(57)【要約】【課題】軸流圧縮機ブレード先端流を減少させるための方法及び装置を提供する。【解決手段】ケーシング内に配置された高圧圧縮機を有するタイプのタービン機械（Ｔ１）には、基部から先端部まで空気流れ連通させるようにブレード（１０〜１４）内に形成された少なくとも１つの空気チャネル（１０Ｃ〜１４Ｃ）を有する複数の回転圧縮機ブレード（１０〜１４）が設けられ、少なくとも１つの空気チャネル（１０Ｃ〜１４Ｃ）は、ディスク（２０）に隣接する内部区域から空気を抜取りかつ該空気を加圧し、この抜取りかつ加圧した空気をブレード先端部とケーシング（Ｃ１）との間の区域内に運んで、ブレード（１０〜１４）の先端部を横切る空気流を遮断するようにする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング（Ｃ１）内に配置された高圧圧縮機と、それぞれのブレード先端部と中心ディスク（２０）に固定されたそれぞれのブレード基部とを有する複数の回転圧縮機ブレード（１０〜１４）と、前記ブレード（１０〜１４）のそれぞれのブレード間に配置された複数の固定ベーン（１５〜１９）とを有するタイプのタービン機械（Ｔ１）であって、
前記基部から前記先端部まで空気流れ連通させるように前記ブレード（１０〜１４）のそれぞれのブレード内に形成された少なくとも１つの空気チャネル（１０Ｃ、１１Ｃ、１２Ｃ、１３Ｃ、１４Ｃ）を含み、
前記少なくとも１つの空気チャネル（１０Ｃ、１１Ｃ、１２Ｃ、１３Ｃ、１４Ｃ）が、前記ディスク（２０）に隣接する内部区域から空気を抜取りかつ該空気を加圧し、前記抜取りかつ加圧した空気を該チャネル（１０Ｃ、１１Ｃ、１２Ｃ、１３Ｃ、１４Ｃ）を通して前記ブレード先端部と前記ケーシング（Ｃ１）との間の区域内に運んで、前記ブレード（１０〜１４）の先端部からの空気流を遮断するようにする、
タービン機械（Ｔ１）。
【請求項２】
前記チャネル（１０Ｃ）が、それぞれの複数の出口孔（１０Ｄ）を通して前記ブレード先端部を出る、請求項１記載のタービン機械（Ｔ１）。
【請求項３】
前記チャネル（１０Ｃ）が、前記ブレード（１０）の前縁（１０Ａ）上に空気入口開口（１０Ｂ）を含む、請求項１記載のタービン機械（Ｔ１）。
【請求項４】
前記チャネル（３１Ｃ）が、前記ブレード（３１）の後縁（３１Ａ）側に空気入口開口（３１Ｂ）を含む、請求項１記載のタービン機械（Ｔ２）。
【請求項５】
前記チャネル（５０Ｆ）が、前記ブレード（５０）の前縁（５０Ａ）側の空気入口開口（５０Ｃ）と後縁（５０Ｂ）側の空気入口開口（５０Ｄ）とを含む、請求項１記載のタービン機械（Ｔ３）。
【請求項６】
前記ブレード（５２）の前縁（５２Ａ）側に空気入口開口（５２Ｃ）を有する第１のチャネル（５２Ｅ）と、
前記ブレード（５２）の後縁（５２Ｂ）側に空気入口開口（５２Ｄ）を有する第２のチャネル（５２Ｆ）と、
を含む、請求項１記載のタービン機械（Ｔ３）。
【請求項７】
前記チャネル（５０Ｆ）が、前記ブレード先端部内に複数の出口孔（５２Ｇ）を含む、請求項３記載のタービン機械（Ｔ１）。
【請求項８】
間隔を置いて近接配置したケーシング（Ｃ１）内で回転するタービン翼形部（１０）の先端部と該ケーシングとの間の空気流を減少させる方法であって、
（ａ）前記翼形部（１０）の基部に隣接する入口開口（１０Ｂ）と前記翼形部先端部上の出口開口（１０Ｄ）とを有する半径方向に延びるチャネル（１０Ｃ）を該翼形部（１０）内に設ける段階と、
（ｂ）前記翼形部（１０）の基部に隣接した領域から前記チャネル（１０Ｃ）内に空気を抜取りかつ該空気を加圧する段階と、
（ｃ）前記チャネル（１０Ｃ）を通して前記翼形部先端部まで空気を運ぶ段階と、
（ｄ）前記翼形部（１０）の先端部を横切る軸方向空気流に抗するのに十分な圧力の下で、前記翼形部先端部内の出口開口（１０Ｄ）を通して前記翼形部の先端部と前記ケーシング（Ｃ１）との間の区域内に空気を吐出する段階と、
含む方法。
【請求項９】
前記翼形部（１０）の基部に隣接する入口開口（１０Ｂ）と前記翼形部先端部上の出口開口（１０Ｄ）とを有する半径方向に延びるチャネル（１０Ｃ）を設ける段階が、前記翼形部（１０）の前縁（１０Ａ）側に前記入口開口（１０Ｂ）を形成する段階を含む、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記翼形部（３１）の基部に隣接する入口開口（３１Ｂ）と前記翼形部先端部上の出口開口（３１Ｄ）とを有する半径方向に延びるチャネル（３１Ｃ）を設ける段階が、前記翼形部（３１）の後縁（３１Ａ）側に前記入口開口（３１Ｂ）を形成する段階を含む、請求項８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブレード及びベーンのような翼形部における軸流圧縮機先端流を減少させるための方法及びタービン機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンエンジンの圧縮機区域におけるブレード先端流は、圧縮機効率及び失速マージンの低下を引き起こす。加えて、シール空洞内におけるベーンとブレードとの間の内部流路に沿った流れの再循環もまた、圧縮機性能を低下させる。先端流を減少させるための１つの従来技術の方法は、ブレード先端間隙を小さくすることである。それは、機械的及び／又は熱的方法を使用してケーシングとベーンとのインタフェースを制御することを含む様々な方法で行われる。これらの方法は、先端部摩擦、過剰摩耗及びエンジン効率の低下を引き起こすおそれがある。
【特許文献１】米国特許第６，８７７，９５３号公報
【特許文献２】米国特許第６，５７４，９６５号公報
【特許文献３】米国特許第５，３５８，３７８号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明の１つの態様によると、間隔を置いて近接配置したケーシング内で回転するタービン翼形部の先端部と該ケーシングとの間の空気流を減少させる方法を提供し、本方法は、翼形部の基部に隣接する入口開口と翼形部先端部上の出口開口とを有する半径方向に延びるチャネルを翼形部内に設ける段階を含む。空気は、翼形部の基部に隣接した領域から抜取られかつ加圧され、チャネル内に導入され、チャネルを通して翼形部先端部まで運ばれる。空気は、翼形部の正圧側から負圧側への軸方向空気流に抗するのに十分な圧力の下で、翼形部先端部内の出口開口を通ってチャネルから翼形部の先端部とケーシングとの間の区域内に流出する。
【０００４】
本発明の別の態様は、間隔を置いて近接配置したケーシング内で回転するタービン翼形部の先端部と該ケーシングとの間の空気流を減少させる方法を提供し、本方法は、翼形部の前縁側で該翼形部の基部に隣接する入口開口と翼形部先端部上の出口開口とを有する第１の半径方向に延びるチャネルを設ける段階と、翼形部の後縁側で該翼形部の基部に隣接する入口開口と翼形部先端部上の出口開口とを有する第２の半径方向に延びるチャネルを設ける段階とを含む。空気は、翼形部の基部に隣接する領域からチャネル内に抜取られかつチャネルを通して翼形部先端部まで圧送される。空気は、翼形部の正圧側から負圧側への軸方向空気流に抗するのに十分な圧力の下で、翼形部先端部内の出口開口を通ってチャネルから翼形部の先端部とケーシングとの間の区域内に流出する。
【０００５】
本発明のさらに別の態様では、タービン機械用圧縮機翼形部を提供し、本圧縮機翼形部は、翼形部基部と、翼形部先端部と、翼形部基部に隣接する翼形部内の空気入口開口から翼形部先端部内の出口開口まで半径方向に延びる空気流チャネルとを含み、空気流チャネルは、翼形部の正圧側から該翼形部の負圧側への軸方向空気流に対して空気遮断を行い、それによって圧縮機翼形部先端流を減少させるようにする。
【０００６】
添付の図面に関連させて、以下に本発明を説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
次に具体的に図面を参照すると、図１には、タービンエンジンＴ１の軸流圧縮機セクションの部分断面を示しており、この図により、本発明による軸流圧縮機ブレード先端流を制御するための方法及び装置を説明する。タービンエンジン「Ｔ１」は、ケーシングＣ１内に圧縮機ブレード１０〜１４と中間配置ステータベーン１５〜１９とを含む。圧縮機ブレード１０〜１４は、それぞれの前縁１０Ａ〜１４Ａを含む。
【０００８】
図２に示すように、ブレード１０は、明瞭にするために拡大詳細図として示しており、またブレード１１〜１４を代表するものである。空気は、ブレード１０の前縁１０Ａ側の区域からディスク２０内の孔１０Ｂを通して抜取られかつ加圧される。孔１０Ｂは、チャネル１０Ｃと連通しており、チャネル１０Ｃは、ブレード１０を貫通して先端部まで半径方向外向きに延び、先端部においてチャネル１０Ｃは、孔１０Ｄを通って出る。チャネル１０Ｃは、ブレード１０の先端部を出る前に分岐させることができることに留意されたい。チャネル１０Ｃの寸法並びに分岐の位置及び数は、ブレードの寸法、形状及びボリュームと、エンジンの性能、定格、先端部間隙及び類似要因とに基づいて実験的に決定される。図面では、図面の縮尺に関連して先端部間隙の実物表示を示すことができないほどに先端部間隙が非常に小さいことに留意されたい。
【０００９】
図３を参照すると、タービンエンジン「Ｔ２」は、ケーシングＣ２内に圧縮機ブレード３０〜３４と中間配置ステータベーン３５〜３９とを含む。圧縮機ブレード３０〜３４は、それぞれの後縁３０Ａ〜３４Ａを含む。
【００１０】
図４では、ブレード３１は、明瞭にするために拡大詳細図として示しており、またブレード３０及び３２〜３４を代表するものである。空気は、ブレード３１の後縁３１Ａ側の区域からディスクリム４０内の孔３１Ｂを通して抜取られる。孔３１Ｂは、チャネル３１Ｃと連通しており、チャネル３１Ｃは、ブレード３１を貫通して先端部まで半径方向外向きに延び、先端部において孔３１Ｄを通って出る前に、チャネル３１Ｃは分岐させるのが好ましい。
【００１１】
次に図５を参照すると、タービンエンジン「Ｔ３」は、ケーシングＣ３内に圧縮機ブレード５０〜５４と中間配置ステータベーン５５〜５９とを含む。圧縮機ブレード５０〜５４は、それぞれの前縁５０Ａ〜５４Ａとそれぞれの後縁５０Ｂ〜５４Ｂとを含む。
【００１２】
図６は、明瞭にするために拡大詳細図として示しかつブレード５１及び５２〜５４を代表するものであるブレード５２を示す。空気は、ブレード５２の前縁側５２Ａ及び後縁側５２Ｂの区域の両方からディスクリム６０内の孔５２Ｃ及び５２Ｄを通して抜取られる。孔５２Ｃ及び５２Ｄは、それぞれチャネル５２Ｅ及び５２Ｆと連通しており、チャネル５２Ｅ及び５２Ｆは、ブレード５２を貫通して先端部まで半径方向外向きに延び、先端部において孔５２Ｇを通って出る前に、それらのチャネルは分岐させるのが好ましい。
【００１３】
上述の実施形態の各々では、ブレード先端部で吐出される空気は、ブレード先端部とケーシングとの間の先端部間隙の領域における空気流を空気力学的に遮断することによってブレード先端流を減少させるか又は阻止する。内部流路からの空気は、上述のように先端部間隙に持ち込まれて、空気遮断を形成する。抜取った空気の圧力は、圧縮機ロータのポンプ（圧送）作用によって増大して、先端部においてブレードから流出する時には、正圧側から負圧側にブレード先端部を横切る空気流に抗する。
【００１４】
上述の方法は、低圧圧縮機（ブースタ）及び高圧圧縮機の両方に適用することができる。これらの方法を使用する場合に、負担となる流量損失は存在しない。さらに、ブレード先端部とケーシングとの間の狭い運転間隙によるのではなく空気力学的空気遮断により空気流を減少させることによって、ブレード先端部とケーシングとの間でのより大きな組立間隙を設定しかつ維持することが可能になる。従って、ベーンとブレードとの間の内部流路における再循環であるので、ブレード先端部摩擦が減少する。抜取った空気は、内部流路からブレード先端部に連続的に圧送され、従ってエンジンの運転時には常にブレード先端部に対して連続的な空気遮断を行う。
【００１５】
本出願において説明したこの方法はまた、ブリスク（ブレード一体形ディスク）、傾斜ダブテール結合形ブレード又は円周方向ダブテール結合形ブレードにも適用できる。
【００１６】
以上、軸流圧縮機ブレード先端流を制御するための方法及び装置を説明している。本発明の様々な細部は、本発明の技術的範囲から逸脱せずに変更することができる。さらに、本発明の好ましい実施形態及び本発明を実施するための最良の形態についての上述の説明は、例示の目的のためだけに示しているものであって、本発明を限定するためのものではなく、本発明は、特許請求の範囲によって定まる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の１つの実施形態を示すタービンエンジンの軸流圧縮機セクションの部分断面図。
【図２】図１に示す圧縮機の一部分の拡大部分断面図。
【図３】本発明の別の実施形態を示すタービンエンジンの圧縮機セクションの部分断面図。
【図４】図３に示す圧縮機の一部分の拡大部分断面図。
【図５】本発明のさらに別の実施形態を示すタービンエンジンの圧縮機セクションの部分断面図。
【図６】図５に示す圧縮機の一部分の拡大部分断面図。
【符号の説明】
【００１８】
Ｔ１  タービン機械
Ｔ２  タービン機械
Ｔ３  タービン機械
Ｃ１  ケーシング
Ｃ３  ケーシング
１０  ブレード
１０Ａ  前縁
１０Ｂ  入口開口
１０Ｃ  チャネル
１０Ｄ  出口開口
１１  ブレード
１１Ｃ  チャネル
１２  ブレード
１２Ｃ  チャネル
１３  ブレード
１３Ｃ  チャネル
１４  ブレード
１４Ｃ  チャネル
１５  固定ベーン
１６  固定ベーン
１７  固定ベーン
１８  固定ベーン
１９  固定ベーン
２０  ディスク
３１  ブレード
３１Ａ  後縁
３１Ｂ  入口開口
３１Ｃ  チャネル
３１Ｄ  出口開口
５０  ブレード
５０Ａ  前縁
５０Ｂ  後縁
５０Ｃ  入口開口
５０Ｄ  入口開口
５０Ｆ  チャネル
５２  ブレード
５２Ａ  前縁
５２Ｂ  後縁
５２Ｃ  入口開口
５２Ｄ  入口開口
５２Ｅ  第１のチャネル
５２Ｆ  第２のチャネル
５２Ｇ  出口孔
【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】
2007154887.tif 000007
【図６】
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【外国語明細書】
2007154887000001.pdf