JPH02199202A - タービン機械の隙間制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はタービン機械の隙間制御に関し、殊に、ロータ
動翼の円環列の先端と、従来通りそれを取り囲むケーシ
ングと、の隙間の制御に関する。

タービン、殊に軸流ガスタービンエンジンの効率を支配
する重要要因の一つは、タービン動翼の半径方向外方端
と、それらを取り囲むケーシングの半径方向内方表面と
、の隙間の大きさである。

この隙間が大き過ぎると、タービン動翼端とケーシング
の間からタービンガスが漏れて、ひいてはタービン効率
の低下を招くことになり得る。この隙間を極く小さくす
るような仕方でタービンを作ることは勿論、可能である
。しかし、ガスタービンエンジンの運転中に必然的に生
ずる熱的変化が隙間の変動を招く、隙間が小さ過ぎると
、タービン動翼端が実際にケーシングに接触するという
掻く現実的な危険がある。

タービンケーシングの温度、ひいてはその熱膨張を制御
するように、タービンケーシングの外側表面に高温また
は低温の空気を吹きつけることによる、タービン動翼端
隙間の制御の進め方が幾つかとられた６例えば、英国特
許第１２４８１９８号明細書には、タービン動翼端とそ
れを取り巻くケーシングとの隙間が測定され、この測定
値を用いてケーシングに高温または冷温の空気を振り向
ける装置を制御するという、タービン動翼端隙間制御装
置が記載されている。翼端隙間が予め選択された値に維
持される程度までケーシングが熱的に膨張または収縮す
るように、実際の空気温度が選択される。同様に、英国
特許第１５６１１１５号明細書に、ケーシングが熱膨張
する率を減するように低温空気がタービンケーシングに
振り向けられるという、隙間制御装置が記載される。ケ
ーシングに向けられる冷却空気の実際の量はエンジンの
運転変数に従って制御される。

そのようなタービン動翼端隙間を制御するための技法は
有効であり得るけれども、エンジン運転条件の大半の中
でタービン動翼端の最適隙間を与えるのに充分な程にタ
ービンケーシングの熱的膨張および収縮を確実に大きく
することが時として困難である。

エンジン運転条件の大半の中で最適の隙間を達・成し得
るような、タービン動翼端隙問を制御する装置を与える
ことが、本発明の目的である。

本発明によれば、タービン隙間制御装置は、半径方向に
延在するロータ動翼の円環列の半径方向外方端を、同軸
状の半径方向の隔置関係に、作動自在に取り巻くケーシ
ングと、前記ロータ動翼端と前記ケーシングの間に介在
する円環形シュラウドを画成するように協働する複数の
シュラウド分割片と、を有し、前記シュラウド分割片の
各々は前記ケーシングを通る動作流体の流れに関して上
流、中間および下流部分を有し、前記ケーシングに対す
る前記シュラウド分割片の各々の、限定された度合の枢
動が可能にされて、前記各シュラウド分割片の軸方向端
末と前記ロータ動翼端の間の隙間を変えるような態様で
、前記シュラウド分割片の各々の中間部分が前記ケーシ
ングに連結され、また前記枢動を与える装置が設けられ
る。

以下に、添は図面を参照しつつ、本発明の詳細な説明す
る。

第１図を参照すると、ダクテッドファン−ガスタービン
エンジン・１０は軸方向流れの順に、吸気口１１、ファ
ン１２、中圧圧縮機１３、高圧圧縮Ｉｆｉ１４、燃焼装
置１５、高圧タービン１６、中圧タービン１７、低圧タ
ービン１８および排気ノズル１つを有する。エンジン１
０は従来のｆｆｆｉ様で機能し、吸気口１１から引きこ
まれた空気はファン１２により圧縮される。ファン１２
から排出された空気流は、推力を与えるために利用され
る部分と、中圧圧縮ｆｉ１３に向けられる残りの部分と
に別かれる。そこで空気はさらに圧縮された後で、高圧
圧縮機１４に送られ、さらにもつと圧縮される。圧縮さ
れた空気はつぎに燃焼装置１５に向けられ、そこで燃料
と混合されて混合気は燃焼される。結果生じた高温の燃
焼生成物はそこで、高圧圧縮機１４、中圧圧縮機１３お
よびファン１２にそれぞれ作動自在に連結された高圧タ
ービン１６、中圧タービン１７および低圧タービン１８
を通って膨張し、その後、ノズル１つを通して排出され
て追加の推力を与える。

第２図は、低圧タービン１８の一部分がより明らかに示
される。低圧タービン１８はロータ動翼の３個の円環列
を取り囲むケーシング２０を有し、３個のうちの１個の
翼列２１が第２図に示される。

ロータ動翼２１列は軸流タービンの従来通りの仕方でス
テータ静翼の２個の円環列２２．２３の軸方向中間に介
在する。

静翼の円環列２２．２３の各々はその半径方向外方端に
てそれぞれケーシング部分２４．２５により位置決めさ
れ、それらと一体ｆヒされているけれども、そのような
一体構造は本発明にとって重要ではないことが明らかで
ある。ケーシング部分２４．２５はそれぞれフランジ２
６．２７を有して、適当な装置（図示せず）により連結
し易くされ、それにより低圧タービンケーシング２０の
一部分を画成する。フランジ２６．２７をロータ動翼列
２１の真ぐ半径方向外方にある。

下流のケーシング部分２５のフランジ２７には、その半
径方向内方端に、円環形の、軸方向に向くみそ２８が設
けられる。みぞ２８はほぼＳ字形断面の支持部材３０の
一方の腕２９を受承し、支持する。腕２９にほぼ平行な
他方の腕３１はシュラウド分割片３２に取付けられる。

複数の支持部材３０とシュラウド分割片３２がケーシン
グ２０に取付けられているので、シュラウド分割片３２
は協働して、翼列２１の中の動翼の翼端３３の半径方向
外方限界を取り囲む円環シュラウドを画成する。

各シュラウド分割片３２は３個の半径方向内方向きの表
面３４，３５．３６を画成するように軸方向に段が付け
られ、該表面の各々に摩滅材の、円周方向に延在する帯
板３７が付く、摩滅材の帯板３７は、各翼端３３上に設
けられたブラットホーｌ、にある、半径方向に、また円
周方向に延在するリブ（うね）３８に対面する。リブ３
８と摩滅付帯板３７は協働して、ロータ動翼端３３とタ
ービンケーシング２０の間の、高温排気ガスの漏れを防
ぐように意図された３個の軸方向に隔置されたシールを
画成する。

各シュラウド分割片３２の上流端４０は（月よＣ字形断
面の位置決め性状部に成形され、この部分はステータ静
翼の円環列２２とケーシング部分２４の間に画成される
、対応形状の円環形みぞ４１の中に位置決めされる。こ
れは、タービンケーシング２０に対してシュラウド分割
片３２の上流端４０を半径方向に固定させる役目を有す
る。

シュラウド分割片の下流端４２はさほど固定されない、
むしろ、各シュラウド分割片下流端４２とタービンケー
シング２０の間に相対的な半径方向運動が可能なように
、下流端４２は自由にされるゆ エンジン運転中、高温排気ガスは低圧タービン１８を通
過し、必然的にタービン１８を構成する様々な要素の温
度を上昇させる。これらの要素の熱膨張が生じ、これが
、ひいてはタービン動翼の密封用リブ３８と摩滅帯板３
７との隙間の増加を導き、そのため、動翼端３３を超え
るタービンガスの漏れを増し、結果的にタービン効率を
低下させることになる。このタービン動翼端の隙間の増
加に対抗するために、フランジ２６．２７の近くにある
２個の孔明き円環マニホールド４３を介して、低温空気
がケーシング・フランジ２６．２７の上に向けられる。

マニホールド４３への空気はエンジンの高圧圧縮機１４
から従来の仕方で引き出される。

フランジ２６．２７の領域におけるタービンケーシング
２０の局部冷却は、相応のケーシング２０の局部熱収縮
を招く、シュラウド分割片３２はフランジ２６．２７の
領域にて支持部材３０によってケーシング２０に取付け
られているので、結果的にシュラウド分割片３２を半径
方向内方に動かして、密封用リブ３８と摩滅帯板３７ど
の隙間を滅じ、それによりガス密封性を高める。しかし
、シュラウド分割片の上流端４０のための半径方向支持
を与えるケーシング２０の部分は冷却されないので、冷
却されるフランジ２６．２７と同じ様には収縮しない。

よって、ケーシング２０の局部収縮の結果としてシュラ
ウド分割片３２の中央部分は半径方向内方に動くのに反
し、シュラウド分割片３２の上流端４０は動かない、シ
ュラウド分割片３２の下流端４２は自由であるから、結
果として各シュラウド分割片３２は、支持部材３０の撓
みに助けられて、支持部材３０によるケーシング２０へ
の取付は位置の回りに枢動することになる。この枢動作
用は、上流の密封リブ３８と摩滅帯板３７との隙間を増
し、下流密封リブ３８と摩滅帯板３７との隙間を減する
。どの多段シールにおいても、最大の密封効果を与える
ものは最終段のシールであるから、このシュラウド分割
片３２の枢動はロータ動翼端３３とシュラウド分割片３
２の間のシールの効果を全体として高める。

ケーシング２０の冷却とその結果の収縮の望ましい度合
いを与えるために、冷却空気の流量を調節することがで
きる。

上記の本発明の実施例では、２本のマニホールド４３に
よって冷却空気がケーシング２０に向けられるけれども
、そうしたければ、そのように空気を向けるのに、池の
装置を使用するこもできるであろうことは明らかである
。実際、成る状況の下では、ケーシング２０の上を運転
時に流れる空気は５ｇ・要な度合の冷却を与えるのに充
分である。

第３図は第２図に示されるものに似た低圧タービン１８
の一部分を示し、従って両方のタービン部分に共通な部
品は接尾文字且が付されている。

第２図と第３図に示す低圧タービン１８の部分の主な相
違は、シュラウド分割片３２，３２ａの上流端４０，４
０ａが支持される仕方にある。シュラウド分割片３２の
上流端４０はタービンケーシング２０に対して半径方向
に固定されるのに反し、シュラウド分割片３２ユの上流
端４０盗はそうでない、すなわち、ケーシング２０ａよ
りも高い熱膨張係数を有する金属から形成されるリング
４５に設けられた、軸方向に向く円周状みぞ４４の中に
、シュラウド分割片３２ａの上流端４０ａの各々が位置
決めされる。

リング４５は従来めクロスキー性状部４６によってケー
シング２０ａの半径方向内方表面に位置決めされる。ク
ロスキー性状部４６はケーシング２０ａに対するリング
４５の回転を防止するが、リング４５がケーシング２０
ａとは独立に熱的に膨張、収縮するのを可能にする。よ
って、シュラウド分割片３２ａはシュラウド分割片３２
と同様の仕方で枢動することができるが、その枢動作用
の量はタービンケーシング２０ａに対するリング４５の
半径方向位置により左右される。

動翼２１と静翼２２，２３の上を高温排気ガスが流れて
、タービン１８が正常に機能している典型的な状況にお
いて、熱膨張係数の高いリング４５はタービンケーシン
グ２０ａよりも大きな範囲まで熱膨張する。これは、下
流の密封リブ３８と窄滅性帯板３７との隙間をさらに減
するように、シュラウド分割片３２ａの枢動作用を拡大
する効果を有する。そのようないっそうの隙間減少が望
ましくないか、又は不必要であるとしても、シュラウド
分割片３２ａに成る一定の枢動量を与えるのに必要なケ
ーシング・フランジ２６．２７の冷却は、リング４５が
存在する時の方が存在しない時よりも少なくてよいこと
、が明らかであるから、高い熱膨張を示すリング４５の
配設は依然、望ましい。

リング４５の加熱を高めるために、高温の燃焼排気ガス
がリング４５上に直接流れるように、靜Ｘ２２ａの外方
プラットホーム４８に穴４７を設けることもできる。

以上述べた本発明の実施例の何れにおいても、タービン
ケーシングの外部冷却の簡単な装置を使用した場合より
も、ロータ動翼端隙間の変化を大きくすることができる
こと、が従って明らかであろう。

恒久的なケーシング冷却が設けられる低圧タービンを引
用して本発明を記載したけれども、他のタービン部分に
も本発明を使用し得ること、また適切なエンジン運転変
数によって冷却空気流れを調節し得ることは、明らかで
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による隙間制御装置を組込んだタフテ
ッドファン　ガスタービンエンジンの上半分の側断面図
、 第２図は、本発明による隙間制御装置を示す、第１図の
タフテッドファン・ガスタービンエンジンの低圧タービ
ンの一部分の拡大側断面図、第３図は、本発明による隙
間制御装置の代替形式を示す、第２図に似た図である。 ２０・・・・・・ケーシング ２１・・・・・・ロータ動翼列 ３２・・・・・・シュラウド分割片

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ケーシングと、同軸線上で半径方向に隔置関係にあ
   る、半径方向に延在するロータ動翼の円環状配列と、を
   有し、前記ケーシングは前記ロータ動翼の半径方向外方
   端を作動自在に包囲し、また前記ロータ動翼端と前記ケ
   ーシングとの間に介在する円環形シュラウドを画成する
   ように協働する複数のシュラウド分割片を有し、前記シ
   ュラウド分割片の各々は前記ケーシングを通る作動流体
   流に関して上流、中間及び下流部分を有し、前記シュラ
   ウド分割片の各々の軸方向端末と前記ロータ動翼端との
   隙間を変えるために、前記シュラウド分割片の各々の限
   定された量の枢動を可能とするような仕方で、前記シュ
   ラウド分割片の各々の中間部分が前記ケーシングに連結
   されており、前記枢動を与えるための装置が設けられて
   いる、タービン機械隙間制御装置。 ２、前記シュラウド分割片の各々はその上流端にて半径
   方向に位置決めされ、前記ケーシングを前記シュラウド
   分割片の上流端の位置に対して局部的に熱収縮させるこ
   とにより前記シュラウド分割片の枢動を与えるように、
   前記シュラウド分割片の前記枢動連結の領域にて前記ケ
   ーシングを作動自在に冷却する装置が与えられる、請求
   項１記載のタービン機械隙間制御装置。 ３、前記シュラウド分割片の上流端と前記ケーシングの
   間の相対的な半径方向運動が防止されるように、前記シ
   ュラウド分割片の各々が上流端にて前記ケーシングに取
   付けられる、請求項２記載のタービン機械隙間制御装置
   。 ４、前記ケーシング内に同軸線上に配設されるリングに
   、前記シュラウド分割片の各々がその上流端にて取付け
   られ、前記リングは前記ケーシングよりも高い熱膨張係
   数を有し、前記リングは前記ケーシングとは独立に熱的
   に膨張し、収縮し得るような仕方で位置決めされている
   、請求項２記載のタービン機械隙間制御装置。 ５、前記ケーシングとは独立して前記リングの熱的膨張
   及び収縮を可能にするクロスキー位置決め性状部によつ
   て、前記リングが前記ケーシングから位置決めされる、
   請求項４記載のタービン機械隙間制御装置。 ６、前記リングの熱膨張を高めるように、前記リング上
   に高温流体の流れを向けるための装置が設けられる、請
   求項４記載のタービン機械隙間制御装置。 ７、前記ケーシングに連結される前記シュラウド分割片
   の中間部分の各々は、充分に撓み自在の部材によって前
   記限定された枢動を与えるように連結される、請求項１
   記載のタービン機械隙間制御装置。 ８、前記ロータ動翼の各々はその半径方向外方端にプラ
   ットホームが設けられ、前記プラットホームの各々はそ
   の半径方向外方表面にリブが設けられ、前記リブは、前
   記シュラウド分割片と協働して流体シールを画成するよ
   うに、半径方向と円周方向の双方に延在する、請求項１
   記載のタービン機械隙間制御装置。 ９、前記ケーシングは前記シュラウド分割片との連結部
   の領域にフランジを有し、前記ケーシングを作動自在に
   冷却するように設けられた前記装置は、前記フランジに
   冷却流体を向けるようにされている、請求項２記載のタ
   ービン機械隙間制御装置。 １０、請求項１記載のタービン機械隙間制御装置が設け
   られたガスタービンエンジン。