JP2006329203A - ガスタービンディスクスロット並びに、それを用いたガスタービン・エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】従来のディスクスロットの輪郭形状に起因する空気流を急激に変化させる形状の入口に起因するインレットの圧力損失等の欠点を克服するガスタービン・エンジンのタービンディスクを提供する。
【解決手段】ガスタービン・エンジンは圧縮機セクション、圧縮機セクションの下流に配置される燃焼セクション、及び燃焼セクションの下流に配置されるタービンセクションを含んでなる。タービンセクションは、タービンブレードを収容するための複数のタービンディスクスロットを画定するタービンディスクを備える。複数のタービンディスクスロットはそれぞれが、底部において角に丸みを持った、曲線状の外周部を有するインレットを備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、概して、ガスタービン・エンジンに関し、より詳細には、ガスタービンディスクスロットに関する。

ガスタービン・エンジンのディスクは、共通して、通常軸方向に配向されるブレードを取り付けるためのスロットを有する。これらのスロットは、ブレードの根元に整合する輪郭形状を有し、又、エンジン運転時にかかる遠心力を受けた状態下でブレードを保持するような形態を有する。スロットの輪郭形状は、負荷を支えるスロットの領域を増大するよう「もみの木形」形態である場合が多いが、他の形態も採用される。

タービンブレードを取り付けるためのタービンディスクスロットは、通常、空気流に対してその流れを急に変化させる（ｓｈａｒｐ ｅｄｇｅｄ）入口を形成する、角に丸みのない鋭い輪郭形状を有する。鋭い輪郭形状の入口により、スロットのインレットで好ましくない空気流の分離が生じるため、空気流の再付着に起因して熱伝導率が増大して好ましくない。

前述の問題を考慮して、本発明の目的は、前述の欠点や不利点を克服又は最小限にする形態のタービンディスクスロットを有する、ガスタービン・エンジンのタービンディスクアッセンブリを提供することにある。

本発明の第１の形態において、ガスタービンディスクアッセンブリは、タービンブレードを収容するための複数のタービンディスクスロットを画定するタービンディスクを含んでなる。複数のタービンディスクスロットは、それぞれが、底部において角に丸みを持った、曲線状の外周部を有するインレットを備える。

本発明の第２の態様において、ガスタービン・エンジンは、圧縮機セクション、圧縮機セクションの下流に配置される燃焼セクション、及び燃焼セクションの下流に配置されるタービンセクションを含んでなる。タービンセクションは、タービンブレードを収容するための複数のタービンディスクスロットを画定するタービンディスクを備える。複数のタービンディスクスロットはそれぞれが、底部において角に丸みを持った、曲線状の外周部を有するインレットを備える。

図１は、ガスタービン・エンジン１０の一例を簡略的に示す側面図である。この図は、エンジン内部の構成要素を図示するために、構造の一部が剥離されている。エンジン１０は、圧縮機セクション１２、燃焼セクション１４及びタービンセクション１６を備える。作動媒体ガスのための空気流路１８が、エンジン１０を軸方向に通って延在する。エンジン１０は、第１の低圧ロータアッセンブリ２２と、第２の高圧ロータアッセンブリ２４を具備する。高圧ロータアッセンブリ２４は、軸２８によって高圧タービン３２に接続された高圧圧縮機２６を備える。低圧ロータアッセンブリ２２は、ファンと、軸３６によって低圧タービン３８に接続された低圧圧縮機３４を備える。エンジン１０の運転中、作動媒体ガスは空気流路１８に沿って、低圧圧縮機２６と高圧圧縮機３４を通って流れる。ガスは、燃焼セクション１４で燃料と混合されて、ガスにエネルギーを加えるために燃焼される。高圧作動媒体ガスは、燃焼セクション１４からタービンセクション１６へ排気される。低圧タービン３８と高圧タービン３２からのエネルギーは、それぞれの軸３６，２８を通って、低圧圧縮機３４と高圧圧縮機２６へ移動する。

図２を参照すると、概して符号４０で示されるタービンセクションの部分的な断面図である。円４２で囲まれた領域内で、タービンセクションは、タービンディスクスロットに取り付けられた複数のタービンブレードを具備している。図３の拡大図を参照すると、タービンブレードを取り付けるための、従来のタービンディスクスロット４４は、通常、底部４８において、空気流を急激に変化させる空気流の入口を生じる角に丸みを持たない、つまり鋭い（ｓｈａｒｐ−ｅｄｇｅｄ）外周部４６を有する。鋭い形状の入口により、スロットのインレットで好ましくない空気流の分離が生じるため、空気流の再付着に起因して熱伝導率が増大して好ましくない。

図４を参照すると、タービンディスク５０は、本発明による複数のタービンディスクスロット５２を画定する。タービンディスク５０で画定される各タービンディスクスロット５２は、底部５８において、角に丸みを持った曲線状の外周部５６を有するインレット５０を具備する。インレット５４の角に丸みを持った外周部５６を形成するために追加の機械工程を採用する。曲線状の外周部５６の径が及び範囲（ｒａｄｉｕｓ （ｒ））は、スロット５２の水力直径（Ｄ_h）に基づいており、この水力直径は、スロット５２の底部５８とタービンブレードの底部の間の冷却空気流域に基づくものである。曲線状の外周部５６を有するインレット５４の効率を最大にするには、ｒ／Ｄ_h比が０．１６であることが好ましいが、ｒ／Ｄ_h比は、本発明の範囲を逸脱しない限り、０．１６よりも大きくても、又小さくてもよい。設計上、スロット５２のインレット５４の端部全ての角に丸みを有する曲線状にすることはできない。その代わり、曲線状の外周部５６の径が及ぶ全範囲は、図４に示すように、おおよそ１８０度まで延在しており、かつ点６０に向かって先細りしている。

図５は、本発明によるタービンディスク７０の断面図を図示している。タービンディスク７０は、前方カバープレート７８（図示せず）の後方面７６に隣接する、タービンディスクスロットの入口に曲線状の外周部７４を有するスロット７２を画定する。タービンディスク７０は、スロット７２に相対してタービンディスク７０の反対側に配置される複数のブレード冷却通路８０をさらに画定する。

タービンディスクスロットの曲線状の外周部によって、以下の利点がもたらされることが発見された。
（１）空気流を急激に変化させる形状の入口に起因するインレットの圧力損失を低減する
（２）インレットにおける流れの分離を最小限化及び／又は排除する
（３）流れの再付着による熱伝導率の増大を低減する
当業者等により認められるように、本発明の範囲を逸脱することなく、前述の本発明の実施態様を種々に変更したり置き換えたりすることは可能である。従って、本明細書における前述の説明は、本発明を限定するものではなく、単なる例示と見なすべきである。

エンジンのタービンセクション部分が見えるように部分的に切り取った、ガスタービン・エンジンの概略的な側面図である。 タービンディスクスロットの位置を示すガスタービン・エンジンの側面から見た、部分的な断面図である。 タービンディスクスロットを図示する、図２のガスタービン・エンジンの拡大正面透視図である。 本発明によるタービンディスクスロットの拡大正面透視図である。 本発明によるタービンディスクスロットを側面から見た断面図である。

Claims (8)

1. タービンブレードを収容するための複数のタービンディスクスロットを画定するタービンディスクを含み、その複数のタービンディスクスロットは、それぞれが底部において曲線状の外周部を有するインレットを備えることを特徴とする、ガスタービンディスクアッセンブリ。
2. 前記曲線状の外周部が、おおよそ１８０度に延在していることを特徴とする、請求項１記載のガスタービンディスクアッセンブリ。
3. 前記曲線状の外周部の半径（ｒ）が、スロットの水力直径（Ｄ_h）の関数であることを特徴とする、請求項１記載のガスタービンディスクアッセンブリ。
4. 前記半径（ｒ）と（Ｄ_h）の比ｒ／Ｄ_hが、おおよそ０．１６であることを特徴とする、請求項３記載のガスタービンディスクアッセンブリ。
5. 圧縮機セクションと、
   圧縮機セクションの下流に配置される燃焼セクションと、
   燃焼セクションの下流に配置されるタービンセクションを含み、タービンセクションは、タービンブレードを収容するための複数のタービンディスクスロットを画定するタービンディスクを備え、その複数のタービンディスクスロットは、それぞれがその底部において曲線状の外周部を有するインレットを備えることを特徴とする、ガスタービン・エンジン。
6. 前記曲線状の外周部が、おおよそ１８０度に延在していることを特徴とする、請求項５記載のガスタービン・エンジン。
7. 前記曲線状の外周部の半径（ｒ）が、スロットの水力直径（Ｄ_h）の関数であることを特徴とする、請求項５記載のガスタービン・エンジン。
8. 前記半径（ｒ）と（Ｄ_h）の比ｒ／Ｄ_hが、おおよそ０．１６であることを特徴とする、請求項７記載のガスタービン・エンジン。

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