JP2010174887A - ガスタービエンジン組立体及びそれを組立てる方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ガスタービンエンジン組立体を提供する。
【解決手段】本タービンエンジン組立体(10)は、コアガスタービンエンジン(12)と、コアガスタービンエンジンと直列流れ連通状態で配置されかつ第1の回転方向に回転するように構成された第1の低圧タービンセクション(80、116、316、416、516)と、第1の低圧タービンセクションに結合された第1の歯車組立体(322)と、歯車組立体に結合されかつ第2の回転方向に回転するように構成された第2の低圧タービンセクション(82、118、418、518)と、第2の低圧タービンセクションに結合されたファン組立体(124、324、426、524)とを含む。
【選択図】 図2
【解決手段】本タービンエンジン組立体(10)は、コアガスタービンエンジン(12)と、コアガスタービンエンジンと直列流れ連通状態で配置されかつ第1の回転方向に回転するように構成された第1の低圧タービンセクション(80、116、316、416、516)と、第1の低圧タービンセクションに結合された第1の歯車組立体(322)と、歯車組立体に結合されかつ第2の回転方向に回転するように構成された第2の低圧タービンセクション(82、118、418、518)と、第2の低圧タービンセクションに結合されたファン組立体(124、324、426、524)とを含む。
【選択図】 図2
Description
本発明は、総括的にはガスタービエンジンに関し、より具体的には、ガスタービエンジン組立体及びそれを組立てる方法に関する。
少なくとも幾つかの公知のガスタービンエンジンは、ファン、コアエンジン及び出力タービンを含む。コアエンジンは、直列流れ関係で互いに結合された少なくとも1つの圧縮機、燃焼器、高圧タービン及び低圧タービンを含む。より具体的には、圧縮機及び高圧タービンは、シャフトによって結合されて、高圧ロータ組立体を形成する。コアエンジンに流入した空気は、燃料と混合されかつ点火燃焼されて高エネルギーガスストリームを形成する。高エネルギーガスストリームは、高圧タービンを通って流れて該高圧タービンを回転駆動して、次にシャフトが、圧縮機を回転駆動するようにする。
高圧タービンの後方に配置された低圧タービンを通ってガスストリームが流れると、ガスストリームは膨張する。低圧タービンは、駆動シャフトに結合されたファンを有するロータ組立体を含む。低圧タービンは、駆動シャフトを介してファンを回転駆動する。
最新の商用ターボファンは、効率を高めるためにより高いバイパス比に向かう傾向にある。音響及びファン効率の理由から、ファンRPM又はトリップ速度を低下させることが望ましい。しかしながら、より低いRPMは、低圧タービンの負荷、直径及び/又は段数を増加させる。低圧タービンによって直接駆動されるファンでは、性能を高めようとしてファン速度を僅かに低下させると低圧タービンの性能が一層低下することになるので、ファン速度の選択が制限される。
1つの態様では、タービンエンジン組立体は、コアガスタービンエンジンと、コアガスタービンエンジンと直列流れ連通状態で配置されかつ第1の回転方向に回転するように構成された第1の低圧タービンセクションと、第1の低圧タービンセクションに結合された第1の歯車組立体と、歯車組立体に結合されかつ第2の回転方向に回転するように構成された第2の低圧タービンセクションと、第2の低圧タービンセクションに結合されたファン組立体とを含む。
別の態様では、ガスタービエンジンを組立てる方法は、第1の方向に回転する低圧タービンの第1のセクションをコアガスタービンエンジンの下流に結合するステップと、低圧タービンの第1段に対して第1の歯車組立体を結合するステップと、第2の方向に回転する低圧タービンの第2のセクションを第1の歯車組立体に結合するステップと、低圧タービンの第2のセクションに対して単一段ファン組立体を結合するステップとを含む。
さらに別の態様では、タービンエンジン組立体は、コアガスタービンエンジンと、コアガスタービンエンジンと直列流れ連通状態で配置された第1の低圧タービンセクションと、コアガスタービンエンジンと直列流れ連通状態で第1の低圧タービンセクションの後方に配置された第2の低圧タービンセクションと、第2の低圧タービンセクションに結合されたファン組立体と、第1の低圧タービンセクションに結合されたブースタ圧縮機と、ブースタ圧縮機とファン組立体との間に結合された歯車組立体とを含む。
図1〜図5は、本明細書に説明する組立体及び方法の例示的な実施形態を示している。
図1は、長手方向軸線11を有する例示的なタービンエンジン組立体10の一部分の断面図である。この例示的な実施形態では、タービンエンジン組立体10は、その全体がケーシング13によって形成されたコアガスタービンエンジン12を含む。低圧タービン14が、コアガスタービンエンジン12の軸方向後方に結合され、また単一段ファン組立体16が、コアガスタービンエンジン12の軸方向前方に結合される。
コアガスタービンエンジン12は、環状のコアエンジン入口22を形成した外側ケーシング20を含む。ケーシング20は、低圧ブースタ圧縮機24を囲む。単一段ファン組立体16は、流入空気の圧力を第1の圧力レベルに増大させかつ流入空気の一部分を低圧ブースタ圧縮機24に導く。低圧ブースタ圧縮機24は、単一段ファン組立体16から空気を受けかつその圧力をより高い第2の圧力レベルに増大させるのを可能にする。1つの実施形態では、コアガスタービンエンジン12は、オハイオ州シンシナティ所在のGeneral Electric Aircraft Enginesから入手可能なCFM56型コアガスタービンエンジンである。別の実施形態では、高圧コアが使用されかつブースタは使用されない。
幾つかの実施形態では、高圧多段軸流圧縮機26が、ブースタ圧縮機24から加圧空気を受けかつその空気の圧力を第3のより高い圧力レベルにさらに増大させる。その高圧空気は、燃焼器28に送られかつ燃料と混合される。燃料−空気混合気は、点火燃焼されて、加圧空気の温度及びエネルギーレベルを上昇させる。高エネルギー燃焼生成物は、第1のつまり高圧タービン30に流れて第1の回転駆動シャフト32を介して圧縮機26を駆動するようになり、また次に第2のつまり低圧タービン14に流れる。低圧タービン14を駆動した後に、燃焼生成物は、排気ノズル(図示せず)を通してタービンエンジン組立体10から流出して推進ジェット推力をもたらす。
1つの実施形態では、ブースタ圧縮機24は、それぞれのロータディスク72に結合された複数の列のロータブレード70を含む。ブースタ圧縮機24は、入口ガイドベーン組立体74の後方に配置されかつ駆動シャフト34に結合されて、該ブースタ圧縮機24が、ファン組立体16の回転速度とほぼ等しい回転速度で回転するようになる。ブースタ圧縮機24は、3つの列のロータブレード70のみを有するものとして示しているが、ブースタ圧縮機24は、単一の列のロータブレード70或いは複数の列のガイドベーン76と互いにかみ合った複数の列のロータブレード70のようなあらゆる好適な数及び/又は列のロータブレード70を有することができる。1つの実施形態では、ガイドベーン76は、ブースタケース78に固定的に又はしっかりと結合される。別の実施形態では、ロータブレード70は、ロータディスク72に回転結合されて、ガイドベーン76は、エンジン運転時にブースタ圧縮機24により送られる空気の量を変化させるのを可能にするように可動になっている。さらに別の実施形態では、タービンエンジン組立体10は、ブースタ圧縮機24を含まない。
低圧タービン14は、2つのセクション、つまり第1のセクション80と第2のセクション82とを含む。第1のセクション80は、1つの段を有するものとして示しまた第2のセクション82は、2つの段を有するものとして示しているが、別の実施形態では、各セクションは、複数の又は単一の段を有することができる。第1のセクション80は、第1の中間駆動シャフト84に結合されかつ第1の回転速度で第1の方向に回転し、一方、第2のセクション82は、第2の中間駆動シャフト86に結合されかつ第2の回転速度で第2の方向に回転する。第1及び第2の中間駆動シャフト84及び86の両方は、歯車組立体88を介して第2の回転駆動シャフト34に結合される。この例示的な実施形態では、歯車組立体88は、遊星型(星型)反転及び減速歯車組立体である。別の実施形態では、歯車組立体88は、あらゆるその他のタイプの歯車組立体とすることができる。
第2の回転駆動シャフト34は、ファン組立体16を駆動する。ファン組立体16は、長手方向軸線11の周りで第2の回転方向に回転するように構成され、少なくとも1つの列のロータブレード60を含みかつファンケース64内部に配置される。ロータブレード60は、ロータディスク66に結合される。
図2は、本特許請求した発明の1つの実施形態について説明している。この例示的な実施形態では、ガスタービンエンジン100は、直列流れ構成の形態で、圧縮機102、コアガスエンジン104、高圧タービン110及び低圧タービン114を含む。高圧タービン110は、第1の回転シャフト112を介して圧縮機102を駆動する。低圧タービン114は、2つのセクション、つまり第1のセクション116と第2のセクション118とを含む。図示していないが、様々な実施形態では、第1のセクション116及び第2のセクション118は、複数の又は単一の段を有することができる。第1のセクション116は、第1の中間駆動シャフト(図示せず)に結合されかつ第1の回転速度で第1の方向に回転し、一方、第2のセクション118は、第2の中間駆動シャフト(図示せず)に結合されかつ第2の回転速度で第2の方向に回転する。第1及び第2の中間駆動シャフト(図示せず)の両方は、歯車組立体122を介して第2の回転駆動シャフト120に結合される。第2の回転駆動シャフト120は、ファン組立体124及び低圧ブースタ圧縮機126を駆動する。ファン組立体124は、長手方向軸線11の周りで第2の回転方向に回転するように構成される。
図3は、低圧タービン314が第1のセクション316と第2のセクション318とに分割された別の実施形態について説明している。第1のセクション316及び第2のセクション318は、第1の歯車組立体322を介して第2の回転駆動シャフト320に結合される。第2の回転駆動シャフト320は、ファン組立体324に結合されかつ該ファン組立体324を直接駆動する。第2の回転駆動シャフト320はまた、第2の歯車組立体328を介してブースタ326を駆動する。
図4は、低圧タービン414が第1のセクション416と第2のセクション418とに分割されたさらに別の実施形態について説明している。第1のセクション416は、第2の回転駆動シャフト420に対して直接結合され、第2の回転駆動シャフト420は、ブースタ圧縮機424を直接駆動しかつ歯車組立体428を介してファン組立体426を駆動する。第2のセクション418は、第3の回転駆動シャフト430に対して直接結合され、第3の回転駆動シャフト430は、ファン組立体426に直接結合されかつ該ファン組立体426を直接駆動する。
図5は、高圧コアエンジン508が第1の回転駆動シャフト512を介して高圧タービン510に結合されたさらに別の実施形態について説明している。低圧タービン514は、高圧タービン510の軸方向後方に設置されかつ第1のセクション516と第2のセクション518とに分割される。第1のセクション516及び第2のセクション518は、第1の歯車組立体522を介して第2の回転駆動シャフト520に結合される。第2の回転駆動シャフト520は、ファン組立体524に結合されかつ該ファン組立体524を直接駆動する。
以上、ガスタービンエンジン組立体及びそのようなガスタービンエンジン組立体を組立てる方法の例示的な実施形態について詳細に説明している。本組立体及び方法は、本明細書に記載した特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ、本組立体の構成要素及び/又は本方法のステップは、本明細書に記載したその他の構成要素及び/又はステップとは独立してかつ別個に利用することができる。さらに、記載した組立体の構成要素及び方法のステップはまた、その他の組立体及び/又は方法として定め或いはその他の組立体及び/又は方法と組合せて使用することができ、また本明細書に記載したような組立体及び/又は方法のみで実施することに限定されるものではない。
本明細書は最良の形態を含む幾つかの実施例を使用して、本発明を開示し、またさらに当業者が本発明を製作しかつ使用するのを可能にする。本発明の特許性がある技術的範囲は、特許請求の範囲によって定まり、また当業者が想到するその他の実施例を含むことができる。そのようなその他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言と相違しない構造的要素を有するか又はそれらが特許請求の範囲の文言と本質的でない相違を有する均等な構造的要素を含む場合には、特許請求の範囲の技術的範囲内に属することになることを意図している。
10 タービンエンジン組立体
11 長手方向軸線
12 コアガスタービンエンジン
13 ケーシング
14 低圧タービン
16 ファン組立体
20 外側ケーシング
22 環状のコアエンジン入口
24 ブースタ圧縮機
26 軸流圧縮機
28 燃焼器
30 高圧タービン
32 第1の回転駆動シャフト
34 第2の回転駆動シャフト
60 ロータブレード
64 ファンケース
66 ロータディスク
70 ロータブレード
72 ロータディスク
74 入口ガイドベーン組立体
76 ガイドベーン
78 ブースタケース
80 第1のセクション
82 第2のセクション
84 第1の中間駆動シャフト
86 第2の中間駆動シャフト
88 歯車組立体
100 ガスタービンエンジン
102 圧縮機
104 コアガスエンジン
110 高圧タービン
111 長手方向軸線
112 第1の回転シャフト
114 低圧タービン
116 第1のセクション
118 第2のセクション
120 第2の回転駆動シャフト
122 歯車組立体
124 ファン組立体
126 低圧ブースタ圧縮機
314 低圧タービン
316 第1のセクション
318 第2のセクション
320 第2の回転駆動シャフト
322 第1の歯車組立体
324 ファン組立体
326 ブースタ
328 第2の歯車組立体
414 低圧タービン
416 第1のセクション
418 第2のセクション
420 第2の回転駆動シャフト
424 ブースタ圧縮機
426 ファン組立体
428 歯車組立体
430 第3の回転駆動シャフト
508 高圧コアエンジン
510 高圧タービン
512 第1の回転駆動シャフト
514 低圧タービン
516 第1のセクション
518 第2のセクション
520 第2の回転駆動シャフト
522 第1の歯車組立体
524 ファン組立体
11 長手方向軸線
12 コアガスタービンエンジン
13 ケーシング
14 低圧タービン
16 ファン組立体
20 外側ケーシング
22 環状のコアエンジン入口
24 ブースタ圧縮機
26 軸流圧縮機
28 燃焼器
30 高圧タービン
32 第1の回転駆動シャフト
34 第2の回転駆動シャフト
60 ロータブレード
64 ファンケース
66 ロータディスク
70 ロータブレード
72 ロータディスク
74 入口ガイドベーン組立体
76 ガイドベーン
78 ブースタケース
80 第1のセクション
82 第2のセクション
84 第1の中間駆動シャフト
86 第2の中間駆動シャフト
88 歯車組立体
100 ガスタービンエンジン
102 圧縮機
104 コアガスエンジン
110 高圧タービン
111 長手方向軸線
112 第1の回転シャフト
114 低圧タービン
116 第1のセクション
118 第2のセクション
120 第2の回転駆動シャフト
122 歯車組立体
124 ファン組立体
126 低圧ブースタ圧縮機
314 低圧タービン
316 第1のセクション
318 第2のセクション
320 第2の回転駆動シャフト
322 第1の歯車組立体
324 ファン組立体
326 ブースタ
328 第2の歯車組立体
414 低圧タービン
416 第1のセクション
418 第2のセクション
420 第2の回転駆動シャフト
424 ブースタ圧縮機
426 ファン組立体
428 歯車組立体
430 第3の回転駆動シャフト
508 高圧コアエンジン
510 高圧タービン
512 第1の回転駆動シャフト
514 低圧タービン
516 第1のセクション
518 第2のセクション
520 第2の回転駆動シャフト
522 第1の歯車組立体
524 ファン組立体
Claims (10)
- コアガスタービンエンジン(12)と、
前記コアガスタービンエンジンと直列流れ連通状態で配置されかつ第1の回転方向に回転するように構成された第1の低圧タービンセクション(80、116、316、416、516)と、
前記第1の低圧タービンセクションに結合された第1の歯車組立体(322)と、
前記歯車組立体に結合されかつ第2の回転方向に回転するように構成された第2の低圧タービンセクション(82、118、418、518)と、
前記第2の低圧タービンセクションに結合されたファン組立体(124、324、426、524)と、
を含むタービンエンジン組立体(10)。 - 前記第2の低圧タービンセクション(82、118、418、518)に結合されたブースタ圧縮機(24、424)をさらに含む、請求項1記載のタービンエンジン組立体(10)。
- 前記コアガスタービンエンジン(12)が、高圧コア(508)を含む、請求項1または2記載のタービンエンジン組立体(10)。
- 前記ブースタ圧縮機(24、424)と前記第2の低圧タービンセクション(82、118、418、518)との間に結合された第2の歯車組立体(328)をさらに含む、請求項2記載のタービンエンジン組立体(10)。
- 前記ブースタ圧縮機(24、424)が、前記第2の方向に回転するように構成される、請求項2記載のタービンエンジン組立体(10)。
- 前記ファン組立体(124、324、426、524)が、単一段ファンを含む、請求項1乃至5のいずれか1項記載のタービンエンジン組立体(10)。
- 前記第1の方向が、前記第2の方向と逆方向である、請求項1乃至6のいずれか1項記載のタービンエンジン組立体(10)。
- 前記ファン組立体(16、124、324、426、524)が、前記第2の回転方向に回転するように構成される、請求項1記載のタービンエンジン組立体(10)。
- コアガスタービンエンジン(12)と、
前記コアガスタービンエンジンと直列流れ連通状態で配置された第1の低圧タービンセクション(80、116、316、416、516)と、
前記コアガスタービンエンジンと直列流れ連通状態で前記第1の低圧タービンセクションの後方に配置された第2の低圧タービンセクション(82)と、
前記第2の低圧タービンセクションに結合されたファン組立体(16、124、324、426、524)と、
前記第1の低圧タービンセクションに結合されたブースタ圧縮機(24、424)と、
前記ブースタ圧縮機と前記ファン組立体との間に結合された歯車組立体(88、122、428)と、
を含むタービンエンジン組立体(10)。 - 前記ブースタ圧縮機(24、424)が、第1の方向に回転し、また
前記第2の低圧タービンセクション(82、118、418、518)が、前記第1の方向と逆方向である第2の方向に回転する、
請求項9記載のタービンエンジン組立体(10)。
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---|---|---|---|
US12/363,427 US20100192595A1 (en) | 2009-01-30 | 2009-01-30 | Gas turbine engine assembly and methods of assembling same |
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Publication Number | Publication Date |
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CA (1) | CA2690665A1 (ja) |
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WO2013122713A2 (en) * | 2012-01-31 | 2013-08-22 | United Technologies Corporation | Low noise compressor rotor for geared turbofan engine |
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