(57)【要約】【課題】高圧タービン軸の熱膨張及び高圧タービンボア部の強度低下を抑制できるガスタービンエンジンを提供する。【解決手段】ガスタービンエンジン１０によれば、軸流圧縮機３２ａから低圧タービン軸２１と隔壁３５の間に第１温度の空気を導入することにより、遠心圧縮機３２ｂから２次空気を導入する場合と比べて高圧タービン軸３１の加熱及び高圧タービンボア部３３ａの冷却を抑制しつつ、シール又は冷却用の２次空気を導入することができる。また、遠心圧縮機３２ｂから隔壁３５と高圧タービンボア部３３ａの間に第１温度よりも高い第２温度の空気を導入することにより、軸流圧縮機３２ａから２次空気を導入する場合と比べて高圧タービンボア部３３ａの冷却を抑制することができる。したがって、高圧タービン軸３１の熱膨張及び高圧タービンボア部３３ａの強度低下を抑制できる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低圧タービン軸と、
前記低圧タービン軸に対して同心外側に配置され、高圧圧縮機及び高圧タービンが結合される中空の高圧タービン軸と、
前記低圧タービン軸と高圧タービンボア部の間に設けられる隔壁と、
前記高圧圧縮機の中段から前記低圧タービン軸と前記隔壁の間に第１温度の空気を導入するための第１導入路と、
前記高圧圧縮機の後段から前記隔壁と前記高圧タービンボア部の間に前記第１温度よりも高い第２温度の空気を導入するための第２導入路と、
を備えるガスタービンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンとしては、例えば特開２００１−３１７３７２号公報に記載されるように、低圧タービン軸及び高圧タービン軸を有する二軸式スプール構造のガスタービンエンジンが知られている。高圧タービン軸は、中空軸であり、低圧タービン軸に対して同心外側に配置され、高圧圧縮機及び高圧タービンに結合されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３１７３７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、この種のガスタービンエンジンでは、シール用又は冷却用の２次空気を高圧圧縮機から低圧タービン軸と高圧タービンボア部の間に導入する場合がある。この場合、高圧圧縮機の後段から導入された高温の２次空気により高圧タービン軸が加熱されて熱膨張し、締結トルクの低下により振動が生じるおそれがある。一方、高圧タービン軸の加熱を抑制するために高圧圧縮機の中段から低温の２次空気を導入すると、高圧タービンボア部が冷却され、熱応力の増加により強度が低下するおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、高圧タービン軸の熱膨張及び高圧タービンボア部の強度低下を抑制できるガスタービンエンジンを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るガスタービンエンジンは、低圧タービン軸と、低圧タービン軸に対して同心外側に配置され、高圧圧縮機及び高圧タービンが結合される中空の高圧タービン軸と、低圧タービン軸と高圧タービンボア部の間に設けられる隔壁と、高圧圧縮機の中段から低圧タービン軸と隔壁の間に第１温度の空気を導入するための第１導入路と、高圧圧縮機の後段から隔壁と高圧タービンボア部の間に第１温度よりも高い第２温度の空気を導入するための第２導入路とを備える。
【０００７】
本発明に係るガスタービンエンジンによれば、高圧圧縮機の中段から低圧タービン軸と隔壁の間に第１温度の空気を導入することにより、高圧圧縮機の後段から２次空気を導入する場合と比べて高圧タービン軸の加熱及び高圧タービンボア部の冷却を抑制しつつ、シール又は冷却用の２次空気を導入することができる。また、高圧圧縮機の後段から隔壁と高圧タービンボア部の間に第１温度よりも高い第２温度の空気を導入することにより、高圧圧縮機の中段から２次空気を導入する場合と比べて高圧タービンボア部の冷却を抑制することができる。したがって、高圧タービン軸の熱膨張及び高圧タービンボア部の強度低下を抑制できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、高圧タービン軸の熱膨張及び高圧タービンボア部の強度低下を抑制できるガスタービンエンジンを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係るガスタービンエンジンを示す概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係るガスタービンエンジンの構造を示す図である。
【図３】図２に示すガスタービンエンジンを示す部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態に係るガスタービンエンジンについて詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１１】
まず、図１を参照して本発明の実施形態に係るガスタービンエンジン１０について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るガスタービンエンジン１０を示す概略図である。ガスタービンエンジン１０は、二軸式スプール構造を有している。
【００１２】
図１に示すように、ガスタービンエンジン１０は、低圧タービン軸２１及び高圧タービン軸３１を有している。高圧タービン軸３１は、中空軸であり、低圧タービン軸２１に対して同心外側に配置されている。低圧タービン軸２１及び高圧タービン軸３１は、Ｘ−Ｘ軸を共通の軸心としている。
【００１３】
ガスタービンエンジン１０では、上流側Ｕから下流側Ｄに向けてファン２４、低圧圧縮機２２、高圧圧縮機３２、燃焼器３４、高圧タービン３３、低圧タービン２３が順に配置されている。
【００１４】
低圧圧縮機２２、低圧タービン２３、及びファン２４は、低圧タービン軸２１に結合されて低圧スプール２０を構成している。高圧圧縮機３２及び高圧タービン３３は、高圧タービン軸３１に結合されて高圧スプール３０を構成している。低圧スプール２０と高圧スプール３０は、互いに独立して回転可能なように、図示されていない軸受け機構により支持されている。
【００１５】
ガスタービンエンジン１０の動作中、ガスタービンエンジン１０の上流側Ｕからファン２４を通じて取り込まれた空気が低圧圧縮機２２及び高圧圧縮機３２により段階的に加圧される。低圧圧縮機２２及び高圧圧縮機３２により加圧された圧縮空気が燃焼器３４に供給されて燃焼されることにより高温高圧ガスが生成される。そして、燃焼器３４から供給される高温高圧ガスが高圧タービン３３及び低圧タービン２３を駆動する。また、シール用又は冷却用の２次空気Ａが低圧圧縮機２２又は高圧圧縮機３２から低圧タービン軸２１と高圧タービン軸３１の間に導入される。なお、図１では、高圧圧縮機３２から２次空気Ａを導入する場合が示されている。
【００１６】
次に、図２を参照して本発明の実施形態に係るガスタービンエンジン１０の構造について説明する。図２は、本発明の実施形態に係るガスタービンエンジン１０の構造を示す図であり、図３は、図２に示すガスタービンエンジン１０を示す部分拡大図である。図２及び図３には、高圧スプール３０及びその周辺構造が示されている。
【００１７】
図２に示すように、低圧タービン軸２１に対して同心外側には、中空の高圧タービン軸３１が配置されている。高圧タービン軸３１には、高圧圧縮機３２及び高圧タービン３３が結合されている。高圧圧縮機３２は、軸流圧縮機３２ａと、その後段に配置された遠心圧縮機３２ｂとを含む多段式圧縮機として構成されている。
【００１８】
前述したように、高圧圧縮機３２及び高圧タービン３３は、高圧タービン軸３１に結合されて高圧スプール３０（図１参照）を構成している。高圧スプール３０は、低圧スプール２０（図１参照）と独立して回転可能なように軸受け機構Ｂ１、Ｂ２により支持されている。
【００１９】
低圧タービン軸２１と高圧タービンボア部３３ａの間には、隔壁３５が設けられている。隔壁３５は、低圧タービン軸２１と高圧タービンボア部３３ａを互いに隔てるように、例えば環状の部材として構成されている。隔壁３５は、高圧タービン３３とともに回転するように、例えば高圧タービン軸３１の後端に結合されている。
【００２０】
高圧スプール３０及びその周辺には、高圧圧縮機３２の中段から低圧タービン軸２１と隔壁３５の間に第１温度の空気を導入するための第１導入路４１、４２、４３が設けられている。図２では、高圧圧縮機３２は、軸流圧縮機３２ａと、その後段に配置された遠心圧縮機３２ｂとにより構成されている。軸流圧縮機３２ａから排出される２次空気は、遠心圧縮機３２ｂの後段から排出される２次空気よりも低圧低温となる。
【００２１】
第１導入路４１、４２、４３は、軸流圧縮機３２ａの出口３２ｃと、低圧タービン軸２１と隔壁３５の間に形成された空間４４との間に設けられている。軸流圧縮機３２ａの出口３２ｃの付近には、高圧タービン軸３１の外周に沿って形成された空間４２と軸流圧縮機３２ａの出口３２ｃとを連通する連通孔４１が設けられている。高圧タービン軸３１の後端には、高圧タービン軸３１の外周に沿って形成された空間４２と、低圧タービン軸２１と隔壁３５の間に形成された空間４４とを連通する連通孔４３が設けられている。
【００２２】
高圧スプール３０及びその周辺には、高圧圧縮機３２の後段から隔壁３５と高圧タービンボア部３３ａの間に第１温度よりも高い第２温度の空気を導入するための第２導入路５１、５２が設けられている。高圧圧縮機３２の後段には、遠心圧縮機３２ｂが配置されている。高圧圧縮機３２の後段から排出される２次空気は、高圧圧縮機３２の中段から排出される２次空気よりも高圧高温となる。
【００２３】
第２導入路５１、５２は、遠心圧縮機３２ｂの出口３２ｄと、隔壁３５と高圧タービンボア部３３ａの間に形成された空間５３との間に設けられている。遠心圧縮機３２ｂの出口３２ｄの下流側には、高圧タービンボア部３３ａと隔壁３５の間に沿って形成された空間５３と遠心圧縮機３２ｂの出口３２ｄとを連通する連通孔５１、５２が設けられている。連通孔５１、５２は、高圧タービン３３のうち遠心応力の低い領域、つまり高圧タービン軸３１に近接した領域に設けられている。
【００２４】
ガスタービンエンジン１０の動作中、軸流圧縮機３２ａの出口３２ｃから排出された２次空気は、第１導入路４１、４２、４３を通じて、低圧タービン軸２１と隔壁３５の間に形成された空間４４とともに、低圧タービン軸２１と高圧タービン軸３１の間に形成された空間４５に導入される。図２及び図３では、軸流圧縮機３２ａからの２次空気の導入経路が破線の矢印で示されている。軸流圧縮機３２ａから排出される２次空気は、遠心圧縮機３２ｂから排出される２次空気よりも低温である。このため、遠心圧縮機３２ｂから２次空気を導入する場合と比べて、低圧タービン軸２１の加熱を抑制するとともに、隔壁３５の仕切り効果により高圧タービンボア部３３ａの冷却を抑制しつつ、シール又は冷却用の２次空気を導入することができる。
【００２５】
また、遠心圧縮機３２ｂの出口３２ｄから排出された２次空気は、第２導入路５１、５２を通じて、高圧タービンボア部３３ａと隔壁３５の間に形成された空間５３に導入される。図３では、遠心圧縮機３２ｂからの２次空気の導入経路が実線の矢印で示されている。遠心圧縮機３２ｂから排出される２次空気は、軸流圧縮機３２ａから排出される２次空気よりも高温である。このため、軸流圧縮機３２ａから２次空気を導入する場合と比べて高圧タービンボア部３３ａの冷却を抑制することができる。
【００２６】
以上説明したように、本発明の実施形態に係るガスタービンエンジン１０によれば、軸流圧縮機３２ａから低圧タービン軸２１と隔壁３５の間に第１温度の空気を導入することにより、遠心圧縮機３２ｂから２次空気を導入する場合と比べて高圧タービン軸３１の加熱及び高圧タービンボア部３３ａの冷却を抑制しつつ、シール又は冷却用の２次空気を導入することができる。また、遠心圧縮機３２ｂから隔壁３５と高圧タービンボア部３３ａの間に第１温度よりも高い第２温度の空気を導入することにより、軸流圧縮機３２ａから２次空気を導入する場合と比べて高圧タービンボア部３３ａの冷却を抑制することができる。したがって、高圧タービン軸３１の熱膨張及び高圧タービンボア部３３ａの強度低下を抑制できる。
【００２７】
なお、前述した実施形態は、本発明に係るガスタービンエンジンの実施形態を説明したものであり、本発明に係るガスタービンエンジンは、本実施形態に記載したものに限定されるものではない。本発明に係るガスタービンエンジンは、各請求項に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲で本実施形態に係るガスタービンエンジンを変形し、または他のものに適用したものであってもよい。
【００２８】
例えば、前述した実施形態の説明では、第１導入路４１、４２、４３の一部として連通孔４１及び４３を設けるとともに、第２導入路５１、５２として連通孔５１、５２を設ける場合について説明した。しかし、第１導流路及び第２導入路を構成する連通孔の位置又は数は、図２及び図３に示した位置又は数に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００２９】
１０…ガスタービンエンジン、２０…低圧スプール、２１…低圧タービン軸、２２…低圧圧縮機、２３…低圧タービン、２４…ファン、３０…高圧スプール、３１…高圧タービン軸、３２…高圧圧縮機、３２ａ…軸流圧縮機、３２ｂ…遠心圧縮機、３３…高圧タービン、３３ａ…高圧タービンボア部、３４…燃焼器、３５…隔壁、４１、４２、４３…第１導入路、５１、５２…第２導入路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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