JP2002201915A - タービン段間シールリング - Google Patents

タービン段間シールリング

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 多段式タービン(50)において、隣接するター
ビンロータディスク(52,0)間の空間を橋渡しし、シール
するための一体型段間シールリング(112)。 【解決手段】 シールリングは、冷却空気がタービンブ
レード(58, 98)に流れ込むように、タービンに送られる
比較的低温の空気を制限するのに役立つ。シールリング
は、軸方向に間隔を隔て、半径方向に延びる一対のアー
ム(118, 122)を備えるディスク形の本体部材(114)を含
んでいる。これらのアームは、固定環状シール部材(13
0)に係合するためのそれぞれのシール歯(126, 128)で終
わっている。半径方向アームの各々は、外向きに延びる
軸方向アーム(120, 124)を含んでおり、これらのアーム
は、隣接するタービンディスクの面とシール係合するた
めのディスク係合部材(148, 158)で終わり、隣接するタ
ービンディスク間の空間内に冷却空気を制限する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、多段式タービンを
有するガスタービンエンジンに関する。より具体的に
は、本発明は、多段式タービンを有するガスタービンエ
ンジンにおいて隣接する段間に配置される段間シール・
トルクリングに関する。
【０００２】
【従来の技術】多数のタービン段を有するガスタービン
エンジンは、作動効率を向上させるため、隣接する段間
に配置されたシール装置を備える。シール装置は、固定
タービンステータブレード又はノズルの周り及び間、そ
して隣接するロータブレードの周り及び間の環状路を流
れる高温燃焼ガスの流れを制限することに向けられてい
る。このようなシール装置は、所定の環状路を流れる高
温燃焼ガスを制限するのに役立つのに加えて、タービン
ディスク、タービンブレード根元部、及びロータブレー
ド自体の内部を冷却するために供給される冷却空気を制
限し、指向させるのにも役立つ。これに関連して、ロー
タブレードに冷却通路を設けることは、タービン入口温
度を高めることを可能にし、その結果、エンジンの熱効
率を向上させ、動力すなわちスラスト出力の増大を可能
にする。しかしながら、タービンロータブレード冷却用
空気が、高温ガス流中に流れて放散されるようなことが
なく、その代わりに、冷却しようとする表面と構造体の
上又はその中を通過するように、且つ、該冷却用空気が
また、ロータブレード内部通路に通されて所望のロータ
ブレード冷却効果を得るように、該冷却用空気を適当に
制限し指向させなければならない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】過去において、種々の
タービン段間シール構成が提案されてきた。従来の構成
の幾つかは、回転ディスクを備えており、この回転ディ
スクが、固定タービンノズルの内面上に支持される固定
環状シールリングに係合するための周縁ラビリンスシー
ルを含むシールリングを形成する。幾つかの構成は、隣
接するタービンロータ段で支持される回転ブレード保持
リングに係合するための前方及び後方に延びるアームを
含むものであった。また、他の従来の構成は、ロータデ
ィスクに対するロータブレードの軸方向移動を阻止する
ための一体形成のロータブレードリテーナと、シールを
タービンロータと共に回転させるための１つ又はそれ以
上の隣接するロータディスクに連結された内側ハブとを
含むものであった。しかしながら、多要素シールとブレ
ードリテーナの構成は、付加的な部品と付加的な組立て
作業を伴ない、所望のシール効果を得るため、数個の部
品の適正な配向の維持という問題を含む可能性がある。
【０００４】このような多要素配置に固有の部品管理上
の問題と組立ての問題に加えて、シール装置が、エンジ
ン作動時にタービン段要素の軸方向及び半径方向の移動
を吸収できることも必要である。幾つかの要素は、局部
的な温度及びエンジンと航空機の作動条件に基づく、あ
る範囲の異なる荷重と異なる膨張率に曝される。
【０００５】従って、所望の環状流路に流入するように
燃焼ガスを制限し、燃焼ガスを冷却空気の流れから分離
し、このことを一体構造によって行い、多段式タービン
の組立てを容易にし、タービン構造要素の、熱により及
び機械的誘因により生じる寸法と配向の変化に応答する
ことのできる効果的なシールを与えることの可能なター
ビン段間シール部材を提供することが望ましい。
【０００６】
【課題を解決するための手段】簡潔に述べると、本発明
の一態様によれば、多段式タービンの隣接するタービン
ロータ間の空間をシールするための段間シールリングが
提供される。シールリングは、軸方向に間隔を隔て、ほ
ぼ半径方向外方に延びる第１及び第２のアームを有する
ほぼディスク形の本体部材を含む。第１半径方向アーム
は、前方に延びるほぼ軸方向の第１のアームを含み、該
第１アームは、第１タービンロータの表面に係合するた
めの係合面で終わっている。第２半径方向アームは、後
方に延びるほぼ軸方向の第２のアームを含み、該第２ア
ームは、第１のタービンロータから軸方向に間隔を隔て
た第２のタービンロータに係合するための係合面で終わ
っている。シールリングは、冷却空気がタービンロータ
ブレード内の冷却空気通路に流入するように、隣接する
タービンロータ間の空間に供給される冷却空気を制限す
るため、隣接するタービンロータ間に橋渡し部材を形成
する。
【０００７】本発明の別の態様によれば、軸方向に間隔
を隔てた一対のタービンロータを含む多段式タービンロ
ータのためのタービン冷却システムが提供される。この
冷却システムは、軸方向に隣接する一対のタービンロー
タ間の空間によって構成される段間冷却チャンバと、各
タービンロータのハブに隣接して配置され、共に回転で
きるように隣接するロータディスクを相互に連結する環
状のロータディスク連結リングとを含む。段間シール部
材が、ディスク連結リングの半径方向外方に配置されて
いる。冷却空気をディスクを通して段間冷却チャンバに
送るための複数の冷却空気通路が、上流側タービンディ
スクに設けられる。段間シール部材は、軸方向に間隔を
隔て、ほぼ半径方向外方に延びる一対のアームを有する
ほぼディスク形の本体部材を含む。前方に延びるほぼ軸
方向の第１アームが、第１タービンロータに係合するた
めの係合面で終わっており、後方に延びるほぼ軸方向の
第２アームが、第１タービンロータから軸方向に間隔を
隔てた第２タービンロータに係合するための係合面で終
わっている。
【０００８】本発明の構成、作用及び利点は、付随の図
面に関連してなされる以下の記述を考察するとき一層明
らかになるであろう。
【０００９】
【発明の実施の形態】さて、図面、特にそのうちの図１
を参照すると、長手方向軸１１を有し、コアガスタービ
ンエンジン１２及び該コアエンジンの上流側に配置され
たファン部分１４を含む航空機ターボファンエンジン１
０が、概略的に示されている。コアエンジン１２は、ほ
ぼ円筒状の外ケーシング１６を備えており、該ケーシン
グが、環状のコアエンジン入口１８を構成し、コアエン
ジン１２に入る空気の圧力を第１圧力レベルまで上昇さ
せるための低圧ブースタ２０を囲み、これを支持する。
高圧多段式軸流圧縮器２２が、ブースタ２０から加圧空
気を受け、空気圧力をさらに上昇させる。加圧空気は、
燃焼器２４に流れ込み、ここで燃料が加圧空気に噴射さ
れ、燃料と空気の混合物に点火されて加圧空気の温度と
エネルギーレベルを上昇させる。高エネルギー燃焼生成
物は、第１タービン２６に流れ、第１駆動シャフト２８
を通じて圧縮機２２を駆動し、次いで、第２タービン３
０に流れ、第１駆動シャフト２８と同軸の第２駆動シャ
フト３２を通じてブースタ２０を駆動する。タービン２
６、３０の各々を駆動した後、燃焼生成物は、排気ノズ
ル３４からコアエンジン１２を出て、推進ジェット推力
を発生する。
【００１０】ファン部分１４は、回転可能な軸流ファン
ロータ３６を備える。環状のファンケーシング３８が、
ファンロータ３６を囲んでおり、ほぼ半径方向に延びる
円周方向に間隔を隔てた複数の支持ストラット４４を介
してコアエンジン１２により支持されている。ファンロ
ータ３６は、半径方向に延びる円周方向に間隔を隔てた
複数のファンブレード４２を支持している。ファンケー
シング３８は、ファンロータ３６からコアエンジン１２
の外側部分上を後方に延びて、第２のすなわちバイパス
空気流の導管を形成する。ファンケーシング３８の下流
側に位置し該ファンケーシング３８に連結されたケーシ
ングエレメント３９が、複数のファン流れ出口案内羽根
４０を支持している。ファン部分１４を通過する空気
は、ファンブレード４２によって下流方向に進められ、
コアエンジン１２によって発生する推力を補う推進推力
を与える。
【００１１】エンジン１０のタービン部分は、図２にお
いて拡大部分形態で横断面が示されている。タービン５
０は、拡大ハブ５４を有するロータディスク５２によっ
て構成される第１段タービンロータと、円周方向に間隔
を隔てた複数の第１段ロータブレード５８を支持する外
周５６とを備えている。第２段タービンロータが、第１
段タービンディスク５２から軸方向下流側に該第１段タ
ービンディスク５２に隣接して配置され、この第２ター
ビンロータは、拡大ハブ６２を有するロータディスク６
０によって形成され、その外周６４に円周方向に間隔を
隔てた第２段ロータブレード６６が支持されている。第
２段ディスク６０は、軸方向前方に延びる環状の駆動リ
ング６８を含み、該駆動リング６８は、円形配列の複数
のボルト孔７２を有する半径方向内向きのフランジ７０
を支持している。連結ボルト７４が、ボルト孔７２と、
第１段ディスク５２に設けられた対応するボルト孔７６
とを通って延び、第１及び第２段タービンディスク５
２、６０を一緒に回転するように互いに連結する。さら
に、第１段ディスク５２は、コアエンジン圧縮器に駆動
関係で連結された、一体の、前方に延びる環状の駆動シ
ャフト７８を含む。
【００１２】第１段タービンノズル８０が、第１段ター
ビンディスク５２の上流側において第１段ロータブレー
ド５８に半径方向に隣接して配置されている。ノズル８
０は、環状の内リング８２と、環状の外リング（図示せ
ず）とを備え、これらのリング間に、半径方向に延び、
円周方向に間隔を隔てた複数の固定第１段ノズル羽根８
４が配置されている。第１段ノズル内リング８２は、ほ
ぼ半径方向内向きに延びるリング８６に適切に連結され
ており、リング８６は、その内周に、軸方向に延びる外
シールリング９２の一部を形成するラビリンスシール９
０とシール係合するための環状の摩耗性シール８８を支
持する。外シールリング９２から半径方向内方に間隔を
隔てた内シールリング９１が、環状の摩耗性シール９５
とシール係合するラビリンスシール９３を含む。シール
リング９１、９２の各々は、第１段タービンディスク５
２に結合され、第１段タービンディスク５２と共に回転
する。
【００１３】第２段タービンノズル９４が、第１及び第
２段ロータディスク５２、６０間に配置されている。ノ
ズル９４は、内環状リング９６及び外環状リング（図示
せず）を含み、これらのリング間に、半径方向に延び、
円周方向に間隔を隔てた複数の固定第２段ノズル羽根９
８が支持されている。エンジンの作動の際、高温の燃焼
ガスが、燃焼器（図１参照）から第１段タービンノズル
８０に流れ、第１段タービンノズル８０は、ガスを第１
段タービンブレード５８に指向させて、第１段タービン
ディスク５２を回転させる。第１段タービンブレード５
８から出るガスは、第２段タービンノズル９４に入り、
第２段タービンノズル９４は、ガスを第２段タービンブ
レード６６に指向させて、第２段タービンディスク５２
を回転させる。
【００１４】高温の燃焼ガスの流れを意図した流路内に
制限するため、第１段ノズル８０は、軸方向後方に延び
るシールリップ１００を備えている。リップ１００は、
第１段ディスク５２に支持された、協働する、前方に延
びるシールリップ１０２に隣接してその前方に配置され
ている。シールリップ１０２は、第１段タービンロータ
ブレード５８の各々のブレードプラットフォームの前方
延長部によって形成され、さらに又、隣接するブレード
とディスク外周との間の空間に第１段ディスク５２によ
り支持されたダンパシール（図示せず）の前方に延びる
要素によって形成される。ノズルシールリップ１００の
各々とロータ前部シールリップ１０２は、半径方向に相
互に重なり合う環状シールリングを形成し、燃焼ガス
は、重なり合うシールリップとタービン外ケーシングと
の間に形成された流路を通過する。
【００１５】同様の環状シールリングが、第１段タービ
ンロータブレード５８と第２段ノズル９４との間に設け
られる。一対のシールリングが、第１段ロータブレード
５８上の、半径方向に間隔を隔てて後方に延びる複数の
シールリップ１０４、１０６によって構成される。これ
らシールリップ１０４、１０６は、該シールリップ１０
４、１０６間の空間に延びる環状の第２段ノズル前部シ
ールリップ１０８と協働して、燃焼ガスの内向きの流れ
を阻止する。第２段ノズル９４と第２段タービンブレー
ド６６との間に、半径方向に重った関係の第２段ノズル
後部シールリップ１１０と第２段タービンブレード前部
シールリップ１１７とによって形成される同様のシール
装置が、設けられている。
【００１６】第１段タービンディスク５２と第２段ター
ビンディスク６０との間に、段間シールリング１１２が
配置されている。リング１１２は、第１段タービンディ
スク５２の後面と第２段タービンディスク６０の前面と
の間に延び、これらの面と接触している。シールリング
１１２は、横断面がほぼＴ形の部材であり、拡大ハブ１
１６と前部半径方向アーム１１８及び後部半径方向アー
ム１２２によって形成される外側部分との間に配置され
たディスク形の本体部材１１４を有し、前部半径方向ア
ーム１１８から上流方向に前部軸方向アーム１２０が延
び、後部半径方向アーム１２２から下流方向に後部のほ
ぼ軸方向アーム１２４が延びている。前部半径方向アー
ム１１８と後部半径方向アーム１２２は、エンジンの長
手方向軸に対して、軸方向に互いに間隔を隔てて配置さ
れ、これらのアームは、互いに平行にすることができ、
比較的薄い横断面を有している。前部及び後部半径方向
アーム１１８、１２２は、本体１１４に支持された片持
ち梁のように、本体部材１１４に対してタービンの前方
及び後方に、独立して撓むことができ、エンジン作動時
にそれぞれのタービン段に負荷される熱荷重と機械的荷
重から生じるタービン部品の相互の移動に応答すること
ができる。前部半径方向アーム１１８の外周は、円周方
向に延びるシール歯１２６を含み、後部半径方向アーム
１２２の外周は、同様に円周方向に延びるシール歯１２
８を含む。シール歯１２６、１２８の各々は、第２段タ
ービンノズル９４の内ノズルリング９６に支持される環
状の摩耗性シール部材１３０に係合し、外側段間シール
を形成する。
【００１７】第１段タービンディスク５２は、ディスク
５２を完全に貫通する、円形配置の軸方向に延びる複数
の冷却空気通路１３２を含む。通路１３２が、連結ボル
ト孔７６の半径方向外方に、シールリング９１、９２間
に設けられる。複数の開口部１３４が、シールリング９
２の半径方向連結脚部１３６に設けられ、該脚部を貫通
して延びており、連結脚部１３６は、内シールリング９
１の半径方向に延びる脚部によって第１段タービンディ
スク５２の前面に対してクランプされている。外環状リ
ング１４０と半径方向内方に間隔を隔てた内環状リング
１４２とによって構成された環状の冷却空気ダクト１３
８が、開口部１３４のすぐ上流側に配置されており、こ
こへ圧縮器（図１参照）からの放出空気が送られる。比
較的低温の放出空気は、シールリング９２の開口部１３
４及び第１段ディスク５２の冷却空気通路１３２を通っ
て、第１及び第２段タービンディスク５２、６０と段間
シールリング１１２のアーム１２０、１２４との間の容
積によって形成される冷却空気チャンバ１４４に流れ込
む。このように、冷却圧縮器の放出空気は、冷却空気チ
ャンバ１４４に入り、後述するように、タービンロータ
ディスク５２、６０並びにタービンロータブレード５
８、６６を冷却するのに利用される。
【００１８】図３の拡大詳細図に示されるように、段間
シールリング１１２の前部軸方向アーム１２０は、前部
半径方向アーム１１８とほぼ直交している。しかしなが
ら、所望ならば、軸方向アーム１２０を、軸方向アーム
１２０と半径方向アーム１１８との夾角によって定めら
れる鋭角に配向することができる。さらに、図２及び図
３では横断面が直線形態で示されているが、所望なら
ば、軸方向アーム１２０を弯曲させてもよい。これに関
連して、軸方向アーム１２０の形状は、アーム１２０の
外端部がタービンディスク５２の下流面との接触状態が
維持されるように、アーム１２０の外端部が、シールリ
ング１１２及びタービンディスク５２に負荷される熱荷
重と機械的荷重に応答して、タービン長手方向軸に対し
て半径方向かつ軸方向に撓むことができるものであるこ
とが好ましい。
【００１９】前部軸方向アーム１２０は、その最外端部
に、前部ディスク係合部材１４８を支持するほぼ半径方
向に延びるフランジ１４６を含む。係合部材１４８は、
ほぼ半径方向に延びる環状のディスク係合面１５０と、
軸方向前方に延びる円形配列の複数の突出部１５２とを
含み、突出部１５２間にはスロットが設けられている。
係合部材１４８に設けられた突出部は、ロータブレード
５８によって支持される軸方向突出部（図示せず）と接
触し、第１段ディスク５２と段間シールリング１１２と
の相対的な回転を制限する。
【００２０】後部アーム１２４は、前部軸方向アーム１
２０が前部半径方向アーム１１８から延びる半径方向位
置と比較して、ハブ１１６に対して内向きに間隔を隔て
た半径方向位置のところで後部半径方向アーム１２２か
ら外方に延びる。後部アーム１２４は、傾斜部分１５４
と、ほぼ軸方向に延びる部分１５６とを含む。傾斜部分
１５４は、アーム１２２に対して夾角が約４５°の鋭角
で配置されるが、所望ならば、傾斜の精密な角度を変え
ることができる。傾斜部分１５４とほぼ軸方向に延びる
部分１５６との相対的な長さは、後部アーム１２４の最
外端部で支持される後部ディスク係合部材１５８が、第
２段ディスク及び、第２段ロータブレードのシャンク部
位と対向し且つそれらと接触して配置されるように選定
される。後部ディスク係合部材１５８は、第２段タービ
ンディスク６０の前面及び第２段ロータブレードシャン
クに係合するためのほぼ半径方向に延びる環状のディス
ク係合面１６０を含む。
【００２１】傾斜部分１５４とほぼ軸方向に延びる部分
１５６との間の夾角である鈍角は、ほぼ１４０°程度で
よい。しかしながら、この場合にも、所望ならば精密な
傾斜角度は変えることができ、一般的に、後部アーム１
２４のタービンディスク６０に対する半径方向接触点を
基準として定める。これに関連して、傾斜部分１５４と
半径方向アーム１２２との連結点、傾斜部分１５４の半
径方向アーム１２２に対する傾斜角度、及びアーム部分
１５４、１５６の相対的な長さと厚さは、タービンの長
手方向軸に対して半径方向及び軸方向に後部アーム１２
４を変形させることができるように選定される。したが
って、後部ディスク係合部材１５８は、エンジン作動時
にタービンに負荷される熱荷重と機械的荷重の変化の結
果として生ずるタービン部品の相対移動に応答して、デ
ィスク６０の前面、及びそれによって支持されるロータ
ブレードのシャンクと接触したままである。
【００２２】段間シールリング１１２の形状は、第１及
び第２のタービンディスクとブレードがそれぞれのディ
スク係合面１５０、１６０と緊密に係合して、タービン
ディスク５２、６０間の冷却空気チャンバ１４４をほぼ
シールするようなものである。前部半径方向アーム１１
８及び後部半径方向アーム１２２の各々は、軸方向にお
いて本体部材１１４よりも薄くなっており、エンジンの
作動範囲にわたってタービンの熱荷重及び機械的荷重の
条件の変化から生じるタービン部品の膨張収縮の結果と
しての、第１及び第２段タービンディスク５２、６０間
の寸法変化に応答するように、半径方向アーム１１８、
１２２の外側部分を、軸方向に撓ませることができる。
これに関連して、エンジン作動時にタービンディスクの
対向する面間の軸方向間隔が増加した場合でも、環状係
合面とタービンディスクとの接触が維持されるように、
環状係合面１５０、１６０とそれぞれのタービンディス
クとの間に十分な初期荷重を加えることが好ましい。同
様に、タービンディスクの対向する面間の間隔が減少し
たとき、前部及び後部半径方向アーム１１８、１２２の
曲げ特性は、このような間隔の減少を吸収するように、
これらのアームのそれぞれが撓むのを可能にする。それ
に関連して、半径方向アーム１１８、１２２は、集中荷
重を受ける片持ち梁として作用する。さらに、前部ディ
スク係合部材１４８と後部ディスク係合部材１５８の各
々は、アーム１２０及び１２４の撓みの結果として、タ
ービンの長手方向軸に対して半径方向に移動し、熱荷重
及び機械的荷重の作用によって生ずるタービン部品の半
径方向の膨張収縮に応答することができる。従って、前
部軸方向アーム１２０及び前部半径方向アーム１１８
は、荷重を受けて撓み、前部ディスク係合部材１４８を
半径方向かつ軸方向に移動させることができ、後部アー
ム１２４及び後部半径方向アーム１２２は、荷重を受け
て撓み、後部ディスク係合部材１５８を半径方向及び軸
方向の両方向に移動させることができる。
【００２３】次に図４を参照すると、第１段ロータブレ
ード５８は、ブレードプラットフォーム１６４に配置さ
れており、該プラットフォーム１６４の軸方向に延びる
最外端部は、前部シールリップ１０２と後部シールリッ
プ１０４、１０６を形成する。軸方向横断面が全体的に
ダブテール形の形状を有するブレードシャンク１６６
が、ブレードプラットフォーム１６４の下にあり、第１
段ディスク５２（図５参照）に設けられた対応する形状
のダブテール・スロット１６８に摺動可能に受け入れら
れることができる。ダブテール・スロット１６８は、円
周方向に間隔を隔てた隣接するディスクポスト１７０間
の周囲空間によって形成される。ブレードシャンク１６
６の各々は、軸方向に延びる突出部１７２を含み、該突
出部１７２は、ブレードシャンク１６６の後面１７４で
支持され、段間リング１１２の前部ディスク係合部材１
４８で支持された隣接する軸方向突出部１５２間のそれ
ぞれの隙間に受け入れられる。ブレードシャンクで支持
される突出部１７２と、段間シールリング１１２で支持
される突出部１５２との接触は、第１段ロータとシール
リングとの相対的な回転を制限するのに役立つ。ブレー
ドシャンク１６６は、軸方向後方に延びるポスト延長部
１７６を各々が有する、それぞれの隣接するディスクポ
スト１７０によって、第１段ディスク５２に対して周囲
方向に移動しないように保持される。
【００２４】ブレードシャンク１６６は、第１段ディス
ク５２に対して、ダブテール・スロット１６８の半径方
向深さよりも小さい半径方向深さを有しており、その間
に軸方向に延びる冷却空気通路１７８を形成する。冷却
空気通路１７８は、ブレードシャンク底面１８０とダブ
テール・スロット底壁１８２との間に延び、冷却空気チ
ャンバ１４４（図２参照）から流れる冷却空気を受け入
れる。冷却空気は、ブレードシャンク１６６に設けられ
た半径方向に延びる流路（図示せず）を通って、第１段
ロータブレード５８の翼型部分に流れ込み、冷却空気を
第１段ブレードにもたらす。図４に最もよく示されるよ
うに、第１段シールリングの前部ディスク係合部材１４
８の環状係合面１５０は、ブレードシャンク１６６の後
面１７４に当接し、ディスクポスト１７０の後面にも当
接している。従って、ディスク係合部材１４８は、ブレ
ードシャンク１６６の後方移動を阻止するブレード保持
作用をもたらす。さらに、前部ディスク係合部材１４８
の最上部の環状面は、ポスト延長部１７６の下方環状面
に当接して、段間シールリング１１２の半径方向外方移
動を制限する。
【００２５】第１段ディスク５２の前面に位置する環状
ディスクの形態の前部ブレードリテーナ１８４が、設け
られている。前部ブレードリテーナ１８４は、軸方向に
延び、半径方向に間隔を隔てた複数の係合隆起部１８６
を含み、該隆起部１８６は、ブレードシャンク１６６の
前面１８８及び隣接するディスクポスト１７０の前面に
係合する。シールワイヤ１８９が、係合隆起部１８６間
の環状空間に支持されて空気シールを維持し、冷却空気
がブレードリテーナ１８４とブレードシャンク１６６と
の間を通過するのを防ぐ。従って、冷却空気は、段間冷
却空気チャンバ１４４から、図２において幾つかの矢印
で示される方向に流れて、冷却空気通路１７８内に入
り、次いで第１段ブレード５８の各々のシャンクと翼型
部分内の冷却通路（図示せず）内に流れる。図２に最も
よく示されるように、前部ブレードリテーナ１８４は、
前部ブレードリテーナ１８４とディスク５２で支持され
る半径方向リップ１９２との間に配置される割りリング
１９０によって、適所に保持されている。リップ１９２
は、第１段タービンディスク５２の軸方向前方に間隔を
隔てて配置され、ディスク５２に対して半径方向に延び
る。
【００２６】第２段ロータブレード６６と第２段ロータ
ディスク６０との相互連結は図６に示されているが、第
１段ブレードとディスクとの相互連結と同様である。第
２段ロータブレード６６は、ブレードプラットフォーム
１９４上に配置され、プラットフォーム１９４の軸方向
に延びる前端部は、前部シールリップ１１７を形成す
る。軸方向断面がほぼダブテール形の形状をなし、第２
段ロータディスク６０（図７参照）に設けられた対応す
る形状のダブテール・スロット１９８内に軸方向に摺動
可能に受け入れられるブレードシャンク１９６が、ブレ
ードプラットフォーム１９４の下にある。ダブテール・
スロット１９８は、円周方向に間隔を隔てた隣接するデ
ィスクポスト２００間の周辺空間によって形成される。
ブレードシャンク１９６は、軸方向前方に延びるポスト
延長部２０６を各々が有する隣接するそれぞれのディス
クポスト２００によって、ロータディスク６０に対して
周方向に移動しないように保持される。
【００２７】ブレードシャンク１９６は、ロータディス
ク６０に対して、ダブテール・スロット１９８の半径方
向深さより小さい半径方向深さを有し、その間に軸方向
に延びる冷却空気通路２０８を形成する。冷却空気通路
２０８は、ブレードシャンク底面２１０とダブテール・
スロット底壁２１２との間に延び、冷却空気チャンバ１
４４（図２参照）から流れる冷却空気を受け入れる。冷
却空気は、ブレードシャンク１９６に設けられた半径方
向通路（図示せず）を通過して、第２段ロータブレード
６６の翼型部分に流れ込み、第２段ブレードに冷却空気
をもたらすことができる。
【００２８】図６に最もよく示されるように、段間シー
ルリングの後部ディスク係合部材１５８の環状係合面１
６０は、ブレードシャンク１９６の前面２０４に当接
し、ディスクポスト２００の前面にも当接している。か
くして、ディスク係合部材１５８は、ブレードシャンク
１９６の前方移動を阻止するブレード保持作用をもたら
す。さらに、後部ディスク係合部材１５８の最上部の環
状面は、ポスト延長部２０６の下方の環状面に当接し
て、シールリング１１２の半径方向外方移動を制限す
る。
【００２９】ロータディスク６０の後面に位置する環状
ディスクの形態の後部ブレードリテーナ２１４が、設け
られている。後部ブレードリテーナ２１４は、軸方向に
延び、半径方向に間隔を隔てた複数の環状の係合隆起部
２１６を含んでおり、隆起部２１６は、ブレードシャン
ク１９６の後面２１８及び隣接するディスクポスト２０
０の後面に係合する。シールワイヤ２１７は、二対の隣
接する係合隆起部２１６の各々の間の環状空間で支持さ
れ、冷却空気がブレードリテーナ２１４とブレードシャ
ンク１９６との間を通過するのを防ぐ。図２に流れ矢印
で示されるように、冷却空気は、段間冷却空気チャンバ
１４４から、冷却空気通路２０８に流れ、次いで第２段
ロータブレード６６の各々のシャンクと翼型部分内の冷
却通路（図示せず）に流れ込む。後部ブレードリテーナ
２１４は、後部ブレードリテーナ２１４とディスク６０
で支持される半径方向リップ２２２との間に配置された
割りリング２２０によって、第２段ディスク６０の下流
面の適所に保持される。リップ２２２は、第２段タービ
ンディスク６０の軸方向後方に間隔を隔てて配置され、
ディスク６０に対して半径方向に延びる。
【００３０】従って、段間シールリング１１２が、第１
及び第２段ロータディスク５２、６０間の冷却空気チャ
ンバ１４４への冷却空気のそれぞれの流れを制限するよ
うに環状外壁を形成し、その結果、冷却空気が、ロータ
ブレードの下のそれぞれの冷却流路に入り、冷却の目的
のためロータブレードに流れ込み、ロータブレードを通
過することは明らかであろう。ロータブレード冷却空気
の供給が、タービン入口温度を高めることを可能にし、
その結果、エンジンの熱効率を上昇させ、スラスト出力
を増大させることを可能にする。
【００３１】図８及び図９は、タービン段間シール及び
トルクリングの別の実施形態を示している。リング２３
０は、リング２３０がリング１１２の前部軸方向アーム
１２０に設けられている歯１５２を含まないことを除い
て、全体構造がリング１１２とほぼ同様である。従っ
て、前部アーム２３２は、第１段ブレード２３３のシャ
ンク２３５の後面２３１、及び第１段ディスク５２の後
面と面対面接触しているにすぎない。ブレード２３３の
ブレードシャンク２３５も、図２及び図４に示される実
施の形態におけるように、軸方向に延びる歯を含まな
い。
【００３２】図８及び図９に示される実施の形態では、
タービンとシールリングとの相対的な回転を最小にする
タービンとシールリングとの連結が、後部アーム２３４
上に設けられている。後部ディスク係合部材２３８によ
り支持され、そこから半径方向外方に延びる突出部２３
６が、一対の隣接する第２段ディスクポスト２０６間の
空間に突出し、タービンが回転するとき、該突出部は、
タービンの回転方向に応じて２つのポストのうち一方に
接触し、これによりタービンとシールリングとの更なる
相対的な回転を阻止する。リング構造体の対称性を維持
してリングの不均衡状態を回避するために、４つのこの
ような突出部を、シールリング２３０に９０°間隔で設
けることができる。
【００３３】当業者は理解できるであろうが、ここに図
示され説明されている型式の一体構造体としての段間シ
ールリングの構成は、タービンの組立作業を容易にす
る。第１段ディスクの後部側、及び第２段ディスクの前
部側に接触する別個の環状ブレードリテーナを設け、適
切に配向させる必要性が排除される。
【００３４】２つの環状ブレードリテーナを排除するこ
とによって、ロータブレードの良好な冷却が得られる。
このような環状ブレードリテーナはブレードシャンクの
上に重なるので、冷却空気をブレードシャンク冷却空気
通路に入れるため、リテーナに冷却空気穴を設けなけれ
ばならない。ブレードリテーナのこのような穴を通過す
る冷却空気は、圧力低下を受け、それにより冷却空気の
温度を上昇させる。しかしながら、ここに説明し図示し
た型式の段間シールリングを用いることにより、冷却空
気穴をもつ環状ブレードリテーナを使用する必要性を回
避し、そして、ブレードダブテール部とロータディスク
のスロットとの間の通路に向け、冷却空気を直接差し向
けて、環状ブレードリテーナと関連した冷却空気の圧力
低下を回避するという、付加的な利点が得られる。結果
的に、ここに説明し図示した型式の一体の段間シールリ
ングを用いると、タービンブレードに供給される冷却空
気は低温になり、それにより、タービン入口温度を上昇
させて熱効率とスラスト出力を増大させることが可能に
なるか、又は冷却空気の流量を減少させることが可能と
なる。
【００３５】本発明の特別の実施の形態を図示し説明し
てきたが、本発明の技術思想から逸脱することなく種々
の変更と修正をなし得ることは、当業者には明らかであ
ろう。従って、本発明の技術的範囲内にあるこのような
全ての変更と修正は、添付の特許請求の範囲に含まれる
ことを意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】 多段式タービンを備える航空機用ガスタービ
ンエンジンの長手方向断面図。
【図２】 段間トルク・シールリングの実施形態を含む
２段式タービンの拡大部分断面図。
【図３】 図２に示す段間トルク・シールリングの拡大
断面図。
【図４】 図２に示す第１段タービンディスクとロータ
ブレードの連結装置の拡大部分断面図。
【図５】 ロータブレード受入れスロットとそれらの間
のディスクポストを示す、ディスクの下流面における第
１段タービンディスクの外周部の部分斜視図。
【図６】 図２に示す第２段タービンディスクとロータ
ブレードの連結装置の拡大部分断面図。
【図７】 ロータブレード受入れスロットとそれらの間
のディスクポストを示す、ディスクの上流面における第
２段タービンディスクの外周部の部分斜視図。
【図８】 段間トルク・シールリングの別の実施形態の
部分断面図。
【図９】 第２段ディスクのポストに対する後部アーム
の回転防止突出部の位置を示す、図８の第２段タービン
ディスクの周辺部の部分図。
【符号の説明】
５０ タービン ５２ 第１段ディスク ５８ 第１段ブレード ６０ 第２段ディスク ６６ 第２段ブレード ６８ 駆動リング ７８ 駆動シャフト ９４ 第２段ノズル ９８ 第２段ノズル羽根 １１２ 段間リング １１４ 本体部材 １１８ 前部半径方向アーム １２０ 前部軸方向アーム １２２ 後部半径方向アーム １２４ 後部軸方向アーム １３０ 環状シール １３２ 空気通路 １４４ 冷却空気チャンバ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デニス・ユージーン・ムーア アメリカ合衆国、インディアナ州、コナー ズビル、ウエスト・11ティーエイチ・スト リート、126番 (72)発明者 リチャード・ウィリアム・アルブレヒト, ジュニア アメリカ合衆国、オハイオ州、フェアフィ ールド、パーク・メドウズ・コート、５番 Ｆターム(参考） 3G002 HA01 HA07 HA08 HA10

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 多段式タービン（５０）における一対の
    隣接したタービンロータ（５２、６０）間の空間をシー
    ルするための段間シールリング（１１２、２３０）であ
    って、 軸方向に間隔を隔て、ほぼ半径方向外方に延びる第１及
    び第２のアーム（１１８、１２２）を有するほぼディス
    ク形の本体部材（１１４）と、 前記第１の半径方向アーム（１１８）によって支持され
    たほぼ軸方向の前部アーム（１２０）と、 前記第２の半径方向アーム（１２２）によって支持さ
    れ、前記第１タービンロータ（５２）から軸方向に間隔
    を隔てた前記第２タービンロータ（６０）に係合するた
    めの後部係合面（１６０）を含む後部ディスク係合部材
    （１５８）を備えたほぼ軸方向の後部アーム（１２４）
    と、を含み、 前記段間シールリング（１１２、２３０）が、前記隣接
    するタービンロータディスク（５２、６０）間に橋渡し
    部材を形成して、前記隣接するタービンロータ（５２、
    ６０）間の空間（１４４）に供給される冷却空気が前記
    タービンロータ（５２、６０）により支持されるタービ
    ンロータブレード（５８、６６）内の冷却空気通路に流
    れ込むように、該冷却空気を制限しており、 前記前部アーム（１２０）と前記後部アーム（１２４）
    の少なくとも一方が、前記シールリング（１１２、２３
    ０）に前記隣接するタービンロータ（５２、６０）との
    相対的な回転を制限するため、前記隣接するタービンロ
    ータ（５２、６０）に係合する少なくとも１つの突出部
    （１５２、２３６）を含む、ことを特徴とする段間シー
    ルリング（１１２、２３０）。
  2. 【請求項２】 半径方向外方に延びる前記アーム（１１
    ８、１２２）が、固定環状シールリング（１３０）にシ
    ール係合するためのシール歯（１２６、１２８）で終わ
    ることを特徴とする、請求項１に記載の段間シールリン
    グ（１１２、２３０）。
  3. 【請求項３】 前記本体部材（１１４）がハブ（１１
    ６）を含み、前記前部及び後部アーム（１２０、１２
    ４）が、前記シール歯（１２６、１２８）と前記ハブ
    （１１６）との間の前記第１及び第２半径方向アーム
    （１１８、１２２）によって支持されることを特徴とす
    る、請求項２に記載の段間シールリング（１１２、２３
    ０）。
  4. 【請求項４】 前記少なくとも１つの突出部（１５２）
    が、前記前部アームによって支持されることを特徴とす
    る、請求項１に記載の段間シールリング（１１２、２３
    ０）。
  5. 【請求項５】 前記少なくとも１つの突出部（１５２）
    が、ほぼ軸方向に延びることを特徴とする、請求項４に
    記載の段間シールリング（１１２、２３０）。
  6. 【請求項６】 前記第１タービンロータ（５２）が、前
    記軸方向前部アーム（１２０）によって支持される前記
    少なくとも１つの突出部（１５２）と協働的に係合する
    ための軸方向後方に延びる突出部（１７２）を含むこと
    を特徴とする、請求項１に記載の段間シールリング（１
    １２、２３０）。
  7. 【請求項７】 前記少なくとも１つの突出部（２３６）
    が、前記後部アーム（２３４）によって支持されること
    を特徴とする、請求項１に記載の段間シールリング（１
    １２、２３０）。
  8. 【請求項８】 前記少なくとも１つの突出部（２３６）
    が、ほぼ半径方向に延びることを特徴とする、請求項７
    に記載の段間シールリング（１１２、２３０）。
  9. 【請求項９】 前記第２タービンロータ（６０）が、前
    記後部アーム（２３４）によって支持される前記少なく
    とも１つの突出部（２３６）に協働的に係合するための
    少なくとも１つの軸方向に延びる突出部（２０６）を含
    むことを特徴とする、請求項８に記載の段間シールリン
    グ（１１２、２３０）。
  10. 【請求項１０】 前記前部ディスク係合部材（１４８）
    が、前記前部アーム（１２０）に対してピボット回転可
    能なことを特徴とする、請求項１に記載の段間シールリ
    ング（１１２、２３０）。
  11. 【請求項１１】 前記後部アーム（１２４）が、前記第
    ２半径方向アーム（１２２）に対して傾斜し斜めに延び
    る部分（１５４）を含むことを特徴とする、請求項１に
    記載の段間シールリング（１１２、２３０）。
  12. 【請求項１２】 前記傾斜し斜めに延びる部分（１５
    ４）の前記第２半径方向アーム（１２２）に対する傾斜
    が約４０°であることを特徴とする、請求項１１に記載
    の段間シールリング（１１２、２３０）。
  13. 【請求項１３】 前記後部アーム（１２４）が、前記第
    ２半径方向アーム（１２２）に対して傾斜し斜めに延び
    る部分（１５４）と、該斜めに延びる部分（１５４）に
    結合され、そこから軸方向に延びる部分（１５６）とを
    含むことを特徴とする、請求項１に記載の段間シールリ
    ング（１１２、２３０）。
  14. 【請求項１４】 前記斜めに延びる部分（１５４）が、
    前記第２半径方向アーム（１２２）に連結されているこ
    とを特徴とする、請求項１３に記載の段間シールリング
    （１１２、２３０）。
  15. 【請求項１５】 前記第１及び第２半径方向アーム（１
    １８、１２２）の外端部が、互いに独立して撓み得るこ
    とを特徴とする、請求項１に記載の段間シールリング
    （１１２、２３０）。
  16. 【請求項１６】 前記後部アーム（１２４）が、前記第
    ２半径方向アーム（１２２）から延びる第１の傾斜部分
    （１５４）と、該傾斜部分（１５４）と前記第２タービ
    ンロータディスク（６０）に係合する前記係合面（１６
    ０）との間に延びる第２の軸方向部分とを含むことを特
    徴とする、請求項１に記載の段間シールリング（１１
    ２、２３０）。
  17. 【請求項１７】 一対の軸方向に間隔を隔てたタービン
    ロータ（５２、６０）を有する多段式タービン（５０）
    のためのタービン冷却システムであって、 一対の軸方向に隣接する第１及び第２タービンロータ
    （５２、６０）と、各タービンロータ（５２、６０）の
    ハブに隣接して配置され、共に回転するように前記隣接
    するロータを相互に連結する環状ロータディスク連結リ
    ング（６８、７０）と、該ディスク連結リングの半径方
    向外方に配置された段間シール部材（１１２、２３０）
    とによって形成された段間冷却チャンバ（１４４）と、 前記第１タービンロータ（５２）を貫通して延び、冷却
    空気を前記ロータ（５２）を通して前記段間冷却チャン
    バ（１４４）に送るための複数の冷却空気通路と、を備
    え、 前記段間シール部材（１１２、２３０）が、軸方向に間
    隔を隔て、ほぼ半径方向外方に延びる一対の第１及び第
    ２アーム（１１８、１２２）を有する、ほぼディスク形
    の本体部材（１１４）を含み、 前記第１半径方向アーム（１１８）から延び、前記第１
    タービンロータ（５２）に係合するためのディスク係合
    部材（１４８）で終わる前部アーム（１２０）と、 前記第２半径方向アーム（１２２）から延び、前記第１
    タービンロータから軸方向に間隔を隔てた前記第２段タ
    ービンロータ（６０）に係合するための後部係合部材
    （１５８）で終わる後部アーム（１２４）と、が設けら
    れ、 前記段間シール部材（１１２、２３０）が、該シール部
    材（１１２、２３０）とタービンロータ（５２、６０）
    との相対的な回転を制限するため、少なくとも１つのタ
    ービンロータ（５２、６０）に接触する少なくとも１つ
    の突出部（１５２、２３６）を含む、ことを特徴とする
    タービン冷却システム。
  18. 【請求項１８】 少なくとも１つのタービンロータ（５
    ２）が、前記冷却チャンバ（１４４）内に延びる軸方向
    突出部（１７２）を有するブレードシャンク（１６６）
    を含む複数のブレード（５８）を支持し、前記段間シー
    ル部材（１１２）によって支持される前記少なくとも１
    つの突出部（１５２）が、前記段間シール部材（１１
    ２）と前記タービンロータ（５２）との相対的な回転を
    制限するため、前記ブレードシャンク突出部（１７２）
    に接触することを特徴とする、請求項１７に記載のター
    ビン冷却システム。
  19. 【請求項１９】 前記段間シール部材（２３０）によっ
    て支持される前記少なくとも１つの突出部（２３６）
    が、前記シール部材（２３０）と前記タービンロータ
    （６０）との相対的な回転を制限するため、少なくとも
    １つのタービンロータ（６０）によって支持される軸方
    向突出部に接触することを特徴とする、請求項１７に記
    載のタービン冷却システム。
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