JP2003293704A - タービンエンジン用のシュラウドセグメント及び組立体 - Google Patents
タービンエンジン用のシュラウドセグメント及び組立体Info
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
- F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
- F01D25/246—Fastening of diaphragms or stator-rings
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
- F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
-
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- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
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- Y10T29/00—Metal working
- Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
- Y10T29/49316—Impeller making
- Y10T29/4932—Turbomachine making
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Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、低延性材料で作られたガスタービ
ンエンジンの空気冷却式シュラウドセグメントに関す
る。 【解決手段】 タービンエンジンのセグメント10は、本
体12と一体でかつそれからほぼ半径方向外向きに突出す
る突出部14を含む。突出部14は、少なくとも１つの複数
の間隔を置いて配置された端縁表面26-28間の、本体の
半径方向外側表面24のほぼ中間の表面部分に位置Ｘに決
めされるように選定される。突出部14は、本体の半径方
向外側表面24から間隔を置いて配置された突出部頭部30
と該突出部頭部30及び本体の半径方向外側表面24の両方
と一体の、移行表面34を有する突出部移行部分32とを含
む。移行部分32は、軸方向18及び円周方向16の少なくと
も１つにおいて突出部頭部30の断面より小さい断面を有
する。
ンエンジンの空気冷却式シュラウドセグメントに関す
る。 【解決手段】 タービンエンジンのセグメント10は、本
体12と一体でかつそれからほぼ半径方向外向きに突出す
る突出部14を含む。突出部14は、少なくとも１つの複数
の間隔を置いて配置された端縁表面26-28間の、本体の
半径方向外側表面24のほぼ中間の表面部分に位置Ｘに決
めされるように選定される。突出部14は、本体の半径方
向外側表面24から間隔を置いて配置された突出部頭部30
と該突出部頭部30及び本体の半径方向外側表面24の両方
と一体の、移行表面34を有する突出部移行部分32とを含
む。移行部分32は、軸方向18及び円周方向16の少なくと
も１つにおいて突出部頭部30の断面より小さい断面を有
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に、高温エ
ンジンガス流に曝される表面を含むタービンエンジンの
シュラウドセグメント及びシュラウドセグメント組立体
に関する。より具体的には、本発明は、例えばガスター
ビンエンジンのタービンセクション内で用いられ、低延
性材料で作られたガスタービンエンジンの空気冷却式シ
ュラウドセグメントに関する。
ンジンガス流に曝される表面を含むタービンエンジンの
シュラウドセグメント及びシュラウドセグメント組立体
に関する。より具体的には、本発明は、例えばガスター
ビンエンジンのタービンセクション内で用いられ、低延
性材料で作られたガスタービンエンジンの空気冷却式シ
ュラウドセグメントに関する。
【０００２】
【従来の技術】軸流式エンジンの軸線の周りで円周方向
に、かつ回転する翼配列部材の周り、例えばタービンブ
レードの周りで半径方向外側に組み立てられた、ガスタ
ービンエンジンの複数の固定シュラウドセグメントは、
ブレードを覆う半径方向外側流路境界の一部を形成す
る。ガスタービンエンジン技術の様々な形態において述
べられてきたように、回転ブレードの先端と固定シュラ
ウドセグメントの協働する並置された表面との間の作動
間隙をできるだけ緊密に維持して、エンジン作動効率を
高めるのが望ましい。タービンエンジンのシュラウド及
びこのようなシュラウド間隙に関する米国特許の代表的
な例には、特許文献１ないし特許文献４が含まれる。
に、かつ回転する翼配列部材の周り、例えばタービンブ
レードの周りで半径方向外側に組み立てられた、ガスタ
ービンエンジンの複数の固定シュラウドセグメントは、
ブレードを覆う半径方向外側流路境界の一部を形成す
る。ガスタービンエンジン技術の様々な形態において述
べられてきたように、回転ブレードの先端と固定シュラ
ウドセグメントの協働する並置された表面との間の作動
間隙をできるだけ緊密に維持して、エンジン作動効率を
高めるのが望ましい。タービンエンジンのシュラウド及
びこのようなシュラウド間隙に関する米国特許の代表的
な例には、特許文献１ないし特許文献４が含まれる。
【０００３】
【特許文献１】米国特許第5,071,313号
【特許文献２】特許公開平04-252824号
【特許文献３】特許公開平04-330302号
【特許文献４】米国特許第5,562,408号
【０００４】流路構成部品としてのその機能において、
シュラウドセグメント及び組立体は、設計されたエンジ
ン作動温度及び圧力環境で用いられるように選定された
設計寿命要求を満たす能力がなければならない。最新型
のガスタービンエンジンのタービンセクション流路内に
存在するような激しい温度及び圧力条件で現在の材料が
シュラウドとして有効に作動することができるために
は、シュラウドの半径方向外側部分に冷却空気を供給す
るのが常法であった。代表的な冷却構成の例は、先に特
定した特許の一部に述べられている。
シュラウドセグメント及び組立体は、設計されたエンジ
ン作動温度及び圧力環境で用いられるように選定された
設計寿命要求を満たす能力がなければならない。最新型
のガスタービンエンジンのタービンセクション流路内に
存在するような激しい温度及び圧力条件で現在の材料が
シュラウドとして有効に作動することができるために
は、シュラウドの半径方向外側部分に冷却空気を供給す
るのが常法であった。代表的な冷却構成の例は、先に特
定した特許の一部に述べられている。
【０００５】半径方向内側の回転ブレード周りのガスタ
ービンエンジンシュラウド組立体内のシュラウドセグメ
ントの半径方向内側表面又は流路表面は、円周方向に弧
状であり、ブレードの回転する先端の周りに環状の流路
表面を形成する。このような環状表面は、タービンブレ
ード先端に対するシール面である。シュラウドは、ター
ビンブレード間隙を制御する装置における主要な要素で
あるので、ガスタービンエンジンの作動中にシュラウド
のゆがみを最小にしてシュラウドの半径方向内側表面の
弧形すなわち「真円度」を維持することは、エンジンサ
イクルの性能低下を最小限にするのに役立つ。かかる真
円度をゆがめる傾向のある作動状態が幾つかある。
ービンエンジンシュラウド組立体内のシュラウドセグメ
ントの半径方向内側表面又は流路表面は、円周方向に弧
状であり、ブレードの回転する先端の周りに環状の流路
表面を形成する。このような環状表面は、タービンブレ
ード先端に対するシール面である。シュラウドは、ター
ビンブレード間隙を制御する装置における主要な要素で
あるので、ガスタービンエンジンの作動中にシュラウド
のゆがみを最小にしてシュラウドの半径方向内側表面の
弧形すなわち「真円度」を維持することは、エンジンサ
イクルの性能低下を最小限にするのに役立つ。かかる真
円度をゆがめる傾向のある作動状態が幾つかある。
【０００６】１つの状態は、冷却空気をシュラウドセグ
メントの半径方向外側部分に施すことであり、比較的高
い作動ガス流温度に曝される半径方向内側シュラウド表
面と冷却される半径方向外側表面との間の熱勾配すなわ
ち温度差をシュラウドセグメント内に作り出す。そのよ
うな熱勾配の１つの結果は、一般的に「コーディング」
と呼ばれるシュラウドセグメントの変形又はゆがみの形
態となる。シュラウド及びそのセグメントの少なくとも
半径方向内側表面又は流路表面は、円周方向に弧状にな
っており、ブレードの回転する先端の回りに環状の流路
表面を形成する。外側表面への冷却空気インピンジメン
トにより生じる、シュラウドの内面と外面との間の温度
勾配は、シュラウドセグメントの弧形をコードさせる
（弦状にさせる）、すなわち円周方向に真っ直ぐにさせ
る傾向がある。コーディングの結果として、シュラウド
セグメントの内側表面の円周方向端部分は、セグメント
の中央部分に対して半径方向外向きに移動する傾向があ
る。
メントの半径方向外側部分に施すことであり、比較的高
い作動ガス流温度に曝される半径方向内側シュラウド表
面と冷却される半径方向外側表面との間の熱勾配すなわ
ち温度差をシュラウドセグメント内に作り出す。そのよ
うな熱勾配の１つの結果は、一般的に「コーディング」
と呼ばれるシュラウドセグメントの変形又はゆがみの形
態となる。シュラウド及びそのセグメントの少なくとも
半径方向内側表面又は流路表面は、円周方向に弧状にな
っており、ブレードの回転する先端の回りに環状の流路
表面を形成する。外側表面への冷却空気インピンジメン
トにより生じる、シュラウドの内面と外面との間の温度
勾配は、シュラウドセグメントの弧形をコードさせる
（弦状にさせる）、すなわち円周方向に真っ直ぐにさせ
る傾向がある。コーディングの結果として、シュラウド
セグメントの内側表面の円周方向端部分は、セグメント
の中央部分に対して半径方向外向きに移動する傾向があ
る。
【０００７】このような熱勾配により生じる熱に加え
て、シュラウドセグメントに作用する、流体圧力による
ゆがみ力が生じる。このような力は、シュラウドセグメ
ントの半径方向外側表面にかかるより高圧の冷却空気と
シュラウドの半径方向内側表面にかかる軸方向に減少す
るより低圧のエンジンフローストリームとの間の流体圧
力差から生じる。エンジン作動中に冷却空気がシュラウ
ドの半径方向外側表面に対して実質的に一定の圧力に維
持される場合には、シュラウドセグメントにおけるこの
ような流体圧力差は、タービンがガス流から動力を取り
出すので、タービンセクション内のエンジンの軸方向下
流側で増大する。この作用は、フローストリーム圧力を
次第に減少させる。このような圧力差は、シュラウドセ
グメントの軸方向端部分を、軸方向後方部又は下流部分
を余計に半径方向内向きに押しやる。
て、シュラウドセグメントに作用する、流体圧力による
ゆがみ力が生じる。このような力は、シュラウドセグメ
ントの半径方向外側表面にかかるより高圧の冷却空気と
シュラウドの半径方向内側表面にかかる軸方向に減少す
るより低圧のエンジンフローストリームとの間の流体圧
力差から生じる。エンジン作動中に冷却空気がシュラウ
ドの半径方向外側表面に対して実質的に一定の圧力に維
持される場合には、シュラウドセグメントにおけるこの
ような流体圧力差は、タービンがガス流から動力を取り
出すので、タービンセクション内のエンジンの軸方向下
流側で増大する。この作用は、フローストリーム圧力を
次第に減少させる。このような圧力差は、シュラウドセ
グメントの軸方向端部分を、軸方向後方部又は下流部分
を余計に半径方向内向きに押しやる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従って、複合の列の力
及び圧力が、エンジン作動中にタービンエンジンのシュ
ラウドセグメントをゆがませ、また該シュラウドセグメ
ントに圧力を加えるように作用して、シュラウドセグメ
ント組立体の弧状の半径方向内側表面の真円度を変化さ
せる。このようなタービンエンジンシュラウド及びシュ
ラウド組立体の設計においては、シュラウドセグメント
を変形させ又はゆがませるように作用するこのような力
及び圧力を補償することが望ましい。
及び圧力が、エンジン作動中にタービンエンジンのシュ
ラウドセグメントをゆがませ、また該シュラウドセグメ
ントに圧力を加えるように作用して、シュラウドセグメ
ント組立体の弧状の半径方向内側表面の真円度を変化さ
せる。このようなタービンエンジンシュラウド及びシュ
ラウド組立体の設計においては、シュラウドセグメント
を変形させ又はゆがませるように作用するこのような力
及び圧力を補償することが望ましい。
【０００９】シュラウド及びシュラウドセグメントとし
て今日一般的に用いられる金属タイプの材料は、熱勾配
及び圧力差による力から生じるこのような変形又はゆが
みに対してシュラウドが抑止されるのに十分な大きさの
強度及び靭性を含む機械的特性を有する。このような抑
止の例には、例えば特許文献３に述べられた公知のサイ
ドレールタイプの構造又はCクリップタイプのシール構
造が含まれる。この種の抑止及びシールは、少なくとも
シュラウドの１端に圧縮力を加えて、コーディング又は
他のゆがみを抑止する。
て今日一般的に用いられる金属タイプの材料は、熱勾配
及び圧力差による力から生じるこのような変形又はゆが
みに対してシュラウドが抑止されるのに十分な大きさの
強度及び靭性を含む機械的特性を有する。このような抑
止の例には、例えば特許文献３に述べられた公知のサイ
ドレールタイプの構造又はCクリップタイプのシール構
造が含まれる。この種の抑止及びシールは、少なくとも
シュラウドの１端に圧縮力を加えて、コーディング又は
他のゆがみを抑止する。
【００１０】最近のガスタービンエンジン開発により、
シュラウドセグメント及び他の構成部品のようなより高
温の用途で用いるために、現在使用されている金属タイ
プの材料よりもより高い耐高温性能を有する幾つかの材
料が提案されている。しかしながら、このような材料
は、その形態がセラミック母材複合物（ＣＭＣ）と呼ば
れ市販されており、シュラウドセグメントのような部品
の設計及び実用において考慮されなければならない機械
的特性を有している。例えば、後に述べるように、ＣＭ
Ｃタイプの材料は、金属材料と比較した場合には比較的
低い引張延性を有しすなわち破壊に至るまでのひずみが
少ない。また、ＣＭＣタイプの材料は、金属シュラウド
用の拘束支持体すなわちハンガとして用いられ、ＣＭＣ
材料と共に用いられることが望まれる市販の金属合金と
は著しく異なり、約１．５〜５マイクロインチ／インチ
／°Ｆの範囲の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する。このよ
うな金属合金は、一般的に約７〜１０マイクロインチ／
インチ／°Ｆの範囲のＣＴＥを有する。従って、ＣＭＣ
タイプのシュラウドセグメントが、作動中に拘束されて
１つの表面が冷却される場合、セグメントの破壊をもた
らすほどの力がＣＭＣタイプのセグメントには発生する
可能性がある。
シュラウドセグメント及び他の構成部品のようなより高
温の用途で用いるために、現在使用されている金属タイ
プの材料よりもより高い耐高温性能を有する幾つかの材
料が提案されている。しかしながら、このような材料
は、その形態がセラミック母材複合物（ＣＭＣ）と呼ば
れ市販されており、シュラウドセグメントのような部品
の設計及び実用において考慮されなければならない機械
的特性を有している。例えば、後に述べるように、ＣＭ
Ｃタイプの材料は、金属材料と比較した場合には比較的
低い引張延性を有しすなわち破壊に至るまでのひずみが
少ない。また、ＣＭＣタイプの材料は、金属シュラウド
用の拘束支持体すなわちハンガとして用いられ、ＣＭＣ
材料と共に用いられることが望まれる市販の金属合金と
は著しく異なり、約１．５〜５マイクロインチ／インチ
／°Ｆの範囲の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する。このよ
うな金属合金は、一般的に約７〜１０マイクロインチ／
インチ／°Ｆの範囲のＣＴＥを有する。従って、ＣＭＣ
タイプのシュラウドセグメントが、作動中に拘束されて
１つの表面が冷却される場合、セグメントの破壊をもた
らすほどの力がＣＭＣタイプのセグメントには発生する
可能性がある。
【００１１】一般的に、市販されているＣＭＣ材料は、
例えばＳｉＣ用のセラミックタイプの繊維を含み、その
形態はＢＮのようなコンプライアント材料で被覆され
る。この繊維は、セラミックタイプの母材中に組み込ま
れ、その１つの形態はＳｉＣである。一般的に、ＣＭＣ
タイプの材料は、約１％より大きくない室温引張延性を
有しており、これが本明細書では低引張延性材料を定め
意味するのに用いられる。一般的にＣＭＣタイプの材料
は、約０．４〜０．７％の範囲の室温引張延性を有す
る。ＣＭＣタイプの材料を、少なくとも約５％、例えば
約５〜１５％の範囲にある室温引張延性を有する金属シ
ュラウド材料及び／又は支持構造体すなわちハンガ材料
と比較する。ＣＭＣタイプの材料から作られたシュラウ
ドセグメントは、金属タイプの材料の耐高温能力より幾
分か高い耐高温能力を有してはいるが、上述した現在用
いられているタイプの圧縮力、或いはコーディング及び
他の変形又はゆがみに対する類似の拘束力には耐えるこ
とができない。それらは、例えば比較的小さい曲がり又
はフィレットが付けられた表面区域に生じるような応力
上昇タイプの特性にも、セラミックタイプの材料が一般
的に受ける損傷又は破壊を受けることのない状態で、耐
えることができない。更に、部品をＣＭＣ材料により製
作することは、セラミック母材中の比較的脆いセラミッ
クタイプの繊維の破損を防止するために、そのような比
較的小さいフィレットの周りでＳｉＣ繊維を曲げるのを
制限する。このような低延性材料のシュラウドを、特に
該セグメントを支持するシュラウド支持体すなわちハン
ガと組合せるか又は組み立てて、該セグメントに過度の
圧力を加えることなく端部分をその周りでの漏洩からシ
ールするための適当な表面を備えた状態で設けることに
より、その目的のためにＣＭＣ材料のより高い耐高温能
力を有利に利用することが可能になる。
例えばＳｉＣ用のセラミックタイプの繊維を含み、その
形態はＢＮのようなコンプライアント材料で被覆され
る。この繊維は、セラミックタイプの母材中に組み込ま
れ、その１つの形態はＳｉＣである。一般的に、ＣＭＣ
タイプの材料は、約１％より大きくない室温引張延性を
有しており、これが本明細書では低引張延性材料を定め
意味するのに用いられる。一般的にＣＭＣタイプの材料
は、約０．４〜０．７％の範囲の室温引張延性を有す
る。ＣＭＣタイプの材料を、少なくとも約５％、例えば
約５〜１５％の範囲にある室温引張延性を有する金属シ
ュラウド材料及び／又は支持構造体すなわちハンガ材料
と比較する。ＣＭＣタイプの材料から作られたシュラウ
ドセグメントは、金属タイプの材料の耐高温能力より幾
分か高い耐高温能力を有してはいるが、上述した現在用
いられているタイプの圧縮力、或いはコーディング及び
他の変形又はゆがみに対する類似の拘束力には耐えるこ
とができない。それらは、例えば比較的小さい曲がり又
はフィレットが付けられた表面区域に生じるような応力
上昇タイプの特性にも、セラミックタイプの材料が一般
的に受ける損傷又は破壊を受けることのない状態で、耐
えることができない。更に、部品をＣＭＣ材料により製
作することは、セラミック母材中の比較的脆いセラミッ
クタイプの繊維の破損を防止するために、そのような比
較的小さいフィレットの周りでＳｉＣ繊維を曲げるのを
制限する。このような低延性材料のシュラウドを、特に
該セグメントを支持するシュラウド支持体すなわちハン
ガと組合せるか又は組み立てて、該セグメントに過度の
圧力を加えることなく端部分をその周りでの漏洩からシ
ールするための適当な表面を備えた状態で設けることに
より、その目的のためにＣＭＣ材料のより高い耐高温能
力を有利に利用することが可能になる。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の形態は、例えば
シュラウド組立体にシュラウドハンガで取り付けるため
のタービンエンジンのシュラウドセグメント、及びその
ようなシュラウドを製作する方法を提供する。シュラウ
ドセグメントは、シュラウドセグメント本体と該シュラ
ウドセグメント本体と一体でありかつそれからほぼ半径
方向外向きに突出するシュラウドセグメント突出部とを
含む。シュラウドセグメント本体は、半径方向内側表面
と、半径方向外側表面と、該内側表面及び外側表面の各
々とかつそれらの間に接続された、１つの例では一対の
ような第１の複数の間隔を置いて配置された軸方向端縁
表面と、該内側表面及び外側表面の各々とかつそれらの
間に接続された、１つの例では一対のような第２の複数
の間隔を置いて配置された円周方向端縁表面とを含む。
シュラウド組立体にシュラウドハンガで取り付けるため
のタービンエンジンのシュラウドセグメント、及びその
ようなシュラウドを製作する方法を提供する。シュラウ
ドセグメントは、シュラウドセグメント本体と該シュラ
ウドセグメント本体と一体でありかつそれからほぼ半径
方向外向きに突出するシュラウドセグメント突出部とを
含む。シュラウドセグメント本体は、半径方向内側表面
と、半径方向外側表面と、該内側表面及び外側表面の各
々とかつそれらの間に接続された、１つの例では一対の
ような第１の複数の間隔を置いて配置された軸方向端縁
表面と、該内側表面及び外側表面の各々とかつそれらの
間に接続された、１つの例では一対のような第２の複数
の間隔を置いて配置された円周方向端縁表面とを含む。
【００１３】シュラウドセグメントは、シュラウド本体
の半径方向外側表面と一体でありかつそれからほぼ半径
方向外向きに延びるシュラウドセグメント突出部を含
む。突出部は、第１及び第２のうちの少なくとも１つの
複数の端縁表面間のほぼ中間の表面部分において、間隔
を置いて配置された本体の半径方向外側表面上に配置さ
れる。突出部がほぼ円周方向端縁表面の間を延びるシュ
ラウドセグメントの１つの実施形態において、突出部
は、作動中にシュラウドセグメントが受ける流体圧力差
の関数として、軸方向端縁表面の間の位置において本体
の半径方向外側表面上に設置される。かかる位置は、セ
グメントの軸方向前方端縁表面と後方端縁表面間のほぼ
圧力差の中間点又は釣り合い位置であり、エンジン作動
中にセグメント本体を支持する突出部に対する力の差を
減少させかつ好ましくはそれを実質的に排除する。冷却
空気とエンジンフローストリームとの間の圧力差は、作
動中に、動力がガスタービンを通るフローストリームか
ら取り出されるにつれて、セグメントの軸方向前方から
後方まで増大するので、突出部は、一般的にセグメント
のより軸方向後方部分寄りに配置される。
の半径方向外側表面と一体でありかつそれからほぼ半径
方向外向きに延びるシュラウドセグメント突出部を含
む。突出部は、第１及び第２のうちの少なくとも１つの
複数の端縁表面間のほぼ中間の表面部分において、間隔
を置いて配置された本体の半径方向外側表面上に配置さ
れる。突出部がほぼ円周方向端縁表面の間を延びるシュ
ラウドセグメントの１つの実施形態において、突出部
は、作動中にシュラウドセグメントが受ける流体圧力差
の関数として、軸方向端縁表面の間の位置において本体
の半径方向外側表面上に設置される。かかる位置は、セ
グメントの軸方向前方端縁表面と後方端縁表面間のほぼ
圧力差の中間点又は釣り合い位置であり、エンジン作動
中にセグメント本体を支持する突出部に対する力の差を
減少させかつ好ましくはそれを実質的に排除する。冷却
空気とエンジンフローストリームとの間の圧力差は、作
動中に、動力がガスタービンを通るフローストリームか
ら取り出されるにつれて、セグメントの軸方向前方から
後方まで増大するので、突出部は、一般的にセグメント
のより軸方向後方部分寄りに配置される。
【００１４】突出部は、本体の半径方向外側表面から間
隔を置いて配置された突出部頭部と、移行表面を有し、
突出部頭部及び該本体の半径方向外側表面の中間部分の
両方と一体である突出部移行部分とを含む。突出部頭部
と本体の半径方向外側表面との間の突出部移行部分は、
少なくとも軸方向及び円周方向の１つにおいて突出部頭
部より断面が小さい。低延性材料、例えばＣＭＣを用い
る場合には、移行部分における応力上昇タイプの状態を
避けるために移行表面は弓形である。本体と一体の突出
部の１つの実施形態は、「ダブテール」形状と呼ばれる
こともある。
隔を置いて配置された突出部頭部と、移行表面を有し、
突出部頭部及び該本体の半径方向外側表面の中間部分の
両方と一体である突出部移行部分とを含む。突出部頭部
と本体の半径方向外側表面との間の突出部移行部分は、
少なくとも軸方向及び円周方向の１つにおいて突出部頭
部より断面が小さい。低延性材料、例えばＣＭＣを用い
る場合には、移行部分における応力上昇タイプの状態を
避けるために移行表面は弓形である。本体と一体の突出
部の１つの実施形態は、「ダブテール」形状と呼ばれる
こともある。
【００１５】本発明の別の形態は、タービンエンジンの
シュラウド組立体であり、該シュラウド組立体は、円周
方向に組み立てられてセグメント化されたタービンエン
ジンシュラウドを形成する上述の複数のシュラウドセグ
メントと該シュラウドセグメントを支持するシュラウド
ハンガとを含む。シュラウドハンガは、互いに対向する
少なくとも一対の間隔を置いて配置されたハンガの半径
方向内側フック部材で終わるハンガ空洞を形成するハン
ガの半径方向内側表面を含み、フック部材の各々は、例
えば、間隔を置いて配置されたハンガの半径方向内側フ
ック部分のような端部分を含む。各端部分は、ハンガ空
洞の半径方向内側表面の一部分を形成する端部分の内側
表面を含み、シュラウドセグメント突出部の移行表面に
おいてシュラウドセグメント突出部と整合して協働し該
突出部を支持するような形状にされている。１つの実施
形態において、シュラウドハンガは、シュラウドセグメ
ントを円周方向、半径方向及び軸方向の少なくとも１つ
において位置決めするためのシュラウドセグメント位置
決め部材を含む。例えば、このような部材は、突出部頭
部の凹部において又はその内部に受けられた、半径方向
内向きに配置され予荷重を掛けられたピンであり、該ピ
ンは、突出部の移行表面をハンガ端部分の内側表面に向
かって該内側表面と接触するように押圧するのに十分な
ほぼ半径方向内向きの圧力を突出部頭部に加える。
シュラウド組立体であり、該シュラウド組立体は、円周
方向に組み立てられてセグメント化されたタービンエン
ジンシュラウドを形成する上述の複数のシュラウドセグ
メントと該シュラウドセグメントを支持するシュラウド
ハンガとを含む。シュラウドハンガは、互いに対向する
少なくとも一対の間隔を置いて配置されたハンガの半径
方向内側フック部材で終わるハンガ空洞を形成するハン
ガの半径方向内側表面を含み、フック部材の各々は、例
えば、間隔を置いて配置されたハンガの半径方向内側フ
ック部分のような端部分を含む。各端部分は、ハンガ空
洞の半径方向内側表面の一部分を形成する端部分の内側
表面を含み、シュラウドセグメント突出部の移行表面に
おいてシュラウドセグメント突出部と整合して協働し該
突出部を支持するような形状にされている。１つの実施
形態において、シュラウドハンガは、シュラウドセグメ
ントを円周方向、半径方向及び軸方向の少なくとも１つ
において位置決めするためのシュラウドセグメント位置
決め部材を含む。例えば、このような部材は、突出部頭
部の凹部において又はその内部に受けられた、半径方向
内向きに配置され予荷重を掛けられたピンであり、該ピ
ンは、突出部の移行表面をハンガ端部分の内側表面に向
かって該内側表面と接触するように押圧するのに十分な
ほぼ半径方向内向きの圧力を突出部頭部に加える。
【００１６】
【発明の実施の形態】例えば、米国特許第5,562,408号
で説明している一般的なタイプの軸流式ガスタービンエ
ンジンに関して、本発明を説明することにする。このよ
うなエンジンは、ほぼ前方から後方まで直列に流体連通
する、１つ又はそれ以上の圧縮機と、燃焼セクション
と、長手方向のエンジン軸線の周りに軸対称に配置され
た１つ又はそれ以上のタービンセクションとを含む。従
って、本明細書で用いるように、例えば「軸方向前方」
及び「軸方向後方」のような「軸方向」という用語を用
いる表現は、エンジン軸線に対する相対位置の方向であ
り、「円周方向」という用語の形態を用いる表現は、エ
ンジン軸線のほぼ周りの円周方向の位置を指し、また例
えば「半径方向内側」及び「半径方向外側」のような
「半径方向」という用語の形態を用いる表現は、ほぼエ
ンジン軸線からの相対的半径方向位置を指す。
で説明している一般的なタイプの軸流式ガスタービンエ
ンジンに関して、本発明を説明することにする。このよ
うなエンジンは、ほぼ前方から後方まで直列に流体連通
する、１つ又はそれ以上の圧縮機と、燃焼セクション
と、長手方向のエンジン軸線の周りに軸対称に配置され
た１つ又はそれ以上のタービンセクションとを含む。従
って、本明細書で用いるように、例えば「軸方向前方」
及び「軸方向後方」のような「軸方向」という用語を用
いる表現は、エンジン軸線に対する相対位置の方向であ
り、「円周方向」という用語の形態を用いる表現は、エ
ンジン軸線のほぼ周りの円周方向の位置を指し、また例
えば「半径方向内側」及び「半径方向外側」のような
「半径方向」という用語の形態を用いる表現は、ほぼエ
ンジン軸線からの相対的半径方向位置を指す。
【００１７】図１の概略斜視図は、全体を符号１０で表
すシュラウドセグメントを示し、該シュラウドセグメン
トは、シュラウド本体１２と全体を符号１４で示すシュ
ラウドセグメント突出部とを含む。図１では、突出部１
４は、タービン技術界ではダブテール形状と呼ばれるこ
ともある形状で示されている。図１の実施形態におい
て、タービンエンジン内でのシュラウドセグメント１０
の配向は、それぞれエンジンの円周方向、軸方向及び半
径方向を表わす矢印１６、１８及び２０で示される。
すシュラウドセグメントを示し、該シュラウドセグメン
トは、シュラウド本体１２と全体を符号１４で示すシュ
ラウドセグメント突出部とを含む。図１では、突出部１
４は、タービン技術界ではダブテール形状と呼ばれるこ
ともある形状で示されている。図１の実施形態におい
て、タービンエンジン内でのシュラウドセグメント１０
の配向は、それぞれエンジンの円周方向、軸方向及び半
径方向を表わす矢印１６、１８及び２０で示される。
【００１８】シュラウドセグメント本体１２は、円周方
向１６において弓形であるように示される半径方向内側
表面２２と、半径方向外側表面２４と、軸方向前方端縁
表面２６及び軸方向後方端縁表面２７を含む第１の複数
の間隔を置いて配置された軸方向端縁表面と、第２の複
数の間隔を置いて配置された円周方向端縁表面２８とを
含む。図１の実施形態で対をなす表面とし示される軸方
向及び円周方向端縁表面は、シュラウドセグメント本体
の半径方向内側表面２２及び半径方向外側表面２４とか
つそれらの間に接続されて、それらの間にシュラウドセ
グメント本体１２を形成する。シュラウドセグメント突
出部１４は、シュラウドセグメント本体の半径方向外側
表面２４と一体でありかつそれからほぼ半径方向外向き
に延びる。突出部１４は、シュラウド本体の半径方向外
側表面から間隔を置いて配置された突出部頭部３０と、
移行表面３４を有する突出部移行部分すなわち頸部３２
とを含む。移行部分３２は、シュラウドセグメント本体
の半径方向外側表面２４及び突出部頭部３０の両方と一
体であり、図面に示すように、突出部頭部３０の断面よ
り小さい断面を有する。
向１６において弓形であるように示される半径方向内側
表面２２と、半径方向外側表面２４と、軸方向前方端縁
表面２６及び軸方向後方端縁表面２７を含む第１の複数
の間隔を置いて配置された軸方向端縁表面と、第２の複
数の間隔を置いて配置された円周方向端縁表面２８とを
含む。図１の実施形態で対をなす表面とし示される軸方
向及び円周方向端縁表面は、シュラウドセグメント本体
の半径方向内側表面２２及び半径方向外側表面２４とか
つそれらの間に接続されて、それらの間にシュラウドセ
グメント本体１２を形成する。シュラウドセグメント突
出部１４は、シュラウドセグメント本体の半径方向外側
表面２４と一体でありかつそれからほぼ半径方向外向き
に延びる。突出部１４は、シュラウド本体の半径方向外
側表面から間隔を置いて配置された突出部頭部３０と、
移行表面３４を有する突出部移行部分すなわち頸部３２
とを含む。移行部分３２は、シュラウドセグメント本体
の半径方向外側表面２４及び突出部頭部３０の両方と一
体であり、図面に示すように、突出部頭部３０の断面よ
り小さい断面を有する。
【００１９】図１の実施形態において、突出部１４は、
円周方向端縁表面２８の間を延び、シュラウドセグメン
ト本体の半径方向外側表面２４のほぼ中央部分上に軸方
向端縁表面２６及び２７から間隔を置いて配置される。
突出部１４は、距離３６より大きい距離３８で表わされ
るように軸方向前方端縁表面２６に対してよりも、距離
３６で表われるように軸方向後方端縁表面２７に対して
軸方向により近接して配置される。軸方向前方端縁表面
と軸方向後方端縁表面との間における、シュラウド１０
の軸方向後方部分により近接した突出部１４のかかる相
対的位置は、エンジン作動中にシュラウドセグメントが
受ける上述の流体圧力差の関数として選定される。この
ような「オフセンタ」タイプの位置決めは、エンジン作
動中にシュラウド本体１２を支持する突出部１４に作用
する力を減少させかつ好ましくは釣り合わせる。このよ
うな力は、エンジン作動中にシュラウドセグメント１０
にわたる可変圧力差から生じて、例えば図５に示すよう
に、タービンフローストリーム圧力がタービンの下流側
で減少するので、エンジンの軸方向後方方向１８で増大
する。シュラウドセグメント突出部に掛かる力をこのよ
うに減少又は釣り合わせることは、シュラウドセグメン
トが低延性材料で作られる実施形態においては特に重要
であり、シュラウド本体を支持する突出部に掛かる損傷
を与える可能性がある有害な力が、少なくとも減少され
る。
円周方向端縁表面２８の間を延び、シュラウドセグメン
ト本体の半径方向外側表面２４のほぼ中央部分上に軸方
向端縁表面２６及び２７から間隔を置いて配置される。
突出部１４は、距離３６より大きい距離３８で表わされ
るように軸方向前方端縁表面２６に対してよりも、距離
３６で表われるように軸方向後方端縁表面２７に対して
軸方向により近接して配置される。軸方向前方端縁表面
と軸方向後方端縁表面との間における、シュラウド１０
の軸方向後方部分により近接した突出部１４のかかる相
対的位置は、エンジン作動中にシュラウドセグメントが
受ける上述の流体圧力差の関数として選定される。この
ような「オフセンタ」タイプの位置決めは、エンジン作
動中にシュラウド本体１２を支持する突出部１４に作用
する力を減少させかつ好ましくは釣り合わせる。このよ
うな力は、エンジン作動中にシュラウドセグメント１０
にわたる可変圧力差から生じて、例えば図５に示すよう
に、タービンフローストリーム圧力がタービンの下流側
で減少するので、エンジンの軸方向後方方向１８で増大
する。シュラウドセグメント突出部に掛かる力をこのよ
うに減少又は釣り合わせることは、シュラウドセグメン
トが低延性材料で作られる実施形態においては特に重要
であり、シュラウド本体を支持する突出部に掛かる損傷
を与える可能性がある有害な力が、少なくとも減少され
る。
【００２０】図２は、図１の線２−２に沿って円周方向
に切断したシュラウドセグメント１０の一部分の拡大部
分断面図である。図２は、突出部１４のほぼ近傍におけ
るシュラウドセグメント１０の部材及び表面の実施形態
をより明確にかつ詳細に示す。図２において、図３に示
すようなシュラウドハンガと整合するようになっている
突出部移行表面３４の一部分は、協働するハンガ表面と
容易に形状が合致するように平坦面になっていることが
好ましい。このような協働する平坦な表面は、シュラウ
ドセグメントがＣＭＣ材料で作られる場合に、移行表面
３４に掛かる望ましくない力を減少させる上で特に好ま
しい。
に切断したシュラウドセグメント１０の一部分の拡大部
分断面図である。図２は、突出部１４のほぼ近傍におけ
るシュラウドセグメント１０の部材及び表面の実施形態
をより明確にかつ詳細に示す。図２において、図３に示
すようなシュラウドハンガと整合するようになっている
突出部移行表面３４の一部分は、協働するハンガ表面と
容易に形状が合致するように平坦面になっていることが
好ましい。このような協働する平坦な表面は、シュラウ
ドセグメントがＣＭＣ材料で作られる場合に、移行表面
３４に掛かる望ましくない力を減少させる上で特に好ま
しい。
【００２１】図３は、全体を符号４０として示すシュラ
ウドセグメントハンガの１つの一般的な実施形態の概略
部分断面図である。シュラウドセグメントハンガ４０
は、ハンガ空洞４６を形成するハンガの半径方向内側表
面４４を含み、ハンガ空洞４６におけるハンガ４０は、
互いにほぼ軸方向に対向しかつフック端部分５０で終わ
る少なくとも一対の間隔を置いて配置された半径方向内
側フック部材４８を含む。各端部分５０は、端部分内側
表面５２を含む。内側表面５２は、移行表面３４の少な
くとも協働する部分と形状が合致するのが好ましく、図
２に示すように突出部頸部３２の平坦な移行表面３４と
より容易に合致するように平坦であるのが好ましい。従
って、内側表面５２は、ハンガ空洞４６の一部分を形成
しかつシュラウドセグメント突出部の移行表面３４にお
いて図１のシュラウドセグメント突出部１４と整合して
協働しかつそれを支持するような形状にされる。図３の
実施形態において、シュラウドハンガ４０は、軸方向に
間隔を置いて配置された第１及び第２のシュラウドセグ
メント安定アーム５３を含み、該安定アームは、半径方
向内向きに配置された安定アーム端部分５５を含む。
ウドセグメントハンガの１つの一般的な実施形態の概略
部分断面図である。シュラウドセグメントハンガ４０
は、ハンガ空洞４６を形成するハンガの半径方向内側表
面４４を含み、ハンガ空洞４６におけるハンガ４０は、
互いにほぼ軸方向に対向しかつフック端部分５０で終わ
る少なくとも一対の間隔を置いて配置された半径方向内
側フック部材４８を含む。各端部分５０は、端部分内側
表面５２を含む。内側表面５２は、移行表面３４の少な
くとも協働する部分と形状が合致するのが好ましく、図
２に示すように突出部頸部３２の平坦な移行表面３４と
より容易に合致するように平坦であるのが好ましい。従
って、内側表面５２は、ハンガ空洞４６の一部分を形成
しかつシュラウドセグメント突出部の移行表面３４にお
いて図１のシュラウドセグメント突出部１４と整合して
協働しかつそれを支持するような形状にされる。図３の
実施形態において、シュラウドハンガ４０は、軸方向に
間隔を置いて配置された第１及び第２のシュラウドセグ
メント安定アーム５３を含み、該安定アームは、半径方
向内向きに配置された安定アーム端部分５５を含む。
【００２２】図４は、図３のシュラウドハンガ４０のよ
り詳細な実施形態を備えるガスタービンエンジン内の組
立体の図１のシュラウドセグメントの円周方向１６にお
ける概略部分断面図である。このような組立体におい
て、シュラウドセグメント１０は、エンジンのタービン
セクション内に配置された複数の円周方向に配置された
隣接するシュラウドセグメントの１つである。このよう
な組立体において、シュラウドセグメント１０は、突出
部１４において、全体を符号４０で示す固定シュラウド
ハンガにより突出部移行部分表面３４と協働する該シュ
ラウドハンガの端部分内側表面５２で支持される。従っ
て、シュラウド本体の半径方向内側表面２２は、全体が
米国特許第5,562,408号にほぼ示されるように回転ター
ビンブレード４２の先端４１と並置される。上述のよう
に、シュラウドセグメント１０は、シュラウドセグメン
ト突出部１４によって、シュラウドセグメントの軸方向
前方表面２６によりもシュラウドセグメントの軸方向後
方表面２７の方により近接した位置において、シュラウ
ドセグメントハンガ４０により支持される。この位置決
めにより、エンジン作動中にシュラウドセグメント突出
部１４に作用する力は減少される。
り詳細な実施形態を備えるガスタービンエンジン内の組
立体の図１のシュラウドセグメントの円周方向１６にお
ける概略部分断面図である。このような組立体におい
て、シュラウドセグメント１０は、エンジンのタービン
セクション内に配置された複数の円周方向に配置された
隣接するシュラウドセグメントの１つである。このよう
な組立体において、シュラウドセグメント１０は、突出
部１４において、全体を符号４０で示す固定シュラウド
ハンガにより突出部移行部分表面３４と協働する該シュ
ラウドハンガの端部分内側表面５２で支持される。従っ
て、シュラウド本体の半径方向内側表面２２は、全体が
米国特許第5,562,408号にほぼ示されるように回転ター
ビンブレード４２の先端４１と並置される。上述のよう
に、シュラウドセグメント１０は、シュラウドセグメン
ト突出部１４によって、シュラウドセグメントの軸方向
前方表面２６によりもシュラウドセグメントの軸方向後
方表面２７の方により近接した位置において、シュラウ
ドセグメントハンガ４０により支持される。この位置決
めにより、エンジン作動中にシュラウドセグメント突出
部１４に作用する力は減少される。
【００２３】図４の組立体のより詳細な図において、シ
ュラウドハンガ４０は、ハンガ４０と組み合わされたピ
ンの形態で示すシュラウドセグメント位置決め部材５４
を含む。図４の実施形態において、位置決め部材５４
は、ハンガ４０を貫通して延び突出部頭部３０と整合し
てシュラウドセグメント１０の位置を円周方向、軸方向
及び半径方向の少なくとも１つにおいて維持する。その
特定の実例において、部材は、頭部３０の凹部４９内で
該頭部３０と整合して、シュラウドセグメント１０の位
置を全ての３つの方向において維持する。図示するよう
に、部材５４は、突出部移行部分表面３４をハンガ端部
分表面５２に向かってかつそれと接触するように押圧す
るのに十分な半径方向内向きの圧力を突出部頭部３０に
加えるように、半径方向内向きに予荷重が掛けられてい
る。更に、その実施形態においては、シュラウドセグメ
ント１０のシュラウドハンガ４０との組立体は、それぞ
れシュラウド本体の軸方向前方表面２６及び後方表面２
７においてシュラウドセグメント本体の半径方向外側表
面に対して配置された各々の安定アーム５３の半径方向
内側部分に、ハンガ４０とシュラウドセグメント１０と
の間の全体を符号５６で示す軸方向前方及び後方シール
を含む。このようなシールは、例えばシュラウドセグメ
ント本体の半径方向外側表面２４と並置されたハンガア
ーム５３の端部分５５の凹部６０内で協働する、特許公
開平04-330302号に示すタイプの棒状シール５８の形態
で図４に示されている。シールは、シュラウドセグメン
ト１０の半径方向外側表面に施される冷却流体すなわち
空気の漏洩を減少させる。ガスタービンエンジン技術界
においては一般的に、このような冷却空気は、シュラウ
ドセグメント半径方向内側表面２２に隣接するエンジン
フローストリームの圧力より大きい圧力で、流路（図示
せず）を通してハンガ空洞６２及び６４中に供給され
る。
ュラウドハンガ４０は、ハンガ４０と組み合わされたピ
ンの形態で示すシュラウドセグメント位置決め部材５４
を含む。図４の実施形態において、位置決め部材５４
は、ハンガ４０を貫通して延び突出部頭部３０と整合し
てシュラウドセグメント１０の位置を円周方向、軸方向
及び半径方向の少なくとも１つにおいて維持する。その
特定の実例において、部材は、頭部３０の凹部４９内で
該頭部３０と整合して、シュラウドセグメント１０の位
置を全ての３つの方向において維持する。図示するよう
に、部材５４は、突出部移行部分表面３４をハンガ端部
分表面５２に向かってかつそれと接触するように押圧す
るのに十分な半径方向内向きの圧力を突出部頭部３０に
加えるように、半径方向内向きに予荷重が掛けられてい
る。更に、その実施形態においては、シュラウドセグメ
ント１０のシュラウドハンガ４０との組立体は、それぞ
れシュラウド本体の軸方向前方表面２６及び後方表面２
７においてシュラウドセグメント本体の半径方向外側表
面に対して配置された各々の安定アーム５３の半径方向
内側部分に、ハンガ４０とシュラウドセグメント１０と
の間の全体を符号５６で示す軸方向前方及び後方シール
を含む。このようなシールは、例えばシュラウドセグメ
ント本体の半径方向外側表面２４と並置されたハンガア
ーム５３の端部分５５の凹部６０内で協働する、特許公
開平04-330302号に示すタイプの棒状シール５８の形態
で図４に示されている。シールは、シュラウドセグメン
ト１０の半径方向外側表面に施される冷却流体すなわち
空気の漏洩を減少させる。ガスタービンエンジン技術界
においては一般的に、このような冷却空気は、シュラウ
ドセグメント半径方向内側表面２２に隣接するエンジン
フローストリームの圧力より大きい圧力で、流路（図示
せず）を通してハンガ空洞６２及び６４中に供給され
る。
【００２４】図５の線図は、シュラウド本体１２の半径
方向外側表面２４のほぼ中間部分におけるシュラウドセ
グメント１０の突出部１４の相対的位置決めの１つの例
を表わす。突出部１４は、１つの代表的なタイプのエン
ジン作動中にガスタービンエンジンタービンセクション
内のシュラウド１０に作用する流体圧力差及び力の関数
としてかつそれを実質的に補償するように配置される。
図５の例に選定されたシュラウドセグメント１０の構成
材料は、先に特定されたＳｉＣ繊維ＳｉＣ母材のＣＭＣ
材料であった。
方向外側表面２４のほぼ中間部分におけるシュラウドセ
グメント１０の突出部１４の相対的位置決めの１つの例
を表わす。突出部１４は、１つの代表的なタイプのエン
ジン作動中にガスタービンエンジンタービンセクション
内のシュラウド１０に作用する流体圧力差及び力の関数
としてかつそれを実質的に補償するように配置される。
図５の例に選定されたシュラウドセグメント１０の構成
材料は、先に特定されたＳｉＣ繊維ＳｉＣ母材のＣＭＣ
材料であった。
【００２５】図５に概略的に示すように、この例では、
シュラウド本体の半径方向外側表面２４にわたる冷却空
気の圧力は、矢印６６により表わされ、一定の圧力Ｐ１
であった。しかしながら、シュラウド本体の半径方向内
側表面において作動するこの例でのタービン流路におい
ては、シュラウド本体の半径方向内側表面２２に加えら
れるガス流の圧力は、矢印６８で表わされＰ１より小さ
い上流側圧力Ｐ２から、矢印７０で表わされ上流側圧力
Ｐ２の約３分の１乃至４分の１である下流側圧力Ｐ３ま
で変化した。矢印６８と矢印７０の間に介在する、シュ
ラウド本体の半径方向内側表面２２に隣接するガス流に
おける図５の他の矢印の相対的な長さは、タービンブレ
ード４２を通過するタービンの下流側で圧力が徐々に減
少するのを線図的に表わす。図５の例に示すように、か
つそのような圧力差に基づき、突出部１４は、シュラウ
ド本体１２の軸方向後方端縁表面２７により近接して配
置された。
シュラウド本体の半径方向外側表面２４にわたる冷却空
気の圧力は、矢印６６により表わされ、一定の圧力Ｐ１
であった。しかしながら、シュラウド本体の半径方向内
側表面において作動するこの例でのタービン流路におい
ては、シュラウド本体の半径方向内側表面２２に加えら
れるガス流の圧力は、矢印６８で表わされＰ１より小さ
い上流側圧力Ｐ２から、矢印７０で表わされ上流側圧力
Ｐ２の約３分の１乃至４分の１である下流側圧力Ｐ３ま
で変化した。矢印６８と矢印７０の間に介在する、シュ
ラウド本体の半径方向内側表面２２に隣接するガス流に
おける図５の他の矢印の相対的な長さは、タービンブレ
ード４２を通過するタービンの下流側で圧力が徐々に減
少するのを線図的に表わす。図５の例に示すように、か
つそのような圧力差に基づき、突出部１４は、シュラウ
ド本体１２の軸方向後方端縁表面２７により近接して配
置された。
【００２６】シュラウドセグメントがＣＭＣ材料で作ら
れた本発明の実施形態によると、シュラウドセグメント
１０の突出部１４は、突出部１４のほぼ半径方向の中心
線を表わした、半径方向外側表面２４上の位置「Ｘ」に
配置された。このような位置は、エンジン作動中に突出
部１４に作用する力の差の関数としてかつ該力の差を補
償しまたそれを減少又は釣り合わせて突出部１４の亀裂
の発生を防止するように、半径方向後方端縁２７により
近接して選定された。図５に示すようにこの例において
は、シュラウドセグメント本体１２上の位置「Ｘ」は、
軸方向前方端縁２６から軸方向後方端縁２７までの距離
の約３分の２乃至４分の３の範囲内にあった。
れた本発明の実施形態によると、シュラウドセグメント
１０の突出部１４は、突出部１４のほぼ半径方向の中心
線を表わした、半径方向外側表面２４上の位置「Ｘ」に
配置された。このような位置は、エンジン作動中に突出
部１４に作用する力の差の関数としてかつ該力の差を補
償しまたそれを減少又は釣り合わせて突出部１４の亀裂
の発生を防止するように、半径方向後方端縁２７により
近接して選定された。図５に示すようにこの例において
は、シュラウドセグメント本体１２上の位置「Ｘ」は、
軸方向前方端縁２６から軸方向後方端縁２７までの距離
の約３分の２乃至４分の３の範囲内にあった。
【００２７】本発明を、特定の実施形態、材料及び構造
の組合せに関して説明してきたが、それらは本発明の技
術的範囲をどのような方法にせよ限定するものではな
く、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。タービンエンジン、金属、非金属及
び複合材料並びにそれらの組合せに関するような関係す
る幾つかの技術の当業者には、本発明が添付する特許請
求の範囲の技術的範囲から逸脱することなく変更及び改
良可能であることが分かるであろう。
の組合せに関して説明してきたが、それらは本発明の技
術的範囲をどのような方法にせよ限定するものではな
く、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。タービンエンジン、金属、非金属及
び複合材料並びにそれらの組合せに関するような関係す
る幾つかの技術の当業者には、本発明が添付する特許請
求の範囲の技術的範囲から逸脱することなく変更及び改
良可能であることが分かるであろう。
【図１】 シュラウド本体の半径方向外側表面からの突
出部を含むシュラウドセグメントの１つの実施形態の概
略斜視図。
出部を含むシュラウドセグメントの１つの実施形態の概
略斜視図。
【図２】 図１のシュラウドセグメントの線２−２で切
断した拡大部分断面図。
断した拡大部分断面図。
【図３】 タービンエンジンのシュラウド組立体中の図
１のシュラウドセグメントと協働しかつそれを支持する
ような形状にされたシュラウドセグメントハンガの１つ
の実施形態の、ガスタービンエンジンの円周方向におけ
る部分断面図。
１のシュラウドセグメントと協働しかつそれを支持する
ような形状にされたシュラウドセグメントハンガの１つ
の実施形態の、ガスタービンエンジンの円周方向におけ
る部分断面図。
【図４】 ガスタービンエンジンの回転タービンブレー
ドと並置されたシュラウドセグメントを支持している、
図３のシュラウドセグメントハンガ部分を備える、図１
に全体を示すシュラウドセグメントの組立体の実施形態
の概略部分断面図。
ドと並置されたシュラウドセグメントを支持している、
図３のシュラウドセグメントハンガ部分を備える、図１
に全体を示すシュラウドセグメントの組立体の実施形態
の概略部分断面図。
【図５】 エンジン作動中にセグメントに作用する相対
的流体圧力の関数として、ＣＭＣ材料からなるシュラウ
ドセグメントの半径方向外側表面上に配置されるシュラ
ウド突出部の相対的位置決めの１つの例の線図。
的流体圧力の関数として、ＣＭＣ材料からなるシュラウ
ドセグメントの半径方向外側表面上に配置されるシュラ
ウド突出部の相対的位置決めの１つの例の線図。
１０ タービンエンジンのシュラウドセグメント
１２ シュラウドセグメント本体
１４ シュラウドセグメント突出部
１６ 円周方向
１８ 軸方向
２０ 半径方向
２２ シュラウドセグメント本体の半径方向内側表面
２４ シュラウドセグメント本体の半径方向外側表面
２６、２７ セグメント本体の軸方向端縁表面
２８ セグメント本体の円周方向端縁表面
３０ 突出部頭部
３２ 突出部移行部分
３４ 突出部移行表面
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 マーク・ユージーン・ノエ
アメリカ合衆国、オハイオ州、モロウ、ウ
エッジウッド・ドライブ、5895番
(72)発明者 トビー・ジョージ・ダーキンス，ジュニア
アメリカ合衆国、オハイオ州、ラブラン
ド、コロンビア・トレイル、2686番
(72)発明者 マデライン・エリース・フェスラー
アメリカ合衆国、オハイオ州、シンシナテ
ィ、ミルクリフ・ドライブ、9086番
Ｆターム(参考） 3G002 GA13 HA04
Claims (19)
- 【請求項１】 少なくとも円周方向（１６）に弓形であ
る半径方向内側表面（２２）と、半径方向外側表面（２
４）と、前記内側表面（２２）及び外側表面（２４）の
各々とかつそれらの間に接続された、第１の複数の間隔
を置いて配置された軸方向端縁表面（２６、２７）と、
前記内側表面（２２）及び外側表面（２４）の各々とか
つそれらの間に接続された、第２の複数の間隔を置いて
配置された円周方向端縁表面（２８）とを備えるシュラ
ウドセグメント本体（１２）を含むタービンエンジンの
シュラウドセグメント（１０）であって、 該シュラウドセグメント（１０）は、前記シュラウドセ
グメント本体の半径方向外側表面（２４）と一体であり
かつそれからほぼ半径方向外向きに突出する、該シュラ
ウドセグメント本体（１２）を支持するためのシュラウ
ドセグメント突出部（１４）を含み、 該突出部（１４）は、前記第１及び第２のうちの少なく
とも１つの複数の端縁表面（２６、２７／２８）間のほ
ぼ中間の表面部分において、前記シュラウドセグメント
本体の半径方向外側表面（２４）上に配置され、 前記突出部（１４）は、前記シュラウド本体の半径方向
外側表面（２４）から間隔を置いて配置された突出部頭
部（３０）と、移行表面（３４）を有する突出部移行部
分（３２）とを含み、該突出部移行部分（３２）は、前
記突出部頭部（３０）及び前記シュラウド本体の半径方
向外側表面（２４）の両方と一体であり、かつ前記軸方
向（１８）及び円周方向（１６）の少なくとも１つにお
いて前記突出部頭部（３０）より断面が小さい、ことを
特徴とするシュラウドセグメント（１０）。 - 【請求項２】 前記移行表面（３４）は、平坦部分を含
むことを特徴とする、請求項１に記載のシュラウドセグ
メント（１０）。 - 【請求項３】 前記シュラウドセグメント（１０）は、
単一の突出部（１４）を含み、 該単一の突出部（１４）は、前記第１の複数の軸方向端
縁表面（２６、２７）から間隔を置いた、前記シュラウ
ド本体の半径方向外側表面（２４）のほぼ中間の表面部
分に位置し、かつ前記第２の複数の円周方向端縁表面
（２８）のほぼ間を延びる、ことを特徴とする、請求項
１に記載のシュラウドセグメント（１０）。 - 【請求項４】 前記シュラウドセグメント（１０）は、
室温で測定されて約１％より大きくない低引張延性を有
する低延性材料で作られており、 前記突出部移行部分（３２）は弓形である、ことを特徴
とする、請求項３に記載のシュラウドセグメント（１
０）。 - 【請求項５】 前記突出部（１４）は、前記第１の複数
の端縁表面（２６、２７）のうちの軸方向後方部（２
７）により近接したほぼ中間の表面部分の位置（Ｘ）に
あることを特徴とする、請求項３に記載のシュラウドセ
グメント（１０）。 - 【請求項６】 前記第１の複数の端縁表面（２６、２
７）のうちの前記軸方向後方部（２７）により近接し
た、前記突出部（１４）の前記位置（Ｘ）は、前記ター
ビンの作動中に前記突出部（１４）に生じる軸方向（１
８）の力に基づきかつそれを実質的に減少させるように
選定されることを特徴とする、請求項５に記載のシュラ
ウドセグメント（１０）。 - 【請求項７】 前記位置（Ｘ）は、前記タービンの作動
中に前記突出部（１４）に生じる軸方向（１８）の力を
実質的に釣り合わせるように選定されることを特徴とす
る、請求項６に記載のシュラウドセグメント（１０）。 - 【請求項８】 前記シュラウドセグメント（１０）は、
室温で測定されて約１％より大きくない引張延性を有す
るセラミック母材複合材料で作られており、 前記突出部移行部分（３２）は弓形である、ことを特徴
とする、請求項６に記載のシュラウドセグメント（１
０）。 - 【請求項９】 少なくとも円周方向（１６）に弓形であ
る半径方向内側表面（２２）と、半径方向外側表面（２
４）と、前記内側表面（２２）及び外側表面（２４）の
各々とかつそれらの間に接続された、第１の複数の間隔
を置いて配置された軸方向端縁表面（２６、２７）と、
前記内側表面（２２）及び外側表面（２４）の各々とか
つそれらの間に接続された、第２の複数の間隔を置いて
配置された円周方向（１６）端縁表面（２８）とを備え
るシュラウドセグメント本体（１２）を含むタービンエ
ンジンのシュラウドセグメント（１０）であって、 該シュラウドセグメント（１０）は、前記シュラウドセ
グメント本体の半径方向外側表面（２４）と一体であり
かつそれからほぼ半径方向外向きに突出する、該シュラ
ウドセグメント本体（１２）を支持するためのシュラウ
ドセグメント突出部（１４）を含み、 該突出部（１４）は、前記第１（２６、２７）及び第２
（２８）のうちの少なくとも１つの複数の端縁表面（２
６、２７／２８）間のほぼ中間の表面部分において、前
記シュラウドセグメント本体の半径方向外側表面（２
４）上に配置され、 前記突出部（１４）は、前記シュラウド本体の半径方向
外側表面（２４）から間隔を置いて配置された突出部頭
部（３０）と、移行表面（３４）を有する突出部移行部
分（３２）とを含み、該突出部移行部分（３２）は、前
記突出部頭部（３０）及び前記シュラウド本体の半径方
向外側表面（２４）の両方と一体であり、かつ前記軸方
向（１８）及び円周方向（１６）の少なくとも１つにお
いて前記突出部頭部（３０）より断面が小さい、シュラ
ウドセグメント（１０）を作る方法であって、 エンジン作動中に、空気冷却される前記半径方向外側表
面（２４）と該タービンエンジンのフローストリームに
曝される前記半径方向内側表面（２２）との間の温度差
及び圧力差が組み合わさる結果として、前記シュラウド
セグメント本体（１２）に作用する作動力を求める段階
と、 前記シュラウドセグメント本体（１２）を支持する前記
突出部（１４）に作用する前記作動力を実質的に減少さ
せるように、前記突出部（１４）の前記中間表面部分上
の位置（Ｘ）を選定する段階と、を含むことを特徴とす
る方法。 - 【請求項１０】 前記シュラウドセグメント（１０）
は、単一の突出部（１４）を含み、 該単一の突出部（１４）は、前記第１の複数の軸方向端
縁表面（２６、２７）から間隔を置いた、前記シュラウ
ド本体の半径方向外側表面（２４）のほぼ中間の表面部
分に位置するように選定され、かつ前記第２の複数の円
周方向端縁表面（２８）のほぼ間を延びる、ことを特徴
とする、請求項９に記載の方法。 - 【請求項１１】 前記突出部（１４）は、前記第１の複
数の端縁表面（２６、２７）のうちの軸方向後方部（２
７）により近接したほぼ中間の表面部分の位置（Ｘ）に
あることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。 - 【請求項１２】 室温で測定されて約１％より大きくな
い低引張延性を有する低延性材料が、前記シュラウドセ
グメント（１０）のために選定され、 前記突出部移行部分（３２）は弓形である、ことを特徴
とする、請求項１１に記載の方法。 - 【請求項１３】 前記第１の複数の端縁表面（２６、２
７）のうちの前記軸方向後方部（２７）により近接し
た、前記突出部（１４）の前記位置（Ｘ）は、前記ター
ビンの作動中に前記突出部（１４）に生じる軸方向（１
８）の力に基づきかつそれを実質的に減少させるように
選定されることを特徴とする、請求項１１に記載の方
法。 - 【請求項１４】 タービンエンジンのシュラウド組立体
であって、 セグメント化されたタービンエンジンシュラウドを形成
するために、円周方向（１６）に組み立てられた請求項
１に記載の複数の前記タービンエンジンシュラウドセグ
メント（１０）と、 各シュラウドセグメント突出部（１４）において前記シ
ュラウドセグメント（１０）を支持するシュラウドハン
ガ（４０）と、を含み、 該シュラウドハンガ（４０）は、互いに対向する少なく
とも一対の間隔を置いて配置された半径方向内側フック
部材（４８）で終わるハンガ空洞（４６）を形成するハ
ンガの半径方向内側表面（４４）を含み、 前記フック部材（４８）の各々は、端部分内側表面（５
２）を有する端部分（５０）を備え、該端部分内側表面
（５２）は、前記ハンガ空洞の半径方向内側表面（４
４）の一部分を形成し、かつ前記シュラウドセグメント
突出部の移行表面（３４）において前記シュラウドセグ
メント突出部（１４）と整合して協働し該突出部（１
４）を支持するような形状にされている、ことを特徴と
するシュラウド組立体。 - 【請求項１５】 各フック部材の前記端部分内側表面
（５２）は、シュラウドセグメント突出部の移行表面
（３４）の平坦部分と整合する平坦部分を含むことを特
徴とする、請求項１４に記載のシュラウド組立体。 - 【請求項１６】 前記シュラウドハンガ（４０）は、前
記シュラウドセグメント（１０）と接触するシュラウド
セグメント位置決め部材（５４）を含み、該位置決め部
材（５４）は、前記円周方向（１６）、半径方向（２
０）及び軸方向（１８）の少なくとも１つにおいて前記
シュラウドセグメント（１０）を位置決めすることを特
徴とする、請求項１４に記載のシュラウド組立体。 - 【請求項１７】 前記シュラウドセグメント位置決め部
材（５４）は、前記シュラウドセグメント（１０）に向
かって予荷重が掛けられた、前記シュラウドハンガ（４
０）を貫通するピンであることを特徴とする、請求項１
６に記載のシュラウド組立体。 - 【請求項１８】 前記シュラウド突出部頭部（３０）
は、凹部（４９）を含み、前記ピン（５４）は、前記突
出部頭部（３０）と接触した状態で前記凹部（４９）内
に配置されることを特徴とする、請求項１７に記載のシ
ュラウド組立体。 - 【請求項１９】 前記シュラウドハンガ（４０）は、軸
方向に間隔を置いて配置されたシュラウドセグメント安
定アーム（５３）を含み、該安定アーム（５３）の各々
は、ほぼ間隔を置いて配置された前記シュラウド本体の
軸方向端縁表面（２６、２７）の位置において、前記シ
ュラウドセグメント本体の半径方向外側表面（２４）に
向かって該外側表面（２４）と並列に配置された安定ア
ーム端部分（５５）を含み、 流体シール（５８）が、各安定アーム端部分（５５）と
前記シュラウドセグメント本体の半径方向外側表面（２
４）との間にそれらと接触した状態で配置される、こと
を特徴とする、請求項１４に記載のシュラウド組立体。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US10/109014 | 2002-03-28 | ||
| US10/109,014 US6733235B2 (en) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | Shroud segment and assembly for a turbine engine |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003293704A true JP2003293704A (ja) | 2003-10-15 |
| JP2003293704A5 JP2003293704A5 (ja) | 2006-03-16 |
| JP4383060B2 JP4383060B2 (ja) | 2009-12-16 |
Family
ID=28041007
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003016827A Expired - Lifetime JP4383060B2 (ja) | 2002-03-28 | 2003-01-27 | タービンエンジン用のシュラウドセグメント及び組立体 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6733235B2 (ja) |
| EP (1) | EP1350927B1 (ja) |
| JP (1) | JP4383060B2 (ja) |
| CA (1) | CA2416399C (ja) |
| DE (1) | DE60314032T2 (ja) |
| ES (1) | ES2287414T3 (ja) |
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