JPH0261603B2

JPH0261603B2 -

Info

Publication number: JPH0261603B2
Application number: JP58014698A
Authority: JP
Inventors: Kureiton Baaji Josefu; Basori Juriasu
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1982-02-19
Filing date: 1983-02-02
Publication date: 1990-12-20
Also published as: IT1168258B; DE3305170A1; GB8300210D0; IT8319599A1; FR2522067B1; GB2115487A; IT8319599A0; DE3305170C2; GB2115487B; JPS58152108A; FR2522067A1

Description

【発明の詳細な説明】発明の背景本発明はガスタービンエンジンに関し、具体的
には過渡的なエンジン運転期間の際の、圧縮機の
性能を改善したエンジンに関する。

例えばガスタービンの圧縮機のような、ターボ
機械における現在の問題は、スロツトル・バース
トおよびスロツトル・チヨツプとして知られるエ
ンジンの運転期間の際の過渡的熱応答に関係して
いる。これら過渡的なエンジンの運転期間の際、
ステータ部品およびロータ部品の両方に、半径方
向の大きな移動が生ずる。これらの過渡的な移動
の際の圧縮機のステータとロータの間の干渉を防
ぐために、静翼と動翼の間にクリヤランスが設け
られる。典型的な圧縮機における、これらのクリ
ヤランスは、過渡的並びに非過渡的な運転に際し
望ましくないほぼ大きなものであり、即ち圧縮機
の効率および失速マージンに悪影響を与える。更
に詳しく言うと、典型的なガスタービン圧縮機の
ステータにおけるケーシング外側壁は、比較的肉
薄な金属であり、スロツトバースト（急進的又は
過度のスロツトル）あるいはスロツトルチヨツプ
（絞つたスロツトル）のような過渡的なエンジン
性能の際、温度変化に対して急速に応答する。

従つて、本発明の目的は、過渡的な運転に際し
クリヤランスを減少することにより、ガスタービ
ン性能を改善することである。

本発明の別な目的は、過渡的な運転に際し極端
な加熱および冷却の影響から、圧縮機のケーシン
グの外側フープ荷重支持構造（hoop load
carrying structure）を隔離させることにより、
ガスタービンエンジンの性能を改善することであ
る。

本発明のまた別な目的は、ケーシング外側壁を
横切る温度勾配を減少させるために、外側ケーシ
ングに熱的遅延をもたらすことである。

本発明の目的は更に、エンジンの効率および圧
縮機の失速マージンを改善するため、ステータケ
ーシングとロータの間のクリヤランスを最適にす
ることである。

本発明の別の目的は、最適なクリヤランスのた
めの更に良好なステータとロータの組合わせを得
るために外側壁の熱的応答を遅らせることであ
る。

本発明の別な目的は、ロータを取囲むターボ機
械のケーシングに内側壁を取付け且つ該内側壁を
ケーシングから熱的に絶縁して、ロータと内側壁
の間の半径方向クリヤランスを調整し、ターボ機
械の運転に際し所定のクリヤランスを設けること
である。

本発明の別な目的は、内側壁から荷重支持外側
壁への圧力並びに温度の負荷経路を切断すること
により、ガスタービン性能を改善することであ
る。

本発明の要約本発明の１形態では、ロータを取囲むターボ機
械のケーシングが設けられる。ケーシングは構造
用外側壁を有している。ロータと内側壁間の半径
方向クリヤランス調整の為、非構造用内壁が外側
壁に取付けられ且つ外側壁から熱的に絶縁され、
ターボ機械の運転の際に所定のクリヤランスを提
供する。

発明の詳細な記載第１図を参照すると、ガスタービンエンジンの
圧縮機部分１０の一部分が断面として示されてい
る。圧縮機１０は、軸線方向に延在する、ほぼ円
筒状のロータスプール（図示せず）よりなり、こ
のロータスプールは比較的薄いケーシング壁２５
に対して半径方向内側で且つ壁から離隔して設け
られ、ガスの環状流路（図示せず）を形成してい
る。ケーシング壁２５は上半分および下半分（図
示せず）を有し、これらがフランジとボルト（図
示せず）によつて結合されている。複数個の段の
動翼１２，１４，１６が、このようなロータスプ
ールから半径方向外側に延びており、動翼はガス
流路を横切つて延在している。スプール並びに動
翼１２，１４，１６は、ガス通路内でガス流を圧
縮する為に我動軸手段（図示せず）により回転駆
動される。

支持レール端部の保持用突出部２４，２６，２
８が夫々の動翼１２，１４，１６に直接に向い合
つて配置され、この突出部は夫々のねじ付ボルト
３０，３２，３４によつてケーシング２５へ固定
されている。動翼１２，１４，１６の先端は突出
部２４，２６，２８から距離ｄだけ離隔してい
る。ケーシング２５と夫々の保持用突出部２４，
２６，２８の間に適当な離隔関係を保つため、ケ
ーシング２５と突出部２４，２６，２８の間にス
ペーサ３１，３３，３５が介在配置される。保持
用突出部２４，２６，２８は第４図の斜視図に、
更に詳しく示されており、また棚部４２，４３と
傾斜部材４４，４５の間に夫々形成された側部ス
ロツト４０，４１を明瞭に図示している。壇８７
が突出部２４に設けられるが、その目的は後で述
べる。１図に戻り、静翼又は翼１８，２０，２２
は夫々取付用中子５０，５２，５４，５６，５
８，６０，６２を有している。取付用中子５０，
５２，５４，５６，５８，６０，６２はスロツト
４０，４１，４７，４９，５１，５３，５５に
夫々整合して係合し、こうして静翼１８，２０，
２２はステータケーシング２５に取付けられる。
ステータ取付用プラーツトフオーム又は中子５
２，５４，５６，５８，６０，６２の直ぐ上であ
りケーシング２５の内側表面には空間６４，６
６，６８が夫々在り、ここに絶縁体２７，２９，
３１を挿入し得る。出口案内翼である翼２２は、
静翼１８，２０よりも更に寸法が大きい。出口案
内翼はケーシングの後方端部に位置し、圧縮機部
分における最後の翼である。中子６２に整合する
スロツト５５は、ケーシングフランジ２５ａとフ
レームフランジ９７の間に挾まれたリング９５に
設けられている。リング９５は、ボルトとナツト
の組合せ９８によつて所定の位置でフランジ部材
２５ａ，９７に保持される。

圧縮機１０は、１段以上より成り、各々の段は
回転する多連翼のロータと非回転の多連翼のステ
ータより成り、こうして通常軸流圧縮機は多段構
造である。各々の段に於て、空気流は、加速並び
に減速されその結果圧力が上昇する。圧力が上昇
した空気の軸方向速度を維持するために、低圧端
部から高圧端部へ向け、流れ断面積は圧縮機の
各々の段で徐々に減少している。圧縮機を横切つ
ての実質的な影響は気圧が大幅に増加するだけで
なく、温度が大幅に上昇することもある。

本発明で利用される、実施例の支持レールの半
径方向断面図を示す第２図を参照すると、支持リ
ング又はレール７０（第３図、第３Ａ図参照）
が、保持用突出部７３内の保持ボルト７４の貫通
ねじ孔を介してケーシング２５に取付けられて示
されている。公知のニツケルベース合金のインコ
ネル（inconel）718でつくられた、支持レール７
０は耐熱性が高く並びに熱膨脹係数も高い。別の
保持用突出部７２，７６がレール７０に沿つて設
けられ、ケーシング２５の半径方向内側表面８０
と界面接続している。セクタ状レール７０の端部
８２，８４は夫々段８３，８５で形成され、これ
らの段は支持レール端部の保持用突出部２４，２
４ａに形成された夫々の壇８７，８９と整合する
ようになつている。支持レール突出部２４，２４
ａに対して、端部８２，８４に周方向クリヤラン
ス９２，９４が設けられて、セクタ状レール７０
の周方向膨脹を許容していることに注意された
い。換言すれば、エンジン温度の上昇時のスロツ
トル・バーストの際、インコネル製セクタ状レー
ル７０は長さが伸びることにより周方向に移動し
てクリヤランス９２，９４に吸収される。また、
インコネル製のレールは、保持用突出部７２，７
６をケーシング壁２５に押付けて位置決めするこ
とにより半径方向に保持されている。その結果、
セクタ状内側レール７０によりもたらされる遅延
機能により加熱後のケーシング２５の熱時定数は
遅延された。

重量を最小に減少させるために、11個の軽量化
ポケツト７１がセクタ状レール７０の長さに沿つ
て設けられる。別の空間が軽量化ポケツト７１の
上方に設けられ、ブランケツト型の様な絶縁体９
１が、ケーシング外側壁２５とセクタ状レール７
０の間に置くことが出来る。この絶縁体は、支持
レールをケーシング外側壁から熱的に絶縁するの
と同様にケーシング外側壁を熱的に保持するため
に使用される。１個のセクタ状レール７０につい
てのみ説明したが、実際には各々円周180゜にわた
る２つの部分をカバーするに充分なレールが利用
されていることを認識されたい。

好ましくは、絶縁体９１は、取扱い並びに設置
のためにステンレス鋼製シートホルダーに内蔵さ
れたガラスウール型の絶縁物よりなる。例えば、
バブコツク・アンド・ウイルコツクス
（Babcock＆Wilcox）社から名称KAO―WOOL
で市販されるガラスウール型絶縁物を利用するこ
とができる。所望により、絶縁物は、ジヨンズー
マンビル（Johns―Manvile）社からMIN―Ｋと
して市販されるような粉末状のものであつてもよ
い。更に、図示のブランケツト型の絶縁体に代え
て、メツコ社（METCO）からのニツケル，クロ
ム，アルミニウム／ベントナイト（NiCrAl―
Bentonite）の様な火焔スプレー熱障壁被覆を使
用することができる。また熱的に外側ケーシング
壁を絶縁するため、イトリア―ジルコニア
（Yttria―Zirconia）のようなセラミツクをも使
用することもできる。

本発明の１形態によれば、第２図に示す鋼製の
ケーシング外側壁２５は構造用壁、即ち、フープ
荷重支持であり、一方ケーシング外側壁に取付け
られたインコーネル製のケーシング内側壁７０
は、非構造用壁である。鋼製の外側ケーシング２
５が比較的薄い点で、１つの壁から成るケーシン
グの使用では、特にエンジンの過渡状態（例えば
スロツトル・バーストあるいはスロツトル・チヨ
ツプを適用）の際、空気の温度変化に急速に応答
した。スロツトル・バーストの際、空気温度の上
昇に対してロータの熱応答よりも早く、ケーシン
グ２５は半径方向膨脹して熱応答する。その結
果、ステータケーシングと動翼先端の間の半径方
向クリヤランス“ｄ”は実質的に増大し、こうし
てタービンエンジンの効率が下がる。この現象は
第５図の点線カーブを参照することにより理解さ
れよう。このカーブは圧縮機の典型的な段のグラ
フであり、エンジン性能の期間にわたり、動翼先
端とステータケーシングの間の過渡的なクリヤラ
ンスの平均を示している。点線カーブのこぶはス
ロツトル・バーストの結果増大したロータクリヤ
ランスを図示している。こぶ形成の直前の点線カ
ーブの凹みは、応力に因る、ステータケーシング
に対するロータ寸法の増大によるものであり、こ
の応力は金属の弾性特性に関係している。

スロツトル・チヨツプの際ケーシング壁２５
は、従来ロータの熱収縮よりも早く熱収縮しよう
とする。また弾性特性の要因に依りこの時点でロ
ータ寸法の初期の急速減少もある。これらの状況
により、安定状態のテークオフ状態に到達した
後、クリヤランスの増大を発生させ、チヨツプ開
始点の近くで点線カーブに凹みを生じさせる。

第５図の点線（従来技術）から、エンジン運転
中、圧縮機に安定状態のグランド・アイドルに関
するクリヤランスの大きな変動があり、これはエ
ンジンの最適性能に対して好ましいものではない
ことが理解されよう。実線は、ここで説明する本
発明の１形態による圧縮機のクリヤランス変動を
図示している。過渡的な運転の際のクリヤランス
の極端な変動が大幅に除去され、改善されたエン
ジン運転がもたらされることが容易に理解され
る。更に、絶縁材料の存在により、安定状態、例
えば巡航（cruise）並びにグランド・アイドルの
際のクリヤランスを好ましく減少させる。

第６図を参照すると、本発明の別な実施例が図
示され、静翼１０１並びに動翼１０２，１０３に
近接した圧縮機の後方端部の近くに、異つた構成
が設けられている。圧縮機の後方端部近くの変形
は、２つのラブ・ライナ１００，１０４および２
つの支持レール１０５，１０６を有する一体化ラ
イナー１１３を使用していることである。２つの
対向して位置するスロツト１１４，１１５が支持
レール１０５，１０６に設けられ、スロツトは
夫々の中子１０７，１０８と整合するようになつ
ており、静翼１０１を所定の位置に保持してい
る。一体化ライナー１１３はその中に絶縁体１１
１，１１２を置く２つのポケツト１０９，１１０
を備えている。前述の方法により、一体化ライナ
ー１１３は非常構造用部材であつて、外側構造用
ケーシング壁２５、即ちフープ荷重支持に取付け
られている。一体化ライナー１１３は絶縁体１１
１，１１２と共に、ケーシング外側壁２５を過渡
的運転の際、熱的に絶縁するように設計され、こ
うして外側ケーシングとロータと間の半径方向の
不整合を最小にする。

本発明の非構造用内側壁の構成は、鋼製外側ケ
ーシング２５の熱時定数を増加し、こうして半径
方向の不整合を最小にする。熱的時定数は、加熱
後のケーシング２５が、加熱温度の66％に到達す
る時間である。従来技術の薄い壁のケーシングの
使用においては、時定数は小さく、即ちケーシン
グの加熱温度の66％までかなり急速に加熱され
る。この急速な加熱は、前述のケーシングの熱的
膨脹あるいは収縮に基づく、半径方向の不整合の
ような付随的な半径方向のずれの原因となる。

本発明において、スロツトルバーストおよびチ
ヨツプの際、セクタ状ケーシングの内側壁の周方
向端部の空間は自由に開閉する。これは、内側壁
からケーシング外側壁への、圧力並びに温度の両
方の負荷経路を切断している。これらの負荷経路
を切断することにより、ケーシングの外側壁の応
力―たわみ特性を改善し、一方、動翼の先端とケ
ーシングの内側壁の間の半径方向クリヤランスを
調整出来るようにしている。

本発明は圧縮機に関連して記載したが、他の形
態のターボ機械、例えば、高圧および低圧タービ
ンに適用し得る。また、所望のエンジン運転特性
を提供するため各種の形態の絶縁体が使用できる
ことを理解されたい。例えば、熱障壁被覆および
他の型式の絶縁体を使用することができる。

図により例示した上述の装置は、本発明の好ま
しい実施例を述べたものであり、本発明の精神あ
るいは原理の範囲から逸脱することなく、多くの
選択が当業者によつて容易になし得ることを理解
されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は軸線方向に沿つた圧縮機の一部の断面
図であつて、本発明の１形態の実施例を示す。第
２図は外側ケーシングに対する圧縮機の段の支持
レールの断面図で、第３図はセクタ状支持レール
の平面図で、第３Ａ図は線3A―3Aに沿う断面図
で、第４図はセクタ状支持レールの保持用突出部
の斜視図で、第５図は本発明の１形態の圧縮機の
段の過渡的なクリヤランスを、同じ段で達成され
る過渡的なクリヤランスと比較したグラフであ
る。第６図は第１図のように示した、本発明のま
た別の実施例である。主な符号の説明、１２，１４，１６：動翼、１
８，２０，２２：静翼、２２：出口案内翼、２
５：ケーシング壁、２４，２６，２８：保持用突
出部、５２，５４，５６，５８，６０，６２：取
付用中子、６４，６６，６８：空間、７０：セク
タ状支持レール、７１：軽量化ポケツト。

Claims

【特許請求の範囲】１ロータを取囲むターボ機械のケーシングに於
て、ケーシング外側壁と、セクタ状ケーシング内側壁と、該内側壁を該外側壁より絶縁する手段と、該ターボ機械の過渡的な運転の際、前記内側壁
の膨脹が最初は周方向に発生し、その後前記外側
壁と前記内側壁は略均一な挙動で半径方向に膨脹
して、前記ターボ機械のロータは該ケーシングと
共に半径方向に膨脹するように、前記ケーシング
内側壁を前記ケーシング外側壁に取外し自在に取
付ける手段とを含むターボ機械のケーシング。２第１の動翼、静翼プラツトフオームに取付け
られた静翼及び直流流れ関係で設けられた第２の
動翼の構造を有するターボ機械に於て、該構造を
円周方向に取囲むケーシングが、ケーシング外側壁と、前記第１の動翼に対し半径方向に配置された第
１のセクタ状支持レール、前記第２の動翼に対し
て半径方向に支持された第２のセクタ状支持レー
ル及び双方の該レールを前記ケーシング外側壁に
取外し自在に且つセクタ状の各レールの周方向膨
脹を許容するよう取付ける取付手段とを有し、前
記静翼プラツトフオームは前記第１及び第２のセ
クタ状支持レールによつて且つその間に支持され
るケーシング内側壁と、前記ケーシング外側壁と前記ケーシング内側壁
と静翼プラツトフオームの間に形成された空間に
配置された熱絶縁材料とを含むターボ機械のケー
シング。３特許請求の範囲第２項に記載のターボ機械の
ケーシングに於て、前記熱絶縁材料がブランケツ
ト型絶縁体を含むターボ機械のケーシング。４特許請求の範囲第３項に記載のターボ機械の
ケーシングに於て、前記熱ブランケツト型絶縁材
料がガラスウールを含むターボ機械のケーシン
グ。５特許請求の範囲第２項に記載のターボ機械の
ケーシングに於て、前記熱絶縁材料が粉末よりな
るターボ機械のケーシング。６特許請求の範囲第２項に記載のターボ機械の
ケーシングに於て、前記熱絶縁材料が前記ケーシ
ング外側壁と前記ケーシング内側壁と静翼プラツ
トフオームの間に形成された空間を取囲む表面に
設けた熱障壁被覆を含むターボ機械のケーシン
グ。７特許請求の範囲第２項に記載のターボ機械の
ケーシングに於て、前記熱絶縁材料がイトリア―
ジルコニア（Yttria―Zirconia）セラミツクを含
むターボ機械のケーシング。８特許請求の範囲第２項に記載のターボ機械の
ケーシングに於て、前記静翼プラツトフオームが
対向して位置する中子を有し、前記第１及び第２
のセクタ状支持レールが対向して位置し且つその
中に該中子が整合して係合する中子を有して前記
動翼と静翼プラツトフオームを前記ケーシング外
側壁に対して離隔した関係で支持しているターボ
機械のケーシング。９特許請求の範囲第２項に記載のターボ機械の
ケーシングに於て、前記取付手段が各々周方向に
面する壇を持つ複数個の保持用突出部を有し、前記セクタ状支持レールは各々前記保持用突出
部の壇と係合する円周方向に面する段を有し、前記セクタ状レールと前記保持用突出部の間の
円周方向クリアランスが設けられて前記セクタ状
レールの周方向膨脹を許容しているターボ機械の
ケーシング。１０第１の動翼、静翼プラツトフオームに取付
けられた静翼及び直流流れ関係で設けられた第２
の動翼の構造を有するターボ機械に於て、該構造
を円周方向に取囲むケーシングが、ケーシング外側壁と、前記第１の及び第２動翼に対し半径方向に配置
された第１及び第２のセクタ状支持レールを有
し、前記ケーシング外側壁に面する少なくとも１
つのポケツトと前記静翼プラツトフオームを保持
する取付手段とを有する一体化ケーシング内側壁
と、双方の前記レールを前記ケーシング外側壁に取
外し自在に取付け、該レールの周方向膨脹を許容
する取付手段とを有するターボ機械のケーシン
グ。１１特許請求の範囲第１０項に記載のターボ機
械のケーシングに於て、前記静翼プラツトフオー
ムが対向して位置する中子を有し、係合手段が該
中子と整合して係合する対向して位置するスロツ
トを有するターボ機械のケーシング。１２特許請求の範囲第１０項に記載のターボ機
械のケーシングに於て、前記熱絶縁材料がブラン
ケツト型絶縁体を含むターボ機械のケーシング。１３特許請求の範囲第１２項に記載のターボ機
械のケーシングに於て、前記熱ブランケツト型絶
縁材料がガラスウールを含むターボ機械のケーシ
ング。１４特許請求の範囲第１０項に記載のターボ機
械のケーシングに於て、該熱ブランケツト式絶縁
材料が粉末よりなるターボ機械のケーシング。１５特許請求の範囲第１０項に記載のターボ機
械のケーシングに於て、前記熱絶縁材料が前記ケ
ーシング外側壁と前記ケーシング内側壁と静翼プ
ラツトフオームの間に形成された空間を取囲む表
面に設けた熱障壁被覆を含むターボ機械のケーシ
ング。１６特許請求の範囲第１０項に記載のターボ機
械のケーシングに於て、前記熱絶縁材料がイトリ
ア―ジルコニア（Yttria―Zirconia）セラミツク
を含むターボ機械のケーシング。