(57)【要約】  本発明は、タービンエンジンのタービン（１）を冷却する方法およびシステムに関し、前記方法およびシステムは、ロータ弁の上流のステータ（７）と、ステータ（７）に隣接する下流の可動羽根ロータ（１１）の密封リング架台（９）とから成る冷却されるべき少なくとも一対の部品と、タービンケーシング（３）と、流出路（１３）とを備える。前記システムは、特に、周囲空気流（Ｆｓ）を引き込みかつ移送するように、冷却されるべき少なくとも１つの部品（７、９）に面したケーシング（３）内の少なくとも１つの開口部（１５）と、前記部品（７、９）に連絡した強制対流（１９、２４、２６、３０）を作り出す空気回路と、経路（１３）内の少なくとも１つの下流の流出路（５６）とを備える。
2013515893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流のステータ（７）とステータ（７）に隣接する下流の可動羽根（１１）の密封リング支持体（９）とを備える少なくとも一対の部品が設けられた、全ての作動速度で正値のＣｐを有する、冷却が望まれる構造を排気部に有するエンジンのタービン（１）の部品（７、９）を冷却する方法にして、冷却されるべき少なくとも１つの部品（７、９）のレベルでの吸引によって周囲空気流（ＦＳ、ＦＳ’）を取り込み（１５、５４）、続いて横断させて前記部品（７、９）に連絡した強制対流（１９、２４、５２、２６、３０）を作り出し、次いで下流の空気を流出路（１３）内に再誘導（４２、５６）することから成る方法であって、
冷却は、逐次冷却および混合冷却用には上流のステータ（７）のレベルで、並行冷却および混合冷却用には各部品（７、９）のレベルで周囲空気を取り込むことによって、両方部品内（７、９）に同一の空気流（ＦＳ）を連続的に循環させる逐次モード、それぞれの両方部品（７、９）内の空気流（ＦＳ、ＦＳ’）とは独立して循環させる並行モード、あるいは同じ流れ（ＦＳ）を両方部品内に連続的に循環されることと２番目の部品（９）内で第２流れ（ＦＳ’）を独立して循環させることによる混合モードで実施されることを特徴とする、方法。
【請求項２】
流出路（１３）内への下流の再誘導（５２、５６）が平行な排気部で実装される、請求項１に記載の冷却方法。
【請求項３】
請求項１または２のいずれかに記載の方法を実装するためのターボ機械のタービンを冷却するシステムにして、静翼を備えた分配器の上流のステータ（７）とステータ（７）に隣接する下流の可動羽根を備えたロータ（１１）の密封リング支持体（９）とから成る冷却されるべき少なくとも一対の部品と、タービンケーシング（３）および流出路（１３）と、少なくとも１つの冷却されるべき部品（７、９）に面したケーシング（３）内の少なくとも１つの開口部（１５、５４）と、そのような部品（７、９）に連絡した強制空気循環（１９、２４、２６）と、経路（１３）内の少なくとも１つの下流の流出口（４２、５６）とを備えるシステムであって、
分配器（７）とタービンロータの密封リング支持体（９）との冷却は逐次的に実施され、分配器（７）の翼の流出口内の連通チャネル（３ｌ、７ｌ、２４ｐ）は、リング支持体（９）の外側（Ｆｅ）と半径方向に連絡した空洞（２６）の中に通じ、次いでリング支持体（９）内に設けられた少なくとも１つのオリフィス（４０）を通ってタービンの流出路（１３）に向かうことを特徴とする、システム。
【請求項４】
冷却されるべき分配器の各翼（７）内の空気循環流入口（１７）に面したケーシング（３）内に開口部（１５）が形成され、そのような循環は、少なくとも２つのチャネル（１９、２４）を備える半径方向の回路、ならびにタービンの流出路（１３）内の空気流出口（４２）によって実施される、請求項３に記載の冷却システム。
【請求項５】
流れ（ＦＳ）の圧力を均一化するように、静翼（７）のより充分な冷却を実装するように、２つのチャネル（１９、２４）の間に軸対称形空洞（２５ｂ）が設けられる、請求項４に記載の冷却システム。
【請求項６】
リング支持体が、連通チャネルを形成するように、ケーシングと分配器の翼との羽根付きフランジ（３ｂ、７ｂ）を封入することが可能な少なくとも１つの上流のフック（３２）を有する、請求項５に記載の冷却システム。
【請求項７】
ステータの各翼（７）の循環チャネル（１９、１４）が、空洞（２６）の中に直接通じて連通チャネルを形成する延長部（２４ｐ）を備える、請求項６に記載の冷却システム。
【請求項８】
リング（９）の冷却回路の空洞（２６）内にリング形状の穿孔付き金属シート（３０）が設けられる、請求項３から７のいずれかに記載の冷却システム。
【請求項９】
請求項１または２のいずれかに記載の方法を実装するターボ機械のタービンを冷却するシステムにして、静翼を備えた分配器の上流のステータ（７）とステータ（７）に隣接する下流の可動羽根を備えたロータ（１１）の密封リング支持体（９）とから成る冷却されるべき少なくとも一対の部品と、タービンケーシング（３）および流出路（１３）と、少なくとも１つの冷却されるべき部品（７、９）に面したケーシング（３）内の少なくとも１つの開口部（１５、５４）と、そのような部品（７、９）に連絡した強制空気循環（１９、２４、２６）と、流出路（１３）内の少なくとも１つの下流の流出口（４２、５６）とを備えるシステムであって、
冷却は並行モードで実施され、分配器（７）の翼の半径方向回路は、ロータのリング支持体（９）を横断して流出路（１３）に至るように、そこに配置されたチャネル流入口（５２）の反対側に通じ、周囲空気流（ＦＳ’）を吸引によって取り込み、空洞（２６）およびリング支持体（９）を流出オリフィス（５６）を通って横断する並行空気循環回路を形成するように、リング支持体（９）に面したケーシング（３）内にオリフィスが形成されることを特徴とする、システム。
【請求項１０】
請求項１または２のいずれかに記載の方法を実装するターボ機械のタービンを冷却するシステムにして、
静翼を備えた分配器の上流のステータ（７）とステータ（７）に隣接する下流の可動羽根を備えたロータ（１１）の密封リング支持体（９）とから成る冷却されるべき少なくとも一対の部品と、タービンケーシング（３）および流出路（１３）と、少なくとも１つの冷却されるべき部品（７、９）に面したケーシング（３）内の少なくとも１つの開口部（１５、５４）と、そのような部品（７、９）に連絡した強制空気循環（１９、２４、２６）と、経路（１３）内の少なくとも１つの下流の流出口（４２、５６）とを備えるシステムであって、
冷却は、請求項３から８のいずれかに記載の逐次モード冷却のための、両方部品（７、９）内での同一流れ（ＦＳ）の連続循環と、前記請求項に記載の並行モード冷却のための、２番目の部品（９）内での独立した流れ（ＦＳ）の循環とによって、混合モードで実行されることを特徴とする、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機、特にヘリコプターの推進ターボ機械に装備されるガスタービンのステータ、分配器、またはリングを冷却する方法、ならびにその方法を実装する冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ機械の熱力学的サイクルでは温度がどんどんと高くなり、冷却範囲が、タービンのステータ部位、即ち、タービンの分配器の静翼、ならびに可動羽根またはロータの平滑リング支持体または密封リング支持体（以下ではリング支持体とする）まで拡張されることが必要となる。次いで空気が分配器の翼を渡るように、次いでロータリングの上へ至るように誘導される。次いで空気は流出路内に再誘導される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
流出口ノズルは、低速度で負の値に到達することが可能な回復係数（Ｃｐ）を有する。このことは結果的に、大気とタービンの流出口設計との間の圧力差に逆転をもたらす。そして排気によって熱風の再誘導が起こり、ステータの冷却を阻止してしまう。
【０００４】
さらに、コンプレッサのレベルでの冷却用空気の取り込みを用いることは、それ以上はそれが動力作業に寄与しないことから、実施コストを伴う。
【０００５】
本発明は、このような欠点を、冷却されるべきステータのレベルで周囲空気を吸引することを提案することによって、救済することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
より精確には、本発明は、冷却が望まれる、全ての作動速度で正値のＣｐを有する構造を排気部に有するエンジンのタービン部品を冷却する方法において、冷却されるべき少なくとも１つの部品のレベルでの吸引によって周囲空気流を取り込み、続いて横断させて前記部品に連絡した強制対流を作り出し、次いで下流の空気を流出路内に再誘導することから成る方法に関する。
【０００７】
用語「上流」と「下流」は、エンジン内の空気流の方向を意味し、用語「内側」、対応する「外側」は、タービンの回転軸「から見た」、対応する「その方向の」位置取りを意味する。
【０００８】
このような方法は、一連の作動速度で正値にとどまるＣｐをもたらすのに充分な流出口での圧力降下を画定することが可能なタービンまたはエンジンの構成の場合に特に効果的である。以下を含む場合が該当する：
二段式タービンを用いるよりも実質的に小さな流出口の静圧が得られることを可能にする、二段式タービンと同じ膨張率で作動する一段式タービン。
特にスルーシャフトの構造で使用される軸対称形ノズルを備えたエンジン。
【０００９】
好ましい実施形態によると：
冷却は、上流のステータとステータに隣接する下流のリング支持体とを備える少なくとも一対の部品を対象とし、そのような冷却は、逐次冷却および混合冷却のためには上流のステータのレベルで、並行冷却および混合冷却のためには各部品のレベルで周囲空気を取り込むことによって、両方部品内に同一の空気流を連続的に循環させる逐次モード、各部品内の空気流とは独立して循環させる並行モード、あるいは、同一流れの連続循環と２番目の部品内での独立した循環とによる混合モードで実施される、
流出路内への下流の再誘導は平行な排気部で実装され、
取り込まれる空気は、冷却されるべき少なくとも１つのエンジン部品、例えばケーシングのアーム上のリング支持体の保持ロックなどとも接触される。
【００１０】
本発明は、分配器の、静翼を備えた少なくとも１つの上流のステータと、可動羽根用のリング支持体と、タービンケーシングと、流出路とを備えるターボ機械のタービンを冷却するシステムにおいて、上述の方法を実装することが可能なシステムも目的とする。このようなシステムは、冷却されるべき少なくとも１つの部品に面したケーシング内の開口部と、そのような部品と連絡した強制空気循環と、流出路内の少なくとも１つの下流の流出口とを備える。
【００１１】
特定の実施形態によると：
冷却されるべき分配器の各翼内の空気循環流入口に面したケーシング内に開口部が形成され、このような循環は、少なくとも２つのチャネル、ならびにタービンの流出路内の空気流出口を備えた半径方向回路によって実施され、
空気流の圧力を均一化するように、かつ静翼のより充分な冷却を実装するように、２つのチャネルの間に軸対称形の空洞が設けられ、
分配器とタービンのロータの密封リング支持体とは、分配器の翼の流出口内の連通チャネルによって逐次的に冷却される。このチャネルはリング支持体の外側と半径方向に連絡した空洞の中に通じ、次いでリング支持体内に設けられた少なくとも１つのオリフィスを通ってタービンの流出路に向かい、
リング支持体は、連通チャネルを形成するように、ケーシングと分配器の、セクター化されたまたはされていない羽根付きフランジを封入することが可能な少なくとも１つの上流フックを有し、
分配器の各翼のチャネルは、空洞の中に直接通じて連通チャネルを形成する延長部を備え、
冷却は並行モードで実施され、分配器の翼の半径方向回路は、ロータのリング支持体内にそれを横断して流出路に至るように配置されたチャネル流入口に面して通じ、リング支持体の反対側のケーシング内にオリフィスが形成されて、周囲空気流を引き込みによって取り込み、流出オリフィスによって空洞およびリング支持体を横断する並行空気循環回路を形成し、
取り込まれる空気との熱交換を向上させるように、リング支持体の冷却回路の空洞内にリング形状の穿孔付き金属シートが設けられ、
冷却は、上述の逐次または並行空気循環を組み合わせることによって逐次および／または並行モードで実施され、
空気循環は、このような循環に関与するステータ翼および／またはケーシングの構造に羽根を配列することによって実装され、
少なくとも１つの空気回路に、ケーシング内に配置された開口部のレベルに位置付けられることが可能な逆流防止空気弁が設けられる。
【００１２】
本発明は、特に一段式タービンと、スルーシャフトエンジンの構造とに適用される。スルーシャフトエンジンの構造物は有利に、全ての速度で特に好適なＣＰ曲線を有する軸対称形のノズルの使用を可能にする。
【００１３】
以下の例示的実施形態についての詳しい記述を、添付図面を参照して読めば、本発明の他の特徴および利点が明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ターボ機械内のステータ分配器とタービンロータの密封リング支持体との例示的な逐次冷却回路の部分断面図である。
【図１ａ】フックによる分配器とケーシングとの間のアセンブリの拡大図である。
【図１ｂ】そのようなアセンブリのレベルにおける図１ａのＩ−Ｉに沿った部分断面図である。
【図１ｃ】２つの冷却チャネルの間に位置付けられた軸対称形空洞の部分断面図である。
【図２】上流の二重の密封部と代替え的空気循環チャネルとを分配器内に備えた図１の実施例を示す図である。
【図３】分配器と踵部のないロータのリング支持体との例示的な逐次冷却回路の部分断面図である。
【図４】踵部のない可動羽根を備えたタービンの例示的な並行冷却回路の部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
用語「内側」または「外側」は、タービンの回転軸の側から見た、またはそのような軸の反対側から見た要素を意味する。さらに、図面上の同一参照記号は、同一または同等の要素を意味する。
【００１６】
図１を参照すると、タービン１は、具体的にはケーシング３と、空気分配ステータまたは静翼７を備えた分配器と、可動翼１１用の密封リング支持体９と、ノズル（図示されず）へのアクセス用の流出路１３とから成る。ケーシング３は、分配器およびリング支持体の位置を支持アーム３ａ、３ｂ、３ｃによって固定する。カウル下の空気が、ケーシング３の吸入オリフィス１５を経るところでの圧力降下によって、流れＦｓの形態下で引き込まれ、分配器７およびリング支持体９を通って流出路１３に至る。
【００１７】
オリフィス１５は、分配器７の内部の第１の半径方向循環チャネル１９の一方端部上に設けられた空気流入開口部１７に面した状態で配置される。ケーシング３上の分配器７の上流の密封は、ケーシング３の第１上流アーム３ａと分配器７の上流リム７ｒとの間のガスケット２０によって実現される。
【００１８】
中央放射壁２２が第１チャネル１９を第２循環チャネル２４から分離し、それらのチャネルはまた、分配器７の翼の前縁７ａと後縁７ｆによっても境界を画される。両チャネルは空洞２５を通って連絡して、流れＦｓが第１チャネルから第２チャネルへ反対の方向に循環することを可能にする。図１ｃに示される代替え的解決法として、チャネル１９と２４の間の移行部を設けるように、部分２５ａが任意の知られている手段（ねじ、溶接）によって翼７の端部に固定される。この部分の内部は、２つのチャネル１９と２４の間に位置付けられる、空気流Ｆｓの圧力を均一化するための軸対称空洞２５ｂを形成するように機械加工され、それによって静翼７のより充分な冷却を得る。このような挿入の構成は翼７の製造にも有利である。これはその内側の半径方向端部が開けられていることによる。熱移動を増大するように、チャネル内部に所謂「トロンボーン」型の空気流摂動部２８が設けられる。
【００１９】
第２チャネルの半径方向端部に流れＦｓが進入および循環して、ケーシング３とリング支持体９の外側Ｆｅとの間に位置付けられた空洞２６内に強制対流を引き起こす。半径方向外側のリング形状シート３０が、その両端部のレベルで静止リング支持体９と一体にされる。図１ａおよび図１ｂにより詳しく示されるように、分配器７およびケーシング３のそれぞれアーム７ｂおよび３ｂ内に形成されたブレーディング７ｌおよび３ｌによって、チャネル２４と空洞２６との間の連絡が作られる。このようなフランジは、リング支持体９の上流端部を形成するフック３２内に保持される。リング支持体９と空洞２６との間の熱移動をし易くするために、空気速度の高められたリング形状の衝撃ジェット３０を形成するように、リング形状シート内に穿孔３０ａが配置される。リング形状シートは、その上流端部でフック３２の半径方向側部と一体にされる。
【００２０】
図示される実施例では、可動羽根１１にはそれらの外側端部上に、摩耗性ハニカム材料３６に面するように踵部３４が設けられる。このような摩耗性材料はリング支持体９の内側Ｆｉと一体にされる。リング形状シート３０の下流端部が一体にされるリング支持体９の下流端部と、ケーシング３の下流フランジ３ｃとはロック３８によって固定された状態で保持される。このような材料は、特に高速における羽根の拡張時に、可動羽根１１と密封リング支持体９との間の隙間が制限されることを可能にする。踵部３４のリップ３４ａは材料３６に劣化を伴わずに進入することが可能になって、ロータとリングとの間に密封を実現するようになる。
【００２１】
流れＦｓは、なお強制対流をもたらしながら、圧力降下によって上昇して、リング支持体の下流端部に向かい、次いでリング支持体９上に配置された開口部４０によって引き込まれる。熱移動は、リング形状シート３０上に形成された粗面上の強制対流によって有利に向上されることが可能である。次いで流れは、可動羽根１１の下流の通路４２を通って経路１３内に排気される。
【００２２】
代替え方法として、一方で、静翼７の上流の密封ガスケット２０が「ｗ」形のリップジョイントであってもよく、他方で、リング支持体が連続環の形態下でまたは環状セクターの形態で（セクタリング）存在してもよい。
【００２３】
図２で表わされるような代替え形態では、分配器７の上流の密封は二重にされる。第２ガスケット４４の位置は、ショルダ部４６の存在によって配置され、前縁７ａの突出部上に形成され、ケーシング３の上流フランジ３ａ内に配置された溝４８に面する。
【００２４】
さらに、図２は、空洞２６に向かう分配器７の第２冷却チャネル２４の流通路の代替え形態を示す。このような通路はチャネル２４の延長部２４ｐによって得られる。このような延長部は、図示される実施例では湾曲および先細りしながら、ケーシング３のフランジ３ｂ内に形成された開口部５０を通って直接空洞２６の中へと通じてゆく。
【００２５】
図３に示される他の実施形態では、可動羽根は踵部を有さない。リング支持体９は、可動羽根１１の熱膨張時の接触を防止するように、羽根１１の縁部１１ｂから充分な間隔を置いた状態にある。さらに、羽根の頂部での密封をもたらすように、リング支持体上に摩耗性材料の層３７が突き出されてもよい。このような構成は、より大きな容積の空洞２６、したがってより大きな量の空気流Ｆｓを有することが可能となって、リング支持体の外側Ｆｅへのより充分な熱移動があった後、開口部２６を通って流出路１３に向かう排気がなされるという利点がある。このような空洞の中にも、例えば真ん中のレベルで溶接するなどによって、穿孔付きリング形状シート３０が設けられることが可能である。さらに、リング支持体９の取り付けが、フランジ３３の助けによってケーシング３上に保持されることによって簡単になる。
【００２６】
図４は、本発明による並行モードの、踵部のない可動羽根１１の構成による例示的な冷却システムを示す。このような冷却システムは、独立した２つの空気流循環回路ＦｓおよびＦｓ’を備える。第１回路は、カーター３の開口部１５を通した吸引、およびチャネル１９および２４内の空気流循環Ｆｓから、図１および図２を参照して述べられたように、分配器７のアームｂ内に形成された第１ブレーディング７ｌへと至る、分配器７の冷却に関する。ここではケーシング３のフランジ３ｂにはブレーディングは形成されない。ブレーディング７ｌの反対側のリング支持体９内に直接的流出口チャネル５２が形成され、これが流出路１３へと通じる。次いでブレーディング７ｌの流出口では、流れＦｓの空気がチャネル５２の流入口５３に進入して、流出路１３内へと退出する。
【００２７】
第２空気回路は、ケーシング３内でリング支持体９のレベルに形成された第２オリフィス５４から実装される。圧力降下によって、空気流Ｆｓ’は空洞２６を横断し、チャネル５２の流出路と平行にリング支持体９内に製作された第２開口部５６を通って退出する。このように、これらの回路はリング支持体９の冷却に寄与する。
【００２８】
本発明はここに述べられ、表わされた例示的な実施形態に限定されない。このように、ステータおよび密封リング支持体に連絡した空気循環は、ステータ内の翼７の半径方向チャネル２４からの流出口を直接流出路１３内に設けることによって完全に独立することが可能である。さらに、分配器の翼内に２つよりも多い数の半径方向チャネルを、ケーシング内に、ステータ、分配器、またはリング支持体それぞれのレベルでいくつかの開口部を提供すること、あるいはさらにケーシング上に、当業者から知られている任意の便利な手段（圧着、フーピング、溶接など）によって分配器またはリング支持体の構成物を提供することが可能である。さらに、分配器およびロータの数は１つに限定されず、本発明によって対象とされる任意のタービンに対応する。
【図１】
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【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2013515893.tif 000009
【国際調査報告】
2013515893.tif 000010
2013515893.tif 000011
2013515893.tif 000012
2013515893.tif 000013
2013515893.tif 000014
2013515893.tif 000015