JP2006022811A - 調整流式タービンノズル - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、ガスタービンエンジンの調整流式タービンノズルを提供する。
【解決手段】 ガスタービンエンジン（１０）は、タービン（２４）によって動力を供給される圧縮機（１８）を含む。タービン（２４）は、外側及び内側バンド（４４、４６）間で延びるベーン（４２）を有するノズル（３４）を含む。各ベーン（４２）は、内部冷却プレナム（４８）とバンド（４４、４６）を貫通して延びるバイパス管（５０）とを含む。第１及び第２のマニホルド（５２、５４）は、外側バンド（４４）を囲み、かつそれぞれプレナム（４８）及びバイパス管（５０）と流れ連通した状態で配置される。ブリード回路（５６）は、圧縮機（１８）をマニホルドに結合して該マニホルドに加圧空気を供給するようにする。制御弁（５８）は、第１のマニホルド（５２）へのまた次にベーンの冷却プレナム（４８）を通る空気流量を調整する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、総括的にはガスタービンエンジンに関し、より具体的にはガスタービンエンジンのタービンノズルに関する。

ガスタービンエンジンでは、空気は、圧縮機内で加圧され、燃焼器内で燃料と混合されて高温燃焼ガスを発生する。高圧タービン（ＨＰＴ）が、燃焼器に続き、燃焼ガスからエネルギーを取り出して圧縮機に動力を供給する。低圧タービン（ＬＰＴ）が、ＨＰＴに続き、ガスから追加のエネルギーを取り出して典型的なターボファン式ガスタービンエンジン用途では上流のファンに動力を供給する。これに代えて、ＬＰＴは、船舶及び産業用途では外部シャフトを駆動する。

ＨＰＴは、支持ロータディスクから半径方向外向きに延びる対応するタービンロータブレードの段内に燃焼ガスを導くための１つ又はそれ以上のタービンノズルを含む。ノズルステータベーン及びタービンロータブレードは一般的に、中空であり、それを通して運転時にその金属材料を冷却するのに用いるための圧縮機から抽気した加圧空気を循環させる内部冷却回路をその中に含む。

この技術では、運転時にタービン流路を通って流れる高温燃焼ガスによる加熱を受けるノズルステータベーン及びタービンロータブレード並びにそれらの隣接する構成部品を冷却するための様々な構成が多数提案されている。例えば、冷却空気は、圧縮機から抽気され、ロータディスクに沿った１つの回路を通して、次いでロータディスクの周囲に支持されたロータブレードの取付けダブテールに設けられた入口を通して個々のロータブレード内に流される。

個々のブレード翼形部は一般的に、翼形部内部に内部インピンジメント冷却又は蛇行冷却或いはその両方を施すための多数の半径方向流路をその中に有し、この半径方向流路には一般的に、冷却流に乱れを与えてその熱伝達性能を高めるための小型のタービュレータリブが翼形部の内部表面に沿って配置される。使用済み冷却空気は、翼形部の正圧側面又は負圧側面或いはその両方を通って様々な構成で延びるフィルム冷却孔の様々な列を通して吐出される。

これに対して、さらに別の回路として付加的な空気を圧縮機から抽気して、一般的にはそれらの外側バンドを通してタービンノズルに冷却空気を供給することができる。第１段タービンノズルは、燃焼器から最も高温の燃焼ガスを受けるので、一般的に個々のノズルベーン内部に多数の冷却通路又は空洞を含み、これら冷却通路又は空洞は、加圧空気の冷却性能を高めるための関連する内部インピンジメントバッフルを備えている。

２段ＨＰＴにおいては、第２段ノズルもまた、圧縮機ブリード空気によって内部冷却され、同様に冷却性能を高めるためにその中に内部インピンジメントバッフルを含むことができる。

両方のノズル段において、運転時に、使用済み冷却空気は一般的に、ベーン翼形部の正圧側面又は負圧側面或いはその両方の様々なフィルム冷却孔の列を通して吐出されて主燃焼ガス流路に戻るようになる。

第２段タービンノズルは、第１及び第２段ロータブレードとそれらの対応するロータディスクとの軸方向間に配置されるので、ベーンを通して流される冷却空気の一部分は一般的に、ノズルの内側バンドを通して吐出されて、第１及び第２段の対応するロータディスクとの間に形成された前方及び後方空洞内にパージ冷却流を形成する。一般的にハニカムシールは、内側バンドによって支持されかつ該ハニカムシールに緊密に隣接して配置されたラビリンスシール歯状突起を有する環状シールと協働しており、ラビリンスシールの両側面に、対応するロータディスクによって境界付けられた前方及び後方ロータ空洞が形成される。

このように、ノズルベーンを通して流される冷却空気は、前方ロータ空洞内に吐出されて第１段ロータの後面を冷却し、ラビリンスシール歯状突起を越えて漏洩する使用済みパージ空気が、次に後方ロータ空洞をパージし、それに応じて第２段ロータディスクの前面を冷却するようになる。

ステータベーン、タービンブレード、パージ空洞及び高温ガス流路に界接する他の構成部品に設けられた様々な冷却構成は一般的に、圧縮機ブリード空気の使用を最少にしながら冷却効力を最大にするように、その異なる作動環境に合わせて調製される。圧縮機から抽気された燃焼過程で使用されないあらゆる空気は、ガスタービンエンジンの全体効率を低下させ、またより多く燃料を燃焼させることを必要にする。

航空機エンジン用途では、燃料消費量は、常に最重要な設計目的であり、それを求めて設計される最新の航空機ターボファン式エンジンは、燃料消費量を最少にするために絶え間なく改良されている。運転時にＨＰＴは最も高温の燃焼ガスに曝されるので、その冷却空気必要量を低減することは、エンジンのこのセクションの過酷な温度環境の観点及びその十分に練られた設計の観点からみて、大きな課題である。
特開２０００−１４５４０３号公報

従って、高圧タービンにおける冷却効率をさらに改善し、それに対応してガスタービンエンジンの性能及び効率をさらに高めることが望まれる。

ガスタービンエンジンは、タービンによって動力を供給される圧縮機を含む。タービンは、外側及び内側バンド間で延びるベーンを有するノズルを含む。各ベーンは、内部冷却プレナムとバンドを貫通して延びるバイパス管とを含む。第１及び第２のマニホルドは、外側バンドを囲み、かつそれぞれプレナム及びバイパス管と流れ連通した状態で配置される。ブリード回路は、圧縮機をマニホルドに結合して該マニホルドに加圧空気を供給するようにする。制御弁は、第１のマニホルドへのまた次にベーンの冷却プレナムを通る空気流量を調整する。

好ましくかつ例示的な実施形態に従って、添付の図面に関連して行った以下の詳細な説明において、本発明を本発明のさらなる目的及び利点と共により具体的に説明する。

図１は、パイロンによって航空機の翼に適当に取付けられて飛行中の航空機を推進するための例示的なターボファン式ガスタービンエンジン１０を示す。エンジンは、長手方向すなわち軸方向中心軸線１２の周りで軸対称であり、主としてその構成及び操作においては従来通りである。

エンジンは、最初に環境空気１６を受けてそれを加圧するようになったファン１４と対応する低圧又はブースタ圧縮機とを含む。空気の内側部分は、ブースタ圧縮機を通してコアエンジン内に流されて多段軸流圧縮機１８内でさらに加圧される。ファン空気の外側部分は、コアエンジンを迂回して周囲のファンナセルの端部におけるファン出口を通して吐出されて、運転の間の推力の大部分をもたらす。

圧縮機１８からの加圧空気は、アニュラ型燃焼器２０内で燃料と混合されかつ点火されて該燃焼器内に高温燃焼ガス２２を発生する。燃焼ガスは、燃焼器から高圧タービン（ＨＰＴ）２４内に吐出され、ＨＰＴは燃焼ガスからエネルギーを取り出して、それらの間で軸方向に延びる対応するロータシャフトを通して高圧圧縮機１８に動力を供給する。低圧タービン（ＬＰＴ）２６が、ＨＰＴの後に続き、燃焼ガスから追加のエネルギーを取り出して、それらの間で軸方向に延びる別のロータシャフトによってファン１４及びブースタ圧縮機に動力を供給する。

ＨＰＴ２４は、図２により詳細に示している。ＨＰＴは、従来通りの方法で外側及び内側バンド内に支持されたノズルベーンの列を備えた第１段ノズル２８を含む。第１段ロータディスク３０は、ノズル２８に続き、別の従来通りの方法で該ロータディスクから半径方向外向きに延びる第１段ロータブレード３２の列を含む。

第２段タービンノズル３４は、第１段ブレードに続き、タービンケーシング又は外側ケーシング３６によって適当に支持される。第２段ロータディスク３８は、第２段ノズルに続き、従来通りの方法で該ロータディスクから半径方向外向きに延びる第２段ロータブレード４０の列を含む。

運転時に、従来通りの方法で、燃焼ガス２２は、燃焼器から吐出され、２つのノズルによって対応する第１及び第２段ロータブレードを通して流され、これらロータブレードが燃焼ガスからエネルギーを取り出して２つのディスク３０、３８を回転させ、次にこれらディスクは共通の駆動シャフト又はロータに適当に連結され、該ロータが図１に示す高圧圧縮機１８の対応するロータブレードを回転させる。２つのタービンの様々な構成部品は、運転時に発生した高温燃焼ガスから該タービン構成部品を保護するための適当な冷却回路をその中に含み、これらの構成部品の適当な長い寿命を保証するようにする。

上述のように、２つのタービン及び周囲の構成部品内で様々な冷却構成を用いて、空気を圧縮機から抽気する必要性を最小にしながら冷却効率を最大にすることができるようにする。しかしながら、ブリード空気必要量の大きな低減は、以下にさらに開示するように、第２段タービンノズル３４を改良することによって得ることができることが判明した。

より具体的には、図２に示す第２段ノズル３４は、外側及び内側バンド４４、４６間で半径方向に延びる中空のノズルベーン４２の列を含む。ベーンの各々は、２つのバンド間でベーンの根元から先端まで延びる内部冷却空洞又はプレナム４８を有し、また半径方向に細長いバイパス管５０が、ベーン並びに外側及び内側バンドを貫通して半径方向に延びる。

円弧形又は環状の第１のマニホルド５２が、外側バンド４４を囲みかつベーンの列の幾つかのプレナム４８と流れ連通した状態で配置される。円弧形又は環状の第２のマニホルド５４が、第１のマニホルド５２を囲みかつベーンの列の幾つかのバイパス管５０と流れ連通した状態で配置されるのが好ましい。第２のマニホルド５４は、内側第１のマニホルド５２の半径方向外側に配置され、それによってバイパス管及びベーンの冷却プレナムに対する２つの独立しかつ分離した流路を形成するのが好ましい。

図１〜図３に示すように、供給又はブリード回路５６が、高圧圧縮機１８と２つのマニホルド５２、５４との間を流れ連通した状態で適当に配置されて、運転時にそれらの間に加圧ブリード空気１６を流すようにする。１つ又はそれ以上の制御弁５８が、ブリード回路５６と第１のマニホルド５２との間に配置されて、圧縮機から抽気された加圧冷却空気１６のベーンプレナム４８内への流量を調整する。制御弁５８は、それ自体は任意の従来型の構成を有することができるエンジンの電気制御装置６０に適当に結合される。

図２及び図３に示す２つのマニホルド５２、５４は、共通のブリード回路５６からの並流として配置されて、ブリード回路５６から同じブリード圧力下で同じブリード空気１６を受けるようなっている。第２のマニホルド５４は、何らの流量調整弁もない状態でブリード回路５６に直接結合されて、ブリード回路５６は全てのエンジン運転部分の間に該第２のマニホルドに加圧冷却空気の常時のすなわち連続流を供給するようになる。これと対照的に、制御弁５８は、第１のマニホルド５２への同じブリード空気１６の流量を選択的に調整するように用いて、個々のベーン４２の冷却プレナム４８内部及びバイパス管の外部に流される冷却空気を調整するようにすることができる。

２つのマニホルド５２、５４及びバイパス管５０の導入により、第２段ノズルベーン自体に対する冷却空気の制御及びその後のパージ空気に対する制御を可能にする。図２に示すように、それから半径方向外向きに延びるラビリンスシール歯状突起を有する従来型の環状シール６２は、２つのロータディスク３０、３８間に配置され、それらロータディスクに対するブレードリテーナを形成する。

第１段ディスク３０は、第２段ノズル３４の軸方向前方に配置されて、環状シール６２と共にそれらの間に環状の前方空洞６４を形成する。第２段ディスク３８は、第２段ノズルの後方に配置されて、環状シール６２と共にそれらの間に環状の後方空洞６６を形成する。

バイパス管５０は、前方空洞６４と流れ連通した状態で内側バンド４６を貫通して半径方向に延びて、管によって流された加圧空気を第１段ロータディスクの後面を含むタービンのこの領域を冷却するためのパージ空気として前方空洞内に吐出する。パージ空気の一部はその後、その上に受ける差圧のためにラビリンスシール歯状突起を越えて漏洩して、次に後方空洞６６をパージして第２段のディスク３８の前面を含むタービンのこの領域を冷却するようになる。

従って、好ましい使用方法では、加圧パージ空気１６は、圧縮機から対応するベーン４２内のバイパス管５０を通して半径方向に流されて、ノズル内側バンド４６と第１及び第２のロータディスク３０、３８との間に設置された前方及び後方ロータ空洞６４、６６の両方をパージする。さらに、加圧冷却空気１６はまた、圧縮機から個々のベーンのプレナム４８内部にも流されて、バイパス管５０を通して並流として流されるパージ空気から独立してベーンを内部冷却する。

その時、制御弁５８は、ベーン４２内部に流される冷却空気１６の流量を適当に調整するために用いることができるが、同じベーン内のバイパス管５０を通して流されるパージ空気の流量は調整しない。

２つのマニホルド５２、５４並びにバイパス管５０によって、同じ加圧圧縮機ブリード空気の異なる部分を、圧縮機から外側バンド４４を互いに分離して貫通したベーン４２を通る並列の流路内にパージ空気及び冷却空気の両方として流すことが可能になる。調整された第１のマニホルド空気流は、ベーンプレナム内部の冷却を制御するが、一方調整されていない第２のマニホルド空気流は、バイパス管５０を通して常時供給されて、前方及び後方空洞６４、６６を連続してパージするようになる。

エンジンの巡航運転時にベーン冷却流を調整することは、冷却空気必要量の低減によりエンジンの性能を著しく向上させ、そのことが次に運転時に燃焼させる燃料をより少なくすることを可能にすることができることが判明した。具体的には、個々のベーン４２内に流される冷却空気の量は、エンジンの巡航運転時に低減することができ、また同時に前方及び後方ロータ空洞６４、６６への十分なパージ空気流を維持することができる。

個々のノズルベーン４２の正圧及び負圧側面上の燃焼ガスの圧力プロフィールは、運転の間に変化し、ブリード空気と燃焼ガスとの間の差圧もまた、運転の間に並びにベーン自体を含むタービンの異なる領域内及び２つのパージ空洞６４、６６内で変化することに注目されたい。

前方及び後方空洞６４、６６に対しては、常時のすなわち連続するパージ空気流が望ましいが、一方、ノズルベーン自体の耐久性又は寿命を含まない状態での大きな性能向上のためには、ベーン内部冷却流の調整を用いることできる。空洞パージ空気を調整せずにベーン冷却空気の調整を可能にする比較的簡単なシステムで、同じ供給源のブリード空気を用いて２つのマニホルド５２、５４に供給することができる。

図２に示す２つのマニホルド５２、５４は、様々な構成として導入することができる。例えば、第２段ノズル３４は、その中に２つのマニホルドを形成することができる適当なハンガーを用いて環状の外側ケーシング３６によって従来通りに取付け又は支持することができる。図２に示す例示的な実施形態では、環状の金属薄板隔壁６８が、外側バンドの対向する取付けフック間で軸方向に延び、かつ外側ケーシング３６と外側バンド４４との半径方向間に配置されて、第１及び第２のマニホルド５２、５４を半径方向に分離する。

図２〜図４に示すように、ブリード回路５６は、外側ケーシング３６内の開口を通して半径方向に第１のマニホルド５２まで延びて加圧冷却空気を該第１のマニホルド５２に流すようになった複数の第２の供給管７０を含むのが好ましい。複数の第１の供給管７２は、外側ケーシング３６内の開口を通して半径方向に第２のマニホルド５４まで延びて該第２のマニホルド５４に加圧パージ空気を流すようになっている。

第１の管７０の各々は、制御弁５８の対応する１つを含み、制御弁５８は、該制御弁に結合された制御装置６０による同期に従って該制御弁を通る空気流を調整する。第２の管７２は、流量調整弁がない状態であり、全てのエンジン運転サイクルの部分の間に圧縮機ブリード空気を常時流すようになっている。

ブリード回路５６はまた、外側ケーシング３６を囲みかつ複数のブリード管７６によって高圧圧縮機１８と流れ連通した状態で結合された共通の供給マニホルド７４を含む。ブリード管は、圧縮機からの同じ圧力のブリード空気をまとめて共通の供給マニホルド７４に流し、また幾つかの第１及び第２の供給管７２、７０が、共通の供給マニホルドから延びて、同じ圧力の空気を対応する第１及び第２のマニホルド５２、５４に流す。

このように、同じ供給源のブリード空気が、外側ケーシングの周囲の周りに一様に分配されて対応する供給管及び２つのマニホルド５２、５４の異なる部分に供給されて、ベーン冷却作用及び空洞パージ作用の円周方向の一様性を保証することができる。

この例示的な金属薄板隔壁６８は、図２〜図４に異なる図として示されており、その対応する端縁に沿って互いに適当に結合されかつ半径方向に間隔を置いて配置されてそれらの間に第１のマニホルド５２を形成した外側及び内側プライを備えた２プライ構造を有するのが好ましい。それに対して、第２のマニホルド５４は、隔壁の外側プライと外側ケーシング３６との半径方向間に形成される。

図２に示すように、バイパス管５０の各々は、隔壁６８の内側プライ内の開口を通して第２のマニホルド５４と流れ連通した状態で配置された外側端部を有し、かつさらに内側バンド４６を貫通して半径方向内向きに延びる内側端部を含む。これによって、第２のマニホルド５４から内側バンド４６を貫通してノズルベーン４２を迂回した直接流れ連通が得られる。

図３及び図４に示すように、隔壁６８の外側プライは、第２の供給管７０と流れ連通した状態で該第２の供給管から加圧空気を受けるように配置された複数の入口開口７８を含む。

バイパス管５０の各々は、図２に示す隔壁６８の内側プライに対して、第２のマニホルド５４と流れ連通した状態で結合された管状スリーブ又は内側スプーリ８０によってシール状態で結合される。内側スプーリ８０は、バイパス管５０を第２のマニホルド５４と直接流れ連通した状態で結合して、幾つかのノズルベーンを直接囲む第１のマニホルド５２及びその一部分を迂回する。

外側管状スリーブ又はスプーリ８２は、図４に示すように、第２の供給管７０の各々を隔壁６８の外側プライに結合して、周囲の第２のマニホルド５４を迂回する第１のマニホルドとの直接流れ連通をもたらす。このように、第２の供給管７０は、第１のマニホルド５２に直接結合することができ、第２のマニホルド５４は、第１の供給管７２に直接結合されて該第１の供給管から加圧空気を受けかつその空気を内側スプーリ８０を通して対応するバイパス管５０に運ぶ。

２プライ隔壁６８は、独立したマニホルド５２、５４と、ノズルベーンを冷却すると同時に加圧パージ空気がベーンを通って内向きに前方ロータ空洞６４に流されるようにそれらのベーンを迂回するような対応する並列の流路とを形成する好都合のかつ簡単な機構を形成する。図２及び図３に示すように、隔壁６８は、ノズルベーン４２の前方又は前縁端部上で単一プライを有し、かつその中の対応する管状の着座部内に内側スプーリ８０を適当に支持するのが好ましい。隔壁６８はまた、ベーンの前方端部の円周方向間では２プライであり、かつ図４に示すようにその外側プライ内の対応する管状の着座部内に外側スプーリを支持する。

図２及び図４に個別に、また図３にまとめて示すように、隔壁６８はまた、ノズルベーン４２の列の後方又は後縁端部の円周方向間及び該後方又は後縁端部上で２プライであり、複数の隣接するベーン全体上に円周方向に連続した第１のマニホルド５２を形成するようになっている。図３は、第１のマニホルド５２の円周方向の連続性を維持すると同時に隔壁の単一プライ部分内に下に位置するバイパス管５０に結合された内側スプーリ８０を取付けるための好都合の開口又は着座部を形成した、２プライ隔壁６８のキャステレーテッド又はサーペンタイン形態を示す。

図３の破断図に最も良く示すように、隔壁６８の内側プライは、多孔であり、それから加圧空気を最初に吐出して下に位置するノズルの外側バンド４４をインピンジメント冷却するようになった、第１のマニホルド５４に沿って配置された多数のすなわち多くの数の緊密に間隔を置いたインピンジメント孔８４を含む。従って、共通の隔壁６８は、外側ケーシング３６と外側バンドとの間の利用可能な空間内に独立した第１及び第２のマニホルド５２、５４を導入るための好都合の方法を提供すると同時に、外側バンドをインピンジメント冷却するためのインピンジメント孔８４を導入するための好都合な部材ともなる。

図４に示すように、ノズルベーン４２の各々は、プレナム４８内部に適当に取付けられかつ外側バンド４６を貫通して半径方向外向きに延びる管状の入口８８を有する多孔のインピンジメントインサート又はバッフル８６を含むのが好ましい。入口８８は、対応するバイパス管５０を囲み、隔壁内側プライのインピンジメント孔８４を通して最初に吐出された使用済みインピンジメント空気を受けるようになっている。

このように、隔壁６８は、ベーンインピンジメントバッフル８６内部に使用済みインピンジメント空気を送る前に外側バンドの外部表面を冷却するように都合よく用いることができる。インピンジメントバッフルはまた、ノズルベーンの内部表面の第２のシリーズのインピンジメント冷却をもたらす多数のインピンジメント孔を含む。

使用済みインピンジメント空気は、各ノズルベーン内部から、該ノズルベーンの正圧又は負圧側面或いは両側面を貫通して延びる１つ又はそれ以上の列の従来型のフィルム冷却孔９０を通して吐出することができる。従って、調整された冷却空気は、第１のマニホルド５２を通して対応するノズルベーン４２内に流されて該ノズルベーンを冷却するようにし、その後にフィルム冷却孔９０を通して吐出されてノズルベーン間の燃焼ガス流路に戻るようにすることができる。

別の実施形態では、インピンジメントバッフル８６は、内部対流及び蛇行冷却のようなその中の他の任意の従来型の冷却回路と代えて、各ベーン４２から省略することができる。

図２に示すように、内側バンド４６は、それに沿って円周方向に延びかつ幾つかのバイパス管５０と流れ連通した状態で配置された一体形のマニホルド９２を含む。内側マニホルドは、前方ロータ空洞６４に面して該前方ロータ空洞にパージ空気を吐出するようになった吐出孔９４の列を含む。

内側マニホルド９２は、段間シール６２のラビリンスシール歯状突起に緊密に隣接する従来型のハニカムシール９６を支持し、前方及び後方ロータ空洞６４、６６を分離するのが好ましい。共通の隔壁６８は、第１及び第２のマニホルド５２、５４を分離し、個々のベーンを通る直接流路が該ベーンの内部冷却回路を迂回して、内側マニホルド９２を通して加圧パージ空気を前方ロータ空洞６４に直接供給するのを可能にする。

この構成では、調整されていないパージ空気が、外側バンド４４を通してまたノズルベーンの列を通して直接流されて、加圧パージ空気を用いて前方空洞６４をパージし、次に後方空洞６６をパージする。これと対照的に、第１のマニホルド５２に流される加圧冷却空気は、制御弁５８によって調整し、最初に外側バンド４４に衝突して該外側バンドをインピンジメント冷却するように流し、続いて次にノズルベーンのプレナム４８内に送り、インピンジメントバッフル８６により該ノズルベーンをインピンジメント冷却するようにすることができる。

図５は、調整された第２段タービンノズル３４の改良を示す。この実施形態では、ベーン４２の各々は、ベーンの対向する正圧及び負圧側面に一体形に結合されてプレナム４８を前方及び後方空洞又はチャネルに分割するようになった無孔の横方向リブ又はパーティション９８を含む。

それに対応して、バイパス管は、前部チャネル内部に配置された前部インピンジメントインサート又はバッフル１００の改良形態になっている。前部管バッフル１００の上端部は、外側バンドを貫通して延びて、上述したように内側スプーリ８０を受けるようになっている。前部管バッフル１００の下端部は、これも上述したように、内側マニホルドと流れ連通した状態で内側バンドを貫通して延びる。

前部バッフル１００は、前部チャネルの内部表面をインピンジメント冷却するようになった多数のインピンジメント孔を含み、加圧空気の一部分が、依然としてベーン自体を迂回した状態で前部チャネルを通して流されて、内側マニホルド９２に直接流れて、これもさらに上述したように、前方及び後方空洞を連続してパージするようになる。

この実施形態では、パーティション９８は、ベーンの翼弦中間付近でプレナム４８を分割して該ベーンの前部及び後部部分を別々に冷却する。このように、全圧冷却空気が前部チャネルに連続して供給され、ベーンの外側を流れる燃焼ガスに対して適当な逆流マージンを維持することができる。前部チャネル内の使用済みインピンジメント空気は、上に開示したように、フィルム冷却孔９０を通して吐出され、逆流マージンは後部チャネル内の冷却空気の調整によって影響を受けることはない。

プレナム４８の後部チャネルは、上述のように、外側バンド４４を貫通する入口８８を有するそれ自身の後部インピンジメントバッフル８６を含むのが好ましい。後部スプーリ１０２を用いて第１のマニホルド５２を後部インピンジメントバッフル８６の入口８８と流れ連通した状態で結合し、該後部インピンジメントバッフルに調整された冷却空気を直接供給する。

この実施形態では、２プライ隔壁６８は、３つの異なるスプーリ８０、８２、１０２のために必要な開口を除いて、その他はその中にインピンジメント孔がない状態の無孔のままとすることができる。３つのスプーリは、共通の２プライ隔壁６８と該２プライ隔壁の入口側における調整された第２の供給管７０との間の、また該２プライ隔壁の出口側における前部及び後部インピンジメントバッフル１００、８６との間の好都合な流れ継手を形成する。

例示的な実施形態において上に開示した第２段タービンノズルは、共通の隔壁６８及びバイパス管５０を導入して、共通のノズルベーンを通る２つの独立しかつ並行な流路を形成するようにする。第１のマニホルド５２を通るように形成した調整された冷却空気流路は、ノズルベーン４２及び支持外側バンドに調整された冷却をもたらす。第２のマニホルド５４及び協働するバイパス管５０によって形成された調整されていないパージ空気流路は、個々のノズルベーンを通してパージ空気を直接迂回させて前方ロータ空洞６４をパージする。

このように、常時のパージ空気は、前方及び後方ロータ空洞６４、６６に供給され、一方、調整された冷却空気は、個々のノズルベーン４２に供給される。飛行中の航空機に動力を供給するターボファン式エンジンの巡航運転の間に、個々のベーンへの冷却空気量は、エンジンの作動パラメータによって容認された時に選択的に減少させて、該ベーンに供給される冷却空気の量を一時的に低減することができる。航空機の巡航運転は、エンジンの低出力設定での一般的に長い持続時間であるので、ノズルベーンに供給される冷却空気が一時的に減少することにより、燃料消費量の大きな節減が可能になる。

各ベーン内部での逆流マージンを調整することが必要な場合には、分割パーティション９８を導入して、後部ベーン部分に調整された冷却を施しかつ前部ベーン部分に調整されていない冷却を施すと共に、前部ベーン部分を通してパージ空気を内側マニホルドに常時迂回させて、前方及び後方ロータ空洞をパージするようにすることができる。

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、本発明の他の改良が、本明細書における教示から当業者には明らかになるはずであり、また、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。

航空機の翼に取付けられた例示的なターボファン式航空機エンジンの軸方向部分断面図。 図１に示すエンジンの高圧タービンの一部分の軸方向概略部分断面図。 ほぼ線３−３に沿って取った、図２に示す第２段タービンノズルの一部分の展開平面図。 図３のほぼ線２−２に沿って取った図２の断面を備えた、図３のほぼ線４−４に沿って取った軸方向平面における、第２段ノズルの図２と同様な軸方向部分断面図。 第２段タービンノズルの別の実施形態の図２と同様な軸方向部分断面図。

符号の説明

１０ ガスタービンエンジン
１６ 加圧ブリード空気
２４ 高圧タービン
２８ 第１段タービンノズル
３０ 第１段ロータディスク
３２ 第１段ロータブレード
３４ 第２段タービンノズル
３６ 外側ケーシング
３８ 第２段ロータディスク
４０ 第２段ロータブレード
４２ ノズルベーン
４４ 外側バンド
４６ 内側バンド
４８ 内部冷却プレナム
５０ バイパス管
５２ 第１のマニホルド
５４ 第２のマニホルド
５６ ブリード回路
５８ 制御弁
６２ 環状シール
６４ 前方空洞
６６ 後方空洞
６８ 隔壁
７０ 第２の供給管
７２ 第１の供給管
８６ インピンジメントバッフル
９２ 内側マニホルド
９４ 吐出孔

Claims (10)

1. ガスタービンエンジン（１０）であって、
   タービン（２４）に連結されて該タービンによって動力を供給されるようになった圧縮機（１８）を含み、
   前記タービン（２４）が、外側及び内側バンド（４４、４６）間で半径方向に延びる中空のベーン（４２）の列を有するノズル（３４）を含み、また前記外側バンド（４４）が、環状の外側ケーシング（３６）内に支持され、
   前記ベーン（４２）の各々が、内部冷却プレナム（４８）と前記外側及び内側バンドを貫通して延びるバイパス管（５０）とを有し、
   ２プライの隔壁（６８）が、前記外側ケーシング（３６）と前記外側バンド（４４）との半径方向間に配置されかつ独立した第１及び第２のマニホルド（５２、５４）を形成し、
   前記第１のマニホルド（５２）が、前記外側バンド（４４）を囲みかつ前記ベーンのプレナム（４８）と流れ連通した状態で配置され、
   前記第２のマニホルド（５４）が、前記第１のマニホルド（５２）を囲みかつ前記ベーンのバイパス管（５０）と流れ連通した状態で配置され、
   ブリード回路（５６）が、前記圧縮機（１８）と前記第１及び第２のマニホルド（５２、５４）との間を流れ連通した状態で配置されて、それらの間で加圧空気を流すようになっており、
   調節弁（５８）が、前記ブリード回路（５６）と前記第１のマニホルド（５２）との間に配置されて、前記ベーンプレナム（４８）内への加圧冷却空気の流量を調整するようになっている、
   ガスタービンエンジン。
2. 前記第１及び第２のマニホルド（５２、５４）が、前記ブリード回路（５６）からの並流として配置され、前記第２のマニホルド（５４）が、流量調整弁がない状態で前記ブリード回路（４６）に直接結合されている、請求項１記載のエンジン。
3. 前記隔壁（６８）が、半径方向に間隔を置いて配置されてそれら間に前記第１のマニホルド（５２）を形成した外側及び内側プライを含み、前記第２のマニホルド（５４）が、前記外側プライと前記外側ケーシング（３６）との半径方向間に形成されている、請求項２記載のエンジン。
4. 前記バイパス管（５０）の各々が、前記隔壁（６８）を貫通して前記第２のマニホルド（５４）と流れ連通した状態で配置された外側端部と前記内側バンド（４６）を貫通して延びる内側端部とを有する、請求項３記載のエンジン。
5. 前記隔壁外側プライ（６８）が、第２の供給管（７０）と流れ連通した状態で配置された複数の開口（７８）を含む、請求項４記載のエンジン。
6. 前記バイパス管（５０）の各々を前記第２のマニホルド（５４）と流れ連通した状態で前記隔壁（６８）に結合する内側スプーリ（８０）と、
   前記第２の供給管（７０）の各々を前記第１のマニホルド（５２）と流れ連通した状態で前記隔壁（６８）に結合する外側スプーリ（８２）と、
   をさらに含む、請求項５記載のエンジン。
7. 前記隔壁（６８）が、前記ベーン（４２）の前方端部上で単一プライでありかつ該単一プライ内に前記内側スプーリ（８０）を支持し、また前記ベーン（４２）の前方端部の円周方向間で２プライでありかつ該２プライの外側プライ内に前記外側スプーリ（８２）を支持している、請求項６記載のエンジン。
8. 前記隔壁（６８）が、前記ベーン（４２）の後方端部の円周方向間及び該後方端部上で２プライであって、複数の隣接するベーン全体上に円周方向に連続した第１のマニホルド（５２）を形成するようになっている、請求項７記載のエンジン。
9. 前記隔壁内側プライ（６８）が、前記第１のマニホルド（５２）に沿って多数のインピンジメント孔（８４）を含み、該多数のインピンジメント孔から加圧空気を吐出して前記外側バンド（４４）をインピンジメント冷却するようになっており、
   前記ベーン（４２）の各々が、該ベーンのプレナム（４８）内部にインピンジメントバッフル（８６）を含み、前記インピンジメントバッフル（８６）が、対応するバイパス管（５０）を囲み、前記インピンジメント孔（８４）を通して吐出された使用済みインピンジメント空気を受けるための前記外側バンド（４６）を貫通する入口（８８）を有する、
   請求項８記載のエンジン。
10. 前記ベーン（４２）の各々が、前記プレナム（４８）を前部及び後部チャネルに分割するパーティション（９８）を含み、
    前記バイパス管が、前記前部チャネル内部に配置された前部インピンジメントバッフル（１００）を含み、
    前記後部チャネルが、前記外側バンド（４４）を貫通する入口（８８）を有する後部インピンジメントバッフル（８６）を含み、
    後部スプーリ（１０２）が、前記第１のマニホルド（５２）を流れ連通した状態で前記後部インピンジメントバッフル（８６）の入口（８８）に結合している、
    請求項８記載のエンジン。

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