JPH0249903A - ガスタービンエンジンのステータ構造 - Google Patents

ガスタービンエンジンのステータ構造

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JPH0249903A
JPH0249903A JP1168253A JP16825389A JPH0249903A JP H0249903 A JPH0249903 A JP H0249903A JP 1168253 A JP1168253 A JP 1168253A JP 16825389 A JP16825389 A JP 16825389A JP H0249903 A JPH0249903 A JP H0249903A
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outer case
cooling air
rails
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Paul S Shook
ポール　エス．ショック
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F01D11/14—Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing
    • F01D11/20—Actively adjusting tip-clearance
    • F01D11/24—Actively adjusting tip-clearance by selectively cooling-heating stator or rotor components

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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、細流ガスタービンエンジンに関するもので
、特に外側ケーシングをこのケーシングに取り付けられ
た外側エアシールを有する軸流圧縮機のステータの構造
に関するものである。
［従来の技術及びその問題点］ 例えば軸流圧縮機等の軸流回転装置を持つ動力装置の代
表的なものとしては、航空機用のターボファンジェット
エンジン及びナセルがある。周知のようにナセルは、エ
ンジン及び補機類を被覆してエンジンユニットの外周面
の空力抵抗を減少すると同時にエンジンの排気によって
推力を発生する。
ターボファエンンジンにおいては主作動ガス通路は、エ
ンジンの中心部に貫通して形成されている。また、二次
作動ガス通路は、環状に形成され、主作動ガス通路の周
囲に配設される。エンジンの多数のファンブレードは、
それぞれ主作動ガス通路及び二次作動ガス通路を横切っ
て放射状に設けられている。これらのファンブレードは
、主作動ガス通路及び二次作動ガス通路に導入される作
動ガスを加圧する。二次作動ガス通路に導入される燃焼
ガスの流量の主作動ガス通路に導入される作動ガスの流
量に対する比が、バイパス率となり、これが３．５を越
えるものは、高バイパスターボファンと呼ばれる。
この高バイパスターボファンに用いられるナセルは、比
較的大径のファンナセルとコアナセルををしている。こ
れらのファンナセル及びコアナセルは、ファンカウリン
グ及びコアカウリングとも呼ばれる。コアナセルは、エ
ンジンの周囲にエンジンの外周から離間して配設され、
ガスタービンエンジンの周囲にコア室を形成している。
このコア室内には、補機類が配設されているが、エンジ
ンからの熱伝達によって、コア室内のガス温度は、１５
０°Ｋを越えるものとなる。
コアナセルは、ファンナセルの放射方向内側に所定間隔
を存して配設され、ファンナセルとの間に二次作動ガス
通路を形成している。従って、ファンナセル及びコアナ
セルの内外面は、高速の二次作動ガスに対する空力抵抗
を最小とするために軸線方向のプロフィルを曲線状に形
成されている。
周知のように、ターボファンエンジンは、圧縮機と、燃
焼室と及びタービンとによって構成されている。主作動
ガス通路は、これらの部分を通って軸線方向に延びてい
る。作動ガスは、圧縮機に導入され、圧縮機によって数
段階圧縮されて、昇温、昇圧される。この作動ガスは、
燃焼室内において燃料と混合されて燃焼し、高温、高圧
の燃焼ガスを発生する。この燃焼ガスは、周知のように
、エンジンの動力源となるもので、タービン部で膨張し
て動力を発生する。
エンジンは、ロータを有しており、このロータはタービ
ンで発生された動力を圧縮機に伝達する。
ステータは、ロータを包囲して配設される。ステータは
、アウタケース又は圧力容器を有しており、このアウタ
ケースによって高圧作動ガスを主作動ガス通路に導く。
ロータは、作動ガス通路を通って放射方向外向きに延び
る動翼を有している。一方、ステータは作動ガス通路を
通って放射方向内向きに延びる静翼を有しており、各静
翼は、動翼の上流側に配設されており、作動ガスの流れ
の方向が動翼に対して所定の角度となるように作動ガス
の流れを制御する。
ステータは、作動ガス通路からの作動ガスの漏出を防止
するためにシール手段が設けられている。
近代のエンジンのシール手段は、エンジンの内周面にそ
って配設された複数の円弧状部材によって構成されたア
ウタエアシールを有している。シール手段は、ロータの
動翼との間に所定のクリアランス存して配設される。ア
ウタエアシールにおいては、ロータの動翼との間のクリ
アランスを最小とするために、円周方向に連続していな
ければならない。また、アウタソールは、円周方向の不
連続によるアウタシールの動翼先端部の干渉によるシー
ル性の低下を防止することも必要である。
近年の高バイパスターボファンエンジンには、クリアラ
ンス調整装置を設けて、定常運転状態ではアウタエアシ
ールの径を最小として、アウタシールと動翼間のクリア
ランスを最小とし、過渡運転状態ではアウタシールの径
を拡大して動翼とアウタシールとの間のクリアランスを
拡大するようにしている。アメリカ特許筒３．９６６．
３５４号及びイギリス特許第２０２５５３６号にはアウ
タケース内の低温エア及び高温エアを用いてアウタシー
ルの径を調整して、アウタシールと動翼間のクリアラン
スを調整するようにした構成が示されている。
パタージン（Ｐａｔｔｅｒｓｏｎ）に付与されたアメリ
カ特許筒３．　９９６．３５４号の［クリアランス調整
用熱感応バルブ」には、エンジンの圧力容器を形成する
アウタケースと、このアウタケースから放射方向内側に
離間して配設されたインナケースとが設けられている。
アウタケースとインナケースの間には、環状室が形成さ
れておりエンジンの圧縮機からの冷気が導入される。冷
気は、環状室内に流通するとともに、インナケースのフ
ランジに作用して、ロータとアウタエアシール間のクリ
アランスを調整する。環状室に導入される冷気は、作動
ガス通路等の圧力室内に排出できるように高圧となって
いる。このため、冷気が作動ガス通路に流通出来るよう
にするために、冷気を加圧するために大きな動力が必要
となる。また、高圧に加圧することによって、冷媒とし
て作用する冷気の温度が上昇して、冷却効果が低下する
。
一方、デイビソン（Ｄ３ｙｉｓｏｎ）に付与されたイギ
リス特許第２０２５５３６号の「タービンロータンニラ
ウドのクリアランス調整装置」には、他のクリアランス
調整方法が示されている。このイギリス特許には、アウ
タケースと、アウタケースの内側に設けるンユラウド支
持部材と、及びシュラウド支持部材に取り付けられたア
ウタエアシールが示されている。リング部材は、シュラ
ウド支持部材の周面部に沿って配設され、冷気をこのリ
ング部材に吹き当てることによって、アウタエアシール
と動翼間のクリアランスを調整する。冷気は、高圧で環
状室とリング部材間で、下流側に設けるフランジ接合部
を通って流通する。このイギリス特許においても、冷気
は、ガスタービンエンジンの圧力室内の作動ガス通路に
導入される。
また、池の形式のエンジンにおいては、動翼とアウタエ
アシールとの間のクリアランスは、冷却可能なアウタケ
ース等の圧力室壁の内周面にアウタシールを設け、その
外側より冷気を作用させることによって調整するように
している。この形式のエンジンは、例えばレデインガー
（Ｒｅｄｉｎｇｅｒ）に付与されたアメリカ特許第４，
０１９，３２０号「クリアランス調整用ガスタービンエ
ンジン外部冷却装置」、チャツプリン（Ｃｈａｐｌｉｎ
）に付与されたアメリカ特許第４，２４７，２４８号「
ガスタービンエンジンのアウタエアシール支持構造」、
コエニ等（Ｋｏｅｎｉｇ　ｅｔ　ａｌ）に付与されたア
メリカ特許第４．４８５，６２０号「ガスタービンエン
ジンのステータ」、ロウレロ（Ｌａｕｒｅｌｌｏ）に付
与されたアメリカ特許第４，５３３．９０１号「ガスタ
ービンエンジンのステータ構造」に開示されている。こ
れらのアメリカ特許にしめされた構成においては、アウ
タケースがアウタエアシールに取り付けられており、ア
ウタケースを選択的に冷却することによってアウタケー
スの径を変更して、レールの径を変更するように構成す
る。従って、この場合、アウタケースの径の減少に伴っ
てアウタエアシールの径か減少してロータの動翼とのク
リアランスを減少させる。
これらの特許の内、アメリカ特許第４，５３３゜９０１
号ではアウタエアシールが、アウタケースの一つの部分
に取り付けられ、アメリカ特許第４゜０１９．３２０号
、第４，２４７．２４８号及び第４，４８５，６２０号
では二つの部分に設けられている。これらの特許のアウ
タケースは、冷却可能なレールを有しており、このレー
ルはアウタケースの外側に円周方向に配設されるととも
に、ナセル室内に挿入されている。このレールは、アウ
タケースの剛性を高めるとともに、レールの温度変化に
よってアウタケースの径を変化させる作用を行う。なお
、このレールは、アウタケースにボルト止めされたフラ
ンジ又はアウタケースと一体に形成され、アウタケース
外周面から突出したレールで構成することが出来る。
冷却管は、エンジンの円周方向にそって配設されており
、ファン部等の加圧部に連通されている。
この冷却管には、クリアランス調整用として用いられた
冷気よりも低圧の冷却空気が循環される。
この低圧の冷却空気によって冷却されるナセルの圧力は
、エンジン内部の圧力に比べて小さいので、冷却管に循
環させる冷却空気を低圧とすることは、冷却空気の加圧
に消費する動力面で有利である。
レールに作用した冷気は、エンジン内で膨張することに
よって圧力を増加したのちに作動ガス通路から分離され
るので、クリアランス調整に用いられる冷気の量を減少
することが望ましい。また動翼とアウタエアシール間の
クリアランスを可及的に小さくしてエンジンを運転する
のが好ましく、アウタケースの径を最大径から最小径ま
での間で変化させるために必要な冷気量を最小とするの
が望ましい。
そこで、本発明の目的は、クリアランス調整に必要な冷
気の量を減少することの出来るシール構造を提供するこ
とにある。
［課雇を解決するための手段］ 上記及び上記以外の目的を達成するために、本発明の第
一の構成によれば、ナセル内に配設され、環状の作動ガ
ス通路と、該作動ガス通路を横切って放射方向に配設さ
れる動翼を有するロータと、該ロータの周囲に設けられ
るアウタケースとシール構造を含むステータとを有し、
前記シール構造が前記アウタケースに取り付けられると
ともに動翼を包囲する第一のアウタエアシール、前記ア
ウタケースに取り付けられるとともに他の動翼を包囲す
る第二のアウタエアシールとによって構成したターボフ
ァンエンジンにおいて、 前記のアウタケースが作動ガス通路を包囲しており、前
記アウタケースの内側表面が、前記作動ガス通路に連通
された冷却空気通路に面しており、外側表面がナセルに
対向しており、前記アウタケースの外側表面には軸線方
向に相互に離間した第一及び第二のレールが前記ナセル
とアウタケースによって形成される環状室内に突出して
設けられており、前記第一及び第二のレールが少なくと
も一つのアウタエアシールの外側に位置するように構成
されており、 前記アウタケースより離間して配設されてアウタケース
の周囲に前記環状室を連通ずる環状のシールド室を形成
して、前記アウタケース及び前記第一及び第二のレール
を環状室より遮蔽して、環状室の温度勾配によりアウタ
ケース及びレールに温度勾配が生じることを防止するシ
ールドを設けたことを特徴とするガスタービンエンジン
のステータ構造が提供される。
なお、上記の構成において、前記環状室と前記シールド
室間に配設されるシールドに、断熱材層を設けることら
可能である。さらに、前記シールドは、円周方向に離間
して設けるブラケットによってアウタケース取り付けら
れることも出来る。なお、前記断熱材は、前記ブラケッ
トと前記シールド間に設けられ、前記アウタケースから
前記シールドへの熱伝達を防止する。
また、前記シールド室及び前記第一及び第二のレールに
冷却空気を供給する手段を設けるとともに、前記シール
ドを前記冷却空気の供給手段の外側に配設して前記シー
ルド室に流通する冷却空気を前記環状室より遮蔽するよ
うに構成してもよい。
またさらに、前記シールドは、冷却空気供給源に接続さ
れた少なくとも一つの通路と、前記通路内の冷却空気を
レールに向かって吹き付ける孔と、レールに吹き付けら
れた冷却空気をレールに沿って円周方向に流通させる冷
却通路とによって構成することも可能である。なお、後
者の場合、前記冷却通路は、円周方向に離間して形成さ
れ、前記第一のレールの外側に設けられた複数の第一の
通路と、円周方向にそれぞれ離間して配設され、前記第
二のレールの外側に設けられた複数の第二の通路と、円
周方向にそれぞれ離間して設けられ前記第一及び第二の
レール間に位置するアウタケースの部分の外側に設けら
れた複数の第三の通路とによって構成することが好まし
い。また、前記シールドは、それぞれ冷却空気源に接続
された複数の管状部材によって形成され、各軸線方向に
隣接する前記管状部材間を連結する連結部材によって連
結される。さらに、前記冷却通路は、前記連結部材によ
って形成することも可能である。
さらに、前記した本発明の第一の構成において、前記シ
ールドが、インナシェルとアウタシェルによって形成さ
れたマニホールドを有しており、前記インナシェルには
、冷却空気をレールに吹き付けるための孔が設けられて
いるとともに、前記インナシェルと前記アラタンエル間
に排気通路が設けられ、インナシェルの内側に流通する
冷却空気を前記環状室に排気するように構成することも
出来る。
なお、前記冷却空気通路は、前記環状室から断熱されて
いるとともに、１１ｑ記アウタケースと前記シールド間
に形成された前記シールド室から断熱されていることが
望ましい。
さらに、好ましくは、前記シールドは、前記アウタケー
スより前記レールの高さの約１／３以下の間隔離間され
る。この場合、前記アウタケースの内面の前記第一及び
第二のレール間の部分には断熱材層が設けることが好ま
しい。
本発明の第二の構成によれば、ナセル内に配設され、環
状の作動ガス通路と、該作動ガス通路を横切って放射方
向に配設される動翼を有するロータと、該ロータの周囲
に設けられるアウタケースとシール構造を含むステータ
とを存し、前記シール構造が前記アウタケースに取り付
けられるとともに動翼を包囲する第一のアウタエアシー
ル、前記アウタケースに取り付けられるとともに他の動
翼を包囲する第二のアウタエアシールとによって構成し
、前記各アウタエアシールが複数の円周方向に設ける円
弧状部材によって構成され、各円弧状部材と隣接する円
弧状部材が所定のクリアランスを存して接合されたター
ボファンエンジンにおいて、 前記のアウタケースが作動ガス通路を包囲しており、前
記アウタケースの内側表面が、前記作動ガス通路に連通
された冷却空気通路に面しており、外側表面がナセルに
対向しており、前記アウタケースの外側表面には軸線方
向に相互に離間した第一及び第二のレールが前記ナセル
とアウタケースによって形成される環状室内に突出して
設けられており、前記第一及び第二のレールが少なくと
も一つのアウタエアシールの外側に位置するように構成
されており、 前記アウタケースより離間して配設されてアウタケース
の周囲に前記環状室を連通ずる環状のシールド室を形成
して、前記アウタケース及び前記第一及び第二のレール
を環状室より遮蔽して、環状室の温度勾配によりアウタ
ケース及びレールに温度勾配が生じることを防止するシ
ールドと、冷却空気源に接続され、前記冷却空気をエン
ジンの回りに流通させるとともに、前記レールに向かっ
て前記冷却空気を吹き付ける手段と、円周方向に離間し
て配設され、前記第一のレールの外側に設けられる複数
の第一の排気通路と、円周方向に離間して配設され、前
記第二のレールの外側に設けられる複数の第二の排気通
路と、円周方向に離間して配設され、前記第一及び第二
のレールの間のアウタケース部分の外側に設けられる複
数の第三の排気通路と、 前記シールド室と前記環状室の間に配設された断熱部材
とによって構成され、 前記シールド室と前記シールドがエンジンの全運転領域
においてアウタケースと前記環状室間の熱伝達を阻止す
るとともに、前記シールドが前記環状室と前記シールド
室内の冷却空気間の熱伝達を阻止し、前記シールド室が
、冷却空気を排気するまえに前記レールにそって循環さ
せる冷却通路を形成していることを特徴とするガスター
ビンエンジンのステータのクリアランス調整装置。
上記の本発明の第二の構成において、前記シールドが、
インナシェルとアウタシェルによって形成されたマニホ
ールドを有しており、前記インナシェルには、冷却空気
をレールに吹き付けるための孔が設けられているととも
に、前記インナシェルと前記アウタシェル間に排気通路
が設けられ、インナシェルの内側に流通する冷却空気を
前記環状室に排気するようにすることが望ましい。
また、前記シールドは、それぞれ冷却空気源に接続され
た複数の管状部材によって形成され、各軸線方向に隣接
する前記管状部材間を連結する連結部材によって連結さ
れる。さらに、前記冷却通路は、前記連結部材によって
形成される。
なお、前記シールド室及び前記第一及び第二のレールに
冷却空気を供給する手段を設けるとともに、前記シール
ドを前記冷却空気の供給手段の外側に配設して前記シー
ルド室に流通する冷却空気を前記環状室より遮蔽するこ
とも可能である。
［実　施　例］ 以下に、本発明の好適実施例を添付する図面を参照しな
がら説明する。
第１図は、高バイパスターボファンエンジンを有する航
空機の動力装置ＩＯを示している。動力装置ＩＯには、
ターボファンエンジン１２とこのエンジンを航空機に支
持するためのバイロン（図示せず）とが設けられている
。さらに、動力装置１０は、ナセル１４を有しており、
このナセルはエンジン１２を包囲して設けられている。
ナセル１４は、ファンナセル１６とコアナセル１８とで
構成されている。コアナセル１８は、エンジン１２から
放射方向に離間して配設され、エンジンとの間にコア室
２０を形成する。なお、コアナセルには、図示しないド
アが設けられ、コア室内のエンジン部品の点検、修理、
交換等を可能とする。
ターボファンエンジンＩ２は、ファン部２４及び圧縮部
２６を持つ圧縮機２２を有している。この圧縮機２２の
軸線方向後段には燃焼室２８及びタービン３０が設けら
れている。作動ガスの主通路３２は、これらの圧縮機２
２、燃焼室２８及びタービンを通って形成されている。
コア室２０は、外壁３４を有しており、このアウタケー
スは、エンジン１２を包囲して設けられている。ファン
ナセル１６は、コア室２０の外壁３４に対して放射方向
外側に離間して配設された壁部３６を有しており、外壁
３４との間にバイパス通路又は二次通路３８を形成して
いる。
バイパス通路３８に流通する作動ガスの流量の、主通路
３２に流通する作動ガス流量に対する比は、約３．５：
１以上となっている。これによって、図示のターボッア
ニンジンは、高バイパス型のターボファンエンジンとさ
れている。第１図に示すように、エンジンの曲部は、後
部に比べて非常に大径となっており、バイパス通路３８
に作動ガスを導入するようになっている。また、大径の
エンジン前側部分を包囲するために、大径のナセルが必
要となる。
エンジンのタービン３０は、ステータを有しており、こ
のステータには、第一及び第二のレール４６．４８で示
す複数のレール又は７ランジが設けられている。これら
第一及び第二のレール４６．４８は、エンジンの外側円
周方向に設けられている。これらのレール４６．４８は
、シールド部材５０によって包囲されている。シールド
部材５０は、レール４６．４８に対して放射方向外側に
離間し、タービン３０にわたって設けられている。
シールド５０には、冷却通路５２が形成されておりター
ビン３０の外側に冷却空気を流通させるとともに、エン
ジンの外側に冷却空気を作用させる。
この冷却通路５２は、冷気導入管５４を介して冷気源と
して機能するバイパス通路３８に連通されている。冷気
導入管５４には、制御弁■が設けられており、この弁の
開閉によってバイパス通路３８から冷却通路５２への冷
気の導入を制御している。　このシールド部材５０の詳
細は、後述する第５図に示されている。
第２図は、本発明の一実施例によるシールド部材の構成
をタービン３０の対応部分３０°とともに示している。
第２図に示すように、タービン３０には、エンジンの軸
線へに対して回転可能に設けられたロータ５６゛を有し
ている。ロータ５６゛には、第一段の動翼５８°と第二
段の動翼６０°が設けられている。各段の動翼５８°及
び６０゛は、それぞれ主通路３２を横切って放射方向に
配設されており、その先端部をステータ４４°の近傍に
位置させている。
ステータ４４°には、アウタケース６２゛及び第一及び
第二のアウタエアシール６４°、６６゜で示すアウタエ
アシールが設けられている。第一のアウタエアシール６
４゛は複数の円弧状部材６５°によって構成され、これ
らの円弧状部材６５′は円周方向に配設されて第一段の
動翼５８゛を包囲している。各円弧状部材６５°は、隣
接する部材と円周方向に離間して配設され、部材間に所
定の間隙を形成している。第二のアウタエアシール６６
°は、複数の円弧状部材６７゛のよって構成されており
、各円弧状部材６７゛は、円周方向に、隣接した部材と
の間に所定の間隙を存して配設されて、第二段の動翼６
０’を包囲している。
アウタエアシール６４°、６６゛の各円弧状部材６５’
、６７’は第一及び第二の支持部材７４゛７６°等によ
ってアウタケース６２゛に取り付けられている。第２図
に示すように、・：れらの第一及び第二のアウタエアシ
ール６４°　　６６°は、第一及び第二段の動翼５８°
、６０′と間隙Ｇ１、Ｇ、を介して対向している。
第一及び第二のアウタエアシール６４°、６６゛の間に
は、静翼７８°が配設されている。各静ｉ７８°は、ア
ウタケース６２゛より放射方向内向きに突出されている
。静翼７８°の先端部は、間隙Ｇ、を存してロータ５６
゛と対向している。
アウタケース６２゛は、主通路３２の内側に設けられて
いる。アウタケース６２゛は、圧力室を形成しており、
主通路３２に流通する高圧作動ガス導入される。タービ
ンに導入される作動ガスの圧力は数百ボンド／平方イン
チの高圧となる。
アウタケース６２゛の外表面８２°は、コア室２０°内
に対向している。アウタケース６２°の内面８４°は、
アウタエアシールとステータによって構成する円筒部材
に所定間隔を存して対向して冷気通路８６°を形成して
いる。この冷気通路８６″には、冷却空気通路５２に流
通する冷却空気よりも高圧の冷却空気が流通する。この
高圧の冷却空気は、中空に形成されたステータ４４°の
静翼７８゛に流入するとともに、第一及び第二のアウタ
エアシール６４°、６６′の各円弧状部材間に形成する
間隙を通って主作動ガス通路に流入して、主通路３２゛
に流通ずる高温の作動ガスからアウタエアシール６４’
、６６°及びステータ４４°の静翼７８゛を保護する。
アウタケース６２°のレール４６°　４８°は、アウタ
ケースと一体に形成され、アウタケースから放射方向外
向きに突出した突条で形成されている。また、レール４
６°、４８°は、第３図乃至第５図に示すように、アウ
タケースと別体に形成した複数のフランジをボルト等に
よって一体的に接合して形成することも可能である。
第一のレール４６°は、第一のアウタエアシール６４゛
の外側の軸線方向の対応位置に配置されている。このレ
ール４６°は、アウタケース６１゛の外表面８２°から
外向きに突出されており、放射方向の高さり、を有して
いる。一方、第二のレー、ル４８゛は、第二のアウタエ
アシール６６゛の外側の、軸線方向の対応位置に配設さ
れており、アウタケース６２′の外表面８２°から高さ
り。
コア室２０゛内に突出している。なお、本実施例におい
て、第二のレール４８°の高さり、は、第一のレール４
６′の高さｈｌと等しくなっている。
アウタケース６２′の、第一及び第二のレール４６°及
び４８゛間を連結する部分８８°の軸線方向の長さはＬ
となっており、この部分はそれぞれＬの１／３の長さを
有する部分Ｌ１、Ｌｌ、し。
に分割されている。アウタケース６２°の内表面の部分
８８″に対応する箇所には、断熱部材８９°が設けられ
ている。
シールド５０は、アウタケース６２゛からｈ３の距離離
間して配設され、アウタケース外表面との間に環状室９
２′を形成している。このシールド５０とアウタケース
６２゛間の間隔り、は、シールドの軸方向の略全長（軸
方向の少なくとも７０％の部分）におけるもっとも接近
した部分において、第一及び第二のレール４６°及び４
８゛の高さり３、ｈ、の１／３以下となっている。シー
ルド５０には、複数の円周方向に延びる管９４゛が形成
されており、路管９４′は、冷却空気通路９８′を形成
するとともに、例えばファン部２４等の冷却空気源に冷
却空気導入管５４°によって接続されている。路管９４
°には多数の冷却空気吹き出し孔１００’が形成されて
おり、冷却空気は、これらの吹き出し孔１００’を通っ
てアウタケース６２°の外表面８２゛及びレール４６“
、４８°に吹き付けられる。路管９４゛の間は接続部材
１０２’　　　１０４°　　１０６′によって接続され
ている。接続部材１０２°は、第一のレール４６′に対
応する位置に、円周方向にそれぞれ離間して多数の第一
の排気孔１０８°が形成されている。
また、接続部材１０６°の第二のレール４８′に対向す
る位置には、円周方向にそれぞれ離間した多数の第二の
排気孔１１０°が形成されている。
また、接続部材！０４°にも、円周方向にそれぞれ離間
した多数の第三の排気孔１１２′が形成されている。
第３図は、第２図に示すタービンの一部を示す斜視図で
ある。第３図においては、第２図の構成と同一の部材は
それぞれ同一のダッシュ（°）を付さない符号を付して
示す。アウタエアシール６４．６６の各円弧状部材６５
．６７は、それぞれガイドレール７４．７６によって円
周方向に摺動可能に支持されている。各円弧状部材６５
．６７は、隣接する部材と軸線方向又は円周方向に離間
して設けられている。各部材間の軸線方向及び円周方向
に形成する間隙によって、タービンの運転状態によりア
ウタエアシールに熱膨張が生じた場合、又はアウタケー
スの径が変化した場合に生じる円弧状部材の変位を許容
する。例えば、第一のアウタエアシール６４の各円弧状
部材６５は、円周方向に隣接する円弧状部材との間に幅
Ｆｙの間隙を存して配設され、軸線方向に隣接する動翼
の構成部材とは幅Ｆｘの間隙が設けられている。同様に
、第二のアウタエアシール６６の各円弧状部材６７は、
円周方向に隣接する円弧状部材とＧｙの間隙が設けられ
、軸線方向に隣接する外翼の構成部材とはＧｘの間隙が
設けられている。また、ガイドレール７４．７６の構成
部材も、相互に隣接する部材間にＨｙの間隙が設けられ
ている。
シールド５０は、アウタケース６２の外表面８２から放
射方向に離間して配設されており、アウタケースとの間
に、管９４から冷却空気吹き出し孔１００から吹き出さ
れる冷却空気をレール４６．４８及びアウタケース６２
に吹き付けるための冷却空気通路を形成している。この
冷却空気通路に流通する冷却空気は、Ｆｌ、Ｆ７、Ｆ５
、Ｆ４で示すように管９４内に形成した冷却空気通路９
８にそって円周方向に流通する。レール４６．４８及び
アウターケース６２に吹き付けられた冷却空気は、Ｆ　
＋ａ、Ｆｏ、Ｆｓａ、Ｆ　４１１で示ずようにアウタケ
ース６２とシールド間に形成された通路に流通するもの
と、Ｆ　ｌ１ｌｓ　Ｆ　ｔｂＳＦ　３ｂ％Ｆ４ｂで示す
ように排気孔１０８．１１０，１１２を通って排気され
るものとに別れる。これによって、冷気の流れを、排気
孔の開閉によって調整することが可能となる。
例えば、図示の例においては、排気孔１０８．１ＩＯ１
１１２による円周方向の排気と、放射方向孔１１４．１
１６による放射方向の配置の二通りの経路で排気される
。
第４図は、本発明の他の実施例を示すもので、この実施
例においては、シールドの構成が、先の実施例とは変更
されている。本実施例においてシールド１２０では、管
１２４とシールド部材１２６間に、断熱部材１２２を介
挿した構成となっている。シールド１２０とアウタケー
ス間に形成される環状室１３２の放射方向の高さはり、
となっており、このり、はレール１４６．１４８の高さ
の１／３以下となっており、この環状室に冷却空気が導
入されてレール及びアウタケースを冷却する。シールド
１２６の上流側端部と下流側端部はアウタケース外表面
上りＰ、離間しており、下流側端部は、環状室１３２の
排気口として機能している。なお、Ｐ、は、約５０ａ＋
ｉｌｓであり６０ｍ１ｌｓの径を有する冷却空気吹き出
し孔１５０よりも小さくなっている。
シールドは、冷却管より外方に突出した緊密に織られた
グラスファイ製の翼片で形成することも可能である。こ
の構成によれば、グラスファイバによって、各冷却管間
は相互に断熱される。
第５図は、本発明の他の実施例を示すもので、第１図を
拡大して示すものである。この構成において、シールド
５０は、複数のマニホールドを形成している。シールド
５０は、レール４６．４８及びアウタケース６２を包囲
してコア室２０に流通する高温ガスに対してレール及び
アウタケースを断熱している。マニホールドは、インナ
シェル１５６とアウタシェル１５８によって構成されて
おり、このインナシェルとアウタシェルの間には冷却空
気通路５２が形成されている。インナシェル１５６とア
ウタシェル１５８間には放射方向に延びる複数の排気管
１３８が設けられている。インナシェル１５６及びアウ
タシェルの内側面にはそれぞれ断熱部材１５２が添着さ
れており、冷却空気通路５２内に流通する冷却空気をナ
セル内の熱及びアウタケースの熱から断熱している。
第６図及び第７図は、アウタケースの円周方向における
レールの温度分布を図式的に示すものである。第６図及
び第７図に示す測定結果は、テスト条件においてターボ
ファンガスタービンエンジンに本発明のシールドを用い
た場合の効果を示すものである。第６図は、二つの閉曲
線で示す結果は、いずれも冷却空気を吹き付けずに測定
した場合の測定結果を示すもので、第７図の二つの閉曲
線で示す結果は、いずれも冷却空気を吹き付けて測定し
た場合の結果を示している。第６図及び第７図において
曲線ｌは、いずれも断熱せずまたシールドも用いずに測
定したもので、曲線２は冷却空気を断熱し、かつ、本発
明の第４図の実施例によるシールドを設けた場合の測定
結果を示すものである。なお、実験に用いたシールドは
グラスファイバで形成されている。
第１図及び第２図の構成において、高バイパスターボフ
ァンガスタービンエンジンの運転中には、高温の燃焼ガ
スが、燃焼室２８からタービン３０に流れる。高温、高
圧のガスは、タービン内で膨張する。この時、高温ガス
は、環状通路３２にも流通するので、タービンの各部材
にはガスの熱が伝達される。タービンの動翼５８．６０
は、高温の作動ガスと接触して、作動ガスに対して動翼
よりも遠い位置に配置されたアウタケースよりも速く作
動ガスの熱に反応する。この時、初期の動翼５８．６０
とアウタケース６２間に形成したクリアランスによって
動翼及び動翼を支持するディスク部材の、アウタケース
に支持されたアウタエアシール及び静翼等の部材に対す
る変位を許容する。
この結果、ロータとステータ間の間隙ＧＩ、Ｇｔ、Ｇ３
が変化する。時間の経過にともなって、アウタケースは
、高温ガスの熱を受けて膨張して、ロータから離れる方
向に変位して、間隙Ｇ８、Ｇ７、Ｇ、を増加させる。
これらの間隙Ｇ８、Ｇ２、Ｇ３は、レール４６゜及び４
８゛に冷却空気を吹き付けて、部分８８゛を冷却する。
レールが収縮すると、レールの収縮力が、アウタケース
６２°の部分Ａ　Ｉ、　Ａ　ｔに作用してアウタケース
を内向きに変位させて第一及び第二の支持部材７４°　
７６゛の径を縮小させて、アウタエアシール６４°、６
６゛及びステータの静翼の径を縮小させる。この変位に
よって、間隙Ｇ、ＳＧ、、Ｇ３を縮小する。
エンジンの軸線方向に流通する空気及びアウタケースに
そって形成される通路８６°に流通する空気に加えて、
加圧された空気がバイパス通路３８及びコアナセル１８
にそって流れる。このバイパス通路３８及びコアナセル
１８にそって流れる空気が加圧されており、コア室２０
内の空気圧がほぼ大気圧となっているので、高バイパス
ターボファンエンジンの大きなナセルを用いることによ
る広いシール面積にかかわらず、ファンをバイパスして
ナセル内に導入される空気の漏出を最小とすることが出
来る。さらに、コアナセル内に配設された補機類は、高
温ガスを局部的に吐出し、又はガスを加熱して、コア室
内に高温部を形成する。
コア室内に局部的に形成される高温部及び低温部によっ
てアウタケース及び熱交換フィンとして機能するレール
に温度勾配が生じる。
例えば、第６図に示すように、シールドを設けない場合
には、曲線ｌで示すように非対象な温度分布によってア
ウタケースは低温部に向かって変形する。この第６図よ
り明らかなように、シールドを設けない場合には、曲線
２で示すシールドを設けた例に比べて大きな温度勾配が
生じることになる。シールドを設けた場合、レールの温
度が５０乃至１００度程庇上昇する。しかしながら、こ
の場合にはレールの温度勾配が小さいので、レールに負
荷される熱応力は小さくなる。従って、シールドを設け
ることによりレール、アウタエアシール等ににおける応
力が減少する。またさらに、曲線２のように冷却空気を
用いない運転状態は、エンジンの運転状態におけるレー
ルの温度は、海上離陸のように高出力運転状態と同様の
エンジンの運転状態である。このようなエンジンの運転
状態では、作動ガス通路の温度は非常に高くなっている
。レールの温度か高温となっている結果、レールの寿命
に多大な影響を与える放射方向の温度勾配を減少するこ
とが出来る。この場合、環状室内の空気を排気すること
によって、レールの温度が、タレイアランスＧ７、Ｇｔ
、Ｇｓに影響することを確実に防止することが出来る。
また、シールドによるレールの温度勾配の減少効果は、
第７図に示すように、冷却空気を吹き付けた場合にも得
ることが出来る。第７図において曲線２は、前記と同様
にシールドを設けた例を示すもので、シールドに断熱さ
れた冷却空気通路を設けてコア室内の温度勾配による影
響を減少している。これに対して、第７図の曲線ｌは、
シールド及び断熱部材を用いない例を示すもので、図よ
り明らかなようにこの場合の温度分布における温度のバ
ラツキは、曲線ｌに比べて大きくなっている。
また、シールドを用いることによって、冷却空気を停止
した場合に、レールにおける温度が均一に上昇ので、冷
却空気との温度差が大きくなり熱交換率が向上する。ま
た、冷却空気を遮断した状態と、冷却空気を供給した状
態の温度差が大きくなることによって、所定流量の冷却
空気を供給することによりレールによって発生される収
縮力が増大する。従って、シールドを用いることによっ
て、アウタケースに吹き付けられる冷却空気によるアウ
タエアシールの調整効率を向上することが出来る。さら
に、アウタエアシールの調整動作によって、冷却空気が
加圧されるので、エンジンの効率を向上することが出来
る。
また、シールドは、冷却空気の流通ダクトとして機能し
ており、冷却空気をアウタケース及びレールに吹き付け
るとともに、冷却空気をレールにそって対流させること
によって、レールの冷却を行うようにすることが出来る
。例えば、第３図に示すように、通路Ｆ、からの冷却空
気は、通路Ｆ１１アウタケースの外表面に沿って軸線方
向に流れるとともに、通路Ｆｅｂを通って軸線方向及び
円周方向に流れる。同様に、冷却空気は、通路Ｆｔａ、
Ｆ１ａ、Ｆ４．．７ｂ、Ｆ　３ｂｑ　Ｆ　＊ｂを通って
流通する。
これによって、所定流ｍの冷却空気によって、大きなア
ウタエアシールの径の変更が可能となる。
また、シールドによって、熱変形量が減少される結果、
アウタエアシールとロータ間のクリアランスを小さく設
定することが可能となる。
なお、本発明の、上記の実施例に限定されるものではな
く、特許請求の範囲に記載した要件を満足するすべての
構成を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明のステータを含むガスタービンエンジ
ンを一部裁開して示す側面図、第２図は、本発明のステ
ータの第１図の構成とは異なる実施例のタービンの一部
を拡大して示す断面図、 第３図は、第２図の実施例の部分斜視図、第４図は、第
３図に示すシールドの変形例を含む他の実施例の断面図
、 第５図は、第４図に示すシールドの変形例を含む他の実
施例の断面図、 第６図及び第７図は、本発明のシールドを用いた場合と
、用いない場合におけるレールの温度分布の測定結果を
示すグラフ、 である。 ＦＩＧ、／ 〆／ｊ Ｆ／に、Ｊ Ｆ／Ｇ、６

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）ナセル内に配設され、環状の作動ガス通路と、該
    作動ガス通路を横切って放射方向に配設される動翼を有
    するロータと、該ロータの周囲に設けられるアウタケー
    スとシール構造を含むステータとを有し、前記シール構
    造が前記アウタケースに取り付けられるとともに動翼を
    包囲する第一のアウタエアシール、前記アウタケースに
    取り付けられるとともに他の動翼を包囲する第二のアウ
    タエアシールとによって構成したターボファンエンジン
    において、 前記のアウタケースが作動ガス通路を包囲しており、前
    記アウタケースの内側表面が、前記作動ガス通路に連通
    された冷却空気通路に面しており、外側表面がナセルに
    対向しており、前記アウタケースの外側表面には軸線方
    向に相互に離間した第一及び第二のレールが前記ナセル
    とアウタケースによって形成される環状室内に突出して
    設けられており、前記第一及び第二のレールが少なくと
    も一つのアウタエアシールの外側に位置するように構成
    されており、 前記アウタケースより離間して配設されてアウタケース
    の周囲に前記環状室を連通する環状のシールド室を形成
    して、前記アウタケース及び前記第一及び第二のレール
    を環状室より遮蔽して、環状室の温度勾配によりアウタ
    ケース及びレールに温度勾配が生じることを防止するシ
    ールドを設けたことを特徴とするガスタービンエンジン
    のステータ構造。
  2. （２）前記環状室と前記シールド室間に配設されるシー
    ルドは、断熱材層を有していることを特徴とする請求項
    第１項記載のステータ構造。
  3. （３）前記シールドは、円周方向に離間して設けるブラ
    ケットによってアウタケース取り付けられることを特徴
    とする請求項第２項記載のステータ構造。
  4. （４）前記断熱材は、前記ブラケットと前記シールド間
    に設けられ、前記アウタケースから前記シールドへの熱
    伝達を防止するようにしたことを特徴とする請求項第３
    項記載のステータ装置。
  5. （５）前記シールド室及び前記第一及び第二のレールに
    冷却空気を供給する手段を設けるとともに、前記シール
    ドを前記冷却空気の供給手段の外側に配設して前記シー
    ルド室に流通する冷却空気を前記環状室より遮蔽したこ
    とを特徴とする請求項第１項乃至第４項のいずれかに記
    載のステータ構造。
  6. （６）前記シールドは、冷却空気供給源に接続された少
    なくとも一つの通路と、前記通路内の冷却空気をレール
    に向かって吹き付ける孔と、レールに吹き付けられた冷
    却空気をレールに沿って円周方向に流通させる冷却通路
    とを形成することを特徴とする請求項第１項乃至第５項
    のいずれかに記載のステータ構造。
  7. （７）前記冷却通路は、円周方向に離間して形成され、
    前記第一のレールの外側に設けられた複数の第一の通路
    と、円周方向にそれぞれ離間して配設され、前記第二の
    レールの外側に設けられた複数の第二の通路と、円周方
    向にそれぞれ離間して設けられ前記第一及び第二のレー
    ル間に位置するアウタケースの部分の外側に設けられた
    複数の第三の通路とによって構成されていることを特徴
    とする請求項第６項記載のステータ構造。
  8. （８）前記シールドは、それぞれ冷却空気源に接続され
    た複数の管状部材によって形成され、各軸線方向に隣接
    する前記管状部材間を連結する連結部材によって連結さ
    れていることを特徴とする請求項第７項記載のステータ
    構造。
  9. （９）前記冷却通路は、前記連結部材によって形成され
    ていることを特徴とする請求項第８項記載のステータ構
    造。
  10. （１０）前記シールドが、インナシェルとアウタシェル
    によって形成されたマニホールドを有しており、前記イ
    ンナシェルには、冷却空気をレールに吹き付けるための
    孔が設けられているとともに、前記インナシェルと前記
    アウタシェル間に排気通路が設けられ、インナシェルの
    内側に流通する冷却空気を前記環状室に排気するように
    したことを特徴とする請求項第７項記載のステータ構造
    。
  11. （１１）前記冷却空気通路は、前記環状室から断熱され
    ているとともに、前記アウタケースと前記シールド間に
    形成された前記シールド室から断熱されていることを特
    徴とする請求項第６項記載のステータ構造。
  12. （１２）前記シールドは、前記アウタケースより前記レ
    ールの高さの約１／３以下の間隔離間されていることを
    特徴とする請求項第６項記載のステータ構造。
  13. （１３）前記アウタケースの内面の前記第一及び第二の
    レール間の部分には断熱材層が設けられていることを特
    徴とする請求項第１２項記載のステータ構造。
  14. （１４）ナセル内に配設され、環状の作動ガス通路と、
    該作動ガス通路を横切って放射方向に配設される動翼を
    有するロータと、該ロータの周囲に設けられるアウタケ
    ースとシール構造を含むステータとを有し、前記シール
    構造が前記アウタケースに取り付けられるとともに動翼
    を包囲する第一のアウタエアシール、前記アウタケース
    に取り付けられるとともに他の動翼を包囲する第二のア
    ウタエアシールとによって構成し、前記各アウタエアシ
    ールが複数の円周方向に設ける円弧状部材によって構成
    され、各円弧状部材と隣接する円弧状部材が所定のクリ
    アランスを存して接合されたターボファンエンジンにお
    いて、 前記のアウタケースが作動ガス通路を包囲しており、前
    記アウタケースの内側表面が、前記作動ガス通路に連通
    された冷却空気通路に面しており、外側表面がナセルに
    対向しており、前記アウタケースの外側表面には軸線方
    向に相互に離間した第一及び第二のレールが前記ナセル
    とアウタケースによって形成される環状室内に突出して
    設けられており、前記第一及び第二のレールが少なくと
    も一つのアウタエアシールの外側に位置するように構成
    されており、 前記アウタケースより離間して配設されてアウタケース
    の周囲に前記環状室を連通する環状のシールド室を形成
    して、前記アウタケース及び前記第一及び第二のレール
    を環状室より遮蔽して、環状室の温度勾配によりアウタ
    ケース及びレールに温度勾配が生じることを防止するシ
    ールドと、冷却空気源に接続され、前記冷却空気をエン
    ジンの回りに流通させるとともに、前記レールに向かっ
    て前記冷却空気を吹き付ける手段と、 円周方向に離間して配設され、前記第一のレールの外側
    に設けられる複数の第一の排気通路と、円周方向に離間
    して配設され、前記第二のレールの外側に設けられる複
    数の第二の排気通路と、円周方向に離間して配設され、
    前記第一及び第二のレールの間のアウタケース部分の外
    側に設けられる複数の第三の排気通路と、 前記シールド室と前記環状室の間に配設された断熱部材
    とによって構成され、 前記シールド室と前記シールドがエンジンの全運転領域
    においてアウタケースと前記環状室間の熱伝達を阻止す
    るとともに、前記シールドが前記環状室と前記シールド
    室内の冷却空気間の熱伝達を阻止し、前記シールド室が
    、冷却空気を排気するまえに前記レールにそって循環さ
    せる冷却通路を形成していることを特徴とするガスター
    ビンエンジンのステータのクリアランス調整装置。
  15. （１５）前記シールドが、インナシェルとアウタシェル
    によって形成されたマニホールドを有しており、前記イ
    ンナシェルには、冷却空気をレールに吹き付けるための
    孔が設けられているとともに、前記インナシェルと前記
    アウタシェル間に排気通路が設けられ、インナシェルの
    内側に流通する冷却空気を前記環状室に排気するように
    したことを特徴とする請求項第１４項記載のステータ構
    造。
  16. （１６）前記シールドは、それぞれ冷却空気源に接続さ
    れた複数の管状部材によって形成され、各軸線方向に隣
    接する前記管状部材間を連結する連結部材によって連結
    されていることを特徴とする請求項第１５項記載のステ
    ータ構造。
  17. （１７）前記冷却通路は、前記連結部材によって形成さ
    れていることを特徴とする請求項第１６項記載のステー
    タ構造。
  18. （１８）前記シールド室及び前記第一及び第二のレール
    に冷却空気を供給する手段を設けるとともに、前記シー
    ルドを前記冷却空気の供給手段の外側に配設して前記シ
    ールド室に流通する冷却空気を前記環状室より遮蔽した
    ことを特徴とする請求項第１４項乃至第１７項のいずれ
    かに記載のステータ構造。
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