JP3947112B2 - 抽気システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タービンエンジンのコンプレッサ段からタービン冷却用空気を抽出するための抽気システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
十分な圧力差を確保し抽気の流れを発生するために、抽気ポート（ブリードポート）は、軸方向の距離と共に増加する静圧が最も高い、ベーンの後縁の後部に設けられる。しかしながらベーンの後縁の付近では、ガス経路の空気は接線速度を殆ど有していない。このため、ベーンのプラットフォームの径方向において内向き（放射状方向において中央寄り）の環状の空胴（環状キャビティ）に取り込まれた空気は、環状キャビティに軸的に境を接している圧縮機ディスクによって圧縮機ホイールの速度まで加速される。環状キャビティ内での空気の加速によって空気温度が上昇するが、このことは、部品の冷却およびエンジン効率の観点から非常に不都合である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、温度上昇を回避するため、上流側ブレードの後縁から流れ抜ける空気の接線速度成分を利用した、ブリードシステム、つまり抽気システムを提供することにある。
本発明の他の目的は、エンジン効率を向上させる上記の抽気システムを提供することにある。
上記した各目的は、本発明の抽気システムによって達成される。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明によればタービンエンジンのコンプレッサ段（圧縮機ステージ）用の抽気システムが提供される。この抽気システムは、概略的には、プラットフォーム構造体から延在するエアフォイル部材をそれぞれ有する複数のブレードと、エアフォイル部材の隣接する各１つとプラットフォーム構造体の隣接する各１つとによって形成される複数のブレード間通路と、各ブレード間通路を通って流れる（貫流する）流体の一部を抽出するためにブレード間通路の少なくとも幾つかのものに設けられる抽気穴（ブリード穴）と、を有してなる。このシステムはさらに、抽出された空気を回転方向に接線的に（回転方向の接線方向に）注入ないし吹き込むための手段を有している。ステータの流路における軸方向および周方向にける抽気部の位置決めは、静圧と接線速度との最適なバランスが得られるように選択される。
【０００５】
本発明はまた、タービンエンジン内で使用される構成部材ないし部品に関するものでもある。この構成部材は、概略的には、加圧サイドと吸気サイドを備えたエアフォイル部材を備えたブレードを有して構成される。このブレードはさらに、プラットフォーム構造体と、プラットフォーム構造体内の抽気穴を有している。
【０００６】
本発明による抽気システムのその他の詳細、およびその他の目的や特長は、以下の詳細な説明に記載されている。添付図面において同様の番号は同様の要素を表している。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図面を参照して、図１および図２は、タービンエンジンのコンプレッサ段の一部を例示したものである。これらの図から明らかなように、コンプレッサ段は、静翼のような複数のブレードないしベーン１０を有しており、ブレード１０の隣接するもの同士がブレード間の通路（ブレード間通路）１２を形成している。ブレード１０のそれぞれは、エアフォイル部材１４とプラットフォーム構造体１６を有している。ブレードのプラットフォーム構造体１６は、通路１２用の内側端壁１８を形成している。
【０００８】
各エアフォイル部材１４は、前縁２０、加圧側部分（加圧サイド）２２、吸気側部分（吸気サイド）２４を有している。ブレード間通路１２のそれぞれはその一側において、第１のエアフォイル部材１４の吸気サイド２４と、第２のエアフォイル部材１４の加圧サイド２２とによって境界が定められている（画定されている）。
【０００９】
本発明によれば、全部ではないが、少なくとも幾つかのブレード間通路１２には、これらブレード間通路を貫流する流体の一部を抽出するための抽気穴３０が設けられている。各抽気穴３０は、各ブレード１０のプラットフォーム構造体１６を機械加工したものでもよい。各抽気穴３０は、好ましくは、吸気サイド２４を有するエアフォイル部材１４よりも加圧サイド２２を有するエアフォイル部材１４により接近して設けられる。通路（流路）方向の気圧勾配ないし気圧傾度を利用することで、抽気がステータ後縁圧力と同等の圧力レベルで冷却空気を送ることができる。さらに、各抽気穴３０は、加圧サイド２２を有するエアフォイル部材１４の前縁２０に近接して配置される。加圧サイドの抽気圧（ブリード圧）がステータ後縁の圧力と同等である地点において抽気部（ブリード）がステータ流路に軸方向に設けられる。最高の接線速度を得るために、抽気部を前縁にできる限り近づけることが望ましい。各抽気穴３０をこの場所ないし配置に位置決めすることで、上流側ブレードの後縁（図示せず）から流れ来る流体の接線速度成分を利用することが可能となる。
【００１０】
図３および図４を参照して、本発明の抽気システムはさらに、端壁構造部の内側への複数の流路（内側流路ないし内部流路）４０を有して構成される。各流路４０は、各ブレード１０のプラットフォーム構造体に機械加工される。各通路４０は、個々の抽気穴３０と連通しており、また注入穴４２で終端つまり終わっている。図４から明らかなように、各流路４０は抽気穴３０から抽出された流体を受容する第１の部分４４、および第１の部分４４と注入穴４２との間に延在する第２の部分４６を有している。第２の部分４６は、第１の部分４４に対応して曲げられており、これにより注入穴４２が抽気穴３０から軸方向にオフセット、つまりずれている。第２の部分４６は、抽気流体が、圧縮機ロータの回転方向の接線に沿って、注入穴４２によって内径キャビティ５０へ運ばれるように曲げられている。通常は空気である、ブリード流体つまり抽気流体は、このようにしてキャビティ５０の内部に導入され、タービン冷却用空気のような種々の用途に使用される。この方法でブリード流体を注入することで、注入された流体が回転方向に旋回ないし渦を巻くようになり、圧縮機ディスクが空気を圧縮機の流路内でディスク速度まで加速する際に流体に付与される温度上昇が、最小限に抑えられる。
【００１１】
本発明に係る抽気システムによれば、より少ない冷却用空気の使用が可能となるのでエンジンの効率が改善され、あるいは耐久性や部品寿命を犠牲せずにより高温での運転が可能となるような、エンジンの設計が可能となる。
【００１２】
以上説明した通り、本発明によれば、上記した各目的、手段、および特長を完全に満足させる、圧縮機のステータ内側径のプラットフォーム部の抽気システムが提供できること明らかである。なお、以上の説明においては本発明を特定の実施形態を例に挙げて説明したが、上記説明に基づいて当業者にはその他の変更、代替え、および変形は自明である。よって、本発明は、添付の特許請求の範囲内のこれら変更、代替え、および変形を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る抽気システムを有したコンプレッサ段の一部を示した斜視図である。
【図２】本発明に係る抽気システムの平面図である。
【図３】本発明に係る抽気システムの断面図である。
【図４】本発明に係る抽気システムの別の断面図である。
【符号の説明】
１０ ベーン
１４ エアフォイル部材
１６ プラットフォーム構造体
２０ 前縁
２２ 加圧サイド
２４ 吸気サイド
３０ 抽気穴
４０ 流路
４２ 注入穴

Claims (14)

1. タービンエンジンのコンプレッサ段用の抽気システムであって、
   複数のブレードを有してなり、
   前記ブレードのそれぞれは、エアフォイル部材とプラットフォーム構造体を有しており、
   前記エアフォイル部材の隣接するもの同士と、前記プラットフォーム構造体によって形成された内側端壁とにより形成された、少なくとも１つのブレード間通路を有してなり、
   前記少なくとも１つのブレード間通路内に設けられこのブレード間通路を通る流体の一部を抽出するための抽気穴を有してなり、
   前記少なくとも１つのブレード間通路が、第１のエアフォイル部材の加圧サイドと第２のエアフォイル部材の吸気サイドとにより境界がつけられており、また前記抽気穴が前記少なくとも１つのブレード間通路内に前記吸気サイドよりも前記加圧サイドにより接近して設けられており、および
   各前記エアフォイル部材が前縁を有し、また、前記抽気穴が、少なくとも１つのブレード間通路を形成する前記エアフォイル部材の１つの前縁の近くに位置決めされる、ことを特徴とする抽気システム。
2. タービンエンジンのコンプレッサ段用の抽気システムであって、
   複数のブレードを有してなり、
   前記ブレードのそれぞれは、エアフォイル部材とプラットフォーム構造体を有しており、
   前記エアフォイル部材の隣接するもの同士と、前記プラットフォーム構造体によって形成された内側端壁とにより形成された、少なくとも１つのブレード間通路を有してなり、
   前記少なくとも１つのブレード間通路内に設けられこのブレード間通路を通る流体の一部を抽出するための抽気穴を有してなり、
   前記少なくとも１つのブレード間通路が、第１のエアフォイル部材の加圧サイドと第２のエアフォイル部材の吸気サイドとにより境界がつけられており、また前記抽気穴が前記少なくとも１つのブレード間通路内に前記吸気サイドよりも前記加圧サイドにより接近して設けられており、および
   前記抽気穴を通って抽出された流体を前記エンジンのロータの回転方向の接線に沿って注入するための手段をさらに有してなる、ことを特徴とする抽気システム。
3. 前記流体注入手段が、前記抽気穴と注入孔に連通する流体キャビティを有してなる、ことを特徴とする請求項２記載の抽気システム。
4. 前記注入孔が前記抽気穴から軸方向にオフセットしている、ことを特徴とする請求項３記載の抽気システム。
5. 前記流体キャビティが、前記抽気穴から抽出された流体を受容するための第１の部分と、前記注入孔を通って前記抽出された流体を注入するために前記注入孔において終端する第２の部分とを有し、また、前記第２の部分が前記第１の部分に対して曲がっている、ことを特徴とする請求項３記載の抽気システム。
6. 多数のブレード間通路と多数の抽気穴を有し、前記多数の抽気穴の数が前記ブレード間通路の数以下である、ことを特徴とする請求項１または２記載の抽気システム。
7. 流体が通る複数のブレード間通路を有する段を有してなり、
   前記通路のそれぞれが、一対の隣接するエアフォイル部材と内側端壁とにより形成されており、
   前記通路のそれぞれが、それを通って流れる流体の一部を抽出するための、前記一対の隣接するエアフォイル部材の間に配置され且つ前記内側端壁内に設けられた抽気穴を有してなり、
   前記抽気穴を介して抽気された流体を、回転方向の接線に沿って注入するための手段をさらに有してなる、ことを特徴とするタービンエンジン用の抽気システム。
8. 各前記抽気穴が、前記一対のエアフォイル部材の第２のものよりも、前記一対のエアフォイル部材の第１のもののより近くに位置決めされている、ことを特徴とする請求項７記載の抽気システム。
9. 各前記抽気穴が、前記一対のエアフォイル部材の第１のものの前縁に近接してさらに位置決めされている、ことを特徴とする請求項７記載の抽気システム。
10. 前記注入手段が、前記抽気穴に連通した複数の内側流路を有してなり、また各前記抽気穴が個々の内側流路と連通している、ことを特徴とする請求項９記載の抽気システム。
11. 各前記内部流路が注入穴で終端しており、また各前記注入穴が前記内側流路と連通している前記抽気穴から軸方向にオフセットしている、ことを特徴とする請求項１０記載の抽気システム。
12. タービンエンジン内で使用する構成部材であって、
    加圧サイドと吸気サイドとを備えたエアフォイル部材を有するブレードを有してなり、
    前記ブレードはプラットフォーム構造体をさらに有してなり、
    前記プラットフォーム構造体内の抽気穴を有してなり、
    前記抽気穴が、前記エアフォイル部材の前記加圧サイドに隣接して設けられており、および
    前記エアフォイル部材が前縁を有すると共に、前記抽気穴が前記前縁に近接して設けられている、ことを特徴とする構成部材。
13. タービンエンジン内で使用する構成部材であって、
    加圧サイドと吸気サイドとを備えたエアフォイル部材を有するブレードを有してなり、
    前記ブレードはプラットフォーム構造体をさらに有してなり、および
    前記プラットフォーム構造体内の抽気穴を有してなり、
    前記抽気穴が、前記エアフォイル部材の前記加圧サイドに隣接して設けられており、
    前記抽気穴を通って抽出された流体を前記エンジンのロータの回転方向の接線に沿って注入するための手段をさらに有してなる、ことを特徴とする構成部材。
14. 前記ブレードにおいて前記抽気穴に連通する内側流路をさらに有してなる、ことを特徴とする請求項１２または１３記載の構成部材。

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