JP2022091434A - 静翼セグメント - Google Patents

Abstract

【課題】構造強度の向上と軽量化とを両立させることが可能な静翼セグメントを提供する。【解決手段】静翼セグメントは、軸線に対する径方向に延びるとともに周方向に間隔をあけて配列された複数の静翼と、複数の静翼の径方向外側の端部を支持し、周方向に延びる外側シュラウドと、を備え、外側シュラウドは、軸線方向、及び周方向に広がる外側シュラウド本体と、外側シュラウド本体から径方向外側に突出するとともに周方向に延びるシール部と、を有し、シール部は、周方向両側の端部を含む一対の端部領域と、一対の端部領域の間に位置する中央領域と、を有し、端部領域では板厚が相対的に小さく、中央領域には板厚が相対的に大きい第一厚肉部が少なくとも１つ形成されている。【選択図】図２

Description

本開示は、静翼セグメントに関する。

ガスタービンは、軸線に沿って延びるロータ本体、及び複数の動翼段を有するロータと、このロータを外周側から覆うケーシング本体、及び複数の静翼段を有するケーシングと、を主に備えている。それぞれの静翼段は、周方向に連結された複数の静翼セグメントによって構成されている。静翼セグメントは、複数の静翼と、これら静翼の径方向両側に設けられた外側シュラウド、及び内側シュラウドと、を有している。

ガスタービンの運転中には、外側シュラウドの内周側、及び内側シュラウドの外周側を高温高圧の燃焼ガスが流通する。この燃焼ガスの熱によって、外側シュラウドは、径方向内側に向かって凸となるように熱変形しようとする。同様に、内側シュラウドは、径方向外側に向かって凸となるように熱変形しようとする。しかしながら、これら外側シュラウド、及び内側シュラウドは複数の静翼によって拘束されているため、曲げ戻しの荷重が加わり、その結果として、熱応力が生じる。

ここで、特に航空機用エンジンに用いられるガスタービンでは、地上走行時から離陸、巡航といった局面ごとに回転数・出力が幅広く変化する。このような短期間のうちに上述の熱応力が繰り返し生じると低サイクル疲労による損傷が生じる可能性がある。そこで、下記特許文献１に示されるように、シュラウドに熱マスとしての補強部（外側リップ）を一体に形成して、構造強度を向上させる例が提案されている。

特許第４５０９２８７号公報

しかしながら、航空機用エンジンとしてガスタービンを用いる場合、燃料消費率を高めるために、構造強度の向上とともに、軽量化を図ることが特に必要となる。したがって、上記特許文献１のように大きな補強部をさらにシュラウドに追加形成することは、軽量化の観点から不利である。

本開示は上記課題を解決するためになされたものであって、構造強度の向上と軽量化とを両立させることが可能な静翼セグメントを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示に係る静翼セグメントは、軸線に対する径方向に延びるとともに周方向に間隔をあけて配列された複数の静翼と、前記複数の静翼の径方向外側の端部を支持し、周方向に延びる外側シュラウドと、を備え、前記外側シュラウドは、前記軸線方向、及び周方向に広がる外側シュラウド本体と、前記外側シュラウド本体から径方向外側に突出するとともに周方向に延びるシール部と、を有し、前記シール部は、周方向両側の端部を含む一対の端部領域と、前記一対の端部領域の間に位置する中央領域と、を有し、前記端部領域では板厚が相対的に小さく、前記中央領域には板厚が相対的に大きい第一厚肉部が少なくとも１つ形成されている。

本開示によれば、構造強度の向上と軽量化とを両立させることが可能な静翼セグメントを提供することができる。

本開示の実施形態に係る航空機用ガスタービンの構成を示す断面図である。 本開示の実施形態に係る静翼セグメントの構成を示す斜視図である。 図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線における断面図である。 図２のＩＶ－ＩＶ線における断面図である。 本開示の実施形態に係るシール部の拡大図である。 図２のＶＩ－ＶＩ線における断面図である。 図２のＶＩＩ－ＶＩＩ線における断面図である。 本開示の実施形態に係る内側シール部の拡大図である。 本開示の実施形態に係るシール部の変形例であって、軸線方向から見た図である。 本開示の実施形態の変形例であって、内側シール部の拡大図である。

（航空機用ガスタービンの構成）
以下、本開示の実施形態に係る航空機用ガスタービン１００（ガスタービン）について、図１から図８を参照して説明する。図１に示すように、この航空機用ガスタービン１００は、主に、圧縮機１と、燃焼室２と、タービン３と、を備えている。

圧縮機１は、吸気ダクト１０から取り込まれた空気を圧縮することで高圧空気を生成する。この圧縮機１は、圧縮機ロータ軸１１と、圧縮機ケーシング１２と、圧縮機動翼段１３と、圧縮機静翼段１５と、を備えている。圧縮機ケーシング１２は、圧縮機ロータ軸１１を外周側から覆っており、軸線Ａｍの延びる方向（以下、軸線方向Ｄａと称する）に延びている。

圧縮機動翼段１３は、圧縮機ロータ軸１１に複数設けられている。これら圧縮機動翼段１３は、軸線方向Ｄａに間隔をあけて配列されている。複数の圧縮機動翼段１３は、それぞれ複数の圧縮機動翼１４を備えている。各圧縮機動翼段１３の圧縮機動翼１４は、圧縮機ロータ軸１１の外周面上で軸線Ａｍを中心とした方向（以下、周方向Ｄｃと称する）に配列されている。

圧縮機静翼段１５は、圧縮機ケーシング１２に複数設けられている。これら圧縮機静翼段１５は、軸線方向Ｄａに間隔をあけて配列されている。圧縮機静翼段１５は、軸線方向Ｄａで上記圧縮機動翼段１３と交互に配置されている。複数の圧縮機静翼段１５は、それぞれ複数の圧縮機静翼１６を備えている。各圧縮機静翼段１５の圧縮機静翼１６は、圧縮機ケーシング１２の内周面上で周方向Ｄｃに配列されている。

燃焼室２は、圧縮機１で生成された高圧空気に燃料Ｆを混合して燃焼させることで、燃焼ガスＧを生成する。燃焼室２は、圧縮機ケーシング１２とタービン３のタービンケーシング２２との間に設けられている。この燃焼室２によって生成された燃焼ガスＧは、タービン３に供給される。

タービン３は、燃焼室２で生成された高温高圧の燃焼ガスＧによって駆動する。より具体的には、タービン３は、高温高圧の燃焼ガスＧを膨張させて、燃焼ガスＧの熱エネルギーを、回転エネルギーに変換する。このタービン３は、タービンロータ軸（ロータ軸）２１と、タービン動翼段２３と、タービンケーシング２２と、タービン静翼段２５と、を備えている。

タービンロータ軸２１は、軸線方向Ｄａに延びている。このタービンロータ軸２１と、上述した圧縮機ロータ軸１１とは、軸線方向Ｄａに並んで相対移動不能にされている。これらタービンロータ軸２１と圧縮機ロータ軸１１とによって、ガスタービンロータ９１が構成されている。このガスタービンロータ９１は、ガスタービンケーシング９２の内部で軸線Ａｍ回りに一体に回転可能とされている。

タービン動翼段２３は、タービンロータ軸２１の外周面に、軸線方向Ｄａに間隔をあけて複数設けられている。これら複数のタービン動翼段２３は、それぞれ複数のタービン動翼（動翼）２４（詳細は後述する）を有している。一つのタービン動翼段２３が備える複数のタービン動翼２４は、周方向Ｄｃに等ピッチで並んで配置されている。

タービンケーシング２２は、タービンロータ軸２１を外周側から覆っている。タービンケーシング２２と、上述した圧縮機ケーシング１２とは、軸線Ａｍに沿って一体に接続されている。これら圧縮機ケーシング１２とタービンケーシング２２とによってガスタービンケーシング９２が構成されている。

タービン静翼段２５は、タービンケーシング２２の内周面に、軸線方向Ｄａに間隔をあけて複数設けられている。これら複数のタービン静翼段２５は、軸線方向Ｄａで上記タービン動翼段２３と交互に配置されている。これらタービン静翼段２５は、それぞれ複数のタービン静翼（静翼）２６を備えている。各タービン静翼段２５に設けられたタービン静翼２６は、タービンケーシング２２の内周面上で周方向Ｄｃに等ピッチで並んで配列されている。

上述した構成の航空機用ガスタービン１００を運転するに当たっては、まず外部の駆動源によって圧縮機ロータ軸１１（ガスタービンロータ９１）を回転駆動する。圧縮機ロータ軸１１の回転に伴って外部の空気が順次圧縮され、高圧空気が生成される。この高圧空気は、圧縮機ケーシング１２を通じて燃焼室２内に供給される。燃焼室２内では、この高圧空気に燃料が混合されたのち燃焼され、高温高圧の燃焼ガスが生成される。燃焼ガスＧは、タービンケーシング２２を通じてタービン３内に供給される。なお、以下では、軸線方向Ｄａの両側のうち、燃焼ガスＧの流れてくる側を単に「上流側」と呼び、その反対側を単に「下流側」と呼ぶことがある。

タービン３内では、タービン動翼段２３、及びタービン静翼段２５に燃焼ガスＧが順次衝突することで、タービンロータ軸２１（ガスタービンロータ９１）に対して回転駆動力が与えられる。この回転エネルギーは、主に、圧縮機１の駆動に利用される。タービン３を駆動した燃焼ガスＧは、排気ノズル４により流速が増加されて推力を生む噴流となり、噴射口２７から外部に排出される。なお、この実施形態においては、航空機用ガスタービンとして１軸のターボジェットエンジンを一例にして説明した。しかし、１軸のターボジェットエンジンに限られず、航空機用ガスタービンであれば如何なる形態であっても良い。特に、多軸のターボファンエンジンの低圧タービンに好適である。

（タービン静翼、静翼セグメントの構成）
続いて、図２から図８を参照して、タービン静翼段２５、及びタービン静翼段２５を構成する静翼セグメント２５Ｓの構成について説明する。タービン静翼段２５は、それぞれ複数（一例として４つ）のタービン静翼２６を有する複数の静翼セグメント２５Ｓを環状に組み合わせることによって形成されている。つまり、図２に示すように、１つの静翼セグメント２５Ｓは、径方向内側から外側に向かうに従って周方向Ｄｃの寸法が次第に拡大するように形成されている。

静翼セグメント２５Ｓは、外側シュラウド３１と、複数（一例として４つ）のタービン静翼２６と、内側シュラウド３３と、を有している。外側シュラウド３１は、複数のタービン静翼２６の径方向外側の端部に固定されている。内側シュラウド３３は、タービン静翼２６の径方向内側の端部に固定されている。外側シュラウド３１、内側シュラウド３３はともに、軸線方向Ｄａから見て周方向Ｄｃに広がる円弧状をなしている。

（外側シュラウドの構成）
図２から図４に示すように、外側シュラウド３１は、外側シュラウド本体３１Ａと、フック部３１Ｂと、シール部３１Ｃと、第一厚肉部４Ａと、を有している。外側シュラウド本体３１Ａは、軸線方向Ｄａ、及び周方向Ｄｃに広がる板状をなしている。

フック部３１Ｂは、タービンケーシング２２に対して静翼セグメント２５Ｓを固定するための構造物である。フック部３１Ｂは、外側シュラウド本体３１Ａの外周面から径方向外側に向かって突出している。具体的にはフック部３１Ｂは、外側シュラウド本体３１Ａから径方向外側に向かうに従って軸線方向Ｄａの上流側に向かって延びている。フック部３１Ｂの内周面は外側シュラウド本体３１Ａの外周面に対向している。

シール部３１Ｃは、外側シュラウド３１の外周側を流れようとする燃焼ガスの流れ（漏れ流れ）をシールするために設けられている。シール部３１Ｃは、外側シュラウド本体３１Ａの外周面から径方向外側に向かって突出するとともに、周方向Ｄｃに広がる板状をなしている。また、シール部３１Ｃは、上記のフック部３１Ｂから下流側に間隔をあけて設けられている。一例として、シール部３１Ｃの径方向の寸法（突出高さ）は、フック部３１Ｂの突出高さよりも大きい。シール部３１Ｃの外周側の端面は、シール部端面Ｃａとされている。

シール部３１Ｃは、周方向Ｄｃの両端部を含む一対の端部領域Ｐ１と、これら端部領域Ｐ１によって周方向両側から囲まれている中央領域Ｐ２とによって構成されている。シール部３１Ｃの周方向Ｄｃにおける長さを１００％とした場合、中央領域Ｐ２は、４０％～８０％を占めることが望ましい。端部領域Ｐ１におけるシール部３１Ｃの板厚を基準とした場合、中央領域Ｐ２には、端部領域Ｐ１よりも板厚が大きい第一厚肉部４Ａが少なくとも１つ形成されている。一例として、第一厚肉部４Ａにおける最も板厚が大きい部分は、端部領域Ｐ１の板厚の２．０倍から５．０倍の板厚を有している。本実施形態では、この第一厚肉部４Ａが中央領域Ｐ２における周方向Ｄｃの中央位置に１つのみ形成されている。

図３に示すように、第一厚肉部４Ａは、シール部３１Ｃの両面のうち、軸線方向Ｄａの上流側を向く面（シール主面Ｃｍ）に設けられている。第一厚肉部４Ａは、シール主面Ｃｍから上流側に向かって突出している。また、周方向Ｄｃから見て、第一厚肉部４Ａは径方向外側に向かうに従って軸線方向Ｄａの寸法が次第に大きくなる三角形の断面形状を有している。なお、第一厚肉部４Ａの軸線方向Ｄａの寸法は径方向外側に向かうに従って連続的に増加していてもよいし、段階的に増加していてもよい。第一厚肉部４Ａの径方向外側の端面（厚肉部端面４ａ）は、シール部端面Ｃａと面一とされている。また、図４に示すように、第一厚肉部４Ａが形成されていない端部領域Ｐ１では、シール部３１Ｃの板厚（軸線方向Ｄａの寸法）は、径方向の全域にわたって一定である。

さらに図５に示すように、第一厚肉部４Ａは、軸線方向Ｄａから見て、径方向外側に向かうに従って周方向Ｄｃの寸法が次第に大きくなっている。言い換えれば、第一厚肉部４Ａでは、周方向端部から周方向Ｄｃの中央に向かうに従って板厚が次第に大きくなっている。なお、第一厚肉部４Ａの周方向Ｄｃの寸法は、径方向外側に向かうに従って連続的に増加していてもよいし、段階的に増加していてもよい。第一厚肉部４Ａの径方向内側の端縁は底辺部Ｌｂとされている。第一厚肉部４Ａの周方向両側の端縁はそれぞれ周方向端縁Ｌａとされている。一対の周方向端縁Ｌａは、径方向外側に向かうに従って周方向Ｄｃに互いに離間する方向に延びている。なお、これら端縁のうち、底辺部Ｌｂを設けず、一対の周方向端縁Ｌａのみによって第一厚肉部４Ａを形成することも可能である。この場合、軸線方向Ｄａから見て第一厚肉部４Ａは三角形状をなす。

（内側シュラウドの構成）
続いて、図２、及び図６から図８を参照して、内側シュラウド３３の構成について説明する。図２又は図６に示すように、内側シュラウド３３は、内側シュラウド本体３３Ａと、内側シール部３３Ｂと、第二厚肉部４Ｂと、を有している。

内側シュラウド本体３３Ａは、軸線方向Ｄａ、及び周方向Ｄｃに広がる板状をなしている。内側シュラウド本体３３Ａの外周面には複数のタービン静翼２６の径方向内側の端部が固定されている。

図６に示すように、内側シール部３３Ｂの両面のうち、軸線方向Ｄａの上流側を向く面（内側シール部主面Ｂｍ）には、第二厚肉部４Ｂが設けられている。第二厚肉部４Ｂは、内側シール部主面Ｂｍの周方向Ｄｃにおける中央に設けられている。第二厚肉部４Ｂは、内側シール部主面Ｂｍから上流側に向かって突出している。また、周方向から見て、第二厚肉部４Ｂは径方向内側に向かうに従って軸線方向Ｄａの寸法が次第に大きくなる三角形の断面形状を有している。なお、第二厚肉部４Ｂの軸線方向Ｄａの寸法は径方向内側に向かうに従って連続的に増加していてもよいし、段階的に増加していてもよい。第二厚肉部４Ｂの径方向内側の端面（厚肉部端面４ｂ）は、係合凹部Ｈ，Ｈ２の内周面と面一とされている。また、図７に示すように、第二厚肉部４Ａが形成されていない領域では、内側シール部３３Ｂの板厚（軸線方向Ｄａの寸法）は、径方向の全域にわたって一定である。

さらに図８に示すように、第二厚肉部４Ｂは、軸線方向Ｄａから見て、径方向内側に向かうに従って周方向Ｄｃの寸法が次第に大きくなっている。言い換えれば、第二厚肉部４Ｂでは、周方向端部から周方向Ｄｃの中央に向かうに従って板厚が次第に大きくなっている。なお、第二厚肉部４Ｂの周方向の寸法は中央に向かうに従って連続的に増加していてもよいし、段階的に増加していてもよい。第二厚肉部４Ｂの径方向外側の端縁は底辺部Ｌｄとされている。第二厚肉部４Ｂの周方向両側の端縁はそれぞれ周方向端縁Ｌｃとされている。一対の周方向端縁Ｌｃは、径方向内側に向かうに従って周方向Ｄｃに互いに離間する方向に延びている。なお、これら端縁のうち、底辺部Ｌｄを設けず、一対の周方向端縁Ｌｃのみによって第二厚肉部４Ｂを形成することも可能である。この場合、軸線方向Ｄａから見て第二厚肉部４Ｂは三角形状をなす。

（作用効果）
ここで、ガスタービンの運転中には、外側シュラウド３１の内周側、及び内側シュラウド３３の外周側を高温高圧の燃焼ガスが流通する。この燃焼ガスの熱によって、外側シュラウド３１は、径方向内側に向かって凸となるように熱変形しようとする。同様に、内側シュラウド３３は、径方向外側に向かって凸となるように熱変形しようとする。しかしながら、これら外側シュラウド３１、及び内側シュラウド３３は複数のタービン静翼２６によって拘束されているため、曲げ戻しの荷重が加わり、その結果として、熱応力が生じる。特に、外側シュラウド３１のシール部３１Ｃには大きな応力が生じる。

しかしながら、上記構成によれば、シール部３１Ｃに端部領域Ｐ１と中央領域Ｐ２とが形成され、中央領域Ｐ２には、板厚の大きい第一厚肉部４Ａが少なくとも１つ形成されている。これにより、シール部３１Ｃの構造強度が向上し、上述の熱応力に対して十分に抗することができる。また、シール部３１Ｃの一部の肉厚を大きくすることのみによって構造強度を増すため、静翼セグメント２５Ｓとしての大幅な重量増加を回避することもできる。

さらに、上記構成によれば、第一厚肉部４Ａは、径方向外側に向かうに従って軸線方向Ｄａの寸法（つまり、板厚）が次第に大きくなっている。このように、シール部３１Ｃのうち、最も大きな応力が加わる径方向外側の領域で板厚が大きくなっていることから、当該応力に対して十分に抗することができる。

また、上記構成によれば、第一厚肉部４Ａでは、周方向端部から中央に向かうに従って板厚が次第に大きくなっている。言い換えると、第一厚肉部４Ａ、及びその周囲には垂直な段差等が形成されていない。これにより、例えばこのような段差や角部が形成されていた場合に生じる応力集中を回避することができる。

ここで、ガスタービンの運転中には、内側シュラウド３３の外周側を高温高圧の燃焼ガスが流通する。この燃焼ガスの熱によって、内側シュラウド３３は、径方向外側に向かって凸となるように熱変形しようとする。しかしながら、内側シュラウド３３は複数の静翼（タービン静翼）によって拘束されているため、曲げ戻しの荷重が加わり、その結果として、熱応力が生じる。

しかしながら、上記構成によれば、内側シール部３３Ｂに、板厚の大きい第二厚肉部４Ｂが形成されている。これにより、内側シール部３３Ｂの構造強度が向上し、上述の圧縮応力に対して十分に抗することができる。

さらに、上記構成によれば、第二厚肉部４Ｂは、径方向内側に向かうに従って軸線方向Ｄａの寸法（つまり、板厚）が次第に大きくなっている。このように、内側シール部のうち、最も大きな応力が加わる径方向内側の領域で板厚が大きくなっていることから、当該応力に対して十分に抗することができる。

また、上記構成によれば、第二厚肉部４Ｂでは、周方向端部から中央に向かうに従って板厚が次第に大きくなっている。言い換えると、第二厚肉部４Ｂ、及びその周囲には垂直な段差等が形成されていない。これにより、例えば段差や角部が形成されていた場合に生じる応力集中を回避することができる。

（その他の実施形態）
以上、本開示の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、上記実施形態では、シール部３１Ｃの中央領域Ｐ２に１つのみの第一厚肉部４Ａが設けられている例について説明した。しかしながら、第一厚肉部４Ａの数は１つに限定されず、図９に示すように周方向Ｄｃに間隔をあけて２つの第一厚肉部４Ａが形成されていてもよい。また、３つ以上の第一厚肉部４Ａを形成することも可能である。

このような構成によれば、中央領域Ｐ２に複数の第一厚肉部４Ａが設けられていることから、シール部３１Ｃ（外側シュラウド３１）の構造強度をさらに高めることができる。また、ガスタービンの運転中には、タービン内で燃焼ガスが周方向Ｄｃに分散した温度分布を形成することがある。この場合、特に温度が高い領域では上述の熱応力も高まる虞がある。一方で、上記構成によれば、このような周方向Ｄｃの温度分布に合わせて予め第一厚肉部４Ａを形成しておくことで、高温部における高い応力に対して十分に抗することが可能となる。さらに、図１０に示すように周方向にＤｃに間隔をあけて２つの第二厚肉部４Ｂが形成されていてもよい。また、３つ以上の第二厚肉部４Ｂを形成することも可能である。このような構成によれば、内側シュラウド３３の先端部（つまり、内側シール部３３Ｂ）に生じる応力に対してさらに十分に抗することができる。

＜付記＞
各実施形態に記載の静翼セグメント２５Ｓは、例えば以下のように把握される。

（１）第１の態様に係る静翼セグメント２５Ｓは、軸線Ａｍに対する径方向に延びるとともに周方向Ｄｃに間隔をあけて配列された複数の静翼（タービン静翼２６）と、前記複数の静翼２６の径方向外側の端部を支持し、周方向Ｄｃに延びる外側シュラウド３１と、を備え、前記外側シュラウド３１は、前記軸線方向Ｄａ、及び周方向Ｄｃに広がる外側シュラウド本体３１Ａと、前記外側シュラウド本体３１Ａから径方向外側に突出するとともに周方向Ｄｃに延びるシール部３１Ｃと、を有し、前記シール部３１Ｃは、周方向両側の端部を含む一対の端部領域Ｐ１と、前記一対の端部領域Ｐ１の間に位置する中央領域Ｐ２と、を有し、前記端部領域Ｐ１では板厚が相対的に小さく、前記中央領域Ｐ２には板厚が相対的に大きい第一厚肉部４Ａが少なくとも１つ形成されている。

ここで、ガスタービンの運転中には、外側シュラウド３１の内周側、及び内側シュラウド３３の外周側を高温高圧の燃焼ガスが流通する。この燃焼ガスの熱によって、外側シュラウド３１は、径方向内側に向かって凸となるように熱変形しようとする。しかしながら、外側シュラウド３１は複数の静翼（タービン静翼２６）によって拘束されているため、曲げ戻しの荷重が加わり、その結果として、外側シュラウド３１には熱応力が生じる。特に、外側シュラウド３１のシール部３１Ｃには大きな応力が生じる。上記構成によれば、シール部３１Ｃに端部領域Ｐ１と中央領域Ｐ２とが形成され、中央領域Ｐ２には、板厚の大きい第一厚肉部４Ａが少なくとも１つ形成されている。これにより、シール部３１Ｃの構造強度が向上し、上述の圧縮応力に対して十分に抗することができる。また、シール部３１Ｃの一部の肉厚を大きくすることのみによって構造強度を増すため、静翼セグメント２５Ｓとしての大幅な重量増加を回避することもできる。

（２）第２の態様に係る静翼セグメント２５Ｓでは、前記第一厚肉部４Ａは、径方向外側に向かうに従って前記軸線方向Ｄａの寸法が次第に大きくなっている。

上記構成によれば、第一厚肉部４Ａは、径方向外側に向かうに従って軸線方向Ｄａの寸法（つまり、板厚）が次第に大きくなっている。このように、シール部３１Ｃのうち、最も大きな応力が加わる径方向外側の領域で板厚が大きくなっていることから、当該応力に対して十分に抗することができる。

（３）第３の態様に係る静翼セグメント２５Ｓでは、前記第一厚肉部４Ａでは、該第一厚肉部４Ａの周方向端部から周方向Ｄｃの中央に向かうに従って板厚が次第に大きくなっている。

上記構成によれば、第一厚肉部４Ａでは、周方向端部から中央に向かうに従って板厚が次第に大きくなっている。言い換えると、第一厚肉部４Ａ、及びその周囲には垂直な段差等が形成されていない。これにより、例えばこのような段差や角部が形成されていた場合に生じる応力集中を回避することができる。

（４）第４の態様に係る静翼セグメント２５Ｓは、前記複数の静翼（タービン静翼２６）の径方向内側の端部を支持し、周方向Ｄｃに延びる内側シュラウド３３をさらに備え、前記内側シュラウド３３は、前記軸線方向Ｄａ、及び周方向に広がる内側シュラウド本体３３Ａと、前記内側シュラウド本体３３Ａから径方向内側に突出するとともに周方向Ｄｃに延びる内側シール部３３Ｂと、を有し、前記内側シール部３３Ｂの周方向Ｄｃの中央には、板厚が周方向両端部の板厚よりも大きい第二厚肉部４Ｂが形成されている。

ここで、ガスタービンの運転中には、内側シュラウド３３の外周側を高温高圧の燃焼ガスが流通する。この燃焼ガスの熱によって、内側シュラウド３３の先端側（つまり、内側シール部３３Ｂ）には大きな応力が生じる。上記構成によれば、内側シール部３３Ｂに、板厚の大きい第二厚肉部４Ｂが形成されている。これにより、内側シール部３３Ｂの構造強度が向上し、上述の圧縮応力に対して十分に抗することができる。また、内側シール部３３Ｂの一部の肉厚を大きくすることのみによって構造強度を増すため、静翼セグメント２５Ｓとしての大幅な重量増加を回避することもできる。

（５）第５の態様に係る静翼セグメント２５Ｓは、軸線Ａｍに対する径方向に延びるとともに周方向に間隔をあけて配列された複数の静翼（タービン静翼２６）と、前記複数の静翼の径方向外側の端部を支持し、周方向に延びる外側シュラウド３１と、前記複数の静翼の径方向内側の端部を支持し、周方向に延びる内側シュラウド３３と、を備え、前記内側シュラウド３３は、前記軸線Ａｍ方向、及び周方向に広がる内側シュラウド本体３３Ａと、前記内側シュラウド本体３３Ａから径方向内側に突出するとともに周方向に延びる内側シール部３３Ｂと、を有し、前記内側シール部３３Ｂの周方向の中央には、板厚が周方向両端部の板厚よりも大きい第二厚肉部４Ｂが形成されている。

ここで、ガスタービンの運転中には、内側シュラウド３３の外周側を高温高圧の燃焼ガスが流通する。この燃焼ガスの熱によって、内側シュラウド３３の先端側（つまり、内側シール部３３Ｂ）には大きな応力が生じる。上記構成によれば、内側シール部３３Ｂに、板厚の大きい第二厚肉部４Ｂが形成されている。これにより、内側シール部３３Ｂの構造強度が向上し、上述の圧縮応力に対して十分に抗することができる。また、内側シール部３３Ｂの一部の肉厚を大きくすることのみによって構造強度を増すため、静翼セグメント２５Ｓとしての大幅な重量増加を回避することもできる。

（６）第６の態様に係る静翼セグメント２５Ｓでは、前記第二厚肉部４Ｂは、径方向内側に向かうに従って前記軸線方向Ｄａの寸法が次第に大きくなっている。

上記構成によれば、第二厚肉部４Ｂは、径方向内側に向かうに従って軸線方向Ｄａの寸法（つまり、板厚）が次第に大きくなっている。このように、内側シール部のうち、最も大きな応力が加わる径方向内側の領域で板厚が大きくなっていることから、当該応力に対して十分に抗することができる。

（７）第７の態様に係る静翼セグメント２５Ｓにおいて、前記第二厚肉部４Ｂでは、該第二厚肉部４Ｂの周方向端部から周方向Ｄｃの中央に向かうに従って板厚が次第に大きくなっている。

上記構成によれば、第二厚肉部４Ｂでは、周方向端部から中央に向かうに従って板厚が次第に大きくなっている。言い換えると、第二厚肉部４Ｂ、及びその周囲には垂直な段差等が形成されていない。これにより、例えば段差や角部が形成されていた場合に生じる応力集中を回避することができる。

（８）第８の態様に係る静翼セグメント２５Ｓでは、前記内側シール部３３Ｂには、周方向に間隔をあけて配列された複数の前記第二厚肉部４Ｂが設けられている。

上記構成によれば、内側シュラウド３３の先端部（つまり、内側シール部３３Ｂ）に生じる応力に対してさらに十分に抗することができる。

（９）第９の態様に係る静翼セグメント２５Ｓでは、前記中央領域Ｐ２には、周方向Ｄｃに間隔をあけて配列された複数の前記第一厚肉部４Ａが設けられている。

上記構成によれば、中央領域Ｐ２に複数の第一厚肉部４Ａが設けられていることから、シール部３１Ｃ（外側シュラウド３１）の構造強度をさらに高めることができる。また、ガスタービンの運転中には、タービン内で燃焼ガスが周方向Ｄｃに分散した温度分布を形成することがある。この場合、特に温度が高い領域では上述の圧縮応力も高まる虞がある。一方で、上記構成によれば、このような周方向Ｄｃの温度分布に合わせて予め第一厚肉部４Ａを形成しておくことで、高温部における高い応力に対して十分に抗することが可能となる。

１ 圧縮機
２ 燃焼室
３ タービン
４ 排気ノズル
４Ａ 第一厚肉部
４Ｂ 第二厚肉部
１０ 吸気ダクト
１１ 圧縮機ロータ軸
１２ 圧縮機ケーシング
１３ 圧縮機動翼段
１４ 圧縮機動翼
１５ 圧縮機静翼段
１６ 圧縮機静翼
２１ タービンロータ軸
２２ タービンケーシング
２３ タービン動翼段
２４ タービン動翼
２５ タービン静翼段
２５Ｓ 静翼セグメント
２６ タービン静翼
２７ 噴射口
３１ 外側シュラウド
３１Ａ 外側シュラウド本体
３１Ｂ フック部
３１Ｃ シール部
３３ 内側シュラウド
３３Ａ 内側シュラウド本体
３３Ｂ 内側シール部
９１ ガスタービンロータ
９２ ガスタービンケーシング
１００ 航空機用ガスタービン
Ｂｍ 内側シール部主面
Ｃａ シール部端面
Ｃｍ シール主面
Ｈ１，Ｈ２ 係合凹部
Ｌａ，Ｌｃ 周方向端縁
Ｌｂ，Ｌｄ 底辺部
Ｐ１ 端部領域
Ｐ２ 中央領域

Claims (9)

1. 軸線に対する径方向に延びるとともに周方向に間隔をあけて配列された複数の静翼と、
   前記複数の静翼の径方向外側の端部を支持し、周方向に延びる外側シュラウドと、
   を備え、
   前記外側シュラウドは、
   前記軸線方向、及び周方向に広がる外側シュラウド本体と、
   前記外側シュラウド本体から径方向外側に突出するとともに周方向に延びるシール部と、
   を有し、
   前記シール部は、周方向両側の端部を含む一対の端部領域と、前記一対の端部領域の間に位置する中央領域と、を有し、
   前記端部領域では板厚が相対的に小さく、前記中央領域には板厚が相対的に大きい第一厚肉部が少なくとも１つ形成されている静翼セグメント。
2. 前記第一厚肉部は、径方向外側に向かうに従って前記軸線方向の寸法が次第に大きくなっている請求項１に記載の静翼セグメント。
3. 前記第一厚肉部では、該第一厚肉部の周方向端部から周方向の中央に向かうに従って板厚が次第に大きくなっている請求項１又は２に記載の静翼セグメント。
4. 前記複数の静翼の径方向内側の端部を支持し、周方向に延びる内側シュラウドと、
   を備え、
   前記内側シュラウドは、
   前記軸線方向、及び周方向に広がる内側シュラウド本体と、
   前記内側シュラウド本体から径方向内側に突出するとともに周方向に延びる内側シール部と、
   を有し、
   前記内側シール部の周方向の中央には、板厚が周方向両端部の板厚よりも大きい第二厚肉部が形成されている請求項１から３のいずれか一項に記載の静翼セグメント。
5. 軸線に対する径方向に延びるとともに周方向に間隔をあけて配列された複数の静翼と、
   前記複数の静翼の径方向外側の端部を支持し、周方向に延びる外側シュラウドと、
   前記複数の静翼の径方向内側の端部を支持し、周方向に延びる内側シュラウドと、
   を備え、
   前記内側シュラウドは、
   前記軸線方向、及び周方向に広がる内側シュラウド本体と、
   前記内側シュラウド本体から径方向内側に突出するとともに周方向に延びる内側シール部と、
   を有し、
   前記内側シール部の周方向の中央には、板厚が周方向両端部の板厚よりも大きい第二厚肉部が形成されている静翼セグメント。
6. 前記第二厚肉部は、径方向内側に向かうに従って前記軸線方向の寸法が次第に大きくなっている請求項５に記載の静翼セグメント。
7. 前記第二厚肉部では、該第二厚肉部の周方向端部から周方向の中央に向かうに従って板厚が次第に大きくなっている請求項５又は６に記載の静翼セグメント。
8. 前記内側シール部には、周方向に間隔をあけて配列された複数の前記第二厚肉部が設けられている請求項５から７のいずれか一項に記載の静翼セグメント。
9. 前記中央領域には、周方向に間隔をあけて配列された複数の前記第一厚肉部が設けられている請求項１から８のいずれか一項に記載の静翼セグメント。

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