JP6233578B2 - タービン - Google Patents

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Description

本発明は、例えば、航空機用ジェットエンジンを構成するタービンに関するものである。
上記したようなジェットエンジンを構成するタービンは、タービンケースと、このタービンケース内において複数段ずつ交互に配置されるタービンディスク及びタービンノズルを備えている。複数段のタービンディスクの各周縁部には、タービンケースの軸心回りに旋回する複数枚のタービンブレードがそれぞれ配置されており、タービンケースの内周面には、その高温化を抑えるシュラウドがタービンブレードを囲むようにして環状に配置されている。
このシュラウドには分割構造が採用されており、シュラウド分割体は、ジェットエンジンの前側に位置する円弧状の突条をタービンケースに形成された受け溝にジェットエンジンの軸心方向に係合させると共に、ジェットエンジンの後側に位置する円周方向に沿う外向き溝にタービンケースに形成された内向き突条をジェットエンジンの径方向に係合させることで、タービンケースに取り付けられている(例えば、特許文献１参照。)。
上記したタービンには、決められたサイクルで定期検査が実施されるが、その分解時において、タービンケースからシュラウドを取り外す際には、プラスチックハンマーやレンチ等の手工具を用いて、シュラウド分割体の外向き溝がタービンケースの内向き突条から離脱する方向（求心方向）にシュラウド分割体の後側を徐々に移動させて、タービンケースから引き剥がすようにしている。
特許第4474989号公報
ところが、従来のタービンでは、上記したように、定期検査時の分解時において、シュラウド分割体の外向き溝をタービンケースの内向き突条から離脱させるべく、プラスチックハンマーやレンチ等の手工具を用いて、シュラウド分割体を求心方向に徐々に移動させる都合上、その分解作業性を考慮して、タービンケースの内向き突条とシュラウド分割体の外向き溝との間に、若干大きめのクリアランスを確保する必要がある。
したがって、この若干大きめに設定したクリアランスを通してタービンケース側にリークする燃焼器からの高温ガスの分だけエンジン性能のロスが発生すると共に、タービンケースが高温に晒されてしまうという問題があり、この問題を解決することが従来の課題となっている。
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、エンジン性能ロスの低減及びタービンケースの熱疲労の軽減を実現したうえで、定期検査時等の分解作業を簡単に行うことができるタービンを提供することを目的としている。
上記した目的を達成するべく、本発明は、ジェットエンジンのタービンであって、円筒形状を成すタービンケースと、前記タービンケースの軸心回りに旋回するタービンブレードと、前記タービンブレードを囲んで前記タービンケースの内周面に沿って環状に配置される複数のシュラウド分割体から成るシュラウドを備え、前記シュラウドの前記シュラウド分割体には、一方の係合部及び他方の係合部が形成され、前記シュラウドの前記シュラウド分割体は、前記一方の係合部を前記タービンケースに対して該タービンケースの軸心方向に係合すると共に、前記他方の係合部を前記タービンケースに対して該タービンケースの径方向に係合することで、前記タービンケースに固定され、前記シュラウドの前記シュラウド分割体には、前記タービンケースから前記シュラウド分割体を取り外す段階で前記他方の係合部の前記タービンケースに対する係合状態を解除する力を受ける受圧部が形成されている構成としたことを特徴としており、この構成のタービンを前述した従来の課題を解決するための手段としている。
本発明に係るタービンにおいて、例えば、定期点検時における分解に際して、タービンケースからシュラウドを取り外す場合には、シュラウド分割体の受圧部に治具等を用いて求心方向の力を加えれば、シュラウド分割体における他方の係合部のタービンケースに対する径方向の係合状態が解除される。
つまり、シュラウド分割体に受圧部を設けたことで、シュラウド分割体に対して力を加え易くなり、従来のようにシュラウド分割体を徐々に移動させることなく、シュラウド分割体をタービンケースから簡単に外し得ることとなる。
そして、このように、シュラウド分割体を徐々に移動させることなくタービンケースから外し得るので、タービンケースとシュラウド分割体の他方の係合部との間のクリアランスを大きく設定する必要がなくなる。
したがって、タービンケースとシュラウド分割体の他方の係合部との間のクリアランスを小さくすることができる分だけ、このクリアランスを通してタービンケース側にリークする高温ガスの量が少なく抑えられることとなって、エンジン性能のロスが低減するうえ、タービンケースの熱疲労の軽減が図られることとなる。
また、上記したように、タービンケースが高温に晒され難くなることから、タービンケースを冷却して適正な大きさにするアクティブ・クリアランス・コントロール・システム（ＡＣＣシステム）を採用している場合には、タービンケースを冷却するための冷却空気を低減させ得ることとなる。
本発明に係るタービンノズルでは、エンジン性能ロスの低減及びタービンケースの熱疲労の軽減を実現したうえで、定期検査時等の分解作業を簡単に行うことが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
本発明の一実施例による低圧タービンの部分断面説明図である。 図１の楕円で囲った部分を拡大して示す拡大断面説明図である。 図１の低圧タービンにおけるシュラウドの分割体を示す部分斜視説明図である。 図１の低圧タービンにおけるシュラウドをタービンケースから取り外す要領を示す図１の楕円で囲った部分での動作説明図である。
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図１〜図４は本発明に係るタービンの一実施例を示しており、この実施例では、ジェットエンジンを構成する低圧タービンを例に挙げて説明する。
図１に示すように、ジェットエンジンを構成する低圧タービン１は、円筒形状を成すタービンケース２を備えている。このタービンケース２内には、ジェットエンジンの軸心周りに回転する複数段のタービンディスク（図示省略）がジェットエンジンの軸心方向（図示左右方向）に適宜間隔をおいて配置されており、これらのタービンディスクの各周縁部には、複数枚のタービンブレード３がそれぞれ配置されている。
複数段のタービンディスクは、互いに一体で回転するように連結されており、これらのタービンディスクは、ジェットエンジンの前部に配置される図示しない低圧圧縮機の圧縮機ロータ及びファンのファンロータに一体的に連結されている。
また、タービンケース２内には、このタービンケース２の高温化を抑える複数段（図１では二段のみ示す）のシュラウド４が、各々対応するタービンブレード３を囲むようにして配置されており、シュラウド４の内側には、対応するタービンブレード３の先端との接触を許容された状態のハニカム部材５が配置されている。
このシュラウド４には分割構造が採用されており、図２及び図３にも示すように、円弧状のシュラウド分割体４Ａは、ジェットエンジンの前側（図１，２左側、図３左上側）の端部に形成された円弧状の突条（一方の係合部）４ａと、ジェットエンジンの後側（図１，２右側、図３右上側）の端部に形成された円周方向に沿う外向き溝（他方の係合部）４ｂを備えている。
このシュラウド分割体４Ａは、円弧状の突条４ａをタービンケース２に形成された受け溝２ａにジェットエンジンの軸心方向に係合させると共に、外向き溝４ｂにタービンケース２に形成された内向き突条２ｂをジェットエンジンの径方向（図示上下方向）に係合させることで、タービンケース２に取り付けられており、このシュラウド分割体４Ａは、その外向き溝４ｂとタービンケース２の内向き突条２ｂとを互いにジェットエンジンの径方向に離間させることで、タービンケース２からの取り外しが可能となっている。
さらに、タービンケース２内には、複数段（図１では三段示す）のタービンノズル１０が、ジェットエンジンの軸心方向に適宜間隔をおいて複数段のタービンディスクと交互に配置されており、この低圧タービン１では、図示しない燃焼器からの高温ガスの膨張により複数段のタービンディスクを回転させることで駆動力を得て、複数段の低圧圧縮機ロータ及びファンロータを一体的に回転させるようになっている。
このタービンノズル１０にも分割構造が採用されており、タービンノズル分割体１０Ａは、複数の静翼１１と、複数の静翼１１の各先端同士を互いに連結する円弧状のアウタバンド１２と、複数の静翼１１の各基端同士を互いに連結する図示しないインナバンドを具備している。
タービンノズル分割体１０Ａにおけるアウタバンド１２は、その遠心方向で且つジェットエンジンの前側に延出するフロントリム１２ａと、遠心方向に延出するリアリム１２ｂを具備しており、アウタバンド１２は、フロントリム１２ａの先端部１２ｃをタービンケース２に形成された受け溝２ｃに係合させると共に、リアリム１２ｂの先端部１２ｄに対してシュラウド分割体４Ａのジェットエンジンの前側の端部に形成されたバンド係止部４ｃをジェットエンジンの後方から係止させることで、タービンケース２とシュラウド分割体４Ａとの間に固定されるようになっている。
この場合、シュラウド分割体４Ａには、外向き溝４ｂから求心方向で且つジェットエンジンの後側に延出するバックプレート４ｄが形成されており、このバックプレート４ｄの先端部に受圧部４ｅが形成されている。
この受圧部４ｅは、タービンケース２からシュラウド分割体４Ａを取り外す段階において、外向き溝４ｂのタービンケース２の内向き突条２ｂに対する係合状態を解除する力を受ける部分であり、この実施例では、シュラウド分割体４Ａの側縁部（円周方向の端部）において段差状に形成されていて、図４に示すように、スライドハンマー２０の鉤部２１を引っ掛け得るようになっている。なお、シュラウド分割体４Ａの受圧部４ｅに対して外向き溝４ｂの係合状態を解除する力を付与する治工具は、スライドハンマー２０に限定されない。
この実施例に係る低圧タービン１において、例えば、定期点検時における分解に際しては、タービンノズル１０及びタービンディスク（タービンブレード３）をジェットエンジンの後部側から交互に取り外す。
この分解作業において、タービンブレード３を囲うシュラウド分割体４Ａをタービンケース２から取り外す場合には、図４に示すように、シュラウド分割体４Ａの受圧部４ｅにスライドハンマー２０の鉤部２１を引っ掛けて、このスライドハンマー２０の図示しない錘を動作させて、白抜き矢印で示す求心方向の力をシュラウド分割体４Ａの受圧部４ｅに加えれば、図４に仮想線で示すように、シュラウド分割体４Ａにおける外向き溝４ｂのタービンケース２の内向き突条２ｂに対する径方向の係合状態が解除され、これによって、シュラウド分割体４Ａのタービンケース２からの取り外しが可能となる。
つまり、シュラウド分割体４Ａに受圧部４ｅを設けたことにより、スライドハンマー２０を用いてシュラウド分割体４Ａに力を加え易くなるので、従来のように徐々に移動させることなく、シュラウド分割体４Ａをタービンケース２から簡単に外し得ることとなる。
そして、このようにシュラウド分割体４Ａを徐々に移動させることなくタービンケース２から外し得るので、タービンケース２の内向き突条２ｂとシュラウド分割体４Ａの外向き溝４ｂとの間のクリアランスを大きく設定する必要がなくなる。
したがって、タービンケース２の内向き突条２ｂとシュラウド分割体４Ａの外向き溝４ｂとの間のクリアランスを小さくすることができる分だけ、このクリアランスを通してタービンケース２側にリークする高温ガスの量が少なく抑えられることとなり、その結果、エンジン性能のロスが低減するうえ、タービンケース２の熱疲労の軽減が図られることとなる。
また、この実施例に係る低圧タービン１では、シュラウド分割体４Ａの外向き溝４ｂから求心方向で且つジェットエンジンの後側に延出するバックプレート４ｄの先端部に受圧部４ｅを形成しているので、バックプレート４ｄの長さ分だけモーメント量が増して、より少ない力でシュラウド分割体４Ａをタービンケース２から外し得ることとなる。
さらに、上記したように、タービンケース２が高温に晒され難くなることから、低圧タービン１がアクティブ・クリアランス・コントロール・システムを採用している場合には、タービンケース２を冷却するための冷却空気を低減させ得ることとなる。
本発明に係るタービンの構成は、上記した実施例に限定されるものではない。
１ 低圧タービン（タービン）
２ タービンケース
３ タービンブレード
４ シュラウド
４Ａ シュラウド分割体
４ａ 突条（一方の係合部）
４ｂ 外向き溝（他方の係合部）
４ｅ 受圧部

Claims (1)

  1. ジェットエンジンのタービンであって、
    円筒形状を成すタービンケースと、
    前記タービンケースの軸心回りに旋回するタービンブレードと、
    前記タービンブレードを囲んで前記タービンケースの内周面に沿って環状に配置される複数のシュラウド分割体から成るシュラウドを備え、
    前記シュラウドの前記シュラウド分割体には、一方の係合部及び他方の係合部が形成され、
    前記シュラウドの前記シュラウド分割体は、前記一方の係合部を前記タービンケースに対して該タービンケースの軸心方向に係合すると共に、前記他方の係合部を前記タービンケースに対して該タービンケースの径方向に係合することで、前記タービンケースに固定され、
    前記シュラウドの前記シュラウド分割体には、前記タービンケースから前記シュラウド分割体を取り外す段階で前記他方の係合部の前記タービンケースに対する係合状態を解除する力を受ける受圧部が形成されているタービン。
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