JPS60175706A - 入口案内翼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガスタービン・エンジンに関するものであり、
更に詳しくはガスタービン・エンジンの入口案内翼に関
するものである。

発明の背景 ガスタービン・エンジンの入口には入口案内翼を設けて
、圧縮機に送られる空気の量と回転を制御するのが普通
゛である。流入する空気に対する入口案内翼の角度はエ
ンジンの速度に応じて変えることができる。低速度では
、入口案内翼は最も閉じた位置まで回転される。最高速
度では、最も開いた位置まで回転される。

エンジンの入口に設けられた入口案内翼は周囲の温度お
よび湿度を持つ空気を受ける。したがって、着氷防止対
策がとられていない場合には、入口案内翼に着氷する。

入口案内翼に氷が蓄積するままにしておくと、氷が入口
案内翼からＩ！ｉｌｔ脱して、高速回転するエンジン部
品の中に入り、これを損傷することがある。このため、
入口案内翼に着氷防止手段を設けるのが普通になった。

４− 入口案内翼の着氷防止を行うため、ガスタービン・エン
ジンの圧縮機から例えば約１５０乃至５００’Ｆ（約６
５．５℃乃至２６０　’Ｃ）の温度に上昇した空気流を
取り出して、入口案内翼を囲む高圧室にこの加熱された
空気を送る。各入口案内翼は、高圧室の中に配置された
スピンドルずなわち軸から翼の中まで伸びる１つ以上の
空気流室を含み、この空気流室の中で空気は翼を加熱す
るために分配されて最終的にエンジン入口に放出される
。

翼の中に空気流室を形成するには、設計上の妥協を要す
るいくつかの問題が生じ、利用可能なエンジン効率を最
大にすることができなくなる。入口案内翼の翼部分の断
面は比較的薄くして、空気流が翼部分をできる限り自由
に通過できるようにする。

小型エンジンでは、たとえば翼の最大横断面寸法は１／
８インチ（３，２ｍｍ）であり、また１／Ａ６インチ（
１，６１＋１［１）と薄くなることもある。このように
小さな寸法は翼の中に空気流室を作る際に問題となる。

従来はベリリウム銅材料から翼を鍛造した後、その鍛造
片の１つの表面に機械加工により空気流室を作る。それ
から空気流室の上にカバー板がろう付すされて、翼の１
つの表面を形成する。翼はその後縁に近づくにつれて断
面がしだいに非常に薄くなるようにテーパが付げられる
ので、従来の方法では空気流室を後縁までずっと通ずこ
とはできない。そしてカバー板は後縁のかなり前で終っ
てしまい、その所で空気流室の空気が表面に出ていく。

経済性の制約から、翼の中に空気流室を形成するために
用いることのできる機械加工の複雑さが制限される。更
に、機械加工とろう付けの必要条件からカバー板の形状
は平面に限定され、したがって翼の片面はほぼ完全に平
面に制限されて、空気力学的に効率のよい湾曲した形状
とすることはできない。空気力学的効率を最大にするた
めには、複雑な湾曲を使わなければならない。従来技術
の構造では平面状のカバー板が必要であることから、こ
のような複雑な湾曲なしで済ませな（Ｊればならない。

平面状のカバー板を使ったときでも、ろう付けは必らず
しも完全でないので、カバー板とそれをろう付けする面
との間に隙間で形成されることがある。このような隙間
によって熱伝導が低下し、低温部が発生することがある
。

ガスタービン・エンジンの別の領域すなわちタービン段
では、動翼は焼流し精密鋳造により鉄材料で作られる。

焼流し精密鋳造によって、タービン動翼には空気のよう
な冷却流体を通すための中空の中心部がつくられる。焼
流し精密鋳造法では、例えばシリカ（Ｓｉ　０２　）で
作ったセラミックの芯体を用意し、そのまわりに鉄材料
が流し込み成形される。鉄材料の凝固後、水酸化カリウ
ムや水酸化ナトリウムのような腐食剤を用いてシリカ芯
体を侵出させる。

入口案内翼は鉄金属でなく、高熱伝導度の材料で作られ
る。銅の中【こ約１％のベリリウムを混ぜた合金は入口
案内翼に用いるための比較的高強度で高伝導度の材料と
なる。入口案内翼用のこのよ７− うな材料を用いて焼流し精密鋳造を首尾よく行うことが
できるということは従来入られていなかつ　ｌこ　。

発明の目的 したがって、本発明の１つの目的は従来技術の欠点をな
くした入口案内翼を提供することである。

本発明のもう１つの目的は翼部分が焼流し精密鋳造によ
り単一体として形成された入口案内翼を提供Ｊることで
ある。

本発明の更にもう１つの目的は入口案内翼の表面に対す
る熱伝達を行うための改良した形状の内部空気流室を持
つ入口案内翼を提供することである。

本発明の更にもう１つの目的は空気流室の表面に対する
強固な支持体を持つ入口案内翼を提供することである。

発明の要約 本発明の一態様によれば、入口案内翼は、単一体として
鋳造された翼、翼に取り付けられた軸、軸の中に設けた
空気通路、翼の第１および第２の＝８一 対向した外被部Ｈの間にあって空気通路と連通する空気
流室、第１おにび第２の対向した外被部材と一体であっ
て空気流室を横切る複数のビン、並びに翼の後縁にあっ
て第１および第２の外被部材の間の空気流室からの空気
用［１を有する。第１の外被部材・は第１の湾曲した空
気力学的形状を持ち、第２の外被部材は第２の湾曲した
空気力学的形状を持つ。

本発明の１つの特徴によれば、上記のような入口案内翼
において、単一体として鋳造された翼は銅とベリリウム
の合金で鋳造されたものであり、ベリリウムの含有量が
約０．５％乃至約２％である。更に、第１および第２の
湾曲した空気力学的形状は翼の軸線のまわりに捩れた形
状をなす。捩れは約２度乃至２５ｒｆＪ、である。翼は
翼の第１の端で第１の方向に凹形に湾曲した第１の横断
面を持ち、翼の第２の端で第１の方向とは逆の第２の方
向に凹形に湾曲した第２の横断面を持つ。

簡略して述べれば、本発明の一態様によれば、翼の空気
流室の対向した外被部材を相互に接続するビンの配列を
そなえ、高熱伝導度の材料から焼流し精密鋳造により単
一体として鋳造された入口案内翼が提供される。ピンは
外被部材を支持して安定化し、空気流室内の空気から各
外被部材の表面へ熱を伝導するのを助け、空気の流れ制
御を行う。焼流し精密鋳造を用いることにより、製造上
の必要条件によって形状が制約されることなく空気力学
的性能にとって最適な形状を採用することができる。

本発明の上記の目的ならびに他の目的、特徴、および利
点は図面を参照した以下の説明から明らかとなろう。図
面において、同じ要素は同じ参照番号で表わしである。

実施例の詳細な説明 第１図は本発明を適用できるガスタービン・エンジン１
０を示す。ガスタービン・エンジン１０は軸流圧縮ｍ１
２を含み、この圧縮１１２は入口案内翼アセンブリ１４
がら空気の供給を受ける。

軸流圧縮機１２は入力空気を仕縮して、燃焼器１６に供
給する。燃焼器１６では燃料の燃焼によってエネルギが
増加する。燃焼器１６からの燃焼生成物と加熱された空
気はタービン１８に供給される。タービン１８は機械的
連結部２０を介して軸流圧縮機１２を駆動するとともに
（図示しない）シャフトまたはジェットの排気に出力を
与える。

圧縮中に作用する仕事によって加熱された圧縮空気は軸
流圧縮機１２から抽出されて、導管２２を介して防水弁
２４に送られる。防氷弁２４は導管２６を介して、入口
案内翼アセンブリ１４を囲む高圧室２８に供給される加
熱空気の流量を調整する。

入口案内翼用の制御器３０がエンジン速度信号発生器３
２からのエンジン速度信号に応答して入口案内翼アセン
ブリ１４中の入口案内翼の角度を機械的に制御する。防
氷弁２４もエンジン速度信号発生器３２からのエンジン
速度信号に応答して導管２６に送られる空気の流量を制
御するとともに、導管３４で表わすようにエンジン内の
他の部品（図示せず）に送られる防水用空気も制御する
。

次に第２図には従来技術による入口案内翼３６−１１− が示されている。入口案内翼３６の翼３８には、高圧室
２８を通って上に伸びるスピンドルすなわち軸４０が取
り付けられている。軸４０の端部には例えばねじ山を切
ったナツト４３のような通常の手段により通常の形式の
作動レバー４２が固定されている。作動レバー４２によ
り、軸、４０と内側ピボット４４とにより定まる軸線の
まわりに翼３８を回転することができる。

軸４０中の横通路４６により加熱空気が高圧室２８から
軸方向通路４８に入る。この通管４８は加熱空気を破線
の矢印で示す径路に沿って翼３８の中の空気流室５０に
送る。空気流室５０にはリブ５２が形成されていて、リ
ブ５２は空気流を方向付けすると共にカバー板５４をろ
う付けするための取り付は台となるように適切な形状に
作られて配置されている。

こ）で第３図および第４図を参照すると、カバー板５４
は、くぼんだ棚部５６により外面が翼３８の表面５８と
そろうようにはめ込むことができる。くぼんだ棚部５６
はカバー板５４の周囲に沿１２− った段６０を形成し、組み立て作業中にこの段にカバー
板５４がろう付けされる。リブ５２は段６０と同じ深さ
までくぼんでいるので、カバー板５４はまたリブ５２に
よって支持され、リブ５２にろう付けされる。

第３図に示すように、出口通路６２が空気流室５０から
高温空気を翼３８の後縁の表面６４へ送り出す。

前述のように、ろう付けを首尾よく行うにはカバー板５
４の形状が制限され、このため１４３８のカバー板５４
を含む側が平面になる。更に、後縁６６に近づくにつれ
て材料の厚さが薄くなるため、空気流室５０は翼３８の
後縁６６のかなり前で終らなければならない。また、翼
３８の横断面寸法が制限されているので、カバー板５４
を薄板にしなければならない。空気流室５０を形成する
ための機械加工の複雑さを妥当な程度にとどめているた
め、カバー板５４のかなり大きな面積が支持されなくな
り、このため振動してひび割れが生じる惧れがある。更
に、空気流室５０内を通る空気流が比較的滑らかになっ
て、翼３８の表面に対して最大の熱伝達を与えなくなる
ことがある。

第５図には本発明の一実施例による入口案内翼６８が示
されている。入口案内翼６８の翼７０は焼流し精密鋳造
により単一体として形成され、図示した内部構造が鋳造
プロセス中に形成される。

軸４０は翼７０と同時に同じ祠料で鋳造されるか、好ま
しくは鋼の」：うな高強度材料で形成され、特に作動レ
バー４２の取り付は領域の耐久性を増すためろう付りに
よって翼７０に取り付けられる。

複数のリブ７２が空気流室７４を形成する。複数のビン
７６が空気流室７４を横切り、翼７０の対向した外被部
材８６および８８を支持するとともに、空気流室７４内
の空気の熱を外被部材８６および８８に伝達する。必要
な場合あるいは希望する場合、ビン７６は相互にずらし
た列をなすように配置されて、１対のビン７６の間を通
る空気が次の列のビン７６に直接当たるようにする。こ
の構成により、空気流室７４内で空気の乱流が生じ、こ
れのため表面に対する熱伝達が高まる。

次に第７図には翼７０の中央部近傍の代表的な横断面を
示しである。翼７０の最大横断面厚さ９０はできる限り
小さくして、翼７０を通過する空気が自由流れになるよ
うにしなければならない。

本発明では、この最大厚さは６５ミル（１，６５ｍｍ）
と１２５ミル（３，１８ｍｍ）の間にあり、後縁７８近
くの最小厚さは約４５ミリ（１，１４ｍｍ）となる。好
ましい実施例では、各外被部材８６および８８の厚さ９
２は１０ミル（０，２５４ｍｍ）と２５ミル（０，６３
５ｍｍ）の間にあり、後縁７８に近づくにつれて値が小
さくなる。外被部材８６と８８との間の空気流室７４の
幅９４は２０ミル乃至３０ミル（０，５０８乃至０．７
６２ｍｎ＋）であり、後縁７８に近づくにつれて値が小
さくなる。

空気流室７４は翼７０の後縁７８の空気用ロア７まで充
分に伸びており、このため加熱された空気（加熱空気）
は後縁７８まで翼７０の中を流れ、後縁の位置に達しな
いうちに放出されることはない。したがって加熱空気が
後縁７８に達する前に１５− 放出されないので、結氷除去効果が改良される。

第５図から明らかなように、空気流室７４の同縁は、２
つの部分から翼を製作するときに経済的にまたは実際上
行うことのできるものよりも一層複雑な形に作ることが
できる。たとえば、空気流室７４の底に切込み８０を形
成して空気が隣接するビン７６の廻りに流れるようにで
きる。最も必要な位置に防水用空気を通すための特別な
手段を含む他の有利な形状を、本発明に従って当業者は
考えることができよう。ビン７６は次の３つの目的のた
めに必要に応じてまたは希望により配置することができ
る。すなわち、（１）翼７０の外被部材の支持のため、
（２）空気から外被部材の外表面への熱伝達のため、お
よび（３）流れ制御のために配置することができる。

流れ制御については、ビン７６の間隔を密にすることに
より、空気流室７４の特定の位置において流れ抵抗を作
る。このようにして、翼７０の選ばれた部分への流量を
制御することができる。

翼７０は銅とベリリウムの合金から鋳造され、１６− ベリリウムの量は約０．１％乃至１０％である。

ベリリウムの含有量が少なくなるにつれて、翼７０の強
度が低下する。ベリリウムの含有量が増加するにつれて
、熱伝導度が低下する。好ましい実施例では、約０．＃
５％から２％のベリリウム含有量が用いられる。

次に第６図を参照して説明すると、貿７０は、第２図の
従来技術の翼では平面状でなければならなかったのに対
して、空気力学的効率を改良するため弓形に反り且つ捩
れた形状に作られている。

反り（キャンバ−）は翼の軸方向横断面（翼形）の湾曲
または曲がりの目安となる。翼の軸線を中心とした捩れ
は、翼根部分から先端部分までの、エンジンの中心線に
対する翼弦の角度の変化の目安となる。全体の捩れは２
度から２５度の範囲内にある。好ましい実施例では捩れ
は約１０度乃至約１８度であり、最も好ましい実施例で
は捩れは約１２度乃至１６度である。

第６図では、最下部８２（半径方向内側部分）の横断面
は図の下向きに凹形に湾曲しているのに対して、翼７０
の最上部８４の横断面は上向きに凹形に湾曲している。

下部８２から上部８４まで湾曲がこのように変化するこ
とは逆キャンバ−として知られている。最上部８４（半
径方向外側）の反りは次の段の圧縮機動翼の回転方向の
反りである。これは、音速に最も近い第１段圧縮機動翼
の外側先端での空気間の相対速度を低下させる傾向があ
る。最下＠８２（半径方向内側）での逆の反りによって
、第１段圧縮機動翼の翼根近くに入る空気が逆方向に旋
回し、このためこの空気は第１段圧縮機動翼を通過した
後、より低いマツハ数で第１圧縮機静翼段に当る。

第７図には下向きの凹形の湾曲から上向きの凹形の湾曲
に変る位置を丁度超えた位置での１つの代表的な翼の横
断面を示している。翼７０の第１の外被部材８６は凹面
を形成するように湾曲している。第２の外被部材８８は
凸面を形成するように湾曲している。各外被部材は湾曲
の異なる空気力学的形状になっている。これらの形状は
全て翼７０の空気力学的必要条件によって定まり、従来
技術のように平面にしなければならないという要件によ
って制約されることはない。

第５図のようにリブ７２どビン７６をともに使うのは一
例にすぎず、前に列挙した目的に合うように適当に間隔
をありで配冒したビンだけを使う構成にすることかでき
る。このようなビンのみを用いた構成は図示していない
が、当業者にはビンのみを使った構成は充分に理解でき
ょう。

以上、図面を参照して本発明の特定の好ましい実施例を
説明してきたが、本発明はそれらの実施例に限定される
ものではなく、当業者には特許請求の範囲に記載された
本発明の趣旨および範囲を逸脱せずに種々の変更や変形
を行うことができることは明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用しようとするガスタービン・エン
ジンの概略図である。第２図は従来技術による入口案内
翼の断面図であって、入口案内翼の一部を取り除いたと
きの側面を示す断面図である。第３図は第２図の線３−
３に沿って見た入口−１日　− 案内翼の横断面図である。第４図は第２図の線４−４に
沿って見た入口案内翼の横断面図である。 第５図は本発明の一実施例による入口案内翼の断面図で
あって、入口案内翼の一部を取り除いたときの側面を示
す断面図である。第６図は第５図の入口案内翼の底面図
である。第７図は第５図の線７−７に沿って見た入口案
内翼の横断面図である。（主な符号の説明） ４０・・・軸、４６・・・横通路、４８・・・軸方向の
通路、６８・・・入口案内翼、７０・・・翼、７２・・
・リブ、７４・・・空気流室、７６・・・ビン、７７・
・・空気出口、８６・・・第１の外被部材、８８・・・
第２の外被部材、９゜・・・翼の最大横断面厚さ、９４
・・・第１および第２の外被部材の間の空気流室の幅。 特許出願人 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ代理人　（７６
３，０）　生　沼　徳　ニ２０−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　ベリリウム含有恒が約０．５％乃至２％である
   銅とベリリウムの合金で単一体として鋳造された翼、上
   記間に取り付けられた軸、上記軸中に設けられた空気通
   路、上記間の第１および第２の対向した外被部材の間の
   上記間の中にあって上記空気通路と連通ずる空気流室、
   上記第１および第２の対向した外被部材と一体に設けら
   れていて上記空気流室を横切る複数のビン、ならびに上
   記間の後縁に設けられていて上記第１および第２の外被
   部材の間の上記空気流室からの空気出口を有し上記第１
   の外被部材が第１の湾曲した空気力学的形状を持ち、上
   記第２の外被部材が第２の湾曲した空気力学的形状を持
   ち、上記第１および第２の湾曲した空気力学的形状が上
   気翼の軸線のまわりに捩れを形成し、上記捩れは約２度
   乃至２５度であり、上記間が上記間の第１の端で第１の
   方向に凹形に湾曲した第１の横断面を持ち、かつ上記間
   の第２の端で上記第１の方向とは逆の第２の方向に凹形
   に湾曲した第２の横断面を持っている入口案内翼。 （２、特許請求の範囲第（１）項記載の入口案内翼にお
   いて、上記単一体として鋳造された翼の最大厚さが１２
   ５ミル（３，１８ｍｍ）である入口案内翼。 （３）　特許請求の範囲第（２）項記載の入口案内翼に
   おいて、上記第１および第２の対向した外被部材の間の
   上記空気流室の幅が２０ミル（０゜５０８　ｍｍ）と３
   ０ミル（０，７６２ｍ１ｌｌ）の間にある入口案内翼。 （４）　単一体として鋳造された翼、上記部に取り付け
   られた軸、上記軸の中に設けられた空気通路、上記間の
   第１および第２の対向した外被部材の間の上記間の中に
   あって上記空気通路と連通ずる空気流室、上記第１およ
   び第２の対向した外被部材と一体に設けられていて上記
   空気流室を横切る複数のビン、ならびに上記間の後縁に
   設けられて上記第１および第２の外被部材の間の上記空
   気流室からの空気出口を有し、上記第１の外被部材が第
   １の湾曲した空気力学的形状を持ち、上記第２の外被部
   材が第２の湾曲した空気力学的形状を持っている入口案
   内翼。 （５〉　特許請求の範囲第（４）項記載の入口案内翼に
   おいて、上記第１および第２の湾曲した　′空気力学的
   形状が上記間の軸線のまわりに捩れを形成している入口
   案内翼。 （６）　特許請求の範囲第（５）項記載の入口案内翼に
   おいて、上記間が上記間の第１の端で第１の方向に凹形
   に湾曲した第１の横断面を持ち、かつ上記間の第２の端
   で上記第１の方向とは全体的に逆の第２の方向に凹形に
   湾曲した第２の横断面を持つ入口案内翼。 （７）　特許請求の範囲第（５）項記載の入口案内翼に
   おいて、上記捩れが約２度乃至２５痕である入口案内翼
   。 （８）　特許請求の範囲第（５）項記載の入口案内翼に
   おいて、上記捩れが約１０度乃至１８度である入口案内
   翼。 （９）　特許請求の範囲第（６）項記載の入口案内翼に
   おいて、上記捩れが約１２度乃至１６１１３である入口
   案内翼。 （１０）　特許請求の範囲第（４）項記載の入口案内翼
   において、上記単一体として鋳造された翼が銅とベリリ
   ウムの合金で鋳造されている入口案内翼。 （１１）　特許請求の範囲第（１０）項記載の入口案内
   翼において、上記合金が約０．５％乃至２％のベリリウ
   ムを含んでいる入口案内翼。 （１２、特許請求の範囲第（４）項記載の入口案内翼に
   おいて、上記単一体として鋳造された舅の最大厚さが１
   ２５ミル（３，１８ｍｍ＞である入口案内翼。 （１３）　特許請求の範囲第（１２）項記載の入口案内
   翼において、上記第１および第２の外被部材の間の一ト
   記空気流卒の幅が２０ミル（０，５０８１１１ｍ）と３
   ０ミル（０，７６２ｍｍ）の間にある入口案内翼。 ３−