JP2004517246A - クリアランス制御を有するガスタービンエンジンの高圧タービンのステータシュラウドのステイセクタ - Google Patents

Abstract

支持サポートセクタ（１４）は、ブレード（３）の端部と高圧タービンのリング（１２）との間の機能クリアランス（Ｊ）と、高圧タービンケーシング（１）における支持スペーサセクタ（１４）の組立体クリアランスとを最小にする。
高圧タービンケーシング（１）の内壁（１Ｉ）で支持されているそれぞれの支持スペーサセクタ（１４）は、上流側端部（２１）にタブ（２０）を有しており、このようにして、この支持スペーサセクタ（１４）の付属部品と高圧タービンケーシング（１）の対応する部品との間の密な接触を形成している。
ターボマシーンの用途は、航空機がふさわしい。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば航空機推進用のようなターボマシーンに関し、特に高圧タービン用のリング支持スペーサ及び最小のクリアランスを有するスペーサの組立体に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
図１を参照すると、特許公報 ＥＰ−０ ５５５ ０８２ で述べられているように、多くの種類のターボマシーンにおいては、ステータのタービンケーシング１は、燃焼室５の出力側にある高圧タービンの入口に、ロータ８の各ブレード３に面する環状部２を備えている。したがって、これらタービンケーシング１の環状部２は、ロータ８の各ブレード３の先端との間にクリアランスを形成しており、その結果、ターボマシーンの効率をコントロールしている。
【０００３】
これら環状部２には、これら環状部２と前記ブレード３との間の実際のクリアランスを最小としてターボマシーンの効率を高めるために、これら環状部を膨張又は収縮させることのできる温度のガスが供給される。このガスは通常、ガスの温度又はロータのスピードに応じて、ターボマシーンのほかの部分から排出される。
【０００４】
図２は、従来技術に係る一実施例の詳細であって、ロータ８のブレード３の先端部周辺にあるステータリング２の取付け状態を示したものである。一つのリングは、多数のリングセクタ２から構成されており、それぞれのリングセクタ２は、高圧タービンケーシング１の内側に固定された支持スペーサセクタ４内に配置されている。その結果、各支持スペーサセクタ４は、上流外脚６Ｍ及び下流外脚６Ｖを有しており、これら上流外脚６Ｍ及び下流外脚６Ｖは、高圧タービンケーシング１の対応する上流側フック７Ｍ又は下流側フック７Ｖに挿入される。クリアランスＪは、ブレード３の先端とそれぞれのリングセクタ２の内壁との間に与えられていることがわかる。これらの構成要素における他の部分と運転位置との間の温度の違いは、この種のターボマシーンにとっては大変大きい。その結果、この組立体の一部を形成している部品は、異なる尺度で３次元方向に別々に拡大する。もしクリアランスＪが相当寸法のままとされれば、特にターボマシーンを運転している間、タービンの効率は大いに減少することは明らかである。
【０００５】
欧州特許公報 ＥＰ−０ ５５５ ０８２ もまた、高圧タービンにおけるそれぞれのリングセクタのスペーサすなわちサスペンションを締めることによる組立て工程を述べている。
【０００６】
図３は、二つの端部４Ａ，４Ｂ及び中央部４Ｃを有する支持スペーサ４の配置を説明しており、支持スペーサセクタ４は、高圧タービンケーシング１の一部と高圧タービンケーシング１の上流側フック７Ｍ及び下流側フック７Ｖとの上に重ねれられて描かれている。高圧タービンケーシング１は、第１の半径Ｒ１及び第１の幅Ｘ１を含む。支持スペーサセクタ４は、第２の半径Ｒ２及び第２の幅Ｘ２を含む。第２の半径Ｒ２は、第１の半径Ｒ１より大きくなるように、第１の半径Ｒ１からオフセットされている。その上、第１の幅Ｘ１は、第２の幅Ｘ２より大きいほうが好ましい。支持スペーサセクタ４は、フック７Ｍ，７Ｖ及び高圧タービンケーシング１によって形成されるスリットに強制的に嵌め込まれている。図４に示すように、支持スペーサセクタ４がこのように強制的に嵌め込まれることによって、支持スペーサセクタ４の端部４Ａ，４Ｂの変形すなわち歪みのために、支持スペーサセクタ４には、ばね効果がもたらされる。
【０００７】
この平面における半径方向に温度勾配があるために、これら支持スペーサセクタ４は、特に反りに関係した変形を受けやすい。熱い繊維が圧縮機の内側に向けて配置され、かつ冷たい繊維が圧縮機の外側に向けて配置されることを考慮すると、支持スペーサセクタの反り角Ｒ２は増加する傾向にあり、反り角Ｒ２が増加すると支持スペーサセクタ４の曲がりが増加する。その上、この種のターボマシーンでは数多くの連続した飛行サイクルが繰り返されるので、これらの構成要素は何回も高温に達し、それ故にこれらの部品の幾何学的な配置は最初の位置から変化してしまう。これにより、クリアランスを補償するのがより難しくなる。ブレードの端部とタービンリングとの間のクリアランスＪが増加し、ターボマシーンの効率が悪くなる。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、半径方向の温度勾配による変形の防止を試みることによって、高圧タービンにおけるロータブレードの端部とリングセクタとの間のクリアランスを補償するための他の解決策を提案することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
その結果、本発明の主な目的は、スペーサセクタ組立体のクリアランス、及びリングとブレードの先端との間の機能クリアランスに対する補償を有した、ターボマシーンにおける高圧タービンのリング用支持スペーサセクタであって、
該セクタは：
− 外部上流側フック付きの上流側放射状壁にして、外部上流側フックがターボマシーンの高圧ケーシング上の対応する上流側切欠と軸方向に係合してなる上流側放射状壁と、リング上の対応する切欠と係合する内部上流側フックと；
− 外部下流側フック付きの下流側放射状壁にして、外部下流側フックがターボマシーンの高圧ケーシング上の対応する下流側フックと軸方向に係合してなる下流側放射状壁と、対応するリングセクタに固定される内部下流側フックと；
− 前記上流側かつ前記上流側放射状壁の外側に固定された上流側長手方向タブにして、外側へ向けた突起として働く上流側端部における外側推力面を有し、ターボマシーンの高圧タービンケーシングの内壁に接触しかつ支持スペーサセクタが所定位置にあるときに該内壁に圧力を及ぼす長手方向タブと、
を有してなる。
【００１０】
上流側壁の上流側に固定されるタブを備えた本発明によれば、該上流側タブの端部の半径方向推力面は、連続的ではなくガスが通過できるような凹部によって分割されている。
【００１１】
スペーサセクタの好ましい実施形態では、位置決め切欠が上流側端部に備えられ、該位置決め切欠には、ターボマシーンの高圧ケーシングの穴に貫通する回転指標ピンが固定され得る。
【００１２】
前記上流側壁の端部における外部凹部は、組立体を組み立てている間環状易動手段を構成するよう、指標ピンの突出長さほど深くないのが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明及び本発明の様々な技術的特徴は、いくつかの図面を参照した次の説明によってより明らかとなる。
図５は、本発明に係る支持スペーサセクタ１４の本実施例の断面図であり、支持スペーサセクタ１４は、高圧タービンケーシング１の内壁１Ｉに固定されている。この支持スペーサセクタ１４の取付は、外部上流側フック１６Ｍが高圧タービンケーシング１の外部上流側切欠１７Ｍに挿入されることにより、かつ外部下流側フック１６Ｖが高圧タービンケーシング１の外部下流側切欠１７Ｖに嵌められることによってなされている。この支持スペーサセクタ１４は、リングセクタ１２を、各ロータブレード３の先端に対面した正しい位置に保持するために用いられる。この支持スペーサセクタ１４の取付は、リングセクタ１２の対応する内部上流側切欠１９Ｍに嵌められた内部上流側フック１８Ｍを用いて、内部下流側フック１８Ｖとリングセクタ１２の内部下流側フック１９Ｖとを囲むクリップ２０に嵌められた内部下流側フック１８Ｖによって、同様になされている。このタイプの閉塞構造は、リングセクタ１２を気密状態とする。
【００１４】
支持スペーサセクタ１４は、上流側では、上流側壁１４の外部に固定されたタブ２０を有している。このタブ２０は、全ての支持スペーサセクタ１４によって構成されるスペーサに対して、換言すれば高圧タービンケーシング１に対して同心的に延在している。このタブ２０は、端部２１を有しており、端部２１は、半径方向推力面２２が高圧タービンケーシング１の内壁１Ｉに接触するように外方に延出している。点線で示された箇所は、低温時における、高圧タービンケーシング１及びタブ２０の自然位置を表す。太線は、運転時位置、換言すると、変形が起こるような応力が生じている高温時における位置を表す。
【００１５】
図５には、この部位に含まれる様々な力をも示す矢印が描かれている。ある部位に基点をもつそれぞれの矢印は、それらの部位へ加えられる力、特にターボマシーンの通常動作時におけるガスによる力を表す。また、図５は、発生する曲げは、放射状面、換言すると、エンジンの中心線との直交面内では起こらず、長手方向の面内で起こることを示している。運転中、この長手方向の曲げは、前記推力面が機能面であるという理由で軽減される。また、高圧タービンケーシング１は、衝撃ハウジングによって冷やされたケーシング５の制御リングよりも膨張する。したがって、この異なる膨張によって、タブ２０の曲げは軽減される。
【００１６】
ちょうどタブ２０の端部２１の上流側に配置されている傾斜面２９のほんの一部分が、ケーシングの内壁１Ｉに見られる。したがって、上流側では、ケーシング１は、より薄くなっている。このことは、それぞれの支持スペーサセクタ１４の外部フック１６Ｍ，１６Ｖは、タブ２０の半径方向推力面２２がケーシング１の内壁１Ｉと接触した状態になる前に挿入され得ることを意味する。これによって、各支持スペーサセクタ１４の組立てが容易となる。各支持スペーサセクタ１４は、ケーシング１の他の部分とぴったり接触した状態になる前に、位置決めされ、あるいは所定角度分オフセットされる。
【００１７】
図５は、該装置におけるオリフィス、あるいはいくつかの部品の間の空間を通過する矢印も示している。それらの矢印は、該組立体における支持スペーサセクタ１４におけるガス通路を表している。この点に関し、タブ２０の端部２１、上流側壁１４Ｍの外端及び上流側フック１６Ｍは、これらのガスが通過できるように凹部を備えていることに留意すべきである。これらの凹部は、図６，７においてより詳細が明らかとなる。
【００１８】
図６を参照すると、タブ２０の端部２１は、まず一連の半径方向推力面２２を備えており、これら一連の半径方向水力面２２は、ガスの通過を可能にする凹部２３と少なくとも一つの位置決め切欠２５とによって隔てられていることがわかる。位置決め切欠２５は凹部２３より深く形成されており、その機能については後述する。これら凹部２３は、該組立体を通過する力の強度を制限するものである。これら半径方向推力面２２は、部品における力を分配しかつ該組立体の機能面のよりよい支持位置を得るために、タブ２０の端部２１に配置されている。これら半径方向推力面２２を支持スペーサセクタ１４の本体の近くに配置することも可能であろう。同様に、上流側壁１４Ｍの外側部品も、ガスが通過できるように凹部２４Ｍを備えており、下流壁１４Ｖの外部部品も、上流側壁の凹部２４Ｍと同様の凹部２４Ｖを備えている。この図６はまた、上記のもの程明確なものではないものの、外部上流側フック１６Ｍ上に形成された凹部２６Ｍをも表している。この凹部２６Ｍも、図５に示されているようにガスの通路のためのものである。
【００１９】
位置決め切欠２５の機能を、図７を参照して説明する。この図は、ケーシング１の穴２８に嵌合挿入された回転防止ピン２７を表す。回転防止ピン２７の役割は、位置決め切欠２５がこの回転防止ピン２７に対面しない限り回転防止ピン２７がケーシング１の切欠１７Ｍ，１７Ｖに挿入されるのを防止し、これによって支持スペーサセクタ１４の角度位置に寄与することである。回転防止ピン２７の突出部分の長さは、タブ２０の端部２１の半径方向推力面２２の間の凹部２３の深さより長い。したがって、支持セクタ１４の組立てが可能となる位置は一つのみである。この中央ピン２７は、組立体の外側に向けて逃げることを防止するように肩付きのものとなっている。
【００２０】
この同じ図７は、外部上流側フック１６Ｍに形成された凹部２６Ｍをはっきりと示している。図７はまた、上流側壁１４Ｍの外部に形成された外部上流凹部２４Ｖに対するものと同様に、下流壁２４Ｖの外部に形成された下流凹部２４Ｖをも表している。
【００２１】
この組立体は、各支持スペーサセクタ１４を、高圧タービンケーシング１の取付部材に挿入する前に、該支持スペーサセクタ１４を湾曲させたり準備したりする必要がないことに留意すべきである。その上、角度位置は、それぞれの支持スペーサセクタ１４を締め付けることなく決定できる。
【００２２】
各支持スペーサセクタ１４の接触状態にある表面、すなわちタブ２０の半径方向推力面２２、及び外部フック１６Ｍ，１６Ｖの内部表面は、機能面であることに留意されたい。タブ２０に面している高圧タービンケーシング１の一部は運転中はタブ２０よりも膨張しているという事実を考慮すると、高圧タービンケーシング１の壁によってタブ２０の端部２１に加えられる圧力は、低減し、タブ２０における圧力は僅かに軽減される。しかしながら、エンジン駆動用ガスによる力は、支持スペーサセクタ１４一式を位置決めさせることに寄与する。
【００２３】
高圧タービンケーシング１の内壁１Ｉに接触した状態で押し付けているそれぞれの支持スペーサセクタ１４におけるタブ２０は、高圧タービンケーシング１の取付部材と接触状態にある各支持スペーサセクタ１４の他の機能面の位置決めに寄与することが理解できる。換言すると、特に外部上流側フック１６Ｍ，１６Ｖとこれらと対面する部位とは緊密に接触する。その上、タブ２０は、それぞれの支持スペーサセクタ１４を高圧ターボケーシング１から可能な限り離れた位置に配置する傾向にあり、このようにしてそれぞれのブレード３の端部と支持スペーサセクタ１４に固定されるリングセクタ１２との間に残っているクリアランスＪが減少する。
【図面の簡単な説明】
【図１】ターボマシーンにおける従来のスペーサの配置を示す図である。
【図２】従来のターボマシーンのスペーサの断面図である。
【図３】図２のターボマシーンにおけるスペーサの組立体構成図である。
【図４】図２のターボマシーンにおけるスペーサの組立体構成図である。
【図５】本発明に係る支持スペーサセクタの断面図である。
【図６】本発明に係る同一の支持スペーサセクタの等大図である。
【図７】本発明に係るターボマシーンの高圧タービンケーシング上の支持スペーサセクタの組立体等大図である。
【符号の説明】
１ 高圧ケーシング（高圧タービンケーシング）
１Ｉ 内壁
３ ブレード
１２ ステータリング（リングセクタ）
１４ 支持スペーサセクタ
１４Ｍ 上流側放射状壁（上流側壁）
１４Ｖ 下流側放射状壁
１６Ｍ 外部上流側フック
１６Ｖ 外部下流側フック
１７Ｍ 上流側切欠
１７Ｖ 下流側切欠
１８Ｍ 内部上流側フック
１８Ｖ 内部下流側フック
１９Ｍ 上流側切欠
２０ 長手方向タブ（タブ、上流側タブ）
２１ 上流側端部（端部）
２２ 外側推力面（半径方向推力面）
２３ 凹部（外部凹部）
２５ 位置決め切欠
２７ 回転指標ピン（指標ピン）
２８ 穴
Ｊ クリアランス

Claims (3)

1. スペーサセクタ組立体（１４）のクリアランス、及びリングセクタ（１２）とロータのブレード（３）の先端との間の機能クリアランス（Ｊ）に対する補償を有した、ターボマシーンにおける高圧タービンのステータリング（１２）用支持スペーサセクタ（１４）であって、
   該セクタは、
   外部上流側フック（１６Ｍ）付きの上流側放射状壁（１４Ｍ）にして、前記外部上流側フック（１６Ｍ）がターボマシーンの高圧ケーシング（１）上の対応する上流側切欠（１７Ｍ）と軸方向に係合してなる上流側放射状壁（１４Ｍ）と、
   リングセクタ（１２）上の対応する上流側切欠（１９Ｍ）と係合する内部上流側フック（１８Ｍ）と、
   外部下流側フック（１６Ｖ）付きの下流側放射状壁（１４Ｖ）にして、前記外部下流側フック（１６Ｖ）がターボマシーンの高圧ケーシング（１）上の対応する下流側切欠（１７Ｖ）と軸方向に係合してなる下流側放射状壁（１４Ｖ）と、
   対応するリングセクタ（１２）に固定される内部下流側フック（１８Ｖ）と、
   前記壁の外側に固定された長手方向タブ（２０）にして、外側へ向けて突出する上流側端部（２１）における外側推力面（２２）を有し、ターボマシーンの高圧タービンケーシング（１）の内壁（１Ｉ）に接触しかつ支持スペーサセクタ（１４）が所定位置にあるときに該内壁に圧力を及ぼす長手方向タブ（２０）と、
   を有してなる、支持スペーサセクタ（１４）において、
   前記タブ（２０）は、前記上流側壁（１４Ｍ）の上流側に固定され、該上流側タブ（２０）の端部（２１）の半径方向推力面（２２）は、連続的ではなくガスが通過できるような凹部によって分割されていることを特徴とする支持スペーサセクタ（１４）。
2. 請求項１記載の支持スペーサセクタ（１４）において、
   前記上流側壁（１４Ｍ）の上流側端部に位置決め切欠（２５）を備え、
   該位置決め切欠（２５）には、高圧タービンケーシング（１）の穴（２８）に貫通する回転指標ピン（２７）が固定され得る、
   ことを特徴とする支持スペーサセクタ（１４）。
3. 請求項２記載の支持スペーサセクタ（１４）において、
   前記上流側壁（１４Ｍ）の外端における外部凹部（２３）は、組立ての間環状易動手段を構成するよう、指標ピン（２７）の突出長さほど深くないことを特徴とする支持スペーサセクタ（１４）。