JP4913326B2

JP4913326B2 - シール構造及びタービンノズル

Info

Publication number: JP4913326B2
Application number: JP2004000489A
Authority: JP
Inventors: 洋治大北
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2004-01-05
Filing date: 2004-01-05
Publication date: 2012-04-11
Anticipated expiration: 2024-01-05
Also published as: JP2005194914A

Description

本発明は、航空機エンジン等のガスタービンエンジンにおけるタービンに用いられるシール構造、及び前記タービンの部品の一つであるタービンノズルに関する。

航空機エンジン等のガスタービンエンジンにおける一般的なタービンの構成について簡単に説明すると、次のようになる。

即ち、前記タービンは、前記ガスタービンエンジンの主要な装置の一つであって、筒状のタービンケースを具備している。また、前記タービンケース内には、複数段のタービンロータが前記ガスタービンエンジンのエンジン軸心（換言すれば、前記タービンケースのケース軸心）を中心として回転可能に設けられている。そして、各段の前記タービンロータは、前記タービンケース内に前記エンジン軸心を中心として回転可能に設けられたタービンディスクと、このタービンディスクの外周部に等間隔に設けられかつ前記ガスタービンにおける燃焼器からの高温ガスによって回転力を得る複数の動翼とを備えている。ここで、各動翼は、前記ガスタービンエンジンにおける環状のエンジン流路内に位置してあって、複数段の前記タービンロータにおける前記タービンディスクは、前記ガスタービンエンジンにおける圧縮機の部品である複数段の圧縮機ロータに一体的に連結してある。

更に、前記タービンケース内には、高温ガスを軸流に整流する複数段のタービンノズルが複数段の前記タービンロータと交互に設けられている。そして、各段の前記タービンノズルは、環状に配置された複数の静翼と、複数の前記静翼の内側に一体に形成されたかつインナー流路面を有した環状のインナーバンドと、複数の前記静翼の外側に一体に形成されかつアウター流路面を有した環状のアウターバンドとを備えている。ここで、各静翼、各インナーバンドのインナー流路面、及び各アウターバンドのアウター流路面は、前記エンジン流路内に位置してある。

従って、前記ガスタービンエンジンの稼動させて、前記燃焼器から高温ガスを発生させると、高温ガスは複数段の前記タービンノズルによって軸流に整流されつつ、複数段の前記タービンロータを前記エンジン軸心を中心として回転させる。これによって、前記タービンを駆動させる一方、複数段の前記圧縮機ロータも前記エンジン軸心を中心として複数段の前記タービンロータと一体的に回転させて、前記圧縮機を連動して駆動させることができる。

ところで、隣接する前記タービンロータと前記タービンノズルとの間にラビリンスシール構造が設けられても、前記エンジン流路からエンジン軸心側への高温ガスの侵入を回避することはできない。このことは、前記エンジン流路内の一部の領域であって隣接する前記タービンノズルと前記タービンロータとの間の中間領域において、高温ガスの周方向の圧力変動が生じることが大きな要因となっている（例えば、ＡＩＡＡ−００２−３９３８論文参照）。そして、高温ガスの侵入による前記タービンディスクの高温化を抑えるため、特許文献１に示すように、前記タービンは、前記圧縮機（又はファン）から注気した圧縮空気が冷却空気として前記タービンディスクの周縁部（リム部）に向かって流れるように構成されている。
特開平８−２９６４５５号公報

しかしながら、高温ガスの侵入による前記タービンディスクの高温化を十分に抑えるには、前記タービンディスクの周縁部に向かって流れる冷却空気の流量を増やす必要がある一方、前記タービンディスクの周縁部に向かって流れる冷却空気の流量を増やすと、前記圧縮機又は前記ファンから抽気する圧縮空気の流量が増えて、前記ガスタービンエンジンのエンジン効率の低下するという問題がある。

請求項１に記載の発明にあっては、ガスタービンエンジンにおけるタービンに用いられ、前記ガスタービンエンジンにおける環状のエンジン流路からエンジン軸心側への高温ガスの侵入を抑制するシール構造において、
前記タービンの部品の一つであるタービンノズルにおける環状のインナーバンドに周方向に等間隔に形成され、エンジン径方向へ湾曲状に凹むようにそれぞれ構成され、前記タービンノズルにおける前記静翼と同数のバレイ部と、
前記インナーバンドに隣接するバレイ部を繋ぐように形成され、前記タービンノズルにおける前記静翼と同数のマウント部と、
を具備し、
前記エンジン流路内において各静翼の後縁の後側近傍（換言すれば、ガス流方向からみて下流側近傍）のガス容積が間欠的に大きくなるように、各バレイ部が前記タービンノズルにおける対応する静翼の後縁の後側近傍にそれぞれ位置しかつ各マウント部が前記タービンノズルにおける隣接する静翼間の中央の後側近傍にそれぞれ位置していることを特徴とする。

請求項２に記載の発明にあっては、ガスタービンエンジンにおけるタービンに用いられ、前記ガスタービンエンジンにおける環状のエンジン流路からエンジン軸心側への高温ガスの侵入を抑制するシール構造において、
前記タービンの部品の一つであるタービンノズルにおける環状のインナーバンドの内側に配置した環状のリアリムシールに周方向に等間隔に形成され、エンジン径方向へ湾曲状に凹むようにそれぞれ構成され、前記タービンノズルにおける前記静翼と同数のバレイ部と、
前記リアリムシールに隣接するバレイ部を繋ぐように形成され、前記タービンノズルにおける前記静翼と同数のマウント部と、
を具備し、
前記エンジン流路内において各静翼の後縁の後側近傍（換言すれば、ガス流方向からみて下流側近傍）のガス容積が間欠的に大きくなるように、各バレイ部が前記タービンノズルにおける対応する静翼の後縁の後側近傍にそれぞれ位置しかつ各マウント部が前記タービンノズルにおける隣接する静翼間の中央の後側近傍にそれぞれ位置していることを特徴とする。

ここで、前記エンジン流路内の一部の領域であって隣接する前記タービンノズルと後側寄り（換言すれば、ガス流方向からみて下流側寄り）のタービンロータ（前記タービンの部品の一つ）との間のノズル・ロータ中間領域において、各静翼の後縁の後側近傍の高温ガスの圧力が間欠的に高くなるように高温ガスの周方向の圧力変動が生じる傾向にあり、請求項１又は請求項２に記載の発明は、この周方向の圧力変動が高温ガスの侵入の大きな要因となっていることに着目して創作されたものである。

請求項１又は請求項２に記載の発明特定事項によると、前記エンジン流路内において各静翼の後縁の後側近傍のガス容積が間欠的に大きくなるように、各バレイ部が前記タービンノズルにおける対応する静翼の後縁の後側近傍にそれぞれ位置しかつ各マウント部が前記タービンノズルにおける隣接する静翼間の中央の後側近傍にそれぞれ位置しているため、各静翼の後縁の後側近傍のガス容積が間欠的に大きくなるように前記エンジン流路内の前記ノズル・ロータ中間領域においてガス容積を周方向に沿って変化させて、前記傾向を相殺することができる。これにより、前記ガス流路の前記ノズル・ロータ中間領域における高温ガスの周方向の圧力変動を小さくすることができる。

請求項３に記載の発明にあっては、ガスタービンエンジンにおけるタービンに用いられ、前記ガスタービンエンジンにおける環状のエンジン流路からエンジン軸心側への高温ガスの侵入を抑制するシール構造において、
前記タービンの部品の一つであるタービンノズルにおける環状のインナーバンドに周方向に等間隔に形成され、エンジン径方向へ湾曲状に凹むようにそれぞれ構成され、前記タービンノズルにおける前記静翼と同数のバレイ部と、
前記インナーバンドに隣接するバレイ部を繋ぐように形成され、前記タービンノズルにおける前記静翼と同数のマウント部と、
を具備し、
前記エンジン流路内において各静翼の前縁の前側近傍（換言すれば、ガス流方向からみて上流側近傍）のガス容積が間欠的に大きくなるように、各バレイ部が前記タービンノズルにおける対応する静翼の前縁の前側近傍にそれぞれ位置しかつ各マウント部が前記タービンノズルにおける隣接する静翼間の中央の前側近傍にそれぞれ位置していることを特徴とする。

請求項４に記載の発明にあっては、ガスタービンエンジンにおけるタービンに用いられ、前記ガスタービンエンジンにおける環状のエンジン流路からエンジン軸心側への高温ガスの侵入を抑制するシール構造において、
前記タービンの部品の一つであるタービンノズルにおける環状のインナーバンドの内側に配置した環状のフロントリムシールに周方向に等間隔に形成され、エンジン径方向へ湾曲状に凹むようにそれぞれ構成され、前記タービンノズルにおける前記静翼と同数のバレイ部と、
前記フロントシールに隣接するバレイ部を繋ぐように形成され、前記タービンノズルにおける前記静翼と同数のマウント部と、
を具備し、
前記エンジン流路内において各静翼の前縁の前側近傍（換言すれば、ガス流方向からみて上流側近傍）のガス容積が間欠的に大きくなるように、各バレイ部が前記タービンノズルにおける対応する静翼の前縁の前側近傍にそれぞれ位置しかつ各マウント部が前記タービンノズルにおける隣接する静翼間の中央の前側近傍にそれぞれ位置していることを特徴とする。

ここで、前記エンジン流路内の一部の領域であって隣接する前記タービンノズルと前側寄り（換言すれば、ガス流方向からみて上流側寄り）のタービンロータ（前記タービンの部品の一つ）との間のロータ・ノズル中間領域において、各静翼の前縁の前側近傍の高温ガスの圧力が間欠的に高くなるように高温ガスの周方向の圧力変動が生じる傾向にあり、請求項３又は請求項４に記載の発明は、この周方向の圧力変動が高温ガスの侵入の大きな要因となっていることに着目して創作されたものである。

請求項３又は請求項４に記載の発明特定事項によると、前記エンジン流路内において各静翼の前縁の前側近傍のガス容積が間欠的に大きくなるように、各バレイ部が前記タービンノズルにおける対応する静翼の前縁の前側近傍にそれぞれ位置しかつ各マウント部が前記タービンノズルにおける隣接する静翼間の中央の前側近傍にそれぞれ位置しているため、各静翼の前縁の前側近傍のガス容積が間欠的に大きくなるように前記エンジン流路内の前記ロータ・ノズル中間領域においてガス容積を周方向に沿って変化させて、前記傾向を相殺することができる。これにより、前記エンジン流路の前記ロータ・ノズル中間領域における高温ガスの周方向の圧力変動を小さくすることができる。

請求項５に記載の発明にあっては、ガスタービンエンジンにおけるタービンの部品の一つであって、高温ガスを軸流に整流するタービンノズルにおいて、
環状に配置された複数の静翼と、
複数の前記静翼の内側に一体に形成され、インナー流路面を有した環状のインナーバンドと、
複数の前記静翼の外側に一体に形成され、アウター流路面を有した環状のアウターバンドと、
前記インナーバンドに周方向に等間隔に形成され、ノズル径方向へ湾曲状に凹むようにそれぞれ構成され、前記静翼と同数のバレイ部と、
前記インナーバンドに隣接する前記バレイ部を繋ぐように形成され、前記静翼と同数のマウント部と、
を具備し、
前記エンジン流路内において各静翼の後縁の後側近傍（換言すれば、ガス流方向からみて下流側近傍）のガス容積が間欠的に大きくなるように、各バレイ部が対応する前記静翼の後縁の後側近傍にそれぞれ位置しかつて各マウント部が隣接する前記静翼間の中央の後側近傍にそれぞれ位置していることを特徴とする。

ここで、前記ガスタービンエンジンにおける環状のエンジン流路内の一部の領域であって、隣接する前記タービンノズルと後側寄り（換言すれば、ガス流方向からみて下流側寄り）のタービンロータ（前記タービンの部品の一つ）との間のノズル・ロータ中間領域において、各静翼の後縁の後側近傍の高温ガスの圧力が間欠的に高くなるように高温ガスの周方向の圧力変動が生じる傾向にあり、請求項５に記載の発明は、この周方向の圧力変動が高温ガスの侵入の大きな要因となっていることに着目して創作されたものである。

請求項５に記載の発明特定事項によると、前記エンジン流路内において各静翼の後縁の後側近傍のガス容積が間欠的に大きくなるように、各バレイ部が対応する前記静翼の後縁の後側近傍にそれぞれ位置しかつて各マウント部が隣接する前記静翼間の中央の後側近傍にそれぞれ位置しているため、各静翼の後縁の後側近傍のガス容積が間欠的に大きくなるように前記エンジン流路内の前記ノズル・ロータ中間領域においてガス容積を周方向に沿って変化させて、前記傾向を相殺することができる。これにより、前記エンジン流路の前記ノズル・ロータ中間領域における高温ガスの周方向の圧力変動を小さくすることができる。

請求項６に記載の発明にあっては、ガスタービンエンジンにおけるタービンの部品の一つであって、高温ガスを軸流に整流するタービンノズルにおいて、
環状に配置された複数の静翼と、
複数の前記静翼の内側に一体に形成され、インナー流路面を有した環状のインナーバンドと、
複数の前記静翼の外側に一体に形成され、アウター流路面を有した環状のアウターバンドと、
前記インナーバンドに周方向に等間隔に形成され、ノズル径方向へ湾曲状に凹むようにそれぞれ構成され、前記静翼と同数のバレイ部と、
前記インナーバンドに隣接する前記バレイ部を繋ぐように形成され、前記静翼と同数のマウント部と、
を具備し、
前記エンジン流路内において各静翼の前縁の前側近傍（換言すれば、ガス流方向からみて上流側近傍）のガス容積が間欠的に大きくなるように、各バレイ部が対応する前記静翼の前縁の前側近傍にそれぞれ位置しかつ各マウント部が隣接する前記静翼間の中央の前側近傍にそれぞれ位置していることを特徴とする。

ここで、前記ガスタービンエンジンにおける環状のエンジン流路内の一部の領域であって、隣接する前記タービンノズルと前側寄り（換言すれば、ガス流方向からみて上流側寄り）のタービンロータ（前記タービンの部品の一つ）との間のロータ・ノズル中間領域において、各静翼の前縁の前側近傍の高温ガスの圧力が間欠的に高くなるように高温ガスの周方向の圧力変動が生じる傾向にあり、請求項６に記載の発明は、この周方向の圧力変動が高温ガスの侵入の大きな要因となっていることに着目して創作されたものである。

請求項６に記載の発明特定事項によると、前記エンジン流路内において各静翼の前縁の前側近傍のガス容積が間欠的に大きくなるように、各バレイ部が対応する前記静翼の前縁の前側近傍にそれぞれ位置しかつ各マウント部が隣接する前記静翼間の中央の前側近傍にそれぞれ位置しているため、各静翼の前縁の前側近傍のガス容積が間欠的に大きくなるように前記エンジン流路内の前記ロータ・ノズル中間領域においてガス容積を周方向に沿って変化させて、前記傾向を相殺することができる。これにより、前記ガス流路の前記ロータ・ノズル中間領域における高温ガスの周方向の圧力変動を小さくすることができる。

請求項７に記載の発明にあっては、ガスタービンエンジンにおけるタービンの部品の一つであって、高温ガスを軸流に整流するタービンノズルにおいて、
環状に配置された複数の静翼と、
複数の前記静翼の内側に一体に形成され、インナー流路面を有した環状のインナーバンドと、
複数の前記静翼の外側に一体に形成され、アウター流路面を有した環状のアウターバンドと、
前記インナーバンドに周方向に等間隔に形成され、ノズル径方向へ湾曲状に凹むようにそれぞれ構成され、前記静翼と同数のリアバレイ部と、
前記インナーバンドに隣接する前記リアバレイ部を繋ぐように形成され、前記静翼と同数のリアマウント部と、
前記インナーバンドに周方向に等間隔に形成され、ノズル径方向へ湾曲状に凹むようにそれぞれ構成され、前記静翼と同数のフロントバレイ部と、
前記インナーバンドに隣接する前記フロントバレイ部を繋ぐように形成され、前記静翼と同数のフロントマウント部と、
を具備し、
前記エンジン流路内において各静翼の後縁の後側近傍（換言すれば、ガス流方向からみて下流側近傍）のガス容積が間欠的に大きくなるように、各リアバレイ部が対応する前記静翼の後縁の後側近傍にそれぞれ位置しかつ各リアマウント部が隣接する前記静翼間の中央の後側近傍にそれぞれ位置してあって、
前記エンジン流路内において各静翼の前縁の前側近傍（換言すれば、ガス流方向からみて上流側近傍）のガス容積が間欠的に大きくなるように、各フロントバレイ部が対応する前記静翼の前縁の前側近傍にそれぞれ位置しかつ各フロントマウント部が隣接する前記静翼間の中央の前側近傍にそれぞれ位置していることを特徴とする。

ここで、前記ガスタービンエンジンにおける環状のエンジン流路内の一部の領域であって、隣接する前記タービンノズルと後側寄り（換言すれば、ガス流方向からみて下流側寄り）のタービンロータ（前記タービンの部品の一つ）との間のノズル・ロータ中間領域において、各静翼の後縁の後側近傍の高温ガスの圧力が間欠的に高くなるように高温ガスの周方向の圧力変動が生じる第１の傾向にある。また、前記エンジン流路内の一部の領域であって、隣接する前記タービンノズルと前側寄り（換言すれば、ガス流方向からみて上流側寄り）のタービンロータ（前記タービンの部品の一つ）との間のロータ・ノズル中間領域において、各静翼の前縁の前側近傍の高温ガスの圧力が間欠的に高くなるように高温ガスの周方向の圧力変動が生じる第２の傾向にある。そして、請求項７に記載の発明は、前記エンジン流路の前記ノズル・ロータ中間領域における高温ガスの周方向の圧力変動、及び前記エンジン流路の前記ロータ・ノズル中間領域における高温ガス周方向の圧力変動が高温ガスの侵入の大きな要因となっていることに着目して創作されたものである。

請求項７に記載の発明特定事項によると、前記エンジン流路内において各静翼の後縁の後側近傍のガス容積が間欠的に大きくなるように、各リアバレイ部が対応する前記静翼の後縁の後側近傍にそれぞれ位置しかつ各リアマウント部が隣接する前記静翼間の中央の後側近傍にそれぞれ位置しているため、各静翼の後縁の後側近傍のガス容積が間欠的に大きくなるように前記エンジン流路内の前記ノズル・ロータ中間領域においてガス容積を周方向に沿って変化させて、前記第１の傾向を相殺することができる。これにより、前記エンジン流路の前記ノズル・ロータ中間領域における高温ガスの周方向の圧力変動を小さくすることができる。

また、前記エンジン流路内において各静翼の前縁の前側近傍のガス容積が間欠的に大きくなるように、各フロントバレイ部が対応する前記静翼の前縁の前側近傍にそれぞれ位置しかつ各フロントマウント部が隣接する前記静翼間の中央の前側近傍にそれぞれ位置しているため、各静翼の前縁の前側近傍のガス容積が間欠的に大きくなるように前記エンジン流路内の前記ロータ・ノズル中間領域においてガス容積を周方向に沿って変化させて、前記第２の傾向を相殺することができる。これにより、前記エンジン流路の前記ロータ・ノズル中間領域における高温ガスの周方向の圧力変動を小さくすることができる。

請求項１、請求項２、又は請求項５に記載の発明によれば、前記エンジン流路の前記ノズル・ロータ中間領域における高温ガスの周方向の圧力変動を小さくすることができるため、前記エンジン流路の前記ノズル・ロータ中間領域から前記エンジン軸心側への高温ガスの侵入を十分に抑制できる。よって、前記タービンディスクの周縁部に向かって流れる冷却空気の流量を減らしても、前記タービンディスクの高温化を十分に抑えることができ、前記圧縮機又は前記ファンから抽気する圧縮空気の流量を減らして、前記ガスタービンエンジンのエンジン効率を高めることができる。

請求項３、請求項４、又は請求項６に記載の発明によれば、前記エンジン流路の前記ロータ・ノズル中間領域における高温ガスの周方向の圧力変動を小さくすることができるため、前記エンジン流路の前記ロータ・ノズル中間領域から前記エンジン軸心側への高温ガスの侵入を十分に抑制できる。よって、前記タービンディスクの周縁部に向かって流れる冷却空気の流量を減らしても、前記タービンディスクの高温化を十分に抑えることができ、前記圧縮機又は前記ファンから抽気する圧縮空気の流量を減らして、前記ガスタービンエンジンのエンジン効率を高めることができる。

請求項７に記載の発明によれば、前記エンジン流路の前記ノズル・ロータ中間領域、及び前記エンジン流路の前記ロータ・ノズル中間領域における高温ガスの周方向の圧力変動をそれぞれ小さくすることができるため、前記エンジン流路の前記ノズル・ロータ中間領域及び前記ロータ・ノズルから前記エンジン軸心側への高温ガスの侵入を十分に抑制できる。よって、前記タービンディスクの周縁部に向かって流れる冷却空気の流量を減らしても、前記タービンディスクの高温化を十分に抑えることができ、前記圧縮機又は前記ファンから抽気する圧縮空気の流量を減らして、前記ガスタービンエンジンのエンジン効率を高めることができる。

本発明の最良の形態について図１から図４を参照して説明する。

図１は、本発明の最良の形態に係わるノズルセグメントを後方からみた図であって、図２は、本発明の最良の形態に係わる後側寄りのノズルセグメントを前方からみた図であって、図３は、本発明の最良の形態の作用を説明する模式図であって、図４は、本発明の最良の形態に係わるタービンの上半分の断面図である。

ここで、「前後」とは、特許公報掲載時の図面の向きを基準として、図１において紙面に向かって裏表、図２において紙面に向かって表裏、図３及び図４において左右のことをいう。

図４に示すように、本発明の最良の形態に係わるタービン１は、航空機エンジン等のガスタービンエンジンの主要な装置の一つであって、筒状のタービンケース３を具備している。

また、タービンケース３内には、複数段のタービンロータ５，７（第１段のタービンロータ５と第２段のタービンロータ７）が前記ガスタービンエンジンのエンジン軸心（換言すれば、タービンケース３のケース軸心）Ｓを中心として回転可能に設けられている。即ち、タービンケース３内には、各段のタービンロータ５（７）におけるタービンディスク９（１１）がエンジン軸心Ｓを中心として回転可能に設けられており、各段のタービンディスク９（１１）の外周部には、複数のダブテール溝９ｓ（１１ｓ）が等間隔に形成されている。そして、各段のタービンディスク９（１１）の外周部には、前記ガスタービンにおける燃焼器１３からの高温ガスＧによって回転力を得る複数の動翼１５（１７）が等間隔に設けられており、各動翼１５（１７）は、ダブテール溝９ｓ（１１ｓ）に嵌合可能なダブテール１５ｄ（１７ｄ）と、プラットホーム１５ｐ（１７ｐ）を備えている。ここで、各動翼１５（１７）は、前記ガスタービンエンジンにおける環状のエンジン流路（主流路）１９内に位置してあって、各段のタービンディスク９（１１）は、前記ガスタービンエンジンにおける圧縮機（図示省略）の部品である複数段の圧縮機ロータ（図示省略）に一体的に連結してある。

図４、図１、図２に示すように、タービンケース３内には、高温ガスＧを軸流に整流する複数段のタービンノズル２１，２３（第１段のタービンノズル２１と第２段のタービンノズル２３）が複数段のタービンロータ５，７と交互に設けられている。そして、各段のタービンノズル２１（２３）は、環状に配置された複数の静翼２５（２７）と、複数の静翼２５（２７）の内側に一体に形成されたかつインナー流路面２９ｆ（３１ｆ）を有した円環状のインナーバンド２９（３１）と、複数の静翼２５（２７）の外側に一体に形成されかつアウター流路面３３ｆ（３５ｆ）を有した円環状のアウターバンド３３（３５）とを備えている。ここで、各静翼２５（２７）、各インナーバンド２９（３１）のインナー流路面２９ｆ（３１ｆ）、及び各アウターバンド３３（３５）のアウター流路面３３ｆ（３５ｆ）は、エンジン流路１９内に位置している。なお、各段のタービンノズル２１（２３）は、複数のタービンノズルセグメントに分割して構成しても差し支えない。

第１段のタービンディスク９の前側には、筒状の第１シールロータ３７が設けられており、この第１シールロータ３７には、前記圧縮機（又は前記ガスタービンエンジンにおけるファン）から抽気した圧縮空気を冷却空気ＣＡとして第１段のタービンディスク９の周縁部（特に、ダブテール溝１５ｓの底部）に向かって流れるように導入する複数（図４には１つのみ図示）の第１導入孔３９が形成されている。

同様に、第１段のタービンディスク９と第２段のタービンディスク１１との間には、筒状の第２シールロータ４１が設けられており、この第２シールロータ４１には、冷却空気ＣＡを第２段のタービンディスク１１の周縁部（特に、ダブテール溝１７ｓの底部）に向かって流れるように導入する複数（図４には１つのみ図示）の第２導入孔４３が形成されている。

第１段のタービンノズル２１におけるインナーバンド２９の内側には、環状の第１シールステータ４５が設けられており、この第１シールステータ４５は、後側に、環状のリアリムシール４７を有している。なお、リアリムシール４７とインナーバンド２９との間の空間も、エンジン流路１９の一部を構成するものである。

そして、第１段のタービンディスク９と第１段のタービンノズル２１との間には、第１段のタービンディスク９の前側からの高温ガスＧがエンジン軸心Ｓ側へ侵入することを抑制する第１ラビリンスシール構造４９が設けられており、この第１ラビリンスシール構造４９は、第１シールロータ３７の前部に形成された複数のシールフィン５１と、第１シールステータ３７の内側に設けられかつ複数のシールフィン５１との接触を許容するハニカム部材５３とからなる。

同様に、第２段のタービンノズルに２７おけるインナーバンド３１の内側には、環状の第２シールステータ５５が設けられており、この第２シールステータ５５は、前側に、円環状のフロントリムシール５７を有してあって、後側に、円環状のリアリムシール５９を有している。なお、フロントリムシール５７とインナーバンド３１との空間、及びリアリムシール５９とインナーバンド３１との間の空間も、エンジン流路１９の一部を構成するものである。

そして、第１段のタービンディスク９と第２段のタービンノズル２３との間には、第１段のタービンディスク９の後側からの高温ガスＧがエンジン軸心Ｓ側へ侵入することを抑制する第２ラビリンスシール構造６１が設けられており、この第２ラビリンスシール構造６１は、第２シールロータ４１の中央部に形成された複数のシールフィン６３と、第２シールステータ４１の内側に設けられかつ複数のシールフィン６３との接触を許容するハニカム部材６５とからなる。

次に、本発明の最良の形態の要部について説明する。

図１に示すように、各段のタービンノズル２１（２３）は、エンジン流路１９からエンジン軸心Ｓ側への高温ガスＧの侵入を抑制するリアシール構造６７を備えている。

即ち、各段のタービンノズル２１（２３）におけるインナーバンド２９（３１）の後部には、静翼２５（２７）と同数のリアバレイ部６９が周方向に等間隔に形成されている。そして、静翼２５（２７）と同数のリアバレイ部６９は、対応する静翼２５（２７）の後縁２５ｔ（２７ｔ）の後側近傍（換言すればガス流方向からみて下流側近傍）にそれぞれ位置してあって、前記ガスタービンエンジンのエンジン径方向（換言すればタービンノズル２１，２３のノズル径方向）へ同じ凹み量だけ湾曲状に凹むようにそれぞれ構成されている。なお、リアバレイ部６９の凹み量は、例えば流体解析によって設定される。

また、各段のタービンノズル２１（２３）におけるインナーバンド２９（３１）の外周面の後部には、静翼２５（２７）と同数のリアマウント部７１が隣接するリアバレイ部６９を繋ぐように形成されており、静翼２５（２７）と同数のリアマウント部７１は、隣接する静翼２５（２７）間の中央の後側にそれぞれ位置してあって、インナーバンド２９（３１）の外周面と面一である。

ここで、エンジン流路１９内の一部の領域であって第１段のタービンノズル２１と第１段のタービンロータ５との間の第１ノズル・ロータ中間領域（第２段のタービンノズル２３と第２段のタービンロータ７との間の第２ノズル・ロータ中間領域）において、図３に仮想線で示すように、各静翼２５（２７）の後縁２５ｔ（２７ｔ）の後側近傍の高温ガスＧの圧力が間欠的に高くなるように高温ガスＧの周方向の圧力変動が生じる第１の傾向にあって、リアシール構造６７は、この周方向の圧力変動が高温ガスＧの侵入の大きな要因となっていることに着目して創作されたものである。

なお、タービンノズル２１（２３）がリアシール構造６７を備える代わりに、リアリムシール４７（５９）がリアシール構造６７と同様の構成のリアシール構造を備えるようにしても差し支えない。

図２に示すように、フロントリムシール５７は、エンジン流路１９からエンジン軸心Ｓ側への高温ガスＧの侵入を抑制するフロントシール構造７３を備えている。

即ち、フロントリムシール５７には、静翼２７と同数のフロントバレイ部７５が周方向に等間隔に形成されている。そして、静翼２７と同数のフロントバレイ部７５は、対応する静翼２７の前縁（２７ａ）の前側近傍（換言すればガス流方向からみて上流側近傍）にそれぞれ位置してあって、エンジン径方向へ同じ凹み量だけ湾曲状に凹むようにそれぞれ構成されている。なお、フロントバレイ部７５の凹み量は、例えば流体解析によって設定される。

また、フロントリムシール５７の外周面には、静翼２７と同数のフロントマウント部７７が隣接するフロントバレイ部７５を繋ぐように形成されており、静翼２７と同数のフロントマウント部７７は、隣接する静翼２７間の中央の後側にそれぞれ位置してあって、フロントマウント部７７の外周面と面一である。

ここで、エンジン流路１９内の一部の領域であって第１段のタービンロータ５と第２段のタービンノズル２３との間のロータ・ノズル中間領域において、図３に仮想線で示すように、各静翼２７の前縁２７ａの前側近傍（換言すればガス流方向からみて上流側近傍）の高温ガスＧの圧力が間欠的に高くなるように高温ガスＧの周方向の圧力変動が生じる第２の傾向にあって、フロントシール構造７３は、この周方向の圧力変動が高温ガスＧの侵入の大きな要因となっていることに着目して創作されたものである。

なお、フロントリムシール５７がフロントシール構造７３を備える代わりに、第２段のタービンノズル２３がフロントシール構造７３と同様の構成のフロントシール構造を備えるようにしても差し支えない。

次に、本発明の最良の形態の作用について説明する。

前記ガスタービンエンジンの稼動させて、前記燃焼器から高温ガスＧを発生させると、高温ガスＧは複数段のタービンノズル２１，２３によって軸流に整流されつつ、複数段のタービンロータ５，７をエンジン軸心Ｓを中心として回転させる。これによって、タービン１を駆動させる一方、複数段の前記圧縮機ロータもエンジン軸心Ｓを中心として複数段のタービンロータ５，７と一体的に回転させて、前記圧縮機を駆動させることができる。

ここで、タービン１の駆動中において、複数の第１導入孔３９によって冷却空気ＣＡが第１段のタービンディスク９の周縁部に向かって流れるように導入されると共に、複数の第２導入孔４３から冷却空気ＣＡが第２段のタービンディスク１１の周縁部に向かって流れるように導入される。これによって、高温ガスＧの侵入による複数段のタービンディスク９，１１の高温化を抑制することができる。

前述のタービン１の一般的な作用の他に、各静翼２５（２７）の後縁２５ｔ（２７ｔ）の後側近傍のガス容積が間欠的に大きくなるように、静翼２５（２７）と同数のリアバレイ部６９が対応する静翼２５（２７）の後縁２５ｔ（２７ｔ）の後側近傍にそれぞれ位置してあって、静翼２５（２７）と同数のリアマウント部７１が隣接する静翼２５（２７）間の中央の後側近傍にそれぞれ位置してあるため、各静翼２５（２７）の後縁２５ｔ（２７ｔ）の後側近傍のガス容積が間欠的に大きくなるようにエンジン流路１９内の前記第１ノズル・ロータ中間領域（前記第２ノズル・ロータ中間領域）においてガス容積を周方向に沿って変化させて、前記第１の傾向を相殺することができる。これにより、図３に実線で示すように、エンジン流路１９の前記第１ノズル・ロータ中間領域及び前記第２ノズル・ロータ中間領域における高温ガスＧの周方向の圧力変動を小さくすることができる。

また、各静翼２７の前縁２７ａの前側近傍のガス容積が間欠的に大きくなるように、静翼２７と同数のフロントバレイ部７５が対応する静翼２７の前縁２７ａの前側近傍にそれぞれ位置してあって、静翼２７と同数のフロントマウント部７７が隣接する静翼２７間の中央の前側近傍にそれぞれ位置してあるため、各静翼２７の前縁２７ａの前側近傍のガス容積が間欠的に大きくなるようにエンジン流路１９内の前記ロータ・ノズル中間領域においてガス容積を周方向に沿って変化させて、前記第２の傾向を相殺することができる。これにより、エンジン流路１９の前記ロータ・ノズル中間領域における高温ガスＧの周方向の圧力変動を小さくすることができる。

以上の如き、本発明の最良の形態によれば、エンジン流路１９の前記第１ノズル・ロータ中間領域、前記第２ノズル・ロータ中間領域、及び前記ロータ・ノズル中間領域における高温ガスＧの周方向の圧力変動をそれぞれ小さくすることができるため、エンジン流路１９の前記第１ノズル・ロータ中間領域、前記第２ノズル・ロータ中間領域、及び前記ロータ・ノズルからエンジン軸心側への高温ガスＧの侵入を十分に抑制できる。よって、複数段のタービンディスク９，１１の周縁部に向かって流れる冷却空気ＣＡの流量を減らしても、複数段のタービンディスク９，１１の高温化を十分に抑えることができ、前記圧縮機又は前記ファンから抽気する圧縮空気の流量を減らして、前記ガスタービンエンジンのエンジン効率を高めることができる。

なお、本発明は、前述の発明の最良の形態の説明に限るものではなく、適宜の変更を行うことにより、その他種々の態様で実施可能である。

本発明の最良の形態に係わるノズルセグメントを下流側からみた図である。本発明の最良の形態に係わる後側寄りのノズルセグメントを上流側からみた図である。本発明の最良の形態の作用を説明する模式図である。本発明の最良の形態に係わるタービンの上半分の断面図である。

１…タービン
５…タービンロータ
７…タービンロータ
９…タービンディスク
１１…タービンディスク
１３…燃焼器
１５…動翼
１９…エンジン流路
２１…タービンノズル
２３…タービンノズル
２５…静翼
２７…静翼
２９…インナーバンド
３１…インナーバンド
３３…アウターバンド
３５…アウターバンド
４７…リアリムシール
５７…フロントリムシール
５９…リアリムシール
６７…リアシール構造
６９…リアバレイ部
７１…リアマウント部
７３…フロントシール構造
７５…フロントバレイ部
７７…フロントマウント部

Claims

ガスタービンエンジンにおけるタービンに用いられ、前記ガスタービンエンジンにおける環状のエンジン流路からエンジン軸心側への高温ガスの侵入を抑制するシール構造において、
前記タービンの部品の一つであるタービンノズルにおける円環状のインナーバンドに周方向に等間隔に形成され、前記インナーバンドの外周面がエンジン径方向へ湾曲状に凹むようにそれぞれ構成され、前記タービンノズルにおける静翼と同数のバレイ部と、
前記インナーバンドの外周面に、隣接するバレイ部を繋ぐように形成され、前記タービンノズルにおける前記静翼と同数のマウント部と、
を具備し、
前記エンジン流路内において各静翼の後縁のエンジン軸心方向の後側のガス容積が大きくなるように、各バレイ部の最も深い部位が前記タービンノズルにおける対応する静翼の後縁のエンジン軸心方向の後側にそれぞれ位置しかつ各マウント部が前記タービンノズルにおける隣接する静翼の後縁間の中央のエンジン軸心方向の後側にそれぞれ位置していることを特徴とするシール構造。
ガスタービンエンジンにおけるタービンに用いられ、前記ガスタービンエンジンにおける環状のエンジン流路からエンジン軸心側への高温ガスの侵入を抑制するシール構造において、
前記タービンの部品の一つであるタービンノズルにおける円環状のインナーバンドの内側に配置した円環状のリアリムシールの外周面に周方向に等間隔に形成され、前記リアリムシールの外周面がエンジン径方向へ湾曲状に凹むようにそれぞれ構成され、前記タービンノズルにおける静翼と同数のバレイ部と、
前記リアリムシールの外周面に、隣接するバレイ部を繋ぐように形成され、前記タービンノズルにおける前記静翼と同数のマウント部と、
を具備し、
前記エンジン流路内において各静翼の後縁のエンジン軸心方向の後側のガス容積が大きくなるように、各バレイ部の最も深い部位が前記タービンノズルにおける対応する静翼の後縁のエンジン軸心方向の後側にそれぞれ位置しかつ各マウント部が前記タービンノズルにおける隣接する静翼の後縁間の中央のエンジン軸心方向の後側にそれぞれ位置していることを特徴とするシール構造。
ガスタービンエンジンにおけるタービンに用いられ、前記ガスタービンエンジンにおける環状のエンジン流路からエンジン軸心側への高温ガスの侵入を抑制するシール構造において、
前記タービンの部品の一つであるタービンノズルにおける円環状のインナーバンドの外周面に周方向に等間隔に形成され、前記インナーバンドの外周面がエンジン径方向へ湾曲状に凹むようにそれぞれ構成され、前記タービンノズルにおける静翼と同数のバレイ部と、
前記インナーバンドの外周面に、隣接するバレイ部を繋ぐように形成され、前記タービンノズルにおける前記静翼と同数のマウント部と、
を具備し、
前記エンジン流路内において各静翼の前縁のエンジン軸心方向の前側のガス容積が大きくなるように、各バレイ部の最も深い部位が前記タービンノズルにおける対応する静翼の前縁のエンジン軸心方向の前側にそれぞれ位置しかつ各マウント部が前記タービンノズルにおける隣接する静翼の前縁間の中央のエンジン軸心方向の前側にそれぞれ位置していることを特徴とするシール構造。
ガスタービンエンジンにおけるタービンに用いられ、前記ガスタービンエンジンにおける環状のエンジン流路からエンジン軸心側への高温ガスの侵入を抑制するシール構造において、
前記タービンの部品の一つであるタービンノズルにおける円環状のインナーバンドの内側に配置した円環状のフロントリムシールの外周面に周方向に等間隔に形成され、前記フロントリムシールの外周面がエンジン径方向へ湾曲状に凹むようにそれぞれ構成され、前記タービンノズルにおける静翼と同数のバレイ部と、
前記フロントシールの外周面に、隣接するバレイ部を繋ぐように形成され、前記タービンノズルにおける前記静翼と同数のマウント部と、
を具備し、
前記エンジン流路内において各静翼の前縁のエンジン軸心方向の前側のガス容積が大きくなるように、各バレイ部の最も深い部位が前記タービンノズルにおける対応する静翼の前縁のエンジン軸心方向の前側にそれぞれ位置しかつ各マウント部が前記タービンノズルにおける隣接する静翼の前縁間の中央のエンジン軸心方向の前側にそれぞれ位置していることを特徴とするシール構造。
ガスタービンエンジンにおけるタービンの部品の一つであって、高温ガスを軸流に整流するタービンノズルにおいて、
円環状に配置された複数の静翼と、
複数の前記静翼の内側に一体に形成され、インナー流路面を有した円環状のインナーバンドと、
複数の前記静翼の外側に一体に形成され、アウター流路面を有した円環状のアウターバンドと、
前記インナーバンドの外周面に周方向に等間隔に形成され、前記インナーバンドの外周面がノズル径方向へ湾曲状に凹むようにそれぞれ構成され、前記静翼と同数のバレイ部と、
前記インナーバンドの外周面に、隣接する前記バレイ部を繋ぐように形成され、前記静翼と同数のマウント部と、
を具備し、
前記エンジン流路内において各静翼の後縁のエンジン軸心方向の後側のガス容積が大きくなるように、各バレイ部の最も深い部位が対応する前記静翼の後縁のエンジン軸心方向の後側にそれぞれ位置しかつ各マウント部が隣接する前記静翼の後縁間の中央のエンジン軸心方向の後側にそれぞれ位置していることを特徴とするタービンノズル。
ガスタービンエンジンにおけるタービンの部品の一つであって、高温ガスを軸流に整流するタービンノズルにおいて、
円環状に配置された複数の静翼と、
複数の前記静翼の内側に一体に形成され、インナー流路面を有した円環状のインナーバンドと、
複数の前記静翼の外側に一体に形成され、アウター流路面を有した円環状のアウターバンドと、
前記インナーバンドの外周面に周方向に等間隔に形成され、前記インナーバンドの外周面がノズル径方向へ湾曲状に凹むようにそれぞれ構成され、前記静翼と同数のバレイ部と、
前記インナーバンドの外周面に、隣接する前記バレイ部を繋ぐように形成され、前記静翼と同数のマウント部と、
を具備し、
前記エンジン流路内において各静翼の前縁のエンジン軸心方向の前側のガス容積が大きくなるように、各バレイ部の最も深い部位が対応する前記静翼の前縁のエンジン軸心方向の前側にそれぞれ位置しかつ各マウント部が隣接する前記静翼の前縁間の中央のエンジン軸心方向の前側にそれぞれ位置していることを特徴とするタービンノズル。
ガスタービンエンジンにおけるタービンの部品の一つであって、高温ガスを軸流に整流するタービンノズルにおいて、
円環状に配置された複数の静翼と、
複数の前記静翼の内側に一体に形成され、インナー流路面を有した円環状のインナーバンドと、
複数の前記静翼の外側に一体に形成され、アウター流路面を有した円環状のアウターバンドと、
前記インナーバンドに周方向に等間隔に形成され、前記インナーバンドの外周面がノズル径方向へ湾曲状に凹むようにそれぞれ構成され、前記静翼と同数のリアバレイ部と、
前記インナーバンドの外周面に隣接する前記リアバレイ部を繋ぐように形成され、前記静翼と同数のリアマウント部と、
前記インナーバンドの外周面に、周方向に等間隔に形成され、前記インナーバンドの外周面がノズル径方向へ湾曲状に凹むようにそれぞれ構成され、前記静翼と同数のフロントバレイ部と、
前記インナーバンドの外周面に、隣接する前記フロントバレイ部を繋ぐように形成され、前記静翼と同数のフロントマウント部と、
を具備し、
前記エンジン流路内において各静翼の後縁のエンジン軸心方向の後側のガス容積が大きくなるように、各リアバレイ部の最も深い部位が対応する前記静翼の後縁のエンジン軸心方向の後側にそれぞれ位置しかつ各リアマウント部が隣接する前記静翼の後縁間の中央のエンジン軸心方向の後側にそれぞれ位置してあって、
前記エンジン流路内において各静翼の前縁のエンジン軸心方向の前側のガス容積が大きくなるように、各フロントバレイ部の最も深い部位が対応する前記静翼の前縁のエンジン軸心方向の前側にそれぞれ位置しかつ各フロントマウント部が隣接する前記静翼の前縁間の中央のエンジン軸心方向の前側にそれぞれ位置していることを特徴とするタービンノズル。