(57)【要約】      （修正有）【課題】タービンのロータホイールを提供する。【解決手段】ロータホイール１０は、第１及び第２の対向面２１、２２と、第１の面２１の平面から凹んで環状溝３０と複数の分岐溝４０とを画成する部分とを有するボディ２０と、外部の供給源からの流体を受け、環状の流路に沿って流れるように流体を誘導するように形成された環状溝３０と、環状溝からの流体を受け、径方向と軸方向の分岐流路に沿って流体が順次流れるように誘導する一方で、分岐溝相互の流体連通を防止するようにそれぞれ形成された複数の分岐溝４０と、を備えている。【選択図】図１
2011208640.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータホイール（１０）であって、
第１及び第２の対向面（２１、２２）と、前記第１の面（２１）の平面から凹んで環状溝（３０）と複数の分岐溝（４０）とを画成する部分とを有するボディ（２０）と、
外部の供給源（５１）からの流体（５０）を受け、環状の流路（６０）に沿って流れるように前記流体（５０）を誘導するように形成された環状溝（３０）と、
前記環状溝（３０）からの前記流体（５０）を受け、径方向と軸方向の分岐流路（７０、８０）に沿って前記流体（５０）が順次流れるように誘導する一方で、分岐溝相互の流体連通を防止するようにそれぞれ形成された複数の分岐溝（４０）と、を備えるロータホイール（１０）。
【請求項２】
前記ボディ（２０）は、前記第１の面と第２の面（２１、２２）との間に延設された開口部（２３）を有する略円板形の形状である、請求項１に記載のロータホイール（１０）。
【請求項３】
前記流体（５０）は、圧縮機のロータ・ステータ・ロータアセンブリ（１１１）から取り出される、請求項１に記載のロータホイール（１０）。
【請求項４】
前記軸方向分岐流路（８０）は、前記ボディ（２０）がそれを中心に回転可能な回転中心線（１２）に対して斜めの軸方向成分方向を向く、請求項１に記載のロータホイール（１０）。
【請求項５】
ロータホイール（１０）であって、
回転中心線（１２）を中心に回転可能で、第１及び第２の対向面（２１、２２）を有するボディ（２０）であって、その一部が前記第１の面（２１）の平面から凹んで外側及び内側の環状溝（３０、４５）と複数の分岐溝（４０）とを画成する前記ボディ（２０）と、
外部の供給源（５１）からの流体（５０）を受け、前記回転中心線（１２）の周囲を流れるように前記流体（５０）を誘導するように形成された外側の環状溝（３０）と、
前記環状溝（３０）からの前記流体（５０）を受け、径方向内側に流れるように前記流体（５０）を誘導するように形成された複数の分岐溝（４０）と、
前記分岐溝（４０）からの前記流体（５０）を受け、径方向と軸方向に順次流れるように前記流体（５０）を誘導する一方で、前記回転中心線の周囲での前記流体の流れを実質的に防止するように形成された内側の環状溝（４５）と、を備えるロータホイール（１０）。
【請求項６】
前記内側の環状溝（４５）は、前記回転中心線（１２）の周囲での前記流れを阻止するために、流れ阻止部材（４６）で画成される、請求項５に記載のロータホイール（１０）。
【請求項７】
タービンエンジン（１００）であって、
回転中心線（１２）を有する圧縮機ハブ（１１０）と、
前記回転中心線（１２）を中心に回転可能であり、第１及び第２の対向面（２１、２２）を有するボディ（２０）であって、その一部は前記第１の面の平面から凹んで、前記圧縮機ハブからの流体（５０）を受け、前記回転中心線（１２）の周囲を前記流体（５０）が流れるように誘導する環状溝（３０）と、前記環状溝（３０）からの前記流体（５０）を受け、径方向に、次いで軸方向に流れるように前記流体（５０）をそれぞれ誘導する一方で、分岐溝（４０）相互の流体連通を防止する複数の分岐溝とを画成する前記ボディ（２０）と、
前記第１の面（２１）の後部近傍にあり、前記軸方向に沿って延設された前記分岐溝（４０）からの前記流体（５０）を受ける穴（１２１）を画成するように形成された下流側セクション（１２０）と、を備えるタービンエンジン（１００）。
【請求項８】
前記圧縮機ハブ（１１０）はロータ・ステータ・ロータアセンブリ（１１１）を備える、請求項７に記載のタービンエンジン（１００）。
【請求項９】
前記圧縮機ハブ（１１０）の流体は、前記ロータ・ステータ・ロータアセンブリ（１１１）から取り出された冷媒である、請求項８に記載のタービンエンジン（１００）。
【請求項１０】
前記穴（１２１）は略直線状である、請求項７に記載のタービンエンジン（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンのロータホイールに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンなどのタービンエンジンでは、タービンの回転ブレード用の冷却流が圧縮機部分のハブ内の空気から取り出される。この空気がハブから回転機械領域へ流出すると、空気が回転の中心線に向かって径方向により奥まで流れるように通路を設計することが典型的な手法である。このように通路を設計する目的は、確実に空気流を機械部品と同様の速度で回転させ、流れの方向が変わった場合の損失を減らすことである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような目的を念頭に置いて、通路を設計する際に、径方向の比較的短い流入路の端部が完全に３６０°連続するチャンバであり、所定数の長い「ガンホール」がタービンに向かって軸方向に延びることを特徴とする管路を形成することが多い。このように通路を設計すると、通路全体にわたる圧力損が減少し、機械設計者はガンホールの入口を比較的高い半径位置に自由に配置し、優れた頑強さと信頼性を追求できるようになる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一態様によれば、ロータホイールが提供され、これは第１及び第２の対向面と、第１の面の平面から凹んで環状溝と複数の分岐溝とを画成する部分とを有するボディと、外部の供給源からの流体を受け、環状の流路に沿って流れるように流体を誘導するように形成された環状溝と、環状溝からの流体を受け、径方向と軸方向の分岐流路に沿って流体が順次流れるように誘導する一方で、分岐溝相互の流体連通を防止するようにそれぞれ形成された複数の分岐溝とを含む。
【０００５】
本発明の別の態様によれば、ロータホイールが提供され、これは回転中心線を中心に回転可能で、第１及び第２の対向面を有するボディであって、その一部は第１の面の平面から凹んで外側及び内側の環状溝と複数の分岐溝とを画成するボディと、外部の供給源からの流体を受け、回転中心線の周囲を流れるように流体を誘導するように形成された外側の環状溝と、環状溝からの流体を受け、径方向内側に流れるように流体を誘導するようにそれぞれ形成された複数の分岐溝と、分岐溝からの流体を受け、径方向と軸方向に順次流れるように流体を誘導する一方で、回転中心線の周囲での流体の流れを実質的に防止するように形成された内側の環状溝とを含む。
【０００６】
本発明の更に別の態様によれば、タービンエンジンが提供され、これは回転中心線を有する圧縮機ハブと、回転中心線を中心に回転可能で、第１及び第２の対向面を有するボディであって、その一部は第１の面の平面から凹み、圧縮機ハブの流体を受けて回転中心線の周囲を流体が流れるように誘導する環状溝と、環状溝からの流体を受けて径方向、次いで軸方向に流れるように流体をそれぞれ誘導する一方で、分岐溝相互の流体連通を防止する複数の分岐溝とを画成するボディと、軸方向に沿って延びる分岐溝からの流体を受ける穴を画成するように形成された、第１の面の後部近傍にある下流側セクションとを含む。
【０００７】
上記及びその他の利点並びに特徴は、図面を参照した以下の説明からより明解になる。
【０００８】
本発明とみなされる主題は、特に明細書の末尾にある特許請求の範囲で指摘され、明確に特許請求されている。本発明の上記及びその他の特徴並びに利点は、添付図面を参照した以下の詳細な説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】タービンエンジンのロータホイールの斜視図である。
【図２】図１のタービンエンジンのロータホイールの拡大斜視図である。
【図３】タービンエンジンのロータホイールの側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施形態を、利点及び特徴と共に、図面を参照して例示的に詳細に説明する。
【００１１】
比較的短い径方向内側の流入路が使用される場合、また、付勢された流れが径方向通路と軸方向のガンホールとの間の自由渦連絡領域に流入する場合は、流れは通り過ぎたばかりの通路に最も近いガンホールの方向に直接進むのではなく、自由渦領域の周囲に進むことができる。駆動圧に何らかの乱れがある場合は、流れは適切なガンホールを見つけるために自由渦領域の周囲で流れ続けるので、不安定な流れ状態が生ずることがある。これにより流れがタービンに流入することが阻止され、１つ又は複数の径方向通路を通って外側への逆流を生ずることがある。
【００１２】
流れが不安定になるリスクを解消し、タービンエンジンの性能、頑強さ及び信頼性を高める径方向の短い流入路の設計を可能にするため、自由渦領域を除去できる。図１〜３を参照すると、ロータホイール１０が提供され、これは略円板型で互いに対向する第１の面２１及び第２の面２２とを有するボディ２０を含む。ロータホイール１０がそれを中心に回転可能である回転中心線１２に対応するボディ２０の中心部２４に、開口部２３が形成される。開口部２３は、第１の面２１と第２の面２２との間に延設される。ロータホイール１０の一部は、第１の面２１の平面から凹み、ボディ２０内に環状溝３０と複数の分岐溝４０とを画成する。
【００１３】
環状溝３０は外部の供給源５１からの流体５０を受け、回転中心線１２の周囲に配置された環状の流路６０に沿って流れるように流体５０を誘導する。環状溝３０はボディ２０の径方向外側部２５に画成される。分岐溝４０は、径方向外側部２５から、径方向外側部２５と中心部２４との間に径方向に配置された中間部２６に向かって延設される。
【００１４】
環状溝３０の外側の範囲は環状リム３１によって区切られている。環状リム３１はボディ２０から突出し、頂部３２を有する。頂部３２は所定の凹み距離ＲＤＩＳだけ第１の面２１の平面から凹んでいる。流体５０を圧縮機ハブのロータ・ステータ・ロータアセンブリなどの外部供給源５１から取り出してもよく、この流体は頂部３２に沿って画成された環状溝３０内に径方向内側の方向に流入する。
【００１５】
複数の分岐溝４０は各々が環状溝３０と流体連通して、流体５０を受ける。各々の分岐溝４０も、流体５０が径方向の分岐流路７０に沿って、次いで軸方向の分岐流路８０に沿って径方向７１と軸方向８１に順次流れるように流体５０を誘導するようにそれぞれ形成される。分岐溝４０は更に、分岐溝相互の流体連通を実質的に防止するように形成される。すなわち、流体５０は１つの分岐溝４０に沿って径方向内側に流れ、次いで周囲方向に別の分岐溝４０に流れることが防止される。そうではなく、流体５０は強制的に各々の分岐溝４０に沿って径方向内側に、次いでボディ２０から軸方向後方に流される。
【００１６】
図１及び２に示すように、流体５０が環状溝３０内での流れ方向と同様の方向に流れることによって分岐溝４０に流入できるようにするため、分岐溝４０はボディ２０の径方向外側部から中間部２６の方向に内側に螺旋状に形成されても良い。各々の分岐溝４０は径方向内側部４１と径方向外側部４２とを有する。環状溝３０の凹み深さＲＤＥＰ１は径方向外側部４２の凹み距離ＲＤＥＰ２と同様である。比較すると、径方向内側部４１での凹み深さＲＤＥＰ３は逓減している。同時に、径方向内側部４１の幅Ｗ１は、径方向外側部４２の幅Ｗ２よりも広い。
【００１７】
軸方向８１は回転中心線１２に対して斜めに傾斜しており、分岐溝４０が中間部２６で終端できるようにされている。軸方向８１は更に後方に向き、流体５０が例えばタービンの方向に下流側に流れることができるように、ボディ２０から離れる方向に進む。
【００１８】
本発明の別の態様によれば、分岐溝４０の径方向内側部４１を、内側の環状溝４５として画成できる。この場合、内側の環状溝４５は分岐溝４０からの流体５０を受け、流体が径方向７１及び軸方向８１に順次流れるように流体を誘導する。同時に、内側の環状溝４５は流体５０が回転中心線１２の周囲を流れることを実質的に防止する。この流れ防止を、内側の環状溝４５内に配置された流れ阻止部材４６によって達成しても良い。流れ防止部材４６は内側の環状溝４５内に配置され、流体５０に対して不浸透性であることにより、流体が回転中心線１２の周囲を流れることを妨げる。
【００１９】
本発明の別の態様によれば、ガスタービンエンジンなどのタービンエンジン１００が提供される。タービンエンジン１００は回転中心線１２を有する圧縮機ハブ１１０と、前述のようなボディ２０と、下流側部分１２０とを含む。下流側部分１２０は第１の面２１の後部近傍に配置され、軸方向８１に沿って延設されたガンホール１２１を画成するように形成される。圧縮機ハブ１１０は、ロータ・ステータ・ロータアセンブリ１１１として採り入れられる外部供給源５１を含んでも良い。この場合、流体５０はロータ・ステータ・ロータアセンブリ１１１から取り出された冷媒で良い。ガンホール１２１は略直線状であり、径方向成分１２２が分岐溝４０から回転中心線１２に向かう方向に延びている。
【００２０】
本発明を限定された数の実施形態のみに関連して詳細に記載したが、本発明は開示されたこれらの実施形態に限定されないことは容易に理解されよう。むしろ、本発明は、これまでに記載してはいないが本発明の趣旨と範囲に対応する任意の数の変化形、変更、代案、又は同等の構成を組み込むように修正できる。加えて、本発明の様々な実施形態を記載したが、本発明の態様は記載した実施形態の一部のみを含むものであっても良いことを理解されたい。従って、本発明は前述の記載によって限定されるものとみなされるべきではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【符号の説明】
【００２１】
１０  ロータホイール
１２  回転中心線
２０  ボディ
２１  第１の面
２２  第２の面
２３  開口部
２４  中心部
２５  径方向外側部
２６  中間部
３０  環状溝
３１  環状リム
３２  頂部
４０  分岐溝
４１  径方向内側部
４２  径方向外側部
４５  内側の環状溝
４６  流れ防止部材
５０  流体
５１  外部供給源
６０  環状の流路
７０  径方向の分岐流路
７１  径方向
８０  軸方向の分岐流路
８１  軸方向
１００  タービンエンジン
１１０  圧縮機ハブ
１１１  ロータ・ステータ・ロータアセンブリ
１２０  下流側部分
１２１  ガンホール
１２２  径方向成分
【図１】
2011208640.tif 000003
【図２】
2011208640.tif 000004
【図３】
2011208640.tif 000005