JPS61207802A - ガスタービンエンジン - 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】 技術分野 本発明は、ガスタービンエンジンの軸流型ファン及び圧
縮機に係り、特に隣接するシュラウド又は摩擦ストリッ
プに対するブレードの先端の関係に係る。

背景技術 １９８０年１２月１６日付にて付与された米国特許第４
．２３９．４５２号及び１９８０年１２月９日付にて付
与された米国特許第４．２３８゜１７０号（何れも本願
出願人であるユナイテッド・チクノロシーズ・コーポレ
イションに譲渡された）に於ては、ブレードの先端に近
接して設けられた溝を有するシュラウドが開示されてい
る。

例えば上述の米国特許第４．２３８．１７０号に開示さ
れている如く、圧縮機のブレードの先端は、それらの先
端を囲繞しブレードの外方部分及び先端に対する相補的
な寸法にて溝又は凹部が形成されたシュラウド又は摩擦
ストリップに近接して延在している。場合によっては、
例えば合成ゴムの如き柔軟な研摩可能な材料が使用され
てよい低圧段に於ては、エンジンの加速中に半径方向外
方へ移動するブレードにより溝が形成される。かかる方
法によれば、互いに嵌合する部材の蜜な嵌合状態を確保
し、ブレードの先端の周りに於ける空気の漏洩を回避す
ることが補助される。

エンジンの技術者を常に悩ませている問題は、かかる空
気の漏洩を阻止しないまでも如何にしてかかる漏洩を最
小限に抑えるかということである。

前述の二つの米国特許に開示された構造はかかる目的に
関するものであるが、これらに於ても空気の漏洩が発生
する。

前述の二つの米国特許にはブレードの先端に於ける空気
の漏洩を低減する他の方法も開示されている。本発明は
上述の二つの米国特許に開示された技術を改善し、従来
より公知の構造により得られるエンジンの運転効率以上
にエンジンの運転効率を改善するものである。

発明の開示 本発明の目的は、ファン若しくは圧縮機のブレードの先
端に近接した位置にてガスタービンエンジンの摩擦スト
リップ、シュラウド又はエンジンケースに傾斜した溝を
有するガスタービンエンジンを提供することである。ブ
レードの先端の形状及び溝の断面として見た場合の内面
は作動媒体流路の壁に対し傾斜している。

本発明は安定な速度及び温度の運転条件により生ずる材
料の成長に起因して圧縮機若しくはファンのブレードが
変位した場合に、溝の内面とブレードの先端との間の間
隙を消去すべく、ブレードの先端及び溝の内面を傾斜さ
せるものである。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。

発明を実施するための最良の形態 ガスタービンエンジンの低温ステーション、特に圧縮セ
クションに使用される本発明の好ましい実施例が図示さ
れており、柔軟な材料がエンジンのエンジンケースの内
周面に配設され、回転するブレードにより研削され得る
よう研摩可能である。

かくして前述の米国特許第４．２３８．１７０号に開示
されている如く゛、ブレードは回転速度がＯの状態に於
ては摩擦ストリップの内周面より隔置され、エンジン−
がその最高運転速度へ加速される場合には摩擦ストリッ
プに切込んで溝を形成する。

しかし溝の形状はエンジンの運転以前に機械加工により
形成されてよいものである。本発明の改良点はブレード
の先端及びこれと共働する溝の特定の形状である。

ガスタービンエンジンの軸流圧縮機の圧縮セクジョン１
０の一部が第１図に示されている。作動媒体ガスのため
の流路１６が圧縮セクション１０を貫通して軸線方向に
延在している。内向き面２０を有する外壁１８及び外向
き面２４を有する内壁２２が流路１６を形成している。

単一のブレード２６により示されている如き軸線方向に
隔置された複数列のロータブレードが、ロータより流路
を横切って外壁１８に近接した位置まで半径方向外方へ
延在している。各ブレード２６はシュラウドを有しない
先端２８を有しており、エーロフオイルの断面形状に形
成されている。従って各ブレードは圧縮側及び吸入側を
有しており、図示の如く上流側端部３０と下流側端部３
２とを有している。ステータのシールランド３４が各列
のロータブレードの先端を越えて延在している。各シー
ルランドはその内向き面３７に於て深さＤまで形成され
周縁方向に延在する溝３６を有している。

単一のベーン３８により示されている如き複数列のステ
ータベーンが、ステータより流路１６を横切って内Ｗ！
２２に近接した位置まで半径方向内方へ延在する状態に
て片持支持されている。各ベーンは図示の実施例に於て
はシュラウドを有しない先端４０を有しており、エーロ
フオイルセクションの形状に形成されている。従って各
ベーンは圧縮側及び吸入側を有しており、図示の如く上
流側端部４２と下流側端部４４とを有している。ロータ
のシールランド４６が各列のステータベーンの先端を越
えて延在している。各シールランド４６には周縁方向に
延在する溝４８が形成されている。

エンジンの非運転条件下に於ては、ブレードの先端２８
は内向き而２０より隔置された状態にある。先端２８と
内向き面２０との闇のＭＨによりこれらの部材の組立が
可能になっている。エンジンが高運転速度に加速される
際に発生される遠心力及び熱的に発生される力に応答し
て、ブレードの先端２８は半径方向外方へ成長し、ステ
ータのシールランド３４に設けられた溝３６を研削する
。

満３６の底面に最も近接したブレードの点は「ピンチポ
イント」と呼ばれており、通常最高速又は最高出力条件
にエンジンが過渡的に運転される際に発生する。エンジ
ンが或る与えられた運転速度に於ける熱的安定領域に到
達する際には、シールランドを含む外壁は、ブレードの
先端及び内面３７が間隙を郭定する位置までブレードの
先端に対し相対的に軸線方向及び半径方向に運動する。

従来の構造を示す第２図に示された従来の構造体に於け
る一つの問題は、エンジンの運転速度の増大につれてブ
レード５０の溝５４内への嵌入度合が増大し、溝の垂直
壁５３に対し空気がポンプ送りされ、これにより乱流が
発生されるということである。矢印Ａにより示された乱
流はエンジンの作動媒体の流路に於て一つの障害物とな
り、エンジンの性能に悪影響を及ぼす。最高運転速度に
於ける有害な乱流による損失を回避するためには、ブレ
ードの先端の最大嵌入深さが制御されなければならない
。エンジンの低速運転条件下に於ては、ブレードは溝内
に嵌入せず、流路の外壁とブレードの先端との間に於て
空気の漏洩が容易に発生する。

ブレードの先端に於けるポンプ作用により発生された圧
力により高圧側より低圧側へ空気を漏洩させるブレード
の先端を横切る圧力勾配を適合化させることが望ましい
。図示の従来の構造に於ては、ブレードの全幅が空気に
作用し、その空気を過剰に加圧する傾向を有し、従って
有害な乱流を発生する。

本発明によれば、ブレードの先端は作動媒体流路の壁に
対し傾斜して配置されるような形状に形成される。この
ことが第３図に最もよく示されている。溝が上述の如く
機械加工される際には、溝は内面３７の形状を郭定する
よう形成される。溝の断面を見ると、内面３７の軸線方
向の延長線は内向き面２０により郭定された流路に対し
角度αをなしている。かかる形状により以下の二つの重
要な特徴が実現される。

（１）従来に構造に於ては、ブレードの先端の何れかの
部分が溝内に嵌入すると、ブレードの全幅が溝の垂直壁
に対し空気をポンプ送りする。従って有害な乱流が発生
する以前に於てはブレードは溝内に殆ど嵌入しない。こ
れに対し第３図に示された構造に於ては、エンジンの運
転速度がブレードの先端を溝内へ嵌入させる速度になる
と、ブレードの先端の後方部分のみが溝型直壁に対し空
気をポンプ送りする。従ってブレードの先端は乱流の制
限条件を発生させる以前に溝内へより深く嵌入すること
ができる。低速運転条件下に於ては、本発明に於けるブ
レードの先端は溝内に嵌入し得るのに対し、従来の構造
に於てはブレードの先端は溝内に嵌入することができな
い。

（２）溝を適正な方向に傾斜させることにより、ブレー
ドの先端及び流路の外壁が任意の所与のエンジンの運転
速度条件下に於て熱的に安定な状態になる際に、ブレー
ドの先端と流路の外壁との間の相対的軸線方向運動によ
りこれらの間の間隙が低減される。かくしてブレードの
軸線方向の運動方向に対するエンジンケースの軸線方向
の成長方向、例えば矢印日の方向を知ることにより、間
隙りを低減することができる。

第４図は、上述の空気漏洩の問題に対処すべくブレード
の先端が如何なる形状に形成されてよいかに関する他の
一つの実施例を示している。ブレード７０の先端は鋸歯
状に形成されており、複数個の互いに平行な溝７２を有
している。各溝内に於ては内面７４は作動媒体流路に対
し傾斜しており、上述の場合と同様の効果が得られる。

第３図との関連で説明した好ましい実施例は特に効率的
であることが解っており、本願出願人でユナイテッド・
チクノロシーズ・コーポレイションのプラット・アンド
争ホイソトニー・エアークラフト（Ｐｒａｔｔ　　＆　
　Ｗｈｉｔｎｅｙ　　Ａｉｒｃｒａｆｔ　）デビジョン
により製造されているＰＷ２０３７エンジンについて試
験されたところによれば、比推力燃料消費量が恐らくは
０．１〜０．２％改善される。

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他の種々の実施例が可能である
ことは当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のエンジンケース又は摩擦ストリップの
傾斜した溝を解図的に示すガスタービンエンジンの圧縮
セクションの部分断面図である。 第２図は従来の構造の圧縮機ブレードの先端に近接して
設けられた傾斜していない溝を示す拡大部分図である。 第３図は一つのブレード及び本発明に従うてエンジンケ
ースに形成された傾斜した溝を示す拡大部分図である。 第４図は本発明の他の一つの実施例によるブレードの先
端及び溝を示す拡大部分図である。 １０・・・圧縮セクション、１６・・・流路、１８・・
・外壁、２０・・・内向き面、２２・・・内壁、２４・
・・外向き面、２６・・・ブレード、２８・・・先端、
３０・・・上流側端部、３２・・・下流側端部、３４・
・・シールランド。 ３６・・・溝、３７・・・内向き面、３８・・・ベーン
、４０・・・先端、４２・・・上流側端部、４４・・・
下流側端部。 ４６・・・シールランド、４８・・・溝、５０・・・ブ
レード。 ５２・・・内面、５３・・・垂直壁、５４・・・溝、７
０・・・ブレード、７２・・・溝、７４・・・内面特許
出願人　　ユナイテッド・チクノロシーズ・コーポレイ
ション

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）高出力運転条件及び低出力運転条件にて運転され
   るガスタービンエンジンにして、エンジンケースと、前
   記エンジンケース内に回転可能に支持され半径方向に延
   在する複数個のブレードを有するロータとを有し、前記
   エンジンケースの一部は内面及び垂直壁を有する周縁方
   向に延在する溝を有しており、前記内面は前記ブレード
   の先端に面しており且前記ブレードの前記先端の形状に
   対する補形をなす形状を有しており、前記エンジンケー
   スの内壁及び前記ロータの外面は前記エンジンの作動媒
   体のための流路を郭定しており、前記溝の前記内面は前
   記エンジンケースの前記内壁に対し傾斜した形状にて形
   成されており、これにより前記エンジンが前記低出力運
   転条件下にある時には前記ブレードの前記先端の一部が
   前記溝内に配置され、これにより前記溝の前記垂直壁に
   対し空気をポンプ送りする作用をなし、これにより前記
   ブレードの高圧側より前記ブレードの低圧側へ前記作動
   媒体が移行することを阻止するよう構成されたガスター
   ビンエンジン。
2. （２）或る出力範囲に亙り運転可能なガスタービンエン
   ジンにして、エンジンケースと、半径方向に延在する複
   数個のブレードを有し前記エンジンの圧縮セクションに
   複数個の圧縮段を形成し前記エンジンケース内に回転可
   能に支持された軸線方向に隔置された複数個のロータと
   を有し、前記エンジンケースの内壁及び前記ロータの外
   面は前記エンジンの作動媒体のためのガス流路を郭定し
   ており、前記エンジンケースの前記内壁は前記エンジン
   が前記出力範囲の高出力運転条件に加速される時に前記
   ブレードの先端が半径方向外方へ移動して前記先端に重
   なって延在する溝を形成するよう研摩可能な材料にて形
   成されており、前記ブレードの前記先端はリーディング
   エッジに於ける小径の部位よりトレーリングエッジに於
   ける大径の部位まで軸線方向に傾斜しており、前記溝の
   内面は前記ブレードの前記先端の傾斜に対応する傾斜を
   有しており、これにより前記エンジンが前記出力範囲の
   低出力運転条件にて運転されている時には前記ブレード
   が前記溝の前記内面より後退し、これにより前記ブレー
   ドの前記大径の部位のみが前記溝内に嵌入し、これによ
   り前記ブレードの前記溝内に嵌入する部分が前記先端に
   近接して前記エンジンの作動媒体をポンプ送りし、これ
   により前記作動媒体が前記ブレードの高圧側より低圧側
   へ前記先端を越えて流れることを最小限に抑えるよう構
   成されたガスタービンエンジン。