JP7018131B2 - ガスタービンのシュラウド組立体 - Google Patents

Description

本発明は、ガスタービンのケーシングの径方向内側において前記ケーシングの周方向に沿って設けられたサポートに取り付けられ、前記サポートの内周面を覆うシュラウド組立体に関する。

ガスタービンの動翼の外周部に配置され、動翼先端の隙間を適正に保つための機能部位や構造物を一般的にシュラウドと呼ぶ。ガスタービンにおいては、タービンのシュラウドには非常に高い耐熱性が求められる。この解決策の１つとして、金属材料よりも高い耐熱性能を有するセラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）を用いることが提案されている。

米国特許公開第２００４／４７７２６号明細書 特開２０１５－２２７６６１号公報 特開平１０－１０３０１１号公報 米国特許第７０４４７０９号明細書

ところで、シュラウドは、ケーシングの内周面に沿った湾曲形状に形成し且つサポートに取り付ける取付部分を形成する必要があるため、シュラウドを複雑な三次元形状に成形しなければならない。しかし、長繊維形のＣＭＣでは素材本来の強度を維持しつつ厚肉の複雑な形状に製作するのが容易でないため、ＣＭＣを単純な形状（例えば、板状）にすることが望まれる。

特許文献１及び２では、ＣＭＣ製のシュラウドにフック部を設けてサポートに引っ掛ける構造が提案されているが、フック部の曲率が大きくて長繊維プリフォームの成形が困難になる等の問題がある。特許文献３では、ＣＭＣ製のシュラウドを支持するサポートが熱空間に露出して高温に晒されるため、サポートの熱劣化が進みやすいとの問題ある。特許文献４では、ＣＭＣ製のシュラウドの固定穴に金属製の棒状の固定具を挿入し、当該固定具をサポートに螺着することでシュラウドが固定されている。そのため、金属製の棒状の固定具が、熱空間に大きく露出する。また、固定具による荷重がシュラウドの固定穴の周縁に集中すると共に、固定具による荷重がシュラウドに剪断方向に作用することでＣＭＣ製部材の強度を保ちにくいとの問題がある。そして、シュラウドと動翼との間のチップクリアランスの観点からは、サポートに対するシュラウドの確実な位置決めとシュラウドの振動の抑制とが必要である。

そこで本発明は、シュラウドの耐熱性の向上、ＣＭＣ製部材の製造容易性の向上、及び、チップクリアランスの安定化を好適に実現することを目的とする。

本発明の一態様に係るガスタービンのシュラウド組立体は、ガスタービンのケーシングの径方向の内側において前記ケーシングの周方向に沿って設けられたサポートに設けられ、前記サポートの内周面を覆うシュラウド組立体であって、前記サポートに設けられ、少なくとも１つの挿通孔を有するホルダと、前記ホルダの前記径方向内側に配置される本体部と、前記本体部から前記軸方向に突出して前記ホルダの前記内周面の前記軸方向の端部に前記径方向内側から接触する少なくとも１つのフランジ部と、前記本体部に形成された少なくとも１つの挿通孔と、を有し、前記ホルダを前記径方向内側から覆うセラミックマトリックス複合材料製のシュラウド本体と、前記シュラウド本体及び前記ホルダの前記挿通孔に挿入される挿入部と、前記挿入部が前記シュラウド本体及び前記ホルダの前記挿通孔に挿入された状態において前記シュラウド本体の前記フランジ部の前記径方向内側に配置され且つ前記フランジ部に前記径方向内側から接触する頭部と、を有するセラミックマトリックス複合材料製の少なくとも１つの挿入部材と、を備える。

前記構成によれば、セラミックマトリックス複合材料製（以下、ＣＭＣ製と称す）のシュラウド本体及び挿入部材を単純な形状にできるため、ＣＭＣ製部材の製造容易性を向上できる。また、ホルダはＣＭＣ製である必要がないために複雑な形状にしても製造が容易であると共に、ＣＭＣ製のシュラウド本体がホルダを径方向内側から覆うため、ホルダを熱から保護できる。更に、挿入部材の頭部は、ホルダに径方向内側から接触するシュラウド本体のフランジ部に対して径方向内側から接触するため、シュラウド本体がホルダに対して密着し、シュラウド本体の確実な位置決めと振動の防止とが実現され、チップクリアランスの安定化を図ることができる。そして、挿入部材はシュラウド本体の挿通孔の周縁に接触するだけでなくフランジ部においても接触して挿入部材の接触面積が拡大するため、接触による荷重集中を抑えることができると共に、接触荷重が板厚に垂直な方向に作用することでＣＭＣ製部材の強度を確保しやすくなる。

前記挿入部材は、セラミックマトリックス複合材料製である構成としてもよい。

前記構成によれば、挿入部材がＣＭＣ製であるため、シュラウド本体をホルダに固定するための挿入部材の頭部がシュラウド本体の外部に露出しても、挿入部材の熱劣化を防止できる。

前記シュラウド本体の前記本体部は、前記フランジ部よりも径方向内側に配置されて前記ホルダの内周面に沿って延びる主板部と、前記主板部を前記フランジ部に接続する側板部とを含み、前記側板部は、前記主板部側から前記フランジ部側に向かうにつれて前記軸方向外方に向かうように傾斜している構成としてもよい。

前記構成によれば、主板部と側板部との間の湾曲部や側板部とフランジ部との間の湾曲部は、緩やかな形状変化になるため、ＣＭＣ製のシュラウド本体の製造容易性を更に向上できる。

前記少なくとも１つのフランジ部は、前記本体部から前記軸方向両側に突出した一対のフランジ部を含み、前記シュラウド本体の前記少なくとも１つの挿通孔は、前記一対のフランジ部の一方に近い側に設けられた第１挿通孔と、前記一対のフランジ部の他方に近い側に設けられた第２挿通孔とを含み、前記少なくとも１つの挿入部材は、前記第１挿通孔及び前記２挿通孔に挿入されて前記一対のフランジ部に接触している構成としてもよい。

前記構成によれば、シュラウド本体の一対のフランジ部がホルダに対して密着し、シュラウド本体の確実な位置決めと振動の防止とを安定的に実現できる。

前記複数の挿入部材の各々は、前記径方向から見てＴ字形状を有する構成としてもよい。

前記構成によれば、ホルダの内周面の軸方向の端部がシュラウド本体のフランジ部と挿入部材の頭部との両方により重複的に覆われるので、ホルダの熱劣化を更に好適に防止できる。

前記シュラウド本体の前記少なくとも１つの挿通孔は、前記周方向に並んだ複数の挿通孔を含み、前記ホルダの前記少なくとも１つの挿通孔は、前記周方向に並んだ複数の挿通孔を含み、前記少なくとも１つの挿入部材は、複数の挿入部材を含み、前記複数の挿入部材の前記挿入部が前記シュラウド本体及び前記ホルダの前記複数の挿通孔にそれぞれ挿入された状態において、前記複数の挿入部材の前記頭部は、互いに隣接して前記フランジ部に沿って前記周方向に延びる構成としてもよい。

前記構成によれば、シュラウド本体のフランジ部の全体が複数の挿入部材の頭部により連続的に覆われるので、シュラウド本体のフランジ部及び挿入部材の頭部によりホルダの軸方向端部を全体的に熱から保護できる。

前記シュラウド本体の前記本体部は、その前記軸方向の中央部が前記径方向外方に向かうように反った形状を有し、前記ホルダは、その内周面から突出して前記本体部の前記中央部を前記径方向内方に向けて押圧する突起部を有する構成としてもよい。

前記構成によれば、ホルダの突起部がシュラウドの本体部の中央部を押圧するので、熱歪みによるシュラウド内径の変化やシュラウド本体の振動を更に好適に防止できる。

前記挿入部材の前記挿入部が前記シュラウド本体及び前記ホルダの前記挿通孔に挿通された状態で、前記挿入部材が撓んで前記頭部が前記フランジ部を前記径方向外側に向けて押圧するように構成されていてもよい。

前記構成によれば、ホルダに対するシュラウド本体の密着性が向上すると共に、挿入部材の振動やガタつきを防止して、挿入部材が軸方向に移動することも抑制できる。

前記挿入部材は、平坦な形状を有し、前記シュラウド本体の前記挿通孔は、前記ホルダの前記挿通孔に対して前記径方向の位置を互いに異ならせており、前記挿入部材は、前記挿入部が前記シュラウド本体及び前記ホルダの前記挿通孔に挿通されて撓むことで前記頭部が前記フランジ部を前記径方向外側に向けて押圧する構成としてもよい。

前記構成によれば、挿入部材を平坦な形状としても、各挿通孔の位置を調節するだけで、ホルダに対するシュラウド本体の密着性を向上させることができると共に、挿入部材の振動やガタつきを防止して、挿入部材が軸方向に移動することも抑制できる。

前記ホルダは、前記挿入部材の前記挿入部を前記径方向外方に付勢する付勢部材を更に有する構成としてもよい。

前記構成によれば、ホルダに対するシュラウド本体の密着性が向上すると共に、挿入部材の振動やガタつきを防止して、挿入部材が軸方向に移動することも抑制できる。

前記シュラウド本体の前記周方向の端部に配置されるセラミックマトリックス複合材料製の板状のシール部材を更に備え、前記シール部材は、前記本体部に重ねられた状態で前記本体部から前記周方向に食み出す構成としてもよい。

前記構成によれば、複数のシュラウド組立体を周方向に並べて環状のシュラウドを構成する場合において、周方向に互いに隣接するシュラウド本体同士の隙間をシール部材により塞ぐことで、冷却空気の圧力を確保して必要な部位に冷却空気を届けることと、主流ガスの流れ込みとを防止することができる。

前記シュラウド本体のうち前記挿通孔の前記径方向外側の端縁を画定する面は、前記シュラウド本体の前記フランジ部の前記径方向内側の面と面一に形成されている構成としてもよい。

前記構成によれば、ＣＭＣ製の挿入部材を平坦にして挿入部材の製造容易性を向上させながらも、挿入部材の頭部をフランジ部に対して前記径方向内側から接触させることができる。

前記挿入部材、前記シュラウド本体又は前記ホルダの少なくとも１つは、前記挿入部材が前記シュラウド本体及び前記ホルダの前記挿通孔から抜けるのを阻止する係止部を有する構成としてもよい。

前記構成によれば、振動や熱歪みによる挿入部材の離脱を確実に防止できる。

前記ホルダは、前記シュラウド本体の前記本体部と前記ホルダとの間に形成された内部空間に連通する冷却孔を有する構成としてもよい。

前記構成によれば、ホルダ、シュラウド本体及び挿入部材を好適に熱から保護できる。

前記シュラウド本体の前記本体部は、前記内部空間に連通して前記シュラウド本体の前記径方向内側の表面に開口する冷却孔を有する構成としてもよい。

前記構成によれば、シュラウド組立体の径方向内側の表面に冷却流体層を形成することができる。

本発明によれば、シュラウドの耐熱性の向上、ＣＭＣ製部材の製造容易性の向上、及びチップクリアランスの安定化を好適に実現することができる。

シュラウド組立体が設けられるガスタービンの概略断面図である。 第１実施形態に係るシュラウド組立体の分解斜視図である。 図２に示すシュラウド本体の断面図である。 図２に示すシュラウド組立体の断面図である。 図２に示すシュラウド組立体の周方向端部における断面図である。 第２実施形態に係るシュラウド組立体の断面図である。 第３実施形態に係るシュラウド組立体の要部断面図である。 第４実施形態に係るシュラウド組立体の要部断面図である。

以下、図面を参照して実施形態を説明する。

図１は、シュラウド組立体が設けられるガスタービン１の概略断面図である。図１に示すように、ガスタービン１は、外部から導入した空気を圧縮機２で圧縮して燃焼器３に導き、燃焼器３で燃料を圧縮空気とともに燃焼させて得られた高温高圧の燃焼ガスがもつエネルギーをタービン４において軸トルク（回転動力）として取り出す。タービン４と圧縮機２とは、互いに回転軸７で連結されており、タービン４が圧縮機２（及びファンＦ）を駆動する。ガスタービンには、様々な形式が存在する。例えば、ターボファンエンジンは、主にタービンで回収した動力でもってファンを駆動し、推力の形でエンジン出力を得るものであり、航空用エンジンとして用いられる。図１では、ガスタービンの一形態であるターボファンエンジンを例示しているが、これに限られない。

タービン４には、後述の耐熱用のシュラウド組立体１０（図２参照）が設けられる。シュラウド組立体１０は、タービン４の円筒状のケーシング５の内周面側において、動翼６の径方向外側の先端と対向するように配置される。ガスタービン１は、動翼６のチップクリアランスを制御するアクティブ・クリアランス・コントロール機能を有してもよい。アクティブ・クリアランス・コントロール機能は、種々の構成を採り得るが、例えば、ガスタービン１の駆動中にケーシング５の外周に冷風を吹き付けてケーシング５を強制的に収縮させることで実現できる。

図２は、第１実施形態に係るシュラウド組立体１０の分解斜視図である。図３は、図２に示すシュラウド本体１２の断面図である。図４は、図２に示すシュラウド組立体１０の断面図である。図５は、図２に示すシュラウド組立体１０の周方向端部における断面図である。図２に示すように、シュラウド組立体１０は、ホルダ１１と、シュラウド本体１２と、複数の挿入部材１３とを備える。本実施形態では、シュラウド組立体１０を複数用意し、その複数のシュラウド組立体１０を周方向に並べて環状のシュラウドを構成する。ホルダ１１は、金属製である。シュラウド本体１２、挿入部材１３は、セラミックマトリックス複合材料製（ＣＭＣ製）である。ＣＭＣは、例えば、炭化ケイ素繊維にセラミッスマトリックスを含浸させてなる。なお、挿入部材１３は、ＣＭＣに限定されず、例えば金属にＣＭＣを含む耐火材を接着又はコーティングしたものとしてもよい。

シュラウド組立体１０は、ガスタービン１のケーシング５（図１参照）のうち動翼６（図１参照）に対向する部分の内周面側に設けられたサポート８（図４参照）に引っ掛けるようにして取り付けられてサポート８の内周面を覆う。サポート８は、ケーシング５（図１参照）の内周面に沿ったリング形状を有する。なお、サポート８は、ケーシング５と一体でもよい。また、サポート８は、周方向に複数に分割されていてもよい。

図２及び４に示すように、ホルダ１１は、ベース部２１と、フック部２２と、複数の突起部２３，２４と、複数の挿通孔２３ａ，２４ａとを備える。ベース部２１は、板状であり、サポート８に沿って周方向に円弧状に延びている。フック部２２は、ベース部２１から径方向外方に向けて突出し、Ｌ字形状を有する。ホルダ１１は、フック部２２によりサポート８に係止されて取り付けられる。なお、ホルダ１１は、サポート８と別体ではなくサポートと一体に設けられる構成としてもよい。ホルダ１１をサポート８に取り付けるための取付構造はこれに限られず、種々の形態を採ることができ、また、ホルダ１１がサポート８と一体である場合には、当該取付構造は不要となる。

複数の突起部２３，２４は、ベース部２１の軸方向端部２１ａよりも軸方向内側においてベース部２１の内周面から径方向内方に突出し、周方向に延びている。中央の突起部２３は、ベース部２１の内周面の中央部から径方向内方に突出している。中央の突起部２３の軸方向両側に配置された一対の突起部２４は、ベース部２１の軸方向端部２１ａと中央の突起部２３との間においてベース部２１の内周面から径方向内方に突出している。突起部２３，２４の周方向の端部（後述のシール部材１４に径方向に対向する部分）においては、突起部２３，２４の先端の径方向位置は、互いに同じである（図５参照）。突起部２３，２４の周方向端部以外の部分の少なくとも一部においては、中央の突起部２３の径方向内側の先端は、その両側の突起部２４の径方向内側の先端よりも径方向内側に位置している。

なお、ベース部２１から径方向内方に突出する突起部は、複数ではなく１つでもよい。また、突起部２３，２４は、ベース部２１の周方向一端から他端まで連続して延びたものでなくてもよく、周方向において分割されたものとしてもよい。また、突起部２３，２４の突出長さは、変更してもよい。また、ホルダ１１には、突起部２３，２４を設けなくてもよい。

複数の挿通孔２３ａ，２４ａは、突起部２３，２４に形成されており、軸方向に開口している。複数の挿通孔２３ａは、突起部２３において周方向に一列に並んでおり、複数の挿通孔２４ａは、突起部２４において周方向に一列に並んでいる。なお、突起部２３，２４の各々は、周方向に直線状に連続して延びたものに限られず、周方向の任意の位置で分割されてもよいし、その分割されたものが軸方向位置を互いに異ならせてもよい。挿通孔２３ａ，２４ａは、周方向に長い形状を有し、後述の挿入部材１３の挿入部１３ａの輪郭に合致した形状を有する。なお、挿通孔２３ａ，２４ａの形状は、挿入部材１３を挿通可能であれば、任意である。また、後述の挿入部材１３が挿入される挿通孔２３ａ，２４ａは、必ずしも突起部２３，２４の両方に設ける必要はない。例えば、突起部２３を無くす又は短くし、挿入部材１３が突起部２４の挿通孔２４ａを挿通して突起部２３の径方向内端面に当接する態様としてもよい。或いは、突起部２４を無くす又は短くし、挿入部材１３が突起部２３の挿通孔２３ａを挿通して突起部２４の径方向内端面に当接する態様としてもよい。

図２乃至４に示すように、シュラウド本体１２は、部分的に湾曲した板状であり、ホルダ１１を径方向内側から覆う。シュラウド本体１２は、本体部３１と、一対のフランジ部３２と、複数の挿通孔３３とを備える。本体部３１は、ホルダ１１のベース部２１の内周面との間に隙間を形成した状態でホルダ１１の径方向内側に配置され、内部空間Ｓを形成する。フランジ部３２は、本体部３１の軸方向両端から軸方向両側に突出している。本体部３１は、断面凹形状を有する。

具体的には、本体部３１は、フランジ部３２よりも径方向内側に配置されてホルダ１１の内周面に沿って延びる主板部３１ａと、主板部３１ａの軸方向両端をフランジ部３２にそれぞれ接続する一対の側板部３１ｂとを有する。側板部３１ｂは、主板部３１ａ側からフランジ部３２側に向かうにつれて軸方向外方に向かうように傾斜している。これによれば、主板部３１ａと側板部３１ｂとの間の湾曲部や側板部３１ｂとフランジ部３２との間の湾曲部は、緩やかな形状変化になるため、ＣＭＣ製のシュラウド本体１２が製造し易くなる。なお、主板部３１ａを延ばした仮想線と側板部３１ｂとがなす角度は、３０～９０°であってもよく、好ましくは３０～７５°であってもよい。

図３に示すように、シュラウド本体１２の本体部３１の主板部３１ａは、その軸方向の中央部３１ａａが径方向外方に向かうように反った形状を有する。図２に示すように、複数の挿通孔３３は、本体部３１の側板部３１ｂに形成されており、軸方向に開口している。複数の挿通孔３３は、側板部３１ｂにおいて周方向に一列に並んでいる。挿通孔３３は、周方向に長い形状を有し、後述の挿入部材１３の挿入部１３ａの輪郭に合致した形状を有する。なお、挿通孔３３の形状は、挿入部材１３を挿通可能であれば、任意である。シュラウド本体１２の挿通孔３３は、軸方向から見てホルダ１１の挿通孔２３ａ，２４ａと重なる位置に設けられている。なお、シュラウド本体１２のうち軸方向一方側の挿通孔３３と軸方向他方側の挿通孔３３とは、互いの周方向位置を一致させてもよいし、互いの周方向位置を異ならせてもよく、ホルダ１１の挿通孔２３ａ，２４ａはその挿通孔３３の位置に合わせて設けられていてもよい。

図２及び４に示すように、シュラウド組立体１０は、シュラウド本体１２の一方のフランジ部３２に近い側の挿通孔３３（第１挿通孔）に軸方向一方から挿入される挿入部材１３と、シュラウド本体１２の他方のフランジ部３２に近い側の挿通孔３３（第２挿通孔）に軸方向他方から挿入される挿入部材１３とを備える。なお、シュラウド本体１２の一方のフランジ部３２に近い側の挿通孔３３（第１挿通孔）と、他方のフランジ部３２に近い側の挿通孔３３（第２挿通孔）とに１つの挿入部材が挿入される構成としてもよい。挿入部材１３は、その法線が径方向を向いた平坦な板状である。挿入部材１３の表面は、平滑面である。挿入部材１３は、径方向から見た平面視でＴ字形状を有する。なお、挿入部材１３の形状は、これに限定されず、例えば平面視で矩形状でもよい。

挿入部材１３は、ホルダ１１及びシュラウド本体１２の挿通孔２３ａ，２４ａ，３３に軸方向に挿入される挿入部１３ａと、挿入部１３ａが当該挿通孔２３ａ，２４ａ，３３に挿入された状態においてシュラウド本体１２の本体部３１の軸方向の外側に配置される頭部１３ｂとを有する。なお、頭部１３ｂの少なくとも一部が、本体部３１よりも軸方向外側に位置していればよく、頭部１３ｂの軸方向位置が本体部３１に部分的に重なっていてもよい。挿入部材１３の挿入部１３ａが挿通孔２３ａ，２４ａ，３３に挿入されると、シュラウド本体１２が挿入部材１３を介してホルダ１１に位置決めされて、フランジ部３２がホルダ１１の内周面の軸方向の端部に径方向内側から接触する。なお、突起部２３，２４及び複数の挿通孔２３ａ，２４ａの構成によっては、挿入部材１３は、挿通孔２３ａ及び挿通孔２４ａの両方に挿入される必要はない。

シュラウド本体１２のうち挿通孔３３の径方向外側の端縁を画定する面３３ａは、シュラウド本体１２のフランジ部３２の径方向内側の面３２ａと面一に形成されているので、挿入部材１３が平坦であっても、挿入部材１３の頭部１３ｂがシュラウド本体１２のフランジ部３２に径方向内側から接触する。即ち、挿入部材１３を平坦にしてＣＭＣ製の挿入部材１３の製造容易性を向上させても、挿入部材１３の頭部１３ｂをフランジ部３２に対して径方向内側から接触させることができ、ホルダ１１に対するシュラウド本体１２のフランジ部３２の密着性が良好になる。

ホルダ１１の中央の突起部２３は、シュラウド本体１２の本体部３１の主板部３１ａの中央部３１ａａを径方向内方に向けて押圧する。これにより、シュラウド本体１２の主板部３１ａは、その中央部３１ａａが径方向外方に向かうように反った形状から平坦な形状になるように弾性変形し、シュラウド本体１２が自らの弾性力によりホルダ１１に押し付けられる。よって、熱歪みによるシュラウド本体１２の内径の変化やシュラウド本体１２の振動が好適に防止される。なお、シュラウド本体１２の本体部３１の主板部３１ａは、反りのない平坦形状としてもよい。

また、複数の挿入部材１３の挿入部１３ａがホルダ１１及びシュラウド本体１２の挿通孔２３ａ，２４ａ，３３にそれぞれ挿入された状態において、複数の挿入部材１３の頭部１３ｂは、互いに隣接してフランジ部３２に沿って周方向に延びる。即ち、シュラウド本体１２のフランジ部３２は、周方向の全体にわたって複数の挿入部材１３の頭部１３ｂにより径方向内側から覆われる。即ち、ホルダ１１の内周面の軸方向の端部がシュラウド本体１２のフランジ部３２と各挿入部材１３の頭部１３ｂとの両方により重複的に覆われるので、ホルダ１１の熱劣化が良好に防止される。なお、複数の挿入部材１３の頭部１３ｂは、周方向に間欠的に並ぶように配置されてもよい。

また、シュラウド組立体１０は、挿入部材１３の挿入部１３ａがホルダ１１の挿通孔２３ａ，２４ａ及びシュラウド本体１２の挿通孔３３に挿通された状態で、挿入部材１３が撓んで頭部１３ｂがフランジ部３２を径方向外側に向けて押圧するように構成されている。本実施形態では、フランジ部３２及び挿入部材１３の形状と、ホルダ１１及びシュラウド本体１２の挿通孔２３ａ，２４ａ，３３の各位置とが、挿入部材１３が撓んで頭部１３ｂがフランジ部３２を径方向外側に向けて押圧するように決定されている。

その一例として、挿入部材１３は平坦な形状とする一方で、フランジ部３２をホルダ１１に組み付けた状態において、シュラウド本体１２の挿通孔３３を、挿通孔２３ａと挿通孔２４ａとを結ぶ仮想線よりも内径側に位置するように各孔２３ａ，２４ａ，３３の配置を調整している。即ち、挿通孔３３は、挿通孔２３ａ，２４ａに対して軸方向から見て重なった状態で径方向位置を異ならせている。そのため、挿入部材１３の挿入部１３ａがホルダ１１及びシュラウド本体１２の挿通孔２３ａ，２４ａ，３３に挿通されると挿入部材１３が撓み、挿入部材１３の頭部１３ｂがフランジ部３２を径方向外方に向けて押圧することになる。これにより、ホルダ１１に対するシュラウド本体１２のフランジ部３２の密着性が向上すると共に、挿入部材の振動やガタつきを防止して、挿入部材１３が軸方向に移動して挿通孔２３ａ，２４ａ，３３から外れることも抑制される。

他の例としては、挿入部材１３を平坦状（直線状）とせずに頭部１３ｂがフランジ部３２に近づく向きに予め湾曲した形状としておくことで、フランジ部３２が挿入部材１３の頭部１３ｂを径方向内方に押し曲げて挿入部材１３を撓ませ、挿入部材１３の頭部１３ｂがフランジ部３２を径方向外側に向けて押圧する構成としてもよい。

更に他の例としては、シュラウド本体１２のフランジ部３２に径方向内方に向けて突出した突起を設け、当該突起が挿入部材１３の頭部１３ｂを径方向内方に押し曲げて挿入部材１３を撓ませ、挿入部材１３の頭部１３ｂがフランジ部３２を径方向外側に向けて押圧する構成としてもよい。

図２及び５に示すように、シュラウド本体１２の本体部３１の径方向外側の面には、軸方向に延び且つ周方向外方に開放された溝３１ｃが形成されている。即ち、シュラウド本体１２の本体部３１の周方向両側の端部の上面には、周方向外側の部分が薄肉になるような段差が形成されている。なお、溝３１ｃの形状は、任意である。シュラウド組立体１０は、シール部材１４を更に備える。シール部材１４は、板状である。シール部材１４は、シュラウド本体１２の一対の溝３１ｃの１つに収容されてシュラウド本体１２に重ねられた状態で本体部３１の周方向の端部に配置される。なお、シュラウド本体１２に溝３１ｃを設けずに、ホルダ１１側にシール部材１４の位置を安定的に保持するためのガイドを設けてもよい。

シール部材１４は、軸方向においてシュラウド本体１２の本体部３１の一端から他端まで延びる。ホルダ１１のベース部２１の内周面には、シュラウド本体１２のフランジ部３２の軸方向内端に対応する位置に切込部２１ｃが形成されており、シール部材１４の軸方向端縁が切込部２１ｃに嵌まる。シール部材１４は、ホルダ１１の突起部２３，２４とシュラウド本体１２との間に挟持される。シール部材１４の周方向（短手方向）の長さは、シュラウド本体１２の溝３１ｃの周方向（短手方向）の長さよりも長い。そのため、シール部材１４は、シュラウド本体１２の本体部３１の溝３１ｃに収容された状態で本体部３１から周方向に食み出す。そのシール部材１４の食み出した部分は、周方向に隣接する他のシュラウド組立体１０のシュラウド本体１２の溝３１ｃに架け渡される。なお、図２での図示は省略したが、図５に示すように、ホルダ１１の軸方向両側において周方向に隣接するホルダ１１の間に板状のシール部材１５を設けてもよい。

図４に示すように、ベース部２１には、ホルダ１１とシュラウド本体１２との間に形成される内部空間Ｓに連通する冷却孔２１ｂが形成されている。そうすれば、サポート８側から供給される冷却流体が冷却孔２１ｂを通じて内部空間Ｓに入り、ホルダ１１、シュラウド本体１２及び挿入部材１３を冷却することができる。

シュラウド本体１２の本体部３１の主板部３１ａには、内部空間Ｓに連通してシュラウド本体１２の径方向内側の表面に開口する冷却孔３１ｄが形成されている。冷却孔３１ｄは、径方向内側に向かうにつれて軸方向下流側に向かうように傾斜してもよい。これにより、内部空間Ｓの冷却流体がシュラウド本体１２の径方向内側に噴射され、シュラウド本体１２の径方向内側の表面に冷却流体層（冷却流体膜）を形成することができる。なお、冷却孔２１ｂ，３１ｄは無くてもよい。

複数のシュラウド組立体１０を周方向に並べて環状のシュラウドを構成する場合において、周方向に互いに隣接するシュラウド本体同士の隙間をシール部材１４，１５により塞ぐことで、冷却空気の圧力を確保して必要な部位に冷却空気を届けることと、主流ガスの流れ込みとを防止することができる。また、アクティブ・クリアランス・コントロール機能によりケーシング５（図１参照）の内径が変化すると、それに連動してサポート８（図５参照）も径方向に変位する。例えば、サポート８が径方向外側に変位して、周方向に隣接したシュラウド組立体１０のシュラウド本体１２同士の間の隙間が変化しても、当該隙間はシール部材１４により塞がれた状態が保たれる。

以上に説明した構成によれば、シュラウド本体１２、挿入部材１３及びシール部材１４は、薄板状の単純な形状であるので、長繊維形のＣＭＣからなるものとしても製造性を良好にできる。また、ホルダ１１は金属製であるために複雑な形状にしても製造が容易であると共に、ＣＭＣ製のシュラウド本体１２がホルダ１１を径方向内側から覆うため、ホルダ１１を熱から保護できる。また、シュラウド本体１２をホルダ１１に固定するための挿入部材１３は、その頭部１３ｂがシュラウド本体１２の外部に露出するものの、内部空間Ｓに冷却流体を導入する構成においては、挿入部材１３と挿通孔３３の隙間より漏れ出した冷却流体によって効果的に頭部１３ｂを冷却できる。更に、挿入部材１３をＣＭＣ製とすれば、冷却流体を大幅に削減したり、冷却流体を不要にすることもできる。

更に、挿入部材１３の頭部１３ｂは、ホルダ１１に径方向内側から接触するシュラウド本体１２のフランジ部３２に対して径方向内側から接触して押圧するため、シュラウド本体がホルダに対して密着し、シュラウド本体１２の確実な位置決めと振動の防止とが実現され、チップクリアランスの安定化を図ることができる。そして、挿入部材１３はシュラウド本体１２の挿通孔３３の周縁に接触するだけでなくフランジ部３２においても接触して挿入部材１３の接触面積が拡大するため、接触による荷重集中を抑えることができると共に、接触荷重がシュラウド本体１２及び挿入部材１３の板厚に垂直な方向に作用することでＣＭＣ製部材の強度を確保しやすくなる。

（第２実施形態）
図６は、第２実施形態に係るシュラウド組立体１１０の断面図である。なお、第１実施形態と共通する構成については同一符号を付して説明を省略する。図６に示すように、第２実施形態のシュラウド組立体１１０では、ホルダ１１１は、ホルダ本体１１６と、挿入部材１３の挿入部１３ａを径方向外方に付勢する付勢部材１１７とを有する。ホルダ本体１１６は、ベース部２１と、フック部２２と、突起部２３と、挿通孔２３ａとを有する。なお、ホルダ本体１１６には、挿通孔２３ａが無くてもよい。

付勢部材１１７は、ホルダ１１のベース部２１を径方向外側から径方向内側に貫通する枠部材１４１と、枠部材１４１を径方向外方に付勢するバネ１４２とを有する。例えば、枠部材１４１は、軸方向に延びる第１板部１４１ａと、第１板部１４１ａの軸方向両側から径方向内方に突出する一対の第２板部１４１ｂとを有する凹形部材である。第１板部１４１ａは、ベース部２１の径方向外側に配置され、第２板部１４１ｂがベース部２１を内部空間Ｓに向けて貫通しており、第２板部１４１ｂの内部空間Ｓに配置された部分に、軸方向に開口した挿通孔１４１ｃが形成されている。

枠部材１４１の挿通孔１４１ｃには、シュラウド本体１２の挿通孔３３を挿通した挿入部材１３の挿入部１３ａが挿通される。バネ１４２は、ベース部２１と枠部材１４１の第１板部１４１ａとの間に撓んだ状態で挟まれており、枠部材１４１を径方向外方に付勢することで、挿入部材１３が径方向外方に付勢される。枠部材１４１により挿入部材１３が径方向外方に付勢される位置は、挿入部１３ａの一端部と他端部との間の中間部にするとよい。これにより、ホルダ１１１（のホルダ本体１１６）に対するシュラウド本体１２の密着性が向上すると共に、挿入部材の振動やガタつきを防止して、挿入部材１３が軸方向に移動することも抑制される。なお、他の構成は前述した第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

なお、付勢部材１１７は、挿入部材１３を径方向外方に付勢するものであればよく、上記構成に限られず種々の構成を採り得る。例えば、付勢部材１７１に挿入部材１３を貫通させる構成の代わりに、付勢部材を挿入部材１３に直接取り付けもよいし、付勢部材が介在物を介して挿入部材１３を付勢してもよい。また、枠部材１４１をＬ字状の半枠部材に分割し、各半枠部材が挿入部材１３をそれぞれ付勢するようにしてもよい。

（第３実施形態）
図７は、第３実施形態に係るシュラウド組立体２１０の要部断面図である。なお、第１実施形態と共通する構成については同一符号を付して説明を省略する。図７に示すように、シュラウド本体２１２のフランジ部２３２の径方向内側の面には、径方向内側に突出した段差状の係止部２３２ａが設けられている。係止部２３２ａは、フランジ部２３２の軸方向端部を径方向内側に突出させることで形成されている。第３実施形態のシュラウド組立体２１０では、挿入部材２１３の頭部２１３ｂの径方向外側の面に、係止部２３２ａが係止される段差状の被係止部２１３ｂａが設けられている。係止部２１３ｂａは、挿入部材２１３の頭部２１３ｂを径方向内側に撓ませて動かすことで被係止部２３２ａとの係止が解除されるように構成されている。

挿入部材２１３の係止部２１３ｂａがフランジ部２３２の被係止部２３２ａに係止されることで、振動により挿入部材２１３が軸方向に変位してホルダ１１の挿通孔（図示せず）及びシュラウド本体２１２の挿通孔３３から抜けることが好適に阻止される。なお、係止部の形態はこれに限られず、種々の形態を採ることができる。例えば、フランジ部２３２を挿入部材２１３よりも軸方向外側に延ばして係止部２１３ａを設けてもよく、その場には、挿入部材の被係止部は軸方向端面とすればよい。また、係止部をシュラウド本体２１２に設けずに、ホルダ１１又は挿入部材２１３に設けてもよい。また、係止部は、挿入部材１３の端部に対応して設けなくてもよく、挿入部材１３の中央部に設けてもよい。また、他の構成は前述した第１又は第２実施形態と同様であるため説明を省略する。

（第４実施形態）
図８は、第４実施形態に係るシュラウド組立体３１０の要部断面図である。なお、他の構成は前述した第１実施形態と同様であるため説明を省略する。図８に示すように、第４実施形態のシュラウド組立体３１０では、シュラウド本体３１２の本体部３１の側板部３１ｂに設けられる挿通孔３３３が、フランジ部３２の径方向内側の面よりも径方向内側に離れて配置されている。挿入部材３１３は、挿通孔３３３に挿入される挿入部３１３ａと、挿入部１３ａが挿通孔３３３に挿入された状態においてシュラウド本体３１２の本体部３１の軸方向外側に配置される頭部３１３ｂとを有し、挿入部３１３ａと頭部３１３ｂとの間には、頭部３１３ｂの径方向外側の面を挿入部３１３ａの径方向外側の面よりも径方向外側に配置させる段差部３１３ｃが設けられている。当該構成によれば、シュラウド本体３１２の挿通孔３３３をフランジ面と面一にする必要はなく、挿通孔３３３の位置精度を緩和することができる。なお、他の構成は前述した第１～第３実施形態のいずれかと同様であるため説明を省略する。

１ ガスタービン
５ ケーシング
８ サポート
１０，１１０，２１０，３１０シュラウド組立体
１１，１１１ ホルダ
１２，２１２，３１２ シュラウド本体
１３，１１３，２１３，３１３ 挿入部材
１３ａ，３１３ａ 挿入部
１３ｂ，２１３ｂ，３１３ｂ 頭部
１４ シール部材
２１ｂ 冷却孔
２３，２４ 突起部
２３ａ，２４ａ，１４１ｃ 挿通孔
３１ 本体部
３１ａ 主板部
３１ａａ 中央部
３１ｂ 側板部
３１ｃ 溝
３１ｄ 冷却孔
３２ フランジ部
３３ 挿通孔
１１７ 付勢部材
２１３ｂａ 係止部
Ｓ 内部空間

Claims (15)

1. ガスタービンのケーシングの径方向の内側において前記ガスタービンの周方向に沿って設けられたサポートに設けられ、前記サポートの内周面を覆うシュラウド組立体であって、
   前記サポートに設けられ、少なくとも１つの挿通孔を有するホルダと、
   前記ホルダの前記径方向内側に配置される本体部と、前記ガスタービンの軸方向に前記本体部から突出して前記ホルダの前記径方向内側の面の前記軸方向の端部に前記径方向内側から接触する少なくとも１つのフランジ部と、前記本体部に形成された少なくとも１つの挿通孔と、を有し、前記ホルダを前記径方向内側から覆うセラミックマトリックス複合材料製のシュラウド本体と、
   前記シュラウド本体及び前記ホルダの前記挿通孔に挿入される挿入部と、前記挿入部が前記シュラウド本体及び前記ホルダの前記挿通孔に挿入された状態において前記シュラウド本体の前記フランジ部の前記径方向内側に配置されて前記フランジ部に前記径方向内側から接触する頭部と、を有する少なくとも１つの挿入部材と、を備える、ガスタービンのシュラウド組立体。
2. 前記挿入部材は、セラミックマトリックス複合材料製である、請求項１に記載のガスタービンのシュラウド組立体。
3. 前記シュラウド本体の前記本体部は、前記フランジ部よりも径方向内側に配置されて前記ホルダの径方向内側の面に沿って延びる主板部と、前記主板部を前記フランジ部に接続する側板部とを含み、
   前記側板部は、前記主板部側から前記フランジ部側に向かうにつれて前記軸方向外方に向かうように傾斜している、請求項１又は２に記載のガスタービンのシュラウド組立体。
4. 前記少なくとも１つのフランジ部は、前記本体部から前記軸方向両側に突出した一対のフランジ部を含み、
   前記シュラウド本体の前記少なくとも１つの挿通孔は、前記一対のフランジ部の一方に近い側に設けられた第１挿通孔と、前記一対のフランジ部の他方に近い側に設けられた第２挿通孔とを含み、
   前記少なくとも１つの挿入部材は、前記第１挿通孔及び前記２挿通孔に挿入されて前記一対のフランジ部に接触している、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガスタービンのシュラウド組立体。
5. 前記挿入部材は、前記径方向から見てＴ字形状を有する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガスタービンのシュラウド組立体。
6. 前記シュラウド本体の前記少なくとも１つの挿通孔は、前記周方向に並んだ複数の挿通孔を含み、
   前記ホルダの前記少なくとも１つの挿通孔は、前記周方向に並んだ複数の挿通孔を含み、
   前記少なくとも１つの挿入部材は、複数の挿入部材を含み、
   前記複数の挿入部材の前記挿入部が前記シュラウド本体及び前記ホルダの前記複数の挿通孔にそれぞれ挿入された状態において、前記複数の挿入部材の前記頭部は、互いに隣接して前記フランジ部に沿って前記周方向に延びる、請求項５に記載のガスタービンのシュラウド組立体。
7. 前記シュラウド本体の前記本体部は、その前記軸方向の中央部が前記径方向外方に向かうように反った形状を有し、
   前記ホルダは、その前記径方向内側の面から突出して前記本体部の前記中央部を前記径方向内方に向けて押圧する突起部を有する、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のガスタービンのシュラウド組立体。
8. 前記挿入部材の前記挿入部が前記シュラウド本体及び前記ホルダの前記挿通孔に挿通された状態で、前記挿入部材が撓んで前記頭部が前記フランジ部を前記径方向外側に向けて押圧するように構成されている、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のガスタービンのシュラウド組立体。
9. 前記挿入部材は、平坦な形状を有し、
   前記シュラウド本体の前記挿通孔は、前記ホルダの前記挿通孔に対して前記径方向の位置を互いに異ならせており、
   前記挿入部材は、前記挿入部が前記シュラウド本体及び前記ホルダの前記挿通孔に挿通されて撓むことで前記頭部が前記フランジ部を前記径方向外側に向けて押圧する、請求項８に記載のガスタービンのシュラウド組立体。
10. 前記ホルダは、前記挿入部材の前記挿入部を前記径方向外方に付勢する付勢部材を更に有する、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のガスタービンのシュラウド組立体。
11. 前記シュラウド本体の前記周方向の端部に配置されるセラミックマトリックス複合材料製の板状のシール部材を更に備え、
    前記シール部材は、前記本体部に重ねられた状態で前記本体部から前記周方向に食み出す、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のガスタービンのシュラウド組立体。
12. 前記シュラウド本体のうち前記挿通孔の前記径方向外側の端縁を画定する面は、前記シュラウド本体の前記フランジ部の前記径方向内側の面と面一に形成されている、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のガスタービンのシュラウド組立体。
13. 前記挿入部材、前記シュラウド本体又は前記ホルダの少なくとも１つは、前記挿入部材が前記シュラウド本体及び前記ホルダの前記挿通孔から抜けるのを阻止する係止部を有する、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のガスタービンのシュラウド組立体。
14. 前記シュラウド本体は、板状である、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のガスタービンのシュラウド組立体。
15. 前記挿入部材は、板状である、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のガスタービンのシュラウド組立体。

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