクショ
ンに接続されて作動する。燃焼セクションが、タービン
セクションとガスタービンエンジンの前部との中間に配
置されており、タービンセクションに作動的に接続され
ている。外部中心フレームが、複数の細長い構造的な連
結部材に固定して取り付けられた前側プレート構造およ
び後側プレート構造を有する。外部中心フレームの前方
プレート構造が燃焼セクションとタービンセクションの
一部に接続されており、後側プレート構造が、圧縮セク
ションとタービンセクションの一部とに接続されてい
る。

【０００５】本発明の別の態様において、外部中心フレ
ームが、ガスタービンエンジンの部品を構造的に支持す
るようになっている。外部中心フレームは、前側プレー
ト構造と、該前側プレート構造から離れた後側プレート
構造および前側プレート構造と後側プレート構造とのそ
れぞれに接続された複数の細長い構造の連結部材と、か
ら構成されている。

【０００６】

【実施例】図１を参照すると、ガスタービンエンジン１
０が図示されている。ガスタービンエンジン１０は、中
心軸線１２を有し、前部１４および後部１６を備える。
ガスータービンエンジン１０の前部１４と後部１６の間
には、複数の圧縮器部品を中に備えた複数のハウジング
２２を有する圧縮セクション１８と、スラストベアリン
グのような複数のタービン部品を備えた複数のハウジン
グ３２を有し、圧縮セクション１８に結合されて作動す
るタービンセクション３０と、がある。複数のハウジン
グ３２の一部が、図示していないが、複数の取り付け孔
が中に形成されたフランジ３３を有する。タービンセク
ション３０は、さらにタービン排気ガスコレクター３５
と、タービンロータベアリングサポートおよび図示して
いないが複数の取り付け孔を中に有するタービンハウジ
ング延長部とを含む。燃焼セクション３９は、タービン
セクション３０に作動的に接続された環状燃焼器を備え
る。燃焼器３９の燃焼ハウジング４４は、複数の燃焼部
品を中に有しており、該燃焼部品は中に配置された複数
の燃料噴射器４６を含んでおり、環状燃焼器と連通する
ようになっている。複数の燃料噴射器４６は、図示して
いないが、燃焼燃料を燃焼セクション３９に連通する。
外部中心フレーム５０が、圧縮セクション１８の複数の
ハウジング２２、タービンセクション３０の複数のハウ
ジング３２および燃焼セクション３９のハウジング４４
を相互接続する。本出願において、レキュペレータ５６
の主要面は、タービンセクション３０に作動的に結合さ
れた入口部分６０を有する複数の供給通路を備える。供
給流体がタービンセクション３０から出て、レキュペレ
ータ５６から出る前に、レキュペレータ５６内の複数の
供給通路を通って流れる。レキュペレータ５６は、入口
端部６６と出口端部６８とを有する複数の受容通路を備
える。受容流体は圧縮セクション１８から出て、複数の
受容通路を作動的に通過し、燃焼器ハウジング４４に作
動的に入る。

【０００７】あるいは、圧縮セクション１８は、軸流型
圧縮器またはラジアル圧縮器のいずれかを含むことがで
きる。さらにタービンセクション３０は、軸流型タービ
ンまたはラジアルタービンあるいは単一のタービンまた
は複数のタービン段のいずれかを含むことができる。さ
らに、燃焼セクション３９は、環状または単一のカン燃
焼器あるいは複数のカン燃焼器のいずれかを含むことが
できる。ガスタービンエンジン１０は、本発明の精神を
変更することなくレキュペレータ５６の空所とできる。
図２と３をさらに参照すると、外部中心フレーム５０
が、燃焼ハウジング４４と、圧縮セクション１８の複数
のハウジング２２との間に構造的に延びている。外部中
心フレーム５０は、タービン排気ガスコレクター３５と
燃焼ハウジング４４の各々に接続された前側プレート構
造７２と、タービンロータベアリングサポート３６と圧
縮セクション１８の複数のハウジング２２のそれぞれに
接続された後側プレート構造７４とを有する。前側プレ
ート構造７２と後側プレート構造７４との間に延びてい
るのは、複数の細長い構造的連結部材７６である。ター
ビンハウジング延長部３７が前側プレート構造７２とタ
ービン排気ガスコレクタ３５との間で捕らえられてい
る。

【０００８】本出願において、前側プレート構造７２は
溶接物であるが、別のものとしては鋳造物とできる。前
側プレート構造７２は、燃焼ハウジング４４内の複数の
取り付け孔８４に対応する複数の取り付け孔８２を有す
るフランジ８０を含む。一端においてフランジ８０に取
り付けられた円筒形部分８６が所定の距離だけフランジ
８０から軸線方向に延びている。円筒形部分８６の他端
が、本出願においては４つの半径方向の延長部８８を含
むが、複数の半径方向の延長部８８を形成する平坦なプ
レート部分８７に取り付けられる。平坦なプレート部分
８７が、タービン排気ガスコレクタ３５内の複数の取り
付け孔９０に対応して配置された複数の取り付け孔８９
を有する。第１の複数のガセット９４がフランジ８０、
円筒形部分８６、平坦なプレート部分８７および複数の
半径方向の延長部８８との間に個々に取り付けられてい
る。

【０００９】本出願において、後側プレート構造７４は
溶接物であるが、別のものとしては鋳造物でもよい。後
側プレート構造７４は、圧縮セクション１８の複数のハ
ウジング２２内の、図示していないが複数の取りつけ孔
に対応した複数の取り付け孔１００を有するフランジ９
８を含む。一端においてフランジ９８に取り付けられた
円筒形部分１０４が所定の距離だけフランジ９８から軸
線方向に延びている。円筒形部分１０４の他端が複数の
半径方向の延長部１０７を有する平坦なプレート部分１
０６に取り付けられており、本出願においては、４つの
半径方向の延長部１０７を含む。平坦なプレート部分１
０６は、タービンロータベアリングサポート３６内の複
数の取り付け孔１０９に対応し、複数のファスナー１１
０が配置された複数の取り付け孔１０８が中に配置され
ている。第２の複数のガセット１１２が、フランジ９
８、円筒形部分１０４、平坦なプレート部分１０６およ
び複数の半径方向の延長部１０７との間に個々に取り付
けられている。

【００１０】複数の細長い構造的連結部材７６のそれぞ
れが、本出願においてボックスまたは四角形の構造を有
する管状部材１２０により形成される。他の例として、
複数の細長い構造的連結部材７６の各々を、本発明の精
神を変更することなく、円形あるいは別の構造にでき
る。本出願において、各複数の細長い連結部材７６は、
前側プレート構造７２と後側プレート構造７４のそれぞ
れに固定されて取り付けられている。あるいは、複数の
ファスナーのような機械的取り付けシステムが、本発明
の精神を変更することなく用いることができる。本発明
の別の態様、目的おび利点は、図面、発明の開示および
請求の範囲を研究することから得ることができる。図
１、２、および３に最もよく図示されているように、復
熱式ガスタービンエンジン１０が組立てられている。例
えば、圧縮セクション１８が、中心軸線１２上で、圧縮
セクション１８の複数のハウジング２２内で基本的に組
立てられる。タービンセクション３０が、中心軸線１２
上でタービンセクション３０の複数のハウジング３２内
で基本的に組立てられる。次いで、燃焼セクション３９
が中心軸線１２の上でハウジング４４内で基本的に組立
てられる。さらに、外部中心フレーム５０が、複数の細
長い構造的連結部材７６、前側プレート構造７２および
後側プレート構造７４を互いに溶接することによって基
本的に組立てられる。外部中心フレーム５０は、タービ
ン排気ガスコレクタ３５とタービンハウジング延長部３
７のそれぞれに対し組立てられる。後側プレート構造７
４のフランジ９８内の複数の取り付け孔１００が、圧縮
セクション１８の複数のハウジング２２内の複数の取り
付け孔１０２と整列し、該圧縮セクションに取り付けら
れる。従って、外部中心フレーム５０が、圧縮セクショ
ン１８に接続され、該圧縮セクション１８と中心軸線１
２と軸線方向に整列する。タービンロータベアリングサ
ポート３６内の複数の取り付け孔１０９が、後側プレー
ト構造７４の平坦プレート部分１０６内の複数の取り付
け孔１０８と整列する。複数のファスナー１１０が部品
を共に結合する。従ってタービンロータベアリングサポ
ート３６と、これに伴いタービンロータが圧縮セクショ
ン１８に取り付けられ、該圧縮セクション１８と中心軸
線１２とに軸線方向に整列する。タービンセクション３
０の複数のハウジング３２の各々の各フランジ３３内の
複数の取り付け孔と、タービンハウジング延長部３７内
の複数の取り付け孔とが整列し、共に結合される。この
ように、タービンセクション３０と圧縮セクション１８
が中心軸線１２のまわりを軸線方向に整列することにな
る。前側プレート構造７２のフランジ８０内の複数の取
り付け孔８２が、燃焼ハウジング４４内の複数の取り付
け孔８４と整列し、燃焼室ハウジング４４に取り付けら
れる。従って、燃焼セクション３９とタービンセクショ
ン３０が軸線方向に中心軸線１２と整列する。

【００１１】圧縮セクション１８、燃焼セクション３９
およびタービンセクション３０が外部中心フレーム５０
によって、しっかりと固定されるか、構造的に取り付け
られる。さらに、タービンロータベアリングハウジング
３６、タービンセクション３０の複数のハウジング３
２、および燃焼ハウジング４４が、従来のガスタービン
エンジンのハウジングよりも小さい応力特性または温度
能力を有する材料から構成されている。外部中心フレー
ム５０は、ガスタービンエンジン１０内で発生した負荷
を支持する。外部中心フレーム５０は、スラストベアリ
ングのようなタービンセクション３０の部品と、圧縮セ
クション１８との間の主要な負荷を支持する。外部中心
フレーム５０は、ガスタービン部品の分離を簡単にし、
潤滑および冷却オイルのコンパートメントを温流通路か
ら分離することになる。外部中心フレーム５０に関し、
モジュール式の構造の圧縮セクション１８、タービンセ
クション３０および燃焼セクション４４が取り除かれる
ので、外部中心フレーム５０が構造的な一体性を維持す
ることになり、ガスタービンエンジン１０の整備のアク
セス可能性が高められる。

【００１２】従って、外部中心フレーム５０は、費用の
節約を行い、熱シールドおよび断熱材の必要性を減少さ
せるか、もしくは取り除いて、部品の設計を簡単なもの
にする。本発明の別の態様、目的および利点は、明細
書、図面および請求の範囲を研究することから明白にな
るであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施するガスタービンエンジンの絵図
的な図である。

【図２】ガスタービンエンジン中心フレームの絵図的な
図である。

【図３】本発明を実施するガスタービンエンジンの断面
図である。

【符号】

１０ ガスタービンエンジン １２ 中心軸線 １４ 前部 １６ 後部 １８ 圧縮セクション ２２ ハウジング ３０ タービンセクション ３２ ハウジング ３３ フランジ ３７ タービンハウジング延長部 ３９ 燃焼セクション ４４ 燃焼ハウジング ５０ 外部中心フレーム ５６ レキュペレータ ７２ 前側プレート構造 ７４ 後側プレート構造 ７６ 連結部材

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中心軸線を有し、前部および後部を備え
   たガスタービンエンジンにおいて、 該ガスタービンエンジンの前記後部近くに配置され、前
   記中心軸線を中心とする圧縮セクションと、 該圧縮セクションと前記ガスタービンエンジンの前記前
   部との中間に配置されて、前記中心軸線を中心とし、前
   記圧縮セクションに作動的に接続されたタービンセクシ
   ョンと、 該タービンセクションと前記ガスタービンエンジンの前
   記前部との中間に配置され、前記タービンセクションに
   作動的に結合された燃焼セクションと、 複数の細長い構造的連結部材に固定して取り付けられた
   前側プレート構造と後側プレート構造とを有する外部中
   心フレームと、 を備えており、 前記外部中心フレームの前記前側プレート構造が前記燃
   焼セクションと前記タービンセクションの一部とに接続
   されており、前記後側プレート構造が前記圧縮セクショ
   ンと前記タービンセクションの一部とに接続されている
   ことを特徴とするガスタービンエンジン。
2. 【請求項２】 前記圧縮セクションと前記燃焼セクショ
   ンとに作動的に結合されたレキュペレータを含むことを
   特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン。
3. 【請求項３】 前記レキュペレータは主要表面形状であ
   ることを特徴とする請求項２に記載のガスタービンエン
   ジン。
4. 【請求項４】 前記外部中心フレームの前記前側プレー
   ト構造に対し構造的に配置され、該前側プレート構造に
   固定して取り付けられた複数のガセットを含むことを特
   徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン。
5. 【請求項５】 前記外部中心フレームの前記後側プレー
   ト構造に対し構造的に配置され、該後側プレート構造に
   固定して取り付けられた複数のガセットを含むことを特
   徴とする請求項４に記載のガスタービンエンジン。
6. 【請求項６】 前記燃焼セクションは、複数の部品が中
   に配置されたハウジングを有し、該ハウジングが、前記
   外部中心フレームに接続されており、前記複数の部品が
   前記ハウジング内に取外し可能に取り付けられているこ
   とを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジ
   ン。
7. 【請求項７】 前記ハウジングは、前記外部中心フレー
   ムに取外し可能に取り付けられていることと特徴とする
   請求項６に記載のガスタービンエンジン。
8. 【請求項８】 前記タービンセクションは、複数の部品
   が中に配置された複数のハウジングを含んでおり、該複
   数のハウジングと前記複数の部品が前記外部中心フレー
   ムに取り外し可能に取り付けられていることを特徴とす
   る請求項１に記載のガスタービンエンジン。
9. 【請求項９】 前記後側プレート構造は、前記圧縮セク
   ションに取り外し可能に取り付けられていることを特徴
   とする請求項１に記載のガスタービンエンジン。