JP4675638B2

JP4675638B2 - ガスタービンエンジンの２次エア供給装置

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Publication number: JP4675638B2
Application number: JP2005032103A
Authority: JP
Inventors: 正幸福谷
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2005-02-08
Filing date: 2005-02-08
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2025-02-08
Also published as: US20060213202A1; US7624580B2; JP2006220016A

Description

本発明は、ガスタービンエンジンの２次エア供給装置に関するものである。

従来のガスタービンエンジンにおいて、低圧コンプレッサならびに低圧タービンを支持するインナシャフトと、高圧コンプレッサならびに高圧タービンを支持するアウタシャフトとが、同軸上で内外二重に組み合わされた中空軸で構成されているものがある（例えば、特許文献１参照）。この場合、アウタ・インナ両シャフトは、それぞれの前後端を個別に軸受で支持されており、それら各軸受の潤滑がポンプで圧送された潤滑油を吹き付ける強制潤滑により行われるものが多い。強制潤滑方式においては、アウタ・インナ両シャフトの各前後端に設けられた軸受箱からの滑潤油の漏出を確実に防止するために、コンプレッサで昇圧された高圧空気の一部を、オリフィスなどで調圧・流量制御した後、軸受箱のオイルシールの外側に導いて軸受箱の外側の気圧を内側よりも高く保つシールエアとして用いている。また、この高圧空気の一部はタービンロータの冷却にも利用されることがある。

冷却やシールエアとしての高圧空気（２次エア）の供給にあたっては、軸流コンプレッサの場合、供給箇所や必要圧力に応じてコンプレッサの中間段もしくは最終段（ＣＤＰ）で抽気したり、境界層吸い出しのためのブリードエアを利用したりすることができる。また、遠心コンプレッサの場合、インペラ出口の流れをインペラ背面とケーシングとの間隙に流入させて抽気する方法がある。ところが、このような方法を採った場合、コンプレッサで圧縮した高温高圧空気を推力発生以外の目的で使用するため、エンジン全体としては損失要因となる他、高温の圧縮空気がシールエアとして軸受箱に流入することにより潤滑油温度が上昇し、潤滑油の冷却効果の低下、例えばアルミニウム製ケース及び鋼製ギア部材の温度上昇、潤滑油の高温劣化が起こりやすくなる等の問題が発生する。

そこで、本出願人は、遠心コンプレッサの後方にインペラ背面からの高圧旋回空気が流入するインペラ背面室を設け、このインペラ背面室にアウタシャフトによって駆動される高圧空気冷却タービンを備えたガスタービンエンジンを過去に提案した（特許文献２参照）。このガスタービンエンジンにおいて、インペラ背面室に流入した高圧旋回空気は、高圧空気冷却タービンの外周からタービンに流入し、同タービンを駆動することでエネルギが取り出されて温度が低下し、２次エア（シールエアおよび冷却用エア）として軸受箱やタービンロータに供給される。そのため、エンジン全体としてのエネルギ損失が抑えられると同時に、軸受箱内の潤滑油温度の上昇も起こり難くなる。

特表２００１−５０６３４２号公報特開２００４−３４６７８６号公報

特許文献２のガスタービンエンジンでは、インペラ背面室内における高圧空気冷却タービンの入口（外周部）より内側に空気の出入りが少ない滞留部が形成される。高圧旋回空気は、インペラ背面室の外径側（入口側）から内径側に流れるに従って、その内向流量と半径差に比例して旋回成分を強めるが、空気の出入りが少ない滞留部では旋回成分の成長が弱められてしまうばかりでなく、空気間の摩擦により、滞留部の外径側を流れる高圧旋回空気の旋回をも阻害する。すると、高圧旋回空気による十分な圧力降下が得られないため、インペラ背面室内の平均圧力が上昇してしまう。

インペラ背面室内の平均圧力が上昇した場合、インペラ背面室における前側の室壁が高圧コンプレッサのインペラホイールによって画成されているため、インペラホイール（すなわち、アウタシャフト）には前方への軸方向荷重が作用することになる。その結果、アウタシャフトを支持する軸受では、負担する軸方向荷重（ベアリングスラスト）の増加により発熱量が増大し、潤滑油の高温劣化や軸受の寿命低下等が生じることがあった。

本発明は、このような状況に鑑みなされたもので、アウタシャフトを支持する軸受の軸方向荷重を増大させることなく、２次エアの効果的な冷却を実現したガスタービンエンジンの２次エア供給装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明に係るガスタービンエンジンの２次エア供給装置は、低圧コンプレッサならびに低圧タービンが連結されたインナシャフトと、高圧コンプレッサならびに高圧タービンが連結され且つ前記インナシャフトと二重軸の関係をなすアウタシャフトと、前記インナシャフトならびに前記アウタシャフトの軸端部を個々に支持するための複数の軸受をそれぞれの内部に軸方向に離間配置された複数の軸受箱と、前記高圧コンプレッサから取り出した高圧空気の一部を前記各軸受箱に設けられたシール部に導入するためのシールエア導入手段とを有するガスタービンエンジンの２次エア供給装置であって、前記シールエア導入手段が、前記アウタシャフトの周囲に形成され、前記各軸受箱に設けられたシール部の外側に連通するシールエア供給路と、前記高圧コンプレッサの吐出した高圧空気が流入する高圧空気室と、前記高圧コンプレッサのインペラ背面側に流出した高圧旋回空気が流入するインペラ背面室とを区画する隔壁と、前記高圧タービンのディスク部前面側に形成され、前記高圧空気室内の高圧空気を前記シールエア供給路に導入する高圧空気冷却タービンと、前記インペラ背面室の内周側に形成され、前記高圧旋回空気を前記シールエア供給路に導入する旋回空気冷却タービンとを備え、前記高圧空気冷却タービンは、前記アウタシャフトと一体に回転するロータと、前記高圧タービンのディスク部前面とにより形成され、前記高圧空気を前記アウタシャフトの回転を助長する方向に作用させるべく転向させ、当該ロータと当該ディスク部前面との少なくとも一方に当該高圧空気冷却タービンの翼が設けられ、前記旋回空気冷却タービンが、前記ロータの基部に穿設されて前記高圧旋回空気を前記アウタシャフトの回転を助長する方向に作用させるべく転向させる転向流路からなることを特徴とする。

また、請求項２の発明は、低圧コンプレッサならびに低圧タービンが連結されたインナシャフトと、高圧コンプレッサならびに高圧タービンが連結され且つ前記インナシャフトと二重軸の関係をなすアウタシャフトと、前記インナシャフトならびに前記アウタシャフトの軸端部を個々に支持するための複数の軸受をそれぞれの内部に軸方向に離間配置された複数の軸受箱と、前記高圧コンプレッサから取り出した高圧空気の一部を前記各軸受箱に設けられたシール部に導入するためのシールエア導入手段とを有するガスタービンエンジンの２次エア供給装置であって、前記シールエア導入手段が、前記アウタシャフトの周囲に形成され、前記各軸受箱に設けられたシール部の外側に連通するシールエア供給路と、前記高圧コンプレッサの吐出した高圧空気が流入する高圧空気室と、前記高圧コンプレッサのインペラ背面側に流出した高圧旋回空気が流入するインペラ背面室とを区画する隔壁と、前記高圧タービンのディスク部前面側に形成され、前記高圧空気室内の高圧空気を前記シールエア供給路に導入する高圧空気冷却タービンと、前記インペラ背面室の内周側に形成され、前記高圧旋回空気を前記シールエア供給路に導入する旋回空気冷却タービンと、前記アウタシャフトと一体に回転するロータとを備え、前記隔壁に前記ロータの前面を室壁の一部とする中間室が形成され、当該中間室に前記高圧空気室の高圧空気を導入する導入路が形成されたことを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項２に記載されたガスタービンエンジンの２次エア供給装置において、前記高圧空気冷却タービンは、前記ロータと、前記高圧タービンのディスク部前面とにより形成され、前記高圧空気を前記アウタシャフトの回転を助長する方向に作用させるべく転向させ、当該ロータと当該ディスク部前面との少なくとも一方に当該高圧空気冷却タービンの翼が設けられ、前記旋回空気冷却タービンが、前記ロータの基部に穿設されて前記高圧旋回空気を前記アウタシャフトの回転を助長する方向に作用させるべく転向させる転向流路からなることを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載されたガスタービンエンジンの２次エア供給装置において、前記ロータが前記アウタシャフトにボス部をもって連結され、前記転向流路が当該ロータに設けられたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、高圧空気および高圧旋回空気は、高圧空気冷却タービンあるいは旋回空気冷却タービン内でエネルギを消費した後にシールエア供給路に導入されるため、その温度が低下して軸受や潤滑油の温度上昇が抑制される。また、高圧空気冷却タービンおよび旋回空気冷却タービンの製造が容易になる。また、請求項２の発明によれば、導入路から中間室に導入された高圧空気によってロータの前面を介してアウタシャフトに後方への軸方向荷重が作用するため、インペラ背面室内で高圧コンプレッサの背面を介してアウタシャフトに作用する前方への軸方向荷重を相殺しやすくなる。また、請求項３の発明によれば、高圧空気冷却タービンあるいは旋回空気冷却タービン内でエネルギを消費した後にシールエア供給路に導入されるため、その温度が低下して軸受や潤滑油の温度上昇が抑制される。また、請求項４の発明によれば、構成部品点数や組立工数が削減できる。

以下に添付の図面に示された具体例に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明する。

≪全体構成≫
図１は、本発明が適用されたガスタービンエンジンとしての複軸バイパスジェットエンジンの模式図である。このエンジン１は、互いの間をストラット２で連結されて同軸上に配置されたそれぞれが円筒状をなすアウタケーシング３とインナケーシング４とを有している。また、同心的に組み合わされた中空軸からなり、それぞれが互いに独立した軸受５ｆ，５ｒ，６ｆ，６ｒをもってケーシングの中心部に支持されたアウタシャフト７とインナシャフト８とを有している。

アウタシャフト７には、その前側（図の左側）に高圧遠心コンプレッサＨＣのインペラホイール９が、そして後側（図の右側）に逆流燃焼器１０のノズルＮに隣接配置された高圧タービンＨＴのタービンホイール１１が、それぞれ一体的に結合されている。

インナシャフト８には、その前端にフロントファン１２が、フロントファン１２の後方に低圧軸流コンプレッサＬＣの動翼を構成するコンプレッサホイール１３が、そして後端に燃焼ガスの噴射ダクト１４中に低圧タービンＬＴの動翼を置いた一対のタービンホイール１５ａ，１５ｂが、それぞれ一体的に結合されている。

フロントファン１２の中心には、ノーズコーン１６が設けられ、フロントファン１２の後方には、アウタケーシング３の内周面にその外端を結合させた静翼１７が配置されている。

インナケーシング４の前端部内周には、低圧軸流コンプレッサＬＣの静翼１８が配置されている。そしてその後方には、フロントファン１２が吸入しかつ低圧軸流コンプレッサＬＣが予圧した空気を高圧遠心コンプレッサＨＣへと送り込むための吸入ダクト１９と、これに連続する高圧遠心コンプレッサＨＣのインペラケーシング２０とが形成されている。また吸入ダクト１９の内側には、前記のアウタシャフト７ならびにインナシャフト８の各前端部を支持する前側軸受５ｆ，６ｆの軸受箱２１が結合されている。

フロントファン１２が吸入した空気は、その一部が上記のように低圧軸流コンプレッサＬＣを経て高圧遠心コンプレッサＨＣへと送り込まれる。そしてその残りの比較的低速かつ大量の空気は、アウタケーシング３とインナケーシング４との間に形成されたバイパスダクト２２から後方へ噴射され、エンジンバイパス側での推力となる。

高圧遠心コンプレッサＨＣの外周部には、ディフューザ２３が結合されている。ディフューザ２３により、その直後に設けられた逆流燃焼器１０へ高圧の空気が送り込まれる。逆流燃焼器１０では、その後端面に設けられた燃料噴射ノズル２４から噴射された燃料とディフューザ２３から送り込まれた高圧空気とを混合して燃焼させる。そして後方を向くノズルＮから噴射ダクト１４を経て大気中へ噴射する燃焼ガスにより、エンジンコア側での推力を得る。

なお、噴射ダクト１４の内側には、前記のアウタシャフト７ならびにインナシャフト８の後端部を支持する各後側軸受５ｒ，６ｒの軸受箱２５が結合されている。

エンジン１のアウタシャフト７には、図示されていないギア機構を介してスタータモータ２６の出力軸が連結されている。スタータモータ２６が始動すると、高圧遠心コンプレッサＨＣのインペラホイール９がアウタシャフト７と共に駆動され、高圧空気が逆流燃焼器１０へ送り込まれる。この高圧空気と燃料とを混合して燃焼させると、その燃焼ガスの膨張圧で高圧タービンＨＴのタービンホイール１１ならびに低圧タービンＬＴのタービンホイール１５ａ，１５ｂが駆動される。この高圧タービンホイール１１の回転力で高圧遠心コンプレッサＨＣのインペラホイール９が、そして低圧タービンホイール１５ａ，１５ｂの回転力でフロントファン１２及び低圧軸流コンプレッサＬＣのコンプレッサホイール１３が、それぞれ駆動される。そして燃焼ガスの膨張圧で高圧タービンホイール１１ならびに低圧タービンホイール１５ａ，１５ｂが駆動されると、燃料供給量と吸入空気量との自己フィードバック的釣り合いに応じて定まる状態でエンジン１が回転を継続することとなる（定格回転）。

図２に詳細に示すように、前側軸受箱２１には、アウタシャフト７の前端部を支持する前側軸受５ｆならびにインナシャフト８の前端部を支持する前側軸受６ｆの支持部が軸方向に所定の間隔をもって形成されている。また、図３に詳細に示すように、後側軸受箱２５には、アウタシャフト７の後端部を支持する後側軸受５ｒならびにインナシャフト８の後端部を支持する後側軸受６ｒの支持部が軸方向に所定の間隔をもって形成されている。

前側軸受箱２１におけるアウタシャフト７の前側軸受５ｆの後方ならびにインナシャフト８の前側軸受６ｆの前方に隣接する部位と、後側軸受箱２５におけるアウタシャフト７の後側軸受５ｒの前方ならびにインナシャフト８の後側軸受６ｒの後方に隣接する部位とには、各軸受に供給された潤滑油が各軸受箱２１，２５の外へ漏出することを防止するためのシール部としての各フローティング・リング・シール３１ａ〜３１ｃおよびラビリンスシール３２ａ〜３２ｄが設けられている。

また、アウタシャフト７の前端部には、前側軸受５ｆのインナレースならびにスタータ用ベベルギア３３が結合されると共に、インペラホイール９の軸方向前端部がスプライン結合している。インペラホイール９の背面の軸心部には、カービックカプリング３４ａを介してタービンホイール１１の前面の軸心部が連結されている。そしてタービンホイール１１の背面の軸心部は、アウタシャフト７後端の軸受支持部に隣接して嵌着されたカラー３６に対し、カービックカプリング３４ｂを介して結合されている。

インペラホイール９、タービンホイール１１、カラー３６、およびアウタシャフト７後端部を支持する後側軸受５ｒのインナレースを、この順にアウタシャフト７に取り付けてベアリングナット３７を締め込むことにより、アウタシャフト７には適宜な初期張力が加えられる。

≪シールエア導入手段≫
図４に詳細に示すように、インペラホイール９の背面側には、インペラケーシング２０に連続するかたちで外側隔壁４１と内側隔壁４２とが設置されている。外側隔壁４１は、タービンホイール１１のディスク部１１ｂの近傍まで延設され、燃焼器１０の設置された高圧空気室４３を画成している。また、内側隔壁４２は、タービンホイール１１の基部前端１１ａの近傍まで延設され、インペラホイール９の背面９ａが臨むインペラ背面室４４を画成するとともに、外側隔壁４１との間に中間室４５を画成している。なお、エンジン１の運転時において、高圧空気室４３には高圧遠心コンプレッサＨＣのインペラホイール９から吐出された高圧空気が流入し、インペラ背面室４４にはインペラホイール９の背面に流れた高圧旋回空気が流入する。

タービンホイール１１の基部前端１１ａには、その外周面にロータ５１が外嵌・圧入されている。ロータ５１は、図５にその斜視を示すように、タービンホイール１１の基部前端１１ａに外嵌するボス部５２と、ボス部５２の外周側から後方に延設された内側円筒部５３と、内側円筒部５３の後端から半径方向外側に向けて延設されたケーシング部５４と、ケーシング部５４の外周側から前方に延設された外側円筒部５５と、ケーシング部５４の後面に突設された多数の翼５６とを備えている。

本実施形態の場合、ロータ５１のケーシング部５４の後面がディスク部１１ｂの前面に所定の間隔で対峙する一方で、翼５６の後端がディスク部１１ｂの前面に当接し、これにより、タービンホイール１１のディスク部１１ｂの前面に高圧空気冷却タービン５７が形成されている。また、ボス部５２には、その前端面から後端面に向けて斜めに多数の転向流路５８が設けられており、これら転向流路５８が旋回空気冷却タービン５９を形成している。高圧空気冷却タービン５７および旋回空気冷却タービン５９の出口側は、ロータ５１の内側円筒部５３の内周側に形成された空隙６０に開口している。なお、外側隔壁４１の後端部には、高圧空気室４３内の高圧空気に旋回成分を与えながら高圧空気冷却タービン５７に導入する導入孔６１が穿設されている。

ロータ５１には、外側円筒部５５の外周面にシールフィン６５が突設され、内側円筒部５３の外周面にラビリンスシール６６が突設されている。外側円筒部５５側のシールフィン６５は外側隔壁４１の後端側内周面に所定の間隙をもって対峙し、内側円筒部５３側のラビリンスシール６６は内側隔壁４２の後端側内周面に所定の間隙をもって対峙している。

インペラホイール９およびタービンホイール１１の軸心部内周面とアウタシャフト７の外周面との間にはエア通路（シールエア供給路）７１が形成されており、タービンホイール１１の基部前端１１ａには前述の空隙６０とエア通路７１とを連通させる連通孔７３が穿設されている。

図２に示されるように、インペラホイール９のスプライン嵌合部には軸方向溝８２が設けられ、インペラホイール９の軸心部前端に配設されたラビリンスシール３２ｂを備えたカラー８３には、エア通路７１（中空連結軸３５の内側）と前側軸受箱２１の後部内側とを連通するオリフィス８４が設けられている。

前側軸受箱２１内には、その周方向に対して概ね等分割する位置に、軸受箱２１の前後を相互に連通させる通路８５が複数設けられている。この通路８５の断面積は、上記のオリフィス８４の断面積に比して十分に大きくされている。

≪実施形態の作用≫
エンジン１において、高圧遠心コンプレッサＨＣにより昇圧された高圧空気は、その大部分がディフューザ２３を通して高圧空気室４３に流入し、残りの一部がインペラホイール９の外周から高圧旋回空気としてインペラ背面室４４に流入する。高圧空気室４３に流入した高圧空気は、逆流燃焼器１０内で燃料と伴に燃焼され、その燃焼ガスの噴射圧で高圧タービンＨＴの高圧タービンホイール１１並びに低圧タービンＬＴの低圧タービンホイール１５が駆動される。

＜シールエア＞
図４に示すように、高圧空気室４３に流入した高温の高圧空気は、その一部が導入孔６１から旋回方向に噴出して高圧空気冷却タービン５７に流入する。高圧空気は、高圧空気冷却タービン５７内で翼５６によって転向され、高圧空気冷却タービン５７（すなわち、アウタシャフト７）の回転を助長する方向に作用する。これにより、高圧空気は、エネルギを消費してその温度が低下し、比較的低温のシールエアとなって空隙６０に流入する。

一方、インペラ背面室４４に流入した高温の高圧旋回空気は、インペラ背面室４４内を外径側（入口側）から内径側に流れた後、インペラ背面室４４の後端から旋回空気冷却タービン５９に流入する。高圧旋回空気は、旋回空気冷却タービン５９内で転向流路５８の壁面に衝突して転向され、旋回空気冷却タービン５９（すなわち、アウタシャフト７）の回転を助長する方向に作用する。これにより、高圧旋回空気も、エネルギを消費してその温度が低下し、比較的低温のシールエアとなって空隙６０に流入する。

高圧空気冷却タービン５７および旋回空気冷却タービン５９から空隙６０に流入したシールエアは、空隙６０から連通孔７３を経由してエア通路７１に流れ、軸方向溝８２およびオリフィス８４を経て、前側軸受箱２１内でアウタシャフト７の前端部を支持する前側軸受５ｆの後方に位置するフローティング・リング・シール３１ｂの装着部に流入する。シールエアはまた、前側軸受箱２１の前後を連通する通路８５を経て、前側軸受箱２１内でインナシャフト８の前端部を支持する前側軸受６ｆの前方に位置するフローティング・リング・シール３１ａの装着部に流入する。

このようにして、前側軸受箱２１内の前後に位置するフローティング・リング・シール３１ａ，３１ｂの装着部に流入した高圧空気により、前側軸受箱２１の外圧が内圧より高く保たれ、前側軸受箱２１内の潤滑油の漏出が防止される。なお、このシール圧はラビリンスシール３２ａ，３２ｂにより封止される。

本実施形態では、高圧空気冷却タービン５７および旋回空気冷却タービン５９を設けたことにより、高圧遠心コンプレッサＨＣにより昇圧された高圧空気や高圧旋回空気の温度を下げて、軸受箱２１のシールエアとして供給するることができる。それにより、軸受箱２１の潤滑油の温度上昇を抑止できるため、例えばアルミニウム製ケース及び鋼製ギア部材の温度上昇、潤滑油の劣化などを防止し得る。したがって、大型のオイルクーラの設置や潤滑油量の増大が不要となり、ガスタービンエンジンを軽量化し、低コスト化し得る。

以上、前側軸受箱２１へのシールエアの供給経路について説明したが、これは後側軸受箱２５についても同様に実施可能である。その場合には、図３に示したように、カラー３６におけるアウタシャフト７の後端部を支持する後側軸受５ｒの前方にＴ字状断面形状の半径方向外向きフランジ部３６ａを一体に形成し、そのフランジ部３６ａ内にエア通路３６ｂを設ける。フランジ部３６ａのＴ字状断面形状における両つば部にはそれぞれラビリンスシール３２ｃを設け、それら一対のラビリンスシール３２ｃの間にエア通路３６ｂが開口させることにより、カラー３６の内周面とアウタシャフト７の外周面との間に形成される空隙と一対のラビリンスシール３２ｃの中間とを連通する。また、インナシャフト８の後端部を支持する後側軸受６ｒの後方に配設されたフローティング・リング・シール３１ｃとこれに隣接するラビリンスシール３２ｄとの間の部分に連通する通路４８を、後側軸受箱２５の適所に設ければ良い。

なお、前後の軸受箱２１・２５の内側は、アウタシャフト７の内周面とインナシャフト８の外周面との間に形成された空隙４９を介して互いに連通しており、後側軸受箱２５の軸受５ｒ・６ｒを潤滑した潤滑油の一部とラビリンスシール３２ｃおよびフローティング・リング・シール３１ｃから侵入したシールエアとは前記空隙４９を通って前側軸受箱２１に流入した後、例えばアウタシャフト７の軸端に設けられたベベルギア３３に噛み合う駆動用ベベルギアの軸に沿って設けられたドレン孔（図示せず）を介してスタータモータ２６に連結されたギアボックスＧＢに導かれ、ギアボックスＧＢ内に設けられた油分分離装置（図示せず）で油分を除去した上でバイパスダクト２２から大気中に放出される。

＜アウタシャフトのスラスト＞
図４中に矢印で示すように、インペラ背面室４４では、高圧旋回空気の圧力によってインペラホイール９が前方に付勢される。しかし、本実施形態の場合、高圧旋回空気は、インペラ背面室４４の最も内径側に位置する旋回空気冷却タービン５９から流出するため、前述した従来装置とは異なり、インペラ背面室４４内全域で内向旋回流による圧力降下が発生する。そのため、インペラ背面室４４内の平均圧力が小さくなり、インペラホイール９（すなわち、アウタシャフト７）に作用する前方への付勢力（軸方向荷重）も比較的小さいものとなる。

一方、本実施形態の場合、高圧空気室４３の高圧空気は中間室４５にも導入され、これにより、図４中に矢印で示すように、アウタシャフト７を後方に付勢する軸方向荷重が発生する。高圧空気室４３から中間室４５への高圧空気の導入は、外側隔壁４１とロータ５１の外側円筒部５５との間から行われる。外側隔壁４１とロータ５１との間には必要に応じてシールフィン６５を設置して中間室４５にかかる圧力を調整する。また、内側隔壁４２とロータ５１との間には前記シールフィン６５よりも小径の多層ラビリンスシール６６を設置して中間室４５の気密を確保する。これにより、中間室４５では、導入された高圧空気の圧力により、ロータ５１（すなわち、アウタシャフト７）に後方への軸方向荷重が作用することになる。

このように、本実施形態の場合、アウタシャフト７には、インペラホイール９を介して前方への軸方向荷重が作用する一方で、ロータ５１を介して後方への軸方向荷重が作用するため、全体としての軸方向荷重は両軸方向荷重を相殺した比較的小さなものとなる。その結果、アウタシャフト７を支持する軸受５ｆ，５ｒが負担する軸方向荷重（ベアリングスラスト）が減少し、従来装置で問題となっていた発熱量の増大による潤滑油の高温劣化や軸受の寿命低下等が起こり難くなった。なお、インペラホイール９およびロータ５１の側面に作用する前後荷重の総和として得られる軸方向荷重（ベアリングスラスト）の大きさは、前記シールフィン６５による高圧空気室４３から中間室４５への高圧空気の導入量の調整や、旋回空気冷却タービン５９の転向流路５８の断面積等を適宜設定することで調整可能である。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態では高圧空気冷却タービンを構成する翼をロータ側に形成したが、タービンホイール側に翼を形成してもよいし、ロータを廃してタービンホイールの前面に高圧空気冷却タービンを一体に形成するようにしてもよい。また、上記実施形態では旋回空気冷却タービンをロータのボス部に形成したが、他の部材、例えば、インペラホイールや専用のリング等に成形するようにしてもよいし、旋回空気冷却タービンの転向流路としては、軸方向への貫通孔のみならず、回転方向に傾斜した傾斜貫通孔や翼形状もしくは案内板を備えたベーン型転向流路を採用してもよい。また、上記実施形態では高圧空気室とインペラ背面室との間に形成した中間室に高圧空気を導入し、その中間室内の圧力によって高圧空気冷却タービンの前面に後方への軸方向荷重を作用させるようにしたが、その軸方向荷重は必要に応じて適宜調整すればよい。その他、ガスタービンエンジンの具体的構成やシールエア導入手段の具体的構造等についても、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。

本発明が適用されたジェットエンジンの概略構成図である。図１に示したジェットエンジンの高圧コンプレッサおよび高圧タービンの部分的拡大断面図である。図１に示したジェットエンジンの低圧タービン側の部分的拡大断面図である。図１に示したジェットエンジンにおけるロータの斜視図である。図１に示したジェットエンジンにおけるシールエア導入部の要部拡大拡大図である。

符号の説明

１エンジン
７アウタシャフト
８インナシャフト
９インペラホイール
１１タービンホイール
４１外側隔壁
４２内側隔壁
４３高圧空気室
４４インペラ背面室
４５中間室
５１ロータ
５２ボス部
５６翼
５７高圧空気冷却タービン
５８転向流路
５９旋回空気冷却タービン
６０空隙
６１導入孔（導入路）
７１エア通路（シールエア供給路）
ＨＴ高圧タービン
ＨＣ高圧遠心コンプレッサ

Claims

低圧コンプレッサならびに低圧タービンが連結されたインナシャフトと、高圧コンプレッサならびに高圧タービンが連結され且つ前記インナシャフトと二重軸の関係をなすアウタシャフトと、前記インナシャフトならびに前記アウタシャフトの軸端部を個々に支持するための複数の軸受をそれぞれの内部に軸方向に離間配置された複数の軸受箱と、前記高圧コンプレッサから取り出した高圧空気の一部を前記各軸受箱に設けられたシール部に導入するためのシールエア導入手段とを有するガスタービンエンジンの２次エア供給装置であって、
前記シールエア導入手段が、
前記アウタシャフトの周囲に形成され、前記各軸受箱に設けられたシール部の外側に連通するシールエア供給路と、
前記高圧コンプレッサの吐出した高圧空気が流入する高圧空気室と、前記高圧コンプレッサのインペラ背面側に流出した高圧旋回空気が流入するインペラ背面室とを区画する隔壁と、
前記高圧タービンのディスク部前面側に形成され、前記高圧空気室内の高圧空気を前記シールエア供給路に導入する高圧空気冷却タービンと、
前記インペラ背面室の内周側に形成され、前記高圧旋回空気を前記シールエア供給路に導入する旋回空気冷却タービンと
を備え、
前記高圧空気冷却タービンは、前記アウタシャフトと一体に回転するロータと、前記高圧タービンのディスク部前面とにより形成され、前記高圧空気を前記アウタシャフトの回転を助長する方向に作用させるべく転向させ、
当該ロータと当該ディスク部前面との少なくとも一方に当該高圧空気冷却タービンの翼が設けられ、
前記旋回空気冷却タービンが、前記ロータの基部に穿設されて前記高圧旋回空気を前記アウタシャフトの回転を助長する方向に作用させるべく転向させる転向流路からなることを特徴とするガスタービンエンジンの２次エア供給装置。
低圧コンプレッサならびに低圧タービンが連結されたインナシャフトと、高圧コンプレッサならびに高圧タービンが連結され且つ前記インナシャフトと二重軸の関係をなすアウタシャフトと、前記インナシャフトならびに前記アウタシャフトの軸端部を個々に支持するための複数の軸受をそれぞれの内部に軸方向に離間配置された複数の軸受箱と、前記高圧コンプレッサから取り出した高圧空気の一部を前記各軸受箱に設けられたシール部に導入するためのシールエア導入手段とを有するガスタービンエンジンの２次エア供給装置であって、
前記シールエア導入手段が、
前記アウタシャフトの周囲に形成され、前記各軸受箱に設けられたシール部の外側に連通するシールエア供給路と、
前記高圧コンプレッサの吐出した高圧空気が流入する高圧空気室と、前記高圧コンプレッサのインペラ背面側に流出した高圧旋回空気が流入するインペラ背面室とを区画する隔壁と、
前記高圧タービンのディスク部前面側に形成され、前記高圧空気室内の高圧空気を前記シールエア供給路に導入する高圧空気冷却タービンと、
前記インペラ背面室の内周側に形成され、前記高圧旋回空気を前記シールエア供給路に導入する旋回空気冷却タービンと、
前記アウタシャフトと一体に回転するロータと
を備え、
前記隔壁に前記ロータの前面を室壁の一部とする中間室が形成され、
当該中間室に前記高圧空気室の高圧空気を導入する導入路が形成されたことを特徴とするガスタービンエンジンの２次エア供給装置。
前記高圧空気冷却タービンは、前記ロータと、前記高圧タービンのディスク部前面とにより形成され、前記高圧空気を前記アウタシャフトの回転を助長する方向に作用させるべく転向させ、
当該ロータと当該ディスク部前面との少なくとも一方に当該高圧空気冷却タービンの翼が設けられ、
前記旋回空気冷却タービンが、前記ロータの基部に穿設されて前記高圧旋回空気を前記アウタシャフトの回転を助長する方向に作用させるべく転向させる転向流路からなることを特徴とする、請求項２に記載のガスタービンエンジンの２次エア供給装置。
前記ロータが前記アウタシャフトにボス部をもって連結され、
前記転向流路が当該ロータに設けられたことを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のガスタービンエンジンの２次エア供給装置。