JPH0416615B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） この発明は一般的にガスタービン機関の改良、
更に具体的に云えばこの機関に使われる回転封じ
に関する。

（従来技術） ガスタービン機関では機関の使用空気の流れの
向きを定める助けとして、ラビリンス形の回転封
じが普通に使われている。相対的に回転し得る２
つの部品又は要素の内、一方の部品に１つ又は更
に多くの円周方向の歯を設け、それが別の部品の
円周方向の密封面と接する様にする。この形式の
封じは、回転部材の回転運動を妨げずに、機関の
不動部材及び回転部材の間に形成される空所内の
空気の流れを制限する為に使われる。更に、機関
の主軸受けの軸方向のスラスト荷重の釣合いをと
る助けにも、回転封じが使われている。

（従来技術の問題点） この形式の封じの欠点は、加工費が高く、組立
てが難しい比較的複雑なハードウエア部品で形成
されていることである。更に、封じ集成体の或る
部品は隣接した不動の空所内に突出している。不
動の空所内にある空気に対して回転封じが高速で
回転することにより、突出する部品による風損摩
擦によつて、この空気が加熱される。更に、比較
的複雑な構造である為、従来の回転封じは、ガス
タービン機関内に存在する半径方向の温度勾配の
為に、熱応力を受ける半径方向の最小寸法又は長
さが比較的大きい。この様に、半径方向の最小寸
法が比較的大きいことにより、設計技術者は回転
封じの円板の或る最小面積に制約を受ける為、機
関の主軸受けの軸方向スラスト荷重の釣合いをと
る助けとして、回転封じを使う上で融通性が制限
される。

（発明の目的） 従つて、この発明の１つの目的は、加工が比較
的低廉に出来て組立て易いごく少ない数の部品を
用いた回転封じを提供することであり、同時に、
温度勾配による熱応力を減少させる能動空気回路
を持つ回転封じを提供することである。即ち封じ
の円板の中孔の熱時定数を短くし、これによつて
ガスタービン機関の過渡状態の運転中、円板の孔
と封じリムの間の温度勾配を減少させる能動空気
回路を持つ回転封じを提供することである。

この発明の別の目的は、風損摩擦による周囲空
気の温度上昇を最小限に抑える回転封じを提供す
ることである。

（発明の構成） この発明は次の構成の回転封じ集成体によりな
る。

高温ガス流にさらされる回転封じ集成体に於
て、半径方向に延在する環状フランジを末端部に
備えた半径方向外側の軸方向に延在する円筒形ア
ームと、半径方向内側の軸方向に延在する円筒形
棚を有する円錐形部材と、外側周辺部の周りに封
じ部と内側周辺部に中孔を有し、前記環状フラン
ジに結合されて該中孔と前記円筒形棚との間に高
温ガス流を加速するため所定の関係で制御された
すき間を作つている円板形部材とを含み、前記円
錐形部材、前記円筒形アーム及び該円板形部材が
略閉じた空所を形成し、該円板形部材は前記すき
間と協働する入口開口を有して高温ガスが該略閉
じた空所を通つて該すき間に流れて前記円板形部
材の中孔を温めて、該中孔と前記円板形部材の外
側周辺部との間の温度勾配を最小限に抑える回転
封じ集成体。

ガスタービン機関に使う封じが、内周を持つ円
板中心孔部分と、そこに衝突するガスの流れを制
限する外側封じ部分とを有する。円板中心孔部分
及び外側封じ部分の間の熱応力を減少させる能動
ガス回路が、衝突するガスの少なくとも一部を円
板中心孔部分の少なくとも一部分を通つてその内
周を横切る様に方向転換させる手段を有する。

この発明の要旨は特許請求の範囲に具体的に且
つ明確に記載してあるが、この発明は以下図面に
ついて説明する所から更によく理解されよう。

第１図及び第２図にはこの発明の回転封じ１０
の部分断面図が示されている。好ましい実施例で
は、回転封じ１０がガスタービン機関の高圧圧縮
機の円錐形後側短軸１２に取付けられる。高圧圧
縮機の最終段の動翼１３が第１図に示されてい
る。回転封じ１０が圧縮機吐出口封じ部分１４を
含み、これは円板形部材１６の外周又はリムの周
りに配置されており、円板形部材が円板中心孔部
分１８を持つている。円板形部材１６から逃し封
じ部分２０が伸びている。圧縮機吐出口封じ部分
１４は、回転封じの分野で周知のラビリンス形で
あつて、好ましい実施例では、圧縮機吐出口封じ
部分１４の外周上に配置された６つの歯２２を持
つている。逃し封じ部分２０もラビリンス形であ
つて、好ましい実施例では、その外周に配置され
た５つの歯２４を持つている。

圧縮機吐出口封じ部分１４の円筒形内面の両側
の縁の近くに形成された第１及び第２の凹部３
０，３２に、第１及び第２の360°分割ワイヤ制動
リング２６，２８が挿入されている。これらの凹
部は分割制動リングを適切に保持するのに十分な
深さである。圧縮機吐出口封じ部分１４の内面か
ら、第１の凹部３０の前縁の近くで、フランジ部
分３４が伸びている。第３の360°分割ワイヤ制動
リング４０が、歯２４とは反対側の逃し封じ２０
の内面に設けられた凹部４２に取付けられてい
る。この凹部も、制動リングを適切に保持するの
に十分な深さである。

回転封じ１０は、後側短軸１２から伸びる円筒
形アーム３８のフランジ部分３６に、ボルト４４
によつて取付けられる。この様に取付けた時、フ
ランジ部分３４と円筒形アーム３８の間の半径方
向のすま間は第１の制動リング２６の直径より小
さく、こうして、第１の制動リング２６を保持す
る付加的な手段となつている。

各々のボルト４４は、円板形部材１６の、逃し
封じ部分２０が伸び出している方の面に隣接する
端に高さの低い頭４６を持つている。ボルト４４
が回転止め鉤４８を持つ戻り止め軸ナツト４７に
ねじ係合する。このナツトの鉤側の端がフランジ
３６の内径に接する。好ましい実施例では、回転
封じ１０は、54個の高さの低い頭を持つボルト４
４と回転止め鉤４８を持つ戻り止め軸ナツト４７
を用いて、フランジ３６に結合される。組立てた
時、回転封じ１０は、円筒形アーム３８及び後側
短軸１２と共に略閉じた回転子空所５０を形成す
る。軸方向の棚５２が後側短軸１２から伸びてい
る。組立てた状態では、回転封じ１０の円板中心
孔部分１８の内周が、軸方向の棚５２に隣接して
いるが、それから予定の半径方向の距離だけ隔た
つて、半径方向のすき間５３を形成する。好まし
い実施例では、低温時の半径方向のすき間は
0.005吋である。

後側短軸１２は、軸方向の棚５２の下方に配置
され複数個の開口５４を持つている。好ましい実
施例では、円錐形後側短軸１２に沿つて20個の開
口があるが、第１図にはその内の１つだけを示し
てある。更に、円錐形後側短軸１２の円筒形アー
ム３８に複数個の開口５６がある。好ましい実施
例では、円筒形アーム３８には４個の開口５６が
配置されているが、第１図にはその１つだけを示
してある。ラビリンス形の圧縮機吐出口封じ部分
１４の６つの歯２２が、第１の不動の構造部材６
０に取付けられた第１の円周方向の段つき密封面
５８に密封係合する。ラビリンス形の逃し封じ部
分２０の５つの歯２４が、第２の不動の構造部材
６４に取付けられた第２の円周方向の密封面６２
に密封係合する。

回転封じ集成体の動作は次の通りである。矢印
Ａで示した、ガスタービン機関の高圧圧縮機吐出
口部分からの空気が、出口案内翼６６を通越して
燃焼器（図に示してない）へ流れる。この高圧空
気は1100〓という高い温度を持ち、この高圧で高
温の空気Ａの一部分が第１の空所６８（第１図参
照）に流れ込む。回転封じ１０の圧縮機吐出口封
じ部分１４の歯２２が、段つき密封面５８と密封
作用をすることにより、高圧空気Ａの流れが第２
の空所７０（第１図参照）に入るのを制限し、こ
うして回転封じ１０の後側（第１図及び第２図で
見て右側）に存在する圧力に較べて、回転封じ１
０の前側（第１図及び第２図で見て左側）に高圧
区域を作る。更に、高圧で高温の空気Ａが円筒形
アーム３８の半径方向の開口５６を通つて、略閉
じた回転子空所５０に入る。その後、空気は半径
方向のすき間５３を通つて第３の空所７１に入
る。すき間５３を通過する時、空気が高速に加速
され、この空気と円板の中孔１８との間の伝熱係
数を高くする。これによつて円板の中孔１８の熱
時定数が低下し、円板の中孔１８と封じリム２２
との間の温度勾配を減少し、これは過渡状態の運
転の際、非常に速い熱応答を持つ。温度勾配が下
がつた結果、熱応力が減少する。圧縮機吐出口部
分からの空気の温度がガスタービン機関の推力の
発生に従つて変化することに注意されたい。然
し、半径方向のすき間５３を流れる円板に作用す
る空気Ｂは圧縮機吐出口部分からの空気Ａの一部
分で構成され、両者が同等の温度を持つから、回
転封じ１０の前後の温度勾配は、圧縮機吐出口部
分からの空気の温度に関係なく、常に減少する。

500〓又はそれ未満程度の冷却空気が、円錐形
後側短軸１２によつて部分的に構成された圧縮機
の中孔（図に示してない）に流れる。この冷却空
気が、矢印Ｃで示す様に、円錐形後側短軸１２の
開口５４を前から後へ流れる。圧縮機の中孔の冷
却空気Ｃが、第１図及び第２図に示す様に、円錐
形後側短軸１２の後側（右側）で円板中孔に作用
する空気Ｂと混合する。その後、この混合空気が
外部に放出される。圧縮機の中孔からの冷却空気
と円板に作用する空気の間の温度差が比較的大き
いから、軸方向の棚５２は、圧縮機の中孔からの
冷却空気Ｃを回転封じ１０の円板中心孔部分１８
から遠ざける様にそらせる作用をし、こうしてこ
の空気が円板中心孔部分１８に対して持つ冷却作
用を最小にする。この発明の封じ集成体のこの特
徴は、円板中心孔部分１８の温度が圧縮機吐出口
封じ部分１４の温度と同等な状態にとゞまり、こ
うして回転封じ１０の半径方向の寸法に沿つた温
度勾配を最小限にすることを保証する。

動作について説明すると、回転封じ１０が、第
１図及び第２図に中心線Ｄで表わした軸線の周り
に非常に高い速度で回転する。第２の空所７０は
一部分が回転封じ１０、そして一部分が第１及び
第２の不動の構造部材６０，６４を含む不動の構
造によつて形成されているから、第２の空所７０
内の空気は回転封じ１０の速度に較べて比較的低
速で移動する。この為、回転封じ１０の高速の回
転により、第２の空所７０内にある空気の摩擦又
は風損による加熱が誘起される。この摩擦による
加熱が、この発明の回転封じ１０に頭の高さの低
いボルト４４を使うことによつて著しく減少す
る。こういうボルトを使うことにより、フランジ
に於ける風損加熱が最小になる。閉じた回転子空
所５０を形成する全ての構造は一緒に回転するか
ら、閉じた回転子空所５０内の空気と周囲構造の
間の速度差はごく少ない。この為、戻り止め軸ナ
ツト４６と回転止め鉤４８は、かなり空所５０内
に入り込んでいるが、風損加熱を生ずるとして
も、ごく僅かである。この発明の回転封じのこの
設計上の特徴により、回転子の釣合いをとる為
に、長さの異なるボルトを使うことが出来る。

この発明に従つて頭の高さの低いボルトを使う
と、風損加熱が減少する他に、ボルトの頭の上に
風損防止フランジを設ける必要がなく、普通の組
立て及び分解の為の接近が易くなると共に、止め
ナツトが膠着した場合、ボルトの頭を磨り落す時
の接近がし易い。

前に述べた様に、ガスタービン機関の軸方向の
スラスト荷重の釣合いをとる為にも、回転封じが
使われることがある。回転構造と不動構造の間の
軸方向の一定の離隔関係が、スラスト軸受（図に
示してない）によつて保たれる。ガスタービン機
関では、圧縮機は不動構造に対して前向きの力を
及ぼす傾向があり、タービンは不動構造に対して
後向きの力を及ぼす傾向がある。スラスト軸受に
対する荷重を最小限に抑える為、圧縮機及びター
ビンが及ぼす実際の力を釣合せることが望まし
い。その１つの方法は、高圧圧縮機の出口から出
て、回転封じ１０より後側にある第２の空所７０
に分流する高圧空気が、不動構造に対し、封じ１
０に前向きの力を及ぼし、その力が、タービン
（図に示してない）から後向きに加えられる力と
釣合う様に、回転封じを設計することである。力
は圧力に面積を乗じたものであり、第２の空所７
０内の圧力はガスタービン機関の推力の関数であ
つて、圧縮機とタービンの力の差も機関の推力の
関数であるから、大抵の推力状態の下で、軸方向
の力を釣合せる様な既知の円板の表面積を持つ回
転封じを設計することが可能である。この発明の
回転封じの簡単な構造を使えば、設計技術者は、
後側空所の高圧空気の作用を受けた時、大抵の推
力状態で軸方向の荷重を釣合せる様な回転封じの
円板の表面積を持たせる点で、比較的大幅の融通
性を持つことになる。

この発明の或る実施例を詳しく説明したが、以
上の説明から、この発明の範囲内で種々の変更が
可能であることが理解されよう。

（発明の効果） 以上の説明から、この発明の回転封じは、比較
的加工費の高い部品の数が少なくしながらも、従
来の回転封じに較べて、熱応力が発生しにくいこ
とが理解出来る。更に、周囲空気の風損加熱が少
なく、軸方向のスラスト荷重の釣合いが一層とり
易い様な封じになるように出来ることが理解され
よう。

【図面の簡単な説明】

第１図はガスタービン機関の高圧圧縮機より後
側にある一部分の部分断面図、第２図は第１図の
一部分の拡大図である。 主な符号の説明、１２：圧縮機の後側短軸、１
６：円板、１８：中心孔部分、２２：ラビリンス
封じ、３８：円筒形フランジ、５２：棚、５３：
すき間、５６：開口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高温ガス流にさらされる回転封じ集成体に於
   て、半径方向に延在する環状フランジ３６を末端
   部に備えた半径方向外側の軸方向に延在する円筒
   形アーム３８と、半径方向内側の軸方向に延在す
   る円筒形棚５２を有する円錐形部材１２と、 外側周辺部の周りに封じ部１４と内側周辺部に
   中孔１８を有し、前記環状フランジ３６に結合さ
   れて該中孔１８と前記円筒形棚との間に高温ガス
   流を加速するため所定の関係で制御されたすき間
   ５３を作つている円板形部材１６とを含み、 前記円錐形部材１２、前記円筒形アーム３８及
   び該円板形部材１６が略閉じた空所５０を形成
   し、該円錐形部材は前記すき間と協働する入口開
   口５６を有して高温ガスが該略閉じた空所を通つ
   て該すき間に流れて前記円板形部材の中孔１８を
   温めて、該中孔と前記円板形部材の外側周辺部と
   の間の温度勾配を最小限に抑える回転封じ集成
   体。 ２ 特許請求の範囲１に記載の回転封じ集成体に
   於て、前記前記円錐形部材１２を前記半径方向に
   延在する環状フランジに結合する手段４４が複数
   個のナツト４７とボルト４４であつて、該ナツト
   とボルトの突出部分が風損を減少する為に、前記
   略閉じた空所内にある回転封じ集成体。 ３ 特許請求の範囲２に記載の回転封じ集成体に
   於て、前記ナツトとボルトの突出部分が回転子の
   釣合いをとる為に使うことが出来る回転封じ集成
   体。 ４ 特許請求の範囲１に記載の回転封じ集成体に
   於て、冷却空気は前記円錐形部材１２に設けられ
   た半径方向内側の開口５４を通つて流入するが、
   前記円筒形棚５２により前記高温ガス流からそら
   せる作用を受ける回転封じ集成体。 ５ 特許請求の範囲１に記載の回転封じ集成体に
   於て、前記円板形部材１６が第２の略閉じた空所
   ７０の一部分を形成し、該円板形部材の半径方向
   により、前向きの追加のスラスト力が決められる
   回転封じ集成体。