JPH0370096B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はタービンエンジンに関し、特に、セグ
メントに分割されたノズルと先端シユー及び隣合
うセグメントの間の間隙からガスが逃げないよう
にするための改良された新規なシールを備えるタ
ービンを有するタービンエンジンに関する。

ガスタービンエンジンは典型的には、圧縮器、
この圧縮器から送出される空気の温度を高くする
ための燃焼器、この燃焼器から出てくるガスを膨
張させて該圧縮器を駆動させるガス発生タービ
ン、及びそのガスを更に膨張させて利用されるエ
ネルギーを作る動力タービンを備えている。産業
においてそのエネルギーが、例えばガスラインの
ブースタ圧縮器、発電機、その他の機械的駆動ユ
ニツトを稼働させる動力として利用される。

タービンは１段またはそれ以上の段を有する。
普通その各段は、固定のノズルリングと、半径方
向に延びる羽根をもつた回転するデイスクまたは
ホイールとで構成され、そして固定リングのノズ
ルから射出されるガスがそれら羽根に対して衝突
する。

機械の操作中にタービンデイスクは高温になる
ので、回転する羽根の先端と、これを収容する固
定のケーシングまたは囲い板との間の膨張差を調
整するため、それら回転要素と固定要素との間に
は相当の遊隙を残しておかなければならない。

しかしその熱膨張調整のために充分な遊隙を備
えた場合、ロータ羽根の先端を通過して押出され
るガスの量が多くなり、タービンの効率を相当に
低くすることになり、 この羽根先端におけるガスの漏洩を防ぐため、
普通、ロータデイスクを取巻く固定のリング状先
端シユーが支持と、この支持の内面に取付けられ
るハニカムその他の可撓性材料の層とで構成され
る。タービン羽根が回転し、そして膨張すると、
これら羽根の先端が可撓性の先端シユー材料を変
形するが、この変形はその先端シユーと羽根先端
との間の嵌合間隙が実質的に零になるように行わ
れるので、羽根先端を通るガスの流れが緘封され
るのである。

製作その他の条件から、ノズルリングと先端シ
ユーの両方または一方は、リング形に組立てられ
る環状セグメントの構造にされる。このセグメン
トに分割される構造では、隣合うセグメントの間
の半径方向の間隙から高温ガスが漏洩するのを防
ぐため、それら間隙を緘封しなければならない。
羽根先端における漏洩と同様に、ノズルリングあ
るいは先端シユーの間隙を通るガスの漏洩もター
ビンの機能または効率を低め、燃料消費を多くす
る。

また前記諸要素を通過して漏れる高温ガスはそ
れら要素の支持構造体を過熱する。これはタービ
ン羽根先端の遊隙を大きくし、これによつて効率
や機能の損失は更に増大する。

前記のような要素のセグメント間の間隙を緘封
する方式が、1972年４月18日付のラハルム等の米
国特許第3656862号、1974年４月２日付のベツカ
シヨフ特許第3801220号、1976年６月29日付のア
ーウインの特許第3966356号、1976年７月20日付
のツーレイ特許第3970318号、1976年10月19日付
のパスクの特許第3986789号に提示されている。
一般的にそれら特許に示されているシールは、多
分パスクの特許第3986789号で最も明瞭なように、
隣合うセグメントの対向する面に開口する溝内に
嵌合されてその溝を渡る平らなストリツプであ
る。

上記のような型式のシールでは、ストリツプが
渡されるセグメントの加工誤差を実施不能なまで
に厳しくしなければならない。特にシールを受け
る溝のセグメントにおける位置決め誤差は、スト
リツプの緘封嵌合を許容できる以上に緩いものに
してしまう。このことは特に、対向した溝が平行
でない場合に、ストリツプが固着し、この結果ゆ
がむことによつて、生じ易い。

そこで本発明は、上記のような従来の構成の欠
点を無くした新規なシールを提示するのである。
一般的に本発明のシールの、平らなストリツプの
型式のそれと異なる点は、本発明のシールが溝と
締り嵌合することである。これによつて、溝が整
合していない場合でも、溝内のシールの周囲から
ガスが漏れることがなくされる。

また本発明のシールは、非整合の溝に用意に嵌
合できる程度まで捩れまたは撚れることができる
ような充分に可撓性のあるものに作られる。

更に、シールが設けられる要素間を渡るシール
の部分が好適に凹状断面にされる。これはシール
が非平行または非整合の溝に取付けられた場合の
シールの固着とゆがみを少なくし、そのような非
整合状態にあつても緘封をできるようにする。

以上のことから分かるように、本発明の１つの
重要且つ主要な目的は、ガスタービンエンジンの
ための改良された、新規の、セグメントに分割さ
れる型式のノズルリングと先端シユーとを提供す
ることである。

本発明の他の重要且つ主要な目的は、要素の隣
合うセグメント間の間隙からガスが漏洩するのを
防止するための改良された緘封構造を有する、前
記目的に述べられるようなガスタービン要素を提
供することである。

本発明の更に他の、そしてより特定的な目的
は、隣合う要素の対向する面に開口する溝を渡
り、縁部がその溝の中に嵌合するシールを使用す
る、前記目的による緘封構造を提供することであ
る。

この緘封構造に使用されるシールは、 溝が非平行または非整合状態であつても堅く緘
封状態を維持でき、 前記目的と関連して、非整合溝に嵌合するに必
要なだけ容易に捩れまたは撚れることができる充
分な可撓性を有し、 前記目的と関連して、非整合溝に嵌合したとき
の、漏洩を生じるシールの固着またはゆがみを少
なくする凹状の間隙渡り部分を有し、そして、 前記目的と関連して、溝内のシール縁部周りの
ガスの漏洩を防止するよう溝内に締り嵌合する。

本発明のその他の重要な目的、特長、利点は特
許請求の範囲で明らかにされ、また添付図面と関
連して具体的に説明されよう。

図面において、第１Ａ図と第１Ｂ図は２軸ガス
タービンエンジン１０を示す。このエンジンは、
セグメントに分割されたタービンノズルと先端シ
ユーとを有し、そしてその隣合うセグメント間の
間隙が本発明の原理によるシールによつて緘封さ
れてそれら間隙をガスが流通しないように構成さ
れている。

エンジン１０は15段軸流圧縮器１２を備え、こ
の圧縮器は半径方向軸方向入口１４、入口案内翼
１６、ステータ１８、及び15段ロータ２０を有す
る。入口案内翼１６とステータ１８とは圧縮器ハ
ウジング２２に装架される。圧縮器に流れる空気
の流量を調節できるようにするため案内翼１６と
最初の５段のステータ１８−１から１８−５まで
とは枢動するように装架されている。

15段ロータ２０のそれぞれはデイスク２４とこ
れの周縁に固定され半径方向に延びる羽根２６と
によつて構成される。これらロータ段は例えば電
子ビーム溶接によつて一体構造にされる。

圧縮器の組立てを容易にし、また案内翼１６と
ステータ１８及び圧縮器ロータ２０の羽根２６の
検査、掃除、及び交換を簡単にするため、圧縮器
ハウジング２２はこれの長さが、エンジン１０の
軸方向中心線を通る垂直方向の平面に沿つてセク
シヨン２２ａ（図面には１つだけが示される）に
分割される。

圧縮器１２から送出された高圧空気は発散する
デイフユーザ２８と拡張されたダンププレナム３
０とを通つて環状燃焼器３２へ流れる、この燃焼
器は断熱された燃焼器ケース３４内に装架されて
いる。

燃焼器３２によつて加熱された圧縮器送出空気
とその燃焼器で作られた燃焼生成物とは２段ガス
発生タービン３６を通つて膨張され、それから２
段動力タービン３８へ送られる。これらタービン
は、環状タービンハウジング４２内に装架された
ノズルケース４０の中で回転できるように支持さ
れる。

ガス発生タービン３６は２段ロータ４４と、固
定の、内部冷却される第１段及び第２段ノズル４
６及び４８とを有する。

第１段ノズルは、それぞれが２つのノズル４６
を有するノズルセグメント５０が合体された要素
である。第２段ノズルは同様に、それぞれが２つ
の第２段ノズル４８を有するノズルセグメント５
２が合体された要素である。

第１段ノズルセグメント５０は１つの環状配列
またはリングの形に組立てられる。第２段ノズル
セグメント５２も同様である。本発明の原理に従
つて構成され、そして隣合つたセグメント５０の
並置した外側囲い板５６の間の間隙を渡る軸方向
に延在するシール５４が、ノズルセグメント５０
間のそれら間隙からガスが外方向へ漏洩するのを
防止する。ノズルセグメント５０の内側囲い板６
０の間の間隙を渡る長手方向（または軸方向）に
延在するシール５８と、それら内側囲い板６０か
ら半径方向内方向に延びるフランジ６３の間の間
隙を渡る半径方向に延在するシール６２（第２Ａ
図と第２Ｃ図参照）とが、ノズルセグメント５０
の内端部間のそれら間隙からガスが漏洩するのを
防止する。

同様に、第２段ノズルセグメント５２間の間隙
を通るガスの外方向漏洩が外側囲い板６６の間の
長手方向延在シール６４によつて防止される。ま
た第２段ノズルセグメント５２間の間隙を通る内
方向への漏洩は、第２段ノズルセグメント５２の
内側囲い板７４の間の間隙を渡る長手方向に延在
するシール７０によつて防止される。

ガス発生ダービンロータ４４の第１段７６はデ
イスク７８を備え、このデイスクに、内部冷却さ
れる、半径方向に延びる羽根８０が固定される。
光学高温計８２が羽根８０に向けられてこれら羽
根の温度を測定する。

ロータ４４の第２段８４はデイスク８６を備
え、このデイスクの周囲に、冷却されない、半径
方向に延びる羽根８８が装架される。

ガス発生タービンロータ４４の第１段７６と第
２段８４との羽根８０と８８は、ノズルケース４
０に支持される環状の先端シユー９０と９２によ
つて囲まれる。これら先端シユー９０と９２はそ
れぞれセグメント９４と９６とによつて構成され
る。このそれぞれのセグメントの間には間隙が半
径方向に延在する（先端シユー９０のセグメント
９４の間の典型的な間隙が参照番号９８を付され
て第３図に示される）。第１段及び第２段ノズル
セグメント５０と５２の間の間隙を通つてガスが
逃げないようにするための長手方向に延びるシー
ル１０２と１０４が第１段先端シユーセグメント
９４と第２段先端シユーセグメント９６の間の間
隙を渡り、それら間隙を通つてガスが漏洩するの
を防止する。

ガスタービンロータ４４の２つの段７６と８４
は相互にボルトで結合され（第２図参照）、そし
て片持ち式に前方延出軸１０６の後端部に取付け
られる。軸１０６は圧縮器後部ハブ１０８を介し
て圧縮器ロータ２０に結合され、従つてガス発生
タービン３６を圧縮器に駆動結合する。

圧縮器とガス発生タービンとはスラスト軸受１
１０と傾斜パツド軸受１１２，１１４，１１６と
によつて回転自在に支持される。軸受１１０と１
１２は圧縮器前部ハブ１１７と係合し、そしてこ
のハブはロータ２０にボルト結合され、また軸１
１８を介してアクセサリ駆動部へ駆動結合され
る。

動力タービン３８は第１段ノズル１１９と第２
段ノズル１２０及びロータ１２２を有する。それ
らノズル１１９，１２０もノズルケース４０に支
持され、そしてロータ１２２は第１羽段１２４と
第２羽根段１２６を備える。

ガス発生タービン３６のノズルの場合と同様
に、動力タービン３８の第１段ノズル１１９はノ
ズルセグメント１２８の合体した要素である。そ
れらセグメント１２８は環状配列またはリングの
形に組立てられ、そしてそれらの間に間隙が半径
方向に延在する。長手方向シール１３０が隣合う
セグメント１２８の外側囲い板１３２の間の間隙
を渡つてこれら間隙からガスが漏れるのを防止す
る。

動力タービン３８の第２段ノズル１２０は同じ
ように組立てられたノズルセグメント１３４の要
素である。長手方向シール１３６が隣合うセグメ
ント１３４の外側囲い板１３８間の間隙を渡つて
緘封する。

動力タービンロータ１２２の第１段１２４の羽
根は、ノズルケース４０に支持される環状先端シ
ユー１４０によつて囲まれる。

この先端シユー１４０は、既述のものと同様
に、全体的に周知の構造を有するものである。各
先端シユーは、ノズルケース４０に支持される裏
打部材１４１と、この裏打部材に接着等で固定さ
れるハニカム部材１４２その他同様な可撓性部材
とを備える。各先端シユーは仕事面１４３を有
し、この仕事面はこれを通過する羽根先端によつ
て変形されてその先端との間の嵌合間隙を実質的
に零とし、これによつてそれら先端におけるガス
の漏洩を無くす。

先端シユー１４０はセグメント１４４で構成さ
れ、これらセグメントの間には間隙が半径方向に
延在する。

第１段と第２段ノズルセグメント５０と５２の
間の間隙を通るガスの漏洩を防止するための長手
方向に延在するシール１４８が先端シユーセグメ
ント１４４の間の間隙を渡つてこれら間隙からガ
スが漏れるのを防止する。

動力タービンロータ段１２４と１２６は相互に
ボルト結合されて一緒に回転する。ロータ１２２
は、傾斜パツド軸受１５４と１５６及びスラスト
軸受１５８に枢架される動力タービン軸組立体１
５２にボルト結合される。この軸組立体１５２は
継手１６０によつて出力軸組立体１６２に結合さ
れ、そこでこの出力軸組立体１６２は発電機、ブ
ースタ圧縮器、機械的駆動装置、その他の駆動さ
れるユニツト（図示せず）に入力を与える。

タービンエンジン１０の最後の主要な要素は動
力タービン３８から排出されるガスの排気ダクト
１６４である。

ここに述べてきたガスタービンエンジン要素の
詳細の殆んどは本発明に係るものではない。従つ
てそれらの説明は、本発明を設定し、その理解を
容易にするに必要なだけにとどめておく。

次に第３図において、ガス発生タービン３６に
おける先端シユー９０の隣合うセグメント９４の
間の間隙９８を渡るシール１０２は湾曲形断面を
有し、そしてその長手方向軸線１６５はタービン
の軸方向中心線１６６の同方向に延在する。シー
ルまたはストリツプ１０２は、鏡像関係に置かれ
る２つの凹状の中央または中間部分１６８，１７
０と、これら中央部分と一体のループ状の縁部分
１７２，１７４とを備える。これら縁部分１７
２，１７４は、第３図に示されるように、左右の
セグメント９４に形成された溝１７６と１７８の
中に嵌合する。これら溝はセグメントの長手方向
に延在し、そしてセグメント間の間隙を画成する
対向面１８０と１８２に開口する。第３図に参照
番号１８４で示されるストリツプ１０２の両端部
分の最大幅は、これら端部分が溝１７６，１７８
の壁に締り嵌合するようなものとされる。

本発明の１つの実例において、隣合う先端シユ
ーセグメント９４間の間隙９８の幅は3.302mm
（0.130インチ）にされる。このような実例に対し
て備えられるシール１０２は0.2032mm（0.008イ
ンチ）厚の材料で作られ、そして1.143mm（0.045
インチ）の断面寸法１８４の溝に嵌合される。

ハステロイＸ（Hastelloy Ｘ）のような耐熱合
金で作られる上記のような形状と寸法のシールは
長手方向軸線１６５に関して容易に捩れまたは撓
むことができるので、第３図に示される上記のよ
うな溝が非平行その他の非整合状態にあつても嵌
合することができる。シールの凹状中間部分１６
８，１７０は、非整合の溝に取付けられるときシ
ールに可撓性を与え、従つてゆがみができないよ
うにする。既に述べたように、そのようなゆがみ
はシールにおけるガスの漏洩の原因になるから、
そのことは重要である。

また、シールの縁部分１７２，１７４と先端シ
ユーセグメント９４の溝１７６，１７８との間の
締り嵌合も、既述の如く、ガスがシール端部分周
りでそれら溝１７６，１７８を通つて漏れるのを
防ぐために重要である。

ガス発生タービン第１段ノズルセグメント５０
の間のシール５４と５８、ガス発生タービン第２
段ノズルセグメント５２の間のシール６４と７
０、ガス発生タービン第２段先端シユー９２のセ
グメント９６の間のシール１０４、動力タービン
の第１段と第２段ノズルセグメント１２８と１３
４の間のシール１３０と１３６、及び動力タービ
ン第１段先端シユー１４０のセグメント１４４の
間のシール１４８はシール１０２と同じ形状及び
構造にすることができ、そしてこのシール１０２
と実質的に同じ態様でセグメントの間に組込むこ
とができよう。

ガス発生タービン第１段ノズルセグメント５０
の間の間隙を渡るシール６２もシール１０２と同
じ形状と構造にできよう。しかしこの場合、その
各シール６２は、長手方向軸線が半径方向に延在
し、そして主断面の軸線がタービンエンジンの軸
方向中心線１６６に平行ではなく、これに直角に
延在するように向けられよう。シール６２は、第
２Ａ図と第２Ｃ図に示されるように、第１段ノズ
ルセグメント５０の下流側に備えられて半径方向
内方向に延びるフランジ６３に設けられる溝１８
８の中に取付けられ、そして隣合うセグメントの
フランジ６３の間の間隙に渡たされる。

上記の任意または全部の個所に適用できる本発
明の原理によるその他のシールが、第４図に参照
番号１９０を付して示される。このシール１９０
は、隣合う先端シユーセグメント９４の間の間隙
９８を渡る凹状中央部分１９２と、それら先端シ
ユーセグメントの溝１７６と１７８の内側壁と外
側壁に締り嵌合する寸法のループ状縁部分または
側部分１９４及び１９６とを有する。

本発明の原理による更に別の実施例のシールが
第５図に参照番号１９８を付して示される。この
シール１９８は第４図のそれと同様なループ状縁
部分２００と２０２を有するが、第４図のように
両方のループが先端シユー９０の外側の方へ開い
ているのではなく、一方のループ２００が先端シ
ユーの内側の方へ開いている。縁部分２００と２
０２は、隣合う先端シユーセグメント９４の間の
間隙９８を渡る一体の中央部分２０４によつて結
合される。この中央結合部分２０４は、先の実施
例のように凹状ではなく平らな形になつている
が、ループ２００と２０２は溝１７６と１７８の
内外側壁に締り嵌合し、そしてシールが長手方向
中心線に関し撓みまたは捩れることができ、また
２つのループ２００と２０２の向きがシールの平
らな中央部分２０４に、先の実施例の凹状中央部
分と同様な固着及びゆがみ防止作用を行わせるの
で、中央部分２０４が平らであることによつて凹
状中央部分の長所が失われることはない。

本発明は、本発明の精神または本質的な特徴か
ら外れることなく、その他の形の実施例が可能で
ある。従つてここに示した実施例は全て単なる具
体例であつて何等制約的なものではない。本発明
はこれまでの記述ではなく特許請求の範囲によつ
て定義されるものであり、従つて特許請求の範囲
内に含まれる全ての変化形は本発明に含有される
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図と第１Ｂ図は、セグメントに分割され
たノズルと先端シユーを有し、それらセグメント
の間の間隙が本発明の原理によるシールによつて
緘封される如きガスタービンエンジンの部分断面
側面図、第２図は第１図の部分拡大詳細図、第２
Ａ図は第２図の部分拡大図、第２Ｂ図は第２Ａ図
の２Ｂ−２Ｂ線における断面図、第２Ｃ図は第２
Ａ図の２Ｃ−２Ｃ線における断面図、第３図は、
第２図の３−３線における部分拡大断面図で、本
発明の原理に従つて構成される１つのシールの図
面、第４図と第５図は本発明の原理によるシール
の変化形実施例の、第３図と同じ断面図である。 １０……ガスタービンエンジン、１２……圧縮
器、１８……同ステータ、２０……同ロータ、２
２……同ハウジング、２８……デイフユーザ、３
０……ダンププレナム、３２……燃焼器、３６…
…ガス発生タービン、３８……動力タービン、４
０……ノズルケース、４２……タービンハウジン
グ、４４……ガス発生タービンロータ、４６，４
８……ガス発生タービン第１段及び第２段ノズ
ル、５０，５２……同セグメント、５４，５８，
６２，６４，７０，１０２，１０４，１３０，１
３６，１４８，１９０，１９８……シール、５
６，６０，６６，７４……ガス発生タービン第１
段及び第２段ノズルセグメント囲い板、７６，８
４……ガス発生タービンロータ第１段及び第２
段、８２……光学高温計、９０，９２……ガス発
生タービンロータ第１段及び第２段先端シユー、
９４，９６……同セグメント、９８……セグメン
ト間隙、１０６，１…１８……軸、１１９，１２
０……動力タービン第１段及び第２段ノズル、、
１２２…動力タービンロータ、１２４，１２６…
…同第１段及び第２段、１２８，１３４……動力
タービン第１段及び第２段ノズルセグメント、１
３２，１３８……同囲い板、１４０……動力ター
ビンロータ第１段先端シユー、１４１……裏打部
材、１４２……ハニカム部材、１４３……仕事
面、１４４……動力タービンロータ第１段先端シ
ユーセグメント、１５２……動力タービン軸組立
体、１６０……継手、１６２……出力軸組立体、
１６５……シール長手方向軸線、１６６……ター
ビン軸方向中心線、１６８，１７０，１９２，２
０４……シール中央部分、１７２，１７４，１９
４，１９６，２００，２０２……同縁部分、１７
６，１７８……溝。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガスタービンにおいて、加熱されたガスを流
   通させるノズルケース、このノズルケースからこ
   れの中に支持される、セグメントに分割された、
   環状の固定要素、及びその隣合うセグメントの間
   の間隙から該加熱されたガスが漏洩するのを防止
   するため該間隙を緘封する装置を備え、該隣合う
   セグメントの対向する面に開口する溝が設けら
   れ、該緘封装置はシールを含み、これらシールは
   モノメタル金属シートであつて、２つずつの隣合
   うセグメントに対し長手方向に延在し、そしてそ
   れらセグメント間の間隙を渡り、該シールの縁部
   分は該溝内に締り嵌合し、そして該シールの縁部
   分は渡されるセグメントと締り嵌合し、更に該シ
   ールは弓形の縁部分を有する凹状のループ状の断
   面形を有する、ガスタービン。 ２ 特許請求の範囲第１項のガスタービンにおい
   て、各該シールの一方の該ループ状縁部分が該ノ
   ズルケースの外部の方へ開口し、他方の縁部分が
   該ノズルケースの内部の方へ開口し、両該縁部分
   は、これらが嵌合するセグメントの間の間隙を渡
   る平らな中央部分によつて結合される、ガスター
   ビン。 ３ 特許請求の範囲第１項のガスタービンにおい
   て、各該シールの両該ループ状縁部分が該ノズル
   ケースの外部の方へ開口し、両該縁部分は、これ
   らが嵌合するセグメントの間の間隙を渡る平らな
   中央部分によつて結合される、ガスタービン。