JPS584173B2 - ガスタ−ビンエンジン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガスタービンエンジン、特に、標準的サイズの
農業トラクターの約５５ｃｍ幅（２２インチ）の狭いフ
レームにエンジンを取リ付けること一ができるようにす
る如く好ましく組立てられ、且つ、効率のいいエンジン
形状を有する単軸ガスタービンエンジンに関する。

一段ガスタービンエンジンは軸に取り付けられたタービ
ンとこのタービンとともに回転するコンプレツサとを有
している。

タービンは高圧で高熱のガスを受け入れ、このガスのエ
ネルギを、タービンが取り付けられた軸に供給される回
転トルクに変換する。

軸のトルクはコンプレツサを回転する為に供給される。

このコンプレツサはほぼ大気圧のガスを受け入れ、この
ガスが燃焼室内で加熱されてタービンを駆動するのに供
給される前に加圧する。

タービンによって軸に供給される回転エネルギの約２／
３はコンプレツサの駆動に使われ、残りの１／３はエン
ジンの外側の装置を駆動するために有用な力として使わ
れる。

かなりの量の研究と開発が上記単軸ガスタービンエンジ
ンに関し行われ、特に、流路に沿う種々の点における温
度と圧力変化の効果の分折、コンプレツサ、タービン、
燃焼室の改良、エンジンを通される作動流体の効率の改
善等に研究が向けられてきた。

これに関し、多くの事がなされてきたが、そこで遭遇し
た問題は極めて複雑で多くの改良の余地が残されている
。

作動流体が受ける温度と速度が非常に高いので、現在の
ガスタービンエンジンの流路においては著しい出力ロス
が生じている。

ガスタービンエンジンの効率を上げる為に利用された一
つの技術は、逆流リクープレータ（ ｒｅ一ｃｏｕｐｅ
ｒａｔｏｒ）又は蓄熱型熱交換器（ ｒｅｃｅｎｅｔａ
ｏｒ）の如き熱交換器を利用して圧縮ガスが燃焼室内に
入る前に高温の排出ガスから当該圧縮ガスに熱を伝達す
ることである。

熱交換器の一つの形式は環状の蓄熱型のもの、これはコ
ンプレツサとタービンとの間に位置決めされ且つこれら
と共軸状にしてエンジンのまわりに伸びているものであ
る。

これは排気ガスとして消費されるエネルギ量を減少し、
エンジンの効率を上げることはできるが、そのような熱
交換器は作動流体（ガス）路内に別のロスを加えること
になる。

特にタービンから軸方向前方に向けで出される多量の低
圧高温ガスは、熱交換器を通して大気に排出させる前に
１８０°反転されて軸方向後方に向けてかなりの距離丈
導ひかれなければならない。

この排気ガスの逆流動作においては当該ガスを入口近く
まで逆流させ、従って、エンジン要素を通してか、又は
、大気を通しての熱伝達を増加することによりエンジン
効率を減少させる。

更に、熱交換器をエンジンハウジングの側部に隣接して
位置決めすることによりガスタービンエンジンの幅を増
加する。

現在知られているように、そのような装置は標準的大き
さの農業トラクターに取り付けるには大きすぎる。

本発明は、叙上の点に鑑み、トラクタ等の車輛の限られ
たスペースに登載できるように小型で、熱効率が良いガ
スタービンエンジンを提供することを目的としている。

本発明に係るガスタービンは、その基本的構成として、
中心軸線のまわりに回転できるように取り付けられた一
段遠心コンプレツサと：該コンプレツサの軸線方向前方
で上記軸線のまわりに回転できるようにして取り付けら
れた一段ラジアルフロータービンで排気ガスを軸方向前
方に排出するようになされ、かつ、コンプレツサを駆動
するように単軸によりコンプレツサに連結されたタービ
ンと；該タービンの軸方向前方位置で上記中心軸線と整
列するようにして取り付けられ、コンプレツサからの高
圧ガスを一つの方向に通すとともに排気ガスを反対の方
向に通すようにしたディスク型熱交換器と；前記タービ
ンと熱交換器との間に設けられ、タービンからの排気ガ
スを直接受け入れその渦巻方向速度の運動エネルギを静
圧に変換する為のラジアル排気デイフユーザと；を含む
ことを特徴としている。

以下、本発明を添付図面に示した実施例に基づき説明す
る。

第１図及び第２図に示される如く、本発明に係る単軸ガ
スタービンエンジン１０は、中心軸線１２はまわりに同
心状に配置されている。

エンジン１０は２５０馬力の出力を有し、約５５ｃｍ（
２２インチ）幅の標準的農業トラクターフレームに登載
できるよう設計されでいる。

ギアボックス１４がエンジン１０の後部に置かれ、電気
スタータ、モータ１６、オイルフィルタ１８、燃料調節
系統２０の如き付属部品を支持している。

ギアボックス１４の前端は三角形空気取入口２４を有す
るハウジング本体２２の後端に連結されている。

スクロール（ ｓｃｒｏｌｌ） ２ ６と燃焼室２８は
本体２２の前端部に位置決めされている。

中心軸線１２に同心状にしてセラミック製ディスク型蓄
熱式熱交換器３４を支持する熱交換器ハウジング３２は
ハウジング本体２２の前端と当接するほぼ円筒状の外側
部分を有する。

熱交換器カバー３６は熱交換器ハウジング３２の前端と
当接しエンジンの前端を閉塞し且つ排気口３８を画成し
ている。

空気は入口２４を通りエンジン１０に入り、入口ハウジ
ング４２内で周方向に伸び゛る入口通路４０を通り、接
線方向速度を与える入口案内翼４４を通過して、ラジア
ルフローコンプレツサ４６に到る。

空気はコンプレツサ４６を半径方向外側と接線方向の速
度成分をもって離れる。

この空気の速度は高圧コンプレツサ，デイフユーザ４８
によってその運動エネルギが静圧に変換される。

加圧ガス（空気）はコンプレツサ・（ラジアル）デイフ
ユーザからほぼ半径方向に出された後、軸方向前方に反
転され高圧室（ ｐｌｅｎｕｍ ） ５ ０によって集
められる。

この室はコンプレツサ４６とラジアルフロータービン５
２との間でエンジン１０のまわり周状に伸びている。

室５０はハウジング本体２２の円筒外壁５４と内壁５６
との間に画成される。

内壁５６はエンジン１０の下方部分に沿って軸方向前方
に伸び円筒外壁５４と当該内壁５６の軸方向前方に伸び
る部分との間で高圧通路５８を画成している。

高圧通路５８はハウジング本体２２を越えてエンジン１
０の下部に沿い軸方向前方に伸び、外壁５４と当接する
熱交換器ハウジング３２の円筒外壁６０と同ハウジング
の分割壁６２との間で画成される。

分割壁はエンジン１０の下部で、内壁５６と熱交換器３
４との間で外壁６０から離された位置で伸びている。

熱交換器３４の下半部の半円形にほぼ従う形状の熱交換
器カバー３６の下半部６４はＤ型シール６６と係合する
。

このシールは熱交換器３４の前側のハブ６８の真下を水
平に横切り、更に、熱交換器３４の上半部の周囲に伸び
る。

後方に伸びるフランジ７０は熱交換器３４の周囲のすわ
りを伸びており外壁６０と当接して高圧通路５８と熱交
換器３４の下半部の前方平面との間を連通ずる。

熱交換器３４の後側には、０型シール１２があり、該シ
ールはＤ型シール６６の水平横断部分の反対で伸びる水
平横断部分と熱交換器３４の全周囲のまわりに伸びる周
状シール部分とを有している。

シール６６と７２とは熱交換器３４の密封された外周７
４と同熱交換器の下部とに対し高圧ガスを拘束すること
により熱交換器３４を加圧状態に維持する如く作動する
。

高圧ガスは熱交換器の下半部を軸方向後方に通過され排
気ガスから伝達された熱を吸収され、それから内壁７６
によって燃焼室２８に向けて案内される。

内壁７６はシール７２の水平横断部に沿って伸び且つ周
囲で伸びる分割壁６２に係合して高温高圧通路７８を形
成しでいる。

通路１８は加熱高圧ガスをエンジン１０の低部周囲に沿
って通路５８と排気室又は排気通路８０との間で軸方向
後方に向けて案内する。

ガス集積室８２は通路７８から加熱高圧ガスを受け入れ
、これをタービン５２の周囲に分散する。

スクロール２６の接線方向に配置された燃焼室２８は室
８２からの加熱高圧ガスと燃料調節装置２０からの燃料
とを受け入れる。

燃焼室で加熱されたガス（排気ガス）はスクロール２６
によってタービンのまわりに分散され、ノズルベーン８
４を通って半径方向内方に向けられ渦巻状の速度をもっ
てタービンへ当てられる。

排気ガスは軸方向前方に向けてタービン５２から離れ、
ラジアルデイフユーザ８６を通される。

このテイフユーザは排気ガスの運動エネルギを回収して
タービン５２の出口を排気室８０内の圧力以下に保つ。

排気ガスがラジアルテイフユーザ８６を離れると排気室
８０に集められる。

この排気室は外壁６０の上部と内壁７６との間に画成さ
れる。

排気室８０からは排気ガスが再生器の上半部を通して軸
方向前方に進められ、熱交換器を加熱して後、排気口３
８から大気へ出される。

最初の速度減速はギアボックス１４内に収納された遊星
歯車装置９０によって与えられる。

この歯車装置は、太陽歯車９２と該歯車の周囲に等間隔
で置かれた３個の遊星歯車９４を有し、太陽歯車９２は
これら遊星歯車を駆動するようになっている。

第１図には遊星歯車の１個だけが示されている。

３個の遊星歯車９４はリングギア９６を駆動する。

リングギアはスプライン軸９８を通して出力を与える。

遊星歯車装置９０はリングギア９６とそれに取り付けら
れた軸において約６９．００Ｏｒｐｍ から１ １．
０ ０ Ｏ ｒｐｍ への減速を与える。

付属の駆動ギア１０２がリングギア９６に結合されオイ
ルポンプ１０８と燃料調節装置２０の為にトルクを減速
ギア対１０４を通して駆動歯車１０６に伝える。

燃料調節装置２０はオイルポンプ駆動歯車１０６により
駆動される軸１１０からのエンジン速度をモニターし、
エンジン速度、排気ガス温度及び外部からの命令信号に
応じて燃焼室２８に与えられる燃料の供給を調節する。

第２の減速歯車対１１２が付属歯車１０２を汎用の電気
スタータモータ１６の駆動歯車１１４に連結する。

オイルポンプ１０８は液溜１１６に集められた油から正
圧潤滑システムを与える。

比較的高い温度がエンジンの主ロータ領域１１８のエン
ジン１０に生じる。

他の潤滑油でもよいが人造のものを利用するのが好まし
い。

オイルポンプ１０８の出口孔１１９を離れると、高圧潤
滑材はチューブ１２２（その中央部分は明確にするため
削除されている）によって孔１２３の閉塞端に導ひかれ
る。

この孔は減速歯車対１０４の軸を受け入れるようになっ
ている。

減速歯車軸と孔との間から洩れた潤滑剤（油）は液溜１
１６に戻る。

潤滑剤の大部分はチューブ１２４を通ってリングギア９
６を支持する軸承１２６に至る。

加圧潤滑剤は、また、チューブ１２８によって孔１３０
の閉塞端に導ひかれる。

この孔は、第２の減速歯車対１１２の軸を受け入れる。

チューブ１３２は孔１３０から余剰のオイルをオイルフ
ィルタ１８に通し、このフィルタは潤滑剤を出口１３４
を通して液溜１１６へ戻す。

チューブ１３２は、また、高圧オイル（潤滑剤）をチュ
ーブ１３６に運び、このチューブ１３６はスタータ、モ
ータ駆動歯車１１４の為の支持軸承１３８と潤滑連通す
る。

（図示しない）内部潤滑剤通路はオイル（潤滑剤）を軸
承１３８からオイルチューブ１４０へ運び、このチュー
ブはオイルをたわみ軸（ ｇｕｉｌｌ ｓｈａｆｔ ）
１ ４ ４の為の支持軸承１４２に運ぶ。

リングギア軸承１２６に供給する潤滑剤の一部はリング
ギア９６の中央ハブ内で半径方向に伸び名孔１４６を通
してリングギア９６内の中央軸孔１４７に運ばれる。

中央軸孔１４７は半径方向の孔１４６とたわみ軸１４４
の中央孔１４８との間を連通ずる。

たわみ軸１４４とリングギア９６との間にはクリアラン
スが許容され潤滑剤が、異なる速度で正逆両方向に回転
する上記２つの部材間の支持面に達するのを可能とする
。

オイルは中央孔１４８を通り主ロータ軸１５２の中央孔
１５０に運ばれる。

主ロータ軸１５２はスプライン継手によりたわみ軸１４
４に結合され中央軸線１２のまわりに回転可能とされて
いる。

主ロータ軸１５２は主ロータ軸承１５６の両側において
コンプレツサ４６とタービン５２とを片持梁様に支持す
る。

主ロータ軸１５２内の半径方向に伸びる孔１５８は潤滑
剤を中央孔１５０から主ロータ軸承１５６に運ぶ。

主ロータ軸承１５６を通った後、潤滑剤は軸承１５６の
下の液溜部分１６０に集められ、高圧テイフユーザ４８
内の（第１図には示さない）内側孔を通って通路１６２
に運ばれる。

通路１６２は潤滑剤を液溜１１６に戻される。

潤滑剤がデイフユーザ４８を通されると、デイフユーザ
から熱が潤滑剤に伝達され、それ故液溜部分１６を液溜
１１６に連結する外側チューブがテイフユーザ４８を通
る通路の代りに望まれる。

全く別個の潤滑冷却回路においては、潤滑剤が外部ポン
プによって液溜１１６から潤滑剤冷却部を通され液溜に
戻される。

この冷却回路は汎用のものであり、本発明を構成するも
のではないが、潤滑剤を適温に維持するため用いられる
。

たわみ軸１４４及び主ロータ軸１５２の高い回転速度の
為、非常に大くの運動エネルギが中央の孔１４８及び１
５０を通る潤滑剤に与えられる。

この高い運動エネルギは調節することが困難な潤滑剤の
流れ速度を生ぜしめる。

それ故、たわみ軸支持軸承１４２と主ロータ軸承１５６
とへの外部潤滑油チューブの連結が軸１４８，１５０を
通るオイル通路の代りに望まれる。

ギアボックス１４に加え、主要な構造上の特徴とエンジ
ン１０の形とは５つのハウジング部分によって決定され
る。

各ハウジング部分は独立の部品である。

第３，４及び５図に示されるハウジング本体２２はコン
プレツサ４６とタービン５２とに近接したエンジンの外
殻を形成する。

ハウジング本体２２は三角形空気人口２４のせぐ前方位
置に円筒外壁５４と内壁５６とを有する。

これらの壁の間には前方に伸びる通路５８が画成されデ
イフユーザ４８からの高圧作動ガスを熱交換器３４に向
けて運ぶ。

コンプレツサ４６とタービン５２との間の空間又は高圧
室５０を画成するのに利用される。

室５０においては、高圧デイフユーザ４８からの高圧ガ
スがエンジンの全周囲から集められエンジン１０の下部
に導びかれ、この下部では通路５８によって軸方向前方
に導ひかれる。

この装置では大容量の高圧室１６０を設けることにより
ロスを最小限とすることができる。

高圧室１６０は、外壁５４と内壁５６との間で軸方向前
方に伸びる通路の５８が再生器に向う大容量の通路を提
供する一方、比較的低い速度と損失でガスを円周方向に
動かすことを可能とする。

ハウジング本体２２は後方における半径方向に伸びる円
周フランジング１６４で終る。

このフランジは該フランジを通って伸びるボルトによっ
て、ギアボックス１４を係合する為の入口ハウジング４
２の半径方向に伸びる円周フランジ１６６と共に締着さ
れる。

空気入口格子１６８はフランジ１６４からほぼ円周に沿
って軸方向前方に向って伸び円筒状の外壁５４と係合す
る。

外壁５４と内壁５６との間には、通路１７０が形成され
る。

該通路１７０は高圧デイフユーザ４８の全周囲のまわり
に伸びている。

通路１７０は半径流れ方向における高圧ガスを受け入れ
、このガスを軸方向前方に反転させ高圧室５０に向ける
。

該室はマニホルドとして作用しガスをハウジング本体２
２の下方部分に運び、そこでガスが軸方向前方に向けて
導ひかれ高圧通路５８を通って熱交換器３４に向うよう
にする。

この高圧室５０はコンプレツサ４６とタービン５２との
間の空間を利用し高圧ガスの為の周囲の容積を増大し、
それにより、ロスを減少する。

第４図に示される如く、スクロール２６はタービン５２
のまわりに配置される。

燃焼室２８はスクロール２６の左手から接続方向に伸び
ている。

ハウジング本体２２と一体の燃焼室ハウジング本体の左
手から伸びて円筒空所１７４を作り、該空所内に汎用の
有孔燃焼室が配置される。

燃料ノズル１７８は燃料を燃焼室２８の底部に噴出する
よう連結されており、点火器３０がノズル１７８のわず
か上方に配置されている。

点火器３０は燃焼の初めだけ利用され、その後の燃焼は
エンジン１０の正常な操作の間、連続的に自己（自然）
発火がなされる。

熱交換器３４からの加熱高圧ガスは通路７８を通り軸方
向後方に進み室８２に至り、該室から円筒空所１７４に
入る。

孔を通しで燃焼室２８に入った高圧ガスは更に燃料の燃
焼により約９８２℃（１８００°Ｆ）まで加熱され、ボ
リュート・スクロール（ ｖｏｌｕｔｅ ｓｃｒｏｌｌ
） ２ ６内に画成される空室１８２内に噴出される
。

スクロール２６と室１８２はタービン・シュラウド（囲
い）１８６及びベーン（翼）８４のまわりに伸びる。

このベーンは、スクロール２６からの高温ガスを半径方
向内方に向け且つほぼ接線方向の速度成分をもってター
ビン５２に導くためのノズルを形成している。

第２及び第６図に示す如く、空気取入ハウジング４２は
エンジンの後方でギアボックス１４とコンプレツサ４６
との間で且つハウジング本体２２の内側に配置される。

空気取入ハウジングはほぼディスク型の後壁１８８を有
し、該壁は中心軸線１２の近くのハブ１９０と空気取入
ハウジングの外周におけるフランジ１６６との間で伸び
ている。

壁１８８はほぼ平らで、その後側では中心軸線１２と同
心的であり、また、その前側では空気入口通路４０の一
側面を画成している。

フランジ１６６からわずかに半径方向内方に伸びた後、
側部１９２はコンプレツサ４６の入口におけるハブの直
径とほぼ等しい周囲を画成する軸方向前方に向う滑らか
なカーブとなる。

複数の翼（ベーン）状ウエブ１９４が中心軸１２のまわ
りに隔てられて且つ壁１８８の前方側部１９２から軸方
向前方に向って伸びＬ型部材１９６を支持している。

このＬ型部材１９６は中心軸１２のまわりに伸びており
、半径方向に伸びる後壁１９８と潤滑剤通路１６２の外
周壁を画成している。

壁１９８の後側は半径方向内方に伸びそれから軸方向前
方に伸びてコンプレツサ・シュランド２３８と当接する
。

周状に伸びるフランジ２０２は外壁２００の前端縁のま
わりにおかれる。

フランジ２０２は高圧デイフユーザ４８及び空気取入ハ
ウジング２２の外壁５４と当接し、当該Ｌ型部材１９６
をその前方端部において支持している。

円形開口２０６を有するパイプ２０４が空気取入ハウジ
ング４２の底部付近に形成され潤骨剤通路１６２と液溜
１１６との間を連通ずる。

潤滑剤（油）通路１４６が壁１８８の一体部分として形
成された後塑フランジ１６６近傍の連通部２５８から加
圧オイルを孔２６０に運ぶ。

この孔はハブ１９０を通して軸方向に伸びる。

後面近傍で、孔２６０はたわみ軸支持軸承１４２を受け
入れる拡大部分２６２を有する。

開口２６４は拡大部分２６２から壁１８８の後面に伸び
軸承１４２から潤滑剤を抽出するようにしてある。

３個の孔２６６が中央孔２６０のまわりに等間隔にして
ハブ１９０に近接して設けられ且つ壁１８８内を軸方向
前方に伸び遊星歯車９４の中央軸を受け入れる。

３個のテーパ付けられたボルト孔２６７が孔２６６の間
で且つ円周上で離されて設けられ、遊星歯車支持構造体
２６８を壁１８８の後面に締着する為のボルトを受け入
れる。

空気取入ハウジング４２は、従って、遊星歯車装置を支
持し、空気をコンプレツサ４６の入口に案内するよう作
用する。

第２，７及び８図に示される如く、環状チャネルデイフ
ユーザがコンプレツサ４６の外周の周りに同心状に配置
されコンプレツサから排出される高エネルギガスを受け
入れる。

デイフユーザ４８は直径約１５．３ｃｍ（６．０２８イ
ンチ）の内周２２６と直径約３ ０ｃｍ（ １ ２．０
１インチ）外周２２８との間に伸びる複数の均一な等
間隔に離されたチャンネル２２４を有する。

複数の軸方向に伸びるボルト孔２３０が外周２２８の近
くでデイフユーザ４８の周辺に設けられでおり、ハウジ
ング本体２３６の半径方向に伸びるフランジ２３４とハ
ウジング４２の半径方向に伸びる前方フランジ２０２と
の間に当該デイフユーザを取り付けるボルトを収納する
。

ハウジング２３６に取り付けられたコンプレツサ・シュ
ラウド２３８はベーン４４とデイフユーザ４８との間で
コンプレツサ４６の外周に伸び、入口の空気流をコンブ
レツサブレードの近傍に制限する。

複数の軸方向に伸びる開口２３７がデイフユーザの外周
近くに設けられ主軸承液溜部分１６０からの軸承オイル
を通路１６２に運ぶ。

通路２３７はチャネル２２４を避けて円周状に間隔をあ
けられている。

チャネル２４０に特に表わされる如く、各チャネルは中
心軸線２４２のまわりの断面が円形とされている。

軸線２４２は接点２４４において内周２２６と接線をな
している。

接点２４４から軸線２４２に沿って約４．１ｃｍ（ １
．６ ０ ８インチ）離れた平面２４６と接点２４４と
の間のチャンネルの入口部分２４８は約０．７ １ ６
ｃｍ（ ０．２ ８ ２インチ）の直径の円筒となって
いる。

約６． ２ ５ ｃｍ（ ２．２４９インチ）丈接点２
４４から離れた平面２５０と平面２４６との間では、円
錐形の領域２５２が形成されている。

この領域は総計約３度の拡散角度を有する。

接点２４４から軸線２４２に沿って約１ ３．９ｃｍ（
５．４ ７インチ）離れた出口平面２５６と平面２５
０との間にはチャネルの第３の領域２５５が設けられる
。

領域２５５は円錐形で総計６度の夾角を有する。

エンジン１０に好適な高圧デイフユーザ４８は特願昭５
０−１２６２４３に記載されている。

第２．９．１０及び１１図に示す如く、主軸承ハウジン
グ２３６はタービン５２の直後でハウジング本体２２内
に位置決めされており、後方に面し半径方向に伸びるフ
ランジ２３４とボルト２３２とによって高圧デイフユー
ザ４８と空気取入ハウジング４２に取り付ける。

軸承ハウジング２３６は、フランジ２３４と一体で且つ
後方に向って開く外側半球状シェル２７０を有する。

複数のウエブ部材２７２−２７７はシエル２７０から半
径方向内方に伸び中心軸１２に同心状のほぼ円筒状の軸
承支持ハブ２８０を支持する。

ハブ２８０は主ロータ軸１５２の主支持を与える主軸承
１５６を受け入れる。

中央円形フランジ２８８が外側フランジ２３４を越えて
軸方向のわずか後方に伸びる。

フランジ２８８はウエブ部材２７２−２７７と一体で、
円形外周２９０を有する。

この外周は軸方向のわずかな距離だけデイフユーザ４８
の内周２２６と係合してデイフユーザ４８の、中心軸と
コンプレッサ４６とに対する整合を確実にする。

フランジ２８８の内周２９２はハブ２８０よりも幾分犬
き；＜主軸承１５６の挿入を容易にしている。

フランジ２８８の後面２９６内の円形の凹所２９４はフ
ランジ２８８の全周と軸方向に伸びる孔２９８との連通
を保証する。

この孔は凹所２９４からウエブ部材２７２及びハブ２８
０のわずか上方の半球状シエル２３６の前端部を通して
伸びる。

孔２９８はタービン５２の直後の領域とコンプレッサ４
６の直前の領域の間の圧力を等しくすることによりコン
プレツサ４６、タービン５２そして主ロー軸１５２上の
軸方向力を減少する。

軸承ハウジング・リング３００はタービン５２のすぐ後
で軸承ハウジング２３６の半球状シエル２７０のまわり
に伸びる。

この軸承ハウジングリング３００は円周方向で間隔をお
かれ半径方向に伸びるピン３０４によってシエル２７０
上に取り付けられる。

ほぼ円錐形の加熱シールド３０６がハウジングリング３
００からフランジ２３４に伸び、そこでボルトによって
締着される。

円周方向に伸びる背板フランジ３１０はハウジングリン
グ３００と、ベーン８４を支持するノズル組立体３１２
との間に締めつけられる。

背板フランジ３１０はタービン５２の後方の周りに伸び
る後壁の一部を形成し、ノズル組立体３１２とタービン
ブレード３１６の直後の位置のタービン５２のハブ３１
４の間で伸び、タービン５２から軸方向前方の望ましい
方向以外の方向でのガス洩れを制限する。

内側背板３１８は背板フランジ３１０に取り付けられブ
レード３１６の直後でタービンハブ３１４のまわりに伸
びる。

回転部材領域の高温から保護するにはほぼディスク状ヒ
ートシールド３２０が設けられる。

このシールドはタービン５２の後方で背板フランジ３１
０と内側背板３１８及び軸承ハウジング２３６との間に
位置決めされ主軸承ハウジング２３６を保護する。

シール３２２はタービンのハブ３１４のまわりの主軸承
ハウジング２３６を密封して軸承潤滑剤を保持する。

ノズル組立体３１２は、ガスがスクロール２６を離れて
タービン５２に衝てられる際に、当該ガスが通らなけれ
ばならない所定の軸方向長さの空間を与える。

ノズル組立体３１２のまわりの周囲には複数のベーン８
４（第４図）が設けられ、該ベーンはガス流領域を制限
し、実質的に接線、方向の速度を、ガスがタービン５２
に衝てられる前に、当該ガスに与える。

第２図に示す如く、通常の構成のタービン５２はタービ
ン部分と，このタービン部分の軸方向前方に突出する小
径部３３４上に取り付けられた部分３３２とを含む。

小径部３３４はタービン部分３３０のハブと一体である
。

タービン部分３３０は主ロータ軸１５２から片持梁状に
伸びる。

タービン部分３３０のハブと一体のハブ部分３３６は中
心軸線１２と同心状で後方に伸び、軸方向前方に伸びる
円筒状チャネル３３８を有する。

チャネル３３８は、また、中央軸線に同心状となってお
り、ハブ部分３３６の外径よりわずかに小さな平均直径
を有する。

チャネル３３８はロータ軸１５２を受け入れる。

軸１５２はその前方端部でほぼ管状である。

主ロータ軸１５２は電子ビーム溶接によりタービン５２
に溶接される。

該軸１５２はその後端部で締りばめによりコンブレツサ
ロータ３４２のハブ部分と係合し当該コンプレツサ４６
を該軸１５２に締着する。

コンプレツサ４６はほぼ汎用のものであるが、図示の如
く、インペラ部分３４２とインデューサ部分３４４を有
する。

インデューサ部分は、インペラ部分３４２のハブから後
方に突出する円筒管３４６に締りばめによって取り付け
られている。

コンプレッサ４６は汎用のものでよいが、好ましいもの
は特願昭５０−１３６７８９に記載されている。

第２及び１２図に示される如く、熱交換器ハウジング３
２は外側円筒壁６０を有するほぼ円筒形のエレメントで
、壁６０はハウジング本体２２の外側円筒壁５４から軸
方向前方に伸びてフランジ３４８に沿って熱交換器カバ
ー３６と係合する。

内壁６２はハウジング本体２２の壁５６から前方に向い
、熱交換器ハウジング３２の下半部に沿って、且つ、壁
６０から内方に離されて伸び当該内壁と外壁６０との間
に通路５８を形成している。

内壁６２の前端のフランジ３５０はシールエレメント７
２の半円部分を支持する。

この半円部分は熱交換器３４の後側と水平横断部分３５
２まで係合する。

熱交換器ハウジング３２の横断部分３５２は内壁７６と
一体で、ハブ６８の真下の位置で熱交換器３４に当接す
るシール部材７２の水平部分を支持する。

内壁１６の半円部分３２４は横断部分３５２から下方に
伸び、それから後方に伸びて内壁７６の円錐部分３２６
に係合する。

円錐部分３２６は横断部分３５２の下方で半円部分３２
４と係合し、同部分の上方で外壁６０と一体に係合する
。

円錐部分３２６は後方で且つ半径方向内方に伸びタービ
ンシュランド１８６の外周と係合し、タービン５２を離
れたガスを排気室８０に送るよう強制する。

ラジアルメタルシール３５３は円錐部分３２６の円筒状
の軸方向後方部分とシュランド１８６の周囲との間に置
かれ、低圧排気室８０から高圧室８２を密封する。

ラジアル排気デイフユーザ８６は円錐部分３２６に近接
して中心軸線１２に同心状にして設けられる。

ほぼ漏斗状の壁３６０は軸方向前方に伸びる円筒状の狭
い部分３６２を有し、この部分は滑らかに円錐状のデイ
フユーザ部分に至る。

この狭い部分３６２は約１ ２．６ｃｍ（ ４．９ ６
０インチ）の内径を有し、デイフユーザ部分３６４は
約１２４度の夾角を有する。

後壁３６０はフランジ３６６によって所定箇所に締着さ
れる。

フランジ３６６は熱交換器ハウジング３２の円錐壁部３
２６の、のど部分と係合する内面のまわりに延出する隆
起部３８８を握持する半径方向外方にわずかに伸びるフ
ランジ３６６によって所定位置に取り付けられる。

狭い部分３６２から軸方向前方で半径方向外方の位置の
円錐部分３２６上には後壁３６０のデイフユーザ部分３
６４と衝合支持する如くして２つの隆起部３６８，３６
９が伸びている。

このようなデイフユーザ部分取付構造は後壁３６０がし
っかりと，しかし、取外し可能に熱交換器ハウジング３
２に取り付けられることを可能とし、温度変化やエンジ
ンの振動により排気ガスの密封が侵されるであろう即ち
ゆるめられるであろうボルト・ネジ等の締付金具を必要
としない。

デイフユーザ８６の前壁３７０は複数のＵ型支持部材３
７２によって後壁３６０に取り付けられている。

このＵ型支持部材は後壁３６０の周囲に溶接された第１
側部３７４、前壁３１０に溶接された第２側部３７６、
両壁間に伸びる連結部３７８とを有する。

連結部３７８は軸１２を通って伸びる面内にある。

Ｕ型支持部材３７２はデイフユーザ８６の囲りで等しく
離れている。

デイフユーザ８６の外周における排気ガス速度は、十分
に低く、連結部３７８がベーンとして作用せず、また、
排気ガス流型に何らの効果も与えない。

前壁３７０は外周から後壁３６０に対応する如くしてそ
の円錐部３８０に沿って後方内方に伸び、ほぼのど部分
３６２の半径となり、それからタービン５２の前方位置
の中央皿部３８２へと滑らかに湾曲する。

約２０ｃｍ（８インチ）の半径を有するデイスク型支持
部材３８４が皿部３８２への遷移部分よりわずか前方の
位置で円錐部分３８０に溶接され、振動とノイズを減少
せしめている。

円錐部分３８０は１２０度だけの夾角を有するので、部
分３６４に直角な方向での当該部分３６４と部分３８０
との間にはわずかの拡散しかない。

のど部３６２の近傍では、両部分３６４，３８０は約２
．０４ｃｍ（０．８１０インチ）の最小間隔しか有さす
、次第に拡散して外周近傍で約２．５ ４ｃｍ（ １．
０ ０ ０インチ）の間隔となる。

この寸法は部分３６４に直角な方向において測定された
。

タービン５２から排気ガスがでると、部分３６４と３８
０との間を通される。

タービン５２の近傍にはいかなるベーンもないので、排
気ガスは渦巻きながらデイフユーザに沿って静圧を高め
、大きな速度エネルギが回収される。

排気ガス室８０内の排気ガス圧は大気圧よりわずかに高
く、また、デイフユーザ８６を通して圧力が高められて
いるのであるからタービン５２の出口における静圧は幾
分大気圧より低く、タービン５２を通しての有効圧力降
下は増大する。

排気ガスの速度成分を有効に回収するために必然的に長
くなる軸方向排気デイフユーザとは異なり、上述ラジア
ル排気デイフユーザ８６は比較的に短かく、エンジン全
体の高さ、幅を増大することなく、当該エンジンの全長
をほんのわずかだけ長くする。

更に、ラジアルデイフユーザ８６は渦巻運動エネルギを
静圧に変換するのにより大きい効果を有する。

第２及び１３図に示す如く、熱交換器カバー３６は周状
後面７０を有する。

該フランジは熱交換器ハウジング３２の外周壁６０の前
面フランジ３４８と当接されボルト止めされる。

ほぼ半円形の壁３９０がフランジ７０の低部と水平横断
部３９２との間に伸び横断部３９２より下の熱交換器３
４の下半部に高圧ガスを拘束する。

可撓性のＤ型シール６６が横断部３９２を横断し、フラ
ンジ７０の上半部に沿って伸び、熱交換器３４の上部排
気部からの高圧ガスを密封する。

スタック（ ｓｔａｃｋ ） ３ ９ ４が横断部３９
２とフランジ７０の上部と一体で、熱交換器３４を通り
前方に進む排気ガスを上向きの排気口３８に向ける。

平面３９６は再生器モータ３９８を受け入れる。

該平面３９６は熱交換器３４と係合し、これを回転駆動
するモータ軸４０２を通す中央孔４００を有している。

モータ３９８は電気モータまたは主モータ軸１５２への
リンク機構の如きどのようなものでもよいが、標準的農
業用トラクタに使用するのには液圧力が容易に使用でき
るので汎用の液圧モータとするのがよい。

この装置はエンジン操作の効果上いくつかの利点を有す
る。

高温の大量の排気ガスが最大の断面積を有し軸方向前方
へ向い熱交換器３４を通る最も直接的ルートを通って大
気へ排出される。

更に、熱交換器３４を離れた後、加熱高圧ガスは通路７
８を通され、ここで更に壁７６を介して当該ガスと排気
ガスとの間で熱交換が行われる。

この熱交換は高圧ガスのエネルギを更に増大する丈でな
く、排気ガスが熱交換器３４を通過する前にこの排気ガ
スの熱損を減少する傾向を有する。

比較的冷たく高圧のガスが熱交換器の前端に向けて前方
に動くとき、エンジン１０の外周に隣接する通路５８を
通し通路７８に隣接して通される。

外側に向う最も冷たいガスによって、これら通路に沿ッ
て大気に出される熱は最小となる。

このエンジンの形状は、また、ガスを比較的に短かな距
離丈移動させる。

尚このガスのうち、高圧で低温の小量の作動は排気ガス
に比べ、長い距離移動されるようになっている。

これのガスを通す通路は従って、小さくすることができ
、また、ガスの粘性が低温なるが故に低く、ガスが熱交
換器３４にまたはそれから運ばれる際の損失は最小とな
る。

更に、この装置は、排気ガスがエンジン１０の入口から
軸方向に離れた位置で大気に排出できるようにするので
排気ガスによる取入空気の加熱を最小となすことができ
る。

そのような加熱は、取入空気温度が減小するに従って増
大するエンジン出力に有害である。

標準的航空気試験条件の下では、単軸ガスタービンエン
ジン１０は２３８馬力の修正馬力を出し、１馬力時当り
約０．１ ９Ｋｇ（ ０．４ ４ ０ｌｂ）のブレーキ
特殊燃料消費（ＢＳＦＣ）を有し、６７１５２ｒｐｍ
で回転する。

空気は圧力１． ０ ５ Ｋｇ／ｃｍ’（ １４．６９
６ｐｓｉａ ）、温度約１５℃（５９°Ｆ）、流速毎分
１．０ ６Ｋｇ＜ ２．３ ５ ５ ｌｂ）で三角形空
気取入口２４を通して入る。

１５．２４ｃｍ’（６インチ）の外径を有するコンプレ
ツサ４６と高圧デイフユーザ４８との組合せは、圧力約
６．４Ｋｇ／ｃｍ’（９１．１４ｐｓｉａ ）、温度約
２６５℃（５０７°Ｆ）でデイフユーザ４８から通路１
７０及び５０にガスを排出すると共に靜圧比に６．２：
１のトータル比を与える。

高圧ガスはそれから通路５０を通してエンジン１０の低
部側のエンジン周辺近くを軸方向前方に運ばれ熱交換器
３４の前側に到る。

作動ガスは熱交換器３４の下半部を通って後方に向う際
、わずかの圧力降下即ち当該ガスを熱交換器に通す為に
要求される約０．０ １ ９Ｋｇ／ｃｍ’（ ０．２
７ ｐｓｉ）の圧力降下が生じる。

熱交換器３４を通過する際、排気ガスからの熱が当該高
圧ガスに伝達され、約４８１℃（８９６．４°Ｆ）で熱
交換器を出る。

熱交換器３４を離れると、ガスは排気ガスの通路と加熱
されない高圧ガスの通路５８との間の通路７８を通って
燃焼室２６に近づく。

高圧ガスが再生器３４を通る際、それらは流量の約２，
２パーセントの洩れと、熱交換器が回転して高圧ガス側
の熱交換器内の通路内に残ったガスの一部が下方から上
方に移動しで生ずる約１パーセントの洩れとが生ずる。

従って、高圧ガスは毎秒約１．０３３Ｋｇ（ ２．２
８０ ｌｂ）の割合で燃焼室２６に入る。

燃焼室２６は約９９％の効率を有し、排気ガスは該燃焼
室２６を約１０００℃（１８００°Ｆ）の温度、約６．
２ Ｋｇ／ｃｍ’の圧力をもって燃焼室から離れる。

タービンは約１ ８．７ ９ｃｍ（ ７．７ ９インチ
）の外径で、全断熱効果に対し０．９０の断熱効率をも
って毎秒１．０ ４Ｋｇ（ ２．３ ０ ７ ｌｂ）の
ガスを受け入れる。

ガスは約１． １ ３ Ｋｐ／ｃｍ’（１ ６ ０ ０
ｐｓｉａ ）の総圧、約６７２℃（ １ ２５０下）
の温度でタービン５２を出、それから、ラジアル、排気
デイフユーザ８６を通り、そこで静圧がわずかに増え約
１．０９Ｋｇ／ｃｍ２（１５．５１ ｐｓ ｉ ａ ）
となる。

排気ガスカ熱交換器３４の上半部を通って前方に向う際
、当該ガスは約０．０ ６Ｋｇ／ｃｍ’（ ０．８ １
ｐｓｉａ ）の圧力降下を生じ、約１．０ ３ Ｋ
ｇ／ｃｍ’（ １ ４．７ ｐｓｉａ ）の標準圧力で
大気に出る。

熱交換器２６を通る間、排気ガスの温度は、約５５５℃
（１０２２°Ｆ）から約３３３℃（ ６ ３ ３°Ｆ）
まで減少する。

熱交換器モータ３９８は約半馬力を消費し、ギアボック
ス１４と主ロータ軸承１５６は通常約６．２馬力を消費
する。

第１４図には本発明に基づく単軸ガスタービンエンジン
５００が示されており、該エンジンは中心軸線５０４に
同心的に配置された主ロータ軸５０２を有する。

コンプレツサ５０６が軸５０２のほぼ中央に同心状に取
り付けられ，タービン５０８が同軸５０２の前端から片
持梁状に支持されでいる。

コンプレツサ５０６とタービン５０８との間に設けられ
た前方主軸承５１０及び、コンプレツサ後方に設けられ
た後方主軸承５１２は前述タービンエンジン１０の単一
主軸承１５６によって与えられるよりもより大きい安定
性をもってロータ軸５０２を支持する。

短かな軸５１４は軸５０２の後端を遊星歯車減速装置５
１６に結合する。

空気は取入口５１８を通してコンプレツサ５０６に導び
かれる。

空気がコンプレツサ５０６から半径方向に排出されると
、環状高圧チャネルデイフユーザを通って周状に伸びる
高圧室５２２に到る。

高圧室５２２は通路５２４と連通し、該通路はエンジン
５００の下方外周に沿って熱交換器５２６の下半部前面
に到る熱交換器は軸線５０４に平行な軸５２８のまわり
に回転する。

熱交換器下半部を通ったガスは通路５２４と排気ガス室
５３２との間の通路５３０を後方に向けて通されスクロ
ール５３４に取り付けられた（図示しない）燃焼室に到
る。

ガスは燃焼室で加熱されたスクロール５３４によりノズ
ル５３６を通されタービン５０８に向けられる。

排気ガスはタービン５０８を後方に向けて排出され、ラ
ジアル排気デイフユーザ５３８を通されて排気室に到る
該室５３２は熱交換器５２６の下半部後面に連通してい
る。

排気ガスは、この熱交換器５２６の上半部を通され大気
に到る。

上述したエンジン５００は前述エンジン１０と同じ有効
な構成要素と流路を有するが、幾分簡単な支持構造体を
有している。

エンジン５００後部の空気取入ハウジング５４０は空気
をラジアルコンプレツサ５０６の周囲に供給する。

このハウジング５４０は、また、遊星歯車装置５１６と
後方主軸承５１２とを支持する。

ハウジング本体５４２はハウジング５４０の前端に結合
され、且つ、前方主軸承５１０を支持する。

ハウジング本体５４２はほぼ円筒状の外壁５４４と半円
分割壁５４６を有しでおり、この分割壁は外壁５４４に
隣接した通路５２４を画成している。

熱交換器ハウジング５４８は熱交換器５２６とハウジン
グ本体５４２との間に配置される。

熱交換器ハウジング５４８はハウジング本体の外壁と当
接する円筒外壁５５０と、分割壁５６４に当接する分割
室５５２と、熱交換器５２６のハブ５５８の真下の水平
横断部分５５６に沿って伸び、且つ、水平横断部分５５
６の上方で外壁５５０と一体の円錐部分５６０に向かい
半円状となりながら下方に伸びる内壁５５４とを有する
。

ラジアルデイフユーザ５３８は円錐壁部５６０の内側に
沿って配置される。

熱交換器カバー５６２は円筒外壁５５０の前端と当接す
る円筒外壁５６４と、半円カバ一部５６６とを有する。

カバ一部５６６はハブ５５８の下方で熱交換器５２６の
前側を水平に横断し、また、下方に伸びて外壁５６４の
周囲と係合し、熱交換器５２６の下半部前側への高圧ガ
スを保持する。

熱交換器モータ５６８は熱交換器５２６のハブを回転駆
動する。

叙上の如く、本発明に係るガスタービンエンジンにおい
ては、排気デイフユーザを、タービンからの排気ガスを
半径方向に向けて拡散し静圧回復を行うラジアル排気デ
イフユーザとしたので、その軸方向長さが短くとも効率
よく静圧回復ができ、また、そのため当該デイフユーザ
からの高温排気ガスを受け入れて熱回収を行うディスク
型熱交換器の軸方向長さも短いものとすることができる
。

従って、当該ガスタービンエンジンの全長を短くするこ
とができ所期の目的である小型のタービンエンジンの提
供を可能としでいる。

また、タービン、デイフユーザ及び熱交換器の上記位置
関係から、前述の従来のものに比べてタービンからの高
温排気ガスを短い通路を通して熱交換器に導ひくことが
でき、熱損失の少い状態で熱回収することができる。

更に、タービンは一段式の単軸タービンであり、該ター
ビンからコンブレツサへの駆動力及び出力の両方を取り
出すようにしてあり、その構造が簡単である。

従って、その製造コストが安く故障の少いエンジンを提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る単軸ガスタービンエンジンの側
面図、第２図は、第１図の縦断側面図、第３図は、第１
図のエンジンのハウジング本体の後端面図、第４図は、
第２図エンジンの４−４線断面図、第５図は、第１図の
エンジンのハウジング本体の前端面図、第６図は、第１
図のエンジンの空気取入ハウジングの後端面図、第７図
は第１図のエンジンの高圧ガスデイフユーザの一部切欠
平面図、第８図は、第７図における８−８線図、第９図
は、第１図のエンジンの軸承ハウジングの後端面図。 第１０図は、第９図における１０−１０線図、第１１図
は、第９図のハウジングの前端面図、第１２図は、第１
図のエンジンの熱交換器ハウジングの後端面図、第１３
図は、第１図のエンジンの熱交換器カバーの後端面図、
第１４図は、本発明に係るガスタービンエンジンの他の
実施例を示す縦断面図である。 ４６・・・・・・コンプレツサ、５２・・・・・・ター
ビン、８６・・・・・・排気ガスデイフユーザ、３６４
・・・・・・第１の円錐部分、３８０−・・・・・第２
の円錐部分。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 中心軸線のまわりに回転できるように取り付けられ
   た一段遠心コンプレツサと；該コンプレツサの軸線方向
   前方で上記軸線のまわりに回転できるようにして取り付
   けられた一段ラジアルフロータービンで排気ガスを軸方
   向前方に排出するようになされ、かつ、コンプレツサを
   駆動するように該コンプレツサに単軸により連結された
   タービンと；該タービンの軸方向前方位置で上記中心軸
   線と整列するようにして取り付けられ、コンプレツサか
   らの高圧ガスを一つの方向に通すとともに排気ガスを反
   対の方向に通すようにしたディスク型熱交換器と；前記
   タービンと熱交換器との間に設けられ、タービンからの
   排気ガスを直接受け入れその渦巻方向速度の運動エネル
   ギを静圧に変換する為のラジアル排気デイフユーザと；
   を含むガスタービンエンジン。 ２ 前記第１項に記載のエンジンにあって、前記ラジア
   ル排気デイフユーザは排気ガスを通す為の互いに隔離さ
   れた第１及び第２の円錐部分を有することを特徴とする
   ガスタービンエンジン。 ３ 前記第２項に記載のエンジンにあって、第１の円錐
   部分は約１２５°の夾角を有することを特徴とするガス
   タービンエンジン。 ４ 前記第３項に記載のエンジンにあって、前記冫第２
   の円錐部分は前記第１の円錐部分の軸方向前方に配置さ
   れ、約１２０°の夾角を有することを特徴とするガスタ
   ービンエンジン。 ５ 前記第４項に記載のエンジンにあって、第１及び第
   ２の円錐部分は最小約２．０４ｃｍの間隔を有している
   ことを特徴とするガスタービンエンジン。