(57)【要約】【課題】  本発明は、ガスタービンエンジンの回転空洞用空気バッフルを提供する。【解決手段】  回転ガスタービンエンジン部品の空洞（５０）内に配置された環状の空気バッフル（６０）は、複数の円周方向に間隔をおいて配置されたフィン（７２）を支持する環状の分割リング（７０）を含む。フィン（７２）は、第１、第２及び第３の側面（９０/９２/９４）を備えた三角形断面形状（８６）と、第１及び第２の側面（９０/９２）間に配置された第１の丸み付き半径方向内側コーナ部（１００）と、第２及び第３の側面（９２/９４）間に配置された第２の丸み付き半径方向内側コーナ部（１０２）と、第１及び第３の側面（９０/９４）間に配置された上記の半径方向外側丸み付コーナ部（８２）とを有する。フィン（７２）は、環状の分割リング（７０）から半径方向内向きに延びる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状の分割リング（７０）と、
前記リングに取付けられた複数の円周方向に間隔をおいて配置されたフィン（７２）と、
を含む環状の空気バッフル（６０）。
【請求項２】
前記リング（７０）及びフィン（７２）が一部品の形態で一体形に形成されていることをさらに特徴とする、請求項１記載の環状の空気バッフル（６０）。
【請求項３】
前記フィン（７２）が前記リング（７０）と共通の表面（７６）を有することをさらに特徴とする、請求項２記載の環状の空気バッフル（６０）。
【請求項４】
前記共通表面（７６）が、前記リング（７０）の円形断面表面（８０）でありかつ前記フィン（７２）の丸み付き半径方向外側コーナ部（８２）であることをさらに特徴とする、請求項３記載の環状の空気バッフル（６０）。
【請求項５】
前記フィン（７２）が、第１、第２及び第３の側面（９０、９２及び９４）をそれぞれ備えた三角形断面形状（８６）と、前記第１及び第２の側面（９０及び９２）間に配置された第１の丸み付き半径方向内側コーナ部（１００）と、前記第２及び第３の側面（９２及び９４）間に配置された第２の丸み付き半径方向内側コーナ部（１０２）とを有し、
前記丸み付き半径方向外側コーナ部（８２）が、前記第１及び第３の側面（９０及び９４）間に配置されている、
ことをさらに特徴とする、請求項４記載の環状の空気バッフル（６０）。
【請求項６】
前記フィン（７２）が、前記環状の分割リング（７０）から半径方向内向きに延びていることをさらに特徴とする、請求項５記載の環状の空気バッフル（６０）。
【請求項７】
前記フィン（７２）が前記リング（７０）と共通の表面（７６）を有し、前記共通表面（７６）が、前記リング（７０）の円形断面表面（８０）でありかつ前記フィン（７２）の丸み付き半径方向外側コーナ部（８２）であることをさらに特徴とする、請求項１記載の環状の空気バッフル（６０）。
【請求項８】
前記フィン（７２）が、第１、第２及び第３の側面（９０、９２及び９４）をそれぞれ備えた三角形断面形状（８６）と、前記第１及び第２の側面（９０及び９２）間に配置された第１の丸み付き半径方向内側コーナ部（１００）と、前記第２及び第３の側面（９２及び９４）間に配置された第２の丸み付き半径方向内側コーナ部（１０２）とを有し、
前記丸み付き半径方向外側コーナ部（８２）が、前記第１及び第３の側面（９０及び９４）間に配置されている、
ことをさらに特徴とする、請求項７記載の環状の空気バッフル（６０）。
【請求項９】
前記フィン（７２）が、第１、第２及び第３の側面（９０、９２及び９４）をそれぞれ備えた三角形断面形状（８６）と、前記第１及び第２の側面（９０及び９２）間に配置された第１の丸み付き半径方向内側コーナ部（１００）と、前記第２及び第３の側面（９２及び９４）間に配置された第２の丸み付き半径方向内側コーナ部（１０２）と、前記第１及び第３の側面（９０及び９４）間に配置された丸み付き半径方向外側コーナ部（８２）とを有することをさらに特徴とする、請求項１記載の環状の空気バッフル（６０）。
【請求項１０】
第１のハブ（３６）の半径方向外径（５２）位置で閉じられかつ半径方向内径（５６）位置で開いた空洞（５０）と、
前記空洞（５０）内部に配置された環状の空気バッフル（６０）と、を含み、
前記空気バッフル（６０）が、環状の分割リング（７０）と前記リングに取付けられた複数の円周方向に間隔をおいて配置されたフィン（７２）とを含む、
環状の回転ガスタービンエンジン部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機用ガスタービンエンジン冷却システムに関し、具体的にはそのような冷却システムからデブリを集積する環状の回転空洞に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、一般的にコアエンジンを含み、コアエンジンは、直列の軸流関係で、コアエンジンに流入する空気流を加圧する高圧圧縮機と、その中で燃料及び加圧空気の混合気を燃焼させて高温ガス流を発生する燃焼器とを有する。高圧タービンは、高温ガス流によって回転され、相互連結高圧シャフトを介して高圧圧縮機を駆動する。高圧タービンの後方に位置する低圧タービンは、低圧シャフトによって高圧圧縮機の前方に位置するファンを駆動する。冷却目的で比較的低温の圧縮機空気をタービンに導くために、種々の冷却システムが使用される。タービン冷却用の冷却空気は、少量のダスト及びデブリを含み、このダスト及びデブリが、タービンの様々な環状の空洞内及びエンジンの他の回転部品内に集積される可能性がある。一例として、冷却空気は、タービンディスクのシャフト内の孔を通って流れ、ディスクハブの隣接する環状の空洞内に集まることになる。そのような配置は、ゼネラル・エレクトリック社  ＣＦ６−８０シリーズエンジンの高圧タービン内に見ることができる。
【０００３】
このような空洞は、ハブの外径位置で閉じられ、内径位置で開いている。ダスト及びデブリは、エンジンの継続的な運転により、時間の経過と共に捕捉されかつ堆積した状態になる可能性がある。ロータ内部の空気流は、通常、ロータに対して相対的な軸方向及び円周方向の両方向の速度を有するので、そのようなデブリは、回転部品の内部表面を円周方向に擦過して、時間の経過と共に部品に対して損傷を引き起こすおそれがある。
【特許文献１】米国特許５，４９８，２７３号公報
【特許文献２】米国特許５，７３３，１０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
デブリが、部品の外径位置で閉じられかつ内径位置で開いている回転部品空洞の内部表面を円周方向に擦過し、時間の経過と共に部品に対して損傷を引き起こすのを防止することができる装置を保有することが強く望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
環状の回転ガスタービンエンジン部品の空洞で使用するための環状の空気バッフルは、複数の円周方向に間隔をおいて配置されたフィンを支持する環状の分割リングを含む。空洞は、部品の半径方向外径位置で閉じられかつ半径方向内径位置で開いている。リング及びフィンは、一部品の形態で一体形に成形することができる。リングの例示的な実施形態では、フィンは、リングと共通の表面を有する。共通表面は、リングの円形断面表面でありかつフィンの丸み付き半径方向外側コーナ部である。フィンは、第１、第２及び第３の側面を備えた三角形状の断面形状と、第１及び第２の側面間に配置された第１の丸み付き半径方向内側コーナ部と、第２及び第３の側面間に配置された第２の丸み付き半径方向内側コーナ部と、第１及び第３の側面間に配置された上記の半径方向外側丸み付コーナ部とを有する。フィンは、環状の分割リングから半径方向内向きに延びる。フィンは、円形のような他の断面形状を有することができ、或いはフィンは半球形とすることもできる。
【０００６】
本発明の前述の様態及び他の特徴を、添付の図面と関連させた以下の記載において説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１には、ゼネラル・エレクトリック社  ＣＦ６−８０型航空機用ガスタービンエンジンのようなガスタービンエンジンのエンジン中心線１０の周りを囲む高圧タービン組立体１５の高圧タービン第１及び第２段ディスク組立体１２及び１４を示す。第１及び第２段ディスク組立体１２及び１４は、それぞれ第１及び第２のスロット付きリム４０及び４２を有する第１及び第２のディスク１６及び２８を含み、この第１及び第２のスロット付きリム４０及び４２は、ダブテール嵌合で第１及び第２のタービンブレード４４及び４６を受ける。第１及び第２のブレード４４及び４６は、それぞれ第１及び第２のブレードリテーナ４８及び４９によってそれらのそれぞれの第１及び第２のリム４０及び４２内に保持される。第１及び第２のディスク１６及び２８は、それぞれ第１及び第２のリム４０及び４２から半径方向内向きに第１及び第２のハブ３６及び３８まで延びる第１及び第２のウエブ３０及び３２を含む。第１段ディスク組立体１２は、円錐連接部２２によってディスク１６の第１のハブ３６から軸方向前向きに延びる円筒シャフト２０に支持された冷却空気デスワーラ１８を含む。
【０００８】
図２を参照すると、円筒シャフト２０までの円錐連接部２２と第１のハブ３６との間の環状の空洞５０は、第１のハブ３６の外径（ＯＤ）５２位置で閉じられ、第１のハブ３６の内径（ＩＤ）５６位置で開きかつ該位置で冷却空気デスワーラ１８を通って流れる内部冷却空気流５４に曝される。内部冷却空気流５４内のダスト及びデブリは、エンジンの継続的な運転により、時間の経過と共に空洞５０内に捕捉されかつ堆積した状態になる可能性がある。内部冷却空気流５４は、回転する第１のハブ３６に対して相対的な軸方向及び円周方向の両方向の速度を有する。内部冷却空気流５４内に混入したデブリは、回転する第１のハブ３６の回転内部表面５５を円周方向に擦過して、時間の経過と共に第１のハブ３６及び第１のディスク１６に対して損傷を引き起こすおそれがある。
【０００９】
上記は、第１のハブ３６で例示した部品の半径方向外径５２位置で閉じられ、半径方向内径５６位置で開きかつ該位置で内部冷却空気流に曝される空洞５０を有する環状の回転又は回転可能ガスタービンエンジン部品内で発生する可能性がある一般的問題を例示している。遠心力により、ダスト及びデブリは内部冷却空気流５４から抽出されて、半径方向内向きに面した空洞５０内に捕捉される傾向になる。次に、ダスト及びデブリは、空洞内で回転部品に対して回転して擦過作用を生じ、この擦過作用は、次ぎに空洞５０を含む領域においてディスクに対する磨耗損傷を引き起こす。この損傷は、オーバホール時にディスクを使用不能にするほど激しいものとなる場合がある。
【００１０】
環状の空洞５０内に配置された環状の空気バッフル６０は、この損傷を軽減するか又は防止するのに使用される。空気バッフル６０は、冷却流と回転ガスタービンエンジン部品との間の円周方向速度の差を減少させるか又は排除し、それによって、混入デブリが回転部品の表面を擦過するのを防止する。空気バッフル６０はまた、混入デブリが回転部品の表面を擦過するのを防止する物理的障壁としても作用する。
【００１１】
図２〜図３を参照すると、空気バッフル６０は、環状の分割リング７０を含み、環状の分割リング７０は、該リングに取付けられた複数の円周方向に間隔をおいて配置されたフィン７２を有する。図に示す空気バッフル６０の例示的な実施形態では、リング７０及びフィン７２は、一部品の形態で一体形に形成される。リング７０及びフィン７２はまた、別体に製作されその後に組立てられて、バッフル６０を形成することもできる。フィン７２は、全体的に空洞５０の形状に合致する。フィン７２は、幅広にしてもよいし或いは薄くしてもよい。フィン７２は、本明細書ではリング７０の円形断面表面８０かつフィンの丸み付き半径方向外側コーナ部８２として示した、リング７０と共通の表面７６を有する。フィン７２は、空洞５０又は第１のハブ３６又は第１のディスク１６の輪郭と一致するように曲げられる。本明細書に示した例示的な実施形態では、これによってフィン７２及びリング７０の球面状の共通表面７６が形成されることになる。
【００１２】
図１〜図４に示すフィン７２は、それぞれ第１、第２及び第３の側面９０、９２及び９４を備えた三角形断面形状８６を有する。第１の丸み付き半径方向内側コーナ部１００が、第１及び第２の側面９０及び９２間に配置され、第２の丸み付き半径方向内側コーナ部１０２が、第２及び第３の側面９２及び９４間に配置される。丸み付き半径方向外側コーナ部８２は、第１及び第３の側面９０及び９４間に配置される。フィン７２は、環状の分割リング７０から半径方向内向きに延びる。リング７０は、図１〜図４には円形断面形状を有するものとして示している。
【００１３】
フィン７２及びリング７０は、別の形状を有してもよい。フィン７２は、円形のような他の断面形状を有することができ、或いはフィンは半球形とすることもできる。図５には、矩形断面リング１７０を有する小型の幾分かパイ形状のフィン７２を備えた環状の空気バッフル６０を示す。図６には、リング７０及び矩形断面リング１７０の回転軸線でもあるエンジン中心線１０に対して垂直な半径Ｒの周りで対称な対称フィン１７２を有する環状の空気バッフル６０を示す。これは、環状の空気バッフル６０を後向き又は前向きで空洞５０内に挿入することを可能にする。これは、しばしば、混入デブリが回転部品の表面を擦過するのを減少又は防止しない位置に空気バッフル６０が挿入されるのを回避するＭｕｒｐｈｙ  Ｐｒｏｏｆｉｎｇと呼ばれる。対称フィン１７２は、円形断面形状を有する。
【００１４】
本明細書では本発明の好ましくかつ例示的な実施形態であると考えられるものを説明してきたが、当業者には本明細書における教示から本発明のその他の変更が明らかであり、従って、そのような全ての変更は本発明の技術思想及び技術的範囲内に属するものとして特許請求の範囲で保護されることが望まれる。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ガスタービンエンジンにおけるタービンディスクのハブの回転空洞内に配置された例示的な空気バッフルの縦方向断面図。
【図２】図１に示す回転空洞内に配置された空気バッフルの拡大断面図。
【図３】図１に示す空気バッフルの軸方向断面図。
【図４】図１に示す空気バッフルの斜視図。
【図５】図１に示す空気バッフルの第１の例示的な別の実施形態の軸方向断面図。
【図６】図１に示す空気バッフルの第２の例示的な別の実施形態の軸方向断面図。
【符号の説明】
【００１６】
１２  第１段ディスク組立体
１４  第２段ディスク組立体
１５  高圧タービン組立体
１６、２８  ディスク
１８  冷却空気デスワーラ
２０  円筒シャフト
２２  円錐連接部
３０、３２  ウエブ
３６、３８  ハブ
４０、４２  リム
４４、４６  タービンブレード
４８、４９  ブレードリテーナ
５０  空洞
５２  半径方向外径
５４  内部冷却空気流
５５  回転内部表面
５６  半径方向内径
６０  環状の空気バッフル
７０  環状の分割リング
７２  フィン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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